DE19817012A1 - Sensing element especially for lambda sensor - Google Patents

Sensing element especially for lambda sensor

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    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4175—Calibrating or checking the analyser

Abstract

A sensing element, for threshold current sensors used to determine the lambda value of gas mixtures, especially i. c. engine exhaust gases, has a ceramic support bearing internal and external pump electrodes, the internal pump electrode (8) being located in a diffusion channel (10) delimited by a diffusion barrier (7) and a gas access hole (5) being provided through the support and the diffusion barrier (7) perpendicular to the support surface. The novelty is that the diffusion resistance of the diffusion barrier (7) can be linearly adjusted by alteration of the access hole (5) diameter. Also claimed is a method of calibrating the above sensing element, involving measuring the pump current of a sensing element having a pre-defined access hole diameter at a chosen pump voltage and then relating the measured pump current value to the access hole diameter and to the optimal pump current, the calibration being carried out during production of the sensing element.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Sensorelement, insbesondere ein planares Sensorelement, nach der Gattung des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Kalibrierung von derartigen Sensore­ lementen nach der Gattung des Anspruches 4.The invention relates to a sensor element, in particular a planar sensor element, according to the preamble of claim 1 and a method for the calibration of such sensors elements according to the preamble of claim 4.

Bei Sensorelementen, die nach dem Diffusionsgrenzstromprin­ zip arbeiten, wird der Diffusionsgrenzstrom bei einer kon­ stanten, an den beiden Elektroden des Sensorelementes anlie­ genden Spannung gemessen. Dieser Diffusionsgrenzstrom ist in einem bei Verbrennungsvorgängen entstehenden Abgas von der Sauerstoffkonzentration so lange abhängig, wie die Diffusion des Gases zur sogenannten Pumpelektrode die Geschwindigkeit der ablaufenden Reaktion bestimmt. Es ist bekannt, derarti­ ge, nach dem polarographischen Meßprinzip arbeitende Senso­ ren in der Weise aufzubauen, daß sowohl Anode als auch Ka­ thode dem zu messenden Gas ausgesetzt sind, wobei die Katho­ de eine Diffusionsbarriere aufweist, um ein Arbeiten im Dif­ fusionsgrenzstrombereich zu erzielen. Die bekannten Grenz­ stromsensoren dienen in der Regel zur Bestimmung des λ-Wertes von Gasgemischen, der das Verhältnis von Gesamtsauer­ stoff zum zur vollständigen Verbrennung des Kraftstoffs be­ nötigten Sauerstoff des, beispielsweise in einem Zylinder, verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches bezeichnet, wobei der Sensor den Sauerstoffgehalt des Abgases über eine Grenz­ strommessung mit einer in einem vorgegebenen Bereich liegen­ den Pumpspannung anzeigt.For sensor elements that are based on the diffusion limit current zip work, the diffusion limit current at a con stanten, to the two electrodes of the sensor element voltage measured. This diffusion limit current is in an exhaust gas generated during combustion processes from the Oxygen concentration as long as diffusion the speed of the gas to the so-called pump electrode of the reaction taking place. It is known such ge, Senso working according to the polarographic measuring principle ren in such a way that both anode and Ka method are exposed to the gas to be measured, the Katho de has a diffusion barrier to prevent working in Dif to achieve fusion limit current range. The known borders Current sensors are usually used to determine the λ value of gas mixtures, which is the ratio of total acidity  substance to be used for the complete combustion of the fuel required oxygen of, for example in a cylinder, burning air-fuel mixture referred to, wherein the sensor exceeds the oxygen content of the exhaust gas current measurement with a range the pump voltage indicates.

Aufgrund einer vereinfachten und kostengünstigen Herstel­ lungsweise hat sich in der Praxis in den letzten Jahren die Herstellung von Sensorelementen in Keramikfolien- und Sieb­ drucktechnik als vorteilhaft erwiesen. In einfacher und ra­ tioneller Weise lassen sich planare Sensorelemente ausgehend von plättchen- oder folienförmigen sauerstoffleitenden Fest­ elektrolyten, bestehend zum Beispiel aus stabilisiertem Zir­ koniumdioxid, herstellen, die beidseitig mit je einer inne­ ren und äußeren Pumpelektrode und mit der zugehörigen Lei­ terbahn beschichtet werden. Die innere Pumpelektrode befin­ det sich dabei in vorteilhafter Weise im Randbereich eines Diffusionskanales, durch den das Meßgas zugeführt wird, und der als Gasdiffusionswiderstand dient.Because of a simplified and inexpensive manufacture In practice, the Manufacture of sensor elements in ceramic foils and sieves printing technology proved to be advantageous. In simple and ra planar sensor elements can be used as a starting point of platelet-shaped or foil-shaped oxygen-conducting solid electrolytes consisting, for example, of stabilized zir conium dioxide, produce the two sides with one each ren and outer pump electrode and with the associated Lei be coated. The inner pump electrode is located det in an advantageous manner in the edge region Diffusion channel through which the sample gas is supplied, and which serves as a gas diffusion resistance.

