氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠以良好的精度得到被測定氣體中水蒸氣的濃度的氣體傳感器。主泵單元(21)對(duì)第一內(nèi)部空間(20)的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，使得第一內(nèi)部空間(20)中被測定氣體中的水蒸氣全部分解，測定泵單元(50)對(duì)第二內(nèi)部空間(40)的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，以使得由水蒸氣的分解而生成的氫被選擇性地燃燒。測定用內(nèi)側(cè)電極(51)的金屬成分包含金與金之外的貴金屬的合金，測定用內(nèi)側(cè)電極(51)的表面的金屬成分中金的存在比例為25at％以上，基于測定用內(nèi)側(cè)電極(51)與外側(cè)電極(23)之間流動(dòng)的電流的大小，來確定水蒸氣的濃度。
【專利說明】
氣體傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種檢測被測定氣體中的水蒸氣的氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在例如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的燃燒控制或廢氣控制等環(huán)境控制，或者醫(yī)療、生 物技術(shù)、工農(nóng)業(yè)等等各種領(lǐng)域中，有希望W良好的精度得到作為對(duì)象的氣體成分的濃度的 需求。在現(xiàn)有技術(shù)中，與運(yùn)種需求相應(yīng)的各種測定、評(píng)價(jià)方法W及裝置正在得到研究和探 討。
[0003] 例如，極限電流方式的氧傳感器在原理上，除氧濃度之外能夠測定水蒸氣濃度或 二氧化碳濃度已經(jīng)是公知的(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 另外，具備分別具有兩個(gè)氧累單元的兩個(gè)傳感器，通過基于共計(jì)四個(gè)累單元的累 電流的逆矩陣運(yùn)算來求出二氧化碳濃度與水分(水蒸氣)濃度的二氧化碳及水分的測定裝 置已經(jīng)是公知的（例如，參照專利文獻(xiàn)1)。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)1:日本特公平6-76990號(hào)公報(bào)
[0006] 非專利文獻(xiàn)1:"薄膜極限電流式氧傳感器"（日語原文:薄膜限界電流式酸素 irシ 哥），高橋英昭、佐治啟市、近藤春義，豐田中央研究所R&D review(日語原文:豊田中央研究 所 R&Dレt、、二一），V〇1.27，No.2，p.47-57

【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的課題
[0007] 基于非專利文獻(xiàn)1公開的原理，實(shí)際上，若使用汽車的廢氣用途的氧傳感器想要測 定發(fā)動(dòng)機(jī)排氣中的水蒸氣的濃度，由于在與也0的分解電壓同程度的分解電壓下C〇2發(fā)生了 分解，因此存在產(chǎn)生了干擾的問題。因此，基于該原理的水蒸氣傳感器至今沒有得到實(shí)用 化。
[000引由于對(duì)專利文獻(xiàn)1公開的測定裝置而言，通過利用也0的分解產(chǎn)生的化的量與也0不 分解的情況下的化的量的差來測定水分(水蒸氣)濃度，因此需要繁雜的校正工序。另外，在 計(jì)算濃度算時(shí)需要復(fù)雜的逆矩陣運(yùn)算。即，專利文獻(xiàn)1中公開的技術(shù)存在需要復(fù)雜且高價(jià)的 測定裝置的問題。
[0009] 本發(fā)明是鑒于上述課題做出的，其目的在于提供一種能夠W良好的精度得到含有 對(duì)象外氣體成分的被測定氣體中水蒸氣濃度的氣體傳感器。 用于解決課題的技術(shù)方案
[0010] 為解決上述課題，第一方案是一種氣體傳感器，其使用包含氧離子導(dǎo)電性的固體 電解質(zhì)的傳感器元件構(gòu)成、并基于所述固體電解質(zhì)內(nèi)流動(dòng)的電流對(duì)被測定氣體中的水蒸氣 成分的濃度進(jìn)行確定，其特征在于，具備:第一擴(kuò)散控制部，其與外部空間連通，對(duì)所述被測 定氣體賦予第一擴(kuò)散阻力;第一內(nèi)部空間，其與所述第一擴(kuò)散控制部連通，在所述第一擴(kuò)散 阻力下，被測定氣體從所述外部空間被導(dǎo)入該第一內(nèi)部空間；第二擴(kuò)散控制部，其與所述第 一內(nèi)部空間連通，對(duì)所述被測定氣體賦予第二擴(kuò)散阻力;第二內(nèi)部空間，其與所述第二擴(kuò)散 控制部連通，在所述第二擴(kuò)散阻力下，被測定氣體從所述第一內(nèi)部空間被導(dǎo)入該第二內(nèi)部 空間；主電化學(xué)累單元，其由面向所述第一內(nèi)部空間而形成的主內(nèi)側(cè)電極、在所述傳感器元 件的外表面形成的第一外側(cè)電極、存在于所述主內(nèi)側(cè)電極與所述第一外側(cè)電極之間的所述 固體電解質(zhì)構(gòu)成;測定用電化學(xué)累單元，其由面向所述第二內(nèi)部空間而形成的測定用內(nèi)側(cè) 電極、在所述傳感器元件的外表面形成的第二外側(cè)電極、存在于所述測定用內(nèi)側(cè)電極與所 述第二外側(cè)電極之間的所述固體電解質(zhì)構(gòu)成;基準(zhǔn)氣體空間，基準(zhǔn)氣體被導(dǎo)入至該基準(zhǔn)氣 體空間；W及面向所述基準(zhǔn)氣體空間而形成的基準(zhǔn)電極;所述測定用內(nèi)側(cè)電極的金屬成分 包含金與金之外的貴金屬的合金;所述測定用內(nèi)側(cè)電極的表面的所述金屬成分中金的存在 比例為25at%W上;所述主電化學(xué)累單元對(duì)所述第一內(nèi)部空間的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，W使得 所述第一內(nèi)部空間中所述水蒸氣成分實(shí)質(zhì)上被全部分解;所述測定用電化學(xué)累單元對(duì)所述 第二內(nèi)部空間的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，W使得由所述水蒸氣成分的分解而生成的氨在所述第二 內(nèi)部空間內(nèi)選擇性地燃燒;基于通過所述測定用電化學(xué)累單元將氧供給至所述第二內(nèi)部空 間時(shí)所述測定用內(nèi)側(cè)電極與所述第二外側(cè)電極之間流動(dòng)的電流的大小，來確定存在于所述 被測定氣體中的所述水蒸氣成分的濃度。
[0011] 第二方案是一種第一方案所設(shè)及的氣體傳感器，其特征在于，所述貴金屬為銷。
[0012] 第Ξ方案是一種第一或第二方案所設(shè)及的氣體傳感器，其特征在于，通過調(diào)整施 加于所述主內(nèi)側(cè)電極與所述第一外側(cè)電極之間的第一電壓，所述第一內(nèi)部空間的氧分壓被 調(diào)整，W使得所述水蒸氣成分實(shí)質(zhì)上全部分解;通過調(diào)整施加于所述測定用內(nèi)側(cè)電極與所 述第二外側(cè)電極之間的第二電壓，所述第二內(nèi)部空間的氧分壓被調(diào)整，W使得由所述水蒸 氣成分的分解而生成的氨全部燃燒。
[0013] 第四方案是一種第Ξ方案所設(shè)及的氣體傳感器，其特征在于，還具備:第一氧分壓 檢測傳感器單元，其由所述主內(nèi)側(cè)電極、所述基準(zhǔn)電極、及所述主內(nèi)側(cè)電極與所述基準(zhǔn)電極 之間存在的所述固體電解質(zhì)構(gòu)成，并檢測所述第一電壓的大??；W及第二氧分壓檢測傳感 器單元，其由所述測定用內(nèi)側(cè)電極、所述基準(zhǔn)電極、及所述測定用內(nèi)側(cè)電極與所述基準(zhǔn)電極 之間存在的所述固體電解質(zhì)構(gòu)成，并檢測所述第二電壓的大小;基于所述第一氧分壓檢測 傳感器單元的所述第一電壓的檢測值調(diào)整所述第一內(nèi)部空間的氧分壓，基于所述第二氧分 壓檢測傳感器單元的所述第二電壓的檢測值調(diào)整所述第二內(nèi)部空間的氧分壓。
[0014] 第五方案是一種第一至第四方案中的任一項(xiàng)所設(shè)及的氣體傳感器，其特征在于， 在滿足所述第二內(nèi)部空間的氧分壓大于所述第一內(nèi)部空間的氧分壓的關(guān)系的同時(shí)，確定所 述水蒸氣成分的濃度。
[0015] 第六方案是一種第五方案所設(shè)及的氣體傳感器，其特征在于，使所述第一內(nèi)部空 間的氧分壓為l〇-"atm~l〇-Watm，使所述第二內(nèi)部空間的氧分壓為l〇-5atm~l〇-i5atm，確定 所述水蒸氣成分的濃度。
[0016] 第屯方案是一種第五或第六方案所設(shè)及的氣體傳感器，其特征在于，所述被測定 氣體的氧分壓越大，則使所述第一內(nèi)部空間中的目標(biāo)氧分壓越小。
[0017] 第八方案是一種第一至第屯方案中的任一項(xiàng)所設(shè)及的氣體傳感器，其特征在于， 所述第一外側(cè)電極與所述第二外側(cè)電極是共同的。 發(fā)明效果
[0018]根據(jù)第一至第八方案，即使是在被測定氣體含有二氧化碳的情況下，也不會(huì)受到 二氧化碳的干擾，能夠W良好的精度求出水蒸氣濃度。
【附圖說明】
[0019]圖1是示意性示出氣體傳感器100的結(jié)構(gòu)的剖面圖。 圖2是示意性示出水蒸氣檢測電流Ipl的絕對(duì)值與實(shí)際的水蒸氣濃度的函數(shù)關(guān)系的圖。 圖3是示出關(guān)于條件1~條件6的各個(gè)氣體傳感器100的靈敏度特性的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。 符號(hào)說明 1第一基板層;2第二基板層;3第Ξ基板層;4第一固體電解質(zhì)層;5隔離層;6第二固體電 解質(zhì)層;10氣體導(dǎo)入口； 11第一擴(kuò)散控制部；12緩沖空間；13第四擴(kuò)散控制部;20第一內(nèi)部空 間；21主累單元;22主內(nèi)側(cè)累電極;23外側(cè)累電極;24、52可變電源;30第二擴(kuò)散控制部;40第 二內(nèi)部空間；42基準(zhǔn)電極;43基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間；48基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入層;50測定累單元;51測定 用內(nèi)側(cè)累電極;60第一氧分壓檢測傳感器單元;61第二氧分壓檢測傳感器單元；100氣體傳 感器;101傳感器元件
【具體實(shí)施方式】
[0020] (氣體傳感器的示意性結(jié)構(gòu)） 圖1是示意性示出本發(fā)明的實(shí)施方式所設(shè)及的氣體傳感器100的結(jié)構(gòu)的剖面圖。本實(shí)施 方式所設(shè)及的氣體傳感器100用于檢測水蒸氣化2〇)并求出其濃度。其主要部分即傳感器元 件101是將W氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)即氧化錯(cuò)為主成分的陶瓷作為結(jié)構(gòu)材料而構(gòu)成的。
[0021] 傳感器元件101具有如下結(jié)構(gòu)：分別為包含氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)的第一基板 層1、第二基板層2、第Ξ基板層3、第一固體電解質(zhì)層4、隔離層5、及第二固體電解質(zhì)層6的運(yùn) 六層從附圖看從下側(cè)W該順序?qū)盈B的結(jié)構(gòu)。另外，形成運(yùn)六層的固體電解質(zhì)為致密的氣密 的固體電解質(zhì)。該傳感器元件101例如是通過W下所謂的生片工藝而制造的：在與各層對(duì)應(yīng) 的陶瓷生片實(shí)施規(guī)定的加工及電路圖的印刷等之后將其層疊，進(jìn)而，進(jìn)行燒成使之一體化。
[0022] 對(duì)傳感器元件101的一個(gè)前端部側(cè)而言，在第二固體電解質(zhì)層6的下表面與第一固 體電解質(zhì)層4的上表面之間，具備氣體導(dǎo)入口 10、第一擴(kuò)散控制部11、第一內(nèi)部空間20、第二 擴(kuò)散控制部30、第二內(nèi)部空間40。而且，在第一擴(kuò)散控制部11與第一內(nèi)部空間20之間，可W 設(shè)置緩沖空間12、第四擴(kuò)散控制部13。氣體導(dǎo)入口 10、第一擴(kuò)散控制部11、緩沖空間12、第四 擴(kuò)散控制部13、第一內(nèi)部空間20、第二擴(kuò)散控制部30、及第二內(nèi)部空間40 W該順序連通的方 式相鄰形成。將從氣體導(dǎo)入口 10直至第二內(nèi)部空間40的部位也稱作氣體流通部。
[0023] 氣體導(dǎo)入口 10、緩沖空間12、第一內(nèi)部空間20、及第二內(nèi)部空間40是W將隔離層5 挖空的方式而設(shè)置的內(nèi)部空間。緩沖空間12、第一內(nèi)部空間20、及第二內(nèi)部空間40均是用第 二固體電解質(zhì)層6的下表面、第一固體電解質(zhì)層4的上表面、隔離層5的側(cè)面來分別劃分上 部、下部、側(cè)部的。
[0024] 第一擴(kuò)散控制部11、第二擴(kuò)散控制部30、第四擴(kuò)散控制部13均作為兩根長條的(在 與附圖垂直的方向上開口具有長度方向）狹縫的方式而設(shè)置的。
[0025] 另外，對(duì)第Ξ基板層3的上表面、隔離層5的下表面之間而言，在比氣體流通部遠(yuǎn)離 前端側(cè)的位置，設(shè)置有基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間43。基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間43為用隔離層5的下表面劃 分上部、用第Ξ基板層3的上表面劃分下部、用第一固體電解質(zhì)層4的側(cè)面劃分側(cè)部的內(nèi)部 空間?；鶞?zhǔn)氣體導(dǎo)入空間43中，作為基準(zhǔn)氣體，例如氧或大氣被導(dǎo)入。
[0026] 氣體導(dǎo)入口 10為相對(duì)于外部空間開口的部位，通過該氣體導(dǎo)入口 10被測定氣體從 外部空間被導(dǎo)入傳感器元件101內(nèi)。
[0027] 第一擴(kuò)散控制部11為對(duì)從氣體導(dǎo)入口 10導(dǎo)入的被測定氣體賦予規(guī)定的擴(kuò)散阻力 的部位。
[0028] 緩沖空間12是W消除由于外部空間中被測定氣體的壓力變動(dòng)(若是在被測定氣體 為汽車的尾氣的情況下，則為排氣壓力的脈動(dòng))而發(fā)生的被測定氣體的濃度變動(dòng)為目的而 設(shè)置的。此外，傳感器元件101并非必須具備緩沖空間12。
[0029] 第四擴(kuò)散控制部13是對(duì)從緩沖空間12被導(dǎo)入第一內(nèi)部空間20的被測定氣體賦予 規(guī)定的擴(kuò)散阻力的部位。第四擴(kuò)散控制部13是與緩沖空間12的設(shè)置相附帶設(shè)置的部位。
[0030] 在未設(shè)置緩沖空間12及第四擴(kuò)散控制部13的情況下，第一擴(kuò)散控制部11與第一內(nèi) 部空間20直接連通。
[0031] 第一內(nèi)部空間20被設(shè)置作為用于調(diào)整從氣體導(dǎo)入口 10導(dǎo)入的被測定氣體中的氧 分壓的空間。通過主累單元21的工作，該氧分壓被調(diào)整。
[0032] 主累單元21是包括W下材料而構(gòu)成的電化學(xué)的累單元(主電化學(xué)累單元）：設(shè)置于 劃分第一內(nèi)部空間20的第一固體電解質(zhì)層4的上表面、第二固體電解質(zhì)層6的下表面、及隔 離層5的側(cè)面的各自的幾乎整個(gè)表面的主內(nèi)側(cè)累電極22; W露出到外部空間的方式設(shè)置在 第二固體電解質(zhì)層6的上表面的與主內(nèi)側(cè)累電極22對(duì)應(yīng)的區(qū)域的外側(cè)累電極23;夾在運(yùn)些 電極之間的氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)。主內(nèi)側(cè)累電極22與外側(cè)累電極23是作為俯視時(shí)呈矩 形狀的多孔金屬陶瓷電極，具體來說是作為Pt(銷)與Zr化(氧化錯(cuò))的金屬陶瓷電極而形成 的。
[0033] 在主累單元21中，通過利用傳感器元件101外部具備的可變電源24施加累電壓 化0,并使累電流IpO流過外側(cè)累電極23與主內(nèi)側(cè)累電極22之間，能夠?qū)⒌谝粌?nèi)部空間20內(nèi) 的氧汲出至外部空間，或者，將外部空間的氧汲入第一內(nèi)部空間20內(nèi)。
[0034] 另外，在傳感器元件101中，由主內(nèi)側(cè)累電極22、第Ξ基板層3的上表面與第一固體 電解質(zhì)層4夾持的基準(zhǔn)電極42、由運(yùn)些電極夾持的氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)，構(gòu)成了電化學(xué) 傳感器單元即第一氧分壓檢測傳感器單元60?；鶞?zhǔn)電極42為與外側(cè)累電極等同樣的由多孔 金屬陶瓷構(gòu)成的俯視時(shí)呈大致矩形狀的電極。另外，在基準(zhǔn)電極42的周圍，設(shè)置有由多孔氧 化侶構(gòu)成的、與基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間相連的基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入層48,從而使得基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間 43的基準(zhǔn)氣體被導(dǎo)入基準(zhǔn)電極42的表面。在第一氧分壓檢測傳感器單元60中，由于第一內(nèi) 部空間20內(nèi)的氣氛與基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間43的基準(zhǔn)氣體之間的氧濃度差，在主內(nèi)側(cè)累電極22 于基準(zhǔn)電極42之間產(chǎn)生電動(dòng)勢V0。
[0035] 在第一氧分壓檢測傳感器單元60產(chǎn)生的電動(dòng)勢V0根據(jù)存在于第一內(nèi)部空間20的 氣氛的氧分壓而變化。在傳感器元件101，該電動(dòng)勢V0用于反饋控制主累單元21的可變電源 24。由此，能夠根據(jù)第一內(nèi)部空間20的氣氛的氧分壓控制可變電源24施加于主累單元21的 累電壓化0。
[0036] 第二擴(kuò)散控制部30是對(duì)從第一內(nèi)部空間20導(dǎo)入第二內(nèi)部空間40的被測定氣體賦 予規(guī)定的擴(kuò)散阻力的部位。
[0037] 第二內(nèi)部空間40是被設(shè)置作為用于進(jìn)行通過第二擴(kuò)散控制部30而導(dǎo)入的該被測 定氣體中的水蒸氣的濃度測定有關(guān)的處理的空間。在第二內(nèi)部空間40,通過測定累單元50 的工作，使得能夠從外部供給氧。
[0038] 測定累單元50是包括W下材料而構(gòu)成的電化學(xué)累單元(測定用電化學(xué)累單元）：設(shè) 置于劃分第二內(nèi)部空間40的第一固體電解質(zhì)層4的上表面、第二固體電解質(zhì)層6的下表面、 及隔離層5的側(cè)面的各自的幾乎整個(gè)表面的測定用內(nèi)側(cè)累電極51;外側(cè)累電極23;夾在運(yùn)些 電極之間的氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)。測定用內(nèi)側(cè)累電極51是作為俯視時(shí)呈矩形狀的多孔 金屬陶瓷電極而形成的。具體來說，作為Au(金）與其他貴金屬（例如，Pt(銷）、Pd(鈕）、Rh (錠）、Ru(釘)等，W下稱為合金形成金屬）的合金與Zr化的金屬陶瓷電極而形成的材料為優(yōu) 選的一例，但也可W作為僅由該合金，或僅由Au構(gòu)成的電極而形成。
[0039] 此外，并非必須使用外側(cè)累電極23,也可W用設(shè)置于傳感器元件101的外表面的其 他金屬陶瓷電極代替外側(cè)累電極23,來構(gòu)成測定累單元50。
[0040] 在該測定累單元50,通過利用傳感器元件101外部具備的可變電源52施加累電壓 Vpl，并使累電流(水蒸氣檢測電流）Ipl流過外側(cè)累電極23與測定用內(nèi)側(cè)累電極51之間，能 夠?qū)⒀跫橙氲诙?nèi)部空間40內(nèi)（尤其是測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近）。
[0041] 更具體來說，測定用內(nèi)側(cè)累電極51W其表面上Au的存在比下，稱作Au存在比） 為25at%W上的方式而形成。該要件的目的在于利用Au相對(duì)于一氧化碳(C0)的惰性的特 性，在測定用內(nèi)側(cè)累電極51，使得一氧化碳(C0)實(shí)質(zhì)上不發(fā)生氧化(作為惰性物質(zhì)）。通過滿 足該要件，在氣體傳感器100,即使被測定氣體中存在二氧化碳，也不會(huì)受到其干擾，能夠W 良好的精度求出水蒸氣濃度。關(guān)于運(yùn)方面將在后面敘述。
[0042] 在此，測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面的Au存在比是指相對(duì)于測定用內(nèi)側(cè)累電極51的 表面的所有金屬部分(Au與合金形成金屬的任意一個(gè)存在的部分）的面積的Au存在的部分 的面積。在本實(shí)施方式中，使用相對(duì)靈敏度系數(shù)法，從通過XPS(X射線光電子分光法)得到的 Au與合金形成金屬的檢測峰值的峰值強(qiáng)度計(jì)算Au存在比。
[0043] 此外，對(duì)Au存在比的上限沒有特別限定，理論上為可W取直到lOOat %的值，但實(shí) 質(zhì)上，只要是上述的25at%W上的范圍，測定精度上就不會(huì)產(chǎn)生差異。尤其是，在利用生片 工藝制作傳感器元件101的情況下，若通過該電極形成用的糊劑（電極糊劑）的涂布（印刷） 與之后的包含固體電解質(zhì)的陶瓷生片的共同燒成來形成測定用內(nèi)側(cè)累電極51，則從成本方 面及制造的容易性考慮，Au存在比最高為55at%就足夠了，未必要使Au存在比高于此值。另 夕h電極糊劑既可W事先在制作好Au與合金形成金屬的合金粉末的基礎(chǔ)上來制作，也可W 使用Au粉末與合金形成金屬的粉末的混合粉末來制作。在后者的情況下，是在共同燒成時(shí) 進(jìn)行合金化。
[0044] 另外，在傳感器元件101中，由測定用內(nèi)側(cè)累電極51、基準(zhǔn)電極42、夾在運(yùn)些電極之 間的氧離子導(dǎo)電性固體電解質(zhì)構(gòu)成電化學(xué)傳感器單元即第二氧分壓檢測傳感器單元61。在 第二氧分壓檢測傳感器單元61，由于第二內(nèi)部空間40內(nèi)尤其是測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面 附近的氣氛與基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間43的基準(zhǔn)氣體之間的氧濃度差，在測定用內(nèi)側(cè)累電極51和 基準(zhǔn)電極42之間產(chǎn)生電動(dòng)勢VI。
[0045] 在第二氧分壓檢測傳感器單元61產(chǎn)生的電動(dòng)勢VI根據(jù)測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表 面附近存在的氣氛的氧分壓而變化。在傳感器元件101，該電動(dòng)勢VI用于反饋控制測定累單 元50的可變電源52。由此，能夠根據(jù)測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近的氣氛的氧分壓控制 可變電源52施加于測定累單元50的累電壓化1。
[0046] 此外，在傳感器元件101，通過測定外側(cè)累電極23與基準(zhǔn)電極42之間產(chǎn)生的電動(dòng)勢 Vref，使得能夠得知傳感器元件101外部的氧分壓。
[0047] 而且，在傳感器元件101，通過由第二基板層2與第Ξ基板層3從上下夾持的方式， 形成加熱器70。通過設(shè)置于第一基板層1的下表面的未圖示的加熱器電極從外部供電，加熱 器70發(fā)熱。通過加熱器70發(fā)熱，構(gòu)成傳感器元件101的固體電解質(zhì)的氧離子導(dǎo)電性得到提 高。加熱器70埋設(shè)于從第一內(nèi)部空間20直至第二內(nèi)部空間40的整個(gè)區(qū)域的范圍，從而能夠 W規(guī)定的溫度對(duì)傳感器元件101的規(guī)定部位進(jìn)行加熱、保溫。此外，在加熱器70的上下表面， 為了得到第二基板層2與第Ξ基板層3的電絕緣性，形成有由氧化侶等構(gòu)成的加熱器絕緣層 72(W下，將加熱器70、加熱器電極、加熱器絕緣層72也統(tǒng)稱為加熱器部）。
[004引（水蒸氣的濃度的測定） 下面，對(duì)使用具有W上結(jié)構(gòu)的氣體傳感器100對(duì)被測定氣體中的水蒸氣的濃度進(jìn)行確 定的方法進(jìn)行說明。
[0049] 首先，傳感器元件101配置在含有氧、水蒸氣、二氧化碳、不燃性(惰性)氣體等的被 測定氣體的氣氛下。于是，被測定氣體被從氣體導(dǎo)入口 10向傳感器元件101的內(nèi)部導(dǎo)入。在 通過第一擴(kuò)散控制部11或進(jìn)而通過第四擴(kuò)散控制部13被賦予了規(guī)定的擴(kuò)散阻力的基礎(chǔ)上， 導(dǎo)入傳感器元件101的內(nèi)部的被測定氣體到達(dá)第一內(nèi)部空間20。
[0050] 在第一內(nèi)部空間20,通過主累單元21的工作，使得存在于內(nèi)部的被測定氣體的氧 分壓W被測定氣體中所含的水蒸氣實(shí)質(zhì)上全部被分解的程度成為十分低的規(guī)定的值（例 如，l〇-iDatm~lO-^atm)，進(jìn)行氧的汲出。在此，被測定氣體中所含的水蒸氣實(shí)質(zhì)上全部被分 解是指導(dǎo)入第一內(nèi)部空間20的水蒸氣不向第二內(nèi)部空間40導(dǎo)入。
[0051] 在該方式中，若氧從第一內(nèi)部空間20被汲出，則在第一內(nèi)部空間20中水蒸氣的分 解反應(yīng)(2此0^2此+化)得到促進(jìn)，產(chǎn)生了氨與氧。其中氧通過主累單元21被汲出，而氨和其 他氣體一起被向第二內(nèi)部空間40導(dǎo)入。此外，在從傳感器元件101到達(dá)第一內(nèi)部空間20的被 測定氣體中存在二氧化碳的情況下，由于水蒸氣與二氧化碳的分解電壓接近，因此與水蒸 氣相同，對(duì)二氧化碳而言，也發(fā)生分解反應(yīng)(2C02^2C0+02)，從而產(chǎn)生一氧化碳與氧。利用該 方式生成的一氧化碳也被向第二內(nèi)部空間40導(dǎo)入。
