檢測特定氣體成分的濃度的氣體傳感器的制造方法
【專利摘要】氣體傳感器具備固體電解質(zhì)體、氣體室、基準(zhǔn)氣體室、泵單元、監(jiān)視器單元以及傳感器單元。在泵電極、監(jiān)視器電極以及傳感器電極設(shè)置于固體電解質(zhì)體的位置中，與氣體的流動(dòng)方向正交的寬度方向(W)上的氣體室的空間寬度(W0)一定。在將泵電極的寬度設(shè)為W1時(shí)，監(jiān)視器電極與傳感器電極之間的間隙(S)的寬度方向(W)的中心位置(O2)相對于泵電極的寬度方向的中心位置(O1)的偏離量ΔX1具有ΔX1≤1/4W1的關(guān)系。并且，距離泵電極的寬度方向(W)的中心位置(O1)的、監(jiān)視器電極的側(cè)面的位置以及傳感器電極的側(cè)面的位置ΔY1具有ΔY1≤1/2W1的關(guān)系。
【專利說明】
檢測特定氣體成分的濃度的氣體傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本申請涉及氣體傳感器，詳細(xì)地講涉及檢測氣體中的特定氣體成分的濃度的氣體傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]檢測特定氣體成分的濃度的氣體傳感器配置于引擎的排氣管等排出廢氣的部位，檢測廢氣中包含的氮氧化物(NOx)、碳化氫(HC)等的濃度。
[0003]例如，特開2002 — 310987號公報(bào)所公開的氣體傳感器元件中，對固體電解質(zhì)體設(shè)置一對電極，形成氧栗單元、氧監(jiān)視器單元以及傳感器單元，檢測向內(nèi)部空間導(dǎo)入的氣體中的特定氣體成分的濃度。此外，上述專利文獻(xiàn)的氣體傳感器元件中，為了不受內(nèi)部空間內(nèi)的氧濃度的影響來檢測特定氣體成分的濃度，使從向內(nèi)部空間導(dǎo)入氣體的氣體導(dǎo)入口到氧監(jiān)視器單元的電極和傳感器單元的電極的、氣體流動(dòng)的上游側(cè)端部位置為止的距離等同。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:特開2002 — 310987號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]發(fā)明要解決的問題
[0008]但是，為了提高基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測精度，僅使內(nèi)部空間中的氣體流動(dòng)方向的氧監(jiān)視器單元的電極以及傳感器單元的電極的位置等同是不夠的。即，在內(nèi)部空間中的與氣體流動(dòng)方向正交的寬度方向上，氧監(jiān)視器單元的電極以及傳感器單元的電極的配置位置相對于氧栗單元的電極的配置位置偏離的情況下，氣體與氧監(jiān)視器單元的電極及傳感器單元的電極的接觸方式不同。在該情況下，在氧監(jiān)視器單元的電極和傳感器單元的電極中將氣體中的殘留氧進(jìn)行分解的量不同，不能提高基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0009]此外，在具備加熱器的氣體傳感器中，氧監(jiān)視器單元的電極以及傳感器單元的電極的配置位置相對于加熱器中的發(fā)熱部在寬度方向上偏離的情況下，電子傳導(dǎo)對氧監(jiān)視器單元的電極和傳感器單元的電極的影響不同。在該情況下，也不能提高基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0010]本申請是鑒于該背景而作出的，要提供能夠提高特定氣體成分濃度的檢測精度的氣體傳感器。
[0011]用于解決問題的手段
[0012]本申請的一個(gè)方式是一種氣體傳感器，對含有氧的氣體中的規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行測定，其特征在于，具備:
[0013]板狀的固體電解質(zhì)體，具有氧離子傳導(dǎo)性；
[0014]氣體室，形成于該固體電解質(zhì)體的第I主面一側(cè)，被導(dǎo)入上述氣體；
[0015]基準(zhǔn)氣體室，形成于上述固體電解質(zhì)體的第2主面一側(cè)，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體；
[0016]栗電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面；
[0017]監(jiān)視器電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面，位于比設(shè)有上述栗電極的位置靠上述氣體的流動(dòng)方向的下游側(cè)；
[0018]傳感器電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面，相對于設(shè)有上述監(jiān)視器電極的位置，排列在與上述流動(dòng)方向垂直的方向上；
[0019]基準(zhǔn)電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第2主面；以及
[0020]加熱器，隔著上述氣體室或上述基準(zhǔn)氣體室而與上述固體電解質(zhì)體對置地配置，對該固體電解質(zhì)體進(jìn)行加熱；
[0021 ] 通過上述栗電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成對上述氣體中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整的栗單元；
[0022]通過上述監(jiān)視器電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成監(jiān)視器單元，該監(jiān)視器單元基于在上述監(jiān)視器電極與上述基準(zhǔn)電極之間流過的氧離子電流，對上述氣體室中的氧濃度進(jìn)行檢測；
[0023]通過上述傳感器電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成傳感器單元，該傳感器單元用于基于在上述傳感器電極與上述基準(zhǔn)電極之間流過的氧離子電流，對上述氣體室中的上述規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行檢測；
[0024]在上述栗電極、上述監(jiān)視器電極以及上述傳感器電極設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的位置中，與上述流動(dòng)方向正交的寬度方向上的上述氣體室的空間寬度一定；
[0025]在將上述栗電極的寬度設(shè)為Wl時(shí)，在上述寬度方向上，上述監(jiān)視器電極與上述傳感器電極之間的間隙的中心位置相對于上述栗電極的中心位置的偏離量A Xl具有AXl <1/4W1的關(guān)系，并且，距離上述栗電極的中心位置的、上述監(jiān)視器電極的側(cè)面的位置以及上述傳感器電極的側(cè)面的位置A Yl具有Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系。
[0026]本申請的其他方式是一種氣體傳感器，對含有氧的氣體中的規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行測定，其特征在于，具備:
[0027]板狀的固體電解質(zhì)體，具有氧離子傳導(dǎo)性；
[0028]氣體室，形成于該固體電解質(zhì)體的第I主面一側(cè)，被導(dǎo)入上述氣體；
[0029]基準(zhǔn)氣體室，形成于上述固體電解質(zhì)體的第2主面一側(cè)，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體；
[0030]栗電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面；
[0031]監(jiān)視器電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面，位于比設(shè)有上述栗電極的位置靠上述氣體的流動(dòng)方向的下游側(cè)；
[0032]傳感器電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面，相對于設(shè)有上述監(jiān)視器電極的位置，排列在與上述流動(dòng)方向垂直的方向上；
[0033]基準(zhǔn)電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第2主面；以及
[0034]加熱器，隔著上述氣體室或上述基準(zhǔn)氣體室而與上述固體電解質(zhì)體對置地配置，對該固體電解質(zhì)體進(jìn)行加熱；
[0035]通過上述栗電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分，形成對上述氣體中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整的栗單元；
