(57)【要約】【課題】ガスセンサのセンサ電流を精度良く計測可能な高精度のガス濃度検出装置を提供すること。【解決手段】被検出ガスに含まれる特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサ２０と、ガスセンサ２０から出力されるセンサ電流を計測するための信号処理回路１００を含む電気回路１０８を形成した検出基板１０とを有するガス濃度検出装置である。電気回路１０８を構成する導電パターン１０９のうち、入力インピーダンス５００ｋΩ以上の接続端子１８１との間で２ｋΩ以下の直流インピーダンスを呈する導電パターンである信号入力パターン１１０と、信号入力パターン１１０との電位差が２Ｖ以上である異電位パターン１４０との間には、信号入力パターン１１０との電位差が０．５Ｖ未満であって、かつ、全区間に渡って略一定の電位を呈するガードパターン１２０を配置してある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出ガスに含まれる特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサと、該ガスセンサから出力されるセンサ電流を計測するための信号処理回路を含む電気回路を形成した検出基板とを有するガス濃度検出装置において、
上記電気回路は、上記ガスセンサからセンサ電流を入力する入力インピーダンス５００ｋΩ以上の接続端子と、上記検出基板上に実装された電気素子と、該電気素子を電気的に接続する導電性を有する導電パターンとを有しており、
該導電パターンとしては、少なくとも、上記信号処理回路を構成する導電パターンであって、かつ、上記接続端子との間において、該接続端子の入力インピーダンスの１０％以下の直流インピーダンスを呈する導電パターンである信号入力パターンと、該信号入力パターンの電位との電位差が２Ｖ以上である異電位パターンと、上記信号入力パターンの電位との電位差が０．５Ｖ未満であって、かつ、全区間に渡って略一定の電位を呈するガードパターンとがあり、
該ガードパターンは、上記信号入力パターンと上記異電位パターンとの間の少なくとも一部に配置してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項２】
請求項１において、上記ガードパターンは、上記信号入力パターンとの電位差が０．２Ｖ未満であることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項３】
被検出ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯ又はＨＣのいずれかのガス成分の濃度を検出するガスセンサと、該ガスセンサから出力されるセンサ電流を計測するための信号処理回路を含む電気回路を形成した検出基板とを有するガス濃度検出装置において、
上記電気回路は、上記ガスセンサからセンサ電流を入力する入力インピーダンス５００ｋΩ以上の接続端子と、上記検出基板上に実装された電気素子と、該電気素子を電気的に接続する導電性を有する導電パターンとを有しており、
該導電パターンとしては、少なくとも、上記信号処理回路を構成する導電パターンであって、かつ、上記接続端子との間において、該接続端子の入力インピーダンスの１０％以下の直流インピーダンスを呈する導電パターンである信号入力パターンと、該信号入力パターンの電位との電位差が２Ｖ以上である異電位パターンと、上記信号入力パターンの電位の８０％以上１２０％以下の電位であって、かつ、全区間に渡って略一定の電位を呈するガードパターンとがあり、
該ガードパターンは、上記信号入力パターンと上記異電位パターンとの間の少なくとも一部に配置し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１項において、上記接続端子の入力インピーダンスは１ＭΩ以上であることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項において、上記信号入力パターンは、上記接続端子との間の直流インピーダンスが２ｋΩ以下であることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項において、上記異電位パターンは、上記信号入力パターンとの電位差が４Ｖ以上であることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記検出基板は、上記導電パターンを形成した導電層よりなる表面導電層と、該表面導電層の下層に配設された絶縁部材よりなる絶縁層とを有しており、
上記信号入力パターン、上記異電位パターン及び上記ガードパターンは、全て上記表面導電層に配設してあり、上記ガードパターンは、隣接して配設された上記信号入力パターンと上記異電位パターンの間に形成される隙間に配設してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか１項において、上記検出基板は、上記導電パターンを形成した導電層と、絶縁部材よりなる絶縁層とを交互に２層以上積層してなり、
上記信号入力パターンは、上記検出基板の表面をなす上記導電層よりなる表面導電層に配設され、上記ガードパターンは、上記検出基板における上記表面導電層及び、上記絶縁層を介して該表面導電層と隣接する上記導電層よりなる中間導電層に配設されており、
上記表面導電層の上記ガードパターンは、上記表面導電層において隣接する上記信号入力パターンと上記異電位パターンとの間に形成される隙間に配設してあり、
上記中間導電層の上記ガードパターンは、上記表面導電層に配設された上記信号入力パターンに対面する領域の少なくとも一部に配設してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項において、上記導電パターンは、上記検出基板のグランドへの出力インピーダンスが５００Ω以下の経路を構成し、かつ、上記信号処理回路を構成する信号測定パターンを含んでおり、上記ガードパターンは、上記信号測定パターンと電気的に接続してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項１０】
請求項９において、上記信号処理回路は、上記信号入力パターンの電位を入力し、その電位と略等しい電圧を出力する電圧計測用の演算増幅器を有してなり、上記ガードパターンは、上記信号測定パターンのうち上記演算増幅器の出力端子を接続した信号測定パターンと電気的に接続してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項において、上記検出基板の表面の一部には、電気的絶縁性を有する絶縁被膜を形成してあり、
上記異電位パターンは、上記絶縁被膜を形成していない露出部と、上記絶縁皮膜を形成した被覆部とからなり、
上記ガードパターンは、上記露出部に隣接する露出隣接部と、上記被覆部に隣接する被覆隣接部とを有しており、
上記露出隣接部には、上記絶縁皮膜を形成しておらず、上記被覆隣接部には、上記絶縁皮膜を形成してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項において、上記検出基板は、上記信号処理回路を２組有しており、かつ、一方の上記信号処理回路による出力信号に基づいて、他方の上記信号処理回路の出力信号を補正するように構成してあり、
