电化学气体传感器的制作方法

1.本实用新型涉及一种电化学气体传感器。


背景技术：

2.在电化学气体传感器中，目标化学物质与工作电极起反应。由于还原或者氧化过程，溶解的离子迁移通过电解液，优选地迁移至反电极并且在此再次起反应。这使得可以在电极处量取与反应成比例的并且由此与目标物质的浓度成比例的电参量。
3.通常，这种电化学气体传感器的优选液态或者凝胶状的电解液被布置在壳体的空腔内，并且在这种情况下，通过例如无纺布而被固定。然而，基本无法避免一部分电解液未被无纺布固定。造成这种情况的原因可能是偶然的，也可能是故意的。例如，有可能将过多电解液引入到空腔，要么因为疏忽要么是有意抵消未来的蒸发过程。引入的电解液还可能改变其体积，例如通过容纳或者释放诸如湿气的气体。还可以通过挤压无纺布，产生没有被无纺布束缚的过量电解液。
4.另一方面，这种气体传感器还预设了空腔的未灌满电解液的剩余容积。该剩余容积例如有利于压力平衡和通风。
5.然而，不希望这样的剩余容积注入过量的电解液和/或定义该剩余容积的壳体表面与电解液接触。一方面，为了电极上保持不变的传感器信号，无纺布应始终浸满恒定量的电解液。另一方面，无法确保曾经流入剩余容积超量部分的电解液重新找到其返回无纺布的路径，且例如其中一部分不会被空腔的内壁吸收或者保持附着于其上。
6.总体上，对于测量精度而言，非常重要的是，始终以电极之间相同的电解液配置进行测量。因此，本实用新型的目的在于，给出一种电化学气体传感器，该气体传感器处理电解液的过量部分，使得测量结果不会受影响。


技术实现要素：

7.该目的通过一种根据本实用新型所述的电化学气体传感器得以实现。
8.本实用新型还涉及一种用于检测目标气体的电化学气体传感器。这种气体传感器包括基板和壳体，其中壳体被安置在基板上和/或与其相连和/或紧固于其上。特别地，壳体和基板形成在内部具有空腔的构件。特别地，壳体具有安放到基板上的顶盖的形状。因为基板优选地在平面上伸展，即其在x或者说y方向上的宽度和长度分别定得大于其在z方向上的高度，所以基板遮盖顶盖状壳体的敞开侧。
9.在空腔内部预设有电解液。电解液优选地以液态或者凝胶状存在。就这一点而言，壳体和基板都是液体不可穿透的。因此，液态或者凝胶状电解液被关在空腔内，并且不能逸出，因为所有壳体组成部分和基板都阻止液体通过。
10.在基板的面对空腔的一侧上安置有至少一个电极和与电极电连接的印制导线。电极优选地被完全布置在基板上的空腔内部，并且与空腔内的电解液接触。与此相反，印制导线优选地密封地在壳体与基板之间从空腔中引出到壳体外部的区域内。
11.电解液并非填满或者注满整个空腔，而是仅填充或者灌注其中一部分。因此，空腔存在注满气体混合物(优选空气)的剩余容积。为了即使是例如在气体传感器旋转并且电解液由此将流入空腔的剩余容积中时，电解液仍同样地保持与电极的接触，预设了用于固定电解液的元件。该元件优选地被布置在一个或更多个电极上方，并且优选地被电解液浸透。该元件优选地是无纺布，即包括方向不规则的纤维的非纺织的织物。优选地，无纺布由硅酸盐、硼硅酸盐、碳化硅、碳、石墨、铝、玻璃纤维、塑料或其它惰性材料制成。优选地，无纺布的高度小于1000μm，优选地处于200μm到700μm之间，优选地处于300μm到350μm之间。因此，在空腔中为该元件预设了位置，该位置允许由元件覆盖至少一个电极并且由此确保电极与电解液之间的接触。空腔的其中装入了用于固定电解液的元件的子容积在下文中被称为第一子容积。
12.然而，现在，可以如开头已经提到的，用大于元件所能容纳的总量的电解液量灌注空腔。为了容纳电解液超量的这部分，空腔具有被称为第二子容积的第二部段。在气体传感器正常定向时，例如由x/y平面内的平面基板和基板上在z方向上定向的壳体所定义时，第二子容积优选地被布置在第一子容积上方。换言之：第二子容积在竖直的z方向上连接至第一子容积。由此保障了，当第一子容积已满时，第二子容积注入超量的电解液。
13.现在，第二子容积的特征在于，其至少也由壳体中的毛细管定义。该毛细管用于将电解液的超量部分羁留在第二子容积内并且用于阻挡其涌入至空腔的第三子容积中。第三子容积优选地在竖直方向z上，位于第二子容积上方并且呈现为空腔的最上方部分。第三子容积优选地是空腔的注满了空气或者其它气体的部分，该部分就其本身而言优选地与第四子容积相连，而第四子容积有利于排气和压力平衡。第三子容积还有利于尽可能容许壳体的机械变形，而不会影响电解液的定位。
