JPH09288084A - 窒素酸化物センサ - Google Patents
窒素酸化物センサInfo
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- JPH09288084A JPH09288084A JP9024105A JP2410597A JPH09288084A JP H09288084 A JPH09288084 A JP H09288084A JP 9024105 A JP9024105 A JP 9024105A JP 2410597 A JP2410597 A JP 2410597A JP H09288084 A JPH09288084 A JP H09288084A
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
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Abstract
(57)【要約】
【課題】被測定ガスに含まれる窒素酸化物を極めて高精
度に測定することができ、しかも、小型、安価でオフセ
ット調整等のメンテナンスを不要とする取り扱いの至便
な窒素酸化物センサを提供する。 【解決手段】第１室６０における酸素分圧が１×１０-8
〜１．７×１０-4ａｔｍの範囲となるように、主ポンプ
セル６８に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を調整すると共
に、内側ポンプ電極６４を窒素酸化物に対する触媒活性
の低い不活性材料とし、第１室６０において被測定ガス
中の酸素分圧を所定量とした後、被測定ガスを第２の拡
散律速部５８を介して第２室６２に導入する。第２室６
２に導入された被測定ガス中のＮＯｘは、検出電極８０
あるいは触媒によって分解され、それによって生じるＯ
2 が検出電極８０によって基準ガス導入空間５４側に汲
み出される。そのとき生じる電流値Ｉｐ２に基づき被測
定ガス中のＮＯｘの濃度が測定される。
度に測定することができ、しかも、小型、安価でオフセ
ット調整等のメンテナンスを不要とする取り扱いの至便
な窒素酸化物センサを提供する。 【解決手段】第１室６０における酸素分圧が１×１０-8
〜１．７×１０-4ａｔｍの範囲となるように、主ポンプ
セル６８に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を調整すると共
に、内側ポンプ電極６４を窒素酸化物に対する触媒活性
の低い不活性材料とし、第１室６０において被測定ガス
中の酸素分圧を所定量とした後、被測定ガスを第２の拡
散律速部５８を介して第２室６２に導入する。第２室６
２に導入された被測定ガス中のＮＯｘは、検出電極８０
あるいは触媒によって分解され、それによって生じるＯ
2 が検出電極８０によって基準ガス導入空間５４側に汲
み出される。そのとき生じる電流値Ｉｐ２に基づき被測
定ガス中のＮＯｘの濃度が測定される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、車両の排
出ガスや大気中に含まれる窒素酸化物を測定する窒素酸
化物センサに関する。
出ガスや大気中に含まれる窒素酸化物を測定する窒素酸
化物センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ガソリン車やディーゼルエンジ
ン車等の車両から排出される排出ガス中には、一酸化窒
素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、水
素（Ｈ2 ）、酸素（Ｏ2 ）等が含まれている。この場
合、ＮＯはＮＯｘ全体の約８０％を占め、また、ＮＯと
ＮＯ2 とでＮＯｘ全体の約９５％を占めている。
ン車等の車両から排出される排出ガス中には、一酸化窒
素（ＮＯ）、二酸化窒素（ＮＯ2 ）等の窒素酸化物（Ｎ
Ｏｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、水
素（Ｈ2 ）、酸素（Ｏ2 ）等が含まれている。この場
合、ＮＯはＮＯｘ全体の約８０％を占め、また、ＮＯと
ＮＯ2 とでＮＯｘ全体の約９５％を占めている。
【０００３】このような排出ガス中に含まれるＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＮＯｘを浄化する三元触媒は、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝１４．６）近傍で最大の浄化効率を示し、Ａ／Ｆを１
６以上に制御した場合には、ＮＯｘの発生量は減るが、
触媒の浄化効率が低下し、結果的に、ＮＯｘの排出量が
増える傾向がある。
Ｏ、ＮＯｘを浄化する三元触媒は、理論空燃比（Ａ／Ｆ
＝１４．６）近傍で最大の浄化効率を示し、Ａ／Ｆを１
６以上に制御した場合には、ＮＯｘの発生量は減るが、
触媒の浄化効率が低下し、結果的に、ＮＯｘの排出量が
増える傾向がある。
【０００４】ところで、昨今、化石燃料の有効利用、地
球温暖化防止のためのＣＯ2 の排出量の抑制等の市場要
求が増大しており、これに対応するために燃費を向上さ
せる必要性が高まりつつある。このような要求に対し
て、例えば、リーン・バーン・エンジンの研究や、ＮＯ
ｘ浄化触媒の研究等が行われつつあり、その中でもＮＯ
ｘセンサのニーズが高まっている。
球温暖化防止のためのＣＯ2 の排出量の抑制等の市場要
求が増大しており、これに対応するために燃費を向上さ
せる必要性が高まりつつある。このような要求に対し
て、例えば、リーン・バーン・エンジンの研究や、ＮＯ
ｘ浄化触媒の研究等が行われつつあり、その中でもＮＯ
ｘセンサのニーズが高まっている。
【０００５】従来、このようなＮＯｘを検出するものと
して、ＮＯｘ分析計がある。このＮＯｘ分析計は、化学
発光分析法を用いてＮＯｘ固有の特性を測定するもので
あるが、装置自体がきわめて大がかりであり、高価とな
る不都合がある。また、ＮＯｘを検出するための光学系
部品を用いているため、頻繁なメンテナンスが必要であ
る。更に、このＮＯｘ分析計は、ＮＯｘをサンプリング
して測定するものであり、検出素子自体を流体内に直接
挿入することができず、従って、自動車の排出ガス等の
ように、状況が頻繁に変動する過渡現象の解析には不向
きなものである。
して、ＮＯｘ分析計がある。このＮＯｘ分析計は、化学
発光分析法を用いてＮＯｘ固有の特性を測定するもので
あるが、装置自体がきわめて大がかりであり、高価とな
る不都合がある。また、ＮＯｘを検出するための光学系
部品を用いているため、頻繁なメンテナンスが必要であ
る。更に、このＮＯｘ分析計は、ＮＯｘをサンプリング
して測定するものであり、検出素子自体を流体内に直接
挿入することができず、従って、自動車の排出ガス等の
ように、状況が頻繁に変動する過渡現象の解析には不向
きなものである。
【０００６】そこで、これらの不具合を解消するものと
して、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体を用い
て排出ガス中の所望のガス成分を測定するようにしたセ
ンサが提案されている。
して、酸素イオン伝導性固体電解質からなる基体を用い
て排出ガス中の所望のガス成分を測定するようにしたセ
ンサが提案されている。
【０００７】図１０は、国際公開ＷＯ９５／３０１４６
号に開示されたガス分析装置の構成を示す。この装置
は、細孔２を介してＮＯを含む被測定ガスが導入される
第１室４と、細孔６を介して前記第１室４から被測定ガ
スが導入される第２室８とを備えている。前記第１室４
及び前記第２室８を構成する壁面は、酸素イオンを透過
させることのできるジルコニア（ＺｒＯ2 ）隔壁１０ａ
及び１０ｂによって構成されている。第１室４及び第２
室８の一方のＺｒＯ2 隔壁１０ａには、それぞれの室内
の酸素分圧を検出するための一対の測定電極（１２ａ、
１２ｂ）及び（１４ａ、１４ｂ）が配設されている。ま
た、他方のＺｒＯ2 隔壁１０ｂには、各室内のＯ2 を室
外に汲み出すためのポンプ電極（１６ａ、１６ｂ）及び
（１８ａ、１８ｂ）が配設されている。
号に開示されたガス分析装置の構成を示す。この装置
は、細孔２を介してＮＯを含む被測定ガスが導入される
第１室４と、細孔６を介して前記第１室４から被測定ガ
スが導入される第２室８とを備えている。前記第１室４
及び前記第２室８を構成する壁面は、酸素イオンを透過
させることのできるジルコニア（ＺｒＯ2 ）隔壁１０ａ
及び１０ｂによって構成されている。第１室４及び第２
室８の一方のＺｒＯ2 隔壁１０ａには、それぞれの室内
の酸素分圧を検出するための一対の測定電極（１２ａ、
１２ｂ）及び（１４ａ、１４ｂ）が配設されている。ま
た、他方のＺｒＯ2 隔壁１０ｂには、各室内のＯ2 を室
外に汲み出すためのポンプ電極（１６ａ、１６ｂ）及び
（１８ａ、１８ｂ）が配設されている。
【０００８】このように構成されたガス分析装置では、
細孔２を介して第１室４に導入された被測定ガスに含ま
れる酸素分圧が測定電極１２ａ及び１２ｂ間に生じる電
位差として電圧計２０により検出され、前記電位差を所
定の値とすべく、ポンプ電極１６ａ及び１６ｂ間に電源
２２により１００〜２００ｍＶの電圧が印加され、これ
によって、第１室４内のＯ2 が当該装置外に汲み出され
る。なお、この汲み出された酸素量は、電流計２４によ
って測定することができる。
細孔２を介して第１室４に導入された被測定ガスに含ま
れる酸素分圧が測定電極１２ａ及び１２ｂ間に生じる電
位差として電圧計２０により検出され、前記電位差を所
定の値とすべく、ポンプ電極１６ａ及び１６ｂ間に電源
２２により１００〜２００ｍＶの電圧が印加され、これ
によって、第１室４内のＯ2 が当該装置外に汲み出され
る。なお、この汲み出された酸素量は、電流計２４によ
って測定することができる。
【０００９】一方、酸素濃度が調整された被測定ガス
は、細孔６を介して第２室８に導入される。第２室８で
は、測定電極１４ａ及び１４ｂ間に生じる電位差を電圧
計２６で検出することにより、当該室内の酸素分圧が測
定される。また、第２室８に導入された被測定ガス中に
含まれるＮＯは、ポンプ電極１８ａ及び１８ｂ間に電源
２８によって印加された電圧により、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 として分解され、そのとき発生するＯ2 が前記ポンプ電
極１８ａ及び１８ｂによって室外に汲み出される。その
とき発生する電流値を電流計３０によって検出すること
により、被測定ガス中に含まれるＮＯの濃度が測定され
る。
は、細孔６を介して第２室８に導入される。第２室８で
は、測定電極１４ａ及び１４ｂ間に生じる電位差を電圧
計２６で検出することにより、当該室内の酸素分圧が測
定される。また、第２室８に導入された被測定ガス中に
含まれるＮＯは、ポンプ電極１８ａ及び１８ｂ間に電源
２８によって印加された電圧により、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 として分解され、そのとき発生するＯ2 が前記ポンプ電
極１８ａ及び１８ｂによって室外に汲み出される。その
とき発生する電流値を電流計３０によって検出すること
により、被測定ガス中に含まれるＮＯの濃度が測定され
る。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
に構成されたガス分析装置には、ポンプ電極材料の触媒
活性に対する考えが欠落しているため、第１室４のポン
プ電極１６ａ及び１６ｂ間に印加できる電圧は高くても
２００ｍＶとなっている。また、第２室８のポンプ電極
１８ａ及び１８ｂ間に印加できる電圧は高くても３００
ｍＶとなっている。
に構成されたガス分析装置には、ポンプ電極材料の触媒
活性に対する考えが欠落しているため、第１室４のポン
プ電極１６ａ及び１６ｂ間に印加できる電圧は高くても
２００ｍＶとなっている。また、第２室８のポンプ電極
１８ａ及び１８ｂ間に印加できる電圧は高くても３００
ｍＶとなっている。
【００１１】一方、素子温度が７００℃の場合の起電力
２００ｍＶは、Ｏ2 濃度にして約１５ｐｐｍであり、ポ
ンプ電流による電圧降下分を考慮すると、第１室４内の
酸素濃度は１００ｐｐｍ以上となる。また、素子温度が
７００℃の場合の起電力３００ｍＶは、Ｏ2 濃度にして
約０．１ｐｐｍであり、ポンプ電流による電圧降下分を
考慮しても０．３ｐｐｍであり、第２室８内の酸素濃度
は、第１室４内の酸素濃度に対して殆ど無視できる値で
ある。
２００ｍＶは、Ｏ2 濃度にして約１５ｐｐｍであり、ポ
ンプ電流による電圧降下分を考慮すると、第１室４内の
酸素濃度は１００ｐｐｍ以上となる。また、素子温度が
７００℃の場合の起電力３００ｍＶは、Ｏ2 濃度にして
約０．１ｐｐｍであり、ポンプ電流による電圧降下分を
考慮しても０．３ｐｐｍであり、第２室８内の酸素濃度
は、第１室４内の酸素濃度に対して殆ど無視できる値で
ある。
【００１２】第１室４と第２室８の酸素濃度差は、ＮＯ
分解電流のオフセット電流として現れる。この場合、Ｏ
2 ＝１００ｐｐｍは、ＮＯに換算すると２倍の２００ｐ
ｐｍに相当し、オフセットとして大き過ぎる値である。
そこで、第１室４内のポンプ電極１６ｂの触媒活性を低
下させ、より低い酸素分圧でもＮＯの分解が起こらない
状態とし、第１室４と第２室８の酸素濃度を略同等にす
ることで、オフセット電流を０に近づけることが考えら
れる。
分解電流のオフセット電流として現れる。この場合、Ｏ
2 ＝１００ｐｐｍは、ＮＯに換算すると２倍の２００ｐ
ｐｍに相当し、オフセットとして大き過ぎる値である。
そこで、第１室４内のポンプ電極１６ｂの触媒活性を低
下させ、より低い酸素分圧でもＮＯの分解が起こらない
状態とし、第１室４と第２室８の酸素濃度を略同等にす
ることで、オフセット電流を０に近づけることが考えら
れる。
【００１３】しかしながら、第１室４内のポンプ電極１
６ｂの触媒活性を低下させ、第１室４内の酸素濃度を基
準酸素分圧との酸素濃淡電池起電力で４００ｍＶ以上に
制御した場合、被測定ガス中に含まれるＯ2 が第１室４
において殆ど除去されてしまうため、例えば、前記被測
定ガス中にＨＣ、ＣＯ、Ｈ2 等の可燃性ガスが含まれて
いると、その可燃性ガスによってＮＯの検出感度が変動
してしまう不都合が生じる。
６ｂの触媒活性を低下させ、第１室４内の酸素濃度を基
準酸素分圧との酸素濃淡電池起電力で４００ｍＶ以上に
制御した場合、被測定ガス中に含まれるＯ2 が第１室４
において殆ど除去されてしまうため、例えば、前記被測
定ガス中にＨＣ、ＣＯ、Ｈ2 等の可燃性ガスが含まれて
いると、その可燃性ガスによってＮＯの検出感度が変動
してしまう不都合が生じる。
【００１４】即ち、第２室８内に含まれる酸素分圧が所
定値よりも低下すると、Ｏ2 と前記可燃性ガスとの共存
状態が崩れ、例えば、 Ｈ2 ＋ＮＯ→Ｈ2 Ｏ＋（１／２）Ｎ2 ＣＯ＋ＮＯ→ＣＯ2 ＋（１／２）Ｎ2 ＣｎＨｍ＋（２ｎ＋ｍ／２）ＮＯ→ｎＣＯ2 ＋（ｍ／
２）Ｈ2 Ｏ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｎ2 といった燃焼反応が生じ、測定対象であるＮＯの一部が
第１室４で燃焼してしまうからである。
定値よりも低下すると、Ｏ2 と前記可燃性ガスとの共存
状態が崩れ、例えば、 Ｈ2 ＋ＮＯ→Ｈ2 Ｏ＋（１／２）Ｎ2 ＣＯ＋ＮＯ→ＣＯ2 ＋（１／２）Ｎ2 ＣｎＨｍ＋（２ｎ＋ｍ／２）ＮＯ→ｎＣＯ2 ＋（ｍ／
２）Ｈ2 Ｏ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｎ2 といった燃焼反応が生じ、測定対象であるＮＯの一部が
第１室４で燃焼してしまうからである。
【００１５】本発明は、前記の不都合を克服するために
なされたものであって、被測定ガスに含まれる窒素酸化
物を極めて高精度に測定することができ、しかも、小
型、安価でオフセット調整等のメンテナンスを不要とす
ることのできる取り扱いの至便な窒素酸化物センサを提
供することを目的とする。
なされたものであって、被測定ガスに含まれる窒素酸化
物を極めて高精度に測定することができ、しかも、小
型、安価でオフセット調整等のメンテナンスを不要とす
ることのできる取り扱いの至便な窒素酸化物センサを提
供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明に
係る窒素酸化物センサは、外部空間に接する固体電解質
と該固体電解質の内外に形成された内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極とを有し、かつ、前記外部空間から導入
された被測定ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加
される制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ
手段と、固体電解質と該固体電解質に形成された内側検
