發布日期：2022-10-09 點擊率：105
摘要：
本發明涉及一種氣體傳感器(10),其在由固體電解質構成的結構體(14)內自氣體導入口(16)開始以按順序依次連通的方式形成有預備空腔(21),氧濃度調節室(18)以及測定空腔(20),以一定的周期將預備空腔(21)的預備泵單元(80)切換為ON或OFF,并對測定空腔(20)的測定泵電流Ip3進行測定.氣體傳感器(10)基于測定泵電流Ip3的時間變化率dIp3/dt的峰值而迅速地求出測定泵電流Ip3的穩態值,由此,加快預備泵單元(80)的ON/OFF的切換周期.
展開
本發明涉及一種氣體傳感器及氣體濃度測定方法。
背景技術：
以往，提出過有這樣的氣體傳感器，即：對尾氣這樣的在氧存在下所共存的一氧化氮(no)、氨(nh3)等多個成分的濃度進行測定的氣體傳感器。
例如，國際公開第2017/號中記載有一種氣體傳感器，其在氧離子傳導性的固體電解質上以隔著擴散阻力部的方式而設置有預備空腔、主空腔、副空腔、以及測定空腔，同時在各個空腔內設置有泵電極。在該氣體傳感器中，通過對預備空腔的泵電極的驅動或停止進行切換，而能夠切換：nh3在預備空腔內向no的氧化反應的進行或停止。而且，基于因為nh3和no從預備空腔向主空腔擴散的擴散速度差而產生的測定電極的泵電流的變化，來對nh3和no的氣體濃度進行測定。
技術實現要素：
然而，對于國際公開第2017/號中記載的氣體傳感器，需要每隔一定時間就要對泵電極的驅動或停止進行切換，同時進行測定。這就需要測定時的泵電極的驅動或停止的時間足夠長于預備空腔、主空腔、副空腔以及測定空腔內的氣體濃度達到恒定所需的時間，且直至得到nh3和no的氣體濃度的測定結果需要規定的時間。因此，存在著：傳感器輸出相對于氣體濃度變化的響應速度呈較低的問題。
本發明的目的在于，提供一種傳感器輸出相對于氣體濃度變化的響應速度優異的氣體傳感器及氣體濃度測定方法。
本發明的一個觀點是一種氣體傳感器，該氣體傳感器在氧存在下對多個成分的濃度進行測定，其具備：結構體，該結構體至少由氧離子傳導性的固體電解質構成；氣體導入口，該氣體導入口形成于上述結構體，且用于供被測定氣體導入；預備空腔，該預備空腔具有混合電位電極，且與上述氣體導入口連通；氧濃度調節室，該氧濃度調節室具有主泵電極，且與上述預備空腔連通；測定空腔，該測定空腔具有測定電極，且與上述氧濃度調節室連通；基準電極，該基準電極形成于上述結構體的表面，且能夠與基準氣體接觸；主氧濃度控制機構，該主氧濃度控制機構基于上述主泵電極的電壓而對上述氧濃度調節室內的氧濃度進行控制；nh3濃度測定機構，該nh3濃度測定機構對上述基準電極與上述混合電位電極之間的混合電位進行檢測；no濃度測定機構，該no濃度測定機構基于上述測定電極的泵電流而對測定空腔內的no濃度進行測定；以及目標成分獲取機構，該目標成分獲取機構獲取被測定氣體中的nh3濃度及no濃度。
另外，本發明的另一觀點是一種氣體濃度測定方法，是使用氣體傳感器在氧的存在下對被測定氣體中的多個成分的濃度進行測定的氣體濃度測定方法，氣體傳感器具備：結構體，該結構體至少由氧離子傳導性的固體電解質構成；氣體導入口，該氣體導入口形成于上述結構體、且供被測定氣體導入；預備空腔，該預備空腔具有混合電位電極、且與上述氣體導入口連通；氧濃度調節室，該氧濃度調節室具有主泵電極、且與上述預備空腔連通；測定空腔，該測定空腔具有測定電極、且與上述氧濃度調節室連通；基準電極，該基準電極形成于上述結構體的表面、且能夠與基準氣體接觸；其中，向上述測定電極供給泵電流而將被測定氣體中的氧排出，并且，對上述混合電位電極的混合電位進行檢測，由此，獲取上述被測定氣體中的nh3濃度。
根據上述觀點的氣體傳感器及氣體濃度測定方法，無需對預備空腔的預備泵電極的驅動或停止進行切換，就能夠測定nh3濃度和no濃度，因此，響應速度優異。
上述的目的、特征和優點可以根據參照所添加的附圖進行說明的以下的實施方式的說明，而容易地了解。
附圖說明
圖1是表示本發明的實施方式的氣體傳感器的一個結構例的截面圖。
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實施方式中的氣體傳感器內的反應的說明圖。
圖4是表示第1實施方式的氣體濃度測定方法的流程圖。
圖5是表示圖1的氣體傳感器中的被測定氣體的、混合電位相對于nh3濃度的測定結果的曲線圖。
圖6是示意性地表示第2實施方式中的氣體傳感器內的反應的說明圖。
圖7是表示第2實施方式的氣體濃度測定方法的流程圖。
具體實施方式