[0052] 實(shí)際的氧的汲出通過如下方式實(shí)現(xiàn):將第一氧分壓檢測傳感器單元60中主內(nèi)側(cè)累 電極22與基準(zhǔn)電極42之間產(chǎn)生的電動(dòng)勢V0的目標(biāo)值確定為實(shí)現(xiàn)該氧分壓的規(guī)定的值，根據(jù) 實(shí)際的電動(dòng)勢V0的值與目標(biāo)值的差異來控制可變電源24施加于主累單元21的累電壓化0。 例如，若含有大量氧的被測定氣體到達(dá)第一內(nèi)部空間20,則由于電動(dòng)勢V0的值與目標(biāo)值發(fā) 生大的偏移，因此為了使該偏移減少，控制可變電源24施加于主累單元21的累電壓化0。
[0053] 此外，優(yōu)選地，到達(dá)第一內(nèi)部空間20的被測定氣體的氧分壓越大（電動(dòng)勢V0的實(shí)測 值與剛確定的目標(biāo)值的差異越大），為使第一內(nèi)部空間20中的（目標(biāo)的)氧分壓變小，設(shè)定電 動(dòng)勢V0的目標(biāo)值。由此，實(shí)現(xiàn)更加可靠的氧的汲出。
[0054] 運(yùn)樣，在通過第二擴(kuò)散控制部30被賦予了規(guī)定的擴(kuò)散阻力的基礎(chǔ)上，氧分壓被降 低的被測定氣體到達(dá)第二內(nèi)部空間40。
[0055] 在第二內(nèi)部空間40,通過測定累單元50的工作，進(jìn)行氧的汲入。該氧的汲入通過如 下方式進(jìn)行:含有到達(dá)第二內(nèi)部空間40的測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近的位置的、在第 一內(nèi)部空間20產(chǎn)生的氨的被測定氣體中，選擇性地僅使氨與存在于該位置的氧反應(yīng)、燃燒。 良P，2出+〇2一 2出0的反應(yīng)得到促進(jìn)，從而為了使與從氣體導(dǎo)入口 10導(dǎo)入的水蒸氣的量有相關(guān) 性的量的水蒸氣再次生成，通過測定累單元50,氧被汲入。此外，在本實(shí)施方式中，水蒸氣的 量有相關(guān)性是指，從氣體導(dǎo)入口 10導(dǎo)入的水蒸氣的量與通過由運(yùn)些分解生成的氨的燃燒而 再次生成的水蒸氣的量同量或從測定精度方面說在容許的一定的誤差范圍內(nèi)。
[0056] 此外，如上所述，在從傳感器元件101的外部到達(dá)第一內(nèi)部空間20的被測定氣體中 含有二氧化碳的情況下，在第一內(nèi)部空間20由于二氧化碳被分解而生成的一氧化碳也到達(dá) 第二內(nèi)部空間40。但是，由于測定用內(nèi)側(cè)累電極51相對(duì)于一氧化碳為惰性，因此即使為了再 次生成上述的水蒸氣而向第二內(nèi)部空間40汲入氧，在測定用內(nèi)側(cè)累電極51，也不會(huì)有一氧 化碳與氧反應(yīng)的情況。即，在第二內(nèi)部空間40,不會(huì)有二氧化碳再次生成的情況。運(yùn)意味著 在本實(shí)施方式所設(shè)及的氣體傳感器100,即使被測定氣體中存在二氧化碳，水蒸氣檢測電流 吐1的值也不會(huì)受到被測定氣體中存在的二氧化碳的影響。
[0057] 實(shí)際的氧的汲入通過如下方式實(shí)現(xiàn):將第二氧分壓檢測傳感器單元61中測定用內(nèi) 側(cè)累電極51與基準(zhǔn)電極42之間產(chǎn)生的電動(dòng)勢VI的目標(biāo)值確定為實(shí)現(xiàn)到達(dá)測定用內(nèi)側(cè)累電 極51的表面附近的被測定氣體中包含的所有氨的燃燒、且實(shí)現(xiàn)被測定氣體中包含的一氧化 碳實(shí)質(zhì)上不會(huì)發(fā)生燃燒的氧分壓的規(guī)定的值，根據(jù)實(shí)際的電動(dòng)勢VI的值與目標(biāo)值的差異來 控制可變電源52施加于測定累單元50的累電壓化1。例如，若含有大量氨的被測定氣體到達(dá) 測定用內(nèi)側(cè)累電極51的附近并與氧發(fā)生反應(yīng)，則由于氧分壓降低，電動(dòng)勢VI的值與目標(biāo)值 發(fā)生大的偏移，因此為了使該偏移減少，控制可變電源52施加于測定累單元50的累電壓 Vpl。
[0058] 此時(shí)，流過測定累單元50的電流(水蒸氣檢測電流）Ipl與由于測定用內(nèi)側(cè)累電極 51的表面附近的氨的燃燒而產(chǎn)生的水蒸氣的濃度大致成比例(水蒸氣檢測電流Ipl與水蒸 氣濃度為線性關(guān)系）。由于通過該燃燒而生成的水蒸氣的量與從氣體導(dǎo)入口 10被導(dǎo)入后，在 第一內(nèi)部空間20暫時(shí)被分解的被測定氣體中水蒸氣的量具有相關(guān)性，因此若對(duì)水蒸氣檢測 電流Ipl進(jìn)行檢測，則基于該值，能夠求出被測定氣體中的水蒸氣濃度。關(guān)于實(shí)際的水蒸氣 濃度的確定方法將在下面敘述。
[0059] 此外，假設(shè)，在從氣體導(dǎo)入口 10導(dǎo)入的被測定氣體中不存在水蒸氣的情況下，當(dāng)然 第一內(nèi)部空間20中不會(huì)發(fā)生水蒸氣分解，因此由于不會(huì)有氨被導(dǎo)入第二內(nèi)部空間40的情 況，因此在相當(dāng)于后述的偏移電流0FS2的微小的水蒸氣檢測電流Ipl流動(dòng)的狀態(tài)下，電動(dòng)勢 VI-直保持目標(biāo)值。
[0060] 圖2是示意性示出水蒸氣檢測電流Ipl的絕對(duì)值與實(shí)際的水蒸氣濃度的函數(shù)關(guān)系 的曲線(靈敏度特性）的圖。此外，圖2中用絕對(duì)值表示水蒸氣檢測電流Ipl的值是為了簡化 說明。另外，包括附圖，下面的氣體的濃度單位都為vol%。更具體而言，在圖1的氣體傳感器 100中將氧汲入測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近的情況下，水蒸氣檢測電流Ipl的值為負(fù)， 靈敏度特性也與之相對(duì)應(yīng)。
[0061] 在圖2中，利用實(shí)線L舉例示出了水蒸氣檢測電流Ipl與水蒸氣濃度的理想的函數(shù) 關(guān)系。實(shí)線L為在縱軸具有非ο的截距的一次直線。此外，水蒸氣濃度為ο的狀態(tài)(不存在水蒸 氣的狀態(tài))下的水蒸氣檢測電流吐1的值本來應(yīng)該是0,但實(shí)際上，由于受到通過主累單元21 汲出氧的影響，在測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近，與目標(biāo)的氧濃度(氧分壓)相比，氧是不 足的，因此即使在水蒸氣不存在的狀態(tài)下，用于設(shè)定目標(biāo)氧濃度的汲入電流，即水蒸氣檢測 電流Ip 1會(huì)稍微流動(dòng)。特將此時(shí)的水蒸氣檢測電流Ip 1設(shè)定為偏移電流OFS。
[0062] 在本實(shí)施方式所設(shè)及的氣體傳感器100中，在使用之前，圖2所示的靈敏度特性(具 體來說，是偏移電流(FS與曲線的傾斜度)是基于將水蒸氣濃度為已知的氣體賦予氣體傳感 器100時(shí)的水蒸氣檢測電流Ipl的值，根據(jù)各個(gè)傳感器元件101分別事先確定的。并且，在實(shí) 際檢測水蒸氣時(shí)，不斷地測定水蒸氣檢測電流Ipl的值，并W事先確定的靈敏度特性為基 礎(chǔ)，求出對(duì)應(yīng)于各個(gè)測定值的水蒸氣濃度。由于水蒸氣檢測電流Ipl不受二氧化碳的影響， 因此基于靈敏度特性求出的水蒸氣濃度也當(dāng)然是不受二氧化碳的存在的影響的值。也就是 說，運(yùn)意味著在氣體傳感器100,即使被測定氣體中存在二氧化碳，也能夠在不受到其存在 的干擾的情況下，求出水蒸氣的濃度。
[0063] 為了 W良好的精度實(shí)施上述方案中的水蒸氣濃度的測定，在靈敏度特性確定時(shí)W 及實(shí)際使用時(shí)運(yùn)兩種情況下，需要在第一內(nèi)部空間20使被測定氣體中的水蒸氣可靠地分 解，W及在測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近使氨可靠地燃燒。
[0064] 為實(shí)現(xiàn)運(yùn)些要求，優(yōu)選地，W滿足第二內(nèi)部空間40尤其是測定用內(nèi)側(cè)累電極51的 表面附近的氧分壓大于第一內(nèi)部空間20的氧分壓的關(guān)系的方式，設(shè)定第一氧分壓檢測傳感 器單元60的電動(dòng)勢VOW及第二氧分壓檢測傳感器單元61的電動(dòng)勢VI的目標(biāo)值。
[0065] 假設(shè)，在第一內(nèi)部空間20的目標(biāo)氧分壓過大，通過主累單元21進(jìn)行的氧的汲出較 少的情況下，通過水蒸氣的分解所進(jìn)行的氨的生成停留在不充分的狀態(tài)，且含有氧、W及沒 有被分解而殘留的水蒸氣的被測定氣體被向測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近導(dǎo)入。于是， 來自于測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近的氧的汲入會(huì)少于原來的量，該情況下的靈敏度特 性為圖2中用虛線L1所表示的傾斜度較小的線。在運(yùn)種分壓設(shè)定的基礎(chǔ)上，在使用氣體傳感 器100的情況下，即使假設(shè)事先設(shè)定的靈敏度特性是正確的，與實(shí)際的值相比，水蒸氣濃度 會(huì)被過于小地計(jì)算。
[0066] 另外，在測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近的目標(biāo)氧分壓過小的情況下，由于各自 上氧的汲入未充分進(jìn)行，氨會(huì)殘留，因此此情況下的靈敏度特性也仍然會(huì)成為圖2中用虛線 L1所示的傾斜度較小的線。當(dāng)然在此情況下，高精度的濃度的計(jì)算是比較困難的。
[0067] 另一方面，在假設(shè)作為測定用內(nèi)側(cè)累電極51使用相對(duì)于一氧化碳非惰性的電極的 情況下，在測定用內(nèi)側(cè)累電極51的表面附近的位置，發(fā)生一氧化碳的氧化。此情況下的靈敏 度特性是圖2中用虛線L2所示的與表示實(shí)際的靈敏度特性的實(shí)線L相比截距及傾斜度較大 的線(將此時(shí)的截距的值設(shè)定為偏移電流0FS2)。在運(yùn)種分壓設(shè)定的基礎(chǔ)上，在使用氣體傳 感器100的情況下，即使假設(shè)事先設(shè)定的靈敏度特性是正確的，與實(shí)際的值相比，水蒸氣濃 度會(huì)被過于大地計(jì)算。
[0068] 此外，為可靠地得到用圖2的實(shí)線L舉例示出的靈敏度特性，優(yōu)選將第一內(nèi)部空間 20的氧分壓設(shè)定為ICrWatm~ICT^atm，將第二內(nèi)部空間40的尤其是測定用內(nèi)側(cè)累電極51的 表面附近的氧分壓設(shè)定為l〇-5atm~l〇-i5atm。
[0069] 如W上所作說明，在本實(shí)施方式所設(shè)及的氣體傳感器中，被測定氣體被賦予至第 二內(nèi)部空間，所述被測定氣體通過在第一內(nèi)部空間使主累單元工作，氧分壓總是被設(shè)定為 一定的較低的值(使含有的水蒸氣全部分解的值）。而且，在第二內(nèi)部空間的尤其是測定用 內(nèi)側(cè)累電極的表面附近，僅使由第一內(nèi)部空間中的水蒸氣的分解而生成的氨選擇性地燃 燒。流過該燃燒時(shí)應(yīng)供給氧的測定累單元的累電流與通過氨的燃燒生成的水蒸氣的濃度， 即從氣體導(dǎo)入口被導(dǎo)入的被測定氣體中的水蒸氣的濃度之間具有線性關(guān)系。基于該關(guān)系， 能夠得知被測定氣體中的水蒸氣濃度。
[0070] 而且，由于測定用內(nèi)側(cè)累電極設(shè)定成相對(duì)于一氧化碳為惰性，因此即使在由于分 解電壓與水蒸氣接近的二氧化碳存在于被測定氣體中，通過主累單元該二氧化碳被分解產(chǎn) 生一氧化碳的情況下，測定累單元供給的氧也不會(huì)被用于二氧化碳的生成。即，流過測定累 單元的累電流不會(huì)受到二氧化碳的影響。
[0071] 因此，根據(jù)本實(shí)施方式所設(shè)及的氣體傳感器，即使在被測定氣體含有二氧化碳的 情況下，也能夠不受二氧化碳的干擾W良好的精度求出水蒸氣的濃度。
[0072] 因此，根據(jù)本實(shí)施方式所設(shè)及的氣體傳感器，對(duì)例如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的廢 氣等含有氧、水蒸氣、不燃性(惰性)氣體的各種氣體的被測定氣體而言，能夠W良好的精度 求出水蒸氣的濃度。即，本實(shí)施方式所設(shè)及的氣體傳感器作為內(nèi)燃機(jī)上尾氣用的傳感器，能 夠適合實(shí)際使用。 【實(shí)施例】
[0073] 使用Pt作為合金形成金屬，通過生片工藝制作測定用內(nèi)側(cè)累電極51的Au存在比不 同的五種氣體傳感器100,使用模擬氣體對(duì)其靈敏度特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。另外，關(guān)于測定用內(nèi) 側(cè)累電極51的金屬成分僅為Pt即Au存在比為Oat%的氣體傳感器100,也同樣進(jìn)行了制作和 評(píng)價(jià)。
[0074] 關(guān)于Au存在比非Oat %的五種氣體傳感器100,通過將混合Au粉末與Pt粉末而制作 的電極糊劑印刷在規(guī)定的陶瓷生片上，并通過與陶瓷生片層疊體共同燒成，使Au與Pt合金 化，從而形成測定用內(nèi)側(cè)累電極51。關(guān)于Au存在比為Oat%的氣體傳感器100,僅使用Pt粉末 制作電極糊劑，通過該電極糊劑的印刷與之后的共同燒成形成測定用內(nèi)側(cè)累電極51。此外， Au存在比基于使用X射線光電子分光裝置(島津/KRAT0S制AXIS-服)進(jìn)行針對(duì)測定用內(nèi)側(cè)累 電極51的表面分析的結(jié)果來計(jì)算。分析條件如下。
[0075] X射線源:單色A1; 管電壓及管電流：15kV、15mA; 透鏡條件:HYBRID; 分析區(qū)域:600μπιX ΙΟΟΟμπι四方形； 分辨率：Pass Ene;rgy80; 掃描速度:200eV/min. (leV步長）。
[0076] 作為模擬氣體，準(zhǔn)備了含有成分為氧、水蒸氣、二氧化碳、氮的多種混合氣體。具體 來說，在所有模擬氣體上氧濃度固定為10 %，另一方面，關(guān)于二氧化碳濃度與水蒸氣濃度， 使后者在直至最大30%的范圍進(jìn)行各種變化的同時(shí)，使二者的比率(0)2:出0)為1:1、1:2、或 1:3運(yùn)不同的Ξ個(gè)水準(zhǔn)，其余為氮。此外，最大30%的水蒸氣濃度范圍是汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)等內(nèi) 燃機(jī)的廢氣上通?？扇〉姆秶?。
[0077] 在表1中示出了共六種氣體傳感器100各自的測定用內(nèi)側(cè)累電極51的Au存在比、W 及用于制作該測定用內(nèi)側(cè)累電極51的電極糊劑中Au的投料組成比（投料Au比）。此外，投料 Au比是Au粉末相對(duì)于電極糊劑中所含的Pt粉末與Au粉末的總量的體積比。
[007引【表1】
[0079] 此外，由表1可知，Au存在比與投料Au比并不一致，與后者的值相比，前者的值存在 值較大的傾向。運(yùn)意味著在利用共同燒成形成Pt與Au的合金的情況下，合金粒子的表面上 有Au易于富集的傾向。
[0080] 另外，氣體傳感器100的工作條件如下。
[0081 ]第一內(nèi)部空間20的氧分壓：l〇-25atm; 第二內(nèi)部空間40的氧分壓：l〇-Watm; 加熱器加熱溫度:850 °C。
[0082] 另一方面，圖3是示出表1所示的Au存在比不同的條件1~條件6的各自的氣體傳感 器100的靈敏度特性的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。具體來說，圖3(a)~(f)分別是按照各個(gè)二氧化碳濃 度與水蒸氣濃度的比例(C〇2:也0)繪制出相對(duì)于條件1~條件6的氣體傳感器100的模擬氣體 中水蒸氣化2〇)濃度的水蒸氣檢測電流ΙρΙ(μΑ)的變化的曲線圖。
[0083] 另外，結(jié)合該曲線，在圖3(a)~(f)所示的條件1~條件6各自的情況下，使用用于 曲線的所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，求出了對(duì)水蒸氣濃度與水蒸氣檢測電流Ipi進(jìn)行直線近似的情況下 的相關(guān)系數(shù)。將其結(jié)果在表1中一并表示。
[0084] 如圖3所示，在條件l(Au存在比為Oat%)及條件2(Au存在比為15at%)的情況下， 隨著C02:H20的值不同靈敏度特性也不同（圖3(a)、（b))，與之相反，在條件3(Au存在比為 25at% )、條件4(Au存在比為35at% )、條件5(Au存在比為45at% )、條件6(Au存在比為 52at%)的情況下，不論C〇2:也0的值如何，都得到了大致相同的靈敏度特性(圖3(c)~(f))。
[0085] 該結(jié)果表示在Au存在比為25at%W上的氣體傳感器100上，被測定氣體中存在二 氧化碳不會(huì)對(duì)流動(dòng)的水蒸氣檢測電流吐1的檢測帶來影響。
[0086] 另外，在Au存在比為25at%W上的條件3~條件6的情況下，如表1所示，從基于所 有數(shù)據(jù)點(diǎn)算出的相關(guān)系數(shù)超過0.99的情況來看，可判斷靈敏度特性具有良好的直線性。而 且，從繪圖數(shù)據(jù)形成的直線的傾斜度約為-30μΑ/%程度的情況來看，可判斷在條件3~條件 6中，能夠得到相當(dāng)于圖2的實(shí)線L的在實(shí)用上也比較合適的靈敏度特性。
[0087] W上的結(jié)果意味著通過使用測定用內(nèi)側(cè)累電極51中的Au存在比為25at%W上的 氣體傳感器100,即使在被測定氣體包含二氧化碳的情況下，也不會(huì)受到二氧化碳的干擾能 夠W良好的精度求出水蒸氣濃度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種氣體傳感器，其使用包含氧離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)的傳感器元件構(gòu)成、并基 于所述固體電解質(zhì)內(nèi)流動(dòng)的電流來確定被測定氣體中的水蒸氣成分的濃度，其特征在于， 具備： 第一擴(kuò)散控制部，其與外部空間連通，對(duì)所述被測定氣體賦予第一擴(kuò)散阻力； 第一內(nèi)部空間，其與所述第一擴(kuò)散控制部連通，在所述第一擴(kuò)散阻力下，被測定氣體從 所述外部空間被導(dǎo)入該第一內(nèi)部空間； 第二擴(kuò)散控制部，其與所述第一內(nèi)部空間連通，對(duì)所述被測定氣體賦予第二擴(kuò)散阻力； 第二內(nèi)部空間，其與所述第二擴(kuò)散控制部連通，在所述第二擴(kuò)散阻力下，被測定氣體從 所述第一內(nèi)部空間被導(dǎo)入該第二內(nèi)部空間； 主電化學(xué)栗單元，其由面向所述第一內(nèi)部空間而形成的主內(nèi)側(cè)電極、在所述傳感器元 件的外表面形成的第一外側(cè)電極、存在于所述主內(nèi)側(cè)電極與所述第一外側(cè)電極之間的所述 固體電解質(zhì)構(gòu)成； 測定用電化學(xué)栗單元，其由面向所述第二內(nèi)部空間而形成的測定用內(nèi)側(cè)電極、在所述 傳感器元件的外表面形成的第二外側(cè)電極、存在于所述測定用內(nèi)側(cè)電極與所述第二外側(cè)電 極之間的所述固體電解質(zhì)構(gòu)成； 基準(zhǔn)氣體空間，基準(zhǔn)氣體被導(dǎo)入至該基準(zhǔn)氣體空間；以及 面向所述基準(zhǔn)氣體空間而形成的基準(zhǔn)電極； 所述測定用內(nèi)側(cè)電極的金屬成分包含金與金之外的貴金屬的合金， 所述測定用內(nèi)側(cè)電極的表面的所述金屬成分中金的存在比例為25at%以上， 