DE19808521A1 - Gassensor mit verbessertem Ansprechverhalten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung befaßt sich mit einer Gassensoranordnung mit einer Schicht, über welcher eine sauerstoffgradientenabhängige Spannung meßbar ist, und einem Paar aus einer auf der ersten Schichtseite angeordneten ersten Elektrode und einer auf der zweiten Schichtseite angeordneten zweiten Elektrode. Für einen schneller ansprechenden Gassensor mit erhöhter Genauigkeit ist eine vom Elektrodenpaar getrennte dritte Elektrode auf der ersten Schichtseite vorgesehen, um u. a. zwischen zweiter und dritter Elektrode eine Spannung über die Schicht zu messen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gassensoranordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen selektiven Sauerstoffilter nach dem Oberbegriff von Anspruch 19.

Gassensoren zur Sauerstoffmessung werden oft unter ungünsti­ gen Bedingungen, wie zur Abgasmessung, eingesetzt. Dabei soll beispielsweise festgestellt werden, ob das einem Verbren­ nungsmotor zugeführte Luft-Treibstoffgemisch zuviel oder zu­ wenig Sauerstoff enthält. Damit auf Lastwechsel schnell rea­ giert werden kann, müssen die Messungen schnell erfolgen.

Eine Möglichkeit, das Treibstoffgemisch zu charakterisieren, besteht in der Messung des Restsauerstoffgehaltes im Abgasge­ misch. Dazu sind Sonden aus einem gasundurchlässigen, becher­ förmigen Keramikkörper aus Zirkoniumdioxid bekannt, der innen und außen mit einer dünnen Schicht von Platin versehen ist. Ein Teil der bekannten Sonde steht mit der Außenluft in Ver­ bindung, der andere wird vom Abgas des Motors umspült. Das Keramikmaterial wird bei etwa 300°C für Sauerstoffionen lei­ tend. Ist der Sauerstoffanteil auf beiden Seiten des bekann­ ten Sensors verschieden groß, so entsteht eine elektrische Spannung, die ein Maß für den Restsauerstoffgehalt ist und durch an den als Elektroden dienenden Platinschichten befe­ stigte Leitungen abgegriffen werden kann.

Es ist weiter bekannt, Sauerstoffsensoren mit einer Stronti­ umtitanatschicht zu bilden. Die DE 42 03 522 C1 schlägt dabei eine Sauerstoff-Sensoranordnung auf der Basis halbleitender Metalloxide vor, deren Leitfähigkeit bei erhöhter Temperatur vom Sauerstoffpartialdruck abhängt, wobei die Sensoranordnung zwei Metalloxid-Einzelsensoren aufweist, die im beabsichtig­ ten Meßbereich eine unterschiedliche Abhängigkeit der Leitfä­ higkeit vom Sauerstoffpartialdruck, hingegen eine weitgehend gleiche Temperaturabhängigkeit der Leitfähigkeit zeigen, die sich im gebildeten Quotienten der Leitfähigkeitsmeßsignale beider Sensoren entsprechend weitgehend heraushebt.

