DE102007049716A1 - Sensor e.g. pump sensor, unit for determining physical characteristic i.e. oxygen concentration, of gas i.e. exhaust gas, in measuring gas chamber, has gas-tightly closed cavity provided such that electrode is arranged in cavity - Google Patents
Sensor e.g. pump sensor, unit for determining physical characteristic i.e. oxygen concentration, of gas i.e. exhaust gas, in measuring gas chamber, has gas-tightly closed cavity provided such that electrode is arranged in cavity Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007049716A1 DE102007049716A1 DE102007049716A DE102007049716A DE102007049716A1 DE 102007049716 A1 DE102007049716 A1 DE 102007049716A1 DE 102007049716 A DE102007049716 A DE 102007049716A DE 102007049716 A DE102007049716 A DE 102007049716A DE 102007049716 A1 DE102007049716 A1 DE 102007049716A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrode
- gas
- sensor element
- cavity
- gas space
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/416—Systems
- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
- G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von bekannten Sensorelementen, welche auf elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper beruhen, also der Fähigkeit dieser Festkörper, bestimmte Ionen zu leiten. Derartige Sensorelemente werden insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um Luft-Kraftstoff-Gasgemischzusammensetzungen zu messen, in welchem Fall diese Sensorelemente auch unter der Bezeichnung „Lambdasonde" bekannt sind und eine wesentliche Rolle bei der Reduzierung von Schadstoffen in Abgasen, sowohl in Ottomotoren als auch in der Dieseltechnologie spielen.The The invention is based on known sensor elements, which are based on electrolytic Properties of certain solids based, so the ability this solid to conduct certain ions. such Sensor elements are used in particular in motor vehicles, to measure air-fuel gas mixture compositions in which Case these sensor elements also called "lambda probe" are known and have an essential role in the reduction of pollutants in exhaust gases, both in gasoline engines and in diesel technology play.
Mit der so genannten Luftzahl „Lambda" (λ) wird dabei allgemein in der Verbrennungstechnik das Verhältnis zwischen einer tatsächlich angebotenen Luftmasse und einer für die Verbrennung theoretisch benötigten (d. h. stöchiometrischen) Luftmasse bezeichnet. Die Luftzahl wird dabei mittels eines oder mehrerer Sensorelemente zumeist an einer oder mehreren Stellen im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors gemessen. Entsprechend weisen „fette" Gasgemische (d. h. Gasgemische mit einem Kraftstoffüberschuss) eine Luftzahl λ < 1 auf, wohingegen „magere" Gasgemische (d. h. Gasgemische mit einem Kraftstoffunterschuss) eine Luftzahl λ > 1 aufweisen. Neben der Kraftfahrzeugtechnik werden derartige und ähnliche Sensorelemente auch in anderen Bereichen der Technik (insbesondere der Verbrennungstechnik) eingesetzt, beispielsweise in der Luftfahrttechnik oder bei der Regelung von Brennern, z. B. in Heizanlagen oder Kraftwerken.With the so-called air ratio "lambda" (λ) is thereby generally in combustion engineering the relationship between an actually offered air mass and one for the combustion theoretically required (i.e., stoichiometric) Air mass designated. The air ratio is thereby by means of one or more Sensor elements usually at one or more locations in the exhaust system an internal combustion engine measured. Accordingly, "fat" Gas mixtures (ie gas mixtures with a fuel surplus) an air ratio λ <1 whereas "lean" gas mixtures (i.e., gas mixtures with a fuel deficiency) have an air ratio λ> 1. Next Automotive technology will be such and similar Sensor elements in other areas of technology (in particular combustion technology), for example in aviation technology or in the control of burners, z. B. in heating systems or power plants.
Derartige
Sensorelemente sind mittlerweile in zahlreichen verschiedenen Ausführungsformen bekannt.
Eine Ausführungsform ist die so genannte „Sprungsonde",
deren Messprinzip auf der Messung einer elektrochemischen Potentialdifferenz
zwischen einer einem Referenzgas ausgesetzten Referenzelektrode
und einer dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzten Messelektrode
beruht. Referenzelektrode und Messelektrode sind über den
Festelektrolyten miteinander verbunden, wobei aufgrund seiner Sauerstoffionen-leitenden
Eigenschaften in der Regel dotiertes Zirkondioxid (z. B. Yttrium-stabilisiertes ZrO2) oder ähnliche Keramiken als Festelektrolyt
eingesetzt werden. Theoretisch weist die Potentialdifferenz zwischen
den Elektroden gerade beim Übergang zwischen fettem Gasgemisch
und magerem Gasgemisch einen charakteristischen Sprung auf, welcher
genutzt werden kann, um die Gasgemischzusammensetzung um den Sprungpunkt λ =
1 aktiv zu regeln. Verschiedene Ausführungsbeispiele derartiger
Sprungsonden, welche auch als „Nernst-Zellen" bezeichnet
werden, sind beispielsweise in
Alternativ oder zusätzlich zu Sprungsonden kommen auch so genannte „Pumpzellen" zum Einsatz, bei denen eine elektrische „Pumpspannung" an zwei über den Festelektrolyten verbundene Elektroden angelegt wird, wobei der „Pumpstrom" durch die Pumpzelle gemessen wird. Im Unterschied zum Prinzip der Sprungsonden stehen bei Pumpzellen in der Regel beide Elektroden mit dem zu messenden Gasgemisch in Verbindung. Dabei ist eine der beiden Elektroden (zumeist über eine durchlässige Schutzschicht) unmittelbar dem zu messenden Gasgemisch ausgesetzt. Die zweite der beiden Elektroden ist jedoch derart ausgebildet, dass das Gasgemisch nicht unmittelbar zu dieser Elektrode gelangen kann, sondern zunächst eine so genannte „Diffusionsbarriere" durchdringen muss, um in einen an diese zweite Elektrode angrenzenden Hohlraum zu gelangen. Als Diffusionsbarriere wird dabei zumeist eine poröse keramische Struktur mit gezielt einstellbaren Porenradien verwendet. Tritt mageres Abgas durch diese Diffusionsbarriere hindurch in den Hohlraum ein, so werden mittels der Pumpspannung Sauerstoffmoleküle an der zweiten, negativen Elektrode elektrochemisch zu Sauerstoffionen reduziert, durch den Festelektrolyten zur ersten, positiven Elektrode transportiert und dort als freier Sauerstoff wieder abgegeben. Die Sensorelemente werden zumeist im so genannten Grenzstrombetrieb betrieben, das heißt in einem Betrieb, bei welchem die Pumpspannung derart gewählt wird, dass der durch die Diffusionsbarriere eintretende Sauerstoff vollständig zur Gegenelektrode gepumpt wird. In diesem Betrieb ist der Pumpstrom näherungsweise proportional zum Partialdruck des Sauerstoffs im Abgasgemisch, so dass derartige Sensorelemente häufig auch als Proportionalsensoren bezeichnet werden. Im Gegensatz zu Sprungsensoren lassen sich derartige Proportionalsensoren als so genannte Breitbandsensoren über einen vergleichsweise weiten Bereich für die Luftzahl Lambda einsetzen.alternative or in addition to jump probes also so-called "pump cells" used in which an electrical "pumping voltage" to two electrodes connected over the solid electrolyte is applied, with the "pumping current" through the pumping cell is measured. In contrast to the principle of the jump probes For pump cells usually both electrodes with the measured Gas mixture in conjunction. One of the two electrodes (usually over a permeable protective layer) immediately to be measured Exposed to gas mixture. However, the second of the two electrodes is designed such that the gas mixture is not directly to this Electrode can pass, but first penetrate a so-called "diffusion barrier" in order to penetrate into a cavity adjacent to this second electrode to get. As a diffusion barrier is usually a porous ceramic structure with specifically adjustable pore radii used. If lean exhaust gas passes through this diffusion barrier into the Cavity, so by means of the pumping voltage to oxygen molecules the second negative electrode electrochemically to oxygen ions reduced, through the solid electrolyte to the first, positive electrode transported and released there as free oxygen again. The Sensor elements are usually in the so-called limit current operation operated, that is in an enterprise, in which the Pumping voltage is chosen such that the through the diffusion barrier incoming oxygen is completely pumped to the counter electrode becomes. In this mode, the pumping current is approximately proportional to the partial pressure of the oxygen in the exhaust gas mixture, see above that such sensor elements often as proportional sensors be designated. In contrast to jump sensors can be such Proportionalsensoren as so-called broadband sensors on a comparatively wide range for the air ratio lambda deploy.