Aus der DE-OS 35 43 759 sowie der EP-OS 0 142 993 und dem EP 0 194 082 B1 sind ferner Sensorelemente und Detektoren be­ kannt, denen gemein ist, daß sie jeweils eine Pumpzelle und eine Sensorzelle aufweisen, die aus plättchen- oder folien­ förmigen sauerstoffleitenden Festelektrolyten und zugleich hierauf angeordneten Elektroden bestehen und einen gemeinsa­ men Diffusionskanal aufweisen.From DE-OS 35 43 759 and EP-OS 0 142 993 and the EP 0 194 082 B1 are also sensor elements and detectors knows who have in common that they each have a pumping cell and have a sensor cell made of platelet or foil shaped oxygen-conducting solid electrolytes and at the same time electrodes arranged thereon and a common Men have diffusion channel.

Problematisch an den Sensorelementen des beschriebenen Typs war bislang, daß das Sensorelement, welches aus plättchen- oder folienförmigen Elementen aufgebaut ist, eine gedruckte Diffusionsbarriere enthält, deren Schichtdicke natürlichen Prozeßschwankungen, bedingt durch die Herstellungstechnolo­ gie, insbesondere durch die Endsinterung, unterliegt. Damit werden unerwünschte Schwankungen des Pumpstromes hervorgeru­ fen. Es war bislang nicht in befriedigender und kostengün­ stiger Weise möglich, größere Mengen von Sensorelementen mit Diffusionsbarrieren konstanter Eigenschaften herzustellen, so daß bei jeder Prozeßcharge der Pumpstrom schwankte und erneut in aufwendiger Weise eingestellt werden mußte.Problematic with the sensor elements of the type described was previously that the sensor element, which from platelet or foil-shaped elements is built, a printed Contains diffusion barrier, the layer thickness of which is natural Process fluctuations due to the manufacturing technology gie, especially by the final sintering. In order to  undesirable fluctuations in the pump current are produced fen. So far it has not been satisfactory and inexpensive possible with larger quantities of sensor elements To create diffusion barriers with constant properties, so that the pump current fluctuated with each process batch and had to be set again in a complex manner.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Sensorelement hat den Vorteil, daß über eine gezielte Änderung des Durchmessers des Gaszutrittslo­ ches der Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere linear einstellbar ist. Durch die Verwendung eines nachträglich eingebrachten Gaszutrittsloches kann so gezielt der Diffusi­ onswiderstand entsprechend den Anforderungen in einfacher Weise eingestellt werden.The sensor element according to the invention has the advantage that over a targeted change in the diameter of the gas access lo ches the diffusion resistance of the diffusion barrier linear is adjustable. By using a retrospectively the gas access hole can be specifically targeted by the diffuser onsistance according to the requirements in simple Way to be set.

In vorteilhafter Weise wird als Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorelementes die Kalibrierung während des Herstel­ lungsverfahrens des Sensorelements durchgeführt, so daß noch am Grünkörper vor dem endgültigen Sintern in einfacher Weise die Kalibrierung vorgenommen werden kann. Damit erfolgt na­ hezu parallel zu den Prozeßschritten eine Kalibrierung, so daß die Fertigprodukte nicht mehr aufwendig und umständlich nachbearbeitet werden müssen.It is advantageous as a method for calibration calibration of a sensor element during manufacture tion process of the sensor element performed so that still on the green body before the final sintering in a simple manner the calibration can be done. So that takes place a calibration parallel to the process steps, so that the finished products are no longer complex and cumbersome have to be reworked.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.Further advantageous refinements and developments are set out in the subclaims.

In bevorzugter Ausführung erfolgt die Variation des Durch­ messers des Gaszutrittsloches mechanisch oder durch Laser­ bohren, wobei im letzteren Fall in besonders einfacher und eleganter Weise auch ein Bohren nach dem Sintern ermöglicht wäre. In a preferred embodiment, the through is varied knife of the gas access hole mechanically or by laser drill, in the latter case in a particularly simple and allows drilling after sintering in an elegant manner would.  

In vorteilhafter Weise erfolgt das Messen des Pumpstroms ei­ nes Sensorelementes bei einem vorher definierten Durchmesser des Gaszutrittsloches bei einer vorher gewählten Pumpspan­ nung. Anschließend wird der gemessene Pumpstrom mit dem Durchmesser des Gaszutrittsloches und dem optimalen Pump­ strom in Relation gesetzt. Dies ist möglich, da in erster Näherung folgende Beziehung gilt:
Advantageously, the measurement of the pump current of a sensor element takes place at a previously defined diameter of the gas access hole at a previously selected pump voltage. The measured pump current is then related to the diameter of the gas access hole and the optimal pump current. This is possible because the following relationship applies in a first approximation:

dB ≊ Ip
d B ≊ I p

wobei dB der Bohrungsdurchmesser des Gaszutrittsloches ist und Ip der Pumpstrom.where d B is the bore diameter of the gas access hole and I p is the pump current.

Damit ergibt sich die Möglichkeit, das Sensorelement über die Variation des Bohrungsdurchmessers genauer abzugleichen, um die Zielwerte des Pumpstromes einzustellen.This results in the possibility of using the sensor element adjust the variation of the bore diameter more precisely, to set the target values of the pump current.

Bevorzugt wird aus einer Charge identischer, nicht gesinter­ ter Sensorelemente ohne Gaszutrittsloch mindestens ein Sen­ sorelement ausgewählt. Damit kann mittels eines einzigen Sensorelementes eine gesamte Charge von mehreren hundert oder tausend Stück von nicht gesinterten Sensorelementen vor der endgültigen Sinterung kalibriert werden.It is preferred to use a batch that is identical, not sintered ter sensor elements without gas access hole at least one sen sensor element selected. This can be done using a single Sensor element an entire batch of several hundred or a thousand pieces of unsintered sensor elements the final sintering can be calibrated.

In bevorzugter Weise wird aus diesem ausgewählten Sensorele­ ment ein Gaszutrittsloch mit einem definierten Durchmesser angebracht, der in etwa mit einem Pumpstrom von 4,8 mA über­ einstimmt.In a preferred manner, this selected sensor element ment a gas access hole with a defined diameter attached, the approximately with a pump current of 4.8 mA agrees.

Anschließend wird das ausgewählte Sensorelement mit dem de­ finierten Durchmesser des angebrachten Gaszutrittsloches gesintert, so daß damit die theoretischen Endeigenschaften der gesamten Charge von Sensorelementen charakterisiert wer­ den können. Then the selected sensor element with the de defined diameter of the gas access hole sintered, so that the theoretical final properties of the entire batch of sensor elements that can.  

In besonders vorteilhafter Ausführung wird bei diesem ausge­ wählten gesinterten Sensorelement anschließend der Pumpstrom bei einer vorgewählten Pumpspannung, vorzugsweise 1000 mV, gemessen. Damit kann der Wert des gemessenen Pumpstromes mit dem Zielwert und dem Durchmesser des Gaszutrittsloches über die obige Näherung relational abgeglichen werden. Die Rela­ tion zwischen gemessenem Pumpstrom und dem angestrebten Zielwert ergibt sich aus einer einfachen Dreisatzrechnung, so daß mittels eines einfachen mathematischen Verfahrens der optimale Durchmesser des Gaszutrittsloches der gesamten Charge von Sensorelementen ermittelt werden kann.In a particularly advantageous embodiment, this is used then chose the sintered sensor element the pump current at a preselected pump voltage, preferably 1000 mV, measured. The value of the measured pump current can also be used the target value and the diameter of the gas access hole the above approximation can be relationally compared. The Rela tion between the measured pump current and the target The target value results from a simple three-rate calculation, so that by means of a simple mathematical procedure the optimal diameter of the gas access hole of the entire Batch of sensor elements can be determined.

