DE10106171A1

DE10106171A1 - Gassensor

Info

Publication number: DE10106171A1
Application number: DE10106171A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Alkemade; Bernd Schumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-02-10
Filing date: 2001-02-10
Publication date: 2002-11-21
Also published as: WO2002065113A1; JP2004518150A; US20040112765A1; EP1362237A1; US7309415B2; JP4051287B2

Abstract

Es wird ein Gassensor auf Festelektrolytbasis zur Messung einer Gaskomponente in einem Gasgemisch mit mindestens einem sentitiven Bereich vorgeschlagen, der ein erstes Mittel zur Erzeugung eines Reaktionsgases aus einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs aufweist. Im sensitiven Bereich des Gassensors ist ein zweites Mittel angeordnet, mit dem der Restgehalt des Reaktionsgases nach einer zwischen dem Reaktionsgas und der zu messenden Gaskomponente stattfindenden Reaktion bestimmt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gassensor und ein Verfahren zur Messung einer Gaskomponente in einem Gasgemisch nach dem Oberbe griff der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Im Zuge einer fortschreitenden Umweltgesetzgebung wächst der Bedarf an Sensoren, mit deren Hilfe auch kleinste Schad stoffmengen zuverlässig bestimmt werden können. Hierbei spielen vor allen Dingen Gassensoren eine große Rolle, die die Bestimmung von gasförmigen Schadstoffen im ppm-Bereich unabhängig von der Temperatur des Meßgases ermöglichen. Die der Schadstoffmenge proportionalen Meßsignale des Gassensors sind dabei oft so klein, daß eine hohe Meßungenauigkeit nicht zu vermeiden ist. Einen möglichen Ausweg aus diesem Dilemma stellt eine indirekte Bestimmung von Schadstoffen dar.

So ist der EP 241 751 A2 ein Gassensor zu entnehmen, mit dem der Gehalt an Ammoniak, Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen, Stickoxiden oder Schwefeldioxid in Gasgemischen überwacht werden kann, jedoch nicht der Sauerstoffgehalt. Um Stickoxi de bestimmen zu können, wird unter anderem ein Meßverfahren vorgeschlagen, bei dem einem Gasgemisch eine bekannte Menge an Ammoniak als Reaktionsgas zugesetzt wird, das an einem Katalysator des Gassensors mit den Stickoxiden reagiert. Bei Kenntnis der ursprünglich zugegebenen Ammoniakmenge kann durch Bestimmung des Restgehaltes an Ammoniak auf die NOx- Konzentration im Gasgemisch geschlossen werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß eine Zugabevorrichtung für Am moniak vorgesehen werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gassensor bereitzustellen, der die Messung verschiedener Gaskomponen ten eines Gasgemischs zuverlässig und zeitgenau ermöglicht.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Gassensor, bzw. das erfindungsgemäße Verfahren, mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängi gen Ansprüche löst in vorteilhafter Weise die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe. Die Bestimmung der zu messenden Gaskomponente erfolgt indirekt über die Bestimmung des Rest gehaltes eines Reaktionsgases, nachdem dieses mit der zu messenden Gaskomponente vollständig abreagiert hat. Beson ders vorteilhaft ist, daß das Reaktionsgas dem Gasgemisch nicht erst zugesetzt werden muß, was eine oder gegebenen falls mehrere entsprechende Vorrichtungen erfordern würde, sondern im Gassensor selbst erzeugt wird.

Der Gassensor weist dazu ein erstes Mittel auf, mit dem in einem ersten Schritt aus einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs, die nicht die zu messende Gaskomponente ist, ein Reaktionsgas erzeugt wird. Dieses reagiert in einem zweiten Schritt mit der zu messenden Gaskomponente. Der Gas sensor beinhaltet weiterhin einen sensitiven Bereich, in dem ein zweites Mittel angeordnet ist, das in einem dritten Schritt die Bestimmung des Restgehalts an Reaktionsgas nach dessen Reaktion mit der zu messenden Gaskomponente gestat tet. Wird das Reaktionsgas im Überschuß bezogen auf die Men ge an zu messender Gaskomponente erzeugt und ist die Menge an erzeugtem Reaktionsgas bekannt, so kann aus dem Restge halt an Reaktionsgas auf die ursprünglich im Gasgemisch vor handene Menge an zu messender Gaskomponente geschlossen wer den.

Es ist vorteilhaft, wenn als erstes Mittel eine elektroche mische Pumpzelle vorgesehen ist, an deren dem Gasgemisch zu gewandter Elektrode die weitere Gaskomponente unter Bildung eines Reaktionsgases je nach Bedarf reduziert oder oxidiert werden kann. Als zweites Mittel kommt je nach Anwendungsfall eine elektrochemische Pumpzelle, eine elektrochemische Kon zentrationszelle oder ein resitives Meßelement in Betracht.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn im Gassensor ein Kataly sator vorgesehen ist, der die Reaktion zwischen der zu mes senden Gaskomponente und dem Reaktionsgas katalysiert. Der Katalysator kann eine der Elektroden des ersten oder zweiten Mittels zumindest weitgehend bedecken.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorlie genden Erfindung ist dem ersten bzw. zweiten Mittel eine elektrochemische Pumpzelle vorangeschaltet, die eine Regu lierung des Sauerstoffanteils im Gasgemisch bewirkt, bevor dieses in den sensitiven Bereich des Gassensors gelangt. Wird die elektrochemische Pumpzelle mit einer elektrochemi schen Konzentrationszelle kombiniert, so erhöht dies die Ge nauigkeit, mit der der Sauerstoffanteil des Gasgemischs re guliert werden kann und ermöglicht gleichzeitig die zusätz liche Bestimmung des Sauerstoffanteils im Gasgemisch. Die Regulierung des Sauerstoffanteils findet beispielsweise in einem ersten Bereich eines Meßgasraums des Gassensors statt, die Reaktion der zu messenden Gaskomponente mit dem Reakti onsgas sowie die Bestimmung des Restgehalts an Reaktionsgas in einem zweiten Bereich des Meßgasraums.

