(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスセンサに供給されるベースガスに、成分が異なる第１ガスと第２ガスとを一定の周期で交互に切り換えて供給する切換手段を備えたガスセンサの特性評価装置において、
前記第１ガスを供給する第１ガス供給手段と、前記第２ガスを供給する第２ガス供給手段と、前記ベースガスに対して供給される前記第１ガスと第２ガスの流量を等しくするためにこれら両ガスの少なくとも一方に流量調整用ガスを供給する流量調整ガス供給手段とを備えることを特徴とするガスセンサの特性評価装置。
【請求項２】
前記流量調整用ガスを、前記第１ガスと第２ガスのうち流量の少ない方に切り換えて供給する流路切換弁を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの特性評価装置。
【請求項３】
前記流量調整用ガスを、前記第１ガスと第２ガスの両方に入れ、該第１ガスと前記流量調整用ガスとの合計流量と、前記第２ガスと前記流量調整用ガスとの合計流量とを等しくすることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサの特性評価装置。
【請求項４】
前記切換手段は、一定の周期で交互に開閉制御され前記ベースガスに対して前記第１ガスと第２ガスが交互に供給されるようにする一対の第１電磁弁と、前記ベースガスを前記ガスセンサに送るガス通路と連通する同ガスセンサより下流側のガス排出通路に、前記一対の第１電磁弁と同期して開閉制御され前記第１ガスと第２ガスのいずれか一方が供給されるようにする一対の第２電磁弁とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサの特性評価装置。
【請求項５】
ガスセンサに供給されるベースガスに、成分が異なる第１ガスと第２ガスとを一定の周期で交互に切り換えて供給する切換手段を備えたガスセンサの特性評価装置において、
前記切換手段は、一定の周期で交互に開閉制御され前記ベースガスに対して前記第１ガスと第２ガスが交互に供給されるようにする一対の第１電磁弁と、前記ベースガスを前記ガスセンサに送るガス通路と連通する同ガスセンサより下流側のガス排出通路に、前記一対の第１電磁弁と同期して開閉制御され前記第１ガスと第２ガスのいずれか一方が供給されるようにする一対の第２電磁弁とを備え、前記ベースガスに対して供給される前記第１ガスと第２ガスの流量を等しくすることを特徴とするガスセンサの特性評価装置。
【請求項６】
前記一対の第２電磁弁の下流側に圧力調整弁をそれぞれ設け、該圧力調整弁により前記第１電磁弁と第２電磁弁の出口側の圧力を等しくすることを特徴とする請求項４又は５に記載のガスセンサの特性評価装置。
【請求項７】
前記第１電磁弁および第２電磁弁をそれぞれデッドボリュームの小さいインジェクタとし、該各インジェクタをガスセンサ入口側の配管に直結したことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載のガスセンサの特性評価装置。
【請求項８】
前記第１電磁弁および第２電磁弁各々の開閉時期を検出する開閉検出手段と、該検出手段の検出結果に基づき各電磁弁の開閉時期のばらつきを補正する補正手段とを備えることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載のガスセンサの特性評価装置。
【請求項９】
前記開閉検出手段は、前記各電磁弁開弁時の駆動電流の変化から各電磁弁の開閉時期を検出することを特徴とする請求項８に記載のガスセンサの特性評価装置。
【請求項１０】
ガスセンサに供給されるベースガスに、成分が異なる第１ガスと第２ガスとを一定の周期で交互に切り換えて供給するガスセンサの特性評価方法において、
前記ベースガスに対して交互に供給される前記第１ガスと第２ガスの流量を等しくするためにこれら両ガスの少なくとも一方に流量調整用ガスを供給することを特徴とするガスセンサの特性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサの特性を評価・試験する装置に関するもので、ガスセンサの生産ラインでの製品の品質検査等に利用するガスセンサの特性評価装置および特性評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気ガス対策として例えば排気ガス浄化用の３元触媒を用いる場合、この触媒に最大限の機能を発揮させるには、混合気の空燃比を適正な値に保持する必要がある。しかし、通常のガソリン、ＬＰガス等の内燃機関における気化器や燃料噴射装置では、混合気の空燃比が一定になるようにしたとしても種々の要因により実際には空燃比が大幅に変化する。従って、空燃比を一定に保つために、ガスセンサで排気ガス成分から実際の空燃比を検出し、その信号を気化器や燃料噴射装置にフィードバックする必要が生じている。
【０００３】
このガスセンサは、酸素イオン導電性の固体電解質や半導電性の遷移金属酸化物を用いたもので、上述のような目的で使用されるため、出力特性の良好なセンサを製造するのに簡単な構成で手間がかからず精度のよいガスセンサの特性評価装置が要望されている。このようなガスセンサの特性評価装置の従来技術として、特開昭５３−７８８８６号公報に開示されたものがある。この従来技術は、ある周期で還元性ガスと酸化性ガスとを交互に切り換えてベースガスに供給することで、ガスセンサの特性（応答性）を評価・試験するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術では、ベースガスに対して還元性ガスと酸化性ガスとを交互に供給しているものの、還元性ガスの供給量と酸化性ガスの供給量とが異なる可能性がある。このようにベースガスに対して供給される還元性ガスの流量と酸化性ガスの流量が異なると、ガスセンサに供給されるガスの流速が、還元性ガスを加えたときと酸化性ガスを加えたときとで変化し、この流速変化によりガスセンサの応答性が影響を受けてしまう。このため、ガスセンサの応答性を精度良く、しかも再現性良く評価・試験することが困難であった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたもので、その目的は、ガスセンサの応答性を精度良く、しかも再現性良く評価・試験できるガスセンサの特性評価装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
請求項１に係る発明は、ガスセンサに供給されるベースガスに、成分が異なる第１ガスと第２ガスとを一定の周期で交互に切り換えて供給する切換手段を備えたガスセンサの特性評価装置において、前記第１ガスを供給する第１ガス供給手段と、前記第２ガスを供給する第２ガス供給手段と、前記ベースガスに対して供給される前記第１ガスと第２ガスの流量を等しくするためにこれら両ガスの少なくとも一方に流量調整用ガスを供給する流量調整ガス供給手段とを備えることを要旨とする。
【０００７】
この構成によれば、ベースガスに対して第１ガスと第２ガスとが交互に同じ量供給されるため、ガスセンサに供給されるガス全体の流量が一定になる。これにより、ガスセンサに供給されるガスの流速が、第１ガスを加えたときと第２ガスを加えたときとで変化しない。すなわち、ガスセンサに供給されるガスの流速を変化させずに同ガスセンサの応答性を測定できる。したがって、ガスセンサの応答性を精度良く、しかも再現性良く評価・試験することができる。
【０００９】
また、この構成によれば、第１ガスと第２ガスの流量が等しくなるように、両ガスの少なくとも一方に供給する流量調整用ガスの流量を調整すればよい。このため、ベースガスに対して供給される第１ガスと第２ガスの流量を等しくするための調整を容易に行うことができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載のガスセンサの特性評価装置において、前記流量調整用ガスを、前記第１ガスと第２ガスのうち流量の少ない方に切り換えて供給する流路切換弁を備えることを要旨とする。
【００１１】
この構成によれば、流量調整用ガスを、流路切換弁により第１ガスと第２ガスのうち流量の少ない方に切り換えて供給することができる。このため、第１ガスと第２ガスの流量が等しくなるように、両ガスのうち流量の少ない方に入れる流量調整用ガスの流量を調整すればよい。このため、第１ガスと第２ガスのいずれの流量が少ない時でも、ベースガスに対して交互に供給される第１ガスと第２ガスの流量を等しくするための調整を容易に行うことができる。また、流路切換弁を設けたことで流量調整ガス供給手段は１つですむので、コストを低減できる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載のガスセンサの特性評価装置において、前記流量調整用ガスを、前記第１ガスと第２ガスの両方に入れ、該第１ガスと前記流量調整用ガスとの合計流量と、前記第２ガスと前記流量調整用ガスとの合計流量とを等しくすることを要旨とする。
【００１３】
この構成によれば、第１ガスと第２ガスの流量が等しくなるように、両ガスの両方に入れる流量調整用ガスの流量をそれぞれ調整すればよい。このため、両ガスの流量は変えずに、ベースガスに対して交互に供給される第１ガスと第２ガスの流量を等しくすることができる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載のガスセンサの特性評価装置において、前記切換手段は、一定の周期で交互に開閉制御され前記ベースガスに対して前記第１ガスと第２ガスが交互に供給されるようにする一対の第１電磁弁と、前記ベースガスを前記ガスセンサに送るガス通路と連通する同ガスセンサより下流側のガス排出通路に、前記一対の第１電磁弁と同期して開閉制御され前記第１ガスと第２ガスのいずれか一方が供給されるようにする一対の第２電磁弁とを備えることを要旨とする。
