DE102014203063A1 - Device for detecting at least one property of a gas - Google Patents

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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes

Abstract

Es wird eine Vorrichtung (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112) vorgeschlagen. Die Vorrichtung (110) weist mindestens ein Sensorelement (114) zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum (112) auf. Das Sensorelement (114) weist mindestens eine erste Elektrode (116), mindestens eine zweite Elektrode (118) und mindestens einen die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) verbindenden Festelektrolyten (120) auf. Die erste Elektrode (116) ist mit Gas aus dem Messgasraum (112) beaufschlagbar. Die erste Elektrode (116) ist in mindestens einem Messhohlraum (122) angeordnet. Die zweite Elektrode (118) ist in mindestens einem Referenzgasraum (128) angeordnet. Die Vorrichtung (110) weist weiterhin mindestens eine Ansteuerung (140) auf. Die Ansteuerung (140) ist eingerichtet die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) mit einer Pumpspannung zu beaufschlagen. Die Ansteuerung (140) ist weiterhin eingerichtet mindestens einen Pumpstrom an der ersten Elektrode (116) zu erfassen. Die Ansteuerung (140) ist derart eingerichtet, dass die zweite Elektrode (118) mit einer virtuellen Masse verbunden ist. Das Sensorelement (114) weist weiterhin mindestens eine Hilfspumpzelle (148) auf. Die erste Elektrode (116) ist Bestandteil der Hilfspumpzelle (148). Die Hilfspumpzelle (148) ist derart eingerichtet, dass durch die Hilfspumpzelle (148) ein Hilfspumpstrom fließt. Durch den Hilfspumpstrom werden der ersten Elektrode (116) Sauerstoff-Ionen zugeführt, wodurch ein Sauerstoffmangel in dem Messhohlraum (122) ausgeglichen wird.A device (110) for detecting at least one property of a gas in a measurement gas space (112) is proposed. The device (110) has at least one sensor element (114) for detecting the at least one property of the gas in the sample gas space (112). The sensor element (114) has at least one first electrode (116), at least one second electrode (118) and at least one solid electrolyte (120) connecting the first electrode (116) and the second electrode (118). The first electrode (116) can be acted upon with gas from the measuring gas space (112). The first electrode (116) is arranged in at least one measuring cavity (122). The second electrode (118) is arranged in at least one reference gas space (128). The device (110) furthermore has at least one drive (140). The drive (140) is set up to apply a pump voltage to the first electrode (116) and the second electrode (118). The drive (140) is further configured to detect at least one pumping current at the first electrode (116). The driver (140) is arranged such that the second electrode (118) is connected to a virtual ground. The sensor element (114) furthermore has at least one auxiliary pumping cell (148). The first electrode (116) is part of the auxiliary pumping cell (148). The auxiliary pumping cell (148) is configured such that an auxiliary pumping current flows through the auxiliary pumping cell (148). The auxiliary pumping current supplies oxygen ions to the first electrode (116), thereby compensating for an oxygen deficiency in the measuring cavity (122).

Description

Stand der Technik State of the art

Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum bekannt. Grundsätzlich ist unter einer Eigenschaft eines Gases eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft zu verstehen, wobei eine oder auch mehrere Eigenschaften des Gases erfasst werden können. Mit einer solchen Vorrichtung kann eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Gases erfolgen, insbesondere eine Erfassung einer Gaskomponente in einen Luft-Kraftstoff-Gemisch. Alternativ oder zusätzlich sind aber auch andere Eigenschaften des Gases erfassbar. Beispielsweise kann mindestens ein Anteil mindestens einer Gaskomponente eines Gases in dem Messgasraum mit einer solchen Vorrichtung bestimmt werden. Bei dem Gas kann es sich beispielsweise um ein Abgas in einem Messgasraum einer Brennkraftmaschine handeln, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich und bei dem Messgasraum beispielsweise um einen Abgastrakt. Devices for detecting at least one property of a gas in a measuring gas space are known from the prior art. In principle, a property of a gas is to be understood as meaning any physical and / or chemical property, wherein one or more properties of the gas can be detected. With such a device, a qualitative and / or quantitative detection of a gas component of the gas can take place, in particular a detection of a gas component in an air-fuel mixture. Alternatively or additionally, however, other properties of the gas can be detected. For example, at least a portion of at least one gas component of a gas in the measurement gas space can be determined with such a device. The gas may be, for example, an exhaust gas in a measuring gas chamber of an internal combustion engine, in particular in the motor vehicle sector and in the sample gas chamber, for example, around an exhaust gas tract.

Eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft des Gases kann grundsätzlich ein Sensorelement zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gases aufweisen. Derartige Sensorelemente können beispielsweise als eine Lambdasonde ausgestaltet sein. Grundsätzlich kann es sich bei dem Sensorelement auch um einen anderen Sensor handeln, beispielsweise einen NOx-Sensor. Lambdasonden werden beispielsweise in Konrad Reif (Hrsg.) „Sensoren im Kraftfahrzeug“, 2. Auflage 2012, Seiten 160–165 , beschrieben. Mit einer Lambdasonde kann ein Gasanteil eines Gasgemisches in einem Brennraum bestimmt werden. Die Luftzahl λ gibt das Luft-Kraftstoffverhältnis an. Derartige Sensorelemente basieren in der Regel auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper. Insbesondere kann es sich bei dem Festkörper um einen keramischen Festkörperelektrolyten handeln, bevorzugt aus Zirkonium und Yttrium, oder auch Festkörperschichten bevorzugt aus Zirkoniumdioxid. Weiter basieren derartige Sensorelemente auf der Verwendung einer oder mehrerer sogenannter Pumpzellen. Beispielsweise sind Breitband-Lambdasonden bekannt, welche als Einzeller oder als Mehrzeller aufgebaut sein können. Bei derartigen Sensorelementen wird an mindestens einer Pumpzelle ein Pumpstrom als Funktion der Pumpspannung erfasst und aus dem Pumpstrom auf einen Sauerstoffanteil in dem Gas geschlossen. Auch alternative, prinzipiell gleichwertige Messprinzipien sind bekannt. Grundsätzlich kann mindestens eine Pumpzelle zwei Elektroden aufweisen, insbesondere eine innere und eine äußere Pumpelektrode. Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise einzellige Breitband-Lambdasonden bekannt, bei welchen eine Elektrode mittels einer Diffusionsbarriere mit Abgas beaufschlagbar ist, wohingegen die andere Elektrode in einem Referenzkanal angeordnet ist, insbesondere einem Referenzkanal mit einem kleinen Grenzstrom, welcher auch als Abluftkanal (ALK) bezeichnet wird. Derartige Sensorelemente können in der Regel nur in einem mageren Abgas eingesetzt werden, da in einem fetten Abgas der Grenzstrom des Abluftkanals überschritten wird und der entleerte Abluftkanal ein zu kleines Signal liefert. Diese Sensorelemente können grundsätzlich dadurch betrieben werden, dass der Referenzkanal aufgepumpt wird, um auf diese Weise in einer kurzen Zeitspanne, beispielsweise 30 Sekunden, in einem Fettgasbereich betrieben zu werden. Jedoch kann es nötig sein, das Sensorelement über eine längere Zeitspanne in einem Fettgasbereich zu betreiben, beispielsweise bei einem Warmlaufen des Sensorelements im leicht fetten Bereich. Zudem kann es bei einem Wiederbefüllen des Abluftkanals mit Sauerstoff (beispielsweise in einem Breathingmodus) zu kurzzeitigen Unterbrechungen der Messung kommen. A device for detecting at least one property of the gas may basically have a sensor element for detecting the at least one property of the gas. Such sensor elements may be configured, for example, as a lambda probe. In principle, the sensor element can also be another sensor, for example a NO x sensor. Lambda sensors are used for example in Konrad Reif (ed.) "Sensors in the motor vehicle", 2nd edition 2012, pages 160-165 , described. With a lambda probe, a gas content of a gas mixture in a combustion chamber can be determined. The air ratio λ indicates the air-fuel ratio. Such sensor elements are usually based on the use of electrolytic properties of certain solids. In particular, the solid may be a ceramic solid electrolyte, preferably of zirconium and yttrium, or else solid layers preferably of zirconium dioxide. Furthermore, such sensor elements are based on the use of one or more so-called pump cells. For example, broadband lambda probes are known, which can be constructed as Einzeller or as a Mehrzeller. In such sensor elements, a pumping current is detected as a function of the pumping voltage at at least one pumping cell and closed from the pumping current to an oxygen content in the gas. Alternative, basically equivalent measurement principles are known. In principle, at least one pumping cell can have two electrodes, in particular an inner and an outer pumping electrode. For example, unicellular broadband lambda probes are known from the prior art, in which one electrode can be acted upon by exhaust gas by means of a diffusion barrier, whereas the other electrode is arranged in a reference channel, in particular a reference channel with a small limiting current, which is also known as an exhaust air channel (ALK). referred to as. Such sensor elements can be used in the rule only in a lean exhaust gas, since in a rich exhaust gas, the limiting current of the exhaust duct is exceeded and the exhausted exhaust duct delivers too small a signal. These sensor elements can basically be operated by pumping up the reference channel in order to be operated in this way in a short time span, for example 30 seconds, in a rich gas range. However, it may be necessary to operate the sensor element over a longer period of time in a rich gas region, for example, in a warm-up of the sensor element in the slightly rich region. In addition, when refilling the exhaust air duct with oxygen (for example in a breathing mode), brief interruptions of the measurement may occur.

Aus dem Stand der Technik ist grundsätzlich bekannt, derartige Sensorelemente mit einem großen Offsetstrom zu betreiben, welcher die Kennlinie in einen Magerbereich verlagert. So wird beispielsweise in DE 10 2006 062 54 A1 beschrieben, zur Ermöglichung einer Messung im fetten Luftzahlbereich die Kennlinie des Sensorelements durch einen Offset zu verschieben. Es wird ein Gaszufuhrkanal offenbart, welcher ausgestaltet ist, um der mindestens einen ersten Elektrode eine zusätzliche Menge der mindestens einen nachzuweisenden Gaskomponente zuzuführen. In DE 10 2006 062 55 A1 wird ein Offsetstrom und damit eine Erhöhung bzw. Erweiterung der Pumpstromkennlinie offenbart, welche dadurch bewerkstelligt wird, dass im Bereich der mindestens einen ersten Elektrode gezielt eine Sauerstoffenthaltende Komponente des Gasgemischs elektrolytisch zersetzt wird. Weiter wird in DE 199 60 964 B4 ein Messfühler aus einem keramischen Schichtsystem mit einer Widerstandsbahn zum Beheizen des keramischen Schichtsystems beschrieben. Zwischen der Widerstandsbahn und der Referenzelektrode ist zumindest eine keramische Schicht angeordnet, die als Speicher für das Referenzgas dient. Derartige Sensorelemente sind nachteilig, da beispielsweise in der Regel die Messung des Pumpstroms an der äußeren Pumpelektrode erfolgt. Eine Sauerstoff-Ionenzufuhr bzw. -abfuhr in den Referenzkanal kann einen erhöhten bzw. erniedrigten Messstrom verursachen und zu einem erheblichen Messfehler führen. From the prior art, it is generally known to operate such sensor elements with a large offset current, which shifts the characteristic curve into a lean region. For example, in DE 10 2006 062 54 A1 described, to enable a measurement in the rich air range to shift the characteristic of the sensor element by an offset. A gas supply channel is disclosed which is configured to supply an additional amount of the at least one gas component to be detected to the at least one first electrode. In DE 10 2006 062 55 A1 an offset current and thus an increase or expansion of the pump current characteristic is disclosed, which is accomplished in that in the region of the at least one first electrode selectively an oxygen-containing component of the gas mixture is electrolytically decomposed. Next will be in DE 199 60 964 B4 a sensor made of a ceramic layer system with a resistance path for heating the ceramic layer system described. Between the resistor track and the reference electrode at least one ceramic layer is arranged, which serves as a memory for the reference gas. Such sensor elements are disadvantageous because, for example, as a rule, the measurement of the pumping current takes place at the outer pumping electrode. An oxygen ion supply or removal in the reference channel can cause an increased or decreased measurement current and lead to a significant measurement error.

In DE 10 2010 031 299 A1 wird eine Vorrichtung beschrieben, umfassend mindestens ein Sensorelement, welches mindestens eine Pumpzelle, mit mindestens einer ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode, aufweist und welches eine dritte Elektrode aufweist, welche mit der zweiten Elektrode eine Hilfspumpzelle bildet. Die Vorrichtung weist eine Ansteuerung auf, welche derart eingerichtet ist, dass die zweite Elektrode mit einer virtuellen Masse verbunden ist, die Pumpzelle mit einer Pumpspannung zu beaufschlagen und einen Pumpstrom an der ersten Elektrode zu erfassen. Bei einer derartigen aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung kann somit verhindert werden, dass bei Sauerstoff-Ionenzufuhr bzw. -abfuhr in den Referenzkanal es zu einem erhöhten bzw. erniedrigten Messstrom und zu einem erheblichen Messfehler kommt. In DE 10 2010 031 299 A1 a device is described, comprising at least one sensor element, which has at least one pump cell, with at least one first electrode and at least one second electrode, and which a third electrode which forms an auxiliary pump cell with the second electrode. The device has a drive, which is set up such that the second electrode is connected to a virtual ground, to apply a pumping voltage to the pumping cell and to detect a pumping current at the first electrode. In the case of such a device known from the prior art, it is therefore possible to prevent an increased or decreased measuring current and a considerable measuring error in the case of oxygen ion supply or removal into the reference channel.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelementen ist ein großer, zusätzlicher Offsetstrom, beispielsweise zwischen 1 bis 4 mA, nötig, um eine Messung in einem Fettbereich zu ermöglichen, welcher schwer zu realisieren ist. Wünschenswert wäre daher eine Vorrichtung, welche eine andauernde Messung in einem Fettbereich ermöglicht und dabei eine Verwendung eines großen, zusätzlichen Offsetstroms nicht benötigt. In known from the prior art sensor elements, a large, additional offset current, for example, between 1 to 4 mA, required to enable a measurement in a fat area, which is difficult to implement. It would therefore be desirable to have a device that allows for continuous measurement in a fat region while not requiring the use of a large additional offset current.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Es wird daher eine Vorrichtung zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Vorrichtungen zumindest weitgehend vermeidet. Therefore, a device is proposed for detecting at least one property of a gas in a measuring gas space, which at least largely avoids the disadvantages of known devices.

Das Gas kann grundsätzlich ein beliebiges Gas sein, beispielsweise Abgas, Luft, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch oder auch ein anderes Gas. Allgemein kann unter einem Messgasraum ein Raum verstanden werden, in welchem sich das zu messende Gas befindet. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, so dass es sich bei dem Messgasraum um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann. Bei dem Gas kann es sich deshalb insbesondere um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch handeln. Bei der mindestens einen Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum kann es sich grundsätzlich um eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft handeln. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn es sich bei dieser mindestens einen Eigenschaft um einen Anteil einer Gaskomponente in dem Gas handelt, beispielsweise einen mittels eines Partialdrucks, eines Prozentsatzes oder einer anderen Größe quantifizierbaren Anteil. Insbesondere kann es sich bei der Gaskomponente um Sauerstoff handeln. Auch andere Arten von Gaskomponenten sind jedoch nachweisbar. Grundsätzlich kann das Sensorelement eingerichtet sein eine beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaft des Gases zu erfassen, beispielsweise eine Temperatur, und/oder ein Druck des Gases und/oder Partikel in dem Gas. Auch andere Eigenschaften sind grundsätzlich erfassbar. The gas can basically be any gas, for example exhaust gas, air, an air-fuel mixture or even another gas. In general, a measuring gas space can be understood as a space in which the gas to be measured is located. The invention can be used in particular in the field of motor vehicle technology, so that the measuring gas space can be an exhaust gas tract of an internal combustion engine. The gas may therefore be, in particular, an air-fuel mixture. The at least one property of the gas in the measurement gas space can basically be any physical and / or chemical property. However, it is particularly preferred if this at least one property is a fraction of a gas component in the gas, for example a proportion which can be quantified by means of a partial pressure, a percentage or another variable. In particular, the gas component may be oxygen. However, other types of gas components are detectable. In principle, the sensor element can be set up to detect any physical and / or chemical property of the gas, for example a temperature, and / or a pressure of the gas and / or particles in the gas. Other properties are basically detectable.

Insbesondere kann es sich bei der Eigenschaft um einen Sauerstoffanteil handeln, beispielsweise um einen Sauerstoffpartialdruck und/oder eine Luftzahl, wovon im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, ausgegangen werden soll. Die Vorrichtung kann somit insbesondere mindestens eine Lambdasonde umfassen. In particular, the property may be an oxygen fraction, for example an oxygen partial pressure and / or an air number, which will be assumed below without restricting further possible embodiments. The device can thus in particular comprise at least one lambda probe.

Die Vorrichtung weist mindestens ein Sensorelement zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum auf. Unter einem Sensorelement kann grundsätzlich eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist die mindestens eine Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum zu erfassen. Das Sensorelement kann beispielsweise als keramisches Sensorelement ausgestaltet sein. Beispielsweise kann das Sensorelement mindestens eine Lambdasonde umfassen oder als Lambdasonde ausgestaltet sein. The device has at least one sensor element for detecting the at least one property of the gas in the measurement gas space. A sensor element can basically be understood to mean a device which is set up to detect the at least one property of the gas in the measurement gas space. The sensor element can be configured, for example, as a ceramic sensor element. For example, the sensor element may comprise at least one lambda probe or be designed as a lambda probe.

Das Sensorelement weist mindestens eine erste Elektrode, mindestens eine zweite Elektrode und mindestens einen die erste Elektrode und die zweite Elektrode verbindenden Festelektrolyten auf. Die Bezeichnung „erste“ und „zweite“ Elektrode werden als reine Bezeichnungen verwendet und geben insbesondere keine Auskunft über eine Reihenfolge und/oder darüber, ob beispielsweise noch weitere Elektroden vorhanden sind. Unter einer Elektrode kann allgemein ein elektrisch leitender Bereich des Sensorelements verstanden werden, welcher beispielsweise mit Strom oder Spannung beaufschlagt werden kann. Die erste und die zweite Elektrode können als Cermet-Elektroden, insbesondere als Platin-Cermet-Elektroden ausgestaltet sein. Bei einem Festelektrolyten kann es sich insbesondere um einen keramischen Festelektrolyt handeln, beispielsweise um Zirkoniumdioxid, insbesondere Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ). Der Festelektrolyt kann vorzugsweise gasundurchlässig sein und/oder kann einen ionischen Transport, beispielsweise einen ionischen Sauerstofftransport, gewährleisten. Insbesondere kann es sich bei der ersten und der zweiten Elektrode um einen elektrisch leitfähigen Bereich handeln, beispielsweise eine elektrisch leitfähige metallische Beschichtung, welcher auf den mindestens einen ersten Festelektrolyten aufgebracht werden kann und/oder in anderer Weise den Festelektrolyt kontaktieren kann. The sensor element has at least one first electrode, at least one second electrode and at least one solid electrolyte connecting the first electrode and the second electrode. The term "first" and "second" electrode are used as pure designations and in particular provide no information about an order and / or whether, for example, even more electrodes are present. An electrode can generally be understood to mean an electrically conductive region of the sensor element, which can, for example, be subjected to current or voltage. The first and the second electrode can be designed as cermet electrodes, in particular as platinum cermet electrodes. A solid electrolyte may in particular be a ceramic solid electrolyte, for example zirconium dioxide, in particular yttrium-stabilized zirconium dioxide (YSZ) and / or scandium-doped zirconium dioxide (ScSZ). The solid electrolyte may preferably be gas-impermeable and / or may ensure ionic transport, for example ionic oxygen transport. In particular, the first and the second electrode can be an electrically conductive region, for example an electrically conductive metallic coating, which can be applied to the at least one first solid electrolyte and / or can otherwise contact the solid electrolyte.

Die erste Elektrode ist mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar. Insbesondere kann die erste Elektrode zumindest teilweise mit dem Messgasraum verbunden sein, beispielsweise kann die erste Elektrode direkt dem Gas des Messgasraums ausgesetzt sein und/oder durch eine gasdurchlässige poröse Schutzschicht mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein. Die erste Elektrode ist in mindestens einem Messhohlraum angeordnet. Unter einem Messhohlraum kann ein Hohlraum innerhalb des Sensorelements verstanden werden. Der Messhohlraum kann eingerichtet sein einen Vorrat einer Gaskomponente des Gases aufzunehmen. Der Messhohlraum kann über mindestens ein Gaszutrittsloch mit dem Messgasraum verbunden sein. Der Messhohlraum kann ganz oder teilweise offen ausgestaltet sein. Weiter kann der Messhohlraum ganz oder teilweise gefüllt sein, beispielsweise mit einem porösen Medium, beispielsweise mit porösem Aluminiumoxid. Der Messhohlraum kann über mindestens eine Diffusionsbarriere mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein. Unter einer Diffusionsbarriere kann eine Schicht aus einem Material verstanden werden, welches eine Diffusion eines Gases und/oder Fluides und/oder Ionen fördert, aber eine Strömung des Gases und/oder Fluides unterdrückt. Die Diffusionsbarriere kann insbesondere eine poröse keramische Struktur mit gezielt eingestellten Porenradien aufweisen. Die Diffusionsbarriere kann einen Diffusionswiderstand aufweisen, wobei unter dem Diffusionswiderstand der Widerstand zu verstehen ist, welche die Diffusionsbarriere einer Diffusionsströmung entgegensetzt. The first electrode can be acted upon with gas from the sample gas space. In particular, the first electrode may be at least partially connected to the measurement gas space, for example, the first electrode may be directly exposed to the gas of the measurement gas space and / or be acted upon by a gas-permeable porous protective layer with gas from the sample gas space. The first electrode is in at least one measuring cavity arranged. A measuring cavity can be understood as a cavity within the sensor element. The measuring cavity may be configured to receive a supply of a gas component of the gas. The measuring cavity can be connected to the measuring gas space via at least one gas inlet hole. The measuring cavity can be configured completely or partially open. Furthermore, the measuring cavity can be completely or partially filled, for example with a porous medium, for example with porous alumina. The measuring cavity can be acted upon by at least one diffusion barrier with gas from the sample gas space. A diffusion barrier can be understood as meaning a layer of a material which promotes diffusion of a gas and / or fluid and / or ions, but suppresses a flow of the gas and / or fluid. The diffusion barrier may in particular have a porous ceramic structure with specifically set pore radii. The diffusion barrier may have a diffusion resistance, wherein the diffusion resistance is to be understood as the resistance which opposes the diffusion barrier to a diffusion flow.

Die zweite Elektrode ist in mindestens einem Referenzgasraum angeordnet. Unter einem Referenzgasraum kann ein Raum innerhalb des Sensorelements verstanden werden, welcher von dem Messgasraum derart getrennt ist, dass sich unterschiedliche Gasgemische im Referenzgasraum und im Messgasraum ausbilden können, zwischen denen ein Angleich zumindest auf einer Zeitskala erfolgt, welche lang ist im Vergleich zu üblichen Messvorgängen. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Referenzgasraum vollständig von dem Messgasraum getrennt ist. Insbesondere kann es sich bei dem Referenzgasraum um einen Referenzgaskanal, auch als Referenzkanal zu bezeichnen, handeln. Beispielsweise kann dieser Referenzgaskanal als Luftreferenzkanal ausgestaltet sein, welcher die zweite Elektrode beispielsweise mit einer Umgebung eines Motorraums verbindet, die von dem Messgasraum, beispielsweise einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, getrennt ausgebildet ist. Dementsprechend kann der Referenzgaskanal beispielsweise als Luftreferenz, als Referenzluftkanal oder als Abluftkanal ausgestaltet sein, analog zu den oben beschriebenen Sensorelementen gemäß dem Stand der Technik. The second electrode is arranged in at least one reference gas space. A reference gas space can be understood as a space within the sensor element which is separated from the measurement gas space such that different gas mixtures can form in the reference gas space and in the measurement gas space, between which an adjustment takes place at least on a time scale which is long compared to conventional measurement processes , It is particularly preferred if the reference gas space is completely separated from the sample gas space. In particular, the reference gas space may be a reference gas channel, also referred to as a reference channel. For example, this reference gas channel can be designed as an air reference channel, which connects the second electrode, for example, to an environment of an engine compartment, which is formed separately from the measurement gas space, for example an exhaust gas tract of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle. Accordingly, the reference gas channel can be configured, for example, as an air reference, as a reference air channel or as an exhaust air channel, analogously to the above-described sensor elements according to the prior art.

