专利名称：光学气体传感器的制作方法
光学气体传感器本发明涉及一种气体传感器和一种用于确定尤其是在内燃机的废气中的一种或者多种气体种类的浓度的方法。
背景技术：
废气传感技术的目的是，通过测量技术来探测全部的废气组成部分。除了氧气含量之外，例如氮氧化物(NOx)尤其是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)、碳氢化合物(CmHn) >氨气(NH3)和一氧化碳(CO)的含量是重要的。特别地，在废气传感技术中除了氧气含量之外，
一氧化氮、二氧化氮和氨气的含量具有重要意义。一氧化氮和二氧化氮根据发动机的当前负载点而可以以废气中不同的浓度比例出现，并且氨气可以从确定的废气后处理系统、尤其是SCR系统中到达环境中。 实验室应用的许多固定的气体分析系统由于测量的高精度和可靠性而基于在紫夕卜、可见和红外范围中的确定波长的光谱学(Spektroskopie)。因为每个气体分子具有特征性吸收频率，所以与大多数其他的气体测量方法不同，例如借助双室传感器，其仅仅输出多个气体种类如氮氧化物和氨气的和信号(“Thick Film ZrO2 NOx Sensor”，N. Kato等人，Society of Automotive Engineers, (SAE-Paper Nr. 960334) : 137-142，1996),选择性地测量每种气体种类是可能的。出版物EP I 398 485 A2和WO 2009/056709 A2例如描述了气体的光谱学分析。对应于要探测的气体种类，为此需要辐射源，其发射在该气体分子的特征性吸收波长范围中的光子。对于固定的应用可以使用耗费的实验室激光系统或者其他稳定化的辐射源，然而对于移动传感器应用而言，寻求简单并且廉价的辐射源，例如半导体激光二极管或者发光二极管(LED)。为了光学探测多种气体种类，需要波长范围明显小于250nm的辐射源。二氧化氮的特征性吸收波长在大于等于250nm到小于等于450nm的范围中，而为了探测一氧化氮和氨气例如需要大于等于ISOnm到小于等于230nm的波长。目前的研究状态是，仅仅能够制造发射波长明显在300nm以上的半导体激光二极管。商业上可用的仅仅是大约380nm以上的激光二极管。LED的情况下，更小的波长是可能的。在市面上，目前仅仅能够得到最小发射波长为250nm的LED。因此，借助基于LED的辐射源精确地光学探测废气组成部分的首先的更新的方案集中在一氧化氮和二氧化硫的气体上(“Real time exhaust gas sensor with highresolution for onboard sensing of harmful components”，Degner, Ewald 等人，IEEESensors Conference 2008)。然而对于废气分析和调节废气后处理重要的组成部分一氧化氮和氨气由此不能测量。
发明内容
本发明的主题是一种气体传感器，尤其是光学或者光谱学气体传感器，用于确定尤其是在内燃机的废气中、例如机动车的内燃机的废气中的一种或者多种气体种类例如一氧化氮和二氧化氮以及必要时的氨气的浓度，该气体传感器包括
-测量单元，其带有气体入口、气体出口、催化区域和分析区域，其中催化区域设置在分析区域的气体入口侧，
-催化器，用于在催化区域中催化从第一气体种类至第二气体种类的反应，
-气体分析器，例如通过吸收光谱学、荧光光谱学、振动光谱学和/或衍射光谱学来以光谱学的方式测量在分析区域中的第二气体种类的浓度。“光谱学”方法或者测量尤其是可以理解为观察方法，其借助电磁辐射源的电磁谱来研究电磁辐射和物质如何相互作用。例如，基于吸收或者发射的方法，例如荧光和/或散射或者衍射电磁辐射(例如在大于等于200nm到小于等于6000nm的波长范围中)被称为“光
谱学“。
·
通过催化器，可以将第一气体种类转化为第二气体种类，第一气体种类的吸收波长和/或散射波长在目前可用的半导体辐射源的发射波长范围之外，例如为一氧化氮或者氨气，第二气体种类例如为二氧化氮，其吸收波长和/或散射波长在目前可用的半导体辐射源的发射波长范围之内。这能够有利地实现使用具有简单并且廉价的半导体辐射源如半导体激光二极管和发光二极管(LED)的气体分析器，并且由此能够实现移动使用气体传感器。此外，通过该原理必要时也可以改进将来的基于发射波长在250nm以下的半导体辐射源的气体分析器的传感器特性。催化器能够实现的是，尤其是即使在气体传感器之前的停留时间内在其他情况下并未设置热力学平衡时，也可以在热力学平衡中测量气体种类混合物。催化器例如可以在氮氧化物的情况下使得在一氧化氮和二氧化氮之间在存在氧气的情况下出现热力学平衡
2 NO + O/ ^ 2 NO/。如果例如在300°C的情况下运行催化器并且完全实现转换，则可以在催化器之后存在40Mol %的一氧化氮成份和60Mol %的二氧化氮成份，更确切地说，与在催化器之前这些气体组分以何种比例存在无关。这具有的优点是，可以测量第一气体种类和第二气体种类的浓度之和，例如NOx总和信号。催化器尤其是可以构建为使得第一气体种类被氧化或者还原、尤其是氧化为第二气体种类。催化器例如可以是氧化催化器，用于将第一气体种类氧化为第二气体种类，或者是还原催化器，用于将第一气体种类还原为第二气体种类。在一个实施形式的范围中，催化器是氧化催化器，用于将第一气体种类氧化为第二气体种类。在另一实施形式的范围中，气体传感器设计用于测量一氧化氮的浓度，其中催化器是氧化催化器用于将一氧化氮氧化为二氧化氮。换而言之，催化器将从一氧化氮至二氧化氮的氧化反应催化。于是，根据本发明的气体传感器能够基于目前可用的半导体辐射源有利地实现对于废气后处理和现场诊断所需的、对于一氧化氮的探测。
如下面的反应方程所示的那样，在氨气的情况下，可以通过催化器引起从氨气到氮氧化物的部分转化
4 NH3 + 3( " 2 N2 + 6 H2O4 NH3 + 5 CW 4 NO + 6 H7O4 NH3 + 7 - 4 NO + 6 H^O
通过这种方式，可以将可能存在的氨气浓度间接地作为氮氧化物信号来测量。在另一实施形式的范围中，气体传感器设计用于测量氨气的浓度，其中催化器是氧化催化器用于将氨气氧化为二氧化氮。换而言之，催化器将从氨气至二氧化氮的氧化反应催化。于是，也能够基于目前可用的半导体辐射源有利地实现对于废气后处理和车载诊断所需的、对于氨气的探测。在另一实施形式的范围中，催化器集成到测量单元的可通过气体的壁中。这具有的优点是，催化器必要时可以同时用作颗粒过滤器。 在另一实施形式的范围中，催化器以涂层的形式构建在测量单元的内侧上。在另一实施形式的范围中，催化器以可通过气体的、将测量单元划分的元件的形式来构建。通过这种方式，催化器可以将各分析区域之间可能出现的气体种类涡流减少。催化器优选构建为使得催化器在大于等于100°C到小于等于600°C的温度情况下、例如大于等于200°C到小于等于400°C的温度情况下保证完全转化。催化器体积在此可以由气体传感器的流入体积以及催化器的完全转化温度来确定。催化器例如可以包括钼、铑、钯或者其混合物。例如，催化器可以是钼或者铑一钼混合物或者钼一钯混合物。特别地，催化器可以承载在陶瓷颗粒上，例如具有在微米至纳米范围中的平均颗粒大小，例如为氧化铝颗粒和/或氧化锆颗粒。气体传感器也可以构建为使得要分析的气体种类混合物在通过催化器转化之前以及之后能够以光谱学方式、例如通过吸收光谱学、荧光光谱学、振动光谱学和/或衍射光谱学来测量。于是，例如在通过氧化催化器转化之前和之后对气体种类的测量是可能的。于是，例如在一氧化氮或者氨气气体传感器的情况下可以在氧化催化器之前和之后来确定二氧化氮浓度，并且由此推断出在气体种类混合物中的一氧化氮或者氨气的浓度。在另一实施形式的范围中，气体传感器包括另一气体分析器用于以光谱学的方式例如通过吸收光谱学、荧光光谱学、振动光谱学和/或衍射光谱学在测量单元的另一分析区域中来测量第二气体种类的浓度，其中另外的分析区域设置在催化区域的气体入口侧。于是，可以有利地输出第一和第二气体种类构成的多于仅仅一个的总和信号。这使得能够通过根据本发明的气体传感器来替代存在的气体传感器例如双室传感器。气体分析器尤其是可以具有辐射源，例如发射紫外和/或可见和/或红外辐射的辐射源。辐射源优选构建和/或设置为使得发射源发射的辐射穿过分析区域。此外，辐射源优选构建为使得辐射源发射在第二气体种类的吸收波长范围和/或散射波长区域中的辐射。例如，辐射源可以发射包括大于等于250nm至小于等于450nm的范围、尤其是大于等于380nm至小于等于450nm的范围的一个或者多个波长的辐射。在另一实施形式的范围中，气体分析器(分别)包括至少一个半导体辐射源，尤其是一个或者多个半导体激光二极管(LD)和/或一个或者多个发光二极管(LED)。例如，气体分析器可以分别包括一个或者多个半导体激光二极管(LD)和/或一个或者多个发光二极管(LED)。例如，气体分析器可以包括具有不同的发射波长例如300nm、400nm和500nm的多个半导体激光二极管或者多个发光二极管。或者气体分析器可以包括一个半导体激光二极管或者不同发射波长的多个半导体激光二极管，以及具有一个发光二极管或者不同发射波长的多个发光二极管。此外，气体分析器尤其是可以具有辐射探测器。辐射探测器优选构建和/或设置为使得辐射探测器测量由辐射源通过分析区域传输的辐射的强度。优选的是，辐射探测器构建为使得辐射探测器测量第二气体种类的至少一个吸收波长和/或散射波长的强度。优选的是，辐射源发射具有已知的恒定强度的辐射。于是，可以由辐射探测器测量的强度直接推断出第二气体种类的浓度。具有已知的恒定强度的辐射例如可以通过如下方式实现半导体辐射源通过电子设备调节到恒定的输出功率。 然而同样可能的是，使用发射具有可变强度的辐射的辐射源。在该情况中，由辐射源发射的辐射可以被划分，其中该辐射的一部分照射分析区域，而辐射的另一部分照射参考区域，并且接着辐射成份的强度分别被辐射探测器和参考辐射探测器来测量。这例如可以通过如下方式来实现气体传感器具有辐射划分器用于划分辐射源发射的辐射，并且用于将一个辐射部分射入分析区域中以及另外的辐射部分射入尤其是在与分析区域对应的尺寸的参考空间中，以及具有参考辐射探测器，用于测量第二气体种类在其传输穿过参考空间之后至少一个吸收波长和/或散射波长的强度。通过辐射探测器测量的强度于是可以通过参考辐射探测器测量的强度来归一化。此外可能的是，气体传感器具有参考辐射探测器，用于测量通过分析区域传输并且不同于气体种类混合物的吸收波长和/或散射波长的至少一个波长的强度。通过辐射探测器测量的强度于是可以通过被参考探测器测量的强度来归一化。气体分析器此外可以具有一个或者多个光学透镜，尤其是汇聚透镜，用于将入射的辐射聚束。透镜例如可以集成到分析区域中的测量单元的壁中。通过这种方式，例如可以将辐射源发射的辐射通过透镜聚束地射入测量单元的分析区域中。同样地，通过分析区域传输的辐射可以通过透镜聚束。此外，气体分析器可以具有一个或者多个引导辐射的纤维，尤其是玻璃纤维。其尤其是可以构建用于将辐射从辐射源向测量单元、尤其是向集成到测量单元的壁中的透镜引导，和/或从测量单元、尤其是集成在测量单元的壁中的透镜向辐射探测器引导。通过这种方式，可以将辐射源和辐射探测器设置在较冷的、远离测量单元的区域中，这对于辐射源和辐射探测器的寿命具有有利影响。尤其是，气体分析器可以包括组合的辐射源一辐射探测器装置和辐射反射层。组合的辐射源一辐射探测器装置在此可以设置在测量单元的一侧上，其中测量单元在对置的侧上具有辐射反射层。组合的辐射源一辐射探测器装置和辐射反射层例如可以设置为使得由组合的辐射源一辐射探测器装置的辐射源发射的辐射照射分析区域，被辐射反射层反射，重新照射分析区域，并且又射入组合的辐射源一辐射探测器装置中。通过这种方式，可以有利地测量通过分析区域传输的波长的强度。在另外的实施形式的范围中，气体传感器包括两个或者更多个测量单元，其中测量单元分别具有气体入口、气体出口、催化区域和分析区域，其中催化区域分别设置在分析区域的气体入口侧，并且气体传感器此外包括两个或者更多个催化器，用于分别在催化区域之一中催化从第一气体种类至第二气体种类的反应，以及两个或者更多个气体分析器，用于通过光谱学的方式例如通过吸收光谱学、荧光光谱学、振动光谱学和/或衍射光谱学来测量分别在分析区域之一中的第二气体种类的浓度。在此，各测量单元例如可以在不同的温度情况下和/或各气体分析器可以在不同的波长情况下工作。此外，各催化器可以是不同的催化器，并且将从第一气体种类到第二气体种类的不同反应催化。测量单元尤其可以在不同温度情况下工作，使得不同测量单元的同样构建的催化器不同强度地催化反应。可替选地或者附加地，气体分析器可以在不同的波长情况下工作。于是，不同的气体分析器可以测量不同的第二气体种类。例如，一个气体分析器可以测量二氧化氮，而另外 的气体分析器可测量二氧化硫。可替选地或者附加地，气体传感器可以具有不同的催化器。不同的催化器例如可以将从第一气体种类到第二气体种类的不同反应催化。特别地，不同的催化器可以将从不同的第一气体种类到相同的第二气体种类的反应催化，或者从相同的第一气体种类到不同的第二气体种类的反应催化。例如，一个催化器可以催化从一氧化氮到二氧化氮的氧化，而另一催化器可以催化从氨气到二氧化氮的氧化。例如，通过首先气体分析器测量二氧化氮浓度，随后催化器催化从一氧化氮到二氧化氮的氧化，接着另一气体分析器测量得到的二氧化氮浓度，随后另一催化器催化从氨气到二氧化氮的氧化，并且最后又一另外的气体分析器测量重新得到的二氧化氮浓度，可以推断出一氧化氮和氨气的浓度。在另一实施形式的范围中，气体传感器因此包括两个或者更多个不同的催化器，用于催化从第一气体种类到第二气体种类的不同的反应，和/或两个或者更多个不同的气体分析器，用于通过光谱学的方式例如通过吸收光谱学、荧光光谱学、振动光谱学和/或衍射光谱学来测量不同的第二气体种类的浓度。根据传感器在废气管中的安装位置，会需要将催化器加热到确定的温度。为了能够将催化器有目的地置于最佳的工作温度，气体传感器包括催化器加热装置。为了避免或者为了排除污染和/或弄脏气体分析器，例如通过炭黑颗粒或者化学侵蚀性的废气组成部分对于光学组件如透镜、反射镜、引导辐射的纤维的污染和/或弄脏，气体传感器此外可以包括光学加热装置。特别有利的是，在这种情况下，可以将催化器加热装置和光学加热装置组合。因此，气体传感器尤其是可以包括组合的催化器光学加热装置。为了避免例如通过炭黑颗粒导致的污染和/或弄脏，气体传感器此外可以包括颗粒过滤器。在另一实施形式的范围中，气体传感器包括气体入口侧的颗粒过滤器。特别地，颗粒过滤器可以是气体传感器的单元，气体在流过气体传感器时首先经过该单元。为了使得颗粒过滤器去除积聚的炭黑颗粒，颗粒过滤器可以具有颗粒过滤加热装置。在一个扩展方案的范围中，颗粒过滤器以可更换的单元的形式来构建。这具有的优点是，颗粒过滤器能够以简单的方式来更换。当不能通过加热来去除的灰随着时间而损害颗粒过滤器的功能并且可能还影响气体传感器本身的功能时，这可能是特别有利的。在另一扩展方案的范围中，颗粒过滤器以测量单元的过滤颗粒、可通过气体的气体入口壁的形式来构建。催化器在此同样可以集成到气体入口壁中。这一方面具有的优点是，可以将气体传感器的空间需求最小化。另一方面，催化器和颗粒过滤器可以使用共同的催化器颗粒过滤器加热装置，这一方面 降低了气体传感器的制造成本，并且另一方面进一步将气体传感器的空间需求最小化。通过催化器设置的平衡例如可以与温度和/或氧气分压力相关。例如，在小的氧气分压力情况下，可以将热力学平衡2N0 + 0 b2N02朝着一氧化氮的侧推移。优选的是，因此气体传感器此外包括Lambda探头和/或化学敏感的场效应晶体管和/或温度测量装置。特别地，气体传感器可以包括分析电路。分析电路优选设置在远离测量单元的、气体传感器的较冷的区域中，这有利地影响分析电路的寿命。分析电路可以在考虑其他值例如温度、氧气浓度等等的情况下分析气体分析器的测量结构。这些其他值在此可以来自传感器专用单元，如加热装置、温度测量装置、Lambda探头和/或化学敏感的场效应晶体管。然而可替选地或者附加地，也可以考虑内燃机的单元的值，如内燃机的Lambda探头的值。为了保护辐射源、辐射探测器和分析电路避免受热，气体传感器此外可以具有隔热装置。优选的是，测量单元部分地用隔热装置包围。气体传感器优选构建为使得流过气体传感器的气体种类混合物的流动速度足够小，以便保证催化器的完全转化。例如，流过气体传感器的气体种类混合物的流动速度尤其是机动车的内燃机的废气管中的流动速度的比例可以为I :1000至I :100000。本发明的另一主题是一种用于确定尤其是在内燃机例如机动车的内燃机的废气中一种或者多种气体种类例如一氧化氮和二氧化氮以及可能的氨气的浓度的方法，该方法包括以下方法步骤
a)将第一气体种类转化为第二气体种类，尤其是在测量单元的催化器区域中通过催化器来转化；以及
b)通过光谱学的方式例如通过吸收光谱学、荧光光谱学、振动光谱学和/或衍射光谱学，尤其是通过测量单元的分析区域中的气体分析器来测量第二气体种类的浓度；以及
c)尤其是通过分析电路从方法步骤b)测量的第二气体种类的浓度来确定第一气体种类的浓度。 根据本发明的方法例如可以借助根据本发明的气体传感器来实施。可能的是，第二气体种类可以已经在方法步骤a)之前至少部分地存在。在该情况中，在方法步骤b)中测量在方法步骤a)之前已经存在的第二气体种类浓度以及在方法步骤a)中形成的第二气体种类浓度的总和信号。在另一实施形式的范围中，因此该方法在方法步骤a)之前包括如下方法步骤 a0)通过光谱学的方式例如通过吸收光谱学、荧光光谱学、振动光谱学和/或衍射光谱
学，尤其是通过测量单元的催化区域之前设置的另外的分析区域中的另外的气体分析器来测量第二气体种类的浓度，
其中在方法步骤c)中从方法步骤a0)和b)中测量的第二气体种类的浓度来确定第一气体种类的浓度。在方法步骤a)中，第一气体种类可以氧化为或者还原为第二气体种类。第一气体种类例如可以是一氧化氮或者氨气。第二气体种类例如可以是二氧化氮。通过光谱学的方式测量例如可以基于的是，第二气体种类借助在第二气体种类的吸收波长范围和/或散射波长范围中的辐射来照射，并且通过第二气体种类传输的至少一个吸收波长和/或散射波长的强度被测量。在方法步骤c)之后，方法步骤a)、b)、c)以及必要时的a0)可以为了确定另外的第一气体种类的浓度而一次或者多次地重新进行，其中在方法步骤a)中将另外的第一气体种类转化为与在前面的方法步骤过程中相同的第二气体种类或者转化为另一第二气体种类。在此，在方法步骤a)中可以设置不同于前面的方法步骤过程中的温度和/或使用 不同于前面的方法步骤过程中的催化器。在方法步骤b)和必要时方法步骤a0)中，在此可以进行具有不同于前面方法步骤过程中的吸收波长和/或散射波长的光谱学测量。在方法步骤a)中的转化尤其可以取决于温度和/或氧气分压力。在一个实施形式的范围中，因此在方法步骤c)中确定第一气体种类的浓度时考虑温度和/或氧气分压力。
根据本发明的主题的另外的优点和有利的扩展方案通过附图表明并且在下面的描述中阐述。在此要注意的是，附图仅仅具有所描述的特征，并且并未考虑到以任何形式来限制本发明。其中
图I示出了根据本发明的气体传感器的第一实施形式的示意性横截面；
图2示出了根据本发明的气体传感器的第二实施形式的示意性横截面；
图3示出了根据本发明的气体传感器的第三实施形式的示意性横截面；
图4示出了根据本发明的气体传感器的第四实施形式的示意性横截面；
图5示出了根据本发明的气体传感器的第五实施形式的示意性横截面；以及 图6示出了用于示出在热力学平衡中理论上的一氧化氮一二氧化氮比例的图。图I示出了气体传感器包括测量单元1，该测量单元带有气体入口 I、气体出口 II、催化区域Kl和分析区域Al，其中催化区域Kl设置在分析区域Al的气体入口侧。图I此外示出了气体传感器包括催化器2，该催化器设置在催化区域Kl中。该催化器可以催化从第一气体种类到第二气体种类的反应。图I此外示出了气体传感器包括气体分析器3，用于通过光谱学的方式来测量分析区域Al中的第二气体种类的浓度。在此，气体分析器3具有辐射源3a和辐射探测器3b。辐射源3a和辐射探测器在此设置在测量单元I的对置的侧上。由辐射源3a发射的辐射(通过箭头表明)在此照射分析区域Al，并且辐射探测器3b测量通过分析区域Al传输的第二气体种类的至少一个吸收波长和/或散射波长的强度。辐射源3a在此可以是至少一个半导体辐射源。例如，辐射源3a可以包括一个或者多个半导体激光二极管和/或一个或者多个发光二极管(LED)。为了能够将辐射聚束地射到分析区域Al中，并且可以将其在照射辐射区域Al之后聚束，气体分析器此外包括两个汇聚透镜3e、3f。为了保护辐射源3a和辐射探测器不受热，它们远离测量单元地设置，并且借助汇聚透镜通过引导辐射的纤维、尤其是玻璃纤维3c、3d来辐射引导地连接。在图2中示出的第二实施形式与图I中所示的第一实施形式的主要不同在于，催化器2此外满足颗粒过滤功能，并且以测量单元I的过滤颗粒的、可通过气体的气体入口壁的形式构建。这具有的优点是，气体传感器的空间需求可以被最小化。此外，对于催化和颗粒过滤而言，可以使用共同的催化器一颗粒过滤器一加热装置。在图3中示出的第三实施形式与图I中所示的第一实施形式的主要不同在于，催化器2以催化区域中测量单元I的内侧上的涂层的形式来构建，以及为了避免在催化区域Kl和分析区域Al之间的涡流，气体传感器具有可通过气体的、将测量单元I划分为催化区域K12和分析区域Al的元件5。此外，第三实施形式与所示的其他实施形式的区别在于，气体分析器具有组合的辐射源一辐射探测器一装置3a、3b，其设置在测量单元I的一侧上，其中测量单元I具有辐射反射层6。由辐射源3a发射的辐射(通过箭头表明)在此照射分析区域Al，被辐射反射层6反射，并且重新照射分析区域Al (通过箭头表明)，使得组合的辐 射源一辐射探测器一装置3a、3b可以测量第二气体种类的、通过分析区域Al传输的至少一个吸收波长和/或散射波长的强度。在图4中所示的第四实施形式与图I中所示的第一实施形式的不同一方面主要在于，气体传感器此外具有以可更换的单元的形式构建的颗粒过滤器4，以便避免例如由于炭黑颗粒污染和/或弄脏催化器和光学系统，尤其是气体分析器3的透镜3e、3f。另一方面，在图4中所示的第四实施形式与图I中所示的第一实施形式的主要不同在于，测量单元I包括另外的、设置在催化区域Kl之前的分析区域Al’，并且气体传感器包括另一气体分析器3’用于通过光谱学的方式来测量在另外的分析区域Al’中的第二气体种类的浓度。另外的气体分析器3’在此类似于结合图I描述的气体分析器3地构建，并且包括辐射源3a’、辐射探测器3b’、两个汇聚透镜3e’、3f’以及两个引导辐射的纤维3c’、3d’。在图5中所示的第五实施形式与图4中所示的第四实施形式的不同主要在于，气体传感器包括第二催化器12、第二气体分析器13以及第二测量单元11。第二测量单元在此与第一测量单元I 一样包括气体入口 I、气体出口 II、催化区域Kll以及分析区域All，其中催化区域Kll设置在分析区域All的气体入口侧。第二催化器12在此是不同于第一催化器2的催化器。图6示出了一氧化氮和二氧化氮的热力学平衡的温度相关性。图6示出了，在高温情况下，热力学平衡有利于二氧化氮地推移。该事实可以用于推动从作为第一气体种类的一氧化氮至作为第二气体种类的二氧化氮的转化。
权利要求
1.一种气体传感器，用于确定一种或者多种气体种类的浓度，该气体传感器包括 -测量单元(1)，其带有气体入口(I)、气体出口(II)、催化区域(Kl)和分析区域(Al)，其中催化区域(Kl)设置在分析区域(Al)的气体入口侧， -催化器(2)，用于在催化区域(Kl)中催化从第一气体种类至第二气体种类的反应，以及 -气体分析器(3)，用于以光谱学的方式测量在分析区域(Al)中的第二气体种类的浓度。
2.根据权利要求I所述的气体传感器，其特征在于，催化器(2，12)是氧化催化器，用于将第一气体种类氧化为第二气体种类。
3.根据权利要求I或2所述的气体传感器，其特征在于，气体传感器 -被设计用于测量一氧化氮的浓度，其中催化器是氧化催化器用于将一氧化氮氧化为二氧化氮，和/或 -被设计用于测量氨气的浓度，其中催化器是氧化催化器用于将氨气氧化为二氧化氮。
4.根据权利要求I至3之一所述的气体传感器，其特征在于，催化器(2，12) -集成到测量单元(I)的可通过气体的壁中，和/或 -以涂层的形式构建在测量单元(I)的内侧上，和/或 -以可通过气体的、将测量单元(I)划分的元件的形式来构建。
5.根据权利要求I至4之一所述的气体传感器，其特征在于，气体传感器包括另一气体分析器(3’)用于以光谱学的方式在测量单元(I)的另外的分析区域(Al’)中来测量第二气体种类的浓度，其中所述另外的分析区域(Al’ )设置在催化区域(Kl)的气体入口侧。
6.根据权利要求I至5之一所述的气体传感器，其特征在于，所述气体分析器包括至少一个半导体辐射源，尤其是一个或者多个半导体激光二极管和/或一个或者多个发光二极管。
7.根据权利要求I至6之一所述的气体传感器，其特征在于，气体传感器包括两个或者更多个测量单元(1，11)，其中测量单元分别具有气体入口(I)、气体出口(II)、催化区域(K1，K11)和分析区域(A1，A11)，其中催化区域(K1，K11)分别设置在分析区域(A1，A11)的气体入口侧，并且气体传感器此外包括两个或者更多个催化器(2，12)，用于分别在所述催化区域(KLKll)之一中催化从第一气体种类至第二气体种类的反应，以及两个或者更多个气体分析器(3，13)，用于通过光谱学的方式来测量分别在分析区域(Al，All)之一中的第二气体种类的浓度。
8.根据权利要求7所述的气体传感器，其特征在于，气体传感器包括两个或者更多个不同的催化器(2，12)，用于催化从第一气体种类到第二气体种类的不同的反应，和/或包括两个或者更多个不同的气体分析器(3，13)，用于通过光谱学的方式来测量不同的第二气体种类的浓度。
9.根据权利要求I至8之一所述的气体传感器，其特征在于，气体传感器包括气体入口侧的颗粒过滤器(4)。
10.一种用于确定一种或者多种气体种类的浓度的方法，该方法包括以下方法步骤 a)将第一气体种类转化为第二气体种类；以及b)通过光谱学的方式测量第二气体种类的浓度；以及 C)从方法步骤b)测量的第二气体种类的浓度来确定第一气体种类的浓度。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，该方法在方法步骤a)之前包括如下方法步骤 a0)通过光谱学的方式来测量第二气体种类的浓度， 其中在方法步骤c)中从方法步骤a0)和b)中测量的第二气体种类的浓度来确定第一气体种类的浓度。
12.根据权利要求10或11所述的气体传感器，其特征在于，在方法步骤c)中确定第一气体种类的浓度时考虑温度和/或氧气分压力。
全文摘要
本发明涉及一种气体传感器，用于确定尤其是在内燃机的废气中的一种或者多种气体种类的浓度，该气体传感器包括测量单元(1)，其带有气体入口(I)、气体出口(II)、催化区域(K1)和分析区域(A1)，其中催化区域(K1)设置在分析区域(A1)的气体入口侧；催化器(2)，用于在催化区域(K1)中催化从第一气体种类至第二气体种类的反应；以及气体分析器(3)，用于以光谱学的方式测量在分析区域(A1)中的第二气体种类的浓度。通过催化器(2)，可以将第一气体种类转化为第二气体种类，第一气体种类的吸收波长和/或散射波长在目前可用的半导体辐射源的发射波长范围之外，例如为一氧化氮或者氨气，第二气体种类例如为二氧化氮，其吸收波长和/或散射波长在目前可用的半导体辐射源的发射波长范围之内，使得气体分析器可以具有半导体辐射源。此外，本发明还涉及一种用于确定尤其是在内燃机的废气中的一种或者多种气体种类的浓度的方法。
文档编号G01N21/31GK102713568SQ201080062835
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月20日 优先权日2010年2月1日
发明者P.内夫, R.菲克斯 申请人:罗伯特·博世有限公司