JP4739716B2

JP4739716B2 - センサ素子

Info

Publication number: JP4739716B2
Application number: JP2004270449A
Authority: JP
Inventors: クラーマーベルント; シューマンベルント; ツィーグラーイェルク
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2004-09-16
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2024-09-16
Also published as: DE102004047796A1; EP1673618A1; US20050067282A1; JP2007506948A; JP2005106817A; DE102004047797A1; WO2005033690A1

Description

本発明は、特に測定ガスの物理的な特性を測定するための、有利には燃焼エンジンの排ガスの成分の濃度を測定するためのセンサ素子であって、固体電解質に配置された第１の電極が設けられており、この第１の電極が、センサ素子の外部に位置している測定ガスに、第１の拡散経路を介して接続されており、この第１の拡散経路に、第１の拡散抵抗器が設けられている形式のものに関する。

この形式のセンサ素子が、例えばAutomotive Electronics Handbook, Editor:Ronald Jurgen, Kapitel 6, McGraw-Hill, 1995につき公知である。この平面的なセンサ素子は、第１の固体電解質フィルム及び第２の固体電解質フィルムを有しており、これらの第１の固体電解質フィルムと第２の固体電解質フィルムとの間には測定ガス室が設けられている。この測定ガス室には、拡散バリヤが前置されている。センサ素子の外部に位置する測定ガスが、第１の固体電解質フィルム内に設けられた測定ガス開口及び拡散バリヤを介して測定ガス室に到達することができる。

測定ガス室には、内部ポンプ電極とネルンスト電極とが配置されている。内部ポンプ電極は、センサ素子の外面に塗布された外部ポンプ電極、及び内部ポンプ電極と外部ポンプ電極との間に位置する、第１の固体電解質フィルムの領域と協働して、電気化学的なポンプセルを形成する。ネルンスト電極は、基準ガスにさらされた基準電極、及びネルンスト電極と基準電極との間に配置された固体電解質と協働する。すなわち前記エレメントは、電気化学的なネルンストセルを形成し、このネルンストセルにより、測定ガス室内の酸素分圧が測定される。ポンプセルを通って、ポンプ電圧の印加により酸素が測定ガス室内外へポンピングされ、これにより、測定ガス室には約ラムダ＝１の酸素分圧が存在している。このためには、ポンプ電圧が評価電子機構により次のように制御される、すなわち、ネルンストセルに印可されたネルンスト電圧が、例えば４５０ｍＶの目標値に対応するように制御される。排ガスが希薄な場合には、前記の制御に基づいて、拡散バリヤを介して流れる酸素全てがポンプセルから排出される。拡散バリヤを介して流れる酸素の量は、測定ガスの酸素分圧のための基準なので、ポンプ流に基づき測定ガス内の酸素分圧が推論される。排ガスが濃厚な場合には、測定ガス（例えば炭化水素、Ｈ２、ＣＯ）の拡散された酸化可能な成分は、拡散バリヤを介して測定ガス室に拡散する。測定ガスの酸化可能な成分は、ポンプセルを介して測定ガス室内にポンピングされた酸素に反応する。再びポンプ流に基づいて測定ガス内の酸素分圧が測定される。

酸素分圧の上記の測定は、測定ガスが熱力学的な均衡にあることを前提としている。そうでない場合には、すなわち酸化可能なガス成分と還元可能なガス成分とが互いに隣接して存在する場合には、測定結果は歪曲されている。なぜならば、酸化可能なガス成分と還元可能なガス成分とは種々異なった拡散定数を有しており、ひいては異なった速さで拡散バリヤを介して測定ガス室内に拡散するからである。同様の効果が、還元可能な成分がほとんど存在しない濃厚な排ガス時に生じる。濃厚な排ガスは、例えば成分Ｈ２，ＣＯ及び炭化水素を含有している（複数成分測定ガス）。しかしながら、種々異なった成分の配分は変化し得る。種々異なった成分は種々異なった拡散係数を有しているので、濃厚な排ガスの種々異なった組成では測定結果が歪曲される。このような不均衡測定ガス又は複数成分測定ガスは、特にディーゼル粒子フィルタによる再生段階の間に、又は例えばＮＯｘ−貯蔵触媒の再生の間に濃厚排ガス内に発生する。