【００１５】
この構成によれば、一対の第１電磁弁が交互に開閉されベースガスに対して第１ガスと第２ガスが交互に供給されると同時に、一対の第２電磁弁が交互に開閉され、ガス排出通路に両ガスのうちベースガスに対して供給されるガスとは異なるガスが供給される。このため、一対の電磁弁の開閉時にガス通路内に発生するガスの脈動がガス排出通路に供給されるガスにより打ち消され、ガスセンサに供給されるガスの流量変化が抑制される。したがって、ガスセンサの応答性をより安定して測定することができる。
請求項５に係る発明は、ガスセンサに供給されるベースガスに、成分が異なる第１ガスと第２ガスとを一定の周期で交互に切り換えて供給する切換手段を備えたガスセンサの特性評価装置において、前記切換手段は、一定の周期で交互に開閉制御され前記ベースガスに対して前記第１ガスと第２ガスが交互に供給されるようにする一対の第１電磁弁と、前記ベースガスを前記ガスセンサに送るガス通路と連通する同ガスセンサより下流側のガス排出通路に、前記一対の第１電磁弁と同期して開閉制御され前記第１ガスと第２ガスのいずれか一方が供給されるようにする一対の第２電磁弁とを備え、前記ベースガスに対して供給される前記第１ガスと第２ガスの流量を等しくすることを要旨とする。
【００１６】
請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載のガスセンサの特性評価装置において、前記一対の第２電磁弁の下流側に圧力調整弁をそれぞれ設け、該圧力調整弁により前記第１電磁弁と第２電磁弁の出口側の圧力を等しくすることを要旨とする。
【００１７】
ガスセンサ前後での配管圧損により第１電磁弁の出口側圧力は第２電磁弁の出口側圧力より高くなり、第１電磁弁側では第２電磁弁側よりもガスが流れにくくなる。これに対してこの構成によれば、圧力調整弁により第１電磁弁と第２電磁弁の出口側の圧力が等しくなり、ガス通路に供給されるガスの流量と、ガス排出通路に供給されるガスの流量とを等しくすることができる。これにより、第１電磁弁側でガスが流れやすくなる。また、ガス通路に供給されるガスの流量と、ガス排出通路に供給されるガスの流量とが等しくなることで、ガス通路内に発生するガスの脈動がガス排出通路に供給されるガスにより効果的に打ち消される。したがって、ガスセンサに供給されるガスの流量変化をより一層抑制することができる。
【００１８】
請求項７に係る発明は、請求項４〜６のいずれか一項に記載のガスセンサの特性評価装置において、前記第１電磁弁および第２電磁弁をそれぞれデッドボリュームの小さいインジェクタとし、該各インジェクタをガスセンサ入口側の配管に直結したことを要旨とする。
【００１９】
この構成によれば、第１電磁弁および第２電磁弁をそれぞれデッドボリュームの小さいインジェクタとし、各インジェクタを配管に直結したことで、第１ガスと第２ガスの少なくとも一方を成分の異なるガスに切り換える際に、その切換を瞬時に行うことができる。また、ガス通路に交互に供給する第１ガスと第２ガスの切換についても瞬時に切り換えることができる。
【００２０】
請求項８に係る発明は、請求項４〜７のいずれか一項に記載のガスセンサの特性評価装置において、前記第１電磁弁および第２電磁弁各々の開閉時期を検出する開閉検出手段と、該検出手段の検出結果に基づき各電磁弁の開閉時期のばらつきを補正する補正手段とを備えることを要旨とする。
【００２１】
この構成によれば、各電磁弁の開閉時期のばらつきを、各電磁弁の駆動電圧および経時変化による応答遅れ等を考慮して補正することができる。
請求項９に係る発明は、請求項８に記載のガスセンサの特性評価装置において、前記開閉検出手段は、前記各電磁弁開弁時の駆動電流の変化から各電磁弁の開閉時期を検出することを要旨とする。
【００２２】
この構成によれば、開閉検出手段は各電磁弁開閉時の駆動電流の変化から各電磁弁の開閉時期を検出するので、各電磁弁の開閉時期のばらつきを精度良く補正することができる。
【００２３】
請求項１０に係る発明は、ガスセンサに供給されるベースガスに、成分が異なる第１ガスと第２ガスとを一定の周期で交互に切り換えて供給するガスセンサの特性評価方法において、前記ベースガスに対して交互に供給される前記第１ガスと第２ガスの流量を等しくするためにこれら両ガスの少なくとも一方に流量調整用ガスを供給することを要旨とする。
【００２４】
この構成によれば、ベースガスに対して第１ガスと第２ガスとが交互に同じ量供給されるため、ガスセンサに供給されるガス全体の流量が一定になる。これにより、ガスセンサに供給されるガスの流速が、第１ガスを加えたときと第２ガスを加えたときとで変化しない。したがって、ガスセンサの応答性を精度良く、しかも再現性良く評価・試験することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した各実施形態を、図面に基づいて説明する。なお、各実施形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００２６】
