WO2016012318A1 - Gassensor und verfahren zur detektion von stickoxiden und ammoniak in einem gasgemisch - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a gas sensor and a method for detecting nitrogen oxides and ammonia in a gas mixture, wherein the gas sensor comprises an oxygen ion conductor and two electrodes.
- Nitrogen oxides can occur in addition to the occurrence of combustion gases as process gases and chemical plants. Again, the detection of nitrogen oxides may be of interest.
- a central principle of the lambda probe is, for example, that one of the electrodes must face the gas mixture to be measured, while the other electrode must face a gas with a defined oxygen partial pressure.
- US 2005/0284772 A1 discloses a measuring method in which zirconia-based lambda probes or mixed-potential sensors be used to build a NOx sensor.
- the measurement principle here is a dynamic method in which defi ned ⁇ voltage pulses applied to the sensor and the jewei ⁇ celled gas-dependent depolarization is measured is used.
- the discharge curves recorded in this way have a strong dependence on the surrounding gas atmosphere. Nitrogen oxides can be easily differentiated from other gases because with this type of sensor other gases have very little influence on the measurement signal. However, the sensor is therefore unable to detect any other gases in isolation.
- the object of the present invention is to provide a gas sensor and an operating method for the gas sensor, with which not only the measurement of nitrogen oxides but also the detection of other gases is made possible.
- the gas sensor according to the invention for the detection of nitrogen oxides and ammonia in a gas mixture comprises an oxygen ion conductor and at least two electrodes arranged on the oxygen ion conductor, wherein the electrodes consist of the same material.
- the gas sensor is designed in such a way that, during operation of the gas sensor, both electrodes come into contact with the gas mixture.
- the gas sensor has a catalytically active coating on one of the electrodes, wherein the catalytically active coating comprises a catalytic material on ⁇ which causes a conversion of ammonia to nitrogen oxides.
- the gas sensor comprises a control device, which is designed to operate the gas sensor such that for the detection of nitrogen oxides and ammonia a pulse measuring operation is carried out, in which within a pulse period ei ⁇ ne polarization voltage between the electrodes is applied and within a Depolarisationszeitspanne Messsigna ⁇ le be determined at the electrodes, wherein the control device is configured from the measurement signals, the concentration ⁇ tion of nitrogen oxides and of ammonia in the surrounding gas mixture to certain.
- a gas sensor which comprises an oxygen ion conductor and at least two electrodes arranged thereon, wherein the electrodes consist of the same material and one of the electrodes is provided with a catalytically active coating, wherein the catalytically active coating comprises a material which causes a conversion of ammonia to nitrogen oxides.
- the gas sensor is so placed in connection with the Gasge ⁇ mixed, that both electrodes with the gas mixture in contact.
- the gas sensor may have three or more electrodes, wherein all electrodes are made of the same material and are arranged such that at least two of the electrodes come into contact with the gas mixture during operation of the gas sensor.
- two of the electrodes may be arranged on one side of the ion-conducting material, while the other electrodes are arranged on the other side of the ion-conducting material.
- a measured value is taken, for example, after a fixed time has elapsed within the depolarization period 32, 34, for example after 1 s or after 3 s.
- the voltage can be tracked and when it reaches a threshold value, the elapsed time as a measurement signal processed further turns.
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Abstract
Es werden ein Gassensor und ein Verfahren zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch angegeben mit - einem Sauerstoffionenleiter und - wenigstens zwei auf dem Sauerstoffionenleiter angeordneten Elektroden, wobei die Elektroden aus dem gleichen Material bestehen, wobei der Gassensor derart gestaltet ist, dass bei einem Betrieb des Gassensors beide Elektroden mit dem Gasgemisch in Kontakt treten, - einer katalytisch aktiven Beschichtung auf einer der Elektroden, wobei die katalytisch aktive Beschichtung ein katalytisches Material aufweist, das eine Umsetzung von Ammoniak zu Stickoxiden bewirkt, - einer Steuereinrichtung, die ausgestaltet ist, den Gassensor derart zu betreiben, dass - zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak ein Pulsmessbetrieb durchgeführt wird, bei dem innerhalb einer Pulszeitspanne eine Polarisations-Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird und innerhalb einer Depolarisationszeitspanne Messsignale an den Elektroden bestimmt werden, wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, aus den Messsignalen die Konzentration von Stickoxiden und von Ammoniak im umgebenden Gasgemisch zu bestimmten.