[0036]通過上述監(jiān)視器電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成監(jiān)視器單元，該監(jiān)視器單元基于在上述監(jiān)視器電極與上述基準(zhǔn)電極之間流過的氧離子電流，對上述氣體室中的氧濃度進(jìn)行檢測；
[0037]通過上述傳感器電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成傳感器單元，該傳感器單元用于基于在上述傳感器電極與上述基準(zhǔn)電極之間流過的氧離子電流，對上述氣體室中的上述規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行檢測；
[0038]在上述栗電極、上述監(jiān)視器電極以及上述傳感器電極設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的位置中，與上述流動(dòng)方向正交的寬度方向上的上述氣體室的空間寬度一定；
[0039]上述加熱器具有絕緣體、以及埋設(shè)于該絕緣體且通過通電而發(fā)熱的發(fā)熱部，該發(fā)熱部被設(shè)置成與設(shè)有上述栗電極、上述監(jiān)視器電極以及上述傳感器電極的上述固體電解質(zhì)體的平面區(qū)域整體的投影位置對應(yīng)；
[0040]在將上述發(fā)熱部的上述寬度方向的整體寬度設(shè)為W2時(shí)，在上述寬度方向上，上述監(jiān)視器電極與上述傳感器電極之間的間隙的中心位置相對于上述發(fā)熱部的中心位置的偏離量Λ Χ2具有Δ Χ2 < 1/4W2的關(guān)系，并且，距離上述發(fā)熱部的中心位置的、上述監(jiān)視器電極的側(cè)面的位置以及上述傳感器電極的側(cè)面的位置△ Υ2具有△ Υ2 < 1/2W2的關(guān)系。
[0041 ]本申請又一其他方式是一種氣體傳感器，對含有氧的氣體中的規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行測定，其特征在于，具備:
[0042]板狀的固體電解質(zhì)體，具有氧離子傳導(dǎo)性；
[0043]氣體室，形成于該固體電解質(zhì)體的第I主面一側(cè)，被導(dǎo)入上述氣體；
[0044]基準(zhǔn)氣體室，形成于上述固體電解質(zhì)體的第2主面一側(cè)，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體；
[0045]栗電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面；
[0046]監(jiān)視器電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面，位于比設(shè)有上述栗電極的位置靠上述氣體的流動(dòng)方向的下游側(cè)；
[0047]傳感器電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第I主面，相對于設(shè)有上述監(jiān)視器電極的位置，排列在與上述流動(dòng)方向垂直的方向上；
[0048]基準(zhǔn)電極，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體的上述第2主面；以及
[0049]加熱器，隔著上述氣體室或上述基準(zhǔn)氣體室而與上述固體電解質(zhì)體對置地配置，對該固體電解質(zhì)體進(jìn)行加熱；
[0050]通過上述栗電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成對上述氣體中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整的栗單元；
[0051]通過上述監(jiān)視器電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成監(jiān)視器單元，該監(jiān)視器單元基于在上述監(jiān)視器電極與上述基準(zhǔn)電極之間流過的氧離子電流，對上述氣體室中的氧濃度進(jìn)行檢測；
[0052]通過上述傳感器電極、上述基準(zhǔn)電極以及上述固體電解質(zhì)體的一部分形成傳感器單元，該傳感器單元用于基于在上述傳感器電極與上述基準(zhǔn)電極之間流過的氧離子電流，對上述氣體室中的上述規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行檢測；
[0053]上述氣體室由配置有上述栗電極的第I氣體室、配置有上述監(jiān)視器電極及上述傳感器電極的第2氣體室、以及位于上述第I氣體室與上述第2氣體室之間的窄小空間形成；
[0054]上述窄小空間的寬度方向上的空間寬度比上述第I氣體室的上述寬度方向上的空間寬度以及上述第2氣體室的上述寬度方向上的空間寬度窄；
[0055]在上述寬度方向上，上述監(jiān)視器電極與上述傳感器電極之間的間隙的中心位置相對于上述窄小空間的中心位置的偏離量A X3具有Δ X3 < 1/4W3的關(guān)系。
[0056]發(fā)明效果
[0057]在上述一個(gè)方式的氣體傳感器中，將栗電極、監(jiān)視器電極、傳感器電極以及基準(zhǔn)電極設(shè)置于相同的固體電解質(zhì)體。并且，在固體電解質(zhì)體設(shè)有栗電極、監(jiān)視器電極以及傳感器電極的位置的、氣體室的空間寬度一定。在這樣的氣體傳感器的構(gòu)造中，監(jiān)視器電極與傳感器電極之間的間隙的寬度方向的中心位置相對于栗電極的寬度方向的中心位置的偏離量A Xl的規(guī)定較為重要。具體而言，在將栗電極的寬度設(shè)為Wl時(shí)，偏離量△ Xl具有△ Xl < I/4W1 (表示0.25W1)的關(guān)系。此外，相對于栗電極的中心位置的、監(jiān)視器電極以及傳感器電極的各側(cè)面的位置Δ Yl具有Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系。
[0058]由此，能夠決定偏離量△X1、以及相對于中心位置的各側(cè)面的位置△ Yl的允許范圍。并且，能夠使得穿過栗電極的配置位置之后的氣體與監(jiān)視器電極及傳感器電極盡可能等同地接觸。因此，能夠使得在監(jiān)視器電極與傳感器電極中，對氣體中的殘留氧進(jìn)行分解的量盡可能等同。
[0059]因此，根據(jù)上述一個(gè)方式的氣體傳感器，能夠提高特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0060]在上述其他方式的氣體傳感器中，氣體傳感器的基本構(gòu)造也與上述一個(gè)方式的氣體傳感器相同。在上述其他方式的氣體傳感器中，在與加熱器的發(fā)熱部的關(guān)系中，決定監(jiān)視器電極以及傳感器電極的寬度方向上的偏離量的允許范圍。具體而言，規(guī)定監(jiān)視器電極與傳感器電極之間的間隙的寬度方向的中心位置相對于發(fā)熱部的寬度方向的中心位置的偏離量A X2的允許范圍。并且，在將發(fā)熱部的寬度方向的整體寬度設(shè)為W2時(shí)，偏離量△ X2具有AX2<1/4W2(表示0.25W2。)的關(guān)系。此外，相對于發(fā)熱部的中心位置的監(jiān)視器電極以及傳感器電極的各側(cè)面的位置Δ Y2具有Δ Y2 < 1/2W2的關(guān)系。
[0061 ]由此，能夠決定偏離量△ X2、以及相對于中心位置的各側(cè)面的位置△ Y2的允許范圍。并且，能夠使得依賴于固體電解質(zhì)體的溫度的來自發(fā)熱部的電子傳導(dǎo)的影響在監(jiān)視器電極和傳感器電極中盡可能等同地產(chǎn)生。另外，如果監(jiān)視器電極和傳感器電極分別受電子傳導(dǎo)的影響，則在監(jiān)視器單元以及傳感器單元中分別流過微小的電流。該微小的電流在求取傳感器單元中的氧離子電流與監(jiān)視器單元中的氧離子電流的差量從而求出特定氣體成分濃度時(shí)能夠相互抵消。并且，能夠?qū)⒃撐⑿〉碾娏鲗μ囟怏w成分濃度的檢測帶來的影響基本上消除。
[0062]因此，通過上述其他方式的氣體傳感器也能夠提高特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0063]另外，上述一個(gè)方式的氣體傳感器的結(jié)構(gòu)與上述其他方式的氣體傳感器的結(jié)構(gòu)能夠同時(shí)應(yīng)用于相同的氣體傳感器。
[0064]在上述又一其他方式的氣體傳感器中，關(guān)于在配置有栗電極的第I氣體室與配置有監(jiān)視器電極以及傳感器電極的第2氣體室之間形成有窄小空間的情況，進(jìn)行監(jiān)視器電極與傳感器電極之間的間隙的寬度方向的中心位置相對于窄小空間的寬度方向的中心位置的偏離量A X3的規(guī)定。并且，在將窄小空間的寬度方向上的空間寬度設(shè)為W3時(shí)，偏離量Δ X3具有ΔΧ3 5 1/4W3的關(guān)系。
[0065]由此，能夠決定偏離量ΔΧ3的允許范圍。并且，能夠使得從栗電極的配置位置穿過窄小空間之后的氣體與監(jiān)視器電極和傳感器電極盡可能等同地接觸。因此，能夠使得在監(jiān)視器電極和傳感器電極中，對氣體中的殘留氧進(jìn)行分解的量盡可能等同。
[0066]因此，根據(jù)上述又一其他方式的氣體傳感器也能夠提高特定氣體成分濃度的檢測精度。
