KR102605756B1 - 센서 요소의 내부 저항을 결정하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 가스 혼합물로부터 가스 성분의 비율을 검출하기 위한 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 센서 요소(110)의 내부 저항을 가능한 한 정확하게 결정할 수 있어야 한다. 상기 센서 요소(110)는 적어도 하나의 셀(114)을 포함하며, 상기 셀(114)은 적어도 하나의 제 1 전극(116), 적어도 하나의 제 2 전극(118), 및 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118)을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(120)을 포함하고, 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에 전압(124)이 인가된다. 본 방법에 따르면, a) 센서 요소(110)에서 전하 변위의 발생을 야기하는 전류 펄스(130)를 센서 요소(110)에 제공하는 제공 단계로서, 상기 전하 변위의 발생은 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 전압(124)을 증가시키는, 상기 제공 단계; b) 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 상기 전압(124)의 증가에 대한 값을 결정하는 결정 단계로서, 단계 b)는 상기 전하 변위의 발생 동안 상이한 시점들에서 적어도 2회 실시되며, 이로부터 상이한 시점들에 각각 상기 전압(124)의 증가에 대한 하나의 값이 결정되는, 상기 결정 단계; c) 상기 전하 변위의 발생 중 상이한 시점들에서 결정되는 전압(124)의 증가에 대한 값으로부터 상기 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하는 결정 단계가 실시된다.
Description
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 가스 혼합물, 특히 내연 기관의 배기 가스 내에 결합된 산소를 갖는 측정 가스 성분의 적어도 일부를 검출하도록 설계된 센서 요소의 내부 저항을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법의 단계들을 실시하도록 설계된 컴퓨터 프로그램, 상기 컴퓨터 프로그램이 저장된 전자 저장 매체, 및 상기 전자 저장 매체를 포함하는 전자 제어 장치에 관한 것이다.
가스 혼합물 내의 가스의 적어도 일부분을 검출하기 위한 센서 요소는 종래 기술로부터 공지되어 있다. 이하에서, 본 발명은 가능한 다른 실시 예의 제한 없이, 가스 혼합물에 있는 가스 중 적어도 일부를, 특히 분압 및/또는 부피 분율 및/또는 질량 분율의 정량적 및/또는 정성적 검출을 위해 사용되는 장치와 관련해서 설명된다. 예컨대, 상기 가스는 특히 자동차 분야의 내연 기관의 배기 가스일 수 있다.
가스 성분을 검출하기 위한 센서 요소로서 특히 람다 프로브가 사용된다. 람다 프로브는 예컨대 Konrad Reif, eds, Sensoren im Kraftfahrzeug, 제 2권, 2012, 160-165 페이지에 개시되어 있다. 람다 프로브들의 다양한 변형 예가 종래 기술로부터 알려져 있고, 그 중에는 "투-포인트 람다 프로브(two-point lambda probe)"라고도 하는, 셀을 갖는 람다 프로브가 있다. 투-포인트 람다 프로브들은 배기 가스 중의 잔류 산소 성분을, 센서 장치의 내부에 주변 공기로서 존재할 수 있는 기준 가스 분위기의 산소 성분과 비교하며, 배기 가스 중에 농후한 혼합물(즉, 람다 < 1) 또는 희박 혼합물(즉, 람다 > 1)이 존재하는지의 여부를 나타낸다. 하나의 셀을 갖는 람다 프로브에서, 외부 전극은 더 높은 산소 농도를 갖는 가스 챔버, 바람직하게는 기준 체적에 놓인다. 셀의 외부 전극과 내부 전극 사이에 고정 전압이 인가된다. 캐비티 내의 산소 농도가 0에 가까워지면, 네른스트(Nernst) 포텐셜이 급상승하여 상기 인가된 전압을 부분적으로 보상한다. 이러한 방식으로, 캐비티 내의 일정한 산소 농도가 정확하게 조절될 수 있다.
다양한 이유들로 인해, 특히 센서 요소의 내부 저항이 센서 요소의 다양한 특성들 및/또는 센서 요소에 의해 결정된 측정 변수들을 사용하는 모터 제어 시스템의 다양한 특성들에 영향을 주기 때문에, 센서 요소의 내부 저항을 아는 것이 바람직할 수 있다. 이와 관련된 예시로는 센서 요소의 전기 진단, 센서 요소의 작동 준비의 검출 및 센서 요소의 온도의 안정화가 있다.
