KR20010106117A - 가스혼합물 중에서 환원하고 있는 가스의 측정을 위한가스센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펌프셀을 가지며 전위차계의 및/또는 전류계의 측정요소의 형태로된 전기화학적인 고형체 체인을 포함하며-조절된 연소설비의 폐가스에서 특히 HC 및/또는 CO의 가스혼합물 중에서 환원하는 가스의 측정을 위한 가스센서에 관한 것이며 여기서 가스센서에 대하여는<1의 경우에 산소를 측정셀에 방출하고 그리고≥1의 경우에는 산소를 저장을 위하여 흡수하는 그러한 산소를 저장하는 재료로 층을 가지는 층상구조가 선택된다. 본 발명에 따르는 센서를 가지고는 근소한 펌프출력의 펌프셀들을 가지고도 실시해 나가거나 또는 펌프셀이 완전히 없는 경우에 적은 비용으로가 0.9 및 1.6 사이에 놓여 있는 곳에서 양론학적인 공기/연료비

Description

가스혼합물 중에서 환원하고 있는 가스의 측정을 위한 가스센서{GAS SENSOR FOR CALIBRATING GASEOUS MIXTURE IN REDUCING}

이 종류에 속하는 가스센서는 예를들면 DE 4311 849로부터 공지되어 있다. 여기서 가스센서는 전위차계의 접촉을 가지는 측정셀에 의하여 형성되어 있다. 이 전위차계의 측정셀은 다만 산소과잉의 경우에만 명백한 측정신호들을 측정하기 때문에 역시 측정전극 곁에서 가스상에서 산소결핍의 경우에도 역시 산소과잉(<1)을 생성시키기 위하여 측정전극의 바로 인접해서 O₂-펌프셀이 자리잡게 된다. O₂-펌프셀의 덮개층은 확산저항을 감소키는 하나의 개구를 추가적으로 가진다. 이 센서는 세라믹의 박편으로 되어 있으며 이 박편은 층상 기술로 조립되어져 있으며 공동으로 소결되어 진다. 상이한 팽창 거동으로 인하여 층상화 작업 및 소결 작업시에 특히 주의 깊은 공정 진행이 요구되는 것으로서, 상기한 개별적인 박편은 (예를들면ZrO₂및 Al₂O₃와 같은) 재료와 구분된다. 센서의 기능 능력을 위한 결정적인 크기로서 확산 개구의 칫수 그리고 또 확산 채널의 다공성들은 다만 고비용의 방법을 가지고서만 재생적으로 제조할 수 있다. 이 이외에 펌프셀의 전기적인 접촉은 상당한 비용이 들며 원가가 높고 그리고 마지막으로 높은 펌프 출력을 가지는 펌프셀의 경우에는 심한 노화가 관찰될 것이다. 높은 펌프출력을 조정하기 위하여는 높은 온도가 필요해 지는 데, 그러나 이것은 일반적으로 측정을 위한 명백하게 최적의 온도에 걸쳐서 놓여 있다. 그래서 DE 43 11851 A1에서는 하나의 고가의 구성을 나타내는 것으로서 펌프셀과 측정요소를 위하여 상이한 온도범위를 가진다.

본 발명은 펌프셀을 가지며 전위차계의 및/또는 전류계의 측정요소의 형태로 전기화학적인 고형체 체인을 포함하는 층 구조를 가지며-조절된 연소설비의 폐가스에서 특히 HC, CO의 가스혼합물들 중의 환원성 가스의 측정을 위한 가스센서에 관한 것이다.

도 1은 펌프셀을 가지며 본 발명에 따르는 센서의 부분 횡단면도이며,

도 2는 펌프셀을 가지지 않는 본 발명에 따르는 센서의 부분 횡단면도임.

그래서 본 발명의 과제는 작은 펌프출력의 펌프셀로서 그럭저럭 해나 가거나 또는 적은 비용을 가지는 펌프셀을 완전히 포기하는 경우에 역시가 0.9 및 1.6 사이에 놓여 있는 경우에 공기/연료의 양론학적비의 범위에서 감소하고 있는 가스의 정확한 측정을 가능하게 만드는 가스센서를 지시하는 것이다. 전술한 과제는 본 발명에 따라서 청구범위 제 1 항의 특징부의 특징들에 의하여 해결되며, 여기서 가스센서를 위해서는 산소를 저장하는 재료를 가지고 있는 층상구조가 선택되며 이재료는<1의 경우에 산소를 측정셀에 방출하며 그리고≥1의 경우에 저장을 위해산소를 흡수한다.

이 가스 센서는 본 발명에 따르는 층상구조 이외에도 종류에 따라서 전위차계의 및/또는 전류계의 측정요소를 가지는 전기화학적인 고형체 체인을 가졌다. 이전류계의 측정요소는 역시 펌프셀로 표시된다.

본 발명의 유리한 형성들은 종속항 제 2 항 내지 제 5 항에 포함되어 있다.

산소를 저장하는 층에서의 산소의 흡수 내지 방출은 일정한 금속산화물의 상이한 원자가 단계를 거쳐서 이루어진다. 이들은 목적에 맞게 세륨옥사이드 또는 유로피엠 옥사이드이다.

산소를 저장하고 있는 재료로 된 층이 가스센서의 전극층의 기능을 떠맡으며, 여기서 가스센서의 보완이 산소에 대한 상이한 투과성을 가지는 또 다른, 기능성의 층에 의하여 목적에 맞게 된다면 이것은 더 유리한 것으로 증명되어졌다.

하나의 전류계의 펌프셀의 경우는 산소는 참조가스(Referenzgas) 또는 폐가스로부터의 CO₂/H₂O의 분해로 부터 유래할 수 있다.

본 발명에 따르는 가스센서의 장점들은 특히 청구범위 제 6항에 의한 제어공법이 적용되며 이것에 의하여 전류계의 펌프셀을 가지는 센서의 경우에 표준주파수가 0.5 및 50헬츠 사이에서 선택되며, 여기서 펌프셀은 다만<1에서 제어되어진다면 나타나게 될 것이다. 대략 내연기관의-조절의 주파수 범위에서, 표준주파수의 적합한 선택에 의하여 센서에 대한 최적의 조업 조건들이 조절되어 질 수 있다 (센서의 내노화성, 응답거동).

다음에 도 1 및 도 2를 가지는 실시예를 사용하여 본 발명은 더 상세히 설명된다. 도 1에 따르는 가스센서는 ZrO₂로 되어 있으며 고체 전해질로서 형성된 캐리어(1)를 포함한다. 상기 캐리어(1)의 표준가스 측상에는 표준전극(2)과 외측의 펌프전극(3)이 부착되어 있으며 여기서 상응하는 스위칭의 경우에 역시 한 전극의 양 기능들이 인수되어 질 수 있다. 측정가스 측상에는 외측의 펌프전극(3)의 반대편에 내부의 펌프전극(4)이 부착되어 있으며 이 펌프전극(4)은 알미늄산화물, 첨정석 또는 유리-세라믹-결합재료로된 혼합물로 된 다고성의 절연층(5)에 의하여 복개되었다. 이들에 의하여는 양 펌프전극들(3,4) 사이의 펌프 전압의 인가시에 나오는 산소가 확산하며, 여기서 이 경우에 측정하고자 하는 펌프 전류는 측정가스 내에서의 산소분압에 대한 척도이다. 다공성의 절연층(5) 위에는 ZrO₂로 되어 있는 캐리어(1)에 인접해 있는 또 다른 ZrO₂-층(6)이 배열되어 있다. ZrO₂-층(6) 상에는 측정전극(7)이 뒤따르며, 이 측정전극은 본 발명에 따르는, 산소를 저장하는 재료로서 CeO₂를 함유하고 있는 층(8)에 의하여 덮혀져 있다. 상기한 측정가스는 상기한(산소를 저장하는)층(8)에 직접적으로는 작용하지 않고 겨우 다공성의 외측의 복개층(9)을 통해서만 침투하지 않으면 안된다. 측정전극(7)과 표준전극(2)은 측정가스의 가스혼합물에서 환원하고 있는 가스의 농도 측정을 위하여 중요한 전극쌍을 형성한다.

도 2의 경우에는 펌프셀이 없는 본 발명에 따르는 가스센서의 단순한 변형체이다. 이 변형체는 특히 대부분이 빈약한(비교적 산소가 풍부한) 폐가스와 그리고/또는 엔진의 빠른-조절(f≥2Hz)의 경우에 사용된다. ZrO₂로된 캐리어(1) 상에는 도 1에서와 같이 일측상에서는 표준전극(2)이 그리고 타측상에는 측정전극(7)이 배열되어 있다. 측정전극(7)은 다시금 예를들면 산소를 저장하는 CeO₂를 가지는 본 발명에 따르는 층(8)에 의하여 피복된다. 측정가스 측방으로는 여기에는 2개의 다고성의 복개층(9,9')이 부착되어 있다.

본 발명에 따르는 센서를 가지고는 근소한 펌프출력의 펌프셀들을 가지고도 실시해 나가거나 또는 펌프셀이 완전히 없는 경우에 적은 비용으로가 0.9 및 1.6 사이에 놓여 있는 곳에서 양론학적인 공기/연료비의 범위에서도 역시 환원하는 가스의 정확한 측정을 실시하는 것이 가능하다.

Claims (6)

1. 펌프셀로서 전위차계의 그리고/또는 전류계의 하나의 측정요소의 형태로 된 전기화학적인 고형체 체인을 포함하는 층상구조를 가지며,-조절된 연소설비의 폐가스중에 특히 HC 및/또는 CO의 가스 혼합물 중에 환원하고자 하는 가스의 측정을 위한 가스센서에 있어서,

   상기 층상 구조는 산소를 저장하는 재료로된 적어도 하나의 층(8)을 포함하며, 이 재료는≥1의 동안에 산소를 흡수하고<1의 동안에는 산소를 방출하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
2. 제 1 항에 있어서,

   산소를 저장하는 재료는 세륨옥사이드 및/또는 유로피엠옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   산소를 저장하는 재료로된 층(8)은 그 자체가 가스센서의 전기화학적인 고형체 체인의 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   상기 층상 구조는 산소를 저장하는 재료로된 층(8)에 추가하여 산소에 대한상이한 투과성을 가지는 또다른층(5;6;9;9')을 가지는 것을 특징으로 하는 가스센서.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

   전류계의 펌프셀의 경우에 산소를 저장하는 재료로된 층(8)에 대하여 산소는 폐가스로 부터 CO₂/H₂O의 전기화학적인 분해에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 가스센서.
6. 제 1 항에 의한 가스센서의 제어방법에 있어서,

   펌프셀로서 전류계의 측정요소를 포함하는 층상구조에 경우에 표준주파수는 0.5 및 50Hz 사이의 범위에 놓여 있으며, 여기서 펌프셀은 다만<1의 경우에 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.