【附圖說明】
[0067]在附圖中:
[0068]圖1是表示實(shí)施例1所涉及的氣體傳感器的剖視圖。
[0069]圖2是實(shí)施例1所涉及的圖1的II一 II剖視圖。
[0070]圖3是實(shí)施例1所涉及的圖1的III一 III剖視圖。
[0071]圖4是實(shí)施例1所涉及的圖1的IV—IV剖視圖。
[0072]圖5是表示實(shí)施例1所涉及的偏離量△Xl與基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系的圖表。
[0073]圖6是表示實(shí)施例1所涉及的距離栗電極的寬度方向的中心位置的、監(jiān)視器電極或傳感器電極的側(cè)面的位置A Yl與基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系的圖表。
[0074]圖7是表示實(shí)施例2所涉及的氣體傳感器的圖，相當(dāng)于圖1的III一III剖視圖。
[0075]圖8是表示實(shí)施例2所涉及的偏離量△X2與基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系的圖表。
[0076]圖9是表示實(shí)施例2所涉及的相對于栗電極的寬度方向的中心位置的、監(jiān)視器電極或傳感器電極的側(cè)面的位置A Y2與基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系的圖表。
[0077]圖10是表示實(shí)施例2所涉及的其他氣體傳感器的圖，相當(dāng)于圖1的III一III剖視圖。
[0078]圖11是表示實(shí)施例3所涉及的氣體傳感器的圖，相當(dāng)于圖1的III一 III剖視圖。
[0079]圖12是表示實(shí)施例3所涉及的偏離量△X3與基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系的圖表。
[0080]圖13是表示實(shí)施例4所涉及的氣體傳感器的剖視圖。
[0081 ]圖14是實(shí)施例4所涉及的圖13的XIV—XIV剖視圖。
[0082]圖15是表示實(shí)施例5所涉及的氣體傳感器的剖視圖。
[0083]圖16是實(shí)施例5所涉及的圖15的XVI— XVI剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0084]對上述的氣體傳感器中的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說明。
[0085]上述一個(gè)方式的氣體傳感器中的偏離量△Xl及距離中心位置的各側(cè)面的位置ΔYl、上述其他方式的氣體傳感器中的偏離量△ X2及相對于中心位置的各側(cè)面的位置△ Y2、以及上述又一其他方式的氣體傳感器中的偏離量AX3，理想的是設(shè)為0(零)，但在氣體傳感器的制造上難以設(shè)為O。因此，意義在于規(guī)定偏離量Δ Xl的允許范圍(Δ Xl < 1/4W1)、偏離量A X2的允許范圍(Δ X2 < 1/4W2)以及偏離量Δ X3的允許范圍(Δ X3 < 1/4W3)。
[0086]此外，上述其他方式的氣體傳感器以及上述又一其他方式的氣體傳感器中，能夠具有上述一個(gè)方式的氣體傳感器中示出的偏離量AXl的關(guān)系(ΔΧ1 < 1/4W1)以及距離中心位置的各側(cè)面的位置A Yl的關(guān)系(Δ Yl < 1/2W1)。
[0087]此外，上述又一其他方式的氣體傳感器中，能夠具有上述其他方式的氣體傳感器中示出的偏離量AX2的關(guān)系(AX2< 1/4W2)以及相對于中心位置的各側(cè)面的位置ΔΥ2的關(guān)系(ΔΥ2 5 1/2W2)。
[0088]在上述一個(gè)方式的氣體傳感器中，上述固體電解質(zhì)體的第I主面上的上述栗電極在氣體的流動(dòng)方向上排列設(shè)置有兩個(gè)以上的情況下，在AXl < 1/4W1的關(guān)系中使用的Wl能夠設(shè)為位于氣體的流動(dòng)方向的最下游側(cè)的栗電極的寬度。此外，在該情況下，在A YlS I/2W1的關(guān)系中使用的上述栗電極的寬度方向上的中心位置能夠設(shè)為位于氣體的流動(dòng)方向的最下游側(cè)的栗電極的中心位置。
[0089]此外，在上述一個(gè)方式的氣體傳感器中，在上述固體電解質(zhì)體的第I主面上的栗電極的在氣體的流動(dòng)方向上的下游側(cè)設(shè)有用于控制栗單元的作為其他栗電極的栗控制電極的情況下，在△ Xl < 1/4W1的關(guān)系中使用的Wl能夠設(shè)為栗控制電極的寬度。此外，在該情況下，在ΛΥ1 < 1/2W1的關(guān)系中使用的上述栗電極的寬度方向上的中心位置能夠設(shè)為栗控制電極的中心位置。
[0090]此外，在上述一個(gè)方式以及其他方式的氣體傳感器中，優(yōu)選的是，在與上述寬度方向正交的厚度方向上，從上述栗電極的表面到上述發(fā)熱部的表面的距離、從上述監(jiān)視器電極的表面到上述發(fā)熱部的表面的距離、以及從上述傳感器電極的表面到上述發(fā)熱部的表面的距離大致相同。
[0091]在該情況下，能夠使栗電極、監(jiān)視器電極以及傳感器電極從加熱器的發(fā)熱部受到的電子傳導(dǎo)的影響盡可能等同。因此，能夠?qū)⒗蹼姌O、監(jiān)視器電極以及傳感器電極的溫度容易地控制為最優(yōu)的溫度，能夠提高基于氣體傳感器的特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0092]另外，通過使平板狀的固體電解質(zhì)體相對于平板狀的加熱器以及加熱部層疊，能夠容易地使上述各距離相同。
[0093]此外，優(yōu)選的是，在上述寬度方向上，上述監(jiān)視器電極的寬度與上述傳感器電極的寬度大致相同，在上述流動(dòng)方向上，從上述栗電極的下游側(cè)端面到上述監(jiān)視器電極的上游側(cè)端面的距離與從上述栗電極的下游側(cè)端面到上述傳感器電極的上游側(cè)端面的距離大致相同。
[0094]在該情況下，能夠使穿過栗電極的配置位置之后的氣體與監(jiān)視器單元的電極及傳感器單元的電極盡可能等同地接觸。
[0095]此外，在上述一個(gè)方式、其他方式以及又一其他方式的氣體傳感器中，優(yōu)選的是，上述栗電極的寬度Wl與上述發(fā)熱部的整體寬度W2具有WlS W2的關(guān)系。
[0096]在該情況下，在氣體傳感器的寬度方向上的溫度分布中能夠盡可能減少溫度的不均勻，并且減少發(fā)熱部的電子傳導(dǎo)對監(jiān)視器電極和傳感器電極帶來的影響差。
[0097]實(shí)施例
[0098](實(shí)施例1)
[0099]以下，參照附圖對氣體傳感器所涉及的實(shí)施例進(jìn)行說明。
[0100]實(shí)施例1的氣體傳感器I對含有氧的氣體G中的規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行測定。氣體傳感器I如圖1、圖2所示，具備固體電解質(zhì)體2、擴(kuò)散電阻體3、氣體室101、基準(zhǔn)氣體室102、栗單元41、監(jiān)視器單元42、傳感器單元43以及加熱器6。
[0101]固體電解質(zhì)體2具有氧離子傳導(dǎo)性，形成為平板形狀。擴(kuò)散電阻體3由使氣體G的流速降低并使其以規(guī)定的流量穿過的多孔質(zhì)體形成。氣體室101形成于作為固體電解質(zhì)體2的一個(gè)表面的第I主面201—側(cè)，形成為被導(dǎo)入穿過擴(kuò)散電阻體3的氣體G的空間?；鶞?zhǔn)氣體室102形成于作為固體電解質(zhì)體2的另一個(gè)表面的第2主面202—側(cè)，形成為被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體A的空間。在固體電解質(zhì)體2的第2主面202，設(shè)有暴露于作為基準(zhǔn)氣體A的大氣中的基準(zhǔn)電極24。
[0102]栗單元41在固體電解質(zhì)體2的第I主面201具有暴露于氣體G中的栗電極21。栗單元41構(gòu)成為向栗電極21與基準(zhǔn)電極24之間施加電壓而對氣體室101中的氣體G中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整。
[0103]監(jiān)視器單元42在固體電解質(zhì)體2的第I主面201的、氣體G的流動(dòng)方向F上的比栗電極21的配置位置靠下游側(cè)的位置上，具有暴露于氣體G的監(jiān)視器電極22。監(jiān)視器單元42構(gòu)成為基于在監(jiān)視器電極22與基準(zhǔn)電極24之間流過的氧離子電流，檢測氣體室101中的氣體G中的氧濃度。
[0104]傳感器單元43在固體電解質(zhì)體2的第I主面201的、與氣體G的流動(dòng)方向F垂直的方向上與監(jiān)視器電極22的配置位置排列的位置上，具有暴露于氣體G中的傳感器電極23。傳感器單元43用于基于在傳感器電極23與基準(zhǔn)電極24之間流過的氧離子電流、檢測氣體室101中的氣體G中的特定氣體成分濃度。
[0105]加熱器6對固體電解質(zhì)體2進(jìn)行加熱，隔著基準(zhǔn)氣體室102而與固體電解質(zhì)體(2)對置地配置。