Derartige
Breitbandsonden sind beispielsweise in
In
vielen Sensorelementen werden die oben beschriebenen Sensorprinzipien
auch kombiniert, so dass die Sensorelemente ein oder mehrere nach dem
Sprungsensor-Prinzip arbeitende Sensoren („Zellen") und
ein oder mehrere Proportionalsensoren enthalten. So lässt
sich beispielsweise das oben beschriebene Prinzip eines nach dem
Pumpzellen-Prinzip arbeitenden „Einzellers" durch Hinzufügen
einer Sprungzelle (Nernstzelle) zu einem „Doppelzeller"
erweitern. Ein derartiger Aufbau ist beispielsweise in
Breitband-Sensorelemente in Einzeller-Anordnung mit zwei dem Gasgemisch ausgesetzten Elektroden weisen in der Praxis verschiedene Probleme auf. So wird in der Regel bei einer festen Pumpspannung in einem mageren Gasgemisch ein positiver Pumpstrom (Magerpumpstrom) mit eindeutigem Zusammenhang zum Sauerstoffgehalt des Gasgemisches gemessen. Im fetten Gasgemisch wird jedoch in der Regel ebenfalls ein positiver Pumpstrom gemessen, selbst wenn die angelegte Pumpspannung (in der Regel ca. 400–700 mV, beispielsweise 500 mV) deutlich unterhalb der Zersetzungsspannung von Wasser (ca. 1,23 V) liegt. Dieser positive Pumpstrom ist im Wesentlichen auf den im Gasgemisch enthaltenen molekularen Wasserstoff zurückzuführen, welcher das elektrochemische Potenzial der Anode, also der ersten Elektrode, beeinflusst, da nun an der ersten Elektrode aus den aus dem Festelektrolyten austretenden Sauerstoffionen statt molekularem Sauerstoff Wasser gebildet werden kann. Die bei der H2O-Bildung an der Anode freiwerdende Energie kompensiert somit die zur H2O-Zersetzung an der Kathode benötigte Energie, weshalb die Pumpspannung in der Regel unter 1,23 V liegt. Ähnliche Effekte spielen auch für andere im Gasgemisch vorhandene Sauerstoff-liefernde Redox-Systeme eine Rolle, beispielsweise CO2/CO. Der Strom ist also im Bereich fetter Gemische (Fettpumpstrom) durch den Wasserstoffgehalt im Bereich der ersten Elektrode (z. B. Anode) und den Wasserdampfgehalt (d. h. insbesondere den Zutritt des Wasserdampfes durch die oben beschriebene Diffusionsbarriere) im Bereich der zweiten Elektrode (z. B. Kathode) begrenzt. Die Problematik besteht nun insbesondere darin, dass der Fettpumpstrom und der Magerpumpstrom elektrisch dieselbe Richtung aufweisen, so dass aus dem Pumpstrom ein Rückschluss auf die Zusammensetzung des Gasgemisches kaum mehr möglich ist. Neben der beschriebenen Problematik im Bereich fetter Gemische ist auch im Bereich leicht magerer Abgase eine Verfälschung des Pumpstromes durch den Wasserstoff festzustellen, welcher in diesem Bereich bereits vorhanden ist und einen positiven Beitrag zum Pumpstrom liefert.Broadband sensor elements in a single-cell arrangement with two electrodes exposed to the gas mixture have various problems in practice. Thus, a positive pumping current (lean pumping current) with a clear relationship to the oxygen content of the gas mixture is usually measured at a fixed pumping voltage in a lean gas mixture. In the rich gas mixture, however, a positive pumping current is usually also measured, even if the applied pumping voltage (usually about 400-700 mV, for example 500 mV) is well below the decomposition voltage of water (about 1.23 V). This positive pumping current is essentially due to the molecular hydrogen contained in the gas mixture, which influences the electrochemical potential of the anode, ie the first electrode, since water can now be formed on the first electrode from the oxygen ions leaving the solid electrolyte instead of molecular oxygen. The energy released at the anode during H 2 O formation thus compensates for the energy required for H 2 O decomposition at the cathode, which is why the pumping voltage is generally below 1.23 V. Similar effects also play a role for other oxygen-supplying redox systems present in the gas mixture, for example CO 2 / CO. The current is thus in the range of rich mixtures (fat pump current) by the hydrogen content in the region of the first electrode (eg anode) and the water vapor content (ie in particular the access of the water vapor through the above-described diffusion barrier) in the region of the second electrode (z. B. cathode) limited. The problem now consists, in particular, in that the fat pumping current and the lean pumping current have the same direction electrically, so that a conclusion on the composition of the gas mixture is scarcely possible from the pumping current. In addition to the problems described in the field of rich mixtures, a falsification of the pumping current by the hydrogen is also to be observed in the area of slightly lean exhaust gases, which is already present in this area and provides a positive contribution to the pumping current.
Eine weitere Problematik bekannter Sensorelemente in Einzeller- oder Mehrzelleranordnung besteht darin, dass die eingesetzten Elektroden im praktischen Einsatz starken Belastungen durch Verschmutzung fester, flüssiger und/oder gasförmiger Art ausgesetzt sind. Insbesondere macht sich diese Problematik bei Elektroden bemerkbar, welche als Referenzelektroden eingesetzt werden, um eine Potentialdifferenz zu messen. Hier führt die Verschmutzung zu einer Veränderung des Elektrodenpotentials und beeinflusst somit die gemessenen Nernst-Spannungen. Bei Pumpzellen kann die Kontamination der zweiten Pumpelektrode aufgrund eines zusätzlichen Potenzialabfalls zu einer erhöhten effektiven Pumpspannung führen. Insbesondere kann es sich bei diesen Verschmutzungen um Verschmutzungen einer Referenz durch Feuchtigkeit und/oder organische Verschmutzungen, wie beispielsweise Kraftstoffdämpfe handeln. Diese Problematik ist allgemein auch als „CSD" (Continuous Shift Down) bekannt. Die Verschmutzungsproblematik kann sich insbesondere bei neueren Planaren Sondengenerationen auswirken, bei welchen besonders kurze Sondenelemente eingesetzt werden, also beispielsweise Sondenelemente, bei denen Verunreinigungen kürzere Wege bis zur Referenzelektrode zurückzulegen haben als bei bisherigen Sondenelementen.A further problem of known sensor elements in single cell or Mehrzelleranordnung is that the electrodes used in practical use strong pollution due to contamination, liquid and / or gaseous species exposed are. In particular, this problem is noticeable in electrodes, which are used as reference electrodes to a potential difference to eat. Here the pollution leads to a change of the electrode potential and thus influences the measured Nernst voltages. In pump cells, the contamination of the second pump electrode due to an additional potential drop to an increased cause effective pumping voltage. In particular, it can be at this contamination to contamination of a reference through Moisture and / or organic contaminants, such as Fuel vapors act. This problem is common too known as "CSD" (Continuous Shift Down) may particularly affect newer planar probe generations, in which particularly short probe elements are used, ie For example, probe elements where contaminants have shorter paths have to travel back to the reference electrode than in previous Probe elements.
