DE102007057500A1

DE102007057500A1 - Gas sensor element

Info

Publication number: DE102007057500A1
Application number: DE102007057500A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Dr. Fleischer; Markus Dr. Loepfe; Ulrich Dr. Hoefer; Roland Dr. Pohle
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-11-29
Filing date: 2007-11-29
Publication date: 2009-06-10
Also published as: WO2009068410A1

Abstract

Ein Wärmetönungs-Gassensor, Wärmeleit-Gassensor oder Metalloxid-Gassensor wird periodisch für kurze Zeit beheizt und dann für längere Zeit unbeheizt betrieben. Der Wärmeeintrag durch Gasreaktionen oder die Wärmeleitfähigkeit von Gasen wird als Messsignal herangezogen, wobei hierfür die Aufheiz- und/oder Abkühlzeit des Gassensors betrachtet wird. Beim Metalloxid-Gassensor wird auch das chemische Messsignal berücksichtigt. Der temperaturvariable Betrieb bewirkt einen sehr niedrigen durchschnittlichen Leistungsverbrauch des Gassensors.A catalytic cycle gas sensor, thermal gas sensor or metal oxide gas sensor is periodically heated for a short time and then operated unheated for a long time. The heat input by gas reactions or the thermal conductivity of gases is used as a measurement signal, for which purpose the heating and / or cooling time of the gas sensor is considered. The metal oxide gas sensor also takes into account the chemical measurement signal. The temperature-variable operation causes a very low average power consumption of the gas sensor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gassensorelements, das wenigstens ein Heizelement aufweist sowie ein Gassensorelement mit wenigstens einem Heizelement.The The invention relates to a method for operating a gas sensor element, the at least one heating element and a gas sensor element with at least one heating element.

Halbleiter-Gassensoren, beispielsweise metalloxid-basierte Gassensoren, werden seit geraumer Zeit als Detektoren für eine Vielzahl von Gasen eingesetzt. Mögliche Anwendungsgebiete sind beispielsweise Brandmelder, Klimaregelungen, Abgasregelungen oder Geräte zur Lecksuche. Sie haben den Vorteil, klein, günstig und in einfacher Weise betreibbar zu sein. Nachteilig bei dieser Art von Sensoren ist eine geringe Selektivität, was bedeutet, dass Halbleiter-Gassensoren zumeist auf eine Mehrzahl von Gasen reagieren und weitere Mittel zu Hilfe genommen werden müssen, um zwischen verschiedenen Gasen zu unterscheiden. Metalloxidgassensoren sind sogenannte resistive Gassensoren, d. h. der elektrische Widerstand einer Metalloxidschicht wird als Sensorsignal verwendet und ändert sich bei Anwesenheit von Gasen. Ein weiterer Typ von Halbleitergassensor ist ein sogenannter GasFET, der wie ein Feldeffekttransistor aufgebaut ist und bei dem Gase die Gate-Spannung beeinflussen. Die in diesem Abschnitt genannten Sensorvarianten werden im Folgenden auch als chemischer Sensor bezeichnet.Semiconductor gas sensors For example, metal oxide-based gas sensors have been around for some time as detectors for used a variety of gases. Possible fields of application are For example, fire alarm, climate control, emission control or equipment for leak detection. They have the advantage of being small, cheap and easy to be operable. A disadvantage of this type of sensors is a low selectivity, which means that semiconductor gas sensors mostly on a plurality of Reacting gases and other means must be used to help to differentiate between different gases. metal oxide gas are so-called resistive gas sensors, d. H. the electrical resistance a metal oxide layer is used as a sensor signal and changes in the presence of gases. Another type of semiconductor gas sensor is a so-called GasFET, which is constructed like a field effect transistor is and the gas is the gate voltage influence. The sensor variants mentioned in this section are also referred to below as a chemical sensor.

Neben den Halbleitergassensoren gibt es auch die sogenannte Pellistoren oder Wärmetönungssensoren. Diese detektieren den Energieeintrag von exothermen Reaktionen eines brennbaren Gases mit einer üblicherweise beheizten Schicht, die häufig so zusammengesetzt ist, dass sie katalytische Eigenschaften aufweist. In einem beispielhaften Aufbau eines Pellistors besteht dieser aus einer Heizspule, die von einer keramischen Hülle bedeckt ist. Durch Messung des elektrischen Widerstands der Heizspule wird diese zusätzlich als Temperatursensor verwendet. Eine Regelung sorgt dafür, dass die Heizspule eine konstante Temperatur hält. Je nach Art und Menge vorhandener Gase beim Pellistor werden chemische Reaktionen dieser Gase den Pellistor mehr oder weniger stark zusätzlich beheizen und die nötige elektrische Leistung, um den Pellistor auf konstanter Temperatur zu halten, kann als Wärmetönungs-Messsignal verwendet werden. Vorteile und Nachteile von Pellistoren sind vergleichbar mit denen der Halbleitergassensoren.Next The semiconductor gas sensors also have the so-called pellistors or catalytic sensors. These detect the energy input of exothermic reactions of a combustible gas with a common heated layer, often is composed so that it has catalytic properties. In an exemplary construction of a pellistor this consists of a heating coil covered by a ceramic shell. By measurement the electrical resistance of the heating coil, this is additionally as Temperature sensor used. A regulation ensures that the heating coil keeps a constant temperature. Depending on the type and quantity of existing ones Gases at the Pellistor become chemical reactions of these gases Pellistor more or less additionally heat and the necessary electrical Power to keep the pellistor at a constant temperature can be used as a catalytic combustion signal be used. Advantages and disadvantages of pellistors are comparable with those of the semiconductor gas sensors.

Um nun den Nachteil der geringen Selektivität der Halbleitergassensoren und Pellistoren auszugleichen, ist eine häufig verwendete Methode, sogenannte Gassensor-Arrays, d. h. Gruppen aus einer Mehrzahl von Gassensoren zu verwenden. Dabei werden diese Gassensoren so ausgestaltet, dass sie in voneinander verschiedener Weise auf möglicherweise auftretende Gase reagieren. Aus den unterschiedlichen Reaktionsspektren der Gassensoren kann dann auf Art und Konzentration vorhandener Gase geschlossen werden. Hierbei lassen sich auch Pellistoren und Halbleitergassensoren gemeinsam einsetzen.Around now the disadvantage of the low selectivity of the semiconductor gas sensors and compensate for pellistors, is a commonly used method, so-called Gas sensor arrays, d. H. Groups of a plurality of gas sensors to use. These gas sensors are designed so that they differ in different ways to possibly occurring gases react. From the different reaction spectra of the gas sensors can then be closed on the nature and concentration of existing gases. Here also pellistors and semiconductor gas sensors can be used together.

Es ist bekannt, die Funktion eines Metalloxid-Gassensors mit der eines Pellistors in einem Bauelement zu kombinieren. Der Metalloxid-Sensor wird dabei typischerweise auf einer Temperatur von mehr als 150°C, meist sogar mehr als 300°C betrieben. Der hierzu üblicherweise verwendete Heizwiderstand, beispielsweise in Form eines Heizmäanders aus Platin, wird neben seiner prinzipiellen Funktion zur Beheizung des Metalloxidgassensors auch zur Messung von Temperaturänderungen bei Anwesenheit zu detektierender Gase im Sinne des Pellistors verwendet. Nachteilig an diesem Aufbau ist der vergleichsweise hohe Energieverbrauch für die Beheizung des kombinierten Gassensorelements, der eine Verwendung beispielsweise in Brandmeldern deutlich erschwert.It is known, the function of a metal oxide gas sensor with the one Pellistors combine in one component. The metal oxide sensor is typically at a temperature of more than 150 ° C, usually even more than 300 ° C operated. The customary for this used heating resistor, for example in the form of a Heizmäanders Platinum, in addition to its principal function for heating the Metal oxide gas sensor also for measuring temperature changes used in the presence of gases to be detected in the sense of the pellistor. A disadvantage of this structure is the comparatively high energy consumption for the Heating the combined gas sensor element having a use For example, in fire alarms significantly more difficult.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist es, ein Verfahren zum Betrieb eines Gassensorelements sowie ein Gassensorelement anzugeben, mit denen sich ein verringerter Heizleistungsbedarf realisieren lässt.The The problem underlying the invention is to provide a method for Provide operation of a gas sensor element and a gas sensor element, with where a reduced heating power requirement can be realized.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich des Verfahrens durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 und hinsichtlich des Gassensorelements durch einen Gassensorelement mit den Merkmalen von Anspruch 15 gelöst. Die abhängigen Ansprüche behandeln vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.These Task is with respect to the method by a method with the features of claim 1 and with respect to the gas sensor element a gas sensor element with the features of claim 15 solved. The dependent Treat claims advantageous embodiments and modifications of the invention.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Gassensorelements, das mittels wenigstens eines Heizelements beheizbar ist wird das Heizelement zeitlich variabel betrieben. Dadurch wird bewirkt, dass wenigstens zeitweise eine Änderung der Temperatur des Gassensorelements auftritt. Der zeitliche Verlauf der Änderung der Temperatur wird als Wärme-Messsignal verwendet wird.at the method according to the invention for operating a gas sensor element, which by means of at least one Heating element is heated, the heating element is variable over time operated. This causes at least temporarily a change in the Temperature of the gas sensor element occurs. The time course the change the temperature is called the heat measurement signal is used.

