DE102011005882A1

DE102011005882A1 - Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in einem Abgas und Verfahren zur Kennzeichnung und zum Betrieb einer Breitband-Lambdasonde

Info

Publication number: DE102011005882A1
Application number: DE201110005882
Authority: DE
Inventors: Goetz Reinhardt; Lothar Diehl; Thomas Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2011-03-22
Publication date: 2012-09-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in einem Abgas mit einer Breitband-Lambdasonde mit einem Sensorelement aus einem Festkörperelektrolyten aus Zirkondioxid und mit auf diesem aufgebrachten Elektroden, wobei eine erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und eine zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist oder wobei die erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und die zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist und wobei eine dritte Elektrode mit einem Referenzgas verbunden ist, und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung und Auswertung der Breitband-Lambdasonde. Dabei ist es vorgesehen, dass zumindest eine individuelle Kenngröße des Sensorelements in dem Wert der elektrischen Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen zumindest zwei der Elektroden hinterlegt ist, dass die Steuereinheit Messmittel zur Bestimmung der Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen den zumindest zwei Elektroden enthält und dass in der Steuereinheit eine Programmroutine oder ein Kennfeld oder eine Eichkurve zur Bestimmung der individuellen Kenngrößen des Sensorelements aus der Kapazität oder aus dem elektrischen Widerstand hinterlegt ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kennzeichnung und zum Betrieb einer solchen Breitband-Lambdasonde. Vorrichtung und Verfahren ermöglichen den Betrieb einer Breitband-Lambdasonde unter Berücksichtung individueller Kenngrößen der Breitband-Lambdasonde.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in einem Abgas mit einer Breitband-Lambdasonde mit einem Sensorelement aus einem Festkörperelektrolyten aus Zirkondioxid und mit auf diesem aufgebrachten Elektroden, wobei eine erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und eine zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist oder wobei die erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und die zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist und wobei eine dritte Elektrode mit einem Referenzgas verbunden ist, und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung und Auswertung der Breitband-Lambdasonde.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kennzeichnung und zum Betrieb einer Breitband-Lambdasonde mit einem Sensorelement aus einem Festkörperelektrolyten aus Zirkondioxid und mit auf diesem aufgebrachten Elektroden, wobei eine erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und eine zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist oder wobei die erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und die zweite Elektrode in einem Messraum angeordnet und über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist und wobei eine dritte Elektrode mit einem Referenzgas verbunden ist, und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung und Auswertung der Breitband-Lambdasonde.
Lambdasonden werden zum Beispiel im Abgasstrang von Brennkraftmaschinen zur Messung des Sauerstoffgehalts des Abgases eingesetzt, um die Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches der Brennkraftmaschine zu steuern. Sie nutzen die Eigenschaft eines aus einer Zirkondioxid-Keramik aufgebauten Festkörperelektrolyten, der ab einer Temperatur von ca. 300°C für Sauerstoffionen durchlässig ist. An zumindest zwei Seiten des Festkörperelektrolyten sind Platinelektroden aufgebracht. Ist eine der Seiten einem Abgas mit vermindertem Sauerstoff-Partialdruck ausgesetzt und die andere Seite einem Referenzgas, beispielsweise Luft, so diffundieren Sauerstoffionen durch den Festkörperelektrolyten. Die dadurch hervorgerufene Spannungsdifferenz zwischen den beiden Elektroden einer solchen Konzentrationszelle ist durch die Nernst-Gleichung beschrieben und kann zur Bestimmung des Lambda-Wertes des Abgases in einem engen Fenster um Lambda = 1 verwendet werden. Der Lambda-Wert stellt das vorliegende Luft-/Kraftstoff-Verhältnis zu einem stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältnis dar.
Durch Anlegen einer externen Spannung an die Elektroden können Sauerstoffionen durch den Festkörperelektrolyten gepumpt werden. Diese Eigenschaft wird bei sogenannten Breitband-Lambdasonde genutzt, um den Lambdawert in einem großen Bereich von magerem zu fettem Abgas bestimmen zu können. Dazu ist eine Elektrode, die äußere Pumpelektrode, dem Abgas zugewandt. Die zweite Elektrode ist als innere Pumpelektrode über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden. Die zweite Elektrode kann in einem Messraum in dem Festkörperelektrolyten, welcher durch einen Diffusionskanal und die Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist, angeordnet sein. In einem alternativen Aufbau sind beide Elektroden auf der dem Abgas zugewandten Seite des Festkörperelektrolyten angeordnet, wobei die innere Pumpelektrode durch eine aufgebrachte Diffusionsbarriere-Schicht abgedeckt ist.
Äußere Pumpelektrode, innere Pumpelektrode und der dazwischen liegende Festkörperelektrolyt bilden eine sogenannte Pumpzelle. Durch Anlegen einer Spannung werden Sauerstoff-Ionen von der inneren Pumpelektrode zu der äußeren Pumpelektrode transportiert. Bei ausreichend hoher Spannung stellt sich dabei ein Grenzstrom ein, der von der Sauerstoffdiffusion durch die Diffusionsbarriere bestimmt ist. Die Sauerstoffdiffusion und damit der zur Bestimmung des Lambda-Wertes gemessene Grenzstrom sind direkt von dem Sauerstoff-Partialdruck in dem Abgas sowie von den Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere abhängig. Bei bekannten Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere kann das Lambda des Abgases aus dem Grenzstrom bestimmt werden.
