CN103424460A

CN103424460A - 气体传感器

Info

Publication number: CN103424460A
Application number: CN2013101835719A
Authority: CN
Inventors: 铃木康文; 片渕亨
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2013-12-04
Also published as: DE102013207519A1; US20130306475A1; JP2013238556A

Abstract

在气体传感器（1）中，气体传感器元件（2）包括具有有底的管形形状的固体电解质体（21）和被分别设置在固体电解质体（21）的内表面和外表面（211、212）上的一对参考电极和测量电极（22、23）。盖子（3）被布置为覆盖气体传感器元件（2）的远端部分（201）。盖子（3）具有至少一个通孔（33），该通孔（33）被定位在气体传感器元件（2）的远端部分（201）在气体传感器（1）的纵向方向（X）上的远侧。在固体电解质体（21）的外表面（212）上，测量电极（23）被定位在重叠区域（A）之外，该重叠区域（A）在纵向方向（X）上与盖子（3）的该至少一个通孔（33）重叠。

Description

气体传感器

技术领域

本申请涉及一种感测待测气体（以下简称为测量气体）中的特定组分的浓度的气体传感器。

背景技术

存在已知的气体传感器，其被设置在例如机动车辆的内燃机的排气系统中，用于检测来自该内燃机的排气（即，测量气体）中特定组分（例如氧气或氧化氮）的浓度。

例如，日本未审查专利申请公开文本No.H1-180447公开了一种气体传感器，该气体传感器包括用于感测排气中的特定组分的浓度的气体传感器元件，以及被布置为覆盖该气体传感器元件的远端部分的盖子。

更具体地，该气体传感器元件包括固体电解质体和一对参考和测量电极。该固体电解质体具有有底的（bottomed）管形形状，以致在其中定义了参考气室。参考电极被设置在固体电解质体的内表面上，以致暴露于被引入参考气室的参考气体（例如，空气）中。另一方面，测量电极被设置在固体电解质体的外表面上，以致暴露于排气（即，测量气体）中。盖子被布置为围绕固体电解质体的远端部分。盖子中形成有多个通孔，使得可以通过该通孔将排气引入测量电极。

利用上述的构造，固体电解质体的远端部分将被暴露于排气中。因此，在内燃机的冷启动期间，由排气中包含的蒸气的冷凝产生的冷凝水流到固体电解质体的远端部分并且由此与固体电解质体的远端部分接触。此外，气体传感器元件通常包括加热器以将固体电解质体加热到固体电解质体可被激活的高温。因此，当冷凝水与被高温加热的固体电解质体的远端部分接触时，将对固体电解质体施加大的热冲击，导致固体电解质体的破裂。

为了解决上述问题，已使用如下的常规方法：执行一控制来用于在内燃机的冷启动期间抑制加热器对固体电解质体的加热，从而降低施加于电解质体的热冲击，以防止固体电解质体中发生破裂。

然后，近年来，随着机动车辆的内燃机的市场扩张和燃料多样化，各种各样的燃料添加剂和发动机油被投入使用。这些燃料添加剂和发动机油通常包含毒害成分（例如Mn、S、Pb、Si和Ba）。因此，当该毒害成分溶解于冷凝水中，并且使包含该毒害成分的冷凝水与气体传感器元件的固体电解质体的远端部分接触时，设置在固体电解质体外表面上的测量电极将被该毒害成分毒害，导致测量电极的劣化并且由此导致由于测量电极劣化所致的气体传感器的输出的变化。

换言之，尽管常规方法在防止固体电解质中发生破裂方面是有效的，但其在防止由毒害成分引起的气体传感器劣化方面几乎没有效果。

发明内容

根据一示例性实施例，提供一种气体传感器（1），该气体传感器（1）包括气体传感器元件（2）和盖子（3）。该气体传感器元件（2）被配置为检测测量气体中的特定组分的浓度。该气体传感器元件（2）包括固体电解质体（21）和一对参考电极和测量电极（22，23）。固体电解质体（21）具有有底的管形形状，以致在其中定义参考气室（20）。参考电极（22）被设置在固体电解质体（21）的内表面（211）上，以致暴露于被引入参考气室的参考气体中。测量电极（23）被设置在固体电解质体（21）的外表面（212）上，以致暴露于测量气体中。盖子（3）被布置为覆盖气体传感器元件（2）的远端部分（201）。盖子（3）具有至少一个通孔（33），通过该通孔（33）将排气引到测量电极（23）。该至少一个通孔（33）被定位在气体传感器元件（2）的远端部分（201）在气体传感器（1）的纵向方向（X）上的远侧。在固体电解质体（21）的外表面（212）上，测量电极（23）被定位在重叠区域（A）之外，该重叠区域（A）在气体传感器（1）的纵向方向（X）上与盖子（3）的至少一个通孔（33）重叠。

利用上述构造，当将气体传感器（1）布置在机动车辆的内燃机的排气系统中以检测排气中的特定组分的浓度时，能够防止测量电极被冷凝水中含有的毒害成分所毒害，该冷凝水由排气中包含的蒸气冷凝产生。因此，能够抑制测量电极（23）的劣化，从而抑制由测量电极（23）劣化引起的气体传感器（1）的输出的变化。

优选地，测量电极（23）的远端与盖子（3）的至少一个通孔（33）之间在气体传感器（1）的纵向方向（X）上的距离（B）大于或等于7mm。

另外优选地，测量电极（23）的远端与盖子（3）的至少一个通孔（33）之间在气体传感器（1）的纵向方向（X）上的距离（B）大于或等于8mm。

在另外的实施例中，盖子（3）可以是实质上圆柱形的杯状，以致包括侧壁（31）和底壁（32）；盖子（3）的至少一个通孔（33）可以形成于盖子（3）的底壁（32）中。

另外，在上述情况中，盖子（3）的至少一个通孔（33）可以是形成于盖子（3）的底壁（32）的中心部分处的单个通孔（33）。

气体传感器（1）可以另外包括外盖（4），该外盖（4）中形成多个通孔（43），并该外盖（4）被布置为覆盖盖子（3）的外围。

气体传感器元件（2）可以另外包括保护层（24），保护层（24）被设置为覆盖测量电极（23）的至少一部分。在该情况下，优选的是，保护层（24）具有大于或等于200μm的厚度。

另外优选的是，保护层（24）的厚度大于或等于300μm。

附图说明

根据下文给出的详细描述并且根据示例性实施例的附图，将更全面地理解本发明，然后该详细描述和附图不应被视为将本发明限制在特定实施例中，而是仅为了解释和理解的目的。

在附图中：

图1是示出根据第一实施例的气体传感器的整体构造的示意性剖面图；

图2是气体传感器在气体传感器的气体传感器元件的远端部分周围的部分的放大剖面图；

图3是沿图2中的线III-III截取的气体传感器的盖子的侧壁的剖面图；

图4A是根据第一实施例的气体传感器的盖子的仰视图；

图4B是盖子的变型的仰视图；

图5是气体传感器元件的远端部分的示意性侧视图；

图6是气体传感器元件的远端部分的示意性剖面图；

图7是示出根据第二实施例的气体传感器的整体构造的示意性剖面图；

图8是根据第二实施例的气体传感器在气体传感器的气体传感器元件的远端部分周围的部分的放大剖面图；

图9是根据第三实施例的气体传感器的气体传感器元件的远端部分的示意性剖面图；

图10是实验1中使用的气体传感器样品S12在该样品S12的气体传感器元件的远端部分周围的部分的放大剖面图；

图11是示出实验1的结果的图示；

图12是示出实验2的结果的图示；以及

图13是示出实验3的结果的图示。

具体实施方式

下文将参考图1-13来描述示例性的实施例。应当注意的是，为了清楚和便于理解的目的，在每幅图中利用相同的附图标记（在可能的情况下）来标记不同实施例中的具有相同功能的相同部件，并且为了避免冗余，对相同部件的描述不再重复。

