KR20210025630A - 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 디바이스 - Google Patents

질소 산화물들을 측정하기 위한 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 디바이스 Download PDF

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KR20210025630A
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야로슬라브 키타
율리아 라투스
디르크 블라이커
프랭크 녹
율리아 볼랍
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씨피케이 오토모티브 게엠베하 운트 컴퍼니 카게
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Abstract

본 발명은 가스 스트림에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법에 관한 것이며, 본 방법에서: 센서(1)는, 가스 스트림이 센서에 대해 유동하도록 배열되며; 질소 산화물 분자들은 센서(1)의 기능 층(4)에 흡착되고, 상기 기능 층은 질소 산화물들에 대해 민감한 재료를 보유하며; 기능 층(4)에서 흡착된 질소 산화물 분자들의 농도에 따라 변하는, 민감한 재료의 측정가능한 물리적 변수가 측정되고, 그리고 측정된 값은 가스 스트림에서 질소 산화물들의 농도를 결정하는데 사용되며; 그리고 센서(1)의 기능 층(4)은 특정한 작동 온도가 되고, 그리고 이러한 작동 온도에서 유지되고, 이 작동 온도에서, 질소 산화물 분자들의 저장과 탈착 사이의 평형은, 센서(1)가 선량계 거동으로부터 유도되는 가스 센서 거동을 나타내고 그리고 주변 가스 농도에 대한 측정된 변수의 직접적인 의존도를 나타내도록 달성된다. 본 발명은 KMnO4 및 AI2O3의 재료 조합이 기능 층(4)에서 민감 재료로서 사용되는 것을 제안한다.

Description

질소 산화물들을 측정하기 위한 방법 및 상기 방법을 실행하기 위한 디바이스
본 발명은 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법 및 본 방법을 실행하기 위한 디바이스에 관한 것이다.
배기 가스 후처리 시스템들은 배기 가스를 조정하는 법적 표준들에서 규정된 내연 기관들에 대한 제한 값들을 유지하기 위해 필수적이다. 이러한 시스템들의 효율적, 즉 조정된 작동을 보장하기 위해, 그리고 게다가, 또한, 법에 의해 또한 요구되는 지속적인 진단(온 보드 진단(OBD, On Board Diagnosis))을 보장하기 위해, 배기 가스 센서들이 요구된다. 폐가스의 탈질화는 희박 연소 디젤(lean burn diesel) 또는 직접 연료 분사 휘발유 엔진들의 분야에서 중요한 역할을 한다. NSK(NOx storage catalysts)가 사용될 때, 엔진에 의해 생성된 질소 산화물들은 우선적으로 특정 저장 재료에 의한 촉매 코팅에 저장된다. 재생 단계들은 저장된 질소 산화물들을 방출하기 위해 때때로 개시된다. 그 후, 특정 우세한 환원 배기 가스 분위기는 NOx 변환을 초래한다. NOx 센서들을 시스템 내로 통합하는 것은 배기 가스 정화 및 연료 소모의 상당한 최적화로 이어진다. 소위 SCR(selective catalytic reduction)에 의해 NOx를 변환시키는 촉매들에 대해, 환원제는 암모니아(NH3) 형태로 별도로 제공되어야 한다. NH3는 배기 가스로 계량되는 요소수 용액으로부터 당분야에서 획득되고 그리고 "AdBlue"라는 상품명으로 현장에서 공지되어 있다. 환원제의 소비 및 동시에 NOx 변환을 최적화하기 위해, 배기 가스에서의 질소 산화물 농도를 아는 것이 결정적이다.
일산화질소(NO)에 대해 처리되지 않은 배기 가스에서의 측정 범위는 약 100ppm 내지 2000ppm이고 그리고 1% 내지 15% 범위에서 산소 농도(O2)에서 이산화질소(NO2)에 대해 20ppm 내지 200ppm이다. 촉매 하류에 있는 NOx 농도는 이에 대응하여 10배 내지 20배만큼 보다 낮으며, 그리고 (예를 들어, 분해를 감지하기 위한) 촉매 하류의 NOx 농도 측정은 이에 따라 이러한 낮은 농도들로 인해 어렵다.
성공적인 NOx 센서의 개발은 선택성, 민감성, 배기 가스의 안정성, 재현성, 반응 시간, 검출 제한에 대한 매개변수들에 의해 그리고 물론 나중에 일련의 사용을 위해 예상되거나 허가될 비용들에 의해 보다 어렵게 된다.
연소 공정들에서 발생하는 고온들로 인해, 단지 온도 안정적인 재료들이 배기 가스에서 사용될 수 있다. 높은 가스 속도들 및 특히 또한 자동차의 강하게 과도한 작동 모드로 인한 급격한 변화는 또한, 신호에 영향을 줄 수 있는 센서의 온도 변동들로 이어질 수 있다. 사용된 재료들의 내화학성이 또한 고려될 수 있다. 배기 가스에서 발견되는 그을음 입자들은 센서 요소들의 표면에 증착될 수 있고 그리고 분석물질이 활성 센서 층으로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
배기 가스의 질소 산화물들의 측정에서 큰 문제는 배기 가스의 다른 성분들에 대한 동시적인 센서 반응이며, 이를 센서의 교차 민감도(cross sensitivity)로서 지칭된다. 따라서, 교차 민감도는 측정 신호의 잘못된 해석으로 그리고 이에 대응하여 부정확한 질소 산화물 측정 값들로 이어진다. 따라서, 교차 민감도들은 배기 가스 후처리 시스템의 최적 작동을 방지하고, 그리고, 예를 들어 NOx 저장 촉매 변환기에서 증가된 연료 소비로 재생 간격들의 단축으로 그리고 SCR 시스템에서 환원제의 증가된 소모로 이어진다. NH3에 대한교차 민감도는 또한, 일산화질소와 물(H2O)을 형성하기 위해 다음과 같은 반응과 같이, 부가적인 효과가 존재하기 때문에 많은 질소 산화물 센서들에서 발생한다:
2 NH3 + 5/2 O2 □ 2 NO + 3 H2O
이러한 방정식에 따라 NH3 산화에서 생성된 NO는 추가적으로 측정된다.