센서 요소의 내부 저항을 결정하기 위해, 종래 기술에 따라 센서 요소에 전류 펄스가 제공된다. 이 경우 "측정 펄스"라고도 하는 "전류 펄스"는, 특히 제 1 전극, 제 1 전극과 제 2 전극을 연결하는 고체 전해질, 및 센서 요소의 제 2 전극을 통해 흐르는, 전류의 급상승을 의미한다. 이로 인해 생기는 센서 요소의 전류 부하에 의해, 센서 요소에서 전하 변위가 발생하며, 상기 센서 요소에서의 전하 변위의 발생은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 인가되는 전압의 증가를 야기할 수 있다. 전류 펄스가 센서 요소에 제공된 직후 제 1 전극과 제 2 전극 사이에서 관찰된 전압의 프로파일로부터, 전류 펄스가 센서 요소에 제공된 결과로서의 전압의 증가에 대한 값이 결정될 수 있다.
종래 기술에 따르면, 센서 요소의 내부 저항은, 센서 요소의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전압이 상기한 전류 부하를 가지거나 또는 상기한 전류 부하를 갖지 않는 것에 각각 관련된다는 사실에 의해 결정될 수 있다. 물론, 센서 요소에 전류 펄스의 제공은 센서 요소에서 상기한 전하 변위의 발생을 야기한다. 센서 요소 내의 셀이 항상 용량성 성분을 갖기 때문에, 전류 펄스는 셀에 인가된 전압을 추가로 증가시킬 수 있으며, 이는 커패시터의 충전 또는 방전 기술로부터 당업자에게 공지되어 있다. 그러나 셀에서 이러한 추가 전압 증가는 센서 요소의 내부 저항에 대해 결정된 값과 센서 요소의 내부 저항에 대한 실제 값의 편차를 초래할 수 있다.
이러한 이유 때문에, 전류 부하가 센서 요소에 인가된 직후에 전류 부하 하에서 센서 요소의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전압의 프로파일을 검출하는 것이 바람직하다. 그러나 실제로는, 특히 모터 제어 시스템으로부터 나온 고주파 신호 간섭들이 센서 요소로 전달되는 것을 가능한 한 억제하기 위해, 센서 요소, 특히 람다 프로브가 일반적으로 저역 통과 필터를 통해 관련 모터 제어 시스템에 연결되기 때문에, 상기 바람직한 조치가 실시될 수 없다. 따라서, 실제로는 전류 부하 하에서 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가되는 전압은 통상 전류 부하의 개시 후 3 밀리 초에야 검출된다. 상기 3 밀리 초 동안 센서 요소에서 발생하는 전하 변위가 센서 요소의 내부 저항의 결정의 결과에 영향을 미칠 수 있지만, 이러한 효과는 종래 기술에 따른 내부 저항의 결정시에 고려되지 않는다.
따라서, 본 발명의 과제는 공지된 방법 및 장치의 단점들을 적어도 상당 부분 피할 수 있는, 센서 요소의 내부 저항을 결정하기 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
센서 요소는 적어도 하나의 셀을 포함하고, 상기 셀은 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질을 포함한다. 2개의 전극들은 바람직하게는 이산화지르코늄으로 제조된다. 바람직한 실시 예에서, 제 1 전극은 다공성 보호층을 통해 측정 가스 챔버에 연결되고, 제 2 전극은 바람직하게 적어도 하나의 확산 배리어를 통해 측정 가스 챔버로부터 가스가 제공되는 전극 캐비티 내에 배치된다. 상기한 바와 같이, 고정 전압이 셀의 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가된다. 전극 캐비티 내의 산소 농도가 0에 가까우면, 네른스트 포텐셜이 급상승하여 상기 인가된 전압을 부분적으로 보상한다. 이러한 방식으로, 전극 캐비티 내의 일정한 산소 농도가 정확하게 조절될 수 있다.
