DE102021210799A1 - Method for determining a gas concentration of a gas component in a gas using a sensor element - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Gas-Konzentration einer Gaskomponente in einem Gas mittels eines Sensorelements (114) vorgeschlagen. Das Sensorelement (114) weist mindestens eine Pumpzelle (116) mit wenigstens zwei durch mindestens einen Festelektrolyten (118) miteinander verbundenen Pumpelektroden (134, 136) auf, wobei eine erste Pumpelektrode (134) dem Gas aussetzbar und eine zweite Pumpelektrode (136) durch mindestens eine poröse Diffusionsbarriere (128) von dem Gas getrennt und in einem Hohlraum (130) in dem Festelektrolyten (118) angeordnet ist. Das Verfahren umfasst Anlegen einer vorbestimmten Pumpspannung (UP) an die Pumpzelle (116), wobei die vorbestimmte Pumpspannung (UP) kleiner als eine Pumpspannung für einen Grenzstromfall ist, Anlegen einer Mess-Wechselspannung (Uz) an die Pumpzelle (116) während des Anlegens der vorbestimmten Pumpspannung (UP), Messen einer Impedanz (Z) der Pumpzelle (116) und Bestimmen der Gas-Konzentration der Gaskomponente in dem Gas basierend auf der gemessenen Impedanz (Z) der Pumpzelle (116).A method for determining a gas concentration of a gas component in a gas using a sensor element (114) is proposed. The sensor element (114) has at least one pump cell (116) with at least two pump electrodes (134, 136) connected to one another by at least one solid electrolyte (118), wherein a first pump electrode (134) can be exposed to the gas and a second pump electrode (136) through at least one porous diffusion barrier (128) separated from the gas and disposed in a cavity (130) in the solid electrolyte (118). The method includes applying a predetermined pump voltage (UP) to the pump cell (116), the predetermined pump voltage (UP) being less than a pump voltage for a limit current case, applying a measuring AC voltage (Uz) to the pump cell (116) during the application the predetermined pump voltage (UP), measuring an impedance (Z) of the pump cell (116) and determining the gas concentration of the gas component in the gas based on the measured impedance (Z) of the pump cell (116).
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Abgassensoren bekannt.Numerous exhaust gas sensors are known from the prior art.
Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer möglicher Ausgestaltungen, im Wesentlichen unter Bezugnahme auf Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, welche zur quantitativen und/oder qualitativen Erfassung mindestens eines Anteils eines Gases in einem Messgasraum dienen. Beispielsweise kann es sich bei dem Gas um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln, insbesondere im Kraftfahrzeugbereich. Bei dem Messgasraum kann es sich beispielsweise um einen Abgastrakt handeln. Bei dem Sensorelement kann es sich hierbei beispielsweise um eine Lambdasonde, insbesondere um eine Breitband-Lambdasonde, handeln. Lambdasonden sind beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, Seiten 160-165, beschrieben. Bei dem Anteil des Gases kann es sich beispielsweise um eine Zielgaskomponente, beispielsweise um Sauerstoff und/oder Stickstoff und/oder Stickoxide und/oder Kohlenwasserstoffe und/oder andere Arten von Gaskomponenten handeln. Prinzipiell kann es sich bei dem Sensorelement auch um einen anderen Sensor handeln, beispielsweise einen NOx-Sensor. Sensorelemente der genannten Art können insbesondere auf der Verwendung eines oder mehrerer Festelektrolyte basieren, also auf der Verwendung von Festkörpern, insbesondere keramischen Festkörpern, welche ionenleitende, insbesondere sauerstoffionenleitende, Eigenschaften aufweisen. Beispiele derartiger Festelektrolyte sind auf Zirkoniumdioxid basierende Festelektrolyte, wie beispielsweise Yttrium-stabilisiertes Zirkoniumdioxid (YSZ) und/oder Scandium-dotiertes Zirkoniumdioxid (ScSZ). Bei Lambdasonden, insbesondere bei Breitband-Lambdasonden, kann eine in einen Messhohlraum eindiffundierende Menge an Sauerstoff (O2) und/oder Fettgas beispielsweise anhand eines Grenzstroms, insbesondere bei Einzellern, und/oder anhand eines zu einer Regelung einer Hohlraumkonzentration auf λ = 1 notwendigen Pumpstroms, insbesondere bei Doppelzellern, gemessen werden. Beispielsweise kann ein fließender Messstrom proportional zu einem O2-Gehalt und/oder zu einem Fettgas-Gehalt in einem Abgas sein. Eine Messung der Hohlraumkonzentration kann anhand einer Bestimmung einer Nernstspannung zwischen einer Nernstelektrode in dem Hohlraum und einer sauerstoffbespülten und/oder luftbespülten Referenzelektrode in einem Referenzraum erfolgen. Aus einem linearen Zusammenhang des Grenzstroms mit einem Sauerstoffpartialdruck kann eine Messung des Sauerstoffpartialdrucks in dem Abgas durchgeführt werden.The invention is described below, without restricting further possible configurations, essentially with reference to methods and devices which are used for the quantitative and/or qualitative detection of at least a portion of a gas in a measurement gas space. For example, the gas can be an exhaust gas from an internal combustion engine, particularly in the motor vehicle sector. The measurement gas space can be an exhaust tract, for example. The sensor element can be, for example, a lambda probe, in particular a broadband lambda probe. Lambda sensors are described, for example, in Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, 1st edition 2010, pages 160-165. The proportion of the gas can be, for example, a target gas component, for example oxygen and/or nitrogen and/or nitrogen oxides and/or hydrocarbons and/or other types of gas components. In principle, the sensor element can also be another sensor, for example an NOx sensor. Sensor elements of the type mentioned can in particular be based on the use of one or more solid electrolytes, ie on the use of solid bodies, in particular ceramic solid bodies, which have ion-conducting, in particular oxygen-ion-conducting, properties. Examples of such solid electrolytes are zirconia-based solid electrolytes, such as yttrium-stabilized zirconia (YSZ) and/or scandium-doped zirconia (ScSZ). In the case of lambda probes, in particular in the case of broadband lambda probes, a quantity of oxygen (O 2 ) and/or fat gas diffusing into a measurement cavity can be determined, for example, using a limit current, in particular in the case of unicellular organisms, and/or using a quantity necessary for regulating a cavity concentration to λ=1 Pump current, especially in double cells, are measured. For example, a flowing measurement current can be proportional to an O 2 content and/or to a rich gas content in an exhaust gas. The cavity concentration can be measured by determining a Nernst voltage between a Nernst electrode in the cavity and an oxygen-flushed and/or air-flushed reference electrode in a reference space. A measurement of the oxygen partial pressure in the exhaust gas can be carried out from a linear relationship between the limiting current and an oxygen partial pressure.
Im Abgas oder in anderen zu erfassenden Gasen befinden sich jedoch nicht nur Sauerstoffanteile, sondern auch andere Gaskomponenten deren Erfassung von Interesse ist. Derartige Gaskomponenten sind insbesondere Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasser.In the exhaust gas or in other gases to be detected, however, there are not only oxygen components, but also other gas components whose detection is of interest. Such gas components are in particular hydrogen, carbon dioxide and water.
Es ist beispielsweise bekannt, dass eine Kohlenstoffdioxid- oder Wasser-Konzentrationsmessung durch Lichtabsorption im Infrarotbereich erfolgen kann. Bei diesem Prinzip sind jedoch Verschmutzungen der optischen Bauteile (z.B. des Lichtfensters) problematisch, die zu einer Empfindlichkeitsabnahme oder Signaldrift über die Betriebszeit führen, weshalb derartige Sensoren nicht im Bereich eines Verbrennungsmotors anwendbar sind.It is known, for example, that a carbon dioxide or water concentration measurement can be carried out by light absorption in the infrared range. With this principle, however, contamination of the optical components (e.g. the light window) is problematic, which leads to a decrease in sensitivity or signal drift over the operating time, which is why such sensors cannot be used in the area of an internal combustion engine.
Weiterhin ist die Bestimmung von Wasser in gasförmigen Medien durch eine kapazitive Messung bekannt. Typischerweise wird dabei eine Polymermembran, deren reversible Wasseraufnahme mit dem Wassergehalt der umgebenden Atmosphäre korreliert, in das elektrische Feld zwischen zwei Elektroden gebracht. Durch Wasseraufnahme verstärkt sich das Dielektrikum und erhöht somit die Kapazität des Kondensators. Derartige Sensoren sind jedoch wegen der sehr beschränkten Einsatztemperatur des Polymermaterials nicht im Bereich des Verbrennungsmotors anwendbar.Furthermore, the determination of water in gaseous media by a capacitive measurement is known. Typically, a polymer membrane, whose reversible water uptake correlates with the water content of the surrounding atmosphere, is placed in the electric field between two electrodes. By absorbing water, the dielectric strengthens and thus increases the capacitance of the capacitor. However, such sensors cannot be used in the field of internal combustion engines because of the very limited operating temperature of the polymer material.
Darüber hinaus sind Kohlenstoffdioxidsensoren bekannt, die Hochtemperaturlonenleiter wie komplexe Phosphate (NASICON) bzw. Na-ß'' -Aluminat zur Kohlenstoffdioxidbestimmung verwenden. Das Grundprinzip derartiger Sensoren beruht auf einer leistungslosen Spannungsmessung an einer galvanischen Zelle mit alkaliionenleitenden Festelektrolyten. Derartige Kohlenstoffdioxidsensoren können jedoch sowohl während des Betriebs als auch im nicht betriebenen Zustand durch Einwirken von flüssigem Wasser und Herauslösen von Alkali- oder Erdalkaliionen irreversibel geschädigt werden.In addition, carbon dioxide sensors are known which use high-temperature ion conductors such as complex phosphates (NASICON) or Na-β''-aluminate for carbon dioxide determination. The basic principle of such sensors is based on a powerless voltage measurement on a galvanic cell with alkali ion-conducting solid electrolytes. However, carbon dioxide sensors of this type can be irreversibly damaged both during operation and in the non-operated state by the action of liquid water and the leaching of alkali metal or alkaline earth metal ions.
Die
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Erfassen von Gaskomponenten in einem Gas beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So ist die Erfassung verschiedener Gaskomponenten bislang aufwändig oder nur mit mehreren verschiedenen Sensoren möglich.Despite the advantages of the methods known from the prior art for detecting gas components in a gas, these still contain potential for improvement. Until now, the detection of different gas components has been complex or only possible with several different sensors.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention
Es wird daher ein Verfahren zum Bestimmen einer Gas-Konzentration einer Gaskomponente in einem Gas mittels eines Sensorelements, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen zum Bestimmen einer Gas-Konzentration einer Gaskomponente in einem Gas weitgehend vermeiden. Insbesondere sollen die Vorteile eines Sensorelements einer Breitbandlambdasonde hinsichtlich ihrer Einsatzmöglichkeiten auch in kritischen oder schwierigen Einsatzbereichen mit einer Reduzierung der zur Erfassung verschiedener Gaskomponenten erforderlichen Anzahl an Messeinheiten oder Messzellen kombiniert werden.There is therefore a method for determining a gas concentration of a gas component in a gas using a sensor element, which largely avoids the disadvantages of known methods and devices for determining a gas concentration of a gas component in a gas. In particular, the advantages of a sensor element of a broadband lambda probe with regard to its possible uses, even in critical or difficult areas of use, should be combined with a reduction in the number of measuring units or measuring cells required for detecting different gas components.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen einer Gas-Konzentration einer Gaskomponente in einem Gas mittels eines Sensorelements, wobei das Sensorelement mindestens eine Pumpzelle mit wenigstens zwei durch mindestens einen Festelektrolyten miteinander verbundenen Pumpelektroden aufweist, wobei eine erste Pumpelektrode dem Gas aussetzbar und eine zweite Pumpelektrode durch mindestens eine poröse Diffusionsbarriere von dem Gas getrennt und in einem Hohlraum in dem Festelektrolyten angeordnet ist, das umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
- - Anlegen einer vorbestimmten Pumpspannung an die Pumpzelle, wobei die vorbestimmte Pumpspannung kleiner als eine Pumpspannung für einen Grenzstromfall ist,
- - Anlegen einer Mess-Wechselspannung an die Pumpzelle während des Anlegens der vorbestimmten Pumpspannung,
- - Messen einer Impedanz der Pumpzelle und
- - Bestimmen der Gas-Konzentration der Gaskomponente in dem Gas basierend auf der gemessenen Impedanz der Pumpzelle.