Die Bestimmung der zu messenden Gaskomponente erfolgt vor teilhafterweise so, daß zunächst ein Reaktionsgas aus einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs erzeugt wird und die zu messende Gaskomponente innerhalb des Gassensors mit dem Reaktionsgas zur Reaktion gebracht wird. Dabei ist darauf zu achten, daß das Reaktionsgas stets im Überschuß bezogen auf die Menge an zu messender Gaskomponente vorliegt. Nach der Reaktion wird der Restgehalt an Reaktionsgas bestimmt und aus dem Restgehalt bei Kenntnis der zunächst erzeugten Menge an Reaktionsgas auf die ursprüngliche Konzentration an zu messender Gaskomponente geschlossen.

Zeichnung

Neun Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich nung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einer ersten Variante des ersten Aus führungsbeispiels, bei der die Positionen von erstem und zweitem Mittel bzw. Katalysator vertauscht sind,

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einer zweiten Variante des ersten Aus führungsbeispiels, wobei das zweite Mittel und der Katalysa tor in einer separaten Schichtebene des Gassensors angeord net sind,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einer dritten Variante des ersten Aus führungsbeispiels, wobei das erste Mittel in einer separaten Schichtebene des Gassensors angeordnet ist,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, bei dem der Katalysator in das zweite Mittel integriert ist,

Fig. 6 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, des sen Meßgasraum durch eine Diffusionsbarriere unterteilt ist.

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, des sen Meßgasraum durch eine Diffusionsbarriere unterteilt ist und bei dem der Katalysator in das zweite Mittel integriert ist,

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, bei dem die Diffusionsbarriere zur Unterteilung des Meßgasraums zwischen erstem und zweitem Mittel angeordnet ist,

Fig. 9 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einer ersten Variante des fünften Aus führungsbeispiels, wobei das zweite Mittel und der Katalysa tor in einer separaten Schichtebene des Gassensors angeord net sind,

Fig. 10 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, bei dem die Bestimmung der zu messenden Gaskomponente auf poten tiometrischem Wege erfolgt,

Fig. 11 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, bei dem die Bestimmung der zu messenden Gaskomponente auf resi stivem Wege erfolgt,

Fig. 12 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, bei dem der Katalysator mit dem ersten Mittel kombiniert ist,

Fig. 13 einen Querschnitt durch die Großfläche eines Sensorelements gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, bei dem der Katalysator mit dem ersten und dem zweiten Mittel kombiniert ist.

Die in den Fig. 1 bis 13 verwendeten Bezugszeichen be zeichnen, soweit nicht anders angegeben, stets funktions gleiche Baukomponenten eines Sensorelements.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Mit 10 ist ein planares Sensorelement eines elektrochemischen Gassensors bezeichnet, das beispielsweise eine Mehrzahl von sauerstoffionenleitenden Feste lektrolytschichten 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f und 11g auf weist. Die Festelektrolytschichten 11a-11g werden dabei als ke ramische Folien ausgeführt und bilden einen planaren keramischen Körper. Die integrierte Form des planaren keramischen Körpers des Sensorelements 10 wird durch Zusammenlaminieren der mit Funktionsschichten bedruckten keramischen Folien und anschlie ßendem Sintern der laminierten Struktur in an sich bekannter Weise hergestellt. Jede der Festelektrolytschichten 11a-11g ist aus sauerstoffionenleitendem Festelektrolytmaterial, wie bei spielsweise mit Y₂O₃ teil- oder vollstabilisiertem ZrO₂ ausge führt. Die Festelektrolytschichten 11a-11g können alternativ zu mindest teilweise an Stellen, an denen eine Ionenleitung im Festelektrolyt nicht wichtig oder sogar unerwünscht ist, durch Folien aus Aluminiumoxid ersetzt werden.

Das Sensorelement 10 beinhaltet einen Meßgasraum 13, der über eine Gaseintrittsöffnung 15 in Kontakt mit einem den Gassensor umgebenden Gasgemisch steht. Die Gaseintrittsöff nung 15 ist beispielsweise als eine die Festelektrolyt schicht 11a durchdringende Bohrung ausgeführt, sie kann je doch auch in derselben Schichtebene 11b wie der Meßgasraum 13 angeordnet sein. Zwischen der Gaseintrittsöffnung 15 und dem Meßgasraum 13 ist in Diffusionsrichtung des Meßgases ein Pufferraum 17 und eine Diffusionsbarriere 19 beispielsweise aus porösem keramischem Material vorgesehen. Der Pufferraum 17 dient der Vermeidung von Signalspitzen bei schnell wech selnden Gaskonzentrationen im Gasgemisch.

In einer weiteren Schichtebene 11d des Sensorelements ist ein Referenzgaskanal 30 ausgebildet, der eine Referenzgasat mosphäre enthält. Die Referenzgasatmosphäre kann beispiels weise Luft sein. Der Referenzgaskanal 30 weist dazu an einer dem Meßgas abgewandten Seite des Sensorelements eine nicht dargestellte Öffnung auf, die den Gasaustausch mit der Umge bungsluft gewährleistet.

In den keramischen Grundkörper des Sensorelements 10 ist ferner zwischen zwei Isolationsschichten 32, 33 ein Wider standsheizer 35 eingebettet. Der Widerstandsheizer dient dem Aufheizen des Sensorelements 10 auf die notwendige Betriebs temperatur.

Im ersten Meßgasraum 13 sind eine bzw. zwei erste innere Elektroden 20 angeordnet. An der äußeren, dem Gasgemisch un mittelbar zugewandten Seite der Festelektrolytschicht 11a befindet sich eine äußere Elektrode 22, die mit einer nicht dargestellten porösen Schutzschicht bedeckt sein kann. Die Elektroden 20, 22 bilden eine erste elektrochemische Pump zelle. Die Betriebsweise als Pumpzelle umfaßt das Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden 20, 22 der Pumpzelle, woraus ein Ionentransport zwischen den Elektroden 20, 22 durch den Festelektrolyten 11a hindurch resultiert. Die Zahl der "gepumpten" Ionen ist direkt proportional zu einem zwi schen den Elektroden 20, 22 der Pumpzelle fließenden Pumpstrom.

