JP2000338079A - 拡散制限層を持ったガスセンサー - Google Patents
拡散制限層を持ったガスセンサーInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガス混合から多様なガスの決定及び測定のた
めの、平面技術での、改善したガスセンサーを提供す
る。 【解決手段】 本発明は、イオンを伝導する固体電解質
の上側に少なくとも２つの測定電極を備え、イオン伝導
固体電解質の下側に測定電極に割り当てられた少なくと
も１つの対電極を備えたガスセンサーに関する。そこに
おいて、測定電極のイオン伝導固体電解質に面していな
い側面は拡散制限層で覆われ、さらに、その拡散制限層
のイオン伝導固体電解質に面していない面は閉じたガス
気密性の層により覆われている。さらに本発明のガスセ
ンサーは、内側の測定電極が間隔を持って少なくとも１
つの外側の測定電極によって囲まれていること、最も外
側の測定電極の外周が拡散制限層で覆われていること、
及び、ガスの吸入は最も外側の測定電極の外周の領域
で、拡散制限層を通して、イオン伝導固体電解質と閉じ
たガス気密層との間で起こることを特徴とする。
めの、平面技術での、改善したガスセンサーを提供す
る。 【解決手段】 本発明は、イオンを伝導する固体電解質
の上側に少なくとも２つの測定電極を備え、イオン伝導
固体電解質の下側に測定電極に割り当てられた少なくと
も１つの対電極を備えたガスセンサーに関する。そこに
おいて、測定電極のイオン伝導固体電解質に面していな
い側面は拡散制限層で覆われ、さらに、その拡散制限層
のイオン伝導固体電解質に面していない面は閉じたガス
気密性の層により覆われている。さらに本発明のガスセ
ンサーは、内側の測定電極が間隔を持って少なくとも１
つの外側の測定電極によって囲まれていること、最も外
側の測定電極の外周が拡散制限層で覆われていること、
及び、ガスの吸入は最も外側の測定電極の外周の領域
で、拡散制限層を通して、イオン伝導固体電解質と閉じ
たガス気密層との間で起こることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンを伝導する
固体電解質（以下、イオン伝導電解質）の上側の少なく
とも２つの測定用の電極（以下、測定電極）及び、測定
電極に割り当てられ（イオン伝導電解質の）下側の少な
くとも１つの対電極を持ったガスセンサーに関し、そこ
において、測定電極のイオン伝導固体電解質に向いてな
い側面は拡散を制限する層（diffusion-limiting laye
r）（以下、拡散制限層）で覆われ、拡散制限層のイオ
ン伝導固体電解質に向いてない側面は閉じられたガス気
密性の層で覆われている。ここで用語「上側」及び「下
側」は、測定電極または対電極を支持するイオン電動固
体電解質の側面を示し、それらの上または下に関する空
間的な配置ではない。
固体電解質（以下、イオン伝導電解質）の上側の少なく
とも２つの測定用の電極（以下、測定電極）及び、測定
電極に割り当てられ（イオン伝導電解質の）下側の少な
くとも１つの対電極を持ったガスセンサーに関し、そこ
において、測定電極のイオン伝導固体電解質に向いてな
い側面は拡散を制限する層（diffusion-limiting laye
r）（以下、拡散制限層）で覆われ、拡散制限層のイオ
ン伝導固体電解質に向いてない側面は閉じられたガス気
密性の層で覆われている。ここで用語「上側」及び「下
側」は、測定電極または対電極を支持するイオン電動固
体電解質の側面を示し、それらの上または下に関する空
間的な配置ではない。
【０００２】
【従来の技術】イオン伝導固体電解質及び複数の電極の
補助によりガスの混合からガスの成分を現場で測定する
ことが知られている。例えば、WO95/30146、EP0807818A
2、DE4442272Al、DE3728618、DE4439901.4-52、及びOE1
9652968の出願はガス混合の多様なガス成分を求めるた
めの装置及び方法について開示しており、そこにおい
て、最も多様な電極の配置の補助としてイオン伝導固体
電解質の使用が全ての開示の基礎になっている。そこに
おいて、そのようなガスセンサーの測定電極へのガスの
吸入口は拡散バリア（diffusion barrier）によって可
能であり、それは多孔性の層の材料または正確に確定さ
れた開口を持ったガス気密性の材料から形成される。主
な違いは幾何学的な配置、拡散バリアの配置、及びそこ
からの結果としてのガス混合への電極に対する選択的な
導入であり、同様に、製造プロセス上にある。そのよう
なものは、例えば、DE3728618が最大電流センサーを開
示しており、それの拡散バリアは導管または流路（chan
nel）として構成されている。これらの配置に対する欠
点は、不純物が簡単に蓄積しやすく、それゆえ、拡散パ
ターン及びセンサーの特性曲線が変わってしまうことで
ある。
補助によりガスの混合からガスの成分を現場で測定する
ことが知られている。例えば、WO95/30146、EP0807818A
2、DE4442272Al、DE3728618、DE4439901.4-52、及びOE1
9652968の出願はガス混合の多様なガス成分を求めるた
めの装置及び方法について開示しており、そこにおい