Ein weiterer, als zweizellige Breitband-Lambdasonde bekannter Aufbau ist aus einer Kombination einer Pumpzelle und einer Konzentrationszelle gebildet. Dabei ist die äußere Pumpelektrode dem Abgas zugewandt und die innere Pumpelektrode in einem durch die Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbundenen Messraum angeordnet. In dem Messraum befindet sich weiterhin eine als Messelektrode bezeichnete erste Elektrode der Konzentrationszelle. In einem gesonderten Referenzkanal ist als zweite Elektrode der Konzentrationszelle eine Referenzelektrode auf dem Festkörperelektrolyten aufgebracht. Der Referenzkanal ist mit einem Referenzgas mit definiertem Sauerstoffgehalt, vorzugsweise durch eine äußere Öffnung mit Luft, gefüllt.
Bei einer solchen zweizelligen Breitband-Lambdasonde wird durch die Pumpzelle der Lambda Wert in dem Messraum durch Ein- oder Auspumpen von Sauerstoffionen auf ein Lambda von vorzugsweise 1 eingestellt. Der Lambda-Wert in dem Messraum wird dazu über die Konzentrationszelle gemessen und durch eine entsprechende Regelung des Pumpstroms durch die Pumpzelle auf λ = 1 geregelt. Der dazu notwendige Pumpstrom ist abhängig von der durch die Diffusionsbarriere in den Messraum diffundierenden Sauerstoffmenge und somit von dem Lambda des Abgases und den Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere. Bei bekannten Eigenschaften der Diffusionsbarriere kann aus dem Pumpstrom das Lambda des Abgases bestimmt werden.
Die Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarrieren unterliegen einer starken Fertigungsstreuung. Die individuellen Diffusionseigenschaften müssen daher bei der Auswertung der Signale der Breitband-Lambdasonde berücksichtigt werden.
Dazu ist es bekannt, während eines abschließenden Fertigungsschrittes der Breitband-Lambdasonde den Diffusionsbarrieren-Grenzstrom als die die Diffusionseigenschaften der Diffusionssperre bestimmende Kenngröße zu bestimmen. Der Diffusionsbarriere-Grenzstrom ist der Sättigungsstrom, der sich bei einer gegebenen Abgaszusammensetzung bei entsprechend hohem Pumpstrom einstellt. In einem Sondengehäuse wird dann in Abhängigkeit von dem gemessenen Diffusionsbarrieren-Grenzstrom ein Abgleichwiderstand vorgesehen, welche parallel zu einem in der Auswerteelektronik vorgesehenen Messwiderstand zur Bestimmung des Pumpstroms geschaltet wird. Breitband-Lambdasonden mit unterschiedlichen Diffusionseigenschaften der Diffusionssperre können so von der jeweiligen Auswerteeinheit mit der gleichen dort hinterlegten Pumpstrom/Lambda-Kurve ausgewertet werden.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass für den Anschluss des Abgleichswiderstandes ein zusätzliches Kabel zwischen dem Sondengehäuse und der Auswerteelektronik vorgesehen sein muss mit entsprechenden Kosten für den Widerstand, das Kabel und die notwendigen Anschlussstecker.
Um ein Kabel einzusparen, sind aus der DE 10 2006 014 266 eine einzellige und eine zweizellige Breitband-Lambdasonde bekannt. Dabei ist es vorgesehen, dass ein Anschluss eines zur schnellen Erreichung der notwendigen Betriebstemperatur der Breitband-Lambdasonde vorgesehenen Heizers mit einem Elektroden-Anschluss kombiniert ist. Ein zugehöriges Steuergerät ist für einen getakteten Betrieb des Heizers und für eine Signalauswertung vorgesehen.
In der DE 10 2008 042 879 A1 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde umfassend eine äußere Pumpelektrode mit einer dieser zugeordneten Anschlussleitung, eine innere Pumpelektrode mit einer dieser zugeordneten Anschlussleitung, eine Referenzelektrode mit einer dieser zugeordneten Anschlussleitung und eine Sondenheizung mit einer dieser zugeordneten Anschlussleitung beschrieben. Dabei ist es vorgesehen, dass zwischen einer beliebigen Kombination von jeweils zwei Anschlussleitungen jeweils wenigstens ein elektrisch einstellbares Bauelement angeordnet ist. Als elektrisch einstellbare Bauelemente können einstellbare Kondensatoren oder Trimmwiderstände vorgesehen sein. Die elektrischen Bauelemente sind dabei so eingestellt, dass sie eine die Breitband-Lambdasonde charakterisierende Größe darstellen. Die die Breitband-Lambdasonde charakterisierende Größe ist somit in der Einstellung des elektrisch einstellbaren Bauelements hinterlegt kann von der Auswerteelektronik ausgewertet und bei der Auswertung der Signale der Breitband-Lambdasonde berücksichtigt werden.
Nachteilig hierbei ist, dass zusätzliche einstellbare elektrische Bauelemente vorgesehen werden müssen mit den damit verbundenen Kosten für die Bereitstellung, die Montage und die individuelle Einstellung der elektrischen Werte.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche ohne zusätzliche Bauelemente eine Berücksichtigung individueller Kenngrößen der Breitband-Lambdasonde bei deren Betrieb ermöglicht.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zumindest eine individuelle Kenngröße des Sensorelements in dem Wert der elektrischen Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen zumindest zwei der Elektroden hinterlegt ist, dass die Steuereinheit Messmittel zur Bestimmung der Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen den zumindest zwei Elektroden enthält und dass in der Steuereinheit eine Programmroutine oder ein Kennfeld oder eine Eichkurve zur Bestimmung der individuellen Kenngrößen des Sensorelements aus der Kapazität oder aus dem elektrischen Widerstand hinterlegt ist.
