用于獲取測量氣體空間中氣體的至少一個(gè)性能的傳感器元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種傳感器元件（10），用于獲取氣體空間中氣體的至少一個(gè)性能，尤其是用于探測氣體中氣體的成分或者獲取氣體的溫度。所述傳感器元件（10）包括至少一個(gè)固體電解質(zhì)（12）、至少一個(gè)布置在所述固體電解質(zhì)（12）上或其中的電極（14、16）和至少一個(gè)用于加熱固體電解質(zhì)（12）的加熱元件（18）。所述加熱元件（18）具有至少一個(gè)引線區(qū)域（24）和一個(gè)加熱區(qū)域（26），其中所述引線區(qū)域（24）的冷態(tài)電阻值不大于所述加熱元件總冷態(tài)電阻值的30%，優(yōu)選不大于25%和特別優(yōu)選不大于16%。
【專利說明】用于獲取測量氣體空間中氣體的至少一個(gè)性能的傳感器元件
【背景技術(shù)】
[0001]從現(xiàn)有技術(shù)已知用于獲取測量氣體空間中氣體的至少一個(gè)性能的多種傳感器元件和方法。在此處，氣體的性能原則上是指氣體的任意物理和/或化學(xué)性能，其中一個(gè)或多個(gè)氣體性能可被獲取。在下文中，本發(fā)明的描述尤其涉及獲取氣體的氣體成分的品質(zhì)和/或數(shù)量，具體涉及獲取氣體中的氧氣含量。氧氣含量可以例如是分壓的形式和/或百分含量的形式。然而，備選地或附加地，也可獲取氣體的其他性能。
[0002]例如，這種傳感器元件可設(shè)計(jì)為所謂λ探針,如從Konrad ReifCHrsg.):Sensorenim kraftfahrzeug, 1.Auflage2010, S.160-165已知的。利用寬帶入探針，特別是利用平面寬帶λ探針例如可確定很大區(qū)域的氣體中的氧氣濃度，進(jìn)而推導(dǎo)出燃燒室中空氣-燃料t匕?？諝庀禂?shù)表示這個(gè)空氣-燃料比。
[0003]從現(xiàn)有技術(shù)已知，所述傳感器元件尤其是陶瓷傳感器元件，所述陶瓷傳感器元件的基礎(chǔ)是使用電解質(zhì)性能已知的固體，即這個(gè)固體的離子傳輸性能。特別地，這些固體是指陶瓷固體電解質(zhì)，例如氧化錯(cuò)(Z1O2),尤其是乾穩(wěn)定的氧化錯(cuò)(yttriumstabilisiertesZirkoniumdioxid (YSZ))和 / 或含坑的氧化錯(cuò)(scandiumdotiertesZirkoniumdioxid(ScSZ)),它們可含有氧化招(Al2O3)和/或二氧化娃(SiO2)等少量添加劑。
[0004]根據(jù)它們的測量原理，λ探針一般必須首先加熱到它的運(yùn)行溫度，因?yàn)楣腆w電解質(zhì)在高于350°C溫度時(shí)才傳導(dǎo)氧離子。所述運(yùn)行溫度通常位于從600°C到900°C的范圍內(nèi)。
[0005]DE3538460A1公開了一種汽車用氧氣傳感器元件，其具有傳感器單元和加熱單元。因?yàn)樗鲅鯕鈧鞲衅髟惭b在汽車中，它的尺寸大小是長度:50mm到80mm，寬度:4mm到Ixrn0所述傳感器單元包括固體電解質(zhì)本體和導(dǎo)體,所述固體電解質(zhì)本體具有構(gòu)造在其上的參考電極和測量電極。所述加熱單元包括在陶瓷基底上布置的、形式為電阻加熱元件的加熱區(qū)域，和一對位于電阻加熱元件后面的導(dǎo)體，所述導(dǎo)體的電阻小于所述電阻加熱元件的電阻。
[0006]摩托車已在亞洲國家中獲得了廣泛應(yīng)用。但這些國家近年來制定了明顯嚴(yán)格的廢氣法規(guī)。這導(dǎo)致對傳感器元件的需求大增，尤其是化學(xué)計(jì)量學(xué)的λ探針，這些傳感器元件用于調(diào)整這些摩托車的內(nèi)燃機(jī)的混合物。對小型機(jī)動(dòng)車(例如摩托車)用的λ探針的要求明顯不同于對汽車用的λ探針的要求。特別地，小型機(jī)動(dòng)車用的傳感器元件還必須成本低，結(jié)構(gòu)小。不同部件(例如固體電解質(zhì)、傳感器本體或電纜出口)的溫度承受力與汽車用的傳感器至少幾乎完全一樣高，這是因?yàn)樾⌒蜋C(jī)動(dòng)車常常使用低成本的發(fā)動(dòng)機(jī)方案，這種發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒不充分，因而引起工作效率不高。因此，為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在長運(yùn)行階段中達(dá)到全負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，傳感器元件要暴露于相當(dāng)高的廢氣溫度。
[0007]機(jī)動(dòng)車用λ探針具有比較大的加熱元件，其具有大的功率消耗，所述機(jī)動(dòng)車尤其是汽車，甚至是商用車輛。如在使用這種λ探針情形下應(yīng)用的低電阻、高功率的加熱器，對于小型機(jī)動(dòng)車來說太大，并且由于附加成本，對于高效的加熱器輸出級及從控制器有效散熱的散熱器來說是存在問題的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明提供一種傳感器元件，所述傳感器元件比迄今已知的汽車用傳感器元件結(jié)構(gòu)緊湊，并且尤其適用于小型機(jī)動(dòng)車，尤其是兩輪車，例如摩托車。
[0009]本發(fā)明的傳感器元件用于獲取氣體空間中氣體的至少一個(gè)的性能，尤其是探測氣體中氣體的成分或者獲取氣體的溫度，所述傳感器元件可包括至少一個(gè)固體電解質(zhì)、至少一個(gè)在固體電解質(zhì)上或其中布置的電極、和至少一個(gè)加熱元件，其中所述加熱元件用于對所述固體電解質(zhì)進(jìn)行加熱。所述加熱元件具有至少一個(gè)引線區(qū)域和一個(gè)加熱區(qū)域，其中所述引線區(qū)域的冷態(tài)電阻不大于所述加熱元件的冷態(tài)總電阻的30%，優(yōu)選不大于它的25%，特別優(yōu)選不大于它的16%。
