Ein Abgassensor zur Messung von Kohlenwasserstoffen in Abgassystemen von Kraftfahrzeugen wird vorgestellt. Die Herstellung des Sensors erfolgt in planarer Dickschichttechnik. Wesentliche Bestandteile sind drei ZrO2-Folien, ein integriertes Heizelement, der Referenzluftkanal sowie die Referenz- und Außenelektrode. Als Materialien für die Außenelektrode werden verschiedene Pt/Au-Legierungen eingesetzt. Der Sensor gehört zur Klasse der Festelektrolytsensoren und arbeitet auf der physikalischen Basis des Nicht-Gleichgewichts- oder Mischpotentialprinzips. Mischpotentiale können entstehen, wenn bei unvollständiger Gleichgewichtseinstellung in der Gasphase und reduzierter katalytischer Aktivität der Elektrode mehrere Reaktionspartner an der Potentialeinstellung beteiligt sind. Das Potential, das durch die Reaktionskinetik bestimmt wird, ist von mehreren Einflußgrößen abhängig: die Konzentration der reagierenden Gaskomponenten, Material und Zustand der verwendeten Elektrode sowie die Temperatur. Bei statischen Messungen ist deutlich zu erkennen, daß das Sensorsignal stark von den Kohlenwasserstoffspezies abhängig ist. Neben der Kettenlänge der Kohlenwasserstoffe wirkt sich auch die jeweilige chemische Bindungsart auf deren Reaktivität aus. Alkine mit ihrer reaktiven Dreifachbindung führen zu größeren Sensorspannungen als vergleichbare Alkene, und diese zeigen wiederum größere Signale als die entsprechenden Alkane. Im Ergebnis eines Dauerlaufs ist eine reduzierte Sensorspannung hauptsächlich im Bereich kleiner Propenkonzentrationen zu beobachten. Untersucht werden die dynamischen Eigenschaften der Sensoren bei einer Sensortemperatur von 530 Grad C in einem mageren Grundgas mit 10 % O2 bei einer sprungartigen Änderung der Propenkonzentration von 200 ppm auf 0 ppm. Durch die Alterung werden die Reaktionszeiten von etwa 1 s bei neuen Sensoren auf 3 s nach der Alterung verlängert. Der Sensor ist zur Überwachung des Vorkatalysators im Abgassystem eines Motors mit Benzin-Direkteinspritzung geeignet. Die Querempfindlichkeiten des Sensors stellen für eine derartige Anw endung kein Hindernis dar.
Sensor in planarer Dickschichttechnik zur Messung von Kohlenwasserstoffen im Abgas von Kraftfahrzeugen
Planar thick film exhaust gas sensors
Tagung der VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik, Sensoren und Meßsysteme, 2000 ; 159-167
VDI-Berichte ; 1530
2000
9 Seiten, 3 Bilder, 2 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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