传感器元件以及气体传感器制造技术

传感器元件(101)用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，具备：元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层、且具有长度方向；测定电极(44)，其以与被测定气体接触的方式配设于元件主体；基准电极(42)，其以与成为被测定气体中的特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于元件主体；以及加热器，其配设于元件主体、且对固体电解质层进行加热。从固体电解质层的厚度方向、即上下方向观察时，基准电极(42)的重心B与测定电极(44)重叠。元件主体的长度方向设为前后方向，基准电极(42)以及测定电极(44)的前后方向的长度均为1.1mm以下。基准电极(42)的从厚度方向观察时的面积为1.0mm

【技术实现步骤摘要】
传感器元件以及气体传感器
本专利技术涉及传感器元件以及气体传感器。
技术介绍
以往，已知对汽车的废气等被测定气体中的NOx等特定气体浓度进行检测的气体传感器。例如，专利文献1中记载了一种气体传感器，其具备多个氧离子传导性的固体电解质层的层叠体、以及设置于固体电解质层的多个电极。在利用该气体传感器检测NOx的浓度的情况下，首先，在传感器元件的内部的被测定气体流通部与传感器元件的外部之间进行氧的吸出或吸入，由此调整被测定气体流通部内的氧浓度。氧浓度调整后的被测定气体中的NOx在测定电极的周围被还原。然后，吸出测定电极周围的氧，以使得与测定电极周围的氧浓度相应地在测定电极与基准电极之间产生的电压恒定，并基于此时流通的泵电流而对被测定气体中的NOx的浓度进行检测。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2018-173318号公报
技术实现思路
然而，在加热至使得固体电解质活化的温度(例如800℃)的状态下使用传感器元件。此时，若因基准电极与测定电极之间的温差而产生热电动势，则两个电极间的电压中包含热电动势，因此，存在特定气体浓度的检测精度下降的问题。例如，在利用加热器刚开始对固体电解质层进行加热以后，因基准电极和测定电极的各电极内的温度偏差而导致热电动势变为不稳定的值。在热电动势不稳定的状态下，特定气体浓度的检测精度下降。另外，在电极内的温度稳定之后，有时也存在因基准电极与测定电极之间的温差而引起的稳定的热电动势，因该热电动势也会导致特定气体浓度的检测精度下降。本专利技术是为了解决这样的技术问题而完成的，其主要目的在于缩短基准电极与测定电极之间的热电动势的稳定时间、且减小稳定的热电动势。本专利技术为了达成上述主要目的而采用了以下方法。本专利技术的传感器元件用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，其中，所述传感器元件具备：元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层、且具有长度方向；测定电极，其以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体；基准电极，其以与成为所述被测定气体中的所述特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体；以及加热器，其配置于所述元件主体、且对所述固体电解质层进行加热，从所述固体电解质层的厚度方向观察时，所述基准电极的重心与所述测定电极重叠，所述元件主体的长度方向设为前后方向，所述基准电极以及所述测定电极的前后方向的长度均为1.1mm以下，所述基准电极的从所述厚度方向观察时的面积为1.0mm2以上。该传感器元件在使用时由加热器加热并保温，在基准电极与测定电极之间产生与基准电极的周围和测定电极的周围的氧浓度差相应的电压。该电压用于导出被测定气体中的特定气体浓度。而且，对于该传感器元件而言，基准电极及测定电极的沿着元件主体的长度方向的长度、即前后方向的长度均为1.1mm以下。由此，从利用加热器开始加热起直至测定电极与基准电极之间的热电动势稳定为止的时间缩短。此处，与长度方向及厚度方向垂直的方向设为宽度方向。元件主体具有长度方向，因此，对于利用加热器加热时的元件主体的温度偏差而言，沿着长度方向的温度偏差大于沿着宽度方向的温度偏差。因此，关于基准电极及测定电极的任一者，前后方向的长度越长，电极内的温度偏差越容易增大，电极内的温度实现均匀化所需的时间越长。基准电极和测定电极的长度均为1.1mm以下，从而，对于任一电极，电极内的温度的均匀化均加快，直至测定电极与基准电极之间的热电动势稳定为止的时间缩短。另外，对于该传感器元件而言，从固体电解质层的厚度方向观察时，基准电极的重心与测定电极重叠。由此，能够减小基准电极与测定电极之间的稳定的温差，能够减小基准电极与测定电极之间的稳定的热电动势。由此，对于本专利技术的传感器元件而言，能够缩短基准电极与测定电极之间的热电动势的稳定时间，并且能够减小稳定的热电动势。对于本专利技术的传感器元件而言，所述基准电极与所述测定电极之间的所述厚度方向的距离可以为50μm以上500μm以下。当厚度方向的距离为50μm以上时，元件主体的基准电极与测定电极之间的部分不会变得过薄，因此，元件主体难以产生裂纹。当厚度方向的距离为500μm以下时，能够进一步减小基准电极与测定电极之间的稳定的热电动势。对于本专利技术的传感器元件而言，所述基准电极的所述面积可以为4.0mm2以下。若基准电极的面积过大，则有时基准电极内的温度实现均匀化需要花费时间而导致热电动势的稳定时间延长。当基准电极的面积为4.0mm2以下时，热电动势的稳定时间难以延长。对于本专利技术的传感器元件而言，所述基准电极的所述长度可以为0.5mm以上。所述测定电极的所述长度可以为0.2mm以上。所述测定电极的所述长度可以为0.57mm以下。对于本专利技术的传感器元件而言，与所述前后方向及所述厚度方向垂直的方向设为宽度方向，所述基准电极的所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值、即比Rr可以为0.2以上0.8以下。所述测定电极的所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值、即比Rm可以为0.2以上0.8以下。本专利技术的气体传感器具备上述任一专利技术的传感器元件，所述传感器元件具有以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的被测定气体侧电极，所述元件主体在内部设置有将所述被测定气体导入并使其流通的被测定气体流通部，所述测定电极配设于所述被测定气体流通部中的测定室，所述气体传感器还具备：基准气体调整单元，其对所述基准电极与所述被测定气体侧电极之间施加反复导通截止的控制电压，在所述基准电极的周围进行氧的吸入；以及检测单元，在因所述控制电压的导通而产生的所述基准电极与所述被测定气体侧电极之间的电位差较大的第一期间、以及因所述控制电压的截止而产生的所述电位差从所述第一期间开始下降后的第二期间中的该第二期间中，该检测单元基于所述基准电极与所述测定电极之间的电压而对所述被测定气体中的特定气体浓度进行检测。对于该气体传感器而言，基准气体调整单元对基准电极与所述被测定气体侧电极之间施加控制电压而在基准电极的周围进行氧的吸入。由此，能够弥补基准电极的周围的氧浓度的降低。另外，基准气体调整单元施加反复导通截止的控制电压，因此，对于该气体传感器而言存在基准电极与被测定气体侧电极之间的电位差较大的第一期间、以及基准电极与被测定气体侧电极之间的电位差降低后的第二期间。并且，与在第一期间中相比，控制电压在第二期间中对基准电极的电位造成的影响较小，因此，检测单元基于第二期间中的基准电极与测定电极之间的电压检测特定气体浓度而能够抑制特定气体浓度的检测精度下降。由此，对于该气体传感器而言，能够向基准电极的周围进行氧的吸入，并且能够抑制因吸入用的控制电压而引起特定气体浓度的检测精度下降。另外，对于该气体传感器而言，如上所述，基准电极的面积为1.0mm2以上。由此，基准电极的电阻值减小，因此，能够减小第二期间中的基准电极与被测定气体侧电极之间的剩余电压。由于该剩余电压对基准电极的电位造成影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器元件，其用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，其中，/n所述传感器元件具备：/n元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层、且具有长度方向；/n测定电极，其以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体；/n基准电极，其以与成为所述被测定气体中的所述特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体；以及/n加热器，其配置于所述元件主体、且对所述固体电解质层进行加热，/n从所述固体电解质层的厚度方向观察时，所述基准电极的重心与所述测定电极重叠，/n所述元件主体的长度方向设为前后方向，所述基准电极以及所述测定电极的前后方向的长度均为1.1mm以下，/n所述基准电极的从所述厚度方向观察时的面积为1.0mm

