JP2003043012A - 導電性シールドを有するセンサ素子 - Google Patents
導電性シールドを有するセンサ素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサ素子においては、センサ素子に設けら
れた電気化学的セルの相互作用がほぼ阻止されるように
構成する。 【解決手段】 とりわけ混合ガス中のガス成分を検出す
るためのガスセンサ用の、固体電解質ベース上のセンサ
素子であって、第１と第２の電気化学的セルを有し、第
１の電気化学的セルの電極（２６）の領域には導電性の
シールド（３０）が設けられており、該シールドは少な
くとも部分的に固体電解質材料（１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，３２，３４）によって覆われており、該シールド
は、第２の電気化学的セルから、または第２の電気化学
的セルの電極（２０，２２）間を移動する電荷担体から
発する電界を遮へいする。
れた電気化学的セルの相互作用がほぼ阻止されるように
構成する。 【解決手段】 とりわけ混合ガス中のガス成分を検出す
るためのガスセンサ用の、固体電解質ベース上のセンサ
素子であって、第１と第２の電気化学的セルを有し、第
１の電気化学的セルの電極（２６）の領域には導電性の
シールド（３０）が設けられており、該シールドは少な
くとも部分的に固体電解質材料（１１ａ，１１ｂ，１１
ｃ，３２，３４）によって覆われており、該シールド
は、第２の電気化学的セルから、または第２の電気化学
的セルの電極（２０，２２）間を移動する電荷担体から
発する電界を遮へいする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念による、固体電解質ベース上のセンサ素子に関するも
のであり、とりわけ混合ガス中のガス組成を検出するた
めのガスセンサ用センサ素子およびその適用方法に関す
るものである。
念による、固体電解質ベース上のセンサ素子に関するも
のであり、とりわけ混合ガス中のガス組成を検出するた
めのガスセンサ用センサ素子およびその適用方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】電気化学的に混合ガス中のガス組成を検
出することのできる、固体電解質ベースのセンサ素子は
例えば、未公開のドイツ特許願１００５８０１４．９に
すでに開示されている。ここでの検出は、相応のガス組
成の濃度を電流的に測定することに基づいている。その
ためにセンサ素子は、それぞれ２つの電極を備える複数
の電気化学的セルを有している。これらの電極は導イオ
ン性の固体電解質材料を介して相互に接続されている。
センサ素子の動作時には、電気化学的セルが相互に影響
し合い、従って最悪の条件下ではセンサ素子の測定結果
に誤りの生じることがある。
出することのできる、固体電解質ベースのセンサ素子は
例えば、未公開のドイツ特許願１００５８０１４．９に
すでに開示されている。ここでの検出は、相応のガス組
成の濃度を電流的に測定することに基づいている。その
ためにセンサ素子は、それぞれ２つの電極を備える複数
の電気化学的セルを有している。これらの電極は導イオ
ン性の固体電解質材料を介して相互に接続されている。
センサ素子の動作時には、電気化学的セルが相互に影響
し合い、従って最悪の条件下ではセンサ素子の測定結果
に誤りの生じることがある。
【０００３】ＤＥ１９８３３４５３Ａ１から、その機能
が電気化学的セルの測定電流検出に基づくガスセンサが
公知である。付加的に加熱素子が設けられており、この
加熱素子はセンサを所望の動作温度にもたらす。加熱素
子の漏れ電流がガスセンサの測定感度に障害的に影響す
るのを阻止するため、加熱素子とガスセンサの本来のセ
ンサ素子との間には扁平に伸長されたシールド電極が設
けられている。しかしこのシールド電極は、複数の電気
化学的セルの相互作用を相互に阻止するには不適であ
る。
が電気化学的セルの測定電流検出に基づくガスセンサが
公知である。付加的に加熱素子が設けられており、この
加熱素子はセンサを所望の動作温度にもたらす。加熱素
子の漏れ電流がガスセンサの測定感度に障害的に影響す
るのを阻止するため、加熱素子とガスセンサの本来のセ
ンサ素子との間には扁平に伸長されたシールド電極が設
けられている。しかしこのシールド電極は、複数の電気
化学的セルの相互作用を相互に阻止するには不適であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、少な
くとも２つの電気化学的セルを有する、ガスセンサ用の
センサ素子を提供することであり、このセンサ素子にお
いては、センサ素子に設けられた電気化学的セルの相互
作用がほぼ阻止されるように構成する。
くとも２つの電気化学的セルを有する、ガスセンサ用の
センサ素子を提供することであり、このセンサ素子にお
いては、センサ素子に設けられた電気化学的セルの相互
作用がほぼ阻止されるように構成する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は請求項１の構
成を有する本発明のセンサ素子によって解決される。
成を有する本発明のセンサ素子によって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明のセンサ素子では、センサ
素子の１つの電気化学的セルの電極領域に導電性シール
ドが設けられており、この導電性シールドが電気化学的
セルの電極を電界に対してシールドする。この電界は、
第２の電気化学的セルから、または第２の電気化学的セ
ルの電極間を移動する電荷から発する。このシールドに
よって簡単に、一定の電位を第１の電気化学的セルの電
極で確実に維持することができる。このことによりセン
サ素子の測定精度が向上する。なぜなら第１の電気化学
的セルの測定信号がこれにより検出すべきガス組成の濃
度にだけ依存し、センサ素子の別の電気化学的セルの電
界には依存しないからである。
素子の１つの電気化学的セルの電極領域に導電性シール
ドが設けられており、この導電性シールドが電気化学的
セルの電極を電界に対してシールドする。この電界は、
第２の電気化学的セルから、または第２の電気化学的セ
ルの電極間を移動する電荷から発する。このシールドに
よって簡単に、一定の電位を第１の電気化学的セルの電
極で確実に維持することができる。このことによりセン
サ素子の測定精度が向上する。なぜなら第１の電気化学
的セルの測定信号がこれにより検出すべきガス組成の濃
度にだけ依存し、センサ素子の別の電気化学的セルの電
界には依存しないからである。
【０００７】従属請求項に記載された手段によって、請
求項１に記載のセンサ素子の有利な改善形態および実施
形態が可能である。シールドを導イオン性に構成し、セ
ンサ素子の１つの電極の電位と同じにすると有利であ
る。ここでシールドは少なくとも片側で開口する中空体
の形状を有しており、シールドすべき電極を取り囲む。
この構成の利点は、シールドがファラデーの力に相応す
ることである。
求項１に記載のセンサ素子の有利な改善形態および実施
形態が可能である。シールドを導イオン性に構成し、セ
ンサ素子の１つの電極の電位と同じにすると有利であ
る。ここでシールドは少なくとも片側で開口する中空体
の形状を有しており、シールドすべき電極を取り囲む。
この構成の利点は、シールドがファラデーの力に相応す
ることである。
【０００８】別の実施形態では、シールドが扁平なメッ
シュとして構成されており、シールドすべき電極と同
じ、センサ素子の層レベルに配置される。この構成の利
点はとりわけ、この種のセンサ素子を簡単に製造できる
ことである。
シュとして構成されており、シールドすべき電極と同
じ、センサ素子の層レベルに配置される。この構成の利
点はとりわけ、この種のセンサ素子を簡単に製造できる
ことである。
【０００９】
【実施例】図１にはすでに公知のセンサ素子の基本構造
が示されている。１０により電気化学的ガスセンサの平
坦なセンサ素子が示されている。このガスセンサは例え
ば酸素含有ガス、とりわけ排ガスの窒化酸化物成分の検
出に用いる。このセンサは複数の導酸素イオン性の固体
電解質層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅを有
している。この固体電解質層はこの例ではセラミックシ
ートとして構成されており、平坦なセラミック体を形成
している。これらのセラミック体は導酸素イオン性の固
体電解質材料、例えばＹ２Ｏ３により安定化された、ま
たは部分的に安定化されたＺｒＯ２からなる。
が示されている。１０により電気化学的ガスセンサの平
坦なセンサ素子が示されている。このガスセンサは例え
ば酸素含有ガス、とりわけ排ガスの窒化酸化物成分の検
出に用いる。このセンサは複数の導酸素イオン性の固体
電解質層１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅを有
している。この固体電解質層はこの例ではセラミックシ
ートとして構成されており、平坦なセラミック体を形成
している。これらのセラミック体は導酸素イオン性の固
体電解質材料、例えばＹ２Ｏ３により安定化された、ま
たは部分的に安定化されたＺｒＯ２からなる。
【００１０】センサ素子１０の平坦なセラミック体の集
積形状は、機能層のプリントされたセラミックシートを
共に積層し、続いて積層構造体を公知のように焼成する
ことにより作製される。
積形状は、機能層のプリントされたセラミックシートを
共に積層し、続いて積層構造体を公知のように焼成する
ことにより作製される。
【００１１】センサ素子は内部ガス室１３を有し、この
ガス室はガス流入開口部１５を有する。このガス流入開
口部は検出すべき混合ガスとの接触を可能にする。ガス
流入開口部１５内には内部ガス室１３に前置して多孔性
の拡散バリア１７が配置されている。
ガス室はガス流入開口部１５を有する。このガス流入開
口部は検出すべき混合ガスとの接触を可能にする。ガス
流入開口部１５内には内部ガス室１３に前置して多孔性
の拡散バリア１７が配置されている。
【００１２】内部ガス室１３には第１内側電極２０と第
２内側電極２４がシングルまたはダブル構成で設けられ
ている。固体電解質層１１ａの外側の、測定ガスに直接
曝される側には外側電極２２が配置されており、この外
側電極は図示しない多孔性保護層により覆うことができ
る。
２内側電極２４がシングルまたはダブル構成で設けられ
ている。固体電解質層１１ａの外側の、測定ガスに直接
曝される側には外側電極２２が配置されており、この外
側電極は図示しない多孔性保護層により覆うことができ
る。
【００１３】内側電極２０，２４はそれぞれ、外側電極
２２と共に電気化学的ポンプセルを形成する。ポンプセ
ルによってセンサ素子１０の内部ガス室１３内の酸素分
圧が調整される。調整された酸素分圧をコントロールす
るために内部電極２０，２４は付加的に基準電極２８と
接続されており、いわゆるネルンストセルないしは濃淡
電池を形成する。このことにより、内部ガス室１３内の
酸素濃度に依存する内側電極２０，２４の酸素電位と、
基準電極２８の一定の酸素電位とを直接的に、測定可能
な電圧の形態で比較することができる。ポンプセルに印
加すべきポンプ電圧の高さは、相応の濃淡電池で一定の
電圧が調整されるように選択される。ここで印加すべき
ポンプ電圧は、第１のポンプセルの内側電極２０に、混
合ガスと比較して低減された酸素含量、例えば１０００
ｐｐｍが調整されるように選択される。この酸素含量は
第２のポンプセルの内側電極２４ではさらに減少され
る。
２２と共に電気化学的ポンプセルを形成する。ポンプセ
ルによってセンサ素子１０の内部ガス室１３内の酸素分
圧が調整される。調整された酸素分圧をコントロールす
るために内部電極２０，２４は付加的に基準電極２８と
接続されており、いわゆるネルンストセルないしは濃淡
電池を形成する。このことにより、内部ガス室１３内の
酸素濃度に依存する内側電極２０，２４の酸素電位と、
基準電極２８の一定の酸素電位とを直接的に、測定可能
な電圧の形態で比較することができる。ポンプセルに印
加すべきポンプ電圧の高さは、相応の濃淡電池で一定の
電圧が調整されるように選択される。ここで印加すべき
ポンプ電圧は、第１のポンプセルの内側電極２０に、混
合ガスと比較して低減された酸素含量、例えば１０００
ｐｐｍが調整されるように選択される。この酸素含量は
第２のポンプセルの内側電極２４ではさらに減少され
る。
【００１４】内部ガス室１３には、ガス流入開口部１５
とは反対側に別の内側電極２６が配置されている。この
別の内側電極は基準電極２８と共に別のポンプセルを形
成する。このポンプセルは、検出すべきガスを検出する
のに用いる。ここで検出すべきガスは内側電極２６の表
面で分解し、自由になった酸素が放出される。検出すべ
きガスの濃度に対する尺度として、電極２６，２８間を
流れるポンプ電流が利用される。
とは反対側に別の内側電極２６が配置されている。この
別の内側電極は基準電極２８と共に別のポンプセルを形
成する。このポンプセルは、検出すべきガスを検出する
のに用いる。ここで検出すべきガスは内側電極２６の表
面で分解し、自由になった酸素が放出される。検出すべ
きガスの濃度に対する尺度として、電極２６，２８間を
流れるポンプ電流が利用される。
【００１５】電極２０，２４で検出すべきガスの分解が
発生しないことを保証するために、電極２０，２４は触
媒的に不活性な材料から作製される。これは例えば金、
または金／プラチナ合金とすることができる。これに対
して電極２６は触媒作用を有するように構成され、例え
ばロジウムまたはプラチナ／ロジウム合金からなる。外
側電極２２並びに基準電極２８は同様に触媒作用のある
材料、例えばプラチナからなる。ここですべての電極に
対する電極材料はそれ自体公知のようにサーミットとし
て使用され、セラミックシートと共に焼成される。
発生しないことを保証するために、電極２０，２４は触
媒的に不活性な材料から作製される。これは例えば金、
または金／プラチナ合金とすることができる。これに対
して電極２６は触媒作用を有するように構成され、例え
ばロジウムまたはプラチナ／ロジウム合金からなる。外
側電極２２並びに基準電極２８は同様に触媒作用のある
材料、例えばプラチナからなる。ここですべての電極に
対する電極材料はそれ自体公知のようにサーミットとし
て使用され、セラミックシートと共に焼成される。
【００１６】センサ素子１０のセラミック基体には、さ
らにここに図示しない２つの電気的絶縁層の間に抵抗ヒ
ータ４０が埋め込まれている。抵抗ヒータ４０はセンサ
素子１０を例えば７５０℃の必要な動作温度に加熱する
のに用いる。
らにここに図示しない２つの電気的絶縁層の間に抵抗ヒ
ータ４０が埋め込まれている。抵抗ヒータ４０はセンサ
素子１０を例えば７５０℃の必要な動作温度に加熱する
のに用いる。
【００１７】内部ガス室１３で調整すべき酸素分圧は、
混合ガスに存在する酸素分圧と比較して比較的に低いか
ら、内側ポンプ電極２０，２４から外側ポンプ電極２２
へ輸送すべき酸素イオンの数は検出すべき混合ガスの酸
素含量に応じて非常に大きくなることがある。内部ガス
室１３から外側ポンプ電極２２への十分な酸素輸送を保
証するために、相応に高い電位差が内側ポンプ電極２
０，２４と外側ポンプ電極２２との間で調整される。
混合ガスに存在する酸素分圧と比較して比較的に低いか
ら、内側ポンプ電極２０，２４から外側ポンプ電極２２
へ輸送すべき酸素イオンの数は検出すべき混合ガスの酸
素含量に応じて非常に大きくなることがある。内部ガス
室１３から外側ポンプ電極２２への十分な酸素輸送を保
証するために、相応に高い電位差が内側ポンプ電極２
０，２４と外側ポンプ電極２２との間で調整される。
【００１８】内側ポンプ電極２０，２４から外側ポンプ
電極２２へ輸送される酸素イオンの大多数は輸送時に固
体電解質によって抵抗を受ける。この抵抗はとりわけ固
体電解質を通って輸送される酸素イオンの数に依存す
る。輸送される酸素イオンの数が多ければ多いほど、抵
抗も高くなる。抵抗の結果、固体電解質には電位差が形
成される。この電位差は、電極２０ないし２４と２２と
の間に印加される電位差とは逆方向の電位差である。こ
の逆方向の電位差は、固有の電界を形成する。この電界
の強度は逆方向の電位差の絶対値に依存しており、酸素
イオンが流れる固体電解質の領域では特に大きい。
電極２２へ輸送される酸素イオンの大多数は輸送時に固
体電解質によって抵抗を受ける。この抵抗はとりわけ固
体電解質を通って輸送される酸素イオンの数に依存す
る。輸送される酸素イオンの数が多ければ多いほど、抵
抗も高くなる。抵抗の結果、固体電解質には電位差が形
成される。この電位差は、電極２０ないし２４と２２と
の間に印加される電位差とは逆方向の電位差である。こ
の逆方向の電位差は、固有の電界を形成する。この電界
の強度は逆方向の電位差の絶対値に依存しており、酸素
イオンが流れる固体電解質の領域では特に大きい。
【００１９】さらに２つの電気化学的ポンプセル２０，
２２ないし２４，２２から時間的に変化する、混合ガス
の酸素濃度に依存する電界が発する。
２２ないし２４，２２から時間的に変化する、混合ガス
の酸素濃度に依存する電界が発する。
【００２０】測定すべきガス成分の検出は、電極２６，
２８から形成されるポンプセルによって行われる。この
電極２６，２８間には一定の電位差が調整される。生じ
る測定信号の品質は実質的に、電極２６，２８間でので
きるだけ一定な電位差に依存する。しかしポンプセルな
いし輸送される電荷担体から発する電界は第３のポンプ
セルの電極において、相互に重畳され、時間的に変化す
る電位差を引き起こす。
２８から形成されるポンプセルによって行われる。この
電極２６，２８間には一定の電位差が調整される。生じ
る測定信号の品質は実質的に、電極２６，２８間でので
きるだけ一定な電位差に依存する。しかしポンプセルな
いし輸送される電荷担体から発する電界は第３のポンプ
セルの電極において、相互に重畳され、時間的に変化す
る電位差を引き起こす。
【００２１】図２には、本発明の第１実施例によるセン
サ素子の断面図が示されている。信号を形成する第３ポ
ンプセル２６，２８の内側電極２６は、導電性のシール
ド３０によって取り囲まれている。シールド３０は導電
性、有利には導電子性の材料、例えばプラチナ含有サー
ミットからなる。シールド３０は中空体として構成され
ており、この中空体は少なくとも内部ガス室１３に向い
た側で開口している。従ってシールド３０は有利には鉢
の形状を有している。しかし鉢の１つまたは複数の境界
面を省略することもできる。シールド３０は割れ目を有
しており、この割れ目を通って、絶縁層３６の設けられ
た線路２７が電極２６に導かれている。
サ素子の断面図が示されている。信号を形成する第３ポ
ンプセル２６，２８の内側電極２６は、導電性のシール
ド３０によって取り囲まれている。シールド３０は導電
性、有利には導電子性の材料、例えばプラチナ含有サー
ミットからなる。シールド３０は中空体として構成され
ており、この中空体は少なくとも内部ガス室１３に向い
た側で開口している。従ってシールド３０は有利には鉢
の形状を有している。しかし鉢の１つまたは複数の境界
面を省略することもできる。シールド３０は割れ目を有
しており、この割れ目を通って、絶縁層３６の設けられ
た線路２７が電極２６に導かれている。
【００２２】電気絶縁層３６に対する材料として例えば
酸化アルミニウムを選択することができる。ファラデー
の力として作用するシールド３０は効果的に、ポンプセ
ル２０，２２ないし２４，２２から発する電界が電極２
６，２８間の一定の電位差に影響を及ぼすのを阻止す
る。このことはまた、輸送される酸素イオンから発する
電界に対しても当てはまる。
酸化アルミニウムを選択することができる。ファラデー
の力として作用するシールド３０は効果的に、ポンプセ
ル２０，２２ないし２４，２２から発する電界が電極２
６，２８間の一定の電位差に影響を及ぼすのを阻止す
る。このことはまた、輸送される酸素イオンから発する
電界に対しても当てはまる。
【００２３】電極２６とシールド３９との間で電気的短
絡が生じるのを阻止するため、シールド３０と電極２６
の載置面との間には有利には固体電解質材料から作製さ
れた中間層３４が設けられている。有利にはシールド３
０は１つまたは複数のチャネル３３により貫通されてい
る。このチャネルには例えば固体電解質材料が充填され
ており、中間層３４を固体電解質層１１ｃと導イオン性
に接続する。さらに混合ガスに含有されるガス成分がシ
ールド３９で触媒的に反応するのを阻止するため、混合
ガスに曝されるシールド３０の領域は少なくとも部分的
にセラミック材料によって覆われている。セラミック材
料として、固体電解質層１１ａから１１ｅに使用される
固体電解質材料、および酸化アルミニウムまたはその他
のセラミック材料が考えられる。図２に示したシールド
３０は付加的に線路を有することができ、これによりシ
ールド３０の所定の電位を所期のように調整することが
できる。
絡が生じるのを阻止するため、シールド３０と電極２６
の載置面との間には有利には固体電解質材料から作製さ
れた中間層３４が設けられている。有利にはシールド３
０は１つまたは複数のチャネル３３により貫通されてい
る。このチャネルには例えば固体電解質材料が充填され
ており、中間層３４を固体電解質層１１ｃと導イオン性
に接続する。さらに混合ガスに含有されるガス成分がシ
ールド３９で触媒的に反応するのを阻止するため、混合
ガスに曝されるシールド３０の領域は少なくとも部分的
にセラミック材料によって覆われている。セラミック材
料として、固体電解質層１１ａから１１ｅに使用される
固体電解質材料、および酸化アルミニウムまたはその他
のセラミック材料が考えられる。図２に示したシールド
３０は付加的に線路を有することができ、これによりシ
ールド３０の所定の電位を所期のように調整することが
できる。
【００２４】図３には、本発明のセンサ素子の第２実施
例が示されている。ここでは中空体として構成されたシ
ールド３０の境界面が延長されており、電気的に内側ポ
ンプセル電極２４と接触接続している。このようにして
シールド３０は内側電極２４の電位となる。従ってシー
ルド３０により、第１のポンプセルないし第１のポンプ
セルの電極２０，２２間により輸送される酸素イオンか
ら発する電界に対して効果的な遮へいが得られる。電極
２４の電位は電極２６の電位に非常に近いから、センサ
素子の測定精度に格段の向上が得られる。
例が示されている。ここでは中空体として構成されたシ
ールド３０の境界面が延長されており、電気的に内側ポ
ンプセル電極２４と接触接続している。このようにして
シールド３０は内側電極２４の電位となる。従ってシー
ルド３０により、第１のポンプセルないし第１のポンプ
セルの電極２０，２２間により輸送される酸素イオンか
ら発する電界に対して効果的な遮へいが得られる。電極
２４の電位は電極２６の電位に非常に近いから、センサ
素子の測定精度に格段の向上が得られる。
【００２５】図４には本発明のセンサ素子の第３実施例
が示されている。ここでは中空体として構成されたシー
ルド３０の境界面が、これが第１ポンプセルの内側電極
と電気的に短絡するよう延長されている。この構成によ
って、電極２６が搬送される酸素イオンから発する電界
に対して遮へいされ、付加的に酸素が外部ガス室から固
体電解質層１１ａ，１１ｂを通って内部ガス室１３に搬
送されるようになる。ここで内側電極２４，２６は、シ
ールド３０の電気的短絡を回避するため、中間層３４に
よって分離されている。中間層３４は有利には導酸素イ
オン性の固体電解質材料からなる。ここでシールド３０
は別の図示しない割れ目を有し、この割れ目を通って内
側電極２４と接触接続される。
が示されている。ここでは中空体として構成されたシー
ルド３０の境界面が、これが第１ポンプセルの内側電極
と電気的に短絡するよう延長されている。この構成によ
って、電極２６が搬送される酸素イオンから発する電界
に対して遮へいされ、付加的に酸素が外部ガス室から固
体電解質層１１ａ，１１ｂを通って内部ガス室１３に搬
送されるようになる。ここで内側電極２４，２６は、シ
ールド３０の電気的短絡を回避するため、中間層３４に
よって分離されている。中間層３４は有利には導酸素イ
オン性の固体電解質材料からなる。ここでシールド３０
は別の図示しない割れ目を有し、この割れ目を通って内
側電極２４と接触接続される。
【００２６】図５には本発明のセンサ素子の第４実施例
が示されている。ここではシールド３０は中空体の形状
ではなく、扁平なシールド形状に構成されている。この
扁平シールドは、固体電解質層１１ｃに集積されるか、
または固体電解質層１１ｃ、１１ｂの間に配置される。
このシールドは例えばプラチナまたはプラチナ合金から
作製することができる。図５には層１１ｃと１１ｂとの
間のセンサ素子の断面が示されている。この断面図は、
内側電極２０と内側電極２６との接触接続を示す。メッ
シュ状のシールド３０は付加的に図示しない接触接続部
を有する。ここでメッシュ状のシールド３０は内側電極
２４の電位にも内側電極２０の電位にも、または自由に
選択可能な他の電位にも調整できる。シールド３０を扁
平に構成することの利点は、固体電解質層１１ｃと１１
ｂとの間の中間層の形態でこれを簡単に作製できるこ
と、また同時にポンプセル２０，２２ないし２４，２２
から発する電界に対して良好な遮へい作用が得られるこ
とである。
が示されている。ここではシールド３０は中空体の形状
ではなく、扁平なシールド形状に構成されている。この
扁平シールドは、固体電解質層１１ｃに集積されるか、
または固体電解質層１１ｃ、１１ｂの間に配置される。
このシールドは例えばプラチナまたはプラチナ合金から
作製することができる。図５には層１１ｃと１１ｂとの
間のセンサ素子の断面が示されている。この断面図は、
内側電極２０と内側電極２６との接触接続を示す。メッ
シュ状のシールド３０は付加的に図示しない接触接続部
を有する。ここでメッシュ状のシールド３０は内側電極
２４の電位にも内側電極２０の電位にも、または自由に
選択可能な他の電位にも調整できる。シールド３０を扁
平に構成することの利点は、固体電解質層１１ｃと１１
ｂとの間の中間層の形態でこれを簡単に作製できるこ
と、また同時にポンプセル２０，２２ないし２４，２２
から発する電界に対して良好な遮へい作用が得られるこ
とである。
【００２７】本発明のセンサ素子はとりわけ窒化酸化
物、酸素、炭化水素、水素または硫黄酸化物の検出に適
する。本発明はさらに、相応のガス成分を電位差検出す
るガスセンサのセンサ素子に適用することができる。な
ぜならここでは測定電極と基準電極との間の電位差をで
きるだけ正確に検出することが重要であり、これら電極
の少なくとも１つをシールドするのが有利だからであ
る。
物、酸素、炭化水素、水素または硫黄酸化物の検出に適
する。本発明はさらに、相応のガス成分を電位差検出す
るガスセンサのセンサ素子に適用することができる。な
ぜならここでは測定電極と基準電極との間の電位差をで
きるだけ正確に検出することが重要であり、これら電極
の少なくとも１つをシールドするのが有利だからであ
る。
【図１】公知のセンサ素子の縦断面図である。
【図２】本発明のセンサ素子の第１実施例の縦断面図で
ある。
ある。
【図３】本発明のセンサ素子の第２実施例の縦断面図で
ある。
ある。
【図４】本発明のセンサ素子の第３実施例の縦断面図で
ある。
ある。
【図５】本発明の第４実施例のセンサ素子の断面図であ
る。
る。
１０ センサ素子
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ 固体電解質
層 １３ 内部ガス室 １５ ガス流入開口部 １７ 多孔性拡散バリア １９ 基準ガスチャネル ２０，２４，２６ 内側電極 ２２ 外側電極 ２８ 基準電極
層 １３ 内部ガス室 １５ ガス流入開口部 １７ 多孔性拡散バリア １９ 基準ガスチャネル ２０，２４，２６ 内側電極 ２２ 外側電極 ２８ 基準電極
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 カールステン シュプリングホルン
ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト エ
リザベーテンシュトラーセ 34
(72)発明者 グドルン エーラー
ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト キ
ルヒタールシュトラーセ 58
(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 ヘー
ゲルシュトラーセ 34
(72)発明者 ローター ディール
ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト グ
ルーベンエッカー 141
(72)発明者 ザビーネ ティーマン−ハンドラー
ドイツ連邦共和国 シュツツトガルト ハ
イムシュテッテンシュトラーセ 29
Claims (10)
- 【請求項１】 とりわけ混合ガス中のガス成分を検出す
るためのガスセンサ用の、固体電解質ベース上のセンサ
素子であって、 第１と第２の電気化学的セルを有し、 第１の電気化学的セルの電極（２６）の領域には導電性
のシールド（３０）が設けられており、 該シールドは少なくとも部分的に固体電解質材料（１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ，３２，３４）によって覆われてお
り、 該シールドは、第２の電気化学的セルから、または第２
の電気化学的セルの電極（２０，２２）間を移動する電
荷担体から発する電界を遮へいする、ことを特徴とする
センサ素子。 - 【請求項２】 シールド（３０）は導電子性である、請
求項１記載のセンサ素子。 - 【請求項３】 シールド（３０）には電位が印加され
る、請求項１または２記載のセンサ素子。 - 【請求項４】 シールド（３０）は、ガスセンサの電極
（２０，２４，２６）の１つの電位を有する、請求項１
から３までのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項５】 シールド（３０）は、第１および／また
は第２および／または別の電気化学的セルの電極（２
０，２４，２６）の１つを、少なくとも片側の開放した
中空体の形状で取り囲んでいる、請求項１から４までの
いずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項６】 シールド（３０）は、ガスセンサの測定
ガス室（１３）を少なくとも部分的に取り囲んでいる、
請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項７】 シールド（３０）は少なくとも２つの異
なる金ｚくから作製されている、請求項１から６までの
いずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項８】 シールド（３０）はサーメットを含む、
請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサ素子。 - 【請求項９】 シールド（３０）はメッシュとして構成
されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の
センサ素子。 - 【請求項１０】 内燃機関の排ガス中の酸素および／ま
たは窒化酸化物の濃度を検出する、請求項１から９まで
のいずれか１項記載のセンサ素子の適用方法。
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|---|---|---|---|
| DE2001133160 DE10133160C1 (de) | 2001-07-07 | 2001-07-07 | Sensorelement mit leitfähiger Abschirmung |
| DE10133160.6 | 2001-07-07 |
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|---|---|
| JP2003043012A true JP2003043012A (ja) | 2003-02-13 |
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| DE102009026918A1 (de) | 2009-06-12 | 2010-12-16 | Robert Bosch Gmbh | Gassensorelement mit integrierter Abschirmung |
| DE102014214368A1 (de) * | 2014-07-23 | 2016-01-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Gassensor zur Detektion von NO und/oder NO2 und Betriebsverfahren für einen solchen Gassensor |
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| DE19803532A1 (de) * | 1998-01-30 | 1999-08-05 | Bosch Gmbh Robert | Elektrochemischer Meßfühler |
| DE19833453C2 (de) * | 1998-07-24 | 2000-06-15 | Siemens Ag | Vorrichtung und Betriebsverfahren an/in geheizten Gassensoren zur Minimierung von Leckstrom-Einflüssen |
| DE19857470A1 (de) * | 1998-12-14 | 2000-06-15 | Bosch Gmbh Robert | Elektrochemischer Meßfühler |
| DE10058014C2 (de) * | 2000-11-23 | 2002-12-12 | Bosch Gmbh Robert | Sensorelement eines Gassensors |
-
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- 2001-07-07 DE DE2001133160 patent/DE10133160C1/de not_active Expired - Fee Related
-
2002
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- 2002-07-04 JP JP2002196091A patent/JP4290932B2/ja not_active Expired - Fee Related
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