以下，參照圖1～圖7，對本發明的氣體傳感器及氣體濃度測定方法的實施方式例進行說明。另外，本說明書中，表示數值范圍的“～”是以包含其前后記載的數值作為下限值和上限值的含義來進行使用的。
[第1實施方式]
第1實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：由氧離子傳導性的固體電解質構成的結構體14。在結構體14的內部形成有：用來供被測定氣體導入的氣體導入口16、與氣體導入口16連通的氧濃度調節室18、以及與氧濃度調節室18連通的測定空腔20。
氧濃度調節室18具有：與氣體導入口16連通的主空腔18a、和與主空腔18a連通的副空腔18b。測定空腔20與副空腔18b連通。
此外，氣體傳感器10在結構體14中具有：設置于氣體導入口16與主空腔18a之間、且與氣體導入口16連通的預備空腔21。
具體而言，傳感器元件12的結構體14是在附圖中自下側開始按照以下順序層疊六個層而構成的，所述六個層為：第1基板層22a、第2基板層22b、第3基板層22c、第1固體電解質層24、隔離層26、以及第2固體電解質層28。各層分別由氧化鋯(zro2)等氧離子傳導性固體電解質層構成。
在傳感器元件12的前端部側，且在第2固體電解質層28的下表面28b與第1固體電解質層24的上表面24a之間具備：氣體導入口16、第1擴散速度控制部30、預備空腔21、第2擴散速度控制部32、氧濃度調節室18、第3擴散速度控制部34、以及測定空腔20。另外，在構成氧濃度調節室18的主空腔18a與副空腔18b之間具備第4擴散速度控制部36。
上述的氣體導入口16、第1擴散速度控制部30、預備空腔21、第2擴散速度控制部32、主空腔18a、第4擴散速度控制部36、副空腔18b、第3擴散速度控制部34、以及測定空腔20是以上述順序依次連通的形態鄰接而形成的。將從氣體導入口16到測定空腔20的部位也稱為氣體流通部。
氣體導入口16、預備空腔21、主空腔18a、副空腔18b以及測定空腔20是以在厚度方向上貫穿隔離層26的形態設置的內部空間。預備空腔21、主空腔18a、副空腔18b、以及測定空腔20都是各上部被第2固體電解質層28的下表面28b所隔開，各下部被第1固體電解質層24的上表面24a所隔開。另外，預備空腔21、主空腔18a、副空腔18b、以及測定空腔20的側部被隔離層26的側面所隔開。
第1擴散速度控制部30、第3擴散速度控制部34、以及第4擴散速度控制部36均設置成：2條橫長的(開口在與附圖的紙面垂直的方向上具有長度方向的)狹縫。第2擴散速度控制部32設置成：1條橫長的(開口在與附圖的紙面垂直的方向上具有長度方向的)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離前端側的位置，設置有基準氣體導入空間38。基準氣體導入空間38為如下內部空間，即，該內部空間是：上部被隔離層26的下表面26b隔開、下部被第3基板層22c的上表面22c1隔開、側部被第1固體電解質層24的側面隔開而成的內部空間。作為基準氣體的例如氧、大氣被導入于基準氣體導入空間38。
氣體導入口16是相對于外部空間而呈開口的部位，被測定氣體從外部空間經過該氣體導入口16而被引入到傳感器元件12內。
第1擴散速度控制部30是：對從氣體導入口16向預備空腔21導入的被測定氣體賦予規定的擴散阻力的部位。
預備空腔21作為用于測定從氣體導入口16所導入的被測定氣體中的nh3濃度的空間而發揮作用。另外，預備空腔21根據需要還作為用于調整被測定氣體中的氧分壓的空間而發揮作用。在預備空腔21的內部設置有產生與nh3濃度相對應的混合電位的混合電位電極82。
對于混合電位電極82，在混合電位電極82、預備空腔21內的被測定氣體、以及固體電解質的三相界面發生：被測定氣體中的o2與被測定氣體中的no、nh3等之間的氧化·還原反應。其結果，在與后述的基準電極48之間產生：與no、nh3濃度相對應的電位差(混合電位)v0。
作為混合電位電極82的材料，優選使用如下材料，即，針對nh3與o2之間的反應的催化活性較低、且nh3和o2不會在電極表面發生燃燒反應并使上述的氣體成分能夠擴散至三相界面的材料。雖然沒有特別限定，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nh3的檢測選擇性的添加物而得到的復合氧化物。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，故優選。由au－pt合金構成的混合電位電極82例如可以通過如下方式來制作，即，在預備空腔21內涂布au－pt合金的糊料，之后將構成結構體14的固體電解質層疊，然后，與固體電解質一起進行燒成，由此，制作出混合電位電極82。如果此時的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)測定的au的原子百分率為30at％以上的au濃度，故優選。