Das erfindungsgemäße Gassensorelement weist wenigstens ein Heizelement auf, ist mittels des Heizelements beheizbar und ist ausgestaltet zum Betrieb mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.The has gas sensor element according to the invention at least one heating element, can be heated by means of the heating element and is designed for operation with the method according to the invention.

Unter Wärme-Messsignal wird dabei bevorzugt ein Wärmetönungssignal verstanden, das großteils durch den Energieeintrag von chemischen Gasreaktionen entsteht. Dabei wird durch die exotherme Oxidation zu detektierender Gase an dem Gassensorelement der zeitliche Verlauf der Temperaturänderung als Reaktion auf eine Änderung der Beheizung anders ausfallen, als wenn die Gase nicht oder in anderer Konzentration anwesend sind. Die Form dieses zeitlichen Verlaufes wird also als Größe zur Messung dieser Gase verwendet werden.In this case, the term "heat measurement signal" is preferably understood to mean a heat-tone signal which is largely produced by the energy input of chemical gas reactions. In this case, the exothermic oxidation of gases to be detected on the gas sensor element, the time course of the temperature change in response to a change in heating be different than when the gases are not present or in a different concentration. The shape of this time course will therefore be used as a size for measuring these gases.

Alternativ kann das Wärme-Messsignal auch ein Wärmeleitungssignal darstellen, das zum überwiegenden Teil durch die Wärmeleitung von Gasen erzeugt wird. Dabei beeinflusst die Gaszusammensetzung um das Gassensorelement deren Wärmeleitfähigkeit. Wenn das Gassensorelement warmer ist als das umgebende Gas, wird sein Abkühlung durch die Wärmeleitung des Gases von der Gaszusammensetzung abhängen, was sich am Aufheiz- oder Abkühlverlauf des Gassensorelements ablesen lässt.alternative can the heat measurement signal also a heat conduction signal represent, for the most part Part by the heat conduction generated by gases. This affects the gas composition around the gas sensor element whose thermal conductivity. If the gas sensor element is warmer than the surrounding gas, then his cooling off through the heat conduction depending on the composition of the gas, which is reflected in the heating or cooling process of the gas sensor element can be read.

Der zeitliche Verlauf der Änderung der Temperatur, d. h. das transiente Wärme-Messsignal, kann auf verschiedene Arten ausgewertet werden. So kann beispielsweise die zeitliche Änderung der Temperatur direkt nach einem Ausschalten der Beheizung betrachtet werden, d. h. die Steigung des Temperatur-Zeit-Verhaltens. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Temperatur-Änderung nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit zu betrachten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Zeit zu ermitteln, die für eine vorbestimmte Temperatur-Änderung verstreicht.Of the temporal course of the change the temperature, d. H. the transient heat measurement signal can be on different Species are evaluated. For example, the temporal change the temperature is considered directly after switching off the heating be, d. H. the slope of temperature-time behavior. Another possibility exists in it, the temperature change to consider after elapse of a predetermined time. Another possibility is to determine the time that elapses for a predetermined temperature change.

Dabei wird das Gassensorelement bevorzugt in ersten Zeitabschnitten beheizt und in zweiten Zeitabschnitten schwächer als in den ersten Zeitabschnitten beheizt. Alternativ ist es auch möglich, das Gassensorelement in den zweiten Zeitabschnitten unbeheizt zu betreiben.there the gas sensor element is preferably heated in first time periods and weaker in the second time periods than in the first time periods heated. Alternatively, it is also possible for the gas sensor element to operate unheated during the second periods.

In zweiten Zeitabschnitten wird das Gassensorelement also weniger stark oder sogar überhaupt nicht beheizt. In diesen Zeitabschnitten fällt daher auch weniger oder sogar überhaupt keine Heizleistung an. Dadurch sinkt der durchschnittliche Leistungsverbrauch deutlich ab und kann durch geeignete Wahl der Zeitabschnitte beispielsweise unter eine vordefinierte obere Heizleistungsgrenze gebracht werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Gassensorelement in den zweiten Zeitabschnitten überhaupt nicht beheizt wird, also auf Umgebungstemperatur gebracht wird oder je nach Länge dieser Zeitabschnitte wenigstens die Umgebungstemperatur anstrebt. Das bewirkt, dass in den zweiten Zeitabschnitten auch keinerlei Heizleistung anfällt und somit die durchschnittliche Heizleistung für das Gassensorelement besonders gering wird.In second time periods, the gas sensor element is therefore less strong or not at all heated. In these periods therefore falls less or even at all no heating power on. This reduces the average power consumption clearly from and can by appropriate choice of periods, for example be brought below a predefined upper heating power limit. It is particularly advantageous if the gas sensor element in the second Periods of time at all is not heated, so it is brought to ambient temperature or depending on the length these periods at least the ambient temperature strives. This causes in the second time periods, no Heating power is generated and thus the average heating power for the gas sensor element particularly becomes low.

Die ersten und zweiten Zeitabschnitte wechseln sich bevorzugt ab. Das kann beispielsweise bedeuten, dass das Heizelement des Gassensorelements während seiner Betriebsdauer periodisch betrieben wird, d. h. dass sich das Beheizungsschema ständig wiederholt.The first and second time periods alternate preferably. The may mean, for example, that the heating element of the gas sensor element while operating periodically, d. H. that yourself the heating scheme constantly repeated.

Das Heizelement wird zweckmäßig innerhalb wenigstens eines Teils der Zeitabschnitte mit einer für jeden dieser Zeitabschnitte festgelegten konstanten Heizspannung oder konstanten Heizleistung betrieben. Beispielsweise kann das Heizelement mit einer ersten Heizspannung oder Heizleistung in den ersten Zeitabschnitten und einer zweiten Heizspannung oder Heizleistung in den zweiten Zeitabschnitten betrieben werden.The Heating element is useful within at least part of the time periods with one for each These periods specified constant heating voltage or operated constant heating power. For example, the heating element with a first heating voltage or heating power in the first time periods and a second heating voltage or heating power in the second Periods are operated.

Alternativ kann das Heizelement innerhalb wenigstens eines Teils der Zeitabschnitte mittels einer Temperaturregelung so betrieben werden, dass eine für jeden dieser Zeitabschnitte festgelegte Ziel-Temperatur angestrebt und/oder erreicht wird.alternative For example, the heating element may be within at least part of the time segments be operated by means of a temperature control so that a for each desired and / or fixed target temperatures of these periods is reached.

Die Beheizung kann also in den Zeitabschnitten auf verschiedene Weise gesteuert werden. Handelt es sich bei dem Heizelement beispielsweise um einen Platin-Heizwiderstand, so kann das Heizelement in einer Variante mit einer im Zeitabschnitt festen Heizspannung betrieben werden. Die Höhe der Heizspannung entscheidet dabei über die Temperatur, die das Heizelement und damit das Gassensorelement letztlich erreicht, wenn der Zeitabschnitt lang genug ist. Ist der Zeitabschnitt kürzer als eine Aufheiz-Zeitkonstante des Gassensorelements, so erlebt es im Zeitabschnitt keine stabile Temperatur. Stattdessen steigt oder fällt seine Temperatur dann, bis der Zeitabschnitt zu Ende ist und die Beheizung geändert wird. Eine weitere Betriebsvariante für das Heizelement besteht in einer Temperaturregelung. Dabei wird über einen Temperaturfühler, der bei einem Heizwiderstand im Widerstand selbst besteht, die Temperatur des Heizelements ermittelt und die Heizspannung solange angepasst, bis die Temperatur einen gewünschten Wert erreicht hat. Auch nach dem Erreichen der gewünschten Temperatur wird dann bevorzugt weitergeregelt, um eine Abkühlung des Gassensorelements durch Konvektion oder eine Aufheizung durch exotherme Gasreaktionen auszugleichen. Bei der Temperaturregelung besteht eine Alternative auch darin, im Falle der Aufheizung des Gassensorelements die Heizspannung deutlich höher zu wählen, als für die gewünschte Temperatur letztlich nötig. Erst wenn die Temperatur des Gassensorelements nahe der gewünschten Temperatur ist, wird die Heizspannung zurückgenommen auf einen Gleichgewichtswert. Hierdurch wird die Aufheizung deutlich beschleunigt.The So heating can be done in different time periods to be controlled. For example, is the heating element To a platinum heating resistor, so the heating element in a Variant operated with a fixed heating voltage in the time period become. The height The heating voltage determines the temperature, the Heating element and thus the gas sensor element ultimately achieved when the time period is long enough. Is the time period shorter than a heating-up time constant of the gas sensor element, it experiences in Time period no stable temperature. Instead, it rises or falls his Temperature then until the period is over and the heating is changed. Another operating variant for the heating element is in a temperature control. It is about a Temperature sensor, which consists of a resistance in the resistor itself, the temperature determined the heating element and adjusted the heating voltage as long as until the temperature reaches a desired Has achieved value. Even after reaching the desired Temperature is then preferably further regulated to allow cooling of the Gas sensor element by convection or heating by exothermic To compensate for gas reactions. In the temperature control exists an alternative also therein, in the case of heating of the gas sensor element the heating voltage much higher to choose, as for the desired Temperature ultimately necessary. Only when the temperature of the gas sensor element near the desired Temperature is, the heating voltage is reduced to an equilibrium value. As a result, the heating is significantly accelerated.

