專利名稱：確定混合氣中氣體組分濃度的、非加熱的平面?zhèn)鞲性闹谱鞣椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及權(quán)利要求1的前序部分中所定義的一種用于確定混合氣中一種氣體組分的濃度、尤其是內(nèi)燃機廢氣中氧濃度的非加熱的平面?zhèn)鞲性?br>
背景技術(shù)：
平面?zhèn)鞲性缙浔挥糜讦?Lambda)探頭中來確定內(nèi)燃機廢氣中的氧濃度，其特征為它不同于指形探頭，所有功能層如能斯脫單元、參考氣體通道均被作成平面的彼此重疊的面。一種為寬帶λ探頭設(shè)計的平面?zhèn)鞲袉卧幻枋鲈贒E 199 41 051 A1中。一種用于跳變式探頭或λ＝1探頭的平面?zhèn)鞲袉卧蓞⒖糤iedenmann，Htzel，Neumann，Riegel，Weyl著的“用于機動車中混合物調(diào)節(jié)的ZrO2-λ探頭”第383及384頁中，1995年，B.G.Teubner出版社，斯圖加特。
為了滿足由于嚴格的機動車廢氣標準對探頭提出的高精確度的要求，傳感元件通常與一個組合的加熱器作在一起，而非加熱的的傳感元件在機動車領(lǐng)域中已不受重視。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的非加熱的平面?zhèn)鞲性哂衅鋬?yōu)點，即由于取消了組合的加熱器使傳感元件具有小體積及很小的能耗及由此很好地適用于小功率的小發(fā)動機，例如適用于小型摩托車、割草機、應(yīng)急電源裝置及馬達鏈鋸中，這些裝置現(xiàn)在統(tǒng)統(tǒng)未有廢氣調(diào)節(jié)地被供貨。因此在這些裝置中將在規(guī)定的環(huán)境保護的意義上實質(zhì)地改善廢氣成分。
在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的平面?zhèn)鞲性弦蛉∠訜崞鞫a(chǎn)生的測量精確度的下降將通過根據(jù)本發(fā)明的傳感元件層結(jié)構(gòu)又得以補償，因為由于相對參考氣體通道鏡像對稱的傳感元件結(jié)構(gòu)一方面通過顯著小的層厚使內(nèi)電極與廢氣隔開及由此很快地、以相對外電極僅很小的延時被廢氣加熱，及另一方面在未加大裝入殼體中的傳感元件的主要縱向尺寸的情況下使電極面積變?yōu)閮杀?。由此在λ?調(diào)節(jié)時總地可實現(xiàn)短的開關(guān)時間及足夠精確的調(diào)節(jié)精確度。同時可保證一方面兩個內(nèi)電極，另一方面兩個外電極同時地升高到相同的溫度上；由此可保證足夠精確的測量精確度。
通過描述在其它權(quán)利要求中的措施可得到在權(quán)利要求1中給出的傳感元件的有利的進一步構(gòu)型及改進。
在以下的描述中將借助在附圖中所示的實施例來詳細說明本發(fā)明。這里的附圖以解體圖的形式表示一個用于λ＝1探頭的非加熱的平面?zhèn)鞲性?br>
具體實施例方式
附圖中所示的作為用于普遍確定混合氣中一種氣體組分濃度的傳感元件的實施例的、用于確定內(nèi)燃機廢氣中氧濃度的非加熱的平面?zhèn)鞲性偣簿哂杏梢环N固體電解質(zhì)、最好由氧化鋯基層(ZrO2基層)作的三個薄膜，它們彼此重疊及結(jié)合成疊層。以下將中間薄膜稱為通道薄膜11及上和下薄膜被稱為傳感薄膜12及13。在通道薄膜11中被沖壓出一個縱向延伸的參考氣體通道14，它與一種參考氣體、通常為空氣形成連接。在上傳感薄膜12背著通道薄膜11的外側(cè)面上置有一個外電極15，及與此相對立地在上傳感薄膜12向著通道薄膜11的內(nèi)側(cè)面上置有一個內(nèi)電極16。類似地，下傳感薄膜13上置有一個外電極17及一個內(nèi)電極18。電極15至18被作成薄的鉑層或鉑-陶瓷層并用絲網(wǎng)印刷方法印在傳感薄膜12，13上。內(nèi)電極16，18被這樣定尺寸，即在薄膜11，12及13彼此疊置的情況下它們位于由通道薄膜11沖壓出來的參考氣體通道14中，該通道的上面及下面被兩個傳感薄膜12，13氣密地覆蓋住。電極15，16通過也是印在傳感薄膜12，13上的印制導線19，20與接觸面21，22相連接。在每個傳感薄膜12或13上，兩個接觸面21，22被設(shè)置在傳感薄膜12或13外側(cè)面上，而印制導線19被設(shè)置在傳感薄膜12或13的外側(cè)面上及印制導線20被設(shè)置在傳感薄膜12或13的內(nèi)側(cè)面上。接觸面21無過渡地連接在印制導線19上，接觸面22穿過傳感薄膜12或13接觸到內(nèi)電極17或18的印制導線20上。被接收在一個殼體中的傳感元件通過接觸面21，22并借助導入殼體中的連接電纜與一個控制裝置相連接。外電極15及17各被一個多孔的、附著的保護層23或24覆蓋，它們也是用絲網(wǎng)印刷方法印上的。這些保護層由例如一種鎂-尖晶石或由對Y2O3，MgO或CaO穩(wěn)定的ZrO2組成。為了調(diào)節(jié)到一定的孔隙率將混合當燒結(jié)時被燒盡的起泡劑或Al2O3。
在所述傳感元件的一個變型中，將去掉設(shè)有沖壓出的參考氣體通道14的通道薄膜11，及為了構(gòu)成參考氣體通道14在傳感薄膜12或傳感薄膜13的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置了作為多孔層的與被沖壓的通道相同布局的參考氣體通道。在傳感薄膜上將附加地印刷一個U形的、氣密地密封的ZrO2層，它使參考氣體通道對外密封及設(shè)有一個與參考氣體連接的切口。該設(shè)置是用厚層或薄層技術(shù)中的絲網(wǎng)印刷方法實現(xiàn)的。在傳感薄膜12，13彼此疊置及結(jié)合成傳感薄膜的疊層后，該參考氣體通道14將在上面及下面被兩個傳感薄膜12，13覆蓋及被印在傳感薄膜12，13內(nèi)側(cè)面上的內(nèi)電極16，18將位于參考氣體通道14的內(nèi)部。在該傳感元件的變型去除了一個薄膜，它由一個很薄的印刷層來替代。由此使傳感元件的高度或厚度減小。
本發(fā)明不被限制在用于確定廢氣中氧濃度的傳感元件上。而用于確定混合氣中任意一種氣體組分的濃度、例如用于確定廢氣中氧化氮的濃度的所有傳感元件可用上述方式構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.用于確定混合氣中一種氣體組分的濃度、尤其是內(nèi)燃機廢氣中氧濃度的非加熱的平面?zhèn)鞲性哂幸粋€由固體電解質(zhì)作的傳感薄膜(12)，在該傳感薄膜的外側(cè)面上設(shè)置有一個遭遇該混合氣的外電極(15)及在該傳感薄膜的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有一個遭遇參考氣體的內(nèi)電極(16)，該內(nèi)電極被置入在一個其上側(cè)面被傳感薄膜(12)覆蓋的參考氣體通道(14)中，其特征在于參考氣體通道(14)的下側(cè)面被由固體電解質(zhì)作的另一傳感薄膜(13)覆蓋，在該傳感薄膜(13)的內(nèi)側(cè)面上設(shè)置有一個被置入在參考氣體通道(14)中的第二內(nèi)電極(18)及在該傳感薄膜(13)的外側(cè)面上設(shè)置有一個遭遇該混合氣的第二外電極(17)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感元件，其特征在于參考氣體通道(14)由一個薄膜(11)沖壓出來及該薄膜(11)被夾放在兩個傳感薄膜(12，13)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的傳感元件，其特征在于該具有被沖壓出的參考氣體通道(14)的薄膜(11)由固體電解質(zhì)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的傳感元件，其特征在于在一個傳感薄膜(12，13)上設(shè)置了作為多孔層的參考氣體通道(14)及一個使該參考氣體通道(14)對外密封的、由固體電解質(zhì)、尤其是ZrO2作的U形層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的傳感元件，其特征在于參考氣體通道(14)及U形固體電解質(zhì)層的設(shè)置用絲網(wǎng)印刷方法進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項的傳感元件，其特征在于在每個外電極(15，17)的背著傳感薄膜(12)的上表面上設(shè)有一個可透過氣體的多孔保護層(23，24)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于確定混合氣中一種氣體組分的濃度、尤其是內(nèi)燃機廢氣中氧濃度的非加熱的平面?zhèn)鞲性?，它具有一個由固體電解質(zhì)作的、帶有一個遭遇測量氣體的外電極(15)及一個遭遇參考氣體的內(nèi)電極(16)的傳感薄膜(12)，及一個在一側(cè)上被傳感薄膜(12)覆蓋的、接收內(nèi)電極(16)的參考氣體通道(14)。為了構(gòu)造一個小體積的、成本合適的用于小功率的小內(nèi)燃機中并具有足夠好的測量精確度的、非加熱的傳感元件，該參考氣體通道(14)的下側(cè)面被由固體電解質(zhì)作的另一傳感薄膜(13)覆蓋，及設(shè)置有一個置入在參考氣體通道(14)中的內(nèi)電極(16)及一個遭遇測量氣體的外電極(17)。
文檔編號G01N27/407GK1530647SQ20041002849
公開日2004年9月22日 申請日期2004年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月13日
發(fā)明者赫爾穆特·魏爾, 延斯·施奈德, 德特勒夫·海曼, 托馬斯·瓦爾, 漢斯-約爾格·倫茨, 諾曼·哈恩, 詹姆斯·里夏德, 達明·巴恩斯, 邁克·麥考密克, 約翰·戴, 瓦爾, 里夏德, 哈恩, 夫 海曼, 巴恩斯, 戴, 施奈德, 級 瘛ぢ狀, 赫爾穆特 魏爾, 麥考密克 申請人:羅伯特·博施有限公司, 羅伯特 博施有限公司