JPS646691B2 - - Google Patents
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- JPS646691B2 JPS646691B2 JP57070195A JP7019582A JPS646691B2 JP S646691 B2 JPS646691 B2 JP S646691B2 JP 57070195 A JP57070195 A JP 57070195A JP 7019582 A JP7019582 A JP 7019582A JP S646691 B2 JPS646691 B2 JP S646691B2
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Classifications
-
- 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
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
-
- G—PHYSICS
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Description
【発明の詳細な説明】
従来の絶対圧力センサは圧力の関数として電気
的な容量が変化する容量トランスデユーサからな
る。圧力は、容量トランスデユーサの「プレー
ト」、これらプレートを配列した領域、これらプ
レート間の誘電物質、及びこれらの組み合せに印
加される。これらの容量トランスデユーサは、測
定すべき圧力を示す容量の大きさを表わす電気信
号を検出するという通常の性質を有している。
的な容量が変化する容量トランスデユーサからな
る。圧力は、容量トランスデユーサの「プレー
ト」、これらプレートを配列した領域、これらプ
レート間の誘電物質、及びこれらの組み合せに印
加される。これらの容量トランスデユーサは、測
定すべき圧力を示す容量の大きさを表わす電気信
号を検出するという通常の性質を有している。
このような容量トランスデユーサは、他に基準
雰囲気を必要とするという性質を有している。こ
のような基準雰囲気、基準圧力又は真空は、他の
種々の圧力センサ、例えばダイヤフラムをもつセ
ンサの性質でもある。基準圧力はダイヤフラムの
片側に設定され、かつ測定されるべき圧力はダイ
ヤフラムの反対側に印加するのが典型的なもので
ある。ダイヤフラムの動作により、測定すべき圧
力の物理的指示が与えられる。絶対圧力センサで
は一般的に基準圧力を用いるが、これはセンサの
価格を高くするので好ましくない。価格の増大
は、多数の絶体圧力センサを製造しなければなら
ない場合特に好ましくない。例えば、最新の燃料
計測装置をもつ現在の自動車は、周囲圧力を測定
する絶対圧力センサと、インテークマニホールド
圧力を測定する絶対圧力センサの２つを用いてお
り、将来において更に増加することが予想され
る。基準圧力を最初に設定するコストの他にも、
圧力センサ基準の信頼性の保持が問題となる。基
準圧力を決定する容器又は壁の気密が破壊される
と、圧力センサの出力が誤つたものとなる。この
ような誤動作は勿論利用者を満足させることがで
きない。これらは、この発明が解決する諸問題で
ある。
雰囲気を必要とするという性質を有している。こ
のような基準雰囲気、基準圧力又は真空は、他の
種々の圧力センサ、例えばダイヤフラムをもつセ
ンサの性質でもある。基準圧力はダイヤフラムの
片側に設定され、かつ測定されるべき圧力はダイ
ヤフラムの反対側に印加するのが典型的なもので
ある。ダイヤフラムの動作により、測定すべき圧
力の物理的指示が与えられる。絶対圧力センサで
は一般的に基準圧力を用いるが、これはセンサの
価格を高くするので好ましくない。価格の増大
は、多数の絶体圧力センサを製造しなければなら
ない場合特に好ましくない。例えば、最新の燃料
計測装置をもつ現在の自動車は、周囲圧力を測定
する絶対圧力センサと、インテークマニホールド
圧力を測定する絶対圧力センサの２つを用いてお
り、将来において更に増加することが予想され
る。基準圧力を最初に設定するコストの他にも、
圧力センサ基準の信頼性の保持が問題となる。基
準圧力を決定する容器又は壁の気密が破壊される
と、圧力センサの出力が誤つたものとなる。この
ような誤動作は勿論利用者を満足させることがで
きない。これらは、この発明が解決する諸問題で
ある。
この発明の一実施例による絶体圧力センサは、
基準圧力又は基準真空を必要としない。この絶対
圧力センサは発振回路のフイードバツク要素とし
て電気化学装置を用い、その発振周期は全絶対圧
に比例する。この電気化学装置は酸素イオン伝導
固体電解質として適当に働くZrO2を用いた２つ
の電気化学セルを備えている。他の酸素イオン伝
導固体電解質を用いてもよい。セルの一つはオー
プン回路条件下で動作して酸素分圧のセンサとし
て機能するが、電流は他のセルを介して流れるの
でO2分子が一方のセルから他のセルへ汲み出さ
れる。ポンプセル及びセンサセルは支持構造に取
り付けられ、漏洩オリフイスを介して周囲雰囲気
と通じる包囲空間を定める。包囲空間が酸素分圧
を含む周囲環境に置かれたときは、漏洩オリフイ
スによりこの包囲空間内に周囲気圧が確立され
る。
基準圧力又は基準真空を必要としない。この絶対
圧力センサは発振回路のフイードバツク要素とし
て電気化学装置を用い、その発振周期は全絶対圧
に比例する。この電気化学装置は酸素イオン伝導
固体電解質として適当に働くZrO2を用いた２つ
の電気化学セルを備えている。他の酸素イオン伝
導固体電解質を用いてもよい。セルの一つはオー
プン回路条件下で動作して酸素分圧のセンサとし
て機能するが、電流は他のセルを介して流れるの
でO2分子が一方のセルから他のセルへ汲み出さ
れる。ポンプセル及びセンサセルは支持構造に取
り付けられ、漏洩オリフイスを介して周囲雰囲気
と通じる包囲空間を定める。包囲空間が酸素分圧
を含む周囲環境に置かれたときは、漏洩オリフイ
スによりこの包囲空間内に周囲気圧が確立され
る。
動作に際して、汲み出し作用と検知作用とがポ
ンプセルに印加される電圧とセンサセルで測定さ
れた電圧との間での移相を許容するならば、装置
は発振状態を持続する。この移相はポンプセルサ
とセンサセルとの間の距離に関係する。即ち、ポ
ンプセルの電気的な作用は、酸素がポンプセルと
センサセルとの間を拡散する時間だけセンサセル
に現われるのが遅れる。
ンプセルに印加される電圧とセンサセルで測定さ
れた電圧との間での移相を許容するならば、装置
は発振状態を持続する。この移相はポンプセルサ
とセンサセルとの間の距離に関係する。即ち、ポ
ンプセルの電気的な作用は、酸素がポンプセルと
センサセルとの間を拡散する時間だけセンサセル
に現われるのが遅れる。
この明細書は、自動車のエンジンに見られるよ
うな比較的高温のガス雰囲気における絶対圧力を
計測する圧力センサ（第１図）と計測技術とを開
示する。例えばそのような高温ガス雰囲気におい
て、圧力センサの電気的な出力は周囲気圧あるい
はインテークマニホールドの圧力に比例させるこ
とができ、自動車のエンジンの空燃比のフイード
バツク制御に用いることができる。この圧力セン
サは、外部回路３０と、外部回路３０に対してフ
イードバツク要素として働く固体電気化学装置１
０とを備えている。電気化学装置１０は以下で説
明するが、詳細は1980年３月出願の米国特許出願
番号第126606号に説明されており、その発明者及
び譲受人はこの出願と同一である。この装置の動
作には、圧力を測定するガスがある程度（例えば
実験では0.1％〜５％の範囲が用いられた）の酸
素を含むこと、及び装置が加熱された温度（例え
ば700℃以上）で作動されることが必要である。
うな比較的高温のガス雰囲気における絶対圧力を
計測する圧力センサ（第１図）と計測技術とを開
示する。例えばそのような高温ガス雰囲気におい
て、圧力センサの電気的な出力は周囲気圧あるい
