Устройство для определения концентрации газа

Устройство для определения концентрации газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к устройству для определения концентрации газа, которое способно получать точную концентрацию оксида серы (SO_X), содержащуюся в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Датчик воздушно-топливного отношения (датчик A/F), который получает воздушно-топливное отношение (A/F) воздушно-топливной смеси в камере сгорания на основе концентрации кислорода (O₂), содержащегося в выхлопных газах, широко используется для управления двигателем внутреннего сгорания. Газоанализатор предельного тока является примером этого типа датчика воздушно-топливного отношения.

[0003] Газоанализатор предельного тока, используемый как датчик воздушно-топливного отношения, описанный выше, оснащен перекачивающим элементом, который является электрохимическим элементом, который включает в себя элемент из твердого электролита, имеющий кислородно-ионную проводимость, и пару электродов, жестко прикрепленных к поверхностям элемента из твердого электролита. Один из пары электродов открыт воздействию выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания, например, исследуемого газа, который вводится с помощью блока диффузионного сопротивления, а другой электрод из пары электродов открыт воздействию атмосферы. Когда напряжение, равное или большее, чем напряжение, при котором инициируется разложение молекулы кислорода (напряжение начала разложения), приложено между парой электродов, при этом один электрод из пары электродов является катодом, а другой электрод из пары является анодом, кислород, содержащийся в исследуемом газе, через восстановительное разложение становится ионом кислорода (О^2-). Этот ион кислорода поступает на анод через элемент из твердого электролита, становится молекулой кислорода и выпускается в атмосферу. Это движение кислорода на основе прохождения ионов кислорода через элемент из твердого электролита от стороны катода к стороне анода именуется «действием перекачки кислорода».

[0004] Прохождение ионов кислорода в результате действия перекачки кислорода заставляет ток течь между парой электродов. Этот ток, который течет между парой электродов, именуется «током электрода». Этот ток электрода стремится стать сильнее при увеличении напряжения, приложенного между парой электродов (далее в некоторых случаях именуемого просто «приложенное напряжение»). Однако, расход исследуемого газа, достигающего электрода (катода), ограничивается блоком сопротивления диффузии, и, таким образом, скорость потребления кислорода в результате действия перекачки кислорода быстро превышает скорость подачи кислорода на катод. Другими словами, реакция восстановительного разложения кислорода на катоде достигает состояния, управляемого скоростью диффузии.

[0005] В состоянии, управляемом скоростью диффузии, ток электрода не увеличивается, но остается, по существу, постоянным, несмотря на рост приложенного напряжения. Характеристики именуются «предельными токовыми характеристиками», и диапазон приложенного напряжения, в котором проявляются (наблюдаются) предельные токовые характеристики, именуется «областью предельного тока». Ток электрода в области предельного тока именуется «предельным током», и величина предельного тока (предельного значения тока) соотносится со скоростью подачи кислорода на катод. Поскольку расход исследуемого газа, достигнувшего катода, поддерживается постоянным с помощью блока сопротивления диффузии, как описано выше, скорость подачи кислорода на катод соотносится с концентрацией кислорода, содержащегося в исследуемом газе.

[0006] Соответственно, в газоанализаторе предельного тока, используемом в качестве датчика воздушно-топливного отношения, ток электрода (предельный ток), относящийся к случаю, когда приложенное напряжение устанавливается на «заданное напряжение в области предельного тока» соотносится с концентрацией кислорода, содержащегося в исследуемом газе. При использовании предельных токовых характеристик для кислорода, описанных выше, датчик воздушно-топливного отношения может определить концентрацию кислорода, содержащегося в исследуемом газе, и получить воздушно-топливное отношение воздушно-топливной смеси в камере сгорания на их основе.

[0007] Предельные токовые характеристики, описанные выше, не являются характеристиками, ограниченными кислородом. В частности, предельные токовые характеристики могут быть выражены на основе соответствующего выбора приложенного напряжения и конфигурации катода в некоторых газах, содержащих атомы кислорода в молекулах (далее именуемых в некоторых случаях «газами, содержащими кислород»). Примеры газов, содержащих кислород, включают в себя оксид серы (SO_X), воду (H₂O) и диоксид углерода (CO₂).

