DE10101351A1 - Sensorelement - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Sensorelement (110) vorgeschlagen, das beispielsweise mittels einer Dichtpackung in einem Gehäuse festgelegt ist und das einen Meßbereich (111) und einen Zuleitungsbereich (112) aufweist. Im Zuleitungsbereich (112) des Sensorelements (110) ist mindestens eine Zuleitung mit einem ersten elektrischen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten zu einer im Meßbereich (111) angeordneten Meßeinrichtung vorgesehen. Der Zuleitungsbereich (112) weist mindestens einen zweiten elektrischen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizieten auf. Der erste Widerstand und der zweite Widerstand sowie ein dritter Widerstand der Meßeinrichtung gehen in einen Gesamtwiderstand ein. Die Temperaturkoeffizienten des ersten und des zweiten Widerstands sind so abzustimmen, daß der Gesamtwiderstand bei einer Veränderung der Temperaturverteilung im Zuleitungsbereich (112) des Sensorelements (110) wenigstens näherungsweise konstant bleibt.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Sensorelement nach dem
Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Derartige Sensorelemente sind dem Fachmann bekannt. Die
Sensorelemente enthalten einen Meßbereich mit einer
Meßeinrichtung und einen Zuleitungsbereich, in dem
Zuleitungen zur Meßeinrichtung angeordnet sind. Die
Meßeinrichtung ist beispielsweise eine elektrochemische
Zelle mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode
und einem zwischen erster und zweiter Elektrode angeordnetem
Festelektrolyten. Im Zuleitungsbereich des Sensorelements
sind zur ersten Elektrode eine erste Zuleitung und zur
zweiten Elektrode eine zweite Zuleitung geführt. Das
Sensorelement ist beispielsweise durch eine Dichtpackung in
einem Gehäuse festgelegt, das in einer Meßöffnung eines
Abgasrohres befestigt ist.
Der elektrische Widerstand der Zuleitungen sowie der
Meßeinrichtung bilden einen Gesamtwiderstand des
Sensorelements, der beispielsweise durch eine außerhalb des
Sensorelements gelegene Auswerteelektronik ermittelbar ist.
Bei den beschriebenen Sensorelementen bildet häufig der
Widerstand der Meßeinrichtung eine Meß- oder Regelgröße. Der
Widerstand der Meßeinrichtung kann aus dem Gesamtwiderstand
ermittelt werden, falls der Widerstand der Zuleitungen
bekannt ist. Ist das Gehäuse Temperaturschwankungen
ausgesetzt, so übertragen sich diese Temperaturschwankungen
beispielsweise durch die Dichtpackung auf den
Zuleitungsbereich des Sensorelements und damit auf die
Zuleitungen der Elektroden der Meßeinrichtung. Weist der
Widerstand der Zuleitungen einen positiven oder negativen
Temperaturkoeffizienten auf und ist damit
temperaturabhängig, so verändert er sich bei einer
Temperaturänderung im Zuleitungsbereich und entspricht nicht
mehr dem bekannten Sollwert. Damit wird durch den Beitrag
des Widerstands der Zuleitungen der Gesamtwiderstand
verändert. Damit kann der Widerstand der Meßeinrichtung und
somit die Meß- oder Regelgröße durch die Auswerteelektronik
nicht mehr korrekt bestimmt werden.
In der DE 198 38 456 A1 ist ein Gassensor beschrieben, der
ein Gehäuse aufweist, in dem durch eine Dichtpackung ein
Sensorelement festgelegt ist. Der Gassensor ist in der
Meßöffnung eines Abgasrohres angeordnet. Das Sensorelement
weist in einem Meßbereich als Meßeinrichtung eine
Nernstzelle mit einer ersten in einem Meßgasraum
angeordneten Elektrode, einer zweiten in einem
Referenzgasraum angeordneten Elektrode und einem zwischen
erster und zweiter Elektrode angeordneten
Festelektrolytkörper auf. In einem Zuleitungsbereich des
Sensorelements ist eine erste Zuleitung zur ersten Elektrode
und eine zweite Zuleitung zur zweiten Elektrode vorgesehen.
Zwischen der ersten und der zweiten Zuleitung ist ein
weiterer Festelektrolytkörper angeordnet.
Um die notwendige Ionenleitfähigkeit des
Festelektrolytkörpers zu erreichen, wird das Sensorelement
im Meßbereich mit einem Heizelement auf eine Solltemperatur
erwärmt, die im Bereich von ca. 500 bis 800 Grad Celsius
liegt. Weicht die tatsächliche Temperatur des Meßbereichs
des Sensorelements von der Solltemperatur ab, so wird das
Meßsignal des Sensorelements beeinträchtigt und dadurch die
Meßgenauigkeit vermindert. Da die Temperatur des das
Sensorelement umgebenden Abgases stark schwankt, ist es
notwendig, die Betriebstemperatur des Meßbereichs
einzuregeln. Hierzu ist bekannt, die Temperatur im
Meßbereich des Sensorelements zu messen und die
Heizeinrichtung abhängig von diesem Meßergebnis zu
beziehungsweise abzuschalten und so die Solltemperatur
einzuregeln.
Um die Temperatur des Meßbereiches zu ermitteln, wird das
Sensorelement mit einer Wechselspannung beaufschlagt und mit
einer außerhalb des Sensorelements gelegenen
Auswerteelektronik einen Wechselspannungsgesamtwiderstand
ermittelt. Die Wechselspannung wird zwischen der ersten und
der zweiten Zuleitung angelegt. Der
Wechselspannungsgesamtwiderstand setzt sich zusammen aus dem
Wechselspannungswiderstand der Meßeinrichtung, in den die
Widerstände der ersten und zweiten Elektrode sowie des
Festelektrolytkörpers im Meßbereich eingehen, aus den
Wechselspannungswiderständen von erster und zweiter
Zuleitung und aus dem Wechselspannungswiderstand des
Festelektrolytkörpers im Zuleitungsbereich. Aus dem
Wechselspannungsgesamtwiderstand kann mittels der
Auswerteelektronik auf den temperaturabhängigen
Wechselspannungswiderstand der Meßeinrichtung und damit auf
die Temperatur des Sensorelements im Meßbereich geschlossen
werden.
Die beschriebene Temperaturregelung kann durch eine
Veränderung der Temperatur des Zuleitungsbereichs gestört
werden. Durch den Kontakt des Gehäuses mit dem heißen
Abgasrohr können im Zuleitungsbereich des Sensorelements
Temperaturen von bis zu 600 Grad Celsius auftreten. Der
Wechselspannungswiderstand von erster und zweiter Zuleitung
liefert nur einen vernachlässigbar kleinen Beitrag zum
Wechselspannungsgesamtwiderstand. Dementsprechend kann auch
die Veränderung des Wechselspannungswiderstandes von erster
und zweiter Elektrode bei einer Veränderung der
Temperaturverteilung im Zuleitungsbereich vernachlässigt
werden. Der Wechselspannungswiderstand des
Festelektrolytkörpers im Zuleitungsbereich, der parallel zum
Wechselspannungswiderstand des Festelektrolytkörpers im
Meßbereich geschaltet ist, hat einen negativen
Temperaturkoeffizienten und liefert bei steigender
Temperatur im Zuleitungsbereich einen nicht
vernachlässigbaren Beitrag zum
Wechselspannungsgesamtwiderstand, wodurch es zu einer
Verfälschung der Temperaturmessung und damit zu einer
falschen Temperaturregelung kommen kann.
Das erfindungsgemäße Sensorelement mit den kennzeichnenden
Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat gegenüber dem Stand
der Technik den Vorteil, daß eine Veränderung der
Temperaturverteilung im Zuleitungsbereich keinen oder nur
einen vernachlässigbaren Einfluß auf den Gesamtwiderstand
des Sensorelements hat.
Dadurch, daß im Zuleitungsbereich ein Widerstand mit
positivem und ein Widerstand mit negativem
Temperaturkoeffizienten vorgesehen sind, die so aufeinander
abgestimmt sind, daß eine temperaturbedingte Veränderung des
Widerstands mit negativem Temperaturkoeffizienten durch eine
ebenfalls temperaturbedingte, entgegengesetzte Veränderung
des Widerstands mit positivem Temperaturkoeffizienten
wenigstens näherungsweise kompensiert wird, wird eine
Beeinträchtigung der Funktion des Sensorelements aufgrund
einer Veränderung der Temperaturverteilung im
Zuleitungsbereich vermieden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im
unabhängigen Anspruch angegebenen Sensorelements möglich.
