DE102008032268A1

DE102008032268A1 - Ammoniakgassensor

Info

Publication number: DE102008032268A1
Application number: DE102008032268A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Nagoya Sugaya; Hiroyuki Nagoya Nishiyama; Wataru Nagoya Matsutani; Shiro Nagoya Kakimoto
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2009-01-15
Also published as: US20090014330A1; US8152979B2

Abstract

Aufgabe: Die Aufgabe besteht darin, einen Ammoniakgassensor bereitzustellen, bei dem ein Bezugselektrodenabschnitt und ein Erfassungselektrodenabschnitt an einem festen Elektrolytglied vorgesehen sind und ein Erfassnungszuleitungsabschnitt von dem Erfassungselektrodenabschnitt aus erweitert ist, worin eine elektromotorische Kraft nur zwischen dem Bezugselektrodenabschnitt und dem Erfassungselektrodenabschnitt und nicht zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt entsteht, sodass die Konzentration von Ammoniakgas in einem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden kann.
Mittel zur Lösung: Ein Bezugselektrodenabschnitt 320 ist an der Hinteroberfläche eines festen Elektrolytgliedes 310 gebildet, und ein Erfassungselektrodenabschnitt 335 ist an der Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 gebildet. Ein Erfassungszuleitungsabschnitt 350 ist an der Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 derart vorgesehen, dass der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 mit dem Erfassungselektrodenabschnitts 335 verbunden ist. Eine isolierende Schicht 340, 380 ist zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem festen Elektrolytglied 310 oder an dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Ammoniakgassensor zum Erfassen von Ammoniakgas, das in einem einer Messung unterzogenen Gas enthalten ist.
Hintergrund
Als Ammoniakgassensor der in Rede stehenden Art wird üblicherweise eine Ammoniakgaskonzentrationsmessvorrichtung vorgeschlagen, wie sie in Patentdokument 1 offenbart ist. Diese Ammoniakgaskonzentrationsmessvorrichtung beinhaltet ein festes Elektrolytglied, einen Bezugselektrodenabschnitt, der an einer Seite des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist, und einen Erfassungselektrodenabschnitt, der an der gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten Seite des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist.
Wird diese Ammoniakgaskonzentrationsmessvorrichtung verwendet, so liegt der Bezugselektrodenabschnitt zur Atmosphäre hin frei, während der Erfassungselektrodenabschnitt zu einem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt. Die Ammoniakgaskonzentrationsmessvorrichtung erzeugt eine elektromotorische Kraft, die proportional zu einer Differenz des Sauerstoffpartialdruckes zwischen dem Bezugselektrodenabschnitt und dem Erfassungselektrodenabschnitt ist, in Abhängigkeit von dem Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas, um hierdurch die Konzentration des Ammoniakgases zu erfassen.

Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung (Kokai) Nr. 2003-83933

Offenbarung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Bei der Ammoniakgaskonzentrationsmessvorrichtung von Patentdokument 1 ist ein Erfassungszuleitungsabschnitt derart gebildet, dass er sich von dem Erfassungselektrodenabschnitt aus erstreckt. Ein Abschnitt dieses Erfassungszuleitungsabschnittes liegt zudem zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin zusammen mit dem Erfassungselektrodenabschnitt frei. Da dieser Erfassungszuleitungsabschnitt aus einem elektrisch leitfähigen Material, so beispielsweise einem Edelmetall, gebildet ist, kann eine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt aufgrund des Ammoniakgases innerhalb des einer Messung unterzogenen Gases entstehen. Im Ergebnis ändert sich die elektromotorische Kraft, die dem Erfassungszuleitungsabschnitt zugeschrieben werden kann, und kann die Genauigkeit bei der Erfassung der Konzentration des Ammoniakgases senken.
Um das vorbeschriebene Problem zu losen, besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Ammoniakgassensor bereitzustellen, bei dem eine elektromotorische Kraft nur zwischen einem Bezugselektrodenabschnitt und einem Erfassungselektrodenabschnitt und nicht zwischen einem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt entsteht, sodass die Konzentration von Ammoniakgas in einem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden kann.
Mittel zur Lösung des Problems
Entsprechend dem in Anspruch 1 Beschriebenen umfasst ein Ammoniakgassensor der vorliegenden Erfindung ein festes Elektrolytglied, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und Zirkonoxid als vorherrschenden Bestandteil enthält; einen Erfassungsabschnitt, der an einer Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist; einen Bezugselektrodenabschnitt, der an einer Hinteroberfläche des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist; und einen Erfassungszuleitungsabschnitt, der direkt oder über ein weiteres Glied an der Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist, um so eine elektrische Verbindung zwischen dem Erfassungsabschnitt und einer äußeren Schaltung herzustellen, wobei ein isolierender Abschnitt wenigstens an einer Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes oder zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied vorgesehen ist.
In demjenigen Fall, in dem der isolierende Abschnitt an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes gebildet ist, ist der Erfassungszuleitungsabschnitt von einem einer Messung unterzogenen Gas durch den isolierenden Abschnitt isoliert. Daher entsteht keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt.
In demjenigen Fall, in dem der isolierende Abschnitt zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied vorgesehen ist, ist der Erfassungszuleitungsabschnitt von dem festen Elektrolytglied durch den isolierenden Abschnitt isoliert. Daher entsteht auch dann, wenn der Erfassungszuleitungsabschnitt zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt, keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt.
Entsprechend kann in beiden Fällen der vorbeschriebene Ammoniakgassensor die Entstehung einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt verhindern und im Ergebnis die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfassen.
Vorzugsweise ist der isolierende Abschnitt an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes und zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied vorgesehen. In demjenigen Fall, in dem der isolierende Abschnitt an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes und zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied vorgesehen ist, ist der Erfassungszuleitungsabschnitt von dem einer Messung unterzogenen Gas durch einen isolierenden Abschnitt und von dem festen Elektrolytglied durch den weiteren isolierenden Abschnitt isoliert. Damit kann die Entstehung einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt verlässlich verhindert werden.
Der isolierende Abschnitt kann nur an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes oder nur zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied gebildet sein. Des Weiteren kann der isolierende Abschnitt jenseits der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes oder der Grenzfläche zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied gebildet sein.
Entsprechend dem in Anspruch 2 Beschriebenen beinhaltet der Erfassungsabschnitt einen Erfassungselektrodenabschnitt, der aus einem Edelmetall gebildet ist, und eine Selektivreaktionsschicht, die aus einem Metalloxid mit Ammoniakgasselektivität gebildet ist.
Vermöge dieser Ausgestaltung weist die Selektivreaktionsschicht eine gute Gasselektivität für Ammoniakgas auf, um so störende Gase in dem einer Messung unterzogenen Gas neben dem Ammoniakgas zu entfernen, und ermöglicht, dass das Ammoniakgas das feste Elektrolytglied erreicht. Damit kann der Erfassungselektrodenabschnitt eine gute Stromsammelwirkung auf Grundlage des Ammoniakgases aufweisen. Im Ergebnis kann die Konzentration des Ammoniakgases zwischen dem Erfassungselektrodenabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt genau erfasst werden.
Entsprechend dem in Anspruch 3 Beschriebenen ist der Erfassungselektrodenabschnitt direkt oder über ein weiteres Glied an dem festen Elektrolytglied vorgesehen; und die Selektivreaktionsschicht ist direkt oder über ein weiteres Glied an dem Erfassungselektrodenabschnitt vorgesehen. Vermöge dieser Ausgestaltung liegt das einer Messung unterzogene Gas zunächst zu der Selektivreaktionsschicht hin frei, sodass, nachdem störende Gase in dem einer Messung unterzogenen Gas neben dem Ammoniakgas ausreichend an der Selektivreaktionsschicht verbrannt worden sind, das Ammoniakgas das feste Elektrolytglied erreicht. Im Ergebnis kann die Konzentration des Ammoniakgases genauer erfasst werden.
Entsprechend dem in Anspruch 4 Beschriebenen ist der isolierende Abschnitt an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes gebildet und beinhaltet einen ersten isolierenden Abschnitt, der sich in der axialen Richtung auf die Oberfläche des Erfassungselektrodenabschnittes erstreckt. Vermöge dieser Ausgestaltung ist auch dann, wenn der Ammoniakgassensor zu einem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt, der Erfassungszuleitungsabschnitt von dem einer Messung unterzogenen Gas durch den isolierenden Abschnitt isoliert. Zusätzlich wird; da der erste isolierende Abschnitt an der Oberfläche des Erfassungselektrodenabschnittes nahe dem Erfassungszuleitungsabschnitt vorgesehen ist, verhindert, dass der Erfassungszuleitungsabschnitt zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt, und zwar durch den Erfassungselektrodenabschnitt. Daher ist der Erfassungszuleitungsabschnitt von dem einer Messung unterzogenen Gas nahezu vollständig isoliert. Entsprechend kann eine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt kaum entstehen, weshalb im Ergebnis die Konzentration des Ammoniakgases in dem einer Messung unterzogenen Gas genauer erfasst werden kann.
