(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１室に被測定ガスが拡散し、前記第１室に拡散したガス中の酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングしてガス中の酸素濃度を制御し、第２室及び第３室に前記制御された酸素濃度を有するガスが拡散し、前記第２室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素を選択的に解離して、生成した酸素イオンをポンピングし、前記第３室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素及びＮＯｘを選択的に解離し、前記酸素及びＮＯｘが分解して解離した酸素イオンをポンピングし、
前記第２室側からポンピングされた酸素と、前記第３室側からポンピングされた酸素と、に基づいて、ＮＯｘガスの濃度を求めることを特徴とするＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項２】
前記第２室側において、酸素が選択的に解離され、前記酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングし、
前記第３室側において、少なくともＮＯｘと酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングすることを特徴とする請求項１記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項３】
前記第３室側からポンピングされた酸素と、前記第２室側からポンピングされた酸素との差に基づき、ＮＯｘガスの濃度を求めることを特徴とする請求項１記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項４】
前記第２室及び第３室から前記酸素イオンは酸素イオン伝導体を通じて室外へポンピングされ、
前記第２室側で解離された酸素イオンによって、前記酸素イオン伝導体を介して流れる電流（以下「第２ポンピング電流」という）と、前記第３室側で解離された酸素イオンによって、前記酸素イオン伝導体を介して流れるポンピング電流（以下「第３ポンピング電流」という）と、に基づいてＮＯｘガス濃度を求めることを特徴とする請求項１記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項５】
前記第２室及び第３室に拡散するガス中の酸素濃度が、所定の濃度範囲に収まるように、前記第１室から酸素が解離し、生成した酸素イオンをポンピングされることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項６】
被測定ガス空間から第１の拡散律速層を介して第１室に測定ガスを導入し、前記第１室の酸素濃度が所定の濃度範囲内に収まるように該第１室内の酸素濃度を調整し、前記第１室内のガスの一部を、第２の拡散律速層を介して第１分流路を通じて第２室に導入し、前記第１室内のガスの他部を第２の拡散律速層を介して第２分流路を通じて第３室に導入し、前記第２室内の酸素濃度を少なくとも第１室の酸素濃度より低くなる程度に調整し、前記第３室内の酸素濃度をＮＯｘガスが分解されるように調整し、前記第２室内における調整量と前記第３室内における調整量に基づいて測定ガス中のＮＯｘガス濃度を求めることを特徴とするＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項７】
前記第２室内の酸素濃度を可及的に低くすることを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項８】
前記第１室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第１室内の酸素濃度を調整することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項９】
前記第２室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第２室内の酸素濃度を調整することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項１０】
前記第３室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第３室内の酸素濃度を調整することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項１１】
前記第２室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第２室内の酸素濃度を調整し、
前記第３室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第３室内の酸素濃度を調整し、
前記第２室からポンピングされた酸素と前記第３室からポンピングされた酸素に基づいてＮＯｘ測定ガス中のＮＯｘガス濃度を求めることを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項１２】
前記第１室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第１室内の酸素濃度を調整し、
前記第１室においてポンピングされた酸素に基づいて、求められたＮＯｘガス濃度を補正することを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項１３】
前記第１室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第１室内の酸素濃度を調整し、
前記第１室においてポンピングされた酸素濃度を、前記第１室の隔壁を介して第１ポンピング電極対間に流れる第１ポンピング電流に基づいて求めることを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項１４】
前記第２室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第２室内の酸素濃度を調整し、
前記第３室内の酸素を解離し、生成する酸素イオンをポンピングすることにより、該第３室内の酸素濃度を調整し、
前記第２室においてポンピングされた酸素濃度を、前記第２室の隔壁を介して第２ポンピング電極対に流れる第２ポンピング電流に基づいて求め、
前記第３室においてポンピングされた酸素濃度を、前記第３室の隔壁の両面に設けられた第３ポンピング電極対に流れる第３ポンピング電流に基づいて求めることを特徴とする請求項６記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項１５】
前記第３ポンピング電流と、前記第２ポンピング電流の差に基づいて、前記ＮＯｘガス濃度を求めることを特徴とする請求項１４記載のＮＯｘガス濃度測定方法。
【請求項１６】
予め、ＮＯｘガス濃度をゼロ、かつ酸素濃度が既知である被測定ガスを用いて、前記第２ポンピング電流に対する前記第３ポンピング電流の比「Ｋ」を求め、
実測時、測定した前記第２ポンピング電流と前記第３ポンピング電流と、さらに前記比「Ｋ」と、を用いて、下記の式からＮＯｘガス濃度を求めることを特徴とする請求項１５記載のＮＯｘガス濃度測定方法；
ＮＯｘガス濃度＝（第３ポンピング電流−Ｋ×第２ポンピング電流）×Ｇ
但し、Ｇ：比例定数［ｐｐｍ／Ａ］。
【請求項１７】
被測定ガスが導入される第１室と、
前記第１室から第２室及び第３室に前記酸素濃度が制御されたガスを拡散する通路と、
前記第１室に拡散したガス中の酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングしてガス中の酸素濃度を制御する手段と、
前記第２室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素を選択的に解離し、生成した酸素イオンをポンピングする手段と、
前記第３室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素及びＮＯｘを選択的に解離し、前記酸素及びＮＯｘが解離して、生成した酸素イオンをポンピングする手段と、を有するＮＯｘセンサ。
【請求項１８】
被測定ガスが導入される第１室と、
前記第１室に拡散したガス中の酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングしてガス中の酸素濃度を制御する手段と、
前記第１室から第２室及び第３室に前記酸素濃度が制御されたガスを拡散する手段と、
前記第２室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素を選択的に、解離し生成した酸素イオンをポンピングする手段と、
前記第３室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素及びＮＯｘを選択的に解離し、前記酸素及びＮＯｘが解離し生成した酸素イオンをポンピングする手段と、
前記第２室側からポンピングされた酸素と、前記第３室側からポンピングされた酸素と、を測定し、ＮＯｘガスの濃度を求める手段と、を有することを特徴とするＮＯｘガス濃度測定装置。
【請求項１９】
下記（ａ）から（ｇ）のプロセスによって被測定ガス中のＮＯｘガスの量又は濃度を決定する方法；
ａ）  酸素を分解ないし解離させる第１の陰電極が内壁に形成されてなり、かつ、該第１の陰電極から酸素イオンを外部に形成された第１の陽電極に向かって移動可能な酸素イオン伝導体によって画成された第１室の内部へ、被測定ガスを第１の拡散制限律速を受けさせながら、導入するプロセス、
ｂ）  前記第１室に導入された被測定ガスの酸素分圧を、該第１室に導入される前の酸素分圧よりも低くなるように該第１室中の酸素を酸素イオンとして前記第１の陰電極から前記第１の陽電極に向けて排出することによって第１の内部ガスを生成するプロセス、
ｃ）  前記第１の内部ガスを第２室及び第３室へ、第２の拡散制限律速を受けさせながら分岐して分流された該第１の内部ガスをそれぞれ導入させるプロセス、
ｄ）  酸素を分解ないし解離させる第２の陰電極が内壁に形成されてなり、かつ、該第２の陰電極から酸素イオンを外部に形成された第２の陽電極に向かって移動可能な酸素イオン伝導体によって画成された前記第２室において、
前記プロセス（ｃ）によって分岐されて分流してきた第１の内部ガスを前記第２の陰電極に接触させて該第２室内の酸素を分解ないし解離させることにより酸素イオンを生成させ、該酸素イオンを該第２陰電極から該第２陽電極に向けて移動させることにより、第２電流を測定するプロセス、
ｅ）  酸素及びＮＯｘガスを分解ないし解離させる第３の陰電極が内壁に形成されてなり、かつ、該第３の陰電極から酸素イオンを外部に形成された第３の陽電極に向かって移動可能な酸素イオン伝導体によって画成された前記第３室において、前記プロセス（ｃ）によって分岐されて分流してきた第１の内部ガスを該第３の陰電極に接触させて該第３室内の酸素及びＮＯｘガスの両方を分解ないし解離させることにより、正負のイオンを生成し、このうちの酸素イオンを該第３陰電極から該第３陽電極に向けて移動させることにより、第３電流を測定するプロセス、
ｆ）  前記第２電流と前記第３電流の電流値の差を測定するプロセス、
ｇ）  前記電流差から被測定ガス中のＮＯｘガスの量又は濃度を算出するプロセス。
【請求項２０】
前記第１の陰陽電極間の電位差は、前記第２の陰陽電極間及び前記第３の陰陽電極間の電位差よりも低く、前記第２の陰陽電極間の電位差は前記第３の陰陽電極間の電位差よりも低いことを特徴とする請求項１９記載のＮＯｘガスを含む酸素含有ガスの量又は濃度を決定する方法。
【請求項２１】
前記第２、第３の陰陽電極の、ＮＯｘガスの分解ないし解離対する触媒能を調整し、前記第２、第３の陰陽電極に印加する電圧を同じとすることを特徴とする請求項１９記載のＮＯｘガスの量又は濃度を決定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘガス濃度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排ガス規制の強化に伴い、エンジン等の排ガス中のＮＯｘを直接測定し、エンジンの制御や触媒のコントロールを行う研究が行われている。特に、ＺｒＯ２等の酸素イオン伝導体を用い、この酸素イオン伝導体を介した酸素イオンポンプセルを用いて酸素を汲み出すことによりＮＯｘを分解し、この分解を電流として検知する形式のＮＯｘガスセンサは、ＨＣ、ＣＯ等の妨害ガスの影響を受けずにＮＯｘガス濃度が測定できる、と考えられることから、近年広く研究が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、酸素イオン伝導性の固体電解質体を用いた含酸素成分ガス、特に、ＮＯｘガス濃度測定の精度は、必ずしも十分ではなく、高くともおよそ５０ｐｐｍ程度にとどまっている。
【０００４】
本発明は、精度の高い測定が可能となる新規なＮＯｘガス濃度測定方法を提供することを目的とする。
【０００５】
さらに、本発明は、ＮＯｘガスセンサ、及びＮＯｘガス濃度測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の視点において、第１室に被測定ガスが拡散し、前記第１室に拡散したガス中の酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングしてガス中の酸素濃度を制御し、第２室及び第３室に前記制御された酸素濃度を有するガスが拡散し、前記第２室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素を選択的に解離して、生成した酸素イオンをポンピングし、前記第３室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素及びＮＯｘを選択的に解離し、前記酸素及びＮＯｘが分解して解離した酸素イオンをポンピングし、前記第２室側からポンピングされた酸素と、前記第３室側からポンピングされた酸素と、に基づいて、ＮＯｘガスの濃度を求める。
【０００７】
本発明は、第２の視点において、被測定ガス空間から第１の拡散律速層を介して第１室に測定ガスを導入し、前記第１室の酸素濃度が所定の濃度範囲内に収まるように該第１室内の酸素濃度を調整し、前記第１室内のガスの一部を、第２の拡散律速層を介して第１分流路を通じて第２室に導入し、前記第１室内のガスの他部を第２の拡散律速層を介して第２分流路を通じて第３室に導入し、前記第２室内の酸素濃度を少なくとも第１室の酸素濃度より低くなる程度に調整し、前記第３室内の酸素濃度をＮＯｘガスが分解されるように調整し、前記第２室内における調整量と前記第３室内における調整量に基づいて測定ガス中のＮＯｘガス濃度を求める。
【００１０】
本発明は、第３の視点において、被測定ガスが導入される第１室と、前記第１室から第２室及び第３室に前記酸素濃度が制御されたガスを拡散する通路と、前記第１室に拡散したガス中の酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングしてガス中の酸素濃度を制御する手段と、前記第２室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素を選択的に解離し、生成した酸素イオンをポンピングする手段と、前記第３室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素及びＮＯｘを選択的に解離し、前記酸素及びＮＯｘが解離して、生成した酸素イオンをポンピングする手段と、を有する。
【００１１】
本発明は、第４の視点において、被測定ガスが導入される第１室と、前記第１室に拡散したガス中の酸素を解離し、生成した酸素イオンをポンピングしてガス中の酸素濃度を制御する手段と、前記第１室から第２室及び第３室に前記酸素濃度が制御されたガスを拡散する手段と、前記第２室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素を選択的に、解離し生成した酸素イオンをポンピングする手段と、前記第３室に拡散したガスに含有される少なくとも酸素及びＮＯｘを選択的に解離し、前記酸素及びＮＯｘが解離し生成した酸素イオンをポンピングする手段と、前記第２室側からポンピングされた酸素と、前記第３室側からポンピングされた酸素と、を測定し、ＮＯｘガスの濃度を求める手段と、を有する。
【００１２】
本発明は、第５の視点において、下記（ａ）から（ｇ）のプロセスによって被測定ガス中のＮＯｘガスの量又は濃度を決定する方法；ａ）  酸素を分解ないし解離させる第１の陰電極が内壁に形成されてなり、かつ、該第１の陰電極から酸素イオンを外部に形成された第１の陽電極に向かって移動可能な酸素イオン伝導体によって画成された第１室の内部へ、被測定ガスを第１の拡散制限律速を受けさせながら、導入するプロセス、ｂ）  前記第１室に導入された被測定ガスの酸素分圧を、該第１室に導入される前の酸素分圧よりも低くなるように該第１室中の酸素を酸素イオンとして前記第１の陰電極から前記第１の陽電極に向けて排出することによって第１の内部ガスを生成するプロセス、ｃ）  前記第１の内部ガスを第２室及び第３室へ、第２の拡散制限律速を受けさせながら分岐して分流された該第１の内部ガスをそれぞれ導入させるプロセス、ｄ）  酸素を分解ないし解離させる第２の陰電極が内壁に形成されてなり、かつ、該第２の陰電極から酸素イオンを外部に形成された第２の陽電極に向かって移動可能な酸素イオン伝導体によって画成された前記第２室において、前記プロセス（ｃ）によって分岐されて分流してきた第１の内部ガスを前記第２の陰電極に接触させて該第２室内の酸素を分解ないし解離させることにより酸素イオンを生成させ、該酸素イオンを該第２陰電極から該第２陽電極に向けて移動させることにより、第２電流を測定するプロセス、ｅ）  酸素及びＮＯｘガスを分解ないし解離させる第３の陰電極が内壁に形成されてなり、かつ、該第３の陰電極から酸素イオンを外部に形成された第３の陽電極に向かって移動可能な酸素イオン伝導体によって画成された前記第３室において、前記プロセス（ｃ）によって分岐されて分流してきた第１の内部ガスを該第３の陰電極に接触させて該第３室内の酸素及びＮＯｘガスの両方を分解ないし解離させることにより、正負のイオンを生成し、このうちの酸素イオンを該第３陰電極から該第３陽電極に向けて移動させることにより、第３電流を測定するプロセス、ｆ）  前記第２電流と前記第３電流の電流値の差を測定するプロセス、ｇ）  前記電流差から被測定ガス中のＮＯｘガスを算出するプロセス。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明の好ましい実施の形態によれば、前段に酸素濃度を低くなるよう制御する第１室、後段に前記第１室に拡散抵抗を介して連通する第２室、第３室を並列（対称）に設けた酸素センサ素子を用いて、ＮＯｘガス濃度の測定を行う。
【００１５】
第２室、第３室へ拡散するガス中の酸素濃度を低く制御するために、第１室に面して第１酸素イオンポンピング電極対を設ける。一の実施形態では、第１酸素イオンポンピング電極対に印加される電圧を一定とする。本発明によれば、第２室、第３室へ拡散するガス中の酸素濃度を一定に制御しなくてもよく、ある範囲に収まっていれば十分である。
【００１６】
他の実施形態では、第１酸素イオンポンピング電極対に印加される電圧を可変制御する。
【００１７】
第１室に面して、酸素濃度検知電極対を設け、この電極対の酸素濃度検知出力（例えば、濃淡電池起電力）に基づいて、前記第１酸素ポンピング電極対に流れる電流ないし印加電圧を制御してもよい。この場合、第２室、第３室に拡散するガス中の酸素濃度を可及的に低くすることができ、第１酸素イオンポンピング電極対に限界電流が流れるほど、酸素濃度を低くできる。
【００１８】
酸素濃度などの影響を相殺するために、第２室に面して第２酸素イオンポンピング電極対、第３室に面して第３酸素イオンポンピング電極対を設ける。一の実施形態では、第２，第３酸素イオンポンピング電極対に印可される電圧を一定とする。
【００１９】
他の実施形態では、第２，第３酸素イオンポンピング電極対に印可される電圧を可変制御する。この実施形態において、好ましくは、第２室、第３室にそれぞれ面して、酸素濃度検知電極対をそれぞれ設け、これらの電極対の酸素濃度検知出力（例えば、濃淡電池起電力）に基づいて、前記第２，第３酸素イオンポンピング電極対に流れる電流ないし印加電圧を制御してもよい。この場合、第２室においては、ＮＯｘが少なくても第１室の酸素濃度より低くなる程度に、厳密に第２室内の雰囲気を設定することができる。第３室においては、ＮＯｘが分解する酸素濃度に、厳密に第３室内の雰囲気を設定することができる。
【００２０】
例えば、第１酸素イオンポンピング電極対に印可する電圧を２００〜３００ｍＶ、第２酸素イオンポンピング電極対に印可する電圧を３００〜４００ｍＶ未満、第３酸素イオンポンピング電極対に印可する電圧を４００超〜５００ｍＶとする。
【００２１】
第１酸素イオンポンピング電極対の第１室内電極は、ＮＯｘなどが分解されないように、Ａｇ、ＡｕなどのＮＯｘ解離触媒能を抑制する成分を含有することが好ましい。第２酸素イオンポンピング電極対の第２室内電極は、ＮＯｘなどが分解されないように、ＡｇなどのＮＯｘ解離触媒能が抑制する成分を含有することが好ましい。第３酸素イオンポンピング電極対の第３室内電極は、ＮＯｘなどが分解されるように、Ｐｔ、ＲｈなどのＮＯｘ解離触媒能が高いＰｔ電極から構成することが好ましい。このように、各電極の触媒能（特に、第２，第３室内電極）を調整することにより、第２，第３酸素イオンポンピング電極対に印加する電圧を等しくすることが可能である。
【００２２】
場合によっては、第１室及び又は第２室で、ＮＯｘの一部が分解されてもよい。第１，第２酸素ポンピング電極対などに流れる第１，第２酸素ポンピング電流に基づいて、第１室及び／又は第２室におけるＮＯｘの分解量を補償し、正確なＮＯｘガス濃度を求めることが可能である。
【００２３】
【実施例】
図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明の第１の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。
【００２４】
図１を参照して、本発明の第１の実施例において用いられるＮＯｘセンサ素子は、酸素イオン伝導性の固体電解質体から構成される。固体電解質体は、酸素イオン伝導性を有する物質ならば何でもよく、例えばＺｒＯ２があげられる。固体電解質体は、互いに平行な第１層１、第２層２、第３層３と、これらの層１、２、３に直交する方向に延在する外壁層と、固体電解質体の内部において第２層２と第３層３の間に、これらの層２，３に直交する方向に延在する隔壁９から構成される。
【００２５】
前記固体電界質体は、その内部前段に、第１層１，第２層２，及び外壁層に囲まれた第１室６を有し、さらに、その内部後段に並置され、第２層，第３層，外壁層及び隔壁９に囲まれた第２室７、第３室８を有する。第１室６は、第１層１の中間部に設けられた第１拡散律速層４を通じて被測定ガスの雰囲気に連通する。第２層２と、隔壁９の間には、第２層の中間部を貫通して第２拡散律速層５が形成されている。第２拡散律速層５の一方は第１室６内に開口し、他方は第１分流路５ａ，第２分流路５ｂを通じて、第２室７，第３室８にそれぞれ開口している。
【００２６】
第１層１には、第１層を挟んで、第１室６の室内外に、第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３が形成されている。第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３には、電極１３側が正となるように、一定の電圧Ｖｐ１が印加される。これによって、通常、第１室６内から外へ向かって、酸素イオンがポンピングされ、ポンピングされる酸素イオンに比例した第１ポンピング電流Ｉｐ１が電流計Ａ１に流れる。
【００２７】
第３層３には、第３層３を挟んで、第２室７の室内外に、第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３が形成されている。第２酸素イオンポンピング電極対には、電極２２側が正となるように、一定の電圧Ｖｐ２が印加される。これによって、通常、第２室７内から外へ向かって、酸素イオンがポンピングされ、ポンピングされる酸素イオンに比例した第２ポンピング電流Ｉｐ２が電流計Ａ２に流れる。
【００２８】
また、第３層３には、第３層３を挟んで、第３室８の室内外に、第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３が形成されている。第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３には、電極３２側が正となるように、一定の電圧Ｖｐ３が印加される。これによって、通常、第３室８内から外へ向かって、酸素イオンがポンピングされ、ポンピングされる酸素イオンに比例した第３ポンピング電流Ｉｐ３が電流計Ａ３に流れる。
【００２９】
このように、第１層１と第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３から第１セルが構成され、第３層３と第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３から第２セルが構成され、第３層３と第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３から第３セルが構成される。
【００３０】
但し、第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３の内、少なくとも内側電極１３は、測定対象ガスであるＮＯｘを解離する触媒能が抑制される材料から形成する。第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３の内、少なくとも内側電極２３は、測定対象ガスであるＮＯｘを解離する触媒能が抑制される材料から形成する。第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３の内、内側電極３３は、測定対象ガスであるＮＯｘを解離する触媒能を有する材料から形成する。
【００３１】
さらに、電圧Ｖｐ１は、内側電極１３によって、ＮＯｘの全部が分解されないような比較的低い電圧とする。電圧Ｖｐ２は、内側電極２３によって、酸素は十分に分解されるがＮＯｘの全てが分解されないような範囲の電圧とする。電圧Ｖｐ３は、内側電極３３によって、ＮＯｘが分解されるような範囲の電圧とする。例えば、Ｖｐ１＝２００ｍＶ、Ｖｐ２＝３５０ｍＶ、Ｖｐ３＝４５０ｍＶとする。
【００３２】
次に、以上説明したＮＯｘガス濃度測定装置の動作を説明する。まず、被測定ガスが、第１拡散律速層を介して、第１室６内へが拡散する。第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３に電圧Ｖｐ１が印加されていることにより、第１室６内の酸素が解離し生成された酸素イオンが第１層１を伝導し、酸素が外部へポンピングされる。これによって、第１室７内の酸素濃度が所定濃度以下に制御される。
【００３３】
次に、酸素濃度を制御したガスが、第２拡散律速層５、第１分流路５ａを介して、第２室７へ拡散する。同様に、酸素濃度を制御したガスが、第２拡散律速層５、第１分流路５ｂを介して、第３室８へ拡散する。
【００３４】
第２室７においては、第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３に電圧Ｖｐ２が印加されていることにより、第２室７内の酸素が解離し、生成した酸素イオンが第３層３を伝導し、酸素が外部へポンピングされる。これによって、第２室７内の酸素濃度が第１室６内よりもさらに低濃度に制御される。また、第２ポンピング電流Ａ２は、第２室７からポンピングされる酸素、すなわち第２室７の酸素濃度に比例する（拡散律速状態）。
【００３５】
第３室８においては、第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３に電圧Ｖｐ３が印加されていることにより、第３室８内の酸素及びＮＯｘも解離し生成した酸素イオンが第３層３を伝導し、酸素が外部へポンピングされる。斯くして、第３ポンピング電流Ａ３は、第２室７からポンピングされる酸素に比例する。すなわち、第３室７の酸素濃度とＮＯｘ濃度の和に比例する（拡散律速状態）。
【００３６】
よって、第３ポンピング電流（酸素濃度とＮＯｘ濃度の和に比例）と第２ポンピング電流（酸素濃度に比例）の差より、第３室８内のＮＯｘ濃度が求められる。そして、予め、ＮＯｘガス濃度が既知の被測定ガスをＮＯｘガスセンサに投入して、ＮＯｘガス濃度と、第３ポンピング電流（酸素濃度とＮＯｘ濃度の和に比例）と第２ポンピング電流（酸素濃度に比例）の差の関係を求めておくことにより、ＮＯｘガス濃度が不明の被測定ガス中のＮＯｘガス濃度が求められる。
【００３７】
図２は、図１に示したＮＯｘガス濃度測定装置を用いた測定原理を説明するための図である。
【００３８】
図１及び図２を参照して、第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３間には、電圧Ｖｐ１が印加され、電極対１２，１３間には、酸素のイオン分解によるイオンポンピング電流が流れ、第１室６における拡散制限律速下において、酸素の限界電流である第１酸素イオンポンピング電流Ｉｐ１に到達する。第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３間には、電圧Ｖｐ２（Ｖｐ２＞Ｖｐ１）が印加され、電極対２２，２３間には、第２室７における拡散制限律速下で酸素の限界電流である第２酸素イオンポンピング電流Ｉｐ２が流れる。第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３間には、電圧Ｖｐ３（Ｖｐ３＞Ｖｐ２）が印加され、電極対３２，３３間には、第３室８における拡散制限律速下でＮＯｘの限界電流である第３酸素イオンポンピング電流Ｉｐ３が流れる。
【００３９】
すなわち、第２ポンピング電流Ｉｐ２は酸素濃度を示し、第３ポンピング電流Ｉｐ３は酸素濃度とＮＯｘ濃度の和を示している。従って、ＮＯｘ濃度をＩｐ３とＩｐ２の差より求めることができる。
【００４０】
なお、第２ポンピング電流Ｉｐ２には、酸素濃度に起因する以外の電流成分、第３ポンピング電流Ｉｐ３には酸素濃度及びＮＯｘ濃度に起因する以外の電流成分が含まれている場合がある。例えば、第２室７，第８室８内の残留酸素濃度（オフセット）、固体電解質体に流れるリーク電流などが、電流成分として含まれている場合がある。本実施例によれば、第２室７や第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３と、第３室８や第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３と、が対称的に並置され、さらに第３ポンピング電流と第２ポンピング電流の差をとることにより、これらの妨害電流成分を除去することができ、ＮＯｘガス濃度測定の精度が飛躍的に向上する。
【００４１】
図３は、本発明の第２の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。以下、前記第１の実施例と相違する点について説明し、同様の点は前記第１の実施例から明らかである。
【００４２】
図３を参照して、第１室６、第２室７、第３室８に面して、それぞれ酸素濃度検知電極（Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３で示す）が設けられている。基準となる電位を得るための基準電極は、固体電解質体に内蔵され、一定電位を生じるようにされている（例えば、酸素基準電極の周囲を一定酸素濃度雰囲気とする、あるいは微少電流を加えて自己生成基準電極としてもよい）。
【００４３】
そして、第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３、第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３、第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３に印加される電圧（ないし電流）が、前記３つの酸素濃度検知電極が発生する酸素濃淡起電力に基づいて、可変に制御される構成とされている。
【００４４】
詳細には、前記３つの酸素濃度検知電極が発生する酸素濃淡起電力が所定値（所定電位）となるように、第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３、第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３、第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３に印加される電圧（ないし電流）を可変に制御する。
【００４５】
好ましくは、第１ポンピング電流Ｉｐ１が第１室６における酸素の限界電流、第２ポンピング電流Ｉｐ２が第２室７における酸素の限界電流、第３ポンピング電流Ｉｐ３が第３室８におけるＮＯｘの限界電流となるように、Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３の目標電位を設定する。
【００４６】
斯くして、図２を参照して説明した測定原理に従い、ＮＯｘガス濃度を測定することができる。
【００４７】
図４は、本発明の第３の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。以下、前記第１の実施例と相違する点について説明し、同様の点は前記第１の実施例から明らかである。
【００４８】
図４を参照して、第１，第２拡散律速通路４、５、は、前記第１の実施例は、充填された多孔質体（例えばアルミナ多孔質）としたが、本実施例においては、拡散律速通路とし、第１分流路５ａ，第２分流路５ｂも、同様に、拡散律速通路とする。
【００４９】
また、第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３、第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３、第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３には、可変制御される。好ましくは、図３を参照して説明した前記第２の実施例のように、各室６，７，８に面して酸素濃度検知電極を設け、これらの電極によって検査された各室６，７，８の酸素濃度に従って、第１酸素イオンポンピング電極対１２，１３、第２酸素イオンポンピング電極対２２，２３、第３酸素イオンポンピング電極対３２，３３に印加される電圧などを制御し、図２に示したような電流が各電極間に流れるようにする。
【００５０】
斯くして、図２を参照して説明した測定原理に従い、ＮＯｘガス濃度を測定することができる。
【００５１】
図５は、本発明の第４の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。以下、前記第１の実施例と相違する点について説明し、同様の点は前記第１の実施例から明らかである。
【００５２】
図５を参照して、一点鎖線から一側（図中上方）が被測定雰囲気とされ、他側（図中下方）が基準酸素濃度雰囲気（例えば、大気）とされている。そして、各室６，７，８に面して、それぞれ酸素濃度検知電極（Ｖｓ１，Ｖｓ２，Ｖｓ３）が設けられ、これらの酸素濃度検知電極に対して基準となる電位を生じるそれぞれの酸素濃度基準電極は、前記基準酸素濃度雰囲気に面している。
【００５３】
このように、それぞれの酸素濃度基準電極が安定した酸素濃度雰囲気に面していることにより、各室６，７，８の酸素濃度を正確に検知することができ、例えば、第１室６や第２室で、大部分のＮＯｘが解離してしまうようなことが防止される。
【００５４】
本実施例においても、上述したように、図２を参照して説明した測定原理に従い、ＮＯｘガス濃度を測定することができる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明によれば、被測定ガス中に含まれる酸素や、妨害電流成分の影響を相殺することにより、きわめて精度が高くＮＯｘガスの濃度を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。
【図２】図２は、図１、図３〜図５に示したＮＯｘガス濃度測定装置を用いたＮＯｘガス濃度測定原理を説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係るＮＯｘ濃度測定装置及びその方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１  第１層
２  第２層
３  第３層
４  第１拡散律速層
５  第２拡散律速層
６  第１室
７  第２室
８  第３室
９  隔壁
１１  第１セル
１２，１３  第１酸素イオンポンピング電極対（１２  第１の陰電極、１３  第２の陽電極）
２１  第２セル
２２，２３  第２酸素イオンポンピング電極対（２２  第２の陽電極、２３  第２の陰電極）
３１  第３セル
３２，３３  第３酸素イオンポンピング電極対（３２  第３の陽電極、３３  第３の陰電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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