따라서, 제 1 양태에서, 본 발명은 센서 요소의 내부 저항을 결정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이 방법은 바람직하게는 제시된 순서로, 즉 단계 a)에서 시작하여 단계 c)로 끝나는 순서로 실시될 수 있는, 단계들 a) 내지 c)를 포함한다. 그러나 개별 단계를 부분적으로 동시에 실시하는 것도 가능하다. 또한, 하기에 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 단계 c)가 실시되기 전에 단계 a) 및 b)가 적어도 2회 실시될 필요가 있다.
단계 a)에 따르면, 전류 펄스가 본 센서 요소에 제공된다. 처음에 이미 설명된 바와 같이, "전류 펄스" 또는 "측정 펄스"라는 표현은 전류 펄스 인가 전 및 전류 펄스의 종료 후 통상적인 양에 대해 셀에 인가되는 전류의 값의 급상승을 나타낸다. 따라서, 단계 a)에 따른 전류 펄스는 전류 펄스의 지속 기간에 걸쳐 셀 내로 전하들의 추가 공급으로 간주되어야 한다. 결과적으로, 전류 펄스는 센서 요소에서 전하 변위의 발생을 야기한다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 센서 요소에서 전하 변위의 발생은 셀의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전압을 증가시킨다. 따라서, 셀의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전압에 대한 증가된 값은 본 방법의 단계 b)에 따라 결정된다.
종래 기술로부터 공지된, 센서 요소의 내부 저항을 결정하기 위한 방법과는 달리, 여기서는 상기 단계 b)를 전하 변위의 발생 동안 각각 상이한 시점들에서, 적어도 2회, 바람직하게는 2 또는 3회 차례로 실시하고, 관련 시점들에서 이로부터 각각 전압의 증가에 대한 값을 결정하는 것이 제안된다. 센서 요소의 내부 저항은 이제 전하 변위의 발생 동안 적어도 2개의 상이한 시점들에 결정된 전압의 증가에 대한 값들로부터 단계 c)에 따라 결정될 수 있다.
단계 a) 동안 센서 요소의 셀에 작용하는 전류 펄스가 그 인가 후에 센서 요소에서 전하 변위를 초래하고, 그의 종료 후에, 이전에 생성된 전하 변위를 없애기 때문에, 셀 내의 전압 증가에 대한 값을 결정하기 위한 상이한 시점들은 전하 변위가 형성되는 기간에만 또는 전하 변위가 사라지는 기간에만 놓이는 것이 특히 바람직하다. 이러한 방식으로, 센서 요소의 내부 저항에 영향을 미치는 동일한 물리적 효과가 고려되는 것이 보장될 수 있다
셀 내의 전압의 증가의 분극 기인 성분을 결정하기 위해, 셀 내의 전압의 증가에 대한 값의 적어도 2회의 검출이 특히 바람직하다. 상기 분극 기인 성분은 센서 요소의 전류 부하 동안, 커패시터의 충전 또는 방전 곡선과 유사하게, 상기한 추가 전압 증가로부터 얻어진다. 전류 부하 동안 전압의 증가의 분극 기인 성분의 결정에 의해, 셀 내의 전압의 증가의 오믹 성분만을 결정하기 위해, 단계 b)에 따라 결정된 전압의 증가에 대한 총 값으로부터 상기 분극 기인 성분을 감산하는 것이 가능해질 수 있다. 셀 내의 전압의 증가의 이러한 오믹 성분에 의해, 센서 요소의 오믹 내부 저항의 더 정확한 결정이 수행될 수 있다. 이로부터, 또한 센서 요소에 전류가 제공될 때 센서 요소에 인가되는 전압에 대한 오믹 값으로 간주 될 수 있는 센서 요소의 "내부 저항"에 대한 정의가 주어지며, 센서 요소의 전압에 영향을 미치는 추가 효과들, 특히 이에 의해 야기되는 센서 요소의 분극은 무시된다.
