JP2005338091A - Sensor element for gas measurement sensor - Google Patents

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ネース ジークフリート
Thomas Wahl
ヴァール トーマス
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シュナイダー ゲルハルト
Hans-Joerg Renz
ハンス−イェルク レンツ
Juergen Sindel
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor element inside a gas measurement sensor, wherein a fault of conventional technology is improved. <P>SOLUTION: An area of a penetration guidance part 25 is disposed with a cover layer 51, thereby gas positioned outside the sensor element 10 can arrive into the sensor element 10 only through a prescribed diffusion distance, and the diffusion distance extends partially parallel to the outside 24 of a solid electrolyte layer 21. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、センサエレメントであって、該センサエレメントが、特に測定ガスの物理的な特性を検出するための、有利には測定ガスのガス成分の濃度又は測定ガスの温度を検出するためのガス測定センサ内に設けられており、前記センサエレメントに、貫通案内部を有する固体電解質層と、導体路とが設けられており、該導体路が、固体電解質層の外側に配置された外側区分と、前記貫通案内部内に配置された貫通案内区分と、該貫通案内区分に接続された供給区分とを有している形式のものに関する。   The invention relates to a sensor element, in particular for detecting the physical properties of the measuring gas, preferably for detecting the concentration of the gas component of the measuring gas or the temperature of the measuring gas. Provided in the measurement sensor, the sensor element is provided with a solid electrolyte layer having a penetration guide portion and a conductor path, and the conductor path is disposed outside the solid electrolyte layer; and The present invention relates to a type having a through guide section disposed in the through guide section and a supply section connected to the through guide section.

ガス測定センサのハウジング内にガス密に固定された、この形式の長く平面的なセンサエレメントは層状に構成されており、複数の個体電解質層を有している。このセンサエレメントは、測定側の終端区分と接続側の終端区分とを有している。ハウジングに固定された保護管の内部に配置され、測定ガスにさらされている測定側の終端区分はセンサエレメント、例えば1つ又は複数の電気化学的なセル及びヒータを有している。1つの電気化学的なセルは2つの電極を有しており、これらの電極は、それぞれ個体電解質に被着されており、固定電解質により電気的に接続されている。   This type of long planar sensor element, gas tightly fixed in the housing of the gas measuring sensor, is structured in layers and has a plurality of solid electrolyte layers. This sensor element has a termination section on the measurement side and a termination section on the connection side. The termination section on the measuring side, which is arranged inside a protective tube fixed to the housing and is exposed to the measuring gas, has sensor elements, for example one or more electrochemical cells and heaters. One electrochemical cell has two electrodes, each of which is applied to a solid electrolyte and is electrically connected by a stationary electrolyte.

電極並びにヒータは、それぞれ1つ又は複数の供給区分に電気的に接続されている。この1つ又はこれらの複数の供給区分は、センサエレメントの長手方向延びに沿って、電極若しくはヒータから、センサエレメントの接続側の終端区分へ案内されている。供給区分が、センサエレメントの内部の層平面に、すなわち、2つの固体電解質層の間に延びている場合には、供給区分は、貫通部内に配置された貫通案内区分により、センサエレメントの外側に配置された外側区分に電気的に接続されている。これにより、電極、供給区分、貫通案内区分及び外側区分は、関連した導体路を形成している。ヒータは2つの供給部を有しており、これらの供給部は、同様にそれぞれ貫通案内区分により外側区分に接続されている。外側区分はコンタクト面を有している。このコンタクト面を介してセンサエレメントはガス測定センサの外部に配置された評価電子機構に電気的に接続することができる。   The electrodes and the heater are each electrically connected to one or more supply sections. The one or more supply sections are guided from the electrode or heater along the longitudinal extension of the sensor element to the terminal section on the connection side of the sensor element. If the supply section extends in the layer plane inside the sensor element, i.e. between the two solid electrolyte layers, the supply section is placed outside the sensor element by means of a through-guide section arranged in the penetration. It is electrically connected to the arranged outer section. Thereby, the electrode, the supply section, the penetration guide section and the outer section form an associated conductor track. The heater has two supply parts, which are likewise connected to the outer section by means of through guide sections, respectively. The outer section has a contact surface. Through this contact surface, the sensor element can be electrically connected to an evaluation electronic mechanism arranged outside the gas measurement sensor.

貫通案内部は、少なくとも1つの固体電解質シート内に設けられた円筒状の孔の形で形成されている。貫通案内部の壁は、貫通案内区分により被覆されており、この場合に、貫通案内区分と壁との間には1つ又は複数の絶縁層が設けられていてよい。同様に外側区分及び/又は供給区分は、固体電解質シートに対して、少なくとも1つの絶縁層により電気的に絶縁されている。   The penetration guide is formed in the form of a cylindrical hole provided in at least one solid electrolyte sheet. The wall of the penetration guide part is covered with the penetration guide section, and in this case, one or a plurality of insulating layers may be provided between the penetration guide section and the wall. Similarly, the outer section and / or the supply section are electrically insulated from the solid electrolyte sheet by at least one insulating layer.

絶縁層及び導体路は多孔性に、ひいてはガス透過性に形成されている。したがって接続側の終端区分の外部に位置するガスは、導体路の貫通案内部及び供給区分、若しくは供給区分の領域に設けられた絶縁層を介してセンサエレメントの測定側の終端区分にまで到達する。この場合、センサエレメント内へのガス流入は、センサエレメントの大面に対して垂直な拡散方向に行われる。   The insulating layer and the conductor path are formed to be porous and thus gas permeable. Therefore, the gas located outside the terminal section on the connection side reaches the terminal section on the measurement side of the sensor element via the penetration guide part of the conductor path and the supply section or the insulating layer provided in the area of the supply section. . In this case, the gas inflow into the sensor element is performed in a diffusion direction perpendicular to the large surface of the sensor element.

この形式のセンサエレメントはしばしば基準電極を有している。この基準電極は、基準ガス、すなわち、高い酸素含有率を有するガスにさらされている。基準電極が導体路若しくは絶縁層を介して、センサエレメントの接続側の終端部の空気雰囲気に接続されることにより、基準電極は簡単な形式で基準空気にさらされる。   This type of sensor element often has a reference electrode. The reference electrode is exposed to a reference gas, i.e. a gas having a high oxygen content. The reference electrode is exposed to the reference air in a simple manner by being connected to the air atmosphere at the end of the connection side of the sensor element via a conductor track or an insulating layer.

この形式のセンサエレメントでは、センサエレメントの接続側の終端区分の外部に位置するガスが、不純物、例えば水又は燃料を含有している恐れがあり、これらの水又は燃料は、阻止されずに貫通案内部へ、かつそこから多孔性の導体路若しくは多孔性の絶縁層内へ進入することができるという欠点を有している。さらにこれらの不純物が貫通案内部に堆積しかねないことは特に不都合である。   In this type of sensor element, the gas located outside the termination section on the connection side of the sensor element may contain impurities, for example water or fuel, which penetrates without being blocked. It has the disadvantage that it can enter the guide and from there into the porous conductor track or the porous insulating layer. Furthermore, it is particularly inconvenient that these impurities can accumulate on the penetration guide.

前記のような不純物がヒータ又は電極に到達した場合には、センサエレメントの測定機能が妨害される。センサエレメントの測定側の終端区分、特にヒータの領域内へ水が進入した場合には、この水はセンサエレメントの破壊をもたらしかねない。特に燃料が基準電極の領域に到達した場合には、基準空気内に酸素含有率が低減され、これにより、センサエレメントの測定機能が損なわれる。   When such impurities reach the heater or electrode, the measurement function of the sensor element is disturbed. If water enters the end section on the measurement side of the sensor element, in particular in the area of the heater, this water can cause destruction of the sensor element. Particularly when the fuel reaches the region of the reference electrode, the oxygen content in the reference air is reduced, thereby impairing the measurement function of the sensor element.

本発明の課題は、ガス測定センサ内のセンサエレメントにおいて従来技術の欠点が改良されたものを提供することである。   The object of the present invention is to provide a sensor element in a gas measuring sensor in which the disadvantages of the prior art are improved.

この課題を解決した本発明の手段によれば、貫通案内部の領域にカバー層が配置されており、これにより、センサエレメントの外部に位置するガスが、センサエレメントの内部へ、所定の拡散距離を介してのみ到達することができるようになっており、該拡散距離が、前記固体電解質層の外側に対して部分的に平行に延びている。   According to the means of the present invention that solves this problem, the cover layer is disposed in the region of the penetration guide portion, whereby the gas located outside the sensor element is allowed to flow into the sensor element at a predetermined diffusion distance. And the diffusion distance extends partially parallel to the outside of the solid electrolyte layer.

請求項1に記載の特徴を有する本発明によるセンサエレメントは、一方ではセンサエレメントの接続側の終端区分の外部に位置するガスが、貫通案内部を介してセンサエレメントの内部に配置された導体路及び/又は絶縁層内へ進入することが困難になり、他方では不純物が貫通案内部に堆積しかねないことが阻止されるという利点を有している。   The sensor element according to the present invention having the features according to claim 1 is characterized in that, on the one hand, a gas path located outside the terminal section on the connection side of the sensor element is arranged inside the sensor element via a penetration guide. And / or has the advantage that it is difficult to penetrate into the insulating layer, while on the other hand it is prevented that impurities can accumulate in the penetration guide.

