KR20190102195A - Sensor element for detecting particles of the measuring gas in the measuring gas chamber - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 검출하기 위한 센서 요소(110)에 관한 것이다. 센서 요소(110)는 적어도 하나의 지지체(114)를 포함하고, 상기 지지체(114) 상에 적어도 하나의 제 1 전극 장치(116) 및 적어도 하나의 제 2 전극 장치(118)가 제공된다. 제 1 전극 장치(116) 및 제 2 전극 장치(118)는 각각 적어도 하나의 전극 핑거(120)를 포함한다. 측정 가스(112)가 작용하도록 설계된, 전극 핑거(120)의 적어도 하나의 표면(124)은 전극 재료(126)를 포함하고, 상기 전극 재료는 팔라듐, 이리듐, 루테늄 및 로듐을 포함하는 그룹으로부터 선택된, 적어도 50 중량%의 비금속(base metal)을 포함한다.The present invention relates to a sensor element 110 for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas chamber. The sensor element 110 comprises at least one support 114, on which at least one first electrode device 116 and at least one second electrode device 118 are provided. The first electrode device 116 and the second electrode device 118 each comprise at least one electrode finger 120. At least one surface 124 of the electrode finger 120, designed to actuate the measurement gas 112, comprises an electrode material 126, the electrode material selected from the group comprising palladium, iridium, ruthenium and rhodium. At least 50% by weight of base metal.
Description
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 검출하기 위한 센서 요소에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor element for detecting particles of measuring gas in a measuring gas chamber.
종래 기술에는 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 검출하기 위한 다수의 센서 요소가 개시되어 있다. 측정 가스는 예를 들어 내연 기관의 배기 가스일 수 있다. 특히, 입자는 그을음 입자 또는 먼지 입자일 수 있다. 본 발명은 이하에서 특히 그을음 입자의 검출을 위한 센서 요소를 참조하여 설명되지만, 다른 실시 예 및 응용이 제한되는 것은 아니다.The prior art discloses a number of sensor elements for detecting particles of the measuring gas in the measuring gas chamber. The measuring gas can for example be the exhaust gas of an internal combustion engine. In particular, the particles may be soot particles or dust particles. The invention is described below with particular reference to a sensor element for the detection of soot particles, but other embodiments and applications are not limited.
2개 이상의 금속 전극이 전기 절연 지지체 상에 장착될 수 있다. 전압의 작용 하에 또는 전압 없이 축적되는 입자들, 특히 그을음 입자들은 센서 요소의 수집 단계에서 예를 들어 빗 모양으로 서로 맞물리는 인터디지털 전극으로서 형성된 전극들 사이의 전기 전도성 브릿지를 형성함으로써 이를 단락시킨다. 재생 단계에서, 전극들은 일반적으로 통합된 가열 소자에 의해 연소되어 재생된다. 일반적으로 입자 센서는 입자 축적으로 인해 변화되는 전극 구조의 전기적 특성을 평가한다. 예를 들어, 전압이 일정하게 인가되면, 감소하는 저항 또는 증가하는 전류가 측정될 수 있다.Two or more metal electrodes can be mounted on the electrically insulating support. Particles, in particular soot particles, that accumulate under the action of or without voltage, short-circuit them by forming an electrically conductive bridge between the electrodes formed as interdigital electrodes that interlock with each other in the shape of a comb, for example. In the regeneration step, the electrodes are generally burned and regenerated by an integrated heating element. In general, particle sensors evaluate the electrical properties of electrode structures that change due to particle accumulation. For example, if a voltage is constantly applied, decreasing resistance or increasing current can be measured.
이러한 원리에 따라 동작하는 센서 요소는 일반적으로 저항성 센서라고 하고, 예를 들어, DE 103 19 664 A1, DE 10 2004 0468 82 A1, DE 10 2006 042 362 A1, DE 103 53 860 A1, DE 101 49 333 A1 및 WO 2003/006976 A2에 개시된 바와 같이 다양한 실시 예로 존재한다. 그을음 센서로서 설계된 센서 요소는 일반적으로 디젤 미립자 필터를 모니터링하기 위해 사용된다. 내연 기관의 배기 가스 관에서, 설명된 유형의 입자 센서는 일반적으로 보호 튜브 내에 수용되며, 상기 보호 튜브는 동시에 예를 들어 배기 가스가 입자 센서를 통해 흐르는 것을 허용한다.Sensor elements operating according to this principle are generally referred to as resistive sensors, for example DE 103 19 664 A1, DE 10 2004 0468 82 A1, DE 10 2006 042 362 A1, DE 103 53 860 A1, DE 101 49 333 Various embodiments exist as disclosed in A1 and WO 2003/006976 A2. Sensor elements designed as soot sensors are generally used to monitor diesel particulate filters. In the exhaust gas pipe of an internal combustion engine, a particle sensor of the described type is generally housed in a protective tube, which at the same time allows the exhaust gas to flow through the particle sensor, for example.
