JPS6336463B2 - - Google Patents

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JPS6336463B2
JPS6336463B2 JP55044773A JP4477380A JPS6336463B2 JP S6336463 B2 JPS6336463 B2 JP S6336463B2 JP 55044773 A JP55044773 A JP 55044773A JP 4477380 A JP4477380 A JP 4477380A JP S6336463 B2 JPS6336463 B2 JP S6336463B2
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JP
Japan
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sensor
base plate
heating element
sensor element
area
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JP55044773A
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Mauraa Herumuuto
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of JPS6336463B2 publication Critical patent/JPS6336463B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
    • G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
    • G01N27/4071—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases using sensor elements of laminated structure
    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、少なくとも１個の加熱されるセンサ
素子と少なくとも１個の層状発熱体のための、セ
ラミツク製又は一部セラミツクから成るベースプ
レートを備えている流動ガス中の成分を測定する
測定センサから出発する。少なくとも１個のセン
サ素子と少なくとも１個の層状発熱体のためのベ
ースプレートを有するこの種の測定センサは例え
ば西ドイツ国特許公開公報第2826515号及び同第
2815879号並びに米国特許第3989614号明細書から
公知であり、これらの測定センサではその都度発
熱体は、固有の測定センサを具備する大面積面と
は逆のベースプレートの大面積面上に設けられて
いる。流動ガス中に設置されるこれらの測定セン
サでは、ベースプレートの縁区域がその中央区域
と異なり著しい温度勾配を有することが認めら
れ、その結果は激しい実効信号変動並びにベース
プレートの亀裂、それ故測定センサーの故障であ
る。
これに対し、少なくとも部分的にセラミツクよ
り成り、長方形の形状を有し、その試料ガス側の
末端区域に少なくとも１個のセンサ素子を有しか
つこのセンサ素子に近接の層状の発熱体を備えて
いるベースプレートを具備していて、前記発熱体
がベースプレートに対して垂直の投影図でみてセ
ンサ素子を十分に包囲するが、センサ素子から電
気的に絶縁されて配置されている、ガス中の酸素
含量を測定するための装置において、発熱体がセ
ンサ素子と並置されている帯状長手縁及びベース
プレートの試料ガス側の縁区域を占めることを特
徴とする、流動ガス中の成分を測定する本発明に
よる測定センサは、１個又は数個の発熱体がセン
サ素子の区域で熱的平衡状態を制御しかつベース
プレートの亀裂の発生も防止するという利点を有
する。特許請求の範囲第１項に記載された測定セ
ンサの他の実施態様は特許請求の範囲第２項乃至
第７項に記載されている。これらは経済的に有利
であり、大量生産に好適な構造を有しかつガス中
の酸素含量の測定に使用することができる。
添付図面は本発明による測定センサの実施例で
あり、次に図面につき本発明を詳説する。
第１図に図示した受動測定センサベースプレー
トはその両側のそれぞれの大面積面上にセンサ素
子と発熱体を担持しており、第２図に図示した能
動測定センサベースプレートはその一方の大面積
面上にセンサ素子を形成しかつその両方の大面積
面上にそれぞれ１個の発熱体を担持しており、第
３図に図示した能動測定センサベースプレートは
その両側の大面積面上にそれぞれ１個のセンサ素
子の電極及びそれぞれ１個の発熱体を担持する。
第１図には、セラミツク被覆を有する金属板１
１から形成されているベースプレート１０が示さ
れており、その際に金属板１１は例えば熱安定性
ニツケル合金であり、幅５mm、厚さ0.6mmであり
かつ被覆層として厚さ0.15mmの酸化アルミニウム
層を有する。このベースプレート１０の実施形の
代りに他の実施形では充実した電気絶縁材料、例
えばセラミツクから成つていてもよい。このベー
スプレート１０の一方の大面積面を１３、他方の
それを１４で表わす。大面積面１３上には流動ガ
ス（例えば内燃機関の廃ガス）中の酸素含量を測
定する電位差測定センサ素子１５が設けられてお
り、このセンサ素子は測定電極１６、標準電極１
７及び測定電極と標準電極１７との両方の上に配
置されている酸素イオン伝導性固体電解質層１８
（例えば二酸化ジルコンから成る）から成りかつ
厚さ約0.5mmである。測定電極１６は白金金属の
厚さ約7μｍの層から成りかつ標準電極はほぼ同
じ厚さの金層から成り、この両方の電極１６及び
１７は図示していない試料ガスに曝される。測定
電極１６と標準電極１７は関連番号を付していな
いが帯状導体として試料ガスから遠い側のベース
プレート１０の端部まで延びている。周知のよう
に、そのような酸素センサ素子１５は電気化学的
セルとして作用しかつ試料ガスの酸素分圧に相応
する電圧を実効信号として発生する。その際にこ
のセンサ素子１５により占められる区域はベース
プレートの大面積面１３の長手縁と試料ガス側の
縁区域で、本発明による発熱体１９用に解放され
ており、この発熱体１９は例えば白金金属から成
りかつ測定電極１６及び標準電極１７と同時に印
刷、吹付け、蒸着のような公知方法により一緒に
施すことができる。この発熱体１９は厚さ約10μ
ｍであり、有利には蛇行形又は電光形の構成を有
しており、センサ素子１５のできる限り近くに設
けられているが、電気的にはそれと結合しておら
ず、かつセンサ素子１５を十分に包囲しており、
発熱体１９は縁条片部を基本的にその全幅にわた
つて被覆している。発熱体１９は帯状導体１９′
を介して試料ガスから遠い側のベースプレート１
０の端部と連結しておりかつ酸化及びその破壊を
防止するために、電気的に絶縁されていて例えば
酸化アルミニウムから成つていてよい保護層２０
により被覆されている。この発熱体１９により、
センサ素子１５の区域が実際に一定温度に加熱さ
れて確実な実効信号が惹起され、かつ流動ガスの
場合に周知のように熱的に最も強く負荷されるベ
ースプレート１０の縁区域が亀裂及び破壊されな
いように防止される。
センサ素子１５の熱的状態を更に安定化するた
めに、特定の適用例でベースプレート１０の大面
積面１４上に付加的な層状の発熱体２１を設ける
と有利であり、この発熱体２１は適用例に応じて
ベースプレート１０の全幅を覆うか或いか第１図
に示したように発熱体１９と同じ構成及び配置で
あつてよい。この発熱体２１は発熱体１９と同様
に保護層２６で被覆されている。発熱体１９と同
じ配置の発熱体２１を使用する場合、付加的なセ
ンサ素子２２が発熱体２１により制限されるベー
スプレート１０の区域中に一緒に設けられ、例え
ば原理的に周知のポーラログラフ酸素センサが設
けられていてよい。そのようなポーラログラフ酸
素センサ２２は、電位差測定酸素センサ素子１５
と同様に測定電極２３とそれと並んで間隔をおい
て設けられている標準電極２４を有する。例え
ば、両方の電極２３及び２４は白金金属から成つ
ていてよくかつ試料ガスに曝され、それらは関連
番号を付していない付属の帯状導体を含めて発熱
体２１と一緒にベースプレート１０上に公知方法
により施すことができる。この電極２３及び２４
上に両方に共通の、酸素イオン伝導性の酸素分子
通過性固体電解質層２５が設けられており、それ
は厚さ0.6μｍである。電極２３及び２４は電圧を
印加されており、かつセンサ素子２２が試料ガス
の酸素含量に相応する電流を実効信号として示
す。ポーラログラフ酸素センサ２２の代りに或い
はこのポーラログラフ酸素センサ２２に加えて他
の測定センサをベースプレート１０上に設けるこ
ともでき、例えば温度センサ、カーボンセンサで
あるが、これは本発明に関するものではないので
詳説しない。
ベースプレート１０上に２個の発熱体１９及び
２１を設ける際に、このそれぞれの発熱体１９及
び２１が固有の調節可能な電流回路を備えていて
よく、従つて発熱体に関連するセンサ素子１５及
び／又は２２を別個にもしくは厳密に加熱するこ
とができる。
センサ素子１５，２２及び発熱体１９，２１を
備えているベースプレート１０を公知方法で、例
えば米国特許第3989614号明細書から公知である
ように、図示していない金属ケーシングの長手孔
中に固定しかつシール状に取付けることができ
る。
第２図には充実ベースプレート２７が図示され
ており、これは第１図の例に記載されているよう
に、酸素イオン伝導性固体電解質、例えば二酸化
ジルコンから成り、厚さ約0.8mmでありかつ酸素
センサの活性構造体として使用することができ
る。相応して、ベースプレート２７の上側の大面
積面２８上にはこの場合にもベースプレート２７
の縁区域を覆つていない帯状導体と共に電極対２
９，２９′が設けられている。帯状導体を有する
これらの電極対２９，２９′の上方に電気絶縁性
で酸素分子は通過させる保護カバー３０が設けら
れており、この保護カバーはベースプレート２７
上で、電気接続に使われる電極対２９，２９′の
帯状導体区域だけを残して覆う。例えば酸化アル
ミニウムから成つていてもよいこの保護カバー３
０上に本発明による発熱体３１は、この発熱体が
ベースカバー大面積面２８に対して垂直の投影図
で有利には電極対２９，２９′により覆われてい
ないベースプレート２７の縁区域を覆うように施
されている。発熱体３１による電極対２９，２
９′の部分的被覆は特定の使用例で有利であり得
る。この発熱体３１は試料ガスから遠い側の端部
に続くその帯状導体（図示せず）と共に酸化を阻
止する保護層３２により被覆されており、この保
護層も発熱体３１の帯状導体接続区域だけを残し
て覆つている。
ベースプレート２７の下側の大面積面３３は電
気絶縁層３４（例えば酸化アルミニウム）で被覆
されておりかつその縁区域上に本発明による発熱
体３５を帯状導体（指示せず）と共に担持する。
この発熱体３５もまた酸化を阻止する保護層３６
で被覆されている。発熱体３５により覆われてい
ない面上に場合によつては他の測定センサを設置
することもできる。他の測定センサがこの区域に
設置されていない場合、ベースプレート２７の全
幅を覆う発熱体の代りに本発明による発熱体を使
用すると測定センサの熱的状態にとつて有利であ
る。この装置例の他の特徴は第１図による例に相
応する。
第３図では酸素センサに所属するベースプレー
ト３７が示されており、このプレートは第２図に
よる実施例のベースプレート２７に相当するが、
センサ素子電極３８は上側の大面積面３９上にか
つ他のセンサ素子電極４０は他の下側の大面積面
４１上に担持されている。両方の電極３８及び４
０は第２図による実施例と同様に、それぞれ１個
の酸素分子通過性の保護カバー４２，４２′、そ
れぞれ１個の発熱体４３，４３′及びそれぞれ１
個の発熱体保護層４４，４４′で被覆されている。
この装置の他の特徴は第２図による実施例に相応
する。
本発明による発熱体３１，３５，４３，４３′
を有する第２図及び第３図による装置は本発明が
多方面で使用されることを示す。
最後に、ベースプレート３７がセンサ素子の能
動構造体でありかつそれぞれの大面積面３９，４
１上に電極３８，４０を担持する第３図に示した
装置が、一方の電極（例えば電極４０）が公知方
法で一定の酸素分圧を有する対照物質（例えば空
中酸素もしくは金属／金属酸化物−混合物、例え
ばニツケル／酸化ニツケル又は鉄／酸化鉄）に曝
されるような酸素測定センサにも好適であること
を指摘する。その場合、そのような電極は相応し
てエンキヤプシユレーシヨンすることができかつ
空気供給部もしくは好適な金属／金属酸化物で包
囲することができる。
【図面の簡単な説明】
添付図面は本発明による装置の実施例であり、
第１図は受動測定センサベースプレートの拡大分
解斜視図、第２図は能動測定センサベースプレー
トの拡大分解斜視図及び第３図は能動測定センサ
ベースプレートの拡大分解斜視図を表わす。 １９，２１，３１，３５，４３，４３′……発
熱体、１５，２２，２７，２９，２９′，３７，
３８，４０……センサ素子、１０，２７，３７…
…ベースプレート。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも部分的にセラミツクより成り、長
    方形の形状を有し、その試料ガス側の末端区域に
    少なくとも１個のセンサ素子を有しかつこのセン
    サ素子に近接の層状の発熱体を備えているベース
    プレートを具備していて、前記発熱体がベースプ
    レートに対して垂直の投影図でみてセンサ素子を
    十分に包囲するが、センサ素子から電気的に絶縁
    されて配置されている、ガス中の酸素含量を測定
    するための装置において、発熱体１９，２１；３
    １，３５；４３，４３′がセンサ素子１５，２
    ２；２７，２９，２９′，３７，３８，４０と並
    置されている帯状長手縁及びベースプレート１
    ０；２７；３７の試料ガス側の縁区域を占めるこ
    とを特徴とする、流動ガス中の成分を測定する測
    定センサ。 ２ ベースプレート１０；２７；３７上の発熱体
    １９，２１；３１；４３，４３′がセンサ素子１
    ５，２２；２７，２９，２９′；３７，３８，４
    ０の区域で蛇行形、電光形等で延びている特許請
    求の範囲第１項記載のセンサ。 ３ 発熱体１９，２１；３１が、加熱されるセン
    サ素子１５，２２；２７，２９，２９′を坦持す
    るベースプレート１０；２７の大面積面１３，１
    ４；２８上に設けられている特許請求の範囲第１
    項又は第２項記載のセンサ。 ４ ベースプレート１０；２７；３７の両方の大
    面積面１３，１４；２８，３３；３９，４１上に
    それぞれ発熱体１９，２１；３１，３５；４３，
    ４３′が存在する特許請求の範囲第１項から第３
    項までのいずれか１項記載のセンサ。 ５ ベースプレート１０が少なくとも１個のセン
    サ素子１５，２２の受動構造体である特許請求の
    範囲第１項から第４項までのいずれか１項記載の
    センサ。 ６ ベースプレート２７；３７が少なくとも１個
    のセンサ素子２７，２９，２９′；３７，３８，
    ４０の能動構造体である特許請求の範囲第１項か
    ら記載の第４項までのいずれか１項記載のセン
    サ。 ７ 少なくとも１個の加熱されるセンサ素子１
    ５，２２；２７，２９，２９′；３７，３８，４
    ０が例えば二酸化ジルコンのような酸素イオン伝
    導性固体電解質を有する特許請求の範囲第１項か
    ら記載の第６項までのいずれか１項記載のセン
    サ。
JP4477380A 1979-04-06 1980-04-07 Sensor for measuring components in flowing gas Granted JPS55140145A (en)

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JP (1) JPS55140145A (ja)
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GB (1) GB2046921B (ja)
IT (1) IT1141521B (ja)

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