Entsprechend dem in Anspruch 5 Beschriebenen ist eine Länge des ersten isolierenden Abschnittes gemäß Messung in der axialen Richtung größer als eine Dicke des Erfassungselektrodenabschnittes. Vermöge dieser Ausgestaltung tritt das Phänomen, bei dem das einer Messung unterzogene Gas den Erfassungszuleitungsabschnitt erreicht, wahrend es um den ersten isolierenden Abschnitt, dessen Länge größer als die Dicke des Erfassungselektrodenabschnittes ist, herumgeht, kaum auf, und der Erfassungszuleitungsabschnitt kann von dem einer Messung unterzogenen Gas nahezu vollständig isoliert werden.
Entsprechend dem in Anspruch 6 Beschriebenen ist der isolierende Abschnitt zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied vorgesehen und beinhaltet einen zweiten isolierenden Abschnitt, der sich in der axialen Richtung zwischen dem Erfassungselektrodenabschnitt und dem festen Elektrolytglied erstreckt. Vermöge dieser Ausgestaltung ist der Erfassungszuleitungsabschnitt von dem festen Elektrolytglied durch den isolierenden Abschnitt isoliert. Daher entsteht auch dann, wenn der Erfassungszuleitungsabschnitt zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt, keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Erfassungselektrodenabschnitt. Zusätzlich ist der zweite isolierende Abschnitt zwischen dem festen Elektrolytglied und einem Abschnitt des Erfassungselektrodenabschnittes vorgesehen, wobei der Abschnitt nahe dem Erfassungszuleitungsabschnitt befindlich ist. Diese Ausgestaltung unterdrückt die Entstehung einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt nahe dem Erfassungszuleitungsabschnitt. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genauer erfasst werden.
Entsprechend dem in Anspruch 7 Beschriebenen ist eine Länge des zweiten isolierenden Abschnittes gemäß Messung in der axialen Richtung größer als eine Dicke des Erfassungselektrodenabschnittes. Diese Ausgestaltung kann die Entstehung einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und der Bezugselektrodenschicht nahe der Erfassungszuleitungsschicht über einen Weg, der um den zweiten isolierenden Abschnitt, dessen Länge größer als die Dicke des Erfassungselektrodenabschnittes ist, herumgeht, unterdrücken.
Entsprechend dem in Anspruch 8 Beschriebenen ist die Länge des ersten isolierenden Abschnittes gemäß Messung in der axialen Richtung größer als diejenige des zweiten isolierenden Abschnittes. Es wird verhindert, dass das einer Messung unterzogene Gas den Erfassungszuleitungsabschnitt erreicht, indem der erste isolierende Abschnitt länger als der zweite isolierende Abschnitt gebildet wird. Diese Ausgestaltung verhindert verlässlicher die Entstehung einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden.
Entsprechend dem in Anspruch 9 Beschriebenen nimmt das feste Elektrolyt die Form eines Rohres mit einem Boden an einem Vorderendabschnitt hiervon an; der Bezugselektrodenabschnitt ist an einer Innenoberfläche des festen Elektrolytgliedes gebildet; der Erfassungsabschnitt ist an einer Außenoberfläche des Vorderendabschnittes des festen Elektrolytgliedes gebildet; und der Erfassungszuleitungsabschnitt nimmt die Form eines Streifens an und erstreckt sich axial hinterhalb von dem Erfassungsabschnitt. Sogar bei einem Ammoniakgassensor, der ein rohrförmiges festes Elektrolytglied mit einem Erfassungsabschnitt, der an einer Außenoberfläche eines Vorderendabschnittes gebildet ist, und einen streifenförmigen Erfassungszuleitungsabschnitt, der sich hinterhalb in der axialen Richtung von dem Erfassungsabschnitt erstreckt, umfasst, wird es durch Vorsehen einer isolierenden Schicht wenigstens an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes oder zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied möglich, die Entstehung einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt zu verhindern, um so die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau zu erfassen.
Entsprechend dem in Anspruch 10 Beschriebenen weisen der Bezugselektrodenabschnitt und der Erfassungszuleitungsabschnitt über das feste Elektrolytglied zueinander. Bei diesem Aufbau ist die Entstehung einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt wahrscheinlich. Durch Vorsehen einer isolierenden Schicht wenigstens an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes oder zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied wird es jedoch möglich, das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt zu verhindern, um so die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau zu erfassen.
Entsprechend dem in Anspruch 11 Beschriebenen ist eine Heizeinrichtung derart in dem rohrförmigen festen Elektrolytglied vorgesehen, dass die Heizeinrichtung in Kontakt mit dem Bezugselektrodenabschnitt ist und die Kontaktposition zwischen der Heizeinrichtung und dem Bezugselektrodenabschnitt vorderhalb von dem isolierenden Abschnitt befindlich ist. Der Ammoniakgassensor kann derart ausgestaltet sein, dass die Heizeinrichtung in Kontakt mit dem festen Elektrolytglied gebracht wird (insbesondere wird die Heizeinrichtung in Kontakt mit dem Bezugselektrodenabschnitt gebracht, der an der In nenoberfläche des festen Elektrolytgliedes gebildet ist), um die feste Elektrolytschicht schnell zu aktivieren. In einem derartigen Fall kann durch Einstellen der Kontaktposition zwischen der Heizeinrichtung und dem Bezugselektrodenabschnitt vorderhalb von dem isolierenden Abschnitt ein Abschnitt des festen Elektrolytgliedes, wo der Bezugselektrodenabschnitt und der Erfassungselektrodenabschnitt zum Erfassen der Konzentration von Ammoniakgas angeordnet sind, schnell aktiviert werden.
Entsprechend dem in Anspruch 12 Beschriebenen beinhaltet die Heizeinrichtung einen Heizwiderstand, der in einem Vorderendabschnitt hiervon angeordnet ist, und einen Heizeinrichtungszuleitungsabschnitt, der sich hinterhalb von dem Heizwiderstand erstreckt, wobei der Heizwiderstand vorderhalb von der isolierenden Schicht befindlich ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein konzentriertes Beheizen des Abschnittes des festen Elektrolytgliedes, wo der Bezugselektrodenabschnitt und der Erfassungselektrodenabschnitt zum Erfassen der Konzentration von Ammoniakgas angeordnet sind.
Entsprechend dem in Anspruch 13 Beschriebenen weist das feste Elektrolytglied einen Erfassungsabschnitt an einem Vorderendabschnitt hiervon auf und nimmt die Form einer Platte an, die sich in der axialen Richtung erstreckt; der Erfassungsabschnitt ist an einer Vorderoberfläche eines Vorderendabschnittes des festen Elektrolytgliedes vorgesehen; und der Erfassungszuleitungsabschnitt nimmt die Form eines Streifens an, der sich hinterhalb in der axialen Richtung von dem Erfassungsabschnitt erstreckt. Sogar bei einem Ammoniakgassensor, der ein plattenförmiges festes Elektrolytglied mit einem Erfassungsabschnitt an der Vorderoberfläche des Vorderendabschnittes und einen streifenförmigen Erfassungszuleitungsabschnitt, der sich hinterhalb von dem Erfassungsabschnitt erstreckt, umfasst, ist es durch Vorsehen einer streifenförmigen isolierenden Schicht wenigstens an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes oder zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und der weiteren Oberfläche des festen Elektrolytgliedes möglich, das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem Bezugselektrodenabschnitt zu verhindern und so die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau zu erfassen.
Entsprechend dem in Anspruch 14 Beschriebenen bedeckt die Selektivreaktionsschicht den Erfassungselektrodenabschnitt derart, dass der Erfassungselektrodenabschnitt nicht freiliegt. Da der Erfassungselektrodenabschnitt durch die Selektivreaktionsschicht derart bedeckt ist, dass der Erfassungselektrodenabschnitt nicht freiliegt, läuft das einer Mes sung unterzogene Gas problemfrei durch die Selektivreaktionsschicht, bevor es das feste Elektrolytglied erreicht, sodass das Ammoniakgas das feste Elektrolytglied erreicht, nachdem störende Gase in dem einer Messung unterzogenen Gas neben dem Ammoniakgas nahezu vollständig an der Selektivreaktionsschicht verbrannt worden sind. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas genau erfasst werden.
Entsprechend dem in Anspruch 15 Beschriebenen enthalten der Erfassungselektrodenabschnitt und der Erfassungszuleitungsabschnitt jeweils Gold oder Platin oder beides als vorherrschenden Bestandteil. Werden Gold, Platin, deren Legierungen oder dergleichen für den Erfassungselektrodenabschnitt und den Erfassungszuleitungsabschnitt verwendet, so kann der Ammoniakgassensor effektiv eine Stromsammelwirkung auf Grundlage von Ammoniakgas aufweisen und eine elektromotorische Kraft an eine äußere Schaltung übertragen.
Entsprechend dem in Anspruch 16 Beschriebenen beinhaltet der Erfassungselektrodenabschnitt Zirkonoxid, während der Erfassungszuleitungsabschnitt Aluminiumoxid beinhaltet. Vermöge dieser Ausgestaltung weist der Erfassungselektrodenabschnitt eine verbesserte Anhaftung an dem festen Elektrolytglied auf, während der Erfassungszuleitungsabschnitt eine verbesserte Anhaftung an dem isolierenden Abschnitt aufweist.
Entsprechend dem in Anspruch 17 Beschriebenen enthält der isolierende Abschnitt als vorherrschenden Bestandteil von Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxid-Aluminiumoxid, Mullit, Silikatglas, Boratglas, Borsilikatglas und Phosphatglas wenigstens eines. Diese Ausgestaltung kann verhindern, dass das einer Messung unterzogene Gas den Erfassungszuleitungsabschnitt erreicht, und den Erfassungszuleitungsabschnitt von dem festen Elektrolytglied isolieren.
Entsprechend dem in Anspruch 18 Beschriebenen ist das Metalloxid Vanadiumoxid, Wismutoxid oder ein Mischoxid aus Vanadiumoxid und Wismutoxid. Hierdurch wird die Gasselektivität für Ammoniakgas besser sichergestellt.
Entsprechend dem in Anspruch 19 Beschriebenen beinhaltet die Selektivreaktionsschicht Palladium anstelle des Metalloxides. Sogar wenn Palladium anstelle des Metalloxides verwendet wird, kann die Gasselektivität für Ammoniakgas sichergestellt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine Querschnittsansicht eines Ammoniakgassensors 1 von Ausführungsbeispiel 1.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorderendabschnittes eines Sensorelementes 300 von 1.
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorderendabschnittes eines Sensorelementes 400 eines Ammoniakgassensors 2 von Ausführungsbeispiel 2.
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorderendabschnittes eines Sensorelementes 500 eines Ammoniakgassensors 3 von Ausführungsbeispiel 3.
5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Sensorelement 900 eines Ammoniakgassensors 4 von Ausführungsbeispiel 4 zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht des Sensorelementes 900 entlang der Linie 14-14 von 5.
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Sensorelementes 900 von 5.
8 zeigt Daten, die die Beziehung zwischen Gasempfindlichkeiten von Ausführungsbeispielen 1 bis 3 und einem Vergleichsbeispiel sowie die Konzentrationen von Ammoniak- und Propylengasen zeigen.
Optimale Ausführung der Erfindung
Ausführungsbeispiele eines Ammoniakgassensors entsprechend der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Ausführungsbeispiel 1
1 ist eine Schnittansicht eines Ammoniakgassensors 1 von Ausführungsbeispiel 1. Im Einsatz ist der Ammoniakgassensor 1 beispielsweise an einem (nicht gezeigten) Auspuffrohr eines (inneren) Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges oder derglei chen angebracht. Insbesondere werden in der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispiel 1 die Unterseite und die Oberseite von 1 als Vorderendseite beziehungsweise Hinterendseite bezeichnet.
Der in 1 gezeigte Ammoniakgassensor 1 ist derart ausgestaltet, dass ein rohrförmiges Sensorelement 300, das an der Vorderendseite geschlossen ist, in einer metallischen Hülle 110 gehalten wird. Des Weiteren sind Zuleitungsdrähte 710 aus dem Ammoniakgassensor 1 herausgeführt, um ein Ausgabesignal des Sensorelementes 300 herauszuführen und einem Heizelement 370, das benachbart zu dem Sensorelement 300 vorgesehen ist, Elektrizität zuzuführen. Die Zuleitungsdrähte 710 sind elektrisch mit einer nicht dargestellten Sensorsteuerungs- bzw. Regelungsvorrichtung oder einer elektronischen Steuerungs- bzw. Regelungseinheit (electronic contol unit ECU) des Kraftfahrzeuges verbunden.
Die metallische Hülle 110 ist ein rohrförmiges Glied, das aus rostfreiem Stahl, so beispielsweise aus SUS430, gebildet ist, und beinhaltet an seiner Vorderendseite einen Außengewindeabschnitt 111, der an einem (nicht gezeigten) Auspuffrohr montiert ist. Des Weiteren ist ein Vorderendeingriffsabschnitt 113, mit dem ein Außenschutz 130, der nachstehend noch beschrieben wird, in Eingriff befindlich ist, an der Vorderendseite des Außengewindeabschnittes 111 vorgesehen.
Zudem ist an der Hinterendseite des Außengewindeabschnittes 111 der metallischen Hülle 110 ein Werkzeugeingriffsabschnitt 114 vorgesehen, mit dem ein Anbringwerkzeug in Eingriff steht, mit dem der Ammoniakgassensor 1 an dem Auspuffrohr angebracht werden kann. Des Weiteren ist ein Klemm- bzw. Sickabschnitt 115 an dem Hinterende der metallischen Hülle 110 derart angebracht, dass er das Sensorelement 300 festklemmt bzw. -sickt. Ein Hinterendeingriffsabschnitt 112, mit dem ein Außenrohr 120, das nachstehend noch beschrieben wird, in Eingriff befindlich ist, ist zwischen dem Werkzeugeingriffsabschnitt 114 und dem Klemm- bzw. Sickabschnitt 115 vorgesehen.
Ein Stufenabschnitt 116, der radial nach innen vorsteht, ist innerhalb der metallischen Hülle 110 vorgesehen. Ein rohrförmiges Stützglied 210, das aus Aluminiumoxid besteht, ist an dem Stufenabschnitt 116 über eine aus Metall bestehende Packung gestützt (nicht gezeigt). Der Innenumfang des Stützgliedes 210 ist ebenfalls derart geformt, dass er eine Stufe aufweist, die einen Flanschabschnitt 301 des Sensorelementes 300, was nachstehend noch beschrieben wird, über eine aus Metall bestehende Packung stützt (nicht gezeigt). Des Weiteren ist die Hinterendseite des Stützgliedes 210 mit einem Bestückungsmaterial 220, das aus Talkpulver besteht, bestückt, während eine Hülse 230, die aus Aluminiumoxid besteht, derart angeordnet ist, dass das Bestückungsmaterial 220 zwischen der Hülse 230 und dem Stützglied 210 gehalten wird.
Ein ringförmiger Ring 231 ist an der Hinterendseite der Hülse 230 angeordnet. Durch Klemmen bzw. Sicken des Klemm- bzw. Sickabschnittes 115 der metallischen Hülle 110 wird die Hülse 230 gegen das Bestückungsmaterial 220 über den Ring 231 gepresst.
Der Außenschutz 130, der einen Vorderendabschnitt des Sensorelementes 300 bedeckt, ist an dem Vorderendeingriffsabschnitt 113 der metallischem Hülle 110 mittels Schweißen angebracht. Ein Innenschutz 140 mit der Form eines mit einem Boden versehenen Rohres ist fest innerhalb des Außenschutzes 130 vorgesehen. Einführöffnungen 131 und 141 sind derart in dem Außenschutz 130 beziehungsweise dem Innenschutz 140 gebildet, dass sie ein einer Messung unterzogenes Gas in das Innere des Innenschutzes 140 einführen. Des Weiteren sind Abgabeöffnungen 132 und 142 derart in den Bodenwänden des Außenschutzes 130 beziehungsweise des Innenschutzes 140 gebildet, dass sie einen Wassertropfen und das einer Messung unterzogene Gas, die in das Innere des Innenschutzes 140 eingetreten sind, abgeben.
Zudem ist das rohrförmige Außenrohr 120, das aus rostfreiem Stahl, so beispielsweise SUS304, gebildet ist, an dem Hinterendeingriffsabschnitt 112 der metallischen Hülle 110 mittels Laserschweißen oder dergleichen befestigt. Das Außenrohr 120 erstreckt sich hinterhalb und umgibt einen Hinterendabschnitt des Sensorelementes 300 und einen Separator 400, der nachstehend noch beschrieben wird und an der Hinterseite des Sensorelementes 300 angeordnet ist. insbesondere ist ein Abschnitt des Außenrohres 120 für einen Eingriff und eine Befestigung eines Haltemetallstückes 610, das den Separator 400 halt, geklemmt bzw. gesickt.
Der Separator 400 hält vier Verbindungsanschlüsse 700 (in 1 sind drei Verbindungsanschlüsse 700 gezeigt), die elektrisch mit einem Bezugselektrodenabschnitt 320 und einem Erfassungselektrodenabschnitt 335 des Sensorelementes 300 und einem Heizwiderstand der Heizeinrichtung 370 verbunden sind. Die Leiter der vier Zuleitungsdrähte 710 sind mit den entsprechenden Verbindungsanschlüssen 700 durch Klemmen bzw. Sicken verbunden (1 zeigt drei Zuleitungsdrähte 710). Die Zuleitungsdrähte 710 erstrecken sich in das Äußere des Ammoniakgassensors 1 über eine Durchfüh rungsdichtung 500, die nachstehend noch beschrieben wird. Der Separator 400 weist einen Flanschabschnitt 410 auf, der sich von der Außenumfangsoberfläche des Separators 400 aus radial nach außen erstreckt. Das Haltemetallstück 610 stützt den Flanschabschnitt 410.
