特許 7653905 ガスセンサ

(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】2025-03-21

(45)【発行日】2025-03-31

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/416 20060101AFI20250324BHJP

   G01N 27/26 20060101ALI20250324BHJP

【ＦＩ】

G01N27/416 331

G01N27/26 371A

G01N27/26 371B

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021204745

(22)【出願日】2021-12-17

(65)【公開番号】P2023090025

(43)【公開日】2023-06-29

【審査請求日】2024-07-17

(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】110000017

【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後呂 洋平

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 悠介

(72)【発明者】

【氏名】中島 章裕

(72)【発明者】

【氏名】平川 敏弘

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１６５９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００２７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－３１８９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２０３２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／２６－２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサであって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記被測定ガス流通部に配設された内側電極と、前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に配設された外側電極と、を有し、前記内側電極の周囲の酸素濃度を調整するポンプセルと、
前記ポンプセルに第１周波数の電圧を印加して第１インピーダンスを測定する第１測定と、前記ポンプセルに前記第１周波数よりも大きい第２周波数の電圧を印加して第２インピーダンスを測定する第２測定と、を行うインピーダンス測定部と、
前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとに基づいて前記ポンプセルの反応抵抗と相関のある反応抵抗指標を算出する演算部と、
を備えたガスセンサ。

【請求項2】

請求項１に記載のガスセンサであって、
前記ポンプセルに制御電圧を印加して該ポンプセルを制御する通常時ポンプ制御処理を行う制御部、
を備え、
前記制御部は、前記第１測定及び前記第２測定の実行中は前記通常時ポンプ制御処理中と比べて前記制御電圧を小さくする、
ガスセンサ。

【請求項3】

前記第１周波数は、５００Ｈｚ以下であり、
前記第２周波数は、１０００Ｈｚ以上である、
請求項１又は２に記載のガスセンサ。

【請求項4】

前記演算部は、前記算出した前記反応抵抗指標を、前記反応抵抗指標の初期値を基準として正規化することで、前記ポンプセルの劣化割合を算出する、
請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサ。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のガスセンサであって、
前記被測定ガス中の前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように前記素子本体の内部に配設された基準電極と、
前記基準電極と前記内側電極との間の電圧が目標値になるように前記外側電極と前記内側電極との間に印加される制御電圧をフィードバック制御して、前記内側電極の周囲の酸素濃度を調整する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記反応抵抗指標に基づいて、前記フィードバック制御の制御パラメータを補正する、
ガスセンサ。

【請求項6】

請求項１～４のいずれか１項に記載のガスセンサであって、
前記内側電極は、前記被測定ガス流通部のうちの測定室に設けられた測定電極であり、
前記ポンプセルは、前記測定電極の周囲から前記特定ガスに由来する酸素を汲み出す測定用ポンプセルであり、
前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように前記素子本体の内部に配設された基準電極と、
前記基準電極と前記測定電極との間の電圧が目標値になるように前記外側電極と前記測定電極との間に印加される制御電圧をフィードバック制御する測定用ポンプ制御処理を行う制御部と、
前記測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の前記特定ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、
を備え、
前記特定ガス濃度検出部は、前記反応抵抗指標に基づいて、前記特定ガス濃度を補正する、
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であって、
前記素子本体を加熱するヒータと、
前記ヒータの温度が目標温度になるように前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させるヒータ制御処理を行うヒータ制御部と、
を備え、
前記ヒータ制御部は、前記反応抵抗指標に基づいて、前記目標温度を補正する、
ガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガス濃度を検出するガスセンサが知られている。例えば、特許文献１のガスセンサは、酸素イオン伝導性の固体電解質層を有する素子本体と、素子本体に設けられたポンプセルと、を備えている。ポンプセルは、素子本体の内部に配設された内側電極と、素子本体の外側に配設された外側電極と、これらの電極の間の固体電解質層と、を含んで構成される。また、ガスセンサにおいて、素子のインピーダンスを測定することが知られている。例えば、特許文献２に記載のガスセンサでは、センサの印加電圧を一時的に正方向及び負方向に変化させたときの電圧変化量と電流変化量とから固体電解質層の内部抵抗（素子インピーダンス）を算出している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－１６５８１５号公報

【文献】特許第３７０４８８０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、ポンプセルの劣化（特に、ポンプセルが有する電極の劣化）の状態を把握するため、ポンプセルの反応抵抗を測定したい場合があった。しかし、例えば特許文献２では、固体電解質層の抵抗の測定について記載されており、一方でポンプセルの反応抵抗を測定することは記載されていない。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ポンプセルの劣化状態を測定することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明のガスセンサは、
被測定ガス中の特定ガス濃度を検出するガスセンサであって、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を含み、前記被測定ガスを導入して流通させる被測定ガス流通部が内部に設けられた素子本体と、
前記被測定ガス流通部に配設された内側電極と、前記被測定ガスと接触するように前記素子本体の外側に配設された外側電極と、を有し、前記内側電極の周囲の酸素濃度を調整するポンプセルと、
前記ポンプセルに第１周波数の電圧を印加して第１インピーダンスを測定する第１測定と、前記ポンプセルに前記第１周波数よりも大きい第２周波数の電圧を印加して第２インピーダンスを測定する第２測定と、を行うインピーダンス測定部と、
前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとに基づいて前記ポンプセルの反応抵抗と相関のある反応抵抗指標を算出する演算部と、
を備えたものである。

【0008】

このガスセンサでは、インピーダンス制御部が、ポンプセルに第１周波数の電圧を印加して第１インピーダンスを測定する第１測定と、ポンプセルに第１周波数よりも大きい第２周波数の電圧を印加して第２インピーダンスを測定する第２測定と、を行う。そして、演算部が、第１インピーダンスと第２インピーダンスとに基づいてポンプセルの反応抵抗と相関のある反応抵抗指標を算出する。ここで、インピーダンス測定によって測定される第１，第２インピーダンスには、反応抵抗とは異なる抵抗、具体的には印加された電圧によって流れる電流の経路の抵抗が含まれてしまう。しかし、低い周波数の電圧を印加して測定された第１インピーダンスには、高い周波数の電圧を印加して測定された第２インピーダンスと比べてポンプセルの反応抵抗が現れやすい。そのため、第１インピーダンスと第２インピーダンスとに基づいて、ポンプセルの反応抵抗と相関のある反応抵抗指標を算出することができる。そして、ポンプセルが劣化して反応抵抗が変化すると、この反応抵抗指標も変化するから、反応抵抗指標はポンプセルの劣化状態を表す。したがって、このガスセンサでは、ポンプセルの劣化状態を測定できる。ここで、第１測定及び第２測定でポンプセルに電圧を印加する際には、ポンプセルの内側電極と外側電極との間に電圧を印加する。ポンプセルの反応抵抗とは、より具体的にはポンプセルが有する内側電極及び外側電極の反応抵抗である。また、ポンプセルの劣化状態とは、より具体的にはポンプセルが有する内側電極及び外側電極の劣化状態である。

【0009】

この場合において、前記反応抵抗指標は、前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとの相違に関する値としてもよい。例えば、反応抵抗指標は、前記第１インピーダンスと前記第２インピーダンスとの差又は比としてもよい。

【0010】

本発明のガスセンサは、前記ポンプセルに制御電圧を印加して該ポンプセルを制御する通常時ポンプ制御処理を行う制御部、を備え、前記制御部は、前記第１測定及び前記第２測定の実行中は前記通常時ポンプ制御処理中と比べて前記制御電圧を小さくしてもよい。こうすれば、ポンプセルに印加される制御電圧が第１測定及び第２測定に与える影響を小さくできるため、ポンプセルの劣化状態の測定をより精度良く行うことができる。

【0011】

本発明のガスセンサにおいて、前記第１周波数は、５００Ｈｚ以下であり、前記第２周波数は、１０００Ｈｚ以上であってもよい。第１周波数を５００Ｈｚ以下とすることで、第１インピーダンスにはポンプセルの反応抵抗がより表れやすくなる。また、第２周波数を１０００Ｈｚ以上とすることで、第２インピーダンスにはポンプセルの反応抵抗がより現れにくくなる。したがって、このような第１周波数及び第２周波数を用いることで、より精度良くポンプセルの劣化状態を測定できる。

【0012】

本発明のガスセンサにおいて、前記演算部は、前記算出した前記反応抵抗指標を、前記反応抵抗指標の初期値を基準として正規化することで、前記ポンプセルの劣化割合を算出してもよい。こうすれば、ポンプセルの初期状態からの劣化の進行の程度を劣化割合として測定できる。