Ein Problem bei derartigen Sensoren ist jedoch die Queremp­ findlichkeit auf in Verbrennungsabgasen immer vorhandene gas­ förmige Komponenten wie CO, H₂ oder unverbrannte bzw. nur partiell oxidierte Kohlenwasserstoffe, Schwefeldioxid usw., welche Querempfindlichkeiten verursachen oder den Sensor che­ misch angreifen. Um derartige Querempfindlichkeiten zu ver­ ringern, ist vorgeschlagen worden, über der sauerstoffemp­ findlichen Strontiumtitanatschicht eine Metalloxid- Deckschicht mit zumindest bei Betriebstemperatur hoher ioni­ scher Leitfähigkeit vorzusehen. Diese Deckschicht wirkt als selektiver Filter, der praktisch nur oder jedenfalls weit überwiegend Sauerstoff durchläßt. Es wird angenommen, daß dies durch den folgenden Mechanismus bedingt ist: Die hohe ionische Leitfähigkeit bedeutet, daß auch der bereits im Me­ talloxid-Kristallgitter der Deckschicht vorhandene Sauer­ stoff bzw. dessen Leerstellen gut beweglich sind, also eine hohe Mobilität aufweisen. Wenn Sauerstoff aus der Gasphase eines Gasgemisches an der Oberfläche der Deckschicht adsor­ biert wird, kann er nach Aufspaltung der Sauerstoffmoleküle auch leicht in das Kristallinnere eindringen. Dies erzeugt von der Oberfläche her ein Konzentrationsgefälle an Sauer­ stoff, d. h. einen Sauerstoffgradienten. Im Bestreben, diesen Sauerstoffgradienten auszugleichen, wandert der Sauerstoff durch die Metalloxidschicht, was insbesondere durch Rekombi­ nation des adsorbierten Sauerstoffes mit den Sauerstoffleer­ stellen des Kristallgitters geschieht, worauf sich ein Sauer­ stoffleerstellen-Gradient im Gitter ausbildet. Die hohe ioni­ sche Leitfähigkeit des Metalloxids, die das Metalloxid übli­ cherweise zumindest bei hohen Betriebstemperaturen halblei­ tend macht, geht demnach mit einer hohen Permeabilität für Sauerstoff einher. Der vermutete Mechanismus des Sauerstoff­ transportes kommt für andere Gase praktisch nicht in Be­ tracht, was erklärt, weshalb die Deckschicht als selektiver Filter für Sauerstoff wirkt.

Der Sauerstofftransport bewirkt jedoch den Aufbau einer Raum­ ladung, da sich der Sauerstoff in Ionenform bzw. als Sauer­ stoff-Leerstellen etwa aufgrund eines Konzentrationsgefälles zwischen Deckschicht-Außen- und -Innenseite nach Wanderung durch das Deckschichtgitter auf einer Schichtseite ansammelt. Dies baut ein Potential auf, welches durch die elektrostati­ schen Feldkräfte den weiteren Sauerstoffionentransport entge­ genwirkt, da dieser zu einem weiteren Potentialwachstum füh­ ren würde.

Es ist in einer anhängigen, aber noch nicht veröffentlichten Anmeldung vorgeschlagen worden, auf beiden Seiten der Deck­ schicht Elektroden anzuordnen, welche entweder kurzgeschlos­ sen werden können, um den Aufbau des Spannungspotentiales zu vermeiden, oder mit welchen ein Pumpstrom durch die Deck­ schicht vorgesehen werden kann, um den Transport von Sauer­ stoff aktiv zu begünstigen. Dazu wird ein Strom durch die Deckschicht vorgesehen, der dem Sauerstoffgradienten entge­ genwirkt und ihn möglichst auf Null verringert. Es versteht sich dabei, daß im vorliegenden Dokument der Begriff "Sauerstoffgradient" sowohl einen Gradienten der Sauer­ stoffkonzentration als auch einen Gradienten der Sauer­ stoffleerstellenkonzentration bezeichnen kann.

Wenn die Sauerstoffkonzentration auf der Deckschichtinnen- und -außenseite gleich ist, also der Gradient auf Null ver­ ringert ist, liegt am sauerstoffempfindlichen Bereich, d. h. dem Strontiumtitanatsensor, die Sauerstoffkonzentration vor, welche auch auf der Außenseite der Deckschicht vorhanden ist. Um unverfälschte Messungen zu ermöglichen, muß sichergestellt werden, daß der Sauerstoffgradient möglichst nahe bei Null liegt und vorzugsweise identisch gleich Null ist. Weiter soll die Einstellung des Sauerstoffgradienten auf Null bei Vorse­ hen eines aktiven Pumpstromes so schnell wie möglich erfol­ gen, um die Ansprechzeiten des Gassensors zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung zielt darauf, Neues für die gewerb­ liche Anwendung bereit zustellen, und insbesondere einen ver­ besserten, schneller ansprechenden Gassensor mit erhöhter Ge­ nauigkeit zu schaffen, der auch unter ungünstigen Bedingungen einsetzbar ist.

Die Lösung dieser Aufgabe wird in den unabhängigen Ansprüchen angegeben, wobei bevorzugte Ausführungsformen in den abhängi­ gen Ansprüchen beschrieben sind.

Es wird somit vorgeschlagen, wenigstens eine weitere Elektro­ de vorzusehen, mit welcher eine sauerstoffgradientenabhängige Spannung über die Schicht unabhängig von einem Pumpstrom durch die Schicht meßbar ist. Dies erlaubt, die einzelnen Elektroden optimal für ihren jeweiligen Zweck auszulegen und anzuordnen. So kann die dritte Elektrode so angeordnet wer­ den, daß sie eine nur geringe Kapazität gegen die andere Spannungsmeßelektrode besitzt, während die Elektroden des Elektrodenpaares für einen möglichst gleichmäßigen, homogenen Pumpstrom durch die Schicht gebildet sein können.

Die Schicht wirkt bevorzugt als selektiver Filter für Sauer­ stoff, wozu sie als selektiv sauerstoffdurchlässiger Feste­ lektrolyt insbesondere aus einem Metalloxid mit hoher ioni­ scher Leitfähigkeit wie Zirkoniumdioxid oder Ceroxid gewählt sein kann.

Die Spannung über der Schicht wird in einem solchen Fall all­ gemein der Nernstgleichung gehorchen, also die Form besitzen

U_nernst = (kT/4e) ln[p'(O₂)/p''(O₂)]

wobei
U_nernst = Nernstspannung
k = Bolzmannkonstante
T = absolute Temperatur
e = Elementarladung
p'(O₂) = Sauerstoffpartialdruck auf der einen Schichtseite
p''(O₂) = Sauerstoffpartialdruck auf der anderen Schichtseite,
und wobei der Faktor 4 aus der Dissoziierung der Sauerstoff­ moleküle und ihrer doppelten Ionisierung in der Schicht stammt.

Mit der Schicht wird üblicherweise ein Bereich vom zu unter­ suchenden Gasgemisch vollständig abgetrennt, in welchem ein sauerstoffempfindlicher Halbleiter oder dergleichen angeord­ net ist, um die Sauerstoffkonzentration im abgegrenzten Be­ reich zu messen. Wenn durch das Anlegen eines Pumpstromes an die sauerstoffdurchlässige Schicht soviel Sauerstoff durch die Schicht hindurch titriert wurde, daß der Sauerstoffgra­ dient Null ist, wird innen und außen dieselbe Konzentration vorliegen; bereits vorher kann, falls erwünscht, der mit dem sauerstoffempfindlichen Bereich gemessene Sauerstoffwert un­ ter Heranziehung der über die Schicht abfallenden Nernstspan­ nung korrigiert werden, falls gewünscht.

Die Geometrie des Elektrodenpaares wird bevorzugt so gewählt, daß die Schicht allenfalls gering polarisiert wird. Dies wird bei einem weitgehend homogenen Stromfluß erreicht. Die vom eingeprägten elektrischen Strom, der Geometrie und Morpholo­ gie der Elektroden der Festelektrolytkette abhängige Polari­ sierung könnte andernfalls zu einer Verringerung der Durch­ trittsgeschwindigkeit des transportierten Sauerstoffes durch die Schicht führen und/oder die Messung der sauerstoffgra­ dientenabhängigen Spannung verfälschen.

Es kann vorgesehen sein, im Bereich um die dritte Elektrode, welche zur Spannungsmessung verwendet wird, einen erhöhten Widerstand vorzusehen. Damit wird ein wesentlicher Stromfluß über die dritte Elektrode auch dann vermieden, wenn als Be­ zugselektrode die zweite Elektrode auf der gegenüberliegenden Schichtseite verwendet wird, welche mit einer niederohmigen Stromquelle verbunden ist. Da für die Spannungsmessung nur ein sehr geringer Meßstrom fließen muß, der vom Innenwider­ stand der verwendeten Spannungsmeßschaltung abhängt, wird die Spannungsmessung durch den erhöhten Widerstand um die dritte Elektrode praktisch nicht beeinflußt, obwohl der parasitäre Stromfluß weitgehend unterbunden ist.

Schutz wird auch beansprucht für einen Filter an sich.

Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Gassensoranordnung nach der vorliegenden Erfin­ dung und

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild für eine Gassensoranordnung der vorliegenden Erfindung.

Nach Fig. 1 umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Gassen­ soranordnung eine becherförmige Schicht 2 und einen darin an­ geordneten eigentlichen Gassensor 3, d. h. eine Gassonde 3.

Die Schicht 2 besteht aus einem selektiv sauerstoffdurchläs­ sigen Festelektrolyten. Ein Sauerstoffgradient über die Schicht 2 bewirkt eine Spannung über die Schicht 2.

Außen trägt die Schicht 2 eine um die Becherwand unter Frei­ lassung der Spitze umlaufende Elektrode 4 aus Platin oder ei­ nem anderen hochtemperaturbeständigen und gut leitfähigen Ma­ terial. Auf der Elektrode 4 ist ein Anschluß 4a vorgesehen. Das Becherinnere 5 der becherförmigen Schicht 2 ist mit einer zweiten Platinschicht als zweite Elektrode 6 gegenüberliegend der Elektrode 4 und durchgehend bis zum Becherboden ausge­ kleidet. An der zweiten Elektrode 6 im Becherinneren 5 ist ein Anschluß 6a zu einer externen Leitung vorgesehen.

Die Schicht 2 ist zur Erhöhung ihrer ionischen Leitfähigkeit zumindest in den Bereichen zwischen erster Elektrode 4 und zweiter Elektrode 6 dotiert. Wenn die Schicht aus Zirkonium­ dioxid, ZrO₂, hergestellt ist, wird vorzugsweise Yttrium zur Dotierung eingesetzt. Bei der Verwendung einer Schicht aus Ceroxid wird bevorzugt mit Gadolinium dotiert.

Auf der äußeren Becherspitze ist eine dritte Elektrode 7 mit einem Anschluß 7a vorgesehen, wobei die dritte Elektrode 7 keinen direkten elektrischen Kontakt zu der ersten Elektrode 4 besitzt. Im Bereich um die dritte Elektrode 7 ist in der Schicht 2 eine Zone 2a vorgesehen, welche dotiert ist, um die Leitfähigkeit dort zu erniedrigen. Dazu kann zunächst der ge­ samte Schichtaufbau mit einer homogenen Dotierung zur Erhö­ hung der Leitfähigkeit vorgesehen werden und dann an der Be­ cherspitze gezielt eine weitere Dotierung zur Leitfähigkeits­ verringerung eingebracht werden.

Im Inneren 5 des von der Schicht 2 umfaßten Becherraumes ist der eigentliche Gassensor 3 vorgesehen, der als Sauer­ stoffsensor beispielsweise sauerstoffempfindliche Strontium­ titanatschichten aufweist, deren Leitfähigkeiten sich mit dem Sauerstoffgehalt einer umgebenden Gasatmosphäre ändern. Der eigentliche Gassensor 3 ist in üblicher Weise auf einem Trä­ ger 3a mit Heizungsstruktur, Temperaturfühlern und derglei­ chen angeordnet. Der eigentliche Gassensor 3 ist auf der dem Becherboden abgewandten Seite gasdicht mit der becherförmigen Schicht 3 verbunden, wie durch eine Abdichtplatte 8 angedeu­ tet. Die Gassensoranordnung 1 ist in einem Abgaskanal 9 oder dergleichen eingebaut.

Es versteht sich, daß die Heizelemente beispielsweise durch auf die Schicht aufgetragene Heizungsstrukturen und derglei­ chen realisiert sein können oder der Sensor durch die heißen Abgase im Abgas- bzw. Verbrennungskanal 9 auf die erforderli­ che Betriebstemperatur erwärmt werden kann.

Fig. 2 zeigt die Anordnung 10 zur Beschaltung der an der Schicht 2 aufgebrachten Elektroden 4, 6 und 7. Die Elektrode 7 an der Becherspitze ist über den Anschluß 7a mit dem ersten Meßeingang 11a einer hochohmigen Spannungsmeßeinrichtung 11 verbunden, deren zweiter Meßeingang 11b mit dem Anschluß 6a der Elektrode 6 auf der Innenseite der becherförmigen Schicht 2 verbunden ist. Der Anschluß 6a der Elektrode 6 ist weiter mit einem Stromausgang 12a einer regelbaren Stromquelle 12 verbunden, deren zweiter Stromausgang 12b mit dem Anschluß 4a der Elektrode 4 verbunden ist. Die regelbare Stromquelle 12 weist einen Regeleingang 12c auf, welcher ein Sollstromsignal von der Spannungsmeßeinrichtung 11 im Ansprechen auf eine zwischen den Elektroden 6 und 7 gemessene Spannung über Schicht 2 erhält. Diese Spannung wird durch einen Sauerstoff­ gradienten über die Schicht 2 hervorgerufen. Das Sollstromsi­ gnal am Regeleingang 12c ist somit von einem Sauerstoffgra­ dienten zwischen der Schichtaußenseite und der Schichtinnen­ seite abhängig.

Bei dieser Beschaltung ergeben sich durch die Schicht 2 Wi­ derstände und Kapazitäten zwischen den Elektroden wie folgt:
Widerstand R (7, 4) und Kapazität C (7, 4) zwischen Elektrode 7 und Elektrode 4; Widerstand R (4, 6) und Kapazität C (4, 6) zwischen den Elektroden 4 und 6; sowie Widerstand R (7, 6) und Kapazität C (7, 6) zwischen Elektrode 7 und Elektrode 6.

Der Gassensor wird wie folgt betrieben:
Nach Einbau und Anschluß an die Meß- und Regeleinrichtungen werden der eigentliche Gassensor 3 und die Schicht 2 auf die erforderliche Betriebstemperatur gebracht.

Wenn zu Beginn des Betriebs auf der Schicht innen- und -außenseite gleiche Sauerstoffkonzentrationen vorliegen, wird die mit der Spannungsmeßvorrichtung 11 gemessene Spannung Null sein und demzufolge der von dieser Spannung abhängige, befohlene Pumpstrom zwischen Elektrode 4 und Elektrode 6, welcher durch die Stromquelle 12 vorgesehen wird, ebenfalls Null betragen.

Wenn dann der Verbrennungsprozeß eingeleitet wird, nimmt die Sauerstoffkonzentration im Abgaskanal 9 ab, während sie zu­ nächst im Inneren der becherförmigen Schicht 2 und somit an dem sauerstoffempfindlichen Bereich des eigentlichen Gassen­ sors 3 nahezu konstant bleibt. Das Vorliegen eines Sauer­ stoffgradienten über die Schicht 2 hinweg bewirkt das Entste­ hen einer Spannung über die Schicht 2 hinweg, welche mit den Elektroden 6 und 7 erfaßt und als Eingangssignal an die Span­ nungsmeßvorrichtung 11 gegeben wird. Die Spannungsmeßvorrich­ tung 11 wird daraufhin ein Sollstromsignal an den Sollstro­ meingang 12c der regelbaren Stromquelle 12 ausgeben, worauf diese einen Pumpstrom über die Elektrode 4, die Schicht 2 und die Elektrode 6 derart vorsieht, daß Sauerstoff aus dem Be­ cherinneren heraustitriert wird und in den Abgaskanal 9 ge­ langt. Dies setzt sich fort, bis sich die Spannung zwischen Elektroden 7 und 6 auf Null verringert hat. Zu diesem Zeit­ punkt wird der Stromquelle 12 an ihrem Sollstromeingang 12c von der Spannungsmeßeinrichtung 11 ein Sollstrom Null befoh­ len. Dies ist der Fall, wenn im Abgaskanal 9 und im Becherin­ neren 5 gleiche Sauerstoffkonzentrationen vorliegen. Die Sau­ erstoffkonzentration an dem sauerstoffempfindlichen Bereich des eigentlichen Gassensors 3, welche nun gemessen wird, ent­ spricht somit der Konzentration im Abgaskanal 9. Bei der Mes­ sung mit dem sauerstoffempfindlichen Bereich der eigentlichen Gassonde ist eine Querempfindlichkeit auf andere im Abgas enthaltene Gaskomponenten wie Kohlenmonoxid, partiell oxi­ dierte Kohlenwasserstoffe, Wasserstoff, Schwefeldioxid, Stickoxide usw. nicht zu befürchten, da die Schicht 2 als se­ lektiver Sauerstoffilter wirkt.

Die Sauerstoffpartialdrücke auf der Schichtinnen- und -außenseite sind dabei stets dann identisch, wenn die Spannung über der Schicht Null beträgt, unabhängig von der Temperatur, wie die in der Beschreibungseinleitung aufgeführte Formel so­ fort zeigt. Die Einstellung dieses Zustandes erfolgt schnell und präzise, so daß Messungen mit hoher Auflösung möglich werden.

Durch die Dotierung der Schicht 2 ist der Widerstand R (4, 6) zwischen den Pumpelektroden klein. Zugleich ist durch die ge­ zielte örtliche Dotierung im Bereich um die Elektrode 7 der Widerstand R (7, 4) zwischen dritter (Meß-) Elektrode und er­ ster (Pump-) Elektrode groß, was Störströme, welche zu Meß­ wertverfälschungen an Spannungsmeßvorrichtung 11 führen wür­ den, verringert; auch der Widerstand R (7, 6) zwischen der Elektrode 7 und der zweiten Elektrode 6 ist so hoch, daß die Spannungsmessung nur in praktisch vernachlässigbarer Weise von Störungen beeinflußt ist.

Die Geometrie der Elektroden wird so gewählt, daß auch durch die Streukapazitäten C (6, 7) und C (7, 4) selbst dann keine Si­ gnale in die Spannungsmessung eingekoppelt werden, wenn der Pumpstrom gepulst vorgesehen wird oder schnell nachgeregelt wird. Durch großflächige Elektroden 4 und 6 wird zugleich ein hoher Gesamtstrom möglich, ohne eine über die Maßen anstei­ gende Stromdichte zu erzeugen. Die beschriebene Geometrie ist dabei geeignet, eine hohe Stromdichte ohne Polarisierung der Schicht vorzusehen. Damit, und durch den niedrigen Widerstand R (4, 6) wird eine sehr schnelle Einstellung eines Sauerstoff­ gleichgewichtes zwischen Schichtinnen- und -außenseite mög­ lich.

Falls gewünscht, wird zudem auch auf die Meßwiderstände R (7, 4), C (7, 4), R (7, 6) und C (7, 6), die sich ohne weiteres messen oder berechnen lassen, korrigiert. So können die para­ sitären Einflüsse durch den geregelten Strom aus der Strom­ quelle 12 weitestgehend vermieden werden.

Obwohl die eigentliche Sonde 3 mit den Strontiumtitanat­ schichten als getrennt von der Schicht 2 veranschaulicht und beschrieben wurde, ist ein Aufbau der beiden gemeinsam auf einem Substrat und direkt übereinander ohne weiteres möglich.

Claims (18)

1. Gassensoranordnung mit einer Schicht, über welcher eine sauerstoffgradientenabhängige Spannung meßbar ist, und einem Paar aus einer auf der ersten Schichtseite angeordneten er­ sten Elektrode und einer auf der zweiten Schichtseite ange­ ordneten zweite Elektrode, gekennzeichnet durch eine vom Elektrodenpaar getrennte dritte Elektrode auf der ersten Schichtseite, um insbesondere zwischen zweiter und dritter Elektrode eine Spannung über die Schicht zu messen und zwi­ schen erster und zweiter Elektrode einen Stromfluß im Anspre­ chen auf die gemessenen Spannung vorzusehen.

2. Gassensoranordnung nach Anspruch 1, worin die Schicht sau­ erstoffdurchlässig, vorzugsweise selektiv sauerstoffdurchläs­ sig ist.

3. Gassensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, worin die Schicht einen Festelektrolyten umfaßt und insbesondere aus einem Metalloxid mit zumindest bei Betriebstemperatur ho­ her ionischer Leitfähigkeit gebildet ist.

4. Gassensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, worin die Schicht aus vorzugsweise yttriumdotiertem Zirkonoxid, ZrO₂, und/oder vorzugsweise gadoliniumdotiertem Ceroxid, CeO₂, besteht.

5. Gassensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, worin die Schicht derart gebildet ist, daß die meßbare sauerstoffgradientenabhängige Spannung der Differenz des log­ arithmierten Sauerstoffpartialdruckes auf der einen Schicht­ seite und des logarithmierten Sauerstoffpartialdruckes auf der anderen Schichtseite allgemein proportional ist.

6. Gassensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, mit wenigstens einem von der Schicht verschiedenen sau­ erstoffempfindlichen Bereich.

7. Gassensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, worin der von der Schicht verschiedene sauerstoffempfindliche Be­ reich vermittels der Schicht vom direkten Kontakt zum zu mes­ senden Gasgemisch getrennt ist.

8. Gassensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, worin die Schicht als selektiver Sauerstoffilter über, um bzw. auf dem sauerstoffempfindlichen Bereich angeordnet ist.

9. Gassensoranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin der von der Schicht verschiedene sauerstoffempfindliche Be­ reich eine insbesondere dotierte Strontiumtitanatschicht um­ faßt und vorzugsweise zwei zur wechselseitigen Temperaturkom­ pensation unterschiedlich dotierte Schichten aus Strontiumti­ tanat, SrTiO₃, umfaßt.

10. Gassensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, worin die Geometrie des Elektrodenpaares so gewählt ist, daß ein über sie durch die Schicht fließender Strom eine al­ lenfalls geringe Schichtpolarisierung hervorruft.

11. Gassensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, worin ein erhöhter Widerstand von der dritten zur ersten und/oder zweiten Elektrode vorgesehen ist, wozu vorzugsweise eine örtlich Dotierung der Schicht insbesondere im Bereich um die dritte Elektrode zur Verringerung der spezifischen elek­ trischen Leitfähigkeit der Schicht vorgesehen ist.

12. Gassensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wor­ in die Schicht aus yttriumdotiertem Zirkonoxid gebildet ist und im Bereich um die dritte Elektrode mit einem im Vergleich zu Zr⁴⁺-Ionen höhervalenten Kation, insbesondere Ta und/oder Nb dotiert ist.

13. Gassensoranordnung nach dem vorhergehenden Anspruch, wor­ in die dritte und erste Elektrode auf der Seite des zu unter­ suchenden Gasgemisches angeordnet sind und die zweite Elek­ trode durch die Schicht vom zu untersuchenden Gasgemisch ge­ trennt ist.

14. Gassensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che mit einer mit den ersten und zweiten Elektroden verbunde­ nen regelbaren Stromquelle zum Vorsehen eines den Sauerstoff­ gradienten über die Schicht vorzugsweise auf Null verringern den Stromes.

15. Gassensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che mit einer Spannungsmeßvorrichtung, deren Meßeingänge mit der ersten und dritten Elektrode verbunden sind und die einen mit dem Regeleingang der Stromquelle verbundenen Signalaus­ gang aufweist.

16. Selektiver Sauerstoffilter mit einer Schicht, über wel­ cher eine sauerstoffgradientenabhängige Spannung meßbar ist, und einem Paar aus auf der ersten Schichtseite angeordneter erster Elektrode und einer gegenüberliegend der zweiten Schichtseite angeordneten zweiten Elektrode, gekennzeichnet durch eine vom Elektrodenpaar getrennte dritte Elektrode auf der ersten Schichtseite, um zwischen zweiter und dritter Elektrode eine Spannung zu messen und zwischen erster und zweiter Elektrode einen Stromfluß im Ansprechen auf die ge­ messenen Spannung vorzusehen.

17. Filter nach Anspruch 16, worin die Schicht einen Feste­ lektrolyten umfaßt und insbesondere aus einem Metalloxid mit Zumindest bei Betriebstemperatur hoher ionischer Leitfähig­ keit gebildet ist, wobei die Schicht insbesondere aus vor­ zugsweise yttriumdotiertem Zirkonoxid, ZrO₂, so daß die meß­ bare sauerstoffgradientenabhängige Spannung der Differenz des logarithmierten Sauerstoffpartialdruckes auf der einen Schichtseite und des logarithmierten Sauerstoffpartialdruckes auf der anderen Schichtseite allgemein Proportional ist.

18. Filter nach einem der Ansprüche 16 oder 17, worin die Schicht im Bereich um die dritte Elektrode zur Verringerung der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit der Schicht zwecks Erhöhung des Widerstandes von der dritten zur ersten und/oder zweiten Elektrode dotiert ist.