DE3102918A1

DE3102918A1 - Sensor zum erkennen von nichtgleichgewichtszustaenden in gasen

Info

Publication number: DE3102918A1
Application number: DE19813102918
Authority: DE
Inventors: Harald Dr. 7016 Gerlingen Reber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1981-01-29
Filing date: 1981-01-29
Publication date: 1982-09-02

Description

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22.1.1981 Pf/Ki

ROüERT !',OSCH GMBH, 70On STUTTGART 1

Sensor zum Erkennen von Nichtgleichgewichtszuständen in Gasen

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind einerseits Meßfühler bekannt, die nach d'-m potentioraetr J liehen Prinzip der Lambdasonden arbeiten und die im wesentlichen nur für das Erkennen des Umschlagpunktes bei X= 1 geeignet sind, andererseits sind auch sogenannte Grenzstromsonden bekannt, die nach dem polarographischen Prinzip arbeiten und mit denen Sauerstoffgehalte in verhältnismäßig weiten Bereichen gemessen werden können, die also beispielsweise bei Verbrennungsmotoren auch noch im mageren Bereich (/l-p* 1 ) eingesetzt werden können. Es ist bei diesen Sonden jedoch nicht unmittelbar festzustellen, ob das Gas, dessen Sauerstoffgehalt bestimmt werden soll, sich im thermodynamischen Gleichgewicht befindet oder nicht.

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Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß mit ihm sehr schnell Mchtgleichgewichtszustände in Gasen, insbesondere in Abgasen von Verbrennungsanlagen oder Verbrennungsmotoren, erkannt werden können. Bei magerem Betrieb enthalten beispielsweise die Abgase von Verbrennungsmotoren mehr oder weniger große Anteile nicht umgesetzter Brennstoffanteile oder Nebenprodukte des Verbrennungsvorganges, wie z. B. Ruß oder Stickoxide. Derartige Fichtgleichgewichtszustände führen beispielsweise zu Zündaussetzern von Otto-Motoren vor der Laufgrenze oder zum Rußen bei Diesel-Motoren. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors ist der, daß er in seinem Aufbau einfach ist, so daß er ohne großen Aufwand hergestellt werden kann und dabei kostengünstig ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn jeweils zwei Widerstände auf je einer Großfläche eines Trägerplättch<;ns angeordnet sind.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Sensors, Figur 2 die Draufsicht auf eine der Großflächen des erfindungsgemäßen Sensors und Figur 3 die Schaltung der vier Widerstände.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Auf einem Trägerplättchen 1 aus Aluminiumoxid werden die Widerstände R₁ , B. , R und R. in Form von Mäandern in der aus Figur 2 ersichtlichen Form auf der Vorderseite bzw. in einer spiegelsymmetrischen Anordnung für die Rückseite durch Aufdampfen oder Aufdrucken von Platin aufgebracht. Gleich-

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zeitig werden die Leiterbahnen 2, 3 und U, die zu den in Figur 3 "bezeichneten Eckpunkten A, B und C führen, sowie eine weitere, in den Figuren nicht dargestellte Leiterbahn, die zu dem Eckpunkt D führt, in der gleichen Weise aufgebracht. Dann werden, wie in Figur 1 dargestellt, auf einer Schmalseite des Plättchens 1 die beiden Leiterbahnen 5 und 6, die die Widerstände R_ und R< bzw. R₁ und R_ miteinander verbinden, aufgebracht, wobei dafür gesorgt werden mußs daß diese beiden Leiterbahnen voneinander durch Zwischenschalten einer keramischen Isolationsschicht isoliert werden. In einem nächsten Verfahrensschritt werden die Widerstände I' , Ri sowie die Leiterbahnen 5 und β mit einer gasdichten Deckschicht'bedeckt, indem an diesen Stellen eine Paste aus Al 0 und/oder ZrCU aufgedruckt wird. Schließlich wird das Ganze auf eine Temperatur von 1500 C 1550 C erhitzt, um die Platinschichten einzubrennen und die Deckschichten aufzusintern und so gasdicht zu machen.

Da die abgaszugänglichen Widerstände R„ und R„ aus einem Material bestehen, das die Einstellung des thermodynamischen Gasgleichgewicht'3s katalysiert, wird bei Auftreten von Nichtgleichgewicitszuständen in der Gasatmosphäre die Gleichfiewichtsei-istellung an diesen Katalysatoren herbeigeführt.

Die dabei auftretende Wärmetönung verändert die Temperatur der freiliegenden Widerstände und damit ihren Widerstandswert. Durch die gewählte Anordnung ist gewährleistet, daß die daraus resultierende Verstimmung des Brückenabgleichs ein maximales Signal liefert. Dadurch, daß sich alle vier Brückenwiderstände in der gleichen Gasatmosphäre befinden, werden Temperatur Schwankungen anderer Art als der durch die katalytische Reaktion hervorgerufenen weitgehend kompensiert. An die Brückeneckpunkte A und C wird eine Versorgungsspannung angelegt, die im Bereich von einigen Volt liegt. Diese Spannung kann so gewählt werden, daß die ganze Anordnung gleichzeitig beheizt wird und damit optimale Verhältnisse für die kat.ilyti nche Reaktion hergestellt werden.

Liiiii Ui μ; η al Tür 11 i ■ * V>? rrs I. unmutig der. Ur ückt.'nubgle i cha wird an ili" n U r'iic K ι·ιιι·ι· k pun k Ι.«· η Ii und I) übernommen und ei nor /,weckrnäßig^n, nicht zur Erfindung yt.-hür..;nd"ti Ausvier L<-anordnung zugeführt.

Sollte der Brückenaogleich nicht von vornherein stimmen, was bei den aufgedruckten Widerständen durchaus möglich ist, so wird aus einem der freiliegenden Widerstände mit einem Laserstrahl in an sich bekannter Weise so lange Widerstandsmaterial verdampft, bis der Abgleich stimmt.

Claims

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22.1.1981 Pf/Ki

ROBEET BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

1. Sensor zum Erkennen von Nichtgleichgewichtszuständen in Gasen, insbesondere in Abgasen, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Trägerplättchen vier zu einer Wheatstone-Brücke geschaltete Widerstände (R bis R, ) aufgebracht sind, von denen zwei (R₁, E,) dem Gas ausgesetzt sind und aus einem Material bestehen, das die Einstellung des thermodynamischen Gasgleichgewichtes katalysiert und dessen Widerstand eine Temperaturabhängigkeit aufweist, während die beiden anderen Widerstände (R_p, R_) vor dem Gas geschützt sind, wobei in jedem Brückenzweig jeweils ein Widerstand (R₁, Ri) mit dem Gas in Berührung ist u:
dem Gas geschützt ist.

Gas in Berührung ist und jeweils ein Widerstand (R , R) vor

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie jeweils zwei Widt-rstände (R₁, R„ bzw. R , Rj ) auf je ^iner Großfläche des Trägerplättchens aufgebracht sind.

j. LJi--m; or nai:li Anspruch 1 mli-r ;', tl.'uJ υ fi-ti //<· ki'ii rr.'.'· i i· h 111· ι. , daß die Widerstände die Form von Mäandern haben.

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h. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände aus Platin oder aus einem Gemisch aus Platin mit bis zu 60 Vol.-% eines feinteiligen keramischen Materials bestehen.

5. Sensor nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das feinteilige keramische Material aus Zirkondioxid besteht.

6. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vor dem Gas geschützten Widerstände (R₁, Ri) ebenso ¥ie die die Widerstände verbindenden Leiterbahnen (5, 6) mit einer gasdichten Deckschicht abgedeckt sind.