JP2873250B2 - ガス混合物のλ値の測定用限界電流式センサのためのセンサ素子 - Google Patents
ガス混合物のλ値の測定用限界電流式センサのためのセンサ素子Info
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Description
【発明の詳細な説明】 技術の現状 本発明は請求項１記載の種類による限界電流式センサ
のためのセンサ素子からの発案である。拡散限界電流原
理に従って作動するこの種センサ素子では一般には拡散
限界電流を一定の、センサ素子の両電極に負荷している
電圧で測定する。この電流は燃焼過程の際に発生する排
ガスにおいて、ポンプ電極に対するガスの拡散が進行す
る電極反応の速度を決定するかぎりは酸素濃度に存在す
る。このような、ポーラログラフィーの測定原理により
作動するセンサは、陽極もまた陰極も測定すべきガスに
さらされ、その際陰極は、拡散限界電流帯域においての
作動を達成するため拡散バリヤーを有するように構成す
ることは公知である。
のためのセンサ素子からの発案である。拡散限界電流原
理に従って作動するこの種センサ素子では一般には拡散
限界電流を一定の、センサ素子の両電極に負荷している
電圧で測定する。この電流は燃焼過程の際に発生する排
ガスにおいて、ポンプ電極に対するガスの拡散が進行す
る電極反応の速度を決定するかぎりは酸素濃度に存在す
る。このような、ポーラログラフィーの測定原理により
作動するセンサは、陽極もまた陰極も測定すべきガスに
さらされ、その際陰極は、拡散限界電流帯域においての
作動を達成するため拡散バリヤーを有するように構成す
ることは公知である。
公知の限界電流センサは、シリンダーで焼焼する空
気：動力用燃料混合物の“全酸素／動力用燃料の完全燃
焼に必要な酸素”の比を表わす排ガス混合物のλ値の測
定のためにふつう使用される。
気：動力用燃料混合物の“全酸素／動力用燃料の完全燃
焼に必要な酸素”の比を表わす排ガス混合物のλ値の測
定のためにふつう使用される。
簡単で格安な製造法にもとづき近年実際にはセラミッ
ク箔およびスクリーン印刷技術で製造できるゾンデおよ
びセンサ素子の製造が価値を認められた。
ク箔およびスクリーン印刷技術で製造できるゾンデおよ
びセンサ素子の製造が価値を認められた。
簡単で合理的には平面状のポーラログラフィーのゾン
デは薄片状または箔状の酸素電導性固体電解質、例えば
安定化二酸化ジルコニウムから、製造され、該固体電解
質は両面ポンプ電極の１（内部または外部）およびそれ
に付属するリード板で被覆される。その際内部ポンプ電
極は有利には拡散スリットまたは拡散通路の端にあっ
て、それを通して測定ガスが拡散することができ、かつ
それはガス拡散抵抗として役立つ。
デは薄片状または箔状の酸素電導性固体電解質、例えば
安定化二酸化ジルコニウムから、製造され、該固体電解
質は両面ポンプ電極の１（内部または外部）およびそれ
に付属するリード板で被覆される。その際内部ポンプ電
極は有利には拡散スリットまたは拡散通路の端にあっ
て、それを通して測定ガスが拡散することができ、かつ
それはガス拡散抵抗として役立つ。
さらに西ドイツ特許出願公開第3543759号明細書なら
びにヨーロッパ特許公開第0142992号、同第0142993号、
同第0188900号および同第0194082号明細書からセンサ素
子および検出器が公知であるが、これらに共通している
ことはこれらはそれぞれ、薄片または箔状の酸素を伝導
する固体電解質および二つのその上に配置された電極か
らなりかつ一つの共通した拡散スリットまたは拡散通路
をもつポンプセルおよびセンサーセルを持っていること
である。
びにヨーロッパ特許公開第0142992号、同第0142993号、
同第0188900号および同第0194082号明細書からセンサ素
子および検出器が公知であるが、これらに共通している
ことはこれらはそれぞれ、薄片または箔状の酸素を伝導
する固体電解質および二つのその上に配置された電極か
らなりかつ一つの共通した拡散スリットまたは拡散通路
をもつポンプセルおよびセンサーセルを持っていること
である。
さらに西ドイツ特許出願公開第3834987号明細書では
ガス混合物、特に内燃機関のλ値の測定のための、O2-