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zur Kennzeichnung der Breitband-Lambdasonde eine Soll-Kapazität oder ein elektrischer Soll-Widerstand zumindest einer Elektrode gegenüber einer zweiten Elektrode des Sensorelements (10) in Abhängigkeit von dem Wert einer individuellen Kenngröße des Sensorelements (10) vorgegeben und eingestellt wird, dass zum Betrieb der Breitband-Lambdasonde die in Abhängigkeit von der individuellen Kenngröße des Sensorelements (10) der Breitband-Lambdasonde eingestellte Kapazität oder der eingestellte elektrische Widerstand bestimmt wird und dass aus der Kapazität oder dem elektrischen Widerstand der Wert der individuellen Kenngröße des Sensorelements (10) bestimmt und bei der Auswertung der Signale der Breitband-Lambdasonde berücksichtigt wird.
Die individuelle Kenngröße beschreibt dabei eine Eigenschaft des Sensorelements, deren Kenntnis für die korrekte Auswertung der Signale der Breitband-Lambdasonde notwenig ist und welche, beispielsweise bedingt durch Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Sensorelements, in einem bestimmten Bereich variieren kann. Durch die Einstellung der Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen zwei Elektroden in Abhängigkeit von dem Wert der individuellen Kenngröße des jeweiligen Sensorelements ist der Wert der individuellen Kenngröße in der Breitband-Lambdasonde quasi gespeichert und kann durch die Steuereinheit ausgelesen werden.
Bei dem elektrischen Widerstand kann es sich dabei um einen Gleich- oder um einen Wechselstromwiderstand handeln. Der Wert der individuellen Kenngröße kann dann bei der Auswertung der Ausgangssignale der Breitband-Lambdasonde berücksichtigt werden. Vorteilhaft hierbei ist, dass keine zusätzlichen Bauelemente benötigt werden, um den Wert der individuellen Kenngröße zu speichern oder um das Ausgangssignal der Breitband-Lambdasonde, angepasst an den Wert der individuellen Kenngröße, zu korrigieren.
Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Kapazität oder der elektrische Widerstand zwischen den zumindest zwei Elektroden durch eine entsprechende Menge reduzierten Zirkondioxids in der Grenzfläche zwischen einer Elektrode und dem Festkörperelektrolyten eingestellt ist. Zirkondioxid lässt sich einfach in der Grenzfläche Platin/Zirkondioxid reduzieren. Die Dicke der so erhaltenen Zirkonschicht bestimmt die elektrische Kapazität und den elektrischen Widerstand zwischen den Elektroden. Die Kapazität oder der elektrische Widerstand lassen sich so ausreichend variieren, um mögliche Werte der individuellen Kenngröße zu hinterlegen.
Die Diffusionseigenschaften für Sauerstoff der Diffusionsbarriere von Breitband-Lambdasonden beeinflussen wesentlich deren Ausgangssignal. Bedingt durch Fertigungstoleranzen streuen die Diffusionseigenschaften jedoch so stark, dass ohne eine individuelle Kalibrierung der Sensorelemente keine einheitliche Auswertung der Breitband-Lambdasonden nach der gleichen Kennlinie möglich ist. Es ist bekannt, zur Kalibrierung alle Sensorelemente einer Sensorelementprüfung zu unterziehen und dabei den Diffusionsbarrieren-Grenzstrom jedes Sensorelements zu messen. Auf Basis der Sensorelementprüfung wird dann in Abhängigkeit von dem gemessenen Diffusionsbarrieren-Grenzstroms der elektrische Widerstand eines in dem Anschlussstecker der Breitband-Lambdasonde vorgesehenen Abgleichwiderstands eingestellt, der zu einem Messwiderstand des Pumpstroms in der Steuereinheit parallel geschaltet ist. Dadurch wird das Ausgangssignal der Breitband-Lambdasonde so angepasst, dass die Auswertung nach einer für alle Sensorelemente einheitlichen Kennlinie erfolgen kann. Um den Aufwand eines zusätzlichen Abgleichwiderstandes mit den damit verbundenen Anschlusskabeln und Steckeranschlüssen zu vermeiden kann es vorgesehen sein, dass die Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere der Breitband-Lambdasonde als individuelle Kenngröße durch die Kapazität oder den elektrischen Widerstand hinterlegt ist. Die Kapazität oder der elektrische Widerstand kann dabei in Abhängigkeit des bei der Sensorelementprüfung bestimmten Diffusionsbarrieren-Grenzstroms eingestellt sein.
Entsprechend einer bevorzugten Variante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die individuelle Kenngröße des Sensorelements an der Grenzfläche zwischen der dritten Elektrode und dem Festkörperelektrolyten hinterlegt ist. Die dritte Elektrode stellt die Referenzelektrode dar und ist einem Referenzgas, beispielsweise Luft, ausgesetzt. Vorteilhaft hierbei ist, dass die Kapazität der Referenzelektrode keinen Einfluss auf die Sensorfunktion hat, da das Potenzial der Referenzelektrode während des Betriebs der Breitband-Lambdasonde konstant gehalten wird.
Ist es vorgesehen, dass die Steuereinheit eine Stromquelle zur Einspeisung eines konstanten Stroms zwischen den zumindest zwei Elektroden, zwischen denen die Kapazität die individuelle Kenngröße repräsentiert, aufweist, dass die Steuereinheit Messmittel zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der sich einstellenden Aufladespannung enthält und dass die Steuereinheit eine Programmroutine zur Bestimmung der Kapazität zwischen den zumindest zwei Elektroden aus dem zeitlichen Verlauf der Aufladespannung enthält oder dass die Steuereinheit Messmittel zur Bestimmung des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes zwischen den zumindest zwei Elektroden, zwischen denen der elektrische Widerstand die individuelle Kenngröße repräsentiert, enthält, so kann die Kapazität oder der elektrische Widerstand zwischen den relevanten Elektroden mit geringem Aufwand bestimmt werden.
