用于測(cè)量不同氣體的氣體傳感器和附屬的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于測(cè)量氣體、尤其是氧氣和至少另一氣體、優(yōu)選地至少其他氣體形式的能氧化的廢氣成分的濃度的氣體傳感器，具有至少一種固體電解質(zhì)、尤其是由至少Zr02組成的、優(yōu)選地由至少90重量百分比的ZrO 2和剩余物組成的固體電解質(zhì)，所述剩余物至少由來自包括氧化釔和/或氧化鉿的組中的另一元素組成，此外具有至少三個(gè)電極，優(yōu)選地具有兩個(gè)由至少摻雜的鉑或者由至少純鉑構(gòu)成的電極以及一個(gè)由金合金構(gòu)成的電極，其中兩個(gè)電極、優(yōu)選地由摻雜的鉑或者由純鉑構(gòu)成的一個(gè)電極和由金合金構(gòu)成的一個(gè)電極被布置在固體電解質(zhì)的上側(cè)上，并且一個(gè)電極、優(yōu)選地由摻雜的鉑或者由純鉑構(gòu)成的另一電極被布置在固體電解質(zhì)的與上側(cè)相對(duì)的下側(cè)上，并且此外具有至少一個(gè)封閉的室，其中固體電解質(zhì)的下側(cè)構(gòu)成室的一部分。
[0002]此外本發(fā)明涉及用于制造氣體傳感器的設(shè)備、用于制造氣體傳感器的方法、用于測(cè)量氣體的濃度的方法、氣體傳感器設(shè)備和氣體傳感器的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0003]由DE 196 51 328 B4已知，氧氣栗基于兩個(gè)電極之間的二氧化鋯(Zr02)的電化學(xué)反應(yīng)。在氧氣栗中，氧氣通過在陰極處氧氣到氧離子的還原、緊接著在二氧化鋯中氧離子的離子迀移以及最終在陽極處氧離子到氧氣的氧化而從二氧化鋯壁的一側(cè)被運(yùn)送或者栗送到另一側(cè)。基于所述效果，在氧氣栗的兩側(cè)可實(shí)現(xiàn)不同的分壓。
[0004]由DE 10 2007 048 049 A1已知?dú)怏w傳感器，所述氣體傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)廢氣組分的測(cè)量。所述氣體傳感器具有帶有電絕緣的表面的襯底，例如由A1203構(gòu)成的主體。在該文獻(xiàn)中，所述主體涂有加熱電阻，在所述加熱電阻上，由離子導(dǎo)體(按照DE 10 2007 048 049A1由二氧化鋯構(gòu)成的離子導(dǎo)體)構(gòu)成的罩以及襯底表面產(chǎn)生空腔。在離子導(dǎo)體之上和之下布置金屬導(dǎo)電的電極，所述電極中的兩個(gè)被實(shí)施為鈾電極。此外，所述氣體傳感器在離子導(dǎo)體上具有另一電極，所述另一電極被構(gòu)造為混合電位電極，并且具有貴金屬合金，所述貴金屬合金由金和鉑組成。所述電極在此是多孔的，使得所述電極是氧氣可穿透的。優(yōu)選地所述電極通過絲網(wǎng)印刷涂敷。
[0005]DE 197 57 112 A1公開用于測(cè)量氣體混合物中的氧氣和/或空氣/燃料比例數(shù)λ (Lambda)和至少一種其他氣態(tài)組分、諸如碳?xì)浠衔锘蛘哐趸臍怏w傳感器，具有代表恒定的氧氣分壓的參考電極、氧離子傳導(dǎo)的固態(tài)電解質(zhì)和至少兩個(gè)測(cè)量電極，其中測(cè)量電極和參考電極直接地被布置在固態(tài)電解質(zhì)上，并且具有用于連接和用于針對(duì)電測(cè)量信號(hào)進(jìn)行量取的電線路。按照DE 197 57 112 A1，固態(tài)電解質(zhì)以任意幾何形狀利用朝向測(cè)量氣體的側(cè)和與測(cè)量氣體分離的參考?xì)怏w側(cè)構(gòu)造，其中具有在參考?xì)怏w側(cè)上的參考電極和在測(cè)量氣體側(cè)上的至少兩個(gè)測(cè)量電極的電極的裝置同時(shí)提供至少兩個(gè)基于相同或者不同的測(cè)量原理的測(cè)量信號(hào)，所述測(cè)量信號(hào)以不同的氣態(tài)的組分為基礎(chǔ)。所述傳感器例如被使用用于機(jī)動(dòng)車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)控制。
[0006]在當(dāng)今已知的現(xiàn)有技術(shù)中不利的是，在探測(cè)氣體濃度、例如廢氣中的氣體濃度時(shí)，精確的并且快速的測(cè)量是困難、費(fèi)時(shí)和非常昂貴的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，創(chuàng)造精確地、簡(jiǎn)單和快速地測(cè)量不同的氣體和/或混淆的氣體組成的濃度的可能性。
[0008]所述任務(wù)通過以下方式被解決，即摻雜的鉑具有至少50重量百分比的鉑和來自固體電解質(zhì)的組的至少一種其他元素的剩余物(Rest)，尤其所述摻雜的鉑具有0.5重量百分比至15重量百分比的Zr02和剩余物鉑，或者純鉑具有100重量百分比的鉑，并且金合金具有至少50重量百分比的金和最大50重量百分比的鉑，尤其所述金合金具有大約85重量百分比的金和大約15重量百分比的鉑，或者所述金合金具有以80%的金比15%的鉑為比例的金與鉑，優(yōu)選地所述金合金至少具有以85%的金比15%的鉑為比例的金與鉑并且附加地具有至少0.5重量百分比至15重量百分比的固體電解質(zhì)、尤其Zr02。
[0009]此外，所述任務(wù)通過相應(yīng)的權(quán)利要求1至12的特征部分解決。
[0010]從屬權(quán)利要求包含按照本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施。
[0011]有利的是，借助于按照本發(fā)明的分量、即借助于摻雜的鉑或者純鉑和金合金，氣體濃度的快速、簡(jiǎn)單和精確的測(cè)量是可能的。
[0012]可以與季節(jié)和因此與外界溫度和氣體-廢氣組成無關(guān)地測(cè)量例如加熱設(shè)備在其排氣管中的廢氣中的還原氣體、例如一氧化碳。由此例如不同的氣體-廢氣組成能夠通過借助于按照本發(fā)明的氣體傳感器和因此還借助于按照本發(fā)明的氣體傳感器設(shè)備的測(cè)量來測(cè)量，所述氣體-廢氣組成例如在斯堪的納維亞氣體和俄羅斯氣體情況下存在。
[0013]優(yōu)選地被布置在固體電解質(zhì)之下的、由摻雜的鉑或者純鉑構(gòu)成的電極用作參考電極，其中作為氧離子導(dǎo)體的固體電解質(zhì)穿過作為固體電解質(zhì)的其自身來運(yùn)送氧離子，其中所述參考電極按照本發(fā)明被布置在氣體傳感器中的封閉的室中。
[0014]所述封閉的室按照本發(fā)明通過以下方式被構(gòu)成，即與由摻雜的鉑或者純鉑構(gòu)成的、被布置在固體電解質(zhì)之下的電極相對(duì)地來布置相對(duì)的并且具有間距的電絕緣層、例如由Zr02或者A1 203構(gòu)成的主體或者薄板。所述電絕緣層也還可以在室區(qū)域中附加地具有玻璃鈍化部。
[0015]室的密封基于在相應(yīng)的側(cè)或者側(cè)壁處的間距例如借助于玻璃密封裝置和/或鉑膏實(shí)現(xiàn)，所述玻璃密封裝置和/或鉑膏分別布置在側(cè)或者側(cè)壁處。特別優(yōu)選地，所述室在室的相應(yīng)的側(cè)或者側(cè)壁處不僅具有玻璃密封裝置而且附加地具有鉑膏。也以名稱空腔已知的封閉的室例如由DE 10 2007 048 049 A1已知。
[0016]在優(yōu)選的擴(kuò)展方案中，由金合金構(gòu)成的電極具有0.1 μπι到50μπκ優(yōu)選地大約5 μπι的層厚。
[0017]在另一有利的擴(kuò)展方案中，在固體電解質(zhì)的上側(cè)上的電極之間的間距為在100 μπι和500 μ m之間，優(yōu)選地大約300 μ m0
[0018]在另一有利的擴(kuò)展方案中，電極能借助于絲網(wǎng)印刷或者借助于分配被施加在固體電解質(zhì)上。
[0019]在另一有利的擴(kuò)展方案中，借助于氣體傳感器能測(cè)量能氧化的廢氣分量、如氫化合物、氮化合物、尤其是氧化氮、氨化合物、碳化合物、尤其是一氧化碳和/或碳?xì)浠衔锏取?br>[0020]按照上述實(shí)施，一方面，在濃度方面能夠測(cè)定氧氣，其中所述濃度借助于由純鉑或者摻雜的鉑構(gòu)成的兩個(gè)電極和固體電解質(zhì)的形式的氧氣栗被測(cè)定。而借助于混合電位電極和布置在固體電解質(zhì)之上的、也即布置在所述固體電解質(zhì)的上側(cè)上的、由純鉑或者摻雜的鉑構(gòu)成的電極能測(cè)量能氧化的化合物。
[0021]因此可以利用按照本發(fā)明的氣體傳感器測(cè)量一種能氧化的氣體的單一化合物，或者利用按照本發(fā)明的氣體傳感器測(cè)量氣流中的多種能氧化的氣體的多種化合物。
[0022]用于測(cè)量氣體的濃度的混合電位電極在氣體傳感器中由具有金合金的電極構(gòu)成，其中所述氣體不是純氧。
[0023]在另一有利的擴(kuò)展方案中，所述氣體傳感器具有至少一個(gè)加熱導(dǎo)體。借助于所述加熱導(dǎo)體能夠如此調(diào)節(jié)氣體傳感器的運(yùn)行溫度，使得尤其在較低溫度下能夠精確、快速、簡(jiǎn)單地測(cè)量。也即所述加熱導(dǎo)體加熱氣體傳感器，由此能夠通過固體電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)氧運(yùn)送。
[0024]在另一有利的擴(kuò)展方案中，至少一個(gè)按照權(quán)利要求1至6之一所述的氣體傳感器被布置在陶瓷的襯底上，所述襯底優(yōu)選地為Zr02或者A1 203的。所述陶瓷的襯底具有絕緣功能。
[0025]能夠?qū)怏w傳感器稱為廢氣敏感芯片，其中所述芯片于是優(yōu)選地具有至少以下組件:固體電解質(zhì)、優(yōu)選地由Zr02構(gòu)成的固體電解質(zhì)，和至少三個(gè)電極，優(yōu)選地具有兩個(gè)由至少由摻雜的鉑或者純鉑構(gòu)成的電極和一個(gè)由金合金構(gòu)成的電極。
[0026]在按照本發(fā)明的用于制造氣體傳感器的設(shè)備中，所述設(shè)備優(yōu)選地具有用于制造按照權(quán)利要求1至7之一所述的氣體傳感器的合適的裝置。
[0027]在按照本發(fā)明的用于制造氣體傳感器的方法中，按照權(quán)利要求1至7之一所述的氣體傳感器優(yōu)選地借助于按照權(quán)利要求8所述的用于制造氣體傳感器的設(shè)備制造。
[0028]在按照本發(fā)明的用于測(cè)量氣體、尤其氧氣和至少一種其他氣體、優(yōu)選地其他氣體形式的至少一種能氧化的廢氣成分的濃度的方法中，按照權(quán)利要求1至7之一所述的氣體傳感器優(yōu)選地被使用用于測(cè)量。
[0029]此外，本發(fā)明涉及用于測(cè)量氣體、尤其氧氣和至少另一氣體、優(yōu)選地至少其他氣體形式的能氧化的廢氣成