FR2888934A1 - Element de detecteur de gaz stratifie comportant une couche d'electrolyte solide et detecteur de gaz comprenant un tel element - Google Patents

Abstract

Elément de détecteur de gaz (100) qui comprend :une couche d'électrolyte solide (11) ayant une première surface et une seconde surface ;une première électrode (132) formée sur ladite première surface;une seconde électrode (142) formée sur ladite seconde surface; etune couche isolante (15) prévue entre ladite première électrode et ladite première surface, recouvrant un bord externe de ladite première électrode ;dans lequel ladite couche isolante a une ouverture (151) par laquelle une partie de ladite première électrode est exposée ; etladite ouverture a une aire plus petite que l'aire de ladite seconde électrode et est prévue à une position opposée à ladite seconde électrode pour former une partie de détection constituée par la partie de ladite première électrode exposée par l'ouverture, ladite seconde électrode et ladite couche d'électrolyte solide.Détecteur de gaz comprenant une enveloppe métallique et l'élément de détecteur de gaz précité.

Description

La présente invention concerne un élément de détecteur de gaz et un

détecteur de gaz pour détecter la concentration d'un composant gazeux spécifique dans un gaz destiné à être soumis à une mesure.

Parmi les détecteurs de gaz connus, on connaît ceux pour détecter la concentration d'un composant gazeux spécifique dans un gaz faisant l'objet d'une mesure comme un gaz d'échappement produit par un véhicule automobile. Ce type de détecteur de gaz emploie un élément détecteur de gaz dont les caractéristiques électriques changent avec la concentration du composant gazeux spécifique dans le gaz soumis à la mesure. Cet élément de détecteur de gaz est muni d'un membre formant électrolyte solide qui est composé principalement de zircone, par exemple. De tels éléments de détecteur de gaz connus ont une forme externe globale analogue à une plaque produite par stratification d'un ou plusieurs membres formant électrolyte solide, d'une ou plusieurs électrodes, d'une couche isolante et d'un dispositif chauffant ou analogue. Le dispositif chauffant est constitué par stratification d'une couche isolante, par exemple une couche céramique composée principalement d'alumine, et d'une résistance chauffante ou analogue.

Dans l'élément de détecteur de gaz décrit ci-dessus, une partie terminale (ou partie terminale antérieure) dans la direction longitudinale de la forme de plaque est fournie à titre de partie de détection destinée à être exposée au gaz qui fait l'objet d'une mesure, et l'autre partie terminale (ou partie terminale postérieure) est fixée sur une fixation principale. Ainsi, les éléments de détecteur de gaz connu (tels que décrits dans 3P-A-2003- 294687, par exemple) ont une électrode de référence et une électrode de détection disposées sur les deux faces du côté terminal antérieur du membre formant électrolyte solide sous forme de plaque, et des parties formant conducteur connectées à ces parties formant électrode qui sont formées individuellement dans la direction longitudinale du membre formant électrolyte solide.

Il est connu également (comme décrit dans 3P-A-2002-202280, par exemple) que la durée d'activation de l'élément de détecteur de gaz (c'est-à-dire la durée nécessaire pour que le détecteur devienne actif après l'établissement de l'apport d'énergie électrique) peut être raccourcie en fixant l'aire de l'électrode de détection à 1,25 fois ou plus celle de l'électrode de référence.

Cependant, dans l'élément de détecteur de gaz décrit ci-dessus, du fait des tolérances ou analogues dans le procédé de fabrication, une paire de parties formant électrode (par exemple l'électrode de référence et l'électrode de détection), qui sont formées sur la surface et la partie dorsale du membre formant électrolyte solide, peuvent être formées avec un léger écart de position l'une par rapport à l'autre. Si l'électrode de référence et l'électrode de détection sont formées de telle manière que leur position relative varie, l'aire efficace des parties formant électrode qui contribuent à la détection du gaz spécifique (c'est-à-dire l'aire des parties formant électrodes respectives qui sont directement opposées l'une à l'autre) diffère pour chaque détecteur de gaz ainsi produit. De ce fait, les détecteurs de gaz varient entre eux du point de vue de leurs performances, ce qui pose un problème.

La présente invention a été conçue pour résoudre le problème précité et un objectif de l'invention consiste à fournir un élément de détecteur de gaz et un détecteur de gaz offrant la même aire d'électrode efficace et à obtenir ainsi des performances uniformes parmi plusieurs électrodes produites.

Selon l'invention, cet objectif est atteint en fournissant un élément de détecteur de gaz comprenant: une couche d'électrolyte solide ayant une première surface et une seconde surface une première électrode formée dans ladite première surface de la couche d'électrolyte solide une seconde électrode formée sur ladite seconde surface de la couche d'électrolyte solide; et une couche isolante prévue entre ladite première électrode et ladite première surface de ladite couche d'électrolyte solide, couvrant un bord externe de ladite première électrode, dans lequel ladite couche isolante a une ouverture par laquelle une partie de ladite première électrode est exposée, cette ouverture ayant une aire plus petite que l'aire de ladite seconde électrode et étant prévue à une position opposée à ladite seconde électrode pour former une partie de détection constituée par la partie de ladite première électrode exposée par l'ouverture, ladite seconde électrode et ladite couche d'électrolyte solide.

Ainsi, la couche isolante peut limiter l'aire efficace de la première 35 électrode à l'aire ouverte de l'ouverture. Même s'il apparaît un écart de position entre la première électrode et la seconde électrode, par exemple, l'aire efficace dans les parties d'électrode appariées peut être maintenue constante à condition que l'ouverture de la couche isolante soit située en face de la seconde électrode. Ainsi, il est possible de réduire les fluctuations ou la dispersion des performances de plusieurs détecteurs de gaz produits de cette manière.

La première électrode est de préférence connectée avec une première partie formant conducteur qui s'étend dans la direction longitudinale de la couche d'électrolyte solide pour émettre un signal depuis ladite première électrode, et la couche isolante est disposée entre la première partie formant conducteur et la première surface de ladite couche d'électrolyte solide. Si un écart de position apparaît entre la première électrode et la seconde électrode, l'aire efficace est modifiée par la partie chevauchante entre la première partie formant conducteur et la seconde électrode. Ainsi, les performances des détecteurs de gaz peuvent fluctuer. De plus, une fuite électrique peut survenir entre la première partie formant conducteur et la seconde partie formant conducteur destinée à être connectée avec la seconde électrode, ce qui conduit à une dispersion des performances d'un détecteur de gaz à l'autre. Avantageusement, pour éviter ces problèmes, on interpose la couche isolante entre la partie formant conducteur et la couche d'électrolyte solide, le changement d'aire efficace dû au chevauchement avec la partie formant conducteur peut alors être supprimé, et la fuite électrique entre les parties formant conducteurs peut également être empêchée, ce qui supprime la dispersion des performances.

De plus, la première électrode a de préférence une aire plus petite que ladite seconde électrode. Il en résulte que la partie de la première électrode qui doit être recouverte par la couche isolante est rendue plus petite que dans le cas où l'aire de la première électrode est égale ou supérieure à celle de la seconde électrode. C'est-à-dire que la partie de la première électrode qui ne contribue pas à l'aire efficace de la partie de détection peut être réduite en taille de manière à diminuer les coûts en matériaux.

La couche isolante peut couvrir toute la périphérie de la première électrode. La première électrode peut avoir une forme rectangulaire ayant une plus petite largeur que la seconde électrode. Dans un tel cas, la couche isolante peut couvrir un côté terminal antérieur et un côté terminal postérieur de ladite première électrode, tout en exposant au moins une partie de deux côtés s'étendant longitudinalement à travers l'ouverture. En outre, les parties des deux côtés s'étendant longitudinalement exposées à travers l'ouverture sont opposées à la seconde électrode. Dans une telle configuration, du fait de la couche isolante, l'aire efficace de la partie de détection peut être maintenue inchangée, quel que soit l'écart de position dans la direction longitudinale. De plus, en rendant la largeur de la première électrode plus petite que celle de la seconde électrode, l'aire efficace de la partie de détection n'est pas affectée par un écart de position dans la direction de la largeur.

En outre, la première électrode est de préférence une électrode de référence et la seconde électrode est une électrode de détection soumise à une exposition au gaz qui fait l'objet de la mesure. L'électrode de détection est exposée au gaz faisant l'objet de la mesure de sorte qu'elle a tendance à se dégrader plus précocement que l'électrode de référence. En formant la couche isolante sur l'électrode de référence mais pas sur l'électrode de détection, l'électrode de détection qui est exposée au gaz faisant l'objet de la mesure peut être prévue plus grande en terme d'aire de manière à atténuer sa dégradation.

L'invention peut aussi être appliquée à un élément de détecteur de gaz dans lequel l'électrode de référence est constituée par un matériau poreux, et où l'électrode de référence est recouverte de la couche d'électrolyte solide et d'un membre formant écran et est mise sous forme d'une électrode de référence de type à auto-formation. Dans un tel agencement, de l'oxygène est pompé jusqu'au côté de l'électrode de référence de sorte qu'une concentration d'oxygène de référence d'un niveau prédéterminé est établie à l'intérieur de l'électrode de référence. Dans ce cas, en réduisant l'aire efficace avec la couche isolante, la durée pour atteindre la concentration d'oxygène de référence cible peut être rendue plus courte que dans le cas où aucune couche isolante n'est prévue. Ainsi, la durée d'activation peut être raccourcie. En rendant constante l'aire efficace de l'électrode, en outre, il est possible aussi de réduire les fluctuations de la durée d'activation.

Les angles de l'ouverture sont de préférence incurvés pour avoir un rayon de courbure R de 0,05 mm ou plus mais de 0,5 mm ou moins, de manière à former aisément une ouverture dans la couche isolante.

En outre, la couche protectrice poreuse est stratifiée avec ladite couche d'électrolyte solide de manière à couvrir la seconde électrode qui doit devenir l'électrode de détection. La couche protectrice est de préférence plus grande, quand elle est projetée dans la direction opposée à la seconde électrode, que ladite seconde électrode. La seconde électrode peut être empoisonnée quand elle est exposée au gaz faisant l'objet de la mesure. De ce fait, la couche protectrice poreuse est formée pour recouvrir et empêcher la seconde électrode d'être empoisonnée. En rendant la couche protectrice poreuse plus grande que la seconde électrode, la seconde électrode est exposée dans sa totalité au gaz faisant l'objet de la mesure de manière à empêcher une dégradation de la précision de détection d'un détecteur de gaz à l'autre.

En outre, l'invention a pour objet un détecteur de gaz constitué par assemblage d'un élément de détecteur de gaz du type de celui précédemment décrit, dans une enveloppe métallique, de sorte que l'aire efficace de l'électrode peut être rendue constante pour produire plusieurs détecteurs de gaz présentant peu de fluctuations de performances.

Selon l'élément de détecteur de gaz et le détecteur de gaz de l'invention, l'aire efficace des électrodes peut être maintenue constante d'un détecteur de gaz produit à l'autre, ce qui permet de produire plusieurs détecteurs de gaz ayant des performances uniformes.

L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit, donnée à titre d'exemple illustratif et non limitatif. Cette description fait référence aux figures annexées sur lesquelles: La figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant schématiquement un élément de détecteur de gaz selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 2 est une vue, prise depuis une partie formant électrode 132 jusqu'à une couche d'électrolyte solide 11, de l'élément de détecteur de gaz de la figure 1.

La figure 3 est une vue en coupe d'un détecteur de gaz selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 4 est une vue en perspective éclatée montrant schématiquement un élément de détecteur de gaz selon un autre mode de réalisation de l'invention.

La figure 5 est un schéma montrant une modification de la figure 2.

Les signes de référence utilisés pour identifier différentes caractéristiques structurales dans les dessins sont, notamment, les suivants: 1 corps d'élément de détecteur de gaz, 2 dispositif chauffant, 11 couche d'électrolyte solide, 132 électrode de référence, 142 électrode de détection, 15 couche isolante, 100 élément de détecteur de gaz, et 151 ouverture.

Un élément de détecteur de gaz 100 de type stratifié selon un mode de réalisation de l'invention est décrit dans la suite en se référant aux dessins annexés. Cependant, la présente invention ne doit pas être considérée comme étant limitée à ce mode de réalisation.

La figure 1 est une vue en perspective éclatée montrant la structure de l'élément de détecteur de gaz 100 ayant une forme globale de plaque. L'élément de détecteur de gaz 100 comprend un stratifié d'un corps d'élément de détecteur de gaz 1 et d'un dispositif chauffant 2.

Le corps d'élément de détecteur de gaz 1 inclut une couche d'électrolyte solide 11 pour une cellule de concentration d'oxygène, qui est constituée par un matériau fritté de zircone (ZrO2) ou de LaGaO3 contenant de l'oxyde d'yttrium (Y2O3) ou de l'oxyde de calcium (CaO) comme stabilisant. Dans ce mode de réalisation, la couche d'électrolyte solide de zircone 11 peut contenir 10 à 80 % en masse d'alumine en plus du stabilisant constitué par l'oxyde d'yttrium.

Sur le côté de la couche d'électrolyte solide 11 en contact avec le dispositif chauffant 2, une électrode de référence (ou première électrode) 132, qui est constituée par un matériau poreux, est formée. Sur le côté de la couche d'électrolyte solide 11, situé à l'opposé de l'électrode de référence 132, une électrode de détection (ou seconde électrode) 142, qui est constituée aussi par un matériau poreux, est également formée. L'électrode de référence 132, la couche d'électrode solide intermédiaire 11 et l'électrode de détection 142 constituent ensemble une unité de détection 101 (montrée sur la figure 3). En outre, depuis l'électrode de référence 132 et l'électrode de détection 142, une première partie formant conducteur 131 et une seconde partie formant conducteur 141 s'étendent individuellement dans la direction longitudinale de la couche d'électrolyte solide 11. L'électrode de référence 132, l'électrode de détection 142, la première partie formant conducteur 131 et la seconde partie formant conducteur 141 sont en Pt ou analogue, par exemple. Dans ce mode de réalisation, l'électrode de référence 132 a une aire de 1,6 mm2, et l'électrode de détection 142 a une aire de 2,4 mm2 plus grande que l'électrode de référence 132.

Une couche isolante 15 est disposée entre la couche d'électrolyte solide 11 et l'électrode de référence 132 et la première partie formant conducteur 131. Cette couche isolante 15 a une taille sensiblement égale à celle de la couche d'électrolyte solide 11, et couvre le bord externe de l'électrode de référence 132. La couche isolante 15 a aussi une ouverture 151 qui est située à une position correspondant à l'électrode de référence 132 mais qui a une aire plus petite que l'électrode de référence 132. Dans ce mode de réalisation, l'ouverture 151 a une aire de 1,1 mm2 et des angles d'un rayon de courbure R de 0,2 mm.

En formant la couche isolante 15 qui recouvre le bord périphérique externe de l'électrode de référence 132, comme décrit ci-dessus, l'aire efficace de l'électrode de référence 132 est limitée à l'aire de l'ouverture 151. A titre de résultat, l'aire efficace chevauchante de l'électrode de référence 132 et de l'électrode de détection 142 sur le côté opposé reste constante, même si les électrodes sont en défaut d'alignement. L'électrode de référence 132 et l'ouverture 151 peuvent être dimensionnées relativement de telle sorte que l'ouverture ne se déplace pas à l'extérieur de l'électrode de référence 132 ou de l'électrode de détection 142 même si leur écart de position est à un maximum. Dans un cas ordinaire, l'écart de position lors de l'impression est d'environ 0,2 mm à 0,3 mm. De ce fait, les conditions mentionnées précédemment sont suffisamment satisfaites en rendant la taille de l'ouverture plus petite de plusieurs millimètres longitudinalement et transversalement que la taille externe de l'électrode de référence 132.

En formant ainsi la couche isolante 15, l'aire efficace des parties formant électrodes appariées peut être rendue constante pour réduire les variations de performance. Spécifiquement, l'aire efficace constante des parties formant électrodes appariées peut produire un signal constant d'un détecteur à l'autre, et la résistance constante entre les parties formant électrode peut améliorer la précision du contrôle de température effectué sur la base de la résistance.

Les angles de l'ouverture sont de préférence incurvés pour avoir un rayon de courbure R de 0,05 mm à 0,5 mm de manière à former plus aisément l'ouverture dans la couche isolante.

De plus, la couche isolante 15 peut raccourcir la durée d'activation en réduisant l'aire efficace de l'électrode de référence 132. Dans le cas d'une électrode de référence de type à auto-formation, spécifiquement, un courant de pompage est appliqué dans une direction entre l'électrode de référence 132 et l'électrode de détection 142 de sorte que de l'oxygène est pompé jusqu'à une concentration de référence d'un niveau prédéterminé dans l'électrode de référence 132. En formant la couche isolante 15, la durée pour établir la concentration d'oxygène de référence peut être réduite pour raccourcir la durée d'activation. Il est possible aussi de réduire les variations de la durée d'activation.

Quand l'électrode de référence 132 est rendue plus petite que l'électrode de détection 142 sans former la couche isolante 15, contrairement au cas mentionné précédemment, il est possible d'empêcher des fluctuations de l'aire chevauchante dues à un écart de position entre l'électrode de référence 132 et l'électrode de détection 142. Cependant, l'influence des parties chevauchantes entre les parties formant conducteur et l'électrode devient apparente, de sorte que l'aire efficace ne peut pas être rendue constante.

Dans ce mode de réalisation, la couche isolante 15 recouvre non seulement le bord périphérique externe de l'électrode de référence 132 mais aussi la première partie formant conducteur 131. Même avec un écart de position, de ce fait, la couche isolante 15 empêche l'aire opposée entre la première partie formant conducteur 131 et l'électrode de référence 132 d'influencer les performances du détecteur. Il est possible aussi d'empêcher une fuite électrique depuis la première partie formant conducteur 131.

La seconde partie formant conducteur 141 est connectée à son extrémité terminale par un trou traversant 124 qui s'étend dans une couche protectrice 12 décrite dans la suite, avec une borne d'extraction de signaux 126 destinée à une connexion avec une borne externe. L'extrémité terminale de la première partie formant conducteur 131 est connectée, par des trous 110 et 152 traversant la couche d'électrolyte solide 11 et la couche isolante 15 et un trou traversant 123 qui s'étend dans la couche protectrice 12, avec une borne d'extraction de signaux 127 pour une connexion avec une borne externe.

De plus, la couche protectrice 12 est munie d'une couche de protection d'électrode poreuse 122 formée sur la surface de l'électrode de détection 142 pour protéger l'électrode de détection 142 contre des poisons, et une couche de protection et de renfort 121 formée sur la surface de la seconde partie formant conducteur 141 pour renforcer la couche d'électrolyte solide 11. Dans ce mode de réalisation, la couche de protection d'électrode 122 a une aire de 7,2 mm2. En rendant la couche de protection d'électrode 122 plus grande que l'électrode de détection 142, la couche protectrice 122 protège l'électrode de détection 142 contre une exposition à des gaz faisant l'objet de mesures et donc contre une dégradation de sa précision de détection quand elle est employée dans un détecteur de gaz 600 (figure 3).

D'autre part, le dispositif chauffant 2 est muni d'un dispositif chauffant à résistance 21 qui est fixé entre une première couche de base 22 et une seconde couche de base 23 en céramique frittée ayant d'excellentes propriétés isolantes. Le dispositif chauffant à résistance 21 inclut une partie chauffante 212 sous forme de méandres, et une paire de parties formant conducteur de dispositif chauffant 213 connectées individuellement avec les parties terminales de la partie chauffante 212 et s'étendant dans la direction longitudinale. De plus, les parties terminales, située sur le côté opposé de la partie chauffante 212, sont connectées électriquement par deux trous traversants 231 qui s'étendent dans la seconde couche de base 23, avec une paire de bornes de conducteurs de dispositif chauffant 232 en vue d'une connexion avec les bornes externes et ensuite pour la connexion avec un circuit externe.

La première couche de base 22 et la seconde couche de base 23 mentionnées précédemment sont constituées par une céramique frittée, bien que celleci ne soit pas limitée spécifiquement, comme l'alumine, le spinelle, la mullite ou la zircone. Ces céramiques peuvent être utilisées individuellement ou en combinaison.

Le dispositif chauffant à résistance 21 peut être constitué par un métal noble, du tungstène, du molybdène ou analogues. Pt, Au, Ag, Pd, Ir, Ru ou Rh est utile comme métal noble, parmi lesquels seulement un ou deux ou plusieurs types peuvent être utilisés. Le dispositif chauffant à résistance 21 est de préférence constitué principalement par un métal noble, pour des raisons de résistance thermique ou de résistance à l'oxydation, et de préférence encore il est constitué principalement par Pt. De plus, le dispositif chauffant à résistance 21 peut contenir un composant céramique en plus du métal noble principal. Pour des raisons de solidité de fixation, le composant céramique du dispositif chauffant à résistance 21 est de préférence le même que le composant céramique principal de la première couche de base 22 et que celui de la seconde couche de base 23, où le dispositif chauffant à résistance 21 est enfoui.

De plus, dans le dispositif chauffant à résistance 21, la partie chauffante 212 produit de la chaleur quand elle est alimentée, mais la partie formant conducteur 213 conduit une tension continue fournie extérieurement jusqu'à la partie chauffante 212 mais produit peu de chaleur par elle-même. Les formes de la partie chauffante 212 et de la partie formant conducteur 213 ne sont pas limitées particulièrement. Par exemple, la partie chauffante 212 peut être rendue plus mince que la partie formant conducteur 213 de sorte que la partie chauffante 212 décrivant des méandres a une configuration plus dense que la partie formant conducteur 213.

Sur le côté terminal antérieur de l'élément de détecteur de gaz 100 ainsi formé par stratification du corps d'élément de détecteur de gaz 1 et du dispositif chauffant 2 qui est exposé au gaz qui faisait l'objet d'une mesure, une couche protectrice poreuse (non représentée) est formée sur toute sa circonférence.

La figure 3 montre un détecteur de gaz dans lequel est monté l'élément de détecteur de gaz 100 mentionné précédemment, et il s'agit d'une vue en coupe montrant la totalité d'un exemple de détecteur de gaz 600, qui est fixé au tuyau d'échappement d'un moteur à combustion interne et qui est utilisé pour mesurer la concentration de l'oxygène dans le gaz d'échappement.

Une enveloppe métallique 30, comme le montre la figure 3, inclut une partie filetée extérieurement 31 pour fixer le détecteur de gaz au tuyau d'échappement, et une partie hexagonale 32 à laquelle est appliqué un outil de fixation. L'enveloppe métallique 30 a une partie en gradin latérale de fixation 33 qui fait saillie radialement vers l'intérieur, qui soutient un support métallique 34 pour maintenir l'élément de détecteur de gaz 100. De plus, sur le côté interne du support métallique 34, un support céramique 35 et un membre de type talc 36 sont disposés successivement depuis l'extrémité antérieure pour fixer ainsi la position de l'élément de détecteur de gaz 100.

Le membre de type talc 36 est composé d'une première partie de type talc 37 disposée dans le support métallique 34 et d'une seconde partie de type talc 38 disposée pour couvrir l'extrémité postérieure du support métallique 34. Une gaine 39 en alumine est disposée sur le côté terminal postérieur de la seconde partie de type talc 38. La gaine 39 est de forme cylindrique à étages multiples pour avoir un trou axial 391 dans lequel est fixé l'élément de détecteur de gaz 100. Une partie de fixation supplémentaire 301, située sur le côté terminal postérieur de l'enveloppe métallique 30, est incurvée vers l'intérieur, et la gaine 39 est poussée sur le côté terminal antérieur de l'enveloppe métallique 30 par un membre annulaire 40 en acier inoxydable.

Un protecteur métallique 24 est soudé à la circonférence externe du côté terminal antérieur de l'enveloppe métallique 30. Le protecteur métallique 24 couvre la partie terminale antérieure de l'élément de détecteur de gaz 100 qui fait saillie de l'extrémité antérieure de l'enveloppe métallique 30 et est muni d'une pluralité de trous d'entrée de gaz 241. Le protecteur 24 a une structure double dont le côté externe est un protecteur externe 41 de forme cylindrique munie d'un fond ayant un diamètre externe uniforme. Le côté interne du protecteur 24 est un protecteur interne 42 de forme cylindrique muni d'un fond qui a au niveau de sa partie terminale postérieure 421 un diamètre plus grand qu'au niveau de sa partie terminale antérieure 422.

D'autre part, un cylindre externe 25 est inséré au niveau de son côté terminal antérieur sur le côté terminal postérieur de l'enveloppe métallique 30. Ce cylindre externe 25 est fixé par soudage laser d'une partie terminale antérieure radialement élargie 251 à l'enveloppe métallique 30. A l'intérieur du côté terminal postérieur du cylindre externe 25, un membre de support 51 est disposé dans l'interstice entre le séparateur 50 et le cylindre externe 25.

Le membre de support 51 coopère avec une partie en saillie 501 du séparateur 50, comme décrit dans la suite, de sorte qu'il est fixé par le cylindre externe 25 et le séparateur 50 en fixant encore le cylindre externe 25.

Un trou traversant 502 s'étend dans le séparateur 50 qu'il traverse, et est formé depuis le côté terminal antérieur jusqu'au côté terminal postérieur de manière à recevoir des fils conducteurs 111 à 114 de l'élément de détecteur de gaz 100 (le fil conducteur 114 n'est pas représenté). Le trou traversant 502 contient une borne de connexion 116 qui connecte les fils conducteurs 111 à 114 et la borne externe de l'élément de détecteur de gaz 100. Les fils conducteurs 111 à 114 individuels sont connectés à un connecteur (non représenté) à l'extérieur du détecteur. Ce connecteur transmet vers l'intérieur/vers l'extérieur des signaux électriques entre un dispositif externe comme un ECU et les fils conducteurs individuels. De plus, chacun des fils conducteurs 111 à 114 a une structure dans laquelle un conducteur est recouvert d'une gaineisolante constituée par une résine, bien que cela ne soit pas montré spécifiquement.

Sur le côté terminal postérieur du séparateur 50, un capuchon en caoutchouc 52 sensiblement cylindrique est prévu pour fermer une ouverture 252 sur le côté terminal postérieur du cylindre externe 25. Le capuchon en caoutchouc 52 est fixé dans le cylindre externe 25 en fixant en outre la circonférence externe du cylindre externe 25 radialement vers l'intérieur tandis que le capuchon en caoutchouc 52 est monté dans l'extrémité postérieure du cylindre externe 25. Un trou traversant 521 est formé aussi dans ce capuchon en caoutchouc 52 qu'il traverse, trou qui s'étend depuis le côté terminal antérieur jusqu'au côté terminal postérieur pour l'insertion des fils conducteurs 111 à 114.

Selon le détecteur de gaz 600 dans lequel l'élément de détecteur de gaz 100 ainsi constitué est assemblé, l'aire efficace de l'électrode de détection 142 peut être maintenue constante pour réduire les variations de performances parmi plusieurs détecteurs. En bref, l'aire efficace de l'électrode de détection 142 est rendue constante pour produire sensiblement le même signal pour une concentration de composant gazeux donnée parmi plusieurs détecteurs. De plus, la résistance entre l'électrode de détection 142 et l'électrode de référence 132 peut être fixée à une valeur constante parmi plusieurs détecteurs de manière à améliorer la précision ou le contrôle sur la base de la résistance. De plus, il est possible de raccourcir la durée d'activation et aussi de réduire les fluctuations de la durée d'activation.

La figure 4 montre la constitution d'un élément de détecteur de gaz 400 selon un autre mode de réalisation, mais elle omet la description chevauchante de parties correspondantes de l'élément de détecteur de gaz mentionné précédemment, tel qu'il est représenté sur la figure qui sont désignées par les mêmes signes de référence. L'élément de détecteur de gaz 400 de ce mode de réalisation constitue un stratifié du dispositif chauffant 2 et d'un corps d'élément de détecteur de gaz 3.

Le corps d'élément de détecteur de gaz 3 est muni d'une cellule de détection de concentration d'oxygène 130 et d'une cellule de pompage d'oxygène 140. Une couche 160 formant une chambre de détection de gaz est disposée entre la cellule de détection de concentration d'oxygène 130 et la cellule de pompage d'oxygène 140, et une couche protectrice 12 est disposée sur le côté externe (sur le côté supérieur, tel que cela est représenté) de la cellule de pompage d'oxygène 140.

La cellule de détection de concentration d'oxygène 130 est munie d'une couche d'électrolyte solide 11, et l'électrode de référence 132 et l'électrode de détection 142 sont formées sur les deux faces de la couche d'électrolyte solide 11. Une couche isolante 15 similaire à celle mentionnée précédemment est formée entre la couche d'électrolyte solide 11 et l'électrode de référence 132.

D'autre part, la cellule de pompage d'oxygène 140 est munie d'une seconde couche d'électrolyte solide 181, et d'une troisième partie formant électrode 172 et d'une quatrième partie formant électrode 192 formées sur les deux faces de la seconde couche d'électrolyte solide 181. La troisième partie formant électrode 172 et la quatrième partie formant électrode 192 constituent une unité de détection avec la seconde couche d'électrolyte solide 181. La troisième partie formant électrode 172 est munie d'une troisième partie formant conducteur 171 qui s'étend longitudinalement le long de la seconde couche d'électrolyte solide 181. La quatrième partie formant électrode 192 est munie d'une quatrième partie formant conducteur 191 qui s'étend longitudinalement le long de la seconde couche d'électrolyte solide 181.

La couche 60 formant chambre de détection de gaz, telle qu'elle est formée entre la cellule de pompage d'oxygène 140 et la cellule de détection de concentration d'oxygène 130, est composée d'une partie isolante 161 et d'une partie déterminant la vitesse de diffusion 163. Dans la partie isolante 161 de la couche formant chambre de détection de gaz 160, une chambre de détection de gaz 162 est formée à une position correspondant à l'électrode de détection 142 et à la troisième partie formant électrode 172. La chambre de détection de gaz 162 communique dans la direction de la largeur de la couche formant chambre de détection de gaz 160 avec l'atmosphère extérieure. Dans cette partie de communication, la partie déterminant la vitesse de diffusion 163 est disposée pour réaliser une diffusion de gaz entre l'extérieur et la chambre de détection de gaz 162 dans des conditions de détermination de vitesse prédéterminées.

La partie isolante 161 est constituée par une céramique frittée ayant des propriétés isolantes, ou une céramique d'un groupe oxyde comme l'alumine ou la mullite, bien qu'elle ne soit pas limitée spécialement. La partie déterminant la vitesse de diffusion 163 est constituée par un membre poreux en alumine. La vitesse d'écoulement, à laquelle le gaz à détecter circule dans la chambre de détection de gaz 162, est déterminée par la partie déterminant la vitesse de diffusion 163.

L'extrémité postérieure de la première partie formant conducteur 131 est connectée électriquement avec la borne d'extraction de signaux 127 par les trous traversants 110 et 152 formés dans la couche d'électrolyte solide 11 et la couche isolante 15, un trou traversant 164 formé dans la couche isolante 160, un trou traversant 182 formé dans la seconde couche d'électrolyte solide 181 et le trou traversant 123 formé dans la couche protectrice 12. L'extrémité postérieure de la seconde partie formant conducteur 141 est connectée électriquement avec la borne d'extraction de signaux 126 par un trou traversant 165 formé dans la couche isolante 160, un trou traversant 183 formé dans la seconde couche d'électrolyte solide 181 et le trou traversant 124 formé dans la couche protectrice 12.

De plus, l'extrémité postérieure de la troisième partie formant conducteur 171 est connectée électriquement avec la borne d'extraction de signaux 126 par le trou traversant 183 formé dans la seconde couche d'électrolyte solide 181, et le trou traversant 124 formé dans la couche protectrice 12. L'extrémité postérieure de la quatrième partie formant conducteur 191 est connectée électriquement avec une borne d'extraction de signaux 128 par un trou traversant 125 formé dans la couche protectrice 12. Ici, la seconde partie formant conducteur 141 et la troisième partie formant conducteur 171 sont fixées au même potentiel par le trou traversant 165.

Comme décrit ci-dessus, l'élément de détecteur de gaz 400 ayant la cellule de pompage d'oxygène 140 et la cellule de détection de concentration d'oxygène 130 peut extraire et introduire l'oxygène contenu dans le gaz faisant l'objet de la mesure dans la chambre de détection de gaz 162 par l'action de pompage d'oxygène de la cellule de pompage d'oxygène 140, et peut mesurer la concentration d'oxygène par l'action de cellule de concentration de la cellule de détection de concentration d'oxygène 130. Ainsi, l'élément de détecteur de gaz 400 peut être utilisé comme détecteur de rapport air/carburant ou analogue. Comme dans le cas mentionné précédemment de l'élément de détecteur de gaz 100, l'invention peut être appliquée à l'élément de détecteur de gaz 400 avec un effet similaire.

Sur la figure 2, la couche isolante 15 est formée pour couvrir la totalité de la périphérie externe de l'électrode de référence 132. Comme le montre la figure 5, la couche isolante 15 ou plutôt l'ouverture 151' peut être modifiée de telle manière que la couche isolante 15 couvre seulement le côté terminal antérieur 132a et le côté terminal postérieur 132c des quatre côtés (le côté terminal antérieur 132a, le côté terminal postérieur 132c, et une paire de côtés 132b et 132d) de l'électrode de référence rectangulaire 132, mais de telle manière que les côtés appariés 132b et 132d sont exposés au moins au niveau de leur partie centrale. Ainsi, le côté terminal antérieur 132a et le côté terminal postérieur 132c sont recouverts par la couche isolante 15. De ce fait, même si un écart de position survient entre l'électrode de référence 132 et l'électrode de détection 142 dans la direction longitudinale, l'électrode de référence 132 est limitée par l'ouverture 151' de sorte que l'aire efficace au niveau de la partie de détection peut être maintenue constante.

En outre, les côtés appariés 132b et 132d sont conçus de telle manière qu'ils sont positionnés, en projection, dans l'aire de l'électrode de détection 141. Spécifiquement, la largeur (c'est-à-dire la distance entre les côtés 132b et 132d) de l'électrode de référence 132 est fixée plus étroite que celle de l'électrode de détection 142 opposée à l'électrode de référence 132. De ce fait, même si un écart de position survient dans la direction transversale, la largeur de l'électrode de référence 132 est inférieure à celle de l'électrode de détection 142 de sorte que l'aire efficace au niveau de la partie de détection peut être maintenue constante.

En outre, comme la première partie formant conducteur est recouverte par la couche isolante 15, la première partie formant conducteur et l'électrode de détection 142 ne sont pas opposées l'une à l'autre de manière à ne pas influencer l'aire efficace.

En comparant avec le mode de réalisation montré sur la figure 2, l'aire de l'électrode de référence peut être réduite dans le mode de réalisation modifié montré sur la figure 5 de sorte que le coût du matériau, constitué par un métal noble, pour l'électrode de référence peut être réduit.

Bien que l'invention ait été décrite dans le cas des modes de réalisation ci-dessus, l'invention ne doit pas être considérée comme étant limitée à ces modes de réalisation et elle peut être modifiée de manière appropriée dans le cadre de l'invention.

Par exemple, sur la figure 4, la couche isolante 15 n'est pas formée dans la cellule de pompage d'oxygène 140. L'invention ne devrait pas être limitée à ce cas, mais une couche isolante ayant une ouverture peut être prévue entre la seconde couche d'électrolyte solide 181 et la troisième partie formant électrode 172 ou entre la seconde couche d'électrolyte solide 181 et la quatrième partie formant électrode 192. Par exemple, l'invention peut être appliquée également à un élément de détecteur de gaz de type stratifié qui est utilisé dans un détecteur de gaz différent d'un détecteur d'oxygène ou d'un détecteur de rapport air/carburant, comme un détecteur de HC, un détecteur de CO ou un détecteur de NOx.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Elément de détecteur de gaz (100) caractérisé en ce qu'il comprend: une couche d'électrolyte solide (11) ayant une première surface et une 5 seconde surface une première électrode (132) formée sur ladite première surface de la couche d'électrolyte solide; une seconde électrode (142) formée sur ladite seconde surface de la couche d'électrolyte solide et une couche isolante (15) prévue entre ladite première électrode et ladite première surface de ladite couche d'électrolyte solide, recouvrant un bord externe de ladite première électrode dans lequel ladite couche isolante a une ouverture (151) par laquelle une partie de ladite première électrode est exposée; et ladite ouverture (151, 151') ayant une aire plus petite que l'aire de ladite seconde électrode (142) et étant prévue à une position opposée à ladite seconde électrode pour former une partie de détection constituée par la partie de ladite première électrode (132) exposée à travers l'ouverture (151, 151'), ladite seconde électrode (142) et ladite couche d'électrolyte solide (11).

2. Elément de détecteur de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une première partie formant conducteur (131) connectée à ladite première électrode (132) et s'étendant dans une direction longitudinale de ladite couche d'électrolyte solide (11), ladite couche isolante (15) étant disposée entre ladite première partie formant conducteur (131) et ladite première surface de ladite couche d'électrolyte solide.

3. Elément de détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite première électrode (132) a une aire plus petite que ladite seconde électrode (142).

4. Elément de détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite couche isolante (15) couvre toute la périphérie de ladite première électrode (132).

5. Elément de détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: ladite première électrode (132) a une forme rectangulaire incluant une première paire opposée de côtés terminal antérieur (132a) et terminal postérieur (132c) et une seconde paire opposée de côtés (132b, 132d) s'étendant longitudinalement, ladite première électrode ayant une largeur plus petite que celle de ladite seconde électrode ladite couche isolante (15) couvrant le côté terminal antérieur (132a) et le côté terminal postérieur (132c) de ladite première électrode, et au moins une partie de chacun desdits deux côtés (132b, 132d) s'étendant longitudinalement de ladite première électrode est exposée par ladite ouverture (151') ; et lesdites parties desdits deux côtés s'étendant longitudinalement exposées par ladite ouverture sont opposées à ladite seconde électrode.

6. Elément de détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que: ladite première électrode (132) est une électrode de référence et ladite seconde électrode (142) est une électrode de détection soumise à une exposition audit gaz faisant l'objet d'une mesure.

7. Elément de détecteur de gaz selon la revendication 6, caractérisé en ce que: ladite électrode de référence est constituée par un matériau poreux; et ladite électrode de référence est recouverte par ladite couche d'électrolyte solide (11) et un membre formant écran et est une électrode de référence à auto-formation, où de l'oxygène est pompé sur un côté de ladite électrode de référence de sorte qu'une concentration d'oxygène de référence d'un niveau prédéterminé est établie à l'intérieur de ladite électrode de référence par l'oxygène pompé.

8. Détecteur de gaz caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe métallique et l'élément de détecteur de gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes assemblé dans ladite enveloppe métallique.

9. Détecteur de gaz selon les revendications 5 et 8, caractérisé en ce qu'une partie centrale de chacun desdits côtés (132b, 132d) s'étendant longitudinalement est exposée par ladite ouverture (151 .