(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-27
(45)【発行日】2022-10-05
(54)【発明の名称】ガスセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/416 20060101AFI20220928BHJP
【ＦＩ】
G01N27/416 331
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2019176038
(22)【出願日】2019-09-26
(62)【分割の表示】P 2019524093の分割
【原出願日】2018-12-26
(65)【公開番号】P2019215380
(43)【公開日】2019-12-19
【審査請求日】2021-07-16
(31)【優先権主張番号】P 2017249914
(32)【優先日】2017-12-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100077665
【弁理士】
【氏名又は名称】千葉 剛宏
(74)【代理人】
【識別番号】100116676
【弁理士】
【氏名又は名称】宮寺 利幸
(74)【代理人】
【識別番号】100191134
【弁理士】
【氏名又は名称】千馬 隆之
(74)【代理人】
【識別番号】100136548
【弁理士】
【氏名又は名称】仲宗根 康晴
(74)【代理人】
【識別番号】100136641
【弁理士】
【氏名又は名称】坂井 志郎
(74)【代理人】
【識別番号】100180448
【弁理士】
【氏名又は名称】関口 亨祐
(72)【発明者】
【氏名】中垣 邦彦
【審査官】黒田 浩一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１７３０１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１３３４４７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－２２１９３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００９／０２４２４２６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０１６１２４２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１７／２２２００２（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／４１６
Ｇ０１Ｎ ２７／４０７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１目的成分と第２目的成分の濃度を測定するガスセンサであって、少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質からなる構造体と、前記構造体に形成された第１センサセル及び第２センサセルと、加熱手段とを有するセンサ素子と、
前記センサ素子の温度を制御する温度制御手段と、
酸素濃度制御手段と、
目的成分濃度取得手段と、を有し、
前記第１センサセル及び第２センサセルは、それぞれガスの導入方向に向かって、ガス導入口、第１拡散律速部、第１室、第２拡散律速部、第２室、第３拡散律速部及び測定室を具備し、
前記第１センサセルの前記測定室は、第１目的成分測定ポンプセルを具備し、
前記第２センサセルの前記測定室は、第２目的成分測定ポンプセルを具備し、
前記酸素濃度制御手段は、前記第１センサセルの前記第１室及び前記第２室の酸素濃度並びに前記第２センサセルの前記第２室の酸素濃度を制御し、
前記目的成分濃度取得手段は、
前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差に基づいて、前記第２目的成分の濃度を取得し、
前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値により、前記第１目的成分と前記第２目的成分の合計濃度を取得し、
前記合計濃度から前記第２目的成分の濃度を差し引いて前記第１目的成分の濃度を取得し、
前記第１センサセルと前記第２センサセルは、前記加熱手段を挟んで前記センサ素子の厚み方向に略対称に配置されている、ガスセンサ。
【請求項2】
請求項１記載のガスセンサにおいて、前記加熱手段は、ヒータと該ヒータの上下面に形成されたヒータ絶縁層とを有する、ガスセンサ。
【請求項3】
請求項１又は２記載のガスセンサにおいて、前記第１センサセルの前記第１室内に配された予備調整ポンプセルと、前記第１センサセルの前記第２室内に配された第１酸素濃度調整ポンプセルと、前記第２センサセルの前記第２室内に配された第２酸素濃度調整ポンプセルと、を具備し、
前記酸素濃度制御手段は、
前記予備調整ポンプセルを制御して前記第１センサセルの前記第１室の酸素濃度を制御する予備酸素濃度制御手段と、
前記第１酸素濃度調整ポンプセルを制御して前記第１センサセルの前記第２室の酸素濃度を制御する第１酸素濃度制御手段と、
前記第２酸素濃度調整ポンプセルを制御して前記第２センサセルの前記第２室の酸素濃度を制御する第２酸素濃度制御手段と、を有する、ガスセンサ。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサにおいて、前記第１センサセルの前記第２室は、前記第１センサセルの前記第１室に連通する第１主調整室と、前記第１主調整室に連通する第１副調整室とを有し、
前記第２センサセルの前記第２室は、前記第２センサセルの前記第１室に連通する第２主調整室と、前記第２主調整室に連通する第２副調整室とを有し、
前記第１センサセルの前記測定室は、前記第１副調整室に連通し、
前記第２センサセルの前記測定室は、前記第２副調整室に連通している、ガスセンサ。
【請求項5】
請求項４記載のガスセンサにおいて、前記第１主調整室と前記第１副調整室との間、並びに前記第２主調整室と前記第２副調整室との間に、それぞれ第４拡散律速部を有する、ガスセンサ。
【請求項6】
請求項１～５のいずれか１項に記載のガスセンサにおいて、前記第１センサセルの前記第１室及び前記第２室、並びに前記第２センサセルの前記第２室にそれぞれポンプ電極を有し、
前記第１センサセルの前記測定室及び前記第２センサセルの前記測定室にそれぞれ測定電極を有し、
各前記ポンプ電極は、各前記測定電極よりも触媒活性が低い材料で構成されている、ガスセンサ。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか１項に記載のガスセンサにおいて、前記第１目的成分がＮＯ、前記第２目的成分がＮＨ3である、ガスセンサ。
【請求項8】
請求項７記載のガスセンサにおいて、前記酸素濃度制御手段は、
前記第１センサセルの前記第１室内のＮＯを分解させることなく、ＮＨ3を酸化する条件で前記第１室内の酸素濃度を制御し、
前記第２センサセルの前記第２室内のＮＯを分解させることなく、ＮＨ3を酸化する条件で前記第２室内の酸素濃度を制御する、ガスセンサ。
【請求項9】
請求項７又は８記載のガスセンサにおいて、前記目的成分濃度取得手段は、
予め実験的に測定した、前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差とでそれぞれＮＯ濃度及びＮＨ3濃度の関係が特定された第１マップを使用し、
実使用中の前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差を、前記第１マップと比較して、ＮＯ及びＮＨ3の各濃度を求める、ガスセンサ。
【請求項10】
請求項１～６のいずれか１項に記載のガスセンサにおいて、前記第１目的成分がＮＯ、前記第２目的成分がＮＯ2である、ガスセンサ。
【請求項11】
請求項１０記載のガスセンサにおいて、前記酸素濃度制御手段は、
前記第１センサセルの前記第１室内のＮＯを分解させることなく、ＮＯ2を分解する条件で前記第１室内の酸素濃度を制御し、
前記第２センサセルの前記第２室内のＮＯを分解させることなく、ＮＯ2を分解する条件で前記第２室内の酸素濃度を制御する、ガスセンサ。
【請求項12】
請求項１０又は１１記載のガスセンサにおいて、前記目的成分濃度取得手段は、
予め実験的に測定した、前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差とでそれぞれＮＯ濃度及びＮＯ2濃度の関係が特定された第２マップを使用し、
実使用中の前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差を、前記第２マップと比較して、ＮＯ及びＮＯ2の各濃度を求める、ガスセンサ。
【請求項13】
請求項３記載のガスセンサにおいて、前記第２酸素濃度調整ポンプセルに流れるポンプ電流値に基づいて酸素濃度を測定する前記酸素濃度制御手段を有する、ガスセンサ。
【請求項14】
請求項１記載のガスセンサにおいて、前記第２センサセルは、前記ガス導入口と前記第２室とが前記第１拡散律速部を介して直接連通した素子構造を有し、前記第２センサセルの前記第１拡散律速部の拡散抵抗値が、前記第１センサセルのガス導入口、第１拡散律速部、第１室、第２拡散律速部の拡散抵抗値の合計値と略同等である、ガスセンサ。
【請求項15】
請求項４記載のガスセンサにおいて、前記第１センサセルの前記第１副調整室並びに前記第２センサセルの前記第２副調整室を省略した、ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被測定ガス中の複数目的成分の各濃度を測定することが可能なガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、直列２室構造を持ったＮＯｘセンサ（直列２室型ＮＯｘセンサ）、及びそれを用いたＮＯｘ測定方法（例えば特許文献１参照）や、酸化物半導体電極を用いた混成電位型、あるいは抵抗変化型のＮＯ２センサ、あるいはＮＨ３センサが知られている（例えば特許文献２及び特許文献３参照）。
【0003】
また、酸化物半導体電極の混成電位を用いてＮＨ３濃度を測定する方法が知られている。この方法は、ＮＯｘ濃度を別のセンサで測定し、ＮＯ、ＮＯ２が存在しない場合は酸化物半導体電極の混成電位をそのまま使用し、ＮＯ、ＮＯ２が存在する場合は酸化物半導体電極の混成電位に補正を加える方法である（例えば特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１５－２００６４３号公報
【文献】特開２０１３－０６８６３２号公報
【文献】特開２００９－２４３９４２号公報