정확하게, 실제로 암모니아가 환원제로 사용되는 SCR 시스템에서 자주 사용되는 SCR 시스템에서, 부가된 NH3로부터의 NOx 함량을 구별하는 것이 단지 조건부로 가능하다. 2개의 센서들이 국부적으로 환원제의 부가 전에 또는 그 후에 설치되었다면, NOx 처리되지 않은 배출물 및 부가된 암모니아의 실제 양을 결정하는 것이 가능할 것이다. 마지막으로, 추가의 센서는 그의 변환을 결정할 수 있기 위해 SCR 촉매 변환기 뒤에 설치되어야 할 것이다. NH3 교차 민감도가 또한 여기에 존재할 수 있기 때문에, 엔진 제어 유닛에서 모델들을 통해 추정되어야 할 것이다. 요구되는 경비를 고려하여, 다수의 센서들을 사용함으로써, 대응하는 배기 가스 후처리 시스템이 가능한 한 낮은 암모니아 교차 민감도를 달성하기 위해 경제적 단점들을 가지는 것이 명백해진다.
기존의 종래 기술 가스 센서들의 분류는, 예를 들어 전도도, 전류 또는 전위차 가스 센서들에서 측정될 전기 변수들에 따라 가능하다.
미국 특허 번호 제4,770,760 A호는 ZrO2에 기초하여 복잡한 세라믹 다층 구조를 갖는 멀티 스테이지 NOx 센서를 개시하며, 그리고 이 센서는 다양한 디젤 차량들에서 실제로 사용된다. 이러한 전류 측정 질소 산화물 센서는 ZrO2에 기초하여 복합 세라믹 다층 구조를 가지는 멀티 스테이지 센서이며, 그 결과, 센서는 비용 측면에서 비용 집약적이다(cost intensive). 또한, 이러한 센서는 다양한 가스들에 대한 교차 민감도 및 NH3에 대한 높은 교차 민감도를 가지며, 그 결과 SCR 시스템에서의 그의 적합성이 제한된다.
DE 10 201 2 206 788 A1은 선량계(dosimeter)로서 설계된 NOx 센서를 개시한다. 선량계들은 저농도의 분석물질을 측정하기에 적합하다. 선량계들은 민감한 재료에 분석물질 분자들을 축적하는데, 그 결과, 그 특성들이 변하며, 이는 예를 들어 전기 저항과 같은 민감한 재료의 측정가능한 물리적 변수에서의 변화에 의해 성취된다. 재료는 이러한 점에서 전극 구조 상의 기능적 층으로서 존재한다.
민감한 재료에서 분석물질 분자들을 부화(enriching)시킴으로써, 포화 범위가 달성되며, 그 결과, 가스 분자들이 제거되는 세정 단계들이 필수적이며, 그리고 그 결과 선량계의 이에 대응하여 불연속적인 작동을 초래한다.
DE 10 201 2 010 423 A1은 고온 가스 검출을 위한 플랫폼(platform)으로서 다층 기술에서 원통형 디바이스를 개시한다. 이러한 디바이스는 규칙적인 간격들로 열적으로 재생되는 선량계로서 작동될 수 있다. 그러나, 반도체 센서의 센서 거동은 또한, NO 농도 측정을 가능하게 하기 위해 예를 들어, 650℃의 상승된 온도에서 측정될 수 있는데, 왜냐하면 이러한 온도에서, NO가 선량계 작동에서와 같이 같이 축적되지 않고 단지 재료의 표면 상에서 증착되기 때문이다.
DE 11 200 9 003 552 T5는 NOx 로딩의 양에 따라 변하는 전기적 특성을 가지는 NOx 저장 재료들을 개시하고, 그리고 이에 따라 선량계를 위해 또한 사용될 수 있다.
본 발명의 목적은 암모니아에 대한 낮은 교차 민감도를 가지고 그리고 경제적으로 실행가능할 수 있는 질소 산화물을 측정하기 위한 방법을 제공하는 것뿐만 아니라, 본 방법을 실행하기에 적합한 낮은 암모니아 교차 민감도를 갖는 질소 산화물 센서를 제공하는 것이다.
본 목적은 제1 항에 따른 방법에 의해 그리고 제7 항에 따른 센서에 의해 달성된다. 유리한 실시예들은 종속 청구항들에서 설명된다.
본 발명은 위에서 언급된 선량계와 구조와 유사한 구조를 갖는 센서를 사용하는 것을 제안한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 센서는 선량계보다 더 높은 작동 온도에서 작동되며, 그 결과 센서는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 더 이상 선량계처럼 거동하지 않는다. 본 발명에 따르면, KMnO4/AI2O3 형태의 소위 기능 재료가 사용되는데, 왜냐하면 제1 실험들에서, 600℃ 이상의 보다 높은 작동 온도에서의 센서의 이러한 작동 모드에 대해, 이러한 기능 재료는 놀랍게도 특정한 방식에 양호하게 적합하다.
예를 들어, AI2O3과 같은 절연 세라믹 기판 상에서, 서로 분리되고 그리고 유리하게는 예를 들어, 귀금속 합금의 평면 후막 전극들로 유리하게 구성될 수 있으며, 이 귀금속 합금은 예를 들어, 금(Au) 또는 백금(Pt) 합금과 같이 의도된 작동 온도에 대해 내성이 있고, 존재할 수 있다. 제1 실험들에서 검사되는 일부 센서들에서, 백금 전극들은 각각의 경우에 사용되었다. 전극들은, 예를 들어, 스크린 인쇄 기술을 사용하여 세라믹 기판 상에 인쇄되는 세라믹 기판에 직접적으로 적용될 수 있다. 전극들에는, 특히 인터디지털(interdigital) 실시예에서, 즉 콤(comb)과 같이 서로 맞물리는 핑거들(fingers)이 배열될 수 있다. 동일한 표면 상의 핑거들의 수 또는 간격에서의 증가 ─ 층들을 생성하기 위해 사용되는 제조 방법 또는 기술에 따른, 키워드 "통합 밀도(Integration density)” ─ 는 빈 용량에서의 증가 또는 병렬 연결에 의한 측정 저항에서의 감소로 이어진다. 예를 들어, 스퍼터링 또는 증기 증착에 의해 박막 기술에서 제조되어 있는 전극들을 사용하는 것이 또한 가능하다.
