JPS58153155A - 酸素センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は排気ガスなどの被測定ガス中の酸素濃度を測定
するための酸素センサに関する。更に詳しくは、比較的
１１度依存性が少なくて、空燃比などを精密に測定する
ことができる酸素センサに関するものである。

自動準用エンジンの燃費改善及び排気ガス浄化のため、
吸入混合気の空燃比を理論空燃比（空気過剰率λ−１）
より＾いリーン側で運転する方法が提案され、空気過剰
率λ≧１における空燃比を−１− 正確に測定できる酸素センサが求められている。

かかる用途の酸素センサの１つとして米国フォード社に
よって公表されたものがある（例えば特開昭５６−１３
０６４９）。

このセンサは電極を両面に設けた２枚の機状酸素イオン
導電性固体電解質焼結体を、一方はｓＩ集汲み出し用ポ
ンプ素子に、他方は酸素濃度比測定用素子として、側壁
に小さな孔を穿った耐熱材料からなる円筒形スペーサを
挾んで積■して接部し、上記２つの板状素子部に囲われ
た室と酸素拡散孔とを形成してなるものである。しかし
て、酸素汲み出し用の酸素ポンプ素子に通電し上記孔を
通して被測定雰囲気からの拡散によるｍ１県の流入を治
しながら上記−われた型内の酸素を例えば酸素濃度比測
定用素子の出力即ち室内と外との酸素濃度比が常に一定
になるように汲み出すことにより、＠素汲み出し電流が
被測定ガス雰囲気中の酸素濃度と対応することを利用し
て被測定ガス中のｌ索濃度を電気的に測定するというも
ので、雰囲気ガス１痩に対するセンサ出りのｗＡ度依存
性の点で有−２− 利となるものである。しかしながら、上記ｍ素センサは
２つの素子及び酸素拡散孔を穿った円筒形スペーサから
なり、その構造が複雑であって、一般にｌｌｌ１ｌｉセ
ンサはミリメートル単位の大きさであるので、加工組み
立てによる生産性が非常に低いという欠点があった。

又、上記Ｓ素拡散孔は非常に小さいもので、自動中エン
ジン排気ガス中に設置したような場合においては、排気
ガスよりのデポジットのため、孔の径が小さくなったり
、場合によって完全に詰まってしまい、正確な酸素濃度
測定がしばしば不可能となった。又、孔が詰まらないに
しても、その径が非常に小さいことから、僅かなデポジ
ットを生じても、酸素の拡散効率に影響を及ぼし、測定
ＩＩｌ［を低下させたのである。

酸素センサ特に空燃比測定用酸素センサの以上のような
欠点に鑑み、本発明者らは鋭意研究の結果、新規でかつ
ｉ単な構造でしかも測定精度の＾いセンサを開発したの
である。

即ら本発明の要旨とするところは、酸素イオン−３− 導電性固体電解質板の先側の両面に電極層を設けた素子
を、２枚閤隔をおいて平行状に配して上記先側に間一部
を設けて咳画素子を固定し、一方の素子を酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と前記ａｙｓ部との酸素濃
度比測定用電池素子としたことを特徴とする酸素センサ
にある。

次に図を参照しつつ、具体的な実施例に基づいて説明し
てゆく。

第１図は本発明の酸素センサの第１実施例の平面図、第
２図はその裏面図、第３図はその１１断面図を示す。こ
こにおいて、２及び３は素子であり、この内２が酸素ポ
ンプ素子、３が酸素濃度比測定用電池素子である。

酸素ポンプ素子２の主体はｌ！東クイオン導電性固体電
解質長方形の焼結板状体からなる。ポンプ素子２の先側
２ａには、その表裏面の相対する位置でかつ先側の三方
の端縁から少しひかえた位置に耐熱金属層よりなる電極
４．５が正方形状に設けられている。一方の正方形電極
４の元側方向の２つの角の内の１つより耐熱金属層より
なる引き−４− 出し線４ａが、板状体の元側２ｂへ真直ぐに伸びる帯形
状に設けられている。同様に他方の正方形電＃に５の元
側方向の２つの角の内、電極４と反対側の角より引き出
し纏５ａが板状体の元側２ｂへ真自ぐに伸びる帯形状に
設けられている。引き出し線５ａは元側２ｂで板状体の
表裏を貫通しているスルーホール５ｄを通じて、その反
対面の取り出し部５ｂに電気的に接続されている。引き
出し纏４８は元側２ｂで取り出し部４ｂを形成し、その
結果、同一面に２つの電極４．５の取り出し部４ｂ　、
５ｂが配設されることになる。