はインテークマニホールドの圧力に比例させるこ
とができ、自動車のエンジンの空燃比のフイード
バツク制御に用いることができる。この圧力セン
サは、外部回路３０と、外部回路３０に対してフ
イードバツク要素として働く固体電気化学装置１
０とを備えている。電気化学装置１０は以下で説
明するが、詳細は1980年３月出願の米国特許出願
番号第126606号に説明されており、その発明者及
び譲受人はこの出願と同一である。この装置の動
作には、圧力を測定するガスがある程度（例えば
実験では0.1％〜５％の範囲が用いられた）の酸
素を含むこと、及び装置が加熱された温度（例え
ば700℃以上）で作動されることが必要である。
第２図の実施例に示すように、電気化学装置１
０は、O=イオンを適当に伝導することができる
酸化ジルコニウムからなる２つの小板１１及び１
２を備えている。このような固体のイオン伝導体
は固体電解質と呼ばれている。電極１５は各小板
の各面に対向して取り付けられ、電気化学セルを
形成している。図で右側と左側のセルはそれぞれ
その機能からポンプセル、センサセルと呼ばれ
る。この電極１５は、典型的な厚さ1.0ミクロン
をもつ白金膜（典型的には通常の蒸着技術によ
る）又はその目的を達成する他の物質からなる。
リード線１８は外部回路３０をこのセルに接続で
きるように各電極１５に接続されている。ガラス
原料又はセラミツクグルー１６を用いることによ
り、酸化ジルコニウムの小板１１，１２は中空か
つ非多孔性のセラミツク管１４に結合され、包囲
空間１３を定める。この結合により、各セルの電
極の一つは包囲空間１３内に置かれる。小孔１７
がセラミツク管１４に又はセル自体に穿孔され
て、包囲空間１３内に周囲気圧が確立されること
を許す。他の実施例として、低温で所望の電気化
学機能を遂行しうる他のO=伝導固体電解質（例
えばこの目的に用いるCeO2）を組込んでもよい。
この装置は圧力を測定すべき周囲気圧内に完全に
置かれる。
０は、O=イオンを適当に伝導することができる
酸化ジルコニウムからなる２つの小板１１及び１
２を備えている。このような固体のイオン伝導体
は固体電解質と呼ばれている。電極１５は各小板
の各面に対向して取り付けられ、電気化学セルを
形成している。図で右側と左側のセルはそれぞれ
その機能からポンプセル、センサセルと呼ばれ
る。この電極１５は、典型的な厚さ1.0ミクロン
をもつ白金膜（典型的には通常の蒸着技術によ
る）又はその目的を達成する他の物質からなる。
リード線１８は外部回路３０をこのセルに接続で
きるように各電極１５に接続されている。ガラス
原料又はセラミツクグルー１６を用いることによ
り、酸化ジルコニウムの小板１１，１２は中空か
つ非多孔性のセラミツク管１４に結合され、包囲
空間１３を定める。この結合により、各セルの電
極の一つは包囲空間１３内に置かれる。小孔１７
がセラミツク管１４に又はセル自体に穿孔され
て、包囲空間１３内に周囲気圧が確立されること
を許す。他の実施例として、低温で所望の電気化
学機能を遂行しうる他のO=伝導固体電解質（例
えばこの目的に用いるCeO2）を組込んでもよい。
この装置は圧力を測定すべき周囲気圧内に完全に
置かれる。
外部回路３０に接続した電気化学装置１０を示
す。第１図を参照してその電気的な動作を説明す
る。ポンプセル３９の目的は、外部回路３０が電
流IPをポンプセル３９を介して流したときに、ガ
ス状の酸素を包囲空間１３に流入あるいはそこか
ら流出せしめることである。ポンプ作用により、
包囲空間１３内の酸素分圧は周囲雰囲気における
酸素分圧に対して増加又は減少する。この増加又
は減少により、起電力EOがセンサセル４０に発
生し増幅器３１に「読み」とられる。増幅器３１
はゲイン“１”の高インピーダンスバツフア段で
あり、センサセル４０をほぼ開放回路条件で監視
できるようにする。増幅器３１の出力は増幅器３
４に供給される。増幅器３４は比較器として働
き、バツフアされたセンサセル４０の出力から直