Description
Beschreibung
Gassensor und Verfahren zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch
Die Erfindung betrifft einen Gassensor und ein Verfahren zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch, wobei der Gassensor einen Sauerstoffionenleiter und zwei Elektroden umfasst.
Steigenden Anforderungen bzgl. der Emission von Abgasen und der Effizienz beim Betrieb von Kraftwerken, Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Gasturbinen und Motoren aller Art lässt sich unter anderem damit begegnen, dass die Zusammen- setzung von Gasen in den jeweiligen Anlagen im laufenden Betrieb bestimmt und für einen verbesserten Betrieb ausgewertet wird. Daraus resultiert ein Bedarf an Sensoren zur Bestimmung von Komponenten eines Gasgemischs. Ein Beispiel hierfür ist die ständig steigende Zahl an Kraft¬ fahrzeugen, für die gleichzeitig immer strengere Abgasvorschriften einzuhalten sind, um die durch Verbrennungsabgase hervorgerufenen Schäden an Umwelt und Gesundheit zu begrenzen. Von den schädlichen Abgaskomponenten rückt nach Schwe- feloxiden und Kohlendioxid immer mehr die Gruppe der Stickoxide, kurz NOx genannt, in den Vordergrund. Um die Stick¬ oxidemissionen zu verringern, wird technisch und finanziell enormer Aufwand betrieben, beispielsweise die Abgasrückführung und die selektive katalytische Reduktion (SCR) . Zur Überwachung der Funktion dieser Verfahren und zur Senkung der Betriebskosten ist eine laufende Überwachung der NOx-Konzen- tration im Abgas des Fahrzeugs notwendig.
Speziell bei Kraftfahrzeug-Anwendungen ist in bestimmten Län- dern vorgeschrieben, dass die Funktionsfähigkeit des Abgas¬ nachbehandlungssystems 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 Dieselfahrzeuge ist die Überwachung von NOx- Speicherkatalysatoren und SCR-Katalysatoren zur Verringerung der NOx-Emissionen eine Aufgabe, an der intensiv gearbeitet wird.
Stickoxide können neben dem Auftreten als Verbrennungsabgasen auch als Prozessgase chemischen Anlagen auftreten. Auch hier kann die Detektion der Stickoxide von Interesse sein. Weitere Anlagen, bei denen eine Überwachung der chemischen Prozesse prinzipiell wünschenswert ist, sind Kraftwerke, Feuerungsan¬ lagen und Müllverbrennungsanlagen und Gasturbinen.
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 yttriumstabilisiertem Zirkonoxid (YSZ) und ähneln im Aufbau der herkömmlichen Lambda-Sonde ; es kommen dabei Elektro¬ den gleichen Materials zum Einsatz, beispielsweise aus Pla¬ tin. Das Funktionsprinzip beruht dabei aber auf einem Zweikammersystem mit gleichzeitiger Messung von Sauerstoff und NOx. Nachteilig ist hierbei aber immer noch ein komplexer
Aufbau und damit hoher Preis. Ein zentrales Prinzip der Lamb- dasonde ist dabei beispielsweise, dass eine der Elektroden dem zu vermessenden Gasgemisch zugewandt sein muss, während die andere Elektrode einem Gas mit einem definierten Sauer- stoffpartialdruck zugewandt sein muss.
Im Gegensatz dazu sind auch sogenannte Mischpotential-Sensoren bekannt, die Elektroden aus verschiedenen Materialien beinhalten und als Sensorsignal die Potentialdifferenz zwi- sehen diesen auswerten.
