[发明专利]用于运行用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一个特性的传感器的方法

说明书

提出一种用于运行传感器(10)的方法，所述传感器具有传感器元件(12)，所述传感器元件具有泵电池(36)和能斯特电池(40)。调节所述能斯特电池(40)的能斯特电压(U_VS)，基于泵电流(I_P)求取所述传感器元件(12)的测量信号，借助信号处理来确定补偿参量，由所述测量信号和所述补偿参量确定至少一个经校正的测量信号，由经校正的测量信号确定所述测量气体空间中的所述测量气体的所述特性，所述补偿参量至少部分地与所述泵电流(I_P)和施加到所述泵电池(36)上的电压(U_P)有关，用于确定所述补偿参量的所述信号处理包括借助低通滤波器(64)对所述泵电流(I_P)和施加到所述泵电池(36)上的电压(U_P)进行低通滤波，根据施加到所述泵电池(36)上的电压(U_P)或施加到所述泵电池(36)上的电压(U_P)的随时间变化的部分(dU_P)来控制所述低通滤波器(64)的时间常数(τ)和/或增益因子(G)。

背景技术

由现有技术已知多个用于检测测量气体空间中的测量气体的至少一个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和/或化学特性，其中，可以检测一个或多个特性。在下面，尤其在参考测量气体的气体成分的份额的定性和/或定量的检测的情况下描述本发明，尤其在参考测量气体部分中氧份额的检测的情况下。氧份额例如可以以分压的形式和/或以百分比的形式来检测。然而替代地或附加地，也可以检测测量气体的其他特性，例如温度。

由现有技术尤其已知陶瓷传感器，其基于确定的固体的电解特性的使用，也就是说基于所述固体的例子导电特性。所述固体尤其可以是陶瓷固体电解质，例如氧化锆(ZrO₂)、尤其钇稳定氧化锆(YSZ)和钪掺杂氧化锆(ScSZ)，其可以包含在氧化铝(Al₂O₃)和/或二氧化硅(SiO₂)上的较少添加物。

例如，这种传感器可以设计为所谓的Lambda探针或氮氧化物传感器，如其例如由K.Reif、Deitsche、K-H.等人所著的，机动车辆技术袖珍本，Springer Vieweg(斯普林格出版社)，威斯巴登，2014年，第1338-1347页已知。借助宽带lambda探针、尤其借助平面的宽带Lambda探针，例如可以在大区域中确定尾气中的氧浓度并且因此推断出燃烧室中的空气燃料比例关系。空气系数λ(Lambda)描述该空气燃料比例关系。氮氧化物传感器确定尾气中的氮气浓度和氧浓度。

通过使泵电池、测量电池和氧参考电池、能斯特电池(Nernst-Zelle)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。在根据安培泵原理工作的泵电池中，在向位于不同气体上的泵电极施加电压或电流时，氧离子电流扩散通过陶瓷固体(氧导电电解质)，该陶瓷固体使气体相互分离(“泵浦(pumpen)”)。如果泵电池被用于使周围环境气体可以扩散进入的空腔中的氧分压保持恒定，则可以通过电流的测量推断出氧输送量。根据扩散定律，该泵电流与周围环境气体中的氧分压直接成比例。借助能斯特电池，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可以通过形成的能斯特电压来确定。

这种传感器的电化学单元可以看作调节电路中的调节区段。该调节电路的调节参量是泵电极对上的电压或可选地为电流。调节参量是所测量的能斯特电压。所述调节的目的在于，尽管废气中的氧含量变化，仍使空腔中的氧分压保持尽可能地接近特定的或预给定的值。能斯特电压用于测量空腔中的氧分压或空腔中的氧分压与参考电池中的分压的比例关系。通过在泵电极对上施加的电压，可以控制空腔中的氧分压。通过将氧离子输送到空腔中或从空腔中移除——这也称作泵浦——的方式，可以通过所施加的泵电压或泵电流来主动影响气体浓度。空腔中的所有电极具有共同的回路(Rückleiter)。为了也可以表示负电压，虚拟接地位于用于电接地的增加的电势上。能斯特电压或第一电极上的电压与所述电压有关。

为了确定氧分压或者说氧含量，在宽带Lambda探针和氮氧化物传感器的情况下分析处理泵电流信号，所述泵电流信号与当前的氧份额(周围环境气体)近似呈线性关系。