Zur Lösung dieser Verschmutzungsproblematik bieten sich verschiedene Wege an. Insbesondere könnte die relevante Elektrode (insbesondere die Referenzelektrode) effektiv abgedichtet werden, um eine Verschmutzung von der Elektrode fernzuhalten. So könnte ein abgedichteter Referenzluftraum um die relevante Elektrode herum erzeugt werden, der gegenüber Verschmutzungen abgeschirmt ist. Nachteilig an dieser Idee ist jedoch, dass in diesem Fall der Referenzluftraum nicht oder nur unzureichend mit frischem Sauerstoff versorgt würde. Zudem ist eine Abschirmung des Referenzluftraumes technisch aufwendig und teuer, da hierbei kostenintensive Dichtungsmaterialien hoher Temperaturbeständigkeit eingesetzt werden müssten.to There are a variety of solutions to this problem of contamination Ways. In particular, the relevant electrode (in particular the Reference electrode) can be effectively sealed to prevent contamination Keep away from the electrode. So could a sealed Reference air space can be generated around the relevant electrode, the shielded against contamination. Disadvantageous This idea, however, is that in this case the reference airspace not or insufficiently supplied with fresh oxygen. In addition, a shielding of the reference air space is technically complicated and expensive, since this costly sealing materials higher Temperature resistance would have to be used.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Es wird daher ein Sensorelement vorgeschlagen, welches zur Bestimmung mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Gases in mindestens einem Messgasraum, insbesondere zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine, einsetzbar ist und welches die Nachteile der oben beschriebenen, aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente zumindest weitgehend vermeidet. Insbesondere ist es mit dem im folgenden vorgeschlagenen Konzept möglich, die auf unerwünschte Elektrodenreaktionen zurückzuführende Nichteindeutigkeitsproblematik der Kennlinie bei Sensorelementen in Breitbandanordnung zu vermeiden. Auch die beschriebene CSD-Problematik, insbesondere bei Einzellern oder Mehrzellern mit Referenzelektroden, kann mittels des vorgeschlagenen Sensorelementkonzeptes weitgehend vermieden werden. Das Konzept ist somit sowohl auf Pump- bzw. Breitbandsensoren anwendbar als auch auf Sensorelemente im Sprungzellenkonzept.It Therefore, a sensor element is proposed which for the determination at least one physical property of a gas in at least a measuring gas space, in particular for determining an oxygen concentration in the exhaust of an internal combustion engine, can be used and which has the disadvantages the above-described, known from the prior art sensor elements at least largely avoids. In particular, it is with the following proposed possible on unwanted Electrode reactions attributable to non-objectivity problematic to avoid the characteristic of sensor elements in broadband arrangement. Also, the described CSD problem, especially in unicellulars or multicellular with reference electrodes, can by means of the proposed Sensor element concept are largely avoided. The concept is thus applicable to both pump and broadband sensors as also on sensor elements in the jump cell concept.
Vorgeschlagen wird ein Sensorelement zur Bestimmung mindestens einer physikalischen Eigenschaft eines Gases in mindestens einem Messgasraum, insbesondere ein Sensorelement gemäß der obigen Beschreibung zur Bestimmung einer Sauerstoffkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine. Auch andere Anwendungen sind jedoch denkbar. Das Sensorelement umfasst mindestens vier Elektroden: eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, mindestens einen die erste Elektrode und die zweite Elektrode verbindenden ersten Festelektrolyten, eine dritte Elektrode, eine vierte Elektrode und mindestens einen die dritte Elektrode und die vierte Elektrode verbindenden zweiten Festelektrolyten. Insofern kann die vorgeschlagene Anordnung als ein Sensorelement mit einer ersten elektrochemischen Messzelle (erste Elektrode, zweite Elektrode, erster Festelektrolyt) und einer zweiten elektrochemischen Messzelle (dritte Elektrode, vierte Elektrode und zweiter Festelektrolyt) betrachtet werden.Proposed is a sensor element for determining at least one physical property of a gas in at least one measurement gas space, in particular a sensor element according to the above description for determining an oxygen concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine. However, other applications are conceivable. The sensor element comprises at least four electrodes: a first electrode, a second electrode, at least one first solid electrolyte connecting the first electrode and the second electrode, a third electrode, a fourth electrode, and at least one second solid electrolyte connecting the third electrode and the fourth electrode. In this respect, the proposed arrangement can be regarded as a sensor element with a first electrochemical measuring cell (first electrode, second electrode, first solid electrolyte) and a second electrochemical measuring cell (third electrode, fourth electrode and second solid electrolyte).
Unter einem Festelektrolyten ist dabei, wie oben bereits dargelegt, ein Material zu verstehen, welches Ionen-leitende Eigenschaften aufweist, wobei vorzugsweise Festelektrolyten mit Sauerstoffionen-leitenden Eigenschaften wie zum Beispiel Yttrium-stabilisiertes Zirkondioxid (YSZ) bevorzugt sind. Auch andere Materialien sind jedoch einsetzbar. Die Elektronen-leitenden Eigenschaften derartiger Festelektrolyte sind in der Regel vernachlässigbar und können beispielsweise um vier Größenordnungen unter den Ionen-leitenden Eigenschaften liegen, beispielsweise um mindestens zwei oder sogar drei Größenordnungen bei den üblichen Arbeitstemperaturen von über 600°C.Under a solid electrolyte is, as already stated above, a To understand material which has ion-conducting properties, preferably solid electrolyte with oxygen ion-conducting Properties such as yttrium-stabilized zirconia (YSZ) are preferred. However, other materials are used. The electron-conducting properties of such solid electrolytes are usually negligible and can for example, four orders of magnitude below the Ion-conducting properties are, for example, at least two or even three orders of magnitude in the usual Working temperatures of over 600 ° C.
Das Sensorelement ist dabei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass mindestens eine der Elektroden der ersten elektrochemischen Messzelle (also die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode) mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar ist. Zu diesem Zweck kann die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode beispielsweise mit dem Messgasraum direkt, über einen Kanal oder einer verengte Öffnung, über eine Diffusionsbarriere, über eine Schutzschicht oder auf ähnliche Weise mit dem Messgasraum in Verbindung stehen, so dass zumindest in begrenztem Maße ein Gasaustausch zwischen einem Umgebungsbereich der ersten Elektrode und/oder der zweiten Elektrode und dem Messgasraum möglich ist.The Sensor element is preferably designed such that at least one of the electrodes of the first electrochemical measuring cell (ie the first electrode and / or the second electrode) with gas from the sample gas space can be acted upon. For this purpose, the first electrode and / or the second electrode, for example, with the sample gas chamber directly, via a channel or a narrowed opening, over a diffusion barrier, via a protective layer or the like Way communicate with the sample gas space, so that at least to a limited extent a gas exchange between a surrounding area the first electrode and / or the second electrode and the sample gas space is possible.