- - applying a predetermined pump voltage to the pump cell, the predetermined pump voltage being smaller than a pump voltage for a limit current case,
- - applying a measurement AC voltage to the pump cell while applying the predetermined pump voltage,
- - measuring an impedance of the pump cell and
- - determining the gas concentration of the gas component in the gas based on the measured impedance of the pump cell.
Die Mess-Wechselspannung kann dabei insbesondere einen Effektivwert (rms - root mean square) von 30 mV aufweisen. Grundsätzlich kann der Effektivwert der Wechselspannung bevorzugt zwischen 10 mV und 100 mV betragen, besonders bevorzugt 30 mV.In this case, the measuring AC voltage can in particular have an effective value (rms—root mean square) of 30 mV. In principle, the effective value of the AC voltage can preferably be between 10 mV and 100 mV, particularly preferably 30 mV.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, mittels eines Sensorelements mit lediglich einer einzigen Pumpzelle eine Konzentration von Gaskomponenten, die sich von Sauerstoff unterscheiden, zu bestimmen. Dabei basiert das Messprinzip darauf, dass zu der angelegten Pumpspannung, die wie dem Fachmann bekannt eine Gleichspannung ist, eine Wechselspannung an die Pumpzelle angelegt und eine Impedanz der Pumpzelle gemessen wird. Der Betriebspunkt wird dabei so festgelegt, dass sowohl Sauerstoff als auch die Gaskomponente, die von Interesse ist, an der inneren Pumpelektrode dissoziiert werden. Dadurch wird eine Beschädigung der Pumpelektrode durch beispielsweise vorzeitige Alterung verhindert. Die gemessene Impedanz, die diffusionsgetriebenen Prozessen entspricht, hängt dabei von der Konzentration der jeweiligen Gaskomponente ab. Durch einen Vergleich einer Messung eines Pumpstroms im Grenzstrombetrieb, die den Sauerstoffgehalt ergibt, kann auf die Konzentration der jeweiligen Gaskomponente geschlossen werden.The method according to the invention has the advantage of using a sensor element with only a single pump cell to determine a concentration of gas components that differ from oxygen. The measuring principle is based on the fact that, in addition to the applied pump voltage, which is a DC voltage, as is known to those skilled in the art, an AC voltage is applied to the pump cell and an impedance of the pump cell is measured. The operating point is set in such a way that both oxygen and the gas component that is of interest are dissociated at the inner pumping electrode. This prevents damage to the pumping electrode, for example due to premature aging. The measured impedance, which corresponds to diffusion-driven processes, depends on the concentration of the respective gas component. By comparing a measurement of a pump current in the limit current operation, which gives the oxygen content, the concentration of the respective gas component can be deduced.
Die Konzentration kann dabei als qualitative und/oder quantitative Erfassung eines Anteils einer Gaskomponente des Messgases beschrieben werden, 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.In this case, the concentration can be described as a qualitative and/or quantitative detection of a proportion of a gas component of the measurement gas, in particular with reference to a detection of an oxygen proportion in the measurement gas. The oxygen content can be recorded, for example, in the form of a partial pressure and/or in the form of a percentage.
Bei dem Sensorelement kann es sich um ein Sensorelement für eine Lambdasonde, insbesondere eine Breitband-Lambdasonde, handeln, wie es beispielsweise aus Konrad Reif (Hrsg.): Sensoren im Kraftfahrzeug, 1. Auflage 2010, S. 160-165, bekannt ist. Ein derartiges Sensorelement weist einen Festelektrolyten und zwei durch den Festelektrolyten voneinander getrennte Elektroden auf. Der Festelektrolyt kann aus einer oder mehreren Festelektrolytschichten ausgebildet sein. Das Sensorelement weist dabei weiterhin mindestens eine Pumpzelle auf.The sensor element can be a sensor element for a lambda probe, in particular a broadband lambda probe, as is known, for example, from Konrad Reif (ed.): Sensors in motor vehicles, 1st edition 2010, pp. 160-165. Such a sensor element has a solid electrolyte and two electrodes separated from one another by the solid electrolyte. The solid electrolyte can be formed from one or more solid electrolyte layers. The sensor element also has at least one pump cell.
Eine Breitband-Lambdasonde ist üblicherweise in Planartechnik aus mehreren Schichten aufgebaut und hat eine integrierte Heizung. Für das Messprinzip sind drei Teile entscheidend: die Pumpzelle zwischen Abgas und Messspalt/Messgas, der Diffusionskanal führt durch die Pumpzelle zwischen Abgas und Messgas und die Nernstzelle zwischen Messgas und Referenzgas. Der Sauerstoffgehalt des Messgases im Messspalt wird einerseits über das Abgas, das durch einen Diffusionskanal einwirkt, bestimmt und andererseits durch den Stromfluss der Pumpzelle beeinflusst. Durch den Pumpstrom wird je nach Polarität der angelegten Pumpspannung Sauerstoff von der Abgasseite der Zirkoniummembran in den Messspalt gepumpt bzw. aus diesem herausbefördert. Dabei wird der Pumpstrom durch einen äußeren Regler so geregelt, dass der Lambdawert im Messgas den Sauerstoffstrom durch den Diffusionskanal genau ausgleicht und das Messgas im Messspalt konstant bei λ = 1 hält. Ein Lambdawert von 1 ist immer dann gegeben, wenn die Spannung an der Nernstzelle 0,45 V beträgt. Der Pumpstrom pumpt bei fettem Gemisch Sauerstoffionen in das Messgas im Messspalt hinein, bei magerem Gemisch heraus. Über das Vorzeichen und die Größe dieses Stromes kann das Abgaslambda bestimmt werden. Die Regelung des Stromes erfolgt durch einen eigenen Steuerchip im Motorsteuergerät.A broadband lambda sensor is usually made up of several layers using planar technology and has an integrated heater. Three parts are decisive for the measuring principle: the pump cell between the exhaust gas and the measuring gap/measuring gas, the diffusion channel leading through the pump cell between the exhaust gas and the measuring gas and the Nernst cell between the measuring gas and the reference gas. The oxygen content of the measuring gas in the measuring gap is determined on the one hand by the exhaust gas, which acts through a diffusion channel, and on the other hand is influenced by the current flow of the pump cell. Depending on the polarity of the applied pump voltage, the pump current pumps oxygen from the exhaust gas side of the zirconium membrane into or out of the measuring gap. The pump current is regulated by an external controller in such a way that the lambda value in the sample gas exactly balances the oxygen flow through the diffusion channel and keeps the sample gas in the measuring gap constant at λ = 1. A lambda value of 1 is always given when the voltage at the Nernst cell is 0.45 V. In the case of a rich mixture, the pump current pumps oxygen ions into the measuring gas in the measuring gap and out in the case of a lean mixture. The exhaust gas lambda can be determined via the sign and magnitude of this current. The current is regulated by a separate control chip in the engine control unit.
