DE19912102A1 - Elektrochemischer Gassensor - Google Patents
Elektrochemischer GassensorInfo
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Abstract
Es wird ein elektrochemischer Gassensor zur Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in einem Gasgemisch, insbesondere zur Bestimmung von NOx und HC vorgeschlagen. Der Gassensor umfaßt einen ersten Meßgasraum (13), der mit dem Meßgas in Verbindung steht, und einen zweiten Meßgasraum (15), der mit dem ersten Meßgasraum (13) über einen Verbindungskanal (17) verbunden ist. Weiterhin sind eine erste Elektrode (27) und eine zweite Elektrode (31), die jeweils im ersten Meßgasraum (13) angeordnet sind, und mindestens eine im zweiten Meßgasraum (15) angeordnete dritte Elektrode (35) sowie mindestens eine vierte Elektrode (33) vorgesehen. Die beiden Meßgasräume (13, 15) sind durch mindestens eine sauersoffionenleitende Schicht voneinander getrennt in übereinanderliegenden Schichtebenen angeordnet, wobei der Verbindungskanal (17) durch die sauerstoffionenleitende Schicht geführt ist.
Description
Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Gassensor zur
Bestimmung der Konzentration von Gaskomponenten in Gasgemi
schen, insbesondere zur Bestimmung der Konzentration von NOx
und HC, nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1
und 13.
Aus der EP 678 740 A1 ist ein Gassensor der gattungsgemäßen
Art zur Bestimmung der NOx-Konzentration in einem Gasgemisch
bekannt, bei dem zwei Meßgasräume mit jeweils einer Pumpzel
le in einer Schichtebene eines planaren, sauerstoffionenlei
tenden keramischen Trägers nebeneinander angeordnet sind.
Das Meßgas strömt über eine erste Diffusionsöffnung in den
ersten Meßgasraum ein, in dem eine erste innere Pumpelektro
de angeordnet ist. Eine äußere Pumpelektrode ist dem Meßgas
unmittelbar ausgesetzt. Die erste innere Pumpelektrode und
die äußere Pumpelektrode bilden die erste Pumpzelle. Mittels
der ersten Pumpzelle wird im ersten Meßgasraum ein vorbe
stimmter Sauerstoffpartialdruck durch Hinein- oder Heraus
pumpen von Sauerstoff eingestellt. Eine Konzentrationszelle
(Nernst-Zelle) weist eine Meßelektrode und eine mit einer
Luftatmosphäre in Verbindung stehende Referenzelektrode auf,
wobei die Meßelektrode im ersten Meßgasraum angeordnet ist.
Zur Einstellung eines konstanten Sauerstoffpartialdrucks im
ersten Meßgasraum wird die elektrische Spannung (elektromo
torische Kraft) der Konzentrationszelle mittels einer Pump
spannung der ersten Pumpzelle auf einen konstanten Wert ein
geregelt. Der erste und der zweite Meßgasraum ist mit einem
Verbindungskanal, der eine weitere Diffusionsöffnung dar
stellt, verbunden, wobei über den Verbindungskanal die auf
konstanten Sauerstoffpartialdruck eingestellte Atmosphäre in
den zweiten Meßgasraum diffundiert. Im zweiten Meßgasraum
ist eine weitere innere Pumpelektrode angeordnet, die mit
der im Luftreferenzkanal angeordneten Referenzelektrode zu
sammenwirkt und die zweite Pumpzelle bildet. Die weitere in
nere Pumpelektrode ist aus einem Material, beispielsweise
aus Rhodium ausgeführt, das eine Reduktion von NO zu N2 und
O2 realisiert. Der an der weiteren inneren Pumpelektrode
entstehende, reduzierte Sauerstoff wird über eine angelegte
Pumpspannung zur Referenzelektrode gepumpt und dort in die
Luftatmosphäre freigesetzt. Da die Atmosphäre im ersten Meß
gasraum auf einen konstanten Sauerstoffpartialdruck gehalten
wird, ist der Pumpstrom zum Abpumpen des reduzierten Sauer
stoffs aus dem zweiten Meßgasraum proportional zur NOx-
Konzentration. Die hintereinander angeordneten Meßgasräume
und Pumpzellen werden auf unterschiedlichen Temperaturen ge
halten, wobei die Temperatur an den Elektroden im ersten
Meßgasraum niedriger eingestellt wird als die Temperatur an
der Elektrode im zweiten Meßgasraum. Der Sensorelementaufbau
ist relativ kompliziert und eignet sich ausschließlich zur
Bestimmung von NOx.
