WO2015028655A1 - Gassensorelement und verwendung desselben - Google Patents

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gas
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Johannes Ante
Markus HIEN
Ralf Moos
Daniela SCHÖNAUER-KAMIN
Gunter Hagen
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Aumovio Germany GmbH
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Continental Automotive Technologies GmbH
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte

Definitions

  • the present invention relates to a gas sensor element having a hot plate attached to the remainder of the element by means of one or more narrow arms, having electrical and sensory function components required for gas detection, and electrodes, a gas sensitive functional layer, a diffusion barrier and has a heater.
  • Gas sensor elements are used, for example, as oxygen sensors in the intake tract of internal combustion engines and serve there to detect the exhaust gas recirculation rate. Without exhaust gas recirculation , the oxygen content in the intake air is about 21%. With increasing exhaust gas recirculation fraction of this decreases.
  • the actual gas-sensitive functional ⁇ layer of the sensor, ie, the solid electrolyte usually consists of yttria-stabilized zirconia YSZ, an oxygen conductor.
  • the senor has an anode P +, at which the oxygen escapes. This is usually more or less coarse-pored covered against dirt, without impeding the escape of oxygen significantly.
  • the gas sensitive functional layer usually made of YSZ
  • he ⁇ calls for an increased temperature and the platinum used as the electrode material is sufficiently catalytically active only at elevated temperature
  • such sensors have a heater, for example an electrically operated heating element, and are hereby brought to Tem ⁇ temperatures in a range of 600-850 ° C.
  • heating of the housing is connected to the heating of the actual sensor element as a result of the heat conduction from the sensor element into the housing.
  • YSZ oxygen sensors have already been developed according to the limited current principle ip, which manage with low heating power.
  • Such oxygen sensors have a small, mostly square or round multilayer ceramic chip containing the necessary structures for the YSZ pump players, electrodes, barrier and heater. It is freely suspended from platinum wires in a housing and partly additionally insulated with ceramic fibers against the housing. As a result, the heat dissipation is very low.
  • such sensors are not very suitable for such applications due to the vibrations occurring in motor vehicles and have a correspondingly short life there.
  • Such a gas sensor element is known from DE 10247857 AI.
  • This gas sensor element has a so-called hot plate, ie a small plate, which is fastened by means of one or more narrow arms, in particular four arms, to the remaining part of the element.
  • On the platelets required for gas detection electrical and sensory functional components are arranged.
  • On the one side of the plate is a sensitive layer, while the heater is located on the other side.
  • the electrical leads to the sensor structure are located on the top, the supply lines for heating on the bottom.
  • gas sensor element of the type described above which is characterized by a particularly good and low-energy operation.
  • This object is achieved in a gas sensor element of the specified type in that a positive and a negative electrode are arranged on both sides of a substrate formed by the gas-sensitive functional layer and that the heating extends annularly or partially annularly around the negative electrode.
  • the present invention provides a gas sensor element which is designed as a hot-plate sensor element.
  • the sensor element is equivalent in function to a rod-shaped sensor, but requires much less
  • Heating capacity offers not only an energy saving considerable advantages in terms of the design of the housing, as this can be made predominantly of plastic, thus allowing a combination with a pressure sensor, possibly even with a temperature sensor.
  • the hot plate is equipped with electrodes on both sides.
  • the substrate material of the hot plate is alsoforensicsma ⁇ TERIAL for acting as an ion pump gas sensor element Gassensor-.
  • the heating provided is designed annularly or partially around the negative electrode. This will affect the entire path of the gas to be detected Diffusion barrier -> negative electrode P- -> substrate as gas-sensitive functional layer -> positive electrode P + ensures a sufficiently high temperature.
  • the substrate is formed as a YSZ ceramic plate.
  • YSZ YSZ ceramic plate.
  • a uniform temperature is achieved by means of the heating provided according to the invention.
  • the hot plate is conveniently hung on four arms.
  • the arms are mutually spaced and preferably extend from the corner areas of the hot plate. They are in particular monolithically connected to the hot plate. Using such
  • the dimensioning of the arms is designed so that the mechanical stability of the arms as large as possible, the heat transfer is as small as possible.
  • the two electrodes (negative electrode P and positive electrode P +) are preferably arranged in layers on both sides of the substrate.
  • the gas to be detected enters the functional material (YSZ) of the substrate via the negative electrode P- and leaves the substrate via the positive electrode P +.
  • the proposed diffusion barrier is preferably also formed as a layer covering the negative electrode.
  • the diffusion barrier is sensitive and requires a uniform temperature, which is due to the ring-shaped or partially annularly around the negative electrode extending heating is ensured.
  • the diffusion barrier by a porous protective layer is suitably provided. Such a porous protective layer may also cover the positive electrode.
  • the proposed heater is U-shaped. This is preferably an electrical resistance heater, wherein the corresponding connection wires emanate from the ends of the legs of the U and preferably can be integrated into the corresponding arms of the hot plate.
  • the heater is arranged on the side of the negative electrode P- via a corresponding insulation on the substrate and in particular additionally has a cover.
  • the invention designed according to the gas sensor element is preferably arranged in front of or incorporated ⁇ so that the negative electrode with a diffusion barrier and heating on the underside of the hot plate is arranged while the positive electrode is located on the top.
  • the remaining part of the gas sensor element (apart from the hot plate) is preferably made entirely of plastic or for the predominant ⁇ part. This advantage results because the sensor element requires a particularly low heating power.
  • the gas sensor element is therefore designed as a limited-current gas sensor or oxygen sensor.
  • a particularly preferred possibility of use of the gas sensor element embodied according to the invention consists in its installation in the air intake tract of an internal combustion engine. As with such an intake tract often KunststoffStoffkomponenten be used in the present invention formed ⁇ gas sensor element of this is particularly suitable, since it requires a low heat output and must not be heated to over 140 ° C in particular.
  • the invention therefore relates in particular to an ion pump oxygen sensor in which, according to the limiting current principle, oxygen ions are pumped through the intended functional material YSZ.
  • a YSZ Limited Current oxygen sensor is used as a hot plate sensor for the intake system of an internal combustion engine.
  • the manufacture of the gas sensor element formed according to the invention can be carried out, for example, in thick film technology by printing ceramic substrate plates, in particular YSZ ceramic substrate plates, and then laser cutting.
  • the production of green ceramic films can be carried out, for which several layers of green tapes each printed with the required structures, punched, precisely positioned superimposed, laminated and sintered.
  • FIG. 1 is a schematic bottom view of a hot
  • FIG. 2 shows a section along line A-A in FIG. 1
  • the gas sensor element shown in the figures is a limited-current oxygen sensor element which has a hot plate 1, which is suspended by means of four arms 3 on a housing 2 shown only schematically.
  • the Hot Plate 1 has the necessary for oxygen detection electrical and sensory functional components, which are shown here only schematically. It is essential that the operation of the sensor element, a heating of the corresponding functional components is required and that due to the suspension of the hot-plate carrying the functional components using the illustrated four arms 3 only a relatively small heat transfer to the surrounding housing 2 takes place, so that the housing. 2 can be made of materials that have only a relatively low heat resistance, as is the case with ent ⁇ speaking plastics.
  • the installation location for the oxygen sensor element described here can also consist of such materials as is the case, for example, in the intake tract of internal combustion engines.
  • the holding the hot plate 1 arms 3 therefore have the smallest possible cross section, but on the other hand have the required mechanical stability to keep the hot plate safe.
  • the corresponding electrical supply and discharge lines for the sensor element with the associated heater are housed.
  • FIG. 2 shows a section along line A-A in FIG. 1 through the hot plate 1.
  • the oxygen sensor element functions as an ion pump oxygen sensor and pumps oxygen ions through a functional material, which here is formed by a substrate 6, according to the limiting current principle.
  • the substrate 6 is a plate made of a YSZ ceramic (yttrium-stabilized zirconia ceramic).
  • YSZ ceramic yttrium-stabilized zirconia ceramic
  • Electrode 7 while on the underside of the substrate 6, a layer-shaped negative electrode 4 is located.
  • the hot plate is traversed from bottom to top of the gas to be detected, as indicated by the arrow in Figure 2.
  • the negative electrode 4 arranged on the underside of the substrate 6 is covered by a diffusion barrier 10.
  • a U-shaped ⁇ formed heater 5 which is arranged on an insulation 8 on the underside of the substrate 6.
  • the heater 5 has a corresponding cover 9. Both the diffusion barrier 10 and the positive electrode 7 are covered by a porous protective layer 11, 12.
  • the diffusion layer 10, the protective layer 11 and the Hei ⁇ tion cover 9 are not shown in Figure 1.
  • the embodiment shown in the figures shows a YSZ Limited Current oxygen sensor as a hot-plate sensor, which is designed as an operating according to the limiting current principle ion pump oxygen sensor and is characterized by a particularly good and low-energy operation.

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Abstract

Es wird ein Gassensorelement mit einer Hot-Plate beschrieben. Die Hot-Plate ist mithilfe von einem oder mehreren schmalen Armen (3) am restlichen Teil des Elementes befestigt, weist die zur Gasdetektion erforderlichen elektrischen und sensorischen Funktionskomponenten auf und besitzt Elektroden (4,7), eine gassensitive Funktionsschicht (6), eine Diffusionsbarriere (1) und eine Heizung (5). Eine positive und eine negative Elektrode sind beidseitig eines von der gassensitiven Funktionsschicht gebildeten Substrates angeordnet, und die Heizung erstreckt sich ringförmig oder teilringförmig um die negative Elektrode. Das Gassensorelement zeichnet sich durch eine besonders gute und energiearme Funktionsweise aus.

Description

Beschreibung
Gassensorelement und Verwendung desselben Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gassensorelement mit einer Hot-Plate, die mithilfe von einem oder mehreren schmalen Armen am restlichen Teil des Elementes befestigt ist, die zur Gasdetektion erforderlichen elektrischen und sensorischen Funktionskomponenten aufweist und Elektroden, eine gassensitive Funktionsschicht, eine Diffusionsbarriere und eine Heizung besitzt .
Gassensorelemente werden beispielsweise als Sauerstoffsensoren im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren eingesetzt und dienen dort der Erfassung der Abgasrückführungsrate. Ohne Abgas¬ rückführung beträgt der Sauerstoffgehalt in der Ansaugluft etwa 21 %. Mit zunehmendem Abgasrückführungsanteil sinkt dieser. Es ist bekannt, als Sauerstoffsensoren herkömmliche lineare Lambdasonden zu verwenden. Alle herkömmlichen Sauerstoffsen- soren haben eine Kathode P-, d. h. eine Elektrode, an der der Sauerstoff eindiffundiert. Der Kathode ist eine Diffusions¬ barriere vorgeschaltet. Hierbei handelt es sich in der Regel um eine poröse Schicht. Die eigentliche gassensitive Funktions¬ schicht des Sensors, d. h. der Festkörperelektrolyt, besteht üblicherweise aus Yttrium-stabilisiertem Zirkonoxid YSZ, einem Sauerstoffleiter . Ferner weist der Sensor eine Anode P+ auf, an der der Sauerstoff austritt. Diese ist in der Regel gegen Schmutzbelag mehr oder weniger grobporig abgedeckt, ohne hierbei das Austreten des Sauerstoffes wesentlich zu behindern. Da die gassensitive Funktionsschicht (in der Regel aus YSZ) für eine ausreichende Ionenleitfähigkeit eine erhöhte Temperatur er¬ fordert und das als Elektrodenmaterial eingesetzte Platin nur bei erhöhter Temperatur hinreichend katalytisch aktiv ist, weisen derartige Sensoren eine Heizung, beispielsweise einen elektrisch betriebenen Heizwiderstand, auf und werden hiermit auf Tem¬ peraturen in einem Bereich von 600-850 °C gebracht. Bei solchen Gassensorelementen besteht das Problem, dass mit der Aufheizung des eigentlichen Sensorelementes infolge der Wärmeleitung vom Sensorelement in das Gehäuse eine Erwärmung des Gehäuses verbunden ist. Bei Abgassensoren ist eine derartige Erwärmung nicht störend, da der Auspuff ohnehin heiß ist. Im Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors werden jedoch häufig KunstStoffkomponenten eingesetzt, auf die sich eine derartige Erwärmung negativ auswirkt. So ist beispielsweise bei solchen KunstStoffkomponenten eine Erwärmung auf über 140 °C schädlich. Die üblichen Lambdasonden werden daher für einen Betrieb in einem KunstStoffansaugrohr zu heiß.
Ferner sind bereits YSZ-SauerstoffSensoren nach dem Limi- ted-Current-Prinz ip entwickelt worden, die mit einer geringen Heizleistung auskommen. Solche SauerstoffSensoren weisen ein kleines, meist quadratisches oder rundes mehrlagiges Kera- mikplättchen auf, das die notwendigen Strukturen für die YSZ-Pumplayer , Elektroden, Barriere und Heizung enthält. Es ist an Platindrähten in einem Gehäuse frei aufgehängt und zum Teil zusätzlich mit Keramikfasern gegen das Gehäuse isoliert. Dadurch ist die Wärmeableitung sehr gering. Solche Sensoren sind jedoch aufgrund der in Kraftfahrzeugen auftretenden Vibrationen für derartige Einsatzzwecke wenig geeignet und haben dort eine entsprechend geringe Lebensdauer.
Es ist daher ein Aufbau erforderlich, der die beheizte Sensorstruktur steif und wärmeentkoppelt in einem Rahmen oder Gehäuse so hält, dass freier Gaszutritt und elektrische Kon- taktierung möglich sind. Dabei dürfen sich Rahmen bzw. Gehäuse nicht wesentlich erwärmen. Ein solches Gassensorelement ist aus der DE 10247857 AI bekannt. Dieses Gassensorelement besitzt eine sogenannte Hot-Plate, d. h. ein Plättchen, das mithilfe von einem oder mehreren schmalen Armen, insbesondere vier Armen, am restlichen Teil des Elementes befestigt ist. Auf dem Plättchen sind die zur Gasdetektion erforderlichen elektrischen und sensorischen Funktionskomponenten angeordnet. Auf der einen Seite des Plättchens befindet sich eine sensitive Schicht, während die Heizung auf der anderen Seite angeordnet ist. Die elektrischen Zuleitungen zur Sensorstruktur befinden sich auf der Oberseite, die Zuleitungen zur Heizung auf der Unterseite. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Gassensorelement der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das sich durch eine besonders gute und energiearme Funktionsweise aus zeichnet . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Gassensorelement der angegebenen Art dadurch gelöst, dass eine positive und eine negative Elektrode beidseitig eines von der gassensitiven Funktionsschicht gebildeten Substrates angeordnet sind und dass sich die Heizung ringförmig oder teilringförmig um die negative Elektrode erstreckt.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Gassensorelement vor, das als Hot-Plate-Sensorelement ausgebildet ist. Das Sensorelement ist hinsichtlich seiner Funktion einem in Stäbchenform ausgebildeten Sensor gleichwertig, erfordert jedoch eine viel geringere
Heizleistung. Dies bietet neben einer Energieeinsparung erhebliche Vorteile in Bezug auf die Ausbildung des Gehäuses, da dieses überwiegend aus Kunststoff ausgeführt werden kann und so eine Kombination mit einem Drucksensor, eventuell sogar mit einem Temperatursensor ermöglicht.
Die Hot-Plate ist beidseitig mit Elektroden ausgestattet. Das Substratmaterial der Hot-Plate ist gleichzeitig Funktionsma¬ terial für das als Ionenpumpen-Gassensor wirkende Gassensor- element.
Um trotz der eine schlechte Wärmeleitung aufweisenden gassensitiven Funktionsschicht eine gleichmäßige Temperatur zu erreichen, ist die vorgesehene Heizung ringförmig oder teil- ringförmig um die negative Elektrode ausgebildet. Dadurch wird auf dem gesamten Weg des zu detektierenden Gases Diffusionsbarriere -> negative Elektrode P- -> Substrat als gassensitive Funktionsschicht -> positive Elektrode P+ eine ausreichend hohe Temperatur sichergestellt.
Zur mechanischen Anbindung und Kontaktierung ist die Hot-Plate analog zu dem aus der DE 102 47 857 AI bekannten System mithilfe von einem oder mehreren schalen Armen an einem Rahmen oder einem Gehäuse aufgehängt, wobei die elektrischen Zu- und Ableitungen in die vorgesehenen Arme integriert sein können.
Vorzugsweise ist das Substrat als YSZ-Keramikplatte ausgebildet. Trotz der relativ schlechten Wärmeleitung des Materiales YSZ wird mithilfe der erfindungsgemäß vorgesehen Heizung eine gleich- mäßige Temperatur erreicht.
Die Hot-Plate ist zweckmäßigerweise an vier Armen aufgehängt. Die Arme sind gegenseitig beabstandet und gehen vorzugsweise von den Eckbereichen der Hot-Plate aus. Sie sind insbesondere mit der Hot-Plate monolithisch verbunden. Mithilfe einer derartigen
Anordnung wird die Wärmeübertragung von der Hot-Plate auf das umgebende Gehäuse bzw. den Rahmen des Gassensorelementes mi¬ nimiert. Die Dimensionierung der Arme ist so ausgeführt, dass die mechanische Stabilität der Arme möglichst groß, die Wärme- Übertragung jedoch möglichst gering ist.
Die beiden Elektroden (negative Elektrode P- und positive Elektrode P+) sind vorzugsweise schichtförmig auf beiden Seiten des Substrates angeordnet. Das zu detektierende Gas dringt über die negative Elektrode P- in das Funktionsmaterial (YSZ) des Substrates ein und verlässt das Substrat über die positive Elektrode P+ .
Die vorgesehene Diffusionsbarriere ist vorzugsweise ebenfalls als Schicht ausgebildet, die die negative Elektrode abdeckt. Die Diffusionsbarriere ist empfindlich und benötigt eine gleich¬ mäßige Temperatur, die durch die sich ringförmig oder teil- ringförmig um die negative Elektrode erstreckende Heizung sichergestellt wird. Um eine Auskühlung, Verschmutzung oder Zerstörung der Diffusionsbarriere durch Wasserschlag zu ver¬ meiden, ist bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung die Diffusionsbarriere von einer porösen Schutzschicht abge¬ deckt . Eine derartige poröse Schutzschicht kann auch die positive Elektrode abdecken.
Zweckmäßigerweise ist die vorgesehene Heizung U-förmig aus- gebildet. Es handelt sich hierbei vorzugsweise um eine elektrische Widerstandsheizung, wobei die entsprechenden Anschlussdrähte von den Enden der Schenkel des U ausgehen und vorzugsweise in die entsprechenden Arme der Hot-Plate integriert sein können.
Die Heizung ist auf der Seite der negative Elektrode P- über eine entsprechende Isolation auf dem Substrat angeordnet und weist insbesondere zusätzlich eine Abdeckung auf. Das erfindungsgemäß ausgebildete Gassensorelement wird vor¬ zugsweise so angeordnet bzw. eingebaut, dass die negative Elektrode mit Diffusionsbarriere und Heizung auf der Unterseite der Hot-Plate angeordnet ist, während sich die positive Elektrode auf der Oberseite befindet.
Der restliche Teil des Gassensorelementes (abgesehen von der Hot-Plate) besteht vorzugsweise vollständig oder zum über¬ wiegenden Teil aus Kunststoff. Dieser Vorteil ergibt sich, weil das Sensorelement eine besonders geringe Heizleistung erfordert.
Das Gassensorelement ist daher als Limited-Current-Gassensor bzw. -Sauerstoffsensor ausgebildet.
Eine besonders bevorzugte Verwendungsmöglichkeit des erfin- dungsgemäß ausgebildeten Gassensorelementes besteht im Einbau desselben in den Luftansaugtrakt eines Verbrennungsmotors. Da bei einem derartigen Ansaugtrakt vielfach KunstStoffkomponenten eingesetzt werden, ist das erfindungsgemäß ausgebildete Gas¬ sensorelement hierfür besonders geeignet, da es eine geringe Heizleistung erfordert und insbesondere nicht auf über 140 °C erwärmt werden muss.
Die Erfindung betrifft daher insbesondere einen Ionenpumpen-Sauerstoffsensor, bei dem nach dem Grenzstromprinzip Sauerstoffionen durch das vorgesehene Funktionsmaterial YSZ gepumpt werden. Ein solcher YSZ-Limited-Current-Sauerstoff- sensor wird als Hot-Plate-Sensor für das Ansaugsystem eines Verbrennungsmotors eingesetzt.
Die Herstellung des erfindungsgemäß ausgebildeten Gassensorelementes kann beispielsweise in Dickschichttechnik durch Bedrucken von Keramiksubstratplatten, insbesondere YSZ-Keramik- substratplatten, und anschließendes Laserschneiden erfolgen. Für eine Serienproduktion kann die Fertigung aus ungebrannten Keramikfolien (Green Tape) durchgeführt werden, wozu mehrere Layer Green Tapes jeweils mit den erforderlichen Strukturen bedruckt, gestanzt, exakt positioniert übereinandergelegt , laminiert und gesintert werden.
Die Erfindung wird nachfolgen anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Unteransicht eines Hot-
Plate-Gassensorelementes; und Figur 2 einen Schnitt entlang Linie A-A in Figur 1
durch die Hot-Plate des Sensorelementes der Figur 1.
Bei dem in den Figuren dargestellten Gassensorelement handelt es sich um ein Limited-Current-Sauerstoffsensorelement , das eine Hot-Plate 1 aufweist, welche mithilfe von vier Armen 3 an einem nur schematisch dargestellten Gehäuse 2 aufgehängt ist. Die Hot-Plate 1 weist die zur Sauerstoffdetektion erforderlichen elektrischen und sensorischen Funktionskomponenten auf, die hier nur schematisch dargestellt sind. Wesentlich ist, dass zum Betrieb des Sensorelementes ein Aufheizen der entsprechenden Funktionskomponenten erforderlich ist und dass aufgrund der Aufhängung der die Funktionskomponenten tragenden Hot-Plate mithilfe der dargestellten vier Arme 3 nur eine relativ geringe Wärmeübertragung auf das umgebende Gehäuse 2 stattfindet, so dass das Gehäuse 2 aus Materialien hergestellt sein kann, die nur eine relativ geringe Wärmefestigkeit besitzen, wie dies bei ent¬ sprechenden Kunststoffen der Fall ist. Auch der Einbauort für das hier beschriebene Sauerstoffsensorelement kann aus solchen Materialien bestehen, wie dies beispielsweise im Ansaugtrakt von Verbrennungsmotoren der Fall ist.
Die die Hot-Plate 1 haltenden Arme 3 weisen daher einen möglichst geringen Querschnitt auf, besitzen jedoch andererseits die erforderliche mechanische Stabilität, um die Hot-Plate sicher zu halten. In den Armen 3 sind die entsprechenden elektrischen Zu- und Ableitungen für das Sensorelement mit der zugehörigen Heizung untergebracht .
Figur 2 zeigt einen Schnitt entlang Linie A-A in Figur 1 durch die Hot-Plate 1. Das Sauerstoffsensorelement funktioniert als Ionenpumpen-Sauerstoffsensor und pumpt nach dem Grenzstromprinzip Sauerstoffionen durch ein Funktionsmaterial, das hier von einem Substrat 6 gebildet wird. Bei dem Substrat 6 handelt es sich um eine Platte aus einer YSZ-Keramik (Yttrium-stabi- lisierter Zirkonoxid-Keramik ) . Auf der Oberseite des Substrates 6 befindet sich eine schichtförmig ausgebildete positive
Elektrode 7, während sich auf der Unterseite des Substrates 6 eine schichtförmig ausgebildete negative Elektrode 4 befindet. Die Hot-Plate wird von unten nach oben von dem zu detektierenden Gas durchströmt, wie durch den Pfeil in Figur 2 angedeutet.
Die auf der Unterseite des Substrates 6 angeordnete negative Elektrode 4 ist von einer Diffusionsbarriere 10 bedeckt. Um die negative Elektrode 4 herum erstreckt sich eine U-förmig aus¬ gebildete Heizung 5, die über eine Isolation 8 an der Unterseite des Substrates 6 angeordnet ist. Die Heizung 5 weist eine entsprechende Abdeckung 9 auf. Sowohl die Diffusionsbarriere 10 als auch die positive Elektrode 7 sind von einer porösen Schutzschicht 11, 12 bedeckt.
Die Diffusionsschicht 10, die Schutzschicht 11 und die Hei¬ zungsabdeckung 9 sind in Figur 1 nicht dargestellt.
Die in den Figuren dargestellte Ausführungsform zeigt einen YSZ-Limited-Current-Sauerstoffsensor als Hot-Plate-Sensor, der als nach dem Grenzstromprinzip arbeitender Ionenpumpen-Sauerstoffsensor ausgebildet ist und sich durch eine besonders gute und energiearme Funktionsweise auszeichnet.

Claims

Patentansprüche
Gassensorelement mit einer Hot-Plate, die mithilfe von einem oder mehreren schmalen Armen am restlichen Teil des Elementes befestigt ist, die zur Gasdetektion erforder¬ lichen elektrischen und sensorischen Funktionskomponenten aufweist und Elektroden, eine gassensitive Funktions¬ schicht, eine Diffusionsbarriere und eine Heizung besitzt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine po¬ sitive und eine negative Elektrode (4, 7) beidseitig eines von der gassensitiven Funktionsschicht gebildeten Substrates (6) angeordnet sind und dass sich die Heizung (5) ringförmig oder teilringförmig um die negative Elektrode (4) erstreckt.
Gassensorelement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Substrat (6) als
YSZ-Keramikplatte ausgebildet ist.
Gassensorelement nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Hot-Plate (1) an vier Armen (3) aufgehängt ist.
Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die beiden Elektroden (4, 7) schichtförmig auf beiden Seiten des Substrates (6) angeordnet sind.
Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dif¬ fusionsbarriere (10) als Schicht die negative Elektrode (4) abdeckt .
Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Dif¬ fusionsbarriere (10) und/oder die positive Elektrode (7) von einer porösen Schutzschicht (11, 12) abgedeckt sind.
7. Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Heizung (5) U-förmig ausgebildet ist.
8. Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Heizung (5) eine Isolation (8) gegenüber dem Substrat (6) besitzt. 9. Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Heizung (5) eine Abdeckung (9) aufweist.
10. Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die ne¬ gative Elektrode (4) mit Diffusionsbarriere (10) und Heizung (5) auf der Unterseite der Hot-Plate (1) angeordnet ist . 11. Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der restliche Teil des Gassensorelementes vollständig oder zum überwiegenden Teil aus Kunststoff besteht. 12. Gassensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass es als Limited-Current-Sauerstoffsensor ausgebildet ist.
13. Verwendung eines Gassensorelementes nach einem der vo- rangehenden Ansprüche zum Einbau in den Luftansaugtrakt eines Verbrennungsmotors.
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