DE102006034117A1 - Gas sensor for the determination of hydrogen-containing gas components in combustion gas mixtures - Google Patents

Gas sensor for the determination of hydrogen-containing gas components in combustion gas mixtures Download PDF

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Bernd Schumann
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gassensor zur Bestimmung von wasserstoffhaltigen, oxidierbaren oder reduzierbaren Gaskomponenten in Verbrennungsgasgemischen, insbesondere zur Bestimmung von NH<SUB>3</SUB>. Der Sensor weist eine in einem Luftreferenzraum angeordnete Referenzelektrode sowie eine mit dieser leitend verbundene, in einem Messraum angeordnete Mischpotenzialelektrode auf, und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum von dem Gasraum, welcher mit dem zu analysierenden Gas oder Gasgemisch beaufschlagt ist, über mindestens eine Diffusionsbarriere getrennt ist, und ein dem Messraum ein konstanter Sauerstoffpartikeldruck einstellbar ist.The invention relates to a gas sensor for the determination of hydrogen-containing, oxidizable or reducible gas components in combustion gas mixtures, in particular for the determination of NH <SUB> 3 </ SUB>. The sensor has a reference electrode arranged in an air reference space and a mixed potential electrode arranged conductively with the latter and arranged in a measuring space, and is characterized in that the measuring space of the gas space, which is exposed to the gas or gas mixture to be analyzed, via at least one diffusion barrier is separated, and the measuring space a constant oxygen particle pressure is adjustable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor zur Bestimmung von wasserstoffhaltigen Gaskomponenten in Verbrennungsgasgemischen, insbesondere zur Bestimmung von NH3.The present invention relates to a gas sensor for the determination of hydrogen-containing gas components in combustion gas mixtures, in particular for the determination of NH 3 .

Stand der TechnikState of the art

Sensoren für die Gasanalyse arbeiten häufig nach dem Mischpotenzialprinzip. Dabei wird die Spannung zwischen einer Referenzelektrode in einem Luftreferenzraum und einer in einem Messgas, z.B. in einem Abgasstrom, angeordneten Messelektrode als Signal ausgewertet. Beide Elektroden sind durch ein festkörperelektrolytisches Material voneinander getrennt, das eine Leitfähigkeit für Sauerstoffionen aufweist.sensors for the Gas analysis often works the mixed potential principle. The tension between a Reference electrode in an air reference space and one in a sample gas, e.g. evaluated in a flow of exhaust gas, arranged measuring electrode as a signal. Both electrodes are by a solid electrolyte material separated from each other, which has a conductivity for oxygen ions.

Ein solcher Sensor ist z.B. aus der DE 40 21 929 bekannt. Dabei ist die Messelektrode so ausgebildet, dass sie oxidationskatalytisch inaktiv bzw. elektrokatalytisch aktiv ist. Das bedeutet, dass sie die Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoffionen aus dem Festkörperelektrolyten begünstigt. Zu diesem Zweck wird die Messelektrode aus einer binären Legierung gefertigt, die neben Platin, Gold, Nickel, Kupfer, Rhodium, Ruthenium, Palladium oder Titan enthält. Dadurch wird erreicht, dass die für die Potenzialbildung und langzeitstabile Funktionstüchtigkeit notwendige Verbindung zwischen dem Festelektrolyten und der Messelektrode gegeben ist.Such a sensor is eg from the DE 40 21 929 known. In this case, the measuring electrode is designed so that it is oxidation-catalytically inactive or electrocatalytically active. This means that it promotes the reaction of hydrogen with oxygen ions from the solid electrolyte. For this purpose, the measuring electrode is made of a binary alloy containing, in addition to platinum, gold, nickel, copper, rhodium, ruthenium, palladium or titanium. This ensures that the necessary connection between the solid electrolyte and the measuring electrode for potential formation and long-term stable functioning is given.

An der Mess- oder Mischpotenzialelektrode bilden sich Mischpotenziale durch die kinetisch gehemmte Reaktion von Sauerstoff mit anderen Gasen wie H2, Kohlenwasserstoffgasen, NH3, CO, NO und NO2 aus, d.h. der Sensor ist gegenüber diesen Gasen empfindlich.At the measuring or mixed potential electrode, mixing potentials are formed by the kinetically inhibited reaction of oxygen with other gases such as H 2 , hydrocarbon gases, NH 3 , CO, NO and NO 2 , ie the sensor is sensitive to these gases.

Da die Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom stark schwanken kann, ist die intrinsisch hohe Sauerstoffquerempfindlichkeit besonders kritisch, d.h. die für das interessierende Gas erhaltenen Messwerte schwanken stark mit der Sauerstoffkonzentration im Abgasstrom. Gerade Verbrennungsmotoren stoßen jedoch Abgase mit stark schwankenden Sauerstoffgehalten aus. Aus diesem Grunde sind die genannten Sensoren für die Abgasanalyse von Verbrennungsmotoren nur bedingt einsetzbar.There the oxygen concentration in the exhaust stream can fluctuate greatly, the intrinsically high oxygen interference is especially critical, i. the for The gas of interest obtained measurements vary greatly with the oxygen concentration in the exhaust stream. Straight combustion engines bump but exhaust gases with strongly fluctuating oxygen levels. Out For this reason, the mentioned sensors for the exhaust gas analysis of internal combustion engines only conditionally usable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Gassensor zur Bestimmung von wasserstoffhaltigen, oxidierbaren oder reduzierbaren Gaskomponenten in Verbrennungsgasgemischen bereitzustellen, der auch bei stark schwankenden Sauerstoffgehalten in dem Verbrennungsgasgemisch stabile Messwerte liefert.task The present invention is therefore a gas sensor for determination of hydrogen-containing, oxidizable or reducible gas components provide in combustion gas mixtures, even at strong fluctuating oxygen levels in the combustion gas mixture stable Delivers measured values.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des vorliegenden Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen an.These The object is achieved with the features of the present claim 1. The under claims give preferred embodiments at.

Demnach ist ein Gassensor zur Bestimmung von wasserstoffhaltigen, oxidierbaren oder reduzierbaren Gaskomponenten in Verbrennungsgasgemischen, insbesondere zur Bestimmung von NH3, vorgesehen, der eine in einem Luftreferenzraum angeordnete Referenzelektrode sowie eine mit dieser leitend verbundene, in einem Messraum angeordnete Mischpotenzialelektrode aufweist. Der Sensor ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum von dem Gasraum, welcher mit dem zu analysierenden Gas oder Gasgemisch beaufschlagt ist, über mindestens eine Diffusionsbarriere getrennt ist, und außerdem dadurch, dass in dem Messraum ein konstanter Sauerstoffpartialdruck einstellbar ist.Accordingly, a gas sensor for the determination of hydrogen-containing, oxidizable or reducible gas components in combustion gas mixtures, in particular for the determination of NH 3 , is provided, which has a arranged in an air reference space reference electrode and a conductively connected thereto, arranged in a measuring space mixed potential electrode. The sensor is characterized in that the measuring space is separated from the gas space, which is acted upon by the gas or gas mixture to be analyzed, via at least one diffusion barrier, and also in that a constant oxygen partial pressure can be set in the measuring space.

Die Diffusionsbarriere ist so ausgestaltet, dass die zu analysierenden Verbrennungsgase in den Messraum diffundieren können. Die Diffusionsbarriere schafft überdies die Voraussetzungen dafür, dass über eine geeignete Einrichtung in dem Messraum ein konstanter Sauerstoffpartialdruck eingestellt werden kann.The Diffusion barrier is designed so that the analyzed Combustion gases can diffuse into the measuring space. The diffusion barrier creates moreover the conditions for that over a suitable device in the measuring space a constant oxygen partial pressure can be adjusted.

Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der erfindungsgemäße Gassensor auch bei stark schwankenden Sauerstoffgehalten in dem Verbrennungsgasgemisch stabile Messwerte liefert.On This ensures that the gas sensor according to the invention even with strongly fluctuating oxygen contents in the combustion gas mixture provides stable readings.

Bei der Mischpotenzialelektrode handelt es sich bevorzugt um eine Pt-Au-Mischpotenzialelektrode. Der Sauerstoffpartialdruck ist bevorzugt entweder im Bereich von 10-2 – 10-15 bar, vorzugsweise 10-9 einstellbar, oder im Bereich von 10-2 bar – 10-1 bar einstellbar. Im ersten Fall wird der Sensor in einem einer Lambdasonde (LSU) ähnlichen Grenzstrombetrieb betrieben. Bei der letzteren Betriebsweise steht mehr Sauerstoff für die Mischpotenzialbildung zur Verfügung. Eine Änderung der Sauerstoffkonzentration im Abgas wirkt sich dadurch nicht mehr auf die Ausbildung des Mischpotenzials auf der Messelektrode aus.The mixed potential electrode is preferably a Pt-Au mixed potential electrode. The oxygen partial pressure is preferably adjustable either in the range of 10 -2 - 10 -15 bar, preferably 10 -9 , or adjustable in the range of 10 -2 bar - 10 -1 bar. In the first case, the sensor is operated in a lambda probe (LSU) -like limiting current operation. In the latter mode of operation, more oxygen is available for mixed potential formation. A change in the oxygen concentration in the exhaust gas thereby no longer affects the formation of the mixing potential on the measuring electrode.

Der Luftreferenzraum kann ein für die Außenluft zugänglicher Luftreferenzkanal sein, in welchem die Referenzelektrode angeordnet ist. Da der Sauerstoffpartialdruck in der Außenluft bekannt und sehr konstant ist, wird so ein stabiles Referenzpotenzial gewährleistet. Die Luftreferenz kann aber auch als eine gepumpte Referenz realisiert werden. Voraussetzung ist auch hier die Verwendung eines für Sauerstoffionen permeablen Materials.Of the Air reference room can be a for the outside air accessible Be air reference channel, in which the reference electrode arranged is. Since the oxygen partial pressure in the outside air is known and very constant This ensures a stable reference potential. The air reference but can also be realized as a pumped reference. requirement Here, too, is the use of a permeable for oxygen ions Material.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gassensors ist vorgesehen, dass der Sensor mindestens im Bereich zwischen dem Messraum und einem Außenbereich ein für Sauerstoffionen permeables festkörperelektrolytisches Material aufweist. Gleichzeitig sind in dem durch die Diffusionsbarriere vom Gasraum abgetrennten Bereich des Gassensors eine innere Pumpelektrode sowie in dem Außenbereich eine äußere Pumpelektrode angeordnet, mittels derer Sauerstoffionen durch das festkörperelektrolytische Material in den oder aus dem Messraum pumpbar sind. Auf diese Weise lässt sich, unterstützt durch die Diffusionsbarriere, in dem Messraum ein konstanter Sauerstoffpartialdruck einstellen.In a preferred embodiment of the gas sensor according to the invention it is provided that the sensor at least in the area between the measuring space and an outdoor area for a Sauerst having permeable solid electrolytic material. At the same time, an inner pumping electrode is arranged in the area of the gas sensor separated by the diffusion barrier from the gas space and an outer pumping electrode in the outer area, by means of which oxygen ions can be pumped through the solid-state electrolytic material into or out of the measuring space. In this way, supported by the diffusion barrier, a constant oxygen partial pressure can be set in the measuring space.

Innere und äußere Pumpelektrode bilden eine sogenannte Pumpzelle. Unter diesem Begriff wird ein über zwei Elektroden kontaktierter, amperometrisch betriebener Elektrolyt verstanden. An den beiden Elektroden wird eine Potenzialdifferenz angelegt, aufgrund derer ein Innenstrom durch den Elektrolyten hervorgerufen wird. Die Richtung und Quantifizierung des Innenstroms berechnet sich dabei nach dem Ohmschen Gesetz.Inner and outer pumping electrode form a so-called pump cell. Under this term is one over two Electrodes contacted, amperometrically operated electrolyte Understood. At the two electrodes becomes a potential difference due to which an internal current caused by the electrolyte becomes. The direction and quantification of the internal current are calculated doing it according to Ohm's law.

Das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Pumpelektroden führt daher zu einem Ein- bzw. Ausstrom von Sauerstoffionen durch das festkörperelektrolytische Material in den oder aus dem Messraum. Die Sauerstoffionen werden dabei beim Austritt in den Messraum bzw. den Außenbereich zu O2 oxidiert.The application of an electrical voltage between the two pumping electrodes therefore leads to an inflow or outflow of oxygen ions through the solid-state electrolytic material into or out of the measuring space. The oxygen ions are thereby oxidized on leaving the measuring room or the outside area to O 2 .

Gleichzeitig kann die die Nernstspannung zwischen innerer Pumpelektrode und der Luftreferenz-Elektrode gemessen und als Maß für den Sauerstoffpartialdruck im Messraum verwendet werden. Sie kann folglich dazu genutzt werden, einen konstanten Sauerstoffpartialdruck innerhalb der Kammer einzuregeln. Über eine Elektronik kann demgemäß die Betriebsspannung der beiden Pumpelektroden geregelt und so der Sauerstoffionenstrom durch das festkörperelektrolytische Material gerichtet und quantifiziert werden.simultaneously can the Nernst voltage between the inner pumping electrode and the Air reference electrode measured and as a measure of the oxygen partial pressure be used in the measuring room. It can therefore be used to to regulate a constant oxygen partial pressure within the chamber. Over a Electronics can accordingly the operating voltage the two pumping electrodes regulated and so the oxygen ion current through the solid-state electrolytic Material should be addressed and quantified.

Die Mess- oder Mischpotenzialelektrode wird vorteilhafter Weise auf der der inneren Pumpelektrode gegenüberliegenden Seite des Messraums angeordnet, um eine etwaige elektrische Kopplung der Zuleitungen beider Elektroden zu verringern. Ist ein Luftreferenzkanal vorhanden, kann die äußere Pumpelektrode bevorzugt in diesem Luftreferenzkanal angeordnet sein.The Measuring or mixed potential electrode is advantageously on the opposite of the inner pumping electrode side of the measuring space arranged to allow any electrical coupling of the leads reduce both electrodes. If there is an air reference channel, can the outer pumping electrode preferably be arranged in this air reference channel.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gassensors ist vorgesehen, dass es sich bei dem für Sauerstoffionen permeablen festkörperelektrolytischen Material um Zirkoniumoxid handelt. Da Zirkoniumoxid erst bei erhöhten Temperaturen eine Permeabilität für Sauerstoffionen aufweist, ist in dieser Ausgestaltung zusätzlich ein Heizelement erforderlich. Dies kann z.B. ein Heizwiderstand oder ein Peltierelement sein. Besonders bevorzugt ist das Zirkoniumoxid durch Dotierung mit Yttrium-, Scandium- oder Ytterbiumoxid stabilisiert.In a preferred embodiment of the gas sensor according to the invention it is envisaged that it will be the one permeable to oxygen ions solid-electrolyte Material is about zirconia. Because zirconium oxide only at elevated temperatures a permeability for oxygen ions has, in addition, a heating element is required in this embodiment. This can e.g. a heating resistor or a Peltier element. Zirconium oxide is particularly preferably by doping with yttrium, Scandium or ytterbia stabilized.

Besonders bevorzugt ist überdies, dass der Messraum von dem Gasraum, in welchem das zu analysierende Verbrennungsgasgemisch, vorliegt, über zwei Diffusionsbarrieren getrennt ist, wobei die innere Pumpelektrode zwischen den beiden Diffusionsbarrieren angeordnet ist.Especially moreover, it is preferred that the measuring space of the gas space, in which the to be analyzed Combustion gas mixture, is present, via two diffusion barriers is separated, with the inner pumping electrode between the two Diffusion barriers is arranged.

Durch diese Art der Anordnung wird ein noch konstanterer Sauerstoffpartialdruck im Messraum gewährleistet, und damit Messartefakte durch sich ändernde Sauerstoffanteile in dem zu analysierenden Verbrennungsgasgemisch weitestgehend ausgeschlossen.By this type of arrangement becomes an even more constant oxygen partial pressure ensured in the measuring room, and thus measuring artifacts by changing oxygen contents in the combustion gas mixture to be analyzed largely excluded.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gassensors ist vorgesehen, dass die Mischpotenzialelektrode eine NH3-sensitive Mischpotenzialelektrode ist. Gleichzeitig kann der Sensor neben der NH3-sensitiven Mischpotenzialelektrode weitere Mischpotenzialelektroden aufweisen, um weitere Gase zu bestimmen. Grundsätzlich sind zur Bestimmung der NH3-Konzentration verschiedene Betriebsmodi des Sensorelements denkbar:In a further preferred embodiment of the gas sensor according to the invention, it is provided that the mixed potential electrode is a NH 3 -sensitive mixed potential electrode. At the same time, in addition to the NH 3 -sensitive mixed potential electrode, the sensor can have further mixed potential electrodes in order to determine further gases. In principle, different operating modes of the sensor element are conceivable for determining the NH 3 concentration:

1) Reines Mischpotenzial:1) Pure mixed potential:

In diesem Betriebsmodus wird die Spannung zwischen der NH3-Elektrode und der Luftreferenzelektrode gemessen. Diese ist, da der Sauerstoffpartialdruck konstant und bekannt ist, ein Maß für die NH3-Konzentration. Um die dynamischen Eigenschaften zu verbessern, kann ein Widerstand zwischen Luftreferenzelektrode und NH3-Elektrode geschaltet werden, der einen elektrochemischen NH3-Umsatz durch einen Strom zwischen Luftreferenzelektrode und NH3-Elektrode bewirkt.In this mode of operation, the voltage between the NH 3 electrode and the air reference electrode is measured. This is because the oxygen partial pressure is constant and known, a measure of the NH 3 concentration. In order to improve the dynamic properties, a resistance between air reference electrode and NH 3 electrode can be switched, which causes an electrochemical NH 3 conversion by a current between the air reference electrode and NH 3 electrode.

2) Pumpbetrieb:2) Pumping operation:

Die NH3-Elektrode wird anodisch betrieben, also positiv gegenüber dem Oxidationspotenzial von Ammoniak in einem sauerstoffhaltigen Gas, wodurch NH3 an der NH3-Elektrode oxidiert wird. Mittels eines potentiostatischen Reglers wird das Potenzial der Ammoniakelektrode unter Zuhilfenahme der Inneren Pumpelektrode und der äußeren Pumpelektrode auf einen gewünschten Wert relativ zur Luftreferenzelektrode eingestellt. Es bildet sich ein Strom aus, der in eindeutiger Weise mit der Ammoniakkonzentration korreliert ist.The NH 3 electrode is operated anodically, that is positive with respect to the oxidation potential of ammonia in an oxygen-containing gas, whereby NH 3 is oxidized at the NH 3 electrode. By means of a potentiostatic regulator, the potential of the ammonia electrode is adjusted with the aid of the inner pumping electrode and the outer pumping electrode to a desired value relative to the air reference electrode. It forms a stream that is uniquely correlated with the ammonia concentration.

3) Konstantstrombetrieb:3) Constant current operation:

Es wird ein fester Strom zwischen der NH3-Elektrode und einer weiteren oder mehrerer weiterer Elektroden des Sensors mittels eines Schaltkreises eingeprägt. Die Spannung zwischen der NH3-Elektrode und der Luftreferenzelektrode ist durch die Strom-Spannungskurve des Mischpotenzials gegeben und damit ein Maß für die NH3-Konzentration.There is a fixed current between the NH 3 electrode and another or more electrodes of the sensor by means of a switching impressed circle. The voltage between the NH 3 electrode and the air reference electrode is given by the current-voltage curve of the mixing potential and thus a measure of the NH 3 concentration.

Zeichnungendrawings

Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.The The present invention is characterized by the following discussed figures explained in more detail. It should be noted that the figures are only descriptive in nature and are not meant to be the invention in any way Restrict shape.

1 zeigt schematisch den Aufbau des beschriebenen Gassensors 10. Der Sensor besteht aus einem Zirkoniumoxidelement 11, das festkörperelektrolytische Eigenschaften aufweist, und einer für diesen Zweck vorgesehenen Heizeinrichtung 12, z.B. einem Heizwiderstand oder einer Heizfolie. 1 schematically shows the structure of the described gas sensor 10 , The sensor consists of a zirconium oxide element 11 having solid electrolytic properties, and a heater provided for this purpose 12 , eg a heating resistor or a heating foil.

Der Sensor weist eine Luftreferenzelektrode 13 auf, die wie in der Beschreibung angedeutet als eine gepumpte Referenz realisiert ist, aber auch in einem Luftreferenzraum angeordnet sein kann, z.B. in einem für die Außenluft zugänglichen Luftreferenzkanal.The sensor has an air reference electrode 13 on, which is realized as indicated in the description as a pumped reference, but can also be arranged in an air reference space, for example in an accessible to the outside air reference air duct.

