[發明專利]具有兩個泵單元的用于測量氧化氮的固體電解質傳感器

有效

• 申請號: 201080055823.4
• 申請日: 2010-10-21
• 公開（公告）號: CN102639995A
• 公開（公告）日: 2012-08-15
• 發明（設計）人: D.利默斯多夫;B.西爾曼;B.克拉默
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01N27/419
• 分類號: G01N27/419
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 宣力偉;楊國治

背景技術

在不斷推進的環境立法的過程中，對傳感器的需求在增加，借助于所述傳感器也可以可靠地確定極小的有害物質量。在此，首先能夠確定ppm范圍內的氣態的有害物質的測量方法起很大作用。但是在此尤其燃燒廢氣中的非氧氣體主要NOx（氧化氮）的含量的確定由于同時存在的氧氣份額而代表著特殊的挑戰。這尤其對于可能作為隨車診斷（OBD傳感器）的使用以滿足未來的廢氣立法要求的情況來說是重要的，因為在這種前后關系中比如為氧化氮規定了極限值，所述極限值處于當前可得到的固體電解質氣體傳感器的分辯限度之內。

為了測量非氧廢氣主要是NOx的較小的氣體濃度，在存在氧氣背景的情況下，在此尤其使用基于二氧化鋯的固體電解質傳感器。在此比如可以存在多個通過擴散屏障來彼此分開的區段或者腔室。在一個或者多個第一電極處移除氧氣。由此隨后理想地在接下來的腔室中不再存在氧氣，使得在這些腔室中存在的電極現在可以分解氧化氮并且可以將從中產生的氧氣作為離子流泵送給基準電極或者其它電極。在此測量與此相應的很小的電流并且該電流比如是用于廢氣中的氧化氮濃度的尺度。

從本申請的申請人的后來公開的具有編號DE?10?2008?040?314.8和DE?10?2008?004?374.3的德國的專利申請中公開了用于確定氣體混合物中的氣體成分的傳感器元件和方法。在此提出一種用于測量微小濃度的氣體成分的方法，對于該方法來說借助于泵單元通過泵送到氣密的腔室中這種方法來使與有待測量的氣體成分的濃度相當的量的氧氣濃縮。在此確定直至達到所濃縮的氣體的特征性的濃度閾值時的時間間隔。隨后又通過泵送在所述氣密的腔室中產生所定義的初始狀態。

但是，已知的方法和裝置的問題在于，布線通常十分麻煩。尤其為了控制上面所描述的DE?10?2008?040?314.8和DE?10?2008?004?374.3的用于分開傳感器元件的不同的功能單元的方法而使用無電位的用于進行電壓及電流測量的測量儀，以避免這些功能單元之間的串擾。

發明內容

相應地提出一種方法和一種裝置，所述方法和裝置至少在很大程度上避免已知的方法和裝置的缺點。所述方法尤其可以在使用按本發明的裝置的情況下來實施，并且/或者所述裝置可以設置用于實施按本發明的方法。相應地對于所述裝置的可能的設計方案來說可以參照所述方法的說明并且反之亦然。

在本發明的第一方面中，提出一種用于檢測測量氣體室中的至少一種氣體成分的份額的方法。所述測量氣體室比如可以是內燃機的排氣歧管。相應地可以在該測量氣體室中接納氣體比如廢氣。至少一種氣體成份的份額在此比如可以是該氣體成分的絕對的百分比份額和/或分壓力。所述氣體成分尤其可以是以很小量的在測量氣體室中的氣體中存在的氣體成分，比如是非氧氣體，尤其是含氧的氣體化合物，比如NOx和/或CO和/或CO₂。

在所述方法中使用至少一個傳感器元件。該傳感器元件包括至少一個用于使氣體成分濃縮的氧還原-泵單元。濃縮在此一般在本發明的范圍內是指移除至少另一種氣體成分。比如這會導致這一點，即雖然有待檢定的氣體成分的濃度在總體上至少幾乎（比如除了損失之外）保持相同，這比如通過分壓力和/或每容積的質量（比如kg/m³）來表示，但是有待檢定的氣體成分的在總的氣體混合物中的份額上升。比如有待檢定的氣體成分與氣體混合物的其余的成分之間的濃度比例和/或有待檢定的氣體成分的摩爾分數上升。

這種濃縮尤其可以通過以下方式來進行，即借助于所述氧還原-泵單元來移除氧氣和/或其它的包含在測量氣體室中的氣體中的氣體成分或者至少使其還原。濃縮由此也可以尤其是指一種特定的氣體成分比如氧氣的還原。

一般來講，在此下面在不限制其它可能的設計方案的情況下，基本上參照傳導氧離子的固體電解質來對本發明進行說明。在這種情況下，如果在本發明的范圍內談及“氧”，實際上是指氧這種元素，其中氧原則上可以以不同的形式存在，比如作為離子或者作為分子的氧存在。但是原則上也能夠使用其它種類的固體電解質。比如原則上作為傳導氧離子的固體電解質的替代方案或者補充方案也可以使用傳導其它種類的離子的固體電解質比如質子導體或者氮離子導體。在這種情況下“氧”這個概念一般應該被相應的元素所取代，比如在使用質子導體時被氫取代并且在使用氮離子導體時被氮所取代。