Bevorzugt wird das Heizelement so betrieben, dass das Gassensorelement zwischen einer ersten Ziel-Temperatur in den ersten Zeitabschnitten und einer zweiten Ziel-Temperatur in den zweiten Zeitabschnitten wechselt.Prefers the heating element is operated so that the gas sensor element between a first target temperature in the first time periods and a second target temperature in the second time periods.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung das Gassensorelement so betrieben wird, dass der durchschnittliche Leistungsverbrauch des Heizelements über wenigstens einen Teil seiner Betriebsdauer kleiner als eine obere Leistungsgrenze ist, wobei als obere Leistungsgrenze 10 mW verwendet wird. In bevorzugten Ausgestaltungen können als obere Heizleistungsgrenze aber auch 5 mW, 2 mW oder sogar 1 mW verwendet werden. Auch noch geringere obere Heizleistungsgrenzen wie beispielsweise 500 μW oder sogar 100 μW sind möglich. Der durchschnittliche Leistungsverbrauch wird dabei bevorzugt über einen ersten und einen zweiten Zeitabschnitt betrachtet. Es ist aber auch möglich, längere Zeiträume zu betrachten, beispielsweise zehn erste und zehn zweite Zeitabschnitte. Dabei ist es zweckmäßig, nur Zeiträume zu betrachten, in denen das Gassensorelement auch tatsächlich betrieben wird, da es außerhalb dieser Zeiträume freilich keine Leistung benötigt.It is particularly advantageous if, according to one embodiment of the invention, the gas sensor element is operated such that the average Power consumption of the heating element is less than an upper power limit over at least part of its operating time, with 10 mW being used as the upper power limit. In preferred embodiments, however, 5 mW, 2 mW or even 1 mW can be used as the upper heating power limit. Even lower upper heating power limits such as 500 μW or even 100 μW are possible. The average power consumption is preferably considered over a first and a second time period. But it is also possible to consider longer periods of time, for example, ten first and ten second time periods. It is expedient to consider only periods in which the gas sensor element is actually operated, since it does not require any power outside these periods.

Bevorzugt erreicht zumindest das Heizelement des Gassensorelements in den ersten Zeitabschnitten eine Temperaturschwelle. Sie beträgt zweckmäßig mindestens 150°, also beispielsweise 150°, 300°C, 500°C oder sogar 800°C. Eine höhere Temperaturschwelle ist dazu geeignet, besonders gut Gasreaktionen im Gassensorelement anzuregen, d. h. für starke und schnelle Signale zu sorgen. Eine geringere Temperaturschwelle sorgt hingegen für einen geringen Leistungsverbrauch in den ersten Zeitabschnitten.Prefers reaches at least the heating element of the gas sensor element in the first periods of time a temperature threshold. It is expedient at least 150 °, so for example 150 °, 300 ° C, 500 ° C or even 800 ° C. A higher temperature threshold is suitable, particularly good gas reactions in the gas sensor element to stimulate, d. H. For to provide strong and fast signals. A lower temperature threshold ensures, however, for a low power consumption in the first time periods.

Bevorzugt beträgt die Länge der ersten Zeitabschnitte weniger als 1 Sekunde. Weiterhin wird bevorzugt als Länge der zweiten Zeitabschnitte mehr als 10 Sekunden verwendet. In einem einfachen Beispiel für die Dauer und Abfolge der ersten und zweiten Zeitabschnitte sind die beiden Zeitabschnitte gleich lang, beispielsweise 5 s und wechseln sich ab. Weitere Möglichkeiten bestehen darin, dass die ersten Zeitabschnitte kürzer oder wesentlich kürzer sind als die zweiten Zeitabschnitte oder umgekehrt. Die absolute Dauer der Zeitabschnitte kann dabei abhängig von den Ziele und Eigenschaften des Gassensorelements gewählt werden. So können die Zeitabschnitte beispielsweise nur 100 ms, 500 ms, 1 s, 10 s oder eine oder mehrere Minuten lang sein. Dabei beträgt die Länge der zweiten Zeitabschnitte bevorzugt das Doppelte, in Ausgestaltungen der Erfindung das Fünffache, Zehnfache oder 50-fache der Länge der ersten Zeitabschnitte.Prefers is the length the first periods less than 1 second. Continue preferred as length the second time periods used more than 10 seconds. In one simple example of the duration and sequence of the first and second time periods are the two periods of the same length, for example 5 s and change off. More options are that the first time periods are shorter or significantly shorter than the second time periods or vice versa. The absolute duration of the Time periods can be dependent be selected from the goals and characteristics of the gas sensor element. So can the time periods for example only 100 ms, 500 ms, 1 s, 10 s or be one or several minutes long. In this case, the length of the second time periods preferably twice, in embodiments of the invention, the fivefold, Ten times or 50 times the length the first time periods.

Es sind im Rahmen der Erfindung aber auch komplexere Folgen der Zeitabschnitte denkbar. Zweckmäßig werden die ersten Zeitabschnitte deutlich kürzer als die zweiten Zeitabschnitte gewählt, d. h. das Gassensorelement ist die meiste Zeit schwach oder überhaupt nicht beheizt.It are within the scope of the invention but also more complex consequences of the periods conceivable. Be useful the first periods significantly shorter than the second periods selected d. H. the gas sensor element is weak or at least most of the time not heated.

Neben den ersten und zweiten Zeitabschnitten ist es auch möglich, weitere Zeitabschnitte zu verwenden. Das heißt, die ersten und zweiten Zeitabschnitte müssen sich nicht unbedingt abwechseln. In diesen weiteren Zeitabschnitten wird das Gassensorelement beheizt oder es verbleibt unbeheizt, wobei die Stärke der Beheizung anders gewählt werden kann als in den ersten und zweiten Zeitabschnitten. Insgesamt bleibt auch bei der Verwendung weiterer Zeitabschnitte der durchschnittliche Leistungsverbrauch unter der oberen Leistungsgrenze. Durch die Verwendung weiterer Zeitabschnitte ist es beispielsweise möglich, komplexere Verläufe der Temperatur des Gassensorelements zu verwirklichen.Next In the first and second periods it is also possible to have more To use time periods. That is, the first and second Time periods must not necessarily alternate. In these further periods the gas sensor element is heated or it remains unheated, the Strength the heating chosen differently can be as in the first and second time periods. All in all The average remains even when using additional time periods Power consumption below the upper power limit. By use Further periods of time it is possible, for example, more complex courses of the Temperature of the gas sensor element to realize.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird als Länge der ersten Zeitabschnitte weniger als eine Sekunde verwendet. Bevorzugt wird gleichzeitig als Länge der zweiten Zeitabschnitte mehr als 10 Sekunden verwendet. Durch die deutlich längeren zweiten Zeitabschnitte wird in besonders vorteilhafter Weise der durchschnittliche Leistungsverbrauch des Heizelementes minimiert.In a preferred embodiment The invention is called length the first time periods less than a second used. Prefers is at the same time as length the second time periods used more than 10 seconds. By the much longer second periods is in a particularly advantageous manner the average power consumption of the heating element minimized.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung enthält das Gassensorelement wenigstens ein Element eines chemischen Gassensors, das die Auslesung eines chemischen Messsignals erlaubt. Dann wird zusätzlich zum Wärme-Messsignal das chemische Messsignal verwendet. Das Gassensorelement ist dann ein kombinierter Sensor, der einen Wärmetönungs- oder Wärmeleitsensor und wenigstens einen chemischen Gassensor enthält.In a particular embodiment of the invention includes the gas sensor element at least one element of a chemical gas sensor that reads the a chemical measurement signal allowed. Then in addition to Heat-measuring signal the chemical measurement signal used. The gas sensor element is then a combined sensor containing a catalytic or thermal conduction sensor and at least one chemical gas sensor.

Die Elemente eines chemischen Sensors umfassen insbesondere halbleitende metalloxid-basierte Sensoren oder FET-basierte Aufbauten (FET = Feld-Effekt-Transistor). Alternativ kann es sich auch um eine metall-basierte Schicht handeln, beispielsweise eine wenige nm dicke Platin oder Nickel Schicht. Dabei können im Gassensorelement auch mehrere chemische Sensoren realisiert sein.The Elements of a chemical sensor include in particular semiconducting metal oxide-based sensors or FET-based structures (FET = field-effect transistor). Alternatively, it can also be a metal-based layer, for example, a few nm thick platinum or nickel layer. It can be implemented in the gas sensor element and a plurality of chemical sensors.

In dieser Ausgestaltung wird insbesondere noch die Erkenntnis genutzt, dass der chemische Sensor auch in den zweiten Zeitabschnitten, in denen es möglicherweise sogar weniger als 150°C heiß ist, messbare und sinnvolle Signale erzeugt.In this refinement, in particular, still uses the knowledge that that the chemical sensor also in the second time periods, in which it may be even less than 150 ° C hot, measurable and generates meaningful signals.

