Thermoelektrischer Kohlenwasserstoffsensor in Dickschichttechnik mit Pt|PtRh Thermopile zur On-Board-Diagnose eines Diesel-Oxidations-Katalysators

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Wiegärtner, Sven ; Hagen, Gunter ; Kita, Jaroslaw ; Schönauer-Kamin, Daniela ; Reitmeier, Willibald ; Burger, Katharina ; Grass, Philippe ; Kaspar, Marcel ; Rabl, Hans-Peter ; Prince, Alistair ; Weigand, Peter ; Moos, Ralf:
Thermoelektrischer Kohlenwasserstoffsensor in Dickschichttechnik mit Pt|PtRh Thermopile zur On-Board-Diagnose eines Diesel-Oxidations-Katalysators.
2016
Event: Sensoren und Messsysteme 2016 , 10.5.-11.5.2016 , Nürnberg.
(Conference item: Conference , Speech )

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Kohlenwasserstoffsensoren können zur vorgeschriebenen On-Board-Diagnose eines Diesel-Oxidations-Katalysators eingesetzt werden. Ein möglicher Sensortyp zur Detektion unverbrannter Kohlenwasserstoffe im automobilen Abgas nutzt das thermoelektrische Prinzip. Dabei entsteht zwischen zwei unterschiedlichen Materialien A und B, die in Dickschichttechnik auf einem elektrisch isolierenden Substrat aufgebracht werden, eine Thermospannung, die die Messgröße ist. Eine Seite der Kontaktstelle der beiden Materialien wird mit einer inerten Schicht und die andere Seite mit einer katalytisch hochaktiven Schicht bedeckt. Aufgrund der Oxidationsreaktion von Kohlenwasserstoffen und der daraus resultierenden Temperaturerhöhung an der katalytisch aktiven Schicht entsteht eine Thermospannung zwischen den beiden Kontaktstellen. Um das Messsignal und somit die Empfindlichkeit des Sensors zu erhöhen, kann der Betrag der Thermospannung durch Aneinanderreihung mehrerer Thermolementpaare zum sog. "Thermopile" erhöht werden. Aufgrund der hohen Einsatztemperaturen und der rauen Atmosphäre im Rohabgas eines Automobils werden in dieser Arbeit unter anderen die Edelmetalle Platin und Platin mit 10 wt% Rh als Materialien A und B gewählt. Hierbei handelt es sich um die Materialpaarung eines standardisierten Thermoelements vom Typ S. Die katalytisch aktive Schicht besteht aus einem porösen Al2O3, welches mit 1 wt% Pt versetzt wird. Zusätzlich wird auf der Rückseite des Sensorelements ein Platinheizer angebracht, so dass eine konstante Sensorbetriebstemperatur von bis zu 650 °C bereitgestellt werden kann.