本发明涉及能够对多个种类的监测对象气体成分进行监测并测定它们的浓度的多气体传感器。
背景技术：
1、关于用于管理来自汽车废气的排出量的测量，已知有对水蒸汽(h2o)、二氧化碳(co2)的浓度进行测量的技术(例如参见专利文献1至专利文献3)。专利文献1及专利文献2中公开的气体传感器中，能够对水蒸汽(h2o)成分和二氧化碳(co2)成分同时进行测定。另外，关于专利文献3中公开的气体传感器，在被测定气体中包含二氧化碳(co2)的情况下，也能够对水蒸汽(h2o)成分精度良好地进行测定。
2、专利文献1中公开的3室构成的气体传感器中，首先，通过作为第一内部空腔用的泵单元的主泵单元进行工作，将被导入到第一内部空腔的被测定气体中所含的o2吸出，并且，同样包含在被测定气体中的h2o及co2也暂时全部被还原，生成h2及co。上述包含h2及co的被测定气体被导入到第二、第三内部空腔。接下来，通过利用作为第二内部空腔用的泵单元的第一测定泵单元吸入o2，使得h2被选择性地氧化，生成h2o，进而，通过利用作为第三内部空腔用的泵单元的第二测定泵单元吸入o2，使得co被氧化，生成co2。并且，基于使上述h2和co氧化时在第一测定泵单元和第二测定泵单元中分别流通的泵电流的大小，对被测定气体中的h2o和co2的浓度进行测定。
3、然而，在被测定气体为富燃料气氛的气体的情形等被测定气体中显著包含烃气体成分(h/c成分)的情况下，专利文献1中公开的气体传感器中，h/c成分在第二内部空腔、第三内部空腔中被氧化而生成h2o及co2，与被测定气体中原本含有的h2o及co2混合存在，因此，有时无法利用上述方法精度良好地进行h2o浓度及co2浓度的测定。
4、另外，专利文献3中公开的2室构成的气体传感器中，出于使h2的选择性氧化性提高的目的，构成作为第二内部空腔用的泵单元的测定泵单元的空腔内泵电极、即测定用内侧泵电极的材料使用au与其他贵金属(例如pt、rh、ru)的合金，且电极表面处的au的存在比为25at％以上。
5、该电极材料乍一看认为还能够应用于专利文献1中公开的气体传感器中同样使h2选择性地氧化的第一测定泵单元的第一测定用内侧泵电极。
6、然而，该第一测定用内侧泵电极在专利文献1中公开的气体传感器中与构成第二测定泵单元的空腔内泵电极、即第二测定用内侧泵电极相比，设置于高温位置，因此，使用像这样的电极材料的情况下，电极中的au蒸发，在长时间使用时，灵敏度有可能发生变化。
7、现有技术文献
8、专利文献
9、专利文献1：日本特许第5918177号公报
10、专利文献2：日本特许第6469464号公报
11、专利文献3：日本特许第6469462号公报
技术实现思路
1、本发明是鉴于上述课题而实施的，其目的在于，提供一种多气体传感器，其能够对水蒸汽(h2o)成分和二氧化碳(co2)成分同时进行测定，且即便在被测定气体中显著包含h/c成分的情况下也可抑制测定精度的降低，此外即便长时间使用也不易发生灵敏度变化，与以往相比长期可靠性优异。
2、为了解决上述课题，本发明的第一方案是能够对至少包含水蒸汽和二氧化碳的被测定气体中所含的多个监测对象气体成分的浓度进行测定的气体传感器，其特征在于，具备：传感器元件，该传感器元件具有由氧离子传导性的固体电解质构成的结构体；以及控制器，该控制器对所述气体传感器的动作进行控制，所述传感器元件具备：气体导入口，该气体导入口供所述被测定气体导入；内部空腔，该内部空腔经由扩散速度控制部而与所述气体导入口连通；调整电极、第一测定电极及第二测定电极，它们以分别面对所述内部空腔的方式且以规定的间隔隔离并按距所述气体导入口的距离由近到远的顺序设置；调整泵单元，该调整泵单元由所述调整电极、在所述内部空腔以外的部位设置的空腔外泵电极、以及存在于所述调整电极与所述空腔外泵电极之间的所述固体电解质构成；第一测定泵单元，该第一测定泵单元由所述第一测定电极、所述空腔外泵电极、以及存在于所述第一测定电极与所述空腔外泵电极之间的所述固体电解质构成；第二测定泵单元，该第二测定泵单元由所述第二测定电极、所述空腔外泵电极、以及存在于所述第二测定电极与所述空腔外泵电极之间的所述固体电解质构成；以及加热器，该加热器对所述传感器元件进行加热，所述调整泵单元以到达所述调整电极的所述被测定气体中包含烃气体成分的情况下该烃气体成分被氧化的方式从外部空间向所述内部空腔吸入氧，所述第一测定泵单元以所述被测定气体中所含的水蒸汽及二氧化碳实质上全部被还原的方式自到达所述第一测定电极的所述