센서 요소의 전극의 금속 표면은 기능상 높은 작동 온도에서의 내연 기관의 배기 가스에 직접 그리고 보호되지 않는 상태로 노출된다. 센서 요소의 가능한 높은 품질을 달성하기 위해, 전극의 긴 수명 및 특히 고온에서의 산화 및 환원 조건 하에서의 그 내식성은 필수 전제 조건이다. 이러한 센서 요소의 수명을 고려할 때, 특히 수집 단계 또는 재생 단계에서 외부 전극의 신속한 연소가 특히 임계적이다. 빗 모양으로 서로 맞물리는 인터디지털 전극으로서 설계된 전극의 미세 구조로 인해 그리고 전극 핑거의 높이 대 폭의 종횡비의 제조상 제한으로 인해, 작은 손실도 전극의 표면의 제거를 야기하고, 이는 센서 요소의 오동작 또는 고장을 일으킬 수 있다.The metal surface of the electrode of the sensor element is functionally exposed directly and unprotected to the exhaust gases of the internal combustion engine at high operating temperatures. In order to achieve the highest possible quality of the sensor element, the long life of the electrode and its corrosion resistance under oxidation and reduction conditions, especially at high temperatures, are an essential prerequisite. In view of the life of such sensor elements, the rapid burning of the external electrodes is particularly critical, especially in the collecting or regenerating phase. Due to the microstructure of the electrodes designed as interdigital electrodes that interlock with each other in the shape of a comb and due to the manufacturing limitations of the aspect ratio of the height to the width of the electrode fingers, small losses also lead to the removal of the surface of the electrode, which may lead to malfunction of the sensor element or It may cause malfunction.
DE 102008042770 A1은 금속 성분 및 세라믹 성분을 포함하는, 전기 화학 가스 센서용 전기 전도 층을 개시하며, 상기 금속 성분은 금속 합금을 포함한다. 특히, 예를 들어 카르보닐 또는 산화물 형태의 휘발성 금속 화합물의 증발 또는 형성과 같은 화학적 또는 물리적 공정으로 인한 재료 제거를 줄이기 위해 그리고 동시에 반응성 배기 재, 유회 또는 배기 가스 촉매 성분에 대한 피독성 및 내식성, 및 상기 방식으로 설계된 전극의 신호 안정성을 향상시키기 위해, 금속 성분은 백금 또는 백금 합금으로 형성될 수 있다. 이 경우, 특히, 백금 합금이 5 내지 10 중량%의 백금 합금의 총 중량부를 가진 로듐 및/또는 팔라듐, 5 중량% 이하의 백금 합금의 총 중량부를 가진 이리듐, 루테늄 및/또는 코발트를 포함하는 것이 바람직하다.DE 102008042770 A1 discloses an electrically conductive layer for an electrochemical gas sensor comprising a metal component and a ceramic component, the metal component comprising a metal alloy. In particular, in order to reduce material removal due to chemical or physical processes, such as evaporation or formation of volatile metal compounds in the form of carbonyl or oxides, and at the same time toxicity and corrosion resistance to reactive exhaust, flue or exhaust gas catalyst components, And to improve the signal stability of the electrode designed in this manner, the metal component may be formed of platinum or a platinum alloy. In this case, in particular, the platinum alloy comprises rhodium and / or palladium having a total weight of 5 to 10% by weight of platinum alloy, iridium, ruthenium and / or cobalt having a total weight of 5% by weight of platinum alloy. desirable.
종래 기술에 개시된, 입자를 검출하기 위한 센서 요소들의 장점들에도, 여전히 개선 가능성이 있다.Even with the advantages of the sensor elements for detecting particles, disclosed in the prior art, there is still a possibility of improvement.
본 발명의 과제는 종래 기술의 단점을 피하는, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 검출하기 위한 센서 요소를 제공하는 것이다.The object of the present invention is to provide a sensor element for detecting particles of the measuring gas in the measuring gas chamber, which avoids the disadvantages of the prior art.
본 발명의 범위에서, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 검출하기 위한 센서 요소가 제안된다. 센서 요소는 본 발명의 범위에서 입자를 정성적 및/또는 정량적으로 검출하는데 적합하고, 예를 들어 검출된 입자에 따른 전기 측정 신호, 예를 들면 전압 또는 전류를 생성할 수 있는 임의의 장치를 의미한다.In the scope of the present invention, a sensor element for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber is proposed. By sensor element is meant any device that is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting particles within the scope of the present invention and capable of generating an electrical measurement signal, for example a voltage or current, for example according to the detected particles. do.
센서 요소는 특히 자동차에 사용하기 위해 설계될 수 있다. 특히, 측정 가스는 자동차의 배기 가스일 수 있다. 원칙적으로 다른 가스 및 가스 혼합물도 가능하다. 측정 가스 챔버는 원칙적으로 측정 가스를 수용하고 및/또는 측정 가스가 통과하도록 설계된 임의의 개방형 또는 폐쇄형 챔버일 수 있다. 예를 들어, 측정 가스 챔버는 내연 기관의 배기 가스 관일 수 있다.The sensor element can be designed especially for use in motor vehicles. In particular, the measurement gas may be an exhaust gas of an automobile. In principle, other gases and gas mixtures are also possible. The measuring gas chamber can in principle be any open or closed chamber designed to receive the measurement gas and / or to allow the measurement gas to pass through. For example, the measuring gas chamber may be an exhaust gas pipe of an internal combustion engine.
