JP2003121412A - ガス混合物中のガス成分を測定するためのガスセンサーの固体電解質をベースとするセンサー素子 - Google Patents
ガス混合物中のガス成分を測定するためのガスセンサーの固体電解質をベースとするセンサー素子Info
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- G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外側ポンプ電極が試験すべきガス混合物に直
接に晒されておらず、同時にできるだけ簡単に形成され
ているセンサー素子を提供する。 【解決手段】 第１の電極（２２）が配置されている内
部ガス空間（１７）がセンサー素子の少なくとも１つの
他の内部ガス空間（１３、１９）と十分に同じである、
センサー素子の層平面（１１ｂ、１１ｄ）内に存在し、
この場合この他の内部ガス空間内には、第２の電極（２
０）または参照電極（２８）が存在する
接に晒されておらず、同時にできるだけ簡単に形成され
ているセンサー素子を提供する。 【解決手段】 第１の電極（２２）が配置されている内
部ガス空間（１７）がセンサー素子の少なくとも１つの
他の内部ガス空間（１３、１９）と十分に同じである、
センサー素子の層平面（１１ｂ、１１ｄ）内に存在し、
この場合この他の内部ガス空間内には、第２の電極（２
０）または参照電極（２８）が存在する
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に記載された、ガス混合物中のガス成分の濃度を測定
するためのガスセンサーのセンサー素子に関する。
念に記載された、ガス混合物中のガス成分の濃度を測定
するためのガスセンサーのセンサー素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排ガスの分析において、既に
久しく固体電解質をベースとするガスセンサーが使用さ
れており、このガスセンサーを用いて電気化学的に個々
のガス成分の濃度は、測定されることができる。若干の
前記ガスセンサーの機能形式は、酸素濃度がガスセンサ
ー中に組み込まれたセンサー素子内で一定の低い値に調
節されることに基づく。これは、電気化学的ポンプセル
の電極間で酸素移動が起こる電気化学的ポンププロセス
によって行なわれる。この場合、ポンプセルの電極の１
つは、排ガスに晒された、センサー素子の外面上に配置
されている。この外側ポンプ電極は、実際にしばしば多
孔質保護層を備えているが、しかし、それにも拘わら
ず、この外側ポンプ電極は、熱い燃焼排ガスの腐食の影
響に晒されている。
久しく固体電解質をベースとするガスセンサーが使用さ
れており、このガスセンサーを用いて電気化学的に個々
のガス成分の濃度は、測定されることができる。若干の
前記ガスセンサーの機能形式は、酸素濃度がガスセンサ
ー中に組み込まれたセンサー素子内で一定の低い値に調
節されることに基づく。これは、電気化学的ポンプセル
の電極間で酸素移動が起こる電気化学的ポンププロセス
によって行なわれる。この場合、ポンプセルの電極の１
つは、排ガスに晒された、センサー素子の外面上に配置
されている。この外側ポンプ電極は、実際にしばしば多
孔質保護層を備えているが、しかし、それにも拘わら
ず、この外側ポンプ電極は、熱い燃焼排ガスの腐食の影
響に晒されている。
【０００３】米国特許第４９０２４００号明細書の記載
から、酸素濃度がセンサー素子内で一定の値に調節され
るセンサー素子は、公知であり、この場合には、センサ
ー素子は、センサー素子の外面上に施こされた外側ポン
プ電極を有していない。その代わりに、センサー素子
は、２つの付加的な固体電解質層および１つの付加的な
参照通路を含み、この参照通路は、開口によって環境雰
囲気と接触しており、この参照通路内には、外側ポンプ
電極が配置されている。しかし、センサー素子のこの構
造は、費用がかかり、ひいては高価である。
から、酸素濃度がセンサー素子内で一定の値に調節され
るセンサー素子は、公知であり、この場合には、センサ
