DE102012212812B4

DE102012212812B4 - Gassensor

Info

Publication number: DE102012212812B4
Application number: DE102012212812.3A
Authority: DE
Inventors: Masaki Nakagawa; Koji Shiotani; Tomohiro Wakazono
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2021-09-23
Anticipated expiration: 2032-07-21
Also published as: JP2013040922A; US9453815B2; US20130019655A1; DE102012212812A1; JP5647188B2

Abstract

Gassensor, der ein Gassensorelement (7) umfasst, wobei das Gassensorelement (7) aufweist:eine erste Messkammer (89), in die ein zu messendes Gas über eine erste Diffusions-Hemmeinrichtung (91) eingeleitet wird;eine zweite Messkammer (95), in die das zu messende Gas, aus dem/in das in der ersten Messkammer (89) Sauerstoff heraus/hinein gepumpt worden ist, über eine zweite Diffusions-Hemmeinrichtung (93) eingeleitet wird;eine Bezugs-Sauerstoffkammer (113), die separat von der ersten Messkammer (89) und der zweiten Messkammer (95) vorhanden ist und auf einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration gehalten wird;eine erste Pumpzelle (83), die einen ersten Festelektrolyt-Körper (69) und ein Paar erster Elektroden (99, 101), die an dem ersten Festelektrolyt-Körper (69) ausgebildet sind, wobei eine erste innere Elektrode (101), die eine der paarigen ersten Elektroden (99, 101) ist, in der ersten Messkammer (89) angeordnet ist, eine erste äußere Elektrode (99), die die andere der paarigen ersten Elektroden (99, 101) ist, die außerhalb der ersten Messkammer (89), der zweiten Messkammer (95) und der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet ist, und die Sauerstoff aus dem in die erste Messkammer (89) eingeleiteten zu messenden Gas heraus- oder Sauerstoff in dieses hineinpumpt;eine zweite Pumpzelle (87), die einen zweiten Festelektrolyt-Körper (77) und ein Paar zweiter Elektroden (115, 117) aufweist, die an dem zweiten Festelektrolyt-Körper (77) ausgebildet sind, wobei eine zweite innere Elektrode (115), die eine der paarigen zweiten Elektroden (115, 117) ist, in der zweiten Messkammer (95) angeordnet ist, eine zweite äußere Elektrode (117), die die andere der paarigen zweiten Elektroden (115, 117) ist, in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet ist, und entsprechend der Konzentration eines bestimmten Gases in der zweiten Messkammer (95) ein Strom zwischen der zweiten inneren Elektrode (115) und der zweiten äußeren Elektrode (117) fließt; undeine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle (85), die einen dritten Elektrolyt-Körper (73) sowie ein Paar dritter Elektroden (109, 111) aufweist, die an dem dritten Elektrolyt-Körper (73) ausgebildet sind, wobei eine Erfassungselektrode (109), die eine der paarigen dritten Elektroden (109, 111) ist, in der ersten Messkammer (89) angeordnet ist und eine Bezugselektrode (111), die die andere der paarigen dritten Elektroden (109, 111) ist, in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet ist;wobei die Bezugs-Sauerstoffkammer (113) zwischen dem zweiten Festelektrolyt-Körper (77) und dem dritten Festelektrolyt-Körper (73) ausgebildet ist,die erste Messkammer (89) zwischen dem ersten Festelektrolyt-Körper (69) und dem dritten Festelektrolyt-Körper (73) ausgebildet ist,der Gassensor dadurch gekennzeichnet ist, dass eine gasdurchlässige, poröse isolierende Schutzschicht (165) an wenigstens einer (117) der zwei Elektroden (117, 111) ausgebildet ist, die in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet sind, und dass die isolierende Schutzschicht (165) so angeordnet ist, dass sie der anderen Elektrode gegenüber der einen Elektrode zugewandt ist, an der die isolierende Schutzschicht (165) ausgebildet ist, oder einer anderen isolierenden Schutzschicht, die an der anderen Elektrode ausgebildet ist, mit einem dazwischen vorhandenen Zwischenraum (167) zugewandt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gassensor zum Messen einer bestimmten Gaskomponente von Abgas, beispielsweise von einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs.
Technischer Hintergrund
Herkömmlicherweise sind Gassensoren eingesetzt worden, um bestimmte Gaskomponenten, wie beispielsweise Stickoxide (NO_x) und Sauerstoff, zu erfassen und die Konzentrationen bestimmter Gaskomponenten zu messen.
Bei diesen Gassensoren ist ein Gassensor bekannt, bei dem ein Gassensorelement in Form einer länglichen Platte eingesetzt wird, das so aufgebaut ist, dass eine Vielzahl keramischer Schichten (beispielsweise Festelektrolyt-Schichten und Aluminiumoxid-Substrate) übereinander angeordnet sind.
Eine bekannte Methode, bei der Durchgangslöcher genutzt werden, die durch übereinander angeordnete Keramikschichten hindurch verlaufen, wird eingesetzt, um innere Leiter (beispielsweise einen Wärmeerzeugungs-Widerstand und Elektroden) des Gassensorelementes elektrisch mit entsprechenden Elektroden-Anschlussflächen zu verbinden, die an der Oberfläche des Gassensorelementes vorhanden sind.
Beispielsweise offenbart das weiter unten erwähnte Patentdokument 1 ein plattenartiges Gassensorelement, bei dem eine Vielzahl von Festelektrolyt-Substraten usw. übereinander geschichtet sind.
Das heißt, ein Gassensor mit dem oben erwähnten Gassensorelement wird beispielsweise an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angebracht. Ein Gassensorelement P1 ist, wie in 9 gezeigt, eine plattenartige Schichtanordnung aus einer ersten Pumpzelle P5, in der ein Paar erster Elektroden P3 und P4 auf einem ersten Festelektrolyt-Körper P2 vorhanden ist, einer zweiten Pumpzelle P9, in der ein Paar zweiter Elektroden P7 und P8 auf einem zweiten Festelektrolyt-Körper P6 vorhanden ist, einer Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle P13, in der ein Paar dritter Elektroden P11 und P12 auf einem dritten Festelektrolyt-Körper P10 vorhanden ist, usw.
Des Weiteren weist das Gassensorelement P1 eine Bezugs-Sauerstoffkammer P14 zwischen dem zweiten Festelektrolyt-Körper P6 und dem dritten Festelektrolyt-Körper P10 auf. In der Bezugs-Sauerstoffkammer P14 sind eine Elektrode (zweite äußere Elektrode) P8 der zwei zweiten Elektroden sowie eine Elektrode (Bezugselektrode) P12 der zwei dritten Elektroden einander gegenüberliegend angeordnet. Des Weiteren weist die Bezugs-Sauerstoffkammer 14, um Kontakt zwischen den zwei Elektroden P8 und P12 zu verhindern, eine isolierende Schutzschicht P15, die aus einem elektrisch isolierenden porösen Material besteht, zwischen den zwei Elektroden P8 und P12 auf.
Des Weiteren sind die Elektroden P3, P4, P7, P8, P11, P12 elektrisch mit entsprechenden Elektroden-Anschlussflächen P22 (siehe 10), die an der Außenfläche eines hinteren Endabschnitts des Gassensorelementes P1 vorhanden sind, über Zuleitungen und Durchgangslöcher verbunden.
Bei einem Gassensor P16 ist, wie in 10 gezeigt, das Gassensorelement P1 so angeordnet, dass es sich durch eine Aufnahme P19 aus Keramik, Talkum P20 und eine Hülse P21 aus Keramik hindurch erstreckt, die in einem Durchgangsloch P18 einer Hülse P17 aus Metall angeordnet sind, und mit diesen Elementen durch Umfalzen eines hinteren Endabschnitts der Hülse P17 aus Metall fest verbunden sind.
Des Weiteren sind die Elektroden-Anschlussflächen P22, die an der Außenfläche eines hinteren Endabschnitts des Gassensorelementes P1 vorhanden sind, mit entsprechenden Metallanschlüssen P24 in Kontakt, die mit entsprechenden Zuleitungsdrähten P23 verbunden sind, die sich von einer externen Schaltung (nicht dargestellt) aus erstrecken, so dass Signale des Gassensorelementes P1 an die externe Schaltung ausgegeben werden.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in der EP 2 357 467 A1 , DE 10 2010 015 172 A1 , DE 10 2009 058 423 A1 und DE 10 2009 029 690 A1 beschrieben. Diese Dokumente offenbaren Gassensoren. Ein Gassensor mit einer ersten Messzelle, einer zweiten Messzelle, einer ersten Pumpzelle, einer zweiten Pumpzelle sowie einer Detektionszelle ist beispielsweise in der EP 2 357 467 A1 beschrieben.
Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift (Kokai) JP 2010 - 266 429 A
Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen kann Abgas von dem Motor bewirken, dass Wasser, wie beispielsweise darin enthaltener Wasserdampf oder Kondenswasser, das an der Innenfläche eines Auspuffs haftet, an dem Gassensor P16 anhaftet. Das anhaftende Wasser kann ein weiter unten beschriebenes Problem in dem Gassensor P16 verursachen.
Bei dem Gassensor P16 isolieren die oben beschriebenen Elemente, wie beispielsweise Talkum P20, einen vorderen Endabschnitt des Gassensorelementes P1, der Abgas ausgesetzt ist, gegenüber einem hinteren Endabschnitt des Gassensorelementes P1, an dem die Elektroden-Anschlussflächen P22 usw. freiliegen. Wasser kann jedoch an der Oberfläche des Gassensorelementes P1 (in der Richtung des Pfeils in 10) vom vorderen Endabschnitt zum hinteren Endabschnitt wandern.
Weiterhin kann Wasser, das den hinteren Endabschnitt des Gassensorelementes P1 erreicht hat, an Durchgangslöchern, die mit den entsprechenden am hinteren Endabschnitt freiliegenden Elektroden-Anschlussflächen P22 verbunden sind, und dann an zwischen Keramikschichten angeordneten Zuleitungen entlang eindringen und schließlich zu den Elektroden gelangen, die im Inneren des vorderen Endabschnitts des Gassensorelementes P1 angeordnet sind.
Dabei kann, wenn Wasser über die zweite äußere Elektrode P8 und die Bezugselektrode P2 in die Bezugs-Sauerstoffkammer P14 gelangt, Wasser über die poröse isolierende Schutzschicht P15 eindringen und Isolierung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden P8 und P12 beeinträchtigen (d. h. die Elektroden P8 und P12 kurzschließen), wodurch potenziell die Gasmessung durch den Gassensor P16 behindert wird.
Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gassensor zu schaffen, bei dem Isolierung zwischen Elektroden gewährleistet ist, die in einer Bezugs-Sauerstoffkammer eines Gassensorelementes angeordnet sind.
Mittel zum Lösen der Probleme
Zur Lösung des vorgenannten Problems wird ein Gassensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Eine erste Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Gassensor, der ein Gassensorelement umfasst. Das Gassensorelement hat eine erste Messkammer, in die ein zu messendes Gas über eine erste Diffusions-Hemmeinrichtung eingeleitet wird, eine zweite Messkammer, in die das zu messende Gas, aus dem/in das in der ersten Messkammer Sauerstoff heraus/hinein gepumpt worden ist, über eine zweite Diffusions-Hemmeinrichtung eingeleitet wird, eine Bezugs-Sauerstoffkammer, die separat von der ersten Messkammer und der zweiten Messkammer vorhanden ist und auf einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration gehalten wird; eine erste Pumpzelle, die einen ersten Festelektrolyt-Körper und ein Paar erster Elektroden, die an dem ersten Festelektrolyt-Körper ausgebildet sind, wobei eine erste innere Elektrode, die eine der paarigen ersten Elektroden ist, in der ersten Messkammer angeordnet ist, eine erste äußere Elektrode, die die andere der paarigen ersten Elektroden ist, außerhalb der ersten Messkammer, der zweiten Messkammer und der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordnet ist, und die Sauerstoff aus dem in die erste Messkammer eingeleiteten zu messenden Gas heraus- oder Sauerstoff in dieses hineinpumpt; eine zweite Pumpzelle, die einen zweiten Festelektrolyt-Körper und ein Paar zweiter Elektroden aufweist, die an dem zweiten Festelektrolyt-Körper ausgebildet sind, wobei eine zweite innere Elektrode, die eine der paarigen zweiten Elektroden ist, in der zweiten Messkammer angeordnet ist, eine zweite äußere Elektrode, die die andere der paarigen zweiten Elektroden ist, in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordnet ist, und entsprechend der Konzentration eines bestimmten Gases in der zweiten Messkammer ein Strom zwischen der zweiten inneren Elektrode und der zweiten äußeren Elektrode fließt; und eine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle, die einen dritten Elektrolyt-Körper sowie ein Paar dritter Elektroden aufweist, die an dem dritten Elektrolyt-Körper ausgebildet sind, wobei eine Erfassungselektrode, die eine der paarigen dritten Elektroden ist, in der ersten Messkammer angeordnet ist und eine Bezugselektrode, die die andere der paarigen dritten Elektroden ist, in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordnet ist. Die Bezugs-Sauerstoffkammer ist zwischen dem zweiten Festelektrolyt-Körper und dem dritten Festelektrolyt-Körper ausgebildet. Die erste Messkammer ist zwischen dem ersten Festelektrolyt-Körper und dem dritten Festelektrolyt-Körper ausgebildet. Der Gassensor ist dadurch gekennzeichnet, dass eine gasdurchlässige, poröse isolierende Schutzschicht an wenigstens einer der zwei Elektroden ausgebildet ist, die in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordnet sind, und dass die isolierende Schutzschicht so angeordnet ist, dass sie der anderen Elektrode gegenüber der einen Elektrode zugewandt ist, an der die isolierende Schutzschicht ausgebildet ist, oder einer anderen isolierenden Schutzschicht, die an der anderen Elektrode ausgebildet ist, mit einem dazwischen vorhandenen Zwischenraum zugewandt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die gasdurchlässige, poröse isolierende Schutzschicht an der Oberfläche der zweiten äußeren Elektrode oder/und der Bezugselektrode vorhanden, die an einander gegenüberliegenden Seiten (d. h. an einer zu der zweiten Pumpzelle gerichteten Seite und an einer zu der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle gerichteten Seite) der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordnet sind. Des Weiteren ist die isolierende Schutzschicht so angeordnet, dass sie der anderen Elektrode gegenüber der einen Elektrode, an der die isolierende Schutzschicht ausgebildet ist, zugewandt ist oder einer anderen isolierenden Schutzschicht, die an der anderen Elektrode ausgebildet ist, mit einem dazwischen vorhanden Zwischenraum zugewandt ist.
Das zu messende Gas enthält, wie oben erwähnt, Wasser. Aufgrund der oben beschriebenen Konstruktionsmerkmale jedoch kommt, selbst wenn das Wasser über die Durchgangslöcher und Zuleitungen zu der zweiten äußeren Elektrode und der Bezugselektrode gelangt, die in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordnet sind, das Wasser in den Elektroden sowie der isolierenden Schutzschicht lediglich zum Stillstand, und es ist unwahrscheinlich, dass es in den Zwischenraum eindringt.
So kann ein Kurzschluss zwischen den zwei Elektroden verhindert werden, der ansonsten durch Wasser verursacht werden könnte, und die erste Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung erzielt daher einen bemerkenswerten Effekt dahingehend, dass sie befriedigende Messung eines bestimmten Gases ermöglicht.
Wenn die isolierende Schutzschicht an der Oberfläche nur einer der zwei Elektroden (beispielsweise der zweiten äußeren Elektrode) ausgebildet ist, ist der Zwischenraum zwischen der isolierenden Schutzschicht und der anderen Elektrode (beispielsweise der Bezugselektrode) gegenüber der einen Elektrode vorhanden. Wenn die isolierende Schutzschicht an den Oberflächen der zwei Elektroden ausgebildet ist, ist der Zwischenraum zwischen den zwei isolierenden Schutzschichten vorhanden, die jeweils an den Oberflächen der zwei Elektroden ausgebildet sind.
Die Formulierung „die andere Elektrode gegenüber der einen Elektrode“ zeigt einen Zustand an, in dem die eine Elektrode und die andere Elektrode einander vollständig oder teilweise zugewandt sind, oder einen Zustand, in dem die eine Elektrode und die andere Elektrode in der Längsrichtung des Gassensorelementes zueinander versetzt sind.
Des Weiteren kann, da die isolierende Schutzschicht in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordnet ist, Kontakt zwischen den zwei Elektroden selbst dann verhindert werden, wenn die Bezugs-Sauerstoffkammer bei der Herstellung des Gassensors verformt wird. Des Weiteren kann die isolierende Schutzschicht durch Sublimation verursachte Streuung einer in den Elektroden enthaltenden leitenden Substanz (beispielsweise Platin) einschränken. Dementsprechend kann Beeinträchtigung der Isolierung zwischen den zwei Elektroden verhindert werden.
Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung bei einem Gassensorelement eingesetzt werden, das wie im Folgenden beschrieben aufgebaut ist. Die erste Messkammer ist zwischen dem ersten Festelektrolyt-Körper, der teilweise die erste Pumpzelle bildet, und dem dritten Festelektrolyt-Körper ausgebildet, der teilweise die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle bildet, und die Bezugs-Sauerstoffkammer ist zwischen dem zweiten Festelektrolyt-Körper, der teilweise die zweite Pumpzelle bildet, und dem dritten Festelektrolyt-Körper ausgebildet. Das heißt, die vorliegende Erfindung kann bei dem Gassensorelement eingesetzt werden, das so aufgebaut ist, dass der erste Festelektrolyt-Körper, die erste Messkammer, der dritte Festelektrolyt-Körper, die Bezugs-Sauerstoffkammer und die zweite Festelektrolyt-Schicht aufeinanderfolgend in Schichten angeordnet sind.
In einer zweiten Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung ist über dem Gassensorelement eine Heizeinrichtung angeordnet, und die isolierende Schutzschicht ist an der Oberfläche einer ausgewählten Elektrode der zwei in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordneten Elektroden ausgebildet, wobei sich die ausgewählte Elektrode an einer zu der Heizeinrichtung gerichteten Seite befindet.
Die Elektrode, die sich an der zu der Heizeinrichtung gerichteten Seite befindet, wird auf eine höhere Temperatur als die gegenüberliegende Elektrode erhitzt und so ist es sehr wahrscheinlich, dass eine leitende Substanz sublimiert und gestreut wird, wodurch eine Beeinträchtigung der elektrischen Isolierung sehr wahrscheinlich ist. Daher kann mittels der isolierenden Schutzschicht, die an der Elektrode ausgebildet ist, die sich an der zu der Heizeinrichtung gerichteten Seite befindet, durch Sublimation verursachte Streuung einer leitenden Substanz effektiv eingeschränkt werden.
Die Formulierung „die Elektrode, die sich an der zu der Heizeinrichtung gerichteten Seite befindet“ bezeichnet eine Elektrode der zwei in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordneten Elektroden, deren Abstand zu der Heizeinrichtung kürzer ist. Beispielsweise ist bei einem Gassensorelement, bei dem der erste Festelektrolyt-Körper, die erste Messkammer, der dritte Festelektrolyt-Körper, die Bezugs-Sauerstoffkammer und der zweite Festelektrolyt-Körper aufeinanderfolgend in Schichten angeordnet sind, wenn die Heizeinrichtung über der zu dem zweiten Festelektrolyt-Körper gerichteten Seite angeordnet ist, die zweite äußere Elektrode eine Elektrode, die sich an der zu der Heizeinrichtung gerichteten Seite befindet. Wenn die Heizeinrichtung über der zu dem ersten Festelektrolyt-Körper gerichteten Seite angeordnet ist, ist die Bezugselektrode eine Elektrode, die sich an der zu der Heizeinrichtung gerichteten Seite befindet.
In einer dritten Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung ist die Heizeinrichtung direkt über der zweiten Pumpzelle an einer der Bezugs-Sauerstoffkammer gegenüberliegenden Seite angeordnet.
Da die Heizeinrichtung direkt über der zweiten Pumpzelle an der der Bezugs-Sauerstoffkammer gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, kann das Gassensorelement innerhalb eines kurzen Zeitraums aktiviert werden. Da mit der Heizeinrichtung auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, ist es wahrscheinlich, dass eine leitende Substanz aus der Elektrode sublimiert, jedoch kann die isolierende Schutzschicht durch Sublimation verursachte Streuung der leitenden Substanz verhindern.
In einer vierten Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung enthält die isolierende Schutzschicht Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99,9 % oder höher als eine Hauptkomponente.
Wenn die Reinheit von Aluminiumoxid hoch ist, ist normalerweise die Menge an leitenden Verunreinigungen (beispielsweise Na, Ca und Mg), die in Aluminiumoxid enthalten sind, gering. Daher ist beim Einsatz von hochreinem Aluminiumoxid zum Ausbilden der isolierenden Schutzschicht, selbst wenn Wasser in die isolierende Schutzschicht und weiter in den Zwischenraum eindringt, die Menge an leitenden Verunreinigungen, die in das Wasser ausgespült werden, gering, so dass Beeinträchtigung der elektrischen Isolierung eingeschränkt werden kann.
Die Formulierung „Aluminiumoxid ...als eine Hauptkomponente“ bedeutet, dass die isolierende Schutzschicht Aluminiumoxid in einer Menge von 50 % oder mehr enthält. Des Weiteren können Zirkoniumdioxid, Spinell und Titaniumdioxid enthalten sein.
In einer fünften Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung besteht beim Betrieb des Gassensorelementes zwischen den zwei in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordneten Elektroden eine Potenzialdifferenz.
Dieses Merkmal bedeutet, dass die zwei Elektroden unterschiedliches elektrisches Potential haben. Bei einem Gassensorelement mit einer Potenzialdifferenz zwischen den zwei Elektroden behalten die Elektroden, wenn die beiden Elektroden kurzgeschlossen werden, ihre jeweiligen elektrischen Potenziale nicht bei, so dass ein Leckstrom zwischen den Elektroden fließt und möglicherweise die Konzentration eines bestimmten Gases nicht genau gemessen werden kann. Wenn jedoch, wie bei der vorliegenden Erfindung die isolierende Schutzschicht vorhanden ist, kann auch ein Gassensor mit einer Potenzialdifferenz zwischen den zwei Elektroden die Konzentration eines bestimmten Gases genau messen.
In einer sechsten Umsetzungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Abmessung des Zwischenraums, gemessen in einer Richtung, in der die zwei in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordneten Elektroden einander zugewandt sind, größer als eine Dicke der gesamten in der Bezugs-Sauerstoffkammer angeordneten isolierenden Schutzschicht.
Da die Abmessung des Zwischenraums die oben angegebene ist, kann ein Kurzschluss, der ansonsten durch Wasser verursacht werden könnte, zuverlässig verhindert werden. Die Formulierung „die Dicke der gesamten isolierenden Schutzschicht“ bezeichnet die im Folgenden beschriebenen Dicken. Wenn die isolierende Schutzschicht an der Oberfläche nur einer Elektrode (beispielsweise der zweiten äußeren Elektrode) ausgebildet ist, ist es die Dicke der an der Oberfläche der einen Elektrode ausgebildeten isolierenden Schutzschicht, und wenn die isolierende Schutzschicht an der Oberfläche der zwei Elektroden ausgebildet ist, ist es die Gesamtdicke der zwei isolierenden Schutzschichten, die jeweils an den Oberflächen der zwei Elektroden ausgebildet sind.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der auf die Elektrode aufzubringenden isolierenden Schutzschicht die Hälfte der Dicke der Elektrode oder mehr, da durch Sublimation verursachte Streuung einer leitenden Substanz eingeschränkt werden kann. Wenn jedoch die Gesamtdicke der Elektrode und der isolierenden Schutzschicht 100 µm überschreitet, ist es wahrscheinlich, dass die Elektrode und die isolierende Schutzschicht beim Brennen verformt werden und daher die Schichtbildung erschwert wird. Daher beträgt die Dicke der isolierenden Schutzschicht vorzugsweise 100 µm oder weniger.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht eines NO_x-Sensors einer ersten Ausführungsform entlang der axialen Richtung.
2 ist eine Perspektivansicht, die ein Gassensorelement zeigt, wobei ein Abschnitt entlang der axialen Richtung weggelassen ist.
3 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die den Innenaufbau eines vorderen Endabschnitts des Gassensorelementes in vergrößertem Maßstab im Schnitt entlang der Dickenrichtung zeigt.
4 ist eine teilweise auseinandergezogene Perspektivansicht, die das Gassensorelement zeigt.
5 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die eine Bezugs-Sauerstoffkammer in vergrößertem Maßstab im Schnitt entlang der Dickenrichtung zeigt.
6 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die eine elektrische Anordnung zeigt, die mit dem Gassensorelement verbunden ist.
7(a) ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die ein Versuchsverfahren zeigt, bei dem ein hinterer Endabschnitt des Gassensorelementes in Wasser eingetaucht wird.
7(b) ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des Versuchs darstellt.
8(a) ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die die Bezugs-Sauerstoffkammer eines Gassensorelementes einer zweiten Ausführungsform in vergrößertem Maßstab im Schnitt entlang der Dickenrichtung zeigt.
8(b) ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die die Bezugs-Sauerstoffkammer eines Gassensorelementes einer dritten Ausführungsform in vergrößertem Maßstab im Schnitt entlang der Dickenrichtung zeigt.
9 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die den Innenaufbau eines herkömmlichen Gassensorelementes zeigt.
10 ist eine der Erläuterung dienende Ansicht, die einen herkömmlichen NO_x-Sensor zeigt.

Umsetzungsformen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Ein Gassensor mit einem Gassensorelement der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf einen NO_x-Sensor beschrieben, der an einem Auspuffrohr eines Verbrennungsmotors befestigt ist, um die Konzentration von Stickoxiden (NO_x) zu messen.
Erste Ausführungsform
a) Zunächst wird der Aufbau des Gassensors (im Folgenden als der NO_x-Sensor bezeichnet) der vorliegenden Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird die Abwärtsrichtung (untere Seite) in 1 als die Vorwärtsrichtung (vordere Seite) des NO_x-Sensors bezeichnet, und die Aufwärtsrichtung (obere Seite) in 1 wird als die Rückwärtsrichtung (hintere Seite) des NO_x-Sensors bezeichnet.
Ein NO_x-Sensor der vorliegenden Ausführungsform enthält, wie in 1 gezeigt, eine röhrenförmige Kapsel 5 aus Metall, an deren Außenfläche ein Gewindeabschnitt 3 zur Befestigung an einem Auspuff ausgebildet ist; ein Erfassungselement (im Folgenden als das Gassensorelement bezeichnet) 7, das über die Kapsel 5 aus Metall eingeführt ist, eine röhrenförmige Buchse 9 aus Keramik, die so angeordnet ist, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgibt; einen isolierenden Separator 13, der ein Element-Einführloch 11 aufweist, das in der axialen Richtung (in der vertikalen Richtung in 1) durch ihn hindurch verläuft, sowie sechs Leiterstreifen 15 (in 1 nur teilweise dargestellt), die mit dem Gassensorelement 7 verbunden sind.
Im Folgenden werden die strukturellen Merkmale beschrieben.
Das Gassensorelement 7 ist ein plattenartiges Schichtelement, das sich in der axialen Richtung erstreckt. An dem vorderen Endabschnitt (unteren Endabschnitt in 1) des Gassensorelementes 7 sind ein Erfassungsabschnitt 17, der einem zu messenden Gas (d. h. einem Abgas ausgesetzt ist, sowie Elektroden-Anschlussflächen 23, 25, 27, 29, 31 und 33 (siehe 2) ausgebildet, die an einer ersten Plattenfläche 19 und einer zweiten Plattenfläche 21 ausgebildet sind, die einander gegenüberliegende Flächen seines hinteres Endabschnitts (oberer Endabschnitt in 1) sind.
Der isolierende Separator 13 besteht aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid, und weist das Element-Einführloch 11 zum Aufnehmen wenigstens eines Abschnitts des Gassensorelementes 7 und der Leiterstreifen 15 auf.
Der isolierende Separator 13 hält die Leiterstreifen 15 und das Gassensorelement 7 in dem Element-Einführloch 11, so dass die Leiterstreifen 15 elektrisch mit jeweiligen Elektroden-Anschlussflächen 23 bis 33 des Gassensorelementes verbunden sind. Die Leiterstreifen 15 sind des Weiteren elektrisch mit entsprechenden Zuleitungsdrähten 35 verbunden, die von außen in den Gassensor hinein verlaufen, und bilden so Stromwege für Strom, der zwischen den Elektroden-Anschlussflächen 23 bis 33 und externen Einrichtungen fließt, mit denen die Zuleitungsdrähte 35 verbunden sind.
Die Kapsel 5 aus Metall ist ein Metallelement, das beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht und eine im Wesentlichen röhrenartige Form hat. Die Kapsel 5 aus Metall weist ein Durchgangsloch 37, das in der axialen Richtung durch sie hindurch verläuft, sowie einen Absatz 39 auf, der in dem Durchgangsloch 37 radial nach innen vorsteht.
Die Kapsel 5 aus Metall ist so eingerichtet, dass sie das Gassensorelement 7 so aufnimmt, dass der Erfassungsabschnitt 17 außerhalb des vorderen Endes des Durchgangslochs 37 angeordnet ist und die Elektroden-Anschlussflächen 23 bis 33 außerhalb des hinteren Endes des Durchgangslochs 37 angeordnet sind.
Eine ringförmige Aufnahme 41 aus Keramik, Pulverfüllstoffschichten (Talkum-Ringe) 43 und 45 sowie die oben erwähnte Buchse 9 aus Keramik sind in dem Durchgangsloch 37 der Kapsel 5 aus Metall in dieser Reihenfolge so von der vorderen Seite zur hinteren Seite geschichtet, dass sie das Gassensorelement 7 radial umgeben.
Des Weiteren ist ein Quetschring 49 zwischen der Buchse 9 aus Keramik und einem hinteren Endabschnitt 47 der Kapsel 5 aus Metall angeordnet. Eine Metallglocke 51 ist zwischen der Aufnahme 41 aus Keramik und dem Absatz 39 der Kapsel 5 aus Metall angeordnet. Der hintere Endabschnitt 47 der Kapsel 5 aus Metall wird so gequetscht, dass er die Buchse 9 aus Keramik über den Quetschring 49 nach vorn presst.
Ein röhrenförmiger Schutz 51, der beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht, ist an der vorderen Seite der Kapsel 7 aus Metall so angeordnet, dass er einen vorderen Endabschnitt des Gassensorelementes 7 abdeckt. Der Schutz 51 weist Gasverbindungslöcher 53 auf, durch die Abgas hindurchtreten kann. Der Schutz 51 weist eine zweiteilige Struktur auf, die aus einem innerem Schutz und einem äußeren Schutz besteht.
Dabei ist eine röhrenförmige Ummantelung 55, die beispielsweise aus rostfreiem Stahl besteht, an einem hinteren Endabschnitt der Kapsel 7 aus Metall befestigt. Eine Öffnung 57 am hinteren Ende der röhrenförmigen Ummantelung 55 ist mit einem Durchgangsstopfen 59 verschlossen, der beispielsweise aus Fluorkautschuk besteht.
Der isolierende Separator 13 wird mittels eines Halteelementes 61, das an der Innenseite der röhrenförmigen Ummantelung 55 (durch Quetschen) befestigt ist, so in der röhrenförmigen Ummantelung 55 gehalten, das sein hinteres Ende in Kontakt mit dem Durchgangsstopfen 59 ist.

b) Im Folgenden wird das Gassensorelement 7 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.

Das Gassensorelement 7 enthält, wie in 2 gezeigt, einen plattenartigen Elementabschnitt 63, der sich in der axialen Richtung (in der Links-Rechts-Richtung in 2) erstreckt, sowie eine plattenartige Heizeinrichtung 65, die sich in der axialen Richtung erstreckt. Das Gassensorelement 7 ist in einer plattenartigen Form ausgebildet, die einen rechteckigen Querschnitt hat und in der der Elementabschnitt 63 und die Heizeinrichtung 65 aufeinander geschichtet sind.

• Zunächst wird der Aufbau eines vorderen Endabschnitts des Gassensorelementes 7 beschrieben.

3 zeigt in vergrößertem Maßstab im Schnitt einen vorderen Endabschnitt des Gassensorelementes 7. Das Gassensorelement 7 ist, wie in 3 gezeigt, eine Schichtanordnung, die, in 3 von oben her, aus einer Isolierschicht 67, einem ersten Festelektrolyt-Körper 69, einer Isolierschicht 170, einem dritten Festelektrolyt-Körper 73, einer Isolierschicht 75, einem zweiten Festelektrolyt-Körper 77 sowie Isolierschichten 79 und 81 besteht. Das heißt, eine erste Pumpzelle 83, eine zweite Pumpzelle 87 und eine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle 85 werden, wie weiter unten beschrieben, unter Verwendung des ersten bis dritten Festelektrolyt-Körpers 69, 77 bzw. 73 als deren Hauptelemente ausgeführt.
Im Folgenden werden konstruktive Merkmale des Gassensorelementes 7 beschrieben.
Eine erste Messkammer 89 ist zwischen dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 und dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 ausgebildet. Eine erste Diffusions-Hemmeinrichtung 91 ist am linken Ende (Einlass) der ersten Messkammer 89 angeordnet. Ein zu messendes Gas (GM), d. h. Abgas, wird über die erste Diffusions-Hemmeinrichtung 91 in die erste Messkammer 89 eingeleitet. Eine zweite Diffusions-Hemmeinrichtung 93 ist an einem dem Einlass gegenüberliegenden Ende der ersten Messkammer 89 angeordnet.
Eine zweite Messkammer 95 ist rechts von der ersten Messkammer 89 (d. h. rechts von der zweiten Diffusions-Hemmeinrichtung 93) ausgebildet und steht mit der ersten Messkammer 89 über die zweite Diffusions-Hemmeinrichtung 93 in Verbindung. Die zweite Messkammer 95 ist zwischen dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 und dem zweiten Festelektrolyt-Körper 77 ausgebildet und erstreckt sich durch den dritten Festelektrolyt-Körper 73 hindurch.
Der erste bis dritte Festelektrolyt-Körper 69, 77 und 73 enthalten als eine Hauptkomponente Zirkoniumdioxid, das Sauerstoffionen leitet. Die Isolierschichten 67, 71, 75, 79 und 81 enthalten Aluminiumoxid. Die erste und die zweite Diffusions-Hemmeinrichtung 91 und 95 bestehen aus einem porösen Material, so beispielsweise Aluminiumoxid. Die Hauptkomponente ist ein Materialbestandteil, der in einer Menge von 50 Gew.-% oder mehr in den einzelnen Keramikschichten enthalten ist.
Ein Widerstands-Heizkörper 97 ist zwischen den Isolierschichten 79 und 81 eingebettet. Der Widerstands-Heizkörper 97 besteht beispielsweise aus Platin und erstreckt sich in der Längsrichtung (horizontale Richtung in 3). Die Isolierschichten 79 und 81 und der zwischen ihnen eingeschlossene Widerstands-Heizkörper 97 bilden die Heizeinrichtung 65. Die Heizeinrichtung 65 erhitzt das Gassensorelement 7 auf eine vorgegebene Aktivierungstemperatur, um die Sauerstoffionen-Leitfähigkeit der Festelektrolyt-Körper 69, 77 und 73 zu verbessern und so den Betrieb zu stabilisieren.
Die erste Pumpzelle 83 enthält den ersten Festelektrolyt-Körper 69 sowie ein Paar erster Elektroden 99 und 101, die so angeordnet sind, dass der erste Festelektrolyt-Körper 69 zwischen ihnen eingeschlossen ist, d. h. ein Paar, das aus einer ersten äußeren Elektrode 99 und einer ersten inneren Elektrode 101 (eine Gegenelektrode der ersten äußeren Elektrode 99) besteht. Die erste äußere Elektrode 99 und die erste innere Elektrode 101 enthalten vorwiegend Platin.
Die erste äußere Elektrode 99 ist mit einer gasdurchlässigen (beispielsweise sauerstoffdurchlässigen) porösen Schicht 105 (die beispielsweise aus Aluminiumoxid besteht) abgedeckt, die in einen Öffnungsabschnitt 103 der Isolierschicht 67 eingepasst ist. Die erste innere Elektrode 101 ist der ersten Messkammer 89 zugewandt und mit einer gasdurchlässigen porösen Schicht 107 abgedeckt.
Die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle 85 enthält den dritten Festelektrolyt-Körper 73 sowie ein Paar dritter Elektroden 109 und 111, die so angeordnet sind, dass der dritte Festelektrolyt-Körper 73 zwischen ihnen eingeschlossen ist, d. h. ein Paar, das aus einer Erfassungselektrode 109 und einer Bezugselektrode 111 besteht. Die Erfassungselektrode 109 ist der ersten Messkammer 89 an einer Position zugewandt, die stromab (in 3 rechts) von der ersten inneren Elektrode 101 angeordnet ist. Die Bezugselektrode 111 ist in einer Bezugs-Sauerstoffkammer 113 angeordnet, die weiter unten beschrieben wird. Die Erfassungselektrode 109 und die Bezugselektrode 111 enthalten vorwiegend Platin.
Die Isolierschicht 75 hat einen Ausschnitt, der zulässt, dass die Bezugselektrode 111, die in Kontakt mit dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 ist, darin angeordnet wird. Das heißt, der Ausschnitt bildet, wie im Weiteren ausführlich beschrieben, die Bezugs-Sauerstoffkammer 113, die zwischen dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 und dem zweiten Festelektrolyt-Körper 77 eingeschlossen ist.
Die zweite Pumpzelle 87 enthält den zweiten Festelektrolyt-Körper 77 sowie ein Paar zweiter Elektrode 115 und 117, die an einer Seite des zweiten Festelektrolyt-Körpers 77 ausgebildet sind. Die eine Elektrode 115 der zwei zweiten Elektroden 115 und 117 ist eine zweite innere Elektrode 115, die an einer Fläche des zweiten Festelektrolyt-Körpers 77 angeordnet ist, die der zweiten Messkammer 95 zugewandt ist. Die andere Elektrode 117 der zwei zweiten Elektroden 115 und 117 ist eine zweite äußere Elektrode 117 (eine Gegenelektrode der zweiten inneren Elektrode 115), die an einer Fläche des zweiten Festelektrolyt-Körpers 77 angeordnet ist, die der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 zugewandt ist. Die zweite innere Elektrode 115 und die zweite äußere Elektrode 117 enthalten vorwiegend Platin.

• Im Folgenden wird der Aufbau eines hinteren Endabschnitts des Gassensorelementes 7 beschrieben.

Die Elektroden-Anschlussflächen 23, 25 und 27 sind, wie in 4 auseinandergezogen dargestellt und oben erläutert, an einer Fläche eines hinteren Endabschnitts (in 4 eines rechten Endabschnitts) des Elementabschnitts 63 des Gassensorelementes 7 an einer der Heizeinrichtung 65 gegenüberliegenden Seite (in 4 an der oberen Seite) ausgebildet.
Die Elektroden-Anschlussfläche 23 ist mit der ersten äußeren Elektrode 99 über einen Leiter in einem Durchgangsloch 119, das in der Isolierschicht 67 vorhanden ist, und eine Zuleitung 121 an dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 verbunden.
Die Elektroden-Anschlussfläche 27 ist mit der ersten inneren Elektrode 101 über einen Leiter in einem Durchgangsloch 123, das in der Isolierschicht 67 vorhanden ist, eine Zuleitung 125 an dem ersten Festelektrolyt-Körper 69, einen Leiter in einem Durchgangsloch 127, das in dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 vorhanden ist, und eine Zuleitung 129 an dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 (an der Rückseite des ersten Festelektrolyt-Körpers 69) verbunden.
Die Elektroden-Anschlussfläche 27 ist über den Leiter in dem Durchgangsloch 123, das in der Isolierschicht 67 vorhanden ist, die Zuleitung 125 an dem ersten Festelektrolyt-Körper 69, den Leiter in dem Durchgangsloch 127, das in dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 vorhanden ist, einen Leiter in einem Durchgangsloch 131, das in der Isolierschicht 71 vorhanden ist und eine Zuleitung 133 an dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 auch mit der Erfassungselektrode 109 verbunden.
Die Elektroden-Anschlussfläche 27 ist des Weiteren mit der zweiten inneren Elektrode 115 über den Leiter in dem Durchgangsloch 123, das in der Isolierschicht 67 vorhanden ist, die Zuleitung 125 an dem ersten Festelektrolyt-Körper 69, den Leiter in dem Durchgangsloch 127, das in dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 vorhanden ist, den Leiter in dem Durchgangsloch 131, das in der Isolierschicht 71 vorhanden ist, eine Zuleitung 134 an dem dritten Festelektrolyt-Körper 73, einen Leiter in einem Durchgangsloch 135, das in dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 vorhanden ist, einen Leiter in einem Durchgangsloch 137, das in der Isolierschicht 75 vorhanden ist, und eine Zuleitung mit 39 an dem zweiten Festelektrolyt-Körper 77 verbunden.
Das heißt, die innere Elektrode 101, die Erfassungselektrode 100 und die zweite innere Elektrode 115 haben das gleiche elektrische Potenzial.
Die Elektroden-Anschlussfläche 25 ist mit der Bezugselektrode 111 über einen Leiter in einem Durchgangsloch 141, das in der Isolierschicht 67 vorhanden ist, eine Zuleitung 143 an dem ersten Festelektrolyt-Körper 69, einen Leiter in einem Durchgangsloch 145, das in dem ersten Festelektrolyt-Körper 69 vorhanden ist, einen Leiter in einem Durchgangsloch 147, das in der Isolierschicht 71 vorhanden ist, eine Zuleitung 149 an dem dritten Festelektrolyt-Körper 73, einen Leiter in einem Durchgangsloch 151, das in dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 vorhanden ist, und eine Zuleitung 153 verbunden, die an dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 (an der Rückseite des dritten Festelektrolyt-Körpers 73) vorhanden ist.
Dabei sind, wie oben erwähnt, die Elektroden-Anschlussflächen 29, 31, 33 an einer Fläche eines hinteren Endabschnitts des Gassensorelementes 7 an einer zu der Heizeinrichtung 65 gerichteten Seite (in 4 an der unteren Seite) ausgebildet.
Die Elektroden-Anschlussfläche 31 ist mit einer zweiten äußeren Elektrode 117 über einen Leiter in einem Durchgangsloch 155, das in der Isolierschicht 81 vorhanden ist, einen Leiter in einem Durchgangsloch 157, das in der Isolierschicht 79 vorhanden ist, eine Zuleitung 159 an der Isolierschicht 79, einen Leiter in einem Durchgangsloch 161, das in dem zweiten Festelektrolyt-Körper 77 vorhanden ist, und eine Zuleitung 163 an dem zweiten Festelektrolyt-Körper 77 verbunden.
Die Elektroden-Anschlussflächen 29 und 33 sind mit den jeweiligen einander gegenüberliegenden Enden des Widerstands-Heizkörpers 97 verbunden.

• Im Folgenden wird der Aufbau der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 beschrieben, die ein wesentlicher Teil der vorliegenden Ausführungsform ist.

5 zeigt in vergrößertem Maßstab im Schnitt entlang der Dickenrichtung die Bezugs-Sauerstoffkammer 113. Die Bezugs-Sauerstoffkammer 113 ist, wie in 5 gezeigt, ein Raum, der die Form eines rechteckigen Parallelepipeds hat, die Bezugselektrode 111 ist an einer Wandfläche (in 5 einer oberen Wandfläche) der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 an der zu dem dritten Festelektrolyt-Körper 73 gerichteten Seite angeordnet, und die zweite äußere Elektrode 117 ist der Bezugselektrode 111 gegenüber an einer Wandfläche (in 5 einer unteren Wandfläche) der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 an der zu dem zweiten Festelektrolyt-Körper 77 gerichteten Seite angeordnet.
Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform eine poröse, isolierende Schutzschicht 165, die beispielsweise aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99,9 % oder höher besteht, das elektrisch isolierend ist, so ausgebildet, dass sie die gesamte Oberfläche der zweiten äußeren Elektrode 117 abdeckt. Ein Zwischenraum 167, der ein Hohlraum ist, ist zwischen der Bezugselektrode 111 und der isolierenden Schutzschicht 165 vorhanden.
Die Dicke der Bezugselektrode 111 und der zweiten äußeren Elektrode 117 (in der vertikalen Richtung in 5 gemessen) beträgt beispielsweise 5 µm bis 15 µm (z. B. 10 µm). Die Dicke der isolierenden Schutzschicht 165 beträgt beispielsweise 5 µm bis 40 µm. Die Dicke des Zwischenraums 167 beträgt beispielsweise 20 µm bis 50 µm. Die Dicke des Zwischenraums 167 wird so festgelegt, dass sie größer ist als die der isolierenden Schutzschicht 165.

c) Im Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des Gassensorelementes 7 der vorliegenden Ausführungsform kurz beschrieben.

Bei der Herstellung des Gassensorelementes 7 der vorliegenden Ausführungsform werden, obwohl nicht dargestellt, wie bekannt ist, von den oben aufgeführten acht Schichten die sechs Schichten 67, 69, 73, 77, 79 und 81 unter Verwendung entsprechender Keramikplatten (beispielsweise aus Zirkoniumdioxid oder Aluminiumoxid) ausgebildet. Die zwei isolierenden Schichten 71 und 75 werden auf den jeweiligen Keramikplatten durch Siebdrucken ausgebildet. In den Keramikplatten, die später die Schichten 67, 69, 73, 77, 79 und 81 bilden, sind Durchgangslöcher an erforderlichen Positionen ausgebildet.
Des Weiteren werden, um die Elektroden 99, 101, 109, 111, 117 und 115 sowie die Zuleitungen 121, 125, 143, 129, 133, 149, 163, 139 und 159 auszubilden, Elektroden-Muster und Zuleitungs-Muster an den Oberflächen der entsprechenden Schichten (beispielsweise unter Verwendung von Platinpaste) ausgebildet. Um die Elektroden-Anschlussflächen 23 bis 33 auszubilden, werden Muster von Elektroden-Anschlussflächen an den Oberflächen der entsprechenden Schichten ausgebildet.
Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform wird ein Elektroden-Muster, das später die zweite äußere Elektrode 117 bildet, an der Oberfläche einer Keramikplatte, die später den zweiten Festelektrolyt-Körper 77 bildet, an einer Position ausgebildet, die der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 entspricht. Anschließend wird eine Schicht zum Ausbilden von Porosität, die später die isolierende Schutzschicht 165 bildet, auf dem Elektroden-Muster mittels einer Paste zum Ausbilden von Porosität (die ein Material zum Ausbilden von Porosität enthält, das beim Brennen porös wird) ausgebildet, die im Siebdruckverfahren aufgedruckt wird. Des Weiteren wird sich verflüchtigende Paste, die ein sich verflüchtigendes Material enthält, das sich beim Brennen verflüchtigt, im Siebdruck auf die Schicht zum Ausbilden von Porosität aufgedruckt, so dass eine Schicht zum Ausbilden des Zwischenraums ausgebildet wird. Beispielsweise kann Aluminiumoxid als das Material zum Ausbilden von Porosität eingesetzt werden. Als das sich verflüchtigende Material kann beispielsweise Kohlenstoffpulver eingesetzt werden.
Die oben erwähnten Keramikplatten (mit den darauf durch Siebdrucken ausgebildeten Schichten) werden aufeinander geschichtet, so dass ein Schichtkörper entsteht. Der Schichtkörper wird gebrannt, so dass das Gassensorelement 7 entsteht. Beim Brennen wird aus der Schicht zum Ausbilden von Porosität die isolierende Schutzschicht 165, und die Schicht zum Ausbilden des Zwischenraums verbrennt und verflüchtigt sich und lässt so den Zwischenraum 167 entstehen.

d) Im Folgenden wird der Aufbau einer Sensor-Steuereinheit zum Steuern der Funktion des Gassensorelementes 7 beschrieben.

Eine Sensor-Steuereinheit 169 zum Steuern der Funktion des Gassensorelementes 7 weist, wie in 6 gezeigt, einen Mikrocomputer, einen elektrischen Schaltungsabschnitt 173 usw. auf.
Der Mikrocomputer 171 enthält eine CPU 175 zum Ausführen verschiedener arithmetischer Operationen, einen RAM 177 zum Speichern der Ergebnisse der arithmetischen Operationen usw. sowie einen ROM 179 zum Speichern von Programmen, die die CPU 175 ausführt, usw. Der Mikrocomputer 171 enthält des Weiteren einen A/D-Wandler 181, einen Signal-Eingabe-Ausgabe-Abschnitt 185, der über den A/D-Wandler 181 mit dem elektrischen Schaltungsabschnitt 173 verbunden und so eingerichtet ist, dass er mit einer elektronischen Steuereinheit (im Folgenden als die ECU bezeichnet) 183 kommuniziert, sowie einen nicht dargestellten Taktgeber.
Der elektrische Schaltungsabschnitt 173 besteht aus einer Bezugsspannungs-Vergleichsschaltung 187, einer Ip1-Ansteuerschaltung 189, einer Vs-Erfassungsschaltung 191, einer Icp-Zuführschaltung 193, einer Widerstands-Erfassungsschaltung 194, einer Ip2-Erfassungsschaltung 195, einer Vp2-Anlegeschaltung 197 und einer Heizeinrichtungs-Ansteuerschaltung 199. Gesteuert von dem Mikroprozessor 171 erfasst der elektrische Schaltungsabschnitt 173 die NO_x-Konzentration in Abgas unter Verwendung des Gassensorelementes 7.
Die erste innere Elektrode 101 der ersten Pumpzelle 83, die zu der ersten Messkammer 89 hin freiliegt, die Erfassungselektrode 109 der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle 85, die zu der ersten Messkammer 89 hin freiliegt, und die zweite innere Elektrode 115 der zweiten Pumpzelle 87, die zu der zweiten Messkammer 95 hin freiliegt, sind mit einem Bezugspotenzial verbunden. Eine der zwei Elektroden des Widerstands-Heizkörpers 97 ist geerdet.

e) Im Folgenden wird der Vorgang des Erfassens der NO_x-Konzentration in Abgas durch die so aufgebaute Sensor-Steuereinheit 169 beschrieben.

Der erste bis dritte Elektrolyt-Körper 69, 77 und 73 des Gassensorelementes 7 werden in Verbindung mit einem Anstieg der Temperatur des Widerstands-Heizkörpers 97, an den die Heizeinrichtungs-Ansteuerschaltung 199 einen Ansteuerstrom anlegt, erhitzt und aktiviert. Dementsprechend arbeiten die erste Pumpzelle 83, die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle 85 und die zweite Pumpzelle 87.
Abgas wird in die erste Messkammer 89 eingeleitet, wobei seine Strömungsgeschwindigkeit durch die erste Diffusions-Hemmeinrichtung 91 begrenzt wird. Die Icp-Zuführschaltung 193 legt einen sehr schwachen Strom Icp an die Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle 85 an, so dass der Strom Icp von der Bezugselektrode 111 zu der Erfassungselektrode 109 fließt. So kann Sauerstoff in Abgas Elektronen von der Erfassungselektrode 109 empfangen, die eine negative Polarität hat und in der ersten Messkammer 89 angeordnet ist, so dass diese zu Sauerstoffionen werden. Die Sauerstoffionen strömen durch den dritten Festelektrolyt-Körper 73 in die Bezugs-Sauerstoffkammer 113. Das heißt, mittels des Stroms Icp, der zwischen der Erfassungselektrode 109 und der Bezugselektrode 111 fließt, wird Sauerstoff in der ersten Messkammer 89 in die Bezugs-Sauerstoffkammer 113 eingeleitet.
Die Vs-Erfassungsschaltung 191 erfasst Spannung zwischen der Erfassungselektrode 109 und der Bezugselektrode 111, die Bezugsspannungs-Vergleichsschaltung 187 vergleicht die erfasste Spannung mit einer Bezugsspannung (425 mV), und das Ergebnis des Vergleichs wird an die Ip1-Ansteuerschaltung 189 ausgegeben. Da die Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer 89 so reguliert wird, dass die Potenzialdifferenz zwischen der Erfassungselektrode 109 und der Bezugselektrode 111 auf ungefähr 425 mV stabilisiert wird, nähert sich die Sauerstoffkonzentration von Abgas in der ersten Messkammer 89 einem vorgegebenen Wert (beispielsweise 10^-8 atm bis 10^-9 atm).
Wenn die Sauerstoffkonzentration von in die erste Messkammer 89 eingeleitetem Abgas niedriger ist als der vorgegebene Wert, legt die Ip1-Ansteuerschaltung 189 einen Strom Ip1 an die erste Pumpzelle 83 an, so dass die erste äußere Elektrode 99 eine negative Polarität hat und dadurch Sauerstoff von außerhalb des Gassensorelementes 7 in die erste Messkammer 89 gepumpt wird. Wenn die Sauerstoffkonzentration von in die erste Messkammer 89 eingeleitetem Abgas höher ist als der vorgegebene Wert, legt die Ip1-Ansteuerschaltung 189 den Strom Ip1 an die erste Pumpzelle 83 an, so dass die erste innere Elektrode 101 eine negative Polarität hat und dadurch Sauerstoff aus der ersten Messkammer 89 aus dem Gassensorelement 7 nach außen gepumpt wird.
Auf diese Weise wird Abgas, dessen Sauerstoffkonzentration in der ersten Messkammer 89 angepasst worden ist, über die zweite Diffusions-Hemmeinrichtung 93 in die zweite Messkammer 95 eingeleitet. Da die Vp2-Anlegeschaltung 197 eine Spannung Vp2 zwischen der zweiten äußeren Elektrode 117 und der zweiten inneren Elektrode 115 anlegt, wird NO_x in Abgas, das mit der zweiten inneren Elektrode 115 in der zweiten Messkammer 95 in Kontakt gekommen ist, an der zweiten inneren Elektrode 115 zu N₂ und O₂ zersetzt (reduziert). Der so gewonnene Sauerstoff nimmt die Form von Sauerstoffionen an, und die Sauerstoffionen strömen durch den zweiten Festelektrolyt-Körper 77 in die Bezugs-Sauerstoffkammer 113 hinein. So nimmt Strom, der durch die zweite Pumpzelle 87 strömt, einen Wert an, der der NO_x-Konzentration entspricht.
Daher erfasst die Ip2-Erfassungsschaltung 195 in der Sensor-Steuerschaltung 169 einen Strom Ip2, der durch die zweite Pumpzelle 87 fließt, und auf Basis des erfassten Stroms Ip2 wird die NO_x-Konzentration in Abgas erfasst.
Das heißt, die Beziehung zwischen der NO_x-Konzentration und dem Strom Ip2 wird im Voraus ermittelt, und ein zugehöriges Kennfeld oder dergleichen wird angefertigt. Die NO_x-Konzentration, die dem gemessen Strom Ip2 entspricht, wird aus dem Kennfeld ermittelt.

f) Die Bezugselektrode 111 der Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle 85 und die zweite äußere Elektrode 117 der zweiten Pumpzelle 87 sind, wie oben erwähnt, in der vorliegenden Ausführungsform einander gegenüberliegend an einander gegenüberliegenden Seiten der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 des Gassensorelementes 7 angeordnet. Des Weiteren ist die gasdurchlässige, poröse isolierende Schutzschicht 165 an der Oberfläche der zweiten äußeren Elektrode 117 ausgebildet, und die isolierende Schutzschicht 165 ist der Bezugselektrode 111 mit dem dazwischen befindlichen Zwischenraum 167 gegenüberliegend angeordnet.

Aufgrund der oben beschriebenen konstruktiven Merkmale kommt, selbst wenn in Abgas enthaltenes Wasser über die Durchgangslöcher 141, 145, 151, 161, 157 und 155 und die Zuleitungen 146, 149, 153, 163 und 159 zu der Bezugselektrode 111 und der zweiten äußeren Elektrode 117 gelangt, die in Bezugs-Sauerstoffkammer 113 angeordnet sind, das Wasser in den Elektroden 111 und 117 sowie der isolierenden Schutzschicht 164 lediglich zum Stillstand, und es ist unwahrscheinlich, dass es in den Zwischenraum 167 zwischen der Bezugselektrode 111 und der isolierenden Schutzschicht 165 eindringt.
So können, da ein Kurzschluss zwischen den Elektroden 111 und 117 verhindert werden kann, der ansonsten durch Wasser verursacht werden könnte, die zwei Elektroden 111 und 117 ihre jeweiligen vorgegebenen elektrischen Potenziale aufrechterhalten. Daher kann das Auftreten von Behinderung von Messung der NO_x-Konzentration verhindert werden.
Insbesondere ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erwähnt, beim Messen der NO_x-Konzentration eine vorgegebene Potenzialdifferenz (Vs - Vp2) zwischen den zwei Elektroden 111 und 117 vorhanden, die in der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 angeordnet sind, und daher ist es wichtig, das Auftreten eines durch Wasser verursachten Kurzschlusses zu verhindern. Wenn die zwei Elektroden 111 und 117 kurzgeschlossen werden, fließt Strom zwischen den zwei Elektroden 111 und 117, und dadurch nimmt der Ausgangswert des Stroms Ip2 zu, so dass die Konzentration des zu messenden Gases nicht genau gemessen werden kann.
Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform die isolierende Schutzschicht 165 an der Oberfläche der zweiten äußeren Elektrode 117 ausgebildet, die von den in der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 angeordneten zwei Elektroden 111 und 117 diejenige ist, die sich an der zu der Heizeinrichtung 165 gerichteten Seite befindet. So wird, selbst wenn eine in der zweiten äußeren Elektrode 117 enthaltene leitende Substanz, d. h. Pt, aufgrund von Erhitzung durch die Heizeinrichtung 65 sublimiert wird, das sublimierte Pt ausreichend in der isolierenden Schutzschicht 165 eingefangen, so dass Streuung des sublimierten Pt in den Zwischenraum 167 hinein wirkungsvoll eingeschränkt werden kann.
Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungsform, da die isolierende Schutzschicht 165 aus Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99,9 % oder höher besteht, selbst wenn Wasser in die isolierende Schutzschicht 165 und weiter in den Zwischenraum 167 eindringt, die Menge aus der isolierenden Schutzschicht 165 in Wasser ausgespülter leitfähiger Verunreinigungen gering. Auch unter diesem Aspekt kann Beeinträchtigung elektrischer Isolierung eingeschränkt werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die isolierende Schutzschicht 165 eingesetzt, die aus Aluminiumoxid besteht. Die isolierende Schutzschicht 165 kann jedoch keramische Materialien, wie beispielsweise Spinell, Titaniumdioxid und Zirkoniumdioxid, zusätzlich zu Aluminiumoxid als eine Hauptkomponente enthalten.
Des Weiteren ist bei der vorliegenden Ausführungs die Dicke des Zwischenraums 167 in der Bezugs-Sauerstoffkammer 113 größer als die der isolierenden Schutzschicht 165, so dass ein durch Wasser bewirkter Kurzschluss zuverlässig verhindert werden kann.

g) Im Folgenden wird ein Versuch beschrieben, der durchgeführt wurde, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu verifizieren.

Bei dem vorliegenden Versuch wurden sechs Gassensorelemente (Muster Nr. 1 bis 6), die denen der ersten Ausführungsform glichen, als Beispiele für die vorliegende Erfindung hergestellt. Jedes der Gassensorelemente wurde, wie in 7 gezeigt, über eine vorgegebene Zeit (beispielsweise 36 Stunden) so in Wasser eingetaucht, dass alle der an seinem hinteren Endabschnitt befindlichen Elektroden-Anschlussflächen in Wasser eingetaucht waren.
Anschließend wurden die Gassensorelemente bei Raumtemperatur (25 °C) in Luft aktiviert, und der Strom Ip2 wurde gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1 weiter unten sowie in 7(b) dargestellt.
Weiterhin wurden Muster Nr. 7 bis 10 als Vergleichsbeispiele hergestellt, die nicht in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Jedes der Gassensorelemente der Vergleichsbeispiele wurde über die vorgegebene Zeit so in Wasser eingetaucht, dass alle der an seinem hinteren Endabschnitt befindlichen Elektroden-Anschlussflächen in Wasser eingetaucht waren. Anschließend wurden die Gassensorelemente bei Raumtemperatur (25 °C) in Luft aktiviert, und der Strom Ip2 wurde gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1 weiter unten sowie in 7(b) dargestellt.

Die Muster Nr. 7 bis 10 sind Gassensorelemente ohne Zwischenraum in der Bezugs-Sauerstoffkammer, d. h. der Zwischenraum der Bezugs-Sauerstoffkammer ist mit der isolierenden Schutzschicht gefüllt. Tabelle 1

Muster Nr.		Strom Ip2 [µA]
Muster Nr.		Anfangsstadium	Nach 36 Stunden
Beispiel	1	0	0,0021
	2	0	0,0019
	3	0	0,0031
	4	0	0,0026
	5	0	0,0012
	6	0	0,0056
Vergleichsbeispiel	7	0	0,3234
	8	0	0,1457
	9	0	0,09
	10	0	0,054

Wie aus Tabelle 1 oben sowie 7(b) hervorgeht, weisen die Muster Nr. 1 bis 6 der vorliegenden Erfindung nach Eintauchen in Wasser über 36 Stunden einen Strom Ip2 von 0,0056 µA oder weniger auf, was auf hervorragende Beständigkeit (elektrische Isolierung) hinweist.
Im Unterschied dazu weisen die Muster Nr. 7 bis 10 der Vergleichsbeispiele nach Eintauchen in Wasser über 36 Stunden einen Strom Ip2 von 0,054 µA oder mehr auf, was auf geringe Beständigkeit hinweist und unvorteilhaft ist.
Zweite Ausführungsform
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Auf Beschreibung von Merkmalen, die denen der ersten Ausführungsform gleichen, wird verzichtet.
Da sich ein Gassensorelement der zweiten Ausführungsform von dem der ersten Ausführungsform nur hinsichtlich des Aufbaus der Bezugs-Sauerstoffkammer unterscheidet, wird der Aufbau der Bezugs-Sauerstoffkammer beschrieben.
Eine Bezugs-Sauerstoffkammer 203 eines Gassensorelementes 201 der vorliegenden Ausführungsform weist, wie in 8(a) gezeigt, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, eine Bezugselektrode 207, die an einer Oberfläche eines dritten Festelektrolyt-Körpers 205 ausgebildet ist (an der oberen Seite in 8(a) befindlich), sowie eine zweite äußere Elektrode 211 auf, die an einer Oberfläche eines zweiten Festelektrolyt-Körpers 209 ausgebildet ist (an der unteren Seite in 8(a) befindlich).
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere eine poröse erste isolierende Schutzschicht 213 so ausgebildet, dass sie die Oberfläche der Bezugselektrode 207 abdeckt, und eine gleichartige poröse zweite isolierende Schutzschicht 215 ist so ausgebildet, dass sie die Oberfläche der zweiten äußeren Elektrode 211 abdeckt.
Des Weiteren ist ein Zwischenraum 217, der ein Hohlraum ist, zwischen der ersten isolierenden Schutzschicht 213 und der zweiten isolierenden Schutzschicht 215 vorhanden. Mit der zweiten Ausführungsform werden ebenfalls Effekte erzielt, die denjenigen gleichen, die mit der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Dritte Ausführungsform
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Auf Beschreibung von Merkmalen, die denen der ersten Ausführungsform gleichen, wird verzichtet.
Da sich ein Gassensorelement der dritten Ausführungsform von dem der ersten Ausführungsform nur hinsichtlich des Aufbaus der Bezugs-Sauerstoffkammer unterscheidet, wird der Aufbau der Bezugs-Sauerstoffkammer beschrieben.
Eine Bezugs-Sauerstoffkammer 303 eines Gassensorelementes 301 der vorliegenden Ausführungsform weist, wie in 8(b) gezeigt, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, eine Bezugselektrode 307, die an einer Oberfläche eines dritten Festelektrolyt-Körpers 305 ausgebildet ist (an der oberen Seite in 8(b) befindlich), sowie eine zweite äußere Elektrode 311 auf, die an einer Oberfläche eines zweiten Festelektrolyt-Körpers 309 ausgebildet ist (an der unteren Seite von 8(b) befindlich).
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist insbesondere eine poröse isolierende Schutzschicht 313 so ausgebildet, dass sie die Oberfläche der Bezugselektrode 307 abdeckt, und ein Zwischenraum 315, der ein Hohlraum ist, ist zwischen der isolierenden Schutzschicht 313 und der zweiten äußeren Elektrode 311 vorhanden.
Mit der dritten Ausführungsform werden ebenfalls Effekte erzielt, die denjenigen gleichen, die mit der ersten Ausführungsform erzielt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die oben stehenden Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann in verschiedenen anderen Formen ausgeführt werden, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

7, 201, 301:: Gassensorelement
64:: Heizeinrichtung
69:: erster Festelektrolyt-Körper
73, 205, 305:: dritter Festelektrolyt-Körper
77, 209, 309:: zweiter Festelektrolyt-Körper
83:: erste Pumpzelle
85:: Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle
87:: zweite Pumpzelle
89:: erste Messkammer
91:: erste Diffusions-Hemmeinrichtung
93:: zweite Diffusions-Hemmeinrichtung
95:: zweite Messkammer
99:: erste äußere Elektrode
101:: erste innere Elektrode
109:: Erfassungselektrode
111, 207, 307:: Bezugselektrode
113, 203, 303:: Bezugs-Sauerstoffkammer
115:: zweite innere Elektrode
117, 211, 311:: zweite äußere Elektrode
165, 213, 215, 313:: isolierende Schutzschicht
167, 217, 315:: Zwischenraum

Claims

Gassensor, der ein Gassensorelement (7) umfasst, wobei das Gassensorelement (7) aufweist: eine erste Messkammer (89), in die ein zu messendes Gas über eine erste Diffusions-Hemmeinrichtung (91) eingeleitet wird; eine zweite Messkammer (95), in die das zu messende Gas, aus dem/in das in der ersten Messkammer (89) Sauerstoff heraus/hinein gepumpt worden ist, über eine zweite Diffusions-Hemmeinrichtung (93) eingeleitet wird; eine Bezugs-Sauerstoffkammer (113), die separat von der ersten Messkammer (89) und der zweiten Messkammer (95) vorhanden ist und auf einer vorgegebenen Sauerstoffkonzentration gehalten wird; eine erste Pumpzelle (83), die einen ersten Festelektrolyt-Körper (69) und ein Paar erster Elektroden (99, 101), die an dem ersten Festelektrolyt-Körper (69) ausgebildet sind, wobei eine erste innere Elektrode (101), die eine der paarigen ersten Elektroden (99, 101) ist, in der ersten Messkammer (89) angeordnet ist, eine erste äußere Elektrode (99), die die andere der paarigen ersten Elektroden (99, 101) ist, die außerhalb der ersten Messkammer (89), der zweiten Messkammer (95) und der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet ist, und die Sauerstoff aus dem in die erste Messkammer (89) eingeleiteten zu messenden Gas heraus- oder Sauerstoff in dieses hineinpumpt; eine zweite Pumpzelle (87), die einen zweiten Festelektrolyt-Körper (77) und ein Paar zweiter Elektroden (115, 117) aufweist, die an dem zweiten Festelektrolyt-Körper (77) ausgebildet sind, wobei eine zweite innere Elektrode (115), die eine der paarigen zweiten Elektroden (115, 117) ist, in der zweiten Messkammer (95) angeordnet ist, eine zweite äußere Elektrode (117), die die andere der paarigen zweiten Elektroden (115, 117) ist, in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet ist, und entsprechend der Konzentration eines bestimmten Gases in der zweiten Messkammer (95) ein Strom zwischen der zweiten inneren Elektrode (115) und der zweiten äußeren Elektrode (117) fließt; und eine Sauerstoffkonzentrations-Erfassungszelle (85), die einen dritten Elektrolyt-Körper (73) sowie ein Paar dritter Elektroden (109, 111) aufweist, die an dem dritten Elektrolyt-Körper (73) ausgebildet sind, wobei eine Erfassungselektrode (109), die eine der paarigen dritten Elektroden (109, 111) ist, in der ersten Messkammer (89) angeordnet ist und eine Bezugselektrode (111), die die andere der paarigen dritten Elektroden (109, 111) ist, in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet ist; wobei die Bezugs-Sauerstoffkammer (113) zwischen dem zweiten Festelektrolyt-Körper (77) und dem dritten Festelektrolyt-Körper (73) ausgebildet ist, die erste Messkammer (89) zwischen dem ersten Festelektrolyt-Körper (69) und dem dritten Festelektrolyt-Körper (73) ausgebildet ist, der Gassensor dadurch gekennzeichnet ist, dass eine gasdurchlässige, poröse isolierende Schutzschicht (165) an wenigstens einer (117) der zwei Elektroden (117, 111) ausgebildet ist, die in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordnet sind, und dass die isolierende Schutzschicht (165) so angeordnet ist, dass sie der anderen Elektrode gegenüber der einen Elektrode zugewandt ist, an der die isolierende Schutzschicht (165) ausgebildet ist, oder einer anderen isolierenden Schutzschicht, die an der anderen Elektrode ausgebildet ist, mit einem dazwischen vorhandenen Zwischenraum (167) zugewandt ist.
Gassensor nach Anspruch 1, wobei: über dem Gassensorelement (7) eine Heizeinrichtung (65) angeordnet ist, und die isolierende Schutzschicht (165) an der Oberfläche einer ausgewählten Elektrode (117) der zwei in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordneten Elektroden (117, 111) ausgebildet ist und sich die ausgewählte Elektrode an einer zu der Heizeinrichtung (65) gerichteten Seite befindet.
Gassensor nach Anspruch 2, wobei die Heizeinrichtung (65) direkt über der zweiten Pumpzelle (67) an einer der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die isolierende Schutzschicht (165) Aluminiumoxid mit einer Reinheit von 99,9 % oder höher als eine Hauptkomponente enthält.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei beim Betrieb des Gassensorelementes (7) zwischen den zwei in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordneten Elektroden (117, 111) eine Potenzialdifferenz besteht.
Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Abmessung des Zwischenraums (167), gemessen in einer Richtung, in der die zwei in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordneten Elektroden (117, 111) einander zugewandt sind, größer ist als eine Dicke der gesamten in der Bezugs-Sauerstoffkammer (113) angeordneten isolierenden Schutzschicht (165).