ガスセンサの特性評価方法
【課題】大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供すること。
【解決手段】被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子２と、センサ素子２を覆うと共に通気孔３１を設けた素子カバー３とを有するガスセンサ１の特性を評価する方法。ガスセンサ１が大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、素子カバー３の内部へ送風機等を用いて大気を強制的に供給しながら、大気出力を測定する。
【解決手段】被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子２と、センサ素子２を覆うと共に通気孔３１を設けた素子カバー３とを有するガスセンサ１の特性を評価する方法。ガスセンサ１が大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、素子カバー３の内部へ送風機等を用いて大気を強制的に供給しながら、大気出力を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサの特性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関の排気系等に取り付けられ、排ガス等の被測定ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサがある。かかるガスセンサに内蔵されるセンサ素子には個体差があるため、出力特性が各ガスセンサごとに少しずつ異なる。それ故、各ガスセンサの特性を予め評価しておき、その特性に応じて出力値を補正することが、かかるガスセンサを搭載したシステムの高精度化に不可欠である。
【０００３】
そして、ガスセンサの特性評価方法としては、例えば、特許文献１に示すように、所定の成分を所定の混合比で混合したテスト用のガスをガスセンサに供給して、そのとき得られるガスセンサの出力を測定することにより、そのガスセンサの特性を評価する方法がある。
【０００４】
しかしながら、上記従来の評価方法によると、テスト用のガスを調製する必要があるため、工数がかかると共に、精確な混合比で混合しなければ精確な評価ができないという問題がある。
このような問題のない方法として、大気をテスト用のガスとして用いてガスセンサの特性評価を行う方法がある。即ち、この評価方法は、ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を測定することにより、そのガスセンサの特性を評価するものである。
【０００５】
上記評価方法においては、例えば、自動車のエンジンの排気系にガスセンサを取り付け、自動車を走行させる。そして、走行減速時の燃料カットの際に得られる大気相当のガスを排気系に送り、そのガスの酸素濃度をガスセンサによって測定する。これにより、そのガスセンサの大気出力を測定する。
しかしながら、上記の方法の場合、ガスセンサを排気系に取り付けると共に、実際にエンジンを始動させ運転する必要がある。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易的に行うことができるものではない。
【０００６】
また、ガスセンサをエンジンの排気系に取り付け、エンジンを始動させないで、大気出力を測定することも可能である。
しかし、ガス流れのない状態で測定を行った場合には以下の問題が生じる。即ち、センサ素子を活性温度に達するまで加熱する際に、センサ素子を覆う素子カバーの内部に付着した水分が蒸発して、素子カバーの内部に水蒸気が広がる。これにより、センサ素子周囲の大気における酸素濃度が低下してしまう。そのため、本来の大気出力よりも小さい出力が測定されてしまうという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４５３８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーの内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法にある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの評価方法においては、上記素子カバーの内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定する。そのため、測定時において、素子カバーの内部における水分が蒸発して水蒸気が発生しても、素子カバーの内部に大気が強制的に供給されるために、水蒸気は素子カバーの外部へ押し出される。これにより、素子カバーの内部、即ちセンサ素子の周囲には、純粋な大気が供給されるため、精確な大気出力を測定することができる。
【００１１】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサを特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易に行うことができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【００１３】
第２の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーを外部から加熱した後、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法にある（請求項５）。
【００１４】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの特性評価方法においては、上記素子カバーを外部から加熱した後、上記大気出力を測定する。そのため、大気出力の測定前に、素子カバーの内部に付着した水分を蒸発させておくことができる。これにより、大気出力の測定時において、センサ素子を活性温度まで加熱する際、素子カバー内に水蒸気が発生することを抑制することができる。
そのため、素子カバー内、即ちセンサ素子の周囲には、純粋な大気が供給され、精確な大気出力の測定を行うことができる。
【００１５】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサを、特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易に行うことができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【００１７】
第３の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
大気を供給された上記センサ素子が活性温度に到達してから所定時間経過した時点において上記ガスセンサが出力した出力値を仮想大気出力として測定し、
該仮想大気出力を基に本来の上記大気出力を算出することを特徴とするガスセンサの特性評価方法にある（請求項８）。
【００１８】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの評価方法においては、大気を供給された上記センサ素子が活性温度に到達してから所定時間経過した時点において上記ガスセンサが出力した出力値を仮想大気出力として測定する。ここで、上記仮想大気出力は、本来の大気出力即ちガスセンサ安定時の大気出力に対して一定の関係を有する。そのため、仮想大気出力を基に本来の上記大気出力（ガスセンサが安定状態にあるときに得られる大気出力）を算出することが可能であり、本来の大気出力を簡易かつ精確に求めることができる。
【００１９】
即ち、上記仮想大気出力と本来の大気出力との間には、所定のずれがあるため、これを補正して大気出力を求める必要があるが、本来の大気出力との間に所定の関係がある仮想大気出力を適切に補正することにより、本来の大気出力を精確に求めることができる。
【００２０】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサを、特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易に行うことができる。
【００２１】
以上のごとく、本発明によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
上記第１〜第３の発明において、上記ガスセンサとしては、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の両面にそれぞれ設けた一対の電極間に、所定の電圧を印加したとき、酸素濃度に応じて上記一対の電極間に流れる限界電流値を出力値として出力する限界電流式のガスセンサとすることができる。
【００２３】
次に、上記第１の発明（請求項１）において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、送風機を用いて行うことが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記素子カバーの内部へ大気を容易に充分に供給することができるため、ガスセンサの大気出力を精確かつ簡易に求めることができる。
【００２４】
また、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを大気中において運動させることにより行うこともできる（請求項３）。
この場合には、大気がガスセンサに対して相対的に移動することとなり、上記素子カバーの内部へ大気を容易に供給することができるため、簡易にガスセンサの大気出力を精確に求めることができる。
また、上記ガスセンサの大気中における運動は、例えば、揺動させたり、走行させたり、回転させたりすることによって行うことができる。
【００２５】
また、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを内燃機関の排気系に設置した状態で上記内燃機関をクランキングして、上記排気系に大気を送風することにより行うこともできる（請求項４）。
この場合にも、内燃機関を始動する必要がないので、簡易にガスセンサの大気出力を精確に求めることができる。
【００２６】
次に、上記第２の発明（請求項５）において、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの温度が４５℃以上となるまで行うことが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記素子カバーの内部の水分を充分に短時間で除去することができる。そのため、早期に精確なガスセンサの大気出力を測定することができる。
【００２７】
また、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの内部の水分が完全に蒸発するまで行うことが好ましい（請求項７）。
この場合には、特に精確なガスセンサの大気出力を測定することができる。
なお、素子カバーの内部の水分が完全に蒸発したか否かは、例えば、ガスセンサの重量の変化によって確認することができる。また、予め種々の環境下におかれていた複数のガスセンサで、水分が完全に蒸発し出力が安定するまでの時間を測定しておき、その最大時間を水分が完全に蒸発するまでの時間として判断してもよい。
【００２８】
次に、上記第３の発明（請求項８）において、上記所定時間は、７０秒以内であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記仮想大気出力と上記ガスセンサ安定時の大気出力との間の差が小さく、両者の関係が安定している。そのため、仮想大気出力を基に、本来の大気出力を精確に算出することができる。