[0010]所述加熱元件具有從6歐姆到22歐姆的冷態(tài)總電阻和優(yōu)選從8歐姆到20歐姆的冷態(tài)總電阻。所述加熱元件是電加熱元件，在運(yùn)行電壓為13V時(shí)，所述電加熱元件具有最大功率消耗最大值5W，優(yōu)選最大值4W和特別優(yōu)選最大值3.5W。所述傳感器元件可具有長度最大值50mm,優(yōu)選最大值45mm和特別優(yōu)選最大值35mm,所述傳感器元件具有寬度最大值IOmm,優(yōu)選最大值8mm和特別優(yōu)選最大值4mm,例如所述傳感器元件具有長度35mm和寬度4mmο所述加熱元件包括加熱導(dǎo)體，所述加熱導(dǎo)體在加熱區(qū)域中比在引線區(qū)域中具有更小的厚度和更小的寬度，例如所述加熱導(dǎo)體在所述加熱區(qū)域中的厚度是所述引線區(qū)域的厚度的至多50%和/或所述加熱導(dǎo)體在所述加熱區(qū)域中的寬度是所述引線區(qū)域的寬度的至多50%。所述加熱導(dǎo)體在所述加熱區(qū)域可具有厚度最大值16 μ m，優(yōu)選最大值12 μ m和特別優(yōu)選最大值8 μ m，寬度最大值300 μ m,優(yōu)選最大值250 μ m和特別優(yōu)選200 μ m,例如厚度8 μ m和寬度200 μ m。所述加熱導(dǎo)體在加熱區(qū)域中構(gòu)造為曲折形結(jié)構(gòu)的，并且包括至少五個(gè)曲折形轉(zhuǎn)向部。所述加熱元件在所述加熱區(qū)域構(gòu)造為曲折形結(jié)構(gòu)的，以使構(gòu)成所述曲折形轉(zhuǎn)向部的所述導(dǎo)體段關(guān)于中間面鏡像對稱地布置，并且在所述中間面每側(cè)平行于所述中間面的這種導(dǎo)體段之間的間距朝向所述中間面增加。所述曲折形轉(zhuǎn)向部的拐角可被圓整。所述加熱元件是用金屬-金屬陶瓷或者金屬合金-金屬陶瓷制成的，并且所述金屬或所述金屬合金中的至少一種金屬選自鉬系金屬族的金屬。所述金屬合金-金屬陶瓷包括金屬合金，所述金屬合金包含氧化鋁。所述加熱元件可構(gòu)造為所述加熱區(qū)域和/或引線區(qū)域中電阻的制造公差小于10%。
[0011]固體電解質(zhì)在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為具有電解質(zhì)性能的物體或物質(zhì)，也即具有離子傳導(dǎo)性能的物體或物質(zhì)。特別地，固體電解質(zhì)是指陶瓷固體電解質(zhì)。它還包括固體電解質(zhì)的原材料，因而構(gòu)造為所謂銅綠(Griinling)或布朗綠(Braunling),所述固體電解質(zhì)的原材料只有在燒結(jié)后才成為固體電解質(zhì)。特別地，所述固體電解質(zhì)構(gòu)造為固體電解質(zhì)層或者由多個(gè)固體電解質(zhì)層構(gòu)成，“層”在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為同一物質(zhì)從平面膨脹一定高度，它位于另一元件之上、之下或中間。
[0012]“電極”在本發(fā)明的范圍中一般應(yīng)理解為一種如下元件，它接觸所述固體電解質(zhì)，電流可直立地穿過所述固體電解質(zhì)和電極。相應(yīng)地，所述電極包括如下元件，在所述元件上，離子引入到所述固體電解質(zhì)中和/或從所述固體電解質(zhì)移除。典型地，所述電極包括貴金屬電極，例如作為金屬-陶瓷電極可安裝到所述固體電解質(zhì)上或者以其他的方式與所述固體電解質(zhì)相連接。典型的電極材料是鉬-金屬陶瓷電極。然而原則上也可以使用其他貴金屬，例如金和/或鈀。所述電極可與固體電解質(zhì)一起或者所述電極可構(gòu)成傳感器元件的測量用電池，例如λ探針的測量用電池。
[0013]“加熱元件”在本發(fā)明的范圍一般應(yīng)理解為一種如下元件，即所述元件用于將所述固體電解質(zhì)和電極加熱到工作溫度。所述加熱元件可具有引線區(qū)域和加熱區(qū)域。通常至少一個(gè)電極布置在所述固體電解質(zhì)上或其中。所述加熱元件在這里或者通過固體電解質(zhì)，固體電解質(zhì)層或者電極的附加的絕緣材料隔開?！凹訜嵩募訜釁^(qū)域”應(yīng)理解為所述加熱元件的這樣的區(qū)域，即所述加熱元件的所述區(qū)域與所述電極在朝向這個(gè)層結(jié)構(gòu)的方向上重疊。因此，加熱元件的加熱區(qū)域是與λ探針的實(shí)際測量用電池相重疊的區(qū)域。加熱區(qū)域的側(cè)向突出部，即沿寬度方向的突出部，通過所述一個(gè)電極或多個(gè)電極也屬于所述加熱區(qū)域。因此，例如在λ探針是平面結(jié)構(gòu)的情形下，所述重疊在沿垂直于平面結(jié)構(gòu)的方向上可被看至IJ。所述加熱區(qū)域在這里一般位于所述固體電解質(zhì)的端部區(qū)域中?！耙€區(qū)域”應(yīng)理解為所述加熱元件的這樣的區(qū)域，即用于將加熱固體電解質(zhì)和電極的能量傳輸?shù)剿黾訜釁^(qū)域中。
[0014]“冷態(tài)電阻”在本發(fā)明的范圍中應(yīng)理解為在20°C時(shí)實(shí)測的電阻。根據(jù)這個(gè)定義，總加熱元件的電阻的冷態(tài)總電阻應(yīng)理解為加熱區(qū)域的電阻和引線區(qū)域的電阻的總和。
[0015]“制造公差”在本發(fā)明的范圍中應(yīng)理解為系統(tǒng)的一種狀態(tài)，在這種狀態(tài)中由干擾影響引起的、例如由制造決定的與正常狀態(tài)的偏差不需要或者不導(dǎo)致對應(yīng)調(diào)節(jié)或反措施。特別地，在這個(gè)意義上，制造公差是尺寸偏離正常狀態(tài)或正常大小的程度，但系統(tǒng)的功能甚至不受威脅。因此，電阻的制造公差是制造引起的電阻偏離在制造時(shí)設(shè)置的額定值的偏差，它不導(dǎo)致明顯的和不可接受的功能改變。因而本發(fā)明的加熱元件的電阻在制造公差范圍內(nèi)具有相同的加熱行為或者存在偏差的類似加熱行為，在運(yùn)行時(shí)不導(dǎo)致傳感器元件的功能改變以至于傳感器元件被損壞、不可預(yù)料的行為或失效。所述偏差在這里位于所述加熱導(dǎo)體的受限制的段或區(qū)域中或者甚至在加熱導(dǎo)體的組成成分的分子平面上，例如在所述加熱導(dǎo)體的部分橫截面內(nèi)部。因此，“電阻的10%的制造公差”應(yīng)理解為它存在于加熱導(dǎo)體的區(qū)域或位置中，其從加熱導(dǎo)體的另一區(qū)域或位置在這個(gè)值之上或之下最大10%。例如在加熱區(qū)域中8歐姆設(shè)置為加熱導(dǎo)體的額定值，從而在加熱區(qū)域中存在電阻小于7.9歐姆或者大于8.1歐姆的小的位置。
[0016]“鉬系金屬族”在本發(fā)明的范圍內(nèi)是指根據(jù)化學(xué)科學(xué)的一般定義，5周期的8至10種族元素，即輕的鉬金屬釕(Ru)、銠(Rh)、鈀(Pd)，和6周期，即重的鉬金屬鋨(Os)、銥(Ir)、鉬(Pt)。
[0017]在本發(fā)明的范圍中，滲濾(Perkolation)說明在隨機(jī)引起的結(jié)構(gòu)(晶格)占據(jù)情形中構(gòu)成相關(guān)區(qū)帶(束)。在點(diǎn)滲濾情形下，晶格點(diǎn)具有確定的可能性，在邊緣滲濾情形下存在點(diǎn)彼此上下連接。隨著可能性的增大，所述晶格占據(jù)的場構(gòu)成更大的束。占據(jù)可能性定義為這樣的數(shù)值，即至少一個(gè)束的大小達(dá)到穿過整個(gè)系統(tǒng)延伸，因此例如從右向左或者從上向下側(cè)在兩位晶格上膨脹。人們認(rèn)為:所述束滲濾穿過所述系統(tǒng)。占據(jù)可能性的這個(gè)值就是所謂的滲濾閾值。
[0018]本發(fā)明原則上適用于各種內(nèi)燃機(jī)，其具有至少一個(gè)陶瓷傳感器元件，用于獲取內(nèi)燃機(jī)廢氣的至少一個(gè)參數(shù)，尤其是至少一個(gè)λ探針和/或至少一個(gè)NOx傳感器和/或至少一個(gè)HC傳感器，其中所述陶瓷傳感器具有至少一個(gè)加熱元件，用于加熱所述陶瓷傳感器。特別地，所述內(nèi)燃機(jī)包括一個(gè)奧托發(fā)動(dòng)機(jī)和/或狄賽爾發(fā)動(dòng)機(jī)。備選地或附加地，所述內(nèi)燃機(jī)還包括混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，例如具有至少一臺(tái)奧托發(fā)動(dòng)機(jī)和/或至少一臺(tái)狄賽爾發(fā)動(dòng)機(jī)和附加的至少一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。
[0019]所述陶瓷傳感器元件特別地可以是λ探針，或者包括λ探針。所述λ探針可例如實(shí)施為指形探針或者平面λ探針，因而也可以實(shí)施為例如具有層形結(jié)構(gòu)的λ探針。例如躍變式探針和/或?qū)拵Е颂结?。備選地或附加地，所述陶瓷傳感器元件也可包括至少一個(gè)其他類型的陶瓷傳感器，例如NOx傳感器。
[0020]所述陶瓷傳感器可包括至少一個(gè)電化學(xué)電池?！半娀瘜W(xué)電池”在本發(fā)明的范圍內(nèi)應(yīng)理解為這樣的元件，即所述元件包括至少兩個(gè)電極和至少一個(gè)與電極相連接的固體電解質(zhì)。所述陶瓷傳感器的溫度例如能夠通過確定電化學(xué)電池的內(nèi)阻來確定。在陶瓷傳感器元件具有能斯特電池的情形中，所述陶瓷傳感器的溫度例如通過確定所述能斯特電池的內(nèi)阻來獲取。這種電化學(xué)電池因而能夠用作所述傳感器元件用的測量用電池。
[0021]所述陶瓷傳感器元件的加熱和/或所述加熱元件的能量供給能夠通過電源，例如機(jī)動(dòng)車內(nèi)的蓄電池提供。
[0022]本發(fā)明的加熱元件基本上不同于機(jī)動(dòng)車用λ探針的加熱元件。本發(fā)明的加熱元件特別地能夠基本上實(shí)現(xiàn)為共同燒結(jié)的或附加燒結(jié)的鉬系金屬族結(jié)構(gòu)。特別地，所述加熱元件是弱加熱元件，用于橋接冷運(yùn)行狀態(tài)，例如空轉(zhuǎn)，具有功率消耗最大值5W，而在機(jī)動(dòng)車用λ探針情形下，功率消耗最大值常大于7W。接通電流不超過2Α，以使保持對傳感器元件用控制器的低要求。所述探針至多長達(dá)30秒的跳動(dòng)行為適用于無故障的小型機(jī)動(dòng)車的廢氣探針，這是因?yàn)榇蟛糠值奈廴疚锪吭谶@里不是在啟動(dòng)階段產(chǎn)生的，而是在相應(yīng)的行駛循環(huán)中產(chǎn)生的。所述加熱元件的結(jié)構(gòu)使用鉬系金屬族的金屬是因?yàn)闊釓U氣的高溫負(fù)荷，在全負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，熱廢氣的溫度可達(dá)到大約ΙΟΟΟ?。所述加熱元件尤其用鉬-金屬陶瓷制成，并且可以是與現(xiàn)有技術(shù)相對應(yīng)的材料組合，但高溫襯套部分和薄的曲折和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)例如設(shè)計(jì)為總冷態(tài)電阻從8歐姆到20歐姆。加熱功率的設(shè)計(jì)滿足在本征加熱時(shí)在更冷的環(huán)境溫度中，即從-20°C到_40°C，傳感器元件溫度達(dá)到最大值750°C。
[0023]特別地，本發(fā)明提出一種傳感器元件，其具有最大長度35m和最大寬度4mm，并且具有集成的加熱元件，所述加熱元件在20°C時(shí)具有從8到20歐姆的最低冷電阻和在運(yùn)行電壓13V時(shí)具有5W的功率消耗。所述加熱元件在這里設(shè)計(jì)成大部分電阻位于曲折形結(jié)構(gòu)中。對此，例如在冷態(tài)電阻10.5歐姆的情形下，引線的電阻為1.0歐姆和曲折形結(jié)構(gòu)的電阻為8歐姆。這得到34歐姆的熱電阻，其中所述熱電阻的構(gòu)成是引線電阻為2歐姆和曲折形結(jié)構(gòu)的電阻為32歐姆。這將電壓是13V時(shí)功率限制為5W。因而引入的功率幾乎完全，即達(dá)到94%，在曲折形結(jié)構(gòu)中被轉(zhuǎn)換。高的曲折形結(jié)構(gòu)電阻通過最大值8 μ m的小層厚和200 μ m的小帶狀引線寬度實(shí)現(xiàn)。在這里，所述比例的設(shè)置方式是對于曲折形結(jié)構(gòu)的厚度和曲折形結(jié)構(gòu)的寬度，相對厚度波動(dòng)同樣小，即小于10%。因而,對于I μ m加熱兀件內(nèi)部的層厚散布可以是最小層厚?ομπι，側(cè)20 μ m的加熱元件的側(cè)向厚度波`動(dòng)，可以不超過最小寬度200 μ m。
[0024]優(yōu)選地，構(gòu)建附加的曲折形轉(zhuǎn)向部，所述加熱元件的總長度達(dá)到15_。優(yōu)選地，外曲折形轉(zhuǎn)向部更靠近地折疊，以通過加熱獲得高的曲折形結(jié)構(gòu)熱阻。
[0025]所述曲折形結(jié)構(gòu)研磨膏可設(shè)置具有25%體積的氧化鋁襯套部分，以通過更高的電阻來集中所述加熱功率。這里因所述襯套的局部積累引起的相對于電阻波動(dòng)可以不超過10%。因此，使用極其精細(xì)的氧化鋁粉末，在所述極其精細(xì)的氧化鋁粉末中，至少50%的粉末顆粒具有小于500nm的細(xì)粒直徑。這種極其精細(xì)的氧化鋁粉末優(yōu)選在加工研磨膏以前在干磨步驟中研磨鉬獲得，此外達(dá)不到使氧化鋁粉末凝聚。這引起形成局部電阻中心，在加熱元件接通電流時(shí)形成局部熱點(diǎn)，這些局部熱點(diǎn)是使加熱元件老化的輸出點(diǎn)。
[0026]此外，通過襯套含量3%體積低于滲濾閾值，局部電阻波動(dòng)減小，其中滲濾閾值對襯套含量的依賴性極其高。
[0027]優(yōu)選地，所述曲折形結(jié)構(gòu)研磨膏與20%體積的鈀或者鉬系金屬族的其它金屬形成合金。在這里，通過進(jìn)行強(qiáng)化研磨來使合金均勻地分布，從而使局部電阻波動(dòng)小于10%。優(yōu)選地，對此使用更少的、至多3%份額的燒結(jié)輔助劑，燒結(jié)輔助劑例如是磷、硅、鉍和/或密度大的燒結(jié)的三元合金，如同例如DE19834276A1中使用的。由此特別地，冷態(tài)電阻增大，因而啟動(dòng)功率降低。
[0028]優(yōu)選地，在共同的加工步驟中研磨鉬、鉬系金屬族的金屬及其襯套。加熱器絕緣件和引線可進(jìn)行致密燒結(jié)，以避免所述鈀被氣化和進(jìn)而所述絕緣件短路。所述引線也可設(shè)置為比3歐姆更高的電阻，以降低鉬使用量和進(jìn)一步降低加熱元件的成本。優(yōu)選地，所述結(jié)構(gòu)的拐角可被圓整，以阻止局部電阻達(dá)到最大，使所述結(jié)構(gòu)保持更冷。優(yōu)選地，所述加熱元件以45°斜壓法制成，以降低絲網(wǎng)印刷參數(shù)和研磨膏依賴性，進(jìn)而降低在結(jié)構(gòu)中存在的橫向和縱向曲折形結(jié)構(gòu)切口之間的電阻波動(dòng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]從圖中示意性示出的優(yōu)選實(shí)施例的下述說明得到本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和特征，其中:
[0030]圖1傳感器元件的橫截面視圖；
[0031]圖2第一實(shí)施例的傳感器元件的加熱元件的俯視圖；
[0032]圖3第二實(shí)施例的傳感器元件的加熱元件的俯視圖；
[0033]圖4第三實(shí)施例的傳感器元件的加熱元件的俯視圖；
[0034]圖5第四實(shí)施例的傳感器元件的加熱元件的俯視圖；
[0035]圖6示例性加熱元件的示意性俯視圖；
[0036]圖7示例性加熱元件的溫度分布；
[0037]圖8加熱元件的電壓差的視圖，其中加熱元件在加熱區(qū)域具有3歐姆的冷態(tài)電阻；
[0038]圖9加熱元件的電流密度的視圖，其中加熱元件在加熱區(qū)域具有3歐姆的冷態(tài)電阻；
[0039]圖10加熱元件的電壓差的視圖，其中加熱元件在加熱區(qū)域具有9歐姆的冷態(tài)電阻；
[0040]圖11加熱元件的電流密度的視圖，其中加熱元件在加熱區(qū)域具有9歐姆的冷態(tài)電阻。
【具體實(shí)施方式】[0041]圖1示出本發(fā)明的傳感器元件10的第一實(shí)施例的橫截面視圖。圖1所示的傳感器元件10可用于探測氣體的物理和/或化學(xué)性能，其中可獲取一個(gè)或多個(gè)性能。本發(fā)明在下文中尤其涉及獲取氣體的氣體成分的品質(zhì)和/或數(shù)量，尤其涉及獲取氣體中的氧氣含量。所述氧氣含量可以是例如分壓的形式和/或百分含量的形式。然而，原則上可獲取不同類型的氣體成分，例如氮?dú)?、碳?xì)浠衔锖?或氫氣。然而，備選地或附加地，也可獲取氣體的其它性能。本發(fā)明尤其適用于機(jī)動(dòng)車【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，小型機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域，例如摩托車，因而測量氣體空間尤其是指摩托車的內(nèi)燃機(jī)的廢氣管，氣體尤其是指廢氣。因此，傳感器元件10的尺寸大小是例如長度，即沿圖1觀測方向的測量值，最大50mm，優(yōu)選最大45mm和特別優(yōu)選最大35mm，和寬度，S卩圖1中從右向左或者相反的測量值,最大10mm，優(yōu)選最大8mm和特別優(yōu)選最大4mm。在圖1所示的實(shí)例中，傳感器元件10的尺寸大小例如是長度35mm和寬度4mm。
[0042]傳感器元件10描述為平面λ探針的典型構(gòu)件，但不限于這種類型的λ探針，而是也可以實(shí)施為指形探針。因此，圖1的橫截面視圖是傳感器元件10的縱向視圖。傳感器元件10具有固體電解質(zhì)12、第一電極14、第二電極16、加熱元件18和參考通道20，其中固體電解質(zhì)12含有釔穩(wěn)定的氧化鋯。在λ探針情形時(shí)，抽吸的參考樣本適用于疑難的小型機(jī)動(dòng)車，因此在所示實(shí)例中，具有空氣參考樣本的和對小的加熱功率需求產(chǎn)生相應(yīng)影響的探針布置被明顯優(yōu)選。在小型機(jī)動(dòng)車廢氣探針情形中不需要高的加熱功率。下文中詳細(xì)說明關(guān)于加熱元件的功率消耗的具體細(xì)節(jié)。
[0043]加熱元件18設(shè)置為用于加熱電極14、16和固體電解質(zhì)。電極14、16通過固體電解質(zhì)12相互連接并且可構(gòu)成能斯特電池和/或電化學(xué)電池。也可設(shè)置其他功能層，例如其他電極、帶狀引線、擴(kuò)散電池、其他加熱元件和/或氧氣-泵電池。這些功能層可以構(gòu)建或整合到固體電解質(zhì)中?？蛇x的能斯特電池優(yōu)選設(shè)置在固體電解質(zhì)層中，以便測量燃燒廢氣中殘余氧氣含量，由此調(diào)整燃燒空氣與燃料之比以充分燃燒，既不使燃料過剩也不使空氣過剩。
[0044]圖2示出本發(fā)明的傳感器元件10的第一實(shí)施例的俯視圖，尤其是它的加熱元件18的俯視圖。在這里所示的實(shí)例中，λ探針的傳感器元件10例如是平面λ探針的傳感器10。如所示的，加熱元件18具有加熱導(dǎo)體22，和加熱區(qū)域26，加熱導(dǎo)體22具有引線區(qū)域24，加熱導(dǎo)體22位于圖2的視圖右側(cè)，加熱區(qū)域26位于圖2的視圖左側(cè)。加熱元件18尤其能夠隔離地整合到固體電解質(zhì)12中，確保在低廢氣溫度時(shí)λ探針的功能。如特別示出的，加熱元件18的加熱區(qū)域26構(gòu)造為曲折形結(jié)構(gòu)的，具有三個(gè)曲折形轉(zhuǎn)向部28。曲折形轉(zhuǎn)向部28的拐角可被圓整。
[0045]特別地，加熱元件18的布置方式是引線區(qū)域24的冷態(tài)電阻不大于加熱元件18的冷態(tài)電阻的30%，優(yōu)選不大于25%和特別優(yōu)選不大于16%。例如，引線區(qū)域24的冷態(tài)電阻不大于加熱元件18的冷態(tài)電阻的12%。第一實(shí)施例的加熱元件18的冷態(tài)總電阻對于適用于摩托車情形的傳感器元件10例如是9歐姆。特別地，引線區(qū)域22在這個(gè)實(shí)例中具有電阻I歐姆，加熱區(qū)域26具有電阻8歐姆。加熱元件18是用合金制成的，含有至少一種鉬系金屬族。因此，適用于加熱元件18的合金可包含例如鉬。因?yàn)闊釓U氣的高的熱負(fù)荷，例如在全負(fù)荷時(shí)廢氣溫度達(dá)到約1000°C，需要使用適用于加熱元件18的鉬系金屬族的元素。減小鉬的使用量，因而降低傳感器元件的制造成本，但引線區(qū)域24同樣具有較高的冷態(tài)電阻，例如3歐姆。加熱元件18的冷態(tài)總電阻則可以是11歐姆。同樣可以使用鉬-金屬陶瓷或者金屬陶瓷與鉬系金屬族的另一種元素。因此，加熱元件18的構(gòu)造方式是為了銜接冷運(yùn)行狀態(tài)，例如在空轉(zhuǎn)時(shí)，在13V的運(yùn)行電壓情形下，加熱元件18的功率消耗最大5W，優(yōu)選最大4W和特別優(yōu)選最大3.5W。與以上所述內(nèi)容相比較，在適用于汽車的λ探針情形下，通常大于7W。激活加熱元件18的電流，即所謂接通電流，不超過2Α，以使關(guān)于加熱器輸出級的布置和損失熱量的導(dǎo)出的未示出控制器的要求保持很小。加熱導(dǎo)體22可在加熱區(qū)域26中比在引線區(qū)域24中具有更小的厚度和更小的寬度，例如是引線區(qū)域24的厚度的最大50%和/或引線區(qū)域24的寬度的最大50%。加熱導(dǎo)體22的厚度在加熱區(qū)域26中例如是最大16 μ m，優(yōu)選最大12 μ m和特別優(yōu)選8 μ m，加熱導(dǎo)體22的寬度在加熱區(qū)域26中例如是最大300 μ m,優(yōu)選最大250 μ m和特別優(yōu)選最大200 μ m,例如加熱導(dǎo)體22在加熱區(qū)域26中具有厚度8μπι和寬度200 μ m。
[0046]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器元件10的第二實(shí)施例的俯視圖，尤其是他的加熱元件18的俯視圖。下面只描述與第一實(shí)施例的不同點(diǎn)，其中相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表
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[0047]傳感器元件10同樣具有加熱元件18。與第一實(shí)施例的加熱元件18相比，第二實(shí)施例的加熱元件18在加熱區(qū)域26中具有兩個(gè)附加的曲折形轉(zhuǎn)向部28。加熱元件18因而在加熱區(qū)域26中具有總計(jì)5個(gè)曲折形轉(zhuǎn)向部28。加熱導(dǎo)體22在加熱區(qū)域26中比第一實(shí)施例具有更小的厚度和寬度。加熱元件22在加熱區(qū)域26中具有厚度例如最大10 μ m，優(yōu)選最大8 μ m,和寬度最大200 μ m,優(yōu)選最大175 μ m,例如厚度7 μ m和寬度170 μ m。加熱導(dǎo)體22可構(gòu)造為例如15mm長。由此可得到比第一實(shí)施例更高的熱電阻，即在750°C時(shí)測量的熱電阻，例如由在引線區(qū)域24中2歐姆的電阻和在加熱區(qū)域26中32歐姆的電阻組成。但因?yàn)榭傠娮璧木唧w布置，第二實(shí)施例的加熱元件18如同第一實(shí)施例中同樣限制于在13V外加電壓時(shí)功率消耗最大51
[0048]圖4示出本發(fā)明的傳感器元件10的第三實(shí)施例的俯視圖，尤其是它的加熱元件18的俯視圖。下面只描述第三實(shí)施例與第二實(shí)施例的不同點(diǎn)，其中相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表不O
[0049]與圖3的第二實(shí)施例相比，第三實(shí)施例的加熱元件18的外曲折形轉(zhuǎn)向部28更靠近地折疊，以通過加熱獲得更高的熱電阻。也就是說，曲折形轉(zhuǎn)向部28構(gòu)成的導(dǎo)體段在加熱區(qū)域26中相對于虛擬中間面沿縱向鏡像對稱地布置，其中，這種導(dǎo)體段30在中間面的每側(cè)上平行于中間面，它們之間的間距沿在朝向中間面的方向上增加。在中間面上方離中間面最近的對置導(dǎo)體段30之間的間距可能最大。