특히, 전하 변위의 발생 동안 상이한 시점들에 결정되는 셀 내의 전압의 증가에 대한 값들로부터, 센서 요소에서 전하 변위의 발생의 프로파일을 나타내는 시상수가 결정될 수 있다. "시상수"라는 표현은 센서 요소의 가능한 분극과 관련한 특성 변수를 의미하며, 상기 변수는 커패시터와 전기 저항 사이의 직렬 접속의 존재 시에 커패시터의 공지된 충전과 유사하게, 전기 저항의 값과 커패시터의 커패시턴스의 값의 곱이다. 결과적으로, 전류 부하 중에 셀 내의 전압 증가의 분극 기인 성분의 근사치는 전하 변위 동안 셀에 인가된 전압의 바람직하게는 지수로 나타낸, 시간에 따른 프로파일로부터 계산될 수 있다. 따라서, 이러한 방식으로 결정된, 셀 내의 전압 증가의 분극 기인 성분에 대한 값은 상기한 바와 같이, 센서 요소의 내부 저항에 대한 값을 더 정확하게 결정하기 위해 사용될 수 있다.
이 경우, 셀 내의 전압에 대한 다른 팩터의 영향을 배제하거나 무시할 수 있는 기간 동안 센서 요소에서 전하 변위의 발생에 대한 적어도 하나의 시상수를 결정하는 것이 특히 바람직하다. 결과적으로, 가능한 한 일정한 람다 값이 존재하는 기간에 센서 요소의 내부 저항을 결정하는 것이 바람직하다.
센서 요소의 특정 온도에서 셀의 분극에 대해 관찰 가능한 값은 일반적으로 일정하기 때문에, 제안된 방법에 따라 센서 요소의 동일한 온도에서 수행되는 센서 요소의 내부 저항의 2번의 연속하는 측정의 경우에, 센서 요소의 내부 저항의 값은 변하지 않는다. 상기 관찰은 한편으로는 타당하지 않은 측정값들을 제거하기 위해 사용될 수 있고, 다른 한편으로는 단계 c)에 따른 센서 요소의 내부 저항의 다수의 개별 결정들의 결과들을 평균함으로써 시상수의 결정 정확도를 높이기 위해 사용될 수 있다.
또한, 이전에 결정된 적어도 하나의 시상수가 센서 요소의 내부 저항을 나중에 결정하는데 사용될 수 있다. 이로 인해, 매 개별 결정 시에 상기한 시상수를 다시 결정할 필요가 없다. 이전의 측정에서 결정된 시상수를 이용해서, 셀 내의 전압 증가의 분극 기인 성분의 근사치를 계산하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 모터 제어 시스템 내에 바람직하게 배치될 수 있는 전자 저장 매체 내에, 적어도 하나의 결정 시상수가 저장될 수 있다. 이러한 방식으로, 나중 시점에서 시상수를 다시 결정할 필요없이, 센서 요소의 내부 저항이 결정될 수 있게 된다.
바람직한 실시 예에서, 센서 요소에 제공되는 전류 펄스의 지속 기간은, 상기 전류 펄스의 지속 시간이 센서 요소에서 전하 변위의 발생에 대해 결정된 시상수들의 길이를 초과하도록 설정된다. 이러한 이유 때문에, 특히 시상수의 값이 셀에서 전류 부하의 통상적인 지속 시간을 초과하는 경우, 센서 요소의 전류 부하를 한번 또는 특정 간격으로 장기간에 걸쳐 활성화하는 것이 바람직할 수 있다. 이로 인해 셀에서 분극의 증가가 야기될 수 있기 때문에, DE 10 2012 200 038 A1에 기재된 바와 같이, "카운터 펄스"라고도 할 수 있는 반대 방향의 후속 전류 부하를 상응하게 연장함으로써, 상기한 전류 펄스 시퀀스의 종료 후에 가능한 한 빨리 센서 요소의 셀 내의 분극이 전체적으로 사라지는 것이 특히 바람직할 수 있다.