出電極と前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側
に形成された外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポン
プ手段にてポンピング処理された後の被測定ガスに含ま
れる酸素を、前記検出電極と前記基準電極間に印加され
る測定用電圧に基づいてポンピング処理する測定用ポン
プ手段と、前記測定用ポンプ手段によりポンピング処理
される前記酸素の量に応じて生じるポンプ電流を検出す
る電流検出手段と、前記主ポンプ手段のポンピング処理
による酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となるように前
記制御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段とを具
備して構成し、前記電流検出手段にて検出された前記ポ
ンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の前記窒素酸化物
を測定する。
係る窒素酸化物センサは、外部空間に接する固体電解質
と該固体電解質の内外に形成された内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極とを有し、かつ、前記外部空間から導入
された被測定ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加
される制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ
手段と、固体電解質と該固体電解質に形成された内側検
出電極と前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側
に形成された外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポン
プ手段にてポンピング処理された後の被測定ガスに含ま
れる酸素を、前記検出電極と前記基準電極間に印加され
る測定用電圧に基づいてポンピング処理する測定用ポン
プ手段と、前記測定用ポンプ手段によりポンピング処理
される前記酸素の量に応じて生じるポンプ電流を検出す
る電流検出手段と、前記主ポンプ手段のポンピング処理
による酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となるように前
記制御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段とを具
備して構成し、前記電流検出手段にて検出された前記ポ
ンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の前記窒素酸化物
を測定する。
【００１７】これにより、まず、外部空間から導入され
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調製される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調製された被測定ガス
は、次の測定用ポンプ手段に導かれる。測定用ポンプ手
段は、内側検出電極と外側検出電極間に印加される測定
用電圧に基づいて、前記被測定ガスのうち、酸素をポン
ピング処理する。前記測定用ポンプ手段によりポンピン
グ処理される酸素の量に応じて該測定用ポンプ手段に生
じるポンプ電流が電流検出手段により検出されること
で、酸素量に応じた窒素酸化物が測定される。
た被測定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポン
ピング処理され、該酸素は所定濃度に調製される。前記
主ポンプ手段にて酸素の濃度が調製された被測定ガス
は、次の測定用ポンプ手段に導かれる。測定用ポンプ手
段は、内側検出電極と外側検出電極間に印加される測定
用電圧に基づいて、前記被測定ガスのうち、酸素をポン
ピング処理する。前記測定用ポンプ手段によりポンピン
グ処理される酸素の量に応じて該測定用ポンプ手段に生
じるポンプ電流が電流検出手段により検出されること
で、酸素量に応じた窒素酸化物が測定される。
【００１８】特に、本発明では、主ポンプ手段に印加さ
れる制御電圧を主ポンプ制御手段を通じて所定の値に調
整することで、主ポンプ手段によってポンピング処理さ
れた後の被測定ガス中の酸素分圧を１×１０-8ａｔｍ以
上となるようにする。
れる制御電圧を主ポンプ制御手段を通じて所定の値に調
整することで、主ポンプ手段によってポンピング処理さ
れた後の被測定ガス中の酸素分圧を１×１０-8ａｔｍ以
上となるようにする。
【００１９】そして、前記測定用ポンプ手段において、
前記内側検出電極及び外側検出電極間に前記窒素酸化物
を分解するのに十分なポンプ電圧を印加するか、あるい
は該測定用ポンプ手段に前記窒素酸化物を分解する窒素
酸化物分解触媒を配設するようにすれば（請求項２記載
の発明）、前記ポンプ電圧及び／又は前記窒素酸化物分
解触媒の作用により分解された窒素酸化物から生成され
た酸素がポンピング処理され、それによって生じるポン
プ電流が電流検出手段により検出されることで、酸素量
に応じた窒素酸化物が測定される。
前記内側検出電極及び外側検出電極間に前記窒素酸化物
を分解するのに十分なポンプ電圧を印加するか、あるい
は該測定用ポンプ手段に前記窒素酸化物を分解する窒素
酸化物分解触媒を配設するようにすれば（請求項２記載
の発明）、前記ポンプ電圧及び／又は前記窒素酸化物分
解触媒の作用により分解された窒素酸化物から生成され
た酸素がポンピング処理され、それによって生じるポン
プ電流が電流検出手段により検出されることで、酸素量
に応じた窒素酸化物が測定される。
【００２０】次に、請求項３記載の本発明に係る窒素酸
化物センサにおいては、外部空間に接する固体電解質と
該固体電解質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外
側ポンプ電極とを有し、かつ、前記外部空間から導入さ
れた被測定ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加さ
れる制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手
段と、固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出
電極と前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に
形成された外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ
手段にてポンピング処理された後の被測定ガスに含まれ
る酸素の量と前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素
の量との差に応じた起電力を発生する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段により発生する前記起電力を検出する
電圧検出手段と、前記主ポンプ手段のポンピング処理に
よる酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となるように前記
制御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段とを具備
して構成し、前記電圧検出手段にて検出された前記起電
力に基づいて被測定ガス中の窒素酸化物を測定する。
化物センサにおいては、外部空間に接する固体電解質と
該固体電解質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外
側ポンプ電極とを有し、かつ、前記外部空間から導入さ
れた被測定ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加さ
れる制御電圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手
段と、固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出
電極と前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に
形成された外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ
手段にてポンピング処理された後の被測定ガスに含まれ
る酸素の量と前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素
の量との差に応じた起電力を発生する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段により発生する前記起電力を検出する
電圧検出手段と、前記主ポンプ手段のポンピング処理に
よる酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となるように前記
制御電圧のレベルを調整する主ポンプ制御手段とを具備
して構成し、前記電圧検出手段にて検出された前記起電
力に基づいて被測定ガス中の窒素酸化物を測定する。
【００２１】これにより、外部空間から導入された被測
定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポンピング
処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記主ポン
プ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガスは、次の
濃度検出手段に導かれ、該濃度検出手段において、前記
主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガス
に含まれる酸素の量と外側検出電極側のガスに含まれる
酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起電力が発生し、
該起電力が電圧検出手段により検出されることで、酸素
量に応じた窒素酸化物が測定される。
定ガスのうち、酸素が主ポンプ手段によってポンピング
処理され、該酸素は所定濃度に調整される。前記主ポン
プ手段にて酸素の濃度が調整された被測定ガスは、次の
濃度検出手段に導かれ、該濃度検出手段において、前記
主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガス
に含まれる酸素の量と外側検出電極側のガスに含まれる
酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起電力が発生し、
該起電力が電圧検出手段により検出されることで、酸素
量に応じた窒素酸化物が測定される。
【００２２】この場合、前記濃度検出手段において、該
濃度検出手段に前記窒素酸化物を分解する窒素酸化物分
解触媒を配設するようにすれば（請求項４記載の発
明）、該窒素酸化物分解触媒の作用によって分解された
窒素酸化物から生成された酸素の量と外側検出電極側の
ガスに含まれる酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起
電力が内側検出電極及び外側検出電極間に発生し、該起
電力が電圧検出手段により検出されることで、酸素量に
応じた窒素酸化物が測定される。
濃度検出手段に前記窒素酸化物を分解する窒素酸化物分
解触媒を配設するようにすれば（請求項４記載の発
明）、該窒素酸化物分解触媒の作用によって分解された
窒素酸化物から生成された酸素の量と外側検出電極側の
ガスに含まれる酸素の量との差に応じた酸素濃淡電池起
電力が内側検出電極及び外側検出電極間に発生し、該起
電力が電圧検出手段により検出されることで、酸素量に
応じた窒素酸化物が測定される。
【００２３】前記請求項１及び３に係る発明において、
前記主ポンプ手段によってポンピング処理された後の酸
素分圧は所定値に維持されているため、被測定ガス中に
含まれる可燃性ガスと酸素により、例えば、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｏ2 →ｎＣＯ2 ＋（ｍ／２）
Ｈ2 Ｏ といった反応が進行するため、前記可燃性ガスによる窒
素酸化物の分解反応が好適に抑制される。従って、窒素
酸化物は、主ポンプ手段でのポンピング処理において分
解することなく、次の測定用ポンプ手段又は濃度検出手
段に供給され、これによって高精度な測定ができること
になる。
前記主ポンプ手段によってポンピング処理された後の酸
素分圧は所定値に維持されているため、被測定ガス中に
含まれる可燃性ガスと酸素により、例えば、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｏ2 →ｎＣＯ2 ＋（ｍ／２）
Ｈ2 Ｏ といった反応が進行するため、前記可燃性ガスによる窒
素酸化物の分解反応が好適に抑制される。従って、窒素
酸化物は、主ポンプ手段でのポンピング処理において分
解することなく、次の測定用ポンプ手段又は濃度検出手
段に供給され、これによって高精度な測定ができること
になる。
【００２４】そして、前記構成において、固体電解質と
前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極と対向す
るように、あるいは同一平面上に前記固体電解質に形成
された内側測定電極と前記固体電解質の前記内側測定電
極とは反対側に形成された外側測定電極とを有し、か
つ、前記主ポンプ手段のポンピング処理による酸素分圧
と基準酸素分圧との差に応じて生じる酸素濃淡電池起電
力を測定する濃度測定手段を設け、前記主ポンプ制御手
段において、前記濃度測定手段からの起電力に基づいて
前記主ポンプ手段における前記制御電圧を調整するよう
にしてもよい（請求項５記載の発明）。
前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極と対向す
るように、あるいは同一平面上に前記固体電解質に形成
された内側測定電極と前記固体電解質の前記内側測定電
極とは反対側に形成された外側測定電極とを有し、か
つ、前記主ポンプ手段のポンピング処理による酸素分圧
と基準酸素分圧との差に応じて生じる酸素濃淡電池起電
力を測定する濃度測定手段を設け、前記主ポンプ制御手
段において、前記濃度測定手段からの起電力に基づいて
前記主ポンプ手段における前記制御電圧を調整するよう
にしてもよい（請求項５記載の発明）。
【００２５】これにより、前記濃度測定手段において、
前記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被
測定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガ
スに含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生す
る。そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基
づいて、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と外
側ポンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整さ
れる。
前記主ポンプ手段でのポンピング処理時における前記被
測定ガスに含まれる酸素の量と前記外側測定電極側のガ
スに含まれる酸素の量との差に応じた起電力が発生す
る。そして、主ポンプ制御手段を通じ、前記起電力に基
づいて、前記主ポンプ手段における内側ポンプ電極と外
側ポンプ電極間に印加される制御電圧のレベルが調整さ
れる。
【００２６】主ポンプ手段は、外部空間から導入された
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
被測定ガスのうち、酸素を制御電圧のレベルに応じた量
ほどポンピング処理する。前記レベル調整された制御電
圧の主ポンプ手段への供給によって、前記被測定ガスに
おける酸素の濃度は、所定レベルにフィードバック制御
されることとなる。
【００２７】また、前記構成において、前記内側検出電
極の近傍に形成された補助ポンプ電極を有し、かつ、前
記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記補助ポンプ電極と前記外側検
出電極間に印加される電圧に基づいて前記ポンピング処
理する補助ポンプ手段を設けるようにしてもよい（請求
項６記載の発明）。
極の近傍に形成された補助ポンプ電極を有し、かつ、前
記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の被測定ガ