Ist zur Erwärmung des Sensorelement im Meßbereich ein
Heizelement vorgesehen, das über den temperaturabhängigen
Gesamtwiderstand einer elektrochemischen Zelle geregelt
wird, so wird eine Änderung in der Temperaturverteilung im
Zuleitungsbereich des Sensorelements die Regelung des
Heizelements nicht oder nur geringfügig beeinflussen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Abhängigkeit des
Widerstands mit positivem Temperaturkoeffizienten und des
Widerstands mit negativem Temperaturkoeffizienten von der
Temperatur zumindest ähnlich ist. Bei einem Widerstand mit
positivem Temperaturkoeffizienten, der beispielsweise eine
lineare Temperaturabhängigkeit zeigt, ist für eine optimale
Kompensation der Temperaturabhängigkeit dementsprechend ein
Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten, der
ebenfalls linear von der Temperatur abhängt, besonders
geeignet. Ein von der Temperaturverteilung im
Zuleitungsbereich weitgehend unabhängiger Gesamtwiderstand
kann zumindest in einem bestimmten Temperaturbereich aber
auch dann erreicht werden, wenn die Abhängigkeit des
Widerstands mit positivem Temperaturkoeffizienten und des
Widerstands mit negativem Temperaturkoeffizienten von der
Temperatur unterschiedlich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Sensorelements in Explosionsdarstellung und
Fig. 2 ein Widerstandsnetzwerk für das
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gassensors.
Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines
Sensorelements 110 mit einem Meßbereich 111 und einem
Zuleitungsbereich 112. Das Sensorelement 110 ist im
Zuleitungsbereich 112 mittels einer Dichtanordnung in einem
metallischen Gehäuse eines Gassensors festgelegt. Das
Sensorelement 110 ist als Schichtsystem aufgebaut und weist
eine erste, zweite, dritte und vierte Festelektrolytfolie
121, 122, 123, 124 auf. Auf der dem Abgas zugewandten Fläche
der ersten Festelektrolytfolie 121 ist eine ringförmige
äußere Pumpelektrode 152 aufgebracht. Auf der von der
äußeren Pumpelektrode 152 abgewandten Seite der ersten
Festelektrolytfolie 121 ist in einem Meßgasraum eine
ringförmige, innere Pumpelektrode 150 vorgesehen. Benachbart
zur ersten Festelektrolytfolie 121 ist die zweite
Festelektrolytfolie 122 angeordnet, auf der eine im
Meßgasraum der inneren Pumpelektrode 150 gegenüberliegende
Nernstelektrode 153 aufgebracht ist. Zur Ausbildung des
Meßgasraumes ist zwischen der ersten und der zweiten
Festelektrolytfolie 121, 122 eine Zwischenschicht 132
angeordnet. Das Abgas kann über ein Gaszutrittsloch 130 und
eine Diffusionsbarriere 131 in den Meßgasraum gelangen. Auf
der der Nernstelektrode 153 gegenüberliegenden Seite der
zweiten Festelektrolytfolie 122 ist eine Referenzelektrode
151 vorgesehen. Die Referenzelektrode 151 ist in einem in
die dritte Festelektrolytfolie 123 eingebrachten
Referenzgasraum 141 angeordnet. Zwischen der dritten und der
vierten Festelektrolytfolie 123, 124 ist ein Heizelement 157
vorgesehen, das von einer Heizelementisolierung 158 umgeben
ist.
Der im Meßgasraum vorliegende Sauerstoffpartialdruck wird
durch eine Nernstzelle bestimmt, die durch die
Nernstelektrode 153 und die Referenzelektrode 151 sowie den
zwischen der Nernstelektrode 153 und der Referenzelektrode
151 liegenden Bereich der zweiten Festelektrolytschicht 122
gebildet wird. An den Elektroden der Nernstzelle liegt eine
durch unterschiedliche Sauerstoffpartialdrücke in
Messgasraum und Referenzgasraum 141 hervorgerufene
Nernstspannung an, die durch eine außerhalb des
Sensorelements gelegene Auswerteelektronik gemessen werden
kann und aus der auf den Partialdruck der Gaskomponente im
Meßgasraum geschlossen werden kann.
Durch die inneren und die äußere Pumpelektrode 150, 152
sowie den zwischen innerer und äußerer Pumpelektrode 150,
152 liegenden Bereich der ersten Festelektrolytschicht 121
wird eine Pumpzelle gebildet. Mittels der Nernstspannung
wird durch die Auswerteelektronik die an der Pumpzelle
anliegende Pumpspannung so geregelt, dass im Messgasraum ein
vorbestimmter Sauerstoffpartialdruck, beispielsweise
Lambda = 1, vorliegt. Der hierbei auftretende Pumpstrom wird
durch den durch die Diffusionsbarriere 131 diffundierenden
Fluß an Sauerstoffmolekülen begrenzt, der wiederum vom
Partialdruck der Gaskomponente im Abgas abhängt. Somit kann
aus dem Pumpstrom auf den Partialdruck der Gaskomponente im
Abgas geschlossen werden. Eine temperaturbedingte Änderung
des Diffusionswiderstandes der Diffusionsbarriere 131 kann
sich daher direkt auf das Meßergebnis des Gassensors
auswirken.
Das Heizelement 157 beheizt den Meßbereich 111 des
Sensorelements 110. Zur Regelung des Heizelements 157 durch
eine außerhalb des Sensorelements 110 gelegenen
Auswerteelektronik ist vorgesehen, zwischen einer
Kontaktfläche 153b, die mittels einer Durchkontaktierung mit
der Zuleitung 153a der Nernstelektrode 153 elektrisch
verbunden ist, und einer Kontaktfläche 151b, die ebenfalls
mittels einer Durchkontaktierung mit der Zuleitung 151a der
Referenzelektrode 151 elektrisch verbunden ist, eine
Wechselspannung anzulegen und den
Wechselspannungsgesamtwiderstand zu bestimmen. In der
weiteren Beschreibung des Ausführungsbeispiels ist unter
einem Widerstand der Wechselspannungswiderstand zu
verstehen.
Eine vereinfachte Darstellung der in den Gesamtwiderstand
eingehenden Einzelwiderstände ist Fig. 2 zu entnehmen.
Hierbei bezeichnet R1 den Widerstand der zweiten
Festelektrolytfolie 122 im Bereich der Nernstzelle und R2
den Widerstand der zweiten Festelektrolytfolie 122 im
Zuleitungsbereich 112. Da der Widerstand eines
Festelektrolyten mit steigender Temperatur stark abnimmt und
da der Widerstand R2 parallel geschaltet ist, wird der
Widerstand R2 durch den wärmsten Bereich im
Zuleitungsbereich 112 bestimmt, während der Beitrag der
kälteren Bereiche nur gering ist. Mit R4 und R6
beziehungsweise R3 und R5 werden die Widerstände der
Zuleitungen 153a, 151a der Nernstelektrode 153 und der
Referenzelektrode 151 jeweils vor beziehungsweise nach dem
wärmsten Bereich im Zuleitungsbereich 112 und damit vor
beziehungsweise nach dem Widerstand R2 bezeichnet.
Bei einem kalten Gehäuse liefert der Widerstand R2 nur einen
vernachlässigbaren Beitrag zum Gesamtwiderstand, so daß sich
der Gesamtwiderstand Rtotal ergibt aus:
Rtotal = R4 + R3 + R1 + R5 + R6.
Bei einer Erwärmung des Sensorelements 110 im
Zuleitungsbereich 112 durch ein heißes Gehäuse kann der
Widerstand R2 nicht mehr vernachlässigt werden, so daß sich
für den Gesamtwiderstand Rtotal
ergibt.
Die Widerstände R3, R4, R5 und R6 können als ein erster
Widerstand zusammengefaßt werden, der im beschriebenen
Ausführungsbeispiel einen positiven Temperaturkoeffizienten
aufweist. Zur Vereinfachung sei im folgenden angenommen, daß
die Widerstände R3, R4, R5 und R6 gleich groß sind. Der
Widerstand R2 des Festelektrolytkörpers im Zuleitungsbereich
bildet einen zweiten Widerstand und der Widerstand der
Meßeinrichtung, in diesem Fall also der Widerstand des
Festelektrolytkörpers R1 im Meßbereich, einen dritten
Widerstand. Zweiter und dritter Widerstand haben einen
negativen Temperaturkoeffizienten.
Der erste und der zweite Widerstand sind nun derart
aufeinander abgestimmt, daß die Verringerung des zweiten
Widerstands bei steigender Temperatur im Zuleitungsbereich
112 durch eine aus dem Temperaturanstieg im
Zuleitungsbereich resultierende Zunahme des ersten
Widerstands ausgeglichen wird. Damit bleibt der
Gesamtwiderstand bei einer Temperaturerhöhung im
Zuleitungsbereich 112 weitestgehend unverändert.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die
Solltemperatur im Meßbereich 111 ungefähr 800 Grad. Die
Solltemperatur im Meßbereich 111 soll keine Abhängigkeit von
der Temperatur im Zuleitungsbereich 112 zeigen. Der
Widerstand R1 der zweiten Festelektrolytfolie 122 im
Meßbereich 111 beträgt ungefähr 60 Ohm. Der Widerstand R2
der zweiten Festelektrolytfolie 122 im Zuleitungsbereich 112
beträgt bei einem heißen Gehäuse ungefähr 300 Ohm und ist
bei einem kalten Gehäuse so groß, daß der Beitrag zum
Gesamtwiderstand vernachlässigbar ist. Die Widerstände R3,
R4, R5 und R6 der Zuleitungen 151a, 153a sind so gewählt, daß
sie bei einem kalten Gehäuse jeweils ungefähr 10 Ohm und bei
einem heißen Gehäuse jeweils ungefähr 15 Ohm betragen. Der
Gesamtwiderstand bleibt damit bei einem kalten und einem
heißen Gehäuse ungefähr gleich.
Die sich aus dem in Fig. 2 dargestellten, vereinfachten
Widerstandsnetzwerk ergebende Bestimmung des optimalen
Widerstandes der Zuleitungen 151a, 153a soll lediglich die
allgemeine Funktionsweise der Erfindung erläutern. In die
Abhängigkeit des Gesamtwiderstandes von der Temperatur des
Sensorelements 110 im Zuleitungsbereich 112 gehen
verschiedene Faktoren wie beispielsweise die Geometrie von
Gehäuse, Sensorelement 120 und Zuleitungen 151a, 153a sowie
die im Betrieb auftretenden Temperaturen des Gehäuses, der
Wärmeübertrag vom Gehäuse auf das Sensorelement 110 und die
sich hieraus ergebende Temperaturverteilung im Sensorelement
110 ein. Der optimale Widerstand der Zuleitungen 151a, 153a
ist von diesen Faktoren abhängig und läßt sich nicht
allgemein angeben. Auch die Annahme, daß die Widerstände R3,
R4, R5 und R6 gleich groß sind, ist nicht bei allen
Sensorelementen zutreffend. Es ist dem Fachmann aber ohne
weiteres möglich, durch Versuche den optimalen Widerstand
für die Zuleitungen 151a, 153a zu ermitteln.
Der Widerstand der Zuleitungen 151a, 153a kann
beispielsweise beeinflußt werden durch die Veränderung der
Querschnittsfläche der Zuleitungen 151a, 153a,
beispielsweise durch Doppeldruck oder durch Verbreiterung
der Zuleitungen 151a, 153a. Der gewünschte Widerstand der
Zuleitungen 151a, 153a kann natürlich auch durch eine
Veränderung der Zusammensetzung der Zuleitungen 151a, 153a
erreicht werden. So kann beispielsweise bei einer Zuleitung
151a, 153a, die aus einem Cermet besteht, der Anteil der
keramischen Komponente verändert werden. Es ist ebenso
denkbar, daß die metallische Komponente des Cermets eine
Legierung von Platin mit mindestens einem weiteren
Edelmetall aufweist, beispielsweise einer Legierung aus
Platin und Palladium, wobei der Palladium-Anteil an der
metallischen Komponente des Cermets im Bereich von 2 bis
50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 Gewichtsprozent, beträgt.
Bei dem Material der Zuleitungen 151a, 153a muß darauf
geachtet werden, daß die Temperaturabhängigkeit des
Widerstandes dieser Materialien nicht zu gering ist, damit
ein Ausgleich der temperaturbedingten Änderung des
Widerstandes des Festelektrolytkörpers möglich ist.