電池素子３もポンプ素子２と同様に主体は酸素イオン導
電性固体電解質の長方形の焼結板状体からなる。電池素
子３の先側３ａには、その表裏面の相対する中央よりの
位置に耐熱金属層よりなる電極６．７が正方形状に設け
られている。一方の正方形電極６の元側方向の２つの角
の内の１つより耐熱金属−よりなる引き出し糠６ａが、
板状体の元側３ｂへ真−ぐに伸びる帯形状に設けられて
いる。同様に他方の正方形電極７の元側方向の２−　５
　　一 つの角の内、電極６と反対側の角より引き出し線７ａが
板状体の元側３ｂへ真直ぐに伸びる帯形状に設けられて
いる。引き出し翰６ａは元側１ｂで板状体の表裏を貫通
しているスルーホール６ｄを通じて、その反対面の取り
出し部６ｂに電気的に接続されている。引き出し線７ａ
は元側３ｂで取り出し部７ｂを形成し、その結果、同一
面に、２つの電極６．７の取り出し部６ｂ、７ｂが配設
されていることになる。

ポンプ素子２及び電池素子３の各板状体を形成している
固体電解質は酸素イオン導電体の性質を有することが必
要であり、ジルコニアのイツトリアあるいはカルシア等
との固溶体が代表的なものであり、その他二酸化セリウ
ム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウムの各固溶体、ペ
ロブスカイト型酸化物固溶体、３価金属酸化物固溶体等
がａｍイオン導電性の固体電解質として使用可能である
。

各板状体の表面に形成される電極４．５．６．７、引き
出し輸４ａ　、５ａ　、６ａ　、７ａおよび取り出し部
４ｂ１５ｂ、６ｂ、７ｂは耐熱金ｉｕｉよ−６− りなり主にＰｔ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ａｕ１Ａａ
等のペーストがプリント印刷焼結またはフレーム溶射ま
たは化学メッキもしくは蒸着などの方法を用いて被着形
成される。

これらは素子１枚毎に製作してもよいが、一般に生産性
を考慮して、焼結前の固体電解質の大型の生のセラミッ
クシートに電極用等の金属ペーストを多数同時にプリン
ト印刷し、その後、素子毎に切り抜き焼成する方法を採
用するのが有利である。

次に画素子２．３を＠膝部９を有する一体の酸素センサ
に組み立てるには、画素子２．３の各々の元側２ｂ　、
３ｂにて耐熱性無機質接着剤等を用いて平行に一定閤隔
に貼り合わせることによりなされる。

この画素子を一定閤隔に平行に貼り合わせるには例えば
次のような方法が採られる。まず片方の素子の元側接着
面に耐熱性無機質接着剤例えばセラミック系接着剤を適
量塗布する。次に、厚みの均一なスペーサ、例えば、ゲ
ージあるいは厚さ−７− ０，０１〜０．０５−一の紙、ビニール、アルミホイル
等を一枚又は複数枚重ねて２つの素子の先側に挾んで押
圧し、接着剤を画素子の元側接稠面全面に押し拡げ、は
み出た余分の接着剤を取り除いた後、加熱処理して接着
剤を固める。

上記画素子闇の間隔は素子形状及び電極面積にもよるが
電池素子の出力を適当に選択することにより、例えば、
１０ｏｌｌ物正方形状電極の場合、０．０１〜０．５ｍ
鋤まで可能であり、比較的大電流領域１ｍＡ〜１００ｍ
Ａで使用する場合はやや広く、比較的低電流領域０．１
１Ａ〜１０ｍＡで使用する場合はやや狭くとるといった
ように必襞に応じて変化させることができる。尚、これ
らの電流領域により検出できる酸素濃度は０．１％以下
から約１０％程度まで可能である。それ故、本センサは
前記スペーサの厚みを変更するだけで、素子間隔が所望
の広さに製造工程で簡単に設計変更できるので、電流量
の調整も簡単にできる特徴を有する。

