DE102007039566A1

DE102007039566A1 - Sensorelement und Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE102007039566A1
Application number: DE102007039566A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schmidt; Peter Bartscherer; Johannes Grabis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-02-26

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement (11) zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend mindestens eine erste, zweite und dritte Elektrode (12, 13, 15), wobei die erste und zweite Elektrode (12, 13) Interdigitalelektroden sind, die kammartig ineinander greifen und ein erstes Interdigitalelektrodensystem (12, 13) zur Messung von sich anlagernden Teilchen bilden, wobei die dritte Elektrode (15) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) dient, sowie ein Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem solchen Sensorelement (11) und deren Verwendung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement und ein Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom sowie deren Verwendung.
Stand der Technik
In naher Zukunft muss der Partikelausstoß, insbesondere von Fahrzeugen während des Fahrbetriebes, nach dem Durchlaufen eines Motors bzw. Dieselpartikelfilters (DPF) per gesetzlicher Vorschrift überwacht werden (On Board Diagnosis, OBD). Darüber hinaus ist eine Beladungsprognose von Dieselpartikelfiltern zur Regenerationskontrolle notwendig, um eine hohe Systemsicherheit bei wenigen effizienten, kraftstoffsparenden Regenerationszyklen zu gewährleisten und kostengünstige Filtermaterialien, beispielsweise Cordierit, einsetzen zu können.
Eine Möglichkeit hierzu bieten aus dem Stand der Technik bekannte resistive Teilchensensoren, insbesondere resistive Rußpartikelsensoren. Resistive Teilchensensoren ziehen zur Detektion des Teilchenausstoßes eine durch Teilchenanlagerung hervorgerufene Widerstandsänderung eines Elektrodensystems mit zwei metallischen, kammartig ineinander greifenden Elektroden (Intedigitalelektroden) heran. Aufgrund ihrer Funktionsweise ordnen sich resistive Teilchensensoren bei den sammelnden Prinzipien ein. Derartige Sensoren werden von der DE 101 493 33 A1 sowie der WO 2003006976 A2 beschrieben.
Derzeit sind resistive Teilchensensoren, insbesondere Rußpartikelsensoren, bekannt, bei denen sich unter Einwirkung einer elektrischen Messspannung Teilchen zwischen den Elektroden anlagern (Elektrophorese) und Teilchenpfade bilden, welche die zwei Interdigitalelektroden kurzschließen und so mit steigender Teilchenkonzentration auf der Sensoroberfläche ein abnehmender Widerstand (bzw. ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung) zwischen den Elektroden messbar wird. Nach Erreichen eines Schwellwertes kann ein sich ändernder Sensorstrom gemessen werden, der mit der Zunahme der Teilchenmasse auf der Sensoroberfläche korreliert.
Die Sensorempfindlichkeit derartiger Sensoren ist maßgeblich von zwei Parameter und zwar dem Abstand zwischen den kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden und der an den Interdigitalelektroden angelegten Spannung abhängig.
Ein großer Abstand zwischen den kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden geht mit einer großen Reichweite des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und somit einem großen Volumen, aus dem Teilchen durch Elektrophorese angelagert werden, einher. Jedoch ist bei einem großen Abstand zwischen den kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden auch die von den sich anlagernden Teilchen zu überbrückende Strecke groß, wobei bei einem Sensor mit einem großen Abstand zwischen den Interdigitalelektroden mehr Teilchen zur Bildung leitfähiger Pfade erforderlich sind.