[0008] Топливо для двигателя внутреннего сгорания (например, легкая нефть и бензин) содержит небольшое количество серного (S) компонента. Особенно топливо, которое именуется также бедным топливом, может иметь относительно высокое содержание компонентов серы. Когда содержание компонента серы (далее в некоторых случаях именуемое просто «содержанием серы») в топливе является высоким, возрастает вероятность проблем, например, ухудшение характеристик и/или перебои в работе элементов, составляющих двигатель внутреннего сгорания, порча катализатора очистки выхлопных газов и появление белого дыма в выхлопных газах. Соответственно, желательно, чтобы содержание компонентов серы в топливе получали таким образом, чтобы полученное содержание серы, например, учитывалось при управлении двигателем внутреннего сгорания, использовалось при выдаче предупреждения о неисправности двигателя внутреннего сгорания или использовалось при совершенствовании бортовой диагностики (OBD) катализатора очистки выхлопных газов.

[0009] Когда топливо для двигателя внутреннего сгорания содержит компоненты серы, в выхлопных газах содержится оксид серы, который выпускается из камеры сгорания. Кроме того, концентрация оксида серы, содержащегося в выхлопных газах (далее в некоторых случаях именуемая просто «концентрацией SOx») увеличивается, если увеличивается содержание компонента серы (содержание серы) в топливе. Соответственно, считается, что точное содержание серы может быть получено на основе полученной концентрации SOx, когда можно получить эту точную концентрацию SOx в выхлопных газах.

[0010] В данной области техники, делались попытки получить концентрацию оксида серы, содержащегося в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, при использовании газоанализатора предельного тока, который использует действие перекачки кислорода, описанное выше. В частности, используется газоанализатор предельного тока (двухэлементный газоанализатор предельного тока), который оснащен двумя перекачивающими элементами, расположенными последовательно с катодами, обращенными друг к другу во внутренней полости, в которую вводятся выхлопные газы из двигателя внутреннего сгорания в качестве исследуемого газа через блок сопротивления диффузии.

[0011] В этом датчике кислород, содержащийся в исследуемом газе, удаляется действием перекачки кислорода перекачивающим элементом с впускной стороны, когда относительно низкое напряжение приложено между электродами перекачивающего элемента на впускной стороне. Кроме того, оксид серы, содержащийся в исследуемом газе, подвергается восстановительному разложению на катоде перекачивающего элемента на выпускной стороне, когда относительно высокое напряжение приложено между электродами перекачивающего элемента на выпускной стороне, и ионы кислорода, которые генерируются, в результате, переходят на анод. Концентрацию оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, получают на основе изменений значения тока электрода, связанных с действием перекачки кислорода (например, см. публикацию японской патентной заявки 11-190721).

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0012] Как описано выше, делались попытки в этой области техники получить концентрацию оксида серы, содержащегося в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, при использовании газоанализатора предельного тока, который использует действие перекачки кислорода. Тем не менее, оксид серы, который содержится в выхлопных газах, имеет крайне низкий уровень концентрации, и ток (ток разложения), обусловленный разложением оксида серы, чрезвычайно слаб. Кроме того, токи разложения, связанные с отличающимися от оксида серы газами, содержащими кислород (например, вода и диоксид углерода), также могут протекать между электродами. Соответственно, трудно точно отличить и определить только ток разложения, который обусловлен оксидом серы.

[0013] Изобретение обеспечивает создание устройства для определения концентрации газа, которое способно определять концентрацию оксида серы, содержащегося в выхлопных газах, являющихся исследуемым газом, с высокой степенью точности при использовании газоанализатора предельного тока.

[0014] Автор изобретения провел интенсивные исследования с тем, чтобы решить задачу, описанную выше. В результате было обнаружено, что ток электрода, относящийся к случаю, когда вода и оксид серы разлагаются при заданном приложенном напряжении в электрохимическом элементе (перекачивающем элементе), пригодном для действия перекачки кислорода, меняется в соответствии с концентрацией оксида серы в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, являющихся исследуемым газом.

