CN110612444A - 用于确定固体电解质气体传感器的温度的方法 - Google Patents

用于确定固体电解质气体传感器的温度的方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

用于确定固体电解质气体传感器的温度的方法
背景技术
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)来描述本发明。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》(Springer Vieweg，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。
发明内容
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。
提出一种根据本发明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。尤其能够在机动车技术领域中使用本发明，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。尤其能够在机动车技术领域中使用本发明，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。
在本发明的范畴内，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。传感器元件可以具有至少一个泵电池。第一电极例如可以构型成外部泵电极。
第二电极可以布置在至少一个测量空腔中。第二电极例如可以构型成内部泵电极。测量空腔可以理解为传感器元件内部的空腔，该空腔可以设置用于接收气体的气体成分的储量。测量空腔可以完全或部分开放地构型。此外，测量空腔例如可以借助多孔介质(例如借助多孔氧化铝)完全地或部分地填充。
可以通过至少一个扩散屏障给测量空腔施加测量气体空间中的气体。扩散屏障可以理解为由如下材料构成的层：该材料促进气体和/或流体和/或离子的扩散、但抑制气体和/或流体的流动。扩散屏障尤其可以具有如下多孔陶瓷结构：该多孔陶瓷结构具有有针对性地设置的孔半径。扩散屏障可以具有扩散阻力，其中，扩散阻力理解为扩散屏障抵抗扩散运输的阻力。
第一电极和第二电极通过至少一个固体电解质连接并且构成泵电池。通过将电压(尤其泵电压)施加到第一电极和第二电极上，可以从气体中将氧穿过扩散屏障泵入到测量空腔中或从测量空腔中泵出。
在本发明的范畴内，固体电解质应理解为具有电解特性(即具有离子导电特性)的物体或对象。这尤其可以涉及陶瓷固体电解质。这还包括固体电解质的原材料并且因此包括作为所谓的生胚(Grünling)或褐变(Braunling)的形成，其在烧结之后才变成固体电解质。固体电解质尤其可以构造成固体电解质层或者由多个固体电解质层构成。在本发明的范畴内，层应理解为呈一定高度面式延伸的整体质量，该整体质量位于其他元件上方、下方或之间。固体电解质尤其可以涉及陶瓷固体电解质：例如二氧化锆(ZrO2)、尤其钇稳定氧化锆(YSZ)和/或钪掺杂氧化锆(ScSZ)。优选地，固体电解质可以是不透气的和/或可以确保离子的运输——例如氧离子的运输。第一电极和第二电极尤其可以涉及能够导电的区域(例如能够导电的金属涂层)，可以将该区域施加到至少一个固体电解质上和/或该区域可以以其他方式接触固体电解质。尤其可以通过将电压(尤其泵电压)施加到第一电极和第二电极上来将氧从气体中泵入到测量空腔中或从测量空腔中泵出。
传感器元件可以包括另外的电极——例如第三电极和第四电极。传感器元件可以具有至少一个能斯特电池，能斯特电池具有与固体电解质连接的至少一个第三电极和至少一个第四电极。也能够想到如下实施方式：在该实施方式中，第三电极设置成泵电极并且传感器元件不具有第四电极。