本発明の空燃比測定用酸素センサによる測定方−８− 法は、例えば次のごとくなされる。

第１実施例のセンサを測定用雰囲気中に入れ、片方の酸
素ポンプ素子の外側の電極４に正、内側の電極５に負の
電圧を印加することにより、ポンプ素子２の固体電解質
内を酸素イオンが内側電極５より外側電極４へ移動し、
ポンプ素子２と電池素子３の国の間隙部９に存在する酸
素がポンプ素子２の外側へ汲み出される。

上記の如く間隙部９より酸素が汲み出されると、電池素
子３の外側つまり周囲雰囲気と間隙部９との闇にＩＩ秦
濃度の差を生ずる。この濃度差により、電池素子３に起
電力を生ずるのである。この場合の起電力Ｅは、周囲雰
囲気の酸素分圧をＰＣ，ｆｌＩｉｌ隙部９の酸部９圧を
Ｐａ、気体定数をＲ１絶対温度をＴ１ファラデー常数を
Ｆとすると、次のＮｅｒｎｓｔの式で表わされる。

Ｅ＝　（ＲＴ／４Ｆ）−Ｉｎ（Ｐｃ　／Ｐａ　）、Ｆ２
起動力は、センサにその１ｗｌ陣部９の３方向から拡散
流入する酸素最と、ポンプ素子２により間隙部９から外
側へ汲み出されるＩ！素■とが平衡−９− に達した時点で一定となる。そしてこの起動力Ｅが予め
定めた一定値に維持されるように、ポンプ素子側に流す
電流量を変化させると、定温においてその電流ｆｌｋ４
１ｔ１周囲雰囲気内の＠素の含有率にほぼ直線的に比例
することになり、電流量に温度補償を加味して演算処理
することにより、酸素濃度を求めることができる。

又、センサを自動車排ガス中の酸素製置測定に適用した
場合、排ガス中のカーボンやミストによるデポジットが
センサの偏った部分に発生しても、本発明のセンサの特
徴として＠酸部９の３方向が全て酸素拡散のための入口
となっていることから、前記デポジットによる酸素拡散
曇への影響が少なく、測定精痩への影響がほとんどない
のである。

第５図は本発明の第２実施例を示す。この第２実施例は
第１実施例のセンサに更に加熱素子１０．１１をセンサ
両面から付設したものである。

加熱素子１０１１１はセンサより少し長辺方向が短かい
長方形のアルミナ、スピネルなどの絶縁性無機質板状体
１０ｃ、１１ｃからなり、その先−１０− １１１０ａ、１１ａに厚ｈ　方向１．−　打チ扱６％　
Ｔ　１１１ｊ　４．７の位置及び形状に適合させた孔１
３を有している。この孔１３の周囲の板状体１０ｃ、１
１０の表面には、発熱抵抗体１２が波形に配設され、元
１１１０ｂ、１１ｂ寄りの発熱抵抗体端部１２ａで２本
の引き出し纏１２ｔｌと接続している。この２本の引き
出し翰１２ｂは端部１２ａから元側１０ｂ、１１ｂへ伸
び、各々その先端は取り出し部１２Ｃを形成している。

前記発熱抵抗体１２、引き出し纏１２ｂ及び取り出し部
１２ｃは耐熱金属−よりなるが、発熱抵抗体１２はｐｔ
　、Ａｌ１等の耐熱金属のペーストを使用して、引き出
し纏１２ｂ及び取り出し部１２ｃも主にｐｔ等の耐熱金
属のペーストを使用して、プリント印刷にて形成される
。なお上記発熱抵抗体１２や引き出し線１２ｃなどはセ
ラミック中に埋設するならばタングステンなどの＾融点
金属の印刷も適用することができる。