[ 第１実施形態]
図１は、第１実施形態に係るガスセンサの特性評価装置全体のシステム構成を概略的に示している。このガスセンサの特性評価装置は、還元性ガス供給部１と、ベースガス供給部２と、酸化性ガス供給部３と、流量調整ガス供給部４と、ガス切換装置５と、測定装置６とを備えている。
【００２７】
還元性ガス供給部１は、Ｈ２ガス、Ｃ３Ｈ８ガスおよびＣＯガスが所定の比率で混合された第１ガスとしての還元性ガスを個別に所定の流量で供給する。この還元性ガス供給部１には、Ｈ２ガス、Ｃ３Ｈ８ガスおよびＣＯガスがそれぞれ充填された３つのガスボンベ（図示略）と、各ガスボンベから供給される各ガスの質量流量を適正に調整する３つのマスフロー・コントローラ１１とが設けられている。そして、還元性ガス供給部１は配管９に接続されており、同供給部１から配管９に還元性ガスが供給される。
【００２８】
ベースガス供給部２は、Ｎ２ガスを主成分とするベースガスを個別に所定の流量で供給する。このベースガス供給部２には、Ｎ２ガスが充填されたガスボンベ（図示略）と、Ｎ２ガスの質量流量を適正に調整するマスフロー・コントローラ２１とが設けられている。そして、ベースガス供給部２は配管７に接続されており、同供給部２から配管７にベースガスが供給される。
【００２９】
酸化性ガス供給部３は、第２ガスとしての酸化性ガス（Ｏ２ガス）を個別に所定の流量で供給する。この酸化性ガス供給部３には、Ｏ２ガスが充填されたガスボンベ（図示略）と、同ガスの質量流量を適正に調整するマスフロー・コントローラ３１とが設けられている。
【００３０】
流量調整ガス供給部４は、酸化性ガス供給部３から供給される酸化性ガスに加える流量調整用ガスとしてのＮ２ガスを供給する。この流量調整ガス供給部４には、Ｎ２ガスが充填されたガスボンベ（図示略）と、マスフロー・コントローラ４１とが設けられている。同コントローラ４１の下流側は、配管を介してマスフロー・コントローラ３１の下流側に接続されている。酸化性ガスとＮ２ガスとが所定の比率で混合されかつこれら両ガスの合計流量（酸化性ガスの流量）が還元性ガスの流量と等しくなるように、酸化性ガスとＮ２ガスの質量流量がマスフロー・コントローラ３１，４１により適正に調整されるようになっている。そして、酸化性ガス（Ｏ２ガス）にＮ２ガスを加えた酸化性ガスが配管１０に供給される。
【００３１】
測定装置６は、ベースガス供給部２からのベースガスが供給される配管７内にガス検出部を設けたガスセンサ６１と、同ガスセンサ６１の出力を測定する計測部６２とを備えている。そして、ベースガス供給部２から供給されるベースガスは、配管７（ガス通路）内を通ってガスセンサ６１のガス検出部に供給され、さらに同ガスセンサ６１の下流側に接続された排出管（ガス排出通路）８内を通って排出されるようになっている。
【００３２】
このガスセンサ６１は、主としてジルコニア（ＺｒＯ２）等の酸素イオン導電性の固定電解質或いはチタニア（ＴｉＯ２）等の半導電性の金属酸化物からなるガス検出部を有する。このガスセンサ６１は、ガス中の酸素濃度を感知して、例えば理論空燃比を境にして急激に出力が変化するものである。例えば、ガスセンサ６１は、ガス検出部にジルコニア管を用いた場合、ガス中の酸素濃度が理論空燃比より薄いとき、すなわち供給されるガスの雰囲気が還元性のときには、８００〜１０００ｍｖ（０．８〜１Ｖ）の起電力を発生する。また、このガスセンサ６１は、ガス中の酸素濃度が理論空燃比より濃いとき、すなわち供給されるガスの雰囲気が酸化性のときには、２００〜０ｍｖ（０．２〜０Ｖ）の起電力を発生する。
【００３３】
なお、本実施形態に係るガスセンサの特性評価装置には、図示を省略してあるが、ガスセンサ６１のガス検出部を加熱する電気式加熱炉が設けられている。そして、電気式加熱炉の通電を制御して、ガスセンサ６１の温度がほぼ一定に保たれるようになっている。
【００３４】
ガス切換装置５は、２つの第１電磁弁５１，５２と、２つの第２電磁弁５４，５５と、これらの電磁弁の開閉を制御する制御回路５３とを備えている。これらの電磁弁５１，５２，５４，５５と制御回路５３とにより切換手段が構成されている。
【００３５】
電磁弁５１の入口側は、還元性ガス供給部１からの還元性ガスが供給される配管９に接続されており、その出口側は配管９ａを介して配管７にガスセンサ６１より上流側で接続されている。電磁弁５２の入口側は、酸化性ガス供給部３からの酸化性ガスが供給される配管１０に接続されており、その出口側は配管１０ａを介して配管７にガスセンサ６１より上流側で接続されている。電磁弁５４の入口側は配管９に接続されており、その出口側は配管９ｂを介して排出管８に接続されている。そして、電磁弁５５の入口側は配管１０に接続されており、その出口側は配管１０ｂを介して排出管８に接続されている。
