JPS59228155A - ヒ−タ−付き感ガスセンサ− - Google Patents
ヒ−タ−付き感ガスセンサ−Info
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- JPS59228155A JPS59228155A JP10462283A JP10462283A JPS59228155A JP S59228155 A JPS59228155 A JP S59228155A JP 10462283 A JP10462283 A JP 10462283A JP 10462283 A JP10462283 A JP 10462283A JP S59228155 A JPS59228155 A JP S59228155A
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- JP
- Japan
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- gas
- heater
- resistor
- sensor
- sensitive
- Prior art date
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- Pending
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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
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
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- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[技術分野]
本発明は、感ガスセンサー、詳しくは感ガスセンサーの
感ガス素子を加熱するヒーター付きの感ガスセンサーに
関するものである。
感ガス素子を加熱するヒーター付きの感ガスセンサーに
関するものである。
[従来技術]
一般に、感ガスセンサーとしては、半導体式と接触燃焼
式の二つに大別される。
式の二つに大別される。
半導体式の感ガスセンサーは半導体にガスが接触した場
合、半導体の電気抵抗が変化するといった性質を利用し
てガスの存在、あるいはその1li1度を検知するもの
である。
合、半導体の電気抵抗が変化するといった性質を利用し
てガスの存在、あるいはその1li1度を検知するもの
である。
一方、接触燃焼式の感ガスレン勺−は、白金線上に触媒
を配し、その触媒にガスを接触させIζ結果生ずる反応
(燃焼)熱にJ:る温度」二昇を白金線の電気抵抗変化
を利用して捉え、ガスの存在、あるいはその111度を
検出覆るものである。
を配し、その触媒にガスを接触させIζ結果生ずる反応
(燃焼)熱にJ:る温度」二昇を白金線の電気抵抗変化
を利用して捉え、ガスの存在、あるいはその111度を
検出覆るものである。
また、5nOz、2110、−rio2、coo等の酸
化物半導体を用いた感ガスセンサーは、その使用される
温度条件、担持触媒の種類を選択することにより、特定
のガスの検出対象とする感ガスセンサー、例えばプロパ
ンガスセン1ノ゛−1COセンザー、02センサーある
いは湿度センサーと1ノで利用される。
化物半導体を用いた感ガスセンサーは、その使用される
温度条件、担持触媒の種類を選択することにより、特定
のガスの検出対象とする感ガスセンサー、例えばプロパ
ンガスセン1ノ゛−1COセンザー、02センサーある
いは湿度センサーと1ノで利用される。
そして、このような感ガスセンサーには、しばしばヒー
ターを付与されることが多い1.ぞの理由としては、付
着した汚れを焼き切ったり、汚れがつきにククシたり、
あるいは感ガス素子の活性を高める為に使われる。
ターを付与されることが多い1.ぞの理由としては、付
着した汚れを焼き切ったり、汚れがつきにククシたり、
あるいは感ガス素子の活性を高める為に使われる。
感ガス素子の抵抗変化を検知する為には、外部電源より
既知の電圧を印加し、流れる電流を比較抵抗の電圧変化
とし゛C検知することが便利である。
既知の電圧を印加し、流れる電流を比較抵抗の電圧変化
とし゛C検知することが便利である。
従来、この感ガス素子に印加される電源電圧と、ヒータ
ー用に使われる電源電圧は必ずしも一致せず、2種の電
源を必要とすることが多く、それだけ装置のコストを高
くする問題があっl〔。
ー用に使われる電源電圧は必ずしも一致せず、2種の電
源を必要とすることが多く、それだけ装置のコストを高
くする問題があっl〔。
例えば、自動車排ガス用02センυ−においては、]川
用2、C00,5nOz等の酸化物ト)0体の抵抗変化
を知ることにより、’41Fガス絹成が理論空燃比より
高いか又は低いかを知ることができ、センサー出力(電
気信号)をエンジンシステムヘフィードバックすること
により、排ガス組成を理論空燃比付近の狭い範囲にコン
トロールすることを可能とし、三元触媒を効率よく働か
せる排ガス状態に空燃比をコント[コールし、エンジン
排ガスをよりクリーンに保つことを可能にしている。こ
の場合、02センサーは、エンジン冷間時等の排ガス温
度が400℃以下では安定した作動を行なわないことか
ら、02センサーにヒーターをつけるのが望ましいとさ
れている。しかるにヒーター用電源としてはバッテリー
電源(12■又は24V)を流用づるのが便利であり、
且つヒーター設削上望ましい。一方、02 tン]ノ゛
−用ガス感応素子の抵抗検出用電源は、素子の耐久性上
1〜5Vが望ましく、この場合2種の電源が必要であっ
た。
用2、C00,5nOz等の酸化物ト)0体の抵抗変化
を知ることにより、’41Fガス絹成が理論空燃比より
高いか又は低いかを知ることができ、センサー出力(電
気信号)をエンジンシステムヘフィードバックすること
により、排ガス組成を理論空燃比付近の狭い範囲にコン
トロールすることを可能とし、三元触媒を効率よく働か
せる排ガス状態に空燃比をコント[コールし、エンジン
排ガスをよりクリーンに保つことを可能にしている。こ
の場合、02センサーは、エンジン冷間時等の排ガス温
度が400℃以下では安定した作動を行なわないことか
ら、02センサーにヒーターをつけるのが望ましいとさ
れている。しかるにヒーター用電源としてはバッテリー
電源(12■又は24V)を流用づるのが便利であり、
且つヒーター設削上望ましい。一方、02 tン]ノ゛
−用ガス感応素子の抵抗検出用電源は、素子の耐久性上
1〜5Vが望ましく、この場合2種の電源が必要であっ
た。
更に、以上のような抵抗変化を検出する感ガス素子を使
う場合のもう一つの問題として、感ガス素子自身の抵抗
値に湿度依存性を有する点が挙げられる。即ち、測定さ
れた抵抗値にはガス濃度にJ:るものと、温度によるも
のとが混在しており、広い渇匪範囲で使用する場合、セ
ンサーの検出精度を悪くする。この為、ガス感応素子に
加えて温度補償素子を使用し、湿度依存性を小さくづる
ことがなされているが、おのずとセンサー出力1−は高
くなる。
う場合のもう一つの問題として、感ガス素子自身の抵抗
値に湿度依存性を有する点が挙げられる。即ち、測定さ
れた抵抗値にはガス濃度にJ:るものと、温度によるも
のとが混在しており、広い渇匪範囲で使用する場合、セ
ンサーの検出精度を悪くする。この為、ガス感応素子に
加えて温度補償素子を使用し、湿度依存性を小さくづる
ことがなされているが、おのずとセンサー出力1−は高
くなる。
[発明の目的コ
本発明の第1の目的は、本発明者等が間発し、先に開示
した、セラミック碍管中にメタライズ技術を応用したセ
ラミックヒータ−を感ガス素子に応用することにより低
温活性のよい感ガスはンサー、即ち特願11151−8
6868号にて、フルミナセラミック碍管の表面に、公
知の厚膜メタライズ法によりタングステンを主体とし1
=ヒーターパターンを印刷したアルミナグリーンラーー
プ(アルミナと有機樹脂とを混合して作ったフレー1シ
ブルテープ)を貼り合わせ、高温還元雰■1気下で焼結
したセラミックヒータ−を用いた感ガスレン(J−に、
当該セラミックヒータ−のヒーターパターンに並列に電
圧分割用抵抗パターンを設け、これにより、センサー用
の電圧を取り出すようにし、−一電源で使用を可能にし
たヒーターイマ1き感がスレンサーを提供づることにあ
る。
した、セラミック碍管中にメタライズ技術を応用したセ
ラミックヒータ−を感ガス素子に応用することにより低
温活性のよい感ガスはンサー、即ち特願11151−8
6868号にて、フルミナセラミック碍管の表面に、公
知の厚膜メタライズ法によりタングステンを主体とし1
=ヒーターパターンを印刷したアルミナグリーンラーー
プ(アルミナと有機樹脂とを混合して作ったフレー1シ
ブルテープ)を貼り合わせ、高温還元雰■1気下で焼結
したセラミックヒータ−を用いた感ガスレン(J−に、
当該セラミックヒータ−のヒーターパターンに並列に電
圧分割用抵抗パターンを設け、これにより、センサー用
の電圧を取り出すようにし、−一電源で使用を可能にし
たヒーターイマ1き感がスレンサーを提供づることにあ
る。
更に、第2の目的は、前記電圧分割用抵抗パターンの電
圧分割点とヒーター用抵抗パターンのレイアウトを変え
両者の間に温度差を設けると、タングステンメタライズ
は正の抵抗一温度係数を有する為、分割された電圧を温
度により変えることができ、この出カ一温度特性に感ガ
ス素子の固有の温度−出力特性と相反する傾向を持たせ
ることにより、感ガス素子の湿度依存性を減じることを
可能にしたヒーター付き感ガスセンサーを提供すること
にある。
圧分割点とヒーター用抵抗パターンのレイアウトを変え
両者の間に温度差を設けると、タングステンメタライズ
は正の抵抗一温度係数を有する為、分割された電圧を温
度により変えることができ、この出カ一温度特性に感ガ
ス素子の固有の温度−出力特性と相反する傾向を持たせ
ることにより、感ガス素子の湿度依存性を減じることを
可能にしたヒーター付き感ガスセンサーを提供すること
にある。
[発明の構成1
かかる目的を達成するための第1の発明の構成は、
ガス成分およびその温度によって電気抵抗値の変化づる
感ガス素子と、 該感ガス素子を保持するセラミック担体と該セラミック
担体に、該感ガス素子を加熱するヒーター用抵抗と、該
ヒーター用抵抗に印加される春雷m電圧を分割する電圧
分割用抵抗とを備えたことを特徴と1゛るヒーター付き
感ガスセンサーを要旨とし又いる。
感ガス素子と、 該感ガス素子を保持するセラミック担体と該セラミック
担体に、該感ガス素子を加熱するヒーター用抵抗と、該
ヒーター用抵抗に印加される春雷m電圧を分割する電圧
分割用抵抗とを備えたことを特徴と1゛るヒーター付き
感ガスセンサーを要旨とし又いる。
更に、第2の発明の構成は、」:記第1の発明において
、 電圧分割用抵抗と直列に正の温19特牲をイJ”lる温
度補償用抵抗を備え、 該ヒーター用抵抗と、該温度補償用抵抗との間に温度差
が生ずるよう、両者を所定長隔離しく設けたことを特徴
とするヒーター付き感ガスセン勺−を要旨としでいる。
、 電圧分割用抵抗と直列に正の温19特牲をイJ”lる温
度補償用抵抗を備え、 該ヒーター用抵抗と、該温度補償用抵抗との間に温度差
が生ずるよう、両者を所定長隔離しく設けたことを特徴
とするヒーター付き感ガスセン勺−を要旨としでいる。
[実施例]
以下に本発明を、実施例を挙げて図面とJしに説明する
。
。
まず、第1図は、本発明の実施例に用いられるヒーター
用抵抗と電圧分割用抵抗のプリントパターン1を表わし
ている。
用抵抗と電圧分割用抵抗のプリントパターン1を表わし
ている。
図において、3はアルミナ粉末と1チラール樹脂とを混
合した300μ厚のグリーンテープ、5はグリーンテー
プ3上タングステン粉末をエチルセルロース樹脂に混合
したメタライズベースI−により印刷されたヒーター用
抵抗、7はタングステン粉末若しくはタングステン粉末
にモリブデン又はアルミナを加えたエチルセルロース樹
脂のメタライズペーストににっで印刷された電圧分割用
抵抗を表わしている。イして9a 、9b 19cは同
じくメタライズペーストにて印刷された電極、11は電
極9Cからのリード線パターンが接続される電圧分割用
抵抗7の分割点を表わしている。尚1、 第2図の回路
図において、前述の電l1j9a 、 9cはそれぞれ
ヒーター用抵抗5のパターンに接続される電源供給用の
端子A、Cを、電極9bは分割された電圧の出力用の端
子Bを、分割点11は接続点Eを表わし、ヒーター用抵
抗5の抵抗値はR1、電極9a−9b間の抵抗値はR2
、電極9b−9a間の抵抗値はR3、そしてヒーター用
抵抗5の発熱部分を特にGとしで表わしている。
合した300μ厚のグリーンテープ、5はグリーンテー
プ3上タングステン粉末をエチルセルロース樹脂に混合
したメタライズベースI−により印刷されたヒーター用
抵抗、7はタングステン粉末若しくはタングステン粉末
にモリブデン又はアルミナを加えたエチルセルロース樹
脂のメタライズペーストににっで印刷された電圧分割用
抵抗を表わしている。イして9a 、9b 19cは同
じくメタライズペーストにて印刷された電極、11は電
極9Cからのリード線パターンが接続される電圧分割用
抵抗7の分割点を表わしている。尚1、 第2図の回路
図において、前述の電l1j9a 、 9cはそれぞれ
ヒーター用抵抗5のパターンに接続される電源供給用の
端子A、Cを、電極9bは分割された電圧の出力用の端
子Bを、分割点11は接続点Eを表わし、ヒーター用抵
抗5の抵抗値はR1、電極9a−9b間の抵抗値はR2
、電極9b−9a間の抵抗値はR3、そしてヒーター用
抵抗5の発熱部分を特にGとしで表わしている。
そしてこの様に構成された、各抵抗、電極パターンをプ
リントされたグリーンテープ3は、第3図および第4図
で示す如き外径l+(5Φ)内部に12 (0,8Φ)
の4ケの孔13を有し、アルミナ粉末とブチラール樹脂
によつ゛(成形されたレラミツク担体としての碍管15
上に巻き付は加湿水素ガス中にて1500℃にて焼成し
、グリーンテープ3と碍管15と完全に一体に焼結され
る。
リントされたグリーンテープ3は、第3図および第4図
で示す如き外径l+(5Φ)内部に12 (0,8Φ)
の4ケの孔13を有し、アルミナ粉末とブチラール樹脂
によつ゛(成形されたレラミツク担体としての碍管15
上に巻き付は加湿水素ガス中にて1500℃にて焼成し
、グリーンテープ3と碍管15と完全に一体に焼結され
る。
また、本実施例においては酸化物産イト体を用いた感ガ
ス素子としては、本願発明者等によって開発され開示さ
れた、特開昭56−350711B号公報の如き、チタ
ニアを用いた感ガス素子、即1う、第5図で示す比表面
積0.51τr/g以上のルチル型チタニア粉末に比表
面積1 @/g以」−の白金ブラックを混合し、2本の
電極線17a、17bを挿入してペレット状に成形し、
600〜1100℃の酸化雰囲気で焼成し、ついで不活
性ガス雰囲気中で焼成したチタニア素子19が用いられ
ていいる。
ス素子としては、本願発明者等によって開発され開示さ
れた、特開昭56−350711B号公報の如き、チタ
ニアを用いた感ガス素子、即1う、第5図で示す比表面
積0.51τr/g以上のルチル型チタニア粉末に比表
面積1 @/g以」−の白金ブラックを混合し、2本の
電極線17a、17bを挿入してペレット状に成形し、
600〜1100℃の酸化雰囲気で焼成し、ついで不活
性ガス雰囲気中で焼成したチタニア素子19が用いられ
ていいる。
又、本実施例においてはチタニア素子19出力電圧の湿
度補償を行なう為に、同様に本願発明名等の開発し、既
に開示した、特開昭56−37269号公報の如きサー
ミスタ、即ち第6図で示す(X) Cr 20g −(
Y) V205− (Z) 1−iO2で表わされる三
成分系組成図において、X=99.5 Y=0.5
Z=Oの点α1X=70 Y=30 Z=Oの点
α2X=0.5 Y=30 Z=69.5(7)点
α3X=0.5 Y=0.5 Z=99.0の点α
4を結ぶ線分によって形成されIこ四角形α1、α2、
α3、α4の面栢内の組成の粉末成形物又は該組成物1
001吊部とAizOa、St 02、CaO1Ba
O,MgO及びMn0zの中から選ばれた1種以上が2
0重印部以下とよりなる粉末を、第7図に示1ように、
2本の電極線21a、21bを平行に挿入しペレッ1〜
状に成形し、該成形物を1600℃以下の不活性ガス雰
囲気で焼成したサーミスタが用いられている。
度補償を行なう為に、同様に本願発明名等の開発し、既
に開示した、特開昭56−37269号公報の如きサー
ミスタ、即ち第6図で示す(X) Cr 20g −(
Y) V205− (Z) 1−iO2で表わされる三
成分系組成図において、X=99.5 Y=0.5
Z=Oの点α1X=70 Y=30 Z=Oの点
α2X=0.5 Y=30 Z=69.5(7)点
α3X=0.5 Y=0.5 Z=99.0の点α
4を結ぶ線分によって形成されIこ四角形α1、α2、
α3、α4の面栢内の組成の粉末成形物又は該組成物1
001吊部とAizOa、St 02、CaO1Ba
O,MgO及びMn0zの中から選ばれた1種以上が2
0重印部以下とよりなる粉末を、第7図に示1ように、
2本の電極線21a、21bを平行に挿入しペレッ1〜
状に成形し、該成形物を1600℃以下の不活性ガス雰
囲気で焼成したサーミスタが用いられている。
次に、第8図は本実施例のヒーター付き感ガスセンザー
(以下、中にセンサーとも呼ぶ)25の全体の構成を表
わし、図において、27は金属製のチューブよりなる外
側ケース、29は外側ケース27内に嵌着もしくは螺合
される金属製の継手、3コは継手29の一端に嵌着され
、図示せぬ被測定装置にレンツ−25を固定する為のね
じ33が刻設された主金具、35は主金具31に′TI
嵌されたガスケツl−137はステンレス等でつくられ
、ガス尋入孔39を有し、主金具35に嵌楕されたセン
サ−25先端部保護用のカバー、41i1 ’Jいし4
1cはリード線を表わし、リード線41 a LJ:4
3で示1部分にて二本のニッケル線にろうイ]りされ、
その内の一本のニッケルF+!4.5は3つの穴を有す
る絶縁性のプレー1−46の穴を通って電極9aに、他
の一本のニッケル線47は同様にプレー1〜46を介し
て、第9図に示づように、Ir’、I管15内の孔13
に挿通され、碍管15先端にチタニア素子19と平行に
耐熱性のセメン1〜にて固定されたサーミスタ23の一
つの電極線21aにろう付けされている。また、リード
141bは=19’r示1部分′c=本のニッケル線4
9.51にろうイ・]けされ、同ニッケル線49.51
は、プレー1−46を介し−C夫々碍管15内の孔13
に挿通されチタニア素子19の一方の電極線17aとυ
−ミスタ23の一方の電極線21bとにろう付けされ、
リード線410は53で示1部分にてニッケル線55に
ろう付けされ、ニッケル線55は電極9Cにろう付けさ
れている。またプリントパターン1の電4ai9 bに
鵠ニッケル線57がろう付けされ、ニッケル線57はプ
レート46を介して、碍管15の孔13に挿通され、チ
タニア素子19の電極線17bにろう付けされている。
(以下、中にセンサーとも呼ぶ)25の全体の構成を表
わし、図において、27は金属製のチューブよりなる外
側ケース、29は外側ケース27内に嵌着もしくは螺合
される金属製の継手、3コは継手29の一端に嵌着され
、図示せぬ被測定装置にレンツ−25を固定する為のね
じ33が刻設された主金具、35は主金具31に′TI
嵌されたガスケツl−137はステンレス等でつくられ
、ガス尋入孔39を有し、主金具35に嵌楕されたセン
サ−25先端部保護用のカバー、41i1 ’Jいし4
1cはリード線を表わし、リード線41 a LJ:4
3で示1部分にて二本のニッケル線にろうイ]りされ、
その内の一本のニッケルF+!4.5は3つの穴を有す
る絶縁性のプレー1−46の穴を通って電極9aに、他
の一本のニッケル線47は同様にプレー1〜46を介し
て、第9図に示づように、Ir’、I管15内の孔13
に挿通され、碍管15先端にチタニア素子19と平行に
耐熱性のセメン1〜にて固定されたサーミスタ23の一
つの電極線21aにろう付けされている。また、リード
141bは=19’r示1部分′c=本のニッケル線4
9.51にろうイ・]けされ、同ニッケル線49.51
は、プレー1−46を介し−C夫々碍管15内の孔13
に挿通されチタニア素子19の一方の電極線17aとυ
−ミスタ23の一方の電極線21bとにろう付けされ、
リード線410は53で示1部分にてニッケル線55に
ろう付けされ、ニッケル線55は電極9Cにろう付けさ
れている。またプリントパターン1の電4ai9 bに
鵠ニッケル線57がろう付けされ、ニッケル線57はプ
レート46を介して、碍管15の孔13に挿通され、チ
タニア素子19の電極線17bにろう付けされている。
尚、第9図は各ニッケル線とチタニア素子19、サーミ
スタ23との接続状態を模式的に示した斜視図を表わし
ている。
スタ23との接続状態を模式的に示した斜視図を表わし
ている。
更にニッケル線45.47、/1.9.51及び57の
挿通された碍管15は主金具31の軸芯に嵌挿され、継
手29内に耐熱性のセメント59にて固定され、リード
a 41 aないし41cは、電気的絶縁性を右するシ
リコン樹脂61にて外側ケース27内で相互に絶縁され
固定されている。そしてリード1141a、41cにバ
ッテリー(12V)より電源が供給されセンサー25出
力はリード線41bにより外部に導かれる。
挿通された碍管15は主金具31の軸芯に嵌挿され、継
手29内に耐熱性のセメント59にて固定され、リード
a 41 aないし41cは、電気的絶縁性を右するシ
リコン樹脂61にて外側ケース27内で相互に絶縁され
固定されている。そしてリード1141a、41cにバ
ッテリー(12V)より電源が供給されセンサー25出
力はリード線41bにより外部に導かれる。
したがって、使用状態に43ける結線図は第10図のよ
うになり、この場合抵抗IL+、Rz 、 Raの値は
各々6.5,65Ωどされ(いる。
うになり、この場合抵抗IL+、Rz 、 Raの値は
各々6.5,65Ωどされ(いる。
以上のように4v成されたセンサー25を用いた場合の