【技术特征摘要】
20190327 JP 2019-0606031.一种传感器元件，其用于对被测定气体中的特定气体浓度进行检测，其中，
所述传感器元件具备：
元件主体，其包括氧离子传导性的固体电解质层、且具有长度方向；
测定电极，其以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体；
基准电极，其以与成为所述被测定气体中的所述特定气体浓度的检测基准的基准气体接触的方式配设于所述元件主体；以及
加热器，其配置于所述元件主体、且对所述固体电解质层进行加热，
从所述固体电解质层的厚度方向观察时，所述基准电极的重心与所述测定电极重叠，
所述元件主体的长度方向设为前后方向，所述基准电极以及所述测定电极的前后方向的长度均为1.1mm以下，
所述基准电极的从所述厚度方向观察时的面积为1.0mm2以上。


2.根据权利要求1所述的传感器元件，其中，
所述基准电极与所述测定电极之间的所述厚度方向的距离为50μm以上500μm以下。


3.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其中，
所述基准电极的所述面积为4.0mm2以下。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的传感器元件，其中，
所述基准电极的所述长度为0.5mm以上。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的传感器元件，其中，
所述测定电极的所述长度为0.2mm以上。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的传感器元件，其中，
与所述前后方向及所述厚度方向垂直的方向设为宽度方向，所述基准电极的比Rr为0.2以上0.8以下，所述比Rr是所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值。


7.根据权利要求1～6中任一项所述的传感器元件，其中，
与所述前后方向及所述厚度方向垂直的方向设为宽度方向，所述测定电极的比Rm为0.2以上0.8以下，所述比Rm是所述前后方向的长度除以所述宽度方向的长度所得的值。


8.一种气体传感器，其中，
所述气体传感器具备权利要求1～7中任一项所述的传感器元件，
所述传感器元件具有以与所述被测定气体接触的方式配设于所述元件主体的被测定气体侧电极，
所述元件主体在内部设置有将所述被测定气体导入并使其流通的...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边悠介，岩井志帆，
申请(专利权)人：日本碍子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP