KR20100126209A - 센서 부재의 컨디셔닝 방법 - Google Patents

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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 측정 가스실 내의 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 가스 성분의 함량을 검출하기 위한 센서 부재(116)의 컨디셔닝 방법에 관한 것이다. 적어도 하나의 측정 셀(118)이 제공되고, 상기 측정 셀은 적어도 하나의 제 1 전극(120)을 포함하고, 제 1 전극(120)에 측정 가스실에서 나온 가스가 공급될 수 있다. 또한, 측정 셀(118)은 적어도 하나의 제 2 전극(124)과, 제 1 전극(120)과 제 2 전극(124)을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(127)을 포함한다. 측정 셀(118)은 센서 부재(116)의 작동 시작 전에 적어도 하나의 컨디셔닝공정으로 처리된다. 컨디셔닝 공정시 측정 셀(118)은 상승된 컨디셔닝 온도에 노출된다.

Description

센서 부재의 컨디셔닝 방법{Method for conditioning a sensor element}
본 발명은 측정 가스실 내의 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한 공지된 센서 부재 및 상기 센서 부재의 제조를 위한 공지된 제조 방법에 관한 것이다.
측정 가스실 내의 가스의 적어도 하나의 물리적 및/또는 화학적 특성을 검출하기 위해 예컨대 센서 부재가 제공될 수 있다. 하기에 설명된 본 발명에서 특히 중요한 것은 측정 가스실 내의 가스의 조성 검출, 특히 측정 가스실 내의 가스의 가스 성분의 함량, 예컨대 가스 성분의 부분 압력 및/또는 농도를 검출하는 것이다. 가스 성분은 특히 산소일 수 있다. 내연기관의 배기가스의 공기비 람다를 검출하기 위해, 특히 센서 부재가 사용될 수 있다. 이러한 센서 부재는 흔히 람다 프로브라고도 한다. 본 발명의 범위에서 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있는 람다 프로브는 예컨대 로베르트 보쉬 게엠베하사의 "차량 내의 센서들(2007년 판, 154 내지 159 페이지)에 기술되어 있다. 특히 센서 부재들은 소위 2점-람다 프로브일 수 있다. 특히, 통합된 가열 부재를 포함하지 않는 저렴하고 간단한 센서 부재 예컨대 소위 비가열식 람다 프로브의 제조 및 컨디셔닝 방법이 사용될 수 있다. 이러한 람다 프로브는 예컨대 2륜차에서 사용시 로우코스트(Low-cost) 프로브로서, 예컨대 센서 부재로서, 하우징에 고정된 센서 부재로서 사용될 수 있고, 이는 하기에서 어셈블리 또는 완전한 프로브라고 하고, 하기에서 센서라고도 한다.
특수한 비가열식 람다 프로브는 많은 경우에 장착 후에 사용을 위해 너무 긴 응답 시간(t2)을 갖는다. t2-시간은, 농후 가스 작동에서 희박 가스 작동으로 전환 후에 프로브 전압을 600 mV에서 300 mV로 낮추기 위해, 연소기 테스트 블록에서 람다 프로브가 필요로 하는 시간이다. 또한 응답 시간(t2)은 테스트 블록에 센서 부재를 여러 번 장착하고 후속하여 측정하면 많은 경우에 반복되지 않거나 또는 반복되기 어렵다. 따라서 종래의 센서 부재에 비해 단축된 응답 시간(t2)을 가진 센서 부재 및 응답 시간(t2)의 안정화가 바람직할 것이다.
본 발명의 과제는, 공지된 제조 및 컨디셔닝 방법 및 상기 방법에 의해 제조되고 컨디셔닝된 센서 부재, 어셈블리 및 센서들의 공지된 단점들을 적어도 전반적으로 방지하는 전술한 방식의 센서 부재의 컨디션닝 방법을 제공하는 것이다.
상기 방법은 적어도 하나의 센서 부재 또는 센서 부재를 포함하는 어셈블리 또는 센서 부재를 포함하는 센서의 컨디셔닝에 이용된다. 전술한 바와 같이, 어셈블리는 적어도 하나의 하우징에 고정된 적어도 하나의 센서 부재이고, 센서는 어셈블리 및 경우에 따라서 예컨대 플러그 접속부와 같은 다른 부품을 포함하는 부재이다. 컨디셔닝이란 본 발명의 범주에서, 센서 부재의 사용을 준비하는 과정을 말한다. 이러한 컨디셔능은 특히, 예컨대 측정값에 영향을 미칠 수 있는, 특정 제조 단계에 의해 야기된 오염이 제거됨으로써, 센서 부재의 일정하고 재현 가능한 측정을 준비하기 위해 이용될 수 있다. 즉, 컨디셔닝은 센서 부재의 제조 동안 이루어지거나 또는 제조 후에 이루어지는 과정을 포함할 수 있다. 따라서, 컨디셔닝은 부분적으로 완성되었으며 적어도 부분적으로 작동 가능한 센서에서, 예컨대 하우징을 포함하지 않는 센서 부재에서, 하우징(어셈블리) 내의 센스 부재 또는 완성된 센서에서 이루어질 수 있다. 따라서 컨디셔능은 제조 방법의 일부일 수 있다. 따라서, 하기에 설명된 컨디셔닝 방법을 포함하는 제조 방법이 제안될 수 있다. 그러나, 컨디셔닝 방법은 단계적으로 또는 완성된 센서에서, 예컨대 별도의 테스트 블록 및/또는 최종 사용 위치, 예컨대 차량에서 별도로 구현될 수도 있다.
센서 부재는 측정 가스실 내의 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하는데 이용된다. 따라서 예컨대 공지된 센서 부재의 상기 설명이 참조될 수 있다. 특히 센서 부재는 비가열식 센서 부재, 즉 통합된 가열 부재를 포함하지 않는 센서 부재일 수 있다. 이러한 센서 부재들은 특히 전술한 바와 같이, 이륜차에 사용될 수 있다. 특히 센서 부재는 단일 셀의 센서 부재, 즉 정확히 하나의 측정 셀, 예컨대 네른스트 셀(Nernst-cell) 또는 네른스트 셀로서 작동되는 측정 셀을 포함하는 센서 부재일 수 있다. 그러나 센서 부재의 다른 실시예에도 기본적으로 가능하고, 이 경우 예컨대 상기 설명이 참조될 수 있다. 특히 센서 부재는 2점-람다 프로브일 수 있다. 또한 다수 셀 센서 부재들 및/또는 다른 측정 원리에 따라 작동하는 센서 부재, 예컨대 광대역 센서 부재가 기본적으로 제안된 방법에 따라 제조될 수 있다.
제안된 방법에서 적어도 하나의 측정 셀이 제공된다. 측정 셀의 제조는 상기 방법의 일부이지만, 별도의 방법으로도 구현될 수 있으므로, 측정 셀의 제공만이 제안된 방법의 일부이다. 전술한 바와 같이, 컨디셔닝 방법은 부분적으로만 완성된 센서에서도 실시될 수 있다. 그러나 센서 부재는 적어도 부분적으로 작동하는 상기 측정 셀이 제공되도록 제조되어야 한다.
측정 셀은 적어도 하나의 제 1 전극과 적어도 하나의 제 2 전극을 포함한다. 제 1 전극에 측정 가스실로부터 가스가 공급될 수 있다. 이러한 공급은 예컨대 제 1 전극이 측정 가스실의 가스에 직접 노출될 수 있음으로써 및/또는 다공성 가스 투과 보호층을 통해 직접 또는 간접적으로 이루어질 수 있다. 그러나 대안으로서 또는 추가로 하나 또는 다수의 유입 채널을 통해 측정 가스실에서 나온 가스를 제 1 전극에 가스를 공급하는 것도 고려되고, 상기 유입 채널들을 통해 가스는 예컨대 제 1 전극으로 또는 반대 방향으로 흐를 수 있고 및/또는 확산될 수 있다. 제 2 전극은 예컨대 기준 가스실에 연결될 수 있다. 상기 기준 가스실은 예컨대 전체적으로 또는 부분적으로 측정 가스실과 동일한 부품으로 이루어질 수 있지만, 전체적으로 또는 부분적으로 측정 가스실과 분리되어 있을 수도 있다. 제 2 전극이 측정 가스실과 분리되어 형성된 적어도 하나의 기준 가스실, 특히 기준 채널에 연결되는 것이 특히 바람직하다. 예컨대 상기 기준 채널은 내연기관의 엔진실에 연결되고, 가스 혼합 조성(예컨대 공기비)이 측정되어야 하는 배기 가스 장치로부터 분리되어 있는 기준 공기 채널일 수 있다. 또한, 측정 셀은 적어도 하나의 고체 전해질을 포함하고, 상기 고체 전해질은 제 1 전극과 제 2 전극을 연결한다. 바람직하게 세라믹 고체 전해질일 수 있는 고체 전해질은 적어도 높은 온도에서(예컨대 600 ℃ 이상, 바람직하게 적어도 800 ℃ 이상에서) 한 종류 이상의 이온들, 예컨대 산소 이온에 대해 이온 전도성을 갖는 재료이다. 예컨대 공지된 고체 전해질 재료, 예컨대 이트륨-안정화된 이산화지르코늄(YSZ)이 사용될 수 있다. 그러나 대안으로서 또는 추가로 다른 고체 전해질 재료들, 예컨대 스칸듐-안정화된 이산화지르코늄 또는 다른 종류의 고체 전해질 재료가 사용될 수도 있다
센서 부재는 측정 셀 외에도 지금까지 언급되지 않은 다른 성분들을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 센서 부재는 예컨대 측정 셀 외에 다른 셀들을 포함할 수 있고 따라서 단일 셀 또는 다수 셀로서 형성될 수 있다. 측정 셀은 바람직하게 네른스트 셀로서 작동될 수 있지만 기본적으로 펌프 셀로도 사용될 수 있다. 센서 부재는 네른스트 셀로서 상기 작동을 위해 제어회로 및/또는 평가 회로를 포함할 수 있고, 상기 회로는 전체적으로 또는 부분적으로 센서 부재로부터 분리된 외부 장치의 구성 부분일 수 있다. 따라서 일반적으로 선행기술이 참조될 수 있다. 또한 센서 부재는 프로브 하우징 내에 장착될 수 있다. 측정 셀은 예컨대 층 구조, 바람직하게 세라믹 층 구조로 구현될 수 있다. 층 구조는 예컨대 보호관으로, 예컨대 금속 보호관, 바람직하게 슬릿으로 둘러싸일 수 있고, 상기 슬릿을 통해 측정 가스실, 예컨대 내연기관의 배기가스 장치에서 나온 가스가 층 구조로 침투할 수 있다. 층 구조는 예컨대, 제 1 전극과 제 2 전극이 상하로 나란히 또는 옆으로 나란히 배치될 수 있도록 구현될 수 있다. 특히 바람직하게 제 1 전극은 외부 전극으로서 층 구조 내에 형성되고, 제 2 전극은 내부에 있는 내부 전극으로서 형성된다. 또한, 센서 부재는 하기에서 자세히 설명된 바와 같이, 하나 또는 다수의 밀봉 부재, 예컨대 하나 또는 다수의 밀봉 디스크 및/또는 밀봉 패킹을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 예컨대 전술한 선행기술, 로베르트 보쉬 게엠베하사의 "차량 내의 센서들(2007년 판, 156 내지 157 페이지)"이 참조될 수 있다. 여기에 설명된 센서 부재들은 기본적으로 본 발명에 따른 방법에 의해 제조될 수 있고 및/또는 컨디셔닝될 수 있다.
본 발명에 따라, 센서 부재의 작동 시작 전에 측정 셀을 적어도 하나의 컨디셔닝 공정으로 처리하는 것이 제안된다. 컨디셔닝 공정시 측정 셀은 상승된 컨디셔닝 온도에 노출된다. 선택적으로, 컨디셔닝 공정시 측정 셀에는 컨디셔닝 전류가 추가로 공급될 수 있다.
상승된 컨디셔닝 온도란, 기본적으로 실온 이상의 온도, 바람직하게 200 ℃, 특히 300 ℃ 이상의 온도이다. 컨디셔닝 온도는 특히 적어도 800 ℃, 바람직하게 900 ℃, 그리고 특히 바람직하게 1000 ℃이상일 수 있다. 컨디셔닝 공정을 위해 바람직하게 외부 가열기가 사용될 수 있는데, 상기 가열기는 센서 부재의 구성 부분이 아니다. 특히 하나 또는 다수의 하기 가열기가 사용될 수 있다:전기 가열기, 특히 와인딩된 전기 가열기, 예컨대 센서 부재 및/또는 센서 부재의 부분들을 전체적으로 또는 부분적으로 둘러싸는 전기 가열기;가열 가능한 센서 홀더, 특히 하나 또는 다수의 센서 부재를 수용하는 가열 가능한 슬릿;불꽃, 특히 가스 불꽃;가열된 가스.
또한, 컨디셔닝 공정시 센서 부재의 적어도 하나의 밀봉 부재, 예컨대 디스크 형태의 밀봉 부재 및/또는 밀봉 패킹이 유리화될 수 있다. 특히 밀봉 부재는 하나 또는 다수의 하기 밀봉 부재일 수 있다:적어도 하나의 유리 성분을 포함하는 밀봉 부재 및/또는 유리 성분으로 이루어진 부재, 특히 질화붕소-밀봉 부재;적어도 하나의 유리 성분을 포함하는 동석 부재. 이 경우는, 제안된 컨디셔닝 방법이 센서 부재의 제조 방법의 일부일 수 있는 예이다. 이러한 경우에 센서 부재의 제조 공정의 부분으로서 상승된 컨디셔닝 온도가 제공되는데, 그 이유는 유리화가 상기 제조 공정의 부분이기 때문이다.
컨디셔닝 공정은 특히 규정된 가스 분위기, 즉 적어도 하나 또는 다수의 성분들에 대해서 공지된 조성을 가진 가스 분위기에서 구현될 수 있다. 예를 들어 컨디셔닝 공정은 농후 가스 분위기에서, 바람직하게 연소된 공기/가스 혼합물에서, 및/또는 교번(alternating) 가스 분위기에서 바람직하게 구현될 수 있다. 특히 규정된 가스 분위기는 공지된 공기비의 가스 조성, 예컨대 공기 및/또는 특히 농후 가스일 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 컨디셔닝 공정은 교번 가스 분위기에서, 예컨대 적어도 희박 공기비에서 농후 공기비로 또는 반대로 적어도 한 번 교번하는 가스 분위기에서도 구현될 수 있다. 연속하는 여러 번의 환기도 가능하다. 컨디셔닝 공정은 특히 하기에서 상세히 설명된 바와 같이, 다수의 부분 단계들을 포함하고, 적어도 하나의 부분 단계에서 제 1 가스 분위기, 예컨대 농후 가스 분위기가 사용되고, 적어도 하나의 제 2 단계에서 다른 가스 분위기, 예컨대 희박 가스 분위기가 사용되거나, 또는 그 반대일 수 있다.
컨디셔닝 공정은 특히 연소기 테스트 블록에서 실시될 수 있다. 연소기 테스트 블록이란 일반적으로 적어도 하나의 센서 또는 센서의 부분, 예컨대 적어도 하나의 측정 셀, 측정 셀을 포함하는 적어도 하나의 센서 부재 또는 센서 부재를 포함하는 적어도 하나의 어셈블리가 연소기에 의해 발생된 열 및/또는 연소기에 의해 발생되거나 또는 영향을 받는 가스 흐름에 노출된 장치이다. 대안으로서 또는 추가로 규정된 가스 분위기 공급도 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 추가로 측정 셀에 상승된 컨디셔닝 온도를 가하기 위해, 컨디셔닝 공정시 측정 셀에도 컨디셔닝 전류가 공급될 수 있다. 센서 부재의 일반 작동시 측정 셀이 네른스트 셀로서, 즉 전류 없이 적어도 2개의 전극들 사이의 전위 측정을 위해서만 작동되더라도, 컨디셔닝 공정 동안 컨디셔닝 전류 공급이 이루어질 수 있다. 특히 컨디셔닝 전류는, 컨디셔닝 공정의 적어도 하나의 부분 단계, 예컨대 컨디셔닝 공정의 제 1 부분 단계에서 제 2 전극이 제 1 전극보다 높은 전위에 있도록 선택될 수 있다. 바람직하게 산소는 펌프 공정으로 인해 제 1 전극, 예컨대 외부 전극에서 제 2 전극, 예컨대 내부 전극으로 흐른다. 전술한 바와 같이, 컨디셔닝 공정은 다수의 부분 단계들을 포함하고, 적어도 2개의 부분 단계에서 측정 셀에 전류 방향이 상이한 컨디셔닝 전류가 공급된다. 예컨대 컨디셔닝 전류의 크기는 적어도 0.5 mA, 바람직하게 적어도 1 mA 및 특히 바람직하게 1 mA 내지 30 mA일 수 있다. 제 1 부분 단계에서 측정 셀에 1 mA 내지 30 mA의 컨디셔닝 전류가 공급되고, 제 2 부분 단계에서 측정 셀에 0 ㎂ 내지 -30 mA의 컨디셔닝 전류가 공급되는 것이 특히 바람직하다.
컨디셔닝 공정, 특히 컨디셔닝 공정의 각각의 부분 단계는 바람직하게 적어도 1초, 바람직하게 5 내지 90초 그리고 특히 바람직하게 적어도 30초의 지속 시간을 가질 수 있다.
이 방법은 특히 연속 테스트에 삽입될 수 있다. 적어도 하나의 컨디셔닝 공정은 바람직하게 연속 테스트의 개별 테스트 단계 직전 및/또는 직후에 및/또는 연속 테스트의 개별 단계들 사이에 실시될 수 있다.
전술한 하나 또는 다수의 실시예에서 제안된 방법에 의해 응답 시간(t2)은 현저히 단축되고 안정화될 수 있다. 개별적인 또는 조합된 전술한 조치들에 의해, 센서 부재, 특히 하나 또는 2개의 전극에 있는 농후 가스 성분들이 제거될 수 있거나 또는 적어도 거의 감소될 수 있다. 또한, 예컨대 실리콘, 붕소, 크롬 또는 다른 전이 금속의 화합물과 같은 하나 또는 2개의 전극의 전극 표면 상의 및/또는 전극 표면 내의 독성이 확실히 증발되거나 또는 적어도 감소될 수 있다.
적어도 하나의 제 1 전극 및/또는 적어도 하나의 제 2 전극은 적어도 하나의 서멧(cermet)-전극, 즉 금속-세라믹 전극을 포함할 수 있다. 예컨대 이산화 지르코늄-백금-전극일 수 있다. 그러나 기본적으로 다른 종류의 서멧-전극도 사용될 수 있다. 개별적인 또는 조합된 전술한 조치들에 의해 금속, 세라믹 및 가스, 예컨대 백금, 이산화 지르코늄 및 가스의 삼상계면의 양이 증가할 수 있다. 이로 인해, 예컨대 독성의 관련성이 낮아질 수 있고, 전극들은 특히 저온 범위에서 더 민감하게 형성될 수 있다. 이는 특히 전술한 비가열식 센서 부재에 바람직하다. 또한, 산화물층이 전극 표면으로부터 분리될 수 있고, 이로 인해 전극들도 저온 범위에서 더 민감하게 형성될 수 있다. 전술한 효과를 가진 개별적인 또는 조합된 조치들에 의해 센서 부재는 비가열식 센서 부재로서 양호하게 사용될 수 있다.
제안된 컨디셔닝 공정에서, 측정 셀 및/또는 측정 셀을 포함하는 어셈블리는 전술한 바와 같이, 전술한 효과를 달성하기 위한 부하를 포함하는 다양한 방법으로 처리될 수 있다. 즉, 측정 셀 및/또는 어셈블리는 저온 측정을 실시하기 전에, 즉 센서 부재의 작동 시작 전에 농후 가스 분위기에서 적어도 800 ℃의 온도, 바람직하게 더 높은 온도에서 베이킹될 수 있다. 대안으로서 또는 추가로, 측정 셀 및/또는 상기 측정 셀을 포함하는 어셈블리는 특히 저온 측정을 실시하기 전에, 즉 센서 부재의 작동 시작 전에 교번 가스 분위기에서 적어도 800 ℃의 온도, 바람직하게 더 높은 온도에서 베이킹될 수 있다. 다시 대안으로서 또는 추가로, 특히 적어도 하나의 제 1 전극 및/또는 적어도 하나의 제 2 전극에서 800 ℃ 미만의 온도 범위에서 또는 적어도 하나의 제 1 전극 및/또는 적어도 하나의 제 2 전극에서 적어도 800 ℃의 온도 범위, 바람직하게 800 ℃보다 높은 온도 범위에서 측정 셀 및/또는 측정 셀을 포함하는 어셈블리에 전류 공급이 이루어질 수도 있다.
측정 셀, 특히 측정 셀을 포함하는 어셈블리의 전방 영역을 외부에서 가열할 때 적어도 하나의 밀봉 부재, 예컨대 적어도 하나의 밀봉 패킹의 영역에서도, 높은 온도가 예상될 수 있다. 이로 인해 적절한 공정 제어시, CSD-강도(CSD:characteristic shift-down, 기준 영역 내로 농후 가스 성분의 유입에 의해 야기된 신호 변위)를 보장하기 위해 통상적으로 필요한 베이킹 공정이 예컨대 밀봉 패킹 내의 질화붕소-디스크의 유리화로 대체될 수 있다. 상기 베이킹 공정은 일반적으로 AHO(Ausheizprozess)라고 한다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되고 하기에서 상세히 설명된다.
본 발명에 따라, 공지된 단점들을 적어도 전반적으로 방지하는 전술한 방식의 센서 부재의 컨디션닝 방법이 제공된다.
도 1은 센서 부재의 컨디셔닝을 위한 본 발명에 따른 방법의 개략도.
도 1에는 본 발명에 따른 방법을 개략적으로 설명하기 위해 연소기 테스트 블록(110)이 개략적으로 도시된다. 연소기 테스트 블록(110)은 하우징(112)을 포함하고, 상기 하우징은 완성품으로서 또는 반제품으로서 센서 부재(116)를 수용하는 컨디셔닝실(114)을 갖는다. 센서 부재(116)는 이 실시예에서 측정 셀(118)을 포함하고, 상기 측정 셀은 본 발명에 따른 방법을 위해 작동 가능한 상태로, 예컨대 최종 소결된 층 구조로서 제공될 수 있고 및/또는 상기 측정 셀(118)을 포함하는 어셈블리로서 제공될 수 있다. 예컨대 하우징 부품들, 밀봉 패킹, 플러그 접속부 등과 같은 센서 부재(116)의 다른 부재들은 도시되지 않는다. 측정 셀(118)은 제 1 전극(120)을 포함하고, 상기 제 1 전극은 이 실시예에서 외부 전극으로서 형성되고, 다공성 보호층(122)을 통해 측정 가스실에서 나온 가스가 공급될 수 있다. 또한, 측정 셀(118)은 제 2 전극(124)을 포함하고, 상기 제 2 전극은 내부 전극으로서 형성되고, 측정 셀(118)의 층구조의 내부에서 측정 가스실과 별도로 형성된다. 제 2 전극(124)은 기준 채널(126) 내에 형성되고, 예컨대 상기 기준 채널을 통해 공기가 공급될 수 있다. 제 1 전극(120)과 제 2 전극(124)은 고체 전해질(127)을 통해 서로 연결된다. 예컨대 상기 고체 전해질(127)은 이트륨-안정화된 이산화지르코늄(YSZ)일 수 있다. 전극들(120, 124)은 도 1에 개략적으로만 도시된 전극 공급 라인(128)을 통해 전압 측정 장치에 연결될 수 있고 및/또는 전류(이 경우 IB로 표시됨) 및/또는 전압을 공급받을 수 있다.
컨디셔닝실(114)에서 측정 셀(118)에 선택적으로 예컨대 해당 전류원에 의해 컨디셔닝 전류가 공급될 수 있다. 도 1에서 IB로 표시된 컨디셔닝 전류는 바람직하게 제어 및/또는 조절되고, 바람직하게 교번 신호를 가질 수 있다. 제어부(134)는 바람직하게, 컨디셔닝 전류(IB), 특히 상기 전류의 방향 및/또는 상기 전류의 크기 및/또는 상기 전류의 지속시간에 영향을 줄 수 있도록 설계된다. 예컨대 전체 연소기 테스트 블록(110)은 컴퓨터 제어식으로 형성될 수 있다.
또한, 연소기 테스트 블록(110)은 도 1에 도시된 실시예에서 바람직하게 가열기(130)를 포함한다. 대안으로서 또는 추가로 연소기 테스트 블록(110)은 바람직하게 가스 공급부(132)를 포함하고, 상기 가스 공급부를 통해 컨디셔닝실(114)에 정확히 규정된 가스 분위기가 제공될 수 있다. 아래에 상세히 설명된 바와 같이, 하우징(112) 및/또는 가스 공급부(132)가 생략된 다른 실시예도 가능하다. 또한, 연소기 테스트 블록(110)은 예컨대 연소기 테스트 블록(110)을 완전히 또는 부분적으로 제어할 수 있는, 예컨대 전극들(120, 124)에 대한 전류 공급 및/또는 가열기(130)의 작동 및/또는 가스 공급부(132)를 제어할 수 있는 제어부(134)를 포함할 수 있다.
제안된 방법에서 컨디셔닝 공정이 실시되고, 상기 공정에서 바람직하게 하기 방법 단계들이 개별적으로 또는 조합되어 실시될 수 있다:
- 센서 부재(116)의 측정 셀(118) 및/또는 다른 구성 부분을 원래의 저온 측정 실행 전에, 즉 센서 부재(116)의 작동 시작 전에, 농후 가스 분위기에서 800 ℃이상의 온도로 베이킹하는 단계;
- 센서 부재(116)의 측정 셀(118) 및/또는 다른 부품들을 저온 측정 실행 전에, 즉 센서 부재(116)의 작동 시작 전에, 교번 가스 분위기에서 800 ℃이상의 온도로 베이킹하는 단계;
- 제 1 전극(120)에서 800 ℃ 미만의 온도 범위에서 센서 부재(116)의 측정 셀(118) 및/또는 다른 구성 부분에 전류를 공급하는 단계;
- 제 1 전극(120)에서 800 ℃ 이상의 온도 범위에서 센서 부재(116)의 측정 셀(118) 및/또는 다른 구성 부분에 전류를 공급하는 단계.
농후 가스 성분의 해체 반응(abreaction)은 실험실의 850 ℃-연소기 테스트 블록에서 실시될 수 있다. 이러한 해체 반응은 농후 가스 분위기에서 실행되지만, 희박 가스 및 농후 가스의 교번 공급을 통해 그리고 온도 상승에 의해 커진다.
따라서 가능한 조치는 희박 가스에서 및/또는 공기 중에서 측정 셀(118), 특히 전방 센서 영역을 베이킹하는 것이다. 이 경우, 경우에 따라 센서 부재(116)의 나사산을 포함하는 보호관 영역만의 가열이 바람직하다. 이는 예컨대 개별 센서 부재(116)의 경우에 와인딩된 전기 가열기(130)에 의해 실행될 수 있거나 또는 다수의 센서 부재(116)의 경우에 또는 다수의 측정 셀(118)의 경우에 측정 셀(118) 또는 센서 부재(116)가 삽입될 수 있는 전기 가열된 슬릿에 의해 실행될 수 있다.
교번식 농후- 및 희박 가스 작동은 예컨대 가스 불꽃에 의해 가장 간단하게 실행될 수 있다. 이론적으로, 특히 압축 가스를 사용하여, 전기 가열에 의한 실행도 가능하다. 하우징과 밀봉 부품을 포함하는, 센서(116) 전체 어셈블리의 베이킹이 기본적으로 고려된다. 그러나 측정 셀(118) 영역만 가열되는 것이 특히 바람직하다. 이는 센서 부재(116)의 밀봉 패킹의 열에 의한 불안정성으로 인해, 예컨대 밀봉 패킹의 동석으로 인해 720 ℃ 이상의 온도에서 다수의 센서들에서 손상이 발생할 수 있기 때문이다.
가열기(130)에 의한 베이킹에 대한 대안으로서 또는 추가로, 베이킹이 테스트 전류 공급이라고도 할 수 있는 컨디셔닝 전류 공급에 의해 보강될 수 있다. 이것은 높은 온도에서 제 1 전극(120) 및/또는 제 2 전극(124)의 전극 구조에서 의도한 변경을 야기할 수 있다. 이에 대한 필수 전제는 컨디셔닝실(114) 내부가 농후 가스 분위기일 수 있다는 것이고, 따라서 산소 제거가 전극(120 또는 124)에 대한 경계층에서 증대되어 일어나고, 가스에서 산소만 제거될 수 없다. 이 때 많은 경우에 외부 전극(120)의 부하가 중요하다. 즉, 전류 방향은 바람직하게, 외부 전극(120)이 먼저 낮은 전위에 있고, 내부 전극(124)이 높은 전위에 있으며, 산소가 배기 가스로부터 또는 컨디셔닝실(114)로부터 기준 채널(126) 내로 펌핑되도록 선택된다. 즉, 외부 전극(120)은 먼저 내부 전극(124)보다 낮은 전위에 있어야 한다. 이로써 산소 고갈(depletion)에 의해 전극 및 전해질의 경계 영역에서 재료 분해가 이루어질 수 있다. 제 2 단계에서 상기 영역은 전류 방향의 전환으로 인해 재생된다. 전형적인 람다 프로브에 대한 바람직한 값으로서 30초 동안 10 mA의 전류가 정해졌고, 재반응에 대해 30초 동안 -1 mA의 전류가 정해졌다. 전체적으로 정반응시 1 mA 내지 30 mA의 전류는 응답 시간을 개선시킨다. 재반응의 파라미터들은 일반적으로 변경되지 않았다. 재반응은 정반응을 과도 보상하지 않는다. 따라서 재반응을 위해 0 ㎂ 내지 -30 mA의 전류 인터벌이 바람직할 수 있다. 전류 공급 지속 시간은 예컨대 각각의 부분 단계에 대해, 즉 각각의 반응 채널에 대해 30초일 수 있다. 각각의 부분 단계에 대한, 즉 반응 채널에 대한 시간 간격은 예컨대 5 내지 90초이다. 현재의 정보에 따라, 전류가 공급되는 동안 고체 전해질(127)의 결정 격자의 가열에 의한 충분한 이온 전도성이 필요하다. 이러한 이유로, 배기가스 온도 또는 컨디셔닝실(114)의 내부 온도는 800 ℃ 이상이 바람직하다. 전류 공급시 센서 부재 온도에 대한 주요 파라미터는 일반적으로 측정 셀(118)의 내부 저항이다. 전류 공급 동안 17 Ω의 내부 저항은 일반적으로 많이 개선될 수 있다. 이는 전형적으로 배기가스 온도 또는 약 1097 ℃의 컨디셔닝실(114) 내의 가스의 온도 및 약 908 ℃의 전극 온도에 상응한다. 따라서, 적어도 800 ℃, 바람직하게 그 이상의 전극 온도를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 기본적으로, 800 ℃ 미만의 전극 온도를 가진 저온 범위에서 전류 공급도 가능하다.
도 1에 도시된 실시예에서, 방법의 실시를 위해 이에 대해 설계된 연소기 테스트 블록(110)이 사용된다. 그러나 대안으로서 또는 추가로, 이미 배치된 센서 부재(116), 예컨대 내연기관의 배기가스 장치에 배치된 센서 부재(116)에서 최초 작동을 시작하기 전에 방법을 실시하는 것이 가능하다. 제안된 조치들은 장착된 센서 부재(116) 및/또는 장착되지 않은 센서 부재(116)에서 실시될 수 있다. 장착되지 않은 센서 부재(116)에서 조치들이 실시되면, 상기 조치들은 일반적으로 장착 과정에 의해서야 제공된 독성의 증발에 더 이상 효과가 없다. 기본적으로, 장치(예컨대 내연기관, 특히 내연기관의 배기가스 장치)에서 사용하기 전 또는 후에 장착 완료된 센서 부재(116)에서 조치의 실행, 즉 본 발명에 따른 방법의 실시도 가능하다. 예컨대 이 방법은 이미 장착이 완료된, 예컨대 케이블 하니스를 가진 센서 부재(116)에서 실행될 수 있다. 그러나, 이 경우 양호하지 않은 공정 제어시 특히 높은 온도에 의해 케이블 하니스가 손상될 수 있다. 따라서 별도의 테스트 블록에서, 예컨대 도 1에 따른 연소기 테스트 블록(110)에서 상기 방법을 실시하는 것이 바람직하다.
116 센서 부재
118 측정 셀
120 제 1 전극
124 제 2 전극
127 고체 전해질

Claims (13)

  1. 측정 가스실 내의 가스의 적어도 하나의 특성을 검출하기 위한, 특히 가스 성분의 함량을 검출하기 위한 센서 부재(116)의 컨디셔닝 방법으로서, 적어도 하나의 측정 셀(118)이 제공되고, 상기 측정 셀(118)은 적어도 하나의 제 1 전극(120)을 포함하고, 상기 제 1 전극(120)에는 상기 측정 가스실에서 나온 가스가 공급될 수 있고, 상기 측정 셀(118)은 적어도 하나의 제 2 전극(124)과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극(124)을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(127)을 갖고, 상기 측정 셀(118)은 상기 센서 부재(116)의 작동 시작 전에 적어도 하나의 컨디셔닝 공정으로 처리되고, 컨디셔닝 공정시 상기 측정 셀(118)은 상승된 컨디셔닝 온도에 노출되는, 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 컨디셔닝 공정시 상기 측정 셀(118)에는 추가로 컨디셔닝 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 온도는 적어도 800 ℃, 바람직하게 적어도 900 ℃, 특히 바람직하게 적어도 1000 ℃인 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정을 위해 적어도 하나의 외부 가열기(130)가 사용되고, 특히 전기 가열기(130), 특히 와인딩된 전기 가열기(130);가열 가능한 센서 홀더, 특히 하나 또는 다수의 센서 부재(116)를 수용하는 가열 가능한 슬릿;특히 불꽃, 가스 불꽃;가열된 가스들 중 하나 또는 다수의 외부 가열기(130)가 사용되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정시 상기 센서 부재(116)의 적어도 하나의 밀봉 부재, 특히 디스크 형태의 밀봉 부재 및/또는 밀봉 패킹, 바람직하게 적어도 하나의 유리 성분을 포함하는 밀봉 부재 및/또는 유리 성분 부재, 특히 질화붕소-밀봉 부재;적어도 하나의 유리 성분을 포함하는 동석 부재들 중 하나의 또는 다수의 밀봉 부재가 유리화되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정은 규정된 가스 분위기에서, 특히 농후 가스 분위기에서, 바람직하게 연소된 공기/가스 혼합물 및/또는 교번 가스 분위기에서 실시되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정은 연소기 테스트 블록(110)에서 실시되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정시 상기 측정 셀(118)에 추가로 컨디셔닝 전류가 공급되고, 상기 컨디셔닝 전류는, 상기 컨디셔닝 공정의 적어도 하나의 부분 단계에서, 바람직하게 제 1 부분 단계에서 상기 제 1 전극(120)이 상기 제 2 전극(124)보다 낮은 전위에 놓이고, 바람직하게 상기 산소가 상기 제 1 전극(120)에서 상기 제 2 전극(124)으로 펌핑되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정은 적어도 2개의 부분 단계들을 포함하고, 상기 적어도 2개의 부분 단계에서 상기 측정 셀(118)에 상이한 전류 방향의 컨디셔닝 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정시 상기 측정 셀(118)에 추가로 컨디셔닝 전류가 공급되고, 상기 컨디셔닝 전류는 적어도 0.5 mA, 바람직하게 적어도 1 mA, 특히 바람직하게 1 mA 내지 30 mA인 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정시 상기 측정 셀(118)에 추가로 컨디셔닝 전류가 공급되고, 제 1 부분 단계에서 상기 측정 셀(118)에 1 mA 내지 30 mA의 컨디셔닝 전류가 공급되고, 제 2 부분 단계에서 상기 측정 셀(118)에 0 ㎂ 내지 -30 mA의 컨디셔닝 전류가 공급되는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정, 특히 상기 컨디셔닝 공정의 각각의 부분 단계는 적어도 1초, 바람직하게 5초 내지 90초, 특히 바람직하게 적어도 30초의 지속 시간을 갖는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨디셔닝 공정은 연속 테스트에 삽입되고, 적어도 하나의 컨디셔닝 공정은 바람직하게 직접 연속하는 테스트의 개별 테스트 단계 직전 및/또는 직후에 및/또는 상기 개별 단계들 사이에 이루어지는 것을 특징으로 하는 센서 부재의 컨디셔닝 방법.
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