Der erfindungsgemäße Gassensor mit den kennzeichnenden Merk
malen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß ein zur Bestim
mung des Lambda-Wertes in Gasgemischen verwendeter ferti
gungstechnisch ausgereifter Basissensor genutzt wird, der
lediglich durch mindestens eine weitere Festelektrolyt
schicht mit zwei weiteren Elektroden ergänzt werden muß. Als
Basissensor dient ein sogenannter Breitbandsensor, der aus
einer Pumpzelle mit innerer und äußerer Pumpelektrode und
einer Konzentrationszelle mit Meßelektrode und Referenzelek
trode besteht. Die Meßelektrode und die innere Pumpelektrode
sind in einem Gasraum gegenüberliegend angeordnet. Dieser
Gasraum bildet bei dem erfindungsgemäßen Sensorelement den
zweiten Meßgasraum. Die Verwendung des fertigungstechnisch
ausgereiften Lambda-Basissensors bietet erhebliche Kosten
vorteile gegenüber einem für jeden Anwendungsfall speziali
sierten Sensorelementaufbau.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht gemäß den kenn
zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 8 darin, daß der Gassen
sor mit einem einzigen Sensorelementaufbau sowohl als NOx-
Sensor als auch als HC-Sensor verwendet werden kann. Für die
entsprechende Verwendung ist lediglich der Abgriff an den
Elektrodenanschlüssen entsprechend zu wählen und die Auswer
teschaltung entsprechend anzupassen. Bei der Verwendung des
Gassensors als HC-Sensor wird die im ersten Meßgasraum ange
ordnete erste Elektrode als Mischpotentialelektrode genutzt.
Bei der Verwendung des Gassensors als NOx-Sensor wird die im
zweiten Meßgasraum angeordnete dritte Elektode als NOx
reduzierende Elektrode eingesetzt. Durch die breitere Anwen
dung des Gassensors werden weitere Kostenvorteile wirksam.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen Sensorelements möglich. Die Anord
nung von zwei Gaszutrittsöffnungen symmetrisch zum Verbin
dungskanal gewährleistet einen ausreichenden Gasaustausch
des Meßgases mit der ersten Meßkammer und damit eine geringe
Ansprechzeit. Dadurch sind außerdem höhere Pumpströme für
die erste Pumpzelle möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er
läutert. Es zeigen Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Sen
sorelement eines erfindungsgemäßen Gassensors, Fig. 2 einen
Schnitt durch eine Schichtebene gemäß der Linie II-II in
Fig. 1 und Fig. 3 einen Schnitt durch eine Schichtebene
nach der Linie III-III in Fig. 1.
Die Fig. 1, 2 und 3 zeigen einen prinzipiellen Aufbau ei
ner bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Mit 10 ist ein planares Sensorelement eines elektrochemi
schen Gassensors bezeichnet, das beispielsweise eine Mehr
zahl von sauerstoffionenleitenden Festelektrolytschichten
11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, 11g und 11h aufweist. Die Fe
stelektrolytschichten 11a bis 11h werden dabei als kerami
sche Folien ausgeführt und bilden einen planaren keramischen
Körper. Die integrierte Form des planaren keramischen Kör
pers des Sensorelements 10 wird durch Zusammenlaminieren der
mit Funktionsschichten bedruckten keramischen Folien und an
schließendem Sintern der laminierten Struktur in an sich be
kannter Weise hergestellt. Jede der Festelektrolytschichten
11a bis 11h sind aus sauerstoffionenleitendem Festelektro
lytmaterial, wie beispielsweise stabilisiertem ZrO2 ausge
führt.
Das Sensorelement 10 hat einen ersten Meßgasraum 13 und ei
nen zweiten Meßgasraum 15. Die beiden Meßgasräume 13, 15
liegen in unterschiedlichen Schichtebenen übereinander und
sind über einen Verbindungskanal 17, der beispielsweise als
Bohrung ausgeführt ist, miteinander verbunden. Unabhängig
von den beiden Meßgasräumen 13, 15 ist beispielsweise in ei
ner weiteren Schichtebene ein Referenzgaskanal 19 angeord
net, der an einem Ende aus dem planaren Körper des Sensor
elements 10 herausgeführt und mit der Luftatmosphäre in
Verbindung steht.
Das Sensorelement 10 hat ferner zwei Gaseintrittsöffnungen
21, die das Meßgas in den ersten Meßgasraum 13 leiten. Die
beiden Gaseintrittsöffnungen 21 sind beispielsweise symme
trisch zu einer durch die Mittellinie des Verbindungskanals
17 verlaufenden Ebene angeordnet (Fig. 3). An den Eingängen
zum ersten Meßgasraum 13 ist in Diffusionsrichtung des Meß
gases hinter den Gaseintrittsöffnungen 21 eine erste Diffu
sionsbarriere 23 aus beispielsweise porösem keramischen Ma
terial ausgebildet. Es ist aber genauso denkbar, die Gasein
trittsöffnungen 21 selbst mit porösem keramischen Material
zu füllen, so daß sich dann die Diffusionsbarriere 23 inner
halb der Gaseintrittsöffnungen 21 befindet.
In Diffusionsrichtung des Meßgases ist am Ende des Verbin
dungskanals 17 und vor dem zweiten Meßgasraum 15 eine zweite
Diffusionsbarriere 25 ausgebildet. Der zweite Meßgasraum 15
ist beispielsweise kreisringförmig ausgeführt, so daß die
zweite Diffusionsbarriere 25 ebenfalls kreisringförmig um
die am strömungsrichtungsseitigen Ende sich befindende Öff
nung des Verbindungskanals 17 positioniert ist.
Im ersten Meßgasraum 13 ist eine erste innere Elektrode 27
und eine zweite innere Elektrode 31 angeordnet. An der äuße
ren Großfläche der Festelektrolytschicht 11a befindet sich
eine äußeren Elektrode 28, die mit einer nicht dargestellten
porösen Schutzschicht bedeckt sein kann und die dem Meßgas
unmittelbar ausgesetzt ist. Im vorliegenden Ausführungsbei
spiel sind die inneren Elektroden 27, 31 in Diffusionsrich
tung des Meßgases hintereinander angeordnet. Es ist aber
auch möglich, die inneren Elektroden 27, 31 gegenüberliegend
im ersten Meßgasraum anzuordnen.
Im zweiten Meßgasraum 15 befindet sich eine dritte innere
Elektrode 35, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus
zwei sich gegenüberliegenden, ringförmigen Teilelektroden
besteht. Im Referenzgaskanal 19 befindet sich eine der Luf
tatmosphäre ausgesetzte weitere Elektrode 33. Es ist jedoch
auch eine Ausführungsform denkbar, bei der die vierte Elek
trode 33 ebenfall dem Meßgas ausgesetzt ist.
Um das Sensorelement 10 sowohl als NOx- als auch als HC-
Sensor betreiben zu können, sind die erste innere Elektrode
27 und die dritte innere Elektrode 35 aus speziellen Elek
trodenmaterialien auszuführen.
Für die Betriebsweise als HC-Sensor ist die erste innere
Elektrode 27 aus einem Material ausgeführt, das diese Elek
trode als Mischpotentialelektrode wirken läßt, wobei die
Mischpotentialelektrode die Gasgleichgewichtseinstellung des
Gasgemisches nicht oder nicht vollständig zu katalysieren
vermag. Ein derartiges Material ist beispielsweise Gold oder
eine Gold/Platin-Legierung mit vorzugsweise 1 Gew.-% Gold.
Die äußere Elektrode 28, die zweite innere Elektrode 31 und
die weitere Elektrode 33 bestehen aus einem katalytisch ak
tiven Material, beispielsweise aus Platin.
Für die Betriebsweise als NOx-Sensor ist die im zweiten Meß
gasraum 15 angeordnete dritte innere Elektrode 35 aus einem
Material ausgeführt, das NOx katalytisch zu reduzieren ver
mag. Ein solches Material ist beispielsweise Rhodium oder
eine Rhodium/Platin-Legierung. Wichtig für das Betreiben als
NOx-Sensor ist, daß die der NOx-sensitiven Elektrode 35 in
Diffusionsrichtung des Meßgases vorgelagerten Elektroden 27,
31 im wesentlichen keine Reduktion von NOx erlauben. Das
Elektrodenmaterial für alle Elektroden wird dabei in an sich
bekannter Weise als Cermet eingesetzt, um mit den kerami
schen Folien zu versintern.
Gemäß Fig. 2 und 3 sind die Elektroden 27 und 31 mit in der
Schichtebene zwischen den Festelektrolytschichten 11b und
11c geführten Leiterbahnen 41 mit an der Oberfläche des Sen
sorelements 10 ausgebildeten Kontaktierstellen 42 verbunden.
Die äußere Elektrode 28 ist auf der Großfläche der Festelek
trolytschicht 11a mit einer Leiterbahn 43 mit einer Durch
kontaktierstelle 44 verbunden, die zu der darunterliegenden
Schichtebene führt und dort eine weitere Kontaktstelle 45
ausbildet. Die beiden gegenüberliegenden Teilelektroden der
Elektrode 35 sind innerhalb des keramischen Trägers kontak
tiert und wie die weitere Elektrode 33 mit nicht dargestell
ten weiteren Leiterbahnen zu an der Oberfläche des Senso
relements 10 ausgebildeten weiteren Kontaktstellen 46 ge
führt.
In den keramischen Körper des Sensorelements 10 ist ferner
zwischen zwei nicht näher dargestellten elektrischen Isola
tionsschichten ein elektrischer Widerstandsheizer 39 einge
bettet. Der Widerstandsheizer 39 dient zum Aufheizen des
Sensorelements 10 auf die notwendige Betriebstemperatur. Da
bei liegt an den im wesentlichen übereinanderliegenden Elek
troden 27, 28, 31, 33, 35 im wesentlichen die gleiche Tempe
ratur vor. Die Einstellung gezielter Termperaturunterschiede
an den einzelnen Elektroden ist nicht beabsichtigt und auch
nicht möglich. Der Widerstandsheizer 39 weist an der zu den
Kontaktstellen 42, 45, 46 der gegenüberliegenden äußeren
Großfläche des Sensorelements 10 nicht dargestellte Heizer
kontaktstellen auf.
Der in Fig. 1 gezeigte Aufbau des erfindungsgemäßen Senso
relements 10 nutzt einen sogenannten Breitbandsensor zur Be
stimmung des Lambda-Wertes als Basissensor. Der Basissensor
wird dabei von den Festelektrolytschichten 11c, 11d, 11e,
11f, 11g und 11h sowie den Elektroden 27, 33 und 35 gebil
det. Die Elektroden 27 und die im Meßgasraum 15 gegenüber
liegende erste Teilelektrode der Elektrode 35 bilden bei dem
Breitbandsensor eine Pumpzelle und die zweite Teilelektrode
der Elektrode 35 mit der weiteren Elektrode 33 die Konzen
trationszelle, wobei die Elektrode 33 als Referenzelektrode
wirkt. Zur Weiterbildung als erfindungsgemäßes Sensorelement
10 werden die Festelektrolytschichten 11a und 11b mit den
Elektroden 27 und 28 mit dem Basissensor verbunden, wobei
in der Festelektrolytfolie 11b der Meßgasraum 13 ausgeführt
ist. Es ist aber genauso eine Ausführungsform denkbar, bei
der lediglich die Festelektrolytfolie 11a verwendet wird.
Bei dieser Ausführungsform ist dann in die Festelektrolytfo
lie 11a auch der Meßgasraum 13 integriert.
Das beschriebene Sensorelement 10 kann sowohl als NOx-Senor
als auch als HC-Sensor verwendet werden, wobei je nach An
wendung die einzelnen Elektroden 27, 28, 31, 33, 35 unter
schiedliche Funktionen ausführen. Dazu wird eine den Funk
tionen der Elektroden angepaßte elektrische Beschaltung der
Elektroden 27, 28, 31, 33, 35 vorgenommen.
Bei der Verwendung des Sensorelements 10 als NOx-Sensor wer
den die äußere Elektrode 28 und die erste innere Elektrode
27 als Pumpelektroden einer ersten Pumpzelle betrieben. Die
zweite innere Elektrode 31 ist mit der als Referenzelektrode
wirkenden weiteren Elektrode 33 als Konzentrationszelle ge
schaltet. An die Elektroden 27, 28 wird eine Pumpspannung
angelegt, mittels der im ersten Meßgasraum 13 durch ein Zu-
oder Abpumpen von Sauerstoff ein konstanter Sauerstoffpar
tialdruck eingestellt wird. Dabei wird die an die Elektroden
27, 28 angelegte Pumpspannung derart geregelt, daß sich an
den Elektroden 31, 33 der Konzentrationszelle ein konstanter
Spannungwert von beispielsweise 450 mV einstellt. Diese
Spannung entspricht einem Wert von Lambda = 1. Bei einem ma
geren Meßgas (Lambda < 1) wird von der ersten Pumpzelle Sau
erstoff aus dem ersten Meßgasraum 13 herausgepumpt. Bei ei
nem fetten Meßgas (Lambda < 1) wird vom Meßgas Sauerstoff in
den ersten Meßgasraum 13 hineingepumpt. Durch die Wahl des
Elektrodenmaterials und/oder durch eine entsprechende Pump
spannung wird sichergestellt, daß beim Pumpen des Sauer
stoffs kein NOx an den Elektroden 27, 31 abgepumpt wird.
Die auf einen konstanten Sauerstoffpartialdruck eingestellte
Meßatmosphäre gelangt nun über den Verbindungskanal 17 und
die zweite Diffusionsbarriere 25 in den zweiten Meßgasraum
15. Die sich im zweiten Meßgasraum 15 befindende dritte in
nere Elektrode 35 wird mit der weiteren Elektrode 33 als
zweite Pumpzelle betrieben. Dabei wirkt aufgrund des kataly
tischen Materials die dritte innere Elektrode 35 als NOx
sensitive Elektrode, an der das NOx gemäß der Reaktion NO ⇒
½ N2 + ½ O2 reduziert wird. Dabei wirkt die mit der Elektro
de 31 zusammenwirkende Referenzelektrode 33 gleichzeitig als
zweite Pumpelektrode, an der der aus dem zweiten Meßgasraum
15 abgepumpte Sauerstoff in die Luftatmosphäre freigesetzt
wird. Aufgrund der einen Diffusionswiderstand bildenden Dif
fusionsbarriere 25 wird das in den zweiten Meßgasraum 15
eindiffundierende NOx vollständig von der Elektrode 35 abge
pumpt. Dadurch stellt sich an der als weitere Pumpzelle wir
kenden elektrochemischen Zelle ein Grenzstrom ein, der als
Meßsignal aufgenommen die NOx-Konzentration angibt.
Wird das Sensorelement 10 als HC-Sensor eingesetzt, wird ge
genüber der Verwendung als NOx-Sensor eine andere Beschal
tung der Elektroden 27, 28, 31, 33, 35 vorgenommen. Die
Elektroden 33, 35 werden als Pumpelektroden betrieben, je
doch gegenüber der NOx-Anwendung derart, daß Sauerstoff aus
der Luftatmosphäre in den zweiten Meßgasraum 15 hineinge
pumpt wird. Dabei wird im zweiten Meßgasraum 15 eine künst
liche Meßatmosphäre mit einer gegenüber dem Meßgas erhöhten
Sauerstoffkonzentration von Lambda < 1 aufgebaut, wobei die
Meßatmosphäre über den Verbindungskanal weiter in den ersten
Meßgasraum 13 gelangt. Die erste Diffusionsbarriere 23 be
wirkt, daß der Sauerstoff nicht ungehindert in das Meßgas
entweichen kann und im ersten Meßgasraum 13 ein erhöhter
Sauerstoffpartialdruck erhalten bleibt.