Des Weiteren ist die Durchführungsdichtung 500, die im Allgemeinen Zylindersäulenform aufweist und aus Fluorgummi besteht, nahe an der Hinterendöffnung des Außenrohres 120 angeordnet. Ein Kommunizierloch 510 läuft durch einen radial zentralen Abschnitt der Durchführungsdichtung 500, um die Atmosphäre in das Innere des Außenrohres 120 einzuführen. Darüber hinaus sind an der radial äußeren Seite des Kommunizierloches 510 vier Zuleitungsdrahteinführlöcher 520 in gleichen Abständen in Umfangsrichtung vorgesehen. Die Zuleitungsdrähte 710 sind in die Zuleitungsdrahteinführlöcher 520 eingeführt und gehen durch diese hindurch.
Ein Filterglied 840 und ein Rückhaltemetallstück 850 sind hierfür in das Kommunizierloch 510 der Durchführungsdichtung 500 eingeführt. Das Filterglied 840 ist ein Membranfilter, der aus einem Fluorkarbonharz, so beispielsweise PTFE (Polytetrafluorethylen) gebildet ist und eine Netzstruktur aufweist. Das Filterglied 840 verhindert ein Durchlaufen von Wassertropfen oder dergleichen hierdurch und ermöglicht ein Durchlaufen der Atmosphäre hierdurch. Das Rückhaltemetallstück 850 ist ein Glied, das in Rohrform gebildet ist, hält den Filter 840 zwischen seinem Außenumfang und dem Innenumfang des Kommunizierloches 510 und ist an der Durchführungsdichtung 500 befestigt.
Nachstehend wird das Sensorelement 300 beschrieben. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet das Sensorelement 300 den Flanschabschnitt 301, der sich von einem im Allgemeinen zentralen Abschnitt des Sensorelementes 300 aus radial nach außen erstreckt. Wie in 2 gezeigt ist, beinhaltet das Sensorelement 300 ein festes Elektrolytglied 310, das Zirkonoxid als vorherrschenden Bestandteil enthält und das die Form eines mit einem Boden versehenen Rohres aufweist. Insbesondere ist 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorderendabschnittes des Sensorelementes 300. Eine stangenförmige Heizeinrichtung 370 ist in das feste Elektrolytglied 310 eingeführt, um so das feste Elektrolytglied 310 zu beheizen und zu aktivieren. Die Heizeinrichtung 370 beinhaltet einen Heizwiderstand 371, der an der Vorderendseite angeordnet ist, und einen Heizeinrichtungszuleitungsabschnitt 372, der sich hinterhalb von dem Heizwiderstand 371 erstreckt.
Der Bezugselektrodenabschnitt 320, dessen vorherrschender Bestandteil Platin oder eine Platinlegierung ist, ist über der gesamten Innenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 gebildet. Zudem sind ein Erfassungselektrodenabschnitt 335 (Dicke: 20 μm) und eine Selektivreaktionsschicht 360 (Dicke: 30 μm) an der Außenoberfläche eines Vorderendabschnittes des festen Elektrolytgliedes 310 vorgesehen. Die Selektivreaktionsschicht 360 ist aus einem Metalloxid gebildet, das Vanadiumoxid (V₂O₅) und Wismutoxid (Bi₂O₃) als vorherrschende Bestandteile enthält; beispielsweise Wismutvanadiumoxid (BiVO₄). Des Weiteren ist ein streifenförmiger Erfassungszuleitungsabschnitt 350 derart an der Außenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 gebildet, dass er sich von dem Erfassungselektrodenabschnitt 335 aus erstreckt. Der Erfassungselektrodenabschnitt 335 und der Erfassungszuleitungsabschnitt 305 sind aus einem Material gebildet, das Gold (Au) als vorherrschenden Bestandteil enthält.
Bei dem Ammoniakgassensor 1, der auf vorstehend beschriebene Weise angeordnet ist, entfernt die Selektivreaktionsschicht 360 störende Gase aus dem einer Messung unterzogenen Gas und ermöglicht, dass Ammoniakgas das feste Elektrolytglied 310 erreicht. Damit kann der Erfassungselektrodenabschnitt 335 eine Stromsammelwirkung auf Grundlage des Ammoniakgases aufweisen. Im Ergebnis kann die Konzentration des Ammoniakgases genau erfasst werden.
Eine isolierende Schicht 340, die Aluminiumoxid (Al₂O₃) als vorherrschenden Bestandteil enthält, ist zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem festen Elektrolytglied 310 vorgesehen. Insbesondere ist bei Ausführungsbeispiel 1 die isolierende Schicht 340 nicht nur zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem festen Elektrolytglied 310, sondern über der gesamten Außenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 vorgesehen.
Da die isolierende Schicht 340 zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem festen Elektrolytglied 310 vorgesehen ist, ist der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 von dem festen Elektrolytglied 310 durch die isolierende Schicht 340 isoliert. Daher entsteht auch dann, wenn der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt, keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320.
Des Weiteren ist eine isolierende Schicht 380, die Aluminiumoxid (Al₂O₃) als vorherrschenden Bestandteil enthält, an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes 350 vorgesehen. Insbesondere ist bei Ausführungsbeispiel 1 die isolierende Schicht 380 nicht nur an der Oberfläche des Zuleitungserfassungsabschnittes 350, sondern über der gesamten Oberfläche der isolierenden Schicht 340 vorgesehen.
Da die isolierende Schicht 380 an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes 350 gebildet ist, ist der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 von dem einer Messung unterzogenen Gas durch die isolierende Schicht 380 isoliert. Daher entsteht keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Erfassungselektrodenabschnitt 320.
Entsprechend kann der Ammoniakgassensor 1 das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320 verhindern. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden.
Die isolierende Schicht 380 beinhaltet einen ersten isolierenden Abschnitt 381, der sich in der axialen Richtung auf die Oberfläche des Erfassungselektrodenabschnittes 335 erstreckt. Der erste isolierende Abschnitt 381 ist an der Oberfläche des Erfassungselektrodenabschnittes 335 nahe dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 vorgesehen. Diese Ausgestaltung unterdrückt das Freiliegen des Erfassungszuleitungsabschnittes 350 zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin durch den Erfassungselektrodenabschnitt 335. Daher ist der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 im Wesentlichen von dem einer Messung unterzogenen Gas isoliert. Daher entsteht eine kleine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genauer erfasst werden.
Die axiale Länge t2 des ersten isolierenden Abschnittes 381 beträgt 100 μm, was größer als die Dicke t1 des Erfassungselektrodenabschnittes 335 ist. Daher tritt das Phänomen, bei dem das einer Messung unterzogene Gas um den ersten isolierenden Abschnitt 381 herumgeht und den Erfassungszuleitungsabschnitt 350 erreicht, kaum auf, weshalb der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 nahezu vollständig von dem einer Messung unterzogenen Gas isoliert sein kann.
Zudem beinhaltet der isolierende Abschnitt 340 einen zweiten isolierenden Abschnitt 341, der sich axial zwischen dem Erfassungselektrodenabschnitt 335 und dem festen Elektrolytglied 310 erstreckt. Der zweite isolierende Abschnitt 341 ist zwischen dem festen Elektrolytglied 310 und einem Abschnitt des Erfassungselektrodenabschnittes 335 vorgesehen, wobei der Abschnitt nahe dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 befindlich ist. Diese Ausgestaltung unterdrückt das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320 nahe dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genauer erfasst werden.
Die axiale Länge t3 des zweiten isolierenden Abschnittes 341 beträgt 50 μm, was größer als die Dicke t2 des Erfassungselektrodenabschnittes 335 ist. Daher wird es möglich, das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320 nahe dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 über einen Weg, der um den zweiten isolierenden Abschnitt 341 herumgeht, zu verhindern. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden.
Zusätzlich ist die axiale Länge t2 des ersten isolierenden Abschnittes 381 größer als die axiale Länge t3 des zweiten isolierenden Abschnittes 341. Dies verhindert, dass das einer Messung unterzogene Gas den Erfassungszuleitungsabschnitt 350 erreicht, wodurch das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320 noch verlässlicher verhindert wird. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden.
Bei der Ausgestaltung von Ausführungsbeispiel 1, bei dem der Bezugselektrodenabschnitt 320 und der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 über das feste Elektrolytglied 310 zueinander weisen, ist die Entstehung einer elektromotorischen Kraft insbesondere zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320 wahrscheinlich. Durch Vorsehen der isolierenden Schichten 340 und 380 kann jedoch das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320 verhindert werden, und es kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden.
Darüber hinaus ist die Kontaktposition A zwischen der Heizeinrichtung 370 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320 vorderhalb von den isolierenden Abschnitten 340 und 380 befindlich. Daher kann der Vorderendabschnitt des festen Elektrolytgliedes 310, wo der Erfassungselektrodenabschnitt 335 und der Bezugselektrodenabschnitt 320 vorgesehen sind, schnell aktiviert werden.
Zudem ist der Heizwiderstand 371 vorderhalb von den isolierenden Schichten 340 und 380 befindlich. Daher kann der Vorderendabschnitt des festen Elektrolytgliedes 310, wo der Erfassungselektrodenabschnitt 335 und der Bezugselektrodenabschnitt 320 vorgesehen sind, konzentriert beheizt werden.
Darüber hinaus bedeckt die Selektivreaktionsschicht 360 den Erfassungselektrodenabschnitt 335 derart, dass der Erfassungselektrodenabschnitt 335 nicht freiliegt. Diese Ausgestaltung stellt sicher, dass das einer Messung unterzogene Gas problemfrei durch die Selektivreaktionsschicht 360 hindurchgeht, bevor es das feste Elektrolytglied 310 erreicht, sodass das Ammoniakgas das feste Elektrolytglied 310 erreicht, nachdem störende Gase in dem einer Messung unterzogenen Gas neben dem Ammoniakgas nahezu vollständig an der Selektivreaktionsschicht 360 verbrannt worden sind.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des Ammoniakgassensors 1 von Ausführungsbeispiel 1 geschrieben.
1. Schritt des Bildens des festen Elektrolytgliedes 310
Es wird ein Pulver aus teilstabilisiertem Zirkonoxid hergestellt und in eine mit einem Boden versehene rohrförmige Gummiform (nicht gezeigt) eingefüllt. Das teilstabilisierte Zirkonoxid wird durch Hinzufügen von 4,5 mol-% Yttriumoxid (Y₂O₃) (Stabilisator) zu dem Zirkonoxid (ZrO₂) hergestellt. Das Pulver aus teilstabilisiertem Zirkonoxid wird innerhalb der Gummiform zu einer mit einem Boden versehenen rohrförmigen Form pressgeformt, gefolgt von einem Brennen bei 1490°C. Damit ist das feste Elektrolytglied 310 mit mit einem Boden versehener rohrförmiger Form hergestellt.
2. Schritt des Bildens des Bezugselektrodenabschnittes 320
Anschließend wird Platin (Pt) auf die Innenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 durch elektroloses Plattieren aufgebracht und anschließend gebrannt. Damit ist der Bezugselektrodenabschnitt 320 an der Innenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 hergestellt.
3. Schritt des Bildens der isolierenden Schicht 340
Anschließend werden Aluminiumoxid (Al₂O₃), ein organisches Lösungsmittel und ein Dispergiermittel gemischt, um ein Dispersionsgemisch herzustellen. Im Anschluss hieran werden ein Bindemittel und ein Viskositätsmodifikator in jeweils vorbestimmten Mengen dem Gemisch hinzugefügt, und das Gemisch wird einem Nassmischen (wet blending) unterzogen. Damit ist die Paste für die isolierende Schicht, die nach dem Brennen die isolierende Schicht 340 werden soll, hergestellt.
Diese Paste für die isolierende Schicht wird auf die Außenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 aufgebracht und anschließend getrocknet, gefolgt von einem Brennen bei 1400°C während einer Stunde. Damit ist die isolierende Schicht 340 über der gesamten Außenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 gebildet.
4. Schritt des Bildens des Erfassungselektrodenabschnittes 335 und des Erfassungszuleitungsabschnittes 350
Anschließend werden Gold (Au), Zirkonoxid (ZTO₂), ein organisches Lösungsmittel und ein Dispergiermittel gemischt, um ein Dispersionsgemisch herzustellen. Im Anschluss hieran werden ein Bindemittel und ein Viskositätsmodifikator in jeweils vorbestimmten Mengen dem Gemisch hinzugefügt, und es wird das Gemisch einem Nassmischen (wet blending) unterzogen. Damit ist die Paste für den Erfassungselektrodenabschnitt hergestellt.
Des Weiteren werden Gold (Au), Aluminiumoxid (Al₂O₃), ein organisches Lösungsmittel und ein Dispergiermittel gemischt, um ein Dispersionsgemisch bereitzustellen. Im Anschluss hieran werden ein Bindemittel und ein Viskositätsmodifikator in jeweils vorbestimmten Mengen dem Gemisch hinzugefügt, und das Gemisch wird einem Nassmischen (wet blending) unterworfen. Damit ist die Paste für den Erfassungszuleitungsabschnitt hergestellt.
Die Paste für den Zuleitungselektrodenabschnitt und die Paste für den Erfassungszuleitungsabschnitt werden auf die Außenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 und die Außenoberfläche der isolierenden Schicht 340, die auf vorbeschriebene Weise gebildet worden sind, gedruckt. Nach dem Trocknen erfolgt ein Brennen bei 1000°C während einer Stunde. Damit ist der Erfassungselektrodenabschnitt 335 an der Außenoberfläche eines Vorderendabschnittes des festen Elektrolytgliedes 310 und der Außenoberfläche eines Vorderendabschnittes der isolierenden Schicht 340 gebildet. Des Weiteren wird der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 an der Außenoberfläche der isolierenden Schicht 340 derart gebildet, dass der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 eine streifenartige Form annimmt und sich von dem Erfassungselektrodenabschnitt 335 aus erstreckt.
Der Erfassungselektrodenabschnitt 335 ist derart gebildet, dass er Zirkonoxid enthält, während der Erfassungszuleitungsabschnitt derart gebildet ist, dass er Aluminiumoxid enthält. Daher weist der Erfassungselektrodenabschnitt 335 eine verbesserte Anhaftung an dem festen Elektrolytglied 310 auf, während der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 eine verbesserte Anhaftung an den isolierenden Abschnitten 340 und 380 aufweist.
5. Schritt des Bildens der isolierenden Schicht 380
Anschließend wird die vorstehend beschriebene Paste für die isolierende Schicht auf die Außenoberflächen des Erfassungselektrodenabschnittes 335, des Erfassungszuleitungsabschnittes 350 und der isolierenden Schicht 340 aufgebracht und getrocknet, gefolgt von einem Brennen bei 1000°C während einer Stunde. Damit ist die isolierende Schicht 380 über der gesamten Außenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 gebildet.
6. Schritt des Bildens der Selektivreaktionsschicht 360
Anschließend werden ein Mischoxid, das sich aus Vanadiumoxid (V₂O₅) und Wismutoxid (Bi₂O₃) zusammensetzt, ein organisches Lösungsmittel und ein Dispergiermittel gemischt, um ein Dispersionsgemisch herzustellen. Im Anschluss hieran werden ein Bindemittel und ein Viskositätsmodifikator in jeweils vorbestimmten Mengen dem Gemisch hinzugefügt, und das Gemisch wird einem Nassmischen (wet blending) unterzogen. Damit ist die Paste für die Selektivreaktionsschicht hergestellt.
Die Paste für die Selektivreaktionsschicht wird auf die Außenoberflächen des Erfassungselektrodenabschnittes 335 und der isolierenden Schicht 380 aufgebracht und getrocknet, gefolgt von einem Brennen bei 750°C während 10 Minuten. Damit ist die Selektivreaktionsschicht 360, die aus Wismutvanadiumoxid (BiVO₄) besteht, gebildet.
7. Schritt des Zusammensetzens des Ammoniakgassensors 1
Nachdem das Sensorelement 300 auf vorbeschriebene Weise hergestellt worden ist, wird das Sensorelement 300 innerhalb der metallischen Hülle 110 gehalten. Im Anschluss hieran wird der Separator 400 innerhalb des Außenrohres 120 über dem Haltemetallstück 610 gehalten, und es werden die Durchführungsdichtung 500, die Anschlüsse 700 und die bedeckten Drähte 710 in das Außenrohr 120 eingesetzt. Damit ist die Herstellung des Ammoniakgassensors 1 beendet.
Ausführungsbeispiel 2
3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorderendabschnittes eines Sensorelementes 400, das an einem Ammoniakgassensor 2 von Ausführungsbeispiel 2 angebracht ist. Das Sensorelement 400 von Ausführungsbeispiel 2 unterscheidet sich von dem Sensorelement 300 von Ausführungsbeispiel 1 dahingehend, dass die isolierende Schicht 380 nicht vorgesehen ist und die Selektivreaktionsschicht 360 direkt an den Oberflächen des Erfassungselektrodenabschnittes 335 und des Erfassungszuleitungsabschnittes 350 vorgesehen ist. Bei dem Ammoniakgassensor 2 von Ausführungsbeispiel 2 sind dieselben Beschreibungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 weggelassen oder vereinfacht, wobei Abschnitte, die identisch zu denjenigen von Ausführungsbeispiel 1 sind, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Bei Ausführungsbeispiel 2 ist die Selektivreaktionsschicht 360 an der Oberfläche des Erfassungselektrodenabschnittes 335 und an der Oberfläche eines Vorderendabschnittes des Erfassungszuleitungsabschnittes 350 vorgesehen. Die Selektivreaktionsschicht 360 bedeckt den Erfassungselektrodenabschnitt 335 derart, dass der Erfassungselektrodenabschnitt 335 nicht freiliegt. Damit erreicht das Ammoniakgas den Erfassungselektrodenabschnitt 335, nachdem störende Gase in dem einer Messung unterzogenen Gas neben dem Ammoniakgas nahezu vollständig an der Selektivreaktionsschicht 360 verbrannt worden sind. Der restliche Aufbau ist identisch zu demjenigen von Ausführungsbeispiel 1.
Auch bei dem Ammoniakgassensor 2 von Ausführungsbeispiel 2 ist der isolierende Abschnitt 340 zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem festen Elektrolytglied 310 vorgesehen, sodass der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 von dem festen Elektrolytglied 310 durch den isolierenden Abschnitt 350 isoliert ist. Daher entsteht auch dann, wenn der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt, keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden.
Ausführungsbeispiel 3
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Vorderendabschnittes eines Sensorelementes 500, das an einem Ammoniakgassensor 3 von Ausführungsbeispiel 3 angebracht ist. Das Sensorelement 500 von Ausführungsbeispiel 3 unterscheidet sich von dem Sensorelement 300 von Ausführungsbeispiel 1 dahingehend, dass die isolierende Schicht 340 nicht vorgesehen ist und der Erfassungselektrodenabschnitt 335 und der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 direkt an der Oberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 vorgesehen sind. Bei dem Ammoniakgassensor 3 von Ausführungsbeispiel 3 werden dieselben Beschreibungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 weggelassen oder vereinfacht, und Abschnitte, die identisch zu denjenigen von Ausführungsbeispiel 1 sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Bei Ausführungsbeispiel 3 sind der Erfassungselektrodenabschnitt 335 und der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 an der Oberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 vorgesehen. Zudem ist die isolierende Schicht 380 derart vorgesehen, dass sie den Erfassungszuleitungsabschnitt 350 bedeckt. Der übrige Aufbau ist identisch zu demjenigen von Ausführungsbeispiel 1.
Auch bei dem Ammoniakgassensor 3 von Ausführungsbeispiel 3 ist die isolierende Schicht 380 an dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 gebildet, sodass der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 von dem einer Messung unterzogenen Gas durch den isolierenden Abschnitt 380 isoliert ist. Daher entsteht keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 und dem Bezugselektrodenabschnitt 320. Im Ergebnis kann die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden.
Ausführungsbeispiel 4
5 bis 7 zeigen ein Sensorelement 900 eines Ammoniakgassensors 4 von Ausführungsbeispiel 4. Der Ammoniakgassensor 4 von Ausführungsbeispiel 4 unterscheidet sich von demjenigen von Ausführungsbeispiel 1 dahingehend, dass anstelle des Gassensorelementes 300 ein Sensorelement 900 vom Plattentyp in den Ammoniakgassensor 4 eingebaut ist. Die übrigen Abschnitte sind dem Aufbau nach identisch zu denjenigen von Ausführungsbeispiel 1. Insbesondere sind bei dem Ammoniakgassensor 4 von Ausführungsbeispiel 4 dieselben Beschreibungen wie bei Ausführungsbeispiel 1 weggelassen oder vereinfacht, und es werden Abschnitte, die identisch zu denjenigen von Ausführungsbeispiel 1 sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Das Sensorelement 900 vom Plattentyp ist koaxial innerhalb der metallischen Hülle 110 gehalten. Das Sensorelement 900 beinhaltet ein festes Elektrolytglied 940, das aus demselben Material wie das feste Elektrolytglied 310 von Ausführungsbeispiel 1 gebildet ist.
Ein Bezugselektrodenabschnitt 931 und ein Bezugszuleitungsabschnitt 932, die aus demselben Material wie der Bezugselektrodenabschnitt 320 von Ausführungsbeispiel 1 gebildet sind, sind an der Hinteroberfläche des festen Elektrolytgliedes 940 über einen isolierenden Film 933 vorgesehen. Der Bezugselektrodenabschnitt 931 ist an einer Position entsprechend einem Öffnungsabschnitt 934 vorgesehen, der in einem Vorderendabschnitt des isolierenden Filmes 933 gebildet ist, und steht in engem Kontakt mit einem Vorderendabschnitt des festen Elektrolytgliedes 940. Zudem ist der Bezugszuleitungsabschnitt 932 derart gebildet, dass er sich von einem Vorderendabschnitt hin zu einem Hinterendabschnitt der Hinteroberfläche des isolierenden Filmes 933 erstreckt. Der Bezugszuleitungsabschnitt 932 ist elektrisch mit einem Elektrodenfeld 961 über ein Durchgangsloch 935 des isolierenden Filmes 933, ein Durchgangsloch 941 des festen Elektrolytgliedes 940 und ein Durchgangsloch 952 eines isolierenden Filmes 950, was nachstehend noch beschrieben wird, verbunden.
Des Weiteren sind ein isolierender Film 922, eine Abdichtungsschicht 920, ein isolierender Film 912, eine Stützschicht 910 und ein isolierender Film 911 in dieser Abfolge an der Hinteroberfläche des isolierenden Filmes 933 derart stapelartig aufgebracht, dass der Bezugselektrodenabschnitt 931 und der Bezugszuleitungsabschnitt 932 schichtartig dazwischen eingeschlossen sind. Von diesen Filmen und Schichten weist die Abdichtungsschicht 920 einen Kommuniziernutabschnitt 921 auf, der sich von einer Vorderendseite hin zu der Hinterendseite hiervon erstreckt. Der Kommuniziernutabschnitt 921 stellt eine Wegverbindung zwischen der Atmosphäre und dem Bezugselektrodenabschnitt 931 her.
Zudem sind ein Erfassungszuleitungsabschnitt 960 und ein Elektrodenfeld 961, die aus einem Material gebildet sind, das Platin (Pt) (vorherrschender Bestandteil) und Aluminiumoxid enthält, an der Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes 940 über einen isolierenden Film 950 vorgesehen. Der Erfassungszuleitungsabschnitt 960 und das Elektrodenfeld 961 erstrecken sich entlang der Oberfläche des isolierenden Filmes 950 von der Vorderendseite hin zu der Hinterendseite hiervon. Ein Vorderendabschnitt 962 des Erfassungszuleitungsabschnittes 960 ist in einen Öffnungsabschnitt 951 des isolierenden Filmes 950 für eine Verbindung mit einem Erfassungselektrodenabschnitt 980 erweitert, der nachstehend noch beschrieben wird.
Darüber hinaus ist ein isolierender Film 970 an der Oberfläche des isolierenden Filmes 950 derart aufgestapelt, dass der Erfassungszuleitungsabschnitt 960 schichtartig dazwischen eingeschlossen ist. Der isolierende Film 970 weist einen Öffnungsabschnitt 971 an seinem Vorderendabschnitt auf. Der Öffnungsabschnitt 971 ist derart gebildet, dass er mit dem Öffnungsabschnitt 951 des isolierenden Abschnittes 950 zusammenfällt.
Darüber hinaus ist der Erfassungselektrodenabschnitt 980, der aus demselben Material wie der Erfassungselektrodenabschnitt 335 gemäß Beschreibung bei Ausführungsbeispiel 1 gebildet ist, in dem Öffnungsabschnitt 971 des isolierenden Filmes 970 und dem Öffnungsabschnitt 951 des isolierenden Filmes 950 vorgesehen. Der Erfassungselektrodenabschnitt 980 ist in engem Kontakt mit der Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes 940. Darüber hinaus ist eine Selektivreaktionsschicht 990, die aus demselben Material wie die Selektivreaktionsschicht 360 gemäß Beschreibung bei Ausführungsbeispiel 1 gebildet ist, an der Oberfläche des Erfassungselektrodenabschnittes 980 vorgesehen.
Da die isolierende Schicht 950 zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 960 und dem festen Elektrolytglied 940 gemäß vorstehender Beschreibung vorgesehen ist, ist der Erfassungszuleitungsabschnitt 960 von dem festen Elektrolytglied 940 durch den isolierenden Abschnitt 950 isoliert. Daher entsteht auch dann, wenn der Erfassungszuleitungsabschnitt 960 zu dem einer Messung unterzogenen Gas hin freiliegt, keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 960 und dem Bezugszuleitungsabschnitt 932.
Darüber hinaus ist, da die isolierende Schicht 970 an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes 960 gebildet ist, der Erfassungszuleitungsabschnitt 960 von dem einer Messung unterzogenen Gas durch die isolierende Schicht 970 isoliert. Daher entsteht keine elektromotorische Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 960 und dem Bezugszuleitungsabschnitt 932.
Entsprechend kann der Ammoniakgassensor 4 das Entstehen einer elektromotorischen Kraft zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt 960 und dem Bezugszuleitungsabschnitt 932 verhindern, sodass im Ergebnis die Konzentration von Ammoniakgas in dem einer Messung unterzogenen Gas genau erfasst werden kann.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen des Ammoniakgassensors 4 beschrieben. Die Paste für die isolierende Schicht von Ausführungsbeispiel 1 wird auf die Hinteroberfläche eines vorab hergestellten Rohbogens gedruckt, der das feste Elektrolytglied 940 werden soll, weshalb die Paste in einem Bereich entsprechend dem isolierenden Film 933 aufgebracht und anschließend getrocknet wird. Der Rohbogen ist aus teilstabilisiertem Zirkonoxid gebildet, das durch Hinzufügen von 5,4 mol-% Yttriumoxid (Y₂O₃) (Stabilisator) zu Zirkonoxid (ZTO₂) gebildet wird.
Anschließend werden Platin (Pt) (vorherrschender Bestandteil) und teilstabilisiertes Zirkonoxid mit 14% (Gewichtsverhältnis in Bezug auf das Platin) gemischt, um eine Dispersion herzustellen, zusammen mit einem organischen Lösungsmittel und einem Dispergiermittel. Anschließend werden ein Bindemittel und ein Viskositätsmodifikator in jeweils vorbestimmten Mengen dem Gemisch hinzugefügt, und das Gemisch wird einem Nassmischen (wet blending) unterzogen. Damit ist die Paste für die Elektrode hergestellt. Insbesondere werden ein einige wenige Prozent Gold (Au) dem Platin hinzugefügt, um die katalytische Aktivität des Platins zu unterdrücken.
Anschließend wird die Paste für die Elektrode mittels Siebdruck auf den vorbeschriebenen Pastenfilm für den isolierenden Film 933 derart aufgebracht, dass die Paste für die Elektrode auf Bereiche entsprechend dem Bezugselektrodenabschnitt 931 und dem Bezugszuleitungsabschnitt 932 aufgebracht wird, woraufhin ein Trocknen erfolgt. Anschließend wird die Paste für die isolierende Schicht von Ausführungsbeispiel 1 auf den Pastenfilm für den isolierenden Film 933 über die Paste für die Elektrodenschicht derart gedruckt, dass die Paste für die isolierende Schicht auf einen Bereich entsprechend dem isolierenden Film 922 aufgebracht wird, woraufhin ein Trocknen erfolgt.
Zudem wird die Paste für die isolierende Schicht von Ausführungsbeispiel 1 auf die Vorderoberfläche des Rohbogens derart gedruckt, dass die Paste auf einen Bereich entsprechend dem isolierenden Film 950 aufgebracht wird, woraufhin ein Trocknen erfolgt. Anschließend wird die Paste für die Elektrodenschicht auf die Paste für den isolierenden Film 950 derart aufgebracht, dass die Paste für die Elektrodenschicht auf Bereiche entsprechend den Erfassungszuleitungsabschnitten 960 und 961 aufgebracht wird, woraufhin ein Trocknen erfolgt.
Anschließend wird die Paste für die isolierende Schicht von Ausführungsbeispiel 1 derart auf die Paste für den isolierenden Film 950 über die Paste für die Elektrode gedruckt, dass die Paste für die isolierende Schicht auf einen Bereich entsprechend dem isolierenden Film 970 aufgebracht wird, woraufhin ein Trocknen erfolgt. Anschließend werden vorbestimmte Pasten, die die Stützschicht 910 und die Abdichtungsschicht 920 werden sollen, aufgedruckt, getrocknet und mittels Kompression bindend gemacht, gefolgt von einem Debindering bei 400°C und einem Brennen bei 1470°C. Insbesondere werden eine Heizeinrichtung und ein Temperaturmesswiderstand (nicht gezeigt) mit dem isolierenden Film 911 des vorbeschriebenen Sensorelementaufbaus verbunden. Das Heizelement und der Temperaturmesswiderstand können jedoch auch in den Sensorelementaufbau einbezogen werden.
Anschließend wird die Paste für den Erfassungselektrodenabschnitt gemäß Beschreibung bei Ausführungsbeispiel 1 mittels Siebdruck in einem Öffnungsbereich der Paste für den isolierenden Film 970 (entsprechend dem Öffnungsabschnitt 971 des isolierenden Filmes 970) derart aufgebracht, dass die Paste für den Erfassungselektrodenabschnitt auf einen Bereich entsprechend dem Erfassungselektrodenabschnitt 980 aufgebracht wird und in engen Kontakt mit der Vorderoberfläche des Rohbogens gelangt. Die Paste für den Erfassungselektrodenabschnitt wird anschließend getrocknet und bei 1000°C während einer Stunde gebrannt.
Schließlich wird die Paste für die Selektivreaktionsschicht gemäß Beschreibung bei Ausführungsbeispiel 1 auf den Erfassungselektrodenabschnitt 980 aufgebracht und sodann bei 750°C während 10 Minuten gebrannt. Damit ist die Herstellung des Sensorelementes 900 beendet.
Testbeispiel
Die Kennwerte der Ammoniakgassensoren 1 bis 3 von Ausführungsbeispielen 1 bis 3 wurden bewertet. Bei dieser Bewertung wurden der Ammoniakgassensor 1 von Ausführungsbeispiel 1 als „Beispiel 1", der Ammoniakgassensor 2 von Ausführungsbeispiel 2 als „Beispiel 2" und der Ammoniakgassensor 3 von Ausführungsbeispiel 3 als „Beispiel 3" bezeichnet. Des Weiteren wurde ein Ammoniakgassensor, der als Vergleichsbeispiel dient, zu Zwecken des Vergleiches mit diesen Beispielen hergestellt. Der Ammoniakgassensor des Vergleichsbeispiels ist derart ausgestaltet, dass die isolierenden Schichten 340 und 380 nicht vorgesehen sind und der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 direkt an der Außenoberfläche des festen Elektrolytgliedes 310 angeordnet ist.
Zum Ausführen der vorbeschriebenen Bewertung wurde eine Modellgaserzeugungsvorrichtung als Bewertungsvorrichtung verwendet. Die Modellgaserzeugungsvorrichtung erzeugt ein Gas zur Bewertung gemäß nachstehender Beschreibung.
Hergestellt wurde zunächst ein Basisgas, das 10% Sauerstoff (O₂), 5% Kohlendioxid (CO₂), 5% Wasser (H₂O) und Stickstoff (N₂) enthält. Anschließend wurden 10 ppm oder 100 ppm Ammoniak (NH₃) und 100 ppm Propylen (C₃H₆) selektiv dem Basisgas hinzugefügt, um das Gas zur Bewertung zu erhalten. Die Temperatur des Gases zur Bewertung wurde auf 280°C festgelegt.
Beispiele 1 bis 3 und das Vergleichsbeispiel wurden in das Gas zur Bewertung innerhalb der Modellgaserzeugungsvorrichtung eingebracht. Anschließend wurde für jedes der Beispiele 1 bis 3 und das Vergleichsbeispiel die entstehende Potenzialdifferenz zwischen der Bezugselektrodenschicht 320 und dem Erfassungselektrodenabschnitt 335 gemessen. Zudem wurden die Temperaturen der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispieles gesteuert bzw. geregelt und durch Beheizen durch die Heizeinrichtung 370 bei 650°C gehalten.
Für jedes der Beispiele 1 bis 3 und das Vergleichsbeispiel wurde die Beziehung zwischen der Gasempfindlichkeit (mV) und dem Ammoniakgas oder Propylengas des Gases zur Bewertung gemessen. Insbesondere wurde die Gasempfindlichkeit durch Subtrahieren einer elektromotorischen Kraft, die bei Vorhandensein des Basisgases erzeugt wird, von einer elektromotorischen Kraft, die bei Hinzufügung des Ammoniakgases oder Propylengases zu dem Basisgas erzeugt wird, ermittelt. 8 zeigt die Ergebnisse.
Wie in 8 gezeigt ist, zeigen die Balken 1 bis 1-2 Gasempfindlichkeiten von Beispiel 1; die Balken 2 bis 2-2 die Gasempfindlichkeiten von Beispiel 2; die Balken 3 bis 3-2 die Gasempfindlichkeiten von Beispiel 3 und die Balken 4 bis 4-2 die Gasempfindlichkeiten des Vergleichsbeispieles. Des Weiteren zeigen die Balken 1 bis 4 die jeweiligen Gasempfindlichkeiten der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispieles für denjenigen Fall, dass das Gas zur Bewertung durch Hinzufügen von 10 ppm Ammoniakgas zu dem Basisgas hergestellt wird. Die Balken 1-1 bis 4-1 zeigen die jeweiligen Gasempfindlichkeiten der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispieles für denjenigen Fall, dass das Gas zur Bewertung durch Hinzufügen vom 100 ppm Ammoniakgas zu dem Basisgas hergestellt wird. Die Balken 1-2 bis 4-2 zeigen die jeweiligen Gasempfindlichkeiten der Beispiele 1 bis 3 und des Vergleichsbeispieles für denjenigen Fall, dass das Gas zur Bewertung durch Hinzufügen von 100 ppm Propylengas zu dem Basisgas hergestellt wird.
Die Ammoniaksensoren der Beispiele 1 bis 3 zeigen jeweils eine höhere Gasempfindlichkeit im Vergleich zu dem Ammoniaksensor des Vergleichsbeispieles für denjenigen Fall, dass 10 ppm Ammoniakgas hinzugefügt worden sind (Balken 1 bis 3), und denjenigen Fall, dass 100 ppm Ammoniakgas (Balken 1-1 bis 3-1) hinzugefügt worden sind. Die Ammoniaksensoren der Beispiele 1 bis 3 zeigen jeweils eine niedrigere Gasempfindlichkeit im Vergleich zu dem Ammoniaksensor des Vergleichsbeispieles für denjenigen Fall, dass Propylengas hinzugefügt worden ist (Balken 1-2 bis 3-2).
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, und kann bei der praktischen Umsetzung folgendermaßen modifiziert werden.

