DE10100391B4

DE10100391B4 - Gassensor

Info

Publication number: DE10100391B4
Application number: DE2001100391
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Wahl; Johann Dr. Riegel; Lothar Dr. Diehl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-01-05
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2021-01-06
Also published as: DE10100391A1

Abstract

Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere in einem Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Sensorelement, das mindestens eine Diffusionsbarriere und eine elektrochemische Zelle mit einer ersten Elektrode, einem ersten Festelektrolytkörper und einer zweiten Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (111) eine Aussparung (150) aufweist, die sich beginnend von dem Bereich nahe der senkrechten Projektion des Zentrums der Diffusionsbarriere (130) auf die Schichtebene der Elektrode (111) wenigstens näherungsweise in eine Richtung parallel zur Längsachse des Sensorelements (110) erstreckt.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Gassensor nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Ein derartiger Gassensor ist in der DE 199 60 329 A1 beschrieben. Der Gassensor der gattungsgemäßen Art weist ein in einem Gehäuse angeordnetes Sensorelement auf und ist in einer Meßöffnung eines Abgasrohres befestigt. Das Sensorelement ist in Planartechnik schichtförmig aufgebaut und weist an seinem einen Ende in einem Meßbereich mindestens eine elektrochemische Zelle mit einer ersten und einer zweiten Elektrode auf, die auf einem Festelektrolyten aufgebracht sind. In einem Zuleitungsbereich auf der dem Meßbereich abgewandten Seite des Sensorelements sind Zuleitungen zu den Elektroden vorgesehen, die die Elektroden mit auf dem Sensorelement aufgebrachten Kontaktflächen elektrisch verbinden.

Um die notwendige Ionenleitfähigkeit des Festelektrolytkörpers zu erreichen, wird das Sensorelement im Meßbereich mittels einer Heizvorrichtung auf eine Solltemperatur erwärmt, die im Bereich von ca. 600 bis 800 Grad Celsius liegt. Weicht die tatsächliche Temperatur des Meßbereichs des Sensorelements von der Solltemperatur ab, so wird das Meßsignal des Gassensors beeinträchtigt und dadurch die Meßgenauigkeit vermindert. Daher ist es notwendig, die Betriebstemperatur des Meßbereichs einzuregeln. Hierzu ist bekannt, die Heizeinrichtung abhängig von einer im Meßbereich gemessenen Betriebstemperatur zu- beziehungsweise abzuschalten.

Um die Betriebstemperatur des Meßbereiches zu ermitteln, ist bekannt, die elektrochemische Zelle, vorzugsweise eine Nernstzelle, mit einer Wechselspannung zu beaufschlagen und mit einer Meßeinrichtung einen Gesamtwiderstand zu ermitteln, der sich im wesentlichen aus dem Innenwiderstand des Festelektrolytkörpers sowie den Widerständen der entsprechenden Elektroden und deren Zuleitungen zusammensetzt. Der Innenwiderstand des Festelektrolytkörpers bestimmt sich im wesentlichen aus dem Innenwiderstand des Meßbereichs und dem Innenwiderstand des Zuleitungsbereichs des Sensorelements. Aus dem Gesamtwiderstand kann auf den temperaturabhängigen Innenwiderstand des Festelektrolytkörpers im Meßbereich und damit auf die Temperatur des Sensorelements im Meßbereich geschlossen werden.

Der Innenwiderstand eines Festelektrolyten nimmt mit steigender Temperatur ab. Der Innenwiderstand des Zuleitungsbereichs, der zum Innenwiderstand des Meßbereichs parallel geschaltet ist, leistet daher keinen wesentlichen Beitrag zum Gesamtwiderstand, solange die Temperatur des Zuleitungsbereiches in ausreichendem Maße unter der Temperatur des Meßbereiches liegt. Eine mit der Temperatur des Meßbereiches vergleichbare Temperatur im Zuleitungsbereich kann aber dann auftreten, wenn das Abgasrohr und damit auch das Gehäuse des Gassensors werden. Hierbei kann das Gehäuse Temperaturen von bis zu ca. 600 Grad aufweisen. Die Temperatur des Gehäuses überträgt sich auf den Zuleitungsbereich des Sensorelements, da das Sensorelement in diesem Bereich durch eine Dichtpackung im Gehäuse festgelegt ist. Der Innenwiderstand des Zuleitungsbereichs liefert dann einen nicht vernachlässigbaren Beitrag zum Gesamtwiderstand, so daß der Gesamtwiderstand bei einer gleichbleibenden Temperatur im Meßbereich abnimmt. In diesem Fall wird durch die Temperaturregelung die Temperatur im Meßbereich unter die Solltemperatur abgesenkt, wodurch das Meßergebnis beeinträchtigt wird.

In der Druckschrift US 4,670,128 wird ein Sensorelement mit zwei in einer Schichtebene des Sensorelements nebeneinanderliegenden Elektroden (äußerer Pumpelektroden) beschrieben, die jeweils rechteckig geformt sind und die durch einen ebenfalls rechteckigen Zwischenraum voneinander beabstandet angeordnet sind. Das Sensorelement enthält weiterhin eine Gaseinlaßöffnung, die einen im wesentlichen vernachlässigbaren Diffusionswiderstand aufweist. Die Gaseinlaßöffnung ist rechteckig geformt, wobei die Projektion der Mitte der Gaseinlaßöffnung auf die Schichtebene der beiden äußeren Pumpelektroden in der Mitte des Zwischenraumes zwischen den beiden äußeren Pumpelektroden liegt.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Gassensor mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß die Zunahme/Abnahme des Innenwiderstandes im Zuleitungsbereich des Sensorelements zumindest teilweise durch eine Abnahme/Zunahme des Innenwiderstandes im Meßbereich des Sensorelements ausgeglichen wird, so daß der Gesamtwiderstand und damit die Temperatur des Meßbereichs annähernd konstant bleibt oder zumindest nur geringeren Schwankungen unterliegt.

Der Meßbereich des Sensorelements wird durch eine Heizvorrichtung auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt. Da der Innenwiderstand eines Festelektrolyten mit steigender Temperatur stark abnimmt, wird der Innenwiderstand des Festelektrolytkörpers im Meßbereich durch den Bereich mit den höchsten Temperaturen (heißer Bereich) in der elektrochemischen Zelle dominiert, während die Bereiche der elektrochemischen Zelle mit niedrigeren Temperaturen aufgrund ihres deutlich höheren Innenwiderstandes nur einen geringen Beitrag zum Innenwiderstand im Meßbereich leisten.

Steigt die Temperatur des Gehäuses an, beispielsweise von der Außentemperatur bis zu einer Temperatur nahe bei der Solltemperatur des Meßbereiches des Sensorelement, so wandert der heiße Bereich im Meßbereich in die Richtung des Bereiches des Sensorelements, in dem der Wärmeaustausch zwischen Gehäuse und Sensorelement am stärksten ist. Diese Verschiebung des heißen Bereichs wird nun ausgenutzt, um eine Änderung des Innenwiderstands des Meßbereichs abhängig von der Temperatur des Zuleitungsbereichs zu erreichen.

Hierzu ist im ersten, zweiten und dritten unabhängigen Anspruch eine Aussparung auf der Elektrode vorgesehen, die so gestaltet ist, daß bei einem kälteren Gehäuse der heiße Bereich weiter entfernt von der Aussparung liegt und/oder einen geringeren Überlapp mit der Aussparung hat als bei einem wärmeren Gehäuse. Damit wird erreicht, daß bei einem wärmeren Gehäuse zwar der Innenwiderstand im Zuleitungsbereich, der zum Innenwiderstand im Meßbereich parallel geschaltet ist, abnimmt, gleichzeitig aber der heiße Bereich im Meßbereich einen größeren Überlapp mit der Aussparung hat, so daß der Innenwiderstand im Meßbereich ansteigt und so zumindest teilweise die Abnahme des Innenwiderstands im Zuleitungsbereich ausgleicht. Somit bleibt der Gesamtwiderstand gleich oder verändert sich zumindest weniger stark, so daß die Temperaturregelung verbessert ist.

Bei Gassensoren, die nach dem Grenzstromprinzip arbeiten, kann das zu messende Abgas durch eine Diffusionsbarriere in einen Meßgasraum gelangen. Im Meßgasraum wird die zu bestimmende Gaskomponente mittels einer Pumpzelle vollständig abgepumpt. Aus dem durch die Pumpzelle fließenden Pumpstrom läßt sich der Fluß der Gaskomponente durch die Diffusionsbarriere ermitteln, der proportional zur Konzentration der Gaskomponente im Abgas ist. Da der Diffusionskoeffizient der Diffusionsbarriere und damit der Diffusionswiderstand stark temperaturabhängig ist, wird bei Abweichungen der Temperatur des Meßbereichs von der Solltemperatur der Diffusionskoeffizient der Diffusionsbarriere verändert und damit die Messung der Konzentration der Gaskomponente beeinträchtigt.

Daher ist es vorteilhaft, wenn die Aussparung sich beginnend von dem Bereich nahe der senkrechten Projektion des Zentrums der Diffusionsbarriere auf die Schichtebene der Elektrode in Richtung der Längsachse des Sensorelements erstreckt.

Die Heizeinrichtung ist so gestaltet, daß das Zentrum des heißen Bereichs bei einem Gehäuse mit niedrigeren Temperaturen in der Schichtebene der Diffusionsbarriere in der Regel zumindest näherungsweise in der Mitte der Diffusionsbarriere liegt. Dementsprechend liegt auch das Zentrum des heißen Bereichs in der Schichtebene der mit einer Aussparung versehenen Elektrode in der Nähe der senkrechten Projektion der Mitte der Diffusionsbarriere auf diese Schichtebene. Daher ist es vorteilhaft, wenn sich die Aussparung beginnend von dem Bereich nahe der senkrechten Projektion des Zentrums der Diffusionsbarriere auf die Schichtebene der Elektrode in Richtung der Längsachse des Sensorelements erstreckt. Bei einer Verschiebung des heißen Bereichs aufgrund eines stark erwärmten Gehäuses ergibt sich somit eine optimale Zunahme des Innenwiderstandes im Meßbereich, da bei dieser Verschiebung ein Teil des heißen Bereichs aus dem Bereich der Elektrode in den Bereich der Aussparung wandert, woraus eine große Zunahme des Innenwiderstandes resultiert.

Aus diesen Überlegungen ergibt sich, daß die Aussparung sich auch in eine Richtung erstrecken kann, die nicht mit der Richtung der Längsachse übereinstimmt, solange gewährleistet ist, daß bei einer Verschiebung des heißen Bereichs ein ausreichend großer Teil des heißen Bereichs aus dem Bereich der Elektrode in den Bereich der Aussparung wandert. Dies ist auch dann gegeben, wenn sich die Aussparung in eine Richtung erstreckt, deren Komponente parallel zur Längsachse des Sensorelements nicht klein gegenüber der Komponente senkrecht zur Längsachse des Sensorelements ist.

Eine optimale Zunahme des Innenwiderstands kann natürlich ebenso erreicht werden, wenn die Aussparung sich beginnend nahe der Stelle, die bei einem kalten Gehäuse die höchste Temperatur aufweist, in der Schichtebene der Elektrode in die Richtung erstreckt, in die der heiße Bereich bei einer Erwärmung des Zuleitungsbereichs verschoben wird. Unter einem kalten Gehäuse ist dabei ein Gehäuse mit einer Temperatur im Bereich von 0 bis 100 Grad Celsius zu verstehen.

Die Temperaturverteilung in der Schichtebene der Elektrode kann auch bei konstanter Heizleistung der Heizvorrichtung und bei konstanter Gehäusetemperatur durch Änderungen der Temperatur des Abgases Schwankungen unterliegen. Dabei reagiert das Sensorelement aufgrund der geringeren Masse wesentlich schneller auf Wechsel in der Abgastemperatur als das Gehäuse des Gassensors. Die größten Schwankungen ergeben sich an den Rändern des heißen Bereichs, und zwar auch in der Ebene senkrecht zur Längsachse des Sensorelements. Bei der erfindungsgemäßen Lage der Aussparung im Zentrum des heißen Bereichs ist besonders vorteilhaft, daß die Änderung des Innenwiderstandes weitgehend unabhängig von der speziellen Temperaturverteilung in der Schichtebene der Elektrode ist.

In dem vierten, fünften und sechsten unabhängigen Anspruch der Erfindung ist die Elektrode so angeordnet, daß bei einem kälteren Gehäuse der heiße Bereich einen größeren Überlapp mit der Elektrode hat als bei einem wärmeren Gehäuse. Bei einer derartig gestaltete Elektrode ergeben sich aufgrund derselben Wirkungsweisen dieselben Vorteile wie bei einer erfindungsgemäßen Aussparung.

Bisher wurde davon ausgegangen, daß der Widerstand der Elektrodenzuleitungen gegenüber den auftretenden Innenwiderständen vernachlässigbar ist. Es sind jedoch bestimmte Anwendungen denkbar, in denen die Elektrodenzuleitungen einen vergleichsweise hohen Widerstand aufweisen. Da der ohmsche Widerstand der Elektrodenzuleitungen mit steigender Temperatur anwächst, wird auch in diesem Fall der Gesamtwiderstand verändert und somit die Temperaturregelung gestört. Die Erfindung läßt sich leicht auf diesen Fall übertragen, wenn berücksichtigt wird, daß in diesem Fall der Innenwiderstand des Meßbereichs bei einer steigenden Temperatur des Zuleitungsbereichs abnehmen muß.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Gassensors möglich.

Durch die Form der Aussparung kann die Stärke der Abhängigkeit des Innenwiderstandes im Meßbereich von der Position des heißen Bereichs beeinflußt werden. Bei einer rechteckigen Aussparung wird eine Veränderung der Position des heißen Bereichs eine stärkere Veränderung des Innenwiderstandes hervorrufen als bei einer ovalen, runden oder dreieckigen Aussparung. Die geeignete Form der Aussparung ergibt sich aus der speziellen Geometrie von Heizeinrichtung, Elektrode und Diffusionsbarriere sowie aus der Gestaltung des Gassensors im Zuleitungsbereich.

Zeichnungen

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Gassensors in einer Explosionsdarstellung, die 2a bis 2d zeigen als Ausführungsformen des Ausführungsbeispiels der Erfindung eine Schichtebene des Sensorelements in Draufsicht.

Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines elektrochemischen Meßfühlers zur Analyse von Gasen, das dem Fachmann unter dem Namen Breitband-Lambdasonde bekannt ist. Der elektrochemische Meßfühler enthält ein planares Sensorelement 10 mit einem Meßbereich 21 und einem Zuleitungsbereich 22. Das Sensorelement 10 weist Heizerkontaktierflächen 25, eine als Heizerfolie 26 bezeichnete Festelektrolytfolie, eine Heizerisolationsschicht 27, einen Heizer 24 mit zwei Heizerzuleitungen 28 und eine weitere Heizerisolationsschicht 29 auf. Weiterhin enthält das Sensorelement 10 eine als Referenzgaskanalfolie 30 bezeichnete weitere Festelektrolytfolie, in der ein Referenzgaskanal 46 ausgebildet ist, der im Zuleitungsbereich 22 über eine Öffnung mit der Luft als Referenzgasatmosphäre in Verbindung steht, sowie eine als Referenzelektrode 31 bezeichnete erste Elektrode mit einer Referenzelektrodenzuleitung 32.
Das Sensorelement 10 weist ferner über der Referenzelektrode 31 und der Referenzelektrodenzuleitung 32 eine als Meßfolie 33 bezeichnete weitere Festelektrolytfolie sowie eine als Meßelektrode 34 bezeichnete zweite Elektrode mit einer Meßelektrodenzuleitung 35 auf. Weiterhin weist das Sensorelement eine Füllschicht 37 zur Ausbildung eines nicht näher dargestellten Zwischenraumes zur Aufnahme der Diffusionsbarriere 36, eine als Innenpumpelektrode 38 bezeichnete dritte Elektrode mit Innenpumpelektrodenzuleitung 39, eine als Pumpfolie 40 bezeichnete weitere Festelektrolytfolie, eine als Außenpumpelektrode 41 bezeichnete vierte Elektrode mit Außenpumpelektrodenzuleitung 42 sowie eine Außenpumpelektrodenabdeckung 43 auf. Im Zuleitungsbereich 22 des Sensorelements 10 sind die Referenzelektrode 31, die Meßelektrode 34 und die Innenpumpelektrode 38 durch Durchkontaktierungen 45 mit auf der Außenseite des Sensorelements 10 befindlichen Elektrodenkontaktierflächen 44 elektrisch verbunden, wobei die Referenzelektrode 34 und die Innenpumpelektrode 38 auf dieselbe Kontaktierfläche geführt sind. Ebenso ist der Heizer 24 durch Durchkontaktierungen zu den Heizerkontaktierflächen 25 geführt.
Die Referenzelektrode 31 weist eine Aussparung 50 auf, die sich beginnend von der senkrechten Projektion der Mitte der Diffusionsbarriere 36 auf die Schichtebene der ersten Referenzelektrode 31 in Richtung des Zuleitungsbereichs 22 des Sensorelements 10 erstreckt.
Die 2a, 2b und 2c zeigen verschiedene Ausführungsformen eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung, die sich in der Form der Aussparung 150a, 150b, 150c unterscheiden. Dargestellt ist eine Großfläche eines Sensorelements 110 mit einem Meßbereich 121 und einem Zuleitungsbereich 122 in der Schichtebene einer ersten Elektrode 111 mit Zuleitung 112. Die erste Elektrode 111 bildet zusammen mit einer zweiten, gestrichelt dargestellten Elektrode 115 mit Zuleitung 116 sowie einem nicht dargestellten ersten Festelektrolytkörper, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode 111, 115 angeordnet ist, eine elektrochemische Zelle. Ebenfalls gestrichelt dargestellt ist die senkrechte Projektion einer ringförmigen Diffusionsbarriere 130 auf die Zeichenebene. Auf der der elektrochemischen Zelle abgewandten Seite der ersten Elektrode 111 ist ein zweiter Festelektrolytkörper 140 vorgesehen, in den ein Referenzgaskanal 141 eingebracht ist.
Die in die erste Elektrode 111 eingebrachte Aussparung 150a, 150b, 150c erstreckt sich beginnend von der senkrechten Projektion der Mitte der Diffusionsbarriere 130 auf die Schichtebene der ersten Elektrode 111 in Richtung des Zuleitungsbereichs 122 des Sensorelements 110. In 2a ist die Aussparung 150a rechteckig. Die Aussparung 150b in 2b ist dreieckig, wobei ein Eck des Dreiecks auf der Projektion der Mitte der Diffusionsbarriere 130 auf die Schichtebene der ersten Elektrode 111 liegt. In 2c ist schließlich eine ovale Aussparung 150c dargestellt. Den verschiedenen Formen der Aussparungen 150a, 150b, 150c entspricht ein verschieden schnelles Ansteigen des Innenwiderstands im Meßbereich bei einer Zunahme der Temperatur des Gehäuses. Der stärkste Anstieg des Innenwiderstandes im Meßbereich liegt bei der rechteckigen Aussparung 150a vor, da bei dieser Ausführungsform der Anteil des bei einer Zunahme der Temperatur des Zuleitungsbereichs 122 in die Aussparung 150a wandernde Teil des heißen Bereichs besonders schnell ansteigt. Ein geringerer Anstieg des Innenwiderstandes im Meßbereich ergibt sich dementsprechend bei der dreieckigen Aussparung 150b, während der Anstieg des Innenwiderstandes im Meßbereich bei der Ausführungsform in 2c zwischen dem Anstieg in 2a und 2b liegt. Unter dem heißen Bereich wird der Bereich verstanden, der den größten Beitrag zum Innenwiderstand im Meßbereich leistet. Typischerweise umfaßt der heiße Bereich den Bereich in der Schichtebene der ersten Elektrode 111, dessen Temperatur T größer als eine Temperatur T₀ ist, wobei T₀ beispielsweise um 10 bis 20 Prozent unter der Temperatur T_max (in Grad Celsius) liegt, wobei T_max die maximale Temperatur in der Schichtebene der ersten Elektrode 111 ist.
Im Gegensatz zur ersten Elektrode 111 bleibt bei der zweiten, ringförmigen Elektrode 115, die eine Aussparung zur Aufnahme der Diffusionsbarriere 130 aufweist, der Innenwiderstand im Meßbereich 121 bei einer Verschiebung des heißen Bereichs aus der Mitte der zweiten Elektrode 115 in Richtung des Zuleitungsbereiches 122 gleich oder nimmt sogar leicht ab. Die Form der zweiten Elektrode 115, die zu dieser leichten Abnahme des Innenwiderstandes führen kann, ist durch die Lage der Diffusionsbarriere 130 bestimmt. Eine mögliche geringe Abnahme des Innenwiderstandes bei einer Verschiebung des heißen Bereichs aufgrund der Form der zweiten Elektrode 115 kann jedoch leicht durch die erfindungsgemäße Aussparung 150a, 150b, 150c in der ersten Elektrode 111 korrigiert werden.
Es sind weitere Ausführungsformen denkbar, in denen die Aussparung andere Formen aufweist. Es ist ebenso denkbar, daß der gewünschte Effekt durch zwei oder mehr Aussparungen erreicht wird.
Die 2d zeigt eine weitere Ausführungsform des Ausführungsbeispiels der Erfindung, bei der die Elektrode 111 sich beginnend von dem Bereich nahe der senkrechten Projektion des Zentrums der Diffusionsbarriere 130 auf die Schichtebene der Elektrode 111 in Richtung des meßseitigen Endes des Sensorelements 110 erstreckt. Um die erfindungsgemäße verbesserte Temperaturregelung zu erreichen, können die Ränder der Elektrode in geeigneter Weise geformt sein, also beispielsweise (nicht dargestellte) Einbuchtungen oder Ausbuchtungen aufweisen. Diese Ein- oder Ausbuchtungen können beispielsweise viereckig, trapezförmig, dreieckig, oval oder rund geformt sein.
Bei der in 1 dargestellten Breitband-Lambda-Sonde entspricht die Referenzelektrode 31 der ersten Elektrode 111 und die Meßelektrode 34 der zweiten Elektrode 115. Die Diffusionsbarriere 36 entspricht der Diffusionsbarriere 130, und die Aussparung 50 entspricht der Aussparung 150a, 150b, 150c. Die Erfindung ist auch auf andere Sensortypen anwendbar. So kann die mit einer Aussparung versehenen Elektrode auch zu einem Sensorelement mit nur einer elektrochemischen Zelle gehören.

Claims

Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere in einem Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Sensorelement, das mindestens eine Diffusionsbarriere und eine elektrochemische Zelle mit einer ersten Elektrode, einem ersten Festelektrolytkörper und einer zweiten Elektrode aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (111) eine Aussparung (150) aufweist, die sich beginnend von dem Bereich nahe der senkrechten Projektion des Zentrums der Diffusionsbarriere (130) auf die Schichtebene der Elektrode (111) wenigstens näherungsweise in eine Richtung parallel zur Längsachse des Sensorelements (110) erstreckt.
Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schichtebene des Sensorelements (110) eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, die über einen Gesamtwiderstand geregelt wird, wobei zu dem Gesamtwiderstand neben dem Innenwiderstand der elektrochemischen Zelle auch mindestens ein weiterer Widerstand beiträgt, der Abweichungen von einem Sollwert unterliegen kann, und daß die Aussparung (150) so gestaltet ist, daß eine Abweichung des weiteren Widerstandes vom Sollwert durch eine dieser Abweichung entgegengesetzten Veränderung des Widerstandes der elektrochemischen Zelle zumindest teilweise ausglichen wird.
Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (110) die Diffusionsbarriere (130) in einem Meßbereich (121) des Sensorelements (110) aufweist, und daß die Aussparung (150) sich beginnend von der senkrechten Projektion des Zentrums der Diffusionsbarriere (130) auf die Schichtebene der Elektrode (111) in Richtung eines dem Meßbereich abgewandten Zuleitungsbereichs (122) des Sensorelement (110) erstreckt.
Gassensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum der Diffusionsbarriere (130) der Mittelpunkt einer ringförmigen Diffusionsbarriere (130) ist.
Gassensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum der Diffusionsbarriere (130) ihr Schwerpunkt ist.
Gassensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Zelle eine Nernstzelle ist, und daß die erste Elektrode (111) eine einem Referenzgas ausgesetzte Referenzelektrode (31) und die zweite Elektrode (112) eine einem Meßgas ausgesetzte Meßelektrode (34) ist.
Gassensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zur elektrochemischen Zelle eine Pumpzelle vorgesehen ist, die eine erste und eine zweite Pumpelektrode (38, 41) aufweist, wobei die erste Pumpelektrode (38) und die Meßelektrode (34) in einem Meßgas enthaltenden Meßgasraum angeordnet sind, und wobei das Meßgas durch eine ringförmige Diffusionsbarriere (36) in den Meßgasraum gelangen kann.
Gassensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (130) viereckig, insbesondere rechteckig oder trapezförmig, ist.
Gassensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (130) dreieckig ist.
Gassensor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung (130) oval oder rund ist.
Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere in einem Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Sensorelement mit einem Meßbereich und einem Zuleitungsbereich, wobei das Sensorelement in dem Meßbereich mindestens eine elektrochemische Zelle mit einer ersten Elektrode, einem ersten Festelektrolytkörper und einer zweiten Elektrode aufweist, sowie mit einer Heizvorrichtung, die den Meßbereich des Sensorelements erwärmt, so daß in der Schichtebene mindestens einer Elektrode ein heißer Bereich vorliegt, und wobei der heiße Bereich in der Schichtebene mindestens einer Elektrode beispielsweise durch eine Erwärmung des Sensorelements im Zuleitungsbereich verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (111) eine Aussparung (150) aufweist, die sich beginnend von dem Bereich, der bei einem kalten Zuleitungsbereich nahe dem Zentrum des heißen Bereichs in der Schichtebene der Elektrode (111) liegt, zumindest näherungsweise in die Richtung, in die der heiße Bereichs bei einer Erwärmung des Zuleitungsbereichs verschoben wird, erstreckt.
Gassensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum des heißen Bereichs in der Schichtebene der Elektrode (111) zumindest näherungsweise mit der senkrechten Projektion des Zentrums einer Diffusionsbarriere (130) auf die Schichtebene der Elektrode (111) zusammenfällt.
Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere in einem Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Sensorelement mit einem Meßbereich und einem Zuleitungsbereich, wobei das Sensorelement in dem Meßbereich mindestens eine elektrochemische Zelle mit einer erste Elektrode, einem ersten Festelektrolytkörper und einer zweiten Elektrode aufweist, sowie mit einer Heizvorrichtung, die über einen Gesamtwiderstand geregelt wird, wobei zu dem Gesamtwiderstand neben dem Innenwiderstand der elektrochemischen Zelle auch mindestens ein weiterer Widerstand beiträgt, der aufgrund von Temperaturänderungen im Zuleitungsbereich Abweichungen von einem Sollwert unterliegen kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (111) eine Aussparung (150) aufweist, die sich beginnend von dem Bereich, der bei einem kalten Zuleitungsbereich nahe dem Zentrum des heißen Bereichs in der Schichtebene der Elektrode (111) liegt, derart in der Schichtebene der Elektrode erstreckt, daß eine Abweichung des weiteren Widerstandes vom Sollwert durch eine dieser Abweichung entgegengesetzten Veränderung des Widerstandes der elektrochemischen Zelle zumindest teilweise ausglichen wird.
Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere in einem Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Sensorelement, das mindestens eine Diffusionsbarriere und eine elektrochemische Zelle mit einer ersten Elektrode, einem ersten Festelektrolytkörper und einer zweiten Elektrode aufweist, wobei das Sensorelement einen Zuleitungsbereich (122) und an einem meßseitigen Ende einen Meßbereich (121) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (111) sich beginnend von dem Bereich nahe der senkrechten Projektion des Zentrums der Diffusionsbarriere (130) auf die Schichtebene der Elektrode (111) wenigstens näherungsweise in Richtung des meßseitigen Endes des Sensorelement (110) erstreckt.
Gassensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Schichtebene des Sensorelements (110) eine Heizvorrichtung vorgesehen ist, die über einen Gesamtwiderstand geregelt wird, wobei zu dem Gesamtwiderstand neben dem Innenwiderstand der elektrochemischen Zelle auch mindestens ein weiterer Widerstand beiträgt, der Abweichungen von einem Sollwert unterliegen kann, und daß die Elektrode (111) so gestaltet ist, daß eine Abweichung des weiteren Widerstandes vom Sollwert durch eine dieser Abweichung entgegengesetzten Veränderung des Widerstandes der elektrochemischen Zelle zumindest teilweise ausglichen wird.
Gassensor nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (110) die Diffusionsbarriere (130) in dem Meßbereich (121) des Sensorelements (110) aufweist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum der Diffusionsbarriere (130) der Mittelpunkt einer ringförmigen Diffusionsbarriere (130) ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum der Diffusionsbarriere (130) ihr Schwerpunkt ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrochemische Zelle eine Nernstzelle ist, und daß die erste Elektrode (111) eine einem Referenzgas ausgesetzte Referenzelektrode (31) und die zweite Elektrode (112) eine einem Meßgas ausgesetzte Meßelektrode (34) ist.
Gassensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zur elektrochemischen Zelle eine Pumpzelle vorgesehen ist, die eine erste und eine zweite Pumpelektrode (38, 41) aufweist, wobei die erste Pumpelektrode (38) und die Meßelektrode (34) in einem Meßgas enthaltenden Meßgasraum angeordnet sind, und wobei das Meßgas durch eine ringförmige Diffusionsbarriere (36) in den Meßgasraum gelangen kann.
Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere in einem Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Sensorelement mit einem Meßbereich und einem Zuleitungsbereich, wobei das Sensorelement in dem Meßbereich mindestens eine elektrochemische Zelle mit einer ersten Elektrode, einem ersten Festelektrolytkörper und einer zweiten Elektrode aufweist, sowie mit einer Heizvorrichtung, die den Meßbereich des Sensorelements erwärmt, so daß in der Schichtebene mindestens einer Elektrode ein heißer Bereich vorliegt, und wobei der heiße Bereich in der Schichtebene mindestens einer Elektrode beispielsweise durch eine Erwärmung des Sensorelements im Zuleitungsbereich verschoben werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (111) sich beginnend von dem Bereich, der bei einem kalten Zuleitungsbereich nahe dem Zentrum des heißen Bereichs in der Schichtebene der Elektrode (111) liegt, zumindest näherungsweise entgegen der Richtung, in die der heiße Bereichs bei einer Erwärmung des Zuleitungsbereichs verschoben wird, erstreckt.
Gassensor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum des heißen Bereichs in der Schichtebene der Elektrode (111) zumindest näherungsweise mit der senkrechten Projektion des Zentrums einer Diffusionsbarriere (130) auf die Schichtebene der Elektrode (111) zusammenfällt.
Gassensor zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente, insbesondere in einem Abgas eines Verbrennungsmotors, mit einem in einem Gehäuse angeordneten Sensorelement mit einem Meßbereich und einem Zuleitungsbereich, wobei das Sensorelement in dem Meßbereich mindestens eine elektrochemische Zelle mit einer erst Elektrode, einem ersten Festelektrolytkörper und einer zweiten Elektrode aufweist, wobei der Meßbereich an einem meßseitigen Ende des Sensorelements angeordnet ist, sowie mit einer Heizvorrichtung, die über einen Gesamtwiderstand geregelt wird, wobei zu dem Gesamtwiderstand neben dem Innenwiderstand der elektrochemischen Zelle auch mindestens ein weiterer Widerstand beiträgt, der aufgrund von Temperaturänderungen im Zuleitungsbereich Abweichungen von einem Sollwert unterliegen kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode (111) sich beginnend von dem Bereich, der bei einem kalten Zuleitungsbereich nahe dem Zentrum des heißen Bereichs in der Schichtebene der Elektrode (111) liegt, derart in Richtung des meßseitigen Endes des Sensorelements (110) erstreckt, daß eine Abweichung des weiteren Widerstandes vom Sollwert durch eine dieser Abweichung entgegengesetzten Veränderung des Widerstandes der elektrochemischen Zelle zumindest teilweise ausglichen wird.