[0015] Более конкретно, газоанализатор предельного тока, который оснащен перекачивающим элементом, сконфигурирован для осуществления разложение воды и оксида серы при заданном приложенном напряжении. Когда заданное приложенное напряжение приложено между парой электродов перекачивающего элемента, ток, который связан с разложением воды и оксида серы, содержащихся в исследуемом газе, протекает между электродами. Другими словами, ток электрода, относящийся к этому процессу, включает в себя ток разложения, связанный с водой, и ток разложения, связанный с оксидом серы.

[0016] В целом, вода в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания имеет более высокую концентрацию, чем оксид серы в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, и, таким образом, ток электрода сильнее, чем ток разложения, который относится только к оксиду серы, содержащемуся в исследуемом газе, и может быть легко и точно определен. Автор изобретения обнаружил, что величина этого тока электрода меняется в соответствии с концентрацией оксида серы, содержащегося в исследуемом газе. Соответственно, автор изобретения пришел к выводу, что концентрация оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, может быть точно определена на основе получения определенного значения, согласованного с током электрода.

[0017] Согласно объекту изобретения, имеется устройство для определения концентрации газа, содержащее элемент определения концентрации газа, первый датчик тока, первый источник электропитания и электронный блок управления (блок ЭБУ).

[0018] Элемент определения концентрации газа включает в себя первый электрохимический элемент, непроницаемый корпус и блок сопротивления диффузии. Первый электрохимический элемент включает в себя первый элемент из твердого электролита, первый электрод и второй электрод. Первый элемент из твердого электролита имеет кислород-ионную проводимость. Первый электрод и второй электрод расположены на соответствующих поверхностях первого элемента из твердого электролита. Первый элемент из твердого электролита, непроницаемый корпус и блок сопротивления диффузии сконфигурированы для образования внутренней полости. Блок сопротивления диффузии сконфигурирован для введения выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания в качестве исследуемого газа во внутреннюю полость с помощью блока сопротивления диффузии. Первый электрод обращен во внутреннюю полость. Второй электрод обращен в первую отдельную полость, которая отличается от упомянутой внутренней полости. Первый электрод сконфигурирован для разложения воды и оксида серы, содержащихся в исследуемом газе, когда первое заданное напряжение приложено к первой паре электродов, состоящей из первого электрода и второго электрода. Первый датчик тока сконфигурирован для выдачи первого определенного значения, согласованного с током, текущим через первую пару электродов. Первый источник электропитания сконфигурирован для подачи напряжения к первой паре электродов. Блок ЭБУ сконфигурирован для (i) управления первым источником (61) электропитания так, что первое заданное напряжение приложено к первой паре электродов; (ii) получения первого определенного значения от первого датчика (71) тока, когда первое заданное напряжение приложено к первой паре электродов; а также (iii) определения концентрации оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе этого первого определенного значения тока.

[0019] Согласно устройству определения концентрации газа в объекте, описанном выше, первый электрод выполнен с возможностью разложения воды (H₂O) и оксида серы (SOx), содержащихся в исследуемом газе, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Первый электрод, который способен разлагать воду и оксид серы при заданном приложенном напряжении, как описано выше, может быть изготовлен путем соответствующего выбора, например, типа вещества, образующего материал электрода, и состояния термообработки, относящейся к изготовлению электрода.

[0020] Блок ЭБУ сконфигурирован для управления первым источником электропитания, при этом первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Первое заданное напряжение представляет собой напряжение, которое выше, чем «напряжение начала разложения оксида серы», и равно или больше, чем «напряжение начала разложения воды». Соответственно, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом, ток электрода, который связан с разложением воды и оксида серы, содержащихся в исследуемом газе, протекает между электродами. Величина этого тока электрода меняется в соответствии с концентрацией оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, как описано выше.

[0021] Блок ЭБУ получает первое определенное значение от первого датчика тока в случае, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Блок ЭБУ сконфигурирован для определения концентрации оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе полученного первого определенного значения после получения первого определенного значения.. Более конкретно, блок ЭБУ может определить концентрацию SOx, согласованную с полученным первым определенным значением на основе, например, соответствующей взаимосвязи между концентрацией оксида серы, содержащегося в исследуемом газе (концентрации SOx), полученной заранее, и первого определенного значения. Таким образом, устройство, согласно изобретению, может точно определить концентрацию оксида серы, содержащегося в исследуемом газе.

