DE3543083C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sauerstoffühler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Sauerstoffühler dienen zur Ermittlung der Sauerstoffkon­ zentration im Abgas einer Brennkraftmaschine, um auf die­ se Weise die Verbrennungsbedingungen in der Brennkraftma­ schine im Hinblick auf Abgasreinigung und Kraftstoffer­ sparnis optimal regeln zu können.

Ein Sauerstoffühler mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE-OS 29 28 496 bekannt. Bei dem in dieser Veröffentlichung beschriebenen Sauer­ stoffühler ist ein Festelektrolyt vorgesehen, zu dem be­ nachbart eine Meßelektrode und eine Bezugselektrode an­ geordnet sind. Zur Bezugselektrode benachbart ist eine Deckplatte angeordnet, in der Riefen vorgesehen sind. Diese Riefen bilden ein System von abgedeckten Kanälen, die den Zutritt von Luftsauerstoff zur Bezugselektrode erlauben.

Wenn jedoch ein solcher mit einer Lufteintrittsöffnung versehener Sauerstoffühler an einem Fahrzeug fest ange­ bracht ist, so kann Wasser oder Seewasser (Salzwasser) durch diese Lufteintrittsöffnung in den Sauerstoffühler eindringen, wodurch die Gefahr besteht, daß das Sauerstoffühl­ element beschädigt wird oder nicht mehr leitfähig ist. Da ferner dieses Fühlelement einem Einsatz bei hohen Tem­ peraturen unterliegt, wird in den Sauerstoffühler einge­ drungenes Wasser in Dampf umgesetzt, durch den die Bezugs­ substanz, wie beispielsweise Luft, aus dem Sauerstoffühler ausgetrieben wird, so daß die Ermittlung der Sauer­ stoffkonzentration nicht mehr korrekt ausgeführt werden kann.

Aus der DE-OS 29 06 459 ist ein Sauerstoffühler bekannt, bei dem eine derartige Lufteintrittsöffnung nicht vor­ handen ist und ein kleiner Raum in einem porösen Körper rund um die Meßelektrode ausgebildet ist, in den Luft, beispielsweise Sauerstoff aus dem Abgas, mit Hilfe einer Sauerstoffpumpe eingeführt wird. Da bei diesem Sauerstoffühler ein Überschuß an Gas in dem kleinen Raum durch einen engen Schlitz abgeführt wird, um den Sauerstoff­ partialdruck in dem kleinen Raum konstant zu halten, oder da es notwendig ist, Sauerstoff in den kleinen Raum in einer Menge einzuführen, die gleich der zum Ablesen eines Ausgangssignales des Sauerstofffühlers mittels eines exter­ nen Instruments o. dgl. verbrauchten Menge ist, ist es notwendig, die Sauerstoffpumpe ständig zu betreiben. Weil hierbei die Sauerstoffpumpe bei niedriger Temperatur nicht leistungsfähig und wirksam arbeitet, muß an die Sauer­ stoffpumpe bei niedriger Temperatur eine hohe Spannung angelegt werden. Wird jedoch die hohe Spannung angelegt, so kann leicht in dem Festelektrolyten eine Elektrolyse stattfinden, was eine qualitative Verschlechterung oder gar die Zerstörung des Sauerstoffühlelementes zum Ergebnis hat. Um diese Erscheinung zu vermeiden, wurde in Betracht gezogen, die Sauerstoffpumpe bzw. deren Bereich mittels eines Heizelementes ständig auf eine hohe Temperatur auf­ zuheizen, um die Sauerstoffpumpe leistungsfähig zu be­ treiben. Die in diesem Fall auftretenden Nachteile sind darin zu sehen, daß der Energieverbrauch für das Heiz­ element recht groß wird, daß aufgrund der vom Heizele­ ment entwickelten Hitze das Sauerstoffühlelement Schaden erleidet und daß die Lebensdauer des Heizelementes ver­ kürzt wird.

Aus der DE-OS 30 40 494 ist ein Sauerstoffühler bekannt, bei dem über eine Pumpelektrode permanent Sauerstoff von der Bezugselektrode abgepumpt wird, um an der Elektrode stets einen Sauerstoffpartialdruck von 0 aufrechtzuer­ halten.

Ergänzend zum Stand der Technik sei noch erwähnt, daß aus den DE-OS'en 30 20 132 und 32 39 850 Sauerstoffühler mit einem ähnlichen Aufbau und einer ähnlichen Funktions­ weise wie sie der in der vorstehend genannten DE-OS 29 06 459 beschriebene Fühler besitzt, bekannt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sauerstoffühler der eingangs angegebenen Art zu schaffen, bei dem Beschädigungen bzw. Funktionsverschlechterungen durch das Eindringen von Fremdstoffen in wirksamer Weise verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Sauerstoffühler der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die Bezugselektrode nicht mit der Außenatmosphäre in Berührung gebracht wird, sondern daß stattdesen min­ destens ein Paar von Sauerstoff-Pumpelektroden vorgesehen ist, die Sauerstoff über einen im Festelektrolytkörper vorgesehenen Spalt in einen luftdichten Raum pumpen, so daß immer eine ausreichende Sauerstoffmenge für den Betrieb des Fühlers zur Verfügung steht.

Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Räumliche Angaben sind als auf die jeweilige Figur bezogen zu verste­ hen. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Sau­ erstoffühlers gemäß einer ersten Aus­ führungsform;

Fig. 2 eine perspektivische Übersichtsdarstellung eines Sauer­ stoffühlelements gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3 und 4 jeweils eine teilweise geschnittene Seitenan­ sicht eines Sauerstoffühlers gemäß einer zweiten bzw. dritten Ausführungsform;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Sauerstoffühlele­ ments gemäß einer Ausführungsform, die vorzugs­ weise bei dem Sauerstoffühler von Fig. 4 zur Anwendung kommt; und

die Fig. 6 bis 9 perspektivische Übersichtsdarstellungen einer zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform von Sauerstoffühlelementen.