Ist es weiterhin vorgesehen, dass die Steuereinheit eine Programmroutine zur Kalibrierung einer in der Steuereinheit hinterlegten Pumpstrom/Lambda-Kurve in Abhängigkeit von den aus der Kapazität oder aus dem elektrischen Widerstand bestimmten Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere des Sensorelements der Breitband-Lambdasonde enthält, so können Unterschiede in den Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarrieren der Sensorelementen durch eine softwarebasierte Korrektur ausgeglichen werden.
Die Kapazität oder der elektrische Widerstand zwischen zwei Elektroden lassen sich dadurch einfach und kostengünstig, beispielsweise während einer Hochtemperaturphase einer Sensorelementprüfung, einstellen, dass während der Kennzeichnung zwischen zwei Elektroden eine Spannung angelegt wird, die größer ist als die minimale Reduktionsspannung für Zirkondioxid, und dass dabei durch einen Ladungstransport Zirkondioxid des Festkörperelektrolyten an der Grenzfläche zwischen einer Elektrode und dem Festkörperelektrolyten reduziert und dadurch die Kapazität zwischen den Elektroden auf die Soll-Kapazität oder der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden auf den elektrischen Soll-Widerstand verändert wird.
Die genaue Einstellung der Soll-Kapazität oder des elektrischen Soll-Widerstandes kann dadurch erreicht werden, dass während der Kennzeichnung eine Ist-Kapazität oder ein elektrischer Ist-Widerstand zwischen zwei Elektroden bestimmt wird und dass aus der Ist-Kapazität und der geforderten Soll-Kapazität oder aus dem elektrischen Ist-Widerstand und dem geforderten elektrischen Soll-Widerstand die zu transportierende elektrische Ladung zur Reduzierung des Zirkondioxids und zur Einstellung der Soll-Kapazität oder des Soll-Widerstandes vorgegeben wird.
Um fertigungsbedingte Toleranzen in den Diffusionseigenschaften von Diffusionsbarrieren bei Breitband-Lambdasonden auszugleichen kann es vorgesehen sein, dass zum Abgleich von Diffusionstoleranzen der Diffusionsbarriere des Sensorelements ein von der Diffusionsbarriere abhängiger Grenzstrom bestimmt wird und dass die Soll-Kapazität oder der elektrische Soll-Widerstand in Abhängigkeit von dem Grenzstrom vorgegeben wird.
Um eine zweizellige Breitband-Lambdasonde zu kennzeichnen kann es vorgesehen sein, dass während einer Hochtemperaturphase bei der Kennzeichnung der zweizelligen Breitband-Lambdasonde eine gesamte in den Referenzkanal eindiffundierte Sauerstoffmenge durch Anlegen einer Spannung U_RE-IPN zwischen einem Anschluss RE der dritten Elektrode und einem Anschluss IPN der zweiten Elektrode aus dem Referenzkanal gepumpt wird, dass durch eine erhöhte Spannung U_RE-IPN die dritte Elektrode mit einem über den Grenzstrom der Sauerstoff-Nachdiffusion hinausgehenden Strom belastet und dabei Zirkondioxid des Festelektrolyten in der Grenzfläche Platin/Zirkondioxid zwischen der dritten Elektrode und dem Festelektrolyten reduziert und dadurch die Kapazität oder der elektrische Widerstand der dritten Elektrode gegenüber der ersten Elektrode oder gegenüber der zweiten Elektrode auf die Soll-Kapazität oder den elektrischen Soll-Widerstand verändert wird. Entsprechend dem bekannten Aufbau einer zweizelligen Breitband-Lambdasonde entspricht die erste Elektrode einer äußeren, dem Abgas zugewandten Pumpelektrode mit einem Anschluss APE. Die zweite Elektrode ist als innere Pumpelektrode der Pumpzelle oder als Messelektrode der Konzentrationszelle in dem Messraum angeordnet. Bei zweizelligen Breitband-Lambdasonden sind die innere Pumpelektrode und die Messelektrode über einen gemeinsamen Anschluss IPN angeschlossen. Die dritte Elektrode ist als Referenzelektrode in einem Referenzkanal einem Referenzgas, im allgemeinen Luft, ausgesetzt und mit einem Anschluss RE kontaktiert.
Die individuelle Kenngröße lässt sich durch eine entsprechend ausgelegte Steuereinheit dadurch auslesen, dass beim Betrieb der Breitband-Lambdasonde ein konstanter Auflade-Strom zwischen den Elektroden, deren Kapazität in Abhängigkeit von der individuellen Kenngröße eingestellt ist, eingespeist wird und dass an Hand der Steigung der dazu notwendigen Spannungskurve die eingestellte Kapazität und daraus der Wert der individuellen Kenngröße bestimmt wird oder dass der eingestellte elektrische Widerstand zwischen den Elektroden, deren elektrische Widerstand in Abhängigkeit von der individuellen Kenngröße eingestellt ist, gemessen wird und daraus der Wert der individuellen Kenngröße bestimmt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung ein Sensorelement einer zweizelligen Breitband-Lambdasonde mit einem Steckergehäuse,
2 ein erstes Ablaufdiagramm zur Einstellung einer Kapazität zwischen zwei Elektroden eines Sensorelements einer Breitband-Lambdasonde in Abhängigkeit einer individuellen Kenngröße des Sensorelements,
3 ein zweites Ablaufdiagramm zur Bestimmung einer Kapazität zwischen zwei Elektroden eines Sensorelements einer Breitband-Lambdasonde und daraus abgeleitet einer individuellen Kenngröße des Sensorelements.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Sensorelement 10 einer planaren, zweizelligen Breitband-Lambdasonde zur Bestimmung eines Lambdawertes eines Abgases mit einem Steckergehäuse 50. Das Sensorelement 10 ist im Wesentlichen aus einem Festkörperelektrolyten 11 aufgebaut. Es enthält eine Pumpzelle 20, eine Konzentrationszelle 30 und ein Heizelement 16. Der Festkörperelektrolyt 11 ist in der Darstellung als einheitlicher Körper aus Sauerstoffionen leitendem Zirkondioxid gezeigt, er kann jedoch im Aufbau aus einer Mehrzahl von Festelektrolytschichten aufgebaut sein.
Die Pumpzelle 20 besteht aus einer äußeren Pumpelektrode 21 und einer in einem Messraum 12 angeordneten inneren Pumpelektrode 22. Die äußere Pumpelektrode 21 ist, abgedeckt durch eine Schutzschicht 23, dem nicht dargestellten Abgas einer Brennkraftmaschine ausgesetzt. Die äußere Pumpelektrode 21 und die innere Pumpelektrode 22 sind ringförmig um einen Diffusionskanal 14 angeordnet. Der Diffusionskanal 14 führt das Abgas über eine Diffusionsbarriere 13 dem Messraum 12 zu.
Auf der der inneren Pumpelektrode 22 gegenüberliegenden Seite des Messraums 12 ist eine Messelektrode 31 angeordnet. Die Messelektrode 31 bildet zusammen mit einer in einem Referenzkanal 15 angeordneten Referenzelektrode 32 und dem dazwischen liegenden Festkörperelektrolyten 11 die Konzentrationszelle 30. Der Referenzkanal 15 ist mit einem luftdurchlässigen Material gefüllt und zur Außenluft als Referenzgas geöffnet. Im Falle einer gepumpten Referenz kann der Referenzkanal 15 auch vollständig oder weitgehend geschlossen und beispielsweise mit Zirkonoxid gefüllt sein.
Das Heizelement 16 ist durch ein Isolationsmaterial 17 von dem Festkörperelektrolyten 11 elektrisch getrennt.
Die äußere Pumpelektrode 21 ist über einen Anschluss APE 40 mit dem Steckergehäuse 50 verbunden. Die innere Pumpelektrode 22 und die Messelektrode 31 sind parallel geschaltet und über einen gemeinsamen Anschluss IPN 41 zum Steckergehäuse 50 geführt. Die Referenzelektrode 32 ist über einen Anschluss RE 42 und das Heizelement 16 über einen ersten Heizeranschluss 43 und einen zweiten Heizeranschluss 44 an das Steckergehäuse 50 angeschlossen.
Die Elektroden (innere und äußere Pumpelektrode 21, 22, Referenzelektrode 32 und Messelektrode 31) sind aus Platin gefertigt.
Im Betrieb der Breitband-Lambdasonde diffundiert Abgas über den Diffusionskanal 14 und die Diffusionsbarriere 13 in den Messraum 12. Über die Konzentrationszelle 30 wird der Lambdawert in dem Messraum 12 durch Messung der Nernstspannung zwischen der Messelektrode 31 und der Referenzelektrode 32 bestimmt. Die Konzentrationszelle 30 ermöglicht dabei die Bestimmung des Lambdas in einem engen Messfenster um Lambda = 1. Durch Anlegen einer entsprechen polarisierten Spannung zwischen der äußeren und der inneren Pumpelektrode 21, 22 können Sauerstoffionen durch den Festkörperelektrolyten 11 von dem Abgas in dem Messraum 12 oder aus dem Messraum 12 zu dem Abgas gepumpt werden.
Durch eine geeignete Regelung des zwischen den Pumpelektroden 21, 22 fließenden Pumpstroms und damit des Austausch von Sauerstoffionen zwischen dem Messraum 12 und dem Abgas wird das Lambda in dem Messraum 12 auf einen Wert von 1 geregelt. Der Lambda-Wert in dem Messraum 12 wird dabei durch die Konzentrationszelle 30 überwacht. Der Wert des dazu notwendigen Pumpstroms ist abhängig von der Sauerstoffkonzentration und somit dem zu bestimmenden Lambdawert des Abgases sowie von den Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13. Fertigungsbedingt unterliegen die Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 starken Streuungen. Zur korrekten Bestimmung des Lambdas des Abgases müssen daher die Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 als individuelle Kenngröße des jeweiligen Sensorelements 10 berücksichtigt werden. Nach bekanntem Verfahren wird dazu bei einer elektrischen Sensorelementprüfung, der alle Sensorelemente unterzogen werden, der Diffusionsbarrieren-Grenzstrom jedes Sensorelements 10 bestimmt und die jeweilige Breitband-Lambdasonde in Abhängigkeit des Diffusionsbarrieren-Grenzstroms kalibriert, so dass alle Breitband-Lambdasonden eine einheitliche Kennlinie ausgeben. Nach bekanntem Verfahren ist zur Kalibrierung des Sensorelements in dem Steckergehäuse 50 ein zusätzlicher Abgleichwiderstand zwischen dem Anschluss APE 40 der äußeren Pumpelektrode 21 und einem gesondert vorzusehenden Messanschluss des Steckergehäuses angeordnet, dessen Widerstand in Abhängigkeit von dem gemessenen Diffusionsbarrieren-Grenzstrom eingestellt wird.
