DE102004043122A1

DE102004043122A1 - Sensor element for particle sensors and method for producing the same

Info

Publication number: DE102004043122A1
Application number: DE200410043122
Authority: DE
Inventors: Hans-Joerg Renz; Thorsten Ochs; Henrik Schittenhelm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2006-03-09
Also published as: WO2006027287A1

Abstract

Es wird ein Sensorelement (10) für Sensoren zur Bestimmung der Konzentration von Partikeln in Gasgemischen beschrieben, insbesondere für einen Rußsensor, das mindestens zwei Messelektroden (14, 16) und ein Heizelement (12) aufweist, wobei das Heizelement (12) einen in ein keramisches Material eingebetteten elektrischen Widerstand umfasst. Das Heizelement (12) ist radialsymmetrisch ausgeführt und die Messelektroden (14, 16) sind auf dessen Oberfläche aufgebracht.The invention relates to a sensor element (10) for sensors for determining the concentration of particles in gas mixtures, in particular for a soot sensor, which has at least two measuring electrodes (14, 16) and a heating element (12), wherein the heating element (12) has one in one ceramic material comprises embedded electrical resistance. The heating element (12) is designed radially symmetrical and the measuring electrodes (14, 16) are applied to the surface thereof.

Description

Die Erfindung geht von einem Sensorelement und einem Verfahren zur Herstellung desselben gemäß der im Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche definierten Art aus.The The invention relates to a sensor element and a method for the production same according to the im Generic term of the independent claims defined type.

Im Zuge einer sich verschärfenden Umweltgesetzgebung erlangen zunehmend Abgasnachbehandlungssysteme Bedeutung, die die Filtration bzw. Eliminierung von in Verbrennungsabgasen existierenden Rußpartikeln ermöglichen. Um die Funktionstüchtigkeit derartiger Abgasnachbehandlungssysteme zu überprüfen bzw. zu überwachen, werden Sensoren benötigt, mit denen auch im Langzeitbetrieb eine genaue Ermittlung der aktuell im Verbrennungsabgas vorliegenden Partikelkonzentration ermittelt werden kann. Darüber hinaus soll mittels derartiger Sensoren eine Beladungsprognose beispielsweise von Dieselpartikelfiltern in Abgassystemen ermöglicht werden, um eine hohe Systemsicherheit zu erreichen und dadurch kostengünstigere Filtermaterialien einsetzen zu können.in the Course of a tightening Environmental legislation is increasingly gaining exhaust aftertreatment systems Meaning, the filtration or elimination of in combustion gases existing soot particles enable. To the functionality such exhaust aftertreatment systems to check or monitor, sensors are needed with which even in long-term operation an accurate determination of the current In the combustion exhaust gas present particle concentration can be determined can. About that In addition, by means of such sensors, a loading prediction example of Diesel particulate filters in exhaust systems are allowed to a high To achieve system security and thus more cost-effective To be able to use filter materials.

Aus der DE 102 19 798 A1 ist ein Sensor zur Detektion von Stoffen in einem Fluidstrom bekannt, der auf der Basis eines keramischen Mehrlagensubstrats ausgeführt ist. Er umfasst zwei voneinander beabstandete Messelektroden, die dem zu untersuchenden Verbrennungsabgas ausgesetzt sind. Lagert sich zwischen den beiden Messelektroden Ruß ab, so kommt es zu einem Stromfluss zwischen den beiden Messelektroden, sobald eine geeignete Spannung an die Messelektroden angelegt wird. Der Sensor umfasst weiterhin zwei schichtförmig ausgeführte Heizelemente, die es ermöglichen, die Elektroden bzw. deren Umgebung auf thermischem Wege von abgelagerten Rußpartikeln zu befreien. Nachteilig an diese Art von Sensoren ist einerseits deren aufwendige Herstellung und zum anderen die Abhängigkeit der erhaltenen Messresultate von der Positionierung des Sensors im Gasstrom, da die Beladung eines derartigen Sensors mit Rußpartikeln wesentlich von den Strömungsverhältnissen des Abgasstromes im Bereich des Sensors abhängt.From the DE 102 19 798 A1 For example, a sensor for detecting substances in a fluid flow is known, which is designed on the basis of a ceramic multilayer substrate. It comprises two spaced-apart measuring electrodes, which are exposed to the combustion exhaust gas to be examined. If soot is deposited between the two measuring electrodes, current flows between the two measuring electrodes as soon as a suitable voltage is applied to the measuring electrodes. The sensor further comprises two layered running heating elements, which make it possible to free the electrodes or their environment by thermal means of deposited soot particles. A disadvantage of this type of sensors is on the one hand their complex production and on the other hand, the dependence of the obtained measurement results of the positioning of the sensor in the gas stream, since the loading of such a sensor with soot particles depends substantially on the flow conditions of the exhaust stream in the region of the sensor.

Aus der US 6,679,982 B1 ist ein Sauerstoffsensor bekannt, der als radialsymmetrischer Hohlkörper ausgeführt ist, wobei in den Hohlraum des Sauerstoffsensors ein stabförmiges Heizelement eingeführt werden kann.From the US Pat. No. 6,679,982 B1 an oxygen sensor is known, which is designed as a radially symmetrical hollow body, wherein in the cavity of the oxygen sensor, a rod-shaped heating element can be introduced.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Sensorelement für Sensoren zur Bestimmung der Konzentration von Partikeln in Gasgemischen bereitzustellen, das eine hohe Genauigkeit der erhaltenen Messsignale zeigt und dennoch kostengünstig hergestellt werden kann.task The present invention is a sensor element for sensors to provide for the determination of the concentration of particles in gas mixtures, which shows a high accuracy of the received measurement signals and still economical can be produced.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das Sensorelement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in vorteilhafter Weise löst. Dies beruht insbesondere auf dessen einfachem Aufbau und auf dessen radialsymmetrischer Ausgestaltung, worauf zurückzuführen ist, dass die mittels des Sensorelements gewonnenen Messsignale unabhängig von der räumlichen Ausrichtung des Sensorelements und von den Strömungsverhältnissen der das Sensorelement umströmenden Gasgemische sind.The Sensor element with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is the object underlying the invention in dissolves advantageously. This is based in particular on its simple structure and on its radially symmetrical design, which is due to the fact that means the sensor element obtained measurement signals regardless of the spatial orientation the sensor element and the flow conditions of the sensor element flowing around Gas mixtures are.

Dazu weist das Sensorelement ein radialsymmetrisch ausgeführtes Heizelement auf, auf dessen Oberfläche mindestens zwei Messelektroden aufgebracht sind. Die radialsymmetrische Ausführung des Heizelementes ermöglicht zum einen eine gleichmäßige Beheizung der gesamten Oberfläche des Heizelementes und zum anderen einen von den Strömungsverhältnissen unabhängigen Zutritt des zu untersuchenden Gasgemischs.To the sensor element has a radially symmetrically designed heating element on, on its surface at least two measuring electrodes are applied. The radially symmetric execution of the heating element allows for a uniform heating the entire surface of the Heating element and on the other hand independent of the flow conditions access of the gas mixture to be examined.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des vorliegenden Sensorelements ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the present sensor element will become apparent from the dependent claims.

So ist es von Vorteil, wenn die Messelektroden als Interdigitalelektroden ausgeführt sind und möglichst vollflächig den zylinderförmigen Mantel des Heizelementes bedecken. Auf diese Weise steht eine möglichst große, zur Messung einer Partikelbeladung geeignete Oberfläche zur Verfügung. Darüber hinaus ergibt sich ein Messsignal des Sensorelements als Maß für die Beladung der Heizelementoberfläche mit Partikeln, das unabhängig davon ist, aus welcher Richtung die Beladung der Oberfläche mit Partikeln erfolgt.So it is advantageous if the measuring electrodes as interdigital electrodes accomplished are and possible entire area the cylindrical one Cover the jacket of the heating element. In this way one stands as possible size, for measuring a particle loading suitable surface for Available. Furthermore results in a measurement signal of the sensor element as a measure of the load the heating element surface with particles that are independent it is from which direction the loading of the surface with Particles take place.

Um eine möglichst gute Abschirmung der Messelektroden gegenüber einem in das Heizelement integrierten elektrischen Widerstand zu erreichen, umfasst das Heizelement ein keramisches Material, das vorteilhafter Weise aus ein elektrisch isolierendes Material wie Aluminiumoxid ggf. in Mischung mit Erdalkalioxiden umfasst. Dabei ist die Widerstandsleiterbahn des integrierten elektrischen Widerstandes vorzugsweise als Cermet-Material ausgeführt, sodass eine gute Anbindung der Widerstandsleiterbahn an die keramische Isolierung erreicht wird.Around one possible good shielding of the measuring electrodes against one in the heating element to achieve integrated electrical resistance, includes the heating element a ceramic material advantageously made of an electrically insulating material such as alumina, possibly mixed with alkaline earth oxides includes. Here is the resistance track of the integrated electric Resistor preferably designed as a cermet material, so a good connection of the resistor track to the ceramic Isolation is achieved.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Widerstandsleiterbahn als platinhaltiger Mäander ausgeführt. Dies ermöglichte eine rasche, gleichmäßige und dauerhafte Beheizung des Sensorelements.In a particularly advantageous embodiment of the present invention, the resistance conductor track is designed as a platinum-containing meander. This allowed for a quick, even and permanent heating of the sensor element.

Zeichnungdrawing

Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Sensorelements sind in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt 1 eine Aufsicht auf ein Sensorelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 2 in schematischer Weise das Sensorelement aus 1, nachdem es in einen Gassensor verbaut wurde, 3 ein Sensorelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einem schematischen Längsschnitt in einem Zwischenstadium während des Herstellungsverfahrens und 4 eine Variante des Sensorelements gemäß 3 in einer Aufsicht in einem Zwischenstadium während des Herstellungsverfahrens.Two embodiments of a sensor element according to the invention are shown schematically simplified in the drawing and are explained in more detail in the following description. It shows 1 a plan view of a sensor element according to a first embodiment of the present invention, 2 in a schematic way, the sensor element 1 after it has been installed in a gas sensor, 3 a sensor element according to a second embodiment of the present invention in a schematic longitudinal section in an intermediate stage during the manufacturing process and 4 a variant of the sensor element according to 3 in a supervision at an intermediate stage during the manufacturing process.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

In 1 ist ein prinzipieller Aufbau einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Mit 10 ist ein keramisches Sensorelement beispielsweise eines elektrochemischen Gassensors bezeichnet. Das Sensorelement dient der Bestimmung einer Partikelkonzentration in einem das Sensorelement umgebenden Gasgemisch. Das Sensorelement 10 weist ein keramisches Heizelement 12 auf, in das ein nicht dargestellter elektrischer Widerstand integriert ist. Als keramisches Material zur elektrischen Isolierung des Heizelementes 12 wird vorzugsweise ein bariumhaltiges Aluminiumoxid verwendet, da eine derartige Isolierung auch bei Temperaturwechselbeanspruchungen über einen langen Zeitraum einen weitgehend konstanten hohen elektrischen Widerstand aufweist. Alternativ ist auch die Verwendung von Cerdioxid bzw. von Aluminiumoxid unter Zusatz anderer Erdalkalioxide möglich oder die Verwendung von ZrO2, wobei dann Isolationsschichten aus Aluminiumoxid zur elektrischen Isolierung der Widerstandleiterbahn des Heizelements bzw. der Messelektroden 14, 16 vorgesehen sind.In 1 a basic structure of a first embodiment of the present invention is shown. With 10 is a ceramic sensor element, for example, an electrochemical gas sensor called. The sensor element is used to determine a particle concentration in a gas mixture surrounding the sensor element. The sensor element 10 has a ceramic heating element 12 on, in which an unrepresented electrical resistance is integrated. As a ceramic material for electrical insulation of the heating element 12 For example, a barium-containing aluminum oxide is preferably used, since such insulation also has a largely constant high electrical resistance over a long period of time even under thermal cycling. Alternatively, the use of ceria or alumina with the addition of other alkaline earth oxides is possible or the use of ZrO2, in which case insulating layers of aluminum oxide for electrical insulation of the resistance conductor of the heating element or the measuring electrodes 14 . 16 are provided.

Auf der Oberfläche des Heizelementes 12 sind beispielsweise zwei Messelektroden 14, 16 aufgebracht, die vorzugsweise als ineinander verzahnte Interdigitalelektroden ausgebildet sind. Die Verwendung von Interdigitalelektroden als Messelektroden 14, 16 ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders genaue Bestimmung des elektrischen Widerstandes bzw. der elektrische Leitfähigkeit des sich zwischen den Messelektroden 14, 16 befindenden Oberflächenmaterials. Zur Kontaktierung der Messelektrode 14 ist im Bereich eines dem Gasgemisch abgewandten Ende 18 des Heizelementes 12 eine Kontaktfläche 20 ausgebildet. Eine entsprechende zweite Kontaktfläche zur Kontaktierung der Elektrode 16 ist vorzugsweise auf einer gegenüberliegenden Seite des Heizelementes 12 ebenfalls an dem dem Gasgemisch abgewandten Ende 18 des Heizelementes 12 angeordnet und somit in 1 nicht dargestellt. Während des Betriebs des Sensorelementes 10 wird an die Messelektroden 14, 16 eine Spannung angelegt. Da die Messelektroden 14, 16 auf der Oberfläche des Heizelementes 12 angeordnet sind, kommt es zunächst aufgrund der guten elektrisch isolierenden Eigenschaften der keramischen Isolierung des Heizelementes 12 im wesentlichen zu keinem Stromfluss zwischen den Elektroden 14, 16.On the surface of the heating element 12 are for example two measuring electrodes 14 . 16 applied, which are preferably formed as interdigitated interdigital electrodes. The use of interdigital electrodes as measuring electrodes 14 . 16 advantageously allows a particularly accurate determination of the electrical resistance or the electrical conductivity of the between the measuring electrodes 14 . 16 surface material. For contacting the measuring electrode 14 is in the region of a gas mixture facing away from the end 18 of the heating element 12 a contact surface 20 educated. A corresponding second contact surface for contacting the electrode 16 is preferably on an opposite side of the heating element 12 likewise at the end facing away from the gas mixture 18 of the heating element 12 arranged and thus in 1 not shown. During operation of the sensor element 10 gets to the measuring electrodes 14 . 16 a voltage applied. Because the measuring electrodes 14 . 16 on the surface of the heating element 12 are arranged, it comes first due to the good electrical insulating properties of the ceramic insulation of the heating element 12 essentially no current flow between the electrodes 14 . 16 ,

Enthält ein das Sensorelement 10 umströmendes Gasgemisch Partikel, insbesondere Ruß, so lagern sich diese auf der Oberfläche des Sensorelementes 10 ab. Da Ruß eine bestimmte elektrische Leitfähigkeit aufweist, kommt es bei ausreichender Beladung der Oberfläche des Sensorelementes 10 mit Ruß zu einem ansteigenden Stromfluss, der mit dem Ausmaß der Beladung korreliert. Wird nun an die Messelektroden 14, 16 eine vorzugsweise konstante Gleich- oder Wechselspannung angelegt und der Anstieg des Stromflusses über der Zeit ermittelt, so kann aus dem Quotienten aus Stromflussanstieg und Zeit auf den aktuellen Partikelmassenstrom, insbesondere Rußmassenstrom, im Gasgemisch geschlossen werden. Mit dieser Messmethode wird die Konzentration all derjenigen Partikel in einem Gasgemisch erfasst, die die elektrische Leitfähigkeit des sich zwischen den Messelektroden 14, 16 befindenden keramischen Materials positiv oder negativ beeinflussen.Contains one the sensor element 10 flowing gas mixture particles, in particular soot, so they store on the surface of the sensor element 10 from. Since soot has a certain electrical conductivity, it comes with sufficient loading of the surface of the sensor element 10 with soot to an increasing current flow, which correlates with the extent of the loading. Will now contact the measuring electrodes 14 . 16 a preferably constant DC or AC voltage applied and determines the increase of the current flow over time, it can be concluded from the quotient of current flow increase and time on the current particle mass flow, in particular soot mass flow in the gas mixture. With this measurement method, the concentration of all those particles in a gas mixture is detected, which determines the electrical conductivity of itself between the measuring electrodes 14 . 16 have a positive or negative influence on the ceramic material.

Das Heizelement 12 ist radialsymmetrisch entlang einer Achse ausgeführt, die mittig durch die dem Gasgemisch abgewandte Grundfläche und durch die dem Gasgemisch zugewandte Grundfläche des Heizelementes 12 verläuft. Das Heizelement 12 enthält mindestens einen nicht dargestellten elektrischen Widerstand, der dem Abbrand der auf der Oberfläche des Sensorelements abgelagerten Rußpartikel dient. Als elektrischer Widerstand wird vorzugsweise eine Widerstandsleiterbahn aus einem Cermet-Material eingesetzt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Mischung eines Metalls, wie beispielsweise Platin, mit keramischen Anteilen, wie beispielsweise Aluminiumoxid. Die Widerstandsleiterbahn ist vorzugsweise in Form eines Mäanders ausgeführt und weist an beiden Enden nicht dargestellte elektrische Anschlüsse auf. Durch Anlegen einer entsprechenden Heizspannung an die Anschlüsse der Widerstandsleiterbahn kann die Heizleistung des Heizelementes 12 entsprechend reguliert werden.The heating element 12 is performed radially symmetrically along an axis which is centered by the gas mixture facing away from the base surface and the gas mixture facing base of the heating element 12 runs. The heating element 12 contains at least one electrical resistance, not shown, which serves to burn off the deposited on the surface of the sensor element soot particles. The electrical resistor used is preferably a resistor track of a cermet material. It is preferably a mixture of a metal, such as platinum, with ceramic moieties, such as alumina. The resistance conductor track is preferably designed in the form of a meander and has at both ends not shown electrical connections. By applying a corresponding heating voltage to the terminals of the resistor track, the heating power of the heating element 12 be regulated accordingly.

In 2 ist ein elektrochemischer Gassensor zur Bestimmung der Partikelkonzentration eines Gasgemischs dargestellt, in den ein der Erfindung zugrundeliegendes Sensorelement integriert ist, wie es beispielsweise in 1 dargestellt ist. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauteilkomponenten wie in 1.In 2 is an electrochemical lane Sor for determining the particle concentration of a gas mixture, in which a sensor element of the invention is integrated, as it is for example in 1 is shown. Here, the same reference numerals designate the same component components as in FIG 1 ,

Das Sensorelement 10 ist dabei zum Schutz vor korrosiven und abrasiven Einflüssen des Gasgemischs von einem vorzugsweise metallischen Schutzrohr 30 umgeben, sodass innerhalb des Schutzrohres 30 ein Messgasraum 20 um das Sensorelement 10 herum entsteht. Das Schutzrohr 30 ist vorzugsweise als Doppelschutzrohr mit einer äußeren Zylinderhülse 22 und einer inneren Zylinderhülse 24 ausgeführt. Zwischen der äußeren Zylinderhülse 22 und der inneren Zylinderhülse 24 ist ein umlaufender Spalt 26 vorhanden. Die äußere Zylinderhülse 32 weist mehrere, nicht dargestellte, insbesondere dem anströmenden Gasgemisch zugewandte, vorzugsweise axial oder radial verteilte Gaseinlässe auf. Die innere Zylinderhülse 24 weist ebenfalls mehrere, radial und/oder axial verteilte innere Gaseinlässe 28 auf. Diese Anordnung ermöglicht dem Gasgemisch den Zutritt zum sensitiven Bereich des Sensorelements 10 unter Vermeidung einer turbulenten Strömungsführung des Gasgemischs in der unmittelbaren Umgebung des Sensorelements 10.The sensor element 10 is to protect against corrosive and abrasive influences of the gas mixture of a preferably metallic protective tube 30 surrounded, so inside the protective tube 30 a sample gas chamber 20 around the sensor element 10 arises around. The protective tube 30 is preferably as a double protection tube with an outer cylinder sleeve 22 and an inner cylinder sleeve 24 executed. Between the outer cylinder sleeve 22 and the inner cylinder sleeve 24 is a circumferential gap 26 available. The outer cylinder sleeve 32 has a plurality of, not shown, in particular the inflowing gas mixture facing, preferably axially or radially distributed gas inlets. The inner cylinder sleeve 24 also has a plurality of radially and / or axially distributed inner gas inlets 28 on. This arrangement allows the gas mixture access to the sensitive area of the sensor element 10 while avoiding a turbulent flow guidance of the gas mixture in the immediate vicinity of the sensor element 10 ,

Die Befestigung des Schutzrohrs 22, 24 bzw. des Sensorelementes 10 erfolgt im Gassensor in einer bei Lambdasonden üblichen Art und Weise, wie sie beispielsweise in der DE 196 48 685 A1 beschrieben ist.The attachment of the protective tube 22 . 24 or of the sensor element 10 takes place in the gas sensor in a conventional lambda probes manner, as for example in the DE 196 48 685 A1 is described.

Die Aufbringung der Messelektroden 14, 16 auf die Oberfläche des Heizelementes 12 kann beispielsweise mittels Tampondruck oder mittels einer Transferbeschichtung erfolgen.The application of the measuring electrodes 14 . 16 on the surface of the heating element 12 can be done for example by pad printing or by means of a transfer coating.

Besonders kostengünstig erfolgt die Fertigung des Sensorelementes 10, wenn als Heizelement 12 ein bei Lambdasonden in Form sogenannter Fingersonden übliches stabförmiges Heizelement verwendet wird.Particularly cost-effective, the production of the sensor element takes place 10 when as a heating element 12 a lambda probes in the form of so-called finger probes usual rod-shaped heating element is used.

Gegenüber konventionellen, plättchenförmigen Rußsensoren, bei denen lediglich eine Großfläche des Sensorelementes mit Messelektroden versehen ist, kann bei dem hier beschriebenen Sensorelementes 10 die gesamte als Zylinder ausgeführte Oberfläche des Sensorelements mit Messelektroden 14, 16 versehen sein und steht somit als Messbereich zur Verfügung. Dies erhöht den über die Rußpartikel transportierten Strom und somit das Signal/Rauschverhältnis des gewonnenen Messsignals bzw. dessen Genauigkeit.Compared with conventional platelet-shaped soot sensors, in which only a large area of the sensor element is provided with measuring electrodes, in the case of the sensor element described here 10 the entire designed as a cylinder surface of the sensor element with measuring electrodes 14 . 16 be provided and is thus available as a measuring range. This increases the current transported via the soot particles and thus the signal / noise ratio of the acquired measurement signal or its accuracy.

In 3 ist ein Sensorelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem Zwischenstadium der Herstellung dargestellt. Dabei bezeichnen weiterhin gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauteilkomponenten wie in 1 und 2.In 3 a sensor element according to a second embodiment is shown in an intermediate stage of production. In this case, the same reference numerals designate the same component components as in FIG 1 and 2 ,

Das in 3 dargestellte Sensorelement weist anstatt zweier oder mehrerer nebeneinander angeordneter und ineinander verzahnter Messelektroden 14, 16 zwei übereinander angeordnete Messelektroden 14a, 16a auf. Es wird hergestellt, indem zwischen zwei flächige, vorzugsweise planare keramische Substrate 13, 15 eine Widerstandsleiterbahn 17 ausgebildet wird. Die keramischen Substrate 13, 15 und die Widerstandsleiterbahn 17 sind beispielsweise aus denselben Materialien ausgeführt wie die keramischen Schichten des Heizelementes 12 bzw. dessen Widerstandleiterbahn in 1.This in 3 shown sensor element has instead of two or more juxtaposed and meshed measuring electrodes 14 . 16 two measuring electrodes arranged one above the other 14a . 16a on. It is made by placing between two flat, preferably planar ceramic substrates 13 . 15 a resistance track 17 is trained. The ceramic substrates 13 . 15 and the resistance track 17 For example, they are made of the same materials as the ceramic layers of the heating element 12 or its resistance conductor in 1 ,

Auf eine Großfläche eines der keramischen Substrate 13 wird eine erste Messelektrode 14a sowie deren Zuleitung 21 und eine in 4 erkennbare zweite Zuleitung 23 für eine weitere Messelektrode 16a aufgedruckt. Die erste Messelektrode 14a wird zumindest weitgehend mit einer porösen Zwischenschicht 25 überdeckt. Die Zwischenschicht 25 ist vorzugsweise offenporös ausgeführt, wobei die Porengröße so gewählt wird, dass die zu bestimmenden Partikel im Gasgemisch in die Poren der porösen Schicht 18 eindiffundieren können. Die Porengröße der porösen Schicht 25 liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von 2 bis 10 μm. Die poröse Schicht 25 ist aus einem keramischen Material ausgeführt, das vorzugsweise dem Material der keramischen Substrate 13, 15 ähnlich ist oder diesem entspricht. Alternativ kann die poröse Schicht 25 auch aus einem halbleitenden Material ausgeführt sein.On a large surface of one of the ceramic substrates 13 becomes a first measuring electrode 14a as well as their supply line 21 and one in 4 recognizable second supply line 23 for another measuring electrode 16a printed. The first measuring electrode 14a is at least largely covered with a porous intermediate layer 25 covered. The intermediate layer 25 is preferably carried out open-pore, wherein the pore size is chosen so that the particles to be determined in the gas mixture in the pores of the porous layer 18 can diffuse. The pore size of the porous layer 25 is preferably in a range of 2 to 10 microns. The porous layer 25 is made of a ceramic material, preferably the material of the ceramic substrates 13 . 15 is similar or corresponds to this. Alternatively, the porous layer 25 also be made of a semiconductive material.

