[发明专利]气体传感器

说明书

本发明提供一种即便在被测定气体中的氧浓度较高的情况下也能高精度地测定NOx的气体传感器。传感器元件具有：主泵单元，其构成为包括面对供被测定气体导入的第一内部空腔的内侧泵电极、设置于元件表面的外侧泵电极以及存在于两个电极之间的固体电解质；测定电极，其面对与第一内部空腔连通的第二内部空腔并作为针对NOx的还原催化剂起作用；基准电极，其被从外部导入有大气的大气导入层覆盖；以及测定泵单元，其构成为包括测定电极、外侧泵电极和存在于两个电极之间的固体电解质。内侧泵电极具有：面积相对较大的前端部和面积相对较小的后端部这2个部分满足规定的尺寸及面积的必要条件地在元件长度方向上从上游侧按顺序连接而成的平面形状。

技术领域

本发明涉及对氮氧化物(NOx)浓度进行求解的气体传感器，特别是涉及确保高NOx浓度范围的精度。

背景技术

已经公知如下极限电流型的气体传感器(NOx传感器)，其使用了将氧离子传导性的固体电解质作为主要构成成分的传感器元件(例如，参见专利文献1)。这种气体传感器中，在求解NOx浓度时，首先，将被测定气体在规定的扩散阻力下导入到在传感器元件的内部设置的空腔(内部空腔)，利用例如被称为主泵单元以及辅助泵单元等(专利文献1中为第一电化学泵单元以及第二电化学泵单元)的设置为两级的电化学泵单元将这样的被测定气体中的氧吸出，从而预先使得被测定气体中的氧浓度充分降低。然后，在作为还原催化剂而发挥作用的测定电极(专利文献1中为第三内侧泵电极)处将被测定气体中的NOx还原或分解，利用包括测定电极在内的、例如被称为测定泵单元等(专利文献1中为第三电化学泵单元)的有别于上述电化学泵单元的电化学泵单元将由此生成的氧吸出。并且，利用在这样的测定泵单元流通的电流(NOx电流)与NOx的浓度之间具有恒定的函数关系这一点来求解NOx的浓度。

对于这样的气体传感器(NOx传感器)，还已经公知如下方案：以抑制NOx在主泵单元将氧从内部空腔吸出时被分解而提高NOx的检测精度为目的，使用添加有Au的Pt(Au-Pt合金)作为设置于内部空腔而构成主泵单元的内侧泵电极的金属成分(例如，参见专利文献2以及专利文献3)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3050781号公报

专利文献2：日本特开2014-190940号公报

专利文献3：日本特开2014-209128号公报

发明内容

在如上所述的气体传感器中，基于到达测定电极的被测定气体中的NOx因测定电极的催化作用被还原而产生的氧的量，对NOx的浓度进行求解。此时，被测定气体中的氧在被测定气体到达测定电极之前由电化学泵单元吸出，以在NOx未发生分解的范围内充分降低被测定气体的氧分压(氧浓度)的方式进行该氧的吸出。其理由在于，如果NOx在到达测定电极之前发生了分解，则到达测定电极的NOx的量减少，从而无法以良好的精度求出浓度。

然而，在向内部空腔导入的被测定气体的氧浓度较高的情况下，有时在氧的吸出时会发生NOx的分解。针对这一点，本发明的发明人进行了潜心研究，结果获得了如下见解：由于呈现出在内部空腔中越靠近上游侧(靠近传感器元件的气体导入口的那侧)则被测定气体中的氧浓度越高的趋势，所以产生如下趋势，即，越是靠近内侧泵电极的上游侧的部分，为了将氧从氧浓度较高的被测定气体中吸出而在局部施加越高的泵电压，从而在该部分发生NOx的分解。

本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于，提供一种即便在被测定气体中的氧浓度较高的情况下也能够以良好的精度进行NOx的测定的气体传感器。