DE102020208880A1

DE102020208880A1 - Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum

Info

Publication number: DE102020208880A1
Application number: DE102020208880.2A
Authority: DE
Inventors: Achim Rippert; Manuel Marks
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-20

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases vorgeschlagen. Der Sensor (10) weist ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases auf, wobei das Sensorelement (12) mindestens eine Pumpzelle (46) und mindesten eine Nernstzelle (40) aufweist. Das Verfahren umfasst Regeln einer Nernstspannung (UN) der Nernstzelle (40) entsprechend einer ersten Führungsgröße, wobei ein Pumpstrom (IP) oder eine Pumpspannung (UP) der Pumpzelle(46) als Stellgröße verwendet wird, Regeln der Nernstspannung (UN) der Nernstzelle (40) entsprechend einer zweiten Führungsgröße ab einem ersten Zeitpunkt (t-1), wobei sich die zweite Führungsgröße von der ersten Führungsgröße unterscheidet, Regeln der Nernstspannung (UN) der Nernstzelle (40) entsprechend der ersten Führungsgröße ab einem zweiten Zeitpunkt (t0), der dem ersten Zeitpunkt nachfolgt, Erfassen eines die Stellgröße anzeigenden Stellgrößensignals in einem Zeitintervall ([ta,te]) ab oder nach dem zweiten Zeitpunkt (t0), und Vergleichen des Stellgrößensignals mit einem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal.

Description

Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoren und Verfahren zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Dabei kann es sich grundsätzlich um beliebige physikalische und/oder chemische Eigenschaften des Messgases handeln, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgasteil. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar, wie beispielsweise die Temperatur.
Aus dem Stand der Technik sind insbesondere keramische Sensoren bekannt, welche auf der Verwendung von elektrolytischen Eigenschaften bestimmter Festkörper basieren, also auf Ionen leitenden Eigenschaften dieser Festkörper. Insbesondere kann es sich bei diesen Festkörpern um keramische Festelektrolyte handeln, wie beispielsweise Zirkoniumdioxid (ZrO₂), insbesondere yttriumstabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und scandiumdotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ), die geringe Zusätze an Aluminiumoxid (Al₂O₃) und/oder Siliziumoxid (SiO₂) enthalten können.
Beispielsweise können derartige Sensoren als so genannte Lambdasonden oder als Stickoxidsensoren ausgestaltet sein, wie sie beispielsweise aus K. Reif, Deitsche, K-H. et al., Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, Seiten 1338 -1347, bekannt sind. Mit Breitband-Lambdasonden, insbesondere mit planaren Breitband-Lambdasonden, kann beispielsweise die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Brennraum geschlossen werden. Die Luftzahl I (Lambda) beschreibt dieses Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Stickoxid-Sensoren bestimmen sowohl die Stickoxid- als auch die Sauerstoffkonzentration im Abgas.
Durch Kombination einer Pumpzelle, der Messzelle, und einer Sauerstoff-Referenzzelle, der Nernst-Zelle, kann ein Sensor zur Messung des Sauerstoffgehalts in einem Umgebungsgas aufgebaut werden. In einer Pumpzelle, die nach dem amperometrischen Pumpprinzip arbeitet, diffundieren bei Anlegen einer Spannung oder eines Stromes an die Pumpelektroden, die sich an unterschiedlichen Gasen befinden, ein Sauerstoffionenstrom durch einen keramischen Körper (den sauerstoffleitenden Festelektrolyten), der die Gase voneinander trennt („pumpen“). Wird die Pumpzelle dazu genutzt, den Sauerstoff-Partialdruck in einem Hohlraum, in das Umgebungsgas diffundieren kann, konstant zu halten, dann kann über die Messung des elektrischen Stroms auf die transportierte Menge Sauerstoff geschlossen werden. Dieser Pumpstrom ist, gemäß des Diffusionsgesetzes, direkt proportional zum Sauerstoff-Partialdruck im Umgebungsgas. Mit einer Nernst-Zelle kann das Verhältnis des Sauerstoff-Partialdrucks in im Hohlraum zum Sauerstoff-Partialdruck in einem weiteren Referenzgasraum über die sich ausbildende Nernstspannung bestimmt werden.
Die elektrochemische Einheit eines derartigen Sensors kann als Regelstrecke in einem Regelkreis betrachtet werden. Die Steuergröße dieses Regelkreises ist die Spannung oder optional der Strom am Pumpelektrodenpaar. Die Regelgröße ist die Nernstspannung, die gemessen wird. Ziel der Regelung ist, trotz Änderungen des Sauerstoffgehalts im Abgas, den Sauerstoffpartialdruck im Hohlraum möglichst nah an einem spezifizierten bzw. vorgegebenen Wert zu halten. Zum Messen des Sauerstoffpartialdrucks im Hohlraum bzw. des Verhältnisses des Sauerstoffpartialdrucks im Hohlraum zum Partialdruck in der Referenzzelle dient die Nernstspannung. Über die angelegte Spannung an das Pumpelektrodenpaar kann der Sauerstoffpartialdruck im Hohlraum gesteuert werden. Dadurch, dass Sauerstoffionen in den Hohlraum hineintransportiert oder aus diesem entfernt werden, was auch als Pumpen bezeichnet wird, kann die Gaskonzentration über die angelegte Pumpspannung bzw. den Pumpstrom aktiv beeinflusst werden. Alle Elektroden in dem Hohlraum haben einen gemeinsamen Rückleiter. Um auch negative Spannungen darstellen zu können, liegt diese virtuelle Masse auf einem erhöhten Potenzial zur elektrischen Masse. Auf diese Spannung werden die Nernstspannung oder die Spannung an der ersten Elektrode bezogen.