【0013】

本発明のガスセンサは、前記被測定ガス中の前記特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように前記素子本体の内部に配設された基準電極と、前記基準電極と前記内側電極との間の電圧が目標値になるように前記外側電極と前記内側電極との間に印加される制御電圧をフィードバック制御して、前記内側電極の周囲の酸素濃度を調整する制御部と、を備え、前記制御部は、前記反応抵抗指標に基づいて、前記フィードバック制御の制御パラメータを補正してもよい。ここで、ポンプセルが劣化して反応抵抗が変化すると、ポンプセルのポンピング能力も変化する。このガスセンサでは、ポンプセルの反応抵抗に応じて制御パラメータを補正するから、ポンプセルの劣化状態に応じてポンプセルを適切に制御できる。

【0014】

本発明のガスセンサにおいて、前記内側電極は、前記被測定ガス流通部のうちの測定室に設けられた測定電極であり、前記ポンプセルは、前記測定電極の周囲から前記特定ガスに由来する酸素を汲み出す測定用ポンプセルであり、前記被測定ガス中の特定ガス濃度の検出の基準となる基準ガスと接触するように前記素子本体の内部に配設された基準電極と、前記基準電極と前記測定電極との間の電圧が目標値になるように前記外側電極と前記測定電極との間に印加される制御電圧をフィードバック制御する測定用ポンプ制御処理を行う制御部と、前記測定用ポンプ制御処理によって前記測定用ポンプセルに流れる測定用ポンプ電流に基づいて前記被測定ガス中の前記特定ガス濃度を検出する特定ガス濃度検出部と、を備え、前記特定ガス濃度検出部は、前記反応抵抗指標に基づいて、前記特定ガス濃度を補正してもよい。ここで、測定用ポンプセル（特に測定電極及び外側電極）が劣化して反応抵抗が変化すると、測定用ポンプセルのポンピング能力が変化する。そのため、反応抵抗の変化の前後で、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が同じであっても測定用ポンプ電流が変化してしまう場合がある。これに対して、このガスセンサでは、測定用ポンプセルの反応抵抗に応じて特定ガス濃度を補正するから、測定用ポンプセルの劣化による特定ガス濃度の検出精度の低下を抑制できる。

【0015】

本発明のガスセンサは、前記素子本体を加熱するヒータと、前記ヒータの温度が目標温度になるように前記ヒータに通電して前記ヒータを発熱させるヒータ制御処理を行うヒータ制御部と、を備え、前記ヒータ制御部は、前記反応抵抗指標に基づいて、前記目標温度を補正してもよい。ここで、ヒータの温度が高いほど、ポンプセルの反応抵抗は低くなる傾向にある。そのため、反応抵抗指標に基づいてヒータの目標温度を補正することで、ポンプセルの劣化による反応抵抗の変化を補うことができるから、ポンプセルの劣化による悪影響を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】ガスセンサ１００の断面模式図。

【図2】制御装置９０と各セル及びヒータ７２との電気的な接続関係を示すブロック図。

【図3】主ポンプセル２１に印加するパルス電圧の一例を示すグラフ。

【図4】主ポンプセル２１に印加したパルス電圧の周波数とインピーダンス｜Ｚ｜との関係を示すグラフ。

【図5】制御ルーチンの一例を示すフローチャート。

【図6】変形例のセンサ素子２０１の断面模式図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるガスセンサ１００の構成の一例を概略的に示した断面模式図である。図２は、制御装置９０と各セル及びヒータ７２との電気的な接続関係を示すブロック図である。このガスセンサ１００は、例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関の排ガス管などの配管に取り付けられている。ガスセンサ１００は、内燃機関の排ガスを被測定ガスとして、被測定ガス中のＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出する。ガスセンサ１００は、長尺な直方体形状をしたセンサ素子１０１と、センサ素子１０１の一部を含んで構成される各セル２１，４１，５０，８０～８３と、センサ素子１０１の内部に設けられたヒータ部７０と、ガスセンサ１００全体を制御する制御装置９０と、を備えている。

【0018】

センサ素子１０１は、それぞれがジルコニア（ＺｒＯ₂）等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなる第１基板層１と、第２基板層２と、第３基板層３と、第１固体電解質層４と、スペーサ層５と、第２固体電解質層６との６つの層が、図面視で下側からこの順に積層された積層体を有する素子である。また、これら６つの層を形成する固体電解質は緻密な気密のものである。係るセンサ素子１０１は、例えば、各層に対応するセラミックスグリーンシートに所定の加工および回路パターンの印刷などを行った後にそれらを積層し、さらに、焼成して一体化させることによって製造される。

【0019】

センサ素子１０１の先端部側（図１の左端部側）であって、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０と、第４拡散律速部６０と、第３内部空所６１とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。

【0020】

ガス導入口１０と、緩衝空間１２と、第１内部空所２０と、第２内部空所４０と、第３内部空所６１とは、スペーサ層５をくり抜いた態様にて設けられた上部を第２固体電解質層６の下面で、下部を第１固体電解質層４の上面で、側部をスペーサ層５の側面で区画されたセンサ素子１０１内部の空間である。

【0021】

第１拡散律速部１１と、第２拡散律速部１３と、第３拡散律速部３０とはいずれも、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る。また、第４拡散律速部６０は、第２固体電解質層６の下面との隙間として形成された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る。なお、ガス導入口１０から第３内部空所６１に至る部位を被測定ガス流通部とも称する。

【0022】

また、被測定ガス流通部よりも先端側から遠い位置には、第３基板層３の上面と、スペーサ層５の下面との間であって、側部を第１固体電解質層４の側面で区画される位置に基準ガス導入空間４３が設けられている。基準ガス導入空間４３には、ＮＯｘ濃度の測定を行う際の基準ガスとして、例えば大気が導入される。

【0023】

大気導入層４８は、多孔質セラミックスからなる層であって、大気導入層４８には基準ガス導入空間４３を通じて基準ガスが導入されるようになっている。また、大気導入層４８は、基準電極４２を被覆するように形成されている。

【0024】

基準電極４２は、第３基板層３の上面と第１固体電解質層４とに挟まれる態様にて形成される電極であり、上述のように、その周囲には、基準ガス導入空間４３につながる大気導入層４８が設けられている。また、後述するように、基準電極４２を用いて第１内部空所２０内，第２内部空所４０内，及び第３内部空所６１内の酸素濃度（酸素分圧）を測定することが可能となっている。基準電極４２は、多孔質サーメット電極（例えば、ＰｔとＺｒＯ₂とのサーメット電極）として形成される。

【0025】

被測定ガス流通部において、ガス導入口１０は、外部空間に対して開口してなる部位であり、該ガス導入口１０を通じて外部空間からセンサ素子１０１内に被測定ガスが取り込まれるようになっている。第１拡散律速部１１は、ガス導入口１０から取り込まれた被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。緩衝空間１２は、第１拡散律速部１１より導入された被測定ガスを第２拡散律速部１３へと導くために設けられた空間である。第２拡散律速部１３は、緩衝空間１２から第１内部空所２０に導入される被測定ガスに対して、所定の拡散抵抗を付与する部位である。被測定ガスが、センサ素子１０１外部から第１内部空所２０内まで導入されるにあたって、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）によってガス導入口１０からセンサ素子１０１内部に急激に取り込まれた被測定ガスは、直接第１内部空所２０へ導入されるのではなく、第１拡散律速部１１、緩衝空間１２、第２拡散律速部１３を通じて被測定ガスの圧力変動が打ち消された後、第１内部空所２０へ導入されるようになっている。これによって、第１内部空所２０へ導入される被測定ガスの圧力変動はほとんど無視できる程度のものとなる。第１内部空所２０は、第２拡散律速部１３を通じて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ている。係る酸素分圧は、主ポンプセル２１が作動することによって調整される。

【0026】

主ポンプセル２１は、第１内部空所２０に面する第２固体電解質層６の下面のほぼ全面に設けられた天井電極部２２ａを有する内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６の上面の天井電極部２２ａと対応する領域に外部空間に露出する態様にて設けられた外側ポンプ電極２３と、これらの電極に挟まれた第２固体電解質層６とによって構成されてなる電気化学的ポンプセルである。

【0027】

内側ポンプ電極２２は、第１内部空所２０を区画する上下の固体電解質層（第２固体電解質層６および第１固体電解質層４）、および、側壁を与えるスペーサ層５にまたがって形成されている。具体的には、第１内部空所２０の天井面を与える第２固体電解質層６の下面には天井電極部２２ａが形成され、また、底面を与える第１固体電解質層４の上面には底部電極部２２ｂが形成され、そして、それら天井電極部２２ａと底部電極部２２ｂとを接続するように、側部電極部（図示省略）が第１内部空所２０の両側壁部を構成するスペーサ層５の側壁面（内面）に形成されて、該側部電極部の配設部位においてトンネル形態とされた構造において配設されている。

