DE102005047636A1 - Kompensation des Zuleitungwiderstands bei der Temperaturmessung mit amperometrischen Gassensoren - Google Patents

Kompensation des Zuleitungwiderstands bei der Temperaturmessung mit amperometrischen Gassensoren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturmessung mit einem amperometrischen Sensorelement, insbesondere einer Lambdasonde, mit einer Pumpzelle, die eine Außenpumpelektrode und eine Innenpumpelektrode mit einer Zuleitung aufweist, mit einer Messzelle, die eine Luftreferenzelektrode mit einer Zuleitung aufweist, wobei die Temperatur aus dem elektrischen Widerstand der Messzelle bestimmt wird. Um eine höhere Genauigkeit der Temperaturmessung als mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik zu erreichen, ist es vorgesehen, den elektrischen Widerstand der Zuleitung zur Innenpumpelektrode und den elektrischen Widerstand der Zuleitung zur Luftreferenzelektrode durch eine zusätzliche Messung des Spannungsabfalls an einer Zuleitung zu korrigieren wird.
Weiterhin betrifft die Aufgabe der Erfindung auch eine Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem amperometrischen Sensorelement, insbesondere einer Lambdasonde, wobei eine Vergleichsmessvorrichtung mit einer Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation vorgesehen ist, mit der der Widerstand der Zuleitung kompensierbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperaturmessung mit einem amperometrischen Sensorelement, insbesondere einer Lambdasonde, mit einer Pumpzelle mit einer Außenpumpelektrode und einer Innenpumpelektrode mit einer Zuleitung sowie einer Messzelle mit einer Luftreferenzelektrode mit einer Zuleitung, wobei die Temperatur aus dem elektrischen Widerstand der Messzelle bestimmt wird.
  • Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Temperaturmessung.
  • Sensorelemente, insbesondere Lambdasonden sind bekannt. Diese weisen einen zwischen zwei Elektroden liegenden ionenleitenden Festelektrolyten auf. Die beiden Elektroden sind dabei gasdurchlässig und mit einer Messspannung beaufschlagbar. Je nach Sauerstoffgehalt in dem zu messenden Gas stellt sich dabei ein Grenzstrom bzw. eine Nernstspannung ein, die von dem Unterschied der Sauerstoffkonzentrationen an den Elektroden abhängig sind. Derartige Sonden werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um den Sauerstoffgehalt des Abgases von Brennkraftmaschinen zu messen.
  • Abgassonden müssen im aktiven Bereich erwärmt werden, um die notwendige Ionenleitfähigkeit des Festelektrolyten zu erreichen. Um die Messgenauigkeit zu erhöhen ist oft eine Regelung der Temperatur der Messsonde vorgesehen. Der Betrieb amperometrischer Abgassonden erfordert die Regelung der Temperatur des Sensorelementes auf eine feste Temperatur oberhalb von 700 °C. Dazu ist es be kannt, in einem typischen planaren Sensoraufbau der Messsonde eine Sondenheizung zuzuordnen. Über die Regelung der elektrischen Heizleistung kann die Temperatur des Sensorelementes beeinflusst werden. Die Temperaturmessung erfolgt durch die Messung des Innenwiderstandes der Messzelle. Der Festelektrolyt der Messzelle besteht aus ionenleitendem Zirkoniumdioxid. Es wird der Effekt ausgenutzt, dass über die Größe des Innenwiderstandes der Messzelle auf die Temperatur der Sauerstoffsonde geschlossen werden kann. Hierzu ist bekannt, dass die elektrische Leitfähigkeit des Zirkoniumdioxids mit der Temperatur exponentiell zunimmt oder aber der ohmsche Widerstand des Materials exponentiell mit der Temperatur abnimmt. Der ohmsche Widerstand kann daher als Maß für die Temperatur herangezogen werden.
  • Das Messverfahren beruht auf der Einspeisung eines Wechselstromsignals kleiner Amplitude an der Luftreferenzelektrode. Der Wechselstrom fließt über die Messzelle zur Innenpumpelektrode ab. Die Amplitude der resultierenden Wechselspannung an der Luftreferenzelektrode ist dann ein Maß für den ohmschen Widerstand der Strecke Luftreferenzelektrode-Innenpumpelektrode. Bei ausreichend hoher Frequenz oberhalb von einem Kilohertz werden Elektrodenpolarisationen durch die Messung nicht mehr erfasst und das Signal entspricht dann idealerweise dem ohmschen Widerstand des Elektrolytmaterials.
  • Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren tritt als Fehlergröße jedoch der ohmsche Widerstand der metallischen Zuleitungen zur Luftreferenzelektrode und zur Innenpumpelektrode auf. Der metallische Widerstand zeigt eine entgegengesetzte Temperaturabhängigkeit zu der des Festelektrolyten und nimmt näherungsweise linear mit der Temperatur zu. Die Temperatur der Zuleitung ist nicht konstant, sondern variiert zwischen dem Bereich des Sensorkopfes und dem Anschlussbereich je nach Betriebszustand der Brennkraftmaschine und der daraus resultierenden Temperatur des Abgasstrangs. Dabei ist die Temperaturverteilung über der Zuleitung nicht bekannt. Zudem ist auch die aktuelle Temperatur im Anschlussbereich nicht bekannt, da hier aus Kostengründen kein Temperaturfühler vorgesehen ist.
  • Demnach macht sich vor allem bei hohen Temperaturen der Zuleitungswiderstand bemerkbar, indem nämlich eine zu hohe Wechselspannung an der Luftreferenzelektrode gemessen wird. Damit ist die gemessene Temperatur geringer als die Ist-Temperatur. Dieser Fehler kann mit dem Messverfahren nach dem Stand der Technik nicht kompensiert werden.
  • Für den Betrieb von amperometrischen Sensorelementen ist es notwendig, die Temperatur des Sensorelementes und insbesondere des aktiven Bereichs am Kopf des Sensors und an den Sensorelementen möglichst genau zu regeln. Dazu muss der Einfluss des Zuleitungswiderstandes in Abhängigkeit von der Schafttemperatur kompensiert werden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Kompensation des Zuleitungswiderstandes bereitzustellen, um eine höhere Genauigkeit der Temperaturmessung als mit dem Verfahren nach dem Stand der Technik zu erreichen.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung auch eine Vorrichtung zur Kompensation des Zuleitungswiderstandes bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Temperaturmessung an einem amperometrischen Sensorelement der einleitend beschriebenen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
  • Eine Temperaturmessung an einem amperometrischen Sensorelement, insbesondere einer Lambdasonde mit einer Pumpzelle, die eine Außenpumpelektrode und eine Innenpumpelektrode mit einer Zuleitung aufweist, mit einer Messzelle, die eine Luftreferenzelektrode mit einer Zuleitung aufweist, wird dadurch in ihrer Genauigkeit verbessert, indem eine Vergleichsmessung an einer zweiten Zuleitung zur äußeren Pumpelektrode vorgenommen wird. Diese zweite Zuleitung hat vorzugsweise die gleiche Geometrie wie die Zuleitung der Außenpumpelektrode und ist demselben Temperaturgradienten unterworfen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Korrektur die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation an der Außenpumpelektrode verwendet wird. Durch eine Spannungsmessung an der Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation kann bei bekannter Strombelastung der Zuleitung der Außenpumpelektrode der Widerstand dieser Zuleitung bestimmt werden. Da die Zuleitungen der Außenpumpelektrode, der Luftreferenzelektrode und der Innenpumpelektrode einem ähnlichen Temperaturverlauf unterliegen, kann der Widerstandwert der Zuleitung der Außenpumpelektrode benutzt werden, um die Widerstände der Zuleitungen der Luftreferenzelektrode und der Innenpumpelektrode zu kompensieren.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass zur Korrektur die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation an der Innenpumpelektrode verwendet wird. Da auch die Zuleitung der Innenpumpelektrode einem ähnlichen Temperaturverlauf wie die Zuleitung der Außenpumpelektrode unterliegt, kann auch der Widerstandswert der Zuleitung der Innenpumpelektrode benutzt werden, um die Widerstände der Zuleitungen der Luftreferenzelektrode und der Außenpumpelektrode zu kompensieren.
  • Vorteilhaft bei beiden Verfahren ist, dass kein Temperatursensor im Bereich der Sensoranschlüsse vorgesehen werden muss und dass kein Modell für den Temperaturverlauf längs der Zuleitungen erforderlich ist.
  • In einer besonderen Ausführungsform wird ein vorhandener Potentiostat während der Messung des Innenwiderstandes der Messzelle abgeschaltet. Dadurch ist die Amplitude der an der Luftreferenzelektrode resultierenden Wechselspannung proportional dem Innenwiderstand der Messzelle.