それぞれの上記信号処理回路を構成する上記信号入力パターンと、上記異電位パターンとの間の少なくとも一部には、上記ガードパターンを配置してあることを特徴とするガス濃度検出装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項において、上記ガスセンサは、被検出ガス中のＮＯｘガス成分に応じて、上記センサ電流を出力するセンサで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、被検出ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、自動車用エンジンを適切に制御するため、エンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）や、一酸化炭素（ＣＯ）や、炭化水素（ＨＣ）や、酸素（Ｏ２）など特定ガス成分の濃度を検出するガスセンサが利用されている。
ガスセンサとしては、特定ガス成分の濃度に応じてセンサ電流を出力するように構成したセンサが一般的である。そして、このようなガスセンサを含むガス濃度検出器では、このセンサ電流の大きさを計測することにより、被検出ガスに含まれる特定ガス成分の濃度を検出している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１７１４３５号公報（明細書の段落番号「００１６」〜「００２５」、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のガス濃度検出装置においては、次のような問題がある。すなわち、ガスセンサから出力されるセンサ電流は微弱であり、電気的ノイズ等の影響を受け易い。例えば、ＮＯｘを検出するガスセンサから出力されるセンサ電流は、数ｎＡ程度の微弱電流となる場合があり、１ｎＡレベルの高精度な測定精度を要求される。
【０００５】
一方、電子回路を形成するための回路基板の材質としては、ガラスエポキシ材等の絶縁素材が利用されるが、電気素子等を電気的に接続する銅箔パターン間の間に微弱な漏れ電流を生じるおそれがある。特に、車載環境等の高温、高湿度など悪環境下では、回路基板の表面抵抗が低下し、漏れ電流が過大となるおそれがある。
【０００６】
例えば、高温高湿中のガラスエポキシ材よりなる回路基板では、０．５ｍｍ程度の隙間を空けて隣り合う銅箔パターン間の抵抗が１０１０Ωオーダーにまで低下する場合がある。この場合には、銅箔パターン相互間に印加された数ボルトの電位差によって１ｎＡに近い漏れ電流を生じるおそれがある。
【０００７】
このように、従来のガス濃度検出装置においては、ガスセンサから出力されたセンサ電流を計測するための回路基板上において、漏れ電流の発生に起因してセンサ電流が変動するおそれがある。そのため、この漏れ電流は、上記ガス濃度検出装置における計測精度を十分に向上できない一因となっていた。
【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、ガスセンサのセンサ電流を精度良く計測可能な高精度の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】
【０００９】
第１の発明は、被検出ガスに含まれる特定のガス成分の濃度を検出するガスセンサと、該ガスセンサから出力されるセンサ電流を計測するための信号処理回路を含む電気回路を形成した検出基板とを有するガス濃度検出装置において、
上記電気回路は、上記ガスセンサからセンサ電流を入力する入力インピーダンス５００ｋΩ以上の接続端子と、上記検出基板上に実装された電気素子と、該電気素子を電気的に接続する導電性を有する導電パターンとを有しており、
該導電パターンとしては、少なくとも、上記信号処理回路を構成する導電パターンであって、かつ、上記接続端子との間において、該接続端子の入力インピーダンスの１０％以下の直流インピーダンスを呈する導電パターンである信号入力パターンと、該信号入力パターンの電位との電位差が２Ｖ以上である異電位パターンと、上記信号入力パターンの電位との電位差が０．５Ｖ未満であって、かつ、全区間に渡って略一定の電位を呈するガードパターンとがあり、
該ガードパターンは、上記信号入力パターンと上記異電位パターンとの間の少なくとも一部に配置し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）。
【００１０】
上記第１の発明のガス濃度検出装置の上記信号処理回路では、上記接続端子は、入力インピーダンスが５００ｋΩ以上である。また、上記信号入力パターンは、上記接続端子との間の直流インピーダンスが上記接続端子の入力インピーダンスの１０％以下を呈する高インピーダンス部を形成している。
そして、高インピーダンス部としての上記信号入力パターンには微弱なセンサ電流が流れている。
【００１１】
例えば、演算増幅器（いわゆるＯＰアンプ）や、高抵抗のシャント抵抗等を用いて上記信号処理回路を構成し、上記シャント抵抗の両端に生じる電位差から上記センサ電流の大きさを計測するように上記信号処理回路を構成することがある。この場合には、上記接続端子と上記演算増幅器や上記シャント抵抗との間の電気的な経路を形成する上記導電パターンが上記信号入力パターンとなる。
【００１２】
さらに、例えば、上記接続端子から上記演算増幅器に至る電気的な経路を、上記接続端子を形成する第１の導電パターンと、上記演算増幅器の入力端子を形成する第２の導電パターンと、第１の導電パターンと第２の導電パターンとを直流インピーダンス２ｋΩ以下で接続する抵抗素子（上記シャント抵抗とは別の抵抗素子。）とにより形成する場合がある。上記演算増幅器は、理想的には直流インピーダンスが無限大であるため、上記の場合には、上記接続端子との直流インピーダンスがほぼ０Ωである上記第１の導電パターン及び、上記接続端子との直流インピーダンスが２ｋΩ以下である上記第２の導電パターンが、上記信号入力パターンを構成することになる。
【００１３】
上記の信号入力パターンに対して、外部の導電パターンに起因する漏れ電流の出入りがあると、計測すべきセンサ電流の大きさが変動し、ガス濃度計測結果に大きな誤差を生じるおそれがある。
そこで、本例のガス濃度検出装置の上記検出基板においては、上記入力信号パターンと、該入力信号パターンに影響を与えるおそれがある上記異電位パターンとの間に、信号入力パターンの電位との電位差が０．５Ｖ未満である上記ガードパターンを配設してある。
特に、上記第１の発明においては、上記のごとく全区間に渡って略一定の電位を呈してなり、上記電気回路が果たすべき回路動作を実現するに当たって、回路構成上、必要以上に延長された上記ガードパターンを積極的に配設してあるのである。
そして、入力信号パターンと異電位パターンとの間に配設した上記ガードパターンによれば、入力信号パターンから異電位パターンへの漏れ電流の流出や、異電位パターンから入力信号パターンへの漏れ電流の流入を低減することができる。
【００１４】
