用于运行包含泵浦电池的固体电解质传感器元件的方法_2

文档序号:9382918阅读:来源:国知局
的方法,所述传感 器元件用于检测在测量气体空间中的气体的至少一个含量。传感器元件可以是如前所述的 传感器元件。传感器元件具有至少一个栗浦电池,所述栗浦电池包括至少两个通过至少一 个固体电解质彼此连接的栗浦电极。在所述方法中检测至少一个测量参数。测量参数原则 上是一个任意的物理参数和/或化学参数。优选地,测量参数是传感器元件的至少一个测 量信号。优选地,测量参数是至少一个栗浦电流ip、例如极限电流。测量参数可以例如是与 栗浦电流相关的参数。测量参数可以例如是栗浦电压和/或已进行的充电电量。术语"检 测"可以理解为,测量参数例如作为测量信号由传感器元件输出,和/或测量参数由控制装 置处理和/或分析和/或存储。
[0012] 此外,在所述方法中确定至少一个补偿参数。补偿参数原则上可以理解为一个任 意的物理参数和/或化学参数。优选地,补偿参数可以包括与测量参数相同的物理参数和/ 或化学参数。优选地,补偿参数可以是栗浦电流偏差Alp。补偿参数可以例如是至少一个 重新充电电流和/或至少一个电极重新充电电量。补偿参数至少部分地与至少一个栗浦电 极和固体电解质之间的至少一个过渡部上的电容效应有关。补偿参数可以例如是一个下述 的标准,所述标准用于由至少一个栗浦电极和固体电解质之间的至少一个过渡部上的电容 效应造成的测量参数失真度。电容效应可以例如包括充电过程和/或放电过程。过渡部可 以例如是一个双层。过渡部可以例如是固体电解质优选地经过气体至栗浦电极的过渡部。 电容效应可以例如是下述的效应,所述效应可以产生,因为过渡部可以描述为由至少一个 电容器和至少一个随着气体成分变化的电阻构成的并联电路。优选地,电容效应可以是能 在包括至少一个电容器和至少一个电阻的电路中产生的效应。电容效应可以例如是电容、 例如电容器和/或与电容器类似的元件的充电效应和/或放电效应。例如,固体电解质至 气体的过渡部和/或栗浦电极至气体的过渡部可以描述或理解为电容器的"极板"。至少一 个栗浦电极和固体电解质之间的过渡部可以特别是固体电解质气相电极过渡部。
[0013] 由测量参数和补偿参数确定至少一个修正的测量参数。修正的测量参数原则上可 以是一个任意的物理参数和/或化学参数。优选地,修正的测量参数可以是与测量参数和 /或补偿参数相同的物理参数和/或化学参数。修正的测量参数可以特别是消除干扰效应 的参数。优选地,由修正的测量参数比由测量参数能够更准确地确定在测量气体空间中的 气体含量。由测量参数和补偿参数确定修正的测量参数可以例如是计算和/或归纳。由修 正的测量参数确定在测量气体空间中的气体含量。例如可以通过计算和/或归纳由修正的 测量参数确定在测量气体空间中的气体含量。例如在由修正的测量参数确定在测量气体空 间中的气体含量时可以使用至少一个特征曲线。特征曲线可以例如是将修正的测量参数与 气体含量的对应关系。特征曲线可以例如是修正的栗浦电流与气体中的氧含量、例如氧分 压之间的对应关系。
[0014] 测量参数可以包括至少一个栗浦电流Ip。栗浦电流可以例如是每个时间单位下总 共在栗浦电池上进行的充电。测量参数可以例如直接是栗浦电流。栗浦电流也可以例如是 与栗浦电流相关的测量参数。测量参数可以例如是与栗浦电流相关的参数。测量参数可以 例如至少包括栗浦电流。补偿参数可以包括至少一个重新充电电流△ Ip。重新充电电流 可以下述的电流,所述电流可以通过充电过程和/或放电过程、例如在测量气体空间中的 气体含量改变时产生。重新充电电流可以是能在电容充电过程和/或电容放电过程中产生 的电流。栗浦电池和/或至少一个栗浦电极例如描述为由至少一个电容器和至少一个电阻 构成的并联电路,其中,在气体含量改变时,电阻可以特别是在欧姆电阻值方面改变。优选 地,可以例如由测量参数和补偿参数中计算修正的测量参数Ip ktm。优选地,修正的测量参 数是一个下述的参数,所述参数优选地仅仅包含每个时间单位下通过栗浦电极的载流子的 数量,所述载流子由转换的气体产生和/或与转换的气体成正比。修正的测量参数和/或 测量参数和/或补偿参数可以优选地是电化学参数。可以通过至少一次减法由测量参数和 补偿参数计算修正的测量参数。减法可以例如是加权减法。原则上可以利用一个任意的数 学函数和/或归纳由测量参数和补偿参数计算和/或产生修正的测量参数。可以特别是在 使用公式Ip ktm= Ip-Δ Ip的情况下来确定修正的测量参数Ip kmT。
[0015] 所述方法可以至少部分地通过至少一个控制装置、例如通过如前所述的控制装 置执行。控制装置可以包括例如至少一个ASIC (application-specified integrated ciruit,专用集成电路)。所述方法可以例如至少部分地由数据处理装置执行。例如在每次 检测在测量气体空间中的气体含量时可以进行所述方法,然而也可以在一个任意的时间间 隔内重复至少一次。例如可以将补偿参数例如存储在一个存储器中、优选地在控制装置的 存储器中。例如在检测在测量气体空间中的气体含量时可以将补偿参数多次地例如用于优 选地对于不同时间而检测的测量参数。
[0016] 在所述方法中可以确定至少一个电化学双层上的至少一个电压的时间变化曲线 udl(t)。优选地,在所述方法中可以确定电化学双层上的电压的时间变化曲线的导数I。 时间变化曲线可以是电化学双层上的连续电压的时间变化曲线。时间变化曲线也可以例 如是对于不同时间的包括离散值的用于电化学双层上的电压的时间变化曲线。时间变化曲 线可以包括例如电化学双层上的至少两个电压值Udl。导数可以优选地是一阶导数、特别优 选地是根据时间t的一阶导数。在确定电化学双层上的电压的时间变化曲线导数t时,可 以进行至少一次运算、优选地微分运算。电化学双层上的电压的时间变化曲线导数是电化 学双层上的电压的时间变化曲线的斜率。电化学双层可以特别是如前所述的过渡部。在 所述方法中,可以在使用电化学双层上的电压的时间变化曲线U dl (t)、特别优选地电化学双 层上的电压的时间变化曲线导数t和至少一个电极电容Cipe的情况下、特别是在使用公式 @ = f = cireI猶'倩况下确定作为补偿参:数的S少-个重,新充电电流 Δ 1P,其中,f1优选 地表示充电电量时间导数。重新充电电流A Ip可以特别是电容重新充电电流。电极电容 可以特别是栗浦电极与固体电解质、优选地电化学双层之间的过渡部的电容。电极电容可 以是存储在栗浦电极和/或固体电解质上的充电电量Q与在所述栗浦电极和固体电解质之 间施加的电压U之比。电极电容可以例如由于老化效应随时间而改变。例如在传感器元件 的使用寿命期间,电极电容例如由于老化会降低大约2至5倍、特别是3倍。电极电容C ipe 可以例如存储在控制装置中。电极电容Cipe可以例如是在生产期间测量的参数和/或估计 的参数和/或已知的参数。例如可以在根据本发明的方法确定电极电容C ipe。
[0017] 栗浦电池可以例如脉冲式地运行。栗浦电池可以例如通过控制装置脉冲式地运 行。特别优选地,栗浦电池和/或传感器元件通过脉冲宽度调制脉冲式地运行。优选地,在 电压脉冲和电流脉冲之间可以分别产生脉冲间歇。脉冲间歇可以特别是传感器元件运行状 态中的一个下述阶段,在所述阶段中没有给栗浦电池施加电流。栗浦电池可以特别是这样 脉冲式地运行,即给栗浦电池施加矩形电压和/或矩形电流。通过在至少两个不同的脉冲 间歇中进行测量,可以检测电化学双层上的电压的时间变化曲线Mt)。可替换地或附加 地,通过在至少两个不同的脉冲间歇中进行测量,可以检测电化学双层上的电压的时间变 化曲线导数。脉冲间歇可以特别是脉冲宽度调制的脉冲间歇。在至少两个不同 的脉冲间歇中进行测量时,特别是可以测量电压Up和/或与电压相关的参数、例如电流和/ 或欧姆电阻。例如可以在时间间隔At1, ,中使用至少一个第i个脉冲间歇和至少一个第j 个脉冲间歇。i和j优选地为整数,其中,优选地i辛j。例如可以检测第i个脉冲间歇内 的至少一个栗浦电压Up1,并且检测第j个脉冲间歇内的至少一个栗浦电压Up,。在使用公 的时间变化曲线的至少一个导数t。脉冲间歇i和j优选地是相邻的脉冲间歇,尤其可以 例如是j = η和i = n-l。
[0018] 可替换地或附加地,可以检测至少一个栗浦电流的时间变化f <。例如,可以确定 至少一个栗浦电压的时间变化#。优选地在使用下述的公5
的情 况下确定栗浦电压的时间变化。特别是在测量气体空间中的气体含量极强地和/或迅速 地改变、例如几乎梯形状地改变时可以优选地在栗浦电压跟踪范围内例如由控制装置计算 Upsciin优选地。该公式、特别是其指数部分尤其考虑到通过使用低通滤波器而减弱栗 浦电压。控制装置和/或装置可以包括低通滤波器,优选地以便抑制调节装置的振动特性。 在使用栗浦电流的时间变化曲线¥ I和栗浦电压的尝间变化曲线和至一部分固体电解质 的至少一个欧姆电阻IWktralyt的情况下、特别是在使用公式的情况下, 可以例如计算优选地如上定义的在电化学双层上的电压的时间变化曲线的至少一个导数 t。优选地,At可以这样选择,不但栗
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