【第一实施例】

如图1-6所示，根据第一实施例的气体传感器1包括气体传感器元件2和盖子3。气体传感器元件2被配置为检测测量气体中特定组分的浓度。气体传感器元件2包括固体电解质体21和一对参考电极22和测量电极23。固体电解质体21具有有底的管状形状，以在其中定义参考气室20。参考电极22被设置在固体电解质体21的内表面211上，以致被暴露于被引入参考气室20的参考气体中。测量电极23被设置在固体电解质体21的外表面上，以致被暴露于测量气体中。盖子3被布置为覆盖气体传感器元件2的远端部分201。盖子3具有至少一个通孔33，通过该通孔33将测量气体引到测量电极23。该至少一个通孔33被定位在气体传感器元件2的远端部分201在气体传感器1的纵向方向X上的远侧。在固体电解质体21的外表面212上，测量电极23被定位在重叠区域A之外，该重叠区域A在气体传感器（1）的纵向方向（X）上完全与盖子（3）的该至少一个通孔（33）重叠。

此外，应当注意的是，气体传感器1的纵向方向X由具有有底的管状形状的电解质体21的纵向（或轴向）方向表示；在纵向方向X上的远侧表示气体传感器1暴露于测量气体的一侧；以及近侧表示远侧的相反侧。

将在下文详细描述根据本实施例的气体传感器1的构造。

在本实施例中，气体传感器1被设计为布置在例如机动车辆的内燃机的排气系统中，以检测来自该内燃机的排气（即，测量气体）中的氧气（即，特定组分）的浓度。在该情况下，参考气体可以是例如空气。

如图1所示，在根据本实施例的气体传感器1中，气体传感器元件1被插入和保持在管状壳体11中，使得气体传感器元件2的远端部分201和近端部分202分别从壳体11的远端和近端突出。

在壳体11的近侧（即图1中的上侧）上，固定有第一近侧盖子12，以覆盖气体传感器元件2的近端部分202。此外，在第一近侧盖子12的近端部分上，固定有第二近侧盖子13。在第二近侧盖子13中，形成有用于将空气（即，参考气体）引入空气传感器1的内侧的多个通孔131。此外，第二近侧盖子13的近侧开口部分被密封构件14封闭（或阻塞）。另外，密封构件14由例如橡胶衬套实现。

在密封构件14中，保持有一对第一导线构件15和第二导线构件16。第一导线构件15分别通过一对连接构件17与一对端子18连接。此外，端子18分别与参考电极22和测量电极23接触，从而与它们电连接。另一方面，第二导线构件16连接到加热器29的近端部分292，从而向加热器29供应电力。

在壳体11的远侧（即，图1中的下侧），固定有盖子3，以致覆盖气体传感器元件2的远端部分201。在本实施例中，盖子3是实质上圆柱形的杯状，以致包括侧壁31和底壁32。

如图2和图3所示，在盖子3的侧壁31中，形成有多个（例如，6个）通孔311，通孔311构成用于该测量气体的通道孔。通孔311被定位在气体传感器元件2的远端的近侧上。此外，每个通孔311被定位为在气体传感器1的纵向方向X上与盖子3的底壁32的内表面（或近侧表面）322远离例如10mm。而且，每个通孔311具有例如2mm的直径。并且，应当注意的是，在图3中只示出盖子3的侧壁31。

另一方面，如图2和图4A所示，在盖子3的底壁32，形成有单个通孔33，测量气体通过该通孔33被引到测量电极23。通孔33被定位在气体传感器元件2的远端部分201的远侧；远端部分201包括气体传感器元件2的远端。此外，通孔33形成于盖子3的底壁32的中心部分处。此外，通孔33具有例如2.5mm的直径，而盖子3的底壁32具有例如9mm的直径。

而且，尽管在本实施例中在盖子3的底壁32中只形成单个通孔33，但是也可以如图4B所示在底壁32中形成多个（例如3个）通孔33。此外，尽管并未以图形方式示出，也可以在盖子3的侧壁31中形成一个或多个通孔33以被定位在气体传感器元件2的远端部分201的远侧上。

如图1和图5-6所示，在本实施例中，气体传感器元件2的固体电解质体21具有基本上有底的圆柱形的形状，该形状的远端封闭，而其近端敞开。固体电解质体21具有氧离子电导率，并且在其中形成有参考气室20.固体电解质体21由陶瓷材料制成，该陶瓷材料的主要成分是例如氧化锆（ZrO₂）。

在固体电解质体21的参考气室20中，设置有加热器29，使得加热器29的远端部分291与固体电解质体21的内表面211接触。在本实施例中，加热器29基本上是棒装，并且由例如陶瓷材料制成。

