DE19826309A1 - NOx-Sensor und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen NOx-Sensor, der eine Konzentration an NOx in einem Probengas detektiert, wie z. B. einem Auslaßgas einer Wärmekraftmaschine mit innerer Verbrennung bzw. eines Verbrennungsmotors, und betrifft ein Herstellungsverfahren des NOx-Sensors.

Ein konventioneller NOx-Sensor, der zum Detektieren bzw. Ermitteln der Konzentration von NOx in einem Probengas verwendet wird, verwendet eine Sauerstoffionenleitfähigkeit eines Festelektrolytsubstrates (genauer gesagt, eine Sauerstoffionenleitfähigkeit eines stabilisierten Zirconiumoxids etc.), wie es in SAE 960334 offenbart ist.

Die Fig. 11 und 12 zeigen einen konventionellen NOx-Sensor 9, der eine Referenzgaskammer 950 und eine Probengaskammer 902 aufweist. Die Probengaskammer 902 besitzt einen Boden und eine Decke, die durch ein Paar von Festelektrolytsubstraten 941 und 942, die jeweils eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzen, definiert werden. Eine Sensorzelle 93 ist zwischen der Referenzgaskammer 950 und der Probengaskammer 902 zum Detektieren der Konzentration von NOx bereitgestellt. Die Sensorzelle 93 besitzt ein Paar von Meßelektroden 931 und 932, die auf gegenüberliegenden oberflächen des Festelektrolytsubstrates 941 befestigt sind, das zwischen der Referenzgaskammer 950 und der Probengaskammer 902 angeordnet ist. Die Probengaskammer 902 ist mit einer anderen Probengaskammer 901 über einen Gasdurchgang 909 verbunden. Ein Probengaseinleitdurchgang 908 ist in der Nachbarschaft der Probengaskammer 901 bereitgestellt.

Eine Sauerstoffpumpzelle 91 und eine Sauerstoffsensorzelle 92 sind in der Probengaskammer 901 bereitgestellt. Die Sauerstoffpumpzelle 91 besitzt ein Paar von Sauerstoffpumpelektroden 911 und 912, die auf gegenüberliegenden oberflächen des Festelektrolytsubstrates 942 befestigt sind, das die Decke der Probengaskammer 901 definiert. Die Sauerstoffsensorzelle 92 besitzt ein Paar von Sauerstoffmeßelektroden 921 und 922, die auf gegenüberliegenden oberflächen des Festelektrolytsubstrates 941 befestigt sind, das den Boden der Probengaskammer 901 definiert. Die Sauerstoffsensorzelle 92 ist zwischen der Referenzgaskammer 950 und der Probengaskammer 902 angeordnet. Eine Sauerstoffmeßelektrode 921 liegt der Referenzgaskammer 950 gegenüber bzw. ist dieser zugewandt. Die andere Sauerstoffmeßelektrode 922 ist der Probengaskammer 901 zugewandt. Die Sauerstoffpumpzelle 91 und die Sauerstoffsensorzelle 92 arbeiten zusammen, um das Probengas auf eine konstante Sauerstoffkonzentration einzustellen.

Dieser konventionelle NOx-Sensor detektiert bzw. ermittelt die NOx-Konzentration auf die folgende Weise.

Als erstes wird ein Probengas in die Probengaskammer 901 eingeleitet. Die Sauerstoffsensorzelle 92 und die Sauerstoffpumpzelle 91 arbeiten kooperativ zusammen, um die Sauerstoffgaskonzentration auf einen vorbestimmten konstanten Wert einzustellen. Das Probengas mit einer solchermaßen eingestellten Sauerstoffgaskonzentration wird über den Gasdurchgang 909 in die Probengaskammer 902 eingeleitet.

Die Meßelektrode 932 der Sensorzelle 93 ist eine Aktivelektrode, die die in einem NOx-Gas eingeschlossenen bzw. enthaltenen Sauerstoffatome durch eine Desoxidierungsreaktion ionisiert. Der ionisierte Sauerstoff fließt über das Festelektrolytsubstrat 941 und bewirkt einen Ionenstrom, der einen Wert besitzt, der proportional zu einer Menge des NOx-Gases ist. Somit kann die Konzentration des NOx-Gases durch Messen des Ionenstromes detektiert bzw. ermittelt werden.

Andererseits sind die Elektroden 911 und 922, die der Probengaskammer 901 zugewandt sind, Inaktivelektroden mit keiner Fähigkeit bzw. Eignung zur Ionisierung der Sauerstoffatome. Die Meßelektrode 932 (d. h., Aktivelektrode) besteht aus Platin (Pt). Die Elektroden 911 und 922 (d. h., Inaktivelektroden) bestehen aus Platin (Pt) mit Goldzusätzen (Au-Zusätzen).

Das Bezugszeichen 99 in Fig. 11 bezeichnet Anschlüsse, die auf der Kante des NOx-Sensors 9 ausgebildet sind.

Der NOx-Sensor 9 wird auf die folgende Weise hergestellt. Eine Vielzahl von Grünplatten eines Festelektrolytsubstrates werden präpariert. Jede Elektrode wird an einer vorbestimmten Position einer entsprechenden Festelektrolytsubstratplatte unter Verwendung einer elektrisch leitfähigen Paste aufgedruckt. Dann werden die Festelektrolytsubstratplatten gestapelt, um einen Vielschichtsensorkörper auszubilden. Schließlich wird der Vielschichtsensorkörper für einige Zeit gesintert, um schließlich den NOx-Sensor 9 zu erhalten.

Jedoch besitzt der oben beschriebene konventionelle NOx-Sensor 9 die folgenden Probleme bzw. Nachteile.

Ein Schmelzpunkt von Au, d. h., 1064°C, liegt so niedrig, daß Au aus der Elektrode in einer Hochtemperaturumgebung, wenn der NOx-Sensor gemäß dem oben beschriebenen konventionellen Herstellungsverfahren gesintert wird, verdampft. Das verdampfte Au kontaminiert die Aktivelektrode. Die Aktivität der Aktivelektrode wird durch das verdampfte Au verschlechtert bzw. beeinträchtigt. Dies hat ein Problem bei der Detektion bzw. Ermittlung der NOx-Konzentration zur Folge.

Viele NOx-Sensoren verwenden eine sauerionenleitfähige Substanz aus einer Zirkoniumoxidgruppe als das Festelektrolytsubstrat. Die Sintertemperatur dieser Substanz liegt in einem Bereich von 1400-1600°C. Dies bedeutet, daß das oben beschriebene Kontaminationsproblem der Aktivelektrode durch das verdampfte Au für viele der NOx-Sensoren unvermeidlich ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Herstellungsverfahren für einen NOx-Sensor bereitzustellen, das dazu in der Lage ist, die Elektrode einer Sensorzelle während eines Sinterprozesses davor zu bewahren, von dem verdampften Au kontaminiert zu werden. Weiterhin ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen NOx-Sensor bereitzustellen, der dazu geeignet ist, die Konzentration von NOx präzise zu detektieren bzw. zu ermitteln.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 6.

