CN102687000B - 用于小型废气传感器的陶瓷传感器元件 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于检测测量气体室（164）中气体的至少一个特性的传感器元件（112），尤其用于确定气体组分的比例。传感器元件（112）具有至少一个层结构（110），该层结构具有至少两个电极（114,116）和至少一个连接所述电极（114,116）的陶瓷的固体电解质（118）。所述层结构（110）平行于层结构（110）的一个或者多个层平面具有纵向延展尺度为长度L和横向延展尺度为宽度B，其中L/B的比例小于10。

Description

用于小型废气传感器的陶瓷传感器元件

技术领域

由现有技术已知用于检测测量气体室中的气体的至少一个特性的传感器元件。在此原则上可以检测气体的许多特性。下面不局限于其它可能定性或定量检测的特性地、涉及确定在测量气体室中的气体组分比例地描述本发明。例如比例可以是测量气体室中的部分压力和/或百分比，例如化学计量的气体比例。这些传感器元件例如以所谓的λ传感器的形式由现有技术所公知，利用它们可以确定气体中的氧气比例，例如在内燃机废气中。对于这些氧传感器的实施例可以示例地参阅Robert Bosch 有限公司的Sensoren im Kraftfahrzeug（汽车中的传感器），2007版，154-159页。

这些传感器元件通常包括陶瓷的层结构，具有至少一个固体电解质。已知的电解质例如是钇稳定的二氧化锆（YSZ）或者其它掺杂的金属氧化物，例如掺杂钪的二氧化锆。在此陶瓷的层结构通常从触通部位延伸到测量部位。在触通部位设有一个或者多个电触头。因为层结构的更深层平面通常也必须电接通，存在所谓的敷镀通孔，它们在层结构中例如包括一个或者多个孔和/或冲孔。孔完全或部分地以导电材料充满或至少涂覆。但是出现如下的技术要求，已知的固体电解质材料、例如YSZ在较高温度时、例如从350℃开始变成离子地导电。然后敷镀通孔自动地起到电极的作用。

为了解决这个问题已知许多方案。例如DE 10014995 C1描述了一种用于确定气体组分的电化学的测量计，在这个测量计中敷镀通孔的导电材料相对于固体电解质材料通过费事的绝缘层绝缘。另一方案是，使传感器元件相对细长地构成，由此使敷镀通孔部位在空间上与自身的电极部位分开。例如已知传感器元件的层结构具有大于10:1的长宽比（L/B）。按照现有技术细长的结构形式对于在传感器元件长度上足够大的温度梯度是必需的，该温度梯度导致，使敷镀通孔部位的陶瓷温度在传感器运行时总是位于临界温度以下，例如350℃。但是两个解决方案在实践中具有缺陷。尤其废气传感器的大长度在许多情况下是不利的，因为部分传感器元件希望用于特别短结构的废气传感器，尤其对于化学计量的λ传感器或宽带λ传感器，它们具有小于65mm的结构尺寸。另一方面，费事的敷镀通孔明显增加生产成本和加工费用。

发明内容

因此建议一种用于检测测量气体室中气体的至少一个特性的传感器元件，尤其用于确定气体组分的比例，它至少很大程度地解决了上述的目的冲突。所建议的传感器元件尤其可以用于定性和/或定量地确定测量气体室中气体的氧气比例和/或其它气体组分的比例。

本发明基于这种知识，废气传感器、尤其λ传感器尽可能小型地构造是有利的。除了更少的材料成本以外，例如在于节省输入导线和/或加热元件中的贵重金属和/或节省固体电解质基底、例如二氧化锆基底的材料量，主要在于通过使用者设计发动机时扩大的应用自由度具有重要意义。对于小型的传感器元件、例如具有小于65mm的陶瓷层结构的长度结构空间需求，需要相应短的陶瓷传感器元件。但是原则上，对于更小型的废气传感器，在牢固度和耐温性方面的相同要求与按照现有技术的常见传感器元件一样。但是对于传感器元件本身、尤其陶瓷的传感器元件如下所述在耐温性方面提出更高的要求。