スに含まれる酸素を、前記補助ポンプ電極と前記外側検
出電極間に印加される電圧に基づいて前記ポンピング処
理する補助ポンプ手段を設けるようにしてもよい（請求
項６記載の発明）。
【００２８】これにより、まず、主ポンプ手段にて所定
のガス成分が所定濃度に粗調整された被測定ガスは、更
に補助ポンプ手段によって所定のガス成分の濃度が微調
整される。
のガス成分が所定濃度に粗調整された被測定ガスは、更
に補助ポンプ手段によって所定のガス成分の濃度が微調
整される。
【００２９】一般に、外部空間における被測定ガス中の
所定ガス成分の濃度が大きく（例えば０から２０％）変
化すると、主ポンプ手段に導かれる被測定ガスの所定ガ
ス成分の濃度分布が大きく変化し、測定用ポンプ手段あ
るいは濃度検出手段に導かれる所定ガス成分量も変化す
る。
所定ガス成分の濃度が大きく（例えば０から２０％）変
化すると、主ポンプ手段に導かれる被測定ガスの所定ガ
ス成分の濃度分布が大きく変化し、測定用ポンプ手段あ
るいは濃度検出手段に導かれる所定ガス成分量も変化す
る。
【００３０】このとき、主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の被測定ガスにおける酸素濃度は、補助ポン
プ手段でのポンピング処理にて微調整されることになる
が、主ポンプ手段でのポンピング処理によって、前記補
助ポンプ手段に導かれる被測定ガス中の酸素の濃度変化
は、外部空間からの被測定ガス（主ポンプ手段に導かれ
る被測定ガス）における酸素の濃度変化よりも大幅に縮
小されるため、測定用ポンプ手段における内側検出電極
近傍あるいは濃度検出手段における外側検出電極近傍で
の所定ガス成分の濃度を精度よく一定に制御することが
できる。
理された後の被測定ガスにおける酸素濃度は、補助ポン
プ手段でのポンピング処理にて微調整されることになる
が、主ポンプ手段でのポンピング処理によって、前記補
助ポンプ手段に導かれる被測定ガス中の酸素の濃度変化
は、外部空間からの被測定ガス（主ポンプ手段に導かれ
る被測定ガス）における酸素の濃度変化よりも大幅に縮
小されるため、測定用ポンプ手段における内側検出電極
近傍あるいは濃度検出手段における外側検出電極近傍で
の所定ガス成分の濃度を精度よく一定に制御することが
できる。
【００３１】従って、測定用ポンプ手段あるいは濃度検
出手段に導かれる所定ガス成分の濃度は、前記被測定ガ
ス（主ポンプ手段に導かれる被測定ガス）における酸素
の濃度変化の影響を受け難くなり、その結果、電流検出
手段にて検出されるポンプ電流値あるいは電圧検出手段
にて検出される起電力は、前記被測定ガスにおける所定
ガス成分の濃度変化に影響されず、被測定ガス中に存在
する目的成分量に正確に対応した値となる。
出手段に導かれる所定ガス成分の濃度は、前記被測定ガ
ス（主ポンプ手段に導かれる被測定ガス）における酸素
の濃度変化の影響を受け難くなり、その結果、電流検出
手段にて検出されるポンプ電流値あるいは電圧検出手段
にて検出される起電力は、前記被測定ガスにおける所定
ガス成分の濃度変化に影響されず、被測定ガス中に存在
する目的成分量に正確に対応した値となる。
【００３２】そして、請求項１〜６のいずれか１項に記
載の発明において、前記主ポンプ手段における前記内側
ポンプ電極を窒素酸化物に対する触媒活性の低い不活性
材料にて構成することが好ましい（請求項７記載の発
明）。この場合、前記内側ポンプ電極上での窒素酸化物
の分解作用が一層好適に抑制される。
載の発明において、前記主ポンプ手段における前記内側
ポンプ電極を窒素酸化物に対する触媒活性の低い不活性
材料にて構成することが好ましい（請求項７記載の発
明）。この場合、前記内側ポンプ電極上での窒素酸化物
の分解作用が一層好適に抑制される。
【００３３】なお、前記不活性材料として、Ａｕ又はＡ
ｕを添加した貴金属とセラミックスとのサーメットによ
り構成してもよいし（請求項８記載の発明）、例えばＬ
ａ3ＣｕＯ4 等のペロブスカイト型構造を有する材料に
て構成するようにしてもよい（請求項９記載の発明）。
どちらの構成も好適に使用することができる。
ｕを添加した貴金属とセラミックスとのサーメットによ
り構成してもよいし（請求項８記載の発明）、例えばＬ
ａ3ＣｕＯ4 等のペロブスカイト型構造を有する材料に
て構成するようにしてもよい（請求項９記載の発明）。
どちらの構成も好適に使用することができる。
【００３４】また、前記主ポンプ手段によって制御され
る酸素分圧としては、１×１０-8〜１．７×１０-4ａｔ
ｍであることが望ましい（請求項１０記載の発明）。こ
れにより、酸素を含む被測定ガスを最適な共存状態とし
て、次の処理手段である測定用ポンプ手段あるいは濃度
検出手段に供給することができる。
る酸素分圧としては、１×１０-8〜１．７×１０-4ａｔ
ｍであることが望ましい（請求項１０記載の発明）。こ
れにより、酸素を含む被測定ガスを最適な共存状態とし
て、次の処理手段である測定用ポンプ手段あるいは濃度
検出手段に供給することができる。
【００３５】この場合、被測定ガスに含まれる酸素濃度
の急激な変化による主ポンプ手段での酸素濃度のゆらぎ
を考慮し、前記主ポンプ手段によって制御される酸素分
圧として、１×１０-8〜３．５×１０-5ａｔｍであるこ
とがより好ましい（請求項１１記載の発明）。
の急激な変化による主ポンプ手段での酸素濃度のゆらぎ
を考慮し、前記主ポンプ手段によって制御される酸素分
圧として、１×１０-8〜３．５×１０-5ａｔｍであるこ
とがより好ましい（請求項１１記載の発明）。
【００３６】これにより、本発明では、特に、ＮＯ又は
ＮＯ2 を含む窒素酸化物を高精度に測定することができ
る。
ＮＯ2 を含む窒素酸化物を高精度に測定することができ
る。
【００３７】また、前記構成において、前記主ポンプ手
段に印加される前記制御電圧は、窒素酸化物であるＮＯ
に対するＮＯ2 の当該センサにおける検出感度を８０％
〜１２０％とすべく、前記主ポンプ手段によって制御さ
れる酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となる電圧に設定
すると好適である（請求項１２記載の発明）。
段に印加される前記制御電圧は、窒素酸化物であるＮＯ
に対するＮＯ2 の当該センサにおける検出感度を８０％
〜１２０％とすべく、前記主ポンプ手段によって制御さ
れる酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となる電圧に設定
すると好適である（請求項１２記載の発明）。
【００３８】この場合、ＮＯ2 の拡散係数がＮＯの８０
％程度であり、しかも、主ポンプ手段において、 ＮＯ2 →ＮＯ＋（１／２）Ｏ2 の反応が不可避的に生じている。そこで、主ポンプ手段
に供給される制御電圧を、該主ポンプ手段でのポンピン
グ処理後の酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上の酸素濃淡
電池起電力で規定される所定値以下に設定することで、
ＮＯ2 の感度をＮＯの８０％〜１２０％に設定すること
ができる。
％程度であり、しかも、主ポンプ手段において、 ＮＯ2 →ＮＯ＋（１／２）Ｏ2 の反応が不可避的に生じている。そこで、主ポンプ手段
に供給される制御電圧を、該主ポンプ手段でのポンピン
グ処理後の酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上の酸素濃淡
電池起電力で規定される所定値以下に設定することで、
ＮＯ2 の感度をＮＯの８０％〜１２０％に設定すること
ができる。
【００３９】前記請求項１２記載の発明において、ＮＯ
に対するＮＯ2 の前記感度は、９０％〜１１０％にする
と一層好適である（請求項１３記載の発明）。
に対するＮＯ2 の前記感度は、９０％〜１１０％にする
と一層好適である（請求項１３記載の発明）。
【００４０】請求項５〜１３のいずれか１項に記載の発
明において、外側測定電極を基準ガスが導入される空間
に露呈する位置に配設することで（請求項１４記載の発
明）、被測定ガスに含まれる酸素と基準ガスに含まれる
酸素との比較を行うことができ、より正確な窒素酸化物
の検出を行うことができる。特に、前記外側測定電極
を、前記外側検出電極と共通に構成することが好ましい
（請求項１５記載の発明）。この場合、濃度測定手段に
おける外側測定電極と測定用ポンプ手段あるいは濃度検
出手段における外側検出電極との共通電極が基準ガスの
導入空間に露呈することになり、濃度測定手段、測定用
ポンプ手段、濃度検出手段の各検出処理における基準電
極として定義することができ、これに準じて、濃度測定
手段における内側測定電極並びに測定用ポンプ手段及び
濃度検出手段における内側検出電極をそれぞれ測定電極
並びに検出電極と定義することができる。
明において、外側測定電極を基準ガスが導入される空間
に露呈する位置に配設することで（請求項１４記載の発
明）、被測定ガスに含まれる酸素と基準ガスに含まれる
酸素との比較を行うことができ、より正確な窒素酸化物
の検出を行うことができる。特に、前記外側測定電極
を、前記外側検出電極と共通に構成することが好ましい
（請求項１５記載の発明）。この場合、濃度測定手段に
おける外側測定電極と測定用ポンプ手段あるいは濃度検
出手段における外側検出電極との共通電極が基準ガスの
導入空間に露呈することになり、濃度測定手段、測定用
ポンプ手段、濃度検出手段の各検出処理における基準電
極として定義することができ、これに準じて、濃度測定
手段における内側測定電極並びに測定用ポンプ手段及び
濃度検出手段における内側検出電極をそれぞれ測定電極
並びに検出電極と定義することができる。
【００４１】なお、前記主ポンプ手段は、固体電解質か
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記被測定ガスが導入さ
れる第１室の内外に形成された前記内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極と、これら両電極にて挟まれた前記基体
にて構成することができる（請求項１６記載の発明）。
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記被測定ガスが導入さ
れる第１室の内外に形成された前記内側ポンプ電極及び
外側ポンプ電極と、これら両電極にて挟まれた前記基体
にて構成することができる（請求項１６記載の発明）。
【００４２】また、前記測定用ポンプ手段は、固体電解
質からなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスが導入される第
２室内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基
体にて囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導
入室に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準
電極にて挟まれた前記基体にて構成することができる
（請求項１７記載の発明）。
質からなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスが導入される第
２室内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基
体にて囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導
入室に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準
電極にて挟まれた前記基体にて構成することができる
（請求項１７記載の発明）。
【００４３】また、前記濃度検出手段は、固体電解質か
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段にてポ
ンピング処理された後の被測定ガスが導入される第２室
内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基体に
て囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導入室
に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準電極
にて挟まれた前記基体にて構成することができる（請求
項１８記載の発明）。
らなる基体にて囲まれ、かつ、前記主ポンプ手段にてポ
ンピング処理された後の被測定ガスが導入される第２室
内に形成された検出電極と、固体電解質からなる基体に
て囲まれ、かつ、基準ガスが導入される基準ガス導入室
に形成された基準電極と、前記検出電極と前記基準電極
にて挟まれた前記基体にて構成することができる（請求
項１８記載の発明）。
【００４４】更に、前記構成において、前記外部空間に
おける前記被測定ガスの前記第１室への導入経路に、前
記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する第１の
拡散律速部を設け、前記主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の前記被測定ガスの前記第２室への導入経路
に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
第２の拡散律速部を設けるようにしてもよい（請求項１
９記載の発明）。
おける前記被測定ガスの前記第１室への導入経路に、前
記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する第１の
拡散律速部を設け、前記主ポンプ手段にてポンピング処
理された後の前記被測定ガスの前記第２室への導入経路
に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
第２の拡散律速部を設けるようにしてもよい（請求項１
９記載の発明）。
【００４５】また、前記第２室における前記被測定ガス
の前記検出電極への進入経路に、前記被測定ガスに対し
て所定の拡散抵抗を付与する第３の拡散律速部を設ける
ようにしてもよい（請求項２０記載の発明）。
の前記検出電極への進入経路に、前記被測定ガスに対し
て所定の拡散抵抗を付与する第３の拡散律速部を設ける
ようにしてもよい（請求項２０記載の発明）。
【００４６】更に、前記構成において、前記第１室及び
前記第２室を構成する前記各基体を所定温度に加熱する
加熱手段を設けるようにしてもよい（請求項２１記載の
発明）。これにより、前記窒素酸化物の検出動作は、加
熱手段によって第１室及び第２室が所定の温度に加熱さ
れて行われることから、測定用ポンプ手段あるいは濃度
検出手段による酸素の検出が高精度に行われる。
前記第２室を構成する前記各基体を所定温度に加熱する
加熱手段を設けるようにしてもよい（請求項２１記載の
発明）。これにより、前記窒素酸化物の検出動作は、加
熱手段によって第１室及び第２室が所定の温度に加熱さ
れて行われることから、測定用ポンプ手段あるいは濃度
検出手段による酸素の検出が高精度に行われる。
【００４７】この場合、前記加熱手段で、前記第１室の
前記基体を４００℃〜９００℃に加熱し、前記第２室の
前記基体を７００℃〜９００℃に加熱することが高精度
検出において好適である（請求項２２記載の発明）。
前記基体を４００℃〜９００℃に加熱し、前記第２室の
前記基体を７００℃〜９００℃に加熱することが高精度
検出において好適である（請求項２２記載の発明）。
【００４８】なお、前記固体電解質としては、ＺｒＯ2
等のセラミックスを用いた酸素イオン伝導性固体電解質
が好適であり、また、第１拡散律速部又は第２拡散律速
部は、第１室及び第２室内の被測定ガスの状態を設定さ
れた所望の状態とすべく、前記被測定ガスに対して所定
の拡散抵抗を付与する多孔質材料を用いると好適であ
る。
等のセラミックスを用いた酸素イオン伝導性固体電解質
が好適であり、また、第１拡散律速部又は第２拡散律速
部は、第１室及び第２室内の被測定ガスの状態を設定さ
れた所望の状態とすべく、前記被測定ガスに対して所定
の拡散抵抗を付与する多孔質材料を用いると好適であ
る。
【００４９】前記第１拡散律速部又は前記第２拡散律速
部は、被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与するこ
とのできる通路により構成することもできる。
部は、被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与するこ
とのできる通路により構成することもできる。
【００５０】第１室、第２室内に配設される電極あるい
は触媒を構成する窒素酸化物分解触媒は、Ｒｈサーメッ
トを用いると好適である（請求項２３記載の発明）。
は触媒を構成する窒素酸化物分解触媒は、Ｒｈサーメッ
トを用いると好適である（請求項２３記載の発明）。
【００５１】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る窒素酸化物セ
ンサ（ＮＯｘセンサ）のいくつかの実施の形態例を図１
〜図９を参照しながら説明する。
ンサ（ＮＯｘセンサ）のいくつかの実施の形態例を図１
〜図９を参照しながら説明する。
【００５２】まず、第１の実施の形態に係るＮＯｘセン
サ５０Ａは、図１及び図２に示すように、全体として、
長尺な板状体形状に構成されており、ＺｒＯ2 等の酸素
イオン伝導性固体電解質を用いたセラミックによりなる
例えば６枚の固体電解質層５２ａ〜５２ｆが積層されて
構成され、下から１層目及び２層目が第１及び第２の基
板層５２ａ及び５２ｂとされ、下から３層目及び５層目
が第１及び第２のスペーサ層５２ｃ及び５２ｅとされ、
下から４層目及び６層目が第１及び第２の固体電解質層
５２ｄ及び５２ｆとされている。
サ５０Ａは、図１及び図２に示すように、全体として、
長尺な板状体形状に構成されており、ＺｒＯ2 等の酸素
イオン伝導性固体電解質を用いたセラミックによりなる
例えば６枚の固体電解質層５２ａ〜５２ｆが積層されて
構成され、下から１層目及び２層目が第１及び第２の基
板層５２ａ及び５２ｂとされ、下から３層目及び５層目
が第１及び第２のスペーサ層５２ｃ及び５２ｅとされ、
下から４層目及び６層目が第１及び第２の固体電解質層
５２ｄ及び５２ｆとされている。
【００５３】具体的には、第２の基板層５２ｂ上に第１
のスペーサ層５２ｃが積層され、更に、この第１のスペ
ーサ層５２ｃ上に第１の固体電解質層５２ｄ、第２のス
ペーサ層５２ｅ及び第２の固体電解質層５２ｆが順次積
層されている。
のスペーサ層５２ｃが積層され、更に、この第１のスペ
ーサ層５２ｃ上に第１の固体電解質層５２ｄ、第２のス
ペーサ層５２ｅ及び第２の固体電解質層５２ｆが順次積
層されている。
【００５４】第２の基板層５２ｂと第１の固体電解質層
５２ｄとの間には、酸化物測定の基準となる基準ガス、
例えば大気が導入される空間（基準ガス導入空間５４）
が、第１の固体電解質層５２ｄの下面、第２の基板層５
２ｂの上面及び第１のスペーサ層５２ｃの側面によって
区画、形成されている。
５２ｄとの間には、酸化物測定の基準となる基準ガス、
例えば大気が導入される空間（基準ガス導入空間５４）
が、第１の固体電解質層５２ｄの下面、第２の基板層５
２ｂの上面及び第１のスペーサ層５２ｃの側面によって
区画、形成されている。
【００５５】また、第１及び第２の固体電解質層５２ｄ
及び５２ｆ間に第２のスペーサ層５２ｅが挟設されると
共に、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８が挟設さ
れている。
及び５２ｆ間に第２のスペーサ層５２ｅが挟設されると
共に、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８が挟設さ
れている。
【００５６】そして、第２の固体電解質層５２ｆの下
面、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８の側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を調整するための第１室６０が区画、形
成され、第２の固体電解質層５２ｆの下面、第２の拡散
律速部５８の側面、第２のスペーサ層５２ｅの側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を微調整し、更に被測定ガス中の酸化
物、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するための第２
室６２が区画、形成される。
面、第１及び第２の拡散律速部５６及び５８の側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を調整するための第１室６０が区画、形
成され、第２の固体電解質層５２ｆの下面、第２の拡散
律速部５８の側面、第２のスペーサ層５２ｅの側面並び
に第１の固体電解質層５２ｄの上面によって、被測定ガ
ス中の酸素分圧を微調整し、更に被測定ガス中の酸化
物、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）を測定するための第２
室６２が区画、形成される。
【００５７】外部空間と前記第１室６０は、第１の拡散
律速部５６を介して連通され、第１室６０と第２室６２
は、前記第２の拡散律速部５８を介して連通されてい
る。
律速部５６を介して連通され、第１室６０と第２室６２
は、前記第２の拡散律速部５８を介して連通されてい
る。
【００５８】ここで、前記第１及び第２の拡散律速部５
６及び５８は、第１室６０及び第２室６２にそれぞれ導
入される被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
ものであり、例えば、被測定ガスを導入することができ
る多孔質材料又は所定の断面積を有した小孔からなる通
路として形成することができる。
６及び５８は、第１室６０及び第２室６２にそれぞれ導
入される被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を付与する
ものであり、例えば、被測定ガスを導入することができ
る多孔質材料又は所定の断面積を有した小孔からなる通
路として形成することができる。
【００５９】特に、第２の拡散律速部５８内には、Ｚｒ
Ｏ2 等からなる多孔質体が充填、配置されて、前記第２
の拡散律速部５８の拡散抵抗が前記第１の拡散律速部５
６における拡散抵抗よりも大きくされている。
Ｏ2 等からなる多孔質体が充填、配置されて、前記第２
の拡散律速部５８の拡散抵抗が前記第１の拡散律速部５
６における拡散抵抗よりも大きくされている。
【００６０】そして、前記第２の拡散律速部５８を通じ
て、第１室６０内の雰囲気が所定の拡散抵抗の下に第２
室６２内に導入される。
て、第１室６０内の雰囲気が所定の拡散抵抗の下に第２
室６２内に導入される。
【００６１】また、前記第２の固体電解質層５２ｆの下
面のうち、前記第１室６０を形づくる下面全面に、平面
ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる内側ポンプ
電極６４が形成され、前記第２の固体電解質層５２ｆの
上面のうち、前記内側ポンプ電極６４に対応する部分
に、外側ポンプ電極６６が形成されており、これら内側
ポンプ電極６４、外側ポンプ電極６６並びにこれら両電
極６４及び６６間に挟まれた第２の固体電解質層５２ｆ
にて電気化学的なポンプセル、即ち、主ポンプセル６８
が構成されている。
面のうち、前記第１室６０を形づくる下面全面に、平面
ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる内側ポンプ
電極６４が形成され、前記第２の固体電解質層５２ｆの
上面のうち、前記内側ポンプ電極６４に対応する部分
に、外側ポンプ電極６６が形成されており、これら内側
ポンプ電極６４、外側ポンプ電極６６並びにこれら両電
極６４及び６６間に挟まれた第２の固体電解質層５２ｆ
にて電気化学的なポンプセル、即ち、主ポンプセル６８
が構成されている。
【００６２】そして、前記主ポンプセル６８における内
側ポンプ電極６４と外側ポンプ電極６６間に、外部の可
変電源７０を通じて所望の制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ
１を印加して、外側ポンプ電極６６と内側ポンプ電極６
４間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ１を流す
ことにより、前記第１室６０内における雰囲気中の酸素
を外部の外部空間に汲み出し、あるいは外部空間の酸素
を第１室６０内に汲み入れることができるようになって
いる。
側ポンプ電極６４と外側ポンプ電極６６間に、外部の可
変電源７０を通じて所望の制御電圧（ポンプ電圧）Ｖｐ
１を印加して、外側ポンプ電極６６と内側ポンプ電極６
４間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ１を流す
ことにより、前記第１室６０内における雰囲気中の酸素
を外部の外部空間に汲み出し、あるいは外部空間の酸素
を第１室６０内に汲み入れることができるようになって
いる。
【００６３】また、前記第１の固体電解質層５２ｄの上
面のうち、前記第１室６０を形づくる上面であって、か
つ第２の拡散律速部５８に近接する部分に、平面ほぼ矩
形状の多孔質サーメット電極からなる測定電極７２が形
成され、前記第１の固体電解質層５２ｄの下面のうち、
基準ガス導入空間５４に露呈する部分に基準電極７４が
形成されており、これら測定電極７２、基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なセ
ンサセル、即ち、制御用酸素分圧検出セル７６が構成さ
れている。
面のうち、前記第１室６０を形づくる上面であって、か
つ第２の拡散律速部５８に近接する部分に、平面ほぼ矩
形状の多孔質サーメット電極からなる測定電極７２が形
成され、前記第１の固体電解質層５２ｄの下面のうち、
基準ガス導入空間５４に露呈する部分に基準電極７４が
形成されており、これら測定電極７２、基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なセ
ンサセル、即ち、制御用酸素分圧検出セル７６が構成さ
れている。
【００６４】この制御用酸素分圧検出セル７６は、第１
室６０内の雰囲気と基準ガス導入空間５４内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて、測定電極７２
と基準電極７４との間に発生する起電力を電圧計７８に
て測定することにより、前記第１室６０内の雰囲気の酸
素分圧が検出できるようになっている。
室６０内の雰囲気と基準ガス導入空間５４内の基準ガス
（大気）との間の酸素濃度差に基づいて、測定電極７２
と基準電極７４との間に発生する起電力を電圧計７８に
て測定することにより、前記第１室６０内の雰囲気の酸
素分圧が検出できるようになっている。
【００６５】即ち、基準電極７４及び測定電極７２間に
生じる電圧Ｖ１は、基準ガス導入空間５４に導入される
基準ガスの酸素分圧と、第１室６０内の被測定ガスの酸
素分圧との差に基づいて生じる酸素濃淡電池起電力であ
り、ネルンストの式として知られる Ｖ１＝ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（Ｐ１（Ｏ2 ）／Ｐ０（Ｏ
2 ）） Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラデー数 Ｐ１（Ｏ2 ）：第１室６０内の酸素分圧 Ｐ０（Ｏ2 ）：基準ガスの酸素分圧 の関係を有している。そこで、前記ネルンストの式に基
づく電圧Ｖ１を電圧計７８によって測定することで、第
１室６０内の酸素分圧を検出することができる。
生じる電圧Ｖ１は、基準ガス導入空間５４に導入される
基準ガスの酸素分圧と、第１室６０内の被測定ガスの酸
素分圧との差に基づいて生じる酸素濃淡電池起電力であ
り、ネルンストの式として知られる Ｖ１＝ＲＴ／４Ｆ・ｌｎ（Ｐ１（Ｏ2 ）／Ｐ０（Ｏ
2 ）） Ｒ：気体定数 Ｔ：絶対温度 Ｆ：ファラデー数 Ｐ１（Ｏ2 ）：第１室６０内の酸素分圧 Ｐ０（Ｏ2 ）：基準ガスの酸素分圧 の関係を有している。そこで、前記ネルンストの式に基
づく電圧Ｖ１を電圧計７８によって測定することで、第
１室６０内の酸素分圧を検出することができる。
【００６６】前記検出された酸素分圧値は可変電源７０
のポンプ電圧をフィードバック制御系９２を通じて制御
するために使用され、具体的には、第１室６０内の雰囲
気の酸素分圧が、次の第２室６２において酸素分圧の制
御を行い得るのに十分な低い所定の値となるように、主
ポンプセル６８のポンプ動作が制御される。
のポンプ電圧をフィードバック制御系９２を通じて制御
するために使用され、具体的には、第１室６０内の雰囲
気の酸素分圧が、次の第２室６２において酸素分圧の制
御を行い得るのに十分な低い所定の値となるように、主
ポンプセル６８のポンプ動作が制御される。
【００６７】なお、前記内側ポンプ電極６４及び外側ポ
ンプ電極６６は、第１室６０内に導入された被測定ガス
中のＮＯｘ、例えば、ＮＯに対する触媒活性が低い不活
性材料により構成される。具体的には、前記内側ポンプ
電極６４及び外側ポンプ電極６６は、多孔質サーメット
電極にて構成することができ、この場合、Ｐｔ等の金属
とＺｒＯ2 等のセラミックスとから構成されることにな
るが、特に、被測定ガスに接触する第１室６０内に配置
される内側ポンプ電極６４及び測定電極７２は、測定ガ
ス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、あるいは
還元能力のない材料を用いる必要があり、例えばＬａ3
ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合物、ある
いはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックスのサー
メット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族
金属とセラミックスのサーメットで構成されることが好
ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を用
いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．０３〜３
５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
ンプ電極６６は、第１室６０内に導入された被測定ガス
中のＮＯｘ、例えば、ＮＯに対する触媒活性が低い不活
性材料により構成される。具体的には、前記内側ポンプ
電極６４及び外側ポンプ電極６６は、多孔質サーメット
電極にて構成することができ、この場合、Ｐｔ等の金属
とＺｒＯ2 等のセラミックスとから構成されることにな
るが、特に、被測定ガスに接触する第１室６０内に配置
される内側ポンプ電極６４及び測定電極７２は、測定ガ
ス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、あるいは
還元能力のない材料を用いる必要があり、例えばＬａ3
ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合物、ある
いはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミックスのサー
メット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とＰｔ族
金属とセラミックスのサーメットで構成されることが好
ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の合金を用
いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．０３〜３
５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
【００６８】また、この第１の実施の形態に係るＮＯｘ
センサ５０Ａにおいては、前記第１の固体電解質層５２
ｄの上面のうち、前記第２室６２を形づくる上面であっ
て、かつ第２の拡散律速部５８から離間した部分に、平
面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる検出電極
８０が形成され、該検出電極８０、前記基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なポ
ンプセル、即ち、測定用ポンプセル８２が構成される。
センサ５０Ａにおいては、前記第１の固体電解質層５２
ｄの上面のうち、前記第２室６２を形づくる上面であっ
て、かつ第２の拡散律速部５８から離間した部分に、平
面ほぼ矩形状の多孔質サーメット電極からなる検出電極
８０が形成され、該検出電極８０、前記基準電極７４及
び第１の固体電解質層５２ｄによって、電気化学的なポ
ンプセル、即ち、測定用ポンプセル８２が構成される。
【００６９】前記検出電極８０は、窒素酸化物分解触
媒、例えばＲｈサーメット、あるいは触媒活性の低い材
料、あるいは触媒活性の低い材料の近傍に窒素酸化物分
解触媒を配置する等の構成を適宜選択できる。本実施の
形態においては、検出電極８０は、被測定ガス成分たる
ＮＯｘを還元し得る金属であるＲｈとセラミックスとし
てのジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成さ
れ、これによって、第２室６２内の雰囲気中に存在する
ＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒として機能するほか、
前記基準電極７４との間に、直流電源８４を通じて一定
電圧Ｖｐ２が印加されることによって、第２室６２内の
雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間５４に汲み出せるよ
うになっている。この測定用ポンプセル８２のポンプ動
作によって流れるポンプ電流Ｉｐ２は、電流計８６によ
って検出されるようになっている。
媒、例えばＲｈサーメット、あるいは触媒活性の低い材
料、あるいは触媒活性の低い材料の近傍に窒素酸化物分
解触媒を配置する等の構成を適宜選択できる。本実施の
形態においては、検出電極８０は、被測定ガス成分たる
ＮＯｘを還元し得る金属であるＲｈとセラミックスとし
てのジルコニアからなる多孔質サーメットにて構成さ
れ、これによって、第２室６２内の雰囲気中に存在する
ＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒として機能するほか、
前記基準電極７４との間に、直流電源８４を通じて一定
電圧Ｖｐ２が印加されることによって、第２室６２内の
雰囲気中の酸素を基準ガス導入空間５４に汲み出せるよ
うになっている。この測定用ポンプセル８２のポンプ動
作によって流れるポンプ電流Ｉｐ２は、電流計８６によ
って検出されるようになっている。
【００７０】この第１の実施の形態に係るＮＯｘセンサ
５０Ａにおいては、第１及び第２の基板層５２ａ及び５
２ｂにて上下から挟まれた形態において、外部からの給
電によって発熱するヒータ８８が埋設されている。この
ヒータ８８は、酸素イオンの伝導性を高めるために設け
られるもので、該ヒータ８８の上下面には、基板層５２
ａ及び５２ｂとの電気的絶縁を得るために、アルミナ等
のセラミックス層９０が形成されている。
５０Ａにおいては、第１及び第２の基板層５２ａ及び５
２ｂにて上下から挟まれた形態において、外部からの給
電によって発熱するヒータ８８が埋設されている。この
ヒータ８８は、酸素イオンの伝導性を高めるために設け
られるもので、該ヒータ８８の上下面には、基板層５２
ａ及び５２ｂとの電気的絶縁を得るために、アルミナ等
のセラミックス層９０が形成されている。
【００７１】前記ヒータ８８は、図示するように、第１
室６０から第２室６２の全体にわたって配設されてお
り、これによって、第１室６０及び第２室６２がそれぞ
れ所定の温度に加熱され、併せて主ポンプセル６８、制
御用酸素分圧検出セル７６及び測定用ポンプセル８２も
所定の温度に加熱、保持されるようになっている。
室６０から第２室６２の全体にわたって配設されてお
り、これによって、第１室６０及び第２室６２がそれぞ
れ所定の温度に加熱され、併せて主ポンプセル６８、制
御用酸素分圧検出セル７６及び測定用ポンプセル８２も
所定の温度に加熱、保持されるようになっている。
【００７２】第１の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０
Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、
次にその作用効果について説明する。
Ａは、基本的には以上のように構成されるものであり、
次にその作用効果について説明する。
【００７３】ＮＯｘの測定に先立ち、当該第１の実施の
形態に係るＮＯｘセンサ５０Ａを第１室６０内に被測定
ガスが導入できる状態に設定する。次いで、ヒータ８８
に通電し、ＮＯｘセンサ５０Ａにおける第１室６０の第
１及び第２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを４００℃
〜９００℃に加熱すると共に、第２室６２の第１及び第
２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを７００℃〜９００
℃に加熱する。ＮＯｘセンサ５０Ａをこのような温度状
態に加熱することにより、第１及び第２の固体電解質層
５２ｄ及び５２ｆが所望の状態に活性化されることにな
る。
形態に係るＮＯｘセンサ５０Ａを第１室６０内に被測定
ガスが導入できる状態に設定する。次いで、ヒータ８８
に通電し、ＮＯｘセンサ５０Ａにおける第１室６０の第
１及び第２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを４００℃
〜９００℃に加熱すると共に、第２室６２の第１及び第
２の固体電解質層５２ｄ及び５２ｆを７００℃〜９００
℃に加熱する。ＮＯｘセンサ５０Ａをこのような温度状
態に加熱することにより、第１及び第２の固体電解質層
５２ｄ及び５２ｆが所望の状態に活性化されることにな
る。
【００７４】次に、前述のように設定したＮＯｘセンサ
５０Ａに対して被測定ガスを導入することにより、前記
被測定ガス中に含まれるＮＯｘの測定を開始する。
５０Ａに対して被測定ガスを導入することにより、前記
被測定ガス中に含まれるＮＯｘの測定を開始する。
【００７５】第１の拡散律速部５６を介して所定の拡散
抵抗のもとに第１室６０内に導入された被測定ガスは、
可変電源７０によって外側ポンプ電極６６及び内側ポン
プ電極６４間に印加された所定のポンプ電圧Ｖｐ１によ
って、その中に含まれる酸素分圧が所定値に制御され
る。この第１の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ａで
は、第１室６０内の酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ〜
３．９×１０-5ａｔｍとなるように制御される。
抵抗のもとに第１室６０内に導入された被測定ガスは、
可変電源７０によって外側ポンプ電極６６及び内側ポン
プ電極６４間に印加された所定のポンプ電圧Ｖｐ１によ
って、その中に含まれる酸素分圧が所定値に制御され
る。この第１の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ａで
は、第１室６０内の酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ〜
３．９×１０-5ａｔｍとなるように制御される。
【００７６】前記第１室６０内の酸素分圧は、電圧計７
８によって検出される基準電極７４及び測定電極７２間
の電圧Ｖ１に基づいて測定することができる。この電圧
Ｖ１は、前述したネルンストの式で規定される酸素濃淡
電池起電力であり、この電圧Ｖ１が１８０ｍＶ〜３５０
ｍＶとなるようにフィードバック制御系９２を通じて可
変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を制御することで、第１
室６０内の酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ〜３．９×
１０-5ａｔｍに制御される。
８によって検出される基準電極７４及び測定電極７２間
の電圧Ｖ１に基づいて測定することができる。この電圧
Ｖ１は、前述したネルンストの式で規定される酸素濃淡
電池起電力であり、この電圧Ｖ１が１８０ｍＶ〜３５０
ｍＶとなるようにフィードバック制御系９２を通じて可
変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を制御することで、第１
室６０内の酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ〜３．９×
１０-5ａｔｍに制御される。
【００７７】第１室６０において所定の酸素分圧に制御
された被測定ガスは、第１の拡散律速部５６よりも拡散
抵抗が大きく設定された第２の拡散律速部５８を介して
第２室６２に導入される。
された被測定ガスは、第１の拡散律速部５６よりも拡散
抵抗が大きく設定された第２の拡散律速部５８を介して
第２室６２に導入される。
【００７８】第２室６２では、基準電極７４と検出電極
８０との間に当該第２室６２内の酸素を充分に汲み出す
ことのできる所定のポンプ電圧Ｖｐ２が電源８４によっ
て印加されており、このポンプ電圧Ｖｐ２によって、被
測定ガスに含まれるＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘがＲｈサー
メットからなる窒素酸化物分解触媒としての検出電極８
０によって分解されるか、あるいは、検出電極８０とは
別に存在する触媒で分解され、それによって発生した酸
素が第１の固体電解質層５２ｄを介して基準ガス導入空
間５４側に汲み出される。このとき、酸素イオンの移動
によって生じた電流値Ｉｐ２は、電流計８６によって測
定され、この電流値Ｉｐ２から被測定ガス中に含まれる
ＮＯｘの濃度が測定されることになる。
８０との間に当該第２室６２内の酸素を充分に汲み出す
ことのできる所定のポンプ電圧Ｖｐ２が電源８４によっ
て印加されており、このポンプ電圧Ｖｐ２によって、被
測定ガスに含まれるＮＯ、ＮＯ2 等のＮＯｘがＲｈサー
メットからなる窒素酸化物分解触媒としての検出電極８
０によって分解されるか、あるいは、検出電極８０とは
別に存在する触媒で分解され、それによって発生した酸
素が第１の固体電解質層５２ｄを介して基準ガス導入空
間５４側に汲み出される。このとき、酸素イオンの移動
によって生じた電流値Ｉｐ２は、電流計８６によって測
定され、この電流値Ｉｐ２から被測定ガス中に含まれる
ＮＯｘの濃度が測定されることになる。
【００７９】ここで、前記第１の実施の形態に係るＮＯ
ｘセンサ５０Ａでは、第１室６０における内側ポンプ電
極６４を、Ａｕ又はＡｕを添加した貴金属とセラミック
スとのサーメット、あるいは、ペロブスカイト構造を有
する材料等の窒素酸化物に対する触媒活性の低い不活性
材料により構成するとともに、第１室６０内の酸素分圧
が１．２×１０-8ａｔｍ〜３．９×１０-5ａｔｍ、より
好ましくは１．２×１０-8ａｔｍ〜５．８×１０-6ａｔ
ｍとなるように、第１室６０の内側ポンプ電極６４及び
外側ポンプ電極６６間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御することで、被測定ガスに含まれるＮＯｘの濃度を
極めて高精度に測定することができる。
ｘセンサ５０Ａでは、第１室６０における内側ポンプ電
極６４を、Ａｕ又はＡｕを添加した貴金属とセラミック
スとのサーメット、あるいは、ペロブスカイト構造を有
する材料等の窒素酸化物に対する触媒活性の低い不活性
材料により構成するとともに、第１室６０内の酸素分圧
が１．２×１０-8ａｔｍ〜３．９×１０-5ａｔｍ、より
好ましくは１．２×１０-8ａｔｍ〜５．８×１０-6ａｔ
ｍとなるように、第１室６０の内側ポンプ電極６４及び
外側ポンプ電極６６間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御することで、被測定ガスに含まれるＮＯｘの濃度を
極めて高精度に測定することができる。
【００８０】図３Ａ〜図３Ｃは、含まれるＮＯｘの濃度
が一定である被測定ガスを用いて、主ポンプセル６８に
よるポンピング処理によって第１室６０内の酸素分圧を
５．８×１０-6ａｔｍ、１．２×１０-8ａｔｍ、１．１
×１０-9ａｔｍとしたときの電流値Ｉｐ２を、被測定ガ
ス中の可燃性ガスであるＣＯ、Ｃ3 Ｈ8 、Ｈ2 の各濃度
を変えて測定した結果を示す。この場合、第１室６０内
の酸素分圧が５．８×１０-6ａｔｍ〜１．２×１０-8ａ
ｔｍの範囲では、前記可燃性ガスの濃度によらず電流値
Ｉｐ２はほとんど変動しておらず、ＮＯｘを安定して測
定できることがわかる。このことは、次のように説明す
ることができる。
が一定である被測定ガスを用いて、主ポンプセル６８に
よるポンピング処理によって第１室６０内の酸素分圧を
５．８×１０-6ａｔｍ、１．２×１０-8ａｔｍ、１．１
×１０-9ａｔｍとしたときの電流値Ｉｐ２を、被測定ガ
ス中の可燃性ガスであるＣＯ、Ｃ3 Ｈ8 、Ｈ2 の各濃度
を変えて測定した結果を示す。この場合、第１室６０内
の酸素分圧が５．８×１０-6ａｔｍ〜１．２×１０-8ａ
ｔｍの範囲では、前記可燃性ガスの濃度によらず電流値
Ｉｐ２はほとんど変動しておらず、ＮＯｘを安定して測
定できることがわかる。このことは、次のように説明す
ることができる。
【００８１】第１室６０における酸素分圧が１．２×１
０-8ａｔｍより低い場合、第１室６０では前記可燃性ガ
スとＮＯｘとの反応が生じ、例えば、 Ｈ2 ＋ＮＯ→Ｈ2 Ｏ＋（１／２）Ｎ2 ＣＯ＋ＮＯ→ＣＯ2 ＋（１／２）Ｎ2 ＣｎＨｍ＋（２ｎ＋ｍ／２）ＮＯ→ｎＣＯ2 ＋（ｍ／
２）Ｈ2 Ｏ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｎ2 といったＮＯの燃焼反応が生じているものと考えられ
る。従って、第２室６２で検出されるＮＯｘの量は、そ
の分、低下することになる。
０-8ａｔｍより低い場合、第１室６０では前記可燃性ガ
スとＮＯｘとの反応が生じ、例えば、 Ｈ2 ＋ＮＯ→Ｈ2 Ｏ＋（１／２）Ｎ2 ＣＯ＋ＮＯ→ＣＯ2 ＋（１／２）Ｎ2 ＣｎＨｍ＋（２ｎ＋ｍ／２）ＮＯ→ｎＣＯ2 ＋（ｍ／
２）Ｈ2 Ｏ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｎ2 といったＮＯの燃焼反応が生じているものと考えられ
る。従って、第２室６２で検出されるＮＯｘの量は、そ
の分、低下することになる。
【００８２】これに対して、第１室６０内に所定量のＯ
2 を残存させて、該第１室６０内の酸素分圧を１．２×
１０-8ａｔｍ以上にした場合、該第１室６０では前記可
燃性ガスが残存するＯ2 と反応し、例えば、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｏ2 →ｎＣＯ2 ＋（ｍ／２）
Ｈ2 Ｏ 等の燃焼反応が生じるため、前記可燃性ガスによるＮＯ
ｘの分解反応が抑制されるものと考えられる。また、ポ
ンプ電圧Ｖｐ１が印加される内側ポンプ電極６４とし
て、ＮＯｘに対する触媒活性が低い不活性材料を用いて
いるため、Ｏ2 のポンピングによってＮＯｘ自体が内側
ポンプ電極６４上で分解される割合を著しく低下させる
ことができる。従って、第２室６２にはＮＯｘの濃度に
変動のない被測定ガスが導入されることになる。
2 を残存させて、該第１室６０内の酸素分圧を１．２×
１０-8ａｔｍ以上にした場合、該第１室６０では前記可
燃性ガスが残存するＯ2 と反応し、例えば、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｏ2 →ｎＣＯ2 ＋（ｍ／２）
Ｈ2 Ｏ 等の燃焼反応が生じるため、前記可燃性ガスによるＮＯ
ｘの分解反応が抑制されるものと考えられる。また、ポ
ンプ電圧Ｖｐ１が印加される内側ポンプ電極６４とし
て、ＮＯｘに対する触媒活性が低い不活性材料を用いて
いるため、Ｏ2 のポンピングによってＮＯｘ自体が内側
ポンプ電極６４上で分解される割合を著しく低下させる
ことができる。従って、第２室６２にはＮＯｘの濃度に
変動のない被測定ガスが導入されることになる。
【００８３】一方、第１室６０に残存する酸素分圧が高
過ぎると、必要以上のＯ2 がそのまま第２室６２に導入
されてしまうため、測定されるＮＯｘの値にオフセット
が生じてしまうことになる。従って、前記酸素分圧に上
限値を設定する必要がある。
過ぎると、必要以上のＯ2 がそのまま第２室６２に導入
されてしまうため、測定されるＮＯｘの値にオフセット
が生じてしまうことになる。従って、前記酸素分圧に上
限値を設定する必要がある。
【００８４】図４は、第１室６０内の酸素分圧を１．６
×１０-4ａｔｍ、１．０×１０-4ａｔｍ、３．９×１０
-5ａｔｍ、５．８×１０-6ａｔｍ、１．３×１０-7ａｔ
ｍ、１．２×１０-8ａｔｍとしたときの電流値Ｉｐ２
を、被測定ガス中のＮＯの濃度を変えて測定した結果を
示す。この場合、第１室６０の酸素分圧を３．９×１０
-5ａｔｍ以下とすることにより、オフセットをＮＯに換
算して１０ｐｐｍ以下とすることができる。例えば、０
〜１０００ｐｐｍの測定レンジを有するＮＯｘセンサ５
０Ａを想定した場合、オフセットは１％となり、ＮＯを
極めて高精度に測定できることになる。
×１０-4ａｔｍ、１．０×１０-4ａｔｍ、３．９×１０
-5ａｔｍ、５．８×１０-6ａｔｍ、１．３×１０-7ａｔ
ｍ、１．２×１０-8ａｔｍとしたときの電流値Ｉｐ２
を、被測定ガス中のＮＯの濃度を変えて測定した結果を
示す。この場合、第１室６０の酸素分圧を３．９×１０
-5ａｔｍ以下とすることにより、オフセットをＮＯに換
算して１０ｐｐｍ以下とすることができる。例えば、０
〜１０００ｐｐｍの測定レンジを有するＮＯｘセンサ５
０Ａを想定した場合、オフセットは１％となり、ＮＯを
極めて高精度に測定できることになる。
【００８５】以上の結果より、主ポンプセル６８に印加
されるポンプ電圧Ｖｐ１を、第１室６０内の酸素分圧
が、３．９×１０-5ａｔｍ〜１．２×１０-8ａｔｍとな
る範囲で設定することにより、ＮＯｘをオフセットのな
い状態でかつ広範囲な測定レンジで高精度に測定するこ
とができる。
されるポンプ電圧Ｖｐ１を、第１室６０内の酸素分圧
が、３．９×１０-5ａｔｍ〜１．２×１０-8ａｔｍとな
る範囲で設定することにより、ＮＯｘをオフセットのな
い状態でかつ広範囲な測定レンジで高精度に測定するこ
とができる。
【００８６】なお、第１の実施の形態に係るＮＯｘセン
サ５０Ａでは、ＮＯだけではなくＮＯ2 を含むＮＯｘを
極めて高精度に測定することができる。以下にそのこと
を説明する。
サ５０Ａでは、ＮＯだけではなくＮＯ2 を含むＮＯｘを
極めて高精度に測定することができる。以下にそのこと
を説明する。
【００８７】例えば、第２室６２でのみＮＯ及びＮＯ2
の分解が起こると考えた場合、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 であるのに対して、 ＮＯ2 →（１／２）Ｎ2 ＋Ｏ2 であるため、ＮＯ2 のみの場合の第２室６２での電流値
Ｉｐ２は、ＮＯの場合の２倍になるはずである。しかし
ながら、第１室６０の内側ポンプ電極６４をＰｔとして
測定を行った場合、ＮＯ2 の出力はＮＯの出力の約８０
％であった。これは、Ｐｔからなる内側ポンプ電極６４
上で ＮＯ2 →ＮＯ＋（１／２）Ｏ2 の反応が起こっていることと、ＮＯ2 の拡散係数がＮＯ
よりも小さく、測定時において被測定ガス中に含まれる
全てのＮＯ2 が第２室６２まで到達しないことによるも
のと考えられる。そこで、内側ポンプ電極６４をＮＯｘ
に対する触媒活性の低い不活性材料としてＮＯ2 の濃度
測定を行った場合、その出力は目標値の９０％となっ
た。
の分解が起こると考えた場合、 ＮＯ→（１／２）Ｎ2 ＋（１／２）Ｏ2 であるのに対して、 ＮＯ2 →（１／２）Ｎ2 ＋Ｏ2 であるため、ＮＯ2 のみの場合の第２室６２での電流値
Ｉｐ２は、ＮＯの場合の２倍になるはずである。しかし
ながら、第１室６０の内側ポンプ電極６４をＰｔとして
測定を行った場合、ＮＯ2 の出力はＮＯの出力の約８０
％であった。これは、Ｐｔからなる内側ポンプ電極６４
上で ＮＯ2 →ＮＯ＋（１／２）Ｏ2 の反応が起こっていることと、ＮＯ2 の拡散係数がＮＯ
よりも小さく、測定時において被測定ガス中に含まれる
全てのＮＯ2 が第２室６２まで到達しないことによるも
のと考えられる。そこで、内側ポンプ電極６４をＮＯｘ
に対する触媒活性の低い不活性材料としてＮＯ2 の濃度
測定を行った場合、その出力は目標値の９０％となっ
た。
【００８８】以上の考察から、内側ポンプ電極６４をＮ
Ｏｘに対する触媒活性の低い不活性材料とするととも
に、第１室６０の酸素分圧を高めに設定することによ
り、前記第１室６０におけるＮＯ2 の分解反応を抑制
し、これによってＮＯ2 の当該ＮＯｘセンサ５０Ａにお
ける感度を向上させることが可能となる。従って、可変
電源７０により内側ポンプ電極６４及び外側ポンプ電極
６６間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を、第１室６０内
の酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ以上となる範囲で適
宜調整することにより、ＮＯに対するＮＯ2 の感度を向
上させることが可能となる。その結果、ＮＯｘセンサ５
０Ａを用いてＮＯ及びＮＯ2 を含むＮＯｘを高精度に測
定することができる。
Ｏｘに対する触媒活性の低い不活性材料とするととも
に、第１室６０の酸素分圧を高めに設定することによ
り、前記第１室６０におけるＮＯ2 の分解反応を抑制
し、これによってＮＯ2 の当該ＮＯｘセンサ５０Ａにお
ける感度を向上させることが可能となる。従って、可変
電源７０により内側ポンプ電極６４及び外側ポンプ電極
６６間に印加されるポンプ電圧Ｖｐ１を、第１室６０内
の酸素分圧が１．２×１０-8ａｔｍ以上となる範囲で適
宜調整することにより、ＮＯに対するＮＯ2 の感度を向
上させることが可能となる。その結果、ＮＯｘセンサ５
０Ａを用いてＮＯ及びＮＯ2 を含むＮＯｘを高精度に測
定することができる。
【００８９】次に、図５〜図７を参照しながら第２の実
施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ｂについて説明する。
なお、図２と対応するものについては同符号を付してそ
の重複説明を省略する。
施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ｂについて説明する。
なお、図２と対応するものについては同符号を付してそ
の重複説明を省略する。
【００９０】この第２の実施の形態に係るＮＯｘセンサ
５０Ｂは、図５に示すように、前記第１の実施の形態に
係るＮＯｘセンサ５０Ａとほぼ同じ構成を有するが、測
定用ポンプセル８２に代えて、測定用酸素分圧検出セル
１００が設けられている点で異なる。
５０Ｂは、図５に示すように、前記第１の実施の形態に
係るＮＯｘセンサ５０Ａとほぼ同じ構成を有するが、測
定用ポンプセル８２に代えて、測定用酸素分圧検出セル
１００が設けられている点で異なる。
【００９１】この測定用酸素分圧検出セル１００は、第
１の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２
を形づくる上面に形成された検出電極１０２と、前記第
１の固体電解質層５２ｄの下面に形成された前記基準電
極７４と、前記第１の固体電解質層５２ｄによって構成
されている。
１の固体電解質層５２ｄの上面のうち、前記第２室６２
を形づくる上面に形成された検出電極１０２と、前記第
１の固体電解質層５２ｄの下面に形成された前記基準電
極７４と、前記第１の固体電解質層５２ｄによって構成
されている。
【００９２】この場合、測定用酸素分圧検出セル１００
における検出電極１０２と基準電極７４との間に、検出
電極１０２の周りの雰囲気と基準電極７４の周りの雰囲
気との間の酸素濃度差に応じた起電力（酸素濃淡電池起
電力）Ｖ２が発生することとなる。
における検出電極１０２と基準電極７４との間に、検出
電極１０２の周りの雰囲気と基準電極７４の周りの雰囲
気との間の酸素濃度差に応じた起電力（酸素濃淡電池起
電力）Ｖ２が発生することとなる。
【００９３】従って、前記検出電極１０２及び基準電極
７４間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計１０４に
て測定することにより、検出電極１０２の周りの雰囲気
の酸素分圧、換言すれば、被測定ガス成分（ＮＯｘ）の
還元又は分解によって発生する酸素によって規定される
酸素分圧が電圧値Ｖ２として検出される。
７４間に発生する起電力（電圧）Ｖ２を電圧計１０４に
て測定することにより、検出電極１０２の周りの雰囲気
の酸素分圧、換言すれば、被測定ガス成分（ＮＯｘ）の
還元又は分解によって発生する酸素によって規定される
酸素分圧が電圧値Ｖ２として検出される。
【００９４】そして、この起電力Ｖ２の変化の度合い
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すこと
になる。
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すこと
になる。
【００９５】この第２の実施の形態に係るＮＯｘセンサ
５０Ｂにおいても、可変電源７０を通じて内側ポンプ電
極６４及び外側ポンプ電極６６間に印加されるポンプ電
圧Ｖｐ１を、第１室６０内の酸素分圧が１．２×１０-8
ａｔｍ以上となる範囲で適宜調整するようにしているた
め、ＮＯに対するＮＯ2 の感度を向上させることが可能
となり、ＮＯｘセンサ５０Ｂを用いてＮＯ及びＮＯ2 を
含むＮＯｘを高精度に測定することができる。
５０Ｂにおいても、可変電源７０を通じて内側ポンプ電
極６４及び外側ポンプ電極６６間に印加されるポンプ電
圧Ｖｐ１を、第１室６０内の酸素分圧が１．２×１０-8
ａｔｍ以上となる範囲で適宜調整するようにしているた
め、ＮＯに対するＮＯ2 の感度を向上させることが可能
となり、ＮＯｘセンサ５０Ｂを用いてＮＯ及びＮＯ2 を
含むＮＯｘを高精度に測定することができる。
【００９６】次に、図６を参照しながら第３の実施の形
態に係るＮＯｘセンサ５０Ｃについて説明する。なお、
図２と対応するものについては同符号を付してその重複
説明を省略する。
態に係るＮＯｘセンサ５０Ｃについて説明する。なお、
図２と対応するものについては同符号を付してその重複
説明を省略する。
【００９７】この第３の実施の形態に係るＮＯｘセンサ
５０Ｃは、図６に示すように、前記第１の実施の形態に
係るＮＯｘセンサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同様の構成
を有するが、検出電極８０を被覆するように、第３の拡
散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層あるいは
多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポンプセ
ル１１２が設けられている点で異なる。
５０Ｃは、図６に示すように、前記第１の実施の形態に
係るＮＯｘセンサ５０Ａ（図２参照）とほぼ同様の構成
を有するが、検出電極８０を被覆するように、第３の拡
散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層あるいは
多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポンプセ
ル１１２が設けられている点で異なる。
【００９８】この補助ポンプセル１１２は、前記第２の
固体電解質層５２ｆの下面のうち、前記第２室６２を形
づくる下面全面に形成された平面ほぼ矩形状の多孔質サ
ーメット電極からなる補助ポンプ電極１１４と、前記基
準電極７４と、第２の固体電解質層５２ｆ、第２のスペ
ーサ層５２ｅ及び第１の固体電解質層５２ｄにて構成さ
れている。
固体電解質層５２ｆの下面のうち、前記第２室６２を形
づくる下面全面に形成された平面ほぼ矩形状の多孔質サ
ーメット電極からなる補助ポンプ電極１１４と、前記基
準電極７４と、第２の固体電解質層５２ｆ、第２のスペ
ーサ層５２ｅ及び第１の固体電解質層５２ｄにて構成さ
れている。
【００９９】前記補助ポンプ電極１１４は、前記主ポン
プセル６８における内側ポンプ電極６４と同様に、被測
定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、ある
いは還元能力のない材料を用いている。この場合、例え
ばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合
物、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミック
スのサーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属
とＰｔ族金属とセラミックスのサーメットで構成される
ことが好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の
合金を用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．
０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
プセル６８における内側ポンプ電極６４と同様に、被測
定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた、ある
いは還元能力のない材料を用いている。この場合、例え
ばＬａ3 ＣｕＯ4 等のペロブスカイト構造を有する化合
物、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属とセラミック
スのサーメット、あるいはＡｕ等の触媒活性の低い金属
とＰｔ族金属とセラミックスのサーメットで構成される
ことが好ましい。更に、電極材料にＡｕとＰｔ族金属の
合金を用いる場合は、Ａｕ添加量を金属成分全体の０．
０３〜３５ｖｏｌ％にすることが好ましい。
【０１００】そして、前記補助ポンプセル１１２におけ
る補助ポンプ電極１１４と基準電極７４間に、外部の電
源１１６を通じて所望の一定電圧Ｖｐ３を印加すること
により、第２室６２内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入
空間５４に汲み出せるようになっている。
る補助ポンプ電極１１４と基準電極７４間に、外部の電
源１１６を通じて所望の一定電圧Ｖｐ３を印加すること
により、第２室６２内の雰囲気中の酸素を基準ガス導入
空間５４に汲み出せるようになっている。
【０１０１】これによって、第２室６２内の雰囲気の酸
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされる。この場合、
第１室６０における主ポンプセル６８の働きにより、こ
の第２室６２内に導入される酸素の量の変化は、被測定
ガスの変化よりも大幅に縮小されるため、第２室６２に
おける酸素分圧は精度良く一定に制御される。
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされる。この場合、
第１室６０における主ポンプセル６８の働きにより、こ
の第２室６２内に導入される酸素の量の変化は、被測定
ガスの変化よりも大幅に縮小されるため、第２室６２に
おける酸素分圧は精度良く一定に制御される。
【０１０２】また、この第３の実施の形態に係るＮＯｘ
センサ５０Ｃにおいては、前記定電圧（直流）電源８４
は、第３の拡散律速部１１０により制限されたＮＯｘの
流入下において、測定用ポンプセル８２で分解時に生成
した酸素のポンピングに対して限界電流を与える大きさ
の電圧を印加できるようになっている。
センサ５０Ｃにおいては、前記定電圧（直流）電源８４
は、第３の拡散律速部１１０により制限されたＮＯｘの
流入下において、測定用ポンプセル８２で分解時に生成
した酸素のポンピングに対して限界電流を与える大きさ
の電圧を印加できるようになっている。
【０１０３】従って、前記構成を有する第３の実施の形
態に係るＮＯｘセンサ５０Ｃにおいては、前記第２室６
２内において酸素分圧が制御された被測定ガスは、第３
の拡散律速部１１０を通じて所定の拡散抵抗の下に、検
出電極８０に導かれることとなる。
態に係るＮＯｘセンサ５０Ｃにおいては、前記第２室６
２内において酸素分圧が制御された被測定ガスは、第３
の拡散律速部１１０を通じて所定の拡散抵抗の下に、検
出電極８０に導かれることとなる。
【０１０４】ところで、前記主ポンプセル６８を動作さ
せて第１室６０内の雰囲気の酸素分圧をＮＯｘ測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値に制御しようとしたと
き、換言すれば、制御用酸素分圧検出セル７６にて検出
される電圧Ｖ１が一定となるように、フィードバック制
御系９２を通じて可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を調
整したとき、被測定ガス中の酸素濃度が大きく、例えば
０〜２０％に変化すると、通常、第２室６２内の雰囲気
及び検出電極８０付近の雰囲気の各酸素分圧は、僅かに
変化するようになる。これは、被測定ガス中の酸素濃度
が高くなると、測定電極７２上の第１室６０の幅方向及
び厚み方向に酸素濃度分布が生じ、この酸素濃度分布が
被測定ガス中の酸素濃度により変化するためであると考
えられる。
せて第１室６０内の雰囲気の酸素分圧をＮＯｘ測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値に制御しようとしたと
き、換言すれば、制御用酸素分圧検出セル７６にて検出
される電圧Ｖ１が一定となるように、フィードバック制
御系９２を通じて可変電源７０のポンプ電圧Ｖｐ１を調
整したとき、被測定ガス中の酸素濃度が大きく、例えば
０〜２０％に変化すると、通常、第２室６２内の雰囲気
及び検出電極８０付近の雰囲気の各酸素分圧は、僅かに
変化するようになる。これは、被測定ガス中の酸素濃度
が高くなると、測定電極７２上の第１室６０の幅方向及
び厚み方向に酸素濃度分布が生じ、この酸素濃度分布が
被測定ガス中の酸素濃度により変化するためであると考
えられる。
【０１０５】しかし、この第３の実施の形態に係るＮＯ
ｘセンサ５０Ｃにおいては、第２室６２に対して、その
内部の雰囲気の酸素分圧を常に一定に低い酸素分圧値と
なるように、補助ポンプセル１１２を設けるようにして
いるため、第１室６０から第２室６２に導入される雰囲
気の酸素分圧が被測定ガスの酸素濃度に応じて変化して
も、前記補助ポンプセル１１２のポンプ動作によって、
