JP4616754B2 - センサ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電位基準端子および電位出力端子を備え、電位基準端子と電位出力端子との間に接続されるセンサ素子に対して電圧印加を行うセンサ制御装置に関する。

従来より、電位基準端子および電位出力端子を備え、電位基準端子と電位出力端子との間に接続されるセンサ素子に対して電圧印加を行うセンサ制御装置が知られている。
なお、一例としては、ＮＯｘセンサに対して電圧印加を行うＮＯｘセンサ制御装置を挙げることができる（特許文献１）。

ＮＯｘセンサ制御装置は、電位基準端子（Ｖｃｅｎｔ端子）の電位を基準点目標電位に設定すると共に、電位出力端子（Ｉｐ２端子）の電位を出力点目標電位に設定することで、電位基準端子（Ｖｃｅｎｔ端子）と電位出力端子（Ｉｐ２端子）との間に接続されるＮＯｘセンサ素子（詳細には、Ｉｐ２セル）への電圧印加を行う。

なお、基準点目標電位および出力点目標電位は、ＮＯｘセンサ素子（詳細には、Ｉｐ２セル）への印加電圧が目標印加電圧となるように、各電位が設定されている。
国際公開第０３／０８３４６５号パンフレット（図１，８など）

しかし、上記従来のセンサ制御装置においては、電位出力端子（Ｉｐ２端子）の電位が精度良く出力点目標電位に設定されている場合であっても、ノイズなどの影響により電位基準端子（Ｖｃｅｎｔ端子）の電位が変動した場合には、センサ素子への実際の印加電圧が目標印加電圧とは異なる電圧値となる虞がある。

つまり、上記従来のセンサ制御装置は、電位出力端子（Ｉｐ２端子）の電位と電位基準端子（Ｖｃｅｎｔ端子）の電位とがそれぞれ独立して制御される構成であるため、電位出力端子（Ｉｐ２端子）の電位が精度良く設定されたとしても、電位基準端子（Ｖｃｅｎｔ端子）の電位が変動すると、センサ素子への印加電圧が変動するという問題が生じる。

そこで、本発明はこうした問題に鑑みなされたものであり、電位基準端子の電位が変動した場合であっても、電位基準端子と電位出力端子との間に接続されるセンサ素子に対する印加電圧の変動を抑制できるセンサ制御装置を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、電位基準端子および電位出力端子を備え、電位基準端子と電位出力端子との間に接続されるセンサ素子に対して電圧印加を行うセンサ制御装置であって、電位基準端子の電位を基準点目標電位に設定する基準電位設定手段と、基準点目標電位に設定された電位基準端子を基準として、電位出力端子の電位を、センサ素子に目標印加電圧を印加するための出力点目標電位に設定する出力電位設定手段と、基準点目標電位に対する電位基準端子の電位変化量に応じて、センサ素子への印加電圧が目標印加電圧となるように、出力点目標電位を補正する出力点電位補正手段と、を備え、出力電位設定手段は、電位出力端子の電位を補正後の出力目標電位に設定すること、を特徴とするセンサ制御装置である。

つまり、このセンサ制御装置は、電位基準端子における実際の電位と基準点目標電位との差分である電位変化量に応じて、センサ素子への印加電圧が目標印加電圧となるように出力点目標電位を補正して、電位出力端子の電位を補正後の出力点目標電位に設定するように構成されている。

このように、電位基準端子の電位変化量に応じて出力点目標電位を補正することから、このセンサ制御装置は、ノイズなどの影響によって電位基準端子における実際の電位が変動した場合であっても、センサ素子に対する印加電圧値が目標印加電圧から大幅に逸脱するのを抑制できる。

よって、本発明によれば、電位基準端子の電位が変動した場合であっても、電位基準端子と電位出力端子との間に接続されるセンサ素子に対する印加電圧が変動することを抑制できる。

