DE10146100A1 - Sensor element of a gas sensor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Sensorelement auf Festelektrolytbasis eines Gassensors zur Bestimmung einer Gaskomponente in einem Gasgemisch beschrieben, das insbesondere der Bestimmung von Sauerstoff und/oder Stickoxiden in Abgasen von Verbrennungsmotoren dient und eine erste und eine zweite elektrochemische Zelle aufweist. Das Sensorelement beinhaltet eine für Ionen weitgehend undurchlässige Zone (14, 19, 30, 32, 34, 35), so daß ein sich zwischen Elektroden (20, 22, 24) der ersten elektrochemischen Zelle ausbildender Ionenfluß aus dem Bereich der Elektroden (26, 28) der zweiten elektrochemischen Zelle abgelenkt wird.A solid electrolyte-based sensor element of a gas sensor for determining a gas component in a gas mixture is described, which is used in particular to determine oxygen and / or nitrogen oxides in exhaust gases from internal combustion engines and has a first and a second electrochemical cell. The sensor element contains a zone (14, 19, 30, 32, 34, 35) which is largely impermeable to ions, so that an ion flow from the region of the electrodes (26, 26) between electrodes (20, 22, 24) of the first electrochemical cell 28) the second electrochemical cell is deflected.
Description
Die Erfindung betrifft ein Sensorelement auf Festelektrolytbasis für einen Gassensor zur Bestimmung einer Gaskomponente in einem Gasgemisch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a sensor element Solid electrolyte base for a gas sensor for determining a gas component in a gas mixture according to the preamble of claim 1.
Sensorelemente auf Festelektrolytbasis, die elektrisch isolierende Schichten aufweisen, sind beispielsweise aus der DE 199 23 044 bereits bekannt. Die elektrisch isolierenden Schichten sind in der direkten Umgebung eines Heizers des Sensorelements ausgebildet und verhindern eine Störung der im Sensorelement vorgesehenen Meßzellen durch die vergleichsweise großen am Heizer anliegenden Spannungen. Bei Sensorelementen, die mehr als eine elektrochemische Meßzelle aufweisen, kann es jedoch auch zu einer Beeinflussung der Meßzellen untereinander kommen, namentlich wenn es sich dabei um amperometrische Meßzellen handelt und zwischen den Elektroden zumindest einer dieser Meßzellen zeitweilig große Ionenströme zu erwarten sind. Dies führt unter ungünstigen Umständen zu einer Verfälschung der Meßergebnisse des Sen sorelements. Solid electrolyte-based sensor elements that are electrical Have insulating layers, for example from DE 199 23 044 already known. The electrically insulating Layers are in the immediate vicinity of a heater Sensor element designed and prevent a malfunction measuring cells provided in the sensor element by the comparatively large voltages applied to the heater. at Sensor elements that are more than an electrochemical measuring cell have, however, it can also influence the Measuring cells come together, especially if it is these are amperometric measuring cells and between the Electrodes of at least one of these measuring cells temporarily large Ion currents are expected. This leads to unfavorable Circumstances to falsify the measurement results of the Sen sorelements.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorelement mit mindestens zwei elektrochemischen Zellen für einen Gassensor bereitzustellen, wobei eine gegenseitige Beeinflussung der im Sensorelement vorgesehenen elektrochemischen Meßzellen weitgehend verhindert wird. The object of the present invention is a sensor element with at least two electrochemical cells for one Provide gas sensor, being a mutual Influencing the electrochemical provided in the sensor element Measuring cells is largely prevented.
Das erfindungsgemäße Sensorelement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine gegenseitige Beeinflussung der im Sensorelement vorgesehenen elektrochemischen Meßzellen wirkungsvoll verhindert wird. Dies wird durch die Integration einer oder mehrerer für Ionen weitgehend undurchlässiger Zonen in das Festelektrolytmaterial des Sensorelements erreicht, wodurch eine Ablenkung des zwischen den Elektroden einer ersten Meßzelle auftretenden Ionenstroms aus dem Bereich mindestens einer weiteren elektrochemischen Meßzelle des Sensorelements bewirkt wird. Da der zwischen den Elektroden der ersten elektrochemischen Zelle fließende Ionenstrom bei Eindringen in den unmittelbaren Bereich der Elektroden der weiteren elektrochemischen Zelle zu einer Verfälschung der elektrischen Potentiale des an diese Elektroden angrenzenden Festelektrolyten führen würde, ist durch die Ablenkung des Ionenstroms ein konstantes Potential an den Elektroden der weiteren elektrochemischen Zelle gewährleistet. Wird das Meßsignal der weiteren elektrochemischen Zelle zur Bestimmung der entsprechenden Gaskomponente herangezogen, so resultiert auf diese Weise eine hohe Meßgenauigkeit des Sensorelements. The sensor element according to the invention with the characteristic Features of claim 1 has the advantage that a mutual influence of those provided in the sensor element electrochemical measuring cells is effectively prevented. This is done by integrating one or more for Ions of largely impermeable zones in the Solid electrolyte material of the sensor element reached, causing a distraction between the electrodes of a first measuring cell occurring ion current from the range of at least one other electrochemical measuring cell of the sensor element is effected. Since the between the electrodes of the first electrochemical Flowing ion current when entering the cell immediate area of the electrodes of the further electrochemical Cell to falsify the electrical potentials of the lead to these electrodes adjacent solid electrolyte would be due to the deflection of the ion current constant potential at the electrodes of the others ensures electrochemical cell. If the measurement signal of the other electrochemical cell to determine the corresponding Gas component used, results in this way a high measuring accuracy of the sensor element.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensorelements möglich. So ist es besonders vorteilhaft, wenn die Abschirmung elektrisch isolierend ausgeführt ist und vorzugsweise aus Aluminiumoxid besteht. Die für Ionen weitgehend undurchlässige Zone ist dabei zwischen Elektroden der ersten und Elektroden der zweiten elektrochemischen Zelle angeordnet und ist auf beiden Großflächen zumindest weitgehend mit Festelektrolytmaterial bedeckt. By the measures listed in the subclaims advantageous developments and improvements in Main claim specified sensor element possible. That's the way it is particularly advantageous if the shield is electrical is made insulating and preferably made of aluminum oxide consists. The zone is largely impermeable to ions thereby between electrodes of the first and electrodes of the second electrochemical cell and is on at least largely with both large areas Solid electrolyte material covered.
In einer weiteren Ausführung ist die für Ionen weitgehend undurchlässige Zone als Hohlraum ausgeführt und stellt beispielsweise einen Teil eines im Sensorelement vorgesehenen, mit dem Gasgemisch in Verbindung stehenden Gasraums bzw. eines Referenzgaskanals dar. Der Vorteil ist vor allen Dingen in einer kostengünstigen Herstellung eines derartigen Sensorelements zu sehen, da auf die Einbringung einer separaten isolierenden Schicht in das Sensorelement verzichtet werden kann. In a further embodiment, that is largely for ions impermeable zone designed as a cavity and represents for example part of a sensor element provided in the sensor element, gas space connected to the gas mixture or of a reference gas channel. The main advantage is in an inexpensive manufacture of such Sensor element can be seen because the introduction of a separate insulating layer can be dispensed with in the sensor element can.
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. 1 bis 3 zeigen Längsschnitte durch Sensorelemente gemäß den drei Ausführungsbeispielen. Three embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figs. 1 to 3 show longitudinal sections through the sensor elements according to the three embodiments.
In Fig. 1 ist ein prinzipieller Aufbau eines der Erfindung zugrundeliegenden Sensorelements dargestellt. Mit 10 ist ein planares Sensorelement eines elektrochemischen Gassensors bezeichnet, das beispielsweise der Bestimmung sauerstoffhaltiger Gase, insbesondere des Stickoxidgehaltes von Abgasen dient. Es weist eine Mehrzahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f und 11g auf, die beispielsweise als keramische Folien ausgeführt sind und einen planaren keramischen Körper bilden. Sie bestehen aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytmaterial, wie beispielsweise mit Y2O3 stabilisiertem oder teilstabilisiertem ZrO2. In Fig. 1, a basic structure is one of the underlying invention, the sensor element shown. 10 designates a planar sensor element of an electrochemical gas sensor, which is used, for example, to determine oxygen-containing gases, in particular the nitrogen oxide content of exhaust gases. It has a plurality of oxygen-ion-conducting solid electrolyte layers 11 a, 11 b, 11 c, 11 d, 11 e, 11 f and 11 g, which are designed, for example, as ceramic foils and form a planar ceramic body. They consist of a solid electrolyte material that conducts oxygen ions, such as ZrO 2 stabilized or partially stabilized with Y 2 O 3 .
Die integrierte Form des planaren keramischen Körpers des Sensorelements 10 wird durch Zusammenlaminieren der mit Funktionsschichten bedruckten keramischen Folien und anschließendem Sintern der laminierten Struktur in an sich bekannter Weise hergestellt. The integrated shape of the planar ceramic body of sensor element 10 is produced by laminating together the ceramic films printed with functional layers and then sintering the laminated structure in a manner known per se.
Das Sensorelement 10 umfaßt einen ersten inneren Gasraum 13, der eine Gaseintrittsöffnung 15 aufweist, die den Kontakt mit dem zu bestimmenden Gasgemisch ermöglicht. Innerhalb der Gaseintrittsöffnung 15 befindet sich dem inneren Gasraums 13 vorgelagert eine poröse Diffusionsbarriere 17. The sensor element 10 comprises a first inner gas space 13 , which has a gas inlet opening 15 , which enables contact with the gas mixture to be determined. A porous diffusion barrier 17 is located in front of the inner gas space 13 within the gas inlet opening 15 .
Darüber hinaus ist im Sensorelement 10 ein zweiter innerer Gasraum 14 vorgesehen, der über eine poröse Diffusionsbarriere 18 mit dem ersten inneren Gasraum 13 verbunden ist. Der innere Gasraum 14 umfaßt vorzugsweise zwei Teilbereiche in unterschiedlichen Festelektrolytschichten 11b, 11d, die über eine Durchbrechung 16 in der Festelektrolytschicht 11c miteinander verbunden sind. In einer separaten Schichtebene 11f ist ein Referenzgaskanal 19 vorgesehen, der an einem Ende aus dem Sensorelement herausführt und mit einer Referenzgasatmosphäre wie beispielsweise Luft in Verbindung steht. In addition, a second inner gas space 14 is provided in the sensor element 10 , which is connected to the first inner gas space 13 via a porous diffusion barrier 18 . The inner gas space 14 preferably comprises two partial areas in different solid electrolyte layers 11 b, 11 d, which are connected to one another via an opening 16 in the solid electrolyte layer 11 c. In a separate layer plane 11 f, a reference gas channel 19 is provided which leads out of the sensor element at one end and is connected to a reference gas atmosphere such as air.
Im inneren Gasraum 13 ist eine erste innere Elektrode 20 in einfacher oder doppelter Ausführung vorgesehen. An der äußeren, dem Meßgas unmittelbar zugewandten Seite der Festelektrolytschicht 11a oder 11g befindet sich eine äußere Elektrode 22, die mit einer nicht dargestellten porösen Schutzschicht bedeckt sein kann. In the inner gas space 13 , a first inner electrode 20 is provided in a single or double design. On the outer side of the solid electrolyte layer 11 a or 11 g directly facing the measurement gas there is an outer electrode 22 which can be covered with a porous protective layer (not shown).
Im zweiten inneren Gasraum 14 ist eine zweite und eine dritte innere Elektrode 24, 26 in einfacher oder doppelter Ausführung vorgesehen, wobei die zweite und dritte innere Elektrode 24, 26 vorzugsweise in verschiedenen Teilbereichen des inneren Gasraums 14 angeordnet sind. In the second inner gas space 14 , a second and a third inner electrode 24 , 26 are provided in single or double design, the second and third inner electrodes 24 , 26 preferably being arranged in different partial areas of the inner gas space 14 .
