DE102011007332A1

DE102011007332A1 - Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum

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Publication number: DE102011007332A1
Application number: DE201110007332
Authority: DE
Inventors: Lothar Diehl; Thomas Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente in dem Messgasraum (112), vorgeschlagen. Es wird ein Sensorelement (114) verwendet. Das Sensorelement (114) umfasst mindestens eine erste Elektrode (116) und mindestens eine zweite Elektrode (118). Die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) sind über mindestens einen Festelektrolyten (120) verbunden. Die zweite Elektrode (118) ist zumindest teilweise mit einem Hohlraum (122) verbunden. Das Sensorelement (114) weist weiterhin mindestens eine dritte Elektrode (124) auf. Die dritte Elektrode (124) ist mit dem Hohlraum (122) über mindestens einen Diffusionsweg (126) verbunden. Ein Referenzpumpstrom wird zwischen der dritten Elektrode (124) und mindestens einer mit der dritten Elektrode (124) über mindestens einen Festelektrolyten (120) verbundenen Gegenelektrode (146) erfasst. Ein Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Hohlraum (122) wird unter Verwendung des Referenzpumpstroms beeinflusst.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Sensorelemente zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Gaskomponente eines Gases, bekannt. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, im Wesentlichen unter Bezugnahme auf Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, welche zur quantitativen und/oder qualitativen Erfassung mindestens einer Gaskomponente, insbesondere einer Zielgaskomponente, in einem Messgasraum dienen. Beispielsweise kann es sich bei dem Gas um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich, und bei dem Messgasraum beispielsweise um einen Abgastrakt. Bei dem Sensorelement kann es sich hierbei beispielsweise um eine Lambda-Sonde handeln. Solche Lambda-Sonden sind beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165, beschrieben.
In der Praxis werden beispielsweise Breitband-Lambda-Sonden verwendet. Bei einer Breitband-Lambda-Sonde wird beispielsweise insbesondere die in einen Messhohlraum, insbesondere in einen Hohlraum, eindiffundierende Menge einer Gaskomponente, insbesondere Sauerstoff und/oder Fettgas, entweder anhand eines Grenzstroms, insbesondere bei einzelligen Sensorelementen (LSP), oder anhand eines zu einer Regelung einer Hohlraumkonzentration, insbesondere einer Sauerstoffkonzentration in dem Hohlraum, auf Lambda = 1 notwendigen Pumpstroms, insbesondere bei einem doppelzelligen Sensorelement (LSU), gemessen. Bei dem Grenzstrom kann es sich beispielsweise um einen maximalen Pumpstrom handeln, welcher durch Diffusionseigenschaften begrenzt ist. Ein fließender Messstrom, insbesondere der Grenzstrom oder der Pumpstrom, können proportional zu dem Anteil der Zielgaskomponente, insbesondere zu dem Sauerstoff- oder Fettgas-Gehalt, in dem Abgas sein. Die Messung der Hohlraumkonzentration kann insbesondere anhand der Bestimmung einer Nernstspannung zwischen einer Nernst-Elektrode in dem Hohlraum und einer Sauerstoff- bzw. luftbespülten Referenzelektrode in einem Referenzraum erfolgen.
Aus DE 10 2008 044 048 A1 ist bekannt, dass eine Soll-Nerntspannung dauerhaft auf 200 mV abgesenkt werden kann oder eine höhere Nernstspannung eingestellt werden kann. Eine Soll-Nerntspannung, insbesondere ein Regelsollwert der Nerntspannung, kann in der Regel dazu dienen, eine Hohlraum-Konzentration, insbesondere eine Sauerstoffkonzentration in dem Hohlraum, von beispielsweise Lambda = 1, einzuregeln.
Variationen der Nernstspannung sind ebenfalls aus DE 10 2005 056 515 A1 bekannt, hier allerdings insbesondere zu einer Gasartenerkennung. Hierbei wird insbesondere ein Verfahren zur Erkennung der Gaszusammensetzung eines einer Breitband-Lambdasonde zugeführten, aus wenigstens zwei Gasen vorzugsweise unterschiedlichen Diffusionsverhaltens bestehenden, Gasgemisches vorgeschlagen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Erkennung der Gaszusammensetzung des Gasgemisches mittels Modulation des Gases in einem Messgasraum erfolgt. Bevorzugt wird dabei die Luftzahl im Messgasraum einer Pumpzelle periodisch verändert, wobei die Empfindlichkeit der Lambda-Sonde für die wenigstens zwei Gase sich ebenfalls periodisch ändert.
Aus DE 100 35 036 C1 , insbesondere aus 1, ist beispielsweise ein Aufbau eines Doppelzellers bekannt, wobei die Referenzelektrode nur als gepumpte Referenz betrieben wird. Hierbei wird insbesondere ein elektrochemisches Sensorelement zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in Abgasen von Verbrennungsmotoren vorgeschlagen. Das Sensorelement enthält eine Pumpzelle, die eine auf einer dem Gasgemisch zugewandten Fläche des Sensorelements angeordnete Pumpelektrode und eine in einem Messgasbereich angeordnete Messgaselektrode aufweist, wobei das Gasgemisch über einen Diffusionswiderstand in den Messgasbereich gelangt. Daneben enthält das Sensorelement eine in einem Referenzgasbereich angeordnete Referenzelektrode. Zwischen dem Messgasbereich und dem Referenzgasbereich ist ein weiterer Diffusionswiderstand vorgesehen.