Die vierte Elektrode steht in ähnlicher Weise mit mindestens einem Gasraum in Verbindung. Diese Verbindung kann wiederum direkt (das heißt über einen Kanal, eine Öffnung, durch unmittelbare Anordnung der vierten Elektrode in dem Gasraum, über eine Schutzschicht, eine Diffusionsbarriere oder auf ähnliche Weise erfolgen, welche einen Gasaustausch zwischen einer Umgebung der vierten Elektrode und dem Gasraum zulässt. Der Gasraum kann ein von dem Messgasraum getrennt angeordneter Raum sein, beispielsweise ein Umgebungsraum des Sensorelements (zum Beispiel ein Motorraum eines Kraftfahrzeugs) oder kann mit dem Messgasraum zumindest teilweise identisch sein. Insofern ist der Ausdruck „Gasraum" weit zu fassen, da der Gasraum auch beispielsweise in einer Pumpzellenanordnung lediglich als Raum genutzt werden kann, in welchen aus dem Festelektrolyten austretende Gase abgeführt werden, ohne dass eine weitere Funktion, beispielsweise eine Referenzfunktion im elektrochemischen Sinne, wahrgenommen würde. Verschiedene Ausführungsbeispiele, die eines der beiden Konzepte umsetzen, werden nachstehend näher erläutert.The fourth electrode is similarly at least a gas space in connection. This connection can turn directly (ie via a channel, an opening, by direct arrangement of the fourth electrode in the gas space, via a Protective layer, a diffusion barrier or similar Done way, which is a gas exchange between an environment the fourth electrode and the gas space permits. The gas space may be a space separate from the sample gas space, for example an environmental space of the sensor element (for example, an engine room a motor vehicle) or at least partially with the measuring gas space be identical. In that sense, the term "gas space" is far to grasp, since the gas space, for example, in a pumping cell arrangement only can be used as a room in which from the solid electrolyte escaping gases are discharged without another Function, for example, a reference function in the electrochemical Meaning, would be perceived. Various embodiments, which implement one of the two concepts will become more detailed below explained.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, mindestens eine der Elektroden, welche für eine oder beide der oben beschriebenen Probleme (CSD und/oder unerwünschte Elektrodenreaktionen) verantwortlich ist, in einem gasdicht abgeschlossenen Hohlraum des Sensorelements anzuordnen. Unter „gasdicht abgeschlossenen Hohlraum" ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein Hohlraum zu verstehen, welcher vollständig gasdicht abgeschlossen ist. Der Begriff „gasdicht" ist jedoch weit zu fassen, so dass auch ein geringfügiger Zustrom von Gas in den gasdicht abgeschlossenen Hohlraum möglich sein kann, wobei jedoch dieser Zustrom gering sein soll (beispielsweise um mindestens eine oder zwei Größenordnungen geringer) gegenüber einem Gasstrom, welcher im Normalbetrieb des Sensorelements (d. h. bei üblichen Spannungen von einigen 100 mV bis maximal 1 V und Betriebstemperaturen von beispielsweise über 600°C) durch einen oder mehrere der Festelektrolyten in den Hohlraum gelangen kann oder aus diesem Hohlraum herausgelangen kann. Dadurch ist sichergestellt, dass die in dem Hohlraum angeordnete Elektrode bzw. die in dem Hohlraum angeordneten Elektroden sowohl gegenüber dem Messgasraum als auch gegenüber dem Gasraum zuverlässig abgeschirmt sind.One The basic idea of the present invention is at least one of the electrodes which is for one or both of the above described problems (CSD and / or unwanted electrode reactions) is responsible, in a gas-tight cavity of the Arrange sensor element. Under "gas-tight Cavity "is preferred in the context of the present invention to understand a cavity which completely gas-tight is completed. The term "gas-tight" is however far to grasp, so that also a slight influx of gas may be possible in the gas-tight cavity, however, this inflow should be low (for example, around at least one or two orders of magnitude smaller) against a gas flow, which in normal operation of Sensor element (i.e., at common voltages of some 100 mV to a maximum of 1 V and operating temperatures of, for example, over 600 ° C) enter the cavity through one or more of the solid electrolytes can or can get out of this cavity. This ensures that in the cavity disposed electrode or in the cavity arranged electrodes both with respect to the sample gas space as well as reliably shielded from the gas space are.
Derartige
gasdicht abgeschlossene Hohlräume sind aus dem Stand der
Technik in anderem Zusammenhang bereits bekannt. So zeigt beispielsweise
Im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen wird jedoch erfindungsgemäß vorgeschlagen, den gasdicht abgeschlossenen Hohlraum mit dem Gasraum dadurch zu verbinden, dass die oben beschriebene zweite elektrochemische Messzelle, welche die in dem gasdicht abgeschlossenen angeordnete dritte Elektrode, den zweiten Festelektrolyten und die mit dem Gasraum in Verbindung stehende vierte Elektrode umfasst, als kurzgeschlossene Nernst-Zelle oder als kurzgeschlossene Brennstoffzelle ausgestaltet wird. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß mindestens ein elektrischer Leiter vorgesehen, welcher die dritte Elektrode und die vierte Elektrode elektrisch miteinander verbindet.In contrast to the known arrangements, however, the invention proposes to connect the gas-tight cavity with the gas space characterized in that the above-described second electrochemical measuring cell, which arranged in the gas-tight arranged third electrode, the second solid electrolyte and with the gas space in combination standing fourth electrode, designed as a short-circuited Nernst cell or as a short-circuited fuel cell. For this purpose, according to the invention, at least one electrical conductor is provided which electrically connects the third electrode and the fourth electrode to one another.
Somit kann über den zweiten Festelektrolyten, welcher beispielsweise als Membran ausgestaltet sein kann, zwar Gas (Sauerstoff) aus dem gasdicht abgeschlossenen Hohlraum in den Gasraum abgeführt werden oder aus dem Gasraum dem gasdicht abgeschlossenen Hohlraum zugeführt werden (je nach Konzentrationsgefälle, siehe unten), wobei sich jedoch in der Regel ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen dem Hohlraum und dem Gasraum nicht einstellen kann. Auf diese Weise kann sich, je nach Betriebsweise der ersten elektrochemischen Messzelle (siehe die verschiedenen, im Folgenden aufgeführeten Möglichkeiten) ein leicht erhöhter Gas-Partialdruck (zum Beispiel Sauerstoff-Partialdruck) oder ein leicht erniedrigter Gas-Partialdruck in dem Hohlraum relativ zum Gasraum einstellen. Im Gegensatz zu gemischtleitenden Materialien (so genannten Mixed Ionic-Elektronic Conductors, MIEC-Materialien) werden die Ionenleitung und elektronische Leitung erfindungsgemäß von getrennten Elementen übernommen, nämlich dem zweiten Festelektrolyten bzw. dem elektrischen Leiter.Consequently can via the second solid electrolyte, which, for example may be configured as a membrane, although gas (oxygen) from the gas-tight sealed cavity discharged into the gas space or from the gas space the gas-tight sealed cavity (depending on the concentration gradient, see below), but usually with a thermodynamic equilibrium between the cavity and the gas space can not adjust. On This way may vary depending on the mode of operation of the first electrochemical Measuring cell (see the various, listed below Possibilities) a slightly increased gas partial pressure (For example, oxygen partial pressure) or a slightly reduced gas partial pressure set in the cavity relative to the gas space. In contrast to mixed conducting materials (so-called Mixed Ionic-Elektronic Conductors, MIEC materials) become the ion conduction and electronic lead taken over by separate elements according to the invention, namely the second solid electrolyte or the electric Ladder.