Die inneren Elektroden 20, 24 bilden jeweils mit der äußeren Elektrode 22 zusammen elektrochemische Pumpzellen. Mittels der Pumpzellen wird der Sauerstoffpartialdruck in den inneren Gasräumen 13, 14 reguliert. Zur Kontrolle des eingestellten Sauerstoffpartialdrucks sind die inneren Elektroden 20, 24 zusätzlich mit einer Referenzelektrode 28, die im Referenzgaskanal 19 angeordnet ist, zu sogenannten Nernst- bzw. Konzentrationszellen zusammengeschaltet. Diese ermöglichen einen direkten Vergleich der von den Sauerstoffkonzentrationen in den inneren Gasräumen 13, 14 abhängigen Sauerstoffpotentiale der inneren Elektroden 20, 24 mit dem konstanten Sauerstoffpotential der Referenzelektrode 28 in Form einer meßbaren elektrischen Spannung. Die Höhe der an den Pumpzellen anzulegenden Pumpspannungen wird so gewählt, daß sich an den entsprechenden Konzentrationszellen eine konstante Spannung einstellt. Dabei wird die anzulegende Pumpspannung so eingestellt, daß sich an der inneren Elektrode 20 der ersten Pumpzelle ein im Vergleich zum Gasgemisch reduzierter Sauerstoffgehalt von beispielsweise 1000 ppm einstellt, der an der inneren Elektroden 24 der zweiten Pumpzelle weiter verringert wird. The inner electrodes 20 , 24 each form electrochemical pump cells together with the outer electrode 22 . The oxygen partial pressure in the inner gas spaces 13 , 14 is regulated by means of the pump cells. To control the set oxygen partial pressure, the inner electrodes 20 , 24 are additionally connected to a so-called Nernst or concentration cells with a reference electrode 28 which is arranged in the reference gas channel 19 . These enable a direct comparison of the oxygen potentials of the inner electrodes 20 , 24 , which are dependent on the oxygen concentrations in the inner gas spaces 13 , 14 , with the constant oxygen potential of the reference electrode 28 in the form of a measurable electrical voltage. The level of the pump voltages to be applied to the pump cells is selected so that a constant voltage is established at the corresponding concentration cells. The pump voltage to be applied is set such that an oxygen content of, for example, 1000 ppm, which is reduced in comparison to the gas mixture, is set on the inner electrode 20 of the first pump cell and is further reduced on the inner electrodes 24 of the second pump cell.
Im inneren Gasraum 14 befindet sich auf dessen der Diffusionsbarriere 18 abgewandten Seite die dritte innere Elektrode 26, die zusammen mit der Referenzelektrode 28 eine weitere Pumpzelle bildet. Diese Pumpzelle dient dem Nachweis des zu bestimmenden Gases, wobei das zu bestimmende Gas an der Oberfläche der inneren Elektrode 26 zersetzt und der freiwerdende bzw. verbrauchte Sauerstoff ab- bzw. zugepumpt wird. Als Maß für die Konzentration des zu bestimmenden Gases wird der zwischen den Elektroden 26, 28 fließende Pumpstrom herangezogen. In the inner gas space 14 , on the side facing away from the diffusion barrier 18, there is the third inner electrode 26 , which together with the reference electrode 28 forms a further pump cell. This pump cell serves to detect the gas to be determined, the gas to be determined decomposing on the surface of the inner electrode 26 and the oxygen released or consumed being pumped off or pumped in. The pump current flowing between the electrodes 26 , 28 is used as a measure of the concentration of the gas to be determined.
Um zu gewährleisten, daß an den Elektroden 20, 24 keine Zersetzung des zu bestimmenden Gases auftritt, werden die Elektroden 20, 24 aus einem katalytisch inaktiven Material gefertigt. Dies kann beispielsweise Gold oder eine Gold/Platin-Legierung sein. Die Elektrode 26 ist dagegen katalytisch aktiv ausgeführt und besteht beispielsweise aus Platin oder einer Platin/Rhodium- Legierung. Die äußere Elektrode 22 sowie die Referenzelektrode 28 bestehen ebenfalls aus einem katalytisch aktiven Material wie beispielsweise Platin. Das Elektrodenmaterial für alle Elektroden wird dabei in an sich bekannter Weise als Cermet eingesetzt, um mit den keramischen Folien zu versintern. In order to ensure that no decomposition of the gas to be determined occurs at the electrodes 20 , 24 , the electrodes 20 , 24 are made from a catalytically inactive material. This can be gold or a gold / platinum alloy, for example. In contrast, the electrode 26 is designed to be catalytically active and consists, for example, of platinum or a platinum / rhodium alloy. The outer electrode 22 and the reference electrode 28 likewise consist of a catalytically active material such as platinum. The electrode material for all electrodes is used in a manner known per se as a cermet in order to sinter with the ceramic films.
In den keramischen Grundkörper des Sensorelements 10 ist ferner zwischen zwei hier nicht dargestellten elektrischen Isolationsschichten ein Widerstandsheizer 40 eingebettet. Der Widerstandsheizer 40 dient dem Aufheizen des Sensorelements 10 auf die notwendige Betriebstemperatur von beispielsweise 750°C. A resistance heater 40 is also embedded in the ceramic base body of sensor element 10 between two electrical insulation layers (not shown here). The resistance heater 40 is used to heat the sensor element 10 to the necessary operating temperature of, for example, 750 ° C.
Da der im inneren Gasraum 13 einzustellende Sauerstoffpartialdruck gegenüber dem im Gasgemisch vorliegenden vergleichsweise niedrig ist, kann die Zahl der von den inneren Pumpelektroden 20, 24 zur äußeren Pumpelektrode 22 transportierten Sauerstoffionen je nach Sauerstoffgehaltes des zu bestimmenden Gasgemischs sehr groß sein. Um einen ausreichenden Sauerstofftransport aus den inneren Gasräumen 13, 14 zur äußeren Pumpelektrode 22 zu gewährleisten, wird eine entsprechend hohe Potentialdifferenz zwischen den inneren Pumpelektroden 20, 24 und der äußeren Pumpelektrode 22 eingestellt. Since the oxygen partial pressure to be set in the inner gas space 13 is comparatively low compared to that present in the gas mixture, the number of oxygen ions transported from the inner pump electrodes 20 , 24 to the outer pump electrode 22 can be very large, depending on the oxygen content of the gas mixture to be determined. In order to ensure sufficient oxygen transport from the inner gas spaces 13 , 14 to the outer pump electrode 22 , a correspondingly high potential difference between the inner pump electrodes 20 , 24 and the outer pump electrode 22 is set.
Die große Zahl an Sauerstoffionen, die von den inneren Pumpelektroden 20, 24 zur äußeren Pumpelektrode 22 transportiert wird, erfährt beim Tansport durch den Festelektrolyten einen Widerstand. Als Folge des Widerstands wird im Festelektrolyten eine Potentialdifferenz aufgebaut, deren Größe von der Zahl der transportierten Sauerstoffionen abhängt. The large number of oxygen ions, which is transported from the inner pump electrodes 20 , 24 to the outer pump electrode 22 , is resisted during transport through the solid electrolyte. As a result of the resistance, a potential difference is built up in the solid electrolyte, the size of which depends on the number of oxygen ions transported.
Die Bestimmung der zu messenden Gaskomponente erfolgt mittels einer aus den Elektroden 26, 28 gebildeten Pumpzelle, zwischen deren Elektroden 26, 28 eine konstante Potentialdifferenz eingestellt wird. Die Güte des resultierenden Meßsignals hängt wesentlich von einer möglichst konstanten Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 26, 28 ab. Die von den transportierten Sauerstoffionen ausgehenden elektrischen Felder führen jedoch im an die Elektroden 26, 28 der dritten Pumpzelle angrenzenden Festelektrolyten zu einer sich überlagernden, zeitlich variierenden Potentialdifferenz. The gas component to be measured is determined by means of a pump cell formed from the electrodes 26 , 28 , between whose electrodes 26 , 28 a constant potential difference is set. The quality of the resulting measurement signal essentially depends on a potential difference between the electrodes 26 , 28 which is as constant as possible. However, the electric fields emanating from the transported oxygen ions lead to an overlapping, time-varying potential difference in the solid electrolyte adjacent to the electrodes 26 , 28 of the third pump cell.
Um eine derartige Einkopplung von störenden elektrischen Feldern in der Nähe der Elektroden 26, 28 zu vermeiden, sind im Sensorelement 10 Mittel vorgesehen, die verhindern, daß die aufgrund der Pumpaktivität insbesondere der ersten Pumpzelle 20, 22 durch das Festelektrolytmaterial transportierten Ionen in die unmittelbare Umgebung der Elektroden 26, 28 gelangen können. In order to avoid such a coupling of disturbing electric fields in the vicinity of the electrodes 26 , 28 , means are provided in the sensor element 10 which prevent the ions transported due to the pumping activity, in particular the first pumping cell 20 , 22, through the solid electrolyte material into the immediate surroundings of electrodes 26 , 28 can reach.
Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel sind in das Sensorelement für Ionen weitgehend undurchlässige Schichten 30, 32, 34 eingearbeitet, die vorzugsweise parallel zu den Festelektrolytschichten 11a-11g ausgerichtet sind und durch ihre Position beispielsweise den zwischen den Elektroden 20, 22 auftretenden Ionenfluß aus dem unmittelbaren Bereich der Elektroden 24, 26, 28 fernhalten. Die Positionierung der für Ionen undurchlässigen Schichten 30, 32, 34 kann den jeweiligen Gegebenheiten des Sensorelements angepaßt werden. Da jedoch die zwischen den Elektroden 20, 22 wandernden Sauerstoffionen den jeweils kürzesten Weg bevorzugen, ist es zweckmäßig, die für Ionen undurchlässigen Schichten 30, 32, 34 beispielsweise zwischen jeweils einer der Elektroden 20, 22 und einer der vor dem Ionenfluß zu schützenden Elektroden 24, 26, 28 anzuordnen. According to the example shown in Fig. 1 first embodiment largely impermeable layers 30, 32, 34 are in the sensor element ion incorporated, the a- preferably parallel to the solid electrolyte layers 11 are aligned g 11 and by their position, for example, to between the electrodes 20, 22 Keep occurring ion flow away from the immediate area of the electrodes 24 , 26 , 28 . The positioning of the layers 30 , 32 , 34 impermeable to ions can be adapted to the particular circumstances of the sensor element. However, since the oxygen ions traveling between the electrodes 20 , 22 prefer the shortest path in each case, it is expedient to coat the layers 30 , 32 , 34 which are impermeable to ions, for example between one of the electrodes 20 , 22 and one of the electrodes 24 to be protected from the ion flow , 26 , 28 to be arranged.
Als Material für die für Ionen undurchlässige Schicht 30, 32, 34 kann beispielsweise Aluminiumoxid gewählt werden. Aluminum oxide, for example, can be selected as the material for the layer 30 , 32 , 34 impermeable to ions.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die für Ionen undurchlässigen Schichten 30, 32, 34 derart zwischen den den Ionenfluß verursachenden Elektroden 20, 22 anzuordnen, daß jede gedankliche Verbindungslinie zwischen den Elektroden 20, 22, die eine der vor dem Ionenfluß zu schützenden Elektroden 24, 26, 28 oder deren unmittelbare Umgebung schneidet, durch die Schichten 30, 32, 34 unterbrochen wird. Another possibility is to arrange the layers 30 , 32 , 34 which are impermeable to ions between the electrodes 20 , 22 causing the ion flow in such a way that any theoretical connecting line between the electrodes 20 , 22 , which is one of the electrodes 24 , 26 , 28 or their immediate vicinity through which layers 30 , 32 , 34 are interrupted.
In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch ein Sensorelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die innere Elektrode 26 der signalbildenden dritten Pumpzelle 26, 28 ist dabei von einer für Ionen undurchlässigen Schicht 35 dreidimensional umgeben. Die für Ionen undurchlässige Schicht 35 ist als Hohlkörper ausgeführt, der zumindest an der der Durchbrechung 16 zugewandten Seite offen ist. Die für Ionen undurchlässige Schicht 35 weist somit vorzugsweise die Form eines Bechers auf, es können jedoch auch eine oder mehrere Begrenzungsflächen des Bechers weggelassen werden. In Fig. 2 is a cross section through a sensor element according to a second embodiment of the present invention. The inner electrode 26 of the signal-forming third pump cell 26 , 28 is surrounded in three dimensions by a layer 35 impermeable to ions. The layer 35, which is impermeable to ions, is designed as a hollow body which is open at least on the side facing the opening 16 . The ion-impermeable layer 35 thus preferably has the shape of a cup, but one or more boundary surfaces of the cup can also be omitted.
In Fig. 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorelements dargestellt. Dabei werden als für Ionen weitgehend undurchlässige Zone Hohlräume innerhalb des Sensorelements herangezogen, insbesondere der zweite innere Gasraum 14 und/oder der Referenzgaskanal 19. Dabei wird der innere Gasraum 14 bzw. der Referenzgaskanal 19 so ausgestaltet, daß sie beispielsweise den zwischen den Elektroden 20, 22 auftretenden Ionenfluß aus dem unmittelbaren Bereich der Elektroden 24, 26, 28 fernhalten. In Fig. 3, a third embodiment of the sensor element according to the invention. Cavities within the sensor element are used as the zone largely impermeable to ions, in particular the second inner gas space 14 and / or the reference gas channel 19 . The inner gas space 14 or the reference gas channel 19 is designed such that, for example, they keep the ion flow occurring between the electrodes 20 , 22 away from the immediate area of the electrodes 24 , 26 , 28 .
So kann beispielsweise das den Elektroden 20, 22 zugewandte Ende 36 des inneren Gasraums 14 bzw. ein entsprechendes Ende 38 des Referenzgaskanals 19 durch Vergrößerung des inneren Gasraums 14 bzw. des Referenzgaskanals so positioniert werden, daß der zweite innere Gasraum 14 bzw. der Referenzgaskanal 19 jede gedankliche Verbindungslinie zwischen den Elektroden 20, 22 unterbricht, die eine der vor dem Ionenfluß zu schützenden Elektroden 24, 26, 28 oder deren unmittelbare Umgebung schneidet. For example, the electrodes 20, 22 facing the end 36 of the inner gas chamber 14 and a corresponding end 38 of the reference gas channel are positioned so by increasing the inner gas space 14 or the reference gas channel 19, that the second inner gas space 14 or the reference gas channel 19 Any conceptual connecting line between the electrodes 20 , 22 interrupts that intersects one of the electrodes 24 , 26 , 28 to be protected from the ion flow or the immediate vicinity thereof.
Sensorelemente gemäß der vorliegenden Erfindung eignen sich zur Bestimmung u. a. von Stickoxiden, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff oder Schwefeloxiden. Die Erfindung ist darüber hinaus auch auf Sensorelemente von Gassensoren anwendbar, die auf einer potentiometrischen Bestimmung der entsprechenden Gaskomponenten beruhen. Da es dabei auf eine möglichst genaue Erfassung der Potentialdifferenz zwischen Meß- und Referenzelektrode ankommt, ist eine Abschirmung zumindest einer dieser Elektroden vorteilhaft. Sensor elements according to the present invention are suitable to determine u. a. of nitrogen oxides, oxygen, Hydrocarbons, hydrogen or sulfur oxides. The invention is also on sensor elements of gas sensors applicable to a potentiometric determination of the corresponding gas components are based. Since it is a detection of the potential difference between When the measuring and reference electrodes arrive, there is a shield at least one of these electrodes is advantageous.
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