EP3152562A1 - Verfahren zum betrieb eines gassensors zur verbesserung der detektion von stickoxiden - Google Patents
Verfahren zum betrieb eines gassensors zur verbesserung der detektion von stickoxidenInfo
- Publication number
- EP3152562A1 EP3152562A1 EP15744518.0A EP15744518A EP3152562A1 EP 3152562 A1 EP3152562 A1 EP 3152562A1 EP 15744518 A EP15744518 A EP 15744518A EP 3152562 A1 EP3152562 A1 EP 3152562A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- gas sensor
- temperature
- polarization
- voltage
- gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 66
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 24
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 8
- 229910001233 yttria-stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 5
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000010531 catalytic reduction reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007420 reactivation Effects 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910002076 stabilized zirconia Inorganic materials 0.000 description 2
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001585676 Orthonama obstipata Species 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N ZrO2 Inorganic materials O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000028161 membrane depolarization Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N sulfur monoxide Chemical class S=O XTQHKBHJIVJGKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052815 sulfur oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4067—Means for heating or controlling the temperature of the solid electrolyte
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/4065—Circuit arrangements specially adapted therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4073—Composition or fabrication of the solid electrolyte
- G01N27/4074—Composition or fabrication of the solid electrolyte for detection of gases other than oxygen
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
- G01N27/4075—Composition or fabrication of the electrodes and coatings thereon, e.g. catalysts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
- G01N33/0037—NOx
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/406—Cells and probes with solid electrolytes
- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
Definitions
- the oxygen ion conductor comprises yttrium-stabilized zirconium dioxide.
- the polarization ⁇ voltage is then less than 2.3 V.
- the polarization voltage in a range between 0.5 V and 1 V. avoid this polarization voltages advantageous reduction of the oxygen ion conductor, the sogenann ⁇ te Black, English "blackening" ,
- the polarity of the cyclic polarization changes with a frequency of at least 0.5 Hz.
- FIG. 4 shows the comparison of a sensor signal without pretreatment and with pretreatment.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft den Betrieb eines Gassensors zur Detektion von Stickoxiden in einem Gasgemisch umfassend folgende Schritte. Bereitstellen eines Gassensors mit wenigstens zwei auf einem Sauerstoffionenleiter angeordneten Elektroden aus dem gleichen Material, wobei bei einem Betrieb des Gassensors beide Elektroden mit dem Gasgemisch in Kontakt treten. Anschließend wird der Gassensor von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur aufgeheizt. Die zweite Temperatur des Gassensors wird für maximal 15 Minuten gehalten. Anschließend wird der Gassensor von der zweiten Temperatur auf die erste Temperatur abgekühlt. Während des Aufheizens, des Haltens und/oder des Abkühlens der Temperatur wird eine zyklische Polarisation mit wechselseitiger Polarität mit einer Polarisationsspannung unterhalb der Reduktionsspannung des Sauerstoffionenleiters durchgeführt.
Description
Beschreibung
Verfahren zum Betrieb eines Gassensors zur Verbesserung der Detektion von Stickoxiden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gas¬ sensors zur Verbesserung der Langzeitstabilität des Gassen¬ sors . Steigenden Anforderungen bezüglich der Emission von Abgasen und der Effizienz beim Betrieb von Kraftwerken, Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Gasturbinen und Motoren aller Art lassen sich unter anderem damit begegnen, dass die Zusammensetzung von Gasen in den jeweiligen Anlagen im laufenden Betrieb bestimmt und für einen verbesserten Betrieb ausgewertet wird. Darauf resultiert ein Bedarf an Sensoren zur Be¬ stimmung von Komponenten eines Gasgemisches. Ein Beispiel hierfür ist die ständig steigende Zahl an Kraftfahrzeugen, für die gleichzeitig immer strengere Abgasvorschriften einzu- halten sind, um die durch Verbrennungsabgase hervorgerufenen Schäden an Umwelt und Gesundheit zu begrenzen. Neben schädli¬ chen Abgaskomponenten, wie Schwefeloxiden und Kohlendioxid rückt dabei immer mehr die Gruppe der Stickoxide, kurz NOx genannt, in den Vordergrund. Um die Stickoxidemission zu ver- ringern, wird technisch und finanziell enormer Aufwand be¬ trieben. Beispiele hierfür sind die Abgasrückführung und die selektive katalytische Reduktion. Zur Überwachung der Funkti¬ on dieser Verfahren und zur Senkung der Betriebskosten ist eine laufende Überwachung der NOx-Konzentration im Abgas des Fahrzeugs notwendig.