[0022] Концентрация воды, содержащейся в выхлопных газах, выпускаемых из двигателя внутреннего сгорания, меняется в соответствии, например, с воздушно-топливным отношением воздушно-топливной смеси, сгорающей в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания. Когда меняется концентрация воды, содержащейся в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания в качестве исследуемого газа, точность концентрации оксида серы, определяемой на основе первого определенного значения, может снизиться. Соответственно, желательно, чтобы первое определенное значение было определено, когда воздушно-топливное отношение воздушно-топливной смеси, сжигаемой в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания, поддерживается на заданном уровне, который следует включить в устойчивую работу двигателя внутреннего сгорания для точного определения концентрации оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе первого определенного значения.

[0023] Детали механизма, в котором первое определенное значение, полученное в случае, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом, как описано выше, меняется в соответствии с концентрацией оксида серы в исследуемом газе, неизвестны. Тем не менее, не только вода, содержащаяся в исследуемом газе, но и оксид серы, содержащийся в исследуемом газе, разлагаются, при приложении первого заданного напряжения между первым электродом и вторым электродом, как описано выше. В результате, считается, что продукт разложения оксида серы (примеры включают в себя серу (S) и соединения серы) адсорбируется на первом электроде, который представляет собой катод, и уменьшает площадь первого электрода, способного внести вклад в разложение воды. Соответственно, считается, что первое определенное значение, которое коррелирует с током электрода, относящимся к приложению первого заданного напряжения между первым электродом и вторым электродом, меняется в соответствии с концентрацией оксида серы, содержащегося в исследуемом газе.

[0024] Согласно механизму, описанному выше, большее количество продукта разложения оксида серы адсорбируется на первом электроде, и скорость снижения тока электрода, согласованного с первым определенным значением, увеличивается при увеличении периода, в котором первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Другими словами, скорость снижения тока электрода, согласованного с первым определенным значением, меняется в соответствии с длиной периода, в котором первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Соответственно, желательно, чтобы первое определенное значение было определено в момент, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом в течение заданного периода, определенного заранее, чтобы концентрация оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, была с точностью определена на основе первого определенного значения. Кроме того, желательно, чтобы соответствующая взаимосвязь между концентрацией оксидов серы и первым определенным значением, описанным выше, была получена при использовании первого определенного значения в момент времени, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом в течение заданного периода, определенного заранее.

[0025] Кроме того, продукт разложения, адсорбируемый на первом электроде, должен быть удален в случае, когда концентрация оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, определяется снова путем повторного использования этого устройства определения концентрации газа, применяемого для определения концентрации оксида серы, содержащегося в исследуемом газе. Способ удаления продукта разложения, адсорбируемого на первом электроде, специально не ограничен, и его примеры могут включать в себя повторное окисление продукта разложения, при этом продукт разложения снова превращается в оксид серы. Это повторное окисление может быть выполнено с помощью, например, подачи заданного напряжения, что позволяет продукту разложения окисляться между первым электродом и вторым электродом, причем первый электрод является анодом, а второй электрод является катодом (что является противоположным случаю восстановительного разложения оксида серы).

[0026] Когда приложенное напряжение между первым электродом и вторым электродом становится напряжением, равным или большим, чем нижнее предельное напряжение области предельного тока в отношении воды, скорость разложения воды на первом электроде превышает скорость подачи воды, достигающей первого электрода (катод) через блок сопротивления диффузии. Другими словами, проявляются предельные токовые характеристики воды. В этом случае может быть трудно точно определить концентрацию оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе первого определенного значения. Кроме того, когда приложенное напряжение между первым электродом и вторым электродом превышает область предельного тока в отношении воды и продолжает увеличиваться, может начать течь ток электрода, который обуславливает разложение другого компонента, содержащиеся в исследуемом газе (например, двуокиси углерода (CO₂)). Кроме того, избыточно высокое приложенное напряжение может привести к разложению элемента из твердого электролита. В этом случае, ток электрода может измениться из-за фактора, отличного от тока разложения, связанного с водой и оксидом серы. В результате может быть трудно точно определить концентрацию оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе первого определенного значения.

[0027] Соответственно, в устройстве определения концентрации газа согласно объекту, описанному выше, первое заданное напряжение может быть установлено как заданное напряжение, которое ниже, чем нижнее предельное напряжение области предельного тока в отношении воды. Другими словами, первое заданное напряжение может быть установлено как заданное напряжение, которое ниже, чем нижний предельный диапазон напряжения, в котором выражены (наблюдаются) предельные токовые характеристики воды Соответственно, блок ЭБУ может быть выполнен с возможностью управления первым источником электропитания, при этом заданное напряжение, более низкое, чем нижнее предельное напряжение области предельного тока в отношении воды, применяется в качестве первого заданного напряжения. При этом вероятность того, что изменения тока электрода из-за фактора, отличного от тока разложения, связанного с водой и оксидом серы, снижается, и концентрация оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, может быть более надежно и точно определена. Нижнее предельное напряжение области предельного тока в отношении воды составляет приблизительно 2,0 В, хотя наблюдаются незначительные колебания в зависимости, например, от концентрации воды, содержащейся в исследуемом газе, и условий измерения.

[0028] В устройстве определения концентрации газа согласно объекту, описанному выше, первое заданное напряжение может быть установлено как заданное напряжение, равное или большее, чем напряжение начала разложения воды, как описано выше. Напряжение начала разложения воды составляет приблизительно 0,6 В, хотя незначительные колебания наблюдаются в зависимости, например, от концентрации кислорода, содержащегося в исследуемом газе, и условий измерения. Соответственно, первое заданное напряжение может быть установлено как заданное напряжение, равное или большее чем 0,6 В. Соответственно, блок ЭБУ может быть сконфигурирован для управления первым источником электропитания так, что заданное напряжение, по меньшей мере, 0,6 В, применяется в качестве первого заданного напряжения. Это позволяет легко устанавливать приложенное напряжение между первым электродом и вторым электродом, при этом обеспечивается разложение не только воды, содержащейся в исследуемом газе, но и оксида серы, содержащегося в исследуемом газе.

[0029] Как описано выше, данное устройство определения концентрации газа может точно определить концентрацию оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе первого определенного значения, согласованного с током электрода, который течет между первым электродом и вторым электродом, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Этим первое определенное значение не ограничивается, поскольку первое определенное значение является значением любого сигнала, согласованного с током электрода (примеры включают в себя значение напряжения, значение тока, а также значение сопротивления). Обычно первое определенное значение может представлять собой силу тока, который протекает между первым электродом и вторым электродом, в случае, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Другими словами, блок ЭБУ может быть сконфигурирован для получения силы тока, протекающего между первым электродом и вторым электродом, в качестве первого определенного значения в случае, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом.

[0030] Как описано выше, сила тока электрода, который течет между первым электродом и вторым электродом, в случае, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом, меняется в соответствии с концентрацией оксида серы, содержащегося в исследуемом газе. В частности, ток электрода ослабевает при увеличении концентрации оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, как описано ниже. Соответственно, блок ЭБУ может быть сконфигурирован для определения более высокого значения концентрации из концентрации оксида серы (SOx), содержащегося в исследуемом газе, когда первое определенное значение уменьшается в случае, когда первое определенное значение представляет собой силу тока, текущего между электродами, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом, как описано выше.

[0031] Как описано выше, первый электрод сконфигурирован для разложения воды и оксида серы, содержащихся в исследуемом газе, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Первый электрод, который способен разлагать воду и оксид серы при заданном приложенном напряжении, как описано выше, может быть изготовлен путем соответствующего выбора, например, типа вещества, образующего материал электрода, и состояния термообработки, относящейся к производству электрода. Примеры материала, образующего первый электрод, включают вещества (например драгоценного металла), который действует таким образом, что вода и оксид серы, содержащиеся в исследуемом газе, могут быть разложены, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом. Обычно первый электрод может содержать, по меньшей мере, один элемент, выбранный из группы, состоящей из платины (Pt), родия (Rh) и палладия (Pd).