そのため、上記第１の発明のガス濃度検出装置によれば、入力信号パターンを流れるセンサ電流に対する漏れ電流の影響を抑制して、センサ電流を精度良く測定することができる。そして、センサ電流の高精度な測定により、ガス濃度検出装置による特定ガス成分の濃度測定精度を高めることができる。
上記特定のガス成分として、例えばＮＯｘ又はＣＯ又はＨＣのいずれかを計測する上記ガスセンサでは、計測の結果得られる上記センサ電流が特に微弱であり、上記のガス濃度計測上の問題が顕在化するおそれがある。
【００１５】
なお、上記ガードパターンとしては、上記検出基板上に単一のガードパターンを配設しても良く、２以上の複数のガードパターンを配設しても良い。複数の上記ガードパターンを配設する場合には、該各ガードパターンが上記信号入力に対して０．５Ｖ未満の電位差を呈していることが必要である。
【００１６】
さらに、上記検出基板における導電パターンの配置構造上の都合等を考慮して、隣り合う上記ガードパターンをジャンパ線や抵抗等によって電気的に接続するような場合も考えられる。
この場合、隣り合うガードパターンの電位差がおよそ±１Ｖ程度の範囲にあれば、２つの上記ガードパターンを合わせた全区間に渡って略一定の電位に保持されているとみなすことができる。そのため、この場合には、実質的には上記の２つのガードパターンによって単一のガードパターンが形成されているのと等価に考えることができる。
【００１７】
さらに、上記信号入力パターンの電位よりも高い電位を呈するものの上記信号入力パターンの電位と連動して変動する異電位を、例えば、抵抗を用いて分圧等して上記信号入力パターンの電位に近づけ、この電位を上記ガードパターンに印加することも可能である。例えば、上記検出基板の電源電圧が上記信号入力パターンの電位に連動して変動することが十分に期待できる場合には、上記電源電圧を分圧して上記ガードパターンに印加することもできる。
【００１８】
このように、上記第１の発明のガス濃度検出装置では、ガスセンサのセンサ電流を処理する信号処理回路における漏れ電流を抑制して、ガス濃度を高精度に検出することができる。
なお、上記入力信号パターンと上記ガードパターンとの電位差が、０．５Ｖ以上であると、オームの法則により、入力信号パターンとガードパターンとの間で生じ得る漏れ電流が大きくなり、ガス濃度の測定精度に与える悪影響が顕在化するおそれがある。
また、上記第１の発明のガス濃度検出装置は、エンジンから排出される排気ガスについて上記特定のガス成分の濃度測定に使用することができる。
【００１９】
第２の発明は、被検出ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯ又はＨＣのいずれかのガス成分の濃度を検出するガスセンサと、該ガスセンサから出力されるセンサ電流を計測するための信号処理回路を含む電気回路を形成した検出基板とを有するガス濃度検出装置において、
上記電気回路は、上記ガスセンサからセンサ電流を入力する入力インピーダンス５００ｋΩ以上の接続端子と、上記検出基板上に実装された電気素子と、該電気素子を電気的に接続する導電性を有する導電パターンとを有しており、
該導電パターンとしては、少なくとも、上記信号処理回路を構成する導電パターンであって、かつ、上記接続端子との間において、該接続端子の入力インピーダンスの１０％以下の直流インピーダンスを呈する導電パターンである信号入力パターンと、該信号入力パターンの電位との電位差が２Ｖ以上である異電位パターンと、上記信号入力パターンの電位の８０％以上１２０％以下の電位であって、かつ、全区間に渡って略一定の電位を呈するガードパターンとがあり、
該ガードパターンは、上記信号入力パターンと上記異電位パターンとの間の少なくとも一部に配置し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）。
【００２０】
上記第２の発明は、上記第１の発明のガス濃度検出装置と同様に、上記信号処理回路における上記接続端子は、入力インピーダンスが５００ｋΩ以上である。また、上記信号入力パターンは、上記接続端子との間の直流インピーダンスが、上記接続端子の入力インピーダンスの１０％以下である高インピーダンス部を形成している。
そして、高インピーダンス部としての上記信号入力パターンには、微少なセンサ電流が流れている。
【００２１】
そのため、この信号入力パターンに対して、外部の導電パターンに起因する漏れ電流の出入りがあると、計測すべきセンサ電流の大きさが変動し、ガス濃度計測結果に大きな誤差を生じるおそれがある。
また、ＮＯｘ又はＣＯ又はＨＣのいずれかのガス成分を計測する上記ガスセンサでは、計測の結果得られる上記センサ電流が特に微弱であり、上記のガス濃度計測上の問題が顕在化するおそれがある。
【００２２】
そこで、本例のガス濃度検出装置の上記検出基板においては、上記入力信号パターンと、該入力信号パターンに影響を与えるおそれがある上記異電位パターンとの間に、信号入力パターンの電位に対して８０％以上１２０％以下の電位を呈する上記ガードパターンを配設してある。
このガードパターンを上記入力信号パターンと上記異電位パターンとの間に配設すれば、上記第１の発明と同様、入力信号パターンから異電位パターンへの漏れ電流の流出や、異電位パターンから入力信号パターンへの漏れ電流の流入を低減することができる。
【００２３】
そのため、上記第２の発明のガス濃度検出装置によれば、入力信号パターンを流れるセンサ電流に対する漏れ電流の影響を抑制して、センサ電流を精度良く測定することができる。そして、センサ電流の高精度な測定により、ガス濃度検出装置による特定ガス成分の濃度測定精度を高めることができる。
【００２４】
このように、上記第２の発明のガス濃度検出装置では、ガスセンサのセンサ電流を処理する信号処理回路における漏れ電流を抑制して、ガス濃度を高精度に検出することができる。
なお、上記ガードパターンの電位が上記入力信号パターンの８０％未満であるか１２０％を超えると、両者間の電位差が大きくなり、入力信号パターンとガードパターンとの間で生じ得る漏れ電流が大きくなり、ガス濃度の測定精度に与える悪影響が顕在化するおそれがある。
【００２５】
また、上記第２の発明のガス濃度検出装置は、エンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘ、酸素、ＨＣ、ＣＯ等の特定ガス成分の濃度測定に使用することができる。
なお、上記ガードパターンとしては、上記検出基板上に単一のガードパターンを配設しても良く、２以上の複数のガードパターンを配設しても良い。複数の上記ガードパターンを配設する場合には、該各ガードパターンが上記信号入力に対して８０％以上１２０％以下の電位差を呈していることが必要である。
【００２６】
さらに、上記検出基板における導電パターンの配置構造上の都合等を考慮して、隣り合う上記ガードパターンをジャンパ線や抵抗等によって電気的に接続するような場合も考えられる。
この場合、隣り合うガードパターンの電位差がおよそ±１Ｖ程度の範囲にあれば、２つの上記ガードパターンを合わせた全区間に渡って略一定の電位に保持されているとみなすことができる。そのため、この場合には、実質的には両ガードパターンによって単一のガードパターンが形成されているのと等価に考えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
