用于气体传感器的加热元件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种传感器元件(110)以及一种加热元件(112)，尤其用在传感器元件(110)内。传感器元件(110)尤其用于探测一个测量气体室内的一种气体的至少一种特性。加热元件(112)包括至少两个接触元件(120)和至少两个可通过所述接触元件(120)施加加热电流的加热路径(126，128)。加热元件(112)被这样地构成，使得一个通过接触元件(120)提供的总电流在至少两个不同的温度下以不同的方式分配给加热路径(126，128)。
【专利说明】用于气体传感器的加热元件
【背景技术】
[0001]从【背景技术】中已知，许多元件和部件拥有一个或多个加热元件，例如，集成加热元件，用于生成一个或多个运行温度。下面借助设置在用于探测一个测量气体室内的一种气体的至少一种特性的传感器元件内的加热元件对本发明进行说明，但是并不对其它可能的结构形式和应用进行限制。尤其是，传感器元件可以涉及用于测量气体室内一种气体的质量和/或含量的传感器元件，尤其是，例如，一种具有一个或多个功能陶瓷的陶瓷传感器元件。这种类型的，但是本发明并不局限于此的传感器元件的示例是那些其中设置至少两个电极的传感器元件，其中，所述电极通过至少一个固体电解质，尤其是一种陶瓷固体电解质，例如，二氧化锆，尤其是钇稳定的二氧化锆或掺加钪的二氧化锆，彼此连接。在RobertBosch有限责任公司:汽车内传感器元件，版本2007，第154-159页中已经对这种类型的传感器元件的实施示例作过描述。至于气体中的其含量在质和/或量方面需要测量的至少一种气体成分，尤其可以涉及氧气和/或氧化氮和/或碳氢化合物。但是，原则上也可以探测其它气体成分。
[0002]通常在所述的以功能陶瓷为基础的废气传感器中必须使用一个或多个加热元件，这通常是由于，功能陶瓷典型地需要一个700°C至900°C的工作温度，例如，800°C。因此，在这种类型的传感器元件中，例如，具有陶瓷层结构的传感器元件，设置一个或多个钼加热器。这种类型的钼加热器被设计为，例如，蛇形加热部。其中，对加热元件的加热电阻提出不同的要求。例如，在低温度时，加热器应超过一个最小电阻。借此，当较低的电流时，通常可以设计为传感器元件的控制器的最后阶段。相反，在高的温度时，加热器应超过一个最大电阻。借此，在一个限定的加热电压，例如，10.5V的最大加热电压时，也有足够的加热功率传输到传感器兀件。
[0003]但是，基于常用加热元件材料，例如，钼，的上述要求和对温度的依从关系，在实践中在加热元件的几何形状设计方面具有严格的限制。在一些应用中，绝对有必要使用另一种加热器金属，例如，另一种合金，以便，例如，在许多氧气传感器中，尤其是柴油应用的氧气传感器中，在许多情况下使用Pt / Pd-加热器。但是，在加热元件的密封方面又产生其它的挑战。通常期望，减少整个传感器元件中和尤其是加热元件中贵金属，尤其是钼的含量。从【背景技术】中，例如，W02007 / 062969A1中已知，加热元件呈两个加热器并联连接之结构形式。此外，例如，从W02001 / 044798A1已知，一般情况下并且也在废气探测仪中使用钙钛矿作为导电材料。尽管通过这些熟知的结构形式已经实现许多改进，但是仍然存在改进的需求，尤其是涉及到上述的对加热元件的各种要求和涉及到普遍存在的加热元件对贵金属需求。
【发明内容】
[0004]因此，本发明的主题涉及一种加热元件以及一种用于探测一个测量气体室内的一种气体的至少一种特性的传感器元件，它们至少很大程度地避免了已知的加热元件和传感器元件的上述缺点。如上所述，一个测量气体室内的气体的至少一种特性原则上可以涉及任一物理上和/或化学上可测量的特性。尤其优选，如果至少一种特性包括测量气体室内一种气体成分的含量，那么传感器元件可以被设置尤其是用于定量地和/或定性地测量气体成分。但是，原则上也可以应用于其它领域。
[0005]加热元件包括至少两个接触元件和至少两个可通过所述接触元件施加加热电流的加热路径。尤其优选，正好设置两个接触元件，其中，通过两个接触元件，例如，例如一个加热电压电源和/或电流电源可以与加热路径连接。加热路径通常分用至少其中一个接触元件，以至于，例如，为至少两个加热路径设置一个接触元件。例如，可以设置两个接触元件，它们分别与至少两个加热路径连接。接触元件通常理解为一种可以借此向加热路径施加电流和/或电压的元件。接触元件可以包括，例如，接触垫，用于连接相应触点和/或与加热路径连接的引线。加热路径原则上可以理解为任一导线布设结构，其用途在于，通过加载电流或电压生成热量或加热功率。尤其是，加热路径可以是一种层结构，尤其是陶瓷层结构的压制加热路径。在这里，优选，加热路径可以配置有一个或多个线圈，具有非直线型结构形式。尤其是，加热路径是蛇形加热部。加热路径可以分别包括至少一个加热体环路。
[0006]为了解决上述问题，建议，加热元件被这样地构成，S卩，一个通过接触元件提供的总电流在至少两个不同的温度下以不同的方式分配给加热路径。换句话说就是，总电流按照温度分配给加热路径。例如，加热路径可以包括至少一个第一加热路径和至少一个第二加热路径，其中，一个第一电流I1流过第一加热路径和其中一个第二电流I2流过第二加热路径，其中，存在至少两个温度T1, T2，其中，T2XT1，对此适用的是:
[0007]
【权利要求】
1.加热元件(112)，尤其用在一种用于探测一个测量气体室内的一种气体的至少一种特性的传感器元件(110)内，包括至少两个接触元件(120)和至少两个可通过所述接触元件(120)施加加热电流的加热路径(126，128)，其中，加热元件(112)被这样地构成，使得一个通过接触元件(120)提供的总电流在至少两个不同的温度下以不同的方式分配给加热路径(126，128)。
2.按照前述权利要求所述的加热元件(112)，其特征在于，加热路径(126，128)包括至少一个第一加热路径(126)和至少一个第二加热路径(128),其中，一个第一电流I1流过第一加热路径(126)和其中一个第二电流I2流过第二加热路径(128)，其中，存在至少两个温度T1, T2，其中，T2XT1，对其适用的是
3.按照前述权利要求中任一项所述的加热元件(112)，其特征在于，加热路径(126，128)，尤其是第一加热路径(126)和第二加热路径(128)，完全地或部分地由不同的材料制成和/或通过不同的材料与接触元件(120)连接。
4.按照前项权利要求中任一项所述的加热元件(112)，其特征在于，不同的材料具有温度变化特性不同的电阻。
5.按照前两项权利要求中任一项所述的加热元件(112)，其特征在于，不同的材料具有至少一种具有一个正温度系数的第一材料和至少一种具有一个负温度系数的第二材料。
6.按照前三项权利要求中任一项所述的加热元件(112)，其特征在于，加热路径(126，128)的至少一个第一加热路径(126)由至少一种具有正温度系数的材料制成，其中，加热路径(126，128)的至少一个第二加热路径(128)具有至少一种具有负温度系数的材料和/或通过至少一种具有负温度系数的材料与所述接触元件(120)中的一个或多个连接。
7.按照前两项权利要求中任一项所述的加热元件(112)，其特征在于，具有负温度系数的材料包括一种金属氧化物，优选按照以下化学式中的一个选择金属氧化物=AxlBx2On和Cx3Dx4Ex5Om中，其中，Α，B，C，D，E分别是金属元素，其中，优选A是La，优选从由Fe，Co，Ni和Cu组成的组中选择B,优选从由La和Ba组成的组中选择C,优选从Ca和Sr组成的组中选择D,优选从Cr, Mn, Fe和Co组成的组中选择E, X1, x2, x3, X4和X5是实数，η和m是整数。
8.按照前四项权利要求中任一项所述的加热元件(112)，其特征在于，具有负温度系数的材料包括一种具有I丐钛矿结构的材料，一种材料选自下述材料组:一种一般性化学式为LahCaxCrCVs的材料，其中x是一个大于O小于I的实数，优选0〈x〈0.3，和其中δ是一个实数，其中，OS δ〈1，优选，0〈 δ〈0.3和尤其优选δ=0.15。
9.按照前述权利要求中任一项所述的加热元件(112)，其特征在于，加热路径(126，128)中的至少一个通过至少一个开关元件(130)，尤其是具有负温度系数的开关元件(130)与接触元件(120)中的至少一个连接，其中，所述开关元件(130)被设置用于根据温度将总电流分配到电流路径(126，128)。
10.用于探测一个测量气体室内的一种气体的至少一种特性的传感器元件(110)，尤其是用于探测气体内的一种气体成分的含量，其中，传感器元件(110)具有至少一个按照前述权利要求中任一项所述的加热元件(112)。
【文档编号】G01N27/406GK103443620SQ201180061305
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2011年11月15日 优先权日:2010年12月20日
【发明者】H·京舍尔, C·彼得斯 申请人:罗伯特·博世有限公司