用于确定固体电解质气体传感器的温度的方法技术

一种用于确定传感器(110)的温度的方法，该传感器用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性。传感器(110)具有至少一个传感器元件(112)，该传感器元件用于检测测量气体的特性。传感器元件(112)具有至少一个第一电极(116)、至少一个第二电极(118)以及将第一电极(116)与第二电极(118)连接的至少一个固体电解质(114)。传感器(110)具有至少一个电子控制设备。该方法包括以下步骤：调整到运行状态，其中，将加热电压施加到传感器元件(112)上，并且在传感器元件(112)上调整到并检测基本上恒定的电压状态；a)执行至少一个诊断序列，其中，通过给传感器元件(112)施加诊断电流来调整到至少一个第一诊断状态(144)，其中，调整到至少一个第二诊断状态(146)，在第二诊断状态中关断诊断电流，其中，在第一诊断状态(144)中检测至少一个第一电压值，并且在第二诊断状态(146)中检测至少一个第二电压值；b)由第一电压值和第二电压值以及运行状态的恒定电压状态来确定关于温度的信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定固体电解质气体传感器的温度的方法
技术介绍
由现有技术已知大量用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性的传感器和方法。在此，原则上可以涉及测量气体的任意的物理特性和/或化学特性，其中，可以检测一种或多种特性。以下尤其参考对测量气体的气体成分的份额的定性检测和/或定量检测(尤其参考对测量气体部分中的氧份额的检测)来描述本专利技术。例如可以以分压的形式和/或以百分比的形式来检测氧份额。然而替代地或附加地，也可以检测测量气体的其他特性。由现有技术尤其已知陶瓷传感器，所述陶瓷传感器包括如下传感器元件：该传感器元件基于确定的固体的电解特性的使用(即基于这些固体的离子导电特性)。在此尤其可以涉及陶瓷固体电解质，例如氧化锆(ZrO2)、尤其钇稳定氧化锆(YSZ)和钪掺杂氧化锆(ScSZ)，所述陶瓷固体电解质可以包含氧化铝(Al2O3)和/或二氧化硅(SiO2)的少量添加物。这种传感器例如可以构型成所谓的λ探测器或氮氧化物传感器，这例如由K.Reif、Deitsche、K-H等所著的《机动车手册》(SpringerVieweg，威斯巴登，2014年，第1338-1347页)所已知。借助宽带λ探测器(尤其借助平面式宽带λ探测器)，例如可以在较大的区域内确定废气中的氧浓度，并且因此推断出燃烧室中的空燃比。空气系数λ(Lambda)描述该空燃比。氮氧化物传感器不仅确定废气中的氮氧化物浓度，而且确定废气中的氧浓度。通过泵电池、测量电池、氧参考电池、能斯特电池的组合，可以构造用于测量周围环境气体中的氧含量的传感器。在按照安培泵原理工作的泵电池中，在将电压或电流施加到位于不同气体空间中的泵电极上的情况下，氧离子流扩散通过陶瓷体(传导氧的固体电解质)，该陶瓷体将气体空间分隔开(“泵浦”)。如果将泵电池用于使空腔(周围环境气体可以扩散到该空腔中)中的氧分压保持恒定，则可以通过测量电流来推断出氧输送量。根据扩散定律，泵电流与周围环境气体中的氧分压成比例。借助能斯特电池，可以通过自身形成的能斯特电压来确定空腔中的氧分压与另一参考气体空间中的氧分压的比例关系。对于不同的功能，已知的宽带λ探测器需要关于传感器元件的陶瓷的温度信息。可以在传感器的工作点(例如780℃)附近通过陶瓷的温度相关的欧姆特性(尤其能斯特电池的内阻)来求取关于陶瓷的温度的信息。在此，传感器在能斯特电池处可能具有特定于制造商的300欧姆的电阻。此外，已知如下控制设备：该控制设备设置用于求取用于确定传感器的温度的内阻。然而，这种控制设备包括用于稳定不同传感器信号的差分电容器和接地电容器，使得可能发生实际欧姆测量的失真。在具有用于测量欧姆电阻的电流源的测量装置中，直到达到欧姆目标值的瞬态时间可能与所述差分电容成比例。这可能导致高电阻值的电阻测量严重失真。在宽带λ探测器中，通电时间的延长会导致泵电极的强烈极化。一方面，这种强烈极化可能导致电阻测量的进一步失真。另一方面，在借助电流源进行操控的情况下，这种极化以及能斯特电池上的欧姆电压偏移可能(在最接近的情况下)与电阻和电流幅度成比例，使得在陶瓷上发生不可逆过程的可能性增加并且传感器元件可能被永久损坏。在传感器老化或损坏的情况下，传感器电极电容可能减小，这又可能导致电极的极化并且导致电阻测量的附加失真。
技术实现思路
因此，提出一种用于确定传感器的温度的方法，该传感器用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性，该方法至少在很大程度上避免用于运行这些传感器的已知方法的缺点，并且在该方法中，尤其可以减少安装到控制设备中的差分电容器以及传感器电极的极化对欧姆测量的影响。提出一种根据本专利技术的用于运行传感器的方法，该传感器用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性，该传感器尤其用于检测测量气体中的气体成分的份额。该传感器具有用于检测测量气体的特性的至少一个传感器元件。该传感器元件包括至少一个第一电极、至少一个第二电极以及至少一个固体电解质，该至少一个固体电解质将第一电极与第二电极连接。该测量系统具有至少一个电子控制设备。该方法具有以下步骤：a)调整到运行状态，其中，将加热电压施加到传感器元件上，其中，在传感器元件上调整到并检测基本上恒定的电压状态；b)执行至少一个诊断序列，其中，通过给传感器元件施加诊断电流来调整到至少一个第一诊断状态，其中，调整到至少一个第二诊断状态，在该第二诊断状态中关断诊断电流，其中，在第一诊断状态中检测至少一个第一电压值，并且在第二诊断状态中检测至少一个第二电压值；c)由第一电压值、第二电压值以及运行状态的恒定电压状态来确定关于温度的信息。可以按照说明的顺序来执行该方法步骤。原则上，另一种顺序也是可能的。