【0028】

内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３とは、多孔質サーメット電極（例えば、Ａｕを１％含むＰｔとＺｒＯ₂とのサーメット電極）として形成される。なお、被測定ガスに接触する内側ポンプ電極２２は、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。

【0029】

主ポンプセル２１においては、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ０を印加して、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に正方向あるいは負方向にポンプ電流Ｉｐ０を流すことにより、第１内部空所２０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内部空所２０に汲み入れることが可能となっている。

【0030】

また、第１内部空所２０における雰囲気中の酸素濃度（酸素分圧）を検出するために、内側ポンプ電極２２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、基準電極４２によって、電気化学的なセンサセル、すなわち、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０が構成されている。

【0031】

主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０における起電力（電圧Ｖ０）を測定することで第１内部空所２０内の酸素濃度（酸素分圧）がわかるようになっている。さらに、電圧Ｖ０が目標値となるように可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御することでポンプ電流Ｉｐ０が制御されている。これによって、第１内部空所２０内の酸素濃度は所定の一定値に保つことができる。

【0032】

第３拡散律速部３０は、第１内部空所２０で主ポンプセル２１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２内部空所４０に導く部位である。

【0033】

第２内部空所４０は、あらかじめ第１内部空所２０において酸素濃度（酸素分圧）が調整された後、第３拡散律速部３０を通じて導入された被測定ガスに対して、さらに補助ポンプセル５０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２内部空所４０内の酸素濃度を高精度に一定に保つことができるため、係るガスセンサ１００においては精度の高いＮＯｘ濃度測定が可能となる。

【0034】

補助ポンプセル５０は、第２内部空所４０に面する第２固体電解質層６の下面の略全体に設けられた天井電極部５１ａを有する補助ポンプ電極５１と、外側ポンプ電極２３（外側ポンプ電極２３に限られるものではなく、センサ素子１０１の外側の適当な電極であれば足りる）と、第２固体電解質層６とによって構成される、補助的な電気化学的ポンプセルである。

【0035】

係る補助ポンプ電極５１は、先の第１内部空所２０内に設けられた内側ポンプ電極２２と同様なトンネル形態とされた構造において、第２内部空所４０内に配設されている。つまり、第２内部空所４０の天井面を与える第２固体電解質層６に対して天井電極部５１ａが形成され、また、第２内部空所４０の底面を与える第１固体電解質層４には、底部電極部５１ｂが形成され、そして、それらの天井電極部５１ａと底部電極部５１ｂとを連結する側部電極部（図示省略）が、第２内部空所４０の側壁を与えるスペーサ層５の両壁面にそれぞれ形成されたトンネル形態の構造となっている。なお、補助ポンプ電極５１についても、内側ポンプ電極２２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。

【0036】

補助ポンプセル５０においては、補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３との間に所望の電圧Ｖｐ１を印加することにより、第２内部空所４０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内部空所４０内に汲み入れることが可能となっている。

【0037】

また、第２内部空所４０内における雰囲気中の酸素分圧を制御するために、補助ポンプ電極５１と、基準電極４２と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３とによって電気化学的なセンサセル、すなわち、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１が構成されている。

【0038】

なお、この補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される起電力（電圧Ｖ１）に基づいて電圧制御される可変電源５２にて、補助ポンプセル５０がポンピングを行う。これにより第２内部空所４０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。

【0039】

また、これとともに、そのポンプ電流Ｉｐ１が、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０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、ポンプ電流Ｉｐ１は、制御信号として主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０に入力され、その電圧Ｖ０の上述した目標値が制御されることにより、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０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。ＮＯｘセンサとして使用する際は、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０との働きによって、第２内部空所４０内での酸素濃度は約０．００１ｐｐｍ程度の一定の値に保たれる。

【0040】

第４拡散律速部６０は、第２内部空所４０で補助ポンプセル５０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３内部空所６１に導く部位である。第４拡散律速部６０は、第３内部空所６１に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。

【0041】

第３内部空所６１は、あらかじめ第２内部空所４０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６０を通じて導入された被測定ガスに対して、被測定ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度の測定に係る処理を行うための空間として設けられている。ＮＯｘ濃度の測定は、主として、第３内部空所６１において、測定用ポンプセル４１の動作により行われる。

【0042】

測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１内において、被測定ガス中のＮＯｘ濃度の測定を行う。測定用ポンプセル４１は、第３内部空所６１に面する第１固体電解質層４の上面に設けられた測定電極４４と、外側ポンプ電極２３と、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４とによって構成された電気化学的ポンプセルである。測定電極４４は、被測定ガス中のＮＯｘ成分に対する還元能力を、内側ポンプ電極２２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。測定電極４４は、第３内部空所６１内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。

【0043】

具体的には、測定電極４４は、触媒活性を有する貴金属であるＰｔ及びＲｈの少なくともいずれかを含む電極である。測定電極４４は、Ｐｔ及びＲｈの少なくともいずれかと、酸素イオン導電性を有する酸化物（ここではＺｒＯ₂）とを含むサーメットからなる電極とすることが好ましい。また、測定電極４４は、多孔質体であることが好ましい。本実施形態では、測定電極４４は、Ｐｔ及びＲｈとＺｒＯ₂との多孔質サーメット電極とした。

【0044】

測定用ポンプセル４１においては、測定電極４４の周囲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、その発生量をポンプ電流Ｉｐ２として検出することができる。

【0045】

また、測定電極４４の周囲の酸素分圧を検出するために、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、測定電極４４と、基準電極４２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酸素分圧検出センサセル８２が構成されている。測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された起電力（電圧Ｖ２）に基づいて可変電源４６が制御される。

【0046】

第２内部空所４０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４拡散律速部６０を通じて第３内部空所６１内の測定電極４４に到達することとなる。測定電極４４の周囲の被測定ガス中の窒素酸化物は還元されて（２ＮＯ→Ｎ₂＋Ｏ₂）酸素を発生する。そして、この発生した酸素は測定用ポンプセル４１によってポンピングされることとなるが、その際、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出された電圧Ｖ２が一定（目標値）となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２が制御される。測定電極４４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ものであるから、測定用ポンプセル４１におけるポンプ電流Ｉｐ２を用いて被測定ガス中の窒素酸化物濃度が算出されることとなる。

【0047】

また、第２固体電解質層６と、スペーサ層５と、第１固体電解質層４と、第３基板層３と、外側ポンプ電極２３と、基準電極４２とから電気化学的なセンサセル８３が構成されており、このセンサセル８３によって得られる起電力（電圧Ｖｒｅｆ）によりセンサ外部の被測定ガス中の酸素分圧を検出可能となっている。

【0048】

このような構成を有するガスセンサ１００においては、主ポンプセル２１と補助ポンプセル５０とを作動させることによって酸素分圧が常に一定の低い値（ＮＯｘの測定に実質的に影響がない値）に保たれた被測定ガスが測定用ポンプセル４１に与えられる。したがって、被測定ガス中のＮＯｘの濃度に略比例して、ＮＯｘの還元によって発生する酸素が測定用ポンプセル４１より汲み出されることによって流れるポンプ電流Ｉｐ２に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を知ることができるようになっている。

【0049】

さらに、センサ素子１０１は、固体電解質の酸素イオン伝導性を高めるために、センサ素子１０１を加熱して保温する温度調整の役割を担うヒータ部７０を備えている。ヒータ部７０は、ヒータコネクタ電極７１と、ヒータ７２と、スルーホール７３と、ヒータ絶縁層７４と、圧力放散孔７５とを備えている。

【0050】

ヒータコネクタ電極７１は、第１基板層１の下面に接する態様にて形成されてなる電極である。ヒータコネクタ電極７１を外部電源と接続することによって、外部からヒータ部７０へ給電することができるようになっている。

【0051】

ヒータ７２は、第２基板層２と第３基板層３とに上下から挟まれた態様にて形成される電気抵抗体である。ヒータ７２は、スルーホール７３を介してヒータコネクタ電極７１と接続されており、該ヒータコネクタ電極７１を通してヒータ電源７６（図２参照）により給電されることにより発熱し、センサ素子１０１を形成する固体電解質の加熱と保温を行う。

【0052】

また、ヒータ７２は、第１内部空所２０から第３内部空所６１の全域に渡って埋設されており、センサ素子１０１全体を上記固体電解質が活性化する温度に調整することが可能となっている。