預備泵單元80為：由混合電位電極82、外側泵電極44、以及第2固體電解質層28構成的電化學泵單元，其中所述混合電位電極82設置于：面向預備空腔21的第2固體電解質層28的下表面28b的大致整體。
預備泵單元80能夠通過向混合電位電極82與外側泵電極44之間外加所期望的預備泵電壓vp0，而將預備空腔21內的氣氛中的氧向外部空間汲出、或者從外部空間向預備空腔21內汲入氧。
此外，無需使預備泵單元80工作就可以進行第1實施方式中的nh3濃度及no濃度的測定。因此，本實施方式中，預備泵單元80不是必須的。后述的第2實施方式的測定方法中，使預備泵單元80進行工作。
氣體傳感器10為了進行預備空腔21內的氣氛中的nh3濃度的檢測，具有nh3檢測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、基準電極48、第2固體電解質層28、隔離層26、以及第1固體電解質層24。混合電位傳感器單元84檢測出：因預備空腔21內的氣氛中的nh3與氧的反應而產生的電位和基準電極48的電位之間的電位差，以此來作為混合電位v0。
預備空腔21還作為緩沖空間而發揮作用。即，能夠消除：因為外部空間中的被測定氣體的壓力變動而導致的被測定氣體的濃度變動。作為這樣的被測定氣體的壓力變動，例如，可舉出汽車的尾氣的排氣壓的脈動等。
第2擴散速度控制部32是：對從預備空腔21向主空腔18a導入的被測定氣體賦予規定的擴散阻力的部位。
主空腔18a設置成：用于對從氣體導入口16導入的被測定氣體中的氧分壓進行調節的空間。氧分壓通過主泵單元40進行工作而被調節。
主泵單元40是：由主泵電極42、外側泵電極44、以及被這些電極夾持的氧離子傳導性的固體電解質構成的電化學泵單元，也被稱為主電化學泵單元。主泵電極42形成于：劃分出主空腔18a的第1固體電解質層24的上表面24a、第2固體電解質層28的下表面28b、以及隔離層26的側面的各自的大致整面。外側泵電極44形成于第2固體電解質層28的上表面28a。外側泵電極44的位置最好是以暴露于外部空間的形態而設置在與主泵電極42對應的區域。主泵電極42和外側泵電極44例如可以構成為：俯視時呈矩形的多孔質金屬陶瓷電極。
主泵電極42優選由減弱了針對被測定氣體中的氮氧化物(nox)成分的還原能力的材料構成。另外，主泵電極42優選由具有被測定氣體中的nh3的氧化能力的材料構成。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nh3的氧化能力降低，因此，不易在主空腔18a中進行將nh3轉化為no的反應。
主泵單元40通過在傳感器元件12的外部所具備的第1可變電源46，來外加第1泵電壓vp1。結果，使第1泵電流ip1在外側泵電極44與主泵電極42之間流通，從而能夠將主空腔18a內的o2向外部汲出、或者將外部空間的o2向主空腔18a內汲入。
另外，傳感器元件12具有作為電化學傳感器單元的第1氧分壓檢測傳感器單元50。該第1氧分壓檢測傳感器單元50由主泵電極42、基準電極48、以及被這些電極所夾持的氧離子傳導性的第1固體電解質層24構成。基準電極48是：形成于第1固體電解質層24與第3基板層22c之間的電極，由與外側泵電極44相同的多孔質金屬陶瓷構成。
基準電極48形成為：俯視時呈矩形。另外，在基準電極48的周圍設置有：由多孔質氧化鋁構成且與基準氣體導入空間38連接的基準氣體導入層52。基準氣體導入空間38的基準氣體經由基準氣體導入層52而被導入到基準電極48的表面。在第1氧分壓檢測傳感器單元50中，因為主空腔18a內的氣氛與基準氣體導入空間38的基準氣體之間的氧濃度差，而在主泵電極42與基準電極48之間產生第1電動勢v1。
在第1氧分壓檢測傳感器單元50中產生的第1電動勢v1根據存在于主空腔18a的氣氛的氧分壓而發生變化。傳感器元件12利用上述的第1電動勢v1而對主泵單元40的第1可變電源46進行反饋控制。由此，能夠根據主空腔18a的氣氛的氧分壓，來控制第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電動勢v1恒定的方式進行動作的條件下，第1可變電源46向主泵電極42供給的第1泵電流ip1反映了被測定氣體中的o2的濃度。由此，通過檢測第1泵電流ip1，可得到被測定氣體中的氧濃度。如后所述，被測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擴散速度控制部36是：對被測定氣體賦予規定的擴散阻力、并將該被測定氣體導入副空腔18b的部位，其中所述被測定氣體是：在主空腔18a中，利用主泵單元40的動作而對氧濃度(氧分壓)進行控制之后的氣體。
