传感器元件的制造方法技术

本发明专利技术涉及一种传感器元件（10）的制造方法，所述传感器元件用于探测位于测量空间中的气体的至少一种性能，尤其是用于探测气体中的气体成分或气体的温度。所述方法包括以下步骤：提供被烧结的固体电解质（12），在所述固体电解质（12）其上或中布置加热元件（18），和一起热处理所述固体电解质（12）和加热元件（18）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种传感器元件（10）的制造方法，所述传感器元件用于探测位于测量空间中的气体的至少一种性能，尤其是用于探测气体中的气体成分或气体的温度。所述方法包括以下步骤：提供被烧结的固体电解质（12），在所述固体电解质（12）其上或中布置加热元件（18），和一起热处理所述固体电解质（12）和加热元件（18）。【专利说明】
技术介绍
从现有技术已知用于获取测量气体空间中气体的至少一种性能的多种传感器元件和方法。在此处，气体的性能原则上是指气体的任意物理和/或化学性能，其中一种或多种性能可被获取。在下文中，本专利技术的说明尤其涉及获取气体的气体成分的质量和/或数量，具体涉及获取气体中氧气含量。氧气含量可以例如是分压的形式和/或百分含量的形式。然而，备选地或附加地，也可获取气体的其他性能。例如,这种传感器元件可设计为所谓λ探针,如从Konrad ReifCHrsg.):Sensorenim kraftfahrzeug, 2010年第I版,第160-165页已知的。利用宽带入探针，特别是利用平面宽带λ探针例如可确定大的区域气体中的氧气浓度，由此推导出燃烧室中的空气-燃料t匕，这个空气-燃料比用表示空气系数。从现有技术已知尤其是陶瓷传感器元件，所述陶瓷传感器元件的基础是使用电解质性能已知的固体，即这个固体的离子传输性能。特别地，这些固体是指陶瓷固体电解质，例如氧化错(Z1O2),尤其是乾稳定的氧化错(yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid(YSZ))和 / 或含坑氧化错(scandiumdotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ))，它们可含有氧化铝(Al2O3)和/或二氧化硅(SiO2)等少量添加剂。根据λ探针的测量原理，λ探针一般必须首先加热到它的运行温度，因为固体电解质在高于350°C温度时才传导氧离子。所述运行温度通常位于从600°C到900°C的范围内。因而λ探针通常具有加热元件，用于加热所述固体电解质和电极。这个加热元件通常安装(例如粘结或按压)在处于蓬松状态(或金翅鸟式状态，Grunlingszustand),即未烧结状态的固体电解质中或者固体电解质层上。接着，所述固体电解质与布置在其上的加热元件一起烧结，以保证所述固体电解质上加热元件的持久可靠性。摩托车在亚洲国家中都获得了广泛应用。这些国家近年来制定了明显严格得多的关于机动车尾气的法律法规。这导致对传感器元件的需求大增，尤其是基于化学计量学的入探针，这些传感器元件用于调整这些摩托车的内燃机的混合物。但对小型机动车(例如摩托车)用的λ探针的要求明显不同于对汽车用的λ探针的要求。特别地，小型机动车用的传感器元件还必须满足成本低，结构小的要求。但是不同部件(例如固体电解质、传感器本体或电缆出口)的温度承受能力与汽车用的传感器至少几乎完全一样高，这是因为小型机动车常常使用低成本的发动机方案，这种发动机燃烧不充分，因而引起工作效率不高。因此，为了使发动机在很长的运行期间达到全负荷运行状态，传感器元件就要暴露于相当高的废气温度中。在机动车是汽车，甚至是商用车辆的情形中，机动车用的λ探针具有比较大的加热元件，这种加热元件的消耗功率也很大。但是在使用这种λ探针的情形下所应用的低电阻、高功率的加热器，因结构太大而不适用于小型机动车，还因为额外成本的缘故而不适用于高效的加热器输出级及出现故障的控制器的有效散热。
技术实现思路
因此，本专利技术提供一种传感器元件及其制造方法，所述传感器元件用于获取气体空间中气体的至少一种性能，尤其是探测气体中气体的成分或者获取气体的温度，所述传感器元件比迄今已知的汽车用传感器元件都结构紧凑，尤其适用于小型机动车，尤其是两轮车，例如摩托车。本专利技术的制造这种传感器元件的方法包括以下步骤，优选以下面列举的次序执行:-提供被烧结的固体电解质；-在所述固体电解质上或其中布置加热元件；和-一起热处理所述固体电解质和加热元件。所述加热元件可以在未烧结状态中布置在所述固体电解质上或其中，并且所述热处理可以是烧结。所述固体电解质可具有绝缘层，所述加热元件布置在所述绝缘层上，所述加热元件可在烧结前在施加一层绝缘层或保护釉。所述固体电解质的绝缘层的热膨胀系数可偏离所述加热元件的绝缘层的热膨胀系数最大10%,优选最大5%和特别优选最大2%，例如1%。所述固体电解质的绝缘层的厚度可以是从2 μ m到100 μ m,优选从5 μ m到75 μ m和特别优选从10μ m到50 μ m。所述加热元件可通过按压、缠绕、涂刷或涂抹等方法布置到所述固体电解质上或其中。所述加热元件也可以在烧结状态中布置在所述固体电解质上或其中，并且所述热处理可以是退火。所述加热元件可通过粘结或机械连接，尤其是挤压等方法布置在所述固体电解质上或其中。所述加热元件与所述固体电解质可使用耐高温的材料连接，尤其是使用玻璃陶瓷，陶瓷粘结剂或玻璃熔料连接。在这里使用粘结剂连接所述加热元件和固体电解质，所述粘结剂通过涂刷、涂抹、按压、喷溅或作为贴花施加到所述固体电解质上。所述粘结剂的厚度可以是从2 μ m到300 μ m,优选从5 μ m到250 μ m和特别优选从10um 到 200 μ m。所述传感器元件可具有长度最大值55mm，优选最大值45mm和特别优选最大值40mm,宽度最大值8mm,优选最大值7_和特别优选最大值6mm,例如所述传感器元件具有长度35mm和宽度4mm。所述加热元件具有从6至22欧姆的冷态总电阻和优选从8至20欧姆的冷态总电阻。所述加热元件是电加热元件，在运行电压13V时，所述电加热元件具有最大消耗功率最大值5W，优选最大值4W和特别优选最大值3.5W，例如4W。“固体电解质”在本专利技术的范围内应理解为具有电解质性能的物体或物质，也即具有离子传导性能的物体或物质。特别地，“固体电解质”是指陶瓷固体电解质。特别地，所述固体电解质构造为固体电解质层或者由多个固体电解质层构成，“层”在本专利技术的范围内应理解为同一物质从平面膨胀一定高度，它位于另一元件之上、之下或中间。“电极”在本专利技术的范围中一般应理解为一种如下元件，它接触所述固体电解质，电流可竖直地穿过所述固体电解质和电极。相应地，所述电极包括如下元件，在所述元件上，离子被引入到所述固体电解质中和/或从所述固体电解质移除。典型地，所述电极包括贵金属电极，例如作为金属-陶瓷电极可安装到所述固体电解质上或者以其他的方式与所述固体电解质相连接。典型的电极材料是钼-金属陶瓷电极。然而原则上也可以使用其他贵金属，例如金和/或钮。“加热元件”在本专利技术的范围一般应理解为一种用于将所述固体电解质和电极加热到工作温度的元件。所述加热元件可具有引线区域和加热区域。通常至少一个电极布置在所述固体电解质上或其中。所述加热元件在这里或者通过固体电解质，固体电解质层或者电极的附加的绝缘材料隔开。“加热元件的加热区域”应理解为所述加热元件的与所述电极在朝向这个层结构的方向上相重叠的区域。因此，例如在λ探针是平面结构的情形下，所述重叠在沿垂直于平面结构的方向上可被看到。所述加热区域在这里一般位于所述固体电解质的端部区域中。“引线区域”应理解为所述加热元件的用于将加热固体电解质和电极的能量传输到所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·施奈德，L·迪尔，S·克勒特，G·施奈德，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：