Bevorzugt wird dabei auch wenigstens je ein chemisches Messsignal aus den zweiten Zeitabschnitten berücksichtigt. Besonders vorteilhaft ist es, aus den zweiten Zeitabschnitten jeweils sogar einen Verlauf von mehreren chemischen Messsignalen zu berücksichtigen. Es werden also trotz des Wechsels der Temperatur in den verschiedenen Zeitabschnitten ständig Messsignale auch vom Element des chemischen Sensors produziert. Eine Pause in den Messwerten ist nicht erforderlich, selbst wenn als Länge der zweiten Zeitabschnitte beispielsweise sogar eine Minute gewählt wird.Prefers At the same time, at least one chemical measuring signal is emitted from each second time periods. It is particularly advantageous from the second time periods in each case even consider a course of several chemical measurement signals. So it will be in spite of the change in temperature in the various Time periods constantly Measurement signals also produced by the element of the chemical sensor. A break in the readings is not required, even if as a length the second time periods, for example, even one minute is selected.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wird die Dauer und die Abfolge der Zeitabschnitte im laufenden Betrieb angepasst, beispielsweise als Reaktion auf das Verhalten der Messsignale. Hierdurch ist es beispielsweise möglich, dass das Gassensorelement im normalen Betrieb mit sehr geringer Leistung auskommt, und als Reaktion auf äußere Umstände in einen Betriebsmodus mit höherem Leistungsverbrauch schaltet, bei dem die Messsignale des Gassensorelements beispielsweise verbessert sind. Die Anpassung im laufenden Betrieb kann als Reaktion beispielsweise auf ein Wärme-Messsignal ein chemisches Messsignal oder auch als Reaktion auf eine anderweitig festgestellte Änderung der Situation sein. Hierzu ist es auch zweckmäßig, für den durchschnittlichen Leistungsverbrauch einen größeren Zeitraum von beispielsweise einer Stunde zu betrachten. Dann ist es möglich, dass das Gassensorelement für kurze Zeiträume innerhalb der Stunde, beispielsweise fünf Minuten, einen erhöhten Leistungsverbrauch aufweist und dennoch insgesamt im Leistungsverbrauch unter der oberen Heizleistungsschwelle liegt.According to a particularly advantageous Aus Design and development of the invention, the duration and the sequence of periods of time during operation adapted, for example, in response to the behavior of the measurement signals. This makes it possible, for example, that the gas sensor element manages in normal operation with very low power, and switches in response to external circumstances in a mode of operation with higher power consumption, in which the measurement signals of the gas sensor element are improved, for example. The adjustment during operation may be a chemical measurement signal in response to, for example, a heat measurement signal or also in response to a change in the situation otherwise detected. For this purpose, it is also appropriate to consider for the average power consumption a longer period of, for example, one hour. Then, it is possible for the gas sensor element to have an increased power consumption for short periods of time within the hour, for example five minutes, and still be below the upper heating power threshold overall in power consumption.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Gassensorelement eine Abkühlzeit von weniger als 100 ms auf.In According to an advantageous embodiment, the gas sensor element has a cooling of less than 100 ms.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Gassensorelement eine mikromechanisch hergestellte Membran mit einer Dicke von weniger als 100 μm auf. Insbesondere kann die Dicke der Membran auch weniger als 10 μm oder weniger als 2 μm betragen.In In a further embodiment, the gas sensor element has a micromechanical produced membrane with a thickness of less than 100 microns. Especially The thickness of the membrane may also be less than 10 microns or less than 2 microns.

Das erfindungsgemäße Gassensorelement kann als Wärmetönungssensor oder Wärmeleitsensor ausgestaltet sein.The Gas sensor element according to the invention can as a catalytic sensor or heat conduction sensor be designed.

Weist es wenigstens ein Element eines chemischen Sensors auf, ist es als kombiniertes Gassensorelement aus einem Wärmeleit- oder Wärmetönungssensor und wenigstens einem chemischen Sensor ausgestaltet.has it at least one element of a chemical sensor, it is as combined gas sensor element of a heat conduction or catalytic sensor and at least designed a chemical sensor.

Das kombinierte Gassensorelement weist bevorzugt wenigstens eine halbleitende Metalloxidschicht auf. Es enthält also bevorzugt wenigstens einen Metalloxid-Gassensor. Alternativ kann das kombinierte Gassensorelement auch einen GasFET enthalten.The Combined gas sensor element preferably has at least one semiconductive Metal oxide on. It contains that is, preferably at least one metal oxide gas sensor. alternative For example, the combined gas sensor element may also include a gasFET.

Das Gassensorelement, insbesondere das kombinierte Gassensorelement, kann vorteilhaft in einem Brandmelder oder Luftgütesensor zum Einsatz kommen. Hierbei kann beispielsweise die Abfolge und Dauer der Zeitabschnitte und die in den Zeitabschnitten verwendete Beheizung zusammen mit der Anzahl von im Brandmelder oder Luftgütemessgerät verwendeten Gassensorelementen so angepasst werden, dass das oder die Gassensorelemente insgesamt eine für den Brandmelder oder Luftgütesensor vorgesehene obere Heizleistungsgrenze nicht überschreiten.The Gas sensor element, in particular the combined gas sensor element, can be used advantageously in a fire detector or air quality sensor. Here, for example, the sequence and duration of the time periods and the heating used in the periods together with the Number of gas sensor elements used in the fire detector or air quality meter be adapted so that the or the gas sensor elements in total one for the fire detector or air quality sensor do not exceed the upper heating power limit.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Dabei zeigen schematisch:Further Details and advantages of the invention will be apparent from in the Drawing illustrated embodiments described. Here are shown schematically:

1 einen Wärmetönungssensor, 1 a catalytic sensor,

2 einen Metalloxid-Gassensor auf einem keramischen Substrat, 2 a metal oxide gas sensor on a ceramic substrate,

3 einen mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensor, 3 a micromechanically produced metal oxide gas sensor,

4 einen Verlauf der Temperatur eines mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensor, 4 a profile of the temperature of a micromechanically produced metal oxide gas sensor,

5 einen SGFET-Gassensor, 5 a SGFET gas sensor,

6 Temperaturverläufe verschiedener Substrattypen bei konstanter Heizspannung oder -leistung, 6 Temperature profiles of different substrate types at constant heating voltage or power,

7 den Temperaturverlauf eines Substrats bei Temperaturregelung, 7 the temperature profile of a substrate during temperature control,

8 den Temperaturverlauf bei einem einfachen Betriebsmodus zur Verbrauchssenkung beim mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensor, 8th the temperature profile in a simple operating mode for reducing consumption in the micromechanically produced metal oxide gas sensor,

9 den Temperaturverlauf bei einem weiteren Betriebsmodus zur Verbrauchssenkung beim Metalloxid-Gassensor auf keramischem Substrat, 9 the temperature profile in a further operating mode for reducing the consumption of the metal oxide gas sensor on a ceramic substrate,

10 ein Temperaturverlauf mit und ohne Anwesenheit von zu detektierenden Gasen, 10 a temperature profile with and without the presence of gases to be detected,

11 ein Temperaturschema bei dynamischem Betrieb. 11 a temperature scheme during dynamic operation.

1 zeigt einen beispielhaften Wärmetönungssensor 40 oder sog. Pellistor. Der Wärmetönungssensor 40 weist einen Mantel 42 aus Aluminiumoxid auf, durch den ein Heizdraht 41 aus Platin führt. Der Heizdraht 41 ist innerhalb des Mantels 42 als Wendel gestaltet. Dadurch befindet sich der Hauptteil des elektrischen Widerstands des Heizdrahts 41 innerhalb des Mantels 42, wodurch eine effiziente Beheizung des Wärmetönungssensors 40 durch eine Beaufschlagung des Heizdrahts 41 mit Strom ermöglicht wird. Der Mantel 42 des Wärmetönungssensors 40 ist schließlich von einer Katalysatorschicht 43 umgeben. 1 shows an exemplary catalytic engine sensor 40 or so-called pellistor. The catalytic sensor 40 has a coat 42 made of alumina, through which a heating wire 41 made of platinum. The heating wire 41 is inside the coat 42 designed as a helix. This is the main part of the electrical resistance of the heating wire 41 inside the coat 42 , whereby efficient heating of the catalytic sensor 40 by acting on the heating wire 41 is enabled with electricity. The coat 42 the catalytic engine sensor 40 is finally from a catalyst layer 43 surround.

An der Oberfläche des Wärmetönungssensors 40 werden brennbare Gase oxidiert. Die dabei frei werdende Energie sorgt für eine zusätzliche Erwärmung des Wärmetönungssensors 40. Diese wiederum wird über den Heizdraht 41 detektiert. Beispielsweise kann über eine Messung seines elektrischen Widerstands eine Temperaturänderung des Wärmetönungssensors 40 ermittelt werden.On the surface of the catalytic engine sensor 40 flammable gases are oxidized. The released energy ensures additional warming of the catalytic sensor 40 , This in turn is over the heating wire 41 detected. For example, by measuring its electrical resistance, a temperature change of the catalytic engine sensor 40 be determined.

Ein Wärmeleitsensor kann sehr ähnlich aufgebaut werden, beispielsweise indem die Katalysatorschicht 43 des Wärmetönungssensors 40 weggelassen wird. Am weitgehend inerten Mantel 42 finden nur in geringem Maß chemische Reaktionen statt. Daher wird nun das Signal des Wärmeleitsensors davon bestimmt, welche thermische Leitfähigkeit das um den Wärmeleitsensor befindliche Gas hat. Sind stärker wärmeleitende Gase um den Wärmeleitsensor vorhanden, so wird dieser auch stärker gekühlt, während die Anwesenheit schwach wärmeleitender Gase den Wärmeleitsensor eher thermisch isoliert, was wiederum über den Heizdraht 41 detektierbar ist.A Wärmeleitsensor can be constructed very similar, for example by the catalyst layer 43 the catalytic engine sensor 40 is omitted. On largely inert coat 42 Only a small amount of chemical reactions take place. Therefore, the signal of the Wärmeleitsensors is now determined by which thermal conductivity has the gas located around the Wärmeleitsensor. If more heat-conducting gases are present around the heat-conducting sensor, then this is also cooled more strongly, while the presence of weakly heat-conducting gases tend to thermally isolate the heat-conducting sensor, which in turn via the heating wire 41 is detectable.

Sowohl der Wärmetönungssensor 40 als auch der Wärmeleitsensor können neben der in Figur dargestellten Form auch in planarer Form realisiert werden. Dann ähnelt ihr Aufbau den in 2 und 3 dargestellten und nachfolgend erläuterten planaren chemischen Sensoren 13, 21.Both the catalytic sensor 40 as well as the Wärmeleitsensor can be realized in planar form in addition to the shape shown in FIG. Then their construction resembles the one in 2 and 3 illustrated and explained below planar chemical sensors 13 . 21 ,

2 zeigt einen Querschnitt eines beispielhaften vergleichsweise einfach aufgebauten Metalloxid-Gassensors auf einem keramischen Substrat 21. Das Keramiksubstrat 20, beispielsweise aus Al₂O₃ trägt dabei auf der einen Seite einen Platin-Heizer 4 in Form eines Mäanderwiderstands. Auf der anderen Seite des Keramiksubstrats 20 befindet sich eine gassensitive Metalloxidschicht 5. Diese ist über metallische Kontaktelektroden, die in 1 nicht dargestellt sind, von außen kontaktierbar. Der Sensor 21 gemäß 2 kann beispielsweise an Bonddrähten hängend ausgeführt werden. Die Bonddrähte stellen eine thermische Isolierung gegenüber dem Gehäuse des Sensors 21 dar und der Sensor bekommt dadurch insgesamt eine thermische Zeitkonstante für das Aufheizen und Abkühlen im Bereich einiger Sekunden, d. h. der Sensor 21 braucht einige Sekunden, um nach Einstellen einer festen Heizspannung oder Abschalten des Heizers eine stabile Temperatur zu erreichen. 2 shows a cross section of an exemplary comparatively simply constructed metal oxide gas sensor on a ceramic substrate 21 , The ceramic substrate 20 , for example, Al ₂ O ₃ carries on one side a platinum heater 4 in the form of a meandering resistance. On the other side of the ceramic substrate 20 there is a gas-sensitive metal oxide layer 5 , This is about metallic contact electrodes, which in 1 are not shown, contacted from the outside. The sensor 21 according to 2 For example, it can be made hanging on bonding wires. The bonding wires provide thermal insulation against the housing of the sensor 21 This gives the sensor a total of a thermal time constant for heating and cooling in the range of a few seconds, ie the sensor 21 takes a few seconds to reach a stable temperature after setting a fixed heating voltage or turning off the heater.

3 zeigt einen Querschnitt eines komplexeren, mikromechanisch hergestellten Metalloxid-Gassensors 13. Der mikromechanisch hergestellte Sensor 13 weist eine Membran 2, beispielsweise aus Siliziumnitrit Si₃N₄ auf. Die Membran 2 ist üblicherweise quadratisch oder rechteckig und liegt auf einem Rahmen aus Silizium 1 auf, der mittels eines anisotropen Ätzprozesses aus einem Siliziumwafer hergestellt wird. Die Membran 2 trägt einen Platinheizer 4. Dieser ist im gegebenen Beispiel als Mäanderwiderstand aus Platin in Dünnschichttechnik ausgeführt, der in dem Bereich der Membran 2, der auf dem Rahmen aus Silizium 1 aufliegt, von außen kontaktiert wird. Der Platinheizer 4 ist bedeckt von einer Isolierschicht 3, die beispielsweise aus Siliziumdioxid SiO₂ bestehen kann. Auf der Isolierschicht 3 sitzt schließlich die gassensitive Me talloxidschicht 5, die beispielsweise aus palladium-dotiertem Zinnoxid SnO₂ bestehen kann. Diese ist üblicherweise über metallische Anschlüsse, die in 3 nicht gezeigt sind, kontaktierbar. Die Membran 2 des gezeigten mikromechanisch hergestellten Sensors 13 ist in diesen Beispielen nur etwa 1 μm dick. Dieser extrem dünne Querschnitt für die Festkörperwärmeleitung führt zu einer extrem guten Isolation von Platinheizer 4 und der gassensitiven Schicht 5 von den restlichen Teilen des Aufbaus. Heraus resultiert ein sehr geringer Heizleistungsbedarf, um eine konstante Temperatur zu halten. So werden beispielsweise bei solchen mikromechanisch hergestellten Sensoren 13 nur wenige 10 μW benötigt, um die gassensitive Schicht 5 auf einer Temperatur von beispielsweise 400°C zu halten. Weiterhin führt die gute Isolation im Zusammenspiel mit den relativ flachen Aufbauten auf der Membran 2, die in 3 nicht maßstäblich dargestellt sind, zu einer sehr geringen thermischen Masse des zu beheizenden Aufbaus. Das wiederum führt zu einer extrem geringen Zeitkonstante für das Aufheizen und Abkühlen von Membran 2, Platinheizer 4 und gassensitiver Schicht 5. 3 shows a cross section of a more complex, micromechanically produced metal oxide gas sensor 13 , The micromechanically manufactured sensor 13 has a membrane 2 , For example, silicon nitride Si ₃ N ₄ on. The membrane 2 is usually square or rectangular and lies on a frame of silicon 1 which is produced by means of an anisotropic etching process from a silicon wafer. The membrane 2 carries a platinum heater 4 , This is performed in the example given as a meandering resistance of platinum in thin-film technology, which in the region of the membrane 2 Standing on the frame of silicon 1 rests, is contacted from the outside. The platinum heater 4 is covered by an insulating layer 3 , which may for example consist of silicon dioxide SiO ₂ . On the insulating layer 3 Finally, the gas-sensitive metal oxide layer sits 5 , which may for example consist of palladium-doped tin oxide SnO ₂ . This is usually via metallic connections, which in 3 not shown, contactable. The membrane 2 of the micromechanically produced sensor shown 13 is only about 1 μm thick in these examples. This extremely thin cross-section for the solid-state heat conduction leads to an extremely good insulation of platinum heaters 4 and the gas-sensitive layer 5 from the remaining parts of the construction. The result is a very low heating power requirement to maintain a constant temperature. For example, in such micromechanically produced sensors 13 only a few 10 μW needed to get the gas-sensitive layer 5 at a temperature of, for example, 400 ° C. Furthermore, the good insulation results in interaction with the relatively flat structures on the membrane 2 , in the 3 are not shown to scale, to a very low thermal mass of the structure to be heated. This in turn leads to an extremely small time constant for the heating and cooling of membrane 2 , Platinum heater 4 and gas-sensitive layer 5 ,

In 4 ist ein Verlauf von Messwerten für die Temperatur des mikromechanisch hergestellten Sensors 13 dargestellt, wobei zwischen 0,2 s und 0,4 s die Heizspannung erhöht ist. Der Sensor 13 erreicht in dieser Zeit nach weniger als 100 ms eine Temperatur von ca. 225°C. Nach Abschalten der Heizung bei 0,4 s erreicht der Sensor 13 ebenfalls nach weniger als 100 ms wieder Raumtemperatur.In 4 is a course of measured values for the temperature of the micromechanically produced sensor 13 shown, between 0.2 s and 0.4 s, the heating voltage is increased. The sensor 13 reaches a temperature of about 225 ° C after less than 100 ms in this time. After switching off the heating at 0.4 s, the sensor reaches 13 also after less than 100 ms back to room temperature.

5 zeigt schließlich einen GasFET 22. Der GasFET 22 weist einen Feldeffektaufbau mit einem Drain-Anschluss 25 und einem Source-Anschluss 24 auf sowie ein katalytisches Gate 26, an das Gasmoleküle 27 adsorbieren können. 5 finally shows a gas FET 22 , The gasFET 22 has a field effect construction with a drain connection 25 and a source port 24 on and a catalytic gate 26 to the gas molecules 27 can adsorb.

