[发明专利]气体传感器

权利要求书

1.一种气体传感器，其是具备由氧离子传导性的固体电解质构成的传感器元件的、能够确定被测定气体中的NOx浓度的极限电流型的气体传感器，其特征在于，

所述传感器元件具有：

气体导入口，被测定气体从外部空间导入至该气体导入口；

第一内部空腔，该第一内部空腔在规定的扩散阻力下与所述气体导入口连通；

第二内部空腔，该第二内部空腔在规定的扩散阻力下与所述第一内部空腔连通；

主泵单元，该主泵单元是构成为包括内侧泵电极、外侧泵电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述内侧泵电极包括设置为面对所述第一内部空腔的1个或2个单元电极部，所述外侧泵电极设置于所述传感器元件的表面；

测定电极，该测定电极设置为面对所述第二内部空腔，并且，由施加有规定的扩散阻力的多孔质保护膜覆盖，作为针对NOx的还原催化剂而发挥作用；

大气导入层，大气作为基准气体而从所述传感器元件的外部导入至该大气导入层；

基准电极，该基准电极由所述大气导入层覆盖；以及

测定泵单元，该测定泵单元是构成为包括所述测定电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述测定电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，

在所述内侧泵电极包括所述2个单元电极部的情况下，所述2个单元电极部配置成相互对置，

所述主泵单元对所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加规定的主泵电压，由此将导入至所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出，从而使得所述第一内部空腔中的所述被测定气体的氧分压降低，

所述测定泵单元对所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加规定的泵电压，由此将到达所述测定电极附近的所述被测定气体中的NOx在所述测定电极处被还原而生成的氧吸出，

所述气体传感器还具备浓度确定机构，该浓度确定机构基于所述测定泵单元中在所述测定电极与所述外侧泵电极之间流通的NOx电流的大小而确定所述NOx浓度，

从所述气体导入口至所述第一内部空腔的扩散阻力为200cm^－1以上1000cm^－1以下，

关于所述第一内部空腔，将所述传感器元件的长度方向上的尺寸即空腔长度设为L1，将所述传感器元件的厚度方向上的尺寸即空腔厚度设为t1，将与所述长度方向和所述厚度方向同时正交的宽度方向上的尺寸即空腔宽度设为w1，关于所述单元电极部，将所述长度方向上的尺寸即电极长度设为L2，将所述宽度方向上的尺寸即电极宽度设为w2，此时，

所述空腔长度L1为2.5mm以上10mm以下，

所述空腔厚度t1为50μm以上300μm以下，

所述电极长度相对于所述空腔长度的比值为0.5以上1.0以下，

所述电极宽度相对于所述空腔宽度的比值为0.5以上1.0以下。

2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

所述空腔长度L1为3.0mm以上3.5mm以下，

所述空腔厚度t1为100μm以上200μm以下，

所述电极长度相对于所述空腔长度的比值为0.8以上1.0以下，

所述电极宽度相对于所述空腔宽度的比值为0.9以上1.0以下。

3.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，

关于所述1个或2个单元电极部，

所述厚度方向上的尺寸即电极厚度为5μm以上30μm以下，

面积为20mm²以下，

所述内侧泵电极的总面积为10mm²以上，并且，

所述电极厚度的总和相对于所述空腔厚度的比值为0.06以上0.60以下。

4.根据权利要求2所述的气体传感器，其特征在于，

关于所述1个或2个单元电极部，

所述厚度方向上的尺寸即电极厚度为5μm以上30μm以下，

面积为20mm²以下，

所述内侧泵电极的总面积为10mm²以上，并且，

所述电极厚度的总和相对于所述空腔厚度的比值为0.06以上0.60以下。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体传感器，其特征在于，

所述传感器元件还具有：

主泵控制用传感器单元，该主泵控制用传感器单元是构成为包括所述内侧泵电极、所述基准电极、以及存在于所述内侧泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；

辅助泵单元，该辅助泵单元是构成为包括辅助泵电极、所述外侧泵电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间的所述固体电解质的电化学泵单元，所述辅助泵电极设置为面对所述第二内部空腔；

辅助泵控制用传感器单元，该辅助泵控制用传感器单元是构成为包括所述辅助泵电极、所述基准电极、以及存在于所述辅助泵电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元；以及

测定泵控制用传感器单元，该测定泵控制用传感器单元是构成为包括所述测定电极、所述基准电极、以及存在于所述测定电极与所述基准电极之间的所述固体电解质的电化学传感器单元，

所述主泵单元对所述内侧泵电极与所述外侧泵电极之间施加与所述主泵控制用传感器单元中在所述内侧泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的所述主泵电压，由此将存在于所述第一内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出，

所述辅助泵单元对所述辅助泵电极与所述外侧泵电极之间施加与所述辅助泵控制用传感器单元中在所述辅助泵电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压，由此将导入至所述第二内部空腔的所述被测定气体中的氧吸出，从而使得氧分压进一步低于所述第一内部空腔的氧分压的所述被测定气体到达所述测定电极，

所述测定泵单元对所述测定电极与所述外侧泵电极之间施加与所述测定泵控制用传感器单元中在所述测定电极与所述基准电极之间产生的电动势相应的泵电压，由此将在所述测定电极产生的氧吸出。