Das Anlegen der Mess-Wechselspannung induziert einen Mess-Wechselstrom durch die Pumpzelle. Dabei kann die Impedanz als Widerstand gegen den induzierten Mess-Wechselstrom gemessen werden. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht.The application of the AC measurement voltage induces an AC measurement current through the pump cell. The impedance can be measured as a resistance to the induced measuring alternating current. This increases the measurement accuracy.
Das Verfahren kann weiterhin Variieren einer Höhe der vorbestimmten Pumpspannung in Abhängigkeit von der Art der zu bestimmenden Gaskomponente umfassen. Dadurch können verschiedene Gaskomponenten erfasst werden.The method may further include varying a level of the predetermined pumping voltage depending on the type of gas component to be determined. This allows different gas components to be detected.
Die Höhe der Pumpspannung kann so eingestellt werden, dass diese größer als eine für einen Reduktionsbeginn oder Spaltungsbeginn der zu bestimmenden Gaskomponente erforderliche Pumpspannung ist. Dadurch wird eine Überlappung durch Dissozierungs- oder Spaltungsvorgänge anderer Gaskomponenten verhindert.The magnitude of the pumping voltage can be set in such a way that it is greater than a pumping voltage required for the start of reduction or start of splitting of the gas component to be determined. This prevents overlapping by dissociation or splitting processes of other gas components.
Das Verfahren kann zum Bestimmen der Konzentration mehrere verschiedener Gaskomponenten Anlegen mehrerer verschiedener Pumpspannungen und Messen der Impedanz der Pumpzelle bei den verschiedenen angelegten Pumpspannungen umfassen. Dadurch lassen sich auch die Konzentrationen verschiedener Gaskomponenten in Gasgemischen mittels eines einzigen Sensorelements bestimmen.The method to determine the concentration of several different gas components may include applying several different pumping voltages and measuring the impedance of the pumping cell at the different applied pumping voltages. As a result, the concentrations of different gas components in gas mixtures can also be determined using a single sensor element.
Die Höhe der angelegten Pumpspannungen kann ansteigen. Entsprechend werden die Gaskomponenten in der Reihenfolge ihrer Dissoziierungs- oder Spaltungsreaktion erfasst, so dass ein Überlappen der Bestimmung der Gaskomponenten verhindert wird.The magnitude of the applied pump voltages can increase. Accordingly, the gas components are detected in the order of their dissociation or decomposition reaction, so that the determination of the gas components is prevented from being overlapped.
Die vorbestimmte Pumpspannung kann je nach Lambda variieren und beispielsweise an Luft kleiner als 1,2 V sein, so dass der Onset der ZrO2-Zersetzung nicht erreicht wird. Dadurch wird zuverlässig eine Beschädigung der Pumpelektrode verhindert.The predetermined pump voltage can vary depending on the lambda and can be less than 1.2 V in air, for example, so that the onset of ZrO 2 decomposition is not reached. This reliably prevents damage to the pumping electrode.
Das Sensorelement kann weiterhin eine Nernstzelle aufweisen, wobei das Verfahren weiterhin Einregeln der Nernstzelle auf ein Lambda größer 1,0 umfassen kann. Dadurch wird die Messgenauigkeit erhöht, da in einer sauerstoffreichen Atmosphäre gemessen wird.The sensor element can also have a Nernst cell, and the method can also include adjusting the Nernst cell to a lambda greater than 1.0. This increases the measurement accuracy, since the measurement is carried out in an oxygen-rich atmosphere.
Eine Frequenz der Mess-Wechselspannung kann von 0,05 Hz bis 10 Hz, bevorzugter von 0,07 Hz bis 5,0 Hz und noch bevorzugter von 0,08 Hz bis 3,0 Hz sein. Da die Impedanzmessung im niedrigeren Frequenzbereich empfindlicher ist, kann so die Messgenauigkeit erhöht werden.A frequency of the measurement AC voltage can be from 0.05 Hz to 10 Hz, more preferably from 0.07 Hz to 5.0 Hz, and still more preferably from 0.08 Hz to 3.0 Hz. Since the impedance measurement is more sensitive in the lower frequency range, the measurement accuracy can be increased.
Die Gaskomponente kann mindestens eine Gaskomponente sein ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Wasserstoff, Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid und Stickstoff. Damit lassen sich die im Rahmen von Verbrennungsprozessen auftretenden wichtigsten Gaskomponenten erfassen.The gas component can be at least one gas component selected from the group consisting of water, hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and nitrogen. This allows the most important gas components occurring during combustion processes to be recorded.
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, das erst nach einem Sintern zu einem Festelektrolyten wird. Bei einer Festelektrolytschicht handelt sich daher entsprechend dieser Definition um einen Körper oder Gegenstand mit elektrolytischen Eigenschaften, der als Schicht ausgebildet ist.In the context of the present invention, a solid electrolyte is to be understood as meaning a body or object with electrolytic properties, ie with ion-conducting properties. In particular, it can be a ceramic solid electrolyte. This also includes the raw material of a solid electrolyte and therefore the formation of a so-called green body or brown body, which only becomes a solid electrolyte after sintering. According to this definition, a solid electrolyte layer is a body or object with electrolytic properties that is formed as a layer.
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 oder auf dem Festelektrolyten aufgebracht sein kann oder auf andere Weise mit dem Festelektrolyten in Verbindung stehen kann. Typische Elektrodenmaterialen sind Platin-Cermet-Elektroden. Auch andere Edelmetalle, wie beispielsweise Gold oder Palladium, sind jedoch grundsätzlich einsetzbar.In the context of the present invention, an electrode is generally to be understood as an element which is able to contact the solid electrolyte in such a way that a current can be maintained through the solid electrolyte and the electrode. Accordingly, the electrode can comprise an element on which the ions can be incorporated into the solid electrolyte and/or removed from the solid electrolyte. Typically, the electrodes include a noble metal electrode, which can be applied, for example, as a metal-ceramic electrode or on the solid electrolyte or can be connected to the solid electrolyte in some other way. Typical electrode materials are platinum cermet electrodes. However, other noble metals, such as gold or palladium, can also be used in principle.
Unter der Pumpspannung für einen Grenzstromfall kann diejenige an die Pumpzelle angelegte Pumpspannung verstanden werden, ab der auch bei einer weiteren Erhöhung der Pumpspannung kein oder nur ein unwesentlicher Anstieg des Pumpstroms mehr feststellbar ist, da an der inneren Pumpelektrode keine weiteren Sauerstoffmoleküle mehr reduziert werden. Der Pumpstrom, der diesem Plateau der Kennlinie entspricht, wird als Grenzstrom bezeichnet und ist proportional zur Konzentration von Sauerstoff oder sauerstoffhaltigen Gasspezies in einer Gasmischung. Im Normalbetrieb einer Breitbandlambdasonde findet die eigentliche Messung des Sauerstoffgehalts im Grenzstromfall statt.The pump voltage for a limiting current drop can be understood as the pump voltage applied to the pump cell from which no or only an insignificant increase in the pump current can be detected even with a further increase in the pump voltage, since no further oxygen molecules are reduced at the inner pump electrode. The pumping current that corresponds to this plateau of the characteristic is called the limiting current and is proportional to the concentration of oxygen or oxygen-containing gas species in a gas mixture. In normal operation of a broadband lambda probe, the actual measurement of the oxygen content takes place in the limiting current case.
Sämtliche Konzentrationsangaben im Rahmen der vorliegenden Offenbarung sind in Volumenprozent angegeben, sofern nicht explizit etwas Anderes beschrieben ist.All concentration data in the context of the present disclosure are given in percent by volume, unless something else is explicitly described.
Unter der Diffusionsbarriere kann beispielsweise eine Schicht aus einem Material verstanden werden, welche eine Strömung des Gases und/oder eines Fluids und/oder des Gasgemischs und/oder der Gaskomponente unterdrückt, währenddessen die Schicht eine Diffusion des Gases und/oder des Fluids und/oder des Gasgemischs und/oder der Gaskomponente und/oder von Ionen fördert.The diffusion barrier can be understood, for example, as a layer made of a material which suppresses a flow of the gas and/or a fluid and/or the gas mixture and/or the gas component, while the layer prevents a diffusion of the gas and/or the fluid and/or of the gas mixture and/or the gas component and/or ions.
Unter dem Hohlraum kann ein Raum innerhalb des Sensorelements verstanden werden, welcher zwar baulich von dem Messgasraum separiert ist, welcher aber dennoch mit der Gaskomponente und/oder dem Gasgemisch und/oder dem Gas aus dem Messgasraum beaufschlagbar sein kann, beispielsweise über mindestens einen Gaszutrittsweg und/oder über die Diffusionsbarriere. Bei dem Hohlraum kann es sich beispielsweise um eine Kammer handeln. Die Vorrichtung kann mindestens einen Referenzgasraum und/oder mindestens einen Referenzgaskanal umfassen. Bei dem Festelektrolyten kann es sich bevorzugt um einen ionenleitenden Festelektrolyten handeln. Über die Diffusionsbarriere, insbesondere zu dem Hohlraum hin, kann bevorzugt ein Gasaustausch, insbesondere des Gases und/oder zumindest eines Teils des Gases, möglich sein, bevorzugt durch Diffusion.The cavity can be understood to mean a space within the sensor element which is structurally separate from the measurement gas space, but which can nevertheless be acted upon by the gas component and/or the gas mixture and/or the gas from the measurement gas space, for example via at least one gas access path and /or across the diffusion barrier. The cavity can be a chamber, for example. The device can include at least one reference gas space and/or at least one reference gas channel. The solid electrolyte can preferably be an ion-conducting solid electrolyte. A gas exchange, in particular of the gas and/or at least part of the gas, can preferably be possible via the diffusion barrier, in particular towards the cavity, preferably by diffusion.
Die Bezeichnungen „erste“ und „zweite“ dienen als reine Bezeichnungen und geben insbesondere keinen Aufschluss über eine Reihenfolge oder ob beispielsweise noch weitere Pumpelektroden von den Pumpelektroden umfasst sind, beispielsweise mindestens eine dritte Pumpelektrode.The designations “first” and “second” serve as pure designations and in particular do not provide any information about a sequence or whether, for example, further pumping electrodes are included in the pumping electrodes, for example at least a third pumping electrode.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung einer Gaskomponente eines Gases vorgeschlagen. Die Vorrichtung umfasst mindestens ein Sensorelement. Bei der Bestimmung der Konzentration der Gaskomponente kann es sich prinzipiell um eine qualitative und/oder quantitative Erfassung des Anteils der Gaskomponente handeln.In a further aspect of the invention, a device for determining a gas component of a gas is proposed. The device comprises at least one sensor element. In principle, the determination of the concentration of the gas component can involve a qualitative and/or quantitative determination of the proportion of the gas component.
Die Vorrichtung umfasst mindestens eine Ansteuerung. Die Ansteuerung ist eingerichtet, um das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen einer Gas-Konzentration einer Gaskomponente in einem Gas mittels des Sensorelements, wie vorstehend oder im Folgenden beschrieben, durchzuführen. Die Ansteuerung und/oder die Vorrichtung kann mindestens eine Datenverarbeitungsvorrichtung aufweisen. Beispielsweise kann die Datenverarbeitungsvorrichtung in der Ansteuerung integriert sein. Beispielsweise kann die Datenverarbeitungsvorrichtung aber auch zumindest teilweise separat von der Ansteuerung angeordnet sein. Die Ansteuerung und/oder die Datenverarbeitungsvorrichtung können beispielsweise mit dem Sensorelement verbunden und/oder verbindbar sein.The device includes at least one control. The control is set up to carry out the method according to the invention for determining a gas concentration of a gas component in a gas using the sensor element, as described above or below. The control and/or the device can have at least one data processing device. For example, the data processing device can be integrated in the control. For example, the data processing device can also be arranged at least partially separately from the control. The control and/or the data processing device can be and/or can be connected to the sensor element, for example.
Unter der Ansteuerung kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Funktion der Vorrichtung, insbesondere des Sensorelements, zu unterstützen und/oder zu steuern. Unter „verbindbar“ kann beispielsweise eine Eigenschaft verstanden werden, bei welcher eine elektrische Verbindung hergestellt werden kann oder bereits besteht. Die Ansteuerung kann ganz oder teilweise getrennt von dem Sensorelement ausgestaltet sein, kann jedoch auch ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein, beispielsweise in mindestens einen Stecker des Sensorelements und/oder der Vorrichtung. Die Ansteuerung kann mindestens eine Spannungsmessvorrichtung und/oder mindestens eine Strommessvorrichtung zur Erfassung mindestens eines Pumpstroms und/oder mindestens einer Pumpspannung und/oder zur Regelung der Pumpspannung und/oder zur Regelung des Pumpstroms umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Ansteuerung und/oder das Sensorelement und/oder die Vorrichtung mindestens eine Beaufschlagungsvorrichtung aufweisen. Die Beaufschlagungsvorrichtung kann insbesondere mindestens eine Spannungsquelle und/oder mindestens eine Stromquelle umfassen. Beispielsweise kann die Beaufschlagungsvorrichtung eingerichtet sein, um das Sensorelement mit dem Pumpstrom und/oder mit der Pumpspannung zu beaufschlagen.Control can be understood to mean a device that is set up to support and/or control at least one function of the device, in particular of the sensor element. “Connectable” can be understood, for example, as a property in which an electrical connection can be made or already exists. The control can be completely or partially separate from the sensor element, but can also be fully or partially integrated into the sensor element, for example in at least one plug of the sensor element and/or the device. The control can include at least one voltage measuring device and/or at least one current measuring device for detecting at least one pump current and/or at least one pump voltage and/or for controlling the pump voltage and/or for controlling the pump current. Alternatively or additionally, the control and/or the sensor element and/or the device can have at least one application device. The application device can in particular comprise at least one voltage source and/or at least one current source. For example, the application device can be set up to apply the pump current and/or the pump voltage to the sensor element.
Figurenlistecharacter list
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments, which are shown schematically in the figures.
Es zeigen:
-
1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; -
2 ein Schaubild eines erfindungsgemäßen Verfahrens; -
3 einen Ausschnitt des Sensorelements im Bereich der Pumpzelle; -
4 Spannungs-Strom-Kennlinien eines Sensorelements einer Breitband-Lambdasonde für drei verschiedene Gase; -
5A und5B Impedanzspektren, die bei den drei Gasen bei zwei unterschiedlichen Pumpspannungen gemessen wurden; -
6 Impedanzspektren, die bei einer angelegten vorbestimmten Pumpspannung UP von 0,9 V gemessen wurden, für Gase, die Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser enthalten; -
7 Impedanzspektren, die bei einer angelegten vorbestimmten Pumpspannung UP von 1,05 V gemessen wurden, für die zweiten und dritten Gase sowie für ein sechstes und siebtes Gas; -
8A bis8E Kennlinien für die Impedanzabhängigkeit von der Konzentration; -
9A bis9E Kennlinien für die Abhängigkeit des Phasenwinkels von der Konzentration; und -
10 Impedanzspektren, die bei einer angelegten vorbestimmten Pumpspannung UP von 1,05 V gemessen wurden, für das oben genannte zweite Gas und ein achtes Gas.
-
1 an embodiment of a device according to the invention; -
2 a diagram of a method according to the invention; -
3 a section of the sensor element in the area of the pump cell; -
4 Voltage-current characteristics of a sensor element of a broadband lambda probe for three different gases; -
5A and5B Impedance spectra measured for the three gases at two different pump voltages; -
6 Impedance spectra measured at an applied predetermined pumping voltage U P of 0.9 V for gases containing hydrogen, oxygen and water; -
7 Impedance spectra, measured with an applied predetermined pump voltage U P of 1.05 V, for the second and third gases and for a sixth and seventh gas; -
8A until8E Characteristic curves for the dependence of the impedance on the concentration; -
9A until9E Characteristic curves for the dependence of the phase angle on the concentration; and -
10 Impedance spectra measured with an applied predetermined pumping voltage U P of 1.05 V for the above second gas and an eighth gas.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In
Optional umfasst das Sensorelement 114 weiterhin eine Referenzelektrode 142. Die Referenzelektrode 142 kann beispielsweise zumindest teilweise in mindestens einem Referenzgaskanal 144 angeordnet sein. Der Referenzgaskanal 144 kann zumindest teilweise mit mindestens einem porösen Medium gefüllt sein. Weiterhin kann das Sensorelement 114 mindestens eine weitere Elektrode umfassen, beispielsweise weitere Elektroden, welche prinzipiell wie eine Pumpelektrode ausgestaltet sein können, wobei es sich bei den weiteren Elektroden beispielsweise auch um mindestens eine Nernstelektrode 146 handeln kann, also eine Elektrode, welche ein Nernstpotenzial erfassen kann, beispielsweise in Kombination mit der Referenzelektrode 142. So können die Nernstelektrode 146, die Referenzelektrode 142 und der Festelektrolyt 118 eine Nernstzelle 147 des Sensorelements 114 bilden.Optionally, the
Weiterhin ist das Sensorelement 114 zumindest teilweise von einer Thermoschockschutzschicht 148 umgeben. Die Thermoschockschutzschicht 148 überdeckt dabei auch die Schutzschicht 138.Furthermore,
Nachstehend wird ein erfindungsgemäßes Verfahren anhand der
Nachstehend wird das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens näher anhand
Der Pumpstrom IP, der dem Fluss der Oxidionen des gemessenen Gases entspricht, ist sehr klein und seine Empfindlichkeit gegenüber dem gemessenen Gas ist schwach, da die Pumpspannung UP auf den Beginn der Reduktionsschwelle weit entfernt von der Pumpspannung, die zum Erreichen des Grenzstroms zum Pumpen des Gases nötig ist, eingestellt ist. Andererseits ist die Impedanz viel empfindlicher bei diesem Potenziallevel und die Konzentrationsabhängigkeit ist auf diese Weise messbar. Dabei gibt es zwei Vorteile, die Impedanzmessung mit den zuvor beschriebenen Einstellungen der Pumpspannung zu verwenden. Wenn Gase, wie beispielsweise Wasser bei ausreichend hohem Potenzial gepumpt werden, um den Grenzstrom zu erreichen, finden zusätzliche elektrochemische Prozesse mit langsamer Kinetik statt, die zu einer beschleunigten Elektrodenalterung führen könnten. Das Einstellen der vorbestimmten Pumpspannung auf einen Wert unterhalb der Pumpspannung für einen Grenzstromfall schützt somit die Pumpzelle 116. Außerdem können Gase, wie beispielsweise Wasser und Kohlenstoffdioxid, bei Verwendung des Grenzstroms nicht getrennt gemessen werden, da ihre Reduktionsschwellen einander überlappen. Allerdings ist die Anfangsspannung für die Reduktion von Wasser ungefähr 100 mV niedriger als diejenige für Kohlenstoffdioxid. Daher kann durch Einstellen des Betriebspunkts auf einen Wert zwischen diesen beiden Anfangsspannungen das Impedanzsignal von Wasser von dem kombinierten Impedanzsignal der beiden Gase unterschieden werden.The pump current I P corresponding to the flow of oxide ions of the measured gas is very small and its sensitivity to the measured gas is weak, since the pump voltage U P at the beginning of the reduction threshold is far from the pump voltage required to reach the limit current to the Pumping the gas is necessary is set. On the other hand, the impedance is much more sensitive at this potential level and the concentration dependence is measurable in this way. There are two advantages to using the impedance measurement with the previously described pump voltage settings. If Gases such as water are pumped at high enough potential to reach the limiting current, additional electrochemical processes with slow kinetics take place, which could lead to accelerated electrode aging. Setting the predetermined pumping voltage below the pumping voltage for a current limit case thus protects the
Wie zuvor beschrieben, ist die an die Pumpzelle 116 angelegte vorbestimmte Pumpspannung geringfügig höher als die Anfangsspannung der zweiten Reduktionsstufe. Dadurch kann die an die Pumpzelle 116 angelegte Gesamtspannung unterhalb der Grenze von 1,2 V gehalten werden und der Unterschied zwischen den Signalen von Wasser und Kohlenstoffdioxid kann gesehen werden, was schwierig wäre, wenn Spannungen verwendet werden würden, die dem oberen Plateau der Strom-Spannungs-Kennlinie entsprechen würden, aufgrund des Überlappens der Reduktionsschwellen von Wasser und Kohlenstoffdioxid. Während der für das erste Gas gemessene Pumpstrom, der geringfügig oberhalb der Reduktion von Wasser (oder Kohlenstoffdioxid) ist, sehr nah an dem Pumpstrom für die Sauerstoffreduktion ist, ist die Impedanzmessung in diesem Spannungsbereich viel empfindlicher.As previously described, the predetermined pumping voltage applied to the pumping
Die
Auf diese Weise kann eine Konzentration von Wasser und Kohlenstoffdioxid gemessen werden, wenn sie in Mischung mit Sauerstoff vorliegen. In einer Mischung, die alle drei Gaskomponenten enthält, kann das Signal von Wasser von dem kumulativen Signal von Wasser und Kohlenstoffdioxid getrennt werden, indem zuerst die niedrigere vorbestimmte Pumpspannung UP, die geringfügig oberhalb des Beginns der Wasserreduktion ist, und dann die höhere vorbestimmte Pumpspannung UP, die geringfügig oberhalb des Beginns der Kohlenstoffdioxidreduktion ist, angelegt wird.In this way, a concentration of water and carbon dioxide can be measured when they are mixed with oxygen. In a mixture containing all three gas components, the signal from water can be separated from the cumulative signal from water and carbon dioxide by first using the lower predetermined pumping voltage U P , which is slightly above the start of water reduction, and then the higher predetermined pumping voltage U P , which is slightly above the start of carbon dioxide reduction.
Mit dem vorliegend offenbarten Verfahren ist es auch möglich, die Konzentration reduzierender Gase zu messen, die als geringfügige Komponenten in Mischungen mit Sauerstoff vorliegen.
Analoge Ergebnisse sind für Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid in
Der Grund, warum es möglich ist, sowohl Wasserstoff als auch Kohlenstoffmonoxid zu erfassen, auch wenn diese nicht zu Oxidionen durch die angelegte Pumpspannung reduziert werden können, liegt darin, dass diese Gase mit Sauerstoff an den platinhaltigen Pumpelektroden 134, 136 reagieren, um ein Gleichgewicht zu erreichen:
Wasser und Kohlenstoffdioxid, die durch diese Reaktion erzeugt wurden, werden dann an der zweiten Pumpelektrode 136 durch die angelegte Pumpgleichspannung reduziert, was zu den in den
Man beachte, dass die zuvor beschriebenen beispielhaften Gasmischungen gemessen wurden, als die Nernstzelle 147 mit einem Lambda größer 1 eingeregelt wurde. Genauer wurden die Gasmischungen mit einem konstanten Lambda von 1,3 gemessen, was bedeutet, dass eine Zugabe eines reduzierenden Gases immer von einer Zugabe einer entsprechenden Menge an Sauerstoff gemäß den obigen Gleichungen (1) und (2) begleitet war. Der in allen angegebenen Gasmischungen vorliegende prozentuale Gehalt an nicht abreagiertem Sauerstoff, d. h. der ausgeglichene Prozentsatz, der von einer Lambdasonde gemessen wurde, ist konstant. Dies ist der richtige Ansatz, der Betriebsbedingungen in Verbrennungsprozessen widerspiegelt, bei denen eine Regelung auf ein konstantes Lambda die wesentliche Steuerungsmaßnahme ist.It should be noted that the exemplary gas mixtures described above were measured when the
Grundsätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen jeder Gaskomponente verwendet werden, die zu Oxidionen in dem sicheren Potentialbereich, d.h. bei einer Spannung unterhalb des oberen Endes des Plateaus für die Sauerstoffreduktion und unterhalb des Beginns der Reduktionsstufe der ZrO2-Zersetzung mit langsamer Kinetik, reduziert wird oder die zu Molekülen oxidiert wird, die wiederum unter diesen Bedingungen reduzierbar sind.In principle, the method according to the invention can be used to determine any gas component which is reduced to oxide ions in the safe potential range, ie at a voltage below the upper end of the plateau for oxygen reduction and below the start of the reduction stage of slow kinetic ZrO 2 decomposition or which is oxidized to molecules which in turn are reducible under these conditions.
Aus den obigen Erläuterungen ist klar, dass das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen einer großen Bandbreite an Gasen unter Verwendung einer herkömmlichen Breitband-Lambdasonde verwendbar ist. Um die Geeignetheit des Verfahrens zum auch quantitativen Messen einer Konzentration der Gaskomponente zu bewerten, muss die Konzentrationsabhängigkeit bestimmter Komponenten von der komplexen Impedanz bei einer einzigen Frequenz analysiert werden. Da der größte Effekt verschiedener Gase auf die Impedanzspektren im niedrigen Frequenzbereich zu sehen ist, wo die diffusionsgetriebenen Prozesse manifestiert sind, wurde die Frequenz von 0,1 Hz hier als Betriebspunkt gewählt. Außer dem reellen Impedanzteil ReZ und dem imaginären Impedanzteil ImZ, die in den
Tabelle 1 fasst Konzentrationsabhängigkeiten von allen vier Termen gemessen bei einer Frequenz von 0,1 Hz für Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff über einen konstanten Hintergrund von Wasser mit 2 % und Kohlenstoffmonoxid über einen einem konstanten Hintergrund von Kohlenstoffdioxid mit 3 % zusammen. Tabelle 1
Tabelle 1: Abhängigkeiten der vier komplexen Impedanzterme von der Konzentration von a) Wasserstoff, b) Kohlenmonoxid, c) Kohlendioxid, d) Wasserstoff über konstanten Untergrund von Wasser (2 %) und e) Kohlenmonoxid über konstanten Untergrund von Kohlendioxid (3 %)Table 1: Dependencies of the four complex impedance terms on the concentration of a) hydrogen, b) carbon monoxide, c) carbon dioxide, d) hydrogen over constant background of water (2%) and e) carbon monoxide over constant background of carbon dioxide (3%)
Die Abhängigkeiten des Betrags und des Phasenwinkels sind auch graphisch in den
Die
Die
Wie in den
Es konnte oben somit gezeigt werden, dass die Konzentrationsabhängigkeiten für verschiedene reduzierbare und oxidierbare Gase gemessen werden können, wenn die Gaskomponente, an der Interesse besteht, die einzige weitere Komponente in der Gasmischung außer Sauerstoff und Stickstoff ist oder wenn eine bekannte Menge eines anderen messbaren Gases vorliegt. Die Situation wird komplizierter, wenn die Mischung aus einer Kombination von Gasen in unbekannten Konzentrationen besteht.It could thus be shown above that the concentration dependencies for different reducible and oxidizable gases can be measured when the gas component of interest is the only other component in the gas mixture besides oxygen and nitrogen or when a known amount of another measurable gas is present present. The situation becomes more complicated when the mixture consists of a combination of gases in unknown concentrations.
Der Unterschied zwischen der Empfindlichkeit der Messung gegenüber der Konzentration von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid ist in
Auf der X-Achse 150 ist die reelle Impedanz ReZ in Ω aufgetragen. Auf der Y-Achse 152 ist die imaginäre Impedanz ImZ in Ω aufgetragen. Mit 166 ist dabei jeweils die Impedanz-Kennlinie des oben genannten zweiten Gases, mit 198 die Impedanz-Kennlinie des oben genannten achten Gases gemeint. Die Gesamt-Kohlenstoffkonzentration enthalten in Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid ist bei beiden Gasmischungen dieselbe, was bedeutet, dass es, falls die Empfindlichkeit des Verfahrens für sowohl Kohlenstoffmonoxid als auch Kohlenstoffdioxid identisch wäre, keinen Unterschied in dem Signal 166 des zweiten Gases und in dem Signal 198 des achten Gases geben sollte.
Der Unterschied in den Diffusionsraten von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid und in den entsprechenden Empfindlichkeiten ist jedoch nicht ausreichend groß, um eine zuverlässige Messung mit einer herkömmlichen Lambdasonde zu erlauben, falls beide Gase in unbekannten Konzentrationen vorliegen. Das heißt, dass die Messung begrenzt auf die Fälle bleibt, in denen nur eines dieser Gase in einer unbekannten Konzentration vorliegt.However, the difference in the diffusion rates of carbon monoxide and carbon dioxide and in the respective sensitivities is not large enough to allow a reliable measurement with a conventional oxygen sensor when both gases are present in unknown concentrations. This means that the measurement is limited to cases where only one of these gases is present in an unknown concentration.
Ein größerer Unterschied der Empfindlichkeiten ist wahrscheinlich im Fall eines analogen Paars an Gasmischungen mit Wasser und Wasserstoff zu sehen, da der Unterschied zwischen den Diffusionsraten von Wasser und Wasserstoff viel größer als derjenige von Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid ist. In diesem Fall ist die gleichzeitige Messung von diesen zwei Gasen wahrscheinlich zuverlässiger. Außerdem kann das Paar Wasser/ Wasserstoff von dem Paar Kohlenstoffmonoxid / Kohlenstoffdioxid unterschieden werden, da das zuerst genannte Paar unter Verwendung einer niedrigeren Pumpgleichspannung gemessen wird, bei der das zuletzt genannte Paar überhaupt nicht erfasst wird, wie in den
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