上記の加熱素子１０，１１は第１実施例のセンサとグリ
ーンの状態でその先側をそろえて圧着後−１１− 一体にｍ成するか、あるいは焼結後の状態で接輪するか
することにより、第２実施例のセンサが形成される。こ
の加熱素子の取り出し部１２Ｃに通電することにより、
引き出し線を介して発熱抵抗体が通電され発熱する。そ
れ故、電流饅を調節づることにより、酸素センサ全体の
温度を調節し、被測ガスの１１度が低いときに素子特に
ポンプ素子の活性を＾め、また測定時に温度補償を与え
るので、より精密、正確な測定が可能となる。ここで素
子の寸法は９３１ｍ〜７０−１横３ｗｎ〜Ｑｍｍ、岸さ
０，５ｍｍ〜５ｍｇ＋のちのが通常使用される。

以上詳述した如く、本発明の酸素センサは、酸素イオン
導電性固体電解質板の先側の両面に電楡層を設けた素子
を、２枚閣隔をおいて平行状に配して上記先側に閤一部
を設けて該画素子を固定し、一方の素子を酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と前記ｔｍｍ部との酸素濃
度比測定用電池素子とすることにより、センサの素子電
極の周囲の内、３方向全てが、酸素拡散流入のための入
り［１となり、それによって排ガス中の酸素濃度の測定
−１２− 等においてデポジットの堆積があっても、拡散流入口が
センサの周囲に広範囲にわたっていることから、酸素拡
散−にほとんど影響を与えず、長期にわたって十分に精
密で正確な酸素濃度の測定ができるのである。又、その
構造が簡単なところから、本発明のａｍセンサは製造が
容易で品質管理がし易く、設計変更特に閣一部の広さの
変更が容易であることにより、画素子の入力めるいは出
力電力を自由に調節でき、各種部所に適用が容易である
という長所も有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１ＷＡは本発明−県センサの第１実施例の平面図、第
２図はそのＩｉ面図、第３図はそのト］断面図、第４図
はその斜視図、第５図は第２実施例の斜視図である。 ２・・・−素濃直比測定用電池素子 ３・・・酸素ポンプ素子 ４．５．６．７・・・電極 ２ｃ　、３ｃ・・・酸素イオン導電性固体電解質板９・
・・閣一部 −１３− １０，１１・・・加熱素子 −１４− 第１図 ２ 第３図 第４図 第５図 手続補正書泊発） 昭和５７年　６月１１日 特許庁長官　　島　１）春　樹　殿 １、　事件の表示 昭和５７年特許願第３６９７３号 ２、　発明の名称 銭°桑センサ ；３．　　補正をする者 事件との関係　　特許出願人 （１７ｖＩ　　　　　　名古屋市瑞穂区＾辻町１４番１
８号氏　名（名称＞　　　（４５４）日本特殊陶業株式
会社代表者小川修次 ４、代理人〒４６０ 住　所　　　名古屋市中区錦二丁目９番２７号５、　補
正により増加する発明の数　　　なし６、　補正の対象 明細＾全文、第３図 明　　細　　書 １、発明の名称 酸素センサ ２、特許請求の範囲 １　　ＩＩｍＩオン導電性固体電解質板の先側の両面に
電極層を設けた素子を、２枚間隔をおいて平行状に配し
て上記先側に間隙部を酸６ノて該画素子を固定し、一方
の素子をＩＩ素水ポンプ素子他方の素子を周囲雰囲気と
前記間隙部との酸素濃度比測定用電池素子としたことを
特徴とする酸素センサ。 ３、発明の詳細な説明 本発明は排気ガスなどの被測定ガス中の酸素濃度を測定
するための酸素センサに関する。更に詳しくは、比較的
温度依存性が少なくて、空燃比などを精密に測定するこ
とができる酸素センサに関するものである。 自動中用エンジンの燃費改善及び排気ガス浄化のため、