Verschiedene Möglichkeiten der Beheizung eines Gassensors 13, 21, 22, 40 mittels eines Heizwiderstands wie dem Platin-Heizer 4 sind in den 6 und 7 beispielhaft erläutert. 6 zeigt Temperaturverläufe 31...34 für das Abkühlen und das Aufheizen eines Gassensors 13, 21, 22, 40, wobei der Verlauf für jeweils zwei verschiedene thermische Zeitkonstanten gezeigt ist. Gezeigt sind ein langsamer Abkühl-Verlauf 32, ein schneller Abkühl-Verlauf 31, ein schneller Aufheizverlauf 33 und ein langsamer Aufheizverlauf 34. Dabei wird von einem Betrieb des Heizers 5 mit einer konstanten Heizspannung U oder einer konstanten Heizleistung P ausgegangen. Auch ein konstanter Heizstrom kann verwendet werden. Die Temperatur des Gassensors 13, 21, 22, 40 nähert sich in diesem Fall von oben oder unten im Wesentlichen exponentiell einer Endtemperatur an. Beim mikromechanisch hergestellten Sensor 13 passiert die Annäherung vergleichsweise schnell, beispielsweise in 70 ms, entsprechend den schnellen Verläufen 31, 33, während bei den anderen Sensoren 21, 22 die Annäherung langsamer vonstatten geht, beispielsweise in einer Zeit von ca. 5 s, entsprechend den langsamen Verläufen 32, 34.Various possibilities of heating a gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 by means of a heating resistor such as the platinum heater 4 are in the 6 and 7 exemplified. 6 shows temperature curves 31 ... 34 for cooling and heating a gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 wherein the course is shown for every two different thermal time constants. Shown are a slow cooling process 32 , a fast cooling process 31 , a quick heating up process 33 and a slow heating up process 34 , It is characterized by an operation of the heater 5 with a constant heating voltage U or a constant heating power P assumed. A constant heating current can also be used. The temperature of the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 In this case, it approaches from the top or bottom substantially exponentially to a final temperature. When micromechanically manufactured sensor 13 The approach happens comparatively quickly, for example in 70 ms, according to the fast progressions 31 . 33 while with the other sensors 21 . 22 The approach is slower, for example, in a time of about 5 s, according to the slow gradients 32 . 34 ,

Ein Wärmetönungssensor 40, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Aufheiz- oder Abkühlzeit 38, 39 als Wärmetönungs-Messsignal verwendet, könnte hierzu beispielsweise die Steigung 35 des Temperaturverlaufs 31...34 direkt nach der Veränderung der Beheizung gemäß der 5 bestimmen und auswerten. Diese Steigung 35 ist unter Anderem von der Differenz zwischen Anfangs- und Endtemperatur des Wärmetönungssensor 40 vor und nach dem Umschalten der Beheizung abhängig. Wird der Wärmetönungssensor 40 mit einem regelmäßigen Umschalten zwischen zwei Beheizungsstärken betrieben, so sollte diese Steigung 35 ohne den Einfluss der Wärmetönung und ggfs. anderen externen Einflüssen durch Gasreaktionen immer gleich sein.A catalytic sensor 40 according to one embodiment of the invention, the heating or cooling time 38 . 39 used as a heat tone measurement signal, this could, for example, the slope 35 the temperature profile 31 ... 34 directly after the change of heating according to the 5 determine and evaluate. This slope 35 Among other things, this is the difference between the initial and final temperature of the catalytic sensor 40 before and after switching the heating depends. Will the catalytic sensor 40 operated with a regular switching between two heating levels, so should this slope 35 without the influence of heat of reaction and, if necessary, other external influences due to gas reactions always be the same.

Eine Alternative besteht darin, die Temperaturänderung zu bestimmen, die der Wärmetönungssensor 40 in einem bestimmten Zeitraum erfährt. So könnte beispielsweise immer bestimmt werden, wie stark sich die Temperatur des Sensors innerhalb der ersten 1,5 s oder – um ein weiteres Beispiel zu nennen – 300 ms nach einer Änderung der Beheizung verändert.An alternative is to determine the temperature change that is the catalytic cycle sensor 40 experiences in a certain period of time. For example, it could always be determined how much the temperature of the sensor changes within the first 1.5 s or, to give another example, 300 ms after a change in the heating.

Ein beispielhafter Verlauf der Temperatur des Gassensors 13, 21, 22, 40 mit und ohne zu detektierende Gase in der Umgebung ist in 10 dargestellt. Der Gassensor 13, 21, 22, 40 wird dabei so betrieben, dass seine Temperatur zwischen einer hohen Temperatur T2 und einer niedrigen Temperatur T₀ wechselt. In einem ersten Zeitbereich 50 ist in der Umgebung des Sensors 13, 21, 22, 40 in diesem Beispiel nur Luft vorhanden. In einem zweiten Zeitbereich 51 ist in der Umgebung zusätzlich zur Luft auch noch ein brennbares Gas, beispielsweise Wasserstoff H₂ in einer hohen Konzentration, beispielsweise 3 Vol.-% vorhanden. Der Wasserstoff führt dazu, dass das Abkühlen des Gassensors 13, 21, 22, 40 nach dem Verringern der Beheizung wesentlich langsamer vonstatten geht, gemäß der Abkühlkurve 52. Dies liegt daran, dass Oxidationsreaktionen des Wasserstoffs Energie freiwerden lassen, die den Gassensor 13, 21, 22, 40 erwärmen – und in diesem Fall nach dem Abschalten der Beheizung langsamer abkühlen lassen.An exemplary course of the temperature of the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 with and without ambient gases to be detected is in 10 shown. The gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 is operated so that its temperature between a high temperature T2 and a low temperature T ₀ changes. In a first time range 50 is in the environment of the sensor 13 . 21 . 22 . 40 in this example only air is present. In a second time range 51 is in the environment in addition to the air even a combustible gas, such as hydrogen H ₂ in a high concentration, for example, 3 vol .-% present. The hydrogen causes the cooling of the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 after reducing the heating is much slower, according to the cooling curve 52 , This is because oxidation reactions of the hydrogen release energy that is the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 heat up - and in this case allow to cool more slowly after switching off the heating.

Im Beispiel gemäß der 10 wird der Beheizungszyklus durch die langsamere Abkühlung verändert, indem die nächste Aufheizphase deutlich später erfolgt. Dies ist möglich, um beispielsweise die Messgenauigkeit bei der Bestimmung des Abkühlverhaltens zu verbessern, indem mehr Zeit zur Messung zur Verfügung gestellt wird. Der Beheizungszyklus kann aber auch unverändert gelassen werden.In the example according to the 10 the heating cycle is changed by the slower cooling by the next heating phase occurs much later. This is possible, for example, to improve the measurement accuracy in determining the cooling behavior by providing more time for measurement. The heating cycle can also be left unchanged.

Gemäß der 10 bestehen nun mehrere Möglichkeiten, den Wärmeeintrag durch Gasreaktionen auszuwerten. So kann beispielsweise immer abgewartet werden, bis der Gassensor 13, 21, 22, 40 die Temperatur T1 erreicht hat und die dazu verstrichene Zeit bestimmt werden. Ohne Gase ist das die Zeit t₃ – t₂, mit dem Wasserstoff die längere Zeit t₇ – t₆. Hierzu ist es allerdings erforderlich, den Beheizungszyklus statisch oder dynamisch so auszugestalten, dass die Temperatur T₁ auch erreicht wird. Würde in 10 der Beheizungszyklus im Zeitbereich 51 unverändert fortgesetzt, würde der Gassensor 13, 21, 22, 40 nicht die Temperatur T₁ erreichen und eine Messung wäre nur anders möglich. Eine weitere Messmethode be steht darin, die Steigung der Temperaturveränderung zu bestimmen, beispielsweise aus dem Quotienten von einer kurzen verstrichenen Zeit nach dem Reduzieren der Beheizung, beispielsweise der Zeit t₃ – t₂ und der Temperaturdifferenz, die sich in dieser Zeit ergeben hat.According to the 10 There are now several ways to evaluate the heat input by gas reactions. For example, it is always possible to wait until the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 the temperature has reached T1 and the elapsed time is determined. Without gases this is the time t ₃ - t ₂ , with the hydrogen the longer time t ₇ - t ₆ . For this purpose, however, it is necessary to design the heating cycle statically or dynamically such that the temperature T _{1 is} also reached. Would in 10 the heating cycle in the time domain 51 continued unchanged, the gas sensor would 13 . 21 . 22 . 40 not reach the temperature T ₁ and a measurement would only be possible otherwise. Another method of measurement is to determine the slope of the temperature change, for example from the quotient of a short elapsed time after reducing the heating, for example, the time t ₃ - t ₂ and the temperature difference that has resulted in this time.

Ein veränderter Steuerungsmodus gemäß der 7 besteht darin, den Platin-Heizer 4 beim Aufheizen des Gassensor 13, 21, 22, 40 anfänglich mit einer deutlich höheren Heizspannung U oder Leistung P zu beaufschlagen, als bei der Endtemperatur nötig ist. Dadurch kann, wie in 7 dargestellt, das Erreichen der Endtemperatur beim Aufheizen beschleunigt werden. Diese Vorgehensweise kann prinzipiell immer verwendet werden, ist aber besonders vorteilhaft in Kombination mit einer Temperaturregelung, bei der ein Temperaturfühler oder der Heizwiderstand 4 selbst zur Ermittlung der Temperatur des Heizers 4 herangezogen wird. Bei der Temperaturregelung über den Heizwiderstand 4 selbst wird das bekannte Widerstands-Verhalten von Metallen wie Platin ausgenutzt. Der elektrische Widerstand von Metallen steigt im relevanten Temperaturbereich zwischen Raumtemperatur und mehreren 100°C nahezu linear mit der Temperatur an und lässt also einen recht genauen Rückschluss von Spannung und Strom auf die Temperatur zu.A modified control mode according to 7 is the platinum heater 4 when heating the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 initially to apply a significantly higher heating voltage U or power P than is necessary at the final temperature. This can, as in 7 shown, reaching the final temperature can be accelerated during heating. This procedure can always be used in principle, but is particularly advantageous in combination with a temperature control, in which a temperature sensor or the heating resistor 4 even to determine the temperature of the heater 4 is used. For temperature control via the heating resistor 4 itself exploits the known resistance behavior of metals such as platinum. The electrical resistance of metals increases in the relevant temperature range between room temperature and several 100 ° C almost linearly with the temperature and thus allows a very accurate inference of voltage and current to the temperature.