Durch das Anlegen einer hohen Spannung an die Elektroden kann die Reichweite des elektrischen Feldes und damit das Volumen, aus dem Teilchen durch Elektrophorese angelagert werden, ebenfalls gesteigert werden. Bei großen Spannungen ist die in die angelagerten Teilchenstrukturen eingebrachte Heizleistung allerdings nicht vernachlässigbar. Die Teilchen können hierdurch strukturell verändert, oxidiert und teilweise entfernt werden, wodurch sich die Messgenauigkeit eines herkömmlichen, mit einer hohen Spannung betriebenen Sensors verringert.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ein erfindungsgemäßes Sensorelement (11) zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend mindestens eine erste, zweite und dritte Elektrode (12, 13, 15), wobei die erste und zweite Elektrode (12, 13) Interdigitalelektroden sind, die kammartig ineinander greifenden und ein erstes Interdigitalelektrodensystem (12, 13) zur Messung von sich anlagernden Teilchen bilden, wobei die dritte Elektrode (15) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) dient, hat den Vorteil, dass durch eine Trennung der Sammel- und Messfunktion der Elektroden die Elektrodengeometrie und -spannung für beide Vorgänge separat optimiert werden kann.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen zu entnehmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren und die nachfolgende Beschreibung genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
1a ist eine schematische Draufsicht auf ein herkömmliches Sensorelement zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden;
1b ist ein schematischer Querschnitt des in 1a gezeigten herkömmlichen Sensorelementes entlang der Linie I-I';
2a ist eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit zwei kammartig ineinander greifenden, interdigitalen Messelektroden und zwei kammartig ineinander greifenden, unter den Messelektroden angeordneten, interdigitalen Sammelelektroden;
2b ist ein schematischer Querschnitt des in 2a gezeigten erfindungsgemäßen Sensors entlang der Link II-II' und veranschaulicht die Beschaltung der Elektroden in der Messphase;
2c ist ein schematischer Querschnitt des in 2a gezeigten erfindungsgemäßen Sensors entlang der Link II-II' und veranschaulicht die Beschaltung der Elektroden in der Sammelphase;
3a ist ein schematischer Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit zwei Interdigitalelektrodensystemen, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden aufweisen, wobei die zwei Interdigitalelektrodensystem auf gegenüberliegenden Flächen eines von zwei Trägerelementen gebildeten Kanals angeordnet sind und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Messphase;
3b ist ein schematischer Querschnitt der in 3a gezeigten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Sammelphase;
4a ist eine schematischer Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit zwei Interdigitalelektrodensystemen, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden aufweisen, wobei die zwei Interdigitalelektrodensysteme nebeneinander auf einem Trägerelement angeordnet sind;
4b ist ein schematischer Querschnitt der in 4a gezeigten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie III-III' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Messphase;
4c ist ein schematischer Querschnitt der in 4a und 4b gezeigten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie III-III' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Messphase;
5a ist eine schematischer Draufsicht auf einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit drei nebeneinander auf einem Trägerelement angeordneten, kammartig ineinander eingreifenden Interdigitalelektroden, von denen die zwei äußeren Interdigitalelektroden eine nach innen gerichtete einfache Kammstruktur und die mittlere Interdigitalelektrode eine doppelt Kammstruktur aufweisen;
5b ist ein schematischer Querschnitt der in 5a gezeigten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie IV-IV' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden;
5c ist ein schematischer Querschnitt der in 5a und 5b gezeigten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie VI-VI' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden; und
5d ist ein schematischer Querschnitt der in 5a gezeigten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie V-V' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden.
Beschreibung der Abbildung
1a und 1b zeigen ein herkömmliches Sensorelement 1 zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom in der Draufsicht und im Querschnitt entlang der Linie I-I'. Das Sensorelement weist ein Interdigitalelektrodensystem aus zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden 2, 3 unterschiedlichem Potentials auf, das auf einem Trägerelement 4 angeordnet ist. Bei einem derartigen Sensorelement 1 wird sowohl für die Teilchenanlagerung als auch für die Messung der Leitfähigkeit der Teilchenpfade dasselbe Elektrodensystem 2, 3 und dieselbe Elektrodenspannung verwendet. Wie bereits erläutert können daher die Sammelfunktion und die Messfunktion der Elektroden des Sensorelementes nicht unabhängig voneinander optimiert werden.
Die 2a bis 2c zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit zwei kammartig ineinander greifenden, interdigitalen Messelektroden 12, 13 und zwei kammartig ineinander greifenden, unter den Messelektroden 12, 13 angeordneten, interdigitalen Sammelelektroden 15, 16 in der Draufsicht und im Querschnitt entlang der Linie II-II'. Die Sammelelektroden 15, 16 sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung von den Messelektroden 12, 13 beabstandet angeordnet. Die interdigitalen Sammelelektroden 15, 16 sind in ein Trägerelement 14 integriert oder zwischen mindestens zwei Trägerelementschichten laminiert, auf dem/denen die interdigitalen Messelektroden 12, 13 angeordnet sind. Die 2a und 2b veranschaulicht die Beschaltung der Messelektroden 12, 13 und Sammelelektroden 15, 16 in der Messphase.
Wie 2b zeigt, liegt in der Messphase an den Messelektroden 12, 13 eine Messspannung UM an, wobei die Elektrode 12 ein anderes Potential als die Elektrode 13 aufweist und das Potential daher zwischen benachbarten Elektrodenarmen alternierend wechselt. Die Sammelelektroden 15, 16 sind in der Messphase spannungsfrei. 2c zeigt, dass die Messelektroden 12, 13 in der Sammelphase spannungsfrei sind, damit die darunter liegenden Sammelelektroden 15, 16 nicht abgeschirmt werden; wohingegen an den Sammelelektroden 15, 16 eine Sammelspannung U_S anliegt, die deutlich größer als die Messspannung U_M ist. In der Sammelphase weist die Elektrode 15 ein anderes Potential als die Elektrode 16 auf, weshalb das Potential zwischen benachbarten Elektrodenarmen auch hier alternierend wechselt. Dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend wechselt die Beschaltung der Elektroden zwischen der Sammel- und Messphase in bestimmten Zeitintervallen. Die räumliche Ausdehnung des elektrischen Feldes ist bei dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes in der Sammel- und Messphase ähnlich. Die während der Messung angelegten Spannungen können jedoch wesentlich kleiner gewählt werden, so dass eine Aufheizung der Teilchen vermieden wird.
