DE2742278A1 - Sauerstoff-sensor - Google Patents

Sauerstoff-sensor

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DE2742278A1
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Kazuo Matoba
Hiroshi Takao
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Nissan Motor Co Ltd
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Description

Beschreibung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine elektrochemische Abtastvorrichtung oder Sensor-Anordnung zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in einem Gas oder einer Flüssigkeit unter Einsatz eines ionenleitfähigen Feststoff-Elektrolyten zum Aufbau einer Sauerstoff-Konzentrationszelle, insbesondere auf einen Sauerstoff-Sensor der vorgenannten Art zur Verwendung mit einem geschlossenen Regelkreis für Luft/Kraftstoff-Zufuhr einer Verbrennungskraftmaschine.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen und verbesserten Sauerstoff-Sensor zu bieten, der eine maximal mögliche elektromotorische Kraft (EMK) selbst dann entwickeln kann, wenn er in einem Gas verhältnismäßig tiefer Temperatur verwendet wird, in dem herkömmliche Sauerstoff-Sensoren nur recht mäßige Leistung zeigen. Ferner soll dieser verbesserte Sauerstoff-Sensor einfach im Aufbau und kompakt sein, was zur Entstehung verhältnismäßig geringer Herstellungskosten führt.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Sauerstoff-Sensor mit einer ersten Schicht aus einer Metall/ Metalloxid-Sintermasse gelöst, die als Bezugssauerstoffquelle wirkt und an einer ebenen Oberfläche eines Basisteils befestigt ist, bei dem ferner eine zweite Schicht eines Feststoff-Elektrolyten auf der ersten Schicht und eine dritte Schicht aus Metall auf der zweiten Schicht befestigt ist,
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sodaß, wenn die dritte Schicht Abgasen oder dergl. ausgesetzt wird, eine EMK (elektromotorische Kraft) zwischen der ersten und der dritten Schicht entsteht.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht also in einem Sauerstoff-Sensor zur Bestimmung des Sauerstoff-Gehalts in einem Fluid, der ein Basisteil mit praktisch ebener Oberfläche, eine erste Schicht aus einem kompaktierten Pulvergemisch, bestehend aus einem Metall und einem Oxid des Metalls, als Bezugssauerstoffquelle mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, wovon die erste Oberfläche der ersten Schicht direkt an der ebenen Oberfläche des Basisteils befestigt ist, eine zweite Schicht aus einem Feststoff-Elektrolyten mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, wovon die erste Oberfläche der zweiten Schicht direkt an der zweiten Oberfläche der ersten Schicht befestigt ist, und eine dritte Schicht aus einem Metall mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche, wovon die erste Oberfläche der dritten Schicht direkt an der zweiten Oberfläche der zweiten Schicht befestigt ist und die zweite Oberfläche der dritten Schicht dem Fluid ausgesetzt ist, aufweist, wobei die obige Anordnung so ist, daß, wenn die zweite Oberfläche der dritten Schicht dem Fluid ausgesetzt ist, zwischen der ersten und der dritten Schicht eine elektromotorische Kraft entsteht.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den Figuren;
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von diesen zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht des herkömmlichen Sauerstoff-Sensors;
Fig. 2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Sauerstoff-Sensors ;
Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, jedoch einer anderen Ausführungsform;
Fig. 4 ebenfalls eine Ansicht ähnlich Fig. 2, jedoch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 ein Diagramm, das qualitativ die Beziehung zwischen der Temperatur eines zu messenden Gases und der Größe der in den Sauerstoff-Sensoren der Figuren 1 bis 4 entwickelten EMK zeigt und
Fig. 6 ein Diagramm, das qualitativ die Beziehung zwischen der Zeit, während der der Sensor einem Gas ausgesetzt ist, dessen Sauerstoffkonzentration zu messen ist, und der von verschiedenen Sauerstoff-Sensoren, einschließlich der erfindungsgemäßen, entwickelten EMK zeigt.
Um die erfinderischen Stufen gemäß der vorliegenden Erfindung klar-zu_stellen, wird unter Bezug auf Fig. 1 ein herkömmlicher Sauerstoff-Sensor beschrieben.
In dieser Figur ist der herkömmliche Sauerstoff-Sensor allgemein mit der Bezugsziffer 10 dargestellt. Der Sensor weist einen tubusartigen Feststoff-Elektrolyten 12 mit einem geschlossenen und einem offenen Ende auf. Der Elektrolyt 12 ist so ausgebildet, daß er an seinem mittelachsigen
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Teil mit einem Kragenteil 12a aus dem nachfolgend zu Tage tretenden Grund aufweist. Mit der Bezugsziffer 14 ist ein Hohlraum innerhalb des Elektrolyten 12 bezeichnet, der mit der freien Umgebung über öffnungen 16a und 18a in einem Metallrohr 16 bzw. einem rohrförmigen Metallgehäuse 18 in Verbindung steht. Die so in den Raum 14 eingeführte Luft wirkt als Bezugsgas oder Bezugssauerstoffquelle. Die den Hohlraum 14 festlegende Oberfläche des Elektrolyten ist mit einer dünnen Metall-Elektrode 20 beschichtet oder bedeckt, wie mit einer Platinschicht, wobei die Elektrode mit dem Metallrohr 16 in elektrischem Kontakt steht. Das rohrförmige Gehäuse 18 besitzt einen vergrößerten Abschnitt 18b, in dem der Kragenteil 12a des Elektrolyten dicht aufgenommen ist, sodaß eine weitere dünne Elektrode 22, ebenfalls aus Platin, die die Außenoberfläche des Elektrolyten 12 bedeckt, das Gehäuse, wie dargestellt, elektrisch berührt. Die Bezugsziffer 24 ist ein Endteil, das über das Metallrohr 16 mit der dünnen Elektrode 20 verbunden ist. Das geschlossene Endteil des Elektrolyten 12 ragt in eine perforierte Hülse 26, die an ihrem oberen Ende an dem rohrförmigen Gehäuse 18 angebracht ist. Mit dieser Konstruktion entsteht zwischen dem Gehäuse 18 und dem Endglied 24 eine elektromotorische Kraft (EMK), wenn der Sensor 10 einem Gas ausgesetzt wird, dessen Sauerstoffkonzentration gemessen werden soll, oder, wie später angegeben, einem zu messenden Gas.
Bei diesem herkömmlichen Sauerstoff-Sensor 1o jedoch treten die folgenden Nachteile auf: Zuerst sind wegen des
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komplizierten Aufbaues des rohrförmigen Elektrolyten 12 mit dem Kragenteil 12a und dem Hohlraum 14 mühsame Produktionsschritte für die Bildung eines solchen Elektrolyten 12 erforderlich oder daran beteiligt. Zweitens wird, da der Elektrolyt 12, wie vorstehend erwähnt, von komplexer Struktur ist, der Zusammenbau des Elektrolyten 12 mit den anderen Teilen, wie dem Gehäuse 18 und dem Metallrohr 16, sehr schwierig. Drittens springt oder bricht der Elektrolyt leicht bei geringen Erschütterungen, da er zu einem Rohr ausgeformt ist. Die US-PS 3.940.327 offenbart einen Sauerstoff-Sensor, der die vorstehenden Mangel teilweise behebt. Dieser Sensor weist einen scheibenförmigen Feststoff-Elektrolyten mit einander gegenüberliegenden ebenen Oberflächen auf, die jeweils mit zwei dünnen Metall-Elektroden beschichtet oder bedeckt sind, und der in einem Ende eines Metallrohrs angeordnet ist. Doch treten selbst in diesem Sensor aufgrund seines komplizierten Aufbaues noch eine Reihe von Nachteilen auf.
Aus den vorstehenden Ausführungen ergibt sich, daß es eine Grenze bei den bekannten Sauerstoff-Sensoren hinsichtlich der Fähigkeit, den ganzen Sensor-Aufbau kompakt und einfach zu machen, gibt. Tatsächlich ist ein ziemlich umfangreicher Elektrolyt mit einem Nachweisabschnitt von etwa 0,5 bis 1 mm Dicke weitverbreitet als Sauerstoff-Sensor verwendet worden. Dies deshalb, weil, wenn die Dicke des Abschnitts kleiner als 0,5 mm ist, dem die angemessene mechanische Festigkeit fehlt. Außerdem lockert sich bei dem in
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Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Sauerstoff-Sensor gelegentlich die Verbindung zwischen der Außenelektrode 22, die die äußere Oberfläche des Elektrolyten 12 bedeckt, und der inneren Oberfläche des Metallgehäuses 18 aufgrund von Vibrationen, die während der Verwendung einwirken, wodurch die elektrische Verbindung dazwischen gestört wird. Damit kann das zu messende Gas in den Freiluftraum über einen in dem Sensor so gebildeten Zwischenraum eindringen und diesen dadurch hindern, seine normale Leistung zu entwickeln.
Bei den Sauerstoff-Sensoren des vorgenannten Typs besteht eine Neigung, daß die EMK des Elektrolyten entscheidend von seiner Temperatur abhängig ist. Insbesondere sinkt die EMK mit abnehmender Temperatur des Elektrolyten. Tatsächlich können herkömmliche Sauerstoff-Sensoren ihre max. mögliche Leistung nicht mehr erbringen, wenn sie in einem Gas mit einer Temperatur unter etwa 25O°C verwendet werden. Dies bedeutet, daß die vorgenannten Sensoren den Sauerstoff-Gehalt der im Leerlauf von einer Verbrennungskraftmaschine emittierten Abgase nicht mehr genau zu bestimmen vermögen, da die Temperatur der Abgase unter solchen Bedingungen unvermeidbar unter 25O°C liegt. Im Hinblick hierauf werden gewöhnliche Sauerstoff-Sensoren in einem zu messenden Gasstrom häufig so angeordnet, daß ihr Meßabschnitt in der Zone dieses Stroms mit der höchstmöglichen Temperatur liegt. Diese Anordnung jedoch verursacht eine überlang gestreckte Bauweise des Sensors.
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Um die vorgenannten verschiedenen Nachteile zu beheben, wurde ein Sauerstoff-Sensor entwickelt, der ein Basisteil aus einer Sintermasse aus einem Gemisch von Metall und einem Oxid des Metalls, wie ein Ni-NiO-Gemisch, eine auf einer Oberfläche des Sinter-Basisteils abgeschiedene Feststoff-Elektrolyt-Schicht und eine elektrisch leitfähige Schicht, wie eine Platinschicht, auf der Feststoff-Elektrolyt-Schicht angeordnet, umfaßt. Diese Art Sauerstoff-Sensor behob die vorerwähnten Nachteile bis zu einem gewissen Ausmaß, in dem Sensor tritt jedoch ein Problem auf; die atmosphärische Luft erreicht die Kontaktoberflächen der Masse und die Feststoff-Elektrolyt-Schicht durch die poröse Sinter-Masse (Basisteil), was den Sensor daran hindert, optimal zu arbeiten. Dieses unerwünschte Phänomen wird stärker bemerkbar, wenn die Dicke der Sinter-Masse unter etwa 1 mm gesenkt wird.
In Fig. 2 ist ein Sauerstoff-Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, der allgemein mit der Bezugsziffer 28 bezeichnet ist. Der Sensor 28 umfaßt ein Feststoff-Basisteil 3o aus Keramik oder einem Gemisch aus Keramik und Metall. Auf einer oberen ebenen Oberfläche des Basisteils 30 ist eine elektrisch leitfähige Schicht 32, wie eine Platinschicht, abgeschieden, die als Elektrode wirkt. Auf einer oberen Oberfläche der Schicht angeordnet befindet sich eine Schicht 34 aus einem sauerstoff haltigen Material, wie einem Gemisch aus einem Metall und einem Oxid des Metalls. Eine Fest stoff-Elektrolyt-Schicht
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ist auf einer oberen Oberfläche der sauerstoffhaltigen Schicht 34 abgeschieden, wobei Seitenkanten der Schichten 32 und 34 durch abwärts gebogene Teile oder Flansche 36a bedeckt sind. Die Führungsenden der gebogenen Teile 36a stehen dichtend in Berührung mit der oberen ebenen Oberfläche des Basisteils 30, wie dargestellt. Die äußere oder obere Oberfläche der Elektrolyt-Schicht 36 ist mit einer weiteren elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt, wie mit einer Platinschicht 38, die als weitere Elektrode des Elektrolyten 36 wirkt. Eine poröse Schutzschicht 40 bedeckt die leitfähige Schicht 38 und einen Teil der Elektrolyt-Schicht 36 zum Schutz gegen mechanische und chemische Schädigung. Wie dargestellt, sind die Elektroden-Schichten 32 und 38 jeweils mit Vorsprüngen 32a und 38a ausgebildet, die von Löchern (ohne Bezugsziffern) aufgenommen werden, die im Basisteil 30 ausgebildet sind. Erste und zweite Endglieder 42 und 44 sind jeweils in den Löchern zur Verbindung mit den jeweiligen Vorsprügen 32a und 38a gehalten. Mit diesem Aufbau entwickelt sich die EMK über die ersten und zweiten Endglieder 42 und 44, wenn der Sensor 28 einem zu messenden Gas ausgesetzt wird.