被测定气体中吸出氧，所述第二测定泵单元通过向所述内部空腔吸入氧而使到达所述第二测定电极的所述被测定气体中所含的因水蒸汽的还原而生成的氢选择性地氧化，所述控制器具备：水蒸汽浓度确定机构，该水蒸汽浓度确定机构基于烃相当电流的值和水蒸汽相当电流的值来确定所述被测定气体中所含的水蒸汽的浓度，该烃相当电流为烃气体成分通过所述调整泵单元吸入的氧而被氧化时在所述调整电极与所述空腔外泵电极之间流通的氧泵电流，该水蒸汽相当电流为氢通过所述第二测定泵单元吸入的氧而被氧化时在所述第二测定电极与所述空腔外泵电极之间流通的氧泵电流；以及二氧化碳浓度确定机构，该二氧化碳浓度确定机构基于所述烃相当电流的值、所述水蒸汽相当电流的值、以及全还原电流的值来确定所述被测定气体中所含的二氧化碳的浓度，该全还原电流为所述第一测定泵单元吸出氧而使得水蒸汽及二氧化碳被还原时在所述第一测定电极与所述空腔外泵电极之间流通的氧泵电流。
3、本发明的第二方案在第一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述内部空腔为经由不同的扩散速度控制部而按距所述气体导入口的距离由近到远的顺序依次连通的第一空腔、第二空腔及第三空腔，所述调整电极配备于所述第一空腔，所述第一测定电极配备于所述第二空腔，所述第二测定电极配备于所述第三空腔。
4、本发明的第三方案在第二方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述控制器存储有：预先确定的表示所述被测定气体中包含水蒸汽但不含烃气体及二氧化碳时的流通于所述第一测定泵单元的氧泵电流与水蒸汽的浓度之间的关系的ip1-h2o数据、预先确定的表示所述被测定气体中包含二氧化碳但不含烃气体及水蒸汽时的流通于所述第一测定泵单元的氧泵电流与水蒸汽的浓度之间的关系的ip1-co2数据、预先确定的表示所述被测定气体中包含水蒸汽但不含烃气体及二氧化碳时的流通于所述第二测定泵单元的氧泵电流与水蒸汽的浓度之间的关系的ip2-h2o数据、以及预先确定的表示所述被测定气体中所含的所述烃气体成分中的氢的存在比率的系数，所述水蒸汽浓度确定机构计算出所述水蒸汽相当电流和所述烃相当电流与所述系数之积的差、即第一差值，确定所述ip2-h2o数据中与所述第一差值相对应的水蒸汽的浓度作为所述被测定气体中所含的水蒸汽的浓度，所述二氧化碳浓度确定机构基于由所述水蒸汽浓度确定机构确定的所述被测定气体中所含的水蒸汽的浓度、以及所述ip1-h2o数据，确定所述全还原电流中的由水蒸汽的还原带来的贡献部分，并确定所述全还原电流中的随着所述被测定气体中原本含有的水蒸汽及二氧化碳的还原而流通的电流的值、即实际还原电流值，之后，所述实际还原电流值减去所述贡献部分而计算出第二差值，确定所述ip1-co2数据中与所述第二差值相对应的二氧化碳浓度作为所述被测定气体中所含的二氧化碳的浓度。
5、本发明的第四方案在第二或第三方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述第二测定电极为包含pt-au合金作为金属成分的金属陶瓷电极，所述pt-au合金中的au浓度为1wt％以上且50wt％以下。
6、本发明的第五方案在第四方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述调整电极及所述第一测定电极为包含pt但不含au的金属陶瓷电极。
7、本发明的第六方案在第二至第五方案中的任一方案所涉及的气体传感器的基础上，其特征在于，所述加热器以所述内部空腔的所述调整电极的附近成为最高温且在所述传感器元件的长度方向上越离开所述调整电极而温度越低的方式对所述传感器元件进行加热。
8、本发明的第七方案是利用气体传感器对至少包含水蒸汽和二氧化碳的被测定气体中所含的多个监测对象气体成分的浓度进行测定的方法，其特征在于，所述气体传感器具备传感器元件，该传感器元件具有由氧离子传导性的固体电解质构成的长条板状的结构体，所述传感器元件具备：气体导入口，该气体导入口供所述被测定气体导入；内部空腔，该内部空腔经由扩散速度控制部而与所述气体导入口连通；调整电极、第一测定电极及第二测定电极，它们以分别面对所述内部空腔的方式且以规定的间隔隔离并按距所述气体导入口的距离由近到远的顺序设置；调整泵单元，该调整泵单元由所述调整电极、在所述内部空腔以外的部位设置的空腔外泵电极、以及存在于所述调整电极与所述空腔外泵电极之间