第三电极可以构型成与测量气体空间分开构造的参考电极。第三电极可以至少部分地(例如流体地和/或通过气体连接)与参考气体空间连接。参考气体空间可以理解为传感器元件内部的空间，该空间与周围环境空间(例如内燃机周围的周围环境空间)连接。在该周围环境空间中尤其可以有空气。参考气体空间尤其可以通过固体电解质与测量空腔连接。第四电极可以构型成能斯特电极，该能斯特电极可以布置在测量空腔中。
在此，电子控制设备通常可以理解为设置用于运行和控制传感器的电子设备。例如，可以在传感器与电子控制设备之间设置一个或多个电子连接。电子控制设备例如可以包括至少一个数据处理设备(例如至少一个计算机或微控制器)。电子控制设备可以具有至少一个集成电路——尤其专用集成电路(ASIC)。该数据处理设备可以具有一个或多个易失性和/或非易失性数据存储器，其中，该数据处理设备例如可以通过程序技术设置，以便操控传感器。此外，电子控制设备可以包括至少一个接口——例如电子接口和/或人机界面、例如输入/输出设备(例如显示器和/或键盘)。电子控制设备例如可以集中地或分布式地构造。也能够想到其他构型。
传感器元件可以具有加热元件。在本发明的范畴内，加热元件应理解为如下元件：该元件用于将固体电解质和电极至少加热到其功能温度并且优选加热到其运行温度。功能温度是如下温度：从该温度起固体电解质可以传导离子，并且该温度大约为350℃。需要与之区分的是运行温度，该运行温度是如下温度：传感器元件通常运行在该温度下，并且该温度高于功能温度。运行温度例如可以是700℃至950℃。加热元件可以包括加热区域和至少一个馈电导轨。在本发明的范畴内，加热区域应理解为加热元件的如下区域：该区域在层结构中沿着垂直于传感器元件的表面的方向与电极重叠。在运行期间，加热区域比馈电导轨更强烈地加热，从而可以对它们进行区分。不同的加热例如可以通过如下方式实现：加热区域具有比馈电导轨更高的电阻。加热区域和/或馈电导轨例如构造成电阻导轨并且通过电压的施加而加热。加热元件例如可以由铂-金属陶瓷制成。运行状态可以理解为传感器的如下状态：在该状态中，已达到运行温度，并且在传感器元件上的电流改变或电压改变之后，已达到电气稳定状态。在运行状态中，在能斯特电池上调整到基本上恒定的电压状态。在传感器的加热阶段中，传感器元件的电极之间的电压表现出瞬态响应。“基本上恒定的电压状态”可以理解为电极之间的电压达到静态值，其中，与静态值的偏差能够小于10％、优选小于5％、特别优选小于1％。在运行状态中，在传感器元件上可以施加有恒定的电流，在传感器元件的电极之间同样可以施加有不等于零的偏置电压值。
诊断序列可以理解为诊断状态的次序(Abfolge)。诊断状态可以理解为开关状态。在第一诊断状态中，给传感器元件施加诊断电流。给传感器元件施加诊断电流可以理解为：(尤其借助电流源)将预给定的或可预给定的电流通过电极施加到传感器元件上。电流源可以是控制设备的组成部分或者可以独立于控制单元地构型。在施加诊断电流的情况下，传感器可能表现出瞬态响应、尤其指数型瞬态响应。在借助电流I通电的情况下，在第一诊断状态中达到目标值的指数瞬态过程可以满足：
U(t)＝U(t0)+(U偏置+R内·I-U(t0))(1-exp(-(t-t0)/τ))
其中，U偏置是运行状态中的电极之间的偏置电压值，其中，R内是传感器元件的内阻，其中，t0是接通电流源的时刻，其中，τ是控制设备的有效总差分电容C差分的充电时间的时间常数。尤其存在τ＝R内·C差分。
在第二诊断状态中关断诊断电流。传感器元件尤其关于诊断电流未通电。在第二诊断状态中，尤其可以关断电流源。在关断的情况下，传感器元件可能表现出衰减特性、尤其指数衰减特性。在第二诊断状态中，具有与瞬态过程中相同时间常数的指数衰减过程可以满足：
U(t)＝U(t0)+(U偏置-U(t0))(1-exp(-(t-t0)/τ))
其中，t0在此是关断电流源的时刻。
