DE7837694U1 - ELECTROCHEMICAL PROBE FOR DETERMINING THE OXYGEN CONTENT IN GAS, IN PARTICULAR IN EXHAUST GAS - Google Patents

ELECTROCHEMICAL PROBE FOR DETERMINING THE OXYGEN CONTENT IN GAS, IN PARTICULAR IN EXHAUST GAS

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DE7837694U1 DE19787837694 DE7837694U DE7837694U1 DE 7837694 U1 DE7837694 U1 DE 7837694U1 DE 19787837694 DE19787837694 DE 19787837694 DE 7837694 U DE7837694 U DE 7837694U DE 7837694 U1 DE7837694 U1 DE 7837694U1
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  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Description

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f I 1 I * t If I 1 I * t I

R. 5Λ 9 1 R. 5Λ 9 1

12-12.1978 Zr/Sm12-12.1978 Zr / Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des
Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen
Electrochemical probe for the determination of the
Oxygen content in gases, especially in exhaust gases

Stand der Technik ι State of the art ι

Die Erfindung geht aus von einem elektrochemischen Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Ga- j sen, insbesondere in Abgasen, nach der Gattung des Haupt- ; anspruches. Es ist schon ein derartiger Meßfühler aus der
DE-OS 25 ^7 683 bekannt, der einen plattenförmigen Pest- i elektrolyten mit beiderseits aufgebrachten, vom Meßgas \ umspülten Elektroden hat und ein von dem Sauerstoffgehalt des Meßgases abhängiges Spannungssignal liefert
(potentiometrischer Meßfühler). Weiterhin ist aus der | DE-OS 19 51I 663 ein solcher Meßfühler bekannt, der eben- f falls einen plattenförmigen Pestelektrolyten mit beider- I
The invention is based on an electrochemical measuring sensor for determining the oxygen content in gases, in particular in exhaust gases, according to the genus of the main; claim. It is such a sensor from the
DE-OS 25 ^ 7 683. which provides a plate-shaped electrolyte plague i with both sides coated, has the measurement gas \ lapped electrodes and a dependent on the oxygen content of the measuring gas voltage signal
(potentiometric sensor). Furthermore, from the | DE-OS 19 5 1 I 663 such a sensor is known, which also has a plate-shaped plague electrolyte with both I

t · Ml tin * Ml» t · Ml tin * Ml »

R S192 R S192

12.12.1978 Zr/SmDecember 12, 1978 Zr / Sm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO Stuttgart 1

Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen Electrochemical measuring sensor for the determination of the oxygen content in gases, especially in exhaust gases

Zusammenfassungsummary

Es wird ein Meßfühler für den .Sauerstoffpartialdruck in Gasen vorgeschlagen, der eine Pestelektrolytplatte mi^- mindestens einem Elektroden-Paar aufweist; jedes Elektroden-Paar ist dabei auf der gleichen Seite der Festelektrolytplatte angeordnet und dem Meßgas ausgesetzt. Vorgeschlagen werden auch vorteilhafte Anordnungen von Heizelementen und Temperaturfühlern und bevorzugte Ausführungsformen von Elektroden- Auch der Einbau mehrerer Sensorelemente im gleichen Meßfühler und der Einsatz für potentiometrische und/oder polarographisehe Messungen werden beansprucht. Der Aufbau derartiger Meßfühler ist sowohl kostengünstig und für eine Massenproduktion geeignet als auch sehr flexibel hinsichtlich ihrer speziellen Ausfuhrungsform.A sensor for the oxygen partial pressure in Proposed gases, which has a plague electrolyte plate mi ^ - at least one pair of electrodes; each pair of electrodes is arranged on the same side of the solid electrolyte plate and exposed to the measurement gas. Advantageous arrangements of heating elements and temperature sensors and preferred embodiments are also proposed of electrodes- Also the installation of several sensor elements in the same sensor and the use for potentiometric and / or polarographic measurements are claimed. The construction of such sensors is both inexpensive and suitable for mass production as well as very flexible in terms of their special design.

- 2 - κ. 519 2- 2 - κ. 519 2

Zr/SmZr / Sm

seits aufgebrachten, vom Meßgas umspülten Elektroden hat;, an dessen Elektrode jedoch eine Spannung angelegt ist, infolge welcher ein vom Sauerstoffgehalt des Meßgases abhängiger, durch Gasphasen-Diffusion begrenzter elektrischer Strom das Ausgangssignal des Meßfühlers liefert (polarographischer Meßfühler); in dieser DE-OS ist auch ein separates Heizelement für den Meßfühler beschrieben, welches den Festelektrolyten auf die gewünschte Arbeitstemperatur einstellt. Erwähnt sei zu ν diesem letztgenannten polarographischen Meßfühler auchside applied electrodes surrounded by the measuring gas has; but a voltage is applied to its electrode is, as a result of which a dependent on the oxygen content of the measurement gas, limited by gas phase diffusion electric current provides the output of the probe (polarographic probe); in this DE-OS a separate heating element for the sensor is described, which sets the solid electrolyte to the desired working temperature. Mention should be made to ν this last-mentioned polarographic sensor as well

noch die DE-OS 27 11 880. gemäß der das Meßgas durch eine poröse Beschichtung auf der Meßelektrode diffundieren muß; dieser Meßfühler hat einen rohrförmigen Pestelektrolyten, dessen einer Endabschnitt geschlossen ist und dessen Innenraum mit einem Bezugsgas (Luft) versorgt wird.nor the DE-OS 27 11 880. according to which the gas to be measured through a porous coating must diffuse on the measuring electrode; this probe has a tubular plague electrolyte, one end portion of which is closed and its interior is supplied with a reference gas (air) will.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der elektrochemische Meßfühler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß er industriell einfach und kostengünstig zu fertigen ist, die Anwendung einer geringeren Wärmekapazität und damit ein schnelleres Ansprechen des Meßfi'hlers erlaubts die einfache, für Großserien geeignete Ergänzung mit Heizelement und/oder Temperaturfühler ermöglicht, außerdem die Ausbildung zu einem potentiometrischen oder einem polarographischen Meßfühler oder sogar die Kombination von mehreren potentiometrischen und/oder polarographischen Sensorelementen in einem einzigen Meßfühler gestattet; die vorteilhaften Weiterbildungen des im Hauptanspruch be-In contrast, the electrochemical sensor with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is industrially easy and inexpensive to manufacture, the use of a lower thermal capacity and thus a faster response of the Meßfi'hlers allowed s easy, suitable for large series supplement with heating element and / or allows temperature sensors, also allows the formation of a potentiometric or a polarographic sensor or even the combination of several potentiometric and / or polarographic sensor elements in a single sensor; the advantageous developments of the main claim

■ a ■■ a ■

• 43 ι• 43 ι

■•ft Il IJUIl■ • ft Il IJUIl

- 3 - R. 5 1 9 2- 3 - row 5 1 9 2

Zr/SmZr / Sm

schriebenen Meßfühlers sind in den Unteransprüchen aufgeführt. written sensor are listed in the subclaims.

Zeichnungdrawing

,Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, Embodiments of the invention are in the drawing and in the following description in more detail explained. Show it

Figur 1 den Längsschnitt durch einen potentiometrischen Meßfühler nach der Erfindung in vergrößerter Darstellung und zwar mit der Ansicht auf die Vorderseite des Sensorelementes ,Figure 1 shows the longitudinal section through a potentiometric sensor according to the invention in an enlarged view namely with the view of the front of the sensor element,

Figur 2 den Längsschnitt durch den Meßfühler nach Figur 1, jedoch mit der Ansicht auf die Rückseite des Sensorele-Kentes, FIG. 2 shows the longitudinal section through the measuring sensor according to FIG. 1, but with the view of the rear side of the sensor element,

Figur 3 den abgasnahen Endabschnitt eines vergrößert dargestellten, potentiometrischen Sensorelementes mit kammförmigen Elektroden und besonders vorteilhaft angeordnetem Heizelement,FIG. 3 shows the end section close to the exhaust gas of an enlarged, potentiometric sensor element with comb-shaped Electrodes and particularly advantageously arranged heating element,

\ t j Figur 4 den abgasnahen Endabschnitt eines vergrößert dargestellten, polarographischen Sensorelementes mit kammförmigen Elektroden, \ Tj 4 shows the emission of a proximal end portion, shown enlarged polarographic sensor element with comb-shaped electrodes,

Figur 5 den abgasnahen Endabschnitt eines vergrößert dargestellten, polarographischen Sensorelementes mit einer anderen Elektrodenanordnung (HaKen/Platte), Figur 6 die Vorderseite des meßgasseitigen Endabschnitts eines vergrößert dargestellten Sensorelementes mit zwei Elektroden-Paaren,FIG. 5 shows the end section close to the exhaust gas of an enlarged, polarographic sensor element with a different electrode arrangement (hook / plate), FIG. 6 shows the front side of the end section on the measuring gas side of an enlarged sensor element with two Electrode pairs,

Figur 7 den Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen, vergrößert dargestellten Meßfühler mit mehreren potentiometrischen und/oder polarographischen Sensorelementen undFIG. 7 shows the longitudinal section through a measuring sensor according to the invention, shown enlarged, with several potentiometric sensors and / or polarographic sensor elements and

im · ιin · ι

- * - η. 819 2- * - η. 819 2

Zr /SmZr / Sm

Figur 8 den Querschnitt durch den meßgasseitigen Endabschnitt eines vergrößert dargestellten Sensorelement-Blockes. FIG. 8 shows the cross section through the end section on the measuring gas side of an enlarged sensor element block.

,Besahreibung der Ausführungsbeispiele , Description of the exemplary embodiments

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte elektrochemische Meßfühler 10 für d~.e Bestimmung des Sauerstoffgeh^ltes in Gasen, insbesondere in Abgasen, besteht im wesentlichen aus dem eigentlichen, im Querschnitt rechteckigem Sensorelement 11, auf dem zusätzlich ein Temperaturfühler 12 und ein Heizelement 13 angeordnet ist, einem metallischen Gehäuse 14, das für den Einbau in ein nicht dargestelltes, das Meßgas führende Rohr mit einem Außengewinde 15 und einem Schlüsselsechskant 16 versehen ist und in dessen Längsbohrung 17 eine Halterung 18, l8T und eine Abdichtung 19 für das Sensorelement 11 fixiert und befestigt ist, und aus einem Schutzmantel 20, der mit Abstand den dem Meßgas ausgesetzten Bereich des Sensorelementes 11 umgibt.The electrochemical measuring sensor 10 shown in FIGS. 1 and 2 for the determination of the oxygen content in gases, in particular in exhaust gases, consists essentially of the actual sensor element 11, which is rectangular in cross section, on which a temperature sensor 12 and a heating element are additionally provided 13 is arranged, a metallic housing 14 which is provided with an external thread 15 and a key hexagon 16 for installation in a tube (not shown) carrying the measuring gas and in its longitudinal bore 17 a holder 18, 18 T and a seal 19 for the sensor element 11 is fixed and fastened, and of a protective jacket 20 which surrounds the area of the sensor element 11 exposed to the measurement gas at a distance.

Das Meßfühler-Gehäuse 14 ist in seiner Längsbohrung 17 mit einer Schulter 21 versehen, auf der der Schutzmantel 20 mit seinem Flansch 22 aufliegt; der Schutzmantel 20 besteht aus Keramik und hat in seinem Boden 23 eine öffnung 2k für das Meßgas. Auf dem Schutzmantel-Flansch 22 liegt die aus Keramik bestehende Halterung 18 auf, welche scheibenförmig ist, einen Durchbruch 26 für die Durchführung des Sensorelementes 11 besitzt und mittels eines Randes 25 eine Vertiefung zur Aufnahme der Abdichtung 19 (Kitt, Glas) für den abdichtenden Einbau des Sensorelementes bildet. Auf dem Rand 25 der Halterung 18 liegt die im we-The sensor housing 14 is provided in its longitudinal bore 17 with a shoulder 21 on which the protective jacket 20 rests with its flange 22; the protective jacket 20 is made of ceramic and has an opening 2k for the measurement gas in its bottom 23. The ceramic holder 18, which is disk-shaped, has an opening 26 for the implementation of the sensor element 11 and, by means of an edge 25, a recess for receiving the seal 19 (cement, glass) for the sealing installation, rests on the protective jacket flange 22 of the sensor element forms. On the edge 25 of the holder 18 lies the

stehenden Bauteile des Meßfühlers 10 angeordnet werden können und auch gegebenenfalls zu verwendende zusätzliche Dichtringe in diesem Bereich wurden nicht dargestellt. In die Außenseite der Halterung 18· ist neben der Auf- < bohrung 28 eine Fixiernut 32 für ein nicht dargestelltes Anschlußkabel mit eingeformt.standing components of the sensor 10 can be arranged and possibly also to be used additional Sealing rings in this area were not shown. In the outside of the holder 18 is next to the mounting <bore 28 a fixing groove 32 for a connection cable (not shown) is molded in.

Das Sensorelement 11 besitzt eine sauerstoffionenleitende Pestelektrolytplatte 33, die im Querschnitt eine Breite von 8 mm und eine Dicke von O38 mm hat und im wesentlichem aus stabilisiertem Zirkondioxid besteht. Diese Festelektrolytplatte 33 ragt mit ihrem einen Endabschnitt in den vom Meßgas bespülten, vom Schutzmantel 20 umgebenen Bereich des Meßfühlers 10, führt durch den angepaßten Durchbruch 26 in der Halterung l8, durch die Abdichtung 19 und durch den Längsdurchbruch 27 in der Halterung l8' undThe sensor element 11 has an oxygen-ion conductive Pestelektrolytplatte 33 mm in cross-section a width of 8 and a thickness of O 3 has 8 mm and consisting essential of stabilized zirconia. This solid electrolyte plate 33 protrudes with its one end portion in the flushed by the measuring gas, surrounded by the protective jacket 20 area of the sensor 10, leads through the adapted opening 26 in the holder 18, through the seal 19 and through the longitudinal opening 27 in the holder 18 'and

·»«» t»l Bill·«· »« »T» l Bill · «

- 5 - R. 519 2 X - 5 - R. 519 2 X

Zr/Sm IZr / Sm I

sentlichen zylinderförmige, keramische Halterung 18' auf, \ essential cylindrical, ceramic holder 18 'on, \

welche die Abdichtung 19 nach, oben hin begrenzt. Diese fwhich limits the seal 19 towards the top. This f

Halterung 18' besitzt außerdem einen Längsdurchbruch 27 §Bracket 18 'also has a longitudinal opening 27 §

für das Sensorelement 11 und an seinem oberen Ende eine IJfor the sensor element 11 and an IJ at its upper end

Aufbohrung 28 des Längsdurchbruchs 27, in die der abgas- fDrilling 28 of the longitudinal opening 27, into which the exhaust f

ferne Endabschnitt des Sensorelementes 11 hineinragt; Ia the distal end portion of the sensor element 11 protrudes; Yes

zur lagerichtigen Fixierung der Halterung 18' in Bezug fto fix the bracket 18 'in the correct position in relation to f

auf die Halterung l8 ist auf dem Rand 25 der Halterung |on the bracket l8 is on the edge 25 of the bracket |

18 eine Fixie-rnase 29 mit angeformt, die in ein nicht |18 has a fixation nose 29 formed thereon, which is inserted into a non |

bezeichnetes, entsprechend angeordnetes Sackloch in der \ designated, appropriately arranged blind hole in the \

Halterung 18' hineinragt. Die Außenseite der Halterung |Bracket 18 'protrudes. The outside of the bracket |

18' besitzt einen Absatz 30, auf dem der Bördelrand 31 I18 'has a shoulder 30 on which the flange 31 I

des Meßfühler-Gehäuses l4 aufliegt und demzufolge den 1 of the sensor housing l4 rests and consequently the 1

Schutzmantel 20f die Halterungen 18 und l8' und die Ab- |Protective jacket 20 f the brackets 18 and 18 'and the off |

dichtung 19 im Meßfühler-Gehäuse 14 festlegt; Ausgleichs- |seal 19 in the sensor housing 14 defines; Compensation |

elemente, die wegen unterschiedlicher Temperaturausdeh- i elements that i

nungskoeffizienten der aus verschiedenen Werkstoffen be- -SThe coefficients of the sizing made from different materials

• · t · »It• · t · »It

• · fl * »I *• · fl * »I *

- 6 - R. 5 15- 6 - row 5 15

Zr/Sm IZr / Sm I

endet mit ihrem anderen Endabschnitt in der Halterungs- | Aufbohrung 28; für die Arretierung des Sensorelementes 11 in Längsrichtung weist die Pestelektrolytplatte 33 eine Querbohrung 34 auf, in der sich die Abdichtung 19 ver- f ankert. Zur zusätzlichen Fixierung ist die Pestelektrolytplatte 33 mit einer kragenartigen Manschette 35 || abgestützt, die in der Halterung 18' von der Aufbohrung 28 bis in den Längsdurchbruch 27 hilieinverläuft und be- Jj vorzugt aus Kunststoff besteht (z.B. aus Silikon-Kautschuk) ®ends with its other end portion in the holder | Counter bore 28; for locking the sensor element 11 in the longitudinal direction, the plague electrolyte plate 33 has a transverse bore 34 in which the seal 19 is located anchored. For additional fixation, the plague electrolyte plate 33 is provided with a collar-like cuff 35 || supported in the bracket 18 'by the counter bore 28 extends into the longitudinal opening 27 and is Jj preferably made of plastic (e.g. made of silicone rubber) ®

Auf der Vorderseite 36 der Pestelektrolytplatte 33 sind im vom Meßgas umspülten Bereich zwei mit Abstand angeordnete, plattenförmige Elektroden 37 und 38 nach bekannten geeigneten Verfahren (Aufdrucken, Aufspritzen, Aufdampfen) aufgebracht und diese mit ebenfalls auf die Pestelektrolytplatte 33 aufgebrachten Leiterbahnen 39 bzw. 39' verbunden; die Leiterbahn 39 verläuft dabei an der linken Längsseite und die Leiterbahn 39' an der rechten Längsseite auf der Vorderseite -36 der Pestelektrolytplatte 33· Beide Leiterbahnen 39 und 39' sind an den in de±' « On the front side 36 of the plague electrolyte plate 33 are in the area surrounded by the measuring gas, two spaced-apart, plate-shaped electrodes 37 and 38 according to known methods Suitable processes (printing, spraying, vapor deposition) are applied and this is also applied to the Plague electrolyte plate 33 applied conductor tracks 39 and 39 'connected; the conductor 39 runs on the left long side and the conductor track 39 'on the right Long side on the front -36 of the plague electrolyte plate 33 · Both conductor tracks 39 and 39 'are at the in de ±' «

Js Halterungs-Aufbohrung 28 befindlichen Endabschnitt derJs mounting counter bore 28 located end portion of the

r Festelektrolytplatte 33 geführt und dienen dort als elek- gjj trische Anschlußkontakte. Die Elektrode 37, die beispielsweise aus Platin besteht, und die Elektrode 38, die aus einem katalytisch weniger aktiven Material wie die Elektrode 37 besteht (z.B. aus Gold) und vorzugsweise auch die im vom Meßgas umspülten Bereich befindlichen Abschnitte der Leiterbahnen 39, 39' sind mit einer porösen Schutz- g schicht abgedeckt, die z.B. aus Magnesium-Spinell besteht, aber nicht dargestellt ist. r solid electrolyte plate 33 and serve there as electrical connection contacts. The electrode 37, which consists for example of platinum, and the electrode 38, which consists of a catalytically less active material such as the electrode 37 (eg gold) and preferably also the sections of the conductor tracks 39, 39 'located in the area surrounded by the measurement gas covered with a porous protective layer, which consists, for example, of magnesium spinel, but is not shown.

- 7 - R- 5 1 9- 7 - R - 5 1 9

Zr/SmZr / Sm

Auf der Vorderseite 36 der Pestelektrolytplatte 33 ist außerdem nach irgendeinem bekannten geeigneten Verfahren der Temperaturfühler 12 (Thermoelement) aufgebracht, und zwar zwischen den Leiterbahnen 39 und 39' und nahe dem Elektroden-Paar 37 und 38. Dieser Temperaturfühler 12 und seine beiden ebenfalls zum anschlußseitigen Endabschnitt führenden Leiterbahnen 40 und 40' sind dabei von der Pestelektrolytplatte 33 mittels einer nicht dargestellten Isolierschicht elektrisch getrennt; die Iso-/"*> lierschicht kann beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen, das durch Plasmaspritzen auf die Pestelektrolytplatte 33 aufgebracht ist. Alternativ - wenn auch funktionell weniger gut - könnte ein solcher Temperaturfühler auch auf der Rückseite 4l der Pestelektrolytplatte 33 angeordnet sein.Also on the face 36 of the plague electrolyte plate 33 is by any known suitable method the temperature sensor 12 (thermocouple) applied, between the conductor tracks 39 and 39 'and close the pair of electrodes 37 and 38. This temperature sensor 12 and its two also to the connection-side end section leading conductor tracks 40 and 40 'are from the plague electrolyte plate 33 by means of a not shown Insulating layer electrically separated; the iso - / "*> Liner layer can consist, for example, of aluminum oxide, which is plasma sprayed onto the plague electrolyte plate 33 is applied. Alternatively - even if functionally less good - such a temperature sensor could also be used be arranged on the back 4l of the plague electrolyte plate 33.

Auf der Rückseite 4l der Pestelektrolytplatte 33 ist im vom Meßgas umspülten Bereich das schichtförmige Heizelement 30 (z.B. aus Platin) nach irgendeinem bekannten, geeigneten Verfahren (Aufdrucken, Aufspritzen Aufdampfen) aufgebracht und mit s-einen beiden zum elektrischen Anschlußbereich führenden Leiterbahnen 42 bzw. 42' von der Festelektrolytplatte 33 mittels einer .nicht dargestellten Isolationsschicht getrennt; diese Isolationsschicht kann beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen und durch Plasmaspritzen auf die Pestelektrolytplatte 33 aufgebracht sein. Um unerwünschte Reaktionen zwischen dem Heizelement 13 und dem Meßgas zu vermeiden, ist es zweckmäßig, wenn das Heizelement 13 auf seiner Außenseite mit einer dichten Schicht bedeckt ist, die in der Zeichnung auch nicht dargestellt ist und beispielsweise aus Glas bestehen kann. Anstelle der Anordnung eines solchen Heiselementes 13 auf der Pestelektrolytplatten-Rückseite 4lOn the back 4l of the plague electrolyte plate 33 is the layered heating element in the area around which the measuring gas flows 30 (e.g. made of platinum) by any known, suitable process (printing, spraying, vapor deposition) applied and with s-one two to the electrical connection area leading conductor tracks 42 and 42 'from the solid electrolyte plate 33 by means of a .not shown Isolation layer separated; this insulation layer can for example consist of aluminum oxide and through Plasma syringes can be applied to the plague electrolyte plate 33. To avoid adverse reactions between the To avoid heating element 13 and the measurement gas, it is useful if the heating element 13 on its outside with a dense layer is covered, which is also not shown in the drawing and, for example, made of glass can exist. Instead of arranging such a hot element 13 on the backside of the plague electrolyte plate 4l

MkI Il I > X III* IMkI II I> X III * I

f . -s- R. 5192f. -s- R. 5192

ί Zr/Sm ί Zr / Sm

kann sich ein Heizelement auch auf der Pestelektrolyt- : platten-Vorderseite 36 befinden, bei Bedarf kann sogarA heating element can also be located on the plague electrolyte plate front 36, if necessary even can

auch auf der Vorderseite 36 und auf der Rückseite 4l jealso on the front 36 and on the back 4l each

Y ein Heizelement aufgebracht sein. Y a heating element can be applied.

. . In der Figur 3 ist der meßgasseitige Abschnitt eines Sen- \, sorelementes 43 dargestellt, bei dem die Festelektrolyt-. . In the Figure 3 is the transmitter portion of a meßgasseitige \ represented sorelementes 43, wherein the solid electrolyte

': platte 44 auf ihrer Vorderseite 45 Kammeleketroden 46 und': plate 44 on its front side 45 comb electrodes 46 and

% t 47 trägt. Diese Kammeleketroden 46 und 47 kämmen mit ihren ! .) Kammzinken 46' bzw. 47' ineinander und bilden dabei einen Zwischenraum 48. Auf der Rückseite dieser Pestelektrolytf platte 44 ist auf einer nicht dargestellten Isolations- % t 47 carries. These comb electrodes 46 and 47 mesh with theirs! .) Comb teeth 46 'and 47' into one another and thereby form a space 48. On the back of this plague electrolyte plate 44 is on an insulation (not shown)

schicht ein schichtförmiges Heizelement 49 derart angeordnet, daß es in demjenigen Bereich verläuft, dem auf der Pestelektrolytplatten-Vorderseite 45 der Zwischenraum 48 zwischen den Kammzinken 46', 47' entspricht (strichpunktiert dargestellt); aufgrund einer solchen Anordnung des Heizelementes 49 wird insbesondere derjenige Bereich der Pestelektrolytplatte 44 erwärmt, in dem der Sauerstoff-'■■ ionenfluß stattfindet. Erwähnt sei, daß die Kammzinken 46'layer a layer-shaped heating element 49 arranged in such a way that that it runs in that area in which on the plague electrolyte plate front side 45 the gap 48 corresponds between the comb teeth 46 ', 47' (shown in phantom); due to such an arrangement of the heating element 49 is in particular that area the plague electrolyte plate 44 heated in which the oxygen '■■ ion flow takes place. It should be mentioned that the comb teeth 46 '

bzw. 47' auch derart gestaltet sein können, daß die mitor 47 'can also be designed in such a way that the with

den Leiterbahnen 50 und 50' verbundenen Zinkenfüße breiter und/oder dicker dimensioniert sind als die freien Enden der Kammzinken 46' bzw. 47'; diese Maßnahme erlaubt ein Erzielen etwa gleicher Stromdichte in den verschiedenen Abschnitten der Elektroden 46 und 47- Anstelle geradlinig verlaufender Seiten der Kammzinken 46', 47' können auch zickzackförmige Seiten Verwendung finden; diese Maßnahme führt zur Verbesserung der Elektrodenaktivität des Sensorelementes 43. Dieses Sensorelement 43 ist in ein Gehäuse 14 einbaubar, wie es in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist.the tine feet connected to the conductor tracks 50 and 50 'are wider and / or thicker than the free ones Ends of the comb teeth 46 'and 47'; this measure makes it possible to achieve approximately the same current density in the various Sections of the electrodes 46 and 47 instead of rectilinear sides of the comb teeth 46 ', 47' can zigzag sides can also be used; this measure leads to an improvement in the electrode activity of the Sensor element 43. This sensor element 43 is in a Housing 14 can be installed, as shown in FIGS. 1 and 2.

«1 · > · ·» »III »I«1 ·> · ·» »III» I

■■a· ·»»· iti■■ a · · »» · iti

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- 9 - R. 519 2- 9 - R. 519 2

Zr/SmZr / Sm

Der vorstehend beschriebene Meßfühler 10 mit Sensorelementen 11 oder 43 arbeitet bekannterweise als Sauerstoffkonzentrationskette mit ionenleitendem Festelektrolyten und gibt ein vom Sauerstoffpartialdruck des Meßgases abhängiges Spannungssignal ab, wie es auch der bereits erwähnte, in der DE-OS 25 47 683 beschriebene Meßfühler tut.The above-described sensor 10 with sensor elements 11 or 43 is known to work as an oxygen concentration chain with ion-conducting solid electrolyte and gives a dependent on the oxygen partial pressure of the measuring gas Voltage signal, like the one already mentioned, in DE-OS 25 47 683 described sensor does.

Der in Figur 4 gezeigte Abschnitt eines Sensorelementes ist ebenfalls in einem Meßfühler 10 nach den Figuren 1 undThe section of a sensor element shown in Figure 4 is also in a sensor 10 according to Figures 1 and

C 2 einbaubar; der meßgasseitige Endabschnitt dieses Sensorelementes 51 unterscheidet sich von dem Sensorelement 43 in Figur 3 im Aufbau nur dadurch, daß auf der einen, beispielsweise aus Platin bestehenden Elektrode 52 mit ihren Kammzinken 52r die poröse Schutzschicht als Diffusionsbarriere 53 für die Sauerstoffmoleküle im Meßgas umfunktioniert ist; diese Diffusionsbarriere 53 kann - wie die poröse Schutzschicht - auch aus Magnesium-Spinell bestehen, muß aber - entsprechend der gewünschten Art des Meßfühlers in einer bestimmten Porösität und/oder Schichtdicke ausgeführt sein. Es sei erwähnt, daß die Diffusionsbarriere 53 aber auch die Elektrode 54 mit bedecken darf und dann C 2 can be installed; the measuring gas-side end portion of this sensor element 51 differs from the sensor element 43 in Figure 3 in structure only in that the porous protective layer is converted into a diffusion barrier 53 for the oxygen molecules in the measuring gas on one electrode 52, for example made of platinum, with its comb teeth 52 r; This diffusion barrier 53 can - like the porous protective layer - also consist of magnesium spinel, but must - be designed in a certain porosity and / or layer thickness according to the desired type of sensor. It should be mentioned that the diffusion barrier 53 may also cover the electrode 54 and then

, als poröse Schutzschicht zur Wirkung kommt. An die Elektrode 52 und die ebenfalls aus Platin bestehen könnende Gegenelektrode 54 eines Meßfühlers mit derartigen Sensorelementen 51 wird eine Spannung (etwa 1 Volt) angelegt und die Höhe des durch Gasphasendiffusion begrenzten elektrischen Stromes stellt einen vom Sauerstoffpartialdruck des Meßgases abhängigen Wert dar; Meßfühler mit derartigen Sensorelementen 51 bezeichnet man als polarogräphische Meßfühler, wie sie beispielsweise in den bereits genannten DE-OS1η 19 54 663 und 27 11 880 beschrieben sind. , acts as a porous protective layer. A voltage (about 1 volt) is applied to the electrode 52 and the counter electrode 54 of a measuring sensor with such sensor elements 51, which can also be made of platinum, and the level of the electric current limited by gas phase diffusion represents a value dependent on the oxygen partial pressure of the measuring gas; Measuring sensors with such sensor elements 51 are referred to as polarographic measuring sensors, as they are described, for example, in DE-OS 1 η 19 54 663 and 27 11 880 already mentioned.

Die F5gur 5 stellt einen Abschnitt eines Sensorelementes 55 dar, bei dem auf einer Festelektrolytplatte 56 dieFigure 5 represents a section of a sensor element 55, in which on a solid electrolyte plate 56 the

. ./10. ./10

» » ι I » JS-»» Ι I » JS-

1*1 CI '<1 * 1 CI '<

- ίο - κ. 5 1 9 2- ίο - κ. 5 1 9 2

Zr/SmZr / Sm

beiden Elektroden 57 und 58 eine andere Konfiguration "* both electrodes 57 and 58 have a different configuration "*

haben als die Elektroden in den vorstehend beschriebenen m Beispielen: Die eine Elektrode 57, die im Falle eines polarographischen Meßfühlers mit einer sehichtförmigen Diffusionsbarriere 59 bedeckt wäre, ist dabei als Platte und die andere Elektrode 58 als Haken ausgebildet, welcher die plattenförmige Elektrode 57 mit Abstand umgibt; die poröse Schutzschicht auf der Haken-Elektrode 58 wurde nicht dargestellt. Soll ein solches Sensorelement 55 als C potenfciometrischer Meßfühler Verwendung finden, so -kann er den gleichen Aufbau beibehalten, gegebenenfalls ist jedoch die Dicke und/oder die Porösität der Schutzschicht und das Elektrodenmaterial den Anforderungen anzupassen. Es ist von Vorteil, wenn das auf der Rückseite der Pestelektrolytplatte 56 angeordnete, nicht dargestellte Heizelement im wesentlichen in demjenigen Bereich verläuft, in dem sich auf der gezeigten Vorderseite der Festelektrolytplatte 56 der Zwischenraum 60 zwischen den Elektroden 57 und 58 befindet.have as the electrodes in the examples described above : One electrode 57 , which in the case of a polarographic sensor would be covered with a layered diffusion barrier 59, is designed as a plate and the other electrode 58 as a hook, which the plate-shaped electrode 57 at a distance surrounds; the porous protective layer on the hook electrode 58 has not been shown. If such a sensor element 55 is to be used as a potentiometric measuring sensor, it can retain the same structure, but if necessary the thickness and / or the porosity of the protective layer and the electrode material must be adapted to the requirements. It is advantageous if the heating element (not shown) arranged on the rear side of the plague electrolyte plate 56 runs essentially in that area in which the intermediate space 60 between the electrodes 57 and 58 is located on the front side of the solid electrolyte plate 56 shown.

In der Figur 6 ist der meßgasnahe Abschnitt eines Sensor- f elementes 61 gezeigt, auf dessen Pestelektrolytplatte 62 sogar zwei Elektroden-Paare 63/63' und 64/64' mit ihren nicht bezeichneten Leiterbahnen und ein Temperaturfühler 65 angeordnet sind. Beide Elektroden-Paare 63/63' und 64/ 64' können dabei zweckmäßigerweise auf einer einzigen Seite der Pestelektrolytplatte 62 aufgebracht sein; der Abstand des Elektroden-Paares 63/63' vom Elektroden-Paar 64/64' ist derart gewählt, daß sich beide funktionell nicht beeinflussen. Das über Schutz- und Diffusionsschichten und die Auswahl des Elektrodenmaterials in den vorstehend geschilderten Beispielen Gesagte gilt hier ent-In the figure 6 the meßgasnahe section is shown of a sensor element 61 f, on the Pestelektrolytplatte 62 even two electrode pairs 63/63 'and 64/64' arranged with their non-designated conductors and a temperature sensor 65 are. Both electrode pairs 63/63 'and 64/64' can expediently be applied to a single side of the plague electrolyte plate 62; the distance between the pair of electrodes 63/63 'and the pair of electrodes 64/64' is chosen such that the two do not functionally influence each other. What has been said about protective and diffusion layers and the selection of the electrode material in the examples described above applies here accordingly.

../11../11

- " - R· 5 1 9 2- "- R · 5 1 9 2

Zr /Sm 'Zr / Sm '

sprechend, insbesondere in der Hinsicht,-daß die Elektroden-Paare 63/63' und 64/64' beide für je eine potentiometrische-oder beide für eine polarographisehe Messung oder das eine Elektroden-Paar für eine potsntiometrische und das andere Elektroden-Paur für eine polarographisehe Messung benutzt werden kann. Der Temperaturfühler 65 (Thermoelement) ist gegenüber der Festelektrolytplatte 62 aad den Elektroden-Paaren 63/63T und 64/64' mittels einer Isolationsschicht 66 elektrisch getrennt. Auf der Rückseite der Festelektrolytplatte 62 kann - wie in den anderen Beispielen - ein Heizelement angeordnet sein.Speaking, in particular in the respect that the electrode pairs 63/63 'and 64/64' both for a potentiometric measurement or both for a polarographic measurement or one pair of electrodes for a potsntiometric and the other electrode pair for a polarographic measurement can be used. The temperature sensor 65 (thermocouple) is electrically separated from the solid electrolyte plate 62 and the electrode pairs 63/63 T and 64/64 'by means of an insulation layer 66. As in the other examples, a heating element can be arranged on the rear side of the solid electrolyte plate 62.

Eine Ausführungsform eines diesbezüglichen Meßfühlers 67, bei dem sich in einem metallischen Meßfühler-Gehäuse 70 mehrere Sensorelemente 68, 69 befinden, ist aus der Figur 7 ersichtlich: Bei den Sensorelementen ^8 und 69, die in einem einzigen Gehäuse 70 befestigt sind, handelt es sich um Sensorelemente, wie sie in den vorstehenden Beispielen beschrieben sind. Sie sind dabei bevorzugt paarweise und parallel zueinander angeordnet, halten etwas Abstand voneinander und haben - sofern erforderlich - ihre Heizelemente 71 und 71' möglichst einander zugekehrt, um die Heizenergie gut zu nutzen. In den meisten Fällen genügt es, wenn nur eines der beiden paarweise angeordneten Sensorelemente 68 (oder 69) mit einem Heizelement 71 (oder 71') versehen ist und die beiden Sensorelemente 68 und 69 dicht beieinander angeordnet sind oder sogar direkt aufeinanderliegen; das Heizelement 71 (oder 71') ist dabei von den Festelektrolytplatten 72 und 73 elektrisch isoliert gehalten (z.B. mittels nicht dargestellter Isolationsschicht/en oder einem Luftspalt) .An embodiment of a related sensor 67, in which there are several sensor elements 68, 69 in a metallic sensor housing 70, is from the Figure 7 shows: With the sensor elements ^ 8 and 69, which are fastened in a single housing 70, are sensor elements, as they are in the preceding Examples are described. They are preferably arranged in pairs and parallel to one another, hold somewhat spaced from one another and - if necessary - their heating elements 71 and 71 'are as close together as possible turned to make good use of the heating energy. In most cases it is sufficient if only one of the two is used in pairs arranged sensor elements 68 (or 69) is provided with a heating element 71 (or 71 ') and the two Sensor elements 68 and 69 are arranged close together or even lie directly on top of one another; the heating element 71 (or 71 ') is from the solid electrolyte plates 72 and 73 kept electrically insulated (e.g. by means of insulating layer (s) not shown or an air gap) .

■···■■ ··· ■

- 12 - R. 5 1 9 2- 12 - row 5 1 9 2

Zr/SmZr / Sm

In der Figur 8 ist der meßgasseitige Endabschnitt eines Sensorelement-Blockes 74 gezeigt: Dieser Sensorelement-Block 74 hat zwei Elektrolytplatten 75 und 76, die mit ihren durch Isolationsschxchten 77 und 77' bedeckten i Rückseiten einander zugekehrt sind und ein beiden gemein-In the figure, 8 of the meßgasseitige end portion of a sensor element block shown 74: This sensor element block 74 has two electrolyte plates 75 and 76 which with their area occupied by Isolationsschxchten 77 and 77 'i backs facing each other and a two Community

1 sames Heizelement 78 einschließen; auf den nach außen1 include heating element 78; on the outside

i :i:

■i weisenden Seiten tragen die Pestelektrolytplatten 75 und ■ i facing sides carry the plague electrolyte plates 75 and

76 je ein Paar von Elektroden 79 und 80 (oder je auch mehrere Paare) und gegebenenfalls nicht dargestellte76 each have a pair of electrodes 79 and 80 (or also several pairs each) and possibly not shown

; '^ Temperaturfühler, die mittels ebenfalls nicht dargestell-, ter Isolationsschxchten von den Pestelektrolytplatten; '^ Temperature sensors, which are also not shown, the insulation shafts from the plague electrolyte plates

I und/bzw. 76 elektrisch isoliert sind. Per Sensorelement-I and / or. 76 are electrically isolated. Per sensor element

I Block 74 stellt eine fest zusammengebaute Einheit darI block 74 represents a permanently assembled unit

und kann gleichzeitig oder auch zeitlich nacheinandei- für potentiometrische und/oder polarographische Messungen verwendet werden.and can be carried out simultaneously or consecutively for potentiometric and / or polarographic measurements are used will.

Der in Figur 7 dargestellte Meßfühler 67, der die beiden Sensorelemente 68 und 69 aufweist (oder auch einen oder mehrere Sensorelement-Blöcke 74 gemäß Figur 8 enthalten , kann), besitzt das metallische Meßfühler-Gehäuse 70 mitThe sensor 67 shown in Figure 7, which has the two sensor elements 68 and 69 (or one or contain several sensor element blocks 74 according to FIG , can), has the metallic sensor housing 70 with

einem Außengewinde 80 und einem Schlüsselsechskant 82 für I den Einbau in ein nicht dargestelltes Rohr, in dem dasan external thread 80 and a key hexagon 82 for installation in a tube (not shown) in which the

I Meßgas strömt. Die meßgasseitigen Abschnitte der Sensor-I sample gas flows. The sample gas side sections of the sensor

I elemente 68 und 69 ragen in die Längsbohrung 83 diesesI elements 68 and 69 protrude into the longitudinal bore 83 of this

Ϊ Gehäuses 70 und sind dabei mit Abstand von einem metalli- Ϊ Housing 70 and are at a distance from a metallic

; sehen Schutzmantel 84 umgeben, der in seinem Boden eine; see protective jacket 84 surrounding the one in its bottom

I Öffnung 85 für das Meßgas und an seinem anderen Endab-I opening 85 for the measuring gas and at its other end

I schnitt einen Plansch 86 aufweist. Auf diesem Schutzman-I cut a splash 86. On this protective

s tel-Plansch 86, der auf einer Schulter 87 in der Gehäuse-s tel-Plansch 86, which on a shoulder 87 in the housing

\ Längsbohrung 83 aufliegt, ist ein metallisches Refle- \ Longitudinal hole 83 rests, is a metallic reflective

I xionsschild 88 angeordnet, durch dessen MittelbohrungI xionsschild 88 arranged through its central bore

. ./13. ./13

R. Zr/R. Zr /

51925192

SmSm

isoliert die Sensorelemente 68 und 69 führen und das die in diesem Bereich befindliche Wärme zu lokalisieren hilft; es ist für die Wärmelokalisierung von Vorteil, wenn die Innenseite des Schutzmantels 84 und die dem Schutzmantel 84 zugekehrte Seite des Reflexionsschildes 88 eine wärmereflektierende Oberfläche haben. Auf dem Randbereich des Reflexionsschildes 88 steht der Flansch 90 einer Trägerhülse 91 auf, welche koaxial zur Gehäuse-Längsbohrung 83 verläuft. Durjh einen Bördelrand 92 des Gehäuses 70 werden der Trägerhülsen-Flansch 90, das Reflexionsschild 88 und der Schutzmantel 84 auf der Gehäuse-Schulter 87 fixiert und festgelegt. Die Trägerhülse 91 hat oberhalb ihres Flansches 90 einige in einer Ebene liegende, in die Trägerhülsen-Bohrung 93 weisende Sicken 94 als Auflagen für eine Metallscheibe 95s durch deren Zentralbohrung 96 die Sensorelemente 68 und 69 führen und die als Stützelement für eine Anzahl von aufeinanderliegenden, an der Trägerhülse 91 anliegenden Dämmscheiben 97 dient. Diese Dämmscheiben 97, die z.B. aus Keramik bestehen, halten die Wärme von der Sensorelemente-Halterung 98 ab, die sich in der Trägerhülse 91 den Dämmscheiben 97 anschließt und aus einem Kunststoff (z.B. einem glasfaserverstärkten Duroplast) bestehen kann; anstelle von Kunststoff kann die Sensorelemente-Ralterung 98 auch aus Glas oder Keramik bestehen. Vorteilhafterweise wird diese Sensorelemente-Halterung 98 durch Spritzgießen in die Trägerhülse 91 hergestellt, wobei gleichzeitig die Sensorelemente 68 und 69, das Reflexionsschild 88 und die Dämmscheiben 97 mit festgelegt werden; bei diesem Einspritzvorgang werden an die Sensorelemente-Halterung 98 auch Fixiernasen 99 mit angeformt, die sich in entsprechenden Wanddurchbrüchen 100 der Trägerhülse 91 verankern. Außerdem wird in die anschlußseitige Stirnfläche 101 der Sensorelemente-Halterung 98 auch gleich eine Aufbohrung 102 mit eingeformt,insulate the sensor elements 68 and 69 and that helps to localize the heat in this area; It is advantageous for the localization of heat if the inside of the protective jacket 84 and the side of the reflective shield 88 facing the protective jacket 84 have a heat-reflecting surface. The flange 90 of a carrier sleeve 91 rests on the edge region of the reflective shield 88 and runs coaxially to the longitudinal housing bore 83. The carrier sleeve flange 90, the reflective shield 88 and the protective jacket 84 are fixed and fixed on the housing shoulder 87 by a beaded edge 92 of the housing 70. The carrier sleeve 91 has above its flange 90 some in one plane, into the carrier sleeve bore 93 pointing beads 94 as supports for a metal disc 95 s through the central bore 96, the sensor elements 68 and 69 lead and as a support element for a number of superimposed, on the support sleeve 91 abutting insulation disks 97 is used. These insulating disks 97, which are made of ceramic, for example, keep the heat from the sensor element holder 98, which adjoins the insulating disks 97 in the support sleeve 91 and can consist of a plastic (eg a glass fiber reinforced thermoset); Instead of plastic, the sensor element aging 98 can also consist of glass or ceramic. This sensor element holder 98 is advantageously produced by injection molding into the carrier sleeve 91, with the sensor elements 68 and 69, the reflection shield 88 and the insulating disks 97 also being fixed at the same time; During this injection process, fixing lugs 99 are also molded onto the sensor element holder 98, which are anchored in corresponding wall openings 100 of the carrier sleeve 91. In addition, a bore 102 is also formed in the connection-side end face 101 of the sensor element holder 98,

../14../14

R.5 1 9 2R.5 1 9 2

in die die diesseitigen Endabschnitte der Sensorelemente 68 und 69 hineinragen und die eine Fixiernut 103 für den nicht dargestellten Anschlußstecker besitzt; auf der Halterungs-Stirnfläche 101 ist ein Dichtring 104 angeordnet, der dem dichten Zusammenbau von Meßfühler 67 und dem genannten Anschlußstecker dient.into which the end sections of the sensor elements 68 and 69 on this side protrude and the one fixing groove 103 for the has connector not shown; A sealing ring 104 is arranged on the holder end face 101, which is used for the tight assembly of sensor 67 and the aforementioned connector.

Zr/Sm IZr / Sm I

Claims (1)

*· 519 2* · 519 2 12.12.1978 Zr/SmDecember 12, 1978 Zr / Sm ROBERT BOSCH GMBH, 7QOO Stuttgart 1ROBERT BOSCH GMBH, 7QOO Stuttgart 1 AnsprücheExpectations 1. Elektrochemischer Meßfühler für die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, insbesondere in Abgasen,1. Electrochemical probe for the determination of the Oxygen content in gases, especially in exhaust gases, t,
mit einem Sensorelement, das eine sauerstoffionenleitende, im wesentlichen rechteckige Festelektrolytplatte besitzt, die in Längsrichtung innerhalb eines Metallgehäuses angeordnet ist und auf der sich mit Abstand voneinander angeordnete, dem Meßgas ausgesetzte Elektroden-Paare befinden, dadurch gekennzeichnet, daS mindestens ein Elektroden-Paar ( : (37/38; 46/47; 52/54; 57/58; 63/63', 64/64·; 79, 80) nur
t,
with a sensor element which has a substantially rectangular solid electrolyte plate which conducts oxygen ions and which is arranged in the longitudinal direction within a metal housing and on which there are spaced apart electrode pairs exposed to the measurement gas, characterized in that at least one electrode pair (: (37/38; 46/47; 52/54; 57/58; 63/63 ', 64/64; 79, 80) only
| auf einer einzigen Seite (36; 45) der Festelektrolytplatte| on a single side (36; 45) of the solid electrolyte plate (33; 44; 56; 62; 72, 73; 75, 76) angeordnet ist, vorzugsweise auf dem meßgasnahen Endabschnitt der Festelektrolytplatte (33; 44; 56; 62; 72, 73; 75, 76), und daß mit den Elektroden (37, 38; 46, 47; 52, 54; 57, 58; 63, 63'; 643 64'; 79, 80) in Kontakt stehende Leiterbahnen (39, 39'; 50, 50') bis zum meßgasfernen Anschlußbereich der Festelektrolytplatte (33; 44; 56; 62; 72, 73; 75, 76) führen und dort vorzugsweise als Anschlußkontakte dienen.(33; 44; 56; 62; 72, 73; 75, 76) is arranged, preferably on the end portion of the solid electrolyte plate (33; 44; 56; 62; 72, 73; 75, 76) near the measuring gas, and that with the electrodes (37, 38; 46, 47; 52, 54; 57, 58; 63, 63 '; 64 3 64'; 79, 80) conductive tracks (39, 39 '; 50, 50') in contact up to the connection area remote from the sample gas the solid electrolyte plate (33; 44; 56; 62; 72, 73; 75, 76) and preferably serve as connection contacts there. ..12..12 * ■* ■ '■·· ■· «»»Sill 1 Ii'■ ·· ■ · «» »Sill 1 II - 2 - R- 2 - R Zr/SmZr / Sm .5192.5192 2. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zwischen den Elektroden-Paaren (46/47; 52/54; 57/58) verlaufenden Zwischenraumes (48; 60) möglichst lang ist, z.B. durch Anwendung von ineinander ragenden Kammelektroden (46/47; 52/54) oder durch die Kombination einer Platten- mit einer Hakenelek^rode (57/58).2. Electrochemical sensor according to claim 1, characterized characterized in that the length of the gap extending between the electrode pairs (46/47; 52/54; 57/58) (48; 60) is as long as possible, e.g. by using intertwine protruding comb electrodes (46/47; 52/54) or by combining a plate and a hook electrode (57/58). 3- Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Sensorelement (11; 6l) ein Temperaturfühler (12; 65) (z.B. ein Thermoelement) befindet, welcher gegenüber den. anderen Bauelementen mittels einer Isolierschicht (66) elektrisch getrennt und bevorzugterweise nahe den Elektroden (37/38; 63/63", 64/ 64') angeordnet ist.3- Electrochemical measuring sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that a temperature sensor (12; 65) (eg a thermocouple) is located on the sensor element (11; 6l), which is opposite the. electrically separated from other components by means of an insulating layer (66) and is preferably arranged near the electrodes (37/38; 63/63 ", 64/64 '). 4. Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Sensorelement (11; 43; 68, 69; 74) ein schichtförmiges Heizelement (13; 49; 7I/7I1; 78) befindet, welches gegenüber den anderen Bauelementen mittels einer Isolationsschicht elektrisch getrennt ist.4. Electrochemical sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that there is a layer-shaped heating element (13; 49; 7I / 7I 1 ; 78) on the sensor element (11; 43; 68, 69; 74), which is opposite is electrically separated from the other components by means of an insulation layer. - 3 - R. 5 19 2- 3 - row 5 19 2 Zr/SmZr / Sm r Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 4, dadurchElectrochemical measuring sensor according to Claim 4, characterized in that gekennzeichnet, daß sich das Heizelement (13; 49; 71, 71'; | 78) auf derjenigen Seite (41) der Pestelektrolytplatte (33; 44; 72, 73; 75, 76) befindet, die der Seite (36, 45) mit den beiden Elektroden (37/38; 46/47; 79, 80) entgegengesetzt ist.characterized in that the heating element (13; 49; 71, 71 '; | 78) is on that side (41) of the plague electrolyte plate (33; 44; 72, 73; 75, 76) that the side (36, 45) with the two electrodes (37/38; 46/47; 79, 80) is opposite. 6. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 5, dadurch | gekennzeichnet, daß das Heizelement (49) auf der Pestelektrolytplatte (44) im wesentlichen in demjenigen Bereich dieser Seite (45) verläuft, dem auf der die Elektroden (46, ·, 47) tragenden Seite (45) der Pestelektrolytplatte (44) der Zwischenraum (48) zwischen den Elektroden (46, 47) gegen- \ überliegt. 6. Electrochemical sensor according to claim 5, characterized in | characterized in that the heating element (49) on the plague electrolyte plate (44) runs essentially in that region of this side (45), the space on the side (45) of the plague electrolyte plate (44) carrying the electrodes (46, 47) (48) is (46, 47) counter \ between the electrodes. f 7· Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 3 ^ f 7 · Electrochemical measuring sensor according to one of Claims 3 ^ v>v> %% bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auch für den elektrischen g Anschluß des Heizelementes (13; 49; 78) und des Temperaturfühlers (12; 65) Leiterbahnen (40, 40', 42, 42!) dienen, die bis zum elektrischen Anschlußbereich am meßgasfernen Endabschnitt des Sensorelementes (11, 43, 6l, 68, 69, 74) führen und dort vorzugsweise als Anschlußkontakt dienen. to 6, characterized in that conductor tracks (40, 40 ', 42, 42! ) are also used for the electrical connection of the heating element (13; 49; 78) and the temperature sensor (12; 65), which extend up to the electrical connection area on the The end portion of the sensor element (11, 43, 6l, 68, 69, 74) remote from the measuring gas lead and preferably serve as a connection contact there. - 4 - R. 519- 4 - R. 519 Zr/SmZr / Sm 8. Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Elektroden (37, 46) auf dem Sensorelement (11, 43) katalytisch aktiv und die zweite Elektrode (38, 47) katalytisch weniger aktiv ist als die erste Elektrode (37, 46) und daß die8. Electrochemical measuring sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that one of the electrodes (37, 46) catalytically active on the sensor element (11, 43) and the second electrode (38, 47) less catalytically is active as the first electrode (37, 46) and that the an die Elektroden (37, 33; 46, 47) angeschlossene Leiter-("'■ bahnen (39/39'; 50/50') das Signal des als elektrochemische Zelle wirkenden Meßfühlers (10) führen.conductors connected to the electrodes (37, 33; 46, 47) - ("'■ tracks (39/39 '; 50/50') lead the signal of the sensor (10) acting as an electrochemical cell. 9. Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 jj bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der beiden Elektroden (52, 54; 57, 58) mit einer'Diffusions- . barriere (53; 59) für die Sauerstoffmoleküle des Meßgases versehen ist und daß an die Elektroden (52, 54; 57, 58) eine Spannung angelegt ist.9. Electrochemical sensor according to one of claims 1 jj to 7, characterized in that at least one of the two electrodes (52, 54; 57, 58) with a'Diffusions-. barrier (53; 59) for the oxygen molecules of the measuring gas is provided and that a voltage is applied to the electrodes (52, 54; 57, 58). 10. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionsbarriere (53, 59) eine . f auf die Elektrode (52, 57) aufgebrachte poröse Schicht ist.10. Electrochemical sensor according to claim 9, characterized in that the diffusion barrier (53, 59) a. f is applied to the electrode (52, 57) porous layer. 11. Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 8 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Meßgas ausge- % setzten Elektroden (37/38: 46/47; 52/54; 57/58; 63/63·3 J 64/641; 79, 80) und vorzugsweise auch die anderen dem Meßgas ausgesetzten Bauelemente wie Heizungselement (13;11. Electrochemical measuring sensor according to one of claims 8 1 to 10, characterized in that the electrodes exposed to the measuring gas % (37/38: 46/47; 52/54; 57/58; 63/63 · 3 J 64 / 64 1 ; 79, 80) and preferably also the other components exposed to the measurement gas, such as the heating element (13; ~ ../5 ι~ ../5 ι " · · «..I III / "· ·« ..I III / 519519 - 5 - R.- 5 - R. Zr/SmZr / Sm 49; 71, 71'; 78), Temperaturfühler (12; 65) und Leiterbahnen (39, 39', 40, 40', 42, 42·, 50, 50') - falls sie ι von keiner Diffusionsbarriere (53, 59) bedeckt sind -49; 71, 71 '; 78), temperature sensors (12; 65) and conductor tracks (39, 39 ', 40, 40', 42, 42 ·, 50, 50 ') - if they ι are not covered by any diffusion barrier (53, 59) - eine Schutzschicht tragen, die im Bereich der Elektroden (37/38; 46/47; 52/54; 57/58; 63/631, 64/64'; 79, 80) porös ist.wear a protective layer which is porous in the area of the electrodes (37/38; 46/47; 52/54; 57/58; 63/63 1 , 64/64 '; 79, 80). 12. Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Sensorelement (11; 43; 51; 55; 61; 68, 69; 74) derart in der Mittelbohrung (17; 83) eines rohrförmigen Meßfühler-Metallgehäuses (14; 70) befestigt ist, daß eine Abdichtung (19; 97, 98) das Sensorelement (11; 43; 51; 55; 6l; 68, 69; 74) in den Bereich für das elektrische Anschließen und den vom Meßgas umspülten Bereich unterteilt.12. Electrochemical measuring sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least one sensor element (11; 43; 51; 55; 61; 68, 69; 74) in this way in the central bore (17; 83) of a tubular metal sensor housing (14; 70) is attached that a seal (19; 97, 98) the sensor element (11; 43; 51; 55; 6l; 68, 69; 74) divided into the area for electrical connection and the area around which the sample gas flows. 13· Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Metallgehäuse (70) die Sensorelemente (68, 69) paarweise mit Abstand zueinander angeordnet sind und daß dabei die Heizelemente (71, 71') der Sensorelemente (68, 69) vorzugsweise einander zugekehrt sind.13 · Electrochemical measuring sensor according to claim 12, characterized characterized in that the sensor elements (68, 69) are arranged in pairs at a distance from one another in a metal housing (70) are and that the heating elements (71, 71 ') of the sensor elements (68, 69) are preferably facing each other. l4. Elektrochemischer Meßfühler nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Metallgehäuse (70) die Sensorelemente (75/79, 76/80) paarweise direkt aneinanderlie-l4. Electrochemical measuring sensor according to Claim 12, characterized in that the sensor elements are in a metal housing (70) (75/79, 76/80) in pairs directly next to each other * 11» ^,frm * 11 » ^, frm -6- R. 5 192-6- R. 5 192 Zr/SmZr / Sm gen oder miteinander verbunden sind und daß dabei bevorzugterweise nur ein einziges' Heizelement (78) zwischen den Sensorelementen (75/79, 76/80) angeordnet ist, dessen Elektroden (793 80) nach außen weisen.gene or are connected to one another and that preferably only a single 'heating element (78) is arranged between the sensor elements (75/79, 76/80), the electrodes (79 3 80) of which point outwards. 15. Elektrochemischer Meßfühler nach einem der Ansprüche 1 bis l4, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Meßgas ausgesetzte Bereich des Sensorelementes (11, 43; 51; 55; 6l; 68, 69; 74) mit Abstand von einem Schutzmantel (20, 84) umgeben ist, der das Meßgas dosiert dem Sensorelement (11; 43; 51; 55; 6i; 68, 69; 74) zuführt.15. Electrochemical sensor according to one of claims 1 to l4, characterized in that the exposed to the measurement gas Area of the sensor element (11, 43; 51; 55; 6l; 68, 69; 74) at a distance from a protective jacket (20, 84) is surrounded, which feeds the measured gas to the sensor element (11; 43; 51; 55; 6i; 68, 69; 74) in a metered manner.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10324956B4 (en) * 2003-06-03 2008-03-13 Robert Bosch Gmbh probe
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