【００３６】
これらの電磁弁５１，５２，５４，５５は同じ構成のものであり、各電磁弁の構成を第１電磁弁５１を代表して図２に基づき説明する。第１電磁弁５１は、常閉型の電磁弁であり、制御回路５３から所定電圧の駆動信号（図４に示す制御回路出力）がソレノイド５１ａに印加されると、弁体５１ｂがばね５１ｃの付勢力に抗して全閉位置から全開位置へ変位し、上流側の流路と下流側の流路とを連通させるようになっている。そして、第１電磁弁５１は、ソレノイド５１ａに駆動信号が印加されている間、弁体５１ｂが全開位置に保持されるようになっている。
【００３７】
そして、制御回路５３は、４つの電磁弁５１，５２，５４，５５を図３に示すパターンで開閉制御するようになっている。すなわち、制御回路５３は、電磁弁５１，５５を同時に開閉させるとともに、電磁弁５２，５４を同時に開閉させるようになっている。電磁弁５１が開弁するのと同期して電磁弁５５が開弁することで、還元性ガスが配管９，９ａ内を通って配管７に供給され、ベースガスに加えられ始めると同時に、酸化性ガスが配管１０，１０ｂを通って排出管８に供給され始める。一方、電磁弁５２が開弁するのと同期して電磁弁５４が開弁することで、酸化性ガスが配管１０，配管１０ａ内を通って配管７に供給され、ベースガスに加えられ始めると同時に、還元性ガスが配管９，配管９ｂを通って排出管８に供給され始める。
【００３８】
そして、本実施形態に係るガスセンサの特性評価装置では、上述したように還元性ガス供給部１から配管９には、Ｈ２ガス、Ｃ３Ｈ８ガスおよびＣＯガスが所定の比率で混合された還元性ガスが所定の流量（個々のガスの合計流量）で供給される。一方、配管１０には、酸化性ガス供給部３から供給される酸化性ガス（Ｏ２ガス）と、流量調整ガス供給部４から供給されるＮ２ガスとが所定の比率で混合されかつこれら両ガスの合計流量が還元性ガスの流量と等しくなるように調整された酸化性ガスが供給される。
【００３９】
また、制御回路５３により第１電磁弁５１，５５と第２電磁弁５２，５４を一定の周期で交互に開閉することにより、配管７内を通ってガスセンサ６１のガス検出部に供給されるベースガスに対して、流量の等しい還元性ガスと酸化性ガス（Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガス）とが交互に供給される。ここにいう「一定の周期」とは、０．１〜１０Ｈｚ程度の周波数に相当する周期であり、例えば本例では５秒の周期である。
【００４０】
こうして電磁弁５１，５５が開いて還元性ガスがベースガスに供給されると、ガスセンサ６１のガス検出部には還元性雰囲気のガスが供給されるので、ガスセンサ６１は８００〜１０００ｍｖの起電力を発生する。一方、電磁弁５２，５４が開いて酸化性ガスがベースガスに供給されると、ガスセンサ６１のガス検出部には酸化性雰囲気のガスが供給されるので、同ガスセンサ６１は、２００〜０ｍｖの起電力を発生する。
【００４１】
このことを図４に基づいて説明する。
ｔ０時点に、矢印Ａで示す制御回路５３の出力を変化させて電磁弁５１，５５を開くと、上記還元性ガスが配管９，９ａ内を通って配管７内のベースガスに供給され、還元性雰囲気のガスがガスセンサ６１のガス検出部に供給される。これにより、矢印Ｂで示すガスセンサ６１の出力がｔ１時点から急上昇する。ｔ０時点からｔ１時点までの時間は、電磁弁５１，５５が開いてから還元性ガスがガスセンサ６１のガス検出部に供給されるまでのガス輸送遅れ時間である。また、酸化性ガスから還元性ガスに切り換えたときのガスセンサ６１の応答時間は、出力が上昇し始めるｔ１時点から同出力が１０００ｍｖの６３％である６３０ｍｖに達するｔ２時点までの時間である。この応答時間は、ほぼ２００〜２５０ｍｓである。
【００４２】
また、ｔ３時点で、制御回路５３の出力を変化させて電磁弁５１，５５を閉じて電磁弁５２，５４を開くと、酸化性ガス（Ｏ２ガス、Ｎ２ガス）が配管１０，１０ｂ内を通って配管７内のベースガスに供給され、ガスセンサ６１の出力がｔ４時点から急低下する。ｔ３時点からｔ４時点までの時間は、電磁弁５２，５４が開いてから酸化性ガスがガスセンサ６１のガス検出部に供給されるまでのガス輸送遅れ時間である。また、還元性ガスから酸化性ガスに切り換えた時のガスセンサ６１の応答時間は、出力が低下し始めるｔ４時点から同出力が１０００ｍｖの３７％の３７０ｍｖに達するｔ５時点までの時間である。この応答時間は、ほぼ２００〜２５０ｍｓである。
【００４３】
ガスセンサ６１の上記応答時間（ｔ１時点からｔ２時点までの時間およびｔ４時点からｔ５時点までの時間）を計測部６２によりそれぞれ測定することにより、同ガスセンサ６１の応答性（応答時間）の良否を判別し、評価することができる。
【００４４】
