(57)【要約】【課題】ガスセンサ素子に流れる電流の検出精度を向上させることができるガス濃度検出装置を提供すること。【解決手段】ガス濃度検出装置１は、ポンプセル、センサセル２Ｂ、モニタセルを有している。センサセル２Ｂの被測定ガス側電極２０３に設けたセンサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子、モニタセルの被測定ガス側電極２０５に設けたモニタ電流検出用抵抗Ｒｍの両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子、及びモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力電圧とセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力電圧との差動増幅を行って、ＮＯｘ濃度に基づく電圧を出力するＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段Ｅ１〜Ｅ３がそれぞれ設けてある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にセンサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該センサセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該モニタセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項３】
酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にセンサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記モニタセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記センサ電流検出回路は、上記モニタセル差動増幅用オペアンプの出力電圧と、上記センサセル差動増幅用オペアンプの出力電圧との差動増幅を行って、ＮＯｘ濃度に基づく電圧を出力するＮＯｘ濃度検出用オペアンプを有しており、
該ＮＯｘ濃度検出用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項において、上記定電流手段は、定電流回路又は抵抗を用いて構成してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ濃度の検出を行うガス濃度検出装置に関し、特に、センサセル又はモニタセルに流れる電流を検出する回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、車両の排ガス等の被測定ガス中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出する際には、固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子によって、被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセンサセルとを構成したガス濃度検出装置を用いる。そして、ガス濃度検出装置においては、ポンプセルによって、被測定ガス中の残存酸素濃度を極力少なくし、この酸素濃度調整後の被測定ガスがセンサセル及びモニタセルに供給されたとき、センサセルに流れるセンサ電流とモニタセルに流れるセンサ電流との差分を検出することによって、ＮＯｘ濃度を求めている。
【０００３】
例えば、特許文献１のガス濃度検出装置においては、被検出ガス中の余剰酸素を排出するポンプセル（第１セル）に流れる電流を検出するために、差動増幅回路を構成するオペアンプを用いて、ポンプセルに接続した抵抗の両端の電位差を検出している。また、余剰酸素排出後のガス成分から特定成分の濃度に応じた電流を流すセンサセル（第２セル）に流れる電流を検出するためにも、差動増幅回路を構成するオペアンプを用いて、センサセルに接続した抵抗の両端の電位差を検出している。
【０００４】
ところで、一般的なオペアンプの出力端子は、オペアンプの内部回路において、ＮＰＮ型の出力段トランジスタのエミッタ端子に設けた抵抗と、ＰＮＰ型の出力段トランジスタのコレクタ端子に設けた抵抗との間から取り出している。そのため、例えば、センサセル、モニタセル等に流れる電流を検出する際に、オペアンプの出力電圧を０Ｖにすることは難しく、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅが出力電圧に残る。
そして、オペアンプの出力電圧が、電圧Ｖｃｅの下限値を超えるときには、上記電流を検出する際の誤差はほとんど生じない一方、オペアンプの出力電圧が、電圧Ｖｃｅの下限値以下であるときには、この電圧Ｖｃｅが上記電流を検出する際の誤差となり、電流の検出精度を悪化させてしまう要因になる。
特に、ＮＯｘ濃度を検出するガス濃度検出装置においては、ｐｐｍオーダーのＮＯｘ濃度を検出するために、センサセル、モニタセル等に流れる電流として、数ｎＡ〜数百ｎＡ程度の微小な電流を検出する必要があり、電流の検出精度の悪化は深刻な問題となる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７１４３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、ガスセンサ素子に流れる電流の検出精度を向上させることができるガス濃度検出装置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】
【０００７】
第１の発明は、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にセンサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該センサセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置にある（請求項１）。
【０００８】
本発明のガス濃度検出装置は、被測定ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するものであり、センサセルに流れる電流（以下、センサ電流という。）の検出精度を向上させる工夫を行っている。
具体的には、本発明のガス濃度検出装置は、センサセルにおいて、基準電圧源による電圧とセンサ電流検出用オペアンプの出力電圧（指令電圧源による電圧）との差分電圧が、センサセルに印加されたときには、センサ電流検出回路におけるセンサ電流検出用抵抗には、例えば、数ｎＡ〜数百ｎＡの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサセル差動増幅用オペアンプにより、センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このセンサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。
【０００９】
このとき、本発明のセンサセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある。この定電流手段によって、センサセル差動増幅用オペアンプの内部回路における出力段トランジスタから、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅの下限値を引き下げることができ、センサセル差動増幅用オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そして、ガス濃度検出装置を制御する制御用マイコン等においては、センサ電流検出用抵抗の両端における電位差と、センサ電流検出用抵抗の抵抗値とに基づいて、センサセルに流れるセンサ電流を精度よく求めることができる。
【００１０】
それ故、本発明のガス濃度検出装置によれば、ガスセンサ素子（センサセル）に流れる電流（センサ電流）の検出精度を向上させることができる。
【００１１】
第２の発明は、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記モニタセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
該モニタセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置にある（請求項２）。
【００１２】
本発明のガス濃度検出装置は、被測定ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するものであり、モニタセルに流れるモニタ電流（以下、モニタセルに流れる電流は、センサセルに流れる電流と区別するためにモニタ電流という。）の検出精度を向上させる工夫を行っている。
具体的には、本発明のガス濃度検出装置は、モニタセルにおいて、基準電圧源による電圧とモニタ電流検出用オペアンプの出力電圧（指令電圧源による電圧）との差分電圧が、モニタセルに印加されたときには、モニタ電流検出回路におけるモニタ電流検出用抵抗には、例えば、数ｎＡ〜数百ｎＡの微小なモニタ電流が流れる。そして、モニタセル差動増幅用オペアンプにより、モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このモニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。
【００１３】
このとき、本発明のモニタセル差動増幅用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある。この定電流手段によって、モニタセル差動増幅用オペアンプの内部回路における出力段トランジスタから、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅの下限値を引き下げることができ、モニタセル差動増幅用オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そして、ガス濃度検出装置を制御する制御用マイコン等においては、モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差と、モニタ電流検出用抵抗の抵抗値とに基づいて、モニタセルに流れるモニタ電流を精度よく求めることができる。
【００１４】
それ故、本発明のガス濃度検出装置によれば、ガスセンサ素子（モニタセル）に流れる電流（モニタ電流）の検出精度を向上させることができる。
【００１５】
第３の発明は、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子を有し、
該ガスセンサ素子によって、ＮＯｘ不活性の電極を備え被測定ガス中の酸素濃度を調整するためのポンプセルと、ＮＯｘ活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセルと、ＮＯｘ不活性の電極を備え上記ポンプセルによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガス中の酸素濃度を監視するためのモニタセルとを構成してなるガス濃度検出装置において、
上記センサセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にセンサ電流検出回路を接続してなり、
該センサ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記センサセルの被測定ガス側電極に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプと、
該センサ電流検出用オペアンプの出力端子と上記センサセルの被測定ガス側電極との間に設けたセンサ電流検出用抵抗と、
該センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該センサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記モニタセルは、その基準ガス側電極に基準電圧源を接続してなると共に、その被測定ガス側電極にモニタ電流検出回路を接続してなり、
該モニタ電流検出回路は、指令電圧源と、
該指令電圧源による電圧を上記モニタセルの被測定ガス側電極に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプと、
該モニタ電流検出用オペアンプの出力端子と上記モニタセルの被測定ガス側電極との間に設けたモニタ電流検出用抵抗と、
該モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、該モニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプとを有しており、
上記センサ電流検出回路は、上記モニタセル差動増幅用オペアンプの出力電圧と、上記センサセル差動増幅用オペアンプの出力電圧との差動増幅を行って、ＮＯｘ濃度に基づく電圧を出力するＮＯｘ濃度検出用オペアンプを有しており、
該ＮＯｘ濃度検出用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてあることを特徴とするガス濃度検出装置にある（請求項３）。
【００１６】
本発明のガス濃度検出装置は、被測定ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するものであり、モニタセルに流れる電流（モニタ電流）と、センサセルに流れる電流（センサ電流）との差分より求めるＮＯｘ濃度の検出精度を向上させる工夫を行っている。
具体的には、本発明のガス濃度検出装置は、センサセルにおいて、基準電圧源による電圧とセンサ電流検出用オペアンプの出力電圧（指令電圧源による電圧）との差分電圧が、センサセルに印加されたときには、センサ電流検出回路におけるセンサ電流検出用抵抗には、例えば、数ｎＡ〜数百ｎＡの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサセル差動増幅用オペアンプにより、センサ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このセンサ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。
【００１７】
また、本発明のガス濃度検出装置は、モニタセルにおいて、基準電圧源による電圧とモニタ電流検出用オペアンプの出力電圧（指令電圧源による電圧）との差分電圧が、モニタセルに印加されたときには、モニタ電流検出回路におけるモニタ電流検出用抵抗には、例えば、数ｎＡ〜数百ｎＡの微小なモニタ電流が流れる。そして、モニタセル差動増幅用オペアンプにより、モニタ電流検出用抵抗の両端における電圧の差動増幅を行って、このモニタ電流検出用抵抗の両端における電位差を検出する。
【００１８】
そして、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプは、モニタセル差動増幅用オペアンプの出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプの出力電圧との差動増幅を行って、ＮＯｘ濃度に基づく電圧を出力する。
このとき、本発明のＮＯｘ濃度検出用オペアンプの出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段が設けてある。この定電流手段によって、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプの内部回路における出力段トランジスタから、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタのコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅの下限値を引き下げることができ、モニタセル差動増幅用オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そして、ガス濃度検出装置を制御する制御用マイコン等においては、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプの出力電圧に基づいて、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を精度よく求めることができる。
【００１９】
それ故、本発明のガス濃度検出装置によれば、ガスセンサ素子に流れる電流の差分（モニタセルとセンサセルとに流れる電流の差分）より求めるＮＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
上述した第１〜第３の発明における好ましい実施の形態につき説明する。
第１〜第３の発明において、上記センサ電流検出用抵抗の抵抗値及び上記モニタ電流検出用抵抗の抵抗値は、数百〜数千ｋΩとすることができる。
また、第１〜第３の発明のうちの２つ以上の発明は、同じガス濃度検出装置に組み合わせて採用することができる。
【００２１】
また、上記定電流手段は、定電流回路又は抵抗を用いて構成することができる（請求項４）。この場合には、定電流手段を容易に形成することができる。
なお、定電流回路としては、例えば、ＮＰＮ型のトランジスタを２個用いたカレントミラー回路、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等による定電流ダイオードを備えた定電流回路等を用いることができる。また、抵抗としては、温度特性に優れた種々の抵抗器を用いることができる。
また、定電流手段として定電流回路を用いる場合には、オペアンプによる出力可能な範囲のばらつきを小さくすることができる。一方、定電流手段として抵抗を用いる場合には、安価であると共に定電流手段が占有する面積を小さくすることができ、オペアンプによる出力可能な範囲をより０Ｖに近づけることができる。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明のガス濃度検出装置１にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例のガス濃度検出装置１は、図１〜図３に示すごとく、酸素イオン透過性を有する固体電解質体の両表面にそれぞれ電極を設けてなるガスセンサ素子２と、通電によって発熱するヒータ素子３とを有している。ガス濃度検出装置１は、ガスセンサ素子２によって、ＮＯｘ不活性の電極２０１、２０２を備え被測定ガスＧ中の酸素濃度を調整するためのポンプセル２Ａと、ＮＯｘ活性の電極２０３及びＮＯｘ不活性の電極２０４を備えポンプセル２Ａによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガスＧ中のＮＯｘ濃度を測定するためのセンサセル２Ｂと、ＮＯｘ不活性の電極２０５、２０６を備えポンプセル２Ａによって酸素濃度の調整を行った後の被測定ガスＧ中の酸素濃度を監視するためのモニタセル２Ｃとを構成している。ポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ、モニタセル２Ｃ及びヒータ素子３は、制御用マイコン８によって入出力の制御が可能である。
【００２３】
図３に示すごとく、本例のセンサセル２Ｂは、その基準ガス側電極２０４に基準電圧源５１を接続してなると共に、その被測定ガス側電極２０３にセンサ電流検出回路５を接続してなる。センサ電流検出回路５は、指令電圧源５２と、指令電圧源５２による電圧をセンサセル２Ｂの被測定ガス側電極２０３に印加するためのセンサ電流検出用オペアンプＯＰ１と、センサ電流検出用オペアンプＯＰ１の出力端子とセンサセル２Ｂの被測定ガス側電極２０３との間に設けたセンサ電流検出用抵抗Ｒｓと、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端における電圧の差動増幅を行って、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端における電位差を検出するためのセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３とを有している。
センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段Ｅ１が設けてある。
【００２４】
同図に示すごとく、本例のモニタセル２Ｃは、その基準ガス側電極２０６に基準電圧源５１（センサセル２Ｂの基準電圧源５１と共通化している。）を接続してなると共に、その被測定ガス側電極２０５にモニタ電流検出回路６を接続してなる。モニタ電流検出回路６は、指令電圧源６１と、指令電圧源６１による電圧をモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加するためのモニタ電流検出用オペアンプＯＰ２と、モニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間に設けたモニタ電流検出用抵抗Ｒｍと、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの両端における電圧の差動増幅を行って、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの両端における電位差を検出するためのモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４とを有している。
モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段Ｅ２が設けてある。
【００２５】
図３に示すごとく、センサ電流検出回路５は、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力電圧との差動増幅を行って、ＮＯｘ濃度に基づく電圧を出力するＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５を有している。ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段Ｅ３が設けてある。
また、図６に示すごとく、本例の定電流手段Ｅ１〜Ｅ３は、定電流回路としてのカレントミラー回路である。
【００２６】
なお、図１は、ガス濃度検出装置１の全体構成を概略的に示す図である。図２は、モニタセル２Ｃ、モニタ電流検出回路６、後述するスイッチング回路６５の周辺の回路構成を示し、図３は、センサセル２Ｂ、センサ電流検出回路５、モニタセル２Ｃ、モニタ電流検出回路６の周辺の回路構成を示し、図４は、アドミタンス測定回路７の周辺の回路構成を示す図である。図５は、ポンプセル２Ａ、ヒータ素子３の回路構成を概略的に示す図である。また、図６は、定電流手段Ｅ１〜Ｅ３の詳細を示す図である。
【００２７】
以下に、本例のガス濃度検出装置１につき、図１〜図１０と共に詳説する。
本例のガス濃度検出装置１は、エンジン等の内燃機関の排気管を流れる排ガス（被測定ガス）Ｇ中のＮＯｘ濃度を検出するものである。
ガスセンサ素子２としてのポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃと、ヒータ素子３とを備えたガスセンサ１０は、種々の構成にすることができる。本例においては、図１に示すごとく、ポンプセル２Ａは、第１の固体電解質体２１Ａの一方の表面に被測定ガスＧに曝される被測定ガス側電極２０１を設けると共に、この電極２０１に対向して、第１の固体電解質体２１Ａの他方の表面に基準ガスＦ（大気ガス等）に曝される基準ガス側電極２０２を設けて形成してある。ポンプセル２Ａの一対の電極２０１、２０２は、ＮＯｘ不活性の材料を用いて構成してある。
【００２８】
センサセル２Ｂは、第１の固体電解質体２１Ａにスペーサ２３を介して積層する第２の固体電解質体２１Ｂの一方の表面に被測定ガスＧに曝される電極２０３を設けると共に、この電極２０３に対向して、第２の固体電解質体２１Ｂの他方の表面に基準ガスＦ（大気ガス等）に曝される電極２０４を設けて形成してある。センサセル２Ｂにおいて、被測定ガスＧに曝される電極２０３は、ＮＯｘ活性の材料を用いて構成してあり、基準ガスＦに曝される電極２０４は、ＮＯｘ不活性の材料を用いて構成してある。
【００２９】
モニタセル２Ｃは、第２の固体電解質体２１Ｂの一方の表面に被測定ガスＧに曝される電極２０５を設けると共に、この電極２０５に対向して、第２の固体電解質体２１Ｂの他方の表面に基準ガスＦ（大気ガス等）に曝される電極２０６を設けて形成してある。モニタセル２Ｃの一対の電極２０５、２０６は、ＮＯｘ不活性の材料を用いて構成してある。
また、センサセル２Ｂとモニタセル２Ｃとは、第２の固体電解質体２１Ｂの両表面に隣接して設けてあり、それぞれの基準ガスＦに曝される電極２０４、２０６は、共通化してある。
【００３０】
また、図１に示すごとく、ヒータ素子３は、白金等によって形成したヒータ導体３を、絶縁性のセラミックス基板３１同士の間に挟持させて形成してある。ヒータ素子３は、第１の固体電解質体２１Ａに積層して設けてある。
第１の固体電解質体２１Ａと第２の固体電解質体２１Ｂとの間には、被測定ガスＧが供給されるチャンバー２４が形成してあり、このチャンバー２４に、ポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃの被測定ガスＧ側の電極２０１、２０３、２０５が曝されている。また、チャンバー２４内には、第２の固体電解質体２１Ｂに設けた多孔質拡散層２２及びピンホール２１１を経由して、被測定ガスＧが供給されるよう構成されている。
【００３１】
また、ガス濃度検出装置１においては、センサ駆動回路１００によって、ポンプセル２Ａ、センサセル２Ｂ、モニタセル２Ｃ及びヒータ素子３を駆動するよう構成されている。
センサ駆動回路１００は、ポンプセル２Ａにおいては、一対の電極２０１、２０２に電圧を印加して、被測定ガスＧ中の酸素濃度を、センサセル２Ｂ及びモニタセル２ＣにおけるｐｐｍオーダーのＮＯｘ濃度の検出に影響を及ぼさない所定の目標範囲内の酸素濃度にする。
【００３２】
（ポンプセル２Ａの回路構成）
具体的には、図５に示すごとく、ポンプセル２Ａの基準ガス側電極２０２には、制御用マイコン８の出力ポート（ＯＮ／ＯＦＦポート）ＯＵＴ４からのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を受けて、当該ポンプセル２Ａに限界電流特性を維持するための所定範囲内の電圧を印加するよう構成したポンプセル出力回路４１が接続してある。また、ポンプセル２Ａの被測定ガス側電極２０１には、基準電圧源４３及びポンプセル入力回路４２が接続してある。ポンプセル２Ａには、ポンプセル出力回路４１における出力電圧と、基準電圧源４３による電圧との差分電圧が印加される。
【００３３】
そして、制御用マイコン８は、Ａ／Ｄ変換入力ポートＩＮ４から取り込んだポンプセル入力回路４２のポンプ電流検出用抵抗Ｒｐに流れる電流値に基づいて、ポンプセル２Ａにおける被測定ガスＧ中の酸素濃度を求めて、この酸素濃度を監視するよう構成してある。また、制御用マイコン８は、ポンプセル２Ａにおける酸素濃度が目標範囲内になるよう（電流値が目標範囲内になるよう）、ポンプセル２Ａの限界電流特性を維持する範囲内でパルス幅変調信号のデューティ比を変化させるよう構成してある。
【００３４】
また、センサ駆動回路１００は、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃに限界電流特性を示す所定の電圧を印加し、センサセル２Ｂ及びモニタセル２Ｃに流れる数ｎＡ〜数百ｎＡの微小な電流を検出して、これらの電流値の差分を求めることによって、ＮＯｘ濃度を求めるよう構成されている。
【００３５】
（モニタセル２Ｃの回路構成）
図２、図３に示すごとく、本例のモニタセル２Ｃは、その素子アドミタンス（又は素子インピーダンス、以下同様。）の測定を兼用するセルとする。モニタセル２Ｃの基準ガス側電極２０６には、基準電圧源５１が接続してあり、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５には、モニタ電流検出回路６が接続してある。
本例のモニタ電流検出回路６は、モニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間においてモニタ電流検出用抵抗Ｒｍと並列に接続したアドミタンス測定用抵抗Ｒａと、アドミタンス測定用抵抗Ｒａを設けた切替用配線６０１の導通状態と非導通状態とを切り替えるためのスイッチング素子ＴＲ１とを有している。
【００３６】
図２に示すごとく、指令電圧源６１には、スイッチング素子ＴＲ１によって切替用配線６０１を導通させた状態において、上記素子アドミタンスを測定するための交流電圧をモニタ電流検出用オペアンプＯＰ２に印加する掃引手段６２が設けてある。図４に示すごとく、切替用配線６０１には、掃引手段６２による交流電圧の印加によってアドミタンス測定用抵抗Ｒａに流れる電流の変化を測定するためのアドミタンス測定回路７が接続してある。ここで、図２における記号Ａは、図４における記号Ａと繋がっていることを示す。
【００３７】
基準電圧源５１は、ボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプＯＰ１１を用いて構成してある。すなわち、回路用電源Ｖｃｃの電圧（本例では５Ｖ）を抵抗Ｒ２０〜Ｒ２２に対する抵抗Ｒ２１、Ｒ２２の値によって定まる電圧（本例では４．４Ｖ）を、バッファ用オペアンプＯＰ１１の非反転入力端子に入力し、バッファ用オペアンプＯＰ１１の出力端子から電流制限用の抵抗Ｒ２３を介して、センサセル２Ｂの基準ガス側電極２０４に電圧（本例では４．４Ｖ）を印加する。なお、バッファ用オペアンプＯＰ１１の反転入力端子と出力端子との間には、特性改善用のコンデンサＣ５が接続してあり、バッファ用オペアンプＯＰ１１の反転入力端子は、保護用の抵抗Ｒ２４を介して基準ガス側電極２０４に接続してある。
【００３８】
図２に示すごとく、モニタセル２Ｃにおいて、モニタ電流検出用オペアンプＯＰ２は、指令電圧源６１による電圧をモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加するボルテージフォロアを構成している。モニタ電流検出用抵抗Ｒｍは、モニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間に接続してある。
また、モニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の反転入力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間には、モニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の保護用の抵抗Ｒ１が接続してある。
【００３９】
切替用配線６０１に設けたスイッチング素子ＴＲ１は、２つのＮチャンネルのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＭＯＳ型の電界効果トランジスタ）（ＴＲ１Ａ、Ｂ）を各ドレイン端子同士を接続して構成したものであり、２つのＭＯＳ型ＦＥＴのゲート端子は、後述するスイッチング回路６５を介して、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ３に接続してある。
この２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）は、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍにおける電流の流れの下流側であって、電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子に接続される下流側ＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ｂ）と、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍにおける電流の流れの上流側であって、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に接続される上流側ＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ）とからなる。そして、２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）は、上流側ＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ）のソース端子Ｓを、ドレイン端子とし、下流側ＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ｂ）のソース端子Ｓを、ソース端子として動作する。
また、モニタ電流検出回路６の出力端子とモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５との間には、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍとアドミタンス測定用抵抗Ｒａとに並列に、ノイズ吸収用のコンデンサＣ１が設けてある。
【００４０】
図２に示すごとく、モニタ電流検出回路６における指令電圧源６１は、モニタセル２Ｃにおいてモニタ電流の検出を行う際には、モニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の非反転入力端子及びモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に、回路用電源Ｖｃｃによる電圧（本例では５Ｖ）を、抵抗Ｒ６〜Ｒ８に対する抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８の値によって定まる電圧（本例では４Ｖ）に変換して印加するよう構成してある。
また、モニタ電流検出回路６の非反転入力端子と、抵抗Ｒ６及び抵抗Ｒ７との間の分圧中間点との間には、電流制限用の抵抗Ｒ９が設けてあり、モニタ電流検出回路６の非反転入力端子は、ノイズ吸収用のコンデンサＣ２を介してグラウンド電位に接続してある。
【００４１】
図３に示すごとく、モニタセル２Ｃにおいて、モニタ電流の検出を行う際には、モニタセル２Ｃの基準ガス側電極２０６には、基準電圧源５１による電圧（本例では４．４Ｖ）が印加され、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５には、指令電圧源６１による電圧（本例では４Ｖ）が印加される。
また、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の反転入力端子には、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの電流の流れの下流側端が接続してあり、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の非反転入力端子には、ボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプＯＰ６を介して、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの電流の流れの上流側端が接続してある。
【００４２】
モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４によって、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍに流れる（モニタセル２Ｃに流れる）モニタ電流（残存酸素電流、被測定ガス側電極２０５に存在する残存酸素によって流れる電流）に基づいた電圧出力をするよう構成してある。モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ２に接続してあり、制御用マイコン８においては、モニタセル２Ｃにおける残存酸素濃度の検出、監視が可能になっている。
【００４３】
より具体的には、図３に示すごとく、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの上流側端は、抵抗Ｒ３５を介してバッファ用オペアンプＯＰ６の非反転入力端子に接続してあり、バッファ用オペアンプＯＰ６の出力端子は、抵抗Ｒ３７を介してモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の非反転入力端子に接続してある。一方、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの下流側端は、抵抗Ｒ３６を介してモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の反転入力端子に接続してある。
また、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ３８及び特性改善用のコンデンサＣ９が並列に接続してあり、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Ｖｄ（本例では０．２Ｖ）に接続してある。そして、抵抗Ｒ３６と抵抗Ｒ３７との抵抗値、及び抵抗Ｒ３８と抵抗Ｒ３９との抵抗値は同じであり、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４は、抵抗Ｒ３６（Ｒ３７）に対する抵抗Ｒ３８（Ｒ３９）の大きさによって定まる増幅率で、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの両端の電位差を出力するよう構成してある。
【００４４】
また、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ２に接続してある。こうして、制御用マイコン８は、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５からモニタ電流検出用抵抗Ｒｍを経由してモニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の出力端子へ流れるモニタ電流ｉ（図２に電流ｉの流れを示す。）を、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの抵抗値（本例では１．５ＭΩ）と、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの両端の電圧の差分とに基づいて求めるよう構成してある。
また、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの上流側の電圧（バッファ用オペアンプＯＰ６の出力電圧）は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ６に接続してある。制御用マイコン８は、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの上流側の電圧を監視するよう構成してある。
【００４５】
（センサセル２Ｂの回路構成）
図３に示すごとく、センサセル２Ｂの基準ガス側電極２０４には、基準電圧源５１が接続してあり、センサセル２Ｂの被測定ガス側電極２０３には、センサ電流検出回路５が接続してある。センサセル２Ｂの基準ガス側電極２０４は、モニタセル２Ｃの基準ガス側電極２０６と共用化されており、基準電圧源５１は、上記モニタセル２Ｃに用いるものを共用している。
センサ電流検出回路５は、ボルテージフォロアを構成するセンサ電流検出用オペアンプＯＰ１を用いて構成してある。すなわち、回路用電源Ｖｃｃの電圧（本例では５Ｖ）を抵抗Ｒ２０〜Ｒ２２に対する抵抗Ｒ２２の値によって定まる電圧（本例では４Ｖ）を、センサ電流検出用オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に入力し、センサ電流検出用オペアンプＯＰ１の出力端子からセンサ電流検出用抵抗Ｒｓを介して、センサセル２Ｂの被測定ガス側電極２０３に電圧（本例では４Ｖ）を印加する。なお、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端には、ノイズ吸収用のコンデンサＣ６が並列に接続してあり、センサ電流検出用オペアンプＯＰ１の反転入力端子は、センサ電流検出用オペアンプＯＰ１の保護用の抵抗Ｒ２５を介して被測定ガス側電極２０３に接続してある。
【００４６】
また、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端は、差動増幅回路を構成するセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の反転入力端子と非反転入力端子とに接続してあり、このセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３によって、センサ電流検出用抵抗Ｒｓに流れる（センサセル２Ｂに流れる）センサ電流（ＮＯｘ電流、被測定ガス側電極２０３に存在するＮＯｘが残存酸素と反応した後に流れる電流）に基づいた電圧出力をするよう構成してある。
センサ電流検出用抵抗Ｒｓの上流側端は、抵抗Ｒ２６を介してボルテージフォロアを構成するバッファ用オペアンプＯＰ１２の非反転入力端子に接続してあり、バッファ用オペアンプＯＰ１２の出力端子は、抵抗Ｒ２８を介してセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続してある。一方、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの下流側端は、抵抗Ｒ２７を介してセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続してある。
【００４７】
また、図３に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ２９及び特性改善用のコンデンサＣ７が並列に接続してあり、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Ｖｄ（本例では０．２Ｖ）に接続してある。そして、抵抗Ｒ２７と抵抗Ｒ２８との抵抗値、及び抵抗Ｒ２９と抵抗Ｒ３０との抵抗値は同じであり、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３は、抵抗Ｒ２７（Ｒ２８）に対する抵抗Ｒ２９（Ｒ３０）の大きさによって定まる増幅率で、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端の電位差を出力するよう構成してある。
また、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ７に接続してあり、制御用マイコン８においては、センサセル２Ｂにおけるセンサ電流の検出、監視が可能になっている。
【００４８】
（ＮＯｘ濃度の検出）
また、同図に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力と、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力とは、差動増幅回路を構成するＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の非反転入力端子と反転入力端子とに接続してある。このＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５によって、モニタ電流（残存酸素電流）に基づいた電圧とセンサ電流（ＮＯｘ電流）に基づいた電圧との差分を演算して、この差分による電圧を出力するよう構成してある。ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ１に接続してあり、制御用マイコン８においては、被測定ガスＧ中のＮＯｘ濃度の検出、監視が可能になっている。
【００４９】
より具体的には、図３に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子は、抵抗Ｒ３２を介して、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の非反転入力端子に接続してあり、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子は、抵抗Ｒ３１を介して、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の反転入力端子に接続してある。
また、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の反転入力端子と出力端子との間には、抵抗Ｒ３３及び特性改善用のコンデンサＣ８が並列に接続してあり、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の非反転入力端子は、所定のオフセット電圧Ｖｄ（本例では０．２Ｖ）に接続してある。そして、抵抗Ｒ３１と抵抗Ｒ３２との抵抗値、及び抵抗Ｒ３３と抵抗Ｒ３４との抵抗値は同じであり、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５は、抵抗Ｒ３１（Ｒ３２）に対する抵抗Ｒ３３（Ｒ３４）の大きさによって定まる増幅率で、ＮＯｘ濃度に応じた電圧を出力するよう構成してある。
【００５０】
（定電流手段Ｅ１〜Ｅ３）
図６に示すごとく、本例の定電流手段Ｅ１〜Ｅ３は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＴＲ１０、１１を一対に用いて構成したカレントミラー回路である。本例のカレントミラー回路においては、一方のトランジスタＴＲ１０のコレクタ端子を、電流制限用の抵抗Ｒ５０を介して回路用電源Ｖｃｃに接続し、他方のトランジスタＴＲ１１のコレクタ端子を、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子に接続してある。また、一方のトランジスタＴＲ１０のベース端子と他方のトランジスタＴＲ１１のベース端子とを接続し、一方のトランジスタＴＲ１０のコレクタ端子とベース端子とが接続してある。また、一方のトランジスタＴＲ１０のエミッタ端子と他方のトランジスタＴＲ１１のエミッタ端子とはグラウンド電位に接続してある。
【００５１】
そして、抵抗Ｒ５０によって制限され、一方のトランジスタＴＲ１０のコレクタ−エミッタ間を流れる電流と、他方のトランジスタＴＲ１１のコレクタ−エミッタ間を流れる電流とが同じになり、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子から、回路用電源Ｖｃｃの電圧及び抵抗Ｒ５０の値によって定まる所定量の電流を引き出すことができる。
なお、図６においては、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子に接続した定電流手段Ｅ１の構成について説明したが、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４に接続した定電流手段Ｅ２の構成、及びＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５に接続した定電流手段Ｅ３の構成についても同様である。
【００５２】
また、カレントミラー回路は、例えば、ダイオードとトランジスタを用いたもの、ＭＯＳ型ＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）を用いたもの等、種々の構成にすることができる。また、定電流回路は、種々のＦＥＴ（電界効果トランジスタ）、抵抗、ダイオード等を用いて構成することもでき、所定量の電流を流すことができる種々の回路とすることができる。
また、定電流手段Ｅ１〜Ｅ３は、ＦＥＴによる定電流ダイオード等を用いた定電流回路として構成することもできる。
また、定電流手段Ｅ１〜Ｅ３は、図７に示すごとく、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３（モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５）の出力端子をグラウンド電位に接続する抵抗器Ｒ５１等とすることもできる。
【００５３】
また、図示は省略するが、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の出力端子にのみ定電流手段Ｅ３を設け、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子及びモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子には、定電流手段Ｅ１、Ｅ２を設けないこともできる。
また、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５を設ける代わりに、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４からの出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３からの出力電圧との差分は、制御用マイコン８内のプログラムによって演算することもできる。この場合には、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子に定電流手段Ｅ１を設け、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子に定電流手段Ｅ２を設けることができる。
【００５４】
（掃引手段６２）
図２に示すごとく、指令電圧源６１に構成した掃引手段６２は、抵抗Ｒ６と並列になるよう設けたプラス側スイッチング素子（ＭＯＳ型ＦＥＴ）ＴＲ２及び抵抗Ｒ４と、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８と並列になるよう設けたマイナス側スイッチング素子（ＭＯＳ型ＦＥＴ）ＴＲ３及び抵抗Ｒ５とを有している。各スイッチング素子ＴＲ２、ＴＲ３のゲート端子は、それぞれ抵抗Ｒ２、Ｒ３を介して、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ１、ＯＵＴ２に接続してある。
【００５５】
そして、モニタセル２Ｃにおいて、素子アドミタンスの測定を行う際には、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ３からの出力信号によって、スイッチング素子ＴＲ１を導通させた後、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ１からの出力信号をＯＮにして、プラス側スイッチング素子ＴＲ２を導通させる。これにより、抵抗Ｒ４と抵抗Ｒ６との並列抵抗と、抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８の直列抵抗との分圧による電圧（本例では４．２Ｖ）がモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加される。次いで、所定時間経過後、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ１からの出力信号をＯＦＦにすると共に、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ２からの出力信号をＯＮにして、マイナス側スイッチング素子ＴＲ３を導通させる。これにより、抵抗Ｒ６と、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ７及び抵抗Ｒ８との並列抵抗との分圧による電圧（本例では３．８Ｖ）がモニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に印加される。その後、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ２からの出力信号をＯＦＦにする。
こうして、掃引手段６２により、モニタセル２Ｃの被測定ガス側電極２０５に、素子アドミタンスを測定するための交流電圧を印加することができる。
【００５６】
（スイッチング回路６５）
図２に示すごとく、本例のスイッチング素子ＴＲ１を構成する２つのＮチャンネルのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）は、各ゲート端子に接続したスイッチング回路６５によって、導通状態と非導通状態とに切替が可能である。
スイッチング回路６５は、制御用マイコン８からの出力信号を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わる１段目トランジスタＴＲ６と、１段目トランジスタＴＲ６の出力状態を受けて、導通状態と非導通状態とに切り替わる２段目トランジスタＴＲ７とを用いて構成してある。本例の１段目トランジスタＴＲ６及び２段目トランジスタＴＲ７は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタであり、２段目トランジスタＴＲ７のゲート端子は、１段目トランジスタＴＲ６のコレクタ端子に接続してある。
【００５７】
より具体的には、スイッチング回路６５において、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ３は、電流制限用の抵抗Ｒ４０を介して１段目トランジスタＴＲ６のベース端子に接続してあり、１段目トランジスタＴＲ６のベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗Ｒ４１が接続してある。回路用電源Ｖｅと１段目トランジスタＴＲ６のコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗Ｒ４２が設けてあり、１段目トランジスタＴＲ６のエミッタ端子はグラウンド電位に接続してある。抵抗Ｒ４２と１段目トランジスタＴＲ６のコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗Ｒ４３を介して２段目トランジスタＴＲ７のベース端子に接続してある。
【００５８】
２段目トランジスタＴＲ７のベース端子とエミッタ端子との間には、電流フィードバック用の抵抗Ｒ４５が接続してある。バッテリ電源ＶＢと２段目トランジスタＴＲ７のコレクタ端子との間には、電流制限用の抵抗Ｒ４４が設けてあり、２段目トランジスタＴＲ７のエミッタ端子は、グラウンド電位に接続してある。また、抵抗Ｒ４４と２段目トランジスタＴＲ７のコレクタ端子との間は、電流制限用の抵抗Ｒ４６を介して下流側ＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ｂ）のゲート端子に接続してある。
また、抵抗Ｒ４６と、２段目トランジスタＴＲ７のコレクタ端子との間は、アノード端子をグラウンド電位側にしたツェナダイオードＤ３によってグラウンド電位に接続してある。ツェナダイオードＤ３により、２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）を逆起電力から保護している。
【００５９】
図２に示すごとく、モニタ電流検出回路６によってモニタセル２Ｃに流れるモニタ電流の検出を行う際には、制御用マイコン８の出力ポートはＯＦＦ（Ｌｏｗ）状態になっており、スイッチング回路６５の１段目トランジスタＴＲ６のコレクタ−エミッタ間が非導通状態になっている。また、回路用電源Ｖｅによる電圧（本例では８．４Ｖ）が、２段目トランジスタＴＲ７のベース端子に印加され、２段目トランジスタＴＲ７のコレクタ−エミッタ間が導通状態になっている。
そして、スイッチング回路６５から２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）のゲート端子には、ほぼ０Ｖの電圧が印加されており（２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）のゲート端子はＬｏｗ状態になっており）、２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）は、非導通状態になっている。
【００６０】
一方、同図に示すごとく、アドミタンス測定回路７によってアドミタンス測定用抵抗Ｒａに流れる電流変化の測定を行う際には、制御用マイコン８の出力ポートがＯＮ（Ｈｉｇｈ）状態になり、スイッチング回路６５の１段目トランジスタＴＲ６のコレクタ−エミッタ間が導通状態になる。このとき、２段目トランジスタＴＲ７のベース端子に印加される電圧がほぼ０Ｖになり、２段目トランジスタＴＲ７のコレクタ−エミッタ間が非導通状態になる。そして、２段目トランジスタＴＲ７のコレクタ端子から、バッテリ電源ＶＢによる電圧（本例では１２Ｖ）が、２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）のベース端子に印加される。
【００６１】
これにより、２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）のドレイン−ソース間が導通状態になり、アドミタンス測定用抵抗Ｒａを設けた切替用配線６０１が導通状態になる。
こうして、アドミタンス測定回路７によってアドミタンス測定用抵抗Ｒａに流れる電流を検出する際には、指令電圧源６１の電圧よりも高い電圧であるバッテリ電源ＶＢによる電圧ＶＢを、２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）のゲート端子に印加して、当該２つのＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ、Ｂ）を導通させることができる。
【００６２】
（アドミタンス測定回路７）
図２、図４に示すごとく、モニタセル２Ｃにおいて、アドミタンス測定回路７は、モニタ電流の検出から素子アドミタンスの測定に切り替え、モニタ電流の検出を行っていない時間帯を利用して、モニタセル２Ｃに所定の交流電圧を印加し、このモニタセル２Ｃに流れる交流電流の変化を検出することによって、素子アドミタンスを求めるよう構成されている。
素子アドミタンスの信号は、Ａ／Ｄ変換入力ポートＩＮ３から制御用マイコン８に取り込まれる。
【００６３】
図４に示すごとく、本例のアドミタンス測定回路７を構成するアドミタンス測定用配線７０１は、アドミタンス測定用抵抗Ｒａの電流の流れの下流側端（アドミタンス測定用抵抗Ｒａとスイッチング素子ＴＲ１との間）に接続してある。なお、図４における記号Ａは、図２、図３における記号Ａと繋がっていることを示す。
アドミタンス測定用配線７０１においては、電流の流れの上流側から順に、バッファ用オペアンプＯＰ７、ハイパスフィルタ７１、ダイオードＤ１、ピークホールド手段７２及び増幅回路を構成する増幅用オペアンプＯＰ９が設けてある。
【００６４】
ハイパスフィルタ７１は、いわゆる一次フィルタであり、アドミタンス測定用配線７０１に設けたコンデンサＣ３と、コンデンサＣ３の下流側と、グラウンド電位との間に設けた抵抗Ｒ１０とによって構成してある。アドミタンス測定用配線７０１において、ハイパスフィルタ７１の下流側には、電流制限用の抵抗Ｒ１１が設けてあり、この抵抗Ｒ１１の下流側は、アノード端子をグラウンド電位側にしたダイオードＤ１を介してグラウンド電位に接続してある。
【００６５】
図４に示すごとく、アドミタンス測定用配線７０１において、ダイオードＤ１の接続位置の下流側は、電流制限用の抵抗Ｒ１２を介してピークホールド手段７２に接続してある。本例のピークホールド手段７２は、ボルテージフォロアを構成するピークホールド用オペアンプＯＰ８と、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力端子とグラウンド電位との間に接続したピーク電圧検出用コンデンサＣ４と、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４からピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力端子への電流リークを防止するためのダイオードＤ２とを有している。また、ダイオードＤ２とピーク電圧検出用コンデンサＣ４との間には、電流制限用の抵抗Ｒ１３が設けてある。
【００６６】
アドミタンス測定用配線７０１において、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４の下流側は、非反転増幅回路を構成する増幅用オペアンプＯＰ９の非反転入力端子に接続してある。増幅用オペアンプＯＰ９は、その反転入力端子とグラウンド電位との間に設けた抵抗Ｒ１５と、その反転入力端子と出力端子との間に設けた抵抗Ｒ１６とによって定まる増幅率で、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４に保持したピーク電圧を増幅する。増幅用オペアンプＯＰ９の出力端子は、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ３に接続してある。
こうして、制御用マイコン８は、電圧の掃引時に、モニタセル２Ｃの素子アドミタンスを、アドミタンス測定回路７のピークホールド手段によって保持したピーク電圧と、アドミタンス測定用抵抗Ｒａの抵抗値（本例では５１１Ω）とに基づいて求めるよう構成してある。
【００６７】
また、図２に示すごとく、上流側ＭＯＳ型ＦＥＴ（ＴＲ１Ａ）のソース端子Ｓとアドミタンス測定用抵抗Ｒａとの間には、ボルテージフォロアを構成する電圧監視用オペアンプＯＰ１０が分岐して接続してある。この電圧監視用オペアンプＯＰ１０の出力端子は、制御用マイコン８の入力ポートＩＮ５に接続してあり、制御用マイコン８は、アドミタンス測定用抵抗Ｒａの下流側端の電圧を監視するよう構成してある。
【００６８】
また、図４に示すごとく、アドミタンス測定用配線７０１において、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の上流側には、アドミタンス測定回路７において素子アドミタンスの測定を行わないときに、アドミタンス測定用配線７０１をグラウンド電位にしておくための測定停止用スイッチング素子ＴＲ４が設けてあり、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の下流側には、アドミタンス測定回路７において素子アドミタンスの測定が終わったときに、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４によって保持した電圧をリセット（ほぼゼロ）にするためのリセット用スイッチング素子ＴＲ５が設けてある。
測定停止用スイッチング素子ＴＲ４及びリセット用スイッチング素子ＴＲ５の各ベース端子は、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ６、ＯＵＴ７に接続してある。
【００６９】
そして、モニタセル２Ｃにおいて素子アドミタンスの検出を行う際には、ピークホールド用オペアンプＯＰ８の非反転入力端子に印加される電圧は、ダイオードＤ２によってピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力端子への電流リークを防止した状態で、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４に蓄えられる。そして、増幅用オペアンプＯＰ９によって所定の増幅率に増幅した状態で、制御用マイコン８のＡ／Ｄ変換入力ポートＩＮ３に取り込まれる。
また、ピーク電圧検出用コンデンサＣ４に蓄えた電圧をリセットする際には、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ６からの出力信号によって、リセット用スイッチング素子ＴＲ５を導通させることができ、素子アドミタンスの測定を行わないときに、制御用マイコン８の出力ポートＯＵＴ７からの出力信号によって、測定停止用スイッチング素子ＴＲ４を導通させておくことができる。
【００７０】
図８は、素子アドミタンスの測定を行う際の動作を概略的に示す。
同図における上段は、素子アドミタンスの測定時に、掃引手段６２により発生させる掃引電圧を示し、同図における中段は、アドミタンス測定用抵抗Ｒａに生じた変化電圧（電圧監視用オペアンプＯＰ１０の出力電圧）を示し、同図における下段は、ピークホールド手段７２におけるピーク電圧（ピークホールド用オペアンプＯＰ８の出力電圧）を示す。本例の基準電圧源５１の電圧は、４．４Ｖであり、実際にアドミタンス測定用抵抗Ｒａに印加される電圧は、０．２Ｖと０．６Ｖとの間で変化する。そして、制御用マイコン８は、ピーク電圧と、アドミタンス測定用抵抗Ｒａの抵抗値とに基づいて、モニタセル２Ｃの素子アドミタンスを求めることができる。
【００７１】
（ガスセンサ素子２の温度制御）
図１に示すごとく、制御用マイコン８においては、ガスセンサ素子２（モニタセル２Ｃ）の温度Ｔ（℃）と、モニタセル２Ｃの素子アドミタンス（又は素子インピーダンス）Ａｄｍ（Ｓ又はΩ）との関係マップ（グラフ）が形成してある。制御用マイコン８は、アドミタンス測定回路７におけるピークホールド手段７２からの出力電圧を受けて、この出力電圧とアドミタンス測定用抵抗Ｒａ（本例では５１１Ω）とからモニタセル２Ｃの素子アドミタンス（又は素子インピーダンス）を求め、この素子アドミタンス（又は素子インピーダンス）の値より、この測定時点のガスセンサ素子２の温度を検出するよう構成してある。
【００７２】
図５に示すごとく、ヒータ素子３の一方の端子３０２には、通電用電圧源ＶＢが接続してあり、ヒータ素子３の他方の端子３０１には、制御用マイコン８の出力ポート（ＯＮ／ＯＦＦポート）ＯＵＴ５からのパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）を受けてヒータ素子３への通電を行うようＯＮ／ＯＦＦ動作するヒータ出力回路３２が設けてある。
そして、制御用マイコン８は、素子アドミタンスの値に基づいて、ヒータ出力回路３２へのパルス幅変調信号のデューティ比を変化させ、ガスセンサ素子２の温度を、限界電流特性を安定して発揮するための所定の目標温度に制御するよう構成してある。また、制御用マイコン８は、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御を行って、ガスセンサ素子２の温度が目標とする温度になるように、パルス幅変調制御を行う。
なお、制御用マイコン８は、上位のＥＣＵ（電子制御装置）との電気通信を行うよう構成されている。
【００７３】
本例のガス濃度検出装置１は、被測定ガスＧ中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度を検出するものであり、モニタセル２Ｃに流れるモニタ電流、センサセル２Ｂに流れるセンサ電流、及びモニタ電流とセンサ電流との差分より求めるＮＯｘ濃度の各検出精度を向上させる工夫を行っている。
具体的には、本例のガス濃度検出装置１は、センサセル２Ｂにおいて、基準電圧源５１による電圧とセンサ電流検出用オペアンプＯＰ１の出力電圧（指令電圧源５２による電圧）との差分電圧が、センサセル２Ｂに印加されたときには、センサ電流検出回路５におけるセンサ電流検出用抵抗Ｒｓには、例えば、数ｎＡ〜数百ｎＡの微小なセンサ電流が流れる。そして、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３により、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端における電圧の差動増幅を行って、このセンサ電流検出用抵抗Ｒｓの両端における電位差を検出する。