Die poröse Zwischenschicht 25 kann in einfacher Weise mittels Siebdruck hergestellt werden. Dabei wird die Porosität der porösen Zwischenschicht 25 durch Zusatz von Porenbildnern zu der Siebdruckpaste entsprechend eingestellt. Durch die Anordnung der Messelektroden 14a, 16a übereinander anstatt nebeneinander kann fertigungstechnisch ein deutlich geringer Abstand der beiden Messelektroden 14a, 16a erzielt werden. Während lateral mittels üblicher Drucktechniken lediglich Elektrodenabstände von ca. 80–200 μm erzeugt werden können, liegen diese bei gestapelter Anordnung der Messelektroden 14a, 16a im Bereich von 10–20 μm; lediglich bestimmt durch die Schichtdicke der porösen Zwischenschicht 25.The porous intermediate layer 25 can be easily prepared by screen printing. At the same time, the porosity of the porous intermediate layer becomes 25 adjusted by adding pore formers to the screen printing paste accordingly. By the arrangement of the measuring electrodes 14a . 16a one above the other instead of side by side can produce a significantly smaller distance between the two measuring electrodes 14a . 16a be achieved. While laterally by means of conventional printing techniques only electrode distances of about 80-200 microns can be generated, these are stacked arrangement of the measuring electrodes 14a . 16a in the range of 10-20 μm; only determined by the layer thickness of the porous intermediate layer 25 ,

In 4 ist eine Variante des in 3 dargestellten Sensorelements abgebildet. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Bauteilkomponenten wie in 3.In 4 is a variant of in 3 shown sensor element shown. Here, the same reference numerals designate the same component components as in FIG 3 ,

In dieser Variante ist gezeigt, dass die weitere Messelektrode 16 anstatt in flächiger Form auch als einfache Leiterbahn ausgeführt sein kann. Alternativ ist eine Ausführung in Form einer mit Seitenästen versehenen Leiterbahn oder als netzförmige Elektrode möglich.In this variant, it is shown that the further measuring electrode 16 instead of in flat form can also be designed as a simple trace. Age natively, an embodiment in the form of a side branches provided with conductor or as a net-shaped electrode is possible.

Während des Herstellungsverfahrens werden die in 3 und 4 in einem planaren Zwischenstadium dargestellten Sensorelemente 10 nach erfolgten Druckprozessen um eine Achse C gebogen, die parallel zur Längsausrichtung des Sensorelements mittig durch die Grundfläche des Sensorelements verläuft, sodass die Kante A des Sensorelements auf die Kante B des Sensorelements trifft und ein radialsymmetrischer Körper entsteht. Abschließend erfolgt eine Sinterung des Sensorelements.During the manufacturing process, the in 3 and 4 in a planar intermediate stage sensor elements shown 10 bent after printing processes about an axis C, which runs parallel to the longitudinal direction of the sensor element centrally through the base of the sensor element, so that the edge A of the sensor element meets the edge B of the sensor element and a radially symmetrical body is formed. Finally, a sintering of the sensor element takes place.

Claims

Sensor element for sensors for determining the concentration of particles in gas mixtures, in particular soot, with at least two measuring electrodes and with a heating element having an embedded in a ceramic material electrical resistance, characterized in that the heating element ( 12 ) is designed radially symmetrically and the measuring electrodes ( 14 . 14a . 16 . 16a ) are applied to the surface thereof.

Sensor element according to claim 1, characterized in that the measuring electrodes ( 14 . 16 ) are designed as interdigital electrodes.

Sensor element according to claim 1, characterized in that the measuring electrodes ( 14a . 16a ) are arranged substantially one above the other

Sensor element according to claim 1 or 2, characterized in that the heating element ( 12 ) is cylindrical.

Sensor element according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ceramic material of the heating element ( 12 ) Contains alumina and / or alkaline earth oxides.

Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical resistance of the heating element ( 12 ) is a resistance trace of a cermet material.

Sensor element according to claim 5, characterized in that the resistance conductor track is designed as a platinum-containing meander.

Sensor for determining the concentration of particles in gas mixtures, in particular soot sensor, characterized a sensor element according to one of the preceding claims is provided is.

Method for producing a sensor element, in particular according to one of claims 1 to 7, wherein in a first step an at least substantially planar ceramic substrate ( 13 . 15 ) at least with a measuring electrode ( 14a ), characterized in that the ceramic substrate ( 13 . 15 ) is bent in a second step so that two opposite sides (A, B) of the ceramic substrate ( 13 . 15 ) come into physical contact to form a radially symmetric body.