本發明涉及能夠對多個種類的監測對象氣體成分進行監測并測定它們的濃度的多氣體傳感器。

背景技術：

1、關于用于管理來自汽車廢氣的排出量的測量，已知有對水蒸汽(h2o)、二氧化碳(co2)的濃度進行測量的技術(例如參見專利文獻1至專利文獻3)。專利文獻1及專利文獻2中公開的氣體傳感器中，能夠對水蒸汽(h2o)成分和二氧化碳(co2)成分同時進行測定。另外，關于專利文獻3中公開的氣體傳感器，在被測定氣體中包含二氧化碳(co2)的情況下，也能夠對水蒸汽(h2o)成分精度良好地進行測定。

2、專利文獻1中公開的3室構成的氣體傳感器中，首先，通過作為第一內部空腔用的泵單元的主泵單元進行工作，將被導入到第一內部空腔的被測定氣體中所含的o2吸出，并且，同樣包含在被測定氣體中的h2o及co2也暫時全部被還原，生成h2及co。上述包含h2及co的被測定氣體被導入到第二、第三內部空腔。接下來，通過利用作為第二內部空腔用的泵單元的第一測定泵單元吸入o2，使得h2被選擇性地氧化，生成h2o，進而，通過利用作為第三內部空腔用的泵單元的第二測定泵單元吸入o2，使得co被氧化，生成co2。并且，基于使上述h2和co氧化時在第一測定泵單元和第二測定泵單元中分別流通的泵電流的大小，對被測定氣體中的h2o和co2的濃度進行測定。

3、然而，在被測定氣體為富燃料氣氛的氣體的情形等被測定氣體中顯著包含烴氣體成分(h/c成分)的情況下，專利文獻1中公開的氣體傳感器中，h/c成分在第二內部空腔、第三內部空腔中被氧化而生成h2o及co2，與被測定氣體中原本含有的h2o及co2混合存在，因此，有時無法利用上述方法精度良好地進行h2o濃度及co2濃度的測定。

4、另外，專利文獻3中公開的2室構成的氣體傳感器中，出于使h2的選擇性氧化性提高的目的，構成作為第二內部空腔用的泵單元的測定泵單元的空腔內泵電極、即測定用內側泵電極的材料使用au與其他貴金屬(例如pt、rh、ru)的合金，且電極表面處的au的存在比為25at％以上。

5、該電極材料乍一看認為還能夠應用于專利文獻1中公開的氣體傳感器中同樣使h2選擇性地氧化的第一測定泵單元的第一測定用內側泵電極。

6、然而，該第一測定用內側泵電極在專利文獻1中公開的氣體傳感器中與構成第二測定泵單元的空腔內泵電極、即第二測定用內側泵電極相比，設置于高溫位置，因此，使用像這樣的電極材料的情況下，電極中的au蒸發，在長時間使用時，靈敏度有可能發生變化。

7、現有技術文獻

8、專利文獻

9、專利文獻1：日本特許第5918177號公報

10、專利文獻2：日本特許第6469464號公報

11、專利文獻3：日本特許第6469462號公報

技術實現思路

1、本發明是鑒于上述課題而實施的，其目的在于，提供一種多氣體傳感器，其能夠對水蒸汽(h2o)成分和二氧化碳(co2)成分同時進行測定，且即便在被測定氣體中顯著包含h/c成分的情況下也可抑制測定精度的降低，此外即便長時間使用也不易發生靈敏度變化，與以往相比長期可靠性優異。

2、為了解決上述課題，本發明的第一方案是能夠對至少包含水蒸汽和二氧化碳的被測定氣體中所含的多個監測對象氣體成分的濃度進行測定的氣體傳感器，其特征在于，具備：傳感器元件，該傳感器元件具有由氧離子傳導性的固體電解質構成的結構體；以及控制器，該控制器對所述氣體傳感器的動作進行控制，所述傳感器元件具備：氣體導入口，該氣體導入口供所述被測定氣體導入；內部空腔，該內部空腔經由擴散速度控制部而與所述氣體導入口連通；調整電極、第一測定電極及第二測定電極，它們以分別面對所述內部空腔的方式且以規定的間隔隔離并按距所述氣體導入口的距離由近到遠的順序設置；調整泵單元，該調整泵單元由所述調整電極、在所述內部空腔以外的部位設置的空腔外泵電極、以及存在于所述調整電極與所述空腔外泵電極之間的所述固體電解質構成；第一測定泵單元，該第一測定泵單元由所述第一測定電極、所述空腔外泵電極、以及存在于所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間的所述固體電解質構成；第二測定泵單元，該第二測定泵單元由所述第二測定電極、所述空腔外泵電極、以及存在于所述第二測定電極與所述空腔外泵電極之間的所述固體電解質構成；以及加熱器，該加熱器對所述傳感器元件進行加熱，所述調整泵單元以到達所述調整電極的所述被測定氣體中包含烴氣體成分的情況下該烴氣體成分被氧化的方式從外部空間向所述內部空腔吸入氧，所述第一測定泵單元以所述被測定氣體中所含的水蒸汽及二氧化碳實質上全部被還原的方式自到達所述第一測定電極的所述被測定氣體中吸出氧，所述第二測定泵單元通過向所述內部空腔吸入氧而使到達所述第二測定電極的所述被測定氣體中所含的因水蒸汽的還原而生成的氫選擇性地氧化，所述控制器具備：水蒸汽濃度確定機構，該水蒸汽濃度確定機構基于烴相當電流的值和水蒸汽相當電流的值來確定所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度，該烴相當電流為烴氣體成分通過所述調整泵單元吸入的氧而被氧化時在所述調整電極與所述空腔外泵電極之間流通的氧泵電流，該水蒸汽相當電流為氫通過所述第二測定泵單元吸入的氧而被氧化時在所述第二測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的氧泵電流；以及二氧化碳濃度確定機構，該二氧化碳濃度確定機構基于所述烴相當電流的值、所述水蒸汽相當電流的值、以及全還原電流的值來確定所述被測定氣體中所含的二氧化碳的濃度，該全還原電流為所述第一測定泵單元吸出氧而使得水蒸汽及二氧化碳被還原時在所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的氧泵電流。

3、本發明的第二方案在第一方案所涉及的氣體傳感器的基礎上，其特征在于，所述內部空腔為經由不同的擴散速度控制部而按距所述氣體導入口的距離由近到遠的順序依次連通的第一空腔、第二空腔及第三空腔，所述調整電極配備于所述第一空腔，所述第一測定電極配備于所述第二空腔，所述第二測定電極配備于所述第三空腔。

4、本發明的第三方案在第二方案所涉及的氣體傳感器的基礎上，其特征在于，所述控制器存儲有：預先確定的表示所述被測定氣體中包含水蒸汽但不含烴氣體及二氧化碳時的流通于所述第一測定泵單元的氧泵電流與水蒸汽的濃度之間的關系的ip1-h2o數據、預先確定的表示所述被測定氣體中包含二氧化碳但不含烴氣體及水蒸汽時的流通于所述第一測定泵單元的氧泵電流與水蒸汽的濃度之間的關系的ip1-co2數據、預先確定的表示所述被測定氣體中包含水蒸汽但不含烴氣體及二氧化碳時的流通于所述第二測定泵單元的氧泵電流與水蒸汽的濃度之間的關系的ip2-h2o數據、以及預先確定的表示所述被測定氣體中所含的所述烴氣體成分中的氫的存在比率的系數，所述水蒸汽濃度確定機構計算出所述水蒸汽相當電流和所述烴相當電流與所述系數之積的差、即第一差值，確定所述ip2-h2o數據中與所述第一差值相對應的水蒸汽的濃度作為所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度，所述二氧化碳濃度確定機構基于由所述水蒸汽濃度確定機構確定的所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度、以及所述ip1-h2o數據，確定所述全還原電流中的由水蒸汽的還原帶來的貢獻部分，并確定所述全還原電流中的隨著所述被測定氣體中原本含有的水蒸汽及二氧化碳的還原而流通的電流的值、即實際還原電流值，之后，所述實際還原電流值減去所述貢獻部分而計算出第二差值，確定所述ip1-co2數據中與所述第二差值相對應的二氧化碳濃度作為所述被測定氣體中所含的二氧化碳的濃度。

5、本發明的第四方案在第二或第三方案所涉及的氣體傳感器的基礎上，其特征在于，所述第二測定電極為包含pt-au合金作為金屬成分的金屬陶瓷電極，所述pt-au合金中的au濃度為1wt％以上且50wt％以下。

6、本發明的第五方案在第四方案所涉及的氣體傳感器的基礎上，其特征在于，所述調整電極及所述第一測定電極為包含pt但不含au的金屬陶瓷電極。

7、本發明的第六方案在第二至第五方案中的任一方案所涉及的氣體傳感器的基礎上，其特征在于，所述加熱器以所述內部空腔的所述調整電極的附近成為最高溫且在所述傳感器元件的長度方向上越離開所述調整電極而溫度越低的方式對所述傳感器元件進行加熱。

8、本發明的第七方案是利用氣體傳感器對至少包含水蒸汽和二氧化碳的被測定氣體中所含的多個監測對象氣體成分的濃度進行測定的方法，其特征在于，所述氣體傳感器具備傳感器元件，該傳感器元件具有由氧離子傳導性的固體電解質構成的長條板狀的結構體，所述傳感器元件具備：氣體導入口，該氣體導入口供所述被測定氣體導入；內部空腔，該內部空腔經由擴散速度控制部而與所述氣體導入口連通；調整電極、第一測定電極及第二測定電極，它們以分別面對所述內部空腔的方式且以規定的間隔隔離并按距所述氣體導入口的距離由近到遠的順序設置；調整泵單元，該調整泵單元由所述調整電極、在所述內部空腔以外的部位設置的空腔外泵電極、以及存在于所述調整電極與所述空腔外泵電極之間的所述固體電解質構成；第一測定泵單元，該第一測定泵單元由所述第一測定電極、所述空腔外泵電極、以及存在于所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間的所述固體電解質構成；第二測定泵單元，該第二測定泵單元由所述第二測定電極、所述空腔外泵電極、以及存在于所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間的所述固體電解質構成；以及加熱器，該加熱器對所述傳感器元件進行加熱，所述方法包括以下工序：a)以到達所述調整電極的所述被測定氣體中包含烴氣體成分的情況下該烴氣體成分被氧化的方式，利用所述調整泵單元，從外部空間向所述內部空腔吸入氧；b)利用所述第一測定泵單元，以到達所述第一測定電極的所述被測定氣體中所含的水蒸汽及二氧化碳實質上全部被還原的方式自到達所述第一測定電極的所述被測定氣體中吸出氧；c)利用所述第二測定泵單元，通過向所述內部空腔吸入氧而使到達所述第二測定電極的所述被測定氣體中所含的因水蒸汽的還原而生成的氫選擇性地氧化；d)基于烴相當電流的值和水蒸汽相當電流的值來確定所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度，該烴相當電流為烴氣體成分通過所述調整泵單元吸入的氧而被氧化時在所述調整電極與所述空腔外泵電極之間流通的氧泵電流，該水蒸汽相當電流為氫通過所述第二測定泵單元吸入的氧而被氧化時在所述第二測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的氧泵電流；e)基于所述烴相當電流的值、所述水蒸汽相當電流的值、以及全還原電流的值來確定所述被測定氣體中所含的二氧化碳的濃度，該全還原電流為所述第一測定泵單元吸入氧而使得水蒸汽及二氧化碳被還原時在所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的氧泵電流。

9、本發明的第八方案在第七方案所涉及的利用氣體傳感器進行的濃度測定方法的基礎上，其特征在于，所述內部空腔為經由不同的擴散速度控制部而按距所述氣體導入口的距離由近到遠的順序依次連通的第一空腔、第二空腔及第三空腔，所述調整電極配備于所述第一空腔，所述第一測定電極配備于所述第二空腔，所述第二測定電極配備于所述第三空腔。

10、本發明的第九方案在第八方案所涉及的利用氣體傳感器進行的濃度測定方法的基礎上，其特征在于，還包括以下工序：f)在所述工序a)至工序e)之前，預先確定：表示所述被測定氣體中包含水蒸汽但不含二氧化碳時的流通于所述第一測定泵單元的氧泵電流與水蒸汽的濃度之間的關系的ip1-h2o數據、表示所述被測定氣體中包含二氧化碳但不含水蒸汽時的流通于所述第一測定泵單元的氧泵電流與水蒸汽的濃度之間的關系的ip1-co2數據、表示所述被測定氣體中包含水蒸汽但不含二氧化碳時的流通于所述第二測定泵單元的氧泵電流與水蒸汽的濃度之間的關系的ip2-h2o數據、以及表示所述被測定氣體中所含的所述烴氣體成分中的氫的存在比率的系數，所述工序d)中，計算出所述水蒸汽相當電流和所述烴相當電流與所述系數之積的差、即第一差值，之后，確定所述ip2-h2o數據中與所述第一差值相對應的水蒸汽的濃度作為所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度，所述工序e)中，基于所述工序e)中確定的所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度、以及所述ip1-h2o數據，確定所述全還原電流中的由水蒸汽的還原帶來的貢獻部分，確定所述全還原電流中的隨著所述被測定氣體中原本含有的水蒸汽及二氧化碳的還原而流通的電流的值、即實際還原電流值，之后，所述實際還原電流值減去所述貢獻部分而計算出第二差值，確定所述ip1-co2數據中與所述第二差值相對應的二氧化碳濃度作為所述被測定氣體中所含的二氧化碳的濃度。

11、本發明的第十方案在第八或第九方案所涉及的利用氣體傳感器進行的濃度測定方法的基礎上，其特征在于，將所述第二測定電極設為包含pt-au合金作為金屬成分的金屬陶瓷電極，將所述pt-au合金中的au濃度設為1wt％以上且50wt％以下。

12、本發明的第十一方案在第十方案所涉及的利用氣體傳感器進行的濃度測定方法的基礎上，其特征在于，將所述調整電極及所述第一測定電極設為包含pt但不含au的金屬陶瓷電極。

13、本發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氣體傳感器進行的濃度測定方法的基礎上，其特征在于，所述加熱器以所述內部空腔的所述調整電極的附近成為最高溫且在所述傳感器元件的長度方向上越離開所述調整電極而溫度越低的方式對所述傳感器元件進行加熱。

14、根據本發明的第一至第十二方案，可實現：即便在同時含有水蒸汽和二氧化碳的被測定氣體像例如富燃料氣氛氣體那樣包含烴氣體成分的情況下也能夠將烴氣體成分的影響排除而對水蒸汽和二氧化碳的濃度進行測定的多氣體傳感器。