Aus WO 2005/047841 A1 ist eine Vorrichtung zur Messung des Drucks in einem aus Gaskomponenten zusammengesetzten Gasgemisch bekannt. Diese weist einen nach dem Grenzstromprinzip arbeitenden amperometrischen Sensor und ein Messelement zur Messung des über Elektroden fließenden Grenzstroms als Maß für den Gasdruck auf. Zwecks fehlerfreier Messung des Gasdrucks in einem Gasgemisch sind insbesondere Mittel vorgesehen, die den vor der Diffusionsbarriere anstehenden Molenbruch einer zur Druckmessung herangezogenen Gaskomponente zumindest während der Druckmessphase auf konstant 100% fixieren.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen kann es über die Lebensdauer beispielsweise zu einer Passivierung der im Hohlraum angeordneten Elektroden, insbesondere der inneren Pumpelektrode, kommen. Beispielsweise können Chrom-Ablagerungen und/oder eine Platin(Pt)-Segregation und/oder andere Prozesse die Aktivität und/oder eine Anzahl von Dreiphasenplätzen in der Elektrode reduzieren und insbesondere zu der Passivierung der in dem Hohlraum angeordneten Elektroden führen. In solch einem Fall, insbesondere bei der Passivierung der in dem Hohlraum angeordneten Elektroden, kann bei einem bestimmten Pumpstrom, insbesondere von der inneren Pumpelektrode zu der äußeren Pumpelektrode, eine signifikante Durchtrittsüberspannung an einer Grenzfläche zwischen einer Elektrode und einem Festelektrolyt, insbesondere an der Grenzfläche zwischen der inneren Pumpelektrode und Zirkondioxid, abfallen. Hierdurch kann beispielsweise die Soll-Nernstspannung, von beispielsweise 450 mV, bereits bei kleineren Strömen, insbesondere Pumpströmen, erreicht werden als für die Regelung der Hohlraumkonzentration auf Lambda = 1, insbesondere eine Einregelung, in dem Hohlraum nötig wäre. Hieraus kann beispielsweise ein zu kleiner Pumpstrom, d. h. ein Absinken einer Kennlinie des Sensorelements, insbesondere einer Kennlinie zwischen Pumpstrom (Ip) gegen Lambda, folgen. Weiterhin sind insbesondere bekannte Verfahren zu einem Abgleich der Kennlinie eines Sensorelements, insbesondere einer Sonde, beispielsweise im Stecker und/oder an einer Diffusionsbarriere kostenintensiv. Ein autonomer Abgleich ist wünschenswert, um außerdem insbesondere eine Alterung der Kennlinie kompensieren zu können.
Offenbarung der Erfindung
Es werden daher ein Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente, insbesondere als Bestandteil des Gases, in dem Messgasraum, sowie eine Vorrichtung vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen, beispielsweise bei der Alterung von Elektroden, zumindest weitgehend vermeiden und/oder mildern.
In dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Sensorelement verwendet. Bei dem Sensorelement kann es sich beispielsweise um eine Lambda-Sonde, insbesondere um ein Sensorelement und/oder eine Lambda-Sonde mit mindestens zwei Zellen, handeln, beispielsweise gemäß dem oben genannten Stand der Technik. Besonders bevorzugt kann es sich bei dem Sensorelement um eine Breitband-Lambdasonde handeln. Bei der mindestens einen Eigenschaft des Gases, welche grundsätzlich eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft sein kann, kann es sich insbesondere um einen Anteil mindestens einer Zielgaskomponente in dem Messgasraum handeln. Bei dem Anteil kann es sich beispielsweise um einen Partialdruck und/oder einen Prozentsatz der Zielgaskomponente handeln. Bei der Zielgaskomponente kann es sich insbesondere um Sauerstoff handeln. Auch andere Eigenschaften sind jedoch grundsätzlich erfassbar. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, sodass es sich bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann und bei dem Gas insbesondere um ein Abgas.
Bei dem Sensorelement kann es sich beispielsweise ebenfalls um eine LSU oder um einen NO_x-Sensor handeln. Bei einem NO_x-Sensor kann es sich insbesondere um eine Reihenschaltung zweier Pumpzellen handeln. Unter einer Zelle, insbesondere einer Pumpzelle, kann dabei insbesondere ein keramisches Element mit mindestens zwei Elektroden und mindestens einem Festelektrolyten, insbesondere einem keramischen Festeleketrolyten, verstanden werden.
Das Sensorelement umfasst mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode. Die erste Elektrode kann insbesondere dem Gas ausgesetzt sein. Bei der ersten Elektrode kann es sich insbesondere um eine äußere Pumpelektrode, beispielsweise eine Außenpumpelektrode, handeln. Bei der zweiten Elektrode kann es sich insbesondere um eine innere Pumpelektrode, beispielsweise eine Innenpumpelektrode, handeln. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind über mindestens einen Festelektrolyten verbunden. Bei dem Festelektrolyten kann es sich beispielsweise um Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ), handeln.
Die erste Elektrode kann beispielsweise zumindest teilweise mit dem Messgasraum verbunden sein. Der Festelektrolyt kann vorzugsweise gasundurchlässig sein und/oder kann einen ionischen Transport, beispielsweise einen ionischen Sauerstofftransport, gewährleisten.
Die zweite Elektrode ist zumindest teilweise mit einem Hohlraum verbunden. Die zweite Elektrode kann in dem Hohlraum angeordnet sein, kann jedoch auch fluidisch und/oder über eine Gasverbindung mit dem Hohlraum verbunden sein. Unter einem Hohlraum kann hierbei ein Raum innerhalb des Sensorelements verstanden werden, insbesondere ein Pumpraum, welcher zwar baulich von dem Messgasraum separiert ist, welcher aber dennoch mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagt werden kann, beispielsweise über einen Gaszutrittsweg und/oder über eine Diffusionsbarriere. Der Hohlraum kann ganz oder teilweise offen ausgestaltet sein, kann jedoch auch ganz oder teilweise mit mindestens einem gasdurchlässigen Medium ausgefüllt sein, beispielsweise einem porösen Medium, beispielsweise porösem Aluminiumoxid. Der Hohlraum kann insbesondere ausgestaltet sein, um einen Vorrat einer Gaskomponente zu speichern, bevor dieser Vorrat gegebenenfalls an einen anderen Raum abgegeben wird.
Das Sensorelement weist weiterhin mindestens eine dritte Elektrode auf. „Erste” und „zweite” und „dritte” werden hierbei als Bezeichnungen verwendet, ohne Hinweis darauf, dass gegebenenfalls noch weitere Elektroden existieren können und ohne Hinweis auf eine Reihenfolge. Bei der dritten Elektrode kann es sich beispielsweise um eine Referenzelektrode handeln. Die dritte Elektrode ist mit dem Hohlraum über mindestens einen Diffusionsweg verbunden. Unter einem Diffusionsweg ist allgemein eine Wegstrecke zu verstehen, welche von dem Gas oder einem Teil des Gases zurückgelegt werden kann, wobei mindestens ein Element des Diffusionswegs von dem Gas oder der Gaskomponente mittels eines Diffusionsprozesses durchdrungen wird. Beispielsweise kann es sich bei diesem mindestens einen Element um mindestens ein poröses Element handeln, welches von dem Gas oder der Gaskomponente diffusiv durchdrungen werden kann. Beispielsweise kann der Diffusionsweg mindestens einen Dichtsteg aufweisen. Der Diffusionsweg kann beispielsweise mindestens eine Schicht aus einem Material umfassen, welches eine Strömung eines Gases und/oder eines Fluids unterdrückt, währenddessen es eine Diffusion eines Gases und/oder eines Fluids und/oder von Ionen fördert. Der Diffusionsweg kann insbesondere eine poröse keramische Struktur mit gezielt eingestellten Porenradien aufweisen. Der Difussionsweg kann beispielsweise als Diffusionsbarriere ausgestaltet sein. Es wird ein Referenzpumpstrom zwischen der dritten Elektrode und mindestens einer mit der dritten Elektrode über mindestens einen Festelektrolyten verbundenen Gegenelektrode erfasst. Bei dem Festelektrolyten kann es sich insbesondere um den gleichen Festelektrolyten wie zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode handeln, es kann sich allerdings auch um einen anderen Festelektrolyten, beispielsweise ausgewählt aus den oben genannten Beispielen, handeln. Bei der Gegenelektrode kann es sich beispielsweise um die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode und/oder eine weitere Elektrode handeln. Unter Verwendung des Referenzpumpstroms wird ein Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Hohlraum beeinflusst. Bei dem Referenzpumpstrom kann es sich insbesondere um einen Pumpstrom, beispielsweise um einen elektrischen Strom, handeln. Der Referenzpumpstrom kann insbesondere durch eine Ansteuerung, insbesondere eine Strommessvorrichtung, erfasst werden.
Zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode kann mindestens ein Pumpstrom erfasst werden. Die mindestens eine Eigenschaft des Gases kann unter Verwendung des Pumpstroms ermittelt werden. Der Pumpstrom kann insbesondere proportional zu dem Anteil an Sauerstoff und/oder zu dem Anteil an Fettgas in dem Abgas sein. Bei einer Breitband-Lambdasonde kann beispielsweise der Pumpstrom zwischen der inneren Elektrode und der äußeren Pumpelektrode erfasst werden, insbesondere um eine Sauerstoffkonzentration, insbesondere einen Sauerstoffpartialdruck, unter Verwendung des Pumpstroms zu ermitteln. Bei Sensorelementen von Gassensoren zur Bestimmung von Gaskomponenten in Gasgemischen, wie beispielsweise in DE 10 2008 044 374 A1 und DE 10 2008 044 051 A1 beschrieben, kann der Pumpstrom beispielsweise an einer zweiten elektrochemischen Pumpzelle erfasst werden. Solche Sensorelemente können beispielsweise mehrere Hohlräume, insbesondere Messkammern, und mehrere Elektroden umfassen.
Der Referenzpumpstrom kann insbesondere ein Grenzstrom sein. Unter einem Grenzstrom kann beispielsweise ein Pumpstrom, insbesondere ein maximaler Pumpstrom, verstanden werden. Ein Grenzstrom kann beispielsweise auftreten, falls eine nachströmende Gaskomponente, beispielsweise eine Zielgaskomponente, quantitativ begrenzt ist. Der Grenzstrom kann beispielsweise von der Konzentration, insbesondere dem Anteil der Zielgaskomponente und/oder der Gaskomponente, abhängen, kann aber insbesondere auch durch den Diffusionsweg und/oder durch die Diffusionsbarriere und/oder das Volumen des Hohlraums bestimmt sein.
Die Beeinflussung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum kann insbesondere eine Regelung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum, insbesondere unter Verwendung des Referenzpumpstroms als Regelgröße, umfassen. Unter einer Regelung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum kann beispielsweise eine Einstellung einer Konzentration der Gaskomponente, insbesondere auf einen definierten Wert, verstanden werden. Unter einer Regelgröße kann insbesondere eine Größe verstanden werden, welche bei der Regelung konstant oder gezielt veränderlich zu halten sein kann. Die Regelgröße kann insbesondere auf einen gewünschten Sollwert geregelt werden.
Die Beeinflussung des Anteils der Gaskomponenten in dem Hohlraum kann eine Beeinflussung mindestens eines Pumpstroms und/oder mindestens einer Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode umfassen. Hierdurch kann beispielsweise der Zustrom der Gaskomponente aus dem Messgasraum zu dem Hohlraum erhöht oder erniedrigt werden. Beispielsweise kann insbesondere die Sauerstoffkonzentration in dem Hohlraum erhöht oder erniedrigt werden.
Der Referenzpumpstrom kann mit mindestens einem Sollwert verglichen werden, wobei der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode entsprechend dieses Vergleichs eingestellt werden können.
Die Gegenelektrode kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Prinzipiell kann es sich bei der Gegenelektrode um eine beliebige Elektrode handeln.
Bei der Gaskomponente kann es sich insbesondere um Sauerstoff handeln. Die Gaskomponente kann mit der Zielgaskomponente übereinstimmen, kann sich jedoch auch von der Zielgaskomponente unterscheiden. Bei der Zielgaskomponente kann es sich beispielsweise ebenfalls um Sauerstoff handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Zielgaskomponente auch um ein Stickoxid oder ein Schwefeloxid oder Kohlendioxid handeln. Der Anteil der Gaskomponente, insbesondere von Sauerstoff, kann beispielsweise mindestens 1%, bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 20%, betragen.
In dem Messgasraum kann beispielsweise ein Absolutdruck erfasst werden. Hierbei kann beispielsweise der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode den Anteil der Gaskomponente, insbesondere von Sauerstoff, auf mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, besonders bevorzugt auf 100%, einstellen. Bei der Gegenelektrode kann es sich hierbei insbesondere um die zweite Elektrode handeln.
Insbesondere kann eine Kalibration durchgeführt werden. Unter einer Kalibration kann beispielsweise eine Messung verstanden werden, welche insbesondere zu einer Feststellung und/oder einer Dokumentation und/oder eines Ausgleichs einer Abweichung eines Verhaltens einer Vorrichtung, insbesondere des Sensorelements, zu einer anderen Vorrichtung, insbesondere zu einem anderen Sensorelement, beispielsweise aufgrund von Fertigungsstreuungen, durchgeführt werden kann, verstanden werden. Weiterhin kann die Kalibration eine Berücksichtigung der ermittelten Abweichung, insbesondere während einer Benutzung der Vorrichtung, insbesondere des Sensorelements, umfassen. Hierbei kann insbesondere zuerst der Absolutdruck erfasst werden, wie oben beschrieben. Danach kann vorzugsweise der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ausgeschaltet werden, wobei der Referenzpumpstrom erfasst wird. Danach kann bevorzugt der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode in einem Grenzstrom betrieben werden. Dieser Grenzstrom und der, insbesondere zuvor ermittelte, Absolutdruck kann zu der Kalibration verwendet werden.
Das Sensorelement kann weiterhin beispielsweise ein Heizelement umfassen. Das Heizelement kann zu einer Regelung einer Betriebstemperatur mit Hilfe der Ansteuerung betrieben werden. Das Heizelement kann beispielsweise zu einer Beheizung des Sensorelements auf eine Betriebstemperatur von beispielsweise 400–1000°C verwendet werden. Das Heizelement kann beispielsweise von einer Schicht eines keramischen, elektrisch isolierenden Materials, wie beispielsweise Alumiuniumoxid, umgeben sein.
Das vorgeschlagene Verfahren kann weiterhin derart durchgeführt werden, dass aus dem Referenzpumpstrom zwischen der dritten Elektrode und der Gegenelektrode auf eine Temperatur des Sensorelements oder eines Teils des Sensorelements geschlossen wird. Beispielsweise könnte zunächst eine Kalibrierung mindestens einer Kennlinie des Sensorelements gemäß dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden, wobei beispielsweise der Diffusionsweg zwischen dem Hohlraum und der dritten Elektrode und/oder eine Diffusionsbarriere zwischen dem Messgasraum und dem Hohlraum kalibriert werden. Diese Kalibrierung kann beispielsweise gemäß dem obigen Verfahren gemäß einer oder mehreren der dargestellten Ausführungsvarianten erfolgen.
Insbesondere nach einer derartigen Kalibrierung kann beispielsweise der Referenzpumpstrom, beispielsweise bei einer Erzeugung einer Sauerstoffatmosphäre von mindestens 90%, insbesondere mindestens 95% und besonders bevorzugt 100% in dem Hohlraum, lediglich noch von der Temperatur des Sensorelements, beispielsweise einer Temperatur des die dritte Elektrode und die Gegenelektrode verbindenden Festelektrolyten, abhängen. Dementsprechend kann eine Messung des Referenzpumpstroms herangezogen werden, um die Temperatur des Sensorelements oder eines Teils desselben, insbesondere eine Temperatur des Festelektrolyten, zu bestimmen.
Weiterhin kann das Verfahren derart durchgeführt werden, dass die Temperatur des Sensorelements oder eines Teils desselben, durch mindestens eine weitere Messung bestimmt wird, beispielsweise durch eine Innenwiderstandsmessung. Derartige Innenwiderstandsmessungen, beispielsweise unter Heranziehung einer Pumpstrommessung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode, beispielsweise bei Beaufschlagung mit einer Wechselspannung und/oder einem Wechselstrom, werden in vielen Vorrichtungen routinemäßig durchgeführt zur Temperaturregelung mittels des Heizelements. Durch die nunmehr durchführbare unabhängige Messung der Temperatur über den Referenzpumpstrom kann beispielsweise eine Kalibrierung mindestens einer weiteren Temperaturmessung, beispielsweise der genannten Innenwiderstandsmessung, durchgeführt werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Alterungsdriften der für die Temperaturregelung herangezogenen Temperaturmessung, beispielsweise über den Innenwiderstand, ausgleichen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente in dem Messgasraum, umfasst mindestens ein Sensorelement. Das Sensorelement kann beispielsweise wie oben beschrieben ausgestaltet sein. Das Sensorelement umfasst mindestens eine erste Elektrode und mindestens eine zweite Elektrode. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind über mindestens einen Festelektrolyten, insbesondere wie oben beschrieben, verbunden. Die zweite Elektrode ist zumindest teilweise mit einem Hohlraum verbunden. Das Sensorelement weist weiterhin mindestens eine dritte Elektrode auf. Die dritte Elektrode ist mit dem Hohlraum über mindestens einen Diffusionsweg verbunden.
