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JP5247780B2 - Gas sensor calibration method - Google Patents

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JP5247780B2 JP2010195407A JP2010195407A JP5247780B2 JP 5247780 B2 JP5247780 B2 JP 5247780B2 JP 2010195407 A JP2010195407 A JP 2010195407A JP 2010195407 A JP2010195407 A JP 2010195407A JP 5247780 B2 JP5247780 B2 JP 5247780B2
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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 Patent Document 1. The gas sensor includes a first internal space into which a gas to be measured is introduced under the first diffusion resistance, a solid electrolyte body for oxygen ion conductivity, and a pair of pump electrodes disposed in the solid electrolyte body for pump And a pump cell for adjusting the oxygen concentration in the first internal space, a second internal space in which the atmosphere in the first internal space is introduced under the second diffusion resistance, and an oxygen ion conductive solid for sensor A sensor cell having an electrolyte body and a pair of sensor electrodes disposed on the sensor solid electrolyte body and detecting a specific component concentration in the gas to be measured is provided.

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 Patent Document 1, it is difficult to make the shapes of the first diffusion resistance, the first internal space, the second diffusion resistance, the second internal space, and the like completely the same due to dimensional tolerances and the like. Variations occur in the sensor current value (NOx concentration dependency) with respect to the NOx concentration. Therefore, in order to detect the NOx concentration in the exhaust gas with high accuracy, it is necessary to measure the sensor current value for the NOx gas having a predetermined concentration for each sensor and calibrate the gas sensor based on this value. Further, since toxic and expensive NOx gas is used for the calibration, it is a high cost factor.

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, Patent Document 2 discloses a gas sensor calibration method that uses oxygen gas as a calibration gas for calibrating the gas sensor. In this gas sensor calibration method, a correlation between a sensor current value for a predetermined concentration of oxygen gas and a sensor current value for a predetermined concentration of NOx gas is obtained in advance. Then, oxygen gas having a predetermined concentration is used as a calibration gas, the sensor current value for the NOx gas having a predetermined concentration is estimated from the sensor current value using the correlation, and the gas sensor is calibrated based on this value. Thereby, the gas sensor can be calibrated without using toxic and expensive NOx gas.

特許第2885336号公報Japanese Patent No. 2885336 特開2007−108018号公報JP 2007-108018 A

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 Patent Document 2, oxygen gas is used as a calibration gas. However, it is difficult to use oxygen gas such as air that is inexpensive and easy to handle. That is, normally, when detecting the NOx concentration in the exhaust gas, the concentration to be detected is on the order of ppm, and the sensor current value of the sensor cell is a minute value on the order of μA. Therefore, when obtaining the above correlation, the sensor current value for NOx gas is measured using NOx gas in the ppm order of the detection target concentration, and the sensor current value is a value on the order of μA.

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.

実施例1における、ガスセンサの構造を示す説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 実施例1における、ガスセンサの構造を示す展開斜視図。FIG. 3 is a developed perspective view showing the structure of the gas sensor in the first embodiment. 実施例1における、ポンプ電流値Ipとセンサ電流値Isとの関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the pump electric current value Ip and the sensor electric current value Is in Example 1. FIG. 実施例1における、基準ガスセンサ及び校正ガスセンサのポンプ電流値Ip及びセンサ電流値Isを示す説明図。Explanatory drawing which shows the pump electric current value Ip and sensor electric current value Is of a reference | standard gas sensor and a calibration gas sensor in Example 1. FIG. 実施例1における、基準ガスセンサ及び校正ガスセンサのNO濃度とセンサ出力値との関係を示す説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the relationship between the NO concentration of the reference gas sensor and the calibration gas sensor and the sensor output value in the first embodiment. 実施例2における、基準ガスセンサ及び校正ガスセンサのポンプ電流値Ip及びセンサ電流値Isを示す説明図。Explanatory drawing which shows the pump electric current value Ip and sensor electric current value Is of a reference | standard gas sensor and a calibration gas sensor in Example 2. FIG. 実施例2における、ガスセンサの構造を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structure of the gas sensor in Example 2. FIG. 実施例3における、被測定ガス室の高さとセンサ電流値Isとの関係を示す説明図。Explanatory drawing which shows the relationship between the height of a to-be-measured gas chamber and the sensor electric current value Is in Example 3. FIG.

