DE102019001574A1

DE102019001574A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE102019001574A1
Application number: DE102019001574.6A
Authority: DE
Inventors: Taku Okamoto
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-03-12
Filing date: 2019-03-05
Publication date: 2019-09-12
Also published as: CN110261463B; CN110261463A; US10859528B2; JP6998801B2; JP2019158494A; US20190277797A1

Abstract

Ein Gassensor mit gemischtem Potenzialtyp beinhaltet: eine erste Messelektrode, die eine Pt-Au-Legierung enthält, und eine zweite Messelektrode, die Pt enthält, wobei die beiden Messelektroden auf der Oberfläche eines Sensorelements aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten vorgesehen sind; eine Referenzelektrode, die innerhalb des Sensorelements vorgesehen ist, um mit Luft in Kontakt zu kommen; eine erste Schutzschichtgruppe, die die erste Messelektrode abdeckt, eine zweite Schutzschichtgruppe, die die zweite Messelektrode abdeckt, und ein Konzentrationsidentifikationselement, das konfiguriert ist, um die Konzentration einer Messzielgaskomponente basierend auf Potenzialdifferenzen zwischen der ersten Messelektrode und der zweiten Messelektrode und der Referenzelektrode zu identifizieren. Die Ansprechzeiten der ersten und zweiten Messelektroden sind beide gleich oder kürzer als 10 Sekunden und die Ansprechzeitdifferenz dazwischen ist 2 Sekunden oder kürzer.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor mit gemischtem Potenzial und betrifft insbesondere dessen Empfindlichkeit.
Technischer Hintergrund
Ein Gassensor mit gemischtem Potenzial, der zum Erfassen von Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, Ammoniak oder dergleichen konfiguriert ist, ist bereits bekannt (siehe z.B. Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2016-033510 und Japanische Patentanmeldung Offenlegung Nr. 2017-116371 ).
Der Gassensor mit gemischtem Potenzial bestimmt die Konzentration einer Messzielgaskomponente unter Ausnutzung der Tatsache, dass eine Potenzialdifferenz (Sensorausgabe), die zwischen einer Messelektrode, die in Kontakt mit Messungsgas vorgesehen ist, und variabel im Potenzial entsprechend der Konzentration eines in dem Messungsgas vorhandenen Messzielgases und einer Referenzelektrode, die ein im Wesentlichen konstantes Potenzial aufweist, erzeugt wird, eine Korrelation mit der Konzentration des Messzielgases in dem Messungsgas aufweist.
In einem Fall, in dem der vorstehend beschriebene Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, Ammoniak oder dergleichen erfasst werden soll, wenn neben dem Messzielgas im Messungsgas auch Sauerstoff vorhanden ist, stört der Sauerstoff die Sensorausgabe. In anderen Worten, da der Sensorausgabewert mit der in dem Messungsgas vorhandenen Sauerstoffkonzentration schwankt, ist es notwendig, die Sensorausgabe oder die Konzentration des Messzielgases basierend auf der Sauerstoffkonzentration zu korrigieren, um die Konzentration des Messzielgases genau zu bestimmen.
Soll beispielsweise Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid oder Ammoniak mit einem Gassensor mit gemischtem Potenzial in einem Abgasweg aus einer Verbrennung eines Automotors oder dergleichen erfasst werden, kann die Sauerstoffkonzentration anhand eines Ausgabewertes eines Sauerstoffsensors, eines A/F-Sensors, eines NOx-Sensors oder dergleichen, der separat vom Gassensor mit gemischtem Potenzial bereitgestellt wird, identifiziert werden.
Da diese Sensoren jedoch nicht unbedingt in der Nähe des Gassensors mit gemischtem Potenzial vorhanden sind, ist es notwendig, die Gasverzögerung zu berücksichtigen, um die Messgenauigkeit des Messzielgases zu verbessern. Zusätzlich ist die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases aus dem Verbrennungsmotor nicht konstant, sondern ändert sich ständig und somit ist es nicht unbedingt einfach, die Korrektur anhand der Sauerstoffkonzentration hervorragend durchzuführen.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor mit gemischtem Potenzial und insbesondere die Empfindlichkeit bzw. das Ansprechvermögen davon.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Gassensor mit gemischtem Potenzial konfiguriert, um eine in Messungsgas enthaltene Messzielgaskomponente zu erfassen und eine Konzentration der Messzielgaskomponente zu identifizieren, der beinhaltet: ein Sensorelement, hergestellt aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten; eine erste Messelektrode als Cermet-Elektrode, die auf einer Oberfläche des Sensorelements vorgesehen ist und eine Pt-Au-Legierung enthält; eine zweite Messelektrode als Cermet-Elektrode, die auf der Oberfläche des Sensorelements vorgesehen ist und Pt enthält; eine Referenzelektrode, die im Inneren des Sensorelements vorgesehen ist, um mit Luft in Kontakt gebracht zu werden; eine erste Schutzschichtgruppe, die eine oder eine Vielzahl von porösen Schutzschichten beinhaltet, die die erste Messelektrode abdeckt, eine zweite Schutzschichtgruppe, die eine oder eine Vielzahl von porösen Schutzschichten beinhaltet, die die zweite Messelektrode abdeckt; und ein Konzentrationsidentifikationselement, das konfiguriert ist, um die Konzentration der Messzielgaskomponente im Messungsgas zu identifizieren, wobei das Konzentrationsidentifikationselement konfiguriert ist, um, während der Gassensor im Messungsgas angeordnet ist, eine erste Sensorausgabe als Potenzialdifferenz zu erfassen, die zwischen der ersten Messelektrode und der Referenzelektrode gemäß der Konzentration der Messzielgaskomponente und einer Konzentration von Sauerstoff auftritt, und eine zweite Sensorausgabe als Potenzialdifferenz, die zwischen der zweiten Messelektrode und der Referenzelektrode gemäß der Sauerstoffkonzentration auftritt, und Identifizieren der Konzentration der Messzielgaskomponente im Messungsgas basierend auf der ersten und zweiten Sensorausgabe. Die Ansprechzeiten der ersten und zweiten Messelektrode sind beide 10 Sekunden oder kürzer und die Differenz zwischen der Ansprechzeit der ersten Messelektrode und der Ansprechzeit der zweiten Messelektrode ist 2 Sekunden oder kürzer.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Konzentration einer Messzielgaskomponente ohne Sauerstoffstörung mit vorzüglicher Genauigkeit bestimmt werden, während eine Empfindlichkeit erreicht wird.
Die vorliegende Erfindung soll einen Gassensor bereitstellen, der Messzielgas auch unter Sauerstoffeinwirkung genau messen kann.
Figurenliste

1A und 1B sind ein Schnittschema, das schematisch eine exemplarische Konfiguration eines Gassensors 100 veranschaulicht;
2 ist eine Draufsicht zur Beschreibung der Anordnungspositionen einer ersten Messelektrode 10A und einer zweiten Messelektrode 10B auf einer Oberfläche Sa eines Sensorelements 101 und der Größen beider Elektroden;
3 ist ein Fließdiagramm, das den Verfahrensablauf bei der Herstellung des Sensorelementes 101 veranschaulicht;
4A und 4B sind Diagramme, die schematisch eine Empfindlichkeitscharakteristik des Gassensors 100 für den Fall veranschaulichen, dass eine Messzielgaskomponente Ammoniak (NH₃)-Gas ist;
5 ist ein Diagramm, das ein Antwortmessprofil veranschaulicht;
6A und 6B sind Schemata, die eine Konfiguration veranschaulichen, in der eine vordere Endschutzschicht 80 auf einem vorbestimmten Bereich des Sensorelements 101 auf einer vorderen Endteil E1-Seite bereitgestellt wird;
7 ist ein Diagramm, das exemplarisch das Antwortmessprofil für neun Arten von Gassensoren 100, unter denen die Porosität und die Dicke einer ersten Schutzschicht 40 verschieden sind, veranschaulicht; und
8 ist ein Diagramm, das exemplarisch das Antwortmessprofil für neun Arten von Gassensoren 100, unter denen die Porosität und die Dicke einer ersten Schutzschicht 50 verschieden sind, veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Übersicht über den Gassensor>
1A und 1B sind schematische Querschnittsansichten, die schematisch eine exemplarische Konfiguration eines Gassensors 100 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform darstellen. 1A ist eine vertikale Querschnittsansicht entlang der Längsrichtung (nachfolgend Elementlängsrichtung genannt) eines Sensorelements 101 als Hauptbestandteilselement des Gassensors 100. 1B ist ein Diagramm mit einem Querschnitt rechtwinklig zur Elementlängsrichtung bei A-A' in 1A.
Der Gassensor 100 ist ein so genannter Gassensor mit gemischtem Potenzial. Im Allgemeinen bestimmt der Gassensor 100 die Konzentration einer zu erfassenden Gaskomponente (Messzielgaskomponente) unter Ausnutzung der Tatsache, dass Potenzialdifferenz (elektromotorische Kraft) zwischen einer ersten Messelektrode 10A auf der Oberfläche des Sensorelements 101, die hauptsächlich aus Keramik als sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, wie Zirkoniumoxid (ZrO₂), besteht, und einer im Sensorelement 101 vorgesehenen Referenzelektrode 20 auftritt, da die Konzentration der Messzielgaskomponente in den Umgebungen der Elektroden nach dem Prinzip des gemischten Potenzials unterschiedlich ist. Im Folgenden werden die erste Messelektrode 10A, die Referenzelektrode 20 und der Festelektrolyt zwischen beiden Elektroden als erste Mischpotenzialzelle bezeichnet.
Genauer gesagt, wird der Gassensor 100 verwendet, um die Konzentration einer vorbestimmten Gaskomponente (Messzielgaskomponente) in Messungsgas, dem Abgas in einem Abgasrohr eines Verbrennungsmotors, wie beispielsweise eines Dieselmotors oder eines Benzinmotors, exzellent zu bestimmen. Beispiele für die Messzielgaskomponente sind Kohlenwasserstoffgas, wie C₂H₄, C₃H₆ oder n-C₈, Kohlenmonoxid (CO) und Ammoniak (NH₃).
Wenn in dem Messungsgas eine Vielzahl von Gasarten vorhanden sind, die vom Gassensor 100 erfasst werden können, ist die zwischen der ersten Messelektrode 10A und der Referenzelektrode 20 erzeugte Potenzialdifferenz ein Wert, der auf die Vielzahl von Gasarten zurückzuführen ist, und somit ist der bestimmte Konzentrationswert die Summe der Konzentrationen der Vielzahl von Gasarten. Insbesondere in einer Vielzahl von Situationen, in denen der Gassensor 100 verwendet wird, enthält das Abgas als Messungsgas Sauerstoff, der vom Gassensor 100 erfasst werden kann, ähnlich wie die vorstehend beschriebene Messzielkomponente. Selbst wenn also Gas einer anderen Art als Sauerstoff als Messzielkomponente angenommen wird, hängt die Potenzialdifferenz, die zwischen der ersten Messelektrode 10A und der Referenzelektrode 20 in der ersten Mischpotenzialzelle erzeugt wird, auch von der Sauerstoffkonzentration des Messungsgases ab. Diese Eigenschaft, dass die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden in der ersten Mischpotenzialzelle und eine Konzentration einer auf Basis der Potenzialdifferenz identifizierten Messzielgaskomponente durch die Existenz von Sauerstoff im Messungsgas beeinflusst wird, wird beispielsweise als O₂-Störung bezeichnet. Die O₂-Störung muss entfernt werden, um die Messgenauigkeit der Messzielgaskomponente zu erreichen.
Im Sensorelement 101 ist, ähnlich wie bei der ersten Messelektrode 10A, eine zweite Messelektrode 10B auf der Oberfläche des Sensorelements 101 vorgesehen, um diesen Zweck zu erfüllen. Wenn die Konzentration der Messzielgaskomponente identifiziert wird, erfolgt die Korrektur unter Verwendung der Potenzialdifferenz, die zwischen der zweiten Messelektrode 10B und der Referenzelektrode 20 gemäß der Sauerstoffkonzentration des Messungsgases erzeugt wird. Nachfolgend wird die zweite Messelektrode 10B, die Referenzelektrode 20 und der Festelektrolyt zwischen beiden Elektroden als zweite Mischpotenzialzelle bezeichnet.
Darüber hinaus beinhaltet das Sensorelement 101 hauptsächlich einen Referenzgaseinleitungsraum 30, in dem die Referenzelektrode 20 angeordnet ist, eine erste Schutzschicht 40, die die erste Messelektrode 10A abdeckt, und eine zweite Schutzschicht 50, die die zweite Messelektrode 10B abdeckt, sowie die erste Messelektrode 10A, die zweite Messelektrode 10B und die vorstehend beschriebene Referenzelektrode 20.
< Einzelheiten der Komponenten>
Das Sensorelement 101 weist eine Struktur auf, in der sechs Schichten einer ersten Festelektrolytschicht 1, einer zweiten Festelektrolytschicht 2, einer dritten Festelektrolytschicht 3, einer vierten Festelektrolytschicht 4, einer fünften Festelektrolytschicht 5 und einer sechsten Festelektrolytschicht 6, die aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyt bestehen, in der angegebenen Reihenfolge von unten in den Zeichnungen gestapelt sind, und beinhaltet zusätzlich Elektroden und andere Komponenten hauptsächlich zwischen den Schichten oder auf einer äußeren Umfangsfläche des Elements. Der Festelektrolyt, aus dem die sechs Schichten bestehen, ist vollständig dicht und luftdicht. Ein solches Sensorelement 101 wird beispielsweise hergestellt, indem keramische Grünplatten entsprechend den einzelnen Schichten, die einem vorgegebenen Verfahren unterzogen wurden, laminiert und ein Schaltungsmuster gedruckt wird, und außerdem die laminierten Schichten durch Brennen integriert werden.
Es ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, dass der Gassensor 100 das Sensorelement 101A als einen solchen sechsschichtigen laminierten Körper beinhaltet. Das Sensorelement 101 kann als laminierter Körper mit einer größeren oder kleineren Anzahl von Schichten ausgebildet sein oder mag keine laminierte Struktur aufweisen.
In der folgenden Beschreibung wird aus Gründen der Übersichtlichkeit eine Oberfläche, die sich oberhalb der sechsten Festelektrolytschicht 6 in den Zeichnungen befindet, als vordere Oberfläche Sa des Sensorelements 101 bezeichnet und eine Oberfläche, die sich unterhalb der ersten Festelektrolytschicht 1 befindet, als hintere Oberfläche Sb des Sensorelements 101 bezeichnet. Wenn der Gassensor 100 zum Bestimmen der Konzentration der Messzielgaskomponente in dem Messungsgas verwendet wird, wird ein vorbestimmter Bereich, der sich von einem vorderen Endteil E1 als einem Endteil des Sensorelements 101 erstreckt und mindestens die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B beinhaltet, in einer Messungsgasatmosphäre angeordnet, und der verbleibende Teil mit einem Basisendteil E2 als der andere Endteil wird nicht in Kontakt mit der Messungsgasatmosphäre angeordnet.
Die erste Messelektrode 10A erfasst die Messzielgaskomponente. Die erste Messelektrode 10A ist als poröse Cermet-Elektrode ausgebildet, die eine Legierung beinhaltet, die Au mit einem vorgegebenen Verhältnis und Pt, also eine Pt-Au-Legierung, und Zirkoniumoxid enthält. Die katalytische Aktivität der ersten Messelektrode 10A für die Messzielgaskomponente wird in einem vorgegebenen Konzentrationsbereich desaktiviert, indem die Zusammensetzung der Pt-Au-Legierung als Material der Messelektrode 10 ausgezeichnet bestimmt wird. In anderen Worten wird die Zersetzungsreaktion der Messzielgaskomponente an der ersten Messelektrode 10A unterdrückt. Dementsprechend variiert im Gassensor 100 das Potenzial der ersten Messelektrode 10A selektiv für die Messzielgaskomponente entsprechend (in Korrelation mit) der Konzentration der Messzielgaskomponente. In anderen Worten weist die erste Messelektrode 10A eine solche Eigenschaft auf, dass ihr Potenzial eine hohe Konzentrationsabhängigkeit von der Messzielgaskomponente in einem vorgegebenen Konzentrationsbereich aufweist, aber eine geringe Konzentrationsabhängigkeit von jeder anderen Komponente des Messungsgases aufweist.
Genauer gesagt, wird die erste Messelektrode 10A so bereitgestellt, dass sie auf der Oberfläche der die Elektrode bildenden Pt-Au-Legierungsteilchen ein Au-Überschuss-Verhältnis aufweist, wodurch eine bemerkenswerte Abhängigkeit des Potenzials von den Konzentrationen der Messzielgaskomponente und des Sauerstoffs besteht.
Das Au-Überschuss-Verhältnis wird vorzugsweise auf zum Beispiel 0,4 oder höher eingestellt, wenn die Messzielgaskomponente Ammoniakgas ist, oder 0,3 oder höher, wenn die Messzielgaskomponente Kohlenwasserstoffgas ist.
In der Beschreibung ist das Au-Überschuss-Verhältnis das Flächenverhältnis eines von Au abgedeckten Teils zu einem Teil, bei dem Pt auf der Oberfläche eines in der ersten Messelektrode 10A enthaltenen Edelmetallteilchens (Pt-Au-Legierungsteilchen) freiliegt. Beispielsweise kann das Au-Überschuss-Verhältnis durch die folgende Gleichung berechnet werden, indem die erfassten Werte von Au und Pt in einem Augerspektrum verwendet werden, das durch die Durchführung einer Auger-Elektronenspektroskopie (AES)-Analyse auf der Oberfläche des Edelmetallteilchens erhalten wurde: $Au - Überschuss - Verhältnis = Au - Erkennungswert / Pt - Erkennungswert$
Alternativ kann das Au-Überschuss-Verhältnis auch nach einem relativen Empfindlichkeitskoeffizientenverfahren basierend auf den Peakintensitäten von Au und Pt bei Detektionspeaks berechnet werden, die durch Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS) erhalten werden können. Das Au-Überschuss-Verhältnis ist 1, wenn die Fläche des Teils, an dem Pt exponiert ist, gleich der Fläche des von Au abgedeckten Teils ist.
