JP2006153885A - 混合ガスにおけるガス成分の濃度を突き止めるためのセンサエレメントおよび該センサエレメントの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】第１、第２電極２０，２３を有しているポンプセルを備え、第１電極はセンサエレメントの測定ガス室１３に配置され、ポンプセルは酸素をセンサエレメントの測定ガス室内外にポンピングするという混合ガスのガス成分の濃度検出センサエレメント１０を、混合ガスの組成がダイナミックに変化する際にλ＝１フラクテーション特性が生じずしかもそれに伴う欠点も克服されるようにする。
【解決手段】第２電極の面拡がりは第１電極の面拡がりより大きく、第２電極は該第２の電極に向かって拡散する混合ガスに対する拡散バリヤ２６を有しており、拡散抵抗はその多孔性度および／または層厚によって規定されて結果的に、所定の印加ポンプ電圧において、両電極が混合ガスにさらされている同じ大きさの面拡がりを有しているときに発生するはずであるのと同じポンプ電流が電極間に流れることになるように選定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、第１および第２の電極を有している少なくとも１つのポンプセルを備え、第１の電極はセンサエレメントの測定ガス室に配置されておりかつポンプセルは酸素をセンサエレメントの測定ガス室内にポンピングするまたは測定ガス室外にポンピングする形式の、混合ガスにおけるガス成分の濃度を突き止めるためのセンサエレメント、例えば内燃機関の排気ガスにおける酸素濃度を突き止めるためのセンサエレメントおよび請求項１７に記載の、該センサエレメントの製造方法に関する。

従来の技術
プレーナ型の固体電解質から形成されておりかつ電気化学的なポンプセル並びにこのセルと協働する電気化学的なネルンストまたは濃度セルを有している、内燃機関の排気ガスにおける酸素濃度を突き止めるためのセンサエレメントが公知である。この形式の酸素センサはワイドバンドラムダセンサもしくは広帯域λセンサとも称される。

ポンプセルの電極を用いて、センサの測定ガス室から酸素が排気ガス流にポンピングされるまたは排気ガス流から測定ガス室中にポンピングされる。このためにポンプ電極の１つは測定ガス室にさらされておりかつもう１つはセンサエレメントの、排気ガス流にさらされている外面に被着されている。濃度セルの電極は、１つは同様に測定ガス室にあり、これに対して他方は通常は空気が充填される参照ガス通路にあるように配置されている。この配置により、測定ガス室における測定電極の酸素電位と濃度セルに加わる、測定可能な電圧の形の参照電極の参照酸素電位との直接的な比較が可能である。測定技術的に、ポンプセルの電極に加えるべきポンプ電圧は、濃度セルにおいて予め定めた電圧値が保持されるように選択される。センサエレメントの、酸素濃度に比例する測定信号として、ポンプセルの電極間を流れるポンプ電流が用いられる。

この制御により、混合ガスにおけるλ値が１より小さい場合（λ値＜１）、酸素はセンサエレメントの大表面に配置されている外側のポンプ電極からセンサエレメントの内部における測定ガス室内に設けられている、内側のポンプ電極へ移送されかつλ値＞１の場合には酸素は内側のポンプ電極から外側のポンプ電極へ移送されることになる。従ってλ＝１の場合にはポンプ電極の極性反転およびイオン伝導する固体電解質材料内の短時間の電荷転送が生じることになり、これによりポンプセルを制御する濃度セルに電圧が誘起される。外部に加えられるポンプ電圧の極性反転の他に、λ値＞１からλ値＜１への移行時に外部および内部のポンプ電極間に電気化学的電位もしくはネルンスト電位が生じ、この電位はλ値＜１からλ値＞１への移行時に再び消失する。これらの過程の結果として電気化学的なポンプセルの制御の短時間の乱れが生じ、ひいては混合ガスの組成が飛躍的に変化した場合にセンサエレメントの測定信号に不足振動または過振動現象が生じる。このことはいわゆるλ＝１リップルもしくはフラクテーション特性と称される。

この問題を解決するために例えばＤＥ１９８０５０２３Ａ１において、外側のポンプ電極を突き止めるべき混合ガスに対して遮蔽する保護層を２層で実現することが提案され、この場合に生じる保護層は比較的大きな層厚を有し、従って拡散するガスに比して一層高い拡散抵抗を有している。このような手法で外側のポンプ電極における極性反転は比較的緩慢に生じかつλ＝１フラクテーション特性の減衰が観察される。しかしより厚い保護層の使用により所要ポンピング電圧が高められることになり、このためにセンサエレメントの長時間作動は一段と高められかつこうしてセンサエレメントのドライブ制御電子装置には過要求が課せられることになる。

更にＤＥ１０１５１３２８Ａ１から、λ＝１フラクテーション特性の問題を解決するために、外側のポンプ電極の面の拡がりを内側のポンプ電極の面の拡がりに比べて著しく縮小しかつこのようにして外側のポンプ電極の領域における電荷担体の数を低減することが公知である。しかし外側のポンプ電極の面の拡がりが比較的小さいのは望ましくない。というのはこうなっている場合この電極における局所的な腐食現象の作用が測定技術的にますますつよく重みを持ってきて、結果的に所要ポンプ電圧が一段と高くなる。
ＤＥ１９８０５０２３Ａ１ ＤＥ１０１５１３２８Ａ１

本発明の課題は、混合ガスの組成がダイナミックに変化する際に実質的にλ＝１フラクテーション特性を呈せず、にも拘わらず従来技術においては生じた欠点を回避したセンサエレメントを提供することである。

この課題は本発明によればセンサエレメントにおいては請求項１の特徴部分に記載の構成によりおよび方法においては請求項１７の特徴部分に記載の構成によって解決される。

請求項１に記載のセンサについては、冒頭に述べた形式のセンサエレメントから出発して、第２の電極の面拡がりは第１の電極の面拡がりより大きくかつ第２の電極は該第２の電極に向かって拡散する混合ガスに対する拡散バリヤを有しており、該拡散バリヤの拡散抵抗はその多孔性度および／または層厚によって規定されて結果的に、第１および第２の電極に印加される予め定めたポンプ電圧において、２つの電極が混合ガスにさらされている同じ大きさの面拡がりを有しているときに発生するはずであるのと実質的に同じポンプ電流が電極間に流れることになるように選定されていることを特徴とするセンサエレメントによって解決される。

請求項１７に記載のセンサエレメントの製造方法については、センサエレメントの固体電解質層に電気化学的なポンプセルの２つの電極を設け、ここで第２の電極の面拡がりは第１の電極の面拡がりより大きくかつ第２の電極は該第２の電極に向かって拡散する混合ガスに対する拡散バリヤを備え、該拡散バリヤの多孔性度および／または層厚は、第１および第２の電極に印加される予め定めたポンプ電圧において、２つの電極が混合ガスにさらされている同じ大きさの面拡がりを有しているときに発生するはずであるのと実質的に同じポンプ電流が電極間に流れることになるように選定されることによって解決される。

本発明のセンサエレメントおよび本発明のセンサエレメントの製造方法は、混合ガスの組成が変化した場合にも混合ガスのガス成分を信号過振動（λ＝１フラクテーション特性）が生じることなく突き止めることができるという利点を有している。その際上述したようにセンサエレメントの外側のポンプ電極の面拡がりは内側のポンプ電極の面拡がりより大きく実現されておりかつ外側のポンプ電極は拡散バリヤを用いて外側のポンプ電極に向かって拡散する混合ガスに対して遮蔽されており、該拡散バリヤの拡散抵抗は、第１および第２の電極に印加される予め定めたポンプ電圧において、２つの電極が混合ガスにさらされている同じ大きさの面拡がりを有しているときに発生するはずであるのと実質的に同じポンプ電流が電極間に流れることになるように選定されている。

