用于运行传感器设备的方法技术

本发明专利技术提出一种用于运行传感器设备(110)的方法，其中，所述传感器设备(110)具有用于检测在测量气体空间(114)中的气体中的气体成分的至少一个份额的至少一个传感器元件(112)，其中，所述传感器元件(112)包括至少一个第一电极(116)和至少一个第二电极(118)，其中，所述第二电极(118)布置在至少一个测量空腔(120)中，其中，所述测量空腔(120)通过至少一个扩散势垒(122)可施加来自所述测量气体空间(114)的气体，其中，所述第一电极(116)和所述第二电极(118)通过至少一个固体电解质(124)连接并且形成泵单元(126)，其中，所述传感器设备(110)还具有至少一个控制装置(128)，其中，所述控制装置(128)通过至少一个第一信号线路(130)与所述第一电极(116)连接，其中，所述控制装置(128)通过至少一个第二信号线路(132)与所述第二电极(118)连接，其中，所述第一信号线路(130)通过至少一个第一防干扰电容c1(134)与接地(136)连接，其中，所述第二信号线路(132)通过至少一个第二防干扰电容c2(138)与所述接地(136)连接，其中，在所述接地(136)与所述第一信号线路(130)和所述第二信号线路(132)中的至少一个之间布置至少一个测量电阻(140)，其中，所述控制装置(128)设置用于以功能电流运行所述泵单元(126)，其中，在所述方法中通过给所述泵单元(126)施加多个不同开关状态来确定所述第一防干扰电容c1(134)和所述第二防干扰电容c2(138)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
由现有技术原则上已知用于运行传感器设备的方法。借助这样的传感器设备可以实现气体的气体成分的定性检测和/或定量检测，尤其在空气燃料混合物中的气体成分的检测。然而替代或附加地，也可借助这样的传感器设备检测气体的气体特性，例如气体的任意物理特性和/或化学特性。原则上也可以检测气体的多个特性。尤其可以将这样的传感器设备应用在机动车领域。所述气体例如可以是内燃机的测量气体空间中的废气，尤其在机动车领域中，并且测量气体空间例如是排气装置。这样的传感器设备可以具有用于检测气体的气体成分的至少一个份额的传感器元件。例如传感器元件可以如在KonradReif(出版方)的“SensorenimKraftfahrzeug”(2012年第二版，第160-165页)中描述的那样构型为λ探测器。λ探测器可以不仅构型为两点式λ探测器而且构型为宽带λ探测器，尤其平面的宽带λ探测器。借助λ探测器可以确定燃烧室中的气体混合物的气体份额，例如空气系数λ，所述空气系数说明空气-燃料比例。借助两点式λ探测器仅仅在紧窄的范围中在化学计量的混合中(λ＝1)确定空气-燃料比例是可能的。与此相反，借助宽带λ探测器——其通常根据泵单元(Pumpzell)的原理、优选结合电化学内恩斯特单元工作——可以实现在λ的大的范围上的确定。这样的陶瓷传感器元件基于确定的固体的电解特性的应用，尤其基于所述固体的离子导电的特性。这些传感器元件大多包括优选由锆和/或钇组成的陶瓷固体电解质或者优选由二氧化锆组成的固体层。这样的泵单元可以由两个通过固体电解质连接的电极、尤其内部泵电极和外部泵电极形成。原则上传感器设备可以具有控制装置，控制装置设置用于给泵单元施加泵电流。例如传感器元件可以以直流电或在脉冲式运行中运行。例如文献DE102008001697A1描述：泵电流可以是脉冲形的泵电流，其具有固定频率、可变的占空比和可调节的正负号(Vorzeichen)。传感器元件的借助这样的泵电流的运行可以称作传感器元件的脉冲式运行。原则上可以在信号线路中、例如在传感器设备的线缆束中设有防干扰电容用于进行保护例如免于传感器设备的电子装置的静态充电。由文献DE102010000663A1已知的是，为了缓冲在宽带λ探测器的信号线路与接地之间的高频干扰和高电压进入，可以设有电容器。在传感器元件的脉冲式运行中可以不断地对这些电容再充电。再充电电流一部分流经传感器元件的泵单元并且提高或降低泵电流并且必须在特征曲线校准中被考虑。此外，在文献DE102010000663A1中描述一种用于校准再充电校正特征曲线的方法。通过在两个开关状态Z_1与Z_2之间的周期性转换来引起如下：即在宽带λ探测器的内部泵电极连接端IPE和在外部泵电极连接端APE上存在脉冲形泵电流ISQ。开关位置Z_1和Z_2在此能够实现在电阻RGND上的电压降UGND的边沿触发式测量以便校准再充电校正。