実験結果を以下に述べる。
実験結果を以下に述べる。
まず、センサー25を2立のEFI(電子式燃料噴射)
制御のエンジンの021!ンリー−によるフィードバッ
クシステム中に装着した。
制御のエンジンの021!ンリー−によるフィードバッ
クシステム中に装着した。
(非ガス温I6250℃のとぎ、チタニア素子19は4
20℃に保温され安定なフィードバックが可能であった
。このとき第2図中B−Δ間には1vの出力が出ており
、その結果!’!10図中センサー出力Voは排ガスが
リッチ(空燃比Δ/ F < 14 。
20℃に保温され安定なフィードバックが可能であった
。このとき第2図中B−Δ間には1vの出力が出ており
、その結果!’!10図中センサー出力Voは排ガスが
リッチ(空燃比Δ/ F < 14 。
6)の場合的1v、リーン(Δ/F>14.6)の場合
的OVと通常のフィードバックシステムにとって都合の
良い出力変化が得られた。そして、フィードバック系の
発振周波数は アイドリンク時、排ガス温250℃のとき0゜3 Hz
、そして200Or、p、m、、fJlガス調450℃
のとき1.6Hz と良好な制御が行なわれた。(周波数が高い稈、制御が
安定となる。)尚、比較量として用いたヒーターのない
センサ゛−ではアイドリング時の250℃ではセン→ノ
ー25の活性が不足しフィードバック制御が不可能であ
った。このように本実施例のセンサー25は、低温から
高温領域に至るまで安定した制御が可能であり、外部電
源も一種類で良く、センサー25のリード線も従来のヒ
ーター句ぎセンサーが5本であったのを3本に減らずこ
とが可能となっ700以上の実験値をプロワ!〜したグ
ラフを第11図に本実施例を実線で、比較量を破線で示
す。
的OVと通常のフィードバックシステムにとって都合の
良い出力変化が得られた。そして、フィードバック系の
発振周波数は アイドリンク時、排ガス温250℃のとき0゜3 Hz
、そして200Or、p、m、、fJlガス調450℃
のとき1.6Hz と良好な制御が行なわれた。(周波数が高い稈、制御が
安定となる。)尚、比較量として用いたヒーターのない
センサ゛−ではアイドリング時の250℃ではセン→ノ
ー25の活性が不足しフィードバック制御が不可能であ
った。このように本実施例のセンサー25は、低温から
高温領域に至るまで安定した制御が可能であり、外部電
源も一種類で良く、センサー25のリード線も従来のヒ
ーター句ぎセンサーが5本であったのを3本に減らずこ
とが可能となっ700以上の実験値をプロワ!〜したグ
ラフを第11図に本実施例を実線で、比較量を破線で示
す。
次に本発明の第2実施例について説明づる。
本実施例においては、前述実施例のサーミスタ23を省
き、代りに50にΩの抵抗Reを設Cノで第12図の如
ぎ結線図に示す構成にされている。
き、代りに50にΩの抵抗Reを設Cノで第12図の如
ぎ結線図に示す構成にされている。
その他の構成は前述実施例と同様である。
本実施例を第1実施例と同様の条件下でテストを行なっ
た結果、排ガス温250℃のとき、排ガスがリッチの場
合は約0.8V、リーンの場合約OVとほぼ満足の得ら
れる結果が14られた。また、排ガス湿度が高くなると
、リッヂの場合′の出力は約0.9Vと向上するものの
り一ンの場合の出力が上昇し、排ガス湿度800℃で約
0.4Vとなり、作動範囲が第1実施例に比べやや狭く
イするものの実用には耐えられる。尚、以上の実験bT
jを第11図中に一点鎖線にで示す。
た結果、排ガス温250℃のとき、排ガスがリッチの場
合は約0.8V、リーンの場合約OVとほぼ満足の得ら
れる結果が14られた。また、排ガス湿度が高くなると
、リッヂの場合′の出力は約0.9Vと向上するものの
り一ンの場合の出力が上昇し、排ガス湿度800℃で約
0.4Vとなり、作動範囲が第1実施例に比べやや狭く
イするものの実用には耐えられる。尚、以上の実験bT
jを第11図中に一点鎖線にで示す。
本実施例の如くサーミスタを固定抵抗Rcに安えると、
排ガスが高温のときリーン時の出力がa%くなる。この
理由を説明する為に、第13図としてヂタニ)′素子の
リッチ・リーン時の内部抵抗(センサー抵抗)を示J0 排ガス高温時には、リーンの場合のセンリ゛−低抗(第
13図中破線で示す。)が固定抵抗Rc50 KΩ〈実
線)に比べ低い。しかし、センサー−出力は比較抵抗(
固定抵抗RC)とセンサー抵抗との比(比較抵抗/全抵
抗)で決まる為、リーン時の出力が高くなる。低温時に
は、リッチの場合のセンサー抵抗は破線のように急激に
高くなる。これは素子の感ガス特性が急におちる為であ
る。、従って第1実施例中、比較量として示したヒータ
ーのないセンサーのリッチ時の出力は250℃では急激
に落ちる。
排ガスが高温のときリーン時の出力がa%くなる。この
理由を説明する為に、第13図としてヂタニ)′素子の
リッチ・リーン時の内部抵抗(センサー抵抗)を示J0 排ガス高温時には、リーンの場合のセンリ゛−低抗(第
13図中破線で示す。)が固定抵抗Rc50 KΩ〈実
線)に比べ低い。しかし、センサー−出力は比較抵抗(
固定抵抗RC)とセンサー抵抗との比(比較抵抗/全抵
抗)で決まる為、リーン時の出力が高くなる。低温時に
は、リッチの場合のセンサー抵抗は破線のように急激に
高くなる。これは素子の感ガス特性が急におちる為であ
る。、従って第1実施例中、比較量として示したヒータ
ーのないセンサーのリッチ時の出力は250℃では急激
に落ちる。
以上、第1実施例、第2実施例にて説明したようにヒー
ターをつりだ場合、ヒーターの熱により低温時の感ガス
特性は悪くならず、排ガス低温時にリッチ時のセン1ノ
