(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定ガス中に載置され、少なくとも、特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質材料からなる固体電解質体と、該固体電解質体の対向する表面に設けた所定の面積を有する一対の電極とを具備し、該一対の電極間のインピーダンス変化を測定して被測定ガスに含まれる水滴の付着を検出する被水検出素子であって、
通電により発熱し、上記固体電解質体の上記一対の電極が形成された部分を加熱する発熱体を有すると共に、
電気絶縁性と熱伝導性とを有する絶縁性セラミック材料からなる緻密な絶縁体によって、上記一対の電極の内、少なくとも、被測定ガスに対向する側の電極の表面を覆い、該電極と被測定ガス、及び、被測定ガス中に含まれる水滴との接触を回避せしめて、
上記緻密な絶縁体によって覆われた素子表面に水滴が付着したときの吸熱による急激なインピーダンス変化から被水の有無を検出することを特徴とする被水検出素子。
【請求項２】
上記固体電解質体を略平板状に形成し、
該固体電解質体の被測定ガス中に載置される部分の表面に該固体電解質体の外周縁から所定の絶縁距離だけ内側に引き込ませて所定の面積を確保した上記一対の電極の一方を形成し、
上記固体電解質体の対向する表面に上記一方の電極と略等しい面積を確保した他方の電極を形成し、
上記一方の電極が形成された側の上記固体電解質体の表面を上記絶縁性セラミック材料からなり略平板状に形成した上記絶縁体で覆うと共に、
上記他方の電極が形成された側に積層して、略平板状に形成した絶縁体の内部に埋設した上記発熱体を配設せしめた請求項１に記載の被水検出素子。
【請求項３】
上記固体電解質体を略筒状に形成し、
該固体電解質体の外周表面に上記一対の電極の一方を形成し、
上記固体電解質体の内周表面に他方の電極を形成し、
上記固体電解質体の内側に略軸状に形成した絶縁体の内部に埋設した上記発熱体を配設し、
上記固体電解質体の外周表面に形成した電極の外表面を全面的に覆うように上記絶縁体を配設せしめた請求項１に記載の被水検出素子。
【請求項４】
被測定ガス中に含まれる水滴が検出素子に付着したか否かを検出する被水検出センサであって、
検出請求項１ないし３のいずれかに記載の被水検出素子と、
上記発熱体への通電を制御する発熱体通電制御装置と、
上記一対の電極間に交流を印加する交流電源と、
上記一対の電極間に形成されるインピーダンスの変化を計測するインピーダンス計測手段と、
該インピーダンス計測手段の出力と所定の閾値と比較して被水の有無を判定する被水判定手段とを具備する被水検出センサ。
【請求項５】
上記被水判定手段が、上記発熱体への通電により上記被水検出素子を所定の温度に維持した状態で上記一対の電極間に、所定の周波数の交流電流を印加したときに検出される単位時間当たりのインピーダンス変化量が所定の変化量閾値を超え、
かつ、
最大値に達した後、所定のインピーダンス閾値より小さくなる迄の時間が所定の復帰時間閾値より短い場合に、
被水と判定する請求項４に記載の被水検出センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定ガス中に載置され、被測定ガス中に含まれる水滴を検出する被水検出素子及び被水検出センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
酸素イオンに対して伝導性を有するイットリア添加ジルコニアや、プロトンに対して伝導性を有する酸化ストロンチウム添加セリア等の特定イオンに対して伝導性を有する固体電解質材料を略平板状、又は、有底筒状に形成した固体電解質体と、その固体電解質体の対向する表面に設けた一対の電極とを具備し、一方を被測定ガスに対向せしめて測定電極とし、他方を基準ガスとして大気に対向せしめて基準電極として、被測定ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度と基準ガス中に含まれる特定ガス成分の濃度との差によって生じる両電極間の起電力や、両電極間に電圧を印加したときに流れる電流等を検出して被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサ素子を具備するガスセンサが広く用いられ、例えば、自動車エンジンの燃焼排気を被測定ガスとして、被測定ガス中の酸素濃度を検出して、空燃比制御に利用したり、ＮＯｘや煤等の排気エミッションの低減等に利用したりしている。
このようなガスセンサでは、通電により発熱する発熱体を具備し、固体電解質体を加熱することにより特定のイオンに対して活性化を発揮させている。
【０００３】
ところが、内燃機関の燃焼排気を被測定ガスとした場合等においては、被測定ガス中に水分が存在しており、低温始動時等において、その水分が凝縮して水滴となったり、氷となったりして、発熱体によって高温に加熱されたガスセンサ素子に付着すると、その温度差が大きいため、ガスセンサ素子に大きな熱ストレスがかかり、ガスセンサ素子に亀裂を生じたり、破壊に至ったりする、いわゆる被水割れを起こす虞がある。      
このため、このようなガスセンサ素子の被水割れを防止する手段について種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、被測定ガス中の特定ガス成分の濃度を検出する濃度検出素子の被測定ガスに晒される部分を包囲する有底円筒状のカバー体を同心円状に配した二重筒構造とし、カバー体の所定の位置に特定の方向に向かって開口する開口部を設けて、カバー体内に導入される被測定ガスの流れを制御して、濃度検出素子が被水しないようにすることによって、ガスセンサ素子の被水割れの防止を図る技術が開示されている。  
【０００５】
特許文献２には、ガスセンサ素子の被測定ガスに晒される表面に、水との接触角が異なる親水性耐熱粒子層と疎水性耐熱粒子層とからなる多孔質保護層を設けて、水滴が素子に付着した場合に、速やかに多孔質保護層内を拡散させて被水時の熱ストレスを発散させたりして、ガスセンサ素子が被水したときでも、被水割れが起こり難くなるようにしている。
【０００６】
特許文献３には、基板上に電気抵抗を計測するための抵抗検出構造体と温度測定手段とを設けて、被測定ガス中の湿度を測定する湿度検出装置が開示されており、特許文献３の湿度検出装置では、抵抗検出構造体として設けた電極対を覆う煤層の粒界に水が含浸して抵抗値が低下することとを利用して被測定ガス中の湿度を検出する手段が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、ガスセンサ素子の表面に被水確認用粉末を付着させ、被測定ガスの流通路に配置し、ガスセンサ素子の表面おいて被水確認用粉末が除去された部分を観察することにより被水の仕方を確認する被水確認試験方法が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献３にあるような従来の湿度センサでは、被測定ガス中に含まれる煤が抵抗検出構造体に堆積して変化する抵抗値と、被水によって変化する抵抗値とが重畳的に検出されるため、センサ出力結果の変化が、被測定ガス中の煤量の変化によるものなのか、被水によるものなのかを明確に区別して検出するのが困難となる虞がある。