Zur Bestimmung des Sauerstoffpartialdrucks, bzw. des Sauerstoffgehalts, wird bei Breitband-Lambdasonden und Stickoxidsensoren ein Pumpstromsignal ausgewertet, das näherungsweise linear zur vorliegenden Sauerstoffkonzentration (des Umgebungsgases) ist.
Ein Maß für die Stabilität der Regelung ist die Phasenlage des Regelkreises, der in aufwändigen Verfahren für ein einzelnes Sensorelement in einer definierten Gaskonzentration vermessen werden kann. Die Elektrodeneigenschaften wie Kapazität und Durchtrittwiderstand der Sauerstoffpumpzelle und damit die Phasenlage des Regelkreises können in der Fertigung der Sensoren durch Konditionierung gezielt modifiziert werden, um eine stabile Regelung und ein ausreichend robustes Produkt über die gesamte Lebensdauer zu designen. Veränderte Elektrodeneigenschaften haben einen direkten Einfluss auf die Antwort des Regelkreises auf Sauerstoffkonzentrationsänderungen im Fahrzeug.
In der Fertigung der Sensoren beim Zulieferer wird die innere Pumpelektrode der Sauerstoffpumpzelle konditioniert. In einem nachgelagerten Schritt werden die Sensoren mit dem Sensorelement mit einer Steuereinheit zusammengefügt und für bestimmte Gaskonzentrationen kalibriert. Mittels Auswahlprüfungen am fertigen Produkt aus Steuereinheit und Sensor kann nun das Antwortverhalten des Sensors auf Gaskonzentrationswechsel vermessen werden. Bei diesen Messungen ist auffällig, dass Sensoren im Gegensatz zu einem erwarteten Einschwingverhalten auf den Zielwert teilweise ein Überschwingen zeigen. Diese Sensoren sind dann als nicht funktionsfähig auszusondern.
Trotz der durch diese Sensoren und Verfahren zu deren Funktionskontrolle bewirkten Vorteile beinhalten diese noch Verbesserungspotential. Eine Kontrolle der Phasenlage direkt am Sensorelement vor Auslieferung ist nur in aufwändigen Verfahren und auch nur in Auswahlprüfungen im Rahmen der Sensorelementfertigung möglich. Eine 100%-Prüfung ist wirtschaftlich nicht umsetzbar. Grenzwertiges Verhalten aufgrund der Überschwinger bei Gaskonzentrationswechsel kann durch eine Prüfung des Gesamtsensors am Band-Ende weitestgehend verhindert werden. Die Detektion einer ungünstigen Phasenlage und damit einer abweichenden Aktivierung der Pumpelektrodeneigenschaften wird eher als Nebenprodukt über eine Störung des Heizers während des Flashvorgangs realisiert. Die Prüfung ist zur Filterung von auffälligen Sensoren, aufgrund schlechter Phasenlagen und damit abweichenden Konditionierungen, daher nur bedingt geeignet. Ein gewisser „Schlupf“ ist daher nicht zu vermeiden. Neben den hohen Ausschusskosten, ist die Feedback-Schleife von fertigem Produkt zu den Prozessparametern bei der Sensorelementfertigung, insbesondere der Konditionierung der Elektroden, zu lang um eine sinnvolle Prozesskontrolle einzuführen und größere Abweichungen schnell und sicher abfangen zu können.
Eine 100%-Prüfung über Phasenlage-Messungen vor Auslieferung der Messfühler ist technisch möglich, jedoch aus wirtschaftlicher Sicht nicht zielführend. Daher muss eine schnelle Feedbackschleife für die Verringerung der Ausschusskosten der Wertstoffkette das Ziel für ein profitables Produkt in der Zusammenarbeit von Fertigung des Gesamtsensors (Verbau) und Sensorelementproduktion sein.
Offenbarung der Erfindung
Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zum Betreiben dieser Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und welches insbesondere am Beginn der Wertstoffkette direkt an den Sensorelementen ohne Verwendung eines Messgases an Umgebungsluft im Rahmen der vorhandenen elektrischen Prüflinie durchgeführt werden kann.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, wobei der Sensor ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases aufweist, wobei das Sensorelement mindestens eine Pumpzelle und mindesten eine Nernstzelle aufweist, umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:

- Regeln einer Nernstspannung der Nernstzelle entsprechend einer ersten Führungsgröße, wobei ein Pumpstrom oder eine Pumpspannung der Pumpzelle als Stellgröße verwendet wird,
- Regeln der Nernstspannung der Nernstzelle entsprechend einer zweiten Führungsgröße ab einem ersten Zeitpunkt, wobei sich die zweite Führungsgröße von der ersten Führungsgröße unterscheidet,
- Regeln der Nernstspannung der Nernstzelle entsprechend der ersten Führungsgröße ab einem zweiten Zeitpunkt, der dem ersten Zeitpunkt nachfolgt,
- Erfassen eines die Stellgröße anzeigenden Stellgrößensignals in einem Zeitintervall ab oder nach dem zweiten Zeitpunkt, und
- Vergleichen des Stellgrößensignals mit einem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal.

Im Gegensatz zur vollständigen Vermessung des Phasengangs als Funktion der Frequenz und damit der Bestimmung der vollen Regeleigenschaften, wird somit vorgeschlagen, die Phasenlage des Sensorelements, insbesondere der Sauerstoffpumpelektrode, und somit die erfolgte Elektrodenkonditionierung insbesondere während der Sensorelementfertigung anhand des Antwortverhaltens auf eine Pulsanregung der Führungsgröße, die im vorliegenden Fall der Nernstspannungsvorgabe ist, zu beurteilen. Die Beurteilung der Sensoren, und damit insbesondere der Prozessparameter für die Elektrodenkonditionierung, sind im Rahmen der etablierten elektrischen Prüfungen möglich und erfordern keine kontrollierten Messbedingungen, beispielsweise kalibrierte Prüfgase oder Messgas abweichend von Umgebungsbedingungen, wie es bei der Vermessung der Phasenlage notwendig ist. Sie kann direkt an Umgebungsluft durchgeführt werden. Der Zeitbedarf ist verglichen mit der Phasenlagenmessung um Größenordnungen geringer und ermöglicht, die Prüfung als 100% Überwachung auf Sensorelementbasis zu etablieren.
