具有印制導(dǎo)線和參考?xì)怏w通道的傳感器元件的制作方法
【專利摘要】傳感器元件，尤其用于驗(yàn)證氣體的物理特性，尤其用于驗(yàn)證內(nèi)燃機(jī)廢氣的氣體組分濃度或溫度或固體成分或液體成分，其中，該傳感器元件(20)具有固體電解質(zhì)膜(23)和在其縱長方向上相對置的第一端部區(qū)域和第二端部區(qū)域(202)，該傳感器元件(20)在該第一端部區(qū)域中在傳感器元件(20)內(nèi)部具有功能元件，該功能元件與在第二端部區(qū)域(202)中布置在該傳感器元件(20)外表面上的接觸面導(dǎo)電連接，功能元件和接觸面之間的導(dǎo)電連接具有在傳感器元件(20)內(nèi)部基本在縱長方向上延伸的印制導(dǎo)線(328)，該傳感器元件(20)還具有基本在傳感器元件(20)縱長方向上延伸的、經(jīng)參考?xì)怏w開口與傳感器元件(20)之外的參考?xì)怏w連通的參考?xì)怏w通道，其中，印制導(dǎo)線(328)和參考?xì)怏w通道這樣布置，使得在俯視該傳感器元件(20)時(shí)在它們之間至少部分地發(fā)生重疊，其特征在于，印制導(dǎo)線(328)在其背離傳感器元件(20)端部區(qū)域(201)的端部上向傳感器元件(20)外側(cè)折曲一個(gè)角度(α)，該角度不大于25°、尤其不大于14°。印制導(dǎo)線(328)可以由饋入導(dǎo)線(327)和環(huán)圈(329)組成。
【專利說明】
具有印制導(dǎo)線和參考?xì)怏w通道的傳感器元件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明從已知的傳感器元件出發(fā)，該傳感器元件例如作為廢氣傳感器被投入使用，尤其作為在機(jī)動車中得到非常廣泛應(yīng)用的λ傳感器。但本發(fā)明也能夠應(yīng)用在其它種類的傳感器元件上，例如用在用于驗(yàn)證廢氣的其它氣體形式成份的傳感器上和用在顆粒傳感器或類似傳感器上。
[0002]本發(fā)明尤其涉及燒結(jié)的或可燒結(jié)的陶瓷傳感器元件，該陶瓷傳感器元件通過將各個(gè)必要時(shí)被印刷的陶瓷生坯膜組合、尤其相互堆疊來制造。
[0003]本發(fā)明尤其還涉及在其內(nèi)部構(gòu)造有參考?xì)怏w通道的傳感器元件。
【背景技術(shù)】
[0004]所述傳感器元件在該傳感器元件通常朝向廢氣的第一端部區(qū)域中尤其還包括至少一個(gè)電氣的、電化學(xué)的和/或電子的功能元件。傳感器元件的可供電性當(dāng)前通過在傳感器元件的通常背離廢氣的第二區(qū)域內(nèi)的外表面上的接觸面來設(shè)置。
[0005]傳感器元件的可供電性當(dāng)前通過功能元件與接觸面的導(dǎo)電連接實(shí)現(xiàn)，該導(dǎo)電連接具有在傳感器元件的內(nèi)部基本在傳感器元件的縱長方向上延伸的印制導(dǎo)線。
[0006]為了在運(yùn)行中在傳感器元件的內(nèi)部減少燒結(jié)變形并優(yōu)化熱傳導(dǎo)，有吸引力的做法是，印制導(dǎo)線在俯視傳感器元件時(shí)與參考?xì)怏w通道完全地或者部分地(例如至少寬度的10%)重疊地構(gòu)型。通過這樣的方式可以就整個(gè)傳感器元件而言補(bǔ)償完全或者部分地未填充的參考?xì)怏w通道的較小燒結(jié)收縮和較小導(dǎo)熱性的作用。
[0007]有問題的是，通過上述措施，參考?xì)怏w通道的棱邊與印制導(dǎo)線在俯視傳感器元件時(shí)發(fā)生重疊，從而就相交棱邊而言在制造過程期間能夠潛在引起印制導(dǎo)線在該區(qū)域的擠壓。
[0008]這種傳感器元件例如由文獻(xiàn)DE 101 57 733 Β4已知。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]具有權(quán)利要求1的特征的本發(fā)明傳感器元件具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，S卩，在俯視傳感器元件時(shí)參照通道的一個(gè)棱邊與印制導(dǎo)線發(fā)生重疊的區(qū)域在傳感器元件的縱長方向上延伸得相對遠(yuǎn)。參考?xì)怏w通道棱邊的潛在相交作用因此分布到該較遠(yuǎn)的延伸段上，印制導(dǎo)線在該區(qū)域內(nèi)的擠壓最終以不一樣地減小的程度出現(xiàn)。
[0010]為此，根據(jù)本發(fā)明設(shè)置，印制導(dǎo)線在它的背離傳感器元件的第一端部區(qū)域的端部上向該傳感器元件20的外側(cè)折曲成一個(gè)不大于25°、尤其不大于14°的角度α地延伸。
[0011]為了使印制導(dǎo)線在俯視傳感器元件時(shí)完全地或部分地與參考?xì)怏w通道重疊的區(qū)域在其長度和/或面積上并非沒必要地減小，可以為角度α尤其也設(shè)置一下限，該角度不應(yīng)低于該下限，該下限可例如為2°或者5°。
[0012]優(yōu)選，印制導(dǎo)線在其中折曲地延伸的區(qū)域在縱長方向上有最小延伸尺度，該最小延伸尺度例如可為2mm、3mm或者甚至4mm，或者可通過印制導(dǎo)線的寬度給出。
[0013]印制導(dǎo)線的背離傳感器元件第一端部區(qū)域的端部的由所述折曲引起的側(cè)向偏錯(cuò)量尤其作為印制導(dǎo)線在其中折曲地延伸的區(qū)域中的延伸尺度與角度α的反正切的乘積而得出。優(yōu)選，該側(cè)向偏錯(cuò)量不小于印制導(dǎo)線和參考?xì)怏w通道之間的重疊的一半寬度或者全寬度。該優(yōu)選的偏錯(cuò)量尤其也可以不小于0.3mm或者不小于0.5mm。
[0014]在本發(fā)明的特定實(shí)施方式中，參考?xì)怏w通道不填充，即尤其形成與傳感器元件相關(guān)地宏觀構(gòu)造的、具有例如矩形橫截面的空腔。在這種情況下，雖然一方面原則上改善了參考?xì)怏w到傳感器元件的進(jìn)入，但是首先還使上面解釋的參考?xì)怏w通道棱邊潛在相交作用的問題尖銳化。
[0015]在本發(fā)明的特定實(shí)施方式中，功能元件和接觸面之間的導(dǎo)電連接除了印制導(dǎo)線外還具有與印制導(dǎo)線共同作用的穿通部，所述穿通部基本垂直于傳感器元件的縱長方向延伸。所述穿通部尤其由傳感器元件的過孔的徑向壁的導(dǎo)電覆層組成。參考?xì)怏w通道在俯視傳感器元件時(shí)與所述穿通部尤其無重疊地布置，這首先導(dǎo)致的優(yōu)勢是，傳感器元件的斷裂強(qiáng)度僅被該穿通部輕微地減弱。
[0016]當(dāng)前，如果提到印制導(dǎo)線，則它包括饋入導(dǎo)線和環(huán)圈，該環(huán)圈布置在饋入導(dǎo)線的背離廢氣側(cè)，該饋入導(dǎo)線整體地或者至少在其背離廢氣的部分中具有恒定的寬度和/或該環(huán)圈構(gòu)造成環(huán)形，例如圓環(huán)形。
[0017]印制導(dǎo)線的背離傳感器元件第一端部區(qū)域的端部尤其也可以通過饋入導(dǎo)線的背離傳感器元件第一端部區(qū)域的端部和/或通過饋入導(dǎo)線的背離傳感器元件第一端部區(qū)域的端部加上該印制導(dǎo)線的環(huán)圈的總體來給出。
[0018]概念“縱長方向”、“橫向方向”和“高度方向”在本申請范圍內(nèi)原則上僅在直角參考系統(tǒng)的意義上使用。但此外尤其可以是涉及由傳感器元件標(biāo)志的方向，例如在尤其六方體傳感器元件的情況下，縱長方向可以是該傳感器元件的最長側(cè)棱邊所指向的方向，高度方向可以是該傳感器元件的最短側(cè)棱邊所指向的方向，和/或橫向方向是該傳感器元件的具有中等長度的側(cè)棱邊所指向的方向。例如在小棒形傳感器元件的情況下，縱長方向是該小棒形傳感器元件圍繞其旋轉(zhuǎn)對稱或者基本上旋轉(zhuǎn)對稱的軸線所指向的方向。
[0019]在基本上僅對一個(gè)方向進(jìn)行參考的地方，除了狹義的該方向外，也考慮與該方向略微有偏差的方向，例如偏差不大于15°的方向和/或與該方向至少不正交的方向。當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)僅在一個(gè)例如包括該結(jié)構(gòu)的不大于10%的小部分區(qū)域內(nèi)有偏差，則通過該相關(guān)結(jié)構(gòu)附加地也基本上實(shí)現(xiàn)了該方向。
[°02°]在本申請范圍內(nèi)，“傳感器元件的長度”應(yīng)理解為傳感器元件在縱長方向上的延伸，“傳感器元件的寬度”應(yīng)理解為傳感器元件在橫向方向上的延伸，而“傳感器元件的高度”應(yīng)理解為傳感器元件在高度方向上的延伸。該方向?qū)τ趥鞲衅髟母┮曇灿袥Q定作用。
[0021]概念“傳感器元件的端部區(qū)域”在本申請范圍內(nèi)參考縱長方向看原則上僅應(yīng)理解為傳感器元件的一個(gè)相連的部分區(qū)域，該部分區(qū)域包括傳感器的相關(guān)端部并且占該傳感器元件的長度不大于50%。就此而言，一個(gè)端部區(qū)域與對置的端部區(qū)域例如僅在一個(gè)面上相交。更限制性地，傳感器元件的端部區(qū)域尤其也可理解為傳感器元件的一個(gè)相連的部分區(qū)域，該部分區(qū)域包括傳感器的相關(guān)端部并且占該傳感器元件的長度不大于三分之一或者甚至不大于四分之一。
[0022]概念“功能元件”當(dāng)前原則上不應(yīng)被狹義地解釋。它例如可以是與傳感器元件的外部空間連通的貴金屬電極或金屬陶瓷電極，和/或是在20°C時(shí)尤其具有最大30歐姆電阻的電阻加熱器，和/或是這類似元件。
[0023]在電阻加熱器作為功能元件的情況下，當(dāng)前說明的實(shí)施方式的兩個(gè)印制導(dǎo)線并排地、尤其鏡像對稱地設(shè)置。
[0024]在金屬陶瓷電極作為功能元件的情況下，通往該金屬陶瓷電極的印制導(dǎo)線或者饋入導(dǎo)線可以尤其直接地與參考?xì)怏w通道對置。由于該原因可以有利的是，所述印制導(dǎo)線或者饋入導(dǎo)線在其折曲延伸的區(qū)域中和/或在其在俯視傳感器元件時(shí)與參考?xì)怏w通道的棱邊相交的區(qū)域中具有與該印制導(dǎo)線或者饋入導(dǎo)線的朝向廢氣的區(qū)域相比增大的寬度，尤其大至少25%和/或大至少0.1mm。
[0025]在本發(fā)明中，為印制導(dǎo)線、饋入導(dǎo)線、穿通部和接觸面選擇特定的材料可能還是主要目標(biāo)。原則上在此優(yōu)選具有83%重量百分比或更多的貴金屬成份的材料，使得能夠以最少的貴金屬投入獲得預(yù)給定的歐姆電阻。對于通往加熱裝置的至少一個(gè)饋入導(dǎo)線甚至優(yōu)選95%重量百分比或者更多例如98%重量百分比的貴金屬成份。至少I %重量百分比Al2O3,更好地甚至至少1.5%重量百分比Al2O3,優(yōu)選最大2.5%重量百分比Al2O3成份被證明有利于該結(jié)構(gòu)的電阻的精確的可設(shè)定性。通往加熱裝置的至少一個(gè)饋入導(dǎo)線可與該加熱裝置一體地并且由同樣的材料構(gòu)型。
[0026]附加地或者替換地，對通往金屬陶瓷電極的饋入導(dǎo)線和/或?qū)χ辽僖粋€(gè)接觸面比對通往加熱裝置的至少一個(gè)饋入導(dǎo)線設(shè)置較少的貴金屬成份，優(yōu)選例如83%重量百分比至87%重量百分比，其中，尤其在通往金屬陶瓷電極的饋入導(dǎo)線中設(shè)置總共12%重量百分比至16%重量百分比的ZrO^Y2O3成份。優(yōu)勢是，通往金屬陶瓷電極的饋入導(dǎo)線能夠與金屬陶瓷電極一起在一個(gè)工藝步驟中并且由同樣的材料制造。對于通往金屬陶瓷電極的饋入導(dǎo)線或者對于金屬陶瓷電極來說，Al2O3成份優(yōu)選0.2%重量百分比至1%重量百分比是有利的。
[0027]附加地或者替換地，對至少一個(gè)穿通部設(shè)置比對至少一個(gè)通往加熱裝置的饋入導(dǎo)線甚至更少的貴金屬成份，優(yōu)選例如83%重量百分比至87%重量百分比，其中，在該穿通部中設(shè)置總共3%重量百分比至8%重量百分比的ZrOdPY2O3成份以及附加地甚至6%重量百分比至12%重量百分比的Nb2O5成份，穿通部能夠在制造工藝中更好地被操作。尤其是相應(yīng)的膏料具有更好的流變性能并且使得能夠在傳感器元件內(nèi)部實(shí)現(xiàn)穿通部的更好的陶瓷附接。在與主要由釔穩(wěn)定化的二氧化鋯構(gòu)成的傳感器元件相關(guān)地，還在穿通部的邊緣區(qū)域中構(gòu)成減小的氧離子導(dǎo)電性能，這使傳感器元件的功能改良。
[0028]上述貴金屬成份可尤其由鉑組成。替換地，尤其關(guān)于至少一個(gè)穿通部而言，可以為了穩(wěn)定金屬相，就材料的總組成而言優(yōu)選0.2%重量百分比至0.8%重量百分比的成份由銠構(gòu)成，和/或，就材料的總組成而言優(yōu)選0.2 %重量百分比至I %重量百分比的成份由鈀構(gòu)成。
[0029]始終還可以設(shè)置其它貴金屬成份。
【附圖說明】
[0030]圖1以分解圖中透視地并且示意地示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件。
[0031 ]其它附圖示出放大的細(xì)節(jié)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]圖1示出作為本發(fā)明實(shí)施例的傳感器元件20的總視圖，該傳感器元件可以布置在氣體測量探頭的殼體(未示出)中，該氣體測量探頭用于確定內(nèi)燃機(jī)(未示出)的廢氣中的氧濃度。通過設(shè)置相應(yīng)的功能元件，本發(fā)明當(dāng)然也適合用在用于別的傳感器、例如用于顆粒測量傳感器的傳感器元件上。
[0033]該傳感器元件在圖1中在縱長方向上從左向右延伸，其中，傳感器元件20的第一端部區(qū)域201在右邊繪出而傳感器元件20的第二端部區(qū)域202在左邊繪出。在符合規(guī)定地安裝和運(yùn)行時(shí)，傳感器元件20的第一端部區(qū)域201朝向廢氣而傳感器元件20的第二端部區(qū)域202
背離廢氣。
[0034]此外，在圖1中傳感器元件20在橫向方向上從前向后并且在高度方向上從下向上延伸。
[0035]傳感器元件20由印刷的陶瓷層構(gòu)造，這些陶瓷層在本例中構(gòu)造為第一、第二和第三固體電解質(zhì)膜21、22、23并且包含氧化釔穩(wěn)定化的二氧化鋯(YSZ)。在本例中，在燒結(jié)工序前，第一、第二和第三固體電解質(zhì)膜21、22、23具有72mm的長度、5mm的寬度和540μπι的高度。燒結(jié)后的傳感器元件20的膜具有縮小了 20%的棱邊長度。
[0036]第一固體電解質(zhì)膜21在它的從傳感器元件20看向外指向的大面上(圖1中下面)在傳感器元件20的第二端部區(qū)域202中設(shè)置有、在此印刷有接觸面43和另一接觸面44;也參見圖3。
[0037]第一固體電解質(zhì)膜21在它的從傳感器元件20看向內(nèi)指向的大面上(圖1中上面)在傳感器元件20的第一端部區(qū)域201中設(shè)置有回曲形的加熱裝置311作為功能元件31，該功能元件用于加熱該傳感器元件20的第一端部區(qū)域201。在該回曲形的加熱裝置311的延續(xù)部中，在該裝置的端部上分別連接有一個(gè)印制導(dǎo)線321、323，結(jié)構(gòu)寬度和/或結(jié)構(gòu)高度的增加或者每單位長度電阻的減小標(biāo)志著從加熱裝置311到印制導(dǎo)線321、323的過渡。
[0038]印制導(dǎo)線321、323在廢氣側(cè)具有被稱為饋入導(dǎo)線323、325的區(qū)段，該區(qū)段當(dāng)前具有恒定的寬度。印制導(dǎo)線321、323還在背離廢氣側(cè)具有被稱為環(huán)圈324、326的區(qū)段，該區(qū)段當(dāng)前構(gòu)造成環(huán)形;也參見圖4。
[0039]第一固體電解質(zhì)膜21在它的從傳感器元件20看向內(nèi)指向的大面上(圖1中上面)還設(shè)置有、在此印有隔離層330和密封框架331，以及膜復(fù)合層333。
[0040]第一固體電解質(zhì)膜21在第二端部區(qū)域202內(nèi)具有兩個(gè)穿通部501、502，這些穿通部在垂直方向上穿過該第一固體電解質(zhì)膜21延伸并且各使一個(gè)接觸面43、44與印制導(dǎo)線321、323的一個(gè)環(huán)圈324、326導(dǎo)電地連接;參見圖6。
[0041]第二固體電解質(zhì)膜22在兩側(cè)分別設(shè)置有膜復(fù)合層333，該第二固體電解質(zhì)膜22還具有參考?xì)怏w通道35，該參考?xì)怏w通道從背離廢氣地布置的參考?xì)怏w開口 351延伸到傳感器元件20的第一端部區(qū)域201，并且在此在橫向上居中地延伸。該參考?xì)怏w通道35構(gòu)造成不被填充的，尤其在它里面不設(shè)置多孔填充物。
[0042]第三固體電解質(zhì)膜23在它的從傳感器元件20看向內(nèi)指向的大面上(圖1中下面)與參考?xì)怏w通道35對置地設(shè)置有金屬陶瓷電極312，作為用于測量氧濃度的功能元件31。在該金屬陶瓷電極312的延續(xù)部中，在它的端部上銜接有印制導(dǎo)線328，其中，結(jié)構(gòu)寬度的減小標(biāo)志著從該金屬陶瓷電極到該印制導(dǎo)線328的過渡。
[0043]印制導(dǎo)線328在廢氣側(cè)具有被稱為饋入導(dǎo)線327的區(qū)段，該區(qū)段當(dāng)前具有恒定的寬度。印制導(dǎo)線328在背離廢氣側(cè)還具有被稱為環(huán)圈329的區(qū)段，該區(qū)段當(dāng)前構(gòu)造成環(huán)形;也參見圖5。在第三固體電解質(zhì)膜23的該側(cè)，至少在否則不被印刷的地方，設(shè)置有膜復(fù)合層333。
[0044]第三固體電解質(zhì)膜23在它的從傳感器元件20看向外指向的大面上(圖1中上面)在傳感器元件20的第二端部區(qū)域202內(nèi)設(shè)置有、在這里印刷有接觸面45和另一接觸面46;也參見圖2。
[0045]在該另一接觸面46上銜接有具有例如恒定寬度的印制導(dǎo)線320，該印制導(dǎo)線一直延伸到布置在傳感器元件20的第一端部區(qū)域201內(nèi)的另一金屬陶瓷電極313。印制導(dǎo)線320用例如密封的覆蓋層361覆蓋，該另一金屬陶瓷電極313設(shè)置有多孔層362，以保證外部空間和該另一金屬陶瓷電極313之間的連通。
[0046]第三固體電解質(zhì)膜23在第二端部區(qū)域內(nèi)具有穿通部503，該穿通部在垂直方向上穿過該第三固體電解質(zhì)膜23延伸并且使接觸面45與環(huán)圈329導(dǎo)電連接;參見圖6。
[0047]在圖2中，在看向第三固體電解質(zhì)膜23的俯視圖示出傳感器元件20的背離廢氣的第二端部區(qū)域202。在那里，對著傳感器元件20的朝向廢氣的第一端部區(qū)域201看，接觸面45布置在左邊。
[0048]接觸面45有三個(gè)部分區(qū)域共同組成，即本體區(qū)域451、頭部區(qū)域452和頸部區(qū)域453。本體區(qū)域451布置在接觸面45的背離廢氣的一側(cè)上。它具有長形的基本形狀，該基本形狀由長和寬相等的矩形通過對角部最大程度地修圓形成，即通過以曲率半徑R修圓，該曲率半徑相當(dāng)于本體區(qū)域451或者接觸面45的一半寬度。因而以這種方式在接觸面45的背離廢氣的一側(cè)上形成本體區(qū)域451的或者接觸面45的半圓形端部區(qū)域。
[0049]就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，本體區(qū)域451的長度在本例中為2.5mm或更多，本體區(qū)域451的寬度為1.5mm或更多。本體區(qū)域451距離傳感器元件20的左側(cè)外棱邊0.4mm或更少并且距離傳感器元件20的前面外棱邊1.3mm或更少。
[0050]頭部區(qū)域452布置在接觸面45的朝向廢氣的一側(cè)上。就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20% )，頭部區(qū)域452例如構(gòu)造成環(huán)形，具有0.5mm或更小的內(nèi)直徑和Imm或更大的外直徑。
[0051]頸部區(qū)域453構(gòu)造在本體區(qū)域451和頭部區(qū)域452之間。就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，該頸部區(qū)域相對于本體區(qū)域451和頭部區(qū)域452形成接觸面45的縮頸，該縮頸具有在本例中0.3mm的最小寬度和0.3mm的長度。
[0052]本體區(qū)域451在本例中具有關(guān)于在傳感器元件20的縱長方向上指向的軸線的鏡像對稱性。頭部區(qū)域452和頸部區(qū)域453同樣具有鏡像對稱性，不過是關(guān)于相對于傳感器元件20的縱軸線在俯視傳感器元件20時(shí)在數(shù)學(xué)上的負(fù)旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)90°的軸線而言，使得頭部區(qū)域452和頸部區(qū)域453總體略微朝向傳感器中心傾斜。
[0053]接觸面45的頭部區(qū)域452與穿過第三固體電解質(zhì)膜23的穿通部503以導(dǎo)電的方式共同作用。
[0054]此外在圖2中，朝向傳感器元件20的朝向廢氣的第一端部區(qū)域201看，所述另一接觸面46布置在接觸面45右側(cè)旁邊。該另一接觸面46的布置和大小在該意義上，即在左右調(diào)換的情況下，與接觸面45的本體區(qū)域451的布置和大小相當(dāng)，附有這樣的條件:就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，在接觸面45和該另一接觸面46之間存在至少0.6mm的間距。
[0055]該另一接觸面46僅由與接觸面45的本體區(qū)域451相當(dāng)?shù)牟糠謽?gòu)成，即既不具有頭部區(qū)域也不具有頸部區(qū)域。它也不與穿通部共同作用，取而代之，它直接與引向另一金屬陶瓷電極313的印制導(dǎo)線328接觸。就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:_20 % )，該印制導(dǎo)線328在縱向上的中軸線在此相對于所述另一接觸面46在縱向上的中軸線而言在橫向上向內(nèi)偏移0.1至0.4mm，在本例中0.2mmo
[0056]接觸面45、46具有83 %重量百分比至87 %重量百分比的貴金屬成份，和總共12 %重量百分比至16%重量百分比的ZrC>2和Y2O3成份。
[0057]圖3以在圖1中向下指向的第一固體電解質(zhì)膜21下面的仰視圖示出傳感器元件20的背離廢氣的第二端部區(qū)域202。在那里，朝向傳感器元件20的朝向廢氣的第一端部區(qū)域201看，接觸面43布置在左側(cè)。
[0058]接觸面43由三個(gè)部分區(qū)域組成，即本體區(qū)域431、頭部區(qū)域432和頸部區(qū)域433。本體區(qū)域431布置在接觸面43的背離廢氣的一側(cè)上。它有長形的基本形狀，該基本形狀由長和寬相等的矩形通過對角部最大程度地修圓形成，即通過以曲率半徑R修圓，該曲率半徑相當(dāng)于本體區(qū)域431或者接觸面43的一半寬度。因而以這種方式在接觸面43的背離廢氣的一側(cè)上形成本體區(qū)域431的或者接觸面43的半圓形端部區(qū)域
[0059]就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，本體區(qū)域431的長度在本例中為2.5mm或更多，本體區(qū)域431的寬度為1.5mm或更多。本體區(qū)域431距離傳感器元件20的左側(cè)外棱邊0.4mm或更少并且距離傳感器元件20的前面外棱邊1.3mm或更少。
[0060]頭部區(qū)域432布置在接觸面43朝向廢氣的一側(cè)上。就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，頭部區(qū)域432例如構(gòu)造成環(huán)形，具有0.5mm或更小的內(nèi)直徑和Imm或更大的外直徑。
[0061]頸部區(qū)域433構(gòu)造在本體區(qū)域431和頭部區(qū)域432之間。就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，該頸部區(qū)域相對本體區(qū)域431和頭部區(qū)域432形成接觸面43的縮頸，該縮頸具有在本例中為0.9mm的最小寬度和0.3mm的長度。
[0062]接觸面43的頸部區(qū)域433比圖2中的接觸面45的頸部區(qū)域451寬得多，在此大2倍。背景是，通過加熱裝置311的接觸面43輸入大的電流，而通過金屬陶瓷電極312的接觸面45僅輸入相對小的電流。因此，接觸面43構(gòu)型有更小的歐姆電阻或者更寬的頸部區(qū)域433。
[0063]本體區(qū)域431在本例中具有關(guān)于在傳感器元件20的縱長方向上指向的軸線的鏡像對稱性。頭部區(qū)域432和頸部區(qū)域433同樣具有鏡像對稱形，不過是關(guān)于相對于傳感器元件20的縱軸線在俯視傳感器元件20時(shí)在數(shù)學(xué)上的負(fù)旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)90°的軸線而言，使得頭部區(qū)域452和頸部區(qū)域453總體略微朝向傳感器中心傾斜。
[0064]接觸面43的頭部區(qū)域432與穿過第一固體電解質(zhì)膜21的穿通部501導(dǎo)電地共同作用。
[0065]此外在圖3中，朝向傳感器元件20的朝向廢氣的第一端部區(qū)域201看，所述另一接觸面44布置在接觸面43右側(cè)旁邊。該另一接觸面46的布置和大小在該意義上，即在左右調(diào)換以及正向旋轉(zhuǎn)和負(fù)向旋轉(zhuǎn)調(diào)換的情況下，與接觸面43的布置和大小相當(dāng)，附有這樣的條件:就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，在接觸面43和該另一接觸面44之間存在至少0.6mm的間距。
[0066]接觸面43、44具有83 %重量百分比至87 %重量百分比的貴金屬成份，和總共12 %重量百分比至16%重量百分比的ZrC>2和Y2O3成份。
[0067]在圖4中以朝向第一固體電解質(zhì)膜21、在圖1中從上看的俯視圖中示出傳感器元件20的背離氣體的第二端部區(qū)域202。在那里，朝向傳感器元件20的朝向廢氣的第一端部區(qū)域201看，印制導(dǎo)線322布置在右邊。該印制導(dǎo)線322由兩個(gè)部分區(qū)域組合成，即饋入導(dǎo)線325和環(huán)圈326。
[0068]饋入導(dǎo)線325形成印制導(dǎo)線322的廢氣側(cè)部分并且從在廢氣側(cè)的加熱裝置311—直延伸至在饋入導(dǎo)線325的背離廢氣側(cè)布置的環(huán)圈326。當(dāng)前，分別就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20 % )，饋入導(dǎo)線325具有1.2mm的寬度B，并且在廢氣側(cè)相對于傳感器元件20的中心縱軸線在橫向上間隔0.25。饋入導(dǎo)線325在背離廢氣的端部區(qū)域內(nèi)向右、即向外折曲成一個(gè)18°的角度。
[0069]環(huán)圈326構(gòu)造成環(huán)形，當(dāng)前劃過180°的弧，該弧的外直徑與饋入導(dǎo)線325的寬度B—樣并且它的內(nèi)直徑為0.4mm。因此，分別就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，環(huán)圈326的寬度為0.3mm。環(huán)圈寬度b與饋入導(dǎo)線寬度B的寬度比為0.33。
[0070]關(guān)于在傳感器運(yùn)行中可能出現(xiàn)或者典型地可能出現(xiàn)的溫度分布而言，穿通部501的電阻與印制導(dǎo)線322的電阻相同或者大致相同。除了均勻的溫度分布、例如20°C外，在此替換地也可適應(yīng)不均勻的溫度分布。例如可以基于在縱向上在加熱裝置311的區(qū)域中1100°C而在穿通部501的區(qū)域中200°C、300°C或者甚至400°C的均勻溫度升高。
[0071]功能元件(尤其加熱裝置311)與接觸面43的電連接的電阻例如在20°C時(shí)在2.5歐姆范圍內(nèi)。
[0072]此外在圖4中，朝向傳感器元件20的朝向廢氣的第一端部區(qū)域201看，印制導(dǎo)線321關(guān)于中心縱軸線與印制導(dǎo)線322對稱地布置。印制導(dǎo)線321的布置和大小在該意義上，即在左右調(diào)換的情況下，與印制導(dǎo)線322的布置和大小相當(dāng)。
[0073]饋入導(dǎo)線325、323具有大于95%重量百分比、例如98%重量百分比的貴金屬成份，和至少I %重量百分比的Al2O3。
[0074]關(guān)于在傳感器運(yùn)行中可能出現(xiàn)或者典型地可能出現(xiàn)的溫度分布而言，穿通部502的電阻與印制導(dǎo)線321的電阻相同或者大致相同。除了均勻的溫度分布、例如20°C外，在此替換地也可適應(yīng)不均勻的溫度分布。例如可以基于在縱向上在加熱裝置311的區(qū)域中1100°C而在穿通部501的區(qū)域中200°C、300°C或者甚至400°C的均勻溫度升高。
[0075]圖4a示出具有略微改動的饋入導(dǎo)線325、323的傳感器元件20，作為一種變型，其中，改動僅在于，饋入導(dǎo)線325、323的寬度B只有1.08111111而不是1.2111111，即與環(huán)圈324、326相比稍微(10%)地減小。該米制尺寸是就未燒結(jié)的傳感器元件20而言的(燒結(jié)后:-20%)。
[0076]在圖5中以在第三固體電解質(zhì)膜23下面、在圖3中從下看的仰視圖中示出傳感器元件20的背離氣體的第二端部區(qū)域202。在那里，朝向傳感器元件20的朝向廢氣的第一端部區(qū)域201看，印制導(dǎo)線322布置在右邊。該印制導(dǎo)線322由兩個(gè)部分區(qū)域組合成，即饋入導(dǎo)線327和環(huán)圈329。
[0077]饋入導(dǎo)線327形成印制導(dǎo)線的廢氣側(cè)部分并且從在廢氣側(cè)的金屬陶瓷電極312—直延伸至在饋入導(dǎo)線327的背離廢氣側(cè)布置的環(huán)圈329。當(dāng)前，該饋入導(dǎo)線具有0.4mm的寬度B(未燒結(jié);燒結(jié)后:-20%)，并且在廢氣側(cè)這樣走向，使得它在傳感器元件20的俯視圖中的垂直投影圖中布置在參考?xì)怏w通道35內(nèi)部。因而饋入導(dǎo)線327的該部分在制造過程期間很大程度上受到保護(hù)以免被擠壓。
[0078]饋入導(dǎo)線327在背離廢氣的端部區(qū)域內(nèi)向右、即向外折曲一個(gè)不大于25°、在此為8°的角度。饋入導(dǎo)線在該背離廢氣的端部區(qū)域內(nèi)與參考?xì)怏w通道35的棱邊在傳感器元件20的俯視圖中的垂直投影圖中相交。由于比較小的相交角度，得到印制導(dǎo)線328和參考?xì)怏w通道35的棱邊之間的長的重疊區(qū)，從而在制造過程期間又良好地保護(hù)饋入導(dǎo)線327免被擠壓。
[0079]環(huán)圈329構(gòu)造成環(huán)形。就未燒結(jié)的傳感器元件20而言(燒結(jié)后:-20%)，環(huán)圈的寬度b為0.3mm。環(huán)圈寬度b與饋入導(dǎo)線寬度B的寬度比為0.75。
[0080]饋入導(dǎo)線327具有83%重量百分至87%重量百分比的貴金屬成份和總共12%重量百分比至16%重量百分比的ZrC>2和Y2O3成份。
[0081]關(guān)于在傳感器運(yùn)行中可能出現(xiàn)或者典型地可能出現(xiàn)的溫度分布而言，穿通部503的電阻與印制導(dǎo)線328的電阻相同或者大致相同。除了均勻的溫度分布、例如20°C外，在此替換地也可適應(yīng)不均勻的溫度分布。例如可以基于在縱向上在金屬陶瓷電極312的區(qū)域中750°C而在穿通部503的區(qū)域中200°C、300°C或者甚至400°C的均勻溫度升高。
[0082]圖5a示出具有略微改動的饋入導(dǎo)線328的傳感器元件20，作為一種變型，其中，改動僅在于，饋入導(dǎo)線328在背離廢氣端部中的寬度B與饋入導(dǎo)線328的朝向廢氣的區(qū)域相比提高40%，從0.4mm提高到0.6mm。該米制尺寸是就未燒結(jié)的傳感器元件20而言的(燒結(jié)后:-20%)o
[0083]在圖6中純粹示意地示出在前面的附圖1至5中所示的傳感器元件20在垂直于傳感器元件20的縱長方向穿過穿通部501、502、503的平面中的剖面。
[0084]穿通部501、502、503構(gòu)造成傳感器元件20的過孔601、602、603的徑向壁的導(dǎo)電覆層。就未燒結(jié)的傳感器元件20而言，過孔601、602、603的直徑在本例中為0.6111111(燒結(jié)后:-20% ,ΒΡ0.48mm) ο
[0085]可看到，穿通部501、502、503在傳感器元件20的俯視圖中分別與參考?xì)怏w通道35
無重疊地實(shí)施。
[0086]穿通部501、502、503具有83%重量百分至87%重量百分比的貴金屬成份和總共3%重量百分比至8%重量百分比的ZrOdPY2O3成份以及附加具有6%重量百分比至12%重量百分比的Nb205成份。
[0087]在圖7中純粹示意地示出在前面的附圖1至5中所示的傳感器元件20在垂直于傳感器元件20的縱長方向大致在傳感器元件20的縱向延伸的一半的區(qū)域中的平面中的剖面。
[0088]如可看到的那樣，在傳感器元件20的俯視圖中，引向金屬陶瓷電極312的印制導(dǎo)線328或者饋入導(dǎo)線327在它們的整個(gè)寬度上與參考?xì)怏w通道35發(fā)生重疊703。此外，引向電阻加熱器的印制導(dǎo)線321、322或者饋入導(dǎo)線323、325分別在它們的大約10%寬度上與參考?xì)怏w通道35發(fā)生重疊701、702。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.傳感器元件，尤其用于驗(yàn)證氣體的物理特性，尤其用于驗(yàn)證內(nèi)燃機(jī)廢氣的氣體組分濃度或溫度或固體成分或液體成分，其中，該傳感器元件(20)具有在它的縱長方向上相互對置的第一端部區(qū)域(201)和第二端部區(qū)域(202)，其中，該傳感器元件(20)在該第一端部區(qū)域(201)中在該傳感器元件(20)的內(nèi)部具有功能元件(31、311、312)，該功能元件與在所述第二端部區(qū)域(202)中布置在該傳感器元件(20)的外表面上的接觸面(43、44、45)導(dǎo)電連接，其中，所述功能元件(31、311、312)和所述接觸面(43、44、45)之間的所述導(dǎo)電連接具有在該傳感器元件(20)內(nèi)部的基本在縱長方向上延伸的印制導(dǎo)線(321、322、328)，其中，該傳感器元件(20)還具有基本在該傳感器元件(20)的縱長方向上延伸的、經(jīng)過參考?xì)怏w開口(351)與處于該傳感器元件(20)之外的參考?xì)怏w連通的參考?xì)怏w通道(35)，其中，所述印制導(dǎo)線(321、322、328)和所述參考?xì)怏w通道(35)這樣布置，使得在俯視該傳感器元件(20)時(shí)在它們之間發(fā)生至少部分的重疊(701、702、703)，其特征在于，所述印制導(dǎo)線(321、322、328)在它的背離所述傳感器元件(20)的第一端部區(qū)域(201)的端部上向該傳感器元件(20)的外側(cè)折曲成一個(gè)不大于25°、尤其不大于14°的角度(α)地延伸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器元件，其特征在于，所述功能元件(31、311、312)和所述接觸面(43、44、45)之間的導(dǎo)電連接具有穿通部(501、502、503)，所述穿通部基本垂直于所述傳感器元件(20)的縱長方向延伸，其中，所述穿通部(501、502、503)由所述傳感器元件(20)的過孔(601、602、603)的徑向壁的導(dǎo)電覆層組成，并且，所述參考?xì)怏w通道(35)在俯視該傳感器元件(20)時(shí)與所述穿通部(501、502、503)無重疊地布置。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器元件，其特征在于，所述參考?xì)怏w通道(35)不填充地構(gòu)造。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的傳感器元件，其特征在于，所述功能元件(31)是電阻加熱器(311)，尤其是，該電阻加熱器在20°C時(shí)具有最大30歐姆的電阻。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的傳感器元件，其特征在于，所述電阻加熱器(311)與在所述第二端部區(qū)域(202)中布置在傳感器元件(20)的外表面上的兩個(gè)接觸面(43、44)導(dǎo)電連接，其中，所述電阻加熱器(311)和所述接觸面(43、44)之間的這兩個(gè)導(dǎo)電連接分別具有一在所述傳感器元件(20)的內(nèi)部基本在縱長方向上延伸的印制導(dǎo)線(321、322)，其中，所述印制導(dǎo)線(321、322)和所述參考?xì)怏w通道(35)這樣布置，使得在俯視該傳感器元件(20)時(shí)在所述印制導(dǎo)線(321、322)中的至少一個(gè)與所述參考?xì)怏w通道(35)之間、優(yōu)選在兩個(gè)印制導(dǎo)線(321、322)與所述參考?xì)怏w通道(35)之間分別發(fā)生至少部分的重疊(701、702)，其中，所述印制導(dǎo)線(321、322)在它們的背離所述傳感器元件(20)的端部區(qū)域(201)的端部上分別向該傳感器元件(20)的外側(cè)折曲成一個(gè)不大于25°、尤其不大于14°的角度(α)地延伸。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器元件，其特征在于，所述電阻加熱器(311)和接觸面(43、44)之間的導(dǎo)電連接分別具有穿通部(501、502)，所述穿通部基本垂直于所述傳感器元件(20)的縱長方向延伸，其中，所述穿通部(501、502)由所述傳感器元件(20)的過孔(601、602)的徑向壁的導(dǎo)電覆層組成，并且，所述參考?xì)怏w通道(35)在俯視該傳感器元件(20)時(shí)與一個(gè)或兩個(gè)穿通部(501、502)無重疊地布置。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的傳感器元件，其特征在于，所述功能元件(31)是平面地構(gòu)造的金屬陶瓷電極(312)，該金屬陶瓷電極經(jīng)過所述參考?xì)怏w通道(35)與所述傳感器元件(20)的外部空間連通。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器元件，其特征在于，發(fā)生重疊(703)，該重疊局部地在所述傳感器元件(20)的橫向方向上延伸到所述參考?xì)怏w通道(35)的局部寬度和/或所述印制導(dǎo)線(328)的局部寬度的不小于5%、尤其不小于20%、優(yōu)選甚至不小于35%。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器元件，其特征在于，發(fā)生重疊(703)，該重疊局部地在所述傳感器元件(20)的橫向方向上延伸到所述參考?xì)怏w通道(35)的局部寬度和/或至少所述印制導(dǎo)線(328)的局部寬度的100%。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9之一所述的傳感器元件，其特征在于，所述印制導(dǎo)線(321、322、328)在它折曲地延伸的區(qū)域中和/或在它在俯視所述傳感器元件時(shí)與所述參考?xì)怏w通道(901)的棱邊相交的區(qū)域中具有寬度，該寬度與該印制導(dǎo)線(321、322、328)的朝向廢氣的區(qū)域相比增大，尤其大至少25%。
【文檔編號】G01N27/407GK105849545SQ201480035228
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2014年5月14日
【發(fā)明人】T·于斯特爾, J·施奈德, A·羅特曼, F·布澤
【申請人】羅伯特·博世有限公司