副空腔18b設置成用于進行如下處理的空間，即：預先在主空腔18a中，對氧濃度(氧分壓)進行調節，之后又經過第4擴散速度控制部36而被導入被測定氣體，再利用輔助泵單元54，對被導入的被測定氣體進行氧分壓的調節。由此，能夠將副空腔18b內的氧濃度高精度地保持恒定，從而能夠實現精度高的nox濃度測定。
輔助泵單元54為電化學泵單元，其由輔助泵電極56、外側泵電極44以及第2固體電解質層28構成，其中該輔助泵電極56設置于：面向副空腔18b的第2固體電解質層28的下表面28b的大致整體。另外，關于輔助泵電極56，與主泵電極42同樣地，也是使用減弱了針對被測定氣體中的nox成分的還原能力的材料來形成的。
輔助泵單元54構成為：通過向輔助泵電極56與外側泵電極44之間外加所期望的第2泵電壓vp2，而能夠將副空腔18b內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內的氣氛中的氧分壓，由輔助泵電極56、基準電極48、第2固體電解質層28、隔離層26、以及第1固體電解質層24構成電化學傳感器單元。亦即，構成：輔助泵控制用的第2氧分壓檢測傳感器單元58。
在第2氧分壓檢測傳感器單元58中，因為副空腔18b內的氣氛與基準氣體導入空間38的基準氣體之間的氧濃度差，而在輔助泵電極56與基準電極48之間產生第2電動勢v2。該第2氧分壓檢測傳感器單元58所產生的第2電動勢v2根據存在于副空腔18b的氣氛的氧分壓而發生變化。
傳感器元件12通過基于上述的第2電動勢v2來對第2可變電源60進行控制，由此進行輔助泵單元54的泵送。據此，副空腔18b內的氣氛中的氧分壓被控制至：實質上對nox的測定沒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氧分壓檢測傳感器單元58的第2電動勢v2。具體而言，第2泵電流ip2作為控制信號而被輸入到第2氧分壓檢測傳感器單元58。其結果，對第2電動勢v2進行控制，而控制成：經過第4擴散速度控制部36而被導入到副空腔18b內的被測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，通過主泵單元40和輔助泵單元54的工作，副空腔18b內的氧濃度高精度地保持在各條件的規定的值。
第3擴散速度控制部34是：對被測定氣體賦予規定的擴散阻力、并將該被測定氣體導入到測定空腔20的部位，其中所述被測定氣體是：在副空腔18b中，利用輔助泵單元54的動作而對氧濃度(氧分壓)進行控制之后的氣體。
nox濃度的測定主要是通過設置于測定空腔20的測定用泵單元61的動作而進行的。測定用泵單元61是：由測定電極62、外側泵電極44、第2固體電解質層28、隔離層26、以及第1固體電解質層24構成的電化學泵單元。測定電極62設置于：測定空腔20內的例如第1固體電解質層24的上表面24a，并由針對被測定氣體中的nox成分的還原能力高于主泵電極42的材料構成。測定電極62例如可以為多孔質金屬陶瓷電極。另外，測定電極62優選使用：還作為對氣氛中所存在的nox進行還原的nox還原催化劑而發揮作用的材料。
測定用泵單元61通過在測定空腔20內且在測定電極62的周圍對氮氧化物進行分解而產生氧。此外，測定用泵單元61能夠將測定電極62中產生的氧汲出，并檢測出該氧的產生量，來作為測定泵電流ip3亦即傳感器輸出。
另外，為了檢測測定空腔20內的測定電極62的周圍的氧分壓，由第1固體電解質層24、測定電極62、以及基準電極48構成電化學傳感器單元，亦即構成測定用泵控制用的第3氧分壓檢測傳感器單元66。基于由第3氧分壓檢測傳感器單元66檢測到的第3電動勢v3，來控制第3可變電源68。
導入到副空腔18b內的被測定氣體在氧分壓被控制的狀況下經過第3擴散速度控制部34而到達測定空腔20內的測定電極62。測定電極62的周圍的被測定氣體中的no被還原而產生氧。這里，所產生的氧通過測定用泵單元61而被泵送。此時，對第3可變電源68的第3泵電壓vp3進行控制，以使得由第3氧分壓檢測傳感器單元66檢測到的第3電動勢v3為恒定的。在測定電極62的周圍所生成的氧的量與被測定氣體中的no的濃度是成正比例的。因此，使用測定用泵單元61的測定泵電流ip3，能夠計算出被測定氣體中的no濃度。即，測定用泵單元61構成：用于對測定空腔20內的特定成分(no)的濃度進行測定的no濃度測定機構104。
