包含参考电极和参考通道的传感器元件制造技术

本发明专利技术提出一种用于检测一个测量气体室（112）中的气体的至少一个特性、尤其是用于检测气体的至少一个气体成分的含量的传感器元件（116）。所述传感器元件（116）具有至少一个电极（118），所述电极（118）通过至少一个参考气体通道（134）与至少一个周围环境室（136）连接。所述参考气体通道（134）具有一个流动阻力和一个扩散阻力。在所述流动阻力和所述扩散阻力之间的比m小于0.1。参考通道大多优选具有一个在传感器的未被加热的部分中的非直线的部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于检测测量气体室中的气体的特性的已知传感器元件。
技术介绍
这样的传感器元件能够被用于定性地和/或定量地检测气体的至少一个基本上任意的特性，尤其是用于检测测量气体室中的气体的至少一个气体成分的至少一个含量，例如气体成分分压和/或百分比。气体成分尤其可以是氧、氮、氧化氮、碳水化合物或其它类型的气体成分，它们优选可以被专门地发现。所述类型的传感器元件尤其可以基于一个或多个固体电解质的使用，即基于固体的、尤其是陶瓷固体的使用，它们具有传导离子、尤其是传导氧离子的特性。这样的固体电解质的例子是基于二氧化锆的固体电解质，例如钇稳定的二氧化锆(YSZ)和/或钪掺杂的二氧化锆(ScSZ)。这样的传感器元件例如在RobertBosch GmbH:Sensoren im Kraftfahrzeug, 2007 版,第 154-159 页中被描述。本专利技术尤其是利用平面的跳跃探头，如例如在所述文献中在第156-157页中所描述那样，其中一个电极作为测量电极经受测量气体室并且一个另外电极作为参考电极通过一个参考气体通道与周围环境连接。但是本专利技术也可明确地转用到其他类型的传感器元件上。尤其是本专利技术也可以用到具有被泵激的参考物的跳跃探头上。这样的具有被泵激的参考物的跳跃探头例如在WO 2009/156007 Al中描述。由现有技术已知给泵激参考通道设计多孔填充和在静态测量时0.1至0.4 μ A的合成的空气极限电流。平均的参考泵激流典型地为22.5 μ Α，并且传感器元件典型地以一个反向电压Ueegm=L 61V运行。在根据现有技术的参考泵激电流时，通常在参考电极上通过在参考气体通道中所形成的过压得到一个在初始电压中的IOOmV的信号偏差。跳跃探头的通过反向电压感应出的信号偏差在这里通常与气体的空气系数有关，因为在高的输出电压时，即在富油的废气时，仅有约15 μ A的小参考泵激流过，而在小的输出电压(较贫瘠的废气)时流过约31mA的高参考泵激电流。该偏差动态地围绕15mV改变直到静态值，因为参考通道中的压力首先必须增加或减小。时间常数可能随着直到10秒而导致传感器元件信号显著失真很多秒。静态和动态误差在这里通常与参考通道的由制造引起的偏差(Streuung)有关。由此能够形成超过IOmV的传感器兀件信号的4 δ偏差。对于具有被泵激的参考电极的这类传感器元件的短时间特性和长时间特性，流动效应和扩散效应起作用。基于常见传感器元件的参考通道的通常高的流动阻力在参考通道中形成干扰过压，该过压在传感器元件信号中产生偏差。而基于参考通道的通常小的扩散阻力形成富油气从参考侧的进入，这一方面可能导致由文献公开的性能下降(CSD)。因此希望有一个传感器元件，它至少在很大程度上避免已知的传感器元件的缺点并且它尤其是避免或至少减少上述的动态的偏差变化并且同时具有小的CSD效应。
技术实现思路
相应地提出一种用于检测测量气体室中的气体的至少一个特性的传感器元件和传感器装置，它们至少在很大程度上解决了该问题。如上所述，测量气体室中的气体的至少一个特性基本上可以是任意的、可物理和/或化学测量的特性，尤其是气体中的一个气体成分、优选氧、氮、氧化氮、碳水化合物或其它气体成分的含量。本专利技术在具有被泵激的参考电极的跳跃探头中可以被用于检查内燃机的废气中的氧，从而测量气体室尤其可以被构造为内燃机的废气系统。但是其它应用领域原则上也是可想到的。传感器元件具有至少一个电极，它在下面也被称为参考电极，而不限制至少一个电极的另外的可能的应用目的。电极通过至少一个参考气体通道与至少一个周围环境室连接。周围环境室原则上可以是任意的气体存储器，尤其是具有实际不可改变的气体组成的气体存储器。周围环境室特别优选地可以是内燃机的周围环境、尤其是空气。周围环境室可以尤其是与测量气体室分开地构成，从而至少在很大程度上阻止周围环境室与测量气体室之间的气体补偿，尤其是在至少100秒的时间标度上。在周围环境室中可以尤其是存在空气。电极能够以不同的方式设置在参考气体通道上。因此电极设置在一个电极中空室中，该电极中空室通过参考气体通道与周围环境室连接。但是特别优选地，电极设置在参考气体室内部，例如设置在参考气体通道的一个端部上。参考气体通道可以如下面还要详细说明那样构造为敞开的和未填充的，但是也可以完全地或部分地通过至少一种透气的、多孔的材料填充。电极可以作为面状电极设置在电极中空室和/或参考气体通道的一个壁上。变换地或附加地，但是电极也可以完全地或部分地在电极中空室或参考气体通道中分布地存在，例如其方式是使用一种电极材料，它是多孔的并且它完全地或部分地填满电极中空室和/或参考气体通道。参考气体通道的从电极的距离周围环境室最远的部分延伸直到周围环境室的区段在下面被看作参考气体通道及其纵向延伸部分。与此无关，在电极的那一侧上可以设置参考气体通道的一个或多个另外的区段，但是这些另外的区段对于以下的思考应当不予考虑。参考气体通道按照本专利技术具有一个流动阻力和一个扩散阻力。流动阻力在这里被理解为这样一个阻力，参考气 体通道使该阻力与总压力差Λ Pg成反比: 权利要求1.用于检测一个测量气体室(112)中的气体的至少一个特性、尤其是用于检测气体的至少一个气体成分的含量的传感器元件(116)，其中，所述传感器元件(116)具有至少一个电极(118)，所述电极(118)通过至少一个参考气体通道(134)与至少一个周围环境室(136)连接，所述参考气体通道(134)具有一个流动阻力和一个扩散阻力，其中，在所述流动阻力和所述扩散阻力之间的比m小于0.1。2.根据权利要求1的传感器元件(116)，其特征在于，m小于0.05并且特别优选为最高0.01或甚至最高0.005或最高0.001。3.根据以上权利要求之一的传感器元件(116)，其特征在于，所述参考气体通道(134)具有最大500000 μ m2、优选最大100000 μ m2、尤其是最大50000 μ m2或最大10000 μ m2的有效敞开面积并且特别优选具有500 μ m2至10000 μ m2、尤其是从900 μ m2至2500 μ m2的有效面积。4.根据以上权利要求之一的传感器元件(116)，其特征在于，所述参考气体通道(134)被构造为敞开的、未被填充的参考气体通道(134)。5.根据以上权利要求之一的传感器元件(116)，其特征在于，所述传感器元件(116)还具有至少一个加热元件(138)，其中，所述加热元件(138)被设置用于将所述传感器元件(116)在所述电极(I 18)处加热到至少600°C至800°C的温度Tel。6.根据权利要求5的传感器元件(116)，其特征在于，所述参考气体通道(134)的超过一半设置在所述传感器元件(116)的一个区域中，在该区域中所述传感器元件(116)的温度不超过0.8Tel、尤其是不超过0.75Tel并且特别优选不超过0.7Tel。7.根据前述两个权利要求之一的传感器元件(116)，其特征在于，所述参考气体通道(134)具有至少一个非直线的区域、`尤其一个具有至少一个曲折部和/或至少一个双圈(172)的区域中。8.根据权利要求7的传感器元件(116)，其特征在于，所述非直线的区域设置在一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·施奈德，A·汉泽尔曼，L·迪尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：