在固体电解质体21的内表面211上，形成有参考电极22，以被暴露于引入到参考气室20的参考气体（即，本实施例中的空气）。另一方面，在固体电解质体21的外表面212上，形成有测量电极23，以被暴露于被引入到在盖子3中形成的中空空间的测量气体（即，排气）。

此外，如图2和图5所示，在本实施例中，测量电极23形成在固体电解质体21的外表面212上，以落在在气体传感器1的纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为0-1mm的范围之外。然而，在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为1到10mm的范围内，测量电极23在固体电解质体21的整个周围上形成。

此外，在本实施例中，测量电极23被定位在固体电解质体21的外表面212上，以落在外表面212的重叠区域A之外；重叠区域A在气体传感器1的纵向方向X上与盖子3的通孔33完全重叠。

另外，在本实施例中，气体传感器1的纵向方向X与方向a（参见图2）一致，沿着方向a从通孔33的近侧开口331的中心到固体电解质体21的距离是最短的。

另外，在本实施例中，在气体传感器1的纵向方向X上测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间的距离B大于或等于7mm。

另外，在盖子3上形成多个通孔33的情况下，距离B表示在纵向方向X上测量电极23的远端与在纵向方向X上最接近固体电解质体21的远端的那一通孔33之间的距离。

在描述了根据本实施例的气体传感器1的构造之后，下文将描述该构造的优势。

在气体传感器1中，盖子3具有通孔33，通过该通孔向测量电极23引入测量气体（即，排气）。盖子3的通孔33被定位在气体传感器元件2的远端部分201在气体传感器1的纵向方向X上的远侧。在固体电解质体21的外表面上，测量电极23形成在重叠区域A之外，该重叠区域A在气体传感器1的纵向方向X上与盖子3的通孔33完全重叠。

采用上述的构造，可以防止测量电极23被冷凝水中包含的毒害成分所毒害，该冷凝水由包含在排气中的水蒸气冷凝产生。因此，可以抑制测量电极23的劣化，由此抑制由测量电极23的劣化所造成的气体传感器1的输出的变化。

更具体地，本发明的发明人发现，盖子3的通孔33和测量电极23之间的相对位置对于保护测量电极23不受包含在冷凝水中的毒害成分损害来说是非常重要的。这是因为，冷凝水随着排气一起经由通孔33流入在盖子3中形成的中空空间内。

发明人也发现，通过将测量电极23定位在重叠区域A之外，可以：（1）防止刚刚随着排气一起流入在盖子3中形成的中空空间内的冷凝水进一步流到测量电极23并由此与测量电极23接触；并且（2）防止之前已进入并滞留在盖子3中形成的中空空间内的冷凝水在排气流动的帮助下与测量电极23接触。因此，可以防止测量电极23被冷凝水中包含的毒害成分所毒害。换句话说，可以保证测量电极23相对冷凝水中包含的毒害成分的高耐久性。作为结果，可以抑制测量电极23的劣化，由此抑制由测量电极23的劣化引起的气体传感器1的输出的变化，并且保证气体传感器1卓越的响应能力。

在气体传感器1中，测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在气体传感器1的纵向方向X上的距离B被设置为大于或等于7mm。

如上述那样设置距离B，可以更可靠地防止测量电极23被冷凝水中包含的毒害成分所毒害，由此增强抑制测量电极23劣化和因此抑制气体传感器1的输出变化的有益效果。

此外，为了进一步增强上述有益效果，优选将距离B设置为大于或等于8mm。

在本实施例中，盖子3基本上是圆柱形杯状，以致包括侧壁31和底壁32。通孔33形成在盖子3的底壁32上。

采用基本上圆柱形的杯状，盖子3可以完全覆盖从壳体11的远端突出的气体传感器元件2的远端部分201。

此外，在本实施例中，在盖子3的底壁32的中央部分处只形成单个通孔33。

采用上述构造，可以容易地在盖子3上提供通孔33。另外，也可以使从通孔33到测量电极23之间的距离最大化。

【第二实施例】

本实施例示出具有与根据第一实施例的气体传感器相似的构造的气体传感器1；相应地，下文将只描述两者之间的区别。

在第一实施例中，气体传感器1在壳体11的远侧上只包括单个盖子3。

相比之下，在本实施例中，如图7和图8所示，除了盖子3之外，气体传感器1在壳体11的远侧上还包括外盖4。

外盖4也基本上是圆柱形杯状，以致包括侧壁41和底壁42。外盖4与盖子3一起被固定到壳体11的远侧，以覆盖盖子3的外围。

另外，在外盖4的侧壁41中，形成多个通孔43，该多个通孔43构成用于测量气体的通道孔。另一方面，在外盖4的底壁42上，形成一个通孔43，该一个通孔43也构成用于测量气体的通道孔。

形成在外盖4的底壁42中的通孔43与形成盖子3的底壁32中的通孔33在气体传感器1的纵向方向X上对齐。此外，形成在外盖4的底壁42中的通孔43具有比形成在盖子3的底壁32中的通孔33更大的直径。

此外，当盖子3被变型为具有多个形成在底壁32中的通孔33时，也可以在外盖4的底壁42中形成多个通孔43。

根据本实施例的上述气体传感器1具有与根据第一实施例的气体传感器1相同的优点。换句话说，采用另外提供的外盖4以覆盖盖子3外围，仍然可以达到与第一实施例中描述的有益效果相同的有益效果。

【第三实施例】

本实施例示出具有与根据第一实施例的气体传感器1相似的构造的气体传感器1；相应地，下文只描述两者之间的区别。

在第一实施例中，气体传感器1没有覆盖气体传感器单元2的远端部分201的保护层。因此，气体传感器元件2的测量电极23和固体电解质21直接暴露于引入到形成在盖子3中的中空空间的测量气体（参见图2）。

相比之下，如图9所示，在本实施例中，气体传感器1进一步包括覆盖气体传感器元件2的远端部分201的保护层24。因此，气体传感器元件2的测量电极23和固体电解质21不是直接暴露于引入到形成在盖子3中的中空空间的测量气体。

保护层24由多孔陶瓷材料构成，该多孔陶瓷材料主要包含氧化铝（Al₂O₃）、氧化镁（MgO）和二氧化钛（TiO₂）。保护层24被提供以俘获包含在测量气体（即，排气）中的气态毒害成分。

在本实施例中，保护层24的厚度被设定为大于或等于200μm。

如上述那样设定保护层24的厚度，可以更可靠地防止测量电极23被冷凝水中包含的毒害成分所毒害，由此增强抑制测量电极23劣化和因此抑制气体传感器1的输出变化的有益效果。

另外，为了进一步增强上述有益效果，优选设定保护层24的厚度大于或等于300μm。

此外，尽管形成保护层24以覆盖本实施例中的气体传感器元件2的整个远端部分201，但也可以形成保护层24以只覆盖测量电极23中包含在气体传感器元件2的远端部分201中的部分。

另外，可以通过层压多个层来形成保护层24；这些层包括例如，通过等离子喷涂形成的气体稳定层、用于俘获测量气体包含的气态毒害成分的俘获层、以及包括催化贵金属（例如Pt、Pd和Rh）的催化层，以便通过催化贵金属的催化来燃烧测量气体中包含的氧。在此情况下，保护层24的厚度由被层压在一起形成保护层24的所有层的厚度的和来表示。

【实验1】

进行该实验以在确定设计参数对气体传感器元件2的测量电极23的劣化的影响。

在本实验中，准备了气体传感器样品S11和S12，两者具有与根据第二实施例的气体传感器1相同的基本构造（参见图7和图8）。

表1

特别得，如表1所示，所有气体传感器样品S11和S12都具有盖子3和外盖4。即，在每个气体传感器样品S11和S12中，远侧盖的数量等于2。此外，在每个气体传感器样品S11和S12中，在盖子3的底壁32中形成的通孔33的数量等于1；通孔33的直径等于2.5mm；在盖子3的侧壁31中形成的通孔311的数量等于6；通孔311的直径等于2mm；从盖子3的底壁32的内表面322到通孔311的在气体传感器样品的纵轴方向X上的距离等于10mm。

在每个气体传感器样品S11中，如图8所示，测量电极23形成在固体电解质21的外表面212上，以致落在重叠区域A之外。此外，形成测量电极23以致落在在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为0-1mm的范围之外。然而，在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为1到10mm的范围内，测量电极23在固体电解质体21的整个周围上形成。