电容器的再充电过程映射到通过电阻RGND的通过电流上。在电阻RGND上降落的用于开关位置Z_1的电压Ugua和用于开关位置Z_2的电压Ugui因此包含再充电信息。再充电电流dIum是用于校准的最重要份额并且在文献DE102010000663A1中通过dIum＝Fum·(Ugui-Ugua/RGNDS)计算，其中，Fum＝Tsd/Tp。在此，Tsd是测量转换的持续时间(积分时间)，Tp是脉冲式运行的时钟周期持续时间，而RGNDS是电阻的期望值。原则上可以在不考虑再充电电流Ipum的情况下由传感器设备的恒流源的所设置的有效占空比IPS和所测量的电流计算平均泵电流Ip0：Ip0＝IPS·Isq，其中，有效的占空比是IPS＝(Tp-Tm)/Tcyclus。Tcyclus在此是测量周期的持续时间，例如Tcyclus可以为＝666μs。Tp和Tm分别是给传感器设备施加正电流脉冲和负电流脉冲的持续时间。在考虑再充电电流Ipum的情况下，可以由Ip＝Ip0+Ipum确定平均泵电流Ip。在测量周期中可以给传感器设备施加三个开关状态，其中，在第一开关状态中可以给传感器设备施加正电流脉冲，在第二开关状态中给传感器设备施加负电流脉冲，并且在第三开关状态中给传感器设备施加脉冲间歇，其中，不给传感器设备施加电流。例如可以首先给传感器设备施加脉冲间歇，例如具有固定的185μs的持续时间。紧接着可以给传感器设备施加另一开关状态，例如负电流脉冲。紧接着又可以给传感器设备施加另一脉冲间歇。脉冲间歇的持续时间在此可以是可变的并且例如为在0与301μs之间。在脉冲间歇之后可以给传感器设备施加另一开关状态，例如正电流脉冲。具有正或负电流脉冲的开关状态的持续时间在此可以是可变的。例如持续时间可以为在90μs与391μs之间。开关状态的每个变化可以引起防干扰电容上的再充电电压偏移(Umladespannungshub)。对于每个再充电偏移的电荷量可以由在两个开关状态之间在防干扰电容上的电压差确定。在此，可以将在开关状态末端处的电压分别用于确定所述差。对于每个开关状态变化的电荷量dQsx可以由在两个开关状态之间的电压差dUsx乘以防干扰电容的相应电容值cn确定：dQsx＝cn·dUsx。开关状态变化的平均再充电电流Iumsx可以由Iumsx＝dQsx/Tcyclus确定。如果现在所有再充电——再充电的电流流经传感器元件——累加，则可以确定通过传感器元件的总再充电电流Ipum。所述再充电电流可以考虑在探测电流的计算中，尤其可以实现探测流的校正。例如可以在脉冲式运行中给传感器元件施加不同的电流脉冲模式(定时模式)，例如脉冲-反脉冲、电流脉冲模式(定时模式1)或具有仅仅负脉冲的电流脉冲模式(定时模式2)。在定时模式1中，再充电电流的校正公式可以是：Ipum＝[ci(Ui2-Uref)+ca(Ua2-Uref-Up0)]/Tcyclus，其中，Uref是传感器设备的参考电压的期望值，而Up0是在脉冲间歇中泵电压的值。Ui2和Ua2是在开关状态、例如具有负电流脉冲的开关状态的末端处的电压值，其中，可以测量外电极与接地之间的电压Ua2并且可以测量内电极与接地之间的电压Ui2。此外，ci和ca是防干扰电容的电容值。在定时模式2中，再充电电流的校正公式可以是：Ipum＝[ci(Ui2+Ui4-2-Uref)-2ca(Ua2+Uref+Up0)]/Tcyclus，其中，Ui4是在一个开关状态末端、例如具有正电流脉冲的开关状态处的电压值。为了确定校正公式，原则上可以对于防干扰电容的电容值应用构件的期望值。已知的所述用于校准、尤其特征曲线校准的方法与防干扰电容的电容值有关。原则上可以对于所述电容值应用构件的期望值。然而在此不考虑电容值的样本分布、可能的温度响应(Temperaturgang)以及可能的长时间漂移。然而对于所述应用可以要求小于±10μA的泵电流精度。在λ＝1的情况下直至±30％的电容公差下，借助于防干扰电容的期望值的校准可以导致泵电流不精确性。因此可以在电压变化过程中、尤其在泵电压的电压变化过程中出现过调过调可能对于应用而言是不可接受的。
技术实现思路