Es ist weiterhin denkbar, daß der Widerstand innerhalb der
Zuleitung 151a, 153a abschnittsweise unterschiedlich ist. So
kann beispielsweise in dem Bereich des Zuleitungsbereichs
112, der über die Dichtpackung bei einem heißen Gehäuse am
stärksten erwärmt wird, ein Abschnitt der Zuleitungen 151a,
153a vorgesehen sein, der einen höheren Widerstand aufweist
als die Abschnitte der Zuleitungen 151a, 153a in den
kälteren Bereichen des Zuleitungsbereichs 112.
Es ist ebenso denkbar, daß die Widerstände mit positivem und
negativem Temperaturkoeffizienten im Zuleitungsbereich
seriell geschaltet sind. Die Erfindung läßt sich leicht auch
auf andere Schaltungsanordnungen und/oder andere
Sensorarten, beispielsweise einen Temperatursensor,
übertragen.
Claims (10)
1. Sensorelement, insbesondere in einem Gassensor,
insbesondere zur Bestimmung einer physikalischen Größe
einer Gaskomponente in einem Abgas eines
Verbrennungsmotors, mit einem Meßbereich und einem
Zuleitungsbereich,
wobei im Zuleitungsbereich des Sensorelements mindestens eine Zuleitung mit einem ersten elektrischen Widerstand zu einer im Meßbereich angeordneten Meßeinrichtung vorgesehen ist und der erste elektrische Widerstand zumindest bereichsweise einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist,
wobei der Zuleitungsbereich mindestens einen zweiten elektrischen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten aufweist, und
wobei zumindest der erste Widerstand und der zweite Widerstand sowie ein dritter Widerstand der Meßeinrichtung in einen Gesamtwiderstand eingehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkoeffizienten des ersten und des zweiten Widerstands so abzustimmen sind, daß der Gesamtwiderstand bei einer Veränderung der Temperaturverteilung im Zuleitungsbereich (112) des Sensorelements (110) wenigstens näherungsweise konstant bleibt.
wobei im Zuleitungsbereich des Sensorelements mindestens eine Zuleitung mit einem ersten elektrischen Widerstand zu einer im Meßbereich angeordneten Meßeinrichtung vorgesehen ist und der erste elektrische Widerstand zumindest bereichsweise einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist,
wobei der Zuleitungsbereich mindestens einen zweiten elektrischen Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten aufweist, und
wobei zumindest der erste Widerstand und der zweite Widerstand sowie ein dritter Widerstand der Meßeinrichtung in einen Gesamtwiderstand eingehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturkoeffizienten des ersten und des zweiten Widerstands so abzustimmen sind, daß der Gesamtwiderstand bei einer Veränderung der Temperaturverteilung im Zuleitungsbereich (112) des Sensorelements (110) wenigstens näherungsweise konstant bleibt.
2. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßeinrichtung im Meßbereich (111) des Sensorelements (110) eine erste und eine zweite Elektrode (153, 151) sowie einen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (153, 151) angeordneten Festelektrolyten (122) aufweist,
daß eine erste Zuleitung (153a) zur ersten Elektrode (153) und eine zweite Zuleitung (151a) zur zweiten Elektrode (151) führt, wobei die erste und die zweite Zuleitung (153a, 151a) im Zuleitungsbereich (112) angeordnet sind, und
daß zwischen der ersten und der zweiten Zuleitung (153a, 151a) ein Festelektrolyt (122) angeordnet ist.
daß die Meßeinrichtung im Meßbereich (111) des Sensorelements (110) eine erste und eine zweite Elektrode (153, 151) sowie einen zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (153, 151) angeordneten Festelektrolyten (122) aufweist,
daß eine erste Zuleitung (153a) zur ersten Elektrode (153) und eine zweite Zuleitung (151a) zur zweiten Elektrode (151) führt, wobei die erste und die zweite Zuleitung (153a, 151a) im Zuleitungsbereich (112) angeordnet sind, und
daß zwischen der ersten und der zweiten Zuleitung (153a, 151a) ein Festelektrolyt (122) angeordnet ist.
3. Sensorelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten durch die Widerstände der ersten und der zweiten Zuleitung (153a, 151a) gebildet wird,
daß der zweite Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten der Widerstand des Festelektrolyten (122) zwischen der ersten und der zweiten Zuleitung (153a, 151a) ist und
daß in den dritten Widerstand die Widerstände der ersten und zweiten Elektrode (153, 151) sowie der Widerstand des Festelektrolyten (122) im Meßbereich (111) eingehen.
daß der erste Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten durch die Widerstände der ersten und der zweiten Zuleitung (153a, 151a) gebildet wird,
daß der zweite Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten der Widerstand des Festelektrolyten (122) zwischen der ersten und der zweiten Zuleitung (153a, 151a) ist und
daß in den dritten Widerstand die Widerstände der ersten und zweiten Elektrode (153, 151) sowie der Widerstand des Festelektrolyten (122) im Meßbereich (111) eingehen.
