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、另外，還已知有一種二氧化碳檢測裝置，其中，空燃比檢測電極和二氧化碳檢測電極并列配置，通過使用在各電極與基準電極之間流通的電流，能夠進行考慮了空燃比的影響的校正且測定二氧化碳的濃度，還能夠進一步進行考慮了水濃度的影響的校正(例如參見專利文獻4)。

3、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，通過由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，通過由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。

4、所生成的h2o及co2基本上滯留于第二內部空腔及第三內部空腔。不過，已知：隨著持續進行測定，可能產生如下現象，即，上述h2o及co2倒流到第一內部空腔而被再次還原，由此生成的h2及co通過由第一測定泵單元及第二測定泵單元向第二內部空腔及第三內部空腔吸入氧而被再次氧化。

5、若產生上述現象，則與根據被測定氣體中所含的h2o及co2的量而流通于第一測定泵單元及第二測定泵單元的泵電流相關的再次氧化所伴隨的電流疊加，基于這些泵電流的大小來測定h2o和co2的濃度，這導致專利文獻1所涉及的氣體傳感器的測定精度降低，故不理想。

6、另外，專利文獻4中公開的氣體傳感器中，由二氧化碳檢測單元將二氧化碳分解為碳和氧，另一方面，以空燃比檢測單元的電動勢成為與廢氣的氧濃度相應的恒定值的方式進行控制，不過，該氣體傳感器中，同樣地，由二氧化碳檢測單元生成的co和氧在調整氧濃度的空燃比檢測單元發生反應，生成co2，并由二氧化碳檢測單元反復進行監測，因此，測定精度有可能下降。

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

12、專利文獻4：日本特開2020-67432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，提供因伴隨濃度測定而生成的物質的存在所引起的測定精度降低得到很好地抑制的氣體傳感器。

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；多個空腔，該多個空腔經由不同的擴散速度控制部而自所述氣體導入口依次連通；以及加熱器，該加熱器對所述傳感器元件進行加熱，所述多個空腔中的2個為第一測定用空腔和第二測定用空腔，所述第二測定用空腔為所述多個空腔中的自所述氣體導入口起算最里的空腔，所述第一測定用空腔為所述第二測定用空腔跟前的1個空腔，所述傳感器元件還具備：氧吸出機構，該氧吸出機構在從所述氣體導入口導入的所述被測定氣體到達所述第一測定用空腔的期間，能夠執行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吸出所述被測定氣體中所含的氧的第一吸出動作；第一測定泵單元，該第一測定泵單元由面對所述第一測定用空腔而形成的第一測定電極、在所述多個空腔以外的部位設置的空腔外泵電極、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；以及第二測定泵單元，該第二測定泵單元由面對所述第二測定用空腔而形成的第二測定電極、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，所述第一測定泵單元構成為：通過向所述第一測定用空腔吸入氧，能夠將被導入到所述第一測定用空腔的所述被測定氣體中所含的因與所述第一吸出動作相伴的水蒸汽的還原而生成的氫在所述第一測定用空腔中選擇性地氧化；所述第二測定泵單元構成為：通過向所述第二測定用空腔吸入氧，能夠將被導入到所述第二測定用空腔的所述被測定氣體中所含的因與所述第一吸出動作相伴的二氧化碳的還原而生成的一氧化碳在所述第二測定用空腔中氧化，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利用所述第一測定泵單元而向所述第一測定用空腔吸入氧時在所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的電流的大小來確定所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度；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利用所述第二測定泵單元而向所述第二測定用空腔吸入氧時在所述第二測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的電流的大小來確定所述被測定氣體中所含的二氧化碳的濃度，所述氧吸出機構構成為：能夠在所述第一吸出動作的途中進一步將在到達所述第一測定用空腔之前的所述被測定氣體中所含的水蒸汽及二氧化碳不被還原的范圍內吸出所述被測定氣體中所含的氧的第二吸出動作執行規定時間，通過所述第二吸出動作開始而使得利用所述氧吸出機構進行的水蒸汽及二氧化碳的還原被中斷，從而所述第一測定用空腔中生成的水蒸汽和所述第二測定用空腔中生成的二氧化碳被排出到所述傳感器元件的外部。

