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CN116490771A - 气体传感器 - Google Patents

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CN116490771A
CN116490771A CN202180006755.0A CN202180006755A CN116490771A CN 116490771 A CN116490771 A CN 116490771A CN 202180006755 A CN202180006755 A CN 202180006755A CN 116490771 A CN116490771 A CN 116490771A
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CN
China
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measurement
pump
time
control process
gas
Prior art date
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Application number
CN202180006755.0A
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Inventor
冈本拓
吉田宗一郎
桥川凌
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NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Abstract

提供一种气体传感器(100)，其具备传感器元件(101)和控制装置。控制装置在传感器元件(101)的通常驱动时，进行：以电压(V2)达到通常时目标值的方式控制测定用泵单元(41)来吸出第3内部空腔(61)的氧的通常时测定用泵控制处理。控制装置在通常驱动时之前的传感器元件(101)的启动时，进行：以电压(V2)达到比通常时目标值高的启动时目标值的方式控制测定用泵单元(41)来吸出第3内部空腔(61)的氧的启动时测定用泵控制处理。控制装置在基于测定用泵单元(41)的动作而判定为第3内部空腔(61)的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。控制装置基于通过通常时测定用泵控制处理而流动于测定用泵单元(41)的泵电流(Ip2)来检测被测定气体中的特定气体浓度。

Description

气体传感器
技术领域
本发明涉及一种气体传感器。
背景技术
以往，已知有一种用于检测汽车的尾气等被测定气体中的NOx等特定气体浓度的气体传感器。例如，专利文献1中记载了一种气体传感器，其具备：具有多个氧离子传导性的固体电解质层的传感器元件、配置于传感器元件的内部的测定电极、以及配置于传感器元件的内部的加热器。该气体传感器中，向测定电极的周边导入被测定气体，基于将测定电极的周边的氧吸出之时所流动的泵电流，来对被测定气体中的特定气体浓度进行检测。加热器将传感器元件加热到固体电解质层活化的温度为止并进行保温。
专利文献
专利文献1：日本特开2016－166871号公报
发明内容
这种气体传感器中，从开始对加热器通电之后至能够准确地检测特定气体浓度为止，需要时间，此时间被称为起燃时间(LIGHT-OFF TIME)。起燃时间存在着如下趋势：将传感器元件的使用前就已存在于配置有测定电极的测定室中的氧(不是来自于特定气体的氧)吸出至不影响测定精度那种程度为止所需的时间越长，起燃时间就越长。而且，近年来，由于尾气限制的加强，在这样的气体传感器中缩短起燃时间的必要性不断提高。
本发明是为了解决这样的课题而完成的，主要目的在于：缩短传感器元件的起燃时间。
本发明为了实现上述的主要目的而采用以下的方法。
本发明的气体传感器具备：传感器元件、泵单元控制部、以及特定气体浓度检测部，
其中，所述传感器元件具有：
元件主体，其包含氧离子传导性的固体电解质层，且在内部设置有导入被测定气体并使其流通的被测定气体流通部；
测定用泵单元，其具有以与上述被测定气体接触的方式设置于上述元件主体的外侧的外侧测定电极、以及配设于上述被测定气体流通部之中的测定室的内侧测定电极，并从上述内侧测定电极的周围向上述外侧测定电极的周围进行氧的吸出；
基准电极，其以与作为上述被测定气体之中的特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于上述元件主体的内部；以及
测定用电压检测传感器单元，其对上述基准电极与上述内侧测定电极之间的测定用电压进行检测；
上述泵单元控制部在上述传感器元件的通常驱动时，进行：以上述测定用电压达到通常时目标值的方式控制上述测定用泵单元来吸出上述测定室的氧的通常时测定用泵控制处理，并在上述通常驱动时之前的上述传感器元件的启动时，进行：以上述测定用电压达到比上述通常时目标值更高的启动时目标值的方式控制上述测定用泵单元来吸出上述测定室的氧的启动时测定用泵控制处理，在基于上述测定用泵单元的动作而判定为上述测定室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从上述启动时测定用泵控制处理向上述通常时测定用泵控制处理的切换，
上述特定气体浓度检测部基于通过上述通常时测定用泵控制处理而流动于上述测定用泵单元的测定用泵电流，来检测上述被测定气体中的特定气体浓度。
该气体传感器中，在传感器元件的通常驱动时，进行：以测定用电压达到通常时目标值的方式控制测定用泵单元来吸出测定室的氧的通常时测定用泵控制处理。而且，基于通过通常时测定用泵控制处理而流动于测定用泵单元的测定用泵电流，来检测被测定气体中的特定气体浓度。另外，该气体传感器中，在通常驱动时之前的传感器元件的启动时，进行：以测定用电压达到比通常时目标值更高的启动时目标值的方式控制测定用泵单元来吸出测定室的氧的启动时测定用泵控制处理。即，在启动时测定用泵控制处理中，使测定室的氧浓度的目标值为比通常驱动时更低的值，进行测定室的氧的吸出。据此，与在传感器元件的启动时起就进行通常时测定用泵控制处理的情况相比，能够将在传感器元件的启动前就已存在于测定室的氧迅速地从测定室中除去。因此，传感器元件的起燃时间变短。另外，该气体传感器中，在基于测定用泵单元的动作而判定为测定室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。在测定室的氧浓度已呈现稳定时，通过启动时测定用泵控制处理而将测定室内的氧充分地吸出的可能性较高。因此，在这种情况下通过进行从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，能够适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。这里，作为在传感器元件的启动前就已存在于测定室的氧，例如，可例举出：存在于测定室内的空间的氧分子(O2)、附着于内侧测定电极的表面的氧分子(O2)、以及与内侧测定电极的构成材料键合的(使构成材料氧化的)氧。
本发明的气体传感器中，上述泵单元控制部可以在通过上述启动时测定用泵控制处理而流动于上述测定用泵单元的上述测定用泵电流已呈现稳定的情况下，判定为上述测定室的氧浓度已呈现稳定。这样的话，可以基于启动时测定用泵控制处理中的测定用泵电流，来判定测定室的氧浓度是否已呈现稳定。
本发明的气体传感器中，上述泵单元控制部可以基于通过上述启动时测定用泵控制处理而流动于上述测定用泵单元的上述测定用泵电流的一阶微分值，来判定上述测定用泵电流是否已呈现稳定。或者，上述泵单元控制部也可以基于通过上述启动时测定用泵控制处理而流动于上述测定用泵单元的上述测定用泵电流的二阶微分值，来判定上述测定用泵电流是否已呈现稳定。这些情况下，上述泵单元控制部可以基于通过上述启动时测定用泵控制处理而流动于上述测定用泵单元的上述测定用泵电流上升一次之后再开始下降后的上述测定用泵电流，来进行该测定用泵电流是否已呈现稳定的判定。
本发明的气体传感器具备：对上述元件主体进行加热的加热器、以及进行加热器控制处理的加热器控制部，其中，该加热器控制处理为：以上述加热器或上述元件主体的温度亦即传感器元件温度达到规定的目标温度的方式对上述加热器通电而使上述加热器发热的处理，上述泵单元控制部可以在开始进行上述加热器控制处理而使上述传感器元件温度达到上述目标温度以下的规定的阈值以上时，开始进行上述启动时测定用泵控制处理。这样的话，能够基于传感器元件温度而适当地判断启动时测定用泵控制处理的开始时刻。规定的阈值可以为小于目标温度的值。这里，“以传感器元件温度达到规定的目标温度的方式对上述加热器通电而使上述加热器发热”包含：基于传感器元件温度本身来控制加热器的情况、以及基于可换算为传感器元件温度的值(例如加热器的电阻值、包含固体电解质的电路的电阻值等)来控制加热器的情况。作为包含固体电解质的电路的电阻值的例子，例如可例举出：测定用泵单元的电阻值、测定用电压检测传感器单元的电阻值等。
本发明的气体传感器中，上述传感器元件可以具有：对设置于上述被测定气体流通部之中的上述测定室的上游侧的氧浓度调整室的氧浓度进行调整的调整用泵单元，上述泵单元控制部在上述传感器元件的上述启动时，进行：使上述调整用泵单元进行动作的调整用泵控制处理，并在基于上述调整用泵单元的动作而判定为上述氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从上述启动时测定用泵控制处理向上述通常时测定用泵控制处理的切换。这里，在传感器元件的启动前，不仅测定室，而且其上游侧的氧浓度调整室也成为存在有许多氧(不是来自于特定气体的氧)的状态(例如大气气氛等)。在传感器元件的启动时，泵单元控制部进行调整用泵单元控制处理，由此也能够除去在传感器元件的启动前就已存在于氧浓度调整室的氧。另外，由于氧浓度调整室与测定室连通，因此，还能够通过调整用泵单元的动作来除去测定室的氧。此外，如上所述，氧浓度调整室与测定室连通，因此，在氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的情况下，也能够充分地吸出测定室内的氧。由此，在基于调整用泵单元的动作而判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，由此能够适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。这里，“在判定为上述氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从上述启动时测定用泵控制处理向上述通常时测定用泵控制处理的切换”包含：判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定时立即进行切换的情况、以及在判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的时刻以后进行切换的情况。作为后者的例子，可例举出：判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定之后又经过规定时间后再进行切换的情况等等除了判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定之外还满足其它条件时再进行切换的情况。
这种情况下，上述调整用泵单元可以具备：配设在上述氧浓度调整室的内侧调整用泵电极、以及被配设在上述元件主体的外侧的暴露于上述被测定气体之中的部分的外侧调整用泵电极。
具备调整用泵单元的方式的本发明的气体传感器中，上述氧浓度调整室具有：第1内部空腔、以及设置于比该第1内部空腔更靠向下游侧且比上述测定室更靠向上游侧的第2内部空腔，上述调整用泵单元具有：调整上述第1内部空腔的氧浓度的主泵单元、以及调整上述第2内部空腔的氧浓度的辅助泵单元，上述调整用泵控制处理包含：以上述第2内部空腔的氧浓度达到目标浓度的方式来控制上述辅助泵单元的辅助泵控制处理、以及以通过上述辅助泵控制处理而流动于上述辅助泵单元的辅助泵电流达到目标电流的方式来控制上述主泵单元的主泵控制处理，上述泵单元控制部可以在判定为上述辅助泵电流在上述目标电流附近已呈现稳定的情况下，进行：从上述启动时测定用泵控制处理向上述通常时测定用泵控制处理的切换。即，可以在判定为辅助泵电流稳定在目标电流附近的情况下，判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定。这样的话，可以基于辅助泵电流而适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。
在这种情况下，上述主泵单元可以具备：配设于上述第1内部空腔的内侧主泵电极、以及配设在上述元件主体的外侧的暴露于上述被测定气体之中的部分的外侧主泵电极。上述辅助泵单元可以具备：配设于上述第2内部空腔的内侧辅助泵电极、以及配设在上述元件主体的外侧的暴露于上述被测定气体之中的部分的外侧辅助泵电极。
本发明的气体传感器中，上述泵单元控制部在不进行使电流流动于上述内侧测定电极和上述基准电极的控制的状态下的上述测定用电压亦即释放时测定用电压达到规定的阈值以上时，可以进行：从上述启动时测定用泵控制处理向上述通常时测定用泵控制处理的切换。释放时测定用电压为：与测定室内的氧浓度相对应的值，因此，通过将该释放时测定用电压与阈值进行比较而能够适当地判断测定室内的氧是否已被充分地吸出。由此，可以适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。
本发明的气体传感器中，上述内侧测定电极可以包含Pt和Rh中的至少任意一者。Pt和Rh等贵金属有时与测定室内的氧键合而被氧化，该氧会使特定气体浓度的检测精度降低，因此，在传感器元件的启动时需要使内侧测定电极所包含的贵金属的氧化物还原后，再将该氧从测定室中吸出。而且，与吸出测定室内的氧分子相比，使贵金属的氧化物还原而吸出氧这一方更耗费时间，因此，如果在测定室内存在有氧化的贵金属，则起燃时间容易变长。本发明的气体传感器中，通过在传感器元件的启动时不进行通常时测定用泵控制处理而是进行启动时测定用泵控制处理，能够使已氧化的贵金属的氧化物尽早还原，从而使起燃时间变短。因此，在内侧测定电极包含Pt和Rh中的至少任意一者的情况下，进行启动时测定用泵控制处理的意义重大。
本发明的气体传感器中，上述内侧测定电极的体积C为8×10-3mm3～32×10-3mm3，上述启动时目标值与上述通常时目标值之差ΔV可以为120mV～200mV。这里，体积C为8×10-3mm3以上时，基于测定用泵单元的测定电极的周围的氧的吸出能力变得足够高。另外，差ΔV为200mV以下时，在启动时测定用泵控制处理之时，对内侧测定用电极施加的电压的值不会过于变高。另外，存在如下趋势：体积C越大，用于使起燃时间的缩短效果充分变高所需的差ΔV就会越大，但如果体积C为8×10-3mm3～32×10-3mm3且差ΔV为120mV～200mV，则能够满足上述体积C的下限和差ΔV的上限，而且能够充分提高起燃时间的缩短效果。
附图说明
图1是图1是气体传感器100的截面示意图。
图2是示出了控制装置90与各单元以及加热器72的电连接关系的框图。
图3是示出了启动时控制处理的一个例子的流程图。
图4是示出了启动时控制处理和通常时控制处理的状况的一个例子的曲线图。
图5是示出了变形例的启动时控制处理的一个例子的流程图。
图6是示出了变形例的启动时控制处理和通常时控制处理的状况的一个例子的曲线图。
图7是Rh2O3的状态图。
图8是变形例的传感器元件201的截面示意图。
图9是表示测定电极44的体积C、目标值之差ΔV、以及起燃时间之间的关系的曲线图。
图10是示出了泵电流Ip2的下冲的一个例子的曲线图。
图11是泵电流Ip2的稳定区域、泵电流Ip2的一阶微分值以及二阶微分值的说明图。
图12是示出了变形例的启动时控制处理的一个例子的流程图。
具体实施方式
接下来，利用附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是概略性地表示作为本发明的一个实施方式的气体传感器100的构成的一个例子的截面示意图。图2是示出了控制装置90、与各单元及加热器72之间的电连接关系的框图。该气体传感器100安装于例如柴油发动机等内燃机的排气管等配管。气体传感器100将内燃机的尾气作为被测定气体，来检测被测定气体中的NOx等特定气体的浓度。气体传感器100具备：呈长条的立方体形状的传感器元件101、包含传感器元件101的一部分而构成的各单元15、21、41、50、80～83、设置于传感器元件101的内部的加热器部70、以及控制整个气体传感器100的控制装置90。
传感器元件101是具有层叠体的元件，该层叠体是：在附图中从下侧依次层叠有分别由氧化锆(ZrO2)等氧离子传导性固体电解质层构成的第1基板层1、第2基板层2、第3基板层3、第1固体电解质层4、隔离层5以及第2固体电解质层6这6个层而得到的。另外，形成这6个层的固体电解质是致密的气密性固体电解质。上述传感器元件101例如通过对与各层相对应的陶瓷生片进行规定的加工和电路图案的印刷等之后，再将它们层叠，进而进行烧成而使其一体化来制造。
在传感器元件101的前端部侧(图1的左端部侧)、且是第2固体电解质层6的下表面与第1固体电解质层4的上表面之间，气体导入口10、第1扩散速度控制部11、缓冲空间12、第2扩散速度控制部13、第1内部空腔20、第3扩散速度控制部30、第2内部空腔40、第4扩散速度控制部60以及第3内部空腔61以依次连通的方式邻接形成。
气体导入口10、缓冲空间12、第1内部空腔20、第2内部空腔40以及第3内部空腔61是：以将隔离层5挖穿的方式设置出来的传感器元件101内部的空间，该空间是：其上部由第2固体电解质层6的下表面区划、其下部由第1固体电解质层4的上表面区划、其侧部由隔离层5的侧面区划而得的。
第1扩散速度控制部11、第2扩散速度控制部13以及第3扩散速度控制部30均设置成：2条横长的(开口在与附图垂直的方向具有长边方向的)狭缝。另外，第4扩散速度控制部60设置成：作为与第2固体电解质层6的下表面之间的缝隙而形成的1条横长的(开口在与附图垂直的方向具有长边方向的)狭缝。另外，也将从气体导入口10到第3内部空腔61的部位称为被测定气体流通部。
另外，在比被测定气体流通部更远离前端侧的位置，且是第3基板层3的上表面与隔离层5的下表面之间，且又是侧部由第1固体电解质层4的侧面区划的位置，设置有基准气体导入空间43。向基准气体导入空间43导入例如大气，来作为进行NOx浓度的测定时的基准气体。
大气导入层48为由多孔质陶瓷构成的层，通过基准气体导入空间43向大气导入层48导入基准气体。另外，大气导入层48以将基准电极42被覆的方式形成。
基准电极42是：以被第3基板层3的上表面和第1固体电解质层4夹持的方式形成的电极，如上所述，其周围设置有与基准气体导入空间43连通的大气导入层48。另外，如后所述，可以使用基准电极42，来测定第1内部空腔20内、第2内部空腔40内以及第3内部空腔61内的氧浓度(氧分压)。基准电极42形成为多孔质金属陶瓷电极(例如，Pt和ZrO2的金属陶瓷电极)。
在被测定气体流通部中，气体导入口10为：相对于外部空间而呈开口的部位，通过该气体导入口10而从外部空间向传感器元件101内引入被测定气体。第1扩散速度控制部11是如下所述的部位，即：对从气体导入口10引入的被测定气体，赋予规定的扩散阻力的部位。缓冲空间12是：为了将从第1扩散速度控制部11导入的被测定气体向第2扩散速度控制部13导入而设置的空间。第2扩散速度控制部13是如下所述的部位，即：对从缓冲空间12向第1内部空腔20导入的被测定气体，赋予规定的扩散阻力的部位。在被测定气体从传感器元件101外部导入到第1内部空腔20内时，通过外部空间中的被测定气体的压力变动(如果是被测定气体为汽车尾气的情况，则为排气压力的脉动)而被急剧地从气体导入口10引入到传感器元件101内部的被测定气体并没有直接向第1内部空腔20导入，而是在通过第1扩散速度控制部11、缓冲空间12、第2扩散速度控制部13而将被测定气体的压力变动消除之后，再向第1内部空腔20导入。由此，向第1内部空腔20导入的被测定气体的压力变动达到几乎可以忽略的程度。第1内部空腔20设置成为：用于调整通过第2扩散速度控制部13而被导入的被测定气体中的氧分压的空间。通过主泵单元21工作，来调整上述氧分压。
主泵单元21为：由内侧泵电极22、外侧泵电极23以及被这些电极夹持的第2固体电解质层6构成的电化学泵单元，其中，所述内侧泵电极22具有：设置于面对着第1内部空腔20的第2固体电解质层6的下表面的几乎整个面的顶部电极部22a，所述外侧泵电极23以向外部空间露出的方式设置在第2固体电解质层6的上表面的与顶部电极部22a相对应的区域。
内侧泵电极22跨越于区划第1内部空腔20的上下的固体电解质层(第2固体电解质层6和第1固体电解质层4)、以及提供侧壁的隔离层5而形成。具体而言，在提供第1内部空腔20的顶面的第2固体电解质层6的下表面形成有顶部电极部22a，另外，在提供底面的第1固体电解质层4的上表面形成有底部电极部22b，而且，以上述顶部电极部22a与底部电极部22b连接的方式，在构成第1内部空腔20的两侧壁部的隔离层5的侧壁面(内面)形成有侧部电极部(省略图示)，在该侧部电极部的配设部位配设成隧道形态的结构。
内侧泵电极22和外侧泵电极23形成为多孔质金属陶瓷电极(例如，含有1％的Au的Pt与ZrO2的金属陶瓷电极)。另外，与被测定气体接触的内侧泵电极22使用减弱了针对于被测定气体中的NOx成分而言的还原能力的材料而形成。
在主泵单元21中，通过对内侧泵电极22与外侧泵电极23之间施加所期望的泵电压Vp0，在内侧泵电极22与外侧泵电极23之间沿着正向或负向流动泵电流Ip0，能够将第1内部空腔20内的氧向外部空间吸出，或者将外部空间的氧向第1内部空腔20吸入。
另外，为了检测第1内部空腔20中的气氛中的氧浓度(氧分压)，由内侧泵电极22、第2固体电解质层6、隔离层5、第1固体电解质层4、第3基板层3以及基准电极42构成电化学传感器单元、亦即主泵控制用氧分压检测传感器单元80。
通过测定主泵控制用氧分压检测传感器单元80中的电动势(电压V0)而获知第1内部空腔20内的氧浓度(氧分压)。此外，通过以电压V0达到目标值的方式对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制，来控制泵电流Ip0。由此，第1内部空腔20内的氧浓度可以保持为规定的恒定值。
第3扩散速度控制部30是如下所述的部位，即：在第1内部空腔20针对通过主泵单元21的动作而被控制了氧浓度(氧分压)的被测定气体，赋予规定的扩散阻力，从而将该被测定气体导入于第2内部空腔40的部位。
第2内部空腔40设置为如下所述的空间，所述空间是：用于对预先在第1内部空腔20调整氧浓度(氧分压)后、通过第3扩散速度控制部30所导入的被测定气体进一步利用辅助泵单元50而进行氧分压的调整的空间。由此，能够将第2内部空腔40内的氧浓度以高精度保持为恒定，因此，在上述气体传感器100中能够进行高精度的NOx浓度测定。
辅助泵单元50是：由辅助泵电极51、外侧泵电极23(不限于外侧泵电极23，只要是传感器元件101的外侧的适当电极即可)以及第2固体电解质层6构成的辅助电化学泵单元，所述辅助泵电极51具有：设置于面对着第2内部空腔40的第2固体电解质层6的大致整个下表面的顶部电极部51a。
在与设置于前方的第1内部空腔20内的内侧泵电极22同样的隧道形态的结构中，在第2内部空腔40内来配设上述辅助泵电极51。即，针对于提供第2内部空腔40的顶面的第2固体电解质层6而形成顶部电极部51a，另外，在提供第2内部空腔40的底面的第1固体电解质层4上形成有底部电极部51b，而且，将该顶部电极部51a和底部电极部51b连结起来的侧部电极部(省略图示)分别形成于提供第2内部空腔40的侧壁的隔离层5的两个壁面，由此成为隧道形态的结构。另外，辅助泵电极51也与内侧泵电极22同样地使用减弱了针对于被测定气体中的NOx成分而言的还原能力的材料而形成。
辅助泵单元50中，通过对辅助泵电极51与外侧泵电极23之间施加所期望的电压Vp1，能够将第2内部空腔40内的气氛中的氧向外部空间吸出，或者从外部空间向第2内部空腔40内吸入。
另外，为了控制第2内部空腔40内的气氛中的氧分压，由辅助泵电极51、基准电极42、第2固体电解质层6、隔离层5、第1固体电解质层4以及第3基板层3而构成电化学传感器单元、亦即辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81。
另外，辅助泵单元50利用可变电源52进行泵送，其中，所述可变电源52是基于由该辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81所检测的电动势(电压V1)而被进行电压控制。由此，第2内部空腔40内的气氛中的氧分压会被控制到：对NOx的测定没有实质影响的低分压。
另外，与此同时，其泵电流Ip1被用于控制主泵控制用氧分压检测传感器单元80的电动势。具体而言，通过将泵电流Ip1作为控制信号而输入到主泵控制用氧分压检测传感器单元80，控制其电压V0的上述目标值，从而将从第3扩散速度控制部30向第2内部空腔40内导入的被测定气体中的氧分压的梯度控制为始终恒定。作为NOx传感器而被使用时，通过主泵单元21和辅助泵单元50的作用而将第2内部空腔40内的氧浓度保持为约0.001ppm左右的恒定值。
第4扩散速度控制部60是如下所述的部位，即：在第2内部空腔40对通过辅助泵单元50的动作而被控制了氧浓度(氧分压)的被测定气体，赋予规定的扩散阻力，从而将该被测定气体向第3内部空腔61导入的部位。第4扩散速度控制部60承担着限制流入到第3内部空腔61的NOx的量的作用。
第3内部空腔61设置为如下所述的空间，所述空间是：用于对预先在第2内部空腔40调整氧浓度(氧分压)后、通过第4扩散速度控制部60所导入的被测定气体进行被测定气体中的氮氧化物(NOx)浓度的测定的处理的空间。主要是在第3内部空腔61，通过测定用泵单元41的动作来进行NOx浓度的测定。
测定用泵单元41在第3内部空腔61内进行被测定气体中的NOx浓度的测定。测定用泵单元41是：由设置于面对着第3内部空腔61的第1固体电解质层4的上表面的测定电极44、外侧泵电极23、第2固体电解质层6、隔离层5以及第1固体电解质层4构成的电化学泵单元。测定电极44是由针对于被测定气体中的NOx成分而言的还原能力比内侧泵电极22更高的材料来构成的多孔质金属陶瓷电极。测定电极44还作为将第3内部空腔61内的气氛中存在的NOx进行还原的NOx还原催化剂而发挥功能。
具体而言，测定电极44是：包含具有催化剂活性的贵金属亦即Pt和Rh中的至少任意一者的电极。测定电极44优选为：由包含Pt和Rh中的至少任意一者、以及具有氧离子导电性的氧化物(这里为ZrO2)的金属陶瓷构成的电极。另外，测定电极44优选为多孔质体。在本实施方式中，测定电极44为Pt和Rh与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。
测定用泵单元41中，可以吸出由测定电极44的周围的气氛中的氮氧化物的分解而生成的氧，并将其生成量作为泵电流Ip2来进行检测。
另外，为了检测测定电极44的周围的氧分压，由第1固体电解质层4、第3基板层3、测定电极44和基准电极42而构成电化学传感器单元、亦即测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82。基于由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测到的电动势(电压V2)，来控制可变电源46。
导入到第2内部空腔40内的被测定气体在氧分压受到控制的状况下，通过第4扩散速度控制部60而到达第3内部空腔61内的测定电极44。测定电极44的周围的被测定气体中的氮氧化物被还原(2NO→N2+O2)而生成氧。然后，该生成的氧被测定用泵单元41进行泵送，此时，以由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测到的电压V2为恒定(目标值)的方式来控制可变电源46的电压Vp2。在测定电极44的周围生成的氧的量、与被测定气体中的氮氧化物的浓度成正比，因此，使用测定用泵单元41中的泵电流Ip2而计算出被测定气体中的氮氧化物浓度。
另外，由第2固体电解质层6、隔离层5、第1固体电解质层4、第3基板层3、外侧泵电极23以及基准电极42构成电化学传感器单元83，可以利用由该传感器单元83而得到的电动势(电压Vref)，来检测传感器外部的被测定气体中的氧分压。
具有这样的构成的气体传感器100中，通过使主泵单元21和辅助泵单元50工作而向测定用泵单元41提供：氧分压总被保持为恒定的低值(对NOx的测定没有实质影响的值)的被测定气体。因此，与被测定气体中的NOx的浓度大致成正比，由NOx的还原所生成的氧被测定用泵单元41吸出，由此流动泵电流Ip2，基于该泵电流Ip2，能够获知被测定气体中的NOx浓度。
此外，传感器元件101具备：为了提高固体电解质的氧离子传导性而承担着将传感器元件101加热并进行保温的温度调节作用的加热器部70。加热器部70具备：加热器连接电极71、加热器72、贯通孔73、加热器绝缘层74以及压力扩散孔75。
加热器连接电极71是：以与第1基板层1的下表面接触的方式形成的电极。通过将加热器连接电极71与外部电源连接，能够从外部向加热器部70供电。
加热器72是：从上下被第2基板层2和第3基板层3夹持的方式形成的电阻体。加热器72经由贯通孔73而与加热器连接电极71连接，通过该加热器连接电极71，利用加热器电源76(参照图2)进行供电而发热，进行：形成传感器元件101的固体电解质的加热和保温。
另外，加热器72埋设于：从第1内部空腔20到第3内部空腔61的整个区域，可以将整个传感器元件101调整为上述固体电解质活化的温度。
加热器绝缘层74是：由氧化铝等绝缘体形成在加热器72的上下表面的绝缘层。加热器绝缘层74形成的目的在于：得到第2基板层2与加热器72之间的电绝缘性、以及第3基板层3与加热器72之间的电绝缘性。
压力扩散孔75是如下所述的部位，即：以贯通第3基板层3和大气导入层48、且与基准气体导入空间43连通的方式设置的部位，其形成的目的在于：缓和伴随着加热器绝缘层74内的温度上升的内压上升。
如图2所示，控制装置90具备：上述可变电源24、46、52、加热器电源76以及控制部91。控制部91为：具备CPU92和存储部94等的微处理器。存储部94为：存储例如各种程序、各种数据的装置。控制部91输入：由主泵控制用氧分压检测传感器单元80检测的电压V0、由辅助泵控制用氧分压检测传感器单元81检测的电压V1、由测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82检测的电压V2、由传感器单元83检测的电压Vref、由主泵单元21检测的泵电流Ip0、由辅助泵单元50检测的泵电流Ip1、以及由测定用泵单元41检测的泵电流Ip2。另外，控制部91通过向可变电源24、46、52输入控制信号，来控制可变电源24、46、52所输出的电压Vp0、Vp1、Vp2，由此，控制主泵单元21、测定用泵单元41以及辅助泵单元50。控制部91通过向加热器电源76输出控制信号，来控制加热器电源76向加热器72供给的电力。存储部94还存储了后述的目标值V0＊、V1＊、V2a＊、V2b＊等。控制部91的CPU92参照这些目标值V0＊、V1＊、V2a＊、V2b＊而进行各单元21、41、50的控制。
控制部91以第2内部空腔40的氧浓度达到目标浓度的方式来进行控制辅助泵单元50的辅助泵控制处理。具体而言，控制部91通过以电压V1达到恒定值(称为目标值V1＊)的方式对可变电源52的电压Vp1进行反馈控制，来控制辅助泵单元50。目标值V1＊确定为：第2内部空腔40的氧浓度成为对NOx的测定没有实质影响的规定的低浓度这样的值。
控制部91以辅助泵单元50通过辅助泵控制处理来调整第2内部空腔40的氧浓度时所流动的泵电流Ip1达到目标电流(称为目标电流Ip1＊)的方式来进行控制主泵单元21的主泵控制处理。具体而言，控制部91以通过电压Vp1而流动的泵电流Ip1达到恒定的目标电流Ip1＊的方式基于泵电流Ip1，来设定(反馈控制)电压V0的目标值(称为目标值V0＊)。而且，控制部91以电压V0达到目标值V0＊的方式(即，以第1内部空腔20的氧浓度达到目标浓度的方式)对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制。通过该主泵控制处理而使得从第3扩散速度控制部30导入到第2内部空腔40内的被测定气体中的氧分压的梯度为始终恒定。目标值V0＊设定为：第1内部空腔20的氧浓度高于0％且为低氧浓度这样的值。另外，该主泵控制处理中流动的泵电流Ip0根据从气体导入口10流入于被测定气体流通部内的被测定气体(即传感器元件101的周围的被测定气体)的氧浓度而变化。因此，控制部91也可以基于泵电流Ip0，来检测被测定气体中的氧浓度。
也将上述主泵控制处理和辅助泵控制处理统称为调整用泵控制处理。另外，也将第1内部空腔20和第2内部空腔40统称为氧浓度调整室。也将主泵单元21和辅助泵单元50统称为调整用泵单元。通过控制部91进行调整用泵控制处理而使得调整用泵单元调整氧浓度调整室的氧浓度。
此外，控制部91以电压V2达到恒定值(目标值)的方式(即，以第3内部空腔61内的氧浓度达到规定的低浓度的方式)来进行控制测定用泵单元41的测定用泵控制处理。具体而言，控制部91通过以电压V2达到目标值的方式对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制，来控制测定用泵单元41。通过该测定用泵控制处理而从第3内部空腔61内吸出氧。另外，控制部91进行：通常时测定用泵控制处理和启动时测定用泵控制处理，来作为测定用泵控制处理，其中，所述通常时测定用泵控制处理是在传感器元件101的通常驱动时进行，所述启动时测定用泵控制处理是在通常驱动时之前的传感器元件101的启动时进行。在通常时测定用泵控制处理和启动时测定用泵控制处理中，电压V2的目标值不同。将启动时测定用泵控制处理中的电压V2的目标值称为启动时目标值V2a＊。将通常时测定用泵控制处理中的电压V2的目标值称为通常时目标值V2b＊。启动时目标值V2a＊设定为：比通常时目标值V2b＊更高的值。即以V2a＊＞V2b＊的方式设定V2a＊和V2b＊。这里，电压V2为：同基准电极42的周围与第3内部空腔61之间的氧浓度差相关的值，第3内部空腔61的氧浓度越低，氧浓度差就越大，电压V2也会成为更大的值。因此，启动时目标值V2a＊为比通常时目标值V2b＊更高的值是指：在启动时测定用泵控制处理的执行时，与通常时测定用泵控制处理的执行时相比，将第3内部空腔61的氧浓度的目标值设定为更低的值。在本实施方式中，通常时目标值V2b＊设为400mV，启动时目标值V2a＊设为600mV。
通过进行通常时测定用泵控制处理，从而以由被测定气体中的NOx在第3内部空腔61被还原而生成的氧实质上为零的方式从第3内部空腔61内吸出氧。然后，控制部91获得泵电流Ip2，作为与来自特定气体(这里为NOx)而在第3内部空腔61中生成的氧相对应的检测值，基于该泵电流Ip2而计算出被测定气体中的NOx浓度。
存储部94中存储了关系式(例如一次函数公式)、映射等，来作为泵电流Ip2与NOx浓度的对应关系。这样的关系式或映射可以预先通过实验而求出。
对这样构成的气体传感器100的控制部91所进行的传感器元件101的启动时的处理、亦即启动时控制处理的一个例子进行说明。图3是示出了启动时控制处理的一个例子的流程图。图4是示出了启动时控制处理和通常时控制处理的状况的一个例子的曲线图。
控制部91的CPU92开始启动时控制处理时，首先，以作为加热器72的温度的加热器温度Th达到目标温度Th＊的方式开始进行：对加热器72通电而使加热器72发热的加热器控制处理(步骤S100)。加热器温度Th可以由加热器72的电阻值的一次函数公式表示。因此，本实施方式的加热器控制处理中，CPU92计算出加热器72的电阻值，并以所算出的电阻值达到目标电阻值(与目标温度Th＊相对应的电阻值)的方式对加热器电源76进行反馈控制。CPU92例如可以获得加热器72的电压、和流动于加热器72的电流，基于所获得的电压和电流而计算出加热器72的电阻值。CPU92例如可以通过三端子法或四端子法而计算出加热器72的电阻值。CPU92以所算出的加热器72的电阻值达到目标电阻值的方式向加热器电源76输出控制信号，对加热器电源76所供给的电力进行反馈控制。加热器电源76例如通过改变对加热器72施加的电压的值，来调整向加热器72供给的电力。如图4所示，例如在时刻t0开始加热器控制处理时，随着时间的推移而使加热器温度Th上升到目标温度Th＊，加热器温度Th达到目标温度Th＊的时刻t2以后，加热器温度Th保持在目标温度Th＊附近。目标温度Th＊作为能够使传感器元件101的固体电解质充分活化的温度(例如800℃)而预先确定。另外，图4中为了简化说明而将加热器温度Th的时间变化以直线示出，但实际上也有时加热器温度Th以曲线增加、或者在目标温度Th＊附近呈现稳定之前加热器温度Th产生过冲。
在步骤S100开始进行加热器控制处理后，CPU92判定启动时测定用泵控制处理的开始条件是否已成立。在本实施方式中，CPU92判定加热器温度Th是否达到规定的阈值Thref以上(步骤S110)，在判定结果为肯定判定的情况下，视为启动时测定用泵控制处理的开始条件成立。阈值Thref为目标温度Th＊以下的值，也可以为小于目标温度Th＊的值。阈值Thref被预先确定，来作为：使在启动时测定用泵控制处理中被控制的测定用泵单元41所包含的固体电解质(在本实施方式中为第2固体电解质层6、隔离层5以及第1固体电解质层4)活化(表现出固体电解质的离子传导性)时所需的加热器温度Th的下限值。例如，阈值Thref可以通过实验而被预先确定，来作为：用于将第2固体电解质层6、隔离层5以及第1固体电解质层4加热为600℃以上时所需的加热器温度Th的下限值。另外，阈值Thref可以确定为：目标温度Th＊乘以规定的比例(小于1的值)所得的值。在本实施方式中，为阈值Thref＝0.8×Th＊。即，CPU92在加热器温度Th达到目标温度Th＊的80％以上的情况下，判定为启动时测定用泵控制处理的开始条件成立。
CPU92在步骤S110为否定判定的情况下，重复执行步骤S110，一直等到变为肯定判定为止。在步骤S110为肯定判定的情况下，CPU92开始进行上述启动时测定用泵控制处理(步骤S120)。在图4的例子中，由于在时刻t2之前的时刻t1，加热器温度Th达到阈值Thref，因此，CPU92在时刻t1开始进行启动时测定用泵控制处理。在开始进行启动时测定用泵控制处理时，CPU92以电压V2达到启动时目标值V2a＊的方式对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制，由此，控制测定用泵单元41。测定用泵单元41通过施加电压Vp2而将存在于第3内部空腔61的氧向外侧泵电极23的周围吸出。此时，在测定用泵单元41流动着与氧的吸出量相对应的泵电流Ip2。这里，在传感器元件101的启动前，包含第3内部空腔61在内的被测定气体流通部内成为：存在有许多氧(不是来自于特定气体的氧)的状态(例如大气气氛等)。通过进行启动时测定用泵控制处理而将这样的氧向外侧泵电极23的周围吸出。因此，如图4所示的实施例的泵电流Ip2的曲线图(实线)那样，从时刻t1起，泵电流Ip2急剧上升，流动着比较大的泵电流Ip2。作为在传感器元件101的启动前就已存在于第3内部空腔61的氧，具体而言，可例举出：第3内部空腔61内的空间中存在的氧分子(O2)、附着于测定电极44的表面的氧分子(O2)以及与测定电极44的构成材料键合的氧。由于在本实施方式中测定电极44包含Rh和Pt，因此有时在测定电极44内存在Rh2O3和PtO2中的至少一者。该Rh2O3和PtO2中的氧(O)为：与测定电极44的构成材料键合的氧。通过启动时测定用泵控制处理，不仅能够析出氧分子，还能够析出如此地与测定电极44的构成材料键合的氧，由此Rh2O3和PtO2被还原。另外，在本实施方式中测定电极44为多孔质体，因此，也有时在测定电极44的开口气孔中和闭口气孔中存在有氧分子(O2)，这些氧分子也可以通过启动时测定用泵控制处理而吸出。另外，在本实施方式中，CPU92在开始进行启动时测定用泵控制处理的同时，也开始进行上述调整用泵控制处理(主泵控制处理和辅助泵控制处理)。由此，在传感器元件101的启动前就已存在于氧浓度调整室(第1内部空腔20和第2内部空腔40)的氧也被吸出到外侧泵电极23的周围。因此，从时刻t1起，泵电流Ip0和泵电流Ip1急剧上升，流动着比较大的泵电流Ip0和泵电流Ip1。另外，图4中泵电流Ip0省略图示。另外，在图示的情况下，虽然在图4中将泵电流Ip1示为小于泵电流Ip2，但实际的泵电流的大小的大小关系基本上为Ip0＞Ip1＞Ip2。
在步骤S120开始进行启动时测定用泵控制处理后，CPU92判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已经成立。在本实施方式中，CPU92基于调整用泵单元的动作而判定氧浓度调整室的氧浓度是否已经稳定(步骤S130)，在判定结果为肯定判定的情况下，视为启动时测定用泵控制处理的结束条件已经成立。更具体而言，CPU92在判定为泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近稳定的情况下，判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定。
例如，如图4所示，在时刻t1，开始进行启动时测定用泵控制处理、主泵控制处理以及辅助泵控制处理时，如上所述，泵电流Ip1、Ip2(和泵电流Ip0)急剧上升而成为比较大的值。由此被测定气体流通部内的氧被吸出时，电压V2接近启动时目标值V2a＊，电压V1接近目标值V1＊，泵电流Ip1接近目标电流Ip1＊，因此，泵电流Ip1、Ip2(和泵电流Ip0)上升一次之后就缓慢减少。而且，在传感器元件101的启动前就已存在于被测定气体流通部的氧被充分吸出时(时刻t3)，此后，电压V1稳定在与目标值V1＊几乎相同的值，泵电流Ip1稳定在与目标电流Ip1＊几乎相同的值(图4中电压V1省略图示)。这里，由于第2内部空腔40与第3内部空腔61连通，因此，通过辅助泵单元50的动作，不仅能够除去第2内部空腔40的氧，也能够除去第3内部空腔61的氧。例如，第2内部空腔40的氧浓度降低至目标浓度(与电压V1的目标值V1＊相对应的氧浓度)附近时第3内部空腔61的氧浓度高于目标浓度(与电压V2的启动时目标值V2a＊相对应的氧浓度)的情况下，有时第3内部空腔61内的氧反向扩散(逆流)到第2内部空腔40，可以利用辅助泵单元50而将该氧吸出。因此，在氧浓度调整室(第1内部空腔20和第2内部空腔40)的氧浓度已呈现稳定的情况、亦即泵电流Ip1已呈现稳定在目标电流Ip1＊附近的情况下，在传感器元件101的启动前就已存在于第3内部空腔61的氧也被充分地吸出。因此，可以基于泵电流Ip1是否已经稳定在目标电流Ip1＊附近，来判定在传感器元件101的启动前就已存在于第3内部空腔61的氧是否已经被充分吸出。CPU92在步骤S130的判定中，可以在泵电流Ip1上升一次后再下降而达到规定的阈值以下时，判定为泵电流Ip1已经稳定在目标电流Ip1＊附近。该情况下的规定的阈值是：可视为泵电流Ip1已经降低至目标电流Ip1＊附近的值，例如，可以预先确定为：与目标电流Ip1＊相同的值、或比目标电流Ip1＊大5％的值等目标电流Ip1＊以上的值。或者，CPU92在泵电流Ip1为规定的范围内的值的状态继续了规定时间以上时，可以判定为泵电流Ip1已经稳定在目标电流Ip1＊附近。该情况下的规定的范围是可视为泵电流Ip1为目标电流Ip1＊附近的值的范围，例如，可以预先确定为：目标电流Ip1＊的±5％以内的范围等。在本实施方式中，CPU92在泵电流Ip1上升一次后再下降而达到目标电流Ip1＊以下时(图4中为时刻t3)，判定为泵电流Ip1已呈现稳定在目标电流Ip1＊附近。
CPU92在步骤S130中为否定判定的情况下，重复执行步骤S130，一直等到变为肯定判定为止。步骤S130中为肯定判定的情况下，CPU92结束上述启动时测定用泵控制处理，并开始进行通常时测定用泵控制处理(步骤S140)，结束启动时控制处理。由此，CPU92所进行的处理从启动时控制处理转移至通常时控制处理。通常时控制处理中，CPU92在进行通常时测定用泵控制处理的同时，将上述调整用泵控制处理(主泵控制处理和辅助泵控制处理)从启动时控制处理后继续进行。然后，CPU92基于因通常时测定用泵控制处理而流动的泵电流Ip2，来计算出被测定气体中的NOx浓度。在图4的例子中，CPU92由于在达到时刻t3之前泵电流Ip1并未稳定，因此，在步骤S130为否定判定，达到时刻t3时判定为泵电流Ip1已呈现稳定，在步骤S130为肯定判定。因此，CPU92从时刻t3起开始进行通常时控制处理。
如图4所示，在进行启动时测定用泵控制处理的期间(时刻t1～t3)，由于在传感器元件101的启动前就已存在于第3内部空腔61内的氧被吸出，因此，泵电流Ip2变为较高的值，泵电流Ip2的值无法成为与被测定气体中的NOx浓度相对应的值。在通过启动时测定用泵控制处理而充分进行氧的吸出的时刻t3以后，存在于第3内部空腔61内的氧几乎全部为：来自被测定气体中的NOx的氧，因此，泵电流Ip2的值成为：与被测定气体中的NOx浓度相对应的值。因此，在时刻t3以后，可以基于泵电流Ip2，来检测被测定气体中的NOx浓度。这样从传感器元件101的启动时起直到泵电流Ip2的值变为与被测定气体中的NOx浓度相对应的值为止的时间(t0～t3)为起燃时间。另外，图4中，为了容易理解泵电流Ip2的行为而示出了被测定气体中的NOx浓度恒定时的状况，时刻t3以后的泵电流Ip2变为恒定的。在实际的传感器元件101的使用时，被测定气体中的NOx浓度每时每刻都在变动，因此，时刻t3以后的泵电流Ip2的值根据NOx浓度而变动。因此，难以基于泵电流Ip2的值来判定传感器元件101是否起燃。因此，在本实施方式中，如上所述，CPU92不是基于泵电流Ip2而是基于泵电流Ip1的值，来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立。
这里，本实施方式中，在传感器元件101的启动时，如上所述，进行：以电压V2达到比通常时目标值V2b＊更高的启动时目标值V2a＊的方式来控制测定用泵单元41而吸出第3内部空腔61的氧的启动时测定用泵控制处理。即，在启动时测定用泵控制处理中，使第3内部空腔61的氧浓度的目标值为低于通常驱动时的值，来进行第3内部空腔61内的氧的吸出。由此，与从传感器元件101的启动时起进行通常时测定用泵控制处理的情况相比，能够将从启动前就已存在于第3内部空腔61内的氧迅速地从第3内部空腔61除去。例如，图4所示的比较例的泵电流Ip2的曲线图(虚线)示出了：从时刻t1起进行调整用泵控制处理(主泵控制处理和辅助泵控制处理)、同时从时刻t1起不进行启动时测定用泵控制处理而是进行通常时测定用泵控制处理时的泵电流Ip2的时间变化。该情况下，由于以电压V2达到比启动时目标值V2a＊更低的通常时目标值V2b＊的方式来控制测定用泵单元41，因此，与实施例的泵电流Ip2的曲线图(实线)相比，泵电流Ip2不会变为更大的值，第3内部空腔61内的氧的吸出量变少。因此，第3内部空腔61内的氧的吸出充分进行的时刻为：晚于时刻t3的时刻t4。即，与实施例相比，比较例的起燃时间变长。这样，在本实施方式中，能够通过在传感器元件101的启动时不是进行通常时测定用泵控制处理而是进行启动时测定用泵控制处理，从而使传感器元件101的起燃时间变短。另外，虽然省略图示，但从时刻t1起与通常时测定用泵控制处理一起进行调整用泵控制处理(主泵控制处理和辅助泵控制处理)时，直到泵电流Ip1稳定在目标电流Ip1＊附近为止的时间也为：晚于时刻t3的时刻t4。
另外，图4中虽然使得泵电流Ip2达到恒定的时刻(传感器元件101起燃的时刻)和泵电流Ip1稳定在目标电流Ip1＊附近的时刻为相同的时刻t3，但实际上有时泵电流Ip1稳定在目标电流Ip1＊附近的时刻略早于时刻t3。如上所述，辅助泵单元50还能够吸出从第3内部空腔61逆流到第2内部空腔40的氧，但由于与测定电极44的构成材料键合的氧、测定电极44的闭口气孔中所存在的氧分子不会逆流到第2内部空腔40，因此，辅助泵单元50无法吸出它们。因此，有时泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近已呈现稳定后，辅助泵单元50也无法吸出的这些氧被测定用泵单元41吸出，传感器元件101才开始起燃。该情况下，从泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近稳定到传感器元件101起燃的期间，优选CPU92不进行步骤S140而是继续进行启动时测定用泵控制处理。例如，CPU92可以在步骤S130为肯定判定之后，再经过规定时间后进行步骤S140。或者，在泵电流Ip1为规定的范围内的值的状态持续了规定时间以上时，CPU92在步骤S130为肯定判定的情况下，可以使该规定时间为：与泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近呈现稳定之后直到传感器元件101起燃为止的时间相同程度的时间。
这里，释明本实施方式的构成要素与本发明的构成要素的对应关系。本实施方式的第1基板层1、第2基板层2、第3基板层3、第1固体电解质层4、隔离层5以及第2固体电解质层6这6个层依次层叠而成的层叠体相当于本发明的元件主体，外侧泵电极23相当于外侧测定电极，第3内部空腔61相当于测定室，测定电极44相当于内侧测定电极，测定用泵单元41相当于测定用泵单元，基准电极42相当于基准电极，测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82相当于测定用电压检测传感器单元，传感器元件101相当于传感器元件，泵电流Ip2相当于测定用泵电流，控制装置90相当于泵单元控制部和特定气体浓度检测部。另外，控制装置90相当于加热器控制部，第1内部空腔20和第2内部空腔40相当于氧浓度调整室，内侧泵电极22和辅助泵电极51相对于内侧调整用泵电极，外侧泵电极23相当于外侧调整用泵电极，主泵单元21和辅助泵单元50相当于调整用泵单元，主泵控制处理和辅助泵控制处理相当于调整用泵控制处理。另外，内侧泵电极22相当于内侧主泵电极，外侧泵电极23相当于外侧主泵电极，辅助泵电极51相当于内侧辅助泵电极，外侧泵电极23相当于外侧辅助泵电极，泵电流Ip1相当于辅助泵电流。
根据以上详述的本实施方式的气体传感器100，在传感器元件101的启动时，进行：以电压V2达到比通常时目标值V2b＊更高的启动时目标值V2a＊的方式来控制测定用泵单元41从而吸出第3内部空腔61的氧的启动时测定用泵控制处理，因此，与从传感器元件101的启动时起进行通常时测定用泵控制处理的情况相比，能够迅速地除去从启动前就已存在于第3内部空腔61的氧。因此，传感器元件101的起燃时间变短。
另外，CPU92在开始进行加热器控制处理而加热器温度Th达到目标温度Th＊以下的规定的阈值Thref以上时，开始进行启动时测定用泵控制处理。因此，CPU92可以基于加热器温度Th而适当地判断启动时测定用泵控制处理的开始时刻。
此外，传感器元件101具有：调整设置于被测定气体流通部之中的第3内部空腔61的上游侧位置的氧浓度调整室的氧浓度的调整用泵单元。而且，CPU92在传感器元件101的启动时进行使调整用泵单元动作的调整用泵控制处理，基于调整用泵单元的动作而判定为氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。这里，在传感器元件101的启动前，不仅仅第3内部空腔61，其上游侧的氧浓度调整室也变为存在有许多氧(不是来自于特定气体的氧)的状态(例如大气气氛等)。能够通过在传感器元件101的启动时CPU92进行调整用泵单元控制处理，而将在传感器元件101的启动前就已存在于氧浓度调整室的氧也除去。另外，由于氧浓度调整室与第3内部空腔61连通，因此，也能够通过调整用泵单元的动作而将第3内部空腔61的氧除去。此外，如上所述，由于氧浓度调整室与第3内部空腔61连通，因此，在氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的情况下，第3内部空腔61内的氧也被充分吸出。因此，在基于调整用泵单元的动作而判定为氧浓度调整室的氧浓度稳定的情况下，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，由此可以适当地进行从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。
而且，氧浓度调整室具有：第1内部空腔20、以及设置于比第1内部空腔20更靠向下游侧且比第3内部空腔61更靠向上游侧的位置的第2内部空腔40，调整用泵单元具有：调整第1内部空腔20的氧浓度的主泵单元21、以及调整第2内部空腔40的氧浓度的辅助泵单元50。另外，调整用泵控制处理包含：以第2内部空腔40的氧浓度达到目标浓度的方式来控制辅助泵单元50的辅助泵控制处理、以及以通过辅助泵控制处理而流动于辅助泵单元50的泵电流Ip1达到目标电流Ip1＊的方式来控制主泵单元21的主泵控制处理。而且，CPU92在判定为泵电流Ip1稳定在目标电流Ip1＊附近的情况下，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。由此，可以基于泵电流Ip1而适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。
而且，测定电极44含有Pt和Rh中的至少任意一者。Pt和Rh等贵金属有时与第3内部空腔61内的氧键合而被氧化，由于该氧使特定气体浓度的检测精度降低，因此，需要在传感器元件101的启动时使测定电极44所包含的贵金属的氧化物还原后，再将该氧从第3内部空腔61吸出。而且，与吸出第3内部空腔61内的氧分子相比，使贵金属的氧化物还原而吸出氧这一方更耗费时间，因此，在第3内部空腔61内存在有氧化的贵金属时起燃时间容易变长。在本实施方式的气体传感器100中，在传感器元件101的启动时不仅进行通常时测定用泵控制处理，还进行启动时测定用泵控制处理，由此能够使氧化的贵金属在早期还原，能够使起燃时间变短。因此，在测定电极44含有Pt和Rh的本实施方式中，进行启动时测定用泵控制处理的意义重大。
另外，本发明不受上述实施方式任何限定，只要属于本发明的技术范围，当然可以以各种方式实施。
例如，上述实施方式中，CPU92在判定为泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近已呈现稳定的情况下，视为判定为启动时测定用泵控制处理的结束条件已成立，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，但不限定于此。传感器元件101起燃时，换言之，只要在第3内部空腔61内的氧被充分吸出时，以可以结束启动时测定用泵控制处理的方式来确定启动时测定用泵控制处理的结束条件即可。例如，可以在对加热器72开始通电后又经过规定时间时、或者开始进行启动时测定用泵控制处理后又经过规定时间时，来结束启动时测定用泵控制处理。
CPU92可以基于不进行使电流流动于测定电极44和基准电极42的控制的状态下的电压V2、亦即释放时测定用电压V2open，来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立。图5为示出了变形例的启动时控制处理的一个例子的流程图。图6为示出了变形例的启动时控制处理和通常时控制处理的状况的一个例子的曲线图。在图5中，对与图3相同的处理标记与图3相同的步骤编号，并省略其说明。图6是在图4中追加标记了释放时测定用电压V2open的时间变化的状况的曲线图。在图5所示的变形例的启动时控制处理中，在步骤S120开始进行启动时测定用泵控制处理后，CPU92通过判定不进行使电流流动于测定电极44和基准电极42的控制的状态下的电压V2、亦即释放时测定用电压V2open是否达到规定的阈值V2opref以上(步骤S230)，来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立。例如，在上述实施方式中，不是使电流流动于基准电极42的控制，而是在步骤S120开始进行启动时测定用泵控制处理后，通过启动时测定用泵控制处理而使泵电流Ip2流动于测定电极44。因此，CPU92在步骤S230，以使启动时测定用泵控制处理暂时停止的状态、具体而言是停止施加来自可变电源46的电压Vp2的状态，来测定电压V2，将所测定的值作为释放时测定用电压V2open。释放时测定用电压V2open为：与第3内部空腔61内的氧浓度相对应的值，氧浓度越低，就会成为越大的值。另外，释放时测定用电压V2open由于是以不进行使电流流动于测定电极44和基准电极42的控制的状态，进行测定，所以，不易受到由电流所带来的电压下降的影响。因此，释放时测定用电压V2open与以进行使电流流动于测定电极44的控制的状态而被测定的电压V2(启动时测定用泵控制处理的执行中的电压V2)相比，成为：更高精度地与第3内部空腔61内的氧浓度相对应的值。阈值V2opref预先确定为：第3内部空腔61内的氧被充分吸出的状态下的释放时测定用电压V2open的值。例如，如图6所示，开始进行启动时测定用泵控制处理时，释放时测定用电压V2open的值就会上升，在启动前就已存在于第3内部空腔61内的氧的吸出结束的时刻t3以后、亦即是传感器元件101起燃的时刻以后，则几乎为恒定值(定常值)。在本实施方式中，将预先由实验测定的该定常值确定为阈值V2opref。另外，在本实施方式中，阈值V2opref为200mV。阈值V2opref可以为：比释放时测定用电压V2open的定常值略低的值。CPU92在步骤S230为否定判定的情况下，重复执行步骤S230，一直等到变为肯定判定为止。在步骤S230为肯定判定的情况下，CPU92执行上述步骤S140而结束启动时控制处理。如上所述，释放时测定用电压V2open为：与第3内部空腔61内的氧浓度相对应的值，因此，可以通过将该释放时测定用电压V2open与阈值V2opref进行比较而适当地判断第3内部空腔61内的氧是否已被充分吸出。因此，CPU92在进行图5的步骤S230来代替图3的步骤S130的情况下，也能够适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。另外，如上所述，泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近呈现稳定的时刻有时会比传感器元件101起燃的时刻t3稍早。与此相对，释放时测定用电压V2open是与泵电流Ip1不同的，为：与存在于第3内部空腔61内的氧本身相对应的值，因此，释放时测定用电压V2open为定常值的时刻、与传感器元件101起燃的时刻之间几乎不产生时间差。
在上述实施方式中，虽然在启动时测定用泵控制处理中将第3内部空腔61内的氧向外侧泵电极23的周围吸出，但并不局限于外侧泵电极23，只要向配设于气体流通部以外的电极的周围吸出氧即可。例如，在启动时测定用泵控制处理中，对测定电极44与基准电极42之间施加电压而流动泵电流，由此可以将第3内部空腔61内的氧向基准电极42的周围吸出。即，虽然在上述实施方式的启动时测定用泵控制处理中，将第3内部空腔61内的氧向外侧泵电极23的周围、亦即元件主体的外侧吸出，但也可以向基准电极42的周围等元件主体的内部吸出。在向元件主体的内部吸出氧的情况下，优选向如基准电极42那样配设于被测定气体流通部以外的电极的周围吸出。换言之，在向元件主体的内部吸出氧的情况下，优选向元件主体中的不与第3内部空腔61连通的区域吸出氧。
在上述实施方式中虽然没有特别说明，但施加于测定用泵单元41的电压Vp2优选小于1500mV。在电压Vp2为1500mV以上时，有可能固体电解质内的氧离子匮乏，表现出固体电解质的电子传导，导致传感器元件101黑化而无法使用，但可以通过使电压Vp2小于1500mV，来抑制这样的不良情况。启动时目标值V2a＊为越高的值，启动时测定用泵控制处理时的电压Vp2就会变为越高的值，因此，优选为，将启动时目标值V2a＊预先确定为：电压Vp2不会达到1500mV以上的值。另外，在以固体电解质不充分活化的状态来进行启动时测定用泵控制处理时，不吸出第3内部空腔61的氧，电压V2无法接近于启动时目标值V2a＊，因此，通过反馈控制而使得电压Vp2容易变为较高的值。因此，在以固体电解质不充分活化的状态来进行启动时测定用泵控制处理时，在启动时测定用泵控制处理中电压Vp2容易变为1500mV以上。考虑这一点，优选为，适当地确定启动时测定用泵控制处理的开始条件(上述实施方式中为阈值Thref的值)而避免电压Vp2达到1500mV以上。
在上述实施方式的加热器控制处理中，CPU92虽然以加热器温度Th达到目标温度Th＊的方式来控制加热器72，但并不局限于加热器温度Th，只要以加热器72或元件主体的温度、亦即传感器元件温度达到目标温度的方式来控制加热器72即可。例如，可以作为表示元件主体的温度的值(可换算为温度的值)，来测定：测定用泵单元41的电路的电阻值、或测定用泵控制用氧分压检测传感器单元82的电路的电阻值，以该电阻值达到目标电阻值的方式来控制加热器72。同样地，在上述实施方式中，加热器温度Th达到规定的阈值Thref以上时，开始进行启动时测定用泵控制处理，但并不局限于此。不限于加热器温度Th，也可以在传感器元件温度达到规定的阈值以上时(例如，测定用泵单元41的电路的电阻值达到规定的阈值以下时)，开始进行启动时测定用泵控制处理。或者，气体传感器100可以具备热电偶等温度检测部，利用该温度传感器，来对传感器元件温度(加热器72的温度或元件主体的温度)本身直接进行测定。该情况下，CPU92可以基于所测定的传感器元件温度，以传感器元件温度达到目标温度的方式来控制加热器72。
在上述实施方式中，虽然CPU92在加热器温度Th达到规定的阈值Thref以上时，判定为：启动时测定用泵控制处理的开始条件已成立，但并不局限于此。只要以在启动时测定用泵控制处理中被控制的测定用泵单元41所包含的固体电解质活化时能够开始进行启动时测定用泵控制处理的方式，来确定启动时测定用泵控制处理的开始条件即可。例如，可以对加热器72开始通电后又经过规定时间时，开始进行启动时测定用泵控制处理。
或者，也可以根据测定电极44的构成材料，以可以在达到适合于吸出与其构成材料键合的氧的状态的情况下开始进行启动时测定用泵控制处理的方式，来确定启动时测定用泵控制处理的开始条件。例如，可以根据测定电极44的构成材料的状态图，来确定启动时测定用泵控制处理的开始条件。对测定电极44包含Rh来作为构成材料时的开始条件的例子进行说明。图7为Rh2O3的状态图(出处：V.K.Tagirov,D.M.Chizhikov,E.K.Kazenas,andL.K.Shubochkin,Zh.Neorg.Khim.,Title:Study of thermal dissociation ofruthenium dioxide and rhodium sesquioxide,Journal:Zhurnal NeorganicheskojKhimii；v.20(8)；p.2035-2037(1975))。图7的纵轴为氧分压，横轴为温度。图7中的粗直线为：表示Rh2O3和Rh达到平衡状态时的氧分压与温度的关系的直线(平衡线)。可以基于该平衡线，以在适合于测定电极44的构成材料(这里为Rh)的氧化物(这里为Rh2O3)的还原的状态下(即图7中温度与氧分压的所对应的点位于平衡线的左下的区域内的状态)进行启动时测定用泵控制处理的方式，来确定启动时测定用泵控制处理的开始条件。例如，在与启动时测定用泵控制处理的启动时目标值V2a＊相对应的第3内部空腔61的氧分压的对数(logPO2)为－2时(即氧分压为0.01Torr时)，如在图7的状态图中追加标记的虚线所示，在平衡线上与该氧分压相对应的测定电极44的温度为Ta℃(约630℃)。因此，如果通过启动时测定用泵控制处理而使电压V2达到启动时目标值V2a＊附近、且测定电极44的温度达到Ta℃以上，则Rh2O3容易被还原为Rh。因此，可以以在测定电极44的温度达到Ta℃以上的情况下能够开始进行启动时测定用泵控制处理的方式，来确定启动时测定用泵控制处理的开始条件。例如，可以作为用于使测定电极44的温度为Ta℃以上而所需的加热器温度Th的下限值，来确定阈值Thref。或者，可以对加热器72开始通电后又经过规定时间时，开始进行启动时测定用泵控制处理，并基于从加热器控制处理的开始直到测定电极44的温度为Ta℃以上为止所需的时间，来确定该规定时间。另外，根据图7还可知：测定电极44的温度越高，且第3内部空腔61的氧分压越小，则Rh2O3越容易被还原。换言之，第3内部空腔61的氧分压越小，适合于启动时测定用泵控制处理的开始的测定电极44的温度就会越低。因此，如果使启动时目标值V2a＊为较大的值，则可以与该大出的部分相对应地从加热器控制处理的开始而以短时间开始进行启动时测定用泵控制处理。不过，优选为，如上所述地将启动时目标值V2a＊确定为：电压Vp2不会达到1500mV以上这样的值，因此，还考虑到该点而优选为，以避免启动时目标值V2a＊变得过大的方式设定启动时目标值V2a＊的值。另外，如上所述，启动时测定用泵控制处理优选是在固体电解质活化后进行，因此，优选为，基于固体电解质的活化所需的温度、和适合于测定电极44的构成材料的氧化物的还原的温度之中的较高一方的温度，来确定启动时测定用泵控制处理的开始条件。测定电极44包含Pt来作为构成材料时，也可以与上述例子同样地基于Pt的状态图，来确定：适合于Pt的氧化物的还原的启动时测定用泵控制处理的开始条件。另外，测定电极44包含Pt和Rh这两者来作为构成材料时，优选为，基于适合于Pt的氧化物的还原的温度、和适合于Rh的氧化物的还原的温度之中的较高一方的温度，来确定启动时测定用泵控制处理的开始条件。
在上述实施方式中，虽然CPU92在开始进行启动时测定用泵控制处理的同时，也开始进行调整用泵控制处理(主泵控制处理和辅助泵控制处理)，但并不局限于此。也可以在调整用泵控制处理的开始时刻、与启动时测定用泵控制处理的开始时刻之间存在有时间差。调整用泵单元(主泵单元21和辅助泵单元50)若与测定用泵单元41相比，吸出氧的能力更高，因此，优选为，在与启动时测定用泵控制处理的开始同时或者在此之前，开始进行调整用泵控制处理(主泵控制处理和辅助泵控制处理)。另外，优选为在启动时测定用泵控制处理中也进行调整用泵控制处理(主泵控制处理和辅助泵控制处理)。
在上述实施方式中，虽然氧浓度调整室具有第1内部空腔20和第2内部空腔40，但并不局限于此，例如，氧浓度调整室既可以进一步具备其它的内部空腔，也可以省略第1内部空腔20和第2内部空腔40之中的一者。同样地，在上述实施方式中，虽然调整用泵单元具有主泵单元21和辅助泵单元50，但并不局限于此，例如，调整用泵单元既可以进一步具备其它的泵单元，也可以省略主泵单元21和辅助泵单元50中的一者。例如，也可以在仅由主泵单元21就能够充分降低被测定气体的氧浓度时，省略辅助泵单元50。该情况下，CPU92例如可以进行以氧浓度调整室(第1内部空腔20)的氧浓度达到目标浓度的方式控制主泵单元21的处理，来作为调整用泵控制处理。更具体而言，预先确定目标值V0＊，CPU92可以通过以电压V0达到目标值V0＊的方式(即，以第1内部空腔20的氧浓度达到目标浓度的方式)对可变电源24的泵电压Vp0进行反馈控制，来控制主泵单元21。该情况下，CPU92可以在基于主泵单元21的动作而判定为第1内部空腔20的氧浓度稳定的情况下，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。例如，CPU92可以基于电压V0的值或泵电流Ip0的值，来判定第1内部空腔20的氧浓度是否已呈现稳定。更具体而言，CPU92既可以在电压V0达到规定的阈值以上时判定为第1内部空腔20的氧浓度已呈现稳定，也可以在泵电流Ip0上升一次后再下降而达到规定的阈值以下时判定为第1内部空腔20的氧浓度已呈现稳定。
在上述实施方式中，外侧泵电极23兼作为：外侧主泵电极、外侧辅助泵电极以及外侧测定电极，所述外侧主泵电极为：主泵单元21的一部分，且被配设在传感器元件101外侧的暴露于被测定气体之中的部分，所述外侧辅助泵电极为：辅助泵单元50的一部分，且被配设在传感器元件101的外侧的暴露于被测定气体之中的部分，所述外侧测定电极为：测定用泵单元41的一部分，且被配设在传感器元件101的外侧的暴露于被测定气体之中的部分，但不限定于此。也可以将外侧主泵电极、外侧辅助泵电极以及外侧测定电极中的任意一者以上与外侧泵电极23分开地设置在传感器元件101的外侧。
在上述实施方式中，虽然外侧泵电极23向传感器元件101的外部露出，但并不局限于此，只要外侧泵电极23以与被测定气体接触的方式设置于元件主体(层1～6)的外侧即可。例如，传感器元件101具备：被覆元件主体(层1～6)的多孔质保护层，外侧泵电极23也可以被多孔质保护层被覆。
在上述实施方式中，气体传感器100的传感器元件101具备：第1内部空腔20、第2内部空腔40、以及第3内部空腔61，但不限定于此。例如，如图8的传感器元件201那样，也可以不具备第3内部空腔61。在图8所示的变形例的传感器元件201中，在第2固体电解质层6的下表面与第1固体电解质层4的上表面之间，以依次连通的方式邻接形成有：气体导入口10、第1扩散速度控制部11、缓冲空间12、第2扩散速度控制部13、第1内部空腔20、第3扩散速度控制部30以及第2内部空腔40。另外，测定电极44配设于第2内部空腔40内的第1固体电解质层4的上表面。测定电极44被第4扩散速度控制部45被覆。第4扩散速度控制部45为：由氧化铝(Al2O3)等陶瓷多孔体构成的膜。第4扩散速度控制部45与上述实施方式的第4扩散速度控制部60同样地，承担着限制流入于测定电极44的NOx的量的作用。另外，第4扩散速度控制部45还作为测定电极44的保护膜而发挥功能。辅助泵电极51的顶部电极部51a形成到测定电极44的正上方。即便是这样构成的传感器元件201，也能够与上述实施方式同样地，基于例如泵电流Ip2，来检测NOx浓度。该情况下，测定电极44的周围作为测定室而发挥功能。
在上述实施方式中，传感器元件101的元件主体为：具有多个固体电解质层(层1～6)的层叠体，但并不限定于此。只要传感器元件101的元件主体包含：至少一个氧离子传导性的固体电解质层，且被测定气体流通部设置于内部即可。例如，在图1中第2固体电解质层6以外的层1～5可以为由固体电解质以外的材质构成的结构层(例如由氧化铝构成的层)。该情况下，只要传感器元件101所具有的各电极配设于第2固体电解质层6即可。例如，只要图1的测定电极44配设于第2固体电解质层6的下表面即可。另外，可以将基准气体导入空间43设置于隔离层5，来代替第1固体电解质层4，将大气导入层48设置于第2固体电解质层6与隔离层5之间来代替设置于第1固体电解质层4与第3基板层3之间，将基准电极42设置于：比第3内部空腔61更靠向后方、且是第2固体电解质层6的下表面。
在上述实施方式中，控制装置90可以在主泵控制处理中，虽然以泵电流Ip1达到目标电流Ip1＊的方式基于泵电流Ip1来设定(反馈控制)电压V0的目标值V0＊，以电压V0达到目标值V0＊的方式对泵电压Vp0进行反馈控制，但也可以进行其它控制。例如，控制装置90可以在主泵控制处理中，以泵电流Ip1达到目标电流Ip1＊的方式基于泵电流Ip1对泵电压Vp0进行反馈控制。即，控制装置90可以省略从主泵控制用氧分压检测传感器单元80来获取电压V0、以及目标值V0＊的设定，基于泵电流Ip1而直接控制泵电压Vp0(进而控制泵电流Ip0)。该情况下，CPU92可以使用例如上述图3的步骤S130或图5的步骤S230的处理，来进行启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立的判定。
在上述实施方式中，气体传感器100虽然检测NOx浓度来作为特定气体浓度，但并不局限于此，也可以将其它氧化物浓度作为特定气体浓度。特定气体为氧化物的情况下，由于与上述实施方式同样地，将特定气体本身在第3内部空腔61还原时生成氧，因此，CPU92可以基于与该氧相对应的检测值，来检测特定气体浓度。另外，特定气体也可以为氨等非氧化物。特定气体为非氧化物的情况下，通过将特定气体例如在第1内部空腔20转化为氧化物(例如，为氨时被氧化而转化为NO)，从而转化后的氧化物在第3内部空腔61还原时生成氧后，CPU92可以获得与该氧相对应的检测值，来检测特定气体浓度。这样，无论特定气体为氧化物还是为非氧化物的哪一个，气体传感器100都可以基于来自特定气体而在第3内部空腔61生成的氧，来检测特定气体浓度。
在上述实施方式中，可以根据测定电极44的体积，来设定启动时目标值V2a＊的值。本发明人等发现了：即便启动时目标值V2a＊相同也有时因测定电极44的体积而起燃时间不同的情况；无论启动时目标值V2a＊的值过高还是过低，都会有时缩短起燃时间的效果变小而存在有最佳的启动时目标值V2a＊的值的情况；以及当测定电极44的体积变化时最佳的启动时目标值V2a＊的值也发生变化的情况等。以下对其进行详述。
本发明人等对测定电极44的体积C[mm3]、启动时目标值V2a＊与通常时目标值V2b＊之差ΔV(＝V2a＊－V2b＊)[mV]、以及起燃时间[sec]的关系进行如下调查。首先，将使用图1～2而说明的上述实施方式的传感器元件101和气体传感器100作为实验例1。实验例1中的测定电极44的体积C为4×10-3mm3。测定电极44如上所述，为：Pt及Rh与ZrO2的多孔质金属陶瓷电极。另外，除了通过变更测定电极44的厚度和前后方向的长度而将体积C如表1所示进行了各种变更这一点以外，与实验例1同样的气体传感器100作为实验例2～5。具体而言，实验例2若与实验例1相比，使测定电极44的厚度为2倍。实验例3若与实验例2相比，使测定电极44的厚度为2倍。实验例4若与实验例2相比，使测定电极44的厚度为1.5倍、且使前后方向的长度为2倍。实验例5若与实验例2相比，使测定电极44的厚度为2倍、且使前后方向的长度为2倍。对于实验例1的气体传感器100，将启动时目标值V2a＊设为500mV，将通常时目标值V2b＊设为400mV(因此，差ΔV为100mV)，来调查：进行了图3中示出的启动时控制处理的情况下的起燃时间。同样地，在实验例1的气体传感器100中，通过变更启动时目标值V2a＊而将差ΔV如表1所示那样在110mV～200mV之间每次变更10mV，来调查各个情况下的起燃时间。在实验例2～5的气体传感器100中，也同样将差ΔV在100mV～200mV之间变更，来调查各个情况下的起燃时间。表1中，集中示出了：实验例1～5各自的测定电极44的体积C、以及启动时目标值V2a＊与通常时目标值V2b＊之差ΔV(＝V2a＊－V2b＊)所对应的起燃时间。图9是将表1绘制成曲线图而成，是表示测定电极44的体积C、差ΔV以及起燃时间之间的关系的图。另外，实验例1～5都是：差ΔV在100mV～200mV的范围内的情况与不进行启动时测定用泵控制处理的情况(换言之，差ΔV为0mV的情况)相比，起燃时间较短。因此，实验例1～5都相当于本发明的实施例。
[表1]
根据表1和图9可知：并非限定于差ΔV越大，起燃时间就越短，换言之，并非限定于启动时目标值V2a＊越高，起燃时间就越短。例如，在实验例3中，在差ΔV为160mV的情况下，起燃时间最短，确认到了存在有：差ΔV越低于或越高于160mV，起燃时间就越长的趋势。实验例2、4也确认到了同样的趋势。实验例1确认到了存在有：在差ΔV为100mV～200mV的范围，差ΔV越大，起燃时间就越长的趋势。因此，根据实验例1，可推测为：最能够使起燃时间变短的差ΔV的值小于100mV。实验例5确认到了存在有：在差ΔV为100mV～200mV的范围，差ΔV越大，起燃时间就越短的趋势。因此，实验例5可推测为：最能够使起燃时间变短的差ΔV的值大于200mV。
对测定电极44的体积C、差ΔV以及起燃时间之间的关系存在有如上所述的趋势的理由进行说明。首先，本发明人等发现了：在从启动时测定用泵控制处理切换为通常时测定用泵控制处理时，有时会产生泵电流Ip2的下冲。图10是示出了泵电流Ip2的下冲的一个例子的曲线图。图10中的时刻t0、t1、t3与图4中示出的各时刻相同。如图10所示，在时刻t3进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换时，泵电流Ip2并非会立即成为与被测定气体中的NOx浓度相对应的值，有时会产生泵电流Ip2的下冲，并在其后的时刻t3’以后，泵电流Ip2的值成为与被测定气体中的NOx浓度相对应的值。该情况下的起燃时间为：至时刻t0～t3’的时间，因此，起燃时间延长了：发生下冲的期间(时刻t3～t3’)的时间量。
认为产生这样的下冲的理由如下。在从启动时测定用泵控制处理切换为通常时测定用泵控制处理时，由于电压V2的目标值从启动时目标值V2a＊变化为通常时目标值V2b＊(＜V2a＊)，因此，刚刚切换后的第3内部空腔61的氧浓度有时低于与通常时目标值V2b＊相对应的氧浓度。由此，在刚刚切换为通常时测定用泵控制处理之后，有时控制部91为了使第3内部空腔61的氧浓度上升到与通常时目标值V2b＊相对应的氧浓度，以不是从第3内部空腔61吸出氧而是向第3内部空腔61吸入氧的方式来控制测定用泵单元41。该情况下，泵电流Ip2变为负值(相对于启动时测定用泵控制处理中的泵电流Ip2而言，正负相反)。另外，在启动时测定用泵控制处理中，有时因为施加于测定电极44的电压Vp2而使被测定气体中的水分解，并生成氢。而且，通过在切换为通常时测定用泵控制处理之后该氢与氧反应而使得第3内部空腔61内的氧浓度降低，由此，即便如此，有时泵电流Ip2减小或变为负值。另外，测定电极44的体积C越大，测定电极44的表面积(并不局限于测定电极44的外表面，也包含测定电极44内部的气孔的表面积)就越大，因此，存在有：体积C越大，在启动时测定用泵控制处理中产生的氢的量就越多的趋势。根据如上所述，差ΔV(＝V2a＊－V2b＊)越大、以及体积C越大，从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换时发生的下冲所出现的期间也变长，存在起燃时间变长的趋势。
另一方面，差ΔV(＝V2a＊－V2b＊)越大，能够越迅速地除去：在启动时测定用泵控制处理中从传感器元件101的启动前就已存在于第3内部空腔61内的氧。因此，差ΔV(＝V2a＊－V2b＊)越大，进行启动时测定用泵控制处理的时间(例如图10的时刻t1～t3)就越短，从而存在有起燃时间变短的趋势。而且，进行启动时测定用泵控制处理的时间(例如图10的时刻t1～t3)与发生下冲的时间(例如图10的时刻t3～t3’)的合计时间越小，能够使起燃时间(例如图10的时刻t0～t3’)变得越短。
根据如上所述，可以认为：启动时目标值V2a＊的值、更准确而言为差ΔV如果过小，因为进行启动时测定用泵控制处理的时间变长(吸出在启动前就已存在于第3内部空腔61内的氧所需的时间变长)，从而缩短起燃时间的效果变小。另外，可以认为：差ΔV如果过大，因为发生下冲的时间变长，从而缩短起燃时间的效果变小。因此，可以认为：某种传感器元件101存在着起燃时间的缩短效果为最高时的最佳的差ΔV。另外，可以认为：由于如上所述发生下冲的时间也因为测定电极44的体积C而变化，因此，当体积C变化时，起燃时间的缩短效果为最高时的最佳的差ΔV也发生变化，具体而言，存在有：体积C越大，最佳的差ΔV就越大的趋势。可以认为：由于以上理由而使得测定电极44的体积C、差ΔV以及起燃时间之间的关系成为表1和图9中示出的关系。
这里，测定电极44的体积C优选为8×10-3mm3以上。体积C为8×10-3mm3以上时，基于测定用泵单元41的测定电极44的周围的氧的吸出能力变得足够高。因此，与实验例1相比，优选为，体积C为8×10-3mm3以上的实验例2～5。另外，当差ΔV过大时，启动时测定用泵控制处理时的电压Vp2变为较高的值，如上所述，有可能导致传感器元件101黑化而无法使用。另外，当启动时测定用泵控制处理时的电压Vp2过高时，通过对测定电极44施加过大的电压Vp2而促进测定电极44的劣化，有可能使得测定电极44的电阻值增加，或者由此而导致NOx浓度检测的灵敏度降低。因此，差ΔV优选为200mV以下。而且，根据图9的结果，可以推测为：与实验例5相比，体积C变大时，在差ΔV为200mV以下的范围内起燃时间的缩短效果变小。因此，可以认为：体积C优选为实验例5的值以下、亦即32×10-3mm3以下。另外，在实验例2～5中，作为能够使起燃时间为最小值及在其附近、且差ΔV没有超过200mV的范围，差ΔV优选为120mV～200mV。根据如上所述，体积C优选为8×10-3mm3～32×10-3mm3，差ΔV优选为120mV～200mV。虽然存在如下趋势：体积C越大，用于充分提高起燃时间的缩短效果而所需的差ΔV就越大，但是，如果体积C为8×10-3mm3～32×10-3mm3且差ΔV为120mV～200mV，则能够满足上述体积C的下限和差ΔV的上限，而且能够充分提高起燃时间的缩短效果。
另外，在调整测定电极44的体积C时，测定电极44的厚度例如可以为10μm～40μm。测定电极44的上表面的面积、亦即测定电极44的左右的宽度与前后的长度之积可以为0.2mm2～1.2mm2。测定电极44的左右方向的宽度可以为0.5mm～2.5mm。另外，在调整差ΔV时，启动时目标值V2a＊优选为600mV以下。
在上述实施方式中，CPU92在基于测定用泵单元41的动作而判定为第3内部空腔61的氧浓度已呈现稳定的情况下，可以判定为启动时测定用泵控制处理的结束条件已成立。例如，CPU92在通过启动时测定用泵控制处理而流动于测定用泵单元41的泵电流Ip2已呈现稳定的情况下，可以判定为第3内部空腔61的氧浓度已呈现稳定，从而可以判定为启动时测定用泵控制处理的结束条件已成立。本发明人等发现了：通过在启动时测定用泵控制处理中第3内部空腔61的氧浓度呈现稳定而表现出泵电流Ip2呈现稳定的稳定区域。图11为泵电流Ip2的稳定区域、以及泵电流Ip2的一阶微分值和二阶微分值的说明图。图11中的时刻t0、t1、t3与图4中示出的各时刻相同，在时刻t1开始进行启动时测定用泵控制处理，从时刻t3起开始进行通常时控制处理。另外，图11中的时刻t3’与图10中示出的时刻t3’相同。如图11A所示，有时从在时刻t1开始进行启动时测定用泵控制处理之后，至可判定为泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近已呈现稳定的时刻t3(图11中，泵电流Ip1省略图示)之间，表现出：泵电流Ip2呈现稳定的稳定区域。在启动时测定用泵控制处理中，CPU92以电压V2达到启动时目标值V2a＊的方式对可变电源46的电压Vp2进行反馈控制，因此，可以认为：此时的泵电流Ip2已呈现稳定就是第3内部空腔61的氧浓度呈现稳定，可以认为：在启动前就已存在于第3内部空腔61的氧通过启动时测定用泵控制处理而被充分吸出。因此，通过在泵电流Ip2已呈现稳定的情况下进行从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，能够适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。另外，如图11所示，有时在早于时刻t3的时机表现出泵电流Ip2的稳定区域。例如，在被测定气体中的氧浓度较低的情况下，相比于泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近呈现稳定，泵电流Ip2更早稳定，如图11这样，有时在早于时刻t3的时机出现泵电流Ip2的稳定区域。可以认为：这是由于与第2内部空腔40相比第3内部空腔61的空间的容积更小、或者与第2内部空腔40的氧浓度的目标浓度相比第3内部空腔61的氧浓度的目标浓度更小等。该情况下，通过在泵电流Ip2稳定的情况下进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，能够与如上述实施方式那样当泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近已呈现稳定的情况下进行切换时相比，在更早的时机进行切换。由此，也能够使传感器元件101的起燃时间变得更短。另外，相反，也有时与泵电流Ip2稳定的时刻相比，泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近呈现稳定的时刻变早。这是由于如上所述辅助泵单元50无法将不会从第3内部空腔61逆流到第2内部空腔40的氧(与测定电极44的构成材料键合的氧、或测定电极44的闭口气孔中存在的氧分子)吸出。该情况下，如果在泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近已呈现稳定时，进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，则有时第3内部空腔61内的氧不会被充分吸出而过早地进行切换。与此相对，通过泵电流Ip2已呈现稳定的情况下进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，还能够抑制过早切换。
泵电流Ip2是否已稳定的判定可以基于通过启动时测定用泵控制处理而流动于测定用泵单元41的泵电流Ip2的一阶微分值，来进行。例如，如图11A和图11B所示，泵电流Ip2达到稳定区域时，泵电流Ip2的一阶微分值(dIp2/dt)变为0值或0值附近。因此，当该一阶微分值视为0值时(即泵电流Ip2的斜率视为0时)，可以判定为泵电流Ip2稳定。例如，如图11B所示的泵电流Ip2的一阶微分值的时间变化的曲线图中，可以在一阶微分值变为0值的时刻tb，判定为泵电流Ip2稳定。CPU92在包含于一阶微分值视为0值的规定的区域时，可以判定为泵电流Ip2呈现稳定。该规定的区域例如可以为0值附近的区域，也可以为超过略小于0值的规定阈值的区域。例如，可以在规定的阈值为－0.3[μA/s]，且满足(dIp2/dt)＞－0.3[μA/s]时，判定为泵电流Ip2呈现稳定。泵电流Ip2的一阶微分值(dIp2/dt)例如可以以规定的时间间隔而重复测定泵电流Ip2，将这次测定的值与上次测定的值之差除以规定的时间间隔，来计算出所得的值。另外，根据图11B还可知：在时刻t1开始进行启动时测定用泵控制处理之后，泵电流Ip2在达到稳定区域之前，有时泵电流Ip2的一阶微分值为0值或0值附近。因此，优选为，CPU92基于开始进行启动时测定用泵控制处理而泵电流Ip2上升一次后再开始减少的时刻(为泵电流Ip2越过峰值的时刻，例如在图11B中为时刻ta)以后的泵电流Ip2的一阶微分值，来进行泵电流Ip2是否已稳定的判定。CPU92例如可以在泵电流Ip2超过一次规定的阈值之后又变成小于规定的阈值时，判定为泵电流Ip2上升一次后开始减少。或者，CPU92可以在泵电流Ip2的一阶微分值低于规定的阈值(负值)时，判定为泵电流Ip2上升一次之后开始减少。
泵电流Ip2是否已稳定的判定可以基于通过启动时测定用泵控制处理而流动于测定用泵单元41的泵电流Ip2的二阶微分值，来进行。例如，如图11A和图11C所示，当泵电流Ip2到达稳定区域时，泵电流Ip2的二阶微分值(d2Ip2/dt2)为0值或0值附近。由此，在泵电流Ip2的二阶微分值视为0值时(即视为泵电流Ip2的拐点时)，可以判定为泵电流Ip2已呈现稳定。例如，在图12的下段所示的泵电流Ip2的二阶微分值的时间变化的曲线图中，可以在二阶微分值变为0值的时刻tc，判定为泵电流Ip2已呈现稳定。CPU92可以在包含于二阶微分值视为0值的规定的区域时，判定为泵电流Ip2已呈现稳定。该规定的区域例如可以为0值附近的区域，也可以为：比略大于0值的规定阈值还小的区域。泵电流Ip2的二阶微分值(dIp2/dt)例如可以以规定的时间间隔而重复测定泵电流Ip2，来重复导出一阶微分值，将这次导出的一阶微分值与前次导出的一阶微分值之差除以规定的时间间隔，来计算出所得的值。在基于二阶微分值来进行判定时，优选为，也与基于一阶微分值来进行判定时同样地，CPU92基于开始进行启动时测定用泵控制处理而在泵电流Ip2上升一次之后又开始减少的时刻以后的泵电流Ip2的二阶微分值，来进行泵电流Ip2是否已稳定的判定。另外，在泵电流Ip2上升一次之后又开始减少的时刻以后、且泵电流Ip2呈现稳定之前，有时泵电流Ip2的二阶微分值在0附近(例如图11C的时刻ta与时刻tb之间)。为了将该情况与泵电流Ip2已呈现稳定的情况进行区别，CPU92可以在泵电流Ip2上升一次之后又开始减少的时刻以后、且泵电流Ip2的二阶微分值从比被视为0值时的规定区域更高的状态至被包含于视为0值的区域时(二阶微分值减少而进入到视为0值的规定区域时)，判定为泵电流Ip2已呈现稳定。
另外，如上述实施方式所说明的那样，当被测定气体中的NOx浓度每时每刻发生变动时，泵电流Ip2的值根据NOx浓度而发生变动。因此，在启动时测定用泵控制处理中被测定气体中的NOx浓度发生变动时，有时无法表现出泵电流Ip2的稳定区域。所以，优选为，CPU92在视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定的情况下，基于泵电流Ip2是否已呈现稳定，来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立。在视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定的情况下，还包括：视为被测定气体中没有NOx的情况。作为视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定时的具体例，可例举出：内燃机的低负荷运转中、怠速中、以及安装有气体传感器100的车辆的减速中等。另外，在安装有气体传感器100的车辆为混合动力汽车的情况下，还可例举出：混合动力汽车的电动运转时(发动机停止时)也被视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定时的具体例。CPU92可以基于从内燃机的未图示的发动机ECU获取来的信息，来判定是否视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定(例如是否属于上述具体例中的任意一者)，也可以在为肯定判定的情况下，判定泵电流Ip2是否已稳定。
或者，CPU92可以组合进行下述的处理，即：基于第3内部空腔61的氧浓度是否已稳定来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立的处理、以及以上述任意一方式来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立。即，可以根据多个条件中的任意一者是否已成立，来进行：启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立的判定。这样的话，即便是在无法基于第3内部空腔61的氧浓度是否已稳定来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立时(例如被测定气体中的NOx浓度发生变动时)，也可以根据其它条件是否已成立的判定(例如上述图3的步骤S130的判定)，来进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。另外，该情况下，可以省略：是否视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定的判定。
对这样组合多个判定来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立时的一个例子进行说明。图12是示出了变形例的启动时控制处理的一个例子的流程图。在图12中，对与图3相同的处理，标记与图3相同的步骤编号，并省略其说明。在图12的启动时控制处理中，在步骤S120开始进行启动时测定用泵控制处理之后，CPU92判定测定室(这里为第3内部空腔61)的氧浓度是否已呈现稳定(步骤S125)。例如，CPU92在泵电流Ip2上升一次后开始减少、且基于泵电流Ip2的一阶微分值和二阶微分值中的至少任意一者而判定为泵电流Ip2已呈现稳定的情况下，判定为第3内部空腔61的氧浓度已呈现稳定。泵电流Ip2在上升中时、或上升后开始减少之前时、或者泵电流Ip2未稳定时，在步骤S125，判定为第3内部空腔61的氧浓度未稳定而进行步骤S130的处理。在步骤S130为否定判定的情况下，执行步骤S125的处理。CPU92在步骤S125和步骤S130的任意一者中为肯定判定时，执行步骤S140而转移至通常时控制处理。在该图12的启动时控制处理中，在表现出泵电流Ip2的稳定区域的情况下，可以通过步骤S125的处理而转移至通常时控制处理，因此，可以适当地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换。另外，即便在未表现出泵电流Ip2的稳定区域时，也可以通过步骤S130的处理而在时刻t3转移至通常时控制处理，因此，能够可靠地转移至通常时控制处理。在图12中，虽然组合步骤S125和步骤S130来判定启动时测定用泵控制处理的结束条件是否已成立，但也可以组合步骤S125和图5的步骤S230，还可以组合步骤S125、S130和S230。在图12的启动控制处理中，还可以追加：是否进行视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定的判定。例如，CPU92可以在图12的步骤S120之后，进行：是否视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定的判定，在视为NOx浓度已呈现稳定的情况下进行步骤S125的判定，在不视为NOx浓度呈现稳定的情况下进行步骤S130的判定。而且，CPU92可以在步骤S125或步骤S130中为否定判定的情况下，再次进行：是否视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定的判定，在步骤S125或步骤S130中为肯定判定的情况下进行步骤S140。换言之，在视为被测定气体中的NOx浓度呈现稳定的情况下，可以不进行步骤S130的判定。这样，当泵电流Ip1在目标电流Ip1＊附近呈现稳定的时刻较早地，使用步骤S130的判定时，会过早地进行：从启动时测定用泵控制处理向通常时测定用泵控制处理的切换，即便该情况下，只要是NOx浓度呈现稳定时就进行步骤S125的判定，因此可以在非过早的适当时机来进行切换。
本申请以2020年12月9日申请的日本专利申请第2020－204045号作为主张优先权的基础，通过引用将其全部内容并入于本说明书中。
产业上的可利用性
本发明可以利用于对汽车的尾气等被测定气体中的NOx等特定气体的浓度进行检测的气体传感器。
符号说明
1第1基板层、2第2基板层、3第3基板层、4第1固体电解质层、5隔离层、6第2固体电解质层、10气体导入口、11第1扩散速度控制部、12缓冲空间、13第2扩散速度控制部、20第1内部空腔、21主泵单元、22内侧泵电极、22a顶部电极部、22b底部电极部、23外侧泵电极、24可变电源、30第3扩散速度控制部、40第2内部空腔、41测定用泵单元、42基准电极、43基准气体导入空间、44测定电极、45第4扩散速度控制部、46可变电源、48大气导入层、50辅助泵单元、51辅助泵电极、51a顶部电极部、51b底部电极部、52可变电源、60第4扩散速度控制部、61第3内部空腔、70加热器部、71连接电极、72加热器、73贯通孔、74加热器绝缘层、75压力扩散孔、76加热器电源、80主泵控制用氧分压检测传感器单元、81辅助泵控制用氧分压检测传感器单元、82测定用泵控制用氧分压检测传感器单元、83传感器单元、90控制装置、91控制部、92CPU、94存储部、100气体传感器、101、201传感器元件。

Claims (10)

1.一种气体传感器，该气体传感器具备：传感器元件、泵单元控制部、以及特定气体浓度检测部，其中，
所述传感器元件具有：
元件主体，其包含氧离子传导性的固体电解质层，且在内部设置有导入被测定气体并使其流通的被测定气体流通部；
测定用泵单元，其具有以与所述被测定气体接触的方式设置于所述元件主体的外侧的外侧测定电极、以及配设于所述被测定气体流通部之中的测定室的内侧测定电极，并从所述内侧测定电极的周围向所述外侧测定电极的周围进行氧的吸出；
基准电极，其以与作为所述被测定气体之中的特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体的内部；以及
测定用电压检测传感器单元，其对所述基准电极与所述内侧测定电极之间的测定用电压进行检测；
所述泵单元控制部在所述传感器元件的通常驱动时，进行：以所述测定用电压达到通常时目标值的方式控制所述测定用泵单元来吸出所述测定室的氧的通常时测定用泵控制处理，并在所述通常驱动时之前的所述传感器元件的启动时，进行：以所述测定用电压达到比所述通常时目标值更高的启动时目标值的方式控制所述测定用泵单元来吸出所述测定室的氧的启动时测定用泵控制处理，在基于所述测定用泵单元的动作而判定为所述测定室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从所述启动时测定用泵控制处理向所述通常时测定用泵控制处理的切换，
所述特定气体浓度检测部基于通过所述通常时测定用泵控制处理而流动于所述测定用泵单元的测定用泵电流，来检测所述被测定气体中的特定气体浓度。
2.根据权利要求1所述的气体传感器，其中，
所述泵单元控制部在通过所述启动时测定用泵控制处理而流动于所述测定用泵单元的所述测定用泵电流已呈现稳定的情况下，判定为所述测定室的氧浓度已呈现稳定。
3.根据权利要求2所述的气体传感器，其中，
所述泵单元控制部基于通过所述启动时测定用泵控制处理而流动于所述测定用泵单元的所述测定用泵电流的一阶微分值，来判定所述测定用泵电流是否已呈现稳定。
4.根据权利要求2所述的气体传感器，其中，
所述泵单元控制部基于通过所述启动时测定用泵控制处理而流动于所述测定用泵单元的所述测定用泵电流的二阶微分值，来判定所述测定用泵电流是否已呈现稳定。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的气体传感器，其中，
所述气体传感器具备：对所述元件主体进行加热的加热器、以及进行加热器控制处理的加热器控制部，其中，该加热器控制处理为：以所述加热器或所述元件主体的温度亦即传感器元件温度达到规定的目标温度的方式对所述加热器通电而使所述加热器发热的处理，
所述泵单元控制部在开始进行所述加热器控制处理而使所述传感器元件温度达到所述目标温度以下的规定的阈值以上时，开始进行所述启动时测定用泵控制处理。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的气体传感器，其中，
所述传感器元件具有：对设置于所述被测定气体流通部之中的所述测定室的上游侧的氧浓度调整室的氧浓度进行调整的调整用泵单元，
所述泵单元控制部在所述传感器元件的所述启动时，进行：使所述调整用泵单元进行动作的调整用泵控制处理，并在基于所述调整用泵单元的动作而判定为所述氧浓度调整室的氧浓度已呈现稳定的情况下，进行：从所述启动时测定用泵控制处理向所述通常时测定用泵控制处理的切换。
7.根据权利要求6所述的气体传感器，其中，
所述氧浓度调整室具有：第1内部空腔、以及设置于比该第1内部空腔更靠向下游侧且比所述测定室更靠向上游侧的第2内部空腔，
所述调整用泵单元具有：调整所述第1内部空腔的氧浓度的主泵单元、以及调整所述第2内部空腔的氧浓度的辅助泵单元，
所述调整用泵控制处理包含：以所述第2内部空腔的氧浓度达到目标浓度的方式来控制所述辅助泵单元的辅助泵控制处理、以及以通过所述辅助泵控制处理而流动于所述辅助泵单元的辅助泵电流达到目标电流的方式来控制所述主泵单元的主泵控制处理，
所述泵单元控制部在判定为所述辅助泵电流在所述目标电流附近已呈现稳定的情况下，进行：从所述启动时测定用泵控制处理向所述通常时测定用泵控制处理的切换。
8.根据权利要求1～5中任一项所述的气体传感器，其中，
所述泵单元控制部在不进行使电流流动于所述内侧测定电极和所述基准电极的控制的状态下的所述测定用电压亦即释放时测定用电压达到规定的阈值以上时，进行：从所述启动时测定用泵控制处理向所述通常时测定用泵控制处理的切换。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的气体传感器，其中，
所述内侧测定电极包含Pt和Rh中的至少任意一者。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的气体传感器，其中，
所述内侧测定电极的体积C为8×10-3mm3以上且32×10-3mm3以下，
所述启动时目标值与所述通常时目标值之差ΔV为120mV以上且200mV以下。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024057699A1 (ja) * 2022-09-12 2024-03-21 日本碍子株式会社 ガスセンサ及びガスセンサの制御方法
JP2024061252A (ja) 2022-10-21 2024-05-07 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP2024062098A (ja) 2022-10-24 2024-05-09 日本碍子株式会社 ガスセンサ
WO2024116510A1 (ja) * 2022-11-28 2024-06-06 日本碍子株式会社 ガスセンサ，センサ素子の制御用の調整用電圧目標値の決定方法，センサ素子の製造方法，及びガスセンサの製造方法
WO2024157772A1 (ja) * 2023-01-26 2024-08-02 日本碍子株式会社 センサ素子及びガスセンサ
JP2024141833A (ja) 2023-03-29 2024-10-10 日本碍子株式会社 ガスセンサの動作方法および濃度測定装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4098944B2 (ja) * 2000-03-29 2008-06-11 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサの制御方法
JP4903895B2 (ja) * 2009-12-02 2012-03-28 日本特殊陶業株式会社 センサ制御装置及びセンサ制御装置の制御方法
JP6594230B2 (ja) * 2015-03-06 2019-10-23 日本碍子株式会社 センサ素子及びガスセンサ
JP6939970B2 (ja) 2015-09-08 2021-09-22 東レ株式会社 ポリエチレンテレフタレート樹脂組成物
JP6573567B2 (ja) * 2016-03-28 2019-09-11 日本碍子株式会社 センサ素子のライトオフ異常判定方法及びガスセンサの製造方法
JP6966364B2 (ja) * 2018-03-16 2021-11-17 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP7122958B2 (ja) * 2018-12-25 2022-08-22 日本碍子株式会社 センサ素子及びガスセンサ
JP7088073B2 (ja) * 2019-02-19 2022-06-21 株式会社デンソー ガスセンサ制御装置
JP7311992B2 (ja) * 2019-03-27 2023-07-20 日本碍子株式会社 ガスセンサ及びセンサ素子

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