機入混合気の空燃比を理論空燃比（空気過剰率λ−１）
より＾いリーン側で運転する方法が提案され、空気過剰
率λ≧１における空燃比を−１− 正確に測定できる酸素センサが求められている。 かかる用途の酸素センサの１つとして米国フィード社に
よって公表されたものがある（例えば特開昭５６−１３
０６４９）。 このセンサは電極を両面に設４Ｊだ２枚の板状酸素イオ
ン導電性固体電解質焼結体を、一方は＃ＩｌＩ本ポンプ
素子に、他方は酸素濃淡電池素子として、側壁に小さな
孔を穿った耐熱材料からなる円筒形スペーサを挾んで積
層して接着し、上記２つの根状素子間に囲われた室と酸
素拡散孔とを形成してなるものである。しかして、酸素
ポンプ素子に通電し上記孔を通して外界雰囲気即ち被測
定雰囲気との間の拡散による酸素の流通を許しながら上
記囲われた室内の酸素を、例えば酸素濃淡電池素子の出
力即ち室内と外との酸素濃度比が常に一定になるように
汲み出すことにより酸素汲み出し電流が被測定ガス雰囲
気中の酸素濃度と対応することを利用して被測定ガス中
の酸素濃度を電気的に測定するというものである。かか
る方式のセンサは、酸素ポンプ素子と酸素濃淡電池素子
とをそれぞれ−２− 個別に設けるので、雰囲気ガス温度に対するセンサ出力
の温度依存性の点で有利となるものである。 しかしながら、上記酸素センサは２つの素子及びａｍ拡
散孔を穿った円筒形スペーサからなり、そして、上記酸
素拡散孔は非常に小さいものであるので応答性が劣り、
又、自助型エンジン排気ガス中に設置したような場合に
おいては、排気ガスよりのデポジットのため、孔の径が
小さくなったり、場合によって完全に詰まってしまい、
正確な酸素濃度測定がしばしば不可能となった。又、孔
が詰まらないにしても、その径が非常に小さいことから
、僅かなデポジットを生じても、酸素の拡散効率に影響
を及ぼし、測定精度を低下させたのである。 酸素センサ特に空燃比測定用酸素センサの以上のような
欠点に鑑み、本発明者らは鋭意研究の結果、応答性の点
で有利でありかつ簡甲な構造でしかも測定精度の高い新
規なセンサを開発したのである。 即ら本発明の要目とするところは、酸素イオン−３− 導電性固体電解質板の先側の両面に電極層を設けた素子
を、２枚間隔をおいて平行状に配して上記先側に間隙部
を設けて該画素子を固定し、ｌｊの素子を酸素ポンプ素
子、他方の素子を周囲雰囲気と約２間隙部との酸素濃度
比測定用電池素子としたことを特徴とする酸素センサに
ある。 次に図を参照しつつ、具体的な実施例に鉢づいて説明し
てゆく。 第１図は本発明の酸素センサの第１実施例の平面図、第
２図はその裏面図、第３図はその［１−Ｉ［１断面図を
示す。ここにおいて、２及び３は素子であり、この内２
が酸素ポンプ素子、３が酸素１ＩｒＩｉ比測定用電池素
子である。 酸素ポンプ素子２の主体は酸素イオン導電性固体電解質
の長方形の焼結板状体からなる。ポンプ素子２の先側２
ａには、その表裏面の相対する位置でかつ先側の三方の
端縁から少しひかえた位置にここでは厚膜技術を用いて
被着形成した、多孔質の耐熱金属層よりなる電極４．５
が正方形状に設けられている。一方の正方形電極４の元
側方向　□−４− の２つの角の内の１つより耐熱金属層よりなる引き出し
纏４ａが、板状体の元側２ｂへ真直ぐに伸びる帯形状に
設けられている。同様に他方の正方形電極５の元側方向
の２つの角の内、電極４と反対側の角より引き出しｍ５
ａが板状体の九１１２ｂへ真直ぐに伸びる帯形状に設け
られている。引き出し翰５ａは元側２ｂで板状体の表裏