Der Sensor weist ferner eine Pumpzelle aus einer auf der Außenseite des Sensors mit Kontakt zur Außenluft angeordneten äußeren Pumpelektrode 14 und einer in einem Messraum 15 angeordneten inneren Pumpelektrode 16 auf. Das Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Pumpelektroden führt zu einem Ein- bzw. Ausstrom von Sauerstoff als Ionen durch das festkörperelektrolytische Material in den oder aus dem Messraum 15.The sensor further comprises a pumping cell of an outer pumping electrode arranged on the outside of the sensor in contact with the outside air 14 and one in a measuring room 15 arranged inner pumping electrode 16 on. The application of an electrical voltage between the two pumping electrodes leads to an inflow or outflow of oxygen as ions through the solid-state electrolytic material into or out of the measuring space 15 ,

Gleichzeitig kann die Nernstspannung zwischen innerer Pumpelektrode 16 und der Luftreferenzelektrode 13 gemessen und als Maß für den Sauerstoffpartialdruck im Messraum verwendet werden. Auf diese Weise kann ein konstanter Sauerstoffpartialdruck innerhalb der Kammer eingeregelt werden. Über eine nicht dargestellte Elektronik kann die Betriebsspannung der beiden Pumpelektroden geregelt und so der Sauerstoffionenstrom durch das festkörperelektrolytische Material gerichtet und quantifiziert werden.At the same time, the Nernst voltage between the inner pumping electrode 16 and the air reference electrode 13 measured and used as a measure of the oxygen partial pressure in the measuring room. In this way, a constant oxygen partial pressure can be regulated within the chamber. The operating voltage of the two pumping electrodes can be regulated via an electronic unit, not shown, and thus the oxygen ion current can be directed and quantified by the solid-state electrolytic material.

Im Messraum 15, der durch eine Diffusionsbarriere 17 von dem Abgasraum, der durch den gekrümmten Pfeil dargestellt ist, getrennt ist, ist die NH3-sensitive Mischpotenzialelektrode 18 angeordnet.In the measuring room 15 passing through a diffusion barrier 17 is separated from the exhaust gas space, which is represented by the curved arrow, is the NH 3 -sensitive mixed potential electrode 18 arranged.

Die NH3-Elektrode 18 ist vorteilhafter Weise auf der der inneren Pumpelektrode 16 gegenüberliegenden Seite des Messraums 15 angeordnet, wodurch die elektrische Kopplung der Zuleitungen und/oder der Elektroden verringert wird.The NH 3 electrode 18 is advantageously on the inner pumping electrode 16 opposite side of the measuring space 15 arranged, whereby the electrical coupling of the leads and / or the electrodes is reduced.

Die Diffusionsbarriere 17 ist so ausgestaltet, dass die zu analysierenden Verbrennungsgase in den Messraum 15 diffundieren können. Die Diffusionsbarriere schafft überdies die Voraussetzungen dafür, dass über die Pumpzelle in dem Messraum ein konstanter Sauerstoffpartialdruck eingestellt werden kann.The diffusion barrier 17 is designed so that the combustion gases to be analyzed in the measuring room 15 can diffuse. Moreover, the diffusion barrier creates the conditions for a constant oxygen partial pressure to be set via the pumping cell in the measuring space.

Neben der NH3-Elektrode 18 können noch zusätzliche Mischpotenzialelektroden in den Gassensor 10 eingebaut werden. Auf der Sensorrückseite (unterhalb der Heizeinrichtung 12) kann ebenfalls eine weitere Mischpotenzialelektrode angebracht werden, deren Lage auch mit der äußeren Pumpelektrode 14 vertauscht sein kann. Ist ein Luftreferenzkanal vorhanden, kann die äußere Pumpelektrode 14 auch im Luftreferenzkanal liegen, und es können zusätzlich ein bis zwei Mischpotenzialelektroden auf der abgasseitigen Oberfläche des Elements vorgesehen werden.In addition to the NH 3 electrode 18 can add additional mixed potential electrodes in the gas sensor 10 to be built in. On the sensor back (below the heater 12 ) can also be another mixed potential electrode are mounted, their location also with the outer pumping electrode 14 can be reversed. If an air reference channel is present, the outer pump electrode 14 are also in the air reference channel, and it can additionally be provided one to two mixed potential electrodes on the exhaust gas side surface of the element.

2 zeigt schematisch den Aufbau einer alternativen Ausgestaltung des beschriebenen Gassensors 20. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausgestaltung weist der vorliegende Sensor zwei Diffusionsbarrieren 21, 22 auf. In dem Raum 23 zwischen den beiden Diffusionsbarrieren ist die innere Pumpelektrode 24 der Pumpzelle angeordnet, während in dem Raum 25 die NH3-sensitive Mischpotenzialelektrode 26 angeordnet ist. 2 shows schematically the structure of an alternative embodiment of the described gas sensor 20 , Unlike the in 1 In the embodiment shown, the present sensor has two diffusion barriers 21 . 22 on. In the room 23 between the two diffusion barriers is the inner pumping electrode 24 the pumping cell arranged while in the room 25 the NH 3 -sensitive mixed potential electrode 26 is arranged.

Die Öffnung zum Gasraum kann auch in Höhe der Diffusionsbarriere 22 erfolgen, so dass die Diffusionsbarriere 21 wegfallen kann.The opening to the gas space can also be at the level of the diffusion barrier 22 done so that the diffusion barrier 21 can fall away.

Claims (7)

Gassensor zur Bestimmung von wasserstoffhaltigen, oxidierbaren oder reduzierbaren Gaskomponenten in Verbrennungsgasgemischen, insbesondere zur Bestimmung von NH3, aufweisend eine in einem Luftreferenzraum angeordnete Referenzelektrode sowie eine mit dieser leitend verbundene, in einem Messraum angeordnete Mischpotenzialelektrode, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum von dem Gasraum, welcher mit dem zu analysierenden Gas oder Gasgemisch beaufschlagt ist, über mindestens eine Diffusionsbarriere getrennt ist, und in dem Messraum ein konstanter Sauerstoffpartialdruck einstellbar ist.Gas sensor for the determination of hydrogen-containing, oxidizable or reducible gas components in combustion gas mixtures, in particular for the determination of NH 3 , comprising a reference electrode arranged in an air reference space and a conductive electrode connected thereto, arranged in a measuring space mixed potential electrode, characterized in that the measuring space of the gas space, which is acted upon by the gas or gas mixture to be analyzed, is separated by at least one diffusion barrier, and in the measuring space, a constant oxygen partial pressure is adjustable. Gassensor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor mindestens im Bereich zwischen dem Messraum und einem Außenbereich ein für Sauerstoffionen permeables festkörperelektrolytisches Material aufweist, wobei in dem durch eine Diffusionsbarriere vom Gasraum abgetrennten Bereich eine innere Pumpelektrode sowie in dem Außenbereich eine äußere Pumpelektrode angeordnet ist, mittels derer Sauerstoffionen durch das festkörperelektrolytische Material in den oder aus dem Messraum pumpbar sind, dergestalt, dass in dem Messraum ein konstanter Sauerstoffpartialdruck einstellbar ist.Gas sensor according to claim 1, characterized in that the sensor has at least in the region between the measuring space and an outer region a permeable to oxygen ions solid electrolytic material, wherein in the separated by a diffusion barrier region from the gas space an inner pumping electrode and in the outer region an outer pumping electrode is arranged, by means of which oxygen ions are pumpable through the solid electrolyte material in or out of the measuring space, such that in the measuring chamber, a constant oxygen partial pressure is adjustable , Gassensor gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem für Sauerstoffionen permeablen festkörperelektrolytischen Material um Zirkoniumoxid handelt.Gas sensor according to a the previous claims, characterized in that it is permeable to oxygen ions solid-electrolyte Material is about zirconia. Gassensor gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum von dem Gasraum, in welchem das zu analysierende Gas oder Gasgemisch, vorliegt, über zwei Diffusionsbarrieren getrennt ist, wobei die innere Pumpelektrode zwischen den beiden Diffusionsbarrieren angeordnet ist.Gas sensor according to a the previous claims, characterized in that the measuring space of the gas space, in which the gas or gas mixture to be analyzed is present via two diffusion barriers is separated, with the inner pumping electrode between the two Diffusion barriers is arranged. Gassensor gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischpotenzialelektrode eine NH3-sensitive Mischpotenzialelektrode ist.Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the mixed potential electrode is a NH 3 -sensitive mixed potential electrode. Gassensor gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor neben der NH3-sensitiven Mischpotenzialelektrode weitere Mischpotenzialelektroden aufweist.Gas sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor in addition to the NH 3 -sensitive mixed potential electrode further mixing potential electrodes. Gassensor gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor in einem Mischpotenzial-Modus, in einem Pumpbetrieb-Modus oder in einem Konstantstrombetrieb-Modus betreibbar ist.Gas sensor according to a the previous claims, characterized in that the sensor is in a mixed potential mode, in a pump mode of operation or operable in a constant current mode of operation.
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