本發明涉及傳感器元件、氣體傳感器、傳感器元件的評價方法、程序。
背景技術：
1、以往，已知有對汽車的尾氣等被測定氣體中的nox等特定氣體的濃度進行檢測的氣體傳感器。例如，專利文獻1中記載有一種氣體傳感器，該氣體傳感器具備：層疊體，其具有多個氧離子傳導性的固體電解質層且內部設置有供被測定氣體從氣體導入口導入并使其流通的氣體流通部；主泵單元，其具有配設于氣體流通部中的第一內部空腔的內側泵電極及配設于層疊體的外表面的外側泵電極；測定電極，其配設于氣體流通部中的比第一內部空腔靠下游側的位置；以及狹縫狀的擴散速度控制部，其設置于氣體流通部，并且，對來自外部的被測定氣體施加擴散阻力，并導入至第一內部空腔。利用該氣體傳感器對nox的濃度進行檢測的情況下，首先，使泵電流ip0在內側泵電極與外側泵電極之間流通來調整第一內部空腔的氧濃度。接下來，氧濃度被調整后的被測定氣體中的nox在第二內部空腔內被還原。并且，基于將第二內部空腔的氧吸出時流通的泵電流ip2來檢測被測定氣體中的nox的濃度。
2、現有技術文獻
3、專利文獻
4、專利文獻1：日本特開2014-209128號公報
技術實現思路
1、上述氣體傳感器中，有時因擴散速度控制部的截面形狀而導致從外部至第一內部空腔的擴散阻力過大，主泵單元(調整用泵單元)的泵電流ip0相對于被測定氣體的壓力的依賴性(靜壓依賴性)過高。因此，要求有能夠抑制泵電流ip0的靜壓依賴性過高的氣體傳感器。
2、本發明的傳感器元件、氣體傳感器、傳感器元件的評價方法、程序的主要目的在于，提供抑制了調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性過高的傳感器元件。
3、本發明的傳感器元件、氣體傳感器、傳感器元件的評價方法、程序為了達成上述的主要目的而采取以下的手段。
4、[1]本發明的傳感器元件的主旨在于：
5、一種傳感器元件，其用于對被測定氣體中的特定氣體的濃度進行檢測，具備：
6、元件主體，該元件主體具有氧離子傳導性的固體電解質層，內部設置有供所述被測定氣體導入并使其流通的被測定氣體流通部；
7、調整用泵單元，該調整用泵單元具有配設于所述被測定氣體流通部中的氧濃度調整室的內側電極，并對所述氧濃度調整室的氧濃度進行調整；
8、測定電極，該測定電極配設于所述被測定氣體流通部中的比所述氧濃度調整室靠下游側的測定室；以及
9、擴散速度控制部，該擴散速度控制部設置于所述被測定氣體流通部，對來自外部的所述被測定氣體施加擴散阻力，并導入至所述氧濃度調整室，
10、使用所述擴散速度控制部的路徑長度l[cm]、所述擴散速度控制部的寬度h[cm]、所述調整用泵單元的極限電流ip[a]、法拉第常數f[a·sec/mol]、氧的擴散系數d[cm2/sec]、氣體常數r[cm3·atm/mol·k]、所述內側電極的溫度t[k]、所述被測定氣體中的氧分壓poe[atm]、所述氧濃度調整室的氧分壓pod[atm]利用式(a)得到的所述擴散速度控制部的高度t[mm]為0.0035以上。
11、t＝l/h×ip×1/(4×f×d/(r×t))×1/(poe－pod)×10(a)
12、本發明的傳感器元件中，使用擴散速度控制部的路徑長度l[cm]、擴散速度控制部的寬度h[cm]、調整用泵單元的極限電流ip[a]、法拉第常數f[a·sec/mol]、氧的擴散系數d[cm2/sec]、氣體常數r[cm3·atm/mol·k]、內側電極的溫度t[k]、被測定氣體中的氧分壓poe[atm]、氧濃度調整室的氧分壓pod[atm]利用式(a)得到的擴散速度控制部的高度t[mm]為0.0035以上。由此，能夠抑制擴散速度控制部的寬度h[cm]與高度t/10[cm]之積即截面積[cm2]過小，換言之，能夠抑制從外部至氧濃度調整室的擴散阻力過大。因此，能夠抑制調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性過高。發明人通過實驗、解析等確認到該效果。結果，能夠提供抑制了調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性過高的傳感器元件。應予說明，通過將多個固體電解質層層疊并進一步進行燒成而實現一體化來制造元件主體的情況下，多數情況下，擴散速度控制部的寬度方向上的中央部相對于其兩端部而鼓出或凹陷，擴散速度控制部的高度在寬度方向上的各位置不均勻。因此，很難實測擴散速度控制部的高度。與此相對，通過使用上述的式(a)，能夠計算出擴散速度控制部的高度t(平均高度)。
13、[2]本發明的傳感器元件(上述的[1]所述的傳感器元件)中，所述高度t可以為0.0090以上。據此，能夠進一步抑制調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性過高。
14、[3]本發明的傳感器元件(上述的[1]或[2]所述的傳感器元件)中，所述高度t可以為0.0250以下。據此，能夠抑制調整用泵單元的劣化速度。發明人通過實驗、解析等而確認到該效果。
15、[4]本發明的傳感器元件(上述的[1]至[3]中的任一項所述的傳感器元件)中，可以為：所述擴散速度控制部具有第一～第n(n≥2)擴散速度控制部，所述l/h是使用所述第一～第n擴散速度控制部各自的路徑長度li(i：1～n)[cm]及寬度hi[cm]并利用li/hi的總和得到的，所述高度t為所述第一～第n擴散速度控制部各自的高度ti的平均。此處，第i擴散速度控制部的高度ti在第i擴散速度控制部僅具有1個路徑長度li及寬度hi的狹縫的情況下相當于其1個狹縫的高度，在第i擴散速度控制部具有多個路徑長度li及寬度hi的狹縫的情況下相當于這些多個狹縫的合計高度。
16、[5]本發明的傳感器元件(上述的[1]至[4]中的任一項所述的傳感器元件)中，可以為：沿著所述被測定氣體流通部串聯具備多個所述氧濃度調整室及具有所述內側電極的所述調整用泵單元，所述擴散速度控制部設置于所述被測定氣體流通部中的比最上游側的所述氧濃度調整室靠上游側的位置，所述極限電流ip為對所述被測定氣體流通部中的最上游側的所述氧濃度調整室的氧濃度進行調整的所述調整用泵單元的極限電流。這種情況下，能夠抑制被測定氣體流通部中的最上游側的氧濃度調整室的泵電流的靜壓依賴性過高。
17、[6]本發明的氣體傳感器的主旨在于：具備上述的[1]至[5]中的任一項所述的傳感器元件。因此，本發明的氣體傳感器可以得到與上述的本發明的傳感器元件同樣的效果、例如能夠提供抑制了調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性過高的傳感器元件的效果等。
18、[7]本發明的傳感器元件的評價方法的主旨在于：
19、一種傳感器元件的評價方法，該傳感器元件用于對被測定氣體中的特定氣體濃度進行檢測，
20、所述傳感器元件具備：
21、元件主體，該元件主體具有氧離子傳導性的固體電解質層，內部設置有供所述被測定氣體導入并使其流通的被測定氣體流通部；
22、調整用泵單元，該調整用泵單元具有配設于所述被測定氣體流通部中的氧濃度調整室的內側電極，并對所述氧濃度調整室的氧濃度進行調整；
23、測定電極，該測定電極配設于所述被測定氣體流通部中的比所述氧濃度調整室靠下游側的測定室；以及
24、擴散速度控制部，該擴散速度控制部設置于所述被測定氣體流通部，對來自外部的所述被測定氣體施加擴散阻力，并導入至所述氧濃度調整室，
25、所述評價方法針對待評價的所述傳感器元件執行如下步驟：
26、(a)使用所述擴散速度控制部的路徑長度l[cm]、所述擴散速度控制部的寬度h[cm]、所述調整用泵單元的極限電流ip[a]、法拉第常數f[a·sec/mol]、氧的擴散系數d[cm2/sec]、氣體常數r[cm3·atm/mol·k]、所述內側電極的溫度t[k]、所述被測定氣體中的氧分壓poe[atm]、所述氧濃度調整室的氧分壓pod[atm]，利用式(b)，計算出所述擴散速度控制部的高度t[mm]；以及
27、(b)使用所述高度t進行評價。
28、t＝l/h×ip×1/(4×f×d/(r×t))×1/(poe－pod)×10(b)
29、本發明的傳感器元件的評價方法中，針對待評價的傳感器元件，使用擴散速度控制部的路徑長度l[cm]、擴散速度控制部的寬度h[cm]、法拉第常數f[a·sec/mol]、氧的擴散系數d[cm2/sec]、氣體常數r[cm3·atm/mol·k]、內側電極的溫度t[k]、調整用泵單元的極限電流ip[a]、被測定氣體中的氧分壓poe[atm]、氧濃度調整室的氧分壓pod[atm]，利用式(b)，計算出擴散速度控制部的高度t[mm]，使用計算出的高度t[mm]進行評價。由此，能夠評價擴散速度控制部的寬度h[cm]與高度t/10[cm]之積、即截面積[cm2]是否過小，換言之，能夠評價從外部至氧濃度調整室的擴散阻力是否過大。因此，能夠評價調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性是否過高。發明人通過實驗、解析等確認到該效果。結果，能夠提供抑制了調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性過高的傳感器元件。
30、[8]本發明的程序的主旨在于：使1個或多個計算機執行本發明的傳感器元件的評價方法(上述的[7]所述的傳感器元件的評價方法)的各步驟。該程序可以記錄于計算機能夠讀取的記錄介質(例如硬盤、ssd、rom、fd、cd、dvd等)，也可以經由傳送介質(因特網、lan等通信網)從某個計算機發送給另一計算機，還可以以除此以外的形態授受。如果使1個或多個計算機執行本發明的程序，則可執行本發明的傳感器元件的評價方法的各步驟，因此，可以得到與本發明的傳感器元件的評價方法同樣的效果、例如能夠提供抑制了調整用泵單元的泵電流的靜壓依賴性過高的傳感器元件的效果等。