[0106]如圖2、圖3所示，氣體室1I被固體電解質(zhì)體2、層疊于固體電解質(zhì)體2的絕緣體51、52以及擴(kuò)散電阻體3包圍而形成。在栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23設(shè)置于固體電解質(zhì)體2的位置上，與氣體G的流動(dòng)方向F正交的寬度方向W上的氣體室101的空間寬度WO一定。
[0107]如圖3所示，在將栗電極21的寬度設(shè)為Wl時(shí)，監(jiān)視器電極22與傳感器電極23之間的間隙S的寬度方向W的中心位置02相對于栗電極21的寬度方向W的中心位置01的偏離量△ Xl具有ΔΧ1 < 1/4W1的關(guān)系。此外，距離栗電極21的寬度方向W的中心位置01的、監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置以及傳感器電極23的側(cè)面231的位置Δ Yl具有Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系。
[0108]以下，參照圖1?圖6對實(shí)施例1的氣體傳感器I進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0109]本例的氣體傳感器I以配置在罩內(nèi)的狀態(tài)用在汽車的排氣管內(nèi)。此外，氣體G是穿過排氣管的廢氣，氣體傳感器I用于檢測廢氣中的作為特定氣體成分的NOx (氮氧化物)的濃度。
[0110]固體電解質(zhì)體2是具有氧離子傳導(dǎo)性的氧化鋯基板。栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23以一定的厚度設(shè)置于固體電解質(zhì)體2的暴露于氣體G中的一側(cè)的第I主面201?；鶞?zhǔn)電極24以一定的厚度設(shè)置于固體電解質(zhì)體2的暴露于基準(zhǔn)氣體A中的一側(cè)的第2主面202。本例的基準(zhǔn)電極24在固體電解質(zhì)體2中設(shè)置在栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23所處的區(qū)域整體的背面?zhèn)鹊奈恢谩；鶞?zhǔn)電極24除了對栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的整體設(shè)置一個(gè)之外，還可以在栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23各自的背面?zhèn)鹊奈恢蒙戏稚⒌卦O(shè)置三個(gè)。
[0111]優(yōu)選的是基準(zhǔn)電極24相對在固體電解質(zhì)體2的第I主面201形成有栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的區(qū)域的大致整個(gè)面，隔著固體電解質(zhì)體2而對置地形成。換言之，優(yōu)選的是，在將基準(zhǔn)電極24在厚度方向T上投影的區(qū)域內(nèi)，大致包含栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的整體。
[0112]如圖1、圖2所示，在固體電解質(zhì)體2的氣體G側(cè)的第I主面201，層疊有擴(kuò)散電阻體3、以及由氧化鋁構(gòu)成的作為平板狀的基板的第I絕緣體51。在擴(kuò)散電阻體3以及第I絕緣體51的表面，層疊有由氧化鋁構(gòu)成的作為平板狀的基板的第2絕緣體52。擴(kuò)散電阻體3配置在氣體傳感器I的作為氣體G的流動(dòng)方向F的長度方向的上游側(cè)端部。第I絕緣體51在固體電解質(zhì)體2的氣體G側(cè)的第I主面201，以將栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23從三方包圍的方式設(shè)置在長度方向的下游側(cè)端部以及寬度方向W的兩側(cè)的端部。對氣體室101而言，在固體電解質(zhì)體2與第2絕緣體52之間，通過擴(kuò)散電阻體3以及第I絕緣體51將固體電解質(zhì)體2的氣體G側(cè)的第I主面201的四方包圍而形成。在栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23設(shè)置于固體電解質(zhì)體2的位置上，氣體室101的與流動(dòng)方向F以及寬度方向W正交的厚度方向T上的空間高度一定。
[0113]如圖1、圖2所示，在固體電解質(zhì)體2的基準(zhǔn)氣體A側(cè)的第2主面202上，層疊有由氧化鋁構(gòu)成的作為平板狀的基板的第3絕緣體53。第3絕緣體53在固體電解質(zhì)體2的基準(zhǔn)氣體A側(cè)的第2主面202，以將基準(zhǔn)電極24從三方包圍的方式配置在長度方向的上游側(cè)端部以及寬度方向W的兩側(cè)的端部。
[0114]此外，加熱器6對固體電解質(zhì)體2進(jìn)行加熱，并且對設(shè)置于固體電解質(zhì)體2的栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23進(jìn)行加熱。加熱器6形成為平板狀，層疊于第3絕緣體53。加熱器6具有層疊于第3絕緣體53的表面的第4絕緣體61、以及設(shè)置于第4絕緣體61且進(jìn)行通電的通電體62。第4絕緣體61通過2片絕緣板611來夾入通電體62。
[0115]基準(zhǔn)氣體室102是在固體電解質(zhì)體2與第4絕緣體61之間，通過第3絕緣體53將固體電解質(zhì)體2的基準(zhǔn)氣體A側(cè)的第2主面202的、上游側(cè)端部以及寬度方向W的兩側(cè)的端部的三方包圍而形成的。
[0116]如圖4所示，通電體62具有與外部的通電單元連接的一對電極部621、以及將該一對電極部621彼此相連且通過對一對電極部621施加的電壓而通電并發(fā)熱的發(fā)熱部622。
[0117]發(fā)熱部622的截面積比電極部621的截面積小。并且，發(fā)熱部622的每單位長度的電阻值比電極部621的每單位長度的電阻值大。因此，在從一對電極部621向通電體62通電時(shí)，通過焦耳熱，主要是發(fā)熱部622發(fā)熱。并且，通過發(fā)熱部622的發(fā)熱，栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23升溫至期望的工作溫度。
[0118]在使發(fā)熱部622的膜厚與電極部621的膜厚相同的情況下，發(fā)熱部622的圖案線寬度形成為電極部621的圖案線寬度的例如1/4左右的寬度。通過使發(fā)熱部622的膜厚比電極部621的膜厚小，或者使構(gòu)成發(fā)熱部622的材料的電阻率比構(gòu)成電極部621的材料的電阻率大，也能夠使發(fā)熱部622的電阻值比電極部621的電阻值大。此外，發(fā)熱部622的電阻值可以通過配合使圖案線寬度、膜厚、材料的組成等不同的手法，來使其比電極部621的電阻值大。
[0119]發(fā)熱部622的電阻值占通電體62整體的電阻值的50%以上的比例。發(fā)熱部622設(shè)置在設(shè)有栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的固體電解質(zhì)體2的平面區(qū)域整體在厚度方向T上向第4絕緣體61的表面投影的位置。
[0120]如圖1所示，加熱器6的第4絕緣體61以及通電體62相對于固體電解質(zhì)體2平行地配置，通電體62相對于栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23平行地配置。并且，在氣體傳感器I的與流動(dòng)方向F以及寬度方向W正交的厚度方向T上，從栗電極21的表面到發(fā)熱部622的表面的距離D1、從監(jiān)視器電極22的表面到發(fā)熱部622的表面的距離D2、以及從傳感器電極23的表面到發(fā)熱部622的表面的距離D3大致等同。由此，能夠使栗電極21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23各自接近于發(fā)熱部622。另外，從栗電極21的表面到發(fā)熱部622的表面的距離D1、從監(jiān)視器電極22的表面到發(fā)熱部622的表面的距離D2、以及從傳感器電極23的表面到發(fā)熱部622的表面的距離D3也可以有些不同，更具體而言在±10%內(nèi)可以不同。
[0121]此外，包含栗電極21的栗單元41與包含監(jiān)視器電極22的監(jiān)視器單元42以及包含傳感器電極23的傳感器單元43相比流過更多的氧離子電流。因此，將發(fā)熱部622的發(fā)熱中心偏向栗電極21側(cè)來配置，以使得與監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23相比，栗電極21稍微容易被加熱。由此，栗電極21的溫度變得比監(jiān)視器電極22的溫度以及傳感器電極23的溫度高一止匕
~、O
[0122]這樣，通過加熱器6的發(fā)熱部622，能夠?qū)⒗蹼姌O21、監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的溫度分別容易地控制為最優(yōu)的溫度。