In Diffusionsrichtung des Meßgases sind der ersten inneren Elektrode 20 nachgeordnet im Meßgasraum 13 eine zweite und eine dritte innere Elektrode 24, 26 vorgesehen. Die dazuge hörige gemeinsame äußere Elektrode, die als Referenzelektro de 28 dient, befindet sich im Referenzgaskanal 30. Dabei bildet die zweite innere Elektrode 24 mit der Referenz elektrode 28 eine zweite elektrochemische Pumpzelle und die dritte innere Elektrode 26 mit der Referenzelektrode 28 eine dritte elektrochemische Pumpzelle. Darüber hinaus kann die innere Elektrode 20 mit der Referenzelektrode 28 zu einer elektrochemischen Nernst- oder Konzentrationszelle zusammen geschaltet werden. Unter einer Nernst- oder Konzentrations zelle wird allgemein eine Zweielektrodenanordnung verstan den, bei der beide Elektroden 20, 28 unterschiedlichen Gas konzentrationen ausgesetzt sind und eine Differenz der an den Elektroden 20, 28 anliegenden Potentiale gemessen wird.

Diese Potentialdifferenz läßt gemäß der Nernst'schen Glei chung einen Rückschluß auf die an den Elektroden 20, 28 an liegenden Gaskonzentrationen zu.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die zweite innere Elektrode 24 mit der äußeren Elektrode 22 zu einer zweiten elektrochemischen Pumpzelle zusammenzuschalten bzw. die dritte innere Elektrode 26 mit der äußeren Elektrode 22 zu einer dritten elektrochemischen Pumpzelle.

Das Elektrodenmaterial für alle Elektroden wird in an sich bekannter Weise als Cermet eingesetzt, um mit den kerami schen Folien zu versintern.

Für den Betrieb des Sensorelements 10 als Gassensor wird die erste Pumpzelle zusammen mit der Konzentrationszelle zur Re gulierung des Sauerstoffanteils des in den Meßgasraum 13 eindiffundierenden Gasgemischs herangezogen. Durch Zu- oder Abpumpen von Sauerstoff wird im Meßgasraum 13 ein konstanter Sauerstoffpartialdruck von beispielsweise 0.1 bis 1000 ppm eingestellt. Die Kontrolle des Sauerstoffpartialdrucks im Meßgasraum 13 erfolgt mittels der Konzentrationszelle. Dabei wird die Pumpspannung an der Pumpzelle so variiert, daß sich zwischen den Elektroden 20, 28 der Konzentrationszelle eine konstante Potentialdifferenz einstellt. Der dabei innerhalb der Pumpzelle fließende Pumpstrom ist ein Maß für die im eindiffundierenden Gasgemisch vorliegende Sauerstoffkonzen tration und ermöglicht die zusätzliche Funktion des Gassen sors als Sauerstoffsonde. Da eine vorzeitige Zersetzung der zu messenden Gaskomponente an der ersten inneren Elektrode 20 unerwünscht ist, ist die erste innere Elektrode 20 vor zugsweise aus einem katalytisch inaktiven Material wie bei spielsweise Gold oder einer Gold-Platin-Legierung gefertigt. Wird die Anwendung des Gassensors auf die Bestimmung stabi ler Gaskomponenten beschränkt, so kann die genannte innere Elektrode 20 auch Platin, eine Rhodium-Platin-Legierung oder ein sonstiges geeignetes Material aufweisen.

Ist davon auszugehen, daß das vorliegende Gasgemisch nur ei nen geringen Sauerstoffanteil aufweist, kann auf die erste innere Elektrode und damit auf die erste elektrochemische Pumpzelle auch verzichtet werden. Dies ist beispielsweise bei Abgasen von Kraftfahrzeugen der Fall, die konstant mit einem Lambda-Wert = 1 betrieben werden. Der Sensoraufbau vereinfacht sich dadurch.

Das auf einen konstanten Sauerstoffpartialdruck eingestellte Gasgemisch im Meßgasraum 13 gelangt nun in den sensitiven Bereich 40 des Gassensors. In diesem ist die zweite innere Elektrode 24 der zweiten Pumpzelle angeordnet. An der zwei ten inneren Elektrode 24, die vorzugsweise, jedoch nicht zwingend ebenfalls ein katalytisch inaktives Material wie Gold oder eine Gold-Platin-Legierung aufweist, wird durch Anlegen eines entsprechenden Potentials aus einer weiteren Gaskomponente des Gasgemischs, die nicht die zu messende Gaskomponente ist, ein Reaktionsgas erzeugt, das mit der zu messenden Gaskomponente umgesetzt wird. Dient der Gassensor beispielsweise zur Bestimmung von Stickoxiden, so wird an der zweiten inneren Elektrode 24 ein Potential von bei spielsweise -600 bis -750 mV gegenüber der Referenzelektrode 28 eingestellt und Wasser bzw. Kohlendioxid zu Wasserstoff bzw. Kohlenmonoxid reduziert. Der dabei freigesetzte Sauer stoff wird elektrochemisch reduziert und abgepumpt.

H₂O + 2e^-↔ H₂ + O^2- _(abgepumpt) (e^-= Elektron) (1)

CO₂ + 2e^-↔ CO + O^2- _(abgepumpt) (2)

Die zweite innere Elektrode 24 ist so dimensioniert, daß das erzeugte Reaktionsgas (Wasserstoff bzw. Kohlenmonoxid) im Überschuß bezogen auf die Menge an im Gasgemisch enthaltener zu messender Gaskomponente (Stickoxide) vorliegt. Um zu ver hindern, daß aufgrund des stark negativen Potentials der zweiten inneren Elektrode 24 auch die zu messende Gaskompo nente (Stickoxide) zersetzt wird und somit nicht mehr der Messung zur Verfügung steht, ist die zweite innere Elektrode 24 vorzugsweise mit einer Schutzvorrichtung 36 versehen. Die Schutzvorrichtung 36 kann beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt, aus Festelektrolytmaterial oder einem sonstigen geeigneten keramischen Material ausgeführt sein. Die geome trische Gestaltung der Schutzvorrichtung 36 in Form einer geschlitzten oder mit einem Loch versehenen Deckschicht be wirkt, daß nur ein kleiner Teil des eindiffundierenden Gas gemischs in Kontakt mit der zweiten inneren Elektrode 24 kommt. Da auch dieser kleine Teil des Gasgemischs einen aus reichend hohen Anteil der weiteren Gaskomponente (Wasser, Kohlendioxid) aufweist, kann trotzdem stets ein Überschuß an Reaktionsgas zur Verfügung gestellt werden. Gasgemische, die beispielsweise Luft enthalten oder Abgase von Verbrennungs motoren, erfüllen diese Voraussetzung.