【文献】特表２００９－５１１８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、各国のＣＯ２排出量規制が強化される傾向にあり、ディーゼル車の普及率が増えつつある。希薄燃焼を用いるディーゼルエンジンは、ＣＯ２排出量が少ない代わりに過剰な酸素を含む排気ガス中のＮＯｘ浄化が困難であるという欠点を持つ。そのため、ＣＯ２排出量規制の強化と同様に、ＮＯｘ排出量の規制も強化されつつある。現在は、ＣＯ２排出量、すなわち、燃料消費量を損なわずにＮＯｘ浄化が行える選択還元型触媒システム（以下、ＳＣＲシステムと記す）がＮＯｘ浄化の主流を占めている。ＳＣＲシステムは、注入した尿素を排気ガスと反応させてアンモニアを生成し、アンモニアとＮＯｘを反応させてＮ２とＯ２に分解する。このＳＣＲシステムにおいて、ＮＯｘ浄化効率を１００％に近づけるためには、尿素の注入量を増やす必要があるが、尿素注入量を増やすと未反応のアンモニアが大気に排出されるおそれがある。このため、ＮＯｘとアンモニアを区別できるセンサが求められている。
【0006】
さらには、米国において、酸化触媒（以下、ＤＯＣ触媒と記す）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、ＤＰＦと記す）、選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒と記す）の個別故障診断の義務付けに対する準備が進められている。ＤＰＦ、ＳＣＲ触媒の故障診断は、既存のＰＭセンサ、ＮＯｘセンサで可能であるが、ＤＯＣ触媒に対しては有効な故障診断手段が見つかっていない。現在は、２００℃以下の低温時のＤＯＣ触媒下流に漏れ出す炭化水素（以下、ＨＣと記す）量を測定する方法や、ＤＯＣ触媒下流に排出されるＮＯとＮＯ２の比率から故障を判断する方法等が推奨されている。特に、ＮＯとＮＯ２の比率におけるＮＯ２の減少は、ＨＣ流出量の増大よりも早期に起こるため、より安全な故障診断方法として期待されている。このため、ＮＯとＮＯ２を区別できるセンサが求められている。
【0007】
上述した特許文献１記載のＮＯｘセンサ及びＮＯｘ測定方法は、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３をＮＯに変換し、変換後のＮＯを分解して発生したＯ２の量、もしくは濃度を測定する。そのため、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３の総量は測定できても各々を区別することができなかった。
【0008】
特許文献２及び特許文献３記載の酸化物半導体電極は、ＮＯ、ＮＯ２の選択性に優れている反面、ＮＯとＮＯ２に対する感度の出力特性が正負逆であるため、ＮＯとＮＯ２が共存する雰囲気下では、正しくＮＯ、もしくはＮＯ２濃度を測定することができなかった。
【0009】
特許文献４記載のセンサは、酸化物半導体電極の排気ガス中における不安定さ、及び基板との密着強度の弱さから、長期間にわたり精度良くＮＨ３濃度を測定することが困難であった。
【0010】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、排気ガスのような未燃成分、酸素の存在下に共存する複数成分（例えばＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３）の濃度を長期間にわたり精度よく測定することができるガスセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
［１］ 本発明の一態様は、第１目的成分と第２目的成分の濃度を測定するガスセンサであって、少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質からなる構造体と、前記構造体に形成された第１センサセル及び第２センサセルとを有するセンサ素子と、前記センサ素子の温度を制御する温度制御手段と、酸素濃度制御手段と、目的成分濃度取得手段と、を有し、前記第１センサセル及び第２センサセルは、それぞれガスの導入方向に向かって、ガス導入口、第１拡散律速部、第１室、第２拡散律速部、第２室、第３拡散律速部及び測定室を具備し、前記第１センサセルの前記測定室は、第１目的成分測定ポンプセルを具備し、前記第２センサセルの前記測定室は、第２目的成分測定ポンプセルを具備し、前記酸素濃度制御手段は、前記第１センサセルの前記第１室及び前記第２室の酸素濃度並びに前記第２センサセルの前記第２室の酸素濃度を制御し、前記目的成分濃度取得手段は、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差に基づいて、前記第２目的成分の濃度を取得し、前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値により、前記第１目的成分と前記第２目的成分の合計濃度を取得し、前記合計濃度から前記第２目的成分の濃度を差し引いて前記第１目的成分の濃度を取得する。
【0012】
［２］ 本発明の一態様において、前記第１センサセルの前記第１室内に配された予備調整ポンプセルと、前記第１センサセルの前記第２室内に配された第１酸素濃度調整ポンプセルと、前記第２センサセルの前記第２室内に配された第２酸素濃度調整ポンプセルと、を具備し、前記酸素濃度制御手段は、前記予備調整ポンプセルを制御して前記第１センサセルの前記第１室の酸素濃度を制御する予備酸素濃度制御手段と、前記第１酸素濃度調整ポンプセルを制御して前記第１センサセルの前記第２室の酸素濃度を制御する第１酸素濃度制御手段と、前記第２酸素濃度調整ポンプセルを制御して前記第２センサセルの前記第２室の酸素濃度を制御する第２酸素濃度制御手段と、を備えてもよい。
【0013】
［３］ 本発明の一態様において、前記第１センサセルの前記第２室は、前記第１センサセルの前記第１室に連通する第１主調整室と、前記第１主調整室に連通する第１副調整室とを有し、前記第２センサセルの前記第２室は、前記第２センサセルの前記第１室に連通する第２主調整室と、前記第２主調整室に連通する第２副調整室とを有し、前記第１センサセルの前記測定室は、前記第１副調整室に連通し、前記第２センサセルの前記測定室は、前記第２副調整室に連通してもよい。
【0014】
［４］ 本発明の一態様において、前記第１主調整室と前記第１副調整室との間、並びに前記第２主調整室と前記第２副調整室との間に、それぞれ第４拡散律速部を備えてもよい。
【0015】
［５］ 本発明の一態様において、前記第１センサセルの前記第１室及び前記第２室、並びに前記第２センサセルの前記第２室にそれぞれポンプ電極を有し、前記第１センサセルの前記測定室及び前記第２センサセルの前記測定室にそれぞれ測定電極を有し、各前記ポンプ電極は、各前記測定電極よりも触媒活性が低い材料で構成されてもよい。
【0016】
［６］ 本発明の一態様において、前記第１目的成分がＮＯ、前記第２目的成分がＮＨ３であってもよい。
【0017】
［７］ 本発明の一態様において、前記酸素濃度制御手段は、前記第１センサセルの前記第１室内のＮＯを分解させることなく、ＮＨ３を酸化する条件で前記第１室内の酸素濃度を制御し、前記第２センサセルの前記第２室内のＮＯを分解させることなく、ＮＨ３を酸化する条件で前記第２室内の酸素濃度を制御してもよい。
【0018】
［８］ 本発明の一態様において、前記目的成分濃度取得手段は、予め実験的に測定した、前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差とでそれぞれＮＯ濃度及びＮＨ３濃度の関係が特定された第１マップを使用し、実使用中の前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差を、前記第１マップと比較して、ＮＯ及びＮＨ３の各濃度を求めてもよい。
【0019】
［９］ 本発明の一態様において、前記第１目的成分がＮＯ、前記第２目的成分がＮＯ２であってもよい。
【0020】
［１０］ 本発明の一態様において、前記酸素濃度制御手段は、前記第１センサセルの前記第１室内のＮＯを分解させることなく、ＮＯ２を分解する条件で前記第１室内の酸素濃度を制御し、前記第２センサセルの前記第２室内のＮＯを分解させることなく、ＮＯ２を分解する条件で前記第２室内の酸素濃度を制御してもよい。
【0021】
［１１］ 本発明の一態様において、前記目的成分濃度取得手段は、予め実験的に測定した、前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差とでそれぞれＮＯ濃度及びＮＯ２濃度の関係が特定された第２マップを使用し、実使用中の前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と、前記第１目的成分測定ポンプセルに流れる電流値と前記第２目的成分測定ポンプセルに流れる電流値との差を、前記第２マップと比較して、ＮＯ及びＮＯ２の各濃度を求めてもよい。
【0022】
［１２］ 本発明の一態様において、前記第２酸素濃度調整ポンプセルに流れるポンプ電流値に基づいて酸素濃度を測定する酸素濃度制御手段を具備してもよい。
【0023】
［１３］ 本発明の一態様において、前記第１センサセルの少なくとも前記第２室の外側に配された第１外側ポンプ電極と、前記第２センサセルの少なくとも前記第２室の外側に配された第２外側ポンプ電極とが共通化されてもよい。
【0024】
［１４］ 本発明の一態様において、前記第１目的成分測定ポンプセルは、前記第１センサセルの前記測定室内に配された第１測定電極と、前記センサ素子の基準ガス導入空間に配された第１基準電極とを有し、前記第２目的成分測定ポンプセルは、前記第２センサセルの前記測定室内に配された第２測定電極と、前記センサ素子の前記基準ガス導入空間に配された第２基準電極とを有し、前記第１基準電極と前記第２基準電極とが共通化されていてもよい。
【0025】
［１５］ 本発明の一態様において、前記第２センサセルは、前記ガス導入口と前記第２室とが前記第１拡散律速部を介して直接連通した素子構造を有し、前記第２センサセルの前記第１拡散律速部の拡散抵抗値が、前記第１センサセルのガス導入口、第１拡散律速部、第１室、第２拡散律速部の拡散抵抗値の合計値と略同等としてもよい。
【0026】
［１６］ 本発明の一態様において、前記第１センサセルの前記第１副調整室並びに前記第２センサセルの前記第２副調整室を省略してもよい。これにより、本発明が使用される環境の酸素濃度変化による第１センサセル及び第２センサセルの出力補正手段を追加することができる。
【0027】
［１７］ 本発明の一態様において、前記第１センサセルと前記第２センサセルは、前記センサ素子の厚み方向に略対称に配置されていてもよい。
【発明の効果】
【0028】
本発明に係るガスセンサによれば、排気ガスのような未燃成分、酸素の存在下に共存する複数成分（例えばＮＯ、ＮＯ２、ＮＨ３）の濃度を長期間にわたり精度よく測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図4】第１ガスセンサを模式的に示す構成図である。
【図5】第１ガスセンサにおける第１センサセルの予備調整室内、第１酸素濃度調整室内及び第１測定室内、並びに第２センサセルの拡散抵抗調整室内、第２酸素濃度調整室内及び第２測定室内の反応を模式的に示す説明図である。
【図6】第１ガスセンサで使用される第１マップをグラフ化して示す図である。