在传感器元件长度最小化方面，如上所述，满足多个重要且部分相反的要求。因为短的传感器元件的触通部位更加靠近传感器元件的热部件，例如靠近传感器元件外壳的热六角螺栓，敷镀通孔（下面也称为DK孔）在传感器元件运行时比在较长的传感器元件中更热。因此如上所述，传感器元件的层结构在现有技术中通过细长的结构形式这样设计，使二氧化锆陶瓷在敷镀通孔部位不超过最高温度、例如350℃的最高温度。如果由于技术原因不能实现这一点，则当温度位于这个最高温度以上时，通常必须利用费事的工艺使敷镀通孔配备至少一个绝缘层，用于避免敷镀通孔之间短路。

但是在小型传感器元件中，例如层结构长度小于65mm，如同在本发明范围内优选的那样，通常远超过这个最高温度。在这种情况下上述的绝缘层在许多情况下是被迫必须的。然而本发明保证，用于加工绝缘层所必须的费用明显降低。此外通过绝缘膏的层和形成的封闭的绝缘层保证加工可靠的涂层。例如可以可靠地保证最小30.0μm厚度的形成的封闭的绝缘层。为了加工绝缘层通常将绝缘膏通过敷镀通孔抽吸地或者以其它方式加入到敷镀通孔中。

因此为了可以可靠地保证例如封闭的形成的至少30.0μm的绝缘层，通常需要足够大的敷镀通孔孔直径，它们在下面不局限于可能的与孔工艺替代的加工工艺地也称为“孔”。例如为了在500μm陶瓷膜厚度时，为了抽吸膏通常需要至少1.0mm的孔直径。但是在连接触头部位中布置一个或者多个钻孔时，传感器元件在这个部位由于这些大的孔显著削弱。按照现有技术在传感器元件基体中构造的层结构通常固定在两个位置。因此层结构通常一方面固定在传感器元件外壳中的层结构的密封部位。第二固定在层结构的连接侧端部上的触头保持件中实现。但是在装配传感器元件时，例如在联接工艺中、且尤其在汽车应用中弯曲负荷施加在层结构上。因此本发明以这种知识为基础，太弱的传感器元件可能由于在敷镀通孔部位断裂而失效。

以这种目的冲突知识为基础，一方面在许多情况下存在需求，配有大直径、例如0.5mm以上、尤其至少1.0mm的直径的孔，另一方面要保证足够的机械稳定性，已经在传感器元件的层结构上进行了系统的系列试验。在此证实，层结构的长度与宽度的比例具有显著影响。由此给出按照本发明的传感器元件的下列特征。

所建议的传感器元件具有至少一个层结构，它具有至少两个电极和至少一个连接所述电极的陶瓷的固体电解质。所述至少两个电极例如可以设置在固体电解质层的同一侧面上和/或固体电解质层的对置的侧面上。电极例如可以包括贵金属-陶瓷电极，例如所谓的金属陶瓷电极。原则上由陶瓷传感器元件领域已知这些电极。电极和固体电解质可以形成传感器元件的一个或者多个单元。因此传感器元件可以由单个单元的或由多个单元的传感器元件构成。在传感器元件的可能扩展结构方面可以参阅现有技术。例如可以实现跃变电极或宽带电极。此外层结构可以包括其它元件，例如电极触头、敷镀通孔（见下面）、输入导线、一个或者多个加热元件或类似元件，它们由现有技术所公知。

所述层结构具有一个或者多个层平面，这些层平面优选相互平行地设置。层平面定义层结构的平行于层平面的纵向延展尺度以及层结构的横交于纵向延展尺度、例如垂直于纵向延展尺度的横向延展尺度。在此纵向延展尺度方向是层结构的这样的方向，在该方向上层结构的延展大于在横向延展尺度方向。例如纵向延展尺度方向平行于插入方向，在该插入方向上传感器元件和/或传感器元件的层结构插入到测量气体室中。例如传感器元件可以具有外壳，它具有纵向延展尺度轴线，例如传感器元件的旋转对称轴线。因此纵向延展尺度方向例如可以是平行于传感器元件的纵向延展尺度轴线的方向。层结构可以相应地安装在传感器元件的外壳中。在这种情况下横向延展尺度优选是垂直于整个传感器元件的纵向延展尺度轴线的方向。