て、最も多様な電極の配置の補助としてイオン伝導固体
電解質の使用が全ての開示の基礎になっている。そこに
おいて、そのようなガスセンサーの測定電極へのガスの
吸入口は拡散バリア（diffusion barrier）によって可
能であり、それは多孔性の層の材料または正確に確定さ
れた開口を持ったガス気密性の材料から形成される。主
な違いは幾何学的な配置、拡散バリアの配置、及びそこ
からの結果としてのガス混合への電極に対する選択的な
導入であり、同様に、製造プロセス上にある。そのよう
なものは、例えば、DE3728618が最大電流センサーを開
示しており、それの拡散バリアは導管または流路（chan
nel）として構成されている。これらの配置に対する欠
点は、不純物が簡単に蓄積しやすく、それゆえ、拡散パ
ターン及びセンサーの特性曲線が変わってしまうことで
ある。
【０００３】ドイツの特許出願DE4439901.4-52には２つ
の電極配置が開示されており、そこにおいて、（１つ
の）電極は酸化窒素の不浸透性のコーティングを備え、
ポンプ電極（pump electrode）として動作する。酸素の
分圧はポンプ電流によって決められる。他の電極は酸化
窒素の濃度の検出のために使われる。この配置では、比
較的大きい反応空間（reaction space）である拡散流路
の実現、及びポンプ電極の複雑な構成は不都合であるこ
とが実証されている。
の電極配置が開示されており、そこにおいて、（１つ
の）電極は酸化窒素の不浸透性のコーティングを備え、
ポンプ電極（pump electrode）として動作する。酸素の
分圧はポンプ電流によって決められる。他の電極は酸化
窒素の濃度の検出のために使われる。この配置では、比
較的大きい反応空間（reaction space）である拡散流路
の実現、及びポンプ電極の複雑な構成は不都合であるこ
とが実証されている。
【０００４】DE19652968はその概略において同様である
が、改善された実施例を開示している。電極の配置及び
ポンプ電極のコーティングに変更が見られ、それは酸素
イオン伝導層（oxygen ion-conducting layer）を持
つ。しかしながら、DE4439901.4-52に対して述べた不都
合な点は排除されていない。
が、改善された実施例を開示している。電極の配置及び
ポンプ電極のコーティングに変更が見られ、それは酸素
イオン伝導層（oxygen ion-conducting layer）を持
つ。しかしながら、DE4439901.4-52に対して述べた不都
合な点は排除されていない。
【０００５】DE4442272A1では、イオン伝導固体電解質
材料及び、多様なガスの検出を可能にする、拡散方向に
１つずつ連なった３組の電極を備えたチューブ状または
平面のガスセンサーが開示されている。その配置は一方
の側面から、毛細管または多孔性の拡散層を通してガス
の吸入口を持つ。毛細管または多孔性の拡散層のすぐ後
ろに位置する電極の補助により、酸素は流路から取り除
かれる。残った酸素無しの残留ガスのさらなる決定また
は測定のために、利用される電極の材料及び適用される
反応ポテンシャル（reaction potential）に従って、そ
の後に配置された電極が利用される。この配置の最大の
欠点は、拡散流路の構成に見られる。その製造は、付加
的な、コスト高の仕上げ処理を必要とし、かつ、その小
さいサイズのために、汚染されやすい。さらに、内部の
電極において、残っている残留ガスの有効な量がとても
少なく、そのため、測定信号はとても弱く、比較的不正
確になる。
材料及び、多様なガスの検出を可能にする、拡散方向に
１つずつ連なった３組の電極を備えたチューブ状または
平面のガスセンサーが開示されている。その配置は一方
の側面から、毛細管または多孔性の拡散層を通してガス
の吸入口を持つ。毛細管または多孔性の拡散層のすぐ後
ろに位置する電極の補助により、酸素は流路から取り除
かれる。残った酸素無しの残留ガスのさらなる決定また
は測定のために、利用される電極の材料及び適用される
反応ポテンシャル（reaction potential）に従って、そ
の後に配置された電極が利用される。この配置の最大の
欠点は、拡散流路の構成に見られる。その製造は、付加
的な、コスト高の仕上げ処理を必要とし、かつ、その小
さいサイズのために、汚染されやすい。さらに、内部の
電極において、残っている残留ガスの有効な量がとても
少なく、そのため、測定信号はとても弱く、比較的不正
確になる。
【０００６】汚染は実際には、交互の電極及び固体電解
質層を備えた層構成を持ったガスセンサーによって防止
できるが、複数の燃焼処理を要する高価な製造はコスト
高である。高温での多様な材料の接触もまた欠点である
ことが実証され、それは移送の構成と電極の運動の変化
を引き起こし、ガスセンサーの絶え間ない較正を必要と
する。
質層を備えた層構成を持ったガスセンサーによって防止
できるが、複数の燃焼処理を要する高価な製造はコスト
高である。高温での多様な材料の接触もまた欠点である
ことが実証され、それは移送の構成と電極の運動の変化
を引き起こし、ガスセンサーの絶え間ない較正を必要と
する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、発明の根底