4. Sensorelement nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Sensorelement (110) in einem Gehäuse festgelegt ist und
daß die Veränderung der Temperaturverteilung im Zuleitungsbereich (112) des Sensorelements (110) im wesentlichen auf einer Erwärmung des Gehäuses des Gassensors zurückgeht.
daß das Sensorelement (110) in einem Gehäuse festgelegt ist und
daß die Veränderung der Temperaturverteilung im Zuleitungsbereich (112) des Sensorelements (110) im wesentlichen auf einer Erwärmung des Gehäuses des Gassensors zurückgeht.
5. Sensorelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem am stärksten erwärmten Bereich des
Zuleitungsbereichs (112) des Sensorelements (110) ein
Abschnitt der ersten und zweiten Zuleitung (153a, 151a)
vorgesehen ist, der gegenüber dem Widerstand der ersten
und zweiten Zuleitung (153a, 151a) außerhalb dieses
Abschnittes einen höheren Widerstand aufweist.
6. Sensorelement nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement
(110) ein Heizelement (157) aufweist, das das
Sensorelement (110) im Meßbereich (111) auf eine
vorbestimmte Temperatur erwärmt und in dessen Regelung
der Gesamtwiderstand eingeht.
7. Sensorelement nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der
Gesamtwiderstand ermittelt wird, indem zwischen der
ersten und der zweiten Zuleitung (153a, 151a) eine
Wechselspannung angelegt wird und durch eine außerhalb
des Sensorelements (110) angeordnete Meßelektronik der
Wechselspannungsgesamtwiderstand bestimmt wird.
8. Gassensor nach mindestens einem der Ansprüche 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Temperatur
im Meßbereich (111) des Sensorelements (110) bei einer
Veränderung der Temperaturverteilung im Sensorelement
(110) aufgrund auf den Zuleitungsbereich (112) wirkender
äußerer Einflüsse zumindest weitgehend konstant bleibt.
9. Gassensor nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und die zweite Elektrode (153, 151) sowie der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnete Festelektrolyt (122) eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Nernstzelle einer Breitbandsonde oder einer Lambda-Sonde bilden, und
daß die erste Elektrode (153) eine in einem Meßgasraum angeordnete Nernstelektrode und die zweite Elektrode (151) eine in einem Referenzgasraum (141) angeordnete Referenzelektrode ist.
daß die erste und die zweite Elektrode (153, 151) sowie der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnete Festelektrolyt (122) eine elektrochemische Zelle, insbesondere eine Nernstzelle einer Breitbandsonde oder einer Lambda-Sonde bilden, und
daß die erste Elektrode (153) eine in einem Meßgasraum angeordnete Nernstelektrode und die zweite Elektrode (151) eine in einem Referenzgasraum (141) angeordnete Referenzelektrode ist.
10. Gassensor nach mindestens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuleitungen
(153a, 151a) zur ersten und zweiten Elektrode (153, 151)
zumindest bereichsweise ein Cermet aufweisen, das als
eine keramische Komponente Al2O3 und als metallische
Komponenten Platin und Palladium enthält, wobei der
Palladium-Anteil, bezogen auf die metallische Komponente
des Cermets, 2 bis 50 Gewichtsprozent, vorzugsweise
10 Gewichtsprozent, beträgt.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10101351A DE10101351C2 (de) | 2001-01-13 | 2001-01-13 | Sensorelement |
US10/045,710 US20020154030A1 (en) | 2001-01-13 | 2002-01-14 | Sensor element |
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Citations (2)
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---|---|---|---|---|
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4626338A (en) * | 1981-05-01 | 1986-12-02 | Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho | Equipment for detecting oxygen concentration |
DE19838456A1 (de) * | 1998-08-25 | 2000-03-09 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren zur Temperaturregelung eines Meßfühlers |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008001335A1 (de) | 2008-04-23 | 2009-10-29 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement mit verbesserter Temperaturstabilisierung |
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