[发明专利]用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性的传感器元件

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器元件，其用于检测在测量气体空间中的测量气 体的至少一种特性，特别是用于检测在测量气体中的气体成分的含量或者 测量气体的温度。

背景技术

由现有技术公知了多种用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一 种特性的传感器元件和方法。在此，所述特性原则上可以是测量气体的任 意的物理和/或化学特性，其中，可以检测一种或多种特性。本发明在下文 中特别是参考对测量气体的气体成分的含量的定性检测和/或定量检测来说 明，特别是参考测量气体中的氧气含量来说明。氧气含量能例如以分压力 的形式和/或以百分含量的形式被检测。然而，替换地或附加地也可以检测 测量气体的其他特性，例如其他的废气成分、特别是水、氮氧化物、碳氢 化合物等等，或者检测温度。

所述的传感器元件例如可以构造为所谓的氧传感器(Lambdasonden)， 例如由KonradReif(出版):机动车中的传感器，2010年第一版，第160-165 页公知了该氧传感器。利用宽带氧传感器、特别是平面式宽带氧传感器例 如可以在大的范围内确定废气中的氧气浓度并且由此推断燃烧室中的空气 燃料比。空气系数λ描述了所述空气燃料比。

所述的传感器元件通常具有加热元件。加热元件可以集成在传感器元 件中。传感器元件借助于加热元件在发动机启动后的几秒内被加热到大约 700℃至800℃。直至达到运行温度、即所谓的“Lightoff(快速起燃)”的 时间主要取决于在加热元件中转换的加热功率。此外，热能被越局部地导 入能斯脱电池附近，LightOff(快速起燃)越被减慢，因为温度确定在此通 过内电阻测量进行。

尽管由现有技术公知的传感器元件具有大量优点，然而所述传感器元 件仍具有改善的潜力。因此，可在加热元件中被引入的最大加热功率还由 下述两个因素限制：发动机控制单元中的输出级的最大电流强度以及在加 热元件的加热区域中不损坏材料情况下的最大允许温度。由输出级的最大 允许电流强度推导出大约2.5Ω的最小加热电阻。对迅速的LightOff(快速 起燃)的期望取决于，加热回路构造为尽可能短的，并且能斯脱电池被尽 可能局部地加热。在使用批量生产的公知的含铂的膏的情况下，由上述两 个要求、即电阻＜2.5Ω和尽可能短的长度的关系得出加热回路非常小的横 截面。这限制了加热回路的热传递面积。在此可能导致局部过热并且可能 超过加热元件的铂中的最大允许温度。加热器可能局部烧毁，导体电路断 开并且由此失去导电的功能。

发明内容

因此，提出一种用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性 的传感器元件，所述传感器元件至少在很大程度上避免了公知的传感器元 件的缺点，其中，特别是在加热元件的加热区域的给定的总电阻或给定的 长度的情况下明显地增大了热传递面积。

根据本发明的传感器元件用于检测在测量气体空间中的测量气体的 至少一种特性，特别是用于检测在测量气体中的气体成分的含量或者测量 气体的温度，所述传感器元件包括至少一个固体电解质层、至少一个功能 元件和用于产生热的加热元件。加热元件至少部分地由至少包括氧化铝 (Al₂O₃)的材料制成。氧化铝的含量为1.5重量-％至8.5重量-％、优选2.0 重量-％至8.0重量-％并且更优选3.0重量-％至6.0重量-％、例如5重量-％。

加热元件可以具有0.21Ω*mm²/m至0.70Ω*mm²/m、优选 0.24Ω*mm²/m至0.50Ω*mm²/m并且更优选0.30Ω*mm²/m至 0.40Ω*mm²/m的电阻率，例如0.34Ω*mm²/m至0.38Ω*mm²/m、特别是 0.36Ω*mm²/m。

电阻值和电阻率在本申请文件的范围内若无其他注明与20℃的温度 有关。