In einem bevorzugten Verfahrensschritt wird nun das Gaszu­ trittsloch mit dem erhaltenen optimierten Durchmesser bei der restlichen Charge nicht gesinterter Sensorelemente ange­ bracht, so daß in diesem einfachen Verfahren die gesamte Charge nicht gesinterter Sensorelemente an den optimierten Pumpstrom angepaßt werden kann.In a preferred process step, the gas is now added step with the optimized diameter obtained the remaining batch of non-sintered sensor elements brings so that in this simple process the entire Batch of non-sintered sensor elements on the optimized Pump current can be adjusted.

Zeichnungdrawing

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen dargestellt und in der Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Teil eines Sensorelement im Querschnitt.The invention is illustrated with reference to the drawings and in the description explained in more detail. The only figure shows part of a sensor element in cross section.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments

Die Figur zeigt eine schematische, stark vergrößerte Dar­ stellung eines Schnittes durch eine von mehreren möglichen in Keramikfolien- und Siebdrucktechnik herstellbare, vor­ teilhafte Ausführungsform eines Sensorelementes, welches ei­ ne nach dem Grenzstromprinzip arbeitende Pumpielle und eine Konzentrationszelle (Nernst-Zelle) aufweist. Dieser Aufbau stellt jedoch keine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsform dar. Die Erfindung ist ebenso bei Pumpzellen ohne Zusammenwirken mit einer Konzentrationszelle anwendbar. Das Sensorelement besteht im wesentlichen aus vier zusammen­ laminierten Festelektrolytfolien, von denen nur zwei obere Festelektrolytfolien 1, 2 dargestellt sind. Das Sensorele­ ment hat darüberhinaus ein zentrales Gaszutrittsloch 5. Eine ringförmig um die Gaszutrittsöffnung 5 angeordnete äußere Pumpelektrode ist nicht dargestellt. In einem Diffusionska­ nal 10 ist eine Diffusionsbarriere 7 vor einer inneren Pum­ pelektroden 8 und einer Meßelektrode 9 der Konzentrations­ zelle angeordnet. Eine Luftreferenzelektrode, die zusammen mit der Meßelektrode 9 die Konzentrationszelle bildet, ist ebenfalls nicht dargestellt. Die Elektroden 9 reichen nicht bis an das Gaszutrittsloch 5, so daß ein vereinfachter Ab­ gleich durch die vorliegende Diffusionsbarriere 7 möglich ist. Die Elektroden 8 und 9 sind ringförmig um das Gaszu­ trittsloch 5 und die Gasdiffusionsbarriere 7 angeordnet.The figure shows a schematic, greatly enlarged Dar position of a section through one of several possible in ceramic film and screen printing technology producible, before advantageous embodiment of a sensor element, which has egg ne working on the limit current principle Pumpielle and a concentration cell (Nernst cell). However, this structure does not limit the invention to this embodiment. The invention is also applicable to pump cells without interaction with a concentration cell. The sensor element essentially consists of four solid electrolyte foils laminated together, of which only two upper solid electrolyte foils 1 , 2 are shown. The sensor element also has a central gas access hole 5 . An outer pump electrode arranged in a ring around the gas inlet opening 5 is not shown. In a Diffusionska channel 10 , a diffusion barrier 7 is arranged in front of an inner pump electrodes 8 and a measuring electrode 9 of the concentration cell. An air reference electrode, which together with the measuring electrode 9 forms the concentration cell, is also not shown. The electrodes 9 do not extend to the gas access hole 5 , so that a simplified Ab from the present diffusion barrier 7 is possible. The electrodes 8 and 9 are arranged annularly around the gas inlet hole 5 and the gas diffusion barrier 7 .

Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Sensorelements wer­ den geeignete sauerstoffionenleitende Festelektrolyte, ins­ besondere auf der Basis von ZrO2, HfO2, CeO2, oder ThO2 ver­ wendet. Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung von Plättchen und Folien aus mit Yttrium stabilisiertem Zir­ koniumdioxid (YSZ) erwiesen. Die Plättchen und Folien haben dabei vorzugsweise eine Dicke von 0,25 bis 0,3 mm. Die Pump­ elektroden bestehen vorzugsweise aus einem Metall der Pla­ tingruppe, insbesondere Platin, oder aus Legierungen von Me­ tallen der Platingruppe oder Legierungen von Metallen der Platingruppe mit anderen Metallen. Sie können ein kerami­ sches Stützgerüstmaterial, zum Beispiel YSZ-Pulver, mit ei­ nem Volumenanteil von beispielsweise 40 Vol.-% enthalten. Sie sind porös und weisen eine Dicke von beispielsweise 8 bis 15 µm auf. Die zu den Pumpelektroden gehörenden, nicht darge­ stellten Leiterbahnen bestehen vorzugsweise ebenfalls aus Platin oder einer Platinlegierung des beschriebenen Typs. Pumpelektroden und Leiterbahnen können mittels bekannter Verfahren auf den Festelektrolytträger aufgebracht werden, beispielsweise durch Siebdruck oder andere bekannte Verfah­ ren. Zwischen der äußeren, nicht dargestellten Pumpelektrode und einer ebenfalls nicht dargestellten Spannungsquelle, die über eine Leiterbahn verbunden sind und dem Festelektro­ lytträger befindet sich in der Regel eine Isolationsschicht, zum Beispiel aus Al2O3. Sie kann beispielsweise eine Stärke von etwa 15 µm haben. Die Vereinigung der einzelnen, das Sen­ sorelement bildenden Folien oder Plättchen erfolgt vermit­ tels in der Keramikfolien- und Siebdrucktechnik üblichen Verfahrens, bei dem die Folien zusammengefügt und auf Tempe­ raturen von etwa 100°C erhitzt werden. Dabei kann gleichzei­ tig das Gaszutrittsloch 5 vorbereitet werden. In vorteilhaf­ ter Weise wird dieses in Folie 1 eingebracht, beispielsweise durch eine Theobrominsiebdruckschicht, wobei das Theobromin beim späteren Sinterprozeß verdampft. Zur Erzeugung des Dif­ fusionskanals 10 sind ebenfalls Thermalrußpulver, die beim Sinterprozeß ausbrennen, verwendbar oder Ammoniumcarbonat, das verdampft. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf einen planaren Sensortyp begrenzt, son­ dern es sind sämtliche Ausführungsformen planarer Sensorele­ mente mit Gaszutrittsloch damit kalibrierbar.To produce a sensor element according to the invention, the suitable oxygen ion-conducting solid electrolytes, in particular based on ZrO 2 , HfO 2 , CeO 2 , or ThO 2 , are used. The use of platelets and foils made of zirconium dioxide (YSZ) stabilized with yttrium has proven to be particularly advantageous. The platelets and foils preferably have a thickness of 0.25 to 0.3 mm. The pump electrodes preferably consist of a metal of the platinum group, in particular platinum, or of alloys of metals of the platinum group or alloys of metals of the platinum group with other metals. They can contain a ceramic supporting framework material, for example YSZ powder, with a volume fraction of, for example, 40% by volume. They are porous and have a thickness of, for example, 8 to 15 µm. The belonging to the pump electrodes, not Darge presented conductor tracks are preferably also made of platinum or a platinum alloy of the type described. Pump electrodes and conductor tracks can be applied to the solid electrolyte carrier by known methods, for example by screen printing or other known methods. Between the outer pump electrode, not shown, and a voltage source, also not shown, which are connected via a conductor track and the solid electrolyte carrier is located in the Usually an insulation layer, for example made of Al 2 O 3 . For example, it can have a thickness of approximately 15 μm. The union of the individual, the sensor element forming foils or platelets takes place by means of the usual method in ceramic foil and screen printing technology, in which the foils are joined together and heated to temperatures of about 100.degree. The gas access hole 5 can be prepared at the same time. This is advantageously introduced into film 1 , for example through a theobromine screen printing layer, the theobromine evaporating during the later sintering process. Thermal soot powders that burn out during the sintering process can also be used to produce the diffusion channel 10 , or ammonium carbonate that evaporates. Of course, the method according to the invention is not limited to a planar sensor type, but rather all embodiments of planar sensor elements with a gas access hole can thus be calibrated.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand eines Beispieles erläutert.The method according to the invention is based on an example explained.

Es wird eine komplette Charge Sensorelemente bis vor dem Sinterprozeß hergestellt. Anschließend erfolgt die Auswahl eines Sensorelementes aus der Charge, bei dem ein Gaszu­ trittsloch 5 angebracht wird, welches einen vorgewählten Durchmesser, beispielsweise von ca. 0,5 mm aufweist. An­ schließend wird dieses Sensorelement endgesintert. Nach dem Sinterprozeß wird dieses Sensorelement in Hinblick auf sein Pumpstromverhalten gemessen. Anhand dieser Messung kann nun der Bohrungsdurchmesser für die restliche Charge an Senso­ relementen berechnet werden. Das ausgewählten Sensorelement weist beispielsweise bei einem Bohrungsdurchmesser des Gas­ zutrittsloches von dB = 0,4 mm einen Pumpstrom Id von Id = 3,65 mA bei einer vorgegebenen Pumpspannung Up von Up = 1000 mV auf. Die Schichtdicke der Diffusionsbarriere beträgt beispielsweise h = 0,05 mm.A complete batch of sensor elements is manufactured until before the sintering process. Subsequently, a sensor element is selected from the batch, in which a gas inlet hole 5 is attached, which has a preselected diameter, for example of approximately 0.5 mm. This sensor element is then finally sintered. After the sintering process, this sensor element is measured with regard to its pump current behavior. On the basis of this measurement, the hole diameter for the remaining batch of sensor elements can now be calculated. The selected sensor element has, for example with a bore diameter of the gas access hole of d B = 0.4 mm, a pump current I d of I d = 3.65 mA at a given pump voltage U p of U p = 1000 mV. The layer thickness of the diffusion barrier is, for example, h = 0.05 mm.

Für die Mantelfläche des Gaszutrittsloches gilt deshalb:
The following therefore applies to the outer surface of the gas access hole:

A0.4 = 2.π.rB.h
A0.4 = 2.3,14.0.2 mm.0.05 mm
A0.4 = 0,0625 mm2
da: A0.4 ≅ Ip0.4
gilt: 0,0625 mm2 ≅ 3,65 mAA 0.4 = 2.π.r B .h
A 0.4 = 2.3.14.0.2 mm.0.05 mm
A 0.4 = 0.0625 mm 2
there: A 0.4 ≅ I p0.4
applies: 0.0625 mm 2 ≅ 3.65 mA

Gewünscht ist ein optimaler Pumpstrom IP(opt) = 4,8 mA. Über eine Dreisatzrechnung ergibt sich aus dem obigen Wert eine optimale Fläche des Gaszutrittsloches: A(opt) = 0,0819 mm2. Es folgt daher:
An optimal pump current I P (opt) = 4.8 mA is desired. Using a three-rate calculation, the optimal area of the gas access hole is obtained from the above value: A (opt) = 0.0819 mm 2 . It therefore follows:

A(opt) = 2.π.ropt.h
A (opt) = 2.π.r opt .h

und damit:
and thus:

woraus folgt: r(opt) = 0,262 mm
r(opt) ist somit der errechnete optimale Bohrungsradius, d. h. der Bohrungsdurchmesser d(opt) beträgt 0,524 mm.from which follows: r (opt) = 0.262 mm
r (opt) is thus the calculated optimal bore radius, ie the bore diameter d (opt) is 0.524 mm.

Die anderen, nicht gesinterten Sensorelemente der Charge können demzufolge um den berechneten Radius korrigiert wer­ den. Da die Korrektur noch auf den Grünkörpern erfolgt, er­ folgt die Korrektur in einfacher und nicht aufwendiger Wei­ se, außerdem fällt nach dem Endsintern kein Ausschuß auf­ grund eines falschen Diffusionsgrenzstroms mehr an, der von einem falschen Gaszutrittslochdurchmesser herrührt.The other, non-sintered sensor elements in the batch can therefore be corrected by the calculated radius  the. Since the correction is still done on the green bodies, he the correction follows in a simple and not complex white se, and after the final sintering, no committee is noticed due to an incorrect diffusion limit current, that of incorrect gas inlet hole diameter.

Claims (14)