なお、出力点電位補正手段は、電位基準端子の電位が基準点目標電位よりも高くなる場合には、その電位上昇分（電位変化量）に応じて電位出力端子の電位を出力点目標電位よりも上昇させることで、電位出力端子の電位を補正することができる。反対に、電位基準端子の電位が基準点目標電位よりも低くなる場合には、出力点電位補正手段は、その電位降下分に応じて電位出力端子の電位を出力点目標電位よりも低下させることで、電位出力端子の電位を補正することができる。

そして、上記センサ制御装置においては、電位出力端子が複数備えられると共に、電位出力端子に対応して出力電位設定手段および出力点電位補正手段が複数備えられるように構成することも出来る。

このように、電位出力端子、出力電位設定手段および出力点電位補正手段を複数備えることで、外部からの電圧印加が必要な構成要素を複数備えるセンサ素子について、各構成要素に対する電圧印加が可能となると共に、電位基準端子の変動に起因する各構成要素への印加電圧値の変動を抑えることができる。

よって、本発明によれば、電位基準端子の電位が変動した場合であっても、複数の構成要素に対するそれぞれの印加電圧が変動するのを抑制することが出来る。
ここで、前記センサ素子は、例えば、第１拡散抵抗部を介して測定対象ガスが導入される第１測定室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置されて、前記第１測定室に導入された前記測定対象ガスに対する酸素の汲み出しまたは汲み入れを行う第１酸素イオンポンプセルと、前記第１測定室において酸素の汲み出しまたは汲み入れが行われた前記測定対象ガスが第２拡散抵抗部を介して導入される第２測定室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極のうち一方が前記第２測定室に配置されて、前記第２測定室における特定ガス濃度に応じた電流が流れる第２酸素イオンポンプセルと、基準酸素分圧雰囲気に設定された基準酸素室と、酸素イオン導電体および該酸素イオン導電体上に形成された一対の電極を有し、前記一対の電極の一方が前記第１測定室に配置され、他方の電極が前記基準酸素室に配置された酸素分圧検知セルと、を備えるガスセンサ素子のうち前記第２酸素イオンポンプセルとすることができる。

２つの酸素イオンポンプセルと２つの測定室とを備えたガスセンサ素子においては、第２酸素イオンポンプセルに流れる電流は非常に小さい。このため、第２酸素イオンポンプセルに対する印加電圧の基準となる電位基準端子の電位の変動が小さくても、第２酸素イオンポンプセルに流れる電流が変動してしまい、特定ガス濃度の検出精度が大きく低下してしまう。

そこで、本発明のセンサ制御装置における電圧印加対象のセンサ素子として、上述のガスセンサ素子における第２酸素イオンポンプセルを適用することにより、第２酸素イオンポンプセルに対する印加電圧が変動することを抑制でき、特定ガス濃度の検出精度を高めることができる。

以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明が適用されたセンサ制御装置５０を備えるＮＯｘ検出装置１の概略構成を示す構成図である。

ＮＯｘ検出装置１は、内燃機関（エンジン）における排気ガス中の特定ガス（本実施形態では、ＮＯｘ）を検出するために用いられる。そして、ＮＯｘ検出装置１は、ガスセンサ素子１０、センサ制御装置５０を備えると共に、図示しないヒータおよびヒータ制御回路を備えている。

なお、センサ制御装置５０は、ガスセンサ素子１０に対する通電制御を行うと共にセンサ信号を検出するものである。また、ヒータは、ガスセンサ素子１０を加熱して作動温度（換言すれば、活性化温度）に保つためのものであり、ヒータ制御回路は、ヒータへの通電制御を行うものである。

ガスセンサ素子１０は、ＮＯｘを検知するためのセンサ素子であり、第１ポンプセル１１１，酸素濃度検知セル１１２，第２ポンプセル１１３を備えている。
なお、このガスセンサ素子１０は、別途に備えられるヒータにより活性化温度まで加熱される。

図２に、ガスセンサ素子１０の内部構成を表す断面図を示す。
ガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１，酸素濃度検知セル１１２，第２ポンプセル１１３を、アルミナを主体とする絶縁層１１４，１１５を介して積層した構造を有しており、多孔質物質からなる第１拡散抵抗体１１６を介して測定対象ガスが取り込まれる第１測定室１５９を備えている。

また、ガスセンサ素子１０は、第１ポンプセル１１１により第１測定室１５９の内部に存在する酸素のポンピング（汲み出し、汲み入れ）が可能であり、酸素濃度検知セル１１２により、酸素濃度を一定に制御された基準酸素室１１８と第１測定室１５９との酸素濃度差（つまり、第１測定室１５９の内部の酸素濃度）が測定可能に、構成されている。

第１ポンプセル１１１は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第１固体電解質層１３１と、第１固体電解質層１３１を挟み込むように配置された第１ポンプ用第１電極１３５と第１ポンプ用第２電極１３７とからなる第１多孔質電極１２１とを備えて形成されている。なお、第１ポンプ用第１電極１３５および第１ポンプ用第２電極１３７は、白金や白金合金などで形成されており、それぞれの表面には、多孔質体からなる保護層１２２が形成されている。

酸素濃度検知セル１１２は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる検知用固体電解質層１５１と、検知用固体電解質層１５１を挟み込むように配置された検知用電極１５５と基準用電極１５７とからなる検知用多孔質電極１２３とを備えて形成されている。なお、検知用電極１５５および基準用電極１５７は、白金や白金合金などで形成されている。

第２ポンプセル１１３は、酸素イオン伝導性を有するジルコニアからなる第２固体電解質層１４１と、第２固体電解質層１４１の表面のうち絶縁層１１５に面する表面に配置された第２ポンプ用第１電極１４５および第２ポンプ用第２電極１４７からなる第２多孔質電極１２５とを備えて形成されている。なお、第２ポンプ用第１電極１４５、第２ポンプ用第２電極１４７は、白金や白金合金などで形成されている。

そして、ガスセンサ素子１０は、活性化温度（例えば７５０℃）まで加熱されて活性化状態になると、センサ制御装置５０によって、酸素濃度検知セル１１２の両端電圧Ｖｓが予め設定された一定電圧（例えば４２５ｍＶ）となるように、第１ポンプセル１１１に流れる第１ポンプ電流Ｉｐ１が制御される。なお、第１ポンプ電流Ｉｐ１は、酸素イオンが第１ポンプセル１１１における電極間（第１ポンプ用第１電極１３５と第１ポンプ用第２電極１３７との間）の第１固体電解質層１３１を移動することにより発生する。

また、ガスセンサ素子１０は、第１測定室１５９の後端側（図における右側）に第２測定室１６１を備えている。第１測定室１５９と第２測定室１６１との間には、多孔質体からなる第２拡散抵抗体１１７が形成されている。なお、第２測定室１６１は、酸素濃度検知セル１１２を積層方向に貫通する状態で形成されると共に、第２ポンプセル１１３の第２ポンプ用第１電極１４５が配置される状態で形成されている。

そして、ガスセンサ素子１０においては、センサ制御装置５０による第２ポンプセル１１３への電圧印加が行われると、第２ポンプセル１１３を構成する第２多孔質電極１２５の触媒作用によって、第２測定室１６１に存在するＮＯｘが解離（還元）される。すると、その解離により得られた酸素イオンが第２ポンプセル１１３における電極間（第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間）の第２固体電解質層１４１を移動することにより、第２ポンプ電流Ｉｐ２が流れる。

つまり、第２ポンプセル１１３は、第２測定室１６１に存在する特定ガス成分（ＮＯｘ（窒素酸化物））の濃度に応じた第２ポンプ電流Ｉｐ２が電極間（第２ポンプ用第１電極１４５と第２ポンプ用第２電極１４７との間）に流れるように構成されている。そして、ガスセンサ素子１０に接続されるセンサ制御装置５０は、第２ポンプ電流Ｉｐ２の大きさや積分値などに基づいてＮＯｘ濃度を検出することが出来る。