상기한 바와 같이, 센서 요소는 저역 통과 필터를 통해 제어 유닛, 특히 모터 제어 시스템에 연결될 수 있다. 이와 관련해서 이미 설명된 바와 같이, 저역 통과 필터는 당업자가 적절하게 결정된 전기 변수들로부터 쉽게 유도할 수 있는 관련 시상수를 갖는다. 센서 요소의 전류 부하에 의한 전하 변위로 인해 셀에 인가된 전압의 과도(transient)의 지속 기간은 통상 0.1 밀리 초 내지 0.5 밀리 초의 범위 내에 있는 저역 통과 필터의 시상수보다 훨씬 더 길다는, 즉 통상 수 밀리 초라는 사실로부터, 측정값에 대한 저역 통과 필터의 영향이 가능한 한 무시될 수 있도록, 셀의 분극의 형성 또는 사라짐 동안 셀 내의 전압의 증가에 대한 값을 결정하기 위한 상이한 시점들을 선택하는 것이 바람직할 수 있다는 것이 추정될 수 있다. 이를 위해, 단계 b)에 따라 셀 내의 전압의 증가에 대한 값을 결정하기 위한 제 1 시점은 전류 부하의 시작 또는 종료 후 저역 통과 필터의 시상수의 적어도 세 배, 바람직하게는 적어도 다섯 배의 경과 후 놓일 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기한 방법의 단계들을 실시하도록 설계된 컴퓨터 프로그램을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기 방식으로 설계된 컴퓨터 프로그램을 저장하도록 설계된 전자 저장 매체에 관한 것이다. 바람직한 실시 예에서, 상기 전자 저장 매체는 특히, 센서 요소에서 전하 변위의 발생에 대한 시상수에 대해 상기한 방법에 따라 결정된 적어도 하나의 값을 저장하도록 설계된다. 이 경우, 상기 결정된 값은 바람직하게는 시상수에 대한 값이 다시 결정될 필요 없이, 상기 방법에서 시상수의 나중 사용을 위해 이용될 수 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 상기한 방법의 단계들을 실시하고 경우에 따라 다른 값들, 특히 센서 요소에서 전하 변위의 발생에 대한 적어도 하나의 시상수를 저장하도록 설계된 컴퓨터 프로그램이 저장되는 전자 저장 매체를 포함하도록 설계된 제어 유닛, 특히 모터 제어 시스템에 관한 것이다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 측정 가스 챔버 내의 가스 혼합물로부터 가스 성분의 비율을 검출하는 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 적어도 하나의 셀을 갖는 상기한 센서 요소를 포함하며, 상기 셀은 적어도 하나의 제 1 전극, 적어도 하나의 제 2 전극, 및 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질을 포함한다. 또한, 상기 장치는 상기한 제어 유닛, 특히 엔진 제어 시스템을 더 포함한다. 이와 관련하여, 상기 장치는 일체형으로 그리고 바람직하게는 다체형으로 형성될 수 있고, 특히 센서 요소는 적절한 전기 연결부를 통해, 별도의 유닛으로서 형성된 제어 유닛에 상호 접촉되는 별도의 유닛으로서 형성된다.
여기에 설명된 방법 및 상기 방법을 실시하도록 설계된 장치는 센서 요소, 특히 람다 프로브의 내부 저항을 더 높은 정확도로 결정하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 센서 요소 내부 저항에 기초한 기능들 및 효과들이 더 정확하게 결정될 수 있다. 특히, 이러한 방식으로, 센서 요소의 온도가 더 정확하게 조정될 수 있으며, 이는 한편으로는 센서 요소에 의해 제공되는 신호의 정확성을 높이고, 다른 한편으로는 가능한 과열에 의한 센서 요소의 손상 위험을 감소시킴으로써, 바람직하게는 센서 요소의 유효 수명이 연장될 수 있다.
본 방법은 특히 상이한 유형의 센서 요소, 특히 상이한 유형의 람다 프로브, 바람직하게는 투-포인트 람다 프로브들에 사용될 수 있다. 또한, 센서 요소용 제어 유닛의 선택과 관련해서 또는 이를 구비한 차량과 관련해서 아무런 제한이 없다.
본 발명의 바람직한 실시 예들이 도면에 도시되어 있으며, 이하에서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 방법에 의해 결정될 수 있는 내부 저항을 가진 센서 요소를 나타낸 전기 회로도.
도 2는 센서 요소의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전압의 시간에 따른 프로파일을 나타낸 개략도.
도 2는 센서 요소의 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전압의 시간에 따른 프로파일을 나타낸 개략도.
이하에서, 센서 요소의 내부 저항을 결정하기 위한 본 발명에 따른 방법은 특히 셀을 갖는 람다 프로브에서, 내연 기관의 배기 가스 중의 산소의 비율을 검출하도록 설계된 센서 요소를 참고하여 설명된다.
도 1은 관련 전기 회로(112)뿐만 아니라 측정 가스 챔버 내의 가스 혼합물로부터 가스 성분의 비율을 검출하기 위한 센서 요소(110)를 개략적으로 도시한다. 여기에 도시된 센서 요소(110)는 셀(114)을 포함하고, 상기 셀은 제 1 전극(116), 제 2 전극(118), 및 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118)을 연결하는 고체 전해질(120)을 포함한다. 셀(114)에 전류(122)를 인가함으로써, 적절한 전압 검출 장치에 의해 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에서 전압(124)이 결정될 수 있다. 여기에 도시된 센서 요소(110)는, 상기 센서 요소(110)의 온도가 조정될 수 있는 방식으로 관련 가열 제어기(128)에 의해 작동될 수 있는, 가열 요소(126)를 포함한다.
센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법의 단계 a)에 따르면, 이러한 목적을 위해 설계된 펄스 발생 유닛(132)에 의해 제공되어 전류(122)에 더하여 셀(114)에 인가되는 전류 펄스(130)가 센서 요소(110)에 제공된다. 센서 요소(110)에 전류 펄스(130)가 제공되면, 센서 요소(110)에서 전하 변위가 발생하고, 전하 변위의 발생은 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이의 셀(114) 내의 전압(124)의 측정 가능한 증가로 나타난다.
단계 b)에 따르면, 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이의 셀(114) 내의 전압(124)의 증가에 대한 값이 전하 변위의 발생 중 상이한 시점들에 적어도 2회 결정된다. 이로부터, 단계 c)에 따라, 이하의 도 2에 상세히 나타나는 바와 같이, 센서 요소(110)의 내부 저항이 결정될 수 있다.
도 2는 센서 요소(110)의 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이의 셀(114) 내의 전압(124)의 시간에 따른 프로파일을 개략적으로 도시한다. 이 경우, 센서 요소(110)에는 전류 펄스(130) 및 후속해서 카운터 펄스(134)가 제공된다. 카운터 펄스(134)를 센서 요소(110)에 제공하는 것은, 전류 펄스(130)를 센서 요소(110)에 제공함에 의해 야기되는, 센서 요소(110), 특히 셀(114)의 분극을 가능한 빨리 제거하도록 실행되었다.
도 2에 도시된 셀(114)의 전압(124)의 시간에 따른 프로파일은 전류 펄스(130) 동안 오믹 성분(136)뿐만 아니라 펄스 시퀀스 인가 전 또는 후의 값(140)에 비한 전압(124)의 증가에 대한 분극 기인 성분(138)을 포함한다. 전류 펄스(130) 동안 센서 요소(110)의 전압(124)의 시간에 따른 프로파일의 형태로부터, 센서 요소(110), 특히 셀(114)에서 전하 변위의 발생에 대한 시상수는 전기 커패시터(14)를 갖는 셀의 거동의 유사성으로 인해 결정될 수 있다. 상기한 바와 같이, 이 경우에는 상기 시상수가 센서 요소(110)의 커패시턴스와 내부 저항의 값의 곱에 상응한다. 이로 인해, 근사에 의해, 센서 요소(110), 특히 셀(114)의 의 커패시턴스에 대한 값이 결정될 수 있고, 이로부터 전류 펄스(130) 동안 전압(124)의 증가에 대한 분극 기인 성분(138)이 결정될 수 있다. 센서 요소(110)의 내부 저항은 최종적으로, 센서 요소(110)의 내부 저항에 대한 오믹 성분(136)을 결정할 수 있게 하는 전압 (124)의 총 증가분에서 분극 기인 성분(138)을 감산함으로써 구해진다.
110 : 센서 요소
112 : 전기 회로
114 : 셀
116 : 제 1 전극
118 : 제 2 전극
120 : 고체 전해질
122 : 전류
124 : 전압
126 : 가열 요소
128 : 가열 제어기
130 : 전류 펄스
134 : 카운터 펄스
136 : 오믹 성분
138 : 분극 기인 성분
112 : 전기 회로
114 : 셀
116 : 제 1 전극
118 : 제 2 전극
120 : 고체 전해질
122 : 전류
124 : 전압
126 : 가열 요소
128 : 가열 제어기
130 : 전류 펄스
134 : 카운터 펄스
136 : 오믹 성분
138 : 분극 기인 성분
Claims (12)
- 측정 가스 챔버 내의 가스 혼합물로부터 가스 성분의 비율을 검출하기 위한 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법으로서,
상기 센서 요소(110)는 적어도 하나의 셀(114)을 포함하고, 상기 셀(114)은 적어도 하나의 제 1 전극(116), 적어도 하나의 제 2 전극(118), 및 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118)을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(120)을 포함하고, 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에 전압(124)이 인가되며,
상기 방법은 a) 상기 센서 요소(110)에서 전하 변위의 발생을 야기하는 전류 펄스(130)를 상기 센서 요소(110)에 제공하는 제공 단계로서, 상기 전하 변위의 발생은 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 상기 전압(124)을 증가시키는, 상기 제공 단계; 및
b) 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 상기 전압(124)의 증가에 대한 값을 결정하는 결정 단계를 포함하는, 상기 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법에 있어서,
단계 b)는 상기 전하 변위의 발생 동안 상이한 시점들에서 적어도 2회 실시되고, 이로부터 상이한 시점들에서 각각 상기 전압(124)의 증가에 대한 값이 결정되며,
c) 상기 전하 변위의 발생 중 상이한 시점들에서 결정된 전압(124)의 증가에 대한 값으로부터 상기 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하는 결정 단계가 실시되고,
상기 전하 변위의 발생 동안 상이한 시점들에서 결정되는 상기 전압(124)의 증가에 대한 값들로부터, 상기 전압(124)의 증가의 분극 기인 성분(138)이 결정되며, 상기 센서 요소(110)의 내부 저항은 상기 전압(124)의 증가에 대한 결정된 값들로부터 상기 전압(124)의 증가의 분극 기인 성분(138)을 감산함에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 전하 변위의 발생 동안 상이한 시점들에서 결정되는 상기 전압(124)의 증가에 대한 값들로부터, 상기 센서 요소(110)에서 상기 전하 변위의 발생에 대한 시상수가 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 센서 요소(110)에서 상기 전하 변위에 대한 시상수는 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 상기 전압(124)에 대한 다른 팩터들의 영향이 무시될 수 있거나 배제되는 기간 동안 결정되는 것을 특징으로 하는 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 센서 요소(110)에서 전하 변위의 발생에 대해 결정된 시상수는 전자 저장 매체에 저장되어, 상기 센서 요소(110)의 내부 저항의 적어도 하나의 후속 결정을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 센서 요소(110)에 제공되는 상기 전류 펄스(130)의 지속 시간은 상기 전류 펄스(130)의 지속 시간이 상기 센서 요소(110)에서 상기 전하 변위의 발생에 대한 시상수의 길이를 초과하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 센서 요소(110)는 저역 통과 필터를 통해 제어 유닛에 연결되고, 상기 저역 통과 필터는 관련 시상수를 가지며, 상기 전압(124)의 증가에 대한 제 1 값을 결정하기 위한 제 1 시점은 상기 저역 통과 필터의 시상수의 적어도 3배 또는 적어도 5배에 상응하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 센서 요소(110)의 내부 저항을 결정하기 위한 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 따른 방법의 단계들을 실시하도록 설계된 컴퓨터 프로그램이 저장된 전자 저장 매체.
- 제 9 항에 있어서, 전하 변위의 발생에 대한 시상수의, 제 3 항에 따른 방법에 따라 결정된 적어도 하나의 값이 센서 요소(110)에 저장되는 것을 특징으로 하는 전자 저장 매체.
- 제 9 항에 따른 전자 저장 매체를 포함하는 제어 유닛.
- 측정 가스 챔버 내의 가스 혼합물로부터 가스 성분의 비율을 검출하기 위한 장치로서,
상기 장치는 적어도 하나의 셀(114)을 갖는 센서 요소(110)를 포함하고, 상기 셀(114)은 적어도 하나의 제 1 전극(116), 적어도 하나의 제 2 전극(118), 및 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118)을 연결하는 적어도 하나의 고체 전해질(120)을 포함하며,
상기 장치는 제 11 항에 따른 제어 유닛을 더 포함하는, 장치.
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