第２室６２内の雰囲気の酸素分圧を常に一定の低い値と
することができ、その結果、ＮＯｘの測定に実質的に影
響がない低い酸素分圧値に制御することができる。
ｘセンサ５０Ｃにおいては、第２室６２に対して、その
内部の雰囲気の酸素分圧を常に一定に低い酸素分圧値と
なるように、補助ポンプセル１１２を設けるようにして
いるため、第１室６０から第２室６２に導入される雰囲
気の酸素分圧が被測定ガスの酸素濃度に応じて変化して
も、前記補助ポンプセル１１２のポンプ動作によって、
第２室６２内の雰囲気の酸素分圧を常に一定の低い値と
することができ、その結果、ＮＯｘの測定に実質的に影
響がない低い酸素分圧値に制御することができる。
【０１０６】そして、検出電極８０に導入された被測定
ガスのＮＯｘは、該検出電極８０の周りにおいて還元又
は分解されて、例えばＮＯ→１／２Ｎ2 ＋１／２Ｏ2 の
反応が引き起こされる。このとき、測定用ポンプセル８
２を構成する検出電極８０と基準電極７４との間には、
酸素が第２室６２から基準ガス導入空間５４側に汲み出
される方向に、所定の電圧Ｖｐ２、例えば４３０ｍＶ
（７００℃）が印加される。
ガスのＮＯｘは、該検出電極８０の周りにおいて還元又
は分解されて、例えばＮＯ→１／２Ｎ2 ＋１／２Ｏ2 の
反応が引き起こされる。このとき、測定用ポンプセル８
２を構成する検出電極８０と基準電極７４との間には、
酸素が第２室６２から基準ガス導入空間５４側に汲み出
される方向に、所定の電圧Ｖｐ２、例えば４３０ｍＶ
（７００℃）が印加される。
【０１０７】従って、測定用ポンプセル８２に流れるポ
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室６２に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室６２内の酸素濃度と検出電極８０
にてＮＯｘが還元又は分解されて発生した酸素濃度との
和に比例した値となる。
ンプ電流Ｉｐ２は、第２室６２に導かれる雰囲気中の酸
素濃度、即ち、第２室６２内の酸素濃度と検出電極８０
にてＮＯｘが還元又は分解されて発生した酸素濃度との
和に比例した値となる。
【０１０８】この場合、第２室６２内の雰囲気中の酸素
濃度は、補助ポンプセル１１２にて一定に制御されてい
ることから、前記測定用ポンプセル８２に流れるポンプ
電流Ｉｐ２は、ＮＯｘの濃度に比例することになる。ま
た、このＮＯｘの濃度は、第３の拡散律速部１１０にて
制限されるＮＯｘの拡散量に対応していることから、被
測定ガスの酸素濃度が大きく変化したとしても、測定用
ポンプセル８２から電流計８６を通じて正確にＮＯｘ濃
度を測定することが可能となる。
濃度は、補助ポンプセル１１２にて一定に制御されてい
ることから、前記測定用ポンプセル８２に流れるポンプ
電流Ｉｐ２は、ＮＯｘの濃度に比例することになる。ま
た、このＮＯｘの濃度は、第３の拡散律速部１１０にて
制限されるＮＯｘの拡散量に対応していることから、被
測定ガスの酸素濃度が大きく変化したとしても、測定用
ポンプセル８２から電流計８６を通じて正確にＮＯｘ濃
度を測定することが可能となる。
【０１０９】例えば、補助ポンプセル１１２にて制御さ
れた第２室６２内の雰囲気の酸素分圧が０．０２ｐｐｍ
で、被測定ガス中のＮＯｘ成分たるＮＯ濃度が１００ｐ
ｐｍとすると、ＮＯが還元又は分解されて発生する酸素
濃度５０ｐｐｍと第２室６２内の雰囲気中の酸素濃度
０．０２ｐｐｍとの和（＝５０．０２ｐｐｍ）に相当す
るポンプ電流Ｉｐ２が流れることとなる。従って、測定
用ポンプセル８２におけるポンプ電流値Ｉｐ２は、ほと
んどがＮＯが還元又は分解された量を表し、そのため、
被測定ガス中の酸素濃度に依存するようなこともない。
れた第２室６２内の雰囲気の酸素分圧が０．０２ｐｐｍ
で、被測定ガス中のＮＯｘ成分たるＮＯ濃度が１００ｐ
ｐｍとすると、ＮＯが還元又は分解されて発生する酸素
濃度５０ｐｐｍと第２室６２内の雰囲気中の酸素濃度
０．０２ｐｐｍとの和（＝５０．０２ｐｐｍ）に相当す
るポンプ電流Ｉｐ２が流れることとなる。従って、測定
用ポンプセル８２におけるポンプ電流値Ｉｐ２は、ほと
んどがＮＯが還元又は分解された量を表し、そのため、
被測定ガス中の酸素濃度に依存するようなこともない。
【０１１０】次に、図７を参照しながら第４の実施の形
態に係るＮＯｘセンサ５０Ｄについて説明する。なお、
図５及び図６と対応するものについては同符号を付して
その重複説明を省略する。
態に係るＮＯｘセンサ５０Ｄについて説明する。なお、
図５及び図６と対応するものについては同符号を付して
その重複説明を省略する。
【０１１１】この第４の実施の形態に係るＮＯｘセンサ
５０Ｄは、図７に示すように、前記第２の実施の形態に
係るＮＯｘセンサ５０Ｂ（図５参照）とほぼ同様の構成
を有するが、第３の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０
Ｃ（図６参照）と同じように、測定用酸素分圧検出セル
１００における検出電極１０２を被覆するように、第３
の拡散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層ある
いは多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポン
プセル１１２が設けられている点で異なる。
５０Ｄは、図７に示すように、前記第２の実施の形態に
係るＮＯｘセンサ５０Ｂ（図５参照）とほぼ同様の構成
を有するが、第３の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０
Ｃ（図６参照）と同じように、測定用酸素分圧検出セル
１００における検出電極１０２を被覆するように、第３
の拡散律速部１１０を構成する多孔質Ａｌ2 Ｏ3 層ある
いは多孔質ＺｒＯ3 層が形成されている点と、補助ポン
プセル１１２が設けられている点で異なる。
【０１１２】この場合、前記第３の実施の形態に係るＮ
Ｏｘセンサ５０Ｃと同様に、第２室６２内の雰囲気の酸
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされ、第１室６０に
おける主ポンプセル６８の働きにより、この第２室６２
内に導入される酸素の量の変化は、被測定ガスの変化よ
りも大幅に縮小されるため、第２室６２における酸素分
圧は精度良く一定に制御される。
Ｏｘセンサ５０Ｃと同様に、第２室６２内の雰囲気の酸
素分圧が、実質的に被測定ガス成分（ＮＯｘ）が還元又
は分解され得ない状況下で、かつ目的成分量の測定に実
質的に影響がない低い酸素分圧値とされ、第１室６０に
おける主ポンプセル６８の働きにより、この第２室６２
内に導入される酸素の量の変化は、被測定ガスの変化よ
りも大幅に縮小されるため、第２室６２における酸素分
圧は精度良く一定に制御される。
【０１１３】従って、被測定ガスの酸素濃度が大きく変
化したとしても、測定用酸素分圧検出セル１００から電
圧計１０４を通じて正確にＮＯｘ濃度を測定することが
可能となる。
化したとしても、測定用酸素分圧検出セル１００から電
圧計１０４を通じて正確にＮＯｘ濃度を測定することが
可能となる。
【０１１４】ここで、図８の特性図を参照しながら、こ
の第４の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ｄの検出原
理を説明する。
の第４の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ｄの検出原
理を説明する。
【０１１５】まず、外部空間のＮＯ濃度が０ｐｐｍのと
き、第１室６０内の雰囲気中の酸素分圧が１．３×１０
-7ａｔｍ、即ち、起電力Ｖ１＝約３００ｍＶに保たれる
ように、主ポンプセル６８におけるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御する。
き、第１室６０内の雰囲気中の酸素分圧が１．３×１０
-7ａｔｍ、即ち、起電力Ｖ１＝約３００ｍＶに保たれる
ように、主ポンプセル６８におけるポンプ電圧Ｖｐ１を
制御する。
【０１１６】次に、補助ポンプセル１１２に印加される
設定電圧Ｖｐ３を４６０ｍＶに設定する。補助ポンプセ
ル１１２の作用により、第２室６２内の酸素分圧は、
６．１×１０-11 ａｔｍに制御され、その結果、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４との間の起電力Ｖ２は約４６０ｍＶとな
る。
設定電圧Ｖｐ３を４６０ｍＶに設定する。補助ポンプセ
ル１１２の作用により、第２室６２内の酸素分圧は、
６．１×１０-11 ａｔｍに制御され、その結果、前記測
定用酸素分圧検出セル１００における検出電極１０２と
基準電極７４との間の起電力Ｖ２は約４６０ｍＶとな
る。
【０１１７】この場合、第２室６２内の酸素分圧が６．
１×１０-11 ａｔｍであっても、第１室６０内の酸素分
圧が１．３×１０-7ａｔｍであるため、可燃ガス成分は
第１室６０内で酸化され、ＮＯｘ感度に影響しない。
１×１０-11 ａｔｍであっても、第１室６０内の酸素分
圧が１．３×１０-7ａｔｍであるため、可燃ガス成分は
第１室６０内で酸化され、ＮＯｘ感度に影響しない。
【０１１８】そして、外部空間のＮＯ濃度が徐々に増加
すると、前記検出電極１０２も上述した測定用ポンプセ
ル８２（図２参照）における検出電極８０と同様に、Ｎ
Ｏｘ還元触媒として機能することから、前記検出電極１
０２では、ＮＯの還元又は分解反応が引き起こされ、該
検出電極１０２の周りの雰囲気中の酸素濃度が上がり、
これによって、検出電極１０２と基準電極７４間に発生
する起電力Ｖ２が徐々に低下することとなる。図８の特
性図では、ＮＯ濃度が例えば３００ｐｐｍ、５００ｐｐ
ｍ、１０００ｐｐｍというように増加するにつれて、電
圧計１０４にて検出される起電力Ｖ２は、３００ｍＶ、
２５０ｍＶ、２２０ｍＶというように徐々に低下してい
る。
すると、前記検出電極１０２も上述した測定用ポンプセ
ル８２（図２参照）における検出電極８０と同様に、Ｎ
Ｏｘ還元触媒として機能することから、前記検出電極１
０２では、ＮＯの還元又は分解反応が引き起こされ、該
検出電極１０２の周りの雰囲気中の酸素濃度が上がり、
これによって、検出電極１０２と基準電極７４間に発生
する起電力Ｖ２が徐々に低下することとなる。図８の特
性図では、ＮＯ濃度が例えば３００ｐｐｍ、５００ｐｐ
ｍ、１０００ｐｐｍというように増加するにつれて、電
圧計１０４にて検出される起電力Ｖ２は、３００ｍＶ、
２５０ｍＶ、２２０ｍＶというように徐々に低下してい
る。
【０１１９】そして、この起電力Ｖ２の低下の度合い
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すこと
になる。
が、ＮＯ濃度を表すことになる。つまり、前記検出電極
１０２と基準電極７４と第１の固体電解質層５２ｄとか
ら構成される測定用酸素分圧検出セル１００から出力さ
れる起電力Ｖ２が、被測定ガス中のＮＯ濃度を表すこと
になる。
【０１２０】図９は、実施例と比較例を用意し、これら
実施例及び比較例について、外部空間に含まれる可燃性
ガス濃度（ＴＨＣ）を０ｐｐｍから２０００ｐｐｍまで
変化させたときの測定用酸素分圧検出セル１００から発
生する起電力Ｖ２の変化を示している。この図９におい
て、実施例の特性曲線を実線で示し、比較例の特性曲線
を一点鎖線で示してある。
実施例及び比較例について、外部空間に含まれる可燃性
ガス濃度（ＴＨＣ）を０ｐｐｍから２０００ｐｐｍまで
変化させたときの測定用酸素分圧検出セル１００から発
生する起電力Ｖ２の変化を示している。この図９におい
て、実施例の特性曲線を実線で示し、比較例の特性曲線
を一点鎖線で示してある。
【０１２１】ここで、実施例は、前記第４の実施の形態
に係るＮＯｘセンサ５０Ｄと同じ構成を有し、かつ、制
御用酸素分圧検出セル７６にて３００ｍＶの起電力Ｖ１
を生じさせるように、主ポンプセル６８を制御したもの
であり、比較例は、前記第４の実施の形態に係るＮＯｘ
センサ５０Ｄと同じ構成を有し、かつ、制御用酸素分圧
検出セル７６にて４５０ｍＶの起電力Ｖ１を生じさせる
ように、主ポンプセル６８を制御したものである。
に係るＮＯｘセンサ５０Ｄと同じ構成を有し、かつ、制
御用酸素分圧検出セル７６にて３００ｍＶの起電力Ｖ１
を生じさせるように、主ポンプセル６８を制御したもの
であり、比較例は、前記第４の実施の形態に係るＮＯｘ
センサ５０Ｄと同じ構成を有し、かつ、制御用酸素分圧
検出セル７６にて４５０ｍＶの起電力Ｖ１を生じさせる
ように、主ポンプセル６８を制御したものである。
【０１２２】この図９の結果から明らかなように、比較
例において、その測定用酸素分圧検出セル１００にて発
生する起電力Ｖ２は、可燃性ガス濃度が高くなるに従っ
て増加し、例えば酸素濃度が０％の場合、起電力Ｖ２は
３００ｍＶであるが、可燃性ガス濃度が２０００ｐｐｍ
になると、起電力Ｖ２は４５０ｍＶとなり、図８と対応
させてみると、ＮＯ濃度＝０ｐｐｍのときの起電力Ｖ２
を示している。これは、比較例が、主ポンプセル６８に
て制御用酸素分圧検出セル７６での起電力Ｖ１が４５０
ｍＶになるように、即ち、第１室６０における酸素分圧
が低くなるように制御していることから、第１室６０で
は前記可燃性ガスとＮＯｘとの反応が生じてしまい、前
記第１の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ａと同様
に、 Ｈ2 ＋ＮＯ→Ｈ2 Ｏ＋（１／２）Ｎ2 ＣＯ＋ＮＯ→ＣＯ2 ＋（１／２）Ｎ2 ＣｎＨｍ＋（２ｎ＋ｍ／２）ＮＯ→ｎＣＯ2 ＋（ｍ／
２）Ｈ2 Ｏ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｎ2 といったＮＯの燃焼反応が生じているからと考えられ
る。
例において、その測定用酸素分圧検出セル１００にて発
生する起電力Ｖ２は、可燃性ガス濃度が高くなるに従っ
て増加し、例えば酸素濃度が０％の場合、起電力Ｖ２は
３００ｍＶであるが、可燃性ガス濃度が２０００ｐｐｍ
になると、起電力Ｖ２は４５０ｍＶとなり、図８と対応
させてみると、ＮＯ濃度＝０ｐｐｍのときの起電力Ｖ２
を示している。これは、比較例が、主ポンプセル６８に
て制御用酸素分圧検出セル７６での起電力Ｖ１が４５０
ｍＶになるように、即ち、第１室６０における酸素分圧
が低くなるように制御していることから、第１室６０で
は前記可燃性ガスとＮＯｘとの反応が生じてしまい、前
記第１の実施の形態に係るＮＯｘセンサ５０Ａと同様
に、 Ｈ2 ＋ＮＯ→Ｈ2 Ｏ＋（１／２）Ｎ2 ＣＯ＋ＮＯ→ＣＯ2 ＋（１／２）Ｎ2 ＣｎＨｍ＋（２ｎ＋ｍ／２）ＮＯ→ｎＣＯ2 ＋（ｍ／
２）Ｈ2 Ｏ＋（ｎ＋ｍ／４）Ｎ2 といったＮＯの燃焼反応が生じているからと考えられ
る。
【０１２３】これに対して、実施例においては、可燃性
ガス濃度が０〜２０００ｐｐｍに変化しても、測定用酸
素分圧検出セル１００から発生する起電力Ｖ２の変化は
ほとんどない。これは、主ポンプセル６８にて制御用酸
素分圧検出セル７６での起電力Ｖ１が３００ｍＶになる
ように、即ち、第１室６０内に所定量のＯ2 を残存させ
るように制御していることから、前記第１の実施の形態
に係るＮＯｘセンサ５０Ａと同様に、第１室６０では前
記可燃性ガスが残存するＯ2 と反応し、例えば、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｏ2 →ｎＣＯ2 ＋（ｍ／２）
Ｈ2 Ｏ 等の燃焼反応が生じるため、前記可燃性ガスによるＮＯ
ｘの分解反応が抑制されるものと考えられる。また、ポ
ンプ電圧Ｖｐ１が印加される内側ポンプ電極６４とし
て、ＮＯｘに対する触媒活性が低い不活性材料を用いて
いるため、Ｏ2 のポンピングによってＮＯｘ自体が内側
ポンプ電極６４上で分解される割合を著しく低下させる
ことができる。即ち、第２室６２にはＮＯｘの濃度に変
動のない被測定ガスが導入されることになる。
ガス濃度が０〜２０００ｐｐｍに変化しても、測定用酸
素分圧検出セル１００から発生する起電力Ｖ２の変化は
ほとんどない。これは、主ポンプセル６８にて制御用酸
素分圧検出セル７６での起電力Ｖ１が３００ｍＶになる
ように、即ち、第１室６０内に所定量のＯ2 を残存させ
るように制御していることから、前記第１の実施の形態
に係るＮＯｘセンサ５０Ａと同様に、第１室６０では前
記可燃性ガスが残存するＯ2 と反応し、例えば、 Ｈ2 ＋（１／２）Ｏ2 →Ｈ2 Ｏ ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 →ＣＯ2 ＣｎＨｍ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｏ2 →ｎＣＯ2 ＋（ｍ／２）
Ｈ2 Ｏ 等の燃焼反応が生じるため、前記可燃性ガスによるＮＯ
ｘの分解反応が抑制されるものと考えられる。また、ポ
ンプ電圧Ｖｐ１が印加される内側ポンプ電極６４とし
て、ＮＯｘに対する触媒活性が低い不活性材料を用いて