  • Vorteilhafter Weise wird zur Bestimmung der Amplitude der Wechselspannung der Luftreferenzelektrode ein Synchronisationsgleichrichter verwendet. Mittels eines Skalierungsfaktors, der durch die Ausführung des Synchronisationsgleichrichters vorgegeben ist, kann diese Amplitude als Maß für die Sensortemperatur benutzt werden.
  • In einer besonderen Ausführungsform wird zusätzlich an der Außenpumpelektrode ein Konstantstrom eingespeist. Wird nun an der Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation die Spannung gemessen, so kann man unter der Annahme, dass die Zuleitungen zur Außenpumpelektrode, Luftreferenzelektrode und Innenpumpelektrode einem ähnlichen Temperaturgradienten unterliegen und dass daher ihre Widerstände das gleiche Temperaturverhalten zeigen, wieder den Zuleitungseinfluss kompensieren. Dies funktioniert nur, da die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation stromlos bleibt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird zur Kompensation der Zuleitungswiderstände eine Sample-and-Hold-Schaltung verwendet. Die Differenzspannung zwischen der Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation und der Zuleitung der Außenpumpelektrode wird über die Sample- and-Hold-Schaltung vorgegeben und mit einem Skalierungsfaktor versehen. Dadurch ist der kompensierte Temperaturmesswert direkt ein Maß für die Sensortemperatur.
  • Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Vergleichsmessvorrichtung mit einer Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation vorgesehen ist, mit der der Widerstand der Zuleitung kompensierbar ist. Diese Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation ist direkt auf der Deckelfolie des planaren Sensorelementes neben der Außenelektrode angebracht. Dadurch sind die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation und die Zuleitung der Außenpumpelektrode einem ähnlichen Temperaturgradienten ausgesetzt, wodurch der Widerstandwert der Zuleitung der Außenpumpelektrode dazu benutzt werden kann, um die Widerstände der Zuleitungen der Luftreferenzelektrode und der Innenpumpelektrode zu kompensieren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im Bereich der Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation eine Wärmeschutzschicht vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturgradienten der Zuleitungen noch ähnlicher sind als in der bisher gezeigten Ausführung und damit das Kompensationsverfahren noch genauer ist.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht darin, dass die Wärmeschutzschicht als Siebdruckschicht aufgebracht ist. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, handelsübliche Materialien für Wärmeschutzschichten zu verarbeiten. Weiterhin sind solche Wärmeschutzschichten von ihrer Schichtdicke her dazu geeignet planare Strukturen darzustellen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation im Bereich der Außenpumpelektrode angeordnet und als Mäander ausgebildet. Damit befindet sich der Mäander in dem Sensorbereich, der auf Betriebstemperatur geregelt werden soll. Mit einer Schaltungsanordnung kann man nun sehr einfach einen Spannungswert für den ohmschen Widerstand des Mäanders bestimmen und diesen Widerstandswert als ein Maß für die Sensortemperatur heranziehen.
  • Vorteilhafter Weise wird der Mäander schmal im Vergleich zur Außenpumpelektrode ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Mäander wegen seines hohen ohmschen Widerstandes einen einfach zu messenden Spannungsabfall erzeugt.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Temperaturmess- und Kompensationsanschluss auf der Messzellenfolie angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Zuleitung des Temperaturmess- und Kompensationsanschlusses dann im Inneren des Sensorelementes liegt und damit zu rechnen ist, dass die Temperaturverläufe der Zuleitungen der Innenpumpelektrode und der Temperaturmess- und Kompensation sich noch ähnlicher sind. Damit wird die Genauigkeit des Kompensationsverfahrens gesteigert.
  • Ist zur Messung der Temperatur der Mäander vorgesehen, kann die Temperaturmessung nahe am Sensorelement erfolgen und somit die Temperatur sehr genau erfasst werden.
  • Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein Prinzipbild des Sensorelementes im Schnitt
  • 2 eine Aufsicht der Außenfolie
  • 3 eine Ersatzschaltung des Sensorelementes
  • 4 die Zeitverläufe beim Impedanzmessverfahren
  • 5 eine Schaltungsanordnung zum Messverfahren mit Impedanzmessung
  • 6 die Zeitverläufe beim Messverfahren ohne Impedanzmessung
  • 7 eine Anordnung zur Temperaturmessung und Zuleitungskompensation nach Messverfahren ohne Impedanzmessung
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • 1 zeigt ein Prinzipbild eines Sensorelementes 1 im Schnitt. Das Prinzipbild gibt den typischen Aufbau eines planaren Gassensors zur Messung von Abgasen für Brennkraftmaschinen wieder. Das Sensorelement 1 besteht aus einer Außenpumpelektrode 11, die auf eine Deckelfolie 16 aufgebracht ist, einer Innenpumpelektrode 12, einer Luftreferenzelektrode 21 und einem Heizer 30. Die Außenpumpelektrode 11 bildet mit der Innenpumpelektrode 12 die sogenannte Pumpzelle 10. Die Innenpumpelektrode 12 und die Luftreferenzelektrode 21 bilden zusammen die Messzelle 20. Die Messzelle 20 besteht aus einem Festelektrolyten aus ionenleitfähigem Zirkondioxid. Die Pumpzelle 10, die Messzelle 20 und der Heizer 30 sind durch Isolationsschichten voneinander getrennt, wobei eine oder mehrere dieser Isolationsschichten auch als Wärmeschutzschicht 40 ausgebildet sein können. Der Gaszutritt zur Messzelle 20 erfolgt über die Diffusionsbarriere 41.
  • Das Sensorelement 1 ist in zwei Bereiche unterteilt. Zu erkennen ist ein Elektroden- und ein Anschlussbereich. Der Elektrodenbereich ist auf eine Temperatur oberhalb von 700 °C ausgelegt, wogegen der Anschlussbereich im Betrieb nur Temperaturen von 200 °C bis 400 °C erreicht. Beide Bereiche sind mittels Zuleitungen 12.1, 13, 21.1 miteinander verbunden.
  • 2 zeigt eine Aufsicht der Deckelfolie 16. Auf der Deckelfolie 16 ist eine Zuleitung 13 zur Außenpumpelektrode 11, die Außenpumpelektrode 11 und ein zugehöriger Außenpumpelektrodenanschluss 17 zu erkennen. Eine Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation 14 mit einem Temperaturmess- und Kompensationsanschluss 18, ist auf der Deckelfolie 16 parallel zur Zuleitung 13 zur Außenpumpelektrode 11 angeordnet und umfängt die Außenpumpelektrode 11 als Mäander 15 in einem geringen Abstand. Damit befindet sich dieser Mäander 15 im Sensorbereich, der auf Betriebstemperatur geregelt werden soll. Demgegenüber ist das gerade Leiterbahnstück demselben Temperaturverlauf unterworfen wie die Zuleitung 13 zur Außenpumpelektrode 11. Da die Leiterbahn der Temperaturmessung und Kompensation 14 vorzugsweise die gleiche Geometrie hat wie die Zuleitung 13 zur Außenpumpelektrode 11, ist auch der elektrische Widerstand genauso groß (und dessen temperaturabhängiges Verhalten) wie der Widerstand der Zuleitung 13 zur Außenpumpelektrode 11 oder unterscheidet sich nur durch einen proportionalen Faktor. Damit ist es möglich den Widerstand der Zuleitung 13 zur Außenpumpelektrode 11 zu kompensieren.
  • Alternativ kann die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation 14 nicht auf der Deckelfolie 16, sondern auf einer Folie angeordnet werden, auf der die Zuleitung Innenpumpelektrode 12.1 aufgebracht ist. Weil die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation 14 dann im Inneren des Sensorelementes 1 liegt, sind die Temperaturverläufe der Zuleitung Innenpumpelektrode 12.1 und der Zuleitung der Temperaturmessung und Kompensation 14 noch ähnlicher und damit das Kompensationsverfahren noch genauer. Wird die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation 14 zusätzlich noch mit einer Wärmeschutzschicht 40 überdeckt, so kann die Genauigkeit des Verfahrens noch weiter gesteigert werden.
  • 3 zeigt eine Ersatzschaltung des Sensorelementes 1. Dargestellt durch eine Ersatzschaltung von ohmschen Widerständen weist das Sensorelement 1 eine Pumpzelle 10 und eine Messzelle 20 auf. Die Pumpzelle 10 ist gekennzeichnet durch einen Pumpzelleninnenwiderstand 10.1, ihre Zuleitung durch einen Zuleitungswiderstand 11.1 der Außenpumpelektrode 11. Die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation 14 ist gekennzeichnet durch einen Zuleitungswiderstand 14.1, der an einem Temperaturmess- und Kompensationsanschluss 18 angeschlossen ist, der in Reihe mit einem Zuleitungswiderstand Mäander 15.1 geschaltet ist und ebenfalls mit dem Pumpzelleninnenwiderstand 10.1 verbunden ist.
