DE69920300T2 - Gassensor - Google Patents

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Nobuhide Kanie-cho Kato
Yasuhiko Nagoya-city Hamada
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Gassensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der zur Messung von entflammbaren Gasen wie CO und CnHm sowie zur Messung von Oxiden wie NO, NO2, SO2, CO2 und H2O dient, die z. B. in Umgebungsluft und dem von Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen ausgestoßenen Abgas enthalten sind.
  • Bei Verfahren zur Messung von NOx in einem Messgas wie einem Verbrennungsgas ist es bereits bekannt, das NOx-Reduziervermögen von Rh bei einem Sensor einzusetzen, der aus einem Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten wie Zirkondioxid besteht und eine Pt-Elektrode sowie eine Rh-Elektrode aufweist, sodass eine zwischen diesen beiden Elektroden erzeugte Quellenspannung (EMK) gemessen werden kann.
  • Dieser Sensor ist jedoch insofern nachteilig als sich die Quellenspannung (EMK) bei Konzentrationsänderungen des in dem das Messgas bildenden Verbrennungsgas enthaltenen Sauerstoffs in erheblichem Masse verändert und darüber hinaus in Bezug auf eine Änderung der Konzentration von NOx nur eine geringe Änderung der Quellenspannung (EMK) erhalten wird. Aus diesem Grund ist der bekannte Sensor relativ störanfällig.
  • Weiterhin ist zur Erzielung der erforderlichen NOx-Reduzierleistung die Verwendung eines reduzierenden Gases wie CO erforderlich. Bei mageren Kraftstoff-Verbrennungsbedingungen, bei denen eine große Menge an NOx erzeugt wird, ist jedoch die Menge an erzeugtem CO im allgemeinen geringer als die Menge an erzeugtem NOx, sodass der bekannte Sensor den Nachteil aufweist, dass keine genaue Messung eines unter solchen Verbrennungsbedingungen entstehenden Verbrennungsgases möglich ist.
  • Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme werden z.B. in der EP-A-0 678 740 (die der JP-A-8-271 476 äquivalent ist) ein NOx-Sensor, der in einem mit einem Messgasraum in Verbindung stehenden ersten Innenraum und einem mit dem ersten Innenraum in Verbindung stehenden zweiten Innenraum Pumpelektroden mit unterschiedlichem NOx-Aufspaltvermögen aufweist, sowie ein Verfahren zur Messung der NOx-Konzentration vorgeschlagen, bei dem die O2-Konzentration unter Verwendung einer in dem ersten Innenraum angeordneten ersten Pumpzelle eingestellt und NO unter Verwendung einer in dem zweiten Innenraum angeordneten Aufspalt-Pumpzelle aufgespalten werden, sodass die NOx-Konzentration auf der Basis eines über die Aufspalt-Pumpzelle fließenden Pumpstroms gemessen werden kann.
  • Außerdem ist aus der EP-A-0 769 693 (die der JP-A-9-113 484 äquivalent ist) ein gattungsgemäßer Gassensor bekannt, bei dem in einem zweiten Innenraum eine zusätzliche Pumpelektrode derart angeordnet ist, dass auch bei plötzlichen Sauerstoffkonzentrationsänderungen die Sauerstoffkonzentration in dem zweiten Innenraum konstant gehalten werden kann.
  • Wenn der Gassensor in der Praxis bei einem Fahrzeug bzw. Kraftfahrzeug Verwendung findet, wirken sich in einem Messgas auftretende Pulsierungserscheinungen oder Schwankungen des Abgasdruckes nachteilig auf den Gassensor aus. Hierbei kann nämlich der in der Umgebung bzw. im Außenbereich vorhandene Sauerstoff plötzlich in den ersten Innenraum des Gassensors eintreten.
  • Zur Lösung dieses Problems ist bisher z.B. eine Anordnung in Betracht gezogen worden, bei der ein Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt in Form eines porösen Elements zwischen einer Gaseinlassöffnung und dem ersten Raum angeordnet ist, sowie eine Anordnung, bei der der Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt schlitzförmig ausgestaltet ist oder einen Schlitz aufweist, in den ein poröses Element eingefügt ist.
  • Es hat sich jedoch gezeigt, dass sich die nachteiligen Einwirkungen von Abgasdruckschwankungen auch mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Maßnahmen nicht wirksam vermeiden lassen, worauf nachstehend näher eingegangen wird. Wenn nämlich auf Grund von Abgasdruckschwankungen im Außenbereich ein Überdruck im Vergleich zu dem Druck im ersten Raum vorliegt, gelangt der im Außenbereich befindliche Sauerstoff derart plötzlich in den ersten Raum als würde er in den ersten Raum eindringen.
  • Zum Zeitpunkt der Beendigung des Eindringens von Sauerstoff in den ersten Raum liegt im Außenbereich im Vergleich zu dem Druck im ersten Raum ein Unterdruck vor. Der in den ersten Raum geführte Sauerstoff wird jedoch über den Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt nicht über einen Ableitungsweg in Gegenrichtung zum Zuführungsweg abgeführt, sondern der Sauerstoff wird in diesem Falle lediglich durch einen von einer Hauptpumpeinrichtung bewirkten Pumpvorgang in den Außenbereich abgepumpt, wobei die Hauptpumpeinrichtung diesen Pumpvorgang derart durchführt, dass die Sauerstoffkonzentration in dem ersten Raum einen vorgegebenen Konzentrationswert aufweist. Hierbei ist jedoch eine gewisse Zeitdauer erforderlich, bis die Sauerstoffkonzentration den vorgegebenen Konzentrationswert angenommen hat. Während dieser Zeitdauer kann es dazu kommen, dass auf Grund einer Abgasdruckschwankung erneut Sauerstoff plötzlich in den ersten Raum geführt wird. Unter alleiniger Verwendung der Hauptpumpeinrichtung kann somit die Sauerstoffkonzentration im ersten Raum nicht in effizienter Weise auf den vorgegebenen Konzentrationswert eingesteuert werden.
  • Da sich somit zwangsläufig die Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration im Messgas und dem von der Hauptpumpeinrichtung im ersten Raum durchgeführten Sauerstoffpumpvorgang verschlechtern kann, ist zu befürchten, dass die Störung der Sauerstoffkonzentration im ersten Raum zu einer Beeinträchtigung der Steuerung der Sauerstoffkonzentration in dem mit dem ersten Raum in Verbindung stehenden zweiten Raum und damit zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit an der als NOx-Messabschnitt dienenden Messelektrode führt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Gassensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, dass jeglicher Einfluss von Abgasdruckschwankungen in einem Messgas verhindert und die Messgenauigkeit an einer Messelektrode verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gassensor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst der in dem aus dem Außenbereich zugeführten Messgas enthaltene Sauerstoff durch eine Hauptpumpeinrichtung einer Pumpbehandlung unterzogen und hierbei auf eine vorgegebene Konzentration eingestellt. Das Messgas mit der durch die Hauptpumpeinrichtung auf diese Weise eingestellten Sauerstoffkonzentration wird sodann in einem nächsten Schritt einer ein elektrisches Signal erzeugenden Messwandlereinrichtung zugeführt, die einen in dem zugeführten Messgas enthaltenen Messgasbestandteil durch Katalyse und/oder Elektrolyse aufspaltet und in ein elektrisches Signal umsetzt, das der durch die Aufspaltung erzeugten Sauerstoffmenge entspricht. Der in dem Messgas enthaltene Messgasbestandteil wird dann auf der Basis des von der Messwandlereinrichtung erzeugten elektrischen Signals gemessen.
  • Hierbei umfasst der vorgegebene Gasbestandteil z.B. NO, während der Messgasbestandteil z.B. NOx umfasst.
  • Wenn die das elektrische Signal erzeugende Messwandlereinrichtung eine Messpumpeinrichtung umfasst, wird das Messgas mit der von der Hauptpumpeinrichtung eingestellten Sauerstoffkonzentration dieser Messpumpeinrichtung zugeführt.
  • Die Messpumpeinrichtung spaltet den Messgasbestandteil nach dem von der Hauptpumpeinrichtung durchgeführten Pumpvorgang durch Katalyse und/oder Elektrolyse auf und unterzieht den durch diese Aufspaltung erzeugten Sauerstoff einem Pumpvorgang. Der einer Sauerstoffmenge entsprechende vorgegebene Gasbestandteil wird auf der Basis eines Pumpstroms gemessen, der von der Messpumpeinrichtung in Abhängigkeit von der durch den Pumpvorgang der Messpumpeinrichtung erhaltenen Sauerstoffmenge erzeugt wird.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die das elektrische Signal erzeugende Messwandlereinrichtung eine Konzentrationsmesseinrichtung. In diesem Falle wird das Messgas mit der von der Hauptpumpeinrichtung eingestellten Sauerstoffkonzentration in einem nächsten Schritt der Konzentrationsmesseinrichtung zugeführt. Von einer Sauerstoffkonzentrationszelle der Konzentrationsmesseinrichtung wird hierbei eine Quellenspannung (EMK) erzeugt, die der Differenz zwischen der in einem Referenzgas enthaltenen Sauerstoffmenge und der durch die Aufspaltung des in dem Messgas enthaltenen vorgegebenen Gasbestandteils erzeugten Sauerstoffmenge entspricht. Der der Sauerstoffmenge entsprechende Messgasbestandteil wird dann auf der Basis dieser Quellenspannung (EMK) gemessen.
  • Hierbei kann der Sauerstoff auf Grund von Schwankungen des Abgasdrucks im Außenbereich zwar über die Gaseinlassöffnung plötzlich in das Sensorelement eintreten, jedoch gelangt der Sauerstoff aus dem Außenbereich nicht direkt in den Verarbeitungsraum, sondern wird in einen stromauf des Verarbeitungsraums gelegenen Pufferraum geführt, d.h., einer durch eine Abgasdruckschwankung hervorgerufenen plötzlichen Änderung der Sauerstoffkonzentration wird durch den Pufferraum entgegengewirkt. Der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf den Verarbeitungsraum ist daher weitgehend vernachlässigbar.
  • Auf diese Weise steht die von der Hauptpumpeinrichtung in dem Verarbeitungsraum bewirkte Sauerstoffpumpmenge in guter Korrelation zu der Sauerstoffkonzentration im Messgas, sodass sich die durch Verwendung der Messpumpeinrichtung erhaltene Messgenauigkeit verbessern lässt. Gleichzeitig kann der Verarbeitungsraum auch gleichermaßen z.B. als Sensor zur Bestimmung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses Verwendung finden.
  • Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Gassensor ein erster Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt zur Bildung eines vorgegebenen Diffusionswiderstands für das Messgas in einem Zuführungsweg für das Messgas in den Pufferraum und ein zweiter Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt zur Bildung eines vorgegebenen Diffusionswiderstands für das Messgas in einem Zuführungsweg für das Messgas von dem Pufferraum in den Verarbeitungsraum vorgesehen.
  • Hierbei wird das Volumen des Pufferraums auf der Basis des Diffusionswiderstands des ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts und/oder des Diffusionswiderstands des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts bestimmt.
  • Vorzugsweise bildet hierbei die vordere Öffnung des Pufferraums die Gaseinlassöffnung, wobei der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt derart ausgestaltet ist, dass er die Gaseinlassöffnung bedeckt.
  • Weiterhin sind der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt und der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt vorzugsweise jeweils als enger Verbindungskanal ausgebildet. In diesem Falle sind die jeweiligen Verbindungskanäle vorzugsweise derart ausgebildet, dass in entgegengesetzten Projektionsebenen zur Zuführungsrichtung des Gases die Lage des den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt bildenden Verbindungskanals nicht mit der Lage des den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt bildenden Verbindungskanals übereinstimmt.
  • Der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt und der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt können jeweils aus einem porösen Element bestehen.
  • Weiterhin ist bei dem vorstehend beschriebenen Gassensor vorzugsweise die Fläche der der Zuführungsrichtung des Gases entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Projektionsebene des Pufferraums nicht geringer als die Fläche der der Zuführungsrichtung des Gases entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Projektionsebene des Verarbeitungsraums. Hierdurch wird das Volumen des Pufferraums vergrößert und damit dessen Funktion, nämlich Abgasdruckschwankungen entgegen zu wirken, in effektiver Weise verbessert, sodass der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf den Verarbeitungsraum fast vollständig unterdrückt werden kann.
  • Darüber hinaus kann der Gassensor dahingehend ausgestaltet sein, dass ein Verstopfungs-Verhinderungsabschnitt und ein Pufferraum hintereinander zwischen der Gaseinlassöffnung und dem Verarbeitungsraum angeordnet sind, wobei die vordere Öffnung des Verstopfungs-Verhinderungsabschnitts die Gaseinlassöffnung bildet und ein einen vorgegebenen Diffusionswiderstand für das Messgas bildender Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt zwischen dem Verstopfungs-Verhinderungsabschnitt und dem Pufferraum angeordnet ist.
  • Hierdurch wird eine Verstopfung des Gassensors durch Partikel (wie z.B. Ruß und Ölverbrennungsrückstände) verhindert, die sich im Messgas im Außenbereich ansammeln und andernfalls zu einer Verstopfung des Einlasses bzw. Einlassbereiches des Pufferraums führen würden. Auf diese Weise lässt sich eine genauere Messung des vorgegebenen Gasbestandteils erzielen.
  • Die vorstehend beschriebene Aufgabe sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen erfolgt. Es zeigen:
  • 1 eine Querschnittsansicht des Aufbaus eines Gassensors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II gemäß 1,
  • 3 eine Draufsicht des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV gemäß 1,
  • 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V gemäß 1,
  • 6A eine Charakteristik bei einem ein Vergleichsbeispiel darstellenden Gassensor, die das Versuchsergebnis eines ersten erläuternden Experimentes veranschaulicht, bei dem der Wert des über eine Hauptpumpzelle fließenden Pumpstroms beobachtet wird, der sich bei einer Änderung der Sauerstoffkonzentration im Messgas ergibt,
  • 6B eine Charakteristik bei einem ein Arbeitsbeispiel 1 darstellenden Gassensor, die das Versuchsergebnis eines ersten erläuternden Experiments veranschaulicht,
  • 7A eine Charakteristik für den ein Vergleichsbeispiel darstellenden Gassensor, die das Ergebnis eines zweiten erläuternden Experiments veranschaulicht, bei dem der Wert des über eine Messpumpzelle fließenden Messstroms beobachtet wird, der sich bei einer Änderung der Sauerstoffkonzentration im Messgas ergibt,
  • 7B eine Charakteristik des das Arbeitsbeispiel 1 darstellenden Gassensors, die das Versuchsergebnis eines zweiten erläuternden Experiments veranschaulicht,
  • 8 eine Schnittansicht einer modifizierten Ausführungsform des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 9 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Gassensors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 10 eine Schnittansicht entlang der Linie X-X gemäß 9,
  • 11 eine Draufsicht auf den Gassensor gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 12 eine Schnittansicht entlang der Linie XII-XII gemäß 9,
  • 13 eine Schnittansicht entlang der Linie XIII-XIII gemäß 9,
  • 14A eine Charakteristik für einen ein Vergleichsbeispiel darstellenden Gassensor, die das Versuchsergebnis eines dritten erläuternden Experiments veranschaulicht, bei dem der Wert des über eine Hauptpumpzelle fließenden Pumpstroms beobachtet wird, der sich bei einer Änderung der Sauerstoffkonzentration im Messgas ergibt,
  • 14B eine Charakteristik bei einem ein Arbeitsbeispiel 2 darstellenden Gassensor, die das Versuchsergebnis des dritten erläuternden Experiments veranschaulicht,
  • 15 eine Schnittansicht einer modifizierten Ausführungsform des Gassensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
  • 16 eine Schnittansicht, die den Aufbau einer ersten modifizierten Ausführungsform des Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts des Gassensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 17 eine Schnittansicht entlang der Linie XVII-XVII gemäß 16,
  • 18 eine Schnittansicht, die den Aufbau einer zweiten modifizierten Ausführungsform des Diffusionsraten-Bestimmungsabschnitts des Gassensors gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
  • 19 eine Schnittansicht entlang der Linie XIX-XIX gemäß 18,
  • 20 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Gassensors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 21 eine Draufsicht des Gassensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 22 eine Schnittansicht entlang der Linie XXII-XXII gemäß 20,
  • 23 eine Draufsicht einer modifizierten Ausführungsform des Gassensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel,
  • 24 eine modifizierte Ausführungsform des Gassensors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, die eine Schnittansicht entlang der gleichen Linie wie die Linie XXII-XXII gemäß 20 veranschaulicht,
  • 25 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Gassensors gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
  • 26 eine Draufsicht des Gassensors gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
  • 27 eine Schnittansicht entlang der Linie XXVII-XXVII gemäß 25,
  • 28 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Gassensors gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,
  • 29 eine Schnittansicht des Aufbaus einer modifizierten Ausführungsform des Gassensors gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel,
  • 30 eine Schnittansicht des Aufbaus einer ersten modifizierten Ausführungsform des Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts des Gassensors gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, und
  • 31 eine Schnittansicht des Aufbaus einer zweiten modifizierten Ausführungsform des Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts des Gassensors gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel.
  • Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 1 bis 29 mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung zu Erläuterungszwecken näher beschrieben, bei denen der erfindungsgemäße Gassensor in Form von Gassensoren Verwendung findet, die zur Messung von Oxiden wie NO, NO2, SO2, CO2, und H2O, die z.B. in Umgebungsluft und Abgasen von Fahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugen enthalten sind, sowie zur Messung von entflammbaren Gasen wie CO und CnHm dienen.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst ein Gassensor 10A gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ein Sensorelement 14, das z.B. sechs übereinander angeordnete Festelektrolytschichten 12a bis 12f umfasst, die aus einem Keramikmaterial bestehen, das unter Verwendung von Sauerstoffionen leitenden Festelektrolyten wie ZrO2 aufgebaut ist.
  • Bei dem Sensorelement 14 sind eine erste und eine zweite Schicht von unten als erste Substratschicht 12a bzw. zweite Substratschicht 12b bezeichnet. Eine dritte und eine fünfte Schicht von unten sind als erste Abstandsschicht 12c bzw. zweite Abstandsschicht 12e bezeichnet, während eine vierte und eine sechste Schicht von unten als erste Festelektrolytschicht 12d bzw. zweite Festelektrolytschicht 12f bezeichnet sind.
  • Ein Raum 16 (Referenzgas-Zuführungsraum), in den ein als Referenzgröße zur Messung von Oxiden dienendes Referenzgas wie Umgebungsluft eingeführt wird, ist zwischen der zweiten Substratschicht 12b und der ersten Festelektrolytschicht 12d angeordnet und wird von der Unterseite der ersten Festelektrolytschicht 12d, der Oberseite der zweiten Substratschicht 12b sowie von Seitenflächen der ersten Distanzschicht 12c gebildet.
  • Eine erste Kammer 18 zur Einstellung des Partialdrucks von Sauerstoff in einem Messgas ist zwischen der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f und der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet. Eine zweite Kammer 20 zur Feineinstellung des Partialdrucks von Sauerstoff in dem Messgas und zur Messung von in dem Messgas enthaltenen Oxiden wie z.B. Stickoxiden (NOx) ist zwischen der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f und der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet.
  • Der Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst einen an der Vorderseite der zweiten Distanzschicht 12e ausgebildeten Pufferraum 22, dessen vordere Öffnung eine Gaseinlassöffnung 24 bildet. Ein erster Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 ist derart ausgebildet und angeordnet, dass er die Gaseinlassöffnung 24 bedeckt.
  • Der Pufferraum 22 steht mit der ersten Kammer 18 über einen zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 in Verbindung. Die erste Kammer 18 steht wiederum mit der zweiten Kammer 20 über einen dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 in Verbindung, d.h., der Pufferraum 22 befindet sich an der Vorderseite der zweiten Distanzschicht 12e und wird von der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f, der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d, dem ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 und dem zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 gebildet.
  • Der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildet einen vorgegebenen Diffusionswiderstand für das in den Pufferraum 22 geführte Messgas. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 besteht der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 aus einem porösen Material (z.B. aus einem ARON-Keramikmaterial), durch das das Messgas hindurchtreten kann. Der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 und der dritte Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 bilden ihrerseits vorgegebene Diffusionswiderstände für das in die erste Kammer 18 bzw. die zweite Kammer 20 geführte Messgas. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind diese Abschnitte in der in den 2, 3, 4 und 5 veranschaulichten Weise jeweils als Kanal (Schlitz) 32 bzw. 34 ausgebildet, der zur Hindurchführung des Messgases eine im Vergleich zu seiner Horizontalabmessung größere Vertikalabmessung und einen vorgegebenen Querschnittsbereich aufweist. Hierbei sind die beiden Kanäle 32, 34 in Richtung der Dicke der zweiten Distanzschicht 12e im wesentlichen in mittleren Bereichen ausgebildet.