【００２９】
また、上記所定時間は、３０秒以内であることが更に好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記仮想大気出力と上記ガスセンサ安定時の大気出力との間の関係がより安定しているため、仮想大気出力を基に、本来の大気出力を一層精確に算出することができる。
【００３０】
また、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、上記センサ素子が活性温度に到達してから充分な時間が経過した時点で得られる上記ガスセンサ安定時の大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことが好ましい（請求項１１）。
この場合には、精度の高い補正を行うことができ、大気出力の算出精度を向上させることができる。
【００３１】
また、上記補正は、複数の試験用の上記ガスセンサについて行った実験によって予め得られた上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことが好ましい（請求項１２）。
この場合には、上記補正を、より高い精度で行うことができ、大気出力の算出精度を一層向上させることができる。
【００３２】
また、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、内燃機関の排気系に上記ガスセンサを装着した状態で内燃機関を運転し、減速時の燃料カットの際に得られる大気相当のガスを検出したときの大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記減速時の大気出力との関係に基いて行うこともできる（請求項１３）。
この場合にも、精度の高い補正を行うことができ、大気出力の算出精度を向上させることができる。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサの特性評価方法につき、図１、図２を用いて説明する。
本例のガスセンサの特性評価方法は、図１に示すごとく、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を覆うと共に通気孔３１を設けた素子カバー３とを有するガスセンサ１の特性を評価する方法である。
【００３４】
そして、ガスセンサ１が大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、図２に示すごとく、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定する。素子カバー３の内部への大気の強制的な供給は、扇風機等の送風機４を用いて行う。
【００３５】
図１に示すごとく、ガスセンサ１は、上記センサ素子２を内側に保持する第１絶縁碍子１１１と、該第１絶縁碍子１１１を内側に保持し内燃機関に取付けるためのハウジング１２とを有する。そして、ハウジング１２の先端部に、上記素子カバー３が固定されている。素子カバー３は、内側カバー３０１と外側カバー３０２とからなる二重カバー構造となっている。そして、内側カバー３０１と外側カバー３０２とには、それぞれ通気孔３１が形成されている。
なお、素子カバー３は、必ずしも二重カバー構造となっている必要はなく、一重でも、三重以上であってもよい。
【００３６】
また、第１絶縁碍子１１１の基端側には、第２絶縁碍子１１２が配置されており、該第２絶縁碍子１１２の内側には、センサ素子２の基端部に設けられた電極端子に当接する金属端子１３が保持されている。そして、ハウジング１２の基端部には、第２絶縁碍子１１２を覆うように設けられた外周カバー１４が固定されている。
【００３７】
また、本例においては、上記センサ素子２は、いわゆる積層型のセンサ素子であって、ジルコニア等からなる板棒状の固体電解質体の一方の面と他方の面にそれぞれ設けた基準電極と測定電極によって構成されていると共に、固体電解質体を活性温度に加熱するためのセラミックヒータが積層されている。
なお、本発明は、積層型のセンサ素子に限らず、有低筒状の固体電解質体の内側面と外側面とにそれぞれ基準電極と測定電極とを設けることにより形成された、コップ型のセンサ素子を用いたガスセンサに適用することもできる。
【００３８】
また、本例のガスセンサ１は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の両面にそれぞれ設けた一対の電極間（基準電極−測定電極間）に、所定の電圧を印加したとき、酸素濃度に応じて上記一対の電極間に流れる限界電流値を出力値として出力する限界電流式のガスセンサである。
【００３９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの特性評価方法においては、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定する。そのため、測定時において、素子カバー３の内部における水分が蒸発して水蒸気が発生しても、素子カバー３の内部に大気が強制的に供給されるために、水蒸気は素子カバー３の外部へ押し出される。これにより、素子カバー３の内部、即ちセンサ素子２の周囲には、純粋な大気が供給されるため、精確な大気出力を測定することができる。
【００４０】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサ１を特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサ１の特性評価を簡易に行うことができる。
【００４１】
また、素子カバー３の内部への大気の強制的な供給は、送風機４を用いて行うため、素子カバー３の内部へ大気を容易に充分に供給することができ、ガスセンサ１の大気出力を精確かつ簡易に求めることができる。
【００４２】
以上のごとく、本例によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【００４３】
（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、ガスセンサ１を大気中において運動させることにより、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、大気出力を測定する、ガスセンサの特性評価方法の例である。
すなわち、ガスセンサ１を大気中においてワイヤー４１にて吊り下げ、振り子のように揺動させる。これにより、通気孔３１を通って大気が素子カバー３の内部へ供給される。この状態を続けながら、大気出力を測定する。
その他は、実施例１と同様である。
【００４４】
本例の場合には、大気がガスセンサ１に対して相対的に移動することとなり、素子カバー３の内部へ大気を容易に供給することができるため、簡易にガスセンサ１の大気出力を精確に求めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、ガスセンサ１の大気中における運動は、上記のような揺動のほかに、例えば、走行させたり、回転させたりすることによって行うこともできる。
【００４５】
（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、ガスセンサ１を内燃機関の排気系に設置した状態で内燃機関をクランキングして、排気系に大気を送風することにより、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、大気出力を測定する、ガスセンサの特性評価方法の例である。
即ち、例えば、図４に示すごとく、車両用のエンジン５１に、エキゾーストマニホールド５２を介して接続された排気管５３に、ガスセンサ１を取付ける。そして、エンジン５１のクランキングを行うことにより、排気管５３内に大気を送風する。これにより、排気管５３内に配置されたガスセンサ１の素子カバー３の内部に、大気を強制的に供給する。この状態を続けながら、大気出力を測定する。
その他は、実施例１と同様である。
【００４６】
本例の場合にも、内燃機関を始動する必要がないので、簡易にガスセンサの大気出力を精確に求めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４７】
（実施例４）
本例は、図５に示すごとく、素子カバー３を外部から加熱した後に大気出力を測定する、ガスセンサの特性評価方法の例である。
即ち、素子カバー３の部分が加熱炉６１の内部に配されるように、ガスセンサ１を加熱炉６１に取付ける。そして、加熱炉６１によって素子カバー３を加熱した後、ガスセンサ１の大気出力を測定する。
【００４８】
上記の加熱は、素子カバー３の温度が４５℃以上となるように行い、素子カバー３の内部の水分が完全に蒸発するまで行う。
なお、素子カバー３の内部の水分が完全に蒸発したか否かは、例えば、ガスセンサ１の重量の変化によって確認することができる。また、予め種々の環境下におかれていた複数のガスセンサで、水分が完全に蒸発し出力が安定するまでの時間を測定しておき、その最大時間を水分が完全に蒸発するまでの時間として判断してもよい。
その他は、実施例１と同様である。
【００４９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例のガスセンサの特性評価方法においては、素子カバー３を外部から加熱した後、大気出力を測定する。そのため、大気出力の測定前に、素子カバー３の内部に付着した水分を蒸発させておくことができる。これにより、大気出力の測定時において、センサ素子２を活性温度まで加熱する際、素子カバー３内に水蒸気が発生することを抑制することができる。
そのため、素子カバー３内、即ちセンサ素子２の周囲には、純粋な大気が供給され、精確な大気出力の測定を行うことができる。
【００５０】
また、特性評価に当って、ガスセンサ１を、特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサ１の特性評価を簡易に行うことができる。
【００５１】
また、上記の加熱は、素子カバー３の温度が４５℃以上となるように行うため、素子カバー３の内部の水分を充分に短時間で除去することができる。それ故、早期に精確なガスセンサ１の大気出力を測定することができる。
また、素子カバー３の加熱は、素子カバー３の内部の水分が完全に蒸発するまで行うため、特に精確なガスセンサ１の大気出力を測定することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５２】
（実験例１）
本例は、図６、図７に示すごとく、高湿度環境下に置かれていたガスセンサによって、大気中の酸素濃度を検出したときの測定値の推移を確認した例である。
即ち、まず、ガスセンサを温度３５℃、湿度９５％の高温多湿の恒温槽に２０時間放置する。その後、、ガスセンサを恒温槽から取出し、すぐにガスセンサを排気管に装着する。このときの排気管の温度は２０℃である。次いで、ガスセンサのヒータを通電すると共に、測定を開始する。そして、測定をヒータ通電開始から１０分間続ける。なお、ヒータは、センサ素子が活性状態となるように制御し、センサ素子における電極間のインピーダンスが２８Ωで一定となるように制御する。
【００５３】
また、上記の測定後、更に、ガスセンサを室温、湿度約４０％の大気中で１時間放置した後、再度排気管に装着して、このガスセンサによって上記と同様に１０分間の大気測定を行った。
以上の測定を２つのガスセンサ（試料１、２）について行い、それぞれの結果を図６、図７に示す。試料１の結果を図６に、試料２の結果を図７に示す。
