WO2004090524A1 - Vorrichtung zum betreiben eines gassensors - Google Patents

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WO2004090524A1
WO2004090524A1 PCT/EP2004/050455 EP2004050455W WO2004090524A1 WO 2004090524 A1 WO2004090524 A1 WO 2004090524A1 EP 2004050455 W EP2004050455 W EP 2004050455W WO 2004090524 A1 WO2004090524 A1 WO 2004090524A1
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WO
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pump
switch
gas
phases
voltage
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PCT/EP2004/050455
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English (en)
French (fr)
Inventor
Berndt Cramer
Andy Tiefenbach
Bernd Schumann
Thorsten Ochs
Helge Schichlein
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to JP2006500121A priority patent/JP4327843B2/ja
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    • 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
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/417—Systems using cells, i.e. more than one cell and probes with solid electrolytes
    • G01N27/419—Measuring voltages or currents with a combination of oxygen pumping cells and oxygen concentration cells

Definitions

  • the invention relates to a device for operating a gas sensor according to the preamble of the independent claim.
  • a broadband lambda sensor which has a sensor chamber which is connected to a gas space via a diffusion barrier is.
  • An inner pump electrode is arranged in the sensor chamber and forms a pump cell with an outer pump electrode and an electrolyte conducting oxygen ions lying between the pump electrodes.
  • the pump cell can be used to pump oxygen ions of the gas through the electrolyte out of the sensor chamber or into the sensor chamber.
  • a measuring cell which lies between the inner pump electrode and a reference gas electrode, an electrolyte conducting oxygen ions also being arranged between the inner pump electrode and the reference gas electrode.
  • the measuring cell corresponds to a Nernst cell in which the potential difference that forms in the thermodynamic equilibrium between the inner pump electrode and the air reference electrode is proportional to the logarithm of the ratio of the partial pressure of the gas to be examined in the sensor chamber and the partial pressure of the gas to be examined in the air reference.
  • a circuit arrangement implemented in analog circuit technology has the task of influencing the oxygen partial pressure in the sensor chamber in such a way that the Nerns potential remains constant at a predetermined value. For this purpose, the circuit arrangement changes an electrical pump current which is applied to the outer pump electrode.
  • the polarity and the amount of the pump current depend on whether or by what amount the predetermined Nernst potential is exceeded or fallen short of.
  • the resulting pump current appears at a working resistance as a voltage, which is a measure of the concentration of the gas to be examined.
  • DE 3625 ⁇ 71 AI describes a method for operating a sensor with a variable
  • Ionic conductivity and a device for carrying out the method are described, in which the sensor is supplied with a current supplied by a constant current source in pulses in cyclical processes.
  • the resulting voltage at the sensor is a measure of the relative air humidity to which the sensor is exposed.
  • the pulsed supply of the current avoids polarization effects on the
  • Electrodes of the sensor The use of a constant current, which can have an alternating polarity, enables simple evaluation of the sensor voltage occurring at the sensor element.
  • the invention is based on the object of specifying a device for operating a gas sensor which contains a circuit arrangement which is simple to implement and which enables an accurate, low-drift and low-offset measurement.
  • a constant current source is provided for providing the pump current.
  • the constant current source can be set to a plurality of predefinable current levels.
  • the constant current source provides clocked operation with switch-on phases and switch-off phases, the duration of the switch-on phases and / or the duration of the switch-off phases being specifiable.
  • the device according to the invention can largely be implemented in digital circuit technology. This enables a comparatively precise detection of the pump current and thus of the measurement signal. The errors caused by drift and offset, which can only be managed with complex measures in analog circuit technology, are largely avoided. Furthermore, the detection of the pump current is independent of an electrical capacity of the gas sensor.
  • the device according to the invention enables different amounts of constant currents to be specified.
  • a stationary operating state in which the concentration of the gas to be measured is within the considered
  • the constant current known in the circuit arrangement is identical to the pump current.
  • the pump current can be obtained by a simple averaging over a time-predetermined measuring sensor. The averaging is particularly simple, since both the times in which the predetermined constant current flows and the amount of the constant current are known in the circuit arrangement.
  • the specification of an average pump current makes it possible to vary the duration of the switch-on phases and / or the switch-off phases.
  • the second alternative enables the constant current source to be implemented in an extreme case with only one predeterminable level.
  • the most flexible solution is a combination of the first and second alternatives.
  • the combination allows the amounts of the constant currents and the duration of the switch-on and / or switch-off phases to be specified flexibly. Since the device according to the invention for operating the gas sensor contains a control loop, which is given by the fact that a change in the pump current influences the measurement voltage, which in turn can lead to a tracking of the pump current, the measures provided according to the invention can optimize the control behavior in the
  • the device according to the invention can be addressed directly by further electrical control units via standardized interfaces, which are not the subject of the present application. Additional circuit measures are only available in small extent required.
  • the signals occurring in the device according to the invention are largely in digital form, so that the signal processing can largely take place in a computer. This makes it possible to miniaturize the circuit arrangement while at the same time increasing the functionality or the possibility of changing the functionality of the device.
  • constant current source enables the specification of constant currents which have both positive and negative polarity.
  • One embodiment provides for averaging over a predetermined measurement time.
  • the averaging enables the accuracy in the detection of the pump current to be increased, in particular in the case of transient processes in which control processes occur.
  • the measurement time which corresponds to a low-pass filter fiction, the cell curve of the pump slrm can be smoothed at the same time.
  • the device according to the invention allows the pump current to be determined by simple counting processes. With a specified current level and a specified duration of the switch-on phases and / or the switch-off phases, the counting of the number of switch-on phases or the switch-off phases within the specified measurement time results directly
  • the measurement voltage can be regulated by controlling the constant current source as a function of a comparison between a predetermined measurement voltage and the actual measurement voltage.
  • the analog measurement voltage is preferably converted into a digital signal in an analog-digital converter, so that the device according to the invention can be largely implemented in digital circuit technology.
  • a further development of the device according to the invention provides a gas sensor which contains a plurality of pump cells which can be exposed to different gases to be examined, for example. For the several pump cells, only one measuring cell needed. Through a temporal coordination, one and the same constant current source can act upon all pump cells with a pump current in rapid succession. If the resulting times for the de-energized state of some pump cells result in values that are too high, the constant chromium source and its control can accordingly be present several times. The additional effort is limited because the
  • the device according to the invention is particularly suitable for operating a gas sensor which is arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • a gas sensor which is arranged in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a gas sensor
  • Figure 2 shows a block diagram of an inventive device for
  • FIG. 1 and FIGS. 3a-3c show signal profiles as a function of the time that occur in the arrangement shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a sectional view through a gas sensor 10, which contains a pump cell 13 arranged between an outer pump electrode 11 and an inner pump electrode 12.
  • the inner pump electrode 12 is arranged in a sensor chamber 14, which is acted upon by the gas to be measured via a diffusion barrier 15.
  • An inner measuring electrode 16 is also arranged in the sensor chamber 14 and forms a measuring cell 19 with an outer measuring electrode 18 arranged in a gas reference space 17.
  • the outer measuring electrode 18 is guided to a measuring signal connection LR.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a device for operating the gas sensor 10.
  • the electrical equivalent circuit diagram of the gas sensor 10 has a pump cell voltage UAPE lying between the pump electrode connection ⁇ PE and the measurement signal connection LR and a pump cell resistor RAPE.
  • the gas sensor 10 also has a measuring voltage UIPEist lying between the measuring signal connection LR and the sensor chamber connection EPE and a measuring cell resistor RIPE.
  • the sensor chamber connection EPE is connected to a circuit ground 20.
  • the measurement signal connection LR to which a sensor voltage ULR is applied, is connected to a blow hold circuit 21, which is followed by an analog / digital converter 22, which forwards a digitized measurement voltage UTPEistd to a comparator 23.
  • the comparator 23 compares the digitized measurement voltage UTPEistd with a target voltage UEPEsoIl and outputs a difference signal 24 to a decision logic 25.
  • the decision logic 25 outputs a first sound signal SU to a first sonicator, a second switching signal St2 to a second switch S2 and a count signal 26 to a counter 27.
  • the first switch SI is connected to a positive voltage source U + and the second switch to a negative voltage source U-.
  • the first switch SI can switch the positive voltage source U + and the second sonicator S2 the negative voltage source U- to a current source resistor RI connected to the pump electrode connection
  • ⁇ PE is connected, in which the pump current IP flows.
  • a clock generator 28 is provided, which provides a clock signal CLOCK.
  • FIGS. 3a-3c show signal profiles as a function of the line t, which occur in the device shown in FIG. 2.
  • FIG. 3a shows the sensor voltage ULR as a function of the time t.
  • the sensor voltage ULR arises from the superimposition of the voltage of the measurement voltage source UI-PEist and an error voltage UF, which is caused by the voltage drop across the pump cell the R ⁇ PE level arises due to the pump current Ip.
  • the error voltage UF occurs during switch-on phases TD or while the pump current Ip is flowing.
  • the pump current Ip is switched off during switch-off phases TA, so that the measurement voltage UTPEist is present as a sensor voltage ULR.
  • Figure 3b shows the Pumpslrom Ip depending on the time t.
  • a first line interval which lies between a first and a sixth time, T1, T6.
  • the pump current Ip occurs with a first amount 1+.
  • the switch-off phases TA and during a time interval that begins after the sixth time T6 and ends at a measuring time TM the pump current Ip is during the
  • FIG. 3c shows the clock signal TAKT as a function of time t.
  • the clock signal TKT has a sound level during the switch-on phases TD and a switch-off level during the switch-off phases TA.
  • the clock signal TAKT has a period TP.
  • the switch-on phase TD and the noise phase TA occur within the period TP.
  • the gas sensor 10 is arranged, for example, in the exhaust gas of an internal combustion engine.
  • gas sensor 10 detects a concentration of a gas component contained in the exhaust gas. This can be, for example, the residual oxygen concentration or, for example, the nitrogen oxide (N ⁇ x) concentration.
  • the outer pump electrode 11 and the diffusion barrier 15 are exposed to the gas to be examined.
  • the gas concentration in the sensor chamber 14 can be changed by gas ion transport through the pump cell 13.
  • the concentration can be changed by applying a voltage to the pump electrode connection ⁇ PE of the outer pump electrode 11.
  • the pump current Ip occurs due to the voltage.
  • the gas sensor 10 further contains the measuring cell 19 formed between the inner and outer measuring electrodes 16, 18.
  • the measuring cell 19 can be used to measure the concentration of the gas to be examined in the sensor chamber 14 on the basis of a gas ion flow occurring in the measuring cell 19.
  • the voltage of the measuring cell 19 is the measuring voltage UIPEist, which is referred to as the nominal voltage.
  • a prerequisite for the formation of the nominal voltage is a thermodynamic equilibrium between the gas components of the gas to be examined.
  • the concentration is measured in relation to the gas concentration that occurs in the gas reference room 17. This is a room that is filled with air, for example.
  • the equivalent circuit diagram of the gas sensor 10 shown in FIG. 2 applies.
  • the potential occurring at the measurement signal connection LR is below the potential occurring at the pump electrode connection APE, but above the potential occurring at the sensor chamber connection IPE.
  • the potentials are determined by the voltage sources shown in the equivalent circuit diagram of the gas sensor 10.
  • the voltages of the voltage sources, and consequently the measurement voltage UIPEact as well as the pump cell voltage of the UAPE, are determined by the concentration differences at the measurement cell 19 or the pump cell 13, which can be influenced by the pump current Ip.
  • the arrangement shown in FIG. 2 preferably has the task of setting the measurement voltage UIPEist to the target voltage UIPEsoU.
  • the measurement voltage UIPEist changes accordingly.
  • the target voltage UIPE target is, for example, set to a value of 450 mV.
  • the sensor voltage ULR is sampled by the sample and hold circuit 21, which is controlled by the clock signal TAKT and which is followed by the analog / digital converter 22.
  • the sample and hold circuit 21 and the analog-to-digital converter 22 can be interchanged in the arrangement, so that an analog-to-digital conversion of the measurement voltage UIPEist can be provided directly.
  • the digitized measurement voltage UEPEistd is compared in the comparator 23 with the target voltage UIPEsoll. Depending on the difference, the difference signal 24 is output to the decision logic 25.