を成すのは、ガス混合からの多様なガスの決定または測
定のための平面技術（または、プレーナ技術）での、改
善したガスセンサーを用意するという目的である。
を成すのは、ガス混合からの多様なガスの決定または測
定のための平面技術（または、プレーナ技術）での、改
善したガスセンサーを用意するという目的である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によって、その目
的は、少なくとも１つの外側の測定電極に間隔を開けて
囲まれた１つの内側の測定電極、拡散制限層で覆われた
最も外側の測定電極の外側の外周、及び、イオン伝導固
体電解質と最も外側の測定電極の外周の領域の閉じられ
たガス気密層との間を、拡散制限層を通して蒸散（tran
spire）する、測定電極へのガス吸入で達成される。こ
こで、用語「囲まれた」は空間的な平面で覆うことを示
す。最も外側の測定電極へのガスの吸入口は一方の側面
からの流路またはホース状ではない。むしろ、ガス吸入
は、最も外側の測定電極のほとんど全ての側面から、こ
の最も外側の測定電極の電極の表面の幾何学的配置に従
って、拡散制限層を通して起こる。この配置に基づいて
拡散できるガスの量は既存の配置に比べかなり多い。電
極の表面は望まれるだけの長さで構成でき、それによ
り、より多いガスの量が吸収できる。個々の測定電極で
の、より多いガスの量は、大きい測定信号及び測定の正
確な結果の改善した効果を持つ。対電極は、測定される
ガスの中か、あるいは、特別な参照ガスの中に位置する
ことができる。対電極は、複数の測定電極の参照電極と
して使用することができる。しかしながら、対電極の数
もまた、測定電極の数と同じにすることもできる。対電
極が、測定電極の垂直方向の投射（物）として、イオン
伝導固体電解質の下側に構成された場合、それは特に有
利である。したがって、対電極は測定電極と形状及びサ
イズにおいて同一にすることができる。
的は、少なくとも１つの外側の測定電極に間隔を開けて
囲まれた１つの内側の測定電極、拡散制限層で覆われた
最も外側の測定電極の外側の外周、及び、イオン伝導固
体電解質と最も外側の測定電極の外周の領域の閉じられ
たガス気密層との間を、拡散制限層を通して蒸散（tran
spire）する、測定電極へのガス吸入で達成される。こ
こで、用語「囲まれた」は空間的な平面で覆うことを示
す。最も外側の測定電極へのガスの吸入口は一方の側面
からの流路またはホース状ではない。むしろ、ガス吸入
は、最も外側の測定電極のほとんど全ての側面から、こ
の最も外側の測定電極の電極の表面の幾何学的配置に従
って、拡散制限層を通して起こる。この配置に基づいて
拡散できるガスの量は既存の配置に比べかなり多い。電
極の表面は望まれるだけの長さで構成でき、それによ
り、より多いガスの量が吸収できる。個々の測定電極で
の、より多いガスの量は、大きい測定信号及び測定の正
確な結果の改善した効果を持つ。対電極は、測定される
ガスの中か、あるいは、特別な参照ガスの中に位置する
ことができる。対電極は、複数の測定電極の参照電極と
して使用することができる。しかしながら、対電極の数
もまた、測定電極の数と同じにすることもできる。対電
極が、測定電極の垂直方向の投射（物）として、イオン
伝導固体電解質の下側に構成された場合、それは特に有
利である。したがって、対電極は測定電極と形状及びサ
イズにおいて同一にすることができる。
【０００９】閉じられたガス気密性の層は支持基板及び
（または）ガス気密性のフィルムから形成される。支持
基板が使用された場合、イオン伝導固体電解質はそれ自
体の支持物を持たないこともできる。閉じられたガス気
密性の層を形成するためにガス気密性のフィルムだけが
使用された場合、例えば、イオン伝導固体電解質等のも
う１つの層平面はそれ自体の支持物を持ってもよい。
（または）ガス気密性のフィルムから形成される。支持
基板が使用された場合、イオン伝導固体電解質はそれ自
体の支持物を持たないこともできる。閉じられたガス気
密性の層を形成するためにガス気密性のフィルムだけが
使用された場合、例えば、イオン伝導固体電解質等のも
う１つの層平面はそれ自体の支持物を持ってもよい。
【００１０】ガスセンサーの製造のための、薄いまたは
厚い層の技術の使用により、測定電極間に位置する拡散
の隙間は拡散制限層で満たすことができる。対照的に、
層が薄片にされた場合、この拡散の隙間は独立にするこ
とができる。
厚い層の技術の使用により、測定電極間に位置する拡散
の隙間は拡散制限層で満たすことができる。対照的に、
層が薄片にされた場合、この拡散の隙間は独立にするこ
とができる。
【００１１】最も外側の測定電極及び対電極が電流測定
の測定信号を伝え、最も外側の測定電極及びその対電極
の内側の測定及び対電極が電位差の測定信号を伝えた場
合、それは有利性を持つ。それは、電流測定及び電位差
測定が起こることを意味する。しかしながら、電気化学
的変換及び、酸素を測定されるガスの外へ排出すること
により、最も外側の測定電極及びその対電極で測定信号
が形成された場合、特に有利性を持つことが実証されて
いる。したがって、最も外側の測定電極は、ポンプ電極
として振る舞い、測定されるガス混合から酸素を抽出す
る。最も外側の測定電極及びその対電極の内側の測定及