を貫通しているスルーホール５ｄを通じて、その反対向
の取り出し部５ｂに電気的に接続されている。引き出し
縮４ａは元側２ｂで取り出し部４ｂを形成し、イの結果
、同一面に２つの電極４．５の取り出し部４ｂ、５ｂが
配設されることになる。 電池素子３もポンプ素子２と同様に主体はｍ東イオン導
電＋！ＩｖＡ体電解質の長方形の焼結板状体からなる。 電池素子３の先側３ａには、その表裏面の相対する中央
よりの位置に前記ポンプ素子の場合と同じくして形成し
た耐熱金属層よりなる電極６．７が正方形状にμけられ
ている。一方の正方形電極６の元側方向の２つの角の内
の１つより耐熱金属層よりなる引き出し線６ａが、板状
体の元−５− 側３ｂへ真白ぐに伸びる帯形状に設けられている。 同様に他方の正方形電極７の元側方向の２つの角の内、
電極６と反対側の角より引き出し１７ａが板状体の元側
３ｂへ真直ぐに伸びる帯形状に設けられている。引き出
し＃６ａは元側１ｂで板状体の表裏を貫通しているスル
ーホール６ｄを通じて、イの反対面の取り出し部６ｂに
電気的に接続されている。引き出しＩ！７ａは元側３ｂ
で取り出し部７ｂを形成し、その結果、同一面に、２つ
の電極６．７の取り出し部６ｂ、７ｂが配設されている
ことになる。 ポンプ素子２及び電池素子３の各板状体を形成している
固体電解質は酸素イオン導電体の性質を有することが必
要であり、ジルコニアのクツ１−リアあるいはカルシア
等との固溶体が代表的なものであり、その他二酸化セリ
ウム、二酸化トリウム、二酸化ハフニウムの各固溶体、
ペロブスカイト型酸化物固溶体、３価金属酸化物固溶体
等が＠木イオン導電性の固体電解質として使用可能であ
るが、ここでは酸化イツトリウムで部分安定化したジル
−６− コニアを用いた。 各板状体の表面に形成される電極４．５．６．７、引き
出し翰４ａ　、５ａ　、６ａ　、７ａおよび取り出し部
４ｂ　、５ｂ　、６ｂ　、７ｂは耐熱金属層よりなり主
にＰｔ、Ｒｕ、Ｐｄ１ＲｈＳ　Ｉｒ、Ａｕ、Ａｇ等の、
ここではペーストをプリント印刷後焼結して形成したが
フレーム溶射または化学メッキもしくは蒸着などの方法
を用いて被犠形成してもよい。またＦ配電極上にアルミ
ナ、スピネル等の多孔質保ａｍを設けることもできる。 これらは素子１枚毎に製作してもよいが、一般に生産性
を考慮して、焼結前の固体電解質の大型の生のセラミッ
クシートに電極用等の金属ペーストを多数同時にプリン
ト印刷し、その後、素子毎に切り抜き焼成する方法を採
用するのが有利である。 次に画素子２．３を間隙部９を有する一体の酸素センサ
に組み立てるには、画素子２，３の各々の元側２ｂ　、
３ｂにて耐熱性無機質接着剤等を用い（平行に一定間隔
に貼り合わせることによりな−７− される。 この画素子を一定間隔に平行に貼り合わせるには例えば
次のような方法が採られる。まず片方の素子の元側接着
面に耐熱性無機質接着剤例えばしラミック系接着剤を適
−塗布する。次に、厚みの均一なスペーサ、例えば、ゲ
ージあるいは厚さ０．０１〜０．０５ｍ−の紙、ビニー
ル、アルミホイル等を一枚又は複数枚重ねて２つの素子
の先側に挾んで押圧し、接着剤を画素子の元側接着面全
面に押し拡げ、はみ出た余分の接着剤を取り除いた後、
加熱処理して接着剤を固める。 上記画素子間の間隔は素子形状及び電極面積にもよるが
電池素子の出力を適当に選択することにより、例えば、
１００１１ＩＩｌの正方形状電極とし、素子の板状体の
端縁からのひかえ寸法（第３図の立）を０．５−一〜３
−■とする場合、０．０１〜０．５１まで可能であり、