上記第１の発明においては、上記ガードパターンは、上記信号入力パターンとの電位差が０．２Ｖ未満であることが好ましい（請求項２）。
この場合には、上記入力信号パターンと上記ガードパターンとの間の漏れ電流をさらに抑制でき、センサ電流の測定精度を一層、向上することができる。
【００２８】
上記第１及び上記第２の発明においては、上記ガードパターンは、検出基板のグランドへの出力インピーダンスが５００Ω以下の経路を構成する上記導電パターンと電気的に接続してあることが好ましい。この場合には、上記ガードパターンに対して漏れ電流の出入りがあっても、ガードパターンの電位が変動するおそれが少ない。そして、ガードパターンの電位を安定させることにより、本発明による効果を一層高めることができる。
【００２９】
また、上記接続端子の入力インピーダンスは１ＭΩ以上であることが好ましい（請求項４）。
上記接続端子の入力インピーダンスが１ＭΩ以上である場合には、上記センサ電流の大きさが小さくなり、相対的に上記漏れ電流による悪影響が大きくなるおそれがあるため、上記第１及び上記第２の発明による作用効果が特に有効になる。
【００３０】
また、上記信号入力パターンは、上記接続端子との間の直流インピーダンスが２ｋΩ以下であることが好ましい（請求項５）。
上記接続端子と上記信号入力パターンとの間の直流インピーダンスが２ｋΩ以下である場合には、上記信号入力パターンに対して出入りする上記漏れ電流が大きくなるおそれがあるため上記第１及び上記第２の発明による作用効果が特に有効になる。
なお、上記直流インピーダンスが１．５ｋΩ以下であると、上記の傾向がさらに拡大するおそれがあるため上記第１及び上記第２の発明による作用効果が、さらに有効になる。
【００３１】
また、上記異電位パターンは、上記信号入力パターンとの電位差が４Ｖ以上であることが好ましい（請求項６）。
上記信号入力パターンと上記異電位パターンとの電位差が４Ｖ以上である場合には、両者の間に漏れ電流を生じるおそれが高くなるため、上記第１及び上記第２の発明による作用効果が特に有効になる。
【００３２】
また、上記検出基板は、上記導電パターンを形成した導電層よりなる表面導電層と、該表面導電層の下層に配設された絶縁部材よりなる絶縁層とを有しており、
上記信号入力パターン、上記異電位パターン及び上記ガードパターンは、全て上記表面導電層に配設してあり、上記ガードパターンは、隣接して配設された上記信号入力パターンと上記異電位パターンの間に形成される隙間に配設してあることが好ましい（請求項７）。
【００３３】
この場合には、上記入力信号パターンと上記異電位パターンとの間に上記ガードパターンを配設することにより、入力信号パターンと異電位パターンとの間において上記検出基板の表面に沿って流れるおそれのある漏れ電流を効率良く抑制できる。
なお、ここで、入力信号パターンと異電位パターンとの間の表面抵抗は、隙間の距離に比例して低くなる。このような表面抵抗が低い隙間においては、オームの法則により大きな漏れ電流を発生し得る。
そこで、０．７ｍｍ以下の隙間を空けて隣接する上記入力信号パターンと上記異電位パターンとの間に上記ガードパターンを配設することも良い。この場合には、上記入力信号パターンと上記異電位パターンとの間に発生するおそれの高い漏れ電流を効率良く抑制することができる。
【００３４】
また、上記検出基板は、上記導電パターンを形成した導電層と、絶縁部材よりなる絶縁層とを交互に２層以上積層してなり、
上記信号入力パターンは、上記検出基板の表面をなす上記導電層よりなる表面導電層に配設され、上記ガードパターンは、上記検出基板における上記表面導電層及び、上記絶縁層を介して該表面導電層と隣接する上記導電層よりなる中間導電層に配設されており、
上記表面導電層の上記ガードパターンは、上記表面導電層において隣接する上記信号入力パターンと上記異電位パターンとの間に形成される隙間に配設してあり、
上記中間導電層の上記ガードパターンは、上記表面導電層に配設された上記信号入力パターンに対面する領域の少なくとも一部に配設してあることが好ましい（請求項８）。
【００３５】
この場合には、上記信号入力パターンと上記表面導電層に配設された異電位パターンとの間のみならず、表面導電層以外の導電層に配設された異電位パターンとの間で生じるおそれのある漏れ電流も抑制できる。
すなわち、表面導電層以外の導電層に配設された異電位パターンから信号入力パターンに至る漏れ電流の流れるおそれのある経路を、信号入力パターンに対面するよう上記中間導電層に形成したガードパターンにより、効率良く遮断することができる。
そのため、上記検出基板を多層基板によって構成した場合にも、上記第１及び上記第２の発明の効果を確実に生じさせることができる。
【００３６】
また、上記導電パターンは、上記検出基板のグランドへの出力インピーダンスが５００Ω以下の経路を構成し、かつ、上記信号処理回路を構成する信号測定パターンを含んでおり、上記ガードパターンは、上記信号測定パターンと電気的に接続してあることが好ましい（請求項９）。
【００３７】
この場合には、上記信号測定パターンと上記ガードパターンとを電気的に接続することにより、該ガードパターンと上記信号入力パターンとの電位差の変動を抑制することができる。すなわち、上記信号測定パターンの電位は、上記信号入力パターンの電位と高い相関関係を有している。
そのため、上記信号入力パターンの電位に変動に追従して上記ガードパターンの電位を変動させることができ、両者間の電位差の変動を抑制できる。
それ故、例えば、外的な要因等によって上記信号入力パターンの電位が変動した場合にも上記ガードパターンと上記信号入力パターンとの間の電位差が変動するおそれが少ない。
なお、上記ガードパターンの電位は、上記信号測定パターンの電位に対して略等電位にしても良く、或いは、上記信号測定パターンの電位電圧を分圧して上記ガードパターンに印加することも可能である。
【００３８】
また、上記信号処理回路は、上記信号入力パターンの電位を入力し、その電位と略等しい電圧を出力する電圧計測用の演算増幅器を有してなり、上記ガードパターンは、上記信号測定パターンのうち上記演算増幅器の出力端子を接続した信号測定パターンと電気的に接続してあることが好ましい（請求項１０）。
この場合には、増幅率が１に近い上記演算増幅器（いわゆるＯＰアンプ。）に対して上記信号入力パターンの電位電圧を入力し、この入力電圧と略等電位の電圧を出力させることができる。そして、上記演算増幅器の出力端子を接続した上記信号測定パターンと、上記ガードパターンとを電気的に接続することにより、該ガードパターンと上記信号入力パターンとの電位差をさらに抑制することができる。
【００３９】
すなわち、上記信号入力パターンに連動して変動する上記演算増幅器の出力電圧と略等電位とした上記ガードパターンによれば、上記信号入力パターンとの電位差をさらに抑制できる。
そのため、例えば、外的な要因や、上記センサ電流を計測するうえでの都合等によって上記信号入力パターンの電位が変動した場合にも上記ガードパターンと上記信号入力パターンとの間の電位差が大きくなるおそれが少ない。
【００４０】
さらに、上記のようにガードパターンを構成すれば、例えば、上記信号入力パターンの電位を周期的に変動させて掃引しながら上記センサ電流を計測する場合にも有効である。
すなわち、上記信号入力パターンの電位を積極的に変動させた場合であっても、この信号入力パターンの電位に連動して上記ガードパターンを変動させることができるため、両者間の電位差が変動するおそれが少ない。
【００４１】
また、上記検出基板の表面の一部には、電気的絶縁性を有する絶縁被膜を形成してあり、
上記異電位パターンは、上記絶縁被膜を形成していない露出部と、上記絶縁皮膜を形成した被覆部とからなり、
上記ガードパターンは、上記露出部に隣接する露出隣接部と、上記被覆部に隣接する被覆隣接部とを有しており、
上記露出隣接部には、上記絶縁皮膜を形成しておらず、上記被覆隣接部には、上記絶縁皮膜を形成してあることが好ましい（請求項１１）。
【００４２】
この場合には、グリーンシート等、絶縁性を有する絶縁被膜により上記異電位パターンの一部が被覆してある場合であっても、異電位パターンの被覆の有無によらず、異電位パターンと信号入力パターンとの間の漏れ電流を確実に抑制できる。すなわち、異電位パターンとガードパターンとの被覆の状態を一致させることにより、両者間において漏れ電流を生じ易くする代わりに、信号入力パターンと異電位パターンとの間での漏れ電流の発生を効果的に抑制できる。
【００４３】
また、上記検出基板は、上記信号処理回路を２組有しており、かつ、一方の上記信号処理回路による出力信号に基づいて、他方の上記信号処理回路の出力信号を補正するように構成してあり、
それぞれの上記信号処理回路を構成する上記信号入力パターンと、上記異電位パターンとの間の少なくとも一部には、上記ガードパターンを配置してあることが好ましい（請求項１２）。
【００４４】
この場合には、上記２組の信号処理回路によるセンサ電流の計測結果に基づいて特定ガス成分の濃度を検出するガス濃度検出装置において、それぞれの信号処理回路によるセンサ電流の計測精度を向上することにより、ガス濃度測定精度をさらに高くすることができる。
【００４５】
上記２組の信号処理回路による上記補正の方法としては、例えば、それぞれの信号処理回路によるセンサ電流の計測結果の平均をとる方法や、一方の信号処理回路により測定した、大気等の基準ガスに対するセンサ電流の測定結果に基づいて、他方の信号処理回路により測定した、被測定ガスに対するセンサ電流の測定結果を補正する方法等が考えられる。
【００４６】
また、上記ガスセンサは、被検出ガス中のＮＯｘガス成分に応じて、上記センサ電流を出力するセンサであることが好ましい（請求項１３）
ＮＯｘガス濃度を計測するガスセンサの場合には、センサ電流が特に微弱であるため、上記本発明による効果が特に有効となる。
【実施例】
【００４７】
（実施例１）
本例のガス濃度検出装置１について、図１〜図６を用いて説明する。
本例のガス濃度検出装置１は、図１に示すごとく、被検出ガスに含まれるＮＯｘ、ＣＯ又はＨＣのいずれかのガス成分の濃度を検出するガスセンサ２０と、該ガスセンサ２０から出力されるセンサ電流を計測するための信号処理回路１００を含む電気回路１０８を形成した検出基板１０とを有する装置である。
【００４８】
上記電気回路１０８は、図１及び図６に示すごとく、ガスセンサ２０からセンサ電流を入力する入力インピーダンス５００ｋΩ以上の接続端子１８１と、検出基板１０上に実装された電気素子と、該電気素子を電気的に接続する導電性を有する導電パターン１０９とを有している。
【００４９】
導電パターン１０９としては、図６に示すごとく、少なくとも、上記信号処理回路１００を構成する導電パターンであって、かつ、上記接続端子１８１との間で２ｋΩ以下の直流インピーダンスを呈する導電パターンである信号入力パターン１１０と、該信号入力パターン１１０の電位の電位差が２Ｖ以上である異電位パターン１４０と、信号入力パターン１１０の電位との電位差が０．５Ｖ未満であって、かつ、全区間に渡って略一定の電位を呈するガードパターン１２０とがある。
このガードパターン１２０は、信号入力パターン１１０と異電位パターン１４０との間の少なくとも一部に配置してある。
以下、この内容について詳しく説明する。
【００５０】
図２に示すごとくガスセンサ素子８を組み付けたガスセンサ２０は、自動車エンジンの排気管（図示略）に取り付けられ、エンジンの燃焼制御、排ガス浄化用触媒のモニタ等に使用され、排ガス中のＮＯｘ濃度を測定するよう構成されている。
本例のガスセンサ２０は、同図に示すごとく、筒形状のハウジング７０内に、絶縁材で外周を保持したガスセンサ素子８を収容したセンサである。そして、ハウジング７０より突出するガスセンサ素子８の先端は、ハウジング７０の先端に固定される排気カバー７１内に収容されている。
排気カバー７１は、ステンレス製の内部カバー７１１と外部カバー７１２との２重構造で、両カバー７１１、７１２の側壁と底壁には、被測定ガスである排ガスを排気カバー７１内に取り込むための導入口７１３、７１４をそれぞれ形成してある。
【００５１】
ハウジング７０の基端側には、図２に示すごとく、筒状のメインカバー７２１とその基端側を被うサブカバー７２２とからなる大気カバー７２が固定されている。
これらメインカバー７２１およびサブカバー７２２は、側壁の対向位置に大気導入口７２３、７２４をそれぞれ有する。両大気導入口７２３、７２４より基準ガスである大気が、大気カバー７２内に取り込まれるよう構成してある。
【００５２】
また、図２に示すごとく、大気導入口７２３、７２４の形成位置において、メインカバー７２１とサブカバー７２２の間に、防水のために撥水性のフィルタ７２５を設置してある。大気カバー７２は基端側が開口しており、ガスセンサ素子８の基端部に接続するリード線７３がこの開口部より外部に延びている。
【００５３】
本例のガスセンサ素子８は、図３、４に示すごとく、シート状の第１及び第２固体電解質体８４１、８４３と、第１及び第２チャンバ８１１、８１２を形成するスペーサ８４２と、第２固体電解質体８４３に設けた基準ガス室８１３を形成するスペーサ８４４と、シート状のヒータ８１５とを順次積層した構成である。
各スペーサ８４２、８４４は絶縁性のアルミナよりなり、多孔質保護層８４０は絶縁性のセラミックより構成してある。
【００５４】
第１固体電解質体８４１及び第２固体電解質体８４３との間には、図３に示すごとく、被測定ガスが導入される第１チャンバ８１１及び第２チャンバ８１２を形成してある。
第１チャンバ８１１は、第１拡散抵抗通路８１０を介して、ガスセンサ素子８外部と連通するように構成してある。また、第２チャンバ８１２は、第２拡散抵抗通路８２０を介して、第１チャンバ８１１と連通するように構成してある。
【００５５】
上記第２チャンバ８１２と対面するよう配置されたセンサセル８２は、所定の電圧を印加することで、被測定ガス中の特定ガス濃度に対応したセンサ電流を出力するよう構成してある。
該センサセル８２は、図３に示すごとく、第２固体電解質体８４３に設けた一対のセンサ電極８２１、８２２により形成してある。センサ電極８２１は、第２チャンバ８１２と対面し、センサ電極８２２は、基準ガスとして大気が導入される基準ガス室８１３と対面している。
なお、センサ電極８２１及び８２２は、検出基板１０上の電源回路１５０及び信号処理回路１００（図１参照）にそれぞれ電気的に接続してある。
【００５６】
第１チャンバ８１１と対面し、印加電圧に対応した酸素をポンピング可能なポンプセル８３は、図３に示すごとく、第１固体電解質体８４１に設けた一対のポンプ電極８３１、８３２よりなる。そして、この一対のポンプ電極８３１、８３２には、検出基板１０上の電気回路の一部をなす電源１３５を備えたポンプ回路１３０を電気的に接続してある。
【００５７】
上記ポンプ電極８３１は、図３に示すごとく、多孔質保護層８４０を介してガスセンサ素子８の外部と対面する。また、ポンプ電極８３２は第１チャンバ８１１と対面する。そして、第１固体電解質体８４１における、ポンプ電極８３１及び８３２が対面する部分には、該第１固体電解質体８４１を貫通する第１拡散抵抗通路８１０を穿設してある。
なお、上記第１及び第２拡散抵抗通路８１０、８２０はピンホールや細孔より構成されるが、例えば多孔質層で構成することもできる。
【００５８】
上記第２チャンバ８１２と対面し、該第２チャンバ８１２内における酸素濃度に対応した起電力を発生するモニタセル８６は、図３に示すごとく、第２固体電解質体８４３に設けた一対のモニタ電極８６１、８６２よりなる。そして、この一対のモニタ電極８６１、８６２には、検出基板１０上の電気回路の一部をなす電圧計１６５を備えたモニタ回路１６０を接続してある。そして、モニタ電極８６１は第２チャンバ８１２、モニタ電極８６２は基準ガス室８１３と対面するよう形成してある。
また、検出基板１０上には、図３に示すごとく、モニタ回路１６０とポンプ回路１３０との間に、フィードバック回路１６６を設けてある。
【００５９】
図３、図４に示すごとく、第１、第２固体電解質体８４１、８４３は酸素イオン導電性のジルコニア等よりなる。ポンプ電極８３１、センサ電極８２２、モニタ電極８６２はＰｔ等の貴金属よりなり、ポンプ電極８３２、モニタ電極８６１はＮＯｘに対し不活性なＰｔ−Ａｕ等の貴金属よりなる。また、センサ電極８２１はＮＯｘに活性なＲｈ、Ｐｔ−Ｐｈ等の貴金属よりなる。
なお、ここでいうＮＯｘに対する活性とは、ＮＯｘを酸素イオンと窒素イオンとに分解する作用を有することを表し、不活性とは、この作用を有していないことを表している。
【００６０】
上記ヒータ８１５は、図３、図４に示すごとく、絶縁性のヒータ基板８５１、８５２と両者の間に設けた発熱体８５０とよりなる。該発熱体８５０は外部からの電力供給で発熱するよう構成してある。そして、本例のヒータ８１５は、センサセル８２、モニタセル８６、ポンプセル８３を活性温度まで加熱するように構成してある。
なお、ヒータ基板８５１、８５２はアルミナ、発熱体８５０は白金等の貴金属より構成してある。
【００６１】
次に、上記のごとく、ガスセンサ７０のガスセンサ素子８を制御する検出基板１０について説明する。
この検出基板１０は、図１に示すごとく、センサセル８２に接続された電源回路１５０及び信号処理回路１００と、マイコン１７０と、ガス濃度信号をエンジンＥＣＵ９に出力するＩ／Ｏ回路１８０とを有している。
また、検出基板１０上には、その他の回路１０７として、上記のポンプ回路１３０（図６）、モニタ回路１６０（図６）、フィードバック回路１６６（図６）や、マイコン１７０の周辺回路を形成してある。
【００６２】
上記電源回路１５０は、図１に示すごとく、ガスセンサ２０のセンサセル８２（等価回路により図示）に電圧を印加する回路である。また、信号処理回路１００は、センサ電流を電圧信号に変換する回路である。
なお、本例では、センサセル８２のセンサ電極８２１と、検出基板１０上における電源回路１５０から延設された接続端子１８２とを、図示しない接続ケーブルのリード線により接続してある。また、センサセル８２のセンサ電極８２２と、検出基板１０上における信号処理回路１００から延設された接続端子１８１とを、図示しない接続ケーブルのリード線により接続してある。
【００６３】
なお、本例の検出基板１０は、図５（導電パターン及び電気素子は省略して図示）に示すごとく、１層の絶縁層１１と１層の導電層である表面導電層１２とからなる単層構造を呈するガラスエポキシ基板製の基板である。そして、この検出基板１０の表面導電層１２に形成された導電パターン１０９（図６）と、表面導電層１２の表面に実装された電気素子とにより、図１に示すような上記電源回路１５０や信号処理回路１００等の電気回路１０８を形成してある。
【００６４】
上記電源回路１５０は、図１に示すごとく、２本１組の抵抗により分圧した電圧を、ＯＰアンプ１５５を介してセンサセル８２に印加するように構成してある。本例では、このセンサセル８２のセンサ電極８２１に対して、４．４Ｖの電圧が印加されるように構成してある。
【００６５】
そして、上記信号処理回路１００は、図１に示すごとく、センサセル８２のセンサ電極８２２から検出基板１０に流入するセンサ電流を電圧信号に変換するように構成してある。
この信号処理回路１００は、３個の演算増幅器（ＯＰアンプ１０１〜１０３）、電流計測用のシャント抵抗としての抵抗１１２等により構成してある。
【００６６】
ＯＰアンプ１０１は、図１に示すごとく、接続端子１８１の電位を出力端子に出力する、いわば電圧検出用バッファとしてのＯＰアンプである。
ＯＰアンプ１０２は、非反転入力端子（＋、以下同様）に印加された電位と、接続端子１８１の電位とを略一致させるよう制御するためのＯＰアンプである。
そして、ＯＰアンプ１０３は、ＯＰアンプ１０１の出力端子と、ＯＰアンプ１０２の出力端子との差電圧を増幅して、後述するマイコン１７０に出力するためのＯＰアンプである。
【００６７】
ここで、ＯＰアンプ１０２では、図１に示すごとく、その出力端子と反転入力端子（−、以下同様）とを、１．５ＭΩという高抵抗の抵抗１１２により接続してある。また、非反転入力端子には、基準電圧として４．０Ｖの電圧を印加してある。
抵抗１１２は、センサセル８２のセンサ電流に比例して、その両端に電圧降下による電位差を生じるように構成してある。そして、ＯＰアンプ１０２は、上記のごとく、非反転入力端子の電位と、接続端子１８１の電位とが略一致するよう制御するよう構成してある。
すなわち、ＯＰアンプ１０２の出力端子には、接続端子１８１の電位から抵抗１１２による電圧降下分を減じた電圧が出力されるよう構成してある。
【００６８】
なお、このように、本例の検出基板１０では、センサ電極８２２と電気的に接続された接続端子１８１の電位は４．０Ｖとなるように制御されている。また、上記のごとく、センサ電極８２１と電気的に接続された接続端子１８２には、４．４Ｖの電源電圧を印加してある。
そのため、本例のガスセンサ２０においては、センサセル８２の両端に０．４Ｖの電位差が作用している。
【００６９】
マイコン１７０は、図１に示すごとく、ＯＰアンプ１０３の出力端子から出力される出力電圧を、Ａ／Ｄ変換して入力できるように構成してある。そして、マイコン１７０は、この出力電圧を、抵抗１１２の抵抗値により除して、センサ電流の電流値に換算できるように構成してある。
さらに、マイコン１７０は、Ｉ／Ｏ回路１８０を介して、エンジンを電子制御するエンジンＥＣＵ９に対してガス濃度信号を出力できるように構成してある。
【００７０】
ここで、図１に示すごとく、検出基板１０上の信号処理回路１００において、接続端子１８１の入力インピーダンスは、５００ｋΩ以上となっている。一方、この接続端子１８１と、該接続端子１８１からＯＰアンプ１０１、抵抗１１２又はＯＰアンプ１０３に至る経路を構成する導電パターン１０９との間の直流インピーダンスは低く、２ｋΩ以下である。
