[發(fā)明專利]用于檢測測量氣體空間中的測量氣體的至少一種特性的傳感器元件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480047277.8
• 申請日: 2014-08-05
• 公開（公告）號: CN105518445A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·施密德;T·萊勒
• 申請（專利權(quán)）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01N27/407
• 分類號: G01N27/407;H05B3/12
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 韓長永

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種傳感器元件，其用于檢測在測量氣體空間中的測量氣 體的至少一種特性，特別是用于檢測在測量氣體中的氣體成分的含量或者 測量氣體的溫度。

背景技術(shù)

由現(xiàn)有技術(shù)公知了多種用于檢測測量氣體空間中的測量氣體的至少一 種特性的傳感器元件和方法。在此，所述特性原則上可以是測量氣體的任 意的物理和/或化學(xué)特性，其中，可以檢測一種或多種特性。本發(fā)明在下文 中特別是參考對測量氣體的氣體成分的含量的定性檢測和/或定量檢測來說 明，特別是參考測量氣體中的氧氣含量來說明。氧氣含量能例如以分壓力 的形式和/或以百分含量的形式被檢測。然而，替換地或附加地也可以檢測 測量氣體的其他特性，例如其他的廢氣成分、特別是水、氮氧化物、碳氫 化合物等等，或者檢測溫度。

所述的傳感器元件例如可以構(gòu)造為所謂的氧傳感器(Lambdasonden)， 例如由KonradReif(出版):機動車中的傳感器，2010年第一版，第160-165 頁公知了該氧傳感器。利用寬帶氧傳感器、特別是平面式寬帶氧傳感器例 如可以在大的范圍內(nèi)確定廢氣中的氧氣濃度并且由此推斷燃燒室中的空氣 燃料比。空氣系數(shù)λ描述了所述空氣燃料比。

所述的傳感器元件通常具有加熱元件。加熱元件可以集成在傳感器元 件中。傳感器元件借助于加熱元件在發(fā)動機啟動后的幾秒內(nèi)被加熱到大約 700℃至800℃。直至達到運行溫度、即所謂的“Lightoff(快速起燃)”的 時間主要取決于在加熱元件中轉(zhuǎn)換的加熱功率。此外，熱能被越局部地導(dǎo) 入能斯脫電池附近，LightOff(快速起燃)越被減慢，因為溫度確定在此通 過內(nèi)電阻測量進行。

盡管由現(xiàn)有技術(shù)公知的傳感器元件具有大量優(yōu)點，然而所述傳感器元 件仍具有改善的潛力。因此，可在加熱元件中被引入的最大加熱功率還由 下述兩個因素限制：發(fā)動機控制單元中的輸出級的最大電流強度以及在加 熱元件的加熱區(qū)域中不損壞材料情況下的最大允許溫度。由輸出級的最大 允許電流強度推導(dǎo)出大約2.5Ω的最小加熱電阻。對迅速的LightOff(快速 起燃)的期望取決于，加熱回路構(gòu)造為盡可能短的，并且能斯脫電池被盡 可能局部地加熱。在使用批量生產(chǎn)的公知的含鉑的膏的情況下，由上述兩 個要求、即電阻＜2.5Ω和盡可能短的長度的關(guān)系得出加熱回路非常小的橫 截面。這限制了加熱回路的熱傳遞面積。在此可能導(dǎo)致局部過熱并且可能 超過加熱元件的鉑中的最大允許溫度。加熱器可能局部燒毀，導(dǎo)體電路斷 開并且由此失去導(dǎo)電的功能。

發(fā)明內(nèi)容

因此，提出一種用于檢測測量氣體空間中的測量氣體的至少一種特性 的傳感器元件，所述傳感器元件至少在很大程度上避免了公知的傳感器元 件的缺點，其中，特別是在加熱元件的加熱區(qū)域的給定的總電阻或給定的 長度的情況下明顯地增大了熱傳遞面積。

根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件用于檢測在測量氣體空間中的測量氣體的 至少一種特性，特別是用于檢測在測量氣體中的氣體成分的含量或者測量 氣體的溫度，所述傳感器元件包括至少一個固體電解質(zhì)層、至少一個功能 元件和用于產(chǎn)生熱的加熱元件。加熱元件至少部分地由至少包括氧化鋁 (Al₂O₃)的材料制成。氧化鋁的含量為1.5重量-％至8.5重量-％、優(yōu)選2.0 重量-％至8.0重量-％并且更優(yōu)選3.0重量-％至6.0重量-％、例如5重量-％。

加熱元件可以具有0.21Ω*mm²/m至0.70Ω*mm²/m、優(yōu)選 0.24Ω*mm²/m至0.50Ω*mm²/m并且更優(yōu)選0.30Ω*mm²/m至 0.40Ω*mm²/m的電阻率，例如0.34Ω*mm²/m至0.38Ω*mm²/m、特別是 0.36Ω*mm²/m。

電阻值和電阻率在本申請文件的范圍內(nèi)若無其他注明與20℃的溫度 有關(guān)。