イオン伝導性固体電解質に配設されたポンプ電極対を有
する限界電流式センサ用センサ素子が記載されている
が、そこでは内部ポンプ電極は拡散スリットを介して測
定ガスに連結し該拡散スリットがスクリーン印刷技術で
製造された固体電解質層により被覆されている。
ガス混合物、特に内燃機関のλ値の測定のための、O2-
イオン伝導性固体電解質に配設されたポンプ電極対を有
する限界電流式センサ用センサ素子が記載されている
が、そこでは内部ポンプ電極は拡散スリットを介して測
定ガスに連結し該拡散スリットがスクリーン印刷技術で
製造された固体電解質層により被覆されている。
特に多数の固体電解質箔の積層により、特に安定化さ
れたZrO2をベースとする箔の積層により製造される公知
のセンサ素子の不利は拡散層の幾何学図形の事後の変
更、例えば既製の焼結済のセンサ素子の校正の目的には
ふつう困難であることである。事実限界電流ゾンデでは
拡散電流の大きさは、種々の方法で製造され得る拡散バ
リヤーの形状に依存する。セラミックゾンテにおいては
この種拡散バリヤーは有利には未焼結のセラミック基板
上にスクリーン印刷法によって施され、その後で全体を
焼結する。こうして始めて限界電流が測定できる。
れたZrO2をベースとする箔の積層により製造される公知
のセンサ素子の不利は拡散層の幾何学図形の事後の変
更、例えば既製の焼結済のセンサ素子の校正の目的には
ふつう困難であることである。事実限界電流ゾンデでは
拡散電流の大きさは、種々の方法で製造され得る拡散バ
リヤーの形状に依存する。セラミックゾンテにおいては
この種拡散バリヤーは有利には未焼結のセラミック基板
上にスクリーン印刷法によって施され、その後で全体を
焼結する。こうして始めて限界電流が測定できる。
この不利を排除するためには、例えばヨーロッパ特許
公開第0191627号明細書から、センサ本体に調整し得る
抵抗を有するセンサ素子を使用することが公知である。
それでもここで不利であるのはこのようなセンサ素子の
製造は比較的費用がかかり高価でありかつそのためにセ
ンサ本体に付加的な電気的接続が必要であることであ
る。
公開第0191627号明細書から、センサ本体に調整し得る
抵抗を有するセンサ素子を使用することが公知である。
それでもここで不利であるのはこのようなセンサ素子の
製造は比較的費用がかかり高価でありかつそのためにセ
ンサ本体に付加的な電気的接続が必要であることであ
る。
本発明の利点 請求項１のすぐれた特徴を有する本発明によるセンサ
素子は、ヨーロッパ特許公開第0191627号明細書から公
知の素子に対して、簡単に製造することができかつ電気
的接続部が殆ど必要ないという重要な利点があることで
ある。本発明によるセンサ素子の場合に既製のセンサ素
子の拡散抵抗の変更が、拡散層へのガスの入口開口部を
機械的にまたはレーザー切断により順次拡げることによ
り広い範囲に可能であることである。従って、製造され
たセンサ素子の拡散抵抗が有利な負荷範囲で作動できる
ためには余りに大きいということが生じれば、こうして
調整帯域の部分を機械的な方法でまたはレーザ切断で切
り離す。
素子は、ヨーロッパ特許公開第0191627号明細書から公
知の素子に対して、簡単に製造することができかつ電気
的接続部が殆ど必要ないという重要な利点があることで
ある。本発明によるセンサ素子の場合に既製のセンサ素
子の拡散抵抗の変更が、拡散層へのガスの入口開口部を
機械的にまたはレーザー切断により順次拡げることによ
り広い範囲に可能であることである。従って、製造され
たセンサ素子の拡散抵抗が有利な負荷範囲で作動できる
ためには余りに大きいということが生じれば、こうして
調整帯域の部分を機械的な方法でまたはレーザ切断で切
り離す。
調整帯域の部分の機械的切断は有利には継続する測定
の間にサンドブラストまたはセラミック製鋸を用いて限
界電流を一定の値に調整し、その際機械的加工によって
トンネル入口、例えば図２により拡散層５の調整帯域８
により形成されるトンネル入口を拡げるように行う。
の間にサンドブラストまたはセラミック製鋸を用いて限
界電流を一定の値に調整し、その際機械的加工によって
トンネル入口、例えば図２により拡散層５の調整帯域８
により形成されるトンネル入口を拡げるように行う。
レーザー切断により調整帯域の部分の切り離す場合に
はレーザー切断によりトンネル入口を、一定の限界電流
が流れるまで開口して相応するように行う。
はレーザー切断によりトンネル入口を、一定の限界電流
が流れるまで開口して相応するように行う。
拡散層の形状寸法は個々の場合の所与の状態に適合さ
せる。このことは拡散層はきわめて異った形状および寸
法を持ち得ることを意味する。
せる。このことは拡散層はきわめて異った形状および寸
法を持ち得ることを意味する。
例えばそれは四角の電極の場合はこれを幾何学的に類
似して被覆しまたは円形の電極の場合にはこれを円形に
包むことができる。歯形の数、長さおよび互からの距離
は有利には継続し得る電極表面に依存し、拡散してくる
ガス量に相応して電極が有利な負荷範囲で作動できるよ
うに選択する。
似して被覆しまたは円形の電極の場合にはこれを円形に
包むことができる。歯形の数、長さおよび互からの距離
は有利には継続し得る電極表面に依存し、拡散してくる
ガス量に相応して電極が有利な負荷範囲で作動できるよ
うに選択する。
本発明によるセンサ素子は公知のセンサ素子の代りに
通常の構造の限界電流センサに平面の構造を利用させ
る。その際広帯域センサ［λ≧１］およびリーン空燃比
センサ［λ＞１］が考えられる。こうして本発明による
センサ素子はポンプセルとしてだけで、場合により加熱
素子と共に、例えばデーゼルエンジンのリーン空燃比セ
ンサとして構成することおよび通常の、例えば西ドイツ
特許出願公開第3206903号および3537051号明細書から公
知のタイプのセンサの通例のハウジングにこのようなも
のとして組込み希薄のまたは豊富な排ガスにおける燃料
−空気比率の測定に使用することができる。しかしまた
本発明によるセンサ素子はポンプセルのほかにこれに加
えてなお、付加的の空気照合通路で装備されその電極は
ポンプセルの拡散通路のポンプ電極の帯域において配置
されそのほかの電極は空気照合通路にあるセンサセル
（ネルンストセル）を有することもできる。
通常の構造の限界電流センサに平面の構造を利用させ
る。その際広帯域センサ［λ≧１］およびリーン空燃比
センサ［λ＞１］が考えられる。こうして本発明による
センサ素子はポンプセルとしてだけで、場合により加熱
素子と共に、例えばデーゼルエンジンのリーン空燃比セ
ンサとして構成することおよび通常の、例えば西ドイツ
特許出願公開第3206903号および3537051号明細書から公
知のタイプのセンサの通例のハウジングにこのようなも
のとして組込み希薄のまたは豊富な排ガスにおける燃料
−空気比率の測定に使用することができる。しかしまた
本発明によるセンサ素子はポンプセルのほかにこれに加
えてなお、付加的の空気照合通路で装備されその電極は
ポンプセルの拡散通路のポンプ電極の帯域において配置
されそのほかの電極は空気照合通路にあるセンサセル
（ネルンストセル）を有することもできる。
図面 図面には本発明によるセンサ素子の有利な実施態様を
例として示した。
例として示した。
個々には次のように示した。
第１図は本発明によるセンサ素子の第１実施態様を断
面図で図式に示し、 第２図は拡散層の形を俯瞰図式に示し 第３図は本発明によるセンサ素子の第２の実施態様を
断面図で図式に示した。
面図で図式に示し、 第２図は拡散層の形を俯瞰図式に示し 第３図は本発明によるセンサ素子の第２の実施態様を
断面図で図式に示した。
実施例の記載 第１図に図式に示したセンサ素子はセラミック支持体
１からなり、その上にリード板２′を有する内部ポンプ
電極（陰極）２およびリード板３′を有する外部ポンプ
電極（陽極）３が支持されている。該内部ポンプ電極２
に測定ガスは測定ガス入口４および拡散層５で満されて
いる拡散スリット６を介して導入される。ポンプ電極
２、リード板２′および拡散層５は気密の被覆層７で被
覆されている。
１からなり、その上にリード板２′を有する内部ポンプ
電極（陰極）２およびリード板３′を有する外部ポンプ
電極（陽極）３が支持されている。該内部ポンプ電極２
に測定ガスは測定ガス入口４および拡散層５で満されて
いる拡散スリット６を介して導入される。ポンプ電極
２、リード板２′および拡散層５は気密の被覆層７で被
覆されている。
第２図は歯形状の調整帯８を有する拡散層５の幾何学