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 gas sensor 1 of this example is installed in an exhaust system of an automobile engine, and is used for a NOx sensor that detects the concentration of NOx (nitrogen oxide) that is a specific component in exhaust gas that is a gas to be measured. Is.
The gas sensor 1 includes a measured gas chamber 2 into which a measured gas is introduced, a diffusion resistance section 3 for introducing the measured gas into the measured gas chamber 2 under a predetermined diffusion resistance, and a measured gas chamber 2. And a sensor cell 5 for detecting a specific component (NOx) concentration in the gas to be measured introduced into the gas chamber 2 to be measured.

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 pump cell 4 is disposed on the surface of the solid electrolyte body 41 for oxygen ion conductivity and on the gas chamber 2 side of the pump solid electrolyte body 41 and on the opposite surface thereof. A pair of pump electrodes 421 and 422;
The sensor cell 5 includes an oxygen ion conductive sensor solid electrolyte body 51, and a pair of sensor electrodes 521 disposed on the surface of the sensor solid electrolyte body 51 on the measurement gas chamber 2 side and the opposite surface thereof. 522. The sensor solid electrolyte body 51 is disposed opposite to the pump solid electrolyte body 41 of the pump cell 4 via the gas chamber 2 to be measured.

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 pump cell 4, the pump solid electrolyte body 41 is made of an electrolyte having oxygen ion conductivity such as zirconia or ceria.
In addition, an electrode having a low NOx decomposition activity is used for one pump electrode 421 facing the measurement gas chamber 2 in order to suppress decomposition of NOx in the measurement gas. Specifically, a porous cermet electrode containing a Pt—Au (platinum-gold) alloy is used. The content of Au in the metal component is preferably about 0.5 to 5% by weight. For the other pump electrode 422, a porous cermet electrode containing Pt is used.

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 sensor cell 5, the sensor solid electrolyte body 51 is made of an electrolyte having oxygen ion conductivity such as zirconia or ceria.
In addition, an electrode having high NOx decomposition activity is used for one sensor electrode 521 facing the measurement gas chamber 2 in order to decompose NOx in the measurement gas. Specifically, a porous cermet electrode containing a Pt—Rh (platinum-rhodium) alloy is used. The content of Rh in the metal component is preferably about 10 to 50% by weight. For the other sensor electrode 522, a porous cermet electrode containing Pt is used.

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 gas chamber 2 to be measured is formed between a solid electrolyte body for pump 41 and a solid electrolyte body for sensor 51. That is, a spacer layer 121 having an opening is interposed between the pump solid electrolyte body 41 and the sensor solid electrolyte body 51, and the pump solid electrolyte body 41 is provided in the opening of the spacer layer 121. A gas chamber 2 to be measured is formed between the sensor and the solid electrolyte body 51 for sensor. The spacer layer 121 is made of alumina.

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 diffusion resistance portion 3 is disposed on a part of the spacer layer 121 on the distal end side (left side in FIG. 1) of the gas chamber 2 to be measured. The diffusion resistance unit 3 is made of porous alumina, and communicates the measured gas chamber 2 and the outside of the gas sensor 1 at the tip of the gas sensor 1. The shape, porosity, pore diameter, etc. of the diffusion resistance part 3 are appropriately designed so that the diffusion rate of the gas to be measured introduced into the gas chamber 2 to be measured becomes a predetermined rate.

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 gas chamber 2, one pump electrode 421 of the pump cell 4 is disposed at a position closer to the diffusion resistance unit 3 than one sensor electrode 521 of the sensor cell 5. Further, the pump electrode 421 and the sensor electrode 521 are disposed at positions that do not face each other in the gas chamber 2 to be measured.
In the gas chamber 2 to be measured, the pump cell 4 and the sensor cell 5 are communicated with each other by a space. Moreover, the height of the gas chamber 2 to be measured is 0.1 mm or more.