比較的大電流領域１１△〜１００ｍＡで使用する場合は
やや広く、比較的低電流領域０．１ｍＡ〜１０ｍＡで使
用する場合はやや狭くとるといったように必要に応じて
変化させ−８− ることができる。尚、これらの電流領域により検出でき
る酸素濃度は０．１％以下から約１０％程度まで可能で
ある。それ故、本センサは前記スペーサの厚みを変更す
るだけで、素子間隔が所望の広さに顎造工程で簡単に設
計変更して電流鰻の調整が簡単にできるという利点も有
する。 本発明の空燃比測定用酸素センサによる測定方法は、例
えば次のごとくなされる。 第１実論例のセン１Ｊを測定用雰囲気中に入れ、片方の
酸素ポンプ素子の外側の電極４に正、内側の電極５に負
の電圧を印加することにより、ポンプ素子２の固体電解
質内を酸素イオンが内側電極５より外側電極４へ移動し
、ポンプ素子２と電池素子３０閣の問一部９に存在する
酸素がポンプ素子２の外側へ汲み出される。 上記の如く間隙部９より酸素が汲み出されると、電池素
子３の外側つまり周囲雰囲気と間隙部９との間に酸素濃
度の差を生ずる。この濃度差により、電池素子３に起電
力を生ずるのである。この場合め起電力Ｅは、周囲雰囲
気の酸素分圧をＰｃ、間−９− 酸部９の平均的酸素分圧をＰｄ２気体定数をＲ１絶対温
度をＴ１ファラデー常数をＦとすると、次のＮ　ｅｒｎ
ｓｔの式で表わされる。 Ｅ−（ＲＴ／４Ｆ）−Ｉｎ（Ｐｃ　／Ｐａ　）上記起動
力は、センサにその間隙部９の３７ｊ向端部から自由に
拡散流入する酸素量と、ポンプ素子２により間隙部９か
ら外側へ汲み出されるＳ＋＊鎖とが速やかに平衡に達し
た時点で一定となる。 そしてこの起動力Ｅが予め定めた一定値にＨ持されるよ
うに、ポンプ素子側に流す電流量を変化させると、定温
においてその電流量は、周囲雰囲気内の酸素の含有率に
ほぼ直線的に比例することになり、電流量に温度補償を
加味して演Ｗ処理することにより、酸素濃度をその変化
に対するＱ好な追従性を保持しつつ求めることができる
。 又、センサを自動串排ガス中のＩ！素１１度測定に適用
した場合、排ガス中のカーボンやミストによるデポジッ
トがセンサの偏った部分に発生しくも、本発明のセンサ
の特徴として間隙部９の３ｈ向が全て酸素拡散のための
入口となっていることから、−１０− 前記デポジットによる＊＊拡１［１１への影響が少なく
、測定精陳への影響がほとんどないのである。 第５図は本発明の第２実施例を示す。この第２実施例は
第１実施例のセンサに更に加熱素子１０．１１をセンサ
両面から付設したものである。 加熱素子１０．１１はセンサより少し長辺方向が短かい
長方形のアルミナ、スピネルなどの絶縁性無機質板状体
１０ｃ、１１ｃからなり、その先１１１０ａ、１１ａに
厚み方向に打ち抜いて電極４．７の位置及び形状に適合
させた孔１３を有している。この孔１３の周囲の板状体
１０．Ｃ，１１０の表面には、発熱抵抗体１２が波形に
配設され、元側１ｏｂ１ｉ１ｂ寄りの発熱抵抗体端部１
２ａで２本の引き出し纏１２ｂと接続している。この２
本の引き出し翰１２ｂは端部１２ａから元側１０ｂ１１
１ｂへ伸び、各々その先端は取り出し部１２Ｃを形成し
ている。前記発熱抵抗体１２、引き出しｍ１ｌｌ　２ｂ
及び取り出し部１２ｃは耐熱金属層よりなるが、発熱抵
抗体１２はＰｔ　、Ａｌ１等の耐熱金属のペーストを使
用して、引き出し線１２ｂ−１１− 及び取り出し部１２ｃも主にｐｔ等の耐熱金属のペース
トを使用して、プリント印刷にて形成される。なお上記
発熱抵抗体１２や引き出しｌｌ１１１２Ｃなどはセラミ
ック中に埋設するならばタングステンなどの高融点金属
の印刷も適用することができる。 上記の加熱素子１０．１１は第１実施例のセンサとグリ
ーンの状態でその先側をそろえて圧着後一体に焼成する
か、あるいは焼結後の状態で接猟するかすることにより
、第２実施例のセンサが形成される。この加熱素子の取
り出し部１２ｃに通電することにより、引き出し線を介
して発熱抵抗体が通電され発熱する。それ故、電流量を
調節することにより、酸素センサ全体の瀧痕を調節し、
被測ガスの温度が低いとぎに素子特にポンプ素子の活性
を＾め、また測定時に温度補償を与えるので、より精密
、正確な測定が可能となる。 ここで各素子の板状体の寸法はｌｌ５ＩＩＩｌ〜７０＠
ｌＩｌ、横３１１−〜１０−１厚さ０．５ｍｍ前後のも
のが通常使用される。 −１２− この発明の酸素センサは、センサのさらされる被測定雰
囲気の酸素分圧と、酸素ポンプ素子の汲み出し若しくは
汲み入れ電流（この電流は、囲われた室内から被測定雰
囲気へ又はその逆方向へ酸素ポンプ素子を通して移送さ
れる酸素分子の鋤に直接関係するーである）と、被測定
雰囲気とは孔で連通ずる上記囲われた室内の酸素分圧と
１−２被測定雰囲気中のＩＩｊＩＩｉ分圧との比従って
周知のＮｅｒｎｓｔの式により示される通りＳＸ濃淡電
池の出力とが定常状態下では関数関係にあることを利用
して被測定雰囲気中の酸素分圧を測定しようとするｂの
であるので、上記実施例で記した方法に限らず他の方法
、例えば酸素ポンプ素子の汲み出し電流を一定に制御す
る条件下で被測定雰囲気中の酸素分圧が酸素濃淡電池素
子の出力と対応することを利用する方法に供することも
できる。 以上詳述した如く、本発明の酸素センυは、酸素イオン
導電性固体電解質板の先側の両面に電極層を設けた素子
を、２枚園隔をおいて平行状に配してｔ２先側に閤一部
を設けて該画素子を固定゛し、−１３− 一方の素子を酸素ポンプ素子、他方・の素子を周囲雰囲
気と前記間隙部との酸素濃度比測定用電池素子とするこ
とにより、センサの素子電極の周囲の内、３方向全てが
、酸素拡散流入のための入り口となり、酸素の拡散時間
が短縮され、また排ガス中の酸素濃度の測定等において
デポジットの堆積があっても、拡散流入口がセンサの周
囲に広節囲にわたっていることから、酸素拡散量にほと
んど影響を与えず、長期にわたって十分に精密でｔＬｌ
な酸素濃度の測定ができるのである。又、イの構造が簡
単なところから、本発明の酸素センサは製造が容易で品
質管理がし易く、設計変更特に間隙部の広さの変更が容
易であることにより、画素子の入力あるいは出力電力を
自由に調節でき、各種部所への適用が容易であるという
長所も有づるのである。 ４、図面の簡単な説明 第１図は本発明酸素センサの第１実施例のψ面図、第２
図はその裏面図、第３図はそのｍ−ｍ断面図、第４図は
その斜視図、第５図は第２実施例−１４− ２・・・酸素濃度比測定用電池素子 ３・・・酸素ポンプ素子 ４．５．６．７・・・電極 ２ｃ　、３ｃ・・・１ｍ！秦イオン導電性固体電解質板
９・・・間隙部 １０．１１川加熱素子 代理人　弁理士　定立　勉 −１５−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １１！東イオン導電性固体電解質板の先側の両面に電極
   層を設けた素子を、２枚閤隔をおいて平＋ｉ状に配して
   、Ｅ記先側に閣一部を設けて該画素子を固定し、一方の
   素子を酸素ポンプ素子、他方の素子を周囲雰囲気と前記
   １ＩＩＩ部との酸素濃度比測定用電池素子としたことを
   特徴とする酸素センサ。