【００５４】
なお、本例において使用したガスセンサの素子カバーは、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓの金属板からなる。そして、図８に示すごとく、内側カバー３０１及び外側カバー３０２は、それぞれ底部に１個の通気孔３１を有すると共に、側部に６個の通気孔３１を有する。外側カバー３０２の側部の通気孔３１は、内側カバー３０１の側部の通気孔３１よりも先端側に形成されている。そして、内側カバー３０１及び外側カバー３０２の通気孔３１は、周上に等間隔（６０°刻み）にて配設されている。ここで、各通気孔３１は円形状であり、内側カバー３０１の底部の通気孔３１の直径は２ｍｍ、外側カバー３０２の底部の通気孔３１の直径は３ｍｍ、内側カバー３０１の側部の通気孔３１の直径は２．５ｍｍ、外側カバー３０２の側部の通気孔３１の直径は３ｍｍである。
【００５５】
また、図８に示すごとく、内側カバー３０１の内径Ｄ１は８ｍｍ、外側カバー３０２の外径Ｄ２は１２．３ｍｍである。
また、素子カバー３の軸方向長さＥ１は２１．８ｍｍ、内側カバー３０１の底部と外側カバー３０２の底部との間の隙間Ｅ２は０．５ｍｍである。
また、内側カバー３０１の側部の通気孔３１の中心と底部との間の距離Ｅ３は１６ｍｍ、外側カバー３０２の側部の通気孔３１の中心と底部との間の距離Ｅ４は４．５ｍｍである。
【００５６】
図６、図７において、曲線Ａが、恒温槽から取出した直後における大気出力の測定値であり、曲線Ｂが、１時間室温放置後における大気出力の測定値である。また、曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスの値を示す。
【００５７】
図６、図７に示すごとく、恒温槽から取出した直後における大気出力の測定値（曲線Ａ）については、測定開始から１０分（６００秒）近く経過した時点でようやく安定し、本来の大気出力となる。そして、安定に至るまでの間には、出力値が大幅に落ち込んでいる。
一方、１時間室温放置後における大気出力の測定値（曲線Ｂ）は、測定開始から約２００秒後の時点から安定している。また、安定に至るまでの間の出力値の落ち込みも比較的小さい。
【００５８】
このように、特に、多湿環境下に置かれたガスセンサの場合には、精確な大気出力を得るまでに、測定開始から時間がかかるし、誤差も大きい。
それ故、このようなガスセンサについて、大気出力を測定して特性評価を行う場合には、時間が大幅にかかってしまう。また、早期に大気出力を測定しようとすると、精確な大気出力が得られず、適切な特性評価を行うことが困難となる。
【００５９】
ただし、センサ素子が活性温度に達した直後、即ち、センサ素子のインピーダンスＺａｃが３０Ωまで下がった時点から所定時間経過した時点の測定値は、最終的な大気出力との誤差δが小さい。即ち、試料１については、６．６％、試料２については、８．４％である。
そこで、この時点における大気出力を仮想大気出力として測定し、これを適切に補正することにより、本来の大気出力を推定することができる。
【００６０】
また、補正については、試験用のガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、センサ素子が活性温度に到達してから充分な時間が経過した時点で得られるガスセンサ安定時の大気出力を測定することによって予め得られた、試験用のガスセンサにおける仮想大気出力と安定時の大気出力との関係に基いて得ることができる。
また、複数の試験用のガスセンサを用いて仮想大気出力と安定時の大気出力との関係を求めることにより、一層精度の高い補正を行うことができる。
【００６１】
次に、上記試料２についての結果（図７）を用いて、仮想大気出力の適切な測定時点の分析を行う。ガスセンサの活性後における所定時間経過後の時点の仮想大気出力と、ガスセンサが安定した時点における本来の大気出力とを比較したときの出力差（図７のδ）が、測定条件によって変化しない、或いは変化が殆どないことが、適切な仮想大気出力の測定時点の条件となる。
そこで、本例のように高湿度環境下に置かれていた試料２の大気出力の測定結果（曲線Ａ）を利用して、かかる試料２においても、活性直後における測定値の落ち込みの小さい区間が存在することに着目する。
【００６２】
図９は、この活性直後における大気出力の測定値の落ち込みの小さい区間を含む、ヒータ通電開始から２００秒までの間について、図７を拡大したものである。同図によれば、ガスセンサの活性点（インピーダンスＺａｃが３０Ωに下がった時点；図９の矢印ａ１の時点）において、大気出力の測定値は約２．１ｍＡと高い値を示している。この矢印ａ１の時点は、ヒータ通電開始から４０秒後の時点である。
【００６３】
その後、大気出力の測定値は、約２．２ｍＡのピーク（図９における矢印ａ２の時点）を迎える。この矢印ａ２の時点は、ヒータ通電開始から７０秒後の時点である。
その後、大気出力の測定値は、落ち込み始め、ピークから変化量が３％となる時点が、図９における矢印ａ３の時点であって、ヒータ通電開始から１１０秒後の時点である。
【００６４】
大気出力の測定値が３％程度のズレであれば、システム上許容できる範囲であるため、上記の矢印ａ１からａ３の時点まで、即ち、センサ素子が活性温度に達してからその後７０秒後までの間に、上記仮想大気出力を測定することにより、充分な精度の大気出力を求めることが可能となる。
即ち、得られる仮想大気出力が、本来の大気出力と充分に相関が取れる値となるため、仮想大気出力を補正することによって、精確な大気出力を求めることができる。
更に望ましくは、矢印ａ１からａ２の時点まで、即ち、センサ素子が活性温度に達してからその後３０秒後までの間に、仮想大気出力を測定することにより、更に安定した精確な大気出力を求めることが可能となる。
【００６５】
（実験例２）
本例は、図１０〜図１３に示すごとく、素子カバー３の内部に水を注入した状態で、ガスセンサ１の大気出力を測定した例である。
本例においては、２種類の水の付着パターンについて検証した。即ち試料３として、素子カバー３の内側カバー３０１内の底部に水Ｗを０．１ｍＬ注入したものを用意した。また、試料４として、第１絶縁碍子１１１の先端部におけるセンサ素子２の保持部に水Ｗを０．１ｍＬ注入したものを用意した。
【００６６】
そして、これらの試料を用いて、室温２０℃の環境下でヒータ通電しながら大気の測定をヒータ通電開始から１０分間行った。このとき得られた大気出力の測定値、及びセンサ素子のインピーダンスを、図１２、図１３に、それぞれ曲線Ａ、Ｃにて示す。図１２が試料３、図１３が試料４についての結果である。
図１２、図１３から分かるように、測定開始から、約２５０秒程度が経過するまでは、極端に大気出力の測定値（曲線Ａ）が低下する。
【００６７】
また、センサ素子の活性点から７０秒後までの時点における測定値についても、本来の大気出力から大幅に低下していると共に、相関性も全くない。
それ故、本例のように、素子カバー内に水滴が浸入した場合などには、センサ素子の活性点から７０秒後までの時点における測定値を補正して、本来の大気出力を求めることも困難である。
従って、本例のような状態に置かれたガスセンサについても適切な特性評価を行うことができるようにするには、上述した実施例１〜４の方法を用いる必要が特にある。
【００６８】
（実験例３）
本例は、図１４、図１５に示すごとく、上記実施例１において示したガスセンサの特性評価方法を用いて大気出力を測定した例である。
本例においては、２個のガスセンサ（試料５、６）を用いて、以下の異なる２種類の試験パターンにて試験を行った。
【００６９】
第１の試験パターンとしては、まず、大気中において、ガスセンサ（試料５）に対して特に大気を送風することなく、ガスセンサによる大気出力の測定を行った。測定にあたっては、ガスセンサのヒータを通電してセンサ素子を活性温度まで加熱し、センサ素子のインピーダンスを２８Ωに一定制御して、１０分間行った。
【００７０】
次いで、このガスセンサ（試料５）を、１時間、大気中で冷却後、送風機によってガスセンサに側方から送風し、大気を素子カバーの内部に強制的に供給しながら、上記と同様に大気出力の測定を行った。
なお、送風機４によるガスセンサ１への送風は、送風機４とガスセンサ１との間の距離を１５０ｍｍ、風速を２ｍ／秒として行った。
【００７１】
また、第２の試験パターンとしては、まず、大気中において、ガスセンサ（試料６）に対して側方から送風機によって送風し、大気を素子カバーの内部に強制的に供給しながら、上記と同様に大気出力の測定を行った。送風の条件は、上記試料５の場合と同様である。
次いで、このガスセンサ（試料６）を、１時間、大気中で冷却後、ガスセンサ（試料６）に対して特に大気を送風することなく、ガスセンサによる大気出力の測定を行った。
【００７２】
試験結果を、図１４、図１５に示す。これらの図において、破線の曲線Ａが送風なしの状態で測定したガスセンサの大気出力を示し、実線の曲線Ｂが送風しながら測定したガスセンサの大気出力を示す。また、一点鎖線の曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスを示す。そして、図１４が試料５、図１５が試料６についての結果を示す。
【００７３】
図から分かるように、試料５、試料６のいずれについても、曲線Ｂ（送風あり）は、センサ素子の活性直後から、本来の大気出力に近い値まで上昇している。
一方、曲線Ａ（送風なし）は、活性直後の時点においては、本来の大気出力よりも低い値で推移し、その後、本来の大気出力と同等の値を維持している。特に、図１４に示す試料５において、この傾向が明確に見られる。
ただし、試料６については、活性直後の時点においても、曲線Ａは、本来の大気出力に近い値となっている。これは、「送風あり」の状態で測定した後の試料６に対して「送風なし」の状態で測定したため、測定開始時点から素子カバー内における水分量が比較的少なくなっていたためであると考えられる。
【００７４】
しかしながら、活性直後の時点において本来の大気出力を精確に得るためには、「送風なし」の状態で測定する方法（曲線Ａ）では、不充分であり、「送風あり」の状態で測定する方法（曲線Ｂ）によれば、活性直後の時点において本来の大気出力を精確に得ることができる。即ち、送風ありの状態で測定することにより、短時間で精確な大気出力を測定することができる。
【００７５】
（実験例４）
本例は、図１６、図１７に示すごとく、上記実施例２において示したガスセンサの評価方法を用いて、大気出力を測定した場合の効果を確認した例である。
即ち、まず、外部からの加熱を施していない通常の状態のガスセンサを用いて、上記実験例３と同様の方法で大気出力を測定した。
次いで、このガスセンサを２４時間室温にて放置した後、ガスセンサの素子カバーの部分を加熱炉に配置して（図５参照）、素子カバーを３００℃にて１時間加熱した。その後、ガスセンサを加熱炉より取出し、大気出力を測定した。大気出力の測定方法は、上述した実験例１〜３に示した方法に準ずる。
【００７６】
これらの測定結果を図１６に示す。
同図において、破線の曲線Ａが通常状態のガスセンサの大気出力の測定値を表し、実線の曲線Ｂが加熱処理後のガスセンサの大気出力の測定値を表す。また、一点鎖線の曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスを示す。
【００７７】
図１６から分かるように、加熱処理なしのガスセンサの大気出力の測定値（曲線Ａ）は、活性直後の時点においては、本来の大気出力よりも低い値で推移している。これに対し、３００℃にて加熱したガスセンサの大気出力の測定値（曲線Ｂ）は、活性直後から、本来の大気出力と同等の値となっている。
【００７８】
また、測定前の加熱温度をそれぞれ１００℃、２００℃、３００℃としたときの効果の差異についても確認した。即ち、各温度条件で試料を加熱した後に、ガスセンサのヒータ通電開始後６１〜６７秒後における大気出力の測定値の平均値を求めた。また、比較のために、加熱を行わずに、ガスセンサのヒータ通電開始後６１〜６７秒後（活性後２１〜２７秒後）における大気出力の測定値の平均値を求めた。
そして、この試験を２つのガスセンサについて行った。
【００７９】
測定結果を、図１７に示す。
同図に示すごとく、加熱を行わなかったときの大気出力の測定値に対して、１００℃、２００℃、３００℃の何れの温度で加熱したときの大気出力の測定値も高い値となった。そして、１００℃、２００℃の何れの温度で加熱した場合でも、３００℃の温度で加熱した場合と同等の測定値を得ることができた。これは、２つの試料の何れについても同様であった。
この結果から、少なくとも１００℃以上の温度で加熱処理することにより、ガスセンサのヒータ通電開始後６１〜６７秒後（活性後２１〜２７秒後）の時点において大気出力を測定しても、充分に本来の大気出力を得ることができることが分かる。
【００８０】
（実験例５）
本例は、図１８〜図２１に示すごとく、大気出力の測定前における加熱温度を、上記実施例４よりも低くした場合の効果について確認した例である。
即ち、大気出力の測定前に、ガスセンサを、それぞれ、２５℃、３５℃、４５℃の恒温槽に１時間放置した後、ガスセンサのヒータ通電を開始して、大気出力の測定を行った。ここで、測定順序としては、まず、恒温槽の温度を３５℃とした試験、次いで、２５℃、最後に４５℃とした試験を行った。各試験の間には、各１時間の室温での冷却期間を置いた。
【００８１】
これらの測定結果を図１８〜図２１に示す。
各図において、曲線Ａが２５℃放置後の大気出力の測定値を表し、曲線Ｂが３５℃放置後の大気出力の測定値を表し、曲線Ｄが４５℃放置後の大気出力の測定値を表す。また、一点鎖線の曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスを示す。
【００８２】
また、本例の試験は、本来の大気出力が比較的低い（規格値の下限に近い）ガスセンサと、一般的な大気出力特性を有するガスセンサとの双方を用いて行った。
図１８が、本来の大気出力の低い試料７についての結果であり、図２０は、図１８における活性点付近の大気出力の詳細を表すものである。また、図１９が、一般的な本来の大気出力を有する試料７についての結果であり、図２１は、図１９における活性点付近の大気出力の詳細を表すものである。
【００８３】
試料７、８のいずれについても、２５℃、３５℃放置後の測定値（曲線Ａ、Ｂ）は、ヒータ通電開始から約１００秒までの間の大気出力の測定値が、本来の大気出力に対して落ち込みがあるが、４５℃にて加熱した後の測定値（曲線Ｄ）については、活性直後から、本来の大気出力に近い値に達している。
この結果から、大気出力の測定前における素子カバーの加熱温度を４５℃以上とすることにより、活性直後の時点において精確な大気出力を得ることができることが分かる。
【００８４】
（実験例６）
本例は、図２２に示すごとく、種々の環境下に置かれていた複数のガスセンサによって、大気出力の測定を行った。そして、各ガスセンサについて、ガスセンサのヒータ通電開始から６１〜６７秒後の大気出力の測定値と、５９５〜６００秒後の大気出力の測定値との間の関係を調べた。
その結果を、図２２に示す。
【００８５】
同図においては、横軸に６１〜６７秒後の測定値をとり、縦軸に５９５〜６００秒後の測定値をとった。
そして、下記に示す試料及び測定条件によって得られた測定値を、それぞれの記号にて図２２にプロットしてある。
【００８６】
プロット「●」は、大気出力が規格値の下限付近となるガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「○」は、大気出力が規格内における任意の値となるガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「◆」は、温度９０℃、湿度９５％の環境下に１７時間放置したガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「◇」は、温度９０℃、湿度９５％の環境下に１時間放置したガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「×」は、ガスセンサを室温環境において排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「＋」は、ガスセンサを温度０℃の環境において排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「＊」は、ガスセンサを温度３５℃の環境において排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「★」は、温度３５℃、湿度９５％の環境下に２０時間放置したガスセンサを排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
【００８７】
図２２に示すごとく、各プロットは、おおよそ一つの直線Ｍに沿って分布している。そして、この直線Ｍは、上記の全てのプロットを基に、最小２乗法で１次近似することによって導かれる「ｙ＝０．８７３８ｘ＋０．４１５５」という関係を有している。ここで、ｘはヒータ通電開始から６１〜６７秒後の大気出力の測定値であり、ｙはヒータ通電開始から５９５〜６００秒後の大気出力の測定値である。また、データの信頼性を示す寄与率Ｒ2は、０．８８８６である。
従って、上記の関係式を用いることにより、ヒータ通電開始から６１〜６７秒後に測定した仮想大気出力を、５９５〜６００秒後の大気出力の測定値、即ち本来の大気出力に近い値に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実施例１における、ガスセンサの縦断面図。
【図２】実施例１における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図３】実施例２における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図４】実施例３における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図５】実施例４における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図６】実験例１における、試料１についての測定結果を示す線図。
【図７】実験例１における、試料２についての測定結果を示す線図。
【図８】実験例１における、試料１、２の素子カバーの断面図。
【図９】実験例１における、活性点付近の図７の詳細を示す線図。
【図１０】実験例２における、試料３についての水の注入位置を示す説明図。
【図１１】実験例２における、試料４についての水の注入位置を示す説明図。
【図１２】実験例２における、試料３についての測定結果を示す線図。
【図１３】実験例２における、試料４についての測定結果を示す線図。
【図１４】実験例３における、試料５についての測定結果を示す線図。
【図１５】実験例３における、試料６についての測定結果を示す線図。
【図１６】実験例４における、３００℃加熱した後の大気出力の測定結果を示す線図。
【図１７】実験例４における、測定前の加熱温度による大気出力の測定値の違いを示す線図。
【図１８】実験例５における、試料７についての測定結果を示す線図。
【図１９】実験例５における、試料８についての測定結果を示す線図。
【図２０】実験例５における、活性点付近の図１８の詳細を示す線図。
【図２１】実験例５における、活性点付近の図１９の詳細を示す線図。
【図２２】実験例６における、仮想大気出力と安定時の大気出力との関係を示す線図。
【符号の説明】
【００８９】
１ ガスセンサ
２ センサ素子
３ 素子カバー
３１ 通気孔
４ 送風機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサの特性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関の排気系等に取り付けられ、排ガス等の被測定ガス中の酸素濃度を検出するガスセンサがある。かかるガスセンサに内蔵されるセンサ素子には個体差があるため、出力特性が各ガスセンサごとに少しずつ異なる。それ故、各ガスセンサの特性を予め評価しておき、その特性に応じて出力値を補正することが、かかるガスセンサを搭載したシステムの高精度化に不可欠である。
【０００３】
そして、ガスセンサの特性評価方法としては、例えば、特許文献１に示すように、所定の成分を所定の混合比で混合したテスト用のガスをガスセンサに供給して、そのとき得られるガスセンサの出力を測定することにより、そのガスセンサの特性を評価する方法がある。
【０００４】
しかしながら、上記従来の評価方法によると、テスト用のガスを調製する必要があるため、工数がかかると共に、精確な混合比で混合しなければ精確な評価ができないという問題がある。
このような問題のない方法として、大気をテスト用のガスとして用いてガスセンサの特性評価を行う方法がある。即ち、この評価方法は、ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を測定することにより、そのガスセンサの特性を評価するものである。
【０００５】
上記評価方法においては、例えば、自動車のエンジンの排気系にガスセンサを取り付け、自動車を走行させる。そして、走行減速時の燃料カットの際に得られる大気相当のガスを排気系に送り、そのガスの酸素濃度をガスセンサによって測定する。これにより、そのガスセンサの大気出力を測定する。
しかしながら、上記の方法の場合、ガスセンサを排気系に取り付けると共に、実際にエンジンを始動させ運転する必要がある。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易的に行うことができるものではない。
【０００６】
また、ガスセンサをエンジンの排気系に取り付け、エンジンを始動させないで、大気出力を測定することも可能である。
しかし、ガス流れのない状態で測定を行った場合には以下の問題が生じる。即ち、センサ素子を活性温度に達するまで加熱する際に、センサ素子を覆う素子カバーの内部に付着した水分が蒸発して、素子カバーの内部に水蒸気が広がる。これにより、センサ素子周囲の大気における酸素濃度が低下してしまう。そのため、本来の大気出力よりも小さい出力が測定されてしまうという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特許第３４５３８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーの内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法にある（請求項１）。
【００１０】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの評価方法においては、上記素子カバーの内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定する。そのため、測定時において、素子カバーの内部における水分が蒸発して水蒸気が発生しても、素子カバーの内部に大気が強制的に供給されるために、水蒸気は素子カバーの外部へ押し出される。これにより、素子カバーの内部、即ちセンサ素子の周囲には、純粋な大気が供給されるため、精確な大気出力を測定することができる。
【００１１】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサを特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易に行うことができる。
【００１２】
以上のごとく、本発明によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【００１３】
第２の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーを外部から加熱した後、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法にある（請求項５）。
【００１４】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの特性評価方法においては、上記素子カバーを外部から加熱した後、上記大気出力を測定する。そのため、大気出力の測定前に、素子カバーの内部に付着した水分を蒸発させておくことができる。これにより、大気出力の測定時において、センサ素子を活性温度まで加熱する際、素子カバー内に水蒸気が発生することを抑制することができる。
そのため、素子カバー内、即ちセンサ素子の周囲には、純粋な大気が供給され、精確な大気出力の測定を行うことができる。
【００１５】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサを、特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易に行うことができる。
【００１６】
以上のごとく、本発明によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【００１７】
第３の発明は、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
大気を供給された上記センサ素子が活性温度に到達してから所定時間経過した時点において上記ガスセンサが出力した出力値を仮想大気出力として測定し、
該仮想大気出力を基に本来の上記大気出力を算出することを特徴とするガスセンサの特性評価方法にある（請求項８）。
【００１８】
次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの評価方法においては、大気を供給された上記センサ素子が活性温度に到達してから所定時間経過した時点において上記ガスセンサが出力した出力値を仮想大気出力として測定する。ここで、上記仮想大気出力は、本来の大気出力即ちガスセンサ安定時の大気出力に対して一定の関係を有する。そのため、仮想大気出力を基に本来の上記大気出力（ガスセンサが安定状態にあるときに得られる大気出力）を算出することが可能であり、本来の大気出力を簡易かつ精確に求めることができる。
【００１９】
即ち、上記仮想大気出力と本来の大気出力との間には、所定のずれがあるため、これを補正して大気出力を求める必要があるが、本来の大気出力との間に所定の関係がある仮想大気出力を適切に補正することにより、本来の大気出力を精確に求めることができる。
【００２０】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサを、特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサの特性評価を簡易に行うことができる。
【００２１】
以上のごとく、本発明によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
上記第１〜第３の発明において、上記ガスセンサとしては、例えば、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の両面にそれぞれ設けた一対の電極間に、所定の電圧を印加したとき、酸素濃度に応じて上記一対の電極間に流れる限界電流値を出力値として出力する限界電流式のガスセンサとすることができる。
【００２３】
次に、上記第１の発明（請求項１）において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、送風機を用いて行うことが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記素子カバーの内部へ大気を容易に充分に供給することができるため、ガスセンサの大気出力を精確かつ簡易に求めることができる。
【００２４】
また、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを大気中において運動させることにより行うこともできる（請求項３）。
この場合には、大気がガスセンサに対して相対的に移動することとなり、上記素子カバーの内部へ大気を容易に供給することができるため、簡易にガスセンサの大気出力を精確に求めることができる。
また、上記ガスセンサの大気中における運動は、例えば、揺動させたり、走行させたり、回転させたりすることによって行うことができる。
【００２５】
また、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを内燃機関の排気系に設置した状態で上記内燃機関をクランキングして、上記排気系に大気を送風することにより行うこともできる（請求項４）。
この場合にも、内燃機関を始動する必要がないので、簡易にガスセンサの大気出力を精確に求めることができる。
【００２６】
次に、上記第２の発明（請求項５）において、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの温度が４５℃以上となるまで行うことが好ましい（請求項６）。
この場合には、上記素子カバーの内部の水分を充分に短時間で除去することができる。そのため、早期に精確なガスセンサの大気出力を測定することができる。
【００２７】
また、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの内部の水分が完全に蒸発するまで行うことが好ましい（請求項７）。
この場合には、特に精確なガスセンサの大気出力を測定することができる。
なお、素子カバーの内部の水分が完全に蒸発したか否かは、例えば、ガスセンサの重量の変化によって確認することができる。また、予め種々の環境下におかれていた複数のガスセンサで、水分が完全に蒸発し出力が安定するまでの時間を測定しておき、その最大時間を水分が完全に蒸発するまでの時間として判断してもよい。
【００２８】
次に、上記第３の発明（請求項８）において、上記所定時間は、７０秒以内であることが好ましい（請求項９）。
この場合には、上記仮想大気出力と上記ガスセンサ安定時の大気出力との間の差が小さく、両者の関係が安定している。そのため、仮想大気出力を基に、本来の大気出力を精確に算出することができる。
【００２９】
また、上記所定時間は、３０秒以内であることが更に好ましい（請求項１０）。
この場合には、上記仮想大気出力と上記ガスセンサ安定時の大気出力との間の関係がより安定しているため、仮想大気出力を基に、本来の大気出力を一層精確に算出することができる。
【００３０】
また、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、上記センサ素子が活性温度に到達してから充分な時間が経過した時点で得られる上記ガスセンサ安定時の大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことが好ましい（請求項１１）。
この場合には、精度の高い補正を行うことができ、大気出力の算出精度を向上させることができる。
【００３１】
また、上記補正は、複数の試験用の上記ガスセンサについて行った実験によって予め得られた上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことが好ましい（請求項１２）。
この場合には、上記補正を、より高い精度で行うことができ、大気出力の算出精度を一層向上させることができる。
【００３２】
また、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、内燃機関の排気系に上記ガスセンサを装着した状態で内燃機関を運転し、減速時の燃料カットの際に得られる大気相当のガスを検出したときの大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記減速時の大気出力との関係に基いて行うこともできる（請求項１３）。
この場合にも、精度の高い補正を行うことができ、大気出力の算出精度を向上させることができる。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
本発明の実施例にかかるガスセンサの特性評価方法につき、図１、図２を用いて説明する。
本例のガスセンサの特性評価方法は、図１に示すごとく、被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子２と、該センサ素子２を覆うと共に通気孔３１を設けた素子カバー３とを有するガスセンサ１の特性を評価する方法である。
【００３４】
そして、ガスセンサ１が大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、図２に示すごとく、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定する。素子カバー３の内部への大気の強制的な供給は、扇風機等の送風機４を用いて行う。
【００３５】
図１に示すごとく、ガスセンサ１は、上記センサ素子２を内側に保持する第１絶縁碍子１１１と、該第１絶縁碍子１１１を内側に保持し内燃機関に取付けるためのハウジング１２とを有する。そして、ハウジング１２の先端部に、上記素子カバー３が固定されている。素子カバー３は、内側カバー３０１と外側カバー３０２とからなる二重カバー構造となっている。そして、内側カバー３０１と外側カバー３０２とには、それぞれ通気孔３１が形成されている。
なお、素子カバー３は、必ずしも二重カバー構造となっている必要はなく、一重でも、三重以上であってもよい。
【００３６】
また、第１絶縁碍子１１１の基端側には、第２絶縁碍子１１２が配置されており、該第２絶縁碍子１１２の内側には、センサ素子２の基端部に設けられた電極端子に当接する金属端子１３が保持されている。そして、ハウジング１２の基端部には、第２絶縁碍子１１２を覆うように設けられた外周カバー１４が固定されている。
【００３７】
また、本例においては、上記センサ素子２は、いわゆる積層型のセンサ素子であって、ジルコニア等からなる板棒状の固体電解質体の一方の面と他方の面にそれぞれ設けた基準電極と測定電極によって構成されていると共に、固体電解質体を活性温度に加熱するためのセラミックヒータが積層されている。
なお、本発明は、積層型のセンサ素子に限らず、有低筒状の固体電解質体の内側面と外側面とにそれぞれ基準電極と測定電極とを設けることにより形成された、コップ型のセンサ素子を用いたガスセンサに適用することもできる。
【００３８】
また、本例のガスセンサ１は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体の両面にそれぞれ設けた一対の電極間（基準電極−測定電極間）に、所定の電圧を印加したとき、酸素濃度に応じて上記一対の電極間に流れる限界電流値を出力値として出力する限界電流式のガスセンサである。
【００３９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
上記ガスセンサの特性評価方法においては、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定する。そのため、測定時において、素子カバー３の内部における水分が蒸発して水蒸気が発生しても、素子カバー３の内部に大気が強制的に供給されるために、水蒸気は素子カバー３の外部へ押し出される。これにより、素子カバー３の内部、即ちセンサ素子２の周囲には、純粋な大気が供給されるため、精確な大気出力を測定することができる。
【００４０】
また、特性評価に当って、上記ガスセンサ１を特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサ１の特性評価を簡易に行うことができる。
【００４１】
また、素子カバー３の内部への大気の強制的な供給は、送風機４を用いて行うため、素子カバー３の内部へ大気を容易に充分に供給することができ、ガスセンサ１の大気出力を精確かつ簡易に求めることができる。
【００４２】
以上のごとく、本例によれば、大気出力を精確かつ簡易に求めることができるガスセンサの特性評価方法を提供することができる。
【００４３】
（実施例２）
本例は、図３に示すごとく、ガスセンサ１を大気中において運動させることにより、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、大気出力を測定する、ガスセンサの特性評価方法の例である。
すなわち、ガスセンサ１を大気中においてワイヤー４１にて吊り下げ、振り子のように揺動させる。これにより、通気孔３１を通って大気が素子カバー３の内部へ供給される。この状態を続けながら、大気出力を測定する。
その他は、実施例１と同様である。
【００４４】
本例の場合には、大気がガスセンサ１に対して相対的に移動することとなり、素子カバー３の内部へ大気を容易に供給することができるため、簡易にガスセンサ１の大気出力を精確に求めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
なお、ガスセンサ１の大気中における運動は、上記のような揺動のほかに、例えば、走行させたり、回転させたりすることによって行うこともできる。
【００４５】
（実施例３）
本例は、図４に示すごとく、ガスセンサ１を内燃機関の排気系に設置した状態で内燃機関をクランキングして、排気系に大気を送風することにより、素子カバー３の内部へ大気を強制的に供給しながら、大気出力を測定する、ガスセンサの特性評価方法の例である。
即ち、例えば、図４に示すごとく、車両用のエンジン５１に、エキゾーストマニホールド５２を介して接続された排気管５３に、ガスセンサ１を取付ける。そして、エンジン５１のクランキングを行うことにより、排気管５３内に大気を送風する。これにより、排気管５３内に配置されたガスセンサ１の素子カバー３の内部に、大気を強制的に供給する。この状態を続けながら、大気出力を測定する。
その他は、実施例１と同様である。
【００４６】
本例の場合にも、内燃機関を始動する必要がないので、簡易にガスセンサの大気出力を精確に求めることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００４７】
（実施例４）
本例は、図５に示すごとく、素子カバー３を外部から加熱した後に大気出力を測定する、ガスセンサの特性評価方法の例である。
即ち、素子カバー３の部分が加熱炉６１の内部に配されるように、ガスセンサ１を加熱炉６１に取付ける。そして、加熱炉６１によって素子カバー３を加熱した後、ガスセンサ１の大気出力を測定する。
【００４８】
上記の加熱は、素子カバー３の温度が４５℃以上となるように行い、素子カバー３の内部の水分が完全に蒸発するまで行う。
なお、素子カバー３の内部の水分が完全に蒸発したか否かは、例えば、ガスセンサ１の重量の変化によって確認することができる。また、予め種々の環境下におかれていた複数のガスセンサで、水分が完全に蒸発し出力が安定するまでの時間を測定しておき、その最大時間を水分が完全に蒸発するまでの時間として判断してもよい。
その他は、実施例１と同様である。
【００４９】
次に、本例の作用効果につき説明する。
本例のガスセンサの特性評価方法においては、素子カバー３を外部から加熱した後、大気出力を測定する。そのため、大気出力の測定前に、素子カバー３の内部に付着した水分を蒸発させておくことができる。これにより、大気出力の測定時において、センサ素子２を活性温度まで加熱する際、素子カバー３内に水蒸気が発生することを抑制することができる。
そのため、素子カバー３内、即ちセンサ素子２の周囲には、純粋な大気が供給され、精確な大気出力の測定を行うことができる。
【００５０】
また、特性評価に当って、ガスセンサ１を、特に内燃機関の排気系に取り付けて内燃機関を実際に運転する必要もない。そのため、ガスセンサ１の特性評価を簡易に行うことができる。
【００５１】
また、上記の加熱は、素子カバー３の温度が４５℃以上となるように行うため、素子カバー３の内部の水分を充分に短時間で除去することができる。それ故、早期に精確なガスセンサ１の大気出力を測定することができる。
また、素子カバー３の加熱は、素子カバー３の内部の水分が完全に蒸発するまで行うため、特に精確なガスセンサ１の大気出力を測定することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５２】
（実験例１）
本例は、図６、図７に示すごとく、高湿度環境下に置かれていたガスセンサによって、大気中の酸素濃度を検出したときの測定値の推移を確認した例である。
即ち、まず、ガスセンサを温度３５℃、湿度９５％の高温多湿の恒温槽に２０時間放置する。その後、、ガスセンサを恒温槽から取出し、すぐにガスセンサを排気管に装着する。このときの排気管の温度は２０℃である。次いで、ガスセンサのヒータを通電すると共に、測定を開始する。そして、測定をヒータ通電開始から１０分間続ける。なお、ヒータは、センサ素子が活性状態となるように制御し、センサ素子における電極間のインピーダンスが２８Ωで一定となるように制御する。
【００５３】
また、上記の測定後、更に、ガスセンサを室温、湿度約４０％の大気中で１時間放置した後、再度排気管に装着して、このガスセンサによって上記と同様に１０分間の大気測定を行った。
以上の測定を２つのガスセンサ（試料１、２）について行い、それぞれの結果を図６、図７に示す。試料１の結果を図６に、試料２の結果を図７に示す。
【００５４】
なお、本例において使用したガスセンサの素子カバーは、板厚０．５ｍｍのＳＵＳ３１０Ｓの金属板からなる。そして、図８に示すごとく、内側カバー３０１及び外側カバー３０２は、それぞれ底部に１個の通気孔３１を有すると共に、側部に６個の通気孔３１を有する。外側カバー３０２の側部の通気孔３１は、内側カバー３０１の側部の通気孔３１よりも先端側に形成されている。そして、内側カバー３０１及び外側カバー３０２の通気孔３１は、周上に等間隔（６０°刻み）にて配設されている。ここで、各通気孔３１は円形状であり、内側カバー３０１の底部の通気孔３１の直径は２ｍｍ、外側カバー３０２の底部の通気孔３１の直径は３ｍｍ、内側カバー３０１の側部の通気孔３１の直径は２．５ｍｍ、外側カバー３０２の側部の通気孔３１の直径は３ｍｍである。
【００５５】
また、図８に示すごとく、内側カバー３０１の内径Ｄ１は８ｍｍ、外側カバー３０２の外径Ｄ２は１２．３ｍｍである。
また、素子カバー３の軸方向長さＥ１は２１．８ｍｍ、内側カバー３０１の底部と外側カバー３０２の底部との間の隙間Ｅ２は０．５ｍｍである。
また、内側カバー３０１の側部の通気孔３１の中心と底部との間の距離Ｅ３は１６ｍｍ、外側カバー３０２の側部の通気孔３１の中心と底部との間の距離Ｅ４は４．５ｍｍである。
【００５６】
図６、図７において、曲線Ａが、恒温槽から取出した直後における大気出力の測定値であり、曲線Ｂが、１時間室温放置後における大気出力の測定値である。また、曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスの値を示す。
【００５７】
図６、図７に示すごとく、恒温槽から取出した直後における大気出力の測定値（曲線Ａ）については、測定開始から１０分（６００秒）近く経過した時点でようやく安定し、本来の大気出力となる。そして、安定に至るまでの間には、出力値が大幅に落ち込んでいる。
一方、１時間室温放置後における大気出力の測定値（曲線Ｂ）は、測定開始から約２００秒後の時点から安定している。また、安定に至るまでの間の出力値の落ち込みも比較的小さい。
【００５８】
このように、特に、多湿環境下に置かれたガスセンサの場合には、精確な大気出力を得るまでに、測定開始から時間がかかるし、誤差も大きい。
それ故、このようなガスセンサについて、大気出力を測定して特性評価を行う場合には、時間が大幅にかかってしまう。また、早期に大気出力を測定しようとすると、精確な大気出力が得られず、適切な特性評価を行うことが困難となる。
【００５９】
ただし、センサ素子が活性温度に達した直後、即ち、センサ素子のインピーダンスＺａｃが３０Ωまで下がった時点から所定時間経過した時点の測定値は、最終的な大気出力との誤差δが小さい。即ち、試料１については、６．６％、試料２については、８．４％である。
そこで、この時点における大気出力を仮想大気出力として測定し、これを適切に補正することにより、本来の大気出力を推定することができる。
【００６０】
また、補正については、試験用のガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、センサ素子が活性温度に到達してから充分な時間が経過した時点で得られるガスセンサ安定時の大気出力を測定することによって予め得られた、試験用のガスセンサにおける仮想大気出力と安定時の大気出力との関係に基いて得ることができる。
また、複数の試験用のガスセンサを用いて仮想大気出力と安定時の大気出力との関係を求めることにより、一層精度の高い補正を行うことができる。
【００６１】
次に、上記試料２についての結果（図７）を用いて、仮想大気出力の適切な測定時点の分析を行う。ガスセンサの活性後における所定時間経過後の時点の仮想大気出力と、ガスセンサが安定した時点における本来の大気出力とを比較したときの出力差（図７のδ）が、測定条件によって変化しない、或いは変化が殆どないことが、適切な仮想大気出力の測定時点の条件となる。
そこで、本例のように高湿度環境下に置かれていた試料２の大気出力の測定結果（曲線Ａ）を利用して、かかる試料２においても、活性直後における測定値の落ち込みの小さい区間が存在することに着目する。
【００６２】
図９は、この活性直後における大気出力の測定値の落ち込みの小さい区間を含む、ヒータ通電開始から２００秒までの間について、図７を拡大したものである。同図によれば、ガスセンサの活性点（インピーダンスＺａｃが３０Ωに下がった時点；図９の矢印ａ１の時点）において、大気出力の測定値は約２．１ｍＡと高い値を示している。この矢印ａ１の時点は、ヒータ通電開始から４０秒後の時点である。
【００６３】
その後、大気出力の測定値は、約２．２ｍＡのピーク（図９における矢印ａ２の時点）を迎える。この矢印ａ２の時点は、ヒータ通電開始から７０秒後の時点である。
その後、大気出力の測定値は、落ち込み始め、ピークから変化量が３％となる時点が、図９における矢印ａ３の時点であって、ヒータ通電開始から１１０秒後の時点である。
【００６４】
大気出力の測定値が３％程度のズレであれば、システム上許容できる範囲であるため、上記の矢印ａ１からａ３の時点まで、即ち、センサ素子が活性温度に達してからその後７０秒後までの間に、上記仮想大気出力を測定することにより、充分な精度の大気出力を求めることが可能となる。
