[发明专利]用于测量多种气体种类的固体电解质气体传感器

说明书

技术领域

本发明涉及根据相应独立权利要求的前序部分所述的一种用于固体电解质气体传感器的传感器元件、一种相应的固体电解质气体传感器以及一种用于运行这种传感器的方法。

背景技术

在机动车技术领域中，构造为固体电解质氧传感器的宽带Lambda探测器是已知的，借助于所述宽带Lambda探测器可以测量废气的氧部分压力或者剩余氧部分压力。其由固体电解质组成，在所述固体电解质中设置有用作泵室的空腔，其通过扩散栅栏与例如相应内燃机的废气保持连接。此外，所述探测器包含与环境空气连接的空气参考通道。

从所述泵室中，在富含氧的废气中连续地、电化学地分离氧，其中在此作为基础的氧扩散流用作废气中氧部分压力的测量参量。在氧欠缺的废气中，泵方向调转。

除所述宽带探测器以外，还存在比例探测器，其可以在氧过剩的废气中或者在氧欠缺的废气中运行，但不可以在整个带宽范围上运行。如宽带探测器那样，在所述探测器中使扩散受限的泵室不具有氧。氧扩散流随后作为可电测量的泵流继续并且用作废气中氧部分压力的测量参量。因为由于缺少来自能斯特单元（Nernstzelle）的调节参量而不存在关于废气的油脂含量高状态（Fettzustand）或油脂含量低状态（Magerzustand）的说明，所以不能根据废气成分将氧电化学地抽入到泵室中或者从泵室中抽出，以便因此实现宽带探测器。

此外，已知了混合电势探测器，其类似于Lambda跳变探测器并且由电化学单元组成，其中第一铂金电极位于废气中。第二铂金电极通过固体电解质与废气空间分离并且借助于所述空气参考通道与环境空气保持均衡。

发明内容

本发明基于以下构思，对于在此涉及的固体电解质气体传感器，在相应的传感器元件中在所述的扩散栅栏的位置上设有作为进气限制的独立泵单元。

独立泵单元在一个优选的实施方式中包括两个加载的或者短接的泵电极，也确切地说，外部的和内部的独立泵电极，所述独立泵电极不必从外部接触。通过外部的和内部的独立泵电极的短接或欧姆加载（例如，使用欧姆负载电阻），形成由所形成的能斯特电压或者混合电势电压驱动的迁移流。可以借助于分别调节的欧姆负载确定泵特性。

在一个替代构型中，独立泵单元由外部的和内部的独立泵电极形成，所述独立泵电极从外部利用控制装置、例如控制电路、分析处理电路等接触或连接，由此至少两个泵电极是可从外部现场改变的。借助于所述控制装置在此优选类似于扩散栅栏地模拟扩散特性，更确切地说，优选通过两个泵电极的电阻的变化。因此，借助于这样的泵单元可以实现扩散栅栏的功能，其中与现有技术不同扩散栅栏在泵单元运行期间（即现场）是可调节或可微调的。

根据本发明的固体电解质气体传感器的重要优点是触点数量的减少。附加地，在所提出的传感器中相对于现有技术中所需的校准步骤减少了开销并且完全避免或者可以现场补偿这样的扩散栅栏处的老化过程，由此根据本发明的传感器相对于现有技术更容易运行并且此外甚至使用寿命更长。

借助于根据本发明的气体传感器可以定量地确定整个Lambda范围内的氧部分压力或剩余氧部分压力。通过容易接近的、外部的独立泵电极的修改（例如混合电势电极的形式）还可以进行传感器的匹配以检测其他（不同的）气体种类。

本发明还涉及一种用于运行根据本发明的传感器元件以及相应的用于定量检测氧的固体电解质气体传感器的方法，其中在两个测量电极之间施加恒定电压，其中在施加恒定电压时得到的泵电流作为气体中氧部分压力的测量参量。

在根据本发明的方法中，可以借助于所施加的恒定电压调节独立泵单元的不同状态。

在根据本发明的方法中，还可以在封闭的泵室中调节欠压，由此也可以在废气油脂含量相对较高时（也就是说在废气具有相对较小的空气值Lambda）时也生成正的泵流。

需要注意的是，根据本发明的固体电解质气体传感器不仅可用于具有所述优点的机动车技术领域中，而且可用于例如使用在这里涉及的种类的Lambda探测器的那些内燃机或喷嘴中。

附图说明

以下参考附图根据优选实施例更深入地描述本发明，由这些实施例得出本发明的其他特征和优点。在附图中，一致的或功能相同的特征设有相同的附图标记

在附图中示出：

图1：根据现有技术的宽带Lambda探测器的传感器元件的纵截面图；

图2：根据现有技术的比例探测器的传感器元件的纵截面图，

图3：根据现有技术的混合电势探测器的传感器元件的横截面图，