Die auf die ersten Ausführungsformen eines Sauerstoffühlers sowie eines Sauerstoffühlelements bezogenen Fig. 1 und 2 zeigen einen Sauerstoffühler 101 und ein platten- oder tafel­ artig ausgebildetes Sauerstoffühlelement 1, das in einem als Gehäuse dienenden zylindrischen Schutzrohr 20 aus Metall aufgenommen ist.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, hat das Fühlelement 1 einen Aufbau, gemäß dem drei Sauerstoffionen leitende Festelektrolyt­ körper 31, 32 und 33, die im folgenden als Festelektrolyte bezeichnet werden, aufeinandergeschichtet sind und der mitt­ lere Festelektrotlyt 32 mit einem in seiner Längserstreckung verlaufenden Spalt 35 versehen ist. Es ist festzuhalten, daß dieser Festelektrolyt 32 aus einem isolierenden Keramikmate­ rial gefertigt sein kann. Am einen Endabschnitt der Oberflä­ che des oberen Festelektrolyten 31 ist eine Meßelektrode 37 haftend angebracht, während an der Unterfläche des Fest­ elektrolyten 31 an einer der Haftstelle der Meßelektrode 37 gegenüberliegenden Stelle eine Bezugselektrode 38 haftend angebracht ist derart, daß sie dem Spalt 35 gegen­ überliegt. Ferner ist an einem Endabschnitt der Oberfläche des unteren Festelektrolyten 33 eine Pumpelektrode 39 haftend angebracht, während eine weitere Pumpelektrode 40 haftend an der Unterfläche des Festelektrolyten 33 an einer der Pump­ elektrode 39 gegenüberliegenden Stelle gehalten ist.

Jeder der Festelektrolyten 31-33 ist ein Sauerstoffionen leitender Körper, der hauptsächlich aus Zirkondioxd (ZrO₂) besteht, dem wenigstens eine der folgenden Substanzen zugefügt ist, nämlich Y₂O₃, CaO, Yb₂O₃ und MgO.

Ein Leiterelement 41, das an die Meßelektrode 37, und ein Teil eines Leiterelements 43, das an die Normalelektrode 38 ange­ schlossen ist, sind auf der Oberfläche des oberen Festelektro­ lyten 31 angeordnet und mit Ausnahme ihrer rechten Endab­ schnitte von einer Schutzschicht oder -lage 34 aus einem dün­ nen Keramikbelag abgedeckt. Ferner ist ein an die Bezugselek­ trode 38 angeschlossenes Leiterelement 42 an der Unterflä­ che des oberen Festelektrolyten 31 angebracht, wobei ein End­ stück dieses Leiterelements 42 über ein Durchgangsloch 46 mit dem Leiterelement 43 verbunden ist.

In gleichartiger Weise sind ein an die Pumpelektrode 40 an­ geschlossenes Leiterelement 45 und ein Teil eines an die Pumpelektrode 39 angeschlossenen Leiterelements 48 an der Unterfläche des unteren Festelektrolyten 33 angeordnet sowie mit Ausnahme ihrer rechten Endabschnitte von einer Schutz­ schicht 36 aus einem dünnen Keramikbelag abgedeckt. Des weiteren ist ein an die Pumpelektrode 39 angeschlossenes Leiterelement 44 auf der Oberfläche des Festelektrolyten 33 angeordnet, wobei ein Endstück dieses Leiterelements 44 über ein Durchgangsloch 47 mit dem Leiterelement 48 in Verbindung ist.

Wie Fig. 1 zeigt, umfaßt das Schutzrohr 20 ein Schutzrohr­ teil 20 a, das ein dem zu messenden Gas ausgesetztes Teil 4, das die Elektro­ den 37-40 von Fig. 2 einschließt, des Fühlelements 1 um­ schließt, und einen Schutzzylinder 20 b, in dem mit Ausnahme des Teils 4 der übrige Teil des Sauerstoff­ fühlelements 1 untergebracht ist. In dem Schutzrohrteil 20 a sind in Übereinstimmung mit jeder Seitenkante des Fühlelements 1 in dessen Längsrichtung jeweils vier Einlaßöffnungen 7 für das der Messung unterliegende Gas ausgebildet, so daß dieses Gas durch die Öffnung 7 in Berührung mit dem Teil 4 gelangt. Eine in der Stirnfläche des Schutz­ rohrteils 20 a ausgebildete Öffnung 20 c dient der Einführung einer Führungsvorrichtung, um das Sauerstoffühlelement 1 im Schutzrohr 20 zu positionieren.

Rund um das untere Ende des Schutzzylinders 20 b ist ein Auf­ nahmestück 15 befestigt, das dazu dient, den Sauerstoffühler 101 an einer Trennwand 25 festzulegen, die das der Messung unterliegende Gas von anderen Teilen abtrennt, z. B. eine Wand eines Abgasrohres eines Fahrzeugs. Zwischen dem Aufnahme­ stück 15 und dem Schutzzylinder 20 b ist ein luftdichter Ring 16 aus rostfreiem Stahl angeordnet, so daß das zu prü­ fende Gas, d. h. das der Messung unterliegende Gas, nicht an der Grenzfläche zwischen dem Aufnahmestück 15 und dem Schutz­ rohr 20 durchsickern kann.

Im Schutzzylinder 20 b ist der mittige Teil des Fühlelements 1 mit Hilfe eines ersten, zweiten und dritten Porzellan­ isolators 17 bzw. 3 bzw. 2 und eines ersten sowie zweiten luft­ dichten Abschlußteils 6 bzw. 14 festgelegt. Diese Abschluß­ teile 6 und 14 dienen nicht nur der Halterung des Fühlelements 1, sondern verhindern auch das Eindringen des zu prüfenden Gases von der Seite des Schutzrohrteils 20 a in den Schutz­ zylinder 20 b. Jedes Abschlußteil besteht aus einem anor­ ganischen Füllstoff, wie Zement, Talkum oder ähnlichem Ma­ terial. Die drei Porzellanisolatoren 17, 3 und 2 sowie die beiden luftdichten Abschlußteile 6 und 14 sind durch eine an der oberen Stirnfläche des dritten Porzellanisolators 2 anliegende Halteplatte 18 und eine am Schutzzylinder 20 b aus­ gebildete Eindrückung oder Verstemmung 22 so festgelegt, daß sie sich nicht aufwärts verlagern können.

Im oberen Teil des Schutzzylinders 20 b ist ein Porzellan- Verbindungsstück 5 angeordnet, das der Verbindung von Leitungs­ drähten 11-13, die von äußeren Schaltkreisen kommen, und eines mit der Innenfläche des Schutzrohres 20 verbundenen Erdleiters 10 mit Anschlüssen der jeweiligen Leiterelemente 41, 43, 45 und 48 für die auf beiden Flächen des Fühlelements 1 angeordneten Elektroden dient. Ferner ist in die obere Stirnseite des Schutzzylinders 20 b ein Gummistopfen 8 einge­ setzt, durch den die Leitungsdrähte 11-13 geführt sind und der zur völligen Abdichtung des Schutzzylinders 20 b beiträgt. Der Gummistopfen 8 ist durch eine am Außenumfang des Schutz­ rohres 20 an einer dem Stopfen entsprechenden Stelle ausge­ bildeten Verstemmung 21 luftdicht befestigt.