  • In den Kanal (Schlitz) 34 des dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 30 kann ein z.B. aus ZrO2 bestehendes poröses Element eingepresst und derart angeordnet werden, dass der Diffusionswiderstand des dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 30 größer als der Diffusionswiderstand des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 28 ist. Der Diffusionswiderstand des dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 30 ist zwar vorzugsweise größer als der Diffusionswiderstand des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 28, jedoch tritt kein Problem auf, wenn der erstere kleiner als der letztere ist.
  • Die in der ersten Kammer 18 befindliche Gasatmosphäre wird somit über den dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 unter einem vorgegebenen Diffusionswiderstand in die zweite Kammer 20 geführt.
  • Eine innere Pumpelektrode 40 in Form einer metallkeramischen porösen Cermet-Elektrode (z.B. in Form einer Cermet-Elektrode aus Pt·ZrO2 mit 1% Au) mit einer im wesentlichen rechteckigen planaren Konfiguration ist an dem gesamten Unterseitenabschnitt der zweiten Festelektrolytschicht 12f ausgebildet, der zur Bildung der ersten Kammer 18 dient. Eine äußere Pumpelektrode 42 ist in einem der inneren Pumpelektrode 40 entsprechenden Bereich der Oberseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f ausgebildet. Von der inneren Pumpelektrode 40, der äußeren Pumpelektrode 42 und der zwischen den beiden Elektroden 40, 42 befindlichen zweiten Festelektrolytschicht 12f wird eine elektrochemische Pumpzelle, d.h., eine Hauptpumpzelle 44, gebildet.
  • Mit Hilfe einer externen variablen Spannungsquelle 46 wird eine gewünschte Steuerspannung (Pumpspannung) Vp1 zwischen der innen Pumpelektrode 40 und der äußeren Pumpelektrode 42 der Hauptpumpzelle 44 angelegt, um das Fließen eines Pumpstroms Ip1 in positiver oder negativer Richtung zwischen der äußeren Pumpelektrode 42 und der inneren Pumpelektrode 40 zu ermöglichen. Auf diese Weise kann in der Gasatmosphäre der ersten Kammer 18 enthaltener Sauerstoff in den Außenbereich abgepumpt oder Sauerstoff aus dem Außenbereich in die erste Kammer 18 hineingepumpt werden.
  • In dem dem Referenzgas-Zuführungsraum 16 ausgesetzten Bereich der Unterseite der ersten Festelektrolytschicht 12d ist eine Referenzelektrode 48 ausgebildet. Von der inneren Pumpelektrode 40, der Referenzelektrode 48, der zweiten Festelektrolytschicht 12f, der zweiten Distanzschicht 12e und der ersten Festelektrolytschicht 12d wird eine elektrochemische Sensorzelle, d.h., eine steuernde Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 50, gebildet.
  • Die steuernde Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 50 arbeitet folgendermaßen: zwischen der inneren Pumpelektrode 40 und der Referenzelektrode 48 wird eine Quellenspannung (EMK) auf der Basis der Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Gasatmosphäre in der ersten Kammer 18 und dem Referenzgas (Umgebungsluft) in dem Referenzgas-Zuführungsraum 16 erzeugt. Der Sauerstoff-Partialdruck in der Gasatmosphäre der ersten Kammer 18 kann dann unter Verwendung dieser Quellenspannung (EMK) ermittelt werden.
  • Der ermittelte Wert des Sauerstoff-Partialdrucks dient zur Rückkopplungsregelung der variablen Spannungsquelle 46, d.h., der von der Hauptpumpzelle 44 durchgeführte Pumpvorgang wird mit Hilfe eines Regelsystems 52 für die Hauptpumpzelle 44 durch Rückkopplung derart geregelt, dass der Sauerstoff-Partialdruck in der Gasatmosphäre der ersten Kammer 18 einen vorgegebenen Wert annimmt, der ausreichend niedrig ist, um in einem nächsten Schritt eine Steuerung des Sauerstoff-Partialdrucks in der zweiten Kammer 20 zu ermöglichen.
  • Das Regelsystem 52 umfasst einen Rückkopplungskreis zur Regelung der Pumpspannung Vp1 zwischen der äußeren Pumpelektrode 42 und der inneren Pumpelektrode 40 dahingehend, dass die Differenz (Messspannung V1) zwischen dem elektrischen Potential der inneren Pumpelektrode 40 und dem elektrischen Potential der Referenzelektrode 48 auf einem vorgegebenen Spannungspegel gehalten wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die innere Pumpelektrode 40 an Masse.
  • Die Hauptpumpzelle 44 pumpt somit Sauerstoff in einer dem Pegel der Pumpspannung Vp1 entsprechenden Menge aus dem in die erste Kammer 18 geführten Messgas ab oder in das Messgas hinein. Durch Wiederholung der vorstehend beschriebenen Vorgänge wird die Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 18 durch Rückkopplung auf einen vorgegebenen Wert eingeregelt. Hierbei gibt der zwischen der äußeren Pumpelektrode 42 und der inneren Pumpelektrode 40 fließende Pumpstrom Ip1 die Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration im Messgas und der geregelten Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 18 an. Der Pumpstrom Ip1 kann somit zur Messung der Sauerstoffkonzentration im Messgas verwendet werden.
  • Die innere Pumpelektrode 40 und die äußere Pumpelektrode 42 werden jeweils von einer porösen metallkeramischen Cermet-Elektrode gebildet, die aus einem Metall wie Pt und einem Keramikmaterial wie ZrO2 besteht. Bei der in der ersten Kammer 18 angeordneten und mit dem Messgas in Berührung stehenden inneren Pumpelektrode 40 ist die Verwendung eines Materials erforderlich, das in Bezug auf den NO-Bestandteil im Messgas kein oder nur ein schwaches Reduktionsvermögen aufweist. Vorzugsweise besteht die innere Pumpelektrode 40 daher z.B. aus einer Verbindung mit einer Perowskit- Struktur wie La3CuO4, einem metallkeramischen Verbundwerkstoff aus einem Keramikmaterial und einem Metall wie Au mit einer geringen Katalysatorwirkung oder aus einem metallkeramischen Verbundwerkstoff aus einem Keramikmaterial, einem Metall der Pt-Gruppe und einem Metall wie Au mit einer geringen Katalysatorwirkung. Wenn eine aus Au und einem Metall der Pt-Gruppe bestehende Legierung als Elektrodenmaterial Verwendung findet, beträgt der Anteil von Au des gesamten Metallbestandteils vorzugsweise 0,03 bis 35 Vol.-%.
  • Bei dem Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist eine Messelektrode 60 mit einer im wesentlichen rechteckigen planaren Konfiguration in Form einer porösen metallkeramischen Cermet-Elektrode in einem von dem dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 getrennten Bereich an einem zur Bildung der zweiten Kammer 20 dienenden Abschnitt der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet. Die Messelektrode 60 wird hierbei von einem Aluminiumoxidfilm bedeckt, der zur Bildung eines vierten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 62 ausgebildet ist. Von der Messelektrode 60, der Referenzelektrode 48 und der ersten Festelektrolytschicht 12d wird eine elektrochemische Pumpzelle, d.h., eine Messpumpzelle 64, gebildet.
  • Die Messelektrode 60 besteht aus einem porösen metallkeramischen Cermet-Material, das Zirkondioxid als Keramikmaterial sowie ein Metall enthält, das in der Lage ist, NOx als Messgasbestandteil zu reduzieren. Die Messelektrode 60 wirkt somit als NOx-Reduktionskatalysator zur Reduktion des in der Gasatmosphäre der zweiten Kammer 20 vorhandenen NOx. Außerdem kann der in der Gasatmosphäre der zweiten Kammer 20 vorhandene Sauerstoff durch Anlegen einer Konstantspannung Vp2 zwischen die Messelektrode 60 und die Referenzelektrode 48 mit Hilfe einer Gleichspannungsquelle 66 in den Referenzgas-Zuführungsraum 16 abgepumpt werden. Der in Abhängigkeit von dem von der Messpumpzelle 64 durchgeführten Pumpvorgang fließende Pumpstrom Ip2 wird hierbei von einem Amperemeter 68 gemessen.
  • Über die Konstantspannungsquelle (Gleichspannungsquelle) 66 kann eine Spannung mit einem Betrag angelegt werden, durch den ein Grenzstrom bei dem Pumpvorgang des Sauerstoffs erhalten wird, der bei dem Aufspaltungsvorgang in der Messpumpzelle 64 während der durch den vierten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 62 beschränkten Zuführung von NOx erzeugt wird.
  • Weiterhin ist eine zusätzliche Hilfspumpelektrode 70 mit einer im wesentlichen rechteckigen planaren Konfiguration in Form einer porösen metallkeramischen Cermet-Elektrode (z.B. in Form einer Cermet-Elektrode aus Pt·ZrO2 mit 1 % Au) an dem gesamten Abschnitt der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f ausgebildet, der zur Bildung der zweiten Kammer 20 dient. Von der Hilfspumpelektrode 70, der zweiten Festelektrolytschicht 12f, der zweiten Distanzschicht 12e, der ersten Festelektrolytschicht 12d und der Referenzelektrode 48 wird eine zusätzliche elektrochemische Pumpzelle, d.h., eine Hilfspumpzelle 72, gebildet.
  • Bei der Hilfspumpelektrode 70 findet ein Material Verwendung, das in der gleichen Weise wie im Falle der inneren Pumpelektrode 40 der Hauptpumpzelle 44 in Bezug auf den im Messgas enthaltenen NO-Bestandteil kein oder nur ein geringes Reduziervermögen aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Hilfspumpelektrode 70 vorzugsweise z.B. aus einer Verbindung mit einer Perowskit- Struktur wie La3CuO4, einem metallkeramischen Verbundwerkstoff aus einem Keramikmaterial und einem Metall mit einer geringen Katalysatorwirkung wie Au oder aus einem metallkeramischen Verbundwerkstoff aus einem Keramikmaterial, einem Metall der Pt-Gruppe und einem Metall mit einer geringen Katalysatorwirkung wie Au. Wenn eine Legierung aus Au und einem Metall der Pt-Gruppe als Elektrodenmaterial Verwendung findet, beträgt der Anteil von Au der gesamten Metallbestandteile vorzugsweise 0,03 bis 35 Vol.-%.
  • Zwischen der Referenzelektrode 48 und der Hilfspumpelektrode 70 der Hilfspumpzelle 72 wird mit Hilfe einer externen Gleichspannungsquelle 74 eine gewünschte Konstantspannung Vp3 angelegt. Auf diese Weise kann der in der Gasatmosphäre der zweiten Kammer 20 enthaltene Sauerstoff in den Referenzgas-Zuführungsraum 16 abgepumpt werden.
  • Der Sauerstoff-Partialdruck in der Gasatmosphäre der zweiten Kammer 20 kann daher einen geringen Partialdruckwert annehmen, bei dem die Messung der Menge des Messgasbestandteils in einem Zustand weitgehend unbeeinträchtigt bleibt, bei dem keine nennenswerte Reduktion oder Aufspaltung des Messgasbestandteils (NOx) stattfindet. Durch die Wirkungsweise der Hauptpumpzelle 44 in Bezug auf die erste Kammer 18 wird somit die Änderung der in die zweite Kammer 20 geführten Sauerstoffmenge im Vergleich zu der Änderung des Messgases in erheblichem Maße verringert. Demzufolge wird der Partialdruck des Sauerstoffs in der zweiten Kammer 20 genau gesteuert und konstant gehalten.
  • Bei dem in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebauten Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird somit ein Messgas mit einem in der zweiten Kammer 20 gesteuerten Sauerstoff-Partialdruck der Messelektrode 60 zugeführt.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, umfasst der Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel außerdem eine Heizeinrichtung 80 zur Erzeugung von Wärme in Abhängigkeit von einer externen Stromversorgung. Die Heizeinrichtung 80 ist in Form einer vertikalen Anordnung zwischen der ersten Substratschicht 12a und der zweiten Substratschicht 12b eingebettet und dient zur Steigerung der Leitfähigkeit von Sauerstoffionen. Eine Isolierschicht 82 aus Aluminiumoxid oder dergleichen ist zur Umhüllung der Oberseite und Unterseite der Heizeinrichtung 80 ausgebildet, sodass die Heizeinrichtung 80 von der ersten Substratschicht 12a und der zweiten Substratschicht 12b elektrisch isoliert ist.
  • Die Heizeinrichtung 80 verläuft über den gesamten Bereich von der ersten Kammer 18 bis zu der zweiten Kammer 20, sodass die erste Kammer 18 und die zweite Kammer 20 jeweils auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt werden. Gleichzeitig werden auch die Hauptpumpzelle 44, die steuernde Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 50 und die Messpumpzelle 64 auf eine vorgegebene Temperatur erwärmt und auf dieser Temperatur gehalten.
  • Nachstehend wird die Wirkungsweise des Gassensors 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Die Vorderseite des Gassensors 10A ist im Außenbereich angeordnet, sodass das Messgas über den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26, den Pufferraum 22 und den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 (Kanal 32) unter einem vorgegebenen Diffusionswiderstand in die erste Kammer 18 geführt wird. Das in die erste Kammer 18 geführte Messgas wird einem Sauerstoff-Pumpvorgang unterzogen, der durch Anlegen der vorgegebenen Pumpspannung Vp1 zwischen der äußeren Pumpelektrode 42 und der inneren Pumpelektrode 40 herbeigeführt wird, die die Hauptpumpzelle 44 bilden. Der Sauerstoff-Partialdruck wird hierbei auf einen vorgegebenen Wert von z.B. 10–7 atm eingeregelt. Diese Regelung erfolgt mit Hilfe des Regelsystems 52.
  • Der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 dient zur Begrenzung des Diffusionsbetrages und Zuflusses von Sauerstoff im Messgas in den Messraum (die erste Kammer 18), wenn die Pumpspannung Vp1 an der Hauptpumpzelle 44 anliegt, sodass der über die Hauptpumpzelle 44 fließende Strom verringert wird.
  • In der ersten Kammer 18 wird ein Zustand des Sauerstoff-Partialdrucks hergestellt, bei dem NOx in der Gasatmosphäre von der inneren Pumpelektrode 40 nicht reduziert wird, wobei eine Erwärmung durch das externe Messgas und durch die Heizeinrichtung 80 stattfindet. So bildet sich z.B. ein Zustand des Sauerstoff-Partialdrucks, bei dem die Reaktion NO → 1/2N2 + 1/2O2 aus den nachstehend näher beschriebenen Gründen nicht auftritt. Wenn nämlich NOx im Messgas (in der Gasatmosphäre) in der ersten Kammer 18 reduziert wird, ist eine genaue Messung von NOx in der stromab angeordneten zweiten Kammer 20 nicht möglich. Aus diesem Grund ist es daher erforderlich, in der ersten Kammer 18 einen Zustand zu gewährleisten, bei dem keine Reduzierung von NOx durch einen zur Reduktion von NOx beitragenden Bestandteil (in diesem Falle dem Metallbestandteil der inneren Pumpelektrode 40) herbeigeführt wird. Wie vorstehend beschrieben, wird dieser Zustand erhalten, indem für die innere Pumpelektrode 40 ein Material wie z.B. eine Verbindung von Au und Pt verwendet wird, die in Bezug auf NOx nur ein geringes Reduktionsvermögen aufweist.
  • Das in der ersten Kammer 18 befindliche Gas wird über den dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 unter einem vorgegebenen Diffusionswiderstand in die zweite Kammer 20 geführt. Das in die zweite Kammer 20 geführte Gas wird zur Erzielung einer Feineinstellung wiederum einem Sauerstoff-Pumpvorgang unterzogen, indem die Spannung Vp3 zwischen die Referenzelektrode 48 und die Hilfspumpelektrode 70 der Hilfspumpzelle 72 angelegt wird, sodass der Sauerstoff-Partialdruck einen konstanten niedrigen Partialdruckwert annimmt.
  • Der dritte Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 dient zur Begrenzung des Diffusionsbetrages und Zuflusses des Sauerstoffs im Messgas in den Messraum (die zweite Kammer 20), wenn die Spannung Vp3 an der Hilfspumpzelle 72 anliegt, sodass der über die Hilfspumpzelle 72 fließende Pumpstrom Ip3 in der gleichen Weise wie im Falle des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 28 verringert wird.
  • Das Messgas mit dem in der zweiten Kammer 20 in der vorstehend beschriebenen Weise gesteuerten Sauerstoff-Partialdruck wird sodann über den vierten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 62 unter einem vorgegebenen Diffusionswiderstand der Messelektrode 60 zugeführt.
  • Wenn der Sauerstoff-Partialdruck der Gasatmosphäre in der ersten Kammer 18 auf einen die Messung von NOx nicht nennenswert beeinträchtigenden niedrigen Partialdruckwert mit Hilfe der Hauptpumpzelle 44 gesteuert werden soll, d.h., wenn die Pumpspannung Vp1 der variablen Spannungsquelle 46 mit Hilfe des Regelsystems 52 derart eingestellt wird, dass die von der steuernden Sauerstoff- Partialdruck-Messzelle 50 ermittelte Spannung V1 konstant ist, und hierbei erhebliche Änderungen der Sauerstoffkonzentration im Messgas z.B. in einem Bereich von 0 bis 20% auftreten, tritt üblicherweise auch eine geringfügige Änderung des jeweiligen Sauerstoff-Partialdrucks in der Gasatmosphäre der zweiten Kammer 20 und in der Gasatmosphäre in der Nähe der Messelektrode 60 auf. Diese Erscheinung beruht wahrscheinlich darauf, dass bei einem Anstieg der Sauerstoffkonzentration im Messgas eine Verteilung der Sauerstoffkonzentration in Querrichtung und damit in Richtung der Dicke der ersten Kammer 18 auftritt, wobei sich die Verteilung der Sauerstoffkonzentration in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration im Messgas verändert.
  • Bei dem Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist jedoch die Hilfspumpzelle 72 für die zweite Kammer 20 vorgesehen, sodass der Sauerstoff-Partialdruck in deren interner Gasatmosphäre stets einen konstanten niedrigen Partialdruckwert aufweist. Auch wenn sich somit der Sauerstoff-Partialdruck in der von der ersten Kammer 18 der zweiten Kammer 20 zugeführten Gasatmosphäre in Abhängigkeit von der im Messgas vorliegenden Sauerstoffkonzentration verändert, kann der Sauerstoff-Partialdruck in der Gasatmosphäre der zweiten Kammer 20 durch den von der Hilfspumpzelle 72 durchgeführten Pumpvorgang stets auf einem konstanten niedrigen Wert gehalten werden. Auf diese Weise kann der Sauerstoff-Partialdruck auf einen niedrigen Wert eingeregelt werden, bei dem die Messung von NOx nicht nennenswert beeinträchtigt wird.
  • Das der Messelektrode 60 zugeführte NOx im Messgas wird im Bereich der Messelektrode 60 reduziert bzw. aufgespalten, sodass z.B. die Reaktion NO → 1/2N2 + 1/2O2 erfolgen kann. Bei diesem Vorgang liegt eine vorgegebene Spannung Vp2 von z.B. 430 mV (700°C) zwischen der Messelektrode 60 und der Bezugselektrode 48 der Messpumpzelle 64 in einer Richtung an, bei der Sauerstoff aus der zweiten Kammer 20 in den Referenzgas-Zuführungsraum 16 abgepumpt wird.
  • Der über die Messpumpzelle 64 fließende Pumpstrom Ip2 besitzt somit einen Wert, der einer Summe der Sauerstoffkonzentration der in die zweite Kammer 20 geführten Gasatmosphäre proportional ist, d.h., der Sauerstoffkonzentration in der zweiten Kammer 20 und der Sauerstoffkonzentration, die durch die mit Hilfe der Messelektrode 60 erfolgende Reduktion oder Aufspaltung von NOx erzeugt wird.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Sauerstoffkonzentration in der Gasatmosphäre der zweiten Kammer 20 durch die Hilfspumpzelle 72 auf einen konstanten Wert eingeregelt. Der über die Messpumpzelle 64 fließende Pumpstrom Ip2 ist somit der NOx-Konzentration proportional. Die NOx-Konzentration entspricht wiederum dem von dem vierten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 62 begrenzten NOx-Diffusionsbetrag. Auch bei erheblichen Änderungen der Sauerstoffkonzentration im Messgas kann daher die NOx-Konzentration unter Verwendung der Messpumpzelle 64 mit Hilfe des Amperemeters 68 genau gemessen werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, entspricht annähernd der gesamte Pumpstromwert Ip2, der durch die Wirkungsweise der Messpumpzelle 64 erhalten wird, dem Betrag, der sich durch die Reduktion bzw. Aufspaltung von NOx ergibt, sodass das erhaltene Ergebnis nicht von der Sauerstoffkonzentration im Messgas abhängt.
  • Hierbei ist der Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel den Abgasdruckschwankungen im Außenbereich ausgesetzt. Dies hat wiederum zur Folge, dass das Sensorelement 14 über die Gaseinlassöffnung 24 plötzlich mit Sauerstoff beaufschlagt wird. Der Sauerstoff aus dem Außenbereich tritt jedoch nicht direkt in die erste Kammer 18 ein, sondern gelangt zunächst in den stromauf der ersten Kammer 18 angeordneten Pufferraum 22, d.h., einer durch Abgasdruckschwankungen hervorgerufenen plötzlichen Änderung der Sauerstoffkonzentration wird durch den Pufferraum 22 entgegengewirkt. Der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf die erste Kammer 18 ist somit weitgehend vernachlässigbar.
  • Auf diese Weise steht der von der Hauptpumpzelle 44 in Bezug auf die erste Kammer 18 durchgeführte Sauerstoff-Pumpvorgang in guter Korrelation mit der Sauerstoffkonzentration im Messgas, sodass die durch Verwendung der Messpumpzelle 64 erhaltene Messgenauigkeit verbessert werden kann. Gleichzeitig kann die erste Kammer 18 auch eine gemeinsame Verwendung z.B. als Sensor zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses finden.
  • Nachstehend werden zwei zu Erläuterungszwecken durchgeführte Versuche näher beschrieben (die als "erster Versuch zur Erläuterungszwecken" und "zweiter Versuch zu Erläuterungszwecken" bezeichnet sind). Der erste Versuch zu Erläuterungszwecken bezieht sich auf ein Arbeitsbeispiel 1 und ein Vergleichsbeispiel, bei denen Werte des über die Hauptpumpzelle 44 fließenden Pumpstroms Ip1 in Abhängigkeit von Änderungen der Sauerstoffkonzentration des Messgases aufgetragen sind, wobei die erhaltenen Ergebnisse in 6A (Vergleichsbeispiel) und 6B (Arbeitsbeispiel 1) wiedergegeben sind.
  • Der zweite Versuch zu Erläuterungszwecken bezieht sich auf ein Arbeitsbeispiel 1 und ein Vergleichsbeispiel, bei denen Werte des über die Messpumpzelle 64 fließenden Messstromes Ip2 in Abhängigkeit von Änderungen der Sauerstoffkonzentration des Messgases aufgetragen sind, wobei die erhaltenen Ergebnisse in 7A (Vergleichsbeispiel) und 7B (Arbeitsbeispiel 1) wiedergegeben sind.
  • Bei dem Vergleichsbeispiel waren der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 des Gassensors 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und außerdem der Pufferraum 22 stromauf der ersten Kammer 18 nicht vorgesehen, während das Arbeitsbeispiel 1 in der gleichen Weise wie der Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut war.
  • Als Ergebnis dieser Versuche lässt sich in Bezug auf das Vergleichsbeispiel 6A entnehmen, dass der Wert des Pumpstromes Ip1 auch bei der gleichen Sauerstoffkonzentration starke Streuungen zeigt und die Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration und dem Pumpstrom Ip1 zu verschwinden beginnt. Wie 7A zu entnehmen ist, zeigt daher auch der Messstrom Ip2 Streuungen, was zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit in Bezug auf NOx führt. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass die erste Kammer 18 direkt dem Einfluss von Abgasdruckschwankungen im Außenbereich ausgesetzt ist.
  • Für das Arbeitsbeispiel 1 ergibt sich dagegen aus 6B, dass der Wert des Pumpstroms Ip1 eine gute Korrelation zu der Sauerstoffkonzentration aufweist, sodass der Messstrom Ip2 in der in 7B veranschaulichten Weise kaum Streuungen zeigt. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass das Vorhandensein des Pufferraums 22 sämtlichen Einflüssen entgegenwirkt, die andernfalls durch die Abgasschwankungen im Außenbereich herbeigeführt würden.
  • Nachstehend wird eine modifizierte Ausführungsform 10Aa des Gassensors 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 8 näher beschrieben. Bauelemente oder Bauteile, die denjenigen gemäß 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.
  • Wie 8 zu entnehmen ist, ist der Gassensor 10Aa gemäß dieser modifizierten Ausführungsform im wesentlichen in der gleichen Weise wie der Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 1) aufgebaut, unterscheidet sich von diesem jedoch dadurch, dass anstelle der Messpumpzelle 64 eine messende Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 vorgesehen ist.
  • Diese messende Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 umfasst eine an dem zur Bildung der zweiten Kammer 20 dienenden Abschnitt der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildete Messelektrode 92, die an der Unterseite der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildete Referenzelektrode 48 sowie die zwischen den beiden Elektroden 92 und 48 angeordnete erste Festelektrolytschicht 12d.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Quellenspannung V2 (Quellenspannung bzw. EMK einer Sauerstoffkonzentrationszelle), die der Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Gasatmosphäre im Bereich der Messelektrode 92 und der Gasatmosphäre im Bereich der Referenzelektrode 48 entspricht, zwischen der Referenzelektrode 48 und der Messelektrode 92 der messenden Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 erzeugt.
  • Somit wird der Sauerstoff-Partialdruck in der Gasatmosphäre im Bereich der Messelektrode 92, d.h., der von dem durch Reduktion bzw. Aufspaltung des Messgasbestandteils (NOx) erzeugten Sauerstoff gebildete Sauerstoff-Partialdruck, als Spannungswert V2 durch Messung der zwischen der Messelektrode 92 und der Referenzelektrode 48 erzeugten Quellenspannung (Spannung V2) mit Hilfe eines Voltmeters 94 erhalten.
  • Der Gassensor 10Aa gemäß dieser modifizierten Ausführungsform umfasst ebenfalls den zwischen der Gaseinlassöffnung 24 und der ersten Kammer 18 angeordneten Pufferraum 22. Einer plötzlichen Änderung der Sauerstoffkonzentration auf Grund von Abgasdruckschwankungen wird somit durch den Pufferraum 22 entgegengewirkt, sodass der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf die erste Kammer 18 weitgehend vernachlässigbar ist.
  • Demzufolge zeigt der von der Hauptpumpzelle 44 in Bezug auf die erste Kammer 18 durchgeführte Sauerstoff-Pumpvorgang eine gute Korrelation zu der Sauerstoffkonzentration im Messgas, sodass die unter Verwendung der messenden Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 erhaltene Messgenauigkeit in der gleichen Weise wie im Falle des Gassensors 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden kann. Gleichzeitig kann die erste Kammer 18 auch in diesem Falle eine gemeinsame Verwendung z.B. als Sensor zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses finden.
  • Nachstehend wird ein Gassensor 10B gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 9 bis 14B näher beschrieben. Bauelemente oder Bauteile, die denjenigen gemäß 1 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.
  • Wie den 9 und 10 zu entnehmen ist, ist der Gassensor 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel weitgehend in der gleichen Weise wie der Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 1) aufgebaut, unterscheidet sich von diesem jedoch in Bezug auf die nachstehend beschriebenen Merkmale.
  • Zunächst ist der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 in der auch in 11 veranschaulichten Weise als Verbindungskanal 100 mit größeren Horizontalabmessungen als Vertikalabmessungen in einem Bereich ausgebildet, der an der Vorderseite der zweiten Distanzschicht 12e mit der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f in Berührung steht. Sodann ist der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 in der auch in 12 veranschaulichten Weise als Verbindungskanal 102 mit größeren Horizontalabmessungen als Vertikalabmessungen in einem Bereich ausgebildet, der mit der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d und der zwischen dem Pufferraum 22 und der ersten Kammer 18 angeordneten zweiten Distanzschicht 12e in Berührung steht. Schließlich ist der dritte Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 in der auch in 13 veranschaulichten Weise als Verbindungskanal 104 mit größeren Horizontalabmessungen als Vertikalabmessungen in einem Bereich ausgebildet, der mit der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d und der zwischen der ersten Kammer 18 und der zweiten Kammer 20 angeordneten zweiten Distanzschicht 12e in Berührung steht. Der Gassensor 10B unterscheidet sich somit von dem Gassensor 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in diesen Punkten.
  • Der Verbindungskanal 100 zur Bildung des ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 26 sowie der Verbindungskanal 102 zur Bildung des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 28 stehen zueinander in folgender Positionsbeziehung: Bei Betrachtung in der Gaseinlassrichtung entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Projektionsebenen überdeckt der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Verbindungskanal 100 nicht den den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildenden Verbindungskanal 102, d.h., sie sind derart ausgebildet, dass der Einlass und der Auslass des Pufferraums 22 nicht auf einer geraden Linie angeordnet sind. Natürlich können die Verbindungskanäle 100 und 102 auch derart angeordnet werden, dass sie sich teilweise überdecken oder dass sie Koinzidenz aufweisen. Außerdem kann ein poröses Element aus z.B. Aluminiumoxid in den Verbindungskanal 100 und/oder den Verbindungskanal 102 eingebettet werden.
  • Bei dem in den 9, 10 und 13 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Verbindungskanal 104 zur Bildung des dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 30 derart ausgestaltet, dass er mit der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d in Berührung steht. Alternativ kann der Verbindungskanal 104 auch dahingehend ausgestaltet sein, dass er mit der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f in Berührung steht.
  • Bei Verwendung des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird das Sensorelement 14 über die Gaseinlassöffnung 24 auf Grund von im Außenbereich auftretenden Abgasdruckschwankungen plötzlich mit Sauerstoff beaufschlagt. Der Sauerstoff aus dem Außenbereich tritt jedoch nicht direkt in die erste Kammer 18 ein, sondern gelangt in den stromauf angeordneten Pufferraum 22, d.h., einer durch Abgasdruckschwankungen hervorgerufenen plötzlichen Änderung der Sauerstoffkonzentration wird durch den Pufferraum 22 entgegengewirkt. Der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf die erste Kammer 18 ist daher weitgehend vernachlässigbar.
  • Demzufolge zeigt der von der Hauptpumpzelle 44 in der ersten Kammer 18 durchgeführte Sauerstoff-Pumpvorgang eine gute Korrelation mit der Sauerstoffkonzentration im Messgas, sodass die erhaltene Messgenauigkeit unter Verwendung der Messpumpzelle 64 verbessert werden kann. Gleichzeitig kann die erste Kammer 18 eine gemeinsame Verwendung z.B. als Sensor zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses finden.
  • Nachstehend wird ein zu Erläuterungszwecken durchgeführter Versuch (der als "dritter Versuch zu Erläuterungszwecken" bezeichnet ist) näher beschrieben. Dieser dritte Versuch zu Erläuterungszwecken bezieht sich auf ein Arbeitsbeispiel 2 und ein Vergleichsbeispiel, bei denen Werte des über die Hauptpumpzelle 44 fließenden Pumpstromes Ip1 in Abhängigkeit von Änderungen der Sauerstoffkonzentration im Messgas aufgetragen sind, wobei die erhaltenen Ergebnisse in 14A (Vergleichsbeispiel) und 14B (Arbeitsbeispiel 2) dargestellt sind.
  • Das Vergleichsbeispiel war in der gleichen Weise wie der Gassensor gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Versuch zu Erläuterungszwecken aufgebaut, während das Arbeitsbeispiel 2 in der gleichen Weise wie der Gassensor 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut war.
  • Als Ergebnis dieses Versuches erwies sich für das Vergleichsbeispiel gemäß 14A, dass der Wert des Pumpstroms Ip1 auch bei einer identischen Sauerstoffkonzentration starke Streuungen zeigt und die Korrelation zwischen der Sauerstoffkonzentration und dem Pumpstrom Ip1 zu verschwinden beginnt. Demzufolge zeigt auch der Messstrom Ip2 Streuungen, was zu einer Verschlechterung der Messgenauigkeit in Bezug auf NOx führt. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass die erste Kammer 18 direkt den Einflüssen von Abgasdruckschwankungen im Außenbereich ausgesetzt ist.
  • Für das Arbeitsbeispiel 2 ergibt sich dagegen aus 14B, dass der Wert des Pumpstroms Ip1 in guter Korrelation zu der Sauerstoffkonzentration steht, sodass der Messstrom Ip2 kaum Streuungen zeigt. Dies ist auf den Umstand zurückzuführen, dass durch das Vorhandensein des Pufferraums 22 weitgehend sämtlichen Einflüssen entgegengewirkt wird, die andernfalls von Abgasdruckschwankungen im Außenbereich hervorgerufen würden.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 15 eine modifizierte Ausführungsform 10Ba des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Hierbei sind Bauelemente oder Bauteile, die denjenigen gemäß 9 entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.
  • Wie 15 zu entnehmen ist, ist der Gassensor 10Ba gemäß dieser modifizierten Ausführungsform weitgehend in der gleichen Weise wie der Gassensor 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 9) aufgebaut, unterscheidet sich von diesem jedoch dadurch, dass anstelle der Messpumpzelle 64 eine messende Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 vorgesehen ist.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Quellenspannung V2 (Quellenspannung bzw. EMK einer Sauerstoffkonzentrationszelle), die der Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen der Gasatmosphäre im Bereich der Messelektrode 92 und der Gasatmosphäre im Bereich der Referenzelektrode 48 entspricht, zwischen der Referenzelektrode 48 und der Messelektrode 92 der messenden Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 in der gleichen Weise wie bei der modifizierten Ausführungsform 10Aa (siehe 8) des Gassensors 10A gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel erzeugt.
  • Somit wird der Sauerstoff-Partialdruck in der Gasatmosphäre im Bereich der Messelektrode 92, d.h., der von dem durch Reduktion bzw. Aufspaltung des Messgasbestandteils (NOx) erzeugten Sauerstoff gebildete Sauerstoff-Partialdruck, als Spannungswert durch Messung der zwischen der Messelektrode 92 und der Referenzelektrode 48 erzeugten Quellenspannung (Spannung V2) mit Hilfe eines Voltmeters 94 ermittelt.
  • Der Gassensor 10Ba gemäß dieser modifizierten Ausführungsform umfasst ebenfalls den zwischen der Gaseinlassöffnung 24 und der ersten Kammer 18 angeordneten Pufferraum 22. Einer plötzlichen Änderung der Sauerstoffkonzentration auf Grund von Abgasdruckschwankungen wird somit durch den Pufferraum 22 entgegengewirkt, sodass der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf die erste Kammer 18 weitgehend vernachlässigbar ist.
  • Demzufolge zeigt der von der Hauptpumpzelle 44 in Bezug auf die erste Kammer 18 durchgeführte Sauerstoff-Pumpvorgang eine gute Korrelation mit der Sauerstoffkonzentration im Messgas, sodass die erhaltene Messgenauigkeit unter Verwendung der messenden Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 in der gleichen Weise wie bei der modifizierten Ausführungsform 10Aa des Gassensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verbessert werden kann. Gleichzeitig kann die erste Kammer 18 eine gemeinsame Verwendung z.B. als Sensor zur Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses finden.
  • Nachstehend wird die Beziehung zwischen dem über die Hauptpumpzelle 44 fließenden Pumpstrom Ip1 und dem Volumen des Pufferraums 22 einer näheren Betrachtung unterzogen.
  • Hierbei wird davon ausgegangen, dass das Volumen des bevorzugten Pufferraums 22 in einer Beziehung zu dem über die Hauptpumpzelle 44 fließenden Pumpstrom Ip1 steht.
  • Wenn bezüglich des Gassensors 10B (siehe 9) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel angenommen wird, dass die jeweiligen Gasdiffusionswiderstände des ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 26 und des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 28 durch D1 und D2, die jeweiligen Querschnittsflächen des den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildenden Verbindungskanals 100 mit den größeren Horizontalabmessungen und des den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildenden Verbindungskanals 102 mit den größeren Horizontalabmessungen durch S1 und S2 und die Längen der Verbindungskanäle 100, 102 entlang der Gaseinlassrichtung durch L1 und L2 gegeben sind, werden folgende Beziehungen erhalten: D1 = L1/S1 D2 = L2/S2
  • Der über die Hauptpumpzelle 44 fließende Pumpstrom Ip1 lässt sich durch folgenden Ausdruck annähern: Ip1 ≅ (4F/RT) × D × (S/L) × (POe – POd)
  • In diesem Ausdruck bezeichnen F die Faraday-Konstante (A·s), R die Gaskonstante (= 82,05 cm3·atm/K·mol), T die absolute Temperatur (K), D den Gasdiffusionskoeffizienten von Sauerstoff (= 1,68 cm2/s), S/L den Kehrwert des kombinierten Wertes der Diffusionswiderstände D1 und D2 und (POe – POd) die Differenz zwischen der Sauerstoffkonzentration des Messgases im Außenbereich und der Sauerstoffkonzentration in der ersten Kammer 18.
  • Die Gassensoren 10A und 10B gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel (einschließlich der jeweiligen modifizierten Ausführungsformen 10Aa und 10Ba) sind derart aufgebaut, dass das Volumen des Pufferraums 22 in Abhängigkeit von dem Betrag des kombinierten Wertes L/S der Diffusionswiderstände D1 und D2 bestimmt wird.
  • So sind z.B. die beiden Gassensoren 10A und 10B gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel derart ausgestaltet, dass der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 und der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 hintereinander angeordnet sind. Demzufolge ist der gemeinsame Wert der jeweiligen Diffusionswiderstände D1 und D2 durch D1 + D2 gegeben. Das Volumen des Pufferraums 22 hat somit einen Wert, der D1 + D2 entspricht.
  • Hierbei ist bei den Gassensoren 10A und 10B gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel der Diffusionswiderstand D1 des ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 26 auf einen höheren Wert als der Diffusionswiderstand D2 des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 28 eingestellt.
  • Auf diese Weise kann bei den Gassensoren 10A und 10B gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel (einschließlich der jeweiligen modifizierten Ausführungsformen 10Aa und 10Ba) ein durch Abgasdruckschwankungen im Außenbereich hervorgerufenes plötzliches Eindringen des Messgases in den Pufferraum 22 effektiver unterdrückt werden. Hierdurch ist es möglich, die Wirkung des Pufferraums 22 in Bezug auf die Unterdrückung der Einwirkungen von Abgasdruckschwankungen auf die erste Kammer 18 in effektiverer Weise zum Tragen zu bringen.
  • Obwohl dies in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, können der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Verbindungskanal 100 und der den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildende Verbindungskanal 102 auch an entgegengesetzten Positionen in Bezug auf die bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 9) verwendeten Positionen ausgebildet werden, d.h., der Verbindungskanal 100 kann in einer Position in der Nähe der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet werden, während der Verbindungskanal 102 in einer Position in der Nähe der zweiten Festelektrolytschicht 12f ausgebildet werden kann.
  • In diesem Falle kann der den dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 bildende Verbindungskanal 104 dahingehend ausgestaltet werden, dass er mit der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f in Berührung steht. Obwohl dies nicht dargestellt ist, kann der Verbindungskanal 104 alternativ auch dahingehend ausgestaltet werden, dass er mit der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d in Berührung steht.
  • Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 16 bis 19 zwei modifizierte Ausführungsformen näher beschrieben, die sich auf die Anordnung des ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 26 und des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts 28 des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (einschließlich der modifizierten Ausführungsform 10Ba) beziehen.
  • Hierbei ist die erste modifizierte Ausführungsform in der in den 16 und 17 veranschaulichten Weise auf der Basis des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut, d.h., ein Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d, der mit dem Pufferraum 22 in Berührung steht, ist zur Erzielung des doppelten Volumens des Pufferraums 22 entfernt. Auf diese Weise lässt sich der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf die erste Kammer 18 weiter reduzieren.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Verbindungskanal 100 an einer in der Nähe der zweiten Festelektrolytschicht 12f liegenden Position in der zweiten Distanzschicht 12e ausgebildet. Alternativ kann der Verbindungskanal 100 an einer Position in der zweiten Distanzschicht 12e in der Nähe der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet sein. Weiterhin kann der Verbindungskanal 100 alternativ an einer Position in der ersten Festelektrolytschicht 12d in der Nähe der zweiten Distanzschicht 12e oder an einer Position in der ersten Festelektrolytschicht 12d in der Nähe der ersten Distanzschicht 12c ausgebildet sein.
  • Die zweite modifizierte Ausführungsform ist hingegen in der in den 18 und 19 veranschaulichten Weise auf der Basis des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut, d.h., ein Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d, der mit dem Pufferraum 22 in Verbindung steht, sowie ein Teil der darunter angeordneten ersten Distanzschicht 12c sind zur Vergrößerung des Volumens des Pufferraums 22 um das Dreifache entfernt worden. Auf diese Weise kann der Einfluss von Abgasdruckschwankungen auf die erste Kammer 18 im Vergleich zu der vorstehend beschriebenen ersten modifizierten Ausführungsform (siehe 16) weiter verringert werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 18 ist der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Verbindungskanal 100 bei einer Position in der zweiten Distanzschicht 12e in der Nähe der zweiten Festelektrolytschicht 12f ausgebildet. Alternativ kann der Verbindungskanal 100 jedoch auch an einer Position in der zweiten Distanzschicht 12e in der Nähe der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet werden.
  • Weiterhin kann der Verbindungskanal 100 alternativ bei einer Position in der ersten Festelektrolytschicht 12d in der Nähe der zweiten Distanzschicht 12e oder bei einer Position in der ersten Festelektrolytschicht 12d in der Nähe der ersten Distanzschicht 12c ausgebildet werden. Darüber hinaus kann der Verbindungskanal 100 alternativ bei einer Position in der ersten Distanzschicht 12c in der Nähe der ersten Festelektrolytschicht 12d oder bei einer Position in der ersten Distanzschicht 12c in der Nähe der zweiten Substratschicht 12b ausgebildet werden.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 20 bis 24 ein Gassensor 10C gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Bauelemente oder Teile, die denjenigen gemäß 9 entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.
  • Wie in den 20 bis 22 veranschaulicht ist, ist der Gassensor 10C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weitgehend in der gleichen Weise wie der Gassensor 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 9) aufgebaut, unterscheidet sich jedoch von diesem dadurch, dass der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 und der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 als Kanäle (Schlitze) 120, 122 ausgebildet sind, die jeweils größere Vertikalabmessungen als Horizontalabmessungen aufweisen.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß den 21 und 22 veranschaulicht einen Fall, bei dem der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Kanal (Schlitz) 120 und der den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildende Kanal (Schlitz) 122 in Positionen ausgebildet sind, die bei Betrachtung in der Gaseinlassrichtung entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Projektionsebenen weitgehend identisch sind.
  • Die Kanäle 120, 122 können natürlich auch positionsmäßig derart angeordnet sein, dass sie sich teilweise überdecken oder dass keine Überdeckung stattfindet. Weiterhin kann ein poröses Element z.B. aus Aluminiumoxid in den Kanal 120 und/oder den Kanal 122 eingebettet sein.
  • Die Anordnung kann z.B. derart getroffen sein, dass in der nachstehend näher beschriebenen Weise keine Überdeckung der Kanäle 120, 122 vorliegt, d.h., der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Kanal 120 mit den größeren Vertikalabmessungen ist z.B. in der in 23 veranschaulichten Weise an einer Position ausgebildet, die bei einer Betrachtung des Sensorelements 14 von der Vorderseite her zur rechten Seite (oder zur linken Seite) verlagert ist, während der den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildende Kanal 122 in der in 24 veranschaulichten Weise in einer Position ausgebildet ist, die zur linken Seite (oder zur rechten Seite) verlagert ist.
  • Weiterhin kann der Gassensor 10C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie die modifizierte Ausführungsform 10Ba (siehe 15) des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel anstelle der Messpumpzelle 64 eine messende Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 aufweisen. Darüber hinaus kann der Gassensor 10C gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie die erste modifizierte Ausführungsform (siehe 16) und die zweite modifizierte Ausführungsform (siehe 18) des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein, d.h., ein mit dem Pufferraum 22 in Verbindung stehender Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d kann zur Vergrößerung des Volumens des Pufferraums 22 um das Zweifache entfernt worden sein. Darüber hinaus können ein mit dem Pufferraum 22 in Berührung stehender Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d sowie ein Teil der darunter angeordneten ersten Distanzschicht 12c zur Vergrößerung des Volumens des Pufferraums 22 um das Dreifache entfernt werden.
  • Weiterhin kann bei diesen Ausführungsbeispielen der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Kanal 120 in der ersten Festelektrolytschicht 12d angeordnet sein. Insbesondere im Falle des Gassensors der Bauart, bei der das Volumen des Pufferraums 22 um das Dreifache vergrößert ist (siehe 18), kann der Kanal 120 in der ersten Distanzschicht 12c angeordnet sein.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 25 bis 27 ein Gassensor 10D gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Bauelemente oder Bauteile, die denjenigen gemäß 9 entsprechen, sind hierbei mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.
  • Wie den 25 bis 27 zu entnehmen ist, ist der Gassensor 10D gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel weitgehend in der gleichen Weise wie der Gassensor 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 9) aufgebaut, unterscheidet sich jedoch von diesem dadurch, dass der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 und der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 von kleinen Kanälen (Löchern) 110, 112 gebildet werden, die jeweils einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt vorzugsweise bei Betrachtung in der Gaseinlassrichtung entgegengesetzten bzw. gegenüberliegenden Projektionsebenen keine Überdeckung des den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildenden kleinen Kanals 110 mit dem den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildenden kleinen Kanal 112 vor. Diese Anordnung lässt sich z.B. in der in den 26 und 27 veranschaulichten und nachstehend näher beschriebenen Weise realisieren, d.h., der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende kleine Kanal 110 ist im wesentlichen im mittleren Bereich in der Richtung der Dicke der zweiten Distanzschicht 12e ausgebildet, wobei dieser Bereich in der Nähe der darüber angeordneten zweiten Festelektrolytschicht 12f liegt. Der den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildende kleine Kanal 112 ist dagegen in einem im wesentlichen mittleren Bereich in der Richtung der Dicke der zweiten Distanzschicht 12e ausgebildet, wobei dieser Bereich in der Nähe der darunter angeordneten ersten Festelektrolytschicht 12d liegt.
  • Die vorstehend beschriebene Anordnung lässt sich natürlich auch realisieren, indem der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende kleine Kanal 110 z.B. in einer Position ausgebildet wird, die bei Betrachtung des Sensorelements 14 von ihrer Vorderseite her zur rechten Seite verlagert ist, während der den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildende kleine Kanal 112 in einer Position ausgebildet wird, die zur linken Seite hin verlagert ist.
  • Die kleinen Kanäle 110, 112 können positionsmäßig derart angeordnet sein, dass sie sich teilweise überdecken oder dass sie Koinzidenz zueinander aufweisen. Darüber hinaus kann ein poröses Element z.B. aus Aluminiumoxid in den kleinen Kanal 110 und/oder den kleinen Kanal 112 eingebettet sein.
  • Der Gassensor 10D gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel kann außerdem in der gleichen Weise wie die modifizierte Ausführungsform 10Ba (siehe 15) des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel anstelle der Messpumpzelle 64 die messende Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 aufweisen. Außerdem kann der Gassensor 10D gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie die erste modifizierte Ausführungsform (siehe 16) und die zweite modifizierte Ausführungsform (siehe 18) des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aufgebaut sein, indem ein mit dem Pufferraum 22 in Verbindung stehender Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d zur Vergrößerung des Volumens des Pufferraums 22 um das Zweifache entfernt wird. Darüber hinaus können ein mit dem Pufferraum 22 in Berührung stehender Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d sowie ein Teil der darunter angeordneten ersten Distanzschicht 12c zur Vergrößerung des Volumens des Pufferraums 22 um das Dreifache entfernt werden.
  • Ferner kann bei diesen Ausführungsbeispielen der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende kleine Kanal 110 in der ersten Festelektrolytschicht 12d angeordnet sein. Insbesondere kann im Falle des Gassensors der Bauart, bei der das Volumen des Pufferraums 22 um das Dreifache vergrößert ist (siehe 18), der kleine Kanal 110 in der ersten Distanzschicht 12c angeordnet sein.
  • Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die 28 und 29 ein Gassensor 10E gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel näher beschrieben. Hierbei sind Bauelemente oder Bauteile, die denjenigen gemäß 9 entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, sodass sich ihre erneute Beschreibung erübrigt.
  • Wie in 28 veranschaulicht ist, ist der Gassensor 10E gemäß diesem fünften Ausführungsbeispiel weitgehend in der gleichen Weise wie der Gassensor 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel (siehe 9) aufgebaut, unterscheidet sich jedoch von diesem dadurch, dass am vorderen Ende der zweiten Distanzschicht 12e ein Raumabschnitt 130 zwischen dem ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 und der Gaseinlassöffnung 24 ausgebildet ist. Dieser Raumabschnitt 130 wirkt als Verstopfungs-Verhinderungsabschnitt 130 zur Verhinderung der Anlagerung von in dem Messgas im Außenbereich vorhandenen Partikeln (z.B. von Ruß und Ölverbrennungsrückständen) am Einlass des Pufferraums 22 oder in dessen Nähe. Hierdurch wird eine genauere Messung des NOx-Bestandteils unter Verwendung der Messpumpzelle 64 ermöglicht.
  • Der Gassensor 10E gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel kann auch in der gleichen Weise wie die modifizierte Ausführungsform 10Ba (siehe 15) des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel anstelle der Messpumpzelle 64 die messende Sauerstoff-Partialdruck-Messzelle 90 aufweisen. Außerdem kann der Gassensor 10E gemäß diesem fünften Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise wie die erste modifizierte Ausführungsform (siehe 16) und die zweite modifizierte Ausführungsform (siehe 18) des Gassensors 10B gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgestaltet sein, indem ein mit dem Pufferraum 22 in Berührung stehender Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d zur Vergrößerung des Volumens des Pufferraums 22 um das Zweifache entfernt wird. Darüber hinaus können ein mit dem Pufferraum 22 in Berührung stehender Abschnitt der ersten Festelektrolytschicht 12d und ein Teil der darunter angeordneten ersten Distanzschicht 12c zur Vergrößerung des Volumens des Pufferraums 22 um das Dreifache entfernt werden.
  • Weiterhin kann bei diesen Ausführungsbeispielen der den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 bildende Verbindungskanal 100 in einer Position in der zweiten Distanzschicht 12e in der Nähe der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet werden. Alternativ kann der Verbindungskanal 100 bei einer Position in der ersten Festelektrolytschicht 12d in der Nähe der zweiten Distanzschicht 12e oder an einer Position in der ersten Festelektrolytschicht 12d in der Nähe der ersten Distanzschicht 12c ausgebildet werden. Darüber hinaus kann der Verbindungskanal 100 alternativ bei einer Position in der ersten Distanzschicht 12c in der Nähe der ersten Festelektrolytschicht 12d oder bei einer Position in der ersten Distanzschicht 12c in der Nähe der zweiten Substratschicht 12b ausgebildet werden.
  • Insbesondere kann bei Verwendung der gleichen Anordnung wie im Falle des Gassensors der Bauart, bei der das Volumen des Pufferraums 22 um das Dreifache vergrößert ist (siehe 18), z.B. die Öffnung des Verstopfungs-Verhinderungsabschnitts 130 derart ausgebildet sein, dass sie in der in 29 veranschaulichten Weise kontinuierlich über die erste Distanzschicht 12c, die erste Festelektrolytschicht 12d und die zweite Distanzschicht 12e hinweg verläuft.
  • Bei dem Gassensor 10E gemäß diesem fünften Ausführungsbeispiel sind der den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 bildende Verbindungskanal 102 sowie der den dritten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 bildende Verbindungskanal 104 in einer jeweiligen Position in der zweiten Distanzschicht 12e in der Nähe der ersten Festelektrolytschicht 12d ausgebildet. Alternativ können die Verbindungskanäle 102 und 104 in der in 30 veranschaulichten Weise in einer jeweiligen Position in der zweiten Distanzschicht 12e in der Nähe der zweiten Festelektrolytschicht 12f ausgebildet sein.
  • Wie in 31 veranschaulicht ist, kann der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 26 in Form eines Verbindungskanals 100a, der in einem mit der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f in Berührung stehenden Abschnitt ausgebildet ist, sowie in Form eines Verbindungskanals 100b vorgesehen sein, der in einem mit der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d in Berührung stehenden Abschnitt ausgebildet ist.
  • In ähnlicher Weise kann der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 28 in Form eines Verbindungskanals 102a, der in einem mit der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f in Verbindung stehenden Abschnitt ausgebildet ist, sowie in Form eines Verbindungskanals 102b vorgesehen sein, der in einem mit der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d in Verbindung stehenden Abschnitt ausgebildet ist. Der dritte Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt 30 kann hierbei in Form eines Verbindungskanals 104a, der in einem mit der Unterseite der zweiten Festelektrolytschicht 12f in Verbindung stehenden Abschnitt ausgebildet ist, sowie in Form eines Verbindungskanals 104b vorgesehen sein, der in einem mit der Oberseite der ersten Festelektrolytschicht 12d in Verbindung stehenden Abschnitt ausgebildet ist.
  • Bei den Gassensoren 10A bis 10E gemäß dem vorstehend beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsbeispiel (einschließlich der jeweiligen modifizierten Ausführungsformen 10Aa und 10Ba) wird NOx als zu messender Messgasbestandteil in Betracht gezogen. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen auch effektiv auf die Messung von anderen gebundenen sauerstoffhaltigen Gasbestandteilen als NOx wie z.B. H2O und CO2 anwendbar, deren Messung durch im Messgas vorhandenen Sauerstoff beeinträchtigt wird.
  • So ist die Erfindung z.B. auch bei Gassensoren verwendbar, die zum Abpumpen von durch eine Elektrolyse von CO2 oder H2O erzeugtem O2 unter Verwendung einer Sauerstoffpumpe ausgestaltet sind, sowie bei Gassensoren, bei denen eine Pumpbehandlung von durch eine Elektrolyse von H2O erzeugtem H2 unter Verwendung eines protonen-ionen-leitenden Festelektrolyten erfolgt.
  • Der erfindungsgemäße Gassensor ist natürlich nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch in verschiedenen andersartigen Formen ausgestaltet sein, ohne vom Schutzumfang der Patentansprüche abzuweichen.
  • Offenbart ist somit ein Gassensor (10A) zur Messung einer NOx-Konzentration, der eine Hauptpumpzelle (44) und eine Messelektrode (60) aufweist, wobei die Hauptpumpzelle (44) eine Elektrode (eine innere Pumpelektrode (40) und eine äußere Pumpelektrode (42)) umfasst, die kein Aufspaltungs/Reduktionsvermögen in Bezug auf NOx oder nur ein geringes Aufspaltungs/Reduktionsvermögen in Bezug auf NOx aufweist und zur Einregelung einer Sauerstoffkonzentration in einer ersten Kammer (18) auf einen vorgegebenen Wert dient, bei dem NO nicht nennenswert aufspaltbar ist, und die Messelektrode (60) ein bestimmtes Aufspaltungs/Reduktionsvermögen in Bezug auf NOx oder ein hohes Aufspaltungs/Reduktionsvermögen in Bezug auf NOx aufweist und zur Aufspaltung von NOx zwecks Messung der NOx-Konzentration durch Messung der bei diesem Vorgang erzeugten Sauerstoffmenge dient. Hierbei ist ein Pufferraum (22) zwischen einer Gaseinlassöffnung (24) und der ersten Kammer (18) angeordnet. Auf diese Weise können jegliche Einwirkungen von Abgasdruckschwankungen auf ein Messgas verhindert und die Messgenauigkeit an der Messelektrode verbessert werden.

Claims (11)

  1. Gassensor, mit einer Hauptpumpeinrichtung (44), die Sauerstoff, der in einem Messgas enthalten ist, das von einem Außenraum über eine Gaseinlassöffnung (24) in einen von mit dem Außenraum in Kontakt stehenden Festelektrolyten (12d bis 12f) gebildeten und abgeteilten Verarbeitungsraum (18) geführt wird, einem derartigen Pumpvorgang unterzieht, dass der Partialdruck des Sauerstoffs in dem Verarbeitungsraum (18) auf einen vorgegebenen Wert eingesteuert wird, bei dem ein das Messobjekt darstellender vorgegebener Gasbestandteil nicht auf spaltbar ist, und einer ein elektrisches Signal erzeugenden Messwandlereinrichtung zur Umsetzung der in dem Messgas nach dem von der Hauptpumpeinrichtung (44) durchgeführten Pumpvorgang enthaltenen Sauerstoffmenge in ein entsprechendes elektrisches Signal, wobei ein in dem Messgas enthaltener Messgasbestandteil auf der Basis des von der Messwandlereinrichtung abgegebenen elektrischen Signals gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Pufferraum (22) zwischen der Gaseinlassöffnung (24) und dem Verarbeitungsraum (18) ausgebildet ist.
  2. Gassensor nach Anspruch 1, bei dem die das elektrische Signal erzeugende Messwandlereinrichtung eine Messpumpeinrichtung (64) aufweist, die den in dem Messgas nach dem von der Hauptpumpeinrichtung (44) durchgeführten Pumpvorgang enthaltenen Messgasbestandteil durch Katalyse und/oder Elektrolyse aufspaltet und den durch die Aufspaltung erzeugten Sauerstoff einem Pumpvorgang unterzieht, wobei der in dem Messgas enthaltene Messgasbestandteil auf der Basis eines Pumpstroms (Ip2) gemessen wird, der über die Messpumpeinrichtung (64) in Abhängigkeit von dem von der Messpumpeinrichtung (64) durchgeführten Pumpvorgang fließt.
  3. Gassensor nach Anspruch 1, bei dem die das elektrische Signal erzeugende Messwandlereinrichtung eine Sauerstoff-Partialdruck-Detektoreinrichtung (90) aufweist, die den in dem Messgas nach dem von der Hauptpumpeinrichtung (44) durchgeführten Pumpvorgang enthaltenen Messgasbestandteil katalytisch aufspaltet und eine Quellenspannung (V2) erzeugt, die der Differenz zwischen der in einem Referenzgas enthaltenen Sauerstoffmenge und der durch die Aufspaltung erzeugten Sauerstoffmenge entspricht, wobei der in dem Messgas enthaltene Messgasbestandteil auf der Basis der von der Sauerstoff-Partialdruck-Detektoreinrichtung (90) ermittelten Quellenspannung (V2) gemessen wird.
  4. Gassensor nach Anspruch 1, bei dem ein einen vorgegebenen Diffusionswiderstand für das Messgas bildender erster Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (26) in einem Zuführungsweg für das Messgas in den Pufferraum (22) und ein einen vorgegebenen Diffusionswiderstand für das Messgas bildender zweiter Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (28) in einem Zuführungsweg für das Messgas von dem Pufferraum (22) in den Verarbeitungsraum (18) vorgesehen sind.
  5. Gassensor nach Anspruch 4, bei dem das Volumen des Pufferraums (22) auf der Basis des Diffusionswiderstandes des ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts (26) und/oder des Diffusionswiderstandes des zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitts (28) bestimmt wird.
  6. Gassensor nach Anspruch 4, bei dem die vordere Öffnung des Pufferraums (22) die Gaseinlassöffnung (24) bildet und der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (26) derart ausgestaltet ist, dass er die Gaseinlassöffnung (24) bedeckt.
  7. Gassensor nach Anspruch 4, bei dem der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (26) und der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (28) jeweils als enger Verbindungskanal (32, 100, 110, 120; 34, 102, 112, 122) ausgebildet sind.
  8. Gassensor nach Anspruch 7, bei dem in entgegengesetzten Projektionsebenen zur Zuführungsrichtung des Gases die Lage des den ersten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (26) bildenden Verbindungskanals (32, 100, 110, 120) nicht mit der Lage des den zweiten Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (28) bildenden Verbindungskanals (34, 102, 112, 122) übereinstimmt.
  9. Gassensor nach Anspruch 4, bei dem der erste Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (26) und der zweite Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungsabschnitt (28) jeweils aus einem porösen Element bestehen.
  10. Gassensor nach Anspruch 1, bei dem die Fläche der der Zuführungsrichtung des Gases entgegengesetzten Projektionsebene des Pufferraums (22) nicht geringer als die Fläche der der Zuführungsrichtung des Gases entgegengesetzten Projektionsebene des Verarbeitungsraums (18) ist.
  11. Gassensor nach Anspruch 2 oder 3, bei dem ein Verstopfungs-Verhinderungsabschnitt (130) und ein Pufferraum (22) hintereinander zwischen der Gaseinlassöffnung (24) und dem Verarbeitungsraum (18) angeordnet sind, wobei die vordere Öffnung des Verstopfungs-Verhinderungsabschnitts (130) die Gaseinlassöffnung (24) bildet, und ein einen vorgegebenen Diffusionswiderstand für das Messgas bildender Diffusionsgeschwindigkeits-Bestimmungabschnitt (26) zwischen dem Verstopfungs-Verhinderungsabschnitt (130) und dem Pufferraum (22) angeordnet ist.
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