Um diese und andere verwandte Aufgaben zu erfüllen, stellt ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren zum Herstellen eines NOx-Sensors bereit, der einen Hauptkörper und einen Pumpzellenkörper aufweist. Der Hauptkörper besitzt eine Sensorzelle und definiert darin eine Referenzgaskammer und eine Probengaskammer. Die Probengaskammer besitzt eine Wand bzw. Wandung, die aus einem Festelektrolytsubstrat mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit gebildet ist. Die Sensorzelle ist zum Detektieren bzw. Ermitteln einer Konzentration eines NOx-Gases zwischen der Referenzgaskaminer und der Probengaskammer angeordnet. Der Pumpzellenkörper besitzt eine Oberfläche, die der Probengaskammer zugewandt ist, und besitzt eine Pumpzelle zum Einleiten und Auslassen bzw. Ausstoßen eines Sauerstoffgases zu und von der Probengaskammer. Das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Schritte des Herstellens des Hauptkörpers und des Pumpzellenkörpers als separate Gegenstände bzw. Bauteile, des unabhängigen Sinterns des Hauptkörpers und des Pumpzellenkörpers und des Zusammensetzens bzw. Zusammenfügens des Hauptkörpers und des Pumpzellenkörpers nach dem Beenden der Sinteroperation, um einen NOx-Sensor zu erhalten, auf.

Vorteilhafterweise wird der Pumpzellenkörper mit einer auf bzw. an dem Hauptkörper ausgebildeten Koppeleinkerbung gekoppelt, und dann wird der Pumpzellenkörper mit dem Hauptkörper mittels eines Klebstoffes verbunden.

Im einzelnen werden der Hauptkörper und der Pumpzellenkörper unabhängig voneinander bei einer Temperatur gesintert, die einen Schmelzpunkt einer Substanz übersteigt, die von der Pumpzelle verdampft werden kann. Diese Substanz, die von der Pumpzelle verdampft werden kann, ist ein Zusatz bzw. Additiv, wie z. B. Au, der bzw. das zu dem Hauptmaterial, wie z. B. Pt, Rh und Pt/Rh, einer Elektrode der Pumpzelle hinzugefügt ist. Dieser Zusatz bzw. dieses Additiv unterdrückt eine Aktivität der Elektrode der Pumpzelle.

Vorteilhafterweise wird eine vereinigte Anordnung aus dem Hauptkörper und dem Pumpzellenkörper bei einer Temperatur, die niedriger als der Schmelzpunkt der Substanz, die von der Pumpzelle verdampft werden kann, ist, thermisch weiterverarbeitet.

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen Sensor bereit, der in der Lage ist, eine Konzentration von NOx in einem Probengas präzise zu detektieren bzw. zu erfassen. Der Sensor weist einen Hauptkörper mit einer Sensorzelle auf und definiert darin eine Referenzgaskammer und eine Probengaskammer. Die Probengaskammer besitzt eine Wand bzw. Wandung, die aus einem Festelektrolytsubstrat, das eine Sauerstoffionenleitfähigkeit besitzt, gebildet ist. Die Sensorzelle ist zum Detektieren bzw. Ermitteln einer Konzentration eines NOx-Gases zwischen der Referenzgaskammer und der Probengaskammer angeordnet. Ein Pumpzellenkörper besitzt eine Oberfläche, die der Probengaskammer zugewandt ist, und besitzt eine Pumpzelle zum Einleiten bzw. Einlassen und zum Auslassen bzw. Ausstoßen eines Sauerstoffgases zu und von der Probengaskammer. Keine Elektrode der Sensorzelle ist durch eine Substanz kontaminiert, die von bzw. aus der Pumpzelle während einer Sinteroperation verdampft, dadurch, daß der Hauptkörper und der Pumpzellenkörper unabhängig voneinander gesintert werden.

Vorteilhafterweise besitzt der Hauptkörper eine Koppeleinkerbung, mit der der Pumpzellenkörper gekoppelt ist, und der Pumpzellenkörper ist mit dem Hauptkörper durch einen Klebstoff verbunden.

Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.

Die obigen und weitere Aufgaben, Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen offensichtlicher werden. Es versteht sich jedoch, daß die ausführliche Beschreibung und die beschriebenen spezifischen Ausführungsformen nur der Veranschaulichung dienen, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Anwendungsbereiches der Erfindung für Fachleute aus dieser ausführlichen Beschreibung offensichtlich sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Gesamtanordnung eines NOx-Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine in Einzelteile aufgelöste perspektivische Ansicht ("Explosionsansicht") des NOx-Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Gesamtanordnung eines konventionellen NOx-Sensors zum Vergleich;

Fig. 4 eine in Einzelteile aufgelöste perspektivische Ansicht des in Fig. 3 zum Vergleich gezeigten konventionellen NOx-Sensors;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen einer Sensorausgabe und einer NO-Konzentration gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit einer Beziehung in dem konventionellen Sensor zeigt;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines NOx-Sensors gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Querschnittsansicht des NOx-Sensors gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer Anordnung eines NOx-Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung eines NOx-Sensors gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine in Einzelteile aufgelöste perspektivische Ansicht des NOx-Sensors gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine Draufsicht auf einen konventionellen NOx-Sensor; und

Fig. 12 eine Querschnittsansicht des konventionellen in Fig. 11 offenbarten NOx-Sensors.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erklärt werden. Identische Teile werden durch die Ansichten hindurch mittels derselben Bezugszeichen bezeichnet.

Erste Ausführungsform

Die Fig. 1 bis 5 sind Ansichten, die ein Herstellungsverfahren eines NOx-Sensors und eine detaillierte Anordnung des NOx-Sensors gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist eine NOx-Sensor 1 dieser Ausführungsform einen Hauptkörper 12 auf, der eine Referenzgaskammer 151 und eine Probengaskammer 161 aufweist. Die Probengaskammer 161 besitzt einen Boden, der durch ein Festelektrolytsubstrat 13 mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit definiert wird. Eine Sensorzelle 130, die die Konzentration an NOx detektiert bzw. ermittelt, ist zwischen der Referenzgaskammer 151 und der Probengaskammer 161 bereitgestellt. Weiterhin weist der NOx-Sensor 1 einen Pumpzellenkörper 11 mit einer Pumpzelle 110 zum Einleiten bzw. Einlassen und Auslassen bzw. Ausstoßen eines Sauerstoffgases zu und von der Probengaskammer 161 auf.

Die Sensorzelle 130 weist eine Meßelektrode 132 auf, die der Probengaskammer 161 zugewandt und in dem Festelektrolytsubstrat 13 definiert ist, und eine weitere Meßelektrode 131, die der Referenzgaskammer 151 zugewandt ist.