Auf diese Weise werden alle in dem gasdicht abgeschlossenen Hohlraum angeordneten Elektroden effizient abgeschirmt. Verunreinigungen, wie zum Beispiel Wasser oder Elektrodengifte, können nicht an die Elektrode vordringen und dort die oben beschriebene CSD-Problematik verursachen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine in dem gasdicht abgeschlossenen Hohlraum angeordnete Elektrode als Referenzelektrode verwendet wird. Wird eine in dem gasdicht abgeschlossenen Hohlraum angeordnete Elektrode als Ausbauelektrode einer Pumpzelle verwendet, so macht sich die Abschirmung positiv dadurch bemerkbar, dass keine unerwünschten Zersetzungseffekte an dieser abgeschirmten Elektrode auftreten können, was wiederum für eine Herstellung einer eindeutigen Kennlinie genutzt werden kann.On this way, all in the gas-tight sealed cavity arranged electrodes efficiently shielded. impurities such as water or electrode poisons, can not penetrate to the electrode and there the above-described CSD problem cause. This is particularly advantageous if a in the gas-tight cavity arranged as the electrode Reference electrode is used. Will one in the gas-tight closed Cavity electrode as expansion electrode of a pump cell used, the shielding is positively noticeable, that no unwanted decomposition effects on this shielded Electrode can occur, which in turn for a Production of a unique characteristic can be used.
Der mindestens eine elektrische Leiter sollte insbesondere derart ausgestaltet sein, dass dieser einen elektrischen Widerstand aufweist, welcher den elektrischen Widerstand des zweiten Festelektrolyten erheblich unterschreitet, beispielsweise um mindestens eine, vorzugsweise zwei, drei oder mehr Größenordnungen. Insbesondere kann der elektrische Leiter beispielsweise einen elektrischen Widerstand von ca. 0,5 Ohm bis 5 Ohm aufweisen. Somit schließt dieser elektrische Leiter die dritte Elektrode und die vierte Elektrode vorzugsweise nahezu vollständig kurz. Alternativ sind jedoch grundsätzlich auch andere Ausgestaltungen möglich, beispielsweise Ausgestaltungen mit Widerständen zwischen einem Kiloohm und 100 Kiloohm. Vorzugsweise kann der elektrische Leiter in Form einer Leiterbahn ausgestaltet sein, welche beispielsweise in und/oder auf dem Sensorelement angeordnet sein kann, und welche vorzugsweise ein anderes Material als der Festelektrolyt aufweist. Diese mindestens eine Leiterbahn kann vorzugsweise um den zweiten Festelektrolyten herumgeführt und/oder durch den zweiten Festelektrolyten hindurchgeführt werden, also räumlich von diesem verschieden sein. Eine weitere, alternativ oder zusätzlich realisierbare Möglichkeit für den elektrischen Leiter besteht darin, ein Festelektrolytmaterial des zweiten Festelektrolyten (Ionenleiter) mit einem Metallmaterial (elektronischer Leiter) zu mischen zu einem Keramik-Metall-Kompositmaterial. Beispielsweise kann Yttrium-stabilisiertes Zirkondioxid mit ei nem Platinmaterial gemischt werden, beispielsweise in Form eines Cermets. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine Elektrodenpaste, welche YSZ und Platin enthält, verwendet wird.Of the at least one electrical conductor should in particular be designed in this way be that it has an electrical resistance, which the electrical resistance of the second solid electrolyte considerably falls below, for example by at least one, preferably two, three or more orders of magnitude. Especially For example, the electrical conductor may be an electrical resistance from about 0.5 ohms to 5 ohms. Thus, this concludes electrical conductors, the third electrode and the fourth electrode preferably almost completely short. Alternatively, however, are In principle, other embodiments possible, For example, embodiments with resistances between a kiloohm and 100 kilohms. Preferably, the electrical Ladder be configured in the form of a conductor, which, for example can be arranged in and / or on the sensor element, and which preferably has a different material than the solid electrolyte. This at least one conductor track may preferably be around the second Solid electrolyte led around and / or through the second solid electrolyte be passed through, so spatially from this to be different. Another, alternative or additional realizable possibility for the electric The conductor is a solid electrolyte material of the second solid electrolyte (Ion conductor) with a metal material (electronic conductor) to mix to a ceramic-metal composite material. For example, yttrium-stabilized Zirconia be mixed with egg nem platinum material, for example in the form of a cermet. This can be done, for example, by that an electrode paste containing YSZ and platinum, is used.
Wie oben beschrieben, sind mehrere Möglichkeiten denkbar, den gasdicht abgeschirmten Hohlraum zur Abschirmung einer oder mehrerer Elektroden einzusetzen. Diese Möglichkeiten sind teilweise auch kombinierbar. So besteht eine Möglichkeit darin, auch die mindestens eine zweite Elektrode in dem Hohlraum anzuordnen. Dies kann beispielsweise bei einer Sprungzellenanordnung genutzt werden, bei welcher die erste elektrochemische Messzelle als Sprungzelle eingesetzt wird. Die erste Elektrode wird dann vorzugsweise dem Gas in dem Messgasraum ausgesetzt (beispielsweise über eine gasdurchlässige Schutzschicht), und die zweite Elektrode dient als Referenzelektrode, welche in dem Hohlraum angeordnet ist und durch die zweite elektrochemische Messzelle (kurzgeschlossene Nernstzelle bzw. kurzgeschlossene Brennstoffzelle) abgeschirmt wird.As described above, several possibilities are conceivable, the gastight shielded cavity for shielding one or more electrodes use. Some of these possibilities can also be combined. So there is a possibility in it, even the least to arrange a second electrode in the cavity. This can be, for example be used in a jump cell arrangement in which the first electrochemical measuring cell is used as a jump cell. The first electrode is then preferably the gas in the sample gas space exposed (for example via a gas-permeable Protective layer), and the second electrode serves as a reference electrode, which is arranged in the cavity and through the second electrochemical Measuring cell (short-circuited Nernst cell or short-circuited fuel cell) is shielded.