従属請求項に記載の構成によって独立請求項に記載のセンサエレメントの有利な発展形態および改良形態が可能である。

例えば、混合ガスにさらされている、外側の電極の大表面が内側の電極の大表面の１．５ないし６倍であれば有利である。

更に、拡散バリヤは二酸化ジルコニウムから成る多孔性のセラミック層として実現されていると有利である。その理由は、このようにすれば拡散バリヤはコスト面で有利にしかも長時間安定して実現することができかつ同時に外側のポンプ電極の、周囲の固体電解質材料に対するイオン伝導結合に一層役立つことになるからである。

別の有利な実施形態において、外側のポンプ電極の、混合ガスにさらされている大表面は６ないし１０ｍｍ^２の拡がりを有している。

本発明の特別有利な実施形態においてセンサエレメントは測定ガス側の端部と保持体側の端部とを有しており、その際外側のポンプ電極の、混合ガスにさらされている大表面の拡がりはセンサエレメントの、測定ガス側の端部の方向に増加していく。このようにすれば通例のセンサエレメントにおいて外側のポンプ電極の面重心とセンサエレメントに集積されている参照電極との間のできるだけ大きな距離が実現される。

有利には、センサエレメントの外側のポンプ電極に中空室が配置されている。その際中空室は外側のポンプ電極の、内側のポンプ電極とは反対の側に配置されている。中空室を設けたことにより、ガス交換が一層緩慢に外側のポンプ電極に到着することが可能になる。その際中空室は、交換を一段と遅くする付加的な溜めを形成する。これにより信号過振動（λ＝１フラクテーション特性）の発生が更に低減される。殊に外側のポンプ電極の拡大された面と組み合わされて、ポンプセルの、ダイナミック圧力変化に対するリアクションは低減される。このようにして拡大された外側のポンプ電極はダイナミックな圧力依存性をフィルタリングする。こうしてセンサのダイナミック特性がλに依存しないようにすることができる。更に、所要ポンプ電圧はセンサエレメントの寿命全体にわたって小さく維持され、これにより殊にセンサエレメントの全体の寿命を延ばすことができる。

有利には中空室は、拡散バリヤの多孔性度より高い多孔性度を有している多孔性の材料によって充填されている。従って中空室は択一的に完全に中空であるかあるいは部分的にまたは完全に高い多孔性度の多孔性の材料によって充填されているようにすることができる。

更に有利には中空室は、外側のポンプ電極の面全体上に形成されている。

外側のポンプ電極上の中空室は有利には５μｍないし５０μｍの間の厚さ、殊に１５μｍの厚さを有している。

中空室の上方に配置されている拡散バリヤは、０．５ｍｂａｒの酸素分圧において外側および内側のポンプ電極間に２０μＡないし４５μＡの限界電流が生じるような厚さを有している。

有利には、拡散バリヤは気密の層を有している。これにより拡散路長は延長されかつ外側のポンプ電極に対するガス接近は側方の領域に制限される。気密層は有利にはＺｒＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_２から形成されている。

更に有利には、外側のポンプ電極に対するリードのアイソレーションは外側のポンプ電極のリードの接続コンタクトの方向に外側のポンプ電極から離れるようにずらされている。その際アイソレーション層は１００μｍないし２０００μｍの間、殊に３５０μｍ、接続コンタクトの方向にずらされている。これにより、センサエレメントの設計の際に付加的な自由度が得られて、これにより殊に、信号過振動（λ＝１フラクテーション特性）とダイナミック圧力変化に対するリアクションとの間の最適化を図ることができるようになる。

次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説明する。

図１および図２は本発明の第１実施例の基本的な構成を示している。１０で示されているのは、電気化学的なガスセンサのプレーナ型センサエレメントである。これは例えば複数の酸素イオン伝導固体電解質１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄおよび１１ｅを有している。その際固体電解質１１ａ，１１ｃおよび１１ｅはセラミックシートとして実現されておりかつプレーナ型セラミック体を形成している。これらは例えばＹ_２Ｏ_３により安定化されたまたは部分安定化されたＺｒＯ_２のような酸素イオン伝導固体電解質材料から成っている。