Um diese zusätzlichen Bauteile einzusparen, ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß die elektrische Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 in Abhängigkeit von den Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 eingestellt. Entsprechend einer alternativen Ausführungsvariante kann auch der elektrische Widerstand zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 in Abhängigkeit von den Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 eingestellt sein. Um die Kapazität einzustellen, wird bei der Sensorelementprüfung der Diffusionsbarrieren-Grenzstroms des Sensorelements 10 gemessen. In Abhängigkeit von dem gemessenen Wert des Diffusionsbarrieren-Grenzstroms wird die Referenzelektrode 32 mit einem definierten, über den Grenzstrom der Sauerstoff-Nachdiffusion in den Referenzkanal 15 hinausgehenden Strom für eine definierte Dauer belastet. Je nach der dabei umgesetzten Ladung wird eine bestimmte Menge Zirkondioxid des Festkörperelektrolyten 11 an der Grenzfläche Pt/ZrO₂ zur Referenzelektrode 32 reduziert. Dadurch wird die Dicke der Zweiphasengrenze und damit die Kapazität der Referenzelektrode 32 gegenüber der inneren Pumpelektrode 22 individuell erhöht oder erniedrigt. Der Wert der Kapazität der Referenzelektrode 32 gegenüber der inneren Pumpelektrode 22 dient somit als Informationsspeicher, in dem die Größe des Grenzstroms und damit die Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 hinterlegt ist.
Im Betrieb der Breitband-Lambdasonde wird die Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 von einer entsprechend ausgeführten Steuereinheit ausgelesen. Dies kann beispielsweise durch eine Einspeisung eines konstanten Auflade-Stroms von der Referenzelektrode 32 zur inneren Pumpelektrode 22 erfolgen, d. h. O₂-Ionen werden von der Referenzelektrode zur Messelektrode gepumpt, wobei die Kapazität an Hand der Steigung der U(t)-Kurve ausgelesen werden kann. Durch einen Vergleich mit einer in der Software der Steuereinheit hinterlegten Eichkurve wird dann aus der Kapazität die Information über den Grenzstrom der Diffusionsbarriere 13 ermittelt und die in der Steuereinheit hinterlegte Pumpstrom/Lambda-Kurve individuell an die Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 des vorliegenden Sensorelements 10 angepasst. Dadurch entfällt der sonst benötige Abgleichwiderstand oder ein Laserabgleich der Diffusionsbarriere 13.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 eingestellt. In einem alternativen Aufbau kann die Information über den Grenzstrom der Diffusionsbarriere auch in der Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der äußeren Pumpelektrode 21 hinterlegt sein.
2 zeigt ein erstes Ablaufdiagramm zur Einstellung einer Kapazität zwischen zwei Elektroden eines Sensorelements 10 einer Breitband-Lambdasonde in Abhängigkeit einer individuellen Kenngröße des Sensorelements 10. Das Sensorelement 10 ist dabei wie in 1 beschrieben aufgebaut. Die individuelle Kenngröße stellt den Grenzstrom der Diffusionsbarriere 13 zur Beschreibung der Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 dar.
In einem ersten Funktionsblock 60 wird im Rahmen einer Sensorelementprüfung der Grenzstrom IgDB der Diffusionsbarriere 13 gemessen. In dem folgenden zweiten Funktionsblock 61 wird an Hand einer C_RE/IgDB-Eichkurve eine Soll-Kapazität der Referenzelektrode gegenüber der inneren Pumpelektrode 22 in Abhängigkeit von dem gemessenen Grenzstrom IgDB bestimmt. C_RE steht dabei für die Kapazität der Referenzelektrode 32 gegenüber der inneren Pumpelektrode 22. In einem dritten Funktionsblock 62 erfolgt eine Messung der Ist-Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22. Aus der Ist-Kapazität und der Soll-Kapazität wird in einem vierten Funktionsblock 63 eine einzuspeisende Ladungsmenge berechnet, um die Kapazität der Referenzelektrode 32 gegenüber der inneren Pumpelektrode 22 von der Ist-Kapazität auf die Soll-Kapazität zu erhöhen. In einem fünften Funktionsblock 64 wird der gesamte in den Referenzkanal 15 des Sensorelements 10 eindiffundierende Sauerstoff durch Anlegen einer Spannung U_RE-IPN zwischen dem Anschluss RE 42 der Referenzelektrode 32 und dem Anschluss IPN 41 der inneren Pumpelektrode 22 abgepumpt. Die Spannung U_RE-IPN kann dabei beispielsweise 0,4 V betragen. In einem sechsten Funktionsblock 65 wird die Spannung U_RE-IPN beispielsweise auf 1,4 V erhöht, bis zusätzlich zur Ladung der abgepumpten Sauerstoffmoleküle die im vierten Funktionsblock 63 bestimmte Ladungsmenge geflossen ist. Durch diese Ladung wird Zirkondioxid des Festkörperelektrolyten 11 in der Grenzschicht zwischen dem Zirkondioxid und der aus Platin hergestellten Referenzelektrode 32 reduziert und durch die dadurch hervorgerufene Veränderung der Dicke der Zweiphasengrenze Pt/ZrO₂ die Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der innere Pumpelektrode 22 verändert.