此外，也可以重复地执行一个或多个或所有的方法步骤。此外，也可以时间上完全/部分重叠地或同时地执行所述方法步骤中的两个或多个。除了所提及的方法步骤以外，该方法还可以包括其他方法步骤。原则上，传感器可以理解为设置用于(例如在诸如内燃机的排气系的测量气体空间中)检测尤其气体混合物中的气体成分的份额的任意设备。传感器例如可以是宽带λ传感器或NOx传感器。用于检测气体中的气体成分的至少一种份额的传感器元件可以理解为如下元件：该元件例如设置成传感器设备的组成部分或者可以有助于对气体的气体成分的份额进行探测。原则上，关于传感器元件的可能构型可以参考以上提及的现有技术。传感器元件尤其可以是陶瓷传感器元件(尤其具有层结构的陶瓷传感器元件)。传感器元件尤其可以是平面式陶瓷传感器元件。检测气体成分的至少一种份额可以理解为：对气体的气体成分的定性检测和/或定量检测。然而原则上，传感器元件可以设置用于检测气体的任意的物理特性和/或化学特性——例如气体的温度和/或气体的压力和/或气体中的颗粒。原则上，也能够检测其他特性。原则上，所述气体可以是任意的气体——例如废气、空气、空气-燃料混合物体或另一种气体。尤其能够在机动车
中使用本专利技术，从而所述气体尤其可以涉及空气-燃料混合物。测量气体空间通常可以理解为待检测气体所处的空间。尤其能够在机动车
中使用本专利技术，从而所述测量气体空间尤其可以涉及内燃机的排气系。然而，也能够想到其他的应用。在本专利技术的范畴内，电极通常理解为如下元件：该元件能够如此接触固体电解质，使得可以通过固体电解质和电极来维持电流。相应地，所述电极可以包括如下元件：在该元件处，离子可以被结合到固体电解质中和/或从固体电解质中去除。电极通常包括稀有金属电极，该稀有金属电极例如可以作为金属-陶瓷电极而施加在固体电解质上或者可以以其他方式与固体电解质连接。典型的电极材料是铂-金属陶瓷电极。然而，原则上也能够使用其他稀有金属(例如金或钯)。术语“第一”和“第二”以及“第三”和“第四”电极被用作纯名称，并且尤其不提供关于顺序和/或例如是否还存在其他电极的信息。能够给第一电极施加测量气体空间中的气体。第一电极尤其可以至少部分地与测量气体空间连接——第一电极例如可以直接暴露于测量气体空间的气体中和/或能够通过透气性多孔保护层被施加测量气体空间中的气体。传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定传感器(110)的温度的方法，所述传感器用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性，其中，所述传感器(110)具有用于检测所述测量气体的特性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)、至少一个第二电极(118)和至少一个固体电解质(114)，所述至少一个固体电解质将所述第一电极(116)与所述第二电极(118)连接，其中，所述传感器(110)具有至少一个电子控制设备，其中，所述方法具有以下步骤：/na)调整到运行状态，其中，将加热电压施加到所述传感器元件(112)上，其中，在所述传感器元件(112)上调整到并检测基本上恒定的电压状态；/nb)执行至少一个诊断序列，其中，通过给所述传感器元件(112)施加诊断电流来调整到至少一个第一诊断状态(144)，其中，调整到至少一个第二诊断状态(146)，在所述第二诊断状态中关断所述诊断电流，其中，在所述第一诊断状态(144)中检测至少一个第一电压值，并且在所述第二诊断状态(146)中检测至少一个第二电压值；/nc)由所述第一电压值、所述第二电压值以及所述运行状态的恒定电压状态来确定关于所述温度的信息。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170509 DE 102017207802.21.一种用于确定传感器(110)的温度的方法，所述传感器用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一种特性，其中，所述传感器(110)具有用于检测所述测量气体的特性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)、至少一个第二电极(118)和至少一个固体电解质(114)，所述至少一个固体电解质将所述第一电极(116)与所述第二电极(118)连接，其中，所述传感器(110)具有至少一个电子控制设备，其中，所述方法具有以下步骤：
a)调整到运行状态，其中，将加热电压施加到所述传感器元件(112)上，其中，在所述传感器元件(112)上调整到并检测基本上恒定的电压状态；
b)执行至少一个诊断序列，其中，通过给所述传感器元件(112)施加诊断电流来调整到至少一个第一诊断状态(144)，其中，调整到至少一个第二诊断状态(146)，在所述第二诊断状态中关断所述诊断电流，其中，在所述第一诊断状态(144)中检测至少一个第一电压值，并且在所述第二诊断状态(146)中检测至少一个第二电压值；
c)由所述第一电压值、所述第二电压值以及所述运行状态的恒定电压状态来确定关于所述温度的信息。


2.根据前一项权利要求所述的方法，其中，执行多个诊断序列。


3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在方法步骤c)中，由如下关系确定所述传感器元件(112)的内阻R内：
R内[i]＝(U[i]+U[i-1]-2U偏置)/I
其中，i是迭代阶段，U[i]是第i个迭代阶段的电压测量值，U[i-1]是第(i-1)个迭代阶段的电压测量值，给所述传感器元件(112)施加诊断电流I，U偏置是所述运行状态中的电压偏置。


4.根据以上权利要求中任一项所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·莱德曼，F·鲍曼，
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