図１に戻り、センサ制御装置５０は、Ｉｐ１ドライバ５１、ＰＩＤ制御回路５２、オペアンプ５３、Ｒｐｖｓ測定回路５４、Ｉｐ２ドライバ５６を有している。
なお、センサ制御装置５０は、配線４２および配線４３を介してガスセンサ素子１０の第１ポンプセル１１１に接続されており、配線４２および配線４４を介してガスセンサ素子１０の第２ポンプセル１１３に接続されており、配線４１および配線４２を介してガスセンサ素子１０の酸素濃度検知セル１１２（Ｖｓセル１１２）に接続されている。

また、センサ制御装置５０は、図示しない出力端子を備えており、出力端子は、図示しない内燃機関の電子制御装置（以下、ＥＣＵともいう）のアナログ入力端子に接続される。なお、電子制御装置（ＥＣＵ）は、内燃機関の各部を総合的に制御するものであり、内燃機関の空燃比制御や排気ガス制御などの各種制御処理を行う。

センサ制御装置５０は、第１ポンプセル１１１に流れる電流の大きさに比例した電圧信号、第２ポンプセル１１３に流れる電流の大きさに比例した電圧信号、酸素濃度検知セル１１２の電極間（電極Ｖｓ＋、Ｖｓ−間）の電圧差に比例した電圧信号、ガスセンサ素子の各端子電圧、ガスセンサ素子の内部抵抗等をＥＣＵに出力する。

Ｉｐ１ドライバ５１は、第１ポンプセル１１１にＩｐ１電流を流すためのオペアンプであり、反転入力端子（−）がＶｃｅｎｔ端子（電位基準端子）に接続され、非反転入力端子（＋）が基準電位出力回路７４に接続され、出力端子がＩｐ１＋端子に接続されている。なお、基準電位出力回路７４は、センサ制御装置５０における基準となる基準電位ＫＶｃｅｎｔを出力するものであり、この出力電位（数Ｖ）が特許請求の範囲における基準点目標電位に相当する。

そして、Ｖｃｅｎｔ端子からＶｓ−／Ｉｐ−端子、配線４２、配線４３を介してＩｐ１＋端子に到る経路上には、ガスセンサ素子１０の第１ポンプセル１１１が接続されている。これにより、Ｉｐ１ドライバ５１は、負帰還回路を構成するため、Ｖｃｅｎｔ端子の電位が基準電位ＫＶｃｅｎｔ（基準電位出力回路７４の出力電位）となるようにＩｐ１電流を制御する。

ＰＩＤ制御回路５２は、Ｖｃｅｎｔ端子の電位を基準として、酸素濃度検知セル１１２（Ｖｓセル１１２）の両端電圧（起電力Ｖｓ）がＶｓ制御目標値になる様に、第１ポンプ電流Ｉｐ１を制御する。なお、Ｖｓ制御目標値は、Ｖｓ制御目標値出力回路７３から出力される。

また、ＰＩＤ制御回路５２は、センサ制御装置５０の入出力用信号線であるＰ１端子、Ｐ２端子およびＰ３端子に接続される抵抗やコンデンサとともに、ＰＩＤ演算回路を構成するものである。このＰＩＤ制御回路５２は、Ｖｓ制御目標値に対する酸素濃度検知セル１１２の起電力Ｖｓの偏差量△Ｖｓを用いたＰＩＤ演算を行い、酸素濃度検知セル１１２の起電力ＶｓがＶｓ制御目標値に近づくようにＰｏｕｔ端子の電位を設定する。

そして、このようなＰＩＤ制御回路５２の制御動作とＩｐ１ドライバ５１の制御動作とにより、Ｉｐ１電流が制御される。
すなわち、酸素濃度検知セル１１２の起電力ＶｓがＶｓ制御目標値よりも高い場合には、第１測定室１５９の酸素分圧が基準酸素分圧よりも低い状態にある。このような場合には、ＰＩＤ制御回路５２は、偏差量△Ｖｓを用いたＰＩＤ演算により、不足分の酸素を第１ポンプセル１１１により汲み込むためのＩｐ１電流が流れるように、Ｐｏｕｔ端子の電位を設定する。

一方、酸素濃度検知セル１１２の起電力ＶｓがＶｓ制御目標値よりも低い場合には、第１測定室１５９の酸素分圧が基準酸素分圧よりも高い状態にある。このような場合には、ＰＩＤ制御回路５２は、偏差量△Ｖｓを用いたＰＩＤ演算により、過剰分の酸素を第１ポンプセル１１１により汲み出すためのＩｐ１電流が流れるように、Ｐｏｕｔ端子の電位を設定する。

また、Ｖｓ＋端子には＋数μＡの定電流源回路７２が接続されており、これにより酸素濃度検知セル１１２にＩｃｐ電流を供給して酸素基準を作り出している。
また、Ｖｓ＋端子とＰＩＤ制御回路５２との間に接続されるオペアンプ５３は、ボルテージフォロア回路を構成している。これにより、Ｖｓ＋端子からはＰＩＤ制御回路５２側が高インピーダンスに見えるため、オペアンプ５３は、＋数μＡの定電流源回路７２による供給電流がＰＩＤ制御回路５２に流れ込むことを抑制している。

Ｒｐｖｓ測定回路５４は、酸素濃度検知セル１１２の内部抵抗Ｒｐｖｓに基づいてガスセンサ素子１０の温度を測定するものであり、オペアンプ、抵抗及びコンデンサ等により構成されている。このＲｐｖｓ測定回路５４は、所定周期毎に酸素濃度検知セル１１２に所定の測定電流を流すことにより素子温度と相関関係のある酸素濃度検知セル１１２の内部抵抗値に対応する電圧変化を生じさせる。そして、Ｒｐｖｓ測定回路５４は、これにより得られた酸素濃度検知セル１１２の両端の電圧の変化量を定数倍に演算増幅して、０〜４．５Ｖの範囲で変化するＶＲｐｖｓ電圧信号として出力する。ＶＲｐｖｓ電圧信号は、図示しないＥＣＵに対して出力される。

なお、Ｒｐｖｓ測定回路５４は、測定電流を酸素濃度検知セル１１２に流す際には、測定電流による電圧変化がＰＩＤ制御回路５２の出力に変化を生じさせないようにＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間に介在するスイッチＳＷを駆動制御して、ＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との接続を切断している。つまり、Ｒｐｖｓ測定回路５４は、このスイッチＳＷによってＰＩＤ制御回路５２とオペアンプ５３との間が切断されている時間に、酸素濃度検知セル１１２の内部抵抗Ｒｐｖｓを測定する。

Ｉｐ２ドライバ５６は、第２ポンプセル１１３にＩｐ２電流を流すためのオペアンプであり、その非反転入力端子（＋）はＶｐ２設定回路５７に接続されており、その反転入力端子（−）はＩｐ２／Ｖｐ２端子に接続されており、その出力端子はＩｐ２電流の検出抵抗素子７８を介してＩｐ２／Ｖｐ２端子に接続されている。つまり、Ｉｐ２ドライバ５６は、Ｉｐ２／Ｖｐ２端子の電位がＶｐ２設定回路５７の出力電位と等しくなるように、制御を行っている。

Ｖｐ２設定回路５７は、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）を基準として、第２ポンプセル１１３に対する印加電圧が目標印加電圧ＴＶｐ２となるように、電位出力端子（Ｉｐ２／Ｖｐ２端子）の電位を設定するために備えられている。

ここで、Ｖｐ２設定回路５７の回路構成図を、図３に示す。
なお、図３では、Ｖｐ２設定回路５７に加えて、Ｉｐ２ドライバ５６および第２ポンプセル１１３との概略接続状態を記載している。