【0053】

ヒータ絶縁層７４は、ヒータ７２の上下面に、アルミナ等の絶縁体によって形成されてなる絶縁層である。ヒータ絶縁層７４は、第２基板層２とヒータ７２との間の電気的絶縁性、および、第３基板層３とヒータ７２との間の電気的絶縁性を得る目的で形成されている。

【0054】

圧力放散孔７５は、第３基板層３及び大気導入層４８を貫通し、基準ガス導入空間４３に連通するように設けられてなる部位であり、ヒータ絶縁層７４内の温度上昇に伴う内圧上昇を緩和する目的で形成されてなる。

【0055】

制御装置９０は、図２に示すように、上述した可変電源２４，４６，５２と、インピーダンス測定部４７と、上述したヒータ電源７６と、制御部９１と、を備えている。

【0056】

インピーダンス測定部４７は、主ポンプセル２１に所定の周波数の電圧を印加してインピーダンス測定を行う装置である。インピーダンス測定部４７は、例えば図示しない電源と電圧測定部と電流測定部とを備えており、電源から電圧を印加したときに電圧測定部及び電流測定部が測定した電圧及び電流に基づいて、インピーダンスを測定する。インピーダンス測定部４７は、主ポンプセル２１の内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に電圧を印加してインピーダンス測定を行う。

【0057】

制御部９１は、ＣＰＵ９２及び記憶部９４などを備えたマイクロプロセッサである。記憶部９４は、例えば各種プログラムや各種データを記憶する装置である。制御部９１は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０にて検出される電圧Ｖ０、補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８１にて検出される電圧Ｖ１、測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８２にて検出される電圧Ｖ２、センサセル８３にて検出される電圧Ｖｒｅｆ、主ポンプセル２１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ０、補助ポンプセル５０にて検出されるポンプ電流Ｉｐ１及び測定用ポンプセル４１にて検出されるポンプ電流Ｉｐ２を入力する。また、制御部９１は可変電源２４，４６，５２へ制御信号を出力することで可変電源２４，４６，５２が出力する電圧Ｖｐ０，Ｖｐ１，Ｖｐ２を制御し、これにより、主ポンプセル２１，測定用ポンプセル４１及び補助ポンプセル５０を制御する。制御部９１は、インピーダンス測定部４７へ制御信号を出力することでインピーダンス測定部４７にインピーダンス測定を実行させ、インピーダンス測定部４７から測定結果としてのインピーダンスの値を入力する。また、制御部９１は、入力したインピーダンスの値に基づいて、後述する反応抵抗指標Ｒｒを算出する。制御部９１は、ヒータ電源７６に制御信号を出力することでヒータ電源７６がヒータ７２に供給する電力を制御する。記憶部９４には、後述する目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊なども記憶されている。制御部９１のＣＰＵ９２は、これらの目標値Ｖ０＊，Ｖ１＊，Ｖ２＊を参照して、各セル２１，４１，５０の制御を行う。

【0058】

制御部９１は、第２内部空所４０の酸素濃度が目標濃度となるように補助ポンプセル５０を制御する補助ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９１は、電圧Ｖ１が一定値（目標値Ｖ１＊と称する）となるように可変電源５２の電圧Ｖｐ１をフィードバック制御することで、補助ポンプセル５０を制御する。目標値Ｖ１＊は、第２内部空所４０の酸素濃度がＮＯｘの測定に実質的に影響がない所定の低濃度となるような値として定められている。

【0059】

制御部９１は、補助ポンプ制御処理によって補助ポンプセル５０が第２内部空所４０の酸素濃度を調整するときに流れるポンプ電流Ｉｐ１が目標電流（目標電流Ｉｐ１＊と称する）になるように主ポンプセル２１を制御する主ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９１は、電圧Ｖｐ１によって流れるポンプ電流Ｉｐ１が一定の目標電流Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値（目標値Ｖ０＊と称する）を設定（フィードバック制御）する。そして、制御部９１は、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるように（つまり第１内部空所２０の酸素濃度が目標濃度となるように）可変電源２４の電圧Ｖｐ０をフィードバック制御する。この主ポンプ制御処理により、第３拡散律速部３０から第２内部空所４０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。目標値Ｖ０＊は、第１内部空所２０の酸素濃度が０％よりは高く且つ低酸素濃度となるような値に設定される。また、この主ポンプ制御処理中に流れるポンプ電流Ｉｐ０は、ガス導入口１０から被測定ガス流通部内に流入する被測定ガス（すなわちセンサ素子１０１の周囲の被測定ガス）の酸素濃度に応じて変化する。そのため、制御部９１は、ポンプ電流Ｉｐ０に基づいて被測定ガス中の酸素濃度を検出することもできる。

【0060】

上述した主ポンプ制御処理及び補助ポンプ制御処理をまとめて調整用ポンプ制御処理とも称する。また、第１内部空所２０及び第２内部空所４０をまとめて酸素濃度調整室とも称する。主ポンプセル２１及び補助ポンプセル５０をまとめて調整用ポンプセルとも称する。制御部９１が調整用ポンプ制御処理を行うことで、調整用ポンプセルが酸素濃度調整室の酸素濃度を調整する。

【0061】

さらに、制御部９１は、電圧Ｖ２が一定値（目標値）となるように（つまり第３内部空所６１内の酸素濃度が所定の低濃度になるように）測定用ポンプセル４１を制御する測定用ポンプ制御処理を行う。具体的には、制御部９１は、電圧Ｖ２が目標値Ｖ２＊となるように可変電源４６の電圧Ｖｐ２をフィードバック制御することで、測定用ポンプセル４１を制御する。この測定用ポンプ制御処理により、第３内部空所６１内から酸素が汲み出される。

【0062】

測定用ポンプ制御処理が行われることで、被測定ガス中のＮＯｘが第３内部空所６１で還元されることにより発生した酸素が実質的にゼロとなるように、第３内部空所６１内から酸素が汲み出される。そして、制御部９１は、特定ガス（ここではＮＯｘ）に由来して第３内部空所６１で発生する酸素に応じた検出値としてポンプ電流Ｉｐ２を取得し、このポンプ電流Ｉｐ２に基づいて被測定ガス中のＮＯｘ濃度を算出する。

【0063】

記憶部９４には、ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との対応関係として、関係式（例えば一次関数又は二次関数の式）やマップなどが記憶されている。このような関係式又はマップは、予め実験により求めておくことができる。

【0064】

ここで、本発明者らは、主ポンプセル２１について、印加する電圧の周波数と印加された電圧に基づいて測定されるインピーダンスとの関係を以下のようにして調べた。具体的には、まず、ヒータ７２によりセンサ素子１０１を使用温度すなわち固体電解質が活性化する温度（ここでは８５０℃）まで加熱した。この状態で、大気雰囲気中にて、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に図３に示すパルス電圧を印加して、このときの内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間の電圧の変化量ΔＶ及び主ポンプセル２１に流れる電流の変化量ΔＩを測定した。そして、電圧の変化量ΔＶを電流の変化量ΔＩで除すことでインピーダンス｜Ｚ｜［Ω］を算出した（｜Ｚ｜＝ΔＶ／ΔＩ）。このようなインピーダンスの算出を、印加するパルス電圧の周波数を異ならせて複数回行った。具体的には、パルス電圧の周波数を１０００００Ｈｚ，１００００Ｈｚ，１０００Ｈｚ，１００Ｈｚ，１０Ｈｚ，１Ｈｚ，及び０．１Ｈｚとして、各々の場合のインピーダンスを算出した。パルス電圧の周波数とインピーダンス｜Ｚ｜との関係を図４に示す。図４では、７点の測定結果を黒丸で示し、測定結果に基づく近似曲線を実線で示した。図４では横軸を対数軸として示している。パルス電圧の周波数は、印加するパルス電圧のパルス幅をＴ［ｓｅｃ］としたときに、１／（２×Ｔ）［Ｈｚ］として算出した。印加するパルス電圧は、本実施形態では図３に示すように矩形波とした。

【0065】

図４から分かるように、印加される電圧の周波数が低くなるほど、測定されるインピーダンス｜Ｚ｜が大きくなる傾向が確認された。これは、以下の理由によると考えられる。まず、印加された電圧によって流れる電流の経路の抵抗（ここでは電圧を印加した内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間の電流の経路となる固体電解質層の抵抗、すなわち層４～６の抵抗）は、周波数に関わらずインピーダンス｜Ｚ｜の成分として現れていると考えられる。これに対し、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３は、例えば反応抵抗と静電容量とが並列に接続された回路として表せることから、印加される電圧の周波数が低いほど反応抵抗がインピーダンス｜Ｚ｜の成分として現れやすいと考えられる。これらにより、上記の通り周波数が低いほど測定されるインピーダンス｜Ｚ｜が大きくなっていると考えられる。

