DE102022210329A1 - Method for operating a sensor for detecting at least a portion of a measuring gas component with bound oxygen in a measuring gas - Google Patents

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Aaron Troost
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Dirk Daecke
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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors (100) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas vorgeschlagen. Bei dem Verfahren wird ein elektronisches Steuergerät (122), das zumindest über einen ersten gesonderten Anschluss (P1) für eine erste Pumpzelle (112) eines Sensorelements (110) des Sensors (100) und einen zweiten gesonderten Anschluss (P2) für eine zweite Pumpzelle (140) des Sensorelements (110) des Sensors (100) verfügt, mit dem Sensorelement (110) verbunden wird, wobei die erste Pumpzelle (112) mittels einer elektrisch leitenden Verbindung (120) mit dem ersten gesonderten Anschluss (P1) verbunden wird, wobei die zweite Pumpzelle (140) mittels einer elektrisch leitenden Verbindung (146) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbunden wird, wobei in der elektrisch leitenden Verbindung (146), die die zweite Pumpzelle (140) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbindet, ein Messwiderstand (160) vorgesehen wird, wobei mittels des Steuergeräts (122) eine Strom- und/oder Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle (140) zum Erzeugen eines Messsignals (UP2p-P2n) an dem Messwiderstand (160) durchgeführt wird, wobei die elektrisch leitende Verbindung (146), die die zweite Pumpzelle (140) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbindet, als intakt identifiziert wird, falls ein Betrag einer zeitlichen Veränderung des Messsignals (UP2p-P2n) während der Strom- und/oder Spannungsanregung einen vorbestimmten Schwellwert (212) überschreitet, und als defekt identifiziert wird, falls der Betrag der zeitlichen Veränderung des Messsignals (UP2p-P2n) während der Strom- und/oder Spannungsanregung den vorbestimmten Schwellwert (212) unterschreitet.A method for operating a sensor (100) for detecting at least a portion of a measuring gas component with bound oxygen in a measuring gas is proposed. In the method, an electronic control device (122) which has at least a first separate connection (P1) for a first pump cell (112) of a sensor element (110) of the sensor (100) and a second separate connection (P2) for a second pump cell (140) of the sensor element (110) of the sensor (100) is connected to the sensor element (110), wherein the first pump cell (112) is connected to the first separate connection (P1) by means of an electrically conductive connection (120), wherein the second pump cell (140) is connected to the second separate connection (P2) by means of an electrically conductive connection (146), wherein a measuring resistor (160) is provided in the electrically conductive connection (146) which connects the second pump cell (140) to the second separate connection (P2), wherein a current and/or voltage excitation of the second pump cell (140) for Generating a measurement signal (UP2p-P2n) at the measuring resistor (160), wherein the electrically conductive connection (146) connecting the second pump cell (140) to the second separate terminal (P2) is identified as intact if an amount of a temporal change in the measurement signal (UP2p-P2n) during the current and/or voltage excitation exceeds a predetermined threshold value (212), and is identified as defective if the amount of the temporal change in the measurement signal (UP2p-P2n) during the current and/or voltage excitation falls below the predetermined threshold value (212).

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Verfahren und Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Gasgemisch, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, durch Erfassen eines Anteils an Sauerstoff, der durch eine Reduktion der Messgaskomponente mit dem gebundenem Sauerstoff erzeugt wird, bekannt.A large number of methods and sensors are known from the prior art for detecting at least a portion of the measuring gas component with bound oxygen in a gas mixture, in particular in an exhaust gas of an internal combustion engine, by detecting a portion of oxygen which is produced by a reduction of the measuring gas component with the bound oxygen.

Sensoren zum Nachweis mindestens eines Anteils der Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Gasgemisch, die auch verkürzt oder vereinfacht NOx-Sensoren oder Stickoxid-Sensoren bezeichnet werden, sind beispielsweise in Reif, K., Deitsche, K-H. et al., Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, Seite 1338-1347 beschrieben.Sensors for detecting at least a portion of the measuring gas component with bound oxygen in a gas mixture, which are also abbreviated or simplified to NO x sensors or nitrogen oxide sensors, are used, for example, in Reif, K., Deitsche, KH. et al., Automotive Engineering Handbook, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, pages 1338-1347 described.

Stickoxid-Sensoren (= NOx-Sensoren), die heutzutage in der Automobiltechnik eingesetzt werden, funktionieren nach dem Grenzstromprinzip, analog zu Sauerstoff-Sensoren, wie beispielsweise Lambda Sensoren. Ein solcher Stickoxid-Sensor umfasst eine Nernst-Konzentrationszelle, die auch Referenzzelle genannt wird, eine modifizierte Sauerstoffpumpzelle und eine weitere modifizierte Sauerstoffpumpzelle, die sogenannte NOx-Zelle. Eine äußere Pumpelektrode, die alternativ entweder dem Abgas ausgesetzt ist oder über einen Luftkanal Kontakt zur Umgebungsluft hat und eine innere Pumpelektrode in einem ersten Hohlraum, der vom Abgas durch eine Diffusionsbarriere getrennt ist, bilden die Sauerstoffpumpzelle. Im ersten Hohlraum befindet sich auch die Nernstelektrode und in einem Referenzgasraum die Referenzelektrode, die zusammen die Nernstzelle bzw. Referenzzelle bilden. Die NOx-Zelle umfasst eine NOx-Pumpelektrode und eine Gegenelektrode. Die NOx-Pumpelektrode befindet sich in einem zweiten Hohlraum, der mit dem ersten inneren Hohlraum verbunden und von diesem durch eine Diffusionsbarriere getrennt ist. Die Gegenelektrode befindet sich in dem Referenzgasraum. Alle Elektroden in dem ersten und zweiten Hohlraum haben einen gemeinsamen Rückleiter.Nitrogen oxide sensors (= NO x sensors) that are used in automotive technology today work according to the limiting current principle, analogous to oxygen sensors such as lambda sensors. Such a nitrogen oxide sensor comprises a Nernst concentration cell, which is also called a reference cell, a modified oxygen pump cell and another modified oxygen pump cell, the so-called NO x cell. An outer pump electrode, which is alternatively either exposed to the exhaust gas or has contact with the ambient air via an air duct, and an inner pump electrode in a first cavity that is separated from the exhaust gas by a diffusion barrier, form the oxygen pump cell. The Nernst electrode is also located in the first cavity and the reference electrode is located in a reference gas chamber, which together form the Nernst cell or reference cell. The NO x cell comprises a NO x pump electrode and a counter electrode. The NO x pump electrode is located in a second cavity that is connected to the first inner cavity and separated from it by a diffusion barrier. The counter electrode is located in the reference gas chamber. All electrodes in the first and second cavities have a common return conductor.

Bei Betrieb des Stickoxid-Sensor wird der sogenannten O2-Zelle der Sauerstoff aus dem ersten Hohlraum, der über eine Diffusionsbarriere mit dem Abgas verbunden ist, entfernt. Der dadurch resultierende Pumpstrom ist dann proportional zum Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft im Messgas- bzw. Abgasstrom. In der NOx-Zelle werden die Stickoxide abgepumpt. Das Stickoxid NOx, in der in den zweiten Hohlraum befindlichen Atmosphäre, wird durch Anlegen einer konstanten Pumpspannung reduziert bzw. abgebaut. Der durch Reduktion oder Abbau der Messgaskomponente in dem zweiten Hohlraum erzeugte Sauerstoff, der vorzugsweise aus der Reduktion des Stickoxids NOx stammt, wird in einen Referenzgasraum abgepumpt. So hat die angelegte Pumpspannung gegen den Widerstand der NOx-Zelle und der Konzentration des Stickoxids NOx bzw. Sauerstoffs einen Pumpstrom zur Folge, der proportional zum Gehalt an Stickoxid NOx bzw. Sauerstoff ist und das NOx-Messsignal darstellt.When the nitrogen oxide sensor is in operation, the oxygen is removed from the first cavity of the so-called O2 cell, which is connected to the exhaust gas via a diffusion barrier. The resulting pumping current is then proportional to the oxygen content of the ambient air in the measuring gas or exhaust gas stream. The nitrogen oxides are pumped out in the NO x cell. The nitrogen oxide NO x in the atmosphere in the second cavity is reduced or broken down by applying a constant pumping voltage. The oxygen generated by the reduction or breakdown of the measuring gas component in the second cavity, which preferably comes from the reduction of the nitrogen oxide NO x , is pumped out into a reference gas chamber. The applied pumping voltage against the resistance of the NO x cell and the concentration of the nitrogen oxide NO x or oxygen results in a pumping current that is proportional to the content of nitrogen oxide NO x or oxygen and represents the NO x measurement signal.

Der dabei resultierende Pumpstrom IP2 ist somit ein Maß für die NOx-Konzentration der Umgebungsluft im Messgas- bzw. Abgasstrom. Bei dieser Anordnung ist es wichtig, dass an der Sauerstoffzelle nicht auch die Stickoxide abgepumpt werden, da sonst an der NOx-Zelle kein Signal mehr gemessen werden könnte. Dies wird durch eine Gold-Dotierung der O2-Zelle erreicht. Zusätzlich darf die O2-Zelle nur bei niedrigen Pumpspannungen betrieben werden, da sonst wieder NOx-Moleküle dissoziiert würden.The resulting pump current I P2 is therefore a measure of the NO x concentration of the ambient air in the measuring gas or exhaust gas flow. With this arrangement, it is important that the nitrogen oxides are not pumped out at the oxygen cell, as otherwise no signal could be measured at the NO x cell. This is achieved by gold doping the O2 cell. In addition, the O2 cell may only be operated at low pump voltages, as otherwise NO x molecules would dissociate again.

Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren und Verfahren zum Betreiben derselben, beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. Die Temperatur des Sensorelements wird durch eine Pulsweitenmodulation (PWM) der Heizerversorgung (Spannung, Strom) gesteuert. Die Spannung des PWMs wird über einen Feldeffekttransistor (FET) direkt von der Versorgungspannung (typischerweise 13.5 V) der Sensorsteuereinheit (SCU) abgegriffen. Dadurch liegt in der An-Phase des PWMs die SCU-Versorgungsspannung des Systems an den Heizmäander des Sensorelements in der Sensor-Probe an. Der Strom an NOx-Messsignal ist sehr klein wie beispielsweise. 4,5 µA bei 1500 ppm NOx und damit auch äußerst empfindlich gegenüber Störungen und Einkopplungen. Aufgrund der baulichen Nähe der Heizmäander zu der NOx Zelle wird während der An-Phase des PWM-Signals durch kapazitive Kopplung und Leckströme ein Strom auf die Leitung zwischen dem P2-Pin am Steuergerät (NOx-Mess- und Regelungsschaltung) und dem P2-Pin der NOx-Zelle bzw. der Gegenelektrode der NOx-Zelle eingeprägt. Durch diese Störung wird ein Offset zu dem tatsächlichen NOx Wert messbar.Despite the advantages of the sensors and methods for operating them known from the prior art, they still contain potential for improvement. The temperature of the sensor element is controlled by pulse width modulation (PWM) of the heater supply (voltage, current). The PWM voltage is taken directly from the supply voltage (typically 13.5 V) of the sensor control unit (SCU) via a field effect transistor (FET). As a result, in the on phase of the PWM, the SCU supply voltage of the system is applied to the heating meander of the sensor element in the sensor sample. The current of NOx measuring signal is very small, for example. 4.5 µA at 1500 ppm NOx and therefore extremely sensitive to interference and coupling. Due to the structural proximity of the heating meanders to the NOx cell, a current is applied to the line between the P2 pin on the control unit (NOx measurement and control circuit) and the P2 pin during the on phase of the PWM signal due to capacitive coupling and leakage currents the NOx cell or the counter electrode of the NOx cell. This disturbance makes an offset to the actual NOx value measurable.

Die Anforderungen der Umweltbehörden verlangen eine kontinuierliche und verlässliche Diagnose von Leitungsunterbrechungen der Leitung zwischen dem P2-Pin am Steuergerät (NOx-Mess- und Regelungsschaltung) und dem P2-Pin der NOx-Zelle bzw. der Gegenelektrode der NOx-Zelle (nachfolgend auch P2 Leitung). Ein Monitoring der Leitungen abgasrelevanter Funktionen hinsichtlich Unterbrechungen (Open Circuit) muss kontinuierlich, das heißt mit nicht weniger als zwei Abtastwerten pro Sekunde, durchgeführt werden. So müssen Stickoxid Sensoren (NOx-Sensoren) aufgrund dieser regulatorischen Vorgaben eine Diagnosefunktion haben, die eine Leitungsunterbrechung (Open Circuit) in den leitenden Verbindungen zwischen Steuergerät und Sensorelement sowie der Heizer-Leitungen detektieren kann. Während des Messbetriebs muss diese Diagnose kontinuierlich durchgeführt werden.The requirements of the environmental authorities require a continuous and reliable diagnosis of line breaks in the line between the P2 pin on the control unit (NOx measuring and control circuit) and the P2 pin of the NOx cell or the counter electrode of the NOx cell (hereinafter also P2 Line). Monitoring of the lines of exhaust gas-relevant functions for interruptions (open circuit) must be carried out continuously, i.e. with no less than two sample values per second. So have to stick Due to these regulatory requirements, oxide sensors (NOx sensors) have a diagnostic function that can detect a line interruption (open circuit) in the conductive connections between the control unit and sensor element as well as the heater lines. This diagnosis must be carried out continuously during measurement operation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Verfahren zum Betreiben dieser Sensoren zumindest weitgehend vermeidet und das in Intervallen von mindestens 500 ms eine sichere und kontinuierliche Diagnose erlaubt. Insbesondere soll im Messbetrieb eine robuste und kontinuierliche Diagnose der Leitungen und elektrischen Beschaltung der NOx-Zelle des Sensors durchgeführt werden können, ohne die NOx-Messwerte zu beeinflussen, bzw. zu stören. Ist ein sich änderndes NOx-Signal vorhanden, so kann im System davon ausgegangen werden, dass die elektrischen Verbindungen zur NOx-Zelle intakt sind. Besonders wichtig ist aber, dass auch in Betriebszuständen, in denen das NOx-Mess-Signal (nahezu) gleich null ist (z.B. bei 0 ppm NOx nach der Abgas-Nachbehandlung) eine Leitungsunterbrechung detektiert werden kann.A method for operating a sensor for detecting at least a portion of a measurement gas component with bound oxygen in a measurement gas is therefore proposed, which at least largely avoids the disadvantages of known methods for operating these sensors and which allows reliable and continuous diagnosis at intervals of at least 500 ms . In particular, a robust and continuous diagnosis of the lines and electrical wiring of the NOx cell of the sensor should be able to be carried out during measuring operation without influencing or disturbing the NOx measured values. If a changing NOx signal is present, it can be assumed in the system that the electrical connections to the NOx cell are intact. However, it is particularly important that a line interruption can be detected even in operating conditions in which the NOx measurement signal is (almost) equal to zero (e.g. at 0 ppm NOx after exhaust gas aftertreatment).

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Sensors zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, wobei der Sensor ein Sensorelement umfasst, wobei das Sensorelement eine erste Pumpzelle, die eine äußere Pumpelektrode und eine innere Pumpelektrode aufweist und die an einem ersten Hohlraum anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle, welche eine Nernst-Elektrode und eine Referenzelektrode aufweist und die an einem Referenzgasraum anliegt, und eine zweite Pumpzelle, die eine Pumpelektrode und eine Gegenelektrode aufweist und die an einem zweiten Hohlraum anliegt, wird ein elektronisches Steuergerät, das zumindest über einen ersten gesonderten Anschluss für die erste Pumpzelle und einen zweiten gesonderten Anschluss für die zweite Pumpzelle verfügt, mit dem Sensorelement verbunden, wobei die erste Pumpzelle mittels einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem ersten gesonderten Anschluss verbunden wird, wobei die zweite Pumpzelle mittels einer elektrisch leitenden Verbindung mit dem zweiten gesonderten Anschluss verbunden wird, wobei in der elektrisch leitenden Verbindung, die die zweite Pumpzelle mit dem zweiten gesonderten Anschluss verbindet, ein Messwiderstand vorgesehen wird, wobei mittels des Steuergeräts eine Strom- und/oder Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle zum Erzeugen eines Messsignals an dem Messwiderstand durchgeführt wird. Die elektrisch leitende Verbindung, die die zweite Pumpzelle bzw. deren Gegenelektrode mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2-Pin des Steuergeräts) verbindet, wird als intakt identifiziert, falls der Betrag einer zeitlichen Veränderung des Messsignals während ein Anregungssignal auf die zweite Pumpzelle aufgebracht wird einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, und wird als defekt identifiziert, falls der Betrag der zeitlichen Veränderung des Messsignals während ein Anregungssignal auf die zweite Pumpzelle aufgebracht wird den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.In a method according to the invention for operating a sensor for detecting at least a portion of a measurement gas component with bound oxygen in a measurement gas, in particular in an exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the sensor comprises a sensor element, wherein the sensor element has a first pump cell, which has an outer pump electrode and an inner pump electrode and which is adjacent to a first cavity which is connected to the measurement gas, a reference cell, which has a Nernst electrode and a reference electrode and which is adjacent to a reference gas space, and a second pump cell, which has a pump electrode and a counter electrode and which is adjacent to a second cavity, an electronic control device, which has at least a first separate connection for the first pump cell and a second separate connection for the second pump cell, is connected to the sensor element, wherein the first pump cell is connected to the first separate connection by means of an electrically conductive connection, wherein the second pump cell is connected to the second separate connection by means of an electrically conductive connection, wherein a measuring resistor is provided in the electrically conductive connection which connects the second pump cell to the second separate connection, wherein by means of the Control unit, a current and/or voltage excitation of the second pump cell is carried out to generate a measurement signal at the measuring resistor. The electrically conductive connection that connects the second pump cell or its counter electrode to the second separate connection (P2 pin of the control unit) is identified as intact if the amount of a temporal change in the measurement signal while an excitation signal is applied to the second pump cell exceeds a predetermined threshold value, and is identified as defective if the amount of the temporal change in the measurement signal while an excitation signal is applied to the second pump cell falls below the predetermined threshold value.

Durch die Strom- und/oder Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle wird an dem Messwiderstand ein auswertbares Messsignal erzeugt, das die Unterscheidung zwischen einem offenen oder geschlossenen Stromkreis erlaubt. Mit anderen Worten, ein IP2-Signal wird durch eine äußere Anregung erzeugt. Dabei dient nicht die Amplitude der (differentiell am Messwiderstand) gemessenen Spannung bzw. Stromantwort als Detektionskriterium für eine Leitungsunterbrechung, sondern ihre zeitliche Änderung. Da die Messwerte der Amplitude des Antwortsignals auf einen Spannungssprung sehr stark durch Bauteilevariationen und Störungen des NOx-Signals beeinflusst werden, sind sie als Detektionskriterium nicht so geeignet. Die zeitliche Änderung des differentiell gemessenen Antwortsignals auf einen Spannungssprung oder Spannungspuls hat als Detektionskriterium für eine Leitungsunterbrechung deutlich bessere Robustheit gegen Bauteilevariationen oder gegen Störungen des NOx-Signals. So können falsch positive Detektionen einer Leitungsunterbrechung vermieden werden. Damit lässt sich ein offener Stromkreis an der P2 Leitung der NOx-Zelle auch während des Messbetriebs sicher erkennen. Auch in Betriebszuständen, in denen der Strom IP2 (nahezu) gleich null ist, wie beispielsweise bei 0 ppm NOx, kann eine offene P2-Leitung detektiert werden.The current and/or voltage excitation of the second pump cell generates an evaluable measurement signal at the measuring resistor that allows the distinction between an open or closed circuit. In other words, an IP2 signal is generated by an external excitation. It is not the amplitude of the voltage or current response measured (differentially at the measuring resistor) that serves as the detection criterion for a line break, but rather its change over time. Since the measured values of the amplitude of the response signal to a voltage jump are strongly influenced by component variations and interference in the NOx signal, they are not so suitable as a detection criterion. The temporal change of the differentially measured response signal to a voltage jump or voltage pulse is much more robust against component variations or interference in the NOx signal as a detection criterion for a line break. This avoids false positive detections of a line break. This means that an open circuit on the P2 line of the NOx cell can be reliably detected even during measurement operation. Even in operating conditions where the current IP2 is (almost) zero, such as at 0 ppm NOx, an open P2 line can be detected.

Bei einer Weiterbildung wird an die zweite Pumpzelle eine vorbestimmte elektrische Spannung angelegt, wobei eine Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle durchgeführt wird, wobei die Spannungsanregung eine Veränderung der vorbestimmten elektrischen Spannung für eine vorbestimmte Zeit umfasst. Durch Anregung der Spannung gegenüber dem normalen Potential kommt es bei geschlossener Leitung zu einem Stromfluss, der sich auf den NOx-Mess-Strom addiert. Das heißt, dass es auch bei einem Gasgemisch, bei dem das IP2-Signal gleich Null ist, z.B. bei 0% O2, H2O ≥1% und NOx = 0 ppm, zu einem messbaren Stromfluss kommt. Ist die P2-Leitung aufgetrennt, kann kein Strom mehr fließen, auch nicht bei einer zeitlichen Anregung durch einen Puls. Dies gilt als Hinweis für einen offenen Stromkreis.In a further development, a predetermined electrical voltage is applied to the second pump cell, with a voltage excitation of the second pump cell being carried out, the voltage excitation comprising a change in the predetermined electrical voltage for a predetermined time. By stimulating the voltage compared to the normal potential, a current flow occurs when the line is closed, which adds up to the NOx measuring current. This means that a measurable current flow occurs even with a gas mixture in which the IP2 signal is zero, for example with 0% O 2 , H 2 O ≥1% and NOx = 0 ppm. If the P2 line is disconnected, no more power can flow flow, even when stimulated over time by a pulse. This is an indication of an open circuit.

Der gemessene Stromfluss hängt einerseits von der Größe der Spannungsänderung des Anregungspulses ab, andererseits insbesondere auch von der Dauer des Anregungspulses. Das heißt, der Stromfluss steigt mit der Dauer der Anregung.The measured current flow depends on the magnitude of the voltage change of the excitation pulse and, in particular, on the duration of the excitation pulse. This means that the current flow increases with the duration of the excitation.

Bei einer Weiterbildung wird die vorbestimmte elektrische Spannung für die vorbestimmte Zeit erhöht. Dadurch erhöht sich auch der messbare Stromfluss.In a further development, the predetermined electrical voltage is increased for the predetermined time. This also increases the measurable current flow.

Bei einer Weiterbildung wird die vorbestimmte elektrische Spannung in Form mindestens eines Spannungspulses für die vorbestimmte Zeit an die zweite Pumpzelle angelegt, wobei die zeitliche Veränderung des Messsignals durch Berechnen einer Differenz zwischen einem ersten Messwert des Messsignals zu Beginn des Spannungspulses und einem zweiten Messwert des Messsignals zu Ende des Spannungspulses ermittelt wird. Der Ausdruck „Beginn des Spannungspulses“ bezieht sich nicht auf einen Zeitpunkt der Anregung für den Spannungspuls, sondern bezieht sich dabei auf einen Zeitpunkt, ab dem das Messsignal eingeschwungen ist. Somit wird die zeitliche Änderung des Antwortsignals auf einen Spannungspuls bestimmt. Zu vorbestimmten Zeiten zu Beginn der Pulsantwort und kurz vor ihrem Ende wird der Spannungswert gemessen. Zwischen diesen beiden Spannungswerten wird ein Differenzsignal gebildet. Dieses Differenzsignal dient als Detektionskriterium.In a further development, the predetermined electrical voltage is applied to the second pump cell in the form of at least one voltage pulse for the predetermined time, the temporal change in the measurement signal being determined by calculating a difference between a first measured value of the measurement signal at the beginning of the voltage pulse and a second measured value of the measurement signal End of the voltage pulse is determined. The expression “beginning of the voltage pulse” does not refer to a point in time when the voltage pulse is excited, but rather refers to a point in time from which the measurement signal has settled. The temporal change in the response signal to a voltage pulse is thus determined. The voltage value is measured at predetermined times at the beginning of the pulse response and shortly before its end. A difference signal is formed between these two voltage values. This difference signal serves as a detection criterion.

Bei einer Weiterbildung weist die vorbestimmte Zeit für den Spannungspuls eine Dauer von 1 ms bis 10 ms und bevorzugt 1,5 ms bis 5 ms auf. So kann die Stromantwort innerhalb der ersten Millisekunden eines Spannungspulses ein eindeutiges Kriterium dafür liefern kann, ob die leitende Verbindung zum Sensorelement unterbrochen ist. Aus diesem Grund genügt zur Detektion einer Leitungsunterbrechung ein kurzer Spannungspuls von beispielsweise 2 ms bis 5 ms Länge. Eine kurze Dauer dieser Diagnose-Signale ist auch wichtig, da das Monitoring der Leitungen hinsichtlich einer Fehlfunktion nicht die Messung des NOx-Signals (Strom IP2) zu lange unterbrechen oder zu sehr stören soll.In a further development, the predetermined time for the voltage pulse has a duration of 1 ms to 10 ms and preferably 1.5 ms to 5 ms. The current response within the first milliseconds of a voltage pulse can thus provide a clear criterion for whether the conductive connection to the sensor element is interrupted. For this reason, a short voltage pulse of, for example, 2 ms to 5 ms in length is sufficient to detect a line interruption. A short duration of these diagnostic signals is also important because monitoring the lines for a malfunction should not interrupt the measurement of the NOx signal (current IP2) for too long or interfere too much.

Bei einer Weiterbildung wird die vorbestimmte elektrische Spannung in Form eines ersten Spannungspulses für eine erste vorbestimmte Zeit und eines zweiten Spannungspuls für eine zweite vorbestimmte Zeit an die zweite Pumpzelle angelegt, wobei der erste Spannungspuls und der zweite Spannungspuls eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wobei ein Integral des ersten Spannungspulses und des zweiten Spannungspulses einen Wert von Null aufweist. Da einzelne Spannungspulse aufgrund der Ladungsverschiebungen an der NOx-Elektrode das empfindliche NOx-Mess-Signal stören und verfälschen, werden Spannungs-Pulspaare auf die Leitung gegeben. Der erste Puls und der darauffolgende Gegenpuls haben die gleiche Dauer und den gleichen Betrag der Amplitude, aber eine Polarität mit entgegengesetzten Vorzeichen. Das Integral der beiden jeweils positiven und negativen Pulse soll gleich Null sein.In a further development, the predetermined electrical voltage is applied to the second pump cell in the form of a first voltage pulse for a first predetermined time and a second voltage pulse for a second predetermined time, the first voltage pulse and the second voltage pulse having an opposite polarity, an integral of the first voltage pulse and the second voltage pulse has a value of zero. Since individual voltage pulses disrupt and falsify the sensitive NOx measurement signal due to the charge shifts on the NOx electrode, pairs of voltage pulses are applied to the line. The first pulse and the subsequent counterpulse have the same duration and the same amount of amplitude, but a polarity with opposite signs. The integral of the two positive and negative pulses should be equal to zero.

Bei einer Weiterbildung werden mehrere Pulspaare mit dem ersten Spannungspuls und dem zweiten Spannungspuls an die zweite Pumpzelle angelegt, wobei sich die Polaritäten aufeinanderfolgender Spannungspulspaare regelmäßig oder unregelmäßig abwechseln. Werden Pulse periodisch auf ein geregeltes elektrisches System aufgebracht, besteht die Möglichkeit, dass das System gestört oder periodisch angeregt wird. Für die elektrischen Schaltung der NOx-Zelle bedeutet dies, dass die Puls-Paare zur Detektion der leitenden Verbindung zur NOx Zelle möglicherweise eine Verschiebung des NOx-Mess-Signals verursachen können. Fällt die Resonanzfrequenz der Regelungsschaltung der Spannung an der NOx-Zelle mit einer Anregungsfrequenz zusammen, kann es zu oszillierenden Störungen auf dem Mess-Signal kommen. Um Ladungsverschiebungen an den NOx-Elektroden auszugleichen, folgt dem ersten Messpuls ein gleich großer Gegenpuls mit umgekehrter Spannungspolarität. Aufgrund der elektrischen Eigenschaften der Sensor-Keramik und der elektrischen Beschaltung können, obwohl Puls und Gegenpuls die gleiche Dauer und den gleichen Betrag der Amplitude haben, geringe Ladungsverschiebungen nach den Messpulsen auftreten. Abhängig davon, ob der erste Puls positive oder negative Polarität aufweist, kann es möglicherweise zu einem geringen positiven oder negativen Offset des Mess-Signals kommen. Um eine Verschiebung des Messsignals zu vermeiden, kann die Polarität der Pulsfolge gewechselt werden, so dass sich die Ladungsverschiebungen wieder ausgleichen.In a further development, several pulse pairs with the first voltage pulse and the second voltage pulse are applied to the second pump cell, with the polarities of successive voltage pulse pairs alternating regularly or irregularly. If pulses are applied periodically to a regulated electrical system, there is a possibility that the system will be disturbed or periodically excited. For the electrical circuit of the NOx cell, this means that the pulse pairs for detecting the conductive connection to the NOx cell can possibly cause a shift in the NOx measurement signal. If the resonance frequency of the voltage control circuit on the NOx cell coincides with an excitation frequency, oscillating disturbances in the measurement signal can occur. In order to compensate for charge shifts on the NOx electrodes, the first measurement pulse is followed by a counter pulse of the same size with reversed voltage polarity. Due to the electrical properties of the sensor ceramic and the electrical circuit, small charge shifts can occur after the measurement pulses, even though the pulse and counter pulse have the same duration and the same amplitude. Depending on whether the first pulse has positive or negative polarity, there may be a slight positive or negative offset in the measurement signal. To avoid a shift in the measurement signal, the polarity of the pulse sequence can be changed so that the charge shifts balance out again.

Bei einer Weiterbildung sind die Anzahl positiver Polaritäten des ersten Spannungspulses der Spannungspulspaare und die Anzahl negativer Polaritäten des ersten Spannungspulses der Spannungspulspaare identisch. Dadurch kann zuverlässig eine Verschiebung des Messsignals vermieden werden. Durch die unregelmäßige Abfolge der Pulswechsel kann vermieden werden, dass das Detektionssignal eine Frequenz ausbildet, die mit der Resonanzfrequenz der NOx-Zelle zusammenfällt. Neben einer Abfolge von Pulspaaren können alternativ auch einzelne Pulse in der Sequenz ausgelassen werden, um die spektrale Charakteristik weiter zu verbessern.In a further development, the number of positive polarities of the first voltage pulse of the voltage pulse pairs and the number of negative polarities of the first voltage pulse of the voltage pulse pairs are identical. This reliably prevents a shift in the measurement signal. The irregular sequence of pulse changes prevents the detection signal from developing a frequency that coincides with the resonance frequency of the NOx cell. In addition to a sequence of pulse pairs, individual pulses can also be omitted in the sequence to further improve the spectral characteristics.

Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren weiterhin Plausibilisieren des Messsignals umfassen, falls die elektrisch leitende Verbindung, die die zweite Pumpzelle mit dem zweiten gesonderten Anschluss verbindet, als defekt identifiziert wird. Um eine falsch-positive Detektion eines Leitungsunterbrechungs-Fehlers zu vermeiden, kann ein zweistufiges Detektionsverfahren verwendet werden. Mit den Monitoring-Pulsen wird in 500 ms Intervallen der Zustand der Leitung kontinuierlich überwacht. Wird mit den Monitoring-Pulsen eine mögliche Unterbrechung der elektrisch leitenden Verbindung zum Sensorelement detektiert, so wird dies nochmals mit einem Feststellungs-Puls (Determination Pulse) überprüft.Alternatively or additionally, the method may further include checking the plausibility of the measurement signal if the electrically conductive connection that connects the second pump cell to the second separate connection is identified as defective. To avoid a false-positive detection of a line interruption error, a two-stage detection procedure can be used. The monitoring pulses continuously monitor the state of the line at 500 ms intervals. If the monitoring pulses detect a possible interruption of the electrically conductive connection to the sensor element, this is checked again with a determination pulse.

Bei einer Weiterbildung wird zum Plausibilisieren die vorbestimmte elektrische Spannung in Form mindestens eines Feststellung-Spannungspulses für eine vorbestimmte Feststellungszeit an die zweite Pumpzelle angelegt, wobei die zeitliche Veränderung des Messsignals durch Berechnen einer Differenz zwischen einem ersten Messwert des Messsignals zu Beginn des Spannungspulses und einem zweiten Messwert des Messsignals zu Ende des Feststellung-Spannungspulses ermittelt wird, wobei die Feststellungszeit für den Feststellungs-Spannungspuls länger als die vorbestimmte Zeit für den Spannungspuls ist. Eine Amplitude des Feststellungs-Spannungspulses ist bevorzugt gleich groß wie eine Amplitude des Spannungspulses. Die Detektion mit diesem Feststellungs-Puls hat eine minimale Fehlerwahrscheinlichkeit. Ein im Vergleich zum Monitoring-Puls (typ. 2 ms - 5 ms) lange andauernder Puls (typ. 20 ms - 40 ms) wird auf die Leitung gegeben. Die am Shunt gemessene Spannungsänderung, das Differenzsignal zeigt bei geschlossener Leitung Spannungswerte von deutlich mehr als 100 mV, während bei einer Unterbrechung der Leitung Werte nahe Null gemessen werden. Aufgrund dieses, im Vergleich zum Monitoring-Puls, großen Detektionssignals ist eine Fehldetektion sehr unwahrscheinlich.In a further development, to check the plausibility, the predetermined electrical voltage is applied to the second pump cell in the form of at least one detection voltage pulse for a predetermined detection time, the temporal change in the measurement signal being determined by calculating a difference between a first measured value of the measurement signal at the beginning of the voltage pulse and a second Measured value of the measurement signal is determined at the end of the detection voltage pulse, the detection time for the detection voltage pulse being longer than the predetermined time for the voltage pulse. An amplitude of the detection voltage pulse is preferably the same size as an amplitude of the voltage pulse. Detection with this detection pulse has a minimal probability of error. A long-lasting pulse (typically 20 ms - 40 ms) compared to the monitoring pulse (typically 2 ms - 5 ms) is given to the line. The voltage change measured at the shunt, the difference signal, shows voltage values of significantly more than 100 mV when the line is closed, while values close to zero are measured when the line is interrupted. Due to this large detection signal compared to the monitoring pulse, incorrect detection is very unlikely.

Bei einer Weiterbildung ist das Steuergerät zum Regeln einer Spannung an der zweiten Pumpzelle ausgebildet, wobei das Steuergerät weiterhin eine Anregungssignalquelle aufweist, wobei ein Spannungssollwert als Führungsgröße gesteuert wird, wobei das Steuergerät einen zeitlichen Ablauf von Änderungen des Spannungssollwertes steuert, wobei mittels Messungen eines Spannungsabfalls am Messwiderstand eine Unterbrechung der Leitung, die die zweite Pumpzelle mit dem zweiten gesonderten Anschluss verbindet, detektierbar ist.In a further development, the control device is designed to regulate a voltage on the second pump cell, the control device further having an excitation signal source, a voltage setpoint being controlled as a reference variable, the control device controlling a time sequence of changes in the voltage setpoint, using measurements of a voltage drop on the Measuring resistor, an interruption in the line that connects the second pump cell to the second separate connection can be detected.

Bei einer Weiterbildung weist das Steuergerät weiterhin eine Anregungssignalquelle und einen Operationsverstärker auf, der als nichtinvertierende Stufe eingesetzt wird. Die Anregungssignalquelle ist als Eingangsspannung mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers verbunden. An dem invertierenden Eingang (-) des Operationsverstärkers wird die Spannung, die an der NOx-Zelle anliegt zurückgeführt. Die differentiellen Eingangssignale des Operationsverstärkers und dessen Verstärkungsfaktor bestimmen die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers, an dem der NOx-Shunt anliegt und der somit auch den Strom durch den NOx-Shunt treibt. Der als Spannungsfolger geschaltete Operationsverstärker der Steuergeräte-Elektronik regelt die Spannung an der NOx-Zelle des Sensorelements auf den Sollwert 450 mV. Ein Spannungssprung wird auf die NOx-Zelle aufgebracht, indem der Sollwert des als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärkers erhöht wird. Der Spannungsabfall am NOx-Shunt kann nicht direkt vom ASIC gemessen werden. Stattdessen wird differentiell die Spannung am Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers gemessen. Dies sind auch die Mess-Punkte des Analog-Digital- Wandlers im NOx-Mess-ASIC. Bei einem Spannungssprung am Eingang des Operationsverstärkers unterscheiden sich diese Signale von denen des Spannungsabfalls am Mess-Shunt. Bei geschlossener Leitung steigt die Spannung stetig an. Bei offener Leitung fällt diese Spannung nach einem kurzen Anstieg stetig ab.In a further development, the control device also has an excitation signal source and an operational amplifier, which is used as a non-inverting stage. The excitation signal source is connected as an input voltage to the non-inverting input (+) of the operational amplifier. The voltage present at the NOx cell is fed back to the inverting input (-) of the operational amplifier. The differential input signals of the operational amplifier and its gain factor determine the voltage at the output of the operational amplifier to which the NOx shunt is applied and which therefore also drives the current through the NOx shunt. The operational amplifier of the control unit electronics, which is connected as a voltage follower, regulates the voltage on the NOx cell of the sensor element to the setpoint of 450 mV. A voltage jump is applied to the NOx cell by increasing the setpoint of the operational amplifier connected as a voltage follower. The voltage drop across the NOx shunt cannot be measured directly by the ASIC. Instead, the voltage at the input and output of the operational amplifier is measured differentially. These are also the measuring points of the analog-to-digital converter in the NOx measuring ASIC. If there is a voltage jump at the input of the operational amplifier, these signals differ from those of the voltage drop at the measurement shunt. When the line is closed, the voltage increases steadily. When the line is open, this voltage drops steadily after a short increase.

Bei einer Weiterbildung wird in die zweite Pumpzelle ein vorbestimmter elektrischer Strom eingeprägt, wobei eine Stromanregung der zweiten Pumpzelle durchgeführt wird, wobei für eine erste vorbestimmte Zeit der vorbestimmte elektrische Strom erhöht wird und für eine zweite vorbestimmte Zeit der vorbestimmte elektrische Strom erniedrigt wird, wobei die erste vorbestimmte Zeit und die zweite vorbestimmte Zeit identisch lang sind. Eine Alternative zum Spannungspuls ist ein Strompuls an der P2 Leitung. Im Messzustand des NOx-Sensors wird von einer gesteuerten Stromquelle für kurze Zeit ein Strompuls erzeugt um einen bestimmten Wert erhöht und danach für die gleiche Zeit ein Strompuls mit entgegengesetzter Polarität erzeugt. Es spielt keine Rolle ob der positive Strompuls oder der negative Strompuls zuerst durchgeführt wird. Durch das Einprägen eines Strompulses (Pumpstrom) wird ein Spannungshub am NOx-Shunt messbar sein. Dieser verhält sich bei geschlossenem Stromkreis anders als bei einem offenen Stromkreis. Dies kann als Unterscheidungsmerkmal für die Detektion eines offenen Stromkreises an der P2 -Leitung hergenommen werden. Dabei wird auch wieder die zeitliche Änderung des Messsignals für die Diagnose betrachtet.In a further development, a predetermined electrical current is impressed into the second pump cell, with a current excitation of the second pump cell being carried out, the predetermined electrical current being increased for a first predetermined time and the predetermined electrical current being reduced for a second predetermined time, the first predetermined time and the second predetermined time are identical in length. An alternative to the voltage pulse is a current pulse on the P2 line. In the measuring state of the NOx sensor, a controlled current source generates a current pulse for a short time, increases it by a certain value and then generates a current pulse with the opposite polarity for the same time. It doesn't matter whether the positive current pulse or the negative current pulse is carried out first. By impressing a current pulse (pump current), a voltage swing at the NOx shunt will be measurable. This behaves differently when the circuit is closed than when it is open. This can be used as a distinguishing feature for the detection of an open circuit on the P2 line. The temporal change in the measurement signal is also taken into account for the diagnosis.

Bei einer Weiterbildung wird die vorbestimmte elektrische Spannung in Form eines ersten Spannungspulses für eine erste vorbestimmte Zeit und eines zweiten Spannungspulses für eine zweite vorbestimmte Zeit an die zweite Pumpzelle angelegt. Das Integral über die Zeit beider Pulse muss null ergeben, um keine Ungleichgewicht in der NOx Zelle hervorzurufen, durch einseitiges aufpumpen bzw. abpumpen. Durch das Einprägen eines Strompulses (Pumpstrom) wird ein Spannungshub an der P2-Leitung messbar sein. Dieser verhält sich bei geschlossenem Stromkreis anders als bei einem offenen Stromkreis. So fällt der Spannungshub bei geschlossenem Stromkreis höher aus als bei einem offenen Stromkreis. Dies kann als Unterscheidungsmerkmal für die Detektion eines offenen Stromkreises an der P2 -Leitung hergenommen werden.In a further development, the predetermined electrical voltage is applied to the second pump cell in the form of a first voltage pulse for a first predetermined time and a second voltage pulse for a second predetermined time. The integral over the time of both pulses must be zero in order to avoid an imbalance in the NOx Cell by pumping up or pumping down on one side. By impressing a current pulse (pumping current), a voltage swing on the P2 line can be measured. This behaves differently in a closed circuit than in an open circuit. The voltage swing is higher in a closed circuit than in an open circuit. This can be used as a distinguishing feature for the detection of an open circuit on the P2 line.

Es wird zudem ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.Furthermore, a computer program is proposed which is configured to carry out each step of the method according to the invention.

Weiterhin wird ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gespeichert ist.Furthermore, an electronic storage medium is proposed on which a computer program for carrying out the method according to the invention is stored.

Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein elektronisches Steuergerät, welches das erfindungsgemäße elektronische Speichermedium mit dem besagten Computerprogramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens enthält, umfasst.The invention also includes an electronic control device which contains the electronic storage medium according to the invention with said computer program for carrying out the method according to the invention.

Schließlich betrifft die Erfindung auch einen Sensor zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Sensorelement, wobei das Sensorelement eine erste Pumpzelle, die einer äußere Pumpelektrode und eine innere Pumpelektrode aufweist und die an einem ersten Hohlraum anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle, welcher eine Nernst-Elektrode und eine Referenzelektrode aufweist und die an einem Referenzgasraum anliegt, und eine zweite Pumpzelle, die eine Pumpelektrode und eine Gegenelektrode aufweist und die an einem zweiten Hohlraum anliegt, wobei der Sensor weiterhin ein erfindungsgemäßes elektronisches Steuergerät aufweist.Finally, the invention also relates to a sensor for detecting at least a proportion of a measurement gas component with bound oxygen in a measurement gas, in particular in an exhaust gas of an internal combustion engine, comprising a sensor element, wherein the sensor element has a first pump cell, which has an outer pump electrode and an inner pump electrode and the is applied to a first cavity, which is connected to the measurement gas, a reference cell, which has a Nernst electrode and a reference electrode and which is applied to a reference gas space, and a second pump cell, which has a pump electrode and a counter electrode and which is applied to a second Cavity is present, the sensor further having an electronic control device according to the invention.

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.In the context of the present invention, a solid electrolyte is understood to mean a body or object with electrolytic properties, i.e. 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 as a so-called green or brown compact, which only becomes a solid electrolyte after sintering. In particular, the solid electrolyte can be formed as a solid electrolyte layer or from several solid electrolyte layers. In the context of the present invention, a layer is understood to mean a uniform mass in a flat extension of a certain height, which lies above, below or between other elements.

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.In the context of the present invention, an electrode is generally understood to mean 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 comprise a noble metal electrode, which can be applied to the solid electrolyte, for example as a metal-ceramic electrode, or can be connected to the solid electrolyte in some other way. Typical electrode materials are platinum cermet electrodes. However, other precious metals, such as gold or palladium, can also generally be used.

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. Die Erfindung ist direkt durch eine verkürzte Wartezeit bis zum Erreichen der Betriebsbereitschaft nach Start des Sensors nachweisbar. Die jeweiligen Potenziale können an den Zuleitungen gemessen werden.In the context of the present invention, a heating element is to be understood as meaning an element which serves to heat the solid electrolyte and the electrodes to at least their functional temperature and preferably to their operating temperature. The functional temperature is the temperature at which the solid electrolyte becomes conductive to ions and is approximately 350 °C. A distinction must be made between this and the operating temperature, which is the temperature at which the sensor element is usually operated and which is higher than the functional temperature. The operating temperature can be, for example, from 700 °C to 950 °C. The heating element can include a heating area and at least one supply path. In the context of the present invention, a heating area is to be understood as meaning the area of the heating element which overlaps with an electrode in the layer structure along a direction perpendicular to the surface of the sensor element. The heating area usually heats up more than the supply line during operation, so that they can be distinguished. The different heating can be achieved, for example, by the heating area having a higher electrical resistance than the supply line. The heating area and/or the supply line are designed, for example, as an electrical resistance track and heat up when an electrical voltage is applied. The heating element can be made, for example, from a platinum cermet. The invention can be demonstrated directly by a shortened waiting time until the sensor is ready for operation after starting. The respective potentials can be measured on the supply lines.

Unter einer Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Anlegen einer elektrischen Spannung ungleich 0 V an die zweite Pumpzelle bzw. die elektrische Leitung zur NOx-Gegenelektrode zu verstehen. Durch die Änderung der Spannung an den Elektroden ändert sich die Ladungsmenge, die diese tragen können. Es kommt zu einem Stromfluss in die Elektroden bzw. aus den Elektroden heraus. Dieser Stromfluss bewirkt an einem Messwiderstand in dieser Leitung ein erfassbares Messsignal.In the context of the present invention, voltage excitation of the second pump cell involves the application of an electrical voltage not equal to 0 V to the second pump cell or the electrical line to the NOx counter electrode. Changing the voltage across the electrodes changes the amount of charge they can carry. A current flows into or out of the electrodes. This current flow causes a detectable measurement signal at a measuring resistor in this line.

Unter einer Stromanregung der zweiten Pumpzelle ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung das Einprägen eines elektrischen Stroms ungleich 0 A in die zweite Pumpzelle bzw. die elektrische Leitung zur NOx-Gegenelektrode zu verstehen. Durch das Einprägen eines Strompulses (Pumpstrom) wird ein Spannungshub an der elektrischen Leitung zur NOx-Gegenelektrode bewirkt, der an einem Messwiderstand in dieser Leitung messbar ist. Dieser verhält sich bei geschlossenem Stromkreis anders als bei einem offenen Stromkreis.In the context of the present invention, current excitation of the second pump cell means the imprinting of an electrical current not equal to 0 A into the second pump cell or the electrical line to the NOx counterelectrode. By impressing a current pulse (pump current), a voltage swing is caused on the electrical line to the NOx counter electrode, which can be measured at a measuring resistor in this line. This behaves differently when the circuit is closed than when it is open.

Die Erfindung ist gut und einfach durch die Überwachung der elektrischen Signale auf der NOx-Zellen-Leitung nachweisbar. Werden während des normalen Messbetriebs spezielle Spannungspuls/Strompulsfolgen auf der Leitung zwischen Sensor und Steuergerät mit einem Oszilloskop gemessen, so werden die in dieser Erfindung beschriebenen Schaltungen und Verfahren verwendet.The invention can be easily and simply demonstrated by monitoring the electrical signals on the NOx cell line. If, during normal measuring operation, specific voltage pulse/current pulse sequences are measured on the line between the sensor and the control unit using an oscilloscope, the circuits and methods described in this invention are used.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

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 einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors,
  • 2 einen Teil des Sensors mit einem Teil eines daran angeschlossenen Steuergeräts,
  • 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung,
  • 4 ein erweitertes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung,
  • 5 ein vereinfachtes elektrisches Modell der zweiten Pumpzelle 140 und der Schaltung im Steuergerät,
  • 6 einen Spannungssprung und Spannung am NOx-Mess-Shunt für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle,
  • 7 das Kurzzeitverhalten für den Spannungssprung und Spannung am NOx-Mess-Shunt für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle,
  • 8 einen Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen des NOx-Mess-ASIC für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle,
  • 9 das Kurzzeitverhalten für den Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen des NOx-Mess-ASIC für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle,
  • 10 einen Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen des NOx-Mess-ASIC für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle,
  • 11 das Kurzzeitverhalten für den Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen des NOx-Mess-ASIC für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle,
  • 12 verschiedene Spannungs-Messsignale gemessen mit einem Oszilloskop,
  • 13 verschiedene Spannungs-Messsignale,
  • 14 verschiedene Spannungs-Messsignale gemessen mit einem Oszilloskop,
  • 15 interne Signale der Auswerteinheit im Steuergerät 122 innerhalb des Monitoring-Pulses,
  • 16 das Differenzsignal der Auswerteinheit im Steuergerät 122 innerhalb des Monitoring-Pulses,
  • 17 verschiedene Spannungs-Messsignale gemessen mit einem Oszilloskop,
  • 18 eine beispielhafte Definition der Abfolge der wechselnden Polarität der Pulspaare,
  • 19 eine beispielhafte die spektrale Verteilung des NOx Mess-Signals,
  • 20 an Umgebungsluft Häufigkeitsverteilungen eines NOx-Signals,
  • 21 die Änderung der Steigung der Pulsantwort unter Annahme der größten spezifizierten Drift dieses Bauteils,
  • 22 das Differenzsignal für typische Bauteilewerte und für den Fall der Kombination von Worst-Case-Werten,
  • 23 interne Signale der Auswerteinheit im Steuergerät innerhalb des Monitoring-Pulses,
  • 24 Verteilungsdichtefunktionen des Differenzsignals und des NOx Mess-Signals,
  • 25 ein Flussdiagramm des kontinuierlichen Monitorings der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle,
  • 26 die Abfolge der Anregungspulse und der Pulsantwort des differentiell gemessenen Spannungsabfalls am Shunt bei einer falsch positiven Leitungsunterbrechungsdetektion mit Monitoring-Pulsen,
  • 27 die Abfolge der Anregungspulse und der Pulsantwort des differentiell gemessenen Spannungsabfalls am Shunt bei einer falsch positiven Leitungsunterbrechungsdetektion mit Monitoring-Pulsen,
  • 28 verschiedene Spannungs-Messsignale des Feststellungs-Pulses gemessen mit einem Oszilloskop, und
  • 29 das Differenzsignal der Auswerteinheit im Steuergerät innerhalb des Feststellung-Pulses.
Show it:
  • 1 a basic structure of a sensor according to the invention,
  • 2 a part of the sensor with a part of a control device connected to it,
  • 3 a simplified block diagram of the circuit according to the invention,
  • 4 an extended block diagram of the circuit according to the invention,
  • 5 a simplified electrical model of the second pump cell 140 and the circuit in the control unit,
  • 6 a voltage jump and voltage at the NOx measuring shunt for a closed and interrupted connection to the NOx cell,
  • 7 the short-term behavior for the voltage jump and voltage at the NOx measuring shunt for a closed and interrupted connection to the NOx cell,
  • 8th a voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs of the NOx measurement ASIC for a closed and interrupted connection to the NOx cell,
  • 9 the short-term behavior for the voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs of the NOx measuring ASIC for a closed and interrupted connection to the NOx cell,
  • 10 a voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs of the NOx measurement ASIC for a closed and interrupted connection to the NOx cell,
  • 11 the short-term behavior for the voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs of the NOx measuring ASIC for a closed and interrupted connection to the NOx cell,
  • 12 various voltage measurement signals measured with an oscilloscope,
  • 13 various voltage measurement signals,
  • 14 various voltage measurement signals measured with an oscilloscope,
  • 15 internal signals from the evaluation unit in the control unit 122 within the monitoring pulse,
  • 16 the difference signal from the evaluation unit in the control device 122 within the monitoring pulse,
  • 17 various voltage measurement signals measured with an oscilloscope,
  • 18 an exemplary definition of the sequence of alternating polarity of the pulse pairs,
  • 19 an example of the spectral distribution of the NOx measurement signal,
  • 20 frequency distributions of a NOx signal in ambient air,
  • 21 the change in the slope of the pulse response assuming the largest specified drift of this component,
  • 22 the difference signal for typical component values and for the case of a combination of worst-case values,
  • 23 internal signals from the evaluation unit in the control unit within the monitoring pulse,
  • 24 Distribution density functions of the difference signal and the NOx measurement signal,
  • 25 a flowchart of the continuous monitoring of the conductive connection to the NOx cell,
  • 26 the sequence of excitation pulses and the pulse response of the differentially measured voltage drop at the shunt in the event of a false positive line break detection with monitoring pulses,
  • 27 the sequence of excitation pulses and the pulse response of the differentially measured voltage drop at the shunt in the event of a false positive line break detection with monitoring pulses,
  • 28 various voltage measurement signals of the detection pulse measured with an oscilloscope, and
  • 29 the difference signal from the evaluation unit in the control unit within the detection pulse.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors 100, welcher zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist. Im Rahmen der nachfolgenden Erläuterungen sind gleiche oder vergleichbare Bauteile oder Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. 1 shows a basic structure of a sensor 100 according to the invention, which is particularly suitable for carrying out the method according to the invention. In the following explanations, identical or comparable components or features are provided with the same reference numerals.

Der Sensor 100, welcher zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff, im Folgenden beispielhaft als Stickoxid NOx bezeichnet, in einem Gasgemisch, beispielhaft einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, eingerichtet ist, umfasst hierzu ein Sensorelement 110 eine erste Pumpzelle 112, welche zwischen einer äußeren Pumpelektrode 114 und einer inneren Pumpelektrode 116 ausgebildet ist. Die äußere Pumpelektrode 114, welche mittels einer porösen Aluminiumoxidschicht 118 von der Umgebung des Sensors 100 getrennt ist, verfügt hierbei über eine erste elektrisch leitende Verbindung 120, über welche sich ein erster Pumpstrom IP1 in der ersten Pumpzelle 112 erzeugen lässt. Die erste elektrisch leitende Verbindung 120 ist hierzu mit einem ersten Anschluss P1 eines externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Um einen vollständigen Stromkreis zu erhalten, verfügt die innere Pumpelektrode 116 ebenfalls über eine zweite elektrisch leitende Verbindung 124, welche zu einem gemeinsamen Anschluss COM des externen elektronischen Steuergeräts 122 führt. Die erste Pumpzelle 112 liegt an einem ersten Hohlraum 126 an, der sich im Inneren des Sensorelements 110 befindet und mit dem Messgas in Verbindung steht. Durch Erzeugen des ersten Pumpstroms IP1 in der ersten Pumpzelle 112 lässt sich ein erster Anteil von Sauerstoffionen, welche aus molekularem Sauerstoff aus dem Gasgemisch gebildet werden, zwischen dem ersten Hohlraum 126 und der Umgebung des Sensors 100 transportieren. In dem Eintrittsweg aus der Umgebung zu dem ersten Hohlraum 126 sind zwei Diffusionsbarrieren 128 vorhanden.The sensor 100, which is designed to detect at least a portion of a measurement gas component with bound oxygen, hereinafter referred to as nitrogen oxide NOx, in a gas mixture, for example an exhaust gas from an internal combustion engine, comprises a sensor element 110 and a first pump cell 112, which is formed between an outer pump electrode 114 and an inner pump electrode 116. The outer pump electrode 114, which is separated from the environment of the sensor 100 by means of a porous aluminum oxide layer 118, has a first electrically conductive connection 120, via which a first pump current I P1 can be generated in the first pump cell 112. The first electrically conductive connection 120 is connected to a first connection P1 of an external electronic control unit 122. In order to obtain a complete circuit, the inner pump electrode 116 also has a second electrically conductive connection 124, which leads to a common connection COM of the external electronic control unit 122. The first pump cell 112 is located at a first cavity 126, which is located inside the sensor element 110 and is connected to the measuring gas. By generating the first pump current I P1 in the first pump cell 112, a first portion of oxygen ions, which are formed from molecular oxygen from the gas mixture, can be transported between the first cavity 126 and the environment of the sensor 100. Two diffusion barriers 128 are present in the entry path from the environment to the first cavity 126.