按照本发明建议，这样形成层结构，其纵向延展尺度具有长度L并且其横向延展尺度具有宽度B，其中L/B的比例小于10。在此长度原则上可以在任意位置上在纵向延展尺度方向上测量，并且宽度原则上可以在任意位置上在层结构的横向延展尺度方向上测量。但是特别优选，长度是在纵向延展尺度方向上的最大长度，即层结构的最大长度。宽度例如可以是层结构在最宽位置上的宽度，即，层结构的最大宽度，和/或在敷镀通孔部位中的宽度，如同下面还要详细解释的那样。特别优选，L/B的比例为最大8.5。尤其特别优选，L/B的比例位于6.0至8.5的范围内，优选7.5至8.5的范围内。例如可以为7.5<L/B<8.5。层结构尤其可以垂直于所述至少一个层平面具有总层厚。这个总层厚尤其在陶瓷层结构的烧结状态测量。总层厚尤其可以位于0.3mm至4.0mm的范围内，尤其优选在0.7mm至2.5mm的范围内。长度L尤其可以是纵向延展尺度方向上的最大长度，并且宽度B是横交于纵向延展尺度方向、尤其垂直于纵向延展尺度方向的最大宽度。特别优选长度L小于65mm，即具有短层结构的传感器元件。

所述层结构尤其可以包括至少一个输入导线。所述至少一个输入导线尤其可以从至少一个连接触头、例如在层结构的一个或者多个表面上延伸到至少其中一个电极。特别优选，所述输入导线至少部分地平行于纵向延展尺度延伸。所述输入导线或至少其中一个输入导线尤其也可以设置在层结构的更深的层平面中，即不在层结构的其中一个或者多个表面上。层结构尤其可以包括至少一个敷镀通孔，它穿过至少一个层平面。敷镀通孔可以相对于穿过的层平面的材料、尤其固体电解质材料电绝缘，如同上面所述的那样。对此可以参阅现有技术。电绝缘的厚度例如可以至少为20.0μm、优选至少30.0μm。

所述敷镀通孔尤其可以包括至少一个在层结构中的孔以及至少一个至少部分充满所述孔的填充。尤其可以包括一层或多层绝缘材料的填充和/或具有一层或多层导电材料的填充。例如在孔壁上可以首先涂覆一层或多层绝缘层，接着一层或多层导电材料和/或一个或者多个导电材料填充。所述至少一个孔尤其可以具有直径d，例如至少0.5mm的直径d，优选至少1.0mm。宽度B与直径d的比例尤其可以位于3.8至5.0的范围内，尤其在4.0至4.5的范围内。

所述至少一个敷镀通孔尤其可以设置在层结构的敷镀通孔部位。在此敷镀通孔部位指的是所述至少一个敷镀通孔的周围，例如这样的部位，它从敷镀通孔边缘以最大2mm在层结构的纵向延展尺度方向的两个方向上延伸。上面已经定义过的宽度B尤其可以是层结构在敷镀通孔部位中的宽度，即尤其垂直于纵向延展尺度方向在敷镀通孔部位中测量。

所述层结构尤其可以平行于层结构的层平面具有横截面，它从下面的横截面中选择：矩形横截面；梯形横截面；收缩的横截面，尤其在敷镀通孔部位具有最大宽度并且在电极部位具有收缩的横截面。但是原则上也能够实现其它横截面。

所建议的传感器元件也建议确定地设定长度L、宽度B的尺寸比并且优选也设定所述至少一个可选择的敷镀通孔、例如孔的直径d。所建议的比例如同试验已经验证的那样实现对此的前提，即可以满足对陶瓷传感器元件的上述相反的要求，尤其对于废气传感器。因此尤其可以保证，敷镀通孔可以设计得足够大，用于使它可靠且大规模地配有一个或者多个绝缘层，它们例如也可以在500℃以上的温度时具有高的过渡电阻，例如过渡电阻R>1MΩ。为了实现这种大的过渡电阻，已经证实至少30μm层厚的绝缘层是有利的或者甚至是必须的。

此外所述传感器元件的层结构可以这样构成，使这个层结构具有足够的强度，用于在500℃以上温度时在应用的使用寿命上也能承受80N的弯曲断裂负荷和例如30g的振动负荷，而不会失效。所建议的传感器元件尤其可以在汽车领域中使用，在汽车中产生特别高的负荷。同时可以使层结构和/或整个传感器元件这样短地设计，使它适合于安装在传感器中，具有小于65mm的结构空间需求。