Die Vorrichtung, insbesondere die Sensorvorrichtung, weist weiterhin mindestens eine Ansteuerung auf. Die Ansteuerung ist eingerichtet, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. Die Ansteuerung kann beispielsweise über eine Schnittstelle mit dem Sensorelement verbunden sein. Die Ansteuerung kann aber auch vollständig oder teilweise in das Sensorelement integriert sein. Die Ansteuerung kann aber beispielsweise auch ganz oder teilweise in anderen Komponenten integriert sein, beispielsweise in einem Stecker und/oder in einer Motorsteuerung. Die Ansteuerung kann beispielsweise mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung umfassen, insbesondere um die Elektroden, insbesondere die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode und/oder die dritte Elektrode und/oder die weitere Elektrode, mit Strom und/oder mit Spannung zu beaufschlagen. Bei der Beaufschlagungsvorrichtung kann es sich beispielsweise um eine Spannungsquelle und/oder um eine Stromquelle handeln. Weiterhin kann die Ansteuerung gegebenenfalls mindestens eine Messvorrichtung umfassen, beispielsweise mindestens eine Spannungsmessvorrichtung und/oder mindestens eine Strommessvorrichtung. Die Spannungsmessvorrichtung kann insbesondere ausgestaltet sein, um die Pumpspannung und/oder eine Nernstspannung zu messen. Die Strommessvorrichtung kann insbesondere ausgestaltet sein, um den Pumpstrom, insbesondere den Grenzstrom, zu messen. Weiterhin kann die Ansteuerung optional beispielsweise eine Auswertevorrichtung, beispielsweise eine Datenverarbeitungsvorrichtung, umfassen. Weiterhin optional kann die Ansteuerung mindestens einen Signalgenerator umfassen. Die Ansteuerung kann überdies optional mindestens einen Regler, beispielsweise mindestens einen Lock-in-Regler, umfassen. Der Regler kann beispielsweise zur Regelung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber bekannten Verfahren und Vorrichtungen aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren, welches insbesondere darauf basiert, Konzentrationen der Gaskomponente, insbesondere eine Hohlraumkonzentration, auf den Grenzstrom, insbesondere auf einen Diffusions-Grenzstrom, zwischen beispielsweise der inneren Pumpelektrode und der Referenzelektrode zu regeln, kann beispielsweise zu einer Vermeidung einer Kennlinienabsenkung aufgrund von Elektrodenpolarisation führen. In dem vorgeschlagenen Verfahren ist beispielsweise während dem Betrieb die zweite Elektrode, insbesondere die innere Pumpelektrode, ständig an sauerstoffreicher Atmosphäre, sodass Passivierungsprozesse, beispielsweise Elektrodenpolarisationen, weitgehend vermieden werden können. Dennoch auftretende Polarisationen, insbesondere Elektrodenpolarisationen, beispielsweise der inneren Pumpelektrode, insbesondere der zweiten Elektrode, haben insbesondere keine Auswirkung auf die Kennlinie, da hierdurch keine Regelgröße, wie beispielsweise der Grenzstrom, verändert wird. Die Polarisation kann insbesondere durch eine Erhöhung der Pumpspannung kompensiert werden. Beispielsweise kann die Menge an Platin in der zweiten Elektrode, insbesondere der inneren Pumpelektrode, reduziert werden und/oder ein anderes Elektrodenmaterial, insbesondere ein billigeres Elektrodenmaterial, verwendet werden, wobei eine eventuell verminderte Pumpfähigkeit beispielsweise durch eine erhöhte Pumpspannung ausgeglichen werden kann.
Vorteilhaft kann ebenfalls sein, dass das Sensorelement, insbesondere die Sonde, beispielsweise früher startbereit ist, da beispielsweise die Polarisation der zweiten Elektrode, insbesondere der inneren Pumpelektrode, bei einem kalten Sensorelement die Regelgröße insbesondere nicht mehr beeinflussen kann. Beispielsweise kann das Sensorelement, insbesondere die Sonde, bei kälterer Temperatur betrieben werden, bei welcher die erste Elektrode, insbesondere die innere Pumpelektrode, in der Regel stärker polarisiert, sodass insbesondere Heizleistung eingespart werden kann. Ein Signalsprung bei dem Durchgang durch Lambda = 1, insbesondere eine Lambda = 1-Welligkeit, spielt in dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung bevorzugt keine Rolle mehr. Es sind beispielsweise Designs möglich, welche eine dynamische Druckabhängigkeit und eine Phasenverschiebung der Übertragungsfunktion deutlich reduzieren können. Diese beiden Größen waren bisher in der Regel gegenläufig zu der Störgröße Lambda = 1-Welligkeit. Somit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere die Signalgenauigkeit verbessert werden. Der in dem erfindungsgemäßen Verfahren in der Regel vorhandene höhere Sauerstoff-Partialdruck in dem Hohlraum kann insbesondere einen Druckunterschied zwischen dem Hohlraum und dem Abgasraum verringern. Dadurch kann eine Kennlinienkrümmung geringer sein und/oder die Genauigkeit des Sensorelements, insbesondere des Sensors, verbessert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der folgenden Figur dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
1: Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum 112, insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente, beispielsweise von Sauerstoff, in dem Messgasraum 112, umfasst mindestens ein Sensorelement 114. Das Sensorelement 114 umfasst mindestens eine erste Elektrode 116 und mindestens eine zweite Elektrode 118. Die erste Elektrode 116 kann insbesondere als äußere Pumpelektrode ausgestaltet sein. Die zweite Elektrode 118 kann insbesondere als innere Pumpelektrode ausgestaltet sein. Die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 sind über mindestens einen Festelektrolyten 120 verbunden. Die zweite Elektrode 118 ist zumindest teilweise mit einem Hohlraum 122 verbunden. Das Sensorelement 114 weist weiterhin mindestens eine dritte Elektrode 124 auf. Die dritte Elektrode 124 kann insbesondere als Referenzelektrode ausgestaltet sein. Die dritte Elektrode 124 ist mit dem Hohlraum 122 über mindestens einen Diffusionsweg 126 verbunden. Der Diffusionsweg 126 kann beispielsweise als Dichtsteg ausgestaltet sein. Die erste Elektrode 116 kann beispielsweise über eine Diffusionsbarriere 130 mit Gas aus dem Messgasraum 112 beaufschlagt werden.
Die Vorrichtung 110 weist weiterhin mindestens eine Ansteuerung 128 auf. Die Ansteuerung 128 ist eingerichtet, um ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in dem Messgasraum 112, insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente in dem Messgasraum 112, durchzuführen. Die Ansteuerung 128 kann beispielsweise über eine Schnittstelle 132 mit dem Sensorelement 114 verbunden sein. Die Ansteuerung 128 kann aber auch vollständig oder teilweise in das Sensorelement 114 integriert sein. Die Ansteuerung 128 kann aber beispielsweise auch ganz oder teilweise in andere Komponenten integriert sein, beispielsweise in einem Stecker und/oder in einer Motorsteuerung.
Die Ansteuerung 128 kann beispielsweise mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung 134 umfassen, um beispielsweise die Elektroden, beispielsweise die erste Elektrode 116 und/oder die zweite Elektrode 118 und/oder die dritte Elektrode 124 und/oder eine weitere Elektrode, mit Strom und/oder Spannung zu beaufschlagen. Bei der Beaufschlagungsvorrichtung 134 kann es sich beispielsweise um eine Spannungsquelle und/oder eine Stromquelle handeln. Die Beaufschlagungsvorrichtung 134 kann insbesondere elektrische Leitungen 136 umfassen. Weiterhin kann die Ansteuerung 128 gegebenenfalls mindestens eine Messvorrichtung 138 umfassen. Die Messvorrichtung 138 kann beispielsweise mindestens eine Spannungsmessvorrichtung und/oder mindestens eine Strommessvorrichtung 140 umfassen. Weiterhin kann die Ansteuerung 128 optional beispielsweise mindestens eine Auswertevorrichtung, beispielsweise mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung, umfassen. Weiterhin optional kann die Ansteuerung 128 mindestens einen Signalgenerator umfassen. Die Ansteuerung 128 kann überdies optional mindestens einen Regler, beispielsweise mindestens einen Lock-in-Regler, umfassen. In 1 ist insbesondere ein zweizeiliges Sensorelement 114, insbesondere eine Breitband-Lambdasonde, dargestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell auch mit Sensorelementen 114, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, durchgeführt werden. Das Sensorelement 114 kann insbesondere ein Gaszutrittsloch 142 umfassen.
Das Sensorelement 114 kann weiterhin mindestens ein Heizelement 144 umfassen. Das Heizelement 144 kann zu einer Regelung einer Betriebstemperatur mit Hilfe der Ansteuerung 128 betrieben werden.
Weiterhin zeigt 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in dem Messgasraum 112. In dem erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente in dem Messgasraum 112, wird ein Sensorelement 114, insbesondere wie oben beschrieben, verwendet. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Referenzpumpstrom zwischen der dritten Elektrode 124 und mindestens einer mit der dritten Elektrode 124 über mindestens einen Festelektrolyten 120 verbundene Gegenelektrode 146 erfasst. Die Erfassung des Referenzpumpstroms kann insbesondere durch die mindestens eine Strommessvorrichtung 140 erfolgen. Ein Anteil mindestens einer Gaskomponente, beispielsweise Sauerstoff, insbesondere O₂, wird in dem Hohlraum 122 unter Verwendung des Referenzpumpstroms beeinflusst.
Es kann mindestens ein Pumpstrom zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118, insbesondere durch die Ansteuerung 128, erfasst werden, wobei die mindestens eine Eigenschaft des Gases unter Verwendung des Pumpstroms ermittelt werden kann.
Der Referenzpumpstrom kann insbesondere ein Grenzstrom sein.
Die Beeinflussung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum 122 kann eine Regelung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum 122 umfassen, insbesondere unter Verwendung des Referenzpumpstroms als Regelgröße.
Die Beeinflussung des Anteils der Gaskomponente, insbesondere des Sauerstoffs, in dem Hohlraum 122 kann eine Beeinflussung mindestens eines Pumpstroms und/oder mindestens einer Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118 umfassen. Beispielsweise kann zwischen der ersten Elektrode 116, insbesondere der äußeren Pumpelektrode, und der dritten Elektrode 124, insbesondere der Referenzelektrode oder der inneren Pumpelektrode, permanent eine konstante Pumpspannung von beispielsweise 100 mV–700 mV, insbesondere von 300 mV–500 mV, besonders bevorzugt von ungefähr 400 mV anliegen. Diese Pumpspannung kann beispielswiese so gepolt sein, dass der von dem Hohlraum 122, insbesondere einem weiteren Messgasraum, zu der dritten Elektrode 124, diffundierende Sauerstoff, O₂, permanent in dem Grenzstrom abgepumpt wird. Dieser Referenzpumpstrom, insbesondere der Grenzstrom, besonders bevorzugt ein Diffusions-Grenzstrom des Dichtstegs, beispielsweise zwischen dem Hohlraum 122, bevorzugt dem Messhohlraum, und einem Referenzraum (IgDS), kann insbesondere davon abhängen, wie groß die Sauerstoff-Konzentration in dem Hohlraum 122 ist. Der Referenzpumpstrom, insbesondere der Diffusions-Grenzstrom des Dichtstegs, kann mit mindestens einem Sollwert verglichen werden. Bei Überschreiten des Sollwerts von beispielsweise 10 μA–90 μA, insbesondere von 40 μA–60 μA, besonders bevorzugt von ungefähr 50 μA, kann der Pumpstrom von der zweiten Elektrode 118, insbesondere der inneren Pumpelektrode, zu der ersten Elektrode 116, insbesondere der äußeren Pumpelektrode, erhöht werden. Bei Unterschreiten des Sollwerts kann beispielsweise der Pumpstrom von der zweiten Elektrode 118 zu der ersten Elektrode 116 erniedrigt werden oder, insbesondere falls im Messgasraum 112 ein Fettgas vorliegt, ein Pumpstrom von der ersten Elektrode 116 zu der zweiten Elektrode 118 erhöht werden. Der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118 können allgemein entsprechend dieses Vergleichs, insbesondere dem Vergleich des Referenzpumpstroms mit dem mindestens einen Sollwert, eingestellt werden.