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 gas sensor 1 of this example includes a pump current value flowing between the pair of pump electrodes 421 and 422 of the pump cell 4 when oxygen gas having a predetermined concentration is introduced into the gas chamber 2 to be measured, and a specific component having a predetermined concentration ( The sensor current value flowing between the pair of sensor electrodes 521 and 522 of the sensor cell 5 when the NOx gas is introduced into the measured gas chamber 2 is determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3. ing.
That is, the diffusion resistance between the pump cell 4 and the sensor cell 5 is sufficiently smaller than the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3 and can be ignored.

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 reference gas chamber 111 for introducing the atmosphere is formed on the surface of the pump solid electrolyte body 41 opposite to the gas chamber 2 to be measured. The first reference gas chamber 111 is formed by interposing a spacer layer 124 between the pump solid electrolyte body 41 and a heater substrate 131 described later. The other pump electrode 422 of the pump cell 4 is disposed so as to face the first reference gas chamber 111.

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 ceramic heater 13 is laminated on the solid electrolyte body 41 for a pump via a spacer layer 124. The ceramic heater 13 is configured by providing, between a pair of heater substrates 131 made of alumina, a heat generating portion 132 that generates heat by energization and a lead portion 133 for supplying current to the heat generating portion 132. The spacer layer 124 is made of alumina. The heat generating part 132 is made of platinum or a platinum alloy.

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 reference gas chamber 112 for introducing the atmosphere is formed on the surface of the sensor solid electrolyte body 51 opposite to the gas chamber 2 to be measured. The second reference gas chamber 112 is formed by interposing a spacer layer 122 between the sensor solid electrolyte 51 and the cover layer 123. The other sensor electrode 522 of the sensor cell 5 is disposed so as to face the second reference gas chamber 112. The spacer layer 122 and the cover layer 123 are made of alumina.

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 pump cell 4, one pump electrode 421 has through holes 441 formed in the pump solid electrolyte body 41, the spacer layer 124, and the pair of heater substrates 131 via conductive leads 431. Through the terminal portion 451. The other pump electrode 422 is electrically connected to the terminal portion 452 through the conductive layer 432 and through the spacer layer 124 and the through hole 442 formed in the pair of heater substrates 131.
As shown in FIG. 1, the pair of pump electrodes 421 and 422 is connected to a pump circuit 46 including a power source 461 and an ammeter 462.

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 sensor cell 5, one sensor electrode 521 is connected to the terminal portion through the through hole 541 formed in the sensor solid electrolyte body 51 and the spacer layers 122 and 123 via the conductive lead portion 531. 551 is electrically connected. The other sensor electrode 522 is electrically connected to the terminal portion 552 through the through hole 542 formed in the spacer layers 122 and 123 via the conductive lead portion 532.
As shown in FIG. 1, the pair of sensor electrodes 521 and 522 is connected to a sensor circuit 56 including a power source 561 and an ammeter 562.

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 heater substrate 13, the heat generating portion 132 is electrically connected to the terminal portion 135 through a pair of conductive lead portions 133 and a pair of through holes 134 formed in the heater substrate 131. ing.

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 diffusion resistance portion 3 and is introduced into the gas chamber 2 to be measured. The amount of measurement gas introduced is determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3.

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 pump electrodes 421 and 422 of the pump cell 4 so that the other pump electrode 422 becomes a positive electrode, oxygen in the gas to be measured on one pump electrode 421 It is reduced to oxygen ions and discharged to the other pump electrode 422 side by the pumping action. Conversely, when a voltage is applied so that one pump electrode 421 becomes a positive electrode, oxygen is reduced on the other pump electrode 422 to become oxygen ions, and is discharged to the one pump electrode 421 side by the pumping action. Is done.

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 pump electrodes 421 and 422 of the pump cell 4, oxygen is taken in and out of the gas chamber 2 to be measured, and the oxygen concentration in the gas chamber 2 to be reduced to a predetermined low concentration. adjust. Here, the oxygen concentration in the gas chamber 2 to be measured is preferably adjusted to 0% and held in order to suppress fluctuations in the sensor output value output from the sensor cell 5 described later.

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 sensor electrodes 521 and 522 of the sensor cell 5 so that the other sensor electrode 522 becomes a positive electrode. Here, since one sensor electrode 521 is a porous cermet electrode containing a Pt—Rh alloy having a high NOx decomposition activity, oxygen and NOx in the gas to be measured are reduced on the one sensor electrode 521. As a result, oxygen ions are generated and discharged to the other sensor electrode 522 side by a pumping action.

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 sensor electrodes 521 and 522 of the sensor cell 5, the value of the sensor current flowing between the pair of sensor electrodes 521 and 522 changes according to the NOx concentration in the gas to be measured. To do. The sensor current value is converted into a voltage with a predetermined amplification factor and output as a sensor output value, whereby the NOx concentration in the gas to be measured can be detected.

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 gas sensor 1 of this example will be described.
As shown in FIGS. 3 to 5, the calibration method of the gas sensor 1 of the present example performs a correlation creating step, a reference current value measuring step, a pump current value measuring step, a sensor current value estimating step, and a sensor output characteristic correcting step.

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 gas sensors 1 among the plurality of produced gas sensors 1, a pump current value Ip flowing between the pair of pump electrodes 421 and 422 of the pump cell 4 with respect to oxygen gas having a predetermined concentration; The sensor current value Is flowing between the pair of sensor electrodes 521 and 522 of the sensor cell 5 with respect to a specific component (NOx) gas having a predetermined concentration is measured, and the correlation between the pump current value Ip and the sensor current value Is is obtained. .

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 gas sensors 1 satisfy the above correlation. Set as follows.
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 gas sensors 1 using the calibration gas which is the oxygen gas of the predetermined concentration. Measure.

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 gas sensors 1 having the above configuration were produced. Of the plurality of gas sensors 1 produced, the pump cell 4 when eight gas sensors 1 were introduced into the measured gas chamber 2 with oxygen gas having an oxygen concentration of 20% (hereinafter referred to as 20% O 2 gas (atmosphere)). And the sensor current value Is of the sensor cell 5 when NO gas having a NO concentration of 100 ppm (hereinafter referred to as 100 ppm NO gas) was introduced into the gas chamber 2 to be measured and plotted in FIG.
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 gas sensors 1 in advance, the reference pumping current Ip 0 and the reference sensor current Is 0 is a pump current value Ip and the sensor current value Is of the reference gas sensor 1a It set so that the said correlation (solid line S of FIG. 4) might be satisfy | filled. In this example, as shown in FIG. 4, the reference pump current value Ip 0 of the reference gas sensor 1a is set to 1 mA, and the reference sensor current value Is 0 is set to 0.25 μA (broken line a in FIG. 4).

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 pump cell 4 when introducing the calibration gas into the gas chamber 2 to be measured. In this example, 20% O 2 gas (atmosphere) was used as the calibration gas. Further, as shown in FIG. 4, the pump current Ip n was 1.6 mA (dashed line b in FIG. 4).

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 pump cell 4 when introducing the calibration gas into the gas chamber 2 to be measured. In this embodiment, as shown in FIG. 4, the pump current Ip n was 0.8 mA (broken line c in FIG. 4).

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 gas sensor 1 can be calibrated easily and accurately at low cost.

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 pump cell 4 and the sensor cell 5 are disposed in the gas chamber 2 to be measured, into which the gas to be measured is introduced under the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3. A major feature is that it has been found that there is a correlation between the pump current value Ip of the pump cell 4 for a predetermined concentration of oxygen gas and the sensor current value Is of the sensor cell 5 for a specific component (NOx) gas of a predetermined concentration.