図３に示すように、Ｖｐ２設定回路５７は、目標電位出力回路７５と、出力点電位補正回路７６と、を備えている。
目標電位出力回路７５の出力電位（出力点目標電位Ｖａ）は、基準電位出力回路７４の出力電位（定格値）に設定された基準電位ＫＶｃｅｎｔを基準として、第２ポンプセル１１３に対する印加電圧が目標印加電圧ＴＶｐ２となるときの電位出力端子（Ｉｐ２／Ｖｐ２端子）の電位に設定されている。なお、目標印加電圧ＴＶｐ２は、第２ポンプセル１１３がＮＯｘを解離（還元）可能な状態となる電圧値が設定されている。

出力点電位補正回路７６は、オペアンプ８１と、２つの第１抵抗素子Ｒ１と、２つの第２抵抗素子Ｒ２と、定電位出力回路８３と、を備えている。
オペアンプ８１は、非反転入力端子（＋）がＶｃｅｎｔ端子（電位基準端子）に接続され、反転入力端子（−）が第１抵抗素子Ｒ１を介して定電位出力回路８３に接続され、出力端子が第２抵抗素子Ｒ２を介してＩｐ２ドライバ５６の非反転入力端子（＋）に接続されている。なお、定電位出力回路８３は、一定電位Ｖｂを出力している。

２つの第１抵抗素子Ｒ１のうち一方は、オペアンプ８１の反転入力端子（−）と定電位出力回路８３との間に接続され、他方は、オペアンプ８１の反転入力端子（−）と出力端子との間に接続されている。

２つの第２抵抗素子Ｒ２のうち一方は、オペアンプ８１の出力端子とＶｐ２設定回路５７の出力端子７７との間に接続され、他方は、出力端子７７と目標電位出力回路７５の出力端子との間に接続されている。なお、出力端子７７は、Ｉｐ２ドライバ５６の非反転入力端子（＋）に接続されている。

このような目標電位出力回路７５および出力点電位補正回路７６を備えるＶｐ２設定回路５７においては、出力端子７７の電位（Ｖｐ２補正後電位Ｖｏｕｔ）は、Ｖｃｅｎｔ端子の電位Ｖｃｅｎｔと、出力点目標電位Ｖａと、一定電位Ｖｂとを用いて表すと、［数１］のように表すことが出来る。

そして、Ｉｐ２ドライバ５６が、Ｉｐ２／Ｖｐ２端子の電位を、Ｖｐ２設定回路５７における出力端子７７の電位（Ｖｐ２補正後電位Ｖｏｕｔ）と等しくなるように制御することから、Ｉｐ２／Ｖｐ２端子の電位は、Ｖｐ２補正後電位Ｖｏｕｔに設定される。

なお、第２ポンプセル１１３への実際の印加電圧Ｖｐ２は、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位とＩｐ２／Ｖｐ２端子の電位との差分電圧値に応じて定められる。ここで、Ｖｓ−／Ｉｐ−端子とＶｃｅｎｔ端子との間に接続される抵抗素子７９での電圧降下が一定電圧値Ｖｄである場合には、第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２は、［数２］で表すことが出来る。

そして、［数１］で表すＶｐ２補正後電位Ｖｏｕｔを［数２］に代入すると、［数３］が得られる。

この［数３］によれば、第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２（両端電圧Ｖｐ２）は、一定値（出力点目標電位Ｖａ、一定電位Ｖｂおよび一定電圧値Ｖｄ）で表すことができることから、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位Ｖｃｅｎｔによって変動しないことが判る。

このように、第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２（両端電圧Ｖｐ２）がＶｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位変動によって変動しないのは、出力点電位補正回路７６が、Ｖｃｅｎｔ端子の電位変動に応じて、Ｖｐ２設定回路５７における出力端子７７の電位（Ｖｐ２補正後電位Ｖｏｕｔ）を補正しているためである。

つまり、出力点電位補正回路７６は、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位が基準点目標電位よりも高くなると、その電位上昇分（電位変化量）に応じて出力端子７７の電位を出力点目標電位Ｖａよりも上昇させることで、出力端子７７の電位を補正している。反対に、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位が基準点目標電位よりも低くなると、その電位降下分に応じて出力端子７７の電位を出力点目標電位Ｖａよりも低下させることで、出力端子７７の電位を補正している。

