DE10048240B4

DE10048240B4 - Gassensorelement und Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Gasgemisch

Info

Publication number: DE10048240B4
Application number: DE10048240A
Authority: DE
Inventors: Carsten Dr. Springhorn; Bernhard Bloemer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2007-02-08
Anticipated expiration: 2020-09-30
Also published as: DE10048240A1; JP4828747B2; US6911140B2; US20020078743A1; JP2002122567A

Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration mindestens einer Gaskomponente in einem Gasgemisch, umfassend ein Sensorelement und eine elektrische Schaltung, wobei das Sensorelement mindestens eine erste, der zu analysierenden Gaskomponente ausgesetzte Elektrode und mindestens eine Referenzelektrode umfasst, die über einen ersten Festelektrolyten elektrisch miteinander verbunden sind, wobei bei einem Anlegen, insbesondere einem Einstellen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode und der Referenzelektrode durch eine an der ersten Elektrode ablaufende chemische Reaktion ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode und einer weiteren Elektrode kontinuierlich oder stichpunktartig messbar ist, aus dem die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente in dem Gasgemisch bestimmbar ist, wobei die erste Elektrode (8) in einer Kammer (2) angeordnet ist, und wobei der Gaszutritt zu der Kammer (2) über eine Gasdiffusionsbarriere (10) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Mittel vorgesehen ist, mit dem die elektrische Spannung lediglich während wiederkehrender Zeitintervalle zwischen der ersten Elektrode (8) und der Referenzelektrode (7) anlegbar,...

Description

Die Erfindung betrifft einen Gassensorelement und ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Gasgemisch, insbesondere von Stickoxiden, nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Gassensoren, wie sie zur Analyse von Abgasen von Verbrennungsmotoren und unter anderem auch zur Analyse bzw. zum Nachweis von Stickoxiden (NO_x) eingesetzt werden, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Einen Überblick dazu findet man in F. Ménil et al., Sensors and Actuators B, 67 (2000), Seiten 1 bis 23. Weiterhin ist auch aus EP 0 678 740 A1 ein Gassensor zum Nachweis von Stickoxiden bekannt. Dieser arbeitet nach dem Prinzip eines Grenzstromsensors und weist eine Doppelkammer auf, deren Kammern durch eine Diffusionsbariere voneinander getrennt sind.

Bei einem derartigen Grenzstromsensor liegen die auftretenden Grenzströme bei einer typischen Konzentration von Stickoxiden in einem Abgas eines Verbrennungsmotors von 500 ppm bei ca. 7 μA, so dass diese innerhalb einer üblichen Kraftfahrzeugelektronik nur schwer weiterzuverarbeiten und als Kontroll- bzw. Regelgröße zu verwenden sind.

Die Funktion herkömmlicher Grenzstromsensoren beruht darauf, dass eine konstante Spannung zwischen zwei Elektroden angelegt bzw. im Fall einer Dreielektrodenanordnung mittels eines Potentiostaten eingestellt wird, die durch einen Feststoffelektrolyten voneinander getrennt sind. Diese Spannung führt zu einem elektrischen Strom zwischen zwei Elektroden, der auf einer elektrochemischen Umsetzung von Gasbestandteilen bzw. Abgasbestandteilen beruht. Durch eine geeignete Geometrie der Elektroden bzw. des Sensors ist erreichbar, dass dieser Strom als Grenzstrom im Wesentlichen nicht mehr von der angelegten oder eingestellten Spannung abhängt, sondern nur noch von dem durch die Geometrie des Sensors eingeschränkten Zufluss der relevanten Gasbestandteile zu der betreffenden Elektrode. Dieser Grenzstrom stellt dann das Signal des Sensors dar.

Die DE 3627299 C2 beschreibt ein Sensorelement mit einem als einseitig geschlossenes Rohr ausgebildeten Festelektrolytkörper, auf dessen einer, der zur analysierenden Gaskomponente ausgesetzten Seite eine erste Elektrode und auf dessen anderer, der Referenzgas ausgesetzten Seite eine Referenzelektrode vorgesehen ist. Das Sensorelement wird potentiometrisch betrieben. Zur Vermeidung von Alterungserscheinungen wird während einer Regenerationsphase ein Strom durch den Festelektrolytkörper getrieben, und zwar in umgekehrter Richtung bezogen auf den Strom, der im Messbetrieb durch den Messelektrolytkörper fließt. Durch diesen Strom werden Polarisationserscheinungen in Festelektrolyten rückgängig gemacht.

