用于测量不同气体的气体传感器和附属的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于测量气体、尤其是氧气和至少另一气体、优选地至少其他气体形式的能氧化的废气成分的浓度的气体传感器，具有至少一种固体电解质、尤其是由至少Zr02组成的、优选地由至少90重量百分比的ZrO 2和剩余物组成的固体电解质，所述剩余物至少由来自包括氧化钇和/或氧化铪的组中的另一元素组成，此外具有至少三个电极，优选地具有两个由至少掺杂的铂或者由至少纯铂构成的电极以及一个由金合金构成的电极，其中两个电极、优选地由掺杂的铂或者由纯铂构成的一个电极和由金合金构成的一个电极被布置在固体电解质的上侧上，并且一个电极、优选地由掺杂的铂或者由纯铂构成的另一电极被布置在固体电解质的与上侧相对的下侧上，并且此外具有至少一个封闭的室，其中固体电解质的下侧构成室的一部分。
[0002]此外本发明涉及用于制造气体传感器的设备、用于制造气体传感器的方法、用于测量气体的浓度的方法、气体传感器设备和气体传感器的应用。
【背景技术】
[0003]由DE 196 51 328 B4已知，氧气栗基于两个电极之间的二氧化锆(Zr02)的电化学反应。在氧气栗中，氧气通过在阴极处氧气到氧离子的还原、紧接着在二氧化锆中氧离子的离子迀移以及最终在阳极处氧离子到氧气的氧化而从二氧化锆壁的一侧被运送或者栗送到另一侧。基于所述效果，在氧气栗的两侧可实现不同的分压。
[0004]由DE 10 2007 048 049 A1已知气体传感器，所述气体传感器能够实现废气组分的测量。所述气体传感器具有带有电绝缘的表面的衬底，例如由A1203构成的主体。在该文献中，所述主体涂有加热电阻，在所述加热电阻上，由离子导体(按照DE 10 2007 048 049A1由二氧化锆构成的离子导体)构成的罩以及衬底表面产生空腔。在离子导体之上和之下布置金属导电的电极，所述电极中的两个被实施为铀电极。此外，所述气体传感器在离子导体上具有另一电极，所述另一电极被构造为混合电位电极，并且具有贵金属合金，所述贵金属合金由金和铂组成。所述电极在此是多孔的，使得所述电极是氧气可穿透的。优选地所述电极通过丝网印刷涂敷。
[0005]DE 197 57 112 A1公开用于测量气体混合物中的氧气和/或空气/燃料比例数λ (Lambda)和至少一种其他气态组分、诸如碳氢化合物或者氧化氮的气体传感器，具有代表恒定的氧气分压的参考电极、氧离子传导的固态电解质和至少两个测量电极，其中测量电极和参考电极直接地被布置在固态电解质上，并且具有用于连接和用于针对电测量信号进行量取的电线路。按照DE 197 57 112 A1，固态电解质以任意几何形状利用朝向测量气体的侧和与测量气体分离的参考气体侧构造，其中具有在参考气体侧上的参考电极和在测量气体侧上的至少两个测量电极的电极的装置同时提供至少两个基于相同或者不同的测量原理的测量信号，所述测量信号以不同的气态的组分为基础。所述传感器例如被使用用于机动车辆的发动机控制。
[0006]在当今已知的现有技术中不利的是，在探测气体浓度、例如废气中的气体浓度时，精确的并且快速的测量是困难、费时和非常昂贵的。
【发明内容】
[0007]因此，本发明的任务在于，创造精确地、简单和快速地测量不同的气体和/或混淆的气体组成的浓度的可能性。
[0008]所述任务通过以下方式被解决，即掺杂的铂具有至少50重量百分比的铂和来自固体电解质的组的至少一种其他元素的剩余物(Rest)，尤其所述掺杂的铂具有0.5重量百分比至15重量百分比的Zr02和剩余物铂，或者纯铂具有100重量百分比的铂，并且金合金具有至少50重量百分比的金和最大50重量百分比的铂，尤其所述金合金具有大约85重量百分比的金和大约15重量百分比的铂，或者所述金合金具有以80%的金比15%的铂为比例的金与铂，优选地所述金合金至少具有以85%的金比15%的铂为比例的金与铂并且附加地具有至少0.5重量百分比至15重量百分比的固体电解质、尤其Zr02。
[0009]此外，所述任务通过相应的权利要求1至12的特征部分解决。
[0010]从属权利要求包含按照本发明的优选的实施。
[0011]有利的是，借助于按照本发明的分量、即借助于掺杂的铂或者纯铂和金合金，气体浓度的快速、简单和精确的测量是可能的。
[0012]可以与季节和因此与外界温度和气体-废气组成无关地测量例如加热设备在其排气管中的废气中的还原气体、例如一氧化碳。由此例如不同的气体-废气组成能够通过借助于按照本发明的气体传感器和因此还借助于按照本发明的气体传感器设备的测量来测量，所述气体-废气组成例如在斯堪的纳维亚气体和俄罗斯气体情况下存在。
[0013]优选地被布置在固体电解质之下的、由掺杂的铂或者纯铂构成的电极用作参考电极，其中作为氧离子导体的固体电解质穿过作为固体电解质的其自身来运送氧离子，其中所述参考电极按照本发明被布置在气体传感器中的封闭的室中。
[0014]所述封闭的室按照本发明通过以下方式被构成，即与由掺杂的铂或者纯铂构成的、被布置在固体电解质之下的电极相对地来布置相对的并且具有间距的电绝缘层、例如由Zr02或者A1 203构成的主体或者薄板。所述电绝缘层也还可以在室区域中附加地具有玻璃钝化部。
[0015]室的密封基于在相应的侧或者侧壁处的间距例如借助于玻璃密封装置和/或铂膏实现，所述玻璃密封装置和/或铂膏分别布置在侧或者侧壁处。特别优选地，所述室在室的相应的侧或者侧壁处不仅具有玻璃密封装置而且附加地具有铂膏。也以名称空腔已知的封闭的室例如由DE 10 2007 048 049 A1已知。
[0016]在优选的扩展方案中，由金合金构成的电极具有0.1 μπι到50μπκ优选地大约5 μπι的层厚。
[0017]在另一有利的扩展方案中，在固体电解质的上侧上的电极之间的间距为在100 μπι和500 μ m之间，优选地大约300 μ m0
[0018]在另一有利的扩展方案中，电极能借助于丝网印刷或者借助于分配被施加在固体电解质上。
[0019]在另一有利的扩展方案中，借助于气体传感器能测量能氧化的废气分量、如氢化合物、氮化合物、尤其是氧化氮、氨化合物、碳化合物、尤其是一氧化碳和/或碳氢化合物等。
[0020]按照上述实施，一方面，在浓度方面能够测定氧气，其中所述浓度借助于由纯铂或者掺杂的铂构成的两个电极和固体电解质的形式的氧气栗被测定。而借助于混合电位电极和布置在固体电解质之上的、也即布置在所述固体电解质的上侧上的、由纯铂或者掺杂的铂构成的电极能测量能氧化的化合物。
[0021]因此可以利用按照本发明的气体传感器测量一种能氧化的气体的单一化合物，或者利用按照本发明的气体传感器测量气流中的多种能氧化的气体的多种化合物。
[0022]用于测量气体的浓度的混合电位电极在气体传感器中由具有金合金的电极构成，其中所述气体不是纯氧。
[0023]在另一有利的扩展方案中，所述气体传感器具有至少一个加热导体。借助于所述加热导体能够如此调节气体传感器的运行温度，使得尤其在较低温度下能够精确、快速、简单地测量。也即所述加热导体加热气体传感器，由此能够通过固体电解质实现氧运送。
[0024]在另一有利的扩展方案中，至少一个按照权利要求1至6之一所述的气体传感器被布置在陶瓷的衬底上，所述衬底优选地为Zr02或者A1 203的。所述陶瓷的衬底具有绝缘功能。
[0025]能够将气体传感器称为废气敏感芯片，其中所述芯片于是优选地具有至少以下组件:固体电解质、优选地由Zr02构成的固体电解质，和至少三个电极，优选地具有两个由至少由掺杂的铂或者纯铂构成的电极和一个由金合金构成的电极。
[0026]在按照本发明的用于制造气体传感器的设备中，所述设备优选地具有用于制造按照权利要求1至7之一所述的气体传感器的合适的装置。
[0027]在按照本发明的用于制造气体传感器的方法中，按照权利要求1至7之一所述的气体传感器优选地借助于按照权利要求8所述的用于制造气体传感器的设备制造。
[0028]在按照本发明的用于测量气体、尤其氧气和至少一种其他气体、优选地其他气体形式的至少一种能氧化的废气成分的浓度的方法中，按照权利要求1至7之一所述的气体传感器优选地被使用用于测量。
[0029]此外，本发明涉及用于测量气体、尤其氧气和至少另一气体、优选地至少其他气体形式的能氧化的废气成