在该方法中，可以执行多个诊断序列。尤其可以重复地相继和交替地(例如周期性地)调整到第一诊断状态和第二诊断状态。“多个”可以包括两个、三个、四个或更多的诊断序列。重复(以下也称为迭代)的数量可以取决于对确定内阻所追求的准确度或预给定的准确度。第一诊断状态的持续时间和第二诊断状态的持续时间可以一样长。替代地，第一诊断状态的持续时间可以与第二诊断状态的持续时间不同。
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。检测电压值可以理解测量和/或确定传感器元件的电极之间的电压值。可以在瞬态过程期间确定第一电压测量值。可以在衰减过程期间确定第二电压测量值。在诊断序列中的每个中，第一电压测量值的检测可以在瞬态过程内的相同时刻进行。在诊断序列中的每个中，第二电压测量值的检测可以在衰减过程内的相同时刻进行。
关于温度的信息可以理解为对传感器元件的内阻的确定。内阻可以是传感器元件的温度的度量。尤其可以通过预给定的或可预给定的关系，由内阻确定传感器元件的温度。在方法步骤c)中，可以由如下关系确定传感器元件的内阻R内：
R内[i]＝(abs(U[i]+U[i-1])+2·ΔU测量[i])/I
其中，I是传感器元件上的诊断电流。在充电过程和放电过程中进行若干重复测量之后，瞬态误差可能大小相同。在衰减过程中，可以相对于偏置电压值确定瞬态误差，并且可以在确定内阻时考虑瞬态误差。在方法步骤c)中，可以由如下关系确定传感器元件的内阻R内：
R内[i]＝(U[i]+U[i-1]-2U偏置)/I
其中，I是所施加的诊断电流，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，U偏置是运行状态中的偏置电压值。
在该方法中，可以由如下关系进一步确定电子控制设备的至少一个差分电容器的差分电容C差分(尤其有效总差分电容)：
C差分[i]＝τ[i]/R内[i]
存在：
其中，τ是有效总差分电容器的充电时间的时间常数，i是迭代阶段，U[i]是第i个迭代阶段的电压测量值，U偏置是偏置电压值，t测量是接通或关断通电之后的测量时刻，R内是内阻。可以使用所确定的总差分电容来进一步设计时间上的通电和/或用于进一步的诊断目的。
该方法可以包括输出步骤，在该输出步骤中，输出关于温度和/或有效差分电容值的信息。替代地或附加地，可以将结果存储在控制设备中。
在达到基本上恒定的电压状态之后，尽管在非稳态中进行电压测量，但可以通过交替地施加等长的通电和未通电的诊断状态以及在每个阶段中固定定义地测量来通过上述关系确定内阻，在这种关系中，由附加的差分电容器引起的系统性误差被抵消。通过在运行状态中确定偏置电压值以及诊断序列的接下来的一次性执行，尤其已经可以减小差分电容器对内阻确定的影响。
在另一方面中，提出一种计算机程序，该计算机程序设置用于执行根据本发明的方法的每个步骤。此外，提出一种电子存储介质，在其上存储有一种用于执行根据本发明的方法的计算机程序。在另一方面中，提出一种电子控制设备，该电子控制设备包括根据本发明的电子存储介质，该电子存储介质具有用于执行根据本发明的方法的计算机程序。关于定义和实施方式，参考根据本发明的方法的描述。
在另一方面中，提出如下传感器：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传感器元件。该传感器元件具有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。传感器元件可以具有至少一个泵电池。该传感器元件还可以包括至少一个能斯特电池。能斯特电池可以包括至少一个第三电极和至少一个第四电极，该至少一个第三电极和至少一个第四电极与固体电解质连接。此外，传感器具有电子控制设备，该电子控制设备具有用于执行根据本发明的方法的根据本发明的计算机程序。关于定义和实施方式，参考根据本发明的方法的描述。
与已知的方法和设备相比，所提出的方法和设备是有利的。该方法可以(尤其在平均电压负载减小的情况下)减小安装在控制设备中的差分电容器或有效差分电容器以及探测器电极的极化对欧姆测量的影响。干扰因素(尤其安装在控制设备上的差分电容器或有效差分电容器)可以通过交替地极化和去极化而部分地被抵消，与已知方法相比，可以将测量电池上的电压负载(尤其在高目标电阻的情况下)降低到几乎一半。该方法可以实现更稳健的电阻测量。该方法可以减少老化效应，并且该方法可以通过更稳健的电阻测量来减小老化效应的不利影响。
原则上，可以将该方法用于任意的如下控制单元：所述控制单元借助电流源确定欧姆电阻，但欧姆电阻的测量值由于差分电容器和/或极化而失真。
附图说明
本发明的其他可选的细节和特征由以下对优选实施例的描述中得出，这些实施例在附图中示意性地示出。
附图示出：
图1示出根据本发明的传感器的一种实施例；
图2A至D示出根据本发明的传感器的电路图；
图3示出传感器元件的电极之间的电压的时间变化过程和诊断电流的时间变化过程；
图4根据迭代步骤示出相对内阻；
图5示出持续通电的传感器元件的直至了解瞬态时间的时间变化过程与根据本发明的通电的直至了解瞬态时间的时间变化过程的比较；
图6根据迭代步骤示出相对差分电容。
具体实施方式
图1示出根据本发明的传感器110的原理性结构。图1中所示的传感器110可以用于证实测量气体空间中的测量气体的物理特性和/或化学特性，其中，可以检测一种或多种特性。以下尤其参考测量气体的气体成分的定性检测和/或定量检测(尤其参考测量气体中的氧份额的检测)来描述本发明。例如可以以分压的形式和/或以百分比的形式检测氧份额。然而原则上，也能够检测其他类型的气体成分——例如氮氧化物、碳氢化合物和/或氢气。然而替代地或附加地，也能够检测测量气体的其他特性。本发明尤其能够在机动车技术领域中使用，从而测量气体空间尤其可以涉及内燃机的排气系，测量气体尤其可以涉及废气。
传感器110具有传感器元件112。如以下更详细描述的那样，传感器元件112可以构造成陶瓷的层结构。传感器元件112具有固体电解质114、第一电极116和第二电极118。传感器元件可以具有第三电极120和第四电极122。固体电解质114可以由多个固体电解质层形式的陶瓷层组成或者包括多个固体电解质层。例如，固体电解质114包括泵膜或泵层、中间膜或中间层以及加热膜或加热层，它们相互上叠或下叠布置。传感器元件110可以具有进气路径124。进气路径124可以具有进气孔126，该进气孔从固体电解质114的表面128延伸到传感器元件114的层结构的内部。
第一电极116可以布置在固体电解质114的表面128上。能够给第一电极116施加测量气体空间中的气体。第一电极116尤其可以至少部分地与测量气体空间连接，例如，第一电极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给第一电极施加测量气体空间中的气体。第一电极116例如可以构型成外部泵电极。
第二电极118可以布置在至少一个测量空腔130中。第二电极118例如可以构型成内部泵电极。测量空腔130可以完全或部分开放地构型。此外，测量空腔130例如可以借助多孔介质(例如借助多孔氧化铝)完全地或部分地填充。可以通过至少一个扩散屏障给测量空腔130施加测量气体空间中的气体。
第一电极116和第二电极118通过至少一个固体电解质114连接并且可以构成泵电池132。通过将电压(尤其泵电压)施加到第一电极116和第二电极18上，可以从气体中将氧穿过扩散屏障泵入到测量空腔130中或从测量空腔中泵出。
第三电极120可以构型成与测量气体空间分开构造的参考电极。第三电极120可以至少部分地(例如流体地和/或通过气体连接)与在此未示出的参考气体空间134连接。参考气体空间134尤其可以通过固体电解质114与测量空腔130连接。第四电极122可以构型成能斯特电极，该能斯特电极可以布置在测量空腔130中。第三电极120和第四电极122可以通过至少一个固体电解质114连接并且构成能斯特电池136。