따라서, 기능 재료로서 지칭될 수 있는 기능 층의 민감한 재료는 마찬가지로 이전에 언급되고 그리고 이전에 개시된 "선량계"에서와 같이, 상대적으로 낮은 온도들에서 NOx를 저장하는 재료이다. 기능 재료는 바람직하게는 전극 구조에 코팅으로서, 예를 들어 스크린 인쇄 방법에서 두꺼운 층으로서 적용될 수 있다. 기능 재료는, 측정 방법이 층의 전기적 특성들을 검출할 수 있도록 평면 방식으로 전극을 덮는다. 적절한 측정 방법들은 예를 들어 3MHz 내지 1Hz 범위의 주파수들에서 임피던스 측정이다. 평면 전극 구조의 개별적인 핑거들 사이의 전기장은 기능 층 및 기판 둘 모두를 통해 연장하며, 이에 의해 절연체인 기판은 측정 신호에 기여하지 않는다.
본 발명에 따르면, 기능 층은 과망간산 칼륨(KMnO4)과 알루미늄 산화물(AI2O3)의 재료 조합에 의해 형성된다. 제1 실험들에서, 분말은 KMnO4 수용액과 AI2O3의 건식 함침에 의해 생성되었다. 분말은 500℃에서 하소되었고 그리고 이렇게 때문에, 공지된 간단한 방법들에 의해 스크린 인쇄 페이스트(paste)로 처리될 수 있다. 하소된 분말을 3 롤 밀에 의해 1:11의 혼합비로 에틸 셀룰로오스 테르피네올에 여러번 부가되었고 그리고 이에 의해 스크린 인쇄가 가능한 페이스트를 형성하도록 혼합되었다. 스크린 인쇄 공정 후, 기능 층은 먼저 120℃에서 건조되고 그리고 그 후 소결되었다.
층 두께는 약 30㎛ 내지 60㎛였다. 다른 두께들은 기술적으로 구현할 수 있고 그리고 예를 들어 센서의 측정 범위를 변경하기 위해 선택될 수 있다. 이러한 방식으로, 센서 층의 기본 저항으로부터의 층 두께의 직접적인 의존성 및 민감도가 검사들에서 결정되었다. 따라서 획득된 재료는 다공성이며, 이는 센서 효과를 구성하는 반응 센터들로의 가스의 신속한 진입을 보장한다.
기판의 후방 측 상에 장착된 가열 요소는 센서의 일정한 작동 온도를 설정하는 것을 가능하게 한다. 가열 요소는 또한, 세라믹 기판에 적용될 수 있으며, 예를 들어 후막 기술에서, 예를 들어, 스크린 인쇄 공정에서 기판 상에 인쇄될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 가열 요소는 스네이킹(snaking) Pt 전도체 트랙으로 설계되고 그리고 고온 구역에서 부가의 전압 탭을 가져, 작동 동안 4 전도체 저항이 측정될 수 있고 그리고 후속 온도 조절을 위해 사용될 수 있어, 초기에 달성된 작동 온도를 가능한 한 일정하게 유지한다.
Pt 전도체 트랙의 레이아웃(layout)은, 센서 기하학적 형상 및 대응하는 열 손실 메커니즘들로, 균일한 온도 분배가 소위 센서 전방 측, 다시 말해, 기능 층이 위치되는 곳에서 유지되는 방식으로 센서의 각각의 설계에 대해 적응된다. 설정 온도는 센서의 작동 온도를 지정한다. 기능 층의 전기적 특성들은 이러한 온도의 큰 범위에 의존된다.
대안적으로, NOx 센서는 또한, 예를 들어 스크린 인쇄 공정에서 세라믹 기판 상에 인쇄되는 열전대를 사용하여 구성될 수 있으며, 이에 의해, 이러한 실시예에서도, 산화 알루미늄 기판이 또한 세라믹 기판으로 사용될 수 있으며, 그리고 열전 소자(thermoelement)는 또한 예를 들어 스크린 인쇄 공정에서 인쇄될 수 있다. 이러한 실시예에서, 열전대는 절연 층에 의해 분리된, 전극들 및 기능 층 바로 아래에 실질적으로 위치되며, 여기서 이러한 실시예에서도, 전극들은 또한, 인터디지털 전극들로서 구현될 수 있다. 열전대를 갖는 이러한 실시예는, 가열이 열전대 상에 직접적으로 조절될 수 있는 이점을 제공하며, 이는 공간적 근접성으로 인해 기능 층의 온도를 가상으로 측정한다. 예를 들어, 사용되는 기판의 두께에 걸친 열 손실은, 이러한 유형의 가열 제어에서 임의의 역할을 하지 않으며, 그리고 기능 층의 온도는 매우 정밀하게 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 센서는 선택적으로, 선량계 또는 가스 센서로서 작동될 수 있다. 선량계에 대해 요구되는 재생 단계들이 없이, 센서의 다소 지속적인 기능이 예를 들어 내연 기관들의 배기 가스 정화에서와 같이 그리고 그곳에서, 예를 들어, 자동차 엔진들에 대해서와 같이 요망되거나 규정되는 경우, 센서의 이러한 상이한 거동은 작동 온도를 선택함으로써 달성되거나 설정될 수 있다.
선량계 작동의 경우에, 작동 온도는 약 300℃ 내지 400℃ 범위로부터의 범위에 있고 그리고 이에 따라 내연 기관들의 배기 가스 온도들에 비해 비교적 낮은 것으로 지칭될 수 있다. 선량계 작동에서, 기능 재료는 처음에 설명한 바와 같이, "질소 산화물을 수집하며", 즉, 질소 산화물들은 기능 재료에 흡착되고 그리고 화학적으로 결합된다. 여기서, 실제적으로 모든 유입되는 NO 또는 NO2 분자가 기능 재료에서 포획된다. 이는 기능 재료의 전기적 특성들에서의 변경으로 이어진다. 따라서, 선량계 작동은 불연속적이어야 하는데, 왜냐하면, 기능 재료가 완전히 충전될 때 전기적 특성들에서의 추가의 변경이 발생하지 않으며 그리고 이에 따라, 즉 저장 용량이 고갈될 때 질소 산화물들의 추가의 저장이 일어나지 않기 때문이다. 이제 센서는 재생되어야 한다. 온도를 높이는 것은 질소 산화물들의 탈착을 초래한다. 기능 재료가 그의 원래 상태로 돌아간다. 낮은 작동 온도로 재개된 냉각 후에, 센서의 원래 특징적인 특성들이 다시 기대될 수 있다.
