[發(fā)明專利]用于小型廢氣傳感器的陶瓷傳感器元件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080060136.1
• 申請(qǐng)日: 2010-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN102687000A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J.施奈德;C.倫格;G.佐耶茨;U.格拉爾卡;G.施奈德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號(hào): G01N27/407
• 分類號(hào): G01N27/407
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 宣力偉;楊國(guó)治

技術(shù)領(lǐng)域

由現(xiàn)有技術(shù)已知用于檢測(cè)測(cè)量氣體室中的氣體的至少一個(gè)特性的傳感器元件。在此原則上可以檢測(cè)氣體的許多特性。下面不局限于其它可能定性或定量檢測(cè)的特性地、涉及確定在測(cè)量氣體室中的氣體組分比例地描述本發(fā)明。例如比例可以是測(cè)量氣體室中的部分壓力和/或百分比，例如化學(xué)計(jì)量的氣體比例。這些傳感器元件例如以所謂的λ傳感器的形式由現(xiàn)有技術(shù)所公知，利用它們可以確定氣體中的氧氣比例，例如在內(nèi)燃機(jī)廢氣中。對(duì)于這些氧傳感器的實(shí)施例可以示例地參閱Robert?Bosch?有限公司的Sensoren?im?Kraftfahrzeug（汽車中的傳感器），2007版，154-159頁(yè)。

這些傳感器元件通常包括陶瓷的層結(jié)構(gòu)，具有至少一個(gè)固體電解質(zhì)。已知的電解質(zhì)例如是釔穩(wěn)定的二氧化鋯（YSZ）或者其它摻雜的金屬氧化物，例如摻雜鈧的二氧化鋯。在此陶瓷的層結(jié)構(gòu)通常從觸通部位延伸到測(cè)量部位。在觸通部位設(shè)有一個(gè)或者多個(gè)電觸頭。因?yàn)閷咏Y(jié)構(gòu)的更深層平面通常也必須電接通，存在所謂的敷鍍通孔，它們?cè)趯咏Y(jié)構(gòu)中例如包括一個(gè)或者多個(gè)孔和/或沖孔?？淄耆虿糠值匾詫?dǎo)電材料充滿或至少涂覆。但是出現(xiàn)如下的技術(shù)要求，已知的固體電解質(zhì)材料、例如YSZ在較高溫度時(shí)、例如從350℃開始變成離子地導(dǎo)電。然后敷鍍通孔自動(dòng)地起到電極的作用。

為了解決這個(gè)問題已知許多方案。例如DE?10014995?C1描述了一種用于確定氣體組分的電化學(xué)的測(cè)量計(jì)，在這個(gè)測(cè)量計(jì)中敷鍍通孔的導(dǎo)電材料相對(duì)于固體電解質(zhì)材料通過費(fèi)事的絕緣層絕緣。另一方案是，使傳感器元件相對(duì)細(xì)長(zhǎng)地構(gòu)成，由此使敷鍍通孔部位在空間上與自身的電極部位分開。例如已知傳感器元件的層結(jié)構(gòu)具有大于10:1的長(zhǎng)寬比（L/B）。按照現(xiàn)有技術(shù)細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)形式對(duì)于在傳感器元件長(zhǎng)度上足夠大的溫度梯度是必需的，該溫度梯度導(dǎo)致，使敷鍍通孔部位的陶瓷溫度在傳感器運(yùn)行時(shí)總是位于臨界溫度以下，例如350℃。但是兩個(gè)解決方案在實(shí)踐中具有缺陷。尤其廢氣傳感器的大長(zhǎng)度在許多情況下是不利的，因?yàn)椴糠謧鞲衅髟Ｍ糜谔貏e短結(jié)構(gòu)的廢氣傳感器，尤其對(duì)于化學(xué)計(jì)量的λ傳感器或?qū)拵Е藗鞲衅?，它們具有小?5mm的結(jié)構(gòu)尺寸。另一方面，費(fèi)事的敷鍍通孔明顯增加生產(chǎn)成本和加工費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容

因此建議一種用于檢測(cè)測(cè)量氣體室中氣體的至少一個(gè)特性的傳感器元件，尤其用于確定氣體組分的比例，它至少很大程度地解決了上述的目的沖突。所建議的傳感器元件尤其可以用于定性和/或定量地確定測(cè)量氣體室中氣體的氧氣比例和/或其它氣體組分的比例。

本發(fā)明基于這種知識(shí)，廢氣傳感器、尤其λ傳感器盡可能小型地構(gòu)造是有利的。除了更少的材料成本以外，例如在于節(jié)省輸入導(dǎo)線和/或加熱元件中的貴重金屬和/或節(jié)省固體電解質(zhì)基底、例如二氧化鋯基底的材料量，主要在于通過使用者設(shè)計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)擴(kuò)大的應(yīng)用自由度具有重要意義。對(duì)于小型的傳感器元件、例如具有小于65mm的陶瓷層結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度結(jié)構(gòu)空間需求，需要相應(yīng)短的陶瓷傳感器元件。但是原則上，對(duì)于更小型的廢氣傳感器，在牢固度和耐溫性方面的相同要求與按照現(xiàn)有技術(shù)的常見傳感器元件一樣。但是對(duì)于傳感器元件本身、尤其陶瓷的傳感器元件如下所述在耐溫性方面提出更高的要求。

在傳感器元件長(zhǎng)度最小化方面，如上所述，滿足多個(gè)重要且部分相反的要求。因?yàn)槎痰膫鞲衅髟挠|通部位更加靠近傳感器元件的熱部件，例如靠近傳感器元件外殼的熱六角螺栓，敷鍍通孔（下面也稱為DK孔）在傳感器元件運(yùn)行時(shí)比在較長(zhǎng)的傳感器元件中更熱。因此如上所述，傳感器元件的層結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中通過細(xì)長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)形式這樣設(shè)計(jì)，使二氧化鋯陶瓷在敷鍍通孔部位不超過最高溫度、例如350℃的最高溫度。如果由于技術(shù)原因不能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，則當(dāng)溫度位于這個(gè)最高溫度以上時(shí)，通常必須利用費(fèi)事的工藝使敷鍍通孔配備至少一個(gè)絕緣層，用于避免敷鍍通孔之間短路。

但是在小型傳感器元件中，例如層結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度小于65mm，如同在本發(fā)明范圍內(nèi)優(yōu)選的那樣，通常遠(yuǎn)超過這個(gè)最高溫度。在這種情況下上述的絕緣層在許多情況下是被迫必須的。然而本發(fā)明保證，用于加工絕緣層所必須的費(fèi)用明顯降低。此外通過絕緣膏的層和形成的封閉的絕緣層保證加工可靠的涂層。例如可以可靠地保證最小30.0μm厚度的形成的封閉的絕緣層。為了加工絕緣層通常將絕緣膏通過敷鍍通孔抽吸地或者以其它方式加入到敷鍍通孔中。