ー−抵抗の上昇が抑制されることが理解できる。
ターをつりだ場合、ヒーターの熱により低温時の感ガス
特性は悪くならず、排ガス低温時にリッチ時のセン1ノ
ー−抵抗の上昇が抑制されることが理解できる。
次に、前述実施例のプリントパターン1を変えた第2の
発明に対づる実施例を第3実施例、第4実施例として説
明する。
発明に対づる実施例を第3実施例、第4実施例として説
明する。
第14図は、第3実施例のプリントパターン1−1を表
わし、第1実施例と比べ、電圧分割用抵抗7の電極9a
、、9cへの接続を、ヒーター用抵抗5の幅広部分の中
程の点、即ち63a 、63bで示す接続点で行ない、
更に分割点を64で示す位置に変更した場合を示してい
る。
わし、第1実施例と比べ、電圧分割用抵抗7の電極9a
、、9cへの接続を、ヒーター用抵抗5の幅広部分の中
程の点、即ち63a 、63bで示す接続点で行ない、
更に分割点を64で示す位置に変更した場合を示してい
る。
また第15図は、第4実施例のプリントパターン1−2
を表わし、第1実施例と比べ、電圧分割用抵抗7の電極
9a 、9cへの接続を、ヒーター用抵抗5の発熱部分
G近くに、即ち65a 、65bで示す接続点で行ない
、更に分割点を64で示す位置に変更した場合を示して
いる。
を表わし、第1実施例と比べ、電圧分割用抵抗7の電極
9a 、9cへの接続を、ヒーター用抵抗5の発熱部分
G近くに、即ち65a 、65bで示す接続点で行ない
、更に分割点を64で示す位置に変更した場合を示して
いる。
第3実施例、第4実施例のプリン1−パターン1−1.
1−2を第2図同様に回路図で示づ之、第16図の如く
なる。
1−2を第2図同様に回路図で示づ之、第16図の如く
なる。
即ち、電極9a 、9cへの接続を変更した為に、第2
図に比べ、Ra、R5で示づよう新たな抵抗が加わった
ことになる。
図に比べ、Ra、R5で示づよう新たな抵抗が加わった
ことになる。
この様な第16図で示す回路図のAC間にバッテリー電
圧11Vを印加した場合、電圧分割用抵抗7の抵抗値が
以下の表1の如く変わり、また排ガス湿度の変化により
、チタニア累:j’ 19へ印加される[3−A間電圧
は第17図に示づように変わる。尚、比較の為、表1及
び第17図中には第1実施例の場合も共に示している。
圧11Vを印加した場合、電圧分割用抵抗7の抵抗値が
以下の表1の如く変わり、また排ガス湿度の変化により
、チタニア累:j’ 19へ印加される[3−A間電圧
は第17図に示づように変わる。尚、比較の為、表1及
び第17図中には第1実施例の場合も共に示している。
[表1]
−RRRRRt
第1実施例 6.0rL5.0rL65tLOn
On。
On。
第3実施11i!I 6.0 3.0 B5 0.
25 0.2574・・ II6.0 1.2
65 0.5 0.5(ただし、常温時) 即ち、第1実施例に比べ、第3実施例、第4実施例のB
−AI圧が第17図のように変わるのは次の埋山による
。
25 0.2574・・ II6.0 1.2
65 0.5 0.5(ただし、常温時) 即ち、第1実施例に比べ、第3実施例、第4実施例のB
−AI圧が第17図のように変わるのは次の埋山による
。
タングステンメタライズは抵抗の温度係数が約+0.4
0%/℃と正の値を有する。第2図のAC間にはバラj
り一電圧を印加づるとR1はヒーター作用をし、発熱し
てそれ自身の抵抗値も高くなる。このとき、第14図、
第15図でR1に相当するGと、抵抗R4,1(5とは
パターンの位置かはなれているのでR1の発熱の影響を
あまり受けず、抵抗変化はR1はと大きくは変わらない
。
0%/℃と正の値を有する。第2図のAC間にはバラj
り一電圧を印加づるとR1はヒーター作用をし、発熱し
てそれ自身の抵抗値も高くなる。このとき、第14図、
第15図でR1に相当するGと、抵抗R4,1(5とは
パターンの位置かはなれているのでR1の発熱の影響を
あまり受けず、抵抗変化はR1はと大きくは変わらない
。
250から800℃になるときR1は約2倍高くなるの
に対し、Ra 、R5は1.3倍程度の変化であった。
に対し、Ra 、R5は1.3倍程度の変化であった。
またB−A間の電圧Vいは以下の式で表わされ、
V%A= I Ra + I 2 X R2I:全電流
12 :R2、Raを流れる電流
1犬1が温度により大きく変化することから、lもfi
llにより大きく変化りる。
llにより大きく変化りる。
この為、R4、R6のく特にR4がB −A 1M+電
圧に大きく関与する。)大きなパターンはど、即ち第4
実施例のようにV8^の温度係数が大ぎくなることから
、温度補償用抵抗として作用し、第17図の如き電圧が
出力されることとなる。
圧に大きく関与する。)大きなパターンはど、即ち第4
実施例のようにV8^の温度係数が大ぎくなることから
、温度補償用抵抗として作用し、第17図の如き電圧が
出力されることとなる。
上述用3、第4実施例のプリン1〜パターンを第2実施
例と同様に碍管15にサーミスタを用いずに接続し実験
を行なったところ、第18図の如きセンサー出力が得ら
れlこ。図中一点tJA線は第2実施例、実線は第3実
施例、破線はI(4実施例を表わしている。
例と同様に碍管15にサーミスタを用いずに接続し実験
を行なったところ、第18図の如きセンサー出力が得ら
れlこ。図中一点tJA線は第2実施例、実線は第3実
施例、破線はI(4実施例を表わしている。
したがって、第3実施例、第4実施例のように、タング
ステンメタライズのヒーターと、ヒータ、−用抵抗5の
一部を利用し電圧分割用抵抗7に直列に設けた温度補償
用抵抗との温度差を利用し1=場合は、濡度補償用ザー