また、被測定ガス中に含まれる被毒成分の堆積や被水によって煤層や電極対等の抵抗検出構造体の劣化を招き、検出結果が不安定となる虞もある。
一方、特許文献４にあるように、被水検出のための粉末を塗布して被水を検出する方法は、比較的安価に行うことができるが、測定の度に検出素子を取り出し、被水の有無を確認し、被水検出用粉末を毎回付着させる必要があり、手間がかかる。
さらに、このような方法は、カバー体の被水保護性能についての評価試験や、多孔質保護層の撥水性能についての評価試験等を行う際には、簡単に被水位置を確認でき、それなりの効果が期待できるものの、内燃機関の燃焼排気流路にセンサを載置したまま、刻々と変化する被測定ガス中に含まれる水滴が付着した瞬間に検出したり、ＯＢＤ（オンボードダイアグノーシス）に利用したりすることはできない。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、使用する環境や運転条件等の使用状況に応じて、温度や流速等が刻々と変化する被測定ガス中に存在する虞のある水滴を、その場で同時に、精度良く、しかも定量的に検出することが可能な、水滴検出素子とこれを用いた水滴検出センサ及び水滴検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明では、被測定ガス中に載置され、少なくとも、特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質材料からなる固体電解質体と、該固体電解質体の対向する表面に設けた所定の面積を有する一対の電極とを具備し、該一対の電極間のインピーダンス変化を測定して被測定ガスに含まれる水滴の付着を検出する被水検出素子であって、通電により発熱し、上記固体電解質体の上記一対の電極が形成された部分を加熱する発熱体を有すると共に、電気絶縁性と熱伝導性とを有する絶縁性セラミック材料からなる緻密な絶縁体によって、上記一対の電極の内、少なくとも、被測定ガスに対向する側の電極の表面を覆い、該電極と被測定ガス、及び、被測定ガス中に含まれる水滴との接触を回避せしめて、上記緻密な絶縁体によって覆われた素子表面に水滴が付着したときの吸熱による急激なインピーダンス変化から被水の有無を検出することを特徴とする。
【００１１】
請求項２の発明では、上記固体電解質体を略平板状に形成し、該固体電解質体の被測定ガス中に載置される部分の表面に該固体電解質体の外周縁から所定の絶縁距離だけ内側に引き込ませて所定の面積を確保した上記一対の電極の一方を形成し、上記固体電解質体の対向する表面に上記一方の電極と略等しい面積を確保した他方の電極を形成し、上記一方の電極が形成された側の上記固体電解質体の表面を上記絶縁性セラミック材料からなり略平板状に形成した上記絶縁体で覆うと共に、上記他方の電極が形成された側に積層して、略平板状に形成した絶縁体の内部に埋設した上記発熱体を配設せしめる。
【００１２】
請求項３の発明では、上記固体電解質体を略筒状に形成し、該固体電解質体の外周表面に上記一対の電極の一方を形成し、上記固体電解質体の内周表面に他方の電極を形成し、上記固体電解質体の内側に略軸状に形成した絶縁体の内部に埋設した上記発熱体を配設し、上記固体電解質体の外周表面に形成した電極の外表面を全面的に覆うように上記絶縁体を配設する。
【００１３】
請求項４の発明では、被測定ガス中に含まれる水滴が検出素子に付着したか否かを検出する被水検出センサであって、検出請求項１ないし３のいずれかに記載の被水検出素子と、上記発熱体への通電を制御する発熱体通電制御装置と、上記一対の電極間に交流を印加する交流電源と、上記一対の電極間に形成されるインピーダンスの変化を計測するインピーダンス計測手段と、該インピーダンス計測手段の出力と所定の閾値と比較して被水の有無を判定する被水判定手段とを具備する。
【００１４】
より具体的には、請求項５の発明のように、上記被水判定手段が、上記発熱体への通電により上記被水検出素子を所定の温度に維持した状態で上記一対の電極間に、所定の周波数の交流電流を印加したときに検出される単位時間当たりのインピーダンス変化量が所定の変化量閾値を超え、かつ、最大値に達した後、所定のインピーダンス閾値より小さくなる迄の時間が所定の復帰時間閾値より短い場合に、被水と判定する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明によれば、上記被水検出素子の被測定ガス中に晒される部分に被測定ガス中に含まれる水分が水滴となって付着したときに検出される素子のインピーダンス変化と被測定ガスの温度変化や流速変化によって検出される素子のインピーダンス変化との違いによって被水の有無を検出する際に、上記一対の電極の内、被測定ガスに対向する側に設けられた電極と被測定ガスとの接触が上記絶縁体によって遮断されているので、被測定ガス中の成分によって電極が腐食したり、電気化学的な反応を起こして劣化したりする虞がなく、安定した出力を維持できる。
加えて、被水した瞬間に被水量に応じたインピーダンス変化を定量的に検出できる。
したがって、被測定ガス中の特定成分を有するガスセンサの被水割れを回避するための温度制御方法や、カバー体の構造などについて定量的な評価を極めて簡単に行うことができ、耐被水性を向上したガスセンサの開発に役立てることができる。
さらに、電気信号によって、被水の有無をその場で検出できるので、検出結果をガスセンサや温度センサ等、他のセンサの制御にフィードバックすることができ、検出精度の向上を図ったり、被水し易い状況下で、他のセンサへの通電を停止し、被水割れの回避を図ったりすることも可能となる。
【００１６】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、上記一対の電極と上記発熱体との全てが、被測定ガスの接触から免れるため、被測定ガス中に含まれる成分との電気化学的な反応や熱化学的な反応を起こす虞がなく、極めて耐久性に優れた被水検出素子が実現できる。
さらに、本発明の被水検出素子は、少なくとも。略平板状に形成した固体電解質体の両面に一対の検出電極を設けた検出部と、発熱体を含むヒータ部とを積層した、いわゆる積層型ガスセンサ素子の被水モデルとして利用でき、より耐被水性に優れた積層型ガスセンサ素子の開発を図ることができる。
【００１７】
請求項３の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、上記一対の電極と上記発熱体との全てが、被測定ガスの接触から免れるため、被測定ガス中に含まれる成分との電気化学的な反応や熱化学的な反応を起こす虞がなく、極めて耐久性に優れた被水検出素子が実現できる。
さらに、本発明の被水検出素子は、固体電解質体を略底筒状に形成し、その内周面と外周面とに互いに対向する一対の電極を設けた、いわゆるコップ型ガスセンサ素子の被水モデルとして利用でき、より耐被水性に優れたコップ型ガスセンサ素子の開発を図ることができる。
【００１８】
請求項４、及び５の発明によれば、耐久性に優れ、しかも、被水と同時に被水の有無を定量的に検出可能で、その出力結果を電気信号として取り出し利用することが可能な優れた被水検出センサを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態における被水検出素子の概要を示し、（a）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図及びセンサ全体の構成図。
【図２】図１に示した被水検出素子を有する被水検出センサの概要を示し、（a）は、縦断面図、（ｂ）は、要部拡大断面図。
【図３】本発明の被水検出素子の効果を説明するための図であって、（a）は、検出素子の温度条件を示し、（ｂ）は、そのときに検出されるインピーダンス応答を示し、（ｃ）は、本発明の被水検出素子のインピーダンス特性の一例を示し、（ｄ）は、本発明の被水検出素子の等価回路図。
【図４】（ａ）は、被水検出時の出力特性図、（ｂ）は、被水と同程度のインピーダンス変動が起こるように被測定ガスを吹きかけたときの出力特性図。
【図５】本発明の被水検出条件の最適化のために行った試験結果を示し、（ａ）は、６００℃における被水検出特性、（ｂ）は、６５０℃における被水検出特性、（ｃ）は、７３０℃における被水検出特性、（ｄ）は、８００℃における被水検出特性、(ｅ)は、８５０℃における被水検出特性。
【図６】本発明の被水検出素子に適用し得る制御方法を示し、（ａ）は、インピーダンス閾値の設定方法を示すフローチャート、（ｂ）は、被水判定方法を示すフローチャート。
【図７】本発明の第１の実施形態における被水検出素子の変形例を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図、（ｃ）は、全体斜視図。
【図８】本発明の第２の実施形態における被水検出素子を示し、（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、要部断面図、（ｃ）は、全体斜視図。
【図９】本発明の第２の実施形態における被水検出素子変形例を用いた被水検出センサの概要を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１、図２を参照して本発明の第１の被水検出素子１０及びこれを有する被水検出センサ１の概要について説明する。なお、以下の説明において、素子の長手方向に対して被測定ガス晒される側を先端側、後述する検出回路部２０及び発熱体通電制御部３０に接続される側を基端側と称する。
本発明の被水検出素子１０は、例えば、内燃機関の燃焼排気を被測定ガスとして、被測定ガス中に含まれる水分が凝縮し、ガスセンサや温度センサ等に付着して、熱衝撃によりセンサの破損を引き起こす、いわゆる被水割れの防止を図るべく、被水割れを引き起こす被測定ガス中の水滴の存在をインピーダンス  ＺＡＣの測定によって検出するものである。
本発明の被水検出素子１０によってオンタイムで、しかも定量的に水滴の検出が可能となり、被水割れを引き起こす蓋然性の高い時期に、ガスセンサ等への通電を停止して被水割れの防止を図ったり、より耐被水性の高いガスセンサ素子の保護層やカバー体の開発を図るべく、被水の起こり易い条件を特定したりすることが可能となる。
【００２１】
本実施形態における被水検出素子１０は、いわゆる積層型ガスセンサの被水モデルとしても利用可能な形状に形成されており、図１（ａ）に示すように、固体電解質体１００を所定の膜厚ｄを有する略平板状に形成し、固体電解質体１００の被測定ガス中に載置される部分の表面に固体電解質体１００の外周縁から所定の絶縁距離Ｗだけ内側に引き込ませて所定の面積Ｓを確保した一対の被水検出電極１１０、１２０の一方の被水検出電極１１０を形成し、固体電解質体１００の対向する表面に一方の被水検出電極１１０と等しい面積Ｓを確保した他方の被水検出電極１２０を形成し、一方の被水検出電極１１０が形成された側の固体電解質体１００の表面を絶縁性セラミック材料からなり略平板状に形成した絶縁体１３０で覆うと共に、他方の電極１２０が形成された側に積層して、略平板状に形成した絶縁体１４０、１６０の内部に埋設した発熱体１５０を配設せしめてある。
さらに、一対の被水検出電極１１０、１２０には、それぞれ、被水検出電極リード部１１１、１２１が接続され、被水検出電極リード部１１１、１２１には、それぞれ、被水検出電極端子部１１２、１２３が接続され、さらに、一対の接続金具１１３、１２４及び一対の信号線１１４、１２５を介して外部に設けた検出回路２０と接続されている。
なお、被水検出電極リード部１２１と被水検出電極端子部１２３とは、固体電解質体１００に穿設したスルーホール１０１内を設けたビア導体１２２を介して接続されている。
検出回路２０は、図１（ｂ）に示すように、ガスセンサ素子１０の被水検出電極１１０、１２０間に交流を印加する交流電源２００と、被水検出電極１１０、１２０間のインピーダンスＺＡＣを計測するインピーダンス計測手段２０１と、インピーダンス計測手段２０１の検出結果から、被水の有無を判定する被水判定手段２０２とによって構成されている。具体的な被水検出方法については後述する。
【００２２】
発熱体１５０は、一対の発熱体リード部１５１、１５２、及び、一対の発熱体端子部１５３、１５４が接続され、さらに、外部に設けた発熱体通電制御装置３０と、発熱体通電端子金具１５５、１５６発熱体通電線１５７、１５８を介して接続されている。
発熱体通電制御装置３０は、図１（ｂ）に示すように、直流電源３００と、発熱体１５０への通電を開閉する開閉素子３０１と、開閉素子３０１を開閉制御するドライバ３０２とによって構成されている。
開閉素子３０１には、パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等の半導体素子を用いることができる。
【００２３】
ドライバ３０２は、発熱体１５０を一定温度に保持すべく、例えば、ＰＷＭ制御やＰＦＭ制御等によって開閉素子３０１を開閉駆動する。
発熱体１５０は、発熱体通電制御装置３０からの通電により一定温度に発熱し、被水検出素子１０を一定温度に維持し、検出条件を安定化することができる。
また、本発明の被水検出素子１０は、熱伝導率が高く緻密な絶縁体１３０、１６０によって覆われた素子表面に水滴が付着したときの吸熱による急激なインピーダンス変化を検出して被水の有無を検出するものであるため、基本的に素子表面に被測定ガス中に含まれる煤等の可燃性物質が堆積しても検出結果に与える影響が少ない。
しかし、長期の使用によって堆積量が増えると、絶縁体１３０、１６０の熱伝導率の均一性が損なわれ、検出結果への影響が無視できなくなる虞がある。  そこで、発熱体１５０の温度を高くして、被水検出素子１０の表面に堆積した煤等の被測定ガス中に存在する可燃物質を加熱燃焼除去することによって、被水検出素子１０の信頼性を長期に亘って維持することもできる。
【００２４】
固体電解質体１００は、イットリアを添加して部分安定化ジルコニアを用いて、ドクターブレード法等の公知の方法により、一定の膜厚ｄを有する略平板状に形成されている。
被水検出電極１１０、１２０は、Ｐｔ等の公知の電極材料が用いられ、固体電解質体１００の両面に厚膜印刷等の公知の方法によって形成されている。
このとき、被水検出電極１１０、１２０は、被水検出範囲をできるだけ広くするため、固体電解質体１００の被測定ガス中に載置される部分のできるだけ広い範囲を覆いつつ、固体電解質体１００の外周縁から一定の絶縁距離Ｗを確保するように、固体電解質体１００の幅よりも一回り狭く形成されている。
被水検出電極１１０、１２０の面積をＳ、固体電解質体１００の膜厚をｄ、誘電率をεとしたとき、被水検出電極１１０、１２０間に形成される静電容量Ｃは、ε・Ｓ／ｄとなる。
なお、本実施形態においては、酸素センサ等のいわゆる積層型ガスセンサの被水モデルとして用いることを前提に、被水検出電極１１０、１２０を固体電解質材料からなる固体電解質体１００に形成して被水検出素子を形成した例を示したが、数百〜１０００℃程度の高温環境下での使用に対して耐久性があり、しかも、僅かな温度変化で、電気信号として計測可能なレベルのインピーダンス変化を起こす材料であれば、固体電解質材料に限らず、誘電材料や絶縁材料を適宜用いることができる。
【００２５】
一方の被水検出電極１１０は、略平板状の絶縁体１３０によって覆われ、被測定ガスとの接触が完全に遮断されている。
他方の被水検出電極１２０は、略平板状の絶縁体１４０によって覆われ、発熱体１５０との電気絶縁が確保されている上に、被測定ガスとの接触が完全に遮断されている。
発熱体１５０は、略平板状の絶縁体１４０と絶縁体１６０とによって覆われ、被測定ガスとの接触が完全に遮断されている。
絶縁体１３０、１４０、１５０には、アルミナ等の熱伝導性が高く、電気絶縁性に優れた公知の絶縁性セラミック材料が用いられ、ドクターブレード法等の公知の方法により略平板状に形成されている。
【００２６】
発熱体１５０は、白金、金、酸化ルテニウム、珪化モリブデン、タングステン等の公知の抵抗材料を用いられて、厚膜印刷等の公知の方法により、被水検出電極１１０、１２０を全面的に加熱するように広い範囲に亘ってパターン形成されている。
被水検出電極リード部１１１、１２１、発熱体リード部１５１、１５２は、白金等の公知の導電性材料を用いて、厚膜印刷等の公知の方法により形成されている。
ビア導体１２２は、白金等の公知の導電性材料を用いて、スルーホール印刷等の公知の方法により形成されている。
検出電極端子部１１２、１２３、発熱体端子部１５３、１５４は、白金等の公知の導体ペーストを用いて、厚膜印刷等の公知の方法により形成されている。
各電極端子部には、耐久性向上のために、導体ペーストに少量のアルミナやジルコニアを含有させて密着強度や耐摩耗性を向上させたものを用いても良い。
【００２７】
本実施形態における被水検出素子１０は、被測定ガス中に載置され、少なくとも、例えば、酸素イオン等の特定のイオンに対して伝導性を有する、イットリア添加により部分安定化したジルコニア等の公知の固体電解質材料からなる固体電解質体１００と、一定の膜厚ｄを有する固体電解質体１００の対向する表面に設けた所定の面積Ｓを有する一対の電極１１０、１２０とを具備し、その電極間のインピーダンスＺＡＣの変化を測定して被測定ガスに含まれる水滴の付着を検出する被水検出素子であって、通電により発熱し、固体電解質体１００の一対の電極１１０、１２０が形成された部分を加熱する発熱体１５０を有すると共に、高い電気絶縁性と高い熱伝導性とを有する絶縁性セラミック材料からなる緻密な絶縁体１３０によって、一対の電極１１０、１２０の内、少なくとも、被測定ガスに対向する側の電極１１０の表面を覆い、電極１１０と被測定ガスとの接触を回避せしめている。
【００２８】
本実施形態において被水検出センサ１は、被水検出素子１０と、被水検出素子１０をアルミナ等の絶縁性材料からなるインシュレータ４０を介して、被水検出素子１０の先端側を被測定ガス８００中に保持、固定するハウジング５０と、ハウジング５０の先端側に設けられ、被水検出素子１０の先端側を保護する略有底筒状のカバー体６０、６１と、ハウジング５０の基端側に設けられ、内側に被水検出素子１０に接続する一対の信号線１１４、１２５と、一対の信号端子金具１１３、１２４と、一対の通電線１５７、１５８と、一対の発熱体通電端子金具１５５、１５６とをアルミナ等の電気絶縁性セラミックス材料を略筒状に形成したインシュレータ４１を介して保持すると共に、封止部材４３によって基端側を気密に封止する略筒状のケーシング７０と、信号線１１４、１２５に接続して設けられる検出回路２０と、発熱体通電線１５７、１５８に接続して設けられる発熱体通電制御装置３０とによって構成されている。
【００２９】
被水検出素子１０は、インシュレータ４０の貫通孔４０１内に挿通保持され、セラミックセメント、耐熱ガラス、又は、耐熱性接着剤等の封止部材４２０によって固定され、略筒状のハウジング５０内に保持収容され、先端側の検出部が被測定ガスに晒される位置に配設されるようになっている。
インシュレータ４０の外周には、テーパ状に縮径する径変部４０２が形成されており、略筒状に形成したハウジング５０の内径の一部が縮径する係止部５０５に例えば、メタルシール等の封止部材４２１を介して係止保持されている。
【００３０】
ハウジング５０の先端側には、ガスセンサ素子１０の先端側の被測定ガスに晒される部分を覆い、ガスセンサ素子１０を保護する有底筒状のカバー体６０、６１が配設され、カバー体６０、６１の基端側に設けたフランジ部６０４、６１４を加締め部５０３によって加締め固定している。
ハウジング５０の先端側外周には、ネジ部５０２が形成され、被測定ガス流路８０に螺結され、被水検出素子１０の先端側が被測定ガス８００に晒されるよう保持固定している。
【００３１】
カバー体６０、６１は、有底筒状に形成され、被水検出素子１０と同心に配設された二重筒構造となっており、それぞれの側面６００、６１０及び底面６０２、６１２に穿設された複数の開孔６０１、６０３、６１１、６１３によって、被測定ガスの流速を制御しつつ、被水検出素子１０の先端に導入、導出している。
カバー体６０、６１は、被測定ガスの導入を許容しつつ、被測定ガス流路８０内に侵入した異物の衝突から被水検出素子１０を保護している。
【００３２】
ケーシング７０は、ステンレスなどの金属材料からなり、略筒状に形成され、ハウジング５０の基端側に設けたボス部５０６に挿入固定され、ハウジングの基端側を覆っている。
ケーシング７０の内側には、被水検出素子１０の基端側に引き出した一対の検出電極端子部１１２、１２３、及び、発熱体端子部１５３、１５４に接続する接続端子金具１１３、１２４、１５５、１５６と、これらを介して接続され、外部に出力を伝達する一対の信号線１１４、１２５及び、外部から発熱体１５０に通電するための一対の通電線１５７、１５８と、これらを絶縁保持するインシュレータ４１とが収容・保持されている。
ケージング７０の基端側は、信号線１１４、１２５、及び、通電線１５７、１５８が外部に引き出されると共に、耐熱性ゴム、シリコン等の弾性部材からなる封止部材４３を用いて気密に封止されている。
【００３３】
本発明の被水検出素子１０を用いた被水検出センサ１では、酸素センサ等のガスセンサとことなり、センサ内に基準ガスとして大気を導入する必要がないので、ケーシング７０には、大気を導入するための大気導入孔を設けたり、大気導入孔から水滴の侵入を阻止するための撥水フィルタ等を設ける必要がなく、完全に気密状態で基端側を封止することができる。
但し、周囲環境の温度変化や、被水検出素子１０に設けた発熱体１５０の発熱等によりケーシング７０の内側に存在する空気の膨張、収縮による体積変化を吸収するために、ケーシング７０に、極小さい貫通孔を設けたり、弾性的に伸縮可能な伸縮部を設けたりしても良い。
【００３４】
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、被水検出素子１０の被測定ガスに晒される部分の広い範囲に亘って被水検出電極１１０、１２０及び発熱体１５０が形成されている。
このため、本図（ａ）に一点鎖線で囲んだ被水検出素子１０の先端側の広い範囲を検出部として利用でき、検出部のいずれの場所に被水したときでも、インピーダンス変化によって速やかに被水の有無を検出できる。
また、検出されるインピーダンス変化から、被水量を定量的に検出することも可能となる。
なお、本発明の被水検出素子１０を用いる限りにおいて、インシュレータ４０、４１、ハウジング５０、ケーシング７０、カバー体６０、６１等を上記実施形態に限定するものではなく、公知の形態を適宜採用し得るものである。
【００３５】
図３、図４を参照して、本発明の被水検出素子１０の作動原理について説明する。
発熱体１５０への通電を制御して、被水検出素子１０の温度を、図３（ａ）に示すように、例えば、４５０℃〜９５０℃の範囲で変化させ、被水検出素子１０に、交流電源２００から所定の周波数の交流電流を印加したときに検出回路２０で検出されるインピーダンスＺＡＣは、図３（ｂ）に示すように、検出素子１０の温度が高いほどインピーダンスＺＡＣは低く、検出素子１０の温度が低いほどインピーダンスＺＡＣは高くなっている。
【００３６】
本実施形態における被水検出素子１０のインピーダンスＺＡＣの温度特性は、図３（ｃ）に示すように、指数関数的に変化する。
本発明の被水検出素子１０を等価回路で示すと、図３（ｄ）に示すように、検出電極リード部１１１、１２１、ビア導体１２２、検出電極端子部１１２、１２３、接続端子金具１１３、１２４、信号線１１４、１２４の配線抵抗Ｒと、それらの寄生インダクタンスＬと、被水検出電極１１０、１２０、固体電解質体１００によって構成される検出部のキャパシタンスＣとが直列に接続されたものとみなすことができ、これらの合成インピーダンス｜ＺＡＣ｜は、√｛（Ｒ＾２＋（ωＬ−１／ωＣ）＾２｝で表すことができる。
このとき、配線抵抗Ｒは、温度が高いほど低く、温度が低い程高くなり、寄生インダクタンスＬは、温度変化の影響が少なく、検出部のキャパシタンスＣは、固体電解質体１００の誘電率εと、被水検出電極１１０、１２０間の距離、即ち、固体電解質体１００の厚さｄと、被水検出電極１１０、１２０の面積Ｓとによって決まり、Ｃ＝ε・Ｓ／ｄの関係が成り立つ。
さらに、固体電解質体１００の誘電率εは、温度依存性があり、一定の温度範囲においては、温度が高いほど高く、温度が低い程低くなる。
その結果、図３（ｃ）に示したように、被水検出素子１０のインピーダンスＺＡＣは、Ａ・ｅｘｐ（−Ｂ・Ｔ）（Ｔは温度（℃）、Ａ、Ｂは、被水検出素子１０の大きさ、配線距離、固体電解質体１００の誘電率ε等により変化する任意の係数）で表すことができ、温度が高いほど低く、温度が低いほど高い値となることが分かる。
なお、本実施例においては、ＺＡＣ＝２１８９２ｅｘｐ（−０．００７９Ｔ）で近似される関係が成り立っている。
【００３７】
したがって、発熱体１５０の温度を一定に維持することにより、検出回路２０で検出されるインピーダンスＺＡＣは、素子温度に応じた一定の値となる。
被水検出素子１０の表面に水滴が付着すると大きな蒸発潜熱によって素子が局所的に冷却されインピーダンスＺＡＣに変化を生じることとなる。
そこで、被測定ガス中に本発明の被水検出素子１０を載置し、発熱体１５０を所定の温度に昇温して検出されるインピーダンスＺＡＣの変化を検出することによって被水の有無を検出できるようになるのである。
【００３８】
図４を参照して、被測定ガスの温度の流速や温度変化によって検出される出力と被水によって検出される出力の違いについて説明する。
本図（ａ）に示すように、検出温度を同じく７３０℃に設定し、測定されるインピーダンスＺＡＣが約６５Ωであるときに、被測定ガス中の水滴を模して、０．１μｌの水滴を被水検出素子１０に滴下すると、瞬間的にインピーダンスＺＡＣが６Ω程度上昇し、その後、２ｓ程度の短い時間に元の値に復帰する。
これは、水滴が本発明の被水検出素子１０の高温に加熱された表面に付着すると大きな蒸発潜熱によって局所的に素子温度を低下させ、その部分のインピーダンスが局所的に大きくなり、素子全体としては、高いインピーダンスが直列に接続されたような状態となる。したがって、被水によって速やかに検出されるインピーダンスＺＡＣが高くなる。
しかし、少量の水滴は直ちに蒸発し、それ以上素子温度を下げることがないので比較的短い時間に素子温度は元に戻り、本図（ａ）に示すように、短い時間にインピーダンスＺＡＣが大きく変動するものと推察される。
【００３９】
一方、被測定ガスの流速変動や温度変化が生じた場合にも、被測定ガスと被水検出素子１０との温度差に応じて、素子温度も変化するが、気体の密度は液体に比べて遙かに小さく、必然的に吸熱量も小さくなるため被水したときに比べて緩慢な温度変化となる。
本図（ｂ）に示すように、例えば、検出温度を７３０℃に設定し、測定されるインピーダンスＺＡＣが約６５Ωであるときに、被水と同程度のインピーダンスの変化を生じるように、被測定ガスの流速変動や温度変動を模して、被水検出素子１０に強い流速のエア又は低い温度のエアを吹きかけて、被水検出素子１０を冷却し、インピーダンスＺＡＣを４Ω程度上昇させた場合、時間の経過と共に、インピーダンスＺＡＣが徐々に低下し、１４ｓ程度で元の値に戻る。
被測定ガスの流速変動や温度変動によってこのようなインピーダンスの変化を生じた場合には、気体の吸熱量が少ないのでインピーダンスの上昇速度が被水の場合に比べて緩やかな反面、同程度のインピーダンス変化をもたらすような場合には、素子全体が冷却されているので、元のインピーダンスに復帰するには、却って被水の場合よりも時間がかかる。
そこで、本発明においては、検出回路部２０において、被水判定手段２０２が、発熱体１５０への通電により被水検出素子１０を所定の温度Ｔに維持した状態で一対の電極１１０、１２０間に、所定の周波数の交流電流を印加したときに検出される単位時間当たりのインピーダンス変化量（ｄＺＡＣ/ｄｔ）が所定の変化量閾値ΔＺＲＥＦを超え、かつ、最大値ＺＰに達した後、所定のインピーダンス閾値ＺＲＥＦ以下となる迄の時間ΔＴ（＝ＴＪＤＧ―ＴＰ）が、所定の復帰時間閾値ＴＲＥＦより短い場合に、被水と判定する。
【００４０】
より具体的には、例えば、ある測定温度Ｔ（℃）  におけるインピーダンスＺＡＣが一定の値であるときに、一定以上のインピーダンス変化が検出されたときに、その値が最も高くなったピーク時ＴＰを基準として所定の時間ＴＪＤＧを経過した判定時期におけるインピーダンスＺＪＤＧと所定の閾値ＺＲＥＦとを比較することによって、本図（ａ）に示すように、判定時期ＴＪＤＧにおけるインピーダンスＺＪＤＧが所定の閾値ＺＲＥＦよりも小さい場合には被水と判定し、本図（ｂ）に示すように、判定時期ＴＪＤＧにおけるインピーダンスＺＪＤＧが所定の閾値ＺＲＥＦより大きい場合には、被測定ガスの流速変動、又は、被測定ガスの温度変化によるものと判定することができ、正確に被水の有無を検出することができる。
本実施形態においては、被水時には２ｓ程度の時間で６Ω程度のインピーダンスの上昇と低下が検出されており、被測定ガスの吹きつけによって素子に温度変化を生じさせた場合には、２秒程度の時間で４Ωのインピーダンス上昇が検出され、元のインピーダンスに戻るまでに１２ｓ程度の時間を要している。
そこで、判定時期を、例えば、ピーク時ＴＰから５ｓ後とし、閾値ＺＲＥＦを７３０℃におけるインピーダンスの平均値ＺＡＶよりも１Ωだけ高い値とすると、被水の場合には、ＺＪＤＧ＜ＺＲＥＦとなり、被測定ガスの変動の場合にはＺＪＤＧ＞ＺＲＥＦとなり、両者を明確に区別できることが分かる。
【００４１】
ここで、図５を参照して、本発明の被水検出素子１０を用いた被水検出方法において、最適条件を見極めるために行った試験結果について説明する。
本図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、素子温度を６００℃、６５０℃、７３０℃、８００℃、８５０℃に設定し、複数回水滴を連続的に滴下したときに検出されたインピーダンスＺＡＣを示す。
本図（ａ）に示すように、６００℃においては、検出信号がノイズに埋もれてしまい、本図（ｂ）に示すように、６５０℃においてインピーダンス変化が１４Ωと最も大きく、本図（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、素子温度の上昇と共に、検出されるインピーダンスＺＡＣの平均値は小さくなり、変化量も小さくなる。
素子温度を６５０℃から８００℃とした場合には、本図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、被水時のインピーダンスＺＡＣにピーク値がはっきりと表れ、バックグラウンドノイズと明確に区別できる。
【００４２】
素子温度を６５０℃より低く設定した場合には、ノイズに対して、検出信号が小さくなり、Ｓ／Ｎ比が小さくなるので検出が困難となる。
一方、素子温度を８５０℃に加熱したときには、検出されるインピーダンスＺＡＣが自体が小さく、被水時のインピーダンスＺＡＣのピークとバックグラウンドノイズとの区別が分かりにくくなっており、被水の検出が困難となっている。
これは、素子温度が低いほど、素子のインピーダンスが高くなるのに加え、素子温度を維持するのに供給されているエネルギに対する被水時に水滴の蒸発に奪われるエネルギの割合が高くなるため、それだけ素子の局所的な温度変化が大きくなっており、素子温度が高くなると素子のインピーダンスが低くなるのに加え、より一層水滴が蒸発し易くなり、素子温度を維持するのに供給されているエネルギに対する被水時に水滴の蒸発に奪われるエネルギの割合が低くなるのでインピーダンスの変化も小さくなり、温度が高いほど被水の検出が困難となるものと推察される。
【００４３】
また、素子が高温となると、被水したときに、水滴が素子表面ではじかれるライデンフロスト現象を起こし易くなるため、より一層被水の検出が困難となり易い。
したがって、安定して素子の被水を検出するためには、素子温度を６５０℃以上、８００℃以下に設定するのが望ましいことが判明した。
さらに、本発明者らの鋭意試験により、被水検出素子１０の表面にアルミナやスピネル等の耐熱性粒子からなる多孔質絶縁層（トラップ層）を、ディッピングや、プラズマ溶射等の方法によって形成することでライデンフロスト現象の発生を抑制し、より確実な被水の検出が可能となることが判明した。
【００４４】
図６に、本発明の被水検出素子１０を用いた被水検出方法の一例をフローチャートで示す。
先ず、本図（ａ）を参照して、ステップＳ１００〜Ｓ１６０のインピーダンス閾値設定行程について説明する。
ステップＳ１１０の検出下限水滴量規定行程で検出下限水滴量を規定する。
次いでステップＳ１２０の検出下限インピーダンス計測行程で、検出下限水滴量ＱｍｉｎにおけるインピーダンスＺＡＣを計測し、その結果をＺｐ１として記憶する。
次いでステップＳ１３０のエアブローインピーダンス計測行程では、Ｚｐに等しい変化をするよう被測定ガスを吹きかけ、この時のインピーダンス変化をＺｐ２として記憶する。次いでステップＳ１４０に判定時期決定行程では、Ｚｐ１とＺｐ２とのインピーダンス差が判別可能な時間内で判定時期ＴＪＤＧを決定する。
次いで、判定時期ＴＪＤＧ経過後のインピーダンスＺＡＣを比較し、インピーダンス閾値ＺＲＥＦを決定する。
ステップＳ１６０のインピーダンス設定行程で、得られたインピーダンス閾値ＺＲＥＦの設定を行いインピーダンス閾値設定行程を完了する。
このようにして、検出下限水滴量Ｑｍｉｎに応じたインピーダンス閾値ＺＲＥＦを設定しておき、被水の有無を判定する被水判定行程に移る。
本図（ｂ）を参照して、ステップＳ２００〜Ｓ２７０の被水判定行程について説明する。ステップＳ２００で被水判定行程を開始する。
ステップＳ２１０のインピーダンス安定化行程では、予め、被水検出素子１０の発熱体１５０にプレ通電を行い、被測定ガスの導入前に、インピーダンスＺＡＣが、測定温度における平均インピーダンスＺＡＶとなるように安定化させる。
次いでＳ２２０のインピーダンス変化検出行程では、被測定ガスの導入を開始し、インピーダンスＺＡＣの変化を計測する。
インピーダンスＺＡＣに一定以上の変化が検出されたら、ステップＳ２３０の判定時期インピーダンス計測行程に進み、ピーク値の検出から所定の判定時期ＴＪＤＧにおけるインピーダンスＺＪＤＧを計測する。
次いで、ステップＳ２４０の被水判定行程では、判定時期ＴＪＤＧにおけるインピーダンスＺＪＤＧとインピーダンス閾値ＺＲＥＦとの比較を行う。
判定時期インピーダンスＺＪＤＧがインピーダンス閾値ＺＲＥＦ以下の場合には、判定Ｙｅｓとなり、ステップＳ２５０に進み被水と判定し、警告信号の出力等被水であることを知らせる処置をする。
判定時期インピーダンスＺＪＤＧがインピーダンス閾値ＺＲＥＦよりも大きい場合には、判定Ｎｏとなり、ステップＳ２６０に進み、ガス冷却によるものと判定する。
ステップＳ２７０の被水判定行程終了行程に進み、被水判定を終了する。
必要に応じて、ステップＳ２００〜Ｓ２７０を繰り返す。
なお、ステップＳ２２０のインピーダンス変化検出行程では、ステップＳ１１１０において、予めノイズを加味した上で、検出下限水滴量に相当するインピーダンスを規定しており、ノイズが検出下限インピーダンス値を超えることはなく、一定以上の変化が検出される場合には、ノイズによるものではなく、実際にインピーダンスＺＡＣが変化を生じている状態である。
したがって、ステップＳ１１０の前にノイズレベルを規定するステップを入れたり、インピーダンスＺＡＣが検出下限水滴相当の変化を起こしたときに判別モードに切り替わるようにしたりして、より一層信頼性の高い被水検出を行うようにすることもできる。
【００４５】
図７を参照して本発明の第２の実施形態における被水検出素子１０ａについて説明する。本図（ａ）は、展開斜視図、（ｂ）は、本図（ａ）中Ａ-Ａに沿った要部断面図、（ｃ）は、素子全体を示す斜視図である。
なお、上記実施形態と同一の構成については、同じ符号を付し、対応する部分で相違する点がある構成については、枝番としてaの符号を付してある。
したがって、上記実施形態と一致する点については説明を省略し、相違を中心に説明する。
【００４６】
上記実施形態においては固体電解質体１００を素子全体に亘って延びる長尺の平板状に形成した例を示したが、本実施例においては、被測定ガス中に載置され、両面に被水検出電極１１０、１２０が形成される範囲のみを、固体電解質材料を用いた固体電解質体１００ａとし、固体電解質体１００ａの先端側、両側面側及び基端側を取り囲むように絶縁性材料からなる絶縁体１０２を設け、固体電解質体１００aが被測定ガスに接しないように形成し、絶縁体１０１にスルーホール１０１ａを設けた点が相違する。
本実施形態においても、上記実施形態と同様の効果が期待できる。
加えて、このような構成とすることによって、検出電極リード部１１１、１２１、検出電極端子部１１２、１２３、ビア導体１２２が導電性を有する固体電解質体１００ａではなく、絶縁体１０２に形成されているため、インピーダンスＺＡＣの計測時に検出電極リード間に漏れ電流が流れる虞がなく、より一層安定した出力が得られると期待できる。
さらに、固体電解質体１００ａの外周面が全周に亘って絶縁体１０２によって覆われているので固体電解質対１００ａと被測定ガスとの接触が完全に遮断される。
このため、被測定ガス中の酸素イオン等が固体電解質体１００ａ内を移動し、検出されるインピーダンスＺＡＣに影響する虞がない。
【００４７】
図８を参照して、本発明の第３の実施形態における被水検出素子１０ｂについて説明する。
上記実施形態においては、いずれも、いわゆる積層型のガスセンサの被水モデルとして利用可能な形態を示したが、本実施形態においては、素子全体を略円柱状に形成し、いわゆるコップ型のガスセンサの被水モデルとして利用可能な形態とした点が相違する。なお、本実施形態においても第２の実施形態に示した固体電解質体１００ａのように、一対の検出電極１１０ｂ、１２０ｂの形成される部分のみを固体電解質材料によって形成しても良い。
本実施形態においては、上記実施形態とほぼ同様の製造工程にしたがって、略平板状の絶縁体１３０ｂ、検出電極１１０ｂ、検出電極リード部１１、検出電極端子部１１２ｂ、略平板状の固体電解質体１００ｂ、検出電極１２０ｂ、検出電極リード部１２１、検出電極端子部１２２ｂ、略平板状の絶縁体１４０ｂ、発熱体１５０ｂ、一対の発熱体リード部１５１，１５２、一対の発熱体端子部１５３、１５４、略平板状の絶縁体１６０ｂ、を順次積層し、素子の中心に配設され、アルミナ等の絶縁材料からなり、軸状に形成した中心絶縁体１６１に巻きつけて、これを、焼成し、一体の被水検出素子１０ｂを得る。
【００４８】
当然のことながら、本図（ｂ）に示すように、外周側の層になるほど、直径が大きくなるので、外周側の層ほど幅広の平板となるように形成して、中心絶縁体１６１に巻き付ける必要がある。
また、基端側において、検出電極端子部１１２ｂ、１２２ｂ、発熱体端子部１５３ｂ、１５４ｂが露出するように、絶縁体１４０ｂ、固体電解質体１００ｂ、絶縁体１３０ｂは、先端側の位置が揃えられ、基端部までの長さが外周側の層程徐々に短くなるように形成されている。
【００４９】
なお、上記実施形態においては、一対の検出電極１１０、１２０が固体電解質体１００を介して平行に対向する平行平板状のコンデンサを形成していたが、本実施形態においては、検出電極１１０ｂ、１２０ｂが略筒状の固体電解質体１００ｂを介して同心に並んだ、二重筒状のコンデンサを形成している。
したがって、当然のことながら、検出されるインピーダンスＺＡＣは、上記実施形態と異なる値を示すが、素子温度が高いほど低く、素子温度が低いほど高くなり、一定温度に維持した状態で、被水によって、短時間に局所的な温度変化が起こった場合に、検出されるインピーダンス変化は、上記実施形態と同様、短時間に大きなインピーダンス変化を生じ、短時間で元のインピーダンスに戻り、被測定ガスの温度変化や流速変化によってインピーダンス変化を生じた場合には、被水の場合に比べゆっくりとインピーダンス変化を生じ、ゆっくりと元のインピーダンスに戻るため、容易に被水を検出できるものと思料する。
なお、本実施形態における被水検出素子１０ｂを用いた被水検出センサは、端子金具の形状に違いがあるものの、図２に示した被水検出センサ１とほぼ同様の構造をとることができる。
【００５０】
次いで、図９を参照して、本発明の第４の実施形態における被水検出素子１０ｃ、及び、被水検出センサ１ｃについて説明する。
第３の実施形態における被水検出素子１０ｂは、いわゆるコップ型のガスセンサの被水モデルとして利用できるものであるが、製造上の利便性を考慮して、中心に配した略軸状に形成した軸状絶縁体１６１に積層型の被水検出素子１０、１０ａとほぼ同様の構造の積層体を巻き付けて形成したが、本実施形態における被水検出素子１０ｃは、より、コップ型のガスセンサに近い形状に形成した点が相違する。
【００５１】
本実施形態においては、固体電解質体１００ｃを略筒状に形成し、固体電解質体１００ｃの外周表面に一対の電極１１０ｃ、１２０ｃの一方１１０ｃを形成し、固体電解質体１００ｃの内周表面に他方の電極１２０ｃを形成し、固体電解質体１００ｃの内側に略軸状に形成した絶縁体１４０ｃの内部に埋設した発熱体１５０ｃを配設し、固体電解質体１００ｃの外周表面に形成した電極１１０ｃの外表面を全面的に覆うように絶縁体１３０ｃを配設せしめてある。
本実施形態のような構成とすることにより、上記実施形態と同様の効果に加え、コップ型のガスセンサ素子の被水モデルとして利用した場合、より一層正確にコップ型のガスセンサ素子が被水する条件を把握することが可能となり、被水割れ防止のための多孔質保護層やカバー体の開発を進めることができる。
さらに、コップ型のガスセンサ素子を用いている場合に、本実施形態における被水検出素子１０ｃを備えた被水検出センサ１ｃによって被水が検出されたときに、その結果をガスセンサの発熱体への通電制御やガスセンサからの検出結果の補正等にフィードバックして、より一層、ガスセンサの耐久性の向上や検出性の向上を図ることも可能となる。
【００５２】
本実施形態において、被水検出素子１０ｃは、イットリア安定化ジルコニア等の特定のイオンに対して伝導性を有する固体電解質材料からなり、内側に発熱体挿通孔１７０を区画すべく略有底筒状に形成した固体電解質体１００ｃと、その内周表面と外周表面とに形成した白金等からなる検出電極１１０、１２０と、絶縁体１４０ｃ内に埋設された状態で発熱体挿通穴１７０内に挿入された発熱体１５０ｃと、外周側に形成された検出電極１１０の表面を覆うように形成された絶縁体１３０ｃとによって構成されている。
【００５３】
さらに、固体電解質体１００ｃの中腹には、径大となる拡径部１０１ｃが形成されている。
拡径部１０１ｃは、ハウジング５０ｃの内側に形成された被水検出素子挿通孔５０１ｃを内径方向に縮径した係止部５０５ｃに係止され、例えば、タルク等の耐熱性セラミック粉末や金属性のシールリング等の封止部材４２ｃ等を介して、ハウジング５０ｃの基端側に形成された加締め部５０７によって加締め固定された、いわゆるコップ型と呼ばれる公知のガスセンサ素子と類似の方法によってハウジング５０ｃに気密に固定され、被水検出素子１０ｃの先端側の絶縁体１３０ｃに覆われた部分が被測定ガス８００内に配設せしめると共に被測定ガス８００の外部への漏れを風情でいる。
また、固体電解質体１００ｃの基端側に設けられた、検出電極端子部１１２ｃ、１２２ｃは、それぞれ、金属製の端子金具１１３ｃ、１２４ｃと弾性的に接触し、一対の信号線１１４、１２５を介して外部の検出回路２０に接続されている。
【００５４】
発熱体１５０ｃ及び発熱体リード部１５１ｃ、１５２ｃを内蔵し、略長軸状に形成された絶縁体1４０ｃは、基端側表面に発熱体端子部１５３ｃ、１５４ｃが形成され、弾性的に接続する端子金具１５５ｃ、１５６ｃ及び一対の通電線１５７、１５８を介して外部の発熱体通電生後装置３０に接続されている。
また、いわゆるコップ型のガスセンサにおいては、有底筒状に形成した固体電解質体の内側に基準ガスとして大気が導入されるため、信号線等をケーシング内に封止固定する際に大気をケーシング内に導入するための開孔を設けて固体電解質体の内側に導入する必要があるが、本発明の被水検出センサ１ｃにおいては、被水検出素子１０ｃを構成する固体電解質体１００ｃの内側に大気を導入する必要がないので、ケーシング７０ｃに大気導入孔を設ける必要はない。
さらに、発熱体１５０ｃを内蔵する絶縁体１４０ｃと固体電解質体１００ｃの内側に区画した発熱体挿通孔１７０との間に間隙が生じる場合には、その間隙を、例えば、アルミナ粉末や窒化アルミニウム粉末等の電気絶縁性と高熱伝導性とを有するフィラーを充填して、発熱体１５０ｃの熱を効率よく固体電解質体１００ｃに伝達するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１  被水検出センサ
１０  被水検出素子
１００  固体電解質体
１０１  スルーホール
１１０、１２０  被水検出電極
１１１、１２１  電極リード部
１２２  ビア導体
１１２、１２３  検出電極端子部
１１３、１２４  信号端子金具
１１４、１２５  信号線
１３０、１４０、１６０  絶縁層
１５０  発熱体
１５１、１５２  発熱体リード部
１５３、１５４  発熱体端子部
１５５、１５６  発熱体通電端子金具
１５７、１５８  発熱体通電線
２０  検出回路部
２００  交流電源
２０１  インピーダンス計測手段
３０  発熱体通電制御部
３００  直流電源
３０１  開閉素子
３０２  駆動制御回路
４０、４１  インシュレータ
４０１  素子挿通孔
４０２  インシュレータ係止部
４２０、４２１、４３  封止部材
５０  ハウジング
５００  ハウジング基体
５０１  ハウジング内周壁
５０２  ハウジングネジ部
５０３  加締め部
５０４  ハウジング六角部
５０５  係止部
５０６  ボス部
６０  カバー体外筒
６００  外筒周壁部
６０１  外筒側面開孔
６０２  外筒底部
６０３  外筒底部開孔
６１  カバー体内筒
６１０  内筒周壁部
６１１  内筒側面開孔
６１２  内筒底部
６１３  内筒底部開孔
７０  ケーシング
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５６】
【特許文献１】特開２００８−０７６２１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６９６５５号公報
【特許文献３】独国特開ＤＥ−Ａ１−１０１４９３３号公報
【特許文献４】特開２００７−２２５５９２号公報
【図１】
0005500154.tif 000002
【図２】
0005500154.tif 000003
【図３】
0005500154.tif 000004
【図４】
0005500154.tif 000005
【図５】
0005500154.tif 000006
【図６】
0005500154.tif 000007
【図７】
0005500154.tif 000008
【図８】
0005500154.tif 000009
【図９】
0005500154.tif 000010