Bei einer Anordnung, bei welcher die erste elektrochemische Messzelle als Pumpzelle betrieben wird, ist ebenfalls ein Aufbau, bei welchem die erste Elektrode oder die zweite Elektrode in dem Hohlraum angeordnet ist, möglich. Dabei kann entweder die Einbauelektrode (z. B. die Kathode), an welcher das Messgas bzw. die zu messende Gaskomponente, in den ersten Festelektrolyten eingebaut wird, in dem Hohlraum angeordnet werden, oder es kann die Ausbauelektrode, an welcher das Messgas bzw. die nachzuweisende Gaskomponente aus dem ersten Festelektrolyten ausgebaut wird, in dem Hohlraum angeordnet sein. Im ersten Fall dient die zweite elektrochemische Messzelle dazu, Messgas in den Hohlraum nachzuliefern, wobei sich in der Regel ein leichter Partial-Unterdruck der nachzuweisenden Gaskomponente in dem Hohlraum einstellt. Im zweiten Fall dient die zweite elektrochemische Messzelle dazu, überschüssiges Messgas bzw. die nachzuweisende Gaskomponente aus dem Hohlraum abzuführen, wobei sich in der Regel ein leichter Partial-Überdruck dieser Gaskomponente im Hohlraum einstellt. In dem Fall, in welchem die Ausbauelektrode in dem Hohlraum angeordnet ist, ist die Einbauelektrode vorzugsweise über eine den Strom begrenzende Diffusionsbarriere von dem Messgasraum getrennt (siehe auch unten). In beiden beschrieben Fällen dient die Abschirmung einer der beiden Elektroden der ersten elektrochemischen Messzelle insbesondere dem Zweck, unerwünschte Elektrodenreaktionen, welche die Nicht-Eindeutigkeit der Kennlinie verursachen könnten, zu vermeiden. Wird die Einbau elektrode (z. B. die Kathode) in dem gasdichten Hohlraum angeordnet, so wird beispielsweise zumindest weitgehend verhindert, dass an dieser Elektrode unerwünschte Zersetzungsreaktionen ablaufen könne, wie beispielsweise die Zersetzung von Wasser. Wird die Ausbauelektrode (z. B. die Anode) in dem Hohlraum angeordnet, so wird zumindest weitgehend verhindert, dass Brenngase wie beispielsweise Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe dorthin gelangen können und dort unerwünschte Elektrodenreaktionen ausführen können. In beiden Fällen wird also die Eindeutigkeit der Pumpstromkennlinie gefördert. Welche der mindestens zwei Elektroden der ersten elektrochemischen Messzelle als „Einbauelektrode" und welche als „Ausbauelektrode" fungiert, hängt von der Beschaltung dieser ersten elektrochemischen Messzelle ab, sowie von der Art des ersten Festelektrolyten und der nachzuweisenden Gasart. Bei Sauerstoffsensoren wirkt beispielsweise die Kathode, als die mit negativem Potenzial beschaltete Elektrode, als Einbauelektrode, wohingegen die Anode als Ausbauelektrode fungiert.In an arrangement in which the first electrochemical measuring cell is operated as a pumping cell, a structure in which the first electrode or the second electrode is arranged in the cavity is also possible. Either the installation electrode (eg the cathode), on which the measurement gas or the gas component to be measured is installed in the first solid electrolyte, can be arranged in the cavity, or the expansion electrode, to which the measurement gas or the detected gas component is removed from the first solid electrolyte, be arranged in the cavity. In the first case, the second electrochemical measuring cell is used to nachzuliefern measuring gas into the cavity, which is usually a slight partial negative pressure of the gas to be detected setting component in the cavity. In the second case, the second electrochemical measuring cell serves to dissipate excess measuring gas or the gas component to be detected out of the cavity, as a rule a slight partial overpressure of this gas component in the cavity. In the case in which the removal electrode is arranged in the cavity, the installation electrode is preferably separated from the measurement gas space via a diffusion barrier that delimits the current (see also below). In both cases described, the shielding of one of the two electrodes of the first electrochemical measuring cell serves in particular for the purpose of avoiding unwanted electrode reactions which could cause the characteristic to be unambiguous. If the installation electrode (eg the cathode) is arranged in the gas-tight cavity, it is for example at least largely prevented that unwanted decomposition reactions can take place at this electrode, for example the decomposition of water. If the removal electrode (for example the anode) is arranged in the cavity, it is at least largely prevented that fuel gases such as, for example, hydrogen or hydrocarbons can get there and can carry out undesired electrode reactions there. In both cases, therefore, the uniqueness of the pumping current characteristic is promoted. Which of the at least two electrodes of the first electrochemical measuring cell functions as a "mounting electrode" and which as an "expansion electrode" depends on the wiring of this first electrochemical measuring cell, as well as on the type of the first solid electrolyte and the type of gas to be detected. In the case of oxygen sensors, for example, the cathode, as the electrode connected to negative potential, acts as a mounting electrode, whereas the anode acts as an expansion electrode.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, in dem gasdicht abgeschirmten Hohlraum mindestens eine Referenzelektrode anzuordnen, welche nicht identisch ist mit der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Dies kann beispielsweise durch ein 5-Elektroden-Sensorelement realisiert werden. Dieser Aufbau kann beispielsweise in einer Mehrzeller-Anordnung mit einer Pumpzelle und einer Nernstzelle genutzt werden, bei welcher die Referenzelektrode als Referenzelektrode der Nernstzelle fungiert. Die Pumpzelle wird in diesem Fall vorzugsweise durch die erste elektrochemische Messzelle gebildet. Die Nernstzelle kann beispielsweise durch die erste Elektrode und die Referenzelektrode gebildet werden, wobei die erste Elektrode wiederum vorzugsweise über eine Diffusionsbarriere von dem Messgasraum getrennt ist. In diesem Fall misst die Nernstzelle beispielsweise die elektrochemische Potentialdifferenz zwischen dem Hohlraum und einem Elektrodenhohlraum zwischen der ersten Elektrode und der Diffusionsbarriere.A Another possibility is in the gas-tight shielded Cavity to arrange at least one reference electrode, which is not identical is with the first electrode and the second electrode. This can be realized for example by a 5-electrode sensor element. This structure may, for example, in a multi-cell arrangement be used with a pumping cell and a Nernst cell, in which the reference electrode acts as a reference electrode of the Nernst cell. The Pump cell is in this case preferably by the first electrochemical Measuring cell formed. The Nernst cell, for example, by the first electrode and the reference electrode are formed, wherein the first electrode in turn preferably via a diffusion barrier is separated from the sample gas space. In this case, the Nernst cell measures for example, the electrochemical potential difference between the cavity and an electrode cavity between the first electrode and the diffusion barrier.
Für die Ausgestaltung des gasdicht abgeschirmten Hohlraums bestehen verschiedene Möglichkeiten. So kann dieser beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass der erste Festelektrolyt und der zweite Festelektrolyt zumindest teilweise bauteilidentisch sind, wobei diese beispielsweise durch eine gemeinsame Festelektrolytschicht realisiert werden können. Auch eine Ausgestaltung in Form getrennter Festelektrolyt-Membranen ist jedoch denkbar.For the design of the gas-tight shielded cavity exist various possibilities. So this example be configured such that the first solid electrolyte and the second Solid electrolyte are at least partially identical to the component, wherein this example, by a common solid electrolyte layer can be realized. Also an embodiment in shape However, separate solid electrolyte membranes is conceivable.
Weiterhin kann der mindestens eine abgeschirmte Hohlraum sowohl im Inneren des Sensorelements angeordnet sein als auch auf einer Oberfläche des Sensorelements. Der Hohlraum kann dann im Inneren des Schichtaufbaus angeordnet sein, beispielsweise zwischen mehreren Festelektrolytschichten und/oder anderen Schichtkomponenten des Schichtaufbaus, und kann somit von dem Messgasraum durch mindestens eine Schicht des Schichtaufbaus getrennt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Hohlraum auch auf einer Oberfläche des Schichtaufbaus angeordnet sein, welche dem Messgasraum zuweist. Der Hohlraum kann dann auf dieser Oberfläche angeordnet sein und von dem Messgasraum beispielsweise durch eine gasundurchlässige Schicht getrennt sein, welche beispielsweise lediglich durch die kurzgeschlossene Nernstzelle der zweiten elektrochemischen Messzelle unterbrochen werden kann. Auch andere Ausgestaltungen des Hohlraums sind jedoch möglich, wie beispielsweise eine Herstellung eines Hohlraums zwischen zwei zusammenlaminierten Festelektrolytfolien. Der Hohlraum sollte insbesondere mit möglichst geringem Volumen ausgeführt werden, um eine schnelle Dynamik des Sensorelements zu gewährleisten.Farther the at least one shielded cavity can be both inside be arranged of the sensor element as well as on a surface of the sensor element. The cavity can then be inside the layer structure be arranged, for example, between several solid electrolyte layers and / or other layer components of the layer structure, and can thus from the measuring gas space through at least one layer of the layer structure be separated. Alternatively or additionally, the cavity also arranged on a surface of the layer structure be, which assigns the sample gas space. The cavity can then open be arranged on this surface and of the sample gas space for example, separated by a gas-impermeable layer which, for example, only by the short-circuited Nernstzelle the second electrochemical measuring cell are interrupted can. However, other embodiments of the cavity are possible, such as making a cavity between two laminated solid electrolyte films. The cavity should be particular be carried out with the least possible volume, to ensure fast dynamics of the sensor element.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigenembodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail. Show it
In
Das
Sensorelement
Auf
der Oberseite des Sensorelements
Die
erste Elektrode
Das
gesamte Sensorelement
In
dem in
In
Die
Kennlinie in
Wie
an der durchgezogenen Kennlinie im mageren Bereich
In
Im
Unterschied zum Aufbau gemäß
Zusätzlich
zu der ersten elektrochemischen Messzelle
Weiterhin
sind die dritte Elektrode
Die
Beschaltung des Sensorelements
Sobald
Sauerstoff aus dem Abgas an die Kathode der kurzgeschlossenen Brennstoffzelle
(vierte Elektrode
Falls
Fettgas (das heißt reduzierbare Gase, wie beispielsweise
H2 oder Kohlenwasserstoffe) aus dem Abgas
des Messgasraums
In
den
Analog
zu
Ein
MIEC-Material
Die
umgekehrte Reaktion, bei welcher Sauerstoff-Moleküle aus
dem MIEC-Material
Im
Gegensatz dazu sind bei der kurzgeschlossenen Brennstoffzelle bzw.
Nernstzelle
Kern
der kurzgeschlossenen Brennstoffzelle
In
den
In
Dieser
Aufbau zeigt, dass die Elektroden der elektrochemischen Messzellen
Der
gasdicht abgeschlossene Hohlraum
Ansonsten
kann die Beschaltung des Sensorelements
Bei
den bisherigen Ausführungsbeispielen der Erfindung in den
Dabei
zeigt
Wiederum
ist in diesem gasdicht abgeschlossenen Hohlraum
Im
Gegensatz zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen ist
in
In
In
Ein
Unterschied zu
Nach
wie vor sind bei diesem Ausführungsbeispiel, bei welchem
ein Kompositmaterial
Die
bisherigen Ausführungsbeispiele der Sensorelemente
So
zeigt
In
Wiederum
ist eine auf der Oberfläche des Festelektrolyten
Wiederum
ist weiterhin ein gasdicht abgeschlossener Hohlraum
Im
Unterschied zu
Das
Funktionsprinzip der in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- - DE 102004035826 A1 [0003] DE 102004035826 A1 [0003]
- - DE 19938416 A1 [0003, 0005] - DE 19938416 A1 [0003, 0005]
- - DE 102005027225 A1 [0003] DE 102005027225 A1 [0003]
- - DE 3809154 C1 [0005] - DE 3809154 C1 [0005]
- - EP 0678740 B1 [0006] EP 0678740 B1 [0006]
- - DE 10219881 A1 [0016] - DE 10219881 A1 [0016]
- - DE 4343748 [0056] - DE 4343748 [0056]
- - US 5543025 [0056] US 5543025 [0056]
- - US 2004/0183055 A1 [0056] US 2004/0183055 A1 [0056]
- - EP 0678740 A1 [0075] EP 0678740 A1 [0075]
Claims (18)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007049716A DE102007049716A1 (en) | 2006-12-29 | 2007-10-17 | Sensor e.g. pump sensor, unit for determining physical characteristic i.e. oxygen concentration, of gas i.e. exhaust gas, in measuring gas chamber, has gas-tightly closed cavity provided such that electrode is arranged in cavity |
PCT/EP2007/063183 WO2008080732A1 (en) | 2006-12-29 | 2007-12-03 | Solid-electrolyte gas sensor with hollow space which is screened off in a gas-tight manner and short-circuited nernst cell |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006062052.6 | 2006-12-29 | ||
DE102006061953 | 2006-12-29 | ||
DE102006061953.6 | 2006-12-29 | ||
DE102006062052 | 2006-12-29 | ||
DE102007049716A DE102007049716A1 (en) | 2006-12-29 | 2007-10-17 | Sensor e.g. pump sensor, unit for determining physical characteristic i.e. oxygen concentration, of gas i.e. exhaust gas, in measuring gas chamber, has gas-tightly closed cavity provided such that electrode is arranged in cavity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007049716A1 true DE102007049716A1 (en) | 2008-07-03 |
Family
ID=39033647
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007049716A Withdrawn DE102007049716A1 (en) | 2006-12-29 | 2007-10-17 | Sensor e.g. pump sensor, unit for determining physical characteristic i.e. oxygen concentration, of gas i.e. exhaust gas, in measuring gas chamber, has gas-tightly closed cavity provided such that electrode is arranged in cavity |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102007049716A1 (en) |
WO (1) | WO2008080732A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010097296A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Robert Bosch Gmbh | Solid electrolyte gas sensor for measuring various gas species |
US20110314898A1 (en) * | 2008-07-10 | 2011-12-29 | Dirk Liemersdorf | Sensor element and method for determining gas components in gas mixtures, and use thereof |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3809154C1 (en) | 1988-03-18 | 1988-12-08 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
DE4343748A1 (en) | 1992-12-25 | 1994-06-30 | Nippon Denso Co | Oxygen sensor |
EP0678740A1 (en) | 1994-04-21 | 1995-10-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of measuring a gas component and sensing device for measuring the gas component |
US5543025A (en) | 1995-01-30 | 1996-08-06 | The Regents Of The University Of California, Office Of Technology Transfer | Solid state oxygen sensor |
DE19938416A1 (en) | 1998-08-25 | 2000-03-16 | Denso Corp | Multilayered air:fuel ratio sensor element for vehicle exhaust systems; has measurement and reference gas sensor electrodes on surfaces of fixed electrolyte and contacting chambers for measurement and reference gas |
DE10219881A1 (en) | 2002-05-03 | 2003-12-04 | Siemens Ag | Device and method for determining the partial pressure of a sample gas in a sample gas space |
US20040183055A1 (en) | 2001-07-04 | 2004-09-23 | Thierry Chartier | Method of preparing a thin ceramic composition with two materials, the composition thus obtained and the constituent electrochemical cell and membrane |
DE102004035826A1 (en) | 2003-07-25 | 2005-03-17 | Denso Corp., Kariya | Process for producing a ceramic laminate |
DE102005027225A1 (en) | 2004-06-14 | 2006-04-13 | Denso Corp., Kariya | Gas sensor |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3728618C1 (en) * | 1987-08-27 | 1988-03-10 | Bosch Gmbh Robert | Sensor element for limit current sensors for determining the lambda value of gas mixtures |
JPH07119742B2 (en) * | 1988-06-30 | 1995-12-20 | 本田技研工業株式会社 | Degradation determination method for oxygen concentration detector |
DE4007856A1 (en) * | 1990-03-13 | 1991-09-19 | Bosch Gmbh Robert | SENSOR ELEMENT FOR AN OXYGEN LIMIT CURRENT PROBE FOR DETERMINING THE (LAMBDA) VALUE OF GAS MIXTURES |
JP3762082B2 (en) * | 1997-11-20 | 2006-03-29 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | Gas sensor |
DE10149739A1 (en) * | 2001-10-09 | 2003-04-10 | Bosch Gmbh Robert | Sensor element used for determining concentration of oxygen and/or nitrogen oxides in Internal Combustion engine exhaust gases has first electrode arranged in inner gas chamber in same layer surface of sensor element |
-
2007
- 2007-10-17 DE DE102007049716A patent/DE102007049716A1/en not_active Withdrawn
- 2007-12-03 WO PCT/EP2007/063183 patent/WO2008080732A1/en active Application Filing
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3809154C1 (en) | 1988-03-18 | 1988-12-08 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart, De | |
DE4343748A1 (en) | 1992-12-25 | 1994-06-30 | Nippon Denso Co | Oxygen sensor |
EP0678740A1 (en) | 1994-04-21 | 1995-10-25 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of measuring a gas component and sensing device for measuring the gas component |
EP0678740B1 (en) | 1994-04-21 | 2001-06-27 | Ngk Insulators, Ltd. | Method of measuring a gas component and sensing device for measuring the gas component |
US5543025A (en) | 1995-01-30 | 1996-08-06 | The Regents Of The University Of California, Office Of Technology Transfer | Solid state oxygen sensor |
DE19938416A1 (en) | 1998-08-25 | 2000-03-16 | Denso Corp | Multilayered air:fuel ratio sensor element for vehicle exhaust systems; has measurement and reference gas sensor electrodes on surfaces of fixed electrolyte and contacting chambers for measurement and reference gas |
US20040183055A1 (en) | 2001-07-04 | 2004-09-23 | Thierry Chartier | Method of preparing a thin ceramic composition with two materials, the composition thus obtained and the constituent electrochemical cell and membrane |
DE10219881A1 (en) | 2002-05-03 | 2003-12-04 | Siemens Ag | Device and method for determining the partial pressure of a sample gas in a sample gas space |
DE102004035826A1 (en) | 2003-07-25 | 2005-03-17 | Denso Corp., Kariya | Process for producing a ceramic laminate |
DE102005027225A1 (en) | 2004-06-14 | 2006-04-13 | Denso Corp., Kariya | Gas sensor |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110314898A1 (en) * | 2008-07-10 | 2011-12-29 | Dirk Liemersdorf | Sensor element and method for determining gas components in gas mixtures, and use thereof |
US8940144B2 (en) * | 2008-07-10 | 2015-01-27 | Robert Bosch Gmbh | Sensor element and method for determining gas components in gas mixtures, and use thereof |
WO2010097296A1 (en) * | 2009-02-27 | 2010-09-02 | Robert Bosch Gmbh | Solid electrolyte gas sensor for measuring various gas species |
CN102334027A (en) * | 2009-02-27 | 2012-01-25 | 罗伯特·博世有限公司 | Solid electrolyte gas sensor for measuring various gas species |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2008080732A1 (en) | 2008-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE3486042T2 (en) | ELECTROCHEMICAL DEVICE. | |
EP2108119B1 (en) | Gas sensor with inner pump cell | |
DE4333232B4 (en) | Sensor for determining the oxygen content of gas mixtures | |
EP2300812B1 (en) | Sensor element and method for determining gas components in gas mixtures and use thereof | |
DE19960338A1 (en) | Gas sensor for determining the concentration of gas components in gas mixtures and its use | |
DE102007049715A1 (en) | Sensor unit for use as e.g. lambda sensor, for determining e.g. oxygen concentration of exhaust gas, has inner electrode separated from gas area and reference gas area over diaphragm that is selectively permeable for gas component | |
EP2106543A1 (en) | Sensor element with suppressed rich gas reaction | |
WO2008080730A1 (en) | Sensor element with additional diagnosis function | |
DE102010031299A1 (en) | Device for determining a property of a gas in a measuring gas space | |
WO2010149153A1 (en) | Potentiometric sensor for the combined determination of the concentration of a first and a second gas component of a gas sample, in particular for the combined determination of co2 and o2, corresponding determination method, and use thereof | |
DE102007049716A1 (en) | Sensor e.g. pump sensor, unit for determining physical characteristic i.e. oxygen concentration, of gas i.e. exhaust gas, in measuring gas chamber, has gas-tightly closed cavity provided such that electrode is arranged in cavity | |
DE102009027276A1 (en) | Sensor element for determining a property of a gas | |
DE102014203063A1 (en) | Device for detecting at least one property of a gas | |
DE102007061947A1 (en) | Physical characteristics i.e. oxygen concentration, determining method for exhaust gas in measuring gas chamber of internal combustion engine, involves charging cell with voltages, where electrodes have partial electrodes for pressurization | |
DE102006061955A1 (en) | Sensor component for determining e.g. oxygen concentration, of air-fuel-gas mixture composition in motor vehicle, has pump electrodes whose electrocatalytic activity is smaller than that of another electrode | |
DE102008043932A1 (en) | Sensor element with carrier element | |
DE19937016A1 (en) | Sensor element and method for determining the oxygen concentration in gas mixtures | |
DE102006062054A1 (en) | Sensor unit for measuring gas component i.e. oxygen concentration, has electrode shielded from gas chamber of internal-combustion engine, and gas supply channel supplying additional amount of gas component to another electrode | |
DE102008001997A1 (en) | Lambda jump probe with alternating reference | |
DE102013210903A1 (en) | Gas sensor for measuring different gases and related manufacturing process | |
DE102010061888A1 (en) | Lambda probe for detecting oxygen content in exhaust gas of motor vehicle, has heating element comprising terminal that is connected with electrode over guard | |
DE102014224009A1 (en) | Apparatus and method for determining a property of a gas in a sample gas space | |
EP1217365A2 (en) | Multiple electrode gas sensor system with gas reference | |
DE102012218216A1 (en) | Sensing element used for exhaust-gas sensor, comprises layered structure including electrodes which are disconnected by solid electrolyte layer containing zirconium dioxide which is stabilized with yttrium oxide | |
DE102012208387A1 (en) | Device for detecting part of e.g. exhaust gas in exhaust gas tract of motor car, has sensing element comprising electrodes, and contact surface staying in contact with electrolytes, where contact surface is smaller than electrode surface |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20140627 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |