JPS63302356A

JPS63302356A - 酸素濃度測定装置の調整方法

Info

Publication number: JPS63302356A
Application number: JP62112727A
Authority: JP
Inventors: Takao Murase; 隆生村瀬
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1988-12-09
Anticipated expiration: 2011-06-12
Also published as: DE3802051A1; JP2505459B2; DE3802051C2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、酸素濃度測定装置、特に自動車用エンジンの
燃焼制御系或いは各種の工業炉の燃焼制御系に用いて好
適な、排気ガスの酸素濃度測定装置に係り、更に詳しく
は使用される温度環境によらず、酸素濃度測定素子（酸
素検知素子）の温度を安定に保ち、高精度の測定が出来
ると共に、耐久性にも優れた酸素濃度測定装置に関する
ものである。

（従来の技術）従来より、自動車用内燃機関の排気ガス中の酸素濃度や
、工業炉、ボイラー等から排出される燃焼排ガス中の酸
素濃度を検知する酸素センサ（酸素濃度測定装置）とし
て、酸素イオン伝導性の固体電解質であるジルコニア磁
器を用いた、酸素濃淡電池の原理を利用して酸素濃度を
求めるセンサ等が知られている。そして、内燃機関等に
おいては、一般に、空気と燃料とから構成される混合気
の空燃比を、高精度に目標値に制御するために、前記の
如きセンサを用いて、空燃比と相関関係を有する排気ガ
ス中の酸素濃度を検知することにより、混合気の空燃比
を検知して、内燃機関等に供給される燃料供給量をフィ
ードバック制御するようにしているのである。

ところで、このような酸素センサを、測定されるべき被
測定ガスの温度が比較的低い場合においても有効に作動
させるためには、かかる酸素センサにおける酸素検知素
子の少なくとも酸素濃度検知部を、適当なヒータ（加熱
体）によって所定の高温度に加熱せしめる必要があるが
、従来にあっては、かかる加熱のために、有底円筒形状
を為す酸素検知素子の内孔内に傍熱型のヒータを設けた
り（特開昭５７−１４２５５５号公叩参照）、また積層
型の酸素検知素子にあっては、その積層構造内にヒータ
を一体的に埋設してなる構造のもの（特開昭５５−１４
０１４５号公報参照）等が明らかにされている。

（発明が解決しようとする問題）しかしながら、この種の酸素センサ（酸素濃度測定装置
）においては、酸素検知素子の酸素濃度検知部を加熱す
るヒータ（加熱体）の発熱量、或いはそれに対する供給
電圧が特に制御されておらず、そのために、かかる酸素
濃度測定装置が使用される環境の変化により、例えば被
測定ガス温度の変化により、かかる酸素検知素子の酸素
濃度検知部の温度が変化し、以て被測定ガス中の酸素濃
度に応じた出力である起電力或いはポンプ電流が変化し
て、正確な測定が出来ない問題を内在している。

また、被測定ガス温度の上昇により、酸素濃度検知部の
温度も上昇し、時として、そこが過熱状態となり、かか
る酸素濃度検知部や加熱体の寿命を著しく短くするとい
う問題も内在していたのである。

（問題点を解決するための手段）ここにおいて、本発明は、上記の問題を解決するために
為されたものであって、その特徴とするところは、酸素
濃度検知部と該酸素濃度検知部を所定の温度に加熱する
加熱体とを有し、更に該加熱体の電気抵抗値に基づいて
、前記酸素濃度検知部の温度を安定に保つように、該加
熱体に供給される電力または電圧を制御する制御手段を
有するように、酸素濃度測定装置を構成したのである。

そして、このような構成を具備する本発明に従う酸素濃
度測定装置にあっては、加熱体の抵抗温度係数を利用し
て、当該加熱体の電気抵抗を測定するようにしたことに
より、かかる加熱体にて加熱される酸素濃度検知部の温
度を直接的に検知することが出来ることとなり、そして
かかる加熱体の電気抵抗値を一定に保つように、或いは
かかる加熱体の常温下での電気抵抗値と酸素濃度検知部
の加熱状態下における電気抵抗値との比率が一定となる
ように、所定の制御手段にて、該加熱体に供給される電
力または電圧を制御することにより、酸素濃度検知部の
温度を安定的に保持し得て、それを一定に保ち、以て測
定精度を著しく向上せしめ得るのである。

なお、かかる酸素濃度測定装置にあっては、前記加熱体
は、一般に、前記酸素濃度検知部と一体的に形成されて
いるものであり、またかかる加熱体は、酸素濃度検知条
件下において、少なくとも０．１％／℃の正または負の
抵抗温度係数を有するものであることが望ましく、これ
によって、酸素４度検知部の温度変化を感度よく検出し
て、その温度制御をより正確と為し得るのである。

また、本発明の一つの実施態様によれば、前記加熱体は
複数において設けられ、それら複数の加熱体にて酸素濃
度検知部が均一な温度に加熱せしめられ得るように構成
されると共に、それらのうちの少な（とも一つの加熱体
に供給される電力または電圧が、前記制御手段にて制御
されるように構成されることとなる。そして、そのよう
な複数の加熱体を設けた場合において、それらのうちの
発熱量の小さな加熱体の電気抵抗値に基づいて、酸素濃
度検知部の温度を安定に保つように、それら加熱体に供
給される電力または電圧が前記制御手段にて制御される
こととなる。

ところで、かかる本発明における電気抵抗値を検知する
ための加熱体にあっては、それは、一般に、酸素濃度検
知部を直接加熱する発熱部と、かかる発熱部に電力を供
給するためのリード部とから構成されるものであるが、
かかる発熱部の常温抵抗値は、前記リード部の常温抵抗
値よりも高くされていることが好ましく、これによって
、酸素濃度検知部の温度をより正確に検出し得るのであ
る。けだし、加熱体の全抵抗値は、発熱部の抵抗値とリ
ード部の抵抗値とを加えたものであるところから、発熱
部の抵抗に対してリード部の抵抗が大きくなると、発熱
体の全抵抗値が発熱部の温度、換言すれば酸素濃度検知
部の温度を代表し得なくなるからである。

また、本発明にあっては、個体間（酸素濃度測定装置間
）のバラツキを調整するために、各酸素濃度測定装置に
おける加熱体の電力供給路に、所定の第一の調整抵抗を
電気的に直列または並列に設けた構造が好適に採用され
、この第一の調整抵抗の抵抗値を適宜に変化させること
によって、当該酸素濃度測定装置における加熱体の電気
抵抗値（出力）を温度に対応した所定の値に制御するこ
とが可能となる。なお、かかる第一の調整抵抗は、加熱
体と一体形成され得るものであるが、また別体に形成さ
れていても何等差支えない。更に、かかる第一の調整抵
抗の抵抗値の調整に際しては、酸素濃度検知部を加熱体
または他の傍熱ヒータにて所定温度に加熱し、その際の
加熱体の電気抵抗値及び第一の調整抵抗の電気抵抗値の
和が一定値となるように、該第一の調整抵抗の電気抵抗
値を調整することによって実施されることとなる。

さらに、本発明の一実施態様によれば、前記制御手段に
よって、前記加熱体の常温下での電気抵抗値と前記酸素
濃度検知部の加熱状態下における電気抵抗値との比率が
一定となるように、該加熱体に供給される電力または電
圧が制御せしめられるようにされ、これによっても個体
間の電気抵抗値のバラツキを吸収することが可能である
。そして、この場合において、前記酸素濃度検知部と前
記加熱体とを一体的に形成してなる酸素検知素子を外部
の機器にコネクタを介して接続せしめる構造において、
前記制御手段が、該コネクタ上に位置する若しくはそれ
よりも酸素検知素子側に位置する前記加熱体への電力供
給回路に設けられた、電気抵抗値が調整される第二の調
整抵抗の少なくとも一つを有するように、構成されるの
である。

なお、この第二の調整抵抗は、酸素検知素子上に位置す
る、加熱体への電力供給回路部分に一体的に設けられた
り、或いはコネクタ上の電力供給回路部分に、またコネ
クタと酸素検知素子との間の電力供給回路部分に、設け
られたりされるものである。

また、本発明は、外部の被測定ガス存在空間から導入さ
れる被測定ガスを所定の拡散抵抗の下に拡散せしめる拡
散室と、該拡散室における雰囲気中の酸素濃度を変化さ
せる酸素ポンプ手段と、該拡散室における雰囲気中の酸
素濃度を検出する酸素濃淡電池手段とから構成される酸
素濃度検知部を有する酸素濃度測定装置に対して、好適
に適用されるものである。そのような酸素濃度検知部の
拡散室における被測定ガスの拡散抵抗が、温度の影響を
受けて変化し、酸素ポンプ手段のポンプ電流（出力）等
を変化せしめて、被測定ガス中の酸素濃度の検知精度を
低下せしめるからである。

なお、本発明にあっては、前記加熱体は、好ましくは、
導体として白金を用いて形成され、また酸素濃度検知部
は、ＺｒＯ□を主成分とする酸素イオン伝導性の固体電
解質にて構成され、更にかかる加熱体の発熱部は、被測
定ガスから遮断されて、直接に晒されないような構造と
されていることが望ましい。

（実施例）以下、本発明に従う幾つかの実施例を、図面に基づいて
詳細に説明すると共に、本発明の構成について、更に具
体的に明らかにする。

先ず、第１図は、本発明の酸素濃度測定装置に用いられ
る酸素検知素子の展開構造図であり、第２図は、そのよ
うな酸素検知素子における先端部の酸素濃度検知部の横
断面形態を示している。この酸素検知素子２は、狭幅な
板状の長手形状を為しており、その先端部に酸素濃淡電
池の原理を利用した酸素濃度検知部が形成されている。

そして、酸素検知素子２は、それらの図から明らかなよ
うに、積層構造とされている。即ち、高温において酸素
イオン伝導性を示す安定化ジルコニアからなる板状の固
体電解質体４と、同様な固体電解質材料から形成された
スペーサ部材６と、板状のヒータ層８とを積層せしめて
、一体向な構造とされていると共に、スペーサ部材６の
切欠き部によって、それら固体電解質体４とヒータ層８
との間に、大気に連通せしめられる空気通路ｌＯが形成
されているのである。また、固体電解質体４の外側面に
は、被測定ガスに接触せしめられる測定電極１２が設け
られており、そしてこの測定電極１２に対向するように
、固体電解質体４の空気通路ｌＯに面する内側面には、
基準電極１４が設けられて、空気通路１０を通じて導か
れる基準ガスとしての空気が、かかる基準電極１４に接
触せしめられるようになっている。

また、ヒータ層８は、気密質の電気絶縁性セラミックス
板状体１６内に加熱体としての第一のヒータエレメント
１８が埋設されて、構成されている。なお、この第一の
ヒータエレメント１８は、酸素検知素子２の先端部の酸
素濃度検知部を加熱するための発熱部１８ａと、かかる
発熱部１８ａを外部の電源に接続するリード部ｔａｂと
から構成されている。また、第二のヒータエレメント２
０が、固体電解質体４の測定電極１２が設けられた側の
面に、該測定電極１２を取り囲むようにして設けられて
おり、この第二のヒータエレメント２０も、発熱部２０
ａとリード部２０ｂとから構成されている。要するに、
これら第一及び第二のヒータエレメント１８．２０のそ
れぞれの発熱部１８ａ、２０ａによって、酸素濃度検知
部を構成する測定電極１２、基準電極Ｉ４及びそれら電
極１２．１４の配置された固体電解質体４部分が所定の
温度に加熱せしめられ得るようになっているのである。

ト１８．２０の少なくとも何れか一方には（ここでは両
方に）、第３図に示される如き、電力乃至は電圧を制御
する制御手段を含む電力供給回路２１が接続されている
のである。なお、かがる第３図において、２２．２４．
２６．２８．３ｏ、３２．３４は、何れも所定の抵抗で
あり、また３６は比較器、３８は電力／電圧調整用トラ
ンジスタ、４０は電源である。そして、ヒータエレメン
ト１８（２０）と共に、抵抗２２．２４及び２６によっ
て、抵抗ブリッジ回路が構成されているのである。

従って、かかる電力供給回路２１の抵抗ブリッジ回路に
おいて、ヒータエレメント１８（２０）の負荷（電気抵
抗値）；ｒ、抵抗２２．２４及び２６の抵抗値：　Ａ、
Ｂ、Ｒとすると、ｒＢ＝ＲＡのときに、第３図の電力供
給回路２Ｉにおけるａ点とｂ点との間の電位差がＯとな
る。そして、ｒ＝ＲＡ／Ｂとなるように、即ちａ、ｂ間
の電圧差がＯとなるように、比較器３６でそれらａ、ｂ
間の電圧差を検知して、トランジスタ３８をコントロー
ルすることにより、Ｃ点における電圧がコントロールさ
れることとなるのである。それ故に、かかる電力供給回
路２１にてｒ、換言すればヒータエレメント１８（２０
）の抵抗値が一定となるようにコントロールすることが
可能となるのである。換言すれば、ヒータエレメント１
Ｂ（２０）にて加熱される酸素検知素子２の先端の酸素
濃度検知部の温度が一定となるように制御することが可
能となるのである。

