(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素センサの漏れ電流の検査方法であって、
前記酸素センサは少なくとも１つの加熱素子、外部及び内部電極及びこれらの電極の間に配置された固体電解質を有し、
前記加熱素子には第１の電圧が印加される、酸素センサの漏れ電流の検査方法において、
前記電極のうちの少なくとも１つ（２１）には第２の電圧（Ｕ２）が印加され、該第２の電圧（Ｕ２）は第１の電圧（Ｕ１）と固体電解質（１９）の分解電圧との和よりも大きく選択されている、
ことを特徴とする、酸素センサの漏れ電流の検査方法。
【請求項２】
前記第１の電圧（Ｕ１）は、固体電解質が漏れ電流の発生に関する検査の行われる領域において６００〜８００°Ｃに加熱されるように選択されている、
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
外部の加熱装置によって固体電解質の漏れ電流の発生に関する検査が行われる領域において温度は６００〜８００°Ｃに調整され、この場合第１の電圧（Ｕ１）はゼロに等しく、第２の電圧（Ｕ２）は分解電圧より大きいか又は該分解電圧に等しいことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸素センサ、例えばプレーナ型ラムダセンサの漏れ電流の検査方法であって、このプレーナ型ラムダセンサは少なくとも１つの加熱素子、外部及び内部電極及びこれらの電極の間に配置された固体電解質を有し、この加熱素子には第１の電圧が印加される、酸素センサ、例えばプレーナ型ラムダセンサの漏れ電流の検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ラムダセンサの漏れ電流の検査方法は公知である。一般的にラムダセンサは２つの電極を有し、これら２つの電極の間には固体電解質が組み込まれている。さらに、絶縁層によってこれら２つの電極から電気的に絶縁されている加熱素子が設けられている。この絶縁層が１つ又は複数の電気的な漏れ箇所を有する場合、加熱素子とこれら２つの電極のうちの１つとの間に漏れ電流が形成される。この漏れ電流はラムダセンサで酸素濃度を測定する際に測定電流に重畳され、これにより測定結果が間違ったものになる。
【０００３】
この漏れ電流を測定するために通常は加熱素子に電圧が印加され、電流が外部電極とも呼ばれる電極を介して測定される。この外部電極はこのために電流測定器を介してアースに接続されている。加熱素子とこの外部電極との間の絶縁が電気的な漏れ箇所を有する場合、加熱素子への電圧印加後にこの電流測定器において電流値が生じる。この電流値が限界値を越える場合には、この電流値が漏れ箇所を示す。過渡現象過程の後で生じるこの漏れ電流は準定常的な漏れ電流を形成する。この準定常的な漏れ電流を以下では漏れ電流と呼ぶ。
【０００４】
この方法の不利な点は、絶縁層の漏れ箇所でＯ２−イオンが集まって空間電荷になることである。空間電荷と加熱素子との間に電界が形成され、この電界が加熱素子と外部電極との間に構成される電界と反対極性を持ち、従って外部電極に流れるイオン電流が減少する。これによって、絶縁における比較的小さな漏れ箇所が検出できない。
【０００５】
この方法のさらに別の不利な点は、外部電極と加熱素子の端子とに共通の電位が存在することである。この結果、この加熱素子の端子の近傍の漏れ箇所は電位差の欠如のために検出できない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、測定可能な漏れ電流は空間電荷によって低減されず、それゆえ測定可能な漏れ電流ははるかに大きな値をとる、酸素センサにおける漏れ電流の検査方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、電極のうちの少なくとも１つには第２の電圧が印加され、該第２の電圧は第１の電圧と固体電解質の分解電圧との和よりも大きく選択されていることによって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１の特徴部分記載の構成を有する本発明の方法によれば、外部電極又は内部電極には加熱素子に印加される電圧よりも大きい第２の電圧が印加される。この結果、絶縁層に空間電荷は形成されない。むしろＯ２−イオンは電界に従って絶縁の漏れ箇所から外部電極乃至は内部電極に移動する。従って、測定可能な漏れ電流は空間電荷によって低減されず、それゆえ測定可能な漏れ電流ははるかに大きな値を有する。公知の方法に比べて１０倍〜１００倍の大きさの漏れ電流が測定される。これによって、有利には絶縁層における比較的小さな漏れ箇所も検出可能になる。
【０００９】
さらに別の利点は次の点である。すなわち、電極と加熱素子との間の正の電圧によって、漏れ箇所が絶縁層の全領域に亘ってとりわけ加熱素子のアース接続の領域においても常に存在する電位差のために検出可能である。
【００１０】
本発明の方法のさらに別の利点は次の点に存する。すなわち、外部電極へ移動するＯ２−イオンは還元反応を固体電解質において惹起し、この固体電解質の黒色着色を喚起する。この黒色着色はラムダセンサの表面にまで形成され、従ってこの黒色着色は絶縁における漏れ箇所を示す。それゆえ、本発明の方法によって、有利には、絶縁の各位置における漏れ箇所を検出することも、比較的大きな漏れ電流によって小さな漏れ箇所を検出することも可能である。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例を次に図面に基づいて詳しく説明する。
【００１２】
図１はラムダセンサ１の原理的な層構造を示している。このラムダセンサ１の原理的な層構造は本発明の方法にとって重要である。ラムダセンサ１は例えばフォイルの形式のほぼ矩形状の下部カバー３及びこの下部カバー３の上の層に配置された加熱素子５を有する。この加熱素子５も同様にフォイルとして形成されている。この加熱素子５にはメアンダ状に延在する導体線路７が形成されている。この導体線路７は加熱素子５を形成し、導体線路として形成された端子９及び１１に電気的に接続されている。加熱素子５の上には絶縁層１３及び固体電解質１４が配置されている。この絶縁層１３には加熱素子５をこの絶縁層１３の上方に配置された第１の電極１５から絶縁するという任務を持っている。ラムダセンサ１のその他の層としてはこの電極１５に続いてさらに別の固体電解質１９及び第２の電極２１が配置され、この第２の電極２１を以下では外部電極と呼ぶ。
【００１３】
内部電極とも呼ばれる電極１５には導体２２がつながっている。この導体２２は絶縁層１７によって固体電解質１９から電気的に分離されている。両方の電極１５及び２１は固体電解質１９とともにガスの酸素濃度測定に使用されるラムダセンサ１の部分を形成する。外部電極２１はカバー２３によって覆われており、このカバー２３はラムダセンサ１の上部限界面として使用される。
【００１４】
本発明の漏れ電流測定方法では、加熱素子５の端子９、１１に直流電圧源２５から供給される例えば１５Ｖの電圧Ｕ１が印加される。端子１１はアースに接続されている。この電圧によって固体電解質の部分は約６００°〜８００°Ｃの動作温度に加熱される。この部分は漏れ電流の発生に関する検査が行われる領域である。第２の電極２１には別の直流電圧源２７によって電圧Ｕ２が印加される。この電圧Ｕ２はアースに接続されており有利には電圧Ｕ１よりも固体電解質の分解電圧の分だけ大きく、例えば３０Ｖである。よって、このことから外部電極と加熱素子５の任意の個所との間には１５Ｖ≦の電位差が生じ、電極とアース端子の領域の加熱素子との間の電位差は約３０Ｖであり、電極と正の端子９の領域の加熱素子との間の電位差は約１５Ｖである。本発明の方法にとって重要なことは、測定電極（外部及び内部電極）と加熱素子５の任意の個所との間の電位差が固体電解質の分解電圧より大きくなるように電圧Ｕ２を選択することである。または、外部の加熱装置によって固体電解質の漏れ電流の発生に関する検査が行われる領域において温度を６００〜８００°Ｃに調整し、この場合第１の電圧Ｕ１がゼロに等しく、第２の電圧Ｕ２が分解電圧より大きいか又はこの分解電圧に等しくなるように選択することもできる。
【００１５】
電圧源２７から第２の電極２１への接続路には付加的に電流測定器２９が接続される。この電流測定器２９は漏れ電流の測定に使用される。絶縁層１３に漏れ個所がある場合、両方の電圧Ｕ１、Ｕ２乃至は外部電極と加熱素子５との間の正の電位差は以下のことを引き起こす。
【００１６】
上述の電位差に起因して外部電極２１と加熱素子５との間に電界が形成される。ＺｒＯ２から成る固体電解質１９は高いイオン伝導性を有し、このためＺｒ４＋イオン及びＯ２−イオンがこの電界において発生する。絶縁層１３の漏れ個所によって固体電解質１９と加熱素子５との間に電気的な結合が生じ、帯電した小さな部分から加熱素子５へ電流が流れる。同様にＯ２−イオンは電界に従って外部電極に移動し、そこでそれぞれ２つの電子を放出して酸素原子に変化し、ガス透過性カバー２３によって酸素として外部へと拡散する。そして放出された電子は電圧源２７を介して放電され、この電流が電流測定器２９によって漏れ電流として検出される。酸素の放出によって固体電解質１９では高濃度の酸素ホールが生じ、この酸素ホールは黒色着色部としてラムダセンサ１の表面にまで到達して視認可能になる。ラムダセンサ１で発生するこのパスは実質的に直線状に経過するので、外部から視認可能な黒色着色部の位置により漏れ個所の位置を推し量ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラムダセンサ及び測定構造の分解図である。
【符号の説明】
１  ラムダセンサ
３  下部カバー
５  加熱素子
７  導体線路
９  端子
１１  端子
１３  絶縁層
１４  固体電解質
１５  第１の電極
１７  絶縁層
１９  さらに別の固体電解質
２１  第２の電極
２２  導体
２３  カバー
２５  電圧源
２７  電圧源
２９  電流測定器
【図１】
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