14.期望的是，最后提及的空腔部段不与电解液接触，特别地不与电解液的过量部分接触。然而，该过量部分没有用元件固定，并且在没有其它措施的情况下，可自由地在剩余空腔内移动。现在，通过预设在第一子容积与第三子容积之间的毛细管，留住这种任何情况下都存在的电解液超量部分。由此防止超量的电解液被射入第三子容积。因此，空腔中的所有电解液要么被元件固定在第一子容积内，要么由毛细管留在第二子容积内。连接至第二子容积的第三子容积和任何后续的补全空腔的子容积由此被保持为没有电解液。
15.这些措施具有以下优点：电解液与电极之间的接口(在环境条件保持不变的情况下)始终保持恒定，因为电解液配置始终保持恒定。电解液配置指的是整个电解液的定位，即固定元件中的部分的定位和过量部分的定位。这是因为在固定元件中的紧邻的部分不变的情况下，电解液的过量部分的定位不会改变。电解液配置不必随时保持恒定，而是可以完全通过环境条件(压力、湿度、温度、压缩、张力等)的变化而改变。该措施的优点在于，最后提及的环境条件的可逆变化只会引起电解液配置的可逆变化。一旦环境条件再次恢复成起始状态，则电解液配置并且由此测量信号也都恢复成起始状态。换句话说，这些措施使得稳定的测量信号生成，该测量信号不会受电解液的超量部分和其在空腔内的可变的停留地点的不良影响。特别地，防止了超量的电解液与由元件固定的电解液分离，而这一场景会对测量结果产生显著的不良影响。也防止了元件干燥地运转，即没有充分地浸透，因为例如部分量的电解液停留在空腔的其它部段内，而非停留在用作溢流池的第二子容积内。因为由电极上的传感器信号所代表的测量结果现在基于电解液在第一子容积与第二子容积内的定
义的停留地点，所以传感器信号是稳定的，即在相同的环境条件下是恒定的。当传感器的结构越小，传感器信号对于发生改变的电解液条件的敏感性越显著时，这一点就更加重要。就这一点而言，在传感器信号的质量保持不变的情况下本气体传感器才允许气体传感器部件的微型化和/或一定的弹性。
16.特别地，通过溢流区域中元件/无纺布与毛细管的组合，持续地确定电解液的局部布置，更确切地说，与机械和/或环境影响无关，诸如外部作用力，特别是碰撞、压力变化或者湿度影响。因此，避免了特别是在气体传感器薄和/或小的情况下传感器信号的降级。毛细管对此有贡献，其防止电解液溢出到第三子容积中，整个第二子容积也是如此，优选地确定其尺寸，使得能够抵御电解液的容积变化。
17.通过第一子容积和第二子容积的造型以及用于将电解液固定在第一子容积内的元件的使用，防止了超量的电解液溢流到第三子容积内并且不再从此处回流。相对彼此地确定第一子容积和第二子容积的尺寸，使得第一子容积大于第二子容积，从而通过元件固定绝大部分电解液。尽管如此，第二子容积为超量的电解液提供了充足的空间，无论是由温度变化和/或湿度变化，还是由元件的机械压缩或类似情况引起的。
18.气体传感器的测量结果变得更精确，并且特别地，与超量电解液的量和气体传感器相对于重力的取向无关，在目标气体浓度保持不变时始终保持不变。这是因为毛细管抑制超量电解液转移到第三子容积中和空腔的任意另外的子容积中，即使是有由例如碰撞、下落等造成的对于气体传感器的机械影响。
19.因此，根据本发明，气体传感器的空腔被虚拟地分为多个部段(称为子容积)，其具有不同三维形状，特别地具有不同的横截面积，并且具有不同的功能。在这种情况下，横截面积匹配于单个部段的功能。特别地，空腔的三个子容积(即第一子容积、第二子容积和第三子容积)优选地共同形成竖直的柱/竖直的通道，其在单个部段内具有不同的横截面积并且由此还具有不同的直径。优选地，这些横截面积中的至少两个是关于横向于基板的轴呈点对称或者轴对称的。然而，在这种情况下，各个子容积的横截面积也可以具有不同的外形。
20.优选地，空腔的连接至基板的部分是第一子容积。电解液应停留在该第一子容积中，并且由此为了预设的化学能——电能转换而与电极接触。因此，第一子容积可以被理解为原本的用于电解液的水池。在这种情况下，以元件，优选以无纺布装满第一子容积的至少一部分(但是优选地，整个第一子容积)，以固定电解液。就这一点而言，优选的是，电解液的量匹配于第一子容积(含元件)。优选地，空腔的被元件填满的部分被定义为第一子容积。
21.第二子容积在竖直方向上连接至第一子容积，并且用于容纳电解液的超量部分，而该超量部分不能被元件固定在第一子容积内。
22.第三子容积在竖直方向上连接至第二子容积，并且应用作通常注入了例如空气等气体的无电解液的地带。
23.一方面希望第二子容积尽可能大，另一方面又希望其尽可能小：尽可能小以实现毛细管效应并且在于使气体传感器尽可能小且扁平；相反，尽可能大以容纳尽可能多的超量电解液。
24.因此，第二子容积优选地包括两个具有不同横截面积的部段或者部分。在这种情况下，第一部段连接至第一子容积。后续的第二部段代表毛细管。两个部段共同形成用于过
量电解液的贮存器。优选地，第二子容积的第一部段不发挥任何毛细管效应，而第二子容积的第二部段引起毛细管效应。
25.因此，第一部段的横截面积优选地大于毛细管的横截面积，并且优选地等于或者小于第一子容积的横截面积。如果其等于第一子容积的横截面积，则这些横截面积是全等的并且过量电解液均匀盖住元件。如果其小于第一子容积的横截面积，则在第一子容积上产生穿过壳体的突出部，其用于将元件固定在其在第一子容积内的位置上。
26.优选地，毛细管的横截面是圆形的，具有在径向方向或者大致径向方向上的隆起部。优选地，整个横截面也可以由在共同中心点处相交的直线部段组成，如稍后在附图中所示。这种几何形状防止例如由于机械影响而产生电解液滴。这些液滴是非期望的，并且可能例如由于毛细管力被克服更快地进入第三子容积。
27.优选地，毛细管k通过径向方向上收缩的隆起部，发挥毛细管作用。由此，所属的横截面积受以下标准的约束：中间的圆形区域的直径处于1mm到6mm之间，优选地处于2mm到5mm之间，优选地处于3mm到4mm之间。隆起部的最宽部位处于0.7mm到2.1mm之间，优选地处于1mm到1.8mm之间，优选地处于1.3mm到1.5mm之间。
28.由于对于毛细管的横截面积的这一限制，第三子容积的横截面积优选地在任何情况下都大于毛细管的横截面积。因此，在从毛细管过渡至第三子容积时，横截面积变大。另一方面，毛细管的横截面积优选地小于第一子容积的横截面积，并且优选地也小于元件的横截面积。
29.有利的是，气体传感器的壳体包括由多个上下重叠地布置在基板上的、堆叠的层组成的层结构。因此，优选地，从基板开始增材地构建壳体。在这种情况下，在本实用新型的一种改进方案中，一个或更多个层分别定义附属的子容积。换言之，通过(在此在z方向上的)层变更，表征一个子容积到另一子容积的过渡。
30.为了将目标气体供应至电极，在基板中预设有至少对于目标气体而言可穿透的进气区域。优选地，该进气区域对于一般气体都是可穿透的，因为在气体传感器的一种应用中，应针对一种或更多种物质，特别地针对定义的目标气体，检验气体传感器的环境中的空气。因此，目标气体是要用电化学气体传感器识别的气体，优选地也识别其浓度。目标气体可以是例如co、co2、so2、no、no2、o3或者ch2o。就这一点而言，进气区域优选地对于环境空气是可穿透的，而非待检验的气体混合物。在一种改进方案中，目标气体选择性过滤器可以被连接在基板中的进气区域的上游或下游。
31.优选地，基板在进气区域中是透气的，使得气体可以穿过基板。因此，没有预设基板包括作为进气区域的宏观开口。更确切地说，基板在进气区域内也具有一种材料，该材料当然至少在此处是透气的。
32.在基板上引导至少一个电极，使得其可以至少部分地与穿过进气区域的气体接触。可能在任何时候存在于所供应的气体混合物中的目标气体可以随即与电极材料起反应。
33.除了通过第二子容积和第一子容积实现的连接外，在第三子容积与基板之间还预设有另外的通道，其被称为空腔的第四子容积。该第四子容积用于空腔的排气并且接入基板的排气区域。排气区域也被设计为透气的，从而可以实现空腔与环境之间的气体交换并且由此特别地实现压力平衡。特别地，在温度条件和/或气压条件变化时，总是会出现空腔
与环境之间的压差。根据具有不同气候或者气压条件的使用地，可以引起这种压差，其随即可以经由基板的排气区域，通过空腔与环境之间的气体交换实现。而且，在生产气体传感器的过程中，例如在所使用的材料硬化时，也会出现剧烈的温度波动，这会引起通过排气区域来平衡的压差。
34.因此，基板优选地是没有宏观孔或者其它制成的穿孔的平面模块，而是优选地通过适当的材料选择和/或材料处理在内部具有使得气体可以穿过基板材料的特性。为此，至少在进气区域和排气区域内，基板特别地由多孔且由此透气的材料制成。进气区域外与排气区域外的基板也可以被设计为不透气的。然而，在一种有利的替代方案中，整个基板是多孔的并且由此被设计为透气的，即统一由多孔、透气的材料制成。
35.但是，在两种替代方案中，基板优选地由聚合物材料制成。优选地，基板的材料包含多孔的聚四氟乙烯，或者多孔的聚酰亚胺，或者多孔的聚乙烯，或者多孔的聚丙烯，或者多孔的聚酯，或者多孔的聚氨酯，或者多孔的含氟聚合物，或者多孔的聚丙烯酸，或者多孔的纤维素聚合物，或者多孔的玻璃纤维，或者其混合物。优选地，基板薄于500μm，优选地为50μm到250μm之间薄。优选地，气孔的大小/直径小于100μm，优选地处于0.1μm到10μm之间。
36.如果整个基板都是多孔的，则特别地采取预防措施，以将基板的处于进气区域和排气区域外的区域设计为气密的。为此基板的这些选择性区域上的不透气的涂层可以发挥作用。优选地，基板的背离空腔的一侧具有这种涂层，即面对气体传感器的环境的一侧，气体通过该侧进入气体传感器。优选地，涂层包含聚合物，例如氟化乙丙烯聚酰亚胺。优选地，通过粘贴或者层压，将涂层施加到基板上(或者反过来)。涂层的厚度也可以大于基板的厚度。由此，涂层也可以同时用作基板的背板，并且机械地稳定并且保护基板。
37.然而，在个别情况下，基板的面对空腔的一侧也可以配备有这种气密的涂层，使得气体可以在整个背离空腔的一侧上渗入基板，但是只能在进气区域中并且理论上在排气区域中扩展到空腔。
38.在本实用新型的另一将整个基板设计为多孔的改进方案中，这种不透气的涂层被优选地预设在基板的整个背离空腔的一侧上，白话来讲，预设在其底面上。因此，优选的是，基板的侧向端面形成进气区域和排气区域。
39.在任何情况下，进气区域和排气区域都是基板中定义的、明确界限的区域，其特别地也在空间上相互隔开距离。
40.因为进气区域和排气区域现在都被预设在基板内，所以壳体不需要包括任何穿孔、开口或类似结构，其随即又将围绕膜、遮盖物或者其它保护性预防措施而扩展，以保护空腔免于溅水或其它环境影响。因此，排气区域和进气区域也是平衡的。特别是当通过基板的多孔特性实现排气区域和进气区域时，无需预设任何其它的用于溅水防护的措施。这又允许电化学气体传感器的明显简化的自动化大规模生产，特别地，因为无需任何额外的诸如膜或者如上文中描述的其它保护元件等组成部分。壳体以及由此整个气体传感器都在其生产方面得以简化，并且由此更好地适应于自动化生产。
41.优选地，在空腔中预设有隔板，其以投影在基板上的方式布置在进气区域与排气区域之间。隔板优选地同样构建成多层，优选地构建成与剩余壳体相同的层。
42.电解液与电极接触，以确保目标气体的化学能——电能转化。在这种情况下，选择电极的材料，使得其与目标气体起反应，即当目标气体遭遇电极时，目标气体氧化或者还
原。就这一点而言，电极是气体传感器的工作电极。由于由目标气体触发的针对目标气体选出的电极材料的还原或者氧化过程，溶解的离子迁移穿过电解液。举例而言，电解液可以使h2so4或者离子液体。优选地，预设有另外的电极作为反电极。溶解的离子在反电极上起反应，使得在电极上可以量取与目标气体浓度成比例的电参量。优选地，还可以预设第三电极作为参考电极，用以设定工作电极的电势。无关于电极数量，每个电极都优选地被安置到基板上，与电解液接触，具有附属的印制导线，而印制导线优选地在壳体与基板之间被引向外部。
43.基板的底面优选地大于壳体的底面。因此，基板在至少一侧上突出于壳体。优选地，在该侧上，印制导线在壳体与基板之间被引向外部，使得基板也在空腔的外部用作印制导线的支撑体。印制导线随即可以在此例如接入垫片，以便被电气接合并且由此例如与远程的评估单元(例如微处理器)相连，该评估单元评估由气体传感器提供的信号和/或控制一个或更多个电极上的电势。
44.气体传感器优选地是微气体传感器，其边缘均小于20mm，因此其底面积优选地小于400mm2，并且特别地，其边缘长度小于15mm，并且由此其底面小于225mm2。在气体传感器小于2.5mm的优选高度下，得到小于1000mm3的体积，或者说优选地甚至小于600mm3的体积。为了制造根据其中一种前述改进方案所述的气体传感器，首先提供基板，其优选地在第一侧上包括至少一个电极，该电极已经优选地在基板的同一侧上与印制导线相连。随后，在基板上创建壳体的一部分，优选地以增材制造的方式。壳体的该第一部分与基板共同定义第一子容积和第二子容积。第一壳体部分具有毛细管，其至少共同定义第二子容积。在创建第一壳体部分的过程中或者之后，将元件(例如无纺布)引入到第一子容积内，以固定后续要引入的电解液。可以通过装入例如被裁切成期望质量的预制元件，实现引入。然而，也可以通过涂装另外的层进行创建，其最终仅保留在第一子容积内。
45.在任何情况下，在将元件插入到第一子容积之后，以电解液注满其本身，更确切地说，通过作为注入口的毛细管进行灌注。元件束缚电解液，并且电解液由此当场与一个或更多个电极接触。
46.在用电解液灌注空腔后，在第一部分上创建壳体的另一部分，即完成壳体，使得空腔也被补全。该空腔现在包含第一子容积、第二子容积和第三子容积。未被元件固定的超量的电解液的量至少部分地注入第二子容积。然而，毛细管将该超量的部分留在第二剩余容积内，特别地防止其涌入毛细管之后的第三子容积。
47.通过气体传感器壳体的和所有相关传感器部件的层状结构，气体传感器可以具有极其紧凑的尺寸，如之前给出的。
48.优选地，至少通过在基板上施加至少一个第一层并且使其具有结构，在基板上创建壳体的第一部分，该至少一个第一层共同定义第一子容积。在施加至少一个第一层并且使其具有结构的过程中或者之后，优选地将元件装入第一子容积/在第一子容积中创建元件。接下来，在至少一个第一层上施加至少一个第二层并且使其具有结构，该至少一个第二层定义第二子容积。
49.在一种有利的改进方案中，在至少一个第二层上施加至少一个第三层并且使其具有结构，该至少一个第三层定义第三子容积。在施加至少一个第三层并且使其具有结构之后，至少通过毛细管，用电解液注满第一子容积。最终，通过在至少一个第三层上施加至少
一个覆盖层，创建壳体的另一部分，以在竖直方向上封闭空腔。
50.在一种替代的变体中，在已经施加至少一个第二层并且使其具有结构之后，通过毛细管，用电解液注满第一子容积。随后，通过在至少一个第二层上施加至少一个第三层并且使其具有结构，开始制造壳体的另一部分，该至少一个第三层至少共同定义第三子容积。最后，通过在至少一个第三层上施加至少一个覆盖层，在竖直方向上封闭空腔。
51.如果预设有两个第二层，则第一层上的其中一个第二层和第一层本身都优选地被设计为纯热塑性薄膜，例如由fep(氟化乙丙烯)制成，或者借助于热稳定的载体膜，例如pi，其分别涂覆有热塑性塑料，例如fep。借助于热塑性涂覆工艺，彼此重叠地紧固这些层。这些层中的每一层的厚度优选地都处于0.05mm到0.13mm之间。
52.优选地，定义毛细管的另一个第二层、第三层和第四层借助于压敏胶粘剂相互连接。在这种情况下，每个层都被设计为塑料载体膜，其由pet或者pp制成，分别根据需求，在一侧上或者两侧上涂覆有丙烯酸胶粘剂。这些层中的每一层的厚度优选地都处于0.1mm到0.6mm之间。这些层通过应用压力而持久地拼合。
53.上文中给出的基板的提供可能包括：向基板的一侧压印一个或更多个电极；向基板的同一侧压印一个或更多个印制导线；对于通常多孔的基板，在基板的与电极相对的一侧上施加具有结构的、不透气的涂层；同样优选地，借助于印刷技术；或者借助于另一涂覆方法；在此，首先可以在基板的其中一侧上施加电极和印制导线，并且随之在另一侧上进行涂覆；或者以相反的顺序进行。
54.在印刷电极和印制导线时，优选地使用喷墨印刷技术或者丝网印刷技术或者模版印刷技术。优选地，电极的厚度小于200μm，优选地处于100nm到125μm之间。优选地，为此使用或者掺合金属作为电极，优选pt、au、ag、pd、ru、rh、ir、fe或者ni或者碳。
附图说明
55.根据基于附图做出的后续描述，得出本实用新型的其它设计方案、优点和应用。在附图中：
56.图1以剖视图示出了本实用新型的一种实施方案提供的电化学气体传感器；
57.图2示出了本实用新型的一种实施方案提供的根据图1的电化学气体传感器的剖视图，其中包括另外的参考标记和阐述性的参量；
58.图3示出了本实用新型的一种实施方案提供的根据图1和图2的电化学气体传感器的剖视图，其中包括另外的参考标记和阐述性的参量；
59.图4在简图a)中示出了根据图1至图3的电化学气体传感器的俯视图，其中不包括元件14，而在简图b)中示出了根据图1至图3的电化学气体传感器的俯视图，其中不包括元件122、13和14；
60.图5在简图a)至e)中示出了根据图1至图4的电化学气体传感器的元件11到14的分解图；
61.图6以另一电解液配置示出了本实用新型的一种实施方案提供的根据图1至图3的电化学气体传感器的剖视图。
具体实施方式
62.在所有附图中，相同元件均以相同的附图标记标出。
63.图1以剖视图示出了本实用新型的一种实施方案提供的电化学气体传感器。在这种情况下，预设有多孔的、在x和y方向上延伸的平面基板2，其与布置于其上的壳体1一同形成空腔10。在基板2的面对空腔10的一侧21上施加有至少一个电极6和印制导线7。电极6和印制导线7在此相互电连接。在这种情况下，在壳体1与基板2之间将印制导线7引向外部。在其底面x、y中，基板2在至少一个方向(在此为x方向)上突出于壳体1的底面x、y。印制导线7在基板2的该突出的部段上，被引向外部，即被引导至壳体1的外部。在此，可以通过接入端ace接合印制导线7，并且由此量取对于确定的目标气体浓度成比例的气体传感器电信号。在基板2的背离空腔10的一侧22上预设有包括定义的空隙的不透气的涂层23。这些空隙一方面定义用于待检验的气体混合物的进气区域3。气体混合物在该进气区域3中穿透多孔透气的基板2，并且和与电解液5接触的电极6起反应。电极6至少部分地覆盖进气区域3。电解液5也邻接进气区域3。电解液5优选地以液态或者凝胶状存在。
64.不透气的涂层23进一步定义基板2的排气区域4。该排气区域4邻接空腔10的未被电解液5填满的剩余容积v。相反，在其中存在气体混合物，优选环境空气。通过排气区域4，可以平衡剩余容积v中相对于外部环境的超压或者负压。因此，一般而言，排气区域4允许空腔10与外部环境之间的压力平衡。作为壳体1的组成部分的隔板11进一步将电解液5与排气区域4隔开。
65.在空腔10中预设有元件8，用以容纳和/或留住和/或固定电解液5。优选地，元件8是无纺布，其优选地由硅酸盐、硼硅酸盐、碳化硅、碳、石墨、铝、玻璃纤维或者塑料制成。在当前情况下，元件8不足以容纳全部的电解液5。就这一点而言，电解液5还注入空腔10的在竖直的z方向上位于元件8上方的部分。
66.图2以剖视图示出了相同的根据图1的电化学气体传感器，其中包括另外的参考标记和阐述性的参量。在此，焦点在于空腔10的形状和壳体1的结构。空腔10可以被虚拟地划分为具有不同功能的单个部段，被称为子容积。因此，空腔的本身连接至包括电极6的基板2上的部分是第一子容积v1。在使用气体传感器时，电解液5在该子容积v1内积聚并且由此与电极6或者多个电极接触，以便额能够进行化学能——电能转换。第一子容积v1因此就是用于电解液5的水池。在这种情况下，至少第一子容积v1的一部分填充有元件8，优选地填充有无纺布，以固定第一子容积v1中的电解液5。在当前实施例中，甚至在电极6旁的部段在略图中看上去像是并未填充时，无纺布仍填满整个子容积v1。这要归咎于示意图的原因，因为电极6被施加到基板2上并且通常具有图上不能识别的若干μm的高度。然而，在另一变体中，不必以无纺布/元件8填充整个第一子容积v1。因此，部分的填满同样是可能的。总而言之，第一子容积v1用于容纳电解液5，电解液通过元件8/无纺布羁留在第一子容积v1中。就这一点而言，优选的是，电解液5的量匹配于第一子容积v1(含元件8)并且与之对应。优选地，空腔10被元件8填满的部分被定义为第一子容积v1。
67.然而，出于开头提及的原因，电解液5的量可能超出第一子容积v1(含元件8)，无论是早在刚灌注空腔10之后，还是由于上述效应而在运行过程中。就这一点而言，第二子容积v2连接至第一子容积v1。第二子容积v2用作电解液5在第一子容积v1内的常用停留地点的溢流区域。
68.那么在竖直的z方向上布置在第二子容积v2上方的第三子容积v3有意识地用作无电解液的地带，通常注入了气体，例如空气，并且用作用于压力变化的平衡容积。
69.在所显示的实施例中，第四子容积v4被通道状地布置在第三子容积v3与基板2之间。其将第三子容积v3与基板2中透气的排出口4相连，过量的气体可以通过该排出口从空腔10中逸出。
70.在生产技术上优选的是，气体传感器的壳体1是由多个上下重叠地布置在基板2上的、堆叠的层11至14制成的层结构。因此，优选地增材地制造生产壳体1并且从基板2开始增材地进行构建。在这种情况下，优选地，一个或更多个层11至13分别定义附属的子容积，第四子容积v4例外。换言之，通过(在此在z方向上)层变更，表征一个子容积到另一子容积的过渡。
71.因此，在当前实施例中，在基板2上施加第一层11并且使其具有结构，使得在其中得到用于第一子容积v1、第四子容积v4的一部分以及用于到印制导线7的接入端ace的空隙。特别地，在此，一个层/覆层/薄膜将第一子容积v1在其z方向上的高度上准确地定义。然而，同样地，可以上下重叠地在z方向上预设多个第一层11，以定义第一子容积v1。因此，在-z方向上由基板2，在侧面上由第一层11限定并定义第一子容积v1。在+z方向上，第一子容积v1过渡至第二子容积v2。在当前实施例中，第一子容积v1于元件8结束。
72.在当前情况下，第二子容积v2由两个“第二”层121和122定义。第二层121和122也具有结构，使得其空隙定义第二子容积v2和第四子容积v4的多个部分。第三子容积v3又在z方向上连接至第二子容积v2，并且在当前情况下，由第三层13定义。气体传感器在z方向上由没有空隙的第四层14封闭。
73.图3示出了根据图1和图2的电化学气体传感器的剖视图，其中包括另外的参考标记和阐述性的参量，并且结合图4，特别地图解了子容积在x/y平面内的外形和尺寸。在此，图4在简图a)中示出了根据图1至图3的电化学气体传感器的俯视图，其中不包括层14，而在简图b)中示出了根据图1至图3的电化学气体传感器的俯视图，其中不包括层122、13和14。
74.在图3中，在符号上，为子容积v1至v4的横截面积引入了所属的参考标记q1至q4。然而，在另一变体中，参考标记q1至q4也能代表子空腔v1至v4的所属直径。在当前实施例中，第二子容积v2由两个围成框的层121和122定义，这些层定义第二子容积v2的不同所属部分v12和v22。特别地，这些部分v21和v22也在x/y平面内具有不同的横截面积q21和q22。
75.结合图4a)，可以看到，在当前的实施例中，第一部分v21的横截面积q21具有在x/y平面内关于轴线对称的横截面积q。通过虚线的圆圈，标明了位于下方的容积v1连同其圆形横截面积q1，该横截面积q1是关于根据图3的竖轴z-z
‘
对称的。在当前情况下，横截面积q21小于横截面积q1。
76.参考图4b)，可以看到，第二部分v22的横截面积原则上具有与第一部分v21的横截面积相同的形状，并且由此同样是轴对称的，但是其横截面积q22更小，这提供了毛细管效应。图4b)示出了更高的平面，其中第三子容积v3原则上具有与部分v21和v22相同的形状，并且由此同样是轴对称的，但是现在其横截面积q3又大于q22。额外地，可以看到，第三子容积v3额外地具有通道，用以与第四子容积v4相连，其表明了通向基板2的竖直通道的形式。
77.因此，总体上可以确定并且套用至子容积的其它轮廓，即优选地，第三子容积的横截面积无论如何都大于第二子容积的毛细管的横截面积。优选地，能够以如下方式对这一
技术原理进行扩展，即该比例也适用于没有通向第四子容积的通道的第三子容积。换句话说，在从毛细管过渡至第三子容积时，横截面积变大。另一方面，毛细管的横截面积优选地小于第一子容积的横截面积，并且优选地也小于元件的横截面积。进一步地，要求确定定义毛细管的层的尺寸，使得其可以引起毛细管作用。
78.优选地，如截至目前的实施方案中所示的，气体传感器可以包括第二子容积v2连接至第一子容积v1的部分v21。这意味着，第二子容积v2被分成没有毛细管效应的第一部分v21和有毛细管效应的第二部分v22。在这种情况下，第一部分v21的横截面积q21优选地大于毛细管v22的横截面积q22，并且优选地等于或小于第一子容积v1的横截面积q1。
79.图5在简图a)至e)中示出了根据图1至图4的电化学气体传感器的由层11至14得到的元件的分解图，这些元件对应地标有11s和14s。这样就通过层14，产生壳体的盖板14s，例如以所示的形状。盖板14s关闭了空腔并且保护气体传感器。盖板14s的层厚处于0.1mm到1mm之间，优选地处于0.2mm到0.6mm之间，优选地处于0.4mm到0.45mm之间。层13构成了壳体1的层结构中的间隔件13s。间隔件13s的层厚处于0.1mm到1mm之间，优选地处于0.3mm到0.7mm之间，优选地处于0.5mm到0.55mm之间。层13在此只定义具有示例性示出的形状的第三子容积v3，包含通向排气区域的通道。第三子容积v3有利于平衡电解液的体积变化(参见后续的图6)或者有利于壳体的机械变形的补偿。层122定义毛细管k/v22。根据该层122的功能，所属的元件可以被称为用于超量电解液5的上部贮存器122s。上部贮存器122s的层厚处于0.1mm到1mm之间，优选地处于0.25mm到0.75mm之间，优选地处于0.45mm到0.5mm之间。类似地，层121定义用于超量电解液的下部贮存器121s。下部贮存器121s的层厚处于0.05mm到1mm之间，优选地处于0.1mm到0.25mm之间，优选地处于0.15mm到0.2mm之间。贮存器121s和122s有利于容纳超量的电解液。其壁通常被电解液浸湿。层11最终定义具有容积v1的电解液腔11s，该容积在图5中也早已填充元件8/无纺布。无纺布8的层厚处于0.1mm到1mm之间，优选地处于0.2mm到0.7mm之间，优选地处于0.3mm到0.35mm之间。
80.图6示出了本实用新型的一种实施方案提供的根据图1至图3的电化学气体传感器的剖视图。然而，在此，用电解液5灌注空腔10的状态不同。相较于图1至图3，过量的并且由此并未被元件8留住的电解液部分更多。其原因可以是：壳体的机械变形或者热变形，这会减小电解液可用的容积，或者由于电解液可逆地容纳气体(例如由于环境湿度提高)而造成的电解液体积扩大。就这一点而言，该超量部分可能示例性地伸出到层122的上部边缘外，但是由于毛细管效应和/或表面张力而不会涌入到第三子容积v3中。该状态一方面会在对应的灌注状态下出现。替代地，超量电解液的量也可以明显更低，但是该超量的量例如在传感器旋转时，由于那时起作用的重力将要向着+z方向涌入第三子容积v3中。即使在这种场景中，毛细管k仍有助于在任何情况下，都不让电解液5的超量部分扩展到第三子容积v3中。
81.一般而言，对于气体传感器的构建，首先提供基板2，其包括至少一个位于其上的电极6和与电极6相连的印制导线7。可选地，此时，还可以已经在基板2的背面22上安置有不透气的涂层，并且必要时还可以使其具有结构，以便任何时候都在特定部位处闭锁优选多孔且因此透气的基板，以防气体从外部进入或者气体从内部逸出。参阅针对图1的讨论。在这样提供的基板2上，在其侧面21上施加了第一层11并且使其具有结构。特别地，通过结构化，得到了空隙。其中一个空隙定义第一子容积v1并且至少露出电极6的多个部分。另一空隙有助于创造第四子容积v4。印制导线7上方的另一空隙ace之后有利于气体传感器的电气
接合。现在，例如通过装入或者通过沉积或者通过涂覆，将无纺布8引入到第一子容积v1中。接下来，添加了第二层结构12。具体地，首先将“第一”第二层121涂装到现有结构上并且使其具有结构，使得特别地，在第一子容积v1上方产生部分v21。该部分v21的横截面积q21优选地等于或者小于第一子容积v1的横截面积q1。与此同时，还在该第一第二层s21中得到了有助于第四子容积v4的另一空隙。随即，在现有结构上涂装另一第二层121并且使其具有结构，使得特别地，在部分v21上方产生应发挥毛细管作用的部分v22。该部分v22的横截面积q22优选地小于第一子容积v1的横截面积q1，并且也小于第一部分v21的横截面积q21。与此同时，还在该第二层122中得到了贡献出第四子容积v4的另一空隙。随即，在现有结构上涂装第三层13并且使其具有结构，使得特别地，在子容积v1和v2上方产生第三子容积v3。该第三子容积v3的横截面积q3优选地大于横截面积q22。此时以电解液5灌注这样制成的物品。电解液5被穿过毛细管k，引入到第一子容积v1中，毛细管由此也用作注入结构。在另一步骤中，现在将第四层涂装到第三层上，其完整封闭第三子容积v3并且由此完整封闭空腔10。
82.虽然在本技术中描述了本实用新型的优选实施方案，但是要清楚地指出，本实用新型并不局限于此并且能够以其它方式进行实施。