按照本发明解决这个目的冲突问题尤其基于这个知识，从优选的优选小于8.5的比例L/B开始满足在设计敷镀通孔部位时的相反要求。尤其在8.5至7.5的L/B范围内在设计敷镀通孔部位时特别好地满足相反的要求。因此可以加工稳定的传感器元件，它们具有一个或者多个敷镀通孔。这些敷镀通孔尤其可以配有一层或多层绝缘膏并且以导电膏覆层。敷镀通孔可以部分或完全充满地构成。敷镀通孔例如可以承担内置的加热电极和/或内置的电极输入导线的接通。上面建议的层结构比例L/B可以选择仅仅在敷镀通孔部位保持。因此对于矩形横截面形状给出其它选择，例如梯形横截面和/或具有倒圆的横截面，例如计算机优化的倒圆，尤其以倒圆收缩的形状。

所建议的传感器元件以一个或者多个所建议的扩展结构尤其能够如上所述以λ传感器形式在汽车、稳态发动机或燃烧设备中使用。

附图说明

由下面的优选实施例的描述给出本发明的其它细节和特征。在附图中示出：

图1  传感器元件层结构的实施例；

图2  较长和较短层结构的热负荷对比；

图3  按照图2的小型传感器元件的敷镀通孔；

图4  在传感器元件中的层结构的敷镀通孔部位的电接通的细节图；

图5  层结构弯曲负荷的试验示例；

图6  层结构在弯曲负荷以后的典型断裂图形；

图7  在传感器元件中的层结构的构造和主要力负荷位置的示意图；

图8和9  常见的（图8）与按照本发明的（图9）的层结构的长度与宽度比例的对比；

图10  断裂频率分布作为层结构的长度与宽度比例的函数；

图11A和11B  敷镀通孔的不同视图；

图12A至12C  按照本发明的传感器元件的层结构的优选横截面的不同形状。

具体实施方式

在图1中示出传感器元件112的层结构110的典型示例，用于检测在（未示出的）测量气体室中的气体特性。在所示的实施例中传感器元件112例如是由跃变传感器（Sprungsonde）构成的λ传感器。在所示示例中层结构具有两个电极114、116，它们示例地设置在固体电解质118、例如由钇稳定的二氧化锆（YSZ）制成的固体电解质层的相互对置的侧面上。在此电极114通过透气的保护层120能以来自测量气体室的气体加载，并且也称为外电极（AE）。而第二电极116设置在层结构110的较深的平面中，并且例如可以通过基准气体通道122、例如空气基准与基准气体室连接，例如内燃机的环境空间。第二电极116在所示实施例中经常也称为基准电极（RE）。

电极114、116能通过输入导线124、126并通过层结构110的第一表面132上的连接触头128、130电接通。输入导线124平行于纵向延展尺度方向（在图1中以                                                表示）从连接触头128、130延伸到电极114、116。第一输入导线124设置在第一表面132上并且由覆盖层134密封，并且可选地相对于固体电解质118绝缘地构成，而第二输入导线126在固体电解质118的对置一侧上在层结构110的更深的层平面中延伸。相应地这个第二输入导线126必须通过敷镀通孔136与连接触头130电连接。下面还要详细解释敷镀通孔136。

此外，层结构110可选地包括基底138和加热元件140，加热元件140可以嵌入到两个绝缘膜142之间。加热元件140可通过两个设置在与第一表面132对置的第二表面144上的加热触头146接通，加热触头146本身通过敷镀通孔148、150与加热元件140电连接。敷镀通孔136、148和150和/或连接触头128、130和/或加热触头146所在的部位在图1中以标记符号152表示，并且也称为敷镀通孔部位。

层结构110在附图所示的实施例中具有纵向延展尺度方向上的长度L和与其横交的宽度B。此外，层结构110在烧结状态具有总层厚D。

为了解决上述问题（该问题是，电解质118也在敷镀通孔136、148、150部位一般从约350℃温度开始变成可离子导电的），通透长度部位在实际上经常是电绝缘的。这在图11A和11B中示出，其中图11A示出敷镀通孔136、148、150的俯视图，图11B示出侧面截面图。附图示出，敷镀通孔136、148、150通常具有直径d的孔154。这个孔通过一层或多层绝缘材料156电绝缘，它例如作为绝缘膏在加工时可以抽吸通过孔154。接着使孔154完全或部分地以至少一种导电材料158填充。这个导电材料158例如也可以作为膏抽吸通过孔154。绝缘材料156优选具有至少30μm的层厚。

在图3中以俯视图示出典型的敷镀通孔部位152，该俯视图从其中一个表面132、144上观察示例地表明这种敷镀通孔部位的结构，其具有敷镀通孔136、148、150。

在图2中相互对比地示例示出不同的传感器元件112，其具有不同长度L₁或L₂的层结构。在此左半图示出的传感器元件112具有长的层结构110，而右半图示出的传感器元件112具有相对较短的层结构110。分别示出层结构10和其在传感器元件的外壳160中的安装，通过六角螺栓162，通过它使外壳与测量气体室164连接。例如外壳160利用六角螺栓162旋入到内燃机的排气歧管的壁体166中。在外壳160内部设有密封部位168，在其中固定并密封层结构110，由此使测量部位170（在其中实现以来自测量气体室164的气体加载）与密封部位168的对面一侧上的触通部位172分开。

此外在图2中示出典型的温度指标。左半图示出LSF4.2型的典型跃变传感器，其中在层结构110的尖端上在测量部位170中可能产生高于850℃的温度。而在对面的端部上、在敷镀通孔部位152中产生一般250℃或更低的温度。

而右半图示出短结构的传感器元件，其长度L₂与长度L₁相比缩短到约三分之二。如同在此看到的那样，在这个短结构的传感器元件112的敷镀通孔部位152中的温度还约为500℃。因为层结构110的固体电解质118的陶瓷一般在300℃以上变成离子导电的，因此缩短层结构110意味着在敷镀通孔部位152中需要费事地设计。因此提高了通过绝缘材料156的电绝缘的要求。附加地在许多情况下需要绝缘检验，用于可以保证相同的高质量。

在图4中再一次示出典型的传感器元件112的触通部位172。这个附图示出，层结构110固定在至少两个位置。因此一方面固定在密封部位168中，另一方面利用触头保持件174固定在敷镀通孔部位152中，在其中实现层结构110的电接通。相应地在图4所示的负荷部位176中产生高的机械负荷。这在图5和7中再一次示出。图7再一次以俯视图简示出在传感器元件112中的敷镀通孔部位142并且表明，力F、尤其弯曲力，尤其可以在密封部位168与通过触头保持件174固定的部位之间产生。图5以示意图示出层结构110的典型弯曲负荷试验，层结构110具有一个或者多个敷镀通孔136、148、150，通过以力F在两个支撑点178之间的负荷部位176中加载。

通过在图5中所示的试验结构已经进行了不同的弯曲负荷试验，其中已经试验了不同的比例。已经检验了例如最佳的长度L与宽度B、长度L与孔直径d、宽度B与孔直径d的比例或其它比例。在图10中标出了典型的试验结果。在此在水平轴上标出特定的比例，例如长度L与宽度B（即L/B）的比例或类似的比例，而在垂直轴上标出频度H。在此曲线180表示了试验的这样的频度分布，即其中没有产生层结构110失效，例如由于断裂，即“良好试样”的频度分布；而曲线182描述了试样的这样的频度分布，即它们导致断裂。图10也示例地示出具有两个传感器元件群组的试验结果，其中曲线180表示一个传感器元件群组，它们例如在100N的弯曲负荷时不断裂，并且其比例L/B例如位于所述的范围内，而曲线182表示一个传感器元件群组，它们在100N的弯曲负荷时断裂并且其比例L/B例如位于所述范围以外。在所述试验中已经在系统的系列试验中求得了L/B比例，它们在绝缘涂覆的敷镀通孔136、148、150中是必须的，用于在临界应用中也保证层结构110的足够的断裂强度。在此也已经考虑了老化效应，例如以微裂纹生长的形式。

图6示例地示出敷镀通孔部位152的俯视图，其中在图5所示的负荷试验中产生了断裂188。如同由附图中看到的那样，断裂188尤其涉及其中一个敷镀通孔136、148、150，由此以高度可能性可以认为，由于敷镀通孔136、148、150的孔154削弱了层结构110导致断裂188。

结果导致上述最佳的比例。例如层结构110，如同在图8中示例所示的那样，它们对应于现有技术，典型地具有比例L/B>10，而按照本发明如同图9象征性地示出的那样，求得比例L/B视为最佳的，它位于6.0至8.5、优选7.5至8.5之间。在此总层厚D在烧结后优选为0.7至2.5mm。此外已经求得宽度B与孔154的直径d之间的最佳比例，它位于3.8至5.0之间且特别优选位于4.0至4.5之间。

