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DE102009029415A1 - Sensor element with multipart diffusion barrier - Google Patents

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DE102009029415A1
DE102009029415A1 DE200910029415 DE102009029415A DE102009029415A1 DE 102009029415 A1 DE102009029415 A1 DE 102009029415A1 DE 200910029415 DE200910029415 DE 200910029415 DE 102009029415 A DE102009029415 A DE 102009029415A DE 102009029415 A1 DE102009029415 A1 DE 102009029415A1
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DE
Germany
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diffusion barrier
diffusion
electrode
barrier region
sensor element
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Withdrawn
Application number
DE200910029415
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German (de)
Inventor
Henrico Runge
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416Systems
    • G01N27/417Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

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Abstract

Es wird ein Sensorelement (110) zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (122) vorgeschlagen, insbesondere zur Bestimmung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgasraum (122). Das Sensorelement (110) umfasst mindestens eine erste Elektrode (112), mindestens eine zweite Elektrode (114) und mindestens einen die erste Elektrode (112) und die zweite Elektrode (114) verbindenden Festelektrolyten (116). Die erste Elektrode (112) ist über einen Gaszutrittsweg (124) mit Gas aus dem Messgasraum (122) beaufschlagbar. Der Gaszutrittsweg (124) weist mindestens eine Diffusionsbarriere (130) auf, welche mindestens einen ersten Diffusionsbarrierenbereich (138) und mindestens einen zweiten Diffusionsbarrierenbereich (142) aufweist. Der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) ist feinporiger ausgestaltet als der erste Diffusionsbarrierenbereich (138).A sensor element (110) for determining at least one property of a gas in a measurement gas space (122) is proposed, in particular for determining a proportion of a gas component in the measurement gas space (122). The sensor element (110) comprises at least one first electrode (112), at least one second electrode (114) and at least one solid electrolyte (116) connecting the first electrode (112) and the second electrode (114). The first electrode (112) can be supplied with gas from the measurement gas space (122) via a gas access path (124). The gas access path (124) has at least one diffusion barrier (130) which has at least one first diffusion barrier area (138) and at least one second diffusion barrier area (142). The second diffusion barrier area (142) is configured with more pores than the first diffusion barrier area (138).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von bekannten Sensorelementen zur Bestimmung wenigstens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum. Dabei kann es sich grundsätzlich um eine beliebige Eigenschaft des Gases, beispielsweise eine physikalische und/oder chemische Eigenschaft handeln. Insbesondere wird die Erfindung im Folgenden beschrieben unter Bezugnahme auf Sensorelemente, mittels derer ein Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Gas bestimmt werden kann, also beispielsweise ein Partialdruck und/oder eine Konzentration dieser Gaskomponente, insbesondere von Sauerstoff. Das Sensorelement kann insbesondere eingesetzt werden, um eine Luftzahl λ in einem Abgas einer Brennkraftmaschine zu messen. Derartige Sensorelemente werden auch als Lambdasonden bezeichnet und sind beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 beschrieben. Auf die dortigen Ausführungen kann exemplarisch Bezug genommen werden, und die dargestellten Sensorelemente können auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfindungsgemäß modifiziert werden. Insbesondere können die Sensorelemente einen oder mehrere Festelektrolyte umfassen, insbesondere keramische Festelektrolyte, beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zirkondioxid.The invention is based on known sensor elements for determining at least one property of a gas in a measuring gas chamber. In principle, this can be any property of the gas, for example a physical and / or chemical property. In particular, the invention will be described below with reference to sensor elements by means of which a proportion of at least one gas component in the gas can be determined, that is, for example, a partial pressure and / or a concentration of this gas component, in particular of oxygen. The sensor element can in particular be used to measure an air ratio λ in an exhaust gas of an internal combustion engine. Such sensor elements are also referred to as lambda probes and are for example in Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, issue 2007, pages 154-159 described. Reference may be made by way of example to the statements made there, and the illustrated sensor elements may also be modified according to the invention within the scope of the present invention. In particular, the sensor elements may comprise one or more solid electrolytes, in particular ceramic solid electrolytes, for example yttrium-stabilized zirconium dioxide.

Für die Messung einer Gaszusammensetzung im Dieselabgas werden beispielsweise Grenzstrom-Magersonden als Einzellersonden benötigt, welche durch eine eindeutige Magerkennlinie gekennzeichnet sind. Voraussetzung hierfür ist eine Abschirmung einer Pumpzellenanode vom Abgas und die damit einhergehende Eigenschaft der Sonde, anodische Oxidationsreaktionen von Brenngaskomponenten auszuschließen. Diesbezüglich kann beispielsweise auf WO 2008/080698 verwiesen werden.For the measurement of a gas composition in the diesel exhaust gas, for example, limit current lean-load probes are required as individual probes, which are characterized by a unique lean characteristic curve. A prerequisite for this is a shielding of a pump cell anode from the exhaust gas and the associated property of the probe to exclude anodic oxidation reactions of fuel gas components. In this regard, for example, on WO 2008/080698 to get expelled.

Im Vergleich zu Lambdasonden zur Messung von Abgaszusammensetzungen von Benzinmotoren müssen insbesondere Lambdasonden für Messungen im Dieselabgas zusätzliche Forderungen erfüllen, welche aus der speziellen Betriebsweise, den Betriebsbedingungen und den Auswertemechanismen resultieren. Diesbezüglich ergeben sich bei herkömmlichen Lambdasonden jedoch zahlreiche technische Herausforderungen. Eine erste technische Herausforderung besteht in Fertigungsstreuungen, welche insbesondere auf ein vergleichsweise komplexes Design zurückzuführen sind. Beispielsweise ergeben sich Streuungen hinsichtlich der Grenzströme und hinsichtlich der so genannten k-Werte, welche das Verhältnis eines Knudsen-Anteils zu einem Gasphasen-Anteil bei der Diffusion des in die Sonde eintretenden Gases charakterisieren (siehe diesbezüglich beispielsweise WO 2008/080698 ). Durch fertigungsbedingte Streuung des Messstroms, also des Grenzstroms Ip, der über eine Diffusionsbarriere im keramischen Sensorelement als Messgröße für λ eingestellt wird, muss gegenwärtig nach Herstellung der keramischen Sensorelemente der Grenzstrom entweder am Sensorelement oder durch nachträgliche Trimmung elektronischer Bauteile auf die TKU-Kennlinie angepasst werden. Auf diesen Abgleich kann verzichtet werden, wenn beim Schubbetrieb, d. h. unter definierten Bedingungen, die Sonde neu kalibriert wird. Dies gelingt jedoch in der Regel nur, wenn der Grenzstrom um maximal 20% vom Sollwert abweicht. Unter Berücksichtigung alterungsbedingter Streuungen bedeutet dies eine Grenzstrom-Streuung von weniger als 10% im Neuzustand. Dies ist das maximal zulässige Maß für die fertigungsbedingte Streuung. Um dies zu gewährleisten, wird ein Design benötigt, welches unanfällig ist gegenüber Fertigungstoleranzen, insbesondere bei der Herstellung eines Diffusionsweges.In particular, compared to lambda probes for measuring exhaust gas compositions of gasoline engines, lambda probes for measurements in diesel exhaust gas must meet additional requirements, which result from the special mode of operation, the operating conditions and the evaluation mechanisms. In this regard, however, arise in conventional lambda sensors numerous technical challenges. A first technical challenge consists of manufacturing spreads, which are due in particular to a comparatively complex design. For example, there are variations in the limiting currents and in the so-called k values, which characterize the ratio of a Knudsen portion to a gas phase portion in the diffusion of the gas entering the probe (see, for example, in this regard WO 2008/080698 ). Due to manufacturing-related scattering of the measuring current, ie the limiting current I p , which is set via a diffusion barrier in the ceramic sensor element as a measure of λ, currently after production of the ceramic sensor elements, the limiting current must be adjusted either on the sensor element or by subsequent trimming of electronic components on the TKU characteristic become. This adjustment can be dispensed with if the probe is recalibrated during overrun, ie under defined conditions. However, this usually only succeeds if the limiting current deviates by a maximum of 20% from the nominal value. Taking account of age-related variations, this means a limit current spread of less than 10% when new. This is the maximum permissible measure for production-related scattering. To ensure this, a design is needed which is not susceptible to manufacturing tolerances, especially in the production of a diffusion path.

Eine weitere Herausforderung besteht in der Einstellung der benötigten k-Werte, der Mittelwertverschiebung (MWV) und der dynamischen Druckabhängigkeit (DDA) für die geforderte Messgenauigkeit. Unter der dynamischen Druckabhängigkeit ist dabei die Zeit- und/oder Frequenzabhängigkeit des Sondensignals bei einer Gesamtdruckänderung zu verstehen. Als Folge von dynamischen Druckpulsen treten Schwankungen im Pumpstrom Ip bei Breitbandlambdasonden auf (dynamische Druckabhängigkeit, DDA). Der Mittelwert des Pumpstroms ist gegenüber dem bei gleichem Mitteldruck gemessenen statischen Mitteldruck erhöht. Um dieses Phänomen zu beschreiben wurde der Begriff der Mittelwertverschiebung (MWV) eingeführt. Um insbesondere im Dieselabgas die geforderten Messgenauigkeiten einhalten zu können, ist es erforderlich, die statische Druckabhängigkeit, d. h. den k-Wert, zu reduzieren, wobei der Einfluss auf andere funktionelle Größen, wie beispielsweise die Mittelwertverschiebung und/oder die dynamische Druckabhängigkeit gering bleiben soll. Funktionell bedingt vergrößern sich jedoch mit Abnahme des k-Wertes andere, die Genauigkeit der Sonde beeinflussende Größen, wie beispielsweise die Mittelwertverschiebung. Die Realisierung kleiner k-Werte, insbesondere für Dieselanwendungen, bzw. die gezielte Einstellung von k-Werten über einen großen Bereich, beispielsweise generell für spezielle Einsatzbedingungen, insbesondere im Benzinmotor, vor einem Turbolader oder Ähnlichem, ohne dass die Werte für die Mittelwertverschiebung bzw. die dynamische Druckabhängigkeit bestimmte, an die Genauigkeit angepasste Grenzen überschreiten, bedarf der Entwicklung eines neuen, innovativen Diffusionsbarrieren-Designs.Another challenge is the adjustment of the required k values, the mean value shift (MWV) and the dynamic pressure dependence (DDA) for the required measurement accuracy. The dynamic pressure dependence is the time and / or frequency dependence of the probe signal in a total change in pressure to understand. As a result of dynamic pressure pulses, fluctuations in the pump current Ip occur in the case of broadband lambda probes (dynamic pressure dependence, DDA). The mean value of the pumping current is increased compared with the static mean pressure measured at the same mean pressure. To describe this phenomenon, the term mean value shift (MWV) was introduced. In order to be able to meet the required measuring accuracies, in particular in diesel exhaust gas, it is necessary to reduce the static pressure dependence, ie. H. the k value, whereby the influence on other functional quantities, such as the mean value shift and / or the dynamic pressure dependence, should remain low. Functionally, however, as the k-value decreases, other magnitudes influencing the accuracy of the probe, such as the mean value shift, increase. The realization of small k values, in particular for diesel applications, or the targeted adjustment of k values over a large range, for example generally for special operating conditions, especially in the gasoline engine, in front of a turbocharger or the like, without the values for the mean value shift or dynamic pressure dependence exceeds certain limits adapted to accuracy requires the development of a new, innovative diffusion barrier design.

Eine dritte Herausforderung besteht insbesondere in einer Versottungs- und/oder Vergiftungsresistenz der Sensorelemente. Der Versottungs- und/oder Vergiftungsmechanismus und die Versottungs- und/oder Vergiftungsanfälligkeit im Dieselabgas sind aufgrund der Abgaszusammensetzung, der Abgastemperatur, des Drucks und ähnlicher Größen unterschiedlich zu den entsprechenden Mechanismen bzw. Anfälligkeiten im Abgas eines Benzinmotors. Das Design der Sensorelemente muss dieser Tatsache Rechnung tragen und sowohl hinsichtlich der Versottung im Diffusionsweg als auch hinsichtlich der Vergiftung im Elektrodendesign und/oder im Elektrodenhohlraumdesign entsprechend angepasst werden.A third challenge is in particular a sooting and / or poisoning resistance of the sensor elements. The mocking and / or poisoning mechanism and the soot and / or poisoning susceptibility in the diesel exhaust are different due to the exhaust gas composition, the exhaust gas temperature, the pressure and similar sizes different from the corresponding mechanisms or vulnerabilities in the exhaust gas of a gasoline engine. The design of the sensor elements must take this fact into account and be adapted accordingly both with respect to the sooting in the diffusion path and with respect to the poisoning in the electrode design and / or in the electrode cavity design.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird dementsprechend ein Sensorelement zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, insbesondere ein Sensorelement gemäß einem oder mehreren der oben beschriebenen Sensorelemente. Insbesondere kann das Sensorelement zur Bestimmung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgasraum eingesetzt werden. Das Sensorelement umfasst mindestens eine erste Elektrode, mindestens eine zweite Elektrode und mindestens einen die erste Elektrode und die zweite Elektrode verbindenden Festelektrolyten. Die erste Elektrode ist über einen Gaszutrittsweg mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar. Beispielsweise kann die erste Elektrode im Inneren des Sensorelements angeordnet sein, beispielsweise im Inneren eines Schichtaufbaus. Der Gaszutrittsweg kann beispielsweise einen oder mehrere Kanäle und/oder Bohrungen umfassen, durch welche insgesamt das Gas und/oder eine Gaskomponente aus dem Messgasraum zu der ersten Elektrode gelangen kann, beispielsweise durch Strömungs- und/oder Diffusionsmechanismen.Accordingly, a sensor element is proposed for determining at least one property of a gas in a measurement gas space, in particular a sensor element according to one or more of the sensor elements described above. In particular, the sensor element can be used to determine a proportion of a gas component in the measurement gas space. The sensor element comprises at least one first electrode, at least one second electrode and at least one solid electrolyte connecting the first electrode and the second electrode. The first electrode can be acted upon with gas from the measuring gas space via a gas inlet path. For example, the first electrode can be arranged in the interior of the sensor element, for example, in the interior of a layer structure. The Gaszutrittsweg may include, for example, one or more channels and / or holes through which a total of the gas and / or a gas component from the sample gas space can reach the first electrode, for example by flow and / or diffusion mechanisms.

Der Gaszutrittsweg weist mindestens eine Diffusionsbarriere auf. Unter einer Diffusionsbarriere ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ein Element zu verstehen, mittels dessen, durch Einstellung entsprechender Diffusions- und/oder Strömungsmechanismen, beispielsweise ein Grenzstrom einstellbar ist. Insbesondere kann die Diffusionsbarriere, wie unten näher ausgeführt wird, mindestens ein poröses Material umfassen. Die Diffusionsbarriere soll insgesamt eingerichtet sein, um ein einfaches Einströmen von Gas zu der ersten Elektrode zumindest zu begrenzen und kann somit beispielsweise auch oder vornehmlich als Strömungsbarriere wirken, damit nachgelagerte offene Kanäle als Diffusionswiderstand überhaupt fungieren können und nicht durch Durchströmung überwunden werden.The gas access path has at least one diffusion barrier. In the context of the present description, a diffusion barrier means an element by means of which, for example, a limiting current can be set by setting appropriate diffusion and / or flow mechanisms. In particular, the diffusion barrier, as explained in more detail below, comprise at least one porous material. The diffusion barrier is intended to be set up overall in order to at least limit a simple inflow of gas to the first electrode and thus can act, for example, or primarily as a flow barrier, so that downstream open channels can function as diffusion resistance at all and can not be overcome by throughflow.

Im Unterschied zu herkömmlichen Diffusionsbarrieren wird bei dem erfindungsgemäßen Sensorelement vorgeschlagen, die Diffusionsbarriere mindestens zweiteilig auszugestalten. So weist die Diffusionsbarriere mindestens einen ersten Diffusionsbarrierenbereich und mindestens einen zweiten Diffusionsbarrierenbereich auf. Diese mindestens zwei Diffusionsbarrierenbereiche können vorzugsweise unmittelbar aneinander angrenzen, können jedoch auch beabstandet voneinander in dem Gaszutrittsweg angeordnet sein.In contrast to conventional diffusion barriers, it is proposed in the sensor element according to the invention to design the diffusion barrier at least in two parts. Thus, the diffusion barrier has at least one first diffusion barrier region and at least one second diffusion barrier region. These at least two diffusion barrier regions may preferably adjoin one another directly, but may also be arranged at a distance from one another in the gas inlet path.

Das Sensorelement kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass Gas aus dem Messgasraum zunächst durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich oder einen ersten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs hindurchtritt, dann durch den ersten Diffusionsbarrierenbereich und anschließend erneut durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich bzw. einen zweiten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs. Die Anordnung kann derart ausgestaltet sein, dass das Gas senkrecht durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich hindurchtritt, beispielsweise hindurchströmt und/oder hindurchdiffundiert, insbesondere senkrecht zu einer Schichtstruktur eines Schichtaufbaus des Sensorelements, und lateral durch den ersten Diffusionsbarrierenbereich, beispielsweise parallel zur Schichtstruktur. So kann das Sensorelement beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass zunächst ein senkrechtes Durchströmen und/oder eine senkrechte Gasdiffusion durch einen ersten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs erfolgt, gefolgt von einer lateralen Durchströmung und/oder Gasdiffusion durch den ersten Diffusionsbarrierenbereich, gefolgt von einem erneuten senkrechten Durchströmen und/oder einer erneuten senkrechten Diffusion durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich oder einen zweiten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs.The sensor element may in particular be configured such that gas from the measurement gas space first passes through the second diffusion barrier region or a first part of the second diffusion barrier region, then through the first diffusion barrier region and then again through the second diffusion barrier region or a second part of the second diffusion barrier region. The arrangement may be configured such that the gas passes through the second diffusion barrier region perpendicularly, for example through and / or diffused, in particular perpendicular to a layer structure of a layer structure of the sensor element, and laterally through the first diffusion barrier region, for example parallel to the layer structure. For example, the sensor element may be configured such that first a vertical flow and / or a vertical gas diffusion through a first part of the second diffusion barrier region, followed by a lateral flow and / or gas diffusion through the first diffusion barrier region, followed by a renewed vertical flow and or a renewed vertical diffusion through the second diffusion barrier region or a second part of the second diffusion barrier region.

Die Diffusionsbarriere kann insbesondere derart ausgestaltet sein, dass der erste Diffusionsbarrierenbereich zu einem überwiegenden Anteil zu einem Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere beiträgt, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich als Strömungsbarriere und/oder Homogenisator am Anfang und/oder Ende der Diffusionsbarriere wirkt.In particular, the diffusion barrier may be designed such that the first diffusion barrier region contributes to a majority to a diffusion resistance of the diffusion barrier, wherein the second diffusion barrier region acts as a flow barrier and / or homogenizer at the beginning and / or end of the diffusion barrier.

In Richtung des Gaszutrittswegs kann insbesondere die Anordnung des ersten Diffusionsbarrierenbereichs und des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs auf geeignete Weise erfolgen, so dass der zweite Diffusionsbarrierenbereich oder Teile des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs als Strömungsbarriere und/oder als Homogenisator wirken und dass der erste Diffusionsbarrierenbereich als eigentliche Diffusionsbarriere bewirkt. Dabei kann beispielsweise ein erster Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs am Anfang der Diffusionsbarriere angeordnet sein, welcher beispielsweise eine poröse Struktur als Strömungsbarriere aufweist und welcher den geringsten Anteil am Gesamtdiffusionswiderstand aufweist. Diesem kann der erste Diffusionsbarrierenbereich folgen, welcher beispielsweise eine offene Struktur umfassen kann und welcher einen Hauptanteil am Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere bewirken kann. An diesen wiederum kann sich ein zweiter Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs anschließen, der als Homogenisator wirken kann und damit eine homogene Elektrodenanbindung an die offene Struktur des ersten Diffusionsbarrierenbereichs bewirken kann. Der zweite Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs kann beispielsweise eine geringere poröse Struktur aufweisen als der erste Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs. Der zweite Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs kann auch ganz oder teilweise mit dem ersten Teil identisch sein, beispielsweise indem der zweite Diffusionsbarrierenbereich als Schicht ausgebildet ist, welche mehrfach durchströmt wird.In particular, the arrangement of the first diffusion barrier region and the second diffusion barrier region can take place in the direction of the gas access path, so that the second diffusion barrier region or parts of the second diffusion barrier region act as flow barrier and / or as homogenizer and the first diffusion barrier region acts as the actual diffusion barrier. In this case, for example, a first part of the second diffusion barrier region may be arranged at the beginning of the diffusion barrier, which has, for example, a porous structure as a flow barrier and which has the least share of the total diffusion resistance. This may be followed by the first diffusion barrier region, which may comprise, for example, an open structure and which may comprise a first diffusion barrier region Main contribution to the diffusion resistance of the diffusion barrier can cause. In turn, a second part of the second diffusion barrier region, which can act as a homogenizer and thus bring about a homogeneous electrode connection to the open structure of the first diffusion barrier region, can adjoin it. For example, the second part of the second diffusion barrier region may have a smaller porous structure than the first part of the second diffusion barrier region. The second part of the second diffusion barrier region can also be wholly or partially identical to the first part, for example in that the second diffusion barrier region is designed as a layer through which multiple flows.

Ist nach dem als Homogenisator wirkenden zweiten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs ein Elektrodenanbindungshohlraum vorgesehen, welcher jedoch auch entfallen kann, so dass eine direkte Anbindung an die Elektrode erfolgen kann, so sollte der Diffusionswiderstand dieses Homogenisators allgemein so gewählt werden, dass eine möglichst homogene Beaufschlagung der ersten Elektrode mit Gas erfolgt. Insbesondere können die erste Elektrode und/oder der Elektrodenanbindungshohlraum einen Bereich der ersten Diffusionsbarriere überdecken, dessen Gaskonzentrationsgradient, z. B. Sauerstoffkonzentrationsgradient, durch den Homogenisator homogenisiert werden soll, beispielsweise in Längsrichtung der Kanäle.If an electrode connection cavity is provided after the second part of the second diffusion barrier region which acts as a homogenizer, which however can also be omitted, so that a direct connection to the electrode can take place, then the diffusion resistance of this homogenizer should generally be selected such that a preferably homogeneous application of the first Electrode with gas. In particular, the first electrode and / or the electrode connection cavity can cover a region of the first diffusion barrier whose gas concentration gradient, eg. B. oxygen concentration gradient, is to be homogenized by the homogenizer, for example in the longitudinal direction of the channels.

Der Gaszutrittsweg soll dabei derart ausgestaltet sein, dass der zweite Diffusionsbarrierenbereich dem ersten Diffusionsbarrierenbereich vorgelagert und/oder nachgelagert ist. Dies bedeutet, dass beispielsweise das Gas auf dem Weg vom Messgasraum zur ersten Elektrode zunächst den zweiten Diffusionsbarrierenbereich passieren muss, um in den ersten Diffusionsbarrierenbereich zu gelangen (vorgelagert) und/oder dass das Gas auf dem Weg vom Messgasraum zur ersten Elektrode den ersten Diffusionsbarrierenbereich durchtritt, um dann durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich hin zur ersten Elektrode zu gelangen. Auch eine Kombination der genannten Möglichkeiten ist möglich, so dass beispielsweise das Gas zunächst einen ersten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs durchtritt, bevor das Gas dann in den ersten Diffusionsbarrierenbereich eintritt, um schließlich durch einen zweiten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs zur ersten Elektrode zu gelangen.In this case, the gas access path should be designed such that the second diffusion barrier region is located upstream of and / or downstream of the first diffusion barrier region. This means that, for example, the gas on the way from the measuring gas space to the first electrode first has to pass through the second diffusion barrier region in order to reach the first diffusion barrier region (upstream) and / or the gas passes the first diffusion barrier region on the way from the measuring gas chamber to the first electrode to then pass through the second diffusion barrier region to the first electrode. A combination of the options mentioned is also possible, so that, for example, the gas first passes through a first part of the second diffusion barrier region before the gas then enters the first diffusion barrier region in order finally to reach the first electrode through a second part of the second diffusion barrier region.

Der zweite Diffusionsbarrierenbereich soll dabei feinporiger ausgestaltet sein als der erste Diffusionsbarrierenbereich. Dies bedeutet allgemein, dass in dem zweiten Diffusionsbarrierenbereich der Anteil an Knudsen-Diffusion höher sein soll als im ersten Diffusionsbarrierenbereich, wohingegen im ersten Diffusionsbarrierenbereich der Anteil an Gasphasendiffusion größer sein soll als im zweiten Diffusionsbarrierenbereich. Der Begriff der Porosität bedeutet dabei nicht notwendigerweise, dass auch der erste Diffusionsbarrierenbereich vollständig mit einem porösen Material ausgestaltet ist. Wie unten noch näher ausgeführt wird, kann der erste Diffusionsbarrierenbereich grundsätzlich porös (jedoch grob poröser als der zweite Diffusionsbarrierenbereich) ausgestaltet sein oder, alternativ, auch offenporig und/oder vollständig offen, jedoch nach wie vor eine Diffusion begrenzend. Der zweite Diffusionsbarrierenbereich, welcher feinporig ausgestaltet ist, wirkt somit zumindest überwiegend als Strömungsbegrenzung, wohingegen der erste Diffusionsbarrierenbereich zumindest überwiegend als Diffusionsbarriere wirkt. Es wird also eine Diffusionsbarriere vorgeschlagen, welche funktionell eine Strömungsbarrieren-Diffusionsbarrierenkombination darstellt.The second diffusion barrier region is intended to have a finer pored design than the first diffusion barrier region. This generally means that in the second diffusion barrier region the proportion of Knudsen diffusion should be higher than in the first diffusion barrier region, whereas in the first diffusion barrier region the fraction of gas phase diffusion should be greater than in the second diffusion barrier region. The term porosity does not necessarily mean that the first diffusion barrier region is also completely configured with a porous material. As will be explained in more detail below, the first diffusion barrier region may be basically porous (but more porous than the second diffusion barrier region) or, alternatively, also open pore and / or fully open, but still confining diffusion. The second diffusion barrier region, which has a fine-pored configuration, thus acts at least predominantly as a flow restriction, whereas the first diffusion barrier region at least predominantly acts as a diffusion barrier. Thus, a diffusion barrier is proposed which functionally represents a flow barrier diffusion barrier combination.

Der zweite Diffusionsbarrierenbereich kann, wie oben beschrieben, insbesondere ein poröses Material mit mindestens einer der folgenden Eigenschaften aufweisen: Eine Porengröße zwischen 0,03 μm und 3 μm; eine Porosität zwischen 5% und 60%, insbesondere eine Porosität kleiner als 40%. Der zweite Diffusionsbarrierenbereich kann insbesondere eine Dicke, also eine Erstreckung parallel zur lokalen Richtung des Gaszutrittswegs, zwischen 10 μm und 200 μm, insbesondere zwischen 20 μm und 100 μm, aufweisen.As described above, the second diffusion barrier region may in particular comprise a porous material having at least one of the following properties: a pore size between 0.03 μm and 3 μm; a porosity between 5% and 60%, in particular a porosity less than 40%. The second diffusion barrier region may in particular have a thickness, ie an extent parallel to the local direction of the gas access path, between 10 μm and 200 μm, in particular between 20 μm and 100 μm.

Der erste Diffusionsbarrierenbereich kann insbesondere eine Mehrzahl, d. h. beispielsweise 2, 3, 4 oder mehrere, von sich längs des Gaszutrittswegs erstreckenden Kanälen umfassen. Diese Kanäle haben vorzugsweise eine Höhe von 5 bis 50 Mikrometer, insbesondere von 10 bis 25 Mikrometer, eine Breite von 50 bis 500 Mikrometer, insbesondere von 100 bis 150 Mikrometer, und eine Länge von 500 bis 5000 Mikrometer, insbesondere von 1200 bis 3000 Mikrometer. Dabei kann der Gaszutrittsweg derart ausgestaltet sein, dass Gas aus dem Messgasraum auf dem Weg zur ersten Elektrode im Wesentlichen senkrecht zu den Kanälen in diese Kanäle eintritt. Beispielsweise kann der Gaszutrittsweg zu diesem Zweck gewinkelt ausgestaltet sein. Auch eine leichte Abweichung von einem senkrechten Eintritt ist jedoch grundsätzlich möglich, beispielsweise eine Abweichung unter einem Winkel von nicht weniger als 45°.The first diffusion barrier region may in particular be a plurality, i. H. For example, include 2, 3, 4 or more, extending along the Gaszutrittswegs channels. These channels preferably have a height of 5 to 50 micrometers, more preferably 10 to 25 micrometers, a width of 50 to 500 micrometers, more preferably 100 to 150 micrometers, and a length of 500 to 5000 micrometers, more preferably 1200 to 3000 micrometers. In this case, the gas inlet path can be designed in such a way that gas from the measuring gas chamber enters these channels on the way to the first electrode substantially perpendicular to the channels. For example, the Gaszufrittsweg be designed for this purpose angled. However, a slight deviation from a vertical entry is also possible in principle, for example a deviation at an angle of not less than 45 °.

Der zweite Diffusionsbarrierenbereich kann beispielsweise zumindest teilweise als Strömungsbarrierenschicht ausgebildet sein und/oder mindestens eine derartige Strömungsbarrierenschicht umfassen. Diese Strömungsbarrierenschicht kann insbesondere eine laterale Erstreckung aufweisen, welche im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung der Kanäle ist. Die Strömungsbarrierenschicht kann dabei die Kanäle insbesondere zumindest teilweise bedecken. Der Gaszutrittsweg kann derart ausgestaltet sein, dass Gas aus dem Messgasraum auf dem Weg zur ersten Elektrode zunächst die Strömungsbarrierenschicht mindestens einmal durchtritt, dann die Kanäle durchtritt und anschließend optional die Strömungsbarrierenschicht mindestens ein weiteres Mal durchtritt. Auch eine Ausgestaltung, bei welcher das Gas aus dem Messgasraum auf dem Weg zur ersten Elektrode gleich in die Kanäle eintritt, ohne zuvor die Strömungsbarrierenschicht zu durchtreten, um dann nach Austritt aus den Kanälen die Strömungsbarrierenschicht zu durchdringen, um zur ersten Elektrode zu gelangen, ist denkbar.The second diffusion barrier region may for example be formed at least partially as a flow barrier layer and / or comprise at least one such flow barrier layer. In particular, this flow barrier layer can have a lateral extension which is substantially parallel to a longitudinal extension of the channels. The flow barrier layer can in this case, in particular, at least the channels partially cover. The Gaszutrittsweg may be configured such that gas from the measurement gas space on the way to the first electrode first passes through the flow barrier layer at least once, then passes through the channels and then optionally passes through the flow barrier layer at least one more time. Also, an embodiment in which the gas from the measuring gas chamber on the way to the first electrode enters the channels immediately, without first pass through the flow barrier layer, and then to penetrate after exiting the channels, the flow barrier layer to reach the first electrode is conceivable.

Das Sensorelement kann insbesondere einen Schichtaufbau aufweisen, mit mehreren Schichtebenen. Der erste Diffusionsbarrierenbereich und der zweite Diffusionsbarrierenbereich können dabei in unterschiedlichen, vorzugsweise aneinander angrenzenden, Schichtebenen angeordnet sein. Beispielsweise kann der erste Diffusionsbarrierenbereich ganz oder teilweise auf den zweiten Diffusionsbarrierenbereich aufgedruckt sein oder umgekehrt. Beispielsweise kann die Strömungsbarrierenschicht des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs auf die Kanäle des ersten Diffusionsbarrierenbereichs aufgedruckt werden. Der Gaszutrittsweg kann darüber hinaus einen in einer weiteren, vorzugsweise von den genannten Schichtebenen verschiedenen Schichtebene angeordneten Elektrodenhohlraum der ersten Elektrode aufweisen. Unter einem Elektrodenhohlraum ist dabei ein an die Elektrode angrenzender offener oder mit einem gasdurchlässigen, porösen Medium gefüllter Hohlraum zu verstehen, welcher ein Gasreservoir vor der Elektrode bildet. Der Elektrodenhohlraum sollte in diesem Fall der Diffusionsbarriere nachgelagert sein.The sensor element may in particular have a layer structure, with several layer planes. The first diffusion barrier region and the second diffusion barrier region can be arranged in different, preferably adjacent, layer planes. For example, the first diffusion barrier region may be wholly or partly printed on the second diffusion barrier region or vice versa. For example, the flow barrier layer of the second diffusion barrier region can be printed on the channels of the first diffusion barrier region. The gas access path can moreover have an electrode cavity of the first electrode arranged in a further layer plane, which is preferably different from the layer planes mentioned. Under an electrode cavity is an adjacent to the electrode open or filled with a gas-permeable, porous medium cavity to understand, which forms a gas reservoir in front of the electrode. The electrode cavity should in this case be downstream of the diffusion barrier.

Weiterhin kann der Gaszutrittsweg einen in einer weiteren Schichtebene, welche auch mit der Schichtebene des Elektrodenhohlraums identisch sein kann, angeordneten Anbindungshohlraum aufweisen. Dieser Anbindungshohlraum ist der Diffusionsbarriere vorgelagert und steht, vorzugsweise ohne Diffusionsbegrenzung und/oder Strömungsbegrenzung, mit dem Messgasraum in Verbindung. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Gaszutrittsbohrung senkrecht zu den Schichtebenen und/oder parallel zu den Schichtebenen vorgesehen sein, beispielsweise an einer Stirnseite des Sensorelements. Wie oben bereits ausgeführt, kann der zweite Diffusionsbarrierenbereich, insbesondere ein dem ersten Diffusionsbarrierenbereich nachgelagerter Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs, vorzugsweise einen größeren Diffusionswiderstand aufweisen als ein Gasdiffusionswiderstand des Anbindungshohlraums.Furthermore, the gas access path may have a connection cavity arranged in a further layer plane, which may also be identical to the layer plane of the electrode cavity. This connection cavity is preceded by the diffusion barrier and, preferably without diffusion limitation and / or flow limitation, is connected to the measurement gas space. For this purpose, for example, a gas inlet bore can be provided perpendicular to the layer planes and / or parallel to the layer planes, for example on an end face of the sensor element. As already explained above, the second diffusion barrier region, in particular a part of the second diffusion barrier region downstream of the first diffusion barrier region, may preferably have a greater diffusion resistance than a gas diffusion resistance of the attachment cavity.

Das Sensorelement gemäß einer oder mehreren der oben beschriebenen Ausführungsformen weist gegenüber bekannten Sensorelementen eine Vielzahl von Vorteilen auf. Vorgeschlagen wird ein neues Diffusionsbarrierenkonzept, welches sowohl in der Fertigbarkeit als auch bezüglich der Einstellung statischer und/oder dynamischer Funktionsmessgrößen sowie den erhöhten Anforderungen an die Versottungsresistenz und/oder Vergiftungsresistenz den Ansprüchen zukünftiger Sensorelementgenerationen entspricht. Die vorgeschlagene Strömungsbarrieren-Diffusionsbarrierenkombination, verbunden mit optimierten Elektrodenhohlraumanbindungen und Anbindungen ans Abgas, kann diesen Forderungen Rechnung tragen. Der Hauptdiffusionswiderstand, also der größere Anteil des gesamten Diffusionswiderstands der Diffusionsbarriere, soll an dem ersten Diffusionsbarrierenbereich abfallen. Dieser kann, wie oben beschrieben, beispielsweise durch Kanäle, insbesondere durch offene Kanäle, realisiert werden. Der zweite Diffusionsbarrierenbereich hingegen kann insbesondere als feinporöse Schicht (Strömungsbarrierenschicht), beispielsweise mit Porengrößen zwischen 0,03 μm und 3 μm und/oder einer Porosität zwischen 5% und 60%, ausgestaltet sein und kann beispielsweise die Kanäle großflächig abdecken. Durch die Ausgestaltung dieser Strömungsbarrierenschicht im Diffusionsweg wird sowohl ein großer Eintrittsbereich für das Gas als auch eine minimale Diffusionsweglänge realisiert. Dadurch wirkt diese Strömungsbarrierenschicht vornehmlich als Strömungsbarriere, also als Dämpfungselement, mit einem geringen, jedoch durch die Schichtdicke einstellbaren Anteil am Gesamtdiffusionswiderstand. Der Gaszutritt zum Diffusionsweg wird beispielsweise durch Öffnungen in einer diese Strömungsbarrieren-Diffusionsbarrieren-Kombination abdeckenden, gasdichten Abdeckschicht realisiert. Diese Öffnungen ermöglichen beispielsweise einerseits über einen Anbindungshohlraum und insbesondere ein Gaszutrittsloch (beispielsweise seitlich, stirnseitig und/oder gebohrt) die abgasseitige Anbindung und andererseits über den optionalen Elektrodenhohlraum die Anbindung zur ersten Elektrode. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Sensorelements liegen insbesondere in einer verbesserten Fertigbarkeit, einer Möglichkeit einer Einstellung des k-Werts sowie einer erhöhten Versottungsresistenz und/oder Vergiftungsresistenz.The sensor element according to one or more of the embodiments described above has a multiplicity of advantages over known sensor elements. A new diffusion barrier concept is proposed, which corresponds to the requirements of future generations of sensor elements both in terms of manufacturability and with regard to the setting of static and / or dynamic functional measured variables as well as the increased requirements for sooting resistance and / or poisoning resistance. The proposed flow barrier diffusion barrier combination, combined with optimized electrode cavity connections and connections to the exhaust gas, can take these demands into account. The main diffusion resistance, ie the larger proportion of the total diffusion resistance of the diffusion barrier, should drop off at the first diffusion barrier region. This can, as described above, for example, by channels, in particular by open channels, can be realized. In contrast, the second diffusion barrier region can in particular be configured as a finely porous layer (flow barrier layer), for example with pore sizes between 0.03 μm and 3 μm and / or between 5% and 60% porosity, and can, for example, cover the channels over a large area. The design of this flow barrier layer in the diffusion path realizes both a large inlet area for the gas and a minimal diffusion path length. As a result, this flow barrier layer mainly acts as a flow barrier, that is to say as a damping element, with a small proportion of the total diffusion resistance that can be adjusted by the layer thickness. The access of gas to the diffusion path is realized, for example, by openings in a gastight covering layer covering this flow barrier diffusion barrier combination. These openings allow, for example, on the one hand via a connection cavity and in particular a gas inlet hole (for example, laterally, frontally and / or drilled) the exhaust side connection and on the other hand via the optional electrode cavity, the connection to the first electrode. The advantages of the configuration of the sensor element according to the invention are, in particular, an improved manufacturability, a possibility of setting the k value and an increased sooting resistance and / or poisoning resistance.

Insgesamt trägt das vorgeschlagene Design den erhöhten Anforderungen an eine neue Grenzstromsensorengeneration bzw. Sensorelementgeneration für Diesel- und Benzinmotoren Rechnung. Für Dieselanwendungen lassen sich insbesondere kleine k-Werte einstellen, bzw. für andere Anwendungen lassen sich k-Werte in einem großen Bereich einstellen. Geringe Diffusionswiderstände über ein feinporöses Medium (Knudsendiffusion) werden durch das vorgeschlagene Design sicher reproduzierbar gewährleistet, aufgrund eines großen Eintrittsbereichs, eines kleinen Diffusionswegs senkrecht zur Druckrichtung der Strömungsbarriere. In Kombination mit einer offenen Kanalstruktur und dem höheren Diffusionswiderstand (Gasphasendiffusion) sind kleine k-Werte realisierbar. Diese unabhängig voneinander bezüglich des k-Wertes und des Diffusionswiderstands einstellbaren Strömungs- und Diffusionswiderstände ermöglichen aufgrund der speziellen Anordnung der Strömungs-Diffusionsbarrieren-Kombination eine Anpassung und/oder Einstellung der statischen und dynamischen Größen über einen weiten Bereich. Weiterhin ergeben sich geringe Mittelwertverschiebungen und/oder dynamische Druckabhängigkeiten bei kleinen k-Werten. So kann beispielsweise der vorgelagerte zweite Diffusionsbarrierenbereich einen k-Wert von größer als 0,2 bar oder mehr aufweisen. Der nachgelagerte erste Diffusionsbarrierenbereich kann beispielsweise einen k-Wert von weniger als 0,2 bar aufweisen. Bei einem kleinen Gesamt-k-Wert kann durch die dem Hauptdiffusionswiderstand in Form des ersten Diffusionsbarrierenbereichs beispielsweise nachgelagerte Strömungsbarriere in Form des nachgelagerten zweiten Diffusionsbarrierenbereichs mit an eine abgedeckte Fläche angepasstem Diffusionswiderstand die Strömungsbelastung des Elektrodenanbindungshohlraums im Bereich des Übergangs zur Diffusionsbarriere homogenisiert und das Volumen entsprechend minimiert werden. Dadurch kann bei der Realisierung von kleinen k-Werten der Anstieg der DDA/MWV gedämpft werden, da das Elektrodenhohlraumvolumen direkt mit den dynamischen Größen korreliert. Neben dieser Wirkung über das Elektrodenhohlraumvolumen wirkt die Strömungsbarriere als dem Hauptdiffusionswiderstand vorgelagerter und optional auch nachgelagerter Knudsen-Diffusionswiderstand (Strömungsbarriere) generell als Dämpfungselement. Ist nach dem als Homogenisator wirkenden zweiten Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs ein Elektrodenanbindungshohlraum vorgesehen, welcher jedoch auch entfallen kann, so dass eine direkte Anbindung an die Elektrode erfolgen kann, so sollte der Diffusionswiderstand dieses Homogenisators allgemein so gewählt werden, dass eine möglichst homogene Beaufschlagung der ersten Elektrode mit Gas erfolgt. Insbesondere können die erste Elektrode und/oder der Elektrodenanbindungshohlraum einen Bereich der ersten Diffusionsbarriere überdecken, dessen Gaskonzentrationsgradient, z. B. Sauerstoffkonzentrationsgradient, durch den Homogenisator homogenisiert werden soll, beispielsweise in Längsrichtung der Kanäle.Overall, the proposed design takes into account the increased demands on a new generation of limit current sensors or sensor element generation for diesel and gasoline engines. For diesel applications, in particular, small k values can be set, or for other applications, k values can be set in a wide range. Small diffusion resistances via a finely porous medium (Knudsendiffusion) are ensured by the proposed design reliably reproducible, due to a large inlet area, a small diffusion path perpendicular to the Pressure direction of the flow barrier. In combination with an open channel structure and the higher diffusion resistance (gas phase diffusion) small k-values can be realized. These flow and diffusion resistances, which can be set independently of each other with respect to the k value and the diffusion resistance, allow adjustment and / or adjustment of the static and dynamic variables over a wide range due to the special arrangement of the flow-diffusion barrier combination. Furthermore, there are small mean value shifts and / or dynamic pressure dependencies at low k values. For example, the upstream second diffusion barrier region can have a k value of greater than 0.2 bar or more. The downstream first diffusion barrier region may, for example, have a k value of less than 0.2 bar. With a small total k value, the flow load of the electrode connection cavity in the region of the transition to the diffusion barrier can be homogenized and the volume correspondingly minimized by the flow barrier in the form of the second diffusion barrier region with the diffusion resistance adapted to a covered surface, for example downstream from the main diffusion resistor in the form of the first diffusion barrier region become. Thus, in the realization of small k values, the increase in DDA / MWV can be attenuated because the electrode void volume correlates directly with the dynamic quantities. In addition to this effect on the electrode cavity volume, the flow barrier acts as a damping element upstream of the main diffusion resistance and optionally also downstream Knudsen diffusion resistance (flow barrier). If an electrode connection cavity is provided after the second part of the second diffusion barrier region which acts as a homogenizer, which however can also be omitted, so that a direct connection to the electrode can take place, then the diffusion resistance of this homogenizer should generally be selected such that a preferably homogeneous application of the first Electrode with gas. In particular, the first electrode and / or the electrode connection cavity can cover a region of the first diffusion barrier whose gas concentration gradient, eg. B. oxygen concentration gradient, is to be homogenized by the homogenizer, for example in the longitudinal direction of the channels.

Weitere Vorteile ergeben sich hinsichtlich der Versottungsresistenz. Eine vorgelagerte, feinporöse Strömungsbarriere in Form des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs, beispielsweise mit einer Porosität von weniger als 40%, wirkt wie ein vorgelagerter Filter. Das vorgeschlagene Design bietet die Möglichkeit, den Eingangsbereich großflächig zu gestalten und damit eine kleine Strömungsdichte zu erzielen und durch die Realisierung von Strömungsgradienten im Filter den Einfluss der Versottung, d. h. der Verstopfung der Filterporen, auf die Kennlinie zu minimieren. Durch Strömungsdichtegradienten im vorgelagerten Filter können parallele Leitungspfade geschaffen werden, die bis zu einem gewissen Grad der Versottung, d. h. durch Partikel zugesetzte Poren im Eingangsbereich, diese Versottung kompensieren können, ohne über die Lebensdauer des Sensorelements die funktionellen Größen über die erlaubte Toleranz hinaus zu beeinflussen.Further advantages arise with regard to the resistance to sooting. An upstream, finely porous flow barrier in the form of the second diffusion barrier region, for example with a porosity of less than 40%, acts like an upstream filter. The proposed design offers the possibility to design the entrance area over a large area and thus to achieve a small flow density and by the realization of flow gradients in the filter the influence of the sooting, d. H. the clogging of the filter pores, to minimize the characteristic. Through flow density gradients in the upstream filter, parallel conduction paths can be created which, to some degree of sooting, i. H. By adding pores in the input area, these soot can compensate without affecting over the life of the sensor element, the functional variables beyond the allowable tolerance addition.

Weiterhin ergibt sich durch das vorgeschlagene Design eine erhöhte Vergiftungsresistenz. Eine homogene Elektrodenbelastung und damit eine verbesserte Vergiftungsresistenz werden durch eine homogene Strömungsbelastung des Elektrodenhohlraums, welcher auch als Elektrodenanbindungshohlraum bezeichnet wird, gewährleistet. Diese wird dadurch gewährleistet, dass dem als eigentliche Diffusionsbarriere wirkenden ersten Diffusionsbarrierenbereich der als Strömungsbarriere wirkende erste Diffusionsbarrierenbereich nachgelagert ist, dessen Diffusionswiderstand der Elektrodenhohlraumgeometrie und/oder insbesondere an den Diffusionswiderstand der durch die Elektrode und/oder den Elektrodenanbindungshohlraum überdeckten Kanalenden in lateraler Richtung angepasst sein kann. Weitere Voraussetzung kann dabei die grundsätzlich durch das Design realisierbare zentrale Anordnung der ersten Elektrode über dem Gasaustritt sein.Furthermore, the proposed design results in increased poisoning resistance. A homogeneous electrode load and thus an improved poisoning resistance are ensured by a homogeneous flow load of the electrode cavity, which is also referred to as the electrode connection cavity. This is ensured by virtue of the fact that the first diffusion barrier region which acts as a flow barrier is located downstream of the first diffusion barrier region acting as the actual diffusion barrier, whose diffusion resistance of the electrode cavity geometry and / or in particular to the diffusion resistance of the channel ends covered by the electrode and / or the electrode connection cavity can be adjusted laterally , Another prerequisite here may be the central arrangement of the first electrode above the gas outlet that can basically be implemented by the design.

Weitere Vorteile ergeben sich hinsichtlich der Grenzstrom-Streuung und/oder der k-Wert-Streuung, welche in vielen Fällen eine Voraussetzung für einen Schubabgleich ist. Die verbesserte Fertigbarkeit des Gasdiffusionsweges und damit bedingt die geringere Streuung des Grenzstroms und des k-Wertes wird durch die vorgeschlagene neue Anordnung der Bestandteile der Diffusionsbarriere gesichert. Die Minimierung des Einflusses von Verschmierungen und/oder Überlappungen, welche bei herkömmlichen Sensorelementen insbesondere in den Randbereichen der Druckschichten auftreten, auf die Streuung der Grenzströme und/oder der k-Werte wird durch die optionale, zur Druckrichtung senkrechte Durchströmung der gedruckten Bestandteile der Diffusionsbarriere und/oder weiterer Bestandteile des Gaszutrittswegs, insbesondere der Anbindungselemente, erreicht.Further advantages arise with respect to the limiting current scattering and / or the k-value scattering, which in many cases is a prerequisite for thrust balance. The improved manufacturability of the gas diffusion path and thus the lower scattering of the limiting current and the k value is ensured by the proposed new arrangement of the components of the diffusion barrier. The minimization of the influence of smudges and / or overlaps which occur in conventional sensor elements, in particular in the edge regions of the printed layers on the scattering of the boundary currents and / or the k-values by the optional, perpendicular to the printing direction flow through the printed components of the diffusion barrier and / or other components of the gas access path, in particular the connection elements achieved.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine Schnittdarstellung durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorelements; 1 a sectional view through an embodiment of a sensor element according to the invention;

2 eine perspektivische Detaildarstellung einer Diffusionsbarriere des Sensorelements gemäß 1; und 2 a perspective detailed representation of a diffusion barrier of the sensor element according to 1 ; and

3 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sensorelements. 3 a perspective view of a second embodiment of a sensor element according to the invention.

Ausführungsbeispieleembodiments

In den 1 und 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 in verschiedenen Darstellungen gezeigt. Es handelt sich um ein Ausführungsbeispiel einer Breitband-Lambdasonde. Für weitere Details derartiger Breitband-Lambdasonden und die Betriebsweise derartiger Lambdasonden kann beispielsweise auf den oben bereits genannten Stand der Technik oder beispielsweise die DE 10 2006 062 060 A1 verwiesen werden. Es handelt sich um eine Grenzstrom-Magersonde mit einer eindeutigen Kennlinie. Das Sensorelement 110 weist einen Schichtaufbau auf, mit einer ersten Elektrode 112, einer zweiten Elektrode 114 und einem diese beiden Elektroden 112, 114 verbindenden Festelektrolyten 116, beispielsweise Yttrium-stabilisiertem Zirkondioxid. Die beiden Elektroden 112, 114 sind dabei in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in derselben Schichtebene angeordnet. Auch andere Anordnungen sind jedoch grundsätzlich möglich, beispielsweise Anordnung mit übereinanderliegenden Elektroden 112, 114, bei welchen die Elektroden 112, 114 beispielsweise auf gegenüberliegenden Seiten des Festelektrolyten 116 angeordnet sind.In the 1 and 2 is a first embodiment of a sensor element according to the invention 110 shown in different illustrations. It is an embodiment of a broadband lambda probe. For further details of such broadband lambda probes and the operation of such lambda probes, for example, to the above-mentioned prior art or, for example, the DE 10 2006 062 060 A1 to get expelled. It is a marginal flow Magersonde with a unique characteristic. The sensor element 110 has a layer structure, with a first electrode 112 , a second electrode 114 and one of these two electrodes 112 . 114 connecting solid electrolyte 116 For example, yttria-stabilized zirconia. The two electrodes 112 . 114 are arranged in the illustrated embodiment in the same layer plane. However, other arrangements are possible in principle, for example, arrangement with superimposed electrodes 112 . 114 in which the electrodes 112 . 114 for example on opposite sides of the solid electrolyte 116 are arranged.

Weiterhin weist das Sensorelement 110 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel optional eine auf der Oberfläche des Sensorelements 110 angeordnete Reduzierelektrode 118 auf. Diese Reduzierelektrode 118 dient einer Verringerung und optional einer Einstellbarkeit eines Innenwiderstands einer die erste Elektrode 112, die zweite Elektrode 114 und den Festelektrolyten 116 umfassenden Pumpzelle. Die Funktionsweise der Reduzierelektrode ist beispielsweise in DE 10 2006 062 060 A1 beschrieben, auf welche auch bezüglich weiterer möglicher Details des Sensorelements 110 verwiesen werden kann.Furthermore, the sensor element 110 in the illustrated embodiment optionally one on the surface of the sensor element 110 arranged reducing electrode 118 on. This reducing electrode 118 serves to reduce and optionally adjustability of an internal resistance of the first electrode 112 , the second electrode 114 and the solid electrolyte 116 comprehensive pumping cell. The operation of the reducing electrode is, for example, in DE 10 2006 062 060 A1 to which also regarding further possible details of the sensor element 110 can be referenced.

Die zweite Elektrode 114 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Referenzluftkanal 120 angeordnet. Dieser Referenzluftkanal 120 kann beispielsweise die zweite Elektrode 114 mit einem Referenzluftraum verbinden, beispielsweise einem Motorraum eines Kraftfahrzeugs. Der Begriff des „Referenzluftkanals” 120 ist dabei weit zufassen und kann beispielsweise auch einen Abluftkanal umfassen. So kann beispielsweise an der zweiten Elektrode 114 ausgebautes Gas über den Referenzluftkanal 120 entweichen. In diesem Fall stellt der Referenzluftkanal 120 einen Abluftkanal dar. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich möglich, beispielsweise Ausgestaltungen, bei welchen die zweite Elektrode 114 direkt oder indirekt mit einem Messgasraum 122 in Verbindung steht.The second electrode 114 is in the illustrated embodiment in a reference air channel 120 arranged. This reference air channel 120 For example, the second electrode 114 connect to a reference air space, such as an engine compartment of a motor vehicle. The concept of the "reference air channel" 120 is wide and can include, for example, an exhaust duct. For example, at the second electrode 114 expanded gas via the reference air duct 120 escape. In this case, the reference air channel 120 an exhaust duct. Other configurations are possible in principle, for example embodiments in which the second electrode 114 directly or indirectly with a sample gas chamber 122 communicates.

Die erste Elektrode 112 ist über einen Gaszutrittsweg 124 mit Gas aus dem Messgasraum 122 beaufschlagbar. Dieser Gaszutrittsweg 124 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel einen in der Schichtebene der Elektroden 112, 114 angeordneten Anbindungshohlraum 126, einen Abschnitt 128, einen Abschnitt 128 mit einer Diffusionsbarriere 130 und einen ebenfalls in der Schichtebene der Elektroden 112, 114 angeordneten Elektrodenhohlraum 132. Nicht dargestellt in 1 ist eine Anbindung des Anbindungshohlraums 126 an den Messgasraum 122, welche beispielsweise durch eine stirnseitige Bohrung, einen Kanal in den Schichtebenen und/oder eine Gaszutrittsbohrung senkrecht zu den Schichtebenen realisiert werden kann. Der Diffusionsweg, welchen das Gas auf dem Weg durch den Gaszutrittsweg 124 zurückzulegen hat, ist in 1 symbolisch mit dem Pfeil 134 bezeichnet.The first electrode 112 is via a gas access route 124 with gas from the sample gas chamber 122 acted upon. This gas access route 124 includes in the illustrated embodiment, one in the layer plane of the electrodes 112 . 114 arranged connection cavity 126 , a section 128 , a section 128 with a diffusion barrier 130 and one also in the layer plane of the electrodes 112 . 114 arranged electrode cavity 132 , Not shown in 1 is a connection of the connection cavity 126 to the sample gas chamber 122 which can be realized for example by a frontal bore, a channel in the layer planes and / or a gas inlet bore perpendicular to the layer planes. The diffusion path through which the gas travels through the gas inlet path 124 has to cover is in 1 symbolic with the arrow 134 designated.

Die Diffusionsbarriere 130 ist in dem Schichtaufbau unterhalb der Schichtebene mit den Elektroden 112, 114 angeordnet und von dieser Schichtebene durch eine Abdeckschicht 136 getrennt. Wie insbesondere aus der perspektivischen Detaildarstellung in 2 hervorgeht, ist die Diffusionsbarriere 130 erfindungsgemäß zweiteilig ausgestaltet und weist einen ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 in Form von parallel zum Diffusionsweg 134 verlaufenden Kanälen 140 auf, sowie einen darüber liegenden zweiten Diffusionsbarrierenbereich 142 in Form einer feinporigen Strömungsbarrierenschicht 144. Während diese beiden Bereich 138, 142 begrifflich zu einer Diffusionsbarriere 130 zusammengefasst sind, wirkt tatsächlich der zweite Diffusionsbarrierenbereich 142 eigentlich als Strömungsbarriere, wohingegen die eigentliche Diffusionsbarriere durch den ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 gebildet wird. Die Strömungsbarrierenschicht 144 bedeckt dabei die Kanäle 140 in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vollständig, so dass Gas auf dem Gaszutrittsweg 124 zunächst die Strömungsbarrierenschicht 144 durchtreten muss, dann in die Kanäle 140 eintritt, durch diese in Richtung des Elektrodenhohlraums 132 strömt und dann ein zweites Mal durch die Strömungsbarrierenschicht 144 in den Elektrodenhohlraum 132 eintreten muss.The diffusion barrier 130 is in the layer structure below the layer plane with the electrodes 112 . 114 arranged and from this layer plane by a cover layer 136 separated. As in particular from the perspective detailed representation in 2 is apparent, is the diffusion barrier 130 designed according to the invention in two parts and has a first diffusion barrier region 138 in the form of parallel to the diffusion path 134 running channels 140 on, as well as an overlying second diffusion barrier region 142 in the form of a fine-pored flow barrier layer 144 , While these two area 138 . 142 conceptually to a diffusion barrier 130 are summarized, actually acts the second diffusion barrier region 142 actually as a flow barrier, whereas the actual diffusion barrier through the first diffusion barrier region 138 is formed. The flow barrier layer 144 covers the channels 140 completely in the illustrated embodiment, so that gas on the Gaszutrittsweg 124 first the flow barrier layer 144 has to go through, then into the channels 140 enters, through this in the direction of the electrode cavity 132 flows and then a second time through the flow barrier layer 144 into the electrode cavity 132 must enter.

Der erste Diffusionsbarrierenbereich 138 kann auf verschiedene Weise ausgestaltet sein und kann beispielsweise die Kanäle 140 in Form von porös gefüllten, gering porös gefüllten, teilweise gefüllten und/oder strukturierten Kanälen umfassen. Dieser erste Diffusionsbarrierenbereich 138 stellt den Hauptdiffusionswiderstand dar und dient beispielsweise zur Einstellung von kleinen k-Werten im Bereich beispielsweise zwischen 0,01 bar < k < 0,3 bar. Je nach Füllung lassen sich jedoch auch abgestimmte k-Werte einstellen, beispielsweise im Bereich zwischen 0,01 bar < k < 5 bar.The first diffusion barrier area 138 can be configured in various ways and can, for example, the channels 140 in the form of porous filled, slightly porous filled, partially filled and / or structured channels. This first diffusion barrier area 138 represents the main diffusion resistance and serves, for example, for setting small k values in the range, for example, between 0.01 bar <k <0.3 bar. Depending on the filling, however, it is also possible to set adjusted k values, for example in the range between 0.01 bar <k <5 bar.