以上のように構成された上記第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（イ）ベースガスに対して一定の周期で交互に供給される還元性ガスと酸化性ガスの流量を等しくしたので、ガスセンサ６１に供給されるガス全体の流量が一定になる。これにより、ガスセンサ６１のガス検出部に供給されるガスの流速が、還元性ガスを加えたときと酸化性ガスを加えたときとで変化しない。すなわち、ガスセンサ６１に供給されるガスの流速を変化させずに同ガスセンサの応答性を測定できる。したがって、ガスセンサの応答性を上記従来技術のようにガス流速の変化による影響を受けずに測定でき、ガスセンサの応答性を精度良く、しかも再現性良く評価・試験することができる。
【００４５】
（ロ）還元性ガス供給部１から供給される還元性ガスの流量を一定にしておき、酸化性ガス供給部３から供給されるＯ２ガスに加えるＮ２ガスの質量流量を流量調整ガス供給部４のマスフロー・コントローラ４１で調整する。或いは、Ｏ２ガスとＮ２ガスの合計流量（酸化性ガスの流量）が還元性ガスの流量と等しくなるように、Ｏ２ガスとＮ２ガスの質量流量をマスフロー・コントローラ３１，４１により調整する。
【００４６】
このように還元性ガスの流量を一定とし、Ｏ２ガスとＮ２ガスの合計流量（酸化性ガスの流量）が還元性ガスの流量と等しくなるように調整すればよい。こうして流量調整ガス供給部４を設けたことで、ベースガスに対して供給される還元性ガスと酸化性ガスの流量を等しくするための調整を容易に行うことができる。
【００４７】
（ハ）電磁弁５１，５５が同時に開弁すると、還元性ガスが配管９，９ａ内を通って配管７内のベースガスに供給され始めると同時に、酸化性ガスが配管１０，１０ｂ内を通って排出管８にも供給され始める。これにより、電磁弁５１の開弁時に配管７内に発生するガスの脈動が排出管８に供給される還元性ガスにより打ち消され、ガスセンサ６１に供給されるガスの流量変化が抑制され、ガスセンサ６１の応答性をより安定して測定することができる。同様に、電磁弁５２，５４が同時に開弁すると、酸化性ガスが配管１０，１０ａ内を通って配管７内のベースガスに供給され始めると同時に、還元性ガスが配管９，９ｂ内を通って排出管８にも供給され始める。これにより、電磁弁５２の開弁時に配管７内に発生するガスの脈動が排出管８に供給される還元性ガスにより打ち消され、ガスセンサ６１に供給されるガスの流量変化が抑制され、ガスセンサ６１の応答性をより安定して測定することができる。
【００４８】
[ 第２実施形態]
図５は、第２実施形態に係るガスセンサの特性評価装置全体のシステム構成を概略的に示している。本実施形態は、図１に示す上記第１実施形態において、流量調整用ガスを還元性ガスと酸化性ガスの両方に入れ、還元性ガスと流量調整用ガスとの合計流量と、酸化性ガスと流量調整用ガスとの合計流量とを等しくするように構成したものである。そのために、流量調整ガス供給部４と同様の流量調整ガス供給部４´を還元性ガス供給部１にも設けてある。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００４９】
この第２実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（ニ）還元性ガスと流量調整用ガスとの合計流量と、酸化性ガスと流量調整用ガスとの合計流量とが等しくなるように、還元性ガスと酸化性ガスの両方に入れる流量調整用ガスの流量をそれぞれ調整すればよい。このため、還元性ガスと酸化性ガスの流量は変えずに、ベースガスに対して交互に供給されう還元性ガスと酸化性ガスの流量を等しくすることができる。
【００５０】
[ 第３実施形態]
図６は、第３実施形態に係るガスセンサの特性評価装置全体のシステム構成を概略的に示している。本実施形態は、図１に示す第１実施形態において、流量調整用ガスを、還元性ガスと酸化性ガスのうち流量の少ない方に切り換えて供給する１つの流路切換弁５６を設けたものである。この流路切換弁５６は、流量調整ガス供給部４から供給される流量調整用ガスを配管１０に管１４を介して供給する第１位置と、流量調整用ガスを配管９に配管１３を介して供給する第２位置との間で切り換えられるようになっている。その他の構成は、第１実施形態と同じである。
【００５１】
この第３実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（ホ）流量調整用ガスを、流路切換弁５６により還元性ガスと酸化性ガスのうち流量の少ない方に切り換えて供給することができる。このため、還元性ガスと酸化性ガスのいずれの流量が少ない時でも、ベースガスに対して交互に供給される還元性ガスと酸化性ガスの流量を等しくするための調整を容易に行うことができる。
【００５２】
[ 第４実施形態]