In dem Porzellan-Verbindungsstück 5 sind Kontaktfedern 5 a, 5 b, 5 c und 5 d angeordnet, von denen nur die Feder 5 a in Fig. 1 gezeigt ist und die jeweils mit Steckanschlüssen mit den Lei­ terelementen 41, 43, 45 sowie 48 für die im Fühlelement 1 enthaltenen Elektroden in Verbindung gebracht werden. Die Kontaktfeder 5 a steht beispielsweise mit dem Erdleiter 10 oder einem der Leitungsdrähte 11-13 in Verbindung.

Zwischen dem Porzellanisolator 5 und der Halteplatte 18 ist ein luftdichter Raum 9 ausgebildet, der eine erste, von der oberen Fläche der Halteplatte 18, dem Schutzzylinder 20 b sowie der unteren Fläche des Porzellanisolators 5 umschlossene Kammer 9 a und eine zweite, mit der ersten Kammer in Verbin­ dung stehende Kammer 9 b, die den Porzellanisolator 5 auf­ nimmt sowie von der unteren Fläche des Stopfens 8, den Lei­ tungsdrähten 11-13 und dem Erdleiter 10 begrenzt ist, umfaßt. Der luftdichte Raum 9 hat allein mit dem Spalt 35, der der Bezugselektrode sowie der Pumpelektrode 38 bzw. 39 gegen­ überliegt, durch einen Schlitz zwischen dem oberen Teil des Sauerstoffühlelements 1 und dem Porzellanisolator 5 Verbin­ dung.

Bei dem Sauerstoffühler 101 mit dem oben geschilderten Aufbau kann eine relativ große Luftmenge als Bezugssubstanz in dem luftdichten Raum 9, der mit dem der Bezugselektrode 38 gegenüberliegenden Spalt 35 in Verbindung steht und zum Äußeren hin luftdicht abgeschlossen ist, ge­ halten werden, so daß es möglich ist, jegliche Schädigung des Sauerstoffühlers auf Grund des Eindringens von Fremd­ materialien, wie Wasser, Seewasser od. dgl., zu vermeiden.

Was den Sauerstoffverbrauch in dem luftdichten Raum 9, der mit dem Betrieb des Sauerstoffühlers einhergeht, betrifft, so wird Sauerstoff in den Spalt 35 aus dem zu prüfenden Gas durch Betreiben der Sauerstoff-Pumpelektroden 34 und 40 ein­ geführt, denn der die Pumpelektroden enthaltende Teil des Sauerstoffühlers bildet ein dem zu prüfenden Gas ausgesetztes Sauerstoffnachweisteil, und dann in dem luftdichten Raum 9 zur Verfügung gehalten. Da das Volumen dieses Raumes 9 groß ist, genügt es im vorliegenden Fall, die Einspeisung von Sauerstoff in den luftdichten Raum 9 nur bei einer relativ hohen Temperatur des Sauerstoffühlers vorzunehmen, und es ist möglich, die Sauerstoffpumpe wirksam zu betreiben, selbst wenn eine an die Pumpelektroden 39, 40 angelegte Spannung niedrig ist. Wenn die Temperatur am Ort der Sauerstoff-Pump­ elektroden 39, 40 dann einen niedrigeren Wert annimmt, wird keine Elektrolyse des Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten und keine Verschlechterung (Qualitätsver­ minderung) des Sauerstoffühlelements verursacht. Bei der niedrigeren Temperatur verschlechtert sich die Arbeitsweise der Sauerstoff-Pumpelektroden 39 und 40 etwas, jedoch ist das Volumen des luftdichten Raumes 9 so groß, daß es nicht ständig erforderlich ist, die Sauerstoffpumpe zu betrei­ ben, ohne daß hierdurch Schwierigkeiten im Betrieb des Sauerstoffühlers hervorgerufen werden.

Bei der in Fig. 3 gezeigten zweiten Ausführungsform hat der Sauerstoffühler 102 denselben Aufbau wie derjenige der ersten Ausführungsform (Fig. 1) mit der Ausnahme, daß zwischen dem Gummistopfen 8 und dem Porzellanisolator 5 eine Zwischen­ wand 23 zur Trennung dieser beiden Teile voneinander angeord­ net ist. Es kann hier ein noch zu erläuterndes Sauerstoffühl­ element 51 anstelle des Fühlelementes 1 zur Anwendung kom­ men. Wenn der Gummistopfen 8 auf einen höheren Temperaturwert aufgeheizt wird, könnte ein dem Gummimaterial eigenes organi­ sches Gas erzeugt und dann in den luftdichten Raum 9 einge­ führt werden, jedoch verhindert die Zwischenwand 23 eine Verunreinigung des Raumes 9 durch ein solches organisches Gas. Wenn der Gummistopfen 8 aus einem anderen Material gebildet wird, das kein Gas erzeugt, wird die Anwendung der Zwischenwand 23 als nutzlos angesehen.

Bei der in Fig. 4 gezeigten dritten Ausführungsform eines Sauerstoffühlers 103 ist gegenüber derjenigen von Fig. 1 nur die Lage des luftdichten Raumes 9 unterschiedlich. Dieser der Bewahrung des Bezugsgases die­ nende Raum wird in bezug auf das zu prüfende Gas durch ein erstes luftdichtes Abschlußteil 6 aus einem organischen Füll­ stoff, wie Zement, Talkum od. dgl., auf der einen Seite und in bezug auf Gaskomponenten, die aus dem organischen Material, z. B. des Gummistopfens od. dgl., bei höherer Temperatur er­ zeugt werden können, durch ein zweites luftdichtes Abschluß­ teil 14, das aus geschmolzenem Glas oder einem anorganischen Füllstoff, wie Talkum, Zement od. dgl., besteht, auf der an­ deren Seite luftdicht abgeschlossen gehalten. Halteplatten 18 a und 18 b dienen mit Verstemmungen dazu, die den luftdich­ ten Raum 9 stirnseitig abgrenzenden Teile festzulegen. Das Sauerstoffühlelement 1 weist in diesem Fall eine Eintritts­ öffnung 92 auf, wie Fig. 5 zeigt, die mit dem luftdichten Raum 9 auf, wie Fig. 5 zeigt, die mit dem luftdichten Raum 9 in Verbindung steht, wobei ein oberer Endabschnitt eines Spalts 90, der dem Spalt 35 von Fig. 2 entspricht, luftdicht abgeschlossen ist. Ein solches Fühlelement kann in der Weise gebildet werden, daß der rechte Endabschnitt des Spalts 35 (s. Fig. 2) luftdicht verschlossen und ein Durchgangsloch, das mit dem luftdichten Raum Verbindung be­ kommt, durch den Festelektrolyten 31 und die Schutzschicht 34 als Eintrittsöffnung ausgebildet wird.

Es wird vor allem bevorzugt, den Sauerstoffühler gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform dann zu verwenden, wenn der Gummistopfen 8 relativ hohen Temperaturen ausgesetzt ist, wenn also beispielsweise der Fühler an einem oder nahe einem Motor, der hohe Abgastemperaturen liefert, befestigt wird.

Bei den oben erörterten Ausführungsformen ist die Sauerstoff­ pumpe, also die Pumpelektroden 39 und 40, am dem der Messung unterlie­ genden Gas ausgesetzten Teil 4 angeordnet, jedoch ist deren Anordnung an anderen Teilen ebenfalls möglich. Beispielsweise kann die Sauerstoff­ pumpe so angeordnet sein, daß Sauerstoff in den luftdichten Raum 9 aus der Atmosphäre anstatt aus dem zu prüfenden Gas eingeführt wird. Ferner sind die Ausgestaltung, die Zahl und die Materialien des Schutzrohres 20, der Porzellan-Isolatoren 17, 2 sowie 3 und der luftdichten Abschlußteile 6 sowie 14 nicht auf diejenigen bei den erläuterten Ausführungsformen begrenzt. Es ist insofern als eine Selbstverständlichkeit anzusehen, den luftdichten Raum 9 an irgendeiner Stelle des Sauerstoffühlers anzuordnen, wenn dieser Raum 9 in luftdichtem Zustand gehalten wird und Verbindung zu dem der Bezugselek­ trode 38 gegenüberliegenden Spalt 35 hat.

Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Sauerstoffühl­ elements 51, das weitgehend den gleichen Aufbau hat wie das in Fig. 2 gezeigte Fühlelement 1.

Gemäß Fig. 6 sind jeweils eine Meßelektrode 63 und eine Bezugs­ elektrode 64 an der Ober- bzw. Unterfläche des Festelektro­ lytkörpers 61 ausgebildet, wobei an der Oberfläche des Fest­ elektrolyten 61 auch ein Leiterelement 75 für die Meßelektrode 63 angeordnet ist. Leiterelemente 77 und 76 für die Bezugs­ elektrode 64 sind jeweils an der Unter- sowie Oberfläche des Festelektrolyten 61 ausgebildet und miteinander über ein Durchgangsloch 73 in Verbindung. Die mit der Meßelektrode 63 sowie den Leiterelementen 75, 76 versehene Oberfläche des Festelektrolyten 61 ist durch eine Schutzschicht oder -lage 71 abgedeckt derart, daß der rechte Endabschnitt zur Atmosphäre hin freiliegt. An der Unterfläche des Festelektro­ lyten 61 ist eine aus einer Porzellankeramik gebildete Iso­ lierplatte 81 mit einem Spalt 80 angeordnet, an deren Unter­ fläche sich ein weiterer Festelektrolyt 62 befindet. Ferner sind Pumpelektroden 65 und 66 jeweils an der Ober- sowie Unterfläche des Festelektrolyten 62 an dessen linkem Endab­ schnitt angeordnet.

Über eine Isolierlage 68 sind ein Widerstandsheizelement 67 und zwei Leiterelemente 85 und 86, die zwischen Heizelement- Schutzlagen 69, 70 eingefügt sind, an der Unterfläche des Festelektrolyten 62 angebracht. In der Isolierlage 68 sowie den Schutzlagen 69, 70 sind der Pumpelektrode 66 jeweils gegenüberliegende Fenster 87, 88 und 89 ausgebildet, und fer­ ner ist die Pumpelektrode 66 durch eine poröse Schutzlage 72 im wesentlichen abgedeckt. In den Heizelement-Schutzlagen 69 und 70 sind jeweils Schlitze 83 und 84 so ausgestaltet, daß die Isolierung zwischen den Leiterelementen 85 und 86 gewähr­ leistet ist.

Bei der gezeigten Ausführungsform ist ein Leiterelement 78 der Pumpelektrode 65 über ein Durchgangsloch 74 an einen Punkt A im Heizelement 67 angeschlossen, während ein Leiter­ element 79 der Pumpelektrode 66 an einen Punkt B des Leiter­ elements 86 angeschlossen ist. Deshalb wird an die Pumpelektroden 65 und 66 eine Spannung gelegt, die durch Teilen einer Spannung von einer Heizenergiequelle durch das Heiz­ element 67 erhalten wird.

Der das Sauerstoffühlelement mit der oben erläuterten Aus­ bildung verwendende Sauerstoffühler hat die gleichen Wirkungen wie die erste Ausführungsform, weil der Spalt 80 mit dem luftdichten Raum 9 in Verbindung steht, d. h., die Bezugs- oder Standardsubstanz kann in dem luftdichten Raum gehalten und das Auftreten von Schwierigkeiten auf Grund eines Eindrin­ gens von Fremdstoffen kann wirksam verhindert werden.

Darüberhinaus benutzt die aus den Pumpelektroden 65, 66 sowie dem Festelektrolytkörper 62 bestehende Sauerstoffpumpe die Energiequelle 82 für das Heizelement 67, so daß es nicht erforderlich ist, eine weitere Energiequelle für die Sauer­ stoffpumpe anzuordnen. Da ferner die Anzahl der im Anschluß­ teil, das an ein Porzellan-Verbindungsstück angeschlossen ist, auftretenden Leiterelemente vier beträgt, kann dasselbe Porzellan-Verbindungsstück 5 wie bei der ersten Ausführungs­ form Verwendung finden. Es ist deshalb eine Selbstverständ­ lichkeit, daß das bei dieser zweiten Ausführungsform verwen­ dete Porzellan-Verbindungsstück mit demjenigen eines Sauer­ stoffühlers der Bauweise mit vier Anschlüssen, welcher kein Heizelement oder keine Sauerstoffpumpe hat, ausgetauscht wer­ den kann, z. B. mit einem Verbindungsstück zum Anschluß der Leiterelemente 11-13 an eine am Fahrzeug befestigte Schal­ tungsanordnung.

Da ferner die geteilte Spannung der Energiequelle 82 parallel zu den Pumpelektroden 65 und 66 angelegt wird, wird die ge­ teilte Spannung bei niedriger Temperatur geringer als bei hoher Temperatur, wenn das Heizelement 67 aus einem Material mit einem positiven spezifischen Widerstand-Temperaturkoeffizienten gefertigt wird, weil Widerstandswert des Heizele­ ments relativ zum gesamten spezifischen Widerstand der Leiterelemente 85, 86 bei niedriger Temperatur vermindert wird.

Wenn der Sauerstoffühler in einem niedrigen Temperaturbereich (nicht mehr als 500°C) betrieben wird, dann ist es notwendig, die an die Sauerstoffpumpe gelegte Spannung auf 2-3 V, vorzugs­ weise auf nicht mehr als 1 V, zu begrenzen, da andernfalls das Sauerstoffühlelement beeinträchtigt wird. Gemäß der Erfindung wird in diesem Zusammenhang ein Teil der Spannung von der Energiequelle durch das einen positiven spezifischen Widerstand-Temperaturkoeffizienten aufweisende Heizelement 67 geteilt und an die Pumpelektroden 65, 66 gelegt, so daß eine Spannung von etwa 2 V (in diesem Fall ist die Spannung der Heizenergiequelle etwa 12-16 V) parallel zu den Pump­ elektroden bei hoher Temperatur angelegt werden kann, um Sauerstoff in dem luftdichten Raum 9 zu ergänzen. Die geteilte Spannung kann bei niedriger Temperatur auf etwa 1 V vermindert werden, um eine Verschlechterung des Sauer­ stoffühlelements zu verhindern. Das ist in dem Fall von großem Vorteil, wenn der Sauerstoffühler an einem Fahrzeug ange­ bracht wird und oft mit Abgas, das bei Starten des Motors eine relativ niedrige Temperatur hat, in Berührung kommt.

Obwohl sich die Leistungsfähigkeit der Sauerstoffpumpe bei niedriger Temperatur vermindert, ist es aufgrungd des großen Volumens des luftdichten Raums 9 möglich, den Sauerstoff­ fühler wirksam zu betreiben. Deshalb soll der luftdichte Raum 9 so ausgebildet sein, daß er ein ausreichendes Volumen zur Be­ wahrung der Bezugssubstanz, deren Sauerstoffgehalt oberhalb einiger Prozente liegt, hat. Demzufolge ist es vor allem vorzuziehen, einen leeren, innerhalb des Schutzrohres 20 gebildeten Raum zu verwenden. Da ferner eine bestimmte Menge der Bezugssubstanz in dem luftdichten Raum zurückge­ halten werden kann, ist es nicht immer notwendig, die Sauer­ stoffpumpe zu betreiben, so daß es auch unnötig ist, die Eingangsleistung für ein Heizelement zur Beheizung der Sau­ erstoffpumpe zu erhöhen. Damit kann folglich der Energiever­ brauch vermindert werden, und eine Schädigung des Sauerstoffühl­ elements auf Grund von Hitze kann vermieden werden.

Wenn bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform als Leiter­ element 86 ein solches mit einem ziemlich hohen spezifischen Widerstand zur Anwendung kommt, das Heizelement 67 aus einem Material mit einem positiven Widerstand-Temperaturkoeffizient gefertigt und der Punkt A so nahe wie möglich an das Leiter­ element 86 gelegt wird, kann die geteilte Spannung bei niedriger Temperatur größer als bei hoher Temperatur gemacht werden. Somit kann eine relativ hohe geteilte Spannung an die Sauerstoffpumpe bei niedriger Temperatur gelegt werden, um die Transportmenge an Sauerstoff größer zu machen, während eine relativ niedrige geteilte Spannung bei hoher Temperatur an­ gelegt werden kann, um einen Sauerstofftransport im Übermaß zu verhindern.

Es sei angenommen, daß das Leiterelement 86 und das Heizele­ ment 67 am Punkt G verbunden sind, daß der gesamte spezifische Widerstand der Leiterelemente 85 und 86 gleich R _L ist, daß der gesamte spezifische Widerstand des Heizelements 67 gleich R _H ist, daß der spezifische Widerstand zwischen den Punkten B und G am Leiterelement 86 gleich R _B ist und daß der spezifische Widerstand zwischen den Punkten A sowie G am Heizelement 67 gleich R _A ist. In diesem Fall wird der Punkt A oder der Punkt B so festgesetzt, daß die folgende Gleichung erfüllt wird:

Wenn die Spannung der Energiequelle V _O ist, dann wird die parallel zu den Elektroden der Sauerstoffpumpe angelegte geteilte Spannung V aus der folgenden Gleichung erhalten:

Deshalb kann eine im wesentlichen konstante Spannung an die Pumpelektroden ohne Rücksicht auf das Vorhandensein des Heiz­ elements gelegt werden, denn die Schwankung von V _O und die Temperaturverteilung des Heizelements führt zur gleichen Schwankung der geteilten Spannung. Gemäß der oben erläu­ terten Ausführungsform ist es möglich, die Sauerstoffpumpe durch Anlegen einer Spannung, die knapp unter der elektrischen Zersetzungsspannung des Sauerstoffionen leitenden Festelek­ trolytkörpers liegt, ohne eine externe Steuervorrichtung zu verwenden, zu betreiben.

Fig. 7 zeigt eine dritte Ausführungsform eines Sauer­ stoffühlements 52, die eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 6 darstellt. Das Fühlelement 52 hat denselben Aufbau wie das Sauerstoffühlelement 51 mit der Ausnahme, daß ein Teil 67 a zwischen den Punkten A und B, die jeweils mit den Leiterelementen 78, 79 der Pumpelektro­ den 65, 66 verbunden sind, als Teil des Heizelements 67 aus­ gebildet ist. Das Teil 67 a kann ferner in passender Weise an irgendeinem Abschnitt des Heizelements 67, z. B. zwischen den in Fig. 7 gezeigten Punkten C und D, vorhanden sein. Es ist jedoch notwendig, zu gewährleisten, daß die Richtung des Potentials zwischen den Pumpelektroden 65 und 66 nicht umgekehrt wird. Da das Potential am Punkt C höher ist als am Punkt D, wird im erwähnten Fall das Leiter­ element 78 der Pumpelektrode 65 mit dem Punkt C verbunden, während das Leiterelement 79 der Pumpelektrode 66 mit dem Punkt D verbunden wird.

In Fig. 8 ist eine vierte Ausführungsform eines Sauerstoffühlelements 53 gezeigt. Dieses Fühlele­ ment 53 weist eine Schichtenstruktur mit drei Sauerstoff­ ionen leitenden Festelektrolytkörpern 112-114 auf, wobei der mittlere Festelektrolyt 113 mit einem in seiner Längs­ richtung verlaufenden luftdichten Raum 115 ausgestattet ist. Dieser Raum 115 wird im wesentlichen dadurch im luftdichten Zustand gehalten, daß die Festelektrolyten 112 und 114 auf die beiden Seiten des Festelektrolyten 113 geklebt werden. In diesem Fall ist es vorzuziehen, den mittigen Festelektrolyt 113 aus einer Porzellankeramik zu fertigen oder eine dünne Isolierlage zwischen dem Festelektrolyten 113 und dem Fest­ elektrolyten 112 oder 114 mit Ausnahme der dem luftdichten Raum 115 entsprechenden Stelle anzuordnen, um die Pumpelek­ troden 119, 120 relativ zur Meßelektrode 118 sowie zur Bezugselektrode 117 zu isolieren. Auf diese Weise ist es möglich, eine Beeinflussung des Signalausgangs des Fühl­ elements auf Grund einer an die Pumpelektroden 119 und 120 angelegten Spannung auszuschalten. Ferner ist darauf hinzu­ weisen, daß die dünne Isolierlage nur an einem Teil, in dem die Temperatur des Fühlelements über 250°C hinausgeht, ange­ ordnet zu werden braucht, weil der Sauerstoffionen leitende Festelektrolyt aus beispielsweise mit Y₂O₃ stabilisiertem ZrO₂ unter 250°C im wesentlichen selbst zum Isolator wird.

Wie Fig. 8 zeigt, sind ein Widerstandsheizelement 116 und eine Pumpelektrode 119 an einem unteren Teil an der lin­ ken Fläche des Festelektrolyten 112 angeordnet, wobei die Pumpelektrode 119 mit dem Heizelement 116 am Kontakt 116 A verbunden ist. An beide Enden des Heizelements 116 sind Leiterelemente 124 und 125 angeschlossen, die nebeneinander liegen und sich an der linken Fläche des Festelektrolyten 112 aufwärts erstrecken. An den oberen Enden der Leiterele­ mente 124, 125 sind Anschlußstücke 124 a und 125 a einer (nicht gezeigten) Steckverbindung zum Anschluß an einen externen Schaltkreis ausgebildet. Ferner ist zwischen den Leiterele­ menten 124, 125 ein Leitungsdraht 127 angeordnet, dessen unteres Ende mit dem Leiterelement 125 verbunden ist. Das Heizelement 116, die Leiterelemente 124, 125 - mit Ausnahme der Anschlußstücke 124 a und 125 a - und der Leitungsdraht 127 sind sandwichartig zwischen zwei dünne keramische Folien 121 eingefügt, die am Festelektrolyten 112 angebracht und mit diesem fest verbunden sind. In diesem Fall ist die eine Keramikfolie 121 an einer der Pumpelektrode 119 entsprechenden Stelle mit einem Loch versehen, so daß die Pumpelektrode 119 unmittelbar mit dem Festelektrolyten 112 in Berührung ist. An der anderen Keramikfolie 121 liegt eine aus porösem Keramikwerkstoff gebildete Schutzlage 132 an, wobei die Keramikfolie 121 ein Loch hat, so daß die Pump­ elektrode 119 zur Schutzlage 132 freiliegt.

Eine weitere Pumpelektrode 120 ist an der rechten unteren Fläche des Festelektrolyten 112 an einer der Pumpelektrode 119 gegenüberliegenden Stelle angeordnet. Ein Leiterelement 126 ist mit der Pumpelektrode 120 verbunden, verläuft an der unteren Fläche des Festelektrolyten 112 und ist durch ein Durchgangsloch 122 an das Leiterelement 127 ange­ schlossen.

Im unteren Endabschnitt des Festelektrolyten 114 ist an des­ sen linker Fläche eine dem luftdichten Raum 115 gegenüberlie­ gende Bezugselektrode 117 angeordnet, während eine einer der Messung zu unterwerfenden Substanz zugewandte Meßelektro­ de 118 am unteren Endabschnitt der rechten Seitenfläche des Festelektrolyten 114 an einer der Bezugselektrode 117 gegen­ überliegenden Stelle angeordnet ist. Mit der Bezugselektrode 117 ist ein Leiterelement 128 verbunden, das sich an der linken Seitenfläche des Festelektrolyten 114 aufwärts er­ streckt und mit einem am oberen Endabschnitt des Festelektrolyten 114 auf dessen rechter Seite befindlichen Anschluß­ stück 130 über ein Durchgangsloch 123 Verbindung hat. Mit der Meßelektrode 118 ist ein auf der rechten Seite des Fest­ elektrolyten aufwärts verlaufendes Leiterelement 129 ver­ bunden, das an ein am oberen Endabschnitt des Festelektrolyten 114 auf dessen rechter Seite liegendes Anschlußstück 131 leitend geführt ist.

Bei dem Sauerstoffühlement 53 von Fig. 8 wird bei dessen Herstellung Luft in den luftdichten Raum 115 eingeschlossen und dann diesem Raum 115 durch Anlegen einer Spannung an die Pumpelektroden 119, 120 Sauerstoff zugeführt. Wie der Fig. 8 zu entnehmen ist, verläuft der luftdichte Raum 115 im we­ sentlichen längs des gesamten Fühlelements 53. Da dessen Volumen somit relativ groß ist, ist es nicht notwendig, durch Betreiben der Sauerstoffpumpe ständig Sauerstoff in den luftdichten Raum 115 einzuführen. Weil des weiteren dieser Raum 115 im wesentlichen im luftdichten Zustand gehalten wird und ihm außer Sauerstoff keine anderen Substanzen zu­ geführt werden, ist es möglich, das Auftreten von Schwie­ rigkeiten im Fühlelement 53 auf Grund des Eindringens von Fremdsubstanzen, wie Wasser, Seewasser od. dgl. Substanzen, von außen her zu verhindern.

Da bei der gezeigten Ausführungsform die Pumpelektroden 119 und 120 mit dem Heizelement 116 oder dem Leiterelement 125 verbunden sind, ist die Anordnung einer weiteren Energiequelle für die Sauerstoffpumpe unnötig, so daß die Möglichkeit gegeben ist, den Anschluß des Sauer­ stoffühlelements klein auszugestalten und die Zahl der An­ schlußstücke zu verringern.

Es ist notwendig, das Volumen des luftdichten Raumes 115 (Fig. 8) in geeigneter Weise unter Berücksichtigung der Gas­ temperatur und Gasgeschwindigkeit an der Verwendungsstelle des Sauerstoffühlelements, das bei ansteigender Gasgeschwin­ digkeit leicht zu kühlen ist, festzustellen. Die Meß- sowie die Bezugselektrode arbeiten im allgemeinen bei einer Tem­ peratur oberhalb von 350°C-400°C, so daß es für das Heiz­ element ausreichend ist, wenn es die Kapazität bietet, um das Sauerstoffühlelement bei der niedrigsten Gastemperatur oberhalb 400°C zu halten. Das bedeutet, daß es nicht vorzu­ ziehen ist, das Fühlelement immer oberhalb 500°C, was eine Temperatur für das zufriedenstellende Betreiben der Sauer­ stoffpumpe ist, mit Hilfe des Heizelements zu halten, weil dieses dann zu übermäßig belastet und damit seine Lebens­ dauer verkürzt wird.

Bei einer mit Ottokraftstoff betriebenen Automobil-Brenn­ kraftmaschine wird im Fall einer Abwärtsfahrt auf einer stark abfallenden Strecke die Abgastemperatur vermindert, womit auch die Temperatur des Sauerstoffühlelements ziem­ lich abfällt. Dieser Zustand hält jedoch nicht lange an, er dauert höchstens 30 Minuten. Insofern muß der luftdichte Raum ein Volumen haben, das groß genug ist, um soviel Sauer­ stoff zu bewahren, wie in diesem Zustand verbraucht wird.

Wenn beispielsweise der Festelektrolytkörper eine Länge von 60 mm, eine Dicke von 0,4 mm und eine Breite von 4 mm hat, beträgt das Volumen des luftdichten Raumes, weil er sich im wesent­ lichen über die gesamte Länge des Festelektrolyten erstreckt dann 2,5 mm in der Breite × 60 mm in der Länge × 0,4 mm in der Dicke, also etwa 600 mm³=60 µl. Weil in diesem Fall die Gesamt­ impedanz einer Meßvorrichtung für ein Fühlerausgangssignal im allgemeinen etwa 1 MΩ ist und der Fühlerausgang etwa 1 V beträgt, fließt ein Strom von 1 µA zwischen der Bezugs- und der Meß­ elektrode 117 und 118, und Sauerstoff im luftdichten Raum 115 wird dementsprechend verbraucht. Im Fall des Haltens von Luft im luftdichten Raum 115 werden 50% des Sauerstoffs in der Luft für etwa 2 h verbraucht, jedoch ist eine Beeinträchtigung im Fühlerausgang gering. Deshalb kann im Hinblick auf den praktischen Gebrauch ein minimales Volumen von über 15 µl für den luftdichten Raum als zweckmäßig angenommen werden.

Für den Festelektrolytkörper mit einer Leitfähigkeit für Sauerstoffionen kann Zirkondioxid (ZrO₂), das Yttrium­ oxid (Y₂O₃) enthält, verwendet werden. Die Zersetzungs­ spannung von ZrO₂ (ZrO₂ → Zr+O₂) ist geringfügig veränder­ lich, sie beträgt im allgemeinen jedoch etwa 2,5 V. Wenn bei­ spielsweise Elektroden an beiden Seiten des ZrO₂-Körpers an­ geordnet sind und an den Elektroden bei etwa 500°C eine Span­ nung von 2,5 V liegt, ohne von außen Sauerstoff zuzuführen, dann wird das Zirkondioxid elektrisch zersetzt und wird schwarz, weil durch die Elektrolyse Sauerstoff verbraucht wird. Um die Schwärzung des ZrO₂-Körpers zu unterbinden, ist es notwendig, die an die Pumpelektroden gelegte Spannung - einschließlich eines Spannungsabfalls - auf nicht mehr als 3 V, vorzugsweise nicht mehr als 2,5 V einzuregeln. Als Ver­ fahren für diese Regelung ist vorgesehen, die an das Heiz­ element gelegte Spannung (etwa 11-15 V bei einem Automobil) in geeigneter Weise zu teilen. In diesem Fall liegt ein Vorteil darin, daß es nicht nötig ist, einen Regler od. dgl. außerhalb vom Sauerstoffühlelement zu verwenden. Ferner wird auf Grund eines Unterschieds zwischen dem inneren und äußeren Sauerstoff-Partialdruck eine Spannung zwischen den Pump­ elektroden 119 sowie 120 erzeugt, weshalb es notwendig ist, die so erzeugte Spannung als die Pumpspannung anzusehen. Da der Ausgang des Sauerstoffühlers im Durchschnitt etwa 0,4-0,5 V/h im allgemeinen beträgt, ist es z. B. möglich, Sauerstoff in den luftdichten Raum einzuführen, wenn die Pumpspannung auf etwa 0,5 V, vorzugsweise auf über 1 V fest­ gesetzt wird. Wenn es nötig ist, zur Verbindung der Pumpelek­ trode mit dem Heizelement 116 (s. Fig. 8) ein Durchgangsloch zu verwenden, dann ist es vorzuziehen, das Durchgangsloch 122 an einer zum Heizelement 116 beabstandeten Stelle vorzusehen. Auf diese Weise ist es möglich, einen Stromfluß durch den Festelektrolyten am Durchgangsloch und eine Beschädigung des Durchgangslochs auf Grund der Hitze des Heizelements zu vermeiden.

Fig. 9 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines Sauerstoffühl­ elements 54, die eine gegenüber der Fig. 8 abgewandelte Ausführungsform ist. Das Sauerstoffühlelement 54 weist den­ selben Aufbau wie das von Fig. 8 auf mit der Ausnahme, daß zwischen den Festelektrolytkörpern 112 und 113 eine Isolier­ lage 133 aus Porzellankeramik angeordnet ist, die mit einem dem Schlitz des luftdichten Raumes 115 entsprechenden Schlitz 134 versehen ist. Ferner ist in einem Teil der Isolierlage 133 durch Eingliederung eines porösen Keramikwerkstoffs ein poröser Abschnitt 135 angeordnet. Das Vorhandensein dieses porösen Abschnitts 135 macht es bei dieser Ausführungsform möglich, eine Überschußmenge an Sauerstoff im luftdichten Raum 115 nach außen hin abzuführen. Damit ist die Möglich­ keit gegeben, den Sauerstoff-Partialdruck im luftdichten Raum 115 konstantzuhalten, so daß die Meßgenauigkeit erhöht werden kann. Vorzugsweise wird des weiteren der poröse Ab­ schnitt 135 an einer Stelle angeordnet, die zum zu prüfenden Gas freiliegt. Vor allem ist es möglich, die Isolierlage 133 als poröses Teil 135 zu fertigen.

Der luftdichte Raum ist in dem Gehäuse für den Sauerstoffühler angeordnet und nur mit dem der Be­ zugselektrode gegenüberliegenden Spalt des Sauerstoffühlele­ ments in Verbindung, so daß es im Gegensatz zu einem Sauer­ stoffühler nach dem Stand der Technik nicht notwendig ist, ein Loch für die Zufuhr der Bezugssubstanzen vorzusehen, was zur Folge hat, daß eine qualitative Verschlech­ terung und Beschädigung des Sauerstoffühlelements durch das Eindringen von Fremdstoffen, wie Wasser, Seewasser od. dgl., vom Äußeren her völlig verhindert werden kann.

Ferner ist die Sauerstoffpumpe dazu vorgesehen, Sauerstoff in den luftdichten Raum einzubringen, so daß Sauerstoff als Bezugssubstanz in ausreichender Weise in dem luftdichten Raum gehalten werden kann. Weil darüberhinaus das Volumen des luftdichten Raumes genügend groß gemacht werden kann, ist es nicht nötig, ständig die Sauerstoffpumpe zu betreiben, womit die an die Sauerstoffpumpe gelegte Spannung vermindert werden kann. Weil es des weiteren nicht nötig ist, das Sauer­ stoffühlelement ständig mit Hilfe eines Heizelements auf hoher Temperatur zu halten, besteht die Möglichkeit, die Heizlei­ stung des Heizelements gering zu machen und dadurch einer Verschlechterung oder einem Ausfall des Sauerstoffühlelements entgegenzuwirken.

Ferner ist bei dem mit einem Heizelement und wenigstens einem Paar von Sauerstoff-Pumpelektroden zusätzlich zur Bezugs- sowie Meßelektrode versehenen Sauerstoffühlelement wenigstens ein Leiterelement für die Sauerstoff-Pumpelektroden an ein Teil des Heizelements oder des Leiterelements für das Heiz­ element angeschlossen, so daß es möglich ist, die gleiche Energiequelle für die Sauerstoffpumpe sowie das Heizelement zu benutzen, womit folglich die Anzahl der Anschlußstücke, die an den Endabschnitten des Sauerstoffühlelements ausge­ bildet sind und zum Anschluß an externe Schaltungen dienen, entsprechend vermindert werden kann. Da in diesem Fall die Anzahl der Verbindungsleitungen für die Energiequelle ver­ mindert werden kann, wird die Wahr­ scheinlichkeit für einen Leitungsbruch gering, und der Anschluß- oder Verbindungskörper kann mit geringeren Abmes­ sungen ausgebildet werden.

Claims (8)

1. Sauerstoffühler mit einem Sauerstoffühlelement, das einen Sauerstoffionen leitenden Festelektrolytkörper mit mindestens einer Bezugselektrode sowie einer Meßelektro­ de umfaßt, der mit den Elektroden in Kontakt steht, und mit einem das Sauerstoffühlelement umgebenden Gehäuse, in dem ein Freiraum ausgebildet ist, der mit der Bezugs­ elektrode in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet,
daß der Festelektrolytkörper (31, 32, 33; 61, 62, 81; 112, 113, 114) einen Spalt (35, 80) aufweist, dem die Bezugselektrode (38, 64, 117) gegenüberliegt,
daß der Freiraum als luftdichter Raum (9, 115) ausgebildet ist, der zur Außenatmosphäre in einem im wesentlichen luft­ dichten Zustand gehalten wird,
daß der Spalt (35, 80) nur mit dem luftdichten Raum (9, 115) in Verbindung steht und
daß der Fühler zusätzlich wenigstens ein Paar von Sauerstoff-Pumpelektroden (39, 40; 65, 66; 119, 120) zur Zufuhr von Sauerstoff über den Spalt (35, 80) in den luft­ dichten Raum (9, 115) aufweist.

2. Sauerstoffühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der luftdichte Raum (115) im Sauerstoffühlele­ ment (53, 54) angeordnet ist.

3. Sauerstoffühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Sauerstoffühlelement (51, 52, 53, 54) mit wenigstens einem Heizelement (67, 116) für die Beheizung von wenigstens einer der Bezugs- (64, 117), Meß- (63, 118) und Sauerstoff-Pumpelektroden (65, 66, 119, 120) sowie einer Einrichtung zur Teilung einer dem Heizelement angelegten Spannung und zur Legung der ge­ teilten Spannung parallel an die Sauerstoff-Pumpelektro­ den versehen ist.

4. Sauerstoffühler nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse umfaßt:

• - ein Schutzrohrteil (20 a), das ein einem einer Messung unterliegendes Gas ausgesetztes Teil (4) des Sauer­ stoffühlelements (1) schützend aufnimmt,
• - ein Aufnahmestück (15), durch das der Sauerstoffühler (101) an einer das der Messung unterliegende Gas ge­ genüber dem Äußeren abschirmenden Trennwand (25) be­ festigt ist.
• - ein einem der Messung unterliegendes Gas nicht ausge­ setztes Teil des Sauerstoffühlelements zu dessen Schutz aufnehmendes Schutzrohr (20),
• - ein ein Eindringen des der Messung unterliegendem Gas in das Schutzrohr verhinderndes Abschlußteil (6, 14) und
• - einen eine Stirnseite des Schutzrohres verschließen­ den Stopfen (8), durch den Leitungsdrähte (11, 12, 13) zur elektrischen Verbindung des Sauerstoffühlelements mit einem externen Schaltkreis geführt sind, wobei der luftdichte Raum (89) von dem Schutzrohr, dem Abschluß­ teil, dem Stopfen und dem Sauerstoffühlelement (1) um­ geben ist.

5. Sauerstoffühler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse eine zwischen dem luftdichten Raum (9) und dem Stopfen (8) einen luftdichten Abschluß bil­ dende Zwischenwand (23) umfaßt.

6. Sauerstoffühlelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Heizelement (67) einen positiven spe­ zifischen Widerstand-Temperaturkoeffizienten hat.

7. Sauerstoffühlelement nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffühl­ element (51, 52) eine tafelförmige Gestalt hat.

8. Sauerstoffühlelement nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der luftdichte Raum (115) durch ein poröses, isolierendes Teil (135), das eine Überschußmenge an Sauerstoff durchtreten läßt, mit der Außenatmosphäre in Verbindung steht.