【図7】第１ガスセンサで使用される第１マップを表形式で示す説明図である。
【図8】第１マップの確からしさを確認するための測定結果を表形式で示す説明図である。
【図9】第２ガスセンサを模式的に示す構成図である。
【図10】第２ガスセンサにおける第１センサセルの予備調整室内、第１酸素濃度調整室内及び第１測定室内、並びに第２センサセルの拡散抵抗調整室内、第２酸素濃度調整室内及び第２測定室内の反応を模式的に示す説明図である。
【図11】第３の実施の形態に係るガスセンサ（第３ガスセンサ）の一構造例を示す断面図（破断線を省略）である。
【図12】第３ガスセンサを模式的に示す構成図である。
【図13】第４の実施の形態に係るガスセンサ（第４ガスセンサ）の一構造例を示す断面図（破断線を省略）である。
【図14】第４ガスセンサを模式的に示す構成図である。
【図15】第５の実施の形態に係るガスセンサ（第５ガスセンサ）の一構造例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明に係るガスセンサの実施の形態例を図１～図１５を参照しながら説明する。なお、本明細書において、数値範囲を示す「～」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。
【0031】
先ず、第１の実施の形態に係るガスセンサ（以下、第１ガスセンサ１０Ａと記す）は、図１～図３に示すように、センサ素子１２を有する。センサ素子１２は、酸素イオン伝導性の固体電解質からなる構造体１４と、構造体１４に形成された第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂとを有する。
【0032】
ここで、構造体１４の厚み方向を縦方向、構造体１４の幅方向を横方向と定義すると、第１センサセル１５Ａと第２センサセル１５Ｂは、構造体１４中に、横方向に並んだ状態で設けられている。
【0033】
第１センサセル１５Ａは、図１に示すように、構造体１４に形成され、被測定ガスが導入される第１ガス導入口１６Ａと、構造体１４内に形成され、第１ガス導入口１６Ａに連通する第１酸素濃度調整室１８Ａと、構造体１４内に形成され、第１酸素濃度調整室１８Ａに連通する第１測定室２０Ａとを有する。
【0034】
第１酸素濃度調整室１８Ａは、第１ガス導入口１６Ａに連通する第１主調整室１８Ａａと、第１主調整室１８Ａａに連通する第１副調整室１８Ａｂとを有する。第１測定室２０Ａは第１副調整室１８Ａｂに連通している。
【0035】
さらに、この第１センサセル１５Ａは、構造体１４のうち、第１ガス導入口１６Ａと第１主調整室１８Ａａとの間に設けられ、第１ガス導入口１６Ａに連通する予備調整室２２を有する。
【0036】
一方、第２センサセル１５Ｂは、図３に示すように、構造体１４に形成され、被測定ガスが導入される第２ガス導入口１６Ｂと、構造体１４内に形成され、第２ガス導入口１６Ｂに連通する第２酸素濃度調整室１８Ｂと、構造体１４内に形成され、第２酸素濃度調整室１８Ｂに連通する第２測定室２０Ｂとを有する。
【0037】
第２酸素濃度調整室１８Ｂは、第２ガス導入口１６Ｂに連通する第２主調整室１８Ｂａと、第２主調整室１８Ｂａに連通する第２副調整室１８Ｂｂとを有する。第２測定室２０Ｂは第２副調整室１８Ｂｂに連通している。
【0038】
さらに、この第２センサセル１５Ｂは、構造体１４のうち、第２ガス導入口１６Ｂと第２主調整室１８Ｂａとの間に設けられ、第２ガス導入口１６Ｂに連通する拡散抵抗調整室２４（第２センサセル１５Ｂの第１室）を有する。
【0039】
具体的には、図２及び図３に示すように、構造体１４は、第１基板層２６ａと、第２基板層２６ｂと、第３基板層２６ｃと、第１固体電解質層２８と、スペーサ層３０と、第２固体電解質層３２との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層されて構成されている。各層は、それぞれジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン伝導性固体電解質層にて構成されている。
【0040】
図２に示すように、第１センサセル１５Ａは、センサ素子１２の先端部側であって、第２固体電解質層３２の下面と第１固体電解質層２８の上面との間には、第１ガス導入口１６Ａと、第１拡散律速部３４Ａと、予備調整室２２と、第２拡散律速部３６Ａと、第１酸素濃度調整室１８Ａと、第３拡散律速部３８Ａと、第１測定室２０Ａとが備わっている。また、第１酸素濃度調整室１８Ａを構成する第１主調整室１８Ａａと、第１副調整室１８Ａｂとの間に第４拡散律速部４０Ａが備わっている。
【0041】
これら第１ガス導入口１６Ａと、第１拡散律速部３４Ａと、予備調整室２２と、第２拡散律速部３６Ａと、第１主調整室１８Ａａと、第４拡散律速部４０Ａと、第１副調整室１８Ａｂ、第３拡散律速部３８Ａと、第１測定室２０Ａとは、この順に連通する態様にて隣接形成されている。第１ガス導入口１６Ａから第１測定室２０Ａに至る部位を、第１ガス流通部とも称する。
【0042】
第１ガス導入口１６Ａと、予備調整室２２と、第１主調整室１８Ａａと、第１副調整室１８Ａｂと、第１測定室２０Ａは、スペーサ層３０をくり抜いた態様にて設けられた内部空間である。予備調整室２２と、第１主調整室１８Ａａと、第１副調整室１８Ａｂと、第１測定室２０Ａはいずれも、各上部が第２固体電解質層３２の下面で、各下部が第１固体電解質層２８の上面で、各側部がスペーサ層３０の側面で区画されている。
【0043】
第２センサセル１５Ｂについても同様に、図３に示すように、センサ素子１２の先端部側であって、第２固体電解質層３２の下面と第１固体電解質層２８の上面との間には、第２ガス導入口１６Ｂと、第１拡散律速部３４Ｂと、拡散抵抗調整室２４と、第２拡散律速部３６Ｂと、第２酸素濃度調整室１８Ｂと、第３拡散律速部３８Ｂと、第２測定室２０Ｂとが備わっている。また、第２酸素濃度調整室１８Ｂを構成する第２主調整室１８Ｂａと、第２副調整室１８Ｂｂとの間に第４拡散律速部４０Ｂが備わっている。
【0044】
これら第２ガス導入口１６Ｂと、第１拡散律速部３４Ｂと、拡散抵抗調整室２４と、第２拡散律速部３６Ｂと、第２主調整室１８Ｂａと、第４拡散律速部４０Ｂと、第２副調整室１８Ｂｂ、第３拡散律速部３８Ｂと、第２測定室２０Ｂとは、この順に連通する態様にて隣接形成されている。第２ガス導入口１６Ｂから第２測定室２０Ｂに至る部位を、第２ガス流通部とも称する。
【0045】
第２ガス導入口１６Ｂと、拡散抵抗調整室２４と、第２主調整室１８Ｂａと、第２副調整室１８Ｂｂと、第２測定室２０Ｂは、スペーサ層３０をくり抜いた態様にて設けられた内部空間である。拡散抵抗調整室２４と、第２主調整室１８Ｂａと、第２副調整室１８Ｂｂと、第２測定室２０Ｂはいずれも、各上部が第２固体電解質層３２の下面で、各下部が第１固体電解質層２８の上面で、各側部がスペーサ層３０の側面で区画されている。
【0046】
第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂ共に、第１拡散律速部（３４Ａ、３４Ｂ）、第３拡散律速部（３８Ａ、３８Ｂ）及び第４拡散律速部（４０Ａ、４０Ｂ）は、いずれも２本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられている。第２拡散律速部（３６Ａ、３６Ｂ）は、１本の横長の（図面に垂直な方向に開口が長手方向を有する）スリットとして設けられている。
【0047】
また、第３基板層２６ｃの上面と、スペーサ層３０の下面との間であって、それぞれ第１ガス流通部及び第２ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂに共通した基準ガス導入空間４１が設けられている。基準ガス導入空間４１は、上部がスペーサ層３０の下面で、下部が第３基板層２６ｃの上面で、側部が第１固体電解質層２８の側面で区画された内部空間である。基準ガス導入空間４１には、基準ガスとして、例えば酸素や大気が導入される。
【0048】
第１ガス導入口１６Ａ及び第２ガス導入口１６Ｂは、外部空間に対して開口している部位であり、該第１ガス導入口１６Ａ及び第２ガス導入口１６Ｂを通じて外部空間から第１センサセル１５Ａ内及び第２センサセル１５Ｂ内に被測定ガスが取り込まれる。
【0049】
第１センサセル１５Ａの第１拡散律速部３４Ａは、第１ガス導入口１６Ａから予備調整室２２に導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。予備調整室２２については後述する。第２センサセル１５Ｂの第１拡散律速部３４Ｂは、第２ガス導入口１６Ｂから拡散抵抗調整室２４に導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
【0050】
第１センサセル１５Ａの第２拡散律速部３６Ａは、予備調整室２２から第１主調整室１８Ａａに導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。第２センサセル１５Ｂの第２拡散律速部３６Ｂは、拡散抵抗調整室２４から第２主調整室１８Ｂａに導入される被測定ガスに、所定の拡散抵抗を付与する部位である。
【0051】
第１主調整室１８Ａａは、第１ガス導入口１６Ａから導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられる。酸素分圧は、後述する第１主ポンプセル４２Ａが作動することによって調整される。同様に、第２主調整室１８Ｂａは、第２ガス導入口１６Ｂから導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として設けられる。酸素分圧は、後述する第２主ポンプセル４２Ｂが作動することによって調整される。
【0052】
第１主ポンプセル４２Ａは、第１主内側ポンプ電極４４Ａと、第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂで共通の外側ポンプ電極４６と、これらの電極に挟まれた酸素イオン伝導性の固体電解質とを含んで構成される第１電気化学的ポンプセル（主電気化学的ポンピングセル）である。第１主内側ポンプ電極４４Ａは、第１主調整室１８Ａａを区画する第１固体電解質層２８の上面、第２固体電解質層３２の下面、及び、スペーサ層３０の側面のそれぞれの略全面に設けられている。共通の外側ポンプ電極４６は、第２固体電解質層３２の上面のうち、第１主内側ポンプ電極４４Ａと対応する領域から第２主内側ポンプ電極４４Ｂ（第２センサセル１５Ｂ）と対応する領域にかけて外部空間に露出する態様で設けられている。
【0053】
第１主ポンプセル４２Ａは、センサ素子１２の外部に備わる第１センサセル用の第１可変電源４８Ａにより第１ポンプ電圧Ｖｐ１を印加して、共通の外側ポンプ電極４６と第１主内側ポンプ電極４４Ａとの間に第１ポンプ電流Ｉｐ１を流すことにより、第１主調整室１８Ａａ内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第１主調整室１８Ａａ内に汲み入れることが可能となっている。
