DE3025670A1

DE3025670A1 - Sauerstoffsensor und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE3025670A1
Application number: DE19803025670
Authority: DE
Inventors: Jon Duane Aaron; Edward Paul Habdas
Original assignee: UOP LLC
Current assignee: Honeywell UOP LLC
Priority date: 1979-07-09
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1981-03-19
Also published as: ES494794A0; FR2461252B1; ES493192A0; GB2058356B; IL60373A; GB2058356A; IT1132180B; ES8103378A1; IT8023318A0; ES8106608A1; CA1152156A; IL60373A0; FR2461252A1

Description

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A 44 234 b Anmelder: UOP Inc.

k - 177 Ten UOP Plaza

7. JuIi 1980 Algonquin & Mt. Prospect

Roads

Des Piaines, Illinois 60016

USA

Sauerstoffsensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Sauerstoffsensor mit einem Keramikrohr und einer in dieses quer zur Längsachse dichtend eingesetzten, eine Bezugsse j. te und eine Messeite aufweisenden, dünnen Scheibe aus einem stabilisierten, festen Elektrolyten, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Sauerstoffsensors.

Die Erfindung betrifft also Sauerstoffsensoren desjenigen Typs, bei dem eine Scheibe aus einem stabilisierten festen Elektrolyten in einem Keramikrohr aus einem nicht-elektrolytischen Material angeordnet ist. Bei solchen Sensoren haben sich zwei Problembereiche ergeben, die darin zu sehen sind, daß es einerseits Schwierigkeiten bereitet, eine hermetische Abdichtung zwischen Rohr und Scheibe zu erreichen, und andererseits mit Problemen verbunden ist, mit den dünnen Platinelektroden auf den Hauptflächen der Scheibe Zuleitungen zu verbinden. Obwohl für jedes dieser Probleme einzeln angemessene Lösungen entwickelt wurden, muß für die Herstellung einer kompletten Sensoranordnung immer noch eine beträchtliche Anzahl zeitraubender Operationen durchgeführt werden. Beispielsweise beschreibt die US-PS 4 119 513 einen Sensor, der ausserordentliche genaue Messpannungen liefert und

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bei dem Zuleitungen aus einem Metall der Platinmetallgruppe, welche zu den aus einem ebensolchen Metall bestehenden Elektroden führen, sich über die gesamte Länge des Rohres erstrecken,und zwar eine an der Innenwand und eine an der Aussenwand, wobei die aussenliegende Zuleitung über das Messende des Rohres hinweg zu der Messelektrode geführt ist. Die Scheibe wird dabei durch eine Dichtung aus einer Glasfritte festgehalten, welche sich als recht befriedigend erwiesen hat und welche - wie Versuche gezeigt haben - gegen Temperatürschocks bei Temperaturen bis zumindest 700⁰C unempfindlich ist. Weiterhin beschreibt die US-PS 4 123 344 einen scheibenförmigen Elektrolyten, welcher in einem Keramikrohr festgelegt wird, während dieses beim Brennen schrumpft. Die Scheibe liegt dabei in einer Aussparung und besitzt eine innere und eine äussere Zuleitung, an deren Anschlußstelle! unterschiedliche Materialien zusammentreffen, sowie gewisse zusätzliche, dem Zusammenbau dienende Elemente. Im allgemeinen erzwingt die geringe Schrumpfung, die sich bei den meisten Keramikmaterialien zeigt, sehr enge Toleranzen für den Aussendurchmesser der Scheibe und den Innendurchmesser der Senkbohrung, in der die Scheibe gemäß den Lehren der genannten Patentschrift gehaltert ist. Ausserdem dürfen beim Einsatz von Dichtungen aus einer Glasfritte praktisch keinerlei Materialfehler vorhanden sein, wenn zwischen den dichtend miteinander zu verbindenden Oberflächen eine gasdichte Abdichtung erreicht werden soll.

Ausgehend vom Stände der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen rohrförmigen Sauerstoff-

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sensor mit einer Scheibe aus einem Festelektrolyten anzugeben, welcher schnell und wirtschaftlich zusammengebaut werden kann und welcher hinsichtlich der Abmessungen des Rohres und der darin dichtend festzulegenden Scheibe große Toleranzen aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Sauerstoffsensor der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Aussendurchmesser der Scheibe zumindest bezüglich der axial im Abstand voneinander befindlichen Rohrbereiche, die unmittelbar an die beiden Seiten der Scheibe angrenzen,grosser ist als der Innendurchmesser des Rohrs, dass der Aussendurchmesser des Rohrs in der Ebene der Scheibe grööser ist als in unmittelbar angrenzenden quer zur Längsachse des Rohrs verlaufenden Ebenen und dass die Unterschiede in den Durchmessern ausreichend groß sind, um die Scheibe in dem Rohr in einem Temperaturbereich von mindestens etwa 260 bis 1100⁰C hermetisch dichtend festzulegen.

Dabei wird zusätzlich angestrebt, auf schnelle und einfache Weise eine Verbindung zwischen den Elektroden der Scheibe und den Zuleitungen herzustellen, welche dabei gegen Beschädigungen geschützt sein sollen und welche ausserdem aus demselben Material wie die Elektroden hergestellt werden können, um die Entstehung von Sekundärspannungen Undefinierter Größe zwischen unterschiedlichen, aneinandergrenzenden Metallen zu vermeiden.

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Dieses zusätzliche Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der überwiegende Teil der Messeite der Scheibe und ein erster schmaler Umfangsbereich derselben mit einer ersten kontinuierlichen porösen Elektrodenschicht beschichtet ist, dass der überwiegende Teil der Bezugsseite der Scheibe und ein zweiter, schmaler Umfangsbereich derselben, welcher in Umfangsrichtung gegenüber dem ersten Umfangsbereich versetzt ist, mit einer zweiten, kontinuierlichen, porösen Elektrodenschicht beschichtet sind, dass die Messeite und die Bezugsseite in den Bereichen, die unmittelbar an die beschichteten Umfangsbereiche angrenzen, keine Elektrodenbeschichtung aufweisen, dass an der Innenwand des Keramikrohrs ein erster und ein zweiter, in axialer Richtung verlaufender leitfähiger Streifen vorgesehen ist, dass die leitfähigen Streifen, ausgehend vom Bezugsende des Rohres, mindestens bis zum Rand der Messeite der Scheibe reichen und dass von den beiden leitfähigen Streifen der eine mit dem zweiten beschichteten Ümfangsbereich und der andere mit dem ersten beschichteten Ümfangsbereich fluchtet, derart, dass die leitfähigen Streifen und die beschichteten Umfangsbereiche in engem elektrischen und mechanischen Kontakt miteinander stehen.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Sauerstoffsensors anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.

Im einzelnen wird bei einem Sauerstoffsensor gemäß der Erfindung und bei dem Verfahren zu seiner Her-

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Stellung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine Scheibe verwendet, die auf dem überwiegenden Teil ihrer Hauptfläche, sowohl auf der Messeite wie auch auf der Bezugsseite, mit einer durchgehenden Elektrodenbeschichtung versehen ist, wobei jede Elektrodenbeschichtung in ein schmales Band bzw. einen Streifen an der Kante bzw. am Umfang der Scheibe ausläuft. Die schmalen Kontakt- bzw. Elektrodenstreifen sind dabei im Abstand voneinander vorgesehen und liegen einander vorzugsweise diametral gegenüber. Ausserdem wird sowohl auf der Messeite wie auch auf der Bezugsseite der Scheibe ein kleiner Bereich freigelassen bzw. nicht beschichtet, welcher unmittelbar an den schmalen Streifen angrenzt, der einstückig mit der Elektrodenbeschichtung der gegenüberliegenden Seite verbunden ist. Weiterhin wird eine Beschichtung aus leitendem Material, vorzugsweise aus demselben Material, aus dem die Elektrodenbeschichtungen hergestellt sind, in Form zweier Streifen auf die Innenwand des Rohres aufgebracht. Die Scheibe wird dann auf einem Sockel plaziert, woraufhin über Scheibe und Sockel das ungebrannte Rohr geschoben wird, welches dann beim Brennen schrumpfen kann, um zusammen mit der Scheibe einen Sitz mit Übermaß zu bilden. Die Scheibe ist vorgesintert und besteht vorzugsweise aus mit Yttrium stabilisierten Zirkon, während das Rohr vorzugsweise aus Fosterit hergestellt ist, welcher beim Brennen mit einer Temperatur von etwa 1300⁰C eine Schrumpfung um etwa 25 % erleidet. Befriedigende Ergebnisse wurden erzielt, wenn der Innendurchmesser des ungebrannten Keramikrohres um etwa 20 % grosser war als der Aussendurchmesser der Scheibe (Innendurchmesser ca. 11,6 mm; Aussendurchmesser ca. 9,65 mm).

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Ferner wurden die Elektroden und die Zuleitungen vorzugsweise aus einer Platinpaste hergestellt, deren als Bindemittel verwendete Glasfritte einen Schmelzpunkt hatte, der etwa 35 bis 95°C unter der Brenntemperatur für das Rohr lag. Bei dieser Ausgestaltung schrumpft das Rohr während des Brennens so, dass mit der Scheibe ein Sitz mit einem Übermaß von etwa 5 % entsteht, was im Bereich der Scheibe zu einer schwachen Auswölbung der Rohrwandung führt. Das Rohr wird beim Brennen ebenfalls "glasig", so dass eine dichtende mechanische Verbindung mit der Scheibe sowohl aufgrund der"Verglasung" als auch aufgrund des Druckes der Passung zustande kommt.

Der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Sauerstoffsensor kann ausserdem eine Heizvorrichtung enthalten. Eine solche Heizvorrichtung ermöglicht es, dass der Sensor bei einer konstanten Temperatur arbeitet, die etwas über der Maximaltemperatur bei dem Verfahren liegt, bei dem der Sensor eingesetzt wird. Bei dieser Ausgestaltung ist das Sensorausgangssignal direkt mit der bekannten Nernst-Gleichung verknüpft und kann den prozentualen Sauerstoffanteil anzeigen, ohne dass die Notwendigkeit bestünde, eine komplizierte Schaltung vorzusehen, welche den Einfluss der Temperaturänderung auf das Messergebnis berücksichtigt. Die Heizvorrichtung kann dabei in der rohrförmigen Wand des Keramikrohres in radialer Richtung angrenzend an den scheibenförmigen Festelektrolyten angeordnet werden.

Bei einem bevorzugten Ausfüurungsbeispiel wird ein Sauerstoffsensor mit einem Festelektrolyten durch Auf-

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schrumpfen eines Keramikrohres hergestellt, wobei in der Rohrwandung Heizeinrichtungen dichtend eingebaut sind und wobei eine dichtende Verbindung zwischen dem Rohr und einer Scheibe aus dem Festelektrolyten hergestellt wird.

Das Keramikmaterial ist vorzugsweise Fosterit, dessen thermische Dehnung eng an die thermische Dehnung von mit Yttrium stabilisiertem Zirkondioxid angepaßt ist, welches ein üblicher Festelsktrolyt ist. Der

Fosteritkörper wird mit einem Aussendurchmesser von etwa 25,4 mm und mit einer Mittelöffnung von etwa 9,45 mm extrudiert, welche von einer Anzahl engerer Kanäle umgeben ist, die einen Durchmesser von etwa 3,15 mm besitzen und zur Aufnahme von Heizelementen geeignet sind. Die Anzahl der Kanäle kann dabei in einem breiten Bereich, beispielsweise zwischen etwa 4 und 12 schwanken, wobei offensichtlich eine grössere Anzahl von Kanälen zu einer gleichmässigeren Beheizung der Platte oder Scheibe aus dem Festelektrolyten führt. Wenn der Fosterit getrocknet, aber noch ungebrannt und leicht bearbeitbar ist, dann wird das Rohr auf Länge geschnitten. Ausserdem wird in der Aussenwand des Rohres eine Ringnut mit einer Breite von etwa 3,15 mm hergestellt, deren Tiefe etwa gleich der Tiefe der am weitesten innenliegenden Punkte der in Umfangsrichtung der Rohrwand verteilten Kanäle ist. Ausserdem wird in die Stirnfläche des Messendes des Rohres eine zweite Nut eingeschnitten, die einen Durchmesser hat, welcher dem Durchmesser des Kreises bzw. Kreisringes entspricht, welcher die Kanäle enthält. Die beiden Nuten bieten Platz für die Bögen einer Heizwicklung, welche in die Kanäle eingefüllt

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wird, nachdem das Rohr gebrannt ist. Die Nuten werden dann mit einem giessbaren Keramikmaterial gefüllt,
um die Heizwicklung abzudichten. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen der Heizwicklung und dem
Keramikrohr werden die Kanäle nach dem Abdichten der Ringnut mit einer Packung aus MgO-Partikeln oder aus einem anderen Material gefüllt. Die Scheibe aus dem
Festelektrolyten wird erfindungsgemäß in dem Keramikrohr durch das Schrumpfen desselben beim Brennen dichtend festgelegt, wobei eine mechanische Verbindung
der Elemente erfolgt, wenn die Oberfläche des Phosteritkörpers bei der typischen Brenntemperatur von etwa 1300⁰C glasig wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die Scheibe, das Rohr und Zuleitungen einer bevorzugten Ausführungsform eines Sauerstoffsensors gemäß der Erfindung nach dem Brennen;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Sensor gemäß Fig. 1 längs der Linie 2-2 in dieser Figur;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch das ungebrannte Rohr des Sensors gemäß Fig. 1;

Fig. 4 eine Draufsicht auf das Rohr gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Festelektrolytscheibe des Sensors gemäß Fig. 1

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nach dem Aufbringen der Elektrodenschichten; Fig.6 eine Seitenansicht der Scheibe gemäß Fig. 5;

Fig.7 einen Längsschnitt durch eine Sensoranordnung gemäß Fig. 1 vor dem Brennen mit einem Brenneinsatz zum gegenseitigen Positionieren der Sensorelemente;

Fig.8 eine Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig.7;

Fig.9 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sauerstoffsensors mit integrierter Heizeinrichtung, wobei einige Teile weggebrochen sind und

Fig. 10 einen Längsschnitt durch den Sensor gemäß Fig.9.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 einen verbesserten erfindungsgemäßen Sauerstoffsensor 10, welcher im wesentlichen aus einem Keramikrohr 12 bzw. einem keramischen, rohrförmigen Grundkörper und einer darin in der Nähe des oberen Endes bzw. des Sensorendes 12' montierten Scheibe 14 aus einem keramischen festen Elektrolyten besteht. Dabei ist das Keramikrohr 12 bei 12" etwas "ausgebeult" dargestellt, um die Tatsache zu verdeutlichen, dass die unmittelbar an die Scheibe 14 angrenzenden Rohrbereiche während eines Brennvorganges geschrumpft sind, um ein enges Ineinandergreifen von Rohr 12 und Scheibe 14 zu erreichen. Der Sauerstoffsensor 10 ist - was in der Zeichnung nicht dargestellt ist - im allgemeinen in einem Gehäuse montiert, welches es gestattet, dass das Messende 12' in die zu untersuchenden Gase, typischerweise Abgase bzw. Rauch-

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gase, eintaucht, während das andere Sensorende, welches als Bezugsende 12' '' bezeichnet wird, mit der Umgebungsluft in Verbindung steht. Bei einer derartigen Montage sind die Messeite 14' und die Bezugsseite 14'* des Elektrolyten der Scheibe 14 Gasgemischen ausgesetzt, in denen ein unterschiedlicher Partialdruck des Sauerstoffs vorliegt. Bekanntlich führen diese unterschiedlichen Sauerstoffpartialdrücke zu einer Spannung über der eine Festelektrolytzelle darstellenden Scheibe 14, welche mittels einer Schaltung (nicht dargestellt) gemessen werden kann, die mit Anschlüssen 16' und 18' eines Bezugselektrodenleiters 16 bzw. eines Messelektrodenleiters 18 verbunden ist. Die Leiter 16, 18 bestehen dabei vorzugsweise aus Platin und stehen in festem Kontakt mit einer Bezugselektrode 20 und einer Messelektrode 22, wobei die beiden Elektroden 20, 22 ebenfalls vorzugsweise aus Platin bestehen, so dass in dem Sensor keine unterschiedlichen Metalle vorhanden sind, welche zur Entstehung unerwünschter Spannungen führen können. Die Elektroden 20, 22 sind ferner auf der Bezugsseite 14'' bzw. auf der Messeite 14' der Scheibe 14 vorgesehen.

Der Sauerstoffsensor 10 wird aufgebaut, indem man zunächst den anhand der Figur 7 erläuterten Verfahrensschritt durchführt. Bei diesem Verfahrensschritt wird eine gesinterte Platte bzw. Scheibe aus einem festen Elektrolyten,auf dessen Hauptflächen pastenförmige Elektrodenschichten 20, 20' und 22, 22' aufgetragen wurden, wie dies in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, auf einen Sockel 30 gesetzt, der an einem keramischen Brenneinsatz 32 vorgesehen ist_? so dass die Scheibe 14 in einer vorgegebenen axialen Lr je Lezüglich des

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ungebrannten oder rohen Keramikrohrs 12 gehalten wird, welches in Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Die Scheibe 14 wird so angeordnet, dass streifenförmige Elektrodenteile 2O¹ bzw. 22' mit den streifenförmigen Leitern 16 bzw. 18 an der Innenwand des Rohres 12 fluchten, wie dies Fig. 8 zeigt. Der Brenneinsatz 32 mit dem ungebrannten Rohr 12 und der Scheibe 14 kann nunmehr in einen Ofen gestellt werden, wo das Rohr 12 gebrannt wird, wobei es schrumpft und in einen festen mechanischen Kontakt mit der Scheibe 14 gelangt, wie dies Fig. 1 zeigt. Wenn als Material für das Rohr Fosterit verwendet wird, welches beim Brennen eine Schrumpfung von etwa 25 % zeigt, dann können der Aussendurchmesser der Scheibe 14 und der Innendurchmesser des Rohres 12 in ihrer Größe um 20 % voneinander abweichen, wobei dennoch eine Passung mit einem Übermaß von 5 % erzielt wird. Dies ist ein wesentlicher Vorteil, da es bedeutet, dass die Toleranzen der Scheiben und der extrudierten ungebrannten Keramikrohre ziemlich großzügig bemessen werden können. Ausserdem muß auch keine Maschinenbearbeitung des Rohres zur Schaffung eines Sitzes für die Scheibe erfolgen. Ausserdem wird dadurch, dass die Rohrwand nunmehr durchgehend die gleiche Wandstärke hat, die Widerstandsfähigkeit des Sensors gegen sprunghafte Temperatüränderungen verbessert.

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Darstellung eines mit einer Heizvorrichtung versehenen Sauerstoffsensors 10 gemäß der Erfindung, wobei einige Teile weggebrochen sind. Das Rohr 12 hat wieder ein Messende 12' und ein Bezugsende 12···, die durch die Scheibe 14 aus einem festen Elektrolyten getrennt sind. Der Bezugselektrodenleiter 16 und der Messelektrodenlei-

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ter 18 stehen in engem Kontakt mit streifenförmigen Teilen der Bezugselektrode 20 bzw. der Messelektrode 22. Die Leiter und Elektroden bestehen vorzugsweise alle aus demselben Material, vorzugsweise aus Platin, welches zunächst als Paste aufgetragen wird, um Sekundärspannungen zu vermeiden, die entstehen können, wenn unterschiedliche Metalle verwendet werden. Beim Extrudieren des Rohres 12 aus formbarem Keramikmaterial wird ausser einer Mittelöffnung 26 noch eine Anzahl von kleineren Öffnungen bzw. Kanälen 24 in der Rohrwand hergestellt. Durch Maschinenbearbeitung wird ausserdem in der Mantelfläche des Rohrs 12 eine Ringnut 28 hergestellt, die etwa bis zur Innenseite der Kanäle 24 reicht. Die Ringnut 28 besitzt eine Breite von etwa 2 mm, so dass es möglich ist, einen Heizdraht 30 so in die Kanäle 24 einzufädeln, dass er diese mäanderförmig durchläuft, wobei die Nut 28 die Heizdrahtbögen am Bezugsende der Heizvorrichtung aufnimmt, während eine weitere Nut 32 die Heizdrahtbögen am Messende derselben aufnimmt. Die beiden Enden 30', 30'' des Heizdrahts 30 stehen über das Bezugsende 12'*' des Sensors 10 vor, wo sie mit einer Speisespannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden werden können. Wie die Zeichnung zeigt, steht der Heizdraht 30 auf einer Länge, die etwas größer ist als der Durchmesser der Scheibe 14 in axialer Richtung nach vorn und hinten über die Scheibe 14 vor, um sicher zu stellen, dass eine gleichmäßige Beheizung der Scheibe 14 und ihrer Elektroden erfolgt. Eine Packung von MgO-Partikeln 34 in den Kanälen 24, durch die der Heizdraht 3C geführt ist, fördert die Wärmeleitung durch die Wandung des Rohres 12 zu der Scheibe 14. Eine Schicht 36 aus giessfähigem Keramikmaterial dient dazu,die Ringnut 28 dichtend zu schlies-

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sen, während eine Schicht 38 aus giessbarem Keramikmaterial dazu dient, die an der Stirnseite des Rohres 12 vorgesehene Nut 32 dichtend zu verschliessen. Die Schichten 36 und 38 schützen dabei auch den Heizdraht 30 gegenüber der angrenzenden Atmosphäre, beispielsweise gegen Rauchgase, welchen der Sensor 10 normalerweise ausgesetzt ist.

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Claims

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PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 ο D 70OO STUTTGART -. J (J /So /U

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Patentansprüche

Sauerstoffsensor mit einem Keramikrohr und einer in dieses quer zur Längsachse dichtend eingesetzten, eine Bezugsseite und eine Messeite aufweisenden, dünnen Scheibe aus einem stabilisierten, festen Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussendurchmesser der Scheibe (14) zumindest bezüglich der axial im Abstand voneinander befindlichen Rohrbereiche,die unmittelbar an die beiden Seiten (14', 14'') der Scheibe (14) angrenzen,grosser ist als der Innendurchmesser des Rohrs (12), dass der Aussendurchmesser des Rohrs (12) in der Ebene der Scheibe (14) grosser ist als in unmittelbar angrenzenden, quer zur Längsachse des Rohrs (12) verlaufenden Ebenen und dass die Unterschiede in den Durchmessern ausreichend groß sind, um die Scheibe (14) in dem Rohr (12) in einem Temperaturbereich von mindestens etwa 260 bis 1100 C hermetisch dichtend festzulegen.

Sauerstoffsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der überwiegende Teil der Messeite (14') der Scheibe (14) und ein erster, schmaler Umfangsbereich derselben mit einer ersten kontinuierlichen _torösen Elektrodenschicht (22, 22') beschichtet ist, dass der überwiegende Teil der Bezugsseite der Scheibe (14) und ein

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zweiter, schmaler Umfangsbereich derselben, welcher in Umfangsrichtung gegenüber dem ersten umfangsbereich versetzt ist, mit einer zweiten, kontinuierlichen, porösen Elektrodenschicht (20, 20') beschichtet sind, dass die Messeite (14·) und die Bezugsseite (14'') in den Bereichen, die unmittelbar an die beschichteten Umfangsbereiche (20¹)/ (22') angrenzen, keine Elektrodenbeschichtung aufweisen, dass an der Innenwand des Keramikrohrs (12) ein erster und ein zweiter,in axialer Richtung verlaufender leitfähiger Streifen (16, 18) vorgesehen ist, dass die leitfähigen Streifen (16, 18), ausgehend vom Bezugsende (12¹¹¹) des Rohres (12) mindestens bis zum Rand der Messseite (14') der Scheibe (14) reichen und dass von den beiden leitfähigen Streifen (16, 18) der eine (16) mit dem zweiten beschichteten Umfangsbereich (2O¹) und der andere (18) mit dem ersten beschichteten umfangsbereich (22') fluchtet, derart, dass die leitfähigen Streifen (16, 18) und die beschichteten Umfangsbereiche (20¹, 22') in engem elektrischen und mechanischen Kontakt miteinander stehen.

3. Sauerstoffsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten (20, 20', 22, 22') und die leitfähigen Streifen (16, 18) aus demselben Material bestehen.

4. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikrohr (12) eine Mittelöffnung (26) und in der die Mittelöffnung (26) umgebenden Wand mindestens vier

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im Abstand voneinander angeordnete Kanäle (24) aufweist, dass die Scheibe (14) in der Mittelöffnung (26) derart quer zur Längsachse des Rohrs (12) angeordnet ist, dass ihre Messeite (14') einem zu prüfenden Gas ausgesetzt werden kann, während ihre Bezugsseite (14¹¹) einem Bezugsgas ausgesetzt werden kann, dass in den mindestens vier Kanälen (24) elektrische Widerstandheizeinrichtungen (30) vorgesehen sind, zumindest in einem Bereich der Kanäle (24) , welcher der Scheibe (14) benachbart ist und ausserhalb dieser liegt, dass die Heizeinrichtungen (30) in den Kanälen (24) in dem an die Scheibe (24) angrenzenden Bereich dichtend eingeschlossen sind und dass die Heizeinrichtungen (30) Zuleitungen (30', 30'') aufweisen, welche durch mindestens zwei der Kanäle (24) hindurch bis zum Bezugsende (12'") des Rohres (12) geführt sind.

Sauerstoffsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikrohr (12) mit einer Ringnut (28) versehen ist, welche bis auf die Tiefe der Kanäle (24) reicht, dass die Ringnut auf der Bezugsseite (14¹¹) der Scheibe (14) liegt, dass die Widerstandsheizeinrichtungen einen Heizdraht (30) aufweisen, der ein dem Heizen dienendes Teilstück besitzt, welches in einen zwischen der Ringnut (28) und einer Nut (32) an der Stirnseite des Bezugsende liegenden Teil der Kanäle (24) mäanderförmig eingefädelt ist, dass der Heizdraht (30) Endbereiche aufweist, welche die Zuleitungen (30", 30'') bilden, und dass die Ringnut (28) und die stirn-

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seitige Nut (32) zum Abdichten des Heizbereichs in dem Bereich zwischen den Nuten (28, 32) mit einem giessbaren Keramikmaterial (36) , (38) dichtend verschlossen sind.

6. Sauerstoffsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die den Heizdraht (30) aufnehmenden Teile der Kanäle (24) mit Magnesiumoxidkörnern gefüllt sind.

7. Sauerstoffsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Heizbereich in axialer Richtung über einen solchen Teil der Länge des Rohres (12) erstreckt, dass seine Länge ausgehend von der Scheibe (14) sowohl in Richtung auf das Bezugsende (12¹¹¹JwIe auch in Richtung auf das Messende (12¹) des Rohres (12) mindestens so groß ist, wie der Durchmesser der Scheibe (14).

8. Sauerstoffsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Bezugsende (12'¹¹J führenden leitfähigen Streifen (16, 18) an der Innenwand des Rohres (12) unter Druck in elektrischem Kontakt mit den den beschichteten Umfangsbereichen entsprechenden streifenförmigen Elektrodenteilen (20", 20¹') stehen und dass das Rohr (12) und die Scheibe (14) miteinander einen Sitz mit Übermaß bilden.

9. Verfahren zum Herstellen eines Sauerstoffsensors nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

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man stellt eine gesinterte Scheibe aus stabilisierter Festelektrolytkeramik her;

man bringt eine erste, poröse, kontinuierliche Elektrodenbeschichtung auf den grosseren Teil der Messeite der Scheibe auf sowie auf einen schmalen ersten bandförmigen Bereich an der schmalen Umfangsflache der Scheibe, während man die Messeite der Scheibe unmittelbar angrenzend an einem zweiten beschichteten Umfangsbereich, der sich in Umfangsrichtung im Abstand von dem ersten bandförmigen beschichteten Umfangsbereich befindet, nicht mit einer Beschichtung versieht;

man bringt eine zweite, poröse, kontinuierliche Elektrodenbeschichtung auf den überwiegenden Teil der Bezugsseite der Scheibe und auf einen schmalen zweiten bandförmigen umfangsbereich derselben auf, während man auf die Bezugsseite der Scheibe in dem Bereich, der unmittelbar an den ersten schmalen beschichteten Umfangsbereich angrenzt, keine Elektrodenbeschichtung aufbringt;

man bringt einen ersten und einen zweiten leitfähigen Streifen auf mindestens einem Teilder Länge eines ungebrannten Keramikrohres auf, welches einen Innendurchmesser besitzt, der grosser ist als der Aussendurchmesser der Scheibe, und einen Temperaturkoeffizienten der Dehnung, welcher nach dfein brennen mit demjenigen der Scheibe weitgehend übereinstimmt, beim Brennen des Rohres jedoch dazu führt, dass ^ier^s so schrumpft,

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dass es eine hermetisch dichtende Verbindung mit der Scheibe bildet, wobei die leitfähigen Streifen in ümfangsrichtung in einem Abstand aufgebracht werden, der dem Abstand zwischen den bandförmigen beschichteten Umfangsbereichen der Scheibe entspricht;

man positioniert die Scheibe im Inneren des ungebrannten Keramikrohres derart, dass die bandförmigen beschichteten Ümfangsbereiche mit den leitfähigen Streifen fluchten und diesen gegenüberliegen und

man brennt die beim Positionieren erhaltene Anordnung aus Rohr und Scheibe,um ein Aufschrumpfen des Rohres auf die Scheibe herbeizuführen und die beschichteten ümfangsbereiche der Scheibe mechanisch in engen Kontakt mit den zugeordneten leitfähigen Streifen zu drücken.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zu brennende Rohr durch Extrudieren hergestellt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr aus einem Ausgangsmaterial hergestellt wird, welches beim Brennen um etwa 25 % schrumpft.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenbeschichtungen auf der Scheibe und die leitfähigen Streifen an der Innenwand des Rohres

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aus dem gleichen Material hergestellt werden und dass die leitfähigen Streifen bis zum Bezugsende des Rohres reichen.

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