Die Gegenelektrode 146 kann insbesondere ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118.
Bei der Gaskomponente kann es sich insbesondere um Sauerstoff handeln, wobei der Anteil der Gaskomponente beispielsweise mindestens 1%, bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 20%, betragen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere ermöglichen, eine Soll-Hohlraumkonzentration auf einen Sauerstoff-Gehalt, insbesondere eine Sauerstoff-Konzentration und/oder einen Sauerstoffpartialdruck, im Prozentbereich einzuregeln, statt wie im Stand der Technik üblicherweise auf Lambda = 1, d. h. ungefähr 10^–9 bar. Hierdurch wird allerdings die Genauigkeit der Kennlinie nicht geschmälert, da hierfür nach wie vor eine Eindiffusion durch die Diffusionsbarriere 130 entscheidend sein kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 110, insbesondere das Sensorelement 114, beispielsweise die Lambdasonde, kann auch als Drucksensor verwendet werden. Es kann insbesondere ein Absolutdruck in dem Messgasraum 112 erfasst werden. Hierbei kann insbesondere der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118 den Anteil der Gaskomponente, beispielsweise den Anteil an Sauerstoff, auf mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, besonders bevorzugt auf 100% einstellen. Beispielsweise kann durch Pumpen von der äußeren Pumpelektrode zu der inneren Pumpelektrode eine 100%-ige Sauerstoff-Atmosphäre in dem Hohlraum 122 erzeugt werden. Die zu der dritten Elektrode 124, insbesondere der Referenzelektrode, diffundierende Sauerstoff-Menge, insbesondere der Anteil der Gaskomponente, und damit der Grenzstrom IgDS, können dann lediglich eine Funktion des Absolutdrucks in dem Messgasraum 112, insbesondere in dem Abgasraum, sein. Bei der Gegenelektrode 146 kann es sich hierbei bevorzugt um die zweite Elektrode 118 handeln.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise eine Kalibration durchgeführt werden. Hierzu kann bevorzugt zuerst der Absolutdruck erfasst werden. Die Vorrichtung 110, insbesondere das Sensorelement 114, besonders bevorzugt die Lambdasonde, kann bevorzugt auch bei bekanntem Absolutdruck im Fahrzeug kalibriert werden. Beispielsweise kann durch Pumpen von der ersten Elektrode 116, insbesondere der äußeren Pumpelektrode, zu der zweiten Elektrode 118, insbesondere der inneren Pumpelektrode, eine 100%-ige Sauerstoff-Atmosphäre in dem Hohlraum 122 erzeugt werden. Der hierbei insbesondere fließende Grenzstrom der Referenzelektrode IgDS kann insbesondere ein Maß für die Diffusionskonstante des Diffusionswegs 126, insbesondere des Dichtstegs, sein. Danach kann insbesondere der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118 ausgeschaltet werden. Beispielsweise kann das Pumpen zwischen der äußeren Pumpelektrode und der inneren Pumpelektrode, insbesondere zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118, eingestellt werden. Beispielsweise kann sich rasch ein unbekannter, insbesondere magerer, Anteil der Gaskomponente, insbesondere eine Abgaskonzentration, in dem Hohlraum 122, insbesondere in dem Messhohlraum, einstellen. Dieser Anteil der Gaskomponente, insbesondere die Abgaskonzentration, kann hierbei beispielsweise über die Größe des IgDS genau bestimmt werden. Danach kann beispielsweise der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode 116 und der zweiten Elektrode 118 in einem Grenzstrom betrieben werden, wobei dieser Grenzstrom und/oder der Absolutdruck zu der Kalibration verwendet werden können. Insbesondere kann die Abgaskonzentration über die Größe des IgDS insbesondere genau bestimmt werden. Anschließend kann von der inneren Pumpelektrode zu der äußeren Pumpelektrode in dem Grenzstrom, bei Fettgas beispielsweise umgekehrt, gepumpt werden und dieser Grenzstrom kann mit der nun bekannten Abgaskonzentration, insbesondere dem Anteil der Gaskomponente, verglichen werden um insbesondere in der Ansteuerung 128, insbesondere in einer Steuergeräte-Software, beispielsweise entsprechend die Kalibration der Kennlinie durchzuführen.
In einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 kann beispielsweise zwischen dem Hohlraum 122 und dem Referenzraum, welcher beispielsweise teilweise mit der dritten Elektrode 124, insbesondere der Referenzelektrode, verbunden ist, die Diffusionsbarriere 130 gedruckt werden. Der Diffusionskoeffizient der Diffusionsbarriere 130 und damit der Sollwert des IgDS können beispielsweise in einer Kalibrationsmessung, insbesondere in einer Kalibration wie oben beschrieben, bevorzugt bei definierter Sauerstoffkonzentration und definiertem Druck ermittelt werden. Dementsprechend kann beispielsweise ein trimmbarer Abgleichwiderstand, beispielsweise in einer Zuleitung der Referenzelektrode, eingestellt werden und/oder, insbesondere in der Ansteuerung 128, abgespeichert werden. Der Abgleichwiderstand kann insbesondere in einer Parallelschaltung, beispielsweise aus dem Abgleichwiderstand und aus dem Messwiderstand, verwirklicht sein.
