CN105579838A - 具有印制导线和穿通部的传感器元件 - Google Patents

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CN105579838A CN201480035227.8A CN201480035227A CN105579838A CN 105579838 A CN105579838 A CN 105579838A CN 201480035227 A CN201480035227 A CN 201480035227A CN 105579838 A CN105579838 A CN 105579838A
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Abstract

本发明涉及一种传感器元件，尤其用于验证气体的物理特性，尤其用于验证内燃机废气的气体组分浓度或温度或固体成分或液体成分，其中，该传感器元件(20)具有在它的纵长方向上相互对置的第一端部区域(201)和第二端部区域(202)，该传感器元件(20)在第一端部区域(201)中在该传感器元件(20)的内部具有功能元件(31、311、312)，该功能元件与在第二端部区域(202)中布置在该传感器元件(20)的外表面上的接触面(43、44、45)导电连接，其中，功能元件(31、311、312)和接触面(43、44、45)之间的导电连接具有在该传感器元件(20)的内部基本在纵长方向上延伸的印制导线(321、322、328)并具有穿通部(501、502、503)，所述穿通部基本垂直于传感器元件的纵长方向延伸，其特征在于，印制导线(321、322、328)的电阻和穿通部(501、502、503)的电阻相互成比例，该比例不大于3并且不小于1/3。

Description

具有印制导线和穿通部的传感器元件
技术领域
本发明从已知的传感器元件出发，该传感器元件例如作为废气传感器被投入使用，尤其作为在机动车中得到非常广泛应用的λ传感器。但本发明也能够应用在其它种类的传感器元件上，例如用在用于验证废气的其它气体形式成份的传感器上和用在颗粒传感器或类似传感器上。
本发明尤其涉及烧结的或可烧结的陶瓷传感器元件，该陶瓷传感器元件通过将各个必要时被印刷的陶瓷生坯膜组合、尤其相互堆叠来制造。
背景技术
传感器元件在该传感器元件通常朝向废气的第一端部区域中尤其包括至少一个电气的、电化学的和/或电子的功能元件。传感器元件的可供电性当前通过在传感器元件的通常背离废气的第二区域内的外表面上的接触面来设置。
传感器元件的可供电性当前通过功能元件与接触面的电连接实现，该接触面具有基本在传感器元件的纵长方向上在传感器元件内部延伸的印制导线并具有穿通部，该穿通部基本垂直于传感器元件的纵长方向，尤其在高度方向上延伸。这种传感器元件例如由DE102006055797A1已知。
在运行中并且在制造传感器元件时，要对该电连接要求高的温度稳定性和化学稳定性。因此广泛地使用贵金属，例如铂或类似物。因为这样的贵金属相对较贵，所以一般都力求所使用的材料的量尽可能少。
因为在给定电阻率的情况下对应的导线横截面越小，总电阻就越大，因而该电连接的这种微型化受到限制。引起的电压降或者功率下降和/或信号失真只能在预给定的极限内被容许。
尤其是，功能元件、尤其加热电阻与接触面的该电连接的总电阻的这类极限应视为在20℃时在1至4欧姆范围内，尤其在20℃时在2至3欧姆范围内。
发明内容
而具有权利要求1的特征的本发明传感器元件具有这样的优点：投入使用的用于功能元件与接触面的电连接的材料例如贵金属的量能够被最小化，而不超过所述电连接的可预给定的总电阻。
本发明首先基于这种考虑：印制导线和穿通部是所述电连接的两个在电上串联的区段。因而该电子连接的总电阻由各单电阻相加得出。此外本发明基于这种考虑：在导电结构的横截面减小时它的电阻大约与投入使用的材料量成反比。
如果印制导线的电阻和穿通部的电阻相互成比例，该比例不大于3并且不小于1/3，则认为得到了电连接的总电阻和为该电连接所需的材料量被优化的结果。
在其它比例的情况下，总体所需的或者说为较小电阻的区段所需的材料量会不成比例地增加，而总电阻不会明显减少。
只要所使用的材料的电阻率是与温度相关的，则尤其应适应在传感器运行中可能出现的或者典型地可能出现的温度分布。除了均匀的温度分布、例如20℃(该温度例如描述传感器投入运行时的状态)外，本发明替换地或者附加地也可在不均匀的温度分布方面实现。例如可以分别基于在纵长方向上在功能元件区域中750℃或者甚至1100℃和在穿通部区域内200℃、300℃或者甚至400℃相组合的均匀温度升高。这样的温度分布例如存在于完全被加热的传感器上，例如在持续运行中。
印制导线和穿通部的电阻即使在不同的温度和温度分布情况下专业人员也可以例如通过测量而容易地得到。专业人员也可以例如通过修改导线横截面而容易地进行电阻的有目的的适配。
本发明尤其涉及一种传感器元件，在该传感器元件中，已经进行了功能元件(尤其加热电阻)与接触面的电连接的小型化。功能元件(尤其加热电阻)与接触面的电连接的电阻在此在20℃时在1至4欧姆的范围内，尤其在20℃时在2至3欧姆的范围内。
概念“纵长方向”、“横向方向”和“高度方向”在本申请范围内原则上仅在直角参考系统的意义上使用。但此外尤其可以是涉及由传感器元件标志的方向，例如在尤其六方体传感器元件的情况下，纵长方向可以是该传感器元件的最长侧棱边所指向的方向，高度方向可以是该传感器元件的最短侧棱边所指向的方向，和/或横向方向是该传感器元件的具有中等长度的侧棱边所指向的方向。例如在小棒形传感器元件的情况下，纵长方向是该小棒形传感器元件围绕其旋转对称或者基本上旋转对称的轴线所指向的方向。
在基本上仅对一个方向进行参考的地方，除了狭义的该方向外，也考虑与该方向略微有偏差的方向，例如偏差不大于15°的方向和/或与该方向至少不正交的方向。当一个结构仅在一个例如包括该结构的不大于10％的小部分区域内有偏差，则通过该相关结构附加地也基本上实现了该方向。
在本申请范围内，“传感器元件的长度”应理解为传感器元件在纵长方向上的延伸，“传感器元件的宽度”应理解为传感器元件在横向方向上的延伸，而“传感器元件的高度”应理解为传感器元件在高度方向上的延伸。该方向对于传感器元件的俯视也有决定作用。
概念“传感器元件的端部区域”在本申请范围内参考纵长方向看原则上仅应理解为传感器元件的一个相连的部分区域，该部分区域包括传感器的相关端部并且占该传感器元件的长度不大于50％。就此而言，一个端部区域与对置的端部区域例如仅在一个面上相交。更限制性地，传感器元件的端部区域尤其也可理解为传感器元件的一个相连的部分区域，该部分区域包括传感器的相关端部并且占该传感器元件的长度不大于三分之一或者甚至不大于四分之一。
概念“功能元件”当前原则上不应被狭义地解释。它例如可以是与传感器元件的外部空间连通的贵金属电极或金属陶瓷电极，和/或是在20℃时尤其具有最大30欧姆电阻的电阻加热器，和/或是这类似元件。
在电阻加热器作为功能元件的情况下，当前说明的实施方式的两个电连接并排地、尤其镜像对称地设置。
本发明的有利表现形式规定，印制导线电阻和穿通部电阻之间的比例更强地限制在1的范围内。印制导线电阻和穿通部电阻则相同或者至少大致相同，例如比例在2至1/2的范围内或者在3/2至2/3的范围内或者在110％至90％的范围内。
本发明的尤其具有制造技术优势的扩展构造有此得出：通过印制导线在它的背离传感器元件端部区域的端部上向侧面折曲，其中，印制导线尤其在传感器元件的横向方向上偏离中心地延伸，并且，在它的背离传感器元件端部区域(201)的端部上向该传感器元件的外侧折曲。也可以设置两个这样的印制导线，它们对置地、尤其对称地、尤其在传感器元件的横向方向上偏离中心地布置，并且在它们的背离传感器元件端部区域的端部上分别朝向传感器元件的外侧折曲。这些实施方式的优势在于，能够使印制导线在横向方向上比较对中心地被引导，在传感器元件的能够被加工特别安全地制造的区域内。而穿通部相对彼此不允许低于一定最小间距，因为否则会非常降低传感器元件的断裂强度。总的来说这样可以进一步优化材料使用和功能。
在本发明的特别实施中，穿通部由传感器元件的过孔的径向壁的导电覆层或者由传感器元件的过孔的导电填充物组成。
附加地或者替换地，印制导线可以包括馈入导线和环圈，其中，馈入导线或者馈入导线的背离废气的端部区域尤其具有恒定的或基本恒定的馈入导线宽度B，并且从功能元件引到穿通部的区域中，环圈在传感器元件的俯视图中尤其圆环形地围绕所述过孔布置，并且导致穿通部和馈入导线之间的电连接，其中，所述圆环具有在过孔的俯视图中在径向上测量的圆环宽度b。
所述功能元件尤其可以是电阻加热器，该电阻加热器尤其在20℃时具有最大30欧姆的电阻。在这种情况下，所述电连接在运行中是大电流导体。为了避免不希望的损失或者废热，应尤其给与电阻加热器直接相邻的印制导线的馈入导线设置足够大的尺寸。而环圈的区域可较节省地构型。尤其被看作优化结果的是，圆环宽度与馈入导线宽度的宽度比在0.1至0.4的范围内，优选在0.22至0.32的范围内。总体可以进一步优化材料使用和功能。
宽度比的选择虽然尤其以协同地共同作用的角度来看待，但却不是仅仅以协同地共同作用的角度来看待。因此，下面是本发明的一个替换的主题，在该主题上可以并不少地应用其余讨论的扩展构造：
传感器元件，尤其用于验证气体的物理特性，尤其用于验证内燃机废气的气体组分浓度或温度或固体成分或液体成分，其中，该传感器元件具有在它的纵长方向上相互对置的第一端部区域和第二端部区域，其中，该传感器元件在该第一端部区域中在该传感器元件的内部具有功能元件，该功能元件与在第二端部区域中布置在该传感器元件的外表面上的接触面导电连接，其中，该功能元件和该接触面之间的该导电连接具有在该传感器元件内部基本在纵长方向上延伸的印制导线并具有穿通部，所述穿通部基本上垂直于传感器元件的纵长方向延伸，其中，穿通部由传感器元件的过孔的径向壁的导电覆层或者过孔的导电填充物组成，所述印制导线包括馈入导线和环圈，其中，所述馈入导线或者该馈入导线的背离废气的端部区域具有恒定的或基本恒定的馈入导线宽度B并且从所述功能元件引到所述穿通部的区域内，并且，所述环圈在所述传感器元件的俯视图中圆环形地围绕所述过孔地布置并且导致所述穿通部和所述馈入导线之间的所述电连接，其中，所述圆环具有在所述过孔的俯视图中在径向上测量的圆环宽度b，其中，所述功能元件是电阻加热器，该电阻加热器尤其在20℃时具有最大30欧姆的电阻并且圆环宽度b与馈入导线宽度B的宽度比在0.1至0.4的范围内，优选在0.22至0.32的范围内。
尤其可以是，所述过孔的直径加上圆环宽度的两倍与馈入导线宽度一样或者导致一样。印制导线于是它的端部上在穿通部区域内不被因环圈而变厚，这产生节省材料的效果，而不引起值得一提的功能缺陷。
尤其在烧结的传感器元件中，馈入导线宽度B可以在0.72至1.12mm的范围内和/或圆环宽度b在0.2至0.28mm的范围内和/或所述过孔的直径D在0.4至0.56mm的范围内。在未烧结的传感器元件中，设置比针对烧结的传感器元件给出的尺寸分别大25％的尺寸。
功能元件尤其可以是平面构造的金属陶瓷电极，该金属陶瓷电极尤其与传感器元件的外部空间连通。
在这种情况下所述电连接在运行中只被小电流流过。为节省材料，可以实现具有相对较小宽度的印制导线馈入导线。而环圈和穿通部的区域可以不等地缩放，因为否则的话不再能够在任何状况下在制造技术上实现可靠的接触。尤其被看作优化结果的是，圆环宽度与馈入导线宽度的宽度比在0.6至1.08的范围内，优选在0.70至0.90的范围内。
总的来说这样可以进一步优化材料使用和功能。
宽度比的选择虽然尤其以协同地共同作用的角度来看待，但却不是仅仅以协同地共同作用的角度来看待。因此，下面是本发明的一个替换的主题，在该主题上可以并不少地应用其余讨论的扩展构造：
传感器元件，尤其用于验证气体的物理特性，尤其用于验证内燃机废气的气体组分浓度或温度或固体成分或液体成分，其中，该传感器元件具有在它的纵长方向上相互对置的第一端部区域和第二端部区域，其中，该传感器元件在该第二端部区域之外、尤其在第一端部区域中在该传感器元件的内部具有功能元件，该功能元件与在第二端部区域中布置在该传感器元件的外表面上的接触面导电连接，其中，该功能元件和该接触面之间的该导电连接具有在该传感器元件内部基本在纵长方向上延伸的印制导线并具有穿通部，所述穿通部基本上垂直于传感器元件的纵长方向延伸，其中，穿通部由传感器元件的过孔的径向壁的导电覆层或者过孔的导电填充物组成，所述印制导线包括馈入导线和环圈，其中，所述馈入导线或者该馈入导线的背离废气的端部区域具有恒定的或基本恒定的馈入导线宽度B并且从所述功能元件引到所述穿通部的区域内，并且，所述环圈在所述传感器元件的俯视图中圆环形地围绕所述过孔地布置并且导致所述穿通部和所述馈入导线之间的所述电连接，其中，所述圆环具有在所述过孔的俯视图中在径向上测量的圆环宽度b，其中，所述功能元件是平面地构造的金属陶瓷电极，该金属陶瓷电极尤其与所述传感器元件的外部空间连通，并且圆环宽度与馈入导线宽度的宽度比在0.6至1.08的范围内，优选在0.70至0.90的范围内。
尤其在烧结的传感器元件中，馈入导线宽度B可以在0.72至1.12mm的范围内和/或圆环宽度b在0.2至0.28mm的范围内和/或所述过孔的直径D在0.4至0.56mm的范围内。在未烧结的传感器元件中，设置比针对烧结的传感器元件给出的尺寸分别大25％的尺寸。
在本发明中，为印制导线、馈入导线、穿通部和接触面选择特定的材料可能还是主要目标。原则上在此优选具有83％重量百分比或更多的贵金属成份的材料，使得能够以最少的贵金属投入获得预给定的欧姆电阻。对于通往加热装置的至少一个馈入导线甚至优选95％重量百分比或者更多例如98％重量百分比的贵金属成份。至少1％重量百分比Al2O3，更好地甚至至少1.5％重量百分比Al2O3，优选最大2.5％重量百分比Al2O3成份被证明有利于该结构的电阻的精确的可设定性。通往加热装置的至少一个馈入导线可与该加热装置一体地并且由同样的材料构型。
附加地或者替换地，对通往金属陶瓷电极的馈入导线和/或对至少一个接触面比对通往加热装置的至少一个馈入导线设置较少的贵金属成份，优选例如83％重量百分比至87％重量百分比，其中，尤其在通往金属陶瓷电极的馈入导线中设置总共12％重量百分比至16％重量百分比的ZrO2和Y2O3成份。优势是，通往金属陶瓷电极的馈入导线能够与金属陶瓷电极一起在一个工艺步骤中并且由同样的材料制造。对于通往金属陶瓷电极的馈入导线或者对于金属陶瓷电极来说，Al2O3成份优选0.2％重量百分比至1％重量百分比是有利的。
附加地或者替换地，对至少一个穿通部设置比对至少一个通往加热装置的馈入导线甚至更少的贵金属成份，优选例如83％重量百分比至87％重量百分比，其中，在该穿通部中设置总共3％重量百分比至8％重量百分比的ZrO2和Y2O3成份以及附加地甚至6％重量百分比至12％重量百分比的Nb2O5成份，穿通部能够在制造工艺中更好地被操作。尤其是相应的膏料具有更好的流变性能并且使得能够在传感器元件内部实现穿通部的更好的陶瓷附接。在与主要由钇稳定化的二氧化锆构成的传感器元件相关地，还在穿通部的边缘区域中构成减小的氧离子导电性能，这使传感器元件的功能改良。
上述贵金属成份可尤其由铂组成。替换地，尤其关于至少一个穿通部而言，可以为了稳定金属相，就材料的总组成而言优选0.2％重量百分比至0.8％重量百分比的成份由铑构成，和/或，就材料的总组成而言优选0.2％重量百分比至1％重量百分比的成份由钯构成。
始终还可以设置其它贵金属成份。
附图说明
图1以分解图中透视地并且示意地示出根据本发明的传感器元件。
其它附图示出放大的细节视图。
具体实施方式
图1示出作为本发明实施例的传感器元件20的总视图，该传感器元件可以布置在气体测量探头的壳体(未示出)中，该气体测量探头用于确定内燃机(未示出)的废气中的氧浓度。通过设置相应的功能元件，本发明当然也适合用在用于别的传感器、例如用于颗粒测量传感器的传感器元件上。
该传感器元件在图1中在纵长方向上从左向右延伸，其中，传感器元件20的第一端部区域201在右边绘出而传感器元件20的第二端部区域202在左边绘出。在符合规定地安装和运行时，传感器元件20的第一端部区域201朝向废气而传感器元件20的第二端部区域202背离废气。
此外，在图1中传感器元件20在横向方向上从前向后并且在高度方向上从下向上延伸。
传感器元件20由印刷的陶瓷层构造，这些陶瓷层在本例中构造为第一、第二和第三固体电解质膜21、22、23并且包含氧化钇稳定化的二氧化锆(YSZ)。在本例中，在烧结工序前，第一、第二和第三固体电解质膜21、22、23具有72mm的长度、5mm的宽度和540μm的高度。烧结后的传感器元件20的膜具有缩小了20％的棱边长度。
第一固体电解质膜21在它的从传感器元件20看向外指向的大面上(图1中下面)在传感器元件20的第二端部区域202中设置有、在此印刷有接触面43和另一接触面44；也参见图3。
第一固体电解质膜21在它的从传感器元件20看向内指向的大面上(图1中上面)在传感器元件20的第一端部区域201中设置有回曲形的加热装置311作为功能元件31，该功能元件用于加热该传感器元件20的第一端部区域201。在该回曲形的加热装置311的延续部中，在该装置的端部上分别连接有一个印制导线321、323，结构宽度和/或结构高度的增加或者每单位长度电阻的减小标志着从加热装置311到印制导线321、323的过渡。
印制导线321、323在废气侧具有被称为馈入导线323、325的区段，该区段当前具有恒定的宽度。印制导线321、323还在背离废气侧具有被称为环圈324、326的区段，该区段当前构造成环形；也参见图4。
第一固体电解质膜21在它的从传感器元件20看向内指向的大面上(图1中上面)还设置有、在此印有隔离层330和密封框架331，以及膜复合层333。
第一固体电解质膜21在第二端部区域202内具有两个穿通部501、502，这些穿通部在垂直方向上穿过该第一固体电解质膜21延伸并且各使一个接触面43、44与印制导线321、323的一个环圈324、326导电地连接；参见图6。
第二固体电解质膜22在两侧分别设置有膜复合层333，该第二固体电解质膜22还具有参考气体通道35，该参考气体通道从背离废气地布置的参考气体开口351延伸到传感器元件20的第一端部区域201，并且在此在横向上居中地延伸。该参考气体通道35构造成不被填充的，尤其在它里面不设置多孔填充物。
第三固体电解质膜23在它的从传感器元件20看向内指向的大面上(图1中下面)与参考气体通道35对置地设置有金属陶瓷电极312，作为用于测量氧浓度的功能元件31。在该金属陶瓷电极312的延续部中，在它的端部上衔接有印制导线328，其中，结构宽度的减小标志着从该金属陶瓷电极到该印制导线328的过渡。
印制导线328在废气侧具有被称为馈入导线327的区段，该区段当前具有恒定的宽度。印制导线328在背离废气侧还具有被称为环圈329的区段，该区段当前构造成环形；也参见图5。在第三固体电解质膜23的该侧，至少在否则不被印刷的地方，设置有膜复合层333。
第三固体电解质膜23在它的从传感器元件20看向外指向的大面上(图1中上面)在传感器元件20的第二端部区域202内设置有、在这里印刷有接触面45和另一接触面46；也参见图2。
在该另一接触面46上衔接有具有例如恒定宽度的印制导线320，该印制导线一直延伸到布置在传感器元件20的第一端部区域201内的另一金属陶瓷电极313。印制导线320用例如密封的覆盖层361覆盖，该另一金属陶瓷电极313设置有多孔层362，以保证外部空间和该另一金属陶瓷电极313之间的连通。
第三固体电解质膜23在第二端部区域内具有穿通部503，该穿通部在垂直方向上穿过该第三固体电解质膜23延伸并且使接触面45与环圈329导电连接；参见图6。
在图2中，在看向第三固体电解质膜23的俯视图示出传感器元件20的背离废气的第二端部区域202。在那里，对着传感器元件20的朝向废气的第一端部区域201看，接触面45布置在左边。
接触面45有三个部分区域共同组成，即本体区域451、头部区域452和颈部区域453。本体区域451布置在接触面45的背离废气的一侧上。它具有长形的基本形状，该基本形状由长和宽相等的矩形通过对角部最大程度地修圆形成，即通过以曲率半径R修圆，该曲率半径相当于本体区域451或者接触面45的一半宽度。因而以这种方式在接触面45的背离废气的一侧上形成本体区域451的或者接触面45的半圆形端部区域。
就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，本体区域451的长度在本例中为2.5mm或更多，本体区域451的宽度为1.5mm或更多。本体区域451距离传感器元件20的左侧外棱边0.4mm或更少并且距离传感器元件20的前面外棱边1.3mm或更少。
头部区域452布置在接触面45的朝向废气的一侧上。就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，头部区域452例如构造成环形，具有0.5mm或更小的内直径和1mm或更大的外直径。
颈部区域453构造在本体区域451和头部区域452之间。就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，该颈部区域相对于本体区域451和头部区域452形成接触面45的缩颈，该缩颈具有在本例中0.3mm的最小宽度和0.3mm的长度。
本体区域451在本例中具有关于在传感器元件20的纵长方向上指向的轴线的镜像对称性。头部区域452和颈部区域453同样具有镜像对称性，不过是关于相对于传感器元件20的纵轴线在俯视传感器元件20时在数学上的负旋转方向上旋转90°的轴线而言，使得头部区域452和颈部区域453总体略微朝向传感器中心倾斜。
接触面45的头部区域452与穿过第三固体电解质膜23的穿通部503以导电的方式共同作用。
此外在图2中，朝向传感器元件20的朝向废气的第一端部区域201看，所述另一接触面46布置在接触面45右侧旁边。该另一接触面46的布置和大小在该意义上，即在左右调换的情况下，与接触面45的本体区域451的布置和大小相当，附有这样的条件：就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，在接触面45和该另一接触面46之间存在至少0.6mm的间距。
该另一接触面46仅由与接触面45的本体区域451相当的部分构成，即既不具有头部区域也不具有颈部区域。它也不与穿通部共同作用，取而代之，它直接与引向另一金属陶瓷电极313的印制导线328接触。就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，该印制导线328在纵向上的中轴线在此相对于所述另一接触面46在纵向上的中轴线而言在横向上向内偏移0.1至0.4mm，在本例中0.2mm。
接触面45、46具有83％重量百分比至87％重量百分比的贵金属成份，和总共12％重量百分比至16％重量百分比的ZrO2和Y2O3成份。
图3以在图1中向下指向的第一固体电解质膜21下面的仰视图示出传感器元件20的背离废气的第二端部区域202。在那里，朝向传感器元件20的朝向废气的第一端部区域201看，接触面43布置在左侧。
接触面43由三个部分区域组成，即本体区域431、头部区域432和颈部区域433。本体区域431布置在接触面43的背离废气的一侧上。它有长形的基本形状，该基本形状由长和宽相等的矩形通过对角部最大程度地修圆形成，即通过以曲率半径R修圆，该曲率半径相当于本体区域431或者接触面43的一半宽度。因而以这种方式在接触面43的背离废气的一侧上形成本体区域431的或者接触面43的半圆形端部区域
就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，本体区域431的长度在本例中为2.5mm或更多，本体区域431的宽度为1.5mm或更多。本体区域431距离传感器元件20的左侧外棱边0.4mm或更少并且距离传感器元件20的前面外棱边1.3mm或更少。
头部区域432布置在接触面43朝向废气的一侧上。就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，头部区域432例如构造成环形，具有0.5mm或更小的内直径和1mm或更大的外直径。
颈部区域433构造在本体区域431和头部区域432之间。就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，该颈部区域相对本体区域431和头部区域432形成接触面43的缩颈，该缩颈具有在本例中为0.9mm的最小宽度和0.3mm的长度。
接触面43的颈部区域433比图2中的接触面45的颈部区域451宽得多，在此大2倍。背景是，通过加热装置311的接触面43输入大的电流，而通过金属陶瓷电极312的接触面45仅输入相对小的电流。因此，接触面43构型有更小的欧姆电阻或者更宽的颈部区域433。
本体区域431在本例中具有关于在传感器元件20的纵长方向上指向的轴线的镜像对称性。头部区域432和颈部区域433同样具有镜像对称形，不过是关于相对于传感器元件20的纵轴线在俯视传感器元件20时在数学上的负旋转方向上旋转90°的轴线而言，使得头部区域452和颈部区域453总体略微朝向传感器中心倾斜。
接触面43的头部区域432与穿过第一固体电解质膜21的穿通部501导电地共同作用。
此外在图3中，朝向传感器元件20的朝向废气的第一端部区域201看，所述另一接触面44布置在接触面43右侧旁边。该另一接触面46的布置和大小在该意义上，即在左右调换以及正向旋转和负向旋转调换的情况下，与接触面43的布置和大小相当，附有这样的条件：就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，在接触面43和该另一接触面44之间存在至少0.6mm的间距。
接触面43、44具有83％重量百分比至87％重量百分比的贵金属成份，和总共12％重量百分比至16％重量百分比的ZrO2和Y2O3成份。
在图4中以朝向第一固体电解质膜21、在图1中从上看的俯视图中示出传感器元件20的背离气体的第二端部区域202。在那里，朝向传感器元件20的朝向废气的第一端部区域201看，印制导线322布置在右边。该印制导线322由两个部分区域组合成，即馈入导线325和环圈326。
馈入导线325形成印制导线322的废气侧部分并且从在废气侧的加热装置311一直延伸至在馈入导线325的背离废气侧布置的环圈326。当前，分别就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，馈入导线325具有1.2mm的宽度B，并且在废气侧相对于传感器元件20的中心纵轴线在横向上间隔0.25。馈入导线325在背离废气的端部区域内向右、即向外折曲成一个18°的角度。
环圈326构造成环形，当前划过180°的弧，该弧的外直径与馈入导线325的宽度B一样并且它的内直径为0.4mm。因此，分别就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，环圈326的宽度为0.3mm。环圈宽度b与馈入导线宽度B的宽度比为0.33。
关于在传感器运行中可能出现或者典型地可能出现的温度分布而言，穿通部501的电阻与印制导线322的电阻相同或者大致相同。除了均匀的温度分布、例如20℃外，在此替换地也可适应不均匀的温度分布。例如可以基于在纵向上在加热装置311的区域中1100℃而在穿通部501的区域中200℃、300℃或者甚至400℃的均匀温度升高。
功能元件(尤其加热装置311)与接触面43的电连接的电阻例如在20℃时在2.5欧姆范围内。
此外在图4中，朝向传感器元件20的朝向废气的第一端部区域201看，印制导线321关于中心纵轴线与印制导线322对称地布置。印制导线321的布置和大小在该意义上，即在左右调换的情况下，与印制导线322的布置和大小相当。
馈入导线325、323具有大于95％重量百分比、例如98％重量百分比的贵金属成份，和至少1％重量百分比的Al2O3。
关于在传感器运行中可能出现或者典型地可能出现的温度分布而言，穿通部502的电阻与印制导线321的电阻相同或者大致相同。除了均匀的温度分布、例如20℃外，在此替换地也可适应不均匀的温度分布。例如可以基于在纵向上在加热装置311的区域中1100℃而在穿通部501的区域中200℃、300℃或者甚至400℃的均匀温度升高。
图4a示出具有略微改动的馈入导线325、323的传感器元件20，作为一种变型，其中，改动仅在于，馈入导线325、323的宽度B只有1.08mm而不是1.2mm，即与环圈324、326相比稍微(10％)地减小。该米制尺寸是就未烧结的传感器元件20而言的(烧结后：-20％)。
在图5中以在第三固体电解质膜23下面、在图3中从下看的仰视图中示出传感器元件20的背离气体的第二端部区域202。在那里，朝向传感器元件20的朝向废气的第一端部区域201看，印制导线322布置在右边。该印制导线322由两个部分区域组合成，即馈入导线327和环圈329。
馈入导线327形成印制导线的废气侧部分并且从在废气侧的金属陶瓷电极312一直延伸至在馈入导线327的背离废气侧布置的环圈329。当前，该馈入导线具有0.4mm的宽度B(未烧结；烧结后：-20％)，并且在废气侧这样走向，使得它在传感器元件20的俯视图中的垂直投影图中布置在参考气体通道35内部。因而馈入导线327的该部分在制造过程期间很大程度上受到保护以免被挤压。
馈入导线327在背离废气的端部区域内向右、即向外折曲一个不大于25°、在此为8°的角度。馈入导线在该背离废气的端部区域内与参考气体通道35的棱边在传感器元件20的俯视图中的垂直投影图中相交。由于比较小的相交角度，得到印制导线328和参考气体通道35的棱边之间的长的重叠区，从而在制造过程期间又良好地保护馈入导线327免被挤压。
环圈329构造成环形。就未烧结的传感器元件20而言(烧结后：-20％)，环圈的宽度b为0.3mm。环圈宽度b与馈入导线宽度B的宽度比为0.75。
馈入导线327具有83％重量百分至87％重量百分比的贵金属成份和总共12％重量百分比至16％重量百分比的ZrO2和Y2O3成份。
关于在传感器运行中可能出现或者典型地可能出现的温度分布而言，穿通部503的电阻与印制导线328的电阻相同或者大致相同。除了均匀的温度分布、例如20℃外，在此替换地也可适应不均匀的温度分布。例如可以基于在纵向上在金属陶瓷电极312的区域中750℃而在穿通部503的区域中200℃、300℃或者甚至400℃的均匀温度升高。
图5a示出具有略微改动的馈入导线328的传感器元件20，作为一种变型，其中，改动仅在于，馈入导线328在背离废气端部中的宽度B与馈入导线328的朝向废气的区域相比提高40％，从0.4mm提高到0.6mm。该米制尺寸是就未烧结的传感器元件20而言的(烧结后：-20％)。
在图6中纯粹示意地示出在前面的附图1至5中所示的传感器元件20在垂直于传感器元件20的纵长方向穿过穿通部501、502、503的平面中的剖面。
穿通部501、502、503构造成传感器元件20的过孔601、602、603的径向壁的导电覆层。就未烧结的传感器元件20而言，过孔601、602、603的直径在本例中为0.6mm(烧结后：-20％，即0.48mm)。
可看到，穿通部501、502、503在传感器元件20的俯视图中分别与参考气体通道35无重叠地实施。
穿通部501、502、503具有83％重量百分至87％重量百分比的贵金属成份和总共3％重量百分比至8％重量百分比的ZrO2和Y2O3成份以及附加具有6％重量百分比至12％重量百分比的Nb2O5成份。
在图7中纯粹示意地示出在前面的附图1至5中所示的传感器元件20在垂直于传感器元件20的纵长方向大致在传感器元件20的纵向延伸的一半的区域中的平面中的剖面。
如可看到的那样，在传感器元件20的俯视图中，引向金属陶瓷电极312的印制导线328或者馈入导线327在它们的整个宽度上与参考气体通道35发生重叠703。此外，引向电阻加热器的印制导线321、322或者馈入导线323、325分别在它们的大约10％宽度上与参考气体通道35发生重叠701、702。

Claims (12)

1.传感器元件，尤其用于验证气体的物理特性，尤其用于验证内燃机废气的气体组分浓度或温度或固体成分或液体成分，其中，该传感器元件(20)具有在它的纵长方向上相互对置的第一端部区域(201)和第二端部区域(202)，其中，该传感器元件(20)在该第一端部区域(201)中在该传感器元件(20)的内部具有功能元件(31、311、312)，该功能元件与在所述第二端部区域(202)中布置在该传感器元件(20)的外表面上的接触面(43、44、45)导电连接，其中，所述功能元件(31、311、312)和所述接触面(43、44、45)之间的所述导电连接具有在该传感器元件(20)内部的基本在纵长方向上延伸的印制导线(321、322、328)并具有穿通部(501、502、503)，所述穿通部基本垂直于所述传感器元件的纵长方向延伸，其特征在于，所述印制导线(321、322、328)的电阻和所述穿通部(501、502、503)的电阻彼此成比例，该比例不大于3并且不小于1/3。
2.根据权利要求1所述的传感器元件，其特征在于，所述印制导线(321、322、328)的电阻和所述穿通部(501、502、503)的电阻相同或者至少大致相同。
3.根据权利要求1或2所述的传感器元件，其特征在于，所述印制导线(321、322、328)在它的背离所述传感器元件(20)端部区域(201)的端部上向侧面折曲，其中，所述印制导线(321、322、328)尤其在该传感器元件(20)的横向方向上偏离中心地延伸并且在它的背离所述传感器元件(20)端部区域(201)的端部中向外侧折曲。
4.根据权利要求1至3之一所述的传感器元件，其特征在于，所述穿通部(501、502、503)由所述传感器元件(20)的过孔(601、602、603)的径向壁的导电覆层组成，并且，所述印制导线(321、322、328)包括馈入导线(323、325、327)和环圈(324、326、329)，其中，所述馈入导线(323、325、327)或者该馈入导线(323、325、327)的背离废气的端部区域具有恒定的或基本恒定的馈入导线宽度(B)并且从所述功能元件(31、311、312)引到所述穿通部(501、502、503)的区域中，并且所述环圈(324、326、329)在俯视所述传感器元件(20)时圆环形地围绕所述过孔(601、602、603)布置，并且产生所述穿通部(501、502、503)和所述馈入导线(323、325、327)之间的电连接，其中，所述圆环具有在俯视所述过孔(601、602、603)时在径向上测量的圆环宽度(b)。
5.根据权利要求1至4之一所述的传感器元件，其特征在于，所述功能元件(31)是电阻加热器(311)，尤其是，该电阻加热器在20℃时具有最大30欧姆的电阻。
6.根据权利要求5所述的传感器元件，其特征在于，圆环宽度(b)与馈入导线宽度(B)的宽度比在0.1至0.4的范围内，优选在0.22至0.32的范围内。
7.根据权利要求5或6所述的传感器元件，其特征在于，所述过孔的直径(D)加上所述圆环宽度(b)的两倍与所述馈入导线宽度(B)相同或者大致相同。
8.根据权利要求5至7之一所述的传感器元件，其特征在于，所述馈入导线宽度(B)在0.72至1.12mm的范围内并且所述圆环宽度(b)在0.2至0.28mm的范围内，所述过孔(601、602、603)的直径(D)在0.4至0.56mm的范围内。
9.根据权利要求1至4之一所述的传感器元件，其特征在于，所述功能元件(31)是平面构造的金属陶瓷电极(312)，该金属陶瓷电极尤其与所述传感器元件(20)的外部空间连通。
10.根据权利要求9所述的传感器元件，其特征在于，圆环宽度(b)与馈入导线宽度(B)的宽度比在0.6至1.08的范围内，优选在0.70至0.90的范围内。
11.根据权利要求9至10之一所述的传感器元件，其特征在于，所述馈入导线宽度(B)在0.30至0.6mm的范围内并且所述圆环宽度(b)在0.22至0.36mm的范围内，所述过孔(601、602、603)的直径(D)在0.4至0.56mm的范围内。
12.根据权利要求5至8之一的传感器元件，同时是根据权利要求9至11之一的传感器元件，其中，从属于所述加热装置(311)的穿通部(501、502)与从属于所述金属陶瓷电极(312)的穿通部(503)在垂直于所述传感器元件的纵长方向并且垂直于所述传感器元件的横向方向的方向上相对置。
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