气体传感器的制作方法

本发明涉及一种能够对被测定气体中的多种目标成分的各浓度进行测定的气体传感器。

背景技术：

根据国际公开第2017/222002号，其目的在于，提供一种能够长期且精度良好地测定尾气这样的未燃成分的在氧存在下所共存的多个成分(例如no、nh3等)的浓度的气体传感器。

为了实现该目的，国际公开第2017/222002号所记载的气体传感器具有：特定成分测定机构，其用于对测定室内的特定成分的浓度进行测定；预备氧浓度控制机构，其用于对预备调节室内的氧浓度进行控制；以及驱动控制机构，其用于对预备氧浓度控制机构的驱动和停止进行控制。另外，上述气体传感器具有目标成分获取机构，其基于与预备氧浓度控制机构的驱动时和停止时的来自特定成分测定机构的传感器输出之差、以及各传感器输出中的一方，来获取第1目标成分和第2目标成分的浓度。

技术实现要素：

国际公开第2017/222002号记载的气体传感器是将气体导入口部分的第1扩散速度控制部与其里侧的第2扩散速度控制部之间的空间作为“预备调节室”而形成出预备调节电极。而且，通过向预备调节电极供给on/off信号，上述气体传感器在预备调节室中进行氧的汲出/汲入。

不过，在构成气体传感器的多个空腔中，流入到预备调节室的氧的量最多。由此，如果考虑在预备调节室内进行氧的汲出/汲入，则需要使得预备调节室内的泵能力最强。

然而，根据国际公开第2017/222002号中记载的气体传感器可知，其预备调节室的容积小，泵能力也小。虽说原本只要使预备调节室的容积变大即可，但是，存在有：传感器元件整体的尺寸变大的问题。

或者，虽说存在有增大第1扩散阻力而减少流入预备调节室的气体量的方法，但是，与此对应地，传感器输出的值变小，也就存在着无法期待s/n比的提高的问题。

本发明是在考虑到这样的课题基础之上而完成的，目的在于提供一种气体传感器，其能够长期且精度良好地测定尾气这样的未燃成分的在氧存在下所共存的多个成分(例如no、nh3等)的浓度，并能够在不受预备调节室的容量影响的情形下来提高传感器输出的s/n，还能够实现气体传感器的小型化。

[1]本发明的气体传感器的第1方案为如下所述的气体传感器，所述气体传感器具有传感器元件，所述传感器元件具有：至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体、形成于上述结构体且用于供被测定气体导入的气体导入口、与上述气体导入口连通的主氧浓度调节室、与上述主氧浓度调节室连通的副氧浓度调节室、与上述副氧浓度调节室连通的测定室、以及设置于上述气体导入口与上述主氧浓度调节室之间且与上述气体导入口连通的预备调节室，所述气体传感器还具有：主氧浓度控制机构，其用于对上述主氧浓度调节室内的氧浓度进行控制；副氧浓度控制机构，其用于对上述副氧浓度调节室内的氧浓度进行控制；温度控制机构，其用于对上述传感器元件的温度进行控制；特定成分测定机构，其用于对上述测定室内的特定成分的浓度进行测定；以及电极，其形成于上述固体电解质的内表面和外表面，所述气体传感器还具有：预备氧浓度控制机构，其用于对上述预备调节室内的氧浓度进行控制；驱动控制机构，其用于对上述预备氧浓度控制机构进行控制；以及目标成分获取机构，基于上述预备氧浓度控制机构的第1动作时的来自上述特定成分测定机构的传感器输出与上述预备氧浓度控制机构的第2动作时的来自上述特定成分测定机构的传感器输出之差、以及上述各传感器输出中的一方，来获取第1目标成分和第2目标成分的浓度。

上述主氧浓度控制机构具有主泵单元，该主泵单元通过向形成于上述主氧浓度调节室的主内侧电极与形成于结构体的外侧的外侧电极间外加主泵电压，而使主泵电流流过于上述主内侧电极与上述外侧电极之间，由此来对上述主氧浓度调节室内的氧进行泵送。

上述预备氧浓度控制机构具有预备泵单元，该预备泵单元通过向形成于上述预备调节室的内侧预备电极与形成于结构体的外侧的外侧电极之间外加预备泵电压，而使预备泵电流流过于上述内侧预备电极与上述外侧电极之间，由此来对上述预备调节室内的氧进行泵送。

而且，上述主氧浓度控制机构具有恒定控制部，该恒定控制部对上述预备泵单元的上述预备泵电压进行控制，以使得上述主泵单元的上述主泵电流为恒定的。

据此，为了对主泵电流进行恒定控制，对预备电压进行反馈，由此根据o2浓度而使预备电压分离。其结果，能够制成：表示预备电压与o2浓度之间的对应关系的映射，从而能够利用该映射，根据传感器输出与传感器输出的变化量，来对no浓度、nh3浓度进行精度良好的检测。

[2]在本发明的气体传感器的第1方案中，上述副氧浓度控制机构具有辅助泵单元，该辅助泵单元通过向形成于上述副氧浓度调节室的副内侧电极与形成于结构体的外侧的外侧电极间外加辅助泵电压，而使辅助泵电流流过于上述副内侧电极与上述外侧电极之间，由此来对上述副氧浓度调节室内的氧进行泵送。

上述副氧浓度控制机构具有恒定控制部，该恒定控制部对上述主泵单元的上述主泵电压进行控制，以使得上述辅助泵单元的辅助泵电流为恒定的。

据此，恒定控制部对主泵单元的主泵电压进行反馈控制，以使得辅助泵单元的辅助泵电流为恒定的。

该情况下，与上述的气体传感器同样地，也能够根据传感器输出与传感器输出的变化量，来对no浓度、nh3浓度进行精度良好的检测。

[3]本发明的气体传感器的第2方案为如下所述的气体传感器，所述气体传感器具有传感器元件，所述传感器元件具有：至少由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体、形成于上述结构体且供被测定气体导入的气体导入口、与上述气体导入口连通的主氧浓度调节室、与上述主氧浓度调节室连通的副氧浓度调节室、与上述副氧浓度调节室连通的测定室、以及设置于上述气体导入口与上述主氧浓度调节室之间且与上述气体导入口连通的预备调节室，所述气体传感器还具有：主氧浓度控制机构，其用于对上述主氧浓度调节室内的氧浓度进行控制；副氧浓度控制机构，其用于对上述副氧浓度调节室内的氧浓度进行控制；温度控制机构，其用于对上述传感器元件的温度进行控制；特定成分测定机构，其用于对上述测定室内的特定成分的浓度进行测定；以及电极，其形成于上述固体电解质的内表面和外表面，所述气体传感器还具有：预备氧浓度控制机构，其用于对上述预备调节室内的氧浓度进行控制；驱动控制机构，其用于对上述预备氧浓度控制机构进行控制；以及目标成分获取机构，基于上述预备氧浓度控制机构的第1动作时的来自上述特定成分测定机构的传感器输出与上述预备氧浓度控制机构的第2动作时的来自上述特定成分测定机构的传感器输出之差、以及上述各传感器输出中的一方，来获取第1目标成分和第2目标成分的浓度。

而且，上述主氧浓度控制机构具有主泵单元，该主泵单元通过向形成于上述主氧浓度调节室的主内侧电极与形成于结构体的外侧的外侧电极之间外加主泵电压，而使主泵电流流过于上述主内侧电极与上述外侧电极之间，由此来对上述主氧浓度调节室内的氧进行泵送。

上述预备氧浓度控制机构具有预备泵单元，该预备泵单元通过向形成于上述预备调节室的内侧预备电极与形成于结构体的外侧的外侧电极之间外加预备泵电压，而使预备泵电流流过于上述内侧预备电极与上述外侧电极之间，由此来对上述预备调节室内的氧进行泵送。

上述主氧浓度控制机构具有比例控制部，该比例控制部基于上述主泵单元的上述主泵电流，来对上述预备泵单元的上述预备泵电压进行比例控制。

据此，能够求解出：预备泵电压vp0相对于预备泵电流ip0而言的比例控制的下述公式

vp0＝f(ip0)＝a·ip0+b

可以根据该比例控制的公式，来制成：表示预备泵电压与o2浓度之间的对应关系的映射，并能够利用该映射，根据传感器输出与传感器输出的变化量，来对no浓度、nh3浓度进行精度良好的检测。

[4]在本发明的气体传感器的第2方案中，优选为，当将预备泵电流设定为ip0、并将主泵电流设定为ip1时，根据下述运算式，来求解出o2浓度，基于所得到的o2浓度，来得到上述预备泵电压。

o2浓度＝ip0+a×ip1(a为大于1的常量)

[5]在本发明的气体传感器的第2方案中，上述副氧浓度控制机构具有辅助泵单元，所述辅助泵单元通过向形成于上述副氧浓度调节室的副内侧电极与形成于结构体的外侧的外侧电极之间外加辅助泵电压，而使辅助泵电流流过于上述副内侧电极与上述外侧电极之间，由此来对上述副氧浓度调节室内的氧进行泵送。上述副氧浓度控制机构具有恒定控制部，所述恒定控制部对上述主泵单元的上述主泵电压进行控制，以使得上述辅助泵单元的辅助泵电流为恒定的。

据此，对主泵单元的主泵电压进行反馈控制，以使得辅助泵单元的辅助泵电流为恒定的，因此，能够根据传感器输出与传感器输出的变化量，来对no浓度、nh3浓度进行精度良好的检测。

根据本发明的气体传感器，能够长期且精度良好地测定尾气这样的未燃成分的在氧存在下所共存的多个成分(例如no、nh3等)的浓度，能够在不受预备调节室的容量影响的条件下提高传感器输出的s/n，还能够实现气体传感器的小型化。

上述的目的、特征和优点可以根据参照所添加的附图进行说明的以下的实施方式的说明，而容易地了解。

附图说明

图1是表示本实施方式的第1气体传感器(第1气体传感器)的一个结构例的截面图。

图2是示意性地表示第1气体传感器的构成图。

图3是示意性地表示预备泵单元为off动作时的预备调节室内、氧浓度调节室内、以及测定室内的反应的说明图。

图4是示意性地表示预备泵单元为on动作时的预备调节室内、氧浓度调节室内、以及测定室内的反应的说明图。

图5a是表示实施例1的结果(预备泵电压vp0与主泵电流ip1之间的关系)的曲线图，图5b是表示实施例1的结果(o2浓度与预备泵电压vp0之间的关系)的表。

图6a是表示实施例2的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度1％)的曲线图，图6b是表示实施例2的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度5％)的曲线图。

图7a是表示实施例2的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度10％)的曲线图，图7b是表示实施例2的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度20％)的曲线图。

图8a是表示比较例1的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度1％)的曲线图，图8b是表示比较例1的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度5％)的曲线图。

图9a是表示比较例1的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度10％)的曲线图，图9b是表示比较例1的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度20％)的曲线图。

图10是表示本实施方式的第2气体传感器(第2气体传感器)的一个结构例的截面图。

图11是示意性地表示第2气体传感器的构成图。

图12是表示本实施方式的第3气体传感器(第3气体传感器)的一个结构例的截面图。

图13是示意性地表示第3气体传感器的构成图。

图14a是表示实施例3的结果(预备泵电压vp0与主泵电流ip1之间的关系)的曲线图，图14b是表示实施例3的结果(o2浓度与预备泵电压vp0之间的关系)的表。

图15是表示实施例3的结果(o2浓度与预备泵电压vp0之间的关系)的曲线图。

图16a是表示实施例4的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度1％)的曲线图，图16b是表示实施例4的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度5％)的曲线图。

图17a是表示实施例4的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度10％)的曲线图，图17b是表示实施例4的结果(传感器输出ip3与传感器输出的变化量δip3之间的关系：o2浓度20％)的曲线图。

图18是表示实施例5的结果(o2浓度与主泵电流ip1之间的关系)的曲线图。

图19是表示实施例6的结果(o2浓度＝ip0+1.24×ip1)的曲线图。

图20是表示本实施方式的第4气体传感器(第4气体传感器)的一个结构例的截面图。

具体实施方式

以下，参照图1～图20对本发明的气体传感器的实施方式例进行说明。另外，本说明书中，表示数值范围的“～”是以包含其前后记载的数值作为下限值和上限值的含义来进行使用的。

[第1气体传感器的构成]

第1实施方式的气体传感器(以下，记为第1气体传感器10a)如图1和图2所示，具有传感器元件12。传感器元件12具有：由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体14、形成于该结构体14且用来供被测定气体导入的气体导入口16、形成于结构体14内且与气体导入口16连通的氧浓度调节室18、以及形成于结构体14内且与氧浓度调节室18连通的测定室20。

氧浓度调节室18具有：与气体导入口16连通的主调节室18a、和与主调节室18a连通的副调节室18b。测定室20与副调节室18b连通。

此外，该气体传感器10在结构体14中具有：设置于气体导入口16与主调节室18a之间、且与气体导入口16连通的预备调节室21。

具体而言，传感器元件12的结构体14是在附图中自下侧开始按照以下顺序层叠六个层而构成的，所述六个层为第1基板层22a、第2基板层22b、第3基板层22c、第1固体电解质层24、隔离层26、以及第2固体电解质层28。各层分别由氧化锆(zro2)等氧离子传导性固体电解质层构成。

在传感器元件12的前端部侧，且在第2固体电解质层28的下表面与第1固体电解质层24的上表面之间具备：气体导入口16、第1扩散速度控制部30、预备调节室21、第2扩散速度控制部32、氧浓度调节室18、第3扩散速度控制部34、以及测定室20。另外，在构成氧浓度调节室18的主调节室18a与副调节室18b之间具备第4扩散速度控制部36。

上述的气体导入口16、第1扩散速度控制部30、预备调节室21、第2扩散速度控制部32、主调节室18a、第4扩散速度控制部36、副调节室18b、第3扩散速度控制部34、以及测定室20是以上述顺序依次连通的形态邻接形成。也将从气体导入口16到测定室20的部位称为气体流通部。

气体导入口16、预备调节室21、主调节室18a、副调节室18b和测定室20是以将隔离层26挖穿而成的形态设置的内部空间。预备调节室21、主调节室18a、副调节室18b、测定室20都是各上部被第2固体电解质层28的下表面所隔开，各下部被第1固体电解质层24的上表面所隔开，各侧部被隔离层26的侧面所隔开。

第1扩散速度控制部30、第3扩散速度控制部34、以及第4扩散速度控制部36均设置成：2条横长的(开口在与附图垂直的方向上具有长度方向的)狭缝。第2扩散速度控制部32设置成：1条横长的(开口在与附图垂直的方向上具有长度方向的)狭缝。

另外，在第3基板层22c的上表面与隔离层26的下表面之间，且是比气体流通部更远离前端侧的位置，设置有基准气体导入空间38。基准气体导入空间38为如下内部空间，即，该内部空间是：上部被隔离层26的下表面隔开、下部被第3基板层22c的上表面隔开、侧部被第1固体电解质层24的侧面隔开而成的空间。作为基准气体的例如氧、大气被导入于基准气体导入空间38。

气体导入口16是相对于外部空间而呈开口的部位，被测定气体从外部空间经过该气体导入口16而被引入到传感器元件12内。

第1扩散速度控制部30是：对从气体导入口16向预备调节室21导入的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。第2扩散速度控制部32是：对从预备调节室21向主调节室18a导入的被测定气体赋予规定的扩散阻力的部位。

主调节室18a设置成：用于对从气体导入口16导入的被测定气体中的氧分压进行调节的空间。氧分压通过主泵单元40进行工作而被调节。

主泵单元40是：包含主内侧泵电极42、外侧泵电极44、以及被这些电极夹持的氧离子传导性的固体电解质而构成的电化学泵单元。主内侧泵电极42设置于：划分出主调节室18a的第1固体电解质层24的上表面、第2固体电解质层28的下表面、以及隔离层26的侧面各自的大致整面。外侧泵电极44以暴露于外部空间的形态设置于：第2固体电解质层28的上表面上的与主内侧泵电极42对应的区域。主内侧泵电极42由减弱了针对被测定气体中的nox成分的还原能力的材料构成。例如，形成为：俯视时呈矩形的多孔质金属陶瓷电极(例如，包含0.1wt％～30.0wt％的au的pt等贵金属与zro2的金属陶瓷电极)。

主泵单元40通过利用来自其它电路等的因素而将主调节室18a内的氧汲出到外部空间、或者将外部空间的氧汲入到主调节室18a内，从而使主泵电流ip1在外侧泵电极44与主内侧泵电极42之间流通。

第4扩散速度控制部36是：对被测定气体赋予规定的扩散阻力、并将该被测定气体导入副调节室18b的部位，其中所述被测定气体是：在主调节室18a中，利用主泵单元40的动作而对氧浓度(氧分压)进行控制之后的气体。

副调节室18b设置成用于进行以下处理的空间，即：预先在主调节室18a，对氧浓度(氧分压)进行调节，之后又经过第4扩散速度控制部36而被导入被测定气体，再利用辅助泵单元54，对被导入的被测定气体进行氧分压的调节。由此，能够将副调节室18b内的氧浓度高精度地保持恒定，因此，该气体传感器10能够实现精度高的nox浓度测定。

辅助泵单元54是：由辅助泵电极56、外侧泵电极44、以及第2固体电解质层28构成的电化学泵单元，其中上述辅助泵电极56设置于：面向副调节室18b的第2固体电解质层28的下表面的大致整体。

另外，关于辅助泵电极56，与主内侧泵电极42同样地，也是使用减弱了针对被测定气体中的nox成分的还原能力的材料来形成的。

辅助泵单元54构成为：通过向辅助泵电极56与外侧泵电极44之间外加所期望的第2泵电压vp2(辅助泵电压)，而能够将副调节室18b内的气氛中的氧汲出到外部空间、或者从外部空间汲入到副调节室18b内。

另外，为了控制副调节室18b内的气氛中的氧分压，由辅助泵电极56、基准电极48、第2固体电解质层28、隔离层26、以及第1固体电解质层24构成电化学传感器单元，亦即，构成：辅助泵控制用的辅助氧分压检测传感器单元58。

另外，辅助泵单元54利用第1可变电源60进行泵送，且该第1可变电源60是基于由该辅助氧分压检测传感器单元58所检测的第2电动势v2而被控制电压的。由此，副调节室18b内的气氛中的氧分压被控制成：实质上对nox的测定没有影响的较低的分压。

另外，与此同时，辅助泵单元54的辅助泵电流ip2被使用于：控制辅助氧分压检测传感器单元58的第2电动势v2。具体而言，辅助泵电流ip2是以下述方式被控制的，即：作为控制信号而被输入于辅助氧分压检测传感器单元58，对其第2电动势v2进行控制，由此使得经过第4扩散速度控制部36而被导入到副调节室18b内的被测定气体中的氧分压的梯度始终恒定的方式。在将第1气体传感器10a作为nox传感器使用时，通过主泵单元40和辅助泵单元54的工作，能够将副调节室18b内的氧浓度精度良好地保持在各条件的规定的值。

第3扩散速度控制部34是：对被测定气体赋予规定的扩散阻力，并将该被测定气体导入到测定室20的部位，其中所述被测定气体是：在副调节室18b中，通过辅助泵单元54的动作而对氧浓度(氧分压)进行控制之后的气体。

nox浓度的测定主要是通过设置于测定室20内的测定用泵单元61的动作而进行。测定用泵单元61是：由测定电极62、外侧泵电极44、第2固体电解质层28、隔离层26、以及第1固体电解质层24构成的电化学泵单元。测定电极62是：直接设置于测定室20内的例如第1固体电解质层24的上表面、且由针对被测定气体中的nox成分的还原能力高于主内侧泵电极42的材料构成的多孔质金属陶瓷电极。测定电极62还作为对测定电极62上的气氛中所存在的nox进行还原的nox还原催化剂而发挥作用。

测定用泵单元61能够将因为测定电极62的周围(测定室20内)的气氛中的氮氧化物的分解而产生的氧汲出，并检测出其产生量，来作为测定泵电流ip3亦即传感器输出。

另外，为了检测测定电极62的周围(测定室20内)的氧分压，由第1固体电解质层24、测定电极62、以及基准电极48构成电化学传感器单元亦即测定用泵控制用的第3氧分压检测传感器单元66。基于由第3氧分压检测传感器单元66检测到的第3电动势v3，来控制第2可变电源68。

导入到副调节室18b内的被测定气体在氧分压被控制的状况下经过第3扩散速度控制部34而到达测定室20内的测定电极62。测定电极62的周围的被测定气体中的氮氧化物被还原而生成氧。而且，该生成的氧通过测定用泵单元61而被泵送。此时，对第2可变电源68的第3泵电压vp3进行控制，以使得由第3氧分压检测传感器单元66检测到的第3电动势v3为恒定的。在测定电极62的周围所生成的氧的量与被测定气体中的氮氧化物的浓度是成正比例的。因此，使用测定用泵单元61的测定泵电流ip3，能够计算出被测定气体中的氮氧化物浓度。即，测定用泵单元61构成：对测定室20内的特定成分(no)的浓度进行测定的特定成分测定机构106。

另外，该第1气体传感器10a具有电化学传感器单元70。该传感器单元70具有：第2固体电解质层28、隔离层26、第1固体电解质层24、第3基板层22c、外侧泵电极44、以及基准电极48。能够利用由该传感器单元70得到的电动势vref，来检测传感器外部的被测定气体中的氧分压。

此外，在传感器元件12中，以被第2基板层22b和第3基板层22c从上下夹持的形态而形成有加热器72。加热器72通过设置于第1基板层22a的下表面的未图示的加热器电极而从外部被供电，由此进行发热。通过加热器72发热，来提高构成传感器元件12的固体电解质的氧离子传导性。加热器72埋设于预备调节室21和氧浓度调节室18的整个区域，能够将传感器元件12的规定位置加热到规定的温度并保温。另外，出于得到与第2基板层22b以及第3基板层22c之间的电绝缘性的目的，在加热器72的上下表面形成有：由氧化铝等构成的加热器绝缘层74(以下，也将加热器72、加热器电极、加热器绝缘层74统称为加热器部)。

而且，预备调节室21通过后述的驱动控制机构110(参照图2)进行驱动，驱动中，作为用于调节从气体导入口16被导入的被测定气体中的氧分压的空间而发挥作用。氧分压通过预备泵单元80进行工作，而被调节。

预备泵单元80是：由预备泵电极82、外侧泵电极44、以及第2固体电解质层28构成的预备电化学泵单元，其中所述预备泵电极82设置于：面向预备调节室21的第2固体电解质层28的下表面的大致整体。

另外，关于预备泵电极82，与主内侧泵电极42同样地，也是使用减弱了针对被测定气体中的nox成分的还原能力的材料来形成的。

预备泵单元80能够通过向预备泵电极82与外侧泵电极44之间外加基于第3可变电源86的所期望的预备泵电压vp0，而将预备调节室21内的气氛中的氧向外部空间汲出，或者从外部空间向预备调节室21内汲入。

另外，预备调节室21还作为缓冲空间而发挥作用。亦即，能够消除：因为外部空间中的被测定气体的压力变动(被测定气体为汽车尾气的情况下，是排气压的脉动)而导致的被测定气体的浓度变动。

此外，如图2示意性地所示，第1气体传感器10a具有：用于对主调节室18a内的氧浓度进行控制的主氧浓度控制机构100、用于对副调节室18b内的氧浓度进行控制的副氧浓度控制机构102、用于对传感器元件12的温度进行控制的温度控制机构104、用于对测定室20内的特定成分(no)的浓度进行测定的特定成分测定机构106、预备氧浓度控制机构108、驱动控制机构110、以及目标成分获取机构112。

另外，这些各种机构由具有例如一个或多个cpu(中央处理单元)和存储装置等的1以上的电子电路构成。电子电路也是：通过cpu执行例如存储于存储装置的程序来实现规定的功能的软件功能部。当然，还可以是将多个电子电路根据功能而进行连接所得到的fpga(field－programmablegatearray)等集成电路。

以往，针对no、nh3的目标成分，在氧浓度调节室18内而全部转化为no后，导入到测定室20，测定这2种成分的总量。换言之，无法测定2个目标成分各自的浓度，亦即，无法测定no和nh3的各浓度。

针对于此，气体传感器10通过具备上述的各种机构，能够获取no和nh3的各浓度。

即，主氧浓度控制机构100基于主泵单元40的主泵电流ip1，来对预备氧浓度控制机构108进行控制。预备氧浓度控制机构108通过基于主氧浓度控制机构100的控制，而将预备调节室21内的氧浓度调节为符合条件的浓度。

副氧浓度控制机构102基于预先设定的氧浓度的条件、以及在辅助氧分压检测传感器单元58(参照图1)中所产生的第2电动势v2，来对第1可变电源60进行反馈控制，由此将副调节室18b内的氧浓度调节为符合上述条件的浓度。

温度控制机构104基于预先设定的传感器温度的条件、以及来自对传感器元件12的温度进行测量的温度传感器(未图示)的测量值，来对加热器72进行反馈控制，由此将传感器元件12的温度调节为符合上述条件的温度。

特定成分测定机构106对测定室20内的特定成分(no成分)的浓度进行测定。特别是，对预备氧浓度控制机构108的on动作时的no成分、以及预备氧浓度控制机构108的off动作时的no成分进行测定。

目标成分获取机构112基于预备氧浓度控制机构108的第1动作(例如on动作)时的来自特定成分测定机构106的传感器输出、与预备氧浓度控制机构108的第2动作(例如off动作)时的来自特定成分测定机构106的传感器输出之差，来获取no和nh3的各浓度。

第1气体传感器10a通过下述的方式进行控制，即：利用上述的主氧浓度控制机构100、副氧浓度控制机构102或温度控制机构104、或者主氧浓度控制机构100、副氧浓度控制机构102以及温度控制机构104，不是使氧浓度调节室18内的no分解，而是将nh3全部转化为no。

而且，目标成分获取机构112基于预备氧浓度控制机构108的on动作时的来自特定成分测定机构106的传感器输出、与预备氧浓度控制机构108的off动作时的来自特定成分测定机构106的传感器输出之差，来获取no和nh3的各浓度。

这里，还参照图3和图4，对第1气体传感器10a的处理动作进行说明。

首先，在预备氧浓度控制机构108通过驱动控制机构110而进行off动作的期间，如图3所示，经过气体导入口16被导入的nh3到达氧浓度调节室18。由于在氧浓度调节室18，利用主氧浓度控制机构100，以使得nh3全部转化为no地进行控制，因此，从预备调节室21流入到氧浓度调节室18的nh3在氧浓度调节室18内发生nh3→no的氧化反应，氧浓度调节室18内的全部的nh3均被转化为no。因此，经过气体导入口16而被导入的nh3以nh3的扩散系数2.2cm²/sec的速度通过第1扩散速度控制部30和第2扩散速度控制部32，在氧浓度调节室18内转化为no后，又以no的扩散系数1.8cm²/sec的速度通过第3扩散速度控制部34，向邻接的测定室20内移动。

另一方面，在预备氧浓度控制机构108利用驱动控制机构110而进行on动作的期间，如图4所示，在预备调节室21内发生nh3→no的氧化反应，经过气体导入口16而被导入的全部的nh3转化为no。因此，虽说nh3以nh3的扩散系数2.2cm²/sec通过第1扩散速度控制部30，但是，在比预备调节室21更靠近里侧的第2扩散速度控制部32开始的后面是以no的扩散系数1.8cm²/sec的速度而向测定室20移动。

即，预备氧浓度控制机构108从第2动作状态向第1动作状态切换，由此，发生nh3的氧化反应的场所从氧浓度调节室18向预备调节室21移动。

发生nh3的氧化反应的场所从氧浓度调节室18移动到预备调节室21就是等于：被测定气体中的nh3通过第2扩散速度控制部32时的状态从nh3变为no。而且，no、nh3具有分别不同的扩散系数，因此，以no的形式通过第2扩散速度控制部32、还是以nh3的形式通过第2扩散速度控制部32这两者的差异相当于向测定室20流入的no量的差异，由此，使向测定用泵单元61流入的测定泵电流ip3发生变化。

该情况下，预备泵单元80的on动作时的测定泵电流ip3(on)、与预备泵单元80的off动作时的测定泵电流ip3(off)之间的变化量δip3可以通过被测定气体中的nh3的浓度而唯一地决定。因此，能够根据预备泵单元80的on时或off时的测定泵电流ip3(on)或ip3(off)、以及上述的测定泵电流ip3的变化量δip3，来计算出no和nh3的各浓度。

因此，在目标成分获取机构112中，基于预备泵单元80的on动作时的测定泵电流ip3(1)、该测定泵电流ip3(1)与预备泵单元80的off动作时的测定泵电流ip3(2)之间的变化量δip3、以及映射120，来获取no和nh3的各浓度。

而且，该第1气体传感器10a的主氧浓度控制机构100具有恒定控制部130，该恒定控制部130对预备泵单元80的预备泵电压vp0进行控制，以使得主泵单元40的主泵电流ip1为恒定的。

据此，为了将主泵电流ip1控制成恒定，通过反馈预备泵电压vp0，而根据o2浓度来使预备泵电压vp0分离。其结果，因为o2浓度、no浓度、以及nh3浓度的差异，而使得点的位置呈现不同，由此能够将这些关系进行映射化，并形成映射120，从而能够根据传感器输出ip3和传感器输出的变化量δip3，而对no浓度、nh3浓度进行高精度地检测。

＜实施例1＞

这里，参照图5a和图5b，对一个实施例进行说明。根据实施例1，在图1所示的第1气体传感器10a中，确认了：各氧分压下的主泵电流ip1与预备泵电压vp0的关系，亦即，确认了：预备泵电压vp0根据o2浓度而发生的变化。

实施实施例1时的条件如下。

传感器驱动温度：840℃

试样气体：o2和h2o(没有加入no和nh3)

气体浓度：o2＝1～20％，h2o＝3％

气体流量：200l/min(250℃)

将测定结果显示于图5a的曲线图和图5b的表中。在图5a的曲线图中，曲线l1表示o2浓度为1％时的特性，曲线l2表示o2浓度为5％时的特性，曲线l3表示o2浓度为10％时的特性，曲线l4表示o2浓度为20％时的特性。

在图5b的表中，示出了：o2浓度为1％、5％、10％和20％、且主泵电流ip1为0.05ma时的预备泵电压vp0。

这样，可知：为了将主泵电流ip1控制成恒定，通过对预备泵电压vp0进行反馈，而根据o2浓度，来使预备泵电压vp0分离。

＜实施例2＞

实施例2与实施例1不同，其不同点在于：作为试样气体，除了o2和h2o以外，还加入了no和nh3。

实施实施例2时的条件如下。

传感器驱动温度：840℃

试样气体：o2、h2o、no、nh3

气体浓度：o2＝1～20％，h2o＝3％，no＝0～500ppm，nh3＝0～500ppm

气体流量：200l/min(250℃)

改变no浓度和nh3浓度，并确认了：在使预备泵单元80的驱动为关闭状态下，传感器输出ip3基于no浓度和nh3浓度而发生的变化、以及、传感器输出ip3基于nh3浓度而发生的变化量δip3的动向。将其结果显示于图6a～图7b。

图6a表示o2浓度为1％时的特性，图6b表示o2浓度为5％时的特性。另外，图7a表示o2浓度为10％时的特性，图7b表示o2浓度为20％时的特性。

图6a～图7b中，曲线l11表示no浓度为0ppm时的特性，曲线l12表示no浓度为100ppm时的特性，曲线l13表示no浓度为200ppm时的特性，曲线l14表示no浓度为300ppm时的特性，曲线l15表示no浓度为400ppm时的特性，曲线l16表示no浓度为500ppm时的特性。

另外，图6a～图7b中，将nh3浓度为0ppm时的点用p1表示，将nh3浓度为100ppm时的点用p2表示，将nh3浓度为200ppm时的点用p3表示，将nh3浓度为300ppm时的点用p4表示，将nh3浓度为400ppm时的点用p5表示，将nh3浓度为500ppm时的点用p6表示。

根据图6a～图7b还可知：因为o2浓度、no浓度、以及nh3浓度的差异而使得点的位置呈现不同，由此能够将图6a～图7b进行映射化，并形成映射120，从而能够根据传感器输出ip3、和传感器输出的变化量δip3，而对no浓度、nh3浓度进行高精度的检测。

＜比较例1＞

比较例1虽然使用了与上述的实施例2几乎同样构成的气体传感器，但与其不同点在于：将预备泵电压vp0控制成恒定电压(＝0.35v)。

测定方法与实施例2同样地，改变no浓度和nh3浓度，并确认了：在使预备泵单元80的驱动为关闭状态下，传感器输出ip3基于no浓度和nh3浓度而发生的变化、以及、传感器输出ip3基于nh3浓度而发生的变化量δip3的动向。将其结果显示于图8a～图9b。

根据图8a～图9b可知：虽然o2浓度为1％、5％时，能够实现no与nh3的分离，即，能够进行映射化(参照图8a和图8b)，但是，当o2浓度超过10％时，如图9a和图9b所示，就无法实现no与nh3的分离。可以认为：在比较例1所示出的预备泵电压vp0的恒定控制中，在高o2浓度下，预备调节室21没有泵出到目标氧浓度，其结果，无论被外加预备泵电压vp0与否，预备调节室21仍处于off状态。

[第2气体传感器的构成]

如图10和图11所示，第2实施方式的气体传感器(以下，记为第2气体传感器10b)虽然具有与上述的第1气体传感器10a(参照图1和图2)几乎同样的构成，但是，在下述方面是不同的，即：除了具有以使得主泵单元40的主泵电流ip1为恒定的方式对预备泵单元80的预备泵电压vp0进行控制的上述的第1恒定控制部130a以外，还具有第2恒定控制部130b。

亦即，如图11所示，该第2气体传感器10b如上所述，除了主氧浓度控制机构100具有第1恒定控制部130a以外，副氧浓度控制机构102还具有第2恒定控制部130b。

第2恒定控制部130b对主泵单元40的主泵电压vp1进行反馈控制，以使得辅助泵单元54的辅助泵电流ip2为恒定的。

该情况下，也与上述的第1气体传感器10a同样地，能够根据传感器输出ip3、和传感器输出的变化量δip3，而对no浓度、nh3浓度进行高精度的检测。

[第3气体传感器的构成]

如图12和图13所示，第3实施方式的气体传感器(以下，记为第3气体传感器10c)虽然具有与上述的第1气体传感器10a几乎同样的构成，但是，在下述方面是不同的，即：具有比例控制部132，该比例控制部132利用主泵电流ip1而对预备泵单元80的预备泵电压vp0进行比例控制，以使得预备泵单元80的预备泵电压vp0与主泵单元40的主泵电流ip1成为比例关系。亦即，如图13所示，第3气体传感器10c的主氧浓度控制机构100具有比例控制部132。

＜实施例3＞

根据实施例3，在图12和图13所示出的第3气体传感器10c中，对o2浓度区域(1～20％)的主泵电流ip1与预备泵电压vp0之间的关系进行了调查，并对氧浓度不同的预备泵电流ip0与预备泵电压vp0之间的关系进行了确认。

实施实施例3时的条件如下。

传感器驱动温度：840℃

试样气体：o2和h2o(没有加入no和nh3)

气体浓度：o2＝1～20％，h2o＝3％

气体流量：200l/min(250℃)

将测定结果显示于图14a的曲线图、图14b的表、以及图15的曲线图中。图14a的曲线图表示主泵电流ip1相对于预备泵电压vp0的变化。在图14a中，曲线l21表示o2浓度为1％时的特性，曲线l22表示o2浓度为5％时的特性，曲线l23表示o2浓度为10％时的特性，曲线l24表示o2浓度为20％时的特性。

然后，代表性地设定一条跨越曲线21～曲线24的右上升的直线la，对各交点(pa、pb、pc和pd)进行绘图。将绘图而得到的与4个交点pa～pd对应的o2浓度与预备泵电压vp0(v)的关系显示于图14b的表。

此外，如图15所示，在横轴为o2浓度(％)、纵轴为预备泵电压vp0(v)的曲线图中，对交点pa～pd进行了绘图，此外，利用最小二乘法而求解出了近似直线lx。

使该近似直线lx的方程式为：如下所示，预备泵电压vp0相对于预备泵电流ip0的比例控制的公式。

vp0＝f(ip0)＝a·ip0+b

这里，如果根据图15的曲线图的结果，则a＝0.0275，b＝0.2737。

＜实施例4＞

实施例4与上述的实施例2同样地，作为试样气体，除了o2和h2o以外，还加入了no和nh3而实施，并确认了：因为o2浓度、no浓度和nh3浓度的差异，而点的位置是否呈现不同。

实施实施例4时的条件如下。

传感器驱动温度：840℃

试样气体：o2、h2o、no、nh3

气体浓度：o2＝1～20％，h2o＝3％，no＝0～500ppm，nh3＝0～500ppm

气体流量：200l/min(250℃)

改变no浓度和nh3浓度，并确认了：在使预备泵单元80的驱动为关闭状态下，传感器输出ip3基于no浓度和nh3浓度而发生的变化、以及、传感器输出ip3基于nh3浓度而发生的变化量δip3的动向。将其结果显示于图16a～图17b。

图16a表示o2浓度为1％时的特性，图16b表示o2浓度为5％时的特性。另外，图17a表示o2浓度为10％时的特性，图17b表示o2浓度为20％时的特性。

图16a～图17b中，曲线l31表示no浓度为0ppm时的特性，曲线l32表示no浓度为100ppm时的特性，曲线l33表示no浓度为200ppm时的特性，曲线l34表示no浓度为300ppm时的特性，曲线l35表示no浓度为400ppm时的特性，曲线l36表示no浓度为500ppm时的特性。

另外，在图16a～图17b中，将nh3浓度为0ppm时的点用p11表示，将nh3浓度为100ppm时的点用p12表示，将nh3浓度为200ppm时的点用p13表示，将nh3浓度为300ppm时的点用p14表示，将nh3浓度为400ppm时的点用p15表示，将nh3浓度为500ppm时的点用p16表示。

根据图16a～图17b还可知：因为o2浓度、no浓度和nh3浓度的差异而使得点的位置呈现不同，因此，通过将图16a～图17b进行映射化，而形成映射120，从而能够根据传感器输出ip3、和传感器输出的变化量δip3，而对no浓度、nh3浓度进行高精度的检测。

＜实施例5＞

实施例5使用了图12和图13中示出的第3气体传感器10c。预备泵单元80为off时的主泵电流ip1与o2浓度成正比例。因此，根据预备泵单元80为off时的预备泵电流ip0，来掌握尾气中的o2浓度，并根据预备泵电流ip0(off时)，而求解出：继而发生的预备泵单元80的on时的预备泵电压vp0的设定点。

例如，如图18的曲线图所示，作为映射，可以预先准备出主泵电流ip1(预备泵单元为off时)相对于o2浓度的特性，并利用映射，根据off时的主泵电流ip1而求解出o2浓度。而且，基于所掌握的o2浓度，根据例如图14b的表，来确定预备泵电压vp0。

＜实施例6＞

实施例6同样使用了图12和图13中示出的第3气体传感器10c。使预备泵单元80为on时的预备泵电流ip0是表示在预备泵单元80中的氧的出入的量，主泵电流ip1是表示在主调节室18a(氧浓度调节室18)中的氧的出入的量。亦即，利用预备泵电流ip0+主泵电流ip1，来表示第3气体传感器10c的累计的氧的出入的量，该量与尾气的o2浓度相同。换言之，预备泵单元80为on，无论预备泵电压vp0变为什么值，以下公式都成立，

o2浓度＝ip0+a×ip1(a为大于1的常量)

系数a是：由第1扩散速度控制部30的扩散阻力d0和第2扩散速度控制部32的扩散阻力d1的大小，来决定的值。由于存在有扩散阻力d0和d1，越趋向内部，由扩散到达的氧量也越减少。另外，系数a的值取决于扩散阻力d0和d1的设计值。例如系数a为1.24时，制成如图19所示的曲线图。能够根据该曲线图而计算出o2浓度。而且，如果判明o2浓度，就可以根据图14b的表，来确定预备泵电压vp0。

[第4气体传感器的构成]

如图20所示，第4实施方式的气体传感器(以下，记为第4气体传感器10d)虽然具有与上述的第3气体传感器10c(参照图12和图13)几乎同样的构成，但是，在下述方面是不同的，即：与上述的第2气体传感器10b(参照图10)同样，具有第2恒定控制部130b。

第2恒定控制部130b对主泵单元40的主泵电压vp1进行反馈控制，以使得辅助泵单元54的辅助泵电流ip2为恒定的。

该情况下，也与上述的第3气体传感器10c同样，能够根据传感器输出ip3、和传感器输出的变化量δip3，而对no浓度、nh3浓度进行高精度的检测。

另外，本发明的气体传感器和气体传感器的控制方法并不局限于上述的实施方式，当然可以在不脱离本发明的要旨的条件下采用各种构成。

上述的例子示出了：在预备调节室21内，作为第2目标成分的nh3以转化率100％转化为no的例子，但是，没必要使nh3的转化率为100％，能够在下述的范围内任意地设定转化率，即：得到被测定气体中的nh3浓度与再现性的良好相关联的范围。

另外，预备氧浓度控制机构108的驱动可以在从预备调节室21内汲出氧的方向，也可以在汲入氧的方向，只要因作为第2目标成分的nh3的存在，而使作为测定用泵单元61的输出的测定泵电流ip3再现性良好地变化即可。

另外，当实施本发明时，可以在不损害本发明的思想的范围附加用于提高作为汽车用部件的可靠性的诸机构。