図７は、第４実施形態に係るガスセンサの特性評価装置全体のシステム構成を概略的に示している。本実施形態は、図６に示す第３実施形態において、第２電磁弁５４，５５の下流側に圧力調整弁５７，５８をそれぞれ設け、該圧力調整弁により第１電磁弁５１，５２と第２電磁弁５４，５５の出口側の圧力を等しくするように構成したものである。その他の構成は、第３実施形態と同様である。
【００５３】
この第４実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（ヘ）圧力調整弁５７，５８がないと、ガスセンサ６１前後での配管圧損により第１電磁弁の出口側圧力は第２電磁弁の出口側圧力より高くなり、第１電磁弁側では第２電磁弁側よりもガスが流れにくくなる。このような不具合を解消するために、圧力調整弁５７，５８が第２電磁弁５４，５５の下流側にそれぞれ設けられている。このため、第１電磁弁５１，５２と第２電磁弁５４，５５の出口側圧力が等しくなり、配管７（ガス通路）に供給されるガスの流量と、排出管８（ガス排出通路）に供給されるガスの流量とを等しくすることができる。これにより、第１電磁弁５１，５２側でガスが流れやすくなる。
【００５４】
また、配管７に供給されるガスの流量と排出管８に供給されるガスの流量とが等しくなることで、配管７内に発生するガスの脈動が排出管８に供給されるガスにより効果的に打ち消される。したがって、ガスセンサ６１に供給されるガスの流量変化をより一層抑制することができる。
【００５５】
[ 第５実施形態]
図８は、第５実施形態に係るガスセンサの特性評価装置全体のシステム構成を概略的に示している。本実施形態は、図７に示す第４実施形態において、上記各電磁弁５１，５２，５４，５５に代えて、デッドボリュームの小さい第１インジェクタ７１，７２と第２インジェクタ７４，７５を用いたものである。さらに、第１インジェクタ７１，７２は、ガスセンサ６１入口側の配管７に直結されている。その他の構成は第４実施形態と同様である。
【００５６】
これらのインジェクタ７１，７２，７４，７５は同じ構成のものであり、各インジェクタの構成を第１インジェクタ７１を代表して図９に基づき説明する。
第１インジェクタ７１は電磁弁を有し、この電磁弁のソレノイドに制御回路５３から駆動パルス（駆動信号）を与えると、内部の作動ピストンが上昇して針弁７１ａがリフトし、ノズル先端の噴孔が開き、ガス（このインジェクタでは還元性ガス）が配管７に噴射される。
【００５７】
この第５実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
（ト）上記電磁弁５１，５２，５４，５５に代えてデッドボリュームの小さい第１インジェクタ７１，７２，７４，７５を用い、インジェクタ７１，７２をガスセンサ入口側の配管７に直結してある。これにより、還元性ガスと酸化性ガスの少なくとも一方を成分の異なるガスに切り換える際に、その切換を瞬時に行うことができる。また、配管７（ガス通路）に交互に供給する還元性ガスと酸化性ガスの切換についても瞬時に切り換えることができる。
【００５８】
[ 変形例]
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記各実施形態では、流量調整ガス供給部４は、酸化性ガス供給部３から供給される酸化性ガス（Ｏ２ガス）に流量調整用ガスとしてのＮ２ガスを供給するように構成されているが、本発明はこの構成に限定されない。すなわち、流量調整ガス供給部４は、還元性ガス供給部１から供給される還元性ガスにＮ２ガスを供給するように構成してもよい。この場合、流量調整ガス供給部４は、還元性ガス供給部１から供給される還元性ガスとＮ２ガスとが所定の比率で混合されかつ還元性ガスとＮ２ガスとの合計流量が酸化性ガスの流量と一致するように、マスフロー・コントローラ１１，４１により質量流量が適正に調整される。
【００５９】
・上記各実施形態では、ベースガス供給部２はＮ２ガスを主成分とするベースガスを供給するように構成されているが、同ガスとして、空気とＮ２ガスの混合ガス、空気とＯ２ガスの混合ガス、或いは他の混合ガスを使用してもよい。また、ベースガス供給部２を特別に設けずに、上記還元性ガス（Ｈ２ガス、Ｃ３Ｈ８ガスおよびＣＯガスの混合ガス）或いは酸化性ガス（Ｏ２ガスとＮ２ガスの混合ガス）をベースガスとして用いてもよい。
【００６０】
・上記第１実施形態において、第１電磁弁５１，５２の上流側に圧力調整弁を設けてラインの背圧（同調整弁より下流側の配管７内の圧力）を一定にするように構成してもよい。この構成により、ガスセンサ６１の応答性をより安定して測定することができる。同様に、上記第２実施形態においても、電磁弁５１，５２の上流側及び電磁弁５４，５５の上流側に圧力調整弁をそれぞれ設けてラインの背圧を一定にするように構成してもよい。この場合にも、ガスセンサ６１の応答性をより安定して測定することができる。
【００６１】
