JP2002535648A - Sensor for analyzing gas - Google Patents
Sensor for analyzing gasInfo
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Abstract
(57)【要約】 ガス混合物内のガス成分及び又はガス濃度を決定するためのセンサ、特に内燃機関の排ガス中のHC、NOx及びCOを分析するのに適しているセンサであって、基板(10)上で、ガスにさらされる熱範囲(40)内に、に外部電極(16)及びMOx電極(20)が配置されており、冷範囲(30)内には、外部電極給電導線(21)及びMOx電極給電導線(17)が配置されているものが提案される。この場合少なくとも冷範囲(30)内で、電極給電導線(17,21)の少なくとも一方が少なくとも1つの電気絶縁層(15)によって基板(10)から隔てられる。この電気絶縁層は有利には少なくとも領域的に付着ナップ(22)を介して基板(10)と結合されている。 (57) Abstract: A to have sensors suitable for analyzing sensor for determining gas components and or gas concentration in the gas mixture, in particular HC in the engine exhaust gas, the NO x and CO, the substrate (10) on top of that, the thermal range (40) exposed to the gas, and the external electrode (16) and the MO x electrode (20) is disposed on, in the cold range (30), the external electrode feeder conductor (21) and those in which the MO x electrode power supply lead (17) is arranged are proposed. In this case, at least in the cold range (30), at least one of the electrode feed wires (17, 21) is separated from the substrate (10) by at least one electrically insulating layer (15). This electrically insulating layer is preferably connected at least in part to the substrate (10) via a deposition nap (22).
Description
【0001】 本発明は、独立請求項の上位概念に記載した形式のガスを分析するためのセン
サに関する。[0001] The invention relates to a sensor for analyzing gases of the type described in the preamble of the independent claim.
【0002】 このようなセンサは例えばまだ公開されていないドイツ連邦共和国特許出願 D
E 198 37 515.8 から公知であり、この場合電極給電導線と固形電解質体との間
に電気絶縁層が設けられていて、この電気絶縁層は電極給電導線を少なくとも部
分長にわたってすべての側から取り囲んでいる。ドイツ連邦共和国特許 DE 38 1
1 713 C2 からは平坦なゾンデが公知であり、これはガス混合物のラムダ値を決
定するのに役立つ。このゾンデにおいては2つの電極給電導線を有する固形電解
質体上に、電極給電導線の導体路の間にそれぞれ1つの電気絶縁中間層が配置さ
れている。Such sensors are described, for example, in German patent application D, which has not yet been published.
From E 198 37 515.8, an electrical insulation layer is provided between the electrode supply conductor and the solid electrolyte body, the electrical insulation layer surrounding the electrode supply conductor at least partially over all sides. I have. German Patent DE 38 1
From 1 713 C2 a flat sonde is known, which serves to determine the lambda value of the gas mixture. In this sonde, one electrically insulating intermediate layer is arranged on each of the conductor paths of the electrode power supply wires on a solid electrolyte body having two electrode power supply wires.
【0003】 発明の利点 独立請求項の特徴構成要件を具備した本発明によるガスセンサは、公知技術に
対して次のような利点を有している。すなわち、特に自動車の排ガス触媒コンバ
ータに使用する場合に、既存のセンサの連続運転に対する耐性及び温度変化に対
する耐性が改善され、電気的な接点接続部あるいは電極給電導線の中断が回避さ
れる。更に基板と基板上を延びる電極給電導線との付着が改善され、その際電極
給電導線は電気絶縁層を介して基板から隔てられている。The gas sensor according to the invention with the features of the independent claims has the following advantages over the prior art: That is, especially when used in an exhaust gas catalytic converter of a motor vehicle, the resistance of the existing sensor to continuous operation and the resistance to temperature changes are improved, and interruption of the electrical contact connection or the electrode power supply line is avoided. Furthermore, the adhesion between the substrate and the electrode supply line extending over the substrate is improved, the electrode supply line being separated from the substrate by an electrically insulating layer.
【0004】 電極給電導線が絶縁層を介して基板から隔てられていることによって、測定結
果に誤差を生じる基板と電極給電導線との間のポテンシャルが生ずることはなく
、測定に関連するポテンシャル調整が単にガスセンサの熱範囲内で電極の間にお
いてだけ行われることが保証される。[0004] Since the electrode power supply conductor is separated from the substrate via the insulating layer, no potential is generated between the substrate and the electrode power supply conductor, which causes an error in the measurement result, and the potential adjustment related to the measurement is performed. It is ensured that it only takes place between the electrodes within the thermal range of the gas sensor.
【0005】 この場合、熱範囲とは、測定ガスにさらされる若しくは測定信号が形成される
ガスセンサの範囲であり、これに対し冷範囲とは、明らかにより低い温度にさら
されていて測定信号の形成にはほとんど関与しない電極給電導線の範囲を意味す
るものである。[0005] In this case, the thermal range is the range of the gas sensor that is exposed to the measurement gas or in which the measurement signal is formed, whereas the cold range is the region that is clearly exposed to lower temperatures and forms the measurement signal. Means the range of the electrode feeder conductor which hardly contributes to the above.
【0006】 本発明の有利な実施の形態は従属請求項に述べた手段によって生じる。[0006] Advantageous embodiments of the invention result from the measures recited in the dependent claims.
【0007】 例えば付着ナップを取り付けることは、表面が増大しかつ付加的に機械的な係
合作用が行われることによって、極めて有利には、絶縁層と基板との間の、ひい
ては基板と電極給電導線との間の固い緊密な結合を生ぜしめる。この場合基板材
料のためには特にZrO2が使用され、絶縁層のためには有利にはAl2O3が使
用される。[0007] For example, the mounting of the adhesive naps is very advantageous because of the increased surface and the additional mechanical engagement that takes place between the insulating layer and the substrate, and thus between the substrate and the electrode. This produces a tight connection with the conductor. In this case, in particular, ZrO 2 is used for the substrate material, and Al 2 O 3 is preferably used for the insulating layer.
【0008】 更に、付着ナップが基板上に取り付けられ、特に印刷され、次いで絶縁層を取
り付けた後に、付着ナップが絶縁層内に突入するようにすると、極めて有利であ
る。[0008] It is further advantageous if the deposition nap extends into the insulating layer after the deposition nap has been mounted and especially printed on the substrate and then the insulating layer has been applied.
【0009】 製作プロセスの際の基板と絶縁層の焼結特性が異なっていることにより、かつ
運転の際に(特に温度変動過程において)生ずる絶縁層と基板との間の機械的な
応力は、取り付けられる付着ナップが基板あるいは絶縁層と同じ材料から成って
いると、極めて有利に減少せしめられる。Due to the different sintering properties of the substrate and the insulating layer during the fabrication process, and due to the mechanical stress between the insulating layer and the substrate during operation (particularly during temperature fluctuations), This is very advantageously reduced if the applied nap is made of the same material as the substrate or the insulating layer.
【0010】 更に、一方の電極給電導線であるMOx電極給電導線がセンサの熱範囲におい
ても電気絶縁層によって基板から隔てられていると、有利である。これによって
熱範囲においても、MOx電極給電導線とPt基準電極との間に、ガスセンサの
測定結果に誤差を生ぜしめるポテンシャルあるいは基板の不都合な化学変化が生
じないことが保証されている。[0010] It is furthermore advantageous if the MO x electrode supply lead, which is one of the electrode supply leads, is also separated from the substrate by an electrically insulating layer in the thermal range of the sensor. This is also in the thermal range by, between the MO x electrode bus conductor and Pt reference electrode, adverse chemical changes in potential or the substrate give rise to errors in the gas sensor of the measuring results are guaranteed not occur.
【0011】 更にこの絶縁層の基板上への付着を改善するために、熱範囲においても、冷範
囲における電極給電導線と同じように、絶縁層と基板との間に付着ナップを取り
付けておくと有利である。この場合、熱範囲内でMOx電極給電導線がその上に
あるMOx電極とその下に取り付けられている絶縁層によって取り囲まれている
と、特に有利である。In order to further improve the adhesion of the insulating layer on the substrate, an adhesion nap is provided between the insulating layer and the substrate in the heat range, similarly to the electrode power supply conductor in the cold range. It is advantageous. In this case, it is particularly advantageous if, in the thermal range, the MO x electrode supply conductor is surrounded by the MO x electrode above it and the insulating layer which is mounted below it.
【0012】 実施例 以下においては図面に示した実施例について、詳細に説明する。Embodiment Hereinafter, an embodiment shown in the drawings will be described in detail.
【0013】 図1は熱範囲40と冷範囲30とを有するガスセンサ5の平面図を示す。この
場合、ZrO2より成る基板上で2つのストリップ形のAl2O3から成る電気絶
縁層15が延びており、これらの絶縁層はただ1つのつながった絶縁層の形で構
成しておくこともでき、これらの電気絶縁層上では外部電極給電導線21及びM
Ox電極給電導線17が延びている。この場合MOxとは、例えばTi0.95Nb0. 05 O2+xのような正確に規定されない化学量論の自体公知の混合酸化物を指す。
熱範囲40はまずMOx電極20によって覆われている。FIG. 1 shows a plan view of the gas sensor 5 having a hot range 40 and a cold range 30. In this case, two strip-shaped electrical insulating layers 15 made of Al 2 O 3 extend on a substrate made of ZrO 2 , and these insulating layers should be formed in the form of only one continuous insulating layer. The external electrode power supply conductor 21 and M
An O x electrode power supply lead 17 extends. In this case, the MO x, refers to for example, Ti 0.95 Nb 0. 05 O 2 + precisely defined non-stoichiometric per se known mixing oxides, such as x.
Heat range 40 is first covered with MO x electrode 20.
【0014】 図2は図1のII線に沿った冷範囲30の断面図を示す。基板10の内部には
ヒータ絶縁体14で取り囲まれたヒータ13と、基準空気通路11と、Pt基準
電極12とがある。電極給電導線17及び21と基板10との間で、一貫して絶
縁層15が延びている。絶縁層15と基板10との間の結合は付着ナップ22に
よって行われ、これらの付着ナップは基板と同じ材料から成り、例えばシルクス
クリーン印刷で基板10上に取り付けられている。これらの付着ナップは絶縁層
15内に突入して、絶縁層を基板10と緊密に結合している。FIG. 2 shows a cross-sectional view of the cold range 30 along the line II in FIG. Inside the substrate 10, there are a heater 13 surrounded by a heater insulator 14, a reference air passage 11, and a Pt reference electrode 12. The insulating layer 15 extends between the electrode feed wires 17 and 21 and the substrate 10. The connection between the insulating layer 15 and the substrate 10 is made by adhesive naps 22, which are made of the same material as the substrate and are mounted on the substrate 10 by, for example, silk-screen printing. These deposited naps protrude into the insulating layer 15 and tightly couple the insulating layer to the substrate 10.
【0015】 図3は図1のIII線に沿った熱範囲40の断面図を示す。この場合基板10
上でまずPt外部電極16が延び、この外部電極は外部電極給電導線21を介し
て接点接続されている。更に外部電極16上には高多孔質のガス透過性のトンネ
ル層23が取り付けられている。トンネル層23及びPt外部電極16は側方及
び上方を緊密なあるいはわずかに多孔質のZrO2から成る電解質層19によっ
て取り囲まれている。Pt外部電極16の側方には、既に冷範囲30において存
在している絶縁層15がここにおいても一貫して導かれ、この絶縁層上で、やは
りここにおいても導かれているMOx電極給電線17が延びている。これによっ
て熱範囲40においてもMOx電極給電線17は電気的に一貫して、基板10及
び電解質層19から隔てられている。絶縁層15と基板10との間にはやはり接
着ナップ22が取り付けられており、これらの接着ナップは基板10と同じ材料
から成っていて、緊密な結合のために絶縁層15内に突入している。この場合付
着ナップ22は自体公知の形式でガスセンサ5の種々の層の焼結及び解離の前に
シルクスクリーン印刷によって取り付けられる。FIG. 3 shows a cross-sectional view of the thermal range 40 along the line III in FIG. In this case, the substrate 10
First, a Pt external electrode 16 extends, and this external electrode is contact-connected via an external electrode power supply lead wire 21. Further, a highly porous gas-permeable tunnel layer 23 is mounted on the external electrode 16. The tunnel layer 23 and the Pt external electrode 16 are laterally and upwardly surrounded by an electrolyte layer 19 made of tight or slightly porous ZrO 2 . On the side of the Pt external electrodes 16, already insulating layer 15 which is present in the cold range 30 is guided also consistently wherein in the insulating layer, MO x electrode sheet being Again guided Here An electric wire 17 extends. Thus, even in the heat range 40, the MO x electrode power supply line 17 is electrically consistently separated from the substrate 10 and the electrolyte layer 19. Adhesive naps 22 are also mounted between the insulating layer 15 and the substrate 10 and are made of the same material as the substrate 10 and protrude into the insulating layer 15 for a tight connection. I have. In this case, the deposition nap 22 is applied in a manner known per se by silk-screen printing before sintering and dissociation of the various layers of the gas sensor 5.
【0016】 更に、トンネル層23は偏平に構成されていて、少なくとも領域的にガスセン
サ5の冷範囲30の方向ではMOx電極20及び電解質層19によっては覆われ
ておらず、したがってトンネル層23を介して分析すべきガスが直接にPt外部
電極16に達することができ、その場合前もってMOx電極及び緊密なあるいは
わずかに多孔質の電解質層19を通して拡散する必要はない。Further, the tunnel layer 23 is configured to be flat, and is not covered by the MO x electrode 20 and the electrolyte layer 19 at least in the direction of the cold region 30 of the gas sensor 5. through the gas to be analyzed can be directly reached Pt external electrode 16, there is no need to diffuse through the electrolyte layer 19 in this case pre-MO x electrode and tight or slightly porous.
【0017】 本発明の本来の対象を形成していないガスセンサ5の構造及びその機能形式の
別の細部については、それが技術者にとって周知であるので、説明を省略する。Further details of the structure of the gas sensor 5 which does not form the original object of the present invention and the functional form thereof are well known to those skilled in the art, and will not be described.
【図1】 ガスの分析のためのセンサの平面図である。FIG. 1 is a plan view of a sensor for analyzing a gas.
【図2】 図1の線IIに沿った断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II of FIG.
【図3】 図1の線IIIに沿った断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along a line III in FIG. 1;
5 ガスセンサ、 10 基板、 11 基準空気通路、 12 Pt基準電極
、 13 ヒータ、 14 ヒータ絶縁体、 15 電気絶縁層、 16 外部
電極、 17 MOx電極給電導線、 19 電解質層、 20 MOx電極、
21 外部電極給電導線、 22 付着ナップ、 23 トンネル層、 24
ガス流入開口、 30 冷範囲、 40 熱範囲5 gas sensor, 10 substrate, 11 reference air passage, 12 Pt reference electrode, 13 heater, 14 heater insulator, 15 electric insulating layer, 16 external electrode, 17 MO x electrode power supply lead, 19 electrolyte layer, 20 MO x electrode,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 External electrode feeding wire, 22 Adhesive nap, 23 Tunnel layer, 24
Gas inlet opening, 30 cold range, 40 heat range
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デトレーフ ハイマン ドイツ連邦共和国 ゲルリンゲン ウンテ レ ベルクシュトラーセ 2 (72)発明者 トーマス ヴァール ドイツ連邦共和国 プフォルツハイム マ クシミリアンシュトラーセ 40/42 (72)発明者 マルグレート シューレ ドイツ連邦共和国 ヴァイル デア シュ タット ベーゼンガッセ 1 (72)発明者 ベルント シューマン ドイツ連邦共和国 ルーテスハイム ダイ ムラーシュトラーセ 23 (72)発明者 ベルンハルト ブレーマー ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト マ ルクグレーニンガー シュトラーセ 69 Fターム(参考) 2G004 BB04 BD04 BD17 BE03 BE04 BE13 BE17 BE22 BE27 BG11 BH08 BH15 BJ02 BM01 BM07 ZA04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Detraef Hyman Germany Gerlingen Unter les Bergstrasse 2 (72) Inventor Thomas Var Germany Pforzheim Maksimilianstrasse 40/42 (72) Inventor Margreet Schule Germany Federal Republic Weil der Stadt Besengasse 1 (72) Inventor Bernd Schumann Germany Ruthesheim dai Mullastraße 23 (72) Inventor Bernhard Bremer Germany Federal Republic Schuttgart Marg Greininger Strasse 69 F-term (reference) 2G004 BB04 BD04 BD17 BE03 BE04 BE13 BE17 BE22 BE27 BG11 BH08 BH15 BJ02 BM01 BM07 ZA04
Claims (9)
ガス中のHC、NOx及びCOを決定するためのセンサであって、基板(10)
上に、ガスにさらされる熱範囲(40)内で、外部電極(16)及びMOx電極
(20)が配置されており、かつ冷範囲(30)内で、外部電極給電導線(21
)及びMOx電極給電導線(17)が配置されている形式のものにおいて、少な
くとも冷範囲(30)内で少なくとも電極給電導線(17,21)の一方が少な
くとも1つの電気絶縁層(15)によって基板(10)から隔てられていること
を特徴とする、ガスを分析するためのセンサ。A sensor for determining the gas composition and / or gas concentration of a gas mixture, in particular HC, NO x and CO in the exhaust gas of an internal combustion engine, comprising a substrate (10).
Above, in the heat range (40) exposed to the gas, is disposed external electrode (16) and the MO x electrode (20), and the cold range (30), the external electrode feeder conductor (21
In) and of the type MO x electrode feeder conductor (17) is arranged, at least cold range (30) in at least the electrode feed wire (17, 21) while at least one electrically insulating layer of the (15) A sensor for analyzing a gas, the sensor being separated from a substrate (10).
介して基板(10)と結合されていることを特徴とする、請求項1記載のセンサ
。2. The sensor according to claim 1, wherein the insulating layer is connected at least locally to the substrate via an adhesive nap.
、絶縁層(15)内に突入していることを特徴とする、請求項2記載のセンサ。3. The sensor according to claim 2, wherein the adhesion nap (22) is mounted on the substrate (10) and protrudes into the insulating layer (15).
ることを特徴とする、請求項2記載のセンサ。4. The sensor according to claim 2, wherein the adhesion nap (22) is made of the same material as the substrate (10).
が電気絶縁層(15)によって基板(10)から隔てられていることを特徴とす
る、請求項1記載のセンサ。5. An external electrode power supply lead (21) and a MO x electrode power supply lead (17).
Sensor according to claim 1, characterized in that the is separated from the substrate (10) by an electrically insulating layer (15).
電気絶縁層(15)によって基板(10)から隔てられていることを特徴とする
、請求項1又は5記載のセンサ。6. The device according to claim 1, wherein the MO x electrode power supply line is separated from the substrate by the electrically insulating layer even in the thermal range. Sensors.
極(20)及び絶縁層(15)によって取り囲まれていることを特徴とする、請
求項6記載のセンサ。7. The device according to claim 6, wherein in the thermal range (40) the MO x electrode power supply line (17) is surrounded by the MO x electrode (20) and the insulating layer (15). Sensor.
ことを特徴とする、請求項1記載のセンサ。8. The sensor according to claim 1, wherein the insulating layer comprises at least for the most part Al 2 O 3 .
とを特徴とする、請求項1記載のセンサ。9. The sensor according to claim 1, wherein the substrate comprises at least for the most part ZrO 2 .
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