いるため、Ｏ2 のポンピングによってＮＯｘ自体が内側
ポンプ電極６４上で分解される割合を著しく低下させる
ことができる。即ち、第２室６２にはＮＯｘの濃度に変
動のない被測定ガスが導入されることになる。
【０１２４】従って、被測定ガス中にＮＯ成分を含めた
場合において、そのＮＯ量に応じた起電力Ｖ２が、測定
用酸素分圧検出セル１００を構成する検出電極１０２と
基準電極７４との間に発生し、この起電力Ｖ２を検出す
ることによって、正確なＮＯ量を求めることができるこ
ととなる。
場合において、そのＮＯ量に応じた起電力Ｖ２が、測定
用酸素分圧検出セル１００を構成する検出電極１０２と
基準電極７４との間に発生し、この起電力Ｖ２を検出す
ることによって、正確なＮＯ量を求めることができるこ
ととなる。
【０１２５】なお、この発明に係るＮＯｘセンサは、上
述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱するこ
となく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱するこ
となく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【０１２６】
【発明の効果】本発明の窒素酸化物センサによれば、測
定値に対するオフセットを可及的に少なくすることがで
き、また、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの影響を受
けることなく、しかも、第１室における窒素酸化物の分
解反応が好適に抑制されているため、オフセット調整を
することなく、小型且つ安価な構成で高精度な窒素酸化
物の測定を行うことができる。なお、オフセット調整が
不要であるため、例えば、本発明の窒素酸化物センサを
自動車における排出ガスセンサとして適用した場合であ
っても、リアルタイムで窒素酸化物の濃度測定を行うこ
とができる。
定値に対するオフセットを可及的に少なくすることがで
き、また、被測定ガスに含まれる可燃性ガスの影響を受
けることなく、しかも、第１室における窒素酸化物の分
解反応が好適に抑制されているため、オフセット調整を
することなく、小型且つ安価な構成で高精度な窒素酸化
物の測定を行うことができる。なお、オフセット調整が
不要であるため、例えば、本発明の窒素酸化物センサを
自動車における排出ガスセンサとして適用した場合であ
っても、リアルタイムで窒素酸化物の濃度測定を行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るＮＯｘセンサを示す平
面図である。
面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線上の断面図である。
【図３】図３Ａは所定の酸素分圧に対するＣＯ濃度とポ
ンプ電流との関係図、図３Ｂは所定の酸素分圧に対する
Ｃ3 Ｈ8 濃度とポンプ電流との関係図、図３Ｃは所定の
酸素分圧に対するＨ2 濃度とポンプ電流との関係図であ
る。
ンプ電流との関係図、図３Ｂは所定の酸素分圧に対する
Ｃ3 Ｈ8 濃度とポンプ電流との関係図、図３Ｃは所定の
酸素分圧に対するＨ2 濃度とポンプ電流との関係図であ
る。
【図４】所定の酸素分圧に対するポンプ電流のオフセッ
トの関係図である。
トの関係図である。
【図５】第２の実施の形態に係るＮＯｘセンサを示す断
面図である。
面図である。
【図６】第３の実施の形態に係るＮＯｘセンサを示す断
面図である。
面図である。
【図７】第４の実施の形態に係るＮＯｘセンサを示す断
面図である。
面図である。
【図８】第４の実施の形態に係るＮＯｘセンサにおい
て、ＮＯ濃度の変化に対する測定用酸素分圧検出セルに
て発生する起電力の変化を示す特性図である。
て、ＮＯ濃度の変化に対する測定用酸素分圧検出セルに
て発生する起電力の変化を示す特性図である。
【図９】第４の実施の形態に係るＮＯｘセンサにおい
て、可燃性ガス濃度を０〜２０００ｐｐｍに変化させた
ときの測定用酸素分圧検出セルにて発生する起電力の変
化を示す特性図であり、実線は実施例の特性を示し、一
点鎖線は比較例の特性を示す。
て、可燃性ガス濃度を０〜２０００ｐｐｍに変化させた
ときの測定用酸素分圧検出セルにて発生する起電力の変
化を示す特性図であり、実線は実施例の特性を示し、一
点鎖線は比較例の特性を示す。
【図１０】従来技術に係るガス分析装置の断面構成図で
ある。
ある。
５０Ａ〜５０Ｄ…ＮＯｘセンサ ５２ａ…第１の
基板層 ５２ｂ…第２の基板層 ５２ｃ…第１の
スペーサ層 ５２ｄ…第１の固体電解質層 ５２ｅ…第２の
スペーサ層 ５２ｆ…第２の固体電解質層 ５４…基準ガス
導入空間 ５６…第１の拡散律速部 ５８…第２の拡
散律速部 ６０…第１室 ６２…第２室 ６４…内側ポンプ電極 ６６…外側ポン
プ電極 ６８…主ポンプセル ７０…可変電源 ７２…測定電極 ７４…基準電極 ７６…制御用酸素分圧検出セル ８０…検出電極 ８２…測定用ポンプセル ８８…ヒータ １００…測定用酸素分圧検出セル １０２…検出電
極 １１０…第３の拡散律速部 １１２…補助ポ
ンプセル １１４…補助ポンプ電極 １２０…補正用
酸素分圧検出セル １２２…補正用電極 １２６…フィー
ドバック制御系
基板層 ５２ｂ…第２の基板層 ５２ｃ…第１の
スペーサ層 ５２ｄ…第１の固体電解質層 ５２ｅ…第２の
スペーサ層 ５２ｆ…第２の固体電解質層 ５４…基準ガス
導入空間 ５６…第１の拡散律速部 ５８…第２の拡
散律速部 ６０…第１室 ６２…第２室 ６４…内側ポンプ電極 ６６…外側ポン
プ電極 ６８…主ポンプセル ７０…可変電源 ７２…測定電極 ７４…基準電極 ７６…制御用酸素分圧検出セル ８０…検出電極 ８２…測定用ポンプセル ８８…ヒータ １００…測定用酸素分圧検出セル １０２…検出電
極 １１０…第３の拡散律速部 １１２…補助ポ
ンプセル １１４…補助ポンプ電極 １２０…補正用
酸素分圧検出セル １２２…補正用電極 １２６…フィー
ドバック制御系
Claims (23)
- 【請求項１】外部空間に接する固体電解質と該固体電解
質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側ポンプ電
極とを有し、かつ、前記外部空間から導入された被測定
ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加される制御電
圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段と、 固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出電極と
前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形成さ
れた外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸素
を、前記内側検出電極と前記外側検出電極間に印加され
る測定用電圧に基づいてポンピング処理する測定用ポン
プ手段と、 前記測定用ポンプ手段によりポンピング処理される前記
酸素の量に応じて生じるポンプ電流を検出する電流検出
手段と、 前記主ポンプ手段のポンピング処理による酸素分圧が１
×１０-8ａｔｍ以上となるように前記制御電圧のレベル
を調整する主ポンプ制御手段とを具備し、前記電流検出
手段にて検出された前記ポンプ電流に基づいて前記被測
定ガス中の前記窒素酸化物を測定することを特徴とする
窒素酸化物センサ。 - 【請求項２】請求項１記載の窒素酸化物センサにおい
て、 前記測定用ポンプ手段は、前記内側検出電極及び外側検
出電極間に窒素酸化物を分解するのに十分な電圧を印加
し、あるいは該測定用ポンプ手段に配設された窒素酸化
物分解触媒のいずれか、あるいは両方の作用によって生
成した酸素を、前記内側検出電極及び外側検出電極間に
印加される測定用制御電圧に基づいてポンピング処理す
ることを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項３】外部空間に接する固体電解質と該固体電解
質の内外に形成された内側ポンプ電極及び外側ポンプ電
極とを有し、かつ、前記外部空間から導入された被測定
ガスに含まれる酸素を、前記電極間に印加される制御電
圧に基づいてポンピング処理する主ポンプ手段と、 固体電解質と該固体電解質に形成された内側検出電極と
前記固体電解質の前記内側検出電極とは反対側に形成さ
れた外側検出電極とを有し、かつ、前記主ポンプ手段に
てポンピング処理された後の被測定ガスに含まれる酸素
の量と前記外側検出電極側のガスに含まれる酸素の量と
の差に応じた起電力を発生する濃度検出手段と、 前記濃度検出手段により発生する前記起電力を検出する
電圧検出手段と、 前記主ポンプ手段のポンピング処理による酸素分圧が１
×１０-8ａｔｍ以上となるように前記制御電圧のレベル
を調整する主ポンプ制御手段とを具備し、 前記電圧検出手段にて検出された前記起電力に基づいて
被測定ガス中の窒素酸化物を測定することを特徴とする
窒素酸化物センサ。 - 【請求項４】請求項３記載の窒素酸化物センサにおい
て、 前記濃度検出手段は、該濃度検出手段に配設された窒素
酸化物分解触媒の作用によって生成された酸素と前記外
側検出電極側のガスに含まれる酸素との分圧差に応じた
酸素濃淡電池起電力を発生することを特徴とする窒素酸
化物センサ。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒素
酸化物センサにおいて、 固体電解質と前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ
電極と対向するように、あるいは同一平面上に前記固体
電解質に形成された内側測定電極と前記固体電解質の前
記内側測定電極とは反対側に形成された外側測定電極と
を有し、かつ、前記主ポンプ手段のポンピング処理によ
る酸素分圧と前記基準酸素分圧との差に応じて生じる酸
素濃淡電池起電力を測定する濃度測定手段が設けられ、 前記主ポンプ制御手段は、前記濃度測定手段にて検出さ
れた起電力に基づいて前記主ポンプ手段における前記制
御電圧を調整することを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒素
酸化物センサにおいて、 前記内側検出電極の近傍に形成された補助ポンプ電極を
有し、かつ、前記主ポンプ手段にてポンピング処理され
た後の被測定ガスに含まれる酸素を、前記補助ポンプ電
極と前記外側検出電極間に印加される電圧に基づいて前
記ポンピング処理する補助ポンプ手段を有することを特
徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒素
酸化物センサにおいて、 前記主ポンプ手段における前記内側ポンプ電極が窒素酸
化物に対する触媒活性の低い不活性材料からなることを
特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項８】請求項７記載の窒素酸化物センサにおい
て、 前記不活性材料は、Ａｕ又はＡｕを添加した貴金属とセ
ラミックスとのサーメットであることを特徴とする窒素
酸化物センサ。 - 【請求項９】請求項８記載の窒素酸化物センサにおい
て、 前記不活性材料は、ペロブスカイト型構造を有する材料
であることを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒
素酸化物センサにおいて、 前記主ポンプ手段によって制御される酸素分圧が１×１
０-8〜１．７×１０-4ａｔｍであることを特徴とする窒
素酸化物センサ。 - 【請求項１１】請求項１０記載の窒素酸化物センサにお
いて、 前記主ポンプ手段によって制御される酸素分圧が１×１
０-8〜３．５×１０-5ａｔｍであることを特徴とする窒
素酸化物センサ。 - 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれか１項に記載の
窒素酸化物センサにおいて、 前記主ポンプ手段における前記制御電圧は、前記窒素酸
化物であるＮＯに対するＮＯ2 の検出感度が８０％〜１
２０％となるように、前記主ポンプ手段によって制御さ
れる酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となる電圧に設定
されることを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項１３】請求項１２記載の窒素酸化物センサにお
いて、 前記主ポンプ手段における前記制御電圧は、前記窒素酸
化物であるＮＯに対するＮＯ2 の検出感度が９０％〜１
１０％となるように、前記主ポンプ手段によって制御さ
れる酸素分圧が１×１０-8ａｔｍ以上となる電圧に設定
されることを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項１４】請求項５〜１３のいずれか１項に記載の
窒素酸化物センサにおいて、 前記外側測定電極は、基準ガスが導入される空間に露呈
する位置に配設されていることを特徴とする窒素酸化物
センサ。 - 【請求項１５】請求項５〜１４のいずれか１項に記載の
窒素酸化物センサにおいて、 前記外側測定電極は、前記外側検出電極と共通に構成さ
れていることを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項１６】請求項１〜１５のいずれか１項に記載の
窒素酸化物センサにおいて、 前記主ポンプ手段は、固体電解質からなる基体にて囲ま
れ、かつ、前記被測定ガスが導入される第１室の内外に
形成された前記内側ポンプ電極及び前記外側ポンプ電極
と、 これら両電極にて挟まれた前記基体を有することを特徴
とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項１７】請求項１、２、５〜１６のいずれか１項
に記載の窒素酸化物センサにおいて、 前記測定用ポンプ手段は、固体電解質からなる基体にて
囲まれ、かつ前記主ポンプ手段にてポンピング処理され
た後の被測定ガスが導入される第２室内に形成された検
出電極と、 固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ、基準ガスが
導入される基準ガス導入室に形成された基準電極と、 前記検出電極と前記基準電極にて挟まれた前記基体を有
することを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項１８】請求項３〜１６のいずれか１項に記載の
窒素酸化物センサにおいて、 前記濃度検出手段は、固体電解質からなる基体にて囲ま
れ、かつ、前記主ポンプ手段にてポンピング処理された
後の被測定ガスが導入される第２室内に形成された検出
電極と、 固体電解質からなる基体にて囲まれ、かつ、基準ガスが
導入される基準ガス導入室に形成された基準電極と、 前記検出電極と前記基準電極にて挟まれた前記基体を有
することを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項１９】請求項１６〜１８のいずれか１項に記載
の窒素酸化物センサにおいて、 前記外部空間における前記被測定ガスの前記第１室への
導入経路に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を
付与する第１の拡散律速部が設けられ、 前記主ポンプ手段にてポンピング処理された後の前記被
測定ガスの前記第２室への導入経路に、前記被測定ガス
に対して所定の拡散抵抗を付与する第２の拡散律速部が
設けられていることを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項２０】請求項１９記載の窒素酸化物センサにお
いて、 前記第２室における前記被測定ガスの前記検出電極への
進入経路に、前記被測定ガスに対して所定の拡散抵抗を
付与する第３の拡散律速部が設けられていることを特徴
とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項２１】請求項１６〜２０のいずれか１項に記載
の窒素酸化物センサにおいて、 前記第１室及び前記第２室を構成する前記各基体を所定
温度に加熱する加熱手段を有することを特徴とする窒素
酸化物センサ。 - 【請求項２２】請求項２１記載の窒素酸化物センサにお
いて、 前記加熱手段は、前記第１室の前記基体を４００℃〜９
００℃に加熱し、前記第２室の前記基体を７００℃〜９
００℃に加熱することを特徴とする窒素酸化物センサ。 - 【請求項２３】請求項２、４〜２２のいずれか１項に記
載の窒素酸化物センサにおいて、 前記窒素酸化物分解触媒は、Ｒｈサーメットであること
を特徴とする窒素酸化物センサ。
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