Wesentlich für die Betriebsweise als HC-Sensor ist, daß die
erste innere Elektrode 27 eine sogenannte vergiftete kataly
tisch aktive Elektrode ist, die als Mischpotentialelektrode
keine oder zumindest keine vollständige Gleichgewichtsein
stellung des Gasgemisches realisiert. Die Betriebsweise als
HC-Sensor nutzt ferner die Tatsache, daß ein die HC-
Konzentration repräsentierendes Meßsignal, das bei elektro
chemischen Sensoren auftritt, sich nur im mageren Meßgas
(Lambda < 1) in charakteristischer Weise vom Signalverlauf
der Sauerstoffkonzentration unterscheidet.
Aufgrund der Tatsache, daß sich die höheren Sauerstoffkon
zentration im ersten Meßgasraum 13 von der im Referenzkanal
19 unterscheidet, baut sich zwischen der als Mischpotentia
lelektrode wirkenden Elektrode 27 und der Elektrode 33 eine
erste Spannung auf, die mit der HC-Konzentration und der
Sauerstoffkonzentrationsdifferenz korreliert. Ein zweites
Spannungssignal zwischen der katalytisch aktiven Elektrode
31 und der Elektrode 33 entspricht der Sauerstoffkonzentra
tion im Meßgasraum 13. Die Differenz zwischen beiden Span
nungen entspricht der HC-Konzentration im Meßgas. Diese
Spannungsdifferenz liegt ebenfalls zwischen der Elektrode 27
und der Elektrode 31 an, so daß die zwischen den Elektroden
27, 31 abgegriffene Spannung als Meßsignal die HC-Konzentra
tion angibt. Es ist jedoch auch möglich, den von der Span
nung zwischen den Elektoden 27, 31 angetriebenen Strom als
Meßsignal aufzunehmen.
Die Elektrode 28 besitzt beim HC-Sensor keine Funktion und
wird daher bei der Beschaltung des Sensorelements 10 nicht
berücksichtigt.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht darin,
für die Verwendung als NOx-Sensor und HC-Sensor jeweils ein
spezielles Sensorelement zu nutzen. Dabei wird vorzugsweise
der gleiche Schichtaufbau der Festelektrolytschichten sowohl
für den NOx-Sensor als auch für den HC-Sensor verwendet. Un
terschiede bestehen beim Material für die Elektrode 27 und
die Elektrode 35. Bei einem NOx-Sensor kann dann die Elek
trode 31 nicht aus einem Mischpotentialmaterial hergestellt
werden, sondern kann aus dem gleichen Material wie die Elek
trode 27 bestehen. Bei einem HC-Sensor muß das Material der
Elektrode 35 nicht NOx-reduzierend sein, sondern kann aus
dem gleichen Material wie die Elektrode 31 oder auch dem der
Elektrode 27 bestehen. Da die Elektroden in Dickschichttech
nik auf die keramischen Folien aufgebracht werden, besitzt
eine derartige Ausführungsform immer noch Kostenvorteile,
weil die Anzahl der Folien und die kostenaufwendige Lami
niertechnik identisch bleibt.
Der Sensor eignet sich außerdem zur Bestimmung von Ammoniak
in Gasgemischen. Dazu wird in die erste Diffusionsbarriere
23 Platin eingelagert, das aufgrund seiner katalytischen
Wirkung eine Oxidation des Ammoniaks zu NOx realisiert.
Claims (17)
1. Elektrochemischer Gassensor zur Bestimmung der Konzentra
tion von Gaskomponenten in Gasgemischen mit einem ersten
Meßgasraum, der mit dem Meßgas in Verbindung steht, mit ei
nem zweiten Meßgasraum, der mit dem ersten Meßgasraum über
einen Verbindungskanal verbunden ist, mit einer ersten Elek
trode und einer zweiten Elektrode, die jeweils im ersten
Meßgasraum angeordnet sind, mit mindestens einer im zweiten
Meßgasraum angeordneten dritten Elektrode und mit mindestens
einer vierten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Meßgasräume (13, 15) durch mindestens eine sauerstof
fionenleitende Schicht voneinander getrennt in übereinander
liegenden Schichtebenen angeordnet sind.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Verbindungskanal (17) durch die sauerstoffionenleitende
Schicht geführt ist.
3. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Gaseintrittsöffnungen (21) in den ersten
Meßgasraum (13) führen, die symmetrisch zu einer durch die
Mittellinie des Verbindungskanals (17) verlaufenden Ebene
angeordnet sind.
4. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die dritte Elektrode (35) aus zwei sich im zweiten Meßgas
raum (15) gegenüberliegenden Teilelektroden besteht.
5. Gassensor nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die dritte Elektrode (35) ein Material enthält, das die
Gaskomponente NOx zu reduzieren vermag.
6. Gassensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die dritte Elektrode (35) Rhodium oder eine Rhodium/Platin-
Legierung enthält.
7. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
ersten Meßgasraum (13) die erste Elektrode (27) und die
zweite Elektrode (31) in Diffusionsrichtung des Meßgases
hintereinander liegen.
8. Gassensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Elektrode (27) ein Material enthält, daß die
Gleichgewichtseinstellung des Gasgemisches nicht oder nicht
vollständig zu katalysieren vermag.
9. Gassensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Elektrode (27) Gold oder eine Platin/Gold-Legierung
enthält.
10. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine dem Meßgas ausgesetzte weitere Elektrode (28) vorgese
hen ist, daß an die Elektroden (27) und (28) eine Pumpspan
nung anlegbar ist, mit der im ersten Meßgasraum (13) ein im
wesentlichen konstanter Sauerstoffpartialdruck einstellbar
ist, und daß die dritte Elektrode (35) mit der vierten Elek
trode (33) zu einer weiteren Pumpzelle geschaltet ist, deren
Pumpstrom als Meßsignal aufgenommen wird.
11. Gassensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Elektrode (31) und die vierte Elektrode (33) eine
Konzentrationszelle bilden, die auf einen konstanten Span
nungswert geregelt ist.
12. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Elektroden (33) und (35) als Pumpezellen geschaltet
sind, die Sauerstoff in den Meßgasraum (15) pumpen, und daß
die erste Elektrode (27) als Mischpotentialelektrode ausge
bildet ist und mit der vierten Elektrode (33) eine Konzen
trationszelle bildet, deren Spannung als Meßsignal aufgenom
men wird.
13. Elektrochemischer Gassensor zur Bestimmung der Konzen
tration von Gaskomponenten in Gasgemischen mit einem ersten
Meßgasraum, der mit dem Meßgas in Verbindung steht, mit ei
nem zweiten Meßgasraum, der mit dem ersten Meßgasraum über
einen Verbindungskanal verbunden ist, mit einer ersten Elek
trode und einer zweiten Elektrode, die jeweils im ersten
Meßgasraum angeordnet sind, mit mindestens einer im zweiten
Meßgasraum angeordneten dritten Elektrode und mit mindestens
einer vierten Elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die er
ste Elektrode (27) ein Material enthält, das die Gleichge
wichtseinstellung des Gasgemisches nicht oder nicht voll
ständig zu katalysieren vermag, und daß die dritte Elektrode
(35) ein Material enthält, das die Gaskomponente NOx zu re
duzieren vermag.
14. Gassensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die erste Elektode (27) Gold oder eine Platin/Gold-Legierung
enthält.
15. Gassensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Goldanteil in der Platin/Gold-Legierung 0,5 bis 3 Gew.-%,
vorzugsweise 1 Gew.-% beträgt.
16. Gassensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die dritte Elektrode (35) Rhodium oder eine Rhodium/Platin-
Legierung enthält.
17. Gassensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß
die beiden Meßgasräume (13, 15) durch mindestens eine sauer
stoffionenleitende Schicht voneinander getrennt in überein
anderliegenden Schichtebenen angeordnet sind und daß der
Verbindungskanal (17) durch die sauerstoffionenleitende
Schicht geführt ist.
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