另外，氣體傳感器10具有電化學傳感器單元70。該傳感器單元70由第2固體電解質層28、隔離層26、第1固體電解質層24、第3基板層22c、外側泵電極44、以及基準電極48構成。能夠利用由該傳感器單元70得到的電動勢vref，來檢測傳感器外部的被測定氣體中的氧分壓。
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從上下夾持的形態而形成有加熱器72。加熱器72通過設置于第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，由此進行發熱。通過加熱器72發熱，來提高構成傳感器元件12的固體電解質的氧離子傳導性。加熱器72埋設于預備空腔21、氧濃度調節室18和測定空腔20的整個區域，能夠將傳感器元件12的規定位置加熱到規定的溫度，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統稱為加熱器部。
利用加熱器部對傳感器元件12進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測定精度的觀點考慮，傳感器元件12的溫度優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的溫度過低，則測定空腔20內的no的分解反應以及測定電極62的測定泵電流ip3的輸出自身就會降低。因此，優選為，在能夠檢測出測定泵電流ip3的傳感器輸出的范圍內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行動作。
此外，如圖2示意性地所示，氣體傳感器10具有：用于對氧濃度調節室18內的氧濃度進行控制的氧濃度控制機構100(主氧濃度控制機構)、用于對傳感器元件12的溫度進行控制的溫度控制機構102、no濃度測定機構104、預備氧濃度控制機構106、nh3濃度測定機構108、以及目標成分獲取機構110。
另外，氧濃度控制機構100、溫度控制機構102、no濃度測定機構104、預備氧濃度控制機構106、nh3濃度測定機構108和目標成分獲取機構110由具有例如一個或多個cpu(中央處理單元)和存儲裝置等的1個以上的電子電路構成。電子電路也是：通過cpu執行例如存儲于存儲裝置的程序而實現規定的功能的軟件功能部。當然，還可以是將多個電子電路根據功能而進行連接所得到的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節室18、氧濃度控制機構100、溫度控制機構102、以及no濃度測定機構104以外，還具備預備空腔21、預備氧濃度控制機構106、nh3濃度測定機構108、以及目標成分獲取機構110，由此能夠獲取no和nh3的各濃度。
氧濃度控制機構100基于預先設定的氧濃度的條件、以及第1氧分壓檢測傳感器單元50(參照圖1)中所產生的第1電動勢v1，來對第1可變電源46進行反饋控制，將氧濃度調節室18內的氧濃度調節為符合上述條件的濃度。
溫度控制機構102基于預先設定的傳感器溫度的條件、以及來自對傳感器元件12的溫度進行測量的溫度傳感器(未圖示)的測量值，來對加熱器72進行反饋控制，由此將傳感器元件12的溫度調節為符合上述條件的溫度。
氣體傳感器10通過以下方式對氧濃度調節室18內的狀態進行控制，即：利用上述的氧濃度控制機構100或溫度控制機構102的單獨動作、或者氧濃度控制機構100和溫度控制機構102的協同動作，不是使氧濃度調節室18內的no分解，而是將nh3全部轉化為no。另外，被測定氣體中的no2在氧濃度調節室18內被還原為no。
no濃度測定機構104對測定電極62的測定泵電流ip3進行測定，以此來作為第1傳感器輸出。
預備氧濃度控制機構106根據需要，以主泵單元40的第1泵電流ip1為預先設定的值的方式對預備可變電源86進行反饋控制，將預備空腔21內的氧濃度調節為符合條件的濃度。此外，在第1實施方式中，使預備氧濃度控制機構106不工作而進行測定。
nh3濃度測定機構108對混合電位電極82的混合電位進行測定，以此來作為第2傳感器輸出。
而且，目標成分獲取機構110基于no濃度測定機構104的第1傳感器輸出、和nh3濃度測定機構108的第2傳感器輸出，來獲取被測定氣體中的no和nh3的濃度。
