DE10121771C2 - Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements

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    • F02D41/1476—Biasing of the sensor

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
Ein derartige Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements ist dem Fachmann bekannt und wird beispielsweise in der DE 44 39 901 A1 beschrieben. Das Sensorelement weist einen Meßgasraum auf, der als Diffusionskanal ausgebildet ist und in dem auf einem Festelektrolyten eine erste und eine zweite Elektrode aufgebracht ist. Der Meßgasraum steht mit dem außerhalb des Sensorelements befindlichen Meßgas in Verbindung. Die erste Elektrode ist im Diffusionskanal in Diffusionsrichtung hinter der zweiten Elektrode angeordnet. Die zweite Elektrode ist mit einer Schicht überzogen, die für Stickoxide (NOx) undurchlässig ist. Auf der der ersten und zweiten Elektrode gegenüberliegenden Seite des Festelektrolyten ist eine dritte Elektrode vorgesehen. Die erste Elektrode und die dritte Elektrode sowie die zweite Elektrode und die dritte Elektrode bilden jeweils eine Pumpzelle. Zwischen der zweiten und der dritten Elektrode wird eine konstante Spannung angelegt, durch die Sauerstoff aus dem Diffusionskanal abgepumpt wird. Da die zweite Elektrode mit einer NOx-undurchlässigen Schicht überzogen ist, wird das NOx nicht an der zweiten Elektrode zersetzt und kann in den Gasraum im Bereich der ersten Elektrode gelangen. Zwischen der ersten und der dritten Elektrode wird ebenfalls eine konstante Pumpspannung angelegt, die eine Zersetzung des NOx an der ersten Elektrode bewirkt und den durch die NOx-Zersetzung freiwerdenden Sauerstoff abpumpt. Aus dem Pumpstrom zwischen der ersten und der dritten Elektrode kann die NOx-Konzentration des Abgases bestimmt werden.
In der DE 100 48 240 A1 wird weiterhin ein Sensorelement beschrieben, in das ein Meßgasraum eingebracht ist, in dem eine erste, NOx-speichernden Elektrode angeordnet ist. Die erste Elektrode ist so beschaltet, daß in einem ersten Zeitintervall NOx in der ersten Elektrode gespeichert wird und daß in einem zweiten Zeitintervall durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Elektrode und einer dritten Elektrode das NOx zersetzt und der aus der Zersetzung stammende Sauerstoff abgepumpt wird. Daneben wird durch eine geeignete Beschaltung mittels einer Pumpzelle, die eine zweite, im Meßgasraum angeordnete Elektrode umfaßt, und einer Nernstzelle im Meßgasraum ein konstanter Sauerstoffpartialdruck eingestellt. Insbesondere wird der Sauerstoffpartialdruck während des ersten und des zweiten Zeitintervalls auf denselben Wert geregelt.
Bei den beschriebenen Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements ist nachteilig, daß der Pumpstrom, der zwischen der ersten und der dritten Elektrode fließt und aus dem der NOx-Gehalt des Abgases bestimmt wird, bei niedrigen NOx-Konzentrationen sehr gering wird und nur noch mit ungenügender Genauigkeit gemessen werden kann. Damit, ist auch die Genauigkeit bei der Bestimmung der NOx- Konzentration eingeschränkt.
Zudem liegt bei den beschriebenen Sensorelementen im Bereich der ersten Elektrode ein nicht vernachlässigbarer Sauerstoffpartialdruck vor, so daß neben dem aus der NOx- Zersetzung stammenden Sauerstoff auch mit der ersten Elektrode in Kontakt stehender molekularer Sauerstoff über die erste Elektrode abgepumpt wird. Hierdurch enthält der Pumpstrom einen Beitrag, der nicht mit der NOx-Konzentration korreliert ist und damit das Meßergebnis verfälscht. Diese Verfälschung des Pumpstroms kann bei dem beschriebenen Sensorelement nicht dadurch vermieden werden, daß der Sauerstoffanteils des Abgases über die zweite Elektrode vollständig oder nahezu vollständig abgepumpt wird. Abhängig von der vorliegenden Temperatur und von der Konzentration der beteiligten Komponenten wird nämlich NOx durch eine Gleichgewichtsreaktion zu N2 und O2 umgesetzt. Der durch diese Gleichgewichtsreaktion entstehende molekulare Sauerstoff wird dann über die zweite Elektrode abgepumpt, wodurch die NOx-Messung ebenfalls verfälscht wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Anspruchs hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß auch geringe Konzentrationen einer Gaskomponente mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können.