[0050]圖5示出本發(fā)明的傳感器元件10的第四實(shí)施例的俯視圖，尤其是它的加熱元件18的俯視圖。下面只描述第四實(shí)施例與第二和第三實(shí)施例的不同點(diǎn)，其中相同的部件用相同的附圖標(biāo)記表示。
[0051]與圖3的第二實(shí)施例相比，第四實(shí)施例的加熱元件18的外曲折形轉(zhuǎn)向部28更接近地折疊，以通過加熱獲得更高的熱電阻。也就是說，曲折形轉(zhuǎn)向部28構(gòu)成的導(dǎo)體段在加熱區(qū)域26中相對于虛擬中間面沿縱向鏡像對稱地布置，其中在中間面的每側(cè)上平行于中間面的這種導(dǎo)體段30之間的間距在朝向中間面的方向上增加。在中間面上方離所述中間面最近的對置導(dǎo)體段30之間的間距可能最大。與第三實(shí)施例相比，第四實(shí)施例的每兩個(gè)導(dǎo)體段30之間的間距更小，其中這兩個(gè)導(dǎo)體段30具有在中間面的每側(cè)上相對于中間面的最大間距。與第三實(shí)施例相比，第四實(shí)施例的在中間面上方離中間面最近的對置導(dǎo)體段30之間的間距更大。
[0052]圖6示出本發(fā)明的傳感器元件10的示意性俯視圖，其中傳感器元件10具有集成的加熱元件18，加熱元件18具有引線區(qū)域24和加熱區(qū)域26。圖6的圖示用于說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果，但本發(fā)明不限于加熱元件18的加熱區(qū)域26中所示的三個(gè)曲折形轉(zhuǎn)向部28，而是典型地也適用于所有前述實(shí)施例。特別地，加熱元件18具有在圖的右邊緣可以看到的兩個(gè)聯(lián)接觸點(diǎn)32，設(shè)置目的是聯(lián)接到未示出的電能源。在聯(lián)接觸點(diǎn)32上施加13V的運(yùn)行電壓，以加熱固體電解質(zhì)12和電極14、16。圖6還示出加熱導(dǎo)體22在引線區(qū)域24中比在加熱區(qū)域26中構(gòu)造得更寬。
[0053]圖7示出在運(yùn)行狀態(tài)下，即加熱狀態(tài)下，圖6的加熱元件18在電極14的區(qū)域中的溫度分布以及加熱元件18在固體電解質(zhì)12上的布置。如圖所指，電極14具有兩個(gè)鏈接觸點(diǎn)34，在圖的右邊緣可以看見，設(shè)置目的是為了聯(lián)接到未示出的電能源。如已提及的，加熱元件18的聯(lián)接觸點(diǎn)32和電極14的聯(lián)接觸點(diǎn)34不重疊。同樣，電極14的電極引線36的布置方式是使電極引線投影到加熱元件18的平面中時(shí)位于引線區(qū)域24的導(dǎo)體段之間。如圖7所示，加熱區(qū)域26中的溫度與電極14的溫度重疊，明顯比引線區(qū)域24中的溫度高。這時(shí)，固體電解質(zhì)12在電機(jī)14、16的區(qū)域中比在其余區(qū)域中更快速或更強(qiáng)烈地被加熱，從而固體電解質(zhì)12和電極14、16在加熱區(qū)域26中可更快速地加熱到它的運(yùn)行溫度。
[0054]圖8以加熱元件18的俯視圖示出加熱元件18在運(yùn)行時(shí)，加熱元件18的聯(lián)接觸點(diǎn)32之間電壓差(mV)的示例性分布。如圖所示，在圖中下部區(qū)域所示的聯(lián)接觸點(diǎn)32和在圖中上部區(qū)域所示的聯(lián)接觸點(diǎn)32之間施加運(yùn)行電壓13V或13000mV，特別地，加熱元件18在這里的布置方式是使加熱元件18在加熱區(qū)域中具有大約2.7歐姆的冷態(tài)電阻。
[0055]圖9示出加熱元件18在施加圖8的運(yùn)行電壓情形下運(yùn)行時(shí)，加熱元件18的聯(lián)接觸點(diǎn)32之間電流密度(A/mm2)的示例性分布。確定電流密度的面積大小在這里涉及加熱導(dǎo)體22的橫截面。如從圖9所知悉的，電流密度在曲折形轉(zhuǎn)向部形加熱區(qū)域26中達(dá)到最大，并且對于引線區(qū)域24劇烈降低。這個(gè)實(shí)例的電流密度的值在這里從圖9視圖左側(cè)的刻度得知。
[0056]圖10以加熱元件18的俯視圖示出加熱元件18在運(yùn)行時(shí)，加熱元件18的聯(lián)接觸點(diǎn)32之間電壓差(mV)的另一示例性分布。如圖所示，在圖中下部區(qū)域所示的聯(lián)接觸點(diǎn)32和在圖中上部區(qū)域所示的聯(lián)接觸點(diǎn)32之間施加運(yùn)行電壓13V或13000mV，特別地，加熱元件18在這里的布置方式是使加熱元件18在加熱區(qū)域中具有大約8歐姆的冷態(tài)電阻。在加熱元件18運(yùn)行時(shí)電壓差的分布與圖8的實(shí)例的分布相同，因而不通過改變電阻來改變電壓差的分布。
[0057]圖11示出加熱元件18在施加圖10的運(yùn)行電壓情形下運(yùn)行時(shí)，加熱元件18的聯(lián)接觸點(diǎn)32之間電流密度(A/mm2)的示例性分布。確定電流密度的面積大小在這里涉及加熱導(dǎo)體22的橫截面。如從圖11所知悉的，電流密度在曲折形轉(zhuǎn)向部形加熱區(qū)域26中達(dá)到最大，并且對于引線區(qū)域24劇烈降低。這個(gè)實(shí)例的電流密度的值在這里從圖11視圖左側(cè)的刻度得知。與圖9的加熱元件18的電流密度相比，圖11的實(shí)例的電流密度明顯更小。因此，圖11的加熱元件18的加熱區(qū)域26比圖9的加熱元件18進(jìn)行了明顯加熱。[0058]為了制造傳感器元件，例如平面λ探針，已知不同的制造方法，例如薄膜、薄層或厚層技術(shù)。因此，在這里對此并沒有清楚地界定，而是描述了這里的所用的制造方法與汽車或商用車輛領(lǐng)域用λ探針的常規(guī)制造方法之間的差異，在制造本發(fā)明的緊湊型傳感器元件時(shí)需要注意這些差異，以便獲得所謂的優(yōu)點(diǎn)。特別地，下面闡明在制造加熱元件或者將加熱元件整合到本發(fā)明的傳感器元件中時(shí)的特殊性。需要明確強(qiáng)調(diào)的是，下面描述的所有細(xì)節(jié)適用于前述所有實(shí)例，并且適用于這種情形。
[0059]加熱元件18以已知的層結(jié)構(gòu)通過例如絲網(wǎng)印刷方法制造，其中對于加熱區(qū)域26，特別是曲折形轉(zhuǎn)向部形的加熱區(qū)域，輸出團(tuán)，例如研磨膏，具有更高的氧化鋁襯套含量用作研磨膏情形下汽車用傳感器元件的加熱區(qū)域。氧化鋁在研磨膏中的含量可以是例如25%體積。于是設(shè)置更高的電阻。研磨膏的涂抹方式可以是使在加熱元件18的確定區(qū)域中設(shè)置這個(gè)更高的電阻，尤其是在加熱區(qū)域26中。因在加熱區(qū)域26中存在更高的電阻，加熱元件18的確定區(qū)域上的加熱功率可以集中到在這個(gè)示例中加熱區(qū)域26。由此加熱元件18的加熱功率例如可幾乎完全，例如達(dá)到94%，傳輸?shù)郊訜釁^(qū)域26中，而引線區(qū)域24只得到少許加熱。在這里提及氧化鋁電絕緣，以便隨著氧化鋁含量的增加，電阻增加。
[0060]為了使加熱導(dǎo)體中電阻的制造公差不因氧化鋁的局部積累而大于10%，尤其使用非常精細(xì)的氧化鋁粉末。對于非常精細(xì)的氧化鋁粉末，在這里粉末應(yīng)理解為至少50%的顆粒的直徑小于500nm。為此，氧化鋁粉末優(yōu)選在加工研磨膏以前在干磨步驟中與鉬或所述鉬系金屬族的其他金屬研磨，因而不能達(dá)到氧化鋁粉末的燒結(jié)。鉬、鉬系金屬族的其他金屬和襯套(例如氧化鋁)的研磨，可在一個(gè)共同的處理步驟中進(jìn)行，以提高這些組成成分的混勻或分布。特別地，通過使研磨膏中氧化鋁的含量選擇為位于滲濾閾值下方3%體積，加熱元件18的布置方式是局部電阻波動(dòng)，即電阻的制造公差，變小，其中在滲濾閾值情形中，對氧化鋁含量的依賴性極其大。
[0061]在所述實(shí)例中，滲濾閾值描述滲濾可能性，利用它構(gòu)成在沿寬度方向或厚度方向穿過加熱導(dǎo)體延伸或連接的氧化鋁區(qū)域或束或者構(gòu)成多個(gè)這種相互連接的氧化鋁區(qū)域或束。因?yàn)槿缫呀?jīng)提及的，氧化鋁電絕緣，達(dá)到或超過滲濾閾值將導(dǎo)致電阻極其劇烈地增大。在加熱元件18運(yùn)行時(shí)，這種情形可能導(dǎo)致所述加熱功率不均勻地分布和/或甚至導(dǎo)致至少部分區(qū)段地過加熱電極14、16和/或固體電解質(zhì)12。如果不使用這種精細(xì)的氧化鋁粉末，可能造成局部電阻中心，局部電阻中心在運(yùn)行期間造成所謂熱點(diǎn)，即溫度非常高的點(diǎn)，所述非常高的溫度使加熱元件18的出口點(diǎn)老化。已經(jīng)明確地證明備選地或附加于氧化鋁，也可使用氧化鋯。
[0062]制造加熱元件用的研磨膏可具有20%體積的鈀或者鉬系金屬族的其他金屬。在這里需要注意合金的均勻性，例如可通過使用強(qiáng)化的研磨得到。例如通過最大3%體積的小含量的燒結(jié)輔助劑可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提高冷卻電阻，燒結(jié)輔助劑是例如磷(P)、硅(Si)、鉍(Bi)和/或密度大的燒結(jié)的三元合金，即三種元素的合金,如同例如DE19834276A1公開的那樣。由此可提高冷態(tài)電阻，降低初始功率消耗，即相同的電功率可獲得更高的加熱功率或者更小的電功率可獲得相同的加熱功率。通過引線區(qū)域24中加熱元件絕緣材料和加熱導(dǎo)體22的致密燒結(jié)布置可使鈀在燒結(jié)過程中氣化，因而避免絕緣材料短路。
[0063]加熱元件18的引線區(qū)域也可設(shè)計(jì)為高電阻的，例如3歐姆，代替上述I歐姆，以減少鉬使用量和因而進(jìn)一步降低加熱元件18的成本。加熱元件18可例如在兩個(gè)分開的擠壓步驟制成，這兩個(gè)擠壓步驟可連續(xù)或同時(shí)執(zhí)行，其中使用氧化鋁含量不同的兩個(gè)研磨膏，以獲得傳到區(qū)域24的和加熱區(qū)域26的不同的電阻。分開的加熱區(qū)域26和引線區(qū)域24可例如通過絲網(wǎng)印刷擠壓到固體電解質(zhì)12上，其中，加熱區(qū)域26用的研磨膏的氧化鋁含量高于引線區(qū)域24用的研磨膏。特別地，加熱元件18可以所謂45。斜壓法制造，以便減小絲網(wǎng)印刷參數(shù)和研磨膏依賴性及因而在傳感器元件10的寬度方向上和曲折形轉(zhuǎn)向部形加熱區(qū)域26的導(dǎo)體段的縱向方向上之間的電阻波動(dòng)。通過加熱元件18的構(gòu)型，在結(jié)構(gòu)的拐角，如曲折形轉(zhuǎn)向部28，被圓整時(shí)，加熱導(dǎo)體22的區(qū)域可被減小，但加熱導(dǎo)體22的運(yùn)行保持更冷。
[0064]在加熱區(qū)域26中比在引線區(qū)域24中更高的電阻允許例如通過加熱導(dǎo)體22在加熱區(qū)域26比在引線區(qū)域24中更小的厚度和/或?qū)挾鹊玫健＿@適用于例如圖9的實(shí)例的冷態(tài)總電阻比圖11的實(shí)例的冷態(tài)總電阻增大。本發(fā)明提出加熱導(dǎo)體22在加熱區(qū)域26中的厚度和寬度以相對制造-制造公差或者制造偏差小于10%的方式進(jìn)行構(gòu)造。對于加熱元件18內(nèi)部沿厚度方向的制造-制造公差最大I μ m,因而可不超過最小厚度10 μ m,并且對于價(jià)額元件18內(nèi)部沿寬度方向的制造-制造公差最大20 μ m,因而可不超過最小寬度200 μ m。制造-制造公差的所謂絕對值被理解為最大值，這是因?yàn)榧訜釋?dǎo)體22在加熱區(qū)域26中的厚度優(yōu)選不超過10 μ m，加熱導(dǎo)體22在加熱區(qū)域26中的寬度優(yōu)選不超過200 μ m。
[0065]總之，可理解本發(fā)明的傳感器元件10具有加熱元件18，加熱元件18是用金屬陶瓷，尤其是鉬-金屬陶瓷構(gòu)成的，加熱元件18可與固定電解質(zhì)12和其他功能層燒結(jié)在一起。為了應(yīng)用于小的發(fā)動(dòng)機(jī)，例如摩托車，傳感器元件10和汽車和商用車輛用的已知傳感器元件的加熱元件18通過至少一個(gè)下述細(xì)節(jié)進(jìn)行區(qū)分。加熱導(dǎo)體在加熱區(qū)域和/或引線區(qū)域中的加熱導(dǎo)體的橫截面面積更小。加熱區(qū)域的電阻與引線區(qū)域的電阻對于加熱元件的總電阻的比不同，因?yàn)橐€區(qū)域占用了總電阻上的減小的部分。設(shè)置更多或更薄的曲折形轉(zhuǎn)向部。氧化鋁和/或氧化鋯的襯套含量在金屬陶瓷，尤其是鉬-金屬陶瓷，更高。鉬系金屬族的其他元件設(shè)置在金屬陶瓷中，尤其是鉬-金屬陶瓷。
[0066]明確強(qiáng)調(diào)的是，在說明書和/或權(quán)利要求書中單獨(dú)公開的特征作為分開的和互不獨(dú)立的，因?yàn)槌跏脊_的目的同樣以及權(quán)利要求的限制獨(dú)立于實(shí)施例和/或所要求的權(quán)利要求中列舉的。明確地理解為所有運(yùn)行實(shí)例或柱的理解為分別具有中間值或子組構(gòu)成的單元的自由以及同樣限制本發(fā)明的公開，尤其作為區(qū)域任務(wù)的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種傳感器元件(10)，用于獲取氣體空間中氣體的至少一個(gè)性能，尤其是用于探測氣體中氣體的成分或者用于獲取氣體的溫度，其中所述傳感器元件(10)包括: 至少一個(gè)固體電解質(zhì)(12)， 至少一個(gè)所述固體電解質(zhì)(12)上或其中布置的電極(14、16)，和 至少一個(gè)加熱元件(18)，用于加熱所述固體電解質(zhì)(12)，其中所述加熱元件(18)具有至少一個(gè)引線區(qū)域(24)和一個(gè)加熱區(qū)域(26)，其中所述引線區(qū)域(24)的冷態(tài)電阻不大于所述加熱元件的冷態(tài)總電阻的30%，優(yōu)選不大于它的25%，特別優(yōu)選不大于它的16%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述加熱元件(18)具有從6至22歐姆的冷態(tài)總電阻和優(yōu)選從8至20歐姆的冷態(tài)總電阻。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述加熱元件(18)是電加熱元件，在運(yùn)行電壓13V時(shí)，所述電加熱元件具有最大功率消耗最大值5W，優(yōu)選最大值4W和特別優(yōu)選最大值3.5W，例如功率消耗5W。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述傳感器元件(10 )具有長度最大值50mm，優(yōu)選最大值45mm和特別優(yōu)選最大值35mm，所述傳感器元件(10)具有寬度最大值IOmm,優(yōu)選最大值8mm和特別優(yōu)選最大值4_，例如所述傳感器元件(10)具有長度35mm和寬度4mm。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述加熱元件(18)包括加熱導(dǎo)體(22)，所述加熱導(dǎo)體(22)在加熱區(qū)域(26)中比在引線區(qū)域(24)中具有更小的厚度和更小的寬度，例如所述加熱導(dǎo)體在所述加熱區(qū)域(26)中的厚度是所述引線區(qū)域(24)的厚度的至多50%和/或所述加熱導(dǎo)體在所述加熱區(qū)域(26)中的寬度是所述引線區(qū)域(24)的寬度的至多50%。`
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述加熱導(dǎo)體(22)在所述加熱區(qū)域(26)具有厚度最大值16 μ m，優(yōu)選最大值12 μ m和特別優(yōu)選最大值8 μ m，寬度最大值300 μ m,優(yōu)選最大值250 μ m和特別優(yōu)選200 μ m,例如厚度8 μ m和寬度200 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述加熱導(dǎo)體(22)在加熱區(qū)域(26)中構(gòu)造為曲折形結(jié)構(gòu)的，并且包括至少五個(gè)曲折形轉(zhuǎn)向部(28)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述加熱元件(22)在所述加熱區(qū)域(26)構(gòu)造為曲折形結(jié)構(gòu)的，以使構(gòu)成所述曲折形轉(zhuǎn)向部(28)的所述導(dǎo)體段關(guān)于中間面鏡像對稱地布置，并且在所述中間面每側(cè)平行于所述中間面的這種導(dǎo)體段(30)之間的間距朝向所述中間面增加。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，在所述中間面上方離所述中間面最近的對置導(dǎo)體段(30)之間的間距最大。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述曲折形轉(zhuǎn)向部(28)的拐角被圓整地構(gòu)造。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述加熱元件(18)是用金屬-金屬陶瓷或者金屬合金-金屬陶瓷制成的，并且所述金屬或所述金屬合金中的至少一種金屬選自鉬系金屬族的金屬。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的傳感器元件(10)，其特征在于，所述金屬合金-金屬陶瓷包括金 屬合金，所述金屬合金包含氧化銀。
【文檔編號(hào)】G01N27/406GK103748460SQ201280041274
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月26日
【發(fā)明者】J·施奈德, L·迪爾, S·克勒特, G·施奈德 申請人:羅伯特·博世有限公司