Die Pumpzelle 110 ist mit einem Festelektrolytsubstrat 149 ausgestattet. Eine Pumpelektrode 111, die einer Probengasdiffusionswiderstandsschicht 119 zugewandt ist, ist auf einer unteren Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 149 bereitgestellt. Eine weitere Pumpelektrode 112, die dem Außenraum des NOx-Sensors 1 ausgesetzt ist, ist auf einer gegenüberliegenden (d. h., einer oberen) Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 149 bereitgestellt.

Die Pumpelektrode 111 ist eine Inaktivelektrode mit keiner Fähigkeit bzw. Eignung zum Ionisieren der Sauerstoffatome. Andererseits sind die Pumpelektrode 112 und die Meßelektroden 131 und 132 Aktivelektroden mit der Fähigkeit zum Ionisieren der Sauerstoffatome (d. h., mit einer NOx-Aktivierungsfunktion). Es kann möglich sein, die Elektroden 112 und 131 durch die Inaktivelektroden zu ersetzen.

Wenn der oben beschriebene NOx-Sensor 1 hergestellt wird, werden der Hauptkörper 12 und der Pumpzellenkörper 11 als getrennte bzw. separate Gegenstände (d. h., teilgefertigte Gegenstände bzw. Bauteile) hergestellt. Die separaten Hauptkörper 12 und Pumpzellenkörper 11 werden unabhängig voneinander gesintert. Danach werden der Hauptkörper 12 und Pumpzellenkörper 11 zusammengefügt oder vereinigt, um den NOx-Sensor 1 zu erhalten.

Als nächstes werden Einzelheiten des NOx-Sensors erklärt werden.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, weist der Hauptkörper 12 ein Heizelement 195 und Zuleitungen 196 auf, die zwischen ersten und zweiten Isoliersubstraten 191 und 192 angeordnet sind. Das Heizelement 195, die Zuleitungen 196 und die Isoliersubstrate 191 und 192 bilden einen Heizer 19. Ein drittes Isoliersubstrat 15, das auf dem zweiten Isoliersubstrat 192 angebracht ist, besitzt einen Längsschlitz, der die Referenzgaskammer 151 definiert. Das Festelektrolytsubstrat 13, das die Sensorzelle 130 aufweist, ist auf dem dritten Isoliersubstrat 15 angebracht. Ein viertes Isoliersubstrat 16, das auf dem Festelektrolytsubstrat 13 angebracht ist, besitzt ein Fenster, das die Probengaskarniner 161 definiert. Ein fünftes Isoliersubstrat 17, das auf dem vierten Isoliersubstrat 16 angebracht ist, besitzt ein kleines Loch 171. Ein sechstes Isoliersubstrat 14, das auf dem fünften Isoliersubstrat 17 angebracht ist, besitzt eine Koppeleinkerbung 140, mit welcher der Pumpzellenkörper 11 gekoppelt ist.

Die Meßelektroden 131 und 132 der Sensorzelle 130 sind Rücken an Rücken auf gegenüberliegenden oberflächen des Festelektrolytsubstrates 13 ausgebildet. Die Meßelektroden 131 und 132 sind mit Zwischenanschlüssen 134 und 136 über Zuleitungen 133 und 135 verbunden, die auf der oberen bzw. unteren Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 13 ausgebildet sind. Obwohl es in Fig. 2 nicht explizit zu sehen ist, sind die Meßelektrode 131 und die Zuleitung 135 auf der unteren Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 13 bereitgestellt. Die Zuleitung 135 ist mit dem Zwischenanschluß 136 über ein Durchgangsloch (nicht gezeigt) verbunden, das sich von der unteren Oberfläche zu der oberen Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 13 erstreckt.

Das vierte Isoliersubstrat 16 weist Durchgangslöcher 162 und 163 auf. Das fünfte Isoliersubstrat 17 besitzt Durchgangslöcher 172 und 173. Der Zwischenanschluß 134, der auf dem Festelektrolytsubstrat 13 ausgebildet ist, ist mit einem Anschluß 146, der auf dem sechsten Isoliersubstrat 14 ausgebildet ist, über die Durchgangslöcher 162 und 172 verbunden, in welche eine elektrisch leitfähige Substanz eingefüllt ist. Gleichermaßen ist der Zwischenanschluß 136, der auf dem Festelektrolytsubstrat 13 ausgebildet ist, mit einem Anschluß 145, der auf dem sechsten Isoliersubstrat 14 ausgebildet ist, über die Durchgangslöcher 163 und 173 verbunden, in welche eine elektrisch leitfähige Substanz eingefüllt ist.

Des weiteren fungiert das kleine Loch 171 als ein Probengaseinleitdurchgang bzw. Probengaseinleitkanal zum Einleiten eines Probengases in die Probengaskammer 161.

Das sechste Isoliersubstrat 14 besitzt Anschlüsse 143-146 und Zuleitungen 1413-142. Die Anschlüsse 145 und 146 fungieren als Signalausgabeanschlüsse der Sensorzelle 130. Die Anschlüsse 143 und 144 sind mit Pumpelektroden 111 und 112 über Zuleitungen 141 bzw. 142 verbunden.

Die Pumpelektroden 111 und 112 der Pumpzelle 110 sind auf gegenüberliegenden Oberflächen des Festelektrolytsubstrates 149 in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung zueinander ausgebildet. Auslaßanschlüsse 113 und 114 sind an einer Kante des Festelektrolytsubstrates 149 ausgebildet, um die Pumpelektroden 111 und 112 mit den auf dem sechsten Isoliersubstrat 14 ausgebildeten Zuleitungen 141 bzw. 142 zu verbinden. Elektrische Leiter 115 und 116 sind bereitgestellt, um die elektrische Verbindung zwischen den Auslaßanschlüssen 113, 114 und den Zuleitungen 141 und 142 sicherzustellen. Die Probengasdiffusionswiderstandsschicht 119 ist unterhalb des Festelektrolytsubstrates 149 bereitgestellt. Der Pumpzellenkörper 11, der in die Koppeleinkerbung 140 eingefügt ist, ist mit dem sechsten Isoliersubstrat 14 mittels einer Klebstoffschicht 118 verbunden.

Ein Herstellungsverfahren des oben beschriebenen NOx-Sensors 1 wird im folgenden erklärt werden.

Als erstes wird ein Herstellungsverfahren einer Zirkoniumoxid-Grünplatte erklärt. Die Zirkoniumoxid-Grünplatte wird verwendet, um die Festelektrolytsubstrate 13 und 149 zu bilden. Ein Hauptmaterial der Zirkoniumoxid-Grünplatte ist Yttriumoxid-teilstabilisiertes Zirkoniumoxid mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,5 µm. Dieses Yttriumoxid-teilstabilisierte Zirkoniumoxid weist 6 Mol% Yttriumoxid und 94 Mol% Zirkoniumoxid auf. Die Gewichtskapazität des yttriumoxid-teilstabilisierten Zirkoniumoxids beträgt 100 Gewichtsteile. Als zusätzliche Materialien gibt es einen Gewichtsteil α-Aluminiumoxid, fünf Gewichtsteile PVB (Polyvinylbutyral), 10 Gewichtsteile DBP (Dibutylphthalat), 10 Gewichtsteile Ethanol und 10 Gewichtsteile Toluen.

Dann werden das präparierte Yttriumoxid-teilstabilisierte Zirkoniumoxid, α-Aluminiumoxid, PVB, DBP, Ethanol und Toluen in einer Kugelmühle gemischt, um eine fest-flüssige Dispersion aus ihnen zu erhalten. Die erhaltene fest-flüssige Dispersion bzw. der erhaltene Brei wird in einen Plattenkörper unter Verwendung eines Rakelmesserverfahrens umgestaltet. Der hergestellte Plattenkörper ist in einem getrockneten Zustand 0,3 mm dick. Ein rechteckiges Stück von 5 mm × 70 mm wird aus dieser Platte für das Festelektrolytsubstrat 13 herausgeschnitten. Gleichermaßen wird ein rechteckiges Stück von 4 mm × 25 mm aus dieser Platte für das Festelektrolytsubstrat 149 herausgeschnitten.

Als nächstes, um die Pumpelektrode 111 auszubilden, wird eine elektrisch leitfähige Paste auf dem hergestellten Plattenkörper des Festelektrolytsubstrates 149 aufgedruckt. Diese leitfähige Paste ist eine Pt-Paste mit einem Additiv bzw. Zusatz von 1-10 Gew.-% Au. Die andere Elektrode 112 und die Auslaßanschlüsse 113 und 114 werden durch Aufdrucken einer Pt-Paste mit einem Additiv von 10 Gew.-% Zirkoniumoxid ausgebildet.

Als nächstes wird ein Durchgangsloch über den hergestellten Plattenkörper des Festelektrolytsubstrates 13 hinweg geöffnet. Das Durchgangsloch erstreckt sich in einer Breitenrichtung bzw. Dickenrichtung des hergestellten Plattenkörpers des Festelektrolytsubstrates 13. Als nächstes, um die Meßelektroden 131 und 132, die Zuleitungen 133 und 135 und die Zwischenanschlüsse 134 und 136 auszubilden, wird eine Pt-Paste mit Additiven von 0-10 Gew.-% Pd und 10 Gew.-% Zirkoniumoxid auf dem hergestellten Plattenkörper des Festelektrolytsubstrates 13 aufgedruckt.

Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren einer Aluminiumoxid-Grünplatte erklärt. Die Aluminiumoxid-Grünplatte wird verwendet, um die ersten bis sechsten Isoliersubstrate 191, 192, 15, 16, 17 und 14 auszubilden. Ein Hauptmaterial der Aluminiumoxid-Grünplatte ist ein α-Aluminiumoxid mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,3 µm. Die Gewichtskapazität dieses α-Aluminiumoxids beträgt 98 Gewichtsteile. Als zusätzliche Materialien besitzt ein Yttriumoxid-teilstabilisiertes Zirkoniumoxid, das 6 Mol% Yttriumoxid und 94 Mol% Zirkoniumoxid aufweist, drei Gewichtsteile. Des weiteren besitzt ein PVB (Polyvinylbutyral) 10 Gewichtsteile, ein DBP (Dibutylphthalat) 10 Gewichtsteile, ein Ethanol 30 Gewichtsteile und ein Toluen 30 Gewichtsteile.

Dann werden das präparierte α-Aluminiumoxid, das Yttriumoxid-teilstabilisierte Zirkoniumoxid, das PVB, das DBP, das Ethanol und das Toluen in einer Kugelmühle gemischt, um einen Brei bzw. eine fest-flüssige Dispersion aus ihnen zu erhalten. Die erhaltene fest-flüssige Dispersion wird unter Verwendung eines Rakelmesserverfahrens in einen Plattenkörper ausgestaltet. Dieser hergestellte Plattenkörper besitzt in einem getrockneten Zustand eine Dicke von 0,3 mm. Ein rechteckiges Stück von 5 mm × 70 mm wird aus diesem Plattenkörper für jedes der ersten bis sechsten Isoliersubstrate 191, 192, 15-17 und 14 herausgeschnitten.

Als nächstes, um die Zuleitungen 141 und 142 und die Anschlüsse 143-146 auszubilden, wird eine Pt-Paste mit einem Zusatz bzw. einem Additiv von 10 Gew.-% Zirkoniumoxid auf dem hergestellten Plattenkörper des sechsten Isoliersubstrates 14 aufgedruckt. Dann wird ein Endteil des hergestellten Plattenkörpers des sechsten Isoliersubstrates 14 in eine U-förmige Anordnung geschnitten, um einen Schlitz zurückzulassen, der als die Koppeleinkerbung 140 fungiert, mit der der Pumpzellenkörper 11 gekoppelt wird.

Die Durchgangslöcher 172 und 173 und das kleine Loch 171 werden über einen hergestellten Plattenkörper des fünften Isoliersubstrates 17 hinweg geöffnet. Jedes der Durchgangslöcher 172 und 173 erstreckt sich in einer Breitenrichtung bzw. Dickenrichtung des hergestellten Plattenkörpers des fünften Isoliersubstrates 17. Die Durchgangslöcher 162 und 163 und ein Fenster, das als die Probengaskammer 161 fungiert, werden über einen hergestellten Plattenkörper des vierten Isoliersubstrates 16 hinweg geöffnet. Jedes der Durchgangslöcher 162 und 163 erstreckt sich in einer Breitenrichtung bzw. Dickenrichtung des hergestellten Plattenkörpers des vierten Isoliersubstrates 16. Der hergestellte Plattenkörper des dritten Isoliersubstrates 15 wird in eine längliche U-förmige Anordnung geschnitten, um einen Längsschlitz zurückzulassen, der als die Referenzgaskammer 151 fungiert. Weiterhin, um das Heizelement 195 und die Zuleitungen 196 auszubilden, wird eine elektrisch leitfähige Paste mit Additiven von 90 Gew.-% Pt und 10 Gew.-% Aluminiumoxid auf dem hergestellten Plattenkörper des ersten Isoliersubstrates 191 aufgedruckt.

Jedes Durchgangsloch wird mit einer Pt-Paste mit einem Additiv von 10 Gew.-% Zirkoniumoxid gefüllt.

Dann, um eine Vielschichtanordnung auszubilden, werden die hergestellten Plattenkörper der Festelektrolytsubstrate 13 und Isoliersubstrate 14-17, 191 und 192 gestapelt und unter einem Druck unter Verwendung einer druckempfindlichen Klebstoffpaste, die bei einer Raumtemperatur eine Klebstoffeigenschaft besitzt, verbunden.

Als nächstes, um den Pumpzellenkörper 11 zu erhalten, wird der hergestellte Plattenkörper des Pumpzellenkörpers 11 bei 1500°C für eine Stunde gesintert. Weiterhin, um den Hauptkörper 12 zu erhalten, wird die Vielschichtanordnung in einer Freiluftumgebung bei 1500°C für eine Stunde gesintert.

Als nächstes wird die Koppeleinkerbung 140 des Hauptkörpers 12 mit einer Klebstoffaluminiumoxidpaste beaufschlagt. Dann wird der Pumpzellenkörper 11 mit der Koppeleinkerbung 140 gekoppelt.

Als nächstes werden die gekoppelte Pumpzelle 11 und Hauptkörper 12 mit der Pt-Paste beaufschlagt, um die elektrische Verbindung zwischen den Anschlüssen 113 und 114 und den Zuleitungen 141 bzw. 142 sicherzustellen. Danach wird die Pt-Paste bei 950°C thermisch weiterverarbeitet.

Weiterhin wird der in die Koppeleinkerbung 140 eingefügte Pumpzellenkörper 11 mittels Bereitstellen der Klebstoffschicht 118 sicher mit dem sechsten Isoliersubstrat 14 verbunden. Die Klebstoffschicht 118 besteht vorteilhafterweise aus einer hochschmelzenden Glaspaste mit einem Additiv von fünf Gewichtsteilen Aluminiumoxid. Dann wird die vereinigte Anordnung der Pumpzelle 11 und des Hauptkörpers 12 in einer Freiluftumgebung bei 950°C für eine Stunde thermisch weiterverarbeitet. Auf diese Weise wird der NOx-Sensor 1 schließlich erhalten.

Als nächstes wird das Leistungsverhalten des NOx-Sensors 1 gemäß dieser Ausführungsform im Vergleich mit einem NOx-Sensor 8, der gemäß eines konventionellen Verfahrens hergestellt wird, erklärt werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine detaillierte Anordnung des in einem Vergleichsleistungsverhaltenstest verwendeten konventionellen NOx-Sensors 8.

Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, weist der NOx-Sensor 8 ein Festelektrolytsubstrat 84 mit einer Pumpzelle 110 auf. Ein Isoliersubstrat 88 ist unterhalb des Festelektrolytsubstrates 84 angeordnet. Das Isoliersubstrat 88 besitzt einen U-förmigen Ausschnitt 880, in dem eine Probengasdiffusionswiderstandsschicht 119 angeordnet ist. Durchgangslöcher 882 und 883 öffnen sich über das Isoliersubstrat 88 hinweg. Jedes der Durchgangslöcher 882 und 883 erstreckt sich in einer Breitenrichtung bzw. Dickenrichtung des Isoliersubstrates 86, um die Zwischenanschlüsse 134 und 136 mit den Ausgabeanschlüssen 146 bzw. 145 elektrisch zu verbinden. Der Rest der Anordnung ist im wesentlichen die gleiche wie bei dem oben beschriebenen und in den Fig. 1 und 2 gezeigten NOx-Sensor 1.

Der konventionelle NOx-Sensor 8 wird auf die folgende Weise hergestellt. Eine Vielzahl von Plattenkörpern werden für die Festelektrolytsubstrate 13 und 84 und die Isoliersubstrate 15-17 und 88 hergestellt. Einige der hergestellten Plattenkörper werden mit einer Druckpaste beaufschlagt, um die erforderlichen Elektroden und Zulei­ tungen auszubilden. Einzige der hergestellten Plattenkörper werden, wie in Fig. 4 gezeigt, in einer vorbestimmten Gestalt gestaltet. Dann werden die Plattenkörper gestapelt und zu einer Vielschichtanordnung verbunden. Dann wird die Vielschichtanordnung bei 1500°C gesintert, um den NOx-Sensor 8 zu erhalten. Gemäß diesem konventionellen Herstellungsverfahren werden die Pumpelektroden 111 und 112 der Pumpzelle 110 und die Meßelektroden 131 und 132 der Sensorzelle 130 gleichzeitig gesintert.

Der Vergleichsleistungsverhaltenstest zum Vergleichen des NOx-Sensors 1 und des NOx-Sensors 8 wurde auf die folgende Weise durchgeführt. Eine Gastemperatur wurde auf 400°C eingestellt. Das verwendete Probengas enthielt No, dessen Konzentration in dem Bereich von 0-5000 ppm variiert wurde, und 5% O₂/N₂ (1,2 Liter/Minute). Die Temperatur des NOx-Sensors 1 und des NOx-Sensors 8 wurde bei 750°C gehalten.

Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, die eine Be­ ziehung zwischen der NO-Konzentration und einer entspre­ chenden Sensorausgabe zeigt, erhalten als ein Ergebnis des Vergleichsleistungsverhaltenstestes. Wie aus der graphischen Darstellung von Fig. 5 offensichtlich ist, kann der NOx-Sensor 1 dieser Ausführungsform im Vergleich mit dem konventionellen NOx-Sensor 8 eine Sensorausgabe produzieren, die in Bezug auf die NOx-Konzentration mit einem größeren Gradienten variiert.

Eine ESM-Analyse (Elektronenstrahl-Mikroanalyse) wurde durchgeführt, um den Grund dafür zu erforschen, warum der konventionelle NOx-Sensor 8 eine Sensorausgabe produzierte, die mit einem kleineren Gradienten variierte. Gemäß dieser ESM-Analyse wurde eine kleine Menge an Au auf der Oberfläche der Meßelektrode 132 der Sensorzelle 130 des konventionellen NOx-Sensors 8 gefunden. Mit anderen Worten, die Meßelektrode 132 war mit Au kontaminiert. Dies ist ein Nachteil des konventionellen Herstellungsverfahrens, gemäß dem die Pumpelektroden 111 und 112 der Pumpzelle 110 und die Meßelektroden 131 und 132 der Sensorzelle 130 gleichzeitig gesintert werden.

Wenn die Pumpelektroden 111 und 112 und die Meßelektroden 131 und 132 gleichzeitig gesintert werden, verdampft Au von bzw. aus der Pumpelektrode 111 und diffundiert durch die Probengasdiffusionswiderstandsschicht 119, das kleine Loch 171 und die Probengaskammer 161 hindurch zu der Meßelektrode 132 der Sensorzelle 130. Folglich verschlechtert das verdampfte und diffundierte Au die Aktivität der Meßelektrode 132 bzw. beeinflußt diese nachteilig.

Des weiteren wurde gefunden, daß die Sensorausgabe des konventionellen NOx-Sensors 8 durch den Grad der Kontamination mit Au an der Meßelektrode 132 beeinflußt wurde, was eine beträchtliche Dispersion bzw. Streuung des Sensorausgabewertes verursachte.

Wie aus der vorhergehenden Beschreibung klar wird, unterscheidet sich das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung von dem konventionellen Herstellungsverfahren dadurch, daß der Pumpzellenkörper 11 mit der Pumpzelle 110 als ein separater Gegenstand unabhängig von dem Hauptkörper 12 mit der Sensorzelle 130 hergestellt wird. Die Pumpzelle 110 wird separat bzw. getrennt von der Sensorzelle 130 gesintert. Nach dem Beenden der Sinteroperation von sowohl des Pumpzellenkörpers 11 als auch des Hauptkörpers 12 werden der Pumpzellenkörper 11 und der Hauptkörper 12 vereinigt, um den NOx-Sensor 1 zu erhalten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Pumpzelle 110 von der Sensorzelle 130 während der Sinteroperation separiert bzw. getrennt werden. Dies verhindert wirkungsvoll, daß die Meßelektrode 132 durch das Au kontaminiert wird, das von bzw. aus der Pumpelektrode 111 verdampft und diffundiert.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf den in den Fig. 1 und 2 gezeigten NOx-Sensor 1 beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann realisiert werden, indem man das Herstellungsverfahren des in den Fig. 3 und 4 gezeigten NOx-Sensors 8 verbessert. Beispielsweise, um die Effekte und Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu erhalten, können das Festelektrolytsubstrat 84 mit der Pumpzelle 110 und der Rest des NOx-Sensors 8 separat bzw. getrennt gesintert werden, bevor sie zusammengefügt werden.

Zweite Ausführungsform

Die Fig. 6 und 7 zeigen einen NOx-Sensor 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Der NOx-Sensor 2 weist einen Hauptkörper 22 als eine Vielschichtanordnung aus Isoliersubstraten 219, 24, 25, 27 und 28 und einem Festelektrolytsubstrat 26 auf.

Das Isoliersubstrat 28 ist ein Heizersubstrat, das ein Heizelement besitzt, das als ein Heizer des NOx-Sensors 2 fungiert. Das Isoliersubstrat 27 besitzt eine Einkerbung, die als eine Referenzgaskammer 270 fungiert.

Das Festelektrolytsubstrat 26 besitzt eine Sensorzelle mit einem Paar von Meßelektroden 261 und 262, die auf gegenüberliegenden oberflächen des Festelektrolytsubstrates 26 in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung bereitgestellt sind. Eine Meßelektrode 261 ist der Referenzgaskammer 270 zugewandt. Die andere Meßelektrode 262 ist einer Probengaskammer 250 zugewandt.

Das Isoliersubstrat 25 besitzt ein Fenster, das die Probengaskammer 250 definiert. Das Isoliersubstrat 24 besitzt ein kleines Loch 240, das als ein Diffusionswiderstandsloch für das Probengas fungiert.

Ein Pumpzellenkörper 21 weist ein Festelektrolytsubstrat mit gegenüberliegenden oberflächen auf, auf denen Pumpelektroden 211 und 212 einer Pumpzelle 210 bereitgestellt sind.

Das Isoliersubstrat 24 besitzt Zuleitungen 141 und 142 und Anschlüsse 143 und 144, die auf seiner Oberfläche ausgebildet sind. Die Pumpelektroden 211 und 212 des Pumpzellenkörpers 21 sind mit den Anschlüssen 143 und 144 über die Zuleitungen 141 bzw. 142 elektrisch verbunden. Das Isoliersubstrat 219 ist in einer U-förmigen Anordnung ausgebildet, um eine Aussparung 218 auszubilden. Die Zuleitung 141 erstreckt sich entlang einer oberen Oberfläche des Isoliersubstrates 24 und ist in Kontakt mit der unteren Pumpelektrode 211 der Pumpzelle 210 gebracht. Eine weitere Zuleitung 142 erstreckt sich entlang der oberen Oberfläche des Isoliersubstrates 24 und stufenartig nach oben entlang einer seitlichen Oberfläche des Isoliersubstrates 219, erstreckt sich dann entlang einer oberen Oberfläche des Isoliersubstrates 219 und ist dann mit der oberen Pumpelektrode 212 der Pumpzelle 210 in Kontakt gebracht.

Anstatt die Zuleitung 142 entlang der seitlichen und oberen oberflächen des Isoliersubstrates 219 zu erstrecken, ist es möglich, unabhängig voneinander einen Zuleitungs­ teilbereich vorher auf dem Isoliersubstrat 219 und auf dem Isoliersubstrat 24 auszubilden. In diesem Fall werden die separat ausgebildeten Zuleitungen verbunden, wenn das Isoliersubstrat 219 und das Isoliersubstrat 24 zusammengefügt werden, um einen verlängerten Zuleitungsteilbereich im wesentlichen auf dieselbe Weise wie in Fig. 6 gezeigt auszubilden.

Der U-förmige Teilbereich des Isoliersubstrates 219 und die obere Oberfläche des Isoliersubstrates 24 definieren zusammen ein Koppeleinkerbung, mit der der Pumpzellenkörper 21 gekoppelt wird.

Als nächstes wird ein Herstellungsverfahren des NOx-Sensors 2 erklärt werden.

Ein Plattenkörper des Pumpzellenkörpers 21 wird unter Verwendung derselben Materialien und derselben Prozesse wie jene, die in der ersten Ausführungsform offenbart wurden, hergestellt. Eine Vielschichtanordnung des Hauptkörpers 22 wird unter Verwendung derselben Materialien und derselben Prozesse wie jene, die in der ersten Ausführungsform offenbart wurden, hergestellt. Jedoch wird das Isoliersubstrat 27 mittels Spritzgießen einer fest-flüssigen Dispersion, die aus einem Ausgangsmaterial hergestellt wurde, hergestellt.

Der hergestellte Plattenkörper des Pumpzellenkörpers 21 wird separat von der Vielschichtanordnung des Hauptkörpers 22 gesintert. Nach dem Beenden der Sinteroperation sowohl des Pumpzellenkörpers 21 als auch des Hauptkörpers 22 wird der Pumpzellenkörper 21 in die Koppeleinkerbung des Hauptkörpers 22 eingekoppelt. Als nächstes wird ein lichter Raum bzw. Freiraum zwischen dem Pumpzellenkörper 21 und der Koppeleinkerbung mit einem Klebstoff gefüllt.

Die Pumpelektrode 211 des Pumpzellenkörpers 21 wird mit der Zuleitung 141, die auf dem Isoliersubstrat 24 bereitgestellt ist, in Kontakt gebracht. Eine weitere Pumpelektrode 212 besitzt einen verlängerten Teilbereich 213, der mit der Kante der Zuleitung 142, die auf dem Isoliersubstrat 219 bereitgestellt ist, in Kontakt gebracht wird. Um eine elektrische Verbindung sicherzustellen, werden die Verbindungsteilbereiche der Elektroden und entsprechenden Zuleitungen mit einer elektrisch leitfähigen Paste beaufschlagt.

Nachdem der Pumpzellenkörper 21 und der Hauptkörper 22 integriert worden sind, werden beide Körper 21 und 22 bei 1000°C gesintert, um schließlich den NOx-Sensor 2 zu erhalten. Der Rest der zweiten Ausführungsform ist im wesentlichen derselbe wie die erste Ausführungsform. Somit liefert die zweite Ausführungsform im wesentlichen dieselben Funktionen und Effekte und Wirkungen wie die erste Ausführungsform.

Dritte Ausführungsform

Fig. 8 zeigt einen NOx-Sensor 3 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der NOx-Sensor 3 besitzt eine Probengaskammer und eine Referenzgaskammer, die auf dem selben Oberflächenniveau bereitgestellt sind, ebenso wie eine Sauerstoffsensorzelle.

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, weist der NOx-Sensor 3 einen Pumpzellenkörper 31 und einen Hauptkörper 32 auf. Der Pumpzellenkörper 31 weist ein Festelektrolytsubstrat 331 und eine Pumpzelle 310 mit einem Paar von Pumpelektroden 311 und 312 auf. Die Pumpelektroden 311 und 312 sind auf gegenüberliegenden oberflächen des Festelektrolytsubstrates 331 Rücken an Rücken bzw. in einer Rücken-an-Rücken-Beziehung bereitgestellt. Der Pumpzellenkörper 31 weist ein kleines Loch 319 zum Einleiten eines Probengases zu einer ersten Probengaskammer 341 auf.

Der Hauptkörper 32 besitzt ein Isoliersubstrat 37. Eine Heizerschicht 36 ist in einer auf einer oberen Oberfläche des Isoliersubstrates 37 ausgebildeten Aussparung bereitgestellt. Die Heizerschicht 36 besitzt ein eingebautes wärmeerzeugendes Element 360. Ein Festelektrolytsubstrat 35 ist auf einer oberen Oberfläche des Isoliersubstrates 37 (d. h., auf einer oberen Oberfläche der Heizerschicht 36) angeordnet. Ein Isoliersubstrat 34, das zwei Fenster besitzt, ist auf dem Festelektrolytsubstrat 35 angebracht. Ein Festelektrolytsubstrat 33 ist auf dem Isoliersubstrat 34 angebracht. Das Festelektrolytsubstrat 331 des Pumpzellenkörpers 31 ist ebenfalls auf dem Isoliersubstrat 34 angebracht.

Ein Fenster des Isoliersubstrates 34 ist eine gemeinsame Öffnung zum Ausbilden der ersten Probengaskammer 341 und einer zweiten Probengaskammer 342, wobei jede einen Boden besitzt, der durch das Festelektrolytsubstrat 35 definiert wird, und eine Decke, die durch das Festelektrolytsubstrat 331 definiert wird. Das andere Fenster des Isoliersubstrates 34 bildet eine Referenzgaskammer 345, die einen Boden besitzt, der durch das Festelektrolytsubstrat 35 definiert wird, und eine Decke, die durch das Festelektrolytsubstrat 33 definiert wird. Die erste Probengaskammer 341 steht mit der zweiten Probengaskammer 342 über einen Durchgang 343 in Ver­ bindung.

Eine Sensorzelle 350 ist auf der oberen Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 35 bereitgestellt. Die Sensorzelle 350 weist eine Meßelektrode 351 auf, die der zweiten Probengaskammer 342 zugewandt ist, und eine weitere Meßelektrode 352, die der Referenzgaskammer 345 zugewandt ist. Eine Sauerstoffmeßelektrode 381, die der ersten Probengaskammer 341 zugewandt ist, ist auf der oberen Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 35 bereitgestellt. Die Sauerstoffmeßelektrode 381 und die Meßelektrode 352 bilden zusammen eine Sauerstoffsensorzelle. Das Festelektrolytsubstrat 33 besitzt eine Kante 315, die als eine Koppeleinkerbung fungiert, mit der der Pumpzellenkörper 31 gekoppelt ist. Der Rest der Anordnung ist im wesentlichen derselbe, wie bei der ersten Ausführungsform.

Gemäß der Anordnung des NOx-Sensors 3 sind die erste und zweite Probengaskammer 341 und 342 auf demselben Oberflächenniveau wie die Referenzgaskammer 345 bereit­ gestellt. Dies ist vorteilhaft, da die Dicke des NOx-Sensors 3 verringert werden kann und da die Heizerschicht 36 nahe an den Elektroden 351 und 352 angeordnet werden kann. Mit anderen Worten, diese Ausführungsform liefert einen kompakten NOx-Sensor mit dem Vermögen zum schnellen Aufwärmen.

Weiterhin kann der NOx-Sensor 3 als ein Sauerstoffsensor fungieren, indem man ein Spannungsmeßgerät zwischen der Sauerstoffmeßelektrode 381 und der Meßelektrode 352 bereitstellt, da die Sauerstoffmeßelektrode 381 der ersten Probengaskammer 341 zugewandt ist, während die Meßelektrode 352 der Referenzgaskammer 345 zugewandt ist. Folglich mißt das Spannungsmeßgerät eine zwischen den Elektroden 381 und 352 erzeugte elektromotorische Kraft, welche die Sauerstoffkonzentration eines Probengases repräsentiert.

Weiterhin ist ein Rückkopplungsschaltkreis zwischen der Sauerstoffsensorzelle und der Pumpzelle 310 angeordnet, um die Pumpzelle 310 auf der Grundlage eines Ausgabewertes der Sauerstoffsensorzelle zu aktivieren. Mit dieser Anordnung kann die Sauerstoffgaskonzentration in der ersten Probengaskammer 341 und der zweiten Probengaskammer 342 auf einen konstanten Wert gehalten werden.

Dementsprechend stellt die dritte Ausführungsform den NOx-Sensor 3 bereit, der dazu geeignet ist, die NOx-Konzentration eines Probengases präzise zu detektieren bzw. zu ermitteln.

Des weiteren, wie in Fig. 8 gezeigt, ist die Elektrode 352 eine gemeinsame Elektrode, die als eine der Elektroden, die die Sensorzelle 350 bilden, ebenso wie als eine der Elektroden, die die Sauerstoffsensorzelle bilden, fungiert. Dies vereinfacht die Struktur des NOx-Sensors 3. Die dritte Ausführungsform liefert im wesentlichen dieselben Funktionen und Effekte und Wirkungen wie die erste Ausführungsform.

Vierte Ausführungsform

Die Fig. 9 und 10 zeigen einen NOx-Sensor 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der NOx-Sensor 1 der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß eine Sauerstoffsensorzelle 180 auf dem Festelektrolytsubstrat 13 bereitgestellt ist.

Die Sauerstoffzelle 180 weist eine Elektrode 182 auf, die der Probengaskammer 161 zugewandt ist, und eine Elektrode (nicht gezeigt), die der Referenzgaskammer 151 zugewandt ist. Eine Zuleitung 186 ist auf der oberen Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 13 bereitgestellt, um die Elektrode 182 mit einem Zwischenanschluß 184 zu verbinden.

Gleichermaßen ist eine weitere Elektrode der Sauerstoffsensorzelle 180, die auf der unteren Oberfläche des Festelektrolytsubstrates 13 bereitgestellt ist, über eine Zuleitung (nicht gezeigt) mit einem Zwischenanschluß 185 verbunden.

Der Zwischenanschluß 184 ist mit einem Ausgabeanschluß 148 über die Durchgangslöcher 164 und 174 verbunden. Der andere Zwischenanschluß 185 ist über Durchgangslöcher 165 und 175 mit einem Ausgabeanschluß 150 verbunden. Der Rest der vierten Ausführungsform ist im wesentlichen derselbe wie bei der ersten Ausführungsform.

Ein Rückkopplungsschaltkreis ist zwischen der Sau­ erstoffsensorzelle 180 und der Pumpzelle 110 bereitgestellt, um die Pumpzelle 110 auf der Grundlage eines Ausgabewertes der Sauerstoffsensorzelle 180 zu aktivieren. Mit dieser Anordnung kann die Sauerstoffgaskonzentration in der Probengaskammer 161 auf einem konstanten Wert gehalten werden.

Dementsprechend liefert die vierte Ausführungsform den NOx-Sensor 1, der dazu in der Lage ist, die NOx-Konzentration eines Probengases präzise zu detektieren bzw. zu erfassen.

Ein Hauptkörper eines NOx-Sensors besitzt eine Sen­ sorzelle und definiert eine Referenzgaskammer und eine Probengaskammer darin. Die Probengaskammer besitzt eine Wand, die aus einem Festelektrolytsubstrat mit Sauer­ stoffionenleitfähigkeit gebildet ist. Die Sensorzelle ist zwischen der Referenzgaskammer und der Probengaskammer angeordnet, um eine Konzentration eines NOx-Gases zu detektieren. Ein Pumpzellenkörper des NOx-Sensors besitzt eine Oberfläche, die der Probengaskammer zugewandt ist, und besitzt eine Pumpzelle zum Einleiten und Ausstoßen eines Sauerstoffgases zu und von der Probengaskammer. Beim Herstellen dieses NOx-Sensors werden der Hauptkörper und der Pumpzellenkörper einzeln als separate Gegenstände hergestellt. Der Hauptkörper und der Pumpzellenkörper werden unabhängig voneinander gesintert. Dann werden der Hauptkörper und der Pumpzellenkörper in dem NOx-Sensor zusammengefügt bzw. montiert.

Diese Erfindung kann auf verschiedene Arten und Weisen und Formen verkörpert werden, ohne von ihren wesentlichen Eigenschaften und ihrem Anwendungsbereich abzuweichen. Die hier beschriebenen Ausführungsformen dienen folglich nur der Veranschaulichung und sind nicht einschränkend gemeint, da der Anwendungsbereich und Gültigkeitsbereich der vorliegenden Erfindung nicht durch die vorhergehende Beschreibung sondern durch die beigefügten Ansprüche definiert wird. Alle Änderungen, die innerhalb der Grenzen und des Bereichs der Ansprüche fallen, oder äquivalent zu diesen Grenzen und Bereichen sind, werden folglich durch die beigefügten Ansprüche beansprucht.

Claims (7)

1. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines NOx-Sensors mit einem Hauptkörper und einem Pumpzellenkörper, wobei
der Hauptkörper eine Sensorzelle besitzt und darin eine Referenzgaskammer und eine Probengaskammer definiert, wobei die Probengaskammer eine Wandung besitzt, die aus einem Festelektrolytsubstrat mit einer Sauerstoffionen­ leitfähigkeit gebildet ist, und wobei die Sensorzelle zwischen der Referenzgaskammer und der Probengaskammer zum Detektieren einer Konzentration eines NOx-Gases angeordnet ist, und wobei
der Pumpzellenkörper eine Oberfläche, die der Pro­ bengaskammer zugewandt ist, und eine Pumpzelle zum Ein­ leiten und Auslassen eines Sauerstoffgases zu und von der Probengaskammer besitzt,
wobei das Herstellungsverfahren die folgenden Schritte aufweist:
Herstellen des Hauptkörpers und des Pumpzellenkörpers als separate Gegenstände;
Sintern des Hauptkörpers und des Pumpzellenkörpers unabhängig voneinander; und
Zusammenfügen des Hauptkörpers und des Pumpzellen­ körpers nach Beenden der Sinteroperation, um einen NOx-Sensor zu erhalten.

2. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines NOx-Sensors gemäß Anspruch 1, worin der Pumpzellenkörper mit einer Koppeleinkerbung, die auf dem Hauptkörper ausgebildet ist, gekoppelt wird und worin dann der Pumpzellenkörper mit dem Hauptkörper mittels eines Klebstoffes verbunden wird.

3. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines NOx-Sensors gemäß Anspruch 1, worin der Hauptkörper und der Pumpzellenkörper unabhängig voneinander bei einer Tempe­ ratur gesintert werden, die einen Schmelzpunkt einer Substanz übersteigt, die von der Pumpzelle verdampft werden kann.

4. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines NOx-Sensors gemäß Anspruch 3, worin die Substanz, die von der Pumpzelle verdampft werden kann, ein Additiv ist, das hinzugefügt ist, um eine Aktivität einer Elektrode der Pumpzelle zu unterdrücken.

5. Herstellungsverfahren zum Herstellen eines NOx-Sensors gemäß Anspruch 1, worin eine vereinigte Anordnung des Hauptkörpers und des Pumpzellenkörpers bei einer Temperatur thermisch weiterverarbeitet wird, die niedriger als der Schmelzpunkt der Substanz ist, die von der Pumpzelle verdampft werden kann.

6. Sensor zum Detektieren einer Konzentration von NOx in einem Probengas mit:
einem Hauptkörper, der eine Sensorzelle besitzt und darin eine Referenzgaskammer und eine Probengaskammer definiert, wobei die Probengaskammer eine Wandung besitzt, die aus einem Festelektrolytsubstrat mit einer Sauerstoffionenleitfähigkeit gebildet ist, und wobei die Sensorzelle zwischen der Referenzgaskammer und der Pro­ bengaskammer zum Detektieren einer Konzentration eines NOx-Gases angeordnet ist, und
einem Pumpzellenkörper, der eine Oberfläche, die der Probengaskammer zugewandt ist, und eine Pumpzelle zum Einleiten und Auslassen eines Sauerstoffgases zu und von der Probengaskammer besitzt,
worin keine Elektrode der Sensorzelle durch eine Substanz kontaminiert ist, die während einer Sinterope­ ration von der Pumpzelle verdampft, dadurch, daß der Hauptkörper und der Pumpzellenkörper unabhängig voneinander gesintert wurden.

7. Sensor gemäß Anspruch 6, worin der Hauptkörper eine Koppeleinkerbung besitzt, mit der der Pumpzellenkörper gekoppelt ist, und worin der Pumpzellenkörper mit dem Hauptkörper mittels eines Klebstoffes verbunden ist.