EP1934590A1 - Gassensor - Google Patents

Gassensor

Info

Publication number
EP1934590A1
EP1934590A1 EP06806778A EP06806778A EP1934590A1 EP 1934590 A1 EP1934590 A1 EP 1934590A1 EP 06806778 A EP06806778 A EP 06806778A EP 06806778 A EP06806778 A EP 06806778A EP 1934590 A1 EP1934590 A1 EP 1934590A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
sensor according
electrode
gas sensor
electrodes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06806778A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Berndt Cramer
Sabine Thiemann-Handler
Mario Roessler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1934590A1 publication Critical patent/EP1934590A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0047Organic compounds
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4073Composition or fabrication of the solid electrolyte
    • G01N27/4074Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0006Calibrating gas analysers
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0037NOx
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G01N33/0036General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
    • G01N33/0054Ammonia
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor according to the preamble of claim 1.
  • sensors For the detection of gas components or for the determination of a gas concentration in measuring gas mixtures is known to use sensors that are constructed on the basis of a solid electrolyte and operated according to the mixed potential principle.
  • the mixing potential is formed between two electrodes connected by means of the solid electrolyte and represents a measure of the gas components to be detected occurring in the gas mixture.
  • This mixed potential between the two preferably platinum-containing or oxide electrodes which may optionally be combined with other chemical elements, depending on the field of use, sometimes has high cross sensitivities to other, not to be detected desired gas components, in particular to oxygen and / or hydrocarbons.
  • This cross-sensitivity falsifies the measurement signal, so that, in particular at low concentrations of gas components to be detected, eg ⁇ 50 ppm, strong measurement inaccuracies due to deviation of the measured value from the actual concentration can be determined.
  • the object of the present invention is therefore to improve a measuring sensor according to the type set forth.
  • the invention relates to a gas sensor for detecting a gas concentration in a measurement gas mixture, in particular a nitrogen compound or in general an oxidizable substance, with a solid electrolyte, which ion-conductively connects a first and a second electrode, wherein the first electrode has a high activity with respect to oxidation or reduction of Having shown gas component, and the second electrode has a low related activity.
  • the sensor is characterized in that the influence on the activity with respect to oxidation or reduction of the gas component to be determined by free oxygen present in the sample gas mixture is approximately equally pronounced on both electrodes.
  • the two electrodes also have a relatively low differential activity with respect to hydrocarbon compounds compared to their activity with respect to the gas to be sensed.
  • a sensor constructed in this way can thus provide a measurement signal which, compared to the first embodiment, has an even lower cross-sensitivity with respect to gas components not intended for the determination.
  • the structure of such a sensor provides that the two electrodes have the same gas-sensitive base material.
  • the gas-sensitive base material for this purpose can be composed of two chemical elements, or a cermet with two further elements, wherein a first connection structure between the two chemical elements at the first electrode is different from a second connection. formation structure between the two chemical elements may be formed on the second electrode.
  • Two preferred chemical elements for forming the two electrodes with such material bonding methods are gold (Au) and platinum (Pt).
  • Au gold
  • Pt platinum
  • a built-up with such an electrode sensor is particularly well suited to, for example, NH 3, NO x, the hydrocarbon compounds as a gas component of a measurement to determine the gas mixture.
  • a gas sensor constructed in this way is that, for the determination of the concentration of the desired gas component, even both electrodes can be exposed to the sample gas mixture to be investigated.
  • no further electrode is required, as well as no reference gas electrode exposed to a reference gas.
  • the sensor can thus be manufactured with a minimum number of process steps. It only requires the formation of a carrier Mentes and the arrangement of the two electrodes according to the invention, and optionally a heating element and the relevant electrical connection lines to provide a functional sensor available.
  • a sensor may further be provided, at least in part, with a protective layer or the like in order, for example, to achieve an increase in the operating time, or possibly to adapt the sensor to special application requirements.
  • Figures 1 and 2 are schematic sectional views of two differently constructed, inventive sensors and
  • FIG. 3 shows a diagram with measurement signals of the sensor according to the invention.
  • FIGS 1 and 2 show schematic sectional views of a sensor 1 according to the invention in two different embodiments.
  • the sensor 1 comprises a carrier 2, which preferably consists of yttrium-stabilized zirconium dioxide (YSZ) and at the same time acts as an ion-conducting electrolyte between the two electrodes 3 and 4 arranged on it.
  • YSZ yttrium-stabilized zirconium dioxide
  • the first electrode 3 has a high activity with respect to oxidation or reduction of the gas component to be sensed.
  • the second electrode has a low activity in comparison thereto.
  • both electrodes are designed such that the influence on the activity with regard to oxidation or reduction of the gas component to be determined by free oxygen present in the sample gas mixture is approximately equally pronounced on both electrodes.
  • the measurement signal very little to no disturbing oxygen cross sensitivity
  • a sensor constructed also has a relatively low cross-sensitivity to hydrocarbon compounds in comparison to its sensitivity to the gas component to be measured.
  • the two electrodes 3, 4 may be formed of the same gas-sensitive base material, this in turn composed of two chemical elements, or may be a cermet with two additional elements.
  • connection structure between the two chemical elements of the electrode 3 is formed differently from a connection structure between the two chemical elements of the electrode 4. It has proven to be particularly favorable to produce a connection structure between the two chemical elements by means of a galvanic material connection method and the second by means of a sintering process.
  • Au gold
  • Pt platinum
  • the electrode whose connection structure is produced by means of a sintering process, which is also called “co-firing” has virtually no influence on the oxidation or reduction of the gas component to be sensed. It acts so strongly catalytically that all the components of the gas component to be measured, in particular NH 3 , are reacted at the surface which is effective for signal detection and no appreciable concentration is formed.
  • the gas component to be sensed has virtually no influence on the oxygen activity and thus on the formation of potential.
  • the second electrode with the galvanically produced connection structure between the two chemical elements which is formed in a particularly preferred embodiment as a gold-plated platinum electrode, due to their lower catalytic activity, a very sensitive in this respect.
  • the NH 3 is not fully reacted and reduces the activity of the oxygen at the surface.
  • both electrodes can be exposed directly to the sample gas mixture for determining the concentration of the desired gas component.
  • the two electrodes 3, 4 are arranged on two opposite sides, top and bottom, of the solid electrolyte 2 serving as support.
  • FIG. 2 shows a modified embodiment in that both electrodes 3, 4 are formed on the same side of the carrier 2.
  • the contacting of the two electrodes is symbolically represented by the terminals 6, 7.
  • the two sensors according to Figures 1 and 2 are further provided with a heating element 5.
  • One possible method of manufacturing such a sensor is a screen printing method using e.g. serve two so-called ceramic sheets as the top and bottom of the sensor, between which a heating element can be arranged. They are in turn each provided with one of the two measuring electrodes, corresponding to the embodiment of Figure 1.
  • a Pt-Au paste is used, for the other a Pt paste.
  • FIG. 3 shows a diagram 8 with a measuring signal 9 in reference to a concentration signal 10 of a gas component in a measuring gas mixture.
  • the time t in s is plotted from 0 to 1200.
  • the height of the measurement signal in mV is scaled from 0 to 50.
  • the right-hand vertical scaling represents, with the values from 0 to 6, the concentration of the measured gas components to be multiplied by the factor 150 ppm, in this case NH 3 , linear.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor zur Sensierung einer Gaskonzentration in einem Messgasgemisch, insbesondere einer Stickstoffverbindung, mit einem Festkörperelektrolyten, der eine erste und eine zweite Elektrode ionenleitend verbindet, wobei die erste Elektrode eine hohe Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu sensieren- den Gaskomponente aufweist, und die zweite Elektrode eine geringe diesbezügliche Aktivität. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Einfluss auf die Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu bestimmenden Gaskomponente durch im Messgasgemisch vorhandenen freien Sauerstoff an beiden Elektroden in etwa gleich stark ausgeprägt ist.

Description

"Gassensor"
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Zum Nachweis von Gaskomponenten oder zur Bestimmung einer Gaskonzentration in Messgasgemischen ist bekannt, Sensoren zu verwenden, die auf der Basis eines Festkörperelektrolyten aufgebaut sind und nach dem Mischpotenzial-Prinzip betrieben werden. Das Mischpotenzial bildet sich zwischen zwei mittels des Festkörperelektrolyten verbundenen Elektroden aus und stellt ein Maß für die im Gasgemisch vorkommenden, nachzuweisenden Gaskomponenten dar.
Dieses Mischpotenzial zwischen den beiden vorzugsweise platinhaltigen oder oxidischen Elektroden, welche gegebenenfalls mit weiteren chemischen Elementen kombiniert sein können, weist je nach Einsatzbereich zum Teil hohe Querempfindlichkeiten gegenüber weiteren, nicht zu detektieren gewünschten Gaskomponenten auf, insbesondere gegenüber Sauerstoff und/oder Kohlenwasserstoffen. Diese Querempfindlichkeit verfälscht das Messsignal, so dass insbesondere bei geringen Konzentrationen nachzuweisender Gaskomponenten, z.B. <50 ppm, starke Messungenauigkeiten durch Abweichung des Messwertes von dem der tatsächlichen Konzentration entsprechenden festzustellen sind.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Messsensor nach der eingangs dargelegten Art zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.
Dementsprechend betrifft die Erfindung einen Gassensor zum Nachweis einer Gaskonzentration in einem Messgasgemisch, insbesondere einer Stickstoffverbindung oder allgemein einer oxydierbaren Substanz, mit einem Festkörperelektrolyten, der eine erste und eine zweite Elektrode ionenleitend verbindet, wobei die erste Elektrode eine hohe Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der nachzuweisenden Gaskomponente aufweist, und die zweite Elektrode eine geringe diesbezügliche Aktivität. Der Sensor zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Einfluss auf die Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu bestimmenden Gaskomponente durch im Messgasgemisch vorhandenen freien Sauerstoff an beiden Elektroden in etwa gleich stark ausgeprägt ist. Dadurch, dass die beiden Elektroden derart ausgebildet sind, dass die Bindung bzw. Freigabe von Sauerstoffionen an der Dreiphasengrenze der beiden Elektroden mit dem Festelektrolyten und der Gasphase in etwa gleich stark bzw. gleich gering von dem im Messgas vorhandenen, freien Sauerstoff beeinflusst ist, ist der diesbezügliche Mischpotenzialanteil des Sensors für die Auswertung der Gaskonzentration der zu bestimmenden Gaskomponente weitest- gehend vernachlässigbar.
Insbesondere bevorzugt ist, wenn die beiden Elektroden auch bezüglich Kohlenwasserstoffverbindungen eine, im Vergleich zu ihrer Aktivität bezüglich des zu sensierenden Gases verhältnismäßig geringe unterschiedliche Aktivität aufweisen. Ein derart aufgebauter Sensor kann somit ein Messsignal zur Verfügung stellen, welches gegenüber der ersten Ausführungsform eine noch geringere Querempfindlichkeit bezüglich nicht zur Bestimmung vorgesehener Gaskomponenten aufweist.
Der Aufbau eines derartigen Sensors sieht vor, dass die beiden Elektroden das gleiche gassensitive Grundmaterial aufweisen. Insbesondere vorteilhaft kann das gassensitive Grundmaterial hierzu aus zwei chemischen Elementen zusammengesetzt sein, oder einem Cermet mit zwei weiteren Elementen, wobei eine erste Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen an der ersten Elektrode unterschiedlich von einer zweiten Verbin- dungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen an der zweiten Elektrode ausgebildet sein kann. Damit ist es beispielsweise möglich, die beiden Elektroden mit unterschiedlich starker katalytischer Wirkung bezüglich einer zu bestimmenden Gaskomponente eines Messgasgemisches auszubilden, so dass die eine Elektrode eine sehr starke und die andere Elektrode eine geringe, vorzugsweise sogar gar keine Aktivität bezüglich der zu sensierenden Gaskomponente aufweist.
Für die Reduzierung der Sauerstoffquerempfindlichkeit ist bei Verwendung gleicher chemischer Grundelemente für die Herstellung der Elektroden deren Präparation von wesentlicher Bedeutung. Diese beeinflusst die späteren chemischen Eigenschaften der betreffenden Elektrode ganz wesentlich.
Insbesondere gut geeignet für die Ausbildung zweier Elektroden mit stark unterschiedlicher Aktivitätseigenschaften bezüglich einer nachzuweisenden Gaskomponente, aber mit geringer Sauerstoffquerempfindlichkeit, sind zwei verschiedene Verbindungsstrukturen zwischen den beiden chemischen Elementen, wie sie z.B. durch galvanische Materialverbindungsverfahren bzw. durch Sinterprozesse entstanden sind.
Diese massive Reduzierung der Sauerstoffquerempfϊndlichkeit und auch eine deutliche Reduzierung der Querempfmdlichkeiten bezüglich Kohlenwasserstoffen konnte durch Versuche nachgewiesen werden, bei denen die erste Elektrode den einen und die zweite Elektrode den anderen Strukturaufbau zur Verbindung zweier gleicher chemischer Elemente aufwies.
Zwei bevorzugte chemische Elemente zur Ausbildung der beiden Elektroden mit derartigen Materialverbindungsverfahren sind Gold (Au) und Platin (Pt). Ein mit solchen Elektroden aufgebauter Sensor ist insbesondere gut dazu geeignet, z.B. NH3, NOx der Kohlenwasserstoffverbindungen als Gaskomponente eines Messgasgemisches zu bestimmen.
Ein weiterer großer Vorteil eines derart aufgebauten Gassensors liegt darin, dass zur Konzentrationsbestimmung der gesuchten Gaskomponente sogar beide Elektroden dem zu untersuchenden Messgasgemisch ausgesetzt werden können. Zur Erzeugung des den Konzentrationswert der zu bestimmenden Gaskomponente im Messgasgemisch wiedergebenden Signals ist keine weitere Elektrode erforderlich, ebenso keine einem Referenzgas ausgesetzte Referenzgaselektrode. Der Sensor kann somit mit einer minimalen Anzahl an Verfahrensschritten hergestellt werden. Es bedarf lediglich der Ausbildung eines Trägerele- mentes und der Anordnung der beiden erfindungsgemäßen Elektroden, sowie gegebenenfalls einem Heizelement und der betreffenden elektrischen Verbindungsleitungen, um einen funktionstüchtigen Sensor zur Verfügung zu stellen. Selbstverständlich kann ein solcher Sensor im Weiteren, wenigstens teilweise mit einer Schutzschicht oder dergleichen versehen sein, um z.B. eine Erhöhung der Betriebsdauer zu erzielen, oder eventuell den Sensor an spezielle Einsatzerfordernisse anzupassen.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden, darauf Bezug nehmenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 und 2 schematische Schnittdarstellungen zweier unterschiedlich aufgebauter, erfindungsgemäßer Sensoren und
Figur 3 ein Diagramm mit Messsignalen des erfindungsgemäßen Sensors.
Im Detail zeigen die Figuren 1 und 2 schematische Schnittdarstellungen eines erfindungsgemäßen Sensors 1 in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen. Der Sensor 1 umfasst einen Träger 2, welcher vorzugsweise aus yttriumstabilisiertem Zirkondioxid (YSZ) besteht und gleichzeitig als ionenleitender Elektrolyt zwischen den beiden an ihm angeordneten Elektroden 3 und 4 fungiert.
Die erste Elektrode 3 weist dabei eine hohe Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu sensierenden Gaskomponente auf. Die zweite Elektrode weist eine demgegenüber geringe diesbezügliche Aktivität auf. Erfindungsgemäß sind beide Elektroden so ausgebildet, dass der Einfluss auf die Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu bestimmenden Gaskomponente durch im Messgasgemisch vorhandenen freien Sauerstoff an beiden Elektroden in etwa gleich stark ausgeprägt ist.
Neben dieser, das Messsignal sehr gering bis gar nicht störenden Sauerstoff- Querempfindlichkeit weist ein derart aufgebauter Sensor auch noch eine verhältnismäßig geringe Querempfindlichkeit bezüglich Kohlenwasserstoff- Verbindungen im Vergleich zu seiner Empfindlichkeit bezüglich der zu messenden Gaskomponente auf. Die beiden Elektroden 3, 4 können dazu aus dem gleichen gassensitiven Grundmaterial ausgebildet sein, wobei dieses wiederum aus zwei chemischen Elementen zusammengesetzt, oder ein Cermet mit zwei zusätzlichen Elementen sein kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist dabei die Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen der Elektrode 3 unterschiedlich von einer Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen der Elektrode 4 ausgebildet. Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, die eine Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen mittels eines galvanischen Materialverbindungsverfahrens herzustellen und die zweite mittels eines Sinterprozesses.
Insbesondere vorteilhaft eignen sich dazu die beiden chemischen Elemente Gold (Au) und Platin (Pt). Bei Versuchen wurde festgestellt, dass die Elektrode, deren Verbindungsstruktur mittels Sinterprozess, welcher auch "Co-Firing" genannt wird, hergestellt ist, so gut wie keinen Einfiuss auf die Oxidation bzw. Reduktion der zu sensierenden Gaskomponente aufweist. Sie wirkt derart stark katalytisch, dass alle Anteile der zu messenden Gaskomponente, insbesondere NH3, an der für die Signalerfassung wirksamen Oberfläche umgesetzt werden und sich keine nennenswerte Konzentration ausbildet. An einer solchen Elektrode hat die zu sensierende Gaskomponente praktisch keinen Einfiuss auf die Sauerstoffaktivität und damit auf die Potenzialbildung.
Demgegenüber hat die zweite Elektrode mit der galvanisch hergestellten Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen, welche in einer besonders bevorzugten Ausführungsform als vergoldete Platinelektrode ausgebildet ist, aufgrund ihrer geringeren katalytischen Aktivität, ein diesbezüglich sehr empfindliches Ansprechverhalten. Das NH3 wird nicht vollständig umgesetzt und reduziert die Aktivität des Sauerstoffs an der Oberfläche.
Insbesondere vorteilhaft ist weiterhin, dass beide Elektroden direkt dem Messgasgemisch zur Bestimmung der Konzentration der gesuchten Gaskomponente aussetzbar sind. In der Ausfuhrungsförm nach Figur 1 sind die beiden Elektroden 3, 4 an zwei sich gegenüberliegenden Seiten, oben und unten, des als Träger dienenden Festkörperelektrolyten 2 angeordnet. Die Figur 2 zeigt eine demgegenüber dahingehend abgewandelte Ausführungsform, dass beide Elektroden 3, 4 an der gleichen Seite des Trägers 2 ausgebildet sind. Die Kontaktierung der beiden Elektroden ist jeweils symbolisch durch die Anschlüsse 6, 7 dargestellt. Um den Sensor auf eine bestimmte Temperatur einstellen zu können, welche von der zu bestimmenden Gaskomponente abhängig sein kann, sind die beiden Sensoren nach den Figuren 1 und 2 im Weiteren noch mit einem Heizelement 5 versehen.
Ein mögliches Herstellungsverfahren eines solchen Sensors ist ein Siebdruckverfahren, bei dem z.B. zwei so genannte Keramikfolien als Ober- und Unterseite des Sensors dienen, zwischen denen ein Heizelement angeordnet sein kann. Sie sind ihrerseits jeweils mit einer der beiden Messelektroden versehen, entsprechend der Ausführungsform nach Figur 1. Für die Ausbildung der einen Elektrode wird eine Pt-Au-Paste verwendet, für die andere eine Pt-Paste. Nach einem zur Härtung und Verdichtung des Sensorelements vorgesehenen Sintervorgang kann die zweite Elektrode, die Pt-Elektrode, z. B. mittels eines elektrochemischen Abscheideverfahrens aus einer HAuCU-Lösung vergoldet werden. Damit sind zwei Elektroden mit unterschiedlichen Verbindungsstrukturen zwischen den beiden chemischen Elementen Platin und Gold an dem Sensor ausgebildet, die den in Versuchen nachgewiesenen erfindungsgemäßen Vorteil bewirken.
Die Figur 3 zeigt ein Diagramm 8, mit einem Messsignal 9 in Referenz zu einem Konzentrationssignal 10 einer Gaskomponente in einem Messgasgemisch. An der horizontalen Achse ist die Zeit t in s von 0 bis 1200 aufgetragen. An der linken vertikalen Achse ist die Höhe des Messsignals in mV von 0 bis 50 skaliert. Die rechte vertikale Skalierung stellt mit den Werten von 0 bis 6 die mit dem Faktor 150 ppm zu multiplizierende Konzentration der gemessenen Gaskomponenten, hier im vorliegenden Fall NH3, linear dar.
Die vier in Folge durchgeführten Messungen wurden mit unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen von 8%, 6%, 4% und 2% (von links nach rechts in der Darstellung wiedergegeben) durchgeführt. Hierbei wird insbesondere auf die hohe Sensitivität des erfindungsgemäßen Sensors bei kleinen NH3-Flüssen und die dabei nachweisliche, geringe Sauer- stoff-Querempfindlichkeit hingewiesen. Erst bei sehr geringen Sauerstoffkonzentrationen kann eine geringe Abnahme der Signalhöhe des mit 5 kΩ belasteten erfindungsgemäßen Sensors beobachtet werden. Neben der guten NH3-Empfmdlichkeit ist dieser erfmdungs- gemäße Sensor auch für die Bestimmung von NOx-Gaskomponenten, insbesondere NO2 und für Kohlenwasserstoff hervorragend einsetzbar.

Claims

Ansprüche:
1. Gassensor zur Sensierung einer Gaskonzentration in einem Messgasgemisch, insbesondere einer Stickstoffverbindung oder einer Kohlenwasserstoffverbindung, mit einem Festkörperelektrolyten, der eine erste und eine zweite Elektrode ionenleitend verbindet, wobei die erste Elektrode eine hohe Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu sensierenden Gaskomponente aufweist, und die zweite Elektrode eine geringe diesbezügliche Aktivität, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss auf die Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu bestimmenden Gaskomponente durch im Messgasgemisch vorhandenen freien Sauerstoff an beiden Elektroden in etwa gleich stark ausgeprägt ist.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss auf die Aktivität bezüglich Oxidation bzw. Reduktion der zu bestimmenden Gaskomponente durch im Messgasgemisch vorhandenen Kohlenwasserstoff- Verbindungen an beiden Elektroden in etwa gleich stark ausgeprägt ist.
3. Gassensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden das gleiche gassensitive Grundmaterial aufweisen.
4. Gassensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das gassensitive Grundmaterial aus zwei chemischen Elementen zusammengesetzt ist.
5. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gassensitive Grundmaterial aus ternären oder quarternären Verbindungen zusammengesetzt ist.
6. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen an der ersten Elektrode unterschiedlich von einer zweiten Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen an der zweiten Elektrode ausgebildet ist.
7. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ternäre oder quarternäre Verbindung unterschiedlich von einer zweiten Verbindungsstruktur zwischen den beiden chemischen Elementen an der zweiten Elektrode ausgebildet ist.
8. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Verbindungsstruktur als eine bei einem galvanischen Materialverbindungsverfahren entstandene Struktur ausgebildet ist.
9. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Verbindungsstruktur als bei einem Sinterprozess entstandene Struktur ausgebildet ist.
10. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Element Gold (Au) ist.
11. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Element Platin (Pt) ist.
12. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden ein Messsignal frei von einem Referenzgasbezug liefern.
13. Gassensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein chemisches Element Pd, Cu, W, V, Ag oder Ir ist.
EP06806778A 2005-09-30 2006-09-19 Gassensor Withdrawn EP1934590A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005047443A DE102005047443A1 (de) 2005-09-30 2005-09-30 Gassensor
PCT/EP2006/066478 WO2007036454A1 (de) 2005-09-30 2006-09-19 Gassensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1934590A1 true EP1934590A1 (de) 2008-06-25

Family

ID=37561157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06806778A Withdrawn EP1934590A1 (de) 2005-09-30 2006-09-19 Gassensor

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8133370B2 (de)
EP (1) EP1934590A1 (de)
JP (1) JP4914447B2 (de)
DE (1) DE102005047443A1 (de)
WO (1) WO2007036454A1 (de)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012110481A1 (de) 2011-12-29 2013-07-04 Technische Universität Dresden Stickoxidsensor auf Festkörperbasis
DE102013222195A1 (de) * 2013-10-31 2015-04-30 Siemens Aktiengesellschaft Gassensor zur Detektion von Stickoxiden und Betriebsverfahren für einen solchen Gassensor
JP5883976B2 (ja) * 2014-07-29 2016-03-15 日本碍子株式会社 ガスセンサの検知電極、導電性ペーストの製造方法、および、ガスセンサ
JP6523144B2 (ja) 2015-11-17 2019-05-29 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP5938133B1 (ja) 2015-11-17 2016-06-22 日本碍子株式会社 ガスセンサの検知電極、ガスセンサ、および、ガスセンサの製造方法
JP5992123B1 (ja) * 2015-11-17 2016-09-14 日本碍子株式会社 ガスセンサの検知電極、導電性ペーストの製造方法、ガスセンサ、および、ガスセンサの製造方法
US10876993B2 (en) 2015-12-24 2020-12-29 Ngk Insulators, Ltd. Ammonia gas sensor and method for measuring concentration of ammonia gas
JP5918434B1 (ja) * 2015-12-24 2016-05-18 日本碍子株式会社 アンモニアガスセンサ、導電性ペーストの製造方法、および、ガスセンサの製造方法
JP5965564B1 (ja) * 2016-04-15 2016-08-10 日本碍子株式会社 アンモニアガスセンサおよびアンモニアガスの濃度測定方法
JP6186051B1 (ja) 2016-07-08 2017-08-23 日本碍子株式会社 ガスセンサ
JP6655515B2 (ja) 2016-09-23 2020-02-26 日本碍子株式会社 ガスセンサ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2119933B (en) 1982-05-06 1986-09-17 Atomic Energy Authority Uk Solid electrolyte gas sensors
JP2000028573A (ja) 1998-07-13 2000-01-28 Riken Corp 炭化水素ガスセンサ
US6773565B2 (en) 2000-06-22 2004-08-10 Kabushiki Kaisha Riken NOx sensor
JP2002243692A (ja) * 2001-02-19 2002-08-28 Riken Corp 窒素酸化物ガスセンサ
EP1211508A3 (de) * 2000-11-27 2004-10-27 Kabushiki Kaisha Riken Gassensor und Sauerstoffpumpvorrichtung
JP2002174621A (ja) * 2000-12-08 2002-06-21 Ngk Spark Plug Co Ltd 炭化水素ガス濃度測定装置及びこれを用いた炭化水素ガス濃度測定方法
AU2002239951A1 (en) 2001-01-25 2002-08-06 The Regents Of The University Of California Hydrocarbon sensor
JP2003035693A (ja) * 2001-07-18 2003-02-07 Ngk Spark Plug Co Ltd 可燃性ガスセンサ
US7006926B2 (en) * 2003-02-07 2006-02-28 Tdk Corporation Carbon dioxide sensor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2007036454A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US8133370B2 (en) 2012-03-13
WO2007036454A1 (de) 2007-04-05
US20090301877A1 (en) 2009-12-10
DE102005047443A1 (de) 2007-04-05
JP2009510418A (ja) 2009-03-12
JP4914447B2 (ja) 2012-04-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007036454A1 (de) Gassensor
DE69825347T2 (de) Gassensor
DE19827927C2 (de) Gassensor
EP0241751B1 (de) Verfahren zum kontinuierlichen Überwachen von gasförmigen Bestandteilen in Gasgemischen, ausgenommen O2
DE60130288T2 (de) NOx Sensor
DE19852247B4 (de) Stickstoffoxid-Sensor
EP2300812B1 (de) Sensorelement und verfahren zur bestimmung von gaskomponenten in gasgemischen sowie deren verwendung
DE102006013698A1 (de) Gassensor
DE19861198B4 (de) Sensor für die Untersuchung von Abgasen und Untersuchungsverfahren
DE102019004190A1 (de) Gassensor und gaskonzentrationsmessverfahren
WO1999014586A1 (de) Gassensor
DE10133466B4 (de) Schichtverbund und mikromechanisches Sensorelement, insbesondere Gassensorelement, mit diesem Schichtverbund
DE69733509T2 (de) Sensoranordnung zur Bestimmung von Stickstoffoxiden
WO2020187879A1 (de) Verfahren zum ermitteln eines fehlers eines abgassensors einer brennkraftmaschine
DE102019002274A1 (de) Gassensor und verfahren zum steuern eines gassensors
DE10329061A1 (de) Gassensorelement
EP1989539A1 (de) Gassensor
DE3213286C2 (de) Gaserfassungsvorrichtung
DE10308395A1 (de) Sensorelement eines Gassensors
EP3232188B1 (de) Coulometrischer feuchtesensor mit gelförmigem elektrolyt und herstellungsverfahren für einen coulometrischen feuchtesensor mit gelförmigem elektrolyt
EP1273910B1 (de) Sensorelement mit leitfähiger Abschirmung
EP1452859B1 (de) Verfahren und Sensorelement zur Bestimmung eines Gases in einem Gasgemisch
DE102019007451A1 (de) Gassensor
DE19856846B4 (de) Verfahren zur Messung der Konzentration brennbaren Materials in einem Gasstrom mittels eines kalorimetrischen Gassensors
EP0747696A2 (de) Elektrochemischer Festelektrolyt-Sensor zur Messung von Chlor

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20080502

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE ES FR IT

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): DE ES FR IT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20091109

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20100520