  • Die Ersatzschaltung für die Messzelle 20 besteht aus einem Messzelleninnenwiderstand 24 und einem Zuleitungswiderstand Luftreferenzelektrode 23.
  • Pumpzelle 10 und Messzelle 20 sind zusammengeführt und über einen Zuleitungswiderstand Innenpumpelektrode 19 zum Beispiel mit Masse verbunden. Über den Außenpumpelektrodenanschluss 17 kann ein Gleichstrom als Pumpstrom eingeprägt werden. Weiterhin kann ein Strom eingeprägt werden, der einen Spannungsabfall am Zuleitungswiderstand Außenelektrode 11.1 erzeugt, der an dem Temperaturmess- und Kompensationsanschluss 18 abgegriffen werden kann.
  • Über den Zuleitungswiderstand Luftreferenzelektrode 23 kann ein Wechselstrom 22 eingeprägt werden, der über den Messzelleninnenwiderstand 24 und den Zuleitungswiderstand Innenpumpelektrode 19 nach Masse abfließt und mit dem der Messzelleninnenwiderstand 24 bestimmt werden kann.
  • Der Innenwiderstand des Sensorelementes 1 kann mit zwei Messverfahren bestimmt werden. Dabei können Verfahren mit oder ohne Impedanzmessung eingesetzt werden.
  • 4 zeigt die Zeitverläufe beim Impedanzmessverfahren. Dabei sind die zeitlichen Verläufe der Spannungen und Ströme dargestellt. Zur Messung des Messzelleninnenwiderstandes 24 wird an der Luftreferenzelektrode 21 ein Wechselstromsignal 22 konstanter Amplitude eingespeist, das über die Innenpumpelektrode 12 nach Masse abfließt. Während der Dauer der Messung wird der Potentiostat abgeschaltet, der im normalen Pumpbetrieb des Sensorelementes 1 die Spannung an der Luftreferenzelektrode 21 und der Innenpumpelektrode 12 durch Regelung des Pumpstroms konstant hält. Dadurch ist die Amplitude der an der Luftreferenzelektrode 21 resultierenden Wechselspannung proportional dem Messzelleninnenwiderstand 24 mit den Zuleitungswiderständen als Fehleranteil. Durch eine Schaltungsanordnung, die durch einen Synchronisationsgleichrichter realisiert werden kann, wird die Wird an der Außenpumpelektrode 11 während des ungeregelten Betriebs ein Konstantstrom eingespeist, kann am Temperaturmess- und Kompensationsanschluss 18 die am Zuleitungswiderstand Außenpumpelektrode 11.1 abfallende Spannung gemessen werden. Da die Zuleitung Temperaturmessung und Kompensation 14 stromlos bleibt kann man über die Annahme, dass die Zuleitungen der Außenpumpelektrode 11.1, der Zuleitungswiderstand Luftreferenzelektrode 23 und der Zuleitungswiderstand Innenpumpelektrode 19 einem ähnlichen Temperaturgradienten unterliegen und dass daher ihre Widerstände das gleiche Temperaturverhalten zeigen, die Zuleitungswiderstände kompensieren.
  • In 5 ist eine Schaltungsanordnung zum Messverfahren mit Impedanzmessung gezeigt. Die Schaltungsanordnung weist einen Synchronisationsgleichrichter 25 und eine Sample-and-Hold-Schaltung 26 auf. Über einen Skalierungsfaktor 27 kann mit Hilfe einer Additionsstufe der kompensierte Temperaturmesswert ermittelt werden. Der Skalierungsfaktor 27 an der Sample-and-Hold-Schaltung 26 ist dabei so zu wählen, dass die Zuleitungswiderstände gleich sind mit denen am Synchronisationsgleichrichter 25. Dadurch wir der Zuleitungseinfluss kompensiert.
  • Der richtige Wert des Skalierungsfaktors 27 ist geometrieabhängig und kann für den jeweiligen Sensortyp im Laboraufbau experimentell über die Temperaturabhängigkeit des Pumpstroms bestimmt werden.