Die 3a und 3b zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit zwei Interdigitalelektrodensystem, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden 12, 13; 15, 16 aufweisen, wobei jedes Interdigitalelektrodensystem 12, 13; 15, 16 auf einem Trägerelement 14a; 14b angeordnet ist und die zwei Trägerelemente 14a; 14b, derart zueinander angeordnet sind, dass sich zwischen den Trägerelementen 14a; 14b ein Kanal 17 bildet, wobei die beiden Interdigitalelektrodensysteme 12, 13; 15, 16 innerhalb des Kanals 17 und auf gegenüberliegenden Flächen des Kanals 17 angeordnet sind. Die Elektrodenarme des Interdigitalelektrodensystems 12, 13 und des Interdigitalelektrodensystems 15, 16 können mittig über/untereinander angeordnet sein. Zur Detektion von Teilchen in einem Gastrom wird ein Gasstrom mit den darin enthaltenen zu detektierenden Teilchen durch den Kanal 17 geströmt. Es kann sich hierbei auch um einen Teilstrom des Gasstroms handeln. Die Strömungsrichtung kann horizontal in der Zeichnungsebene und/oder senkrecht zur Zeichnungsebene liegen. In der Messphase wird, wie in 3a gezeigt, innerhalb jedes Interdigitalelektrodensysteme 12, 13; 15, 16 eine Messspannung U_M angelegt. Zweckmäßigerweise haben die an den beiden Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16 angelegten Spannungen den gleichen Betrag. Als Messsignal dient in der Messphase beispielsweise der aus Teilchenablagerung resultierende Stromfluss und/oder Spannungsabfall zwischen den Interdigitalelektroden 12, 13 und 15, 16 eines Interdigitalelektrodensystems. In der Sammelphase wird, wie 4b zeigt, an zu unterschiedlichen Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16 gehörenden, einander gegenüberliegenden Interdigitalelektroden, beispielsweise an die Interdigitalelektroden 12 und 15 sowie an die Interdigitalelektroden 13 und 16, jeweils eine Sammelspannung U_S angelegt, die wie bereits erläutert deutlich größer als die Messspannung ist. Um die Bildung von Teilchenpfaden zwischen zu unterschiedlichen Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16 gehörenden Interdigitalelektroden 12, 15; 13, 16 während der Sammelphase zu vermeiden und um eine bessere Ausrichtung der Teilchenpfade zu erzielen kann die Sammelspannung U_S gepulst betrieben werden.
Die 4a bis 4c zeigen eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit zwei Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden 12, 13 bzw. 15, 16 aufweisen, wobei die zwei Interdigitalelektrodensysteme nebeneinander, insbesondere in einer Ebene, auf einem Trägerelement 14 angeordnet sind, in der Draufsicht und im Querschnitt entlang der Linie III-III'. Vorzugsweise sind die Elektrodenarme der beidem Interdigitalelektrodensysteme 12, 13; 15, 16 parallel zueinander ausgerichtet.
4b veranschaulicht, dass in der Messphase an die Elektroden 12, 13 und 15, 16 eine Messspannung U_M derart angelegt wird, dass das Potential der Spannung von einem Elektrodenarm zu einem benachbarten Elektrodenarm alterniert. Dabei veranschaulicht die in 4b zusätzliche verwendete Punktierung der Querschnittsflächen 12, 15, dass in der Messphase an den Elektroden 12, 15 das gleiche Potential anliegt, welches sich jedoch von dem an den Elektroden 13, 16 angelegten Potential (unpunktiert) unterscheidet. Dies kann beispielsweise einerseits dadurch gewährleistet werden, dass an die Elektroden 12, 13 und 15, 16 jeweils eine Messspannung U_M (U_M12,13, U_M15,16) angelegt wird, wobei die Messspannung U_M12,13 den gleichen Betrag wie die Messspannung U_M15,16 aufweist. Andererseits kann dies dadurch gewährleistet werden, dass die Elektroden 12 und 15 sowie 13 und 16 zusammengeschaltet werden und nur eine Messspannung U_M zwischen den Elektrodengruppen 12, 15 und 13, 16 angelegt wird. Wie bereits erläutert, werden in der erfindungsgemäßen Messphase niedrige Spannungen (U_M << U_S) verwendet. 4b zeigt, dass eine derartige Beschaltung zur Folge hat, dass sich jeweils zwischen benachbarten Elektrodenarmen ein elektrisches Feld geringer Stärke und kurzer Reichweite ausbildet.
4c veranschaulicht, dass in der Sammelphase an die Elektroden 12, 13 und 15, 16 eine Sammelspannung U_S derart angelegt wird, dass die die Elektroden 12, 13 sowie die Elektroden 15, 16 jeweils eine Elektrodengruppe 12, 13 (zusätzlich punktierte Querschnittsfläche) bzw. 15, 16 (unpunktierte Querschnittsfläche) unterschiedlichen Potentials bilden. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass an die inneren Elektroden 13, 15 und an die äußeren Elektroden 12, 16 jeweils eine Sammelspannung U_S (U_S13,15, U_S12,16) derart angelegt wird, dass jeweils die Elektroden einer Elektrodengruppe 12, 13; 15, 16 das gleiche Potential aufweisen. Andererseits kann dies dadurch gewährleistet werden, dass die Elektroden 12 und 13 sowie 15 und 16 zusammengeschaltet werden und nur eine Messspannung U_S zwischen den Elektrodengruppen 12, 13 und 15, 16 angelegt wird. Wie bereits erläutert, werden in der erfindungsgemäßen Sammelphase Sammelspannungen U_S verwendet, die deutlich höher als die erfindungsgemäßen Messspannungen U_M sind. 5c zeigt, dass eine derartige Beschaltung zur Folge hat, dass sich zwischen den Elektrodengruppen 12, 13 und 15, 16 ein elektrisches Feld hoher Stärke und langer Reichweite ausbildet.
Die 5a bis 5d zeigen eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit drei nebeneinander, insbesondere in einer Ebene, auf einem Trägerelement 14 angeordneten, kammartig ineinander eingreifenden Interdigitalelektroden 12, 13, 15, von denen die zwei äußeren Interdigitalelektroden 12, 15 eine nach innen gerichtete einfache Kammstruktur und die mittlere Interdigitalelektrode 13 eine doppelt Kammstruktur aufweisen, in der Draufsicht und in Querschnitten entlang der Linien IV-IV', V-V' und VI-VI'. Wie 5a zeigt, sind die Elektrodenarme der drei Interdigitalelektroden 12, 13, 15 parallel zueinander ausgerichtet.
Darüber hinaus veranschaulichen die 5a bis 5d die erfindungsgemäße Beschaltung der drei Elektroden 12, 13, 15. An den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 wird jeweils eine Spannung gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Polarität angelegt, wobei die mittlere Interdigitalelektrode 13 mit doppelter Kammstruktur geerdet wird. Als Messsignal dient beispielsweise der aus Teilchenablagerung resultierende Stromfluss und/oder Spannungsabfall zwischen den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 und der mittleren, geerdeten Interdigitalelektrode 13 mit doppelter Kammstruktur.
5b ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV' und 5d ist ein Querschnitt entlang der Linie V-V' der in 5a in der Draufsicht gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform. 5b und 5d zeigen stark vereinfacht, dass sich zwischen den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 und der mittleren, geerdeten Interdigitalelektrode 13 mit doppelter Kammstruktur ein elektrisches Feld kurzer Reichweite ausbildet.
5c ist ein Querschnitt der in 5a in der Draufsicht gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform entlang der Linie VI-VI'. 5c zeigt stark vereinfacht, dass sich darüber zusätzlich zu den in 5b und 5d gezeigten elektrischen Feldern ein elektrisches Feld größerer Reichweite zwischen den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 ausbildet, welches das Volumen aus dem Teilchen angezogen und angelagert werden und somit die Empfindlichkeit des Sensorelementes deutlich erhöht.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensorelement zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend mindestens eine erste, zweite und dritte Elektrode, wobei die erste und zweite Elektrode Interdigitalelektroden sind, die kammartig ineinander greifenden und ein erstes Interdigitalelektrodensystem zur Messung von sich anlagernden Teilchen bilden, wobei die dritte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems dient.
Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf dem Prinzip, die beiden Funktionen eines herkömmlichen Interdigitalelektrodensystems, nämlich das Anziehen von Teilchen auf das Interdigitalelektrodensystem über Elektrophorese und das Messen des Widerstandes der angelagerten Teilchen, physikalisch zu trennen, um dadurch die beide Funktionen unabhängig voneinander optimieren zu können.
Unter dem Begriff „Teilchen" werden im Sinn der vorliegenden Erfindung feste und/oder flüssige leitfähige Teilchen, beispielsweise leitfähige Partikel und/oder Tröpfchen, insbesondere Rußpartikel, beispielsweise halbleitender Kohlenstoff verstanden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die dritte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes in oder unter/oberhalb der Ebene der Interdigitalelektroden angeordnet. Beispielsweise ist die dritte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes eine flächige Elektrode oder Interdigitalelektrode.
Im Rahmen von mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst das erfindungsgemäße Sensorelement eine dritte und eine vierte Elektroden zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes. Dabei können die dritte und vierte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes als flächige Elektroden oder in Form von zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden, die ein zweites Interdigitalelektrodensystem bilden, ausgebildet sein.
Die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode können aus einem elektrisch leitenden und hochtemperaturstabilen Material ausgebildet sein. Unter einem „hochtemperaturstabilen Material" wird erfindungsgemäß ein Material verstanden, das beispielsweise bis zu einer Temperatur von etwa 1200°C keine der für den erfindungsgemäßen Zweck notwendigen Eigenschaften verliert. Beispielsweise können die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode aus einem Metall, wie Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium oder Rhodium, oder einer Metalllegierung, insbesondere einer Metalllegierung umfassend Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium und/oder Rhodium, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode aus Platin ausgebildet.
Ein erfindungsgemäßes Sensorelement kann mindestens ein Trägerelement umfassen, auf dem die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode angeordnet sind. Die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode können beispielsweise in ein Trägerelement integriert oder zwischen zwei Trägerelementschichten laminiert sein.
Im Rahmen einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte flächige Elektrode oder eine dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung des Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems und zu diesem beabstandet angeordnet sind.
Im Rahmen der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (Sammelelektroden) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, welche in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems und zu diesem beabstandet angeordnet sind. Dabei greifen die dritte und vierte Interdigitalelektrode kammartig ineinander ein und bilden ein zweites Interdigitalelektrodensystem. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angelagert.
Im Rahmen der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement ebenfalls eine dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die ein zweites Interdigitalelektrodensystem bilden. Im Rahmen der zweiten Ausführungsform ist das zweite Interdigitalelektrodensystem jedoch derart in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems und zu diesem beabstandet angeordnet ist, dass sich zwischen dem ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystem ein Kanal bildet. Im Rahmen dieser Ausführungsform wird zur Detektion von Teilchen in einem Gastrom durch diesen Kanal der Gasstrom mit den darin enthaltenen zu detektierenden Teilchen geströmt. Die Teilchen werden somit aus dem Volumen (Kanal) zwischen den beiden Interdigitalelektrodensystemen angelagert. Im Rahmen dieser Ausführungsform können sowohl das erste als auch das zweite Interdigitalelektrodensystem jeweils auf einem Trägerelement angeordnet sein, wobei die beiden Trägerelemente derart zueinander angeordnet sind, dass sich zwischen den Trägerelementen der Kanal bildet und die beiden Interdigitalelektrodensysteme innerhalb des Kanals und auf gegenüberliegenden Flächen des Kanals angeordnet sind.
Sowohl im Rahmen der ersten als auch im Rahmen der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes kann das zweite Interdigitalelektrodensystem mittig unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet sein. Die Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems können parallel zu den Elektrodenarmen des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet sein. Beispielsweise kann das zweite Interdigitalelektrodensystem derart unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet sein, dass die Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems unter/oberhalb der Elektrodenarme des ersten Interdigitalelektrodensystems liegen.
Im Rahmen der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die kammartig ineinander greifen und ein zweites Interdigitalelektrodensystem bilden, welches derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem angeordnet ist, dass die Elektrodenarme der Interdigitalelektroden parallel zueinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Elektrodenarmen des ersten Interdigitalelektrodensystems kann beispielsweise gleich groß wie der Abstand der Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems. Vorzugsweise sind im Rahmen dieser Ausführungsform das erste und das zweite Interdigitalelektrodensystem derart in einer Ebene angeordnet, dass einer der äußeren Elektrodenarme des ersten Interdigitalelektrodensystems parallel neben einem der äußeren Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems angeordnet ist. Vorzugsweise weist dabei der Abstand zwischen parallel nebeneinander angeordneten äußeren Elektrodenarmen des ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystems, den gleichen Wert wie der Abstand zwischen den Elektrodenarmen innerhalb des ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystems auf. Beispielsweise können hierbei die Kammrücken der Interdigitalelektroden derart parallel zueinander angeordnet sein, dass jeweils ein Kammrücken einer Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems bezüglich eines Kammrückens einer Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems derart ausgerichtet ist, dass diese in entlang einer gemeinsamen fiktiven Geraden fluchten. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb der beiden Interdigitalelektrodensystems angelagert. Wenn das Sensorelement im Rahmen dieser Ausführungsform ein Trägerelement umfasst, ist dieses aus einem nicht-piezoelektrischen Material, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid ausgebildet.
Im Rahmen der vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte flächige Elektrode (Sammelelektroden) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem angeordnet sind, dass sich die flächige Elektroden jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Interdigitalelektrodensystems befinden. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angelagert. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße flächige Elektrode eine Länge in einem Bereich von ≥ 0,2 mm bis ≤ 100 mm, beispielsweise von ≥ 1 mm bis ≤ 50 mm, insbesondere von ≥ 5 mm bis ≤ 15 μm, und einer Breite in einem Bereich von ≥ 1 μm bis ≤ 10 mm, beispielsweise von ≥ 20 μm bis ≤ 3 mm, insbesondere von ≥ 50 μm bis ≤ 3 mm, und einer Dicke in einem Bereich von ≥ 0,01 mm bis ≤ 100 μm, beispielsweise von ≥ 1 bis ≤ 50 μm, insbesondere von ≥ 5 bis ≤ 40 μm, aufweisen.
Im Rahmen der fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte Interdigitalelektrode mit einer einfachen Kammstruktur zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet ist, wobei die erste Interdigitalelektrode eine einfache Kammstruktur und die zweite Interdigitalelektrode eine doppelte Kammstruktur aufweisen, wobei die zweite Interdigitalelektrode derart mittig zwischen der ersten Interdigitalelektrode und der dritten Interdigitalelektrode angeordnet ist, dass die Elektrodenarme ersten Interdigitalelektrode und der dritten Interdigitalelektrode kammartig in die Elektrodenarme der mittigen zweiten Interdigitalelektrode eingreifen. Dabei wird unter dem Begriff „doppelte Kammstruktur" sowohl eine spiegelsymmetrische, antennen- oder fischgrätartige, beidseitige Anordnung von Elektrodenarmen als auch eine nicht-spiegelsymmetrische, beidseitige Anordnung von Elektrodenarmen verstanden, bei der die Elektrodenarme der einen Kammseite um einen Bestimmten Betrag entlang der Kammlänge versetzt zu den Elektrodenarmen der zweiten, gegenüberliegenden Kammseite angeordnet sind. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angelagert.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensor zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sensor ein erfindungsgemäßes Sensorelement umfasst.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem erfindungsgemäßen Sensorelement, indem

– in einer Messphase an eine erste und zweite Interdigitalelektrode eines ersten Interdigitalelektrodensystems eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs- und/oder Widerstandsänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
– in einer Sammelphase an mindestens eine dritte Elektrode ein Sammelpotenzial (Sammelspannung) angelegt wird, um die Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems zu vergrößern.

Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf dem Prinzip, dass zwischen einem kleinen elektrisches Feld mit kurzer Reichweite in der Messphase und einem hohen elektrischen Feld mit großer Reichweite in der Sammelphase umgeschaltet wird. Durch das Anlegen der Sammelspannung vergrößert sich erfindungsgemäß die Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems und damit das Volumen aus dem Teilchen angelagert/gesammelt werden können, wodurch sich wiederum die Empfindlichkeit des Sensors und damit die Genauigkeit des Messergebnis verbessert. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Unterteilung in Messphase und Sammelphase vorteilhafterweise die Anwendung von hohen Sammelspannungen, da eine daraus gegebenenfalls resultierende Erwärmung in der Sammelphase und nicht in der Messphase auftritt und damit die Teilchenmessung nicht durch eine im Fall von herkömmlichen Sensoren auftretende, temperaturbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes der Teilchen beeinflusst wird.
Erfindungsgemäß werden die Mess- und Sammelphase alternierend wiederholt. Der Wechsel zwischen Sammel- und Messphase erfolgt dabei in bestimmten Zeitintervallen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Messphase ≥ 10^–6 s bis ≤ 180 s, beispielsweise ≥ 10^–3 s ≤ 10 s, insbesondere ≥ 10^–1 s ≤ 5 s, und die Sammelphase ≥ 0,1 s bis ≤ 1200 s, beispielsweise ≥ 1 s ≤ 100 s, insbesondere ≥ 5 s ≤ 50 s, betragen. Die die Sammelspannung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine gepulste Spannung sein. Vorzugsweise ist die Sammelspannung im Rahmen der vorliegenden Erfindung höher als die Messspannung. Beispielsweise ist die Sammelspannung ≥ 2- bis ≤ 10⁶-mal, beispielsweise ≥ 10- bis ≤ 1000-mal, insbesondere ≥ 50- bis ≤ 100-mal höher als die Messspannung. Die Messspannung liegt beispielsweise in einem Bereich von ≥ 10 mV bis ≤ 20 V, beispielsweise von ≥ 100 mV bis ≤ 10 V, insbesondere von ≥ 1 V bis ≤ 10 V. Die Sammelspannung liegt beispielsweise in einem Bereich von ≥ 20 V bis ≤ 10 kV, beispielsweise von ≥ 30 V bis ≤ 1 kV, insbesondere von ≥ 80 V bis ≤ 500 V.
Im Rahmen einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Sensorelement, das gemäß der ersten, zweiten oder fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist,

– in der Messphase an der ersten und zweiten Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems eine Messspannung angelegt, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
– in der Sammelphase an die dritte und vierte flächige Elektrode oder an die dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes eine Sammelspannung angelegt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollte bei einem Sensorelement, das gemäß der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist in der Sammelphase gewährleistet sein, dass an die erste und zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems kein Potenzial (Spannung) angelegt wird, da ansonsten das elektrische Feld der Sammelelektroden durch die darunter/darüber liegenden Messelektroden abgeschirmt werden würden.
Im Rahmen einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Sensorelement, das gemäß der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist,

– in der Messphase an dem ersten Interdigitalelektrodensystem und dem zweiten Interdigitalelektrodensystem jeweils eine Messspannung angelegt, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
– in der Sammelphase an die erste Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystem und eine Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems eine Sammelspannung angelegt und/oder an die zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystem und die verbleibende Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems eine Sammelspannung angelegt.

Beispielsweise wird die Sammelspannung an Interdigitalelektroden unterschiedlicher Interdigitalelektrodensysteme angelegt, die einander gegenüberliegenden. Zweckmäßigerweise haben jeweils die beiden Messspannungen und/oder die beiden Sammelspannungen den gleichen Betrag. Um die Bildung von Teilchenpfaden zwischen zu unterschiedlichen Interdigitalelektrodensystemen gehörenden Interdigitalelektroden während der Sammelphase zu vermeiden und um eine bessere Ausrichtung der Teilchenpfade zu erzielen ist die Sammelspannung im Rahmen dieser Ausführungsform vorzugsweise eine gepulste Spannung.
Im Rahmen einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Sensorelement, das gemäß der vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist,

– in der Messphase an die Interdigitalelektroden eine Messspannung derart angelegt, dass das Potential von einem Elektrodenarm zu einem benachbarten Elektrodenarm alterniert, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
– in der Sammelphase an die Interdigitalelektroden eine Sammelspannung derart angelegt, dass die erste und zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems eine erste Elektrodengruppe und die dritte und vierte Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems eine zweite Elektrodengruppe bilden, wobei die erste Elektrodengruppen ein anderes Potential als die zweite Elektrodengruppe aufweist.

Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, indem in der Messphase an die Interdigitalelektroden eines Interdigitalelektrodensystems jeweils eine Messspannung angelegt wird, wobei die beiden Messspannungen den gleichen Betrag aufweisen; oder indem die erste Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystem mit einer Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems und die zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems mit der verbleibenden Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems derart kurzgeschlossen werden, dass ein einziges Interdigitalelektrodensystem mit zwei kurzgeschlossenen Elektroden entsteht, indem benachbarte Elektrodenarme zu unterschiedlichen kurzgeschlossenen Elektroden gehören; und indem in der Sammelphase an die äußeren Interdigitalelektroden und an die inneren Interdigitalelektroden jeweils eine Sammelspannung derart angelegt wird, dass jeweils die Elektroden einer Elektrodengruppe das gleiche Potential aufweisen oder die Interdigitalelektroden des ersten Interdigitalelektrodensystem und die Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems derart kurzgeschlossen werden, dass das erste Interdigitalelektrodensystem und das zweite Interdigitalelektrodensystem jeweils eine Elektrode darstellen an die eine Sammelspannung angelegt wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem Sensorelement, das gemäß der sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist, indem an die erste Interdigitalelektrode und an die dritte Interdigitalelektrode, welche die äußeren Interdigitalelektroden darstellen, jeweils eine Spannung, insbesondere gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Polarität angelegt wird und die zweite, mittige Interdigitalelektrode geerdet wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung zwischen den äußeren Interdigitalelektroden und der mittigen Interdigitalelektrode gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensorelementes und/oder eines erfindungsgemäßen Sensors und/oder die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Werkstattmessgerät zur Abgasuntersuchung oder in einem Messgerät zur Kontrolle der Luftqualität oder zur Überwachung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, oder einer Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Ölheizung, oder zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters und/oder des Beladungszustandes eines Partikelfilters oder zur Überwachung von chemischen Herstellungsprozessen, Abluftanlagen und/oder Abluftnachbehandlungsanlagen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10149333 A1 [0003]
- WO 2003006976 A2 [0003]

Claims

Sensorelement (11) zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend mindestens eine erste, zweite und dritte Elektrode (12, 13, 15), wobei die erste und zweite Elektrode (12, 13) Interdigitalelektroden sind, die kammartig ineinander greifenden und ein erstes Interdigitalelektrodensystem (12, 13) zur Messung von sich anlagernden Teilchen bilden, wobei die dritte Elektrode (15) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) dient.
Sensorelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte (15) und eine vierte (16) Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die – als flächige Elektroden (15, 16) oder – in Form von zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden (15, 16), die ein zweites Interdigitalelektrodensystem (15, 16) bilden, ausgebildet sind.
Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte flächige Elektrode (15, 16) oder eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung des Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) und zu diesem beabstandet angeordnet sind.
Sensorelement (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die kammartig ineinander greifen und ein zweites Interdigitalelektrodensystem (15, 16) bilden, welches derart in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) und zu diesem beabstandet angeordnet ist, dass sich zwischen dem ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystem (12, 13; 15, 16) ein Kanal (17) bildet.
Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die kammartig ineinander greifen und ein zweites Interdigitalelektrodensystem (15, 16) bilden, welches derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) angeordnet ist, dass die Elektrodenarme der Interdigitalelektroden (12, 13, 15, 16) parallel zueinander angeordnet sind.
Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte flächige Elektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) angeordnet sind, dass sich die flächigen Elektroden (15, 16) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) befinden.
Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte Interdigitalelektrode (15) mit einer einfachen Kammstruktur zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) angeordnet ist, wobei die erste Interdigitalelektrode (12) eine einfache Kammstruktur und die zweite Interdigitalelektrode (13) eine doppelte Kammstruktur aufweisen, wobei die zweite Interdigitalelektrode (13) derart mittig zwischen der ersten Interdigitalelektrode (12) und der dritten Interdigitalelektrode (15) angeordnet ist, dass die Elektrodenarme ersten Interdigitalelektrode (12) und der dritten Interdigitalelektrode (15) kammartig in die Elektrodenarme der mittigen zweiten Interdigitalelektrode (15) eingreifen.
Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, indem – in einer Messphase an die erste und zweite Interdigitalelektrode (12, 13) des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in einer Sammelphase an mindestens eine dritte Elektrode (15, 16) ein Sammelpotenzial angelegt wird, um die Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) zu vergrößern.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensorelement nach Anspruch 3 oder 6 – in der Messphase an der ersten und zweiten Interdigitalelektrode (12, 13) des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in der Sammelphase an die dritte und vierte flächige Elektrode (15, 16) oder an die dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes eine Sammelspannung angelegt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensorelement nach Anspruch 4 – in der Messphase an dem ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) und dem zweiten Interdigitalelektrodensystem (15, 16) jeweils eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in der Sammelphase an die erste Interdigitalelektrode (12) des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) und eine Interdigitalelektrode (15; 16) des zweiten Interdigitalelektrodensystems (15, 16) eine Sammelspannung angelegt wird und/oder an die zweite Interdigitalelektrode (13) des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) und die verbleibende Interdigitalelektrode (15; 16) des zweiten Interdigitalelektrodensystems (15, 16) eine Sammelspannung angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensorelement nach Anspruch 5 – in der Messphase an die Interdigitalelektroden (12, 13, 15, 16) eine Messspannung derart angelegt wird, dass das Potential von einem Elektrodenarm zu einem benachbarten Elektrodenarm alterniert, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in der Sammelphase an die Interdigitalelektroden (12, 13, 15, 16) eine Sammelspannung derart angelegt wird, dass die erste und zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) eine erste Elektrodengruppe (12, 13) und die dritte und vierte Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems (15, 16) eine zweite Elektrodengruppe (15, 16) bilden, wobei die erste Elektrodengruppen ein anderes Potential als die zweite Elektrodengruppe aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelspannung eine gepulste Spannung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelspannung höher als die Messspannung ist.
Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem Sensorelement nach Anspruch 6, indem an die erste Interdigitalelektrode (12) und an die dritte Interdigitalelektrode (15), welche die äußeren Interdigitalelektroden darstellen, jeweils eine Spannung, insbesondere gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Polarität angelegt wird und die zweite, mittige Interdigitalelektrode (13) geerdet wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung zwischen den äußeren Interdigitalelektroden (12, 15) und der mittigen Interdigitalelektrode (13) gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird.
Verwendung eines Sensorelementes (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 15 in einem Werkstattmessgerät zur Abgasuntersuchung oder in einem Messgerät zur Kontrolle der Luftqualität oder zur Überwachung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, oder einer Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Ölheizung, oder zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters und/oder des Beladungszustandes eines Partikelfilters oder zur Überwachung von chemischen Herstellungsprozessen, Abluftanlagen und/oder Abluftnachbehandlungsanlagen.