【0054】
また、第１センサセル１５Ａは、電気化学的センサセルである第１酸素分圧検出センサセル５０Ａを有する。この第１酸素分圧検出センサセル５０Ａは、第１主内側ポンプ電極４４Ａと、第３基板層２６ｃの上面と第１固体電解質層２８とに挟まれる共通の基準電極５２と、これらの電極に挟まれた酸素イオン伝導性固体電解質とによって構成されている。共通の基準電極５２は、共通の外側ポンプ電極４６等と同様の多孔質サーメットからなり、平面視で略矩形状の電極である。また、共通の基準電極５２の周囲には、多孔質アルミナからなり、且つ、共通の基準ガス導入空間４１につながる共通の基準ガス導入層５４が設けられている。すなわち、基準電極５２の表面に、基準ガス導入空間４１の基準ガスが基準ガス導入層５４を介して導入されるようになっている。第１酸素分圧検出センサセル５０Ａは、第１主調整室１８Ａａ内の雰囲気と基準ガス導入空間４１の基準ガスとの間の酸素濃度差に起因して第１主内側ポンプ電極４４Ａと基準電極５２との間に第１起電力Ｖ１が発生する。
【0055】
第１酸素分圧検出センサセル５０Ａにおいて生じる第１起電力Ｖ１は、第１主調整室１８Ａａに存在する雰囲気の酸素分圧に応じて変化する。第１センサセル１５Ａは、上記第１起電力Ｖ１によって、第１主ポンプセル４２Ａの第１可変電源４８Ａをフィードバック制御する。これにより、第１可変電源４８Ａが第１主ポンプセル４２Ａに印加する第１ポンプ電圧Ｖｐ１を、第１主調整室１８Ａａの雰囲気の酸素分圧に応じて制御することができる。
【0056】
第４拡散律速部４０Ａは、第１主調整室１８Ａａでの第１主ポンプセル４２Ａの動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第１副調整室１８Ａｂに導く部位である。
【0057】
第１副調整室１８Ａｂは、予め第１主調整室１８Ａａにおいて酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第４拡散律速部４０Ａを通じて導入された被測定ガスに対して、さらに後述する第１補助ポンプセル５６Ａによる酸素分圧の調整を行うための空間として設けられている。これにより、第１副調整室１８Ａｂ内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、この第１センサセル１５Ａは、精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。
【0058】
第１補助ポンプセル５６Ａは、電気化学的ポンプセルであり、第１副調整室１８Ａｂに面する第２固体電解質層３２の下面の略全体に設けられた第１補助ポンプ電極５８Ａと、共通の外側ポンプ電極４６と、第２固体電解質層３２とによって構成される。
【0059】
なお、第１補助ポンプ電極５８Ａについても、第１主内側ポンプ電極４４Ａと同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【0060】
第１補助ポンプセル５６Ａは、第１補助ポンプ電極５８Ａと外側ポンプ電極４６との間に所望の第２電圧Ｖｐ２を印加することにより、第１副調整室１８Ａｂ内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第１副調整室１８Ａｂ内に汲み入れることが可能となっている。
【0061】
また、第１副調整室１８Ａｂ内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、第１補助ポンプ電極５８Ａと、基準電極５２と、第２固体電解質層３２と、スペーサ層３０と、第１固体電解質層２８とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、第１補助ポンプ制御用の第２酸素分圧検出センサセル５０Ｂが構成されている。
【0062】
なお、この第２酸素分圧検出センサセル５０Ｂにて検出される第２起電力Ｖ２に基づいて電圧制御される第２可変電源４８Ｂにて、第１補助ポンプセル５６Ａがポンピングを行う。これにより、第１副調整室１８Ａｂ内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【0063】
また、これと共に、第１補助ポンプセル５６Ａの第２ポンプ電流値Ｉｐ２が、第２酸素分圧検出センサセル５０Ｂの第２起電力Ｖ２の制御に用いられるようになっている。具体的には、第２ポンプ電流Ｉｐ２は、制御信号として第２酸素分圧検出センサセル５０Ｂに入力され、その第２起電力Ｖ２が制御されることにより、第４拡散律速部４０Ａを通じて第１副調整室１８Ａｂ内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。また、第２ポンプ電流値Ｉｐ２が一定になるように、第１主ポンプセル４２Ａの第１可変電源４８Ａをフィードバック制御すると、さらに、第１副調整室１８Ａｂ内の酸素分圧制御の精度が向上する。第１センサセル１５ＡをＮＯｘセンサとして使用する際は、第１主ポンプセル４２Ａと第１補助ポンプセル５６Ａとの働きによって、第１副調整室１８Ａｂ内での酸素濃度は各条件の所定の値に精度良く保たれる。
【0064】
第３拡散律速部３８Ａは、第１副調整室１８Ａｂで第１補助ポンプセル５６Ａの動作により酸素濃度（酸素分圧）が制御された被測定ガスに所定の拡散抵抗を付与して、該被測定ガスを第１測定室２０Ａに導く部位である。
【0065】
第１センサセル１５Ａにおいて、ＮＯｘ濃度の測定は、主として、第１測定室２０Ａ内に設けられた第１測定用ポンプセル６０Ａの動作により行われる。第１測定用ポンプセル６０Ａは、第１測定電極６２Ａと、共通の外側ポンプ電極４６と、第２固体電解質層３２と、スペーサ層３０と、第１固体電解質層２８とによって構成された電気化学的ポンプセルである。第１測定電極６２Ａは、第１測定室２０Ａ内の例えば第１固体電解質層２８の上面に直に設けられ、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を、第１主内側ポンプ電極４４Ａよりも高めた材料にて構成された多孔質サーメット電極である。第１測定電極６２Ａは、第１測定電極６２Ａ上の雰囲気中に存在するＮＯｘを還元するＮＯｘ還元触媒としても機能する。
【0066】
第１測定用ポンプセル６０Ａは、第１測定電極６２Ａの周囲（第１測定室２０Ａ内）の雰囲気中における窒素酸化物の分解によって生じた酸素を汲み出して、その発生量を第３ポンプ電流値Ｉｐ３、すなわち、第１センサセル１５Ａのセンサ出力（第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３）として検出することができる。
【0067】
また、第１測定電極６２Ａの周囲（第１測定室２０Ａ内）の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層２８と、第１測定電極６２Ａと、基準電極５２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用の第３酸素分圧検出センサセル５０Ｃが構成されている。第３酸素分圧検出センサセル５０Ｃにて検出された第３起電力Ｖ３に基づいて第３可変電源４８Ｃが制御される。
【0068】
第１副調整室１８Ａｂ内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第３拡散律速部３８Ａを通じて第１測定室２０Ａ内の第１測定電極６２Ａに到達する。第１測定電極６２Ａの周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて酸素を発生する。そして、この発生した酸素は第１測定用ポンプセル６０Ａによってポンピングされる。その際、第３酸素分圧検出センサセル５０Ｃにて検出された第３起電力Ｖ３が一定となるように第３可変電源４８Ｃの第３電圧Ｖｐ３が制御される。第１測定電極６２Ａの周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例する。従って、第１測定用ポンプセル６０Ａの第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度を算出することができる。すなわち、第１測定用ポンプセル６０Ａは、第１測定室２０Ａ内の特定成分（ＮＯ）の濃度を測定する。
【0069】
さらに、第１センサセル１５Ａは、第２基板層２６ｂと第３基板層２６ｃとに上下から挟まれた態様にて、第１ヒータ７２Ａが形成されている。第１ヒータ７２Ａは、第１基板層２６ａの下面に設けられた図示しないヒータ電極を通して外部から給電されることにより発熱する。第１ヒータ７２Ａが発熱することによって、第１センサセル１５Ａを構成する固体電解質の酸素イオン伝導性が高められる。第１ヒータ７２Ａは、予備調整室２２と酸素濃度調整室１８、及び第１測定室２０Ａの全域に渡って埋設されており、第１センサセル１５Ａの所定の場所を所定の温度に加熱、保温することができるようになっている。なお、第１ヒータ７２Ａの上下面には、第２基板層２６ｂ及び第３基板層２６ｃとの電気的絶縁性を得る目的で、アルミナ等からなる第１ヒータ絶縁層７４Ａが形成されている。
【0070】
そして、予備調整室２２は、第１ガス導入口１６Ａから導入された被測定ガス中の酸素分圧を調整するための空間として機能する。酸素分圧は、後述する予備ポンプセル８０が作動することによって調整される。
【0071】
予備ポンプセル８０は、予備調整室２２に面する第２固体電解質層３２の下面の略全体に設けられた予備ポンプ電極８２と、外側ポンプ電極４６と、第２固体電解質層３２とによって構成される、予備的な電気化学的ポンプセルである。
【0072】
なお、予備ポンプ電極８２についても、第１主内側ポンプ電極４４Ａと同様に、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を弱めた材料を用いて形成される。
【0073】
予備ポンプセル８０は、予備ポンプ電極８２と外側ポンプ電極４６との間に所望の予備電圧Ｖｐ０を印加することにより、予備調整室２２内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から予備調整室２２内に汲み入れることが可能となっている。
【0074】
また、この第１センサセル１５Ａは、予備調整室２２内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、予備ポンプ制御用の予備酸素分圧検出センサセル８４を有する。この予備酸素分圧検出センサセル８４は、予備ポンプ電極８２と、基準電極５２と、第２固体電解質層３２と、スペーサ層３０と、第１固体電解質層２８とを有する。
【0075】
なお、この予備酸素分圧検出センサセル８４にて検出される予備起電力Ｖ０に基づいて電圧制御される予備可変電源８６にて、予備ポンプセル８０がポンピングを行う。これにより、予備調整室２２内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【0076】