的形状を具体的に示す。その際点線は、例えば切離する
ことのできる帯域を表わす。
的形状を具体的に示す。その際点線は、例えば切離する
ことのできる帯域を表わす。
第３図に図式に示したセンサ素子はセラミック支持体
１、付属するリード板２′を有する内部ポンプ電極２、
拡散層５、固体電解質層９、付属するリード板３′を有
する外部ポンプ電極３、絶縁層10、うわぐすり11および
被覆層７から構成される。測定ガス導入は12で行われ
る。拡散層５はこれまた同様に、第２図で例で示したよ
うな幾何学的形状を有することができる。
１、付属するリード板２′を有する内部ポンプ電極２、
拡散層５、固体電解質層９、付属するリード板３′を有
する外部ポンプ電極３、絶縁層10、うわぐすり11および
被覆層７から構成される。測定ガス導入は12で行われ
る。拡散層５はこれまた同様に、第２図で例で示したよ
うな幾何学的形状を有することができる。
拡散バリヤーとして作用する多孔性の拡散層５を通常
の印刷ペーストからのスクリーン印刷法により未焼結の
セラミック支持体に印刷することができる。しかしま
た、未焼結支持体に焼き上げた層を印刷しその後で全体
を焼結することもできる。またそれに相応する幾何学形
の多孔性焼結箔を拡散層形成に使用することもできる。
の印刷ペーストからのスクリーン印刷法により未焼結の
セラミック支持体に印刷することができる。しかしま
た、未焼結支持体に焼き上げた層を印刷しその後で全体
を焼結することもできる。またそれに相応する幾何学形
の多孔性焼結箔を拡散層形成に使用することもできる。
有利には調整帯域８を有する拡散層５はあらい多孔性
の焼結する例えばAl2O3またはZrO2をベースとするセラ
ミック質物質から構成する。その際拡散層の多孔度は、
焼結工程で燃焼し、分解しまたは蒸発する発泡剤の添加
により調整することができる。使用することのできる典
型的発泡剤は例えばサーマルカーボンブラック、合成樹
脂例ポリウレタンをベースとする、塩例炭酸アンモニウ
ムおよび、例えばテオブロミンおよびインダンスレンブ
ルーのような有機物質である。この種の発泡剤を多孔性
焼結する出発物質に、例えば多孔度10〜50％を有する物
質が生じるようなそんな量で添加する。使用する発泡剤
の粒子の大きさで決定することができる平均直径は有利
には約0.1〜10μｍにある。
の焼結する例えばAl2O3またはZrO2をベースとするセラ
ミック質物質から構成する。その際拡散層の多孔度は、
焼結工程で燃焼し、分解しまたは蒸発する発泡剤の添加
により調整することができる。使用することのできる典
型的発泡剤は例えばサーマルカーボンブラック、合成樹
脂例ポリウレタンをベースとする、塩例炭酸アンモニウ
ムおよび、例えばテオブロミンおよびインダンスレンブ
ルーのような有機物質である。この種の発泡剤を多孔性
焼結する出発物質に、例えば多孔度10〜50％を有する物
質が生じるようなそんな量で添加する。使用する発泡剤
の粒子の大きさで決定することができる平均直径は有利
には約0.1〜10μｍにある。
有利には拡散層５をさらに、クヌーセンもまた気相拡
散も生じるように形成することができる。このことは、
拡散バリヤーを形成する拡散層がクヌーセンおよび気相
拡散からなる混合拡散のための通路システムを、西ドイ
ツ特許出願公開第3728289号明細書でそれが詳細に記載
されているように、有していることを意味する。
散も生じるように形成することができる。このことは、
拡散バリヤーを形成する拡散層がクヌーセンおよび気相
拡散からなる混合拡散のための通路システムを、西ドイ
ツ特許出願公開第3728289号明細書でそれが詳細に記載
されているように、有していることを意味する。
セラミック支持体１は、通例センサ素子の製造に使用
されるような、例えばZrO2またはAl2O3をベースとする
セラミック物質から構成するが、有利にはセラミック支
持体１は公知の、O2-イオンを伝導する固体電解質箔を
製造するのに使用される４価の金属の、特に２価のアル
カリ土類金属酸化物および／または有利には３価の希土
類元素の酸化物の含有量を有するZrO2、GeO2、HfO2およ
びThO2のような酸化物の１から構成する。典型的には該
層はZrO2、CeO2、HfO2またはThO2から約50〜97モル％ま
でをおよびCaO,MgOまたはSrOおよび／または希土類元素
の酸化物および特にY2O3から50〜３モル％までを構成す
る。
されるような、例えばZrO2またはAl2O3をベースとする
セラミック物質から構成するが、有利にはセラミック支
持体１は公知の、O2-イオンを伝導する固体電解質箔を
製造するのに使用される４価の金属の、特に２価のアル
カリ土類金属酸化物および／または有利には３価の希土
類元素の酸化物の含有量を有するZrO2、GeO2、HfO2およ
びThO2のような酸化物の１から構成する。典型的には該
層はZrO2、CeO2、HfO2またはThO2から約50〜97モル％ま
でをおよびCaO,MgOまたはSrOおよび／または希土類元素
の酸化物および特にY2O3から50〜３モル％までを構成す
る。
センサ素子を製造するためには層厚0.3〜10mmに約0.5
mmを有する未焼結のセラミック物質からの箔をセラミッ
ク支持体として使用することが有利であると判明した。
mmを有する未焼結のセラミック物質からの箔をセラミッ
ク支持体として使用することが有利であると判明した。
ポンプ電極２および３およびそれに付属するリード板
２′および３′は有利には白金属の１金属、特に白金、
または白金属の金属の合金または白金属の金属とほかの
金属との合金から構成する。場合によりこれらはセラミ
ック質の支持材質、例えばYSZ粉末の形で、容量成分有
利には約40容量％で含有する。これら多孔性でかつでき
るだけ薄い。有利にはこれらは厚さ８〜15μｍを有す
る。ポンプ電極に付属するリード板は有利には同様に白
金または記載のタイプの白金合金から構成する。さらに
それらは同様に貴金属−サーメットをベースとするペー
ストから出発して製造するこができる。
２′および３′は有利には白金属の１金属、特に白金、
または白金属の金属の合金または白金属の金属とほかの
金属との合金から構成する。場合によりこれらはセラミ
ック質の支持材質、例えばYSZ粉末の形で、容量成分有
利には約40容量％で含有する。これら多孔性でかつでき
るだけ薄い。有利にはこれらは厚さ８〜15μｍを有す
る。ポンプ電極に付属するリード板は有利には同様に白
金または記載のタイプの白金合金から構成する。さらに
それらは同様に貴金属−サーメットをベースとするペー
ストから出発して製造するこができる。
ポンプ電極およびリード板の印刷に適するペーストを
公知のように有機の結合剤および／または耐剥性剤、軟
化剤および有機の溶剤を使用して製造することができ
る。その際同時に絶縁性中間層を製造すべきときは、該
ペーストに５価のまたはそれより高い価の陽イオンを有
する化合物、例えばNb2O5の僅少の量を添加することが
できる。耐剥性の添加剤としては、例えばAl2O3またはZ
rO2が適している。
公知のように有機の結合剤および／または耐剥性剤、軟
化剤および有機の溶剤を使用して製造することができ
る。その際同時に絶縁性中間層を製造すべきときは、該
ペーストに５価のまたはそれより高い価の陽イオンを有
する化合物、例えばNb2O5の僅少の量を添加することが
できる。耐剥性の添加剤としては、例えばAl2O3またはZ
rO2が適している。
気密の被覆層７を、通常平面のセンサ素子で電極の被
覆に使われているような、例えばAl2O3またはMgスピネ
ルをベースとする層から構成する。
覆に使われているような、例えばAl2O3またはMgスピネ
ルをベースとする層から構成する。
第３図に例として示した本発明によるセンサ素子の実
施態様の場合は該固体電解質層９を公知の、O2-イオン
を伝導する固体電解質箔の製造に使用される４価の金
属、特に２価のアルカリ土酸化物および／または有利に
は希土属元素の３価の酸化物の含有量を有するZrO2、Ce
O2、HfO2およびThO2のような酸化物から構成する。典型
的には該層を約50〜97モル％までをZrO2、CeO2、HfO2ま
たはThO2からおよび50〜３モル％までをCaO、MgOまたは
SrOおよび／または希土属元素の酸化物およびとくにY2O
3から構成することができる。有利には、該層をY2O3で
安定化されたZrO2から構成する。該層の厚さは有利には
10〜200μｍ、特に15〜50μｍであればよい。
施態様の場合は該固体電解質層９を公知の、O2-イオン
を伝導する固体電解質箔の製造に使用される４価の金
属、特に２価のアルカリ土酸化物および／または有利に
は希土属元素の３価の酸化物の含有量を有するZrO2、Ce
O2、HfO2およびThO2のような酸化物から構成する。典型
的には該層を約50〜97モル％までをZrO2、CeO2、HfO2ま
たはThO2からおよび50〜３モル％までをCaO、MgOまたは
SrOおよび／または希土属元素の酸化物およびとくにY2O
3から構成することができる。有利には、該層をY2O3で
安定化されたZrO2から構成する。該層の厚さは有利には
10〜200μｍ、特に15〜50μｍであればよい。
固体電解質層の製造には使用されるペーストを結合剤
および／または耐剥性剤、軟化剤および有機溶剤を使用
して製造することができる。
および／または耐剥性剤、軟化剤および有機溶剤を使用
して製造することができる。
外部ポンプ電極３のリード板３′を固体電解質層８に
対して絶縁する絶縁層10を平面のセンサ素子の製造の際
に固体電解質に対しリード板を絶縁するために通常製造
されるように、例えばAl2O3をベースとする絶縁性層が
構成する。該絶縁層10は例えば厚さ15〜20μｍでよい。
対して絶縁する絶縁層10を平面のセンサ素子の製造の際
に固体電解質に対しリード板を絶縁するために通常製造
されるように、例えばAl2O3をベースとする絶縁性層が
構成する。該絶縁層10は例えば厚さ15〜20μｍでよい。
また場合によりこのような絶縁層を支持体１および内
部ポンプ電極２のリード板２′の間に配置することもで
きる、例えば該支持体が固体電解質をベースとする支持
体、例えばZrO2支持体である場合である。それにしても
このような絶縁層の配置は必ずしも必要でない。
部ポンプ電極２のリード板２′の間に配置することもで
きる、例えば該支持体が固体電解質をベースとする支持
体、例えばZrO2支持体である場合である。それにしても
このような絶縁層の配置は必ずしも必要でない。
釉11は多孔性で、通例平面のセンサ素子で電極の被覆
に使われるように、例えばAl2O3またはMgスピネルをベ
ーストとする層から構成する。該釉の厚さは例えば10〜
40μｍにある。
に使われるように、例えばAl2O3またはMgスピネルをベ
ーストとする層から構成する。該釉の厚さは例えば10〜
40μｍにある。
本発明の有利な態様によれば該多孔性の釉を西ドイ特
許出願公開第3737215号明細書から公知のタイプのその
中に埋込れたZrO2粒子を有するAl2O3および／またはMg
スピネル母材から構成する。
許出願公開第3737215号明細書から公知のタイプのその
中に埋込れたZrO2粒子を有するAl2O3および／またはMg
スピネル母材から構成する。
実施例 第３図に図式に示したタイプのセンサ素子の製造のた
めに支持体として層厚0.5mmの酸化イットリウムで安定
化された二酸化ジルコニウムからの箔を使用した。第２
図に示した幾何学的形状を有する拡散層５をテオブロミ
ンおよび10μｍの粒度を有するあらい粒子のZrO2からの
混合物からのスクリーン印刷層によって厚膜技術にもた
らし、その際該テオブロミンを後の焼結工程で温度帯域
約300℃で蒸発させる。該ZrO2固体電解質９を粒子大き
さ１〜２μｍのY2O3で安定化したZrO2からのペーストの
印刷で製造する。印刷した層は厚さ80μｍである。白金
からなるポンプ電極２および３の取り付けは同様に公知
のスクリーン印刷技術で行い、その際、外部ポンプ電極
を支えている固体電解質層の表面上に外部ポンプ電極の
リード板の帯域で先づ10μｍ厚さのAl2O3絶縁層を支え
る。ポンプ電極は厚さ12μｍを有する。該リード板は通
常のPt−サーメットペーストから出発しPt粒末85重量部
およびYSZ粉末15重量％から製造される。
めに支持体として層厚0.5mmの酸化イットリウムで安定
化された二酸化ジルコニウムからの箔を使用した。第２
図に示した幾何学的形状を有する拡散層５をテオブロミ
ンおよび10μｍの粒度を有するあらい粒子のZrO2からの
混合物からのスクリーン印刷層によって厚膜技術にもた
らし、その際該テオブロミンを後の焼結工程で温度帯域
約300℃で蒸発させる。該ZrO2固体電解質９を粒子大き
さ１〜２μｍのY2O3で安定化したZrO2からのペーストの
印刷で製造する。印刷した層は厚さ80μｍである。白金
からなるポンプ電極２および３の取り付けは同様に公知
のスクリーン印刷技術で行い、その際、外部ポンプ電極
を支えている固体電解質層の表面上に外部ポンプ電極の
リード板の帯域で先づ10μｍ厚さのAl2O3絶縁層を支え
る。ポンプ電極は厚さ12μｍを有する。該リード板は通
常のPt−サーメットペーストから出発しPt粒末85重量部
およびYSZ粉末15重量％から製造される。
釉11の製造のためにはAl2O3をベースとするペースト
を印刷する。該釉は厚さ約30μｍである。
を印刷する。該釉は厚さ約30μｍである。
該被覆層７を同様にAl2O3をベースとするペーストか
ら出発して印刷する。これは厚さ約10μｍであった。
ら出発して印刷する。これは厚さ約10μｍであった。
電極、リード板、絶縁層ならびに釉および被覆層の塗
装の後に被覆した支持体を焼結工程にかける、そこでは
それは約３時間の長さ温度1380℃の領域で加熱される。
装の後に被覆した支持体を焼結工程にかける、そこでは
それは約３時間の長さ温度1380℃の領域で加熱される。
製造されたセンサ素子を歯形部分を切り離して相応し
た校正の後西ドイツ特許出願公開第3206903号明細書か
ら公知のタイプのハウジングに装備しガス混合物のλ値
の測定に使用する。こうしてすぐれた再現可能の試験結
果を得た。
た校正の後西ドイツ特許出願公開第3206903号明細書か
ら公知のタイプのハウジングに装備しガス混合物のλ値
の測定に使用する。こうしてすぐれた再現可能の試験結
果を得た。
有利には本発明によるセンサ素子の製造を機械的に多
重印刷パネルで行う。有利にはゾンデの巾は約４〜6mm
にある。その際電極の直径は有利には３〜4mm、例えば
3.6mmである。
重印刷パネルで行う。有利にはゾンデの巾は約４〜6mm
にある。その際電極の直径は有利には３〜4mm、例えば
3.6mmである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デ ラ プリエタ，クラウディオ ドイツ連邦共和国 デー―7000 シュツ ットガルト 80 シュヴァルツヴァルト シュトラーセ 81 (56)参考文献 特表 平３−500085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/41
Claims (7)
- 【請求項１】固体電解質支持体（１）上に配置された内
部および外部ポンプ電極（2,3）を有し、このうちの内
部ポンプ電極（２）は拡散バリヤーとして作用する拡散
層（５）を通して供給される測定ガスに反応し、拡散層
（５）を測定ガス入口開口部（４）まで測定ガスに対し
て隔離する気密の被覆層（７）ならびにポンプ電極（2,
3）のための導体路（２′,3′）を有する、ガス混合物
のλ値を測定するための限界電流式センサ用のセンサ素
子において、拡散層（５）がセンサ素子の校正のために
機械的に又はレーザ切断により調整できることを特徴と
する、ガス混合物のλ値を測定するための限界電流式セ
ンサ用のセンサ素子。 - 【請求項２】拡散層（５）の測定ガス入口開口部に向う
面が歯形状の調整帯域（８）に形成されており、該調整
帯域から、拡散層（５）の拡散抵抗を変えるために一部
を機械でまたはレーザ切断により切り離しできる請求項
１記載のセンサ素子。 - 【請求項３】歯形状の調整帯域（８）において歯形の
数、長さおよび互の距離が、内部ポンプ電極が拡散侵入
する測定ガス量に相応して好ましい負荷範囲で作動でき
るように選択される請求項２記載のセンサ素子。 - 【請求項４】拡散層（５）がAl2O3またはZrO2をベース
とする多孔性層からなる請求項１または２記載のセンサ
素子。 - 【請求項５】拡散層（５）が歯形状調整帯域（８）と共
にスクリーン印刷法に従い固体電解質支持体（１）に印
刷されている請求項１から３までのいずれか１項記載の
センサ素子。 - 【請求項６】拡散層（５）を覆っている気密の被覆層
（７）がスクリーン印刷技術で製造された固体電解質層
からなっている請求項１から５までのいずれか１項記載
のセンサ素子。 - 【請求項７】固体電解質支持体（１）がY2O3で安定化さ