なお、かくの如き構造の酸素検知素子２にあっては、よ
く知られているように、固体電解質体４と被測定ガスに
晒される測定電極１２と基準ガスに晒される基準電極１
４とから構成される電気化学的セルからなる酸素濃度検
知部によって、酸素濃度差に基づくところのネルンスト
の式に従う起電力が出力信号として取り出され、そして
そのような出力信号に基づいて、そのような被測定ガス
（排気ガス）を発生せしめる内燃機関等の燃焼制御が行
なわれるのである。

そして、その際、本発明の構成によれば、ヒータエレメ
ント１８（２０）の電気抵抗値に基づいて、酸素濃度検
知部の温度が一定に保たれるように、かかるヒータエレ
メント１８（２０）に供給される電力乃至は電圧が制御
されることとなるところから、かかる酸素濃度検知部が
所定の温度に常に保持され、その温度変化が小さくなる
ところから、例えば被測定ガスの温度が変化しても、か
かる酸素濃度検知部から安定な出力を得ることが出来、
それによって高精度の測定が可能となるのである。また
、そのような酸素濃度検知部の温度が制御されることに
より、かかる酸素濃度検知部やヒータエレメント１Ｂ（
２０）が過熱する危険がなく、その寿命も効果的に永続
化せしめ得るのである。

ところで、酸素濃度測定装置には、上記の如き基本的構
造を有するものの他、その酸素濃度検知部が、被測定ガ
スを所定の拡散抵抗の下に拡散せしめる拡散室と、該拡
散室における雰囲気の酸素濃度を変化させる酸素ポンプ
手段と、該拡散室における雰囲気中の酸素濃度を検出す
る酸素濃淡電池手段とから構成されるものがあるが、特
に後者の拡散室を設けた構造の酸素濃度検知部を有する
ものにあっては、その拡散室における被測定ガスの拡散
抵抗（拡散定数）が温度によって大きく影響を受けると
ころから、本発明が有利に適用され、以てその検知精度
が効果的に高められ得るものであって、その−例が、第
４図及び第５図に示されている。

すなわち、それらの図に示された構造の酸素検知素子５
０は、前例の如き構造の酸素検知素子２において、その
測定電極１２側に気密質の電気絶縁性セラミックス層５
２、更に酸素イオン伝導性の安定化ジルコニアからなる
板状の固体電解質体５４が積層されて一体的な構造とさ
れていると共に、該固体電解質体５４に設けられた通気
孔５６を介して外部の被測定ガス存在空間に連通せしめ
られる、所定の拡散抵抗を有する細隙な平坦空間（拡散
室）５８が、セラミックス層５２に設けられた円形の切
欠き部によって、二つの板状の固体電解質体４．５４間
に形成されている。そして、固体電解質体５４の両側の
面に接するように、相対向して、円環状の内側ポンプ電
極６０及び外側ポンプ電極６２がそれぞれ設けられ、そ
れら二つのポンプ電極６０．６２と固体電解質体５４と
によって、電気化学的セルである酸素ポンプ手段が構成
されているのである。

また、ここでは、第一のヒータエレメント１８が、その
ような酸素ポンプ手段と測定電極１２、基準電極１４及
び固体電解質体４にて構成される酸素濃淡電池手段とか
らなる酸素濃度検知部を所゛定の温度に加熱せしめ得る
ようになっている。

従って、このような構造の酸素検知素子５０にあっては
、よく知られているように、平坦空間５８内において、
所定の拡散抵抗の下に拡散せしめられる被測定ガス中の
酸素濃度と空気通路１０内の基準ガス（空気）中の酸素
濃度との間の酸素濃度差に従って、酸素濃淡電池手段を
構成する測定電極１２と基準電極１４との間に発生する
、濃淡電池の原理に基づく起電力が検出される一方、そ
のような起電力に基づいて、酸素ポンプ手段を構成する
内側ポンプ電極６ｏと外側ポンプ電極６２との間に所定
のポンプ電流が通電せしめられることによって、所定の
酸素ポンプ作用が行なわれて、平坦空間５８の内側ポン
プ電極６０の配置された近傍の雰囲気、換言すれば酸素
濃淡電池手段の測定電極１２の配置された近傍の雰囲気
が所定の雰囲気となるように制御され、そしてその際、
酸素ポンプ手段の二つの電極６０．６２間に流されるホ
７７”　”Ｚ流：■、を検出することによって、目的と
する被測定ガスの酸素濃度が測定されることとなる。

このような構造の酸素検知素子を備えた酸素濃度測定装
置にあっても、その第一のヒータエレメント１８に、第
３図に示される如き電力供給回路２１を設けることによ
って、その酸素濃度検知部の温度を所定の温度に効果的
に保持し得るのであり、それによって、平坦空間５８内
に導かれ、拡散せしめられる被測定ガスの拡散抵抗（拡
散定数）を変化せしめることなく、目的とする被測定ガ
スの酸素濃度を測定することが出来るところから、その
酸素濃度検知部より安定して出力信号を取り出し得るの
である。

なお、以上の実施例において、酸素濃度検知部を構成す
る固体電解質体は安定化ジルコニアにて構成され、本発
明では、そのようなＺｒＯ□を主成分とする酸素イオン
伝導性の固体電解質が、酸素濃度検知部を構成する材料
として有利に用いられ得るものであるが、また、その他
の酸素イオン伝導性の固体電解質、例えば５ｒＣｅＯ，
、Ｂ　ｉｚ○３−希土類酸化物系固溶体等の材料を用い
て形成されたものであっても、河岸差支えない。

また、加熱体としての第一のヒータエレメント１８や第
二のヒータエレメント２０は、酸素濃度検知部における
温度の変化を、それらの電気抵抗値の変化として出力す
るものであるところから、酸素濃度検知条件下において
、少なくとも０．１％／℃の正または負の抵抗温度係数
を存するものであることが望ましく、それによって加熱
体の電気抵抗値の読取り誤差が加熱体温度に与える影響
が小さくなって、酸素濃度検知部の温度変化を精度良く
検出することが出来るのであり、以てかかる酸素濃度検
知部の温度制御がより一層効果的に行なわれ得るのであ
る。なお、そのような加熱体は、電極１２．１４；６０
．６２と同様に、白金、パラジウム、ロジウム、イリジ
ウム、ルテニウム、オスミウムの如き白金族金属等の導
電性金属や導電性化合物等の公知の導電性材料から形成
されることとなるが、特に好ましくは、導体として白金
を用いて形成されていることが望ましい。また、そのよ
うな加熱体は、基地との密着一体化の向上を図るために
、上記の如き導電性金属にセラミ・ノクスの微粉末を混
入せしめて、その焼成を行なうことにより、形成するよ
うにすることも可能である。

また、上述の具体例にあっては、一つ又は二つのヒータ
エレメントにて酸素濃度検知部を加熱する構造となって
いるが、更により多くの加熱体を設けることも可能であ
る。そして、複数の加熱体（１８，２０）を設けた場合
において、それらのうちの少なくとも一つ以上の加熱体
に供給される電力または電圧が、前述の如き電力供給回
路２１（第３図参照）にて制御されることとなる。

そして、複数の加熱体（１８，２０）を設けた場合にお
いて、好ましくは、それらのうちの発熱量の小さな加熱
体を用い、その電気抵抗値に基づいて酸素濃度検知部の
温度を安定に保つように、それら加熱体に供給される電
力または電圧を制御するようにすることが望ましい。け
だし、発熱量の小さい、換言すれば電気抵抗値の高い側
の加熱体の電気抵抗値を用いることにより、その抵抗値
が大きくなる程、電力供給回路の回路定数による誤差の
影響が小さくなるからである。

さらに、電気抵抗値を検知するための加熱体においては
、それの酸素濃度検知部を直接加熱する発熱部（１８ａ
、２０ａ）の常温抵抗値を、該発熱部に電力を供給する
ためのリード部（１８ｂ、２０ｂ）の常温抵抗値に比較
して高くすることが好ましい。リード部の抵抗（Ｒ１１
）と発熱部の抵抗（ＲＡ）との比率：ＲＩｌ／ＲＡが大
きい程、加熱体の全抵抗値が発熱部の温度、即ち酸素濃
度検知部の温度を代表しなくなるからである。

ところで、所定の温度における、各酸素濃度測定装置に
設けた加熱体（１８，２０）の電気抵抗値には、成る程
度の製造バラツキが認められるものであるが、そのよう
な個体間のバラツキは、加熱体（１８，２０）の電力供
給路に適当な第一の調整抵抗を電気的に直列または並列
に設けることによって解消乃至は抑制することが可能で
あり、その−例が第６図に示されている。

すなわち、第６図において、ヒータエレメント１８（２
０）のリード部１８　ａ　　（２０ａ）に対して直列に
第一の調整抵抗６４若しくは６６が設けられ、或いはリ
ード部１８ｂ（２０ｂ）に対して並列に第一の調整抵抗
６８若しくは７０が設けられているのである。また、そ
れら第一の調整抵抗６４．６６．６８．７０は、組み合
わされて、複数において配設される場合もある。特に、
第一の調整抵抗６４や６８の如く、ヒータエレメント１
８（２０）と一体形成されていることが望ましいが、ま
た第一の調整抵抗６６や７０の如く、酸素検知素子２（
５０）外において、外部の機器との接続路上やコネクタ
上等に設けられていても、同等差支えない。そして、こ
れら第一の調整抵抗６４．６６．６８．７０の少なくと
も何れか一つが接続され、抵抗値の調整によって、ｄ　
−＝　ｅ間の抵抗が、酸素濃度検知部の温度が所定の温
度のときに所定の抵抗値となるようにされるのである。

なお、かかる第一の調整抵抗６４．６６．６８．７０に
おける抵抗値の調整は、例えば、酸素検知素子２（５０
）の酸素濃度検知部を加熱体（１８，２０）または他の
傍熱ヒータにて所定温度に加熱し、その際の加熱体の電
気抵抗値及び第一の調整抵抗の電気抵抗値の和が一定値
となるように、それら第一の調整抵抗の電気抵抗値をト
リミング等によって調整することにより、容易に実施さ
れ得るものである。

さらに、本発明においては、上述の如き第一の調整抵抗
を用いた個体間のバラツキ吸収対策に代えて、制御手段
により、加熱体の常温下での電気抵抗値と酸素濃度検知
部の加熱状態下における該加熱体の電気抵抗値の比率が
一定となるように、かかる加熱体に供給される電力また
は電圧を制御するようにした構成も、有利に採用される
こととなる。

すなわち、Ｒｏ　：加熱体の常温下での電気抵抗値、Ｒ
Ｔ　：酸素濃度検知部の目標とする加熱状態下での加熱
体の電気抵抗値、α：加熱体の抵抗温度係数、Ｔｏ　：
常温、ＴＴ　：目標とする加熱温度、ΔＴ（温度差）：
’ｌ’Ｔ−Ｔｏ、ａ　　（比率）：Ｒ７／Ｒ，とすると
、下記（１）弐が成り立つ。

Ｒｒ　＝　Ｒｏ　　（１＋αΔＴ）　　　　・−−（１
）そして、この（１）式は、以下の（２）〜（４）式の
様に展開されるのである。

ａ＝Ｒｔ／Ｒｏ＝１＋αΔＴ　　　’−・−（２）、、
ΔＴ＝（ａ−１）／α ＝Ｔ７−Ｔｏ　　　　　　・・・　（３）ＴＴ＝（ａ−
１）／α＋Ｔｏ　・・・　（４）従って、ミニ一定とす
れば、上記（４）式より酸素濃度検知部の加熱温度（Ｔ
ア）は一定となるのであり、以て各酸素濃度測定装置の
加熱体の電気抵抗値（ＲＯ）のバラツキによる加熱温度
の変化が解消され、一定温度への加熱が可能となるので
ある。

ところで、このようなＲｔ／Ｒｏの比率（ａ）に基づく
ところの酸素濃度検知部の加熱温度の制御に際しては、
先ず、加熱体の常温抵抗値（ＲＯ）を測定し、次いで、
それに、目標加熱温度に応じて予め入力されている比率
（ａ）を乗じて、その値（ＲＴ　＝ａＲｏ　）にて加熱
体への供給電力乃至は供給電圧を制御するようにするの
である。より具体的には、（ａ）加熱体の発熱を無視し
得る程の低電圧を該加熱体に印加して（従って、加熱体
は常温状態に維持される）、そのときの電圧（Ｖ）と電
流（１）を読み、Ｒｏ−Ｖ／Ｉを求め、そして予め入力
されている比率（ａ）を乗じてＲ７を求めた後、加熱状
態にある加熱体の実際の電気抵抗値（Ｒイ）から、Ｒ，
＝Ｒアとなるように、該加熱体に印加される電圧乃至は
電力を制御する、コンピュータを用いたソフト的手法や
、（ｂ）上記の如く低電圧を加熱体に印加して、Ｒ，を
求め、その後第３図に示される回路の抵抗２２（Ａ）、
２４　（Ｂ）、２６　　（Ｒ）の少なくとも何れか一つ
を調整して、下記（５）式を満足させる、ハード的手法
が採用されることとなる。

γ＝ＡＲ／Ｂ＝Ｒｏａ　　　　ＨＨＨ（５）また、本発
明にあっては、第３図に示される電力供給回路２１にお
いて、その抵抗２２．２４．２６のうちの少なくとも一
つを、酸素検知素子２（５０）を外部の機器（電力供給
回路２１の主たる部分、換言すれば制御手段の本体部分
）に接続せしめるコネクタ上に位置するように、または
該コネクタよりも酸素検知素子２側に位置するように（
酸素検知素子２上の電力供給回路部分、或いは酸素検知
素子２とコネクタとの間の電力供給回路部分に）、設け
ることが出来、そしてこのようにコネクタ上若しくはそ
れよりも酸素検知素子２側に配置された、第二の調整抵
抗である少なくとも一つの抵抗（２２，２４，２６）の
抵抗値（Ａ。

Ｂ、Ｒ）を調整することによって、制御手段（電力供給
回路２１）の本体部分の調整を行なうことなく、酸素検
知素子２を他の酸素検知素子（加熱体の電気抵抗値が異
なる）に取り替えることが出来るのである。加えて、こ
のような抵抗２２．２４．２６のうちの少なくとも一つ
のものの抵抗値（Ａ、Ｂ若しくはＲ）の調整によって、
下式にて示されるように、加熱温度二Ｔ、を一定とする
ことが出来、以てＲ８の初期バラツキを吸収することが
可能となり、これにより前記した（ｂ）のハード的手法
を酸素検知素子２側で実施することが出来るのである。

前記（５）式と（２）式より、次の（６）弐を導くこと
が出来る。

ｒ　＝　Ａ　Ｒ／　Ｂ　＝　Ｒｏ　ａ＝Ｒｏ　　（１＋αΔＴ）　　　　・・・　（６）そし
て、この（６）式を変形して、それに（３）式を代入す
ることによって、下記（７）式の如くＴ、がＡ、Ｒ，Ｂ
の関数として表わされることとなり（Ｒｏ、α、Ｔｏは
一定値）、それ故Ａ、Ｒ１Ｂの値を定めることによって
、γの値の如何に拘わらず、Ｔ７を一定とすることが出
来るのである。

１＋αΔＴ＝ＡＲ／ＲｏＢ αΔＴ＝ＡＲ／Ｒ，Ｂ−１ Δ’ｒ＝　［（ＡＲ／ＲＯＢ）−１１／α、−、ＴＴ　
＝　［（ＡＲ／ＲＯＢ）−１］　／α＋Ｔ。

・・・　（７）なお、第３図に示した電力供給回路２１は、本発明の具
体的な一実施例を示したものであり、勿論、他の回路構
成としても良いことは言うまでもないところである。

以上、本発明に従う酸素濃度測定装置の構成について、
幾つかの酸素検知素子の構造に基づいて説明してきたが
、その他の構造の酸素検知素子、ひいては酸素濃度測定
装置にも、本発明が好適に適用されるものであることが
、理解されるべきである。

要するに、本発明は、上記例示の具体例のみに限定して
解釈されるものでは決してなく、本発明の趣旨を逸脱し
ない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々なる
変形、修正、改良等を加えた形態において実施され得る
ものであって、本発明がそのような実施形態のものをも
含むものであることは、言うまでもないところである。

（発明の効果）以上の説明から明らかなように、本発明に従う酸素濃度
測定装置は、その酸素濃度検知部を加熱するための加熱
体自身の電気抵抗値に基づいて、該酸素濃度検知部の温
度を安定に保つように、該加熱体に供給される電力また
は電圧を制御するようにしたものであって、酸素濃度検
知部の温度が直接的に検出されて制御されるものである
ところから、酸素濃度測定装置の使用条件により、例え
ば被測定ガスの温度の変化等により、ががる酸素濃度検
知部の温度は変化せしめられず、安定な出力による高精
度の酸素濃度測定が可能となり、また酸素濃度検知部の
温度を制御するものであるところから、酸素濃度検知部
及び加熱体の過熱の危険がなく、その寿命を永続化せし
め得て、長期間に亘って使用可能である等の優れた効果
を奏するものであり、そこに、本発明の大きな工業的意
義が存するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従う酸素濃度測定装置の酸素検知素
子の一例を示す展開構造図であり、第２図は、第１図に
おけるｎ−ｎ断面説明図であり、第３図は、そのような
酸素検知素子のヒータエレメントに対する電力供給回路
の一例を示す回路図であり、第４図は、本発明に従う酸
素濃度測定装置の酸素検知素子の他の一例を示す展開構
造図であり、第５図は、第４図におけるＶ−Ｖ断面説明
図であり、第６図は、ヒータエレメントに対する調整抵
抗の配設位置を示す説明図である。２．５０：酸素検知素子４．５４：固体電解質体６：スペーサ部材　　　　８：ヒータ層１０：空気通路
　　　　　１２：測定電極１４：基準電極１６：セラミックス板状体１８：第一のヒータエレメント２０：第二のヒータエレメント１８ａ、２０ａ：発熱部１８ｂ、２０ｂ：リード部２１：電力供給回路２２．２４．２６．２８．３０．３２．３４：抵抗３６：比較器

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸素濃度検知部と該酸素濃度検知部を所定の温度
に加熱する加熱体とを有し、更に該加熱体の電気抵抗値
に基づいて、前記酸素濃度検知部の温度を安定に保つよ
うに、該加熱体に供給される電力または電圧を制御する
制御手段を有することを特徴とする酸素濃度測定装置。
（２）前記酸素濃度検知部と前記加熱体とが一体に形成
されている特許請求の範囲第１項記載の酸素濃度測定装
置。
（３）前記加熱体が、酸素濃度検知条件下において少な
くとも０．１％／℃の正または負の抵抗温度係数を有す
る特許請求の範囲第１項または第２項記載の酸素濃度測
定装置。
（４）前記加熱体の複数を有し、それらのうちの少なく
とも一つの加熱体に供給される電力または電圧が、前記
制御手段にて制御される特許請求の範囲第１項乃至第３
項の何れかに記載の酸素濃度測定装置。
（５）前記複数の加熱体のうち、発熱量の小さな加熱体
の電気抵抗値に基づいて、前記酸素濃度検知部の温度を
安定に保つように、それら加熱体に供給される電力また
は電圧を前記制御手段にて制御するようにした特許請求
の範囲第４項記載の酸素濃度測定装置。
（６）電気抵抗値を検知するための加熱体において、前
記酸素濃度検知部を直接加熱する発熱部の常温抵抗値が
、該発熱部に電力を供給するためのリード部の常温抵抗
値に比較して高い特許請求の範囲第１項乃至第５項の何
れかに記載の酸素濃度測定装置。
（７）前記加熱体の電力供給路に、第一の調整抵抗を電
気的に直列または並列に設けた特許請求の範囲第１項乃
至第６項の何れかに記載の酸素濃度測定装置。
（８）前記第一の調整抵抗が、前記加熱体と一体形成さ
れている特許請求の範囲第７項記載の酸素濃度測定装置
。
（９）前記酸素濃度検知部を前記加熱体または他の傍熱
ヒータにて所定の温度に加熱し、その際の加熱体の電気
抵抗値及び第一の調整抵抗の電気抵抗値の和が一定値に
なるように、該第一の調整抵抗の電気抵抗値を調整する
特許請求の範囲第７項または第８項に記載の酸素濃度測
定装置。
（１０）前記制御手段が、前記加熱体の常温下での電気
抵抗値と前記酸素濃度検知部の加熱状態下における電気
抵抗値との比率が一定となるように、該加熱体に供給さ
れる電力または電圧を制御するものである特許請求の範
囲第１項乃至第６項の何れかに記載の酸素濃度測定装置
。
（１１）前記酸素濃度検知部と前記加熱体とを一体的に
形成してなる酸素検知素子を外部の機器にコネクタを介
して接続せしめる構造において、前記制御手段が、該コ
ネクタ上に位置する若しくはそれよりも酸素検知素子側
に位置する前記加熱体への電力供給回路に設けられた、
電気抵抗値が調整される第二の調整抵抗の少なくとも一
つを有する特許請求の範囲第１０項記載の酸素濃度測定
装置。
（１２）前記第二の調整抵抗が、前記酸素検知素子上に
位置する、前記加熱体への電力供給回路部分に一体的に
設けられている特許請求の範囲第１１項記載の酸素濃度
測定装置。
（１３）前記酸素濃度検知部が、被測定ガスを所定の拡
散抵抗の下に拡散せしめる拡散室と、該拡散室における
雰囲気中の酸素濃度を変化させる酸素ポンプ手段と、該
拡散室における雰囲気中の酸素濃度を検出する酸素濃淡
電池手段とから構成される特許請求の範囲第１項乃至第
１２項の何れかに記載の酸素濃度測定装置。
（１４）前記加熱体が、導体として白金を用いて形成さ
れている特許請求の範囲第１項乃至第１３項の何れかに
記載の酸素濃度測定装置。
（１５）前記酸素濃度検知部が、ＺｒＯ＿２を主成分と
する酸素イオン伝導性の固体電解質よりなる特許請求の
範囲第１項乃至第１４項の何れかに記載の酸素濃度測定
装置。
（１６）前記加熱体の発熱部が、被測定ガスから遮断さ
れ、直接に晒されないようになっている特許請求の範囲
第１項乃至第１５項の何れかに記載の酸素濃度測定装置
。