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 pump cell 4 and the sensor cell 5, respectively, the concentrations of the oxygen gas and the specific component gas that are the measurement objects are greatly different. However, specifically, even when the amount of oxygen ions moving through the pump solid electrolyte body 41 and the sensor solid electrolyte body 51 and the order of the current values are greatly different, the above correlation is obtained accurately. be able to.

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 gas sensor 1 at a low cost. be able to. In addition, since the correlation can be obtained with high accuracy, the sensor output characteristics of the gas sensor 1 can be calibrated with high accuracy.

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 gas sensor 1 is configured to convert the sensor current value Is into a voltage with a predetermined amplification factor and output it. In the sensor output characteristic correction step, the calibration is performed by adjusting the amplification factor of the calibration gas sensors 1b and 1c. The sensor output characteristics of the gas sensors 1b and 1c are corrected. Therefore, it becomes easy to correct the sensor output characteristics of the calibration gas sensors 1b and 1c so as to be equivalent to the sensor output characteristics of the reference gas sensor 1a.

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 gas sensor 1 can be easily calibrated at low cost.

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 gas sensor 1 has a diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3 in which the pump current value Ip of the pump cell 4 with respect to oxygen gas of a predetermined concentration and the sensor current value Is of the sensor cell 5 with respect to a specific component (NOx) gas of predetermined concentration are both. It is comprised so that it may be determined by. 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.

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 gas chamber 2 to be measured is 0.1 mm or more. Therefore, the diffusion resistance in the measured gas chamber 2 can be made sufficiently smaller than the diffusion resistance of the diffusion resistance portion 3. As a result, both the pump current value Ip and the sensor current value Is can be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3, and the correlation between the two can be obtained with higher accuracy.

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 pump electrode 421 of the pump cell 4 facing the measured gas chamber 2 is disposed at a position closer to the diffusion resistance unit 3 than one sensor electrode 521 of the sensor cell 5 facing the measured gas chamber 2. And both are arrange | positioned in the position which does not oppose in the to-be-measured gas chamber 2. As shown in FIG. Therefore, both the pump current value Ip and the sensor current value Is can be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3, and the correlation between the two can be obtained with higher accuracy.

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 gas sensor 1 at low cost, and the gas sensor 1 suitable for using the method.

(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 gas sensor 1 is the same as that of Example 1 (refer FIG. 1, FIG. 2).
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 pump cell 4 when introducing the calibration gas into the gas chamber 2 to be measured. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the pump current Ip n was 1.6 mA (dashed line b in FIG. 6).

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 porous body 31 that further serves as diffusion resistance was disposed outside the diffusion resistance portion 3. Thereby, as shown in FIG. 6, the pump cell current value Ip of the calibration gas sensor 1b was adjusted to 1 mA which is the reference pump current value Ip 0 of the reference gas sensor 1a (broken line b → broken line a in FIG. 6).

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 pump cell 4 when introducing the calibration gas into the gas chamber 2 to be measured. In this embodiment, as shown in FIG. 6, the pump current Ip n was 0.8 mA (broken line c in FIG. 6).

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 diffusion resistance unit 3 in the direction in which the gas to be measured is communicated. Thereby, as shown in FIG. 6, the pump cell current value Ip of the calibration gas sensor 1c was adjusted to 1 mA which is the reference pump current value Ip 0 of the reference gas sensor 1a (broken line c → broken line a in FIG. 6).

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 diffusion resistance unit 3 and adjusting the sensor current value Is of the calibration gas sensors 1b and 1c. To do. Therefore, it becomes easy to correct the sensor output characteristics of the calibration gas sensors 1b and 1c so as to be equivalent to the sensor output characteristics of the reference gas sensor 1a.
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 gas chamber 2 to be measured on the sensor current value Is of the sensor cell 5 is examined.
In this example, first, a plurality of gas sensors 1 having different heights of the gas chamber 2 to be measured were prepared. In addition, the structure of the gas sensor 1 is the same as that of Example 1 (refer FIG. 1, FIG. 2). The measured gas chamber 2 has a width of 3.0 mm and a length of 8.0 mm.