Wie oben ausgeführt, kann die Messung des Referenzpumpstroms zwischen der dritten Elektrode 124 und der Gegenelektrode 146, beispielsweise der zweiten Elektrode 118, weiterhin auch herangezogen werden, um eine Temperatur des Sensorelements 114 oder eines Teils desselben zu bestimmen. Diese Temperaturmessung kann herangezogen werden, um mindestens eine weitere Temperaturmessung, beispielsweise eine weitere Temperaturmessung bei einer Temperaturregelung über das Heizelement 144, zu kalibrieren. Sobald beispielsweise ein Absolutdruck in dem Messgasraum 112 und/oder ein Sauerstoffpartialdruck in dem Messgasraum 112 bekannt sind und beispielsweise die Diffusionsbarriere 130 und/oder der Diffusionsweg 126 kalibriert sind, hängt der Referenzpumpstrom bei Erzeugung einer Atmosphäre von 100% Sauerstoff in dem Hohlraum 122 nur noch von der Sensortemperatur ab. Deshalb eignet sich diese Messung zur gelegentlichen Kalibration beispielsweise der standardmäßigen, schnellen Temperaturmessmethode, der Bestimmung des AC-Elektrolytwiderstandes, der einer Alterungsdrift unterworfen ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008044048 A1 [0003]
DE 102005056515 A1 [0004]
DE 10035036 C1 [0005]
WO 2005/047841 A1 [0006]
DE 102008044374 A1 [0015]
DE 102008044051 A1 [0015]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160–165 [0001]

Claims

Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente in dem Messgasraum (112), wobei ein Sensorelement (114) verwendet wird, wobei das Sensorelement (114) mindestens eine erste Elektrode (116) und mindestens eine zweite Elektrode (118) umfasst, wobei die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) über mindestens einen Festelektrolyten (120) verbunden sind, wobei die zweite Elektrode (118) zumindest teilweise mit einem Hohlraum (122) verbunden ist, wobei das Sensorelement (114) weiterhin mindestens eine dritte Elektrode (124) aufweist, wobei die dritte Elektrode (124) mit dem Hohlraum (122) über mindestens einen Diffusionsweg (126) verbunden ist, wobei ein Referenzpumpstrom zwischen der dritten Elektrode (124) und mindestens einer mit der dritten Elektrode (124) über mindestens einen Festelektrolyten (120) verbundenen Gegenelektrode (146) erfasst wird, wobei ein Anteil mindestens einer Gaskomponente in dem Hohlraum (122) unter Verwendung des Referenzpumpstroms beeinflusst wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mindestens ein Pumpstrom zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) erfasst wird, wobei die mindestens eine Eigenschaft des Gases unter Verwendung des Pumpstroms ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Referenzpumpstrom ein Grenzstrom ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beeinflussung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum (122) eine Regelung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum (122) umfasst, insbesondere unter Verwendung des Referenzpumpstroms als Regelgröße.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beeinflussung des Anteils der Gaskomponente in dem Hohlraum (122) eine Beeinflussung mindestens eines Pumpstroms und/oder mindestens einer Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) umfasst.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Referenzpumpstrom mit mindestens einem Sollwert verglichen wird, wobei der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) entsprechend dieses Vergleichs eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gegenelektrode (146) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Gaskomponente um Sauerstoff handelt, wobei der Anteil der Gaskomponente beispielsweise mindestens 1%, bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 20%, beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Absolutdruck in dem Messgasraum (112) erfasst wird, wobei der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) den Anteil der Gaskomponente auf mindestens 90%, bevorzugt mindestens 95%, besonders bevorzugt auf 100% einstellt, wobei es sich bei der Gegenelektrode (146) um die zweite Elektrode (118) handelt.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei eine Kalibration durchgeführt wird, wobei zuerst der Absolutdruck erfasst wird, wobei danach der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) ausgeschaltet wird, wobei der Referenzpumpstrom erfasst wird, wobei danach der Pumpstrom und/oder die Pumpspannung zwischen der ersten Elektrode (116) und der zweiten Elektrode (118) in einem Grenzstrom betrieben wird, wobei dieser Grenzstrom und der Absolutdruck zu der Kalibration verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (114) ein Heizelement (144) umfasst, wobei das Heizelement (144) zu einer Regelung einer Betriebstemperatur mit Hilfe der Ansteuerung (128) betrieben wird.
Vorrichtung (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), insbesondere zur Erfassung mindestens eines Anteils mindestens einer Zielgaskomponente in dem Messgasraum (112), wobei die Vorrichtung (110) mindestens ein Sensorelement (114) umfasst, wobei das Sensorelement (114) mindestens eine erste Elektrode (116) und mindestens eine zweite Elektrode (118) umfasst, wobei die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) über mindestens einen Festelektrolyten (120) verbunden sind, wobei die zweite Elektrode (118) zumindest teilweise mit einem Hohlraum (122) verbunden ist, wobei das Sensorelement (114) weiterhin mindestens eine dritte Elektrode (124) aufweist, wobei die dritte Elektrode (124) mit dem Hohlraum (122) über mindestens einen Diffusionsweg (126) verbunden ist, wobei die Vorrichtung (110) weiterhin mindestens eine Ansteuerung (128) aufweist, wobei die Ansteuerung (128) eingerichtet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.