ー素子は、センサー素子の外面上に施こされた外側ポン
プ電極を有していない。その代わりに、センサー素子
は、２つの付加的な固体電解質層および１つの付加的な
参照通路を含み、この参照通路は、開口によって環境雰
囲気と接触しており、この参照通路内には、外側ポンプ
電極が配置されている。しかし、センサー素子のこの構
造は、費用がかかり、ひいては高価である。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４９０２４００号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、外側
ポンプ電極が試験すべきガス混合物に直接に晒されてお
らず、同時にできるだけ簡単に形成されているセンサー
素子を提供することである。
ポンプ電極が試験すべきガス混合物に直接に晒されてお
らず、同時にできるだけ簡単に形成されているセンサー
素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の特徴部の特徴
を有する本発明によるセンサー素子は、比較的簡単な構
造を示し、全てのポンプ電極がセンサー素子の内部ガス
空間内に配置されていることによって特徴付けられてい
る。これは、センサー素子の安価な製造および同時に使
用すべきポンプ電極の高い可使時間を可能にする。簡単
な構造は、外側ポンプ電極がセンサー素子の別々の内部
ガス空間内に配置され、この内部ガス空間がセンサー素
子の層平面内に組み込まれ、この層平面内には、既にセ
ンサー素子の他の内部ガス空間または参照通路が存在す
ることにより、達成されている。
を有する本発明によるセンサー素子は、比較的簡単な構
造を示し、全てのポンプ電極がセンサー素子の内部ガス
空間内に配置されていることによって特徴付けられてい
る。これは、センサー素子の安価な製造および同時に使
用すべきポンプ電極の高い可使時間を可能にする。簡単
な構造は、外側ポンプ電極がセンサー素子の別々の内部
ガス空間内に配置され、この内部ガス空間がセンサー素
子の層平面内に組み込まれ、この層平面内には、既にセ
ンサー素子の他の内部ガス空間または参照通路が存在す
ることにより、達成されている。
【０００７】従属請求項の請求項２から７までのいずれ
か１項に記載された方法により、独立請求項の請求項１
に記載されたセンサー素子の好ましい他の形成および改
善が可能になる。即ち、例えば外側ポンプ電極が存在す
る内部ガス空間は、参照ガス雰囲気と接触することがで
き、したがってそれぞれ腐食性のガス混合物雰囲気との
接触が回避されることができる。もう１つの特に好まし
い実施態様は、外側ポンプ電極が存在する内部ガス空間
が多孔質の電極給電部を介して環境空気と接触している
ことにある。これは、内部ガス空間の好ましい幾何学的
形状を可能にし、この場合この内部ガス空間内には、外
側ポンプ電極が存在し、同時に内部ガス空間は、十分に
通気される。
か１項に記載された方法により、独立請求項の請求項１
に記載されたセンサー素子の好ましい他の形成および改
善が可能になる。即ち、例えば外側ポンプ電極が存在す
る内部ガス空間は、参照ガス雰囲気と接触することがで
き、したがってそれぞれ腐食性のガス混合物雰囲気との
接触が回避されることができる。もう１つの特に好まし
い実施態様は、外側ポンプ電極が存在する内部ガス空間
が多孔質の電極給電部を介して環境空気と接触している
ことにある。これは、内部ガス空間の好ましい幾何学的
形状を可能にし、この場合この内部ガス空間内には、外
側ポンプ電極が存在し、同時に内部ガス空間は、十分に
通気される。
【０００８】
【実施例】実施例
図１は、本発明の第１の実施態様の原理的な構造を示
す。電気化学的なガスセンサーの平面状のセンサー素子
は、１０で示されており、この平面状のセンサー素子
は、例えば多数の酸素イオン伝導性の固体電解質層１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆおよび１
１ｇを有する。この場合、この固体電解質層１１ａ〜１
１ｇは、セラミックシートとして構成されており、平面
状のセラミック体を形成する。この固体電解質層は、酸
素イオン伝導性の固体電解質材料、例えばＹ２Ｏ３で安
定化されたかまたは部分安定化されたＺｒＯ２からな
る。
す。電気化学的なガスセンサーの平面状のセンサー素子
は、１０で示されており、この平面状のセンサー素子
は、例えば多数の酸素イオン伝導性の固体電解質層１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆおよび１
１ｇを有する。この場合、この固体電解質層１１ａ〜１
１ｇは、セラミックシートとして構成されており、平面
状のセラミック体を形成する。この固体電解質層は、酸
素イオン伝導性の固体電解質材料、例えばＹ２Ｏ３で安
定化されたかまたは部分安定化されたＺｒＯ２からな
る。
【０００９】センサー素子１０の平面状のセラミック体
の統合された形は、機能層と一緒にプリントされたセラ
ミックシートを一緒に貼り合わせ、引続き貼り合わされ
た構造体を自体公知の方法で焼結させることによって製
造される。
の統合された形は、機能層と一緒にプリントされたセラ
ミックシートを一緒に貼り合わせ、引続き貼り合わされ
た構造体を自体公知の方法で焼結させることによって製
造される。
【００１０】センサー素子１０は、２つのガス空間、１
つの内部ガス空間１３および１つの参照ガス通路１９を
含む。参照ガス通路１９は、１端で開口しており、参照
ガス雰囲気と接触している。内部ガス空間１３は、例え
ば円環形に形成されており、開口１６を介してガス混合
物雰囲気と結合されている。開口１６は、有利にセンサ
ー素子１０の表面に対して垂直方向に固体電解質層１１
ａ内に取り付けられている。
つの内部ガス空間１３および１つの参照ガス通路１９を
含む。参照ガス通路１９は、１端で開口しており、参照
ガス雰囲気と接触している。内部ガス空間１３は、例え
ば円環形に形成されており、開口１６を介してガス混合
物雰囲気と結合されている。開口１６は、有利にセンサ
ー素子１０の表面に対して垂直方向に固体電解質層１１
ａ内に取り付けられている。
【００１１】内部ガス空間１３内には、内側ポンプ電極
２０が存在し、この内側ポンプ電極は、内部ガス空間１
３の円環形の幾何学的形状に適合されて同様に円環形に
形成されている。内側ポンプ電極２０とは異なり、内部
ガス空間１３には、内側ポンプ電極２０と短絡されてい
てよい測定電極２１が存在する。また、この測定電極
は、例えば円環形に形成されている。これに属する参照
電極２８は、参照ガス通路１９内に配置されている。参
照電極２８は、選択的に二重の実施形式で構成されてい
てもよく、導体路３１を介して接触している。測定電極
２１および参照電極２８は、一緒になってネルンストセ
ルまたは濃度セルを形成する。
２０が存在し、この内側ポンプ電極は、内部ガス空間１
３の円環形の幾何学的形状に適合されて同様に円環形に
形成されている。内側ポンプ電極２０とは異なり、内部
ガス空間１３には、内側ポンプ電極２０と短絡されてい
てよい測定電極２１が存在する。また、この測定電極
は、例えば円環形に形成されている。これに属する参照
電極２８は、参照ガス通路１９内に配置されている。参
照電極２８は、選択的に二重の実施形式で構成されてい
てもよく、導体路３１を介して接触している。測定電極
２１および参照電極２８は、一緒になってネルンストセ
ルまたは濃度セルを形成する。
【００１２】測定ガス空間１３内で、内側ポンプ電極２
０および測定電極２１の測定ガスの拡散方向の前方に
は、多孔質の拡散バリヤー１２が位置している。多孔質
の拡散バリヤー１２は、電極２０、２１に対して拡散す
るガスに関連して拡散抵抗体を形成する。
０および測定電極２１の測定ガスの拡散方向の前方に
は、多孔質の拡散バリヤー１２が位置している。多孔質
の拡散バリヤー１２は、電極２０、２１に対して拡散す
るガスに関連して拡散抵抗体を形成する。
【００１３】更に、抵抗ヒーター４０は、例えば固体電
解質層１１ｆ中に組み込まれており、例えばＡｌ２Ｏ３
からなる電気絶縁体４１中に埋設されている。センサー
素子１０は、抵抗ヒーター４０により、例えば７５０℃
の相応する動作温度に加熱される。
解質層１１ｆ中に組み込まれており、例えばＡｌ２Ｏ３
からなる電気絶縁体４１中に埋設されている。センサー
素子１０は、抵抗ヒーター４０により、例えば７５０℃
の相応する動作温度に加熱される。
【００１４】内側ポンプ電極２０は、導体路３０によっ
て接触されている外側ポンプ電極２２と一緒にポンプセ
ルを形成する。外側ポンプ電極２２は、第２の内部ガス
空間１７内に配置されている。ポンプ電極２０、２２に
は、ポンプ電圧が印加され、したがって内側ポンプ電極
２０と外側ポンプ電極２２との間には、酸素移動が起こ
る。酸素移動によって、内部ガス空間１３内で一定の酸
素分圧が調節され、この場合には、第２の内部ガス空間
１７が酸素蓄積器として使用される。ポンプセル２０、
２２に印加されたポンプ電圧は、測定電極２１および参
照電極２８によって形成された濃度セルに、例えば４５
０ｍＶの十分に一定の電位差が印加される程度に変動す
る。排ガス中の酸素濃度に比例する測定信号として、ポ
ンプセルの電極２０と２２との間を流れるポンプ流が採
用される。
て接触されている外側ポンプ電極２２と一緒にポンプセ
ルを形成する。外側ポンプ電極２２は、第２の内部ガス
空間１７内に配置されている。ポンプ電極２０、２２に
は、ポンプ電圧が印加され、したがって内側ポンプ電極
２０と外側ポンプ電極２２との間には、酸素移動が起こ
る。酸素移動によって、内部ガス空間１３内で一定の酸
素分圧が調節され、この場合には、第２の内部ガス空間
１７が酸素蓄積器として使用される。ポンプセル２０、
２２に印加されたポンプ電圧は、測定電極２１および参
照電極２８によって形成された濃度セルに、例えば４５
０ｍＶの十分に一定の電位差が印加される程度に変動す
る。排ガス中の酸素濃度に比例する測定信号として、ポ
ンプセルの電極２０と２２との間を流れるポンプ流が採
用される。
【００１５】外側ポンプ電極２２は、有利に内部ガス空
間１３の場合と同じ層平面１１ｂ内に配置されている第
２の内部ガス空間１７内に存在し、選択的に二重の実施
形式で設けられていてもよい。第２の内部ガス空間１７
内で予想される過圧を阻止するために、この第２の内部
ガス空間は、図２に図示されているように、拡散抵抗体
を介して他の拡散バリヤー３２の形でセンサー素子を包
囲するガス混合物と接触状態にある。この場合、拡散バ
リヤー３２は、多孔度の点で、ガス混合物の導入が著し
く困難になり、外側ポンプ電極２２がガス混合物の攻撃
性ガス成分による損傷から有効に保護されているよう
に、設計されている。この効果は、第２の内部ガス空間
１７を多孔質のセラミック材料で少なくとも部分的に充
填することにより、増強させることができる。
間１３の場合と同じ層平面１１ｂ内に配置されている第
２の内部ガス空間１７内に存在し、選択的に二重の実施
形式で設けられていてもよい。第２の内部ガス空間１７
内で予想される過圧を阻止するために、この第２の内部
ガス空間は、図２に図示されているように、拡散抵抗体
を介して他の拡散バリヤー３２の形でセンサー素子を包
囲するガス混合物と接触状態にある。この場合、拡散バ
リヤー３２は、多孔度の点で、ガス混合物の導入が著し
く困難になり、外側ポンプ電極２２がガス混合物の攻撃
性ガス成分による損傷から有効に保護されているよう
に、設計されている。この効果は、第２の内部ガス空間
１７を多孔質のセラミック材料で少なくとも部分的に充
填することにより、増強させることができる。
【００１６】第２の内部ガス空間１７内で予想される過
圧を阻止するための他の選択的方法は、外側ポンプ電極
２２の給電部３０を多孔質であるように形成させること
にあり、したがってこうして第２の内部ガス空間１７内
に存在するガス混合物の一部分は、通路から逃出しう
る。
圧を阻止するための他の選択的方法は、外側ポンプ電極
２２の給電部３０を多孔質であるように形成させること
にあり、したがってこうして第２の内部ガス空間１７内
に存在するガス混合物の一部分は、通路から逃出しう
る。
【００１７】電極に対してガス混合物成分が熱力学的に
平衡になるように調節することを保証するために、使用
される全ての電極が触媒活性材料、例えば白金からな
り、この場合には、セラミックシートと一緒に焼結させ
るために、電極材料は、全ての電極のための自体公知の
方法でサーメットとして使用される。
平衡になるように調節することを保証するために、使用
される全ての電極が触媒活性材料、例えば白金からな
り、この場合には、セラミックシートと一緒に焼結させ
るために、電極材料は、全ての電極のための自体公知の
方法でサーメットとして使用される。
【００１８】図３には、本発明の第２の実施例に記載さ
れた断面Ｂ−Ｂに沿って図１に示されたセンサー素子の
横断面が図示されており、この場合第２の内部ガス空間
１７は、層平面１１ｄ内に追加されており、この層平面
には、参照ガス通路１９も存在する。第２の内部ガス空
間１７は、参照ガス通路１９と平行の方向を向いてお
り、前記層平面と同様に、参照ガス雰囲気と接触状態に
ある。この実施形式は、長手方向で区分された二重の参
照ガス通路に相当する。
れた断面Ｂ−Ｂに沿って図１に示されたセンサー素子の
横断面が図示されており、この場合第２の内部ガス空間
１７は、層平面１１ｄ内に追加されており、この層平面
には、参照ガス通路１９も存在する。第２の内部ガス空
間１７は、参照ガス通路１９と平行の方向を向いてお
り、前記層平面と同様に、参照ガス雰囲気と接触状態に
ある。この実施形式は、長手方向で区分された二重の参
照ガス通路に相当する。
【００１９】図４は、図３に示されたセンサー素子の変
法として本発明の第３の実施例に記載されたセンサー素
子を示す。
法として本発明の第３の実施例に記載されたセンサー素
子を示す。
【００２０】外側ポンプ電極２２を含む第２の内部ガス
空間１７は、参照ガス通路１９が存在する層平面１１ｄ
内に配置されている。この場合、第２の内部ガス空間１
７は、別個の参照ガス通路の形で形成されているのでは
なく、参照ガス雰囲気に直接に接触することなくガス空
間として形成されている。センサー素子の動作の間に発
生することが予想される過圧を阻止するために、第２の
内部ガス空間１７は、既に図２で示されたセンサー素子
の場合の記載と同様に、他の拡散バリヤーまたは電極２
２の多孔質の給電部を介して脱気されうる。
空間１７は、参照ガス通路１９が存在する層平面１１ｄ
内に配置されている。この場合、第２の内部ガス空間１
７は、別個の参照ガス通路の形で形成されているのでは
なく、参照ガス雰囲気に直接に接触することなくガス空
間として形成されている。センサー素子の動作の間に発
生することが予想される過圧を阻止するために、第２の
内部ガス空間１７は、既に図２で示されたセンサー素子
の場合の記載と同様に、他の拡散バリヤーまたは電極２
２の多孔質の給電部を介して脱気されうる。
【００２１】図１〜４には、例示的にセンサー素子がガ
ス混合物の酸素含量を測定するために記載されかつ図示
されているが、図５および６においては、例えば窒素酸
化物の測定に使用されるセンサー素子が図示されてい
る。
ス混合物の酸素含量を測定するために記載されかつ図示
されているが、図５および６においては、例えば窒素酸
化物の測定に使用されるセンサー素子が図示されてい
る。
【００２２】第４の実施例の記載により、図５に示され
たセンサー素子は、もう１つの内部ガス空間１５を有
し、この内部ガス空間は、第２の拡散バリヤー１４を介
して、この場合には円環形に設けられていない内部ガス
空間１３と接触状態にある。
たセンサー素子は、もう１つの内部ガス空間１５を有
し、この内部ガス空間は、第２の拡散バリヤー１４を介
して、この場合には円環形に設けられていない内部ガス
空間１３と接触状態にある。
【００２３】更に、内部ガス空間１５には、もう１つの
内部電極２４が存在し、この内部電極２４は、外側ポン
プ電極２２または参照電極２８と一緒に第２のポンプセ
ルを形成する。このポンプセルは、第１の内部ガス空間
１３から拡散混入するガス混合物の酸素含有量をさらに
減少させるために使用される。更に、もう１つの内部ガ
ス空間１５内には、第３の内側ポンプ電極２６が設けら
れており、この第３の内側ポンプ電極は、参照電極２８
と一緒に第３の電気化学的ポンプセルを形成する。第３
のポンプセル２６、２８は、測定すべきガスの検出に使
用され、この場合測定すべきガスは、内側ポンプ電極２
６の表面で分解され、遊離されるかまたは反応後に残存
する酸素は、ポンプにより圧送される。測定すべきガス
の濃度に対する基準として、電極２６と２８との間で流
れるポンプ流が採用される。
内部電極２４が存在し、この内部電極２４は、外側ポン
プ電極２２または参照電極２８と一緒に第２のポンプセ
ルを形成する。このポンプセルは、第１の内部ガス空間
１３から拡散混入するガス混合物の酸素含有量をさらに
減少させるために使用される。更に、もう１つの内部ガ
ス空間１５内には、第３の内側ポンプ電極２６が設けら
れており、この第３の内側ポンプ電極は、参照電極２８
と一緒に第３の電気化学的ポンプセルを形成する。第３
のポンプセル２６、２８は、測定すべきガスの検出に使
用され、この場合測定すべきガスは、内側ポンプ電極２
６の表面で分解され、遊離されるかまたは反応後に残存
する酸素は、ポンプにより圧送される。測定すべきガス
の濃度に対する基準として、電極２６と２８との間で流
れるポンプ流が採用される。
【００２４】電極２０、２１、２４で測定すべきガスの
分解が起こらないことを保証するために、図５に示され
たセンサー素子の電極２０、２１、２４が触媒不活性の
材料から完成されている。これは、例えば金または金／
白金合金であることができる。これとは異なり、電極２
４は、触媒活性であるように形成されており、例えばロ
ジウムまたは白金／ロジウム合金からなる。
分解が起こらないことを保証するために、図５に示され
たセンサー素子の電極２０、２１、２４が触媒不活性の
材料から完成されている。これは、例えば金または金／
白金合金であることができる。これとは異なり、電極２
４は、触媒活性であるように形成されており、例えばロ
ジウムまたは白金／ロジウム合金からなる。
【００２５】第２の内部ガス空間１７は、図５に示され
たセンサー素子の場合と同様に層平面１１ｂ内に存在
し、さらに、この層平面は、内部ガス空間１３、１５を
含む。外側ポンプ電極２２は、内部ガス空間１７内に配
置されており、図１に示されたセンサー素子と同様に、
もう１つの多孔質の拡散バリヤーを介してガス混合物と
接触状態にある。この場合も、第２の内部ガス空間１７
の選択的な脱気は、電極２２の多孔質であるように形成
された給電部３０を介して可能である。
たセンサー素子の場合と同様に層平面１１ｂ内に存在
し、さらに、この層平面は、内部ガス空間１３、１５を
含む。外側ポンプ電極２２は、内部ガス空間１７内に配
置されており、図１に示されたセンサー素子と同様に、
もう１つの多孔質の拡散バリヤーを介してガス混合物と
接触状態にある。この場合も、第２の内部ガス空間１７
の選択的な脱気は、電極２２の多孔質であるように形成
された給電部３０を介して可能である。
【００２６】図６には、図５に示されたセンサー素子の
変法が示されており、この場合には、第２の内部ガス空
間１７は、固体電解質層１１ｂ中に組み込む代わりに、
層１１ｄ中に組み込まれている。この場合も、第２の内
部ガス空間１７の脱気は、他の拡散バリヤーを介して行
なうことができるかまたは電極２２の多孔質の給電部を
介して行なうことができる。もう１つの方法は、第２の
内部ガス空間１７を図３に示された実施例と同様に、縦
方向に区分された参照ガス通路の一部分として形成させ
ることにある。
変法が示されており、この場合には、第２の内部ガス空
間１７は、固体電解質層１１ｂ中に組み込む代わりに、
層１１ｄ中に組み込まれている。この場合も、第２の内
部ガス空間１７の脱気は、他の拡散バリヤーを介して行
なうことができるかまたは電極２２の多孔質の給電部を
介して行なうことができる。もう１つの方法は、第２の
内部ガス空間１７を図３に示された実施例と同様に、縦
方向に区分された参照ガス通路の一部分として形成させ
ることにある。
【００２７】本発明は、図に示された実施例に減縮され
るものではなく、数多くの他の使用可能性を考慮するこ
とができる。これは、例えば電気化学的ガスセンサーが
電気化学的ポンプセルを有する限り、炭化水素、水素、
メタン、アンモニア等を測定するための電気化学的ガス
センサーに当てはまる。
るものではなく、数多くの他の使用可能性を考慮するこ
とができる。これは、例えば電気化学的ガスセンサーが
電気化学的ポンプセルを有する限り、炭化水素、水素、
メタン、アンモニア等を測定するための電気化学的ガス
センサーに当てはまる。
【図１】本発明の第１の実施例の記載により、ガス混合
物の酸素含有量を測定するためのセンサー素子を示す縦
断面図。この場合、外側ポンプ電極が存在する内部ガス
空間は、試験すべきガス混合物と接触する他の内部ガス
空間と同一の層平面内に追加されている。
物の酸素含有量を測定するためのセンサー素子を示す縦
断面図。この場合、外側ポンプ電極が存在する内部ガス
空間は、試験すべきガス混合物と接触する他の内部ガス
空間と同一の層平面内に追加されている。
【図２】図１に示されたセンサー素子を線Ａ−Ａに沿っ
て示す横断面図。
て示す横断面図。
【図３】図１に示されたセンサー素子を線Ｂ−Ｂに沿っ
て示す横断面図。
て示す横断面図。
【図４】外側ポンプ電極が存在する内部ガス空間が別個
の参照ガス通路と同じ、センサー素子の層平面内に追加
されている、もう１つの実施例を示す縦断面図。
の参照ガス通路と同じ、センサー素子の層平面内に追加
されている、もう１つの実施例を示す縦断面図。
【図５】例えば、試験すべきガス混合物の窒素酸化物含
有量を測定するためのセンサー素子を示す縦断面図。こ
の場合、外側ポンプ電極が存在する内部ガス空間は、試
験すべきガス混合物と接触している他の内部ガス空間と
同じ層平面内に追加されている。
有量を測定するためのセンサー素子を示す縦断面図。こ
の場合、外側ポンプ電極が存在する内部ガス空間は、試
験すべきガス混合物と接触している他の内部ガス空間と
同じ層平面内に追加されている。
【図６】例えば、試験すべきガス混合物の窒素酸化物含
有量を測定するためのセンサー素子を示す縦断面図。こ
の場合、外側ポンプ電極が存在する内部ガス空間は、参
照ガス通路の層平面内に追加されている。
有量を測定するためのセンサー素子を示す縦断面図。こ
の場合、外側ポンプ電極が存在する内部ガス空間は、参
照ガス通路の層平面内に追加されている。
１０ 平面状のセンサー素子、 １１ａ、１１ｂ、１１
ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ 酸素イオン伝導
性の固体電解質層、 １２ 多孔質の拡散バリヤー、
１３、１９ 内部ガス空間、 １４ 第２の拡散バリヤ
ー、 １５ 内部ガス空間、 １６ 開口、 １７ 第
２の内部ガス空間、 ２０ 内側ポンプ電極、 ２１
測定電極、 ２２ 外側ポンプ電極、 ２４ 内部電
極、 ２６第３の内側ポンプ電極、 ２８ 参照電極、
３０ 給電部、 ３１ 導体路、 ３２ 拡散バリヤ
ー、 ４０ 抵抗ヒーター、 ４１ 第１の保護層
ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ 酸素イオン伝導
性の固体電解質層、 １２ 多孔質の拡散バリヤー、
１３、１９ 内部ガス空間、 １４ 第２の拡散バリヤ
ー、 １５ 内部ガス空間、 １６ 開口、 １７ 第
２の内部ガス空間、 ２０ 内側ポンプ電極、 ２１
測定電極、 ２２ 外側ポンプ電極、 ２４ 内部電
極、 ２６第３の内側ポンプ電極、 ２８ 参照電極、
３０ 給電部、 ３１ 導体路、 ３２ 拡散バリヤ
ー、 ４０ 抵抗ヒーター、 ４１ 第１の保護層
フロントページの続き
(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
Claims (7)
- 【請求項１】 第１の電極および第２の電極を含み、こ
れら２個の電極がセンサー素子の内部ガス空間内に配置
されている電気化学的セルを備えた、ガス混合物中のガ
ス成分を測定するため、殊に内燃機関の排ガス中の酸素
および／または窒素酸化物の濃度を測定するためのガス
センサーの固体電解質をベースとするセンサー素子にお
いて、第１の電極（２２）が配置されている内部ガス空
間（１７）がセンサー素子の少なくとも１つの他の内部
ガス空間（１３、１９）と十分に同じである、センサー
素子の層平面（１１ｂ、１１ｄ）内に存在し、この場合
この他の内部ガス空間内には、第２の電極（２０）また
は参照電極（２８）が存在することを特徴とする、ガス
混合物中のガス成分を測定するためのガスセンサーの固
体電解質をベースとするセンサー素子。 - 【請求項２】 電気化学的セルが電気化学的ポンプセル
であり、このポンプセルを用いて、第２の電極（２０）
での酸素分圧が第１の電極（２２）と第２の電極（２
０）との間の酸素移動により調節可能である、請求項１
記載のセンサー素子。 - 【請求項３】 第１の電極（２２）が配置されている内
部ガス空間（１７）が拡散抵抗体（３２）を介してガス
混合物と結合されている、請求項１または２記載のセン
サー素子。 - 【請求項４】 第１の電極（２２）が存在する内部ガス
空間（１７）が主に多孔質材料で充填されている、請求
項３記載のセンサー素子。 - 【請求項５】 第１の電極（２２）が存在する内部ガス
空間（１７）が参照ガス雰囲気と接触している、請求項
１から３までのいずれか１項に記載のセンサー素子。 - 【請求項６】 第１の電極（２２）が内部に存在する内
部ガス空間（１７）が長手方向に区分された参照ガス通
路として形成されており、この場合この参照ガス通路の
１つの部分には、第１の電極（２２）が配置されてお
り、前記参照ガス通路の他の部分には、参照電極（２
８）が配置されている、請求項１から５までのいずれか
１項に記載のセンサー素子。 - 【請求項７】 給電部（３０）が第１の電極（２２）の
電気接触のために多孔質で形成されている、請求項１か
ら６までのいずれか１項に記載のセンサー素子。
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|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003121412A true JP2003121412A (ja) | 2003-04-23 |
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Family Applications (1)
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| JP3537628B2 (ja) * | 1996-05-16 | 2004-06-14 | 日本碍子株式会社 | 窒素酸化物の測定方法 |
| JP3583890B2 (ja) * | 1997-03-04 | 2004-11-04 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ及びガスセンサの制御方法 |
| JP3876506B2 (ja) * | 1997-06-20 | 2007-01-31 | 株式会社デンソー | ガス濃度の測定方法及び複合ガスセンサ |
| US6303011B1 (en) * | 1997-06-23 | 2001-10-16 | Kabushiki Kaisha Riken | Gas sensor |
-
2001
- 2001-10-09 DE DE10149739A patent/DE10149739A1/de not_active Withdrawn
-
2002
- 2002-10-07 JP JP2002293811A patent/JP2003121412A/ja active Pending
- 2002-10-09 US US10/267,541 patent/US6966978B2/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
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