Das mit dem Reaktionsgas (Wasserstoff bzw. Kohlenmonoxid) angereicherte Gasgemisch gelangt nun in einen der Gasein trittsöffnung 15 abgewandten Teil des sensitiven Bereichs 40. Dort ist im Meßgasraum 13 ein Katalysator 38 in Form ei ner katalytisch aktiven Schicht aufgebracht, die die Umset zung des Reaktionsgases (Wasserstoff bzw. Kohlenmonoxid) mit der zu messenden Gaskomponente (Stickoxide) gemäß Gleichung (3), (4) katalysiert.

x H₂ + NO_x ↔ x H₂O + ½ N₂ (3)

x CO + NO_x ↔ x CO₂ + ½ N₂ (4)

Da das Reaktionsgas im Überschuß vorliegt, ist eine voll ständige Umsetzung der zu messenden Gaskomponente gewährlei stet. Auf der der Gaseintrittsöffnung 15 abgewandten Seite des sensitiven Bereichs 40 ist weiterhin eine dritte innere Elektrode 26 angeordnet, die zusammen mit der Referenzelek trode 28 die dritte Pumpzelle bildet. Optional kann die dritte innere Elektrode 26 auf einer zusätzlichen Festelek trolytschicht 37 aufgebracht sein, um die Diffusionsstrecke zwischen Katalysator 38 und der dritten inneren Elektrode 26 zu verkürzen.

Das Potential der dritten inneren Elektrode 26 wird so ge wählt, daß Sauerstoff vom Referenzgaskanal 30 zur dritten inneren Elektrode 26 gepumpt wird und dort mit dem verblie benen Reaktionsgas reagiert. Da es sich bei dieser Reaktion um die Rückreaktion der Reaktion (1), (2) handelt, bildet sich dabei die weitere Gaskomponente (Wasser bzw. Kohlendi oxid) zurück (Gleichung (5), (6)). Dazu wird an der dritten inneren Elektrode 26 ein Potential von -300 bis -500 mV ein gestellt.

H₂ + O^2-↔ H₂O + 2e^- (5)

CO + O^2-↔ CO₂ + 2e^- (6)

Die dritte innere Elektrode 26 ist aus einem katalytisch ak tiven Material wie beispielsweise Platin oder einer Legie rung aus Platin, Rhodium und/oder Palladium gefertigt. Der in der dritten Pumpzelle fließende Pumpstrom wird bestimmt und ist der Restkonzentration des Reaktionsgases direkt pro portional. Da die ursprünglich an der zweiten inneren Elek trode 24 erzeugte Ausgangskonzentration an Reaktionsgas im Gasgemisch annähernd konstant ist und durch eine Eichmessung einfach bestimmt werden kann, läßt sich aus der Differenz der Ausgangskonzentration und der Restkonzentration des Re aktionsgases nach dessen Umsetzung mit der zu messenden Gas komponente auf den ursprünglichen Gehalt an im Gasgemisch vorhandener zu messender Gaskomponente schließen. Je kleiner die gemessene Restkonzentration des Reaktionsgases ist, de sto größer war ursprünglich die im Gasgemisch vorhandene Konzentration an zu messender Gaskomponente.

Die Anwendung eines das Sensorelement 10 aufweisenden Gas sensors ist nicht auf die Bestimmung von Stickoxiden be schränkt. Grundsätzlich lassen sich mittels der zweiten Pumpzelle Reaktionsgase entweder durch elektrochemische Re duktion oder Oxidation erzeugen. Im ersten Fall können redu zierbare Gaskomponenten bestimmt werden, im zweiten Fall oxidierbare.

Wird an der zweiten inneren Elektrode 24 der zweiten Pump zelle ein reduzierendes Potential eingestellt, so können nicht nur Wasserstoff und Kohlenmonoxid als Reaktionsgase erzeugt werden, sondern prinzipiell auch Stickstoffmonoxid aus Stickstoffdioxid oder Schwefelmonoxid aus Schwefeldi- oder -trioxid.

NO_x + 2x e^-↔ NO + x O^2- _(abgepumpt) (7)

SO_x+ 2x e^-↔ SO + x O^2- _(abgepumpt) (8)

Die gemäß den Gleichungen (7), (8) erzeugten Reaktionsgase können mit reduzierbaren Gaskomponenten umgesetzt und somit zu deren Bestimmung herangezogen werden. Die Auswahl des für den Einzelfall geeigneten Reaktiongases richtet sich nach den elektrochemischen Standardpotentialen der bei der Erzeu gung bzw. Umsetzung des Reaktionsgases ablaufenden Redox reaktionen, wie auch nach reaktionskinetischen Gesichtspunk ten.

Die Messung oxidierbarer Gaskomponenten ist ebenfalls mög lich, ohne daß an der Ausführungsform des Gassensors eine Änderung nötig wäre. Lediglich das Potential der zweiten in neren Elektrode 24 wird nun so gewählt, daß eine oder mehre re Gaskomponenten des Gasgemischs bei geeigneten Temperatu ren gezielt oxidiert werden. Dies können beispielsweise Was ser, Stickstoffmonoxid, Schwefelmonoxid oder Schwefeldioxid sein.

N₂ + 2 O^2- ↔ 2 NO + 4e^- (9)

NO + O^2- ↔ NO₂ + 2e^- (10)

SO + x O^2- ↔ SO_x + 2x e^- x = 1, 2 (11)

2 O^2- ↔ O₂ + 2e^- (12)

Am Katalysator 38 kommt es dann zu einer Reaktion des oxi dierend wirkenden Reaktionsgases mit den zu bestimmenden re duzierenden Gaskomponenten, wie beispielsweise Ammoniak, Wasserstoff, Methan oder Kohlenwasserstoffen.

3 O₂ + CH₄ ↔ CO₂ + 2 H₂O (13)

3 NO₂ + 4 NH₃ ↔ 6 H₂O + 3.5 N₂ (14)

2 NO₂ + CH₄ ↔ CO₂ + 2 H₂O + N₂ (15)

Um den Restgehalt des oxidierend wirkenden Reaktionsgases an der dritten inneren Pumpelektrode 26 bestimmen zu können, wird das Potential dieser Elektrode gegenüber der Referenz elektrode 28 so gewählt, daß der Restgehalt an Reaktionsgas an der dritten Pumpelektrode 26 reduziert und der dabei frei werdende Sauerstoff in den Referenzgaskanal 30 abgepumpt wird. Als Meßsignal wird der nun mit umgekehrtem Vorzeichen auftretende Pumpstrom herangezogen. Aus der Differenz der zunächst vorliegenden Ausgangskonzentration und der nach der Umsetzung verbleibenden Restkonzentration des Reaktionsgases wird auf die ursprünglich im Meßgas vorliegende Konzentrati on an zu messender Gaskomponente geschlossen. Der vorliegen de Gassensor eignet sich demnach je nach Wahl der Potentiale an den inneren Elektroden 24, 26 sowohl zur Bestimmung von reduzierenden wie auch von oxidierenden Gaskomponenten eines Gasgemischs.

Wird an der zweiten inneren Elektrode 24 ein reduzierendes und an der dritten inneren Elektrode 26 ein oxidierendes Po tential eingestellt, so können mittels des Gassensors oxi dierende Gaskomponenten bestimmt werden. Wird an der zweiten inneren Elektrode 24 ein oxidierendes und an der dritten in neren Elektrode 26 ein reduzierendes Potential eingestellt, so lassen sich reduzierende Gaskomponenten bestimmen. Dabei weist die zweite innere Elektrode eine selektive Wirkung be züglich der Erzeugung von Sauerstoff und verhindert eine Oxidation der nachzuweisenden Gaskomponente.

Durch eine Feinabstimmung des oxidierenden bzw. reduzieren den Potentials an der zweiten inneren Elektrode 24 können gezielt bestimmte oxidierende bzw. reduzierende Reaktionsga se oder Mischungen verschiedener oxidierender bzw. reduzie render Reaktionsgase erzeugt werden. Die dazu einzustellen den Potentiale ergeben sich unter Berücksichtigung möglicher Überspannungen aus den Standardpotentialen der Reaktionen, bei denen aus weiteren Gaskomponenten die benötigten Reakti onsgase gebildet werden.

Da die an den Elektroden 24, 26 anliegenden Potentiale kurz fristig variiert werden können, besteht darüber hinaus die Möglichkeit, periodisch oder in kurzen Zeitintervallen al ternierend nacheinander eine oder mehrere reduzierende bzw. oxidierende Gaskomponenten nacheinander mit einem Sensor zu bestimmen.

In den Fig. 2, 3 und 4 sind Varianten des in Fig. 1 dar gestellten Sensorelements abgebildet. Bei der in Fig. 2 dargestellten Variante ist die zweite innere Pumpelektrode 24 sowie die Schutzvorrichtung 36 in den der Gaseintritts öffnung 15 abgewandten Teil des sensitiven Bereichs 40 des Sensorelements verlagert. Der Katalysator 38 bzw. die dritte innere Pumpelektrode 26 sind dagegen auf der der Gasein trittsöffnung 15 zugewandten Seite des sensitiven Bereichs 40 angeordnet. Da bei dieser Variante die zu messende Gas komponente im sensitiven Bereich 40 gleich auf den Katalysa tor 38 trifft, ohne zunächst die zweite innere Pumpelektrode 24 zu passieren, ist die Wahrscheinlichkeit sehr gering, daß die zu messende Gaskomponente unerwünschterweise zur zweiten inneren Pumpelektrode 24 gelangt, ohne am Katalysator 38 um gesetzt zu werden. Eine ausreichende Bereitstellung des Re aktionsgases ist auch bei dieser Anordnung gewährleistet, da die dafür benötigte weitere Gaskomponente ungehindert zur zweiten inneren Elektrode 24 vordringen kann.

Eine zweite Variante des Sensorelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Das Sensor element umfaßt zwei zusätzliche Festelektrolytschichten 11c1, 11c2. In der Schicht 11c1 befindet sich ein weiterer Meßgasraum 14, der über eine Durchbrechung 16 durch die Festelektrolytschicht 11c hindurch mit dem ersten Meßgasraum 13 in Kontakt steht. Im zweiten Meßgasraum 14 befinden sich der Katalysator 38 und die dritte Pumpelektrode 26. Dieser Aufbau des Sensorelements bewirkt eine Vergrößerung der Dif fusionsstrecke innerhalb des sensitiven Bereichs 40 des Sen sorelements ohne daß gleichzeitig das Sensorelement verlän gert werden muß. Die größere Diffusionsstrecke bewirkt eine Entkopplung der Erzeugung des Reaktionsgases von dessen Um setzung mit der zu messenden Gaskomponente bzw. von der De tektion des Restgehalts des Reaktionsgases.

In Fig. 4 ist eine dritte Variante des Sensorelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt. Dessen Aufbau weist die Schichtfolge des in Fig. 3 dargestellten Sensor elements auf. Die zweite innere Pumpelektrode 24 sowie die Schutzvorrichtung 36 befinden sich bei dieser Variante im zweiten Meßgasraum 14 und der Katalysator 38 bzw. die dritte Pumpelektrode 26 sind im ersten Meßgasraum 13 angeordnet. Diese Variante verbindet die Vorteile der ersten Variante gemäß Fig. 2 mit den Vorteilen der zweiten Variante gemäß Fig. 3. Die Tatsache, daß die zu messende Gaskomponente im sensitiven Bereich 40 gleich zum Katalysator 38 gelangt, oh ne zunächst die zweite innere Pumpelektrode 24 zu passieren, und die verlängerte Diffusionsstrecke zwischen Katalysator 38 und zweiter innerer Elektrode 24 minimieren die Wahr scheinlichkeit, daß die zu messende Gaskomponente zur zwei ten inneren Elektrode 24 gelangen kann.

In Fig. 5 ist ein Sensorelement gemäß einem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Sensorelement weist anstelle eines Katalysators 38 und einer separaten dritten inneren Elektrode 26 eine katalytisch ak tive, vorzugsweise poröse Kombinationselektrode 27 auf. Die se ist in dem der Gaseintrittsöffnung 15 abgewandten Teil des sensitiven Bereichs 40 des Sensorelements angeordnet. Die Kombinationselektrode 27 kann in Form einer mit einer katalytisch aktiven Schicht teilweise oder vollständig be deckten Elektrode ausgeführt sein oder vollständig aus einem katalytisch aktiven vorzugsweise porösen Material bestehen. Die Kombinationselektrode 27 hat den Vorteil, daß die räum liche Trennung von Umsetzung des Reaktionsgases mit der zu messenden Gaskomponente und Detektion des Restgehaltes an Reaktionsgas aufgehoben wird. Darüber hinaus läßt sich mit Hilfe der Kombinationselektrode 27 auch die Umsetzung von Reaktionsgasen bzw. zu messenden Gaskomponenten katalysie ren, die mittels eines katalytisch aktiven Materials allein nicht katalysierbar ist, sondern zusätzlich das Anlegen ei nes entsprechenden Potentials an den Katalysator benötigt. Weiterhin ist vorteilhaft, daß bei der Herstellung eines Sensorelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel gegen über den zuvor beschriebenen Varianten ein Arbeitsschritt, der die Aufbringung eines separaten Katalysators 38 beinhal tet, vermieden wird.

Eine Variante des in Fig. 5 dargestellten Sensorelements besteht darin, analog zur der in Fig. 2 dargestellten Vari ante eine Vertauschung von Reaktionsgas erzeugender innerer Elektrode 24 bzw. Schutzvorrichtung 36 und Kombinationselek trode 27 vorzunehmen. Die zweite innere Pumpelektrode 24 bzw. die Schutzvorrichtung 36 ist somit in dem der Gasein trittsöffnung 15 abgewandten Teil des sensitiven Bereichs 40 des Sensorelements angeordnet. Gleichzeitig ist die Kombina tionselektrode 27 in dem der Gaseintrittsöffnung 15 zuge wandten Teil des sensitiven Bereichs 40 vorgesehen. Bei die ser Variante wird die Wahrscheinlichkeit, daß die zu messen de Gaskomponente in Kontakt mit der zweiten inneren Pumpe lektrode 24 kommt und für die Messung verloren geht, mini miert.

In einer weiteren Variante des in Fig. 5 dargestellten Sen sorelements, die weitgehend der in Fig. 3 bereits darge stellten entspricht, wird die Kombinationselektrode 27 in eine separate Schicht 11c1 verlagert. Auch hier ist eine Verlängerung der Diffusionsstrecke zwischen Reaktionsgas er zeugender innerer Elektrode 24 und Kombinationselektrode 27 bei gleichzeitiger Beibehaltung der Längenausdehnung des Sensorelements gegeben.

Eine dritte Variante des in Fig. 5 beschriebenen Sensorele ments beinhaltet analog zu der bereits in Fig. 4 abgebilde ten dritten Variante der ersten Ausführungsform die Anord nung der zweiten inneren Pumpelektrode 24 bzw. der Schutz vorrichtung 38 in der separaten Festelektrolytschicht 11c1. Diese Variante verbindet die Vorteile der beiden bereits be schriebenen Varianten des in Fig. 5 dargestellten Sensor elements miteinander.

In Fig. 6 ist ein Sensorelement gemäß einem dritten Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung abgebildet, bei dem der Meßgasraum 13 zusätzlich eine Diffusionsbarriere 42 be inhaltet, die den Meßgasraum 13 in einen den Sauerstoffge halt des Meßgases regulierenden Bereich 44 und den sensiti ven Bereich 40 unterteilt. Bei den bisher beschriebenen Aus führungsformen des Sensorelements besteht grundsätzlich die Möglichkeit, daß Reaktionsgas trotz der Schutzvorrichtung 36 in den der Gaseintrittsöffnung 15 zugewandten Teil des Meß gasraums 13 eindringt. Handelt es sich dabei um ein reduzie rendes Reaktionsgas, so wird es aufgrund des dort höheren Sauerstoffgehaltes umgesetzt; handelt es sich um ein oxidie rendes Reaktionsgas, wird es an der ersten inneren Elektrode 20 zersetzt. Die Diffusionsbarriere 42 verhindert eine uner wünschte Diffusion des an der zweiten inneren Elektrode 24 erzeugten Reaktionsgases in den der Gaseintrittsöffnung 15 zugewandten Teil des Meßgasraums 13. Dies erhöht die Meßge nauigkeit des Sensorelements, da die Konzentration des er zeugten Reaktionsgases im sensitiven Bereich 40 des Sensor elements nur von der eindiffundierenden Menge an zu messen der Gaskomponente abhängig ist.

Eine Variante des in Fig. 6 dargestellten Sensorelements besteht darin, eine Vertauschung der Positionen der inneren Elektroden 24, 26 bzw. der Schutzvorrichtung 36 und des Ka talysators 38 gemäß dem bereits in Fig. 2 dargestellten Sensorelements vorzunehmen. Eine weitere Variante beruht, ähnlich wie in Fig. 3, auf der Anordnung der dritten inne ren Elektrode 26 bzw. des Katalysators 38 in einer separaten Schichtebene 11c1. Eine dritte Variante ergibt sich, ver gleichbar der in Fig. 4 dargestellten Variante, durch die Anordnung der zweiten inneren Elektrode 24 bzw. der Schutz vorrichtung 36 in der separaten Testelektrolytschicht 11c1.

In Fig. 7 ist ein Sensorelement gemäß einer vierten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das in Fig. 7 dargestellte Sensorelement verbindet die Vorteile der Merkmale des zweiten mit denen des dritten Ausführungsbei spiels. Es beinhaltet sowohl eine Diffusionsbarriere 42 zwi schen dem sauerstoffregulierenden und dem sensitiven Bereich 40, 44 des Meßgasraums 13 als auch die Zusammenfassung von Katalysator 38 und dritter innerer Elektrode 26 zur Kombina tionselektrode 27. Auch hier ist eine Vertauschung der Posi tionen von zweiter innerer Elektrode 24 bzw. Schutzvorrich tung 36 und Kombinationselektrode 27 möglich sowie die Ver lagerung der Kombinationselektrode 27 oder der zweiten inne ren Elektrode 24 in eine separate Schichtebene 11c1.

Fig. 8 ist ein Sensorelement gemäß einem fünften Ausfüh rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu entnehmen. Das in Fig. 8 dargestellte Sensorelement basiert auf dem in Fig. 6 dargestellten und weist innerhalb des Meßgasraums 13 eine Diffusionsbarriere 46 auf, die der zweiten inneren Pum pelektrode 24 in Strömungsrichtung des Gasgemischs nachge schaltet ist und den sensitiven Bereich 40 räumlich in einen der Gaseintrittsöffnung 15 zugewandten und einen der Gasein trittsöffnung 15 abgewandten Teil untergliedert. Eine derar tige Ausführungsform ist vor allen Dingen für Anwendungsfäl le gedacht, bei denen das erzeugte Reaktionsgas gegenüber Sauerstoff inert ist bzw. an der ersten inneren Elektrode 20 keiner Zersetzung unterliegt. Durch die Diffusionsbarriere 46 wird die Diffusion zum Katalysator 38 bzw. zur dritten inneren Elektrode 26 erschwert, so daß der Effekt einer ver längerten Diffusionsstrecke zwischen zweiter und dritter in nerer Elektrode 24, 26 noch verstärkt wird.

Wird zusätzlich, wie in Fig. 9 dargestellt, der Katalysator 38 bzw. die dritte innere Pumpelektrode 26 in eine separate Schichtebene 11c1 verlegt, so wird gemäß dieser ersten Vari ante des fünften Ausführungsbeispiels durch Aufbringung der Diffusionsbarriere 46 im Durchbruch 16 der Festelektrolyt schicht 11c der Effekt einer erschwerten Diffusion weiter verstärkt. Die erschwerte Diffusion führt zu einer Beseiti gung von Inhomogenitäten innerhalb des Gasgemischs.

Eine weitere Variante besteht darin, den Katalysator 38 und die dritte innere Elektrode 26 zu einer Kombinationselektro de 27 zusammenzufassen, die beispielsweise, wie auch die zweite innere Elektrode 24 in die separate Schichtebene 11c1 verlegt werden kann.

Variationen des der Erfindung zugrunde liegenden Sensorele ments unter Beibehaltung des Meßprinzips sind ebenfalls Ge genstand der Erfindung. So kann der Meßgasraum 13, 14 optio nal mit porösem Material als Diffusionswiderstand gefüllt werden oder mehrere Diffusionsbarrieren enthalten. Darüber hinaus können mehr als eine elektrochemische Zelle zur Regu lierung des Sauerstoffgehalts des Meßgases vorgesehen werden bzw. mehr als eine elektrochemische Zelle zur Erzeugung ei nes reduzierenden bzw. oxidierenden Reaktionsgases. Auch das der Bestimmung des Restgehaltes des Reaktionsgases dienende Mittel kann in mehrfacher Ausführung vorgesehen sein.

Die Detektion des Restgehaltes an Reaktiongas im Gasgemisch erfolgt bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen exempla risch mittels der dritten Pumpzelle auf amperometrischem We ge. Es ist jedoch auch möglich, die Detektion potentiomet risch mittels einer Konzentrationszelle vorzunehmen. Dazu wird die dritte innere Elektrode 26 beispielsweise mit der Referenzelektrode 28 zu einer Nernst- oder Konzentrations zelle zusammengeschaltet.

Die potentiometrische Detektion von Reaktionsgasen wie Was serstoff oder Kohlenmonoxid erfolgt besonders vorteilhaft durch Verwendung eines sogenannten Ungleichgewichtssensors. Ein derartiges Sensorelement ist in Fig. 10 dargestellt. Im Meßgasraum 13 befindet sich zusätzlich eine vierte innere Elektrode 29, die katalytisch inaktiv ist und mit der kata lytisch aktiven dritten inneren Elektrode 26 zu einer Nernst- oder Konzentrationszelle zusammengeschaltet ist. Da sich an der katalytisch aktiven dritten inneren Elektrode 26 ein anderes Potential ausbildet als an der katalytisch inak tiven vierten inneren Elektrode 29, kann eine Spannung als Meßsignal ermittelt werden. Dieser Effekt ist besonders aus geprägt, wenn als dritte innere Elektrode eine Kombinations elektrode 27 verwendet wird unter Verzicht auf den Katalysa tor 38.

Eine weitere Möglichkeit der Detektion des Reaktionsgases besteht in der Verwendung eines resistiven Meßelements. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 11 darge stellt. Die dritte und die vierte innere Elektrode 26, 29 werden mit einer Spannung beaufschlagt und der Widerstand einer gassensitiven Schicht 50 zwischen den beiden inneren Elektroden 26, 29 wird bestimmt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird gemäß Fig. 12 der Katalysator 38 mit der zweiten inneren Elektrode 24 kombiniert. Dabei kann der Katalysator die zweite innere Elektrode 24 teilweise oder vollständig bedecken, wobei zwi schen dem Katalysator 38 und der Oberfläche der zweiten in neren Elektrode 24 eine zusätzliche, vorzugsweise poröse Fe stelektrolytschicht 48 angeordnet ist, um zu verhindern, daß die zu messende Gaskomponente am Katalysator 38 elektroche misch umgesetzt wird. Die Kombination von Katalysator 38 und zweiter innerer Elektrode 24 verhindert besonders wirkungs voll den Zutritt von zu messender Gaskomponente zur zweiten inneren Elektrode 24, da die zu messende Gaskomponente zu nächst den porösen Katalysator 38 passieren muß, bevor sie zur zweiten inneren Elektrode 24 gelangt. Im Katalysator 38 trifft sie auf einen Überschuß des in gegenläufiger Richtung diffundierenden Reaktionsgases und wird vollständig umge setzt.

In Fig. 13 ist ein Sensorelement gemäß einem neunten Aus führungsbeispiel dargestellt. Dabei wird der Katalysator 38 sowohl mit der zweiten inneren Elektrode 24 als auch mit der dritten inneren Elektrode 26 kombiniert. Diese Anordnung führt zu einer besonders effektiven Vermeidung der Diffusion der zu messenden Gaskomponente zur zweiten inneren Elektrode 24.

Um einen besonders günstigen Gasfluß innerhalb des Gassen sors zu gewährleisten, können über die Schutzvorrichtung 36 hinaus eine oder mehrere Vorrichtungen zur Lenkung des Gasstroms innerhalb des Meßgasraums 13, 14 vorgesehen sein.

Die Anwendungsmöglichkeiten des der Erfindung zugrunde lie genden Gassensors sind beispielsweise in der Schadstoff detektion in Abgasen von Verbrennungsmotoren zu sehen. So ermöglicht insbesondere die Detektion von Stickoxiden eine Kontrolle beispielsweise der Funktionstüchtigkeit oder des Beladungszustands eines NOx-Speicherkatalysators. Dazu wird der Gassensor in einem Abgasstrang dem NOx-Speicherkata lysator in Strömungsrichtung des Abgases nachgeordnet ange bracht. Darüber hinaus wird durch die Bestimmung von Ammoni ak die Kontrolle von mit Ammoniak oder Harnstoff betriebenen SCR-Systemen ermöglicht. Dabei wird der Gassensor im Ab gasstrang zwischen Abgasnachbehandlungseinheit und Auspuff angeordnet und der Ammoniakgehalt des austretenden Abgases kontrolliert.

Auch bei Verbrennungsanlagen zu Heizzwecken kann der Gassen sor zur Schadstoffanalyse verwendet werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, durch die Detektion beispielsweise von Methan die Vollständigkeit der Verbrennung zu überprü fen.

Grundsätzlich ermöglicht der Gassensor sowohl den rein qua litativen Nachweis der Existenz einer zu messenden Gaskompo nente als auch die Bestimmung deren Konzentration in einem Gasgemisch.

Claims

1. Gassensor auf Festelektrolytbasis zur Messung einer Gaskom ponente in einem Gasgemisch, mit mindestens einem sensitiven Be reich, dadurch gekennzeichnet, daß der Gassensor ein erstes Mit tel zur Erzeugung eines Reaktionsgases aus einer weiteren Gas komponente des Gasgemischs aufweist, und daß im sensitiven Be reich (40) ein zweites Mittel angeordnet ist, mit dem der Rest gehalt des Reaktionsgases nach einer zwischen dem Reaktionsgas und der zu messenden Gaskomponente stattfindenden Reaktion be stimmbar ist.

2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mittel eine elektrochemische Pumpzelle ist, die eine dem Gasgemisch zugewandte Elektrode (24) aufweist.

3. Gassensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Gasgemisch zugewandten Elektrode (24) der elektrochemi schen Pumpzelle die weitere Gaskomponente Wasser zum Reaktions gas Wasserstoff und/oder die weitere Gaskomponente Kohlendioxid zum Reaktionsgas Kohlenmonoxid reduzierbar ist.

4. Gassensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an der dem Gasgemisch zugewandten Elektrode (24) der elektrochemi schen Pumpzelle als weitere Gaskomponenten Stickstoffmonoxid und/oder ein Schwefeloxid jeweils zu einem Reaktionsgas oxidier bar sind.

5. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das zweite Mittel eine elektrochemische Pumpzelle ist.

6. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das zweite Mittel eine elektrochemische Konzentra tionszelle ist.

7. Gassensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das zweite Mittel ein resistives Meßelement ist.

8. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Katalysator (38) für die Reaktion des Reaktionsgases mit der zu messenden Gaskomponente vorgesehen ist.

9. Gassensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (38) in unmittelbarer Nähe des zweiten Mittels ange ordnet ist.

10. Gassensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (38) eine Elektrode (24, 26, 27, 29) des ersten und/oder zweiten Mittels zumindest weitgehend bedeckt.

11. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten und/oder zweiten Mittel eine elektrochemische Pumpzelle zur Regulierung des Sauerstoffanteils im Gasgemisch vorangeschaltet ist.

12. Gassensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (20, 22) der elektrochemischen Pumpzelle zur Regulie rung des Sauerstoffanteils in einer anderen Schichtebene (11a, 11b) des Gassensors angeordnet sind als der Katalysator (38) und/oder die Elektroden (24, 26, 27, 28, 29) des ersten und/oder zweiten Mittels.

13. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein von Festelektrolytschichten (11a, 11b, 11c, 11c1, 11c2) umgebener Meßgasraum (13, 14) vorgesehen ist, dem das Gasgemisch über einen Diffusionswiderstand (19, 42) zu führbar ist und in dem sich die Elektroden (20, 24, 26, 27, 29) des ersten Mittels, des zweiten Mittels oder der elektrochemi schen Pumpzelle zur Regulierung des Sauerstoffanteils und/oder der Katalysator (38) befinden.

14. Gassensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßgasraum (13) in zwei Bereiche (40, 44) unterteilt ist und als Unterteilung eine Diffusionsbarriere (42) enthält.

15. Gassensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel (36) zur Lenkung des diffundie renden Gasgemischs vorgesehen ist.

16. Verfahren zur Messung einer Komponente eines Gasgemischs insbesondere mittels eines Gassensors gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer weiteren Kompo nente des Gasgemischs ein Überschuß eines Reaktionsgases erzeugt wird, das mit der zu messenden Komponente zur Reaktion gebracht wird, daß der Restgehalt des Reaktionsgases nach der Reaktion bestimmt wird, und daß aus dem Restgehalt des Reaktionsgases auf die ursprüngliche Konzentration der zu messenden Komponente im Gasgemisch geschlossen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas aus der weiteren Komponente des Gasgemischs durch Reduktion oder Oxidation erzeugt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas aus der weiteren Komponente des Gasgemischs in einem inneren Bereich (13, 14) des Gassensors erzeugt wird, der weitgehend von einem den Gassensor umgebenden Gasraum abge trennt ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch ge kennzeichnet, daß zur Bestimmung einer ersten zu messenden Gas komponente ein erstes Reaktionsgas durch Reduktion erzeugt wird und dazu alternierend zur Bestimmung einer zweiten zu messenden Gaskomponente ein zweites Reaktionsgas durch Oxidation erzeugt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch ge kennzeichnet, daß das Reaktionsgas im stöchiometrischen oder vo lumetrischen Überschuß bezüglich der Menge an zu messender Gas komponente erzeugt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch ge kennzeichnet, daß zusätzlich der Sauerstoffgehalt des Gasge mischs bestimmt wird.

22. Verwendung eines Gassensors nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Gasgemisch.

23. Verwendung eines Gassensors nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zur Bestimmung einer Gaskomponente im Abgas eines Verbrennungs motors.

24. Verwendung eines Gassensors nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zur Bestimmung von Stickoxiden und/oder Ammoniak.

25. Verwendung eines Gassensors nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 16 bis 21 zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit und/oder des Beladungs zustands eines NO_x-Speicherkatalysators.