DE10111269A1

DE10111269A1 - Gas detection sensor

Info

Publication number: DE10111269A1
Application number: DE2001111269
Authority: DE
Inventors: Michael Bauer; Isolde Simon; Christian Krummel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Paragon AG
Priority date: 2001-03-09
Filing date: 2001-03-09
Publication date: 2002-09-12
Also published as: WO2002073176A2; WO2002073176A3; EP1370853A2

Abstract

The invention relates to a sensor for detecting gas. According to the invention, a signal evaluation (23) emits an output signal (24) whereby a predetermined weighting factor for at least two types of gas is set in the sensor element (16). A sensor heater (15) is provided and alters the temperature (Temp1, Temp2) of the sensor element (16) in a first time interval (I1) which is shorter than the time required for the sensor element (16) to create a chemical equilibrium, the sensor element (16) being at least approximately in a state of thermal equilibrium. The signal evaluation (23) evaluates the temporal sensor signal response after the temperature has been altered (Temp1, Temp2). The sensor signal (S) is at least partially located in a second time interval (I2), wherein the chemical equilibrium of the sensor element (16) is not created.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zur Detektion von Gasen nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs. Aus dem Fachzeitschriftenbeitrag von Cavicchi et. al.: "Fast Temperature Programmed Sensing for Micro-Hotplate Gas Sensors", IEEE Electron Device Letters, Vol. 16, No. 6, June 1995, S. 286-288, ist ein in mikromechanischer Technik reali sierter Gassensor bekannt geworden, der zur gezielten Her ausbildung einer Selektivität gegenüber einer vorgegebenen Gasart auf unterschiedliche Betriebstemperaturen geheizt wird. Die Beheizung des mikromechanischen Sensors erfolgt im Impulsbetrieb, wobei das Sensorelement aufgrund seiner ge ringen Wärmekapazität jederzeit wenigstens näherungsweise im thermischen Gleichgewicht ist. Das Sensorsignal wird gewon nen aus einer Messung der Leitfähigkeit des Sensorelements, die in Heizungspausen erfolgt. Die Dauer der Heizimpulse variiert beispielsweise von 6 bis 300 Millisekunden. Ein vollständiger Erfassungszyklus, der beispielsweise im Minu tenbereich liegt, enthält zahlreiche Heizungsimpulse, wobei die Betriebstemperatur entweder von Heizungsimpuls zu Hei zungsimpuls oder von Heizungsimpulspaket zu Heizungsimpul spaket erhöht wird. Die in den Impulsenpausen erfaßten Si gnale werden zu einem Kurvenzug zusammengesetzt, der einen unterschiedlichen Verlauf in Abhängigkeit von der Temperatur aufweist, der charakteristisch ist für die zu detektierende Gasart.The invention is based on a sensor for the detection of Gases according to the genus of the independent claim. Out the journal contribution by Cavicchi et. al .: "Fast Temperature Programmed Sensing for Micro-Hotplate Gas Sensors ", IEEE Electron Device Letters, Vol. 16, No. 6, June 1995, pp. 286-288, is a reali in micromechanical technology gated gas sensor has become known, which for targeted manufacture development of a selectivity compared to a given one Gas type heated to different operating temperatures becomes. The micromechanical sensor is heated in the Pulse mode, the sensor element due to its ge wrestle heat capacity at least approximately at all times is thermal equilibrium. The sensor signal is won from a measurement of the conductivity of the sensor element, which takes place during heating breaks. The duration of the heating impulses varies, for example, from 6 to 300 milliseconds. On complete acquisition cycle, for example in the minu ten range contains numerous heating pulses, whereby the operating temperature either from heating pulse to hot impulse or from heating impulse package to heating impulse package is increased. The Si recorded in the pulse pauses Signals are put together to form a curve, the one different course depending on the temperature which is characteristic of the one to be detected Gas type.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Sensor zur Detektion von Gasen anzugeben, bei dem ein Gewichtungsfaktor bei der Beaufschlagung des Sensorelements mit wenigstens zwei unterschiedlichen Gasarten vorgebbar ist.The invention has for its object a sensor for Specify detection of gases at which a weighting factor when the sensor element is loaded with at least two different types of gas can be specified.

Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.The task is defined in the independent claim specified features solved.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Sensor zur Detektion von Gasen sieht vor, dass in einer Auswerteschaltung für das von einen Sen sorelement abgegebene Sensorsignal eine Bewertung des zeit lichen Signalverlaufs nach einer Temperaturänderung vorgese hen ist, wobei das Sensorsignal zumindest in einem Zeitin tervall liegt, in welchem das chemische Gleichgewicht im Sensorelement nicht vorliegt. Anhand von Versuchen wurde festgestellt, dass nach einer Temperaturänderung des Senso relements, wobei das Sensorelement wenigstens näherungsweise im thermischen Gleichgewicht ist, aus dem Signalverlauf, der zumindest teilweise vor dem Erreichen des chemischen Gleich gewichts im Sensorelement liegt, auf die Konzentrationen von mehr als einer Gasart geschlossen werden kann, mit denen das Sensorelement beaufschlagt ist. Bei der Beaufschlagung des Sensorelements mit mehr als einer Gasart hängt der Signal verlauf demnach vom Verhältnis der Konzentrationen der we nigsten zwei beteiligten Gasarten ab. Der erfindungsgemäße Sensor zur Detektion von Gasen ermöglicht deshalb mit der Vorgabe von speziellen Betriebsbedingungen des Sensorele ments die Bereitstellung eines Sensorsignals, bei dem die wenigstens beiden beteiligten Gasarten mit einem vorgegebe nen Verhältnis ihrer Konzentrationen das Sensorsignal beein flussen.The sensor according to the invention for the detection of gases sees before that in an evaluation circuit for that of a Sen sensor element emitted sensor signal an evaluation of the time signal curve after a temperature change hen, the sensor signal being at least in one time tervall lies in which the chemical equilibrium in Sensor element is not present. Based on experiments found that after a temperature change of the Senso relements, the sensor element at least approximately is in thermal equilibrium, from the waveform, the at least partially before reaching chemical equality weight in the sensor element, to the concentrations of more than one type of gas can be closed with which the Sensor element is acted upon. When applying the Sensor element with more than one gas type depends on the signal therefore run from the ratio of the concentrations of the we least two gas types involved. The invention Sensor for the detection of gases therefore enables with the Specification of special operating conditions of the Sensorele the provision of a sensor signal in which the at least two gas types involved with a given NEN ratio of their concentrations affect the sensor signal influence.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfin dungsgemäßen Sensors ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.Advantageous further developments and refinements of the inventions sensor according to the invention result from dependent claims.

Eine besonders einfache Bewertung des Sensorsignalverlaufs ergibt sich, wenn wenigstens ein erster und danach wenig stens ein zweiter Signalwert erfaßt werden, wobei die Infor mation in der Differenz oder im Quotienten der wenigsten beiden Signalwerte enthalten ist.A particularly simple evaluation of the sensor signal curve arises if at least a first and then little least a second signal value can be detected, the information mation in the difference or the quotient of the least both signal values is included.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass der zweite Signalwert erfaßt wird, wenn das Sensorelement zumindest näherungsweise sein chemisches Gleichgewicht erreicht hat. Mit dieser Maßnahme erstreckt sich die Auswertung des Si gnalverlaufs von einem Bereich, in welchem das chemische Gleichgewicht nicht erreicht ist bis zu einem Bereich, in welchem dieses der Fall ist. Die erwarteten Signaländerungen sind mit dieser Maßnahme maximal und ermöglichen durch den höheren Signalhub eine vereinfachte technische Realisierung in der Auswerteschaltung.An advantageous embodiment provides that the second Signal value is detected when the sensor element at least has approximately reached its chemical equilibrium. With this measure, the evaluation of the Si extends of an area in which the chemical Equilibrium is not reached up to an area in which is the case. The expected signal changes are at a maximum with this measure and made possible by the higher signal swing a simplified technical implementation in the evaluation circuit.

Eine besonders einfache Einstellung des Gewichtungsfaktors der wenigstens zwei vorgegebenen Gasarten, mit denen das Sensorelement beaufschlagt ist, wird durch die Festlegung des Betrags der Temperaturänderungen erreicht. Der Gewich tungsfaktor kann weiterhin beeinflußt werden durch eine geeignete Festlegung der Ausgangstemperatur vor der Tempera turänderung. Der Gewichtungsfaktor kann weiterhin vorgegeben werden durch eine Festlegung der Auswertung des Zeitinter valls sowie durch eine Festlegung des Zeitpunktes der Erfas sung des ersten und/oder des zweiten Signalwerts. A particularly simple setting of the weighting factor of the at least two specified gas types with which the Sensor element is acted upon by the determination of the amount of temperature changes reached. The weight can also be influenced by a appropriate definition of the initial temperature before the tempera turänderung. The weighting factor can still be specified are determined by defining the evaluation of the time interval valls and by determining the time of the acquisition solution of the first and / or the second signal value.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Sen sors sieht vor, dass der Sensorsignalverlauf daraufhin un tersucht wird, welcher mathematische Kurvenverlauf vorliegt. So kann beispielsweise festgestellt werden, ob ein wenig stens näherungsweise linearer Verlauf oder ein exponentiel ler Verlauf vorliegt. Aus dem Ergebnis kann auf den Zustand des Sensorelements geschlossen werden. Beispielsweise kann ein linearer Kurvenverlauf auf ein gealtertes Sensorelement hinweisen, das gegebenenfalls zu ersetzen ist.An advantageous development of the Sen according to the invention sors provides that the sensor signal curve is then un the mathematical course of the curve is examined. For example, it can be determined whether a little very approximately linear or an exponential course is available. From the result can be on the condition of the sensor element can be closed. For example a linear curve on an aged sensor element indicate which may need to be replaced.

Der erfindungsgemäße Sensor kann vorteilhaft zur gleichzei tigen Detektion von vorhandenen Stickoxyden und Kohlenmon oxid in der Atemluft eingesetzt werden. Ein derartiger Sen sor wird vorteilhafter als Luftgütesensor in einem Kraft fahrzeug eingesetzt, wobei aus dem Sensorsignalverlauf in der Auswerteschaltung Schaltsignale für eine Klimaanlage ermittelt werden, die diese Schaltsignale zur Steuerung von Lüftungsklappe, Ventilatoren oder Luftfiltern mit einbezie hen kann.The sensor according to the invention can advantageously at the same time detection of existing nitrogen oxides and carbon mon oxide in the air we breathe. Such a sen sor becomes more advantageous than air quality sensor in one force vehicle used, with the sensor signal curve in the evaluation circuit switching signals for an air conditioning system can be determined which these switching signals for controlling Include ventilation flap, fans or air filters can hen.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sensors ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.Advantageous further refinements and developments of the Sensor according to the invention result from the following Description.

drawing

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Sensors zur Detektion von Gasen und die Fig. 2a-2c zeigen Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit, die in dem erfindungsgemäßen Sensor gemäss Fig. 1 auftreten. Fig. 1 a block diagram shows an inventive sensor for detecting gases and Figs. 2a-2c show waveforms in function of time, according to the invention in the sensor Fig. 1 occur.

Fig. 1 zeigt einen Signalgenerator 10, der ein Heizungs steuersignal 11 sowohl an einen Heizungsregler 12 als auch an eine Zeitsteuerung 13 abgibt. Der Heizungsregler 12 gibt ein Heizsignal 14 an ein Heizelement 15 ab, das ein Senso relement 16 beheizt. Das vom Sensorelement 16 bereitgestell te Sensorrohsignal 17 wird in einer Sensorsignalaufbereitung 18 zum Sensorsignal S aufbereitet. Das Sensorsignal S ge langt sowohl in einen ersten als auch in einen zweiten Ab tast-/Haltespeicher 19, 20. Fig. 1 shows a signal generator 10 which outputs a heating control signal 11 to both a heating controller 12 and a timer 13 . The heating controller 12 emits a heating signal 14 to a heating element 15 , which heats a senso element 16 . The sensor raw signal 17 provided by the sensor element 16 is processed in a sensor signal conditioning 18 to the sensor signal S. The sensor signal S reaches both in a first and in a second sample / hold memory 19 , 20th

Das Heizungssteuersignal 11 veranlaßt den Heizungsregler 12 zu einem ersten Zeitpunkt T1 zu einer Änderung des Heizsi gnals 14 von dem ersten Heizsignalpegel H1 zum zweiten Heiz signalpegel H2. Im anschließenden ersten Zeitintervall I1 fällt daraufhin die Temperatur in Heizelement 15 und ent sprechend im Sensorelement 16 von der ersten Temperatur Temp1 auf die zweite Temperatur Temp2 ab. In Abhängigkeit von den Wärmekapazitäten des Heizelements und des Sensorele ments 16, die im Rahmen einer mikromechanischen Realisierung gering sind, wird eine thermische Zeitkonstante erreicht, die im Bereich von wenigen Millisekunden, beispielsweise 10-30 Millisekunden liegen kann. Entsprechend rasch erfolgt die Temperaturänderung von der ersten Temperatur Temp1 auf die zweite Temperatur Temp2.The heating control signal 11 causes the heating controller 12 at a first time T1 to change the Heizsi signal 14 from the first heating signal level H1 to the second heating signal level H2. In the subsequent first time interval I1, the temperature in the heating element 15 and accordingly in the sensor element 16 then drops from the first temperature Temp1 to the second temperature Temp2. Depending on the heat capacities of the heating element and the sensor element 16 , which are low in the context of a micromechanical implementation, a thermal time constant is achieved which can be in the range of a few milliseconds, for example 10-30 milliseconds. The temperature change from the first temperature Temp1 to the second temperature Temp2 takes place correspondingly quickly.

An das erste Zeitintervall I1 schließt sich das zweite Zei tintervall I2 an, innerhalb dem im Sensorelement 16 zwar ein thermisches Gleichgewicht, aber kein chemisches Gleichge wicht durch das das Sensorelement 16 beaufschlagende Gas erreicht ist. Erfindungsgemäß ist eine Bewertung des in Fig. 2a gezeigten Verlaufs des Sensorsignals S in Abhängig keit von der Zeit t vorgesehen, wobei das Sensorsignal S zumindest teilweise im zweiten Zeitintervall I1 liegt, in welchem das chemische Gleichgewicht nicht vorliegt.The first time interval I1 is followed by the second time interval I2, within which a thermal equilibrium in sensor element 16 is reached, but no chemical equilibrium weight is reached by the gas acting on sensor element 16 . According to the invention, an evaluation of the course of the sensor signal S shown in FIG. 2a is provided as a function of the time t, the sensor signal S being at least partially in the second time interval I1, in which the chemical equilibrium is not present.

Das Sensorsignal S stellt die Sensorsignalaufbereitung 18 bereit, die das Sensorrohsignal 17 in ein zur weiteren Si gnalverarbeitung geeignetes Signal umsetzt. Das Sensorruhe signal 17 liegt beispielsweise als ein durch das Sensorele ment 16 fließender Strom vor, dessen Betrag vom elektrischen Widerstand bzw. Leitwert des Sensorelements 16 bei einer vorgegebenen Betriebsspannung abhängt. Gegebenenfalls kann ein nicht näher gezeigtes zeitlich impulsförmiges Betreiben des Sensorelements 16 vorgesehen sein. Im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel soll das von der Sensorsignalaufbereitung 18 bereit gestellte Sensorsignal S gemäß Fig. 2a ein Maß des zeitlichen Verlaufs des elektrischen Widerstands des Senso relements 16 sein. Ausgehend von einem Ausgangssignalpegel S1 steigt im ersten Zeitintervall I1 während der Temperatur reduzierung des Sensorelements 16 das Sensorsignal S an auf einen nicht näher spezifizierten Endwert, von dem aus bei konstanter Temperatur Temp2 während des Einstellens des chemischen Gleichgewichts ein Signalabfall festgestellt werden kann.The sensor signal S provides the sensor signal conditioning 18 , which converts the raw sensor signal 17 into a signal suitable for further signal processing. The sensor calm signal 17 is present, for example, as a current flowing through the sensor element 16 , the amount of which depends on the electrical resistance or conductance of the sensor element 16 at a predetermined operating voltage. If appropriate, a pulsed operation of the sensor element 16 , not shown in detail, can be provided. In the exemplary embodiment shown, the sensor signal S provided by the sensor signal processing 18 according to FIG. 2a should be a measure of the time profile of the electrical resistance of the sensor element 16 . Starting from an output signal level S1 increases in the first time interval I1 during the temperature reduction of the sensor element 16, the sensor signal S to an unspecified final value, from which a signal drop can be determined at constant temperature Temp2 while the chemical balance is being set.

Zur Auswertung des Sensorsignals S sind die beiden Abtast- /Haltespeicher 19, 20 vorgesehen, die von den Abtastsignalen 21, 22 gesteuert werden, welche die Zeitsteuerung 13 aus dem Heizungssteuersignal 11 ermittelt. Das erste Abtast- /Haltesignal 21 wird zum zweiten Zeitpunkt TA1 erzeugt und veranlaßt den ersten Abtast-/Haltespeicher 19 zur Übernahme des zum zweiten Zeitpunkt TA1 vorliegenden ersten Signal werts S2 des Sensorsignals S und speichert diesem. An Stelle lediglich der Bewertung des Signalpegels des ersten Signal werts S2 ist eine Bewertung des Signalverlaufs des Sensorsi gnals S vorgesehen, der wenigstens teilweise im zweiten Zeitintervall I2 liegt. Die Bewertung des Signalverlaufs ist beispielsweise durch eine Differenzbildung von Signalpegeln möglich. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist deshalb die Abtastung zum dritten Zeitpunkt TA3 des Sensorsignals S vorgesehen, bei dem S einen zweiten Signalwert S3 aufweist. Die Abtastung kann beispielsweise gegen Ende des zweiten Zeitintervalls I2 liegen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der dritte Zeitpunkt TA2, bei dem der zweite Abtast- /Haltespeicher 20, veranlaßt durch das zweite Abtast- /Haltesignal 22 den zweiten Signalwert S3 übernimmt und speichert, in einem dritten Zeitintervall I3, in welchem sich wenigstens näherungsweise das chemische Gleichgewicht im Sensorelement 16 einstellt bzw. bereits näherungsweise ein gestellt hat. Die Festlegung der Auswertung im dritten Zei tintervall I3 ermöglicht die Erfassung einer größtmöglichen Pegeländerung des Sensorsignals S und vereinfacht die Anfor derungen an die Signalbewertung 23, die beispielsweise die Differenz zwischen dem ersten und zweiten Signalwert S2, S3 des Sensorsignals S oder andere, weiter unten näher be schriebene Rechenoperationen vornimmt.For the evaluation of the sensor signal S, the two sample / hold memories 19 , 20 are provided, which are controlled by the sample signals 21 , 22 , which the time control 13 determines from the heating control signal 11 . The first sample / hold signal 21 is generated at the second time TA1 and causes the first sample / hold memory 19 to take over the first signal value S2 of the sensor signal S present at the second time TA1 and stores it. Instead of merely evaluating the signal level of the first signal value S2, an evaluation of the signal curve of the sensor signal S is provided, which lies at least partially in the second time interval I2. The evaluation of the signal curve is possible, for example, by forming a difference between signal levels. In the exemplary embodiment shown, the sampling is therefore provided at the third point in time TA3 of the sensor signal S at which S has a second signal value S3. The sampling can, for example, lie towards the end of the second time interval I2. In the exemplary embodiment shown, the third time TA2, at which the second sample / hold memory 20 , caused by the second sample / hold signal 22, takes over and stores the second signal value S3, is in a third time interval I3, in which the chemical equilibrium is at least approximately in sensor element 16 or has already approximately set one. The determination of the evaluation in the third time interval I3 enables the detection of the greatest possible level change of the sensor signal S and simplifies the requirements for the signal evaluation 23 , which, for example, explain the difference between the first and second signal values S2, S3 of the sensor signal S or others below be described arithmetic operations.

Die Festlegung des Beginns des dritten Zeitintervalls I3, bei dem von einer wenigstens näherungsweisen Einstellung des chemischen Gleichgewichts im Sensorelement 16 ausgegangen wird, kann anhand von Versuchen erfolgen und wird auf einen Zeitpunkt festgelegt, nach dem sich das Sensorsignal S bis zum Erreichen eines Sättigungspegels S4 um lediglich noch einen vorgegebenen Prozentsatz von beispielsweise 10 oder 5% ändert. Die zeitliche Dauer des zweiten und dritten Zeitin tervalls I2, I3 liegt beispielsweise im Bereich von 100-200 Millisekunden, wobei die beiden Zeitintervalle I2, I3 bei spielsweise wenigstens näherungsweise gleich lang sein kön nen. Nach Ablauf des dritten Zeitintervalls I3 ändert sich der Heizsignalpegel, ausgehend vom zweiten Heizsignalpegel H3 zurück auf den ersten Heizsignalpegel H1, der zu einem Temperaturanstieg von der zweiten Temperatur Temp2 zur er sten Temperatur Temp1 im Sensorelement 16 führt.The determination of the beginning of the third time interval I3, at which an at least approximate adjustment of the chemical equilibrium in the sensor element 16 is assumed, can be carried out on the basis of experiments and is determined at a point in time after which the sensor signal S changes until a saturation level S4 is reached only changes a predetermined percentage of, for example, 10 or 5%. The time duration of the second and third time intervals I2, I3 is, for example, in the range of 100-200 milliseconds, whereby the two time intervals I2, I3 can be at least approximately the same length, for example. After the third time interval I3, the heating signal level changes, starting from the second heating signal level H3 back to the first heating signal level H1, which leads to a temperature rise from the second temperature Temp2 to the first temperature Temp1 in the sensor element 16 .

Die erneute Temperaturänderung erfolgt im vierten Zeitinter vall I4, dessen Dauer der des ersten Zeitintervalls I1 ent spricht. Das Sensorsignal S fällt während des vierten Inter valls I4 vom Sättigungspegel S4 auf einen Rückkehrpegel S5 ab. Der Betrag der Änderung des Sensorsignals S während des ersten Zeitintervalls I1 einerseits und während des vierten Zeitintervalls I4 können sich in Abhängigkeit von der Kon zentration der unterschiedlichen Gasarten, mit denen das Sensorelement 16 beaufschlagt ist, zum Teil erheblich unter scheiden. Eine weitergehende Signalbewertung im weiteren Signalverlauf nach dem vierten Zeitintervall I4 kann vorge sehen sein, da auch zu diesem Zeitpunkt einerseits ein ther misches Gleichgewicht im Sensorelement 16 vorliegt und ande rerseits das chemische Gleichgewicht nicht erreicht ist.The renewed temperature change takes place in the fourth time interval I4, the duration of which corresponds to that of the first time interval I1. The sensor signal S falls during the fourth interval I4 from the saturation level S4 to a return level S5. The amount of change in the sensor signal S during the first time interval I1, on the one hand, and during the fourth time interval I4, can in some cases differ considerably, depending on the concentration of the different types of gas with which the sensor element 16 is applied. A further signal evaluation in the further signal course after the fourth time interval I4 can be seen easily, since at this point in time there is a thermal equilibrium in the sensor element 16 and the chemical equilibrium has not been reached.

Die Signalbewertung 23 kann zusätzlich zur Differenz der Signalwerte S2, S3 ein Ausgangssignal 24 bereitstellen, das nähere Informationen über den Kurvenverlauf des Signals S, der zumindest teilweise im zweiten Teilintervall I2 liegt, widerspiegelt. Beispielsweise können erheblich mehr Signal werte S2, S3, erfaßt werden als im Ausführungsbeispiel ge zeigt. Zusätzlich oder alternativ zur Ermittlung von Signal differenzen kann die Ermittlung von Quotienten vorgesehen sein.In addition to the difference between the signal values S2, S3, the signal evaluation 23 can provide an output signal 24 which reflects more detailed information about the curve shape of the signal S, which is at least partially in the second subinterval I2. For example, significantly more signal values S2, S3 can be detected than ge shows in the embodiment. In addition or as an alternative to the determination of signal differences, the determination of quotients can be provided.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Signalbewertung 23 eine mathematische Funktion ermit telt, die den Signalverlauf des Sensorsignals S als wenig stens näherungsweise beschreibt. Eine Auswertung durch eine Interpolation von mehreren Signalwerten S2, S3 kann Kenngrö ßen der zugrunde liegenden funktionalen Zusammenhänge be reitstellen. Beispielsweise kann festgestellt werden, ob wenigstens näherungsweise ein linearer Verlauf oder ein exponentieller Signalverlauf vorliegt. Bei einem exponenti ellem Signalverlauf können der Signal-Offset und der Expo nent angegeben werden. Experimentell konnte nachgewiesen werden, dass einem allmähliches Ändern von einem exponenti ellem Verlauf hin zu einem linearen Signalverlauf des Sen sorssignals S ein Alterungsprozeß des Sensorelements 16 zugrunde liegt. Es ist deshalb möglich, eine Schwelle vorzu geben, die anzeigt, dass das Sensorelement 16 gegebenenfalls ausgetauscht werden sollte. Die Schwellen können durch die Kenngrößen des exponentiellen oder linearen Kurvenverlaufs gegeben sein.A particularly advantageous development provides that the signal evaluation 23 determines a mathematical function that describes the signal curve of the sensor signal S as a least approximate. An evaluation by interpolation of several signal values S2, S3 can provide parameters of the underlying functional relationships. For example, it can be determined whether there is at least approximately a linear course or an exponential signal course. In the case of an exponential signal curve, the signal offset and the exponent can be specified. It has been experimentally proven that a gradual change from an exponential curve to a linear signal curve of the sensor signal S is based on an aging process of the sensor element 16 . It is therefore possible to specify a threshold that indicates that the sensor element 16 should be replaced if necessary. The thresholds can be given by the parameters of the exponential or linear curve shape.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht die Beauf schlagung des Sensorelements 16 zunächst mit einer zu detek tierenden Gasart oder einem zu detektierenden Gasgemisch und anschließend die Beaufschlagung mit Luft vor. Über eine Bewertung einer relativen Signaländerung in beiden Fällen kann eine Aussage zur Empfindlichkeit des Sensorelements 16 gegenüber der Gasart oder des Gasgemisches gemacht werden.A further advantageous embodiment provides the application of the sensor element 16 first with a gas type to be detected or a gas mixture to be detected, and then the application of air. By evaluating a relative signal change in both cases, a statement can be made about the sensitivity of the sensor element 16 to the type of gas or the gas mixture.

Der erfindungsgemäße Sensor zur Detektion von Gasen kann beispielsweise als Luftgütesensor in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, bei dem wenigstens ein Ausgangssignal 24 an eine nicht näher gezeigte Klimaanlage weitergegeben wird. Die Klimaanlage kann das Schaltsignal 24 bei der Betätigung einer Luftklappe, beim Betreiben von Ventilatoren oder bei spielsweise beim Betreiben von Luftfiltern in Betracht zie hen.The sensor according to the invention for the detection of gases can be used, for example, as an air quality sensor in a motor vehicle, in which at least one output signal 24 is passed on to an air conditioning system (not shown). The air conditioning system can take into account the switching signal 24 when actuating an air flap, when operating fans or, for example, when operating air filters.

Das Sensorelement 16, beispielsweise ein Zinnoxyd- Halbleitergassensor, ist in einer solchen Anwendung bei spielsweise vorgesehen zur Konzentrationsbestimmung von Gasgemischen wie beispielsweise CO/CH4, CO/NOx, CH4/C2H6.The sensor element 16 , for example a tin oxide semiconductor gas sensor, is provided in such an application, for example, for determining the concentration of gas mixtures such as CO / CH4, CO / NOx, CH4 / C2H6.

Beispielsweise sollen eine Konzentration von 50 ppm CO und 5 ppm NOx den gleichen Einfluß auf das Sensorsignal S haben. Der Gewichtungsfaktor kann vorzugsweise durch Festlegung des Betrags der Temperaturänderung von der ersten Temperatur Temp1 auf die zweite Temperatur Temp2 erfolgen. Eine andere Möglichkeit ist gegeben durch Festlegung der Ausgangstempe ratur, im gezeigten Ausführungsbeispiel der ersten Tempera tur Temp1. Eine andere Möglichkeit, den Gewichtungsfaktor zu beeinflussen, liegt in der Festlegung der Dauer des zweiten Zeitintervalls I2, während dem das chemische Gleichgewicht im Sensorelement 16 nicht vorliegt.For example, a concentration of 50 ppm CO and 5 ppm NOx should have the same influence on the sensor signal S. The weighting factor can preferably take place by determining the amount of the temperature change from the first temperature Temp1 to the second temperature Temp2. Another possibility is given by specifying the output temperature, in the exemplary embodiment shown the first temperature Temp1. Another possibility of influencing the weighting factor is to determine the duration of the second time interval I2 during which the chemical equilibrium is not present in the sensor element 16 .

Eine weitere Möglichkeit, den Gewichtungsfaktor zu beein flussen, liegt in der Festlegung der zeitlichen Lage der Abtastsignale 21, 22 zum zweiten und dritten Zeitpunkt TA1, TA2.A further possibility for influencing the weighting factor lies in the determination of the temporal position of the scanning signals 21 , 22 at the second and third times TA1, TA2.

Der Einfluß der genannten Kenngrößen auf die Empfindlichkeit gegenüber einzelner Gasarten und insbesondere gegenüber dem Gewichtungsfaktor bei der Beaufschlagung des Sensorelements 16 mit unterschiedlichen Gasarten kann vorzugsweise experi mentell ermittelt werden.The influence of the above-mentioned parameters on the sensitivity to individual types of gas and in particular to the weighting factor when sensor element 16 is exposed to different types of gas can preferably be determined experimentally.

Claims

1. Sensor for the detection of gases, with a signal evaluation device ( 23 ) for a sensor signal (S), which provides at least one sensor element ( 16 ), with a sensor heater ( 15 ) that detects a temperature change (Temp1, Temp2) in a first time interval (I1) carries out, which is shorter, is defined as the time required for the sensor element (16) for setting a chemical equilibrium, the Sen sorelement (16) at least approximately in thermal equilibrium characterized in that a Si gnalbewertung (23) of the temporal sensor signal curve (S) after the temperature change (Temp1, Temp2) is provided, the sensor signal (S) being at least partially in a second time interval (I2) in which the chemical equilibrium in the sensor element ( 16 ) is not present.

2. Sensor according to claim 1, characterized in that the signal evaluation ( 23 ) detects at least a first and at least a second signal value (S2, S3) and determines at least a difference or a quotient.

3. Sensor according to claim 1, characterized in that the signal evaluation ( 23 ) from several signal values (S2, S3) determines parameters for at least approximately a linear or exponential curve.

4. Sensor according to claim 3, characterized in that by Comparison of the curve shape with at least one pre given the course of the curve based on the sensor state becomes.

5. Sensor according to claim 4, characterized in that we at least one parameter of the curve shape with a before given threshold is compared.

6. Sensor according to claim 4, characterized in that an at least approximately linear curve shape is evaluated as an aged sensor element ( 16 ).

7. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that at least the second signal value (S3) is detected in a third time interval (I3) in which the chemical equilibrium of the sensor element ( 16 ) is at least approximately present.

8. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a weighting factor of at least two predetermined types of gas, with which the senso element ( 16 ) is acted upon, is determined by determining the amount of the temperature change (Temp1, Temp2).

9. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that a weighting factor of at least two predetermined gas types with which the senso element ( 16 ) is acted upon by determining the initial temperature (Temp1), before a temperature change (Temp1, Temp2) is.

10. Sensor according to any one of the preceding claims, characterized in that a weighting factor of at least two predetermined gas types with which the senso element ( 16 ) is acted upon is set by specifying the duration of the second time interval (I2).

11. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a weighting factor of at least two predetermined gas types with which the sensor element ( 16 ) is acted upon by determining the time of detection of the at least first and / or the least second signal value (S2 , S3) is set.

12. Sensor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that nitrogen oxide (NOx) and Carbon monoxide (CO) are provided.

13. Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor is used in a motor vehicle and that an output signal ( 24 ) of the Si signal evaluation ( 23 ) is at least one signal given to an air conditioning system of the motor vehicle.

14. Sensor according to claim 2, characterized in that from a comparison of a relative signal change upon exposure of the sensor element ( 16 ) with a gas type to be detected or a gas mixture to be detected and an exposure to air on the sensitivity of the sensor element ( 16 ) is closed.