本實施方式的混合電位電極82的混合電位主要是通過被測定氣體中的nh3與氧的反應而產生。因此，混合電位不僅因nh3的濃度而變動，還會因氧的濃度而變動。因此，目標成分獲取機構110基于主泵單元40的第1泵電流ip1，來求出被測定氣體中的氧濃度。而且，目標成分獲取機構110參照：預先測定求出的、包含與混合電位的氧濃度依賴性相關的數據的映射112。映射112中包括：混合電位與nh3濃度之間的相關關系、以及與該相關關系的氧濃度依賴性相關的數據。目標成分獲取機構110基于第2傳感器輸出、和被測定氣體中的氧濃度，并通過參照映射112，對由氧濃度引起的誤差進行修正，由此求出被測定氣體中的nh3濃度。
另外，目標成分獲取機構110根據no濃度測定機構104的第1傳感器輸出，來對測定空腔20內的no濃度進行測定。然后，測定空腔20內的no濃度減去參照映射112而求出的被測定氣體中的nh3濃度，由此，求出被測定氣體中的no濃度。
接下來，參照圖3，對氣體傳感器10內的被測定氣體的化學反應進行說明。
如圖3所示，經過氣體導入口16而導入至預備空腔21的被測定氣體的極少部分在混合電位電極82的表面發生反應，從而使混合電位電極82產生混合電位v0。由于有助于產生混合電位v0的氣體成分的量很少，所以，在預備空腔21中，被測定氣體中的no、nh3以及氧的濃度幾乎沒有變化。
從預備空腔21流入至氧濃度調節室18的被測定氣體中的氧通過主泵單元40而被汲出，并被設定為規定的氧分壓。另外，被測定氣體中的nh3在氧濃度調節室18內發生從nh3被氧化為no的反應，由此，在氧濃度調節室18內，所有nh3都轉化為no。另外，no2等氮氧化物也轉化為no。
然后，氧濃度調節室18內的no向測定空腔20流入，對其no濃度進行檢測，以此來作為流通于測定用泵單元61的測定泵電流ip3。
接下來，參照圖4的流程圖，對氣體傳感器10的被測定氣體中的no以及nh3濃度的測定方法進行說明。
首先，在步驟s10，氣體傳感器10使o2、no以及nh3混合存在的被測定氣體經過氣體導入口16而向預備空腔21內導入。
接下來，在步驟s12，氧濃度控制機構100將氧濃度調節室18的氧濃度控制為規定的一定值。如上所述，在氧濃度調節室18內，進行動作，以使得所有的nox以及nh3都轉化為no，且將妨礙no濃度測定的剩余氧汲出。此時，氧濃度控制機構100對作為第1氧分壓檢測傳感器單元50的傳感器輸出的第1電動勢v1進行檢測。而且，氧濃度控制機構100以第1電動勢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進行反饋控制。之后，在進行氣體傳感器10的測定期間，利用氧濃度控制機構100，繼續進行第1泵電流ip1的控制。
在步驟s14，nh3濃度測定機構108對混合電位電極82與基準電極48之間的電位差亦即混合電位v0進行檢測。將該混合電位v0的測定結果(第2傳感器輸出)輸入給目標成分獲取機構110。
在步驟s16，目標成分獲取機構110獲取氧濃度控制機構100的第1泵電流ip1，從而對被測定氣體中的氧濃度進行測定。目標成分獲取機構110參照表示第1泵電流ip1與被測定氣體中的氧濃度之間的相關關系的映射112，來測定被測定氣體中的氧濃度。
在步驟s18，目標成分獲取機構110獲取被測定氣體中的nh3濃度。目標成分獲取機構110參照下述的映射112，來獲取被測定氣體中的nh3濃度，即，映射112存儲有：預先通過實驗求出的混合電位與nh3濃度之間的相關關系、和表示該相關關系的氧濃度依賴性的數據。據此，對由氧濃度引起的混合電位的誤差進行修正。
在步驟s20，no濃度測定機構104對測定用泵單元61的測定泵電流ip3的值(第1傳感器輸出)進行檢測。
在步驟s22，目標成分獲取機構110獲取被測定氣體中的no濃度。這里，映射112中包括有：預先通過實驗求出的、表示測定泵電流ip3與no濃度之間的相關關系的數據。目標成分獲取機構110基于步驟s20中所獲取的測定用泵單元61的測定泵電流ip3的值，并參照映射112，來獲取測定空腔20內的氣氛中的no濃度。接下來，目標成分獲取機構110通過將測定空腔20內的氣氛中的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，來獲取被測定氣體中的no濃度。
通過以上所述，求出了被測定氣體中的no以及nh3的濃度。然后，在步驟s24，判定：目標成分獲取機構110是否繼續進行測定。在步驟s24，在判斷為目標成分獲取機構110繼續測定的情況下，轉移到步驟s14，反復進行no以及nh3的濃度的測定。另一方面，在步驟s24，在判斷為目標成分獲取機構110結束測定的情況下，則結束氣體傳感器10的測定處理。