[0123]在氣體傳感器I的寬度方向W上，監(jiān)視器電極22的寬度Al與傳感器電極23的寬度A2大致等同。此外，本例的監(jiān)視器電極22的面積與傳感器電極23的面積大致等同。另外，監(jiān)視器電極22的寬度Al與傳感器電極23的寬度A2也可以有些不同，更具體而言在±10%內(nèi)可以不同。此外，監(jiān)視器電極22的面積與傳感器電極23的面積也可以有些不同，更具體而言在土10%內(nèi)可以不同。
[0124]栗電極21的下游側(cè)端面與寬度方向W平行，監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的上游側(cè)端面也與寬度方向W平行。并且，在氣體傳感器I的流動(dòng)方向F上，從栗電極21的下游側(cè)端面到監(jiān)視器電極22的上游側(cè)端面的距離BI與從栗電極21的下游側(cè)端面到傳感器電極23的上游側(cè)端面的距離B2大致等同。另外，從栗電極21的下游側(cè)端面到監(jiān)視器電極22的上游側(cè)端面的距離BI與從栗電極21的下游側(cè)端面到傳感器電極23的上游側(cè)端面的距離B2也可以有些不同，更具體而言在±10%內(nèi)可以不同。
[0125]監(jiān)視器電極22是不對氣體G中的特定氣體成分(NOx)進(jìn)行分解的電極，傳感器電極23是能夠?qū)怏wG中的特定氣體成分進(jìn)行分解的電極。在監(jiān)視器單元42中，依賴于氧濃度來檢測氧離子電流，另一方面，在傳感器單元43中，依賴于氧濃度以及NOx濃度來檢測氧離子電流。并且，在氣體傳感器I中，通過從由傳感器單元43檢測的氧離子電流減去由監(jiān)視器單元42檢測的氧離子電流，來檢測氣體G中的特定氣體成分的濃度。
[0126]本例的氣體傳感器I具有將栗電極21、監(jiān)視器電極22、傳感器電極23以及基準(zhǔn)電極24的全部設(shè)置于相同固體電解質(zhì)體2、并使氣體室101的空間寬度WO—定的特殊的構(gòu)造。并且，該特殊的構(gòu)造的氣體傳感器I中，使氣體室101中的，相對于穿過栗電極21的配置位置之后的氣體G的流動(dòng)的、監(jiān)視器電極22和傳感器電極23的配置條件盡可能等同。
[0127]在這樣的氣體傳感器I的構(gòu)造中，監(jiān)視器電極22與傳感器電極23之間的間隙S的寬度方向W的中心位置02相對于栗電極21的寬度方向W的中心位置01的偏離量△ Xl的規(guī)定較為重要。具體而言，在將栗電極21的寬度設(shè)為Wl時(shí)，偏離量△ Xl具有△ Xl < 1/4W1的關(guān)系。此夕卜，相對于栗電極21的寬度方向W的中心位置Ol的、監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置以及傳感器電極23的側(cè)面231的位置Δ Yl具有Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系。換言之，監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置與栗電極21的側(cè)面211的位置相同或位于比栗電極21的側(cè)面211的位置靠內(nèi)側(cè)的位置，傳感器電極23的側(cè)面231的位置與栗電極21的側(cè)面211的位置相同或位于比栗電極21的側(cè)面211的位置靠內(nèi)側(cè)的位置。
[0128]由此，能夠決定偏離量ΔX1、以及距離中心位置01的各側(cè)面221、231的位置Δ Yl的允許范圍。并且，能夠使穿過栗電極21的配置位置之后的氣體G與監(jiān)視器電極22及傳感器電極23盡可能等同地接觸。因此，能夠使得在監(jiān)視器電極22和傳感器電極23中，對氣體G中的殘留氧進(jìn)行分解的量盡可能等同。
[0129]因此，根據(jù)實(shí)施例1的氣體傳感器I，能夠提高特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0130]此外，通過使上述距離BI與上述距離B2相同，能夠使監(jiān)視器電極22與傳感器電極23的氣體G中的殘留氧的分解量等同。此外，如果該距離BI以及距離B2雙方足夠長，則監(jiān)視器電極22和傳感器電極23產(chǎn)生的、氣體G中的殘留氧的影響變小。但是，如果距離BI以及距離B2雙方足夠長，則導(dǎo)致氣體傳感器I在長度方向上變長，對響應(yīng)性延遲等其他特性帶來不良影響。因此，優(yōu)選的是將距離BI及距離B2在0.1?3.0mm的范圍內(nèi)決定。
[0131]圖5中表示偏離量△Xl與基于氣體傳感器I的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系。該圖中，以偏離量A Xl為0(零)的情況的檢測誤差為基準(zhǔn)值(I倍)，表示偏離量ΔXl變化時(shí)的檢測誤差相對于基準(zhǔn)值的增加比(倍)。此外，表示氣體G的氧濃度為20%的情況。如該圖所示，可知從偏離量A Xl超過1/8W1的附近開始檢測誤差逐漸增加，從偏離量ΔXl超過1/4W1的附近開始檢測誤差急劇增加。
[0132]例如，可以認(rèn)為如果監(jiān)視器電極22位于寬度方向W的中心側(cè)、傳感器電極23位于寬度方向W的外側(cè)，則與傳感器電極23相比，監(jiān)視器電極22的氣體G中的殘留氧容易更多地分解。在該情況下，通過殘留氧，監(jiān)視器單元42和傳感器單元43中流過的氧離子電流的量不同，氣體傳感器I的檢測誤差變大。
[0133]如果監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的寬度方向W的寬度減小至小于栗電極21的寬度方向W的寬度的1/4，則偏離量Δ Xl在滿足Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系的范圍內(nèi)被允許至1/4W1以下。因此，偏離量A Xl優(yōu)選的是具有△ Xl < 1/4W1的關(guān)系，更優(yōu)選的是具有ΔΧ1 < 1/8W1的關(guān)系。
[0134]圖6中表示距離栗電極21的寬度方向W的中心位置01的、監(jiān)視器電極22或傳感器電極23的側(cè)面221、231的位置△ Yl與基于氣體傳感器I特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系。該圖中，以監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置與栗電極21的側(cè)面211的位置相同的情況的檢測誤差為基準(zhǔn)值(I倍)，表示側(cè)面221、231的位置△ Yl變化時(shí)的檢測誤差相對于基準(zhǔn)值的增加比(倍)。此外，表示氣體G的氧濃度為20%的情況。如該圖所示，可知從距離中心位置01的側(cè)面221、231的位置ΔΥ1超過1/2W1的附近開始檢測誤差增加。其理由應(yīng)與上述偏離量A Xl的情況相同。因此，可以說優(yōu)選的是，距離中心位置01的側(cè)面221、231的位置△ Yl具^TAYl < 1/2W1 的關(guān)系。
[0135](實(shí)施例2)
[0136]在實(shí)施例2的氣體傳感器I中，將監(jiān)視器電極22與傳感器電極23之間的間隙S的中心位置的偏離量△ X2通過與加熱器6中的發(fā)熱部622的關(guān)系來規(guī)定。
[0137]具體而言，如圖7所示，在將發(fā)熱部622的寬度方向W的整體寬度設(shè)為W2時(shí)，在氣體傳感器I的寬度方向W上，監(jiān)視器電極22與傳感器電極23之間的間隙S的中心位置04相對于發(fā)熱部622的中心位置03的偏離量Δ X2具有Δ X2 < 1/4W2的關(guān)系。
[0138]此外，在氣體傳感器I的寬度方向W上，相對于發(fā)熱部622的中心位置03的、監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置以及傳感器電極23的側(cè)面231的位置△ Y2具有△ Y2 < 1/2W2的關(guān)系。換言之，監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置與發(fā)熱部622的側(cè)面623的位置相同或位于比熱部622的側(cè)面623的位置靠內(nèi)側(cè)的位置，傳感器電極23的側(cè)面231的位置與發(fā)熱部622的側(cè)面623的位置相同或比發(fā)熱部622的側(cè)面623的位置靠內(nèi)側(cè)的位置(參照圖6)。
[0139]在此，本例的加熱器6的構(gòu)造與上述實(shí)施例1的圖4所示的構(gòu)造相同。并且，如該圖所示，栗電極21的中心位置01和發(fā)熱部622的中心位置03都處于氣體傳感器I的寬度方向W的中心位置。
[0140]此外，栗電極21的寬度方向W的寬度Wl與發(fā)熱部622的寬度方向W的整體寬度W2具有Wl < W2的關(guān)系。由此，能夠在氣體傳感器I的寬度方向W上的溫度分布中盡可能減少溫度的不均勻，并且減小發(fā)熱部622的電子傳導(dǎo)對監(jiān)視器電極22和傳感器電極23帶來的影響的差。
[0141]本例的氣體傳感器I也具有與上述實(shí)施例1的情況相同的特殊的構(gòu)造。并且，在該特殊的構(gòu)造的氣體傳感器I中，使監(jiān)視器電極22和傳感器電極23相對于加熱器6的發(fā)熱部622的配置位置的配置條件盡可能等同。具體而言，在這樣的特殊的構(gòu)造的氣體傳感器I中，偏離量Δ X2具有Δ X2 < 1/4W2的關(guān)系，距離中心位置03的、各側(cè)面221、231的位置Δ Y2具有ΔΥ2 5 1/2W2 的關(guān)系。
[0142]由此，能夠決定偏離量ΔΧ2、以及相對于中心位置03的各側(cè)面221、231的位置ΔΥ2的允許范圍。并且，能夠使得依賴于固體電解質(zhì)體2的溫度的來自發(fā)熱部622的電子傳導(dǎo)的影響在監(jiān)視器電極22和傳感器電極23中盡可能等同地產(chǎn)生。另外，如果監(jiān)視器電極22和傳感器電極23分別受到電子傳導(dǎo)的影響，則在監(jiān)視器單元42以及傳感器單元43中分別流過微小的電流。該微小的電流能夠在求取傳感器單元43中的氧離子電流與監(jiān)視器單元42中的氧離子電流的差量而求出特定氣體成分濃度時(shí)相互抵消。并且，能夠?qū)⒃撐⑿〉碾娏鲗μ囟怏w成分濃度的檢測帶來的影響基本上消除。
[0143]因此，根據(jù)本例的氣體傳感器I，也能夠提高特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0144]此外，優(yōu)選的是本例的氣體傳感器I也具有上述實(shí)施例1所示的ΔXl < 1/4W1的關(guān)系以及Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系。
[0145]實(shí)施例2的氣體傳感器I的其他結(jié)構(gòu)以及圖中的標(biāo)號與上述實(shí)施例1相同，實(shí)施例2的其他作用效果與上述實(shí)施例1相同。
[0146]圖8中表示偏離量ΔΧ2與基于氣體傳感器I的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系。該圖中，以偏離量A X2為0(零)的情況的檢測誤差為基準(zhǔn)值(I倍)，表示偏離量ΔX2變化時(shí)的檢測誤差相對于基準(zhǔn)值的增加比(倍)。此外，表示氣體G的氧濃度為20 %的情況。如該圖所示，可知從偏離量A X2超過1/8W2的附近開始檢測誤差逐漸增加，從偏離量ΔX2超過1/4W2的附近開始檢測誤差急劇增加。
[0147]例如，認(rèn)為如果監(jiān)視器電極22位于寬度方向W的中心側(cè)，傳感器電極23位于寬度方向W的外側(cè)，則監(jiān)視器電極22與傳感器電極23相比溫度變高，監(jiān)視器電極22比傳感器電極23更強(qiáng)地受電子傳導(dǎo)的影響。在該情況下，電子傳導(dǎo)所引起的微小的電流不能將對傳感器單元43中的氧離子電流帶來的影響和對監(jiān)視器單元42中的氧離子電流帶來的影響相互抵消，氣體傳感器I的檢測誤差變大。
[0148]如果監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的寬度方向W的寬度減小至小于發(fā)熱部622的寬度方向W的寬度的1/4，則偏離量Δ X2在滿足Δ Y2 S1/2W2的關(guān)系的范圍內(nèi)允許至1/4W2以下。因此，可以說，偏離量Δ X2優(yōu)選的是具有Δ X2 < 1/4W2的關(guān)系，更優(yōu)選的是具有Δ X2 <1/8W2的關(guān)系。
[0149]圖9中表示距離發(fā)熱部622的寬度方向W的中心位置03的、監(jiān)視器電極22或傳感器電極23的側(cè)面221、231的位置ΔΥ2與基于氣體傳感器I的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系。該圖中，以監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置與發(fā)熱部622的側(cè)面623的位置相同的情況的檢測誤差為基準(zhǔn)值(I倍)，表示側(cè)面221、231的位置ΔΥ2變化時(shí)的檢測誤差相對于基準(zhǔn)值的增加比(倍)。
[0150]此外，在該圖中，表示氣體G的氧濃度為20%的情況。如該圖所示，可知側(cè)面221、231的位置△ Y2從超過1/2W2附近開始檢測誤差增加。認(rèn)為其理由與上述偏離量△ X2的情況相同。因此，可以說優(yōu)選的是側(cè)面的位置A Y2具有△ Y2 < 1/2W2的關(guān)系。
[0151]另外，發(fā)熱部622只要在氣體傳感器I的寬度方向W上大致對稱地形成即可。發(fā)熱部622的中心位置03相當(dāng)于寬度方向W的對稱線。發(fā)熱部622例如能夠以圖10所示的圖案形成。在該情況下，作用效果也與上述實(shí)施例2相同。
[0152](實(shí)施例3)
[0153]實(shí)施例3表示如圖11所示氣體室101由配置有栗電極21的第I氣體室103、配置有監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的第2氣體室104、位于第I氣體室103與第2氣體室104之間的窄小空間105形成的情況。
[0154]窄小空間105的寬度方向W上的空間寬度W3比第I氣體室103的寬度方向W上的空間寬度W0’、以及第2氣體室104的寬度方向W上的空間寬度W0”窄。第I氣體室103的空間寬度WO ’與第2氣體室104的空間寬度W0”大致相同。
[0155]在實(shí)施例3的氣體傳感器I中，使相對于穿過氣體室101中的窄小空間105之后的氣體G的流動(dòng)的、監(jiān)視器電極22和傳感器電極23的配置條件盡可能等同。并且，在氣體傳感器I的寬度方向W上，監(jiān)視器電極22與傳感器電極23之間的間隙S的中心位置06相對于窄小空間105的中心位置05的偏離量Δ X3具有Δ X3 < 1/4W3的關(guān)系。由此，能夠決定偏離量Δ X3的允許范圍。并且，能夠使得從栗電極21的配置位置穿過窄小空間105之后的氣體G與監(jiān)視器電極22及傳感器電極23盡可能等同地接觸。因此，能夠使得在監(jiān)視器電極22和傳感器電極23中，對氣體G中的殘留氧進(jìn)行分解的量盡可能等同。
[0156]因此，根據(jù)本例的氣體傳感器I，也能夠提高特定氣體成分濃度的檢測精度。
[0157]此外，本例的氣體傳感器I也優(yōu)選的是具有上述實(shí)施例1所示的ΔXl^ 1/4W1的關(guān)系以及ΔΥ1 < 1/2W1的關(guān)系。進(jìn)而，優(yōu)選的是具有上述實(shí)施例2所示的ΔΧ2 < 1/4W2的關(guān)系以及ΔΥ2 5 1/2W2的關(guān)系。
[0158]實(shí)施例3的氣體傳感器I的其他結(jié)構(gòu)以及圖中的標(biāo)號與上述實(shí)施例1、2相同，本例的其他作用效果與上述實(shí)施例1、2相同。
[0159]圖12中表示偏離量ΔΧ3與基于氣體傳感器I的特定氣體成分濃度的檢測誤差比之間的關(guān)系。在該圖中，以偏離量AX3為0(零)的情況的檢測誤差為基準(zhǔn)值(I倍)，表示偏離量A X3變化時(shí)的檢測誤差相對于基準(zhǔn)值的增加比(倍)。此外，表示氣體G的氧濃度為20 %的情況。如該圖所示，可知從偏離量A X3超過1/8W3的附近開始檢測誤差逐漸增加，從偏離量ΔX3超過1/4W3的附近開始檢測誤差急劇增加。
[0160]例如，認(rèn)為如果監(jiān)視器電極22位于窄小空間105的寬度方向W的中心側(cè)，并且傳感器電極23位于寬度方向W的外側(cè)，則與傳感器電極23相比，監(jiān)視器電極22對氣體G中的殘留氧更容易較多地分解。在該情況下，通過殘留氧而流過監(jiān)視器單元42和傳感器單元43的氧離子電流的量不同，因此氣體傳感器I的檢測誤差變大。
[0161]因此，可以說，偏離量ΔΧ3優(yōu)選的是具有AX3S1/4W3的關(guān)系，更優(yōu)選的是具有ΔX3< 1/8W3的關(guān)系。
[0162](實(shí)施例4)
[0163]實(shí)施例4表示如圖13、圖14所示，氣體傳感器I除了上述實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)以外還具有第2栗單元45的情況。
[0164]第2栗單元45在固體電解質(zhì)體2的氣體室101側(cè)的第I主面201具有暴露于氣體G中的第2栗電極25。第2栗電極25在固體電解質(zhì)體2的第I主面201中配置在栗電極21與監(jiān)視器電極22及傳感器電極23之間。另外，栗單元41中的栗電極21作為第I栗電極。
[0165]第2栗單元45構(gòu)成為向第2栗電極25與基準(zhǔn)電極24之間施加電壓而對氣體室101中的氣體G中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整。在氣體室101中，通過第I栗單元41和第2栗單元45，以2個(gè)階段調(diào)整氣體G中的氧濃度。
[0166]在本例的氣體傳感器I中，對于氣體室101中的氣體G中的氧濃度，首先通過栗單元41進(jìn)行調(diào)整，然后通過第2栗單元45進(jìn)一步精密地進(jìn)行調(diào)整。因此，能夠?qū)⒌竭_(dá)監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的氣體G中的氧濃度更精密地進(jìn)行控制，能夠進(jìn)一步減小氣體傳感器I的檢測誤差。
[0167]在本例的氣體傳感器I中，到達(dá)監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的氣體G中的氧濃度最終由第2栗單元45進(jìn)行調(diào)整，第2栗電極25的寬度方向W的中心位置成為01。并且，在將第2栗電極25的寬度設(shè)為Wl時(shí)，監(jiān)視器電極22與傳感器電極23之間的間隙S的寬度方向W的中心位置02的偏離量Δ Xl具有Δ Xl < 1/4W1的關(guān)系。此外，相對于第2栗電極25的寬度方向W的中心位置01、監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置以及傳感器電極23的側(cè)面231的位置△ Yl具^TAYl < 1/2W1 的關(guān)系。
[0168]換言之，監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置與第2栗電極25的側(cè)面251的位置相同或位于比第2栗電極25的側(cè)面251的位置靠內(nèi)側(cè)的位置，傳感器電極23的側(cè)面231的位置與第2栗電極25的側(cè)面251的位置相同或位于比第2栗電極25的側(cè)面251的位置靠內(nèi)側(cè)的位置。
[0169]在本例中，能夠使得穿過第2栗電極25的配置位置之后的氣體G與監(jiān)視器電極22及傳感器電極23盡可能等同地接觸。因此，在監(jiān)視器電極22和傳感器電極23中，能夠使對氣體G中的殘留氧進(jìn)行分解的量盡可能等同。
[0170]實(shí)施例4的氣體傳感器I的其他結(jié)構(gòu)以及圖中的標(biāo)號與上述實(shí)施例1、2相同，實(shí)施例4的其他作用效果與上述實(shí)施例1、2相同。
[0171](實(shí)施例5)
[0172]實(shí)施例5表示如圖15、圖16所示，氣體傳感器I除了上述實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)以外還具有栗控制單元46的情況。
[0173]栗控制單元46在固體電解質(zhì)體2的氣體室101側(cè)的第I主面201具有暴露于氣體G中的栗控制電極26。栗控制電極26在固體電解質(zhì)體2的第I主面201中配置在栗電極21與監(jiān)視器電極22及傳感器電極23之間。
[0174]栗控制單元46構(gòu)成為根據(jù)在栗控制電極26與基準(zhǔn)電極24之間產(chǎn)生的電動(dòng)勢，來檢測氣體室1I中的氣體G中的氧濃度。在本例的氣體傳感器I中，對于氣體室1I中的氣體G中的氧濃度，通過對栗單元41進(jìn)行控制以使在栗控制單元46中產(chǎn)生的電動(dòng)勢成為規(guī)定值從而來進(jìn)行調(diào)整。栗控制電極26在氣體G的流動(dòng)方向上配置在配置有監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的位置的緊前的位置。因此，在本例中，能夠?qū)⒌竭_(dá)監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的氣體G中的氧濃度更精密地控制，能夠進(jìn)一步減小氣體傳感器I中的檢測誤差。
[0175]在本例的氣體傳感器I中，到達(dá)監(jiān)視器電極22以及傳感器電極23的氣體G中的氧濃度最終由栗控制單元46進(jìn)行調(diào)整，栗控制電極26的寬度方向W的中心位置成為01。并且，在將栗控制電極26的寬度設(shè)為Wl時(shí)，監(jiān)視器電極22與傳感器電極23之間的間隙S的寬度方向W的中心位置02的偏離量△ Xl具有△ Xl < 1/4W1的關(guān)系。此外，相對于栗控制電極26的寬度方向W的中心位置01的、監(jiān)視器電極22的側(cè)面221的位置以及傳感器電極23的側(cè)面231的位置△ Yl具有Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系。
[0176]在實(shí)施例5中，能夠使得穿過栗控制電極26的配置位置之后的氣體G與監(jiān)視器電極22及傳感器電極23盡可能等同地接觸。因此，在監(jiān)視器電極22和傳感器電極23中，能夠使對氣體G中的殘留氧進(jìn)行分解的量盡可能等同。
[0177]實(shí)施例5的氣體傳感器I的其他結(jié)構(gòu)以及圖中的標(biāo)號與上述實(shí)施例1、2相同，本例的其他作用效果與上述實(shí)施例1、2相同。
[0178]附圖標(biāo)記說明
[0179]I 氣體傳感器
[0180]101氣體室
[0181]102基準(zhǔn)氣體室
[0182]103第I氣體室
[0183]104第2氣體室
[0184]105窄小空間
[0185]2 固體電解質(zhì)體
[0186]21栗電極
[0187]22監(jiān)視器電極
[0188]23傳感器電極
[0189]24基準(zhǔn)電極
[0190]3 擴(kuò)散電阻體
[0191]41栗單元
[0192]42監(jiān)視器單元
[0193]43傳感器單元
[0194]6 加熱器
[0195]61絕緣體
[0196]62通電體
[0197]622發(fā)熱部
[0198]G 氣體
[0199]A 基準(zhǔn)氣體
[0200]S 間隙
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氣體傳感器(I)，對含有氧的氣體(G)中的規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行測定，其特征在于，具備: 板狀的固體電解質(zhì)體(2)，具有氧離子傳導(dǎo)性； 氣體室(101)，形成于該固體電解質(zhì)體(2)的第I主面(201)—側(cè)，被導(dǎo)入上述氣體(G); 基準(zhǔn)氣體室(102)，形成于上述固體電解質(zhì)體(2)的第2主面(202)—側(cè)，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體(A); 栗電極(21)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201); 監(jiān)視器電極(22)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201)，位于比設(shè)有上述栗電極(21)的位置靠上述氣體(G)的流動(dòng)方向(F)的下游側(cè)； 傳感器電極(23)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201)，相對于設(shè)有上述監(jiān)視器電極(22)的位置，排列在與上述流動(dòng)方向(F)垂直的方向上； 基準(zhǔn)電極(24)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第2主面(202);以及 加熱器(6)，隔著上述氣體室(101)或上述基準(zhǔn)氣體室(102)而與上述固體電解質(zhì)體(2)對置地配置，對該固體電解質(zhì)體(2)進(jìn)行加熱； 通過上述栗電極(21)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成對上述氣體(G)中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整的栗單元(41); 通過上述監(jiān)視器電極(22)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成監(jiān)視器單元(42)，該監(jiān)視器單元(42)基于在上述監(jiān)視器電極(22)與上述基準(zhǔn)電極(24)之間流過的氧離子電流，檢測上述氣體室(101)中的氧濃度； 通過上述傳感器電極(23)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成傳感器單元(43)，該傳感器單元(43)用于基于在上述傳感器電極(23)與上述基準(zhǔn)電極(24)之間流過的氧離子電流，檢測上述氣體室(101)中的上述規(guī)定的氣體成分的濃度； 在上述栗電極(21)、上述監(jiān)視器電極(22)以及上述傳感器電極(23)設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的位置中，與上述流動(dòng)方向(F)正交的寬度方向(W)上的上述氣體室(101)的空間寬度(WO)為一定； 在將上述栗電極(21)的寬度設(shè)為Wl時(shí)，在上述寬度方向(W)上，上述監(jiān)視器電極(22)與上述傳感器電極(23)之間的間隙(S)的中心位置(02)相對于上述栗電極(21)的中心位置(01)的偏離量ΔΧ1具有ΔΧ1 < 1/4W1的關(guān)系，并且，距離上述栗電極(21)的中心位置(01)的、上述監(jiān)視器電極(22)的側(cè)面(221)的位置以及上述傳感器電極(23)的側(cè)面(231)的位置△ Yl具有Δ Yl < 1/2W1的關(guān)系。2.—種氣體傳感器(I)，對含有氧的氣體(G)中的規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行測定，其特征在于，具備: 板狀的固體電解質(zhì)體(2)，具有氧離子傳導(dǎo)性； 氣體室(101)，形成于該固體電解質(zhì)體(2)的第I主面(201)—側(cè)，被導(dǎo)入上述氣體(G); 基準(zhǔn)氣體室(102)，形成于上述固體電解質(zhì)體(2)的第2主面(202)—側(cè)，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體(A); 栗電極(21)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201); 監(jiān)視器電極(22)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201)，位于比設(shè)有上述栗電極(21)的位置靠上述氣體(G)的流動(dòng)方向(F)的下游側(cè)； 傳感器電極(23)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201)，相對于設(shè)有上述監(jiān)視器電極(22)的位置，排列在與上述流動(dòng)方向(F)垂直的方向上； 基準(zhǔn)電極(24)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第2主面(202);以及 加熱器(6)，隔著上述氣體室(101)或上述基準(zhǔn)氣體室(102)而與上述固體電解質(zhì)體(2)對置地配置，對該固體電解質(zhì)體(2)進(jìn)行加熱； 通過上述栗電極(21)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分，形成對上述氣體(G)中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整的栗單元(41); 通過上述監(jiān)視器電極(22)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成監(jiān)視器單元(42)，該監(jiān)視器單元(42)基于在上述監(jiān)視器電極(22)與上述基準(zhǔn)電極(24)之間流過的氧離子電流，檢測上述氣體室(101)中的氧濃度； 通過上述傳感器電極(23)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成傳感器單元(43)，該傳感器單元(43)用于基于在上述傳感器電極(23)與上述基準(zhǔn)電極(24)之間流過的氧離子電流，檢測述氣體室(101)中的上述規(guī)定的氣體成分的濃度； 在上述栗電極(21)、上述監(jiān)視器電極(22)以及上述傳感器電極(23)設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的位置中，與上述流動(dòng)方向(F)正交的寬度方向(W)上的上述氣體室(101)的空間寬度(WO)為一定； 上述加熱器(6)具有絕緣體(61)、以及埋設(shè)于該絕緣體(61)并通過通電而發(fā)熱的發(fā)熱部(622)，該發(fā)熱部(622)被設(shè)置成與設(shè)有上述栗電極(21)、上述監(jiān)視器電極(22)以及上述傳感器電極(23)的上述固體電解質(zhì)體(2)的平面區(qū)域整體的投影位置對應(yīng)； 在將上述發(fā)熱部(622)的上述寬度方向(W)的整體寬度設(shè)為W2時(shí)，在上述寬度方向(W)上，上述監(jiān)視器電極(22)與上述傳感器電極(23)之間的間隙(S)的中心位置(04)相對于上述發(fā)熱部(622)的中心位置(03)的偏離量ΔΧ2具有ΔΧ2< 1/4W2的關(guān)系，并且，距離上述發(fā)熱部(622)的中心位置(03)的、上述監(jiān)視器電極(22)的側(cè)面(221)的位置以及上述傳感器電極(23)的側(cè)面(231)的位置ΔΥ2具有AY2S1/2W2的關(guān)系。3.如權(quán)利要求1或2所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 在與上述寬度方向(W)正交的厚度方向(T)上，從上述栗電極(21)的表面到上述發(fā)熱部(622)的表面的距離(Dl)、從上述監(jiān)視器電極(22)的表面到上述發(fā)熱部(622)的表面的距離(D2)、以及從上述傳感器電極(23)的表面到上述發(fā)熱部(622)的表面的距離(D3)大致相同。4.如權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 在上述寬度方向(W)上，上述監(jiān)視器電極(22)的寬度(Al)與上述傳感器電極(23)的寬度(Α2)大致相同； 在上述流動(dòng)方向(F)上，從上述栗電極(21)的下游側(cè)端面到上述監(jiān)視器電極(22)的上游側(cè)端面的距離(BI)與從上述栗電極(21)的下游側(cè)端面到上述傳感器電極(23)的上游側(cè)端面的距離(Β2)大致相同。5.—種氣體傳感器(I)，對含有氧的氣體(G)中的規(guī)定的氣體成分的濃度進(jìn)行測定，其特征在于，具備: 板狀的固體電解質(zhì)體(2)，具有氧離子傳導(dǎo)性； 氣體室(101)，形成于該固體電解質(zhì)體(2)的第I主面(201)—側(cè)，被導(dǎo)入上述氣體(G); 基準(zhǔn)氣體室(102)，形成于上述固體電解質(zhì)體(2)的第2主面(202)—側(cè)，被導(dǎo)入基準(zhǔn)氣體(A); 栗電極(21)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201); 監(jiān)視器電極(22)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201)，位于比設(shè)有上述栗電極(21)的位置靠上述氣體(G)的流動(dòng)方向(F)的下游側(cè)； 傳感器電極(23)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第I主面(201)，相對于設(shè)有上述監(jiān)視器電極(22)的位置，排列在與上述流動(dòng)方向(F)垂直的方向上； 基準(zhǔn)電極(24)，設(shè)置于上述固體電解質(zhì)體(2)的上述第2主面(202);以及加熱器(6)，隔著上述氣體室(101)或上述基準(zhǔn)氣體室(102)而與上述固體電解質(zhì)體(2)對置地配置，對該固體電解質(zhì)體(2)進(jìn)行加熱； 通過上述栗電極(21)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成對上述氣體(G)中的氧濃度進(jìn)行調(diào)整的栗單元(41); 通過上述監(jiān)視器電極(22)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成監(jiān)視器單元(42)，該監(jiān)視器單元(42)基于在上述監(jiān)視器電極(22)與上述基準(zhǔn)電極(24)之間流過的氧離子電流，檢測上述氣體室(101)中的氧濃度； 通過上述傳感器電極(23)、上述基準(zhǔn)電極(24)、上述固體電解質(zhì)體(2)的一部分形成傳感器單元(43)，該傳感器單元(43)用于基于在上述傳感器電極(23)與上述基準(zhǔn)電極(24)之間流過的氧離子電流，檢測上述氣體室(101)中的上述規(guī)定的氣體成分的濃度； 上述氣體室(101)由配置有上述栗電極(21)的第I氣體室(103)、配置有上述監(jiān)視器電極(22)及上述傳感器電極(23)的第2氣體室(104)、以及位于上述第I氣體室(103)與上述第2氣體室(104)之間的窄小空間(105)而形成； 上述窄小空間(105)的寬度方向(W)上的空間寬度(W3)比上述第I氣體室(103)的上述寬度方向(W)上的空間寬度(W0’)以及上述第2氣體室(104)的上述寬度方向(W)上的空間寬度(需”)窄; 在上述寬度方向(W)上，上述監(jiān)視器電極(22)與上述傳感器電極(23)之間的間隙(S)的中心位置(06)相對于上述窄小空間(105)的中心位置(05)的偏離量ΔΧ3具有ΔΧ3 5 1/4W3的關(guān)系。6.如權(quán)利要求2所述的氣體傳感器(I)，其特征在于， 上述栗電極(21)的上述寬度方向(W)的寬度Wl與上述發(fā)熱部(622)的上述寬度方向(W)的整體寬度W2具有Wl SW2的關(guān)系。
【文檔編號】G01N27/416GK105829879SQ201480068605
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月16日
【發(fā)明人】中藤充伸, 水谷圭吾, 荒木貴司, 藤堂祐介
【申請人】株式會社電裝