以上説明したように、ＮＯｘ検出装置１のセンサ制御装置５０は、何らかの要因でＶｃｅｎｔ端子の電位が変動した場合（基準電位ＫＶｃｅｎｔから逸脱した場合）であっても、その電位変化量に応じてＩｐ２／Ｖｐ２端子の電位を補正することで、第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２が変動するのを抑制できる。

このように、センサ制御装置５０は、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位変化量に応じて出力端子７７の電位（出力点目標電位）を補正することから、ノイズなどの影響によってＶｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位が変動した場合であっても、第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２が目標印加電圧ＴＶｐ２から逸脱するのを抑制できる。

よって、センサ制御装置５０は、ノイズなどの影響によってＶｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位が変動するような環境下で使用する場合においても、第２ポンプセル１１３に対する印加電圧の制御精度が低下するのを抑制できる。

ここで、本実施形態のセンサ制御装置５０および従来のセンサ制御装置を用いて、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位変動に対する第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２の変化状態について測定した測定結果を、図４に示す。

なお、測定に使用した従来のセンサ制御装置は、上述したセンサ制御装置５０のうち、Ｖｐ２設定回路５７を目標電位出力回路７５のみに置き換えて、目標電位出力回路７５の出力端子をＩｐ２ドライバ５６の非反転入力端子（＋）に接続するように構成したものである。換言すれば、測定に使用した従来のセンサ制御装置は、上述したセンサ制御装置５０から出力点電位補正回路７６を除去した構成である。

図４に示すように、従来のセンサ制御装置に関する測定結果によれば、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位Ｖｃｅｎｔが高くなるに従い印加電圧Ｖｐ２が低下しており、Ｖｃｅｎｔ端子の電位変動によって第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２が変化することが判る。つまり、従来のセンサ制御装置においては、Ｉｐ２／Ｖｐ２端子の電位設定にあたり、Ｖｃｅｎｔ端子の電位変動が反映されないため、Ｖｃｅｎｔ端子の電位が変動した場合には、第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２が目標印加電圧ＴＶｐ２とは異なる電圧値となる。

これに対して、本実施形態のセンサ制御装置５０に関する測定結果によれば、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位Ｖｃｅｎｔが変動している場合であっても印加電圧Ｖｐ２は略一定値を示しており、Ｖｃｅｎｔ端子の電位変動によって第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２が変化し難いことが判る。

よって、この測定結果によれば、本実施形態のセンサ制御装置５０を用いることで、Ｖｃｅｎｔ端子の電位が変動した場合であっても、第２ポンプセル１１３への印加電圧Ｖｐ２が変動するのを抑制できることが明らかとなった。

なお、本実施形態においては、センサ制御装置５０が特許請求の範囲に記載のセンサ制御装置に相当し、Ｖｃｅｎｔ端子が電位基準端子に相当し、Ｉｐ２／Ｖｐ２端子が電位出力端子に相当し、ガスセンサ素子１０（詳細には、第２ポンプセル１１３）がセンサ素子に相当している。また、Ｉｐ１ドライバ５１および基準電位出力回路７４が基準電位設定手段に相当し、Ｉｐ２ドライバ５６および目標電位出力回路７５が出力電位設定手段に相当し、出力点電位補正回路７６が出力点電位補正手段に相当している。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、種々の態様をとることができる。
例えば、Ｉｐ２／Ｖｐ２端子の電位設定のみならず、Ｖｓ＋端子における電位設定においても、Ｖｃｅｎｔ端子の電位変動を反映して電位を補正するように構成しても良い。

つまり、センサ制御装置５０は、第２ポンプセル１１３だけでなく、酸素濃度検知セル１１２に対しても電圧印加を行うものであり、酸素濃度検知セル１１２への印加電圧Ｖｓは、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）とＶｓ＋端子との電位差に応じて定められる。このため、Ｖｓ＋端子の電位をＶｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位変動に応じて補正するＶｓ出力点電位補正回路を備えることで、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位が変動した場合であっても、酸素濃度検知セル１１２への印加電圧が変動するのを抑制することができる。