因此，提出一种用于运行传感器设备的方法，所述方法至少尽可能避免已知方法的可预测的缺点。尤其应实现小于±10μA本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于运行传感器设备(110)的方法，其中，所述传感器设备(110)具有用于检测测量气体空间(114)中的气体中的气体成分的至少一个份额的至少一个传感器元件(112)，其中，所述传感器元件(112)包括至少一个第一电极(116)和至少一个第二电极(118)，其中，所述第二电极(118)布置在至少一个测量空腔(120)中，其中，所述测量空腔(120)通过至少一个扩散势垒(122)可施加来自所述测量气体空间(114)的气体，其中，所述第一电极(116)和所述第二电极(118)通过至少一个固体电解质(124)连接并且形成泵单元(126)，其中，所述传感器设备(110)还具有至少一个控制装置(128)，其中，所述控制装置(128)通过至少一个第一信号线路(130)与所述第一电极(116)连接，其中，所述控制装置(128)通过至少一个第二信号线路(132)与所述第二电极(118)连接，其中，所述第一信号线路(130)通过至少一个第一防干扰电容c1(134)与接地(136)连接，其中，所述第二信号线路(132)通过至少一个第二防干扰电容c2(138)与所述接地(136)连接，其中，在所述接地(136)与所述第一信号线路(130)和所述第二信号线路(132)中的至少一个之间布置至少一个测量电阻(140)，其中，所述控制装置(128)设置用于以功能电流运行所述泵单元(126)，其中，在所述方法中通过给所述泵单元(126)施加多个不同开关状态来确定所述第一防干扰电容c1(134)和所述第二防干扰电容c2(138)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.13 DE 102014211321.01.一种用于运行传感器设备(110)的方法，其中，所述传感器设备(110)具有用于检测测量气体空间(114)中的气体中的气体成分的至少一个份额的至少一个传感器元件(112)，其中，所述传感器元件(112)包括至少一个第一电极(116)和至少一个第二电极(118)，其中，所述第二电极(118)布置在至少一个测量空腔(120)中，其中，所述测量空腔(120)通过至少一个扩散势垒(122)可施加来自所述测量气体空间(114)的气体，其中，所述第一电极(116)和所述第二电极(118)通过至少一个固体电解质(124)连接并且形成泵单元(126)，其中，所述传感器设备(110)还具有至少一个控制装置(128)，其中，所述控制装置(128)通过至少一个第一信号线路(130)与所述第一电极(116)连接，其中，所述控制装置(128)通过至少一个第二信号线路(132)与所述第二电极(118)连接，其中，所述第一信号线路(130)通过至少一个第一防干扰电容c1(134)与接地(136)连接，其中，所述第二信号线路(132)通过至少一个第二防干扰电容c2(138)与所述接地(136)连接，其中，在所述接地(136)与所述第一信号线路(130)和所述第二信号线路(132)中的至少一个之间布置至少一个测量电阻(140)，其中，所述控制装置(128)设置用于以功能电流运行所述泵单元(126)，其中，在所述方法中通过给所述泵单元(126)施加多个不同开关状态来确定所述第一防干扰电容c1(134)和所述第二防干扰电容c2(138)。2.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述传感器设备(110)的另一运行中、尤其在具有脉冲式施加电流和/或电压给所述泵单元(126)的脉冲式运行中考虑所述防干扰电容。3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述传感器设备(110)的另一运行中校正通过所述防干扰电容(134、138)引起的过调。4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述传感器设备(110)的特征曲线的确定中考虑所述防干扰电容(134、138)。5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括以下步骤：iii)第一测量步骤，其中，在所述第一测量步骤中给所述泵单元(126)施加第一开关状态(144)，其中，在所述第一测量步骤中检测泵电压Up0并且确定所述测量电阻(140)上的第一电压Ug0，其中，在所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·莱德曼，R·鲁斯利，R·赖施尔，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE