氣體傳感器濃度：氣體傳感器及氣體濃度測(cè)定方法
摘要：
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器(10),其在由固體電解質(zhì)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體(14)內(nèi)自氣體導(dǎo)入口(16)開(kāi)始以按順序依次連通的方式形成有預(yù)備空腔(21),氧濃度調(diào)節(jié)室(18)以及測(cè)定空腔(20),以一定的周期將預(yù)備空腔(21)的預(yù)備泵單元(80)切換為ON或OFF,并對(duì)測(cè)定空腔(20)的測(cè)定泵電流Ip3進(jìn)行測(cè)定.氣體傳感器(10)基于測(cè)定泵電流Ip3的時(shí)間變化率dIp3/dt的峰值而迅速地求出測(cè)定泵電流Ip3的穩(wěn)態(tài)值,由此,加快預(yù)備泵單元(80)的ON/OFF的切換周期.
展開(kāi)
氣體傳感器濃度：氣體傳感器及氣體濃度測(cè)定方法與流程
本發(fā)明涉及一種氣體傳感器及氣體濃度測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
以往，提出過(guò)有這樣的氣體傳感器，即：對(duì)尾氣這樣的在氧存在下所共存的一氧化氮(no)、氨(nh3)等多個(gè)成分的濃度進(jìn)行測(cè)定的氣體傳感器。
例如，國(guó)際公開(kāi)第2017/號(hào)中記載有一種氣體傳感器，其在氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)上以隔著擴(kuò)散阻力部的方式而設(shè)置有預(yù)備空腔、主空腔、副空腔、以及測(cè)定空腔，同時(shí)在各個(gè)空腔內(nèi)設(shè)置有泵電極。在該氣體傳感器中，通過(guò)對(duì)預(yù)備空腔的泵電極的驅(qū)動(dòng)或停止進(jìn)行切換，而能夠切換：nh3在預(yù)備空腔內(nèi)向no的氧化反應(yīng)的進(jìn)行或停止。而且，基于因?yàn)閚h3和no從預(yù)備空腔向主空腔擴(kuò)散的擴(kuò)散速度差而產(chǎn)生的測(cè)定電極的泵電流的變化，來(lái)對(duì)nh3和no的氣體濃度進(jìn)行測(cè)定。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
然而，對(duì)于國(guó)際公開(kāi)第2017/號(hào)中記載的氣體傳感器，需要每隔一定時(shí)間就要對(duì)泵電極的驅(qū)動(dòng)或停止進(jìn)行切換，同時(shí)進(jìn)行測(cè)定。這就需要測(cè)定時(shí)的泵電極的驅(qū)動(dòng)或停止的時(shí)間足夠長(zhǎng)于預(yù)備空腔、主空腔、副空腔以及測(cè)定空腔內(nèi)的氣體濃度達(dá)到恒定所需的時(shí)間，且直至得到nh3和no的氣體濃度的測(cè)定結(jié)果需要規(guī)定的時(shí)間。因此，存在著：傳感器輸出相對(duì)于氣體濃度變化的響應(yīng)速度呈較低的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的在于，提供一種傳感器輸出相對(duì)于氣體濃度變化的響應(yīng)速度優(yōu)異的氣體傳感器及氣體濃度測(cè)定方法。
本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)是一種氣體傳感器，該氣體傳感器在氧存在下對(duì)多個(gè)成分的濃度進(jìn)行測(cè)定，其具備：結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體至少由氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)構(gòu)成；氣體導(dǎo)入口，該氣體導(dǎo)入口形成于上述結(jié)構(gòu)體，且用于供被測(cè)定氣體導(dǎo)入；預(yù)備空腔，該預(yù)備空腔具有混合電位電極，且與上述氣體導(dǎo)入口連通；氧濃度調(diào)節(jié)室，該氧濃度調(diào)節(jié)室具有主泵電極，且與上述預(yù)備空腔連通；測(cè)定空腔，該測(cè)定空腔具有測(cè)定電極，且與上述氧濃度調(diào)節(jié)室連通；基準(zhǔn)電極，該基準(zhǔn)電極形成于上述結(jié)構(gòu)體的表面，且能夠與基準(zhǔn)氣體接觸；主氧濃度控制機(jī)構(gòu)，該主氧濃度控制機(jī)構(gòu)基于上述主泵電極的電壓而對(duì)上述氧濃度調(diào)節(jié)室內(nèi)的氧濃度進(jìn)行控制；nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)，該nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)對(duì)上述基準(zhǔn)電極與上述混合電位電極之間的混合電位進(jìn)行檢測(cè)；no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)，該no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)基于上述測(cè)定電極的泵電流而對(duì)測(cè)定空腔內(nèi)的no濃度進(jìn)行測(cè)定；以及目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)，該目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)獲取被測(cè)定氣體中的nh3濃度及no濃度。
另外，本發(fā)明的另一觀點(diǎn)是一種氣體濃度測(cè)定方法，是使用氣體傳感器在氧的存在下對(duì)被測(cè)定氣體中的多個(gè)成分的濃度進(jìn)行測(cè)定的氣體濃度測(cè)定方法，氣體傳感器具備：結(jié)構(gòu)體，該結(jié)構(gòu)體至少由氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)構(gòu)成；氣體導(dǎo)入口，該氣體導(dǎo)入口形成于上述結(jié)構(gòu)體、且供被測(cè)定氣體導(dǎo)入；預(yù)備空腔，該預(yù)備空腔具有混合電位電極、且與上述氣體導(dǎo)入口連通；氧濃度調(diào)節(jié)室，該氧濃度調(diào)節(jié)室具有主泵電極、且與上述預(yù)備空腔連通；測(cè)定空腔，該測(cè)定空腔具有測(cè)定電極、且與上述氧濃度調(diào)節(jié)室連通；基準(zhǔn)電極，該基準(zhǔn)電極形成于上述結(jié)構(gòu)體的表面、且能夠與基準(zhǔn)氣體接觸；其中，向上述測(cè)定電極供給泵電流而將被測(cè)定氣體中的氧排出，并且，對(duì)上述混合電位電極的混合電位進(jìn)行檢測(cè)，由此，獲取上述被測(cè)定氣體中的nh3濃度。
根據(jù)上述觀點(diǎn)的氣體傳感器及氣體濃度測(cè)定方法，無(wú)需對(duì)預(yù)備空腔的預(yù)備泵電極的驅(qū)動(dòng)或停止進(jìn)行切換，就能夠測(cè)定nh3濃度和no濃度，因此，響應(yīng)速度優(yōu)異。
上述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)可以根據(jù)參照所添加的附圖進(jìn)行說(shuō)明的以下的實(shí)施方式的說(shuō)明，而容易地了解。
附圖說(shuō)明
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的氣體傳感器的一個(gè)結(jié)構(gòu)例的截面圖。
圖2是圖1的氣體傳感器的框圖。
圖3是示意性地表示第1實(shí)施方式中的氣體傳感器內(nèi)的反應(yīng)的說(shuō)明圖。
圖4是表示第1實(shí)施方式的氣體濃度測(cè)定方法的流程圖。
圖5是表示圖1的氣體傳感器中的被測(cè)定氣體的、混合電位相對(duì)于nh3濃度的測(cè)定結(jié)果的曲線圖。
圖6是示意性地表示第2實(shí)施方式中的氣體傳感器內(nèi)的反應(yīng)的說(shuō)明圖。
圖7是表示第2實(shí)施方式的氣體濃度測(cè)定方法的流程圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照?qǐng)D1～圖7，對(duì)本發(fā)明的氣體傳感器及氣體濃度測(cè)定方法的實(shí)施方式例進(jìn)行說(shuō)明。另外，本說(shuō)明書中，表示數(shù)值范圍的“～”是以包含其前后記載的數(shù)值作為下限值和上限值的含義來(lái)進(jìn)行使用的。
[第1實(shí)施方式]
第1實(shí)施方式的氣體傳感器10如圖1和圖2所示，具有傳感器元件12。傳感器元件12具有：由氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體14。在結(jié)構(gòu)體14的內(nèi)部形成有：用來(lái)供被測(cè)定氣體導(dǎo)入的氣體導(dǎo)入口16、與氣體導(dǎo)入口16連通的氧濃度調(diào)節(jié)室18、以及與氧濃度調(diào)節(jié)室18連通的測(cè)定空腔20。
氧濃度調(diào)節(jié)室18具有：與氣體導(dǎo)入口16連通的主空腔18a、和與主空腔18a連通的副空腔18b。測(cè)定空腔20與副空腔18b連通。
此外，氣體傳感器10在結(jié)構(gòu)體14中具有：設(shè)置于氣體導(dǎo)入口16與主空腔18a之間、且與氣體導(dǎo)入口16連通的預(yù)備空腔21。
具體而言，傳感器元件12的結(jié)構(gòu)體14是在附圖中自下側(cè)開(kāi)始按照以下順序?qū)盈B六個(gè)層而構(gòu)成的，所述六個(gè)層為：第1基板層22a、第2基板層22b、第3基板層22c、第1固體電解質(zhì)層24、隔離層26、以及第2固體電解質(zhì)層28。各層分別由氧化鋯(zro2)等氧離子傳導(dǎo)性固體電解質(zhì)層構(gòu)成。
在傳感器元件12的前端部側(cè)，且在第2固體電解質(zhì)層28的下表面28b與第1固體電解質(zhì)層24的上表面24a之間具備：氣體導(dǎo)入口16、第1擴(kuò)散速度控制部30、預(yù)備空腔21、第2擴(kuò)散速度控制部32、氧濃度調(diào)節(jié)室18、第3擴(kuò)散速度控制部34、以及測(cè)定空腔20。另外，在構(gòu)成氧濃度調(diào)節(jié)室18的主空腔18a與副空腔18b之間具備第4擴(kuò)散速度控制部36。
上述的氣體導(dǎo)入口16、第1擴(kuò)散速度控制部30、預(yù)備空腔21、第2擴(kuò)散速度控制部32、主空腔18a、第4擴(kuò)散速度控制部36、副空腔18b、第3擴(kuò)散速度控制部34、以及測(cè)定空腔20是以上述順序依次連通的形態(tài)鄰接而形成的。將從氣體導(dǎo)入口16到測(cè)定空腔20的部位也稱為氣體流通部。
氣體導(dǎo)入口16、預(yù)備空腔21、主空腔18a、副空腔18b以及測(cè)定空腔20是以在厚度方向上貫穿隔離層26的形態(tài)設(shè)置的內(nèi)部空間。預(yù)備空腔21、主空腔18a、副空腔18b、以及測(cè)定空腔20都是各上部被第2固體電解質(zhì)層28的下表面28b所隔開(kāi)，各下部被第1固體電解質(zhì)層24的上表面24a所隔開(kāi)。另外，預(yù)備空腔21、主空腔18a、副空腔18b、以及測(cè)定空腔20的側(cè)部被隔離層26的側(cè)面所隔開(kāi)。
第1擴(kuò)散速度控制部30、第3擴(kuò)散速度控制部34、以及第4擴(kuò)散速度控制部36均設(shè)置成：2條橫長(zhǎng)的(開(kāi)口在與附圖的紙面垂直的方向上具有長(zhǎng)度方向的)狹縫。第2擴(kuò)散速度控制部32設(shè)置成：1條橫長(zhǎng)的(開(kāi)口在與附圖的紙面垂直的方向上具有長(zhǎng)度方向的)狹縫。
另外，在第3基板層22c的上表面22c1與隔離層26的下表面26b之間，且是比氣體流通部更遠(yuǎn)離前端側(cè)的位置，設(shè)置有基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間38?；鶞?zhǔn)氣體導(dǎo)入空間38為如下內(nèi)部空間，即，該內(nèi)部空間是：上部被隔離層26的下表面26b隔開(kāi)、下部被第3基板層22c的上表面22c1隔開(kāi)、側(cè)部被第1固體電解質(zhì)層24的側(cè)面隔開(kāi)而成的內(nèi)部空間。作為基準(zhǔn)氣體的例如氧、大氣被導(dǎo)入于基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間38。
氣體導(dǎo)入口16是相對(duì)于外部空間而呈開(kāi)口的部位，被測(cè)定氣體從外部空間經(jīng)過(guò)該氣體導(dǎo)入口16而被引入到傳感器元件12內(nèi)。
第1擴(kuò)散速度控制部30是：對(duì)從氣體導(dǎo)入口16向預(yù)備空腔21導(dǎo)入的被測(cè)定氣體賦予規(guī)定的擴(kuò)散阻力的部位。
預(yù)備空腔21作為用于測(cè)定從氣體導(dǎo)入口16所導(dǎo)入的被測(cè)定氣體中的nh3濃度的空間而發(fā)揮作用。另外，預(yù)備空腔21根據(jù)需要還作為用于調(diào)整被測(cè)定氣體中的氧分壓的空間而發(fā)揮作用。在預(yù)備空腔21的內(nèi)部設(shè)置有產(chǎn)生與nh3濃度相對(duì)應(yīng)的混合電位的混合電位電極82。
對(duì)于混合電位電極82，在混合電位電極82、預(yù)備空腔21內(nèi)的被測(cè)定氣體、以及固體電解質(zhì)的三相界面發(fā)生：被測(cè)定氣體中的o2與被測(cè)定氣體中的no、nh3等之間的氧化·還原反應(yīng)。其結(jié)果，在與后述的基準(zhǔn)電極48之間產(chǎn)生：與no、nh3濃度相對(duì)應(yīng)的電位差(混合電位)v0。
作為混合電位電極82的材料，優(yōu)選使用如下材料，即，針對(duì)nh3與o2之間的反應(yīng)的催化活性較低、且nh3和o2不會(huì)在電極表面發(fā)生燃燒反應(yīng)并使上述的氣體成分能夠擴(kuò)散至三相界面的材料。雖然沒(méi)有特別限定，但是，混合電位電極82如果使用：混合電位v0相對(duì)于no及nh3中的nh3的濃度變化而言呈變化較大、且混合電位v0相對(duì)于no及nh3中的no的濃度變化而言呈變化較小的材料，則能夠容易地求出被測(cè)定氣體中的nh3濃度。
作為混合電位電極82的材料，具體而言，例如有：au(金)－pt(鉑)合金、ni(鎳)合金、co(鈷)合金等。另外，例如，可以使用：包含有v(釩)、w(鎢)、以及mo(鉬)中的任意一種或多種的氧化物、以及在這些氧化物中添加了用于提高針對(duì)nh3的檢測(cè)選擇性的添加物而得到的復(fù)合氧化物。作為氧化物，具體而言，例如，可以使用鉍釩氧化物(bivo4)、銅釩氧化物(cu2(vo3)2)中的任意一種。
在混合電位電極82使用au－pt合金的情況下，如果使用混合電位電極82的表面上的au的濃度(原子百分率)為30at％以上的au－pt合金，則混合電位v0變大，故優(yōu)選。由au－pt合金構(gòu)成的混合電位電極82例如可以通過(guò)如下方式來(lái)制作，即，在預(yù)備空腔21內(nèi)涂布au－pt合金的糊料，之后將構(gòu)成結(jié)構(gòu)體14的固體電解質(zhì)層疊，然后，與固體電解質(zhì)一起進(jìn)行燒成，由此，制作出混合電位電極82。如果此時(shí)的au－pt合金的au的投料組成量為1～10％，則在混合電位電極82的表面能夠得到利用xps法(x射線光電子分光法)測(cè)定的au的原子百分率為30at％以上的au濃度，故優(yōu)選。
預(yù)備泵單元80為：由混合電位電極82、外側(cè)泵電極44、以及第2固體電解質(zhì)層28構(gòu)成的電化學(xué)泵單元，其中所述混合電位電極82設(shè)置于：面向預(yù)備空腔21的第2固體電解質(zhì)層28的下表面28b的大致整體。
預(yù)備泵單元80能夠通過(guò)向混合電位電極82與外側(cè)泵電極44之間外加所期望的預(yù)備泵電壓vp0，而將預(yù)備空腔21內(nèi)的氣氛中的氧向外部空間汲出、或者從外部空間向預(yù)備空腔21內(nèi)汲入氧。
此外，無(wú)需使預(yù)備泵單元80工作就可以進(jìn)行第1實(shí)施方式中的nh3濃度及no濃度的測(cè)定。因此，本實(shí)施方式中，預(yù)備泵單元80不是必須的。后述的第2實(shí)施方式的測(cè)定方法中，使預(yù)備泵單元80進(jìn)行工作。
氣體傳感器10為了進(jìn)行預(yù)備空腔21內(nèi)的氣氛中的nh3濃度的檢測(cè)，具有nh3檢測(cè)用的混合電位傳感器單元84。該混合電位傳感器單元84具有：混合電位電極82、基準(zhǔn)電極48、第2固體電解質(zhì)層28、隔離層26、以及第1固體電解質(zhì)層24?；旌想娢粋鞲衅鲉卧?4檢測(cè)出：因預(yù)備空腔21內(nèi)的氣氛中的nh3與氧的反應(yīng)而產(chǎn)生的電位和基準(zhǔn)電極48的電位之間的電位差，以此來(lái)作為混合電位v0。
預(yù)備空腔21還作為緩沖空間而發(fā)揮作用。即，能夠消除：因?yàn)橥獠靠臻g中的被測(cè)定氣體的壓力變動(dòng)而導(dǎo)致的被測(cè)定氣體的濃度變動(dòng)。作為這樣的被測(cè)定氣體的壓力變動(dòng)，例如，可舉出汽車的尾氣的排氣壓的脈動(dòng)等。
第2擴(kuò)散速度控制部32是：對(duì)從預(yù)備空腔21向主空腔18a導(dǎo)入的被測(cè)定氣體賦予規(guī)定的擴(kuò)散阻力的部位。
主空腔18a設(shè)置成：用于對(duì)從氣體導(dǎo)入口16導(dǎo)入的被測(cè)定氣體中的氧分壓進(jìn)行調(diào)節(jié)的空間。氧分壓通過(guò)主泵單元40進(jìn)行工作而被調(diào)節(jié)。
主泵單元40是：由主泵電極42、外側(cè)泵電極44、以及被這些電極夾持的氧離子傳導(dǎo)性的固體電解質(zhì)構(gòu)成的電化學(xué)泵單元，也被稱為主電化學(xué)泵單元。主泵電極42形成于：劃分出主空腔18a的第1固體電解質(zhì)層24的上表面24a、第2固體電解質(zhì)層28的下表面28b、以及隔離層26的側(cè)面的各自的大致整面。外側(cè)泵電極44形成于第2固體電解質(zhì)層28的上表面28a。外側(cè)泵電極44的位置最好是以暴露于外部空間的形態(tài)而設(shè)置在與主泵電極42對(duì)應(yīng)的區(qū)域。主泵電極42和外側(cè)泵電極44例如可以構(gòu)成為：俯視時(shí)呈矩形的多孔質(zhì)金屬陶瓷電極。
主泵電極42優(yōu)選由減弱了針對(duì)被測(cè)定氣體中的氮氧化物(nox)成分的還原能力的材料構(gòu)成。另外，主泵電極42優(yōu)選由具有被測(cè)定氣體中的nh3的氧化能力的材料構(gòu)成。具體而言，例如可以為包含0.1wt％～1wt％的au(金)的pt(鉑)等貴金屬與zro2的金屬陶瓷電極。此外，如果使au的濃度高于上述的值，則主泵電極42針對(duì)nh3的氧化能力降低，因此，不易在主空腔18a中進(jìn)行將nh3轉(zhuǎn)化為no的反應(yīng)。
主泵單元40通過(guò)在傳感器元件12的外部所具備的第1可變電源46，來(lái)外加第1泵電壓vp1。結(jié)果，使第1泵電流ip1在外側(cè)泵電極44與主泵電極42之間流通，從而能夠?qū)⒅骺涨?8a內(nèi)的o2向外部汲出、或者將外部空間的o2向主空腔18a內(nèi)汲入。
另外，傳感器元件12具有作為電化學(xué)傳感器單元的第1氧分壓檢測(cè)傳感器單元50。該第1氧分壓檢測(cè)傳感器單元50由主泵電極42、基準(zhǔn)電極48、以及被這些電極所夾持的氧離子傳導(dǎo)性的第1固體電解質(zhì)層24構(gòu)成?；鶞?zhǔn)電極48是：形成于第1固體電解質(zhì)層24與第3基板層22c之間的電極，由與外側(cè)泵電極44相同的多孔質(zhì)金屬陶瓷構(gòu)成。
基準(zhǔn)電極48形成為：俯視時(shí)呈矩形。另外，在基準(zhǔn)電極48的周圍設(shè)置有：由多孔質(zhì)氧化鋁構(gòu)成且與基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間38連接的基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入層52?；鶞?zhǔn)氣體導(dǎo)入空間38的基準(zhǔn)氣體經(jīng)由基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入層52而被導(dǎo)入到基準(zhǔn)電極48的表面。在第1氧分壓檢測(cè)傳感器單元50中，因?yàn)橹骺涨?8a內(nèi)的氣氛與基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間38的基準(zhǔn)氣體之間的氧濃度差，而在主泵電極42與基準(zhǔn)電極48之間產(chǎn)生第1電動(dòng)勢(shì)v1。
在第1氧分壓檢測(cè)傳感器單元50中產(chǎn)生的第1電動(dòng)勢(shì)v1根據(jù)存在于主空腔18a的氣氛的氧分壓而發(fā)生變化。傳感器元件12利用上述的第1電動(dòng)勢(shì)v1而對(duì)主泵單元40的第1可變電源46進(jìn)行反饋控制。由此，能夠根據(jù)主空腔18a的氣氛的氧分壓，來(lái)控制第1可變電源46所外加的第1泵電壓vp1。
另外，第1可變電源46向主泵電極42供給的第1泵電流ip1反映了從主空腔18a汲出、或汲入的o2的量。因此，在以使第1電動(dòng)勢(shì)v1恒定的方式進(jìn)行動(dòng)作的條件下，第1可變電源46向主泵電極42供給的第1泵電流ip1反映了被測(cè)定氣體中的o2的濃度。由此，通過(guò)檢測(cè)第1泵電流ip1，可得到被測(cè)定氣體中的氧濃度。如后所述，被測(cè)定氣體中的氧濃度用于混合電位的氧濃度依賴性的修正。
第4擴(kuò)散速度控制部36是：對(duì)被測(cè)定氣體賦予規(guī)定的擴(kuò)散阻力、并將該被測(cè)定氣體導(dǎo)入副空腔18b的部位，其中所述被測(cè)定氣體是：在主空腔18a中，利用主泵單元40的動(dòng)作而對(duì)氧濃度(氧分壓)進(jìn)行控制之后的氣體。
副空腔18b設(shè)置成用于進(jìn)行如下處理的空間，即：預(yù)先在主空腔18a中，對(duì)氧濃度(氧分壓)進(jìn)行調(diào)節(jié)，之后又經(jīng)過(guò)第4擴(kuò)散速度控制部36而被導(dǎo)入被測(cè)定氣體，再利用輔助泵單元54，對(duì)被導(dǎo)入的被測(cè)定氣體進(jìn)行氧分壓的調(diào)節(jié)。由此，能夠?qū)⒏笨涨?8b內(nèi)的氧濃度高精度地保持恒定，從而能夠?qū)崿F(xiàn)精度高的nox濃度測(cè)定。
輔助泵單元54為電化學(xué)泵單元，其由輔助泵電極56、外側(cè)泵電極44以及第2固體電解質(zhì)層28構(gòu)成，其中該輔助泵電極56設(shè)置于：面向副空腔18b的第2固體電解質(zhì)層28的下表面28b的大致整體。另外，關(guān)于輔助泵電極56，與主泵電極42同樣地，也是使用減弱了針對(duì)被測(cè)定氣體中的nox成分的還原能力的材料來(lái)形成的。
輔助泵單元54構(gòu)成為：通過(guò)向輔助泵電極56與外側(cè)泵電極44之間外加所期望的第2泵電壓vp2，而能夠?qū)⒏笨涨?8b內(nèi)的氣氛中的氧向外部空間汲出、或者從外部空間向副空腔18b汲入氧。
另外，為了控制副空腔18b內(nèi)的氣氛中的氧分壓，由輔助泵電極56、基準(zhǔn)電極48、第2固體電解質(zhì)層28、隔離層26、以及第1固體電解質(zhì)層24構(gòu)成電化學(xué)傳感器單元。亦即，構(gòu)成：輔助泵控制用的第2氧分壓檢測(cè)傳感器單元58。
在第2氧分壓檢測(cè)傳感器單元58中，因?yàn)楦笨涨?8b內(nèi)的氣氛與基準(zhǔn)氣體導(dǎo)入空間38的基準(zhǔn)氣體之間的氧濃度差，而在輔助泵電極56與基準(zhǔn)電極48之間產(chǎn)生第2電動(dòng)勢(shì)v2。該第2氧分壓檢測(cè)傳感器單元58所產(chǎn)生的第2電動(dòng)勢(shì)v2根據(jù)存在于副空腔18b的氣氛的氧分壓而發(fā)生變化。
傳感器元件12通過(guò)基于上述的第2電動(dòng)勢(shì)v2來(lái)對(duì)第2可變電源60進(jìn)行控制，由此進(jìn)行輔助泵單元54的泵送。據(jù)此，副空腔18b內(nèi)的氣氛中的氧分壓被控制至：實(shí)質(zhì)上對(duì)nox的測(cè)定沒(méi)有影響的較低的分壓。
另外，輔助泵單元54的第2泵電流ip2被使用于：控制第2氧分壓檢測(cè)傳感器單元58的第2電動(dòng)勢(shì)v2。具體而言，第2泵電流ip2作為控制信號(hào)而被輸入到第2氧分壓檢測(cè)傳感器單元58。其結(jié)果，對(duì)第2電動(dòng)勢(shì)v2進(jìn)行控制，而控制成：經(jīng)過(guò)第4擴(kuò)散速度控制部36而被導(dǎo)入到副空腔18b內(nèi)的被測(cè)定氣體中的氧分壓的梯度始終恒定。在將氣體傳感器10作為nox傳感器使用時(shí)，通過(guò)主泵單元40和輔助泵單元54的工作，副空腔18b內(nèi)的氧濃度高精度地保持在各條件的規(guī)定的值。
第3擴(kuò)散速度控制部34是：對(duì)被測(cè)定氣體賦予規(guī)定的擴(kuò)散阻力、并將該被測(cè)定氣體導(dǎo)入到測(cè)定空腔20的部位，其中所述被測(cè)定氣體是：在副空腔18b中，利用輔助泵單元54的動(dòng)作而對(duì)氧濃度(氧分壓)進(jìn)行控制之后的氣體。
nox濃度的測(cè)定主要是通過(guò)設(shè)置于測(cè)定空腔20的測(cè)定用泵單元61的動(dòng)作而進(jìn)行的。測(cè)定用泵單元61是：由測(cè)定電極62、外側(cè)泵電極44、第2固體電解質(zhì)層28、隔離層26、以及第1固體電解質(zhì)層24構(gòu)成的電化學(xué)泵單元。測(cè)定電極62設(shè)置于：測(cè)定空腔20內(nèi)的例如第1固體電解質(zhì)層24的上表面24a，并由針對(duì)被測(cè)定氣體中的nox成分的還原能力高于主泵電極42的材料構(gòu)成。測(cè)定電極62例如可以為多孔質(zhì)金屬陶瓷電極。另外，測(cè)定電極62優(yōu)選使用：還作為對(duì)氣氛中所存在的nox進(jìn)行還原的nox還原催化劑而發(fā)揮作用的材料。
測(cè)定用泵單元61通過(guò)在測(cè)定空腔20內(nèi)且在測(cè)定電極62的周圍對(duì)氮氧化物進(jìn)行分解而產(chǎn)生氧。此外，測(cè)定用泵單元61能夠?qū)y(cè)定電極62中產(chǎn)生的氧汲出，并檢測(cè)出該氧的產(chǎn)生量，來(lái)作為測(cè)定泵電流ip3亦即傳感器輸出。
另外，為了檢測(cè)測(cè)定空腔20內(nèi)的測(cè)定電極62的周圍的氧分壓，由第1固體電解質(zhì)層24、測(cè)定電極62、以及基準(zhǔn)電極48構(gòu)成電化學(xué)傳感器單元，亦即構(gòu)成測(cè)定用泵控制用的第3氧分壓檢測(cè)傳感器單元66?；谟傻?氧分壓檢測(cè)傳感器單元66檢測(cè)到的第3電動(dòng)勢(shì)v3，來(lái)控制第3可變電源68。
導(dǎo)入到副空腔18b內(nèi)的被測(cè)定氣體在氧分壓被控制的狀況下經(jīng)過(guò)第3擴(kuò)散速度控制部34而到達(dá)測(cè)定空腔20內(nèi)的測(cè)定電極62。測(cè)定電極62的周圍的被測(cè)定氣體中的no被還原而產(chǎn)生氧。這里，所產(chǎn)生的氧通過(guò)測(cè)定用泵單元61而被泵送。此時(shí)，對(duì)第3可變電源68的第3泵電壓vp3進(jìn)行控制，以使得由第3氧分壓檢測(cè)傳感器單元66檢測(cè)到的第3電動(dòng)勢(shì)v3為恒定的。在測(cè)定電極62的周圍所生成的氧的量與被測(cè)定氣體中的no的濃度是成正比例的。因此，使用測(cè)定用泵單元61的測(cè)定泵電流ip3，能夠計(jì)算出被測(cè)定氣體中的no濃度。即，測(cè)定用泵單元61構(gòu)成：用于對(duì)測(cè)定空腔20內(nèi)的特定成分(no)的濃度進(jìn)行測(cè)定的no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104。
另外，氣體傳感器10具有電化學(xué)傳感器單元70。該傳感器單元70由第2固體電解質(zhì)層28、隔離層26、第1固體電解質(zhì)層24、第3基板層22c、外側(cè)泵電極44、以及基準(zhǔn)電極48構(gòu)成。能夠利用由該傳感器單元70得到的電動(dòng)勢(shì)vref，來(lái)檢測(cè)傳感器外部的被測(cè)定氣體中的氧分壓。
此外，在傳感器元件12中，以被第2基板層22b和第3基板層22c從上下夾持的形態(tài)而形成有加熱器72。加熱器72通過(guò)設(shè)置于第1基板層22a的下表面22a2的未圖示的加熱器電極而從外部被供電，由此進(jìn)行發(fā)熱。通過(guò)加熱器72發(fā)熱，來(lái)提高構(gòu)成傳感器元件12的固體電解質(zhì)的氧離子傳導(dǎo)性。加熱器72埋設(shè)于預(yù)備空腔21、氧濃度調(diào)節(jié)室18和測(cè)定空腔20的整個(gè)區(qū)域，能夠?qū)鞲衅髟?2的規(guī)定位置加熱到規(guī)定的溫度，并保溫。另外，出于得到與第2基板層22b以及第3基板層22c之間的電絕緣性的目的，在加熱器72的上下形成有：由氧化鋁等構(gòu)成的加熱器絕緣層74。以下，也將加熱器72、加熱器電極、加熱器絕緣層74統(tǒng)稱為加熱器部。
利用加熱器部對(duì)傳感器元件12進(jìn)行加熱的加熱溫度例如可以為500～900℃。從提高混合電位電極82的nh3測(cè)定精度的觀點(diǎn)考慮，傳感器元件12的溫度優(yōu)選選擇上述的溫度范圍中極其低的溫度。另一方面，如果傳感器元件12的溫度過(guò)低，則測(cè)定空腔20內(nèi)的no的分解反應(yīng)以及測(cè)定電極62的測(cè)定泵電流ip3的輸出自身就會(huì)降低。因此，優(yōu)選為，在能夠檢測(cè)出測(cè)定泵電流ip3的傳感器輸出的范圍內(nèi)盡量降低傳感器元件12的加熱溫度。因此，如果傳感器元件12的溫度為700～800℃，則可得到大的傳感器輸出而理想地進(jìn)行動(dòng)作。
此外，如圖2示意性地所示，氣體傳感器10具有：用于對(duì)氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)的氧濃度進(jìn)行控制的氧濃度控制機(jī)構(gòu)100(主氧濃度控制機(jī)構(gòu))、用于對(duì)傳感器元件12的溫度進(jìn)行控制的溫度控制機(jī)構(gòu)102、no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104、預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106、nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)108、以及目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110。
另外，氧濃度控制機(jī)構(gòu)100、溫度控制機(jī)構(gòu)102、no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104、預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106、nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)108和目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110由具有例如一個(gè)或多個(gè)cpu(中央處理單元)和存儲(chǔ)裝置等的1個(gè)以上的電子電路構(gòu)成。電子電路也是：通過(guò)cpu執(zhí)行例如存儲(chǔ)于存儲(chǔ)裝置的程序而實(shí)現(xiàn)規(guī)定的功能的軟件功能部。當(dāng)然，還可以是將多個(gè)電子電路根據(jù)功能而進(jìn)行連接所得到的fpga(field-programmablegatearray)等集成電路等。
氣體傳感器10除了具備上述的氧濃度調(diào)節(jié)室18、氧濃度控制機(jī)構(gòu)100、溫度控制機(jī)構(gòu)102、以及no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104以外，還具備預(yù)備空腔21、預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106、nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)108、以及目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110，由此能夠獲取no和nh3的各濃度。
氧濃度控制機(jī)構(gòu)100基于預(yù)先設(shè)定的氧濃度的條件、以及第1氧分壓檢測(cè)傳感器單元50(參照?qǐng)D1)中所產(chǎn)生的第1電動(dòng)勢(shì)v1，來(lái)對(duì)第1可變電源46進(jìn)行反饋控制，將氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)的氧濃度調(diào)節(jié)為符合上述條件的濃度。
溫度控制機(jī)構(gòu)102基于預(yù)先設(shè)定的傳感器溫度的條件、以及來(lái)自對(duì)傳感器元件12的溫度進(jìn)行測(cè)量的溫度傳感器(未圖示)的測(cè)量值，來(lái)對(duì)加熱器72進(jìn)行反饋控制，由此將傳感器元件12的溫度調(diào)節(jié)為符合上述條件的溫度。
氣體傳感器10通過(guò)以下方式對(duì)氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)的狀態(tài)進(jìn)行控制，即：利用上述的氧濃度控制機(jī)構(gòu)100或溫度控制機(jī)構(gòu)102的單獨(dú)動(dòng)作、或者氧濃度控制機(jī)構(gòu)100和溫度控制機(jī)構(gòu)102的協(xié)同動(dòng)作，不是使氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)的no分解，而是將nh3全部轉(zhuǎn)化為no。另外，被測(cè)定氣體中的no2在氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)被還原為no。
no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104對(duì)測(cè)定電極62的測(cè)定泵電流ip3進(jìn)行測(cè)定，以此來(lái)作為第1傳感器輸出。
預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106根據(jù)需要，以主泵單元40的第1泵電流ip1為預(yù)先設(shè)定的值的方式對(duì)預(yù)備可變電源86進(jìn)行反饋控制，將預(yù)備空腔21內(nèi)的氧濃度調(diào)節(jié)為符合條件的濃度。此外，在第1實(shí)施方式中，使預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106不工作而進(jìn)行測(cè)定。
nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)108對(duì)混合電位電極82的混合電位進(jìn)行測(cè)定，以此來(lái)作為第2傳感器輸出。
而且，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110基于no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104的第1傳感器輸出、和nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)108的第2傳感器輸出，來(lái)獲取被測(cè)定氣體中的no和nh3的濃度。
本實(shí)施方式的混合電位電極82的混合電位主要是通過(guò)被測(cè)定氣體中的nh3與氧的反應(yīng)而產(chǎn)生。因此，混合電位不僅因nh3的濃度而變動(dòng)，還會(huì)因氧的濃度而變動(dòng)。因此，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110基于主泵單元40的第1泵電流ip1，來(lái)求出被測(cè)定氣體中的氧濃度。而且，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110參照：預(yù)先測(cè)定求出的、包含與混合電位的氧濃度依賴性相關(guān)的數(shù)據(jù)的映射112。映射112中包括：混合電位與nh3濃度之間的相關(guān)關(guān)系、以及與該相關(guān)關(guān)系的氧濃度依賴性相關(guān)的數(shù)據(jù)。目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110基于第2傳感器輸出、和被測(cè)定氣體中的氧濃度，并通過(guò)參照映射112，對(duì)由氧濃度引起的誤差進(jìn)行修正，由此求出被測(cè)定氣體中的nh3濃度。
另外，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110根據(jù)no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104的第1傳感器輸出，來(lái)對(duì)測(cè)定空腔20內(nèi)的no濃度進(jìn)行測(cè)定。然后，測(cè)定空腔20內(nèi)的no濃度減去參照映射112而求出的被測(cè)定氣體中的nh3濃度，由此，求出被測(cè)定氣體中的no濃度。
接下來(lái)，參照?qǐng)D3，對(duì)氣體傳感器10內(nèi)的被測(cè)定氣體的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖3所示，經(jīng)過(guò)氣體導(dǎo)入口16而導(dǎo)入至預(yù)備空腔21的被測(cè)定氣體的極少部分在混合電位電極82的表面發(fā)生反應(yīng)，從而使混合電位電極82產(chǎn)生混合電位v0。由于有助于產(chǎn)生混合電位v0的氣體成分的量很少，所以，在預(yù)備空腔21中，被測(cè)定氣體中的no、nh3以及氧的濃度幾乎沒(méi)有變化。
從預(yù)備空腔21流入至氧濃度調(diào)節(jié)室18的被測(cè)定氣體中的氧通過(guò)主泵單元40而被汲出，并被設(shè)定為規(guī)定的氧分壓。另外，被測(cè)定氣體中的nh3在氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)發(fā)生從nh3被氧化為no的反應(yīng)，由此，在氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)，所有nh3都轉(zhuǎn)化為no。另外，no2等氮氧化物也轉(zhuǎn)化為no。
然后，氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)的no向測(cè)定空腔20流入，對(duì)其no濃度進(jìn)行檢測(cè)，以此來(lái)作為流通于測(cè)定用泵單元61的測(cè)定泵電流ip3。
接下來(lái)，參照?qǐng)D4的流程圖，對(duì)氣體傳感器10的被測(cè)定氣體中的no以及nh3濃度的測(cè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在步驟s10，氣體傳感器10使o2、no以及nh3混合存在的被測(cè)定氣體經(jīng)過(guò)氣體導(dǎo)入口16而向預(yù)備空腔21內(nèi)導(dǎo)入。
接下來(lái)，在步驟s12，氧濃度控制機(jī)構(gòu)100將氧濃度調(diào)節(jié)室18的氧濃度控制為規(guī)定的一定值。如上所述，在氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)，進(jìn)行動(dòng)作，以使得所有的nox以及nh3都轉(zhuǎn)化為no，且將妨礙no濃度測(cè)定的剩余氧汲出。此時(shí)，氧濃度控制機(jī)構(gòu)100對(duì)作為第1氧分壓檢測(cè)傳感器單元50的傳感器輸出的第1電動(dòng)勢(shì)v1進(jìn)行檢測(cè)。而且，氧濃度控制機(jī)構(gòu)100以第1電動(dòng)勢(shì)v1為恒定的值的方式將第1泵電流ip1的值向主泵單元40的主泵電極42進(jìn)行反饋控制。之后，在進(jìn)行氣體傳感器10的測(cè)定期間，利用氧濃度控制機(jī)構(gòu)100，繼續(xù)進(jìn)行第1泵電流ip1的控制。
在步驟s14，nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)108對(duì)混合電位電極82與基準(zhǔn)電極48之間的電位差亦即混合電位v0進(jìn)行檢測(cè)。將該混合電位v0的測(cè)定結(jié)果(第2傳感器輸出)輸入給目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110。
在步驟s16，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110獲取氧濃度控制機(jī)構(gòu)100的第1泵電流ip1，從而對(duì)被測(cè)定氣體中的氧濃度進(jìn)行測(cè)定。目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110參照表示第1泵電流ip1與被測(cè)定氣體中的氧濃度之間的相關(guān)關(guān)系的映射112，來(lái)測(cè)定被測(cè)定氣體中的氧濃度。
在步驟s18，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110獲取被測(cè)定氣體中的nh3濃度。目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110參照下述的映射112，來(lái)獲取被測(cè)定氣體中的nh3濃度，即，映射112存儲(chǔ)有：預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出的混合電位與nh3濃度之間的相關(guān)關(guān)系、和表示該相關(guān)關(guān)系的氧濃度依賴性的數(shù)據(jù)。據(jù)此，對(duì)由氧濃度引起的混合電位的誤差進(jìn)行修正。
在步驟s20，no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104對(duì)測(cè)定用泵單元61的測(cè)定泵電流ip3的值(第1傳感器輸出)進(jìn)行檢測(cè)。
在步驟s22，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110獲取被測(cè)定氣體中的no濃度。這里，映射112中包括有：預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出的、表示測(cè)定泵電流ip3與no濃度之間的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)。目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110基于步驟s20中所獲取的測(cè)定用泵單元61的測(cè)定泵電流ip3的值，并參照映射112，來(lái)獲取測(cè)定空腔20內(nèi)的氣氛中的no濃度。接下來(lái)，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110通過(guò)將測(cè)定空腔20內(nèi)的氣氛中的no濃度減去由在步驟s18中所求出的nh3濃度而得到的no濃度量，來(lái)獲取被測(cè)定氣體中的no濃度。
通過(guò)以上所述，求出了被測(cè)定氣體中的no以及nh3的濃度。然后，在步驟s24，判定：目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110是否繼續(xù)進(jìn)行測(cè)定。在步驟s24，在判斷為目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110繼續(xù)測(cè)定的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟s14，反復(fù)進(jìn)行no以及nh3的濃度的測(cè)定。另一方面，在步驟s24，在判斷為目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110結(jié)束測(cè)定的情況下，則結(jié)束氣體傳感器10的測(cè)定處理。
(實(shí)驗(yàn)例)
以下，對(duì)如下實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，即，在本實(shí)施方式的氣體傳感器10中，導(dǎo)入包含有no及nh3的被測(cè)定氣體，來(lái)對(duì)混合電位電極82的混合電位進(jìn)行測(cè)定的實(shí)驗(yàn)例。本實(shí)驗(yàn)例中，使用了在投料組成中含有5wt％的au在內(nèi)的au/pt合金的糊料，來(lái)制作出氣體傳感器10的混合電位電極82。在將結(jié)構(gòu)體14層疊而形成出預(yù)備空腔21時(shí)，在預(yù)備空腔21內(nèi)涂布au/pt合金的糊料，來(lái)形成混合電位電極82。然后，以約1400℃的溫度而與結(jié)構(gòu)體14一起進(jìn)行燒成，從而形成出混合電位電極82。
此外，將本實(shí)驗(yàn)例的氣體傳感器10切斷，利用xps，對(duì)混合電位電極82的貴金屬粒子表面的原子百分率進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果，au的原子百分率為60atm％。
關(guān)于本實(shí)驗(yàn)例的氣體傳感器10，在使用加熱器72而將溫度保持在750℃的狀態(tài)下，導(dǎo)入被測(cè)定氣體，來(lái)測(cè)定混合電位v0。此外，被測(cè)定氣體中，氧濃度為10％，h2o濃度為3％，no濃度為0～500ppm，nh3濃度為0～500ppm，流量為200l/min。
如圖5所示，在本實(shí)驗(yàn)例的混合電位電極82，混合電位v0隨著nh3濃度的增加而上升。另一方面，可知：即便使no的濃度在0～500ppm的范圍內(nèi)發(fā)生變化，混合電位v0也幾乎沒(méi)有變化，僅nh3濃度發(fā)生變化。
因此，可確認(rèn)到：通過(guò)檢測(cè)預(yù)備空腔21內(nèi)的混合電位電極82的混合電位，能夠選擇性地僅僅測(cè)定no和nh3的濃度中的nh3的濃度。
上述的氣體傳感器10起到以下的效果。
在氣體傳感器10中，通過(guò)在預(yù)備空腔21設(shè)置有混合電位電極82，能夠基于混合電位電極82的混合電位(第2傳感器輸出)，來(lái)選擇性地檢測(cè)出包含no及nh3的被測(cè)定氣體中的nh3濃度。另外，通過(guò)基于測(cè)定泵電流ip3(第1傳感器輸出)而檢測(cè)出的no濃度減去nh3濃度，就能夠測(cè)定被測(cè)定氣體中的no濃度。
另外，根據(jù)氣體傳感器10，不需要：每隔一定時(shí)間就要對(duì)預(yù)備空腔21內(nèi)的預(yù)備泵單元80的驅(qū)動(dòng)或停止進(jìn)行切換、同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，因此，能夠始終測(cè)定被測(cè)定氣體的no及nh3。由此，傳感器輸出相對(duì)于氣體濃度變化的響應(yīng)速度優(yōu)異。此外，氣體傳感器10在氧濃度調(diào)節(jié)室18以及測(cè)定空腔20中，進(jìn)行被測(cè)定氣體的吸入，因此，能夠?qū)⒈粶y(cè)定氣體快速導(dǎo)入預(yù)備空腔21或測(cè)定空腔20。因此，根據(jù)氣體傳感器10，與以往的混合電位型氣體傳感器相比，響應(yīng)性更加優(yōu)異。
另外，混合電位電極82即便配置于傳感器元件12的表面(例如、外側(cè)泵電極44的旁邊)也能夠進(jìn)行nh3的測(cè)定，但是，通過(guò)像本發(fā)明這樣形成于預(yù)備空腔21的內(nèi)部，使其暴露于尾氣所包含的雜質(zhì)中(例如、硫、磷、硅等)的機(jī)會(huì)減少，混合電位電極82的耐久性得到提高。
在氣體傳感器10中，可以由金(au)－鉑(pt)合金、鉍釩氧化物(bivo4)、銅釩氧化物(cu2(vo3)2)、鎢氧化物、以及鉬氧化物構(gòu)成混合電位電極82。另外，在使混合電位電極82為au－pt合金的情況下，通過(guò)使au為30at％以上的濃度，可得到較大的混合電位輸出。另外，通過(guò)使用上述的混合電位電極82，能夠從被測(cè)定氣體中選擇性地測(cè)定nh3的濃度。
在氣體傳感器10中，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110通過(guò)根據(jù)測(cè)定電極62的測(cè)定泵電流ip3而求出的no濃度減去由nh3濃度而得到的no濃度量，能夠獲取被測(cè)定氣體中的no濃度。
在氣體傳感器10中，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110根據(jù)主泵電極42的第1泵電流ip1而測(cè)定被測(cè)定氣體中的氧濃度，并且，基于該氧濃度的測(cè)定結(jié)果，對(duì)混合電位與nh3濃度之間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行修正，來(lái)獲取nh3濃度。據(jù)此，能夠消除由氧濃度變動(dòng)所帶來(lái)的混合電位誤差的影響，能夠求出準(zhǔn)確的nh3濃度。
(第2實(shí)施方式)
以下，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式的氣體濃度測(cè)定方法進(jìn)行說(shuō)明。此外，本實(shí)施方式的氣體濃度測(cè)定用的氣體傳感器10與圖1所示的氣體傳感器10相同。
在本實(shí)施方式中，為了防止混合電位因氧濃度而變動(dòng)，進(jìn)行如下動(dòng)作，即，在圖1的氣體傳感器10中，向混合電位電極82與外側(cè)泵電極44之間外加預(yù)備泵電壓vp0，將預(yù)備空腔21內(nèi)的氧濃度控制為恒定。
即，使圖2的預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106進(jìn)行工作。在本實(shí)施方式中，預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106獲取主泵單元40的第1泵電流ip1，以第1泵電流ip1恒定的方式對(duì)混合電位電極82的預(yù)備泵電壓vp0進(jìn)行反饋控制。據(jù)此，如圖6所示，預(yù)備空腔21內(nèi)的剩余o2通過(guò)在混合電位電極82與外側(cè)泵電極44之間形成的預(yù)備泵單元80而被汲出。另外，在氧濃度低于規(guī)定值的情況下，通過(guò)預(yù)備泵單元80而向預(yù)備空腔21內(nèi)汲入氧。據(jù)此，即便被測(cè)定氣體中的氧濃度發(fā)生變動(dòng)，預(yù)備空腔21內(nèi)的氧分壓也會(huì)保持在恒定。這樣，在利用預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106而對(duì)氧濃度的控制之下，進(jìn)行混合電位的測(cè)定。
另外，關(guān)于氧濃度調(diào)節(jié)室18及測(cè)定空腔20的構(gòu)成及動(dòng)作，與利用第1實(shí)施方式的氣體傳感器10來(lái)測(cè)定no濃度的測(cè)定動(dòng)作相同。
以下，參照?qǐng)D7的流程圖，對(duì)本實(shí)施方式的氣體濃度的測(cè)定動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
首先，在步驟s30，氣體傳感器10使o2、no以及nh3混合存在的被測(cè)定氣體經(jīng)過(guò)氣體導(dǎo)入口16而向預(yù)備空腔21內(nèi)導(dǎo)入。
接下來(lái)，在步驟s32，氧濃度控制機(jī)構(gòu)100將氧濃度調(diào)節(jié)室18的氧濃度控制為規(guī)定的恒定值。如上所述，在氧濃度調(diào)節(jié)室18內(nèi)，進(jìn)行如下動(dòng)作，即，所有nox以及nh3都轉(zhuǎn)化為no，且將妨礙no濃度測(cè)定的剩余氧汲出。此時(shí)，氧濃度控制機(jī)構(gòu)100對(duì)作為第1氧分壓檢測(cè)傳感器單元50的傳感器輸出的第1電動(dòng)勢(shì)v1進(jìn)行檢測(cè)。而且，氧濃度控制機(jī)構(gòu)100以第1電動(dòng)勢(shì)v1為恒定的值的方式將第1泵電流ip1的值向主泵單元40的主泵電極42進(jìn)行反饋控制。之后，在進(jìn)行氣體傳感器10的測(cè)定期間，利用氧濃度控制機(jī)構(gòu)100，繼續(xù)進(jìn)行第1泵電流ip1的控制。
在步驟s34，預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106將預(yù)備空腔21內(nèi)的氧濃度反饋控制為恒定的值。即，預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106向混合電位電極82與外側(cè)泵電極44之間外加與氧濃度控制機(jī)構(gòu)100的第1泵電流ip1的大小相對(duì)應(yīng)的預(yù)備泵電壓vp0。之后，在進(jìn)行氣體濃度的測(cè)定期間，利用預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106，繼續(xù)進(jìn)行預(yù)備泵電壓vp0的控制。
接下來(lái)，在步驟s36，nh3濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)108對(duì)作為混合電位電極82與基準(zhǔn)電極48之間的電位差的混合電位v0進(jìn)行檢測(cè)。將該混合電位v0的測(cè)定結(jié)果(第2傳感器輸出)輸入給目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110。
在步驟s38，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110參照：預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出的與混合電位和nh3濃度之間的相關(guān)關(guān)系(參照?qǐng)D5)相關(guān)的映射112，根據(jù)混合電位，來(lái)獲取被測(cè)定氣體的nh3濃度。
在步驟s40，no濃度測(cè)定機(jī)構(gòu)104對(duì)測(cè)定泵電流ip3進(jìn)行檢測(cè)。
在步驟s42，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110獲取被測(cè)定氣體的no濃度。這里，映射112中包括：預(yù)先通過(guò)實(shí)驗(yàn)求出的、表示測(cè)定泵電流ip3與no濃度之間的相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)。目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110基于測(cè)定用泵單元61的測(cè)定泵電流ip3的值，并參照映射112，獲取測(cè)定空腔20內(nèi)的氣氛中的no濃度。接下來(lái)，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110通過(guò)測(cè)定空腔20內(nèi)的氣氛中的no濃度減去由在步驟s38中所求出的nh3濃度而得到的no濃度，來(lái)獲取被測(cè)定氣體中的no濃度。通過(guò)以上所述，求出被測(cè)定氣體中的no以及nh3濃度。
然后，在步驟s44，判定：目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110是否繼續(xù)測(cè)定。在步驟s44，在判斷為目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110繼續(xù)測(cè)定的情況下，轉(zhuǎn)移到步驟s36，反復(fù)進(jìn)行no以及nh3的濃度測(cè)定。另一方面，在步驟s44，在判斷為目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110結(jié)束測(cè)定的情況下，則結(jié)束測(cè)定處理。
本實(shí)施方式的動(dòng)作方案中的氣體傳感器10起到以下的效果。
本實(shí)施方式的動(dòng)作方案的氣體傳感器10在利用預(yù)備氧濃度控制機(jī)構(gòu)106將預(yù)備空腔21內(nèi)的氧濃度保持于恒定的條件下，目標(biāo)成分獲取機(jī)構(gòu)110基于混合電位電極82的混合電位，來(lái)獲取nh3濃度。因此，不需要：基于主泵單元40的第1泵電流ip1來(lái)進(jìn)行混合電位的修正，從而測(cè)定數(shù)據(jù)的處理得到簡(jiǎn)化。
以上雖然舉出了優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，顯然可以在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍進(jìn)行各種改變。
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首先將準(zhǔn)本好傳感器和安裝板，使用安裝板的好處是方便拔插，不需要直接將線焊接在傳感器針腳上，以至于損壞傳感器
2
然后將傳感器插入連接好TTL轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)換板的安裝板上
3
接下來(lái)將USB接口插入電腦主機(jī)
4
然后安裝轉(zhuǎn)換板的驅(qū)動(dòng)
5
驅(qū)動(dòng)安裝好了之后，打開(kāi)串口助手
6
然后找到傳感器的通訊協(xié)議，在串口助手的發(fā)送框輸入讀取濃度的命令。就可以讀取到傳感器的數(shù)值了，而且還可以保存哦
END注意事項(xiàng)用串口助手的時(shí)候一定要確認(rèn)好驅(qū)動(dòng)安裝好沒(méi)有串口助手的參數(shù)一定要設(shè)置好，波特率，停止位，COM口，發(fā)送設(shè)置HEX，接受設(shè)置HEXTTL轉(zhuǎn)USB轉(zhuǎn)換板的線與安裝板一定要正確接上，TXD接TXD，RXD接RXD傳感器供電一定要正確，不然會(huì)燒壞傳感器電路經(jīng)驗(yàn)內(nèi)容僅供參考，如果您需解決具體問(wèn)題(尤其法律、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域)，建議您詳細(xì)咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士。作者聲明：本篇經(jīng)驗(yàn)系本人依照真實(shí)經(jīng)歷原創(chuàng)，未經(jīng)許可，謝絕轉(zhuǎn)載。展開(kāi)閱讀全部
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萬(wàn)和水位自動(dòng)監(jiān)控儀地下水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)計(jì)（水溫水位計(jì)）是為了應(yīng)對(duì)苛刻的測(cè)量工況而設(shè)計(jì)。傳感器采用了先進(jìn)的微處理技術(shù)進(jìn)行了全方位線性誤差和溫度誤差補(bǔ)償，確保測(cè)量結(jié)果達(dá)到高準(zhǔn)確度要求；
水位水溫計(jì)原理 編輯
傳感器采用了先進(jìn)的微處理技術(shù)進(jìn)行了全方位線性誤差和溫度誤差補(bǔ)償，確保測(cè)量結(jié)果達(dá)到高準(zhǔn)確度要求；
水位監(jiān)測(cè)技術(shù)參考指標(biāo) 編輯
wh311探頭采用了全灌
探索公園區(qū)的物聯(lián)網(wǎng)研究合作伙伴
新聞來(lái)源：新物聯(lián)Newiot 翻譯 WishTV原創(chuàng) 2021-8-24 共有: 214 瀏覽
印第安納州西拉斐特（印第安納州商業(yè)內(nèi)部）— 普渡大學(xué)探索公園區(qū)宣布了一項(xiàng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的合作伙伴關(guān)系。該學(xué)區(qū)正在與大學(xué)的 SMART 聯(lián)盟合作，努力推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)并研究如何使用它。
5G迅速商用快速發(fā)展看物聯(lián)網(wǎng)連接的未來(lái)
新聞來(lái)源：新物聯(lián)Newiot 翻譯 Abhinav Dubey原創(chuàng) 2021-8-24 共有: 237 瀏覽
物聯(lián)網(wǎng)正在以比我們所有人想象的更無(wú)情的方式擴(kuò)張。其影響與二十年前的互聯(lián)網(wǎng)一樣巨大而持久。該網(wǎng)絡(luò)上有難以想象的數(shù)據(jù)流，預(yù)計(jì)加入聯(lián)盟的設(shè)備數(shù)量無(wú)需介紹。已經(jīng)圍繞它們進(jìn)行了很多討論?？梢哉f(shuō)我們存儲(chǔ)和共享的數(shù)據(jù)會(huì)與某些物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交叉，這并沒(méi)有錯(cuò)。因此，我們所知道的互聯(lián)網(wǎng)是來(lái)自未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)。
【高交會(huì)IT展】用科技守護(hù)城市安全，智慧生活未來(lái)可期
新聞來(lái)源：高交會(huì)IT展組委會(huì) 2021-8-25 共有: 193 瀏覽
眾所周知，安防是關(guān)系到國(guó)家安全、公共安全、民生安全的核心產(chǎn)業(yè)！近年來(lái)，在網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)、計(jì)算、芯片、算法等基礎(chǔ)能力技術(shù)的助推下，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)和應(yīng)用的不斷成熟，特別是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、視頻結(jié)構(gòu)化分析、視頻圖像深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)的引入，城市公共安防智慧化水平不斷提升。當(dāng)下，隨著國(guó)內(nèi)安防市場(chǎng)規(guī)模發(fā)展，智能化程度加強(qiáng)，安防行業(yè)正在進(jìn)行一次迅速又徹底的升級(jí)換代，人工智能技術(shù)更是成為更新?lián)Q
烤箱不可或缺的濕度傳感器
新物聯(lián)號(hào)：上海高傳電子 2021-8-25 共有: 212 瀏覽
SST 的氧化鋯氧氣傳感器測(cè)量氧氣的分壓。空氣中的水分子置換并稀釋氧分子，導(dǎo)致水蒸氣壓發(fā)生變化。接接通過(guò)RS485數(shù)字協(xié)議讀取氧分壓，并將其上傳到烤箱控制器中，從而計(jì)算出水汽含量。
環(huán)保用水位監(jiān)測(cè)計(jì)
新物聯(lián)號(hào)：萬(wàn)和儀表 2021-8-25 共有: 187 瀏覽
環(huán)保井深儀水位計(jì)特有的三重防水設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)3999次水下測(cè)試，IP68防水等級(jí)大大的提升了產(chǎn)品的防水性能（貴州某地質(zhì)局1000米量程深井使用均無(wú)故障） 萬(wàn)和儀表承諾，三年內(nèi)水位探頭進(jìn)水包換新機(jī)。Wh311水位傳感器采用德州儀器（TI）公司，原裝芯片放大電路 三重防雷是一種全密封潛入式擴(kuò)散硅液位測(cè)量?jī)x表，專用線纜與外殼密封連接，可長(zhǎng)期投入與變送器結(jié)構(gòu)材料相兼容的液體中使用。用微機(jī)械加工技術(shù)制作的高靈敏
物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)--2021智慧城市（成都）建筑產(chǎn)業(yè)展覽會(huì)
新物聯(lián)號(hào)：展會(huì)咨詢 2021-8-26 共有: 326 瀏覽
2021成都智慧城市建設(shè)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)將于2021年11月19-21日在成都西部國(guó)際博覽城舉辦。參展聯(lián)系：（微信同號(hào)）
2022杭州國(guó)際傳感器與微系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用展覽會(huì)
新物聯(lián)號(hào)：昶文展覽 2021-8-26 共有: 157 瀏覽
2022杭州國(guó)際傳感器與微系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用展覽會(huì)，將于2022年3月30日-4月1日在“杭州國(guó)際博覽中心”隆重舉行，本屆展會(huì)秉承著"創(chuàng)造客戶價(jià)值與引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展"的宗旨，強(qiáng)化以"采購(gòu)商協(xié)約式邀請(qǐng)"為核心的買家組織手段，打造以展覽展示與貿(mào)易洽談為核心的實(shí)效活動(dòng)體系，全力以赴打造高規(guī)格、品質(zhì)高、高實(shí)效的交流貿(mào)易盛會(huì)！
2022中國(guó)（重慶）國(guó)際機(jī)器視覺(jué)技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用展覽會(huì)
新物聯(lián)號(hào)：昶文展覽 2021-8-26 共有: 113 瀏覽
近年來(lái)，機(jī)械視覺(jué)行業(yè)正以34%的比例快速增長(zhǎng)。人們正逐步將焦點(diǎn)集中在機(jī)械視覺(jué)行業(yè)的更高價(jià)值區(qū)域。越來(lái)越多的中國(guó)機(jī)械視覺(jué)技術(shù)開(kāi)發(fā)商希望能在行業(yè)內(nèi)分一杯羹。
2022中國(guó)（重慶）國(guó)際嵌入式系統(tǒng)展覽會(huì)
新物聯(lián)號(hào)：昶文展覽 2021-8-26 共有: 140 瀏覽
重慶國(guó)際嵌入式系統(tǒng)展覽會(huì)將于2022年7月31-8月2日 重慶 ? 重慶國(guó)際博覽中心由上海昶文展覽服務(wù)有限公司主辦，30余行業(yè)協(xié)會(huì)及40多個(gè)國(guó)際使館商會(huì)的鼎力支持。將深度挖掘西部及周邊制造業(yè)市場(chǎng)需求，隨著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，深度學(xué)習(xí)與AI人工智能技術(shù)在各行業(yè)開(kāi)始應(yīng)用，嵌入式技術(shù)的發(fā)展將備受矚目。以展示“智能化、自動(dòng)化、信息化、數(shù)字化”等新技術(shù)新理念，匯聚來(lái)自世界各地科研及工業(yè)領(lǐng)域的專
2022重慶國(guó)際AGV小車暨智能倉(cāng)儲(chǔ)應(yīng)用技術(shù)展覽會(huì)
新物聯(lián)號(hào)：昶文展覽 2021-8-26 共有: 145 瀏覽
《中國(guó)制造2025》提出了實(shí)現(xiàn)中國(guó)從制造大國(guó)到制造強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)，本質(zhì)上是要大力發(fā)展以先進(jìn)制造業(yè)為基礎(chǔ)的實(shí)體經(jīng)濟(jì)，否則無(wú)法實(shí)現(xiàn)真正的大國(guó)崛起。而制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵點(diǎn)是智能工廠物流與智能供應(yīng)鏈，智能化和自動(dòng)化是降低全社會(huì)物流費(fèi)用率的終極解決方案。國(guó)內(nèi)企業(yè)在智能物流領(lǐng)域的技術(shù)積累較好，并且正在加速吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，有望快速切入中高端市場(chǎng)、實(shí)現(xiàn)高速成長(zhǎng)。工業(yè)4.0的核心組成部分——智能物流倉(cāng)儲(chǔ)裝備行業(yè)將成
安森美(onsemi)將收購(gòu)GT Advanced Technologies
新物聯(lián)號(hào)：科技前沿 2021-8-26 共有: 123 瀏覽
領(lǐng)先的智能電源和感知技術(shù)供應(yīng)商安森美(onsemi，美國(guó)納斯達(dá)克股票代號(hào)：ON)和碳化硅 (SiC) 生產(chǎn)商GT Advanced Technologies ("GTAT") 于美國(guó)時(shí)間8月25日宣布已達(dá)成最終協(xié)議。根據(jù)該協(xié)議，安森美將以4.15億美元現(xiàn)金收購(gòu)GTAT。
SF6氣體泄漏監(jiān)測(cè)的重要意義
新物聯(lián)號(hào)：上海高傳電子 2021-8-26 共有: 192 瀏覽
SF6氣體泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān)室內(nèi)SF6濃度。當(dāng)SF6濃度大于或等于1000ppm時(shí)，自動(dòng)報(bào)警并啟動(dòng)風(fēng)機(jī)。