それ故、該接続端子１８１からＯＰアンプ１０１、抵抗１１２又はＯＰアンプ１０３に至る経路を構成する導電パターン１０９は、接続端子１８１の入力インピーダンスに準じた高インピーダンス部を形成している。
【００７１】
一方、ＯＰアンプ１０１、１０３は、理想的には直流インピーダンス無限大であるため、ＯＰアンプ１０１、１０３の出力端子に接続された導電パターン１０９（図６）と接続端子１８１との間の直流インピーダンスは高く保持される。
また、抵抗１１２は、その抵抗値を１．５ＭΩに設定してある。そのため、接続端子１８１と、抵抗１１２のマイコン１７０側に接続された導電パターン１０９（図６）との間の直流インピーダンスは、およそ１．５ＭΩである。
【００７２】
したがって、本例の検出基板１０に形成した信号処理回路１００（図１）においては、接続端子１８１から、ＯＰアンプ１０１、１０２又は抵抗１１２に至るまで導電パターン１０９（図６）が上記信号入力パターン１１０となる。
そして、本例の検出基板１０においては、図６に示すごとく、信号入力パターン１１０を取り囲むように導電パターン１０９としてのガードパターン１２０を配置してある。
【００７３】
本例では、ガードパターン１２０は、接続端子１８１と略等電位に制御されるＯＰアンプ１０１の出力端子に接続した導電パターン１０９と電気的に接続してある。そして、このガードパターン１２０は、その経路中に素子が一切組み込まれておらず、検出基板１０上の金属箔のみにより形成してある。
なお、これに代えて、ガードパターン１２０の経路中に抵抗等の素子を組み込んでも良いが、ガードパターン１２０の電位を±１Ｖ程度以内に抑える必要がある。
【００７４】
このガードパターン１２０によれば、信号入力パターン１１０と、その他の導電パターン１０９のうち電位が異なる異電位パターン１４０との間に生じるおそれのある漏れ電流を低減することができる。
なお、上記ＯＰアンプ１０１の出力端子に接続した導電パターン１０９は、上記信号処理回路１００を構成すると共に、上記検出基板１０のグランドへの出力インピーダンスが５００Ω以下の経路を構成する信号測定パターン１１１（図１）をなしている。
【００７５】
なお、同図には、電気素子を実装する前の導電パターン１０９の配置を示してあり、検出基板１０上に形成した電気回路１０８のうち信号処理回路１００周辺を拡大して示してある。
ここで、本例の検出基板１０は、図６に示すごとく、ＯＰアンプ１０１〜１０３を内部回路として有するＩＣ１０５や、シャント抵抗としての抵抗１１２等を表面実装するように構成してある。
【００７６】
また、本例の検出基板１０における異電位パターン１４０は、図６に示すごとく、グリーンフィルムからなる絶縁皮膜１８８を形成した被覆部１８６と、絶縁皮膜１８８を形成してない露出部１８４とからなる。ここで、露出部１８４は、素子ランド部１８５等、電気素子やリード線を接続する必要がある部分である。
【００７７】
そして、同図に示すごとく、ガードパターン１２０は、露出部１８４に隣接して配置された露出隣接部１２４と、被覆部１８６に隣接して配置された被覆隣接部１２６とを有している。露出隣接部１２４には、絶縁皮膜１８８を形成しておらず、被覆隣接部１２６には、絶縁皮膜１８８による被覆を形成してある。
【００７８】
すなわち、本例の検出基板１０においては、隣接する異電位パターン１４０とガードパターン１２０との被覆の状態を一致させてある。そして、隣接する異電位パターン１４０とガードパターン１２０との間に漏れ電流を生じやすくする一方、異電位パターン１４０と信号入力パターン１１０との間の漏れ電流を効果的に抑制できるよう検出基板１０を構成してある。
【００７９】
特に、本例の検出基板１０では、図６に示すごとく、ＩＣ１０５の電極を接続する素子ランド部１８５間の約０．６ｍｍの隙間にもガードパターン１２０を配置してある。
すなわち、同図に示すごとく、信号入力パターン１１０を構成する素子ランド部１８５と、異電位パターン１４０を構成する素子ランド部１８５との間にガードパターン１２０を配置してある。なお、絶縁皮膜１８８を形成していない露出部１８４である素子ランド部１８５に対しては、ガードパターン１２０のうち上記露出隣接部１２４を近接して配設してある。
【００８０】
次に、上記ガスセンサ２０及び上記検出基板１０よりなる本例のガス濃度検出装置１によるＮＯｘ濃度測定について説明する。
まず、上記のガスセンサ素子８のＮＯｘガス検出動作について説明する。
図示しないエンジンから排出された排気ガスは、図３に示すごとく、多孔質保護層８４０、第１拡散抵抗通路８１０を経由して、第１チャンバ８１１内に導入される。ここで、導入される排気ガス量は、多孔質保護層８４０の拡散抵抗と、第１拡散抵抗通路８１０の拡散抵抗とにより定まる。
【００８１】
第１チャンバ８１１に導入された排気ガス中の酸素は、図３に示すごとく、ポンプセル８３の作用により酸素イオンとなる。そして、ポンプセル８３を通じて、第１チャンバ８１１とガスセンサ素子８外部との間で、上記酸素イオンの移動が発生する。すなわち、第１チャンバ８１１における、酸素のポンピングが発生する。
【００８２】
また、図３に示すごとく、第２チャンバ８１２内の、酸素濃淡起電力式の電池として機能するモニタセル８６から生じた起電力は、検出基板１０に形成したモニタ回路１６０の電圧計１６５によって計測される。
また、検出基板１０のフィードバック回路１６６は、モニタ回路１６０で検出した起電力に応じた信号をポンプ回路１３０に入力する。そして、ポンプ回路１３０をフィードバック制御することより、モニタセル８６に生じた起電力に応じて、ポンプセル８３に印加する電圧を適宜変更し、ポンプセル３による酸素ポンピング量を制御する。
【００８３】
本例では、図３に示すごとく、第２チャンバ８１２内の酸素濃度が１ｐｐｍ以下となるよう、ポンプセル８３に印加する電圧を制御した。第２チャンバ８１２内の酸素濃度を１ｐｐｍに保持したガスセンサ素子８にあっては、第２チャンバ８１２に導入した排気ガス中のＮＯｘ濃度を精度良く測定することができる。
【００８４】
図３に示すごとく、第２チャンバ８１２に対面するセンサ電極８２１と、基準ガス室８１３に対面するセンサ電極８２２との間に、所定の電圧を印加されたセンサセル８２は、第２チャンバ８１２内の排気ガスに含まれるＮＯｘを還元分解する。その際、センサセル８２には、排ガス中に含まれるＮＯｘ濃度に応じた大きさのセンサ電流が流れる。  なお、本例では、上記のごとく、センサセル８２のセンサ電極８２１及び８２２の両端に０．４Ｖの電位差を印加している。  
【００８５】
このセンサ電流は、図１に示すごとく、検出基板１０の接続端子１８１から信号処理回路１００に入力される。信号処理回路１００は、センサ電流が抵抗１１２を流れる際の電圧降下を電圧信号に変換して、マイコン１７０に入力する。  そして、マイコン１７０は、Ａ／Ｄ変換した電圧信号と抵抗１１２の抵抗値とから、ガスセンサ２０が発生するセンサ電流値を算出し、さらに、このセンサ電流値をＮＯｘ濃度に変換してエンジンＥＣＵ９に出力する。  
【００８６】
