DE102004047459A1

DE102004047459A1 - Gas sensor for detection of combustible or explosion hazardous air gas mixture, has sensor heater whose electrical and physical data is associated with gas-dependent electrical resistance of acting layer to find gas concentration

Info

Publication number: DE102004047459A1
Application number: DE200410047459
Authority: DE
Inventors: Hanns Dr. Rump; Claus Dieter Prof. Dr. Kohl; Carsten Dipl.-Ing. Supply; Jessica Gerhart
Original assignee: T E M TECHN ENTWICKLUNGEN und; Tem! Techn Entwicklungen und Management GmbH
Current assignee: Al Ko Kober SE
Priority date: 2004-09-30
Filing date: 2004-09-30
Publication date: 2006-04-06

Abstract

A gas sensor has a contact structure for measuring an electrical resistance of an acting layer. A heating control system (3.1) regulates the temperature of a sensor unit at a constant temperature. A transducer (3.4) measures the electrical resistance of the acting layer. Electrical and physical data of the sensor heater is associated with the gas-dependent electrical resistance of the acting layer to determine an available gas concentration.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gassensoranordnung zur Detektion brennbarer oder explosionsgefährdeter Luft-Gasgemische, bestehend aus einem beheizbaren und mit einer halbleitenden Wirkschicht aus Metalloxid ausgerüstetem Sensorelementes, sowie einer Kontaktstruktur zur Messung des elektrischen Widerstandes der Wirkschicht, einer Heizungssteuerung, welche die Temperatur des Sensorelementes auf eine konstante Temperatur regelt und einem Messwandler zur Erfassung des elektrischen Widerstandes der Wirkschicht, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a gas sensor arrangement for detecting flammable or potentially explosive Air-gas mixtures, consisting of a heatable and with a Semiconducting active layer of metal oxide equipped sensor element, as well a contact structure for measuring the electrical resistance the active layer, a heating control, which determines the temperature of the sensor element regulates to a constant temperature and a Transducer for detecting the electrical resistance of the active layer, according to the generic term of claim 1.

Zum Zwecke der Detektierung oxidierbarer Gase und Dämpfe sowie zur Detektion brennbarer Gase sind Sensoren bekannt, bei denen sich die Leitfähigkeit von beheizten Metalloxiden bei Begasung ändert. Die Sensorstrukturen sind auf einem Träger aus Keramik oder aus Silizium aufgebaut. Auf dem Träger ist eine Kontaktstruktur, Interdigital-Struktur, aufgebaut, welche den elektrischen Widerstand der darauf aufgetragenen Wirkschicht aus Metalloxid abgreift. Die Wirkschicht ist beheizt, wobei die Heizung auf dem Träger aufgebracht ist oder im Falle von Siliziumsensoren durch den Träger selbst gebildet werden kann.To the Purposes of detecting oxidizable gases and vapors and for the detection of flammable gases Sensors are known in which the conductivity of heated metal oxides when fumigation changes. The sensor structures are on a support made of ceramic or silicon built up. On the carrier is a contact structure, interdigital structure, constructed, which the electrical resistance of the applied active layer picks off metal oxide. The active layer is heated, with the Heating on the carrier is applied or in the case of silicon sensors by the carrier itself can be formed.

Es werden verschiedene Metalloxide eingesetzt. Die größte Verbreitung hat Zinndioxid, SnO₂, gefunden, sowie Zinkoxid, Wolframdioxid, Galliumoxid, und andere Oxide sowie Mischungen verschiedener Metalloxide.Various metal oxides are used. The largest distribution has been found in tin dioxide, SnO ₂ , as well as zinc oxide, tungsten dioxide, gallium oxide, and other oxides as well as mixtures of various metal oxides.

Dem Metalloxid können Reaktionsbeschleuniger, Katalysatoren, beigemischt werden. Die meiste Verbreitung haben, in sehr geringen Mengen, Palladium und Platin gefunden. Prinzipiell sind alle Übergangsmetalle als Katalysator geeignet.the Metal oxide can Reaction accelerators, catalysts, be admixed. Most distribution found, in very small quantities, palladium and platinum. in principle are all transition metals suitable as a catalyst.

Es ist bekannt, dass sich der bei Normalluft und bei Temperaturen von meistens 300-500°C gemessene Grundwiderstand der oxidischen Sensorwirkschicht bei Begasung mit brennbaren Gasen oder Dämpfen verringert.It is known that in normal air and at temperatures of mostly 300-500 ° C measured basic resistance of the oxidic sensor active layer during fumigation with flammable gases or vapors reduced.

In Abhängigkeit von der Temperatur der Wirkschicht und der Rezeptur der Wirkschicht, das ist der Anteil der katalytisch wirksamen Beimischungen, ändert sich das spezifische Ansprechverhalten gegenüber verschiedenen Gasen oder Dämpfen.In dependence the temperature of the active layer and the formulation of the active layer, That is the proportion of the catalytically active admixtures, changes the specific response to different gases or Vapors.

Wegen der großen Abhängigkeit von der Temperatur der Wirkschicht ist es bekannt, die Temperatur elektronisch zu regeln. Wenn der elektrische Heizer aus einem Material mit bekanntem und großen Temperaturkoeffizienten besteht – etwa aus Platin – dann ist bekannt, den Widerstand des Heizelementes selbst als Temperatursensor zu benutzen.Because of the big dependence From the temperature of the active layer it is known the temperature to regulate electronically. If the electric heater made of a material with known and big Temperature coefficient is - about platinum - then known, the resistance of the heating element itself as a temperature sensor to use.

Bei Siliziumsensoren ist bekannt, eine zusätzliche Struktur auf den Träger aufzubringen, welcher als IST-Wert-Thermometer eingesetzt wird.at Silicon sensors are known to apply an additional structure to the carrier, which is used as an actual value thermometer.

Es sind des Weiteren elektronische Heizungsregler bekannt, bei denen die Heizleistung durch gepulsten Gleichstrom aufgebracht wird. Dabei wird in der Impulspause jeweils der elektrische Widerstand des Heizers gemessen und mit einem IST-Wert verglichen. Kommt es zu Abweichungen, wird das Verhältnis Impuls-Pause wirkungsrichtig verändert.It Furthermore, electronic heating controllers are known in which the heating power is applied by pulsed direct current. It will in the pulse break each time the electrical resistance of the heater measured and compared with an actual value. If there are deviations, will The relationship Pulse break effectively changed.

Aus dem Verhältnis Impuls-Pause, dem elektrischen Widerstand des Heizers und der bekannten Impulsspannung kann die Leistungsaufnahme P_Heiz des Heizers berechnet werden, wobei T₁ die Zeit einer Heizperiode ist und T₂ die Zeit innerhalb der Heizperiode ist, in welcher der Sensor beheizt wird. PHeiz = U2/R·(T1/T2) From the ratio pulse-pause, the electrical resistance of the heater and the known pulse voltage, the power consumption P _{Heiz of} the heater can be calculated, where T _{1 is} the time of a heating period and T _{2 is} the time within the heating period in which the sensor is heated , P heating = U 2 / R * (T 1 / d 2 )

Technische Aufgabe:Technical task:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Verwendung eines oxidischen Sensors die Messung explosionsgefährlicher Luft-Gasgemische in Konzentrationen zwischen 0,05 Vol.% bis ca. 4 Vol.% zu ermöglichen.Of the Invention is based on the object when using an oxidic Sensors the measurement of explosive air-gas mixtures in concentrations between 0.05% by volume to about 4% by volume.

Offenbarung der Erfindung und deren Vorteile:Disclosure of the invention and their advantages:

Die Lösung besteht bei einer Gassensoranordnung der eingangs genannten Gattung darin, dass elektrische und physikalische Daten des Sensorheizers mit dem gasabhängigen elektrischen Widerstand der Wirkschicht mit dem Ziel der Ermittlung der angebotenen Gaskonzentration verknüpft werden.The solution consists in a gas sensor arrangement of the type mentioned in that electrical and physical data of the sensor heater with the gas-dependent electrical resistance of the active layer with the aim of identifying the linked gas concentration can be linked.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist das Sensorelement auf konstante Temperatur geregelt, wobei als Funktion der angebotenen Gaskonzentration sich die von der Sensorheizung aufgenommene elektrische Heizleistung verringert. Dabei kann die elektrische Leistungszufuhr zum Sensorelement konstant sein, wobei sich als Funktion der angebotenen Gaskonzentration die Sensortemperatur erhöht.In further inventive embodiment the sensor element is regulated to a constant temperature, wherein Function of the gas concentration offered absorbed by the sensor heating reduced electrical heating power. The electrical Power supply to the sensor element to be constant, with as Function of the offered gas concentration increases the sensor temperature.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung befindet sich das Heizelement des Gassensors in einer elektrischen Brückenschaltung mit einem Referenzelement, wobei bei einer auftretenden exothermen Reaktion die Brücke als Funktion der Gaskonzentration verstimmt wird, wobei die Brückenspannung mit dem elektrischen Widerstand der Wirkschicht in geeigneter Weise zur Ermittlung der Gaskonzentration verknüpft wird.In a further embodiment according to the invention, the heating element of the gas sensor is in an electrical bridge circuit with a reference element, wherein in an occurring exothermic reaction, the bridge as a function of Gaskon centering is detuned, wherein the bridge voltage is linked to the electrical resistance of the active layer in a suitable manner for determining the gas concentration.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung ist das Sensorelement thermisch von seiner Umgebung isoliert, wobei der Gaszutritt zum Sensorelement ohne Luftaustausch durch eine Gasdiffusionsschicht erfolgt, welche aus einem Sintermaterial besteht.In further inventive embodiment the sensor element is thermally insulated from its surroundings, wherein the gas inlet to the sensor element without air exchange through a gas diffusion layer takes place, which consists of a sintered material.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:Summary the drawing, in which show:

1 die Kennlinie eines oxidischen Gassensors des Standes der Technik, die eine exponentielle Kennlinie darstellt, 1 the characteristic curve of an oxide gas sensor of the prior art, which represents an exponential characteristic,

2 eine Brückenschaltung zum Vergleich der Spannung zwischen zwei Sensorelementen 2.1 und 2.2 zur Gewinnung einer Aussage über die Abweichung der Temperatur und der daraus resultierenden Widerstandsänderung der Heizelemente und der daraus resultierenden Brückenspannung 2.3, welche ein Maß für die angebotene Gaskonzentration ist, 2 a bridge circuit for comparing the voltage between two sensor elements 2.1 and 2.2 to obtain a statement about the deviation of the temperature and the resulting change in resistance of the heating elements and the resulting bridge voltage 2.3 , which is a measure of the offered gas concentration,

3 in vereinfachter Form den Aufbau der elektrischen Anordnung mit einem elektronischen analogen oder digitalen Heizungsregler, welcher die Temperatur des Sensors 3.2 auf eine konstante, vorgegebene Temperatur regelt und 3 in a simplified form the structure of the electrical arrangement with an electronic analog or digital heating controller, which determines the temperature of the sensor 3.2 regulates to a constant, predetermined temperature and

4 die Zusammenhänge zwischen dem Widerstand 4.1 der Sensorwirkschicht und der Leistungsaufnahme des Heizelementes 4.2 bei vorgegebenem und auf konstante Temperaturwerte geregeltem Heizkreis. 4 the connections between the resistance 4.1 the sensor active layer and the power consumption of the heating element 4.2 at a preset and to constant temperature controlled heating circuit.

In der 1 ist dargestellt, dass die Kennlinie eines oxidischen Gassensors typisch sehr stark gekrümmt ist, nämlich eine exponentielle Kennlinie darstellt. Daraus folgt, dass bei kleinen Gaskonzentrationen große Änderungsbeträge des Wirkwiderstandes zu erwarten sind, welche bei größeren Gaskonzentrationen kleiner werden und letztlich asymptotisch auslaufen, weil zunehmende Gaskonzentrationen den Wirkwiderstand nicht weiter vermindern, bzw. mit geringem Aufwand keine effektive Auswertung mehr möglich ist. Die Kurve wird zunehmend asymptotisch oberhalb Gaskonzentrationen von ca.> 0,5 Vol.%.In the 1 is shown that the characteristic curve of an oxidic gas sensor is typically very strongly curved, namely represents an exponential characteristic. It follows that at small gas concentrations large change amounts of the resistance to be expected, which are smaller at larger gas concentrations and ultimately expire asymptotically, because increasing gas concentrations do not further reduce the effective resistance, or with little effort, no more effective evaluation is possible. The curve becomes increasingly asymptotic above gas concentrations of about> 0.5 vol.%.

Änderungsbeträge des Widerstandes der Wirkschicht werden dann zunehmend kleiner als Quereinflüsse auf den Widerstand der Wirkschicht, so dass eine sichere und wiederholbare Messung innerhalb kleiner Toleranzen nicht mehr sicher erfolgen kann.Amounts of change in resistance the active layer then become increasingly smaller than cross influences the resistance of the active layer, so that a safe and repeatable Measurement within small tolerances can not be done safely.

Zur Erkennung höherer Gaskonzentrationen sind Sensoren bekannt, bei denen die bei Oxidation der angebotenen Gase entstehende exotherme Energie ausgenutzt wird. Bei diesen Pellistoren oder Wärmetönungssensoren genannten Sensoren werden zwei Heizelemente als Spannungsteiler geschaltet. Die Heizelemente bestehen aus einem Material mit großem Temperaturbeiwert, etwa aus Platin.to Detecting higher Gas concentrations are known sensors in which the oxidation of the gases used exothermic energy is exploited. These pellistors or catalytic sensors mentioned sensors are two heating elements as a voltage divider connected. The heating elements are made of a material with a high temperature coefficient, about platinum.

Beide Sensorelemente sind mit Metalloxid – zum Beispiel mit Zinndioxid – beschichtet. Bei einem der Sensorelemente ist das Metalloxid mit einem Katalysator versehen. Bei Angebot von Gas wird dieses katalytisch auf der Oberfläche der Metalloxidschicht umgesetzt. Die entstehende zusätzliche Wärme teilt sich dem Heizelement mit.Both Sensor elements are coated with metal oxide - for example with tin dioxide. In one of the sensor elements, the metal oxide is a catalyst Mistake. When gas is offered, it will be catalytically on the surface of the gas Metal oxide layer implemented. The resulting additional heat is shared by the heating element With.

Wenn – wie beispielhaft in 2 gezeigt – durch die gezeigte Brückenschaltung die Spannung zwischen den beiden Sensorelementen 2.1 und 2.2 verglichen wird, ist die Abweichung der Temperatur und der daraus resultierenden Widerstandsänderung der Heizelemente und der daraus resultierenden Brückenspannung 2.3 ein Maß für die angebotene Gaskonzentration.If - as exemplified in 2 shown - by the bridge circuit shown, the voltage between the two sensor elements 2.1 and 2.2 is compared, the deviation of the temperature and the resulting change in resistance of the heating elements and the resulting bridge voltage 2.3 a measure of the offered gas concentration.

Eine auswertbare Temperaturänderung in den Brückenzweigen entsteht erst bei relativ hoher Gaskonzentration, etwa bei Methan oberhalb von 0,5 Vol.%. Dies begründet sich mit der umgesetzten Energie im angebotenen Luft-Gasgemisch.A evaluable temperature change in the bridge branches arises only at relatively high gas concentration, such as methane above 0.5 vol.%. This is based on the implemented Energy in the offered air-gas mixture.

Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, sowohl den elektrischen Widerstand der Wirkschicht R_Sens, als auch die Leistungsaufnahme des zugeordneten Heizelementes messtechnisch zu erfassen.According to the invention, it is therefore proposed to detect both the electrical resistance of the active layer R _Sens , as well as the power consumption of the associated heating element by measurement.

Vorteilhaft wird die Leistungsaufnahme des Heizelementes messtechnisch dadurch erfasst, indem aus dem Verhältnis Impuls-Pause, dem elektrischen Widerstand des Heizers und der bekannten Impulsspannung die Leistungsaufnahme P_Heiz des Heizers berechnet wird, wobei T₁ die Zeit einer Heizperiode ist und T₂ diejenige Zeit innerhalb der Heizperiode ist, in welcher der Sensor beheizt wird: PHeiz = U2/R·(T1/T2) Advantageously, the power consumption of the heating element is metrologically detected by the power consumption P _{heating of} the heater is calculated from the ratio pulse-break, the electrical resistance of the heater and the known pulse voltage, where T _{1 is} the time of a heating period and T ₂ that time within the heating period is, in which the sensor is heated: P heating = U 2 / R * (T 1 / d 2 )

In vereinfachter Form ist die elektrische Anordnung aufgebaut, wie es in 3 dargestellt ist. Dabei ist 3.1. ein elektronischer Heizungsregler, welcher analog oder digitaltechnisch aufgebaut ist und welcher die Temperatur des Sensors 3.2 auf eine konstante, vorgegebene Temperatur regelt.In a simplified form, the electrical arrangement is constructed as in 3 is shown. It is 3.1 , an electronic heating controller, which is constructed analog or digital technology and which the temperature of the sensor 3.2 regulated to a constant, predetermined temperature.

Der Heizungsregler ist vorteilhaft so aufgebaut, dass die zum Betrieb bei Soll-Temperatur notwendige elektrische Leistung ermittelt wird und einem elektronischen Auswerteeinrichtung 3.3 zur Verfügung gestellt wird.The heating controller is advantageously constructed so that the emergency operation at setpoint temperature manoeuvrable electrical power is determined and an electronic evaluation device 3.3 is made available.

Der elektrische Widerstand der Wirkschicht wird über eine Interdigitalstruktur abgegriffen und über einen geeigneten Messwandler 3.4 in einen elektrische Messwert gewandelt. Dieser Messwert wird ebenfalls einer Auswerteeinrichtung 3.3. zur Verfügung gestellt. In der Auswerteeinrichtung 3.3. werden die Daten miteinander verknüpft und stehen als Rechenwert am Ausgang 3.5. zur Verfügung.The electrical resistance of the active layer is tapped via an interdigital structure and via a suitable transducer 3.4 converted into an electrical measurement. This measured value also becomes an evaluation device 3.3 , made available. In the evaluation device 3.3 , the data are linked together and are available as arithmetic values at the output 3.5 , to disposal.

Um bei Begasung eine auswertbare exotherme Reaktion auf der Wirkschicht zu erzeugen, muss das Sensorelement stark mit katalytischen Zuschlägen angereichert werden. In der bevorzugten Rezeptur wurden 5Vol.% Palladium eingesetzt. Andere Katalysatoren und andere Konzentrationen der Katalysatoren sind möglich.Around with fumigation an evaluable exothermic reaction on the active layer To generate the sensor element must be strongly enriched with catalytic additives become. In the preferred formulation 5 vol.% Palladium were used. Other catalysts and other concentrations of catalysts are possible.

Wird, wie es in 4 gezeigt ist, der Widerstand 4.1 der Sensorwirkschicht und die Leistungsaufnahme des Heizelementes 4.2 bei vorgegebener und auf konstante Temperaturwerte geregeltem Heizkreis gemessen, zeigen sich die Zusammenhänge.Will, as it is in 4 shown is the resistance 4.1 the sensor active layer and the power consumption of the heating element 4.2 measured at a given and controlled to constant temperature values heating circuit, the relationships show.

Der Widerstand R_Sens der Wirkschicht unter Gas kann ins Verhältnis mit dem Widerstand R_Null der Wirkschicht bei Normalluft gebracht werden:

The resistance R _{Sens of} the active layer under gas can be brought into relation with the resistance R _{0 of} the active layer at normal air:

Die Leistungsaufnahme P_Gas des Heizelementes unter Gas kann ins Verhältnis mit der Leistungsaufnahme P_Null des Heizelementes bei Normalluft gebracht werden:

The power consumption P _{Gas of} the heating element under gas can be related to the power consumption P _{zero of} the heating element at normal air:

Beide Ausdrücke können mathematisch miteinander verknüpft werden. Das Ergebnis ist ein Maß für die Konzentration des angebotenen Gases. In der einfachsten Form kann der Ausdruck lauten: Gas = P·R(n) Both expressions can be linked mathematically. The result is a measure of the concentration of the gas offered. In the simplest form, the expression may be: Gas = P · R (N)

Andere und komplexere mathematische Verknüpfungen mit dem Ziel einer weitgehend linearisierten Kennlinie sind als Varianten der ertindungsgemäßen Grundidee möglich.Other and more complex mathematical links with the goal of a largely linearized characteristic are as variants of the invention according to the basic idea possible.

Erfindungsgemäß wird vorteilhaft erreicht, dass bei geringen Gaskonzentrationen die hohe Steilheit des beheizten oxidischen Halbleitersensors für gute und reproduzierbare Messergebnisse sorgt und dass dann, wenn bei höheren Gaskonzentrationen die Kennlinie des beheizten oxidischen Halbleitersensors asymptotisch wird und keine zuverlässige Auswertung mehr gestattet, eine zusätzliche Information der Auswertung zugeführt wird, welche sich aus einer sich aufgrund durch die Oxidation des Gases an der Sensoroberfläche zugeführte thermische Energie eine verminderte elektrischen Leistungsaufnahme des Sensorelementes ist.According to the invention is advantageous achieved that at low gas concentrations, the high slope the heated oxide semiconductor sensor for good and reproducible Measurement results and that if at higher gas concentrations the Characteristic of the heated oxide semiconductor sensor asymptotic and no reliable evaluation more allowed, an additional Information of the evaluation supplied which is due to a due to the oxidation of the Gas at the sensor surface supplied thermal energy a decreased electrical power consumption of the sensor element is.

In der 4 ist zur Verdeutlichung die Untere Explosionsgrenze UEG (4.4) und die Alarmgrenze (4.3) eingezeichnet. Die Alarmgrenze ist hier mit UEG/10 bestimmt. Es wird deutlich, dass die Alarmgrenze bereits im abgeflachten Teil der Sensorkennlinie sich befindet und dass die Änderung des Sensorwiderstandes in Bezug auf den Widerstand der UEG eine Geringe ist. Andererseits ist die Änderung der aufgebrachten Heizleistung in diesem Teil der Sensor-Kennlinie signifikant und auswertbar.In the 4 is to clarify the lower explosion limit UEG ( 4.4 ) and the alarm limit ( 4.3 ). The alarm limit is determined here with LEL / 10. It becomes clear that the alarm limit is already in the flattened part of the sensor characteristic and that the change of the sensor resistance with respect to the resistance of the LEL is a small one. On the other hand, the change in the applied heating power in this part of the sensor characteristic is significant and evaluable.

Die Leistungsaufnahme des Sensorelementes ist unter anderem davon abhängig, dass die an die Umgebung abgegebene thermische Leistung eine Funktion der Umgebungstemperatur ist. Wird das Sensorelement thermisch isoliert aufgebaut und wird der Gaszutritt durch eine Diffusionsschicht ohne Luftaustausch ermöglicht, sind Quereinflüsse aus äußerer Temperatur klein und im Bereich von ca. –10°C bis +50°C zu vernachlässigen.The Power consumption of the sensor element is inter alia dependent on that the thermal power delivered to the environment is a function the ambient temperature is. If the sensor element is thermally insulated constructed and the gas access is made possible by a diffusion layer without air exchange, are cross influences from outside temperature small and in the range of about -10 ° C to + 50 ° C negligible.

Wird eine höhere Genauigkeit gefordert wird erfindungsgemäß die Heizleistung des katalytisch heizbaren Sensorelementes mit einem Referenzheizelement verglichen werden, welches keine katalytisch wirksame Beschichtung aufweist. Dabei sind beide Heizer zu einer Brückenschaltung zusammengefasst. Die Verstimmung der Brücke aufgrund zugeführter exothermer Energie ist ein Maß für die beaufschlagte Gaskonzentration.Becomes a higher one Accuracy is required according to the invention, the heating power of the catalytically heated Sensor element to be compared with a reference heating element, which has no catalytically active coating. there Both are heaters to a bridge circuit summarized. The detuning of the bridge due to supplied exothermic Energy is a measure of the impacted Gas concentration.

Zur Ermittlung der gasabhängig zugeführten Energie kann die Heizung des Sensorelementes auf konstanter Temperatur betrieben werden, wobei die benötigte Heizleistung als Funktion der Gaskonzentration abnimmt.to Determination of the gas-dependent supplied energy The heating of the sensor element can be operated at a constant temperature be, with the needed Heating power decreases as a function of gas concentration.

Zur Ermittlung der gasabhängig zugeführten Energie kann die Heizung des Sensorelementes mit konstanter elektrischer Leistung versorgt werden, wobei die sich als Funktion der Gaskonzentration ändernde Temperatur des Sensorelementes ein Maß für die Gaskonzentration ist.to Determination of the gas-dependent supplied energy can the heating of the sensor element with constant electrical Power supplied, which changes as a function of gas concentration Temperature of the sensor element is a measure of the gas concentration.

Es sind zahlreiche Variationen im Schaltungsaufbau der erfindungsgemäßen Lösung denkbar.It Numerous variations in the circuit design of the solution according to the invention are conceivable.

Allen Varianten ist gemeinsam, dass der elektrische Widerstand der Wirkschicht eines beheizten oxidischen Halbleitergassensors mit den elektrischen Daten aus Heizleistung oder aus Heizertemperatur mathematisch oder analogtechnisch verknüpft wird zum Zwecke der Ermittlung der beaufschlagten Gaskonzentration.All variants have in common that the electrical resistance of the active layer of a heated the oxidic semiconductor gas sensor is mathematically or analogically linked with the electrical data from heating power or from heater temperature for the purpose of determining the applied gas concentration.

Claims

Gas sensor arrangement for the detection of combustible or explosive Air-gas mixtures, • existing from a heatable and with a semiconductive active layer Metal oxide equipped Sensor element, • such as a contact structure for measuring the electrical resistance the active layer, • one Heating control, which the temperature of the sensor element on a constant temperature governs. • a transducer for detection the electrical resistance of the active layer, where electrical and physical data of the sensor heater with the gas-dependent electrical Resistance of the active layer with the aim of identifying the offered Gas concentration linked become.

Gas sensor arrangement according to claim 1, characterized in that that the sensor element is regulated to constant temperature, wherein as a function of the offered gas concentration, that of the sensor heating recorded electrical heating power reduced.

Gas sensor arrangement according to claim 1, characterized in that that the electric power supply to the sensor element is constant is, as a function of the offered gas concentration, the Sensor temperature increased.

Gas sensor arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the heating element of the gas sensor is in an electrical bridge circuit is located with a reference element, wherein occurring when exothermic Reaction the bridge is detuned as a function of gas concentration, the bridge voltage with the electrical resistance of the active layer in a suitable manner linked to determine the gas concentration.

Gas sensor arrangement according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the sensor element thermally from its Environment is isolated and that the gas inlet to the sensor element carried out without exchange of air through a gas diffusion layer, which consists of a sintered material.