また、これと共に、その予備ポンプ電流値Ｉｐ０が、予備酸素分圧検出センサセル８４の起電力の制御に用いられるようになっている。具体的には、予備ポンプ電流Ｉｐ０は、制御信号として予備酸素分圧検出センサセル８４に入力され、その予備起電力Ｖ０が制御されることにより、第１拡散律速部３４Ａから予備調整室２２内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御されている。
【0077】
なお、予備調整室２２は、緩衝空間としても機能する。すなわち、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によって生じる被測定ガスの濃度変動を、打ち消すことが可能である。
【0078】
一方、第２センサセル１５Ｂは、図３に示すように、第２主ポンプセル４２Ｂ、第２補助ポンプセル５６Ｂ、第４酸素分圧検出センサセル５０Ｄ、第５酸素分圧検出センサセル５０Ｅ、第６酸素分圧検出センサセル５０Ｆを有する。
【0079】
第２主ポンプセル４２Ｂは、第１主ポンプセル４２Ａと同様に、第２主内側ポンプ電極４４Ｂと、共通の外側ポンプ電極４６と、これらの電極に挟まれた酸素イオン伝導性の固体電解質とを含んで構成される第２電気化学的ポンプセル（主電気化学的ポンピングセル）である。
【0080】
第２センサセル用の第４可変電源４８Ｄにより第４ポンプ電圧Ｖｐ４を印加して、共通の外側ポンプ電極４６と第２主内側ポンプ電極４４Ｂとの間に第４ポンプ電流Ｉｐ４を流すことにより、第２主調整室１８Ｂａ内の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間の酸素を第２主調整室１８Ｂａ内に汲み入れることが可能となっている。
【0081】
第２補助ポンプセル５６Ｂは、上述した第１補助ポンプセル５６Ａと同様に、電気化学的ポンプセルであり、第２副調整室１８Ｂｂに面する第２固体電解質層３２の下面の略全体に設けられた第２補助ポンプ電極５８Ｂと、共通の外側ポンプ電極４６と、第２固体電解質層３２とによって構成される。
【0082】
第２補助ポンプセル５６Ｂは、第２補助ポンプ電極５８Ｂと外側ポンプ電極４６との間に所望の第５電圧Ｖｐ５を印加することにより、第２副調整室１８Ｂｂ内の雰囲気中の酸素を外部空間に汲み出し、あるいは、外部空間から第２副調整室１８Ｂｂ内に汲み入れることが可能となっている。
【0083】
第４酸素分圧検出センサセル５０Ｄは、第１酸素分圧検出センサセル５０Ａと同様に、第２主内側ポンプ電極４４Ｂと、第３基板層２６ｃの上面と第１固体電解質層２８とに挟まれる共通の基準電極５２と、これらの電極に挟まれた酸素イオン伝導性固体電解質とによって構成されている。
【0084】
この第４酸素分圧検出センサセル５０Ｄは、第２主調整室１８Ｂａ内の雰囲気と基準ガス導入空間４１の基準ガスとの間の酸素濃度差に起因して第２主内側ポンプ電極４４Ｂと基準電極５２との間に第４起電力Ｖ４が発生する。
【0085】
第４酸素分圧検出センサセル５０Ｄにおいて生じる第４起電力Ｖ４は、第２主調整室１８Ｂａに存在する雰囲気の酸素分圧に応じて変化する。第２センサセル１５Ｂは、上記第４起電力Ｖ４によって、第２主ポンプセル４２Ｂの第４可変電源４８Ｄをフィードバック制御する。これにより、第４可変電源４８Ｄが第２主ポンプセル４２Ｂに印加する第４ポンプ電圧Ｖｐ４を、第２主調整室１８Ｂａの雰囲気の酸素分圧に応じて制御することができる。
【0086】
また、第２副調整室１８Ｂｂ内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、第２補助ポンプ電極５８Ｂと、基準電極５２と、第２固体電解質層３２と、スペーサ層３０と、第１固体電解質層２８とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、第２補助ポンプ制御用の第５酸素分圧検出センサセル５０Ｅが構成されている。
【0087】
この第５酸素分圧検出センサセル５０Ｅにて検出される第５起電力Ｖ５に基づいて電圧制御される第５可変電源４８Ｅにて、第２補助ポンプセル５６Ｂがポンピングを行う。これにより、第２副調整室１８Ｂｂ内の雰囲気中の酸素分圧は、ＮＯｘの測定に実質的に影響がない低い分圧にまで制御されるようになっている。
【0088】
これと共に、第２補助ポンプセル５６Ｂの第５ポンプ電流値Ｉｐ５が、第５酸素分圧検出センサセル５０Ｅの第５起電力Ｖ５の制御に用いられるようになっている。つまり、第２副調整室１８Ｂｂ内に導入される被測定ガス中の酸素分圧の勾配が常に一定となるように制御される。
【0089】
また、第２測定電極６２Ｂの周囲（第２測定室２０Ｂ内）の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層２８と、第２測定電極６２Ｂと、基準電極５２とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、測定用ポンプ制御用の第６酸素分圧検出センサセル５０Ｆが構成されている。第６酸素分圧検出センサセル５０Ｆにて検出された第６起電力Ｖ６に基づいて第６可変電源４８Ｆが制御される。
【0090】
第２副調整室１８Ｂｂ内に導かれた被測定ガスは、酸素分圧が制御された状況下で第３拡散律速部３８Ｂを通じて第２測定室２０Ｂ内の第２測定電極６２Ｂに到達する。第２測定電極６２Ｂの周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて酸素を発生する。そして、この発生した酸素は第２測定用ポンプセル６０Ｂによってポンピングされる。その際、第６酸素分圧検出センサセル５０Ｆにて検出された第６起電力Ｖ６が一定となるように第６可変電源４８Ｆの第６電圧Ｖｐ６が制御される。第２測定電極６２Ｂの周囲において発生する酸素の量は、被測定ガス中の窒素酸化物の濃度に比例する。従って、第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度を算出することができる。すなわち、第２測定用ポンプセル６０Ｂは、第２測定室２０Ｂ内の特定成分（ＮＯ）の濃度を測定する。
【0091】
また、この第２センサセル１５Ｂは、電気化学的な酸素検出セル７０を有する。この酸素検出セル７０は、第２固体電解質層３２と、スペーサ層３０と、第１固体電解質層２８と、第３基板層２６ｃと、外側ポンプ電極４６と、基準電極５２とを有する。この酸素検出セル７０によって得られる起電力Ｖｒによりセンサ素子１２の外部における被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。
【0092】
また、第２センサセル１５Ｂは、第２基板層２６ｂと第３基板層２６ｃとに上下から挟まれた態様にて、上述した第１ヒータ７２Ａと同様の第２ヒータ７２Ｂが形成されている。第２ヒータ７２Ｂは、拡散抵抗調整室２４と第２酸素濃度調整室１８Ｂ及び第２測定室２０Ｂの全域に渡って埋設されており、第２センサセル１５Ｂの所定の場所を所定の温度に加熱、保温することができるようになっている。なお、第２ヒータ７２Ｂの上下面にも、第２基板層２６ｂ及び第３基板層２６ｃとの電気的絶縁性を得る目的で、アルミナ等からなる第２ヒータ絶縁層７４Ｂが形成されている。なお、第１ヒータ７２Ａと第２ヒータ７２Ｂは、共通の１つのヒータで構成されてもよく、その際は、第１ヒータ絶縁層７４Ａと第２ヒータ絶縁層７４Ｂも共通となる。
【0093】
拡散抵抗調整室２４は、緩衝空間としても機能する。すなわち、外部空間における被測定ガスの圧力変動（被測定ガスが自動車の排気ガスの場合であれば排気圧の脈動）によって生じる被測定ガスの濃度変動を、打ち消すことが可能である。
【0094】
さらに、第１ガスセンサ１０Ａは、図４に模式的に示すように、温度制御手段１００、酸素濃度制御手段１０２及び目的成分濃度取得手段１０４を有する。
【0095】
温度制御手段１００は、センサ素子１２の第１ヒータ７２Ａ及び第２ヒータ７２Ｂへの通電を制御して第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂの温度を制御する。
【0096】
酸素濃度制御手段１０２は、第１センサセル１５Ａの第１酸素濃度調整室１８Ａ内の酸素濃度を制御する第１酸素濃度制御部１０６Ａと、第２センサセル１５Ｂの第２酸素濃度調整室１８Ｂ内の酸素濃度を制御する第２酸素濃度制御部１０６Ｂと、第１センサセル１５Ａの予備調整室２２内の酸素濃度を制御する予備酸素濃度制御部１０８とを有する。
【0097】
目的成分濃度取得手段１０４は、第１センサセル１５Ａの第１測定用ポンプセル６０Ａに流れる第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２センサセル１５Ｂの第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との差（変化量ΔＩｐ）と、第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６（合計濃度）と、後述する第１マップ１１０Ａに基づいて、第１目的成分（ＮＯ）の濃度と第２目的成分（ＮＨ３）の濃度とを取得する。
【0098】
なお、温度制御手段１００、酸素濃度制御手段１０２及び目的成分濃度取得手段１０４は、例えば１つ又は複数のＣＰＵ（中央処理ユニット）と記憶装置等を有する１以上の電子回路にて構成される。電子回路は、例えば記憶装置に記憶されているプログラムをＣＰＵが実行することにより、所定の機能が実現されるソフトウェア機能部でもある。もちろん、複数の電子回路を機能に合わせて接続したＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の集積回路で構成してもよい。
【0099】
従来型直列２室構造を持つＮＯｘセンサは、ＮＯ、ＮＨ３の目的成分に対して、酸素濃度調整室内で全てをＮＯに変換した後、測定室に導入し、これら２成分の総量を測定していた。つまり、２つの目的成分毎の濃度、すなわち、ＮＯ及びＮＨ３の各濃度を測定することができなかった。
【0100】
これに対して、第１ガスセンサ１０Ａは、上述した第１センサセル１５Ａ、第２センサセル１５Ｂ、温度制御手段１００、酸素濃度制御手段１０２及び目的成分濃度取得手段１０４を具備することで、ＮＯ及びＮＨ３の各濃度を取得することができる。
【0101】
温度制御手段１００は、予め設定されたセンサ温度の条件と、センサ素子１２の温度を計測する温度センサ（図示せず）からの計測値とに基づいて、第１ヒータ７２Ａ及び第２ヒータ７２Ｂをフィードバック制御することにより、センサ素子１２の温度を、上記条件に従った温度に調整する。
【0102】
酸素濃度制御手段１０２の第１酸素濃度制御部１０６Ａは、予め設定された第１酸素濃度調整室１８Ａ内の酸素濃度の条件と、第１酸素分圧検出センサセル５０Ａ（図２参照）において生じる第１起電力Ｖ１とに基づいて、第１可変電源４８Ａをフィードバック制御することにより、第１酸素濃度調整室１８Ａ内の酸素濃度を、上記条件に従った濃度に調整する。
【0103】
酸素濃度制御手段１０２の第２酸素濃度制御部１０６Ｂは、予め設定された第２酸素濃度調整室１８Ｂ内の酸素濃度の条件と、第４酸素分圧検出センサセル５０Ｄ（図３参照）において生じる第４起電力Ｖ４とに基づいて、第４可変電源４８Ｄをフィードバック制御することにより、第２酸素濃度調整室１８Ｂ内の酸素濃度を、上記条件に従った濃度に調整する。
【0104】
第１ガスセンサ１０Ａは、これら酸素濃度制御手段１０２又は温度制御手段１００、あるいは酸素濃度制御手段１０２及び温度制御手段１００によって、第１酸素濃度調整室１８Ａ内及び第２酸素濃度調整室１８Ｂ内のＮＯを分解させることなく、ＮＨ３をＮＨ３測定に使用できる比率でＮＯに変換するように制御する。
【0105】
酸素濃度制御手段１０２の予備酸素濃度制御部１０８は、予め設定された酸素濃度の条件と、予備酸素分圧検出センサセル８４（図２参照）において生じる予備起電力Ｖ０とに基づいて、予備可変電源８６をフィードバック制御することにより、予備調整室２２内の酸素濃度を、条件に従った濃度に調整する。この予備酸素濃度制御部１０８によって、第１センサセル１５Ａにおける予備調整室２２内のＮＯを分解させることなく、ＮＨ３がＮＨ３測定に使用できる比率でＮＯに変換される。
【0106】
ここで、第１ガスセンサ１０Ａの処理動作について、図５も参照しながら説明する。
【0107】
先ず、第１センサセル１５Ａでは、図５に示すように、第１ガス導入口１６Ａを通じて予備調整室２２に導入したＮＨ３は、予備調整室２２内でＮＨ３→ＮＯの酸化反応が起こり、第１ガス導入口１６Ａを通じて導入された全てのＮＨ３がＮＯに変換される。従って、ＮＨ３は第１拡散律速部３４ＡをＮＨ３の拡散係数２．２ｃｍ２／ｓｅｃで通過するが、予備調整室２２より奥にある第２拡散律速部３６Ａ以降はＮＯの拡散係数１．８ｃｍ２／ｓｅｃで第１測定室２０Ａに移動する。
【0108】
一方、第２センサセル１５Ｂでは、第２ガス導入口１６Ｂを通じて導入したＮＨ３は、第２酸素濃度調整室１８Ｂまで到達する。第２酸素濃度調整室１８Ｂでは、酸素濃度制御手段１０２（図４参照）によって、ＮＨ３を全てＮＯに変換するように制御されていることから、第２酸素濃度調整室１８Ｂに流入したＮＨ３は第２酸素濃度調整室１８Ｂ内でＮＨ３→ＮＯの酸化反応が起こり、第２酸素濃度調整室１８Ｂ内の全てのＮＨ３がＮＯに変換される。従って、第２ガス導入口１６Ｂを通じて導入されたＮＨ３は、第１拡散律速部３４Ｂ及び第２拡散律速部３６ＢをＮＨ３の拡散係数２．２ｃｍ２／ｓｅｃで通過し、第２酸素濃度調整室１８Ｂ内でＮＯに変換された後は、第３拡散律速部３８ＢをＮＯの拡散係数１．８ｃｍ２／ｓｅｃで通過して、隣接する第２測定室２０Ｂ内に移動する。
【0109】
すなわち、第１センサセル１５Ａでは、ＮＨ３の酸化反応が起こる場所が予備調整室２２であり、第２センサセル１５Ｂでは、ＮＨ３の酸化反応が起こる場所が第２酸素濃度調整室１８Ｂである。ＮＯ、ＮＨ３は各々異なる拡散係数を持つため、第２拡散律速部（３６Ａ、３６Ｂ）をＮＯで通過するか、ＮＨ３で通過するかの違いは、第１測定室２０Ａ及び第２測定室２０Ｂに流れ込むＮＯ量の違いに相当する。これは、第１測定用ポンプセル６０Ａの第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と、第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６に差異をもたらす。もっとも、第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６は、被測定ガス中のＮＨ３濃度とＮＯ濃度の合計値に相当する。
【0110】
そして、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６の変化量ΔＩｐは、被測定ガス中のＮＨ３の濃度に応じて変化する。そのため、第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６（ＮＯとＮＨ３の合計濃度）と、上述した変化量ΔＩｐ（ＮＨ３の濃度）とからＮＯとＮＨ３の各濃度を取得することができる。
【0111】
従って、目的成分濃度取得手段１０４（図４参照）では、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との変化量ΔＩｐと、第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６と、例えば第１マップ１１０Ａ（図６参照）とに基づいてＮＯ及びＮＨ３の各濃度を取得する。
【0112】
第１マップ１１０Ａは、グラフ化して示すと、図６に示すように、横軸に、第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６（μＡ）が設定され、縦軸に、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との変化量ΔＩｐ（μＡ）が設定されたグラフとなる。図６では、代表的に、第１特性線Ｌ１及び第２特性線Ｌ２と、ＮＯ濃度換算値が１００ｐｐｍ系、５０ｐｐｍ系及び２５ｐｐｍ系における変化量ΔＩｐの第１プロット群Ｐ１、第２プロット群Ｐ２及び第３プロット群Ｐ３を示す。
【0113】
第１特性線Ｌ１は、ＮＯの濃度換算値が０ｐｐｍの場合、すなわち、被測定ガスにＮＯが含まれていない場合において、ＮＨ３の濃度換算値を０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、７５ｐｐｍ及び１００ｐｐｍに変化させた場合の特性を示す。
【0114】
第２特性線Ｌ２は、ＮＨ３の濃度換算値が０ｐｐｍの場合、すなわち、被測定ガスにＮＨ３が含まれていない場合において、ＮＯの濃度換算値を０ｐｐｍ、２５ｐｐｍ、５０ｐｐｍ、７５ｐｐｍ及び１００ｐｐｍに変化させた場合の特性を示す。
【0115】
【0116】
図７の表中、第１欄［１］の内容は、図６の第１特性線Ｌ１に対応し、第２欄［２］の内容は、図６の第２特性線Ｌ２に対応する。［１］及び［２］の比較によりＮＨ３はＮＯの１．１４倍の感度を持っていることがわかる。これは、ＮＨ３とＮＯの拡散係数の違いに基づいて発現するものであり、センサ素子１２の温度や内部空所内の酸素濃度により決まるものである。また、図７の表中、第３欄［３］の内容は、図６の第１プロット群Ｐ１に対応し、第４欄［４］の内容は、図６の第２プロット群Ｐ２に対応し、第５欄［５］の内容は、図６の第３プロット群Ｐ３に対応する。
【0117】
そして、図７のうち、第３欄［３］、第４欄［４］及び第５欄［５］の内容を参照して、第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６に基づいて合計濃度（ＮＯ換算値）、すなわち、１００ｐｐｍ系、５０ｐｐｍ系、２５ｐｐｍ系のいずれかを割り出し、変化量ΔＩｐに基づいてＮＨ３濃度を取得し、合計濃度からＮＨ３濃度を差し引いて、ＮＯ濃度を取得する。
【0118】
例えば第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６が０．５３７（μＡ）であった場合、図７の第５欄［５］から合計濃度が２５ｐｐｍ系であることが割り出される。そして、変化量ΔＩｐが０．０４１（μＡ）であった場合、図７の第５欄［５］からＮＨ３濃度は４．４ｐｐｍである。従って、ＮＨ３とＮＯの感度差を考慮してＮＯ濃度は２５－４．４×１．１４＝約２０．０ｐｐｍとなる。
【0119】
なお、第１マップ１１０Ａ上に該当する変化量ΔＩｐが存在しない場合は、マップ上で最も近い変化量ΔＩｐを特定して合計濃度を割り出すと共に、例えば既知の近似計算にてＮＨ３濃度を求めればよい。そして、割り出した合計濃度から近似計算にて求めたＮＨ３濃度を差し引いて、ＮＯ濃度を求めればよい。あるいは、ＮＨ３、ＮＯ各々の濃度とΔＩｐ、及びＩｐ６との相関式に基づき第２目的成分であるＮＨ３の濃度を算出し、合計濃度より第２目的成分の濃度を差し引くことにより、第１目的成分であるＮＯの濃度を算出してもよい。
【0120】
ここで、第１マップ１１０Ａを得るための実験例について説明する。
【0121】
（１） 上述したセンサ素子１２を作製し、金属部品を組み付けてセンサ形状にし、デルガス測定装置に取り付けて、センサ素子１２に内蔵された第１ヒータ７２Ａ及び第２ヒータ７２Ｂにより、センサ素子１２を略８００℃に加熱する。
【0122】
（２） 第１センサセル１５Ａの第１主内側ポンプ電極４４Ａと基準電極５２間の起電力、並びに第２センサセル１５Ｂの第２主内側ポンプ電極４４Ｂと基準電極５２間の起電力が２３０ｍＶとなるように、第１主内側ポンプ電極４４Ａと外側ポンプ電極４６間への印加電圧、並びに第２主内側ポンプ電極４４Ｂと外側ポンプ電極４６間への印加電圧をフィードバック制御する。
【0123】
（３） 次に、第１センサセル１５Ａの第１補助ポンプ電極５８Ａと基準電極５２間の起電力、並びに第２センサセル１５Ｂの第２補助ポンプ電極５８Ｂと基準電極５２間の起電力が３８０ｍＶとなるように、第１補助ポンプ電極５８Ａと外側ポンプ電極４６間への印加電圧、並びに第２補助ポンプ電極５８Ｂと外側ポンプ電極４６間への印加電圧をフィードバック制御する。
【0124】
（４） さらに、第１センサセル１５Ａにおける第１測定用ポンプセル６０Ａの第１測定電極６２Ａと基準電極５２間の起電力、並びに第２センサセル１５Ｂにおける第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定電極６２Ｂと基準電極５２間の起電力が４００ｍＶとなるように、第１測定電極６２Ａと外側ポンプ電極４６間への印加電圧、並びに第２測定電極６２Ｂと外側ポンプ電極４６間への印加電圧をフィードバック制御する。
【0125】
（５） 第１センサセル１５Ａにおける予備ポンプセル８０の予備ポンプ電極８２と基準電極５２間の起電力が２３０ｍＶとなるように、予備ポンプ電極８２と外側ポンプ電極４６間への印加電圧をフィードバック制御する。
【0126】
（６） 次に、モデルガス測定装置にＮ２と３％のＨ２Ｏをベースガスとして１２０Ｌ／ｍｉｎ流し、第１測定用ポンプセル６０Ａ及び第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる電流を測定したところ、第１測定用ポンプセル６０Ａ及び第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れるオフセット電流は０．００３μＡであった。
【0127】
（７） 次に、モデルガス測定装置にＮ２と３％のＨ２Ｏをベースガスとして１２０Ｌ／ｍｉｎ流し、総ガス流量の１２０Ｌ／ｍｉｎを維持しながら、ＮＨ３を２５、５０、７５、１００ｐｐｍ添加し、第１測定用ポンプセル６０Ａ及び第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる第１測定ポンプ電流Ｉｐ３及び第２測定ポンプ電流Ｉｐ６を測定した（実験１：図６の第１特性線Ｌ１、図７の第１欄［１］参照）。
【0128】
（８） 次に、モデルガス測定装置にＮ２と３％のＨ２Ｏをベースガスとして１２０Ｌ／ｍｉｎ流し、総ガス流量の１２０Ｌ／ｍｉｎを維持しながら、ＮＯを２５、５０、７５、１００ｐｐｍと段階的に添加し、第１測定用ポンプセル６０Ａ及び第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる第１測定ポンプ電流Ｉｐ３及び第２測定ポンプ電流Ｉｐ６を測定した（実験２：図６の第２特性線Ｌ２、図７の第２欄［２］参照）。
【0129】
（９） 次に、モデルガス測定装置にＮ
２
と３％のＨ２Ｏをベースガスとして１２０Ｌ／ｍｉｎ流し、ＮＯ濃度をＮＯ＝１００、８０、６０、４０、２０、０ｐｐｍと段階的に減らして行き、ＮＯ＝８０、６０、４０、２０、０ｐｐｍの各々のＮＯ濃度に対して、ＮＯ＝１００ｐｐｍ時における第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６が２．１３７μＡを維持するように、ＮＨ３をガス中に添加する。このとき、総ガス流量が１２０Ｌ／ｍｉｎに維持されるようベースガスの流量を調整する。各ガス雰囲気において、第１測定用ポンプセル６０Ａに流れる第１測定ポンプ電流Ｉｐ３を測定した（実験３）。各ＮＯとＮＨ３の濃度、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３及び第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６、並びに第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との差（変化量ΔＩｐ）の関係を図６の第１プロット群Ｐ１、図７の第３欄［３］に示す。
【0130】
（１０） 次に、モデルガス測定装置にＮ２と３％のＨ２Ｏをベースガスとして１２０Ｌ／ｍｉｎ流し、ＮＯ濃度をＮＯ＝５０、４０、３０、２０、１０、０ｐｐｍと段階的に減らして行き、ＮＯ＝４０、３０、２０、１０、０ｐｐｍの各々のＮＯ濃度に対して、ＮＯ＝５０ｐｐｍ時における第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６が１．０７０μＡを維持するように、ＮＨ３をガス中に添加する。このとき、総ガス流量が１２０Ｌ／ｍｉｎに維持されるようベースガスの流量を調整する。各ガス雰囲気において、第１測定用ポンプセル６０Ａに流れる第１測定ポンプ電流Ｉｐ３を測定した（実験４）。各ＮＯとＮＨ３の濃度、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３及び第２測定ポンプ電流Ｉｐ６、並びに第１測定ポンプ電流Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流Ｉｐ６との差（変化量ΔＩｐ）の関係を図６の第２プロット群Ｐ２、図７の第４欄［４］に示す。
【0131】
（１１） 次に、モデルガス測定装置にＮ２と３％のＨ２Ｏをベースガスとして１２０Ｌ／ｍｉｎ流し、ＮＯ濃度をＮＯ＝２５、２０、１５、１０、５、０ｐｐｍと段階的に減らして行き、ＮＯ＝２０、１５、１０、５、０ｐｐｍの各々のＮＯ濃度に対して、ＮＯ＝２５ｐｐｍ時における第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６が０．５３７μＡを維持するように、ＮＨ３をガス中に添加する。このとき、総ガス流量が１２０Ｌ／ｍｉｎに維持されるようベースガスの流量を調整する。各ガス雰囲気において、第１測定用ポンプセル６０Ａに流れる第１測定ポンプ電流Ｉｐ３を測定した（実験５）。各ＮＯとＮＨ３の濃度、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３及び第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６、並びに第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との差（変化量ΔＩｐ）の関係を図６の第３プロット群Ｐ３、図７の第５欄［５］に示す。
【0132】
（１２） 実験１～実験５で得られたデータを用いて、図６に示す第１マップ１１０Ａを作成した。得られた第１マップ１１０Ａの確からしさを確認するために、実験１～実験５とは異なる濃度のＮＯとＮＨ３の混合ガスにおける第１測定ポンプ電流Ｉｐ３及び第２測定ポンプ電流Ｉｐ６、並びに第１測定ポンプ電流Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流Ｉｐ６との差（変化量ΔＩｐ）を測定したところ、図８に示す結果を得た。図８の結果を図６のグラフにプロット（△で示す）したところ、第１マップ１１０Ａから推定される濃度と良好な一致を見た。
【0133】
このように、第１ガスセンサ１０Ａにおいては、少なくとも酸素イオン伝導性の固体電解質からなる構造体１４と、構造体１４に形成された第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂとを有するセンサ素子１２と、センサ素子１２の温度を制御する温度制御手段１００と、酸素濃度制御手段１０２と、目的成分濃度取得手段１０４と、を有する。
【0134】
第１センサセル１５Ａは、ガスの導入方向に向かって、第１ガス導入口１６Ａ、第１拡散律速部３４Ａ、予備調整室２２、第２拡散律速部３６Ａ、第１酸素濃度調整室１８Ａ、第３拡散律速部３８Ａ及び第１測定室２０Ａを具備する。
【0135】
第２センサセル１５Ｂは、ガスの導入方向に向かって、第２ガス導入口１６Ｂ、第１拡散律速部３４Ｂ、拡散抵抗調整室２４、第２拡散律速部３６Ｂ、第２酸素濃度調整室１８Ｂ、第３拡散律速部３８Ｂ及び第２測定室２０Ｂを具備する。
【0136】
第１センサセル１５Ａの第１測定室２０Ａは、第１測定用ポンプセル６０Ａを具備し、第２センサセル１５Ｂの第２測定室２０Ｂは、第２測定用ポンプセル６０Ｂを具備する。酸素濃度制御手段１０２は、第１センサセル１５Ａの予備調整室２２及び第１酸素濃度調整室１８Ａの酸素濃度並びに第２センサセル１５Ｂの第２酸素濃度調整室１８Ｂの酸素濃度を制御する。
【0137】
そして、目的成分濃度取得手段１０４は、第１測定用ポンプセル６０Ａに流れる第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との差（変化量ΔＩｐ）に基づいて、第２目的成分（例えばＮＨ３）の濃度を取得し、第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６により、第１目的成分（例えばＮＯ）と第２目的成分（例えばＮＨ３）の合計濃度を取得し、合計濃度から第２目的成分の濃度を差し引いて第１目的成分の濃度を取得する。
【0138】
第１ガスセンサ１０Ａは、このような構成を有することから、排気ガスのような未燃成分、酸素の存在下に共存する複数目的成分（例えばＮＯ、ＮＨ３）の雰囲気下においても、複数目的成分の各濃度を長期間にわたり精度よく測定することができる。
【0139】
しかも、第１ガスセンサ１０Ａは、従来では実現できなかったＮＯとＮＨ３の各濃度を測定する処理を、ハードウェアとしての各種測定装置等を別途付加することなく、第１ガスセンサ１０Ａの制御系のソフトウェアを変更するだけで、容易に実現することができる。その結果、ＮＯｘ浄化システムの制御並びに故障検知に対する精度を高めることができる。特に、ＳＣＲシステム下流の排気ガス中のＮＯ及びＮＨ３とを区別することが可能となり、ＳＣＲシステムの尿素注入量の精密制御、及び劣化検知に寄与する。
【0140】
また、第１センサセル１５Ａの少なくとも第１酸素濃度調整室１８Ａの外側に配された外側ポンプ電極４６と、第２センサセル１５Ｂの第２酸素濃度調整室１８Ｂの外側に配された外側ポンプ電極４６とを共通化したので、リード線の本数を低減することが可能となり、例えば各種車両等への実装が容易になる。
【0141】
第１センサセル１５Ａの基準ガス導入空間４１に配された基準電極５２と第２センサセル１５Ｂの基準ガス導入空間４１に配された基準電極５２とを共通化したので、リード線の本数を低減することが可能となり、自動車等への実装が容易になる。
【0142】
【0143】
この第２ガスセンサ１０Ｂは、図１～図３に示すように、上述した第１ガスセンサ１０Ａの第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂと同様の構成を有する第１センサセル１５Ａ及び第２センサセル１５Ｂを具備するが、図９及び図１０に示すように、第２目的成分がＮＯ２であることと、第２マップ１１０Ｂに基づいて、第１目的成分（ＮＯ）の濃度と第２目的成分（ＮＯ２）の濃度とを取得する点で異なる。
【0144】
すなわち、第２ガスセンサ１０Ｂは、これら酸素濃度制御手段１０２又は温度制御手段１００、あるいは酸素濃度制御手段１０２及び温度制御手段１００によって、第１酸素濃度調整室１８Ａ内及び第２酸素濃度調整室１８Ｂ内のＮＯを分解させることなく、ＮＯ２を全てＮＯに変換するように制御する。
【0145】
酸素濃度制御手段１０２の予備酸素濃度制御部１０８は、予め設定された酸素濃度の条件と、予備酸素分圧検出センサセル８４（図２参照）において生じる予備起電力Ｖ０とに基づいて、予備可変電源８６をフィードバック制御することにより、予備調整室２２内の酸素濃度を、条件に従った濃度に調整する。この予備酸素濃度制御部１０８によって、第１センサセル１５Ａにおける予備調整室２２内のＮＯを分解させることなく、ＮＯ２が全てＮＯに変換される。
【0146】
ここで、第２ガスセンサ１０Ｂの処理動作について、図１０も参照しながら説明する。
【0147】
先ず、第１センサセル１５Ａでは、図１０に示すように、第１ガス導入口１６Ａを通じて予備調整室２２に導入したＮＯ２は、予備調整室２２内でＮＯ２→ＮＯの分解反応が起こり、第１ガス導入口１６Ａを通じて導入された全てのＮＯ２がＮＯに変換される。
【0148】
従って、ＮＯ２は第１拡散律速部３４ＡをＮＯ２の拡散係数で通過するが、予備調整室２２より奥にある第２拡散律速部３６Ａ以降はＮＯの拡散係数で第１測定室２０Ａに移動する。
【0149】
一方、第２センサセル１５Ｂでは、第２ガス導入口１６Ｂを通じて導入したＮＯ２は、第２酸素濃度調整室１８Ｂまで到達する。第２酸素濃度調整室１８Ｂでは、酸素濃度制御手段１０２の第２酸素濃度制御部１０６Ｂによって、ＮＯ２を全てＮＯに変換するように制御されていることから、第２酸素濃度調整室１８Ｂに流入したＮＯ２は第２酸素濃度調整室１８Ｂ内でＮＯ２→ＮＯの分解反応が起こり、第２酸素濃度調整室１８Ｂ内の全てのＮＯ２がＮＯに変換される。従って、第２ガス導入口１６Ｂを通じて導入されたＮＯ２は、第１拡散律速部３４Ｂ及び第２拡散律速部３６ＢをＮＯ２の拡散係数で通過し、第２酸素濃度調整室１８Ｂ内でＮＯに変換された後は、第３拡散律速部３８ＢをＮＯの拡散係数で通過して、隣接する第２測定室２０Ｂ内に移動する。
【0150】
すなわち、第１センサセル１５Ａでは、ＮＯ２の分解反応が起こる場所が予備調整室２２であり、第２センサセル１５Ｂでは、ＮＯ２の分解反応が起こる場所が第２酸素濃度調整室１８Ｂである。ＮＯ、ＮＯ２は各々異なる拡散係数を持つため、第２拡散律速部（３６Ａ、３６Ｂ）をＮＯで通過するか、ＮＯ２で通過するかの違いは、第１測定室２０Ａ及び第２測定室２０Ｂに流れ込むＮＯ量の違いに相当する。これは、第１測定用ポンプセル６０Ａの第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と、第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６に差異をもたらす。もっとも、第２測定用ポンプセル６０Ｂの第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６は、被測定ガス中のＮＯ２濃度とＮＯ濃度の合計値に相当する。
【0151】
そして、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６の変化量ΔＩｐは、被測定ガス中のＮＯ２の濃度によって一義的に決まる。そのため、第２測定用ポンプセル６０Ｂに流れる第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６（ＮＯとＮＯ２の合計濃度）と、上述した変化量ΔＩｐ（ＮＯ２の濃度）とからＮＯとＮＯ２の各濃度を取得することができる。
【0152】
従って、目的成分濃度取得手段１０４では、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との変化量ΔＩｐと、第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６と、例えば第２マップ１１０Ｂ（図９参照）とに基づいてＮＯ及びＮＯ２の各濃度を取得する。
【0153】
第２マップ１１０Ｂは、図示しないが、上述した第１マップ１１０Ａ（図６及び図７参照）を作成するための実験１～実験５と同様の実験を行うことで、横軸に、第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６（μＡ）が設定され、縦軸に、第１測定ポンプ電流値Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流値Ｉｐ６との変化量ΔＩｐ（μＡ）が設定されたグラフ、すなわち、第２ガスセンサ１０Ｂに対応したグラフ及び表を作成することができる。
【0154】
第２ガスセンサ１０Ｂは、このような構成を有することから、排気ガスのような未燃成分、酸素の存在下に共存する複数目的成分（例えばＮＯ、ＮＯ２）の雰囲気下においても、複数目的成分の各濃度を長期間にわたり精度よく測定することができる。
【0155】
しかも、第２ガスセンサ１０Ｂは、従来では実現できなかったＮＯとＮＯ２の各濃度を測定する処理を、ハードウェアとしての各種測定装置等を別途付加することなく、第２ガスセンサ１０Ｂの制御系のソフトウェアを変更するだけで、容易に実現することができる。その結果、ＮＯｘ浄化システムの制御並びに故障検知に対する精度を高めることができる。特に、ＤＯＣ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ）触媒下流の排気ガス中のＮＯとＮＯ２とを区別することが可能となり、ＤＯＣ触媒の劣化検知に寄与する。
【0156】
【0157】
この第３ガスセンサ１０Ｃは、図１１及び図１２に示すように、第２ガス導入口１６Ｂと第２主調整室１８Ｂａとが第１拡散律速部３４Ｂを介して直接連通した素子構造を有する。第１拡散律速部３４Ｂの拡散抵抗値は、第１センサセル１５Ａの第１ガス導入口１６Ａ、第１拡散律速部３４Ａ、予備調整室２２、第２拡散律速部３６Ａの拡散抵抗値の合計値と略同等に調整されている。これにより、第２センサセル１５Ｂの拡散抵抗調整室２４及び第２拡散律速部３６Ｂ（図１及び図４参照）を省略し、より単純な構造で、例えば車両に取り付けた場合の熱衝撃に強い素子構造を提供することができる。
【0158】
【0159】
この第４ガスセンサ１０Ｄは、図１３に示すように、前述した第１ガスセンサ１０Ａ（図１及び図４参照）の第１センサセル１５Ａから第４拡散律速部４０Ａ及び第１副調整室１８Ａｂを省略する。代わりに、第１酸素濃度調整室１８Ａと第１測定室２０Ａとを直接第３拡散律速部３８Ａを介して連通する。
【0160】
同様に、第１ガスセンサ１０Ａ（図１及び図４参照）の第２センサセル１５Ｂから拡散抵抗調整室２４、第２拡散律速部３６Ｂ、第４拡散律速部４０Ｂ及び第２副調整室１８Ｂｂを省略する。代わりに、第２ガス導入口１６Ｂと第２酸素濃度調整室１８Ｂとを直接第１拡散律速部３４Ｂを介して連通し、第２酸素濃度調整室１８Ｂと第２測定室２０Ｂとを直接第３拡散律速部３８Ｂを介して連通する。
【0161】
この場合、例えば第２センサセル１５Ｂの第２酸素濃度調整室１８Ｂ内に配設された第２主ポンプセル４２Ｂに流れる第４ポンプ電流値Ｉｐ４に基づいて、第１センサセル１５Ａの第１測定ポンプ電流Ｉｐ３と第２センサセル１５Ｂの第２測定ポンプ電流Ｉｐ６が補正される。すなわち、第１測定ポンプ電流Ｉｐ３と第２測定ポンプ電流Ｉｐ６を補正するのに有効な酸素濃度補正手段が、酸素濃度制御手段１０２、もしくは、目的成分濃度取得手段１０４に追加された形態となる。この酸素濃度補正手段の追加により、リード線本数が少ない安価で単純な構造で車両に取り付けた場合の熱衝撃に強い素子構造を提供することができる。
【0162】
次に、第５の実施の形態に係るガスセンサ（以下、第５ガスセンサ１０Ｅと記す）について図１５を参照しながら説明する。
【0163】
第１センサセル１５Ａと第２センサセル１５Ｂは必ずしも同一平面上に構成する必要はなく、加熱手段（ヒータ７２及びヒータ絶縁層７４）を挟んで固体電解質基板の積層方向、すなわち、センサ素子１２の厚み方向に対称に配置されてもよい。この場合、センサ素子１２の幅方向の寸法を小さくすることができ、センサ素子１２の小型化に有効である。
【0164】
本発明の要旨は、下記（ａ）～（ｃ）であり、ＮＨ３やＮＯ２がＮＯに変化する反応はセンサ出力の変動が得られる範囲から任意に選ぶことができる。
【0165】
（ａ） ＮＨ３やＮＯ２がＮＯに変化する反応を、所定の拡散抵抗を持った拡散律速部の前後で意図的に発生させる。
（ｂ） （ａ）によって、ＮＯとＮＨ３又はＮＯとＮＯ２の拡散係数の違いによって生ずるセンサ出力の変動からＮＨ３もしくはＮＯ２の濃度を求める。
（ｃ） さらに、センサ出力自身によって得られるＮＯとＮＨ３の合計濃度、もしくはＮＯとＮＯ２の合計濃度と前記変動によって得られるＮＨ３もしくはＮＯ２の濃度を比較してＮＯ濃度を得る。
（ｂ） （ａ）によって、ＮＯとＮＨ３又はＮＯとＮＯ２の拡散係数の違いによって生ずるセンサ出力の変動からＮＨ３もしくはＮＯ２の濃度を求める。
（ｃ） さらに、センサ出力自身によって得られるＮＯとＮＨ３の合計濃度、もしくはＮＯとＮＯ２の合計濃度と前記変動によって得られるＮＨ３もしくはＮＯ２の濃度を比較してＮＯ濃度を得る。
【0166】
なお、本発明に係るガスセンサは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【0167】
上述の例では、第１センサセル１５Ａでは、第１副調整室１８Ａｂに隣接して第１測定室２０Ａを設け、第１測定室２０Ａ内に第１測定電極６２Ａを配置するようにしたが、その他、図示しないが、第１副調整室１８Ａｂ内に第１測定電極６２Ａを配置し、第１測定電極６２Ａを被覆するように、第３拡散律速部３８Ａとなるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミックス多孔体にて構成される膜を形成してもよい。この場合、第１測定電極６２Ａの周囲が第１測定室２０Ａとして機能することになる。
【0168】
これは、第２センサセル１５Ｂにおいても同様であり、第２副調整室１８Ｂｂ内に第２測定電極６２Ｂを配置し、第２測定電極６２Ｂを被覆するように、第３拡散律速部３８Ｂとなるアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミックス多孔体にて構成される膜を形成してもよい。この場合、第２測定電極６２Ｂの周囲が第２測定室２０Ｂとして機能することになる。
【0169】
また、上述の例では予備調整室２２内にて第２目的成分であるＮＨ３、もしくはＮＯ２が変換率１００％でＮＯに変換される例を示したが、ＮＨ３もしくはＮＯ２の変換率は１００％である必要はなく、被測定ガス中のＮＨ３濃度もしくはＮＯ２濃度と再現性の良い相関が得られる範囲で変換率を任意に設定することができる。
【0170】
また、予備酸素濃度制御部１０８の駆動は、予備調整室２２内から酸素を汲み出す方向でも、汲み入れる方向でもよく、第２目的成分であるＮＨ３もしくはＮＯ２の存在によって、測定用ポンプセルの出力である測定ポンプ電流Ｉｐ３、Ｉｐ６が再現性良く変化すればよい。
【0171】
なお、本発明の実施に当たっては、本発明の思想を損なわない範囲で自動車用部品としての信頼性向上のための諸手段が付加されてもよい。
【符号の説明】
【0172】
１０Ａ…第１ガスセンサ １０Ｂ…第２ガスセンサ
１２…センサ素子 １４…構造体
１５Ａ…第１センサセル １５Ｂ…第２センサセル
１６Ａ…第１ガス導入口 １６Ｂ…第２ガス導入口
１８Ａ…第１酸素濃度調整室 １８Ｂ…第２酸素濃度調整室
２０Ａ…第１測定室 ２０Ｂ…第２測定室
２２…予備調整室 ３４Ａ、３４Ｂ…第１拡散律速部
３６Ａ、３６Ｂ…第２拡散律速部 ３８Ａ、３８Ｂ…第３拡散律速部
４０Ａ、４０Ｂ…第４拡散律速部 ４２Ａ…第１主ポンプセル
４２Ｂ…第２主ポンプセル ４４Ａ…第１主内側ポンプ電極
４４Ｂ…第２主内側ポンプ電極 ４６…共通の外側ポンプ電極
５２…基準電極 ６０Ａ…第１測定用ポンプセル
６０Ｂ…第２測定用ポンプセル ７２Ａ…第１ヒータ
７２Ｂ…第２ヒータ ８０…予備ポンプセル
１００…温度制御手段 １０２…酸素濃度制御手段
１０４…目的成分濃度取得手段 １０８…予備酸素濃度制御部
１１０Ａ…第１マップ １１０Ｂ…第２マップ
Ｉｐ３…第３ポンプ電流（第１測定ポンプ電流）
Ｉｐ６…第６ポンプ電流（第２測定ポンプ電流）
１２…センサ素子 １４…構造体
１５Ａ…第１センサセル １５Ｂ…第２センサセル
１６Ａ…第１ガス導入口 １６Ｂ…第２ガス導入口
１８Ａ…第１酸素濃度調整室 １８Ｂ…第２酸素濃度調整室
２０Ａ…第１測定室 ２０Ｂ…第２測定室
２２…予備調整室 ３４Ａ、３４Ｂ…第１拡散律速部
３６Ａ、３６Ｂ…第２拡散律速部 ３８Ａ、３８Ｂ…第３拡散律速部
４０Ａ、４０Ｂ…第４拡散律速部 ４２Ａ…第１主ポンプセル
４２Ｂ…第２主ポンプセル ４４Ａ…第１主内側ポンプ電極
４４Ｂ…第２主内側ポンプ電極 ４６…共通の外側ポンプ電極
５２…基準電極 ６０Ａ…第１測定用ポンプセル
６０Ｂ…第２測定用ポンプセル ７２Ａ…第１ヒータ
７２Ｂ…第２ヒータ ８０…予備ポンプセル
１００…温度制御手段 １０２…酸素濃度制御手段
１０４…目的成分濃度取得手段 １０８…予備酸素濃度制御部
１１０Ａ…第１マップ １１０Ｂ…第２マップ
Ｉｐ３…第３ポンプ電流（第１測定ポンプ電流）
Ｉｐ６…第６ポンプ電流（第２測定ポンプ電流）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】