  • the decision logic 25 controls either the first switch SI or the second switch S2 with the first sound signal SU or the second sound signal S12. Closing the first switch SI, which is connected to the positive voltage source U +, in conjunction with the current source resistance Ri leads to a pump current Ip with the predetermined amplitude I +, which is shown in FIG. 3b, which occurs within a time interval between the first time T1 and the sixth time T6.
  • the first control signal Stl and thus the occurrence of the pump current Ip with the first amount 1+ occurs during the switch-on phases TD.
  • five switch-on phases TD are provided between the first and sixth line point T1, T6.
  • Voltage source U +, U- and the current source resistor Ri form a switchable constant current source.
  • the constant current source can also be made more complex with the aim of being able to specify the pump current more precisely.
  • the current source resistance Ri is significantly higher than the internal resistance of the positive or negative voltage source
  • the pump current Ip is essentially determined by the voltage of the positive or negative voltage source U +, U- and the current source resistance Ri. If only a predetermined amount of the pump current Ip is provided, the constant current source can be set to the Slromegel I +, I- shown in Figure 3b. Different Slrom levels can be specified by changing the voltage of the positive and negative voltage sources U +, U- and or the resistance value of the current source resistance Ri.
  • the second switch S2 which is connected to the negative voltage source U-
  • the second amount I- of the pump current Ip This situation is shown between the sixth point in time and the measuring time TM in FIG. 3b.
  • the four switch-on times TD shown occur, for example, within the line interval.
  • the differential signal 24 signals that the digitized measurement voltage UEPEistd has exceeded the target voltage U PEsoll, so that the first switching signal SU and the second switching signal are withdrawn in the period TP following the line point T6 St2 is output during the switch-on phases TD to close the second sounder S2.
  • the measuring time TM occurs, the difference signal 24 changes again.
  • the measuring time TM occurs, a control oscillation is completed.
  • a different design of the controller can lead to a different behavior.
  • the first and second magnitude I +, I- of the current of the constant current source is by the voltage of the positive and negative
  • the pump current Ip can be determined by a simple counting process of the switch-on phases TD shown in FIG. 3b, provided the first and second magnitudes I +, I- of the pump current Ip are the same. The counting is carried out by counting the switch-on times TD that occur between the first and sixth times T1, T6 and counting the switch-on times TD that occur between the sixth time T6 and the measuring line TM. The difference is then formed.
  • the measuring line TM happens to be equated to a control oscillation.
  • the measuring time TM can be set independently of the control oscillation.
  • the measuring time TM specifies the application time for the average value formation.
  • the result of the averaging results in the average pump current Ip with which the outer pump electrode 11 is applied.
  • the pump current Ip is a direct measure of the concentration of the gas to be examined, since the regulation of the pump current Ip as a function of the constant one
  • Measuring voltage UEPE is regulated.
  • the averaging can be done smoothly. Moving averaging means that, for example, at each point in time T1-T9 the current pulses are summed up to the equally progressing measuring time TM.
  • the mean pump current Ip can thus be resolved in 1/100 steps of the maximum possible mean pump current EP become.
  • the maximum possible mean value of the pump current EP can be 100 * U + * TD / Ri or 100 * U- * TD / Ri.
  • the control behavior can be optimized with regard to accuracy and speed, and in particular stability of the control.
  • the constant current source U +, SI, U-, S2, Ri is designed in several stages, in particular also in multiple stages for both polarities. If the difference signal 24 indicates a larger difference between the measurement voltage UIPEact and the target voltage UIPEsoll, a higher current amount can be specified for one or more switch-on times TD than for a smaller difference.
  • switch-on phases TD and / or the period duration TP are predefined variably.
  • a longer switch-on phase TD can initially be specified for one or more period durations TP than with a smaller difference.
  • One embodiment provides a combination of the further developments, so that with a change in the amounts I +, I- of the pump current Ip as well as a change in the switch-on phases TD and or the period durations TP, the amount of charge fed to the pump electrode 11 according to the product Ip * TD in a period duration TP can be variably specified.
  • the gas sensor 10 has 13 further pump cells instead of the one pump cell.
  • the individual pumping cells can be in chronological order are supplied with the pump current Ip by the constant current source U +, S 1, U-, S2, Ri.
  • several constant current sources can also be provided, corresponding to the number of pump current sources 13.
  • care must be taken that the “switch-off phases T” are present for all pump cells simultaneously.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Betreiben eines Gassensors (10) vorgeschlagen, der sois wohl wenigstens eine Purnpzelle (13) als auch eine Messzelle (19) enthält Vorgesehen ist eine Konstantstromquelle (U+, SI, U-, S2, Ri), die einen Pumpstrom (Ip) bereitstellt, mit welchem eine äussere Elektrode (11) der Pumpzelle (13) beaufschlagt wird. Die Konstant stromquelle (U+, SI, U-, S2, Ri) stellt wenigstens zwei unterschiedliche Beträge (I+, I-) des Pumpstroms (Ip) bereit und/oder sieht einen wechselnden Betrieb mit Einschaltpha sen (TD) und Ausschaltphasen (TA) vor, wobei die Dauer der Einschaltphasen (TD) / Ausschaltphasen (TA) vorgebbar sind. Die Vonichtung kann weit gehend in digitaler Schaltungstechnik realisiert und unterschiedlichen Anforderungen angepasst werden

Description

Vorrichtung zum Betreiben eines Gassensors
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Betreiben eines Gassensors nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
In dem Fachbuch "Otto-Motor - Management / Bosch", Verlag Vieweg, 1. Aufl., 1998, Seiten 22-23, ist ein Breitband-Lambda-Sensor beschrieben, der eine Sensorkammer aufweist, die über eine Diffusionsbarriere mit einem Gasraum verbunden ist. In der Sen- sorkammer ist eine innere Pumpelektrode angeordnet, die mit einer äußeren Pumpelektrode und einem zwischen den Pumpelektroden liegenden Sauerstofϊϊonen leitenden Elektrolyten eine Pumpzelle bildet. Mit der Pumpzelle können Sauerstoffionen des Gases durch den Elektrolyten aus der Sensorkammer heraus oder in die Sensorkammer hineingepumpt werden.
Neben der Pumpzelle ist eine Messzelle vorhanden, die zwischen der inneren Pumpelektrode und einer Referenzgaselektrode liegt, wobei zwischen der inneren Pumpelektrode und der Referenzgaselektrode ebenfalls ein Sauerstoffionen leitender Elektrolyt angeordnet ist. Die Messzelle entspricht einer Nernstzelle, bei der die sich im thermodynami- sehen Gleichgewicht zwischen der inneren Pumpelektrode und der Luftreferenzelektrode ausbildende Potenzialdifferenz dem Logarithmus des Verhältnisses des Partialdrucks des zu untersuchenden Gases in der Sensorkammer und des Partialdrucks des zu untersuchenden Gases in der Luftreferenz proportional ist. Eine in analoger Schaltungstechnik realisierte Schaltungsanordnung hat die Aufgabe, den Sauerstoffpartialdruck in der Sensorkammer derart zu beeinflussen, dass das Nernslpo- tenzial konstant auf einem vorgegebenen Wert bleibt. Die Schaltungsanordnung ändert zu diesem Zweck einen elektrischen Pumpstrom, mit dem die äußere Pumpelektrode beauf- schlagt ist. Die Polarität und der Betrag des Pumpstroms hängen davon ab, ob bzw. um welchen Betrag das vorgegebene Nernstpotenzial über- oder unterschritten ist. Der sich einstellende Pumpstrom tritt an einem Λrbeitswiderstand als Spannung auf, die ein Maß für die Konzentration des zu untersuchenden Gases ist. In der DE 3625 Ö71 AI ist ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors mit veränderlicher
Ionenleitfähigkeit sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, bei welchem der Sensor in zyklisch ablaufenden Vorgängen impulsartig mit einem von einer Konstantstromquelle gelieferten Strom beaufschlagt wird. Die sich ergebende Spannung am Sensor ist ein Maß für die relative Luflfeuchte, welcher der Sensor ausge- setzt ist. Die impulsartige Zuführung des Stroms vermeidet Polarisationseffekte an den
Elektroden des Sensors. Die Verwendung eines konstanten Stroms, der eine wechselnde Polarität aufweisen kann, ermöglicht eine einfache Auswertung der am Sensorelement auftretenden Sensorspannung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zum Betreiben eines Gassensors anzugeben, der eine einfach zu realisierende Schaltungsanordnung enthält, welche eine genaue, drift- und offsetarme Messung ermöglicht.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Anspruch angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß ist eine Konstantstromquelle zur Bereitstellung des Pumpstroms vorgesehen. Gemäß einer ersten Alternative ist die Konstantstromquelle auf mehrere vorgebba- re Strompegel einstellbar. Gemäß einer zweiten Alternative, die gegebenenfalls zusätzlich zur ersten Alternative vorgesehen sein kann, sieht die Konstantstromquelle einen getakteten Betrieb mit Einschaltphasen und Λusschaltphasen vor, wobei die Dauer der Einschaltphasen und/oder die Dauer der Ausschaltphasen vorgebbar ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weit gehend in digitaler Schaltungstechnik realisiert werden. Dadurch ist eine vergleichsweise genaue Erfassung des Pumpslroms und somit des Messsignals möglich. Die in analoger Schaltungstechnik nur mit aufwändigen Maßnahmen in den Griff zu bekommende Fehler durch Drift und Offset werden weitest- gellend vermieden. Weiterhin ist die Erfassung des Pumpstroms unabhängig von einer e- lektrischen Kapazität des Gassensors.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht gemäß der ersten Alternative die Vorgabe von unterschiedlichen Beträgen der Konstantströme. In einem stationären Betriebszu- stand, bei dem sich die Konzentration des zu messenden Gases innerhalb des betrachteten
Messzeitraums nicht oder nur unwesentlich ändert, ist der in der Schaltungsanordnung bekannte Konstantstrom identisch mit dem Pumpstrom. Bei den üblicherweise inslalionä- ren Zuständen kann durch eine einfache Mittelwertbildung über ein zeitlich vorgegebenes Messfensler der Pumpstrom erhalten werden. Die Mittel wertbildung gestaltet sich beson- ders einfach, da sowohl die Zeiten, in denen der vorgegebene Konstantstrom fließt, als auch der Betrag des Konslantslroms in der Schaltungsanordnung bekannt sind.
Gemäß der zweiten Alternative, die einen getakteten Betrieb mit Einschaltphasen und Ausschaltphasen vorsieht, ermöglicht die Vorgabe eines mittleren Pumpstroms durch eine Variation der Dauer der Einschaltphasen und/oder der Λusschaltphasen. Die zweite Alternative ermöglicht eine Realisierung der Konstantstromquelle im Extremfall mit nur einem vorgebbaren Pegel.
Die flexibelste Lösung sieht eine Kombination der ersten und zweiten Alternative vor. Durch die Kombination können die Beträge der Konstantströme und die Dauer der Einschaltphasen und/oder Λusschaltphasen flexibel vorgegeben werden. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben des Gassensors eine Regelschleife enthält, die dadurch gegeben ist, dass eine Änderung des Pumpstroms die Mess-Spannung beeinflusst, die ihrerseits wieder zu einer Nachführung des Pumpstroms führen kann, kann durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Maßnahmen eine Optimierung des Regelverhaltens im
Hinblick auf Genauigkeit und Geschwindigkeit der Regelung erzielt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann über standardisierte Schnittstellen direkt von weiteren elektrischen Steuereinheiten angesprochen werden, die nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind. Zusätzliche Schaltungsmaßnahmen sind hierzu nur in ge- ringem Umfang erforderlich. Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftretenden Signale liegen weit gehend in digitaler Form vor, so dass die Signalverarbeitung weitest- gehend in einem Rechner stattfinden kann. Dadurch ist eine Miniaturisierung der Schaltungsanordnung bei gleichzeitiger Erhöhung der Funktionalität bzw. der Änderungsmög- lichkeit der Funktionalität der Vorrichtung möglich. Eine Anpassung an unterschiedliche
Ausführungen von Gassensoren oder eine Anpassung zum Ausgleich von Exemplarstreuungen einer Gassensorserie ist mit Softwareanpassungen in einfacher Weise ohne Änderung der Hardware möglich. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben eines Gassensors ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Konstantstromquelle die Vorgabe von Konstantströmen ermöglicht, die sowohl positive als auch negative Polarität aufweist.
Eine Ausgestaltung sieht eine Mittel wertbildung über eine vorgegebene Messzeit vor. Die Mittel wertbildung ermöglicht die Erhöhung der Genauigkeit bei der Erfassung des Pumpstroms insbesondere bei instationären Vorgängen, bei denen Regelvorgänge auftreten. Durch die Anpassung der Messzeit, die einer Tiefpassfilterfuriktion entspricht, kann gleichzeitig eine Glättung des zeillichen Verlaufs des Pumpslroms vorgenommen werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet die Ermittlung des Pumpstroms durch einfache Zählvorgänge. Bei vorgegebenem Strompegel und vorgegebener Dauer der Einschaltphasen und/oder der Λusschaltphasen ergibt die Zählung der Anzahl der Einschalt- phasen oder der Ausschaltphasen innerhalb der vorgegebenen Messzeit unmittelbar ein
Maß für den Pumpstrom wieder. Eine Regelung der Mess-Spannung ist durch eine Steuerung der Konstantstromquelle in Abhängigkeit von einem Vergleich zwischen einer vorgegebenen Soll-Messspannung und der Ist-Messspannung möglich. Die analoge Mess- Spannung wird vorzugsweise in einem Analog-Digital-Wandler in ein Digitalsignal um- gesetzt, so dass eine weiteslgehende Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in digitaler Schaltungstechnik ermöglicht ist.
Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht einen Gassensor vor, der mehrere Pumpzellen enthält, die beispielsweise unterschiedlichen zu untersuchenden Ga- sen ausgesetzt werden können. Für die mehreren Pumpzellen wird lediglich eine Mess- zelle benötigt. Durch eine zeitliche Koordination kann ein und dieselbe Konstanlstrom- quelle in eillicher Folge sämtliche Pumpzellen mit einem Pumpstrom beaufschlagen. Sofern die sich ergebenden Zeiten für den stromlosen Zustand einiger Pumpzellen zu hohe Werte ergeben, können die Konstantslromquelle sowie deren Steuerung entsprechend mehrfach vorhanden sein. Der zusätzliche Aufwand hält sich dadurch in Grenzen, da die
Funktionen in einem Rechner, beispielsweise einem Mikroprozessor, ohne großen Aufwand mehrfach realisierbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Betreiben eines Gas- sensors, der im Abgas einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die weitestgehende
Möglichkeit der Digitalisierung weist bei diesem Einsatz des Gassensors wesentliche Vorteile im Hinblick auf die mit elektromagnetischen Störungen verseuchte Umgebung auf. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben eines Gassensors ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Zeichnung
Figur 1 zeigt ein Schnittbild durch einen Gassensor,
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Betreiben des in Figur 1 gezeigten Gassensors und Figuren 3a-3c zeigen Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeit, die in der in Figur 2 gezeigte Anordnung auftreten.
Figur 1 zeigt ein Schnittbild durch einen Gassensor 10, der eine zwischen einer äußeren Pumpeleklrode 11 und einer inneren Pumpelektrode 12 angeordnete Pumpzelle 13 enthält. Die innere Pumpelektrode 12 ist in einer Sensorkammer 14 angeordnet, die über ei- ne Diffusionsbarriere 15 mit dem zu messenden Gas beaufschlagt wird. In der Sensorkammer 14 ist weiterhin eine innere Messelektrode 16 angeordnet, die mit einer in einem Gasreferenzraum 17 angeordneten äußeren Messelektrode 18 eine Messzelle 19 bildet.
Die äußere Pumpelektrode 11, die mit einem Pumpeleklrodenanschluss ΛPE verbunden ist, wird mit einem Pumpslrom Ip beaufschlagt. Die innere Pumpelektrode 12, die elekt- risch mit der inneren Messelektrode 16 verbunden ist, wird an einen Sensorkammeran- schluss IPE geführt. Die äußere Messelektrode 18 ist an einen Mess-Signalanschluss LR geführt.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Betreiben des Gassensors 10.
Das elektrische Ersatzschaltbild des Gassensors 10 weist eine zwischen dem Pumpelekt- rodenanschluss ΛPE und dem Mess-Signalanschluss LR liegende Pumpzellenspannung UAPE und einen Pumpzellenwiderstand RAPE auf. Der Gassensor 10 weist weiterhin eine zwischen dem Mess-Signalanschluss LR und dem Sensorkammeranschluss EPE lie- gende Messspannung UIPEist und einen Messzellenwiderstand RIPE auf. Der Sensorkammeranschluss EPE ist mit einer Schaltungsmasse 20 verbunden.
Der Mess-Signalanschluss LR, an dem eine Sensorspannung ULR anliegt, ist mit einer Λblas Halteschaltung 21 verbunden, der ein Λnalog-/Digital-Wandler 22 nachgeschaltet ist, der eine digitalisierte Messspannung UTPEistd an einen Vergleicher 23 weiterleitet.
Der Vergleicher 23 vergleicht die digitalisierte Messspannung UTPEistd mit einer Sollspannung UEPEsoIl und gibt ein Differenzsignal 24 an eine Entscheidungslogik 25 ab. Die Entscheidungslogik 25 gibt ein erstes Schallsignal SU an einen ersten Schaller, ein zweites Schaltsignal St2 an einen zweiten Schalter S2 sowie ein Zählsignal 26 an einen Zähler 27 ab.
Der erste Schalter SI ist mit einer positiven Spannungsquelle U+ und der zweite Schalter mit einer negativen Spannungsquelle U- verbunden. Der erste Schalter SI kann die positive Spannungsquelle U+ und der zweite Schaller S2 die negative Spannungsquelle U- auf einen Stromquellenwiderstand RI schalten, der mit dem Pumpelektrodenanschluss
ΛPE verbunden ist, in welchen der Pumpstrom IP fließt. Zur Steuerung der Λblast- Halteschaltung 1 und der Entscheidungslogik 25 ist ein Taktgeber 28 vorgesehen, der ein Taktsignal TAKT bereitstellt.
Die Figuren 3a-3c zeigen Signalverläufe in Abhängigkeit von der Zeil t, die in der in Figur 2 gezeigten Vorrichtung auftreten.
Figur 3a zeigt die Sensorspannung ULR in Abhängigkeit von der Zeit t. Die Sensorspannung ULR entsteht aus der Überlagerung der Spannung der Mess-Spannungsquelle UI- PEist und einer Fehlerspannung UF, die durch den Spannungsabfall am Pumpzellenwi- derstand RΛPE auf Grund des Pumpstroms Ip entsteht. Während Einschaltphasen TD bzw. während der Pumpslrom Ip fließt, tritt die Fehlerspannung UF auf. Während Ausschaltphasen TA ist der Pumpstrom Ip abgeschaltet, so dass die Mess-Spannung UTPEist als Sensorspannung ULR vorliegt.
Figur 3b zeigt den Pumpslrom Ip in Abhängigkeil von der Zeit t. In einem ersten Zeilintervall, das zwischen einem ersten und einem sechsten Zeitpunkt, Tl, T6 liegt. Während der Einschaltphasen TD tritt der Pumpstrom Ip mit einem ersten Betrag 1+ auf. Während der Ausschaltphasen TA und während eines Zeitintervalls, das nach dem sechsten Zeit- punkt T6 beginnt und zu einer Messzeit TM endet, ist der Pumpstrom Ip während der
Einschaltphasen TD auf einen zweiten Betrag I- festgelegt. Mit dem Auftreten der Messzeit TM ändert sich der Betrag des Pumpstroms Ip während der Einschaltphase TD wieder auf den ersten Betrag I+. In Figur 3c ist das Taktsignal TAKT in Abhängigkeit von der Zeit t gezeigt. Das Taktsignal TΛKT weist während der Einschaltphasen TD einen Einschallpegel und während der Ausschaltphasen TA einen Ausschaltpegel auf. Das Taktsignal TAKT weist eine Periodendauer TP auf. Innerhalb der Periodendauer TP tritt die Einschaltphase TD sowie die Ausschallphase TA auf.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betreiben des in Figur 1 schematisch gezeigten Gassensors 10 wird anhand der in den Figuren 3a-3c gezeigten Signalverläufen, die in der in Figur 2 gezeigten Anordnung auftreten, näher erläutert:
Der Gassensor 10 ist beispielsweise im Abgas einer Brennkraftmaschine angeordnet. Der
Gassensor 10 delektiert bei dieser Anwendung eine Konzentralion einer im Abgas enthaltenen Gaskomponente. Hierbei kann es sich beispielsweise um die Restsauerstoffkon- zentration oder beispielsweise die Stickoxid (Nθx)-Konzentration handeln. Die äußere Pumpelektrode 11 sowie die Diffusionsbarriere 15 sind dem zu untersuchenden Gas aus- gesetzt. Die Gaskonzentration in der Sensorkammer 14 kann durch einen Gasionentransport durch die Pumpzelle 13 verändert werden. Die Konzentration kann durch Anlegen einer Spannung an den Pumpeleklrodenanschluss ΛPE der äußeren Pumpelektrode 11 geändert werden. Auf Grund der Spannung tritt der Pumpstrom Ip auf. Der Gassensor 10 enthält weiterhin die zwischen der inneren und äußeren Messelektrode 16, 18 ausgebildete Messzelle 19. Mit der Messzelle 19 kann die Konzentration des zu untersuchenden Gases in der Sensorkammer 14 auf Grund eines in der Messzelle 19 auftretenden Gasionenflusses gemessen werden. Die Spannung der Messzelle 19 ist die Mess-Spannung UIPEist, die als Nemstspannung bezeichnet wird. Voraussetzung für die Ausbildung der Nemstspannung isl ein thermodynamisches Gleichgewicht zwischen den Gaskomponenten des zu untersuchenden Gases. Die Konzentrationsmessung erfolgt gegenüber der Gaskonzentration, die im Gasreferenzraum 17 auftritt. Hierbei handelt es sich um einen Raum, der beispielsweise mit Luft gefüllt ist.
Unter der Voraussetzung, dass die Konzentration des zu messenden Gases im Gasreferenzraum 17 höher ist als die Konzentration in der Sensorkammer 14, gilt das in Figur 2 gezeigte Ersatzschaltbild des Gassensors 10. Unter der genannten Voraussetzung liegt das am Mess-Signalanschluss LR auftretende Potential unterhalb von dem am Pumpelektro- denanschluss APE auftretenden Potential, aber oberhalb von dem am Sensorkammeran- schluss IPE auftretenden Potential. Die Potentiale werden durch die im Ersatzschaltbild des Gassensors 10 gezeigten Spannungsquellen bestimmt. Die Spannungen der Spannungsquellen, mithin die Mess-Spannung UIPEist sowie die Pumpzellenspannung des UAPE werden durch die Konzentrationsunterschiede an der Messzelle 19 bzw. der Pumpzelle 13 bestimmt, die durch den Pumpslrom Ip beeinflusst werden können.
Die in Figur 2 gezeigte Anordnung hat vorzugsweise die Aufgabe, die Mess-Spannung UIPEist auf die Sollspannung UIPEsoU einzustellen. Die Sollspannung UIPEsoll wird bei einem Gassensor 10, der die Konzentration des Reslsauersloffs im Λbgas einer Breπn- kraftmaschine im thermodynamischen Gleichgewicht erfassen soll, wird beispielsweise auf einen Wert festgelegt, der im Bereich der Luflzahl Lambda von wenigstens näherungsweise = 1 liegt, bei dem sich die Sauerstoffkonzentration bzw. der Sauerstoflparti- aldruck um mehrere Zehnerpotenzen ändert. Entsprechend ändert sich die Mess- Spannung UIPEist stark. Die Sollspannung UIPEsoll wird beispielsweise auf einen Wert von 450 mV festgelegt.
Die am Mess-Signalanschluss LR abgreifbare Sensorspannung ULR, die in Figur 3a gezeigt ist, wird vorzugsweise während der Ausschaltphasen TA erfasst. Während der Ausschaltphasen TA des Pumpstroms Ip entfällt die Verfälschung der Spannung durch die Fehlerspannung UF auf Grund des Pumpstroms Ip am Messzellenwiderstand RIPE. Die Λbtastung der Sensorspannung ULR erfolgt durch die vom Taktsignal TAKT gesteuerte Abtast-Halteschaltung 21 , welcher der Analog-/Digital-Wandler 22 nachgeschaltet ist. Alternativ können die Λbtast-Halteschaltung 21 und der Analog-ZDigital- Wandler 22 in der Anordnung vertauscht werden, so dass unmittelbar eine Analog-Digital-Wandlung der Mess-Spannung UIPEist vorgesehen sein kann.
Die digitalisierte Mess-Spannung UEPEistd wird im Vergleicher 23 mit der Sollspannung UIPEsoll verglichen. In Abhängigkeit von der Differenz wird das Differenzsignal 24 an die Entscheidungslogik 25 ausgegeben. Die Entscheidungslogik 25 steuert mit dem ersten Schallsignal SU oder dem zweiten Schallsignal S12 entweder den ersten Schalter SI oder den zweiten Schalter S2 an. Das Schließen des ersten Schalters SI, der mit der positiven Spannungsquelle U+ verbunden ist, führt in Verbindung mit dem Stromquellenwider- stand Ri zu einem Pumpstrom Ip mit der vorgegebenen Amplitude I+, die in Figur 3b gezeigt ist, welche innerhalb eines Zeitintervalls auftritt, das zwischen dem ersten Zeitpunkt Tl und dem sechsten Zeitpunkt T6 liegt. Das erste Steuersignal Stl und somit das Auftreten des Pumpslroms Ip mit dem ersten Betrag 1+ tritt während der Einschaltphasen TD auf. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem ersten und sechsten Zeilpunkt Tl, T6 fünf Einschaltphasen TD vorgesehen. Im gezeigten Λusführungsbeispiel soll die Anordnung mit der positiven oder negativen
Spannungsquelle U+, U- und dem Stromquellenwiderstand Ri eine schaltbare Konstantstromquelle bilden. An Stelle der gezeigten Ausgestaltungen kann die Konstantstromquelle auch aufwendiger gestaltet werden mit dem Ziel, den Pumpstrom präziser vorgeben zu können. Unter der Voraussetzung, dass der Stromquellenwidersland Ri erheblich höherohmiger ist als der Innenwiderstand der positiven oder negativen Spannungsquelle
U+, U- und der Pumpzellenwidersland Ri, wird der Pumpstrom Ip im wesentlichen durch die Spannung der positiven oder negativen Spannungsquelle U+, U- und dem Stromquellenwiderstand Ri bestimmt. Sofern lediglich ein vorgegebener Betrag des Pumpstroms Ip vorgesehen ist, kann die Konstantstromquelle auf die in Figur 3b gezeigten Slrompegel I+, I- festgelegt werden. Durch Änderung der Spannung der positiven und negativen Spannungsquelle U+, U- und oder des Widerstandswerts des Stromquellenwiderstands Ri können unterschiedliche Slrompegel vorgegeben werden.
Beim Schließen des zweiten Schalters S2, der mit der negativen Spannungsquelle U- ver- bunden ist, tritt in Verbindung mit dem Stromquellenwiderstand Ri der zweite Betrag I- des Pumpstroms Ip auf. Diese Situation ist zwischen dem sechsten Zeitpunkt und der Messzeit TM in Figur 3b gezeigt. Innerhalb des Zeilinlervalls treten beispielsweise die gezeigten vier Einschaltdauem TD auf. Im gezeigten Λusführungsbeispiel ist davon ausgegangen, dass zum sechsten Zeitpunkt T6 das Differenzsignal 24 signalisiert, dass die digitalisierte Mess-Spannung UEPEistd die Sollspannung U PEsoll überstiegen hat, so dass in der dem Zeilpunkt T6 folgenden Periodendauer TP das erste Schaltsignal SU zurückgenommen und das zweite Schaltsignal St2 während der Einschaltphasen TD zum Schließen des zweiten Schallers S2 ausgegeben wird. Mit dem Auftreten der Messzeit TM ändert sich wieder das Differenzsignal 24. Mit dem Auftreten der Messzeit TM ist eine Regelschwingung abgeschlossen. Eine andere Ausgestaltung des Reglers kann zu einem anderen Verhalten f hren.
Auf Grund der weit gehend digitalen Realisierung von Schaltungskomponenten ist eine einfache Ermittlung des Pumpstromes Ip möglich. Der erste und zweite Betrag I+, I- des Stroms der Konstantstromquelle ist durch die Spannung der positiven und negativen
Spannungsquelle U+, U- sowie durch den Betrag des Stromquellenwiderlands Ri festgelegt. Der Pumpstrom Ip kann durch einen einfachen Zählvorgang der in Figur 3b gezeigten Einschaltphasen TD ermittelt werden, vorausgesetzt, der erste und zweite Betrag I+, I- des Pumpstroms Ip sind gleich groß. Die Zählung erfolgt durch eine Zählung der Ein- schaltdauern TD, die zwischen dem ersten und sechsten Zeitpunkt Tl , T6 auftreten, und eine eine Zählung der Einschaltdauem TD, die zwischen dem sechsten Zeitpunkt T6 und der Messzeil TM auftreten. Anschließend wird die Differenz gebildet.
Im gezeigten Λusführungsbeispiel ist die Messzeil TM, über welche die Summenbildung erfolgt, zufällig gerade einer Regelschwingung gleichgesetzt. Die Messzeit TM kann unabhängig von der Regelschwingung festgelegt werden. Die Messzeit TM gibt die Inleg- rationszeit für die Miltelwertbildung an. Das Ergebnis der Mittelwertbildung ergibt den mittleren Pumpstrom Ip, mit dem die äußere Pumpelektrode 11 beaufschlagt wird. Der Pumpstrom Ip ist unmittelbar ein Maß für die Konzentration des zu untersuchenden Ga- ses, da die Regelung des Pumpslroms Ip in Abhängigkeit von der konstant gehaltenen
Mess-Spannung UEPEist geregelt wird. Die Mittelwertbildung kann gleitend erfolgen. Gleitende Mittelwertbildung bedeutet, dass beispielsweise zu jedem Zeitpunkt Tl - T9 die Stromimpulse jeweils bis zur gleichermaßen voranschreitenden Messzeit TM summiert werden. Die Auflösung bei der Ermittlung des mittleren Pumpstroms Ip wird durch die Festlegung der Messzeil TM beeinflusst. Wird beispielsweise die Periodendauer TP auf 0,1 ms und die Messzeit TM auf 10 ms festgelegt, so beträgt die Auflösung TM/TP = 100. Der mittlere Pumpstrom Ip kann damit in 1/100-Stufen des maximal möglichen mittleren Pump- Stroms EP aufgelöst werden. Der maximal mögliche mittlere Wert des Pumpstroms EP kann dabei 100 * U+ * TD/Ri bzw. 100 * U- * TD/Ri betragen.
Durch Abstufung der Einschaltdauern TD und oder des ersten und/oder zweiten Betrags I+, I-, kann eine Optimierung des Regelverhaltens im Hinblick auf Genauigkeit und Ge- schwindigkeit, sowie insbesondere Stabilität der Regelung erzielt werden.
Eine Weiterbildung kann vorsehen, dass die Konstanlstromquelle U+, SI, U-, S2, Ri mehrstufig, insbesondere auch mehrstufig für beide Polaritäten, ausgestaltet wird. Sofern das Differenzsignal 24 eine größere Differenz zwischen der Mess-Spannung UIPEist und der Sollspannung UIPEsoll anzeigt, kann für eine oder mehrere Einschaltzeiten TD ein höherer Strombetrag vorgegeben werden, als bei einer kleineren Differenz.
Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass die Einschaltphasen TD und/oder die Periodendauer TP variabel vorgegeben werden. In diesem Fall kann bei einer höheren Diffe- renz zwischen der Mess-Spannung UIPEist und der Sollspannung UIPEsoU zunächst für eine oder mehrere Periodendauern TP eine längere Einschaltphase TD vorgegeben werden als bei einer kleineren Differenz.
Eine Ausgestaltung sieht eine Kombination der Weiterbildungen vor, so dass mit einer Änderung der Beträge I+, I- des Pumpstroms Ip sowie einer Änderung der Einschaltphasen TD und oder der Periodendauern TP die der Pumpelektrode 11 zugefuhrte Ladungsmenge gemäß dem Produkt Ip * TD in einer Periodendauer TP variabel vorgegeben werden kann.
Bei den Weiterbildungen ist bei der Zählung der Einschaltphasen TD im Zähler 27 die
Änderung des Pumpstroms EP auf die anderen Beträge I+, I- sowie die Änderung der Dauer der Einschaltphasen TD zu berücksichtigen.
Eine andere Weiterbildung sieht vor, dass der Gassensor 10 an Stelle der einen Pumpzelle 13 weitere Pumpzellen aufweist. Die einzelnen Pumpzellen können in zeitlicher Folge von der Konstantstromquelle U+, S 1 , U-, S2, Ri mit dem Pumpstrom Ip beaufschlagt werden. Es können jedoch auch mehrere Konstantslromquellen entsprechend der Anzahl der Pumpstromquellen 13 vorgesehen werden. Zur Vermeidung eines Spannungsabfalls im Gassensor 10 während der Abtastung der Mess-Spannung UIPEist durch die Ablast- Halte-Schaltung 21 ist darauf zu achten, dass die Λusschaltphasen TΛ für sämtliche Pumpzellen gleichzeitig vorliegt.

Claims

Λnsprüche
1. Vorrichtung zum Betreiben eines Gassensors (10), der eine Sensorkammer (14) enthält, welche über eine Diffusionsbarriere (15) mit dem zu untersuchenden Gas beaufschlagt ist, der wenigstens eine Pumpzelle (13) enthält, die zwischen der Sensorkammer (14) und dem zu untersuchenden Gas angeordnet ist, und der eine Messzelle (19) enthält, die zwischen der Sensorkammer (14) und dem Referenzgasraum (17) angeordnet ist, bei der eine äußere, dem zu untersuchenden Gas ausgesetzte Pumpelektrode (11) der Pumpzelle (13) mit einem Pumpstrom (Ip) beaufschlagt wird, der von einer Mess-Spannung (UIPEist) abhängt, die an einer im Referenzgasraum (17) angeordneten Messelektrode (18) anliegt, dadurch gekenn- zeichnet, dass eine Konstantstromquelle (U+, SI, U-, S2, Ri) zur Bereitstellung des
Pumpstroms (Ip) vorgesehen ist, dass die Konstantstromquelle (U+, SI, U-, S2, Ri) auf wenigstens zwei Beträge (I+, I-) des Pumpslroms (Ip) einstellbar ist und oder dass die Konstantstromquelle (U+, SI, U-, S2, Ri) einen wechselnden Betrieb mit Einschallphasen (TD) und Λusschaltphasen (TΛ) vorsieht, wobei die Dauer der Einschaltphasen (TD) und oder der Ausschaltphasen (TA) vorgebbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle (U+, SI, U-, S2, Ri) einen Pumpstrom (Ip) mit positiver und negativer Polarität vorgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des mittleren Pumpstroms (Ip) eine Mittelwertbildung über eine vorgegebene Messzeit (TM) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem fest vorgegebenen Betrag (I+, I-) des Pumpstroms (Ip) sowie einer vorgegebenen Dauer der Einschaltphase (TD) / Λusschaltphase (TΛ) die Anzahl der Einschaltdauem (TD) / Ausschaltdauern (TA) vorgegeben ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess-Spannung (UIPEist) während der Λusschaltphasen (TΛ) erfasst wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konstantstromquelle (U+, SI, U-, S2, Ri) in Abhängigkeit von einem Differenzsignal (24) angesteuert ist, das einen Vergleicher (23) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Mess-Spannung (UIPEist, UEPEistd) und der Sollspannung (UIPEsoll) ansteuert.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Pumpzellen (13) im Gassensor (10) vorgesehen sind und dass jede äußere Elektrode (11) der Pumpzellen (13) mit einem Pumpstrom (Ip) beaufschlagt ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Referenzgasraum (17) des Gassensors (10) Luft vorhanden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollspannung (U- EPEsoll) auf einen Wert von 300 mV - 700 mV festgelegt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gassensor (10) als Λbgassensor ausgebildet ist und dass die äußere Pumpelektrode (11) sowie die Diffusionsbarriere (15) dem Abgas ausgesetzt ist.
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