[0032] В целом, напряжение начала разложения кислорода в электрохимическом элементе меньше, чем напряжение начала разложения воды. Соответственно, ток электрода, который соотносится с первым определенным значением, включает в себя ток разложения, связанный с кислородом, а также ток разложения, связанный с водой, и ток разложения, связанный с оксидом серы. Соответственно, точность концентрации оксида серы, определяемой на основе первого определенного значения, может понизиться, когда концентрация кислорода, содержащегося в исследуемом газе, меняется.

[0033] В устройстве для определения концентрации газа согласно объекту, описанному выше, элемент определения концентрации газа может включать в себя второй электрохимический элемент. Второго электрохимический элемент может включать в себя второй элемент из твердого электролита, третий электрод и четвертый электрод. Второй элемент из твердого электролита может иметь кислородно-ионную проводимость. Третий электрод и четвертый электрод могут быть расположены на соответствующих поверхностях второго элемента из твердого электролита. Третий электрод может быть обращен во внутреннюю полость. Четвертый электрод может быть обращен во вторую отдельную полость, которая отличается от внутренней полости. Третий электрод может быть расположен во внутренней полости в положении ближе к блоку сопротивления диффузии, чем расположен первый электрод. Третий электрод может быть сконфигурирован для выпуска кислорода из внутренней полости или ввода кислорода во внутреннюю полость, когда второе заданное напряжение приложено ко второй паре электродов из третьего электрода и четвертого электрода.

[0034] Может быть предусмотрен второй источник электропитания, который прикладывает напряжение ко второй паре электродов. Электронный блок управления может быть сконфигурирован для управления вторым источником (62) электропитания, при этом второе заданное напряжение приложено ко второй паре электродов. Электронный блок (81) управления может быть сконфигурирован для получения первого определенного значения от первого датчика (71) тока, когда концентрация кислорода во внутренней полости достигает заданной концентрации в результате приложения второго заданного напряжения ко второй паре электродов, и когда первое заданное напряжение приложено к первой паре электродов.

[0035] Согласно устройству для определения концентрации газа в соответствии с объектом, описанным выше, концентрация кислорода, содержащегося в исследуемом газе, достигающем первого электрода во внутреннюю полость, может быть скорректирована к заданной концентрации посредством действия перекачки кислорода второго электрохимического элемента, даже когда концентрация кислорода, содержащегося в исследуемом газе, меняется в связи с изменением воздушно-топливного отношения воздушно-топливной смеси, сжигаемой в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания. В результате, концентрация оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, может быть более надежно и с точностью определена.

[0036] Как описано выше, второе заданное напряжение представляет собой напряжение, которое обеспечивает выпуск кислорода (0₂) из внутренней полости или введение кислорода во внутреннюю полость, когда напряжение приложено между третьим электродом и четвертым электродом. В частности, второе заданное напряжение представляет собой заданное напряжение, которое обеспечивает выпуск кислорода, содержащегося в исследуемом газе, из внутренней полости во вторую отдельную полость под действием перекачки кислорода, при приложении между третьим электродом и четвертым электродом в случае, когда третий электрод представляет собой катод, а четвертый электрод представляет собой анод. Кроме того, второе заданное напряжение представляет собой заданное напряжение, которое обеспечивает ввод кислорода, содержащегося во второй отдельной полости, из атмосферы во внутреннюю полость под действием перекачки кислорода, при применении между третьим электродом и четвертым электродом, в случае, когда третий электрод является анодом, а четвертый электрод представляет собой катод (в этом случае, газ, который присутствует во второй отдельной полости, должен содержать кислород). Другими словами, второе заданное напряжение может быть заданным напряжением, равным или большим, чем напряжение начала разложения кислорода.

[0037] Вода, содержащаяся в исследуемом газе, разлагается вторым электрохимическим элементом, когда приложенное напряжение между третьим электродом и четвертым электродом становится равным или большим, чем напряжение начала разложения воды, в случае, когда, например, третий электрод представляет собой катод и четвертый электрод является анодом. В этом случае, концентрация воды, содержащейся в исследуемом газе, достигающем первого электрода, который представляет собой катод, первого электрохимического элемента далее по выпускной стороне уменьшается по сравнению с вторым электрохимическим элементом. В результате, первое определенное значение меняется, и, таким образом, может оказаться трудным с точностью определить концентрацию оксида серы, содержащегося в исследуемом газе на основе первого определенного значения с помощью этого устройства определения концентрации газа. Соответственно, второе заданное напряжение может быть заданным напряжением, которое ниже, чем напряжение начала разложения воды.

