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DE102006032549A1 - Sensorelement eines Gassensors - Google Patents

Sensorelement eines Gassensors Download PDF

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DE102006032549A1
DE102006032549A1 DE200610032549 DE102006032549A DE102006032549A1 DE 102006032549 A1 DE102006032549 A1 DE 102006032549A1 DE 200610032549 DE200610032549 DE 200610032549 DE 102006032549 A DE102006032549 A DE 102006032549A DE 102006032549 A1 DE102006032549 A1 DE 102006032549A1
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sensor element
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sensor
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Ralf Schmidt
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Es wird ein Sensorelement (10) bzw. ein Sensor zur Bestimmung einer Gaskomponente oder von Partikeln bzw. deren Konzentration in einem Messgas vorgeschlagen, wobei das Sensorelement einen keramischen oder metallkeramischen Trägerkörper (11a, 11b, 11c) und einen auf die Gaskomponente bzw. die Partikel sensitiven Bereich (12) umfasst. Der Trägerkörper (11a, 11b, 11c) weist mindestens eine Durchbrechung (13a, 13b, 13c) auf, wobei der sensitive Bereich (12) des Sensorelementes innerhalb der Durchbrechung (13b) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement sowie einen Gassensor dieses enthaltend zur Bestimmung einer Gaskomponente oder von Partikeln bzw. deren Konzentration in einem Messgas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Stand der Technik
  • Der effektive Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen setzt deren Kontrolle hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit im Dauereinsatz voraus. Dazu werden Sensoren benötigt, mit denen auch im Langzeitbetrieb eine bspw. genaue Ermittlung der aktuell in einem Verbrennungsabgas vorliegenden Partikelkonzentration ermöglicht werden kann. Darüber hinaus soll mittels derartiger Sensoren eine Beladungsprognose beispielsweise eines in einem Abgassystem vorgesehenen Dieselpartikelfilter ermöglicht werden, um eine hohe Systemsicherheit zu erreichen und dadurch kostengünstigere Filtermaterialien einsetzen zu können. Für diese Anwendung sind insbesondere resistive Russsensoren geeignet, die die Widerstandsänderung einer interdigitalen Elektrodenstruktur aufgrund von Rußanlagerung zur Detektion des Rußes heranziehen.
  • So ist aus der DE 101 24 907 A1 ist ein Sensor zur Detektion von Ruß in einem Fluidstrom bekannt, der auf der Basis eines keramischen Substrats ausgeführt ist. Er umfasst mehrere voneinander beabstandete Messelektroden, die dem zu untersuchenden Verbrennungsabgas ausgesetzt sind. Lagert sich zwischen den Messelektroden Ruß ab, so kommt es zu einer Reduzierung des Isolationswiderstandes des keramischen Materials. Dies wird detektiert und einer Russkonzentration im Fluidstrom zugeordnet. Ein Heizelement des Sensors ermöglicht es, die Elektroden bzw. deren Umgebung auf thermischem Wege von abgelagerten Rußpartikeln zu befreien.
  • Die Anlagerung der Partikel erfolgt durch Elektrophorese, also durch Einwirkung elektrischer Felder, und durch Diffusion von Partikeln infolge der Brownschen Molekularbewegung in Abhängigkeit von der Absoluttemperatur des Messgases. Daneben erfolgt die Anlagerung von Partikeln auf Oberflächen auch aufgrund von Temperaturgradienten durch sogenannte Thermophorese.