(實驗例)
以下，對如下實施例進行說明，即，在本實施方式的氣體傳感器10中，導入包含有no及nh3的被測定氣體，來對混合電位電極82的混合電位進行測定的實驗例。本實驗例中，使用了在投料組成中含有5wt％的au在內的au/pt合金的糊料，來制作出氣體傳感器10的混合電位電極82。在將結構體14層疊而形成出預備空腔21時，在預備空腔21內涂布au/pt合金的糊料，來形成混合電位電極82。然后，以約1400℃的溫度而與結構體14一起進行燒成，從而形成出混合電位電極82。
此外，將本實驗例的氣體傳感器10切斷，利用xps，對混合電位電極82的貴金屬粒子表面的原子百分率進行測定，其結果，au的原子百分率為60atm％。
關于本實驗例的氣體傳感器10，在使用加熱器72而將溫度保持在750℃的狀態下，導入被測定氣體，來測定混合電位v0。此外，被測定氣體中，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，在本實驗例的混合電位電極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的范圍內發生變化，混合電位v0也幾乎沒有變化，僅nh3濃度發生變化。
因此，可確認到：通過檢測預備空腔21內的混合電位電極82的混合電位，能夠選擇性地僅僅測定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，通過在預備空腔21設置有混合電位電極82，能夠基于混合電位電極82的混合電位(第2傳感器輸出)，來選擇性地檢測出包含no及nh3的被測定氣體中的nh3濃度。另外，通過基于測定泵電流ip3(第1傳感器輸出)而檢測出的no濃度減去nh3濃度，就能夠測定被測定氣體中的no濃度。
另外，根據氣體傳感器10，不需要：每隔一定時間就要對預備空腔21內的預備泵單元80的驅動或停止進行切換、同時進行測定，因此，能夠始終測定被測定氣體的no及nh3。由此，傳感器輸出相對于氣體濃度變化的響應速度優異。此外，氣體傳感器10在氧濃度調節室18以及測定空腔20中，進行被測定氣體的吸入，因此，能夠將被測定氣體快速導入預備空腔21或測定空腔20。因此，根據氣體傳感器10，與以往的混合電位型氣體傳感器相比，響應性更加優異。
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、外側泵電極44的旁邊)也能夠進行nh3的測定，但是，通過像本發明這樣形成于預備空腔21的內部，使其暴露于尾氣所包含的雜質中(例如、硫、磷、硅等)的機會減少，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，通過使用上述的混合電位電極82，能夠從被測定氣體中選擇性地測定nh3的濃度。
在氣體傳感器10中，目標成分獲取機構110通過根據測定電極62的測定泵電流ip3而求出的no濃度減去由nh3濃度而得到的no濃度量，能夠獲取被測定氣體中的no濃度。
在氣體傳感器10中，目標成分獲取機構110根據主泵電極42的第1泵電流ip1而測定被測定氣體中的氧濃度，并且，基于該氧濃度的測定結果，對混合電位與nh3濃度之間的相關關系進行修正，來獲取nh3濃度。據此，能夠消除由氧濃度變動所帶來的混合電位誤差的影響，能夠求出準確的nh3濃度。
(第2實施方式)
以下，對本發明的第2實施方式的氣體濃度測定方法進行說明。此外，本實施方式的氣體濃度測定用的氣體傳感器10與圖1所示的氣體傳感器10相同。
在本實施方式中，為了防止混合電位因氧濃度而變動，進行如下動作，即，在圖1的氣體傳感器10中，向混合電位電極82與外側泵電極44之間外加預備泵電壓vp0，將預備空腔21內的氧濃度控制為恒定。
即，使圖2的預備氧濃度控制機構106進行工作。在本實施方式中，預備氧濃度控制機構106獲取主泵單元40的第1泵電流ip1，以第1泵電流ip1恒定的方式對混合電位電極82的預備泵電壓vp0進行反饋控制。據此，如圖6所示，預備空腔21內的剩余o2通過在混合電位電極82與外側泵電極44之間形成的預備泵單元80而被汲出。另外，在氧濃度低于規定值的情況下，通過預備泵單元80而向預備空腔21內汲入氧。據此，即便被測定氣體中的氧濃度發生變動，預備空腔21內的氧分壓也會保持在恒定。這樣，在利用預備氧濃度控制機構106而對氧濃度的控制之下，進行混合電位的測定。
另外，關于氧濃度調節室18及測定空腔20的構成及動作，與利用第1實施方式的氣體傳感器10來測定no濃度的測定動作相同。