본 발명에 따르면, 동일한 센서, 및 특히 전술되었던 본 발명에 따른 센서는 보다 높은 온도, 즉 500℃ 초과의 작동 온도에서 작동될 수 있다. 예를 들어, 센서는 600℃ 또는 심지어 700℃의 작동 온도에서 작동될 수 있다. 제1 실험들은 600℃ 내지 650℃의 작동 온도에서 좋은 결과들을 나타냈다. 비교적 보다 높은 작동 온도의 결과로서, 질소 산화물들은 층에 축적되지 않으며, 그 결과, 재생 단계가 요구되지 않으며, 그리고 이에 따라 연속 작동이 가능하게 된다. 질소 산화물 분자들의 저장과 탈착 사이의 평형이 달성된다. 센서는 이제, 선량계 거동과 대조적으로 주변 가스 농도로부터 측정된 변수의 직접적인 의존성을 나타내는 소위 가스 센서 거동을 보여준다.
특히 유리한 방식에서, 언급된 흡착 및 탈착 평형을 유지하고 그리고 실행하기에 간단하고 그리고 상이한 작동 온도들에 대한 보정 계수들을 요구하지 않는 측정을 가능하게 하기 위해, 처음에 달성된, 비교적 높은 작동 온도가 일정하게 유지된다.
NOx 농도에서의 변화는 기능 층의 전기적 특성들에서의 변화를 유발하며, 그리고 이러한 변화는 임피던스에서의 변화 또는 복합 저항에서의 변화에 의해 측정될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 예를 들어, 주파수들(f) = 1Hz 내지 3MHz가 사용될 수 있으며, 일정한 주파수가 처음의 성공적인 실험들에서 각각의 경우에서 사용된다.
본 발명에 따라 구성된 센서 및 본 발명에 따른 방법은 다음과 같은 이점들을 가능하게 한다:
센서는 배기 가스에서 발생하는 일반적인 배기 가스 성분들에 대한 교차 민감도가 없거나 단지 낮은 교차 민감도를 가지며, 즉, 암모니아(NH3)에 대한 보다 낮은 교차 민감도를 가지고, H2 또는 CO에 대한 교차 민감도를 가지지 않고, 그리고 CO2와 H2O의 변형에 대한 반응을 가지지 않는다..
센서는 다층 기술의 간단한, 평면 구성으로 구현될 수 있고, 그리고 이에 따라 간단하고 그리고 이에 대응하게 경제적인 제조를 허가하며, 이는 또한 일련 또는 대규모 제조를 가능하게 한다.
비용 효율적인 재료들이 기능 층에 대해 사용된다.
재료 선택은 연소 엔진들의 배기 가스 분석 영역에서 이미 성공적으로 사용된 재료들에 제한된다. 이에 따라, 센서의 높은 장기적 안정성이 기대될 수 있다.
본 발명은 간단한/양호하게 이해되고, 그리고 이에 따라, 양호하게 제어가능한 센서 원리에 관한 것이다. 예를 들어, 전극 재료의 층 두께의 변형에 관한 추가의 개발들은, 따라서 기본 저항 또는 측정 범위를 감소시키기 위해 가능하다.
백금 및 란타넘 성분들과 같은 고가 재료들은 기능 재료의 제조시에 제거될 수 있다. 백금 또는 금과 같은 고가 재료들이 전극들의 구역에 사용된다면, 이는 비교적 낮은 재료 사용을 의미한다. 그 결과, 센서의 경제적으로 유리한 센서 평가가 가능하게 된다.
추가의 조사들은 배기 가스의 람다 값(잔류 산소 함량)으로부터 측정된 NOx 값의 의존성을 밝혔다. 따라서, 이는 O2 측정을 NOx 센서로 통합하도록 유리하게 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 결정된 산소 함량에 기초하여 평가 전자장치에서 측정된 NOx 값의 보정을 실행하는 것 그리고 이에 대응하게 보정되는 NOx 값을 출력하는 것이 가능하며, 이는 예를 들어, 배기 가스 후처리를 위해 후속 공정들에서 고려될 수 있다.
NOx 센서로의 O2 측정의 통합은 예를 들어, NOx 측정에 사용되는 기능 층 이외에 제공되는 O2 민감 층에 의해 달성될 수 있다. 이러한 부가의 O2 민감 층은, 예를 들어, 기능 층이 또한 위치되는 동일한 기판 상에 배열될 수 있다.
처음의 실험들에서, O2 민감 층이 유리하게는 BFT(barium iron tantalate)를 보유할 수 있고, 특히 BFT를 필수구성으로 포함(consist essentially of)할 수 있고, 그리고 특히 도핑되거나(doped) 도핑되지 않은 BFT로 완전히 구성될 수 있는 것이 결정되었는데, 왜냐하면 이러한 재료가 저항 특성에 대한 온도 독립성에 의해 구별되기 때문이다. 본 제안의 맥락에서, 여기에 관련된 온도 범위에서 재료의 거동, 다시 말해, 또한 제한 온도 초과의 저항 특성의 온도 의존성을 가능하게 나타내는 거동은 온도 독립적인 것으로서 지칭된다. 예를 들어, 650℃ 내지 800℃ 범위에서, 이러한 재료는 그의 전기 저항에서 온도 독립적이지만 산소 의존적인 변화를 보여주며, 이는 본 발명에 따른 센서로의 통합에 대해 매우 긍정적인 것으로 입증되었다. 온도 독립성은, 심지어 가스 체적 유량의 강한 변동들 하에서도 안정적인 신호를 허가한다. 또한, BFT가 저항성 공정에서 산소를 측정하는 것을 가능하게 하기 때문에, BFT가 실제 양태들에서 O2 민감 층을 위한 재료로서 특히 적합하다는 것이 발견되었다. 대안적으로 또는 부가적으로, 시벡(Seebeck) 계수가 측정될 수 있다. 이는 소위 시벡 계수, 다시 말해, 재료에 걸친 인상 깊은 온도 차이로 인한 전압 차이의 생성이 기하학적 형상과 독립적이며, 다시 말해, 예를 들어, O2 민감 층의 층 두께와 독립적이라는 이점을 갖는다. 따라서, 일련의 제조 동안 배제될 수 없는 층 두께에서의 변화들은 측정들의 품질 및 이에 따라 제조된 센서의 유용성에 영향을 주지 않는다.
NOx 센서가 가열될 것으로 예상된다면, O2 민감 층을 또한 가열하는 것은, O2 민감 층을 센서로 통합하는 경우에, 유리하게 제공될 수 있어서, 측정들을 위해 O2 민감 층을 최적 온도 범위로 O2 민감 층을 유지하거나 O2 민감 층을 시동(start up) 후에 가능한 한 신속하게 이러한 온도 범위가 되게 한다. 따라서, NOx 센서 및 O2 센서가 작동되는 언급된, 매우 유사한 온도 범위들을 고려하여, 둘 모두의 센서들이 요망되는 작동 온도가 되게 하거나 이러한 온도 레벨로 유지하기 위해, 단지 단일 가열 요소, 예를 들어, 전기 저항 가열기를 사용하는 것이 유리하게 제공될 수 있다. 이는, 단지 단일 가열 제어가 충분하기 때문에, 본 발명에 따른 센서의 구성뿐만 아니라 그의 제어를 간소화한다. BFT 재료의 온도 독립성은 이러한 구성을 지지하는데, 왜냐하면 이에 따라 O2 민감 층이 좁은 제한들 내에서 유지되어야 할 정확하게 일치되는 온도를 요구하지 않기 때문이며, 가열 제어는 주로 NOx 센서의 요건들에 따라 설계될 수 있다.
그러나, 가열 요소의 다른 섹션들은, 단일 가열 전도체가 가열 전도체의 특정한 레이아웃에 의해 사용될 때에도, 상이한 집중 가열 효과를 가질 수 있어서, 이러한 방식으로 2개 이상의 가열 구역들이 생성될 수 있으며 그리고 이에 따라 2개 이상의 상이한 온도 레벨들이 한편으로는 NOx 센서 및 다른 한편으로는 O2 센서에 대해 달성될 수 있다.
가열 요소, 예를 들어, 전기 가열 전도체의 설계 또는 레이아웃에 따라, 전체 센서의 단지 하나의 포지션에 대해 가열 제어를 위해 온도 제어부가 제공될 수 있으며, 이에 의해 제어 전자장치들뿐만 아니라 센서 자체의 가장 간단한 가능한 기술적인 실시예를 허용한다. 예를 들어, 온도 제어부가 단지 질소 센서가 위치되는 위치에 대해 또는 단지 산소 센서가 위치되는 위치에 대해서만 제공될 수 있다.
가열 제어부는, 특히 한편으로, 2개의 NOx 및 O2 센서들을 요망되는 온도로 가능한 한 신속하게 가열하는 방식으로, 하지만 다른 한편으로는, 기판을 보호하기 위해, 가열 제어부가 센서의 서비스 수명을 손상시킬 수 있는 기판에서의 바람직하지 않은 재료 응력들이 회피될 수 있는 이러한 평탄한 가열 곡선을 가지는 방식으로 설계될 수 있다.
O2 민감 층을 기판, 예를 들어, 세라믹 기판에 적용하기 위해, 고전적인 소결 방법들 또는 코팅 방법들, 예컨대 스크린 인쇄 등이 사용될 수 있다. 유리하게는, 에어로졸 증착 방법은 재료를 적용하기 위해 적합할 수 있으며, 이에 의해, 입자들이 저온 상태로 그리고 고속으로 기판 상에 사실상 "샷 온(shot on)"되어서, 소결에 연결되고 그리고 불리할 수 있는 온도 영향들이 회피되며, 그리고 또한, 매우 높은 재료 밀도들이 달성될 수 있다.
전체 센서를 위한 구조적 간소화는, 개별 성분들을 위한 전기 전도체들, 예를 들어, NOx 및 O2 센서들의 형태의 2개의 개별 센서들을 위한 그라운드 라인들이 조합될 수 있다는 점에서 달성될 수 있다.
전체 센서는 캡, 특히 이중벽 캡에 의해 바람직하지 않은 외부 영향들로부터 유리하게 보호될 수 있다. 캡은 센서에 대한 보호 캡으로서, 우선적으로 배기 가스 라인에서 센서의 운송, 저장 및 설치 동안 기계적 효과들에 대한 보호 캡으로서 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 응축물이, 예를 들어, 자동차에서 내연 기관의 배기관(exhaust tract)에서 생성된다면, 엔진이 꺼진 후, 이러한 응축물은 예열 단계 동안 이미 가열된 센서에 충격을 줄 수 있다.
여기서, 기계적 효과에 대해 효과적인 보호 기능 외에도, 특히, 응력 균열들이 세라믹 기판에서 유발될 수 있는 위험이 존재한다. 캡의 제2 보호 효과는, 이러한 “물 충격”으로부터 센서를 차폐하고 그리고 이와 연관된 음의 온도 피크들로부터 보호하며, 다시 말해 센서를 "급작스러운 냉각”으로부터 보호하는 것이다.
제3 보호 효과는, 센서가 현재 온도 피크들로부터 보호될 수 있으며, 다시 말해, 배기 가스 유동에서 작동 동안 발생할 수 있는 단기 과열에 대해 보호될 수 있다는 것이다. 유사한 방식으로, 특히 엔진이 꺼진 후 집중적인 열 방사가 보호되지 않은 센서에 작용할 수 있다는 점에서 제4 보호 효과가 존재해서, 이러한 경우에 캡이 방사 보호로서 역할을 한다.
놀랍게도, 캡의 적합한 실시예에 의해 보호를 넘어서, 센서를 따라 가스 유동의 경로에 의도적으로 영향을 주는 것이 또한 가능하다는 것이 또한 발견되었다. 이를 위해, 캡은 가스 유동을 위한 적어도 하나의 입구 개구 및 적어도 하나의 출구 개구를 가져서, 가스 유동은 규정된 경로를 따라 안내될 수 있다. 예를 들어, 캡은 이러한 방식으로 형성될 수 있거나, 각각의 개구는, 국부적인 과압 또는 국부적인 부압이 캡 상에 또는 캡에 생성되는 방식으로 캡 상에 배열될 수 있으며, 이는 요망되는 방식으로 가스 유동을 지향시킨다. 배기 시스템의 설치 또는 구성에 따라, 최적이 실제 검사들에 의해 결정될 수 있으며, 이는 한편으로 응답 거동에 그리고 다른 한편으로 측정된 변수들에 관한 것이다.
캡은 바람직하게는, 이중 벽으로 구성될 수 있어서, 한편으로는 다양한 보호 효과들이 개선되며 그리고 다른 한편으로 가스의 경로를 캡의 벽 내에서 또한 안내하는 것이 또한 가능하다. 이는 NOx 센서 및 선택적으로 제공되는 O2 센서의 특히 균일한 유동을 가능하게 한다.
선택적으로, 예를 들어, 암모니아(NH3)에 대해서와 같이, 부가의 반응으로부터 발생하는 교차 민감도를 감소시키기 위해, 캡은 촉매적으로 코팅될 수 있다.
센서는 바람직하게는 배기 가스 유동에서 자유롭게 결정가능한 각도 포지션에 센서를 배향하고 그리고 배열할 수 있기 위해 자유롭게 회전가능한 나사결합식 연결부를 가질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 센서는 유리하게 리테이너 또는 하우징에 배열될 수 있고, 그리고 이러한 리테이너 또는 하우징과 함께, 커넥터 요소들에 대해 자유롭게 회전가능하도록 장착될 수 있다. 커넥터 요소들은, 예를 들어, 센서의 장착을 가능하게 하기 위해, 나사결합식 슬리브들, 장착 플랜지들 등으로서 구성될 수 있다.
온도를 조절하기 위해, 이미 언급된 열 요소가 사용될 수 있을뿐만 아니라, 대안적으로 백금(Pt) 온도 센서가 또한 사용될 수 있다.
본 제안은 단지 개략도들에 기초하여, 보다 상세히 아래에서 설명된다.
도 1은 질소 산화물들을 측정하기 위한 센서의 구조물을 개략적, 사시적 그리고 부분 분해도로 도시한다.
도 2는 센서의 단면도를 도시한다.
도 3은 상이한 가스 조성들과 센서의 복합 임피던스들을 비교하기 위한 다이어그램을 도시한다.
도 4는, 기초 가스를 측정할 때 센서의 거동을 가스의 다양한 계량된 농도들과 함께 기초 가스를 측정할 때의 센서의 거동을 도시한다.
도 5 및 도 6은 센서의 2개의 변형들의 각각의 전방 측의 도면들을 도시한다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6에서 도시되는 센서의 2개의 변형들의 각각의 전방 측의 도면들을 도시한다.
도 9는 질소 산화물들을 측정하기 위한 센서를 보유하는 설치 준비 조립체를 통과하는 길이방향 단면을 도시한다.
도 1은 세라믹 기판(2)으로 지정되고 알루미늄 산화물로 제조된 캐리어 층을 가지는 센서(1)를 도시한다. 2개의 전극들(3)이 후막 스크린 인쇄 방법에 의해 세라믹 기판(2) 상에 인쇄되고, 각각의 전극은 백금 합금으로 구성되고 그리고 인터디지털(interdigital) 배열로 구체화된다. 전극들(3)은 과망간산 칼륨(potassium permanganate)과 산화 알루미늄의 재료 조합으로 제조된 기능 층(4)으로 완전히 덮힌다. 또한, 도 1은 도시된 실시예에서 열전대로 설계되는 온도 센서(6)를 도시한다.
도 2는 센서(1)를 통과하는 단면을 도시하며, 도 2에서, 도 1의 예시와는 대조적으로, 열 요소(5)가 세라믹 기판(2)의 저부측 상에 배열되고 그리고 후막 스크린 인쇄 공정에서 세라믹 기판(2)의 소위 후방 측 상에 인쇄되어 있으며, 이는 도 2에서 세라믹 기판(2)의 하부측을 형성하는 것이 보일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 센서(1)의 복합 임피던스들이 2개의 상이한 가스 조성물들에 대해 635℃의 작동 온도에서 나이키스트 선도(Nyquist diagram)의 형태로 그려진 예시를 도시하며: 상부 곡선은 기초 가스의 경우 센서 거동을 나타내며, 그리고 하부 곡선은, 달리 동일한 기초 가스가 400ppm의 질소 산화물(NO)을 보유한다면, 센서 거동, 즉 센서(1)로부터 획득된 측정된 값들을 나타낸다.
도 4는 2개의 다이어그램을 상하로 도시한다. 하부의 다이어그램은 저항 성분을 나타내며, 이는 시간 경과에 따른 R || C 병렬 회로에 기초하여 센서의 복합 임피던스로부터 계산되었다. 이러한 측정은 600℃의 작동 온도 및 100kHz의 주파수에서 실행되었으며, 이에 의해 센서(1)가 사용되었으며, 상기 센서 상에서, 기능 층(4)은 과망간산 칼륨과 산화 알루미늄의 재료 조합으로 제조된다.
도 4의 상부 다이어그램은 약 40분 예외를 제외하고, 일정하게 유지되었던 기초 가스에서 약 3% CO2 비율을 약 중간 높이에서 도시한다. 또한, 약 5%의 농도는 기초 가스에서 산소 O2의 일정하게 유지되는 비율을 나타낸다.
약 4분 및 11분의 2개의 왼쪽 바들 각각은 상부 다이어그램에서 기초 가스로의 질소 산화물(NO)의 계량된 부가를 나타내며, 그리고 이에 따라 하부 다이어그램에서 센서 신호의 동일 시간의 움직임들과 상관관계가 있다.
상부 다이어그램에서 시간순으로 뒤따르는 2개의 바들은 약 15분에 일산화탄소(CO), 약 22분에 수소(H2)의 계량된 부가를 도시한다. 하부 다이어그램은, 센서(1)가 이러한 가스들에 민감하지 않음을 나타낸다.
2개의 연속 바들 각각은 특히 상이한 농도들로 약 28분 및 35분에 암모니아(NH3)의 계량된 부가에 관련된다. 이러한 가스에 대한 센서(1)의 상대적으로 낮은 교차 민감도(cross sensitivity)를 하부 다이어그램에서 볼 수 있다.
상부 다이어그램의 2개의 오른쪽 바들은 약 42분에 이산화탄소(CO2) 및 약 46분에 수증기(H2O)의 계량된 부가에 관련된다. 하부 다이어그램은, 센서(1)가 이러한 가스들에 대한 임의의 교차 민감도를 보여주지 않는다.
도 5는, 배타적인 NOX 센서로 구성되고 2개의 전기 전도체들(3)이 세라믹 기판(2) 상에 배열되고 그리고 기능 층(4)에 의해 일부 영역들에서 덮히는 센서(1)의 이전에 설명된 변형을 도시한다.
이와 대조적으로, 도 6은 NOX 센서로도 사용되지만 O2 센서로도 설계되고 그리고 배기 가스에서 잔여 산소 함량의 검출의 결과로서 평가 전자장치들에서 보정 인자들을 고려하는 것을 가능하게 하는 센서(1)의 제2 변형을 도시한다. 측정된 NOX 값은 배기 가스에서 람다(lambda) 값, 즉 잔여 산소 함량에 의존하기 때문에, 측정된 NOX 값은 심지어 상이한 람다 값들에서 이러한 보정 인자들에 의해 보정될 수 있으며, 그리고 실제 NOX 값은 배기 가스 후처리에서 계산되거나 디스플레이되거나 고려될 수 있다.
이러한 제2 변형에서, 도 5에 도시되는 센서(1)의 구조에 추가하여, O2 민감 층(7)이 세라믹 기판(2) 상에 제공되고 그리고 2개의 부가의 전기 전도체들(8)에 연결된다. 도 5에 예시되는 제1 변형의 예시적인 실시예에서와 같이, 전기 전도체들(3)은 접촉 섹션들(9)에서 센서(1)의 하단부에서 종결되며, 그리고 부가의 전도체(8)들은 이러한 접촉 섹션들(9)에서 종료되어서, 센서(1)는 복수의 전기 커넥터들을 가지는 단일 커넥터 플러그를 통해 전기 연결될 수 있고, 그리고 예를 들어, 전자 분석 시스템에 연결될 수 있다.
도 7은 도 5에 도시되는 센서의 제1 변형의 후방 측의 도면을 도시한다. 그곳에 제공되는 가열 요소(5)는 기능 층(4)의 간접 가열을 제공하였으며, 다시 말해, 전방 측 기능 층(4)이 위치되는 이러한 영역에서, 세라믹 기판(2)의 가열이 후방 측에 배열되는 가열 요소(5)에 의해 수행된다. 접촉 섹션들(9)은 세라믹 기판(2)의 하부 단부에서 세라믹 기판(2)의 후방 측 상에 또한 제공되며, 상기 접촉 섹션들은 전기 에너지로 가열 요소(5)에 에너지를 공급하는 역할을 한다.
도 8은 비슷한 도면이지만, 도 6에 도시되는 센서(1)의 제2 변형의 후방 측 상에서의 도면을 도시한다. 이러한 변형에서, 기능 층(4)의 가열이, 다시 말해, 세라믹 기판(2)의 대응하는 영역을 가열함으로써 또한 제공된다. 그러나, 이러한 변형은 O2 민감 층(7)이 전방 측의 세라믹 기판(2) 상에 배열되는 후방 측 상에 위치되는 부가의 가열 구역(10)을 갖는다. 열 요소(5)가 세라믹 기판(2) 상에 인쇄된 전기 저항의 크레넬레이트된(crenellated) 또는 구불구불한(meandering) 경로에 의해 생성되는 반면, 부가의 가열 구역(10)은 이러한 전기 스트립의 지그재그 형상(zigzag shaped) 섹션들에 의해 형성된다.
도 9는 다중 부품 하우징(11) 내의 필수 구성요소로서 센서(1)를 갖는 조립체를 도시한다. 세라믹 기판(2)은 전술된 예시적인 실시예들에서보다 더 큰 길이를 갖는다. 접촉 섹션들(9)이 둘 모두의 측들 상에 제공되는 소위 그의 후방 단부에서, 센서(1)는 스프링 클립들(12)에 유지된다. 중앙 구역에서, 센서(1)는 다중 부품 압축 요소(14)에 고정되며, 그리고 그의 전방 구역에서, 센서(1)는 기능 층(4)을 갖는다.
다중 부품 하우징(11)은, 연결 수단들(15)이 원형 방식으로 연장되는 슬리브형 내부 본체를 가지며, 슬리브형 내부 본체는, 예시된 실시예에서, 외부 스레드를 갖는 스크류 인 슬리브(screw in sleeve)로서 설계된다. 하우징(11)의 내부 본체는 연결 수단(15)에 대해 자유롭게 회전가능하다. 그 결과, 전체 조립체의 설치가 단순화되며: 센서는 하우징(11)의 내부 본체에 회전 고정되는 방식으로 연결되며, 그리고 센서(1)로 연장하는 케이블을 포함하는, 센서(1)에 속하는 제어 디바이스는 센서(1)에 고정되게 연결된다. 스크류 조립 동안 스크류 인 슬리브가 내부 본체에 대해 회전될 때, 케이블이 트위스팅되지 않는다.
기능 층(4)을 가지는 센서(1)의 전방 구역은 이중벽 캡(16) 내에 배열된다. 캡의 외부 벽은 복수의 입구 개구들(17)을 갖는다. 곡선 화살표들은 가스 유동이 입구 개구들(17)을 통해 캡(16)의 2개의 벽들 사이의 갭에 어떻게 진입하는지를 나타낸다. 가스 유동은, 가스 유동이 캡(16)의 후방 단부에서 갭 밖으로 그리고 캡(16)에 의해 둘러싸인 내부 공간으로 유동할 때까지 후방을 향해 센서(1)에 대해 평행하게 내부에서 진행한다. 곡선 화살표들은 가스 유동의 유동 역전을 예시해서, 이제 가스 유동은 센서(1)에 대해 평행하게 그의 전방 단부로 유동한다.
캡(16)의 전방 단부에서, 출구 개구(18)는, 부압(underpressure)이 생성되는 방식으로 배열되며, 이는 배기 가스를 캡(16)의 내부로부터 밖으로 빼낸다. 캡(16)이 센서(1)의 전방 단부를 넘어 전방으로 연장하기 때문에, 이는 한편으로는 기능 층(4) 상에서 그리고 선택적으로 O2 민감 층(7)을 통해 각각의 전방 단부로의 균일한 유동에 영향을 준다. 또한, 따라서 캡은 기계적 그리고 온도 영향들에 대해 센서(1)에 최적 보호를 제공한다.
도시되는 예시적인 실시예에서, 캡(16)은 회전 대칭으로 구성된다. 이와 대조적으로, 캡(16)이 가스 유동에서 특정 배향으로 배열될 수 있는 방식으로 센서(1)의 특정 유동에 영향을 주는 것이 제공될 수 있다. 이러한 바람직한 방향을 위해, 하우징(11)의 내부 본체에는 연결 수단(15) 위에 마킹(marking)이 제공될 수 있어서, 조립체가 배기 가스 라인의 벽 내로 나사결합될 때, 캡의 각각의 배향이 또한 외부로부터 보일 수 있다. 연결 수단(15) 내의 내부 본체의 자유롭게 회전가능한 배열은 조립 동안 캡(16)의 의도된 정렬을 유지하는 것을 보다 용이하게 한다.
1 센서
2 세라믹 기판
3 전극들
4 기능 층
5 가열 요소
6 온도 센서
7 O2 민감 층
8 부가의 전도체
9 접촉 섹션
10 부가의 가열 구역
11 하우징
12 스프링 클립
14 가압 요소
15 커넥터 수단
16 캡
17 입구 개구
18 출구 개구

Claims (28)

  1. 가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법으로서,
    센서(1)는, 가스가 상기 센서 상에 유동하는 방식으로 배열되며,
    질소 산화물들에 대해 민감한 재료를 보유하는 상기 센서의 기능 층(4)에서, 질소 산화물 분자들이 취해지고,
    상기 기능 층에서 취해진 질소 산화물 분자들의 농도에 따라 변하는, 상기 민감한 재료의 측정가능한 물리적 변수가 측정되며,
    그리고, 상기 물리적인 변수의 측정된 값에 기초하여, 상기 가스 유동에서의 질소 산화물들의 농도가 결정되고,
    그리고, 상기 센서의 기능 층(4)은 특정한 작동 온도가 되고, 그리고 이러한 작동 온도에서 유지되며,
    상기 작동 온도에서, 상기 질소 산화물 분자들의 흡착과 탈착 사이의 평형은, 상기 센서(1)가 소위 선량계(dosimeter) 거동으로부터 유도되는 가스 센서 거동을 나타내고, 그리고 주변 가스 농도로부터 측정가능한 변수의 직접적인 의존도를 나타내는 방식으로 달성되고,
    KMnO4 및 AI2O3의 재료 조합이 상기 기능 층(4)에서 상기 민감 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서의 기능 층(4)은 500℃ 초과의 작동 온도가 되는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 센서의 임피던스는 측정된 값으로서 결정되는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(1)는, 상기 센서(1)의 기능 층(4)이 상기 작동 온도가 되고 그리고 후속하여 이러한 작동 온도에서 유지되는 방식으로
    상기 센서(1) 상에 있는 가열 요소(5)에 의해 제어되는 방식으로 가열되는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  5. 제4 항에 있어서,
    전기 저항 가열 요소는 상기 가열 요소(5)로서 사용되며, 상기 가열 요소는 고온 구역(hot zone)에 부가의 전압 탭(voltage tap)을 가지고,
    그리고, 4-전도체 저항이 작동 동안 측정되고 그리고 상기 온도를 후속하여 조절하기 위해 사용되는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  6. 제4 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 기능 층(4)에서의 온도는 온도 센서(6)에 의해 감시되며, 그리고 상기 온도 센서(6)의 측정된 값들은 상기 가열에 대한 제어 변수들을 제공하는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스 유동의 산소 함량이 측정되고 그리고 상기 기능 층(4)에 의해 결정되는 상기 가스 유동의 질소 산화물 함량의 산소 함량에 따라 보정 인자가 제공되어, 상기 가스 유동에서 실제로 보유되는 상기 질소 산화물 함량을 표시하는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 산소 함량은 O2-민감 층(7)에 의해 측정되며,
    그리고, 상기 O2-민감 층은 가열되고 그리고 500℃보다 더 큰, 그리고 특히 650℃ 내지 800℃의 작동 온도가 되는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 산소 함량은 바륨-철-탈탄산염(tantalate) 재료로 제조되는 O2-민감 층에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는,
    가스 유동에서 질소 산화물들을 측정하기 위한 방법.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하기 위한, 디바이스(device)로서
    기능 층(4)뿐만 아니라 전극들(3)을 가지는 센서(1)를 가지며, 상기 기능 층은 질소 산화물들에 대해 민감하고 그리고 질소 산화물 분자들의 흡착을 허용하는 KMnO4 및 AI2O3의 재료 조합을 보유하고,
    상기 센서는 적어도 500℃의 온도 안정성을 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 센서(1)는 전기 절연 세라믹 기판(2)을 가지며,
    상기 세라믹 기판 상에, 상기 전극들(3) 및 상기 기능 층(4)이 배열되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  12. 제10 항 또는 제11 항에 있어서,
    상기 센서(1)는 금 또는 백금 합금으로 제조된 전극들(3)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  13. 제10 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기능 층(4)은 상기 전극들(3) 상에 코팅(coating)으로서 적용되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  14. 제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(1)는 평면 센서(1)로서 본질적으로 평탄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  15. 제10 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(1)는 전기 저항 가열 요소(5)를 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  16. 제10 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 요소(5)는, 4-전도체 저항이 작동 동안 측정될 수 있고 그리고 상기 온도의 후속적인 조정을 위해 사용될 수 있는 방식으로 상기 센서(1)의 고온 구역에서 부가의 전압 탭을 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  17. 제7 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(1)는 상기 세라믹 기판(2) 상에 온도 센서(6)를 가지며,
    그리고, 절연 층이 상기 온도 센서 상에 배열되며 그리고 상기 전극들(3) 및 상기 기능 층(4)이 상기 절연 층 위에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 온도 센서(6)는 스크린 인쇄 방법을 사용하여 상기 세라믹 기판(2) 상에 인쇄되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  19. 제10 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(1)는 추가적으로, O2-민감 층으로서 구성되고 그리고 상기 세라믹 기판(2)에 적용되는 O2 센서를 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 O2 센서는, 온도-독립적 특성 곡선을 갖는 저항 센서로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  21. 제19 항 또는 제20 항에 있어서,
    상기 O2 센서는 실질적으로 온도-독립적이지만, O2-독립적인 시벡(Seebeck) 계수를 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  22. 제19 항에 있어서,
    상기 O2-민감 층은 BFT(barium iron tantalate)를 보유하는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  23. 제15 항 또는 제19 항에 있어서,
    상기 가열 요소(5)는 상기 O2 센서를 가열하는 부가의 가열 구역(10)을 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  24. 제19 항 내지 제22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 O2-민감 층은 에어로졸 증착 방법에서 세라믹 기판(2)에 적용되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  25. 제10 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(1)는 캡(cap)(16)에 의해 둘러싸이며, 상기 캡(16)은 상기 센서(1)를 따라 안내될 상기 가스 유동을 위한 입구 개구(17) 및 출구 개구(18)를 가지는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 캡(16)은 이중 벽(double-wall)으로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  27. 제25 항 또는 제26 항에 있어서,
    상기 캡(16)은 촉매적으로(catalytically) 코팅되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
  28. 제10 항 내지 제27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서(1)는, 상기 센서(1)가 장착되는 것을 허용하는 연결 수단(15)을 가지며,
    상기 센서(1)는 상기 연결 수단에 대해 자유롭게 회전가능하도록 장착되는 것을 특징으로 하는,
    디바이스.
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