Bei einem solchen Betrieb des Heizers 4 kann beispielsweise beim Aufheizen des Sensors auch die Zeit 36 als Wärme-Messsignal verwendet werden, für die die Heizerregelung die Heizerspannung U auf überhöhtem Niveau belässt. Erfährt der Gassensor 13, 21, 22, 40 durch Gasreaktionen eine starke zusätzliche Beheizung, so wird er in einer Aufheizphase schneller die gewünschte Zieltemperatur erreichen. Daher wird in diesem Fall die Heizerregelung die Heizspannung auf den für die Zieltemperatur geeigneten Wert heruntersetzen. Da für eine Abkühlung des Sensors ein widerstandsbasierter Heizer im äußersten Fall ganz abgeschaltet werden kann, ist eine analoge Vorgehensweise für die Abkühlphase nur möglich, wenn der Sensor nach dem Abkühlen auf mehr als Raumtemperatur betrie ben wird, d. h. wenn die Beheizung an sich nicht völlig abgeschaltet werden soll.In such operation of the heater 4 For example, when heating up the sensor, the time can be too 36 be used as a heat measurement signal for which the heater control, the heater voltage U at an excessive level leaves. Experiences the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 By gas reactions, a strong additional heating, it is faster in a heating phase, the desired target temperature to reach. Therefore, in this case, the heater control will lower the heater voltage to the value appropriate for the target temperature. Since a resistance-based heater can be completely switched off to cool the sensor in the extreme case, an analogous procedure for the cooling phase is only possible if the sensor is operated after cooling to more than room temperature ben, ie if the heating itself is not completely off shall be.

Auch wenn kein widerstandsbasierter Heizer 4 verwendet wird, ist ein Betrieb gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung problemlos möglich. Beispielsweise könnte als Heizelement auch eine in einem Si-Chip eines GasFET-Gassensors 22 vorhandene Diode oder ein Transistor verwendet werden. Zusätzlich kann dann ein Temperatur-Sensor zur Regelung verwendet werden.Even if no resistance-based heater 4 is used, an operation according to an embodiment of the invention is easily possible. For example, as a heating element in a Si chip of a GasFET gas sensor 22 existing diode or a transistor can be used. In addition, a temperature sensor can then be used for regulation.

Die 8 und 9 basieren auf einem beispielhaften, einfachen Temperaturschema. In diesem Schema wird der Gassensor 13, 21, 22, 40 während eines Heizzyklus 12 für 1 s auf eine Temperatur von 300°C geheizt und dann für 20 s unbeheizt betrieben.The 8th and 9 based on an exemplary, simple temperature scheme. In this scheme, the gas sensor 13 . 21 . 22 . 40 during a heating cycle 12 heated for 1 s to a temperature of 300 ° C and then operated unheated for 20 s.

Die 8 und 9 stellen beispielhaft den tatsächlichen Temperaturverlauf für verschiedene Substrattypen dar. In 8 ist der Temperaturverlauf für einen mikromechanisch hergestellten Gassensor 13 gezeigt. Er folgt durch die kurze thermische Zeitkonstante sehr schnell dem Temperaturschema, das beispielsweise über eine pro Zeitabschnitt konstante Heizspannung realisiert wird. Ein Metalloxid-Sensor auf einem keramischen Substrat 21 hingegen würde deutlich langsamer auf die Heizspannungen reagieren und als tatsächlicher Temperaturverlauf ergibt sich beispielsweise der Verlauf gemäß 9.The 8th and 9 exemplify the actual temperature profile for different substrate types 8th is the temperature profile for a micromechanically produced gas sensor 13 shown. It follows very quickly by the short thermal time constant the temperature scheme, which is realized for example via a constant heating voltage per period. A metal oxide sensor on a ceramic substrate 21 on the other hand, it would react much slower to the heating voltages, and the actual temperature profile, for example, is the result of the curve 9 ,

Beim mikromechanischen Sensor 13 kann als Wärme-Messsignal also beispielsweise die Aufheiz-Zeit 39 verwendet werden, die der Sensor 13 braucht, um von Raumtemperatur auf 300°C aufgeheizt zu werden. Ebenfalls verwendet werden kann die Abkühldauer 38, die der Sensor benötigt, um von den 300°C wieder auf Raumtemperatur abzukühlen.With the micromechanical sensor 13 can, for example, the heating-up time as a heat measurement signal 39 to be used by the sensor 13 needs to be heated from room temperature to 300 ° C. Also can be used the cooling time 38 The sensor needed to cool from the 300 ° C back to room temperature.

Der Sensor auf keramischem Substrat 21 erreicht innerhalb der Sekunde Beheizung, die hier beispielhaft verwendet wird, erst gar nicht eine Temperatur von 300°C. Hier kann also als Wärmetönungs-Messsignal beispielsweise die Endtemperatur 37 verwendet werden, die der Sensor innerhalb der Sekunde Beheizung erreicht. Bei der Anwesenheit einer hohen Konzentration eines Gases, das exotherm am Sensor 21 reagiert, wird der Sensor 21 eine starke zusätzliche Beheizung erfahren und also eine etwas erhöhte Endtemperatur 37 erreichen. Ist wenig oder kein Gas vorhanden, so wird der Sensor entsprechend weniger an zusätzlicher Beheizung erfahren und die Endtemperatur 37 wird in der Beheizungsphase einen geringeren Wert erreichen. In der längeren Abkühlphase dieses Ausführungsbeispiels wird auch der Sensor auf keramischem Substrat 21 letztlich Raumtemperatur erreichen und so ist es bei der Abkühlphase auch möglich, die während des Abkühlens verstrichene Abkühl-Zeit 38 zu messen und als Wärmetönungs-Messsignal zu verwenden.The sensor on ceramic substrate 21 reaches within the second heating, which is used here by way of example, not even a temperature of 300 ° C. So here, for example, the end temperature as a heat tone measurement signal 37 can be used, which the sensor reaches within the second heating. In the presence of a high concentration of a gas exothermic on the sensor 21 reacts, the sensor becomes 21 experience a strong additional heating and thus a slightly increased final temperature 37 to reach. If there is little or no gas, the sensor will experience less additional heating and the final temperature 37 will reach a lower value in the heating phase. In the longer cooling phase of this embodiment, the sensor is also on a ceramic substrate 21 ultimately reach room temperature and so it is also possible during the cooling phase, the elapsed during cooling cooling time 38 to be measured and used as a heat of reaction measurement signal.

Wird als weiteres Beispiel bei den Temperaturverläufen der 8 und 9 von einem Heizzyklus 12 von 30 s Dauer ausgegangen, in dem für 1,5 s mit einer Leistung von 20 mW beim mikromechanisch hergestellten Sensor 13 und 0,5 W beim Sensor 21 beheizt wird, so ergibt sich beim mikromechanisch hergestellten Sensor 13 eine Durchschnittsleistung von 1 mW, während beim Sensor 21 immer noch eine durchschnittliche Leistung von 25 mW fällig ist. Bei einem Sensor 21 muss also das Temperaturschema noch verändert werden, um eine geringere, beispielsweise einem Brandmelder gerechte Leistung zu realisieren. Wird beispielsweise in einem Heizzyklus 12 von 2 Minuten Dauer nur für 1 s geheizt und dabei eine geringe Temperatur des Sensors 21 in diesem Zeitraum akzeptiert mittels einer Heizleistung von nur 300 mW, so ergibt sich eine durchschnittliche Heizleistung von 1 s·300 mW/120 s = 2,5 mW.As another example in the temperature curves of the 8th and 9 from a heating cycle 12 30 s duration, in which for 1.5 s with a power of 20 mW at the micromechanically produced sensor 13 and 0.5 W at the sensor 21 is heated, as results in micromechanically produced sensor 13 an average power of 1 mW while at the sensor 21 still an average power of 25 mW is due. With a sensor 21 So the temperature scheme must still be changed to realize a lower, for example, a fire detector fair performance. For example, in a heating cycle 12 of 2 minutes duration heated only for 1 s while a low temperature of the sensor 21 Accepted in this period by means of a heating power of only 300 mW, so there is an average heat output of 1 s · 300 mW / 120 s = 2.5 mW.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung besteht in dem Beispiel für ein Temperaturschema gemäß der 11. In diesem Beispiel wird die Temperatur des Gassensors in einem Heizzyklus 12 der Dauer 40 s zwischen einer oberen Temperatur T_H1, beispielsweise 300°C und einer unteren Temperatur T_U, beispielsweise Raumtemperatur, abgewechselt.A particularly advantageous embodiment of the invention is the example of a temperature scheme according to the 11 , In this example, the temperature of the gas sensor becomes one heating cycle 12 the duration 40 s between an upper temperature T _H1 , for example, 300 ° C and a lower temperature T _U , for example, room temperature, alternated.

Dabei wird für jeweils vier Sekunden die Temperatur T_H1 und für die restlichen 36 s die Temperatur T_U verwendet. In dem Beispiel gemäß der 11 soll bei einer Zeit von ca. 70 s ein besonderes Signal auftreten. Dieses besondere Signal kann beispielsweise in einem Ausschlag des Signals des Gassensors bestehen. Um nun die Reaktionsgeschwindigkeit und Signalstärke des Gassensors zu erhöhen, wird der Gassensor im Folgenden mit einem veränderten Temperaturschema betrieben. In dem veränderten Temperaturschema ist ein Heizzyklus nurmehr 10 s lang. Innerhalb eines Heizzyklus 12 befindet sich der Gassensor für 8 s auf einer höheren Temperatur T_H2, beispielsweise 500°C, und nur noch für 2 s auf der unteren Temperatur T_U. Durch den nahezu dauerhaften Betrieb bei der erhöhten Temperatur T_H2 wird sowohl die Reaktionsgeschwindigkeit als auch die Signalstärke des Gassensors angehoben. Dies ermöglicht über eine gewisse Zeit hinweg eine verbesserte Messung. Der Betriebsmodus kann im Folgenden entweder manuell wieder auf den sparsamen Betriebsmodus zurückgestellt werden oder aber auch automatisch, wenn beispielsweise das Signal des Gassensors über längere Zeit keinen besonderen Ausschlag mehr zeigt. Bei einem solchen Betriebsverfahren ist es möglich, auch im Temperaturschema mit erhöhtem Leistungsverbrauch eine obere Leistungsgrenze, beispielsweise 5 mW, einzuhalten. Ist der Gassensor beispielsweise Teil eines Brandmelders, so kann jedoch auch der Brandmelder so ausgestaltet sein, dass für den Gefahrenfall ein Temperaturschema mit erheblich höherem Leistungsverbrauch, beispielsweise 50 mW, erlaubt ist. In diesem Fall gleicht der Vorteil der besseren Gasselektion den Nachteil des erhöhten Leistungsverbrauchs aus, da dieses Temperaturschema nur selten verwendet wird und einer erhöhten Sicherheit des Brandmelders dient.The temperature T _H1 is used for four seconds and the temperature T _U for the remaining 36 s. In the example according to the 11 should occur at a time of about 70 s a special signal. This particular signal may, for example, consist in a rash of the signal of the gas sensor. In order to increase the reaction speed and signal strength of the gas sensor, the gas sensor is subsequently operated with a modified temperature scheme. In the changed temperature scheme, a heating cycle is only 10 seconds long. Within a heating cycle 12 the gas sensor is at a higher temperature T _H2 , for example 500 ° C, for 8 seconds, and only at the lower temperature T _U for 2 seconds. Due to the almost permanent operation at the elevated temperature T _H2 , both the reaction rate and the signal strength of the gas sensor are increased. This allows an improved measurement over a period of time. In the following, the operating mode can either be reset manually to the economical operating mode or else automatically, for example when the signal the gas sensor for a long time shows no particular rash more. In such an operating method, it is possible to maintain an upper power limit, for example 5 mW, even in the temperature scheme with increased power consumption. If, for example, the gas sensor is part of a fire detector, however, the fire detector can also be designed such that a temperature scheme with considerably higher power consumption, for example 50 mW, is permitted for the case of danger. In this case, the advantage of better gas selection offsets the disadvantage of increased power consumption, since this temperature scheme is rarely used and serves to increase the safety of the fire detector.

Sehr vorteilhaft für die Erfindung und ihre hier dargestellten Ausführungsmöglichkeiten ist es, dass die Messwerte eines Metalloxid-Gassensor 13, 21, 22 auch bei lang anhaltenden zweiten Zeitabschnitten von beispielsweise 1 Minute in der Lage sind, eine Aussage über das Vorhandensein von Gasen am Sensor zu machen.It is very advantageous for the invention and its possible embodiments shown here that the measured values of a metal oxide gas sensor 13 . 21 . 22 Even with long lasting second time periods of for example 1 minute are able to make a statement about the presence of gases at the sensor.

Besonders vorteilhaft ist es, die in den 2, 4 und 5 dargestellten Sensoren 13, 21, 22 als kombinierte Sensoren zu verwenden. Sie werden dabei mit einem erfindungsgemäßen Temperaturschema betrieben. Der Heizer 4 der Sensoren 13, 21, 22 wird zusätzlich als Temperatursensor verwendet. Dies ermöglicht einen Betrieb als Pellistor, d. h. Wärmetönungssensor oder Wärmeleitsensor. Wegen der katalytisch wirkenden Metalloxidschichten 5, die bei den Sensoren 13, 21, 22 verwendet wird, wird der Heizer 4 meist im Wesentlichen als Wärmetönungssensor agieren. Gleichzeitig kann ein chemisches Messsignal der Metalloxidschicht 5 ausgewertet werden. Das Temperaturschema sorgt für einen sehr geringen Leistungsverbrauch. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass für die Funktion als Metalloxidsensor bereits kurze Anregungen bei erhöhter Temperatur ausreichen, um langfristig auch chemische Signale produzieren zu können, obwohl der Sensor dabei beispielsweise auf Raumtemperatur ist. Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch die Auslesung des transienten Wärme-Messsignals die ersten Zeitabschnitte, in denen der Sensor stärker oder überhaupt beheizt wird, sehr kurz gehalten werden können, beispielsweise wesentlich kürzer als die thermische Zeitkonstante des Sensors 13, 21, 22.It is particularly advantageous in the 2 . 4 and 5 illustrated sensors 13 . 21 . 22 to use as combined sensors. They are operated with a temperature scheme according to the invention. The heater 4 the sensors 13 . 21 . 22 is also used as a temperature sensor. This allows operation as a pellistor, ie, catalytic heat sensor or heat conduction sensor. Because of the catalytically active metal oxide layers 5 that with the sensors 13 . 21 . 22 is used, the heater is 4 mostly act essentially as a catalytic sensor. At the same time, a chemical measurement signal of the metal oxide layer 5 be evaluated. The temperature scheme ensures a very low power consumption. It is particularly advantageous that for the function as metal oxide sensor already short excitations at elevated temperature sufficient to produce long-term chemical signals can, although the sensor is, for example, at room temperature. A further advantage is that by reading the transient heat measurement signal, the first time periods in which the sensor is heated more or even at all, can be kept very short, for example, much shorter than the thermal time constant of the sensor 13 . 21 . 22 ,

Claims

Method for operating a gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ), which by means of at least one heating element ( 4 . 41 ) is heated, in which - the heating element ( 4 . 41 ) is operated so variable in time that at least temporarily a change in the temperature of the gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ) occurs, and - the time course of the change in temperature is used as a heat measurement signal.

Method according to Claim 1, in which the gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ) - Is heated in the first time periods, and - is heated in the second time periods weaker than in the first time periods.

Method according to Claim 1, in which the gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ) - Is heated in the first time periods, and - is operated unheated in the second time periods.

Method according to claim 2 or 3, in which the first and second time periods alternate.

Method according to one of Claims 2 to 4, in which the heating element ( 4 . 41 ) is operated within at least part of the time segments with a constant heating voltage (U) or constant heating power (P) set for each of these periods.

Method according to one of Claims 2 to 4, in which the heating element ( 4 . 41 ) is operated within at least part of the time segments by means of a temperature control so that a target temperature determined for each of these time segments is sought and / or achieved.

Method according to one of the preceding claims, wherein the average power consumption of the heating element ( 4 . 41 ) is less than an upper power limit over at least part of its operating time, with 10 mW being used as the upper power limit.

Method according to claim 9, where 1 mW is used as the upper power limit.

Method according to one of claims 2 to 8, wherein the temperature of the heating element ( 4 . 41 ) reaches a temperature threshold in the first time periods at least, wherein 150 ° C is used as a temperature threshold.

Method according to one the claims 2 to 9, where as length the first time periods less than 1 second is used and / or as a length the second time periods is used more than 10 seconds.

Method according to one of the preceding claims, in which a gas sensor element ( 13 . 21 . 22 ) is used, the at least one element ( 5 . 26 ) of a chemical sensor ( 13 . 21 . 22 ) and in which in addition to the heat measurement signal we at least one further signal generated by the element is used as a chemical measurement signal.

Method according to claim 11, wherein at least one chemical measurement signal from the second Periods taken into account becomes.

Method according to claim 12, in which from the second periods each a course is taken into account by several chemical measurement signals.

Method according to one the claims 2 to 13, in which the duration of the first and / or second time periods during operation in response to the behavior of the measurement signals is adjusted.

Gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ) with at least one heating element ( 4 . 41 ), wherein the gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ) by means of the heating element ( 4 . 41 ) is heated, configured for operation with a method according to any one of the preceding claims.

Gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ) according to claim 15, which comprises a micromechanically produced membrane ( 2 ) having a thickness of less than 100 microns.

Catalytic sensor ( 13 . 21 . 22 . 40 ) or heat conduction sensor ( 13 . 21 . 22 . 40 ) according to claim 15 or 16.

Combined gas sensor element ( 13 . 21 . 22 ) according to one of claims 15 to 17, which additionally comprises at least one element ( 5 . 26 ) of a chemical sensor.

Combined gas sensor element ( 13 . 21 . 22 ) according to claim 18, wherein the element ( 5 ) at least one semiconductive metal oxide layer ( 5 ) having.

Combined gas sensor element ( 13 . 21 . 22 ) according to claim 18 having a plurality of elements ( 26 ) of a chemical sensor ( 13 . 21 . 22 ), which is a gas FET ( 22 ) form.

Fire detector or air quality sensor with at least one gas sensor element ( 13 . 21 . 22 . 40 ) according to any one of claims 15 to 20.