【００７４】
このとき、本例のセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段Ｅ１が設けてある。この定電流手段Ｅ１によって、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の内部回路における出力段トランジスタＴＲ６３、６４から、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタＴＲ６３、６４のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅを引き下げることができ、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３によって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる（図９参照）。
そして、制御用マイコン８においては、Ａ／Ｄ変換入力ポートＩＮ７から取り込んだセンサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力電圧と、センサ電流検出用抵抗Ｒｓの抵抗値とに基づいて、センサセル２Ｂに流れるセンサ電流を精度よく求めることができる。
【００７５】
また、本例のガス濃度検出装置１は、モニタセル２Ｃにおいて、基準電圧源５１による電圧とモニタ電流検出用オペアンプＯＰ２の出力電圧（指令電圧源６１による電圧）との差分電圧が、モニタセル２Ｃに印加されたときには、モニタ電流検出回路６におけるモニタ電流検出用抵抗Ｒｍには、例えば、数ｎＡ〜数百ｎＡの微小なモニタ電流が流れる。そして、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４により、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの両端における電圧の差動増幅を行って、このモニタ電流検出用抵抗Ｒｍの両端における電位差を検出する。
【００７６】
このとき、本例のモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段Ｅ２が設けてある。この定電流手段Ｅ２によって、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の内部回路における出力段トランジスタＴＲ６３、６４から、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタＴＲ６３、６４のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅを引き下げることができ、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４によって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる（図９参照）。
そして、制御用マイコン８においては、Ａ／Ｄ変換入力ポートＩＮ２から取り込んだモニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力電圧と、モニタ電流検出用抵抗Ｒｍの抵抗値とに基づいて、モニタセル２Ｃに流れるモニタ電流を精度よく求めることができる。
【００７７】
また、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５は、モニタセル差動増幅用オペアンプＯＰ４の出力電圧と、センサセル差動増幅用オペアンプＯＰ３の出力電圧との差動増幅を行って、ＮＯｘ濃度に基づく電圧を出力する。
このとき、本例のＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の出力端子には、所定値の電流をグラウンド電位へ流すための定電流手段Ｅ３が設けてある。この定電流手段Ｅ３によって、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の内部回路における出力段トランジスタＴＲ６３、６４から、所定値の電流をグラウンドへ流すことができる。これにより、出力段トランジスタＴＲ６３、６４のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅを引き下げることができ、ＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５によって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる（図９参照）。
そして、制御用マイコン８においては、Ａ／Ｄ変換入力ポートＩＮ１から取り込んだＮＯｘ濃度検出用オペアンプＯＰ５の出力電圧に基づいて、被測定ガスＧ中のＮＯｘ濃度を精度よく求めることができる。
【００７８】
それ故、本例のガス濃度検出装置１によれば、センサセル２Ｂに流れるセンサ電流の検出精度、モニタセル２Ｃに流れるモニタ電流の検出精度、及びモニタセル２Ｃとセンサセル２Ｂとに流れる電流の差分より求めるＮＯｘ濃度の検出精度を向上させることができる。
【００７９】
図９には、一般的なオペアンプの内部回路を、簡略的に示す。同図において、オペアンプの内部回路においては、差動増幅を行う一対の入力段トランジスタＴＲ６１の各ベース端子によって、反転入力端子Ｖｉｎ−と非反転入力端子Ｖｉｎ＋とが形成してあり、増幅用のトランジスタＴＲ６２によって増幅を行い、出力段のＮＰＮ型トランジスタＴＲ６３のエミッタ端子に設けた抵抗Ｒ６１と、出力段のＰＮＰ型トランジスタＴＲ６４のコレクタ端子に設けた抵抗Ｒ６２との間から出力端子Ｖｏｕｔが形成されている。また、オペアンプの電源をＶ＋、Ｖ−で示す。
【００８０】
図１０は、横軸に入力電圧（Ｖ）、縦軸に出力電圧（Ｖ）をとって、両者の関係を示すグラフである。同図に示すごとく、定電流手段Ｅ１〜Ｅ３を用いていない場合には、出力段トランジスタＴＲ６３、６４には、コレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅが残存しており、出力電圧が、電圧Ｖｃｅの下限値以下になったときには、この電圧Ｖｃｅが出力電圧の誤差となってしまう。そのため、反転入力端子Ｖｉｎ−と非反転入力端子Ｖｉｎ＋とに印加させる入力電圧に応じて、０Ｖ付近の電圧を精度よく出力することは困難である。
【００８１】
これに対し、本例の定電流手段Ｅ１〜Ｅ３を用いた場合には、オペアンプの出力端子Ｖｏｕｔから所定量の電流を引き出しておくことにより、コレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅの下限値を引き下げることができる。これにより、オペアンプによって出力可能な電圧の下限値を引き下げることができる。
そのため、反転入力端子Ｖｉｎ−と非反転入力端子Ｖｉｎ＋とに印加させる入力電圧に応じて、より０Ｖに近い電圧を精度よく出力することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施例における、ガス濃度検出装置の全体構成を概略的に示す構成図。
【図２】実施例における、モニタセル、センサ電流検出回路、スイッチング回路の周辺の回路構成を示す説明図。
【図３】実施例における、センサセル、センサ電流検出回路、モニタセル、モニタ電流検出回路の周辺の回路構成の周辺の回路構成を示す説明図。
【図４】実施例における、アドミタンス測定回路の回路構成を示す説明図。
【図５】実施例における、ポンプセル、ヒータ素子の回路構成を示す説明図。
【図６】実施例における、定電流手段の詳細を示す説明図。
【図７】実施例における、他の定電流手段の詳細を示す説明図。
【図８】実施例における、素子アドミタンスの測定を行う際の動作を概略的に示す説明図。
【図９】実施例における、一般的なオペアンプの内部回路を概略的に示す説明図。
【図１０】実施例における、横軸に入力電圧、縦軸に出力電圧をとって、両者の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００８３】
１  ガス濃度検出装置
２  ガスセンサ素子
２Ａ  ポンプセル
２Ｂ  センサセル
２Ｃ  モニタセル
２１  固体電解質体
３  ヒータ素子
４１  ポンプセル出力回路
４２  ポンプセル入力回路
４３  基準電圧源
５  センサ電流検出回路
５１  基準電圧源
５２  指令電圧源
６  モニタ電流検出回路
６１  指令電圧源
６２  掃引手段
７  アドミタンス測定回路
８  制御用マイコン
ＯＰ１  センサ電流検出用オペアンプ
ＯＰ２  モニタ電流検出用オペアンプ
ＯＰ３  センサセル差動増幅用オペアンプ
ＯＰ４  モニタセル差動増幅用オペアンプ
ＯＰ５  ＮＯｘ濃度検出用オペアンプ
Ｒｓ  センサ電流検出用抵抗
Ｒｍ  モニタ電流検出用抵抗
Ｒａ  アドミタンス測定用抵抗
Ｅ１〜Ｅ３  定電流手段
【図１】
2008309641.tif 000003
【図２】
2008309641.tif 000004
【図３】
2008309641.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008309641.tif 000007
【図６】
2008309641.tif 000008
【図７】
2008309641.tif 000009
【図８】
2008309641.tif 000010
【図９】
2008309641.tif 000011
【図１０】
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