JP5247780B2 - Gas sensor calibration method - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用内燃機関の排気系等に使用され、被測定ガス中の特定成分濃度を検出するガスセンサの校正方法に関する。 The present invention relates to a calibration method for a gas sensor that is used in an exhaust system of an internal combustion engine for an automobile and detects a specific component concentration in a gas to be measured.
自動車用内燃機関等から排出される排ガスを原因とする大気汚染は、現代社会に深刻な問題を引き起こしており、排ガス中の公害物質に対する浄化基準法規が年々厳しくなっている。例えば、排ガス中のNOx(窒素酸化物)の濃度を検出し、その検出結果をエンジン燃焼制御モニタ、触媒モニタ等にフィードバックすれば、より効率良く排ガス浄化を行うことができると考えられる。このような背景から、排ガス中のNOx濃度を精度良く検出可能なガスセンサが求められている。 Air pollution caused by exhaust gas emitted from automobile internal combustion engines and the like has caused serious problems in modern society, and purification standards and regulations for pollutants in exhaust gas are becoming stricter year by year. For example, if the concentration of NOx (nitrogen oxide) in the exhaust gas is detected and the detection result is fed back to an engine combustion control monitor, a catalyst monitor, etc., it is considered that exhaust gas purification can be performed more efficiently. From such a background, there is a demand for a gas sensor that can accurately detect the NOx concentration in exhaust gas.
このようなガスセンサとしては、例えば、特許文献1に開示されたものがある。上記ガスセンサは、第1拡散抵抗の下に被測定ガスが導入される第1内部空間と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体とポンプ用固体電解質体に配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に第1内部空間内の酸素濃度を調整するポンプセルと、第2拡散抵抗の下に第1内部空間内の雰囲気が導入される第2内部空間と、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体とセンサ用固体電解質体に配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えている。
An example of such a gas sensor is disclosed in
上記ガスセンサは、被測定ガス(排ガス)を第1内部空間に導入し、ポンプセルの一対のポンプ電極間に所定の電圧を印加することにより、第1内部空間における酸素の出し入れを行い、第1内部空間の酸素濃度を低濃度に制御する。そして、センサセルの一対のセンサ電極間に所定の電圧を印加することにより、センサセルのセンサ用固体電解質体を移動する酸素イオンの量、すなわち一対のセンサ電極間に流れる電流の大きさ(センサ電流値)を測定する。このセンサ電流値の変化が特定成分である特定成分(NOx)濃度に対応する。これにより、被測定ガス(排ガス)中の酸素濃度の増減にかかわらず、正確に特定成分(NOx)濃度を測定することができる。 The gas sensor introduces a gas to be measured (exhaust gas) into the first internal space and applies a predetermined voltage between the pair of pump electrodes of the pump cell, whereby oxygen is taken in and out of the first internal space. The oxygen concentration in the space is controlled to a low concentration. Then, by applying a predetermined voltage between the pair of sensor electrodes of the sensor cell, the amount of oxygen ions moving through the sensor solid electrolyte body of the sensor cell, that is, the magnitude of the current flowing between the pair of sensor electrodes (sensor current value) ). This change in the sensor current value corresponds to a specific component (NOx) concentration that is a specific component. Thereby, it is possible to accurately measure the specific component (NOx) concentration regardless of the increase or decrease of the oxygen concentration in the gas to be measured (exhaust gas).
しかしながら、上記特許文献1のガスセンサでは、寸法公差等により、第1拡散抵抗、第1内部空間、第2拡散抵抗、第2内部空間等の形状を全く同一にすることは困難であることから、NOx濃度に対するセンサ電流値(NOx濃度依存性)にばらつきが生じる。そのため、排ガス中のNOx濃度を高精度に検出するには、センサ個体ごとに、所定濃度のNOxガスに対するセンサ電流値を測定し、この値に基づいてガスセンサを校正する必要があった。また、その校正の際には、有毒かつ高価なNOxガスを使用するため、高コストの要因となっていた。
However, in the gas sensor of
そこで、特許文献2には、ガスセンサを校正するための校正用ガスとして酸素ガスを使用するガスセンサの校正方法が開示されている。このガスセンサの校正方法は、予め所定濃度の酸素ガスに対するセンサ電流値と所定濃度のNOxガスに対するセンサ電流値との相関関係を求めておく。そして、所定濃度の酸素ガスを校正用ガスとして使用し、そのセンサ電流値から上記相関関係を利用して所定濃度のNOxガスに対するセンサ電流値を推定し、この値に基づいてガスセンサを校正する。これにより、有毒かつ高価なNOxガスを使用せずにガスセンサを校正することができる。
Thus,
しかしながら、上記特許文献2のガスセンサでは、校正用ガスとして酸素ガスを使用しているが、安価で取扱いが容易な大気等の酸素ガスを使用することは困難である。すなわち、通常、排ガス中のNOx濃度を検出する場合、検出対象濃度はppmオーダーであり、その際センサセルのセンサ電流値はμAオーダーの微小な値である。そのため、上記相関関係を求める場合、NOxガスに対するセンサ電流値は、検出対象濃度のppmオーダーのNOxガスを用いて測定し、そのセンサ電流値はμAオーダーの値となる。
However, in the gas sensor disclosed in
一方、酸素ガスに対するセンサ電流値について、安価で取扱いが容易な酸素濃度約20%の酸素ガスである大気等を用いて測定すると、そのセンサ電流値はmAオーダーの値となる。つまり、NOxガスに対するセンサ電流値と酸素ガスに対するセンサ電流値との電流値のオーダーが大きく異なる。そのため、両者の相関関係を精度良く求めることが困難となる。 On the other hand, when the sensor current value with respect to oxygen gas is measured by using air or the like, which is oxygen gas having an oxygen concentration of about 20%, which is cheap and easy to handle, the sensor current value becomes a value on the order of mA. That is, the order of the current value between the sensor current value for NOx gas and the sensor current value for oxygen gas is greatly different. For this reason, it is difficult to accurately obtain the correlation between the two.
したがって、酸素ガスに対するセンサ電流値とNOxガスに対するセンサ電流値との相関関係を精度良く求めるためには、酸素ガスに対するセンサ電流値についても、NOxガスに対するセンサ電流値と同様に、μAオーダーの微小な電流値となるようにしなければならず、そのためには低濃度に調整した酸素ガスを準備する必要があり、大幅なコスト低減は困難であった。 Therefore, in order to accurately obtain the correlation between the sensor current value for oxygen gas and the sensor current value for NOx gas, the sensor current value for oxygen gas is as small as a μA order, similar to the sensor current value for NOx gas. Therefore, it is necessary to prepare an oxygen gas adjusted to a low concentration, and it is difficult to significantly reduce the cost.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、ガスセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができるガスセンサの校正方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor calibration method capable of easily and accurately performing calibration of a gas sensor at low cost.
第1の発明は、被測定ガスが導入される被測定ガス室と、該被測定ガス室に所定の拡散抵抗の下に上記被測定ガスを導入するための拡散抵抗部と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整するポンプセルと、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室に導入された被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えたガスセンサの校正方法であって、
作製した複数の上記ガスセンサのうち、一部の該ガスセンサについて、所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ipと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Isとを測定し、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係を求める相関関係作成工程と、
上記複数のガスセンサの基準となる基準ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ip及び上記センサ電流値Isである基準ポンプ電流値Ip0及び基準センサ電流値Is0を上記相関関係を満たすように設定する基準電流値設定工程と、
上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、上記複数のガスセンサのうち校正対象となる校正ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ipであるポンプ電流値Ipnを測定するポンプ電流値測定工程と、
上記ポンプ電流値Ipnから、上記相関関係を利用することにより、上記校正ガスセンサについての上記センサ電流値Isであるセンサ電流値Isnを推定するセンサ電流値推定工程と、
上記センサ電流値Isnと上記基準センサ電流値Is0とを比較し、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性が上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正するセンサ出力特性補正工程とを行うことを特徴とするガスセンサの校正方法にある(請求項1)。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a measurement gas chamber into which a measurement gas is introduced, a diffusion resistance portion for introducing the measurement gas into the measurement gas chamber under a predetermined diffusion resistance, and oxygen ion conductivity And a pair of pump electrodes respectively disposed on the surface on the gas chamber side to be measured and on the surface on the opposite side of the pump solid electrolyte body and oxygen in the gas chamber to be measured A pump cell for adjusting the concentration, a solid electrolyte body for oxygen ion conductive sensor, and a pair of sensor electrodes disposed on the surface on the gas chamber side to be measured and on the opposite surface of the solid electrolyte body for sensor And a sensor cell for detecting a specific component concentration in the gas to be measured introduced into the gas chamber to be measured.