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 gas sensor 1, the sensor current value Is of the sensor cell 5 when 100 ppm NO gas was introduced into the measured gas chamber 2 was measured. The diffusion resistance unit 3 is set so that the pump current value Ip of the pump cell 4 when the 20% O 2 gas is introduced into the gas chamber 2 to be measured is 1 mA.
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 sensor cell 5 decreases as the height of the gas chamber 2 to be measured decreases. This is because the diffusion resistance in the measured gas chamber 2 increases as the height of the measured gas chamber 2 decreases. That is, the sensor current value Is is affected not only by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3 but also by the diffusion resistance in the gas chamber 2 to be measured.

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 sensor cell 5 becomes substantially constant as the height of the gas chamber 2 to be measured increases. In this example, the sensor current value Is of the sensor cell 5 becomes substantially constant by setting the height of the gas chamber 2 to be measured to 0.1 mm or more. This is because the diffusion resistance in the measured gas chamber 2 becomes sufficiently small when the height of the measured gas chamber 2 increases. That is, the sensor current value Is is determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3 without being affected by the diffusion resistance in the gas chamber 2 to be measured.

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 gas chamber 2 to 0.1 mm or more, the diffusion resistance in the measured gas chamber 2 can be made sufficiently smaller than the diffusion resistance of the diffusion resistance portion 3. The pump current value Ip and the sensor current value Is can both be determined by the diffusion resistance of the diffusion resistance unit 3, and the correlation between the two can be obtained with higher accuracy.

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 SYMBOLS 1 Gas sensor 2 Gas chamber to be measured 3 Diffusion resistance part 4 Pump cell 5 Sensor cell

Claims (8)

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。
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.
請求項1に記載のガスセンサの校正方法において、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を特徴とするガスセンサの校正方法。   2. The gas sensor calibration method according to claim 1, wherein the gas sensor is configured to convert the sensor current value Is with a predetermined amplification factor and output the voltage, and in the sensor output characteristic correction step, the calibration gas sensor A gas sensor calibration method, wherein the sensor output characteristics of the calibration gas sensor are corrected by adjusting the amplification factor. 請求項1に記載のガスセンサの校正方法において、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Isn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を特徴とするガスセンサの校正方法。 In the calibration method of the gas sensor according to claim 1, in the above sensor output characteristic correction process, to change the diffusion resistance of the diffusion resistance portion, by adjusting the sensor current Is n of the calibration gas sensor, the calibration gas sensor A gas sensor calibration method comprising correcting the sensor output characteristics of the gas sensor. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のガスセンサの校正方法において、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を特徴とするガスセンサの校正方法。   The gas sensor calibration method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pump current value measurement step uses air as the calibration gas. 請求項1〜4のいずれか1項に記載のガスセンサの校正方法において、上記特定成分は、窒素酸化物であることを特徴とするガスセンサの校正方法。   5. The gas sensor calibration method according to claim 1, wherein the specific component is nitrogen oxide. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のガスセンサの校正方法において、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を特徴とするガスセンサの校正方法。   6. The gas sensor calibration method according to claim 1, wherein the pump current value Ip and the sensor current value Is in the gas sensor are both determined by a diffusion resistance of the diffusion resistance unit. A gas sensor calibration method characterized by the above. 請求項6に記載のガスセンサの校正方法において、上記被測定ガス室の高さは、0.1mm以上であることを特徴とするガスセンサの校正方法。   7. The gas sensor calibration method according to claim 6, wherein a height of the gas chamber to be measured is 0.1 mm or more. 請求項6又は7に記載のガスセンサにおいて、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を特徴とするガスセンサの校正方法 The gas sensor according to claim 6 or 7, wherein one of the pump electrodes of the pump cell facing the gas chamber to be measured is more than the one of the sensor electrodes of the sensor cell facing the gas chamber to be measured. A method for calibrating a gas sensor, characterized in that the gas sensor is disposed at a position close to the diffusion resistance portion, and both are disposed at positions not facing each other in the gas chamber to be measured .
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