Das Sensorelement 110 weist weiterhin eine elektrische Referenzzelle 130 auf, welche eine Nernst-Elektrode 132 und eine Referenzelektrode 134 aufweist. Während die Nernst-Elektrode 132 über die zweite elektrisch leitende Verbindung 124 zusammen mit der inneren Pumpelektrode 116 zu dem gemeinsamen Anschluss COM verfügt, weist die Referenzelektrode 134 eine gesonderte dritte elektrisch leitende Verbindung 136 zu einer Versorgungsspannung UVs auf, welche über einen Anschluss Vs des externen elektronischen Steuergeräts 122 die erforderliche Versorgungsspannung Vs bereitstellt. Die Referenzzelle 130 liegt an einem Referenzgasraum 138 an. Ein zweiter Anteil der Sauerstoffionen aus dem ersten Hohlraum 126 und/oder aus der Umgebung des Sensors 100 wird in den Referenzgasraum 138 durch Anlegen eines Referenz-Pumpstroms zwischen dem Anschluss Vs und dem gemeinsamen Anschluss COM transportiert. Hierbei wird der Wert für den Referenz-Pumpstrom derart eingestellt, dass sich ein festgelegter Anteil der Sauerstoffionen in dem Referenzgasraum 138 ausbildet. Vorzugsweise wird in diesem Zusammenhang auch der Wert für den ersten Pumpstrom IP1 derart eingestellt, dass sich ein festgelegtes Verhältnis zwischen dem ersten Anteil der Sauerstoffionen in dem ersten Hohlraum 126 und dem zweiten Anteil der Sauerstoffionen in dem Referenzgasraum 138 ergibt.The sensor element 110 also has an electrical reference cell 130, which has a Nernst electrode 132 and a reference electrode 134. While the Nernst electrode 132 has the second electrically conductive connection 124 together with the inner pump electrode 116 to the common connection COM, the reference electrode 134 has a separate third electrically conductive connection 136 to a supply voltage U Vs , which has a connection Vs des external electronic control device 122 provides the required supply voltage Vs. The reference cell 130 lies against a reference gas space 138. A second portion of the oxygen ions from the first cavity 126 and/or from the environment of the sensor 100 are transported into the reference gas space 138 by applying a reference pumping current between the connection Vs and the common connection COM. Here, the value for the reference pump current is set such that a fixed proportion of the oxygen ions are formed in the reference gas space 138. In this context, the value for the first pump current I P1 is preferably also set such that a fixed ratio results between the first proportion of oxygen ions in the first cavity 126 and the second proportion of oxygen ions in the reference gas space 138.

Die in dem Gasgemisch weiterhin enthaltene Messgaskomponente Stickoxid NOx mit dem gebundenen Sauerstoff gelangt, insbesondere durch Diffusion, weitgehend unbeeinflusst in eine zweite Pumpzelle 140 des Sensorelements 110, welche auch als „NOx-Pumpzelle“ bezeichnet werden kann. Die zweite Pumpzelle 140 weist eine NOx-Pumpelektrode 142 und eine NOx-Gegenelektrode 144 auf und liegt an einem zweiten Hohlraum 145 im Inneren des Sensorelements 110 an. Der zweite Hohlraum 145 ist von dem ersten Hohlraum 126 durch eine der Diffusionsbarrieren 128 getrennt. Wenigstens eine der beiden Elektroden NOx-Pumpelektrode 142 und/oder NOx-Gegenelektrode 144 sind derart ausgestaltet, dass bei Anlegen einer Spannung mittels Katalyse aus der Messgaskomponente NOx weiterer molekularer Sauerstoff erzeugt werden kann, welcher in der zweiten Pumpzelle 140 gebildet wird.The measurement gas component nitrogen oxide NO x with the bound oxygen still contained in the gas mixture reaches a second pump cell 140 of the sensor element 110, which can also be referred to as a “NO x pump cell,” largely unaffected, in particular by diffusion. The second pump cell 140 has a NO x pump electrode 142 and a NO x counter electrode 144 and is located on a second cavity 145 inside the sensor element 110. The second cavity 145 is separated from the first cavity 126 by one of the diffusion barriers 128. At least one of the two electrodes, NO x pump electrode 142 and/or NO x counter electrode 144, are designed such that when a voltage is applied, additional molecular oxygen can be generated from the measurement gas component NO x by means of catalysis, which is formed in the second pump cell 140.

Während die NOx-Pumpelektrode 142 eine elektrisch leitende Verbindung aufweist, welche zu dem gemeinsamen Anschluss COM führt, weist die NOx-Gegenelektrode 144 eine vierte elektrisch leitende Verbindung 146 auf, über welche ein zweiter Pumpstrom IP2 an die zweite Pumpzelle 140 angelegt werden kann. Die vierte elektrisch leitende Verbindung 146 ist hierzu mit einem zweiten Anschluss P2 des externen elektronischen Steuergeräts 122 verbunden. Bei Anlegen eines zweiten Pumpstroms IP2 an die zweite Pumpzelle 140 wird ein Anteil von weiteren Sauerstoffionen, welche aus dem weiteren molekularen Sauerstoff gebildet wurden, in den Referenzgasraum 138 transportiert.While the NO x pump electrode 142 has an electrically conductive connection which leads to the common terminal COM, the NO x counter electrode 144 has a fourth electrically conductive The fourth electrically conductive connection 146 has a second pumping current I P2 that can be applied to the second pumping cell 140. The fourth electrically conductive connection 146 is connected to a second connection P2 of the external electronic control unit 122. When a second pumping current I P2 is applied to the second pumping cell 140, a portion of additional oxygen ions that were formed from the additional molecular oxygen is transported into the reference gas space 138.

Das Sensorelement 110 verfügt weiterhin über ein Heizelement 148, welches eine Heizleitung 150 mit den Leitungen HTR+ und HTR- aufweist, über welche ein Heizstrom in das Heizelement 148 eingebracht werden kann, welches mittels Erzeugen einer Heizleistung das Sensorelement 110 auf die gewünschte Temperatur bringen kann.The sensor element 110 also has a heating element 148, which has a heating line 150 with the lines HTR+ and HTR-, via which a heating current can be introduced into the heating element 148, which can bring the sensor element 110 to the desired temperature by generating a heating power.

Die Referenzelektrode 134 ist über die dritte elektrisch leitende Verbindung 136 mit dem Anschluss Vs auf dem Steuergerät 122 verbunden. Über einen Analog-Digital-Wandler 152 kann die Nernstspannung Uvs zwischen Vs und COM gemessen werden. Das Steuergerät 122 weist einen Analog-Digital-Wandler 152 auf, der über den Anschluss Vs für die Versorgungsspannung UVs und die dritte elektrisch leitende Verbindung 136 mit der Referenzelektrode 134 verbunden ist. The reference electrode 134 is connected to the connection Vs on the control unit 122 via the third electrically conductive connection 136. The Nernst voltage Uvs between Vs and COM can be measured via an analog-digital converter 152. The control unit 122 has an analog-digital converter 152 which is connected to the reference electrode 134 via the connection Vs for the supply voltage U Vs and the third electrically conductive connection 136.

Das Steuergerät 122 weist eine COM Spannungsreferenz 154 auf, die mit einem gemeinsamen Rückleiter 155 des Sensorelements 110 verbunden ist. Der gemeinsame Rückleiter 124 verbindet die NOx-Pumpelektrode 142, die Nernstelektrode 132 und die Innere Pumpelektrode 116 mit COM. Das Steuergerät 122 weist weiterhin eine Anregungssignalquelle 156 auf, die mit dem Sollwerteingang des Spannungsreglers 166 verbunden ist. Der Regelgrößen-Eingang des Spannungsreglers 166 ist mit dem Anschluss P2 an der NOx Gegenelektrode 144 des Sensorelements 110 verbunden. Regelgröße ist die Spannung zwischen P2 und COM. Die Stellgröße des Spannungsreglers 166 steuert den Eingang eines Spannungstreibers 168. Zwischen dem Ausgang des Spannungstreibers und dem Pin bzw. Anschluss P2 ist der Messwiderstand 160 angeordnet.The control device 122 has a COM voltage reference 154, which is connected to a common return conductor 155 of the sensor element 110. The common return conductor 124 connects the NOx pump electrode 142, the Nernst electrode 132 and the inner pump electrode 116 to COM. The control device 122 also has an excitation signal source 156, which is connected to the setpoint input of the voltage regulator 166. The controlled variable input of the voltage regulator 166 is connected to the connection P2 on the NOx counter electrode 144 of the sensor element 110. The controlled variable is the voltage between P2 and COM. The manipulated variable of the voltage regulator 166 controls the input of a voltage driver 168. The measuring resistor 160 is arranged between the output of the voltage driver and the pin or connection P2.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Sensors 100 wird mittels des Steuergeräts 122 eine Strom- und/oder Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle 140 zum Erzeugen eines Messsignals an dem Messwiderstand 160 durchgeführt wird. die elektrisch leitende Verbindung 146, die die zweite Pumpzelle 140 mit dem zweiten gesonderten Anschluss P2 verbindet, wird als intakt identifiziert, falls eine zeitliche Veränderung des Messsignals einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, und wird als defekt identifiziert, falls die zeitliche Veränderung des Messsignals den vorbestimmten Schwellwert unterschreitet. So wird an die zweite Pumpzelle 140 eine vorbestimmte elektrische Spannung UP2 angelegt wird, wobei eine Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle 140 durchgeführt wird. Die Spannungsanregung umfasst eine Veränderung der vorbestimmten elektrischen Spannung UP2 für eine vorbestimmte Zeit. Die vorbestimmte elektrische Spannung UP2 kann für die vorbestimmte Zeit erhöht werden.In the method according to the invention for operating the sensor 100, a current and/or voltage excitation of the second pump cell 140 is carried out by means of the control unit 122 in order to generate a measurement signal at the measuring resistor 160. The electrically conductive connection 146, which connects the second pump cell 140 to the second separate connection P2, is identified as intact if a temporal change in the measurement signal exceeds a predetermined threshold value, and is identified as defective if the temporal change in the measurement signal falls below the predetermined threshold value. A predetermined electrical voltage U P2 is thus applied to the second pump cell 140, wherein a voltage excitation of the second pump cell 140 is carried out. The voltage excitation comprises a change in the predetermined electrical voltage U P2 for a predetermined time. The predetermined electrical voltage U P2 can be increased for the predetermined time.

Bevorzugt wird die vorbestimmte elektrische Spannung UP2 in Form mindestens eines Spannungspulses für die vorbestimmte Zeit an die zweite Pumpzelle 140 angelegt. Dabei wird die zeitliche Veränderung des Messsignals durch Berechnen einer Differenz zwischen einem ersten Messwert des Messsignals zu Beginn des Spannungspulses und einem zweiten Messwert des Messsignals zu Ende des Spannungspulses ermittelt. Die vorbestimmte Zeit für den Spannungspuls weist eine Dauer von 1 ms bis 10 ms und bevorzugt 1,5 ms bis 5 ms auf, beispielsweise 2 ms bis 5 ms.The predetermined electrical voltage U P2 is preferably applied to the second pump cell 140 in the form of at least one voltage pulse for the predetermined time. The temporal change in the measurement signal is determined by calculating a difference between a first measured value of the measurement signal at the beginning of the voltage pulse and a second measured value of the measurement signal at the end of the voltage pulse. The predetermined time for the voltage pulse has a duration of 1 ms to 10 ms and preferably 1.5 ms to 5 ms, for example 2 ms to 5 ms.

Das Messsignal umfasst eine elektrische Spannung UP2P-P2N in Form einer Differenz zwischen einer elektrischen Spannung UP2P am Ausgang P2Pdes Spannungstreibers 168 und einer elektrischen Spannung UP2 am Pin P2 auf der anderen Seite des Mess-Shunts 160. Diese Spannung liegt auch als Regelgröße am Eingang des Spannungsreglers 166 an.The measuring signal comprises an electrical voltage U P2P-P2N in the form of a difference between an electrical voltage U P2P at the output P2P of the voltage driver 168 and an electrical voltage UP2 at pin P2 on the other side of the measuring shunt 160. This voltage is also present as a controlled variable at the input of the voltage regulator 166.

3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung zur Detektion einer Unterbrechung der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle bzw. zweiten Pumpzelle 140. Dargestellt ist dabei ein Beispiel für eine Unterbrechung 161 der vierten elektrisch leitenden Verbindung 146 zwischen dem NOx-Steuergerät 122 und der NOx Gegenelektrode 144. Die vierte elektrisch leitende Verbindung 146 wird auch als P2-Leitung bezeichnet, da sie den P2-Pin des Steuergeräts 122 mit der NOx-Zelle bzw. der Gegenelektrode 144 verbindet. Der Block 162 stellt die Steuerung des Sollwertes bzw. der Führungsgröße dar. Der Block 164 stellt den Spannungssollwert dar, der einem Block 166 für die Spannungsregelung zugeführt wird, dessen Stellengröße wiederum einen Block 168 für den Spannungstreiber zugeführt wird. In der Verbindung zwischen dem Ausgang des Spannungstreibers 168 und der NOx-Zelle 140 liegt ein Mess-Shunt 160. Die Spannung UP2 an der NOx-Zelle 140 dient als Regelgröße für den Regler 166.Die Signale P2N am Eingang am Eingang des Reglers 166 und P2P am Ausgang des Operationsverstärkers 158 werden einem differentiell messenden Analog-Digital-Wandler 170 zugeführt. Der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers 170 stellt den Block 172 für die Auswertung der gemessenen Spannungen dar. Die Auswertungsergebnisse werden einem Block 174 für die Logik zur Detektion einer Leitungsunterbrechung zugeführt, der wiederum mit dem Block 162 kommuniziert. 3 shows a simplified block diagram of the circuit according to the invention for detecting an interruption of the conductive connection to the NOx cell or second pump cell 140. Shown is an example of an interruption 161 of the fourth electrically conductive connection 146 between the NOx control unit 122 and the NOx counter electrode 144. The fourth electrically conductive connection 146 is also referred to as the P2 line because it connects the P2 pin of the control unit 122 to the NOx cell or the counter electrode 144. The block 162 represents the control of the setpoint or the command variable. The block 164 represents the voltage setpoint, which is fed to a block 166 for the voltage regulation, the control variable of which is in turn fed to a block 168 for the voltage driver. A measuring shunt 160 is connected between the output of the voltage driver 168 and the NOx cell 140. The voltage UP2 at the NOx cell 140 serves as a control variable for the controller 166. The signals P2N at the input of the controller 166 and P2P at the output of the operational amplifier 158 are fed to a differentially measuring analog-digital converter 170. The output of the analog-digital converter 170 represents the block 172 for evaluating the measured voltages. The evaluation The test results are fed to a line break detection logic block 174, which in turn communicates with block 162.

4 zeigt ein erweitertes Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Schaltung zur Detektion einer Unterbrechung der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle bzw. zweiten Pumpzelle 140. Im Unterschied zu 3 ist in 4 eine Kompensationsschaltung 176 dargestellt, die eine direkte Kopplung, zum Beispiel einen Feedback-Kondensator 178 zwischen dem Ausgang P2P des Operationsverstärkers 158 und dem Eingang der Regelgröße am Regler 166 bewirkt. Ein Feedback-Widerstand 180 liegt zwischen dem Eingang P2N des Reglers 166 und dem Punkt P2 an der NOx-Zelle 140. Außerdem sind in der vierten Leitung 146 zwischen dem Messwiderstand 160 und der NOx Gegenelektrode 144 des Sensorelements 110 ESD-Kondensatoren 181 auf der Steuergeräte-Seite angedeutet. In der Leitung zwischen dem Pin P2 auf der Steuergeräte-Seite und der Gegenelektrode 144 auf der Seite des Sensorelements 110 kann es zu Leitungsunterbrechungen 161 kommen, die überwacht werden sollen. 4 shows an extended block diagram of the circuit according to the invention for detecting an interruption in the conductive connection to the NOx cell or second pump cell 140. In contrast to 3 is in 4 a compensation circuit 176 is shown, which effects a direct coupling, for example a feedback capacitor 178, between the output P2P of the operational amplifier 158 and the input of the controlled variable on the controller 166. A feedback resistor 180 is located between the input P2N of the controller 166 and the point P2 on the NOx cell 140. In addition, there are ESD capacitors 181 on the control devices in the fourth line 146 between the measuring resistor 160 and the NOx counter electrode 144 of the sensor element 110 -page indicated. In the line between pin P2 on the control unit side and the counter electrode 144 on the side of the sensor element 110, line interruptions 161 can occur that should be monitored.

Die elektrische Schaltung zur Regelung der Spannung an der zweiten Pumpzelle 140 ist durch die Blöcke der Spannungsregelung 166, des Spannungstreibers 168, des Spannungs-Sollwerts 164, des Messwiderstands 160 und der zweiten Pumpzelle 140 dargestellt. Hinzu kommt der Block 162, in dem der SpannungsSollwert als Führungsgröße gesteuert wird. Es können so Sprünge oder Pulse der Führungsgröße eingeprägt werden. Die Messung des NOx-Stromes wird über den Spannungsabfall zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Spannungsregelung bestimmt. In der vereinfachten Darstellung ist dies die Spannung am Messwiderstand 160. Die differentiell gemessenen Spannungen werden mit einem Analog-Digital-Wandler 170 in digitale Messwerte gewandelt und ausgewertet. Die Logik steuert den zeitlichen Ablauf der Änderungen des Spannungssollwertes und der Messungen des Spannungsabfalls am Messwiderstand 160. Mit Hilfe dieser Werte kann eine Leitungsunterbrechung detektiert werden.The electrical circuit for regulating the voltage at the second pump cell 140 is represented by the blocks of the voltage regulation 166, the voltage driver 168, the voltage setpoint 164, the measuring resistor 160 and the second pump cell 140. There is also block 162, in which the voltage setpoint is controlled as a reference variable. In this way, jumps or pulses of the reference variable can be impressed. The measurement of the NOx current is determined by the voltage drop between the input and the output of the voltage control. In the simplified representation, this is the voltage at the measuring resistor 160. The differentially measured voltages are converted into digital measured values using an analog-digital converter 170 and evaluated. The logic controls the timing of the changes in the voltage setpoint and the measurements of the voltage drop across the measuring resistor 160. With the help of these values, a line interruption can be detected.

5 zeigt ein vereinfachtes elektrisches Modell der zweiten Pumpzelle 140 und der Schaltung im Steuergerät 122 zur Untersuchung der elektrischen Effekte von Leitungsunterbrechungen. Dabei sind gleiche Bauteile wie in den 1 bis 4 mit gleichen Bezugszeichen versehen und als elektrische Schaltzeichen dargestellt. Die Funktionen der Blöcke des Spannungsreglers 166 und des Spannungstreibers 168 werden durch einen nicht invertierenden Operationsverstärker umgesetzt. Das Signal am Eingang P2N des Operationsverstärkers 158 ist dabei die Regelgröße. Abgegriffen am Eingang P2N und Ausgang P2P des Operationsverstärkers 158 werden Signale, die einem Analog-Digital-Wandler 170 zugeführt werden. 5 shows a simplified electrical model of the second pump cell 140 and the circuit in the control unit 122 for investigating the electrical effects of line interruptions. The same components as in the 1 to 4 provided with the same reference numerals and shown as electrical circuit symbols. The functions of the blocks of the voltage regulator 166 and the voltage driver 168 are implemented by a non-inverting operational amplifier. The signal at the input P2N of the operational amplifier 158 is the controlled variable. Signals are tapped at the input P2N and output P2P of the operational amplifier 158 and fed to an analog-digital converter 170.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt aus, dass die Elektroden 142, 144 der zweiten Pumpzelle 140 große Ladungsmengen tragen und, vereinfacht dargestellt, wie ein großer Kondensator mit einer Kapazität von beispielsweise ca. 20 µP bis 50 µF wirken. Die ESD Kondensatoren 181 zum elektrischen Schutz der Schaltung auf der Seite des Steuergerätes haben hingegen nur sehr kleine Kapazitäten. Ein wichtiger Unterschied der Schaltung ist, dass es die elektrische Kompensationsschaltung 176 im Regelkreis gibt, die aus dem Feedback- Widerstand 180 und dem Feedback Kondensator 178 besteht. Das heißt, es gibt im Regelkreis eine direkte Verbindung zwischen Stellgröße und Regelgröße. Die differentielle Spannungsmessung zur Bestimmung des NOx-Stroms wird also nicht direkt am Messwiderstand 160 durchgeführt, sondern zwischen der Verbindung des Shunts 160 mit dem Spannungstreiber-Ausgang des Operationsverstärkers 158 und der Verbindung des Feedback-Widerstands 180 und des Feedback-Kondensators 178 am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers.The method according to the invention makes use of the fact that the electrodes 142, 144 of the second pump cell 140 carry large amounts of charge and, in simplified terms, act like a large capacitor with a capacity of, for example, approximately 20 μP to 50 μF. The ESD capacitors 181 for electrical protection of the circuit on the control unit side, however, only have very small capacities. An important difference in the circuit is that there is the electrical compensation circuit 176 in the control loop, which consists of the feedback resistor 180 and the feedback capacitor 178. This means that there is a direct connection between the manipulated variable and the controlled variable in the control loop. The differential voltage measurement to determine the NOx current is therefore not carried out directly on the measuring resistor 160, but between the connection of the shunt 160 to the voltage driver output of the operational amplifier 158 and the connection of the feedback resistor 180 and the feedback capacitor 178 at the inverting input of the operational amplifier.