これに対して固体電解質１１ｂおよび１１ｄは粥状のセラミック材料のシルクスクリーンを用いて例えば固体電解質層１１ａに生成される。粥状の材料のセラミック成分として有利には、固体電解質１１ａ，１１ｃおよび１１ｅの成分でもある同じ固体電解質材料が使用される。

センサエレメント１０のプレーナ型セラミック体の集積された形のものは固体電解質層１１ｂ，１１ｄおよび機能層によってプリントされたセラミックシートの合成ラミネート加工およびラミネート加工された構造体の引き続く焼結によりそれ自体公知の仕方で製造される。

センサエレメント１０は測定ガス室１３の形状の内部ガス室を内に持っている。これは例えばリング形状に実現されておりかつ孔２５を介して混合ガス雰囲気と接続されている。孔２５は有利には固体電解質層１１ａにおいてセンサエレメント１０の表面に対して垂直に取り付けられている。

混合ガスの方を直接向いている、センサエレメント１０の大表面において固体電解質層１１ａの上に外側のポンプ電極２３が配置されている。この電極は多孔性の保護層２６によって被覆されかつ有利には孔２５の周囲にリング形状に配置されている。固体電解質層１１ａの、測定ガス室１３の方を向いている側にはこれに属する内側のポンプ電極２０がある。この電極は測定ガス室１３のリング形状という幾何学的形状に整合されて同じようにリング形状に実現されている。両方のポンプ電極２０，２３は一緒に電気化学的なポンプセルを形成している。

内側のポンプ電極２０に対向して測定ガス室１３に測定電極２１がある。これも例えばリング形状に実現されている。これに属する参照電極２２は参照ガス通路１５に配置されている。これは有利には測定ガス室１３と同じ固体電解質層１１ｂに集積されておりかつ例えば多孔性のセラミック材料が充填されている。択一的に参照ガス通路１５は参照ガス雰囲気と接触している中空室として実現されていてもよい。測定および参照電極２１，２２は一緒にネルンストもしくは濃度セルを形成している。

測定ガス室１３内で混合ガスの拡散方向において内側のポンプ電極２０および測定電極２１に多孔性の拡散バリヤ２７が前置されている。多孔性の拡散バリヤ２７は電極２０，２１に向かって拡散する混合ガスに関する拡散抵抗を形成している。多孔性のセラミック材料が充填されている参照ガス通路１５の場合、拡散バリヤ２７および参照ガス通路１５の充填物は例えば、プロセスステップにおける合理的な製造を可能にするために同じ材料から成っている。

外側のポンプ電極２３は図２に図示の、固体電解質層１１ａの表面上に被着されている導体路３０によってコンタクト形成される。電気的なアイソレーションのために固体電解質層１１ａと導体路３０との間に例えばアルミニウム酸化物から実現されているアイソレーション層３２が存在している。測定電極２１および参照電極２２のコンタクト形成も導体路を介して行われる。この導体路は分かり易くするために図示されていないが、電解質層１１ｂおよび１１ｃの間にガイドされておりかつ図示されていないスルーホールを介してセンサエレメントの大表面に接続されている。

センサエレメントの電極において混合ガス成分の熱力学的な平衡状態が生じることを保証するために、有利には使用されるすべての電極は例えば白金のような触媒作用する材料から成っており、その際すべての電極に対する電極材料はそれ自体公知の手法でサーメットとして使用されて、セラミックシートによって焼結される。

更に抵抗加熱体４０が固体電解質層１１ｄに集積されておりかつ例えばＡｌ２Ｏ３から成る電気的なアイソレーション部４１に埋め込まれている。抵抗加熱体４０を用いてセンサエレメント１０は例えば７５０℃という相応の作動温度に加熱される。

内側および外側のポンプ電極２０，２３は一緒にポンプセルを形成している。これは測定ガス室１３からの酸素輸送および測定ガス室１３への酸素輸送作用をする。測定電極２１および参照電極２２は濃度セルとして相互接続されている。このセルにより、測定ガス室１３における酸素濃度に依存している、測定電極２１の酸素分圧と測定可能な電圧の形の参照電極２２の酸素分圧との直接的な比較が可能になる。ポンプセルに加えるべきポンプ電圧の高さは、濃度セルに例えば４５０ｍＶという一定の電圧が生じるように選択される。排気ガス中の酸素濃度に比例している測定信号として、ポンプセルの電極間に流れるポンプ電流が用いられる。

既に冒頭で説明したように、電気化学的なポンプセルの制御は、混合ガスにおけるλ値＜１の場合酸素は外側のポンプ電極から内側のポンプ電極に輸送されかつλ値＞１の場合には内側のポンプ電極から外側のポンプ電極に酸素が輸送されるような仕方で行われる。従ってλ＝１においてポンプ電極２０，２３で極性反転が行われることになり、いわゆるλ＝１フラクテーション特性と称される測定信号の不足振動もしくは過振動現象という所望しない効果が生じることになる。

そこで、保護層２６により高い拡散抵抗を備えかつ同時に外側のポンプ電極２３の面拡がりを拡大することが提案される。このことは以下のような範囲で行われる：保護層２６の比較的大きな拡散抵抗によって生じる、ポンプセルにおける所要ポンプ電圧の一層の増加が外側のポンプ電極２３の面拡がりの相応の拡大によって実質的に取り消されかつ内側および外側のポンプ電極が同じように定められておりかつ予め定めたポンプ電圧を印加した場合に、外側のポンプ電極が通例の多孔性のセラミック保護層によって被覆されているというセンサエレメントの場合と実質的に同じポンプ電流が生じる。

内側のポンプ電極２０の面拡がりが例えば約２．７ｍｍ^２であるとき、外側のポンプ電極２３に対して例えば６ないし１０ｍｍ^２の面拡がりが設定される。外側のポンプ電極２３の面の、内側のポンプ電極２０の面に対する比は有利には３ないし６、殊に２ないし５である。ポンプ電極２０，２３間に生じるポンプ電流は例えば０．５ｈＰａの酸素分圧の場合に１８０μＡである。

保護層２６の拡散抵抗を拡大するために、その多孔性度を低減するかまたはその層厚を大きくすることができる。図１に示されている実施例では保護層２６は２層に実現されており、その際多孔性度が高い部分２６ａ並びに多孔性度が低い部分２６ｂが設けられている。保護層２６は、外側のポンプ電極２３が実質的に被覆されているように実現されている。その際保護層２６は孔２５の領域に突き抜け箇所を有していることができるが、このような突き抜け箇所を設けないようにしてもよい。

図３には図１および図２に図示の実施例の変形例が図示されている。その際同じ参照符号は図１および図２と同じ構成要素を表している。図３に図示の外側のポンプ電極２３は、センサエレメント１０の測定が須川の端部の方向に配向されている面重心によって特徴付けられている。この配置構成のバックグラウンドは、そうした場合に外側のポンプ電極２３の面重心と参照電極２２の面重心との距離をできるだけ大きくするということである。

次に図４および図５を参照して本発明の第２実施例のセンサエレメント１０について説明する。その際同じもしくは機能的に同じ部分は第１実施例と同じ参照符号が付されている。

第１実施例と異なって第２実施例は外側のポンプ電極２３の上方に付加的に中空室５０を有している。中空室５０はリング形状に形成されておりかつ外側のポンプ電極２３の、外側を向いている面全体の上方に形成されている。中空室５０の厚さは５μｍないし１５μｍの間、殊に１５μｍにある。

図４から分かるように、中空室は保護層２６の領域、より正確には領域２６ａに形成されている。この実施例において保護層２６は気密なカバー層２６ｃを備えている。これにより、外側のポンプ電極２３までのガス搬入が側方からしか行われないようにすることができる。気密な層２６ｃは有利にはＺｒＯ_２またはＡｌ_２Ｏ_３から形成されている。

外側のポンプ電極２３の面は内側のポンプ電極２０の比べて著しく拡大されておりかつ有利には１０ｍｍ^２である。その際保護層２６は、０．５ｍｂａｒの分圧において限界電流が４５μｍ以下、有利には２０μｍにまで低下するように選定されている。

更に図５に示されているように、リードアイソレーション部３２を導体路３０の接続コンタクトの方向にずらすことができる。その際リードアイソレーション部は弓形に切り欠かれている領域３２ａを有している。これにより外側のポンプ電極の、濃度セルに対する結合が強化されて、ポンプセルの、圧力変動に対する反応は弱められるようになっている。

従って第２実施例に示されている、拡大された外側のポンプ電極２３と中空室５０との有利な組み合わせによって、λ＝１フラクテーション特性およびダイナミックな圧力変化に対するセンサエレメントの反応に関して最適に調整設定されたセンサエレメントを実現することができる。従来技術において殊に、外側のポンプ電極の小さな面および測定ガス側にずらされているリードアイソレーション部のためにダイナミックな圧力変化に対するセンサエレメントの反応は大きいものになる。今や、外側のポンプ電極２３上の中空室５０のためにガス交換の伝達は緩慢になる。従って、センサエレメントのダイナミック特性はλに無関係になるので、一層正確な測定が可能になるようにすることができる。

その他の点では第２実施例のセンサエレメントは第１実施例のセンサエレメントに対応しているので、そこで行った説明を参照することができる。

図６には本発明の第３の実施例のセンサエレメント１０が示されており、その際同じもしくは機能的に同じ部分はこれまでの実施例と同じ参照符号が付されている。

第２実施例とは異なって、第３の実施例のセンサエレメント１０では外側のポンプ電極２３の上方の中空室５０は多孔性の材料５１が充填されている。多孔性の材料５１は保護層２６の多孔性度より高い多孔性度を有している。外側のポンプ電極２３の上方の中空室５０における多孔性の材料５１の多孔性度のこの選択によって、センサエレメント１０の設計に関する一層の自由度が得られる。その他の点でこの実施例は第２実施例に相応するので、そこで行った説明を参考にすることができる。

本発明のセンサエレメントおよびその製造方法は行われた具体的な実施形態に制限されておらず、別の測定電極、固体電解質層な度を有している別の実施形態も考えられる。更に外側のポンプ電極もしくはその保護層の説明してきた形態は、例えば窒化酸化物、硫化酸化物、アンモニアまたは炭化水素のような別のガスを測定もしくは特定するために用いられるセンサエレメントの場合にも適用することができる。

本発明の第１実施例のセンサエレメントの縦断面略図 図１のセンサエレメントの大表面の平面略図 第１の実施例の変形例のセンサエレメントの大表面の平面略図 本発明の第２実施例のセンサエレメントの縦断面略図 図４に図示のセンサエレメントの平面略図 本発明の第３実施例のセンサエレメントの縦断面略図

符号の説明

１０ センサエレメント、 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄおよび１１ｅ 酸素イオン伝導固体電解質、 １３ 測定ガス室、 １５ 参照ガス通路、 ２０ 内側のポンプ電極、 ２１ 測定電極、 ２２ 参照電極、 ２３ 外側のポンプ電極、 ２５ 孔、 ２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ（カバー層） 保護層、 ２７ 多孔性の拡散バリヤ、 ３０ 導体路、 ３２ アイソレーション層、 ４０ 抵抗加熱体、 ４１ 電気的なアイソレーション部、 ５０ 中空室、 ５１ 多孔性の材料

Claims (17)