さらに、ドイツ連邦共和国特許公開第１００１３８８２号明細書につき、拡散バリヤの領域に触媒活性の材料を設けることが公知である。この触媒活性の材料により、不均衡測定ガスの酸化可能な成分と還元可能な成分との反応が加速され、これにより、測定ガスが、触媒活性の材料を備えた拡散バリヤの領域の貫流後には、熱力学的な均衡で存在する。同様の形式で、触媒活性の材料は複数成分測定ガスの成分の反応を引き起こし、この反応により、複数成分測定ガスはもとの組成とはほぼ無関係に所定の組成（主にＨ２及びＣＯ）で存在する。このためには、測定ガス室内外への測定ガスの平均的な拡散速度が減速され、ひいては測定ガスが十分に長く触媒活性の材料にさらされていることが必要である。この場合に、拡散速度の減少により、測定ガス内の酸素分圧の変化に対するセンサ素子の反応速度が劣悪化せしめられることが欠点である。
ドイツ連邦共和国特許公開第１００１３８８２号明細書 Automotive Electronics Handbook, Editor:Ronald Jurgen, Kapitel 6, McGraw-Hill, 1995

そこで本発明の課題は、測定ガスの酸素分圧を、優れた反応速度により測定することができ、かつ不均衡測定ガス又は複数成分測定ガスの場合にも、酸素分圧の正確な測定が可能なセンサ素子を提供することである。

この課題を解決した本発明の手段によれば、センサ素子が、固体電解質に配置された第２の電極を有しており、この第２の電極が、センサ素子の外部に位置する測定ガスに、第２の拡散経路を介して接続されており、この拡散経路に、第２の拡散抵抗器が配置されており、この第２の拡散抵抗器が、触媒活性の材料を有している。

上記の特徴を有する本発明のセンサ素子は、従来技術に対して次のような利点を有している。すなわち、このセンサ素子は測定ガスの酸素分圧を、優れた反応速度により測定することができ、かつ同時に、いわゆる不均衡測定ガス又は複数成分測定ガスの場合にも、すなわち、測定ガスが熱力学的な均衡で存在しておらず、ひいては広範囲にわたって所定の組成で存在している場合にも酸素分圧の正確な測定が可能である。

このためには、センサ素子が第１の電極を有しており、この第１の電極には、測定ガスが第１の拡散経路を介して到達する。この場合、第１の拡散経路には第１の拡散抵抗器が位置している。さらにセンサ素子は第２の電極を有しており、この第２の電極には、測定ガスが第２の拡散経路を介して到達する。この場合、第２の拡散経路には第２の拡散抵抗器が位置している。第２の拡散抵抗器は、触媒活性の材料を有しており、不均衡測定ガスの場合には、測定ガスの酸化可能な成分と還元可能な成分との反応を引き起こす。これにより、第２の電極の方へ流れる測定ガスは熱力学的な均衡にあり、これにより、第２の電極では、不均衡測定ガス又は多数成分測定ガスの場合にも酸素分圧の正確な測定が可能である。

従属請求項に記載の手段により、請求項１に記載のセンサ素子の有利な発展形が可能である。

有利には、第１の拡散抵抗器は、触媒活性の材料のわずかな配分だけしか有していないか、又は全く有しておらず、特に第１の拡散バリヤ及び第２の拡散バリヤの孔配分及び孔サイズの対応した選択により、第１の拡散抵抗器を介した平均的な拡散速度が第２の拡散抵抗器を介した平均的な拡散速度よりも大きくなるように形成されている。

有利には、触媒活性の材料は、第２の拡散抵抗器の、第２の電極に向いていない方の側に設けられている。これにより、第２の拡散経路に沿って第２の電極へ拡散する測定ガスは、触媒活性の材料により熱力学な均衡に置かれ、均衡測定ガスの形で第２の拡散抵抗器を介して、若しくは第２の拡散抵抗器の大部分を介して拡散する。この形式の構成では、測定ガスの酸化可能な成分と還元可能な成分の種々異なった拡散定数は、酸素分圧の測定のためには重要ではない。なぜならば、測定ガスの酸化可能な成分と、還元可能な成分とは、測定ガスが第２の拡散抵抗器（若しくは拡散抵抗器の大部分）を通過して第２の測定ガス室内へ拡散する前に、（熱力学的な均衡が得られるまで）互いに反応し終えているからである。対応して、複数成分測定ガスは、触媒活性の材料の領域における反応に基づいて、第２の測定ガス室への進入時に、複数成分の、広範囲にわたって所定の割合を有している。

有利には、触媒活性の材料は特殊鋼、例えばプラチナ、パラジウム、ロジウム、又は少なくともこれらのうち２つのエレメントによる合金、又はこれらの少なくとも２つのエレメントの混合物を有しており、多孔性の担体の表面に塗布されている。

有利には、第１及び第２の拡散抵抗器、若しくは第１及び第２の電極若しくは第１及び第２の測定ガス室は、センサ素子の長手方向軸線に関して互いに側方に隣接して配置されている。この場合に、長手方向軸線に関して対称的な配置により、加熱されたセンサ素子の熱分配が、第１及び第２の拡散抵抗器の領域、若しくは第１及び第２の電極の領域で等しくなっていると有利である。

本発明の有利な１実施例では、第１の固体電解質層と第２の固体電解質層との間に第１の測定ガス室が設けられており、この第１の測定ガス室には第１の電極が配置されており、さらに、第２の測定ガス室が設けられており、この第２の測定ガス室には第２の電極が配置されている。第１の固体電解質層には、ガス流入開口が設けられている。測定ガスは、第１の電極へ第１の拡散経路を介して到達することができる。この第１の拡散経路は、ガス流入開口と、第１の拡散抵抗器と第１の測定ガス室とを有している。対応して、測定ガスは、第２の電極へ第２の拡散経路を介して到達する。この第２の拡散経路は、同様にガス流入開口と、触媒活性の材料を備えた第２の拡散抵抗器と、第２の測定ガス室とを有している。有利な配置では、第１及び第２の電極と、第１及び第２の拡散抵抗器と、第１及び第２の測定ガス室は円形リングセクタ状に形成されている。同様に第２の拡散抵抗器の領域も円形リングセクタ状に形成されている。セクタ角度は、有利には１３０度から１７度までである。このような配置では、拡散横断面はガス流入開口から第１の電極及び第２の電極へ向かって線状に増大しており、これにより、有利には測定ガス内の圧力衝撃が緩和される。このような圧力衝撃は、さもなければ測定結果の歪曲につながってしまう。

センサ素子は第１のポンプセルを有している。この第１のポンプセルは、第１の電極と、第１の固体電解質フィルムの外面に配置されたポンプ電極とから形成される。センサ素子は、さらに第２のポンプセルを有している。この第２のポンプセルは、第２の電極とポンプ電極とから形成される。さらにセンサ素子は、第１の電極と、基準ガスにさらされる基準電極とにより形成される第１のネルンストセルを有しており、かつ第２の電極と基準電極とにより形成される第２のネルンストセルを有している。第１のポンプセルと第１のネルンストセルとは、第１の測定ユニットを形成しており、第２のポンプセルと第２のネルンストセルとは第２の測定ユニットを形成しており、この場合に、両方の測定ユニットは、互いに独立して作業し、それぞれ独立した測定結果をもたらす。