的所述固体电解质构成；第一测定泵单元，该第一测定泵单元由所述第一测定电极、所述空腔外泵电极、以及存在于所述第一测定电极与所述空腔外泵电极之间的所述固体电解质构成；第二测定泵单元，该第二测定泵单元由所述第二测定电极、所述空腔外泵电极、以及存在于所述第一测定电极与所述空腔外泵电极之间的所述固体电解质构成；以及加热器，该加热器对所述传感器元件进行加热，所述方法包括以下工序：a)以到达所述调整电极的所述被测定气体中包含烃气体成分的情况下该烃气体成分被氧化的方式，利用所述调整泵单元，从外部空间向所述内部空腔吸入氧；b)利用所述第一测定泵单元，以到达所述第一测定电极的所述被测定气体中所含的水蒸汽及二氧化碳实质上全部被还原的方式自到达所述第一测定电极的所述被测定气体中吸出氧；c)利用所述第二测定泵单元，通过向所述内部空腔吸入氧而使到达所述第二测定电极的所述被测定气体中所含的因水蒸汽的还原而生成的氢选择性地氧化；d)基于烃相当电流的值和水蒸汽相当电流的值来确定所述被测定气体中所含的水蒸汽的浓度，该烃相当电流为烃气体成分通过所述调整泵单元吸入的氧而被氧化时在所述调整电极与所述空腔外泵电极之间流通的氧泵电流，该水蒸汽相当电流为氢通过所述第二测定泵单元吸入的氧而被氧化时在所述第二测定电极与所述空腔外泵电极之间流通的氧泵电流；e)基于所述烃相当电流的值、所述水蒸汽相当电流的值、以及全还原电流的值来确定所述被测定气体中所含的二氧化碳的浓度，该全还原电流为所述第一测定泵单元吸入氧而使得水蒸汽及二氧化碳被还原时在所述第一测定电极与所述空腔外泵电极之间流通的氧泵电流。
9、本发明的第八方案在第七方案所涉及的利用气体传感器进行的浓度测定方法的基础上，其特征在于，所述内部空腔为经由不同的扩散速度控制部而按距所述气体导入口的距离由近到远的顺序依次连通的第一空腔、第二空腔及第三空腔，所述调整电极配备于所述第一空腔，所述第一测定电极配备于所述第二空腔，所述第二测定电极配备于所述第三空腔。
10、本发明的第九方案在第八方案所涉及的利用气体传感器进行的浓度测定方法的基础上，其特征在于，还包括以下工序：f)在所述工序a)至工序e)之前，预先确定：表示所述被测定气体中包含水蒸汽但不含二氧化碳时的流通于所述第一测定泵单元的氧泵电流与水蒸汽的浓度之间的关系的ip1-h2o数据、表示所述被测定气体中包含二氧化碳但不含水蒸汽时的流通于所述第一测定泵单元的氧泵电流与水蒸汽的浓度之间的关系的ip1-co2数据、表示所述被测定气体中包含水蒸汽但不含二氧化碳时的流通于所述第二测定泵单元的氧泵电流与水蒸汽的浓度之间的关系的ip2-h2o数据、以及表示所述被测定气体中所含的所述烃气体成分中的氢的存在比率的系数，所述工序d)中，计算出所述水蒸汽相当电流和所述烃相当电流与所述系数之积的差、即第一差值，之后，确定所述ip2-h2o数据中与所述第一差值相对应的水蒸汽的浓度作为所述被测定气体中所含的水蒸汽的浓度，所述工序e)中，基于所述工序e)中确定的所述被测定气体中所含的水蒸汽的浓度、以及所述ip1-h2o数据，确定所述全还原电流中的由水蒸汽的还原带来的贡献部分，确定所述全还原电流中的随着所述被测定气体中原本含有的水蒸汽及二氧化碳的还原而流通的电流的值、即实际还原电流值，之后，所述实际还原电流值减去所述贡献部分而计算出第二差值，确定所述ip1-co2数据中与所述第二差值相对应的二氧化碳浓度作为所述被测定气体中所含的二氧化碳的浓度。
11、本发明的第十方案在第八或第九方案所涉及的利用气体传感器进行的浓度测定方法的基础上，其特征在于，将所述第二测定电极设为包含pt-au合金作为金属成分的金属陶瓷电极，将所述pt-au合金中的au浓度设为1wt％以上且50wt％以下。
12、本发明的第十一方案在第十方案所涉及的利用气体传感器进行的浓度测定方法的基础上，其特征在于，将所述调整电极及所述第一测定电极设为包含pt但不含au的金属陶瓷电极。
13、本发明的第十二方案在第八至第十一方案中的任一方案所涉及的利用气体传感器进行的浓度测定方法的基础上，其特征在于，所述加热器以所述内部空腔的所述调整电极的附近成为最高温且在所述传感器元件的长度方向上越离开所述调整电极而温度越低的方式对所述传感器元件进行加热。
14、根据本发明的第一至第十二方案，可实现：即便在同时含有水蒸汽和二氧化碳的被测定气体像例如富燃料气氛气体那样包含烃气体成分的情况下也能够将烃气体成分的影响排除而对水蒸汽和二氧化碳的浓度进行测定的多气体传感器。