In einem siebten Funktionsblock 66 wird die aktuelle Ist-Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 gemessen und in einer ersten Abfrage mit der Soll-Kapazität verglichen. Entspricht die aktuelle Ist-Kapazität noch nicht der Soll-Kapazität, springt der Ablauf vor den vierten Funktionsblock 63, wo die fehlende Ladungsmenge zur Erreichung der Soll-Kapazität berechnet wird. Entspricht die aktuelle Ist-Kapazität der Soll-Kapazität, wird der Ablauf in einem achten Funktionsblock 68 beendet. Der Grenzstrom der Diffusionsbarriere IgDB ist jetzt als individuelle Kenngröße des Sensorelements 10 der Breitband-Lambdasonde in der Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 hinterlegt.
3 zeigt ein zweites Ablaufdiagramm zur Bestimmung einer Kapazität zwischen zwei Elektroden eines Sensorelements 10 einer Breitband-Lambdasonde und daraus abgeleitet einer individuellen Kenngröße des Sensorelements 10 während des Betriebs der Breitband-Lambdasonde in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine. Das Sensorelement 10 entspricht dabei dem in 1 dargestellten Sensorelement 10, wobei die Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22, wie in 2 beschrieben, in Abhängigkeit von dem Grenzstrom der Diffusionsbarriere 13 eingestellt ist.
In einem neunten Funktionsblock 70 wird während einer konstanten Betriebsphase der Brennkraftmaschine, beispielsweise während einer mageren Betriebsphase, die Breitband-Lambdasonde wie eine einzellige Lambdasonde betrieben, also mit einer konstanten Pumpspannung zwischen dem Anschluss IPN 41 der inneren Pumpelektrode 22 und dem Anschluss APE 40 der äußeren Pumpelektrode 21. Nachfolgend wird in einem zehnten Funktionsblock 71 der gesamte in den Referenzkanal 15 eindiffundierende Sauerstoff im Grenzstrombetrieb ausgepumpt. Dazu wird eine Spannung U_RE-IPN von beispielsweise 0,4 V zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 angelegt. In einem elften Funktionsblock 72 wird der Strom zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 über den sich einstellenden Grenzstrom der Sauerstoff-Nachdiffusion erhöht und konstant gehalten. Dabei kann der Strom beispielsweise ca. 20 μA über dem Grenzstrom liegen. In einem zwölften Funktionsblock 73 wird die Steigung des zeitlichen Verlaufs der Spannung U_RE-IPN bestimmt, während der Strom, wie im elften Funktionsblock 72 eingestellt, konstant gehalten wird. In einem dreizehnten Funktionsblock 74 wird dann aus dem im zwölften Funktionsblock 73 bestimmten zeitlichen Verlauf der Spannung U_RE-IPN die Kapazität C_RE zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 bestimmt. An Hand dieser Kapazität C_RE wird mit einer C_RE/IgDB-Eichkurve ein Ip-Kalibrierfaktor bestimmt, mit welchem das Ausgangssignal der Breitband-Lambdasonde in Abhängigkeit von den individuellen Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere 13 korrigiert werden kann.
Vorteilhaft wird die Kapazität zwischen der Referenzelektrode 32 und der inneren Pumpelektrode 22 in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt, bei der die Referenzelektrode für eine kurze Zeit nicht benötigt wird. Dies kann beispielsweise bei einem ersten Start der Brennkraftmaschine in einem Schubbetrieb geschehen. Alternativ dazu kann es vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine bei einem Lambda von 1 betrieben wird, wobei die Breitband-Lambdasonde in einem proportionalen Betriebsmodus (LSP-Betrieb) mit einer konstanten Pumpspannung von beispielsweise 600 mV zwischen dem Anschluss IPE 41 und dem Anschluss APE 40 betrieben und die Einspritzung der Brennkraftmaschine auf Ip – 0 mA geregelt wird. Entsprechend weiteren Alternativen kann die Brennkraftmaschine in einer Magerbetriebsphase, die mit einer LSP-Regelung eingestellt wird, betrieben werden oder die Lambdasonde kann im Nachlauf, also bei abgeschalteter Brennkraftmaschine, betrieben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006014266 [0011]
DE 102008042879 A1 [0012]

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung des Sauerstoffgehalts in einem Abgas mit einer Breitband-Lambdasonde mit einem Sensorelement (10) aus einem Festkörperelektrolyten (11) aus Zirkondioxid und mit auf diesem aufgebrachten Elektroden, wobei eine erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und eine zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere (13) mit dem Abgas verbunden ist oder wobei die erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und die zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere (13) mit dem Abgas verbunden ist und wobei eine dritte Elektrode mit einem Referenzgas verbunden ist, und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung und Auswertung der Breitband-Lambdasonde, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine individuelle Kenngröße des Sensorelements (10) in dem Wert der elektrischen Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen zumindest zwei der Elektroden hinterlegt ist, dass die Steuereinheit Messmittel zur Bestimmung der Kapazität oder des elektrischen Widerstandes zwischen den zumindest zwei Elektroden enthält und dass in der Steuereinheit eine Programmroutine oder ein Kennfeld oder eine Eichkurve zur Bestimmung der individuellen Kenngrößen des Sensorelements (10) aus der Kapazität oder aus dem elektrischen Widerstand hinterlegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität oder der elektrische Widerstand zwischen den zumindest zwei Elektroden durch eine entsprechende Menge reduzierten Zirkondioxids in der Grenzfläche zwischen einer Elektrode und dem Festkörperelektrolyten (11) eingestellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere (13) der Breitband-Lambdasonde als individuelle Kenngröße durch die Kapazität oder den elektrischen Widerstand hinterlegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die individuelle Kenngröße des Sensorelements (10) an der Grenzfläche zwischen der dritten Elektrode und dem Festkörperelektrolyten (11) hinterlegt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Stromquelle zur Einspeisung eines konstanten Stroms zwischen den zumindest zwei Elektroden, zwischen denen die Kapazität die individuelle Kenngröße repräsentiert, aufweist, dass die Steuereinheit Messmittel zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der sich einstellenden Aufladespannung enthält und dass die Steuereinheit eine Programmroutine zur Bestimmung der Kapazität zwischen den zumindest zwei Elektroden aus dem zeitlichen Verlauf der Aufladespannung enthält oder dass die Steuereinheit Messmittel zur Bestimmung des Gleichstromwiderstandes oder des Wechselstromwiderstandes zwischen den zumindest zwei Elektroden, zwischen denen der elektrische Widerstand die individuelle Kenngröße repräsentiert, enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit eine Programmroutine zur Kalibrierung einer in der Steuereinheit hinterlegten Pumpstrom/Lambda-Kurve in Abhängigkeit von den aus der Kapazität oder aus dem elektrischen Widerstand bestimmten Diffusionseigenschaften der Diffusionsbarriere (13) des Sensorelements (10) der Breitband-Lambdasonde enthält.
Verfahren zur Kennzeichnung und zum Betrieb einer Breitband-Lambdasonde mit einem Sensorelement (10) aus einem Festkörperelektrolyten (11) aus Zirkondioxid und mit auf diesem aufgebrachten Elektroden, wobei eine erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und eine zweite Elektrode über eine Diffusionsbarriere (13) mit dem Abgas verbunden ist oder wobei die erste Elektrode dem Abgas zugewandt ist und die zweite Elektrode in einem Messraum (12) angeordnet und über eine Diffusionsbarriere (13) mit dem Abgas verbunden ist und wobei eine dritte Elektrode mit einem Referenzgas verbunden ist, und mit einer Steuereinheit zur Ansteuerung und Auswertung der Breitband-Lambdasonde, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kennzeichnung der Breitband-Lambdasonde eine Soll-Kapazität oder ein elektrischer Soll-Widerstand zumindest einer Elektrode gegenüber einer zweiten Elektrode des Sensorelements (10) in Abhängigkeit von dem Wert einer individuellen Kenngröße des Sensorelements (10) vorgegeben und eingestellt wird, dass zum Betrieb der Breitband-Lambdasonde die in Abhängigkeit von der individuellen Kenngröße des Sensorelements (10) der Breitband-Lambdasonde eingestellte Kapazität oder der eingestellte elektrische Widerstand bestimmt wird und dass aus der Kapazität oder dem elektrischen Widerstand der Wert der individuellen Kenngröße des Sensorelements (10) bestimmt und bei der Auswertung der Signale der Breitband-Lambdasonde berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kennzeichnung zwischen zwei Elektroden eine Spannung angelegt wird, die größer ist als die minimale Reduktionsspannung für Zirkondioxid, und dass dabei durch einen Ladungstransport Zirkondioxid des Festkörperelektrolyten (11) an der Grenzfläche zwischen einer Elektrode und dem Festkörperelektrolyten (11) reduziert und dadurch die Kapazität zwischen den Elektroden auf die Soll-Kapazität oder der elektrische Widerstand zwischen den Elektroden auf den elektrischen Soll-Widerstand verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass während der Kennzeichnung eine Ist-Kapazität oder ein elektrischer Ist-Widerstand zwischen zwei Elektroden bestimmt wird und dass aus der Ist-Kapazität und der geforderten Soll-Kapazität oder aus dem elektrischen Ist-Widerstand und dem geforderten elektrischen Soll-Widerstand die zu transportierende elektrische Ladung zur Reduzierung des Zirkondioxids und zur Einstellung der Soll-Kapazität oder des Soll-Widerstandes vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abgleich von Diffusionstoleranzen der Diffusionsbarriere (13) des Sensorelements (10) ein von der Diffusionsbarriere (13) abhängiger Grenzstrom bestimmt wird und dass die Soll-Kapazität oder der elektrische Soll-Widerstand in Abhängigkeit von dem Grenzstrom vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Hochtemperaturphase bei der Kennzeichnung einer zweizelligen Breitband-Lambdasonde eine gesamte in den Referenzkanal (15) eindiffundierte Sauerstoffmenge durch Anlegen einer Spannung U_RE-IPN zwischen einem Anschluss RE (42) der dritten Elektrode und einem Anschluss IPN (41) der zweiten Elektrode aus dem Referenzkanal (15) gepumpt wird, dass durch eine erhöhte Spannung U_RE-IPN die dritte Elektrode mit einem über den Grenzstrom der Sauerstoff-Nachdiffusion hinausgehenden Strom belastet und dabei Zirkondioxid des Festelektrolyten (11) in der Grenzfläche Platin/Zirkondioxid zwischen der dritten Elektrode und dem Festelektrolyten (11) reduziert und dadurch die Kapazität oder der elektrische Widerstand der dritten Elektrode gegenüber der ersten Elektrode oder gegenüber der zweiten Elektrode auf die Soll-Kapazität oder den elektrischen Soll-Widerstand verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Betrieb der Breitband-Lambdasonde ein konstanter Auflade-Strom zwischen den Elektroden, deren Kapazität in Abhängigkeit von der individuellen Kenngröße eingestellt ist, eingespeist wird und dass an Hand der Steigung der dazu notwendigen Spannungskurve die eingestellte Kapazität und daraus der Wert der individuellen Kenngröße bestimmt wird oder dass der eingestellte elektrische Widerstand zwischen den Elektroden, deren elektrische Widerstand in Abhängigkeit von der individuellen Kenngröße eingestellt ist, gemessen wird und daraus der Wert der individuellen Kenngröße bestimmt wird.