DE102012216467A1

DE102012216467A1 - Sonde zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs

Info

Publication number: DE102012216467A1
Application number: DE201210216467
Authority: DE
Inventors: Thomas Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-03-20

Abstract

Es wird eine Sonde (100) zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs vorgeschlagen. Die Sonde (100) hat eine Messzelle (102) zur Erfassung einer Messspannung (U_N), ein Heizelement (104) zur Heizung der Messzelle (102), und einen gemeinsamen elektrischen Leitungsweg (118, 119), über den eine externe Heizspannung (U_B) an das Heizelement (104) anlegbar ist und die Messspannung (U_N) der Messzelle (102) auslesbar ist. Die Sonde (100) weist weiterhin ein erstes Diodenelement (122) auf, das mit der Messzelle (102) elektrisch verbunden ist, zum Schutz der Messzelle (102) vor der Heizspannung (U_B). Ein zweites Diodenelement (128) kann vorhanden sein, das mit dem Heizelement (104) elektrisch verbunden ist, um das Heizelement (104) gegenüber der Messspannung (U_N) zu isolieren.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Sonde zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs. Eine derartige Sonde kann als Gassonde oder als Partikelsonde ausgeführt sein.
Sonden dieser Art werden z.B. im Fahrzeugbereich als Abgassonden oder Lambdasonden eingesetzt, um den Sauerstoffgehalt im Abgas von Verbrennungsmotoren zu bestimmen. Bekannte Sondentypen sind etwa Sprungsonden oder Nernstsonden, bei denen in einer Messzelle eine Trennstruktur wie etwa eine, meist als Festkörper ausgebildete, Membran den Abgasstrom von einem Referenzgas wie bspw. der Umgebungsluft trennt. Die Membran kann abgasseitig mit einer Messelektrode und referenzgasseitig mit einer Referenzelektrode belegt sein. Bei bestimmten Materialien und geeigneten Betriebsbedingungen können aus der Spannung zwischen den Elektroden Informationen zum Sauerstoffgehalt des Abgases gewonnen werden. So ändert sich bei Sprungsonden die Messspannung in Abhängigkeit vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und ändert sich insbesondere sprunghaft während des Übergangs von einem mageren zu einem fetten Gemisch oder umgekehrt. Breitband-Lambdasonden liefern hingegen mithilfe einer zusätzlichen Sauerstoff-Pumpanordnung in einem breiteren Intervall sowohl im mageren als auch im fetten Bereich ein stetiges Signal. Diese Sondentypen werden bspw. beschrieben in K. Reif (Hrsg.), "Sensoren im Kraftfahrzeug", Bosch Fachinformation Automobil, Vieweg + Teubner Verlag 2010, S. 160–165.
Die optimalen Betriebstemperaturen von Sonden wie den vorstehend genannten liegen häufig im Bereich oberhalb von 350°C, bspw. bei 600°C oder mehr. Zur Optimierung der Verfügbarkeit und Relevanz des Sondensignals verfügen viele gattungsgemäße Sonden über ein elektrisches Heizelement zur Heizung der Messzelle. Die Heizung kann bspw. dazu ausgelegt sein, in kurzer Zeit nach dem Start eines Motors eine optimale Betriebstemperatur für die Messzelle zu etablieren.
Für Anschluss und Betrieb einer einfachen geheizten Sonde wie einer Sprungsonde werden daher wenigstens vier einadrige Kabel (bzw. eine entsprechende Anzahl mehradriger Kabel) benötigt, nämlich mindestens zwei Kabel zum Auslesen der Messspannung und mindestens zwei Kabel für das Heizelement. Für komplexere Sonden wie Pumpsonden, Zweizellersonden, etc. erhöht sich die Zahl der benötigten Kabel weiter, die etwa in einem Fahrzeug von einer Batterie, Steuerungseinrichtung, usw., mit entsprechender Länge zum Einbauort der Sonde geführt werden müssen. Werden mehrere Sonden verwendet, bspw. entlang des Abgasstroms, vor und hinter einem Katalysator, etc., muss eine entsprechende Vielzahl an Kabeln verlegt werden. Die benötigten Kabel, Kabelführungen sowie die entsprechend vorzusehenden Anschlusselemente an Kabeln und Sonden erhöhen Komplexität und Fehleranfälligkeit von Sonde und Fahrzeug, und damit die Kosten für Herstellung und Wartung.
Aus der DE 10 2005 003 813 A1 ist eine Lambda-Sprungsonde bekannt, die mittels dreier Kabel angeschlossen wird, nämlich zweier Anschlussleitungen mit Spannungsversorgung und Signalauswertung, sowie einer Masseverbindung. Ein Heizelement wird über eine der beiden Anschlussleitungen sowie die Masseverbindung betrieben. Das Messsignal wird in getakteten Intervallen ausgewertet, wobei das Messsignal nur während einer Ausschaltphase des Heizelementes für die Auswertung berücksichtigt wird. Auf diese Weise kann eine Sprungsonde mit weniger Kabeln betrieben werden.
In der DE 10 2008 042 616 A1 wird eine Gassonde beschrieben, bei der eine Außenelektrode auf das metallische Gehäuse der Sonde kontaktiert ist. Ein Gassensor ohne Heizung kann dann über ein nur einadriges Anschlusskabel angeschlossen sein. Ein Bahnanschluss einer Heizwiderstandsbahn kann ebenfalls auf das metallische Gehäuse kontaktiert sein. In diesem Fall kann der Gassensor über zwei einadrige Kabel (oder ein zweiadriges Anschlusskabel) angeschlossen werden, wobei ein Kabel die Messzelle und ein Kabel den Heizwiderstand versorgt. Allerdings verläuft die jeweilige Masseverbindung zwingend über das Sondengehäuse, metallische Teile des Abgasstrangs und weitere Fahrzeugteile, was zu Störungen und Fehlfunktionen führen kann.
Gemäß dem Stand der Technik sind zwar Vereinfachungen bei Betrieb und Montage gattungsgemäßer Sonde bekannt, jedoch führt das hierbei erforderliche Weglassen der Heizung oder das Vorsehen von über das Fahrzeug verlaufenden Masseverbindungen zu Nachteilen beim Betrieb der Sonde.
Offenbarung der Erfindung
Gegenüber diesem Stand der Technik bleibt somit die Aufgabe bestehen, eine elektrische Anbindung einer gattungsgemäßen Gas- oder Partikelsonde vorzuschlagen, die kostengünstig bspw. bei einer Fahrzeugmontage vorgenommen werden kann und einen zuverlässigen Betrieb der Sonde ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird eine Sonde zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs vorgeschlagen, die eine Messzelle zur Erfassung einer Messspannung aufweist. Die Messzelle umfasst mindestens eine Messelektrode, mindestens eine Referenzelektrode, und mindestens einen Festelektrolyten, der die Messelektrode und die Referenzelektrode verbindet. Die Sonde weist ferner ein Heizelement zur Heizung der Messzelle auf, sowie einen ersten gemeinsamen elektrischen Leitungsweg, über den eine externe Heizspannung an das Heizelement anlegbar ist und die Messspannung der Messzelle auslesbar ist.
Bei der Sonde kann es sich bspw. um eine Lambdasonde, Sprungsonde, Fingersonde, Pumpsonde, eine planare Lambdasonde, eine Breitbandsonde handeln. Die Erfindung kann jedoch ohne weiteres auch bei anderen (einschließlich zukünftigen) Sondentypen eingesetzt werden.
Bei der zu erfassenden Stoffkomponente kann es sich um eine fluidische, insbesondere gasförmige, oder feste, insbesondere partikelförmige Komponente eines Gemischs handeln, welches weitere gasförmige, flüssige und/oder feste Komponenten enthalten kann. Die von der Messung betroffene Stoffkomponente kann bspw. Sauerstoff, Stickstoff, Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder andere Arten von Gaskomponenten umfassen. Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden können auch in Partikelsensoren bspw. zur Messung von Stäuben, Nanopartikelkonzentrationen, etc. zum Einsatz kommen.
Der zu erfassende Anteil der Stoffkomponente kann etwa einen Massenanteil, einen Volumenanteil, einen prozentualen Anteil, eine Konzentration, oder einen Partialdruck der Stoffkomponente betreffen. Eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sonde, die für den Einsatz in Fahrzeugen vorgesehen ist, kann bspw. ausgelegt sein, um einen Sauerstoff-Partialdruck und/oder einen Prozentsatz der Sauerstoffkomponente in einem Abgasstrom zu messen.
Bei der Messzelle kann es sich um eine Nernstzelle handeln, die einen Festelektrolyten enthält. Bei anderen Ausführungsformen einer Messzelle können zusätzlich oder alternativ gasförmige, flüssige und/oder partikelförmige Materialien als elektrolytisch wirksame Transport- bzw. Trennstrukturen zum Einsatz kommen. Ein oder mehrere Festelektrolyte können als Festkörper, insbesondere keramische Festkörper vorliegen, wobei der Festkörper zumindest unter bestimmten Betriebsbedingungen (etwa bestimmten Betriebstemperaturen) ionenleitende, z.B. sauerstoffionenleitende, Eigenschaften aufweist. Geeignete Festelektrolyte können etwa auf Zirkoniumoxid oder Zirkoniumdioxid basierende Festelektrolyte sein, beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ).
Die Messelektrode, z.B. eine Nernstelektrode, kann einem Messgasraum ausgesetzt sein, durch den beispielsweise ein Abgas strömt. Die Referenzelektrode kann bspw. einem Referenzgasraum ausgesetzt sein, durch den ein Referenzgas wie bspw. Umgebungsluft strömt. Bei Ausführungsformen von Pumpsonden kann ein versiegelter Referenzgasraum vorliegen.
Das Heizelement kann etwa eine Heizwendel, Heizschlange, einen Heizstab, und/oder andere Strukturen umfassen, die zur Umwandlung von elektrischem Strom in Wärme eingesetzt werden können. Das Heizelement kann insbesondere dazu ausgebildet sein, eine elektrolytisch wirksame Struktur wie einen Festelektrolyten der Messzelle zu erwärmen. Das Heizelement kann so ausgelegt sein, dass eine Temperatur der elektrolytisch wirksamen Struktur in einen optimalen Temperaturbereich zum Betrieb der Sonde fällt oder in diesem bleibt. Ein derartiger Temperaturbereich kann bspw. ein Bereich oberhalb von 350°C sein, oder ein Bereich oberhalb von 500°C, oder ein Bereich oberhalb von 600°C. Bei einer Ausführungsform ist ein optimaler Temperaturbereich ein Bereich von 650°C bis 900°C. Das Heizelement kann so ausgelegt sein, dass der optimale Temperaturbereich innerhalb einer vordefinierten maximalen Zeitspanne nach dem Starten eines Motors erreicht wird. Die maximale Zeitspanne kann bspw. 30 Sekunden betragen, oder kann 20 Sekunden betragen, oder weniger.
Der oben eingeführte gemeinsame elektrische Leitungsweg wird gelegentlich aus Gründen der Eindeutigkeit als "erster" gemeinsamer elektrischer Leitungsweg bezeichnet. Diese Bezeichnung ist nicht so zu verstehen, dass erfindungsgemäße Sonden zwingend weitere gemeinsame Leitungswege aufweisen müssten. Vielmehr können Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden genau einen gemeinsamen elektrischen Leitungsweg aufweisen; auch in diesem Fall kann dieser Leitungsweg als "erster" elektrischer Leitungsweg bezeichnet werden. Andere Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden können bspw. neben dem ersten Leitungsweg noch einen zweiten gemeinsamen elektrischen Leitungsweg aufweisen, über den sowohl die Heizspannung an das Heizelement anlegbar als auch die Messspannung der Messzelle auslesbar ist. Hier weisen also ein Mess-Stromkreis ('Messkreis') zum Auslesen der Messspannung und ein Heiz-Stromkreis ('Heizkreis') zum Anlegen der Heizspannung mindestens in zwei separaten Abschnitten jeweils gemeinsame Leitungswege auf. Zum Beispiel kann ein erster gemeinsamer Leitungsweg (oder Leitungswegabschnitt) eine gemeinsame Stromzuführung, und ein zweiter gemeinsamer Leitungsweg (oder Leitungswegabschnitt) eine gemeinsame Stromabführung umfassen.
Ein Leitungsweg kann eine Leiterbahn, etwa auf oder in einer Leiterplatte, Platine, einem Substrat, etc., ein Kabel, eine Ader, eine strom- und/oder spannungsleitende Materialschicht oder Struktur umfassen, bspw. in einem mehrschichtigen Aufbau, oder eine Kombination hieraus.
Eine erfindungsgemäße Sonde weist ein mit der Messzelle elektrisch verbundenes Diodenelement zum Schutz der Messzelle vor der Heizspannung auf. Auf dieses Diodenelement wird aus Gründen der Eindeutigkeit nachfolgend gelegentlich als "erstes" Diodenelement Bezug genommen. Diese Bezeichnung ist aber nicht so zu verstehen, dass erfindungsgemäße Sonden zwingend weitere Diodenelemente, bspw. zweite oder dritte Diodenelemente, enthalten müssten. Vielmehr können Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden nur genau ein Diodenelement aufweisen, auch wenn dieses als "erstes" Diodenelement bezeichnet wird.
Das erste Diodenelement kann eine oder mehrere Dioden umfassen. Die eine Diode oder die mehreren Dioden können in Bezug auf die Heizspannung in Sperrrichtung geschaltet sein.
Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden umfassen ein zweites Diodenelement, das mit dem Heizelement elektrisch verbunden ist. Das zweite Diodenelement ist ausgelegt, um einen Kurzschluss der Messzelle über das Heizelement zu verhindern. Das zweite Diodenelement kann eine oder mehrere Dioden umfassen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das zweite Diodenelement mehrere in Reihe geschaltete Dioden. Die mindestens eine Diode des zweiten Diodenelements kann in Bezug auf die Heizspannung in Durchlassrichtung geschaltet sein. Bei bestimmten Ausgestaltungen kann eine aus der mindestens einen Diode des zweiten Diodenelements resultierende Schwellenspannung höher sein als eine maximale Messspannung der Messzelle und/oder als eine von außen angelegte maximale Pumpspannung der Messzelle.
Varianten erfindungsgemäßer Sonden weisen eine Steckereinheit zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten gemeinsamen Leitungsweg und einer externen Anschlussleitung auf. Die externe Anschlussleitung kann bspw. ein ein- oder mehradriges Kabel sein. Die Steckereinheit kann bspw. einen Stecker, eine Kupplung, ein oder mehrere Pins, und/oder weibliche oder männliche Verbindungselemente umfassen, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Steckereinheit kann auch ein Kabel, einen Kabelabschnitt oder eine andere flexible und/oder starre Strom- und/oder Spannungsführung umfassen, die sich zwischen Sondenelementen wie der Messzelle und dem Heizelement und weiteren Steckerelementen wie einem Stecker, einer Kupplung, etc. erstreckt.
Diese oder andere Varianten erfindungsgemäßer Sonden können ein Sondengehäuse aufweisen, in welches die Messzelle und/oder das Heizelement aufgenommen sind. Das Sondengehäuse kann bspw. metallische und/oder Kunststoffanteile aufweisen und kann dem Schutz von Sondenelementen, dem Einbau der Sonde bspw. in ein Fahrzeug, etc. dienen.
Mindestens eine Diode des ersten und/oder zweiten Diodenelements kann in der Steckereinheit vorliegen. Zusätzlich oder alternativ kann mindestens eine Diode des ersten und/oder zweiten Diodenelements im Sondengehäuse vorliegen. Bei bestimmten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden liegen alle Dioden des ersten und, falls vorhanden, zweiten Diodenelements in der Steckereinheit und/oder dem Sondengehäuse vor.
Bei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden kann der erste und/oder zweite gemeinsame Leitungsweg über ein Gehäuse der Sonde verlaufen. So kann etwa ein gemeinsamer Leitungsweg eine gemeinsame Masseverbindung für den Messkreis und den Heizkreis herstellen. Diese gemeinsame Masseverbindung kann über leitfähige, bspw. metallische, Gehäuseanteile geführt werden.
Bei bestimmten Bauformen erfindungsgemäßer Sonden kann die Messelektrode über einen der beiden gemeinsamen Leitungswege kontaktierbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann die Referenzelektrode über einen der beiden gemeinsamen Leitungswege kontaktierbar sein. Bspw. kann die Messelektrode über einen der beiden gemeinsamen Leitungswege, und die Referenzelektrode über den anderen der beiden gemeinsamen Leitungswege kontaktierbar sein.
Bei Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sonden kann eine Schaltungsanordnung im Messkreis umfassen, dass mindestens eine Diode, die Messzelle, und mindestens eine weitere Diode in dieser oder einer anderen Reihenfolge in Serie geschaltet sind. Zusätzlich oder alternativ kann eine Schaltungsanordnung im Heizkreis umfassen, dass mindestens eine Diode, das Heizelement, und mindestens eine weitere Diode in dieser oder einer anderen Reihenfolge in Serie geschaltet sind.
Bei verschiedenen Varianten erfindungsgemäßer Sonden kann mindestens eine Diode des ersten Diodenelements und mindestens eine Diode des zweiten Diodenelements mit demselben gemeinsamen Leitungsweg verbunden sein. Bspw. kann ein gemeinsamer Leitungsweg eine gemeinsame Masseverbindung für den Messkreis und den Heizkreis herstellen, und mindestens eine Diode des ersten Diodenelements und mindestens eine Diode des zweiten Diodenelements sind mit der gemeinsamen Masseverbindung verbunden.
Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Sensorvorrichtung zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs vorgeschlagen. Die Sensorvorrichtung umfasst eine Sonde wie hierin beschrieben und eine Spannungsquelle zum Anlegen der Heizspannung an das Heizelement der Sonde über den ersten gemeinsamen elektrischen Leitungsweg. Ist die Sensorvorrichtung etwa für ein Fahrzeug vorgesehen, kann die Spannungsquelle eine Fahrzeugbatterie umfassen.
Eine erfindungsgemäße Sensorvorrichtung kann eine Taktungskomponente zum getakteten Anlegen der Heizspannung an die Sonde umfassen. Die Taktungskomponente kann etwa als Steuerschaltkreis oder Steuerungsschaltung implementiert sein. Bspw. kann die Taktungskomponente in einer ECU (Electronic Control Unit) eines Fahrzeugs implementiert sein. Die Taktungskomponente kann bpsw. einen Schalter oder ein Schaltelement umfassen, die von einer Steuerschaltung angesteuert wird, um den Heizkreis im Rahmen eines Taktungsschemas zu schließen und zu öffnen.
Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sensorvorrichtungen können mindestens eine Messvorrichtung zur Erfassung der Messspannung der Messzelle umfassen. Die Messvorrichtung kann ausgelegt sein, um die Messspannung in einer heizspannungsfreien Taktphase zu erfassen. Die Messvorrichtung kann mit der Taktungskomponente verbunden sein, bspw. mit einer Steuerungseinheit der Taktungskomponente.
Vorteile der Erfindung
Mit der Erfindung werden für den Betrieb einer Stoffsonde, bspw. einer Gassonde wie einer Lambdasonde im Fahrzeugbereich, weniger Kabel für die Strom-/Spannungsversorgung benötigt. Eine erfindungsgemäße Sonde kann bspw. mit nur einem einzigen (einadrigen) Kabelanschluss betrieben werden. Dies ermöglicht einen kostengünstigen Verbau der Sonde und einen zuverlässigen Betrieb. Trotz der geringen Kabelanzahl kann eine Sonde mit Heizung verwendet werden, so dass die Zahl der Fahrzustände, in denen verwertbare Signale vorliegen, maximiert wird. So können Messsignale z.B. bereits kurz nach Anlassen eines Motors verfügbar sein. Soll eine Masseverbindung nicht über das Sondengehäuse verlaufen, ist zwar ein zweites Kabel, nötig, jedoch wird auch ein besonders wenig störanfälliger Betrieb möglich; dies unterscheidet erfindungsgemäße Sonden vorteilhaft von bekannten Sonden mit zwei Kabelanschlüssen.
Als zusätzliche Hardware-Komponenten sind lediglich eine oder mehrere Dioden erforderlich, die Erfindung kann somit einfach in bestehende Sondenkonzepte integriert werden. Dabei kann etwa eine Diode im Messkreis vorgesehen werden, um die Messzelle vor der über einen gemeinsamen Abschnitt von Messkreis und Heizkreis anliegenden Heizerspannung zu schützen. Diese Diode kann in Bezug auf die Heizerspannung in Sperrrichtung betrieben werden. Zusätzlich oder alternativ können eine oder mehrere Dioden im Heizkreis vorgesehen sein, um einen Kurzschluss der Messzelle über das Heizelement zu verhindern. Hierbei kann / können diese Diode/n in Bezug auf die Heizspannung in Durchlassrichtung betrieben werden. Eine Schwellenspannung kann höher sein als die maximale Messspannung der Messzelle. Ist die Schwellenspannung kleiner als eine angelegte Heizspannung, kann der Heizerstrom durch das zweite Diodenelement fließen, während eine typischerweise deutlich geringere maximale Messspannung der Messzelle nicht ausreichend ist, um einen Strom durch das zweite Diodenelement abfließen zu lassen. Eine Serienschaltung mehrerer Dioden mit dem Heizelement ermöglicht es bspw., eine gewünschte Schwellenspannung basierend auf kostengünstigen Diodentypen zu erreichen.
Um eine Beeinflussung der Dioden durch hohe Temperaturen zu minimieren, können diese abgesetzt von Heizelement und/oder Messzelle vorgesehen werden, bspw. in einem Sondenstecker.
Die Erfindung ist für eine Vielzahl von Sondentypen anwendbar, einschließlich Pumpsonden, Zweizeller-Sonden, Breitbandsonden, etc. Die Erfindung ist allgemein überall dort anwendbar, wo eine Messzelle ein elektrisches Messsignal erzeugt und ein elektrisches Heizelement betrieben wird, und ermöglicht eine kostengünstige und zuverlässige Realisierung der Strom- und/oder Spannungsversorgung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand der beigefügten Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Hierbei zeigt:
1 in Form eines Ersatzschaltbildes, ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonde;
2 in schematischer Form ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonde, hier einer Sprungsonde;
3A in Form eines schematischen Blockdiagramms ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonde, hier mit abgesetztem Stecker; und
3B ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonde, ebenfalls mit abgesetztem Stecker;
4 in schematischer Form ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sonde, hier einer Breitbandsonde; und
5 in Form eines schematischen Blockdiagramms ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt in Form eines Ersatzschaltbildes ein Ausführungsbeispiel 100 einer erfindungsgemäßen Sonde mit einer Messzelle 102 und einem Heizelement 104. Die Messzelle 102 hat einen Innenwiderstand Ri und das Heizelement 104 einen Heizwiderstand Rh.
Die Sonde 100 ist elektrisch mit einer Spannungsquelle 106 sowie einer Spannungsmessvorrichtung 108 zur Messung einer Nernstspannung U_N verbunden. Die Spannungsquelle 106 kann bspw. eine Bordspannung U_B eines Fahrzeugs bereitstellen. Ein Mess-Stromkreis (Messkreis) 110 umfasst die Messzelle 102 sowie Leitungswege 112, 113, über welche die Messzelle 110 mit dem Spannungsmesser 108 verbunden ist. Ein Heiz-Stromkreis (Heizkreis) 114 umfasst das Heizelement 104 sowie Leitungswege 116, 117, über welche das Heizelement 104 mit der Spannungsquelle 106 verbunden ist.
Die Leitungswege 112 und 116 sind in einem Abschnitt 118 identisch. Die Leitungswege 113 und 117 sind in einem Abschnitt 119 identisch. Die Abschnitte 118, 119 stellen gemeinsame Leitungswege für den Messkreis 110 und den Heizkreis 114 dar. Die gemeinsamen Leitungswege 118, 119 sind über zwei einadrige Kabel 120, 121 mit der Spannungsquelle 106 bzw. Spannungsmesser 108 verbunden. Die beiden einadrigen Kabel 120, 121 könnten alternativ auch als ein zweiadriges Kabel ausgeführt sein.
Über die beiden gemeinsamen Leitungswege 118, 119 wird sowohl die Heizspannung U_B der Spannungsquelle 106 an das Heizelement 104 angelegt, als auch die Messspannung U_N der Messzelle 102 ausgelesen. Dies ist möglich, indem die Sonde 100 getaktet betrieben wird, d.h. in einer Heizphase liegt die Bordspannung U_B über die Kabel 120, 121 an der Sonde 100 an, und in einer zeitlich separaten Messphase liegt keine Heizspannung an, und es wird vom Spannungsmesser 108 über die Kabel 120, 121 die Nernstspannung U_N der Messzelle 102 bestimmt. Heiz- und Messphasen können einem vordefinierten Schema folgen oder können von einer Steuerung gemäß eines momentanen Betriebszustandes der Sonde 100, eines Motors, und/oder eines Fahrzeugs, etc. gesteuert werden.
Im Messkreis 110 befindet sich ein Diodenelement 122 mit einer Diode 124. Die Diode 124 befindet sich in diesem Beispiel im Leitungsweg 112, könnte sich aber auch im
Leitungsweg 113 des Messkreises 110 befinden. Die Diode 124 ist in Bezug auf die Heizspannung U_B in Sperrichtung geschaltet. Eine Durchbruchspannung der Diode 124 ist größer als die Heizspannung U_B. Auf diese Weise ist die Messzelle 102 vor der in der Heizphase über die gemeinsamen Leitungswege 118, 119 anliegenden Heizspannung U_B geschützt.
Im Heizkreis 114 befindet sich ein Diodenelement 126 mit insgesamt drei Dioden 128, 130. Die Diode 128 befindet sich in diesem Beispiel im Leitungsweg 116, und die Dioden 130 befinden sich im Leitungsweg 117. Bei anderen Ausführungsbeispielen befindet sich im Heizkreis keine Diode oder nur eine Diode, oder es sind zwei, vier oder noch mehr Dioden angeordnet. Die Dioden können in der in 1 gezeigten Weise mit dem Heizelement 104 in Serie geschaltet sein, oder können anders in Bezug auf das Heizelement gekoppelt sein. Zum Beispiel könnten sich alle drei Dioden entweder nur im Leitungsweg 116, oder nur im Leitungsweg 117 befinden.
Die Dioden 128, 130 sind in Bezug auf die Heizspannung in Durchlassrichtung geschaltet. Die Dioden 128, 130 können eine resultierende Gesamt-Schwellenspannung aufweisen, die größer ist als eine maximal an der Messzelle 102 auftretende Messspannung Un, oder zumindest größer als die maximal von der Spannungsmessvorrichtung 108 erfassbare oder auswertbare Messspannung. Somit ist ein Kurzschluss der Messzelle 102 über das Heizelement 104 ausgeschlossen, und die Messspannung Un kann in der Messphase zuverlässig ausgelesen werden.
Das Diodenelement 126 kann bspw. kostengünstige Standard-Dioden, etwa Siliziumdioden, umfassen. Haben diese etwa eine typische Schwellenspannung von 0.4–0.6 Volt, und hat eine Nernstzelle typischerweise eine maximale Messspannung von 0,9–1,2 Volt, dann kann ein Kurzschluss zuverlässig durch Vorsehen dreier Standard-Dioden verhindert werden, wie in 1 angedeutet.
Auf diese Weise ist ein zuverlässiger, getakteter Betrieb der Sonde 100 mit Mess- und Heizphasen über nur die zwei Kabel 120, 121 möglich.
2 zeigt in schematischer Form ein weiteres Ausführungsbeispiel 200 einer erfindungsgemäß ausgebildeten Sonde, die als Sprungsonde betrieben werden kann. Die Sonde 200 umfasst eine Messzelle 202 sowie ein Heizelement 204. Die Sonde 200 ist elektrisch mit einer Spannungsquelle 206 mit einem Massepotential 207 sowie einem Spannungspol 208 gekoppelt. Der Spannungspol 208 kann bspw. eine Bordspannung U_B gegenüber dem Massepotential 207 von 10.6–14.7 Volt, bspw. 13 Volt, bereitstellen. Die Sonde 200 ist weiterhin mit einer Spannungsmessvorrichtung 210 zur Messung einer Nernstspannung U_N verbunden.
Die Messzelle 202 umfasst eine Messelektrode 212 sowie eine Referenzelektrode 214. Die Mess- oder Nernstelektrode 212 kann auf einem Festelektrolyten 216, bspw. Zirkonoxid, aufgebracht sein. An der Messelektrode kann etwa ein Abgas eines Verbrennungsmotors vorbeiströmen. Die Referenzelektrode 214 steht ebenfalls in Kontakt mit dem Festelektrolyten 216 und wird von einem Gas bzw. Gasgemisch in einem Referenzgasraum 218 bespült. Der Referenzgasraum 218 kann ein Luftkanal sein. Das Referenzgas kann Umgebungsluft sein.
Die Messzelle 202 kann etwa den Sauerstoffgehalt in dem an der Messelektrode 212 vorbeiströmenden Abgas in Relation zum Sauerstoffgehalt des Gases im Referenzgasraum 218 messen. Hierzu wird die Nernst-Spannung U_N zwischen Messelektrode 212 und Referenzelektrode 214 von der Messeinrichtung 210 abgegriffen. Ein Messkreis 220 umfasst die Messzelle 202, einen mit der Messelektrode 212 verbundenen Leitungsweg 222, einen mit der Referenzelektrode verbundenen Leitungsweg 223, sowie den Spannungsmesser 210.
Mit dem Heizelement 204 wird erforderlichenfalls die Messzelle 202, insbesondere der Elektrolyt 216, auf optimale Betriebstemperaturen geheizt. Das Heizelement 204 umfasst eine Heizwendel 224. Ein Heizkreis 226 umfasst die Heizwendel 220, einen mit der Spannungspol 208 verbundenen Leitungsweg 228, sowie einen mit dem Massepotential 207 verbundenen Leitungsweg 229.
Messkreis 220 und Heizkreis 226 haben abschnittsweise identische, d.h. gemeinsame Leitungswege. So sind der Leitungsweg 222 von der Messelektrode 212 zum Massepotential 207 und der Leitungsweg 229 von der Heizwendel 224 zum Massepotential 207 in einem Abschnitt 230 identisch. Der Leitungsweg 223 von der Referenzelektrode 214 zum Spannungspol 208 und der Leitungsweg 228 von der Heizwendel 224 zum Spannungspol 208 sind in einem Abschnitt 232 identisch. Die Abschnitte 230, 232 stellen gemeinsame Leitungswege für den Messkreis 220 und den Heizkreis 226 dar. Die gemeinsamen Leitungswege 230, 232 können über zwei einadrige Kabel 234, 236 mit Spannungsquelle 206 bzw. Spannungsmesser 210 verbunden sein.
Über die beiden gemeinsamen Leitungswege 230, 232 sowie Kabelverbindungen 234, 236 wird sowohl die Heizspannung der Spannungsquelle 206 an das Heizelement 204 angelegt, als auch die Messspannung U_N der Messzelle 202 ausgelesen. Hierzu wird die Sonde 200 getaktet betrieben. In einer Heizphase liegt die bereitgestellte Spannung über die Kabel 234, 236 und Leitungswege 228, 229 am Heizelement 204 an. Während einer Messphase ohne anliegende Heizspannung wird vom Spannungsmesser 210 über die Kabel 234, 236 und Leitungswege 222, 223 die Nernstspannung U_N zwischen der Messelektrode 212 und der Referenzelektrode 214 bestimmt.
Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel könnte der Leitungsweg 230 über ein Gehäuse oder einen Gehäuseabschnitt der Sonde verlaufen. Der elektrische Weg 234 könnte dann zumindest teilweise leitende Teile des Fahrzeugs umfassen, bspw. metallische Teile eines Abgasstrangs, an dem die Sonde 200 angebracht ist. Somit könnte die Sonde 200 mit nur einem einzigen Kabel 236 betrieben werden. Prinzipiell ist es denkbar, auch den Leitungsweg 232 über das Sondengehäuse zu führen, bspw. wenn das Sondengehäuse elektrisch voneinander isolierte Gehäuseteile aufweist.
Ein Diodenelement 238 befindet sich im Messkreis 220, genauer gesagt in dem auf Massepotential gelegten Leitungsweg 222, aber außerhalb des mit dem Heizkreis 226 gemeinsamen Leitungsweges 230. Das Diodenelement 238 umfasst eine Diode 240, die in Bezug auf die Heizspannung in Sperrichtung geschaltet ist. Weil eine Durchbruchspannung der Diode 240 größer ist als die Heizspannung, fließt in der Heizphase kein Strom durch die Elektroden 212, 214 und den Elektrolyten 216, und die Messzelle 202 ist vor Schäden durch die Heizspannung geschützt.
Ein Diodenelement 242 mit insgesamt drei Dioden 244 befindet sich im Heizkreis 226, genauer gesagt in dem auf Massepotential gelegten Leitungsweg 229, aber außerhalb des mit dem Messkreis 222 gemeinsamen Leitungsweges 230. Für die Zahl und Anordnung der Dioden des Diodenelements 242 gilt das zum Diodenelement 126 in 1 ausgeführte sinngemäß. Die Dioden 244 verhindern in einer Messphase einen Kurzschluss zwischen den Elektroden 212 und 218. Der Heizkreis 226 wird für die Messspannung hochohmig, und die Messspannung U_N kann im Spannungsmesser 210 erfasst werden.
Die Diodenelemente 238 und 242 können zusammen in einer mit gestrichelter Linie angedeuteten Sondenkomponente 246 aufgenommen sein. Bei der Sondenkomponente 246 kann es sich bspw. um einen Stecker oder ein Gehäuse der Sonde 200 handeln.
3A zeigt als Beispiel hierzu eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform 300 einer Sonde beliebigen Typs (Sprungsonde, Breitbandsonde, etc.). Nicht gezeigte Messzelle, Heizelement und ggf. weitere Komponenten sind in einem Sondengehäuse 302 aufgenommen. Eine Steckereinheit 304 dient zum Anschluss der Sonde 300 bspw. an ein Fahrzeug-Bordnetz. Sondengehäuse 302 und Steckereinheit 304 sind durch ein sondeneigenes Kabel 306 verbunden. Vier Dioden 308, die den Dioden 240 und 244 der Sonde 200 aus 2 entsprechen können, sind in den Stecker 304 aufgenommen. Entspricht die elektrische Verdrahtung der in 2 gezeigten Konfiguration, dann würde das Kabel 306 zumindest dreiadrig auszuführen sein, entsprechend den Leitungswegen 222, 223/228, und 229 in 2. Der Stecker 304 benötigt jedoch maximal zwei Anschlusselemente 310, bspw. Pins, zum Anschluss an das Bordnetz. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, bei dem eine Masseleitung bspw. über Sondengehäuse und Abgasanlage geführt wird, genügt sogar nur ein Anschlusselement.
3B zeigt als weiteres Beispiel eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform 320 einer Sonde, die der Sonde 300 in 3A weitgehend entsprechen kann. Insbesondere weist die Sonde 320 ein Gehäuse 322, einen Stecker 324, und ein verbindendes, sondeneigenes Kabel 326 auf. Eine Mehrzahl Dioden 328 sind in das Gehäuse 322 aufgenommen. Die Dioden 328 können bspw. kreisförmig in einem Konus 330 des Gehäuses 322 aufgenommen sein. Das Kabel 326 wäre lediglich zweiadrig auszuführen, entsprechend den gemeinsamen Leitungswegen 230, 232 in 2. Der Stecker 324 benötigt nur zwei Anschlusselemente 332 zum Anschluss an das Bordnetz. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel, bei dem eine Masseleitung bspw. über Sondengehäuse und Abgasanlage geführt wird, ist nur ein einadriges Kabel und ein einziges Anschlusselement an das Bordnetz erforderlich.
Eine abgesetzte Unterbringung der Dioden wie in den Beispielen der A und 3B dient ggf. dem Schutz der Dioden vor den hohen Temperaturen der Messzelle / des Heizelements während eines Sondenbetriebs.
4 zeigt in schematischer Form ein nochmals weiteres Ausführungsbeispiel 400 einer erfindungsgemäß ausgebildeten Sonde, die als Pumpsonde, z.B. Breitbandlambdasonde, betrieben werden kann. Die Sonde 400 ähnelt in einer Reihe von Aspekten der Sonde 200 aus 2; sofern diese Aspekte hier nicht explizit diskutiert werden, gelten die Ausführungen zur Sonde 200 aus 2 sinngemäß.
Die Sonde 400 umfasst eine Mess- bzw. Pumpzelle 402, sowie ein Heizelement 404. Die Pumpzelle kann über eine Diffusions- bzw. Transportbarriere 405 mit einem Abgasstrom in Verbindung stehen. Die Sonde 400 ist elektrisch mit einer Spannungsquelle 406 mit einem Massepotential 407 sowie einem Spannungspol 408 gekoppelt. Die Sonde 400 ist weiterhin mit einem nicht gezeigten Spannungsmesser verbunden.
Die Messzelle 402 umfasst einen Festelektrolyten 410 mit einer Referenzelektrode 412 an einem Referenzgasraum 414, sowie eine Mess- und Pumpelektrode 416 an einem Messund Pumpraum 418. Ein Mess- und Pumpkreis 420 umfasst die Elektroden 412 und 416 sowie mit den Elektroden verbundene Leitungswege 422 und 423. Ein Heizkreis 424 umfasst eine Heizwendel 426, einen mit dem Spannungspol 408 verbundenen Leitungsweg 428, sowie einen mit dem Massepotential 407 verbundenen Leitungsweg 429. Messkreis 420 und Heizkreis 424 haben abschnittsweise identische, d.h. gemeinsame Leitungswege 430, 432, in ähnlicher Weise wie dies im Detail für die Sonde 200 in 2 beschrieben wurde.
Die Sonde 400 kann in getakteter Weise mit Mess-, Heiz- und Pumpphasen betrieben werden, wobei ein Betrieb mit Mess- und Heizphasen weiter oben bereits diskutiert wurde, und das Betreiben mit Pumpphasen dem Fachmann bekannt ist. Der Pumpbetrieb kann z. B. zur Bestimmung eines Diffusionsgrenzstroms einer Gaskomponente durch die poröse Struktur 405 oder zur Versorgung der Referenzelektrode 412 mit einem Referenzgas dienen. Der Messbetrieb kann auch gleichzeitig mit einem galvanostatischen Pumpbetrieb erfolgen und über eine sprunghafte Änderung der an der Messzelle 402 anliegenden Pumpspannung ein Über- oder Unterschreiten eines Befüllungsgrades des Pumpraums 418 detektieren. Der Messbetrieb kann auch derart gleichzeitig mit dem Pumpbetrieb erfolgen, dass der Pumpstrom permanent auf eine definierte Messspannung geregelt wird.
Ein Diodenelement 438 mit einer Diode 440 befindet sich im Messkreis 420 zum Schutz der Messzelle 402 vor Schäden durch die hohe Heizspannung. Ein Diodenelement 442 mit drei Dioden 444 befindet sich im Heizkreis 226, um in einer Messphase einen Kurzschluss zwischen den Elektroden 412 und 416 zu verhindern. Außerhalb einer Heizphase kann, wie durch ein Schaltelement 446 angedeutet, eine Pumpspannungsquelle 448 zugeschaltet werden. Diese kann z.B. eine konstante Spannung von 0.5 Volt bereitstellen. Bei zugeschalteter Spannungsquelle 448 fließt ein Sauerstoffionenstrom zwischen der Messelektrode 416 und der Gegenelektrode 412, der proportional zur Sauerstoff- bzw. Fettgaskonzentration im Messgasraum 418 ist. Das Diodenelement 442 mit Dioden 444 verhindert ein Abfließen des Pumpstroms in den Heizerkreis 424.
Somit sind auch für den Betrieb einer beheizten Pumpsonde nur zwei Kabel für die gemeinsamen Leitungswege 430, 432 erforderlich. Wird die gemeinsame Masseverbindung 432 über ein Gehäuse der Sonde an das Fahrzeug hergestellt, ist nur ein einziges Kabel für den Leitungsweg 432 erforderlich.
Andere Ausführungsbeispiele von Pumpsonden umfassen einen Zweizellerbetrieb mit einer Nernstzelle, wobei für eine Referenzelektrode ein zusätzliches Kabel erforderlich sein kann.
5 zeigt in schematischer Form ein Ausführungsbeispiel 500 einer Sensorvorrichtung zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs. Die Sensorvorrichtung 500 umfasst eine Sonde 502, zwei Kabel 504, 505, eine Spannungsquelle 506, eine Messvorrichtung 508, sowie eine Taktungskomponente 510.
Die Sonde 502 kann bspw. eine der Sonden 100, 200, 300, 320, oder 400 der vorhergehenden Beispiele umfassen. Die Sonde 502 verfügt über einen Stecker 512 mit zwei Kabelanschlüssen 514, 515 zum Anschluss der Kabel 504, 505. Die Spannungsquelle 506 stellt ein Massepotential 516 sowie einen Spannungspol 517 bereit. Die Spannungsquelle 506 kann bspw. eine Batterie eines Fahrzeugs umfassen. Die Spannungsquelle 506 stellt über die Kabel 504, 505 eine Heizspannung für ein Heizelement der Sonde 502 bereit. Die Spannungsmessvorrichtung 508 ist zur Erfassung der Messspannung einer Messzelle der Sonde 502 über die Kabel 504, 505 ausgebildet.
Die Taktungskomponente 510 umfasst eine Steuerungseinheit 518 sowie ein Schaltelement 520, bspw. einen Schalter, ein Relais, ein chip-basiertes Schalterelement, etc. Bei geschlossenem Schalter 520 liegt die von der Spannungsquelle 506 bereitgestellte Heizspannung an der Sonde 502 an (Heizphase). Bei offenem Schalter 520 kann eine Messspannung der Sonde 502 ausgelesen werden, und/oder es kann eine Pumpspannung bereitgestellt werden (Messphase). Die Steuerungseinheit 518, die als Komponente einer ECU in Software, Firmware und/oder Hardware implementiert sein kann, kann den offenen bzw. geschlossenen Zustand des Schalters 520 in vordefinierter Weise und/oder in Reaktion auf Sensorsignale 522 steuern 524. Ein vordefiniertes Schema kann bspw. einen periodischen Wechsel zwischen Heizphasen und Messphasen betreffen, deren zeitliche Länge ggf. in Reaktion auf die Sensorsignale 522 angepasst werden kann. Die Sensorsignale 522 können bspw. Angaben zu einer Abgastemperatur, einer Temperatur der Sonde 502, einem Fahrzustand eines Fahrzeugs, einem Betriebszustand eines Motors, etc. umfassen. Die Steuerungseinheit 518 kann auch die Messeinrichtung 508 triggern 526 und/oder diese auslesen, so dass diese eine Messspannung nur in den Messphasen misst, bzw. eine erfasste Messspannung nur in den Messphasen ausgelesen wird.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt; vielmehr sind innerhalb des durch die anhängenden Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005003813 A1 [0005]
DE 102008042616 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

K. Reif (Hrsg.), "Sensoren im Kraftfahrzeug", Bosch Fachinformation Automobil, Vieweg + Teubner Verlag 2010, S. 160–165 [0002]

Claims

Sonde (200, 400) zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs, mit – einer Messzelle (202, 402) zur Erfassung einer Messspannung, wobei die Messzelle (202, 402) mindestens eine Messelektrode (212, 416), mindestens eine Referenzelektrode (214, 412) und mindestens einen die Messelektrode und die Referenzelektrode verbindenden Festelektrolyten (216, 410) aufweist; – einem Heizelement (204, 404) zur Heizung der Messzelle (202, 402); und – einem ersten gemeinsamen elektrischen Leitungsweg (230; 232; 430; 432), über den eine externe Heizspannung an das Heizelement (204, 404) anlegbar ist und die Messspannung der Messzelle (202, 402) auslesbar ist; gekennzeichnet durch ein erstes Diodenelement (238, 438), das mit der Messzelle (202, 402) elektrisch verbunden ist, zum Schutz der Messzelle (202, 402) vor der Heizspannung.
Sonde nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten gemeinsamen elektrischen Leitungsweg (232; 230; 432; 430), über den die Heizspannung an das Heizelement (204, 404) anlegbar ist und die Messspannung der Messzelle (202, 402) auslesbar ist.
Sonde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass das erste Diodenelement (238, 438) mindestens eine in Bezug auf die Heizspannung in Sperrrichtung geschaltete Diode (240, 440) umfasst.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein zweites Diodenelement (242, 442), das mit dem Heizelement (204, 404) elektrisch verbunden ist, um einen Kurzschluss der Messzelle (202, 402) über das Heizelement (204, 404) zu verhindern.
Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das zweite Diodenelement (242, 442) mindestens eine Diode, insbesondere mehrere in Reihe geschaltete Dioden (244, 444), umfasst.
Sonde nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet dass die mindestens eine Diode (244, 444) des zweiten Diodenelements (242, 442) in Bezug auf die Heizspannung in Durchlassrichtung geschaltet ist, wobei das zweite Diodenelement (242, 442) eine höhere Schwellenspannung aufweist als eine maximale Messspannung oder eine maximale Pumpspannung der Messzelle (202, 402).
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steckereinheit (246, 304, 306), zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten gemeinsamen Leitungsweg (230; 232) und einer externen Anschlussleitung (234; 236), wobei mindestens eine Diode (240, 244, 308) des ersten oder zweiten Diodenelements (238, 242) in der Steckereinheit (246, 304, 306) vorliegt.
Sonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Sondengehäuse (322, 330), in welchem die Messzelle und/oder das Heizelement aufgenommen sind, wobei mindestens eine Diode (328) des ersten oder zweiten Diodenelements im Sondengehäuse (322, 330) vorliegt.
Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass einer der beiden gemeinsamen Leitungswege eine Masseverbindung herstellt und über ein Gehäuse der Sonde verläuft.
Sensorvorrichtung (500) zur Erfassung eines Anteils einer Stoffkomponente eines Stoffgemischs, umfassend eine Sonde (502) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Spannungsquelle (506) zum Anlegen der Heizspannung an das Heizelement der Sonde über einen auch zum Auslesen der Messspannung verwendeten gemeinsamen elektrischen Leitungsweg (504, 505).