In Fig.3 ist ein Sauerstoff-Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und allgemein mit der Bezugsziffer 46 bezeichnet. Dieser Sauerstoff-Sensor umfaßt im allgemeinen die gleichen Teile wie im Falle der vorgenannten ersten Ausführungsform 28. So sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 2 bezeichnet.
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Bei dieser zweiten Ausführungsform fehlt die ersterwähnte Elektrode 32 im Sensor 28 (vgl.Fig.2) und daher ist die sauerstoffhaltige Schicht 34 mit einem Vorsprung 34a ausgebildet, der mit dem ersten Endglied 4 2 verbunden ist.
In Fig. 4 ist ein Sauerstoff-Sensor gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung dargestellt und allgemein mit der Bezugsziffer 48 bezeichnet. Auch in dieser Figur sind allgemein die gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie im Falle der Fig. 2 bezeichnet. Der Sauerstoff-Sensor 48 umfaßt ein Basisteil 50, das aus einem Walzstahl oder einem herkömmlich gesinterten Metall gefertigt sein kann. Auf einer oberen ebenen Oberfläche des Basisteils 50 ist eine Schicht 52 aus einem sauerstoffhaltigen Material 34 abgeschieden, wie aus einem Gemisch eines Metalls und eines Oxids des Metalls. Diese Schicht wirkt als Elektrode sowie als Bezugs-Sauerstoffquelle. Eine Schicht 36 aus einem festen Elektrolyten ist auf einer oberen Oberfläche der sauerstoffhaltigen Materialschicht 34 abgeschieden und bedeckt deren Seitenkanten durch abwärts gebogene Enden 36a. Die Führungsenden der gebogenen Enden 36a stehen in dichtender Berührung mit der oberen ebenen Oberfläche des Basisteils 50. Eine obere Oberfläche der Feststoff-Elektrolyt-Schicht 36 ist mit einer Schicht 38 eines elektrisch leitfähigen Materials bedeckt, die als weitere Elektrode des Elektrolyten 36 wirkt. Eine poröse Schutzschicht 40 bedeckt die Elektrode und die nach unten gebogenen Enden 36a des Elektrolyten 36,
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wie dargestellt, zum Schutz gegen mechanische und chemische Schädigung. Ein erstes Endglied 42 ist mit einer unteren Oberfläche des Basisteils 50 durch Schweißen oder dergleichen verbunden, und ein zweites Endglied 44 ist mit der Elektrode 38 durch eine in der Schutzschicht 40 ausgebildete öffnung (ohne Bezugsziffer) hindurch verbunden. Die EMK entwickelt sich durch die zwei Endglieder 42 und 44 hindurch, wenn der Sensor 48 einem zu messenden Gas ausgesetzt ist.
In den vorstehend erläuterten Sensoren kann das sauerstoffhaltige Material 34 aus einem Gemisch aus Ni-NiO, Cd-CdO, Zn-ZnO, Cu-Cu3O, Co-CoO oder Cr-Cr3O3 bestehen. Jedes Gemisch kann aus 1 bis 99% Metall, Rest Metalloxid, bestehen. Versuche haben gezeigt, daß das Gemisch aus Ni-NiO im Rahmen der Erfindung höchst zufriedenstellende Ergebnisse liefert. Der feste Elektrolyt 36 kann aus ZrO-, stabilisiert durch CaO, Y3O3, Sr0» M9° oder ThO2, oder Bi2O3 stabilisiert durch Nb3O5 , SrO, WO3, Ta3O5 oder Y3O3 bestehen. Außerdem können herkömmliche Gemische, wie ThO3-Y3O3 und CaO-Y3O3, zur Herstellung des Elektrolyten gemäß der Erfindung verwendet werden. Zur Bildung der Elektroden-Schichten 32 und 38 sind sowohl Materialien ohne katalytische Oxydations-Eigenschaften (wie Ag, Au und SiC) als auch Materialien mit katalytischen Oxydations-Eigenschaften (wie Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt) verwendbar. Weiter können Legierungen der Platingruppen-Metalle (wie Ru, Rh, Pd, Os, Ir und Pt) und Legierungen dieser Platingruppen-Metalle sowie Nicht-Edelmetalle für die Elektroden-Schichten
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32 und 38 im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Die
poröse Schutzschicht 40 kann aus Al-O3, BeO, ZrO2' SiC
und/oder jedem anderen bekannten keramischen Material
hergestellt sein.
Beispiel 1
Zur Herstellung eines Sauerstoff-Sensors, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, wurde folgendermaßen gearbeitet: Für das Basisteil 30 wurde eine Aluminium-oxid-Platte mit einer Reinheit über 98 % und 5 mm Länge, 5 mm Breite und 0,5 mm Dicke verwendet. Zum Unterbringen der beiden Endglieder 42 und 44 wurden in das Basisteil 40 zwei durchgehende Löcher gleichen Durchmessers von etwa 0,5 mm gemacht. Die erste Elektroden-Schicht 32 wurde durch Beschichten der oberen ebenen Oberfläche des Basisteils 30 mit einer Platinpulver in einem organischen Bindemittel
enthaltenden Paste und anschließendes Brennen des so überzogenen Basisteils 30 bei etwa 14OO°C hergestellt. In
einem begrenzten Bereich, wo das durchgehende Loch für das Endglied 44 angeordnet war, wurde die Paste nicht aufgebracht. Mit dieser Arbeitsweise entstand auf dem Basisteil 30 eine Platinschicht mit einer Dicke von etwa 2 pm. Zur Bildung der sauerstoffhaltigen Schicht 34 wurde ein Gemisch aus 50 Gewichtsprozent Ni und 50 Gewichtsprozent NiO (mit einer Teilchengröße von etwa 0,2 bis etwa 10 jam) auf die obere Oberfläche der Elektroden-Schicht 32 aufgebracht, um diese zu bedecken und dann bei etwa 1300°C etwa eine Stunde
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in Luft gebrannt. Damit wurde eine feste Schicht aus Ni und NiO mit einer Dicke von etwa 30 um hergestellt. Die Feststoff-Elektrolyt-Schicht 36 wurde durch Aufbringen eines Gemischs aus 15 Mol-Prozent Nb3O5 und 85 Mol-Prozent Bi-O, (mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 0,1 bis 5 μπι) auf die Ni-NiO-Schicht 34 und die seitlichen Enden der Elektroden-Schicht 32 und Schicht 34 und nach dem Trocknen des Gemischs durch Brennen bei etwa 92O°C hergestellt. Damit wurde eine Elektroden-Schicht mit einer Dicke von etwa 20 pm erzeugt. Die gleiche Paste, wie sie zur Herstellung der ersten Schicht verwendet wurde, wurde auf die Oberfläche der Elektroden-Schicht 36 und auf die zuvor genannte begrenzte Zone aufgebracht und bei etwa 9OO°C etwa eine Stunde gebrannt. Durch diese Arbeitsweise wurde eine Platinschicht mit einer Dicke von etwa 2 μπι erzeugt. Unter Anwendung einer Plasmastrahl-Abscheidungsmethode wurde eine poröse Aluminium-oxid-Schicht auf der Elektrode 38, dem teilweise freien Teil 36a des Elektrolyten 36 und/oder einem Teil des Basisteils 30 gebildet. Die Dicke der porösen Aluminium-oxid-Schicht 40 betrug etwa 50 um. Rostfreier Stahlwickeldraht (SUS 304) mit einem Durchmesser von etwa 0,5 mm wurde in den jeweiligen durchgehenden Löchern des Basisteils 30 angeordnet und mit den jeweiligen Elektroden-Schichten 32 und 38 durch Löten (Silberlot: BAg-1, Löttemperatur: 65O°C) verbunden.
Der nach der vorerwähnten Arbeitsweise bereitgestellte Sauerstoff-Sensor 28 wurde einem Versuch unterworfen, um in
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einem Verbrennungsgasstrom von Propan seine EMK-Merkmale hinsichtlich der Gastemperatur zu prüfen. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in der Fig. 5 durch die Linie A dargestellt. Zum Vergleich ist ein Ergebnis eines herkömmlichen Sauerstoff-Sensors, wie dem in Fig. 1 gezeigten, ausgestattet mit einem tubusartigen Feststoff-Elektrolyten (15 Mol-Prozent, CaO + 85 Mol-Prozent ZrCU) mit einer Dicke von 1,0 mm ebenfalls durch eine gestrichelte Linie D dargestellt. Wie diese Darstellung gut erkennen läßt, entwickelt der Sensor 28 gemäß der Erfindung die maximal mögliche EMK, selbst wenn die Temperatur des Verbrennungsgasstroms etwa 2 50 C ist, verglichen mit dem herkömmlichen Sensor, der bei der gleichen Temperatur eine stark herabgesetzte EMK entwickelt.
Der Sauerstoff-Sensor 28 wurde einem weiteren Versuch unterworfen, um die Beziehung zwischen der vom Sensor entwickelten EMK und der Zeit zu prüfen, die er dem Verbrennungsgasstrom mit einer konstanten Temperatur von etwa 250 C ausgesetzt ist. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in Fig. 6 durch eine ausgezogene Linie A dargestellt. Die ausgezogenen Linien B und C zeigen die jeweiligen Ergebnisse zweier herkömmlicher Sauerstoff-Sensoren, deren erste eine scheibenförmige Sintermasse aus dem Gemisch aus Ni-NiO mit einer Dicke der Masse von etwa 1 mm, eine Feststoff-Elektrolyt-Schicht aus einer festen Lösung von 15 Mol-Prozent Nb20t- und 85 Mol-Prozent Bi^O., mit einer Dicke von etwa 50 pm, wobei die Elektrolyt-Schicht auf einer Oberfläche der Sintermasse abgeschieden ist, und eine etwa 2 mm dicke, auf dem Elektrolyten abgeschiedene
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Platinschicht, und deren zweite eine zylindrische Sintermasse von etwa 5 mm Länge aus dem Ni-NiO-Gemisch, einen etwa 0,5 mm dicken Feststoff-Elektrolyten aus 15 Mol-Prozent Nb2O5 und 85 % Bi-O3, auf einer Oberfläche der Sintermasse abgeschieden, und eine 2 um dicke Platinschicht, auf der Elektrode abgeschieden, umfaßt. Eine unterbrochene Linie D zeigt das Ergebnis des zuvor genannten herkömmlichen Sauerstoff-Sensors, wie er in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in dieser Graphik wiedergegeben, zeigt der erfindungsgemäße Sensor 28 rasche Aufwärmcharakteristik und liefert die maximal-mögliche EMK in der minimal-möglichen Zeit.
Beispiel 2
Zur Herstellung eines Sauerstoff-Sensors', wie dem in Fig. 3 gezeigten, wurde folgendermaßen vorgegangen. Es wurde praktisch so wie in Beispiel 1 gearbeitet, es entfiel aber die Stufe der Bildung der ersten Elektrodenschicht 32 in diesem Beispiel 2, so daß die Sinterschicht 34 auch als Elektrode wirkte. Es wurde im wesentlichen die gleiche Leistung wie in Beispiel 1 erzielt.
Beispiel 3
Zur Herstellung eines Sauerstoff-Sensors, wie dem in Fig. 4 gezeigten, wurde folgendermaßen vorgegangen. Für das Basisteil 50 wurde ein rostfreies Stahlblech (SUS 430) von
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5 mm Länge, 5 mm Breite und 0,3 mm Dicke verwendet. Für das erste Endglied 4 2 wurde ein rostfreier Stahldraht (SUS 304) mit einem Durchmesser von etwa O,5 mm auf die rückwärtige Oberfläche des Basisteils 5O aufgelötet verwendet. Die obere Oberfläche des rostfreien Stahlblechs (das Basisteil 50) wurde unter Einsatz eines Schmirgelpapiers der Klasse Nr. 500 poliert, und die polierte Oberfläche wurde mit Alkohol abgespült und dann getrocknet. Zur Bildung der sauerstoffhaltigen Schicht 34 wurde das gleiche Ni-NiO-Gemisch wie in Beispiel 1 auf die saubere trockene Oberfläche des BasisteiIs 50 gebracht und dann bei etwa 1150 0C gebrannt. Die feste Elektrolyt-Schicht 36 und die Platinschicht 38 wurden nach der gleichen Arbeitsweise wie in Beispiel 1 hergestellt. Ein rostfreier Stahldraht (SUS 304) mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm wurde auf einen Teil der Platinschicht 38 aufgelötet. Unter Anwendung der Plasmastrahl-Abscheidungsmethode wurde eine poröse Aluminium-oxid-Schicht 40 auf der Platinschicht 38 gebildet. Mit diesem Aufbau zeigte der Sauerstoff-Sensor 48 praktisch die gleiche Leistung wie im Falle des Beispiels 1.
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Claims (4)

  1. Dr. D.Thomsen PATE NTANWALTS BÜRO
    W. Weinkauff
    0 Teiafo.1 i'0fc9) C30211
    01 C30212
    4 2 2 7 8
    Telex 524303 xpert d ~ ~~
    PATENTANWÄLTE
    München: Frankfurt/M.:
    Or. rer. nat. D. Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff
    (Fuchshohl 71)
    DmdMf Bank AQ, München. Konto 5 574237
    8000 München 2 Kateer-Ludwlg-Platz β 2ο. September 1977
    Nissan Motor Company, Limited Yokohama City, Japan
    Sauerstoff-Sensor Patentansprüche
    /1 J Sauerstoff-Sensor zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in einem Fluid, enthaltend ein Basisteil (3O) mit im wesentlichen ebener Oberfläche,
    eine ebene Schicht (34) eines kompaktierten Pulvergemisch^, bestehend aus einem Metall und einem Oxid des Metalls, als Bezugsquelle für Sauerstoff mit ersten und zweiten Oberflächen, wovon die erste Oberfläche dieser ersten Schicht direkt an der ebenen Oberfläche des Basisteils angebracht ist,
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    eine zweite Schicht (36) eines festen Elektrolyten mit ersten und zweiten Oberflächen, wobei die erste Oberfläche dieser zweiten Schicht direkt an der zweiten Oberfläche der ersten Schicht angebracht ist,und
    eine dritte Schicht (38) eines Metalls mit ersten und zweiten Oberflächen, wobei die erste Oberfläche dieser dritten Schicht direkt an der zweiten Oberfläche der zweiten Schicht angebracht ist und die zweite Oberfläche der dritten Schicht dem Fluid ausgesetzt ist,
    wobei die obige Anordnung so ist, daß, wenn die zweite Oberfläche der dritten Schicht dem Fluid ausgesetzt wird, zwischen der ersten und der dritten Schicht eine elektromotorische Kraft entsteht.
  2. 2. Sauerstoff-Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil aus einem Material der Gruppe Keramik, Gemisch aus Keramik und Metall sowie Metall besteht.
  3. 3. Sauerstoff-Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er eine vierte Schicht (32) aus einem Metall zwischen der ebenen Oberfläche des Basisteils und der ersten Oberfläche der ersten Schicht aufweist.
  4. 4. Sauerstoff-Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht aus einem Gemisch aus Ni und NiO besteht.
    809812/0973 ORIGINAL INSPECTED
DE19772742278 1976-09-22 1977-09-20 Sauerstoff-sensor Withdrawn DE2742278A1 (de)

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JP11430476A JPS5339791A (en) 1976-09-22 1976-09-22 Oxygen sensor

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19772742278 Withdrawn DE2742278A1 (de) 1976-09-22 1977-09-20 Sauerstoff-sensor

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US (1) US4126532A (de)
JP (1) JPS5339791A (de)
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GB (1) GB1556944A (de)

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