Speziell bei Kraftfahrzeuganwendungen ist in bestimmten Ländern vorgeschrieben, dass die Funktionsfähigkeit der Abgas¬ nachbehandlung im Fahrzeug selbst diagnostiziert wird. Der Automobilhersteller muss sicherstellen, dass ein zufällig ausgewähltes Fahrzeug auch noch nach langer Laufzeit die Emissionsvorschriften einhält. Vor allem für Diesel-Fahrzeuge ist die Überwachung von NOx-Speicherkatalysatoren und SCR
(selektive katalytische Reduktion) -Katalysatoren zur Verringerung der NOx-Emission eine Aufgabe, an der intensiv gearbeitet wird. Bekannte Sensoren für die Messung von NOx sind optische oder chemolumineszenzbasierte Systeme. Neben dem hohen Preis be¬ sitzen diese Systeme den Nachteil, dass eine extraktive Mes¬ sung notwendig ist, d.h. eine Gasentnahme nötig ist. Für vie¬ le Anwendungen ist dies mit hohem Aufwand verbunden.
Bekannte Sensoren, die diese Nachteile überwinden, basieren auf Yttrium-stabilisiertem Zirkondioxid (YSZ) und ähneln im Aufbau der herkömmlichen Lambdasonde. Es kommen dabei Elekt¬ roden gleichen Materials zum Einsatz, beispielsweise aus Pla- tin. Beim klassischen Funktionsprinzip dieses Sensors wird in einem Zweikammersystem eine gleichzeitige Messung von Sauerstoff und NOx durchgeführt. Nachteilig sind bei diesem typi¬ schen Sensorprinizip aber immer ein komplexer Aufbau des Sensors und damit ein hoher Preis. Eine zweite, neuere Möglich- keit für ein Funktionsprinzip wird in der deutschen Patentanmeldung 102013222195.9 offenbart. Dieser Gassensor umfasst ein Sauerstoffionenleitendes Material und wenigstens zwei auf dem ionenleitenden Material angeordnete Elektroden. Die
Elektroden bestehen bei diesem Gassensor aus dem gleichen Ma- terial. Der Gassensor ist weiterhin derart gestaltet, dass bei einem Betrieb des Gassensors beide Elektroden mit dem Gasgemisch in Kontakt treten. Es ist in diesem Fall nicht nötig, dass der Gassensor ein Zweikammersystem aufweist. Dies vereinfacht den Aufbau des Gassensors stark. Die Messung die- ser Gassensoren basiert auf einer Polarisationsmethode, bei der mittels Spannungspulsen und einer anschließenden Depola- risation die NOx-Konzentration gemessen wird. Nachteiligerweise zeigen diese Sensoren bei längerem Einsatz eine Veränderung sowohl des Polarisationsstromes als auch der Entlade- kurven. Diese Veränderung hat eine merkliche Degradation des Sensorsignals zur Folge. Diese Degradation ist stark davon abhängig, mit welcher Spannungsamplitude der Sensor betrieben wird und welche Polarisationsströme während der Spannungspul-
se gemessen wurden. So degradiert dieser Gassensor nachteilig bei hohen Temperaturen und damit verbunden bei höheren Strömen deutlich schneller als bei moderaten Temperaturen und geringen Spannungsamplituden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches die genannten Nachteile überwindet und die Langzeitstabilität des Gassensors verbessert. Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Gassensors zur Detektion von Stickoxiden in einem Gasgemisch umfasst folgende Schritte. Bereitstellen eines Gassensors mit wenigs- tens zwei auf einem Sauerstoffionenleiter angeordneten Elekt¬ roden aus dem gleichen Material, wobei bei einem Betrieb des Gassensors beide Elektroden mit dem Gasgemisch in Kontakt treten. Anschließend wird der Gassensor von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur aufgeheizt. Die zweite Temperatur des Gassensors wird für maximal 15 Minuten gehal¬ ten. Anschließend wird der Gassensor von der zweiten Temperatur auf die erste Temperatur abgekühlt. Während des Aufhei- zens, des Haltens und/oder des Abkühlens der Temperatur wird eine zyklische Polarisation mit wechselseitiger Polarität mit einer Polarisationsspannung unterhalb der Reduktionsspannung des Sauerstoffionenleiters durchgeführt.
Dieses Verfahren hat vorteilhaft eine Verbesserung des Sen¬ sors hinsichtlich der Langzeitstabilität und Sensitivität zur Folge. Im Experiment hat sich gezeigt, dass während der Sen¬ sor ohne Vorbehandlung nach bereits 40 Betriebsstunden deutlich an Signalstärke degradiert ist, dieses Verhalten bei dem vorbehandelten Sensor deutlich verbessert werden konnte. Neben einer klassischen Vorbehandlung eines Gassensors ist es ebenso denkbar, dieses Aktivierungsverfahren ein weiteres
Mal, also als Reaktivierung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Weiterhin wird durch die vorteilhaft geringe Polarisationsspannung unterhalb der Reduktions-
Spannung des Sauerstoffionenleiters gewährleistet, dass der Sauerstoffionenleiter weder reduziert noch verändert wird. Auch hat diese geringe Spannung zur Folge, dass auch eine zyklische Reaktivierung wiederholt erfolgen kann, wenn das Sensorsignal während des Betriebs mittels der Spannungspuls¬ methode abgenommen hat.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Gassensor von einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre umgeben. Diese verhindert vorteilhaft eine reduzierende Atmosphäre um den Sauerstoffionenleiter .
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst der Sauerstoffionenleiter Yttrium-stabilisiertes Zirkondioxid . Vorteilhafterweise beträgt die Polarisations¬ spannung dann weniger als 2,3 V. Besonders vorteilhafterweise liegt die Polarisationsspannung in einem Bereich zwischen 0,5 V und 1 V. Diese Polarisationsspannungen vermeiden vorteilhaft eine Reduktion des Sauerstoffionenleiters , das sogenann¬ te Schwärzen, englisch „blackening" .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung und Weiterbildung der Erfindung wechselt die Polarität der zyklischen Polarisation mit einer Frequenz von wenigstens 0,5 Hz. Beson- ders vorteilhaft wechselt die zyklische Polarisation mit ei¬ ner Frequenz in einen Bereich von 0,5 Hz bis 1 Hz.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden das Aufheizen und das Abkühlen mit einer Rate in einem Bereich von 1 K/min bis 20 K/min durchgeführt.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste Temperatur wenigstens 350°C. Die zweite Temperatur ist maximal 1200°C.
Die Erfindung soll nun anhand von Zeichnungen näher erläutert werden .
Dabei zeigen die Figuren exemplarisch:
Figur 1 zwei NO-Kennlinien des Gassensors nach 8h und 40h
Betrieb ohne eine Vorbehandlung;
Figur 2 den Temperaturverlauf und mögliche Polarisationsab¬ schnitte während einer Vorbehandlung des Gassensors ; Figur 3 vier NO-Kennlinien des Gassensors nach der ersten
Messung, nach 50h, 100h, und 150h nach einer Vorbehandlung;
Figur 4 den Vergleich eines Sensorsignals ohne Vorbehand- lung und mit Vorbehandlung.
Die in Figur 1 dargestellten NO-Kennlinien zeigen die Spannungsunterschiede des Sensorsignals nach einer Entladezeit von 3s gegen eine zunehmende Konzentration von Stickstoffmo- noxid. Die erste NO-Kennlinie 1 wurde nach einer Betriebszeit des Gassensors von 8h gemessen. Die zweite NO-Kennlinie 2 wurde nach einer Betriebszeit des Gassensors von 40h gemes¬ sen. Der Gassensor wird bei einer Temperatur von 350°C betrieben. Er umfasst yttrium-stabilisiertes Zirkondioxid (YSZ) als Sauerstoffionenleiter . Weiterhin umfasst er zwei Platin- Elektroden, die mit einer Einrichtung zur Erzeugung und Messung von Spannung U verbunden sind. Er wird in einem Raum mit dem zu messenden Gasgemisch eingebracht. Der Gassensor wurde vor dem Betrieb nicht mit einem Verfahren vorbehandelt, um die Langzeitstabilität des Gassensors zu gewährleisten. Ein Vergleich der beiden NO-Kennlinien zeigt deutlich, dass die Spannungsunterschiede nach einem Betrieb von 40h deutlich sinken. Bei hohen NO-Konzentrationen sinken die Spannungsunterschiede nachteilig sogar um 2/3 der ursprünglichen Diffe- renz.
Um diesem Effekt entgegenzuwirken wird das in Figur 2 gezeigte Verfahren zum Betrieb des Gassensors durchgeführt. Figur 2
zeigt einen typischen Temperaturverlauf 3 und unterschiedli¬ che mögliche Polarisationszeiträume 4. Auf der x-Achse ist die Zeit t aufgetragen. Dabei wird die Temperatur des Gassensors typischerweise von der unteren Temperatur Tu von 420°C auf eine obere Temperatur T0 von 800 °C erwärmt. Das Erwärmen wird mit einer Heizrate von 10 K/min durchgeführt und dauert somit 38 Minuten. Die maximale Temperatur wird für 5 Minuten gehalten und anschließend wird die Temperatur von T0 wieder auf Tu abgesenkt, wobei die Abkühlrate ebenfalls 10 K/min be- trägt. Die Polarisation erfolgt in diesem Beispiel über die gesamte Zeit des Temperaturverlaufs, dargestellt mit dem ers¬ ten Polarisationszeitraum 11. Es ist ebenso möglich, dass die wechselnde zyklische Polarisation jeweils nur in den in Figur 2 gezeigten Abschnitten durchgeführt wird. Die Spannungsamp- litude in diesem Beispiel beträgt maximal 1 V. Die Polarisa¬ tion erfolgt mittels einer Rechteckfunktion, bei der die Spannung für eine Zeitdauer to konstant ist. Es sind ebenso Polarisationen mit Sinusfunktionen oder weiteren Funktionen denkbar. Die Frequenz der alternierenden Spannung beträgt zwischen 0,5 Hz und 1 Hz, wobei sie in diesem Beispiel 0,7 Hz beträgt. Während des gesamten Betriebs befindet sich der Sen¬ sor in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre, um ein Reduzieren des YSZ zu vermeiden. In Figur 3 sind NO-Kennlinien für einen Sensor, der mit wechselseitiger Polarisation betrieben wurde, nach unterschiedlichen Zeiten dargestellt. Wie schon in Figur 1 sind in Figur 3 die Spannungsunterschiede des Sensorsignals nach einer
Entladezeit von 3s gegen eine zunehmende Konzentration von Stickstoffmonoxid aufgetragen. Bereits bei der ersten Messung zeigt sich eine deutliche Steigerung des Spannungsunterschie¬ des für alle Kohlenstoffmonoxid-Konzentrationen . Beispiels¬ weise wird bei einer NO-Konzentration von 200ppm bei einer Betriebszeit von 50h eine Spannungsdifferenz von 100 mV ge- messen. Ohne eine Vorbehandlung des Gassensors lag dieser Wert nach 40h Betrieb bei 35 mV. Auch bei sehr kleinen NO- Konzentrationen ist dieser Anstieg der Spannungsdifferenz deutlich. Somit nimmt bereits ab 5 ppm NO die Messgenauigkeit
des Gassensors nach der Vorbehandlung deutlich zu. Auch nach 150h Betrieb ist die Spannungsdifferenz noch so groß, das der Gassensor zuverlässig misst. Die Langzeitstabilität des Gas¬ sensors und dessen Sensitivität wurden somit verbessert.
In Figur 4 zeigt sich ebenfalls deutlich die Verbesserung des Messsignals. Das erste Sensorsignal 9 über der Zeit zeigt insbesondere bei geringen Stickstoffmonoxid-Konzentrationen nur geringe Spannungsunterschiede. Das zweite Sensorsignal 10 nach der Vorbehandlung zeigt bereits bei kleinen NO-Konzentrationen eine deutliche Spannungsdifferenz, so dass ab Konzentrationen von nur 5 ppm NO zuverlässig detektiert wird.
Claims
1. Verfahren zum Betrieb eines Gassensors zur Detektion von Stickoxiden in einem Gasgemisch mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Gassensors mit wenigstens zwei auf einem Sauerstoffionenleiter angeordneten Elektroden aus dem gleichen Material, wobei bei einem Betrieb des Gas¬ sensors beide Elektroden mit dem Gasgemisch in Kontakt treten,
- Aufheizen des Gassensors von einer ersten Temperatur auf eine zweite Temperatur,
Halten der zweiten Temperatur des Gassensors für maximal fünfzehn Minuten,
Abkühlen des Gassensors von der zweiten Temperatur auf die erste Temperatur,
wobei während des Aufheizens, des Haltens und/oder des Abküh¬ lens der Temperatur eine zyklische Polarisation mit wechsel¬ seitiger Polarität mit einer Polarisationsspannung unterhalb der Reduktionsspannung des Sauerstoffionenleiters durchge- führt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Sauerstoffionenleiter Yttrium-stabilisiertes Zirkondioxid umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Gassensor von einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre umgeben ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Polarisationsspannung weniger als 2,3 V beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Polarisationsspannung in einem Bereich zwischen 0,5 V und 1,0 V liegt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polarität der zyklischen Polarisation mit einer Frequenz von wenigstens 0,5 Hz wechselt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Polarität der zyklischen Polarisation mit einer Frequenz in einem Bereich von 0,5 Hz bis 1,0 Hz wechselt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Aufheizen und/oder das Abkühlen mit einer Rate in einem Bereich von 1 K/min bis 20 K/min erfolgen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Temperatur wenigstens 350°C beträgt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Temperatur maximal 1200°C beträgt.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102014214409.4A DE102014214409A1 (de) | 2014-07-23 | 2014-07-23 | Verfahren zum Betrieb eines Gassensors zur Verbesserung der Detektion von Stickoxiden |
| PCT/EP2015/066641 WO2016012446A1 (de) | 2014-07-23 | 2015-07-21 | Verfahren zum betrieb eines gassensors zur verbesserung der detektion von stickoxiden |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP3152562A1 true EP3152562A1 (de) | 2017-04-12 |
Family
ID=53762153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP15744518.0A Withdrawn EP3152562A1 (de) | 2014-07-23 | 2015-07-21 | Verfahren zum betrieb eines gassensors zur verbesserung der detektion von stickoxiden |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20170212073A1 (de) |
| EP (1) | EP3152562A1 (de) |
| DE (1) | DE102014214409A1 (de) |
| WO (1) | WO2016012446A1 (de) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102016219560A1 (de) * | 2016-10-07 | 2018-04-12 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zum Betreiben eines amperometrischen Sensorelements und Sensorelement |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19701492C2 (de) * | 1997-01-17 | 2000-11-09 | Siemens Ag | Verfahren zum Betrieb eines beheizten halbleitenden Metalloxid-Gassensors |
| US20050252788A1 (en) * | 2004-05-13 | 2005-11-17 | Boris Farber | Method for improving performance and longevity of solid electrolyte gas sensor |
| US7585402B2 (en) * | 2004-06-18 | 2009-09-08 | Bjr Sensors, Llc | Method of sensor conditioning for improving signal output stability for mixed gas measurements |
| US8012323B2 (en) * | 2008-03-12 | 2011-09-06 | Uchicago Argonne, Llc | Compact electrochemical bifunctional NOx/O2 sensors with internal reference for high temperature applications |
| DE102008042268A1 (de) * | 2008-09-22 | 2010-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betreiben einer beheizbaren Abgassonde |
| JP5653955B2 (ja) * | 2012-03-29 | 2015-01-14 | 日本碍子株式会社 | ガスセンサ用のセンサ素子の製造方法、電気的特性検査方法、および前処理方法 |
| JP5925225B2 (ja) * | 2013-02-26 | 2016-05-25 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサのヒータ制御方法およびヒータ制御装置 |
| DE102013222195A1 (de) | 2013-10-31 | 2015-04-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Gassensor zur Detektion von Stickoxiden und Betriebsverfahren für einen solchen Gassensor |
-
2014
- 2014-07-23 DE DE102014214409.4A patent/DE102014214409A1/de not_active Withdrawn
-
2015
- 2015-07-21 EP EP15744518.0A patent/EP3152562A1/de not_active Withdrawn
- 2015-07-21 US US15/326,714 patent/US20170212073A1/en not_active Abandoned
- 2015-07-21 WO PCT/EP2015/066641 patent/WO2016012446A1/de active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2016012446A1 (de) | 2016-01-28 |
| DE102014214409A1 (de) | 2016-01-28 |
| US20170212073A1 (en) | 2017-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE102010042701A1 (de) | Verfahren zur Vermessung und/oder Kalibrierung eines Gassensors | |
| DE102009003091A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Bauteils | |
| DE102011005966A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiewandlers | |
| DE102020214708B4 (de) | Verfahren zum Ermitteln eines Fehlers eines Abgassensors und Abgassensor | |
| DE102013222195A1 (de) | Gassensor zur Detektion von Stickoxiden und Betriebsverfahren für einen solchen Gassensor | |
| DE102019002274A1 (de) | Gassensor und verfahren zum steuern eines gassensors | |
| DE102008043124A1 (de) | Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordneten Lambdasonde und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens | |
| EP3152562A1 (de) | Verfahren zum betrieb eines gassensors zur verbesserung der detektion von stickoxiden | |
| DE102012201597A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Dynamik-Diagnose eines Gas-Sensors | |
| EP2500720A1 (de) | Verfahren zum Betrieb eines Sensorelements | |
| WO2016012416A1 (de) | Von sauerstoffkonzentration unabhängiger gassensor zur detektion des gesamtgehalts an stickoxiden in einem sauerstoffhaltigen gasgemisch und betriebsverfahren für einen solchen gassensor | |
| DE102014214397A1 (de) | Gassensor und Verfahren zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch | |
| EP3152561A1 (de) | Verfahren zum betrieb eines gassensors zur verbesserung der langzeitstabilität des gassensors | |
| DE102014016952A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Lambda-Sonde eines Abgassystems eines Kraftfahrzeugs | |
| DE102014214399A1 (de) | Betriebsverfahren und Gassensor zur Detektion von Stickoxiden und anderen Gaskomponenten in einem Gasgemisch | |
| DE102014214400A1 (de) | Verfahren und Gassensor zur Detektion von Stickoxiden in einem Gasgemisch | |
| WO2017102709A1 (de) | Verfahren, vorrichtung, system, computerprogramm und computerprogrammprodukt zur diagnose eines mischpotentialsensors | |
| DE102014202035A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung eines Stickoxid-Speicher-Katalysators | |
| DE102020123865B4 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Abgasreinigungseinrichtung | |
| DE102012201471A1 (de) | Verfahren zum Kalibrieren eines Abgassensors zur Erfassung mindestens eines Anteils eines Gases in einem Messgasraum | |
| DE102017208458A1 (de) | Verfahren zur Erkennung eines Auftretens einer offenen Leitung in einem Sensor | |
| DE102016225522A1 (de) | Verfahren zur Diagnose und zum Betreiben eines Stickoxidsensors | |
| DE102014214369A1 (de) | Betriebsverfahren für einen Gassensor | |
| DE102014224942A1 (de) | Verfahren zur Erkennung eines Zustands eines Heizelements in einem Sensor | |
| DE102010063520A1 (de) | Verfahren und Sensorvorrichtung zur Diagnose eines Sensorelements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20170109 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
| AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: BA ME |
|
| RAP1 | Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred) |
Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT |
|
| DAV | Request for validation of the european patent (deleted) | ||
| DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20170822 |