1. Sensorelement für Grenzstromsonden zur Bestimmung des λ-Wertes von Gasgemischen, insbesondere von Abgasen von Ver­ brennungsmotoren, mit auf einem Keramikträger angeordneten inneren und äußeren Pumpelektroden, wobei die innere Pumpe­ lektrode in einem durch eine Diffusionsbarriere begrenzten Diffusionskanal angeordnet ist und wobei ein Gaszutrittsloch im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche des Keramikträgers durch den Keramikträger und die Diffusionsbarriere geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß über eine gezielte Änderung des Durchmessers des Gaszutrittsloches der Diffusionswider­ stand der Diffusionsbarriere im wesentlichen linear ein­ stellbar ist.1.Sensor element for limit current probes for determining the λ value of gas mixtures, in particular exhaust gases from internal combustion engines, with inner and outer pump electrodes arranged on a ceramic carrier, the inner pump electrode being arranged in a diffusion channel delimited by a diffusion barrier and with a gas access hole in the is guided substantially perpendicular to the surface of the ceramic carrier through the ceramic carrier and the diffusion barrier, characterized in that the diffusion resistance was essentially linearly adjustable via a targeted change in the diameter of the gas access hole of the diffusion resistance. 2. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsbarriere kreisringförmig ausgebildet ist, daß im Diffusionskanal in Diffusionsrichtung des Gasgemi­ sches hinter der Diffusionsbarriere zumindest der größte Teil der inneren Pumpelektrode angeordnet ist und daß über den Durchmesser des Gaszutrittsloches die radiale Ausdehnung der kreisringförmigen Diffusionsbarriere variierbar ist.2. Sensor element according to claim 1, characterized in that the diffusion barrier is circular in shape, that in the diffusion channel in the diffusion direction of the gas mixture at least the largest behind the diffusion barrier Part of the inner pump electrode is arranged and that over the diameter of the gas entry hole the radial expansion the circular diffusion barrier is variable. 3. Sensorelement nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Variation des Durchmessers des Gaszutrittslo­ ches mechanisch oder durch Laserbohren erzeugbar ist. 3. Sensor element according to claim 1 and 2, characterized net that the variation in the diameter of the gas access lo ches can be generated mechanically or by laser drilling.   4. Verfahren zur Kalibrierung eines Sensorelementes für Grenzstromsensoren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch:
Messen des Pumpstromes eines Sensorelementes bei einem vor­ her definierten Durchmesser des Gaszutrittsloches bei einer gewählten Pumpspannung und anschließendem in Relation setzen des Wertes des gemessenen Pumpstromes mit dem Durchmesser des Gaszutrittsloches und dem optimalen Pumpstrom, wobei die Kalibrierung während des Herstellungsverfahrens des Sensore­ lementes erfolgt.4. Method for calibrating a sensor element for limit current sensors according to one of claims 1 to 3, characterized by:
Measuring the pump current of a sensor element at a previously defined diameter of the gas access hole at a selected pump voltage and then relating the value of the measured pump current to the diameter of the gas access hole and the optimal pump current, the calibration being carried out during the manufacturing process of the sensor element. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Charge identischer, nicht gesinterter Sensore­ lemente ohne Gaszutrittsloch hergestellt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that first a batch of identical, not sintered sensors elements without a gas access hole. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensorelement aus der Charge ausgewählt wird.6. The method according to claim 5, characterized in that at least one sensor element is selected from the batch. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gaszutrittsloch mit einem definierten Durchmesser an dem ausgewählten Sensorelement angebracht wird.7. The method according to claim 6, characterized in that a gas access hole with a defined diameter on the selected sensor element is attached. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgewählte Sensorelement gesintert wird.8. The method according to claim 7, characterized in that the selected sensor element is sintered. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an dem ausgewählten gesinterten Sensorelement der Pumpstrom bei einer vorgewählten Pumpspannung gemessen wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the pump current at the selected sintered sensor element a preselected pump voltage is measured. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des gemessenen Pumpstromes mit dem Zielwert und dem Durchmesser des Gaszutrittsloches relational abgeglichen wird. 10. The method according to claim 9, characterized in that the value of the measured pump current with the target value and the Relationally adjusted diameter of the gas access hole becomes.   11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem relationalen Abgleich der optimierte Durchmesser des Gaszutrittsloches erhalten wird.11. The method according to claim 10, characterized in that from the relational comparison the optimized diameter of the Gas access hole is obtained. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszutrittsloch mit dem erhaltenen optimierten Durchmes­ ser bei der restlichen Charge nicht gesinterter Sensorele­ mente angebracht wird.12. The method according to claim 11, characterized in that the gas access hole with the optimized diameter obtained water for the remaining batch of non-sintered sensor elements element is attached. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Gaszutrittsloch versehenen Sensorelemente gesintert werden.13. The method according to claim 12, characterized in that the sensor elements provided with the gas access hole be sintered. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente in Laminat- und/oder Drucktechnik hergestellt werden.14. The method according to any one of the preceding claims characterized in that the sensor elements in laminate and / or printing technology.
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