即ち、得られる仮想大気出力が、本来の大気出力と充分に相関が取れる値となるため、仮想大気出力を補正することによって、精確な大気出力を求めることができる。
更に望ましくは、矢印ａ１からａ２の時点まで、即ち、センサ素子が活性温度に達してからその後３０秒後までの間に、仮想大気出力を測定することにより、更に安定した精確な大気出力を求めることが可能となる。
【００６５】
（実験例２）
本例は、図１０〜図１３に示すごとく、素子カバー３の内部に水を注入した状態で、ガスセンサ１の大気出力を測定した例である。
本例においては、２種類の水の付着パターンについて検証した。即ち試料３として、素子カバー３の内側カバー３０１内の底部に水Ｗを０．１ｍＬ注入したものを用意した。また、試料４として、第１絶縁碍子１１１の先端部におけるセンサ素子２の保持部に水Ｗを０．１ｍＬ注入したものを用意した。
【００６６】
そして、これらの試料を用いて、室温２０℃の環境下でヒータ通電しながら大気の測定をヒータ通電開始から１０分間行った。このとき得られた大気出力の測定値、及びセンサ素子のインピーダンスを、図１２、図１３に、それぞれ曲線Ａ、Ｃにて示す。図１２が試料３、図１３が試料４についての結果である。
図１２、図１３から分かるように、測定開始から、約２５０秒程度が経過するまでは、極端に大気出力の測定値（曲線Ａ）が低下する。
【００６７】
また、センサ素子の活性点から７０秒後までの時点における測定値についても、本来の大気出力から大幅に低下していると共に、相関性も全くない。
それ故、本例のように、素子カバー内に水滴が浸入した場合などには、センサ素子の活性点から７０秒後までの時点における測定値を補正して、本来の大気出力を求めることも困難である。
従って、本例のような状態に置かれたガスセンサについても適切な特性評価を行うことができるようにするには、上述した実施例１〜４の方法を用いる必要が特にある。
【００６８】
（実験例３）
本例は、図１４、図１５に示すごとく、上記実施例１において示したガスセンサの特性評価方法を用いて大気出力を測定した例である。
本例においては、２個のガスセンサ（試料５、６）を用いて、以下の異なる２種類の試験パターンにて試験を行った。
【００６９】
第１の試験パターンとしては、まず、大気中において、ガスセンサ（試料５）に対して特に大気を送風することなく、ガスセンサによる大気出力の測定を行った。測定にあたっては、ガスセンサのヒータを通電してセンサ素子を活性温度まで加熱し、センサ素子のインピーダンスを２８Ωに一定制御して、１０分間行った。
【００７０】
次いで、このガスセンサ（試料５）を、１時間、大気中で冷却後、送風機によってガスセンサに側方から送風し、大気を素子カバーの内部に強制的に供給しながら、上記と同様に大気出力の測定を行った。
なお、送風機４によるガスセンサ１への送風は、送風機４とガスセンサ１との間の距離を１５０ｍｍ、風速を２ｍ／秒として行った。
【００７１】
また、第２の試験パターンとしては、まず、大気中において、ガスセンサ（試料６）に対して側方から送風機によって送風し、大気を素子カバーの内部に強制的に供給しながら、上記と同様に大気出力の測定を行った。送風の条件は、上記試料５の場合と同様である。
次いで、このガスセンサ（試料６）を、１時間、大気中で冷却後、ガスセンサ（試料６）に対して特に大気を送風することなく、ガスセンサによる大気出力の測定を行った。
【００７２】
試験結果を、図１４、図１５に示す。これらの図において、破線の曲線Ａが送風なしの状態で測定したガスセンサの大気出力を示し、実線の曲線Ｂが送風しながら測定したガスセンサの大気出力を示す。また、一点鎖線の曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスを示す。そして、図１４が試料５、図１５が試料６についての結果を示す。
【００７３】
図から分かるように、試料５、試料６のいずれについても、曲線Ｂ（送風あり）は、センサ素子の活性直後から、本来の大気出力に近い値まで上昇している。
一方、曲線Ａ（送風なし）は、活性直後の時点においては、本来の大気出力よりも低い値で推移し、その後、本来の大気出力と同等の値を維持している。特に、図１４に示す試料５において、この傾向が明確に見られる。
ただし、試料６については、活性直後の時点においても、曲線Ａは、本来の大気出力に近い値となっている。これは、「送風あり」の状態で測定した後の試料６に対して「送風なし」の状態で測定したため、測定開始時点から素子カバー内における水分量が比較的少なくなっていたためであると考えられる。
【００７４】
しかしながら、活性直後の時点において本来の大気出力を精確に得るためには、「送風なし」の状態で測定する方法（曲線Ａ）では、不充分であり、「送風あり」の状態で測定する方法（曲線Ｂ）によれば、活性直後の時点において本来の大気出力を精確に得ることができる。即ち、送風ありの状態で測定することにより、短時間で精確な大気出力を測定することができる。
【００７５】
（実験例４）
本例は、図１６、図１７に示すごとく、上記実施例２において示したガスセンサの評価方法を用いて、大気出力を測定した場合の効果を確認した例である。
即ち、まず、外部からの加熱を施していない通常の状態のガスセンサを用いて、上記実験例３と同様の方法で大気出力を測定した。
次いで、このガスセンサを２４時間室温にて放置した後、ガスセンサの素子カバーの部分を加熱炉に配置して（図５参照）、素子カバーを３００℃にて１時間加熱した。その後、ガスセンサを加熱炉より取出し、大気出力を測定した。大気出力の測定方法は、上述した実験例１〜３に示した方法に準ずる。
【００７６】
これらの測定結果を図１６に示す。
同図において、破線の曲線Ａが通常状態のガスセンサの大気出力の測定値を表し、実線の曲線Ｂが加熱処理後のガスセンサの大気出力の測定値を表す。また、一点鎖線の曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスを示す。
【００７７】
図１６から分かるように、加熱処理なしのガスセンサの大気出力の測定値（曲線Ａ）は、活性直後の時点においては、本来の大気出力よりも低い値で推移している。これに対し、３００℃にて加熱したガスセンサの大気出力の測定値（曲線Ｂ）は、活性直後から、本来の大気出力と同等の値となっている。
【００７８】
また、測定前の加熱温度をそれぞれ１００℃、２００℃、３００℃としたときの効果の差異についても確認した。即ち、各温度条件で試料を加熱した後に、ガスセンサのヒータ通電開始後６１〜６７秒後における大気出力の測定値の平均値を求めた。また、比較のために、加熱を行わずに、ガスセンサのヒータ通電開始後６１〜６７秒後（活性後２１〜２７秒後）における大気出力の測定値の平均値を求めた。
そして、この試験を２つのガスセンサについて行った。
【００７９】
測定結果を、図１７に示す。
同図に示すごとく、加熱を行わなかったときの大気出力の測定値に対して、１００℃、２００℃、３００℃の何れの温度で加熱したときの大気出力の測定値も高い値となった。そして、１００℃、２００℃の何れの温度で加熱した場合でも、３００℃の温度で加熱した場合と同等の測定値を得ることができた。これは、２つの試料の何れについても同様であった。
この結果から、少なくとも１００℃以上の温度で加熱処理することにより、ガスセンサのヒータ通電開始後６１〜６７秒後（活性後２１〜２７秒後）の時点において大気出力を測定しても、充分に本来の大気出力を得ることができることが分かる。
【００８０】
（実験例５）
本例は、図１８〜図２１に示すごとく、大気出力の測定前における加熱温度を、上記実施例４よりも低くした場合の効果について確認した例である。
即ち、大気出力の測定前に、ガスセンサを、それぞれ、２５℃、３５℃、４５℃の恒温槽に１時間放置した後、ガスセンサのヒータ通電を開始して、大気出力の測定を行った。ここで、測定順序としては、まず、恒温槽の温度を３５℃とした試験、次いで、２５℃、最後に４５℃とした試験を行った。各試験の間には、各１時間の室温での冷却期間を置いた。
【００８１】
これらの測定結果を図１８〜図２１に示す。
各図において、曲線Ａが２５℃放置後の大気出力の測定値を表し、曲線Ｂが３５℃放置後の大気出力の測定値を表し、曲線Ｄが４５℃放置後の大気出力の測定値を表す。また、一点鎖線の曲線Ｃは、センサ素子のインピーダンスを示す。
【００８２】
また、本例の試験は、本来の大気出力が比較的低い（規格値の下限に近い）ガスセンサと、一般的な大気出力特性を有するガスセンサとの双方を用いて行った。
図１８が、本来の大気出力の低い試料７についての結果であり、図２０は、図１８における活性点付近の大気出力の詳細を表すものである。また、図１９が、一般的な本来の大気出力を有する試料７についての結果であり、図２１は、図１９における活性点付近の大気出力の詳細を表すものである。
【００８３】
試料７、８のいずれについても、２５℃、３５℃放置後の測定値（曲線Ａ、Ｂ）は、ヒータ通電開始から約１００秒までの間の大気出力の測定値が、本来の大気出力に対して落ち込みがあるが、４５℃にて加熱した後の測定値（曲線Ｄ）については、活性直後から、本来の大気出力に近い値に達している。
この結果から、大気出力の測定前における素子カバーの加熱温度を４５℃以上とすることにより、活性直後の時点において精確な大気出力を得ることができることが分かる。
【００８４】
（実験例６）
本例は、図２２に示すごとく、種々の環境下に置かれていた複数のガスセンサによって、大気出力の測定を行った。そして、各ガスセンサについて、ガスセンサのヒータ通電開始から６１〜６７秒後の大気出力の測定値と、５９５〜６００秒後の大気出力の測定値との間の関係を調べた。
その結果を、図２２に示す。
【００８５】
同図においては、横軸に６１〜６７秒後の測定値をとり、縦軸に５９５〜６００秒後の測定値をとった。
そして、下記に示す試料及び測定条件によって得られた測定値を、それぞれの記号にて図２２にプロットしてある。
【００８６】
プロット「●」は、大気出力が規格値の下限付近となるガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「○」は、大気出力が規格内における任意の値となるガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「◆」は、温度９０℃、湿度９５％の環境下に１７時間放置したガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「◇」は、温度９０℃、湿度９５％の環境下に１時間放置したガスセンサを排気管に装着しない状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「×」は、ガスセンサを室温環境において排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「＋」は、ガスセンサを温度０℃の環境において排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「＊」は、ガスセンサを温度３５℃の環境において排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
プロット「★」は、温度３５℃、湿度９５％の環境下に２０時間放置したガスセンサを排気管に装着した状態で大気出力の測定を行ったものである。
【００８７】
図２２に示すごとく、各プロットは、おおよそ一つの直線Ｍに沿って分布している。そして、この直線Ｍは、上記の全てのプロットを基に、最小２乗法で１次近似することによって導かれる「ｙ＝０．８７３８ｘ＋０．４１５５」という関係を有している。ここで、ｘはヒータ通電開始から６１〜６７秒後の大気出力の測定値であり、ｙはヒータ通電開始から５９５〜６００秒後の大気出力の測定値である。また、データの信頼性を示す寄与率Ｒ2は、０．８８８６である。