前記センサエレメントは、貫通案内部を有する固体電解質層を有している。さらにこのセンサエレメントは導体路を有しており、この導体路は、固体電解質層の外側に配置された外側区分と、貫通案内部内に配置された貫通案内区分と、この貫通案内区分に接続された供給区分とを有している。   The sensor element has a solid electrolyte layer having a penetration guide. Further, the sensor element has a conductor path, and the conductor path is connected to the outer section disposed outside the solid electrolyte layer, the penetrating guide section disposed in the penetrating guide portion, and the penetrating guide section. Supply categories.

本発明により、貫通案内部及び/又はこの貫通案内部に隣接する、固体電解質層の外側の領域が、次の形でカバー層により覆われている、すなわち、センサエレメントの外部に位置するガスが、センサエレメントの内部へ、所定の拡散距離を介してのみ到達することができるような形で覆われている。この拡散距離は、少なくとも部分的に固体電解質層の外側に対して平行に延びている。これにより、ガスは供給区分の層平面内へ直接に到達することができず、例えばセンサエレメントの外側に対して平行に延びる拡散距離を介してのみ到達することができる。すなわち、この拡散距離はまずセンサエレメントの外側に被着された層に沿って、次いで貫通案内部を介して、センサエレメントの外側に対して垂直な方向に、供給区分の層平面へ延びている。   According to the present invention, the penetrating guide and / or the region outside the solid electrolyte layer adjacent to the penetrating guide is covered with a cover layer in the following form, that is, the gas located outside the sensor element is The sensor element is covered in such a way that it can only reach the inside of the sensor element via a predetermined diffusion distance. This diffusion distance extends at least partially parallel to the outside of the solid electrolyte layer. Thereby, the gas cannot reach directly into the layer plane of the supply section, but can only reach, for example, via a diffusion distance extending parallel to the outside of the sensor element. That is, this diffusion distance extends first along the layer deposited on the outside of the sensor element and then to the layer plane of the feed section in a direction perpendicular to the outside of the sensor element via the penetration guide. .

従属請求項に構成された手段により、独立請求項に記載のセンサエレメントの有利な発展形が可能である。   By means of the dependent claims, advantageous developments of the sensor elements according to the independent claims are possible.

有利にはカバー層はガス密になっており、ひいてはセンサエレメントの外部に位置するガスは、固体電解質層の外側に対して少なくとも部分的に平行に延びる所定の拡散距離を介してのみセンサエレメントの内部へ到達することができる。これに対してカバー層を貫通したガス流入は完全に阻止される。さらに、導体路及び/又は絶縁層は有利には多孔性に形成されている。   Advantageously, the cover layer is gas tight, so that the gas located outside the sensor element can only pass through a predetermined diffusion distance extending at least partly parallel to the outside of the solid electrolyte layer. Can reach the inside. On the other hand, gas inflow through the cover layer is completely prevented. Furthermore, the conductor track and / or the insulating layer are preferably made porous.

有利には導体路は固体電解質層の外側から、かつ/又は固体電解質層の、貫通案内部の領域から、かつ/又は導体路の供給領域に隣接した1つ又は複数の固体電解質層から絶縁層により分離されている。これにより、導体路内への電気的な連結が固体電解質を介して可能となることが阻止される。   The conductor track is preferably an insulating layer from the outside of the solid electrolyte layer and / or from the region of the penetration guide of the solid electrolyte layer and / or from one or more solid electrolyte layers adjacent to the supply region of the conductor track. It is separated by. This prevents electrical connection into the conductor track via the solid electrolyte.

有利には、カバー層と導体路との間には絶縁層が配置されている。これにより、特にカバー層が電気的に導電性の場合には、測定機能の妨害が阻止される。カバー層は、例えば固体電解質材料、例えば酸化イットリウムにより安定化された酸化ジルコニウムを含有している。この酸化ジルコニウムはイオン及び電気伝導性である。   Advantageously, an insulating layer is arranged between the cover layer and the conductor track. This prevents interference with the measurement function, especially when the cover layer is electrically conductive. The cover layer contains, for example, zirconium oxide stabilized by a solid electrolyte material such as yttrium oxide. This zirconium oxide is ionic and electrically conductive.

有利には、カバー層は導体路の、貫通案内部並びに外側区分の領域を覆っており、この場合に、外側区分は、コンタクト面として働く領域を有しており、この領域にはカバー層は凹部を有している。カバー層は、層の形で貫通案内区分に被着されているか、又は貫通案内部を完全に満たしていてよい。択一的にはカバー層は有利には第1の固体電解質層の外側に対して平行な層平面に配置されており、貫通案内部の、外側へ通じる開口並びに導体路の外側区分の領域を覆っている。本発明別の有利な構成では、導体路の貫通案内区分は、貫通案内部を完全に満たしており、カバー層は、固体電解質層の外側に対して平行に配置された層の形で導体路を覆っている。   Advantageously, the cover layer covers a region of the conductor track, the penetration guide as well as the outer section, in which case the outer section has a region which acts as a contact surface, in which the cover layer is Has a recess. The cover layer may be applied to the penetration guide section in the form of a layer or may completely fill the penetration guide. As an alternative, the cover layer is preferably arranged in a layer plane parallel to the outside of the first solid electrolyte layer, and covers the opening of the penetration guide and the area of the outer section of the conductor track. Covering. In another advantageous configuration of the invention, the through guide section of the conductor track completely fills the through guide and the cover layer is in the form of a layer arranged parallel to the outside of the solid electrolyte layer. Covering.

次に本発明の実施の形態を図面につきさらに詳しく説明する。   Embodiments of the invention will now be described in more detail with reference to the drawings.

図1、図2及び図3は、本発明の第1実施例として、センサエレメント10の接続側の終端区分を示している。このセンサエレメント10は、ガス測定センサのハウジング内にガス密に配置されており、例えば内燃機関の排ガス中の酸素濃度を測定するため又は温度測定のために用いられる。   1, FIG. 2 and FIG. 3 show a termination section on the connection side of the sensor element 10 as a first embodiment of the present invention. The sensor element 10 is disposed in a gastight manner in the housing of the gas measurement sensor and is used, for example, for measuring the oxygen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine or for measuring the temperature.

前記センサエレメント10は第1の固体電界質層21と第2の固体電解質層22とを有している。これらの第1の固体電界質層21及び第2の固体電解質層22は酸化イットリウムにより安定化された酸化ジルコニウムより成っている。第1の固体電解質層21内には円筒状の貫通案内部25が設けられている。センサエレメント10は導体路31を有している。この導体路31は、供給区分31c、貫通案内区分31b及び外側区分31aを有している。さらに導体路31は、センサエレメント10の測定側の終端区分に電極又はヒータ(図示していない)を有している。導体路31は金属部分、例えばプラチナと、セラミック部分とを有するサーメットより成っている。このようなセンサエレメントの構成、特に測定側の終端区分の構成及びガス測定センサ内のセンサエレメントの取付けも、例えばElectronics Handbook, Second Edition, Editor: Ronald K. Juergen, McGraw-Hill, 1999に記載されている。この刊行物に見ることができるように、センサエレメントはさらなる固体電解質層を有していてもよい。   The sensor element 10 has a first solid electrolyte layer 21 and a second solid electrolyte layer 22. The first solid electrolyte layer 21 and the second solid electrolyte layer 22 are made of zirconium oxide stabilized by yttrium oxide. A cylindrical through guide portion 25 is provided in the first solid electrolyte layer 21. The sensor element 10 has a conductor path 31. The conductor path 31 has a supply section 31c, a penetration guide section 31b, and an outer section 31a. Furthermore, the conductor path 31 has an electrode or a heater (not shown) in the terminal section on the measurement side of the sensor element 10. The conductor track 31 is made of a cermet having a metal part, for example, platinum and a ceramic part. The configuration of such sensor elements, particularly the configuration of the termination section on the measurement side and the mounting of the sensor elements in the gas measurement sensor are also described, for example, in Electronics Handbook, Second Edition, Editor: Ronald K. Juergen, McGraw-Hill, 1999. ing. As can be seen in this publication, the sensor element may have a further solid electrolyte layer.

電極又はヒータは、第1の固体電解質層21と第2の固体電解質層22との間に配置された供給区分31cと、貫通案内区分31bとにより外側区分31aに接続されている。この外側区分31aは第1の固体電解質層21の外側24に配置される。導体路31の貫通案内区分31bは、円筒状の貫通部25の壁に設けられた層の形で形成されている。   The electrode or heater is connected to the outer section 31a by a supply section 31c disposed between the first solid electrolyte layer 21 and the second solid electrolyte layer 22 and a penetration guide section 31b. The outer section 31 a is disposed on the outer side 24 of the first solid electrolyte layer 21. The penetration guide section 31 b of the conductor path 31 is formed in the form of a layer provided on the wall of the cylindrical penetration portion 25.

導体路31の外側区分31aは、コンタクト面31dとして働く領域を有している。この領域は、ガス測定センサから外側へ案内された導体エレメントに、導電性に接続することができるようになっており、これにより、センサエレメント10は、ガス測定センサの外部に配置された評価電子機構に接続される。   The outer section 31a of the conductor path 31 has a region that functions as a contact surface 31d. This region can be electrically connected to a conductor element guided outwardly from the gas measurement sensor, whereby the sensor element 10 can be connected to an evaluation electron arranged outside the gas measurement sensor. Connected to the mechanism.

導体路31の供給区分31cは第1の絶縁層41内に埋め込まれており、この第1の絶縁層41により、第1の固体電解質層21と第2の固体電解質層22とから電気的に絶縁されている。前記第1の絶縁層41は、側方で、ガス密な材料より成るシールフレーム45により取り囲まれている。第1の個体電解質層21の外側24では、導体路31の外側区分31a、ひいてはコンタクト層31dも、第2の絶縁層42により第1の個体電解質層21から分離されている。   The supply section 31 c of the conductor path 31 is embedded in the first insulating layer 41, and the first insulating layer 41 electrically connects the first solid electrolyte layer 21 and the second solid electrolyte layer 22. Insulated. The first insulating layer 41 is laterally surrounded by a seal frame 45 made of a gas tight material. On the outer side 24 of the first solid electrolyte layer 21, the outer section 31 a of the conductor path 31 and thus the contact layer 31 d are also separated from the first solid electrolyte layer 21 by the second insulating layer 42.

導体路31の外側区分31a及び貫通案内区分31bは、ガス密なカバー層51によりカバーされている。このためには、このカバー区分51は貫通案内区分31bの被覆層の形で形成されているか、又は貫通案内部25を完全に満たしていてよい。カバー層51は、コンタクト面31dの領域に凹部を有している。これにより、センサエレメント10の測定側の終端区分の外部に位置するガスは、導体路31の外側区分31a及び貫通案内区分31bに沿ってのみ、又は第2の絶縁層42に沿ってのみ、第1の個体電解質層21と第2の固体電解質層22との間の層平面内へ到達することができる。したがってカバー層51は次のように配置されている、すなわち拡散距離が、部分的に、つまり、第2の絶縁層42内又は導体路31の外側区分では、第1の固体電解質層21の外側24に対して平行に延びている形で配置されている。   The outer section 31 a and the penetration guide section 31 b of the conductor path 31 are covered with a gas-tight cover layer 51. For this purpose, the cover section 51 may be formed in the form of a covering layer for the penetration guide section 31b or may completely fill the penetration guide 25. The cover layer 51 has a recess in the region of the contact surface 31d. As a result, the gas located outside the terminal section on the measurement side of the sensor element 10 can be moved only along the outer section 31a and the penetration guide section 31b of the conductor path 31 or only along the second insulating layer 42. It can reach the layer plane between one solid electrolyte layer 21 and the second solid electrolyte layer 22. Therefore, the cover layer 51 is arranged as follows, that is, the diffusion distance is partially outside, that is, outside the first solid electrolyte layer 21 in the second insulating layer 42 or in the outer section of the conductor path 31. 24 are arranged so as to extend in parallel to 24.

図4は、本発明の第2実施例としてセンサエレメント10を示している。この場合、図1、図2及び図3による第1実施例に対して付加的に第3の絶縁層43が設けられている。この絶縁層43は、プリント配線基板31の外側区分31a若しくは貫通案内区分31bと、カバー層51との間に設けられている。これにより、ガスは第3の絶縁層43を介しても、第1の固体電解質層21と第2の固体電解質層22との間の層平面内へ到達することができる。拡散距離は第3の絶縁層43を介して、ここでも第1の固体電解質層21の外側24に対して平行に延びている。   FIG. 4 shows a sensor element 10 as a second embodiment of the present invention. In this case, a third insulating layer 43 is additionally provided with respect to the first embodiment according to FIGS. The insulating layer 43 is provided between the outer section 31 a or the penetration guide section 31 b of the printed wiring board 31 and the cover layer 51. Thus, the gas can reach the layer plane between the first solid electrolyte layer 21 and the second solid electrolyte layer 22 even through the third insulating layer 43. The diffusion distance also extends parallel to the outer side 24 of the first solid electrolyte layer 21 through the third insulating layer 43.

図5に示した第3実施例の構成は、図1〜図3による第1実施例の構成に対応しているが、カバー層51が貫通案内部25の内部には配置されておらず、これにより導体路31の外側区分31aのみを覆っており、しかしながら、貫通案内区分31bを覆っていない点で異なっている。カバー層51は第1の個体電解質層21の外側24の平面では貫通部51により形成された開口を完全に覆っている。   The configuration of the third embodiment shown in FIG. 5 corresponds to the configuration of the first embodiment according to FIGS. 1 to 3, but the cover layer 51 is not disposed inside the penetration guide portion 25, Thereby, only the outer section 31a of the conductor path 31 is covered, however, it is different in that it does not cover the penetration guide section 31b. The cover layer 51 completely covers the opening formed by the penetrating part 51 in the plane of the outer side 24 of the first solid electrolyte layer 21.

図6に示した、本発明の第4実施例は、図5による第3実施例の対応している。この実施例では、付加的にカバー層51と、導体路31の外側区分31aとの間には第3の絶縁層43が設けられている。この第3の絶縁層43は、カバー層51も貫通案内部25により形成された開口も覆っている。   The fourth embodiment of the invention shown in FIG. 6 corresponds to the third embodiment according to FIG. In this embodiment, a third insulating layer 43 is additionally provided between the cover layer 51 and the outer section 31 a of the conductor path 31. The third insulating layer 43 covers the cover layer 51 and the opening formed by the penetration guide portion 25.

図7には、本発明の第5実施例が示されている。この実施例では、導体路31の貫通案内区分31bは貫通案内部25を完全に満たしている。カバー層51は、導体路31の外側区分31aを覆っており、既に上に述べた実施例の場合のように、コンタクト面31dのための凹部を有している。図8に第6実施例として示したセンサエレメント10は、カバー層51と、導体路31の外側区分31aとの間に付加的に第3の絶縁層43が設けられていることにより第5実施例とは異なっている。   FIG. 7 shows a fifth embodiment of the present invention. In this embodiment, the penetration guide section 31 b of the conductor path 31 completely fills the penetration guide portion 25. The cover layer 51 covers the outer section 31a of the conductor track 31 and has a recess for the contact surface 31d as in the embodiment already described above. The sensor element 10 shown as the sixth embodiment in FIG. 8 is the fifth embodiment because the third insulating layer 43 is additionally provided between the cover layer 51 and the outer section 31 a of the conductor path 31. It is different from the example.

第1、第2及び第3の絶縁層41,42,43は、例えば酸化アルミニウムを含有しており、多孔性に形成されている。カバー層は密に焼結する材料を有しており、すなわちガス密であり、例えば酸化イットリウムにより安定化された酸化ジルコニウムを有している。   The first, second, and third insulating layers 41, 42, and 43 contain, for example, aluminum oxide and are made porous. The cover layer has a densely sintered material, i.e. gas tight, for example with zirconium oxide stabilized by yttrium oxide.

カバー層は、スクリーン印刷、吸込み若しくは吹付け法、粘着性の媒体のための調量法(マイクロ調量法)、又はプラズマ成形法により被着される。この形式の方法は、当業者には一般に公知である。図5及び図6による実施例では、カバー層51の下方に位置する中空室が、貫通案内部25の内部で、まずいわゆる中空室ペーストにより充填され、次いでカバー層51が(例えばスクリーン印刷により)第2の絶縁層42、導体路31の外側区分31a及び中空室ペーストに被着される。例えば焼結プロセスの枠内の熱処理により、次いで中空室ペーストは気化し、図5及び図6に示した中空室を離れる。   The cover layer is applied by screen printing, suction or spraying, metering for adhesive media (micro metering), or plasma forming. This type of method is generally known to those skilled in the art. In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, the hollow chamber located below the cover layer 51 is first filled with so-called hollow chamber paste inside the penetration guide 25 and then the cover layer 51 is (for example by screen printing). The second insulating layer 42, the outer section 31a of the conductor path 31, and the hollow chamber paste are applied. For example, by heat treatment within the frame of the sintering process, the hollow chamber paste then vaporizes and leaves the hollow chamber shown in FIGS.

前記複数の実施例には、第1の固体電解質層21と第2の固体電解質層22との間の層平面内へ拡散されるガスが、所定の区分(つまり、導体路の外側区分31a及び/又は第2の絶縁層42及び/又は第3の絶縁層43)を横断し、この区分内ではガスの拡散方向が、第1の固体電解質層21の外側24に対して平行に延びていることが共通している。   In the embodiments, the gas diffused into the layer plane between the first solid electrolyte layer 21 and the second solid electrolyte layer 22 is a predetermined section (i.e., the outer section 31a and the outer section 31a of the conductor track). Crossing the second insulating layer 42 and / or the third insulating layer 43), in which the gas diffusion direction extends parallel to the outer side 24 of the first solid electrolyte layer 21. It is common.

当業者は任意で本発明を別の構成、例えば2つよりも多い固体電解質層を有するセンサエレメントに転用することができる。本発明は一般に貫通案内部を介して案内された導体路を有するセンサエレメントのために用いることができる。   One skilled in the art can optionally transfer the present invention to other configurations, for example, sensor elements having more than two solid electrolyte layers. The invention can generally be used for sensor elements having a conductor path guided through a penetration guide.

本発明によるセンサエレメントの第1実施例の接続側の終端部の長手方向横断面図である。FIG. 3 is a longitudinal cross-sectional view of the terminal end of the connection side of the first embodiment of the sensor element according to the present invention. 図1の方向IIで見た第1実施例の平面図である。It is the top view of 1st Example seen in the direction II of FIG. 図1のIII−III線に沿った第1実施例の横断面図である。It is a cross-sectional view of the first embodiment along the line III-III in FIG. 本発明によるセンサエレメントの別の実施例の接続側の終端部の長手方向横断面図である。FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view of a connection-side end portion of another embodiment of a sensor element according to the present invention. 本発明によるセンサエレメントの別の実施例の接続側の終端部の長手方向横断面図である。FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view of a connection-side end portion of another embodiment of a sensor element according to the present invention. 本発明によるセンサエレメントの別の実施例の接続側の終端部の長手方向横断面図である。FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view of a connection-side end portion of another embodiment of a sensor element according to the present invention. 本発明によるセンサエレメントの別の実施例の接続側の終端部の長手方向横断面図である。FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view of a connection-side end portion of another embodiment of a sensor element according to the present invention. 本発明によるセンサエレメントの別の実施例の接続側の終端部の長手方向横断面図である。FIG. 6 is a longitudinal cross-sectional view of a connection-side end portion of another embodiment of a sensor element according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 センサエレメント、 21 第1の個体電解質層、 22 第2の固体電解質層、 24 外側、 25 貫通案内部、 31 導体路、 31a 外側区分、 31b 貫通案内区分、 31c 供給区分、 41,42,43 絶縁層、 45 シールフレーム、 51 カバー層   10 sensor elements, 21 first solid electrolyte layer, 22 second solid electrolyte layer, 24 outside, 25 penetration guide, 31 conductor path, 31a outside section, 31b penetration guide section, 31c supply section, 41, 42, 43 Insulation layer, 45 seal frame, 51 cover layer

Claims (14)

センサエレメント(10)であって、該センサエレメント(10)が、特に測定ガスの物理的な特性を検出するための、有利には測定ガスのガス成分の濃度又は測定ガスの温度を検出するためのガス測定センサ内に設けられており、前記センサエレメント(10)に、貫通案内部(25)を有する固体電解質層(21)と、導体路(31)とが設けられており、該導体路(31)が、固体電解質層(21)の外側(24)に配置された外側区分(31a)と、前記貫通案内部(25)内に配置された貫通案内区分(31b)と、該貫通案内区分(31b)に接続された供給区分(31c)とを有している形式のものにおいて、貫通案内部(25)の領域に、カバー層(51)が配置されており、これにより、センサエレメント(10)の外部に位置するガスが、センサエレメント(10)の内部へ、所定の拡散距離を介してのみ到達することができるようになっており、該拡散距離が、前記固体電解質層(21)の外側(24)に対して部分的に平行に延びていることを特徴とする、センサエレメント(10)。   Sensor element (10), in particular for detecting the physical properties of the measuring gas, preferably for detecting the concentration of the gas component of the measuring gas or the temperature of the measuring gas. The sensor element (10) is provided with a solid electrolyte layer (21) having a penetrating guide portion (25) and a conductor path (31), and the conductor path (31) is an outer section (31a) disposed on the outer side (24) of the solid electrolyte layer (21), a penetration guide section (31b) disposed in the penetration guide portion (25), and the penetration guide. In the type having the supply section (31c) connected to the section (31b), the cover layer (51) is arranged in the region of the penetration guide (25), whereby the sensor element (10) Outside The located gas can reach the inside of the sensor element (10) only through a predetermined diffusion distance, and the diffusion distance is outside the solid electrolyte layer (21) (24). Sensor element (10), characterized in that it extends partially parallel to the sensor element (10). カバー層(51)が、ガス密になっている、請求項1記載のセンサエレメント。   The sensor element according to claim 1, wherein the cover layer is gas tight. 導体路(31)が、多孔性に形成されている、請求項1又は2記載のセンサエレメント。   The sensor element according to claim 1 or 2, wherein the conductor path (31) is formed to be porous. 導体路(31)が、第1の固体電解質層(21)から、絶縁層(41,42)により少なくとも部分的に分離されている、請求項1から3までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   Sensor element according to any one of claims 1 to 3, wherein the conductor track (31) is at least partly separated from the first solid electrolyte layer (21) by an insulating layer (41, 42). . 導体路(31)の供給区分(31c)が、固体電解質層(21)と別の固体電解質層(22)との間に配置されており、供給区分(31c)が、固体電解質層(21)及び別の固体電解質層(22)から、第1の絶縁層(41)により分離されており、電気的に絶縁されている、請求項1から4までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The supply section (31c) of the conductor path (31) is disposed between the solid electrolyte layer (21) and another solid electrolyte layer (22), and the supply section (31c) is the solid electrolyte layer (21). 5. The sensor element according to claim 1, wherein the sensor element is separated from the other solid electrolyte layer (22) by the first insulating layer (41) and is electrically insulated. 導体路(31)の外側区分(31a)と、固体電解質層(21)の外側(24)との間に、第2の絶縁層(42)が設けられている、請求項1から5までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The second insulating layer (42) is provided between the outer section (31a) of the conductor track (31) and the outer side (24) of the solid electrolyte layer (21). The sensor element of any one of Claims. 導体路(31)とカバー層(51)との間に、少なくとも部分的に第3の絶縁層(43)が設けられている、請求項1から6までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The sensor element according to any one of claims 1 to 6, wherein a third insulating layer (43) is provided at least partially between the conductor track (31) and the cover layer (51). 第1の固体電解質層(41)及び/又は第2の固体電解質層(42)及び/又は第3の固体電解質層が、多孔性に形成されている、請求項4から7までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The first solid electrolyte layer (41) and / or the second solid electrolyte layer (42) and / or the third solid electrolyte layer are formed to be porous. The sensor element according to item. センサエレメント(10)の外部に位置するガスが、多孔性の導体路(31)、特に導体路(31)の多孔性の外側区分(31a)及び/又は多孔性の第2の絶縁性(42)及び/又は多孔性の第3の絶縁層(43)を介して、センサエレメント(10)の内部へ拡散され、ガスの拡散方向が、外側区分(31a)及び/又は第2の絶縁層(42)及び/又は第3の絶縁層(43)の方向に、すなわち、固体電解質層(21)の外側(24)に対して平行に延びている、請求項1から8までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The gas located outside the sensor element (10) is porous conductor track (31), in particular the porous outer section (31a) of the conductor track (31) and / or the porous second insulation (42). ) And / or through the porous third insulating layer (43) and diffused into the sensor element (10), the direction of gas diffusion depends on the outer section (31a) and / or the second insulating layer ( 42) and / or extending in the direction of the third insulating layer (43), i.e. parallel to the outside (24) of the solid electrolyte layer (21). The sensor element described. 導体路(31)の貫通案内区分(31b)が、貫通案内部(25)の壁を層状に覆っており、カバー層(51)が、導体路(31)の貫通案内区分(31)の領域と、導体路(31)の外側区分(31a)とを覆っている、請求項1から9までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The through guide section (31b) of the conductor path (31) covers the wall of the through guide section (25) in layers, and the cover layer (51) is a region of the through guide section (31) of the conductor path (31). 10. The sensor element according to claim 1, wherein the sensor element covers the outer section (31 a) of the conductor path (31). カバー層(51)が、貫通案内部(25)と、導体路(31)の外側区分(31a)とを覆う層であり、該層が、所定の層平面では、固体電解質層(21)の外側(24)に対して平行に配置されている、請求項1から9までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The cover layer (51) is a layer covering the penetration guide part (25) and the outer section (31a) of the conductor path (31), and the layer is a predetermined layer plane of the solid electrolyte layer (21). 10. A sensor element according to claim 1, wherein the sensor element is arranged parallel to the outer side (24). 導体路(31)の外側区分(31a)が、コンタクト面(31d)を有しており、該コンタクト面(31d)の領域に、カバー層(51)が凹部を有している、
請求項1から11までのいずれか1項記載のセンサエレメント。
The outer section (31a) of the conductor path (31) has a contact surface (31d), and the cover layer (51) has a recess in the region of the contact surface (31d).
The sensor element according to any one of claims 1 to 11.
導体路(31)の貫通案内区分(31b)が、貫通案内部(25)の内面を層状に覆っている、請求項1から12までのいずれか1項記載のセンサエレメント。   The sensor element according to any one of claims 1 to 12, wherein the penetration guide section (31b) of the conductor path (31) covers the inner surface of the penetration guide portion (25) in layers. 導体路(31)の貫通案内区分(31b)が、貫通案内部(25)を完全に満たしている、請求項11記載のセンサエレメント。   12. Sensor element according to claim 11, wherein the penetration guide section (31b) of the conductor track (31) completely fills the penetration guide (25).
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