本発明の実施例を図面につきさらに詳しく説明する。

図１及び図２は、本発明の第１の実施例として平坦な、層状に構成された細長いセンサ素子１０の測定領域を示している。このセンサ素子１０は、第１の固体電解質層２１、第２の固体電解質層２２、第３の固体電解質層２３及び第４の固体電解質層２４を有している。第１の固体電解質層２１と第２の固体電解質層２２との間には、第１の測定ガス室３２及び第２の測定ガス室４２が設けられている。第１の測定ガス室３２は、センサ素子１０の外部に位置する測定ガスに、第１の固体電解質層２１内に設けられたガス流入開口６１と、第１の拡散抵抗器３３とを介して接続されている。第２の測定ガス室４２は、センサ素子１０の外部に位置する測定ガスに、ガス流入開口６１と第２の拡散抵抗器４３とを介して接続されている。両方の測定ガス室３２，４２は、側方でシールフレーム６３によって取り囲まれており、このシールフレーム６２により、測定ガス室３２，４２も互いにガス密に分離されている。

第１の測定ガス室３２では、第１の固体電解質層２１に、第１の電極３１の第１の区分３１ａが塗布されており、第２の固体電解質層２２に、第１の電極３１の前記第１の区分３１ａの向かい側に位置するように、第１の電極３１の第２の区分３１ｂが塗布されている。第１の電極３１の第１の区分３１ａと第２の区分３１ｂとは、電気的に接続されており（図示せず）、センサ素子１０の長手方向軸線の方向に延びる共通の第１の給電線３５により、センサ素子１０の外部に配置された評価電子機構（同じく図示せず）に接続されている。

第２の測定ガス室４２には、第１の測定ガス室３２に設けられた第１の電極３１の装置に類似して第２の電極４１が設けられている。この第２の電極４１は、第１の固体電解質層２１に塗布された第１の区分４１ａを有しており、かつ第２の固体電解質層２２に塗布されており、第２の電極４１の第１の区分４１ａの向かい側に位置する第２の区分４１ｂを有している。第２の電極４１の第１の区分４１ａと第２の区分４１ｂとは、同様に電気的に接続されており、センサ素子１０の長手方向軸線の方向に延びる共通の第２の給電線４５により評価電子機構に接続されている。

第１の固体電解質層２１の外面には、ポンプ電極５１が設けられている。このポンプ電極５１は、測定ガスにさらされており、多孔性の保護層５２により覆われている。ポンプ電極５１は、第３の給電線５５により評価電子機構に接続されている。

第２の固体電解質層２２と第３の固体電解質層２３との間には、基準ガスを充填された基準ガス室５４が設けられており、この基準ガス室５４内には、基準電極５３が配置されている。基準ガス室５４は、側方で別のシールフレーム６４により取り囲まれている。基準電極５３は、第４の給電線５６により評価電子機構に接続されている。

ポンプ電極５１及び基準電極５３は環状に形成されている。材料節約のためには、ポンプ電極５１及び／又は基準電極５３が、互いに電気的に接続されたそれぞれ２つの区分を有していてよい。これらの区分は、第１の固体電解質層２１及び第２の固体電解質層２２の、第１及び第２の電極３１，４１のそれぞれの区分３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂに向かい合って位置する領域に配置されている。

第３の固体電解質層２３と第４の固体電解質層２４との間には加熱装置６２が設けられており、この加熱装置６２により、図１及び図２に示した、センサ素子１０の測定領域が、センサ機能のために不可欠な作動温度まで加熱される。

第１の電極３１は、ポンプ電極５１と共に第１の電気化学的なポンプセルの形で協働し、かつ基準電極５３と共に第１の電気化学的なネルンストセルの形で協働する。第２の電極４１は、ポンプ電極５１と共に第２の電気的なポンプセルの形で協働し、かつ基準電極５３と共に第２の電気化学的なネルンストセルの形で協働する。シールフレーム６３は固体電解質から成っており、この固体電解質は、固体電解質層２１，２２，２３，２４と同様に酸素イオン伝導性なので、第１の電極３１の第１の区分３１ａ又は第２の区分３１ｂ、及び／又は第２の区分４１の第１の区分４１ａ又は第２の区分４１ｂは、電気化学的なセルの機能が著しく制限されることなしに、省略することができる。

図３及び図４には、本発明の第２の実施例が示されている。この第２の実施例は、図１及び図２に示した第１の実施例とは主に次のことにより異なっている、すなわち、基準ガス室５４が、第１の測定ガス室３２及び第２の測定ガス室４２と同じ層平面に配置されており、これにより、１つの固体電解質層が省略されており、第１の測定室３２及び第２の測定室４２は、センサ素子１０の長手方向軸線に関して互いに隣接して配置されており、第１の実施例の場合のように互いに前後して配置されていないことにより異なっている。互いに対応するエレメントは、第２の実施例では図１及び図２による実施例の場合と等しい符号が付されている。

本発明の第２の実施例によるセンサ素子１０は、第１の固体電解質層１２１、第２の固体電解質層１２２及び第３の固体電解質層１２３を有している。第１の固体電解質層１２１と第２の固体電解質層１２２との間には、第１の測定ガス室３２及び第２の測定ガス室４２並びに基準ガス室５４が配置されている。加熱装置６２が第２の固体電解質層１２２と第３の電解質層１２３との間に設けられている。第１の測定ガス室３２と第２の測定ガス室４２とは、センサ素子１０の長手方向軸線に関して側方に互いに隣接して配置されており、ひいては第１実施例の場合の配置に対して９０度だけ回転せしめられている。第１の電極３１及び第２の電極４１が第１の固体電解質層１２１に塗布されており、第１の電極３１又は第２の電極４１の別の区分は、第２の固体電解質層１２２には設けられていない。そのほかの点では、両方の測定ガス室３２，４２、両方の拡散抵抗器３３，４３及び両方の電極３１，４１の配置は、（第１の給電線３５及び第２の給電線４５の配置を除いて）第１の実施例に対応している。

基準ガス室５４に配置された基準電極５３及び第１の電極３１若しくは第２の電極４１、並びに基準電極５３と、第１の電極３１若しくは第２の電極４１との間に配置された、第１の固体電解質層１２１及びシールフレーム６３の区分により、第１の電気化学的なネルンストセル若しくは第２の電気化学的なネルンストセルが形成される。

図５は、本発明の第３の実施例を示している。この実施例は、図１から図４までによる第１及び第２の実施例とは、次のことにより本質的に異なっている、すなわち、第１の拡散抵抗器３３及び第２の拡散抵抗器４３と、第１の測定ガス室３２及び第２の測定ガス室４２とが線状に配置されていることにより本質的に異なっている。互いに対応するエレメントは、第３の実施例では、図１から図４までによる実施例におけるのもの等しい符号を付す。

第３の実施例では、第１の拡散抵抗器３３及び第２の拡散抵抗器４３と、第１の測定ガス室３２及び第２の測定ガス室４２とが、細長い通路状の領域に配置されている。この領域は、センサ素子１０の長手方向軸線の方向に延びており、ほぼ均一な横断面を有している。第１の拡散抵抗器３３と第２の拡散抵抗器４３との間に領域には、ガス流入開口６１が開口している。センサ素子１０の接続側の端部から出発して、この通路状の領域には、次の順序で、第１の電極３１，３１ａを備えた第１の測定ガス室３２、第１の拡散バリヤ３３、ガス流入開口６１，第２の拡散バリヤ４３、及び第２の電極４１，４１ａを備えた第２の測定ガス室４２が配置されている。

上に述べた実施例では、第２の拡散抵抗器４３は領域４４を有しており、この領域４４には、触媒活性の材料としてプラチナが設けられている。領域４４は、第２の拡散抵抗器４３の、第２の電極４１に向いていない方の側に配置されている。領域４４は、ガス流入開口６１に直接に隣接しており、これにより、排ガスが、第２の拡散抵抗器４３の領域４４を介してのみ第２の測定ガス室４２内に到達できるようになっている。第１及び第２の実施例では、領域４４は円形リングセクタの形で形成されており、第３の実施例では長方形の形で形成されており、ひいてはセンサ素子の長手方向軸線に関連して一定の長さで形成されている。これにより、これらの実施例では領域４４は排ガスの拡散方向で見て一定の長さを有しており、これにより、排ガスは種々異なった拡散経路とは無関係に、第２の拡散抵抗器４３を通って第２の測定ガス室４２へ、第２の拡散バリヤ４３の領域４４内の常にほぼ等しい距離を進み、ひいてはほぼ一定の時間にわたって触媒活性の材料にさらされている。有利には、第２の拡散抵抗器４３の領域４４の拡散方向での広がりは、１ｍｍから２０ｍｍまでの範囲にあり、特に２ｍｍから５ｍｍまでの範囲にある。

本発明は、別の幾何学を有するセンサ素子、例えば２つのガス流入開口が設けられたセンサ素子にも転用することができる。この場合には、第１のガス流入開口が第１の拡散バリヤに通じており、かつ第２のガス流入開口が第２の拡散バリヤに通じている。この幾何学では、触媒活性の材料は、焼結過程の後に第２の拡散バリヤに挿入することができ、これにより、触媒活性の材料が第１の拡散バリヤ内にも進入することはない。

図２のＩ−Ｉ線に沿った、本発明の第１の実施例によるセンサ素子の長手方向横断面図である。

図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った、本発明の第１の実施例によるセンサ素子の横断面図である。

図４のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った、本発明の第２の実施例によるセンサ素子との長手方向横断面図である。

図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った、第２の実施例によるセンサ素子の横断面図である。

本発明の第３実施例の横断面図である。

１０センサ素子、２１，２２，２３，２４固体電解質層、３１，４１電極、３１ａ，３１ｂ３２，４２測定ガス室、区分、３３，４３拡散抵抗器、３５，４５，５５，５６給電線、４１ａ，４１ｂ区分、４４領域、５１ポンプ電極、５２保護層、５３基準電極、５４基準ガス室、６１ガス流入開口、６３，６４シールフレーム、１２１，１２２，１２３固体電解質層

Claims

測定ガスの酸素分圧を測定するためのセンサ素子（１０）であって、固体電解質（２１，２２，１２１）に配置された第１の電極（３１）が設けられており、該第１の電極（３１）が、センサ素子（１０）の外部に位置している測定ガスに、第１の拡散経路を介して接続されており、該第１の拡散経路に、第１の拡散抵抗器（３３）が設けられている形式のものにおいて、センサ素子（１０）が、固体電解質（２１，２２，１２１）に配置された第２の電極（４１）を有しており、該第２の電極（４１）が、センサ素子（１０）の外部に位置する測定ガスに、第２の拡散経路を介して接続されており、該拡散経路に、第２の拡散抵抗器（４３）が配置されており、該第２の拡散抵抗器（４３）が、触媒活性の材料を有していて、
センサ素子（１０）が、第１の固体電解質層（２１，１２１）と、第２の固体電解質層（２２，１２２）とを有しており、第１の固体電解質層（２１，１２１）と第２の固体電解質層（２２，１２２）との間に、第１の測定ガス室（３２）と第２の測定ガス室（４２）とが設けられており、第１の測定ガス室（３２）に第１の電極（３１）が配置されており、第２の測定ガス室（４２）に第２の電極（４１）が配置されていることを特徴とする、センサ素子。
第１の拡散抵抗器（３３）が、第２の拡散抵抗器（４３）よりも、触媒活性の材料のわずかな配分を有しているか、又は第１の拡散抵抗器（３３）が、触媒活性の材料を有していない、請求項１記載のセンサ素子。
第１の拡散抵抗器（３３）が、第２の拡散経路に位置しておらず、かつ／又は第２の拡散抵抗器（４３）が、第１の拡散経路に位置していない、請求項１又は２記載のセンサ素子。
第１の拡散抵抗器（３３）及び第２の拡散抵抗器（４３）が、孔分配及び孔サイズに関して次のように形成されている、すなわち、第１の拡散抵抗器（３３）を介した平均的な拡散速度が、第２の拡散抵抗器（４３）を介した平均的な拡散速度よりも大きく形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第２の拡散抵抗器（４３）が、第２の電極（４１）に向いていない方の側に、触媒活性の材料を有する領域（４４）を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第１の拡散抵抗器（３３）及び第２の拡散抵抗器（４３）が、センサ素子（１０）の長手方向軸線に関して、互いに側方に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサ素子。
触媒活性の材料が特殊鋼である、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサ素子。
触媒活性の材料が、プラチナ、パラジウム、ロジウム、又はこれらのエレメントの混合物又は合金である、請求項７記載のセンサ素子。
触媒活性の材料が、多孔性の担体の表面に塗布されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第１の固体電解質層（２１，１２１）に、ガス流入開口（６１）が設けられており、該ガス流入開口（６１）が、第１の拡散経路及び第２の拡散経路の一区分を形成している、請求項１から９までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第１の拡散抵抗器（３３）及び第２の拡散抵抗器（４３）が、第１の固体電解質層（２１；１２１）と第２の固体電解質層（２２；１２２）との間に設けられた層平面に設けられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第１の測定ガス室（３２）及び／又は第２の測定ガス室（４２）及び／又は第１の拡散抵抗器（３３）及び／又は第２の拡散抵抗器（４３）及び／又は第１の電極（３１）及び／又は第２の電極（４１）が、それぞれ円形リングセクタのように形成されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第１の拡散経路が、少なくともガス流入開口（６１）と第１の拡散抵抗器（３３）と第１の測定ガス室（３２）とにより形成されており、かつ／又は第２の拡散経路が、ガス流入開口（６１）と第２の拡散抵抗器（４３）と第２の測定ガス室（４２）とにより形成されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載のセンサ素子。
前記第1の電極（３１）及び第２の電極（４１）の反対側で、前記第１の固体電解質（２１，１２１）の外面にポンプ電極（５１）が設けられており、該ポンプ電極（５１）は測定ガスにさらされていて、該ポンプ電極（５１）と前記第1の電極（３１）との間に前記第１の固体電解質（２１，１２１）が配置されていて、前記第1の電極（３１）と前記ポンプ電極（５１）と前記第１の固体電解質（２１，１２１）とが第1の電気化学的なポンプセルを形成しており、前記ポンプ電極（５１）と前記第２の電極（４１）との間に前記固第１の体電解質（２１，１２１）が配置されていて、前記第２の電極（４１）と前記ポンプ電極（５１）と前記第１の固体電解質（２１，１２１）とが第２の電気化学的なポンプセルを形成している、請求項１から１３までのいずれか１項記載のセンサ素子。
前記第1の電極（３１）の１つの区分（３１ｂ）と前記第２の電極（４１）の１つの区分（４１ｂ）とが前記第２の固体電解質（２２）に配置されており、該第２の固体電解質（２２）の、前記両電極の区分（３１ｂ，４１ｂ）の反対の側に基準電極（５３）が設けられており、該基準電極（５３）は基準ガスにさらされていて、該基準電極（５３）と前記第1の電極（３１）との間に第２の固体電解質（２２）が配置されていて、前記第1の電極（３１）と前記基準電極（５３）と前記第２の固体電解質（２２）とが第１の電気化学的なネルンストセルを形成しており、前記基準電極（５３）と前記第２の電極（４１）との間に前記第２の固体電解質（２２）が配置されていて、前記第２の電極（４１）と前記基準電極（５３）と前記第２の固体電解質（２２）とが第２の電気化学的なネルンストセルを形成している、請求項１から１４までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第２の拡散抵抗器（４３）の領域（４４）の拡散方向での広がりが、１ｍｍから２０ｍｍまでの範囲にある、請求項５から１５までのいずれか１項記載のセンサ素子。
第２の拡散抵抗器（４３）の領域（４４）の拡散方向での広がりが、２ｍｍから５ｍｍまでの範囲にある、請求項１６記載のセンサ素子。