In der DE 3118522 A1 wird ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Sauerstoffmesssonde beschrieben, bei dem in vorgegebenen Zeitabständen der Anstieg der in der Sauerstoffmesssonde erzeugten Referenzspannung erfasst und mit einem abgespeicherten Wert verglichen wird. Ist der Anstieg der Referenzspannung zu langsam, oder wird nicht ein vorbestimmter Wert erreicht, so ist dies ein Zeichen für eine Störung der Sauerstoffmesssonde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, aufgehend von einem Grenzstromsensor, einen Gassensor bereitzustellen, dessen Stromsignal größer ist als die bei üblichen Grenzstromsensoren messbaren Signale. Daneben soll aus diesem Stromsignal jedoch wie bisher die Konzentration der jeweiligen Gaskomponente, insbesondere ein Stickoxid-Anteil, bestimmbar sein.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Sensorelement zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente und das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass durch Einsatz einer gegenüber bekannten Grenzstromsensoren modifizierten Ermittlung der auftretenden elektrischen Ströme in dem Sensorelement die gemessenen elektrischen Ströme bzw. erhaltenen Sensorsignale deutlich größer und damit leichter auswertbar und weiterverarbeitbar sind als bisher.

Insbesondere wird durch die der Erfindung zugrunde liegende Signalermittlung nicht der Grenzstrom des Sensorelements ausgewertet, sondern es wird statt dessen mittels einer Spannungsquelle während wiederkehrender, insbesondere periodischer Zeitintervalle mit geeigneter Länge, eine Spannung angelegt oder beispielsweise potentiostatisch eingestellt, die nach kurzer Zeit von typischerweise einigen Millisekunden zu einem Grenzstrom führen würde. Bis dieser Grenzstrom erreicht ist, ist der zunächst messbare elektrische Strom jedoch größer als der Grenzstrom, und kann damit vorteilhaft an dessen Stelle zur Konzentrationsbestimmung herangezogen werden.

Weiter ist vorteilhaft, dass außerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle die Spannungsquelle bzw, der diese umfassende Potentiostat elektrisch von dem Sensorelement bzw. der jeweiligen Elektrode oder Referenzelektrode getrennt ist, so dass in dieser Zeit kein elektrischer Strom fließt, und auch keine relevanten bzw. zu analysierenden Abgasbestandteile in dem Sensorelement umgesetzt werden. Somit können sich während solcher Pausenintervalle die zu analysierenden Gaskomponenten über der jeweiligen Elektrode ansammeln, an der die den elektrischen Strom hervorrufende chemische Reaktion abläuft.

Diese Anreicherung geht vorteilhaft soweit, bis über dieser Elektrode die zu analysierende Gaskomponente in gleicher Konzentration wie außerhalb des Sensorelements, d. h. beispielsweise wie im Abgas, vorliegt. Bei dem nachfolgenden Zeitintervall werden dann die zu analysierenden Abgasbestandteile durch die wieder angeschlossene Spannungsquelle bzw. den Potentiostaten und den dadurch hervorgerufenen elektrischen Strom elektrochemisch umgesetzt bzw. über der Elektrode reduziert.

Im Übrigen kann der während der wiederkehrenden Zeitintervalle fließende elektrische Strom vorteilhaft zusätzlich oder alternativ auch durch eine in der Elektrotechnik allgemein bekannte Integratorschaltung integriert werden, so dass das so ermittelte Stromintegral zusätzlich oder anstelle des bereits gegenüber üblichen Grenzströmen vergrößerten elektrischen Stromes ausgewertet werden kann. Insbesondere führt eine solche Integration zu einer weiteren Signalvergrößerung.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen.

So ist besonders vorteilhaft, wenn an oder in einer Umgebung derjenigen Elektrode, die zur elektrochemischen Umsetzung der zu analysierenden Gasbestandteile dient, zusätzlich ein Speichermittel vorgesehen ist, das außerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle die zu analysierenden Gasbestandteile in sich aufnimmt bzw. speichert und diese während der wiederkehrenden Zeitintervalle, in denen die elektrochemische Umsetzung stattfindet, wieder abgibt. Dies führt zu einem weiter vergrößerten elektrischen Strom und auch das durch Integration erhaltene Signal wächst.

Als Speichermittel eignet sich besonders eine auf der Elektrode aufgebrachte Schicht oder ein in die Elektrode integriertes Material, beispielsweise ein Gemisch aus Bariumoxid, Bariumcarbonat und Ceroxid, wie es auch in üblichen NO_x-Speicherkatalysatoren eingesetzt wird.

Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sei, dass das Speichermittel nicht direkt mit der Elektrode in Kontakt ist sondern lediglich in einer Umgebung der Elektrode angeordnet ist.

Für die Länge der wiederkehrenden Zeitintervalle, die bevorzugt periodisch wiederkehren, hat sich eine Zeitdauer von 1 ms bis 100 ms als besonders vorteilhaft herausgestellt.

Zwischen den wiederkehrenden Zeitintervallen liegen vorteilhaft Pausenintervalle mit einer Länge von 1 ms bis 100 ms.

Die Amplitude der angelegten elektrischen Spannung liegt schließlich vorteilhaft zwischen 0,5 Volt bis 1,5 Volt insbesondere 1 Volt.

Gegenüber einem üblichen Grenzstromsensor sind in der erläuterten Weise bei einer Konzentration von Stickoxiden in einem Abgas eines Verbrennungsmotors von 500 ppm typische Ströme von 15 μA messbar, die durch Integration oder die erläuterten Speichermittel ohne weiteres weiter vergrößert werden können.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die 1 zeigt einen NO_x-Doppelkammer-Gassensor als erstes Ausführungsbeispiel im Schnitt. Die 2 erläutert ein zweites, gegenüber 1 modifiziertes Ausführungsbeispiel eines NO_x-Doppelkammer-Gassensors im Schnitt.

Ausführungsbeispiele

Die 1 geht aus von einem in ähnlicher Form aus EP 0 678 740 A1 bekannten Doppelkammer-Gassensor zum Nachweis von Stickoxiden.

Im Einzelnen weist der Gassensor gemäß 1 ein Sensorelement 20 mit einer sauerstoffionenleitenden Keramik als Festelektrolyt auf, die in Dickschichttechnik hergestellt ist. Das Sensorelement hat zwei Kammern, eine erste Kammer 1 und eine zweite Kammer 2, die nacheinander angeordnet sind. Insbesondere ist die zweite Kammer 2 der ersten Kammer 1 nachgeordnet aber gleichzeitig gasdurchlässig mit dieser verbunden.

Weiter ist vorgesehen, dass die erste Kammer 1 eine zweite Elektrode 3 aufweist, die in Kombination mit einer Gegenelektrode 4 zum elektrochemischen Abpumpen des in einem anliegenden Abgas enthaltenen Sauerstoffes dient. Die zweite Elektrode 3 und die Gegenelektrode 4 sind dazu durch einen sauerstoffionenleitenden zweiten Festelektrolyten 15 voneinander getrennt.

Der Zutritt des außen anliegenden Abgases zu der ersten Kammer 1 erfolgt über Bohrungen 12, von denen die erste Kammer 1 über erste Diffusionsbarrieren 9 getrennt ist. Aus der ersten Kammer 1 wird somit der im Abgas enthaltene Sauerstoff abgepumpt, d.h. es ist eine Pumpzelle realisiert, wobei ein auftretender Pumpstrom mit Hilfe einer Messelektrode 5, die auf Sauerstoff sensitiv ist, und einer Referenzelektrode 7, die über einen Referenzgaskanal mit einem Referenzgas, im erläuterten Ausführungsbeispiel Luft, in Verbindung steht, so geregelt wird, dass eine konstante Spannung zwischen der Messelektrode 5 und der Referenzelektrode 7 eingestellt ist. Diese konstante Spannung ist ein Maß für die in der ersten Kammer 1 eingestellte, möglichst niedrige Sauerstoffkonzentration.

In diesem Zusammenhang ist weiter wichtig, dass zum Nachweis von Stickoxiden in der zweiten Kammer 2 das Material der zweiten Elektrode 3 so gewählt ist, dass in der ersten Kammer 1 bzw. an der zweiten Elektrode 3 kein Stickstoffoxid zusammen mit dem Sauerstoff abgepumpt wird.

Von der ersten Kammer 1 gemäß 1 führt ein Zugang 11 in Form einer Bohrung zu der zweiten Kammer 2, in der sich zwei beanstandet gegenüberliegende, ringförmige erste Elektroden 8 befinden. Weiter ist zwischen dem Zugang 11 und den ersten Elektroden 8 eine zweite Diffusionsbarriere 10 angeordnet. Daneben ist vorgesehen, dass die ersten Elektroden 8 über einen sauerstoffionenleitenden ersten Festelektrolyten 14 von der Referenzelektrode 7 getrennt, und mit dieser über eine im Weiteren erläuterte elektrische Schaltung verschaltet sind. Das Elektrodenmaterial der ersten Elektrode 8 in der zweiten Kammer 2 ist in bekannter Weise derart ausgewählt, dass eine katalytische Zersetzung von NO_x (Stickstoffoxiden) zu Sauerstoff (O₂) und Stickstoff (N₂) erfolgen kann. Der sich dabei entwickelnde Sauerstoff wird dann mit Hilfe einer zwischen den ersten Elektroden 8 und der Referenzelektrode 7 angelegten bzw. potentiostatisch eingestellten elektrischen Spannung elektrochemisch abgepumpt, solange diese Spannung zwischen der ersten Elektroden 8 und der Referenzelektrode 7 anliegt.

Im Übrigen ist vorgesehen, dass das Sensorelement 20 in bekannter Weise durch ein Heizelement 13 beheizbar ist.

Hinsichtlich weiterer Details zu dem Sensorelement 20, das insoweit im Wesentlichen aus EP 0 678 740 A1 , bekannt ist, sei auf diese Schrift verwiesen.

Gegenüber einem üblichen Grenzstromsensor ist weiter vorgesehen, dass mit Hilfe der zwischen den ersten Elektroden 8 und der Referenzelektrode 7 vorgesehenen elektrischen Schaltung lediglich temporär während wiederkehrender Zeitintervalle eine elektrische Spannung angelegt oder eingestellt wird, so dass lediglich während dieser Zeitintervalle an den ersten Elektroden 8 eine elektrochemische Umsetzung von Stickoxiden zur Sauerstoff und Stickstoff stattfindet, und auch lediglich während dieser Zeitintervalle ein elektrischer Strom zwischen den ersten Elektroden 8 und der Referenzelektrode 7 durch den ersten Festelektrolyten 14 messbar ist.

Dazu weist die in 1 nicht dargestellte, jedoch dem Fachmann ohne Weiteres geläufige elektrische Schaltung eine Spannungsquelle zur Erzeugung einer definierten, vorgebbaren, während der wiederkehrenden Zeitintervalle jeweils konstanten elektrischen Spannung auf. Diese Spannung beträgt beispielsweise 1 Volt.

Die Länge der wiederkehrenden Zeitintervalle ist weiter derart gewählt, dass während der Zeitintervalle der als Funktion der Zeit messbare elektrische Strom zwischen den ersten Elektroden 8 und der Referenzelektrode 7 größer ist als ein bei einer entsprechenden, zeitlich konstanten elektrischen Spannung messbarer Grenzstrom. Außerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle ist vorgesehen, dass die über die elektrische Schaltung angelegte oder eingestellte elektrische Spannung einen niedrigeren Wert aufweist als innerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle oder zumindest nahezu null ist, oder dass die Spannungsquelle elektrisch von den ersten Elektroden 8 getrennt ist.

Die in 1 nicht dargestellte elektrische Schaltung beeinhaltet weiter eine übliche Strommesseinrichtung zur punktuellen oder kontinuierlichen Erfassung des zwischen den ersten Elektroden 8 und der Referenzelektrode 7 auftretenden elektrischen Stromes während der wiederkehrenden Zeitintervalle. Dieser elektrische Strom ist eine Funktion der Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente in der zweiten Kammer 2 und darüber auch zu der Konzentration dieser Gaskomponente in dem zu analysierenden Abgas.

Die Länge der periodisch wiederkehrende Zeitintervalle beträgt im erläuterten Ausführungsbeispiel 50 ms. Die zwischen diesen Zeitintervallen liegenden Pausenintervalle sind ebenfalls 50 ms lang.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des mit Hilfe der 1 erläuterten Ausführungsbeispiels sieht vor, dass die erläuterte elektrische Schaltung zusätzlich eine übliche Integratorschaltung aufweist, die zu Erfassung des Integrals des zwischen den ersten Elektroden 8 und der Referenzelektrode 7 während der wiederkehrenden Zeitintervalle fließenden elektrischen Stromes dient. Insbesondere wird mit Hilfe dieser Integratorschaltung während eines innerhalb des wiederkehrenden Zeitintervalles liegenden oder mit diesem übereinstimmenden Messintervalles das Integral des fließenden elektrischen Stromes gebildet. Dieses Integral kann anstelle oder neben dem stichpunktartig ermittelten elektrischen Strom während des betreffenden Zeitintervalles zur Bestimmung der Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente herangezogen werden, da es dazu proportional ist.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in die ersten Elektroden 8 ein Material integriert ist, das zur Speicherung von Stickstoffoxiden geeignet ist. Ein derartiges Material ist beispielsweise ein Gemisch aus Bariumoxid, Bariumcarbonat und Ceroxid.

Neben der Integration dieses Materials in die ersten Elektroden 8 kann jedoch auch eine poröse Beschichtung der ersten Elektroden 8 mit einer Schicht aus einem solchen Material vorgenommen worden sein, oder es kann in der Umgebung der ersten Elektroden 8 ein Speicher für Stickstoffoxid aus diesem Material angeordnet sein. Dieser Speicher für Stickstoffoxid dient dazu, außerhalb der wiederkehrenden Zeitin tervalle darin die jeweils zu analysierende Gaskomponente, im konkreten Fall Stickstoffoxid, anzureichern, so dass während der wiederkehrenden Zeitintervalle eine vergrößerte Menge von Stickstoffoxid an den ersten Elektroden 8 zur Verfügung steht, was den auftretenden elektrischen Strom zwischen ersten Elektroden 8 und Referenzelektrode 7 weiter vergrößert.

Die 2 erläutert ein zu 1 alternatives Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Bauteile bzw. Bauteile mit gleicher Funktion mit gleichem Bezugszeichen bezeichnet sind.

Im Einzelnen ist auch gemäß 2 vorgesehen, dass die erste Elektrode 8 und die Referenzelektrode 7 mit der bereits im Zusammenhang mit 1 erläuterten elektrischen Schaltung in Verbindung stehen bzw. verschaltet sind, so dass zwischen der ersten Elektrode 8 und der Referenzelektrode 7 lediglich während der wiederkehrenden Zeitintervalle eine elektrische Spannung eingestellt ist, und lediglich während dieser wiederkehrenden Zeitintervalle ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode 8 und der Referenzelektrode 7 oder der Gegenelektrode 4 messbar ist.

Ansonsten ist das Ausführungsbeipsiel für ein Sensorelement 20 gemäß 2, abgesehen von dem modifizierten Aufbau und der modifizierten Anordnung der ersten Kammer 1 bzw. der zweiten Kammer 2, völlig analog dem Ausführungsbeispiel gemäß 1.

Insbesondere kann auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 die bereits erläuterte Integratorschaltung bzw. ein Speichermittel im Bereich der zweiten Kammer 2 vorgesehen sein, mit dem Stickstoffoxid außerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle temporär speicherbar ist.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration mindestens einer Gaskomponente in einem Gasgemisch, umfassend ein Sensorelement und eine elektrische Schaltung, wobei das Sensorelement mindestens eine erste, der zu analysierenden Gaskomponente ausgesetzte Elektrode und mindestens eine Referenzelektrode umfasst, die über einen ersten Festelektrolyten elektrisch miteinander verbunden sind, wobei bei einem Anlegen, insbesondere einem Einstellen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode und der Referenzelektrode durch eine an der ersten Elektrode ablaufende chemische Reaktion ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode und einer weiteren Elektrode kontinuierlich oder stichpunktartig messbar ist, aus dem die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente in dem Gasgemisch bestimmbar ist, wobei die erste Elektrode (8) in einer Kammer (2) angeordnet ist, und wobei der Gaszutritt zu der Kammer (2) über eine Gasdiffusionsbarriere (10) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Mittel vorgesehen ist, mit dem die elektrische Spannung lediglich während wiederkehrender Zeitintervalle zwischen der ersten Elektrode (8) und der Referenzelektrode (7) anlegbar, insbesondere einstellbar ist, und dass ein zweites Mittel vorgesehen ist, mit dem zumindest zeitweise innerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle der elektrische Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und der weiteren Elektrode messbar ist, wobei aus dem innerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle messbaren elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und der weiteren Elektrode die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente in dem Gasgemisch bestimmbar ist, und wobei die Länge der wiederkehrenden Zeitintervalle derart gewählt ist, dass der während der Zeitintervalle als Funktion der Zeit messbare elektrische Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und der weiteren Elektrode zumindest überwiegend größer ist als ein bei einer entsprechenden, zeitlich konstanten elektrischen Spannung messbarer Grenzstrom.
Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzelektrode (7) insbesondere über einen Referenzgaskanal (6) mit einem Referenzgas beaufschlagt ist.
Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit dem Gasgemisch beaufschlagbare erste Kammer (1) mit einer zweiten Elektrode (3) vorgesehen ist, die über einen zweiten Festelektrolyten (15) mit einer Gegenelektrode (4) verbunden ist, und dass die Kammer (2) der ersten Kammer (1) nachgeordnet ist.
Sensorelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer (1) mit der zweiten Elektrode (3) und der Gegenelektrode (4) eine Pumpzelle zum elektrochemischen Abpumpen von Sauerstoff aus dem Gasgemisch ist.
Sensorelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaszutritt zu der ersten Kammer (1) über eine erste Diffusionsbarriere (9) erfolgt.
Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle die von dem ersten Mittel angelegte oder eingestellte elektrische Spannung kleiner als innerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle oder zumindest nahezu null ist, und/oder dass das erste Mittel außerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle elektrisch von der ersten Elektrode (8) und/oder der Referenzelektrode (7) getrennt ist.
Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel eine Strommesseinrichtung zur punktuellen oder kontinuierlichen Erfassung des elektrischen Stromes während der wiederkehrenden Zeitintervalle und/oder eine Integratorschaltung zur Erfassung eines Integrales des elektrischen Stromes umfasst, wobei die Integratorschaltung das Integral während eines innerhalb des wiederkehrenden Zeitintervalles liegenden oder mit diesem übereinstimmenden Messintervalles bildet.
Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (8) mit einem Speichermittel versehen ist, und/oder dass in einer Umgebung der ersten Elektrode (8) ein Speichermittel vorgesehen ist, mit dem die zu analysierende Gaskomponente temporär speicherbar ist.
Sensorelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel eine auf der ersten Elektrode (8) aufgebrachte Schicht oder ein in die erste Elektrode (8) integriertes Material, insbesondere ein Gemisch oder eine Schicht mit Bariumoxid, Bariumcarbonat und Ceroxid, ist.
Sensorelement nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermittel außerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle die zu analysierende Gaskomponente anreichert.
Verfahren zur Bestimmung der Konzentration einer Gaskomponente in einem Gasgemisch mittels eines Sensorelementes, insbesondere mittels eines Sensorelementes nach einem vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einer ersten, der zu analysierenden Gaskomponente ausgesetzten Elektrode und mindestens einer Referenzelektrode, die über einen ersten Festelektrolyten elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die erste Elektrode (8) in einer Kammer (2) angeordnet ist, und wobei der Gaszutritt zu der Kammer (2) über eine Gasdiffusionsbarriere (10) erfolgt, wobei bei einem Anlegen, insbesondere einem Einstellen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten Elektrode und der Referenzelektrode durch eine an der ersten Elektrode ablaufende chemische Reaktion ein elektrischer Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und einer weiteren Elektrode kontinuierlich oder stichpunktartig gemessen wird, aus dem die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente in dem Gasgemisch bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung lediglich während wiederkehrender Zeitintervalle angelegt oder eingestellt wird, und dass zumindest zeitweise innerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle der elektrische Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und der weiteren Elektrode gemessen wird, und dass aus dem innerhalb der wiederkehrenden Zeitintervalle gemessenen elektrischen Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und der weiteren Elektrode die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente in dem Gasgemisch bestimmt wird, wobei die Länge der wiederkehrenden Zeitintervalle derart gewählt wird, dass der während der Zeitintervalle als Funktion der Zeit messbare elektrische Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und der weiteren Elektrode zumindest überwiegend größer ist als ein bei einer entsprechenden, zeitlich konstanten elektrischen Spannung messbarer Grenzstrom.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wiederkehrenden Zeitintervalle periodisch wiederkehren und eine Länge von 1 ms bis 100 ms aufweisen, und dass zwischen den Zeitintervallen Pausenintervalle von 1 ms bis 100 ms liegen.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten Elektrode (8) als zu analysierender Gasbestandteil ein Stickstoffoxid zu Sauerstoff und Stickstoff reagiert, wobei der entstehende Sauerstoff über die während der wiederkehrenden Zeitintervalle angelegte elektrische Spannung durch den ersten Festelektrolyten (14) abgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der wiederkehrenden Zeitintervalle derart gewählt ist, dass der während der Zeitintervalle als Funktion der Zeit messbare elektrische Strom zwischen der ersten Elektrode (8) und der Referenzelektrode (7) zumindest zeitweilig, insbesondere stets, größer ist, als ein bei einer entsprechenden, zeitlich konstanten elektrischen Spannung messbare Grenzstrom.