用于氣體傳感器的加熱元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種傳感器元件(110)以及一種加熱元件(112)，尤其用在傳感器元件(110)內(nèi)。傳感器元件(110)尤其用于探測一個測量氣體室內(nèi)的一種氣體的至少一種特性。加熱元件(112)包括至少兩個接觸元件(120)和至少兩個可通過所述接觸元件(120)施加加熱電流的加熱路徑(126，128)。加熱元件(112)被這樣地構(gòu)成，使得一個通過接觸元件(120)提供的總電流在至少兩個不同的溫度下以不同的方式分配給加熱路徑(126，128)。
【專利說明】用于氣體傳感器的加熱元件
【背景技術(shù)】
[0001]從【背景技術(shù)】中已知，許多元件和部件擁有一個或多個加熱元件，例如，集成加熱元件，用于生成一個或多個運行溫度。下面借助設(shè)置在用于探測一個測量氣體室內(nèi)的一種氣體的至少一種特性的傳感器元件內(nèi)的加熱元件對本發(fā)明進行說明，但是并不對其它可能的結(jié)構(gòu)形式和應(yīng)用進行限制。尤其是，傳感器元件可以涉及用于測量氣體室內(nèi)一種氣體的質(zhì)量和/或含量的傳感器元件，尤其是，例如，一種具有一個或多個功能陶瓷的陶瓷傳感器元件。這種類型的，但是本發(fā)明并不局限于此的傳感器元件的示例是那些其中設(shè)置至少兩個電極的傳感器元件，其中，所述電極通過至少一個固體電解質(zhì)，尤其是一種陶瓷固體電解質(zhì)，例如，二氧化鋯，尤其是釔穩(wěn)定的二氧化鋯或摻加鈧的二氧化鋯，彼此連接。在RobertBosch有限責(zé)任公司:汽車內(nèi)傳感器元件，版本2007，第154-159頁中已經(jīng)對這種類型的傳感器元件的實施示例作過描述。至于氣體中的其含量在質(zhì)和/或量方面需要測量的至少一種氣體成分，尤其可以涉及氧氣和/或氧化氮和/或碳氫化合物。但是，原則上也可以探測其它氣體成分。
[0002]通常在所述的以功能陶瓷為基礎(chǔ)的廢氣傳感器中必須使用一個或多個加熱元件，這通常是由于，功能陶瓷典型地需要一個700°C至900°C的工作溫度，例如，800°C。因此，在這種類型的傳感器元件中，例如，具有陶瓷層結(jié)構(gòu)的傳感器元件，設(shè)置一個或多個鉬加熱器。這種類型的鉬加熱器被設(shè)計為，例如，蛇形加熱部。其中，對加熱元件的加熱電阻提出不同的要求。例如，在低溫度時，加熱器應(yīng)超過一個最小電阻。借此，當(dāng)較低的電流時，通?？梢栽O(shè)計為傳感器元件的控制器的最后階段。相反，在高的溫度時，加熱器應(yīng)超過一個最大電阻。借此，在一個限定的加熱電壓，例如，10.5V的最大加熱電壓時，也有足夠的加熱功率傳輸?shù)絺鞲衅髫＜?br> [0003]但是，基于常用加熱元件材料，例如，鉬，的上述要求和對溫度的依從關(guān)系，在實踐中在加熱元件的幾何形狀設(shè)計方面具有嚴格的限制。在一些應(yīng)用中，絕對有必要使用另一種加熱器金屬，例如，另一種合金，以便，例如，在許多氧氣傳感器中，尤其是柴油應(yīng)用的氧氣傳感器中，在許多情況下使用Pt / Pd-加熱器。但是，在加熱元件的密封方面又產(chǎn)生其它的挑戰(zhàn)。通常期望，減少整個傳感器元件中和尤其是加熱元件中貴金屬，尤其是鉬的含量。從【背景技術(shù)】中，例如，W02007 / 062969A1中已知，加熱元件呈兩個加熱器并聯(lián)連接之結(jié)構(gòu)形式。此外，例如，從W02001 / 044798A1已知，一般情況下并且也在廢氣探測儀中使用鈣鈦礦作為導(dǎo)電材料。盡管通過這些熟知的結(jié)構(gòu)形式已經(jīng)實現(xiàn)許多改進，但是仍然存在改進的需求，尤其是涉及到上述的對加熱元件的各種要求和涉及到普遍存在的加熱元件對貴金屬需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明的主題涉及一種加熱元件以及一種用于探測一個測量氣體室內(nèi)的一種氣體的至少一種特性的傳感器元件，它們至少很大程度地避免了已知的加熱元件和傳感器元件的上述缺點。如上所述，一個測量氣體室內(nèi)的氣體的至少一種特性原則上可以涉及任一物理上和/或化學(xué)上可測量的特性。尤其優(yōu)選，如果至少一種特性包括測量氣體室內(nèi)一種氣體成分的含量，那么傳感器元件可以被設(shè)置尤其是用于定量地和/或定性地測量氣體成分。但是，原則上也可以應(yīng)用于其它領(lǐng)域。
[0005]加熱元件包括至少兩個接觸元件和至少兩個可通過所述接觸元件施加加熱電流的加熱路徑。尤其優(yōu)選，正好設(shè)置兩個接觸元件，其中，通過兩個接觸元件，例如，例如一個加熱電壓電源和/或電流電源可以與加熱路徑連接。加熱路徑通常分用至少其中一個接觸元件，以至于，例如，為至少兩個加熱路徑設(shè)置一個接觸元件。例如，可以設(shè)置兩個接觸元件，它們分別與至少兩個加熱路徑連接。接觸元件通常理解為一種可以借此向加熱路徑施加電流和/或電壓的元件。接觸元件可以包括，例如，接觸墊，用于連接相應(yīng)觸點和/或與加熱路徑連接的引線。加熱路徑原則上可以理解為任一導(dǎo)線布設(shè)結(jié)構(gòu)，其用途在于，通過加載電流或電壓生成熱量或加熱功率。尤其是，加熱路徑可以是一種層結(jié)構(gòu)，尤其是陶瓷層結(jié)構(gòu)的壓制加熱路徑。在這里，優(yōu)選，加熱路徑可以配置有一個或多個線圈，具有非直線型結(jié)構(gòu)形式。尤其是，加熱路徑是蛇形加熱部。加熱路徑可以分別包括至少一個加熱體環(huán)路。
[0006]為了解決上述問題，建議，加熱元件被這樣地構(gòu)成，S卩，一個通過接觸元件提供的總電流在至少兩個不同的溫度下以不同的方式分配給加熱路徑。換句話說就是，總電流按照溫度分配給加熱路徑。例如，加熱路徑可以包括至少一個第一加熱路徑和至少一個第二加熱路徑，其中，一個第一電流I1流過第一加熱路徑和其中一個第二電流I2流過第二加熱路徑，其中，存在至少兩個溫度T1, T2，其中，T2XT1，對此適用的是:
[0007]
【權(quán)利要求】
1.加熱元件(112)，尤其用在一種用于探測一個測量氣體室內(nèi)的一種氣體的至少一種特性的傳感器元件(110)內(nèi)，包括至少兩個接觸元件(120)和至少兩個可通過所述接觸元件(120)施加加熱電流的加熱路徑(126，128)，其中，加熱元件(112)被這樣地構(gòu)成，使得一個通過接觸元件(120)提供的總電流在至少兩個不同的溫度下以不同的方式分配給加熱路徑(126，128)。
2.按照前述權(quán)利要求所述的加熱元件(112)，其特征在于，加熱路徑(126，128)包括至少一個第一加熱路徑(126)和至少一個第二加熱路徑(128),其中，一個第一電流I1流過第一加熱路徑(126)和其中一個第二電流I2流過第二加熱路徑(128)，其中，存在至少兩個溫度T1, T2，其中，T2XT1，對其適用的是
3.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)，其特征在于，加熱路徑(126，128)，尤其是第一加熱路徑(126)和第二加熱路徑(128)，完全地或部分地由不同的材料制成和/或通過不同的材料與接觸元件(120)連接。
4.按照前項權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)，其特征在于，不同的材料具有溫度變化特性不同的電阻。
5.按照前兩項權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)，其特征在于，不同的材料具有至少一種具有一個正溫度系數(shù)的第一材料和至少一種具有一個負溫度系數(shù)的第二材料。
6.按照前三項權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)，其特征在于，加熱路徑(126，128)的至少一個第一加熱路徑(126)由至少一種具有正溫度系數(shù)的材料制成，其中，加熱路徑(126，128)的至少一個第二加熱路徑(128)具有至少一種具有負溫度系數(shù)的材料和/或通過至少一種具有負溫度系數(shù)的材料與所述接觸元件(120)中的一個或多個連接。
7.按照前兩項權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)，其特征在于，具有負溫度系數(shù)的材料包括一種金屬氧化物，優(yōu)選按照以下化學(xué)式中的一個選擇金屬氧化物=AxlBx2On和Cx3Dx4Ex5Om中，其中，Α，B，C，D，E分別是金屬元素，其中，優(yōu)選A是La，優(yōu)選從由Fe，Co，Ni和Cu組成的組中選擇B,優(yōu)選從由La和Ba組成的組中選擇C,優(yōu)選從Ca和Sr組成的組中選擇D,優(yōu)選從Cr, Mn, Fe和Co組成的組中選擇E, X1, x2, x3, X4和X5是實數(shù)，η和m是整數(shù)。
8.按照前四項權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)，其特征在于，具有負溫度系數(shù)的材料包括一種具有I丐鈦礦結(jié)構(gòu)的材料，一種材料選自下述材料組:一種一般性化學(xué)式為LahCaxCrCVs的材料，其中x是一個大于O小于I的實數(shù)，優(yōu)選0〈x〈0.3，和其中δ是一個實數(shù)，其中，OS δ〈1，優(yōu)選，0〈 δ〈0.3和尤其優(yōu)選δ=0.15。
9.按照前述權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)，其特征在于，加熱路徑(126，128)中的至少一個通過至少一個開關(guān)元件(130)，尤其是具有負溫度系數(shù)的開關(guān)元件(130)與接觸元件(120)中的至少一個連接，其中，所述開關(guān)元件(130)被設(shè)置用于根據(jù)溫度將總電流分配到電流路徑(126，128)。
10.用于探測一個測量氣體室內(nèi)的一種氣體的至少一種特性的傳感器元件(110)，尤其是用于探測氣體內(nèi)的一種氣體成分的含量，其中，傳感器元件(110)具有至少一個按照前述權(quán)利要求中任一項所述的加熱元件(112)。
【文檔編號】G01N27/406GK103443620SQ201180061305
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日:2010年12月20日
【發(fā)明者】H·京舍爾, C·彼得斯 申請人:羅伯特·博世有限公司