以下，參照圖7的流程圖，對本實施方式的氣體濃度的測定動作進行說明。
首先，在步驟s30，氣體傳感器10使o2、no以及nh3混合存在的被測定氣體經過氣體導入口16而向預備空腔21內導入。
接下來，在步驟s32，氧濃度控制機構100將氧濃度調節室18的氧濃度控制為規定的恒定值。如上所述，在氧濃度調節室18內，進行如下動作，即，所有nox以及nh3都轉化為no，且將妨礙no濃度測定的剩余氧汲出。此時，氧濃度控制機構100對作為第1氧分壓檢測傳感器單元50的傳感器輸出的第1電動勢v1進行檢測。而且，氧濃度控制機構100以第1電動勢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進行反饋控制。之后，在進行氣體傳感器10的測定期間，利用氧濃度控制機構100，繼續進行第1泵電流ip1的控制。
在步驟s34，預備氧濃度控制機構106將預備空腔21內的氧濃度反饋控制為恒定的值。即，預備氧濃度控制機構106向混合電位電極82與外側泵電極44之間外加與氧濃度控制機構100的第1泵電流ip1的大小相對應的預備泵電壓vp0。之后，在進行氣體濃度的測定期間，利用預備氧濃度控制機構106，繼續進行預備泵電壓vp0的控制。
接下來，在步驟s36，nh3濃度測定機構108對作為混合電位電極82與基準電極48之間的電位差的混合電位v0進行檢測。將該混合電位v0的測定結果(第2傳感器輸出)輸入給目標成分獲取機構110。
在步驟s38，目標成分獲取機構110參照：預先通過實驗求出的與混合電位和nh3濃度之間的相關關系(參照圖5)相關的映射112，根據混合電位，來獲取被測定氣體的nh3濃度。
在步驟s40，no濃度測定機構104對測定泵電流ip3進行檢測。
在步驟s42，目標成分獲取機構110獲取被測定氣體的no濃度。這里，映射112中包括：預先通過實驗求出的、表示測定泵電流ip3與no濃度之間的相關關系的數據。目標成分獲取機構110基于測定用泵單元61的測定泵電流ip3的值，并參照映射112，獲取測定空腔20內的氣氛中的no濃度。接下來，目標成分獲取機構110通過測定空腔20內的氣氛中的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，來獲取被測定氣體中的no濃度。通過以上所述，求出被測定氣體中的no以及nh3濃度。
然后，在步驟s44，判定：目標成分獲取機構110是否繼續測定。在步驟s44，在判斷為目標成分獲取機構110繼續測定的情況下，轉移到步驟s36，反復進行no以及nh3的濃度測定。另一方面，在步驟s44，在判斷為目標成分獲取機構110結束測定的情況下，則結束測定處理。
本實施方式的動作方案中的氣體傳感器10起到以下的效果。
本實施方式的動作方案的氣體傳感器10在利用預備氧濃度控制機構106將預備空腔21內的氧濃度保持于恒定的條件下，目標成分獲取機構110基于混合電位電極82的混合電位，來獲取nh3濃度。因此，不需要：基于主泵單元40的第1泵電流ip1來進行混合電位的修正，從而測定數據的處理得到簡化。
以上雖然舉出了優選實施方式對本發明進行說明，但本發明并不限定于上述實施方式，顯然可以在不脫離本發明的主旨的范圍進行各種改變。
單獨的傳感器輸出的只有模擬和數字信號，那么怎樣才能讓傳感器的濃度值在電腦上顯示出來呢？接下來教大家怎么把數據傳輸到電腦上
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首先將準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USB轉換板的安裝板上
3
接下來將USB接口插入電腦主機
4
然后安裝轉換板的驅動
5
驅動安裝好了之后，打開串口助手
6
然后找到傳感器的通訊協議，在串口助手的發送框輸入讀取濃度的命令。就可以讀取到傳感器的數值了，而且還可以保存哦
END注意事項用串口助手的時候一定要確認好驅動安裝好沒有串口助手的參數一定要設置好，波特率，停止位，COM口，發送設置HEX，接受設置HEXTTL轉USB轉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，不然會燒壞傳感器電路經驗內容僅供參考，如果您需解決具體問題(尤其法律、醫學等領域)，建議您詳細咨詢相關領域專業人士。作者聲明：本篇經驗系本人依照真實經歷原創，未經許可，謝絕轉載。展開閱讀全部
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