Aus der US 2005/0284772 AI ist eine Messmethode bekannt, bei der zirkonoxidbasierte Lambdasonden oder Mischpotential-Sen-
soren verwendet werden, um einen NOx-Sensor aufzubauen. Als Messprinzip dient dabei eine dynamische Methode, wobei defi¬ nierte Spannungs-Pulse an den Sensor angelegt und die jewei¬ lige gasabhängige Depolarisation gemessen wird. Die so aufge- zeichneten Entladekurven weisen eine starke Abhängigkeit von der umgebenden Gasatmosphäre auf. Stickoxide können dabei von anderen Gasen gut unterschieden werden, da bei diesem Sensortyp andere Gase nur sehr geringen Einfluss auf das Messsignal haben. Allerdings vermag der Sensor deswegen auch keine sons- tigen Gase für sich genommen zu erkennen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gassensor und ein Betriebsverfahren für den Gassensor anzugeben, mit denen neben der Vermessung von Stickoxiden auch eine Erken- nung anderer Gase ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Gassensor mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens besteht eine Lösung in dem Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 7.
Der erfindungsgemäße Gassensor zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch umfasst einen Sauerstoffio- nenleiter und wenigstens zwei auf dem Sauerstoffionenleiter angeordneten Elektroden, wobei die Elektroden aus dem gleichen Material bestehen. Der Gassensor ist derart gestaltet, dass bei einem Betrieb des Gassensors beide Elektroden mit dem Gasgemisch in Kontakt treten. Weiterhin weist der Gassensor eine katalytisch aktive Be- schichtung auf einer der Elektroden auf, wobei die katalytisch aktive Beschichtung ein katalytisches Material auf¬ weist, das eine Umsetzung von Ammoniak zu Stickoxiden bewirkt .
Ferner umfasst der Gassensor eine Steuereinrichtung, die ausgestaltet ist, den Gassensor derart zu betreiben, dass zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak ein Pulsmessbetrieb
durchgeführt wird, bei dem innerhalb einer Pulszeitspanne ei¬ ne Polarisations-Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird und innerhalb einer Depolarisationszeitspanne Messsigna¬ le an den Elektroden bestimmt werden, wobei die Steuerein- richtung ausgestaltet ist, aus den Messsignalen die Konzent¬ ration von Stickoxiden und von Ammoniak im umgebenden Gasgemisch zu bestimmten.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch wird ein Gassensor verwendet, der einen Sauerstoffionenleiter und wenigstens zwei auf diesem angeordnete Elektroden umfasst, wobei die Elektroden aus dem gleichen Material bestehen und eine der Elektroden mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen ist, wobei die katalytisch aktive Beschichtung ein Material aufweist, das eine Umsetzung von Ammoniak zu Stickoxiden bewirkt. Weiterhin wird der Gassensor derart mit dem Gasge¬ misch in Verbindung gebracht, dass beide Elektroden mit dem Gasgemisch in Kontakt treten. Ferner wird zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak ein zyklischer Pulsmessbetrieb durchgeführt, bei dem innerhalb einer Pulszeitspanne eine Po¬ larisations-Spannung zwischen den Elektroden angelegt wird und innerhalb der Pulszeitspanne und/oder einer auf die Puls¬ zeitspanne folgenden Depolarisationszeitspanne Sensorsignale an den Elektroden bestimmt werden und aus den Sensorsignalen die Konzentration von Stickoxiden und von Ammoniak im umgebenden Gasgemisch bestimmt.
Für die Erfindung wurde erkannt, dass ein Sensor mit zwei Elektroden gleichen Materials wie beispielsweise Platin, die beide mit einem Gasgemisch in Berührung gebracht werden, nicht nur Stickoxide messen kann, sondern auch Ammoniak, wenn dabei eine der beiden Elektroden mit einem Katalysator versehen wird, der eine merkliche Umsetzung von Ammoniak zu Stick- oxiden bewirkt. Der Verlauf der Depolarisation während der Depolarisationszeitspanne wird dadurch unterschiedlich bei beiden Elektroden, da das zu Stickoxid umgesetzte Ammoniak zu einer Veränderung des Messignals der entsprechenden Elektrode
führt, da diese eine erhöhte Stickoxidkonzentration erfährt, sofern Ammoniak vorhanden ist.
Der erfindungsgemäße Gassensor kann dabei vergleichsweise einfach aufgebaut sein, da beide Elektroden aus dem gleichen Material gefertigt sind und beide Elektroden lediglich in di¬ rekten Kontakt mit dem Gasgemisch treten müssen. Dazu kommt die katalytisch aktive Beschichtung, deren genaue Lage aber nicht kritisch ist.
Im Folgenden werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung dargelegt. Diese beziehen sich sowohl auf den Gassensor als auch auf das Verfahren. - Das katalytische Material kann V20s-W03-Ti02 sein. Dieses ist bekanntermaßen langzeitstabil in den Umgebungsbedingungen eines Abgasstrangs in der Automobiltechnik. Alternativ können mit Cu oder Eisen modifizierte Zeolite zum Einsatz kommen. - Die Elektroden können aus Platin oder Gold bestehen.
- Der Gassensor kann eine Beheizungseinrichtung aufweisen, ausgestaltet zur Beheizung des Sauerstoffionenleiters und der Elektroden auf eine Temperatur, bei der eine Sauerstoffionen- leitung vorhanden ist. Der Gassensor wird damit zweckmäßig bei einer Temperatur betrieben, bei der Sauerstoffionenlei- tung vorliegt. Bevorzugt werden der Sauerstoffionenleiter und die Elektroden auf einer Temperatur von wenigstens 350°C gehalten. Experimentell wurde festgestellt, dass ab dieser Be- triebstemperatur, insbesondere zwischen 400 °C und 450 °C, die Messung von Stickoxiden am besten funktioniert. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise als elektrischer Heizer in Form einer flachen Schicht aus beispielsweise Platin ausge¬ staltet sein. Sie ist zweckmäßig elektrisch von ionenleiten- den Material und natürlich den Gassensor-Elektroden getrennt durch eine Isolatorschicht, beispielsweise durch den Träger.
- Der Gassensor kann drei oder mehr Elektroden aufweisen, wobei alle Elektroden aus dem gleichen Material bestehen und derart angeordnet sind, dass wenigstens zwei der Elektroden bei einem Betrieb des Gassensors mit dem Gasgemisch in Kon- takt treten. Dabei können beispielsweise zwei der Elektroden auf einer Seite des ionenleitenden Materials angeordnet sein, während die weiteren Elektroden auf der anderen Seite des ionenleitenden Materials angeordnet sind. Mit den weiteren Elektroden lassen sich mehrere Verbesserungen erreichen. So kann das Einprägen einer Spannung während einer jeweiligen
Pulszeitspanne für die verschiedenen Paare von Elektroden mit zeitlichem Versatz erfolgen, also mit anderen Worten phasenverschoben. Damit wird häufiger ein Messpunkt erzeugt und da¬ mit die zeitliche Auflösung verbessert. Alternativ oder zu- sätzlich können Paare von Elektroden in Serie geschaltet werden und damit eine Verbesserung Signalhubs erreicht werden.
- Die Elektroden können geometrisch gestaltet werden, um eine Verbesserung der Signalqualität zu erreichen. Beispielsweise können die Elektroden als Fingerelektroden ( Interdigital- elektroden) gestaltet werden.
- Das ionenleitende Material kann als poröses Material ausge¬ führt sein. Bei einem Sensor aus dem Stand der Technik, bei dem das ionenleitende Material sowohl an das zu vermessende Gasgemisch als auch an beispielsweise Umgebungsluft grenzt, führen die Gradienten im Partialdruck der verschiedenen Gase zu einer Diffusion der Gase durch das ionenleitende Material, was zu einer Verschlechterung des Sensorsignals führt. Da beim vorliegenden Sensor das ionenleitende Material nicht mehr an die Umgebungsluft angrenzt, sondern zweckmäßig von allen Seiten vom zu vermessenden Gas umgeben ist, passiert keine solche Diffusion mehr und ein poröses, insbesondere of¬ fenporiges Material kann verwendet werden. Vorteilhaft ist ein poröses ionenleitendes Material leichter herzustellen, stabiler gegenüber den Belastungen durch wechselnde Temperaturen und weist eine höhere spezifische Oberfläche auf, was
für die Interaktion mit Gasen und damit für das Sensorsignal Vorteile bringt.
- Die Depolarisationszeitspanne kann nach Erreichen eines Ab- bruchkriteriums , insbesondere nach Ablauf einer festlegbaren
Zeitdauer oder bei Erreichen einer festlegbaren Spannung, beendet werden. Als Messsignal kann der Polarisationsstrom bei Polarisation mittels einer Spannung oder die Polarisationsspannung bei Polarisation mittels eines definierten Stroms und/oder die Depolarisationsspannung bei definierter Depola- risationszeit oder die Depolarisationsdauer bei definierter Depolarisationsspannung dienen.
- Zweckmäßig umfasst der Gassensor elektrische Anschlüsse an die Elektroden und Mittel, diese mit einer Spannung zu beauf¬ schlagen sowie eine Einrichtung zur Messung von Spannung oder Strom an den Elektroden während der daran anschließenden De- polarisation . - Das ionenleitende Material kann beispielsweise
yttriumstabilisiertes Zirkonoxid (YSZ) sein. Es kann selbst als Träger für die Elektroden fungieren. Alternativ ist es auch möglich, dass das ionenleitende Material als Schicht auf einem Träger, beispielsweise aus Aluminiumoxid, aufgebracht ist. Die Elektroden sind dann zweckmäßig wiederum auf der Schicht aus dem ionenleitenden Material aufgebracht. Die Elektroden selbst sind zweckmäßig aus Platin.
- Nach einer Depolarisationszeitspanne kann eine Entladung der Elektroden durch Kurzschließen der Elektroden durchgeführt werden. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die folgende Messung nicht mehr durch die vorangegangene Polari¬ sation beeinflusst wird. Dadurch wiederum werden die Messungen voneinander unabhängiger und dadurch genauer.
- Bei nacheinander folgenden Pulszeitspannen kann die Polarisation der Polarisations-Spannung wechseln. Mit anderen Worten folgt auf einen Pulszeitspanne, bei der eine positive Po-
larisations-Spannung angelegt wird, eine Pulszeitspanne, bei der eine negative Polarisations-Spannung angelegt wird und umgekehrt . - Als Polarisations-Spannung kann eine Spannung zwischen 10mV und 2.5V verwendet werden. Die maximale Spannung ist zweckmä¬ ßig kleiner als die Zersetzungsspannung des Ionenleiters, d.h. für YSZ ca. 2,5 V. - Die Pulszeitspanne beträgt bevorzugt zwischen 10 ms und 10 s, insbesondere zwischen 100 ms und 500 ms.
- Die katalytisch aktive Schicht kann die entsprechende
Elektrode ganz oder teilweise überdecken.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen Figur 1 eine erste Variante eines Gassensors gemäß der Er¬ findung mit zwei Elektroden,
Figur 2 eine zweite Variante eines Gassensors gemäß der Er¬ findung mit drei Elektroden,
Figur 3 ein Schema für das Messverfahren zum Betrieb des Gassensors.
Figur 1 zeigt stark schematisiert einen ersten Gassensor 10 gemäß der Erfindung. Dieser umfasst einen Block 11 aus YSZ- Material. Auf einer ersten Seite dieses Blocks 11 ist eine erste Platin-Elektrode 12 angeordnet, während auf einer zwei¬ ten Seite, die der ersten Seite gegenüber liegt, eine zweite Platin-Elektrode 13 aufgebracht ist. Die Platin-Elektroden 12, 13 sind elektrisch mit einer nicht dargestellten Einrichtung zur Erzeugung und Messung von Spannung verbunden. In Fi- gur 1 nicht dargestellt sind weiterhin Mittel, mit denen der erste Gassensor 10 in einen mit dem zu vermessenden Gasgemisch gefüllten Raum eingebracht werden kann, beispielsweise einen Flansch zum Einschrauben in eine entsprechend ausge-
staltete Öffnung. Diese Mittel und der Gassensor 10 sind so gestaltet, dass nach Anbringen des Gassensors 10 sowohl die erste als auch die zweite Platin-Elektrode 12, 13 direkt mit dem Gasgemisch in Kontakt stehen. Eine Berührung des Blocks 11 mit beispielsweise der Umgebungsluft hingegen wird dabei zweckmäßig vermieden. Die zweite Elektrode 13 überdeckend an¬ geordnet ist eine katalytisch aktive Schicht 14 aus dem Mate¬ rialsystem VWT, bestehend aus V205, W03 und Ti02. Im Betrieb des Gassensors 10 wird abwechselnd mittels der
Einrichtung zur Erzeugung und Messung von Spannung eine Spannung an die Platin-Elektroden 12, 13 angelegt und der Spannungsverlauf vermessen. Ein beispielhafter Verlauf der Spannung ist in Figur 3 dargestellt. So wird von links nach rechts in Figur 3 während einer ersten Pulszeitspanne 31 eine feste, als positiv bezeichnete Spannung angelegt. Die hier verwendete Spannung beträgt bevorzugt zwischen 0,5 V und 1 V. Die Dauer der ersten Pulszeitspanne 31 beträgt bevorzugt zwi¬ schen 0,1 s und 1 s. Während der dann folgenden ersten Depo- larisationszeitspanne 32 sinkt die Spannung (betragsmäßig) ab, wobei der Verlauf vom Vorhandensein von Stickoxiden im Gasgemisch beeinflusst wird. Es ergeben sich verschiedene Verläufe der Spannung 35, 36, 37. Ein erster Verlauf 35 ergibt sich, wenn kein NOx und kein Ammoniak vorhanden sind. Ein zweiter Verlauf 36 ergibt sich bei Vorhandensein von
Stickoxiden und ein dritter Verlauf 37 entsteht, wenn zusätzlich auch Ammoniak vorhanden ist.
Hierbei wird bei der wechselseitigen Entladung die
Entladekurve bei einer Polarität entsprechend der Umsetzung von H3 zu O2 stärker von NH3 stärker beeinflusst als bei der entgegengesetzten Polarität. Somit kann aus dem Unterschied der Entladekurven bei entgegengesetzter Polarität auf die NH3-Konzentration geschlossen werden.
Folgend wird während einer zweiten Pulszeitspanne 33 eine feste Spannung mit negativer Polarität angelegt und darauf
folgend in einer zweiten Depolarisationszeitspanne 34 der Verlauf der Spannung verfolgt.
Zweckmäßig wird dabei nicht der gesamte Spannungsverlauf ge- messen. Vielmehr wird ein Messwert beispielsweise nach Ablauf einer festen Zeit innerhalb der Depolarisationszeitspanne 32, 34 genommen, beispielsweise nach 1 s oder nach 3 s. Alterna¬ tiv kann die Spannung verfolgt werden und bei Erreichen eines Schwellwerts die verstrichene Zeit als Messsignal weiterver- wendet werden.
Figur 2 zeigt ebenfalls stark schematisiert einen zweiten Gassensor 20 gemäß der Erfindung, der ähnlich wie der erste Gassensor 10 aufgebaut ist und betrieben wird. Er umfasst ebenso einen Block 11 aus YSZ-Material . Auf einer ersten Sei¬ te dieses Blocks 11 ist die erste Platin-Elektrode 12 ange¬ ordnet, während auf einer zweiten Seite, die der ersten Seite gegenüber liegt, nun eine Referenz-Elektrode 14 aus Platin aufgebracht ist. Die zweite Platin-Elektrode 13 mit der kata- lytisch aktiven Schicht 14 ist auf der Seite der ersten Platin-Elektrode 12 neben dieser angeordnet.
Bei dieser Gestaltung des zweiten Gassensors 20 können die Spannungen zur Referenz-Elektrode 21 für die beiden Platin- Elektroden 12, 13 unabhängig voneinander eingestellt und vermessen werden. Damit ist es vorteilhaft möglich, die Messungen für NH3 und NOx getrennt voneinander zu optimieren, beispielsweise bezüglich der verwendeten Spannungen in der Pulszeitspanne 31, 33.
Claims
1. Gassensor (10, 20) zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch mit
- einem Sauerstoffionenleiter (11) und
- wenigstens zwei auf dem Sauerstoffionenleiter (11) angeord¬ neten Elektroden (11, 12, 13), wobei wenigstens zwei der Elektroden (11, 12, 13) aus dem gleichen Material bestehen, wobei der Gassensor (10, 20) derart gestaltet ist, dass bei einem Betrieb des Gassensors (10, 20) wenigstens zwei der
Elektroden (11, 12, 13) mit dem Gasgemisch in Kontakt treten,
- einer katalytisch aktiven Beschichtung (14) auf wenigstens einer der Elektroden (11, 12, 13), wobei die katalytisch aktive Beschichtung (14) ein katalytisches Material aufweist, das eine Umsetzung von Ammoniak zu Stickoxiden bewirkt,
- einer Steuereinrichtung, die ausgestaltet ist, den Gassensor (10, 20) derart zu betreiben, dass
- zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak ein Pulsmessbetrieb durchgeführt wird, bei dem innerhalb einer Pulszeit- spanne (31, 33) eine Polarisations-Spannung zwischen den
Elektroden (11, 12, 13) angelegt wird und Messsignale während der Pulszeitspanne (31, 33) und/oder einer nachfolgenden De- polarisationszeitspanne (32, 34) an den Elektroden (11, 12, 13) bestimmt werden,
wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist, aus den Mess¬ signalen die Konzentration von Stickoxiden und von Ammoniak im umgebenden Gasgemisch zu bestimmten.
2. Gassensor (10, 20) gemäß Anspruch 1, bei dem das katalyti- sehe Material ein Mischoxid im System Vanadiumpentoxid-
Wolframtrioxid-Titandioxid ist.
3. Gassensor (10, 20) gemäß Anspruch 1 oder 2 mit einer Beheizungseinrichtung, ausgestaltet zur Beheizung des Sauer- stoffionenleiters (11) und der Elektroden (11, 12, 13) auf eine Temperatur, bei der eine Sauerstoffionenleitung vorhanden ist.
4. Gassensor (10, 20) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche mit drei oder mehr Elektroden (11, 12, 13), wobei wenigstens zwei Elektroden (11, 12, 13) aus dem gleichen Material be¬ stehen und derart angeordnet sind, dass wenigstens zwei der Elektroden bei einem Betrieb des Gassensors (10, 20) mit dem Gasgemisch in Kontakt treten.
5. Gassensor (10, 20) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Sauerstoffionenleiter (11) porös ist.
6. Gassensor (10, 20) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Elektroden (11, 12, 13) als Interdigital- elektroden ausgestaltet sind.
7. Verfahren zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak in einem Gasgemisch, bei dem
- ein Gassensor (10, 20) verwendet wird, der einen Sauerstoffionenleiter (11) und wenigstens zwei auf diesem angeord¬ nete Elektroden (11, 12, 13) umfasst, wobei wenigstens zwei der Elektroden (11, 12, 13) aus dem gleichen Material beste¬ hen und wenigstens eine der Elektroden (11, 12, 13) mit einer katalytisch aktiven Beschichtung (14) versehen ist, wobei die katalytisch aktive Beschichtung (14) ein Material aufweist, das eine Umsetzung von Ammoniak zu Stickoxiden bewirkt, - der Gassensor (10, 20) derart mit dem Gasgemisch in Verbindung gebracht wird, dass wenigstens zwei der Elektroden (11, 12, 13) mit dem Gasgemisch in Kontakt treten,
- zur Detektion von Stickoxiden und Ammoniak ein zyklischer Pulsmessbetrieb durchgeführt wird, bei dem innerhalb einer Pulszeitspanne (31, 33) eine Polarisations-Spannung zwischen den Elektroden (11, 12, 13) angelegt wird und Messsignale während der Pulszeitspanne (31, 33) und/oder einer nachfol¬ genden Depolarisationszeitspanne (32, 34) an den Elektroden (11, 12, 13) bestimmt werden und
- aus den Messsignalen die Konzentration von Stickoxiden und von Ammoniak im umgebenden Gasgemisch bestimmt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Sauerstoffionen- leiter (11) und die Elektroden (11, 12, 13) auf einer Tempe¬ ratur von wenigstens 350°C gehalten werden.
9. Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, bei dem die Polarität der angelegten Spannung in aufeinanderfolgenden Pulszeitspannen (31, 33) abwechselt.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem die Depolarisationszeitspanne (32, 34) nach Erreichen eines Ab¬ bruchkriteriums, insbesondere nach Ablauf einer festlegbaren Zeitdauer oder bei Erreichen einer festlegbaren Spannung, beendet wird.
11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem als Messsignal der Polarisationsstrom bei Polarisation mittels einer Spannung oder die Polarisationsspannung bei Polarisation mittels eines definierten Stroms und/oder die Depolarisa¬ tionsspannung bei definierter Depolarisationszeit oder die Depolarisationsdauer bei definierter Depolarisationsspannung dienen .
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