例如可以借助泵电池132如此调整通过泵电池132的泵电流，使得在测量空腔130中存在条件λ(拉姆达)＝1或另一已知组成占主导。另一方面由能斯特电池136检测该组成，其方式是：测量第三电极120与第四电极122之间的能斯特电压VN。由于在参考空间中存在已知的气体组成134，或者这种气体组成暴露于过量的氧气中，所以可以根据所测量的电压推断出测量空腔130中的组成。
在进气孔126的延伸方向的延长部中，加热元件138可以布置在传感器元件112的层结构中。加热元件138具有加热区域140和电馈电导轨142。加热区域140例如蜿蜒形地构造。
图2A至图2D示出根据本发明的传感器元件136(在此能斯特电池)的电路图。图2A示出在控制设备中未安装有差分电容器或有效差分电容器的情况下的理想电路。
图2B至图2C示出另外的电路部件C差分以及例如与极化电阻R极化联的C极化。
图3示出根据本发明的方法的一种实施方式的时间变化过程。在调整到以图3中的电压值U偏置为特征的运行状态之后，执行至少一个诊断序列，在该诊断序列中，通过给传感器元件112(例如能斯特电池136)施加诊断电流来调整到至少一个第一诊断状态144，并且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，使得能斯特电池关于诊断电流未通电。图3的下部分示出诊断电流的时间变化过程——尤其诊断电流的接通和关断。可以通过接通或关断电流源来连通和关断诊断电流。此外，图3示出能斯特电池136的电极之间的电压的时间变化过程。在该实施例中调整出五次第一诊断状态144和四次第二诊断状态146。在该方法中，可以执行多个诊断序列。尤其可以重复地相继和交替地(例如周期性地)调整到第一诊断状态144和第二诊断状态146。“多个”可以包括两个、三个、四个或更多的诊断序列。重复的数量可以取决于确定内阻所追求的准确度或预给定的准确度。第一诊断状态144的持续时间和第二诊断状态146的持续时间可以一样长。替代地，第一诊断状态144的持续时间和第二诊断状态146的持续时间可以不同。
在施加诊断电流的情况下，传感器110可能表现出瞬态特性(尤其指数瞬态响应)。在借助电流I通电的情况下，在第一诊断状态中达到目标值的指数瞬态过程可以满足：
U(t)＝U(t0)+(U偏置+R内·I-U(t0))(1-exp(-(t-t0)/τ))
其中，U偏置是运行状态中的能斯特电极之间的偏置电压值，其中，R内是能斯特电池的内阻，其中，t0是接通电流源的时刻，其中，τ是控制设备的有效差分总电容C差分的充电时间的时间常数。尤其τ＝R内·C差分。
在第二诊断状态146中，能斯特电池136未通电。在第二诊断状态146中，尤其可以关断电流源。在关断的情况下，传感器元件112可能表现出电衰减特性(尤其指数衰减特性)。在第二诊断状态中，具有与瞬态过程中相同时间常数的指数衰减过程可以满足：
U(t)＝U(t0)+(U偏置-U(t0))(1-exp(-(t-t0)/τ))
其中，t0在此是关断电流源的时刻。
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。可以在瞬态过程期间确定如在图3中借助U1、U3、U5、U7和U9表示的第一电压测量值。可以在衰减过程期间确定如在图3中借助U2、U4、U6和U8所表示的第二电压测量值。在诊断序列中的每个中，第一电压测量值的检测可以在瞬态过程内的相同时刻进行。在诊断序列中的每个中，第二电压测量值的检测可以在衰减过程内的相同时刻进行。
由第一电压值和第二电压值确定关于温度的信息。内阻可以是传感器元件112的温度的度量。尤其可以通过预给定的或可预给定的关系、由内阻确定传感器元件112的温度。在方法步骤c)中，可以由如下关系确定传感器元件112的内阻R内：
R内[i]＝(abs(U[i]+U[i-1])+2·ΔU测量[i])/I
其中，I是传感器元件上的诊断电流。在充电过程和放电过程中进行若干重复测量之后，瞬态误差ΔU测量[i](在图3中借助ΔU测量表示)可能大小相同。在衰减过程中，可以相对于偏置电压值确定瞬态误差，并且可以在确定内阻时考虑瞬态误差。在方法步骤c)中，可以由如下关系确定能斯特电池的内阻R内：
