DE4439898B4 - Elektrochemischer Meßfühler und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Elektrochemischer Meßfühler und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Abstract

Elektrochemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes von Gasen, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem rohrförmigen Sensorelement, an dessen Außenseite eine dem Meßgas ausgesetzte Meßelektrode und an dessen Innenseite eine Referenzelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzelektrode (36) mit einer einen hohen Gasdiffusionswiderstand aufweisenden Schicht (60) überzogen ist, derart, daß sich zwischen der Referenzelektrode (36) und der Schicht (60) ein Pumpreferenzvolumen (58) ausbildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes von Gasen, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung des Meßfühlers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
  • Stand der Technik
  • Elektrochemische Meßfühler der gattungsgemäßen Art sind bekannt. Diese sind beispielsweise in einer sogenannten Fingerbauform ausgeführt, bei der ein Festelektrolytkörper ein Sensorelement bildet, das als geschlossenes Rohr in einem metallischen Gehäuse dicht festgelegt ist. Eine äußere Meßelektrode des Sensorelementes ist hierbei direkt dem zu messenden Gas ausgesetzt, während eine innere, als Referenz elekrode dienende Elektrode einem Referenzgas, beispielsweise dem Luftsauerstoff, ausgesetzt ist. Die Elektroden sind über Leiterbahnen, die innen und außen an dem geschlossenen Rohr geführt sind, mit einer Auswerteschaltung verbunden. Wird die Meßelektrode mit einem zu messenden Gas, beispielsweise mit dem Abgas eines Kraftfahrzeuges, beaufschlagt, stellt sich ein unterschiedlicher Sauerstoffpartialdruck an der Meßelektrode und der Referenzelektrode ein, so daß zwischen den Elektroden ein Spannungssignal abgegriffen werden kann. Dieses Spannungssignal dient der Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in dem Abgas, so daß Rückschlüsse auf den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine geschlossen werden können. Insbesondere ist der sogenannte Lamdawert ermittelbar, der ein Maß für die Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bildet, mit dem die Verbrennungskraftmaschine betrieben wird. Je nachdem ob die Luft oder der Kraftstoff im stöchiometrischen Übeschuß vorliegt, ist der Lamdawert größer beziehungsweise kleiner gleich 1.
  • Den bekannten elektrochemischen Meßfühlern ist gemeinsam, daß sie unmittelbar dem Abgasweg ausgesetzt sind, so daß die Referenzelektrode gegenüber dem Abgasweg einer ausreichenden Abdichtung bedarf. Hierzu ist es bekannt, eine Vielzahl spezieller Dichtungen anzuordnen, die einerseits eine Abdichtung der Referenzelektrode gegen das Abgas ermöglicht und andererseits eine Zufuhr des Referenzgases, also des Luftsauerstoffes, zu der Referenzelektrode gestattet. Die Dichtanordnungen besitzen einen komplizierten und aufwendigen Aufbau. Insbesondere bei bestimmten Betriebssituationen des Kraftfahrzeuges, beispielsweise beim Anlassen, gelangt unverbrannter Kraftstoff in den Abgasweg, der den Messfühler sozusagen umspült und somit selbst bei gasdichten Abdichtungen ein Eintritt des Kraftstoffes in den Referenzbereich nicht auszuschließen ist.
  • Aus der US 4 174 258 A ist ein rohrförmiges, einseitig geschlossenes Sensorelement bekannt, auf dessen Innenseite eine Referenzelektrode angeordnet ist, die mit einer Schutzschicht überzogen ist. Die Schutzschicht steht auf ihrer gesamten Fläche in direktem Kontakt zu der Referenzelektrode und besteht aus einem Material, das bei den Betriebstemperaturen des Sensorelementes mit Sauerstoff reagiert.
  • Aus der EP 0 035 177 ist ein Sensorelement mit einer Referenzelektrode bekannt, die zwischen einem Substrat und einer Festelektrolytschicht angeordnet ist. Die Referenzelektrode steht in direktem Kontakt zu dem Substrat und zu der Festelektrolytschicht.