相比之下，在每个气体传感器样品S12中，如图10所示，测量电极23形成在固体电解质体21的外表面212上以致落入重叠区域A。此外，在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为0到10mm的范围内，测量电极23在固体电解质体21的整个周围上形成。

此外，对于气体传感器样品S11，通过在0.5-9mm的范围内改变盖子3的底壁32的内表面322与固体电解质体21的远端之间的距离C（参见图8），使得测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B在1.5-10mm的范围内变化。另一方面，对于气体传感器样品S12，通过在1.5-10mm的范围内改变盖子3的底壁32的内表面322与固体电解质体21的远端之间的距离C（参见图10），使得测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B在1.5-10mm的范围内变化。

每个上述气体传感器样品S11和S12均被循环测试，直到气体传感器样品的测量电极23被确定为被劣化。

特别地，在每个测试的循环中，气体传感器样品首先被安装到模拟内燃机的排气管的模拟排气管上。

第二，使得空气以20m/s的速度流过模拟排气管。

第三，在气体传感器样品上游50mm的位置处，将包含10wt%的Mn的水溶液注入模拟排气管。

第四，向气体传感器样品的加热器29供应电力以产生热量，由此对气体传感器样品的气体传感器元件2进行加热，并将气体传感器元件2的远端部分201的温度保持在550℃持续3分钟。

第五，停止对气体传感器样品的加热器29的电力供应，并且将气体传感器样品从模拟排气管移出。

接下来，将气体传感器样品安装到气体发生器，由此气体传感器样品被暴露于由气体发生器产生的测试气体；测试气体的流速为3L/min。然后将测试气体的A/F（空气/燃料）比从丰富（A/F比=14，气体传感器样品的输出>0.8V）改变到贫乏（A/F比=15，气体传感器样品的输出<0.2V）。如果在将测试气体的A/F比从丰富变为贫乏起20s之后，气体传感器样品的输出仍然高于0.2V，则将气体传感器样品的测量电极23被确定为被劣化。

此外，在气体传感器样品的气体传感器元件2的远端部分201的温度保持在550℃的情况下将气体传感器样品暴露于测试气体。测试气体是CO气体、O₂气体和N₂气体的混合物。通过改变O₂气体和N₂气体之间的混合比来改变测试的空气/燃油比。

重复上述的所有步骤直到气体传感器样品的测量电极23被确定为被劣化。然后，记录劣化气体传感器样品的测量电极23所需要的循环数，该循环数表示气体传感器样品的耐久性。

图11显示了测试结果，其中：水平轴表示测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B；纵轴表示对测量电极23进行劣化所需要的循环数；“●”点表示气体传感器样品S11的结果；并且“○”点表示气体传感器样品S12的结果。

从图11可以看出，在距离B的整个范围内，在对测量电极23进行劣化所需要的循环数方面（即，在耐久性方面），气体传感器样品S11优于气体传感器样品S12。

相应地，从上述测试结果，可以清楚判断的是，通过在固体电解质体21的外表面212形成测量电极23以致落在重叠区域A之外，可以抑制测量电极23的劣化。

【实验2】

进行该实验以确定距离B对气体传感器元件2的测量电极23的劣化的影响。

在本实验中，准备了气体传感器样品S21-S25，其中：气体传感器S21具有与根据第一实施例的气体传感器1相同的基本构造（参见图1和图2）；气体传感器样品S22-S25具有与根据第二实施例的气体传感器1相同的基本构造（参见图7和图8）。

表2

特别地，如表2所示，气体传感器S21只有一个远端的盖子，例如，盖子3；换句话说，在气体传感器样品S21远侧盖子的数量等于1。所有其他气体传感器样品S22-S25均具有盖子3和外盖4；换句话说，在每个其他气体传感器样品S22-S25中远侧盖子的数量等于2。

此外，在每个气体传感器样品S21-S24中，测量电极23形成在固体电解质体21的外表面212上，以落在重叠区域A之外（参见图2和图8）。另一方面，在每个气体传感器样品S25中，测量电极23形成在在固体电解质体21的外表面212上以致落在重叠区域A之内（参见图10）。

在每个气体传感器样品S21-S22和S24-S25中，只有单个通孔33形成在盖子3的底壁32上（参见图4A）。另一方面，在每个气体传感器样品S23中，有3个通孔形成在盖子3的底壁32上（参见图4B）。

在每个气体传感器样品S21-S25中，通孔33的直径等于2.5mm；在盖子3的侧壁31上形成的通孔311的数量等于6。通孔311的直径等于2mm。从盖子3的底壁32的内表面322到通孔311的在气体传感器样品的纵轴方向X上的距离等于10mm。

在每个气体传感器样品S21-S23中，测量电极23被形成为落在在气体传感器1的纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为0-1mm的范围之外。然而，在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为1到10mm的范围内，测量电极23在固体电解质体21的整个周围上形成（参见图2和图8）。

此外，对于气体传感器样品S21-S23，通过在0.5-9mm的范围内改变盖子3的底壁32的内表面322与固体电解质体21的远端之间的距离C（参见图2和图8），使得测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B在1.5-10mm的范围内变化。

在每个气体传感器样品S24中，测量电极23被形成为以致落在在气体传感器1的纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为0到预定值的范围之外；该预定值从0.5mm到0.8mm的范围中选择。然而，在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为预定值到10mm的范围内，测量电极23在固体电解质体21的整个周围上形成（参见图8）。

此外，对于气体传感器样品S24，通过将距离C固定在1.5mm的情况下改变测量电极23的远端在纵向方向X上的位置（参见图8），使得测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B在2-10mm的范围内变化。

如之前所述，在每个气体传感器样品S25中，测量电极23形成在固体电解质体21的外表面212上，以致落入重叠区域A（参见图10）。此外，在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为0到10mm的范围内，测量电极23在固体电解质体21的整个周围上形成。

此外，对于气体传感器样品S25，通过在1.5-10mm的范围内改变盖子3的底壁32的内表面322与固体电解质体21的远端之间的距离C（参见图10），使得测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B在1.5-10mm的范围内变化。

以与实验1相同的方式，每个上述气体传感器样品S21-S25均被循环测试，直到气体传感器样品的测量电极23被确定为被劣化。

图12显示了测试结果，其中：水平轴表示测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B；纵轴表示对测量电极23进行劣化所需要的循环数；“▲”点表示气体传感器样品S21的结果；“●”点表示气体传感器样品S22的结果；“△”点表示气体传感器样品S23的结果；“□”点表示气体传感器样品S24的结果；以及“○”点表示气体传感器样品S25的结果。

如从图12所看到的，当距离B大于或等于7mm时，针对气体传感器样品S21-S24，劣化测量电极23所需要的循环数，比针对气体传感器样品S25的循环数大得多。此外，当距离B大于或等于8mm，针对气体传感器样品S21-S24，劣化测量电极23所需要的循环数，显著大于对于气体传感器样品S25的循环数。

相应地，从上述测试结果，可以清楚判断的是，为了更可靠地抑制测量电极23的劣化，优选将距离B设定为大于或等于7mm，更优选地将其设定为大于或等于8mm。

【实验3】

进行该实验以确定保护层24的厚度对气体传感器元件2的测量电极23的劣化方面的影响。

在本实验中，准备了气体传感器样品S31-S33，其全部具有与根据第三实施例的气体传感器1相同的基本构造（参见图9）。

特别地，如表3所示，在每个气体传感器样品S31-S33中，测量电极23形成在固体电解质21的外表面212上以致落在重叠区域A之外（参见图8）；远侧盖子的数量等于2（参见图8）；在盖子3的底壁32上只形成单个通孔33（参见图4A）；通孔33的直径等于2.5mm；在盖子3的侧壁31中形成的通孔311的数量等于6；通孔311的直径等于2mm；从盖子3的底壁32的内表面322到通孔311的在气体传感器样品的纵轴方向X上的距离等于10mm。

表3

此外，在每个气体传感器样品S31-S34中，测量电极23被形成为落在在气体传感器1的纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为0-1mm的范围之外。然而，在纵向方向X上与固体电解质体21的远端相距的距离为1到10mm的范围内，测量电极23在固体电解质体21的整个圆周上形成（参见图8）。

在气体传感器样品S31中，保护层24的厚度等于50μm，在气体传感器样品S32中保护层24的厚度等于100μm，在气体传感器样品S33中保护层24的厚度等于200μm，在气体传感器样品S34中保护层24的厚度等于300μm。

此外，对于气体传感器样品S31-S34，通过在0.5-9mm的范围内改变盖子3的底壁32的内表面322与固体电解质体21的远端之间的距离C（参见图8），使得测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B在1.5-10mm的范围内变化。

以与实验1相同的方式，循环测试每个上述气体传感器样品S31-S34，直到气体传感器样品的测量电极23被确定为被劣化。

图13显示了测试结果，其中：水平轴表示测量电极23的远端和盖子3的通孔33之间在纵向方向X上的距离B；纵轴表示对测量电极23进行劣化所需要的循环数；“◇”点表示气体传感器样品S31的结果；“▲”点表示气体传感器样品S32的结果；“○”点表示气体传感器样品S33的结果；以及“■”点表示气体传感器样品S34的结果。

如从图13看到的，当距离B大于或等于7mm时，针对气体传感器样品S33和S34，劣化测量电极23所需要的循环数，比针对气体传感器样品S31和S32所需要的循环数大得多。此外，针对气体传感器样品S34，劣化测量电极23所需要的循环数，显著大于针对其他所有气体传感器样品S31-S33所需要的循环数。

相应地，从上述测试结果，可以清楚判断的是，为了更可靠地抑制测量电极23的劣化，优选将保护层24的厚度设定为大于或等于200μm，更优选地将其设定为大于或等于300μm。

Claims

1.一种气体传感器（1），包括：

气体传感器元件（2），其被配置为检测测量气体中的特定组分的浓度，所述气体传感器元件（2）包括固体电解质体（21）和一对参考电极和测量电极（22、23），所述固体电解质体（21）具有有底的管形形状以致在其中定义参考气室（20），所述参考电极（22）被设置在所述固体电解质体（21）的内表面（211）上以致被暴露于被引入所述参考气室（20）的参考气体，所述测量电极（23）被设置在所述固体电解质体（21）的外表面（212）上以致被暴露于所述测量气体；以及

盖子（3），其被布置为覆盖所述气体传感器元件（2）的远端部分（201），所述盖子（3）具有至少一个通孔（33），所述测量气体通过所述至少一个通孔（33）被引到所述测量电极（23），所述至少一个通孔（33）被定位在所述气体传感器元件（2）的所述远端部分（201）在所述气体传感器（1）的纵向方向（X）上的远侧，

其中，

在所述固体电解质体（21）的所述外表面（212）上，所述测量电极（23）被定位在重叠区域（A）之外，所述重叠区域（A）在所述气体传感器（1）的所述纵向方向（X）上与所述盖子（3）的所述至少一个通孔（33）重叠。

2.根据权利要求1所述的气体传感器（1），其中，所述测量电极（23）的远端与所述盖子（3）的所述至少一个通孔（33）之间在所述气体传感器（1）的所述纵向方向（X）上的距离（B）大于或等于7mm。

3.根据权利要求2所述的气体传感器（1），其中，所述测量电极（23）的远端与所述盖子（3）的所述至少一个通孔（33）之间在所述气体传感器（1）的所述纵向方向（X）上的距离（B）大于或等于8mm。

4.根据权利要求1所述的气体传感器（1），其中，所述盖子（3）是基本上圆柱形的杯状，以致包括侧壁（31）和底壁（32）；并且

所述盖子（3）的所述至少一个通孔（33）形成于所述盖子（3）的所述底壁（32）中。

5.根据权利要求4所述的气体传感器（1），其中，所述盖子（3）的所述至少一个通孔（33）是形成于所述盖子（3）的所述底壁（32）的中心部分处的单个通孔（33）。

6.根据权利要求1所述的气体传感器（1），还包括外盖（4），所述外盖（4）中形成有多个通孔（43），并且所述外盖（4）被布置为覆盖所述盖子（3）的外围。

7.根据权利要求1所述的气体传感器（1），其中，所述气体传感器元件（2）还包括保护层（24），所述保护层（24）被设置为覆盖所述测量电极（23）的至少一部分，并且

所述保护层（24）具有大于或等于200μm的厚度。

8.根据权利要求7所述的气体传感器（1），其中，

所述保护层（24）的厚度大于或等于300μm。