센서 요소는 적어도 하나의 지지체를 포함하고, 상기 지지체 상에 적어도 하나의 제 1 전극 장치 및 적어도 하나의 제 2 전극 장치가 장착된다. 제 1 전극 장치 및 제 2 전극 장치는 각각 적어도 하나의 전극 핑거를 갖는다. 본 발명의 범위에서, 지지체는 기본적으로 제 1 전극 장치 및 제 2 전극 장치를 지지하기에 적합한 임의의 기판 및/또는 제 1 전극 장치 및 제 2 전극 장치가 장착될 수 있는 임의의 기판을 의미한다.The sensor element comprises at least one support, on which at least one first electrode device and at least one second electrode device are mounted. The first electrode device and the second electrode device each have at least one electrode finger. In the scope of the present invention, the support basically means any substrate suitable for supporting the first electrode device and the second electrode device and / or any substrate on which the first electrode device and the second electrode device can be mounted. .
전극 장치는 본 발명의 범위에서, 전류 측정 및/또는 전압 측정을 위해 적합하고 및/또는 전극 장치들과 접촉하는 적어도 하나의 요소에 전압 및/또는 전류를 제공할 수 있는 전기 도체를 의미한다. 전극 핑거는 본 발명의 범위에서 원칙적으로 하나의 차원에서의 치수가 적어도 하나의 다른 차원에서의 치수를 훨씬 초과하는, 예를 들면 적어도 팩터 2만큼, 바람직하게는 적어도 팩터 3만큼, 특히 바람직하게는 적어도 팩터 5만큼 초과하는 전극 장치의 임의의 성형부를 의미한다.By electrode device is meant, within the scope of the present invention, an electrical conductor suitable for current measurement and / or voltage measurement and / or capable of providing voltage and / or current to at least one element in contact with the electrode devices. The electrode fingers are in principle within the scope of the present invention, in particular, the dimensions in one dimension well above the dimensions in at least one other dimension, for example by at least factor 2, preferably by at least factor 3, particularly preferably It means any molded part of the electrode device that exceeds at least factor five.
지지체는 적어도 하나의 전기 절연 재료, 특히 적어도 하나의 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 지지체는 적어도 하나의 지지체 표면을 가질 수 있다. 지지체 표면은 본 발명의 범위에서 기본적으로 지지체를 그 주변으로부터 한정하고 센서 요소의 제 1 및 제 2 전극 장치가 장착되는 임의의 층을 의미한다.The support may comprise at least one electrically insulating material, in particular at least one ceramic material. The support may have at least one support surface. By support surface is basically meant any layer in which the support is defined from its periphery and on which the first and second electrode devices of the sensor element are mounted.
제 1 전극 장치 및 제 2 전극 장치는 각각 적어도 2개의 전극 핑거를 포함할 수 있다. 제 1 전극 장치의 적어도 2개의 전극 핑거와 제 2 전극 장치의 적어도 2개의 전극 핑거는 서로 맞물릴 수 있다. 특히, 제 1 전극 장치의 전극 핑거와 제 2 전극 장치의 전극 핑거는 빗 모양으로 서로 맞물릴 수 있다. 또한, 제 1 전극 장치와 제 2 전극 장치는 헤링본 구조, 지그재그 구조 및 권선 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택된 구조를 가질 수 있다.The first electrode device and the second electrode device may each comprise at least two electrode fingers. At least two electrode fingers of the first electrode device and at least two electrode fingers of the second electrode device may be engaged with each other. In particular, the electrode fingers of the first electrode device and the electrode fingers of the second electrode device can be engaged with each other in a comb shape. In addition, the first electrode device and the second electrode device may have a structure selected from the group consisting of a herringbone structure, a zigzag structure, and a winding structure.
전극 핑거의 횡단면 프로파일은 직사각형 또는 사다리꼴일 수 있다. 본 발명의 범위에서, 전극 핑거의 횡단면 프로파일은 전극 핑거의 주요 연장 방향에 대해 수직일 수 있는 전극 핑거의 윤곽을 의미한다. 예를 들어, 횡단면 프로파일은 전극 핑거의 연장 방향에 대해 수직으로 그리고 지지체의 표면에 대해 수직으로 배치될 수 있는 단면 평면 내의 프로파일일 수 있다.The cross-sectional profile of the electrode fingers can be rectangular or trapezoidal. In the scope of the present invention, the cross-sectional profile of an electrode finger means the contour of the electrode finger, which may be perpendicular to the main direction of extension of the electrode finger. For example, the cross-sectional profile can be a profile in the cross-sectional plane that can be disposed perpendicular to the direction of extension of the electrode fingers and perpendicular to the surface of the support.
측정 가스가 작용하도록 설계된, 전극 핑거의 적어도 하나의 표면은 특히 합금 형태의 전극 재료를 포함하고, 상기 전극 재료는 50 중량% 이상, 바람직하게는 55 중량% 이상, 더 바람직하게는 60 중량% 이상, 더욱 더 바람직하게는 65 중량% 이상, 더욱 더 바람직하게는 70 중량% 이상, 더욱 더 바람직하게는 75 중량% 이상 그리고 바람직하게는 95 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 90 중량% 이하, 더욱 더 바람직하게는 85 중량% 이하, 더욱 더 바람직하게는 80 중량% 이하의 비금속(base metal)을 포함하는 것이 제안된다.At least one surface of the electrode finger, designed to act as a measuring gas, comprises in particular an electrode material in the form of an alloy, the electrode material being at least 50% by weight, preferably at least 55% by weight, more preferably at least 60% by weight. , Even more preferably at least 65% by weight, even more preferably at least 70% by weight, even more preferably at least 75% by weight and preferably at most 95% by weight, even more preferably at most 90% by weight, even more It is proposed to comprise preferably up to 85% by weight, even more preferably up to 80% by weight of base metal.
이 경우, 적어도 하나의 전극 핑거는 전체적으로 전술한 전극 재료로 이루어진 체적을 가질 수 있다. 대안으로서, 센서 요소의 설계 및 측정 가스 흐름 내의 센서 요소의 배치에 따라, 적어도 측정 가스가 작용하도록 설계된 전극 핑거의 표면이 전술한 전극 재료를 포함하는 것으로 충분할 수 있다. 특히, 지지체 상의 전극 핑거의 공간적 배치로 인해 측정 가스가 먼저 제공되는 센서 요소 상의 전극 핑거들은 전체적으로 전술한 전극 재료로 이루어진 체적을 갖는 한편, 지지체 상의 전극 핑거의 공간 배치로 인해 마지막에 측정 가스가 제공되는, 센서 요소 상의 전극 핑거들은 그 표면에서만 전술한 전극 재료를 포함하는 한편, 후자의 전극 핑거의 나머지 체적은 달리 조성된, 금속 전도성 재료를 포함할 수 있도록, 다른 실시 예들도 가능하다.In this case, the at least one electrode finger may have a volume made entirely of the above-mentioned electrode material. Alternatively, depending on the design of the sensor element and the placement of the sensor element in the measurement gas flow, it may be sufficient that at least the surface of the electrode finger designed for the measurement gas to act comprises the electrode material described above. In particular, the electrode fingers on the sensor element, on which the measuring gas is first provided due to the spatial arrangement of the electrode fingers on the support, have a volume consisting entirely of the above-mentioned electrode material, while the measuring gas on the support is finally provided due to the spatial arrangement of the electrode fingers on the support. Other embodiments are also possible, such that the electrode fingers on the sensor element comprise the aforementioned electrode material only on its surface, while the remaining volume of the latter electrode finger may comprise a metal conductive material, otherwise formulated.
"비금속(base metal)"이라는 용어는 여기서 기본적으로 적어도 50 중량%의 합금을 포함하는 합금의 임의의 금속 성분을 말한다. 즉, 비금속은 합금의 잔류 성분의 비율의 합에 상응하거나 또는 합금의 잔류 성분의 비율의 합을 초과하는 비율로 합금에 존재한다. 본원에서 합금이란 용어는 금속 특성을 갖는 적어도 2개의 상이한 화학 원소를 갖는 물질을 말하며, 상기 적어도 2개의 상이한 화학 원소는 합금이 금속 특성을 갖도록 합금 내에 존재한다. "금속 특성"이라는 용어는 기본적으로 특히, 재료의 높은 전기 전도성, 높은 열 전도성, 우수한 연성 및 높은 내열성이 동시에 존재함을 나타내는 재료의 금속 특성에 관련된다.The term "base metal" refers herein to any metal component of an alloy that basically comprises at least 50% by weight of the alloy. In other words, the base metal is present in the alloy at a rate that corresponds to or exceeds the sum of the proportions of the residual components of the alloy. The term alloy herein refers to a material having at least two different chemical elements with metallic properties, wherein the at least two different chemical elements are present in the alloy such that the alloy has metallic properties. The term “metal properties” basically relates in particular to the metal properties of the material, which indicate that the high electrical conductivity, high thermal conductivity, good ductility and high heat resistance of the material are present at the same time.
특히, 예를 들어 카르보닐 또는 산화물 형태의 휘발성 금속 화합물의 증발 또는 형성과 같은 화학적 또는 물리적 공정으로 인한 재료 제거를 감소시키기 위해 그리고 동시에 반응성 배기 재, 유회 또는 배기 가스 촉매 성분에 대한 피독성 및 내식성, 및 상기 방식으로 설계된 전극의 신호 안정성을 향상시키기 위해, 비금속은 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 따라서, 특히, 비금속은 금속 원소 백금(Pt)을 포함하지 않는다. 상기 비금속 중 적어도 하나, 특히 이리듐 및 로듐을 포함하는 전극은 상이한 연소 메커니즘과 관련하여 백금을 포함하는 비금속을 가진 전극보다 우수한 것으로 나타났다.In particular, to reduce material removal due to chemical or physical processes, such as evaporation or formation of volatile metal compounds in the form of carbonyl or oxides, and at the same time toxicity and corrosion resistance to reactive exhaust, ash or exhaust catalyst components. And the base metal is selected from the group comprising palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru) and rhodium (Rh). Thus, in particular, the base metal does not contain metallic element platinum (Pt). Electrodes comprising at least one of the nonmetals, in particular iridium and rhodium, have been shown to be superior to electrodes with nonmetals comprising platinum in connection with different combustion mechanisms.
전술한 바와 같이, 전극 재료는 바람직하게는 상기 비금속에 추가해서 적어도 하나의 추가 성분을 갖는 합금을 포함할 수 있다. 특히 바람직한 실시 예에서, 전극 재료는 상기 비금속에 추가해서 화학 원소 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 이리듐(Ir), 금(Au) 또는 은(Ag)으로부터 선택된 적어도 하나의 추가 금속을 포함하고, 각각 선택된 추가 금속은 비금속과는 다르다. 바람직하게는, 전극 재료가 0.5 중량%, 바람직하게는 1 중량%, 더 바람직하게는 2.5 중량%, 더욱 더 바람직하게는 5 중량%, 더욱 더 바람직하게는 7.5 중량%, 15 중량% 이하, 바람직하게는 12.5 중량% 이하, 더 바람직하게는 10 중량% 이하의 비율의 적어도 하나의 추가 금속을 포함할 수 있다.As mentioned above, the electrode material may preferably comprise an alloy having at least one additional component in addition to the base metal. In a particularly preferred embodiment, the electrode material comprises, in addition to the base metal, the chemical elements platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), rhenium (Re), palladium (Pd), cobalt (Co) and iridium (Ir). At least one additional metal selected from gold (Au) or silver (Ag), each of the selected additional metals being different from the nonmetal. Preferably, the electrode material is 0.5% by weight, preferably 1% by weight, more preferably 2.5% by weight, even more preferably 5% by weight, even more preferably 7.5% by weight or less, 15% by weight or less. Preferably at least 12.5% by weight, more preferably at most 10% by weight of at least one additional metal.
추가의 실시 예에서, 전극 재료는 비금속 및 적어도 하나의 추가 금속에 추가해서, 적어도 하나의 세라믹-산화물 첨가제를 포함할 수 있다. 여기서, 세라믹-산화물 첨가제라는 용어는 합금의 금속 특성을 변화시키지 않으면서, 합금에 첨가될 수 있는 임의의 세라믹 산화물을 말한다. 세라믹 산화물은 원칙적으로 금속 특성에 비해 더 높은 경도, 내식성, 내마모성 및 내열성을 갖지만 더 높은 취성을 갖는 세라믹 특성을 나타내는 재료를 말한다. 합금에 첨가제로서 세라믹 산화물을 첨가함으로써, 바람직하게는 전극 재료의 내식성이 현저하게 높아질 수 있는데, 이는 특히 결정 입계에서의 금속 상들의 안정화에 기인할 수 있다.In further embodiments, the electrode material may include at least one ceramic-oxide additive in addition to the base metal and the at least one additional metal. Here, the term ceramic-oxide additive refers to any ceramic oxide that can be added to the alloy without changing the metal properties of the alloy. Ceramic oxide refers to materials which, in principle, exhibit ceramic properties with higher hardness, corrosion resistance, abrasion resistance and heat resistance but higher brittleness than metal properties. By adding ceramic oxide as an additive to the alloy, preferably the corrosion resistance of the electrode material can be significantly increased, which can be attributed in particular to the stabilization of the metal phases at the grain boundaries.
특히, 선택된 비금속에 추가해서 전술한 화학적 또는 물리적 공정으로 인한 재료 제거를 감소시키기 위해 그리고 동시에 피독성 및 내식성 그리고 또한 신호 안정성을 개선하기 위해, 상기 세라믹 산화물 첨가제는 산화이트륨, 산화지르코늄, 산화란타늄 또는 산화토륨으로부터 선택될 수 있다. 이 산화물들에 대해, 특히 높은 내식성 증가 효과가 기대된다. 또한, 산화알루미늄, 산화티타늄, 산화마그네슘, 티탄산 알루미늄 및/또는 티탄산 바륨으로부터 선택되는 다른 산화물도 가능하다.In particular, in order to reduce material removal due to the aforementioned chemical or physical processes in addition to selected base metals and at the same time to improve the toxicity and corrosion resistance and also the signal stability, the ceramic oxide additives may be yttrium oxide, zirconium oxide, lanthanum oxide or May be selected from thorium oxide. For these oxides, a particularly high corrosion resistance increasing effect is expected. Also possible are other oxides selected from aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, aluminum titanate and / or barium titanate.
바람직한 구현 예에서, 전극 재료는 세라믹 산화물 첨가제를 0 중량%, 바람직하게는 1 중량%, 더 바람직하게는 2 중량%, 더 바람직하게는 3 중량%, 더욱 더 바람직하게는 4 중량%, 10 중량% 이하, 바람직하게는 8 중량% 이하, 더 바람직하게는 6 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 5 중량% 이하의 비율로 포함한다.In a preferred embodiment, the electrode material comprises 0% by weight, preferably 1% by weight, more preferably 2% by weight, more preferably 3% by weight, even more preferably 4% by weight, 10% by weight of the ceramic oxide additive % By weight, preferably 8% by weight or less, more preferably 6% by weight or less, and more preferably 5% by weight or less.
선택된 조성에 관계없이, 각각의 세부 사항은 최대 100 중량 %, 바람직하게는 정확히 100 중량 %를 채운다.Regardless of the composition selected, each detail fills up to 100% by weight, preferably exactly 100% by weight.
센서 요소는 특히 그을음 입자 센서로서 설계될 수 있다. 특히 바람직한 실시 예에서, 센서 요소는 850 ℃, 바람직하게는 950 ℃, 더 바람직하게는 1050 ℃, 1300 ℃ 이하, 특히 1250 ℃ 이하의 재생 단계의 온도에서 작동할 수 있다. 또한, 센서 요소는 적어도 하나의 보호 튜브 내에 수용될 수 있다.The sensor element can in particular be designed as a soot particle sensor. In a particularly preferred embodiment, the sensor element can be operated at a temperature of the regeneration step of 850 ° C., preferably 950 ° C., more preferably 1050 ° C., 1300 ° C. or less, in particular 1250 ° C. or less. In addition, the sensor element may be received in at least one protective tube.
본 발명의 다른 양상에서, 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 검출하기 위한 센서 요소의 제조 방법이 제안된다. 이를 위해, 적어도 하나의 제 1 전극 장치 및 적어도 하나의 제 2 전극 장치는 지지체 상에 장착되고, 상기 제 1 전극 장치 및 상기 제 2 전극 장치는 각각 적어도 하나의 전극 핑거를 갖는다.In another aspect of the invention, a method of manufacturing a sensor element for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber is proposed. To this end, at least one first electrode device and at least one second electrode device are mounted on a support, and the first electrode device and the second electrode device each have at least one electrode finger.
본 방법에 따르면, 적어도 하나의 전극 핑거는 적어도 측정 가스가 작용하도록 설계된 표면에 전극 재료를 포함하고, 상기 전극 재료는 증착 방법에 의해 센서 요소의 지지체 상에 및/또는 지지체 상에 이미 존재하는 전극 핑거 상에 제공된다.According to the method, at least one electrode finger comprises an electrode material on a surface at least designed for the measurement gas to act on, said electrode material already present on the support and / or on the support of the sensor element by a deposition method. Provided on the finger.
특히 바람직한 실시 예에서, 전극 재료는 종래 기술에 알려진 후막 방법에 의해, 특히 스크린 인쇄에 의해 제공될 수 있다. 전술한 비금속, 특히 이리듐 및 그 합금의 불활성 소결 거동 때문에, 전술한 전극 재료의 소결 거동을 종래 기술, 예를 들어 DE 102008042770 A1에 알려진 백금/백금-서멧 페이스트의 소결 거동으로 조정하기 위해, 입자 크기 및/또는 세라믹-산화물 첨가제의 조정이 바람직할 수 있다.In a particularly preferred embodiment, the electrode material may be provided by thick film methods known in the art, in particular by screen printing. Due to the inert sintering behavior of the above-mentioned base metals, in particular iridium and its alloys, in order to adjust the sintering behavior of the above-mentioned electrode material to the sintering behavior of the platinum / platinum-cermet paste known in the art, for example DE 102008042770 A1, the particle size And / or adjustment of the ceramic-oxide additive may be desirable.
대안적인 실시 예에서, 증착 방법은 박막 방법, 특히 스퍼터링 방법, 증착 방법 또는 갈바니 방법으로부터 선택될 수 있다. 그러나 다른 증착 방법의 적용도 원칙적으로 가능하다.In alternative embodiments, the deposition method may be selected from thin film methods, in particular sputtering methods, deposition methods or galvanic methods. However, the application of other deposition methods is also possible in principle.
본 방법은 특히 본 발명에 따른, 즉 전술한 실시 예들 중 하나에 따른 또는 후술할 실시 예들 중 하나에 따른 센서 요소를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 정의 및 선택적인 구성들에 대해, 센서 요소의 설명이 참조될 수 있다. 그러나 원칙적으로 다른 실시 예들도 가능하다.The method can in particular be used for producing a sensor element according to the invention, ie according to one of the embodiments described above or according to one of the embodiments to be described below. Thus, for definition and optional configurations, reference may be made to the description of the sensor element. In principle, however, other embodiments are possible.
제안된 센서 요소 및 제안된 그 제조 방법은 공지된 센서 요소 및 관련 제조 방법에 비해 많은 장점을 갖는다.The proposed sensor element and its proposed manufacturing method have a number of advantages over known sensor elements and related manufacturing methods.
특히, 적어도 측정 가스가 작용하도록 설계된 센서 요소의 전극 핑거의 표면 상에 제공되는 전극 재료는 예를 들어 카르보닐 또는 산화물 형태의 휘발성 금속 화합물의 증발 또는 형성과 같은 화학적 또는 물리적 공정으로 인한 재료 제거를 줄이고 동시에 반응성 배기 재, 유회 또는 배기 가스 촉매 성분에 대한 피독성 및 내식성, 및 또한 상기 방식으로 설계된 전극의 신호 안정성을 개선한다.In particular, the electrode material provided on the surface of the electrode finger of the sensor element at least designed for the measurement gas to act is intended to remove material due to chemical or physical processes such as evaporation or formation of volatile metal compounds in the form of carbonyl or oxide, for example. At the same time, it improves the toxicity and corrosion resistance to reactive exhaust, flue or exhaust gas catalyst components, and also the signal stability of the electrodes designed in this way.
또한, 관련 제조 방법은 센서 요소의 지지체 상에 및/또는 지지체 상에 이미 존재하는 전극 핑거 상에 전극 재료의 간단한 증착을 가능하게 할 수 있다.In addition, the relevant manufacturing method may enable simple deposition of electrode material on a support of the sensor element and / or on an electrode finger already present on the support.
본 발명의 다른 선택적 세부 사항들 및 특징들은 도면에 개략적으로 도시된 바람직한 실시 예의 하기 설명에 제시된다.Other optional details and features of the invention are set forth in the following description of the preferred embodiment, schematically illustrated in the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 센서 요소의 일 실시 예의 평면도이고,
도 2는 도 1의 센서 요소의 전극 핑거의 실시 예의 단면도이다.1 is a plan view of one embodiment of a sensor element according to the invention,
2 is a cross-sectional view of an embodiment of an electrode finger of the sensor element of FIG. 1.
도 1은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스(112)의 입자를 검출하기 위한 본 발명에 따른 센서 요소(110)의 일 실시 예를 평면도로 도시한다. 센서 요소(110)는 특히 자동차에 사용하기 위해 설계될 수 있다. 특히, 측정 가스(112)는 자동차의 배기 가스일 수 있다. 센서 요소(110)는 도면에 도시되지 않은 하나 이상의 다른 기능 요소, 예를 들어 상기 종래 기술에 개시된 바와 같은 전극들, 전극 리드들 또는 접점들, 다수의 층들, 가열 소자, 전기 화학 셀들 또는 다른 요소들을 포함할 수 있다. 또한, 센서 요소(110)는 예를 들어 도시되지 않은 보호 튜브 내에 수용될 수 있다.1 shows, in plan view, an embodiment of a
센서 요소(110)는 적어도 하나의 지지체(114)를 포함하고, 상기 지지체 상에 적어도 하나의 제 1 전극 장치(116) 및 적어도 하나의 제 2 전극 장치(118)가 장착된다. 특히, 지지체(114)는 적어도 하나의 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 또한, 지지체(114)는 적어도 하나의 전기 절연 재료를 포함할 수 있다. 지지체(114)는 지지체 표면을 가질 수 있다.The
제 1 전극 장치(116) 및 제 2 전극 장치(118)는 각각 적어도 하나의 전극 핑거(120)를 포함한다. 제 1 전극 장치(116) 및 제 2 전극 장치(118)는 각각 도 1에 도시된 바와 같이, 2개 이상의 전극 핑거(120)를 포함할 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 장치(116)의 전극 핑거(120)와 제 2 전극 장치(118)의 전극 핑거(120)는 서로 맞물릴 수 있다. 그러나 제 1 전극 장치(116)와 제 2 전극 장치(118)는 다른 구조를 가질 수도 있다. 특히, 제 1 전극 장치(116)와 제 2 전극 장치(118)는 빗 구조, 헤링본 구조, 지그재그 구조 및 권선 구조로 이루어진 그룹으로부터 선택된 구조를 가질 수 있다.The first electrode device 116 and the second electrode device 118 each comprise at least one electrode finger 120. Each of the first electrode device 116 and the second electrode device 118 may include two or more electrode fingers 120, as shown in FIG. 1. In addition, as illustrated in FIG. 1, the electrode finger 120 of the first electrode device 116 and the electrode finger 120 of the second electrode device 118 may be engaged with each other. However, the first electrode device 116 and the second electrode device 118 may have different structures. In particular, the first electrode device 116 and the second electrode device 118 may have a structure selected from the group consisting of a comb structure, a herringbone structure, a zigzag structure, and a winding structure.
도 2는 센서 요소(110)의 전극 핑거(120)의 실시 예를 단면도로 도시하며, 전극 핑거(120)는 지지체(114) 상에 장착된다. 이 경우, 전극 핑거(120)는 체적(122)을 갖고, 측정 가스(112)가 작용하도록 설계된 표면(124)를 갖는다.FIG. 2 shows an embodiment of an electrode finger 120 of the
전극 핑거(120)의 체적(122) 또는 전극 핑거의 적어도 표면(124)은 특히 합금의 형태로 전극 재료(126)를 포함하고, 상기 전극 재료는 50 중량% 이상 그리고 바람직하게는 95 중량% 이하의 비금속을 포함하며, 상기 비금속은 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 및 로듐(Rh)을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것이 제안된다.The volume 122 of the electrode finger 120 or at least the
또한, 전극 재료(126)는 상기 비금속에 추가해서, 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 레늄(Re), 팔라듐(Pd), 코발트(Co), 이리듐(Ir), 금(Au) 및 은(Ag)으로부터 선택된 적어도 하나의 추가 금속을 0.5 중량% 내지 15 중량%의 비율로 포함하고, 상기 선택된 추가 금속은 상기 선택된 비금속과는 다르다.In addition to the base metal, the electrode material 126 includes platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), rhenium (Re), palladium (Pd), cobalt (Co), iridium (Ir), and gold. At least one additional metal selected from (Au) and silver (Ag) in a proportion of 0.5% to 15% by weight, wherein the selected additional metal is different from the selected nonmetal.
또한, 전극 재료(126)는 적어도 하나의 비금속 및 적어도 하나의 추가 금속에 추가해서, 세라믹-산화물 첨가제를 0 중량% 내지 10 중량%의 비율로 포함하고, 상기 세라믹-산화물 첨가제는 바람직하게는 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 란타늄(La) 또는 토륨(Th)의 산화물로부터 선택될 수 있다.The electrode material 126 also comprises, in addition to at least one nonmetal and at least one additional metal, a ceramic-oxide additive in a proportion of 0% to 10% by weight, the ceramic-oxide additive preferably being yttrium (Y), zirconium (Zr), lanthanum (La) or thorium (Th) oxide.
요약하면, 전극 재료(126)는 바람직하게는 각각 100 중량 %를 채우는 다음의 조성(중량%) 중 하나를 가질 수 있다. 다음에서, 8개의 예시적인 조성이 제시된다; 그러나 본 발명에 따르면, 다수의 다른 조성이 가능하다:In summary, the electrode material 126 may preferably have one of the following compositions (% by weight), each filling 100% by weight. In the following, eight exemplary compositions are presented; However, according to the invention, many other compositions are possible:
바람직한 실시 예에서, 전극 핑거(120)의 체적(122)은 전체적으로 전극 재료(126)로 이루어질 수 있다. 대안적 실시 예에서, 측정 가스(112)가 작용하도록 설계된, 전극 핑거(120)의 적어도 표면(124)은 전극 재료(126)를 포함할 수 있다. 다른 실시 예들도 가능하다; 특히, 지지체(114) 상의 전극 핑거(120)의 제 1 공간 배치(128)로 인해 먼저 측정 가스(112)가 제공되는 전극 핑거(120)의 체적(122)이 전체적으로 전극 재료(126)로 이루어지는 한편, 지지체(114) 상의 전극 핑거(120)의 제 2 공간 배치(130)로 인해 마지막에 측정 가스(112)가 제공되는 전극 핑거(120)의 표면(124)만이 전극 재료(126)를 포함하는 한편, 제 2 공간 배치(130)에서 전극 핑거(120)의 나머지 체적은 달리 조성된, 금속 전도성 재료를 포함할 수 있는 실시 예.In a preferred embodiment, volume 122 of electrode finger 120 may be entirely comprised of electrode material 126. In alternative embodiments, at
Claims (10)
상기 전극 재료(126)는 최대 95 중량%의 비금속을 포함하는, 센서 요소(110).The method of claim 1,
The electrode material (126) comprises up to 95% by weight of nonmetals.
상기 전극 재료(126)는 상기 비금속에 추가해서 백금, 로듐, 루테늄, 레늄, 팔라듐, 코발트, 이리듐, 금 또는 은으로부터 선택된 적어도 하나의 추가 금속을 포함하는, 센서 요소(110).The method according to claim 1 or 2,
The electrode material (126) comprises at least one additional metal selected from platinum, rhodium, ruthenium, rhenium, palladium, cobalt, iridium, gold or silver in addition to the base metal.
상기 전극 재료(126)는 상기 적어도 하나의 추가 금속을 0.5 중량% 내지 15 중량%의 비율로 포함하는, 센서 요소(110).The method of claim 3, wherein
The electrode material (126) comprises the at least one additional metal in a proportion of 0.5% to 15% by weight.
상기 전극 재료(126)는 추가로 적어도 하나의 세라믹-산화물 첨가제를 포함하는, 센서 요소(110).The method according to any one of claims 1 to 4,
The electrode material (126) further comprises at least one ceramic-oxide additive.
상기 세라믹-산화물 첨가제는 이트륨, 지르코늄, 란타늄 또는 토륨의 산화물로부터 선택되는, 센서 요소(110).The method of claim 5,
The ceramic-oxide additive is selected from oxides of yttrium, zirconium, lanthanum or thorium.
상기 전극 재료(126)는 상기 세라믹-산화물 첨가제를 0 중량% 내지 10 중량%의 비율로 포함하는, 센서 요소(110).The method according to any one of claims 1 to 6,
The electrode material (126) comprises the ceramic-oxide additive in a ratio of 0% to 10% by weight.
상기 적어도 하나의 전극 핑거(120)는 전체적으로 상기 전극 재료(126)로 이루어진 체적(122)을 갖는, 센서 요소(110).The method according to any one of claims 1 to 7,
The at least one electrode finger (120) has a volume (122) consisting entirely of the electrode material (126).
상기 센서 요소(110), 상기 제 1 전극 장치(116) 및 상기 제 2 전극 장치(118)는 각각 빗 모양으로 서로 맞물리는 전극 핑거(120)로서 형성되는, 센서 요소(110).The method according to any one of claims 1 to 8,
The sensor element (110), wherein the first electrode device (116) and the second electrode device (118) are each formed as electrode fingers (120) that engage each other in a comb shape.
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