従って、上記の関係式を用いることにより、ヒータ通電開始から６１〜６７秒後に測定した仮想大気出力を、５９５〜６００秒後の大気出力の測定値、即ち本来の大気出力に近い値に変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実施例１における、ガスセンサの縦断面図。
【図２】実施例１における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図３】実施例２における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図４】実施例３における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図５】実施例４における、ガスセンサの特性評価方法の説明図。
【図６】実験例１における、試料１についての測定結果を示す線図。
【図７】実験例１における、試料２についての測定結果を示す線図。
【図８】実験例１における、試料１、２の素子カバーの断面図。
【図９】実験例１における、活性点付近の図７の詳細を示す線図。
【図１０】実験例２における、試料３についての水の注入位置を示す説明図。
【図１１】実験例２における、試料４についての水の注入位置を示す説明図。
【図１２】実験例２における、試料３についての測定結果を示す線図。
【図１３】実験例２における、試料４についての測定結果を示す線図。
【図１４】実験例３における、試料５についての測定結果を示す線図。
【図１５】実験例３における、試料６についての測定結果を示す線図。
【図１６】実験例４における、３００℃加熱した後の大気出力の測定結果を示す線図。
【図１７】実験例４における、測定前の加熱温度による大気出力の測定値の違いを示す線図。
【図１８】実験例５における、試料７についての測定結果を示す線図。
【図１９】実験例５における、試料８についての測定結果を示す線図。
【図２０】実験例５における、活性点付近の図１８の詳細を示す線図。
【図２１】実験例５における、活性点付近の図１９の詳細を示す線図。
【図２２】実験例６における、仮想大気出力と安定時の大気出力との関係を示す線図。
【符号の説明】
【００８９】
１ ガスセンサ
２ センサ素子
３ 素子カバー
３１ 通気孔
４ 送風機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーの内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項２】
請求項１において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、送風機を用いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項３】
請求項１において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを大気中において運動させることにより行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項４】
請求項１において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを内燃機関の排気系に設置した状態で上記内燃機関をクランキングして、上記排気系に大気を送風することにより行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項５】
被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーを外部から加熱した後、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項６】
請求項５において、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの温度が４５℃以上となるまで行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの内部の水分が完全に蒸発するまで行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項８】
被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
大気を供給された上記センサ素子が活性温度に到達してから所定時間経過した時点において上記ガスセンサが出力した出力値を仮想大気出力として測定し、
該仮想大気出力を基に本来の上記大気出力を算出することを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項９】
請求項８において、上記所定時間は、７０秒以内であることを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１０】
請求項９において、上記所定時間は、３０秒以内であることを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項において、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、上記センサ素子が活性温度に到達してから充分な時間が経過した時点で得られる上記ガスセンサ安定時の大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１２】
請求項１１において、上記補正は、複数の試験用の上記ガスセンサについて行った実験によって予め得られた上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１３】
請求項８〜１０のいずれか一項において、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、内燃機関の排気系に上記ガスセンサを装着した状態で内燃機関を運転し、減速時の燃料カットの際に得られる大気相当のガスを検出したときの大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記減速時の大気出力との関係に基いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１】
被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーの内部へ大気を強制的に供給しながら、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項２】
請求項１において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、送風機を用いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項３】
請求項１において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを大気中において運動させることにより行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項４】
請求項１において、上記素子カバーの内部への大気の強制的な供給は、上記ガスセンサを内燃機関の排気系に設置した状態で上記内燃機関をクランキングして、上記排気系に大気を送風することにより行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項５】
被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
上記素子カバーを外部から加熱した後、上記大気出力を測定することを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項６】
請求項５において、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの温度が４５℃以上となるまで行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項７】
請求項５又は６において、上記素子カバーの加熱は、上記素子カバーの内部の水分が完全に蒸発するまで行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項８】
被測定ガス中の酸素濃度を検出するセンサ素子と、該センサ素子を覆うと共に通気孔を設けた素子カバーとを有するガスセンサの特性を評価する方法であって、
上記ガスセンサが大気中の酸素濃度を検出したときに出力する大気出力を求めるに当って、
大気を供給された上記センサ素子が活性温度に到達してから所定時間経過した時点において上記ガスセンサが出力した出力値を仮想大気出力として測定し、
該仮想大気出力を基に本来の上記大気出力を算出することを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項９】
請求項８において、上記所定時間は、７０秒以内であることを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１０】
請求項９において、上記所定時間は、３０秒以内であることを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項において、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、上記センサ素子が活性温度に到達してから充分な時間が経過した時点で得られる上記ガスセンサ安定時の大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１２】
請求項１１において、上記補正は、複数の試験用の上記ガスセンサについて行った実験によって予め得られた上記仮想大気出力と上記安定時の大気出力との関係に基いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【請求項１３】
請求項８〜１０のいずれか一項において、上記大気出力の算出は、上記仮想大気出力に補正を施すことによって行い、該補正は、試験用の上記ガスセンサについて、上記仮想大気出力を測定すると共に、内燃機関の排気系に上記ガスセンサを装着した状態で内燃機関を運転し、減速時の燃料カットの際に得られる大気相当のガスを検出したときの大気出力を測定することによって予め得られた、上記試験用のガスセンサにおける上記仮想大気出力と上記減速時の大気出力との関係に基いて行うことを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２００８−２０３０１８（Ｐ２００８−２０３０１８Ａ）
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３７４８９（Ｐ２００７−３７４８９）
【出願日】平成１９年２月１９日（２００７．２．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月４日（２００８．９．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月１９日（２００７．２．１９）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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