Das Sensorelement kann eine Pumpzelle umfassen, welche die erste Elektrode und die zweite Elektrode und den die erste und die zweite Elektrode verbindenden Festelektrolyten aufweist. Beispielsweise kann die erste Elektrode als eine innere Pumpelektrode und die zweite Elektrode als eine äußere Pumpelektrode ausgestaltet sein. Die zu bestimmende Eigenschaft, welche mittels der Vorrichtung bestimmt werden soll (wobei auch mehrere Eigenschaften bestimmbar sein können), kann insbesondere, wie oben ausgeführt, ein Sauerstoffanteil in dem Gas, insbesondere einem Abgas, sein. Die Pumpzelle kann derart eingerichtet sein, dass zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ein Sauerstoffionentransport erfolgen kann. The sensor element may include a pumping cell having the first electrode and the second electrode and the solid electrolyte connecting the first and second electrodes. For example, the first electrode may be configured as an inner pumping electrode and the second electrode as an outer pumping electrode. The property to be determined, which is to be determined by means of the device (wherein several properties may also be determinable), may in particular, as stated above, be an oxygen content in the gas, in particular an exhaust gas. The pumping cell can be set up such that an oxygen-ion transport can take place between the first electrode and the second electrode.

Die Vorrichtung weist weiterhin mindestens eine Ansteuerung auf. Die mindestens eine Ansteuerung kann ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein, kann jedoch auch vorzugsweise ganz oder teilweise getrennt von dem mindestens einen Sensorelement ausgestaltet sein. Die Ansteuerung ist eingerichtet die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit einer Pumpspannung zu beaufschlagen. Weiterhin ist die Ansteuerung eingerichtet mindestens einen Pumpstrom an der ersten Elektrode zu erfassen. The device furthermore has at least one activation. The at least one drive can be completely or partially integrated into the sensor element, but can also be designed, preferably completely or partially, separately from the at least one sensor element. The drive is set up to apply a pump voltage to the first electrode and the second electrode. Furthermore, the drive is set up to detect at least one pumping current at the first electrode.

Die Ansteuerung ist derart eingerichtet, dass die zweite Elektrode mit einer virtuellen Masse verbunden ist. Unter einer virtuellen Masse ist eine Spannungsquelle zu verstehen, vorzugsweise eine Konstantspannungsquelle, welche ein Potenzial der zweiten Elektrode festlegt, beispielsweise auf einen bestimmten Wert relativ zu einer Masse. Die virtuelle Masse kann als einstellbare virtuelle Masse ausgestaltet sein, wobei die virtuelle Masse auf einem Potenzial von 1 V bis 5 V bezogen auf eine Masse liegt, insbesondere einem Potenzial von 2 V bis 3 V und besonders bevorzugt auf einem Potenzial von 2,5 V. Die Ansteuerung kann zu diesem Zweck eine einstellbare Spannungsquelle umfassen. Diese einstellbare Spannungsquelle kann beispielsweise an einem Pol direkt oder indirekt mit einer Masse verbunden sein, und an einem anderen Pol direkt oder indirekt mit der zweiten Elektrode. Die Einstellbarkeit kann beispielsweise eine elektronische Einstellbarkeit umfassen. Beispielsweise kann der von der virtuellen Masse eingenommene Wert, insbesondere das Elektrodenpotenzial, mit welchem die zweite Elektrode beaufschlagt wird, extern einstellbar sein, beispielsweise über mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung und/oder über mindestens eine Schnittstelle innerhalb oder außerhalb der Ansteuerung. Die Einstellung kann kontinuierlich oder auch stufenweise erfolgen. Die Einstellbarkeit kann insbesondere über einen vorgegebenen Messbereich der Eigenschaft des Gases hinweg erfolgen, beispielsweise einen vorgegebenen Luftzahlbereich, welcher insbesondere einen Fettgasbereich umfassen kann. Hinsichtlich der Ausgestaltung der virtuellen Masse kann auf die Ausgestaltung der virtuellen Masse in DE 10 2010 031 299 A1 verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich. The drive is set up such that the second electrode is connected to a virtual ground. A virtual ground is to be understood as meaning a voltage source, preferably a constant-voltage source, which defines a potential of the second electrode, for example to a specific value relative to a ground. The virtual ground may be configured as an adjustable virtual ground, wherein the virtual ground is at a potential of 1 V to 5 V relative to a ground, in particular a potential of 2 V to 3 V and particularly preferably to a potential of 2.5 V. The driver may include an adjustable voltage source for this purpose. This adjustable voltage source may, for example, be connected directly or indirectly to a ground at one pole, and at another pole directly or indirectly to the second electrode. The adjustability may include, for example, electronic adjustability. For example, the value occupied by the virtual ground, in particular the electrode potential with which the second electrode is acted upon, can be externally adjustable, for example via at least one data processing device and / or via at least one interface within or outside the drive. The setting can be continuous or stepwise. The adjustability can take place, in particular, over a predetermined measuring range of the property of the gas, for example a predetermined air-fuel range, which may in particular comprise a rich-gas range. With regard to the design of the virtual mass can be on the design of the virtual mass in DE 10 2010 031 299 A1 to get expelled. However, other embodiments are possible.

Die Ansteuerung kann beispielsweise eine oder mehrere elektronische Komponenten umfassen, um die im Folgenden beschriebenen Funktionen der Ansteuerung wahrzunehmen. So kann die Ansteuerung beispielsweise mindestens eine Pumpspannungsquelle zur Beaufschlagung der Pumpzelle mit einer Pumpspannung, mindestens eine Strommessvorrichtung zur Messung eines Pumpstroms durch die Pumpzelle, mindestens eine virtuelle Masse in Form beispielsweise einer einstellbaren Spannungsquelle, sowie gegebenenfalls Kombinationen der genannten und/oder anderer elektronischer Elemente umfassen. Weiterhin kann die Ansteuerung beispielsweise auch eine oder mehrere Datenverarbeitungsvorrichtungen umfassen, um ein Verfahren gemäß der folgenden Beschreibung durchzuführen. Die Ansteuerung kann dabei als zentrale Ansteuerung ausgestaltet sein, welche mit dem mindestens einen Sensorelement beispielsweise über mindestens eine Schnittstelle, beispielsweise mindestens einen Stecker, verbunden ist. Die Ansteuerung kann auch ganz oder teilweise als dezentrale Ansteuerung ausgestaltet sein. Die Ansteuerung kann beispielsweise auch Bestandteil einer Motorsteuerung eines Kraftfahrzeugs sein. Verschiedene Ausgestaltungen sind grundsätzlich möglich. The control may include, for example, one or more electronic components to perform the functions of the control described below. So can the Control, for example, at least one pump voltage source for applying a pumping voltage to the pumping cell, at least one current measuring device for measuring a pumping current through the pumping cell, at least one virtual mass in the form of, for example, an adjustable voltage source, and optionally combinations of said and / or other electronic elements. Further, the driver may also include, for example, one or more data processing devices to perform a method as described below. The control can be configured as a central control, which is connected to the at least one sensor element, for example via at least one interface, for example at least one plug. The control can also be configured wholly or partly as a decentralized control. The control can for example also be part of an engine control of a motor vehicle. Various embodiments are possible in principle.

Das Sensorelement weist weiterhin mindestens eine Hilfspumpzelle auf. Unter einer Hilfspumpzelle kann grundsätzlich eine Vorrichtung verstanden werden, die eingerichtet ist, einen Sauerstoffionentransport zu ermöglichen. Die erste Elektrode ist Bestandteil der Hilfspumpzelle. Insbesondere kann ein Sauerstoffionentransport zu der ersten Elektrode hin erfolgen. Die Hilfspumpzelle kann mindestens ein weiteres Element umfassen, beispielsweise ein unten beschriebenes Funktionselement. The sensor element furthermore has at least one auxiliary pumping cell. Under an auxiliary pumping cell can be understood in principle a device which is adapted to allow an oxygen ion transport. The first electrode is part of the auxiliary pumping cell. In particular, an oxygen ion transport can take place towards the first electrode. The auxiliary pumping cell may comprise at least one further element, for example a functional element described below.

Die Hilfspumpzelle ist derart eingerichtet, dass durch die Hilfspumpzelle ein Hilfspumpstrom fließt. Unter einem Hilfspumpstrom kann grundsätzlich ein Strom verstanden werden, der durch die Hilfspumpzelle fließt. Die Vorrichtung kann derart eingerichtet sein, dass der Hilfspumpstrom im zeitlichen Mittel einen Betrag von maximal 100 µA, vorzugsweise von maximal 50 µA, aufweist. Besonders bevorzugt kann die Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass der Hilfspumpstrom im zeitlichen Mittel einen Betrag von 10 µA bis 50 µA aufweist. The auxiliary pumping cell is arranged such that an auxiliary pumping current flows through the auxiliary pumping cell. Under a Hilfspumpstrom can basically be understood a current flowing through the Hilfspumpzelle. The device can be set up in such a way that the auxiliary pump current has on average over time an amount of at most 100 μA, preferably of at most 50 μA. Particularly preferably, the device can be set up in such a way that the auxiliary pumping current has on average over time an amount of 10 μA to 50 μA.

Durch den Hilfspumpstrom können der ersten Elektrode Sauerstoff-Ionen zugeführt werden, wodurch ein Sauerstoffmangel in dem Messhohlraum ausgeglichen wird. Beispielsweise kann die Ansteuerung eingerichtet sein, um die erste Elektrode mit einer Spannung zu beaufschlagen, insbesondere einer Pumpspannung. Weiter kann eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrode und dem weiteren Element der Hilfspumpzelle vorliegen, beispielsweise dem Funktionselement. So kann ein Ionentransport von dem Element der Hilfspumpzelle zu der ersten Elektrode hin erfolgen. Unter einem Sauerstoffmangel kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anzahl Sauerstoffmoleküle verstanden werden, um welche das Gas in dem Messhohlraum im Vergleich zu einer Anzahl Sauerstoffmoleküle eines Gases mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis von λ = 1 verringert ist. Insbesondere bei einem fetten Gasgemisch kann ein Mangel an Sauerstoff in dem Gas in dem Messhohlraum vorliegen. Unter einen Sauerstoffmangel ausgleichen kann verstanden werden, dass eine Anzahl Sauerstoff-Ionen durch den Hilfspumpstrom der ersten Elektrode zugeführt wird, die dem Mangel an Sauerstoff in dem Gas des Messhohlraums entspricht. By the auxiliary pumping current, oxygen ions can be supplied to the first electrode, thereby compensating for an oxygen deficiency in the measuring cavity. For example, the drive may be configured to apply a voltage to the first electrode, in particular a pump voltage. Furthermore, there may be a potential difference between the first electrode and the further element of the auxiliary pumping cell, for example the functional element. Thus, ion transport can take place from the element of the auxiliary pump cell to the first electrode. In the context of the present invention, an oxygen deficiency can be understood to mean a number of oxygen molecules by which the gas in the measuring cavity is reduced in comparison to a number of oxygen molecules of a gas with an air-fuel ratio of λ = 1. Especially with a rich gas mixture, there may be a lack of oxygen in the gas in the measuring cavity. By equalizing an oxygen deficiency, it can be understood that a number of oxygen ions are supplied by the auxiliary pumping current to the first electrode, which corresponds to the lack of oxygen in the gas of the measuring cavity.

Der Pumpstrom kann unabhängig von dem Hilfspumpstrom sein. Werden beispielsweise zwei Sauerstoff-Ionen O2– zu der ersten Elektrode transportiert, so können bei einem Ausbau der Sauerstoff-Ionen an der ersten Elektrode zunächst 4 freie Elektronen entstehen, welche einen Messstrom Ip zunächst um ∆Ip vermindern. Bei einem Abtransport der ausgebauten Sauerstoffmoleküle durch die Pumpzelle kann der Messstrom Ip wieder um ∆Ip erhöht werden, so dass sich die Effekte durch Ausbau von Sauerstoff-Ionen und Abbau der Sauerstoffmoleküle kompensieren. The pumping current may be independent of the auxiliary pumping current. If, for example, two oxygen ions O 2- are transported to the first electrode, initially four free electrons can be formed when the oxygen ions are removed at the first electrode, which initially reduce a measuring current I p by ΔI p . When the oxygen molecules removed are transported away by the pumping cell, the measuring current I p can again be increased by ΔI p , so that the effects are compensated for by the expansion of oxygen ions and degradation of the oxygen molecules.

Der Hilfspumpstrom kann ein Leckstrom sein, wobei der Leckstrom zwischen einem Funktionselement der Vorrichtung und der ersten Elektrode fließen kann, wobei das Funktionselement mindestens einer weiteren mechanischen, elektrischen oder thermischen Funktion der Vorrichtung dienen kann. Unter einem Leckstrom kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein ionischer und/oder elektrischer Strom verstanden werden, welcher aufgrund einer Potenzialdifferenz zwischen zwei elektrisch leitenden Elementen fließt, die gegeneinander elektrisch isoliert sind. Der Leckstrom ist somit insbesondere ein gemäß einer ursprünglichen Konstruktion der Vorrichtung und/oder des Sensorelements eigentlich nicht vorgesehener Strom. Insbesondere kann der Leckstrom ein Strom mit einer Stromstärke von weniger als 1 mA sein, beispielsweise ein Leckstrom mit einer Stromstärke von weniger als 500 µA oder sogar weniger als 100 µA. Der Leckstrom kann aufgrund einer Potenzialdifferenz zwischen einer ersten Elektrode und dem Funktionselement der Vorrichtung fließen. The auxiliary pumping current can be a leakage current, wherein the leakage current can flow between a functional element of the device and the first electrode, wherein the functional element can serve at least one further mechanical, electrical or thermal function of the device. In the context of the present invention, a leakage current can be understood as meaning an ionic and / or electrical current which flows due to a potential difference between two electrically conductive elements which are electrically insulated from one another. The leakage current is thus, in particular, a current which is not actually provided according to an original construction of the device and / or of the sensor element. In particular, the leakage current may be a current with a current of less than 1 mA, for example a leakage current with a current of less than 500 μA or even less than 100 μA. The leakage current may flow due to a potential difference between a first electrode and the functional element of the device.

Unter einem Funktionselement kann grundsätzlich ein Bauteil der Vorrichtung verstanden werden, mindestens einer weiteren mechanischen, elektrischen oder thermischen Funktion der Vorrichtung dient. Beispielsweise kann das Funktionselement ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Gehäuse der Vorrichtung und einem Heizelement. Der Leckstrom kann als Ionenstrom mindestens ein ionisches Isolatorelement durchdringen. Unter einem ionischen Isolatorelement kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bauteil verstanden werden, welches ionisch isolierende Eigenschaften aufweist, insbesondere können die ionisch isolierenden Eigenschaften temperaturabhängig sein. Beispielsweise kann das ionische Isolatorelement der Festelektrolyt des Sensorelements sein. In principle, a functional element can be understood to mean a component of the device that serves at least one further mechanical, electrical or thermal function of the device. For example, the functional element may be selected from the group consisting of a housing of the device and a heating element. The leakage current can penetrate as ion current at least one ionic insulator element. In the context of the present invention, an ionic insulator element can be understood as meaning a component which has ionic insulating properties In particular, the ionic insulating properties may be temperature-dependent. For example, the ionic insulator element may be the solid electrolyte of the sensor element.

Der Leckstrom kann insbesondere in einer Heizerisolation als Elektronenstrom oder als Ionenstrom auf Basis von vorzugsweise Natriumionen fließen. Der Leckstrom kann insbesondere bei einem Übergang in den Festelektrolyten, beispielsweise das Zirkoniumdioxid, als Ionenstrom, beispielsweise als Sauerstoffionenstrom, weiterfließen, insbesondere soweit dies ein Gaszutritt, beispielsweise ein O2-Zutritt, durch die vorzugsweise poröse Heizerisolation zulässt. Der Festelektrolyt, beispielsweise YSZ, hat hier vorzugsweise die Funktion eines Ionenleiters und nicht eines ionischen Isolators. Die Begrenzung für die Größe des Leckstroms liegt in der Regel jeweils in einer Ladungszufuhr über die Heizerisolation oder ggf. in der Sauerstoffzufuhr zu einer Grenzschicht, die die Erzeugung der geleiteten Sauerstoffionen bremst. In particular, the leakage current can flow in a heater insulation as an electron current or as an ion current based on preferably sodium ions. The leakage current can continue to flow as an ion current, for example as an oxygen ion current, in particular in the case of a transition into the solid electrolyte, for example the zirconium dioxide, in particular as far as this allows gas ingress, for example an O 2 access, through which preferably porous heater insulation. The solid electrolyte, for example YSZ, here preferably has the function of an ion conductor and not an ionic insulator. The limitation for the size of the leakage current is usually in each case in a charge supply via the heater insulation or possibly in the oxygen supply to a boundary layer, which brakes the generation of the conducted oxygen ions.

Das Sensorelement kann mindestens eine dritte Elektrode umfassen, wobei die dritte Elektrode Bestandteil der Hilfspumpzelle sein kann, wobei vorzugsweise die dritte Elektrode das Funktionselement sein kann oder elektrisch leitend mit dem Funktionselement verbunden sein kann. Die dritte Elektrode und die erste Elektrode können beispielsweise von dem oben beschriebenen Festelektrolyten verbunden werden. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch mindestens ein weiterer Festelektrolyt vorgesehen sein, welcher die genannte Verbindung herstellt. The sensor element may comprise at least a third electrode, wherein the third electrode may be part of the auxiliary pumping cell, wherein preferably the third electrode may be the functional element or may be electrically conductively connected to the functional element. For example, the third electrode and the first electrode may be connected by the above-described solid electrolyte. Alternatively or additionally, however, it is also possible to provide at least one further solid electrolyte which produces the named compound.

Die Vorrichtung kann mindestens ein Gehäuse aufweisen, wobei das Gehäuse ein elektrisch leitfähiges Gehäuse sein kann, insbesondere ein metallisches Gehäuse, wobei das Gehäuse das Sensorelement zumindest teilweise umschließen kann, wobei das Gehäuse elektrisch leitend mit der dritten Elektrode verbunden sein kann. Unter einem Gehäuse kann ein Bauteil der Vorrichtung verstanden werden, welches das Sensorelement zumindest teilweise umschließen kann und vor thermischen und mechanischen Einflüssen schützt. Unter teilweise umschließen kann verstanden werden, dass das Gehäuse das Sensorelement ganz umschließen kann und/oder einen Teil des Sensorelements, beispielsweise einen Gaszutritt, frei lässt. Beispielsweise kann die dritte Elektrode direkt auf das Gehäuse aufgebracht sein. Alternativ oder zusätzlich kann die dritte Elektrode über eine Zuleitung mit dem Gehäuse verbunden sein. The device may comprise at least one housing, wherein the housing may be an electrically conductive housing, in particular a metallic housing, wherein the housing may at least partially enclose the sensor element, wherein the housing may be electrically conductively connected to the third electrode. A housing can be understood as meaning a component of the device which can at least partially enclose the sensor element and protects it against thermal and mechanical influences. By enclosing partially, it can be understood that the housing can completely enclose the sensor element and / or leaves a part of the sensor element, for example a gas inlet, free. For example, the third electrode may be applied directly to the housing. Alternatively or additionally, the third electrode may be connected to the housing via a feed line.

Zwischen dem Gehäuse und dem Sensorelement kann ein Fixierelement angeordnet sein, welches das Sensorelement in der Vorrichtung fixieren kann, wobei das Fixierelement elektrisch leitend ausgestaltet sein kann. Unter einem Fixierelement kann ein Bauteil der Vorrichtung verstanden werden, mit welchem das Sensorelement in der Vorrichtung fixiert werden kann, wobei grundsätzlich Bewegungen des Sensorelements innerhalb eines Toleranzbereichs möglich sind. Das Fixierelement kann als eine Dichtpackung ausgestaltet sein. Die Dichtpackung kann einen Metallanteil von 10 Vol.-% bis 60 Vol.-%, insbesondere 20 Vol.-% bis 50 Vol.-%, Metallpulver, insbesondere Stahl, aufweisen. So kann ein negativer Temperaturkoeffizient für den Hilfspumpstrom realisiert werden und eine notwendige Elastizität der Dichtpackung erreicht werden. Die Dichtpackung kann über mindestens eine Zuleitung mit der dritten Elektrode verbunden sein, wobei die Zuleitung mit mindestens einer isolierenden Schicht gegenüber dem Festelektrolyten isoliert sein kann. Insbesondere kann die isolierende Schicht eine Schicht aus Al2O3 sein. Die dritte Elektrode kann über einen Widerstand, insbesondere einen Widerstand der Dichtpackung, an das Gehäuse der Vorrichtung angeschlossen sein. Der Widerstand der Dichtpackung kann einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, insbesondere durch Zugabe einer leitenden Keramikkomponente, bevorzugt 6 bis 14% Fe-dotiertes Al2O3, besonders bevorzugt 10 % Fe-dotiertes Al2O3. Der Vorteil einer Verwendung von Eisen als Dotierstoff liegt in der konstanten Lage der Träger der Fe-Ionen im Gitter, im Gegensatz zu den sonst in der Regel als Verunreinigung vorhandenen Na-Ionen, die auch bei Kondensatbeaufschlagung im Abgas in der Regel zu- bzw. abgeführt werden bei Gebrauch der Vorrichtung in einem Fahrzeug. Between the housing and the sensor element, a fixing element can be arranged, which can fix the sensor element in the device, wherein the fixing element can be designed to be electrically conductive. A fixing element can be understood as meaning a component of the device with which the sensor element can be fixed in the device, with basically movements of the sensor element within a tolerance range being possible. The fixing element can be configured as a sealing packing. The sealing packing may have a metal content of from 10% by volume to 60% by volume, in particular from 20% by volume to 50% by volume, of metal powder, in particular steel. Thus, a negative temperature coefficient for the auxiliary pumping flow can be realized and a necessary elasticity of the sealing packing can be achieved. The sealing pack can be connected to the third electrode via at least one feed line, wherein the feed line can be insulated from the solid electrolyte by at least one insulating layer. In particular, the insulating layer may be a layer of Al 2 O 3 . The third electrode may be connected to the housing of the device via a resistor, in particular a resistor of the sealing packing. The resistance of the packing may have a positive temperature coefficient, in particular by adding a conductive ceramic component, preferably 6 to 14% Fe-doped Al 2 O 3 , particularly preferably 10% Fe-doped Al 2 O 3 . The advantage of using iron as a dopant lies in the constant position of the carrier of the Fe ions in the lattice, in contrast to the otherwise usually present as an impurity Na ions, which also in condensate loading in the exhaust usually or be discharged when using the device in a vehicle.

So kann bei einer höheren Gehäusetemperatur, insbesondere bei Temperaturen über 550 °C, bevorzugt bei Temperaturen über 600 °C, besonders bevorzugt bei Temperaturen über 630 °C, beispielsweise Temperaturen eines Sechskants am Gehäuse der Vorrichtung, bei welchen ein Sauerstoffmangel in dem Gas des Referenzkanals zunimmt, der Hilfspumpstrom steigen und somit ein Austransport in den Referenzkanal zunehmen. Der Widerstand kann 5–100kΩ, bevorzugt 50kΩ betragen. Das Gehäuse kann auf einem Massepotenzial liegen. Die dritte Elektrode kann eine Fläche von 0.05mm2 bis 5mm2, vorzugsweise 0.1mm2 bis 2mm2 aufweisen. Durch die Wahl kleiner Elektroden kann ein hoher Widerstand der Hilfspumpzelle erreicht werden. Thus, at a higher housing temperature, in particular at temperatures above 550 ° C, preferably at temperatures above 600 ° C, more preferably at temperatures above 630 ° C, for example, temperatures of a hexagon on the housing of the device, in which an oxygen deficiency in the gas of the reference channel increases, the auxiliary pump current rise and thus increase a Austransport in the reference channel. The resistance can be 5-100kΩ, preferably 50kΩ. The housing can be at a ground potential. The third electrode may have an area of 0.05mm 2 to 5mm 2 , preferably 0.1mm 2 to 2mm 2 . By choosing small electrodes, a high resistance of the auxiliary pumping cell can be achieved.

Die dritte Elektrode kann eine auf einer äußeren Fläche des Sensorelements angeordnete Elektrode umfassen. Die dritte Elektrode kann mit Gas aus dem Messgasraum und/oder mit Umgebungsluft beaufschlagbar sein. Beispielsweise kann die dritte Elektrode mit Gas aus einem weiteren Referenzgasraum beaufschlagbar sein. Die dritte Elektrode kann über eine Diffusionsbarriere mit Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein, insbesondere über eine poröse Schutzschicht. Beispielsweise kann die dritte Elektrode eine auf einer äußeren Oberfläche des Sensorelements angeordnete Elektrode umfassen, wobei die dritte Elektrode durch eine gasdurchlässige Schutzschicht mit dem Messgasraum verbunden sein kann. Verschiedene Ausgestaltungen sind möglich. The third electrode may include an electrode disposed on an outer surface of the sensor element. The third electrode can be acted upon with gas from the sample gas space and / or with ambient air. For example, the third electrode can be acted upon with gas from a further reference gas space. The third electrode may be acted upon with gas from the measuring gas space via a diffusion barrier, in particular via a porous protective layer. For example, the Third electrode comprise a disposed on an outer surface of the sensor element electrode, wherein the third electrode may be connected by a gas-permeable protective layer with the sample gas space. Various configurations are possible.

Weiter kann die dritte Elektrode ein Heizelement des Sensorelements umfassen, wobei das Heizelement zumindest teilweise von mindestens einer gasdurchlässigen Isolatorschicht umgeben sein kann, wobei über die gasdurchlässige Isolatorschicht Umgebungsluft zu der dritten Elektrode zuführbar sein kann. Further, the third electrode may comprise a heating element of the sensor element, wherein the heating element may be at least partially surrounded by at least one gas-permeable insulator layer, wherein ambient air may be supplied to the third electrode via the gas-permeable insulator layer.

Das Sensorelement kann über 4 oder 5 Anschlusskontakte mit der Ansteuerung verbunden sein. Beispielsweise kann ein erster Anschlusskontakt für die erste Elektrode, ein zweiter Anschlusskontakt für die zweite Elektrode, sowie zwei Anschlusskontakte für ein weiter unten beschriebenes Heizelement vorgesehen sein. Insbesondere kann die dritte Elektrode bis zu einem Anschlusskontakt verlängert ausgestaltet sein. Die dritte Elektrode kann über einen fünften Anschlusskontakt mit der Ansteuerung verbunden sein. Die dritte Elektrode kann über einen Widerstand von 10kΩ bis 1MΩ mit der Ansteuerung verbunden sein, insbesondere einen Widerstand von 20 k Ω bis 100kΩ und besonders bevorzugt einen Widerstand von 50kΩ. Der Widerstand kann zu dem Gehäuse der Vorrichtung kontaktieren. Bevorzugt kann der Widerstand in einem Kontakthalter der Vorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise in einer Bügelfeder, welcher einen Kontakt zum Gehäuse herstellt. Insbesondere kann der Widerstand in dem Kontakthalter an eine Masse eines Anschlusskontakts des Heizelements gelegt werden, beispielsweise eines mit einem High-Side-FET geschalteten Anschlusskontakts. Weiter kann die dritte Elektrode ein Heizelement des Sensorelements umfassen, wobei das Heizelement zumindest teilweise von mindestens einer gasdurchlässigen Isolatorschicht umgeben sein kann, wobei über die gasdurchlässige Isolatorschicht Umgebungsluft zu der dritten Elektrode zuführbar sein kann. The sensor element can be connected to the drive via 4 or 5 connection contacts. For example, a first connection contact for the first electrode, a second connection contact for the second electrode, and two connection contacts for a heating element described below may be provided. In particular, the third electrode can be designed extended up to a connection contact. The third electrode may be connected to the drive via a fifth connection contact. The third electrode may be connected via a resistor of 10kΩ to 1MΩ to the drive, in particular a resistance of 20 kΩ to 100 kΩ and particularly preferably a resistance of 50 kΩ. The resistor may contact the housing of the device. Preferably, the resistor may be provided in a contact holder of the device, for example in a bow spring, which makes contact with the housing. In particular, the resistor in the contact holder can be connected to a ground of a connection contact of the heating element, for example a connection contact connected to a high-side FET. Further, the third electrode may comprise a heating element of the sensor element, wherein the heating element may be at least partially surrounded by at least one gas-permeable insulator layer, wherein ambient air may be supplied to the third electrode via the gas-permeable insulator layer.

Das Sensorelement kann mindestens ein Heizelement aufweisen, wobei das Heizelement mindestens eine Heizerisolation aufweist, wobei das Heizelement mindestens einen Heizwiderstand mit zwei Heizerkontakten H+ und H– aufweisen kann. Grundsätzlich kann bezüglich der Ausgestaltung des Heizelements kann auf den Stand der Technik verwiesen werden. Das Heizelement kann insbesondere als resistives Heizelement ausgestaltet sein mit dem mindestens einen Heizwiderstand, welcher mit einem Heizstrom beaufschlagbar ist. The sensor element may comprise at least one heating element, wherein the heating element has at least one heater insulation, wherein the heating element may have at least one heating resistor with two heater contacts H + and H - . Basically, with respect to the design of the heating element can be made to the prior art. The heating element may in particular be designed as a resistive heating element with the at least one heating resistor, which can be acted upon by a heating current.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Heizerisolation dotiert sein, beispielsweise mit Eisenoxid, insbesondere mit Fe2O3. Bevorzugt kann die Heizerisolation mit 6 bis 14% Fe2O3, besonders bevorzugt mit 10 % Fe2O3 dotiert sein. Eine solche Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, da der Leckstrom konstant gehalten und eine geringe Temperaturabhängigkeit aufweist. In a preferred embodiment, the heater insulation may be doped, for example with iron oxide, in particular with Fe 2 O 3 . Preferably, the heater insulation with 6 to 14% Fe 2 O 3 , more preferably be doped with 10% Fe 2 O 3 . Such a configuration is particularly advantageous because the leakage current kept constant and has a low temperature dependence.

Das Heizelement kann mindestens einen Elektrodenbereich ausbilden, wobei die Heizerisolation in dem Elektrodenbereich dünner ausgebildet sein kann als außerhalb des Elektrodenbereichs. Insbesondere kann der Elektrodenbereich 1 bis 15 mm, besonders bevorzugt 3 bis 10mm entfernt vom heißesten Bereich des Sensorelements (hot spot) angeordnet sein. Der Widerstand der Heizerisolation und die Fläche des Elektrodenbereichs können die Größe des Hilfspumpstroms bestimmen. Die Heizerisolation kann in dem Elektrodenbereich einen elektrischen Widerstand von 10 kΩ bis 100kΩ aufweisen, insbesondere 50 kΩ. Beispielsweise kann der Elektrodenbereich eine Fläche von 1mm2, eine Dicke von 20µm und die Heizerisolation einen Widerstand von 50 kΩ aufweisen, so dass bei einer virtuellen Masse von 2,5 V der Hilfspumpstrom 50 µA betragen kann. In dem Elektrodenbereich kann zwischen der Heizerisolation und dem Festelektrolyten mindestens eine elektrisch leitfähige Elektrodenschicht angeordnet sein, insbesondere mindestens eine Platin Elektrode und/oder Cermet Elektrode. So kann eine Schwarzfärbung des Festelektrolyten an Stellen mit lokal erhöhter Leitfähigkeit verhindert werden. Die Ansteuerung kann mindestens einen High-Side-FET zur Schaltung des Heizelements aufweisen. Der Pumpstrom kann ein PWM(Puls-Weiten-Modulation)-Stromsignal sein. Durch die Ausgestaltung der Ansteuerung mit dem mindestens einen High-Side-FET zur Schaltung des Heizelements kann ein Rücktransport von der ersten Elektrode zu dem Elektrodenbereich des Heizelements verhindert werden, insbesondere bei einer Pause des Stromsignals. Beispielsweise kann eine Engstelle bei einem ausgeschalteten Heizelement bei 0 V liegen. Beispielsweise kann bei einem kalten Heizelement mit einem Heizwiderstand aus Platin und bei einem heißen Heizelement mit einem Heizwiderstand aus Platin-Palladium-Gemisch die Engstelle bei etwa 3V liegen. Weiter kann beispielsweise die Engstelle bei einem heißen Heizwiderstand aus Platin bei 1,5 V liegen. Somit kann ein Sauerstoffionentransport von dem Heizelement zu der ersten Elektrode gewährleistet sein. The heating element may form at least one electrode region, wherein the heater insulation may be made thinner in the electrode region than outside the electrode region. In particular, the electrode region can be arranged 1 to 15 mm, particularly preferably 3 to 10 mm, away from the hottest region of the sensor element (hot spot). The resistance of the heater insulation and the area of the electrode area may determine the magnitude of the auxiliary pumping current. The heater insulation may have an electrical resistance of 10 kΩ to 100 kΩ in the electrode region, in particular 50 kΩ. For example, the electrode area may have an area of 1 mm 2 , a thickness of 20 μm, and the heater insulation may have a resistance of 50 kΩ, so that for a virtual ground of 2.5 V, the auxiliary pump current may be 50 μA. In the electrode region, at least one electrically conductive electrode layer may be arranged between the heater insulation and the solid electrolyte, in particular at least one platinum electrode and / or cermet electrode. Thus, blackening of the solid electrolyte at locations of locally increased conductivity can be prevented. The drive can have at least one high-side FET for switching the heating element. The pumping current may be a PWM (Pulse Width Modulation) current signal. By configuring the drive with the at least one high-side FET for switching the heating element, a return transport from the first electrode to the electrode area of the heating element can be prevented, in particular when the current signal is paused. For example, a bottleneck may be at 0 V when the heating element is off. For example, in a cold heating element with a heating resistor made of platinum and a hot heating element with a heating resistor made of platinum-palladium mixture, the bottleneck be about 3V. Further, for example, the bottleneck can be at 1.5 V for a hot platinum heating resistor. Thus, oxygen ion transport from the heating element to the first electrode can be ensured.

Das Sensorelement kann mindestens eine Diffusionsbarriere zwischen dem Messgasraum und dem Messhohlraum aufweisen. Hinsichtlich der Definition der Diffusionsbarriere kann auf obige Beschreibung der Diffusionsbarriere verwiesen werden. Die Diffusionsbarriere kann aus mindestens einem porösen Material hergestellt sein, wobei die Diffusionsbarriere weiterhin mindestens ein metallisches Katalysatormaterial aufweisen kann. Das metallische Katalysatormaterial kann Platin umfassen. Beispielsweise kann die Diffusionsbarriere einen Pt-Anteil von 0,5 Gew.-% bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 Gew.-% aufweisen. Durch eine derartige Ausgestaltung der Diffusionsbarriere kann es zu einem Abreagieren eines Gases mit einem Sauerstoff/Abgas-Ungleichgewicht kommen und eine Diffusion von H2 durch die Diffusionsbarriere verhindert werden und ein andauernder Betrieb des Sensorelements in einem Fettbereich möglich sein. Optional kann ein kurzfristiges Umschalten in einen sogenannten Breathingmodus, in welchem der Abluftkanal wieder mit Sauerstoff befüllt werden kann, erfolgen. The sensor element may have at least one diffusion barrier between the measurement gas space and the measurement cavity. With regard to the definition of the diffusion barrier, reference can be made to the above description of the diffusion barrier. The diffusion barrier may be made of at least one porous material, wherein the diffusion barrier may further comprise at least one metallic catalyst material. The metallic one Catalyst material may include platinum. For example, the diffusion barrier may have a Pt content of from 0.5% by weight to 25% by weight, preferably 5% by weight. Such a configuration of the diffusion barrier can lead to a reaction of a gas with an oxygen / exhaust gas imbalance and a diffusion of H 2 can be prevented by the diffusion barrier and a continuous operation of the sensor element in a fat region be possible. Optionally, a short-term switching to a so-called Breathingmodus, in which the exhaust duct can be filled with oxygen, take place.

Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als eine Nachkat-Sonde in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, betrieben werden. In diesem Bereich des Abgastraktes kann das Fettgas bereits zu einem Gas mit λ = 1 abreagiert sein und ein kurzzeitiges Umschalten in den Breathingmodus zur Befüllung des Abluftkanals mit Sauerstoff für eine andauernde Messung in einem Fettgasbereich ausreichen. For example, the device according to the invention can be operated as a post-cat sensor in an exhaust gas tract of an internal combustion engine, in particular in a motor vehicle. In this area of the exhaust gas tract, the rich gas can already be reacted to a gas with λ = 1 and a short changeover to the breathing mode for filling the exhaust air channel with oxygen for a continuous measurement in a rich gas range are sufficient.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Die vorgeschlagene Vorrichtung weist gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zahlreiche Vorteile auf. So kann mit der vorgeschlagenen Vorrichtung ein andauernder Betrieb mit geringen zeitlichen Einschränkungen in einem Fettgasbereich möglich sein, auch bei einer Ausgestaltung als einzellige Lambda-Sonde. Beispielweise kann ein Betrieb der Vorrichtung in einem Fettgasbereich bei einem Warmlaufen der Vorrichtung möglich sein. Weiterhin kann die vorgeschlagene Vorrichtung insbesondere zum Einsatz in Brennkraftmaschinen mit Benzineinspritzern verwendet werden. So kann ein andauernder Betrieb in einem Fettgasbereich, insbesondere in einem Fettgasbereich nahe Lambda = 1, in Brennkraftmaschinen mit Benzineinspritzern ermöglicht werden. Im Vergleich zu bekannten Vorrichtungen aus dem Stand der Technik, welche für eine Messung in einem Fettgasbereich in Brennkraftmaschinen mit Benzineinspritzern verwendet werden, beispielsweise Zweizellersonden, kann die vorgeschlagene Vorrichtung kostengünstiger realisiert werden. Zudem können kurzzeitige Phasen im Fettgasbereich, beispielsweise zum Bauteilschutz oder bei einer Katregeneration, auch weiterhin aus einem Referenzgasspeicher, beispielsweise dem Abluftkanal bedient werden. Eine Ausgestaltung des Sensorelements mit zusätzlichen kostenintensiven Bauteilen zur Bereitstellung eines Zusatzstroms kann entfallen. The proposed device has many advantages over known prior art devices. Thus, with the proposed device a continuous operation with low time restrictions in a fat gas range may be possible, even in one embodiment as a single-cell lambda probe. For example, operation of the device in a rich gas region may be possible during warm-up of the device. Furthermore, the proposed device can be used in particular for use in internal combustion engines with gasoline injectors. Thus, a continuous operation in a rich gas range, in particular in a rich gas range near lambda = 1, can be made possible in internal combustion engines with gasoline injectors. Compared with known prior art devices used for measurement in a rich gas region in gasoline engine internal combustion engines, such as dual-cell probes, the proposed device can be realized more cheaply. In addition, short-term phases in the rich gas range, for example, for component protection or catastrophe generation, can continue to be operated from a reference gas storage, for example the exhaust air duct. An embodiment of the sensor element with additional cost-intensive components for providing an additional current can be omitted.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Es zeigen: Show it:

1: ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 : an embodiment of a device according to the invention;

2A: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 2A a further embodiment of a device according to the invention; and

2B: ein Heizelement der Vorrichtung. 2 B a heating element of the device.

Ausführungsform der Erfindung Embodiment of the invention

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum 112 gezeigt. Die Vorrichtung 110 weist mindestens ein Sensorelement 114 zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum 112 auf. Das Sensorelement 114 kann beispielsweise als eine Lambdasonde ausgestaltet sein, insbesondere als eine einzellige Lambdasonde. Bei dem Messgasraum 112 kann es sich insbesondere um einen Abgastrakt einer Kraftmaschine handeln, bei dem Gas um Abgas. Insbesondere kann das Sensorelement 114 eingerichtet sein, einen Anteil an Sauerstoff zu bestimmen. In 1 is an embodiment of a device according to the invention 110 for detecting at least one property of a gas in a sample gas space 112 shown. The device 110 has at least one sensor element 114 for detecting the at least one property of the gas in the sample gas space 112 on. The sensor element 114 For example, it can be configured as a lambda probe, in particular as a single-cell lambda probe. At the sample gas chamber 112 it may in particular be an exhaust tract of an engine, in which gas to exhaust gas. In particular, the sensor element 114 be set up to determine a proportion of oxygen.

Das Sensorelement 114 umfasst mindestens eine erste Elektrode 116, eine zweite Elektrode 118 und einen die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 verbindenden Festelektrolyten 120. Die erste Elektrode 116 kann beispielsweise als eine innere Pumpelektrode ausgestaltet sein. Die erste Elektrode 116 ist mit Gas aus dem Messgasraum 112 beaufschlagbar. Die erste Elektrode 116 ist in dem Messhohlraum 122 angeordnet. Der Messhohlraum 122 kann über mindestens eine Diffusionsbarriere 124 mit dem Messgasraum 112 verbunden sein. Die Diffusionsbarriere 124 kann ein poröses Element sein, welches ein Nachströmen von Gas aus dem Messgasraum 112 in den Messhohlraum 122 zumindest weitgehend verhindert und lediglich einen Diffusionstransport ermöglicht. Beispielsweise kann das Sensorelement 114 einen Gaszutrittskanal 126 aufweisen. Der Messhohlraum 122 kann ganz oder teilweise offen ausgestaltet sein und kann mehrteilig aufgebaut sein. Beispielsweise kann der Messhohlraum 122 ganz oder teilweise gefüllt sein, beispielsweise mit porösem Aluminiumoxid. Die zweite Elektrode 118 kann auch als eine Abluftelektrode bezeichnet werden. Die zweite Elektrode 118 ist in mindestens einem Referenzgasraum 128, beispielsweise einem Abluftkanal, angeordnet. Der Referenzgasraum 128 kann beispielsweise mit einem porösen gasdurchlässigen Medium gefüllt sein. The sensor element 114 includes at least a first electrode 116 , a second electrode 118 and one the first electrode 116 and the second electrode 118 connecting solid electrolyte 120 , The first electrode 116 For example, it may be configured as an inner pumping electrode. The first electrode 116 is with gas from the sample gas chamber 112 acted upon. The first electrode 116 is in the measuring cavity 122 arranged. The measuring cavity 122 can have at least one diffusion barrier 124 with the sample gas chamber 112 be connected. The diffusion barrier 124 may be a porous element, which is a subsequent flow of gas from the sample gas space 112 into the measuring cavity 122 at least largely prevented and only allows a diffusion transport. For example, the sensor element 114 a gas inlet channel 126 exhibit. The measuring cavity 122 can be designed completely or partially open and can be constructed in several parts. For example, the measuring cavity 122 be filled in whole or in part, for example, with porous alumina. The second electrode 118 can also be referred to as an exhaust air electrode. The second electrode 118 is in at least one reference gas space 128 , For example, an exhaust duct, arranged. The reference gas space 128 may for example be filled with a porous gas-permeable medium.

Der die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 verbindende Festelektrolyt 120 kann beispielsweise aus Yttrium-stabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertem Zirkoniumdioxid (ScSZ) sein. Die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 sowie der Festelektrolyt 120 können eine Pumpzelle 130 bilden. Die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118 können über Anschlusskontakte 132 elektrisch kontaktiert werden. The first electrode 116 and the second electrode 118 connecting solid electrolyte 120 may be, for example, yttria-stabilized zirconia (YSZ) and / or scandium-doped zirconia (ScSZ). The first electrode 116 and the second electrode 118 as well as the solid electrolyte 120 can a pump cell 130 form. The first electrode 116 and the second electrode 118 can via connection contacts 132 be contacted electrically.

Weiterhin kann das Sensorelement 114 ein Heizelement 134 aufweisen. Das Heizelement 134 kann mindestens einen Heizwiderstand 136 mit zwei Heizerkontakten H+ und H– aufweisen. Die Heizerkontakte H+ und H– sind in 1 symbolisch dargestellt. Beispielsweise kann es sich um gedruckte Anschlusskontakte und/oder Durchkontaktierungen handeln. Der Heizerkontakt H+ kann beispielsweise mit einem High-Side-FET geschaltet werden. Der Heizerkontakt H– kann beispielsweise auf einer elektrischen Masse liegen. Das Heizelement 134 kann eine Heizerisolation 138 aufweisen. Die Heizerisolation 138 kann den Heizwiderstand 136 umgeben. Furthermore, the sensor element 114 a heating element 134 exhibit. The heating element 134 can have at least one heating resistor 136 with two heater contacts H + and H - have. The heater contacts H + and H - are in 1 symbolically represented. For example, these may be printed connection contacts and / or plated-through holes. The heater contact H + can be switched, for example, with a high-side FET. The heater contact H - can for example be on an electrical ground. The heating element 134 can be a heater insulation 138 exhibit. The heater insulation 138 can the heating resistor 136 surround.

Weiterhin weist die Vorrichtung 110 mindestens eine Ansteuerung 140 auf. Die Ansteuerung 140 ist eingerichtet, die Pumpzelle 130, insbesondere die erste Elektrode 116 und die zweite Elektrode 118, mit einer Pumpspannung zu beaufschlagen. Beispielsweise kann die Ansteuerung 140 eine Pumpspannungsquelle 142 aufweisen. Die erste Elektrode 116 kann mit der Pumpspannungsquelle 142 verbunden sein und mit einer Pumpspannung beaufschlagt werden. Die Ansteuerung 140 kann ganz oder teilweise in das Sensorelement 114 integriert sein, oder alternativ ganz oder teilweise in einer anderen Komponente integriert sein, beispielsweise in einem Stecker und/oder einer Motorsteuerung. Die Ansteuerung 140 kann eine oder mehrere elektronische Bauelemente umfassen und kann ganz oder teilweise als anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) ausgestaltet sein. Die Ansteuerung 140 kann weiterhin eingerichtet sein, einen Pumpstrom Ip an der ersten Elektrode 116 zu erfassen. Beispielsweise kann die Ansteuerung 140 eine Strommessvorrichtung 143 aufweisen, welche den Pumpstrom Ip an der ersten Elektrode 116 erfassen kann. Die Ansteuerung 140 ist derart eingerichtet, dass die zweite Elektrode 118 mit einer virtuellen Masse 144 verbunden ist. Beispielsweise kann die virtuelle Masse 144 als eine einstellbare und/oder regelbare virtuelle Masse ausgestaltet sein. Die virtuelle Masse 144 kann auf einem Potenzial von 1 V–5 V bezogen auf einer Masse 146 liegen, insbesondere einem Potenzial von 2 V–3 V, besonders bevorzugt auf einem Potenzial von 2,5 V. Furthermore, the device 110 at least one control 140 on. The control 140 is set up, the pump cell 130 , in particular the first electrode 116 and the second electrode 118 to apply a pumping voltage. For example, the drive 140 a pump voltage source 142 exhibit. The first electrode 116 can with the pump voltage source 142 be connected and acted upon by a pump voltage. The control 140 can be wholly or partly into the sensor element 114 be integrated, or alternatively be integrated in whole or in part in another component, for example in a plug and / or a motor control. The control 140 may comprise one or more electronic components and may be designed in whole or in part as an application-specific integrated circuit (ASIC). The control 140 may be further configured, a pumping current I p at the first electrode 116 capture. For example, the drive 140 a current measuring device 143 having the pumping current I p at the first electrode 116 can capture. The control 140 is configured such that the second electrode 118 with a virtual mass 144 connected is. For example, the virtual mass 144 be designed as an adjustable and / or controllable virtual mass. The virtual crowd 144 can be based on a potential of 1V-5V on a ground 146 in particular a potential of 2 V-3 V, particularly preferably at a potential of 2.5 V.

Das Sensorelement 114 weist weiterhin mindestens eine Hilfspumpzelle 148 auf. Die erste Elektrode 116 ist Bestandteil der Hilfspumpzelle 148. Die Hilfspumpzelle 148 ist eingerichtet, dass durch die Hilfspumpzelle 148 ein Hilfspumpstrom fließt. Durch den Hilfspumpstrom werden der ersten Elektrode 116 Sauerstoff-Ionen zugeführt, wodurch ein Sauerstoffmangel in dem Messhohlraum 122 ausgeglichen wird. Der Hilfspumpstrom kann ein Leckstrom sein, welcher zwischen mindestens einem Funktionselement 150 der Vorrichtung 110 und der ersten Elektrode 116 fließen kann. Das Funktionselement 150 kann mindestens einer weiteren elektrischen und/oder thermischen Funktion dienen. Das Funktionselement 150 kann ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Gehäuse 152 der Vorrichtung 110 und dem Heizelement 134. Der Leckstrom kann als Ionenstrom mindestens ein ionisches Isolatorelement durchdringen, beispielsweise den Festelektrolyten 120. Das Sensorelement 114 kann mindestens eine dritte Elektrode 154 umfassen, wobei die dritte Elektrode 154 Bestandteil der Hilfspumpzelle 148 sein kann. Vorzugsweise kann die dritte Elektrode 154 das Funktionselement 150 sein und elektrisch leitend mit dem Funktionselement 150 verbunden sein. Die dritte Elektrode 154 kann mit Gas aus dem Messgasraum 112 und/oder einem weiteren Referenzgasraum beaufschlagbar sein. Beispielsweise kann die dritte Elektrode 154 mit Gas aus dem Messgasraum 112 und/oder mit Umgebungsluft beaufschlagbar sein. Die dritte Elektrode 154 kann eine auf einer äußeren Oberfläche des Sensorelements 114 angeordnete Elektrode umfassen, wobei die dritte Elektrode 154 durch eine gasdurchlässige Schutzschicht mit dem Messgasraum 112 verbunden sein kann. Die dritte Elektrode 154 kann über einen Widerstand von 10 kΩ bis 1 MΩ mit der Ansteuerung 140 verbunden sein, insbesondere einen Widerstand von 20 kΩ bis 100 kΩ und besonders bevorzugt über einen Widerstand von 50 kΩ. The sensor element 114 also has at least one auxiliary pumping cell 148 on. The first electrode 116 is part of the auxiliary pumping cell 148 , The auxiliary pump cell 148 is set up by the auxiliary pump cell 148 an auxiliary pumping current flows. The auxiliary pumping current becomes the first electrode 116 Oxygen ions are supplied, causing a lack of oxygen in the measuring cavity 122 is compensated. The auxiliary pumping current may be a leakage current which is between at least one functional element 150 the device 110 and the first electrode 116 can flow. The functional element 150 can serve at least one other electrical and / or thermal function. The functional element 150 can be selected from the group consisting of a housing 152 the device 110 and the heating element 134 , The leakage current can penetrate as ion current at least one ionic insulator element, for example the solid electrolyte 120 , The sensor element 114 can be at least a third electrode 154 include, wherein the third electrode 154 Part of the auxiliary pumping cell 148 can be. Preferably, the third electrode 154 the functional element 150 be and electrically conductive with the functional element 150 be connected. The third electrode 154 can with gas from the sample gas space 112 and / or a further reference gas space can be acted upon. For example, the third electrode 154 with gas from the sample gas chamber 112 and / or be acted upon by ambient air. The third electrode 154 may be one on an outer surface of the sensor element 114 arranged electrode, wherein the third electrode 154 through a gas-permeable protective layer with the sample gas space 112 can be connected. The third electrode 154 can be controlled by a resistor of 10 kΩ to 1 MΩ 140 be connected, in particular a resistance of 20 kΩ to 100 kΩ and more preferably via a resistor of 50 kΩ.

In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die dritte Elektrode 154 mit dem Gehäuse 152 verbunden sein. Die dritte Elektrode 154 kann eine Fläche von 0,05 mm2 bis 5 mm2, vorzugsweise 0,1 mm2 bis 2 mm2, aufweisen. Das Gehäuse 152 kann ein elektrisch leitendes Gehäuse sein, insbesondere ein metallisches Gehäuse. Das Gehäuse 152 kann auf einem Massepotenzial liegen. Das Gehäuse kann das Sensorelement 114 zumindest teilweise umschließen. Das Gehäuse 152 und die dritte Elektrode 154 können elektrisch leitend verbunden sein. Beispielsweise kann zwischen dem Gehäuse 152 und dem Sensorelement 114 ein Fixierelement 156 angeordnet sein, welches das Sensorelement 114 in der Vorrichtung 110 fixieren kann. Das Fixierelement 156 kann elektrisch leitend ausgestaltet sein. Das Fixierelement 156 kann als eine Dichtpackung 158 ausgestaltet sein. Die Dichtpackung 158 kann einen perkolierenden inerten Metallanteil von 20 bis 50 vol% Metallpulver, insbesondere Stahl, aufweisen. Dadurch kann ein negativer Temperaturkoeffizient für den Hilfspumpstrom realisiert werden, welcher insbesondere unabhängig von einer Sechskanttemperatur sein kann, und eine notwendige Elastizität der Dichtpackung 158 erreicht werden. In the in 1 illustrated embodiment, the third electrode 154 with the housing 152 be connected. The third electrode 154 may have an area of 0.05 mm 2 to 5 mm 2 , preferably 0.1 mm 2 to 2 mm 2 . The housing 152 may be an electrically conductive housing, in particular a metallic housing. The housing 152 can be at a ground potential. The housing may be the sensor element 114 at least partially enclose. The housing 152 and the third electrode 154 can be electrically connected. For example, between the housing 152 and the sensor element 114 a fixing element 156 be arranged, which is the sensor element 114 in the device 110 can fix. The fixing element 156 can be designed electrically conductive. The fixing element 156 can as a seal 158 be designed. The packing 158 may have a percolating inert metal content of 20 to 50 vol% metal powder, in particular steel. As a result, a negative temperature coefficient for the auxiliary pumping flow can be realized, which in particular can be independent of a hexagonal temperature, and a necessary elasticity of the sealing packing 158 be achieved.

Die Dichtpackung 158 kann über mindestens eine Zuleitung 160 mit der dritten Elektrode 154 verbunden sein, wobei die Zuleitung 160 mit mindestens einer isolierenden Schicht gegenüber dem Festelektrolyten 120 isoliert sein kann, insbesondere einer Al2O3-Schicht. Die dritte Elektrode 154 kann über einen Widerstand, insbesondere einen Widerstand der Dichtpackung 158 an das Gehäuse 152 der Vorrichtung 110 angeschlossen sein. Bevorzugt kann der Widerstand einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweisen, insbesondere durch Zugabe einer leitenden Keramikkomponente, bevorzugt 10 % Fe-dotiertes Al2O3. Der Widerstand kann 5 bis 100 kΩ, bevorzugt 50 kΩ, betragen. The packing 158 can have at least one supply line 160 with the third electrode 154 be connected, with the supply line 160 with at least an insulating layer opposite the solid electrolyte 120 may be isolated, in particular an Al 2 O 3 layer. The third electrode 154 can have a resistance, in particular a resistance of the packing 158 to the housing 152 the device 110 be connected. The resistor may preferably have a positive temperature coefficient, in particular by adding a conductive ceramic component, preferably 10% Fe-doped Al 2 O 3 . The resistance may be 5 to 100 kΩ, preferably 50 kΩ.

In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die dritte Elektrode 154 bis zu einem Anschlusskontakt verlängert ausgestaltet sein und über einen fünften Anschlusskontakt an einen Widerstand angeschlossen werden, welcher das Gehäuse 152 kontaktiert. Beispielsweise kann der Widerstand in einem Kontakthalter der Vorrichtung vorgesehen sein, welcher beispielsweise an eine Masse eines High-Side-FET geschalteten Heizelements gelegt sein kann. In an embodiment not shown here, the third electrode 154 be made extended to a terminal contact and connected via a fifth terminal contact to a resistor which the housing 152 contacted. For example, the resistor may be provided in a contact holder of the device, which may be placed, for example, to a mass of a high-side FET switched heating element.

Der Pumpstrom kann unabhängig von dem Hilfspumpstrom sein. Beispielsweise kann wie in 1 skizziert ein Hilfspumpstrom durch die Hilfspumpzelle 148 fließen, so dass zwei Sauerstoff-Ionen O2– von der dritten Elektrode 154 zu der ersten Elektrode 116 transportiert werden können. Bei einem Ausbau der Sauerstoff-Ionen an der ersten Elektrode 116 entstehen zunächst vier freie Elektronen, welche den Messstrom Ip um ∆Ip mindern können. Der ausgebaute Sauerstoff kann durch die Pumpzelle 130 abtransportiert werden und dabei den Messstrom Ip wieder um ∆Ip erhöhen. Die Elektronenbilanz ist in 1 skizziert. Die Effekte von Ausbau und Abtransport kompensieren sich somit, so dass der gemessene Pumpstrom unbeeindruckt von dem Hilfspumpstrom bleiben kann. Die Vorrichtung 110 kann derart eingerichtet sein, dass der Hilfspumpstrom im zeitlichen Mittel einen Betrag von 100 µA, vorzugsweise von maximal 50 µA, aufweist. Bevorzugt kann die Vorrichtung 110 derart eingerichtet sein, dass der Hilfspumpstrom im zeitlichen Mittel einen Betrag von 10 µA bis 50 µA aufweisen kann. The pumping current may be independent of the auxiliary pumping current. For example, as in 1 outlines an auxiliary pumping flow through the auxiliary pumping cell 148 flow, leaving two oxygen ions O 2- from the third electrode 154 to the first electrode 116 can be transported. When expanding the oxygen ions on the first electrode 116 Initially, four free electrons are created, which can reduce the measurement current I p by ΔI p . The removed oxygen can pass through the pump cell 130 be removed and thereby increase the measuring current I p again by ΔI p . The electron balance is in 1 outlined. The effects of removal and removal thus compensate each other so that the measured pumping current can remain unaffected by the auxiliary pumping current. The device 110 can be set up such that the auxiliary pump current has on average over time an amount of 100 μA, preferably of at most 50 μA. Preferably, the device 110 be set up such that the auxiliary pump current can have an amount of 10 μA to 50 μA in the average time.

2A zeigt das Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 110, in welchem die dritte Elektrode 154 das Heizelement 134 des Sensorelements 114 umfassen kann. Durch die Hilfspumpzelle 148 kann ein Hilfspumpstrom fließen, der einen Sauerstoff-Ionentransport von dem Heizelement 134 zu der ersten Elektrode 116 ermöglichen kann. Das Heizelement 134 kann zumindest teilweise von mindestens einer gasdurchlässigen Isolatorschicht 162 umgeben sein. Beispielsweise kann die Heizerisolation 138 die Isolatorschicht 162 aufweisen. Über die gasdurchlässige Isolatorschicht 162 kann Umgebungsluft zu der dritten Elektrode 154 zuführbar sein. Das Heizelement 134 kann beispielsweise mit einem High-Side-FET geschaltet sein, insbesondere um einen Rücktransport von Sauerstoff-Ionen von der ersten Elektrode 116 während einer Pause im Pumpspannungssignal zu verhindern. Beispielsweise kann der High-Side-FET eine Gate-Spannung von 13 V aufweisen. Das Heizelement 134 kann mindestens einen Elektrodenbereich 164 ausbilden. 2A shows the embodiment of a device according to the invention 110 in which the third electrode 154 the heating element 134 of the sensor element 114 may include. Through the auxiliary pumping cell 148 For example, an auxiliary pumping current may flow which causes oxygen ion transport from the heating element 134 to the first electrode 116 can allow. The heating element 134 may be at least partially of at least one gas-permeable insulator layer 162 be surrounded. For example, the heater insulation 138 the insulator layer 162 exhibit. About the gas-permeable insulator layer 162 can ambient air to the third electrode 154 be fed. The heating element 134 For example, it can be connected to a high-side FET, in particular to a return transport of oxygen ions from the first electrode 116 during a break in the pump voltage signal to prevent. For example, the high-side FET may have a gate voltage of 13V. The heating element 134 can be at least one electrode area 164 form.

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel des Heizelements 134 ist in 2B dargestellt. In dem Elektrodenbereich 164 kann die Heizisolation 138 dünner ausgebildet sein als außerhalb des Elektrodenbereichs 164. Insbesondere kann der Elektrodenbereich 164 1 bis 15 mm, besonders bevorzugt 3 bis 10 mm entfernt vom heißesten Bereich des Sensorelements 114 angeordnet sein. Beispielsweise kann der Elektrodenbereich 164 eine Fläche von 1 mm2 und eine Dicke von 20 µm aufweisen. Die Heizerisolation 138 kann in dem Elektrodenbereich 164 einen elektrischen Widerstand von 10 kΩ bis 100 kΩ aufweisen, bevorzugt 50 kΩ. Der Elektrodenbereich 164 kann eine Fläche von 0,05 mm2 bis 5 mm2, vorzugsweise 0,1 mm2 bis 2 mm2, aufweisen. Durch eine derartige Wahl einer kleinen Elektrode kann ein hoher Widerstand erreicht werden. In einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann in dem Elektrodenbereich 164 zwischen der Heizerisolation 138 und dem Festelektrolyten 120 mindestens eine elektrisch leitfähige Elektrodenschicht angeordnet sein, insbesondere mindestens eine Pt-Elektrode oder auch eine Cermet-Elektrode. Durch diese Elektrodenschicht kann eine Schwarzfärbung des Festelektrolyten 120 im Bereich mit lokal hoher Leitfähigkeit verhindert werden. An inventive embodiment of the heating element 134 is in 2 B shown. In the electrode area 164 can the heating insulation 138 be made thinner than outside the electrode area 164 , In particular, the electrode area 164 1 to 15 mm, more preferably 3 to 10 mm away from the hottest region of the sensor element 114 be arranged. For example, the electrode area 164 have an area of 1 mm 2 and a thickness of 20 microns. The heater insulation 138 can in the electrode area 164 have an electrical resistance of 10 kΩ to 100 kΩ, preferably 50 kΩ. The electrode area 164 may have an area of 0.05 mm 2 to 5 mm 2 , preferably 0.1 mm 2 to 2 mm 2 . By such a choice of a small electrode, a high resistance can be achieved. In an embodiment not shown here, in the electrode region 164 between the heater insulation 138 and the solid electrolyte 120 at least one electrically conductive electrode layer may be arranged, in particular at least one Pt electrode or else a cermet electrode. Through this electrode layer can be a black color of the solid electrolyte 120 be prevented in the area with locally high conductivity.

Weiterhin kann das in 2A gezeigte Sensorelement 114 mindestens eine Diffusionsbarriere 124 zwischen dem Messgasraum 112 und dem Messhohlraum 122 aufweisen. Die Diffusionsbarriere 124 kann aus mindestens einem porösen Material hergestellt sein. Weiterhin kann die Diffusionsbarriere 124 mindestens ein metallisches Katalysatormaterial aufweisen. Das metallische Katalysatormaterial kann Pt umfassen. Vorzugsweise kann die Diffusionsbarriere 124 einen Pt-Anteil von 0,5 Gew.% bis 25 Gew.%, vorzugsweise 5 Gew.% aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung der Diffusionsbarriere 124 kann einen anhaltenden Betrieb des Sensorelements in einem Fettgasbereich ermöglichen. Schon in der Diffusionsbarriere 124 kann es zu einem Abreagieren des Fettgases kommen. So können bereits einzelne kurze Umschaltungen in einen Breathingmodus, in welchen der Abluftkanal wieder befüllt werden kann, ausreichen, um einen andauernden Betrieb des Sensorelements in einem Fettgasbereich zu ermöglichen. Furthermore, the in 2A shown sensor element 114 at least one diffusion barrier 124 between the sample gas chamber 112 and the measuring cavity 122 exhibit. The diffusion barrier 124 may be made of at least one porous material. Furthermore, the diffusion barrier 124 have at least one metallic catalyst material. The metallic catalyst material may include Pt. Preferably, the diffusion barrier 124 have a Pt content of 0.5% by weight to 25% by weight, preferably 5% by weight. Such a configuration of the diffusion barrier 124 may allow for continued operation of the sensor element in a rich gas region. Already in the diffusion barrier 124 it can come to a reaction of the fat gas. Thus, individual short switches to a breathing mode, in which the exhaust air duct can be refilled, are sufficient to allow continued operation of the sensor element in a rich gas region.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10200606254 A1 [0003] DE 10200606254 A1 [0003]
  • DE 10200606255 A1 [0003] DE 10200606255 A1 [0003]
  • DE 19960964 B4 [0003] DE 19960964 B4 [0003]
  • DE 102010031299 A1 [0004, 0015] DE 102010031299 A1 [0004, 0015]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Konrad Reif (Hrsg.) „Sensoren im Kraftfahrzeug“, 2. Auflage 2012, Seiten 160–165 [0002] Konrad Reif (ed.) "Sensors in the motor vehicle", 2nd Edition 2012, pages 160-165 [0002]

Claims (12)

Vorrichtung (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Gases in einem Messgasraum (112), wobei die Vorrichtung (110) mindestens ein Sensorelement (114) zur Erfassung der mindestens einen Eigenschaft des Gases in dem Messgasraum (112) aufweist, wobei das Sensorelement (114) mindestens eine erste Elektrode (116), mindestens eine zweite Elektrode (118) und mindestens einen die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) verbindenden Festelektrolyten (120) aufweist, wobei die erste Elektrode (116) mit Gas aus dem Messgasraum (112) beaufschlagbar ist, wobei die erste Elektrode (116) in mindestens einem Messhohlraum (122) angeordnet ist, wobei die zweite Elektrode (118) in mindestens einem Referenzgasraum (128) angeordnet ist, wobei die Vorrichtung (110) weiterhin mindestens eine Ansteuerung (140) aufweist, wobei die Ansteuerung (140) eingerichtet ist die erste Elektrode (116) und die zweite Elektrode (118) mit einer Pumpspannung zu beaufschlagen, wobei die Ansteuerung (140) weiterhin eingerichtet ist mindestens einen Pumpstrom an der ersten Elektrode (116) zu erfassen, wobei die Ansteuerung (140) derart eingerichtet ist, dass die zweite Elektrode (118) mit einer virtuellen Masse verbunden ist, wobei das Sensorelement (114) weiterhin mindestens eine Hilfspumpzelle (148) aufweist, wobei die erste Elektrode (116) Bestandteil der Hilfspumpzelle (148) ist, wobei die Hilfspumpzelle (148) derart eingerichtet ist, dass durch die Hilfspumpzelle (148) ein Hilfspumpstrom fließt, wobei durch den Hilfspumpstrom der ersten Elektrode (116) Sauerstoff-Ionen zugeführt werden, wodurch ein Sauerstoffmangel in dem Messhohlraum (122) ausgeglichen wird. Contraption ( 110 ) for detecting at least one property of a gas in a sample gas space ( 112 ), the device ( 110 ) at least one sensor element ( 114 ) for detecting the at least one property of the gas in the sample gas space ( 112 ), wherein the sensor element ( 114 ) at least one first electrode ( 116 ), at least one second electrode ( 118 ) and at least one the first electrode ( 116 ) and the second electrode ( 118 ) connecting solid electrolyte ( 120 ), wherein the first electrode ( 116 ) with gas from the sample gas space ( 112 ), wherein the first electrode ( 116 ) in at least one measuring cavity ( 122 ), wherein the second electrode ( 118 ) in at least one reference gas space ( 128 ), wherein the device ( 110 ) at least one control ( 140 ), wherein the control ( 140 ) is the first electrode ( 116 ) and the second electrode ( 118 ) to apply a pump voltage, wherein the control ( 140 ) is further set up at least one pumping current at the first electrode ( 116 ), whereby the control ( 140 ) is arranged such that the second electrode ( 118 ) is connected to a virtual ground, wherein the sensor element ( 114 ) at least one auxiliary pump cell ( 148 ), wherein the first electrode ( 116 ) Component of the auxiliary pump cell ( 148 ), wherein the auxiliary pump cell ( 148 ) is arranged such that by the auxiliary pumping cell ( 148 ) an auxiliary pumping current flows, wherein by the auxiliary pumping current of the first electrode ( 116 ) Oxygen ions are supplied, whereby an oxygen deficiency in the measuring cavity ( 122 ) is compensated. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Pumpstrom unabhängig von dem Hilfspumpstrom ist. Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the pumping current is independent of the auxiliary pumping current. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Hilfspumpstrom ein Leckstrom ist, wobei der Leckstrom zwischen mindestens einem Funktionselement (150) der Vorrichtung (110) und der ersten Elektrode (116) fließt, wobei das Funktionselement (150) mindestens einer weiteren mechanischen, elektrischen oder thermischen Funktion in der Vorrichtung (110) dient. Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the auxiliary pumping current is a leakage current, wherein the leakage current between at least one functional element ( 150 ) of the device ( 110 ) and the first electrode ( 116 ) flows, wherein the functional element ( 150 ) at least one further mechanical, electrical or thermal function in the device ( 110 ) serves. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Funktionselement (150) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Gehäuse (152) der Vorrichtung (110) und einem Heizelement (134). Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the functional element ( 150 ) is selected from the group consisting of a housing ( 152 ) of the device ( 110 ) and a heating element ( 134 ). Vorrichtung (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leckstrom als Ionenstrom mindestens ein ionisches Isolatorelement durchdringt. Contraption ( 110 ) according to one of the two preceding claims, wherein the leakage current as ion current penetrates at least one ionic insulator element. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (114) mindestens eine dritte Elektrode (154) umfasst, wobei die dritte Elektrode (154) Bestandteil der Hilfspumpzelle (148) ist, wobei vorzugsweise die dritte Elektrode (154) das Funktionselement (150) ist oder elektrisch leitend mit dem Funktionselement (150) verbunden ist. Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 114 ) at least one third electrode ( 154 ), wherein the third electrode ( 154 ) Component of the auxiliary pump cell ( 148 ), wherein preferably the third electrode ( 154 ) the functional element ( 150 ) or is electrically conductive with the functional element ( 150 ) connected is. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Vorrichtung (110) mindestens ein Gehäuse (152) aufweist, wobei das Gehäuse (152) ein elektrisch leitfähiges Gehäuse ist, insbesondere ein metallisches Gehäuse, wobei das Gehäuse (152) das Sensorelement (114) zumindest teilweise umschließt, wobei das Gehäuse (152) elektrisch leitend mit der dritten Elektrode (154) verbunden ist. Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the device ( 110 ) at least one housing ( 152 ), wherein the housing ( 152 ) is an electrically conductive housing, in particular a metallic housing, wherein the housing ( 152 ) the sensor element ( 114 ) encloses at least partially, wherein the housing ( 152 ) electrically conductive with the third electrode ( 154 ) connected is. Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zwischen dem Gehäuse (152) und dem Sensorelement (114) ein Fixierelement (156) angeordnet ist, welches das Sensorelement (114) in der Vorrichtung (110) fixiert, wobei das Fixierelement (156) elektrisch leitend ausgestaltet ist. Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein between the housing ( 152 ) and the sensor element ( 114 ) a fixing element ( 156 ) is arranged, which the sensor element ( 114 ) in the device ( 110 ), wherein the fixing element ( 156 ) is configured electrically conductive. Vorrichtung (110) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Elektrode (154) über einen Widerstand an das Gehäuse (152) der Vorrichtung (110) angeschlossen ist. Contraption ( 110 ) according to one of the three preceding claims, wherein the third electrode ( 154 ) via a resistor to the housing ( 152 ) of the device ( 110 ) connected. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (114) mindestens ein Heizelement (134) aufweist, wobei das Heizelement (134) mindestens eine Heizerisolation (138) aufweist, wobei das Heizelement (134) einen Heizwiderstand (136) mit zwei Heizerkontakten H+ und H– aufweist, wobei das Heizelement (134) mindestens einen Elektrodenbereich (164) ausbildet, wobei die Heizerisolation (138) in dem Elektrodenbereich (164) dünner ausgebildet ist als außerhalb des Elektrodenbereichs (164). Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 114 ) at least one heating element ( 134 ), wherein the heating element ( 134 ) at least one heater insulation ( 138 ), wherein the heating element ( 134 ) a heating resistor ( 136 ) with two heater contacts H + and H-, wherein the heating element ( 134 ) at least one electrode area ( 164 ), the heater insulation ( 138 ) in the electrode area ( 164 ) is thinner than outside the electrode area ( 164 ). Vorrichtung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei in dem Elektrodenbereich (164) zwischen der Heizerisolation (138) und dem Festelektrolyten (120) mindestens eine elektrisch leitfähige Elektrodenschicht angeordnet ist. Contraption ( 110 ) according to the preceding claim, wherein in the electrode area ( 164 ) between the heater insulation ( 138 ) and the solid electrolyte ( 120 ) At least one electrically conductive electrode layer is arranged. Vorrichtung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (114) mindestens eine Diffussionsbarriere (124) zwischen dem Messgasraum (112) und dem Messhohlraum (122) aufweist, wobei die Diffussionsbarriere (124) aus mindestens einem porösen Material hergestellt ist, wobei die Diffusionsbarriere (124) weiterhin mindestens ein metallisches Katalysatormaterial aufweist. Contraption ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 114 ) at least one diffusion barrier ( 124 ) between the sample gas space ( 112 ) and the measuring cavity ( 122 ), wherein the diffusion barrier ( 124 ) is made of at least one porous material, wherein the diffusion barrier ( 124 ) further comprises at least one metallic catalyst material.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015223642A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-01 Robert Bosch Gmbh Gas sensor and method for producing a gas sensor
DE102016110259A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-07 Eurox Sauerstoff Mess-Systeme GmbH Method for checking and / or calibrating a measuring element of a measuring system for the oxygen content in a gas mixture and measuring system
DE102019219647A1 (en) * 2019-12-16 2021-06-17 Robert Bosch Gmbh Measurement of the shunt resistance of a lambda probe and correction of its influence

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006062054A1 (en) 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Sensor unit for measuring gas component i.e. oxygen concentration, has electrode shielded from gas chamber of internal-combustion engine, and gas supply channel supplying additional amount of gas component to another electrode
DE102006062055A1 (en) 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Gas mixture's i.e. exhaust gas, air ratio measuring method, involves measuring pumping current flowing between two electrodes, where air ratio of gas mixture is enclosed from pumping current
DE102010031299A1 (en) 2010-07-13 2012-01-19 Robert Bosch Gmbh Device for determining a property of a gas in a measuring gas space

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006062054A1 (en) 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Sensor unit for measuring gas component i.e. oxygen concentration, has electrode shielded from gas chamber of internal-combustion engine, and gas supply channel supplying additional amount of gas component to another electrode
DE102006062055A1 (en) 2006-12-29 2008-07-03 Robert Bosch Gmbh Gas mixture's i.e. exhaust gas, air ratio measuring method, involves measuring pumping current flowing between two electrodes, where air ratio of gas mixture is enclosed from pumping current
DE102010031299A1 (en) 2010-07-13 2012-01-19 Robert Bosch Gmbh Device for determining a property of a gas in a measuring gas space

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Konrad Reif (Hrsg.) "Sensoren im Kraftfahrzeug", 2. Auflage 2012, Seiten 160-165

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015223642A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-01 Robert Bosch Gmbh Gas sensor and method for producing a gas sensor
DE102015223642B4 (en) * 2015-11-30 2017-09-28 Robert Bosch Gmbh Gas sensor and method for producing a gas sensor
DE102016110259A1 (en) * 2016-06-02 2017-12-07 Eurox Sauerstoff Mess-Systeme GmbH Method for checking and / or calibrating a measuring element of a measuring system for the oxygen content in a gas mixture and measuring system
DE102019219647A1 (en) * 2019-12-16 2021-06-17 Robert Bosch Gmbh Measurement of the shunt resistance of a lambda probe and correction of its influence

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