Hierzu weist das Sensorelement eine erste und eine zweite in einem Meßgasraum angeordnete Elektrode auf. Die zweite Elektrode bildet mit einer außerhalb des Meßgasraums angeordneten dritten Elektrode eine Pumpzelle, mit der Sauerstoff in den oder aus dem Meßgasraum gepumpt werden kann. Während eines ersten Zeitintervalls ist die zwischen der zweiten und der dritten Elektrode anliegende Spannung so gewählt, daß der zu analysierende Bestandteil des Gases weder an der zweiten Elektrode noch aufgrund der bei niedrigem Sauerstoffpartialdruck im Meßgasraum ablaufenden Gleichgewichtsreaktion zersetzt wird. Somit ist gewährleistet, daß die zu analysierende Gaskomponente in den Bereich der ersten Elektrode gelangen kann. Während eines zweiten Zeitintervalls wird zwischen der zweiten und der dritten Elektrode eine im Vergleich zum ersten Zeitintervall höhere Spannung angelegt, so daß der molekulare Sauerstoff O2 im Meßgasraum über die erste Elektrode vollständig oder nahezu vollständig abgepumpt wird. Damit ist der Sauerstoffpartialdruck im Meßgasraum während des zweiten Zeitintervalls niedriger als während des ersten Zeitintervalls. Dadurch ist gewährleistet, daß bei der Bestimmung der zu analysierenden Gaskomponente an der ersten Elektrode der Anteil des molekularen Sauerstoffs gegenüber dem Anteil der zu analysierende Gaskomponente vernachlässigbar ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Gassensors möglich.
Liegt während des ersten Zeitintervalls an der ersten Elektrode ein Potential an, das unterhalb des zur Zersetzung der zu analysierenden Gaskomponente notwendigen Potentials liegt, so kann sich die zu analysierende Gaskomponente im Bereich der ersten Elektrode ansammeln. Während des zweiten Zeitintervalls wird die erste Elektrode auf ein Potential gelegt, das eine Zersetzung der zu analysierenden Gaskomponente bewirkt, so daß die im Bereich der ersten Elektrode angesammelte zu analysierende Gaskomponente zersetzt wird. Die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente kann dann bestimmt werden, indem der durch die Zersetzung freiwerdende Sauerstoff über die erste Elektrode abgepumpt wird und der Pumpstrom bestimmt wird. Es ist auch denkbar, daß die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente durch die Messung des Sauerstoffpartialdrucks, beispielsweise durch eine Nernstzelle, bestimmt wird.
Ist weiterhin in oder auf der ersten Elektrode oder im Bereich der ersten Elektrode ein Mittel zur Speicherung der zu analysierenden Gaskomponente, beispielsweise ein Speichermaterial, vorgesehen, so kann die während des ersten Zeitintervalls in den Bereich der ersten Elektrode gelangende zu analysierende Gaskomponente kontrolliert in dem Speichermaterial aufgenommen werden. Wird während des zweiten Zeitintervalls durch Bepumpen des Meßgasraums über die zweite Elektrode der Sauerstoffpartialdruck vermindert, so wird eine Zersetzung der in diesem Material gespeicherten, zu analysierende Gaskomponente, beispielsweise durch den niedrigen Sauerstoffpartialdruck oder durch Kontakt mit der zweiten Elektrode, vermieden. Somit ist gewährleistet, daß die gesamte während des ersten Zeitintervalls in dem Speichermaterial aufgesammelte zu analysierenden Gaskomponente im zweiten Zeitintervall zersetzt werden kann. Damit können auch geringe Konzentrationen der zu analysierenden Gaskomponente bestimmt werden. Außerdem ist sichergestellt, daß Beiträge zum Meßsignal, die nicht aus dem Abpumpen des aus der Zersetzung der zu analysierenden Gaskomponente stammenden Sauerstoffs stammen, vernachlässigbar sind.
Unter einem Mittel zur Speicherung der zu analysierenden Gaskomponente ist im Sinne der Erfindung auch ein Material zu verstehen, in dem die zu analysierende Gaskomponente beispielsweise durch Chemisorption in Form einer die zu analysierende Gaskomponente zumindest teilweise enthaltenden chemischen Verbindung gespeichert wird.
Vorteilhaft wird die Pumpspannung zwischen der zweiten und der dritten Elektrode so gewählt, daß Grenzstrombedingungen erreicht werden. Grenzstrombedingungen liegen dann vor, wenn wenigstens näherungsweise der gesamte in den Bereich der ersten Elektrode gelangende molekulare Sauerstoff abgepumpt wird, so daß eine Erhöhung der Pumpspannung keine oder nur eine unwesentliche Erhöhung des Pumpstroms bewirkt, da der Pumpstrom nur noch von dem durch die Geometrie des Sensorelements, insbesondere durch den Diffusionswiderstand, eingeschränkten Zufluß der relevanten Gasbestandteile abhängt. Ist die zweite Elektrode so ausgelegt, daß während des zweiten Zeitintervalls bei Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen der zweiten und der dritten Elektrode im Meßgasraum Grenzstrombedingungen erreicht werden, so ist der Sauerstoffpartialdruck im Meßgasraum zuverlässig und unabhängig von dem Sauerstoffpartialdruck im Abgas einstellbar.
Bevorzugt wird die zweite Elektrode so angeordnet, daß sie in Kontakt zu einem zwischen dem Diffusionswiderstand und der ersten Elektrode liegenden Bereich des Meßgasraums steht. Somit kann der aus dem Abgas in den Meßgasraum diffundierende Sauerstoff nur über den Meßgasraum im Bereich der zweiten Elektrode zur ersten Elektrode gelangen. Damit ist gewährleistet, daß der in den Meßgasraum diffundierende Sauerstoff vor Erreichen der ersten Elektrode über die zweite Elektrode abgepumpt werden kann.
Die zu analysierende Gaskomponente kann beispielsweise NOx sein, der Festelektrolyt mit Y2O3 dotiertes ZrO2. Zur NOx- Speicherung haben sich Oxide der fünften Nebengruppe, beispielsweise V2O5, oder eine Mischung von Oxiden der fünften Nebengruppe, sowie Barium, Cer oder Magnesium in Form von Nitraten, Oxiden oder Carbonaten oder eine Mischung der genannten Verbindungen als geeignet erwiesen.
Der Prozeß der Speicherung der zu analysierenden Gaskomponente während des ersten Zeitintervalls sowie der Bestimmung der zu analysierenden Gaskomponente während des zweiten Zeitintervalls kann wirkungsvoll unterstützt werden, wenn durch eine Temperaturregelung während des ersten Zeitintervalls an der ersten Elektrode eine niedrigere Temperatur als während des zweiten Zeitintervalls vorliegt, da bei niedrigeren Temperaturen, beispielsweise unterhalb von 550 Grad Celsius, die Einspeicherung des NOx besonders wirkungsvoll, insbesondere in Form von Nitraten, erfolgt.
Zeichnung
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsschnitt eines Sensorelements, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Sensorelements nach der Linien II- II in Fig. 1 und Fig. 3a bis 3d schematische Darstellungen des zeitlichen Verlaufs der bei einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb des Sensorelements auftretenden elektrischen Spannungen und Ströme.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Fig. 1 und die Fig. 2 zeigen einen Ausschnitt eines Sensorelements 10, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird. Das Sensorelement 10 weist eine erste, zweite, dritte und vierte Festelektrolytschicht 21, 22, 23, 24 auf. In die zweiten Festelektrolytschicht 22 ist ein Meßgasraum 35 eingebracht, der mit einem außerhalb des Sensorelements 10 befindlichen Abgas in Verbindung steht. Das Abgas kann durch ein in die erste Festelektrolytschicht 21 eingebrachte Gaszutrittsöffnung 37 und einen Diffusionswiderstand 34 in den Meßgasraum 35 gelangen.
Im Meßgasraum 35 ist eine ringförmige erste Elektrode 31 mit einer Zuleitung 31a und eine ringförmige zweite Elektrode 32 mit einer Zuleitung 32a vorgesehen, wobei die zweite Elektrode 32 zwischen der hohlzylinderförmigen Diffusionswiderstand 34 und der ersten Elektrode 31 angeordnet ist. Die Zuleitung 32a der zweiten Elektrode 32 ist durch eine nicht dargestellte Isolationsschicht von der ersten Elektrode 31 elektrisch isoliert. Auf der der ersten und zweiten Elektrode 31, 32 abgewandten Seite der ersten Festelektrolytschicht 21 ist eine dritte Elektrode 33 mit einer nicht dargestellten Zuleitung aufgebracht. Die dritte Elektrode 33 kann durch eine nicht dargestellte, poröse Schutzschicht abgedeckt sein. Zwischen der dritten und der vierten Festelektrolytschicht 23, 24 ist zur Beheizung des Sensorelements eine Heizvorrichtung 41 vorgesehen.
Die erste, zweite und dritte Elektrode 31, 32, 33 weisen Platin und als Stützgerüst einen ZrO2-Anteil auf und sind porös ausgebildet. Die Festelektrolytschichten 21, 22, 23, 24 enthalten mit Y2O3 dotiertes ZrO2. Die erste Elektrode 31 weist weiterhin ein Material auf, das NOx-speichernd ist. Hierzu eignet sich ein Oxid der fünften Nebengruppe, insbesondere V2O5, oder eine Mischung von Oxiden der fünften Nebengruppe. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das NOx-speichernde Material aus Barium und/oder Cer und/oder Magnesium in Form von Nitraten, Oxiden oder Carbonaten bestehen. Das NOx-speichernde Material kann gleichmäßig in der ersten Elektrode 31 verteilt sein oder als zusätzliche poröse Schicht auf oder in der ersten Elektrode 31 angeordnet sein.
Die erste und die dritte Elektrode 31, 33 sowie der zwischen den beiden Elektroden 31, 33 angeordnete Bereich der ersten Festelektrolytschicht 21 bilden eine erste Pumpzelle. Die zweite und die dritte Elektrode 32, 33 sowie der zwischen den beiden Elektroden 32, 33 angeordnete Bereich der ersten Festelektrolytschicht 21 bilden eine zweite Pumpzelle.
In Fig. 3a und 3b ist der Verlauf von Pumpspannung U32 und Pumpstrom I32 der zweiten Pumpzelle, in Fig. 3c und 3d der Verlauf von Pumpspannung U31 und Pumpstrom I31 der ersten Pumpzelle dargestellt. Während eines ersten Zeitintervalls, das von t0 bis t1 dauert, wird an der zweiten Pumpzelle eine Pumpspannung von 0,2 V angelegt, die zu einem Pumpstrom 10 führt, so daß Sauerstoff aus dem Meßgasraum 35 hinausgepumpt wird. Der Sauerstoffpartialdruck im Meßgasraum 35 liegt dann in der Regel, das heißt bei den üblicherweise im Abgas auftretenden Sauerstoffpartialdrücken, oberhalb von 10-3 bar, so daß bei den üblicherweise auftretenden Temperaturen eine NOx-Zersetzung durch eine Gleichgewichtsreaktion aufgrund eines Sauerstoffpartialdrucks von unter 2.10-4 bar nicht auftritt. Somit kann das NOx zur ersten Elektrode 31 gelangen. An der ersten Pumpzelle liegt während des ersten Zeitintervalls keine Spannung an, so daß das NOx sich in dem NOx-speichernden Material ansammelt.
Während eines zweiten Zeitintervalls, das von t1 bis t3 dauert, wird die Spannung an der zweiten Pumpzelle auf 1,4 V erhöht. Die Erhöhung der Spannung kann schlagartig erfolgen oder sich über ein bestimmtes Zeitintervall erstrecken. Durch die Erhöhung der Spannung werden zu einem im zweiten Zeitintervall liegenden Zeitpunkt t2 Grenzstrombedingungen erreicht, bei denen ein Pumpstrom I2 fließt und bei denen der Sauerstoffpartialdruck im Meßgasraum 35 bei den üblicherweise im Abgas auftretenden Sauerstoffpartialdrücken auf weniger als 2.10-30 bar (bei 700 Grad Celsius) absinkt.
Zu Beginn des zweiten Zeitintervalls vor Erreichen von Grenzstrombedingungen kann der Pumpstrom kurzzeitig auf einen Wert größer als 12 ansteigen, da der im Meßgasraum 35 vorhandene molekulare Sauerstoff abgepumpt wird. Bei Vorliegen von Grenzstrombedingungen wird nun an der ersten Pumpzelle eine Spannung von ungefähr 1,4 V angelegt, durch die das in der ersten Elektrode 31 gespeicherte NOx zersetzt wird. Der bei der Zersetzung freiwerdende Sauerstoff wird über die erste Pumpzelle abgepumpt. Aus dem hierbei fließende Pumpstrom kann die NOx-Konzentration im Abgas ermittelt werden. Der aus dem Abgas stammenden molekularen Sauerstoffs wird durch die zweite Pumpzelle im zweiten Zeitintervall nahezu vollständig abgepumpt und liefert daher höchstens einen vernachlässigbaren Beitrag zum Pumpstrom der ersten Pumpzelle.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann das Sensorelement 10 insbesondere im Bereich der ersten Elektrode 31 durch die Heizvorrichtung 41 während des ersten Zeitintervalls auf eine Temperatur im Bereich von 400 bis 600 Grad Celsius, vorzugsweise 500 Grad Celsius, und während des zweiten Zeitintervalls auf eine Temperatur von 600 bis 900 Grad Celsius, vorzugsweise 780 bis 850 Grad Celsius, beispielsweise 800 Grad Celsius, geregelt werden.
In dem Fachmann bekannter Weise kann die NOx-Konzentration bestimmt werden, indem beispielsweise der im zweiten Zeitintervall fließende Pumpstrom integriert wird oder der maximale im zweiten Zeitintervall fließende Strom Imax ermittelt wird.
Die Dauer des ersten Zeitintervalls liegt bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel im Bereich von 0,2 bis 20 Sekunden, vorzugsweise 2 Sekunden, die Dauer des zweiten Zeitintervalls im Bereich von 0,1 bis 2 Sekunden, vorzugsweise 1 Sekunden. Dabei werden typischerweise spätestens 0,5 Sekunden nach Beginn des zweiten Zeitintervalls Grenzstrombedingungen erreicht.
Wird als NOx-speicherndes Material ein Oxid der fünften Nebengruppe, insbesondere V2O5, oder eine Mischung von Oxiden der fünften Nebengruppe verwendet, so dauert das erste Zeitintervall bevorzugt 1 Sekunde und das zweite Zeitintervall 0,5 Sekunden. Enthält das NOx-speichernde Material als wesentliche Komponente Barium und/oder Cer und/oder Magnesium in Form von Nitraten, Oxiden oder Carbonaten oder eine Mischung der genannten Verbindungen, so dauert das erste Zeitintervall bevorzugt 5 Sekunden und das zweite Zeitintervall 0,5 Sekunden.
In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine vierte Elektrode vorgesehen, die mit der ersten Elektrode über einen Festelektrolyten elektrisch verbunden ist und eine elektrochemische Zelle bildet. Die vierte Elektrode kann beispielsweise wie die dritte Elektrode 33 auf einer Außenfläche des Sensorelements 10 oder in einem Referenzgasraum angeordnet sein. Ist die vierte Elektrode in einem Referenzgasraum angeordnet, kann die erste Elektrode 31, die vierte Elektrode sowie ein zwischen diesen beiden Elektroden angeordneter Festelektrolyt durch eine äußere Beschaltung als Nernstzelle betrieben werden. In diesem Fall liefert der durch die Zersetzung direkt an der ersten Elektrode 31 freiwerdende Sauerstoff ein Signal, aus dem die NOx-Konzentration ermittelbar ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur zum Nachweis der Konzentration von NOx geeignet. Es läßt sich auch zum Nachweis beispielsweise von CO2 oder SO2 unter Verwendung der gleichen Speichermaterialien anwenden.

Claims (29)

1. Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements (10) zur Bestimmung mindestens einer Gaskomponente eines Gases, insbesondere eines Abgases eines Verbrennungsmotors, mit einem in das Sensorelement (10) eingebrachten Meßgasraum (35), der mit dem außerhalb des Sensorelements (10) befindlichen Gas in Verbindung steht, wobei im Meßgasraum (35) auf einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten (21) eine erste Elektrode (31) und eine zweite Elektrode (32) und außerhalb des Meßgasraums (35) eine dritte Elektrode (33) vorgesehen sind, und wobei durch Anlegen einer Spannung zwischen der zweiten Elektrode (32) und der dritten Elektrode (33) Sauerstoff pumpbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein vorgegebenes erstes Zeitintervall vorgesehen ist und daß in dem ersten Zeitintervall zwischen der zweiten und der dritten Elektrode (32, 33) eine niedrigere Spannung angelegt ist als außerhalb des ersten Zeitintervalls, wobei die in dem ersten Zeitintervall zwischen der zweiten und der dritten Elektrode (32, 33) anliegende Spannung so gewählt ist, daß bei gleichbleibenden äußeren Bedingungen der Sauerstoffpartialdruck im Meßgasraum (35) während des ersten Zeitintervalls größer ist als während eines außerhalb des ersten Zeitintervall liegenden, vorbestimmten zweiten Zeitintervalls.
2. Verfahren zum Betreiben eines Sensorelements (10) zur Bestimmung mindestens einer Gaskomponente eines Gases, insbesondere eines Abgases eines Verbrennungsmotors, mit einem in das Sensorelement (10) eingebrachten Meßgasraum (35), der mit dem außerhalb des Sensorelements (10) befindlichen Gas in Verbindung steht, wobei im Meßgasraum (35) auf einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolyten (21) eine erste Elektrode (31) und eine zweite Elektrode (32) und außerhalb des Meßgasraums (35) eine dritte Elektrode (33) vorgesehen sind, und wobei durch Anlegen einer Spannung zwischen der zweiten Elektrode (32) und der dritten Elektrode (33) Sauerstoff pumpbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein vorgegebenes erstes Zeitintervall vorgesehen ist und daß in dem ersten Zeitintervall zwischen der zweiten und der dritten Elektrode (32, 33) eine niedrigere Spannung angelegt ist als außerhalb des ersten Zeitintervalls, wobei während des ersten Zeitintervalls an der ersten Elektrode (31) ein Potential vorliegt, bei dem die zu analysierende Gaskomponente nicht oder nur geringfügig zersetzt wird, und daß während eines außerhalb des ersten Zeitintervall liegenden, vorbestimmten zweiten Zeitintervalls an der ersten Elektrode (31) ein Potential vorliegt, durch das die zu analysierende Gaskomponente zersetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der ersten Elektrode (31) und/oder in der ersten Elektrode (31) ein Mittel zur Speicherung der zu analysierenden Gaskomponente vorgesehen ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Speicherung der zu analysierenden Gaskomponente ein die Gaskomponente speicherndes Material ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bestimmende Gaskomponente durch Chemisorption in Form einer die zu analysierende Gaskomponente zumindest teilweise enthaltenden chemischen Verbindung oder durch Physisorption gespeichert ist.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung zwischen der zweiten (32) und der dritten Elektrode (33) so gewählt ist, daß die zu analysierende Gaskomponente während des ersten Zeitintervalls an der zweiten Elektrode (32) nicht zersetzt wird und zur ersten Elektrode (31) gelangen kann, und daß während des zweiten Zeitintervalls der an der ersten Elektrode (31) vorliegende molekulare Sauerstoff gegenüber dem aus der Zersetzung der zu analysierenden Gaskomponente stammenden Sauerstoff vernachlässigbar ist.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten Zeitintervalls die Pumpspannung zwischen der zweiten und der dritten Elektrode (32, 33) so gewählt ist, daß Grenzstrombedingungen vorliegen.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des zweiten Zeitintervalls zumindest der Großteil der in der ersten Elektrode (31) oder im Bereich der ersten Elektrode (31) gespeicherten, zu analysierenden Gaskomponente zersetzt wird, wobei der bei der Zersetzung freiwerdende Sauerstoff über die erste Elektrode (31) abgepumpt wird und anhand des Pumpstroms die Konzentration der zu analysierenden Gaskomponente ermittelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß während des zweiten Zeitintervalls das eine Zersetzung der zu analysierenden Gaskomponente bewirkende Potential an der ersten Elektrode erst bei Vorliegen von Grenzstrombedingungen angelegt wird.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im ersten und im zweiten Zeitintervall ablaufenden Verfahrensschritte in wiederkehrenden Zeitintervallen angewendet werden.
11. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sauerstoffpartialdruck während des zweiten Zeitintervalls zumindest zeitweise kleiner als 10-14 bar ist.
12. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Zeitintervall zwischen der zweiten und der dritten Elektrode (32, 33) eine Spannung im Bereich von 0,1 bis 0,25 V, vorzugsweise 0,2 V und zwischen der ersten und der dritten Elektrode (31, 33) eine Spannung im Bereich von 0 bis 0,1 V, vorzugsweise 0 V, anliegt.
13. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zeitintervall zumindest während des Vorliegens von Grenzstrombedingungen zwischen der ersten und der dritten Elektrode (31, 33) eine Spannung von 1,2 bis 1,5 V, vorzugsweise 1,4 V anliegt.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im zweiten Zeitintervall zumindest zeitweise, insbesondere zum Einstellen von Grenzstrombedingungen, zwischen der zweiten Elektrode (32) und der dritten Elektrode (33) eine Spannung von 0,8 bis 1,5 V, vorzugsweise 1,4 V anliegt.
15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck der zu analysierenden Gaskomponente durch Integration des während des zweiten Zeitintervalls über die erste Elektrode (31) fließenden Pumpstroms ermittelt wird.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck der zu analysierenden Gaskomponente durch den maximalen während des zweiten Zeitintervalls über die erste Elektrode (31) fließenden Pumpstrom ermittelt wird.
17. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zeitintervall 0,2 bis 20 Sekunden, vorzugsweise 2 Sekunden, und das zweite Zeitintervall 0,1 bis 2 Sekunden, vorzugsweise 0,5 Sekunden beträgt.
18. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode (32) in Kontakt zu einem zwischen dem Diffusionswiderstand (34) und der ersten Elektrode (31) liegenden Bereich (36) des Meßgasraums (35) steht.
19. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Elektrode (33) in Kontakt zu dem außerhalb des Sensorelements (10) befindlichen Abgas oder in Kontakt zu einem Referenzgas steht.
20. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Elektrode vorgesehen ist, die in Kontakt zu einem Referenzgas steht.
21. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (31) und die dritte Elektrode (33) sowie der zwischen erster und dritter Elektrode (31, 33) angeordnete Festelektrolyt eine Pumpzelle bilden.
22. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (31) und die weitere Elektrode sowie der zwischen erster (31) und weiterer Elektrode angeordnete Festelektrolyt eine Pumpzelle bilden.
23. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zu analysierende Gaskomponente eine Sauerstoffverbindung, beispielsweise NOx und/oder CO2 und/oder SO2, ist.
24. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (31) ein Oxid der fünften Nebengruppe, insbesondere V2O5, oder eine Mischung von Oxiden der fünften Nebengruppe enthält, und daß der Festelektrolyt (21) mit Y2O3 dotiertes ZrO2 enthält.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des ersten Zeitintervalls 0,5 bis 3 Sekunden, vorzugsweise 1 Sekunde, und die Länge des zweiten Zeitintervalls 0,1 bis 1 Sekunde, vorzugsweise 0,5 Sekunden beträgt.
26. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (31) Barium und/oder Cer und/oder Magnesium in Form von Nitraten, Oxiden oder Sulfaten enthält.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des ersten Zeitintervalls 3 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 5 Sekunden, und die Länge des zweiten Zeitintervalls 0,1 bis 2 Sekunden, vorzugsweise 0,5 Sekunden beträgt.
28. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zur Temperaturregelung vorgesehen ist, daß das Mittel zur Temperaturregelung eine Heizvorrichtung (41) umfaßt und daß während des ersten Zeitintervalls an der ersten Elektrode (31) eine niedrigere Temperatur als während des zweiten Zeitintervalls vorliegt.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß während des ersten Zeitintervalls an der ersten Elektrode eine Temperatur von 400 bis 600 Grad Celsius, vorzugsweise 500 Grad Celsius und während des zweiten Zeitintervalls eine Temperatur von 600 bis 900 Grad Celsius, vorzugsweise 780 bis 850 Grad Celsius eingestellt wird.
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