(1) Anstelle des Goldes kann das Erfassungselektrodenmaterial, das zur Bildung der Erfassungselektrodenabschnitte 335 und 980 verwendet wird, Platin (Pt) oder Platin und Gold als vorherrschenden Bestandteil enthalten. Der vorherrschende Bestandteil ist nicht auf Gold und Platin beschränkt, sondern kann auch in Form von anderen Edelmetallen vorliegen.
(2) Das Material des Erfassungszuleitungsabschnittes 350 und 960 ist nicht auf das Erfassungselektrodenmaterial beschränkt, das Gold (Au) als vorherrschenden Bestandteil enthält. Das Material der Erfassungszuleitungsabschnitte 350 und 960 kann Platin (Pt) oder Platin und Gold als vorherrschenden Bestandteil enthalten.
(3) Das Material der isolierenden Schichten 340, 380 und der isolierenden Filme 950, 970 ist nicht auf Aluminiumoxid beschränkt. Diese Schichten und Filme können aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet werden, das als vorherrschenden Bestandteil von Siliziumoxid, Siliziumoxid-Aluminiumoxid, Mullit, Silikatglas, Boratglas, Borsilikatglas und Phosphatglas wenigstens eines enthält.
(4) Das Metalloxid ist nicht auf Oxide von Wismut-Vanadium, so beispielsweise Wismutvanadiumoxid beschränkt, sondern kann Vanadiumoxid, Wismutoxid oder ein Mischoxid aus Vanadiumoxid und Wismutoxid sein.
(5) Um eine Feinanpassung des katalytischen Leistungsvermögens der Selektivreaktionselektrodenschichten 360 und 990 vorzunehmen und/oder deren Wärmestabilitäten zu verbessern, können von WO₃, MoO₃, Nb₂O₅, Ta₂O₅, MgO, CaO, SrO und BaO wenigstens eines dem Metalloxid in einer Menge von bis zu etwa 5 at% hinzugefügt werden.
(6) Anstelle des Metalloxides können die Selektivreaktionsschichten 360 und 990 aus einem Material gebildet sein, das Palladium enthält. Auch in diesem Fall kann die Gasselektivität des Ammoniakgassensors für Ammoniakgas sichergestellt werden.
(7) Die Form der isolierenden Schichten 340 und 380, die bei Beispielen 1 bis 3 beschrieben worden ist, ist nicht auf die Streifenform beschränkt, und die isolierenden Schichten 340 und 380 können über den gesamten Umfang des festen Elektrolytgliedes 310 gebildet sein. Zudem können die isolierenden Filme 950 und 970, die bei Ausführungsbeispiel 4 beschrieben worden sind, die Form eines Streifens mit einer Breite entsprechend derjenigen der Zuleitung 960 annehmen.
(8) Der Erfassungselektrodenabschnitt 335 und der Erfassungszuleitungsabschnitt 350 gemäß Beschreibung bei Ausführungsbeispielen 1 bis 3 überlappen nicht. Der Erfassungselektrodenabschnitt 335 kann jedoch derart angeordnet werden, dass er mit dem Erfassungszuleitungsabschnitt 350 überlappt, um die Verlässlichkeit der elektrischen Verbindung zu verbessern.
(9) Die Anwendung des Ammoniakgassensors der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das Abgassystem eines (inneren) Verbrennungsmotors beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann vielmehr bei einem beliebigen anderen Motor wie auch einer beliebigen anderen Vorrichtung oder dergleichen, bei denen Abgase entstehen, Verwendung finden.

310, 940: festes Elektrolytglied
320, 931: Bezugselektrodenabschnitt
335, 980: Erfassungselektrodenabschnitt
340, 380: isolierender Abschnitt
950, 970: isolierende Schicht
350, 960: Erfassungszuleitungsabschnitt
360, 990: Selektivreaktionsschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2003-83933 [0003]

Claims

Ammoniakgassensor, umfassend: ein festes Elektrolytglied, das sich in einer axialen Richtung erstreckt und Zirkonoxid als vorherrschenden Bestandteil enthält; einen Erfassungsabschnitt, der an einer Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist; einen Bezugselektrodenabschnitt, der an einer Hinteroberfläche des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist; und einen Erfassungszuleitungsabschnitt, der direkt oder über ein weiteres Glied an der Vorderoberfläche des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist, um so eine elektrische Verbindung zwischen dem Erfassungsabschnitt und einer äußeren Schaltung herzustellen, wobei ein isolierender Abschnitt wenigstens an einer Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes oder zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied vorgesehen ist.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 1, wobei der Erfassungsabschnitt einen Erfassungselektrodenabschnitt, der aus einem Edelmetall gebildet ist, und eine Selektivreaktionsschicht, die aus einem Metalloxid mit Ammoniakgasselektivität gebildet ist, beinhaltet.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 2, wobei der Erfassungselektrodenabschnitt direkt oder über ein weiteres Glied an dem festen Elektrolytglied vorgesehen ist; und wobei die Selektivreaktionsschicht direkt oder über ein weiteres Glied an dem Erfassungselektrodenabschnitt vorgesehen ist.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei der isolierende Abschnitt an der Oberfläche des Erfassungszuleitungsabschnittes gebildet ist und einen ersten isolierenden Abschnitt beinhaltet, der sich in der axialen Richtung auf die Oberfläche des Erfassungselektrodenabschnittes erstreckt.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 4, wobei eine Länge des ersten isolierenden Abschnittes gemäß Messung in der axialen Richtung größer als eine Dicke des Erfassungselektrodenabschnittes ist.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der isolierende Abschnitt zwischen dem Erfassungszuleitungsabschnitt und dem festen Elektrolytglied vorgesehen ist und einen zweiten isolierenden Abschnitt beinhaltet, der sich in der axialen Richtung zwischen dem Erfassungselektrodenabschnitt und dem festen Elektrolytglied erstreckt.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 6, wobei eine Länge des zweiten isolierenden Abschnittes gemäß Messung in der axialen Richtung größer als eine Dicke des Erfassungselektrodenabschnittes ist.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 7, wobei die Länge des ersten isolierenden Abschnittes gemäß Messung in der axialen Richtung größer als diejenige des zweiten isolierenden Abschnittes ist.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das feste Elektrolytglied die Form eines Rohres mit einem Boden an einem Vorderendabschnitt hiervon annimmt; der Bezugselektrodenabschnitt an einer Innenoberfläche des festen Elektrolytgliedes gebildet ist; der Erfassungsabschnitt an einer Außenoberfläche des Vorderendabschnittes des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist; und der Erfassungszuleitungsabschnitt die Form eines Streifens annimmt und sich hinterhalb in der axialen Richtung von dem Erfassungsabschnitt erstreckt.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 9, wobei der Bezugselektrodenabschnitt und der Erfassungszuleitungsabschnitt über das feste Elektrolytglied zueinander weisen.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei eine Heizeinrichtung derart in dem rohrförmigen festen Elektrolytglied vorgesehen ist, dass die Heizeinrichtung in Kontakt mit dem Bezugselektrodenabschnitt ist und die Kontaktposition zwischen der Heizeinrichtung und dem Bezugselektrodenabschnitt vorderhalb von dem isolierenden Abschnitt befindlich ist.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 11, wobei die Heizeinrichtung einen Heizwiderstand, der in einem Vorderendabschnitt hiervon angeordnet ist, und einen Heizeinrichtungszuleitungsabschnitt, der sich hinterhalb von dem Heizwiderstand erstreckt, beinhaltet und der Heizwiderstand vorderhalb von der isolierenden Schicht befindlich ist.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das feste Elektrolytglied die Form einer Platte annimmt, die sich in der axialen Richtung erstreckt; der Erfassungsabschnitt an einer Vorderoberfläche eines Vorderendabschnittes des festen Elektrolytgliedes vorgesehen ist; und der Erfassungszuleitungsabschnitt die Form eines Streifens annimmt, der sich hinterhalb in der axialen Richtung von dem Erfassungsabschnitt erstreckt.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 2 bis 13, wobei die Selektivreaktionsschicht den Erfassungselektrodenabschnitt derart bedeckt, dass der Erfassungselektrodenabschnitt nicht freiliegt.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 2 bis 14, wobei der Erfassungselektrodenabschnitt und der Erfassungszuleitungsabschnitt jeweils Gold oder Platin oder beides als vorherrschenden Bestandteil enthalten.
Ammoniakgassensor nach Anspruch 15, wobei der Erfassungselektrodenabschnitt Zirkonoxid beinhaltet und der Erfassungszuleitungsabschnitt Aluminiumoxid beinhaltet.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der isolierende Abschnitt als vorherrschenden Bestandteil von Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Siliziumoxid-Aluminiumoxid, Mullit, Silikatglas, "Boratglas, Borsilikatglas und Phosphatglas wenigstens eines enthält.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei das Metalloxid Vanadiumoxid, Wismutoxid oder ein Mischoxid aus Vanadiumoxid und Wismutoxid ist.
Ammoniakgassensor nach einem der Ansprüche 2 bis 18, wobei die Selektivreaktionsschicht Palladium anstelle des Metalloxides enthält.