1. 混合ガスにおけるガス成分の濃度を突き止めるためのセンサエレメントであって、
   第１および第２の電極（２０，２３）を有している少なくとも１つのポンプセルを備え、第１の電極（２０）はセンサエレメントの測定ガス室（１３）に配置されておりかつポンプセルは酸素をセンサエレメントの測定ガス室（１３）内にポンピングするまたは測定ガス室（１３）外にポンピングする
   形式のものにおいて、
   第２の電極（２３）の面拡がりは第１の電極（２０）の面拡がりより大きくかつ
   第２の電極（２３）は該第２の電極（２３）に向かって拡散する混合ガスに対する拡散バリヤ（２６）を有しており、該拡散バリヤの拡散抵抗はその多孔性度および／または層厚によって規定されて結果的に、第１および第２の電極（２０，２３）に印加される予め定めたポンプ電圧において、２つの電極（２０，２３）が混合ガスにさらされている同じ大きさの面拡がりを有しているときに発生するはずであるのと実質的に同じポンプ電流が電極（２０，２３）間に流れることになるように選定されている
   ことを特徴とするセンサエレメント。
2. 第１および第２の電極（２０，２３）間に発生するポンプ電流は混合ガス中の酸素分圧が０．５ｈＰａの場合、１５０ないし２２０μＡの間にある
   請求項１記載のセンサエレメント。
3. 混合ガスにさらされている、第２の電極（２３）の大表面は第１の電極（２０）の大表面の１．５ないし６倍である
   請求項１または２記載のセンサエレメント。
4. 混合ガスにさらされている、第２の電極（２３）の大表面は第１の電極（２０）の大表面の３ないし５倍である
   請求項１または２記載のセンサエレメント。
5. センサエレメントは測定ガス側の端部と保持体側の端部とを有しており、かつ
   第２の電極（２３）の、混合ガスにさらされている大表面の拡がりはセンサエレメントの、測定ガス側の端部の方向に増加していく
   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。
6. 拡散バリヤ（２６）は多孔性のセラミック層として実現されている
   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。
7. 拡散バリヤ（２６）は二酸化ジルコニウムから実現されている
   請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
8. 第２の電極（２３）の、混合ガスにさらされている大表面は６ないし１０ｍｍ^２の拡がりを有している
   請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
9. 第２の電極（２３）の、第１の電極（２０）とは反対の側に中空室（５０）が配置されている
   請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
10. 中空室（５０）は、拡散バリヤ（２６）より高い多孔性度を有している多孔性の材料（５１）によって充填されている
    請求項９記載のセンサエレメント。
11. 中空室（５０）は第２の電極（２３）の面全体上に形成されている
    請求項９または１０記載のセンサエレメント。
12. 中空室（５０）は５μｍないし５０μｍの間の厚さを有している
    請求項９から１１までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
13. 拡散バリヤ（２６）は、０．５ｍｂａｒの酸素分圧において第１および第２の電極（２０，２３）の間に２０μＡないし４５μＡの限界電流が生じるような厚さを有している
    請求項９から１２までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
14. 拡散バリヤ（２６）は気密の層（２６ｃ）を有している
    請求項１３記載のセンサエレメント。
15. 第２の電極（２３）に対する導体路（３０）のアイソレーション層（３２）は導体路（３０）の接続コンタクトの方向にずらされている
    請求項９から１４までのいずれか１項記載のセンサエレメント。
16. アイソレーション層（３２）は導体路（３０）の接続コンタクトの方向に１００μｍないし２０００μｍだけずらされている
    請求項１５記載のセンサエレメント
17. 請求項１から１６までのいずれか１項記載の、混合ガスにおけるガス成分の濃度を突き止めるためのセンサエレメントの製造方法において、
    センサエレメントの固体電解質層（１１ａ）に電気化学的なポンプセルの２つの電極（２０，２３）を設け、ここで第２の電極（２３）の面拡がりは第１の電極（２０）の面拡がりより大きくかつ第２の電極（２３）は該第２の電極（２３）に向かって拡散する混合ガスに対する拡散バリヤ（２６）を備え、該拡散バリヤの多孔性度および／または層厚は、第１および第２の電極（２０，２３）に印加される予め定めたポンプ電圧において、２つの電極（２０，２３）が混合ガスにさらされている同じ大きさの面拡がりを有しているときに発生するはずであるのと実質的に同じポンプ電流が電極（２０，２３）間に流れることになるように選定される
    ことを特徴とするセンサエレメントの製造方法。

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