Among some of the produced gas sensors, for some of the gas sensors, the pump current value Ip that flows between the pair of pump electrodes of the pump cell with respect to the oxygen gas with a predetermined concentration and the specific component gas with a predetermined concentration A correlation creating step of measuring a sensor current value Is flowing between the pair of sensor electrodes of the sensor cell and obtaining a correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is;
Reference current to set the reference pumping current Ip 0 and the reference sensor current Is 0 is the pumping current Ip and the sensor current value Is for the reference gas sensor as a reference of the plurality of gas sensors so as to satisfy the above correlation A value setting process;
With calibration gas is oxygen gas of the predetermined concentration, the pump current value measuring step of measuring the pumping current Ip n is the pumping current Ip for the calibration gas sensor to be calibrated of the plurality of gas sensors ,
From the pumping current Ip n, by utilizing the correlation, and the sensor current value estimation step of estimating the sensor current value Is n is the sensor current value Is for the calibration gas sensor,
The sensor current value Is n and the reference sensor current value Is 0 are compared, and the sensor output characteristic of the calibration gas sensor is corrected so that the sensor output characteristic of the calibration gas sensor is equivalent to the sensor output characteristic of the reference gas sensor. And a sensor output characteristic correcting step for performing a gas sensor calibration method.
参考発明は、被測定ガスが導入される被測定ガス室と、該被測定ガス室に所定の拡散抵抗の下に上記被測定ガスを導入するための拡散抵抗部と、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体と該ポンプ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室内の酸素濃度を調整するポンプセルと、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体と該センサ用固体電解質体における上記被測定ガス室側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極とを有すると共に上記被測定ガス室に導入された被測定ガス中の特定成分濃度を検出するセンサセルとを備えたガスセンサであって、
所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ipと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Isとが、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるよう構成されていることを特徴とするガスセンサにある。
The reference invention includes a measured gas chamber into which a measured gas is introduced, a diffusion resistance portion for introducing the measured gas into the measured gas chamber under a predetermined diffusion resistance, and an oxygen ion conductive pump And a pair of pump electrodes respectively disposed on the surface on the gas gas chamber side and the surface on the opposite side of the solid electrolyte material for pump and the oxygen concentration in the gas gas chamber to be measured. A pump cell to be adjusted; a solid electrolyte body for oxygen ion conductive sensor; and a pair of sensor electrodes respectively disposed on the surface of the gas chamber to be measured and the opposite surface of the solid electrolyte body for sensor A gas sensor having a sensor cell for detecting a specific component concentration in the measurement gas introduced into the measurement gas chamber,
A pump current value Ip that flows between the pair of pump electrodes of the pump cell with respect to a predetermined concentration of oxygen gas, and a sensor current value that flows between the pair of sensor electrodes of the sensor cell with respect to a specific component gas of a predetermined concentration The gas sensor is configured such that Is is determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance portion .
第1の発明のガスセンサの校正方法は、上記相関関係作成工程と上記基準電流値測定工程と上記ポンプ電流値測定工程と上記センサ電流値推定工程と上記センサ出力特性補正工程とを行う。そして、これらの工程を行うことにより、上記ガスセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。 The gas sensor calibration method according to the first aspect of the invention performs the correlation creating step, the reference current value measuring step, the pump current value measuring step, the sensor current value estimating step, and the sensor output characteristic correcting step. By performing these steps, the gas sensor can be easily and accurately calibrated at low cost.
すなわち、本発明は、上記拡散抵抗部の拡散抵抗の下に上記被測定ガスが導入される上記被測定ガス室に対して上記ポンプセル及び上記センサセルが配設されている構成において、所定濃度の酸素ガスに対する上記ポンプセルの上記ポンプ電流値Ipと所定濃度の特定成分ガスに対する上記センサセルの上記センサ電流値Isとの間に相関関係があることを見出したことに大きな特徴がある。 That is, according to the present invention, in the configuration in which the pump cell and the sensor cell are disposed in the measurement gas chamber into which the measurement gas is introduced under the diffusion resistance of the diffusion resistance portion, oxygen having a predetermined concentration is provided. A major feature is that it has been found that there is a correlation between the pump current value Ip of the pump cell for gas and the sensor current value Is of the sensor cell for a specific component gas having a predetermined concentration.
また、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとは、それぞれ上記ポンプセルと上記センサセルとで別々に測定していることから、それぞれの測定対象である酸素ガスと特定成分ガスとの濃度が大きく異なる場合であっても、具体的には上記ポンプ用固体電解質体及び上記センサ用固体電解質体を移動する酸素イオンの量や電流値のオーダーが大きく異なる場合であっても、上記相関関係を精度良く求めることができる。 Further, since the pump current value Ip and the sensor current value Is are measured separately in the pump cell and the sensor cell, the concentrations of the oxygen gas and the specific component gas that are the measurement objects are large. Even if different, specifically, even if the order of the amount of oxygen ions and the current value that move through the solid electrolyte body for the pump and the solid electrolyte body for the sensor are greatly different, the correlation is accurate. You can ask well.
そのため、上記相関関係作成工程において、上記センサ電流値Isは、検出対象となる所定濃度の特定成分ガス、例えば特定成分がNOx等であれば濃度がppmオーダーの特定成分ガスを用いてμAオーダーの上記センサ電流値Isを測定し、上記ポンプ電流値Ipは、所定濃度の酸素ガスとして安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気等を用いてmAオーダーの上記ポンプ電流値Ipを測定することができる。そして、このような場合であっても、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係を精度良く求めることができる。 Therefore, in the correlation creation step, the sensor current value Is is a specific component gas having a predetermined concentration to be detected. For example, if the specific component is NOx or the like, the sensor current value Is is a μA order using a specific component gas having a concentration of ppm order. The sensor current value Is is measured, and the pump current value Ip is inexpensive as a predetermined concentration of oxygen gas, and the pump current value in the order of mA using air that is easy to handle and does not require adjustment of the oxygen concentration. Ip can be measured. Even in such a case, the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is can be obtained with high accuracy.
これにより、上記ポンプ電流値測定工程では、上記校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気等を用いて、上記校正ガスセンサの上記ポンプ電流値Ipnを測定することができる。そして、その後の工程において、上記ポンプ電流値Ipnから上記相関関係を利用することにより、上記校正ガスセンサの上記センサ電流値Isnを推定し、さらに該センサ電流値Isnと上記基準ガスセンサの上記基準センサ電流値Is0とを比較することにより、上記校正ガスセンサと上記基準ガスセンサとのセンサ出力特性が同等となるように、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することができる。 Thus, in the pump current value measuring step, it can be used an inexpensive and easy to handle air, etc. as the calibration gas, measuring the pumping current Ip n of the calibration gas sensor. Then, in a subsequent step, by utilizing the correlation from the pumping current Ip n, estimating the sensor current Is n of the calibration gas sensor, further wherein the sensor current Is n and above the reference gas sensor By comparing the reference sensor current value Is 0 , the sensor output characteristics of the calibration gas sensor can be corrected so that the sensor output characteristics of the calibration gas sensor and the reference gas sensor are equivalent.
よって、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係を利用することにより、上記校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気等を用いることができ、上記ガスセンサの校正を低コストで容易に行うことができる。また、上記相関関係を精度良く求めることができるため、上記ガスセンサのセンサ出力特性の校正を精度良く行うことができる。 Therefore, by utilizing the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is, it is possible to use air that is inexpensive and easy to handle as the calibration gas, and the gas sensor can be calibrated at low cost. It can be done easily. Further, since the correlation can be obtained with high accuracy, the sensor output characteristics of the gas sensor can be calibrated with high accuracy.
参考発明のガスセンサは、所定濃度の酸素ガスに対する上記ポンプセルの上記ポンプ電流値Ipと、所定濃度の特定成分ガスに対する上記センサセルの上記センサ電流値Isとが、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるよう構成されている。そのため、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係をより一層高めることができ、その相関関係を精度良く求めることができる。これにより、上記ガスセンサは、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係を利用してセンサ出力特性の校正を行う上記第1の発明のガスセンサの校正方法を用いるのに適したものとなる。 In the gas sensor of the reference invention, the pump current value Ip of the pump cell for a predetermined concentration of oxygen gas and the sensor current value Is of the sensor cell for a specific component gas of a predetermined concentration are both determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance section. It is configured to be determined. Therefore, the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is can be further increased, and the correlation can be obtained with high accuracy. Thus, the gas sensor is suitable for use in the gas sensor calibration method according to the first aspect of the invention in which the sensor output characteristic is calibrated using the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is. It becomes.
このように、本発明によれば、ガスセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができるガスセンサの校正方法を提供することができる。 Thus, according to the present invention, it is possible to provide a gas sensor calibration method capable of easily and accurately performing calibration of a gas sensor at a low cost.
上記第1の発明及び参考発明において、上記ガスセンサは、例えば、車両用の内燃機関等の排気系に設置する三元触媒の劣化検知等に利用され、排ガス中におけるNOx(窒素酸化物)等の大気汚染物質濃度を検出するNOxセンサ等に用いられる。 In the first invention and the reference invention , the gas sensor is used, for example, for detecting deterioration of a three-way catalyst installed in an exhaust system of an internal combustion engine for a vehicle, and the like, such as NOx (nitrogen oxide) in exhaust gas. Used for NOx sensors and the like that detect the concentration of air pollutants.
上記第1の発明において、上記基準電流値設定工程では、上記複数のガスセンサのうち、上記相関関係を満たすような上記ポンプ電流値Ip及び上記センサ電流値Isを示すガスセンサを選定して上記基準ガスセンサとしてもよいし、上記相関関係を満たすような上記ポンプ電流値Ip及び上記センサ電流値Isを示す仮想のガスセンサを設定し、これを上記基準ガスセンサとしてもよい。 In the first invention, in the reference current value setting step, the reference gas sensor is selected from the plurality of gas sensors by selecting a gas sensor indicating the pump current value Ip and the sensor current value Is satisfying the correlation. Alternatively, a virtual gas sensor indicating the pump current value Ip and the sensor current value Is satisfying the correlation may be set, and this may be used as the reference gas sensor.
また、上記ガスセンサは、上記センサ電流値Isを所定の増幅率で電圧変換して出力するよう構成されており、上記センサ出力特性補正工程では、上記校正ガスセンサの上記増幅率を調整することにより、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することができる(請求項2)。
この場合には、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
Further, the gas sensor is configured to convert and output the sensor current value Is with a predetermined amplification factor, and in the sensor output characteristic correction step, by adjusting the amplification factor of the calibration gas sensor, The sensor output characteristic of the calibration gas sensor can be corrected (claim 2).
In this case, it becomes easy to correct the sensor output characteristic of the calibration gas sensor to be equivalent to the sensor output characteristic of the reference gas sensor.
また、上記センサ出力特性補正工程では、上記拡散抵抗部の拡散抵抗を変化させ、上記校正ガスセンサの上記センサ電流値Isを調整することにより、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正することができる(請求項3)。
この場合には、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
In the sensor output characteristic correction step, the sensor output characteristic of the calibration gas sensor can be corrected by changing the diffusion resistance of the diffusion resistance unit and adjusting the sensor current value Is of the calibration gas sensor ( Claim 3).
In this case, it becomes easy to correct the sensor output characteristic of the calibration gas sensor to be equivalent to the sensor output characteristic of the reference gas sensor.
また、上記ポンプ電流値測定工程では、上記校正用ガスとして大気を用いることが好ましい(請求項4)。
この場合には、上記校正用ガスとして、安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気を用いることにより、上記ガスセンサの校正を低コストで容易に行うことができる。
In the pump current value measuring step, it is preferable to use air as the calibration gas.
In this case, the gas sensor can be easily calibrated at low cost by using the calibration gas that is inexpensive and easy to handle and does not require adjustment of the oxygen concentration.
また、上記特定成分は、窒素酸化物であることが好ましい(請求項5)。
この場合には、上記被測定ガスとなる排ガス中の窒素酸化物(NOx)濃度を検出するNOxセンサの校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。
Moreover, it is preferable that the said specific component is a nitrogen oxide (Claim 5).
In this case, the calibration of the NOx sensor for detecting the nitrogen oxide (NOx) concentration in the exhaust gas serving as the measurement gas can be easily and accurately performed at low cost.
また、上記ガスセンサにおける上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとは、いずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されることが好ましい(請求項6)。
この場合には、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係をより一層精度良く求めることができる。
Moreover, it is preferable that both the pump current value Ip and the sensor current value Is in the gas sensor are determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance portion.
In this case, the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is can be obtained with higher accuracy.
また、上記被測定ガス室の高さは、0.1mm以上であることが好ましい(請求項7)。
この場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
The height of the gas chamber to be measured is preferably 0.1 mm or more.
In this case, the diffusion resistance in the measured gas chamber can be made sufficiently smaller than the diffusion resistance of the diffusion resistance portion. Thereby, both the pump current value Ip and the sensor current value Is can be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit, and the correlation between the two can be obtained with higher accuracy.
一方、上記被測定ガス室の高さが0.1mm未満の場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることが困難となるおそれがある。そのため、上記被測定ガス室の拡散抵抗の影響を受け、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係を精度良く求めることができないおそれがある。 On the other hand, if the height of the gas chamber to be measured is less than 0.1 mm, it may be difficult to make the diffusion resistance in the gas chamber to be measured sufficiently smaller than the diffusion resistance of the diffusion resistance portion. is there. For this reason, there is a possibility that the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is cannot be accurately obtained due to the influence of the diffusion resistance of the gas chamber to be measured.
また、上記被測定ガス室に面する上記ポンプセルの一方の上記ポンプ用電極は、上記被測定ガス室に面する上記センサセルの一方の上記センサ用電極よりも上記拡散抵抗部に近い位置に配設され、かつ、両者は、上記被測定ガス室において対向しない位置に配設されていることが好ましい(請求項8)。
この場合には、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
Also, one of the pump electrodes of the pump cell facing the gas chamber to be measured is disposed closer to the diffusion resistance portion than one of the sensor electrodes of the sensor cell facing the gas chamber to be measured. In addition, it is preferable that the two are disposed at positions that do not face each other in the gas chamber to be measured.
In this case, both the pump current value Ip and the sensor current value Is can be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit, and the correlation between the two can be obtained with higher accuracy. it can.
上記参考発明において、上記被測定ガス室の高さは、0.1mm以上であることが好ましい。
この場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができる。
In the above reference invention , the height of the gas chamber to be measured is preferably 0.1 mm or more .
In this case, the diffusion resistance in the measured gas chamber can be made sufficiently smaller than the diffusion resistance of the diffusion resistance portion. Thereby, both the pump current value Ip and the sensor current value Is can be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit.
一方、上記被測定ガス室の高さが0.1mm未満の場合には、上記被測定ガス室における拡散抵抗を上記拡散抵抗部の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることが困難となるおそれがある。そのため、上記被測定ガス室の拡散抵抗の影響を受け、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができないおそれがある。 On the other hand, if the height of the gas chamber to be measured is less than 0.1 mm, it may be difficult to make the diffusion resistance in the gas chamber to be measured sufficiently smaller than the diffusion resistance of the diffusion resistance portion. is there. Therefore, under the influence of the diffusion resistance of the gas chamber to be measured, there is a possibility that neither the pump current value Ip nor the sensor current value Is can be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance portion. .
また、上記被測定ガス室に面する上記ポンプセルの一方の上記ポンプ用電極は、上記被測定ガス室に面する上記センサセルの一方の上記センサ用電極よりも上記拡散抵抗部に近い位置に配設され、かつ、両者は、上記被測定ガス室において対向しない位置に配設されていることが好ましい。
この場合には、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとがいずれも上記拡散抵抗部の拡散抵抗によって決定されるようにすることができる。
Also, one of the pump electrodes of the pump cell facing the gas chamber to be measured is disposed closer to the diffusion resistance portion than one of the sensor electrodes of the sensor cell facing the gas chamber to be measured. And it is preferable that both are arrange | positioned in the position which does not oppose in the said to-be-measured gas chamber .
In this case, both the pump current value Ip and the sensor current value Is can be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit.
(実施例1)
本発明の実施例にかかるガスセンサの校正方法について、図を用いて説明する。
本例のガスセンサ1は、図1に示すごとく、自動車エンジンの排気系に設置され、被測定ガスである排ガス中の特定成分であるNOx(窒素酸化物)の濃度を検出するNOxセンサに用いられるものである。
ガスセンサ1は、被測定ガスが導入される被測定ガス室2と、被測定ガス室2に所定の拡散抵抗の下に被測定ガスを導入するための拡散抵抗部3と、被測定ガス室2内の酸素濃度を調整するポンプセル4と、被測定ガス室2に導入された被測定ガス中の特定成分(NOx)濃度を検出するセンサセル5とを備えている。
Example 1
Calibration method for a gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, the
The
同図に示すごとく、ポンプセル4は、酸素イオン伝導性のポンプ用固体電解質体41と、ポンプ用固体電解質体41における被測定ガス室2側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のポンプ用電極421、422とを有する。
センサセル5は、酸素イオン伝導性のセンサ用固体電解質体51と、センサ用固体電解質体51における被測定ガス室2側の面及びその反対側の面にそれぞれ配設された一対のセンサ用電極521、522とを有する。センサ用固体電解質体51は、被測定ガス室2を介してポンプセル4のポンプ用固体電解質体41に対向配置されている。
As shown in the figure, the
The
ポンプセル4において、ポンプ用固体電解質体41は、ジルコニア、セリア等の酸素イオン伝導性を有する電解質からなる。
また、被測定ガス室2に面する一方のポンプ用電極421には、被測定ガス中のNOxの分解を抑制するために、NOxの分解活性の低い電極が用いられる。具体的には、Pt−Au(白金−金)合金を含有する多孔質サーメット電極が用いられる。金属成分中のAuの含有量は、0.5〜5重量%程度であることが好ましい。また、他方のポンプ用電極422には、Ptを含有する多孔質サーメット電極が用いられる。
In the
In addition, an electrode having a low NOx decomposition activity is used for one
センサセル5において、センサ用固体電解質体51は、ジルコニア、セリア等の酸素イオン伝導性を有する電解質からなる。
また、被測定ガス室2に面する一方のセンサ用電極521には、被測定ガス中のNOxを分解するために、NOxの分解活性の高い電極が用いられる。具体的には、Pt−Rh(白金−ロジウム)合金を含有する多孔質サーメット電極が用いられる。金属成分中のRhの含有量は、10〜50重量%程度であることが好ましい。また、他方のセンサ用電極522には、Ptを含有する多孔質サーメット電極が用いられる。
In the
In addition, an electrode having high NOx decomposition activity is used for one
同図に示すごとく、被測定ガス室2は、ポンプ用固体電解質体41とセンサ用固体電解質体51との間に形成されている。すなわち、ポンプ用固体電解質体41とセンサ用固体電解質体51との間には、開口部を設けたスペーサ層121を介在させており、このスペーサ層121の開口部において、ポンプ用固体電解質体41とセンサ用固体電解質体51との間に被測定ガス室2が形成されている。スペーサ層121は、アルミナからなる。
As shown in the figure, the
同図に示すごとく、拡散抵抗部3は、被測定ガス室2の先端側(図1の左側)におけるスペーサ層121の一部に配設されている。拡散抵抗部3は、多孔質のアルミナからなり、ガスセンサ1の先端部において、被測定ガス室2とガスセンサ1の外部とを連通させている。拡散抵抗部3の形状、気孔率、気孔径等は、これを通過して被測定ガス室2に導入される被測定ガスの拡散速度が所定の速度となるように、適宜設計される。
As shown in the figure, the
同図に示すごとく、被測定ガス室2において、ポンプセル4の一方のポンプ用電極421は、センサセル5の一方のセンサ用電極521よりも拡散抵抗部3に近い位置に配設されている。また、ポンプ用電極421とセンサ用電極521とは、被測定ガス室2において対向しない位置に配設されている。
また、被測定ガス室2において、ポンプセル4とセンサセル5との間は、空間によって連通されている。また、被測定ガス室2の高さは、0.1mm以上である。
As shown in the figure, in the measured
In the
そして、本例のガスセンサ1は、所定濃度の酸素ガスを被測定ガス室2に導入した際にポンプセル4の一対のポンプ用電極421、422間に流れるポンプ電流値と、所定濃度の特定成分(NOx)ガスを被測定ガス室2に導入した際にセンサセル5の一対のセンサ用電極521、522間に流れるセンサ電流値とが、いずれも拡散抵抗部3の拡散抵抗によって決定されるよう構成されている。
すなわち、ポンプセル4とセンサセル5との間の拡散抵抗が拡散抵抗部3の拡散抵抗に比べて十分に小さく、無視できる状態となっている。
Then, the
That is, the diffusion resistance between the
同図に示すごとく、ポンプ用固体電解質体41における被測定ガス室2とは反対側の面には、大気を導入するための第1基準ガス室111が形成されている。第1基準ガス室111は、ポンプ用固体電解質体41と後述するヒータ基板131との間にスペーサ層124を介在させることにより形成されている。また、ポンプセル4の他方のポンプ用電極422は、第1基準ガス室111に面するように配設されている。
As shown in the figure, a first
また、ポンプ用固体電解質体41には、スペーサ層124を介してセラミックヒータ13が積層されている。セラミックヒータ13は、アルミナからなる一対のヒータ基板131の間に、通電によって発熱する発熱部132とその発熱部132に通電するためのリード部133とを設けることによって構成されている。スペーサ層124は、アルミナからなる。また、発熱部132は、白金又は白金合金からなる。
Further, the
同図に示すごとく、センサ用固体電解質体51における被測定ガス室2とは反対側の面には、大気を導入するための第2基準ガス室112が形成されている。第2基準ガス室112は、センサ用固体電解質51とカバー層123との間にスペーサ層122を介在させることにより形成されている。また、センサセル5の他方のセンサ用電極522は、第2基準ガス室112に面するように配設されている。スペーサ層122、カバー層123は、アルミナからなる。
As shown in the figure, a second
図2に示すごとく、ポンプセル4において、一方のポンプ用電極421は、導電性のリード部431を介し、ポンプ用固体電解質体41、スペーサ層124、一対のヒータ基板131に形成されたスルーホール441を通じて、端子部451に電気的に接続されている。また、他方のポンプ用電極422は、導電性のリード部432を介し、スペーサ層124、一対のヒータ基板131に形成されたスルーホール442を通じて、端子部452に電気的に接続されている。
また、図1に示すごとく、一対のポンプ用電極421、422は、電源461、電流計462を備えたポンプ回路46に接続されている。
As shown in FIG. 2, in the
As shown in FIG. 1, the pair of
図2に示すごとく、センサセル5において、一方のセンサ用電極521は、導電性のリード部531を介し、センサ用固体電解質体51、スペーサ層122、123に形成されたスルーホール541を通じて、端子部551に電気的に接続されている。また、他方のセンサ用電極522は、導電性のリード部532を介し、スペーサ層122、123に形成されたスルーホール542を通じて、端子部552に電気的に接続されている。
また、図1に示すごとく、一対のセンサ用電極521、522は、電源561、電流計562を備えたセンサ回路56に接続されている。
As shown in FIG. 2, in the
As shown in FIG. 1, the pair of
図2に示すごとく、ヒータ基板13において、発熱部132は、導電性の一対のリード部133を介し、ヒータ基板131に形成された一対のスルーホール134を通じて、端子部135に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 2, in the
上記構成のガスセンサの動作原理について説明する。
まず、被測定ガスは、拡散抵抗部3を通過して被測定ガス室2に導入される。導入される被測定ガスの量は、拡散抵抗部3の拡散抵抗により決定される。
The operation principle of the gas sensor having the above configuration will be described.