れたZrO2からなっている請求項１から６までのいずれか
１項記載のセンサ素子。
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|---|---|---|---|
| DE3841611A DE3841611A1 (de) | 1988-12-10 | 1988-12-10 | Sensorelement fuer grenzstromsensoren zur bestimmung des (lambda)-wertes von gasgemischen |
| DE3841611.5 | 1988-12-10 |
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|---|---|
| JPH04502360A JPH04502360A (ja) | 1992-04-23 |
| JP2873250B2 true JP2873250B2 (ja) | 1999-03-24 |
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| DE (2) | DE3841611A1 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20160054707A (ko) | 2014-11-06 | 2016-05-17 | 주식회사 아모텍 | 질소산화물 센서 |
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| DE4231966A1 (de) * | 1992-09-24 | 1994-03-31 | Bosch Gmbh Robert | Planare polarograhische Sonde zur Bestimmung des Lambda-Wertes von Gasgemischen |
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| DE3104986A1 (de) * | 1981-02-12 | 1982-08-19 | Bosch Gmbh Robert | Polarographischer messfuehler fuer die bestimmung des sauerstoffgehaltes in gasen |
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- 1988-12-10 DE DE3841611A patent/DE3841611A1/de active Granted
-
1989
- 1989-11-17 JP JP2500119A patent/JP2873250B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-17 WO PCT/DE1989/000731 patent/WO1990006506A1/de active IP Right Grant
- 1989-11-17 EP EP89912897A patent/EP0449846B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1989-11-17 DE DE58907625T patent/DE58907625D1/de not_active Expired - Fee Related
- 1989-11-17 US US07/700,141 patent/US5310472A/en not_active Expired - Lifetime
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| KR20160054707A (ko) | 2014-11-06 | 2016-05-17 | 주식회사 아모텍 | 질소산화물 센서 |
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| DE3841611C2 (ja) | 1990-09-20 |
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