  • Im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors treten bei Lastwechseln des Motors innerhalb kürzester Zeit starke Temperaturschwankungen auf, so dass sich die Temperaturdifferenz zwischen Abgas und Sensor ständig ändert und zu unterschiedlichen Anlagerungsraten führt. Im Gegensatz zur Anlagerung durch Diffusion und Elektrophorese, bei der durch die Messung der Abgasabsoluttemperatur bzw. auf Basis von Geometrievorgaben und bei bekannten elektrischen Feldern und Strömungsverhältnissen die Anlagerungsraten direkt kontrolliert und beeinflusst werden können, ist die Thermophorese nicht kontrollierbar, sondern nur erfassbar. Für ein stabiles Messsignal müssen deshalb die Temperaturverhältnisse aktuell gemessen und auch Korrekturen bzw. in einem Kompensationsalgorithmus berücksichtigt werden. Das ist recht aufwändig und verteuert das Messprinzip.
  • Aufgabe und Vorteile der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorelement für Sensoren zur Bestimmung der Konzentration von Partikeln in Gasgemischen bereitzustellen, das die bestehenden Mängel herkömmlicher resistiver Gassensoren hinsichtlich der großen Beeinflussung der Partikelanlagerung durch thermophoretische Effekte reduziert.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Sensorelement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 in vorteilhafter Weise gelöst.
  • Dies beruht insbesondere auf dem einfachen Aufbau des Sensorelements und darauf dass der auf Partikel sensitive Bereich des Sensorelementes eine geringe thermische Masse aufweist und somit seine Temperatur rasch der jeweiligen Umgebungstemperatur anpassen kann.
  • Weiterhin wird der sensitive Bereich des Sensorelementes vorzugsweise thermisch von anderen Sensorbereichen entkoppelt, indem der Trägerkörper des Sensorelementes mindestens eine Durchbrechung aufweist, durch die Messgas von einer Seite des Sensorelementes zur anderen Seite gelangen kann.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des vorliegenden Sensorelements bzw. Verfahrens zum Betrieb desselben ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • So ist es von Vorteil, wenn der sensitive Bereich des Sensorelementes innerhalb der Durchbrechung angeordnet ist, sodass einerseits die thermische Entkopplung desselben gewährleistet ist sowie ein weitgehend ungehinderter Zutritt des Messgases zum sensitiven Bereich des Sensorelementes. Dabei ist insbesondere von Vorteil, wenn der sensitive Bereich als in der Durchbrechung fixiertes Plättchen ausgeführt ist, auf dessen einer Großfläche Messelektroden vorgesehen sind.
  • Weiterhin ist von Vorteil, wenn auf der Rückseite des als Plättchen ausgeführten sensitiven Bereiches ein Widerstandsheizelement und/oder ein Temperaturfühler vorgesehen ist, da mittels des Widerstandsheizelementes angelagerter Ruß auf einfache Weise von Zeit zu Zeit entfernt werden kann und der Temperaturfühler eine zeitgenaue Temperaturkorrektur des Sensorsignals gestattet.
  • Um die thermische Anbindung des sensitiven Bereiches an restliche Bereiche des Sensorelementes zu minimieren, ist es weiterhin von Vorteil, wenn das den sensitiven Bereich aufweisende Plättchen durch Zuleitungen der Messelektroden, des Temperaturfühlers und/oder des Heizelementes in der Durchbrechung des Sensorelementes fixiert ist. Eine alternative Ausführungsform besteht darin, dass das Plättchen brückenförmig zwischen mindestens einer Begrenzungsfläche der Durchbrechung und mindestens einer gegenüberliegenden Begrenzungsfläche der Durchbrechung ausgebildet ist.
  • Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Sensorelement in einen Sensor integriert ist, der mit einem Schutzrohr versehen ist, der das Sensorelement vor abrasiven Einflüssen des Messgases schützt, wobei mindestens eine Öffnung des Schutzrohres so positioniert ist, dass sie im wesentlichen kongruent zu der Durchbrechung des Sensorelementes angeordnet ist. Dabei ist die Öffnung des Schutzrohres vorzugsweise auf einer dem Messgasstrom abgewandten Seite des Schutzrohres vorgesehen. Auf diese Weise kann das Messgas weitgehend ungehindert zum sensitiven Bereich des Sensorelementes gelangen, ohne dass ein Verlust der Schutzwirkung eintritt. Eine Alternative besteht darin, das Schutzrohr doppelwandig auszuführen und die Öffnung für den Zutritt des Messgases zum Sensorelement an der inneren Wandung des Schutzrohres vorzusehen.