Das Verfahren kann weiterhin Feststellen der Funktionsfähigkeit des Sensors, sofern das Vergleichen des Stellgrößensignals mit dem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal eine Abweichung ergibt, die einen Schwellwert unterschreitet, und Feststellen der Funktionsunfähigkeit des Sensors, sofern das Vergleichen des Stellgrößensignals mit dem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal eine Abweichung ergibt, die einen Schwellwert überschreitet, umfassen. Entsprechend kann bei einem Überschreiten einer vorbestimmten Abweichung vom Soll-Stellgrößensignal bereits auf einen defekten Sensor geschlossen werden.
Die den Schwellwert überschreitende Abweichung kann als Einschwingen oder Überschwingen des Stellgrößensignals ermittelt werden. Auch andere Signalabweichungen sind jedoch prinzipiell als kennzeichnender Schwellwert verwendbar.
Die zweite Führungsgröße kann kleiner als die erste Führungsgröße sein. Es wird jedoch explizit betont, dass die zweite Führungsgröße größer als die erste Führungsgröße sein kann.
Der zweite Zeitpunkt kann zeitlich von 5 ms bis 5 min nach dem ersten Zeitpunkt sein bzw. liegen. Der zweite Zeitpunkt lässt sich somit nach Bedarf festlegen.
Eine zeitliche Dauer des Zeitintervalls kann in Abhängigkeit von einem Verlauf des Stellgrößensignals variiert werden. So kann beispielsweise die Erfassung des Stellgrößensignals beendet werden, wenn dieses keine Veränderung mehr zeigt.
Das Erfassen des die Stellgröße anzeigenden Stellgrößensignals in dem Zeitintervall kann nach einem vorbestimmten Zeitraum nach dem zweiten Zeitpunkt durchgeführt werden. Mit anderen Worten kann das Erfassen des Stellgrößensignals in einem vorbestimmten zeitlichen Abstand zu dem zweiten Zeitpunkt begonnen werden.
Das Verfahren kann während einer Herstellung des Sensors durchgeführt werden. Damit kann eine Funktionsprüfung vor einer Auslieferung bereits durchgeführt werden.
Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren mit all seinen beschriebenen Varianten für die Einführung als 100%-Prüfung geeignet. Die obigen Kriterien zu einer Vermessung der Phasenlage werden damit nicht mehr nötig. Zudem kann die Feedbackschleife signifikant vom Ende des Lebenszyklus der Sensoren der Gesamtsensorfertigung direkt in die Sensorelementfertigung verlagert werden. Eine reine Selektionsprüfung am fertigen Produkt kann in die Fertigung der Komponente verlagert werden. Darüber hinaus führt dies zu einer erheblichen Ausschussverringerung.
Es wird zudem ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert ist.
Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein elektronisches Steuergerät, welches das erfindungsgemäße elektronische Speichermedium mit dem besagten Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält, umfasst.
Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, umfassend ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases, wobei das Sensorelement einen Festelektrolyten, eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode aufweist, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode derart mit dem Festelektrolyten verbunden sind, dass die erste Elektrode, die zweite Elektrode und der Festelektrolyt eine Pumpzelle bilden, wobei die dritte Elektrode und die vierte Elektrode derart mit dem Festelektrolyten verbunden sind, dass die dritte Elektrode, die vierte Elektrode und der Festelektrolyt eine Nernstzelle bilden, wobei die Sensoranordnung weiterhin ein elektronisches Steuergerät mit dem erfindungsgemäßen Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist.
Unter einem Festelektrolyten ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Körper oder Gegenstand mit elektrolytischen Eigenschaften, also mit Ionen leitenden Eigenschaften, zu verstehen. Insbesondere kann es sich um einen keramischen Festelektrolyten handeln. Dies umfasst auch das Rohmaterial eines Festelektrolyten und daher die Ausbildung als so genannter Grünling oder Braunling, der erst nach einem Sintern zu einem Festelektrolyten wird. Insbesondere kann der Festelektrolyt als Festelektrolytschicht oder aus mehreren Festelektrolytschichten ausgebildet sei. Unter einer Schicht ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine einheitliche Masse in flächenhafter Ausdehnung einer gewissen Höhe zu verstehen, die über, unter oder zwischen anderen Elementen liegt.
Unter einer Elektrode ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein Element zu verstehen, welches in der Lage ist, den Festelektrolyten derart zu kontaktieren, dass durch den Festelektrolyten und die Elektrode ein Strom aufrechterhalten werden kann. Dementsprechend kann die Elektrode ein Element umfassen, an welchem die Ionen in den Festelektrolyten eingebaut und/oder aus dem Festelektrolyten ausgebaut werden können. Typischerweise umfassen die Elektroden eine Edelmetallelektrode, welche beispielsweise als Metall-Keramik-Elektrode auf dem Festelektrolyten aufgebracht sein kann oder auf andere Weise mit dem Festelektrolyten in Verbindung stehen kann. Typische Elektrodenmaterialien sind Platin-Cermet-Elektroden. Auch andere Edelmetalle, wie beispielsweise Gold oder Palladium, sind jedoch grundsätzlich einsetzbar.
Unter einem Heizelement ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Element zu verstehen, das zum Erwärmen des Festelektrolyten und der Elektroden auf mindestens ihre Funktionstemperatur und vorzugsweise auf ihre Betriebstemperatur dient. Die Funktionstemperatur ist diejenige Temperatur, ab der der Festelektrolyt für Ionen leitend wird und die ungefähr 350 °C beträgt. Davon ist die Betriebstemperatur zu unterscheiden, die diejenige Temperatur ist, bei der das Sensorelement üblicherweise betrieben wird und die höher ist als die Funktionstemperatur. Die Betriebstemperatur kann beispielsweise von 700 °C bis 950 °C sein. Das Heizelement kann einen Heizbereich und mindestens eine Zuleitungsbahn umfassen. Unter einem Heizbereich ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Bereich des Heizelements zu verstehen, der in dem Schichtaufbau entlang einer zu der Oberfläche des Sensorelements senkrechten Richtung mit einer Elektrode überlappt. Üblicherweise erwärmt sich der Heizbereich während des Betriebs stärker als die Zuleitungsbahn, so dass diese unterscheidbar sind. Die unterschiedliche Erwärmung kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Heizbereich einen höheren elektrischen Widerstand aufweist als die Zuleitungsbahn. Der Heizbereich und/oder die Zuleitung sind beispielsweise als elektrische Widerstandsbahn ausgebildet und erwärmen sich durch Anlegen einer elektrischen Spannung. Das Heizelement kann beispielsweise aus einem Platin-Cermet hergestellt sein.
Unter einem Regelkreis ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein in sich geschlossener Wirkungsablauf für die Beeinflussung einer physikalischen Größe in einem technischen Prozess zu verstehen. Wesentlich hierbei ist die Rückführung des aktuellen Wertes, der auch als Ist-Wert bezeichnet wird, an das Regelgerät, das einer Abweichung vom Soll-Wert kontinuierlich entgegenwirkt. Der Regelkreis besteht aus der Regelstrecke, dem Regelgerät und einer negativen Rückkopplung des Ist-Werts als Regelgröße. Die Regelgröße wird mit dem Soll-Wert als Führungsgröße verglichen. Die Regelabweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Soll-Wert wird dem Regelgerät zugeführt, das daraus entsprechend der gewünschten Dynamik des Regelkreises eine Steuergröße für die Regelstrecke bildet. Unter der Regelstrecke ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung derjenige Teil des Regelkreises zu verstehen, der die Regelgröße enthält, auf die das Regelgerät über die Steuer- oder Stellgröße wirken soll. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die elektrochemische Einheit des Sensors die Regelstrecke.
Unter einer Messgröße ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige physikalische und/oder chemische Größe und ein diese Größe(n) äquivalent anzeigendes Signal, d.h. ein äquivalentes Signal, zu verstehen. Bevorzugt handelt es sich bei der Messgröße um mindestens ein Messsignal des Sensorelements. Bevorzugt kann es sich bei der Messgröße um mindestens einen Pumpstrom, beispielsweise einen Grenzstrom, handeln. Es kann sich bei der Messgröße aber auch um eine von dem Pumpstrom abhängige Größe handeln. Beispielsweise kann es sich bei der Messgröße um eine Pumpspannung und/oder um eine umgesetzte Ladung handeln. Unter dem Ausdruck „erfasst werden“ in diesem Zusammenhang ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass die Messgröße beispielsweise als Messsignal von dem Sensorelement ausgegeben wird und/oder die Messgröße von einem Steuergerät verarbeitet und/oder ausgewertet und/oder gespeichert wird.
Figurenliste
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:

1 einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors,
2 eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein Antwortverhalten des Sensors im Fall einer Funktionsunfähigkeit und
4 ein Antwortverhalten des Sensors im Fall einer Funktionsfähigkeit.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors 10. Der in 1 dargestellte Sensor 10 kann zum Nachweis von physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften eines Messgases verwendet werden, wobei eine oder mehrere Eigenschaften erfasst werden können. Die Erfindung wird im Folgenden insbesondere unter Bezugnahme auf eine qualitative und/oder quantitative Erfassung einer Gaskomponente des Messgases beschrieben, insbesondere unter Bezugnahme auf eine Erfassung eines Sauerstoffanteils in dem Messgas. Der Sauerstoffanteil kann beispielsweise in Form eines Partialdrucks und/oder in Form eines Prozentsatzes erfasst werden. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Arten von Gaskomponenten erfassbar, wie beispielsweise Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Wasserstoff. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Eigenschaften des Messgases erfassbar. Die Erfindung ist insbesondere im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik einsetzbar, so dass es sich bei dem Messgasraum insbesondere um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine handeln kann, bei dem Messgas insbesondere um ein Abgas.
Der Sensor 10 weist ein Sensorelement 12 auf. Das Sensorelement 12 kann als keramischer Schichtaufbau ausgebildet sein, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird. Das Sensorelement 12 weist einen Festelektrolyten 14, eine erste Elektrode 16, eine zweite Elektrode 18, eine dritte Elektrode 20 und eine vierte Elektrode 22 auf. Der Festelektrolyt 14 kann aus mehreren keramischen Schichten in Form von Festelektrolytschichten zusammengesetzt sein oder mehrere Festelektrolytschichten umfassen. Beispielsweise umfasst der Festelektrolyt 14 eine Pumpfolie oder Pumpschicht, eine Zwischenfolie oder Zwischenschicht und eine Heizfolie bzw. Heizschicht, die übereinander bzw. untereinander angeordnet sind. Die Bezeichnung der Elektroden 16, 18, 20, 22 soll keine Gewichtung ihrer Bedeutung angeben, sondern lediglich ermöglichen, diese begrifflich zu unterscheiden.
Das Sensorelement 12 weist ferner einen Gaszutrittsweg 24 auf. Der Gaszutrittsweg 24 weist ein Gaszutrittsloch 26 auf, das sich von einer Oberfläche 28 des Festelektrolyten 14 ins Innere des Schichtaufbaus des Sensorelements 12 erstreckt. In dem Festelektrolyten 14 ist ein Elektrodenhohlraum 30 vorgesehen, der das Gaszutrittsloch 26 umgibt, beispielsweise ringförmig oder rechteckig. Der Elektrodenhohlraum 30 ist Teil des Gaszutrittswegs 24 und steht über das Gaszutrittsloch 26 mit dem Messgasraum in Verbindung. Beispielsweise erstreckt sich das Gaszutrittsloch 26 als zylindrisches Sackloch senkrecht zu der Oberfläche 28 des Festelektrolyten 14 in das Innere des Schichtaufbaus des Sensorelements 12. Insbesondere ist der Elektrodenhohlraum 30 im Wesentlichen ringförmig oder rechteckig ausgebildet und bei einer Betrachtung in einer Querschnittsansicht von drei Seiten von dem Festelektrolyten 14 begrenzt. Zwischen dem Gaszutrittsloch 26 und dem Elektrodenhohlraum 30 ist ein Kanal 32 angeordnet, welcher ebenfalls Bestandteil des Gaszutrittswegs 24 ist. In diesem Kanal 32 ist eine Diffusionsbarriere 34 angeordnet, welche ein Nachströmen von Gas aus dem Messgasraum in den Elektrodenhohlraum 30 vermindert oder sogar verhindert und lediglich eine Diffusion ermöglicht.
Die erste Elektrode 16 ist auf der auf der Oberfläche 28 des Festelektrolyten 14 angeordnet. Die erste 16 Elektrode kann das Gaszutrittsloch 26 ringförmig umgeben und von dem Messgasraum beispielsweise durch eine nicht näher gezeigte gasdurchlässige Schutzschicht getrennt sein. Die zweite Elektrode 18 ist in dem Elektrodenhohlraum 30 angeordnet. Die zweite Elektrode 18 kann ebenfalls ringförmig ausgestaltet sein und rotationssymmetrisch um das Gaszutrittsloch 26 angeordnet sein. Beispielsweise sind die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 koaxial zu dem Gaszutrittsloch 26 angeordnet. Die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 sind derart mit dem Festelektrolyten 14 und insbesondere mit der Pumpschicht verbunden, insbesondere elektrisch verbunden, dass die erste Elektrode 16, die zweite Elektrode 18 und der Festelektrolyt 14 eine Pumpzelle 36 bilden. Entsprechend können die erste Elektrode 16 auch als äußere Pumpelektrode und die zweite Elektrode 18 als innere Pumpelektrode bezeichnet werden. Über die Diffusionsbarriere 34 lässt sich ein Grenzstrom der Pumpzelle 36 einstellen. Der Grenzstrom stellt somit einen Stromfluss zwischen der ersten Elektrode 16 und der zweiten Elektrode 18 über den Festelektrolyten 14 dar.
Das Sensorelement 12 weist weiterhin einen Referenzgasraum 38 auf. Der Referenzgasraum 38 kann sich senkrecht zu einer Erstreckungsrichtung des Gaszutrittslochs 26 in das Innere des Festelektrolyten 14 erstrecken. Wie oben erwähnt, ist das Gaszutrittsloch 26 zylindrisch ausgebildet, so dass die Erstreckungsrichtung des Gaszutrittslochs 26 parallel zu einer Zylinderachse des Gaszutrittslochs 26 verläuft. In diesem Fall erstreckt sich der Referenzgasraum 38 senkrecht zu der Zylinderachse des Gaszutrittslochs 26. Es wird ausdrücklich erwähnt, dass der Referenzgasraum 38 auch in einer gedachten Verlängerung des Gaszutrittslochs 26 und somit weiter im Inneren des Festelektrolyten 14 angeordnet sein kann. Der Referenzgasraum 38 muss nicht als makroskopischer Referenzgasraum ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Referenzgasraum 38 als so genannte gepumpte Referenz ausgeführt sein, das heißt als künstliche Referenz.
Die dritte Elektrode 20 ist ebenfalls in dem Elektrodenhohlraum 30 angeordnet. Beispielsweise liegt die dritte Elektrode 20 der zweiten Elektrode 18 gegenüber. Die vierte Elektrode 22 ist in dem Referenzgasraum 38 angeordnet. Die dritte Elektrode 20 und die vierte Elektrode 22 sind derart mit Festelektrolyten 14 verbunden, dass die dritte Elektrode 20, die vierte Elektrode 22 und derjenige Teil des Festelektrolyten 14 zwischen der dritten Elektrode 22 und der vierten Elektrode 22 eine Nernstzelle 40 bilden. Mittels der Pumpzelle 36 kann beispielsweise ein Pumpstrom durch die Pumpzelle 36 derart eingestellt werden, dass in dem Elektrodenhohlraum 30 die Bedingung λ (Lambda)= 1 oder eine andere bekannte Zusammensetzung herrscht. Diese Zusammensetzung wird wiederum von der Nernstzelle 40 erfasst, indem eine Nernstspannung Uvs zwischen der dritten Elektrode 20 und der vierten Elektrode 22 gemessen wird. Da in dem Referenzgasraum 38 eine bekannte Gaszusammensetzung vorliegt bzw. diese einem Sauerstoffüberschuss ausgesetzt ist, kann anhand der gemessenen Spannung auf die Zusammensetzung in dem Elektrodenhohlraum 30 geschlossen werden.
In der Verlängerung der Erstreckungsrichtung des Gaszutrittslochs 26 ist ein Heizelement 42 in dem Schichtaufbau des Sensorelements 12 angeordnet. Das Heizelement 42 weist einen Heizbereich 44 und elektrische Zuleitungsbahnen 46 auf. Der Heizbereich 44 ist beispielsweise mäanderförmig ausgebildet. Das Heizelement 42 ist in dem Festelektrolyten 14 zwischen der Zwischenschicht und der Heizschicht angeordnet. Es wird ausdrücklich erwähnt, dass das Heizelement 42 beidseitig von einer dünnen Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material, wie beispielsweise Aluminiumoxid, umgeben ist, auch wenn dies in den Figuren nicht näher dargestellt ist. Mit anderen Worten ist zwischen der Zwischenschicht und dem Heizelement 42 sowie zwischen dem Heizelement 42 und der Heizschicht die dünne Schicht aus dem elektrisch isolierenden Material angeordnet. Da eine derartige Schicht beispielsweise aus dem oben genannten Stand der Technik bekannt ist, wird diese nicht näher beschrieben. Für weitere Details bezüglich der Schicht aus dem elektrisch isolierenden Material wird daher auf den oben genannten Stand der Technik, verwiesen, dessen Inhalt betreffend die Schicht aus dem elektrischen Material durch Verweis hierin eingeschlossen ist.
Wie in 1 gezeigt ist, ist der Sensor 10 mit einem elektronischen Steuergerät 48 verbunden. Das elektronische Steuergerät 48 weist ein Regelgerät 50 zum Regeln einer Nernstspannung U_N der Nernstzelle 40 auf. Der Sensor 10 und das Steuergerät 48 sind Teil einer Sensoranordnung 100. Für die Regelung der Nernstspannung U_N ist eine Stellgröße des elektronischen Steuergeräts 48 eine der Pumpzelle 36 an die Pumpzelle 36 angelegten Pumpspannung U_P Die Regelgröße ist die Nernstspannung U_N. Auf diese Weise kann darüber hinaus der von der Sauerstoffkonzentration abhängige Pumpstrom I_P, der in die Pumpzelle 36 hineinfließt oder aus dieser herausfließt, bestimmt werden, der den Sauerstoffgehalt anzeigt.
Wie eingangs beschrieben wird in der Fertigung des Sensors 10 beim Zulieferer die innere Pumpelektrode 18 der Sauerstoffpumpzelle 36 konditioniert. Nachfolgend wird der Sensor 10 mit dem Sensorelement 12 mit dem Steuergerät 48 zusammengefügt und für bestimmte Gaskonzentrationen kalibriert. Mittels Auswahlprüfungen am fertigen Produkt bestehend aus Steuergerät 48 und Sensor 10 kann nun das Antwortverhalten des Sensors 10 auf Gaskonzentrationswechsel vermessen werden. Mit anderen Worten wird das Messsignal, das die Eigenschaft des Messgases anzeigt, wie beispielsweise einen Sauerstoffgehalt, erfasst und ausgewertet. Bei diesen Messungen ist auffällig, dass manche Sensoren im Gegensatz zu einem erwarteten Einschwingverhalten auf den Zielwert teilweise ein Überschwingen zeigen. Andere Sensoren wiederum können teilweise keinen stabilen Regelungspunkt bei bestimmten Sauerstoffkonzentrationen mehr erreichen. Ähnliches Verhalten wird bei realen Konzentrationswechseln im Test-Fahrzeug beobachtet. Diese Sensoren sind dann als funktionsunfähig zu verschrotten.
Eine Kontrolle der Phasenlage der Regelung direkt am Sensorelement 12 vor Auslieferung ist nur in aufwändigen Verfahren und auch nur in Auswahlprüfungen im Rahmen der Sensorelementfertigung möglich. Eine 100% Prüfung ist wirtschaftlich nicht umsetzbar. Grenzwertiges Verhalten aufgrund des Überschwingens bei Gaskonzentrationswechsel kann durch eine Prüfung des Gesamtsensors am Band-Ende weitestgehend verhindert werden. Die Detektion einer ungünstigen Phasenlage und damit einer abweichenden Aktivierung der Pumpelektrodeneigenschaften wird eher als Nebenprodukt über eine Störung des Heizelements 42 während des sogenannten Flashvorgangs realisiert. Dabei werden Oszillationen durch eine Unterbrechung des Heizelements 42 während des Flashvorgangs hervorgerufen. Eine gute Phasenlage zeigt sich durch Signale wie das Messsignal für die Sauerstoffkonzentration, aber auch im Signal für die Sensorelementtemperatur, ohne Oszillationen nach dem Flash. Schlechte Phasenlagen zeigen im entsprechenden Signal für die Sauerstoffkonzentration und im Signal der über den Innenwiderstand geregelten Sensorelementtemperatur mit deutlichen Schwingungen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Sensors 10. Das Verfahren beschreibt genauer eine elektrische Überprüfung der Regelstabilität des Nernstspannungsregelkreises des Sensors 10. 2 zeigt dabei einen zeitlichen Verlauf verschiedener Signale des Sensors 10. So ist auf der X-Achse 52 die Zeit aufgetragen. Auf der Y-Achse 54 ist der elektrischer Innenwiderstand des Sensorelements 12 sowie elektrische Spannungen aufgetragen. Die Kurve 56 gibt dabei den Verlauf des Innenwiderstands an. Die Kurve 58 gibt den Verlauf einer Nernstspannungsvorgabe U_N,set als Führungsgröße der Regelung des Regelgeräts 50 an. Die Kurve 60 gibt den Verlauf der Pumpspannung U_P als Stellgröße für einen funktionsfähigen Sensor 10 an. Die Kurve 62 gibt den Verlauf der Pumpspannung als Stellgröße für einen funktionsunfähigen Sensor 10 an.
Für das Verfahren wird zunächst der Sensor 10 auf Betriebstemperatur gebracht und eine stabile Regelung der Nernstspannung U_N der Nernstzelle 40 mittels des Steuergeräts 48 und dessen Regelgeräts 50 eingestellt. Das Regeln der Nernstspannung U_N der Nernstzelle 40 erfolgt entsprechend einer ersten Führungsgröße. Die erste Führungsgröße ist entsprechend eine Nernstspannungsvorgabe U_N,set. Ein Pumpstrom I_P oder eine Pumpspannung U_P der Pumpzelle 46 wird dabei als Stellgröße verwendet. Der Sensor 10 ist somit zu einem ersten Zeitpunkt t_-1 in einem stabilen Betriebszustand, d.h. Temperatur des Sensorelement 12, Stellgröße (Pumpspannung), Führungsgröße (Nernstspannungsvorgabe) und Regelgröße (Nernstspannung) sind konstant. Für Stickoxid-Sensor entspricht dies an Umgebungsluft mit einer Sauerstoffkonzentration von ungefähr 21 Vol% einer Pumpspannung U_P von ca. 220 mV, einer Nernstspannungsvorgabe U_N,set von 425 mV und einem Pumpstrom I_P von ca. 3 mA.
Zur Funktionsüberprüfung erfolgt ab dem ersten Zeitpunkt t_-1 das Regeln der Nernstspannung U_N der Nernstzelle 40 entsprechend einer zweiten Führungsgröße, die sich von der ersten Führungsgröße unterscheidet. Die zweite Führungsgröße ist bevorzugt aber nicht zwingend kleiner als die erste Führungsgröße. Die zweite Führungsgröße ist beispielsweise eine Nernstspannungsvorgabe U_N,set von 225 mV. Ab einem zweiten Zeitpunkt to, der dem ersten Zeitpunkt t_-1 nachfolgt, erfolgt das Regeln der Nernstspannung U_N der Nernstzelle 40 entsprechend der ersten Führungsgröße. Der zweite Zeitpunkt t0 ist zeitlich 5 ms bis 5 min nach dem ersten Zeitpunkt t_-1. Mit anderen Worten wird für die Nernstspannungsvorgabe U_N,set kurzzeitig zwischen den Zeitpunkten t_-1 und t₀ ein von 425 mV abweichender Wert eingestellt, vorzugsweise aber nicht notwendigerweise ein niedrigerer. Die geänderte Nernstspannungsvorgabe U_N,set hat eine Erhöhung des Sauerstoffpartialdrucks an der dritten Elektrode 20, die die Nernstelektrode der Nernstzelle 40 ist, zur Folge, die wiederum zu einer verringerten Pumpspannung U_P führt. Nach einer kurzen Zeit wird zum zweiten Zeitpunkt t₀ die ursprüngliche Nernstspannungsvorgabe von U_N,set = 425 mV wieder eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt registriert das Regelgerät 50 eine abweichende Regelgröße und versucht diese auszugleichen. Dies simuliert das Verhalten des Sensors 10 bei Änderung der Sauerstoffkonzentration.
Für eine Bewertung des Sensorelements 12 in der Prüfung erfolgt das Erfassen eines die Stellgröße anzeigenden Stellgrößensignals in einem Zeitintervall [t_a,t_e] ab oder nach dem zweiten Zeitpunkt t₀ und das Vergleichen des Stellgrößensignals mit einem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal. Das Erfassen des die Stellgröße anzeigenden Stellgrößensignals kann in dem Zeitintervall [t_a,t_e] nach einem vorbestimmten Zeitraum nach dem zweiten Zeitpunkt t₀ durchgeführt werden. Mit anderen Worten wird das Antwortverhalten des Sensors 10 in einem Zeitintervall [t_a,t_e] beginnend bei t₀ oder danach aufgezeichnet. Die Funktionsfähigkeit des Sensors 10 kann festgestellt werden, sofern das Vergleichen des Stellgrößensignals mit dem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal eine Abweichung ergibt, die einen Schwellwert unterschreitet. Ergibt das Vergleichen des Stellgrößensignals mit dem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal eine Abweichung, die einen Schwellwert überschreitet, wird die Funktionsunfähigkeit des Sensors 10 festgestellt. Die den Schwellwert überschreitende Abweichung kann als Einschwingen oder Überschwingen des Stellgrößensignals ermittelt werden. Wird beispielsweise in dem Zeitintervall [t_a,t_e] ein Einschwingen beobachtet, beispielweise durch eine erhöhte Standardabweichung der Messwerte oder das Übertreten eines Grenzwertes des Pumpstroms I_P, so kann das entsprechende Sensorelement 12 aussortiert werden. Ebenfalls möglich ist das Erlauben eines gewissen Einschwingvorgangs und die Bewertung der Regelstabilität über oder nach einem bestimmten Zeitraum Δ t nach dem zweiten Zeitpunkt t₀. In 2 zeigt das Antwortverhalten im Fall eines guten bzw. funktionsfähigen Sensors 10 anhand der Kurve 60 im Zeitintervall [t_a,t_e] kein Schwingverhalten. Dahingegen zeigt das Antwortverhalten im Fall eines schlechten bzw. funktionsunfähigen Sensors 10 anhand der Kurve 62 im Zeitintervall [t_a,t_e] ein deutliches Schwingverhalten. Eine zeitliche Dauer des Zeitintervalls [t_a,t_e] kann in Abhängigkeit von einem Verlauf des Stellgrößensignals variiert werden. So kann beispielsweise die Auswertung des Stellgrößensignals früher beendet werden, falls keine Schwingungen beobachtet werden, als wenn Schwingungen erfasst werden. Das mögliche Antwortverhalten wird nachstehend nochmals ausführlicher erläutert.
3 zeigt ein Antwortverhalten des Sensors 10 im Fall einer Funktionsunfähigkeit. Auf der X-Achse 64 ist die Zeit aufgetragen. Auf der Y-Achse 66 ist die Stellgröße in Form der Pumpspannung U_P und die Führungsgröße in Form der Nernstspannungsvorgabe U_N,set aufgetragen. Die Kurve 68 stellt den zeitlichen Verlauf der Nernstspannungsvorgabe U_N,set dar. Die Kurve 70 stellt den zeitlichen Verlauf der Nernstspannungsvorgabe Pumpspannung U_P dar. Ein Bereich 72 stellt den Zeitraum dar, indem eine abgesenkte Nernstspannungsvorgabe U_N,set aufgetragen. In dem Beispiel wurde eine Funktion des Gesamtsensors (Cellstate) verwendet, um in kontrollierter Weise eine Verstellung der Führungsgröße zu erreichen. Sie ist nicht notwendigerweise für die Prüfung einzusetzen. Die exakte Nernstspannungsvorgabe U_N,set kann der optimalen Detektion angepasst werden. Hierbei wurde die von der Anmelderin entwickelte Zellenstatus-Funktion (Cellstate), während einer statischen Messung an Luft, dafür verwendet eine abweichende Führungsgröße von 425mV auf 225 mV und wieder auf 425mV für eine kurze Zeit einzuregeln. 3 zeigt das Schwingverhalten des Antwortsignals in Form der Kurve 70 eines funktionsunfähigen Sensors 10 nach Rückstellung der Führungsgröße. Der funktionsunfähige Sensor 10 zeigt in den Zeiträumen nach den Bereichen 72 ein instabiles Regelverhalten mit deutlichen Schwingungen in dem Stellgrößensignal.
4 zeigt ein Antwortverhalten des Sensors 10 im Fall einer Funktionsfähigkeit. Auf der X-Achse 74 ist die Zeit aufgetragen. Auf der Y-Achse 76 ist die Stellgröße in Form der Pumpspannung U_P und die Führungsgröße in Form der Nernstspannungsvorgabe U_N,set aufgetragen. Die Kurve 78 stellt den zeitlichen Verlauf der Nernstspannungsvorgabe U_N,set dar. Die Kurve 80 stellt den zeitlichen Verlauf der Nernstspannungsvorgabe Pumpspannung U_P dar. Ein Bereich 82 stellt den Zeitraum dar, indem eine abgesenkte Nernstspannungsvorgabe U_N,set aufgetragen. In dem Beispiel wurde eine Funktion des Gesamtsensors (Cellstate) verwendet, um in kontrollierter Weise eine Verstellung der Führungsgröße zu erreichen. Sie ist nicht notwendigerweise für die Prüfung einzusetzen. Die exakte Nernstspannungsvorgabe U_N,set kann der optimalen Detektion angepasst werden. Hierbei wurde die von der Anmelderin entwickelte Zellenstatus-Funktion (Cellstate), während einer statischen Messung an Luft, dafür verwendet eine abweichende Führungsgröße von 425mV auf 225 mV und wieder auf 425mV für eine kurze Zeit einzuregeln. 4 zeigt das Schwingverhalten des Antwortsignals in Form der Kurve 80 eines funktionsfähigen Sensors 10 nach Rückstellung der Führungsgröße. Der funktionsfähige Sensor 10 zeigt in den Zeiträumen nach den Bereichen 72 ein stabiles Regelverhalten ohne signifikante Schwingungen in dem Stellgrößensignal.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Sensors (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, wobei der Sensor (10) ein Sensorelement zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases aufweist, wobei das Sensorelement (12) mindestens eine Pumpzelle (46) und mindesten eine Nernstzelle (40) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Regeln einer Nernstspannung (U_N) der Nernstzelle (40) entsprechend einer ersten Führungsgröße, wobei ein Pumpstrom (I_P) oder eine Pumpspannung (U_P) der Pumpzelle (46) als Stellgröße verwendet wird, - Regeln der Nernstspannung (U_N) der Nernstzelle (40) entsprechend einer zweiten Führungsgröße ab einem ersten Zeitpunkt (t_-1), wobei sich die zweite Führungsgröße von der ersten Führungsgröße unterscheidet, - Regeln der Nernstspannung (U_N) der Nernstzelle (40) entsprechend der ersten Führungsgröße ab einem zweiten Zeitpunkt (t₀), der dem ersten Zeitpunkt nachfolgt, - Erfassen eines die Stellgröße anzeigenden Stellgrößensignals in einem Zeitintervall ([t_a,t_e]) ab oder nach dem zweiten Zeitpunkt (t₀), und - Vergleichen des Stellgrößensignals mit einem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, weiterhin umfassend Feststellen der Funktionsfähigkeit des Sensors (10), sofern das Vergleichen des Stellgrößensignals mit dem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal eine Abweichung ergibt, die einen Schwellwert unterschreitet, und Feststellen der Funktionsunfähigkeit des Sensors (10), sofern das Vergleichen des Stellgrößensignals mit dem vorbestimmten Soll-Stellgrößensignal eine Abweichung ergibt, die einen Schwellwert überschreitet.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die den Schwellwert überschreitende Abweichung als Überschwingen des Stellgrößensignals ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Führungsgröße kleiner als die erste Führungsgröße ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Zeitpunkt (t₀) zeitlich 5 ms bis 5 min nach dem ersten Zeitpunkt (t_-1) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine zeitliche Dauer des Zeitintervalls ([t_a,t_e]) in Abhängigkeit von einem Verlauf des Stellgrößensignals variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erfassen des die Stellgröße anzeigenden Stellgrößensignals in dem Zeitintervall ([t_a,t_e]) nach einem vorbestimmten Zeitraum nach dem zweiten Zeitpunkt (t₀) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren während einer Herstellung des Sensors (10) durchgeführt wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät (48), welches ein elektronisches Speichermedium nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.
Sensoranordnung (100) umfassend einen Sensor (10) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente in dem Messgas oder einer Temperatur des Messgases, umfassend ein Sensorelement (12) zur Erfassung der Eigenschaft des Messgases, wobei das Sensorelement (12) mindestens eine Pumpzelle (46) und mindestens eine Nernstzelle (40) aufweist, wobei die Sensoranordnung (100) weiterhin ein elektronisches Steuergerät (48) nach dem vorhergehenden Anspruch aufweist.