Die erste Messelektrode 10A kann so gebildet werden, dass sie eine Porosität von gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 40% und eine Dicke von gleich oder mehr als 5 µm und von gleich oder weniger als 35 µm aufweist. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform kann die Porosität jeder der verschiedenen Arten von Elektroden und Schichten aus einem Binärbild eines Querschnitts-SEM-Bildes (sekundäres Elektronenbild) der Zielelektrode oder -schicht nach einem bekannten Verfahren identifiziert werden.
Die zweite Messelektrode 10B erfasst Sauerstoff. Die zweite Messelektrode 10B ist als poröse Cermet-Elektrode aus Pt und Zirkoniumoxid ausgebildet. Da die zweite Messelektrode 10B kein Au enthält, hat die zweite Messelektrode 10B eine katalytische Aktivität für die Messzielgaskomponente. Somit wird die zweite Messelektrode 10B bereitgestellt, um eine starke Abhängigkeit des Potenzials von der Sauerstoffkonzentration aufzuzeigen.
Die zweite Messelektrode 10B kann so geformt werden, dass sie eine Porosität von gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 40% aufweist, und eine Dicke von gleich oder mehr als 5 µm und gleich oder weniger als 35 µm.
2 ist eine Draufsicht zur Beschreibung der Anordnungspositionen einer ersten Messelektrode 10A und einer zweiten Messelektrode 10B auf einer Oberfläche Sa eines Sensorelements 101 und der Größen beider Elektroden. In 2 entfallen jedoch die Veranschaulichungen der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50. Das Sensorelement 101 hat eine Größe L0 in Elementlängsrichtung und eine Größe w0 in Elementbreitenrichtung rechtwinklig zur Elementlängsrichtung.
Die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B haben in der Draufsicht rechteckige Formen und sind durch einen vorgegebenen Abstand d1 von dem vorderen Endteil E1 als dem einen Endteil der Elementlängsrichtung auf der Oberfläche Sa des Sensorelements 101 getrennt und werden benachbart zueinander bei einem vorgegebenen Intervall d2 in der Elementbreitenrichtung bereitgestellt. Es ist bevorzugt, dass eine Größe t1 der ersten Messelektrode 10A und eine Größe t2 der zweiten Messelektrode 10B in der Elementlängsrichtung gleich zueinander sind, und eine Größe w1 der ersten Messelektrode 10A und eine Größe w2 der zweiten Messelektrode 10B in der Elementbreitenrichtung gleich zueinander sind. Es ist bevorzugt, dass t1 = t2 = 1,5 mm bis 2,5 mm, w1 = w2 = 1 mm, d1 = 3 mm bis 5 mm und d2 = 0,3 mm bis 0,5 mm für L0 = 45 mm bis 70 mm und w0 = 4 mm bis 6 mm. Wenn die Werte von w1, t1, w2 und t2 zu groß sind, wird eine Detektionsempfindlichkeit erreicht, aber eine Varianz in der Empfindlichkeit (wie später beschrieben) tritt möglicherweise in jeder Messelektrode auf, und somit sind die Werte nicht bevorzugt. Wenn d2 zu groß ist, sind beide Messelektroden zu stark getrennt, und somit ist eine räumliche Varianz in der Konzentration des Messungsgases sehr wahrscheinlich, um einen großen Einfluss auszuüben. Im Ergebnis kann die Korrektur auf der Grundlage der Potenzialdifferenz in der zweiten Mischpotenzialzelle möglicherweise nicht hervorragend durchgeführt werden und somit ist der Wert nicht bevorzugt.
Bei Verwendung des Gassensors 100 wird ein Teil des Sensorelements 101, das sich vom vorderen Endteil E1 bis mindestens zu einem Teil erstreckt, in dem die erste Schutzschicht 40 zur Abdeckung der ersten Messelektrode 10A und die zweite Schutzschicht 50 zur Abdeckung der zweiten Messelektrode 10B vorgesehen sind, dem Messungsgas ausgesetzt (direkt in Kontakt mit diesem).
Die Referenzelektrode 20 hat eine im Wesentlichen rechteckige Form in der Draufsicht, ist im Inneren von Sensorelement 101 vorgesehen und dient als Referenz zur Berechnung der Messungsgaskonzentration. Die Referenzelektrode 20 ist als poröse Cermet-Elektrode aus Pt und Zirkoniumoxid ausgebildet.
Die Referenzelektrode 20 kann so geformt werden, dass sie eine Porosität von gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 30% und eine Dicke von gleich oder mehr als 5 µm und gleich oder weniger als 15 µm aufweist. Wie in 1A und 1B exemplarisch veranschaulicht, kann die Ebenengröße der Referenzelektrode 20 kleiner oder im Wesentlichen gleich der der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B sein.
Die Referenzelektrode 20 ist im Referenzgaseinleitungsraum 30 im Sensorelement 101 freigelegt.
Der Referenzgaseinleitungsraum 30 ist ein in einem vorgegebenen Bereich vom Basisendteil E2 des Sensorelements 101 vorgesehener Innenraum. Luft (Sauerstoff) als Referenzgas zur Berechnung der Konzentration der Messzielgaskomponente wird von außen in den Referenzgaseinleitungsraum 30 eingebracht. Dementsprechend wird bei Verwendung des Gassensors 100 der Umfang der Referenzelektrode 20 immer mit der Luft (Sauerstoff) gefüllt. Somit hat die Referenzelektrode 20 bei Verwendung des Gassensors 100 ständig ein konstantes Potenzial.
Der Referenzgaseinleitungsraum 30 wird durch den umgebenden Festelektrolyten an der Kontaktierung mit Messungsgas gehindert. Somit kommt die Referenzelektrode 20 auch dann nicht mit dem Messungsgas in Kontakt, wenn die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B dem Messungsgas ausgesetzt sind.
In der in 1A exemplarisch dargestellten Konfiguration ist der Referenzgaseinleitungsraum 30 als Raum vorgesehen, in dem ein Teil der fünften Festelektrolytschicht 5 auf der Basisendteil E2-Seite des Sensorelements 101 mit der Außenseite verbunden ist.
Die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 sind jeweils eine poröse Schicht aus Aluminiumoxid, die so vorgesehen ist, dass sie mindestens die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B auf der vorderen Oberfläche Sa des Sensorelements 101 abdeckt. Die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 sind jeweils als Elektrodenschutzschicht vorgesehen, die den Abbau der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B aufgrund der kontinuierlichen Belastung durch ein Messungsgas während der Verwendung des Gassensors 100 verhindert oder vermindert.
Zusätzlich sind die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 vorgesehen, dass die Ansprechzeiten der ersten Mischpotenzialzelle und der zweiten Mischpotenzialzelle und die Ansprechzeitdifferenz zwischen beiden Zellen ausreichend klein ist. Dies wird später im Einzelnen beschrieben.
Wie in 1B veranschaulicht, ist der Gassensor 100 mit einem ersten Potentiometer 60A ausgestattet, das eine Potenzialdifferenz zwischen der ersten Messelektrode 10A und der Referenzelektrode 20 messen kann, und einem zweiten Potentiometer 60B, das eine Potenzialdifferenz zwischen der zweiten Messelektrode 10B und der Referenzelektrode 20 messen kann. Obwohl 1B die Verdrahtung sowohl zwischen der ersten Messelektrode 10A als auch der Referenzelektrode 20 und dem ersten Potentiometer 60A und die Verdrahtung sowohl zwischen der zweiten Messelektrode 10B als auch der Referenzelektrode 20 und dem zweiten Potentiometer 60B in einem tatsächlichen Sensorelement 101 schematisch veranschaulicht, sind Anschlussklemmen (nicht dargestellt) entsprechend den jeweiligen Elektroden auf der vorderen Oberfläche Sa oder der hinteren Oberfläche Sb auf der Basisendteil E2-Seite vorgesehen, und es werden Verdrahtungsmuster (nicht dargestellt), die die jeweiligen Elektroden und die entsprechenden Anschlussklemmen verbinden, auf der vorderen Oberfläche Sa und innerhalb des Elements gebildet. 2 veranschaulicht exemplarisch die Zuleitungslinien L1 und L2 als Teil der Drähte. Die erste Messelektrode 10A und die Referenzelektrode 20 sind mit dem ersten Potentiometer 60A elektrisch verbunden, und die zweite Messelektrode 10B und die Referenzelektrode 20 sind über die Verdrahtungsmuster und die Anschlussklemmen mit dem zweiten Potentiometer 60B elektrisch verbunden.
Im Folgenden wird eine Potenzialdifferenz zwischen der ersten Messelektrode 10A und der Referenzelektrode 20, die mit dem ersten Potentiometer 60A gemessen wird, auch als erste Sensorausgabe oder EMF1 bezeichnet, und eine Potenzialdifferenz zwischen der zweiten Messelektrode 10B und der Referenzelektrode 20, die mit dem zweiten Potentiometer 60B gemessen wird, wird auch als zweite Sensorausgabe oder EMF2 bezeichnet.
Die erste Sensorausgabe und die zweite Sensorausgabe werden beide an die Steuerung 150 ausgegeben, die den Betrieb des Gassensors 100 steuert. Die erste Sensorausgabe und die zweite Sensorausgabe, die der Steuerung 150 zur Verfügung gestellt werden, werden weiterhin an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 160 geliefert, die den Verbrennungsmotor vollständig steuert. Die elektronische Steuereinheit (ECU) 160 führt Berechnungen basierend auf diesen Ausgaben durch, um dabei die Konzentration der Messzielgaskomponente in der Nähe des Sensorelements 101 zu bestimmen.
Das Sensorelement 101 beinhaltet weiterhin einen Heizteil 70, der konfiguriert ist, um eine Temperaturanpassung mit Erwärmung und Temperaturerhaltung des Sensorelements 101 durchzuführen, um die Sauerstoff-Ionen-Leitfähigkeit des Festelektrolyten zu erhöhen. Der Heizteil 70 beinhaltet einen Heizer 72, eine Heizisolierschicht 74 und ein Druckdiffusionsloch 75.
Der Heizer 72 ist ein elektrischer Widerstand im Inneren des Sensorelements 101. Der Heizer 72, der mit einer Heizer-Elektrode (nicht dargestellt) verbunden ist, die mit der hinteren Oberfläche Sb des Sensorelements 101 (einer unteren Oberfläche der ersten Festelektrolytschicht 1 in 1A und 1B) in Kontakt steht, erzeugt Wärme, indem der Heizer-Elektrode Strom zugeführt wird, um die das Sensorelement 101 bildenden Festelektrolyte zu erwärmen und ihre Temperaturen aufrechtzuerhalten.
In dem in 1A und 1B dargestellten Fall ist der Heizer 72 eingelassen, während er vertikal zwischen der zweiten Festelektrolytschicht 2 und der dritten Festelektrolytschicht 3 eingeklemmt ist, so dass er vom Basisendteil E2 bis zu den Positionen unter der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B nahe dem vorderen Endteil E1 reicht. Mit dieser Konfiguration kann das gesamte Sensorelement 101 auf eine Temperatur eingestellt werden, bei der der Festelektrolyt aktiviert wird.
Die Heizisolierschicht 74 besteht aus Isolator wie Aluminiumoxid und ist an der oberen und unteren Oberfläche des Heizers 72 ausgebildet. Die Heizisolierschicht 74 ist so ausgebildet, dass sie eine elektrische Isolierung zwischen der zweiten Festelektrolytschicht 2 und dem Heizer 72 und eine elektrische Isolierung zwischen der dritten Festelektrolytschicht 3 und dem Heizer 72 gewährleistet.
Das Druckdiffusionsloch 75 ist eine Stelle, die durch die dritte Festelektrolytschicht 3 und die vierte Festelektrolytschicht 4 hindurchgeht und mit dem Referenzgaseinleitungsraum 30 kommuniziert. Das Druckdiffusionsloch 75 wird gebildet, um den Anstieg des Innendrucks sowie den Temperaturanstieg innerhalb der Heizisolierschicht 74 zu vermindern.
<Herstellungsverfahren des Sensorelements>
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des Sensorelements 101 anhand eines Beispielfalls beschrieben, bei dem die Sensorelemente die in den 1A und 1B veranschaulichten Schichtstrukturen aufweisen. Im Allgemeinen wird das in 1A und 1B veranschaulichte Sensorelement 101 durch Bilden eines laminierten Körpers aus Grünplatten mit einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten, wie beispielsweise Zirkoniumoxid als Keramikkomponente, und durch Schneiden und Brennen des laminierten Körpers hergestellt. Beispiele für den sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten beinhalten Yttrium teilstabilisiertes Zirkoniumoxid (YSZ).
3 ist ein Diagramm, das den Verfahrensablauf bei der Herstellung des Sensorelements 101 veranschaulicht. Wenn das Sensorelement 101 hergestellt wird, wird zunächst eine Leerplatte (nicht dargestellt) hergestellt, die eine Grünplatte ist, auf der kein Muster gebildet wird (Schritt S1). Insbesondere werden sechs Leerplatten, die den ersten bis sechsten Festelektrolytschichten 1 bis 6 entsprechen, bei der Herstellung des Sensorelements 101 hergestellt. Jede Leerplatte ist mit einer Vielzahl von Plattenlöchern versehen, die zur Positionierung beim Drucken und Laminieren verwendet werden. Für eine Grünplatte, deren entsprechende Schicht der Referenzgaseinleitungsraum 30 ist, wird ein dem Referenzgaseinleitungsraum 30 entsprechendes Durchdringungsteil ebenfalls im Voraus beispielsweise durch die gleiche Stanzbearbeitung bereitgestellt. Alle Leerplatten, die den jeweiligen Schichten des Sensorelements 101 entsprechen, müssen nicht die gleiche Dicke aufweisen.
Bei der Herstellung der Leerplatten entsprechend den jeweiligen Schichten werden Musterdruck und Trockenbearbeitung durchgeführt, um auf jeder Leerplatte verschiedene Arten von Mustern zu bilden (Schritt S2). Insbesondere werden z.B. Elektrodenmuster der ersten Messelektrode 10A, der zweiten Messelektrode 10B, der Referenzelektrode 20 und dergleichen, Muster der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 und dergleichen, Muster des Heizers 72, der Heizisolierschicht 74 und dergleichen sowie Muster von Innendrähten (nicht dargestellt) gebildet.
Der Druck jedes Musters erfolgt durch Auftragen einer Musterbildungspaste auf einer Leerplatte, die gemäß einer für jedes Formationsziel geforderten Eigenschaft unter Verwendung einer bekannten Siebdrucktechnik hergestellt wird. Für die Trockenbearbeitung nach dem Druck können bekannte Trocknungsmittel verwendet werden.
Für die Bildung der ersten Messelektrode 10A wird leitfähige Paste verwendet, die so aufbereitet ist, dass sie das vorstehend beschriebene Au-Überschuss-Verhältnis hervorragend erreicht. Es ist bevorzugt, leitfähige Paste zu verwenden, die unter Verwendung einer Au-Ionen enthaltenden Flüssigkeit als Au-Ausgangsmaterial und Mischen der Au-Ionen enthaltenden Flüssigkeit mit pulverisiertem Pt, pulverisiertem Zirkoniumoxid und einem Bindemittel hergestellt wird. Alternativ kann die leitfähige Paste unter Verwendung von beschichtetem Pulver hergestellt werden, das durch Beschichtung von pulverisiertem Pt mit Au als Pt-Au-Legierungs-Ausgangsrohmaterial erhalten wird. Beide können mit bekannten Techniken realisiert werden.
Nach dem Ende des Musterdrucks erfolgen der Druck und die Trockenbearbeitung auf der Bondingpaste, mit der die Grünplatten entsprechend den jeweiligen Schichten gestapelt und verklebt werden (Schritt S3). Der Druck der Bondingpaste kann mit einer bekannten Siebdrucktechnologie und die Trockenbearbeitung nach dem Druck mit bekannten Trocknungsmitteln erfolgen.
Anschließend erfolgt die Pressbondingverarbeitung, bei der die Grünplatten auf das Bondingmittel aufgebracht werden, in einer vorgegebenen Reihenfolge gestapelt und durch Pressen unter vorgegebenen Temperatur- und Druckbedingungen zu einem laminierten Körper gebondet werden (Schritt S4). Insbesondere werden die Grünplatten als Laminierziele gestapelt und auf einer vorgegebenen Stapelvorrichtung (nicht dargestellt) durch Positionierung in Bezug auf die Plattenlöcher gehalten und dann von einer Stapelmaschine, wie beispielsweise einer bekannten hydraulischen Druckpressenmaschine, zusammen mit der Stapelvorrichtung erwärmt und mit Druck beaufschlagt. Druck, Temperatur und Zeit, mit der die Erwärmung und die Druckbeaufschlagung durchgeführt werden, hängen vom verwendeten Laminierer ab, es können jedoch geeignete Bedingungen bestimmt werden, um eine günstige Laminierung zu erreichen.
Nachdem der laminierte Körper wie vorstehend beschrieben erhalten wurde, wird der laminierte Körper anschließend durch Schneiden an mehreren Stellen in einzelne Einheiten (sog. Elementkörper) des Sensorelements 101 unterteilt (Schritt S5). Die ausgeschnittenen Elementkörper werden unter vorgegebenen Bedingungen gebrannt, dabei wird das Sensorelement 101 wie vorstehend beschrieben (Schritt S6) erzeugt. Das Sensorelement 101 wird durch Integrationsbrand von Festelektrolytschichten und Elektroden erzeugt. Die Temperatur des Brandes ist vorzugsweise gleich oder mehr als 1200°C und gleich oder weniger als 1500°C einschließlich (z.B. 1400°C). Wenn der Integrationsbrand auf diese Weise durchgeführt wird, weist jede Elektrode in dem Sensorelement 101 eine ausreichende Haftfestigkeit auf.
Das durch dieses Verfahren erhaltene Sensorelement 101 ist in einem vorbestimmten Gehäuse untergebracht und in dem Hauptkörper (nicht dargestellt) des Gassensors 100 veranschaulicht.
<Identifikation der Messzielgaskomponentenkonzentration>
Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem die Konzentration der Messzielgaskomponente im Messungsgas durch die Verwendung des Gassensors 100 mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration erhalten wird. Es wird davon ausgegangen, dass neben der Messzielgaskomponente auch Sauerstoff im Messungsgas enthalten ist. Zusätzlich müssen vom Gesichtspunkt der Genauigkeitsverbesserung die Ansprechzeiten und Differenz der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B betrachtet werden, werden aber hier zur Vereinfachung der Beschreibung nicht erläutert.
Wenn die Konzentration der Messzielgaskomponente bestimmt wird, wird der Gassensor 100 so angeordnet, dass sich nur der vorbestimmte Bereich des Sensorelements 101, der sich vom vorderen Endteil E1 erstreckt und mindestens die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B beinhaltet, in einem Raum positioniert, in dem das Messungsgas wie vorstehend beschrieben existiert (fließt), während die Basisendteil E2-Seite vom Raum isoliert ist. Anschließend wird dem Referenzgaseinleitungsraum 30 Luft (Sauerstoff) zugeführt. Das Sensorelement 101 wird durch den Heizer 72 auf eine angemessene Temperatur (z.B. 650°C) von 450°C bis 700°C erwärmt. Die Erwärmungstemperatur des Sensorelements 101 durch den Heizer 72 wird bei Verwendung des Gassensors 100 auch als Antriebstemperatur bezeichnet.
In diesem Zustand wird eine Potenzialdifferenz zwischen der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B, die dem Messungsgas ausgesetzt ist, und der in der Luft angeordneten Referenzelektrode 20 erzeugt. Wie vorstehend beschrieben, wird jedoch das Potenzial der in der Luft angeordneten Referenzelektrode 20 (konstante Sauerstoffkonzentration) konstant gehalten, aber das Potenzial der ersten Messelektrode 10A ist konzentrationsabhängig von der Messzielgaskomponente im Messungsgas. Das Potenzial der zweiten Messelektrode 10B hat keine Konzentrationsabhängigkeit von der Messzielgaskomponente, sondern eine Konzentrationsabhängigkeit von Sauerstoff. Somit wird ein bestimmter funktionaler Zusammenhang (bezeichnet als ein Sensitivitätsmerkmal) zwischen der Konzentration der Messzielgaskomponente und der ersten Sensorausgabe (EMF1) hergestellt. Es besteht keine Abhängigkeit zwischen der Konzentration der Messzielgaskomponente und der zweiten Sensorausgabe (EMF2), aber die zweite Sensorausgabe hat einen Wert entsprechend der Sauerstoffkonzentration des Messungsgases.
In der folgenden Beschreibung kann beispielsweise das Sensitivitätsmerkmal für die erste Sensorausgabe als erstes Sensitivitätsmerkmal bezeichnet werden.
Bei der eigentlichen Bestimmung der Konzentration der Messzielgaskomponente werden im Voraus die ersten und zweiten Sensitivitätsmerkmale experimentell identifiziert, indem die erste Sensorausgabe und die zweite Sensorausgabe für jedes aus einer Vielzahl von verschiedenen Mischgasen wie das Messungsgas gemessen werden, die jeweils eine bekannte Konzentration der Messzielgaskomponente aufweisen. Die resultierenden ersten und zweiten Sensitivitätsmerkmale werden dann in der ECU 160 gespeichert.
4A und 4B sind Diagramme, die schematisch ein Sensitivitätsmerkmal des Gassensors 100 darstellen, falls es sich bei der Messzielgaskomponente um Ammoniak (NH₃)-Gas handelt. 4A veranschaulicht exemplarisch das erste Sensitivitätsmerkmal und 4B veranschaulicht exemplarisch das zweite Sensitivitätsmerkmal. Die Ammoniak-(NH₃)-Gaskonzentration auf der horizontalen Achse liegt im logarithmischen Bereich.
Wie in 4A veranschaulicht, hängt das erste Sensitivitätsmerkmal von der Konzentration der Messzielgaskomponente (Ammoniak (NH₃)-Gas) und der Konzentration an Sauerstoff ab, ist aber linear zum logarithmischen Wert der Konzentration der Messzielgaskomponente unter der Bedingung einer konstanten Sauerstoff (O₂)-Konzentration. Wie in 4B veranschaulicht, hängt das zweite Sensitivitätsmerkmal nur von der Sauerstoff-(O₂)-Konzentration ab, nicht aber von der Konzentration der Messzielgaskomponente. Obwohl die 4A und 4B die Sensitivitätsmerkmale für die Sauerstoff-(O₂)-Konzentrationen von 1%, 10% und 20% nur exemplarisch darstellen, können die Sensitivitätsmerkmale für eine größere Anzahl von Sauerstoffkonzentrationen für jeden Gassensor 100 identifiziert werden.
Wenn der Gassensor 100 tatsächlich verwendet wird, werden die erste Sensorausgabe (EMF1) und die zweite Sensorausgabe (EMF2), die sich entsprechend der Konzentration der Messzielgaskomponente kurzzeitig ändern, ständig von der ersten Mischpotenzialzelle und der zweiten Mischpotenzialzelle durch die Steuerung 150 erfasst und der ECU 160 bereitgestellt. Bei der ECU 160 wird zunächst die Sauerstoffkonzentration des Messungsgases auf der Grundlage des erfassten Wertes der zweiten Sensorausgabe identifiziert. Dann wird die Konzentration der Messzielgaskomponente im Messungsgas aus dem Wert der ersten Sensorausgabe identifiziert, wobei das erste Sensitivitätsmerkmal der oben identifizierten Sauerstoffkonzentration entspricht. Wenn das zweite Sensitivitätsmerkmal, das die Sauerstoffkonzentration entsprechend dem Wert der zweiten Sensorausgabe liefert, nicht in der ECU 160 gespeichert ist, wird die Sauerstoffkonzentration des Messungsgases durch Interpolation mit den vorhandenen zweiten Sensitivitätsmerkmalen identifiziert. Wenn nicht auch das erste Sensitivitätsmerkmal, das der identifizierten Sauerstoffkonzentration entspricht, in der ECU 160 gespeichert ist, wird die Sauerstoffkonzentration des Messungsgases durch Interpolation mit den vorhandenen ersten Sensitivitätsmerkmalen identifiziert.
Diese Verarbeitung wird jedes Mal durchgeführt, wenn die erste Sensorausgabe und die zweite Sensorausgabe von der Steuerung 150 und weiter von der ECU 160 erfasst werden. Selbst wenn das Messungsgas zusätzlich zur Messzielgaskomponente Sauerstoff enthält, kann der Gassensor 100 somit die Konzentration der Messzielgaskomponente basierend auf dem ersten Sensitivitätsmerkmal gemäß der Sauerstoffkonzentration identifizieren. In diesem Fall fungieren die Steuerung 150 und die ECU 160 als Konzentrationsidentifikationsmittel zur Identifizierung der Konzentration der Messzielgaskomponente.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Konzentration der Messzielgaskomponente basierend auf der Sauerstoffkonzentration so korrigiert, dass verschiedene Sensitivitätsmerkmale entsprechend der Sauerstoffkonzentration aufgebracht werden. Durch die Durchführung der Korrektur kann der Gassensor 100 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Konzentration der Messzielgaskomponente ohne die O₂-Störung identifizieren.
<Einstellung der Ansprechzeitdifferenz>
Die Identifizierung der Konzentration der Messzielgaskomponente in dem vorstehend beschriebenen Aspekt ist insofern wirksam, als die O₂-Störung ausgeschlossen ist. Dieser Aspekt basiert jedoch auf der Annahme, dass die an der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B zu identischen Zeiten auftretenden elektromotorischen Kräfte (Sensorausgaben) zur Identifizierung der Konzentration der Messzielgaskomponente herangezogen werden. Genauer gesagt ist bekannt, dass unter der ersten Sensorausgabe und der zweiten Sensorausgabe für das Messungsgas, das die beiden Elektroden zu gleichen Zeiten erreicht hat, letztere von der Steuerung 150 früher ausgegeben wird. Mit anderen Worten, die erste Sensorausgabe und die zweite Sensorausgabe, die von der Steuerung 150 zu gleichen Zeiten erfasst werden, sind Werte für das Messungsgas, das die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B zu unterschiedlichen Zeiten erreicht hat. Denn die Elektrodenreaktionsrate der ersten Messelektrode 10A mit Pt-Au-Legierung als Metallkomponente ist langsamer als die Elektrodenreaktionsrate der zweiten Messelektrode 10B mit nur Pt.
Somit reagiert die zweite Sensorausgabe, die von der zweiten Mischpotenzialzelle einschließlich der zweiten Messelektrode 10B erhalten wird, schneller auf Veränderungen in den Komponenten des Messungsgases und ändert sich dadurch schneller als die erste Sensorausgabe, die von der ersten Mischpotenzialzelle einschließlich der ersten Messelektrode 10A erhalten wird. Mit anderen Worten, die zweite Messelektrode 10B (oder die zweite Mischpotenzialzelle mit der zweiten Messelektrode 10B) hat eine kürzere Reaktionszeit oder eine (relativ) exzellentere Empfindlichkeit als die erste Messelektrode 10A (oder die erste Mischpotenzialzelle mit der ersten Messelektrode 10A).
Wenn die Konzentration der Messzielgaskomponente in dem vorstehend beschriebenen Aspekt basierend auf der ersten Sensorausgabe und der zweiten Sensorausgabe, die die Steuerung 150 zu identischen Zeiten erhält, während es eine solche Reaktionszeitdifferenz oder Empfindlichkeitsdifferenz gibt, identifiziert wird, wird die Identifizierung der Sauerstoffkonzentration basierend auf der zweiten Sensorausgabe basierend auf dem Messungsgas durchgeführt, das sich von dem Messungsgas unterscheidet, wenn die erste Sensorausgabe erhalten wird, und dadurch kann die Zuverlässigkeit einer schließlich erhaltenen Konzentration der Messzielgaskomponente möglicherweise erniedrigt werden.
Im Folgenden wird die Definition der Ansprechzeit einer Messelektrode in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 5 ist ein Diagramm, das ein Antwortmessprofil für die Beschreibung darstellt.
In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird die Ansprechzeit jeder Messelektrode basierend auf einem Ergebnis der Messung der Änderung der Sensorausgabe (elektromotorische Kraft) der Messelektrode bestimmt, wenn die Sauerstoffkonzentration im Modellgas sofort von 20% auf 1% geändert wird, während der Gassensor 100 im Modellgas angeordnet ist. Das Modellgas enthält neben Sauerstoff auch H₂O von 5% und N₂ als Rest. Das Modellgas hat eine Temperatur von 120°C und eine Durchflussmenge von 200 l/min, und das Sensorelement 101 hat eine Betriebstemperatur von 650°C. Im Folgenden wird eine Bedingung zum Erhalten dieser Reaktionszeiten als Ansprechzeitmessbedingung bezeichnet.
Insbesondere, wie in 5 veranschaulicht, ändert sich der Wert der elektromotorischen Kraft entsprechend, wenn die Sauerstoffkonzentration im Modellgas sofort von 20% auf 1% geändert wird. Ein in diesem Fall erhaltenes zeitliches Änderungsprofil des in 5 dargestellten elektromotorischen Kraftwertes wird als Antwortmessprofil bezeichnet. Im Antwortmessprofil wird der Zeitpunkt der Änderung der Sauerstoffkonzentration im Modellgas auf t = 0 gesetzt, V₀ stellt den elektromotorischen Kraftwert (die erste Sensorausgabe oder die zweite Sensorausgabe) dar, bevor die Sauerstoffkonzentration im Modellgas auf 1% geändert wird, V₁₀₀ stellt den Wert der elektromotorischen Kraft dar, wenn die elektromotorische Kraft stabil wird, nachdem die Sauerstoffkonzentration bei t = 0 auf 1% geändert wurde, V₁₀ stellt den Wert der elektromotorischen Kraft dar, wenn die Änderung um 10% des Differenzwertes zwischen den Werten auf halbem Weg durch die Änderung des Wertes der elektromotorischen Kraft von V₀ auf V₁₀₀ erfolgt, und V₉₀ stellt den Wert der elektromotorischen Kraft dar, wenn die Änderung um 90% ähnlich erfolgt. Darüber hinaus stellt V₁₀ den Wert der elektromotorischen Kraft bei t = t₁₀ dar, V₉₀ stellt den Wert der elektromotorischen Kraft bei t = t₉₀ dar, und der Wert von tr = t₉₀ - t₁₀ als Differenzwert dazwischen ist als die Ansprechzeit der Messelektrode definiert. Die Empfindlichkeit ist ausgezeichneter, da die Ansprechzeit kürzer ist.
In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird angesichts der Empfindlichkeitsdifferenz, die die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B aufgrund der vorstehend beschriebenen Zusammensetzungsdifferenz besitzen, die Ansprechzeiten zwischen der ersten Mischpotenzialzelle und der zweiten Mischpotenzialzelle und die Ansprechzeitdiffferenz dazwischen im Hinblick auf die Messgenauigkeit durch die Kombination der Anordnungen der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 als ausreichend klein eingestuft.
Insbesondere sind die erste Schutzschicht 40, die die erste Messelektrode 10A bedeckt, und die zweite Schutzschicht 50, die die zweite Messelektrode 10B bedeckt, so vorgesehen, dass die Ansprechzeiten sowohl der ersten Messelektrode 10A als auch der zweiten Messelektrode 10B gleich oder kürzer als 10 Sekunden sind und (der Absolutwert davon) die Ansprechzeitdifferenz dazwischen gleich oder kürzer als zwei Sekunden ist. In einem solchen Fall ist es möglich, die Konzentration der Messzielgaskomponente ohne die O₂-Störung mit bevorzugter Genauigkeit zu bestimmen.
Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die erste Schutzschicht 40 eine Porosität gleich oder mehr als 30% und gleich oder weniger als 40% aufweist und eine Dicke gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 200 µm aufweist und die zweite Schutzschicht 50 eine Porosität gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 40% aufweist und eine Dicke gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 200 µm aufweist. Die Anforderung an die erste Schutzschicht 40 wird vorzugsweise unter zusätzlicher Berücksichtigung aller anderen Faktoren als die Anpassung der Ansprechzeitdifferenz, wie z.B. die Vermeidung einer Vergiftung der ersten Messelektrode 10A, ermittelt. Die obere Grenze der Porosität jeder der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 wird auch unter Berücksichtigung der Tatsache bestimmt, dass diese Schichten durch ein Druckverfahren wie vorstehend beschrieben gebildet werden.
Die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 werden vorzugsweise so vorgesehen, dass die Ansprechzeitdifferenz zwischen der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B eine Sekunde oder kürzer ist. In diesem Fall gilt der Gassensor 100 als extrem exzellent empfindlich. Dies wird beispielsweise erreicht, wenn die erste Schutzschicht 40 eine Porosität gleich oder mehr als 30% und gleich oder weniger als 40% aufweist und eine Dicke gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 200 µm aufweist und die zweite Schutzschicht 50 eine Porosität gleich oder mehr als 10% aufweist und gleich oder weniger als 20% und eine Dicke gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 30 µm aufweist.
Die Ansprechzeit der ersten Messelektrode 10A kann je nach Konfiguration der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 kürzer sein als die der zweiten Messelektrode 10B, aber ein solcher Fall ist zulässig, solange die Ansprechzeitdifferenz zwei Sekunden oder weniger beträgt.
<Wenn eine Vielzahl von Schutzschichten übereinander gestapelt sind >
Die Konfiguration, in der der Gassensor 100 Schutzschichten beinhaltet, die die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B bedecken, ist nicht auf die in den 1A und 1B dargestellten beschränkt. 6A und 6B sind ein Diagramm, das eine Konfiguration veranschaulicht, in der eine vordere Endschutzschicht 80 auf einem vorbestimmten Bereich des Sensorelements 101 auf der vorderen Endteil E1-Seite vorgesehen ist, um nicht nur die erste Messelektrode 10A und die zweite Messelektrode 10B, sondern auch den gesamten Außenumfang des Sensorelements 101 abzudecken. 6A ist eine vertikale Querschnittsansicht entlang der Elementlängsrichtung des Sensorelements 101, und 6B ist eine Querschnittsansicht rechtwinklig zur Elementlängsrichtung entlang der Linie B-B' in 6A.
Die vordere Endschutzschicht 80 ist eine poröse Schicht aus Aluminiumoxid und ist so geformt, dass sie eine Porosität von 30% oder höher aufweist und eine Dicke von gleich oder mehr als 50 µm und gleich oder weniger als ungefähr 300 µm aufweist. Die vordere Endschutzschicht 80 wird im Sensorelement 101 (gebrannter Körper) gebildet, das durch das vorstehend beschriebene Grünplattenverfahren nach einem bekannten Verfahren, wie Plasmaspritzen, Sprühbeschichten, Gelgießen oder Tauchen, erhalten wird. Die Dicke der vorderen Endschutzschicht 80 kann mit jedem der Verfahren leicht gesteuert werden.
Eine solche Konfiguration mit der vorderen Endschutzschicht 80 kann verwendet werden, solange die Ansprechzeiten der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B gleich oder kürzer als 10 Sekunden sind, (der Absolutwert von) die Ansprechzeitdifferenz dazwischen 2 Sekunden oder kürzer ist und die Dickensumme der ersten Messelektrode 10A und der vorderen Endschutzschicht 80 und die Dickensumme der zweiten Messelektrode 10B und der vorderen EndschutzSchicht 80 jeweils 200 µm oder kleiner sind.
Darüber hinaus kann die Konfiguration, bei der die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 jeweils eine mehrschichtige Struktur aufweisen, eingesetzt werden.
Dementsprechend wird im Gassensor 100 gemäß der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform, wenn eine oder mehrere Schutzschichten auf jeder der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B, die dem Sensorelement 101 zur Verfügung gestellt werden, vorgesehen sind und die Ansprechzeitdifferenz zwischen beiden Elektroden 2 Sekunden oder kürzer ist, eine Schutzschichtgruppe (im Folgenden als erste Schutzschichtgruppe bezeichnet, mit einem Fall von nur einer Schicht), die auf der ersten Messelektrode 10A vorgesehen ist, und einer Schutzschichtgruppe (im Folgenden als zweite Schutzschichtgruppe bezeichnet, die einen Fall von nur einer Schicht umfasst), die auf der zweiten Messelektrode 10B vorgesehen ist, wobei unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Anforderungen an die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 jeweils nur die folgenden Anforderungen zu erfüllen sind.
Erste Schutzschichtgruppe: eine Schicht mit einer minimalen Porosität hat eine Porosität gleich oder mehr als 30% und gleich oder weniger als 40% und eine Dicke gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 200 µm und die erste Schutzschichtgruppe hat eine Gesamtdicke von 200 µm oder weniger; und
Zweite Schutzschichtgruppe: eine Schicht mit einer minimalen Porosität hat eine Porosität gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 40% und eine Dicke gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 200 µm, und die zweite Schutzschichtgruppe hat eine Gesamtdicke von 200 µm oder weniger.
In einem solchen Fall kann im Gassensor 100 die Konzentration der Messzielgaskomponente ohne die O₂-Störung mit bevorzugter Genauigkeit identifiziert werden, während die Empfindlichkeit erreicht wird. Mit anderen Worten kann die Empfindlichkeit wie bei einem Fall, in dem nur die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 vorgesehen sind, erreicht werden, solange eine Schutzschicht, die die Einführung (Reichweite an der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B) des Messungsgases am stärksten begrenzt, eine Porosität und eine Dicke aufweist, die der der vorstehend beschriebenen ersten SchutzSchicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 entspricht, und solange die Gesamtdicke der ersten Schutzschichtgruppe und die Gesamtdicke der zweiten Schutzschichtgruppe einen als Dicke der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 angenommenen Maximalwert nicht überschreiten.
Wenn die vordere Endschutzschicht 80 vorgesehen ist, dient die vordere Endschutzschicht 80 als äußerste Schicht der ersten Schutzschichtgruppe und der zweiten Schutzschichtgruppe.
Es sei angemerkt, dass die erste Schutzschichtgruppe und die zweite Schutzschichtgruppe nicht unbedingt gleichzeitig aus einer Vielzahl von Schichten gebildet werden müssen, sondern eine der ersten Schutzschichtgruppe und der zweiten Schutzschichtgruppe aus einer Schicht und die andere aus einer Vielzahl von Schichten gebildet werden kann.
Die zweite Schutzschichtgruppe ist vorzugsweise vorgesehen, um die Anforderungen wie folgt zu erfüllen.
Zweite Schutzschichtgruppe: eine Schicht mit einer minimalen Porosität hat eine Porosität von gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 20% und eine Dicke von gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 30 µm.
In einem solchen Fall kann im Gassensor 100 die Konzentration der Messzielgaskomponente ohne die O₂-Störung mit ausgezeichneterer Genauigkeit identifiziert werden, während die Empfindlichkeit erreicht wird.
[Beispiel]
Es wurden insgesamt 53 Arten von Gassensoren 100 (Nr. 1 bis Nr. 53) mit unterschiedlichen Kombinationen der Porosität und Dicke der ersten Schutzschicht 40 und der Porosität und Dicke der zweiten Schutzschicht 50 hergestellt.
Insbesondere wurde eine Porosität der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 jeweils in vier Stufen von 40%, 30%, 20% oder 10% variiert. Eine Dicke der ersten Schutzschicht 40 und der zweiten Schutzschicht 50 wurde jeweils in drei Stufen von 15 µm, 30 µm oder 200 µm variiert. Für den Gassensor 100, bei dem die Dicke der ersten Schutzschicht 40 200 µm betrug, war die Dicke der zweiten Schutzschicht 50 200 µm und die erste Schutzschicht 40 und die zweite Schutzschicht 50 hatten jedoch gleiche Porositäten. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wurde ein Binärbild eines Querschnitts-SEM-Bildes (sekundäres Elektronenbild) unter Bedingungen der Beschleunigungsspannung von 5 kV und der Vergrößerung von 5000 zur Porositätserkennung verwendet.
Die erste Messelektrode 10A wurde mit einer Dicke von 15 µm, einer Porosität von 35% und einem Au-Überschuss-Verhältnis von 1,01 gebildet. Die zweite Messelektrode 10B wurde mit einer Dicke von 15 µm und einer Porosität von 35% gebildet. Die Referenzelektrode 20 wurde so geformt, dass sie eine Dicke von 15 µm und eine Porosität von 35% aufweist.
Was die Größen der in 2 dargestellten Komponenten betrifft, so betrug L0 63 mm, w0 4 mm, t1 und t2 waren 2 mm, w1 und w2 waren 1 mm, d1 war 4 mm und d2 war 0,5 mm.
Anschließend wurden die Ansprechzeiten der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B für den so erhaltenen Gassensor 100 gemäß der vorstehend beschriebenen Ansprechzeit-Messbedingung gemessen und die Ansprechzeitdifferenz berechnet. Die Qualität der Empfindlichkeit jedes Gassensors 100 wurde basierend auf dem Ergebnis bestimmt.

7 ist ein Diagramm, das exemplarisch das Antwortmessprofil für jede der neun Arten von Gassensoren 100 (entsprechend Nr. 1, Nr. 7, Nr. 13, Nr. 19, Nr. 25, Nr. 31 und Nr. 37 bis Nr. 39) darstellt, unter denen die Porosität und Dicke der ersten Schutzschicht 40 verschieden sind. 8 ist ein Diagramm, das exemplarisch das Antwortmessprofil für jede der neun Arten von Gassensoren 100 (entsprechend Nr. 1 bis Nr. 6 und Nr. 37 bis Nr. 39) darstellt, zwischen denen die Porosität und Dicke der zweiten Schutzschicht 50 verschieden sind. Tabellen 1 und 2 führen die 53 Arten von Gassensoren 100, die Porosität und Dicke der ersten Schutzschicht 40, die Porosität und Dicke der zweiten Schutzschicht 50, die Ansprechzeiten der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B, berechnet aus dem Antwortmessprofil, die Ansprechzeitdifferenz als Differenzwert zwischen den Ansprechzeiten und ein Ergebnis der Qualitätsbestimmung der Empfindlichkeit des Gassensors 100 aus dem Wert auf (Tabelle 1: Nr. 1 bis Nr. 30 und Tabelle 2: Nr. 31 bis Nr. 53). [Tabelle 1]

Nr.	erste Schutzschicht		erste Messelektrode Ansprechzeit (s)	zweite Schutzschicht		zweite Messelektrode Ansprechzeit (s)	AnsprechzeitDifferenz (s)	Qualitätsbestimmung
Nr.	Porosität (%)	Dicke (µm)	erste Messelektrode Ansprechzeit (s)	Porosität (%)	Dicke (µm)	zweite Messelektrode Ansprechzeit (s)	AnsprechzeitDifferenz (s)	Qualitätsbestimmung
1	40	15	2,9	40	15	1,1	1,8	△
2	40	15	2,9	20	15	2,9	0	◯
3	40	15	2,9	10	15	2,9	0	◯
4	40	15	2,9	40	30	1,4	1,5	△
5	40	15	2,9	20	30	3,2	-0,3	◯
6	40	15	2,9	10	30	3,5	-0,6	◯
7	20	15	6,5	40	15	1,1	5,4	×
8	20	15	6,5	20	15	2,9	3,6	×
9	20	15	6,5	10	15	2,9	3,6	×
10	20	15	6,5	40	30	1,4	5,1	×
11	20	15	6,5	20	30	3,2	3,3	×
12	20	15	6,5	10	30	3,5	3	×
13	10	15	8,9	40	15	1,1	7,8	×
14	10	15	8,9	20	15	2,9	6	×
15	10	15	8,9	10	15	2,9	6	×
16	10	15	8,9	40	30	1,4	7,5	×
17	10	15	8,9	20	30	3,2	5,7	×
18	10	15	8,9	10	30	3,5	5,4	×
19	40	30	2,9	40	15	1,1	1,8	△
20	40	30	2,9	20	15	2,9	0	◯
21	40	30	2,9	10	15	2,9	0	◯
22	40	30	2,9	40	30	1,4	1,5	△
23	40	30	2,9	20	30	3,2	-0,3	◯
24	40	30	2,9	10	30	3,5	-0,6	◯
25	20	30	6,5	40	15	1,1	5,4	×
26	20	30	6,5	20	15	2,9	3,6	×
27	20	30	6,5	10	15	2,9	3,6	×
28	20	30	6,5	40	30	1,4	5,1	×
29	20	30	6,5	20	30	3,2	3,3	×
30	20	30	6,5	10	30	3,5	3	×

[Tabelle 2]

Nr.	erste Schutzschicht		erste Messelektrode Ansprechzeit (s)	zweite Schutzschicht		zweite Messelektrode Ansprechzeit (s)	AnsprechzeitDifferenz (s)	Qualitätsbestimmung
Nr.	Porosität (%)	Dicke (µm)	erste Messelektrode Ansprechzeit (s)	Porosität (%)	Dicke (µm)	zweite Messelektrode Ansprechzeit (s)	AnsprechzeitDifferenz (s)	Qualitätsbestimmung
31	10	30	10,4	40	15	1,1	9,3	×
32	10	30	10,4	20	15	2,9	7,5	×
33	10	30	10,4	10	15	2,9	7,5	×
34	10	30	10,4	40	30	1,4	9	×
35	10	30	10,4	20	30	3,2	7,2	×
36	10	30	10,4	10	30	3,5	6,9	×
37	40	200	2,9	40	200	1,4	1,5	△
38	20	200	6,7	20	200	3,3	3,4	×
39	10	200	10,9	10	200	3,7	7,2	×
40	30	15	3,1	40	15	1,1	2	△
41	30	15	3,1	20	15	2,9	0,2	◯
42	30	15	3,1	10	15	2,9	0,2	◯
43	30	15	3,1	40	30	1,4	1,7	△
44	30	15	3,1	20	30	3,2	-0,1	◯
45	30	30	3,1	40	15	1,1	2	△
46	30	30	3,1	20	15	2,9	0,2	◯
47	30	30	3,1	10	15	2,9	0,2	◯
48	30	30	3,1	40	30	1,4	1,7	△
49	30	30	3,1	20	30	3,2	-0,1	◯
50	30	30	3,1	10	30	3,5	-0,4	◯
51	30	15	3,1	30	15	1,5	1,6	△
52	30	30	3,1	30	30	1,6	1,5	△
53	30	200	3,1	30	200	1,7	1,4	△

Die Qualitätsbestimmung der Empfindlichkeit des Gassensors 100 wurde anhand der folgenden Kriterien durchgeführt.
„Äußerst gute Empfindlichkeit“ (Kreise in Tabellen 1 und 2):
Die Ansprechzeiten der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B sind beide gleich oder kleiner als 10 Sekunden, und die Ansprechzeitdifferenz ist gleich oder kleiner als 1 Sekunde;
„Ausgezeichnete Empfindlichkeit“ (Dreiecke in Tabellen 1 und 2):
Die Ansprechzeiten der ersten Messelektrode 10A und der zweiten Messelektrode 10B sind beide gleich oder kürzer als 10 Sekunden und die Ansprechzeitdifferenz ist länger als 1 Sekunde und gleich oder kürzer als 2 Sekunden;
„Weniger gute Empfindlichkeit“ (Kreuze in Tabelle 1 und 2):
Andere als die vorstehend beschriebenen zwei Fälle.
Wie in den Tabellen 1 und 2 angegeben, wurde bestätigt, dass die ausgezeichnete Empfindlichkeit der Ansprechzeitdifferenz von 2 Sekunden oder kürzer im Gassensor 100 erreicht wurde, bei dem die erste Schutzschicht 40 eine Porosität von 40% im Bereich von 30% bis einschließlich 40% hatte und eine Dicke im Bereich von 15 µm bis einschließlich 200 µm und die zweite Schutzschicht 50 eine Porosität im Bereich von 10% bis einschließlich 40% hatte und eine Dicke im Bereich von 15 µm bis einschließlich 200 µm hatte.
Insbesondere wurde bestätigt, dass die extrem exzellente Empfindlichkeit der Ansprechzeitdifferenz von 1 Sekunde oder kürzer erreicht wurde, wenn die zweite Schutzschicht 50 eine Porosität in einem Bereich von 10% bis einschließlich 20% hatte und eine Dicke in einem Bereich von 15 µm bis einschließlich 30 µm hatte.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016033510 [0002]
JP 2017116371 [0002]

Claims

Gassensor mit gemischtem Potenzial, der konfiguriert ist, um eine in Messungsgas enthaltene Messzielgaskomponente zu erfassen und eine Konzentration der Messzielgaskomponente zu identifizieren, wobei der Gassensor umfasst: ein Sensorelement aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten; eine erste Messelektrode als Cermet-Elektrode, die auf einer Oberfläche des Sensorelements vorgesehen ist und eine Pt-Au-Legierung enthält; eine zweite Messelektrode als Cermet-Elektrode, die auf der Oberfläche des Sensorelements vorgesehen ist und Pt enthält; eine Referenzelektrode, die im Inneren des Sensorelements vorgesehen ist, um mit Luft in Kontakt zu kommen; eine erste Schutzschichtgruppe, die eine oder eine Vielzahl von porösen Schutzschichten beinhaltet, die jeweils die erste Messelektrode bedecken; eine zweite Schutzschichtgruppe, die eine oder eine Vielzahl von porösen Schutzschichten beinhaltet, die jeweils die zweite Messelektrode bedecken; und ein Konzentrationsidentifikationselement, das konfiguriert ist, um die Konzentration der Messzielgaskomponente in dem Messungsgas zu identifizieren, wobei das Konzentrationsidentifikationselement konfiguriert ist, um während der Gassensor in dem Messungsgas angeordnet ist, eine erste Sensorausgabe als Potenzialdifferenz, die zwischen der ersten Messelektrode und der Referenzelektrode gemäß der Konzentration der Messzielgaskomponente und einer Sauerstoffkonzentration auftritt, und eine zweite Sensorausgabe als Potenzialdifferenz, die zwischen der zweiten Messelektrode und der Referenzelektrode gemäß der Sauerstoffkonzentration auftritt, zu erfassen und die Konzentration der Messzielgaskomponente in dem Messungsgas basierend auf der ersten und zweiten Sensorausgabe zu identifizieren, wobei die ersten und zweiten Messelektroden jeweils eine Ansprechzeit von 10 Sekunden oder weniger aufweisen, und eine Differenz zwischen der Ansprechzeit der ersten Messelektrode und der Ansprechzeit der zweiten Messelektrode 2 Sekunden oder kürzer ist.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei eine Schutzschicht mit einer minimalen Porosität unter den in der ersten Schutzschichtgruppe enthaltenen Schutzschichten eine Porosität von gleich oder mehr als 30% und gleich oder weniger als 40% und eine Dicke von gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 200 µm aufweist, die erste Schutzschichtgruppe eine Gesamtdicke von 200 µm oder kleiner aufweist, eine Schutzschicht mit einer minimalen Porosität unter den in der zweiten Schutzschichtgruppe enthaltenen Schutzschichten eine Porosität von gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 40% und eine Dicke von gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 200 µm aufweist, und die zweite Schutzschichtgruppe eine Gesamtdicke von 200 µm oder kleiner aufweist.
Gassensor nach Anspruch 2, wobei eine Schutzschicht mit einer minimalen Porosität unter den in der zweiten Schutzschichtgruppe enthaltenen Schutzschichten eine Porosität von gleich oder mehr als 10% und gleich oder weniger als 20% und eine Dicke von gleich oder mehr als 15 µm und gleich oder weniger als 30 µm aufweist.
Gassensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Sensorelement eine vordere Endschutzschicht beinhaltet, die auf einem Außenumfang eines Bereichs vorgesehen ist, der sich von einer Endteilseite des Sensorelements erstreckt und mindestens die ersten und zweiten Messelektroden beinhaltet, und die vordere Endschutzschicht als äußerste Schicht in jeder der ersten Schutzschichtgruppe und der zweiten Schutzschichtgruppe dient.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Konzentrationsidentifikationselement im Voraus ein erstes Sensitivitätsmerkmal als eine funktionelle Beziehung zwischen der ersten Sensorausgabe und jeder der Konzentration der Messzielgaskomponente und der Konzentration von Sauerstoff und ein zweites Sensitivitätsmerkmal als eine funktionelle Beziehung zwischen der zweiten Sensorausgabe und der Konzentration von Sauerstoff speichert, die Sauerstoffkonzentration in dem Messungsgas aus einem erfassten Wert der zweiten Sensorausgabe basierend auf dem zweiten Sensitivitätsmerkmal identifiziert und die Konzentration der Messzielgaskomponente in dem Messungsgas aus der identifizierten Sauerstoffkonzentration und dem erfassten Wert der ersten Sensorausgabe basierend auf dem ersten Sensitivitätsmerkmal identifiziert.