  • In der DE 29 06 459 C2 ist ein Sensorelement beschrieben, das zwei Elektroden sowie eine zwischen den Elektroden angeordnete Festelektrolytschicht aufweist. Die Elektroden sind mit einer Trennschicht beziehungsweise einer porösen Schutzschicht abgedeckt. Die Elektroden stehen in direktem Kontakt zu der Festelektrolytschicht und der Trennschicht beziehungsweise der Schutzschicht.
  • Vorteile der Erfindung
  • Der erfindungsgemäße Messfühler mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass in einfacher Weise eine Abdichtung der Referenzelektrode möglich ist. Dadurch, dass der Referenzelektrode ein Pumpreferenzvolumen zugeordnet ist, das mit einer einen hohen Gasdiffusionswiderstand aufweisenden Schicht überzogen ist, ist es in einfacher Weise möglich, die Abdichtung der Referenzelektrode auf die das Pumpreferenzvolumen abdeckenden Schicht zu begrenzen. Das Pumpreferenzvolumen bildet eine interne Bezugssauerstoffquelle für die Referenzelektrode. Durch das Anlegen einer Pumpspannung an die Referenzelektrode und einer dem Messgas ausgesetzten Messelektrode kann das Pumpreferenzvolumen aus dem Messgas ständig mit frischen Sauerstoffionen versorgt werden. Eine Verbindung des Pumpreferenzvolumens mit der Atmosphäre und den damit notwendigen Abdichtungen gegenüber dem Eindringen von Fremdstoffen, beispielsweise von Kraftstoffen, kann somit eingespart werden. Die Referenzpumpspannung liegt ständig an dem Sensorelement an und wird von dem sich einstellenden Spannungssignal aufgrund eines Sauerstoffkonzentra tionsunterschiedes in dem Meßgas, also an der Meßelektrode, und in dem Pumpreferenzvolumen, also an der Referenzelektrode, überlagert. Mittels einer Auswerteschaltung kann in einfacher Weise das Pumpreferenzspannungssignal mit dem Meßspannungssignal abgeglichen werden, so daß ein dem Sauerstoffkonzentrationsunterschied entsprechendes Signal zur Verfügung steht.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Pumpreferenzvolumen an einem Grund des Sensorelementes angeordnet ist und mit der Schicht abgedeckelt ist, die vorzugsweise eine nicht 100%ige Gasundurchlässigkeit besitzt. Hierdurch wird erreicht, daß die das Pumpreferenzvolumen abdeckende Schicht gleichzeitig eine Ventilfunktion übernehmen kann, die für den Fall auslöst, daß in dem Pumpreferenzvolumen aufgrund des ständig anliegenden Pumpreferenzspannungssignals eine zu große Sauerstoffkonzentration entsteht. Ein sich hier aufbauender Überdruck wird bei Erreichen eines bestimmten Grenzwertes über die das Pumpreferenzvolumen abdeckende Schicht abgebaut.
  • Ferner ist vorteilhaft, daß das Pumpreferenzvolumen und/oder die das Pumpreferenzvolumen abdeckende Schicht aus dem gleichen Material wie das Sensorelement bestehen. Vorzugsweise wird eine Funktion des Pumpreferenzvolumens und der dieses abdeckende Schicht durch die Wahl einer unterschiedlichen Porösität eingestellt. Somit ist mit den allgemein bekannten, technologisch beherrschbaren Verfahrens schritten in einfacher Weise der Aufbau des Meßfühlers möglich.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin durch die im Anspruch 8 genanten Merkmale gelöst. Dadurch, daß auf der Referenzseite des rohrförmigen Sensorelementes ein Pumpreferenzvolumen und eine das Pumpreferenzvolumen abdeckende Schicht aufgetragen wird, die vorzugsweise durch ein definiertes Eintropfen eines das Pumpreferenzvolumen und die Schicht ergebenden Materials erfolgt, ist es in einfacher Weise möglich, das rohrförmige Sensorelement mit einem abgedichteten Pumpreferenzvolumen zu versehen. Durch die topfförmige Gestalt des rohrförmigen Sensorelementes kann das das Pumpreferenzvolumen ergebende Material in einfacher Weise während eines Durchlaufverfahrens in das Sensorelement eingetropft werden, so daß durch eine dosierte Eingabe einer bestimmten Menge des Materials ein definiertes Pumpreferenzvolumen in dem Sensorelement erzeugbar ist.
  • Das erzeugte Pumpreferenzvolumen kann vorzugsweise mit einer weiteren eingetropften Materialschicht überdeckt werden, die gegenüber dem Pumpreferenzvolumen einen hohen Gasdiffusionswiderstand aufweist. Die das Pumpreferenzvolumen und die das Pumpreferenzvolumen abdeckende Schicht ergebenden Materialien können gemeinsam mit dem Sensorelement co-gesintert werden, so daß in einem Arbeitsgang ein komplettes Sensorelement erzeugbar ist. Die Verfahren zum Einbringen des Pumpreferenzvolumens und der dieses abdeckenden Schicht sind somit mit den bekannten Verfahrensschritten zum Herstellen der Sensorelemente kombinierbar und für eine massenhafte Fertigung geeignet.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
  • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Schnittdarstellung durch einen elektrochemischen Meßfühler und
  • 2 eine perspektivische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Sensorelement.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In der 1 ist in einer Schnittdarstellung ein allgemein mit 10 bezeichneter, elektrochemischer Meßfühler dargestellt. Der Meßfühler 10 besitzt ein metallisches Gehäuse 12, das an seiner Außenseite einen Schlüsselsechskant 14 und ein Gewinde 16 zum Befestigen in einem nicht dargestellten Meßgasrohr aufweist. Das Gehäuse 12 ist hülsenförmig ausgebildet und besitzt eine Durchgangsöffnung 18. Die Durchgangsöffnung 18 ist als Stufenbohrung ausgeführt und bildet einen Dichtsitz 20 aus. In der Durchgangs öffnung 18 des Gehäuses 12 ist ein Sensorelement 22 geführt. Das Sensorelement 22 besitzt einen wulstförmigen Kopf 24, der eine Ringschulter 26 ausbildet. Zwischen dem Sensorelement 22 und dem Gehäuse 12 ist eine Dichtung 28 angeordnet.
  • Der in der 1 dargestellte Meßfühler 10 besitzt ein potententialfrei angeordnetes Sensorelement 22, wobei der prinzipielle Aufbau ebenfalls für ein potentialbehaftet angeordnetes Sensorelement 22 gilt. Die Unterschiede zwischen den potentialfrei und potentialbehaftet angeordneten Sensorelementen 22 sollen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher erläutert, da sie dem Fachmann allgemein geläufig sind.
  • Das Sensorelement 22 ist im vorliegenden Beispiel eine an sich bekannte Sauerstoffsonde, die bevorzugterweise für das Messen des Sauerstoffpartialdruckes in Abgasen, vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen, Verwendung findet. Das Sensorelement 22 besitzt einen rohrförmigen Festelektrolytkörper 30, dessen meßgasseitiger Endabschnitt mittels eines Bodens 32 verschlossen ist. Auf der dem Meßgas ausgesetzten Außenseite des Festelektrolytkörpers 30 ist eine schichtförmige, gasdurchlässige Meßelektrode 34 angeordnet. Auf der der Außenseite abgewandten Innenseite des Festelektrolytkörpers ist eine gasdurchlässig und ebenfalls schichtförmig ausgebildete Referenzelektrode 36 angeordnet. Die Meßelektrode 34 ist über eine Leiterbahn 38 mit einem ersten Elektrodenkontakt 40 verbunden. Über die Meßelektrode 34 und teilweise über die Leiterbahn 38 ist eine poröse Schutzschicht 42 gelegt. Die Referenzelektrode 36 ist über eine zweite Leiterbahn 44 mit einem zweiten Elektrodenkontakt 46 verbunden. Die Elektrodenkontakte 40 und 46 befinden sich jeweils auf einer vom offenen Ende des Festelektrolytkörpers 30 gebildeten Stirnfläche 48. Die Leiterbahnen 38 und 44 sind vorteilhafterweise als Cermet-Schichten aufgebaut und co-gesintert.
  • Das meßgasseitig aus der Durchgangsöffnung 18 des Gehäuses 12 herausragende Sensorelement 22 ist mit Abstand von einem Schutzrohr 50 umgeben, welches für den Ein- beziehungsweise Austritt eines Meßgases Öffnungen 52 besitzt. Das Schutzrohr 50 ist am meßgasseitigen Ende des Gehäuses 12 gehalten, beispielsweise in eine Nut 54 eingepaßt.
  • In einem Innenraum 56 des Festelektrolytkörpers 30 ist über der Referenzelektrode 36 ein Pumpreferenzvolumen 58 angeordnet. Das Pumpreferenzvolumen 58 besteht aus einem keramischen Material, das eine Porösität zum Aufnehmen eines Referenzgases aufweist. Das Pumpreferenzvolumen 58 kann beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Festelektrolytkörper 30 bestehen. Sowohl der Festelektrolytkörper 30 als auch das Pumpreferenzvolumen 58 können beispielsweise aus stabilisiertem Zirkonoxid bestehen. Eine Porösität kann durch Zumischen der Stabilisierungsmittel, beispielsweise Yttriumoxid, erfolgen. Durch die Beigabe unterschiedlicher Mengen von Stabilisatoren und/oder weiterer während eines Sinterprozesses sich auflösender Bestandteile, kann die Porösität sowohl des Fest elektrolytkörpers 30 als auch des Pumpreferenzvolumens 58 eingestellt werden. Das Pumpreferenzvolumen 58 ist etwa halbkugelförmig ausgebildet und füllt den Innenraum 56 des Festelektrolytkörpers 30 im Bereich dessen Bodens 32 aus. Über dem Pumpreferenzvolumen 58 ist eine Schicht 60 angeordnet. Die Schicht 60 überdeckt das Pumpreferenzvolumen 58 über dessen gesamte, dem Innenraum zugewandte Oberfläche. Die Schicht 60 bildet an ihrem Außenumfang einen Kragen 62 aus, der in Richtung des meßgasfernen Endes des Festelektrolytkörpers 30 hochsteht. Weiterhin ist die Schicht 60 über die Leiterbahn 44, die die Referenzelektrode 36 mit dem Elektrodenkontakt 46 verbindet, angeordnet. Die Schicht 60 ist hierbei vorzugsweise nur im Bereich der Leiterbahn 44, das heißt, also nicht über den gesamten Innenumfang des Festelektrolytkörpers 30, vorgesehen. Die Schicht 60 besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem keramischen Material, das einen hohen Gasdiffusionswiderstand aufweist. Als Material für die Schicht 60 kann beispielsweise ebenfalls Zirkonoxid verwendet werden, wobei der Gasdiffusionswiderstand durch entsprechende Stabilisatoren eingestellt werden kann.
  • Auf dem ersten Elektrodenkontakt 40 liegt ein erstes Kontaktteil 64 und auf dem zweiten Elektrodenkontakt 46 ein zweites Kontaktteil 66 auf. Die Kontaktteile 64 und 66 sind mit einem Meßelektroden-Anschluß 68 und einem Referenzelektroden-Anschluß 70 kontaktiert. Die Anschlüsse 68 und 70 werden mit nicht dargestellten Anschlußkabeln kontaktiert und nach außen zu einem Meß- oder Steuergerät geführt.
  • In der Durchgangsöffnung 18 des Gehäuses 12 ist ferner eine Isolierhülle 72 eingebracht, welche vorzugsweise aus einem keramischen Material besteht. Mit Hilfe eines nicht dargestellten, mechanischen Mittels wird die Isolierhülle 72 auf die Kontaktteile 64 und 66 gedrückt, wodurch eine elektrische Verbindung zu den Elektrodenkontakten 40 und 46 realisiert wird.
  • In dem verbleibenden Innenraum 56 des Festelektrolytkörpers 30 kann ferner eine, hier nicht dargestellte Heizeinrichtung eingebracht sein.
  • In der 2 ist in einer schematischen Perspektivansicht der Festelektrolytkörper 30 aufgeschnitten dargestellt. Gleiche Teile wie in 1 sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht nochmals erläutert. Anhand der Perspektivansicht wird deutlich, wie in dem Hohlraum 56 am Grund 32 des Festelektrolytkörpers 30 das Pumpreferenzvolumen 58 angeordnet ist. Das Pumpreferenzvolumen 58 überdeckt die in 2 nicht dargestellte Referenzelektrode 36 vollständig. Über dem Pumpreferenzvolumen 58 ist die Schicht 60 vorgesehen, die einerseits in den Kragen 62 ausläuft und andererseits die Leiterbahn 44 überdeckt.
  • Der in den 1 und 2 dargestellte Meßfühler 10 übt folgende Funktion aus:
    Über die Anschlüsse 68 und 70 beziehungsweise die Leiterbahnen 38 und 44 liegt zwischen der Meßelektrode 34 und der Referenzelektrode 36 ein defi niert festgelegtes Pumpspannungssignal an. Das Pumpspannungssignal wird von dem nicht dargestellten Meß- oder Steuergerät bereitgestelllt. Aufgrund der anliegenden Pumpspannung werden aus dem Meßgas, das durch die Öffnungen 52 in das Gehäuse 50 eindringen kann, Sauerstoffionen in das Pumpreferenzvolumen 58 gepumpt. Der Vorgang des Abpumpens von Sauerstoffionen aus einem Meßgas in eine Pumpreferenz ist allgemein bekannt. Bei einer Änderung einer Sauerstoffkonzentration in dem Meßgas ändert sich der Sauerstoffpartialdruck an der Meßelektrode 34 gegenüber dem Sauerstoffpartialdruck an der Referenzelektrode 36. Hierdurch kann ein bestimmtes Spannungssignal abgegriffen werden, das dem Sauerstoffkonzentrationsunterschied zwischen der Meßelektrode 34 und der Referenzelektrode 36 proportional ist. Dieses Spannungssignal wird in einer Auswerteschaltung der nicht dargestellten Meß- oder Steuergeräte mit dem Pumpspannungssignal abgeglichen, so daß ein Meßsignal erhalten wird, das ein Maß für eine Sauerstoffkonzentration in dem Meßgas liefert. Dieses kann in allgemein bekannter Weise für die Steuerung einer Einspritzung einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
  • Die über dem Pumpreferenzvolumen 58 angeordnete Schicht 60 gewährleistet, daß in das Pumpreferenzvolumen 58 keine Fremdstoffe, insbesondere keine Benzoldämpfe oder flüssiger Kraftstoff, eindringen kann. Durch die Ausbildung des Kragens 62 und dem Vorhandensein der Schicht 60 über der Leiterbahn 44 wird ein Eindringen von Kraftstoff beziehungsweise Kraftstoffdämpfen in das Pumpreferenzvolumen 58 verhindert. Durch die Ausbildung der Schicht 60 wird somit an eine Abdichtung des Innenraums 56 gegenüber Kraftstoffen beziehungsweise Kraftstoffdämpfen keine besondere Anforderung mehr gestellt. Die Anordnung von zusätzlichen, aufwendigen Dichtungselementen, die darüber hinaus eine dichtende Durchführung der Anschlüsse 68 und 70 gewährleisten müssen, ist somit nicht mehr zwingend erforderlich.
  • Durch die Einstellung eines definierten hohen Gasdiffusionswiderstandes der Schicht 60 wird neben der Abdichtung des Pumpreferenzvolumens 58 gegenüber Kraftstoffen beziehungsweise Kraftstoffdämpfen eine Ventilfunktion für das Pumpreferenzvolumen 58 möglich. Steigt aufgrund der permanent angelegten Pumpspannung zwischen der Meßelektrode 34 und der Referenzelektrode 36 der Druck infolge des Zupumpens von Sauerstoffionen innerhalb des Pumpreferenzvolumens 58 an, so kann bei Erreichen eines festlegbaren Grenzwertes dieser Druck durch die Schicht 60 abgebaut werden. Die Grenzwerte lassen sich durch eine Porösität der Schicht 60 einstellen, die gleichzeitig den Gasdiffusionswiderstand der Schicht 60 bestimmt. Somit ist das Sensorelement 22 gleichzeitig vor einer Zerstörung durch zu hohe Drücke innerhalb des Pumpreferenzvolumens 58 geschützt.
  • Die Herstellung des Sensorelementes 22 kann derart erfolgen, daß in den Hohlraum 56 des Festelektrolytkörpers 30 nach Aufbringen der Referenzelektrode 36 und der diese mit dem Elektrodenkontakt 46 ver bindenden Leiterbahn 44 das das Pumpreferenzvolumen 58 ergebende Material durch die in 1 dargestellte meßgasferne Öffnung eingefüllt wird. Das Einfüllen kann beispielsweise durch Eintropfen eines keramischen Materials erfolgen. Es wird so viel keramisches Material eingefüllt, bis sich ein Füllstand innerhalb des Festelektrolytkörpers 30 ergibt, der ein Abdecken der Referenzelektrode 36 gewährleistet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Hohlraum 56 des Festelektrolytkörpers 30 komplett mit dem keramischen Material zu füllen und dieses dann soweit auszubringen, beispielsweise auszusaugen, bis der für das Pumpreferenzvolumen 58 benötigte Füllungsgrad erreicht ist.
  • Auf die das Pumpreferenzvolumen 58 ergebende keramische Masse wird sodann die die Schicht 60 ergebende keramische Masse aufgetragen. Das Aufbringen der Schicht 60 kann beispielsweise ebenfalls durch definiertes Eintropfen einer bestimmten Menge an keramischem Material erfolgen. Das Einbringen der Schicht 60 kann beispielsweise ebenfalls durch Einbringen einer bereits vorgefertigten Folie, die die Konturen der Schicht 60, einschließlich ihres Kragens 62 und der die Leiterbahn 44 übergreifenden Bestandteile aufweist. Sowohl dem das Pumpreferenzvolumen 58 als auch dem die Schicht 60 ergebenden keramischen Material sind Stabilisatoren zugemischt, die eine Einstellung einer definierten Porösität gestatten. Diese erfolgt so, daß das Pumpreferenzvolumen 58 zum Speichern des Sauerstoffs geeignet ist, während die Schicht 60 eine undurchlässige Barriere für Kraftstoffe beziehungsweise Kraftstoffdämpfe bildet. Ein Entweichen von Sauerstoff aus dem Pumpreferenzvolumen 58 in den Innenraum 56 des Sensorelementes 22 bei Erreichen eines bestimmten Grenzdruckwertes wird durch die Schicht 60 gestattet, indem diese einen genau definierten, hohen Gasdiffusionswiderstand aufweist. Nach Einbringen des das Pumpreferenzvolumen 58 beziehungsweise des die Schicht 60 ergebenden keramischen Materials kann ein Sintern des Sensorelementes 22 erfolgen. Das Sintern kann hierbei beispielsweise als sogenanntes Co-Sintern erfolgen, indem der Festelektrolytkörper 30, das Pumpreferenzvolumen 58 und die Schicht 60 in einem Arbeitsgang gesintert werden. Es ist jedoch auch ein aufeinanderfolgendes Sintern möglich, indem beispielsweise zuerst der Festelektrolytkörper 30 mit der Meßelektrode 34, der Referenzelektrode 36 und den Leiterbahnen 38 beziehungsweise 34 gesintert wird und erst anschließend das Pumpreferenzvolumen 58 und die Schicht 60 aufgesintert werden. Das Sintern von keramischem Material ist allgemein bekannt und soll hier im Rahmen der Beschreibung nicht weiter ausgeführt werden.

Claims (15)

  1. Elektrochemischer Meßfühler zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes von Gasen, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem rohrförmigen Sensorelement, an dessen Außenseite eine dem Meßgas ausgesetzte Meßelektrode und an dessen Innenseite eine Referenzelektrode angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzelektrode (36) mit einer einen hohen Gasdiffusionswiderstand aufweisenden Schicht (60) überzogen ist, derart, daß sich zwischen der Referenzelektrode (36) und der Schicht (60) ein Pumpreferenzvolumen (58) ausbildet.
  2. Meßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumprefenzvolumen (58) an einem Boden (32) des Sensorelementes (22) angeordnet ist und mit der Schicht (60) abgedeckelt ist.
  3. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (60) gleichzeitig eine die Referenzelektrode (36) kontaktierende Leiterbahn (44) überdeckt.
  4. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (60) an ihrem Außenumfang an der Innenwand des Sensorelementes (22) einen Kragen (62) ausbildet.
  5. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpreferenzvolumen (58) und/oder die Schicht (60) aus dem gleichen Material wie das Sensorelement (22) bestehen.
  6. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über die Wahl einer unterschiedlichen Porösität des für das Sensorelement (22), das Pumpreferenzvolumen (58) und die Schicht (60) verwendeten keramischen Materials deren jeweilige Funktion einstellbar ist.
  7. Meßfühler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzelektrode (36) und die Meßelektrode (34) mit einem permanenten Pumpspannungssignal beaufschlagbar sind, so daß ein Einpumpen von Sauerstoffionen in das Pumpreferenzvolumen (58) erfolgt.
  8. Verfahren zur Herstellung eines elektrochemischen Meßfühlers zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes von Gasen, insbesondere zur Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Abgasen von Verbrennungsmotoren, mit einem rohrförmigen Sensorelement, an dessen Außenseite eine dem Meßgas ausgesetzte Meßelektrode und an dessen Innenseite eine einem Referenzgas ausgesetzte Referenzelektrode angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Referenzelektrode ein Pumpreferenzvolumen und eine das Pumpreferenzvolumen abdeckende Schicht aufgetragen werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpreferenzvolumen und die dieses abdeckende Schicht vor dem Sintern des Sensorelementes (22) aufgetragen werden.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpreferenzvolumen und die dieses abdeckende Schicht durch Einbringen in einen Innenraum des rohrförmigen Sensorelementes erzeugt werden.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpreferenzvolumen und die dieses abdeckende Schicht durch Einfüllen einer definierten Menge eines keramischen Materials in den Innenraum (56) erzeugt werden.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpreferenzvolumen und die dieses abdeckende Schicht durch Eintropfen einer definierten Menge eines keramischen Materials erzeugt werden.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpreferenzvolumen und die dieses abdeckende Schicht durch Einfüllen einer beliebigen Menge eines keramischen Materials und anschließendes definiertes Absaugen einer überflüssigen Menge des eingefüllten keramischen Materials erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpreferenzvolumen und die dieses abdeckende Schicht mit dem Sensorelement co-gesintert werden.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement, das Pumpreferenzvolumen und die dieses abdeckende Schicht in getrennten Schritten gesintert werden.
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