6 zeigt einen Spannungssprung und Spannung am NOx-Mess-Shunt 160 für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle 140 gemäß einer Hardware-Simulation. 7 zeigt das Kurzzeitverhalten für den Spannungssprung und Spannung am NOx-Mess-Shunt 160 für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle 140 gemäß einer Hardware-Simulation. Mit einem Hardware-Simulationstool wurde die elektrische Schaltung des Steuergerätes 122 nachgebildet. Die NOx-Zelle 140 des Sensorelements 11 wird vereinfacht durch eine große Kapazität, z.B. 30 µF, dargestellt. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 6 die Zeit in s aufgetragen und in 7 ist die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 186 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 188 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 190 gibt die Spannung UIP2 am Messwiderstand 160 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 192 gibt die Spannung UIP2 am Messwiderstand 160 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. 6 shows a voltage jump and voltage at the NOx measurement shunt 160 for a closed and broken connection to the NOx cell 140 according to a hardware simulation. 7 shows the short-term behavior for the voltage jump and voltage at the NOx measuring shunt 160 for a closed and interrupted connection to the NOx cell 140 according to a hardware simulation. The electrical circuit of the control unit 122 was simulated using a hardware simulation tool. The NOx cell 140 of the sensor element 11 is simplified by a large capacity, for example 30 µF. On the X axis 182 is in 6 the time is plotted in s and in 7 the time is plotted in ms. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. Curve 186 indicates the voltage U P2n at the input of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is closed. Curve 188 indicates the voltage U P2n at the input of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is open. The curve 190 indicates the voltage U IP2 at the measuring resistor 160 when the electrical connection to the NOx cell 140 is closed. The curve 192 indicates the voltage U IP2 at the measuring resistor 160 when the electrical connection to the NOx cell 140 is open.

Der als Spannungsfolger geschaltete Operationsverstärker 158 der Steuergeräte-Elektronik regelt die Spannung an der NOx-Zelle140 des Sensorelements 110 auf den Sollwert 450 mV. Ein Spannungssprung wird auf die NOx-Zelle 140 aufgebracht, indem der Sollwert des als Spannungsfolger geschalteten Operationsverstärkers 158 erhöht wird. Die Simulationsdaten in 6 und 7 zeigen den gegen COM gemessenen Spannungssprung UP2n an Eingang P2N des Operationsverstärker 158, und den differentiell am Mess-Shunt 160 gemessenen Spannungsabfall UIP2. Bei einer geschlossenen elektrischen Verbindung zur NOx-Zelle 140 steigt der Strom IP2 über eine längere Zeit stetig an. Bei einer offenen elektrischen Verbindung zur NOx-Zelle 140 fließt kurzzeitig ein Ladestrom, der schnell exponentiell abklingt. Bei einer offenen Verbindung laden sich beim Spannungssprung die ESD-Kondensatoren 181 mit einer Kapazität von beispielsweise 10 nF und 3.3 n F auf der Seite des Steuergeräts 122 schnell auf, bis die neue Soll-Spannung am Kondensator anliegt. Bei einer geschlossenen Verbindung müssen über eine längere Zeit größere Ströme fließen, da bei der großen Kapazität der NOx-Zelle 140 (ca. 30 µP) deutlich größere Ladungsmengen fließen müssen, bis die Spannung an der NOx-Zelle 140 eingeregelt ist.The operational amplifier 158 of the control unit electronics, which is connected as a voltage follower, regulates the voltage at the NOx cell 140 of the sensor element 110 to the setpoint value of 450 mV. A voltage jump is applied to the NOx cell 140. by increasing the setpoint of the operational amplifier 158, which is connected as a voltage follower. The simulation data in 6 and 7 show the voltage jump U P2n measured against COM at input P2N of operational amplifier 158, and the voltage drop U IP2 measured differentially at measuring shunt 160. With a closed electrical connection to NOx cell 140, current I P2 increases steadily over a longer period of time. With an open electrical connection to NOx cell 140, a charging current flows briefly, which quickly decays exponentially. With an open connection, the ESD capacitors 181 with a capacitance of, for example, 10 nF and 3.3 n F on the side of control unit 122 charge quickly until the new target voltage is applied to the capacitor. With a closed connection, larger currents must flow over a longer period of time, since with the large capacitance of NOx cell 140 (approx. 30 µP), significantly larger amounts of charge must flow until the voltage at NOx cell 140 is regulated.

8 zeigt einen Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen P2N und P2P des NOx-Mess-ASICs, die sich von der differentiellen Spannung am Mess-Shunt 160 unterscheidet, für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle 140 gemäß einer Hardware-Simulation. 9 zeigt das Kurzzeitverhalten für den Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen des NOx-Mess-ASIC für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle 140 gemäß einer Hardware-Simulation. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 8 die Zeit in s aufgetragen und 9 ist die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 186 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 188 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 194 gibt die die differentiell gemessene Spannung UP2P-P2N an den Eingängen des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 196 gibt differentiell gemessene Spannung UP2P-P2N an den Eingängen des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. 8th shows a voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs P2N and P2P of the NOx measuring ASIC, which differs from the differential voltage at the measuring shunt 160, for a closed and broken connection to the NOx cell 140 according to a hardware simulation. 9 shows the short-term behavior for the voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs of the NOx measuring ASIC for a closed and interrupted connection to the NOx cell 140 according to a hardware simulation. On the X-axis 182, 8th the time in s and 9 the time is plotted in ms. The voltage is plotted in mV on the Y-axis 184. The curve 186 indicates the voltage U P2n at the input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140. The curve 188 indicates the voltage U P2n at the input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140. The curve 194 indicates the differentially measured voltage U P2P-P2N at the inputs of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140. The curve 196 indicates the differentially measured voltage U P2P-P2N at the inputs of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140.

Der Spannungsabfall am NOx-Shunt 160 kann, wie das Schaltungsmodell in 5 zeigt, nicht direkt vom ASIC gemessen werden. Stattdessen wird differentiell die Spannung UP2P-P2N am Eingang P2N und Ausgang P2P des Operationsverstärkers 158 gemessen. Dies sind auch die Mess-Punkte des Analog-Digital-Wandlers 170 im NOx-Mess-ASIC. Wie die Simulationsdaten in 8 und 9 zeigen, unterscheiden sich diese Signale von denen des Spannungsabfalls am Mess-Shunt 160. Bei geschlossener Leitung steigt die Spannung UP2P-P2N stetig an. Bei offener Leitung fällt diese Spannung UP2P-P2N nach einem kurzen Anstieg stetig ab.The voltage drop across the NOx shunt 160 can, as shown in the circuit model in 5 shows, cannot be measured directly by the ASIC. Instead, the voltage U P2P-P2N is measured differentially at the input P2N and output P2P of the operational amplifier 158. These are also the measuring points of the analog-digital converter 170 in the NOx measuring ASIC. Like the simulation data in 8th and 9 show, these signals differ from those of the voltage drop at the measuring shunt 160. When the line is closed, the voltage U P2P-P2N increases steadily. When the line is open, this voltage U P2P-P2N drops steadily after a short increase.

10 zeigt einen Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen des NOx-Mess-ASIC für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle 140 experimentell gemessen mit der Hardware-Schaltung des Sensor-Steuergeräts 122. 11 zeigt das Kurzzeitverhalten für den Spannungssprung und eine differentiell gemessene Spannung an den Eingängen des NOx-Mess-ASIC für eine geschlossene und unterbrochene Verbindung zur NOx-Zelle 140 experimentell gemessen mit der Hardware-Schaltung des Sensor-Steuergeräts. Die Messungen erfolgten mittels Oszilloskop. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 10 die Zeit in ms aufgetragen und in 11 ist die Zeit in s aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Oszilloskop-Messkurven in den 10 und 11 zeigen den am ASIC-Pin UP2N gegen COM gemessenen Spannungssprung sowie die zwischen den ASIC-Pins P2P und P2N differentiell gemessene Spannung. Die Kurve 186 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 188 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 194 gibt die die differentiell gemessene Spannung UP2P-P2N an den Eingängen des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 196 gibt differentiell gemessene Spannung UP2P-P2N an den Eingängen des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. In den ersten Millisekunden nach Beginn des Spannungssprungs wird das gleiche Signalverhalten beobachtet, das auch mit dem Hardware-Simulationstool berechnet wurde und in den 8 und 9 gezeigt ist. 10 shows a voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs of the NOx measurement ASIC for a closed and interrupted connection to the NOx cell 140, measured experimentally with the hardware circuit of the sensor control unit 122. 11 shows the short-term behavior for the voltage jump and a differentially measured voltage at the inputs of the NOx measuring ASIC for a closed and interrupted connection to the NOx cell 140, measured experimentally with the hardware circuit of the sensor control unit. The measurements were carried out using an oscilloscope. On the X axis 182 is in 10 the time is plotted in ms and in 11 the time is plotted in s. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. The oscilloscope measurement curves in the 10 and 11 show the voltage jump measured at the ASIC pin UP2N against COM as well as the voltage measured differentially between the ASIC pins P2P and P2N. Curve 186 indicates the voltage U P2n at the input of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is closed. Curve 188 indicates the voltage U P2n at the input of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is open. Curve 194 indicates the differentially measured voltage U P2P-P2N at the inputs of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is closed. Curve 196 indicates differentially measured voltage U P2P-P2N at the inputs of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is open. In the first milliseconds after the start of the voltage jump, the same signal behavior is observed that was also calculated with the hardware simulation tool and in the 8th and 9 is shown.

Das hier untersuchte und gezeigte Signalverhalten wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung genutzt, um ein Kriterium zur Detektion einer Unterbrechung der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle 140 herzuleiten. Dabei dient nicht die Amplitude der differentiell gemessenen Spannung UP2p-P2n als Detektionskriterium für eine Leitungsunterbrechung, sondern ihre zeitliche Änderung. Da die Messwerte der Amplitude des Antwortsignals UP2p-P2n auf einen Spannungssprung sehr stark durch Bauteilevariationen und Störungen des NOx-Signals beeinflusst werden, sind sie als Detektionskriterium nicht in jedem Fall geeignet. Die zeitliche Änderung des differentiell gemessenen Antwortsignals UP2p-P2n auf einen Spannungssprung oder Spannungspuls hat als Detektionskriterium für eine Leitungsunterbrechung deutlich bessere Robustheit gegen Bauteilevariationen oder gegen Störungen des NOx-Signals. So können falsch positive Detektionen einer Leitungsunterbrechung vermieden werden.The signal behavior examined and shown here is used in the context of the present invention to derive a criterion for detecting an interruption of the conductive connection to the NOx cell 140. In this case, it is not the amplitude of the differentially measured voltage U P2p-P2n that serves as the detection criterion for a line interruption, but rather its change over time. Since the measured values of the amplitude of the response signal U P2p-P2n to a voltage jump are very strongly influenced by component variations and disturbances in the NOx signal, they are not suitable as a detection criterion in every case. The change over time of the differentially measured response signal U P2p-P2n to a voltage jump or voltage pulse has As a detection criterion for a line break, it offers significantly better robustness against component variations or against interference with the NOx signal. This way, false positive detections of a line break can be avoided.

Insbesondere ist oben gezeigt, dass die Stromantwort innerhalb der ersten Millisekunden eines Spannungspulses ein eindeutiges Kriterium dafür liefern kann, ob die leitende Verbindung zum Sensorelement 110 unterbrochen ist. Aus diesem Grund genügt zur Detektion einer Leitungsunterbrechung ein kurzer Spannungspuls von ca. 2 ms bis 5 ms Länge. Eine kurze Dauer dieser Diagnose-Signale ist auch wichtig, da das Monitoring der Leitungen hinsichtlich einer Fehlfunktion nicht die Messung des NOx-Signals (Strom IP2) zu lange unterbrechen oder zu sehr stören soll.In particular, it is shown above that the current response within the first milliseconds of a voltage pulse can provide a clear criterion as to whether the conductive connection to the sensor element 110 is interrupted. For this reason, a short voltage pulse of approx. 2 ms to 5 ms in length is sufficient to detect a line interruption. A short duration of these diagnostic signals is also important because the monitoring of the lines for a malfunction should not interrupt the measurement of the NOx signal (current I P2 ) for too long or disrupt it too much.

Da einzelne Spannungspulse aufgrund der Ladungsverschiebungen an der NOx-Elektrode das empfindliche NOx-Mess-Signal UIP2 stören und verfälschen können, werden Spannungs-Pulspaare auf die Leitung 146 gegeben. Der erste Puls und der darauffolgende Gegenpuls haben die gleiche Dauer und den gleichen Betrag der Amplitude, aber eine Polarität mit entgegengesetzten Vorzeichen. Das Integral der beiden jeweils positiven und negativen Pulse soll gleich Null sein.Since individual voltage pulses can disturb and distort the sensitive NOx measurement signal U IP2 due to charge shifts on the NOx electrode, voltage pulse pairs are sent to line 146. The first pulse and the following counterpulse have the same duration and the same amplitude, but a polarity with opposite signs. The integral of the two positive and negative pulses should be zero.

12 zeigt verschiedene Spannungs-Messsignale gemessen mit einem Oszilloskop. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 12 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Der obere Teil von 12 zeigt einen am ASIC-Pin P2N gegen COM gemessenen Spannungs-Doppelpuls mit entgegengesetzter Polarität. Die Messkurven im unteren Teil von 12 zeigen die mit einem Oszilloskop differentiell am Shunt 160 gemessene Spannung UIP2 und die differentiell zwischen des ASIC-Pins P2P und P2N gemessene Spannung UP2P-P2n. Die Kurve 186 gibt die Spannung UP2n am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 188 gibt die Spannung UP2n am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Signale der Kurven 188 und 186 sind nahezu gleich. Die Kurve 190 gibt die Spannung UIP2 am Messwiderstand 160 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 192 gibt die Spannung UIP2 am Messwiderstand 160 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 194 gibt die die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 196 gibt differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n an den Eingängen des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Beide Signale wurden sowohl für den Fall einer leitenden Verbindung zur NOx-Zelle 140 als auch für den Fall einer Leitungsunterbrechung gemessen. Beim Vergleich der beiden differentiell gemessenen Signale UP2p-P2n ist gut der Einfluss des Feedback-Widerstands 180 und des Feedback-Kondensators 178 zu erkennen. Eine direkte Messung des Signals am Shunt 160 wäre aus schaltungstechnischen Gründen sehr aufwändig. Die Amplitude des differentiellen Signals UP2p-P2n am ASIC Mess-Eingang ist deutlich kleiner als die des Signals am Mess-Shunt 160. Diese Messung zeigt, warum die zeitliche Änderung des Antwortsignals ein robusteres Kriterium liefert als die Amplitude. 12 shows various voltage measurement signals measured with an oscilloscope. On the X-axis 182 is 12 the time in ms. On the Y-axis 184 the voltage is plotted in mV. The upper part of 12 shows a voltage double pulse with opposite polarity measured at the ASIC pin P2N against COM. The measurement curves in the lower part of 12 show the voltage U IP2 measured differentially at the shunt 160 with an oscilloscope and the voltage U P2P-P2n measured differentially between the ASIC pins P2P and P2N. Curve 186 gives the voltage U P2n at the inverting input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140. Curve 188 gives the voltage U P2n at the inverting input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140. The signals of curves 188 and 186 are almost identical. Curve 190 gives the voltage U IP2 at the measuring resistor 160 with a closed electrical connection to the NOx cell 140. Curve 192 gives the voltage U IP2 at the measuring resistor 160 with an open electrical connection to the NOx cell 140. Curve 194 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 when the electrical connection to the NOx cell 140 is closed. Curve 196 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n at the inputs of the operational amplifier 158 when the electrical connection to the NOx cell 140 is open. Both signals were measured both for the case of a conductive connection to the NOx cell 140 and for the case of a line break. When comparing the two differentially measured signals U P2p-P2n, the influence of the feedback resistor 180 and the feedback capacitor 178 can be clearly seen. A direct measurement of the signal at the shunt 160 would be very complex for circuitry reasons. The amplitude of the differential signal U P2p-P2n at the ASIC measuring input is significantly smaller than that of the signal at the measuring shunt 160. This measurement shows why the temporal change of the response signal provides a more robust criterion than the amplitude.

Die zuvor beschriebenen Pulspaare werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Monitoring-Pulse bezeichnet, da mit ihnen in 500 ms Intervallen die leitende Verbindung 146 zur NOx-Zelle 140 überwacht wird und Unterbrechungen der Leitung 146 detektiert werden können. Die zeitliche Änderung des Antwortsignals UP2p-P2n auf einen Spannungspuls wird bestimmt, während der erste Puls des Pulspaares auf die Leitung 146 gegeben wird. Zu vorbestimmten Zeiten zu Beginn der Pulsantwort und kurz vor ihrem Ende wird der Spannungswert UP2p-P2n gemessen.The previously described pulse pairs are also referred to as monitoring pulses in the context of the present invention, since they are used to monitor the conductive connection 146 to the NOx cell 140 at 500 ms intervals and to detect interruptions in the line 146. The temporal change in the response signal U P2p-P2n to a voltage pulse is determined while the first pulse of the pulse pair is applied to the line 146. The voltage value U P2p-P2n is measured at predetermined times at the beginning of the pulse response and shortly before its end.

13 zeigt verschiedene Spannungs-Messsignale. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 13 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Der obere Teil von 13 zeigt einen am ASIC-Pin P2N gegen COM gemessenen Spannungs-Doppelpuls mit entgegengesetzter Polarität. Die Messkurve im unteren Teil von 13 zeigt die differentiell zwischen des ASIC-Pins P2P und P2N gemessene Spannung UP2p-P2n. Die Kurve 186 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 194 gibt die die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n an den Eingängen des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. 13 shows various voltage measurement signals. On the X axis 182 is in 13 the time is plotted in ms. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. The upper part of 13 shows a voltage double pulse with opposite polarity measured at the ASIC pin P2N against COM. The measurement curve in the lower part of 13 shows the voltage U P2p-P2n measured differentially between the ASIC pins P2P and P2N. Curve 186 indicates the voltage U P2n at the input of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is closed. Curve 194 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n at the inputs of operational amplifier 158 when the electrical connection to NOx cell 140 is closed.

13 zeigt die Zeitpunkte der beiden Spannungsmessungen innerhalb der Pulsantwort. Zwischen diesen beiden Spannungswerten wird ein Differenzsignal gebildet DUP2P-P2n = UP2p-P2n (2nd sample) - UP2p-P2n (1st sample). Dieses Differenzsignal dient als Detektionskriterium. Dabei bezeichnet 2nd sample die Messung kurz vor Ende des Pulses und 1st sample die Messung zu Beginn des Pulses. 13 shows the times of the two voltage measurements within the pulse response. A difference signal is formed between these two voltage values DU P2P-P2n = U P2p-P2n (2nd sample) - U P2p-P2n (1st sample). This difference signal serves as a detection criterion. 2nd sample refers to the measurement shortly before the end of the pulse and 1st sample refers to the measurement at the beginning of the pulse.

14 zeigt verschiedene Spannungs-Messsignale gemessen mit einem Oszilloskop. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 14 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Der obere Teil von 14 zeigt einen am ASIC-Pin P2N gegen COM gemessenen Spannungs-Doppelpuls mit entgegengesetzter Polarität. Die Messkurven im unteren Teil von 14 zeigen die mit einem Oszilloskop differentiell zwischen des ASIC-Pins P2P und P2N gemessene Spannung UP2P-P2n. Die Kurve 186 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 188 gibt die Spannung UP2n am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 194 gibt die die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 196 gibt differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. 14 shows various voltage measurement signals measured with an oscilloscope. On the X-axis 182 is 14 the time in ms. On the Y-axis 184 the voltage in mV. The upper part of 14 shows a voltage double pulse with opposite polarity measured at the ASIC pin P2N against COM. The measurement curves in the lower part of 14 show the voltage U P2P-P2n measured differentially between the ASIC pins P2P and P2N with an oscilloscope. The curve 186 indicates the voltage U P2n at the input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140. The curve 188 indicates the voltage U P2n at the inverting input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140. The curve 194 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140. The curve 196 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140.

Die Oszilloskop-Mess-Signale in 14 zeigen die unterschiedlichen UP2p-P2n Antwortsignale bei geschlossener Verbindung zur NOx-Zelle 140 und bei einer Unterbrechung der Leitung. Es ist gut zu erkennen, dass bei geschlossener (leitender) Verbindung das Differenzsignal DUP2p-P2n einen deutlich größeren Wert hat als bei einer Leitungsunterbrechung.The oscilloscope measurement signals in 14 show the different U P2p-P2n response signals when the connection to the NOx cell 140 is closed and when the line is interrupted. It is easy to see that when the connection is closed (conductive), the difference signal DU P2p-P2n has a significantly larger value than when the line is interrupted.

15 zeigt interne Signale der Auswerteinheit im Steuergerät 122 innerhalb des Monitoring-Pulses. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 15 die Zeit in s aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 198 im oberen Teil von 15 gibt Abtastwerte zu Beginn des Monitoring-Pulses für UP2p-P2n (1st sample) an. Die Kurve 200 im oberen Teil von 15 gibt Abtastwerte gegen Ende des Monitoring-Pulses für UP2p-P2n (2nd sample) an. Die Kurve 202 gibt das NOx-Messsignal UIP2 zwischen P2P und P2N an, das gemessen wird, wenn kein Detektionspuls aktiv ist. Die Kurve 204 im unteren Teil von 15 gibt das Differenzsignal DUP2P-P2n = UP2p-P2n (2nd sample) - UP2p-P2n (1st sample) an. Aus den beiden Abtastwerten innerhalb des Monitoring Pulses, UP2p-P2n (2nd sample) und UP2p-P2n (1st sample) wird das Differenzsignal DUP2p-P2n gebildet. In dem Beispiel in 15 ist die Verbindung zur NOx-Zelle 140 zunächst leitend, wie durch den zeitlichen Bereich 206 angegeben, dann wird sie kurzzeitig unterbrochen, wie durch den zeitlichen Bereich 208 angegeben, und nach einigen Sekunden ist sie wieder leitend (geschlossen), wie durch den zeitlichen Bereich 210 angegeben. 15 shows internal signals from the evaluation unit in the control unit 122 within the monitoring pulse. On the X axis 182 is in 15 the time is plotted in s. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. The curve 198 in the upper part of 15 indicates sample values at the beginning of the monitoring pulse for U P2p-P2n (1st sample). The curve 200 in the upper part of 15 indicates sample values towards the end of the monitoring pulse for U P2p-P2n (2nd sample). Curve 202 indicates the NOx measurement signal U IP2 between P2P and P2N, which is measured when no detection pulse is active. The curve 204 in the lower part of 15 indicates the difference signal DU P2P-P2n = U P2p-P2n (2nd sample) - U P2p-P2n (1st sample). The difference signal DU P2p-P2n is formed from the two sample values within the monitoring pulse, U P2p-P2n (2nd sample) and U P2p-P2n (1st sample). In the example in 15 If the connection to the NOx cell 140 is initially conductive, as indicated by the time area 206, then it is briefly interrupted, as indicated by the time area 208, and after a few seconds it is conductive (closed) again, as indicated by the time area 210 stated.

16 zeigt das Differenzsignal DUP2p-P2n der Auswerteinheit im Steuergerät 122 innerhalb des Monitoring-Pulses. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 16 die Zeit in s aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 204 gibt das Differenzsignal DUP2P-P2n = UP2p-P2n (2nd sample) - UP2p-P2n (1st sample) an. Das Differenzsignal DUP2p-P2n, das zur Detektion einer Leitungsunterbrechung genutzt wird, ist in 16 somit nochmals dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Schwellwert 212 in Form einer Spannungsschwelle definiert Liegt das Differenzsignal DUP2p-P2n unterhalb des Schwellwerts 212, wird eine Unterbrechung der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle 140 detektiert. Liegt das Differenzsignal DUP2p-P2n oberhalb dieses Schwellwerts 212, so wird die Verbindung als intakt angesehen. 16 shows the difference signal DU P2p-P2n of the evaluation unit in the control unit 122 within the monitoring pulse. On the X-axis 182, 16 the time in s. The voltage in mV is plotted on the Y-axis 184. The curve 204 indicates the difference signal DU P2P-P2n = U P2p-P2n (2nd sample) - U P2p-P2n (1st sample). The difference signal DU P2p-P2n , which is used to detect a line break, is in 16 thus shown again. Within the scope of the present invention, a threshold value 212 is defined in the form of a voltage threshold. If the difference signal DU P2p-P2n is below the threshold value 212, an interruption of the conductive connection to the NOx cell 140 is detected. If the difference signal DU P2p-P2n is above this threshold value 212, the connection is considered to be intact.

Werden Pulse periodisch auf ein geregeltes elektrisches System aufgebracht, besteht allerdings die Möglichkeit, dass das System gestört oder periodisch angeregt wird. Hinsichtlich der oben beschriebenen elektrischen Schaltung der NOx-Zelle 140 bedeutet dies, dass die Puls-Paare zur Detektion der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle 140 möglicherweise eine Verschiebung des NOx-Mess-Signals verursachen können. Fällt die Resonanzfrequenz der Regelungsschaltung der Spannung an der NOx-Zelle 140 mit einer Anregungsfrequenz zusammen, kann es zu oszillierenden Störungen auf dem Mess-Signal kommen.However, if pulses are periodically applied to a controlled electrical system, there is the possibility that the system will be disturbed or periodically excited. With regard to the electrical circuit of the NOx cell 140 described above, this means that the pulse pairs for detecting the conductive connection to the NOx cell 140 may cause a shift in the NOx measurement signal. If the resonance frequency of the control circuit of the voltage on the NOx cell 140 coincides with an excitation frequency, oscillating disturbances in the measurement signal may occur.

Um Ladungsverschiebungen an den NOx-Elektroden 142, 144 auszugleichen, folgt dem ersten Messpuls ein gleich großer Gegenpuls mit umgekehrter Spannungspolarität. Aufgrund der elektrischen Eigenschaften der Sensor-Keramik und der elektrischen Beschaltung können, obwohl Puls und Gegenpuls die gleiche Dauer und den gleichen Betrag der Amplitude haben, geringe Ladungsverschiebungen nach den Messpulsen auftreten. Abhängig davon, ob der erste Puls positive oder negative Polarität aufweist, kann es möglicherweise zu einem geringen positiven oder negativen Offset des Mess-Signals kommen.In order to compensate for charge shifts on the NOx electrodes 142, 144, the first measurement pulse is followed by a counterpulse of the same size with reversed voltage polarity. Due to the electrical properties of the sensor ceramic and the electrical circuitry, although the pulse and counter-pulse have the same duration and the same amplitude, small charge shifts can occur after the measurement pulses. Depending on whether the first pulse has positive or negative polarity, there may possibly be a small positive or negative offset of the measurement signal.

Um eine Verschiebung des Mess-Signals zu vermeiden, kann die Polarität der Pulsfolge gewechselt werden, so dass sich die Ladungsverschiebungen wieder ausgleichen.To avoid a shift in the measurement signal, the polarity of the pulse sequence can be changed so that the charge shifts balance out again.

17 zeigt verschiedene Spannungs-Messsignale gemessen mit einem Oszilloskop. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 17 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Der obere Teil von 17 zeigt am ASIC-Pin P2N gegen COM gemessene Spannungs-Doppelpulse mit entgegengesetzter Polarität. Die Messkurven im mittleren Teil von 17 zeigen die mit einem Oszilloskop differentiell zwischen des ASIC-Pins P2P und P2N gemessene Spannung UP2p-P2n. Der untere Teil von 17 gibt für das Differenzsignal DUP2p-P2n die Spannungsniveaus bei geschlossener oder unterbrochener Leitung an. Die Kurve 214 gibt die Spannung UP2n - COM am ASIC-Pin P2N gegen COM gemessen bei Spannungs-Doppelpulse mit entgegengesetzter Polarität an. Die Kurve 216 gibt die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 an. Die Kurve 218 gibt das Niveau des Spannungs-Differenzsignals DUP2p-P2n bei geschlossener Leitung für einen Puls mit positiver Polarität an. Die Kurve 220 gibt den Schwellwert bei positiver Polarität an. Die Kurve 222 gibt das Niveau des Spannungs-Differenzsignals DUP2P-P2n bei unterbrochener Leitung für einen Puls mit positiver Polarität an. Die Kurve 228 gibt das Niveau des Spannungs-Differenzsignals DUP2p-P2n bei geschlossener Leitung für einen Puls mit negativer Polarität an. Die Kurve 226 gibt den Schwellwert bei negativer Polarität an. Die Kurve 224 gibt das Niveau des Spannungs-Differenzsignals DUP2P-P2n bei unterbrochener Leitung für einen Puls mit negativer Polarität an. Um einen möglichen Offset des NOx-Mess-Signals zu vermeiden, wird die Polarität der Pulspaare so geändert, dass der erste Puls gleich häufig eine positive oder negative Polarität hat. 17 shows various voltage measurement signals measured with an oscilloscope. On the X-axis 182 is 17 the time in ms. On the Y-axis 184 the voltage is plotted in mV. The upper part of 17 shows voltage double pulses with opposite polarity measured at ASIC pin P2N against COM. The measurement curves in the middle part of 17 show the voltage U P2p-P2n measured differentially between the ASIC pins P2P and P2N with an oscilloscope. The lower part of 17 gives for the diff ference signal DU P2p-P2n the voltage levels when the line is closed or broken. Curve 214 gives the voltage U P2n - COM at the ASIC pin P2N against COM measured for double voltage pulses with opposite polarity. Curve 216 gives the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158. Curve 218 gives the level of the voltage difference signal DU P2p-P2n when the line is closed for a pulse with positive polarity. Curve 220 gives the threshold value for positive polarity. Curve 222 gives the level of the voltage difference signal DU P2P-P2n when the line is broken for a pulse with positive polarity. Curve 228 gives the level of the voltage difference signal DU P2p-P2n when the line is closed for a pulse with negative polarity. Curve 226 indicates the threshold value for negative polarity. Curve 224 indicates the level of the voltage difference signal DU P2P-P2n when the line is interrupted for a pulse with negative polarity. To avoid a possible offset of the NOx measurement signal, the polarity of the pulse pairs is changed so that the first pulse has a positive or negative polarity equally often.

Um zu vermeiden, dass das Signal zur Detektion einer Unterbrechung der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle 140 eine charakteristische Frequenz hat, die möglicherweise mit der Resonanzfrequenz des Systems zusammenfällt, wird eine Technik verwendet, die die Frequenzen der Anregung durch die Monitoringpulse über das Spektrum verteilt.To avoid that the signal for detecting an interruption of the conductive connection to the NOx cell 140 has a characteristic frequency that may coincide with the resonance frequency of the system, a technique is used that distributes the frequencies of the excitation by the monitoring pulses over the spectrum.

18 zeigt eine beispielhafte Definition der Abfolge der wechselnden Polarität der Pulspaare bei einer Sequenz von 16 Pulspaaren. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 18 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die am ASIC-Pin P2N gegen COM gemessene Spannung UP2n-COM aufgetragen. Die Kurve 230 gibt die Spannungspulse an. In der in 18 beschriebenen Umsetzung kann die Abfolge der Pulspaare deren erster Puls positive oder negative Polarität hat, definiert werden. In diesem Beispiel wird eine sich wiederholende Sequenz von 16 Pulspaaren definiert. Durch die unregelmäßige Abfolge der Pulswechsel kann vermieden werden, dass das Detektionssignal eine Frequenz ausbildet, die mit der Resonanzfrequenz der NOx-Zelle 140 zusammenfällt. Neben einer Abfolge von Pulspaaren können alternativ auch einzelne Pulse in der Sequenz ausgelassen werden, um die spektrale Charakteristik weiter zu verbessern. 18 shows an example definition of the sequence of alternating polarity of the pulse pairs in a sequence of 16 pulse pairs. On the X-axis 182, 18 the time in ms. The voltage U P2n-COM measured at the ASIC pin P2N against COM is plotted on the Y-axis 184. The curve 230 indicates the voltage pulses. In the 18 In the implementation described, the sequence of pulse pairs, the first pulse of which has positive or negative polarity, can be defined. In this example, a repeating sequence of 16 pulse pairs is defined. The irregular sequence of pulse changes can prevent the detection signal from forming a frequency that coincides with the resonance frequency of the NOx cell 140. In addition to a sequence of pulse pairs, individual pulses in the sequence can also be omitted in order to further improve the spectral characteristics.

19 zeigt eine beispielhafte die spektrale Verteilung des NOx Mess-Signals für die Fälle, dass keine Monitoring-Pulse aufgebracht werden, dass Pulse mit gleicher Polarität des ersten Pulses aufgebracht werden, oder dass Pulse mit wechselnder Polarität des ersten Pulses aufgebracht werden. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 19 die Frequenz f in Hz aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die spektrale Leistungsdichte als Betrag P1(f) aufgetragen. 19 shows an example of the spectral distribution of the NOx measurement signal for the cases where no monitoring pulses are applied, where pulses with the same polarity as the first pulse are applied, or where pulses with alternating polarity of the first pulse are applied. On the X-axis 182, 19 the frequency f is plotted in Hz. On the Y-axis 184, the spectral power density is plotted as the magnitude P1(f).

Die Kurve 232 gibt die spektrale Verteilung des NOx Mess-Signals für den Fall an, dass keine Monitoring-Pulse aufgebracht werden. Die Kurve 234 gibt die spektrale Verteilung des NOx Mess-Signals für den Fall an, dass Pulse mit gleicher Polarität des ersten Pulses aufgebracht werden. Die Kurve 236 gibt die spektrale Verteilung des NOx Mess-Signals für den Fall an, dass Pulse mit wechselnder Polarität des ersten Pulses aufgebracht werden. Gut zu erkennen sind die spektralen Linien, die durch die sich Monitoring-Pulse verursacht werden, die sich mit einer 2 Hz-Frequenz wiederholen. Mögliche Verschiebungen des NOx-Signals können durch eine Analyse der Verteilung der relativen Häufigkeit der NOx-Messwerte bestimmt werden.Curve 232 indicates the spectral distribution of the NOx measurement signal when no monitoring pulses are applied. Curve 234 indicates the spectral distribution of the NOx measurement signal when pulses with the same polarity as the first pulse are applied. Curve 236 indicates the spectral distribution of the NOx measurement signal when pulses with alternating polarity of the first pulse are applied. The spectral lines caused by the monitoring pulses that repeat at a frequency of 2 Hz are clearly visible. Possible shifts in the NOx signal can be determined by analyzing the distribution of the relative frequency of the NOx measurement values.

20 zeigt an Umgebungsluft Häufigkeitsverteilungen eines NOx-Signals. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 20 der Gehalt an NOx in ppm aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die relative Häufigkeit dimensionslos aufgetragen. Die Kurve 238 gibt die Häufigkeitsverteilung des NOx Mess-Signals für den Fall an, dass keine Monitoring-Pulse aufgebracht werden. Die Kurve 240 gibt die Häufigkeitsverteilung des NOx Mess-Signals für den Fall an, dass Pulse mit gleicher Polarität des ersten Pulses aufgebracht werden. Die Kurve 242 gibt die Häufigkeitsverteilung des NOx Mess-Signals für den Fall an, dass Pulse mit wechselnder Polarität des ersten Pulses aufgebracht werden. Insbesondere zeigt 20 die Häufigkeitsverteilung eines NOx-Signals, bei dem keine Detektionspulse aufgebracht werden. Diese Verteilung wird mit einem NOx-Messsignal verglichen, bei dem Monitoringpulse aufgebracht werden, bei denen der erste Puls des Pulspaares immer eine positive Polarität hat. Hier wird der Mittelwert des NOx-Mess-Signals um ca. 0,5 ppm verschoben. Haben die Monitoringpulse jedoch eine wechselnde Polarität des ersten Pulses (mit unregelmäßiger Abfolge, s.o.), so entspricht der Mittelwert des NOx-Mess-Signals demjenigen eines NOx-Mess-Signals, bei dem keine Pulse aufgebracht werden. 20 shows the frequency distribution of a NOx signal in ambient air. On the X-axis 182, 20 the NOx content is plotted in ppm. The relative frequency is plotted dimensionlessly on the Y-axis 184. Curve 238 indicates the frequency distribution of the NOx measurement signal for the case that no monitoring pulses are applied. Curve 240 indicates the frequency distribution of the NOx measurement signal for the case that pulses with the same polarity as the first pulse are applied. Curve 242 indicates the frequency distribution of the NOx measurement signal for the case that pulses with alternating polarity of the first pulse are applied. In particular, 20 the frequency distribution of a NOx signal where no detection pulses are applied. This distribution is compared with a NOx measurement signal where monitoring pulses are applied, where the first pulse of the pulse pair always has a positive polarity. Here, the mean value of the NOx measurement signal is shifted by approx. 0.5 ppm. However, if the monitoring pulses have a changing polarity of the first pulse (with an irregular sequence, see above), the mean value of the NOx measurement signal corresponds to that of a NOx measurement signal where no pulses are applied.

Das erfindungsgemäße Detektionsverfahren, das die zeitliche Änderung des Antwortsignals UP2p-P2n auf einen Spannungspuls nutzt, ist deutlich robuster gegen Änderungen und Driften der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements und der Bauteile auf der Steuergeräteseite. Die Steigung der Pulsantwort kann insbesondere durch Änderungen des Feedback-Kondensators 178 beeinflusst werden.The detection method according to the invention, which uses the temporal change in the response signal U P2p-P2n to a voltage pulse, is significantly more robust against changes and drifts in the electrical properties of the sensor element and the components on the control device side. The slope of the pulse response can be influenced in particular by changes in the feedback capacitor 178.

21 zeigt die Änderung der Steigung der Pulsantwort unter Annahme der größten spezifizierten Drift dieses Bauteils (Bauteilestreuung, Temperatur, Alterung). Auf der X-Achse 182 ist dabei in 21 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Der obere Teil von 21 zeigt am ASIC-Pin P2N gegen COM gemessene Spannung UP2n. Die Messkurven im unteren Teil von 21 zeigen die differentiell zwischen den ASIC-Pins P2P und P2N gemessene Spannung UP2P-P2n. Die Kurve 244 gibt die Spannung UP2n am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und typischer Bauteile der Steuerung 122 an. Die Kurve 246 gibt die Spannung UP2n am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und typischer Bauteile der Steuerung 122 an. Die Kurve 248 gibt die Spannung UP2n am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und Bauteildrift an. Die Kurve 250 gibt die Spannung UP2n am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und Bauteildrift an. Die Kurve 252 gibt die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n an, die zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und typischer Bauteile der Steuerung 122 , gemessen wird. Die Kurve 254 gibt die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und typischer Bauteile der Steuerung 122 an. Die Kurve 256 gibt die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und Bauteildrift an. Die Kurve 258 gibt differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 und Bauteildrift an. Werden die ungünstigsten (worst-case) Bauteiledriften- und Variationen kombiniert, verringert sich der Abstand der Spannungswerte des Differenzsignal DUP2p-P2n, das zur Detektion einer Leitungsunterbrechung genutzt wird. 21 shows the change in the slope of the pulse response assuming the largest specified drift of this component (component scatter, temperature, aging). On the X-axis 182, 21 the time in ms. On the Y-axis 184 the voltage is plotted in mV. The upper part of 21 shows the voltage U P2n measured at the ASIC pin P2N against COM. The measurement curves in the lower part of 21 show the voltage U P2P-P2n measured differentially between the ASIC pins P2P and P2N. The curve 244 indicates the voltage U P2n at the inverting input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140 and typical components of the controller 122. The curve 246 indicates the voltage U P2n at the inverting input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140 and typical components of the controller 122. The curve 248 indicates the voltage U P2n at the inverting input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140 and component drift. The curve 250 indicates the voltage U P2n at the inverting input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140 and component drift. Curve 252 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n that is measured between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140 and typical components of the controller 122. Curve 254 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140 and typical components of the controller 122. Curve 256 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 with a closed electrical connection to the NOx cell 140 and component drift. Curve 258 indicates differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 with an open electrical connection to the NOx cell 140 and component drift. If the worst-case component drifts and variations are combined, the distance between the voltage values of the difference signal DU P2p-P2n , which is used to detect a line break, decreases.

22 zeigt das Differenzsignal DUP2P-P2n für typische Bauteilewerte und für den Fall der Kombination von Worst-Case-Werten. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 22 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 260 gibt das Differenzsignal DUP2P-P2n für typische Bauteilewerte an. Die Kurve 262 gibt das Differenzsignal DUP2P-P2n für den Fall der Kombination von Worst-Case-Werten an. Insbesondere zeigt 22 die Differenzsignals DUP2P-P2n für den Fall einer leitenden Verbindung, wie durch einen zeitlichen Bereich 264 angegeben, und einer unterbrochenen Verbindung, wie durch einen zeitlichen Bereich 266 angegeben. Der Abstand zum Detektionsschwellwert 212 ist aber immer noch groß genug, um ein robustes Monitoring durchzuführen. Ein wichtiger Vorteil des Detektionsverfahrens, das die zeitliche Änderung des Antwortsignals UP2p-P2n auf einen Spannungspuls nutzt, ist die Robustheit gegen Störungen des NOx-Signals. 22 shows the difference signal DU P2P-P2n for typical component values and for the combination of worst-case values. On the X axis 182 is in 22 the time is plotted in ms. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. Curve 260 indicates the difference signal DU P2P-P2n for typical component values. Curve 262 indicates the difference signal DU P2P-P2n for the case of combining worst-case values. In particular shows 22 the difference signal DU P2P-P2n for the case of a conductive connection, as indicated by a time range 264, and a broken connection, as indicated by a time range 266. However, the distance to the detection threshold 212 is still large enough to carry out robust monitoring. An important advantage of the detection method, which uses the temporal change in the response signal U P2p-P2n to a voltage pulse, is its robustness against interference with the NOx signal.

23 zeigt interne Signale der Auswerteinheit im Steuergerät 122 innerhalb des Monitoring-Pulses. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 23 die Zeit in s aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 268 im oberen Teil von 15 gibt Abtastwerte zu Beginn des Monitoring-Pulses für UP2p-P2r, (1st sample) an. Die Kurve 270 im oberen Teil von 23 gibt Abtastwerte gegen Ende des Monitoring-Pulses für UP2p-P2n (2nd sample) an. Die Kurve 272 gibt das Messsignal UIP2 am Messwiderstand 160 an. Die Kurve 274 im unteren Teil von 23 gibt das Differenzsignal DUP2p-P2n = UP2p-P2n (2nd sample) - UP2p-P2n (1st sample) an. Aus den beiden Abtastwerten innerhalb des Monitoring Pulses, UP2p-P2n (2nd sample) und UP2p-P2n (1st sample) wird das Differenzsignal DUP2p-P2n gebildet. In dem Beispiel in 23 ist das NOx-Signal 272 stark gestört. An der Messkurve 274 ist gut zu erkennen, dass das Differenzsignal DUP2p-P2n deutlich geringere Störungen aufweist. 23 shows internal signals from the evaluation unit in the control unit 122 within the monitoring pulse. On the X axis 182 is in 23 the time is plotted in s. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. The curve 268 in the upper part of 15 indicates sample values at the beginning of the monitoring pulse for U P2p-P2r , (1st sample). The curve 270 in the upper part of 23 indicates sample values towards the end of the monitoring pulse for U P2p-P2n (2nd sample). The curve 272 indicates the measurement signal U IP2 at the measuring resistor 160. The curve 274 in the lower part of 23 indicates the difference signal DU P2p-P2n = U P2p-P2n (2nd sample) - U P2p-P2n (1st sample). The difference signal DU P2p-P2n is formed from the two sample values within the monitoring pulse, U P2p-P2n (2nd sample) and U P2p-P2n (1st sample). In the example in 23 the NOx signal 272 is severely disturbed. It can be clearly seen from the measurement curve 274 that the difference signal DU P2p-P2n has significantly lower interference.

24 zeigt Verteilungsdichtefunktionen des Differenzsignals DUP2p-P2n und des NOx Mess-Signals UIP2. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 24 die Spannung in mV aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die relative Häufigkeit dimensionslos aufgetragen. Die Kurve 276 gibt das Differenzsignal DUP2P-P2n an. Die Kurve 278 gibt das NOx Mess-Signal UIP2 an. Die im Vergleich zum NOx-Signal UIP2 geringe Störung des Differenzsignals DUP2p-P2n zeigen die Wahrscheinlichkeitsdichten der Signale in 24. 24 shows distribution density functions of the difference signal DU P2p-P2n and the NOx measurement signal U IP2 . On the X-axis 182 is 24 the voltage is plotted in mV. The relative frequency is plotted dimensionlessly on the Y-axis 184. Curve 276 indicates the difference signal DU P2P-P2n . Curve 278 indicates the NOx measurement signal U IP2 . The low disturbance of the difference signal DU P2p-P2n compared to the NOx signal U IP2 shows the probability densities of the signals in 24 .

Nachstehend wird eine alternative oder zusätzliche Modifikation oder Ergänzung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Um eine falsch-positive Detektion eines Leitungsunterbrechungs-Fehlers zu vermeiden, wird ein zweistufiges Detektionsverfahren verwendet. Mit den Monitoring-Pulsen wird in 500 ms Intervallen der Zustand der Leitung kontinuierlich überwacht. Wird mit den Monitoring-Pulsen eine mögliche Unterbrechung der elektrisch leitenden Verbindung zum Sensorelement detektiert, so wird dies nochmals mit einem Feststellungs-Puls (Determination Pulse) überprüft.An alternative or additional modification or addition to the method according to the invention is described below. In order to avoid a false-positive detection of a line interruption error, a two-stage detection method is used. The monitoring pulses are used to continuously monitor the state of the line at 500 ms intervals. If a possible interruption of the electrically conductive connection to the sensor element is detected with the monitoring pulses, this is checked again with a determination pulse.

25 zeigt ein Flussdiagramm des kontinuierlichen Monitorings der leitenden Verbindung 146 zur NOx-Zelle 140 (P2 Open Circuit Monitoring). In Schritt S10 erfolgt die oben beschriebene Strom- und/oder Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle zum Erzeugen eines Messsignals. Insbesondere werden die oben beschriebenen Spannungspulse erzeugt, beispielsweise mit einer Frequenz von 2 Hz. In Schritt S12 wird die zeitliche Veränderung des Messsignals ausgewertet. So wird überprüft, ob die zeitliche Veränderung des Messsignals den vorbestimmten Schwellwert 212 überschreitet oder nicht. Dies kann für zwei aufeinanderfolgen Spannungspulse erfolgen. Wird der Schwellwert bei der Feststellung in Schritt S12 überschritten, schreitet das Verfahren zu Schritt S14 fort und die elektrisch leitende Verbindung 146 wird als intakt identifiziert. Daraufhin kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück. Wird der Schwellwert bei der Feststellung in Schritt S12 unterschritten, schreitet das Verfahren zu Schritt S16 fort und die elektrisch leitende Verbindung 146 wird dabei vorläufig als defekt identifiziert. 25 shows a flowchart of the continuous monitoring of the conductive connection 146 to the NOx cell 140 (P2 Open Circuit Monitoring). In step S10, the above-described current and/or voltage excitation of the second pump cell takes place to generate a measurement signal. In particular, the voltage pulses described above are generated, for example with a frequency of 2 Hz. In step S12, the change over time in the measurement signal is evaluated. It is thus checked whether the temporal change in the measurement signal exceeds the predetermined threshold value 212 or not. This can be done for two consecutive voltage pulses. If the threshold value is exceeded during the determination in step S12, the method proceeds to step S14 and the electrically conductive connection 146 is identified as intact. The process then returns to step S10. If the threshold value is undershot during the determination in step S12, the method proceeds to step S16 and the electrically conductive connection 146 is provisionally identified as defective.

Zum Plausibilisieren wird in Schritt S16 mindestens ein Feststellung-Spannungspuls für eine vorbestimmte Feststellungszeit an die zweite Pumpzelle 140 angelegt wird. Dabei wird die zeitliche Veränderung des Messsignals durch Berechnen einer Differenz zwischen einem ersten Messwert des Messsignals zu Beginn des Spannungspulses und einem zweiten Messwert des Messsignals zu Ende des Feststellung-Spannungspulses ermittelt. Die Feststellungszeit für den Feststellungs-Spannungspuls ist länger als die vorbestimmte Zeit für den Spannungspuls. In Schritt S18 wird die zeitliche Veränderung des Messsignals ausgewertet. So wird überprüft, ob die zeitliche Veränderung des Messsignals bei den Feststellung-Pulsen den vorbestimmten Schwellwert 212 überschreitet oder nicht. Dies kann für beliebig viele aufeinanderfolgen Spannungspulse erfolgen. Wird der Schwellwert bei der Feststellung in Schritt S20 überschritten, schreitet das Verfahren zu Schritt S20 fort und die elektrisch leitende Verbindung 146 wird als intakt identifiziert. Daraufhin kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück. Wird der Schwellwert bei der Feststellung in Schritt S16 unterschritten, schreitet das Verfahren zu Schritt S22 fort und die elektrisch leitende Verbindung 146 wird dabei als defekt identifiziert. Optional können in Schritt S24 Entprellbedingungen festgelegt werden und das Verfahren kehrt dann zu Schritt S10 zurück.To check plausibility, at least one detection voltage pulse is applied to the second pump cell 140 for a predetermined detection time in step S16. The temporal change in the measurement signal is determined by calculating a difference between a first measured value of the measurement signal at the beginning of the voltage pulse and a second measured value of the measurement signal at the end of the detection voltage pulse. The detection time for the detection voltage pulse is longer than the predetermined time for the voltage pulse. In step S18, the temporal change in the measurement signal is evaluated. In this way, it is checked whether the temporal change in the measurement signal during the detection pulses exceeds the predetermined threshold value 212 or not. This can be done for any number of consecutive voltage pulses. If the threshold value is exceeded during the determination in step S20, the method proceeds to step S20 and the electrically conductive connection 146 is identified as intact. The process then returns to step S10. If the threshold value is undershot in the determination in step S16, the method proceeds to step S22 and the electrically conductive connection 146 is identified as defective. Optionally, debounce conditions can be set in step S24 and the method then returns to step S10.

Nachstehend wird das Verfahren mit der optionalen Plausibilisierung des Messsignals ausführlicher beschrieben. Die Detektion mit diesem Feststellungs-Puls hat eine minimale Fehlerwahrscheinlichkeit. Ein im Vergleich zum Monitoring-Puls mit einer Dauer von beispielsweise 2 ms - 5 ms lang andauernder Puls von beispielsweise 20 ms - 40 ms wird auf die Leitung 146 gegeben. Die am Shunt 160 gemessene Spannungsänderung, das Differenzsignal DUP2p-P2n, zeigt bei geschlossener Leitung 146 Spannungswerte von deutlich mehr als 100 mV, während bei einer Unterbrechung der Leitung 146 Werte nahe Null gemessen werden. Aufgrund dieses, im Vergleich zum Monitoring-Puls, großen Detektionssignals ist eine Fehldetektion sehr unwahrscheinlich.The procedure with the optional plausibility check of the measurement signal is described in more detail below. Detection with this detection pulse has a minimal probability of error. A pulse of, for example, 20 ms - 40 ms, which is longer than the monitoring pulse with a duration of, for example, 2 ms - 5 ms, is sent to line 146. The voltage change measured at shunt 160, the difference signal DU P2p-P2n , shows voltage values of significantly more than 100 mV when line 146 is closed, while values close to zero are measured when line 146 is interrupted. Due to this large detection signal compared to the monitoring pulse, false detection is very unlikely.

26 zeigt die Abfolge der Anregungspulse UP2n und der Pulsantwort des differentiell gemessenen Spannungsabfalls UP2p-P2n am Shunt 160 für den Fall, dass mit den Monitoring-Pulsen eine falsch-positive Leitungsunterbrechung detektiert wird. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 26 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 280 gibt die Anregungsspannung UP2n an. Dabei sind die Monitoring-Pulse mit 282 und der Feststellungs-Puls mit 284 bezeichnet. Die Kurve 286 gibt den differentiell gemessenen Spannungsabfalls UP2p-P2n am Shunt 160 an. Dabei sind Zeiträume einer Erfassung einer geschlossenen elektrischen Verbindung zur NOx-Zelle 140 mit 288 bezeichnet und Zeiträume einer offenen elektrischen Verbindung zur NOx-Zelle 140 mit 290 bezeichnet. In dem Beispiel in 26 detektieren die Monitoring-Pulse 282 zunächst eine falsch-positive Leitungsunterbrechung. Die Antwort des Feststellungs-Pulses 284, dessen Signal UP2p-P2n stetig ansteigt, zeigt aber, dass keine Leitungsunterbrechung vorliegt. So überschreitet die zeitliche Änderung des Messsignals den Schwellwert 212. Die falsch-positive Detektion wurde erkannt und der NOx-Mess-Betrieb kann fortgesetzt werden. 26 shows the sequence of the excitation pulses U P2n and the pulse response of the differentially measured voltage drop U P2p-P2n at the shunt 160 in the event that a false-positive line interruption is detected with the monitoring pulses. On the X axis 182 is in 26 the time is plotted in ms. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. Curve 280 indicates the excitation voltage U P2n . The monitoring pulses are designated 282 and the detection pulse is designated 284. Curve 286 indicates the differentially measured voltage drop U P2p-P2n at shunt 160. Periods of detection of a closed electrical connection to the NOx cell 140 are designated 288 and periods of an open electrical connection to the NOx cell 140 are designated 290. In the example in 26 the monitoring pulses 282 initially detect a false-positive line interruption. However, the response of the detection pulse 284, whose signal U P2p-P2n increases steadily, shows that there is no line interruption. The temporal change in the measurement signal therefore exceeds the threshold value 212. The false-positive detection was detected and the NOx measurement operation can be continued.

27 zeigt die Abfolge der Anregungspulse UP2n und der Pulsantwort des differentiell gemessenen Spannungsabfalls UP2p-P2n am Shunt 160 für den Fall, dass mit den Monitoring-Pulsen eine falsch-positive Leitungsunterbrechung detektiert wird. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 27 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 280 gibt die Anregungsspannung UP2n an. Dabei sind die Monitoring-Pulse mit 282 und der Feststellungs-Puls mit 284 bezeichnet. Die Kurve 286 gibt den differentiell gemessenen Spannungsabfall UP2p-P2n am Shunt 160 an. Dabei sind Zeiträume einer Erfassung einer geschlossenen elektrischen Verbindung zur NOx-Zelle 140 mit 288 bezeichnet und Zeiträume einer offenen elektrischen Verbindung zur NOx-Zelle 140 mit 290 bezeichnet. In dem Beispiel in 27 liegt eine Leitungsunterbrechung vor. Der Feststellungs-Puls 284 zeigt ein Signal UP2p-P2n nahe Null. So unterschreitet die zeitliche Änderung des Messsignals den Schwellwert 212. Der Fehler des Sensors 100 wird bestätigt und eine Unterbrechung der elektrisch leitenden Verbindung zum NOx-Sensorelement 140 wird diagnostiziert. 27 shows the sequence of the excitation pulses U P2n and the pulse response of the differentially measured voltage drop U P2p-P2n at the shunt 160 in the event that a false-positive line interruption is detected with the monitoring pulses. On the X axis 182 is in 27 the time is plotted in ms. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. Curve 280 indicates the excitation voltage U P2n . The monitoring pulses are designated 282 and the detection pulse is designated 284. Curve 286 indicates the differentially measured voltage drop U P2p-P2n at shunt 160. Periods of detection of a closed electrical connection to the NOx cell 140 are designated 288 and periods of an open electrical connection to the NOx cell 140 are designated 290. In the example in 27 there is a line interruption. The detection pulse 284 shows a signal U P2p-P2n near zero. The temporal change in the measurement signal falls below the threshold value 212. The error of the sensor 100 is confirmed and an interruption of the electrically conductive connection to the NOx sensor element 140 is diagnosed.

28 zeigt verschiedene Spannungs-Messsignale des Feststellungs-Pulses gemessen mit einem Oszilloskop. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 28 die Zeit in ms aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 292 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 294 gibt die Spannung UP2n am Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 296 gibt die die differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers 158 und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei geschlossener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Kurve 298 gibt differentiell gemessene Spannung UP2p-P2n zwischen dem Ausgang des Operationsverstärkers und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 158 bei offener elektrischer Verbindung zur NOx-Zelle 140 an. Die Oszilloskop-Mess-Signale in 28 zeigen einen Feststellungspuls mit einem 30 ms langen Anregungssignal UP2n. Die Anregungspulse UP2n sind, ähnlich wie die Monitoring-Pulse, als Pulspaar mit entgegengesetzter Polarität ausgelegt. Die Antwort-Signale UP2p-P2n zeigen den Spannungsverlauf für den Fall einer elektrisch leitenden Verbindung (Kurve 296) und für den Fall einer Leitungsunterbrechung (Kurve 298). 28 shows various voltage measurement signals of the detection pulse measured with an oscilloscope. On the X-axis 182 is 28 the time is plotted in ms. The voltage is plotted in mV on the Y-axis 184. The curve 292 indicates the voltage U P2n at the input of the operational amplifier 158 when the electrical connection to the NOx cell 140 is closed. The curve 294 indicates the voltage U P2n at the input of the operational amplifier 158 when the electrical connection to the NOx cell 140 is open. The curve 296 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier 158 and the inverting input of the operational amplifier 158 when the electrical connection to the NOx cell 140 is closed. The curve 298 indicates the differentially measured voltage U P2p-P2n between the output of the operational amplifier and the inverting input of the operational amplifier 158 when the electrical connection to the NOx cell 140 is open. The oscilloscope measurement signals in 28 show a detection pulse with a 30 ms long excitation signal U P2n . The excitation pulses U P2n are designed as a pulse pair with opposite polarity, similar to the monitoring pulses. The response signals U P2p-P2n show the voltage curve for the case of an electrically conductive connection (curve 296) and for the case of a line interruption (curve 298).

29 zeigt das Differenzsignal DUP2p-P2n der Auswerteinheit im Steuergerät 122 innerhalb des Feststellung-Pulses. Auf der X-Achse 182 ist dabei in 29 die Zeit in s aufgetragen. Auf der Y-Achse 184 ist die Spannung in mV aufgetragen. Die Kurve 300 gibt das Differenzsignal DUP2P-P2n = UP2p-P2n (2nd sample) - UP2p-P2n (1st sample) an. Das Differenzsignal DUP2p-P2n, das zur Plausibilisierung einer Detektion einer Leitungsunterbrechung genutzt wird, ist in 29 somit genauer dargestellt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Schwellwert 212 in Form einer Spannungsschwelle definiert. Liegt das Differenzsignal DUP2p-P2n unterhalb des Schwellwerts 212, wird eine Unterbrechung der leitenden Verbindung zur NOx-Zelle 140 detektiert. Liegt das Differenzsignal DUP2p-P2n oberhalb dieses Schwellwerts 212, so wird die Verbindung als intakt angesehen. In dem Beispiel in 29 ist die Verbindung zur NOx-Zelle 140 zunächst leitend, wie durch den zeitlichen Bereich 302 angegeben, dann wird sie kurzzeitig unterbrochen, wie durch den zeitlichen Bereich 304 angegeben, und nach einigen Sekunden ist sie wieder leitend (geschlossen), wie durch den zeitlichen Bereich 306 angegeben Die großen Unterschiede des Spannungssignals DUP2p-P2n zwischen leitender und unterbrochener Verbindung zum Sensorelement 110 sowie der große Abstand der Spannungen zur Detektionsschwelle 212 werden hier deutlich. 29 shows the difference signal DU P2p-P2n of the evaluation unit in the control unit 122 within the detection pulse. On the X axis 182 is in 29 the time is plotted in s. The voltage in mV is plotted on the Y axis 184. Curve 300 indicates the difference signal DU P2P-P2n = U P2p-P2n (2nd sample) - U P2p-P2n (1st sample). The difference signal DU P2p-P2n , which is used to check the plausibility of a line interruption detection, is in 29 thus presented in more detail. Within the scope of the present invention, the threshold 212 is defined in the form of a voltage threshold. If the difference signal DU P2p-P2n is below the threshold value 212, an interruption in the conductive connection to the NOx cell 140 is detected. If the difference signal DU P2p-P2n is above this threshold value 212, the connection is considered intact. In the example in 29 If the connection to the NOx cell 140 is initially conductive, as indicated by the time area 302, then it is briefly interrupted, as indicated by the time area 304, and after a few seconds it is conductive (closed) again, as indicated by the time area 306 The large differences in the voltage signal DU P2p-P2n between the conductive and interrupted connection to the sensor element 110 as well as the large distance between the voltages and the detection threshold 212 become clear here.

Das Verfahren kann wie folgt modifiziert werden. Die Anwendung der hier beschriebenen Schaltung und des Verfahrens zur Detektion einer Unterbrechung der Leitung zur NOx Zelle 140 ist nicht nur auf NOx-Sensoren beschränkt. Prinzipiell ist es auf alle elektrochemischen Zellen anwendbar, die Elektroden mit einer großen Kapazität haben. Neben der Anwendung der elektrischen Verbindung mit Spannungspulsen ist auch eine Anregung mit Strompulsen möglich.The procedure can be modified as follows. The application of the circuit and method described here for detecting an interruption in the line to the NOx cell 140 is not only limited to NOx sensors. In principle it is applicable to all electrochemical cells that have electrodes with a large capacity. In addition to using the electrical connection with voltage pulses, excitation with current pulses is also possible.

Der Nachweis, ob die Erfindung in einem Fremd-Produkt verwendet wird, kann in einem Elektronik-Labor problemlos und einfach erbracht werden. Puls-Folgen und Puls-Muster können mit einem Oszilloskop an den elektrischen Verbindungen zum Sensorelement gemessen werden. Durch das Einkoppeln eines Störsignals mit einem Signalgenerator kann untersucht werden, ob möglicherweise die zeitliche Änderung der Pulsantwort als Diagnosekriterium dient. Genaueren Aufschluss über die mögliche Nutzung der hier beschriebenen Schaltung und des Diagnose-Verfahrens liefert dann eine Analyse des geöffneten Produkts. Hier können die Signale direkt an den Pins der Integrierten Schaltungen gemessen werden.Proof of whether the invention is used in a third-party product can be easily and easily provided in an electronics laboratory. Pulse trains and pulse patterns can be measured with an oscilloscope at the electrical connections to the sensor element. By coupling an interference signal with a signal generator, it can be examined whether the temporal change in the pulse response may serve as a diagnostic criterion. An analysis of the opened product will then provide more detailed information about the possible use of the circuit and diagnostic procedure described here. Here the signals can be measured directly on the pins of the integrated circuits.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent literature cited

  • Reif, K., Deitsche, K-H. et al., Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, Seite 1338-1347 [0002]Reif, K., Deitsche, K-H. et al., Automotive Engineering Handbook, Springer Vieweg, Wiesbaden, 2014, pages 1338-1347 [0002]

Claims (15)

Verfahren zum Betreiben eines Sensors (100) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Sensorelement (110), wobei das Sensorelement (110) eine erste Pumpzelle (112), die eine äußere Pumpelektrode (114) und eine innere Pumpelektrode (116) aufweist und die an einem ersten Hohlraum (126) anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle (130), welche eine Nernst-Elektrode (132) und eine Referenzelektrode (134) aufweist und die an einem Referenzgasraum (138) anliegt, und eine zweite Pumpzelle (140), die eine Pumpelektrode (142) und eine Gegenelektrode (144) aufweist und die an einem zweiten Hohlraum (145) anliegt, wobei ein elektronisches Steuergerät (122), das zumindest über einen ersten gesonderten Anschluss (P1) für die erste Pumpzelle (112) und einen zweiten gesonderten Anschluss (P2) für die zweite Pumpzelle (140) verfügt, mit dem Sensorelement (110) verbunden wird, wobei die erste Pumpzelle (112) mittels einer elektrisch leitenden Verbindung (120) mit dem ersten gesonderten Anschluss (P1) verbunden wird, wobei die zweite Pumpzelle (140) mittels einer elektrisch leitenden Verbindung (146) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbunden wird, wobei in der elektrisch leitenden Verbindung (146), die die zweite Pumpzelle (140) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbindet, ein Messwiderstand (160) vorgesehen wird, wobei mittels des Steuergeräts (122) eine Strom- und/oder Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle (140) zum Erzeugen eines Messsignals (UP2p-P2n) an dem Messwiderstand (160) durchgeführt wird, wobei die elektrisch leitende Verbindung (146), die die zweite Pumpzelle (140) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbindet, als intakt identifiziert wird, falls ein Betrag einer zeitlichen Veränderung des Messsignals (UP2p-P2n) während der Strom- und/oder Spannungsanregung einen vorbestimmten Schwellwert (212) überschreitet, und als defekt identifiziert wird, falls der Betrag der zeitlichen Veränderung des Messsignals (UP2p-P2n) während der Strom- und/oder Spannungsanregung den vorbestimmten Schwellwert (212) unterschreitet.Method for operating a sensor (100) for detecting at least a portion of a measurement gas component with bound oxygen in a measurement gas, in particular in an exhaust gas of an internal combustion engine, comprising a sensor element (110), wherein the sensor element (110) comprises a first pump cell (112) which has an outer pump electrode (114) and an inner pump electrode (116) and which is adjacent to a first cavity (126) which is connected to the measurement gas, a reference cell (130) which has a Nernst electrode (132) and a reference electrode (134) and which is adjacent to a reference gas chamber (138), and a second pump cell (140) which has a pump electrode (142) and a counter electrode (144) and which is adjacent to a second cavity (145), wherein an electronic control unit (122) which has at least a first separate connection (P1) for the first pump cell (112) and a second separate connection (P2) for the second pump cell (140) is connected to the sensor element (110), wherein the first pump cell (112) is connected to the first separate connection (P1) by means of an electrically conductive connection (120), wherein the second pump cell (140) is connected to the second separate connection (P2) by means of an electrically conductive connection (146), wherein a measuring resistor (160) is provided in the electrically conductive connection (146) which connects the second pump cell (140) to the second separate connection (P2), wherein a current and/or voltage excitation of the second pump cell (140) for generating a measuring signal (U P2p-P2n ) is carried out at the measuring resistor (160) by means of the control device (122), wherein the electrically conductive connection (146) which connects the second pump cell (140) to the second separate connection (P2) is identified as intact if an amount of a temporal change in the measuring signal (U P2p-P2n ) exceeds a predetermined threshold value (212) during the current and/or voltage excitation, and is identified as defective if the amount of the temporal change of the measuring signal (U P2p-P2n ) during the current and/or voltage excitation falls below the predetermined threshold value (212). Verfahren nach Anspruch 1, wobei an die zweite Pumpzelle (140) eine vorbestimmte elektrische Spannung (UP2) angelegt wird, wobei eine Spannungsanregung der zweiten Pumpzelle (140) durchgeführt wird, wobei die Spannungsanregung eine Veränderung der vorbestimmten elektrischen Spannung (UP2) für eine vorbestimmte Zeit umfasst.Procedure according to Claim 1 , wherein a predetermined electrical voltage (U P2 ) is applied to the second pump cell (140), wherein a voltage excitation of the second pump cell (140) is carried out, the voltage excitation comprising a change in the predetermined electrical voltage (U P2 ) for a predetermined time . Verfahren nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte elektrische Spannung (UP2) für die vorbestimmte Zeit erhöht wird.Procedure according to Claim 2 , wherein the predetermined electrical voltage (U P2 ) is increased for the predetermined time. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die vorbestimmte elektrische Spannung (UP2) in Form mindestens eines Spannungspulses für die vorbestimmte Zeit an die zweite Pumpzelle (140) angelegt wird, wobei die zeitliche Veränderung des Messsignals (UP2p-P2n) durch Berechnen einer Differenz zwischen einem ersten Messwert des Messsignals zu Beginn des Spannungspulses und einem zweiten Messwert des Messsignals (UP2p-P2n) zu Ende des Spannungspulses ermittelt wird.Procedure according to Claim 2 or 3 , wherein the predetermined electrical voltage (U P2 ) is applied to the second pump cell (140) in the form of at least one voltage pulse for the predetermined time, wherein the temporal change of the measurement signal (U P2p-P2n ) is determined by calculating a difference between a first measured value of the measurement signal at the beginning of the voltage pulse and a second measured value of the measurement signal (U P2p-P2n ) at the end of the voltage pulse. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die vorbestimmte Zeit für den Spannungspuls eine Dauer von 1 ms bis 10 ms und bevorzugt 1,5 ms bis 5 ms aufweist.Method according to the preceding claim, wherein the predetermined time for the voltage pulse has a duration of 1 ms to 10 ms and preferably 1.5 ms to 5 ms. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die vorbestimmte elektrische Spannung (UP2) in Form eines ersten Spannungspulses für eine erste vorbestimmte Zeit und eines zweiten Spannungspules für eine zweite vorbestimmte Zeit an die zweite Pumpzelle (140) angelegt wird, wobei der erste Spannungspuls und der zweite Spannungspuls eine entgegengesetzte Polarität aufweisen, wobei ein Integral des ersten Spannungspulses und des zweiten Spannungspulses einen Wert von Null aufweist.Method according to the preceding claim, wherein the predetermined electrical voltage (U P2 ) is applied to the second pump cell (140) in the form of a first voltage pulse for a first predetermined time and a second voltage coil for a second predetermined time, the first voltage pulse and the second voltage pulse have an opposite polarity, wherein an integral of the first voltage pulse and the second voltage pulse has a value of zero. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei mehrere Pulspaare mit dem ersten Spannungspuls und dem zweiten Spannungspuls an die zweite Pumpzelle (140) angelegt werden, wobei sich die Polaritäten aufeinanderfolgender Spannungspulspaare regelmäßig oder unregelmäßig abwechseln.Method according to the preceding claim, wherein a plurality of pulse pairs comprising the first voltage pulse and the second voltage pulse are applied to the second pump cell (140), wherein the polarities of successive voltage pulse pairs alternate regularly or irregularly. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Anzahl positiver Polaritäten des ersten Spannungspulses der Spannungspulspaare und die Anzahl negativer Polaritäten des ersten Spannungspulses der Spannungspulspaare identisch sind.Method according to the preceding claim, wherein the number of positive polarities of the first voltage pulse of the voltage pulse pairs and the number of negative polarities of the first voltage pulse of the voltage pulse pairs are identical. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei das Verfahren weiterhin Plausibilisieren des Messsignals umfasst, falls die elektrisch leitende Verbindung (146), die die zweite Pumpzelle (140) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbindet, als defekt identifiziert wird.Method according to one of the Claims 4 until 8th , wherein the method further comprises checking the plausibility of the measurement signal if the electrically conductive connection (146) connecting the second pump cell (140) to the second separate terminal (P2) is identified as defective. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zum Plausibilisieren die vorbestimmte elektrische Spannung (UP2) in Form mindestens eines Feststellung-Spannungspulses für eine vorbestimmte Feststellungszeit an die zweite Pumpzelle (140) angelegt wird, wobei die zeitliche Veränderung des Messsignals durch Berechnen einer Differenz zwischen einem ersten Messwert des Messsignals zu Beginn des Spannungspulses und einem zweiten Messwert des Messsignals zu Ende des Feststellung-Spannungspulses ermittelt wird, wobei die Feststellungszeit für den Feststellungs-Spannungspuls länger als die vorbestimmte Zeit für den Spannungspuls ist, wobei eine Amplitude des Feststellungs-Spannungspuls bevorzugt gleich groß wie eine Amplitude des Spannungspulses ist.Method according to the preceding claim, wherein for plausibility the predetermined electrical voltage (U P2 ) is applied to the second pump cell (140) in the form of at least one detection voltage pulse for a predetermined detection time, the temporal Change in the measurement signal is determined by calculating a difference between a first measured value of the measurement signal at the beginning of the voltage pulse and a second measured value of the measurement signal at the end of the detection voltage pulse, the detection time for the detection voltage pulse being longer than the predetermined time for the voltage pulse, wherein an amplitude of the detection voltage pulse is preferably the same size as an amplitude of the voltage pulse. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät (122) zum Regeln einer Spannung an der zweiten Pumpzelle (140) ausgebildet, wobei das Steuergerät (122) weiterhin eine Anregungssignalquelle (156) aufweist, wobei ein Spannungssollwert als Führungsgröße gesteuert wird, wobei das Steuergerät (122) einen zeitlichen Ablauf von Änderungen des Spannungssollwertes steuert, wobei mittels Messungen eines Spannungsabfalls am Messwiderstand (160) eine Unterbrechung der elektrisch leitenden Verbindung (146), die die zweite Pumpzelle (140) mit dem zweiten gesonderten Anschluss (P2) verbindet, detektierbar ist.Method according to one of the preceding claims, wherein the control device (122) is designed to regulate a voltage at the second pump cell (140), the control device (122) further having an excitation signal source (156), wherein a voltage setpoint is controlled as a reference variable, wherein the Control device (122) controls a time sequence of changes in the voltage setpoint, using measurements of a voltage drop across the measuring resistor (160) to interrupt the electrically conductive connection (146) that connects the second pump cell (140) to the second separate connection (P2), is detectable. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Computer program arranged to carry out each step of the method according to one of the preceding claims. Elektronisches Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist.Electronic storage medium on which a computer program according to the preceding claim is stored. Elektronisches Steuergerät (122), welches ein elektronisches Speichermedium nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.Electronic control device (122), which comprises an electronic storage medium according to the preceding claim. Sensor (100) zum Nachweis mindestens eines Anteils einer Messgaskomponente mit gebundenem Sauerstoff in einem Messgas, insbesondere in einem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend ein Sensorelement (110), wobei das Sensorelement (110) eine erste Pumpzelle (112), die eine äußere Pumpelektrode (114) und eine innere Pumpelektrode (116) aufweist und die an einem ersten Hohlraum (126) anliegt, welcher mit dem Messgas in Verbindung steht, eine Referenzzelle (130), welcher eine Nernst-Elektrode (132) und eine Referenzelektrode (134) aufweist und die an einem Referenzgasraum (138) anliegt, und eine zweite Pumpzelle (140), die eine Pumpelektrode (142) und eine Gegenelektrode (144) aufweist und die an einem zweiten Hohlraum (145) anliegt, wobei der Sensor (100) weiterhin ein elektronisches Steuergerät (122) nach dem vorhergehenden Anspruch aufweist.Sensor (100) for detecting at least a portion of a measurement gas component with bound oxygen in a measurement gas, in particular in an exhaust gas of an internal combustion engine, comprising a sensor element (110), wherein the sensor element (110) has a first pump cell (112) which has an outer pump electrode (114) and an inner pump electrode (116) and which is adjacent to a first cavity (126) which is in communication with the measurement gas, a reference cell (130) which has a Nernst electrode (132) and a reference electrode (134) and which is adjacent to a reference gas chamber (138), and a second pump cell (140) which has a pump electrode (142) and a counter electrode (144) and which is adjacent to a second cavity (145), wherein the sensor (100) further comprises an electronic control unit (122) according to the preceding claim.
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