First, the gas to be measured passes through the
次いで、ポンプセル4の一対のポンプ用電極421、422に対して、他方のポンプ用電極422が+極となるように電圧を印加すると、一方のポンプ用電極421上で被測定ガス中の酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により他方のポンプ用電極422側に排出される。逆に、一方のポンプ用電極421が+極となるように電圧を印加すると、他方のポンプ用電極422上で酸素が還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により一方のポンプ用電極421側に排出される。
Next, when a voltage is applied to the pair of
このように、ポンプセル4の一対のポンプ用電極421、422間に電圧を印加することにより、被測定ガス室2における酸素の出し入れを行い、被測定ガス室2の酸素濃度を所定の低濃度に調整する。ここで、被測定ガス室2における酸素濃度は、後述するセンサセル5が出力するセンサ出力値の変動を抑制するため、0%に調整して保持することが好ましい。
In this way, by applying a voltage between the pair of
次いで、センサセル5の一対のセンサ用電極521、522に、他方のセンサ用電極522が+極となるように電圧を印加する。ここで、一方のセンサ用電極521は、NOxの分解活性の高いPt−Rh合金を含有する多孔質サーメット電極であるため、一方のセンサ用電極521上で被測定ガス中の酸素やNOxが還元されて酸素イオンとなり、ポンピング作用により他方のセンサ用電極522側に排出される。
Next, a voltage is applied to the pair of
このように、センサセル5の一対のセンサ用電極521、522間に電圧を印加することにより、被測定ガス中のNOx濃度に応じて一対のセンサ用電極521、522間に流れるセンサ電流値が変化する。そして、このセンサ電流値を所定の増幅率で電圧変換し、センサ出力値として出力することにより、被測定ガス中のNOx濃度を検出することができる。
In this way, by applying a voltage between the pair of
次に、本例のガスセンサ1の校正方法について説明する。
本例のガスセンサ1の校正方法は、図3〜図5に示すごとく、相関関係作成工程、基準電流値測定工程、ポンプ電流値測定工程、センサ電流値推定工程及びセンサ出力特性補正工程を行う。
Next, a calibration method of the
As shown in FIGS. 3 to 5, the calibration method of the
相関関係作成工程では、作製した複数のガスセンサ1のうち、一部のガスセンサ1について、所定濃度の酸素ガスに対してポンプセル4の一対のポンプ用電極421、422間に流れるポンプ電流値Ipと、所定濃度の特定成分(NOx)ガスに対してセンサセル5の一対のセンサ用電極521、522間に流れるセンサ電流値Isとを測定し、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの相関関係を求める。
In the correlation creating step, for some
基準電流値設定工程では、複数のガスセンサ1の基準となる基準ガスセンサ1aについてのポンプ電流値Ip及びセンサ電流値Isである基準ポンプ電流値Ip0及び基準センサ電流値Is0を上記相関関係を満たすように設定する。
ポンプ電流値測定工程では、上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、複数のガスセンサ1のうち校正対象となる校正ガスセンサ1b、1cについてのポンプ電流値Ipであるポンプ電流値Ipnを測定する。
In the reference current value setting step, the pump current value Ip and the reference pump current value Ip 0 that are the sensor current value Is and the reference sensor current value Is 0 for the reference gas sensor 1a serving as a reference for the plurality of
In the pump current value measuring step, the pump gas value Ip n which is the pump current value Ip for the calibration gas sensors 1b and 1c to be calibrated among the plurality of
センサ電流値測定工程では、ポンプ電流値Ipnから、上記相関関係を利用することにより、校正ガスセンサ1b、1cについてのセンサ電流値Isであるセンサ電流値Isnを推定する。
センサ出力特性補正工程では、センサ電流値Isnと基準センサ電流値Is0とを比較し、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ出力特性が基準ガスセンサ1aのセンサ出力特性と同等となるように、校正ガスセンサ1のセンサ出力特性を補正する。
以下、これを詳説する。
The sensor current measuring step, the pumping current Ip n, by utilizing the correlation, to estimate calibration gas sensor 1b, and the sensor current value Is n is a sensor current value Is for 1c.
In the sensor output characteristic correcting step, the sensor current value Is n is compared with the reference sensor current value Is 0, and the calibration gas sensor is adjusted so that the sensor output characteristics of the calibration gas sensors 1b and 1c are equivalent to the sensor output characteristics of the reference gas sensor 1a. 1 sensor output characteristics are corrected.
This will be described in detail below.
まず、上記構成のガスセンサ1を複数作製した。そして、作製した複数のガスセンサ1のうち、8つのガスセンサ1について、被測定ガス室2に酸素濃度20%の酸素ガス(以下、20%O2ガス(大気)という)を導入した際のポンプセル4のポンプ電流値Ipと、被測定ガス室2にNO濃度100ppmのNOガス(以下、100ppmNOガスという)を導入した際のセンサセル5のセンサ電流値Isとを測定し、図3にプロットした。
同図から、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの間には一定の比例関係があり、相関関係が存在することがわかる(図3のグラフS)。
First, a plurality of
From the figure, it can be seen that there is a certain proportional relationship between the pump current value Ip and the sensor current value Is, and there is a correlation (graph S in FIG. 3).
次いで、複数のガスセンサ1の基準となる仮想の基準ガスセンサ1aを予め設定し、その基準ガスセンサ1aのポンプ電流値Ip及びセンサ電流値Isである基準ポンプ電流値Ip0及び基準センサ電流値Is0を上記相関関係(図4の実線S)を満たすように設定した。本例では、図4に示すごとく、基準ガスセンサ1aの基準ポンプ電流値Ip0を1mA、基準センサ電流値Is0を0.25μAに設定した(図4の破線a)。
Then, set the virtual reference gas sensor 1a as a reference of a plurality of
さらに、本例の基準ガスセンサ1aは、0.25μAのセンサ電流値Isを所定の増幅率で電圧変換して1Vのセンサ出力値として出力するよう設定した。したがって、基準ガスセンサ1aにおけるNO濃度に対するセンサ出力値(センサ出力特性)は、図5の実線Aのようになる。 Furthermore, the reference gas sensor 1a of this example was set so that the sensor current value Is of 0.25 μA was converted into a voltage with a predetermined amplification factor and output as a sensor output value of 1V. Therefore, the sensor output value (sensor output characteristic) with respect to the NO concentration in the reference gas sensor 1a is as shown by a solid line A in FIG.
次いで、校正対象となる2つの校正ガスセンサ1b、1cについて校正を行った。
まず、校正ガスセンサ1bについて、校正用ガスを被測定ガス室2に導入した際のポンプセル4のポンプ電流値Ipnを測定した。本例では、校正用ガスとして20%O2ガス(大気)を使用した。また、図4に示すごとく、ポンプ電流値Ipnは1.6mAであった(図4の破線b)。
Next, calibration was performed on the two calibration gas sensors 1b and 1c to be calibrated.
First, the calibration gas sensor 1b, were measured pump current value Ip n of the
次いで、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnから、予め求めた上記相関関係(図4の実線S)を利用することにより、校正ガスセンサ1bのセンサ電流値Isnを推定した。本例では、図4に示すごとく、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnが1.6mAであることから、センサ電流値Isnを0.4μAと推定した(図4の破線b)。
このセンサ電流値Isnから、校正ガスセンサ1bを基準センサ1aと同じ増幅率で電圧変換してセンサ出力値を出力すると、NO濃度に対するセンサ出力値(センサ出力特性)は、図5の破線Bのようになる。
Then, the pump current value Ip n calibration gas sensor 1b, by using the pre-obtained the correlation (solid line S in FIG. 4), were estimated sensor current Is n calibration gas sensor 1b. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the pump current value Ip n calibration gas sensor 1b is deduced from it is 1.6 mA, the sensor current Is n and 0.4Myuei (broken line b in FIG. 4).
From this sensor current value Is n , when the calibration gas sensor 1b is voltage-converted with the same amplification factor as that of the reference sensor 1a and a sensor output value is output, the sensor output value (sensor output characteristic) with respect to the NO concentration is indicated by a broken line B in FIG. It becomes like this.
次いで、校正ガスセンサ1bのセンサ電流値Isnと基準ガスセンサ1aの基準センサ電流値Is0とを比較したところ、基準センサ電流値Is0は、センサ電流値Isnの0.625倍であることがわかった。これに基づいて、校正ガスセンサ1bの電圧変換時の増幅率を基準センサ1aの0.625倍に設定した。これにより、校正ガスセンサ1bのセンサ出力特性が補正され、基準ガスセンサ1aのセンサ出力特性に揃えることができた(図5の破線B→実線A)。 Then, was compared with the reference sensor current Is 0 of the sensor current Is n and the reference gas sensor 1a of the calibration gas sensor 1b, the reference sensor current Is 0 is to be 0.625 times the sensor current Is n all right. Based on this, the gain at the time of voltage conversion of the calibration gas sensor 1b was set to 0.625 times that of the reference sensor 1a. As a result, the sensor output characteristics of the calibration gas sensor 1b were corrected, and the sensor output characteristics of the reference gas sensor 1a could be aligned (broken line B → solid line A in FIG. 5).
一方、校正ガスセンサ1cについても、校正用ガスを被測定ガス室2に導入した際のポンプセル4のポンプ電流値Ipnを測定した。本例では、図4に示すごとく、ポンプ電流値Ipnは0.8mAであった(図4の破線c)。
On the other hand, for the calibration gas sensor 1c, it was determined pump current value Ip n of the
次いで、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnから、予め求めたポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの相関関係(図4の実線S)を利用することにより、校正ガスセンサ1bのセンサ電流値Isnを推定した。本例では、図4に示すごとく、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnが0.8mAであることから、センサ電流値Isnを0.2μAと推定した(図4の破線c)。
このセンサ電流値Isnから、校正ガスセンサ1cを基準センサ1aと同じ増幅率で電圧変換してセンサ出力値を出力すると、NO濃度に対するセンサ出力値(センサ出力特性)は、図5の破線Cのようになる。
Then, the calibration from the pump current Ip n of the gas sensor 1b, by utilizing the previously obtained correlation between the pumping current Ip and the sensor current value Is (solid line S in FIG. 4), the calibration gas sensor 1b of the sensor current value Is n was estimated. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the pump current value Ip n calibration gas sensor 1b is deduced from it is 0.8 mA, the sensor current Is n and 0.2 .mu.A (broken line c in FIG. 4).
From this sensor current value Is n , when the calibration gas sensor 1c is voltage-converted with the same amplification factor as that of the reference sensor 1a and a sensor output value is output, the sensor output value (sensor output characteristic) with respect to the NO concentration is indicated by a broken line C in FIG. It becomes like this.
次いで、校正ガスセンサ1cのセンサ電流値Isnと基準ガスセンサ1aの基準センサ電流値Is0とを比較したところ、基準センサ電流値Is0は、センサ電流値Isnの1.25倍であることがわかった。これに基づいて、校正ガスセンサ1bの電圧変換時の増幅率を基準センサ1aの1.25倍に設定した。これにより、校正ガスセンサ1cのセンサ出力特性が補正され、基準ガスセンサ1aのセンサ出力特性に揃えることができた(図5の破線C→実線A)。 Next, when the sensor current value Is n of the calibration gas sensor 1c is compared with the reference sensor current value Is 0 of the reference gas sensor 1a, the reference sensor current value Is 0 is 1.25 times the sensor current value Is n. all right. Based on this, the gain at the time of voltage conversion of the calibration gas sensor 1b was set to 1.25 times that of the reference sensor 1a. As a result, the sensor output characteristics of the calibration gas sensor 1c were corrected, and the sensor output characteristics of the reference gas sensor 1a could be aligned (broken line C → solid line A in FIG. 5).
次に、本例のガスセンサの校正方法における作用効果について説明する。
本例のガスセンサの校正方法は、上記相関関係作成工程と上記基準電流値測定工程と上記ポンプ電流値測定工程と上記センサ電流値推定工程と上記センサ出力特性補正工程とを行う。そして、これらの工程を行うことにより、ガスセンサ1の校正を低コストで容易に精度良く行うことができる。
Next, the effect of the gas sensor calibration method of this example will be described.
The gas sensor calibration method of this example performs the correlation creating step, the reference current value measuring step, the pump current value measuring step, the sensor current value estimating step, and the sensor output characteristic correcting step. Then, by performing these steps, the
すなわち、本例のガスセンサの校正方法は、拡散抵抗部3の拡散抵抗の下に被測定ガスが導入される被測定ガス室2に対してポンプセル4及びセンサセル5が配設されている構成において、所定濃度の酸素ガスに対するポンプセル4のポンプ電流値Ipと所定濃度の特定成分(NOx)ガスに対するセンサセル5のセンサ電流値Isとの間に相関関係があることを見出したことに大きな特徴がある。
That is, in the gas sensor calibration method of this example, in the configuration in which the
また、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとは、それぞれポンプセル4とセンサセル5とで別々に測定していることから、それぞれの測定対象である酸素ガスと特定成分ガスとの濃度が大きく異なる場合であっても、具体的にはポンプ用固体電解質体41及びセンサ用固体電解質体51を移動する酸素イオンの量や電流値のオーダーが大きく異なる場合であっても、上記相関関係を精度良く求めることができる。
In addition, since the pump current value Ip and the sensor current value Is are measured separately by the
そのため、相関関係作成工程において、センサ電流値Isは、検出対象となる所定濃度の特定成分ガス、例えば本例のように特定成分がNOxであれば濃度がppmオーダーのNOガスを用いてμAオーダーのセンサ電流値Isを測定し、ポンプ電流値Ipは、所定濃度の酸素ガスとして安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気を用いてmAオーダーのポンプ電流値Ipを測定することができる。そして、このような場合であっても、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの相関関係を精度良く求めることができる。 Therefore, in the correlation creation step, the sensor current value Is is a μA order using a specific component gas having a predetermined concentration to be detected, for example, NO gas having a concentration of ppm order if the specific component is NOx as in this example. The pump current value Ip is measured as a pump current value Ip in the order of mA using an atmosphere that is inexpensive as a predetermined concentration of oxygen gas and does not require adjustment of the oxygen concentration and is easy to handle. can do. Even in such a case, the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is can be obtained with high accuracy.
これにより、ポンプ電流値測定工程では、校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気を用いて、校正ガスセンサ1b、1cのポンプ電流値Ipnを測定することができる。そして、その後の工程において、ポンプ電流値Ipnから上記相関関係を利用することにより、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ電流値Isnを推定し、さらにセンサ電流値Isnと基準ガスセンサ1aの基準センサ電流値Is0とを比較することにより、校正ガスセンサ1b、1cと基準ガスセンサ1aとのセンサ出力特性が同等となるように、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ出力特性を補正することができる。 Thereby, the pump current value measuring step, can be inexpensive with easy to handle air as calibration gas, measuring the calibration gas sensor 1b, and the pump current Ip n of 1c. The reference sensor subsequent in step, by the pumping current Ip n utilizing the correlation, the calibration gas sensor 1b, estimates the sensor current Is n of 1c, further sensor current Is n and the reference gas sensor 1a by comparing a current value is 0, calibration gas sensor 1b, as the sensor output characteristics of the 1c and the reference gas sensor 1a is equal can be corrected calibration gas sensor 1b, and the sensor output characteristics of 1c.
以上により、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの相関関係を利用することにより、校正用ガスとして安価で取扱いが容易な大気を用いることができ、ガスセンサ1の校正を低コストで容易に行うことができる。また、上記相関関係を精度良く求めることができるため、ガスセンサ1のセンサ出力特性の校正を精度良く行うことができる。
As described above, by utilizing the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is, it is possible to use an inexpensive and easy-to-handle atmosphere as the calibration gas, and easily calibrate the
また、ガスセンサ1は、センサ電流値Isを所定の増幅率で電圧変換して出力するよう構成されており、センサ出力特性補正工程では、校正ガスセンサ1b、1cの増幅率を調整することにより、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ出力特性を補正する。そのため、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ出力特性を基準ガスセンサ1aのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
The
また、ポンプ電流値測定工程では、校正用ガスとして大気を用いる。校正用ガスとして、安価であり、酸素濃度の調整を必要としない取扱いが容易な大気を用いることにより、ガスセンサ1の校正を低コストで容易に行うことができる。
In the pump current value measuring step, the atmosphere is used as a calibration gas. By using an air that is inexpensive and easy to handle and does not require adjustment of the oxygen concentration as the calibration gas, the
また、ガスセンサ1は、所定濃度の酸素ガスに対するポンプセル4のポンプ電流値Ipと、所定濃度の特定成分(NOx)ガスに対するセンサセル5のセンサ電流値Isとが、いずれも拡散抵抗部3の拡散抵抗によって決定されるよう構成されている。そのため、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの相関関係をより一層高めることができ、その相関関係を精度良く求めることができる。
Further, the
また、被測定ガス室2の高さは、0.1mm以上である。そのため、被測定ガス室2における拡散抵抗を拡散抵抗部3の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。これにより、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとがいずれも拡散抵抗部3の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
Moreover, the height of the
また、被測定ガス室2に面するポンプセル4の一方のポンプ用電極421は、被測定ガス室2に面するセンサセル5の一方のセンサ用電極521よりも拡散抵抗部3に近い位置に配設され、かつ、両者は、被測定ガス室2において対向しない位置に配設されている。そのため、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとがいずれも拡散抵抗部3の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
Also, one
このように、本例によれば、ガスセンサ1の校正を低コストで容易に精度良く行うことができるガスセンサの校正方法及びその方法を用いるのに適したガスセンサ1を提供することができる。
Thus, according to this example, it is possible to provide a gas sensor calibration method capable of easily and accurately performing calibration of the
(実施例2)
本例は、ガスセンサの校正方法の別例を示したものである。
本例では、実施例1と同様に、相関関係作成工程、基準電流値測定工程を行い、その後、校正対象となる2つの校正ガスセンサ1b、1cについて校正を行った。なお、ガスセンサ1の構成は、実施例1と同様である(図1、図2参照)。
以下、ポンプ電流値測定工程、センサ電流値推定工程及びセンサ出力特性補正工程について説明する。
(Example 2)
This example shows another example of the gas sensor calibration method.
In this example, as in Example 1, the correlation creation process and the reference current value measurement process were performed, and then the two calibration gas sensors 1b and 1c to be calibrated were calibrated. In addition, the structure of the
Hereinafter, the pump current value measuring step, the sensor current value estimating step, and the sensor output characteristic correcting step will be described.
まず、校正ガスセンサ1bについて、校正用ガスを被測定ガス室2に導入した際のポンプセル4のポンプ電流値Ipnを測定した。本例では、図6に示すごとく、ポンプ電流値Ipnは1.6mAであった(図6の破線b)。
First, the calibration gas sensor 1b, were measured pump current value Ip n of the
次いで、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnから、予め求めたポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの相関関係(図6の実線S)を利用することにより、校正ガスセンサ1bのセンサ電流値Isnを推定した。本例では、図6に示すごとく、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnが1.6mAであることから、センサ電流値Isnを0.4μAと推定した(図6の破線b)。 Then, the calibration from the pump current Ip n of the gas sensor 1b, by utilizing the previously determined correlation between the pumping current Ip and the sensor current value Is (solid line S in FIG. 6), the calibration gas sensor 1b of the sensor current value Is n was estimated. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the pump current value Ip n calibration gas sensor 1b is deduced from it is 1.6 mA, the sensor current Is n and 0.4Myuei (broken line b in FIG. 6).
次いで、校正ガスセンサ1bのセンサ電流値Isnと基準ガスセンサ1aの基準センサ電流値Is0とを比較したところ、基準センサ電流値Is0は、センサ電流値Isnの0.625倍であることがわかった。これに基づいて、図7に示すごとく、拡散抵抗部3の外側に、さらに拡散抵抗となる多孔質体31を配設した。これにより、図6に示すごとく、校正ガスセンサ1bのポンプセル電流値Ipを基準ガスセンサ1aの基準ポンプ電流値Ip0である1mAに調整した(図6の破線b→破線a)。
Then, was compared with the reference sensor current Is 0 of the sensor current Is n and the reference gas sensor 1a of the calibration gas sensor 1b, the reference sensor current Is 0 is to be 0.625 times the sensor current Is n all right. Based on this, as shown in FIG. 7, a
その結果、図6に示すごとく、校正ガスセンサ1bのセンサ電流値Isは0.25μAとなり、図5を参照のごとく、校正ガスセンサ1bのセンサ出力特性を基準ガスセンサ1aのセンサ出力特性に揃えることができた(図5の実線A)。 As a result, as shown in FIG. 6, the sensor current value Is of the calibration gas sensor 1b is 0.25 μA, and as shown in FIG. 5, the sensor output characteristics of the calibration gas sensor 1b can be aligned with the sensor output characteristics of the reference gas sensor 1a. (Solid line A in FIG. 5).
一方、校正ガスセンサ1cについても、校正用ガスを被測定ガス室2に導入した際のポンプセル4のポンプ電流値Ipnを測定した。本例では、図6に示すごとく、ポンプ電流値Ipnは0.8mAであった(図6の破線c)。
On the other hand, for the calibration gas sensor 1c, it was determined pump current value Ip n of the
次いで、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnから、予め求めたポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの相関関係(図6の実線S)を利用することにより、校正ガスセンサ1bのセンサ電流値Isnを推定した。本例では、図6に示すごとく、校正ガスセンサ1bのポンプ電流値Ipnが0.8mAであることから、センサ電流値Isnを0.2μAと推定した(図6の破線c)。 Then, a calibration from the pump current Ip n of the gas sensor 1b, by utilizing the previously obtained correlation between the pumping current Ip and the sensor current value Is (solid line S in FIG. 6), the calibration gas sensor 1b of the sensor current value Is n was estimated. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the pump current value Ip n calibration gas sensor 1b is deduced from it is 0.8 mA, the sensor current Is n and 0.2 .mu.A (broken line c in FIG. 6).
次いで、校正ガスセンサ1cのセンサ電流値Isnと基準ガスセンサ1aの基準センサ電流値Is0とを比較したところ、基準センサ電流値Is0は、センサ電流値Isnの1.25倍であることがわかった。これに基づいて、図1を参照のごとく、ガスセンサ1の先端部(図1の左側)を切削し、拡散抵抗部3における被測定ガスを連通させる方向の長さを短くした。これにより、図6に示すごとく、校正ガスセンサ1cのポンプセル電流値Ipを基準ガスセンサ1aの基準ポンプ電流値Ip0である1mAに調整した(図6の破線c→破線a)。
Next, when the sensor current value Is n of the calibration gas sensor 1c is compared with the reference sensor current value Is 0 of the reference gas sensor 1a, the reference sensor current value Is 0 is 1.25 times the sensor current value Is n. all right. Based on this, as shown in FIG. 1, the tip of the gas sensor 1 (left side in FIG. 1) was cut to shorten the length of the
その結果、図6に示すごとく、校正ガスセンサ1cのセンサ電流値Isは0.25μAとなり、図5を参照のごとく、校正ガスセンサ1bのセンサ出力特性を基準ガスセンサ1aのセンサ出力特性に揃えることができた(図5の実線A)。 As a result, as shown in FIG. 6, the sensor current value Is of the calibration gas sensor 1c is 0.25 μA, and as shown in FIG. 5, the sensor output characteristics of the calibration gas sensor 1b can be aligned with the sensor output characteristics of the reference gas sensor 1a. (Solid line A in FIG. 5).
次に、本例のガスセンサの校正方法における作用効果について説明する。
本例の場合、センサ出力特性補正工程では、拡散抵抗部3の拡散抵抗を変化させ、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ電流値Isを調整することにより、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ出力特性を補正する。そのため、校正ガスセンサ1b、1cのセンサ出力特性を基準ガスセンサ1aのセンサ出力特性と同等となるように補正することが容易となる。
その他、実施例1と同様の作用効果を有する。
Next, the effect of the gas sensor calibration method of this example will be described.
In this example, in the sensor output characteristic correction step, the sensor output characteristics of the calibration gas sensors 1b and 1c are corrected by changing the diffusion resistance of the
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(実施例3)
本例は、図8に示すごとく、被測定ガス室2の高さがセンサセル5のセンサ電流値Isに与える影響を調べたものである。
本例では、まず、被測定ガス室2の高さが異なる複数のガスセンサ1を準備した。なお、ガスセンサ1の構成は、実施例1と同様である(図1、図2参照)。また、被測定ガス室2の幅は3.0mm、長さは8.0mmである。
(Example 3)
In this example, as shown in FIG. 8, the influence of the height of the
In this example, first, a plurality of
次いで、各ガスセンサ1について、被測定ガス室2に100ppmNOガスを導入した際のセンサセル5のセンサ電流値Isを測定した。なお、拡散抵抗部3は、被測定ガス室2に20%O2ガスを導入したときのポンプセル4のポンプ電流値Ipが1mAとなるように設定してある。
この測定結果を図8に示す。
Next, for each
The measurement results are shown in FIG.
図8は、被測定ガス室の高さ(mm)とセンサ電流値Is(μA)との関係を示したものである。
同図から、被測定ガス室2の高さが低くなると、センサセル5のセンサ電流値Isが小さくなることがわかる。これは、被測定ガス室2の高さが低くなると、被測定ガス室2における拡散抵抗が大きくなるからである。つまり、センサ電流値Isが拡散抵抗部3の拡散抵抗だけでなく、被測定ガス室2における拡散抵抗にも影響を受けるからである。
FIG. 8 shows the relationship between the height (mm) of the gas chamber to be measured and the sensor current value Is (μA).
From the figure, it can be seen that the sensor current value Is of the
一方、被測定ガス室2の高さが高くなると、センサセル5のセンサ電流値Isがほぼ一定となることがわかる。本例では、被測定ガス室2の高さを0.1mm以上とすることにより、センサセル5のセンサ電流値Isがほぼ一定となる。これは、被測定ガス室2の高さが高くなると、被測定ガス室2における拡散抵抗が十分に小さくなるからである。つまり、センサ電流値Isが被測定ガス室2における拡散抵抗の影響を受けることなく、拡散抵抗部3の拡散抵抗によって決定されるからである。
On the other hand, it can be seen that the sensor current value Is of the
以上の結果から、被測定ガス室2の高さを0.1mm以上とすることにより、被測定ガス室2における拡散抵抗を拡散抵抗部3の拡散抵抗に比べて十分に小さくすることができる。そして、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとがいずれも拡散抵抗部3の拡散抵抗によって決定されるようにすることができ、両者の相関関係をより一層精度良く求めることができる。
From the above results, by setting the height of the measured
1 ガスセンサ
2 被測定ガス室
3 拡散抵抗部
4 ポンプセル
5 センサセル
DESCRIPTION OF
Claims (8)
作製した複数の上記ガスセンサのうち、一部の該ガスセンサについて、所定濃度の酸素ガスに対して上記ポンプセルの上記一対のポンプ用電極間に流れるポンプ電流値Ipと、所定濃度の特定成分ガスに対して上記センサセルの上記一対のセンサ用電極間に流れるセンサ電流値Isとを測定し、上記ポンプ電流値Ipと上記センサ電流値Isとの相関関係を求める相関関係作成工程と、
上記複数のガスセンサの基準となる基準ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ip及び上記センサ電流値Isである基準ポンプ電流値Ip0及び基準センサ電流値Is0を上記相関関係を満たすように設定する基準電流値設定工程と、
上記所定濃度の酸素ガスである校正用ガスを用いて、上記複数のガスセンサのうち校正対象となる校正ガスセンサについての上記ポンプ電流値Ipであるポンプ電流値Ipnを測定するポンプ電流値測定工程と、
上記ポンプ電流値Ipnから、上記相関関係を利用することにより、上記校正ガスセンサについての上記センサ電流値Isであるセンサ電流値Isnを推定するセンサ電流値推定工程と、
上記センサ電流値Isnと上記基準センサ電流値Is0とを比較し、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性が上記基準ガスセンサのセンサ出力特性と同等となるように、上記校正ガスセンサのセンサ出力特性を補正するセンサ出力特性補正工程とを行うことを特徴とするガスセンサの校正方法。 A gas chamber to be measured into which a gas to be measured is introduced, a diffusion resistance portion for introducing the gas to be measured under a predetermined diffusion resistance into the gas chamber to be measured, and a solid electrolyte body for oxygen ion conductive pump And a pump cell for adjusting the oxygen concentration in the gas chamber to be measured, and a pair of pump electrodes respectively disposed on the surface on the gas gas chamber side and the surface on the opposite side of the pump solid electrolyte body A solid electrolyte body for oxygen ion conductive sensor, and a pair of sensor electrodes respectively disposed on the surface of the sensor solid electrolyte body on the gas gas measuring chamber side and on the opposite surface. A gas sensor calibration method comprising a sensor cell for detecting a specific component concentration in a gas to be measured introduced into a measurement gas chamber,
Among some of the produced gas sensors, for some of the gas sensors, the pump current value Ip that flows between the pair of pump electrodes of the pump cell with respect to the oxygen gas with a predetermined concentration and the specific component gas with a predetermined concentration A correlation creating step of measuring a sensor current value Is flowing between the pair of sensor electrodes of the sensor cell and obtaining a correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is;
Reference current to set the reference pumping current Ip 0 and the reference sensor current Is 0 is the pumping current Ip and the sensor current value Is for the reference gas sensor as a reference of the plurality of gas sensors so as to satisfy the above correlation A value setting process;
With calibration gas is oxygen gas of the predetermined concentration, the pump current value measuring step of measuring the pumping current Ip n is the pumping current Ip for the calibration gas sensor to be calibrated of the plurality of gas sensors ,
From the pumping current Ip n, by utilizing the correlation, and the sensor current value estimation step of estimating the sensor current value Is n is the sensor current value Is for the calibration gas sensor,
The sensor current value Is n and the reference sensor current value Is 0 are compared, and the sensor output characteristic of the calibration gas sensor is corrected so that the sensor output characteristic of the calibration gas sensor is equivalent to the sensor output characteristic of the reference gas sensor. And a sensor output characteristic correcting step for performing a gas sensor calibration method.
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