如上所述，层结构110的宽度优选在敷镀通孔部位152中给出，由此上述的比例尤其可以在这个敷镀通孔部位152出现。在此敷镀通孔部位152是这个部位，在其中设置敷镀通孔136、148、150。例如敷镀通孔部位152可以是这样的部位，它从最远离电极114、116的敷镀通孔136、148、150的最外边缘起延伸到下一敷镀通孔136、148、150的离电极114、116最近的边缘。也可以选择，使敷镀通孔部位152在平行于纵向延展尺度方向的一个或两个方向上延伸超过这个部位，例如超出不大于5mm，优选不大于2mm。宽度B例如可以是在这个敷镀通孔部位152的最宽位置上的相互对置棱边之间的距离。也可以选择，在触通部位172中和/或在层结构110的端部上测量宽度B，该端部最远离电极114、116布置。

上述的比例，它们在本发明的范围内内是主张权利或者特别优选的，尤其可以仅仅在敷镀通孔部位152保持。这在图12A至12C中示例地示出，它们在俯视图中示出按照本发明的层结构110的不同横截面。图12A示出矩形横截面，具有所述的比例L/B。而图12B示出梯形横截面，其中宽度B从敷镀通孔部位152向着层结构110的对面的端部、即在电极114、116（在图12B中未示出）部位中的端部减小。而图12C示出层结构110的扩展结构，具有在电极114、116部位中的收缩部184。收缩部184尤其可以这样形成，使它具有倒圆186，它们例如可以利用计算机优化求得（CAO，计算机辅助优化）。

Claims (16)

1.一种用于检测测量气体室（164）中气体的至少一个特性的传感器元件（112），其中该传感器元件（112）具有至少一个层结构（110），该层结构具有至少两个电极（114,116）和至少一个连接所述电极（114,116）的陶瓷的固体电解质（118），其中所述层结构（110）包括至少一个敷镀通孔（136,148,150），其中所述敷镀通孔（136,148,150）穿过至少一个层平面，并且其中所述敷镀通孔（136,148,150）相对于穿过的层平面的材料是电绝缘的，其特征在于，所述层结构（110）平行于层结构（110）的一个或者多个层平面具有纵向延展尺度为长度L和横向延展尺度为宽度B，其中L/B的比例位于6.0至8.5的范围内。

2.如权利要求1所述的传感器元件（112），其中L/B的比例位于7.5至8.5的范围内。

3.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述层结构（110）垂直于所述至少一个层平面具有总层厚D，其中所述总层厚位于0.3mm至4.0mm的范围内。

4.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述长度L是纵向延展尺度方向上的最大长度，所述宽度B是横交于纵向延展尺度方向的最大宽度。

5.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述长度L小于65mm。

6.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述层结构（110）包括至少一个输入导线（124,126），其中所述至少一个输入导线（124,126）从至少一个连接触头（128,130）延伸到至少其中一个电极（114,116），其中所述输入导线（124,126）至少部分地平行于所述纵向延展尺度延伸。

7.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述敷镀通孔（136,148,150）相对于固体电解质材料是电绝缘的。

8.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述敷镀通孔（136,148,150）包括至少一个在层结构（110）中的孔（154）以及至少一个至少部分充满所述孔（154）的填充，其中所述孔（154）具有直径d，其中比例B/d位于3.8至5.0的范围内。

9.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述敷镀通孔（136,148,150）设置在层结构（110）的敷镀通孔部位（152）中，其中所述宽度B是层结构（110）在敷镀通孔部位（152）中的宽度。

10.如权利要求1或2所述的传感器元件（112），其中所述层结构（110）平行于层结构（110）的层平面具有横截面，该横截面从下面的横截面中选择：矩形横截面、梯形横截面、收缩的横截面，或者在敷镀通孔部位（152）中具有最大宽度并且在电极（114,116）部位中具有收缩的横截面。

11.如权利要求1所述的传感器元件（112），其中所述传感器元件（112）设置用于确定气体组分的比例。

12.如权利要求3所述的传感器元件（112），其中所述层结构（110）在烧结状态中具有所述总层厚D。

13.如权利要求3所述的传感器元件（112），其中所述总层厚位于0.7mm至2.5mm的范围内。

14.如权利要求4所述的传感器元件（112），其中所述宽度B是垂直于纵向延展尺度方向的最大宽度。

15.如权利要求8所述的传感器元件（112），其中所述填充是具有一层或多层绝缘材料（156）的填充和/或具有导电材料（158）的完全或部分的填充。

16.如权利要求8所述的传感器元件（112），其中所述比例B/d位于4.0至4.5的范围内。