【0066】

そこで、本発明者らは、単一の周波数の電圧を印加してインピーダンスを測定するのではなく、互いに周波数の異なる電圧を印加して測定された２つのインピーダンスの値を用いることで、上述した電流の経路の抵抗（ここでは層４～６の抵抗）の影響を小さくして反応抵抗との相関を高めた値を算出することを考えた。具体的には、まず、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に第１周波数の電圧を印加して第１インピーダンスＲ１を測定する第１測定と、内側ポンプ電極２２と外側ポンプ電極２３との間に第１周波数よりも大きい第２周波数の電圧を印加して第２インピーダンスＲ２を測定する第２測定と、を行う。こうすれば、第１インピーダンスＲ１には電流の経路の抵抗に加えて内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の反応抵抗も現れやすいのに対して、第２インピーダンスＲ２には電流の経路の抵抗が現れる一方で内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の反応抵抗は現れにくい。そのため、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の反応抵抗が大きいほど、第１インピーダンスＲ１と第２インピーダンスＲ２との相違が大きくなる。したがって、第１インピーダンスＲ１と第２インピーダンスＲ２に基づいて、主ポンプセル２１（特に内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３）の反応抵抗と相関のある反応抵抗指標Ｒｒを算出することができる。反応抵抗指標Ｒｒは、Ｒ１とＲ２との相違が大きいほど大きくなるか又は小さくなるような値であればよい。反応抵抗指標Ｒｒは、例えばＲ１とＲ２との差（Ｒｒ＝Ｒ１－Ｒ２，又はＲｒ＝Ｒ２－Ｒ１）としてもよいし、比（Ｒｒ＝Ｒ１／Ｒ２，又はＲｒ＝Ｒ２／Ｒ１）としてもよい。本実施形態では、反応抵抗指標Ｒｒは、Ｒ１とＲ２との差（Ｒｒ＝Ｒ１－Ｒ２）とした。

【0067】

また、主ポンプセル２１の反応抵抗は、主ポンプセル２１（特に内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３）の劣化状態によっても変化する。具体的には、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の少なくとも一方が使用により劣化していくと、主ポンプセル２１の反応抵抗が増大していく。その結果、パルス電圧の周波数とインピーダンス｜Ｚ｜との関係が、図４の実線で示した曲線から例えば１点鎖線で示す曲線のように変化する。具体的には、特に周波数が低い領域におけるインピーダンス｜Ｚ｜の値が劣化前と比べて大きくなる。したがって、反応抵抗指標Ｒｒも主ポンプセル２１の劣化前と比べて変化し、例えば本実施形態の場合は内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の少なくとも一方が劣化するほど反応抵抗指標Ｒｒが大きい値になる。このように、主ポンプセル２１が劣化して反応抵抗が変化すると、反応抵抗指標Ｒｒも変化するから、反応抵抗指標Ｒｒは主ポンプセル２１の劣化状態を表す。したがって、反応抵抗指標Ｒｒを算出することで、主ポンプセル２１の劣化状態を測定できる。

【0068】

第１周波数は、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の反応抵抗が現れやすい周波数として例えば実験により予め定めておくことができる。同様に、第２周波数は、第１測定と比べて内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の反応抵抗が現れにくい周波数として例えば実験により予め定めておくことができる。言い換えると、第１インピーダンスＲ１と第２インピーダンスＲ２との相違が比較的大きくなるように、予め第１周波数及び第２周波数を定めておけばよい。センサ素子１０１の個体差や反応抵抗の測定対象となる電極（ここでは内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３）の大きさなどによっても適切な周波数は異なる場合があるが、例えば、第１周波数は５００Ｈｚ以下としてもよい。第２周波数は１０００Ｈｚ以上としてもよい。また、周波数が小さいほど印加する電圧の周期が長くなりインピーダンス測定に要する時間が長くなるため、第１周波数は１Ｈｚ以上が好ましい。第２周波数は１ＭＨｚ以下としてもよいし、１００ＫＨｚ以下としてもよい。

【0069】

上述したインピーダンス測定部４７は、このような第１測定及び第２測定を行って第１インピーダンスＲ１と第２インピーダンスＲ２とを測定する。本実施形態では、第１周波数は１０Ｈｚとし、第２周波数は１００００Ｈｚとした。また、制御部９１は、インピーダンス測定部４７が測定したＲ１，Ｒ２の値に基づいて反応抵抗指標Ｒｒを算出する。本実施形態では、制御部９１は上述したようにＲ１とＲ２との差を反応抵抗指標Ｒｒとして算出する。図４の例では、主ポンプセル２１が劣化していない場合には、１０Ｈｚに対応するインピーダンス｜Ｚ｜（＝Ｒ１）と１００００Ｈｚに対応するインピーダンス｜Ｚ｜（＝Ｒ２）との差である値Ａが反応抵抗指標Ｒｒの値として算出される。また、主ポンプセル２１が劣化して図４の実線で示す関係から一点鎖線で示す関係に変化した場合には、第２インピーダンスＲ２の値はほとんど変化せず第１インピーダンスＲ１が値Ｂだけ大きくなるため、値（Ａ＋Ｂ）が反応抵抗指標Ｒｒの値として算出される。

【0070】

制御部９１は、通常時すなわちＮＯｘ濃度を測定する際には上述した主ポンプ制御処理を行うが、インピーダンス測定部４７が第１測定及び第２測定を実行している間は、この通常時の主ポンプ制御処理と比べて電圧Ｖｐ０が小さくなるように可変電源２４を制御することが好ましい。例えば、図４において主ポンプセル２１が劣化していない場合に、パルス電圧だけでなく直流電圧である電圧Ｖｐ０が印加されていると、パルス電圧の周波数とインピーダンス｜Ｚ｜との関係が、図４の実線で示した曲線から二点鎖線で示す曲線のように変化する。具体的には、特に周波数が低い領域におけるインピーダンス｜Ｚ｜の値が、電圧Ｖｐ０に起因して大きくなる。これにより、第２インピーダンスＲ２の値はほとんど変化せず第１インピーダンスＲ１が値Ｃだけ大きくなるため、値（Ａ＋Ｃ）が反応抵抗指標Ｒｒの値として算出される。すなわち、反応抵抗指標Ｒｒに、反応抵抗ではなく電圧Ｖｐ０に起因する成分が含まれてしまう。そのため、反応抵抗指標Ｒｒと反応抵抗との相関が低下して主ポンプセル２１の劣化状態の測定精度が低下する場合がある。電圧Ｖｐ０を通常時と比べて小さくすることで、このようなポンプ電流Ｖｐ０が第１測定及び第２測定に与える影響を小さくできる。例えば、制御部９１は、第１測定及び第２測定の実行中は電圧Ｖｐ０が所定の上限値を超えないように可変電源２４を制御してもよい。より具体的には、制御部９１は主ポンプ制御処理のフィードバック制御によって決定された電圧Ｖｐ０の設定値が上限値を超えている場合は、設定値を上限値に変更してもよい。上限値は、例えば１００ｍＶとしてもよいし、０ｍＶ超過１００ｍＶ以下の範囲内の値として予め定められた値としてもよい。また、上限値を０ｍＶとしてもよい。言い換えると、制御部９１は、第１測定及び第２測定の実行中は主ポンプ制御処理を停止して電圧Ｖｐ０が主ポンプセル２１に印加されないようにしてもよい。

【0071】

次に、ガスセンサ１００の制御部９１がＮＯｘ濃度の測定及びインピーダンス測定を行う処理の一例について説明する。図５は、制御部９１が実行する制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。制御部９１は、このルーチンを例えば記憶部９４に記憶している。制御部９１は、例えば図示しないエンジンＥＣＵから起動指令を入力すると、この制御ルーチンを開始する。

【0072】

制御部９１のＣＰＵ９２は、制御ルーチンが開始されると、まず、ヒータ電源７６に制御信号を出力して、ヒータ７２の温度が目標温度（例えば８５０℃など）になるように制御するヒータ制御処理を開始する（ステップＳ１００）。ここで、ヒータ７２の温度はヒータ７２の抵抗値の一次関数の式で表すことができる。そこで、本実施形態のヒータ制御処理では、ＣＰＵ９２はヒータ７２の温度とみなせる値（温度に換算可能な値）としてヒータ７２の抵抗値を算出して、算出した抵抗値が目標抵抗値（目標温度に対応する抵抗値）になるようにヒータ電源７６をフィードバック制御する。ＣＰＵ９２は、例えばヒータ７２の電圧及びヒータ７２を流れる電流を取得して、取得した電圧及び電流に基づいてヒータ７２の抵抗値を算出することができる。ＣＰＵ９２は、例えば３端子法又は４端子法によりヒータ７２の抵抗値を算出してもよい。ＣＰＵ９２は、算出したヒータ７２の抵抗値が目標抵抗値になるようにヒータ電源７６に制御信号を出力して、ヒータ電源７６が供給する電力をフィードバック制御する。ヒータ電源７６は、ヒータ７２に通電するにあたり、例えばヒータ７２に印加する電圧の値を変化させることで、ヒータ７２に供給する電力を調整する。

【0073】

続いて、ＣＰＵ９２は、通常時すなわちＮＯｘ濃度を測定する際の制御処理である通常時制御処理を開始する（ステップＳ１１０）。具体的には、ＣＰＵ９２は、上述した主ポンプ制御処理，補助ポンプ制御処理，測定用ポンプ制御処理を開始する。

【0074】

次に、ＣＰＵ９２は、インピーダンス測定部４７による第１測定及び第２測定に適したインピーダンス測定タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の反応抵抗は、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の周囲の雰囲気、特に酸素濃度によっても変化する。そのため、主ポンプセル２１の劣化状態を測定する時の内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の周囲の酸素濃度は毎回同じであることが好ましい。本実施形態では、インピーダンス測定タイミングは、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の周囲の被測定ガスが大気雰囲気とみなせるタイミングとした。より具体的には、インピーダンス測定タイミングは、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の周囲の被測定ガスが内燃機関のフューエルカット時の排ガスであるとみなせるタイミングとした。例えば、ＣＰＵ９２は、制御装置９０が図示しないエンジンＥＣＵから内燃機関のフューエルカットがなされた旨のフューエルカット実行情報を取得したか否かを例えば所定時間毎に判定し、フューエルカット実行情報を取得したときにフューエルカットが行われたと判定する。そして、ＣＰＵ９２は、フューエルカット実行情報を取得してから所定の遅れ時間が経過したときに、内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の周囲の被測定ガスがフューエルカット時の排ガスとなっておりインピーダンス測定タイミングであると判定する。遅れ時間は、内燃機関からセンサ素子１０１まで被測定ガスが流れるのに要する時間に基づいて予め定められて記憶部９４に記憶されている。

【0075】

ステップＳ１２０でインピーダンス測定タイミングであると判定すると、ＣＰＵ９２は、前回のインピーダンス測定の実行から所定時間以上経過したか否かを判定する（ステップＳ１３０）。この所定時間は、頻繁にインピーダンス測定を行うことを防止するために設けられる値であり、主ポンプセル２１の劣化状態の測定が必要とされる時間間隔として予め実験により定められている。本実施形態では、所定時間は１時間とした。なお、この判定を省略してもよい。ステップＳ１３０の判定結果が肯定判定であった場合には、ＣＰＵ９２は、ステップＳ１１０で開始し継続して実行している通常時制御処理を一時的に停止する（ステップＳ１４０）。これにより、主ポンプ制御処理，補助ポンプ制御処理，及び測定用ポンプ制御処理が停止されて、電圧Ｖｐ０，Ｖｐ１，Ｖｐ２が主ポンプセル２１，補助ポンプセル５０，及び測定用ポンプセル４１に印加されない状態になる。

【0076】

続いて、ＣＰＵ９２は、インピーダンス測定部４７に上述した第１測定及び第２測定を実行させて、第１インピーダンスＲ１及び第２インピーダンスＲ２を測定する（ステップＳ１５０）。第１測定及び第２測定は、いずれが先に実行されてもよい。そして、ＣＰＵ９２は、反応抵抗指標Ｒｒ（＝Ｒ１－Ｒ２）を算出して、算出した値を今回の反応抵抗指標Ｒｒとして記憶部９４に記憶する（ステップＳ１６０）。これにより、主ポンプセル２１の劣化状態が測定される。

【0077】

次に、ＣＰＵ９２は、記憶部９４から前回の反応抵抗指標Ｒｒを読み出し、今回の反応抵抗指標Ｒｒと前回の反応抵抗指標Ｒｒとが大きく乖離した否か、すなわち主ポンプセル２１の劣化が前回から無視できない程度に進行したか否かを判定する（ステップＳ１７０）。例えば、ＣＰＵ９２は、今回の反応抵抗指標Ｒｒが前回の反応抵抗指標Ｒｒと比べて１０％以上乖離している（ここでは値が大きくなっている）場合に、両者が大きく乖離したと判定する。なお、最初にステップＳ１７０を実行したときなど前回の反応抵抗指標Ｒｒが記憶部９４に記憶されていない場合は、予め記憶部９４に記憶された反応抵抗指標Ｒｒの初期値Ｒｒ０を前回の反応抵抗指標Ｒｒとみなすこととする。初期値Ｒｒ０は、例えばセンサ素子１０１の製造時など、主ポンプセル２１が劣化していない状態で測定された反応抵抗指標Ｒｒの値である。初期値Ｒｒ０は、例えばガスセンサ１００の製造時に作業者が予め測定して記憶部９４に記憶される。初期値Ｒｒ０は、ステップＳ１５０の第１測定及び第２測定と同じ条件（周波数，ヒータ７２の温度，内側ポンプ電極２２及び外側ポンプ電極２３の周囲の酸素濃度など）で測定しておく。

【0078】

ステップＳ１７０の判定結果が肯定判定だった場合には、ＣＰＵ９２は、今回の反応抵抗指標Ｒｒに基づいて、主ポンプ制御処理の制御パラメータを補正する（ステップＳ１８０）。ここで、主ポンプセル２１が劣化して反応抵抗が変化すると、主ポンプセル２１による酸素のポンピング能力も変化する。より具体的には、主ポンプセル２１の反応抵抗が増大すると主ポンプセル２１のポンピング能力が低下する。そこで、ＣＰＵ９２は反応抵抗指標Ｒｒに基づいて、低下したポンピング能力を補うように主ポンプ制御処理の制御パラメータを補正する。例えば、ＣＰＵ９２は、まず、今回の反応抵抗指標Ｒｒを初期値Ｒｒ０で正規化することで、主ポンプセル２１の劣化割合を算出する。例えば今回のＲｒをＲｒ０で除した値を劣化割合とする。劣化割合は、主ポンプセル２１の劣化が進行するほど大きい値となる。そして、ＣＰＵ９２は、主ポンプ制御処理のフィードバック制御（例えば、上述した、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるように行う電圧Ｖｐ０のフィードバック制御）の制御パラメータを、劣化割合に基づいて補正する。例えば、ＣＰＵ９２は、主ポンプ制御処理のフィードバック制御の制御パラメータに劣化割合を乗じた値を、補正後の制御パラメータとしてもよい。制御パラメータは、例えばＰＩＤ制御のＰ項の定数（比例ゲイン），Ｉ項の定数（積分ゲイン），Ｄ項の定数（微分ゲイン），又は目標値Ｖ０＊が挙げられ、ＣＰＵ９２はこれらの制御パラメータのうち１以上について補正を行う。

【0079】

ステップＳ１７０で否定判定だった場合、又はステップＳ１８０のあと、ＣＰＵ９２は通常時制御処理を再開する（ステップＳ１９０）。ステップＳ１８０で補正が行われた場合は、通常時制御処理のうちの主ポンプ制御処理は補正後の制御パラメータを用いて実行される。

【0080】

ステップＳ１９０を行った後、ステップＳ１２０で否定判定であった場合、又はステップＳ１３０で否定判定であった場合、ＣＰＵ９２は、ＮＯｘ濃度を導出する濃度導出タイミングであるか否かを判定する（ステップＳ２００）。ＣＰＵ９２は、例えば所定時間経過毎や、エンジンＥＣＵから濃度導出指令を入力したときなどに、濃度導出タイミングであると判定する。ステップＳ２００で濃度導出タイミングであると判定すると、ＣＰＵ９２は、通常時制御処理の実行中のポンプ電流Ｉｐ２を取得（測定）し（ステップＳ２１０）、取得したポンプ電流Ｉｐ２と記憶部９４に記憶された対応関係とに基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を導出する（ステップＳ２２０）。ＣＰＵ９２は、導出したＮＯｘ濃度の値をエンジンＥＣＵに出力したり、記憶部９４に記憶したりする。

【0081】

ステップＳ２２０の後、又はステップＳ００で濃度導出タイミングでなかった場合には、ＣＰＵ９２はＳ１２０以降の処理を実行する。以上のようにＣＰＵ９２が制御ルーチンを実行することで、主ポンプセル２１の劣化状態の測定及び測定結果に基づく補正を行いながら、ＮＯｘ濃度が繰り返し測定される。

【0082】

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の第１基板層１と第２基板層２と第３基板層３と第１固体電解質層４とスペーサ層５と第２固体電解質層６との６つの層がこの順に積層された積層体が本発明の素子本体に相当し、内側ポンプ電極２２が内側電極に相当し、外側ポンプ電極２３が外側電極に相当し、主ポンプセル２１がポンプセルに相当し、インピーダンス測定部４７がインピーダンス測定部に相当し、制御部９１が演算部に相当する。また、通常時制御処理の一部として行われる主ポンプ制御処理が通常時ポンプ制御処理に相当する。電圧Ｖｐ０が制御電圧に相当する。ポンプ電流Ｉｐ２が測定用ポンプ電流に相当する。制御部９１が制御部及び特定ガス濃度検出部に相当する。

【0083】

以上詳述した本実施形態のガスセンサ１００によれば、インピーダンス測定部４７が測定した第１インピーダンスＲ１と第２インピーダンスＲ２とに基づいて、制御部９１が主ポンプセル２１の反応抵抗と相関のある反応抵抗指標Ｒｒを算出する。そして、主ポンプセル２１が劣化して反応抵抗が変化すると、この反応抵抗指標Ｒｒも変化するから、反応抵抗指標Ｒｒは主ポンプセル２１の劣化状態を表す。したがって、このガスセンサ１００では、主ポンプセル２１の劣化状態を測定できる。

【0084】

また、制御部９１は、主ポンプセル２１に電圧Ｖｐ０を印加して主ポンプセル２１を制御する通常時の主ポンプ制御処理（通常時ポンプ制御処理の一例）を行う。そして、制御部９１は、インピーダンス測定部４７による第１測定及び第２測定の実行中は通常時の主ポンプ制御処理中と比べて電圧Ｖｐ０を小さくする。これにより、主ポンプセル２１に印加される電圧Ｖｐ０が第１測定及び第２測定に与える影響を小さくできるため、主ポンプセル２１の劣化状態の測定をより精度良く行うことができる。

【0085】

さらに、第１測定で印加する電圧の第１周波数を５００Ｈｚ以下とすることで、第１インピーダンスＲ１には主ポンプセル２１の反応抵抗がより表れやすくなる。また、第２測定で印加する電圧の第２周波数を１０００Ｈｚ以上とすることで、第２インピーダンスＲ２には主ポンプセル２１の反応抵抗がより現れにくくなる。したがって、このような第１周波数及び第２周波数を用いることで、より精度良く主ポンプセル２１の劣化状態を測定できる。

【0086】

さらにまた、制御部９１は、算出した反応抵抗指標Ｒｒを、反応抵抗指標Ｒｒの初期値Ｒｒ０を基準として正規化することで、主ポンプセル２１の劣化割合を算出する。これにより、主ポンプセル２１の初期状態からの劣化の進行の程度を劣化割合として測定できる。また、このように算出された劣化割合は、反応抵抗指標Ｒｒそのものと比べて、例えばステップＳ１８０で行ったような補正を行う際に利用しやすい。

【0087】

そして、制御部９１は、反応抵抗指標Ｒｒに基づいて、主ポンプセル２１のフィードバック制御の制御パラメータを補正する。これにより、制御部９１は主ポンプセル２１の反応抵抗に応じて制御パラメータを補正するから、主ポンプセル２１の劣化状態に応じて主ポンプセル２１を適切に制御できる。

【0088】

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0089】

上述した実施形態では、第１測定及び第２測定で印加する電圧は矩形波のパルス電圧としたが、これに限らず周期的な電圧であればよい。例えば三角波や正弦波のパルス電圧を印加してもよい。

【0090】

上述した実施形態では、図５の制御ルーチンのステップＳ１４０においてＣＰＵ９２は通常時制御処理を停止したが、これに限られない。上述したように第１測定及び第２測定の間の電圧Ｖｐ０を０ｍＶよりは大きい値とするが通常時と比べて小さくなるようにしてもよい。この場合、補助ポンプ制御処理及び測定用ポンプ制御処理は停止しなくてもよい。また、ステップＳ１４０及びステップＳ１９０を省略して、第１測定及び第２測定の実行中も通常時制御処理を実行してもよい。この場合、上述した実施形態と比べると反応抵抗指標Ｒｒと反応抵抗との相関は低下するが、反応抵抗指標Ｒｒを測定することはできる。また、この場合は、第１測定及び第２測定の実行中もＮＯｘ濃度の導出を行うことができる。

【0091】

上述した実施形態では、制御部９１は算出した反応抵抗指標Ｒｒに基づいて主ポンプ制御処理の制御パラメータを補正したが、補正は行わなくてもよい。この場合、制御部９１は反応抵抗指標Ｒｒに基づいて主ポンプセル２１の劣化状態を診断してもよい。例えば、制御部９１は、反応抵抗指標Ｒｒから上述した劣化割合を算出して、劣化割合が所定の閾値を超えていた場合にはエンジンＥＣＵにセンサ素子１０１の異常を報知する信号を出力してもよい。

【0092】

上述した実施形態では、反応抵抗の測定対象は主ポンプセル２１であったが、これに限られない。反応抵抗の測定対象は、内側電極と外側電極とを有するポンプセルであればよい。例えば、反応抵抗の測定対象は補助ポンプ電極５１と外側ポンプ電極２３とを有する補助ポンプセル５０としてもよいし、測定電極４４と外側ポンプ電極２３とを有する測定用ポンプセル４１としてもよい。これらを測定対象とする場合でも、上述した実施形態と同様に反応抵抗指標Ｒｒに基づく制御パラメータの補正を行うことができる。例えば、反応抵抗の測定対象が測定用ポンプセル４１である場合は、制御部９１は反応抵抗指標Ｒｒに基づいて測定用ポンプ制御処理のフィードバック制御の制御パラメータを補正してもよい。補正対象の制御パラメータは、例えばＰＩＤ制御のＰ項の定数，Ｉ項の定数，Ｄ項の定数，又は目標値Ｖ２＊のうち１以上としてもよい。また、主ポンプセル２１，補助ポンプセル５０，及び測定用ポンプセル４１のうち２以上を反応抵抗の測定対象としてもよい。この場合、各々のポンプセルについて反応抵抗を測定すればよい。また、制御パラメータの補正についても、各々のポンプセルについて行えばよい。主ポンプセル２１の反応抵抗の測定時と同様に、補助ポンプセル５０の反応抵抗を測定する場合は第１測定及び第２測定の実行中は通常時の補助ポンプ制御処理中と比べて電圧Ｖｐ１を小さくすることが好ましく、補助ポンプ制御処理を停止してもよい。測定用ポンプセル４１の反応抵抗を測定する場合、第１測定及び第２測定の実行中は通常時の測定用ポンプ制御処理中と比べて電圧Ｖｐ２を小さくすることが好ましく、測定用ポンプ制御処理を停止してもよい。

【0093】

測定用ポンプセル４１を反応抵抗の測定対象とする場合、制御部９１は、測定用ポンプセル４１の制御パラメータを補正する代わりに、ポンプ電流Ｉｐ２に基づいて導出される特定ガス濃度を反応抵抗指標Ｒｒに基づいて補正してもよい。ここで、測定用ポンプセル４１が劣化して反応抵抗が変化すると、測定用ポンプセル４１の酸素のポンピング能力が変化する。そのため、反応抵抗の変化の前後で、被測定ガス中のＮＯｘ濃度が同じであってもポンプ電流Ｉｐ２が変化してしまう場合がある。すなわち、ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との対応関係が変化してしまう場合がある。これに対して、測定用ポンプセル４１の反応抵抗に応じてＮＯｘ濃度を補正すれば、測定用ポンプセル４１の劣化によるＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。例えば、測定用ポンプセル４１が劣化して反応抵抗が増大すると測定用ポンプセル４１のポンピング能力が低下するため、ＮＯｘ濃度が同じであっても測定用ポンプセル４１の劣化前と比較してポンプ電流Ｉｐ２の値が減少する。そこで、反応抵抗指標Ｒｒが大きいほど、測定されたポンプ電流Ｉｐ２の値に基づいて導出されるＮＯｘ濃度をより大きな値になるように補正することで、ＮＯｘ濃度の検出精度の低下を抑制できる。例えば、ポンプ電流Ｉｐ２とＮＯｘ濃度との対応関係として、二次関数の式（ＮＯｘ濃度＝Ａ×（Ｉｐ２）²＋Ｂ×Ｉｐ２＋Ｃ，Ａ～Ｃは係数）が記憶されている場合には、反応抵抗指標Ｒｒが大きいほど係数Ａをより大きくするように補正してもよい。

【0094】

上述した実施形態において、制御部９１が主ポンプセル２１反応抵抗指標Ｒｒに基づいてヒータ制御処理の目標温度を補正してもよい。ここで、ヒータ７２の温度が高いほど、主ポンプセル２１の反応抵抗は低くなる傾向にある。そのため、反応抵抗指標Ｒｒに基づいてヒータ７２の目標温度を補正することで、主ポンプセル２１の劣化による反応抵抗の変化を補うことができる。例えば、主ポンプセル２１の反応抵抗が劣化により増大した分を減少（相殺）させて劣化前の状態（初期状態）に近い反応抵抗になるように、反応抵抗指標Ｒｒに基づいてヒータ７２の目標温度を補正してもよい。より具体的には、反応抵抗指標Ｒｒが大きくなるほど、ヒータ７２の目標温度を高くなるように補正してもよい。制御部９１は、反応抵抗指標Ｒｒから算出した劣化割合を目標温度に乗じた値を、補正後の目標温度としてもよい。なお、上述した実施形態のヒータ制御処理では温度に換算可能な値としてヒータ７２の抵抗値を用いるため、制御部９１は目標抵抗値を補正することによって目標温度を補正する。このように反応抵抗指標Ｒｒに基づいてヒータ制御処理の目標温度を補正することで、主ポンプセル２１の劣化による悪影響を小さくすることができる。なお、主ポンプセル２１，補助ポンプセル５０，及び測定用ポンプセル４１のうち１以上の反応抵抗指標Ｒｒに基づいて目標温度を補正してもよい。例えば、主ポンプセル２１，補助ポンプセル５０，及び測定用ポンプセル４１の各々の劣化割合の最大値又は平均値に基づいて目標温度を補正してもよい。この場合、制御部９１がヒータ制御部に相当する。

【0095】

上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３は、主ポンプセル２１の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側主ポンプ電極と、補助ポンプセル５０の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側補助ポンプ電極と、測定用ポンプセル４１の一部でありセンサ素子１０１の外側の被測定ガスに晒される部分に配設された外側測定電極と、を兼ねていたが、これに限られない。外側主ポンプ電極，外側補助ポンプ電極，及び外側測定電極のうちのいずれか１以上を、外側ポンプ電極２３とは別にセンサ素子１０１の外側に設けてもよい。

【0096】

上述した実施形態では、外側ポンプ電極２３はセンサ素子１０１の外部に露出しているが、これに限らず外側ポンプ電極２３は被測定ガスと接触するように素子本体（層１～６）の外側に設けられていればよい。例えば、センサ素子１０１が素子本体（層１～６）を被覆する多孔質保護層を備えており、外側ポンプ電極２３も多孔質保護層に被覆されていてもよい。

【0097】

上述した実施形態では、ガスセンサ１００のセンサ素子１０１は第１内部空所２０，第２内部空所４０，第３内部空所６１を備えるものとしたが、これに限られない。例えば、図６のセンサ素子２０１のように、第３内部空所６１を備えないものとしてもよい。図６に示した変形例のセンサ素子２０１では、第２固体電解質層６の下面と第１固体電解質層４の上面との間には、ガス導入口１０と、第１拡散律速部１１と、緩衝空間１２と、第２拡散律速部１３と、第１内部空所２０と、第３拡散律速部３０と、第２内部空所４０とが、この順に連通する態様にて隣接形成されてなる。また、測定電極４４は、第２内部空所４０内の第１固体電解質層４の上面に配設されている。測定電極４４は、第４拡散律速部４５によって被覆されてなる。第４拡散律速部４５は、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などのセラミックス多孔体にて構成される膜である。第４拡散律速部４５は、上述した実施形態の第４拡散律速部６０と同様に、測定電極４４に流入するＮＯｘの量を制限する役割を担う。また、第４拡散律速部４５は、測定電極４４の保護膜としても機能する。補助ポンプ電極５１の天井電極部５１ａは、測定電極４４の直上まで形成されている。このような構成のセンサ素子２０１であっても、上述した実施形態と同様に例えばポンプ電流Ｉｐ２に基づいてＮＯｘ濃度を検出できる。この場合、測定電極４４の周囲が測定室として機能することになる。

【0098】

上述した実施形態では、センサ素子１０１の素子本体は複数の固体電解質層（層１～６）を有する積層体としたが、これに限られない。センサ素子１０１の素子本体は、酸素イオン伝導性の固体電解質層を少なくとも１つ含み、且つ被測定ガス流通部が内部に設けられていればよい。例えば、図１において第２固体電解質層６以外の層１～５は固体電解質以外の材質からなる構造層（例えばアルミナからなる層）としてもよい。この場合、センサ素子１０１が有する各電極は第２固体電解質層６に配設されるようにすればよい。例えば、図１の測定電極４４は第２固体電解質層６の下面に配設すればよい。また、基準ガス導入空間４３を第１固体電解質層４の代わりにスペーサ層５に設け、大気導入層４８を第１固体電解質層４と第３基板層３との間に設ける代わりに第２固体電解質層６とスペーサ層５との間に設け、基準電極４２を第３内部空所６１よりも後方且つ第２固体電解質層６の下面に設ければよい。

【0099】

上述した実施形態では、制御装置９０は、主ポンプ制御処理において、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊となるようにポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖ０の目標値Ｖ０＊を設定（フィードバック制御）し、電圧Ｖ０が目標値Ｖ０＊となるように電圧Ｖｐ０をフィードバック制御したが、他の制御を行ってもよい。例えば、制御装置９０は、主ポンプ制御処理において、ポンプ電流Ｉｐ１が目標電流Ｉｐ１＊となるように、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて電圧Ｖｐ０をフィードバック制御してもよい。すなわち、制御装置９０は、主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル８０からの電圧Ｖ０の取得及び目標値Ｖ０＊の設定を省略して、ポンプ電流Ｉｐ１に基づいて直接的に電圧Ｖｐ０を制御（ひいてはポンプ電流Ｉｐ０を制御）してもよい。

【0100】

上述した実施形態では、ガスセンサ１００は特定ガス濃度としてＮＯｘ濃度を検出したが、これに限らず他の酸化物濃度を特定ガス濃度としてもよい。特定ガスが酸化物の場合には、上述した実施形態と同様に特定ガスそのものを第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、ＣＰＵ９２はこの酸素に応じた検出値に基づいて特定ガス濃度を検出できる。また、特定ガスがアンモニアなどの非酸化物であってもよい。特定ガスが非酸化物の場合には、特定ガスが例えば第１内部空所２０で酸化物に変換（例えばアンモニアであれば酸化されてＮＯに変換）されることで、変換後の酸化物が第３内部空所６１で還元したときに酸素が発生するから、ＣＰＵ９２はこの酸素に応じた検出値を取得して特定ガス濃度を検出できる。このように、特定ガスが酸化物と非酸化物とのいずれであっても、ガスセンサ１００は、特定ガスに由来して第３内部空所６１で発生する酸素に基づいて特定ガス濃度を検出できる。

【産業上の利用可能性】

【0101】

本発明は、自動車の排気ガスなどの被測定ガスにおけるＮＯｘなどの特定ガスの濃度を検出するガスセンサに利用可能である。

【符号の説明】

【0102】

１ 第１基板層、２ 第２基板層、３ 第３基板層、４ 第１固体電解質層、５ スペーサ層、６ 第２固体電解質層、１０ ガス導入口、１１ 第１拡散律速部、１２ 緩衝空間、１３ 第２拡散律速部、２０ 第１内部空所、２１ 主ポンプセル、２２ 内側ポンプ電極、２２ａ 天井電極部、２２ｂ 底部電極部、２３ 外側ポンプ電極、２４ 可変電源、３０ 第３拡散律速部、４０ 第２内部空所、４１ 測定用ポンプセル、４２ 基準電極、４３ 基準ガス導入空間、４４ 測定電極、４５ 第４拡散律速部、４６ 可変電源、４７ インピーダンス測定部、４８ 大気導入層、５０ 補助ポンプセル、５１ 補助ポンプ電極、５１ａ 天井電極部、５１ｂ 底部電極部、５２ 可変電源、６０ 第４拡散律速部、６１ 第３内部空所、７０ ヒータ部、７１ ヒータコネクタ電極、７２ ヒータ、７３ スルーホール、７４ ヒータ絶縁層、７５ 圧力放散孔、７６ ヒータ電源、８０ 主ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８１ 補助ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８２ 測定用ポンプ制御用酸素分圧検出センサセル、８３ センサセル、９０ 制御装置、９１ 制御部、９２ ＣＰＵ、９４ 記憶部、１００ ガスセンサ、１０１，２０１ センサ素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】