・上記第１〜第４実施形態における各電磁弁５１，５２，５４，５５の開閉タイミングは、各電磁弁の応答遅れを考慮して設定するのが好ましい。この場合、各電磁弁の駆動電圧および経時変化による応答遅れや経時変化によるラインの背圧の変化等を考慮して各電磁弁の開閉タイミングを補正する。
【００６２】
この補正方法の具体例としては、例えば、各電磁弁の駆動電圧、経過時間をモニタしておき、駆動電圧に対する応答性（駆動電圧の低下に応じた開弁時間の遅れ）や、経過時間に対する応答性（時間の経過に応じた開弁時間の遅れ）等のデータをマップ化して記憶しておく。このマップを参照し、各電磁弁の開閉タイミングに補正をかけることで、常に安定してガスセンサ６１の応答性を測定することができる。駆動電圧としては、同電圧が変化しても各電磁弁の応答遅れの変化量が少なくなるような電圧を選ぶのが良い。
【００６３】
・上記補正方法の別の例としては、各電磁弁の駆動電流、駆動電圧をモニタし、各電磁弁の開閉タイミングをフィードバック制御することで、常に安定してガスセンサ６１の応答性を測定することができる。
【００６４】
例えば、各電磁弁の弁体５１ｂ（図２参照）があ全開位置までフルリフトした瞬間に、磁気回路の磁束密度が急変するために、駆動電流波形が落ち込む。したがって、その駆動電流をモニタし、同電流が落ち込む時点を検出することで、各電磁弁の開弁時期を検出することができる。この検出結果に基づき各電磁弁の開閉時期のばらつきを補正することができる。
【００６５】
ここで、各電磁弁の開閉時期を各電磁弁開弁時の駆動電流の変化から検出する開閉検出手段と、該検出手段の検出結果に基づき各電磁弁の開閉時期のばらつきを補正する補正手段とは、制御回路５３により構成される。
【００６６】
こうして各電磁弁の駆動電流、駆動電圧をモニタすれば、各電磁弁の固体差を吸収することができ、より安定してガスセンサ６１の応答性を測定できるが、代表的な電磁弁のみをモニタして上記フィードバック制御を行うようにしてもよい。
・各電磁弁の開弁時期を検出するのに上記方法ではなく、ギャップセンサを用いて検出するようにしてもよい。或いは、上記ラインの背圧をモニタし、この背圧に基づいて上記フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６７】
・各電磁弁の開閉タイミングを上述したようにモニタしていれば、ライン（例えば配管７）の経時変化具合もモニタすることができ、これによりラインの劣化判定を行うことができ、メンテナンスを行う上で有利な情報が得られる。
・ガスとしてＮＯ２，ＮＨ３，ＳＯ２等の腐食性ガスを使用する場合にはラインの経時変化が早いため、実験前後でラインをＮ２ガスでパージする制御を行うとよい。これにより、ライン、各電磁弁、各マスフロー・コントローラ等の経時変化を抑制することができ。
・上記各実施形態では、ベースガスに対して供給される還元性ガスと酸化性ガスの流量を等しくするようにしているが、本発明はこれに限定されない。例えば、ガスセンサのリーン領域での応答性を評価する場合、上記還元性ガスと酸化性ガスに代えて、Ｏ２濃度の異なる２種類の酸化性ガスを用い、該両酸化性ガスの流量を等しくするようにしてもよい。或いは、ガスセンサ６１のリッチ領域での応答性を評価する場合、上記還元性ガスと酸化性ガスに代えて、例えば、Ｈ２ガス、Ｃ３Ｈ８ガスおよびＣＯガスの混合比の異なる２種類の還元性ガスを用い、該両還元性ガスの流量を等しくするようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１実施形態に係るガスセンサの特性評価装置全体のシステム構成を概略的に示すブロック図。
【図２】  同実施形態で用いる電磁弁を示す概略構成図。
【図３】  同電磁弁の開閉タイミングを示す波形図。
【図４】  同実施形態における制御回路の出力とガスセンサの出力とを示すグラフ。
【図５】  第２実施形態のシステム構成を概略的に示すブロック図。
【図６】  第３実施形態のシステム構成を概略的に示すブロック図。
【図７】  第４実施形態のシステム構成を概略的に示すブロック図。
【図８】  第５実施形態のシステム構成を概略的に示すブロック図。
【図９】  第５実施形態で用いるインジェクタを示す概略構成図。
【符号の説明】
１…第１ガス供給手段としての還元性ガス供給部、２…ベースガス供給部、３…第２ガス供給手段としての酸化性ガス供給部、４，４´…流量調整ガス供給手段としての流量調整ガス供給部、５…切換手段としてのガス切換装置、６…測定装置、７…ガス通路としての配管、８…ガス排出通路としての排出管、５１，５２，５４，５５…電磁弁、５６…流路切換弁、５７，５８…圧力調整弁、６１…ガスセンサ、７１，７２，７４，７５…インジェクタ。
【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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