  • 6 zeigt die Zeitverläufe beim Messverfahren ohne Impedanzeinspeisung an der Luftreferenzelektrode 21. Dazu wird im ersten Zeitabschnitt über eine Schaltungsanordnung ein Konstantstrom am Temperaturmess- und Kompensationsanschluss 18 nach der Außenpumpelektrode 11 eingespeist. Dadurch erhält man einen Messwert für den Zuleitungswiderstand zur Außenpumpelektrode 11.1, den Zuleitungwiderstand Temperaturmessung und Kompensation 14.1 und den Widerstand des Mäanders 15.1. Im zweiten Zeitabschnitt wird eine Konstantstromeinspeisung wie beim Messverfahren mit Impedanzeinspeisung durchgeführt. Dadurch erhält man einen Messwert für den Zuleitungswiderstand Außenpumpelektrode 11.1. Aus der Differenz beider Messwerte erhält man den Widerstand des Mäanders 15.1 als Maß für die Temperatur des Sensorelements 1.
  • 7 zeigt eine Anordnung zur Temperaturmessung und Zuleitungskompensation nach einem Messverfahren ohne Impedanzmessung. Die Schaltungsanordnung weist eine Sample-and-Hold-Schaltung 26 zum Messzeitpunkt 1 und eine Sample-and-Hold-Schaltung 26.1 zum Messzeitpunkt 2 auf. Aus beiden Sample-and-Hold-Schaltungen 26 und 26.1 kann über einen Verstärker 28 und eine Additionsstufe ein Spannungswert für den ohmschen Widerstand des Mäanders 15 be stimmt werden. Da der Mäander 15 im Bereich der Sensorelektroden angebracht ist, kann sein Widerstand als Maß für die Temperatur des Sensorelementes 1 herangezogen werden. Der Mäander 15 ist vorzugsweise schmal auszuführen, damit er einen hohen ohmschen Widerstand hat und damit einen einfach zu messenden Spannungsabfall erzeugt.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Temperaturmessung mit einem amperometrischen Sensorelement (1), insbesondere einer Lambdasonde, mit einer Pumpzelle (10), die eine Außenpumpelektrode (11) und eine Innenpumpelektrode (12) mit einer Zuleitung (12.1) aufweist, mit einer Messzelle (20), die eine Luftreferenzelektrode (21) mit einer Zuleitung (21.1) aufweist, wobei die Temperatur aus dem elektrischen Widerstand der Messzelle (20) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand der Zuleitung (12.1) zur Innenpumpelektrode (12) und der elektrische Widerstand der Zuleitung (21.1) zur Luftreferenzelektrode (21) durch eine zusätzliche Messung des Spannungsabfalls an einer Zuleitung korrigiert wird.
  2. Verfahren zur Temperaturmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur eine Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation (14) an der Außenpumpelektrode (11) verwendet wird.
  3. Verfahren zur Temperaturmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation (14) an der Innenpumpelektrode (12) verwendet wird.
  4. Verfahren zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein vorhandener Potentiostat während der Dauer der Messung des Innenwiderstands der Messzelle (24) abgeschaltet wird.
  5. Verfahren zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Amplitude der Wechselspannung der Luftreferenzelektrode (21) ein Synchronisationsgleichrichter (25) verwendet wird.
  6. Verfahren zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich an der Außenpumpelektrode (11) ein Konstantstrom eingespeist wird.
  7. Verfahren zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kompensation der Zuleitungswiderstände eine Sample-and-hold-Schaltung (26) verwendet wird.
  8. Vorrichtung zur Temperaturmessung mit einem amperometrischen Sensorelement (1), insbesondere einer Lambdasonde, mit einer Pumpzelle (10), die eine Außenpumpelektrode (11) und eine Innenpumpelektrode (12) mit einer Zuleitung (12.1) aufweist, mit einer Messzelle (20), die eine Luftreferenzelektrode (21) mit einer Zuleitung (21.1) aufweist und/oder mit einem Heizer (30), dadurch gekennzeichnet, dass eine Vergleichsmessvorrichtung mit einer Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation (14) vorgesehen ist, mit dem der Widerstand der Zuleitung (12.1) kompensierbar ist.
  9. Vorrichtung zur Temperaturmessung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation (14) eine Wärmeschutzschicht (40) vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung zur Temperaturmessung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeschutzschicht (40) als Siebdruckschicht aufgebracht ist.
  11. Vorrichtung zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation (14) im Bereich der Außenpumpelektrode (11) angeordnet und als ein Mäander (15) ausgebildet ist.
  12. Vorrichtung zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Mäander (15) vorzugsweise schmal im Vergleich zur Außenpumpelektrode (11) ausgebildet ist.
  13. Vorrichtung zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuleitung zur Temperaturmessung und Kompensation (14) auf der Messzellenfolie angeordnet ist.
  14. Vorrichtung zur Temperaturmessung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Temperatur der Mäander (15) vorgesehen ist.
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