DE3322534A1

DE3322534A1 - Widerstandsmessfuehler

Info

Publication number: DE3322534A1
Application number: DE19833322534
Authority: DE
Inventors: Friedrich Josef Dr. 7250 Leonberg Esper; Hermann Dr. 7000 Stuttgart Fischer; Karl-Hermann Dr. Friese; Peter 7250 Leonberg Scharner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-06-23
Filing date: 1983-06-23
Publication date: 1985-01-10
Also published as: JPS6015549A; US4532492A

Description

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25.5. 1983 Pf/Jä

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7OOO Stuttgart 1

Widerstandsmeßfühler
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Widerstandsmeßfühler nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der EP-PS O 001 510 ist ein derartiger Meßfühler bekannt, der einen Sensor aus Titandioxid aufweist, dessen Widerstand sich außer mit der Temperatur auch mit dem Sauerstoffpartialdruck ändert, der aber gleichzeitig ein zweites derartiges Meßfühlerelement aufweist, das ebenfalls aus Titandioxid bestehen kann, dessen Widerstandsabhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck jedoch vergleichsweise gering ist, um bei den Messungen die Temperaturabhängigkeit kompensieren zu können. Dieser Meßfühler ist jedoch verhältnismäßig kompliziert aufgebaut, da er spezielle Trägerrohre braucht, welche die als Pillen ausgebildeten beiden Meßfühlerelemente tragen und diese nur mittels Drähten, die gleichzeitig als Zuleitungen dienen, gehalten werden. Dies erfordert eine ziemlich komplizierte Herstellungstechnologie, so daß derartige Meßfühler verhältnismäßig teuer sind.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Widerstandsmeßfühler mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er keine spezielle Trägerkeramik und kein

Substrat mehr benötigt und daß die Fertigungstechnologie einerseits sehr einfach ist und zum anderen derjenigen entspricht, wie sie aus der Herstellung der sogenannten Lambda-Sonden bekannt ist. Durch geeignete Maßnahmen, wie sie weiter unten noch beschrieben werden, ist es darüber hinaus möglich, Thermistor und Sensor in einem einzigen Sinterprozeß herzustellen und miteinander zu verbinden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Widerstandsmeßfühlers möglich. Besonders vorteilhaft ist es, für den als Träger dienenden Thermistor die Form eines einseitig geschlossenen Rohres zu wählen. Ein derartiger Körper läßt sich leicht in ein Gehäuse einbauen, wie dies aus der Lambda-Sonden-Technologie bekannt ist,

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Ss zeigen Figur 1 ein erstes AusfüLrungsbeispiel, bei welchem der Sensor im Inneren des Thermistorrohres angeordnet ist, und Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem der Sensor auf der Außenseite des Thermistorrohres angeordnet ist.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Widerstandsmeßfühler nach Figur 1 besteht aus einem einseitig geschlossenen Rohr aus dichtgesintertem Titandioxid 1 als Thermistorkörper, das an seinem kuppenförmig geschlossenen Ende eine Bohrung 2 aufweist, während das Rohr am rückwärtigen offenen Ende eine Schulter 3 trägt,

mit deren Hilfe der Thermistorkörper in ein entsprechend geformtes Gehäuse h aus Stahl eingebaut werden kann. Der Thermistorkörper 1 trägt auf seiner äußeren Oberfläche eine Außenelektrode 5, die durch eine Schutzschicht β abgedeckt sein kann. Die Außenelektrode 5 wird zumindest in Form einer Leiterbahn bis auf die äußere Schräge der Schulter 3 geführt, von wo über einen metallischen Dichtring 7 die Kontaktierung mit dem Gehäuse h erfolgt. Die Innenwandung des Thermistorkörpers 1 trägt eine Innenelektrode 8, die gleichzeitig eine Elektrode für den ebenfalls aus Titandioxid bestehenden Sensor 9 darstellt. Diese Innenelektrode 8 ist in Form einer Leiterbahn 10 bis auf die Schulter 3 geführt. Der Sensor 9 befindet sich in Form einer porösen Schicht im Inneren des Thermistorkörpers und trägt auf der dem Thermistorkörper abgewandten Seite eine poröse Gegenelektrode 11. Auch diese Elektrode 11 wird in Form einer weiteren Leiterbahn 12 bis auf die horizontale Fläche der Schulter 3 geführt, liegt jedoch nicht direkt auf der Innenwand des Thermistorkörpers 1 auf, sondern ist von dieser durch eine isolierende Zwischenschicht 13, die beispielsweise aus einer Glasur aus Bariumsilikatglas besteht, getrennt. In die Öffnung des Thermistorkörpers 1 ragt eine Isolator-Keramik Ik hinein, die zwei Leiterbahnen 15 und 16 trägt. Zwischen der Isolator-Keramik 1h und der horizontalen Fläche der Schulter 3 befindet sich ein elektrisch isolierender Dichtring 17, der in den Bereichen der beiden Leiterbahnen 15 und 16 um den Dichtring 17 herumgreifende Metallstreifen trägt, um eine elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnen 10 und 15 bzw. 12 und 16 herzustellen Durch eine nicht dargestellte Anordnung wird einerseits die Isolator-Keramik 1U auf die Schulter 3 und andererseits der Thermistorkörper 1 in das Gehäuse h gedrückt.

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Zur Herstellung des Widerstandsmeßfühlers wird zunächst der Thermistorkörper 1 aus Titandioxidpulver gepreßt und vorgeglüht. Dann werden die Elektroden 5 und 8, die aus Platin und ca. Uo Vol.-% TiO_ bestehen, in Form einer Paste aufgebracht und getrocknet, anschließend wird eine aus Titandioxid bestehende Schicht zur Bildung des Sensors 9 eingebracht und schließlich auf die verbleibende Sensorfläche die Elektrode 11 aufgebracht. Dann werden die isolierende Zwischenschicht 13 sowie die Leiterbahnen 10 und 12, die wie die Elektroden zusammengesetzt sind, eingebracht. Schließlich wird auch die Schutzschicht 6, die aus Titandioxid besteht, aufgebracht und das Ganze bei einer Temperatur von 1300 - 1U50 C gesintert. Um zu erreichen, daß bei dem gemeinsamen Sinterprozeß der Thermistorkörper 1 dicht sintert, der Sensor 9 dagegen porös bleibt, wählt man für den Thermistorkörper 1 ein TiOp-Pulver, das einen höheren Anteil an Rutil enthält, während dem TiOp-Pulver für den Sensor 9 ein Porenbildner, z. B. Ammoncarbonat, zugemischt wird. Zusätzlich können noch die Aufbereitungs- und Verarbeitungsbedingungen bei der Herstellung des Thermistorkörpers 1 und des Sensors ? in bekannter Weise angepaßt werden. Wird der Sensorteil nicht als Schicht, sondern als vorgefertigtes Keramik-Rohr vor dem Sinterprozeß in das Rohr eingebracht, so wählt man vorteilhaft, um einen festen Sitz des Sensors 9 zu erreichen, für die Innenbohrung des Thermistorkörpers 1 eine leicht konische Form und sorgt im übrigen dafür, daß der Thermistorkörper 1 während des Sinterns etwas stärker schwindet als der Sensor 9. Der Verbund zwischen Sensorteil und Thermistorteil wird dann beim Sinterprozeß durch die dazwischenliegende Elektrode 3 ?eschaffen.

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Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist im Prinzip ähnlich aufgebaut, wie es soeben beschrieben wurde. Jedoch weist der Thermistorkörper 1 keine Bohrung an seinem geschlossenen Ende auf, da sich die Sensorschicht auf der äußeren Oberfläche des Thermistorkörpers befindet. Auf der äußeren Oberfläche des Sensors 9 befindet sich eine Elektrode 18, die in Form einer Leiterbahn auf den in Figur 2 links dargestellten horizontalen Teil der Schulter 3 geführt wird. Hierzu muß zum einen die Leiterbahn 12 mittels einer Glasur 13 gegen den Thermistorkörper 1 isoliert werden, zum anderen muß aber im Bereich des Dichtrings 7 die Leiterbahn 12 mittels e-iner weiteren isolierenden Zwischenschicht 19 in Form einer Glasur gegen den Dichtring 7 und das Gehäuse U elektrisch isoliert werden. Die Kontaktierung, die in Figur 2 nicht dargestellt ist, erfolgt in der gleichen Weise, wie sie in Figur 1 gezeigt und beschrieben wurde. Die Elektrode 18 und der Sensor 9 können durch eine in der Figur nicht dargestellte poröse Schicht, beispielsweise aus Aluminiumoxid, geschützt sein. Die Herstellung des Sensors gemäß dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt ganz analog zu dem oben beschriebenen, wobei zu beachten ist, daß die Glasuren und die auf ihnen aufliegenden Leiterbahnabschnitte erst nach dem Sinterprozeß aufgebracht werden können. Das Aufschmelzen der C-Ia-

suren erfolgt dann bei Temperaturen τοπ 1100 bis 1250 C.

- Leerseite -

Claims

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R. I U / J U

25-5. 1983 PF/Jä

ROBERT BOSCH GMBH₅ 7OOO Stuttgart 1

Ansprüche

j 1.)Widerstandsmeßfühler zur Erfassung des Sauerstoffgehaltes in Gasen, mit einem halbleitenden Metalloxid als von der Sauerstoffkonzentration abhängigem Sensor und einem Thermistor, der vorzugsweise nur die Abhängigkeit des Widerstandes von der Temperatur registriert, sowie Elektroden zum Anlegen von Spannungen an Sensor und Thermistor, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (1) aus einem dichtgesinterten Widerstandsmaterial besteht und als Träger für den Sensor (9) dient, während der Sensor (9) aus einem porösen Widerstandsmaterial besteht und auf dem Thermistor (1) unter Zwischenschaltung einer Elektrodenschicht aufliegt.

2. Widerstandsmeßfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sensor (9) und Thermistor (1 j aus Titandioxid bestehen.

3". Widerstandsmeßfühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermistor (1) die Form eines einseitig geschlossenen Rohres hat.

k. Widerstandsmeßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das einseitig geschlossene Rohr (1) an seinem geschlossenen Ende eine Bohrung (2) aufweist und der Sensor

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(9) unter Zwischenschaltung einer Elektrodenschicht (8) auf der Innenseite des Thermistor-Rohres (1) angebracht i st.

5. Widerstandsmeßfühler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) unter Zwischenschaltung einer Slektrodenschicht (5) auf der Außenseite des Thermistor-Rohres (1) aufgebracht ist.