流基準電圧VRを減算する。増幅器３４は増幅器
３７に接続されており、増幅器３７は、電流監視
抵抗３８を介してポンプセル３９を駆動するのに
十分な電流出力能力をもつ電流増幅器である。２
つの増幅器３４及び３７の交流電圧ゲインは近似
的に言つてRF／RIである。
す。第１図を参照してその電気的な動作を説明す
る。ポンプセル３９の目的は、外部回路３０が電
流IPをポンプセル３９を介して流したときに、ガ
ス状の酸素を包囲空間１３に流入あるいはそこか
ら流出せしめることである。ポンプ作用により、
包囲空間１３内の酸素分圧は周囲雰囲気における
酸素分圧に対して増加又は減少する。この増加又
は減少により、起電力EOがセンサセル４０に発
生し増幅器３１に「読み」とられる。増幅器３１
はゲイン“１”の高インピーダンスバツフア段で
あり、センサセル４０をほぼ開放回路条件で監視
できるようにする。増幅器３１の出力は増幅器３
４に供給される。増幅器３４は比較器として働
き、バツフアされたセンサセル４０の出力から直
流基準電圧VRを減算する。増幅器３４は増幅器
３７に接続されており、増幅器３７は、電流監視
抵抗３８を介してポンプセル３９を駆動するのに
十分な電流出力能力をもつ電流増幅器である。２
つの増幅器３４及び３７の交流電圧ゲインは近似
的に言つてRF／RIである。
直流定常状態において、外部回路３０は比較器
の基準電圧VRにほぼ等しい（ゲインに依存する）
値でセンサセル４０の出力電圧EOを制御するサ
ーボシステムである。このモードにおける動作
は、前述した米国特許出願第126606号に詳細に説
明されている。
の基準電圧VRにほぼ等しい（ゲインに依存する）
値でセンサセル４０の出力電圧EOを制御するサ
ーボシステムである。このモードにおける動作
は、前述した米国特許出願第126606号に詳細に説
明されている。
外部回路３０に接続された電気化学装置１０の
複合システムは、ある条件下で自励発振をするこ
とができる。自励発振は、信号がサーボループを
一巡するときの位相変化が2πラジアン即ち360゜と
なる周波数で発生する。第１図に示す構成の場
合、増幅器３１はπラジアン即ち180゜の移相を与
えるので、自励発振をするためには、外部回路３
０の残りは電気化学装置１０とともに更にπラジ
アン即ち180゜の移相をしなければならない。第１
図に示す構成の場合、この残りの移相は電気化学
装置１０が分担する必要がある。最も簡単な場合
は、発振周波数が充分に低く、ネルンスト
（Nernst）セル３９及び４０のインピーダンスが
リアクテイブ成分をもたず、従つて付加的な移相
を発生しない場合である。従つて、所要の180゜移
相は、O2分子が電気化学装置１０に対して内部
のガス通路を移動する拡散遅延にのみに起因しな
ければならない。拡散方程式を解くと、持続発振
は角周波数ω＝2πfとなるときである。ただし、 ω＝11.187D／2 ……(1) であり、Ｄは混合ガスにおける酸素分子の拡散係
数である。Ｄが絶体圧力に反比例するため、発振
周期は実験的に観察されるように絶対圧力に比例
する。第１図を参照すると、検出器５１は増幅器
３７の出力に接続され、発振周期、従つて絶対圧
力を検出する。必要ならば、検出器５１は、圧力
センサ出力が温度に依存するように圧力の測定を
修正できる。比例定数11.187は、電気化学装置１
０がπラジアンの移相をしなければならないとい
う事実によつて、モデル内で決定されたものであ
る。また外部回路３０に通常の電子部品を付加し
て付加的な移相を発生せしめるようにしてもよ
い。発振を得るために、異なる移相が装置に要求
されることもある。この場合、別の比例定数が適
当となり、圧力に比例した周期をもつ発振が別の
周波数で起こる。このような方法により、発振周
波数は、必要ならば所望領域に同調させることが
できる。
複合システムは、ある条件下で自励発振をするこ
とができる。自励発振は、信号がサーボループを
一巡するときの位相変化が2πラジアン即ち360゜と
なる周波数で発生する。第１図に示す構成の場
合、増幅器３１はπラジアン即ち180゜の移相を与
えるので、自励発振をするためには、外部回路３
０の残りは電気化学装置１０とともに更にπラジ
アン即ち180゜の移相をしなければならない。第１
図に示す構成の場合、この残りの移相は電気化学
装置１０が分担する必要がある。最も簡単な場合
は、発振周波数が充分に低く、ネルンスト
（Nernst）セル３９及び４０のインピーダンスが
リアクテイブ成分をもたず、従つて付加的な移相
を発生しない場合である。従つて、所要の180゜移
相は、O2分子が電気化学装置１０に対して内部
のガス通路を移動する拡散遅延にのみに起因しな
ければならない。拡散方程式を解くと、持続発振
は角周波数ω＝2πfとなるときである。ただし、 ω＝11.187D／2 ……(1) であり、Ｄは混合ガスにおける酸素分子の拡散係
数である。Ｄが絶体圧力に反比例するため、発振
周期は実験的に観察されるように絶対圧力に比例
する。第１図を参照すると、検出器５１は増幅器
３７の出力に接続され、発振周期、従つて絶対圧
力を検出する。必要ならば、検出器５１は、圧力
センサ出力が温度に依存するように圧力の測定を
修正できる。比例定数11.187は、電気化学装置１
０がπラジアンの移相をしなければならないとい
う事実によつて、モデル内で決定されたものであ
る。また外部回路３０に通常の電子部品を付加し
て付加的な移相を発生せしめるようにしてもよ
い。発振を得るために、異なる移相が装置に要求
されることもある。この場合、別の比例定数が適
当となり、圧力に比例した周期をもつ発振が別の
周波数で起こる。このような方法により、発振周
波数は、必要ならば所望領域に同調させることが
できる。
典型的な部品として、増幅器３１及び３４は
CA3140、増幅器３７はMC1438、抵抗３２，３
３及び４１は100KΩ、抵抗３５は1KΩ、抵抗３
６は1MΩ、抵抗３８は10Ωである。
CA3140、増幅器３７はMC1438、抵抗３２，３
３及び４１は100KΩ、抵抗３５は1KΩ、抵抗３
６は1MΩ、抵抗３８は10Ωである。
第３図は発振周期対絶対圧力を示す。ここでは
式(1)から導出した発振周期の圧力に対する線形依
存が約175Torrより大きな圧力に対して見られ
る。これは自動車が関連する圧力領域である。最
低圧力で線形性から外れるのは出力電圧VPとポ
ンプ電圧IPとの間の移相によることが証明されて
いる。この移相は、極限の動作条件下で発生する
電極処理に関係しているもので、発振周期を決定
する要因でもあり、圧力に対する感度を低下させ
る。
式(1)から導出した発振周期の圧力に対する線形依
存が約175Torrより大きな圧力に対して見られ
る。これは自動車が関連する圧力領域である。最
低圧力で線形性から外れるのは出力電圧VPとポ
ンプ電圧IPとの間の移相によることが証明されて
いる。この移相は、極限の動作条件下で発生する
電極処理に関係しているもので、発振周期を決定
する要因でもあり、圧力に対する感度を低下させ
る。
高圧力領域ではＤ＝DO／Ｐと設定することが
できる。ただし、DOは圧力から独立しており、
Ｐは圧力である。(1)式から、DO＝2πl2／11.187S
であり、Ｓは第３図において高圧（＞200mmHg）
のデータ点を通つて引いた直線の傾斜である。
できる。ただし、DOは圧力から独立しており、
Ｐは圧力である。(1)式から、DO＝2πl2／11.187S
であり、Ｓは第３図において高圧（＞200mmHg）
のデータ点を通つて引いた直線の傾斜である。
DO＝1.92cm2／secatmは、米国電気化学学会誌
（Journal of the Electrochemical Society）、
116、1170、1969においてテツドモン（C.S.
Tedmon、Jr）他が述べているような公知の窒素
中の酸素の拡散データと合理的に一致する。この
一致は拡散メカニズムが移相に応答可能なもので
あることを確認する。
116、1170、1969においてテツドモン（C.S.
Tedmon、Jr）他が述べているような公知の窒素
中の酸素の拡散データと合理的に一致する。この
一致は拡散メカニズムが移相に応答可能なもので
あることを確認する。
第４図はある雰囲気全圧力における発振周期に
依存する温度特性を示す。力学理論の計算による
と、発振周期はT-1.8に依存して変化する（例え
ばケンラツド（E.H.Kennrad）による「ガスの
力学理論」、ニユーヨーク、マツクグロウ・ヒ
ル・ブツク社、1938年、109、114節を参照）。そ
のデータはほぼT-1.6に依存することを示す。実
際のデバイスにおいては、ヒータ５０（第１図）
は必要とするほぼ一定の高温を保持するのに効果
がある。ヒータ５０は、所望の精度が得られるよ
うに電気化学装置１０を充分小さな温度領域内に
維持することができる。
依存する温度特性を示す。力学理論の計算による
と、発振周期はT-1.8に依存して変化する（例え
ばケンラツド（E.H.Kennrad）による「ガスの
力学理論」、ニユーヨーク、マツクグロウ・ヒ
ル・ブツク社、1938年、109、114節を参照）。そ
のデータはほぼT-1.6に依存することを示す。実
際のデバイスにおいては、ヒータ５０（第１図）
は必要とするほぼ一定の高温を保持するのに効果
がある。ヒータ５０は、所望の精度が得られるよ
うに電気化学装置１０を充分小さな温度領域内に
維持することができる。
第５ａ図及び第５ｂ図は実験の結果を示すもの
で、発振周期は周囲気圧と共に変化している。第
５ａ図の高い圧力は長い周期に対応し、第５ｂ図
の低い圧力は短い周期に対応する。
で、発振周期は周囲気圧と共に変化している。第
５ａ図の高い圧力は長い周期に対応し、第５ｂ図
の低い圧力は短い周期に対応する。
種々の修正、変形がこの発明が属する分野にお
ける技術に熟練する者に可能であろう。例えば外
部回路３０の移相は部品を付加することにより変
更可能である。
ける技術に熟練する者に可能であろう。例えば外
部回路３０の移相は部品を付加することにより変
更可能である。
スパーク・プラグの端部に合うように電気化学
装置を形成して車輛への取り付けを容易にすると
いうような他の構成も可能である。この開示はこ
の発明の教えるところのものを通して技術に進歩
をもたらすものであり、その教えるところのもの
に基本的に依存する上記及び他の全ての変形は明
らかにこの発明の範囲内に含まれるものと考え
る。
装置を形成して車輛への取り付けを容易にすると
いうような他の構成も可能である。この開示はこ
の発明の教えるところのものを通して技術に進歩
をもたらすものであり、その教えるところのもの
に基本的に依存する上記及び他の全ての変形は明
らかにこの発明の範囲内に含まれるものと考え
る。
第１図は外部回路に接続された電気化学装置を
備えたこの発明の一実施例による圧力センサのブ
ロツク図、第２図は第１図に示す電気化学装置の
詳細な構造図、第３図はこの発明の一実施例によ
り計測された発振周期対絶体圧力を示すグラフ、
第４図は全圧力1atmで発振周期の温度特性を示
すように発振周期の自然対数対温度の自然対数を
示すグラフ、第５ａ図及び第５ｂ図は発振ポンプ
電圧対時間を示すグラフ（第５ａ図は水銀720mm
の絶体圧力に対応し、第５ｂ図は水銀150mmの圧
力を示し、両者の時間スケールは１cm当り100mm
sec、バイアス電圧VRは−15.5mV）である。 １０……電気化学装置、１１，１２……小板、
１３……包囲空間、１４……セラミツク管、１５
……電極、１７……小孔、１８……リード線、３
１，３４，３７……増幅器、３９……ポンプセ
ル、４０……センサセル、５０……ヒータ、５１
……検出器。
備えたこの発明の一実施例による圧力センサのブ
ロツク図、第２図は第１図に示す電気化学装置の
詳細な構造図、第３図はこの発明の一実施例によ
り計測された発振周期対絶体圧力を示すグラフ、
第４図は全圧力1atmで発振周期の温度特性を示
すように発振周期の自然対数対温度の自然対数を
示すグラフ、第５ａ図及び第５ｂ図は発振ポンプ
電圧対時間を示すグラフ（第５ａ図は水銀720mm
の絶体圧力に対応し、第５ｂ図は水銀150mmの圧
力を示し、両者の時間スケールは１cm当り100mm
sec、バイアス電圧VRは−15.5mV）である。 １０……電気化学装置、１１，１２……小板、
１３……包囲空間、１４……セラミツク管、１５
……電極、１７……小孔、１８……リード線、３
１，３４，３７……増幅器、３９……ポンプセ
ル、４０……センサセル、５０……ヒータ、５１
……検出器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 電気化学装置と外部回路とを含み、酸素を含
む周囲環境における絶対圧力を測定する圧力セン
サであつて、前記電気化学装置は、固体の電気化
学的ポンプセルと、固体の電気化学的センサセル
と、前記ポンプセル及びセンサセルと共に組み合
されて包囲空間を画定する関連支持部材と、前記
包囲空間が酸素の分圧を含む周囲環境内に置かれ
たときに当該周囲環境自体が包囲空間内に確立さ
れるように、前記包囲繞空間と周囲環境との間を
連通する漏洩オリフイスと、移相手段とを備え、
前記ポンプセル及びセンサセルは酸化ジルコニウ
ム及び酸化セシウムのような酸素イオンを伝導可
能な固体イオン伝導体の小板で形成され、かつ前
記小片のそれぞれの両面に取り付けられた例えば
プラチナからなる２つの電極層と、前記小片のそ
れぞれに取り付けられて前記外部回路を前記ポン
プセル及びセンサセルに結合するリード線とを含
み、前記外部回路は前記電気化学装置が前記外部
回路のためのフイードバツク要素として作用する
ように該電気化学装置に結合されて前記外部回路
が発振できるようにされ全圧力に比例する発振周
期をもつ信号を出力するよう構成されており、ま
た前記移相手段は前記電気化学装置と前記外部回
路とを１回通過する信号が360度の移相を存して
自励発振を許すよう構成されて成る前記圧力セン
サ。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記外部回
路は180度の移相を行なうバツフア手段を備える
ことを特徴とする前記圧力センサ。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記外部回
路は予め設定する基準電圧VRを供給する電圧源
と、前記ポンプセルに結合された出力端子とを有
し、出力信号VRを印加して前記センサセルに発
生する起電力EOが前記予め設定した基準電圧VR
に向つて駆動されるように充分な速度で前記包囲
空間から酸素を流出させるよう構成したことを特
徴とする前記圧力センサ。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記外部回
路は電圧を検出するバツフア手段と、２電圧を比
較する比較手段と、電圧を増幅する増幅手段との
直列接続を含み、前記バツフア手段は前記センサ
セルとバツフア出力とに結合された入力を有して
おり、前記比較手段は前記バツフア手段の出力に
結合された第１の入力と、前記基準電圧VRを受
けるために前記電圧源手段に結合された第２の入
力と、比較出力とを有しており、前記増幅手段は
前記比較出力に結合された第１の入力と、前記比
較手段の第２入力及び前記ポンプセルに結合され
た増幅出力とを有していることを特徴とする前記
圧力センサ。 ５ 特許請求の範囲第４項において、入力抵抗
RIが前記比較手段の第２入力に前記電圧源手段
を結合し、また前記比較手段の前記第１及び第２
入力は異なる符号を有していて前記比較手段は
VR−EOに比例する出力を発生するよう構成され、
またフイードバツク抵抗RFが前記比較手段の第
２の入力に前記増幅出力を結合し前記増幅手段が
増幅度RF／RIをもつて前記比較出力を増幅し前
記出力信号VPを出力するよう構成したことを特
徴とする前記圧力センサ。 ６ 特許請求の範囲第５項において、前記外部回
路に結合されて前記出力信号VPの発振周期を検
出し、該発振周期と絶対圧力との間の比例関係を
確立して絶対圧力を決定する検出手段を含むこと
を特徴とする前記圧力センサ。 ７ 特許請求の範囲第６項において、前記圧力手
段センサに隣接して、所望の精度を達成するため
に前記電気化学装置を十分狭い温度範囲内に保持
するための加熱手段を含むことを特徴とする前記
圧力センサ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/258,150 US4396466A (en) | 1981-04-27 | 1981-04-27 | Absolute pressure sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57186139A JPS57186139A (en) | 1982-11-16 |
| JPS646691B2 true JPS646691B2 (ja) | 1989-02-06 |
Family
ID=22979298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57070195A Granted JPS57186139A (en) | 1981-04-27 | 1982-04-26 | Sensor for absolute pressure |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4396466A (ja) |
| JP (1) | JPS57186139A (ja) |
| CA (1) | CA1174484A (ja) |
| DE (1) | DE3215556C2 (ja) |
| GB (1) | GB2097541B (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59178354A (ja) * | 1983-03-29 | 1984-10-09 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 酸素センサ |
| JPS60501873A (ja) * | 1983-07-15 | 1985-10-31 | フオ−ド モ−タ− カンパニ− | 広範囲空気燃料比センサ |
| WO1985000659A1 (en) * | 1983-07-18 | 1985-02-14 | Ford Motor Company | Measuring an extended range of air fuel ratio |
| JPS60501871A (ja) * | 1983-07-18 | 1985-10-31 | フオ−ド モ−タ− カンパニ− | 安定状態で高い空気／燃料比を決定する方法 |
| JPH063432B2 (ja) * | 1984-02-08 | 1994-01-12 | 三菱電機株式会社 | 機関の空燃比センサ |
| JPS60173461A (ja) * | 1984-02-20 | 1985-09-06 | Nissan Motor Co Ltd | 酸素センサ |
| US4568443A (en) * | 1984-09-06 | 1986-02-04 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Air-to-fuel ratio sensor |
| JPS61180427A (ja) * | 1985-02-06 | 1986-08-13 | Canon Inc | 集積回路基板 |
| JPS62238455A (ja) * | 1986-04-09 | 1987-10-19 | Ngk Insulators Ltd | 酸素分析方法及び装置 |
| JPH04170291A (ja) * | 1990-11-02 | 1992-06-17 | Canon Inc | 信号処理装置 |
| US5280424A (en) * | 1991-05-22 | 1994-01-18 | Rony Peter R | Oscillatory systems and methods of synthesizing same |
| DE19637607A1 (de) * | 1996-09-16 | 1998-03-19 | Trw Fahrzeugelektrik | Druckschalteinrichtung, insbesondere für die Kraftfahrzeugtechnik |
Family Cites Families (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2999379A (en) * | 1957-02-19 | 1961-09-12 | Honeywell Regulator Co | Gas analyzing apparatus |
| NL241857A (ja) * | 1958-08-20 | |||
| US3347635A (en) * | 1963-05-20 | 1967-10-17 | United Nuclear Corp | Gas analysis method |
| US3311454A (en) * | 1964-01-09 | 1967-03-28 | Westinghouse Electric Corp | Apparatus for detection and measurement of contamination of sulfur hexafluoride and other gases |
| US3857771A (en) * | 1967-02-27 | 1974-12-31 | Beckman Instruments Inc | Rate sensing batch analyzer |
| NL6710038A (ja) * | 1967-07-20 | 1969-01-22 | ||
| US3698384A (en) * | 1970-11-03 | 1972-10-17 | Westinghouse Electric Corp | Oxygen consumption rate monitor |
| NL7304299A (ja) * | 1973-03-28 | 1974-10-01 | ||
| NL7309537A (nl) * | 1973-07-09 | 1975-01-13 | Philips Nv | Gasanalyse-apparaat. |
| JPS5274385A (en) * | 1975-12-18 | 1977-06-22 | Nissan Motor | Airrfuel ratio detector |
| US4112893A (en) * | 1975-12-25 | 1978-09-12 | Nissan Motor Company, Limited | Air/fuel ratio control system for internal combustion engine having high input impedance circuit |
| US4121548A (en) * | 1976-08-08 | 1978-10-24 | Nippon Soken, Inc. | Deteriorated condition detecting apparatus for an oxygen sensor |
| US4135381A (en) * | 1977-07-11 | 1979-01-23 | General Motors Corporation | Oxygen sensor temperature monitor for an engine exhaust monitoring system |
| US4147513A (en) * | 1977-09-26 | 1979-04-03 | Bendix Autolite Corporation | Method and apparatus for measuring the O2 content of a gas |
| US4148211A (en) * | 1978-03-22 | 1979-04-10 | Beckman Instruments, Inc. | Sampling system for engine exhaust gas analysis apparatus |
| US4272331A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Oscillatory mode oxygen sensor and method |
| US4272329A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Steady state mode oxygen sensor and method |
| US4272330A (en) * | 1980-03-03 | 1981-06-09 | Ford Motor Company | Transient mode oxygen sensor and method |
-
1981
- 1981-04-27 US US06/258,150 patent/US4396466A/en not_active Expired - Fee Related
-
1982
- 1982-03-23 CA CA000399103A patent/CA1174484A/en not_active Expired
- 1982-04-22 GB GB8211615A patent/GB2097541B/en not_active Expired
- 1982-04-26 JP JP57070195A patent/JPS57186139A/ja active Granted
- 1982-04-26 DE DE3215556A patent/DE3215556C2/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57186139A (en) | 1982-11-16 |
| DE3215556C2 (de) | 1986-11-13 |
| US4396466A (en) | 1983-08-02 |
| GB2097541A (en) | 1982-11-03 |
| CA1174484A (en) | 1984-09-18 |
| DE3215556A1 (de) | 1982-11-11 |
| GB2097541B (en) | 1985-10-02 |
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