ミスタを使わなくとも広い範囲の温度領域で作動させる
ことができ、安価な信頼性の良い02センリ”−を提供
することができるようになる。
ステンメタライズのヒーターと、ヒータ、−用抵抗5の
一部を利用し電圧分割用抵抗7に直列に設けた温度補償
用抵抗との温度差を利用し1=場合は、濡度補償用ザー
ミスタを使わなくとも広い範囲の温度領域で作動させる
ことができ、安価な信頼性の良い02センリ”−を提供
することができるようになる。
尚、Rぢ=O1即ち接続点63t)、65bに直線電極
9Cをつなぐようにしてもよい。また前述実施例におい
てプリンl−パターンを碍管表面に貼着したが、碍管中
に設けてもよく、またセラミック担体としては管状のも
のでなく、平板状のものであっても良い。
9Cをつなぐようにしてもよい。また前述実施例におい
てプリンl−パターンを碍管表面に貼着したが、碍管中
に設けてもよく、またセラミック担体としては管状のも
のでなく、平板状のものであっても良い。
[発明の効果]
以上詳述したにうに本発明ヒーター付き感ガスセンサ−
は、第1に感ガス素子に供給する電源を従来にり感ガス
素子活性化の為に用いてい1=ヒーターの電源より抵抗
にて電圧分割し工取り出すようにしている。
は、第1に感ガス素子に供給する電源を従来にり感ガス
素子活性化の為に用いてい1=ヒーターの電源より抵抗
にて電圧分割し工取り出すようにしている。
この為、本発明によれば、ヒーター付ぎ感ガスセンサー
の電源は、ヒーター用の電源のみの一種類でよく、また
、センサーへのリード線の数を減らずことが可能となる
。
の電源は、ヒーター用の電源のみの一種類でよく、また
、センサーへのリード線の数を減らずことが可能となる
。
第2に本発明のヒーター付き感ガスセンサーは、前記電
圧分割を行なう抵抗と、直列に温度補償用抵抗を設け、
該温度補償用抵抗とヒーター用抵抗との間を温度差が生
じるJ:うに隔姻している。
圧分割を行なう抵抗と、直列に温度補償用抵抗を設け、
該温度補償用抵抗とヒーター用抵抗との間を温度差が生
じるJ:うに隔姻している。
この為、本発明によれば、従来のヒーター化き感ガスセ
ンサーのように、温度補償用の勺−ミスタを感ガス素子
近傍に設けなくても、広い動作温度範囲にて使用するこ
とが可能どなる。
ンサーのように、温度補償用の勺−ミスタを感ガス素子
近傍に設けなくても、広い動作温度範囲にて使用するこ
とが可能どなる。
第1図は本発明の第1実施例に用いられるヒーター用抵
抗、電圧分割用抵抗をプリントしたグリーンテープのプ
リントパターンを表わす平面図、第2図は同プリントパ
ターンの回路図、第3図は第1実施例の碍管を示す断面
図、第4図は第3図X−X線における断面図、第5 I
ll tよ第1実施例に用いられるチタニア素子を示す
斜視図、第6図は第1実施例に用いられるサーミスタの
組成を表わす三成分系組成図、第7図は同じく勺−ミス
、夕を示す斜視図、第8図は第1実施例のヒーター付さ
感ガスセンサーの全体を表わす断面図、第9図はその一
部を模式的に示した斜視図、第10図は第1実施例の使
用状態における結線部、第11図は第1実施例、第2実
施例の実験結果を示すグラフ、第12図は第2実施例の
使用状態にお【ノる結線図、第13図はセンサー抵抗の
変化を示すグラフ、第14図は第3実施例のプリン1−
パターンを示す平面図、第15図は第4実施例のプリン
トパターンを示覆一平面図、第16図は第3実施例おに
び第4実施例のプリントパターンの回路図、第17図は
第1実施例、第3実施例および第4実施例の端子B−A
IJI電圧を比較覆るグラフ、第18図は第2実施例な
いし第4実施例のセンサー出力を示すグラフを表わして
いる。 1.1−1.1−2・・・プリントパターン5・・・ヒ
ーター用抵抗(R1〉 7・・・電圧分割用抵抗(Rz、Ra)9a 、 9b
、、 9c −・・¥a4415・・・碍管 19・・・チタニア素子(@ガス素子)25・・・ヒー
ター付き感ガスセンサーーR4・・・温度補償用抵抗 代理人 弁理士 定立 勉 はか1名 第1図 第2図 第3図 第4図 3 3 第5図 9 ( 17a 17b 第6図 一一一□−−”TiO2/Zノ 第7図 ita itb 第9図 第10図 旧トカ゛ス羞度
抗、電圧分割用抵抗をプリントしたグリーンテープのプ
リントパターンを表わす平面図、第2図は同プリントパ
ターンの回路図、第3図は第1実施例の碍管を示す断面
図、第4図は第3図X−X線における断面図、第5 I
ll tよ第1実施例に用いられるチタニア素子を示す
斜視図、第6図は第1実施例に用いられるサーミスタの
組成を表わす三成分系組成図、第7図は同じく勺−ミス
、夕を示す斜視図、第8図は第1実施例のヒーター付さ
感ガスセンサーの全体を表わす断面図、第9図はその一
部を模式的に示した斜視図、第10図は第1実施例の使
用状態における結線部、第11図は第1実施例、第2実
施例の実験結果を示すグラフ、第12図は第2実施例の
使用状態にお【ノる結線図、第13図はセンサー抵抗の
変化を示すグラフ、第14図は第3実施例のプリン1−
パターンを示す平面図、第15図は第4実施例のプリン
トパターンを示覆一平面図、第16図は第3実施例おに
び第4実施例のプリントパターンの回路図、第17図は
第1実施例、第3実施例および第4実施例の端子B−A
IJI電圧を比較覆るグラフ、第18図は第2実施例な
いし第4実施例のセンサー出力を示すグラフを表わして
いる。 1.1−1.1−2・・・プリントパターン5・・・ヒ
ーター用抵抗(R1〉 7・・・電圧分割用抵抗(Rz、Ra)9a 、 9b
、、 9c −・・¥a4415・・・碍管 19・・・チタニア素子(@ガス素子)25・・・ヒー
ター付き感ガスセンサーーR4・・・温度補償用抵抗 代理人 弁理士 定立 勉 はか1名 第1図 第2図 第3図 第4図 3 3 第5図 9 ( 17a 17b 第6図 一一一□−−”TiO2/Zノ 第7図 ita itb 第9図 第10図 旧トカ゛ス羞度
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 ガス成分およびその濃度によって電気抵抗値の変化
する感ガス素子と、 該感ガス素子を保持づるセラミック担体と該セラミック
担体に、該感ガス素子を加熱覆るヒーター用抵抗と、該
ヒーター用抵抗に印加される電源電圧を分割する電圧分
割用抵抗とを備えたことを特徴とするヒーター付き感ガ
スセンυ−02ヒーター用抵抗、電圧分割用抵抗がタン
グステンおよび/またはモリブデンを含むセラミックス
よりなる特許請求の範囲第1項に記載のヒーター付き感
ガスセンサー。 3 感ガス素子が酸化物半導体からなる特許請求の範囲
第1項または第2項に記載のヒーター付き感ガスセンサ
ー。 4 酸化物半導体がヂタニアを含み、ペレット状にされ
た特許請求の範囲第3項に記載のヒーター付き感ガスセ
ンサー。 5 セラミック担体が、感ガス素子リード線挿通用の孔
を有Jる碍管よりなり、hiJ管に該感カス素子をセメ
ント付けしてなる特許請求の範囲第1項ないし第3項の
いずれかに記載のヒーターイ」さ感ガスセンサー。 6 ガス成分およびその濃度によって電気抵抗値の変化
する感ガス素子と、 該感ガス素子を保持するセラミック担体と、該セラミッ
ク担体に、該感ガス素子を加熱覆るヒーター用抵抗と、
該ヒーター用抵抗に印加される電源電圧を分割する電圧
分割用抵抗とを備えたヒーター付き感ガスセンサーにお
いて、該電圧分割用抵抗と直列に正の温度特性を有づる
温度補償用抵抗を備え、 該ヒーター用抵抗と、該温度補償用抵抗との間に温度差
が生ずるよう、両者を所定艮隔1ill lノC設置プ
たことを特徴とするヒーター付き感ガスはンリー 〇
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10462283A JPS59228155A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | ヒ−タ−付き感ガスセンサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10462283A JPS59228155A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | ヒ−タ−付き感ガスセンサ− |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59228155A true JPS59228155A (ja) | 1984-12-21 |
Family
ID=14385537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10462283A Pending JPS59228155A (ja) | 1983-06-10 | 1983-06-10 | ヒ−タ−付き感ガスセンサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59228155A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6214362U (ja) * | 1985-07-11 | 1987-01-28 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4854981A (ja) * | 1971-11-08 | 1973-08-02 | ||
| JPS5199097A (ja) * | 1975-02-26 | 1976-09-01 | Kyoto Ceramic | Gasukenchisoshi |
| JPS529493A (en) * | 1975-07-11 | 1977-01-25 | Omron Tateisi Electronics Co | Gas sensing device |
| JPS52111798A (en) * | 1976-03-16 | 1977-09-19 | Tokai Konetsu Kogyo Kk | Improvement of gas sensing device |
| JPS5240780B2 (ja) * | 1975-07-24 | 1977-10-14 | ||
| JPS56164950A (en) * | 1980-05-23 | 1981-12-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Gas detector |
| JPS5848841A (ja) * | 1981-09-18 | 1983-03-22 | Marcon Electronics Co Ltd | セラミツク感湿素子の温度補償回路 |
-
1983
- 1983-06-10 JP JP10462283A patent/JPS59228155A/ja active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4854981A (ja) * | 1971-11-08 | 1973-08-02 | ||
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