[0038] Как описано выше, второе заданное напряжение может быть заданным напряжением, которое равно или выше, чем напряжение начала разложения кислорода и меньше, чем напряжение начала разложения воды. Соответственно, блок ЭБУ может быть сконфигурирован для управления вторым источником электропитания, при этом в качестве второго заданного напряжения применяется заданное напряжение, равное или большее, чем напряжение начала разложения кислорода, и меньшее, чем напряжение начала разложения воды. В этом случае концентрация кислорода, содержащегося в исследуемом газе, достигающего первого электрода, который представляет собой катод первого электрохимического элемента, может быть скорректирована к заданной концентрации, и можно избежать изменения концентрации воды, содержащейся в исследуемом газе, достигающего первого электрода, который представляет собой катод первого электрохимического элемента. В результате, концентрация оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, может быть более надежно и точно определена.

[0039] В устройстве для определения концентрации газа согласно объекту, описанному выше, элемент определения концентрации газа может включать в себя третий электрохимический элемент. Третий электрохимический элемент может включать в себя третий элемент из твердого электролита, пятый электрод и шестой электрод. Третий элемент из твердого электролита может иметь кислородно-ионную проводимость. Пятый электрод и шестой электрод могут быть расположены на соответствующих поверхностях третьего элемента из твердого электролита. Пятый электрод может быть обращен во внутреннюю полость. Шестой электрод может быть обращен в третью отдельную полость, которая отлична от внутренней полости.

[0040] В этом случае пятый электрод может быть сконфигурирован так, что вторая скорость разложения в качестве скорости разложения оксида серы третьим электрохимическим элементом, относящаяся к случаю, когда третье заданное напряжение приложено к третьей паре электродов из пятого электрода и шестого электрода, меньше, чем первая скорость разложения в качестве скорости разложения оксида серы первым электрохимическим элементом, относящаяся к случаю, когда первое заданное напряжение приложено к первой паре электродов. Кроме того, может быть предусмотрен третий датчик тока, который выдает третье определенное значение, согласованное с током, текущим через третью пару электродов. Может быть предусмотрен третий источник электропитания, который прикладывает напряжение к третьей паре электродов. Предпочтительно, что вторая скорость разложения может составлять, по существу, 0 (ноль). Как описано выше, активность (скорость разложения) электрода относительно разложения оксида серы зависит от различных факторов, например, от типа вещества, образующего материал электрода, состояния термообработки, относящейся к производству электрода, приложенного напряжения и температуры электрода.

[0041] Блок ЭБУ может быть сконфигурирован для управления третьим источником электропитания, при этом третье заданное напряжение приложено между пятым электродом и шестым электродом. Кроме того, блок ЭБУ может быть сконфигурирован для получения второго определенного значения, согласованного с током, текущим между пятым электродом и шестым электродом. Блок ЭБУ может быть сконфигурирован для определения концентрации оксида серы, содержащегося в исследуемом газе, на основе разницы между первым определенным значением, полученным в случае, когда первое заданное напряжение приложено между первым электродом и вторым электродом, и вторым определенным значением, полученным в случае, когда третье заданное напряжение приложено между пятым электродом и шестым электродом.

[0042] Как описано выше, скорость разложения оксида серы в пятом электроде, который представляет собой катод, третьего электрохимического элемента меньше, чем скорость разложения оксида серы на первом электроде, который представляет собой катод первого электрохимического элемента (вторая скорость разложения < первая скорость разложения). Соответственно, в случае, когда оксид серы содержится в исследуемом газе, скорость адсорбции продукта разложения оксида серы на пятом электроде меньше, чем на первом электроде, и, таким образом, площадь электрода, который способен внести вклад в разложение воды, больше на пятом электроде, чем на первом электроде. В результате, разница между первым определенным значением и вторым определенным значением меняется в соответствии с концентрацией оксида серы, содержащегося в исследуемом газе. Другими словами, концентрацию оксида серы, со