ELEMENTO SENSOR PARA DETERMINAR LA CONCENTRACION DE OXIGENO EN UN GAS DE TUBO DE ESCAPE DE UN MOTOR DE COMBUSTION Y METODO PARA SU PRODUCCION.

Elemento sensor para determinar la concentración de oxígeno en un gas de tubo de escape de un motor de combustión y método para su producción. Estado de la técnica La invención trata de un elemento sensor y de un método para la producción del elemento sensor según el concepto genérico de las respectivas reivindicaciones independientes. A partir de la DE 198 17 012 A1 se conoce por ejemplo un elemento sensor semejante y un método para la producción del elemento sensor. Entre una primera y una segunda lámina de electrolito sólido, el elemento sensor exhibe una barrera de difusión en forma anular que está rodeada por un espacio anular del gas de prueba a medir. En el espacio del gas a medir se disponen electrodos, a los cuales puede llegar un gas a medir ubicado fuera del elemento sensor a través de una abertura para el acceso del gas hecha en la primera lámina de electrolito sólido y de la barrera de difusión. Además, se conocen elementos sensores en los cuales el acceso del gas ocurre a través de aberturas dispuestas en el plano de la capa entre la primera y la segunda lámina de electrolito sólido. En compensación a las fluctuaciones de la resistencia de difusión de la barrera de difusión, motivadas por la producción, se varía de manera dirigida el diámetro del hueco de acceso del gas, y con ello el diámetro interno en la barrera de difusión. Para ello, en primer lugar se sinteriza un elemento sensor que proviene de una carga y se determina la denominada corriente limitante (flujo de bomba) de este elemento sensor, y mediante los resultados de medida se calcula el diámetro interno deseado de la barrera de difusión, y en los otros elementos sensores provenientes de la misma carga se ajusta el diámetro interno establecido mediante la acción de un taladro. En este contexto es desventajoso que el método para establecer la corriente limitante en el elemento sensor sinterizado y el ajuste inmediatamente posterior del diámetro interno de la barrera de difusión y de la abertura de acceso del gas, sea dispendioso en tiempo e intenso en costos. Además, es desventajoso que incluso después de la corrección arriba descrita de las fluctuaciones motivadas por la producción en la resistencia de difusión, la corriente limitante puede dentro de, porque el nivel de la barrera de difusión puede someterse a una dispersión dentro de una carga. Ventajas de la invención El elemento sensor acorde con la invención y el método para producción del elemento sensor acorde con la invención, con los rasgos característicos de la respectiva reivindicaciones independientes, tienen por el contrario como ventaja que la barrera de difusión puede ser elaborada con mayor exactitud después del sinterizado, de manera sencilla, eficiente en términos de tiempo y económica en cuanto a costos, para compensar las fluctuaciones en la resistencia de difusión motivadas por la producción industrial. Para este propósito, la barrera de difusión que está dispuesta entre una primera y una segunda lámina de electrolito sólido se recubre con una capa de recubrimiento sobre su lado orientado hacia el gas a medir. La capa de recubrimiento es impermeable al gas o por lo menos ampliamente impermeable al gas. De esta manera, la barrera de difusión y/o la capa de recubrimiento son elaboradas mediante una abertura a través para acceso del gas, la cual es elaborada en la primera lámina de electrolito sólido, y de este modo se ajusta la resistencia de difusión de la barrera de difusión en el elemento sensor sinterizado. Además, es ventajoso un método en el cual la barrera de difusión dentro del elemento sensor sinterizado se retire mediante un láser. En este contexto, es ventajoso que durante la remoción de la barrera de difusión mediante el láser, pueda medirse la resistencia de difusión de la barrera de difusión, estableciendo la corriente límite de una celda electroquímica del elemento sensor. En el sentido de este escrito, se entiende por un recubrimiento ampliamente impermeable al gas, un recubrimiento en el que la cantidad del gas a medir que fluye a través de la capa de recubrimiento corresponde como máximo al 10% de la cantidad total de gas a medir que fluye a través de la barrera de difusión. Mediante las medidas listadas en las reivindicaciones dependientes, son posibles perfeccionamientos ventajosos del elemento sensor mencionado en las reivindicaciones independientes y del método para la elaboración del elemento sensor. Preferiblemente, la capa de recubrimiento exhibe un orificio a través del cual el gas de prueba puede llegar al electrodo a través de la barrera de difusión; el orificio está dispuesto en una barrera de difusión cilíndrica o cilíndrica hueca, de manera centrada sobre la barrera de difusión, es decir, por ejemplo, como orificio circular cuyo punto medio está sobre el eje simétrico de la barrera de difusión. Mediante ello se garantiza que el camino de difusión del gas de prueba sea igual en gran medida hacia todas las zonas del electrodo. Para ello se prefiere además que la superficie cubierta por la capa de recubrimiento de la barrera de difusión esté dispuesta de manera paralela a un nivel de capa del elemento sensor, y que la primera lámina de electrolito sólido esté provista de un orificio (abertura para acceso de 2 ES 2 334 353 T3 gas); la capa de recubrimiento está dispuesta sobre el lado que limita con la abertura para acceso de gas de la barrera de difusión. Se prefiere que las aberturas para acceso de gas tengan forma cilíndrica y que las barreras de difusión tengan forma cilíndrica hueca. La capa de recubrimiento está configurada de forma anular y exhibe un agujero de forma circular. Los correspondientes puntos medios o bien los ejes centrales se encuentran respectivamente uno sobre otro. El diámetro d1 de la abertura de acceso de gas, el diámetro interno d2 de la barrera de difusión, el diámetro exterior d3 de la barrera de difusión y el diámetro d 4 de los agujeros de forma circular satisfacen de manera ventajosa la relación d 4 < d 1 < d 3. De forma particularmente ventajosa d 1 está en el rango de 0,6 mm a 1,8 mm y/o d 2 está en el rango de 0,2 mm a 0,6 mm y/o d3 está en el rango de 1,8 mm a 3,0 mm y/o d4 está en el rango de 0,2 mm a 0,6 mm. En una forma preferida de de realización, se cumple la relación d2 d4 < d1. En esta forma de realización el acceso de gas se efectúa tanto por el radio interno de la barrera de difusión como también por la zona no cubierta de la capa de recubrimiento de la barrera de difusión. Mediante esto, una parte del gas de escape tiene un trayecto de difusión más corto y se aumenta el flujo de difusión a través de la barrera de difusión. En otra forma preferida de realización d4 d2, de modo que la capa de recubrimiento sobresale sobre el radio interior de la barrera difusión y con ello protege la barrera de difusión del depósito de los componentes dañinos del gas de escape. Preferiblemente, el espesor de capa de la capa de recubrimiento es por lo menos tan grande como el espesor de capa de la barrera de difusión de manera que se garantiza la estabilidad mecánica de la zona que sobresale de la capa de recubrimiento. De modo alternativo a la geometría de forma cilíndrica hueca, para la abertura de acceso de gas, la barrera de difusión y el espacio de gas a medir también puede proveerse una geometría lineal, en la que se disponen uno detrás de otro la barrera de difusión y el espacio de gas a medir y exhiben aproximadamente el mismo ancho y la misma altura (incluyendo la capa de recubrimiento). La abertura para acceso de gas se elabora, por ejemplo, como una rendija en la primera lámina de electrolito sólido y el ancho de la rendija corresponde al ancho de la barrera de difusión. En una forma alternativa de realización, entre la capa de recubrimiento y la primera lámina de electrolito sólido se dispone otra barrera de difusión. El gas a medir o un componente del gas a medir puede así alcanzar los electrodos a través del agujero en la capa de cubrimiento y a través de la barrera de difusión o directamente por la otra barrera de difusión. El gas a medir que se difunde a través de la otra barrera de difusión no fluye a través del agujero en la capa de recubrimiento recubrimiento. De este modo, la resistencia de difusión se compone de un componente de la otra barrera de difusión y de un componente del agujero en la capa de recubrimiento y de la barrera de difusión. Mediante la repartición del flujo de difusión en dos ramales se simplifica la igualación de la resistencia de difusión, puesto que el flujo completo de difusión no tiene lugar a través del agujero de la capa de recubrimiento. De modo ventajoso, el diámetro interno de la otra barrera de difusión es mayor que el diámetro interno de la abertura de acceso de gas. Preferiblemente, la barrera de difusión...

1. Elemento sensor (10) para evaluar una propiedad física de un gas de prueba a medir, con una primera lámina de electrolito sólido (21) y una segunda lámina de electrolito sólido (22) y con una barrera de difusión (41) dispuesta en un plano de capa entre la primera y la segunda lámina de electrolito sólido (21, 22), caracterizado porque sobre la barrera de difusión (41) está provista zonalmente una capa de recubrimiento (44) impermeable a los gases o está provista una capa de recubrimiento (44), en la cual la cantidad del gas de prueba que fluye a través de la capa de recubrimiento (44) corresponde como máximo a un 10 por ciento de la cantidad total del gas de prueba que fluye a través de la barrera de difusión (41), de manera que en las zonas en las cuales está provista la capa de recubrimiento (44) sobre la barrera de difusión (44), por lo menos se impide ampliamente la difusión del gas de prueba en o desde la barrera de difusión (41). 2. Elemento sensor según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa de recubrimiento (44) está provista en un plano de capa entre la primera lámina de electrolito sólido (21) y la barrera de difusión (41). 3. Elemento sensor según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el elemento sensor (10) exhibe una abertura para el acceso de gas (59), y el gas de prueba puede llegar a través de la abertura para el acceso de gas (59) y la barrera de difusión (41) hasta un electrodo (32, 33) dispuesto dentro del elemento sensor (10), donde la capa de recubrimiento (44) está provista sobre el lado de la barrera de difusión (41) orientado hacia la abertura de acceso del gas (59). 4. Elemento sensor según una de las reivindicaciones antecedentes caracterizado porque la capa de recubrimiento (44) está expuesta por lo menos zonalmente en forma directa al gas de prueba, y porque la capa de recubrimiento (44) exhibe una abertura (54), a través de la cual el gas de prueba o un componente del gas de prueba puede sobre la barrera de difusión (41) alcanzar un electrodo (32, 33). 5. Elemento sensor según la reivindicación 4, caracterizado porque la abertura (54) de la capa de recubrimiento (44) está dispuesta de manera central respecto a la barrera de difusión (41). 6. Elemento sensor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la superficie cubierta por la capa de recubrimiento (44) de la barrera de difusión (41) es paralela a un plano de capa del elemento sensor (10). 7. Elemento sensor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una abertura para el acceso de gas (59) introducida en la primera lámina de electrolito sólido (21) exhibe un diámetro interno d 1, porque la barrera de difusión (41) está conformada de manera cilíndrica o cilíndrica hueca, donde d 2 describe el diámetro interior de la barrera de difusión (41) cilíndrica hueca y d3 describe el diámetro exterior de la barrera de difusión (41) cilíndrica o cilíndrica hueca, y porque la capa de recubrimiento (44) exhibe una abertura de forma circular con un diámetro d4. 8. Elemento sensor según la reivindicación 7, caracterizado porque d 4 < d 1 < d 3. 9. Elemento sensor según las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque d1 está en el rango de 0,6 mm a 1,8 mm y/o porque d 2 está en el rango de 0,2 mm a 0,6 mm y/o porque d 3 está en el rango de 1,8 mm a 3,0 mm y/o porque d 4 está en el rango de 0,2 mm a 0,6 mm. 10. Elemento sensor según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque d2 d4. 11. Elemento sensor según una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque d 4 d 2 < d 1. 12. Elemento sensor según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque las aberturas con los diámetros d1, d2, d3 y d4 están dispuestas de manera mutuamente concentrica. 13. Elemento sensor según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre la capa de recubrimiento (44) y la primera lámina de electrolito sólido (21) está dispuesta otra barrera de difusión (41a). 14. Elemento sensor según la reivindicación 13, en la extensión en que se refiere a la reivindicación 2, caracterizado porque el gas de prueba o un componente del gas de prueba puede alcanzar los electrodos (32, 33) a través de la otra barrera de difusión (41a), sin pasar a través de la abertura (54) de la capa de recubrimiento (44). 15. Elemento sensor según las reivindicaciones 13 o 14 caracterizado porque la otra barrera de difusión (41a) tiene forma de anillo y exhibe un diámetro interior d 5, donde d 1 d 5 y/o d 4 d 5. 16. Elemento sensor según una de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque el diámetro exterior de la capa de recubrimiento (44) es mayor al diámetro interior d5 o corresponde al diámetro interior d5. 17. Método para la producción de un elemento sensor (10) según una en las reivindicaciones precedentes, donde el elemento sensor (10) incluye una barrera de difusión (41), la cual está dispuesta entre una primera y una segunda 7 ES 2 334 353 T3 lámina de electrolito sólido (21, 22), caracterizado porque en un lado de la barrera de difusión (41), la cual mira hacia un gas de prueba que se encuentra ubicado fuera del elemento sensor (10), tiene aplicada una capa de recubrimiento (44), la cual es impermeable a los gases o por lo menos ampliamente impermeable a los gases según un proceso de sinterizado, de modo que la cantidad de gas de prueba que fluye a través de la capa de recubrimiento (44) es como máximo de 10% de la cantidad de la totalidad de gas de prueba que fluye a través de la barrera de difusión (41), y porque la capa de recubrimiento (44) es removida para ajustar la resistencia de difusión de la barrera de difusión (41). 18. Método según la reivindicación 17, caracterizado porque la capa de recubrimiento (44) es removida después de un proceso de sinterizado, mediante un láser (81). 19. Método según la reivindicación 18, caracterizado porque mediante el láser (81) también se remueve una zona de la barrera difusión (41). 20. Método según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque en la primera lámina de electrolito sólido (21) se introduce una abertura para el acceso de gas (59) y porque el láser (81) remueve la capa de recubrimiento (44) a través de la abertura para el acceso de gas (59). 21. Método según una de las reivindicaciones 17 a 20, caracterizado porque el elemento sensor (10) abarca una celda electroquímica, porque el gas que se encuentra en el exterior del elemento sensor (10) puede alcanzar un electrodo (32, 33) de la celda electroquímica a través de la barrera de difusión (41), y porque durante la remoción y/o antes o después de la remoción o de una fase de la remoción se mide una corriente limitante de difusión, en el cual el elemento sensor (10) está expuesto a un gas de prueba y en la celda electroquímica se aplica voltaje, donde el voltaje es tan alto que la celda electroquímica es operada en el rango de corriente limitante, y además se mide la corriente limitante que fluye a través de la celda electroquímica, a causa del voltaje aplicado, donde la remoción se continúa hasta que se alcanza un valor prefijado para la corriente limitante. 22. Método según una de las reivindicaciones 17 a 21, caracterizado porque durante la remoción de la barrera difusión (41) mediante un láser (81), el residuo generado durante la remoción es retirado por medio de una corriente de aire (82) encausada por una tobera de inyección (83) sobre la barrera de difusión (41). 23. Método según la reivindicación 22, caracterizado porque la corriente de aire exhibe una presión parcial de oxígeno correspondiente a la del aire atmosférico, y porque se calienta la corriente de aire a aproximadamente la temperatura de operación del elemento sensor (10), en particular sobre 500 grados celsius, preferiblemente a 750 grados celsius. 8 ES 2 334 353 T3 9 ES 2 334 353 T3 ES 2 334 353 T3 11 ES 2 334 353 T3 12 ES 2 334 353 T3 13