  • Ausführungsbeispiele
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden, darauf Bezug nehmenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
  • 1a die schematische Darstellung eines Sensorelementes zur Bestimmung von Partikeln gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 1b das in 1a dargestellte Sensorelement in einer Explosionsdarstellung,
  • 1c eine alternative Ausführungsform des in 1a dargestellten Sensorelementes in einer Explosionsdarstellung,
  • 2a, 2b Aufsichten auf die den sensitiven Bereich des Sensorelementes tragende keramische Schicht gemäß zweier verschiedener Ausführungsformen,
  • 2c die Aufsicht auf die Unterseite der in den 2a, 2b dargestellten keramischen Schicht und
  • 3a, 3b schematische Darstellungen eines das Sensorelement enthaltenden Sensors
  • In 1a und 1b ist ein prinzipieller Aufbau einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Mit 10 ist ein keramisches Sensorelement bezeichnet, das der Bestimmung einer Partikelkonzentration, wie beispielsweise der Rußkonzentration, in einem das Sensorelement umgebenden Gasgemisch dient. Das Sensorelement 10 umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von keramischen Schichten 11a, 11b und 11c, die einen planaren keramischen Körper bilden. Sie bestehen vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise Aluminiumoxid, bariumhaltigem Aluminiumoxid oder Cerdioxid. In einer alternativen Ausführungsform sind die keramischen Schichten aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytmaterial, wie beispielsweise mit Y2O3 stabilisiertem oder teilstabilisiertem ZrO2 ausgeführt, wobei in diesem Fall alle elektrisch leitfähigen Zuleitungen für Messelektroden, Heizelement oder Temperaturfühler durch nicht dargestellte Isolierschichten aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material gegenüber dem umgebenden Festelektrolytmaterial isoliert sind. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung sogenannten Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) als Material der keramischen Schichten.
  • Die integrierte Form des planaren keramischen Körpers des Sensorelements 10 wird durch Zusammenlaminieren der mit Funktionsschichten bedruckten keramischen Folien und anschließendem Sintern der laminierten Struktur in an sich bekannter Weise hergestellt.
  • Die keramischen Schichten 11a, 11b, 11c des Sensorelements 10 weisen vorzugsweise zueinander kongruent angeordnete Durchbrechungen 13a, 13b, 13c auf, die einen Durchtritt des zu bestimmenden Messgas durch den keramischen Körper des Sensorelements 10 gestatten. Dabei sind die Durchbrechungen 13a, 13b, 13c insbesondere in einem der Halterung bzw. Kontaktierung des Sensorelements entfernten Bereich des Sensorelementes 10 vorgesehen.
  • Das Sensorelement 10 umfasst einen sensitiven Bereich 12, der vorzugsweise auf einem keramischen Plättchen 14 aufgebracht ist. Das keramische Plättchen 14 ist innerhalb der Durchbrechung 13b bspw. in Höhe der keramischen Schicht 11b fixiert, wobei das keramische Plättchen 14 eine möglichst geringen Masse und Wärmekapazität aufweist. Weiterhin ist von Vorteil, wenn das keramische Plättchen einer möglichst geringen thermischen Anbindung an den übrigen keramischen Körper des Sensorelements 10 unterliegt.
  • Durch Anordnung des Plättchens 14 innerhalb der Durchbrechung 13b ist gewährleistet, dass der auf dem Plättchen 14 vorgesehene sensitive Bereich 12 des Sensorelements unmittelbar durch das zu bestimmende Gasgemisch angeströmt ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass der sensitive Bereich 12 des Sensorelements stets die gleiche Temperatur wie das zu bestimmende Gasgemisch aufweist bzw. dass die Temperaturdifferenzen zwischen sensitivem Bereich 12 und Gasgemisch gering sind. Dies verhindert wirkungsvoll die Anlagerung von Partikeln bzw. eine Desorption von Partikeln bei negativer Temperaturdifferenz allein infolge thermophoretischer Effekte. Demzufolge kann bei der Signalauswertung eine mögliche Thermophorese als nur sehr schwer erfassbarer Anlagerungsmechanismus vernachlässigt werden und es wird ein kontrollierbares und einfach auswertbares Anlagerungsverhalten erzielt.
  • Die Fixierung des Plättchens 14 kann beispielsweise in Form von metallischen Drähten erfolgen, die gleichzeitig der elektrischen Kontaktierung von auf dem Plättchen 14 aufgebrachten Messelektroden 15, 16 dienen. Als metallische Materialien kommen hochtemperaturbeständige Metalle wie Edelstahl, Nickel oder Platin in Frage, die gleichzeitig eine möglichst kleine Wärmekapazität bzw. eine kleine Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Die Fixierung kann jedoch auch mittels keramischer Brücken erfolgen, wobei vorteilhafterweise das Plättchen 14 als Stanzteil ausgelegt wird, wodurch die Aufhängung des Plättchens 14 aus demselben Material besteht wie das Plättchen 14 bzw. die keramische Schicht 11b. Bei Auswahl des keramischen Materials für das als Stanzteil ausgeführte Plättchen 14 werden insbesondere Keramiken auf Basis von Zirkondioxid oder LTTC-Keramiken berücksichtigt, welche eine geringe Wärmeleitfähigkeit und eine kleine Wärmekapazität aufweisen. Dies führt zu einem vorteilhaften Temperaturverhalten des Plättchens 14, das auf diese Weise eine kleine thermische Masse und eine schlechte thermische Anbindung zum keramischen Körper des Sensorelements 10 aufweist.
  • Wird das Plättchen 14 als Stanzteil ausgeführt, so wird die gestanzte Struktur vorteilhafterweise so erzeugt, dass keine scharfen Kanten auftreten, die zu thermomechanisch induzierten Spannungsüberhöhungen bei Temperaturwechseln und zum Versagen führen können. Vielmehr werden auftretende scharfen Kanten gegebenenfalls im Rahmen einer mechanischen Nachbearbeitung verrundet. Das Plättchen 14 bzw. die keramische Schicht 11b weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 200 bis 280, insbesondere von 230 bis 250 μm auf. Das Plättchen 14 ist vorzugsweise mit einer Fläche von ca. 1 mm2 ausgeführt.
  • Zur Fixierung des Plättchens 14 sind mindestes zwei Stege nötig, die zusätzlich jeweils eine Zuleitung für Messelektroden, Heizelement oder Temperaturmessfühler aufweisen; aus Stabilitätsgründen ist jedoch eine Fixierung mittels vier Stegen von Vorteil.
  • Werden die keramischen Schichten 11b, 11c ausreichend stabil ausgeführt, so kann auch ein in 1c dargestellter vereinfachter Aufbau des Sensorelements 10 durch Weglassen der keramischen Schicht 11a realisiert werden.
  • Auf einer Großfläche des Plättchens 14 sind beispielsweise zwei Messelektroden 15, 16 aufgebracht, die den sensitiven Bereich 12 des Sensorelements 10 bilden und die beispielsweise, wie in 2a dargestellt, als ineinander verzahnte Interdigitalelektroden ausgebildet sein können. Die Verwendung von Interdigitalelektroden als Messelektroden 15, 16 ermöglicht eine besonders genaue Bestimmung des elektrischen Widerstandes bzw. der elektrischen Leitfähigkeit des sich zwischen den Messelektroden 15, 16 befindenden Oberflächenmaterials. Vorteilhafterweise weisen die Messelektroden 15, 16 bedingt durch die direkte Anströmung des sensitiven Bereichs 12 mit dem zu bestimmenden Gasgemisch generell eine Radialsymmetrie auf.
  • Eine alternative Ausführungsform des sensitiven Bereichs 12 des Sensorelements 10 ist in 2b dargestellt. Dabei sind die Messelektroden 15,16 mit ineinander verzahnten verbreiterten Elektrodenbereichen ausgeführt, wobei die verbreiterten Elektrodenbereiche zu den jeweiligen Elektrodenbereichen der jeweils anderen Messelektroden äquidistant ausgeführt sind.
  • Zur Kontaktierung der Messelektroden 15, 16 sind im Bereich eines dem Gasgemisch abgewandten Ende des Sensorelements Kontaktflächen 18, 20 vorgesehen, die durch Zuleitungsbereiche 22, 24 mit den Messelektroden 15, 16 verbunden sind.
  • Während des Betriebs des Sensorelementes 10 wird an die Messelektroden 15, 16 eine Spannung angelegt. Da die Messelektroden 15, 16 auf der Oberfläche des elektrisch isolierenden Plättchens 14 aufgebracht sind, kommt es zunächst im wesentlichen zu keinem Stromfluss zwischen den Messelektroden 15, 16. Enthält ein das Sensorelement 10 umströmendes Messgas elektrisch leitfähige Partikel, insbesondere Ruß, so lagern sich diese auf der Oberfläche des Plättchens 14 ab. Da Ruß eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit aufweist, kommt es bei ausreichender Beladung der Oberfläche des Plättchens 14 mit Ruß zu einem ansteigenden Stromfluss zwischen den Messelektroden 15, 16, der mit dem Ausmaß der Beladung korreliert.
  • Wird nun an die Messelektroden 15, 16 eine vorzugsweise konstante Gleich- oder Wechselspannung angelegt und der zwischen den Messelektroden 15, 16 auftretende Stromfluss ermittelt, so kann aus dem Integral des Stromflusses über der Zeit auf die abgelagerte Partikelmasse bzw. auf den aktuellen Partikelmassenstrom, insbesondere Rußmassenstrom, und auf die Partikelkonzentration im Gasgemisch geschlossen werden. Mit dieser Messmethode wird die Konzentration all derjenigen Partikel in einem Gasgemisch erfasst, die die elektrische Leitfähigkeit des sich zwischen den Messelektroden 15, 16 befindenden keramischen Materials positiv oder negativ beeinflussen.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Anstieg des Stromflusses über der Zeit zu ermitteln und aus dem Quotienten aus Stromflussanstieg und Zeit bzw. aus dem Differentialquotienten aus Stromfluss nach der Zeit auf die abgelagerte Partikelmasse bzw. auf den aktuellen Partikelmassenstrom, insbesondere Rußmassenstrom, und auf die Partikelkonzentration im Gasgemisch zu schließen. Eine Berechnung der Partikelkonzentration ist auf der Basis der Messwerte möglich, sofern die Strömungsgeschwindigkeit des Gasgemisches bekannt ist. Diese bzw. der Volumenstrom des Gasgemisches kann bspw. mittels eines geeigneten weiteren Sensors bestimmt werden.
  • Das Aufbringen der Elektrodenstrukturen der Messelektroden 15, 16 auf dem Plättchen 14 kann direkt per Siebdruck in Cofiretechnik oder auch im Nachgang zur Herstellung des keramischen Grundträgers durch anschließendes Einbrennen der Struktur durch Postfiring erfolgen. Der Vorteil des Postfiring liegt in der zusätzlichen Verwendbarkeit weiterer Materialien, die eine Sinterung im Rahmen des Cofiring bei ca. 1400°C nicht überstehen würden. Zur Durchführung der Erzeugung von Messelektroden 15, 16 mittels Postfiring bieten sich Beschichtungsprozesse an, die berührungslos arbeiten, wie z.B. Inkjet-Techniken.
  • Das Sensorelement 10 weist weiterhin ein keramisches Heizelement 40 auf, das in Form einer elektrischen Widerstandsleiterbahn auf einer den Messelektroden 15, 16 abgewandten Seite des Plättchens 14 ausgeführt ist und der Aufheizung des Plättchens 14 insbesondere auf die Temperatur des zu bestimmenden Gasgemischs bzw. zum Abbrand der auf den Großflächen des Plättchens 14 abgelagerten Rußpartikel dient. Die Widerstandsleiterbahn ist vorzugsweise aus einem Cermet-Material ausgeführt; vorzugsweise als Mischung von Platin oder einem Platinmetall mit keramischen Anteilen, wie beispielsweise Aluminiumoxid. Die Widerstandsleiterbahn ist weiterhin vorzugsweise in Form eines Mäanders ausgebildet und ist über nicht dargestellter Zuleitungen mit elektrischen Anschlüssen 46, 48 verbunden. Durch Anlegen einer entsprechenden Heizspannung an die Anschlüsse 46, 48 der Widerstandsleiterbahn kann die Heizleistung des Heizelementes 40 entsprechend reguliert werden. Die Anordnung des Heizelement 40 auf der Rückseite des Plättchens 14 ist in 2c dargestellt.
  • Darüber hinaus kann das Sensorelement 10 einen Temperaturmessfühler umfassen, der vorzugsweise in Form einer elektrischen Widerstandsleiterbahn ausgeführt ist. Der Temperaturmessfühler ist vorzugsweise auf einer der Großflächen des Plättchens 14 aufgebracht. Er kann alternativ aus einem Thermoelement, oder einem NTC- bzw. PTC-Widerstand gebildet sein oder die Widerstandleiterbahn des Heizelementes 40 wird zusätzlich als Temperaturmessfühler verwendet.
  • Der Temperaturmessfühler dient der Messung der Temperatur des Gasgemischs und wird u.a. zur Korrektur des temperaturabhängigen gemessenen Widerstandes des sich zwischen den Messelektroden 15,16 befindenden keramischen Materials bzw. zur Korrektur der Diffusionsanlagerung verwendet.
  • Wird das Sensorelement in einem Sensor zur Bestimmung der Rußkonzentration in einem Abgassystem eingesetzt und existiert in diesem System ein separater Abgastemperatursensor, so kann auf einen in das Sensorelement integrierten Temperaturmessfühler verzichtet werden.
  • In 3a ist ein Sensor 200 zur Bestimmung einer Gaskomponente oder von Partikeln bzw. deren Konzentration in einem Messgas dargestellt, der ein Sensorelement gemäß den 1a bis 1c bzw. 2a bis 2c aufweist. Um das Sensorelement 10 vor der Einwirkung abrasiver Messgase zu schützen, weist der Sensor 20 ein Schutzrohr 30 auf, das doppelwandig ausgeführt ist und eine erste Wandung 32 und eine zweite Wandung 34 aufweist. Dabei sind Öffnungen 36, 38 vorgesehen, durch die ein zu bestimmendes Gasgemisch in das Innere des Schutzrohr 30 gelangt. Das doppelwandige Schutzrohr 30 ist dabei so ausgeführt, dass die Öffnungen 36, 38 nicht übereinander zu liegen kommen und somit der Zutritt eines zu bestimmenden Messgases mit hoher Eigengeschwindigkeit verhindert wird. Weiterhin ist die Öffnung 38 in der inneren Wandung 34 vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie direkt auf die Durchbrechungen 13a, 13b, 13c des Sensorelementes 10 gerichtet ist. Auf diese Weise erfolgt eine direkte unmittelbare Anströmung des sensitiven Bereichs 12 mit dem zu bestimmenden Messgas. Die Strömungsrichtung des zu bestimmenden Messgases ist dabei in 3a wie auch in 3b durch Pfeile verdeutlicht. Das doppelwandige Schutzrohr 30 weist weiterhin einen Auslass 39 auf, durch den das eingedrungene Messgas wieder entweichen kann.
  • In 3b ist eine Alternativeausführungsform des Sensors 20 dargestellt. Der Sensor 200 weist ein einwandiges Schutzrohr 30 auf, in dessen äußerer Wanderung 32 eine Öffnung 36 vorgesehen ist, durch die das Messgas zum Sensorelement 10 gelangen kann. Dabei ist die Öffnung 36 vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie auf einer der Strömung des Messgases abgewandten Seite des Schutzrohrs 30 angeordnet ist und weiterhin so über dem sensitiven Bereich 12 des Sensorelementes vorgesehen ist, dass dieser durch das Messgas direkt angeströmt wird. Auf diese Weise wird zwar eine Umströmung des sensitiven Bereichs 12 des Sensorelementes 10 gewährleistet, ein direkter Aufprall des strömenden Messgases auf den sensitiven Bereich 12 wird jedoch vermieden.
  • Eine alternative Möglichkeit besteht darin, die Öffnungen in der äußeren Wandung des Schutzrohres 30 in der Verlängerung der Längsachse des Schutzrohres 30 vorzusehen, so dass die Einströmrichtung des Messgases senkrecht zu dessen eigentlicher Anströmrichtung ausgerichtet ist.

Claims (10)

  1. Sensorelement zur Bestimmung einer Gaskomponente oder von Partikeln bzw. deren Konzentration in einem Messgas, mit einem keramischen oder metallkeramischen Trägerkörper, der einen auf die Gaskomponente bzw. die Partikel sensitiven Bereich umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerkörper (11a, 11b, 11c) mindestens eine Durchbrechung (13a, 13b, 13c) aufweist, und dass der sensitive Bereich (12) des Sensorelementes innerhalb der Durchbrechung (13b) angeordnet ist.
  2. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sensitive Bereich als keramische Membran innerhalb der Durchbrechung (13b) angeordnet ist.
  3. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der sensitive Bereich (12) als ein in der Durchbrechung (13b) fixiertes Plättchen (14) ausgeführt ist, auf dessen einer Großfläche Messelektroden (15, 16) vorgesehen sind.
  4. Sensorelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite des Plättchens (14) ein Heizelement (40) oder ein Temperaturmessfühler vorgesehen ist.
  5. Sensorelement nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen (14) durch Zuleitungen der Messelektroden (15, 16), des Temperaturmessfühlers und/oder des Heizelementes (40) in der Durchbrechung (13b) fixiert ist.
  6. Sensorelement nach einem der Ansprüche 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen (14) brückenförmig zwischen mindestens einer Begrenzungsfläche der Durchbrechung (13b) und mindestens einer gegenüberliegenden Begrenzungsfläche der Durchbrechung (13b) ausgebildet ist.
  7. Sensorelement nach einem Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messelektroden (15, 16) als Interdigitalelektroden ausgebildet sind.
  8. Sensor zur Bestimmung einer Gaskomponente oder von Partikeln bzw. deren Konzentration in einem Messgas, mit einem Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und einem Schutzrohr, das das Sensorelement vor abrasiven Einflüssen des Messgases schützt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Öffnung (36, 38) des Schutzrohres (30) so positioniert ist, dass sie im wesentlichen kongruent zu der Durchbrechung (13a, 13b, 13c) des Sensorelementes (10) angeordnet ist.
  9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Öffnung (36) des Schutzrohres (20) auf einer einem Messgasstrom abgewandten Seite des Schutzrohres (30) vorgesehen ist.
  10. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (30) doppelwandig ausgeführt ist und die mindestens eine Öffnung (38) an der inneren Wandung (34) vorgesehen ist.
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