ここで、上記のごとく、接続端子１８１との間の直流インピーダンスが２ｋΩ以下である信号入力パターン１１０の周囲には、接続端子１８１と略等電位に保持したガードパターン１２０を配置してある。  そのため、数ｎＡ程度の非常に微弱な電流であるセンサ電流が流れる信号入力パターン１１０に対して、異電位パターン１４０からの電流の出入りが生じるおそれがない。  
【００８７】
それ故、本例の検出基板１０においては、接続端子１８１から流入して信号入力パターン１１０を流れるセンサ電流の大きさが、異電位パターン１４０の影響により変動するおそれが少ない。  したがって、信号入力パターン１１０を取り囲むようにガードパターン１２０を配設した検出基板１０を含む本例のガス濃度検出装置１によれば、センサ電流を精度良く計測し、排気ガス中のＮＯｘ濃度を精度良く測定することができる。  
【００８８】
特に、本例の検出基板１０では、ＩＣ１０５を実装するための素子ランド部１８５間にもガードパターン１２０を形成してある。１．２７ｍｍという狭いＩＣピッチにより並設された素子ランド部１８５間の隙間は０．６ｍｍ程度であるため、特に漏れ電流が発生し易い。  そのため、信号入力パターン１１０を構成する素子ランド部１８５と、異電位パターン１４０を構成する素子ランド部１８５との間の隙間にガードパターン１２０を配設する場合には、センサ電流に対する漏れ電流の影響を効果的に抑制することができる。  
【００８９】
なお、本例の検出基板１０のごとく、信号入力パターン１１０を取り囲むように配設したガードパターン１２０に代えて、ガードパターンを適宜、必要箇所に配設することも良い。この場合には、信号入力パターンと異電位パターンとの隙間のうち、該ガードパターンを配設した隙間の割合に応じて、漏れ電流を抑制することができる。  
【００９０】
ここで、間隔０．７ｍｍ以下の隙間にのみ、ガードパターンを配設することも良い。この場合には、漏れ電流が発生しやすい隙間において、効果的に漏れ電流の発生を抑止できる。  また、信号入力パターンと異電位パターンとの電位差が２Ｖ以上である隙間にのみ、ガードパターンを配設することも良い。この場合には、漏れ電流が発生しやすい隙間において、効果的に漏れ電流の発生を抑止できる。  
【００９１】
さらに、ＯＰアンプ１０１の出力端子と電気的に接続した本例のガードパターン１２０に代えて、図７に示すごとく、ガードパターン１２０を、ＯＰアンプ１０２の非反転入力端子とを電気的に接続することもできる。  ここで、ＯＰアンプ１０２は、接続端子１８１の電位を、非反転入力端子の電位と略一致するように制御するＯＰアンプである。そのため、ＯＰアンプ１０２の非反転入力端子と、ガードパターン１２０とを電気的に接続した場合には、ガードパターン１２０の電位と信号入力パターン１１０の電位とを略一致させることができる。  
【００９２】
なお、ここで、上記の非反転入力端子に対する印加電圧は、検出基板１０の電源電圧を２本一組の抵抗により分圧することにより得ている。
したがって、上記ＯＰアンプ１０２の非反転入力端子に接続した導電パターン１０９は、上記信号処理回路１００を構成すると共に、上記検出基板１０のグランドへの出力インピーダンスが５００Ω以下の経路を構成する信号測定パターン１１１（図７）をなしている。
【００９３】
さらにまた、図８に示すごとく、本例のセンサセル８２と同一仕様による補正用セル９２をガスセンサ２０に配設すると共に、本例の電源回路１５０及び信号処理回路１００と同一仕様による、電源回路９５０及び信号処理回路９００を検出基板１０上に配設することもできる。  
【００９４】
ここで、補正セル９２は、第２チャンバ８１２中の残留酸素濃度を検出するように構成してある。また、補正セル９２から出力される出力電流を電圧信号に変換する信号処理回路において、信号入力パターン１１０に相当する信号入力パターン９１０の周囲には、ガードパターン１２０と同様のガードパターン９２０を配設してある。  そして、それぞれマイコン１７０において計算された、補正用セル９２の出力電流に基づいてセンサセル８２のセンサ電流を補正すれば、該センサ電流をさらに精度良く検出することができる。
【００９５】
（実施例２）
本例は、実施例１における検出基板を、多層基板に変更した例である。
本例の検出基板１０は、図９（導電パターン１０９及び電気素子は省略して図示）に示すごとく、導電パターン１０９を形成した導電層１２と、絶縁部材よりなる絶縁層１１とを交互に４層積層した基板である。
【００９６】
この検出基板１０において、図１０、図１１に示すごとく、信号入力パターン１１０は、検出基板１０の表面をなす導電層１２である表面導電層１２１に配設してある。そして、ガードパターン１２０は、表面導電層１２１に形成してあると共に、該表面導電層１２１に隣接する導電層である中間導電層１２２における、信号入力パターン１１０に対面する領域の少なくとも一部に配設してある。
【００９７】
この検出基板１０によれば、信号入力パターン１１０と、表面導電層１２１に配設した異電位パターン１４０との間の漏れ電流を抑制するという実施例１の効果に加えて、信号入力パターン１１０と、表面導電層１２１以外の導電層１２に配設された異電位パターン１４０との間の漏れ電流を効果的に抑制することができる。
【００９８】
すなわち、図１１に示すごとく、中間導電層１２２における、信号入力パターン１１０に対面する領域に形成されたガードパターン１２０によれば、表面導電層１２１以外の導電層１２に配設された異電位パターン１４０から信号入力パターン１１０へ漏れ電流が流れ得る経路を、効果的に遮断することができる。
【００９９】
このように、本例の検出基板１０によれば、信号入力パターン１１０への漏れ電流の影響を抑制するという効果はそのまま、多層基板により実装密度を向上して小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】実施例１における、ガス濃度検出装置を示す回路図。
【図２】実施例１における、ガスセンサの構造を示す断面図。
【図３】実施例１における、ガスセンサ素子の構造を示す断面図。
【図４】実施例１における、ガスセンサ素子の積層構造を示す説明図。
【図５】実施例１における、検出基板を示す斜視図。
【図６】実施例１における、検出基板のプリントパターン図。
【図７】実施例１における、その他のガス濃度検出装置を示す回路図。
【図８】実施例１における、その他のガス濃度検出装置を示す回路図。
【図９】実施例２における、検出基板を示す斜視図。
【図１０】実施例２における、検出基板の構造を示す断面図。
【図１１】実施例２における、検出基板における中間導電層のプリントパターン図。
【符号の説明】
【０１０１】
１  ガス濃度検出装置
１０  検出基板
１００  信号処理回路
１０１、１０１、１０３  ＯＰアンプ
１０５  ＩＣ
１１０  信号入力パターン
１１２  抵抗
１２０  ガードパターン
１２４  露出隣接部
１２６  被覆隣接部
１４０  異電位パターン
１５０  電源回路
１７０  マイコン
１８４  露出部
１８６  被覆部
１８８  絶縁被膜
２０  ガスセンサ
８  ガスセンサ素子
８２  センサセル
８３  ポンプセル
８６  モニタセル
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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