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，所述多個空腔為第一空腔、作為所述第一測定用空腔的第二空腔以及作為所述第二測定用空腔的第三空腔，所述傳感器元件還具備作為所述氧吸出機構的調整泵單元，該調整泵單元由面對所述第一空腔而形成的調整電極、所述空腔外泵電極、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，所述調整泵單元構成為：作為所述第一吸出動作，能夠執行以被導入到所述第一空腔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從所述第一空腔吸出氧的動作，并且，作為所述第二吸出動作，能夠將在被導入到所述第一空腔的所述被測定氣體中所含的水蒸汽及二氧化碳不被還原的范圍內從所述第一空腔吸出氧的動作執行所述第一吸出動作的途中的規定時間，通過所述調整泵單元開始所述第二吸出動作而使所述第一空腔中的水蒸汽及二氧化碳的還原被中斷，所述第二空腔中生成的水蒸汽和所述第三空腔中生成的二氧化碳經由所述第一空腔而被排出到所述傳感器元件的外部。

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，所述調整泵單元交替且周期性地進行所述第一吸出動作和所述第二吸出動作，根據所述調整泵單元的所述第一吸出動作和所述第二吸出動作，周期性地進行利用所述第一測定泵單元向所述第二空腔吸入氧和利用所述第二測定泵單元向所述第三空腔吸入氧。

5、本發明的第四方案在第三方案所涉及的氣體傳感器的基礎上，其特征在于，使利用所述第一測定泵單元向所述第二空腔吸入氧和利用所述第二測定泵單元向所述第三空腔吸入氧與所述調整泵單元的所述第二吸出動作同步進行。

6、本發明的第五方案在第三方案所涉及的氣體傳感器的基礎上，其特征在于，將利用所述第一測定泵單元向所述第二空腔吸入氧和利用所述第二測定泵單元向所述第三空腔吸入氧從所述調整泵單元的所述第一吸出動作的途中進行至所述第二吸出動作的途中。

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，所述傳感器元件還具備：基準電極，該基準電極與基準氣體接觸；第一空腔用傳感器單元，該第一空腔用傳感器單元由所述調整電極、所述基準電極、以及存在于所述調整電極與所述基準電極之間的所述固體電解質構成，在所述調整電極與所述基準電極之間產生與所述第一空腔的氧濃度相對應的電動勢v0；第二空腔用傳感器單元，該第二空腔用傳感器單元由所述第一測定電極、所述基準電極、以及存在于所述第一測定電極與所述基準電極之間的所述固體電解質構成，在所述第一測定電極與所述基準電極之間產生與所述第二空腔的氧濃度相對應的電動勢v1；以及第三空腔用傳感器單元，該第三空腔用傳感器單元由所述第二測定電極、所述基準電極、以及存在于所述第二測定電極與所述基準電極之間的所述固體電解質構成，在所述第二測定電極與所述基準電極之間產生與所述第三空腔的氧濃度相對應的電動勢v2，所述控制器具備：調整泵單元控制機構，該調整泵單元控制機構以所述第一空腔用傳感器單元中的電動勢v0在所述第一吸出動作時保持為1000mv～1500mv的范圍內的規定的目標值，在所述第二吸出動作時保持為400mv～700mv的范圍內的規定的目標值的方式對所述調整泵單元中向所述調整電極與所述空腔外泵電極之間施加的電壓進行控制；第一測定泵單元控制機構，該第一測定泵單元控制機構以所述第二空腔用傳感器單元中的電動勢v1保持為250mv～450mv的范圍內的規定的目標值的方式對所述第一測定泵單元中向所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間施加的電壓進行控制；以及第二測定泵單元控制機構，該第二測定泵單元控制機構以所述第三空腔用傳感器單元中的電動勢v2保持為100mv～300mv的范圍內的規定的目標值的方式對所述第二測定泵單元中向所述第二測定電極與所述空腔外泵電極之間施加的電壓進行控制。

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；多個空腔，該多個空腔經由不同的擴散速度控制部而自所述氣體導入口依次連通；以及加熱器，該加熱器對所述傳感器元件進行加熱，所述多個空腔中的2個為第一測定用空腔和第二測定用空腔，所述第二測定用空腔為所述多個空腔中的自所述氣體導入口起算最里的空腔，所述第一測定用空腔為所述第二測定用空腔跟前的1個空腔，所述傳感器元件還具備：氧吸出機構，該氧吸出機構在從所述氣體導入口導入的所述被測定氣體到達所述第一測定用空腔的期間，能夠執行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吸出所述被測定氣體中所含的氧的第一吸出動作；第一測定泵單元，該第一測定泵單元由面對所述第一測定用空腔而形成的第一測定電極、在所述多個空腔以外的部位設置的空腔外泵電極、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；以及第二測定泵單元，該第二測定泵單元由面對所述第二測定用空腔而形成的第二測定電極、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，所述方法包括如下工序：a)所述氧吸出機構執行所述第一吸出動作；b)所述第一測定泵單元通過向所述第一測定用空腔吸入氧，將被導入到所述第一測定用空腔的所述被測定氣體中所含的因與所述第一吸出動作相伴的水蒸汽的還原而生成的氫在所述第一測定用空腔中選擇性地氧化；c)所述第二測定泵單元通過向所述第二測定用空腔吸入氧，將被導入到所述第二測定用空腔的所述被測定氣體中所含的因與所述第一吸出動作相伴的二氧化碳的還原而生成的一氧化碳在所述第二測定用空腔中氧化；d)基于利用所述第一測定泵單元而向所述第一測定用空腔吸入氧時在所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的電流的大小來確定所述被測定氣體中所含的水蒸汽的濃度；以及e)基于利用所述第二測定泵單元而向所述第二測定用空腔吸入氧時在所述第二測定電極與所述空腔外泵電極之間流通的電流的大小來確定所述被測定氣體中所含的二氧化碳的濃度，在所述工序a)的途中，所述氧吸出機構將在到達所述第一測定用空腔之前的所述被測定氣體中所含的水蒸汽及二氧化碳不被還原的范圍內吸出所述被測定氣體中所含的氧的第二吸出動作執行規定時間，由此將所述氧吸出機構對水蒸汽及二氧化碳的還原中斷，從而使所述第一測定用空腔中生成的水蒸汽和所述第二測定用空腔中生成的二氧化碳排出到所述傳感器元件的外部。

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，所述多個空腔為第一空腔、作為所述第一測定用空腔的第二空腔以及作為所述第二測定用空腔的第三空腔，所述傳感器元件還具備作為所述氧吸出機構的調整泵單元，該調整泵單元由面對所述第一空腔而形成的調整電極、所述空腔外泵電極、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，所述工序a)中，關于所述調整泵單元，作為所述第一吸出動作，執行以被導入到所述第一空腔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從所述第一空腔吸出氧的動作，并且，作為所述第二吸出動作，將在被導入到所述第一空腔的所述被測定氣體中所含的水蒸汽及二氧化碳不被還原的范圍內從所述第一空腔吸出氧的動作執行所述第一吸出動作的途中的規定時間，由此將所述第一空腔中的水蒸汽及二氧化碳的還原中斷，從而使所述第二空腔中生成的水蒸汽和所述第三空腔中生成的二氧化碳經由所述第一空腔而排出到所述傳感器元件的外部。

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，所述工序a)中，所述調整泵單元交替且周期性地進行所述第一吸出動作和所述第二吸出動作，根據所述工序a)中的所述調整泵單元的所述第一吸出動作和所述第二吸出動作，分別周期性地進行所述工序b)中的利用所述第一測定泵單元向所述第二空腔吸入氧和所述工序c)中的利用所述第二測定泵單元向所述第三空腔吸入氧。

11、本發明的第十方案在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，使所述工序b)中的利用所述第一測定泵單元向所述第二空腔吸入氧和所述工序c)中的利用所述第二測定泵單元向所述第三空腔吸入氧與所述工序a)中的所述調整泵單元的所述第二吸出動作同步進行。

12、本發明的第十一方案在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，將所述工序b)中的利用所述第一測定泵單元向所述第二空腔吸入氧和所述工序c)中的利用所述第二測定泵單元向所述第三空腔吸入氧從所述工序a)中的所述調整泵單元的所述第一吸出動作的途中進行至所述第二吸出動作的途中。

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，所述傳感器元件還具備基準電極，該基準電極與基準氣體接觸，所述工序a)中，以在所述調整電極與所述基準電極之間與所述第一空腔的氧濃度相應地產生的電動勢v0在所述第一吸出動作時保持為1000mv～1500mv的范圍內的規定的目標值，在所述第二吸出動作時保持為400mv～700mv的范圍內的規定的目標值的方式對所述調整泵單元中向所述調整電極與所述空腔外泵電極之間施加的電壓進行控制，所述工序b)中，以在所述第一測定電極與所述基準電極之間與所述第二空腔的氧濃度相應地產生的電動勢v1保持為250mv～450mv的范圍內的規定的目標值的方式對所述第一測定泵單元中向所述第一測定電極與所述空腔外泵電極之間施加的電壓進行控制，所述工序c)中，以在所述第二測定電極與所述基準電極之間與所述第三空腔的氧濃度相應地產生的電動勢v2保持為100mv～300mv的范圍內的規定的目標值的方式對所述第二測定泵單元中向所述第二測定電極與所述空腔外泵電極之間施加的電壓進行控制。

14、根據本發明的第一至第十二方案，由因氫及一氧化碳的氧化而生成的水蒸汽及二氧化碳被再次還原所引起的氣體傳感器的測定精度降低得到很好地抑制。