び対電極で、さらに、残った残留ガス内のガス成分は単
純な方法で１つずつ測定することができる。よって、例
えば、炭化水素（ＣＨX）及び（または）酸化窒素（Ｎ
ＯX）等のガス成分はそこで測定される。
の測定信号を伝え、最も外側の測定電極及びその対電極
の内側の測定及び対電極が電位差の測定信号を伝えた場
合、それは有利性を持つ。それは、電流測定及び電位差
測定が起こることを意味する。しかしながら、電気化学
的変換及び、酸素を測定されるガスの外へ排出すること
により、最も外側の測定電極及びその対電極で測定信号
が形成された場合、特に有利性を持つことが実証されて
いる。したがって、最も外側の測定電極は、ポンプ電極
として振る舞い、測定されるガス混合から酸素を抽出す
る。最も外側の測定電極及びその対電極の内側の測定及
び対電極で、さらに、残った残留ガス内のガス成分は単
純な方法で１つずつ測定することができる。よって、例
えば、炭化水素（ＣＨX）及び（または）酸化窒素（Ｎ
ＯX）等のガス成分はそこで測定される。
【００１２】理想的には、ガスセンサーにおいて、測定
電極は円形の表面として構成され、少なくとも１つの外
側の測定電極は内側の測定電極を、間隔を持って、少な
くとも部分的に同心円上に囲む。外側の測定電極が内側
の対電極を同心円状に完全に囲むこと、及び、電気的絶
縁のために、ガス気密性の層を、測定電極の接触のため
の接触経路と、この接触経路に交差する他の測定電極と
の間に配置することが可能である。
電極は円形の表面として構成され、少なくとも１つの外
側の測定電極は内側の測定電極を、間隔を持って、少な
くとも部分的に同心円上に囲む。外側の測定電極が内側
の対電極を同心円状に完全に囲むこと、及び、電気的絶
縁のために、ガス気密性の層を、測定電極の接触のため
の接触経路と、この接触経路に交差する他の測定電極と
の間に配置することが可能である。
【００１３】ここで測定電極の間に形成される拡散の隙
間はそれの全体の長さを通して一定の幅を持つので、同
心円状の配置は拡散の隙間の最適な配置を可能にする。
温度を一定に保つ加熱要素をガスセンサーに配置するこ
ともまた有利性を持つ。例えば、対電極は加熱要素が配
置されている電気的に絶縁の多孔性の層で覆うことがで
きる。
間はそれの全体の長さを通して一定の幅を持つので、同
心円状の配置は拡散の隙間の最適な配置を可能にする。
温度を一定に保つ加熱要素をガスセンサーに配置するこ
ともまた有利性を持つ。例えば、対電極は加熱要素が配
置されている電気的に絶縁の多孔性の層で覆うことがで
きる。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１は、支持３上の内側の測定電
極１及び外側の測定電極２の可能な配置及び構成を示し
ている。この内側の測定電極１は支持３の正方形の表面
の形に適用される。三角形や円形または不特定な形等の
他の望まれる形状もまた内側の測定電極１のために可能
である。ここで、いかなる付加的な外側の測定電極にも
囲まれておらず、したがって、この場合、同時に最も外
側の測定電極を表している外側の測定電極２が内側の測
定電極１を囲んでいる。外側の測定電極２の開口は、内
側の測定電極１と接触経路５の補助との接触を可能にす
る。外側の測定電極２の接触は接触経路６で起こる。支
持３はそれ自体を支える固体電解質の小板か、代わり
に、前処理された、セラミックから成るコーティングさ
れた支持基板でもよいだろう。通常の支持基板は、例え
ば、酸化アルミニウムから成る。例えば、ＺｒＯ2、Ｃ
ｅＯ2、ＨｆＯ2、またはＬａＧａＯ3をドーピングした
酸素イオン伝導材料が固体電解質として考えられる。
極１及び外側の測定電極２の可能な配置及び構成を示し
ている。この内側の測定電極１は支持３の正方形の表面
の形に適用される。三角形や円形または不特定な形等の
他の望まれる形状もまた内側の測定電極１のために可能
である。ここで、いかなる付加的な外側の測定電極にも
囲まれておらず、したがって、この場合、同時に最も外
側の測定電極を表している外側の測定電極２が内側の測
定電極１を囲んでいる。外側の測定電極２の開口は、内
側の測定電極１と接触経路５の補助との接触を可能にす
る。外側の測定電極２の接触は接触経路６で起こる。支
持３はそれ自体を支える固体電解質の小板か、代わり
に、前処理された、セラミックから成るコーティングさ
れた支持基板でもよいだろう。通常の支持基板は、例え
ば、酸化アルミニウムから成る。例えば、ＺｒＯ2、Ｃ
ｅＯ2、ＨｆＯ2、またはＬａＧａＯ3をドーピングした
酸素イオン伝導材料が固体電解質として考えられる。
【００１５】図２は、外側の測定電極２の他の構成を描
写しており、そこにおいて、内側の測定電極１は完全に
囲まれている。接触経路と外側の測定電極との間の電気
的な接触を防ぐため、絶縁性のガス気密層が必要であ
る。ここで、絶縁性のガス気密層４は接触経路５と外側
の測定電極２との間に配置される。これとの関係で、図
２の図示とは反対に、最初に接触経路５、次に、絶縁性
のガス気密層４、そして最後に、外側の測定電極２が配
置されることもできるだろう。複数の外側の測定電極の
場合、より幅が広く、より長い絶縁性のガス気密層や複
数の絶縁性のガス気密層が必要になるだろう。
写しており、そこにおいて、内側の測定電極１は完全に
囲まれている。接触経路と外側の測定電極との間の電気
的な接触を防ぐため、絶縁性のガス気密層が必要であ
る。ここで、絶縁性のガス気密層４は接触経路５と外側
の測定電極２との間に配置される。これとの関係で、図
２の図示とは反対に、最初に接触経路５、次に、絶縁性
のガス気密層４、そして最後に、外側の測定電極２が配
置されることもできるだろう。複数の外側の測定電極の
場合、より幅が広く、より長い絶縁性のガス気密層や複
数の絶縁性のガス気密層が必要になるだろう。
【００１６】図３はより有利な測定電極の構成として、
円形の内側の測定電極１及び同心円の外側の測定電極２
を図示している。内側の測定電極１の外周と外側の測定
電極２の内周との間に形成される拡散の隙間はここで一
定の幅であり、測定されるガスの拡散が同時に内側の測
定電極１に達することを可能にし、その後、外側の測定
電極２が乗り越えられる。測定されるガスの最も外側の
測定電極の外周への全ての側面で大きさの等しい拡散経
路を構成するために、支持３の外側の寸法が最も外側の
測定電極の外周に適合した場合、それは特に有利性を持
つ。この可能な構成はここでは図示されていない。
円形の内側の測定電極１及び同心円の外側の測定電極２
を図示している。内側の測定電極１の外周と外側の測定
電極２の内周との間に形成される拡散の隙間はここで一
定の幅であり、測定されるガスの拡散が同時に内側の測
定電極１に達することを可能にし、その後、外側の測定
電極２が乗り越えられる。測定されるガスの最も外側の
測定電極の外周への全ての側面で大きさの等しい拡散経
路を構成するために、支持３の外側の寸法が最も外側の
測定電極の外周に適合した場合、それは特に有利性を持
つ。この可能な構成はここでは図示されていない。
【００１７】図４は円形の内側の測定電極１及び、この
内側の測定電極１を完全に囲んでいる同心円の外側の測
定電極２を示す。接触経路５は絶縁性のガス気密層４に
より外側の測定電極２から分離されている。
内側の測定電極１を完全に囲んでいる同心円の外側の測
定電極２を示す。接触経路５は絶縁性のガス気密層４に
より外側の測定電極２から分離されている。
【００１８】図５は本発明のガスセンサーの測定電極の
例の側面の平面図である。支持３ａとして、それ自体を
支持する小板の形状で酸素イオン伝導固体電解質材料Ｚ
ｒ2Ｏがここで使用されている。測定電極１；２は拡散
制限層７で覆われている。ここで、最も外側の測定電極
２が覆われ、全ての測定電極が拡散制限層７の閉じた層
で覆われる必要がある。拡散制限層７の下に位置する測
定電極の部品の位置は点線で示されている。拡散制限層
７はガス気密層８で覆われている。この例において、測
定電極の配置は図３の配置を選択した。接触経路５；６
が配置されている側面において、ガス気密層８は拡散制
限層７の端もまた覆わなければならない。よって、拡散
制限層７が、最も外側の測定電極２の最も外側の周囲が
覆われるまで、最も外側の測定電極２の外側に拡張した
場合、測定されるガスは最も外側の測定電極２の周りに
入り込むことが難しくなる。残りの３つの側面で、ガス
気密層８は拡散制限層７の端を覆わないので、測定され
るガスは浸透でき、最も外側の測定電極２の方向に拡散
することができる。
例の側面の平面図である。支持３ａとして、それ自体を
支持する小板の形状で酸素イオン伝導固体電解質材料Ｚ
ｒ2Ｏがここで使用されている。測定電極１；２は拡散
制限層７で覆われている。ここで、最も外側の測定電極
２が覆われ、全ての測定電極が拡散制限層７の閉じた層
で覆われる必要がある。拡散制限層７の下に位置する測
定電極の部品の位置は点線で示されている。拡散制限層
７はガス気密層８で覆われている。この例において、測
定電極の配置は図３の配置を選択した。接触経路５；６
が配置されている側面において、ガス気密層８は拡散制
限層７の端もまた覆わなければならない。よって、拡散
制限層７が、最も外側の測定電極２の最も外側の周囲が
覆われるまで、最も外側の測定電極２の外側に拡張した
場合、測定されるガスは最も外側の測定電極２の周りに
入り込むことが難しくなる。残りの３つの側面で、ガス
気密層８は拡散制限層７の端を覆わないので、測定され
るガスは浸透でき、最も外側の測定電極２の方向に拡散
することができる。
【００１９】図６は、図５のガスセンサーの区間Ａ−
Ａ”を示している。固体電解質小板は支持３ａとして配
置され、それは測定電極１；２及び対電極９；１０を支
える。対電極９；１０はこの例において、測定電極１；
２の垂直方向の投射である。しかしながら、単体の対電
極が使われることも可能である。測定電極１；２は拡散
制限層７で覆われている。薄板技術の使用により、測定
電極１；２の間に、測定電極の高さを持つ自由な空間が
形成できる。拡散制限層７はガス気密層８により、その
境界を持つ。付加的に加熱要素１１を対電極９；１０の
側面に設置できるようにするために、対電極９；１０は
加熱要素１１を支える多孔性の電気絶縁層１２により覆
われる。加熱要素１１は、ここで備えられるとき、湾曲
した形状で構成されるだろう。
Ａ”を示している。固体電解質小板は支持３ａとして配
置され、それは測定電極１；２及び対電極９；１０を支
える。対電極９；１０はこの例において、測定電極１；
２の垂直方向の投射である。しかしながら、単体の対電
極が使われることも可能である。測定電極１；２は拡散
制限層７で覆われている。薄板技術の使用により、測定
電極１；２の間に、測定電極の高さを持つ自由な空間が
形成できる。拡散制限層７はガス気密層８により、その
境界を持つ。付加的に加熱要素１１を対電極９；１０の
側面に設置できるようにするために、対電極９；１０は
加熱要素１１を支える多孔性の電気絶縁層１２により覆
われる。加熱要素１１は、ここで備えられるとき、湾曲
した形状で構成されるだろう。
【００２０】図７はガスセンサーの他の可能な構成を示
しており、そこにおいて、例えばＡｌ2Ｏ3等のセラミッ
クの基板から成る支持３ｂが層構造を支持する。支持３
ｂは、測定電極１；２が配置されている拡散制限層７で
覆われている。ここで、測定電極の配置は図３のものを
選択しているので、接触経路５；６が導き出されている
拡散制限層の側面及び端はガス気密の絶縁層１４に境界
を持つ。層１４の適当な広さは点線で完結している。測
定電極の接触経路の対電極の接触経路に対する電気的絶
縁もまたこのガス気密性の絶縁層１４によってなされて
いる。測定電極１；２及び拡散制限層７の部品は、例え
ばＺｒＯ2等の固体電解質材料の層１３により覆われ
る。拡散制限層７の端の領域は、ガスの吸入を可能にす
るために、３つの側面で開放されている。固体電解質材
料の層１３は、ハッチングで示される対電極９；１０を
測定電極の真上に支えている。図７はまた、図８でのみ
示される加熱要素のための基礎として利用される、多孔
性の絶縁層１２も描写している。
しており、そこにおいて、例えばＡｌ2Ｏ3等のセラミッ
クの基板から成る支持３ｂが層構造を支持する。支持３
ｂは、測定電極１；２が配置されている拡散制限層７で
覆われている。ここで、測定電極の配置は図３のものを
選択しているので、接触経路５；６が導き出されている
拡散制限層の側面及び端はガス気密の絶縁層１４に境界
を持つ。層１４の適当な広さは点線で完結している。測
定電極の接触経路の対電極の接触経路に対する電気的絶
縁もまたこのガス気密性の絶縁層１４によってなされて
いる。測定電極１；２及び拡散制限層７の部品は、例え
ばＺｒＯ2等の固体電解質材料の層１３により覆われ
る。拡散制限層７の端の領域は、ガスの吸入を可能にす
るために、３つの側面で開放されている。固体電解質材
料の層１３は、ハッチングで示される対電極９；１０を
測定電極の真上に支えている。図７はまた、図８でのみ
示される加熱要素のための基礎として利用される、多孔
性の絶縁層１２も描写している。
【００２１】図８は、付加的に、多孔性の絶縁層１２に
湾曲形状の加熱要素１１を備えた図７のガスセンサーの
区間Ｂ−Ｂ”を示している。
湾曲形状の加熱要素１１を備えた図７のガスセンサーの
区間Ｂ−Ｂ”を示している。
【００２２】
【発明の効果】上述の構成により、本発明のガスセンサ
ーにおいて、拡散できるガスの量は既存の配置に比べか
なり多くすることができ、また、電極の表面は望まれる
だけの長さで構成できる。また、付加的な加熱要素を加
えるこが可能であり、それにより安定した測定が可能に
なる。これらの特徴により、本発明のガスセンサーは、
従来のものに比べ正確な測定結果をもたらすことができ
る。
ーにおいて、拡散できるガスの量は既存の配置に比べか
なり多くすることができ、また、電極の表面は望まれる
だけの長さで構成できる。また、付加的な加熱要素を加
えるこが可能であり、それにより安定した測定が可能に
なる。これらの特徴により、本発明のガスセンサーは、
従来のものに比べ正確な測定結果をもたらすことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】内部及び外部の測定電極の可能な配置（の１
つ）である。
つ）である。
【図２】内部及び外部の測定電極の可能な配置（の１
つ）である。
つ）である。
【図３】内部及び外部の測定電極の可能な配置（の１
つ）である。
つ）である。
【図４】内部及び外部の測定電極の可能な配置（の１
つ）である。
つ）である。
【図５】それ自体を支持する固体電解質を備えたガスセ
ンサーの平面図である。
ンサーの平面図である。
【図６】付加的な過熱要素を備えた図５のガスセンサー
（の区分図）である。
（の区分図）である。
【図７】層の形状で固体電解質を備えたガスセンサーで
ある。
ある。
【図８】付加的な過熱要素を備えた図７のガスセンサー
（の区分図）である。
（の区分図）である。
１ 内側の測定電極 ２ 外側の測定電極 ３ 支持 ３ａ、３ｂ 支持基板 ４ 電気絶縁性のガス気密層 ５、６ 接触経路 ７ 拡散制限層 ８ ガス気密層 ９、１０ 対電極 １１ 加熱要素 １２ 多孔性の電気絶縁層 １３ 固体電解質材料の層 １４ ガス気密性の絶縁層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウスペーター・ザンドウ ドイツ連邦共和国ジントヨリスヴィンゲ、 ペルクラーン８ (72)発明者 フランク・アードルフ ドイツ連邦共和国グライフスヴァルト、マ カレンコシュトラーセ33ベー (72)発明者 マティーアス・トライシェル ドイツ連邦共和国ディンスラーケン、ルイ ーゼンシュトラーセ117
Claims (14)
- 【請求項１】 各々イオン伝導固体電解質の上側にある
少なくとも２つの測定電極及び、下側にある前記測定電
極に割り当てられた少なくとも１つの対電極を備え、前
記測定電極の前記イオン伝導固体電解質に面してない側
面は拡散制限層で覆われ、前記拡散制限層の前記イオン
伝導固体電解質に面してない側面は閉じられたガス気密
層で覆われたガスセンサーであって、内側の１つの測定
電極（１）が少なくとも１つの外側の測定電極（２）に
よって間隔を持って囲まれること、最も外側の測定電極
（２）の外周が前記拡散制限層（７）で覆われること、
前記測定電極（１；２）のガス吸入口が前記最も外側の
測定電極（２）の外周の領域で前記イオン伝導固体電解
質（３ａ；１３）と前記閉じられたガス気密層（３ｂ；
８）との間で前記拡散制限層（７）を通してであること
を特徴とするガスセンサー。 - 【請求項２】 対電極（９；１０）の数が測定電極
（１；２）の数に等しいことを特徴とする、請求項１に
記載のガスセンサー。 - 【請求項３】 対電極（９；１０）が前記イオン伝導固
体電解質（３ａ；１３）の下側に、前記測定電極（１；
２）の垂直方向の投射（物）として構成されることを特
徴とする、請求項２に記載のガスセンサー。 - 【請求項４】 閉じられたガス気密層（３ｂ；８）が支
持基板（３ｂ）及び（／または）ガス気密フィルムによ
って形成されることを特徴とする、請求項１、２または
３に記載のガスセンサー。 - 【請求項５】 測定電極（１；２）の間の拡散の隙間が
拡散制限層（７）で埋められることを特徴する、請求項
１、２、３または４に記載のガスセンサー。 - 【請求項６】 最も外側の測定電極（２）及び、それの
対電極（１０）が電流測定の測定信号を伝えることを特
徴とする、請求項１、２、３、４または５に記載のガス
センサー。 - 【請求項７】 最も外側の測定電極及びそれの対電極
（２；１０）の内側の測定及び対電極（１；９）が電位
差の測定信号を伝えることを特徴とする、請求項１、
２、３、４、５または６に記載のガスセンサー。 - 【請求項８】 最も外側の測定電極（２）及びそれの対
電極（１０）の測定信号が電気化学変換及び、酸素を測
定されるガスから排出することにより形成されることを
特徴とする、請求項１、２、３、４、５、６または７に
記載のガスセンサー。 - 【請求項９】 測定されるガスのガス成分が、最も外側
の測定及びそれの対電極（２；１０）の内側の測定及び
対電極（１；９）で測定されることを特徴とする、請求
項１、２、３、４、５、６、７または８に記載のガスセ
ンサー。 - 【請求項１０】 ガスの成分として、炭化水素（Ｃ
ＨX）及び（／または）酸化窒素（ＮＯX）が測定される
ことを特徴とする、請求項９に記載のガスセンサー。 - 【請求項１１】 内側の測定電極（１）が円形の表面で
構成され、少なくとも１つの外側の測定電極（２）が間
隔を持って、少なくとも部分的に同心円上に前記内側の
測定電極（１）を囲むことを特徴とする、請求項１、
２、３、４、５、６、７、８、９または１０に記載のガ
スセンサー。 - 【請求項１２】 外側の測定電極（２）が完全に内側の
測定電極（１）を同心円で囲み、電気的に絶縁性のガス
気密層（４）が測定電極の接触のための接触経路（５）
と、この接触経路と交差する付加的な測定電極（２）と
の間に配置されることを特徴とする、請求項１、２、
３、４、５、６、７、８、９、１０または１１に記載の
ガスセンサー。 - 【請求項１３】 測定電極（１；２）の間に形成される
拡散の隙間がその全域で一定の幅を持つ、請求項１０、
１１または１２に記載のガスセンサー。 - 【請求項１４】 対電極（９；１０）が、電気的な加熱
要素（１１）が配置されている絶縁性の、多孔性の層
（１２）で覆われている、請求項１、２、３、４、５、
６、７、８、９、１０、１１または１２に記載のガスセ
ンサー。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19921532A DE19921532A1 (de) | 1999-05-11 | 1999-05-11 | Gassensor mit diffusions-limitierender Schicht |
| DE19921532.4 | 1999-05-11 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000338079A true JP2000338079A (ja) | 2000-12-08 |
Family
ID=7907605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000137080A Withdrawn JP2000338079A (ja) | 1999-05-11 | 2000-05-10 | 拡散制限層を持ったガスセンサー |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1052503B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000338079A (ja) |
| KR (1) | KR20000077139A (ja) |
| BR (1) | BR0002407A (ja) |
| DE (2) | DE19921532A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006133106A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 酸素ポンプ素子とそれを用いた酸素供給装置 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102004013545A1 (de) * | 2004-03-19 | 2005-10-06 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement |
| DE102006012088B4 (de) * | 2006-03-14 | 2008-02-14 | Heraeus Sensor Technology Gmbh | Verwendung einer epitaktischen Widerstandsstruktur als stoffsensitiven Sensor, Verfahren zum Betreiben des stoffsensitiven Sensors sowie stoffsensitiver Sensor |
| DE102011089304A1 (de) * | 2011-12-20 | 2013-06-20 | Continental Automotive Gmbh | Sensor zur Erfassung eines Gasgehalts in einer Umgebung des Sensors |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2913866C2 (de) * | 1979-04-06 | 1987-03-12 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Meßfühler für die Bestimmung von Bestandteilen in strömenden Gasen |
| US5409591A (en) * | 1993-09-24 | 1995-04-25 | Baker; Charles K. | Selective electrochemical detector for nitric oxide and method |
| DE4442272A1 (de) * | 1994-11-28 | 1996-05-30 | Roth Technik Gmbh | Vorrichtung und Verfahren zur Bestimmung von gasförmigen Bestandteilen in Gasgemischen |
| DE19652968C2 (de) * | 1996-09-02 | 2003-11-13 | Bosch Gmbh Robert | Meßanordnung zur Bestimmung von Gasbestandteilen in Gasgemischen |
-
1999
- 1999-05-11 DE DE19921532A patent/DE19921532A1/de not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-05-03 DE DE50014776T patent/DE50014776D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-05-03 EP EP00109425A patent/EP1052503B1/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-05-03 KR KR1020000023664A patent/KR20000077139A/ko not_active Withdrawn
- 2000-05-10 BR BR0002407-4A patent/BR0002407A/pt not_active Application Discontinuation
- 2000-05-10 JP JP2000137080A patent/JP2000338079A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006133106A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 酸素ポンプ素子とそれを用いた酸素供給装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1052503B1 (de) | 2007-11-14 |
| EP1052503A3 (de) | 2004-12-01 |
| DE19921532A1 (de) | 2000-11-30 |
| KR20000077139A (ko) | 2000-12-26 |
| BR0002407A (pt) | 2001-01-02 |
| DE50014776D1 (de) | 2007-12-27 |
| EP1052503A2 (de) | 2000-11-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070807 |