所述主電化學(xué)栗單元對(duì)所述第一內(nèi)部空間的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，以使得所述第一內(nèi)部空 間中所述水蒸氣成分實(shí)質(zhì)上被全部分解， 所述測定用電化學(xué)栗單元對(duì)所述第二內(nèi)部空間的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，以使得由所述水蒸 氣成分的分解而生成的氫在所述第二內(nèi)部空間內(nèi)選擇性地燃燒， 基于通過所述測定用電化學(xué)栗單元將氧供給至所述第二內(nèi)部空間時(shí)所述測定用內(nèi)側(cè) 電極與所述第二外側(cè)電極之間流動(dòng)的電流的大小，確定存在于所述被測定氣體中的所述水 蒸氣成分的濃度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體傳感器，其特征在于， 所述貴金屬為鉑。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器，其特征在于， 通過調(diào)整施加于所述主內(nèi)側(cè)電極與所述第一外側(cè)電極之間的第一電壓，所述第一內(nèi)部 空間的氧分壓被調(diào)整，以使得所述水蒸氣成分實(shí)質(zhì)上全部分解， 通過調(diào)整施加于所述測定用內(nèi)側(cè)電極與所述第二外側(cè)電極之間的第二電壓，所述第二 內(nèi)部空間的氧分壓被調(diào)整，以使得由所述水蒸氣成分的分解而生成的氫全部燃燒。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體傳感器，其特征在于，還具備： 第一氧分壓檢測傳感器單元，其由所述主內(nèi)側(cè)電極、所述基準(zhǔn)電極、及所述主內(nèi)側(cè)電極 與所述基準(zhǔn)電極之間存在的所述固體電解質(zhì)構(gòu)成，并檢測所述第一電壓的大?。灰约? 第二氧分壓檢測傳感器單元，其由所述測定用內(nèi)側(cè)電極、所述基準(zhǔn)電極、及所述測定用 內(nèi)側(cè)電極與所述基準(zhǔn)電極之間存在的所述固體電解質(zhì)構(gòu)成，并檢測所述第二電壓的大??； 基于所述第一氧分壓檢測傳感器單元的所述第一電壓的檢測值調(diào)整所述第一內(nèi)部空 間的氧分壓， 基于所述第二氧分壓檢測傳感器單元的所述第二電壓的檢測值調(diào)整所述第二內(nèi)部空 間的氧分壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其特征在于， 在滿足所述第二內(nèi)部空間的氧分壓大于所述第一內(nèi)部空間的氧分壓的關(guān)系的同時(shí)，來 確定所述水蒸氣成分的濃度。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣體傳感器，其特征在于， 使所述第一內(nèi)部空間的氧分壓為1 ~1 (T3()atm， 使所述第二內(nèi)部空間的氧分壓為l〇_5atm~l(T15atm，對(duì)所述水蒸氣成分的濃度進(jìn)行確 定。7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的氣體傳感器，其特征在于， 所述被測定氣體的氧分壓越大，則使所述第一內(nèi)部空間中的目標(biāo)氧分壓越小。8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的氣體傳感器，其特征在于， 所述第一外側(cè)電極與所述第二外側(cè)電極是共同的。9. 一種被測定氣體中的水蒸氣成分的濃度的確定方法，其特征在于， 所述方法為使用由包含氧離子導(dǎo)電性的固體電解質(zhì)的傳感器元件構(gòu)成的氣體傳感器、 并基于所述固體電解質(zhì)內(nèi)流動(dòng)的電流來確定被測定氣體中的水蒸氣成分的濃度的方法， 所述氣體傳感器具備： 第一擴(kuò)散控制部，其與外部空間連通，對(duì)所述被測定氣體賦予第一擴(kuò)散阻力； 第一內(nèi)部空間，其與所述第一擴(kuò)散控制部連通，在所述第一擴(kuò)散阻力下，被測定氣體從 所述外部空間被導(dǎo)入該第一內(nèi)部空間； 第二擴(kuò)散控制部，其與所述第一內(nèi)部空間連通，對(duì)所述被測定氣體賦予第二擴(kuò)散阻力； 第二內(nèi)部空間，其與所述第二擴(kuò)散控制部連通，在所述第二擴(kuò)散阻力下，被測定氣體從 所述第一內(nèi)部空間被導(dǎo)入該第二內(nèi)部空間； 主電化學(xué)栗單元，其由面向所述第一內(nèi)部空間而形成的主內(nèi)側(cè)電極、在所述傳感器元 件的外表面形成的第一外側(cè)電極、存在于所述主內(nèi)側(cè)電極與所述第一外側(cè)電極之間的所述 固體電解質(zhì)構(gòu)成； 測定用電化學(xué)栗單元，其由面向所述第二內(nèi)部空間而形成的測定用內(nèi)側(cè)電極、在所述 傳感器元件的外表面形成的第二外側(cè)電極、存在于所述測定用內(nèi)側(cè)電極與所述第二外側(cè)電 極之間的所述固體電解質(zhì)構(gòu)成； 基準(zhǔn)氣體空間，基準(zhǔn)氣體被導(dǎo)入至該基準(zhǔn)氣體空間；以及 面向所述基準(zhǔn)氣體空間而形成的基準(zhǔn)電極； 所述測定用內(nèi)側(cè)電極的金屬成分包含金與金之外的貴金屬的合金， 所述測定用內(nèi)側(cè)電極的表面的所述金屬成分中金的存在比例為25at%以上， 所述主電化學(xué)栗單元對(duì)所述第一內(nèi)部空間的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，以使得所述第一內(nèi)部空 間中所述水蒸氣成分實(shí)質(zhì)上被全部分解， 所述測定用電化學(xué)栗單元對(duì)所述第二內(nèi)部空間的氧分壓進(jìn)行調(diào)整，以使得由所述水蒸 氣成分的分解而生成的氫在所述第二內(nèi)部空間內(nèi)選擇性地燃燒， 基于通過所述測定用電化學(xué)栗單元將氧供給至所述第二內(nèi)部空間時(shí)所述測定用內(nèi)側(cè) 電極與所述第二外側(cè)電極之間流動(dòng)的電流的大小，確定存在于所述被測定氣體中的所述水 蒸氣成分的濃度。
【文檔編號(hào)】G01N27/407GK105823818SQ201610044620
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年1月22日
【發(fā)明人】岡本拓, 中曾根修, 中山?？?
【申請(qǐng)人】日本礙子株式會(huì)社