Die Strömungsbarrierenschicht 144 des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs 142 stellt hingegen eine feinporöse Strömungsbarrierenschicht dar. Es handelt sich um einen Bereich mit hohem k-Wert, beispielsweise k > 0,3 bar. Diese Strömungsbarrierenschicht 144 deckt die Kanäle großflächig ab, was eine Dämpfung und eine Filterwirkung erzeugt. Weiterhin bewirkt diese Strömungsbarrierenschicht 144 einen Einströmungsdichtegradienten. Sie gewährleistet zudem eine homogene Strömungsbelastung und/oder Diffusionsbelastung des Elektrodenholraums 132 und/oder des Anbindungshohlraums 126. Sie leistet einen geringen Beitrag zum Gesamtdiffusionswiderstand und somit zum gesamten Grenzstrom Ip sowie zum gesamten k-Wert. Über die Dicke und/oder die Porosität dieser Strömungsbarrierenschicht 144 kann Einfluss auf dynamische und/oder statische Größen genommen werden, beispielsweise die oben beschriebenen Größen der MWV, der DDA und des k-Werts. Hierdurch kann beispielsweise ein Optimum bei einem gegebenen k-Wert und einer Mittelwertverschiebung hinsichtlich der Sondengenauigkeit eingestellt werden.The flow barrier layer 144 of the second diffusion barrier region 142 On the other hand, it represents a finely porous flow barrier layer. It is a region with a high k value, for example k> 0.3 bar. This flow barrier layer 144 covers the channels over a large area, which creates a damping and a filtering effect. Furthermore, this flow barrier layer effects 144 an inflow density gradient. It also ensures a homogeneous flow load and / or diffusion load of the electrode cavity 132 and / or the connection cavity 126 , It makes a small contribution to the total diffusion resistance and thus to the total limiting current I p and to the total k value. About the thickness and / or the porosity of this flow barrier layer 144 it is possible to influence dynamic and / or static quantities, for example the quantities of MWV, DDA and k-value described above. In this way, for example, an optimum can be set for a given k value and a mean value shift with regard to the probe accuracy.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Sondengeometrien, bei welchen beispielsweise der Anbindungshohlraum 126, die Diffusionsbarriere 130 und der Elektrodenhohlraum 132 durch sich überlappende Druckschichten hergestellt werden, welche ursächlich sind für Streuungen des Grenzstroms Ip und des k-Werts, haben bei dem erfindungsgemäßen Design des Sensorelements 110 und insbesondere der mehrteiligen Diffusionsbarriere 130 Hohlraumverschmierungen durch Ungenauigkeiten beim Druck keinen Einfluss auf den Diffusionswiderstand und somit auch nicht auf funktionelle Größen, wie beispielsweise Ip und den k-Wert. Zudem ergibt sich eine erhöhte Versottungsresistenz durch die poröse Strömungsbarrierenschicht 144 mit großer Eintrittsfläche, d. h. einer geringen Einstromdichte, und ausreichend parallelen Strömungspfaden und/oder Diffusionspfaden über die Kanäle 140, durch Realisierung von Einstromdichtegradienten über der Eintrittsfläche. Der Elektrodenhohlraum 132 und die Oberfläche der ersten Elektrode 112 können insbesondere zentral übereinander und oberhalb der Diffusionsbarriere 130 angeordnet sein, wobei beispielsweise die erste Elektrode 112 zentral über dem Elektrodenhohlraum 132, welcher auch als Elektrodenanbindungshohlraum wirkt, angeordnet sein kann.In contrast to conventional probe geometries in which, for example, the connection cavity 126 , the diffusion barrier 130 and the electrode cavity 132 are produced by overlapping printing layers, which are responsible for variations of the limiting current I p and the k value, have in the inventive design of the sensor element 110 and in particular the multi-part diffusion barrier 130 Cavity smearing due to inaccuracies in the pressure has no influence on the diffusion resistance and thus not on functional variables, such as I p and the k value. In addition, there is an increased sooting resistance through the porous flow barrier layer 144 with a large inlet area, ie a low inflow density, and sufficiently parallel flow paths and / or diffusion paths across the channels 140 , by implementing Einstromdichtegradienten over the entrance surface. The electrode cavity 132 and the surface of the first electrode 112 in particular centrally above one another and above the diffusion barrier 130 be arranged, for example, the first electrode 112 centrally above the electrode cavity 132 , which also acts as an electrode connection cavity, may be arranged.

Insgesamt weist das beschriebene Sensorelement 110, welches exemplarisch in den 1 und 2 dargestellt ist und über die mehrteilige Diffusionsbarriere 130 verfügt, gegenüber herkömmlichen Sensorelementen 110 eine Reihe von Vorteilen und zusätzlichen Optionen auf. So verfolgen herkömmliche Breitbandsonden in der Regel das Konzept, dass der Diffusionsweg parallel zur Druckrichtung ausgebildet wird und die Diffusionselemente vom Gas lateral nacheinander durchströmt werden. Hierzu ist es notwendig, die Einström- und/oder Austrittsbereiche von porösen Diffusionsbarrieren durch Hohlräume an den Gasweg, beispielsweise ein gebohrtes Gaszutrittsloch, anzubinden. Sowohl Diffusionsbarrieren als auch Hohlräume werden dafür mehrfach in Dickschicht-Technik auf eine Folienunterlage mit einem Sicherheitsüberlapp nebeneinander gedruckt. Nicht zu vermeidende Verschmierungen und das Auslaufen der Druckschichten verursachen eine beträchtliche Streuung beim Überlapp der Diffusionselemente, beispielsweise von Hohlräumen und Diffusionsbarrieren. Da die Diffusionsart im Hohlraum (Gasphasendiffusion dominiert) und der Diffusionsbarriere (Knudsendiffusion und Gasphasendiffusion, je nach Porengrößeverteilung im Verhältnis 0,1 bis 5) stark unterschiedlich ist, resultieren hieraus hohe Werte für die Streuung des Gesamtdiffusionswiderstands und somit im Grenzstrom IP und k-Wert. Daher muss bisher bei allen Seriensensorelementen in der Regel der Grenzstrom am neuen Sensorelement abgeglichen werden.Overall, the sensor element described has 110 , which exemplifies in the 1 and 2 is shown and on the multipart diffusion barrier 130 has, compared to conventional sensor elements 110 a number of benefits and additional options. Thus, conventional broadband probes generally follow the concept that the diffusion path is formed parallel to the printing direction and the diffusion elements are flowed through laterally by the gas in succession. For this purpose, it is necessary to connect the inflow and / or outflow regions of porous diffusion barriers through cavities to the gas path, for example a drilled gas access hole. Both diffusion barriers and cavities are printed several times in thick film technology on a foil backing with a security overlap side by side. Unavoidable smudges and leakage of the printed layers cause considerable scattering in the overlap of the diffusion elements, for example cavities and diffusion barriers. Since the diffusion type in the cavity (gas phase diffusion dominates) and the diffusion barrier (Knudder diffusion and gas phase diffusion, depending on the pore size distribution in the ratio 0.1 to 5) is very different, this results in high values for the scattering of the total diffusion resistance and thus in the limiting current I P and k- Value. For this reason, the limit current at the new sensor element generally has to be adjusted for all series sensor elements.

Das in den 1 und 2 dargestellte neue Konzept der Diffusionsbarriere 130 hingegen sieht vor, dass der Diffusionsweg grundsätzlich senkrecht zur Druckrichtung durch die beispielsweise im Siebdruck in diesem Fall übereinander hergestellten Elemente der Diffusionsbarriere 130 erfolgen muss. Insbesondere durchtritt das Gas die Diffusionsbarriereschicht 144 im Wesentlichen senkrecht, um in die Kanäle 140 des ersten Diffusionsbarrierenbereichs 138 zu gelangen. Dadurch wird der Einfluss von Verschmierungen an den Kanten der Druckschichten und den lateralen Diffusionsbarrieren-Hohlraumanbindungen an die Diffusionsbarriere 130 eliminiert und die fertigungsbedingte Streuung bezüglich des Grenzstroms und/oder des k-Werts minimiert. Die verbleibenden Streuungen, verursacht durch eine uneinheitliche Schichtdicke über das Laminat hinweg, kann beispielsweise durch eine Schubabgleichsstrategie gegebenenfalls weiter eliminiert werden. Eine Anbindung an die als eigentlicher Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere 130 wirkenden Kanäle 140 des ersten Diffusionsbarrierenbereichs 138 erfolgt beispielsweise durch Druckschichten, insbesondere die mindestens eine Strömungsbarrierenschicht 144. Auf diese Weise kann eine Anbindung des ersten Diffusionsbarrierenbereichs 138, welcher den eigentlichen Diffusionswiderstand bereitstellt, an die Hohlräume 126 und/oder 132 gewährleistet werden. Die Strömungsbarrierenschicht 144 wird senkrecht durchströmt. Die Kanäle 140, also der Bereich, in welchem der Hauptdiffusionswiderstand abfällt, erfahren senkrecht zur Druckschicht der Strömungsbarrierenschicht 144 eine flächige, senkrecht zur Druckrichtung verlaufende Eindiffusion. Ip und k-Wert werden durch Verschmierungen aller den Diffusionswiderstand bestimmenden Druckschichten nicht beeinflusst.That in the 1 and 2 presented new concept of the diffusion barrier 130 on the other hand, it is provided that the diffusion path is basically perpendicular to the printing direction by the elements of the diffusion barrier which are produced one above the other, for example by screen printing in this case 130 must be done. In particular, the gas passes through the diffusion barrier layer 144 essentially perpendicular to the channels 140 of the first diffusion barrier region 138 to get. As a result, the influence of smearing on the edges of the printed layers and the lateral diffusion barrier cavity connections to the diffusion barrier 130 eliminates and minimizes the production-related dispersion with respect to the limiting current and / or the k value. The remaining scatter, caused by a non-uniform layer thickness across the laminate, may be further eliminated, for example, by a thrust balance strategy. A connection to the as the actual diffusion resistance of the diffusion barrier 130 acting channels 140 of the first diffusion barrier region 138 takes place, for example, by pressure layers, in particular the at least one flow barrier layer 144 , In this way, a connection of the first diffusion barrier region 138 , which provides the actual diffusion resistance, to the cavities 126 and or 132 be guaranteed. The flow barrier layer 144 is traversed vertically. The channels 140 , That is, the region in which the main diffusion resistance drops, experienced perpendicular to the pressure layer of the flow barrier layer 144 a flat, running perpendicular to the direction of pressure indiffusion. I p and k value are not affected by smearing of all the pressure resistance layers determining the diffusion resistance.

Der Elektrodenhohlraum 132 kann auch mehrteilig ausgestaltet sein und kann, wie in 1 angedeutet, unterhalb des eigentlichen Elektrodenhohlraums 132 einen Elektrodenanbindungshohlraum 146 umfassen, welcher an die Strömungsbarrierenschicht 144 angebunden ist. Bevor das Gas senkrecht in den Elektrodenanbindungshohlraum 146 einströmt und sich homogen im Elektrodenhohlraum 132 verteilen kann, diffundiert das Gas in den Kanälen 140, welche den Hauptdiffusionswiderstand bereitstellen. Die Länge des Diffusionsweges in den Kanälen 140 und somit die Größe des Diffusionswiderstands kann insbesondere durch den Abstand der Öffnungen in der Abdeckschicht 136 und somit lediglich durch einen gut definierten Prozessschritt bestimmt werden. Die Kanäle 140 können insbesondere eine Länge zwischen 0,5 und 5 mm aufweisen, insbesondere von 1,5 mm. Die Öffnungen in der Abdeckschicht 136 werden so platziert, dass die auslaufenden Kanalenden der Kanäle 140 keinen Beitrag zum Diffusionswiderstand leisten. Der Einfluss der Verschmierungen an den Enden der Kanäle 140 auf den Grenzstrom und/oder den k-Wert kann dadurch eliminiert werden.The electrode cavity 132 can also be designed in several parts and can, as in 1 indicated below the actual electrode cavity 132 an electrode connection cavity 146 which is adjacent to the flow barrier layer 144 is connected. Before the gas is perpendicular to the electrode connection cavity 146 flows in and is homogeneous in the electrode cavity 132 distribute the gas diffuses in the channels 140 which provide the main diffusion resistance. The length of the diffusion path in the channels 140 and thus the size of the diffusion resistance can in particular by the distance of the openings in the cover layer 136 and thus be determined only by a well-defined process step. The channels 140 may in particular have a length between 0.5 and 5 mm, in particular of 1.5 mm. The openings in the cover layer 136 are placed so that the outgoing channel ends of the channels 140 make no contribution to the diffusion resistance. The influence of smearing at the ends of the channels 140 to the limiting current and / or the k value can be eliminated.

Verbleibende Differenzen in den Öffnungsgeometrien, fertigungstechnisch verursacht beispielsweise durch ein Auslaufen und/oder Verschmieren beim Druck der Abdeckschicht 136, haben zudem einen nur marginalen Einfluss auf die Größe des Diffusionswiderstandes, da die Länge des Diffusionsweges um ca. einen Faktor 100 größer ist als die zu erwartenden Differenzen in den Öffnungsgeometrien. Das vorgeschlagene Design erfüllt dadurch die Forderungen an eine geringe Neuwertstreuung der Grenzströme zur Eliminierung eines Sensorelementabgleichs, welcher hohe Kosten verursacht, zu Gunsten einer Umsetzung eines Abgleichs über eine Schubabgleichsstrategie in Dieselanwendungen.Remaining differences in the opening geometries, manufacturing technology causes, for example, by leaking and / or smearing when printing the cover layer 136 , In addition, have only a marginal impact on the size of the diffusion resistance, since the length of the diffusion path is greater by a factor of 100 than the expected differences in the opening geometries. The proposed design thereby meets the requirements for a low recalculation of the threshold currents to eliminate sensor element matching, which causes high costs, in favor of implementing an adjustment via a thrust balance strategy in diesel applications.

Weiterhin kann das in den 1 und 2 gezeigte Design des Sensorelements 110 leicht angepasst werden, um dynamische und/oder statische Messgrößen zu optimieren. So ist beispielsweise für die Genauigkeit der Messung im Dieselabgas ein kleinerer k-Wert erforderlich, beispielsweise k < 0,3 bar, bezüglich der gesamten Diffusionsbarriere 130. Dieser k-Wert ist kleiner als der üblicherweise in herkömmlichen Lambdasonden realisierte k-Wert, welcher typischerweise oberhalb von 0,4 bar liegt. Mittels des erfindungsgemäßen Designs wird der Diffusionsweg 134 derart gestaltet, dass der Anteil der Gasphasendiffusion am Gesamtdiffusionswiderstand gegenüber der Knudsendiffusion entsprechend angehoben werden kann. Des Weiteren kann es essentiell sein, dass das Design für einen kleinen k-Wert derart ausgelegt wird, dass die Mittelwertverschiebung nicht derart erhöht wird, dass diese den Vorteil der verbesserten Genauigkeit bei kleinen k-Werten zunichte macht. Aufgrund des Trends, dass die Mittelwertverschiebung bei Reduzierung des k-Werts ansteigt, muss für ein Maximum an Sondengenauigkeit beim Betrieb im Dieselabgasstrang ein Optimum für beide Werte gefunden und gezielt eingestellt werden. Durch das erfindungsgemäße Design der Diffusionsbarriere 130 mit dem als Strömungsbarriere wirkenden zweiten Diffusionsbarrierenbereich 142 und dem als eigentlicher Diffusionswiderstand wirkenden ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 mit seinen offenen oder offenporigen Kanälen 140 kann genau diese Optimierung erreicht werden. Der Gaszutrittsweg 124 ist derart gestaltet, dass der Hauptdiffusionswiderstand an den offenen oder offenporigen Kanälen 140 des ersten Diffusionsbarrierenbereichs 138 abfällt. Der zweite Diffusionsbarrierenbereich 142 wird durch die großflächige Strömungsbarrierenschicht 144 realisiert, welche feinporös ausgestaltet wird. Der Gaszutritt wird durch die Öffnungen in der dichten Abdeckschicht 136 realisiert. Durch die offenen oder offenporigen Kanäle 140 wird der Hauptdiffusionswiderstand hauptsächlich durch die Gasphasendiffusion getragen, und die geforderten k-Werte zwischen 0,01 bar und 0,3 bar werden je nach Strukturierung, Breite und Höhe der Kanäle 140 für die Anwendung im Dieselmotor erreicht. Dem Diffusionswiderstand der offenen Kanäle 140 ist der zweite Diffusionsbarrierenbereich 142 in Form der Strömungsbarrierenschicht 144 vor- und/oder nachgelagert. Dieser zweite Diffusionsbarrierenbereich 142 kann als Schicht aus feinporösem Material realisiert werden und kann die Kanäle 140 großflächig abdecken. Der Gaszutritt zu diesem zweiten Diffusionsbarrierenbereich 142 wird, wie oben dargestellt, durch Öffnungen in der Abdeckschicht 136 realisiert, welche in den Figuren allgemein mit den Bezugsziffern 148, 150 bezeichnet sind. Da der Diffusionswiderstand in der porösen Strömungsbarrierenschicht 144 um ein Vielfaches größer ist als in den Kanälen 140, diffundiert das Abgas senkrecht durch diese, beispielsweise als Druckschicht ausgebildete Strömungsbarrierenschicht 144, welche beispielsweise eine Dicke von 20 bis 100 μm aufweist, in die Kanäle 144.Furthermore, in the 1 and 2 shown design of the sensor element 110 be easily adapted to optimize dynamic and / or static measurements. For example, for the accuracy of the measurement in diesel exhaust a smaller k-value is required, for example, k <0.3 bar, with respect to the entire diffusion barrier 130 , This k value is smaller than the k value usually realized in conventional lambda probes, which is typically above 0.4 bar. By means of the design according to the invention, the diffusion path becomes 134 designed such that the proportion of gas phase diffusion in the total diffusion resistance against Knudsendiffusion can be increased accordingly. Furthermore, it may be essential that the design be designed for a small k value such that the mean shift is not increased to negate the benefit of improved accuracy at low k values. Due to the trend that the mean value shift increases with the reduction of the k value, an optimum for both values must be found and specifically set for a maximum of probe accuracy when operating in the diesel exhaust line. Due to the inventive design of the diffusion barrier 130 with the second diffusion barrier region acting as a flow barrier 142 and the first diffusion barrier region acting as the actual diffusion resistance 138 with its open or open-pored channels 140 exactly this optimization can be achieved. The gas access route 124 is designed such that the main diffusion resistance at the open or open-pore channels 140 of the first diffusion barrier region 138 drops. The second diffusion barrier region 142 is due to the large-area flow barrier layer 144 realized, which is designed to be finely porous. The gas inlet is through the openings in the dense covering layer 136 realized. Through the open or open-pored channels 140 For example, the main diffusion resistance is mainly carried by gas-phase diffusion, and the required k-values between 0.01 bar and 0.3 bar will vary depending on the patterning, width and height of the channels 140 achieved for use in diesel engine. The diffusion resistance of the open channels 140 is the second diffusion barrier region 142 in the form of the flow barrier layer 144 upstream and / or downstream. This second diffusion barrier region 142 can be realized as a layer of fine porous material and can be the channels 140 cover a large area. The gas access to this second diffusion barrier region 142 is, as shown above, through openings in the cover layer 136 realized, which in the figures generally with the reference numerals 148 . 150 are designated. Since the diffusion resistance in the porous Strömungsbarrierenschicht 144 is many times larger than in the channels 140 , the exhaust gas diffuses vertically through this, for example, formed as a pressure layer Strömungsbarrierenschicht 144 , which has, for example, a thickness of 20 to 100 microns, in the channels 144 ,

Das Design kann so ausgelegt werden, dass der Diffusionswiderstand der porösen Diffusionsbarriereschicht 144 aufgrund der senkrechten Durchströmung dieser Schicht und durch die geringe Schichtdicke (Weglänge) im Vergleich zum Widerstand in den Kanälen 140 um Größenordnungen kleiner ist. Das Design stellt also sicher, dass der resultierende Gesamt-Grenzstrom und der resultierende Gesamt-k-Wert nur begrenzt durch diese als Strömungsbarriere fungierende Diffusionsbarriereschicht 144 beeinflusst wird. Der k-Wert und der Grenzstrom der Kanäle 140 bestimmen den k-Wert bzw. den Grenzstrom des Sensorelements 110. Weiterhin kann die poröse Strömungsbarrierenschicht 144 einen dämpfenden Effekt aufweisen, der die DDA und die MWV nicht überdimensional ansteigen lässt. Diese feinporöse Strömungsbarriere in Form der Strömungsbarrierenschicht 144 sorgt im Austrittsbereich der Diffusionsbarriere 130 insgesamt auch dafür, dass auch der hintere Elektrodenhohlraum 132 und/oder dessen Elektrodenanbindungshohlraum 146 homogen belastet wird. Wird der als Strömungsbarriere wirkende zweite Diffusionsbarrierenbereich 142, beispielsweise die Strömungsbarrierenschicht 144, bezüglich des Diffusionswiderstandes so ausgelegt, dass bereits an der gesamten Grenzfläche zu dieser Strömungsbarrierenschicht 144 der Elektrodenhohlraum 132 und/oder der Elektrodenanbindungshohlraum 146 homogen durchströmt wird, so kann eine homogene Elektrodenbelastung der ersten Elektrode 112 bei minimierter Anbindungshohlraumhöhe realisiert werden. Die Reduzierung des Volumens des Elektrodenhohlraums 132 auf ein technisches Minimum ist jedoch eine Grundvoraussetzung für niedrige Werte der DDA bzw. der MWV. Das vorgeschlagene Design mit der speziellen Anordnung von Diffusionsbarrieren und Strömungsbarrieren bietet also erstmalig die Möglichkeit, kleine k-Werte, homogene Elektrodenbelastung bei minimierter Elektrodenhohlraumhöhe und eine moderate MWV/DDA ineinander zu vereinen. Wirkt die Strömungsbarrierenschicht 144 über die gesamte Anbindungsfläche vollständig homogenisierend, so kann die Elektrodenhohlraumhöhe gegebenenfalls auf Null reduziert werden. Wirkt die Strömungsbarrierenschicht 144 nur bedingt homogenisierend aufgrund zu hoher Porosität und/oder zu geringer Schichtdicke, so sollte über eine Vergrößerung der Elektrodenhohlraumhöhe eine Homogenisierung erreicht werden.The design can be designed so that the diffusion resistance of the porous diffusion barrier layer 144 due to the vertical flow through this layer and the small layer thickness (path length) compared to the resistance in the channels 140 order of magnitude smaller. The design thus ensures that the resulting total limiting current and the resulting total k value limited only by this acting as a flow barrier diffusion barrier layer 144 being affected. The k value and the limiting current of the channels 140 determine the k-value or the limiting current of the sensor element 110 , Furthermore, the porous flow barrier layer 144 have a dampening effect that does not cause the DDA and the MWV to increase oversized. This finely porous flow barrier in the form of the flow barrier layer 144 provides in the exit area of the diffusion barrier 130 Overall, also for the fact that also the rear electrode cavity 132 and / or its electrode connection cavity 146 is charged homogeneously. Will the acting as a flow barrier second diffusion barrier region 142 , For example, the flow barrier layer 144 with respect to the diffusion resistance designed so that already at the entire interface to this flow barrier layer 144 the electrode cavity 132 and / or the electrode connection cavity 146 flows through homogeneously, so can a homogeneous electrode load of the first electrode 112 be realized with minimized connection cavity height. The reduction of the volume of the electrode cavity 132 however, a technical minimum is a basic requirement for low DDA or MWV values. The proposed design with the special arrangement of diffusion barriers and flow barriers thus offers for the first time the possibility of combining small k values, homogeneous electrode load with minimized electrode cavity height and a moderate MWV / DDA. Acts the flow barrier layer 144 Completely homogenizing over the entire connection surface, the electrode cavity height can optionally be reduced to zero. Acts the flow barrier layer 144 homogenization only to a limited extent due to high porosity and / or too small layer thickness, so homogenization should be achieved by increasing the electrode cavity height.

Der Elektrodenhohlraum 146 kann beispielsweise eine Höhe zwischen 20 und 200 Mikrometern aufweisen.The electrode cavity 146 may for example have a height between 20 and 200 microns.

Die Strömungsbarrierenschicht 144 kann auch lediglich dem ersten Diffusionsbarrierenbereich 138, welcher als Diffusionsbarrierenschicht wirken kann, nachgelagert sein oder lediglich vorgelagert sein. Insbesondere kann dies im Zusammenhang mit der Ausgestaltung des ersten Diffusionsbarrierenbereichs 138 in Form der Kanäle 140 realisiert werden. Auf diese Weise kann die Strömungsbarrierenschicht beispielsweise als Homogenisierungsschicht wirken bzw. ausgestaltet sein. Die Homogenisierungsschicht sollte insbesondere in diesem Fall und zum Zweck der Homogenisierung eine geringere Porosität aufweisen als der erste Diffusionsbarrierenbereich 138, welcher vorzugsweise in Form der Kanäle 140 ausgestaltet ist.The flow barrier layer 144 may also only the first diffusion barrier region 138 , which may act as a diffusion barrier layer, be downstream or merely upstream. In particular, this may be in connection with the configuration of the first diffusion barrier region 138 in the form of the channels 140 will be realized. In this way, the flow barrier layer can, for example, act or be configured as a homogenization layer. In particular in this case and for the purpose of homogenization, the homogenization layer should have a lower porosity than the first diffusion barrier region 138 which is preferably in the form of the channels 140 is designed.

Je nach Schichtdicke und Porosität der Strömungsbarrierenschicht 144 kann dabei der Anteil des Diffusionswiderstandes dieser Schicht am Gesamtdiffusionswiderstand und somit am Grenzstrom, am k-Wert, an der DDA und der MWV und die Gasverteilung, wenn auch nicht unabhängig voneinander, so jedoch je Einsatzbedingungen gezielt für eine hohe Genauigkeit eingestellt werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei dem vorgeschlagenen Designkonzept zur gezielten Einstellung dieser statischen und/oder dynamischen Größen Layoutanpassungen nur in einem sehr begrenzten Umfang notwendig sind. Ist beispielsweise die MWV bei den kleinen einzustellenden k-Werten zu hoch, so kann bereits durch Anpassung der Schichtdicke der Strömungsbarrierenschicht 144 und/oder eine Verringerung der Porosität des Materials der Anteil des Diffusionswiderstands der porösen Strömungsbarrierenschicht 144 (Knudsendiffusion) am Gesamtdiffusionswiderstand erhöht werden, was mit einer Anhebung des k-Werts und einer Verringerung der MWV einhergeht. Je nach Anforderung und Einsatzbedingung kann so ein Optimum an Sondengenauigkeit erreicht werden. In Verbindung mit der Möglichkeit, über die Kanalgeometrie und/oder die Kanalfüllungen der Kanäle 140 zusätzlich Einfluss auf die Diffusionswiderstandsanteile und/oder die Diffusionseigenschaften und damit die dynamischen und/oder statischen Größen zu nehmen, erhöht sich die Möglichkeit der Optimierung.Depending on the layer thickness and porosity of the flow barrier layer 144 In this case, the proportion of the diffusion resistance of this layer to the total diffusion resistance and thus to the limiting current, the k value, the DDA and the MWV and the gas distribution, although not independently of one another, can thus be adjusted specifically for a high accuracy depending on the conditions of use. Another advantage is that in the proposed design concept for the targeted adjustment of these static and / or dynamic sizes layout adjustments are necessary only to a very limited extent. If, for example, the MWV is too high for the small k values to be set, the flow barrier layer can already be adapted by adjusting the layer thickness 144 and / or a reduction in the porosity of the material, the proportion of the diffusion resistance of the porous Strömungsbarrierenschicht 144 (Knudsendiffusion) are increased in the total diffusion resistance, which is accompanied by an increase in the k value and a reduction in MWV. Depending on the requirements and conditions of use, an optimum of probe accuracy can be achieved. In conjunction with the possibility of using the channel geometry and / or channel fills of the channels 140 additional influence on the diffusion resistance components and / or the diffusion properties and thus to take the dynamic and / or static variables, increases the possibility of optimization.

Mit dem Design der unabhängig voneinander variierbaren Diffusionsbarrierenbereiche 138, 142, welche als Diffusionswiderstand bzw. als Strömungswiderstand wirken, können demzufolge in einem weiten Bereich dynamische und/oder statische Größen relativ einfach und breit variiert werden, insbesondere bei Hochtemperaturgrenzstromsonden, indem beispielsweise die Kanalstrukturierung (z. B. über reproduzierbare Engstellen), die Kanalgeometrie (beispielsweise über den Eintrittsquerschnitt und/oder die Länge), die Kanalfüllung (offen, porös, offen und porös) einerseits und das Material (Porosität) und Geometrie (Dicke, Eintrittsfläche) der Strömungsbarrierenschicht 144 andererseits entsprechend ausgelegt werden können.With the design of independently variable diffusion barriers 138 . 142 which act as a diffusion resistance or as a flow resistance, can therefore be varied relatively easily and widely over a wide range, especially in the case of high-temperature limit current probes, for example by channel structuring (eg via reproducible constrictions), the channel geometry ( for example via the inlet cross-section and / or the length), the channel filling (open, porous, open and porous) on the one hand and the material (porosity) and geometry (thickness, inlet surface) of the flow barrier layer 144 on the other hand can be interpreted accordingly.

Das vorgeschlagene Design des Sensorelements 110 zeichnet sich auch durch eine gegenüber herkömmlichen Sensorelementen erheblich verbesserte Versottungs- und Vergiftungsresistenz aus. So ist der Eingangsbereich der kombinierten Strömungs-/Diffusionsbarriere 130 so gestaltet, dass Partikel, je nach Größe und in Abhängigkeit von der Dicke und Porosität bzw. Zusammensetzung der Strömungsbarrierenschicht 144, welche als Strömungsbarriere wirkt, dort am Weitertransport behindert werden. Der Partikelstrom zur ersten Elektrode 112 hin wird durch die Filterwirkung der porösen Strömungsbarrierenschicht 144 zumindest weitgehend unterbunden, unter Beibehaltung des kleinen k-Wertes, da die durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich 142 gebildete Strömungsbarriere durch das vorgeschlagene Designkonzept sehr dünn gestaltet werden kann und somit der Beitrag dieses Knudsen-Diffusionswiderstandes zum Gesamtdiffusionswiderstand gering gehalten werden kann.The proposed design of the sensor element 110 is also distinguished by a significantly improved sooting and poisoning resistance compared to conventional sensor elements. So the entrance area is the combined flow / diffusion barrier 130 designed so that particles, depending on the size and depending on the thickness and porosity or composition of the flow barrier layer 144 , which acts as a flow barrier, there are impeded on further transport. The particle flow to the first electrode 112 down becomes due to the filtering action of the porous flow barrier layer 144 at least largely suppressed, while maintaining the small k value, since the through the second diffusion barrier region 142 formed flow barrier can be made very thin by the proposed design concept and thus the contribution of this Knudsen diffusion resistance to the total diffusion resistance can be kept low.

Um dabei ein Versotten des Eintrittsbereichs, der als Filter wirkt, zu minimieren, ermöglicht das vorgeschlagene Design, den Eingangsbereich der als Strömungsbarriere wirkenden Strömungsbarrierenschicht 144 um ein Vielfaches größer gegenüber herkömmlichen Sensorelementen 110 zu gestalten. Die Einstromdichte wird dadurch um einen Faktor von 3 bis 15 verringert, und die Versottungsanfälligkeit drastisch reduziert. Zusätzlich wird durch das Design ein Einstromdichtegradient (einstellbar über die Fläche, die Dicke und die Porosität) erzeugt. Dadurch wird der Einfluss einer Versottung, beispielsweise durch eine Verstopfung der Poren der Strömungsbarrierenschicht 144, des Diffusionsbarriereneingangsbereichs auf das Sondensignal minimiert, indem zuerst die Bereiche mit der größten Einstromdichte versotten und Bereiche mit einer anfänglich geringeren Einströmungsdichte dies über die Lebenszeit des Sensorelements 110 kompensieren können. Da diese parallelen Leitungspfade bei dem vorgeschlagenen Design den Diffusionsweg des Hauptdiffusionswiderstands der darunterliegenden Kanäle 140 nur unwesentlich verlängern, hat dies bis zu einem gewissen Versottungsgrad keinen oder lediglich einen unwesentlichen Einfluss auf die Kennlinie des Sensorelements 110. Trotz der kleinen k-Werte bietet das vorgeschlagene Design also die Möglichkeit, über eine große Eintrittsfläche, Einstromdichtegradienten und Variation der Dicke und/oder Porosität des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs 142 die Versottungsresistenz entscheidend zu verbessern.In order to minimize the risk of fouling of the inlet area, which acts as a filter, the proposed design allows the entrance area of the flow barrier layer acting as a flow barrier 144 many times larger compared to conventional sensor elements 110 to design. The inflow density is thereby reduced by a factor of 3 to 15, and the susceptibility to erosion drastically reduced. In addition, the design creates an inflow density gradient (adjustable over area, thickness and porosity). As a result, the influence of a sooting, for example by a clogging of the pores of the flow barrier layer 144 , minimizes the diffusion barrier input region to the probe signal by first doping the regions of greatest current density and regions of initially lower current density over the lifetime of the sensor element 110 can compensate. Since these parallel conductive paths in the proposed design, the diffusion path of the main diffusion resistance of the underlying channels 140 extend only insignificantly, this has up to a certain degree of sooting no or only an insignificant effect on the characteristic of the sensor element 110 , Thus, despite the small k-values, the proposed design offers the possibility of having a large entrance area, inflow density gradients, and varying the thickness and / or porosity of the second diffusion barrier area 142 to decisively improve sooting resistance.

Die verbesserte Vergiftungsresistenz, also die geringere Anfälligkeit der Elektrode 112 gegenüber einer Vergiftung, wird durch die homogene Stromdichteverteilung an der als Einbauelektrode fungierenden ersten Elektrode 112 gesichert. Im Gegensatz zu den bestehenden Konzepten mit einer lateralen Durchströmung von Diffusionswiderständen und/oder Elektrodenhohlräumen und damit verbunden inhomogenen Elektrodenbelastungen (Stromdichteverteilungen) kann bei dem vorgeschlagenen Designkonzept des Sensorelements 110 die Elektrode 112 mit ihrer Elektrodenoberfläche senkrecht zum Diffusionsweg 134 angeordnet werden, beispielsweise über den senkrecht zur Diffusionsrichtung angeordneten Elektrodenhohlraum 132. Da auch dieser Elektrodenhohlraum 132 homogen belastet werden kann, kann die als Strömungsbarriereschicht wirkende Strömungsbarrierenschicht 144 am Gasaustritt der Diffusionsbarriere 130 bewirken. Es wird darauf hingewiesen, dass diese als Strömungsbarriere wirkende Strömungsbarrierenschicht 144 an der zweiten Öffnung 150 hin zum Elektrodenhohlraum 132 identisch oder getrennt von der Strömungsbarrierenschicht 144 an der ersten Öffnung 144 hin zum Anbindungshohlraum 126 ausgestaltet werden kann. In dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um eine gemeinsame Strömungsbarrierenschicht 144. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Zur besseren Fertigbarkeit und/oder Prozesssicherheit ist die Verwendung einer einzigen Strömungsbarrierenschicht 144 bevorzugt. Die Dicke, die Porosität und die Austrittsfläche der als Strömungsbarriere wirkenden Strömungsbarrierenschicht 144 sollte für diese homogene Belastung jedoch an die Hohlraumhöhe, die Elektrodenfläche und den gesamten Diffusionswiderstand angepasst werden.The improved poisoning resistance, ie the lower susceptibility of the electrode 112 to poisoning, is due to the homogeneous current density distribution at the functioning as a mounting electrode first electrode 112 secured. In contrast to the existing concepts with a lateral flow of diffusion resistors and / or electrode cavities and associated inhomogeneous electrode loads (current density distributions) can in the proposed design concept of the sensor element 110 the electrode 112 with its electrode surface perpendicular to the diffusion path 134 are arranged, for example via the electrode cavity arranged perpendicular to the diffusion direction 132 , Because also this electrode cavity 132 can be loaded homogeneously, which acts as a flow barrier layer Strömungsbarrierenschicht 144 at the gas outlet of the diffusion barrier 130 cause. It should be noted that this flow barrier layer acting as a flow barrier 144 at the second opening 150 towards the electrode cavity 132 identical or separate from the flow barrier layer 144 at the first opening 144 towards the connection cavity 126 can be configured. In the in the 1 and 2 illustrated embodiment, it is a common Strömungsbarrierenschicht 144 , However, other embodiments are possible in principle. For better manufacturability and / or process reliability, the use of a single flow barrier layer 144 prefers. The thickness, the porosity and the exit area of the flow barrier layer acting as a flow barrier 144 However, for this homogeneous load, it should be adapted to the cavity height, the electrode area and the total diffusion resistance.

Für eine homogene Elektrodenbelastung und eine geringe MWV ist es optimal, wenn insbesondere im Bereich der zweiten Öffnung 150 bei dem Elektrodenanbindungshohlraum 146 eine Strömungsbarriere mit angepasster Dicke und/oder Porosität realisiert wird, deren Diffusionswiderstand höher ist als der derjenige der Kanäle 140 im Bereich der zweiten Öffnung 150. Dadurch wird über den gesamten Bereich der Anbindungsfläche des Elektrodenhohlraums 132 an den als Strömungsbarriere wirkenden zweiten Diffusionsbarrierenbereich 142 eine homogene Belastung gewährleistet, und der Elektrodenhohlraum 132 kann bezüglich der Höhe minimiert werden und somit auch die durch das Volumen des Elektrodenhohlraums 132 verursachte DDA und/oder MWV.For a homogeneous electrode load and a low MWV, it is optimal, especially if in the region of the second opening 150 at the electrode connection cavity 146 a flow barrier with adapted thickness and / or porosity is realized whose diffusion resistance is higher than that of the channels 140 in the area of the second opening 150 , This will over the entire area of the bonding surface of the electrode cavity 132 to the acting as a flow barrier second diffusion barrier region 142 ensures a homogeneous load, and the electrode cavity 132 can be minimized in height and thus by the volume of the electrode cavity 132 caused DDA and / or MWV.

Alternativ können Strömungsinhomogenitäten an der Anbindungsfläche des Elektrodenhohlraums 132 durch eine Vergrößerung der Hohlraumhöhe für eine homogene Elektrodenbelastung, d. h. homogenere Stromdichteverteilung, teilweise ausgeglichen werden, was jedoch in der Regel auf Kosten der dynamischen Sondeneigenschaften realisiert wird.Alternatively, flow inhomogeneities may occur at the bonding surface of the electrode cavity 132 by increasing the cavity height for a homogeneous electrode load, ie more homogeneous current density distribution, partially compensated, but this is usually realized at the expense of the dynamic probe properties.

Das vorgeschlagene Design bietet also die Möglichkeit, trotz einer minimalen Elektrodenhohlraumhöhe und dadurch bedingt geringer MWV, die Vergiftungsresistenz zu erhöhen, indem eine nachgelagerte, als Strömungswiderstand wirkende Diffusionsbarriereschicht 144 mit angepasstem Diffusionswiderstand als Abdeckschicht über dem als eigentliche Diffusionsbarriere wirkenden ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 mit kleinem k-Wert (Kanäle 140) eine homogene Elektrodenhohlraumbelastung und homogene Stromdichteverteilung der ersten Elektrode 112 gewährleistet wird.The proposed design thus offers the possibility of increasing the poisoning resistance despite a minimum electrode cavity height and thus a low MWV, by virtue of a downstream diffusion barrier layer acting as a flow resistance 144 with adapted diffusion resistance as a covering layer over the first diffusion barrier region acting as an actual diffusion barrier 138 with low k-value (channels 140 ) a homogeneous electrode cavity load and homogeneous current density distribution of the first electrode 112 is guaranteed.

Aus den obigen Ausführungen ist auch ersichtlich, dass die Anforderungen an den als Strömungsbarriere wirkenden ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 im Eingangsbereich der ersten Öffnung 148 und im Austrittsbereich der zweiten Öffnung 150 der Diffusionsbarriere 130 je nach geforderter Auslegung des Diffusionsbarrierendesigns zur Einstellung des Grenzstroms und/oder des k-Werts und zur Auslegung des Sensorelements, insbesondere der Pumpzelle, unterschiedlich sein können. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Anpassung an eine unterschiedliche Elektrodengeometrie, an unterschiedliche Stromdichten oder Ähnliches gewährleistet werden.From the above, it can also be seen that the requirements for as Flow barrier acting first diffusion barrier region 138 in the entrance area of the first opening 148 and in the exit area of the second opening 150 the diffusion barrier 130 depending on the required design of the diffusion barrier design for setting the limiting current and / or the k value and for the design of the sensor element, in particular the pumping cell, may be different. In this way, for example, an adaptation to a different electrode geometry, to different current densities or the like can be ensured.

Beispielsweise können die Anforderungen an den zweiten Diffusionsbarrierenbereich 142 im Bereich des Gaseintritts an der Öffnung 148 eine geringere Schichtdicke der Strömungsbarrierenschicht 144 erfordern, eine hohe Porosität, eine geringe Porengröße bei geringem Diffusionswiderstandsanteil dieses Teils des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs 142 am Gesamtdiffusionswiderstand der Diffusionsbarriere 130. Hierdurch kann eine Filterwirkung und die Erzeugung von Strömungsdichtegradienten im Eintrittsbereich die Versottungsresistenz bei kleinem k-Wert des Sensorelements garantieren.For example, the requirements for the second diffusion barrier region 142 in the area of the gas inlet at the opening 148 a smaller layer thickness of the flow barrier layer 144 require, a high porosity, a small pore size with low diffusion resistance of this part of the second diffusion barrier region 142 at the total diffusion resistance of the diffusion barrier 130 , As a result, a filter effect and the generation of flow density gradients in the entry region can guarantee the resistance to sooting at a low k value of the sensor element.

Die Ausgestaltung des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs 142, welcher dem ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 nachgelagert ist, also im Bereich der zweiten Öffnung 150, kann hingegen unterschiedlich erfolgen. So kann beispielsweise die Anpassung des Diffusionswiderstands des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs 142, welcher dem ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 nachgelagert ist, also beispielsweise im Bereich der zweiten Öffnung 150, im Austrittsbereich für eine homogene Durchströmung des Elektrodenanbindungshohlraums 146 und somit für eine homogene Elektrodenbelastung zur Gewährleistung der Vergiftungsstabilität einen höheren Diffusionswiderstand erfordern als im Eingangsbereich an der ersten Öffnung 148, also dem ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 vorgelagert.The embodiment of the second diffusion barrier region 142 which is the first diffusion barrier region 138 downstream, ie in the area of the second opening 150 , however, can be different. For example, the adaptation of the diffusion resistance of the second diffusion barrier region 142 which is the first diffusion barrier region 138 is downstream, so for example in the region of the second opening 150 , in the exit region for a homogeneous flow through the electrode connection cavity 146 and thus require a higher diffusion resistance for homogeneous electrode loading to ensure poisoning stability than in the entrance area at the first opening 148 , ie the first diffusion barrier region 138 upstream.

Auch diese Überlegung kann bei dem erfindungsgemäßen Sensorelement 110 berücksichtigt werden. Das Design bietet die Möglichkeit einer Anpassung insofern, dass beim Herstellen der Strömungsbarrierenschicht 144, beispielsweise beim Siebdruck, diese Strömungsbarrierenschicht 144 beispielsweise vorgelagert und nachgelagert dem ersten Diffusionsbarrierenbereich 138 unterschiedliche Eigenschaften aufweisen kann. So können beispielsweise vorgelagert und nachgelagert Materialien mit unterschiedlicher Porosität gedruckt werden, oder es kann die Anzahl der Druckschritte vorgelagert und nachgelagert unterschiedlich gestaltet werden und somit über die Höhe der vorgelagerten bzw. nachgelagerten Strömungsbarrierenschicht 144 unterschiedliche Diffusionseigenschaften für den Eingangs- und Ausgangsbereich eingestellt werden.This consideration may also be in the sensor element according to the invention 110 be taken into account. The design offers the possibility of adaptation in that in making the flow barrier layer 144 For example, in screen printing, this flow barrier layer 144 for example, upstream and downstream of the first diffusion barrier region 138 can have different properties. For example, materials with different porosity can be printed upstream and downstream, or the number of printing steps upstream and downstream can be designed differently and thus via the height of the upstream or downstream flow barrier layer 144 different diffusion properties for the input and output range are set.

Alternativ können, je nach Auslegung des Diffusionswiderstands der Kanäle 140 und der als Strömungsbarriere wirkenden Strömungsbarrierenschicht 144, die Größe der Öffnungen 148, 150 in der Abdeckschicht 136 für die Hohlraumanbindungen im Eingangsbereich und Ausgangsbereich der als Strömungsbarriere wirkenden Strömungsbarrierenschicht 144 angepasst werden und dadurch die Diffusionswiderstände unterschiedlich gestaltet werden. Um bei einem generell hohen Diffusionswiderstand des als Strömungsbarriere wirkenden zweiten Diffusionsbarrierenbereichs 142, insbesondere der Strömungsbarrierenschicht 144, zur Gewährleistung einer homogenen Elektrodenhohlraumhöhe auch Strömungsdichtegradienten im Eingangsbereich zu erzeugen, ist die Öffnung 148 im Eingangsbereich vorzugsweise entsprechend groß zu wählen, um den Diffusionswiderstand an dieser Stelle zu verringern.Alternatively, depending on the design of the diffusion resistance of the channels 140 and the flow barrier layer acting as a flow barrier 144 , the size of the openings 148 . 150 in the cover layer 136 for the cavity connections in the entrance area and outlet area of the flow barrier layer acting as a flow barrier 144 be adapted and thereby the diffusion resistances are designed differently. In order for a generally high diffusion resistance of acting as a flow barrier second diffusion barrier region 142 , in particular the flow barrier layer 144 To also create flow density gradients in the entrance area to ensure a homogeneous electrode cavity height, is the opening 148 in the entrance area preferably to be chosen correspondingly large in order to reduce the diffusion resistance at this point.

In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht zunächst in weiten Teilen im Ausführungsbeispiel in den 1 und 2, so dass weit gehend auf die obige Beschreibung dieser Figuren verwiesen werden kann.In 3 is a second embodiment of a sensor element according to the invention 110 shown. This embodiment corresponds initially in many parts in the embodiment in the 1 and 2 , so that reference can be made largely to the above description of these figures.

Im Unterschied zum obigen Ausführungsbeispiel zeigt 3, dass grundsätzlich die erste Elektrode 112 und die zweite Elektrode 114 auch in unterschiedlichen Schichtebenen des Schichtaufbaus angeordnet sein können. So ist in dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die zweite Elektrode 114, welche beispielsweise zweiteilig ausgestaltet sein kann, in einer höheren Schichtebene und auf gegenüberliegenden Seiten eines Festelektrolyten 116 oder mehrerer Festelektrolytschichten angeordnet.In contrast to the above embodiment shows 3 in that basically the first electrode 112 and the second electrode 114 can also be arranged in different layer planes of the layer structure. Thus, in the embodiment according to 3 the second electrode 114 , which may for example be designed in two parts, in a higher layer plane and on opposite sides of a solid electrolyte 116 or more solid electrolyte layers.

Weiterhin ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 ein Gaszutritt 152 auf einer Stirnseite 154 des Sensorelements 110 angeordnet. Auch dies ist nicht zwingend erforderlich. So zeigt das Ausführungsbeispiel in 3, dass der Gaszutritt 152 auch auf einer Oberseite 156 des Schichtaufbaus des Sensorelements 110 vorgesehen sein kann und mit der Diffusionsbarriere 130 oder dem optionalen Anbindungshohlraum 126 beispielsweise durch ein Gaszutrittsloch 158, welches den Schichtaufbau durchdringt und beispielsweise als Bohrung ausgestaltet sein kann, verbunden sein kann.Furthermore, in the embodiment according to the 1 and 2 a gas access 152 on a front side 154 of the sensor element 110 arranged. Again, this is not mandatory. Thus, the embodiment in 3 that the gas access 152 also on a top 156 the layer structure of the sensor element 110 can be provided and with the diffusion barrier 130 or the optional connection cavity 126 for example, through a gas access hole 158 , which penetrates the layer structure and, for example, can be configured as a bore, can be connected.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2008/080698 [0002, 0003] WO 2008/080698 [0002, 0003]
  • DE 102006062060 A1 [0030, 0031] DE 102006062060 A1 [0030, 0031]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154–159 [0001] Robert Bosch GmbH: Sensors in the motor vehicle, edition 2007, pages 154-159 [0001]

Claims (16)

Sensorelement (110) zur Bestimmung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (122), insbesondere zur Bestimmung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgasraum (122), umfassend mindestens eine erste Elektrode (112), weiterhin umfassend mindestens eine zweite Elektrode (114) und mindestens einen die erste Elektrode (112) und die zweite Elektrode (114) verbindenden Festelektrolyten (116), wobei die erste Elektrode (112) über einen Gaszutrittsweg (124) mit Gas aus dem Messgasraum (122) beaufschlagbar ist, wobei der Gaszutrittsweg (124) mindestens eine Diffusionsbarriere (130) aufweist, wobei die Diffusionsbarriere (130) mindestens einen ersten Diffusionsbarrierenbereich (138) und mindestens einen zweiten Diffusionsbarrierenbereich (142) aufweist, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) feinporiger ausgestaltet ist als der erste Diffusionsbarrierenbereich (138).Sensor element ( 110 ) for determining at least one property of a gas in a sample gas space ( 122 ), in particular for determining a portion of a gas component in the sample gas space ( 122 ) comprising at least one first electrode ( 112 ), further comprising at least one second electrode ( 114 ) and at least one the first electrode ( 112 ) and the second electrode ( 114 ) connecting solid electrolyte ( 116 ), the first electrode ( 112 ) via a gas access path ( 124 ) with gas from the sample gas space ( 122 ) is acted upon, wherein the Gaszutrittsweg ( 124 ) at least one diffusion barrier ( 130 ), wherein the diffusion barrier ( 130 ) at least one first diffusion barrier region ( 138 ) and at least one second diffusion barrier region ( 142 ), wherein the second diffusion barrier region ( 142 ) is designed to be finer pored than the first diffusion barrier region ( 138 ). Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) dem ersten Diffusionsbarrierenbereich (138) vorgelagert und/oder nachgelagert ist.Sensor element ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the second diffusion barrier region ( 142 ) the first diffusion barrier region ( 138 ) is upstream and / or downstream. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Gas aus dem Messgasraum (122) zunächst durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich (142) hindurchtritt, dann durch den ersten Diffusionsbarrierenbereich (138) und anschließend erneut durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich.Sensor element ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein gas from the sample gas space ( 122 ) first through the second diffusion barrier region ( 142 ), then through the first diffusion barrier region (FIG. 138 ) and then again through the second diffusion barrier region. Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gas durch den zweiten Diffusionsbarrierenbereich (142) senkrecht zu einer Schichtstruktur hindurchtritt und durch den ersten Diffusionsbarrierenbereich (138) lateral zur Schichtstruktur hindurchtritt.Sensor element ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the gas through the second diffusion barrier region ( 142 ) passes perpendicular to a layer structure and through the first diffusion barrier region ( 138 ) passes laterally to the layer structure. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Diffusionsbarrierenbereich (138) zu einem überwiegenden Anteil zu einem Diffusionswiderstand der Diffusionsbarriere (130) beiträgt, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) als Strömungsbarriere und/oder Homogenisator am Anfang und/oder Ende der Diffusionsbarriere (130) wirkt.Sensor element ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the first diffusion barrier region ( 138 ) to a predominant proportion to a diffusion resistance of the diffusion barrier ( 130 ), wherein the second diffusion barrier region ( 142 ) as a flow barrier and / or homogenizer at the beginning and / or end of the diffusion barrier ( 130 ) acts. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) ein poröses Material mit mindestens einer der folgenden Eigenschaften aufweist: eine Porengröße zwischen 0,03 μm und 3 μm; eine Porosität zwischen 5% und 60%, insbesondere eine Porosität kleiner als 40%.Sensor element ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the second diffusion barrier region ( 142 ) has a porous material having at least one of the following properties: a pore size of between 0.03 μm and 3 μm; a porosity between 5% and 60%, in particular a porosity less than 40%. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) eine Dicke zwischen 10 μm und 200 μm, insbesondere eine Dicke zwischen 20 μm und 100 μm, aufweist.Sensor element ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the second diffusion barrier region ( 142 ) has a thickness between 10 .mu.m and 200 .mu.m, in particular a thickness between 20 .mu.m and 100 .mu.m. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Diffusionsbarrierenbereich (138) eine Mehrzahl von sich längs des Gaszutrittswegs (124) erstreckenden Kanälen (140) umfasst.Sensor element ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the first diffusion barrier region ( 138 ) a plurality of along the Gaszutrittswegs ( 124 ) extending channels ( 140 ). Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Gas aus dem Messgasraum (122) auf dem Weg zur ersten Elektrode (112) im Wesentlichen senkrecht zu den Kanälen (140) in die Kanäle (140) eintritt.Sensor element ( 110 ) according to the preceding claim, wherein gas from the sample gas space ( 122 ) on the way to the first electrode ( 112 ) substantially perpendicular to the channels ( 140 ) into the channels ( 140 ) entry. Sensorelement (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) zumindest teilweise als Strömungsbarrierenschicht (144) ausgebildet ist und/oder mindestens eine Strömungsbarrierenschicht (144) umfasst, wobei die Strömungsbarrierenschicht (144) eine laterale Erstreckung aufweist, welche im Wesentlichen parallel zu einer Längserstreckung der Kanäle (140) ist.Sensor element ( 110 ) according to one of the two preceding claims, wherein the second diffusion barrier region ( 142 ) at least partially as a flow barrier layer ( 144 ) and / or at least one flow barrier layer ( 144 ), wherein the flow barrier layer ( 144 ) has a lateral extent which is substantially parallel to a longitudinal extent of the channels ( 140 ). Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Strömungsbarrierenschicht (144) die Kanäle (140) zumindest teilweise bedeckt.Sensor element ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the flow barrier layer ( 144 ) the channels ( 140 ) at least partially covered. Sensorelement (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gaszutrittsweg (124) derart eingerichtet ist, dass Gas aus dem Messgasraum (122) auf dem Weg zur ersten Elektrode (112) die Strömungsbarrierenschicht (144) zunächst mindestens einmal durchtritt, dann die Kanäle (140) durchtritt und anschließend die Strömungsbarrierenschicht (144) mindestens ein weiteres Mal durchtritt.Sensor element ( 110 ) according to one of the two preceding claims, wherein the gas access path ( 124 ) is set up such that gas from the sample gas space ( 122 ) on the way to the first electrode ( 112 ) the flow barrier layer ( 144 ) first passes at least once, then the channels ( 140 ) and then the flow barrier layer ( 144 ) passes at least once more. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (110) einen Schichtaufbau aufweist, wobei der erste Diffusionsbarrierenbereich (138) und der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142) in unterschiedlichen, vorzugsweise aneinander angrenzenden Schichtebenen angeordnet sind.Sensor element ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 110 ) has a layer structure, wherein the first diffusion barrier region ( 138 ) and the second diffusion barrier region ( 142 ) are arranged in different, preferably adjacent layer planes. Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Gaszutrittsweg (124) weiterhin einen in einer weiteren Schichtebene angeordneten Elektrodenhohlraum (132) der ersten Elektrode (112) umfasst, wobei der Elektrodenhohlraum (132) der Diffusionsbarriere (130) nachgelagert ist.Sensor element ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the gas access path ( 124 ) further arranged in a further layer plane electrode cavity ( 132 ) of the first electrode ( 112 ), wherein the electrode cavity ( 132 ) the diffusion barrier ( 130 ) is downstream. Sensorelement (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gaszutrittsweg (124) weiterhin einen in einer weiteren Schichtebene angeordneten Anbindungshohlraum (126) aufweist, wobei der Anbindungshohlraum (126) der Diffusionsbarriere (130) vorgelagert ist.Sensor element ( 110 ) according to one of the two preceding claims, wherein the gas access path ( 124 ) continue one in another Layer plane arranged connection cavity ( 126 ), wherein the connection cavity ( 126 ) the diffusion barrier ( 130 ) is upstream. Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der zweite Diffusionsbarrierenbereich (142), insbesondere ein dem ersten Diffusionsbarrierenbereich (138) nachgelagerter Teil des zweiten Diffusionsbarrierenbereichs (142), einen größeren Diffusionswiderstand aufweist als ein Gasdiffusionswiderstand des Anbindungshohlraums (126).Sensor element ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the second diffusion barrier region ( 142 ), in particular a first diffusion barrier region ( 138 ) downstream part of the second diffusion barrier region ( 142 ) has a larger diffusion resistance than a gas diffusion resistance of the bonding cavity ( 126 ).
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102954993B (en) * 2011-08-29 2015-07-22 比亚迪股份有限公司 Oxygen sensor and preparation method thereof
CN108414602B (en) * 2018-04-24 2023-10-24 武汉泽科宁电子科技有限公司 Wide-area linear oxygen sensor and manufacturing method thereof
CN111366682B (en) * 2020-03-10 2022-07-26 广东小天才科技有限公司 Calibration method and device of gas sensor, electronic equipment and storage medium
CN116242897A (en) * 2022-12-29 2023-06-09 中国有研科技集团有限公司 A control method of air inlet conductance of NOx sensor ceramic chip

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10013882A1 (en) * 2000-03-21 2001-10-04 Bosch Gmbh Robert Sensor element with pre-catalysis
DE10106171A1 (en) * 2001-02-10 2002-11-21 Bosch Gmbh Robert gas sensor
DE102004049874A1 (en) * 2004-10-13 2006-04-20 Robert Bosch Gmbh Gas sensor
DE102006062060A1 (en) 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Sensor e.g. lambda sensor, unit for determining oxygen concentration of exhaust gas of e.g. diesel engine vehicle, has electrodes arranged within unit, where one electrode is connected with reference gas chamber over exhaust channel
WO2008080698A1 (en) 2006-12-29 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Sensor element with suppressed rich gas reaction

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3728289C1 (en) * 1987-08-25 1988-08-04 Bosch Gmbh Robert Limit current probe working according to the polarographic measuring principle
DE10122271B4 (en) * 2001-05-08 2006-06-29 Robert Bosch Gmbh sensor elements
DE10232355B4 (en) * 2002-07-17 2005-12-15 Robert Bosch Gmbh Electrochemical sensor for measuring the concentration of nitrogen oxides
DE10259526A1 (en) * 2002-12-19 2004-07-15 Robert Bosch Gmbh sensor element
JP4739716B2 (en) * 2003-09-29 2011-08-03 ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング Sensor element
DE102004023004A1 (en) * 2004-05-10 2005-12-08 Robert Bosch Gmbh sensor element
US20070000779A1 (en) * 2004-09-29 2007-01-04 Berndt Cramer Sensor element
DE102007062800A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Robert Bosch Gmbh Method for determining a gas composition in a sample gas space
DE102007062733A1 (en) * 2007-12-27 2009-07-02 Robert Bosch Gmbh Sensor element with improved poisoning resistance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10013882A1 (en) * 2000-03-21 2001-10-04 Bosch Gmbh Robert Sensor element with pre-catalysis
DE10106171A1 (en) * 2001-02-10 2002-11-21 Bosch Gmbh Robert gas sensor
DE102004049874A1 (en) * 2004-10-13 2006-04-20 Robert Bosch Gmbh Gas sensor
DE102006062060A1 (en) 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Sensor e.g. lambda sensor, unit for determining oxygen concentration of exhaust gas of e.g. diesel engine vehicle, has electrodes arranged within unit, where one electrode is connected with reference gas chamber over exhaust channel
WO2008080698A1 (en) 2006-12-29 2008-07-10 Robert Bosch Gmbh Sensor element with suppressed rich gas reaction

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 154-159

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