R内[i]＝(U[i]+U[i-1]-2U偏置)/I
其中，I是所施加的诊断电流，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，U偏置是运行状态中的偏置电压值。
图4根据迭代步骤i示出相对内阻(即借助根据本发明的方法所确定的内阻R内，测量除以目标内阻R内，目标(在此l kΩ))的相关性。根据交替施加的诊断状态的数量，可以实现内阻确定的改善。为了进行比较，在图4中标注两个测量点。在第一测量点148处，已借助未通电的测量和通电的测量确定内阻。在第二测量点150处，首先执行了完全稳态的未通电的测量，然后执行了通电的测量，接下来执行了用于确定内阻的另一未通电的测量。在此，与仅借助一次未通电的测量和一次通电的测量实现的确定相比，能够实现从71％到96％的改善。进一步增加的通电数量(尤其在明显更高的电阻的情况下)可能是有意义的。
对于持续通电的系统和对于交替通电的系统，直至有效了解系统的瞬态时间所需的时间可能一样长。图5示出持续通电的能斯特电池的直至了解瞬态时间的时间变化过程(曲线152)与根据本发明的通电的直至了解瞬态时间的时间变化过程(曲线154)的比较。
在该方法中，可以由如下关系进一步确定电子控制设备的至少一个差分电容器的差分电容C差分(尤其有效总差分电容)：
C差分[i]＝τ[i]/R内[i]
存在：
其中，τ是有效总差分电容器的充电时间的时间常数，i是迭代阶段，U[i]是第i个迭代阶段的电压测量值，U偏置是偏置电压值，t测量是接通或关断通电之后的测量时刻，R内是内阻。可以将所确定的总差分电容用于进一步规划时间上的通电和/或用于进一步的诊断目的。
图6根据迭代步骤i示出相对差分电容(即借助根据本发明的方法所确定的差分电容C差分,测量除以目标电容C差分,目标(在此40ns))的相关性。取决于通电测量和未通电测量的次序的数量，可以实现差分电容确定的改善。在第二个测量点150处就已经可以以95％的准确度来确定差分电容。

Claims (11)

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：
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法，其中，在瞬态过程期间确定所述第一电压测量值，其中，在衰减过程期间确定所述第二电压测量值。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一诊断状态(144)的持续时间与所述第二诊断状态(146)的持续时间一样长。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述方法中由如下关系进一步确定所述电子控制设备的至少一个差分电容器的差分电容C差分：
C差分[i]＝τ[i]/R内[i]
存在：
其中，τ是有效总差分电容器的充电时间的时间常数，i是迭代阶段，U[i]是第i个迭代阶段的电压测量值，U偏置是偏置电压值，t测量是接通或关断通电之后的测量时刻，给所述传感器元件(112)施加诊断电流I，R内是内阻。
7.一种计算机程序，所述计算机程序设置用于执行根据以上权利要求中任一项所述的方法的每个步骤。
8.一种电子存储介质，在所述电子存储介质上存储有根据前一项权利要求所述的计算机程序。
9.一种电子控制设备，所述电子控制设备包括根据前一项权利要求所述的电子存储介质。
10.一种传感器(110)，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)还具有根据前一项权利要求所述的电子控制设备。
11.根据前一项权利要求所述的传感器(110)，其中，所述传感器(110)具有至少一个电流源，所述至少一个电流源设置用于给所述传感器元件(112)施加电流。
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