专利名称：用于驱动导向探测器的电路装置的制作方法
用于驱动导向探测器的电路装置
本发明涉及一种用于驱动催化式排气净化器下游设置的导向探 测器的电路装置，其具有在权利要求1的前序部分中所提到的特征。
现有技术
从DE 41 00 106 Cl公知一种废气探测器，其中暴露于废气的电 极被多孔陶瓷保护层覆盖，其中催化活性物质离散地和均匀地分布， 使得离散分布的催化活性物质(优选是铂)在温度较高的时候是活性 的，与此相反，均勻分布活性成份(优选是铑)在较低温度下是活性 的。通过所述物质微小的物质的量，实现了尤其对传感器调节设备尤 其在低温下的改进。此外，在生产技术上可以很容易地制造所述传感 器。
在这种带氧离子传导的固体电解质的废气传感器中，通过测量在 废气电极和参考电极(所述参考电极暴露于氧离子含量已限定了的气 体例如大气)之间的电势，测量混合物从含油多(fetten)到含油少 (mageren)这一转变。所述转变可以表示为在混合物从含油多转变为含 油少的时候探测器电压的强烈跳跃，这一跳跃也称为人跳跃。废气电 极被覆盖废气电极的多孔保护层隔离。所述保护层不仅用于机械保护 废气电极，而且增强了所谓的抗毒性。
为了监视催化式排气净化器下游的废气组成，这种跳跃探测器被 用作导向探测器。所述导向探测器用于监视催化式排气净化器并且还 用于平衡催化式排气净化器上游的调节混合物构成的探测器，即所谓 的Vorkat-探测器。对这种催化式排气净化器下游使用的导向探测器的 调节和监视基于一个调节点，其略微偏离在大体积范围(Fettbereich) 内的化学计算出的点(入=1)。使用在600 mV到700 mV范围内的调节电压。
在调整这种高调节点的时候不利的是，探测器电压本身在恒定的
入下取决于油气成份即一氧化碳(CO)和氬气(H2)的比例。此外，
在调节点的气体组成还明显依赖于探测器温度。这种明显的气体和温 度依赖性的结果是，提高了用于最优地协调调节系统的工作付出。所 述催化式排气净化器在含油多/含油少变换后经过较长的时间间隔可 以分别很好地调整气体平衡。在一定的情况下，有工作范围，在这种 工作范围中，由于不同的气体组成，在系统中不可能调节到恒定的入值。
本发明所基于的任务是，介绍一种电路装置，其实现了具有低油 气浓度的很小的范围内油气测量的精度的提高。此外，应该降低测量 信号的温度依赖性。
/^开本发明
本发明的优点
根据本发明的用于驱动催化式排气净化器下游设置的导向探测 器的电路装置的优点是，借助于公知的跳跃探测器可以检测在废气中 的油气成份。通过在参考电极和废气电极之间设置的、有目的地影响 参考电极和废气电极之间的氧离子迁移的电阻，以十分有利地方式实 现了'A气浓度下的线性特征曲线性能。特别有利的是，跳跃探测器可 以被用作导向探测器，导向探测器不需要额外的电路消耗。所述输出 信号基于公知的对这种跳跃探测器的探测器电压的测量。
选择电阻，使得经由其下降的探测器电压低于所述导向探测器的
能斯特电压(Nernstspannung)。有利的电阻值在5000和20000欧姆
之间变动。
有利地，电阻和多孔涂层相互协调，使得通过由电阻引起的氧离 子迁移，在多孔涂层中积聚的油气分子被完全氧化。有利地，调整所述多孔涂层的孔隙度和厚度,使得在氢含量为100
ppm的情况下，氧化电流在从20|iA到60pA的范围内变化。所述电 阻和氧化电流的值适用于所使用的电极大小。在改变废气电极几何面 积的时候，必须相应地调整这些值。
通过选择合适的催化作用上较少活性的电极可以降低相对于CO 的灵敏度。那么导向探测器的输出信号与氢气分压成比例。
附图简述
本发明的其它优点和特征是接下来对实施例的描述以及图示的 目标。
其中示出
图1示意性地示出废气探测器的结构；
图2a和2b示意性地示出本发明所利用的用于驱动导向探测器的 电路装置；
图3示出典型的Hinterkat气体组成下，作为A值的函数的探测器
电压
a) 无布线
b) 具有在图2a中所示出的布线；
图4示出在两个不同的根据图2a连接在参考电极和废气电极之 间的电阻的情况下，对于氢气浓度的探测器电压。
对实施例的描述
在图1中所示的废气探测器具有固体电解质100，在固体电解质 中公知地设置有参考电极110和废气电极120。废气电极120暴露于 废气150并且由单层或者多层的多孔保护层130覆盖。带有废气电极 120和参考电极110的废气探测器构成独立的电压源。
在图1中示意性地示出从参考电极110到废气电极120的氧离子 流以及(以一氧化碳为例)通过多孔涂层130到废气电极120的一氧 化碳CO流。在废气电极120中进行下列反应CO + O'- — >C 02 + 2e。
此外，在废气电极120中进行油气氢气H2的其它反应
H2 + O2- —> H20 + 2e。
在图2中示意性地示出用于驱动在图1中所示的探测器的电路装 置。相应地，废气电极120与端子220并且参考电极110与端子210 连接，以便测量探测器电压Us。电阻Rx处于端子210和端子220之 间(参照图2a)。备选地，也可以在端子210和参考电^L110之间i殳 置另外的并联电阻Rp，如在图2b中示意性地示出。所述电阻例如是 56kQ。相当多的02--离子流从参考电极110流经并联到参考电极110 以及废气电极120的电阻Rx到废气电极120。流经构成探测器的固体 电解质100的电流在废气电极120处通过上述的与油气H2和CO的反 应几乎纟皮吸收。
在相应调整保护层130的扩散电阻的时候和在并联电阻Rx具有 最优值的时候，可以调整驱动条件，在所述驱动条件下基本上每个到 达保护层130的油气分子被氧化。流经装置的电流与在废气中的成份 浓度成比例。因此，探测器电压Us也与废气中的浓度成比例。
在图3中示出在这种探测器的情况下，对于入值的探测器电压 Us。图3a示出在入等于1且在3种不同的探测器温度下未连接的探 测器和典型的入跳跃。在普遍的600 mV的调节点，经调整的X值以 入的0,35%。变化。当对于入的信号变化在调节点很高的时候，这对于 调节通常是有利的。在未连接的探测器的情况下，在730。C的情况下 在调节点处斜率dU/d^为-110V。
在图3b中示出带有电阻Rx为15kQ和图2a中布线的对于相同 温度的相同探测器。在0.2V和0.45V之间的探测器电压范围内，找到 探测器电压和人之间不依赖于探测器温度的线性曲线。在这个范围 内，特征曲线几乎不依赖于探测器温度。在350 mV的调节点处得出 入变化为0.03%。。这与未连接的探测器的情况下的入变化相比少了超 过一个数量级。在调节点处斜率dU/dX的值为-670V，大于未连接的探测器的情况下的6倍。这大大缓解了在调节点处的调节。调节点处 有利的值位于X= 0.999和人=0.9998之间。
在图4中，探测器电压表示为对于电阻Rx为8kQ和16kQ之间 氢含量的函数。在涂层孔隙度已调整的情况下，通过电阻值调整所述 线性范围。在16m的时候，特征曲线在40 ppm和120 ppm 112之间 线性走势，在8kf2的时候，特征曲线在80卯m和220卯mH2之间线 性走势。
应该指出，应该考虑此处参考风道(未示出)的抽吸能力。假如 通过参考气体不能补充提供足够的氧气，那么上述的反应特性在这方 面受限。
为了获得扩散控制即实现适当的扩散电流，通常选择所述电阻 Rx的方式，使得得到的探测器电压Us大大低于在无电流状态下相应 的探测器能斯特电压。这一条件将上限电压限制在0.45 V到0.5 V。 在探测器电压低于0.2V的情况下，作为另一电极反应释放氧气。
O2—> V202 + 2e。
通过所述并行反应提高了电流或者探测器电压Us。
在被用作催化式排气净化器下游的导线探测器的情况下，几乎4又 仅氢气和一氧化碳作为油气成份出现。由于氢气更快的扩散性，氢气 被证明具有显然更大的4文感度。涉及到与一氧化石友的反应，已知的电 极部分在催化方面基本上不是活性的。由此，采用合适选4奪的催化非 活性的电极材料有可能引起关于H2的选择性的增加。
为了避免如上所述经由参考风道对氧的补充迁移限制前述测量， 在跳跃探测器用作导向探测器的情况下使用保护层130，所述保护层 比公知的导向探测器下的保护层厚。备选地或者附加地，可以设置更 大的参考风道。由此可以扩展和优化前述的线性范围。
权利要求
1. 一种用于驱动设置在催化式排气净化器后面的导向探测器的电路装置，所述电路装置至少具有设置在固体电解质中的参考电极(110)、暴露于废气的废气电极(120)和覆盖所述废气电极(120)的多孔陶瓷涂层(130)，其特征在于，在参考电极(110)和废气电极(120)之间设置了有目的地影响参考电极(110)和废气电极(120)之间的氧离子迁移的电阻，使得探测器电压在λ＝1附近不是通过能斯特电压确定的，而是在小的λ范围内(<1)与油气浓度线性相关。
2. 按照权利要求1的电路装置，其特征在于，使所述电阻和多孔 涂层(130)相互协调，使得通过由电阻引起的氧离子迁移，在所限 定调整的入范围内(X< 1),在多孔涂层中积聚的油气分子完全被氧 化。
3. 按照前面所述的权利要求之一的电路装置，其特征在于，所述 电阻值具有在5 kQ和20 kQ欧姆之间的值。
4. 按照前面所述的权利要求之一的电路装置，其特征在于，调整 所述多孔涂层(130)的孔隙度和厚度，使得在氢含量为100 ppm H2 的情况下，氧化电流在20|iA和60pA之间变化。
5. 按照前面所述的权利要求之一的电路装置，其特征在于，使多 孔涂层(130)的孔隙度和厚度以及电阻相互协调，使得0.35V的探 测器电压出现在0.999和0.9998之间的入范围内。
6. 按照前面所述的权利要求之一的电路装置，其特征在于，所述 电阻在5 kQ和20 kQ之间变动，尤其是8 kQ或者16 ka
全文摘要
用于驱动设置在催化式排气净化器后面的导向探测器的电路装置，导向探测器具有至少一个设置在固体电解质中的参考电极、暴露于废气的废气电极和覆盖废气电极的多孔陶瓷涂层，其特征在于，在参考电极和废弃电极之间设置了有目的地影响参考电极和废气电极之间的氧离子迁移的电阻。
文档编号G01N27/407GK101506650SQ200780031611
公开日2009年8月12日 申请日期2007年8月1日 优先权日2006年9月1日
发明者A·沙克, G·雷因哈特 申请人:罗伯特·博世有限公司