このような構成のセンサ制御装置は、電位出力端子が複数備えられると共に、電位出力端子に対応して出力電位設定手段および出力点電位補正手段を複数備える構成となる。このようなセンサ制御装置は、外部からの電圧印加が必要なセルを複数備えるガスセンサ素子について、各セルに対する電圧印加が可能になると共に、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の変動に起因する各セルへの印加電圧値の変動を抑えることができる。

なお、このような構成のセンサ制御装置においては、Ｖｃｅｎｔ端子が特許請求の範囲における電位基準端子に相当し、Ｉｐ２／Ｖｐ２端子およびＶｓ＋端子が複数の電位出力端子に相当する。また、出力点電位補正回路７６およびＶｓ出力点電位補正回路が複数の出力点電位補正手段に相当し、Ｉｐ２ドライバ５６および目標電位出力回路７５が複数の出力電位設定手段に相当し、ＰＩＤ制御回路５２およびＶｓ制御目標値出力回路７３が複数の出力電位設定手段に相当する。

また、制御対象となるセンサ素子は、上述したＮＯｘセンサ素子に限られることはなく、例えば、ＵＥＧＯセンサ（全領域酸素センサ）のように電圧制御対象セルを１つ備える構成のセンサ素子であっても良い。さらに、センサ素子は、ガス検出のためのガスセンサ素子に限られることはなく、温度センサ、湿度センサ、荷重センサなど、外部からの電圧印加により対象物の測定を行うセンサであれば、本発明のセンサ制御装置における制御対象とすることができる。

本発明が適用されたセンサ制御装置を備えるＮＯｘ検出装置の概略構成を示す構成図である。 ガスセンサ素子の内部構成を表す断面図を示す。 Ｉｐ２ドライバおよび第２ポンプセルに接続されたＶｐ２設定回路の回路構成図である。 本実施形態のセンサ制御装置および従来のセンサ制御装置を用いて、Ｖｃｅｎｔ端子（電位基準端子）の電位変動に対する第２ポンプセルへの印加電圧の変化状態について測定した測定結果である。

符号の説明

１…ＮＯｘ検出装置、１０…ガスセンサ素子、５０…センサ制御装置、５１…Ｉｐ１ドライバ、５２…ＰＩＤ制御回路、５３…オペアンプ、５６…Ｉｐ２ドライバ、５７…Ｖｐ２設定回路、７３…Ｖｓ制御目標値出力回路、７４…基準電位出力回路、７５…目標電位出力回路、７６…出力点電位補正回路、８１…オペアンプ、８３…定電位出力回路、１１１…第１ポンプセル、１１２…酸素濃度検知セル（Ｖｓセル）、１１３…第２ポンプセル。

Claims (2)

1. 電位基準端子および電位出力端子を備え、前記電位基準端子と前記電位出力端子との間に接続されるセンサ素子に対して電圧印加を行うセンサ制御装置であって、
   前記電位基準端子の電位を基準点目標電位に設定する基準電位設定手段と、
   前記基準点目標電位に設定された前記電位基準端子を基準として、前記電位出力端子の電位を、前記センサ素子に目標印加電圧を印加するための出力点目標電位に設定する出力電位設定手段と、
   前記基準点目標電位に対する前記電位基準端子の電位変化量に応じて、前記センサ素子への印加電圧が前記目標印加電圧となるように、前記出力点目標電位を補正する出力点電位補正手段と、を備え、
   前記出力電位設定手段は、前記電位出力端子の電位を補正後の前記出力目標電位に設定すること、
   を特徴とするセンサ制御装置。
2. 前記電位出力端子が複数備えられると共に、前記電位出力端子に対応して前記出力電位設定手段および前記出力点電位補正手段が複数備えられること、
   を特徴とする請求項１に記載のセンサ制御装置。