Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor, insbesondere
zur Detektion von leitfähigen
Partikeln in einem Gasstrom, ein Verfahren zu dessen Betrieb und
ein Verfahren zu dessen Herstellung.The
The present invention relates to a particle sensor, in particular
for the detection of conductive
Particles in a gas stream, a method for its operation and
a method for its production.
Stand der TechnikState of the art
In
naher Zukunft muss der Partikelausstoß, insbesondere von Fahrzeugen
während
des Fahrbetriebes, nach dem Durchlaufen eines Motors beziehungsweise
einer nachgeschalteten Abgasnachbehandlung, insbesondere eines Dieselpartikelfilters (DPF)
per gesetzlicher Vorschrift überwacht
werden (On Board Diagnosis, OBD). Darüber hinaus ist eine Beladungsprognose
von Dieselpartikelfiltern zur Kontrolle des Regenerationserfolges
notwendig, um eine hohe Systemsicherheit bei wenigen effizienten, kraftstoffsparenden
Regenerationszyklen zu gewährleisten
und kostengünstige
Filtermaterialien einsetzen zu können.In
In the near future, particle emissions, especially of vehicles, have to be addressed
while
the driving operation, after passing through an engine or
a downstream exhaust aftertreatment, in particular a diesel particulate filter (DPF)
monitored by law
(On Board Diagnosis, OBD). In addition, a load forecast
diesel particulate filters to control regeneration success
necessary to ensure high system security with few efficient, fuel efficient
To ensure regeneration cycles
and cost-effective
To be able to use filter materials.
Eine
Möglichkeit
hierzu bieten resistive Partikelsensoren. Resistive Partikelsensoren
weisen ein Elektrodensystem mit mindestens zwei, dem Abgas frei
ausgesetzten Elektroden auf. In so genannten Interdigitalelektrodensystemen
greifen dabei mindestens zwei Elektroden kammartig ineinander. Resistive
Partikelsensoren beruhen auf einem sammelnden Mess-Prinzip. Unter
dem Einfluss eines an die Elektroden angelegten elektrischen Feldes
lagern sich die zu detektierenden Partikel, insbesondere Rußpartikel
an beziehungsweise zwischen den Elektroden ab und führen zu
einer Widerstands- und/oder Impedanzänderung zwischen den Elektroden,
welche Rückschlüsse auf
die Partikelanlagerung ermöglicht. Die
Empfindlichkeit eines Partikelsensors ist dabei abhängig von
dem Abstand zwischen den Elektroden und steigt je bei Verringerung
des Abstands.A
possibility
resistive particle sensors offer this. Resistive particle sensors
have an electrode system with at least two, the exhaust gas freely
exposed electrodes. In so-called interdigital electrode systems
At least two electrodes engage in one another like a comb. resistive
Particle sensors are based on a collecting measuring principle. Under
the influence of an applied to the electrodes electric field
store the particles to be detected, especially soot particles
at or between the electrodes and lead to
a resistance and / or impedance change between the electrodes,
which conclusions on
the particle attachment allows. The
Sensitivity of a particle sensor is dependent on
the distance between the electrodes and increases with each reduction
of the distance.
Herkömmlicherweise
werden Interdigitalelektrodensysteme mittels eines Siebdruckverfahrens auf
eine Isolationsschicht aufgedruckt. Mit Siebdruckverfahren kann
derzeit jedoch nur ein minimaler Elektrodenabstand und eine minimale
Elektrodenbreiten von etwa 80 μm
realisiert werden.traditionally,
Interdigitalelektrodensysteme be by means of a screen printing process
an insulation layer printed. With screen printing method can
currently, however, only a minimum electrode gap and a minimum
Electrode widths of about 80 microns
will be realized.
Darüber hinaus
erfolgt bei Planaren, resistiven Partikelsensoren meist eine inhomogene
Anlagerung der leitfähigen
Partikel auf dem Elektrodensystem.Furthermore
In planar, resistive particle sensors usually an inhomogeneous
Addition of the conductive
Particles on the electrode system.
Um
eine inhomogene Anlagerung zu vermeiden werden häufig Schutzrohre eingesetzt,
welche den Gas-Partikel-Strom derart mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit über die
schmalen Seitenflächen
eines Planaren, resistiven Partikelsensors lenken, dass das auf
der Hauptfläche
des Planaren Partikelsensors angeordnete Elektrodensystem zur Detektion
der Partikel nur wenig überströmt wird
beziehungsweise im Windschatten liegt. Das Elektrodensystem zur
Detektion der Partikel ist bei einer derartigen Anordnung somit
am Ort der geringsten Überströmung und
folglich der geringsten Partikelkonzentration angeordnet, was insbesondere
bei Elektrodenabständen
von über
80 μm eine
geringe Empfindlichkeit des Partikelsensors zur Folge hat.Around
To avoid an inhomogeneous deposit protection tubes are often used,
which the gas-particle stream so with a high flow velocity over the
narrow side surfaces
of a planar, resistive particle sensor that steer that up
the main surface
the planar particle sensor arranged electrode system for detection
the particle is only slightly overflowed
or in the slipstream. The electrode system for
Detection of the particles is thus in such an arrangement
in the place of the slightest overflow and
consequently arranged the lowest particle concentration, which in particular
at electrode intervals
from above
80 μm one
low sensitivity of the particle sensor results.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der
erfindungsgemäße Partikelsensor
nach Anspruch 1, hat den Vorteil, dass dessen Elektrodensystem zum
einen am Ort der höchsten Überströmung und
damit der höchsten
Partikelkonzentration angeordnet ist, was dem erfindungsgemäßen Partikelsensor
eine verbesserte Empfindlichkeit verleiht. Zum anderen ist der Elektrodenabstand
eines erfindungsgemäßen Partikelsensors – und damit
dessen Empfindlichkeit – nicht
durch die minimale Siebdruckbreite und den minimalen Siebdruckabstand
von 80 μm
limitiert, sondern kann der Siebdruckdicke beziehungsweise der Dicke
einer Isolationsschichtfolie entsprechen, welche bis zu 5 μm dünn sein
kann. Dies hat vorteilhafterweise eine deutliche Empfindlichkeitssteigerung
zur Folge. Aufgrund der gesteigerten Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Partikelsensors,
kann außerdem
die Größe des Elektrodensystems
und damit die Kosten für
das Elektrodenmaterial, welches insbesondere Platin sein kann, verringert
werden. Darüber
hinaus wird die aktive Sensorfläche,
nämlich
das Elektrodensystem, erfindungsgemäß vollständig überströmt, was vorteilhafterweise
eine homogene Partikelanlagerung zur Folge hat. Ferner kann die
Funktion des Partikelsensors durch Vergleich der Messsignale der
Elektrodensysteme überprüft werden.Of the
Particle sensor according to the invention
according to claim 1, has the advantage that its electrode system for
one in the place of the highest overflow and
thus the highest
Particle concentration is arranged, which is the particle sensor according to the invention
gives improved sensitivity. On the other hand, the electrode gap
a particle sensor according to the invention - and thus
its sensitivity - not
through the minimum screen printing width and the minimum screen printing distance
of 80 μm
limited, but can the screen printing thickness or the thickness
an insulating layer film which are up to 5 microns thin
can. This advantageously has a significant increase in sensitivity
result. Due to the increased sensitivity of the particle sensor according to the invention,
can also
the size of the electrode system
and therefore the costs for
the electrode material, which may be in particular platinum, reduced
become. About that
In addition, the active sensor surface,
namely
the electrode system, according to the invention completely overflowed, which advantageously
results in a homogeneous particle accumulation. Furthermore, the
Function of the particle sensor by comparing the measuring signals of the
Electrode systems are checked.
Zeichnungendrawings
Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes
werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert.
Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter
haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner
Form einzuschränken.
Es zeigen:Further
Advantages and advantageous embodiments of the subject invention
are illustrated by the drawings and in the following
Description explained.
It should be noted that the figures are only descriptive in nature
and are not meant to be the invention in any way
Restrict shape.
Show it:
1 eine
schematische Draufsicht auf einen herkömmlichen, Planaren, resistiven
Partikelsensor; 1 a schematic plan view of a conventional, planar, resistive particle sensor;
2 einen
Graph zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Messsignals vom
Elektrodenabstand; 2 a graph illustrating the dependence of the measuring signal from the electrode spacing;
3a eine
schematische, perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors;
und 3a a schematic, perspective view of an embodiment of a particle sensor according to the invention; and
3b–d schematische
Draufsichten auf Teile einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors
während
dessen Herstellung durch das erfindungsgemäße Verfahren. 3b -D schematic plan views of parts of an embodiment of a particle sensor according to the invention during its production by the inventive method.
1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf einen herkömmlichen, Planaren, resistiven
Partikelsensor 1, welcher ein Elektrodensystem mit einer ersten 2 und
einer zweiten 3 Elektrode aufweist, das auf einer Isolationsschicht 4 angeordnet
ist. 1 veranschaulicht, das Überströmen 5 eines derartigen Partikelsensors 1 in
einem Schutzrohr mit gleichmäßig angeordneten
Drallklappen welches eine zirkulare Strömung 5 erzeugt. 1 zeigt,
dass die Seitenflächen
eines derartigen Partikelsensors 1 den Ort mit der höchsten Überströmung 5 darstellen,
wobei das Elektrodensystem 2, 3 zur Detektion
der Partikel im Windschatten und damit am Ort der geringsten Überströmung und
der geringsten Partikelkonzentration angeordnet ist, was eine geringe
Empfindlichkeit des Partikelsensors zur Folge hat. 1 shows a schematic plan view of a conventional, planar, resistive particle sensor 1 , which is an electrode system with a first 2 and a second 3 Having electrode on an insulating layer 4 is arranged. 1 illustrates the overflow 5 such a particle sensor 1 in a protective tube with uniformly arranged swirl flaps which has a circular flow 5 generated. 1 shows that the side surfaces of such a particle sensor 1 the place with the highest overflow 5 represent, wherein the electrode system 2 . 3 is arranged to detect the particles in the slipstream and thus at the location of the lowest overflow and the lowest particle concentration, which has a low sensitivity of the particle sensor result.
2 zeigt
die Abhängigkeit
des Signalgradienten und damit des Messsignals von der Partikelkonzentration
für vier
Partikelsensoren 6, 7, 8, 9,
die sich durch ihren Elektrodenabstand voneinander unterscheiden.
Dabei weist der Partikelsensor 6 einen Elektrodenabstand
von 40 μm,
der Partikelsensor 7 einen Elektrodenabstand von 80 μm, der Partikelsensor 8 einen
Elektrodenabstand von 120 μm
und der Partikelsensor 9 einen Elektrodenabstand von 160 μm auf. 2 veranschaulicht,
dass mit kleiner werdendem Elektrodenabstand der Signalgradient
und damit die Empfindlichkeit und Schnelligkeit eines Partikelsensors
deutlich ansteigt. Eine Empfindlichkeit, welche mit der des Partikelsensors 7 vergleichbar
wäre, kann
mit den herkömmlichen
Siebdruck-Strukturen jedoch nicht erzielt werden, da diese durch
die minimale Siebdruckbreite und den minimalen Siebdruckabstand
von 80 μm
limitiert sind. 2 shows the dependence of the signal gradient and thus of the measurement signal on the particle concentration for four particle sensors 6 . 7 . 8th . 9 , which differ by their electrode spacing. In this case, the particle sensor 6 an electrode distance of 40 microns, the particle sensor 7 an electrode distance of 80 microns, the particle sensor 8th an electrode spacing of 120 microns and the particle sensor 9 an electrode spacing of 160 microns. 2 illustrates that with decreasing electrode spacing, the signal gradient and thus the sensitivity and speed of a particle sensor increases significantly. A sensitivity that matches that of the particle sensor 7 comparable, but can not be achieved with the conventional screen printing structures, since these are limited by the minimum screen printing width and the minimum screen printing distance of 80 microns.
3a zeigt
eine Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen, insbesondere
resistiven, Partikelsensors 11, welcher zur Detektion von
leitfähigen Partikeln
in einem Gasstrom geeignet ist. Unter einem Partikel wird dabei
im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Feststoff, insbesondere
ein elektrisch leitender oder leitfähiger Feststoff, beispielsweise
ein Rußpartikel,
verstanden. Insbesondere kann des sich bei dem erfindungsgemäßen Partikelsensor 11 um
einen Rußpartikelsensor
handeln. 3a shows an embodiment of a particulate sensor according to the invention, in particular resistive 11 , which is suitable for the detection of conductive particles in a gas stream. In the context of the present invention, a particle is understood to be a solid, in particular an electrically conductive or conductive solid, for example a soot particle. In particular, in the case of the particle sensor according to the invention 11 to act as a soot particle sensor.
3a zeigt,
dass der erfindungsgemäße Partikelsensor 11 mindestens
zwei Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b mit
jeweils mindestens einer ersten 12a; 12b und einer
zweiten 13a; 13b Elektrode und einen keramischen
Grundkörper 14, 16a–d, 19, 20, 21 umfasst.
Darüber
hinaus zeigt, 3a, dass der keramischen Grundkörper 14, 16a–d, 19, 20, 21 mindestens
zwei Gaseinlasskanälen
GE1, GE2 und mindestens zwei Gasauslasskanäle GA1, GA2 aufweist. Dabei
mündet
jeweils ein Gaseinlasskanal GE1; GE2 in einen Gasauslasskanal GA1; GA2.
In jedem Gasauslasskanal GA1; GA2 ist dabei jeweils ein Elektrodensystem 12a, 13a; 12b, 13b angeordnet.
Die erste 12a; 12b und zweite 13a; 13b Elektrode
des Elektrodensystems 12a, 13a; 12b, 13b sind
dabei auf gegenüberliegenden
Seiten des Gasauslasskanals GA1; GA2 angeordnet. 3a shows that the particle sensor according to the invention 11 at least two electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b each with at least a first 12a ; 12b and a second 13a ; 13b Electrode and a ceramic body 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 includes. In addition, 3a that the ceramic base body 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 has at least two gas inlet channels GE1, GE2 and at least two gas outlet channels GA1, GA2. In each case, a gas inlet duct GE1 opens; GE2 into a gas outlet channel GA1; GA2. In each gas outlet duct GA1; GA2 is in each case an electrode system 12a . 13a ; 12b . 13b arranged. The first 12a ; 12b and second 13a ; 13b Electrode of the electrode system 12a . 13a ; 12b . 13b are on opposite sides of the gas outlet channel GA1; GA2 arranged.
Im
Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist der keramische Grundkörper 14, 16a–d, 19, 20, 21,
wie in 3a gezeigt, einen Schichtaufbau
aus einer oder mehreren Isolationsschichten 14, 16a, 16c, 16d, 19 auf.
Ein derartiger Schichtaufbau hat den Vorteil, dass damit wesentlich
kleinere Elektrodenabstände
dEE realisiert werden können, als in herkömmlichen,
mittels Siebdruckverfahren hergestellten, Interdigitalelektrodensystemen.In the context of a preferred embodiment of the invention, the ceramic base body 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 , as in 3a shown, a layer structure of one or more insulating layers 14 . 16a . 16c . 16d . 19 on. Such a layer structure has the advantage that substantially smaller electrode spacings d EE can be realized than in conventional, produced by screen printing, interdigital electrode systems.
Im
Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass sich eine Isolationsschicht 14, 16a, 16c,16d, 19 aus
mehreren sehr dünnen
Isolationsschichtfolien zusammensetzt. Auf diese Weise kann auch
bei kleineren Defekten in den einzelnen Isolationsschichtfolien
eine gute isolierende Wirkung bei gleichzeitig geringer Dicke der
gesamten Isolationsschicht 14, 16a, 16c, 16d, 19 erzielt
werden.In the context of the present invention, it is possible that an insulating layer 14 . 16a . 16c . 16d . 19 composed of several very thin insulating film layers. In this way, even with small defects in the individual insulating layer films a good insulating effect at the same time low thickness of the entire insulation layer 14 . 16a . 16c . 16d . 19 be achieved.
Die
Isolationsschichten 14, 16a, 16c, 16d, 19 können im
Rahmen der vorliegenden Erfindung Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und/oder
Calciumoxid, insbesondere Aluminiumoxid, umfassen, oder aus Aluminiumoxid,
Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid, insbesondere Aluminiumoxid,
ausgebildet sein. Die Isolationsschichten 14, 16a, 16c, 16d, 19 können im
Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Schichtdicke dI von ≥ 5 μm bis ≤ 200 μm, insbesondere
von ≥ 5 μm bis ≤ 80 μm oder von ≥ 5 μm bis ≤ 60 μm oder von ≥ 5 μm bis ≤ 40 μm, aufweisen.
Dabei können
die Isolationsschichten 14, 16a, 16c, 16d, 19 eine
oder mehrere Isolationsschichtfolien und/oder Isolationsdruckschichten
mit einer Schichtdicke von ≥ 5 μm bis ≤ 100 μm, insbesondere
von ≥ 5 μm bis ≤ 50 μm oder von ≥ 5 μm bis ≤ 40 μm, beispielsweise
von ≥ 20 μm bis ≤ 40 μm, umfassen.The insulation layers 14 . 16a . 16c . 16d . 19 For the purposes of the present invention, they may comprise aluminum oxide, magnesium oxide and / or calcium oxide, in particular aluminum oxide, or may be formed from aluminum oxide, magnesium oxide and / or calcium oxide, in particular aluminum oxide. The insulation layers 14 . 16a . 16c . 16d . 19 In the context of the present invention, they can have a layer thickness d I of ≥ 5 μm to ≦ 200 μm, in particular of ≥ 5 μm to ≦ 80 μm or of ≥ 5 μm to ≦ 60 μm or of ≥ 5 μm to ≦ 40 μm. The insulation layers can 14 . 16a . 16c . 16d . 19 one or more insulation layer films and / or insulation printing layers having a layer thickness of ≥ 5 microns to ≤ 100 microns, in particular from ≥ 5 microns to ≤ 50 microns or from ≥ 5 microns to ≤ 40 microns, for example from ≥ 20 microns to ≤ 40 microns include ,
Im
Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist der Schichtaufbau des keramischen Grundkörpers 14, 16a–d, 19, 20, 21 weiterhin
eine oder mehrere Trägerschichten 16b, 20, 21 auf.In the context of a further preferred embodiment of the present invention, the layer structure of the ceramic base body 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 furthermore one or more carrier layers 16b . 20 . 21 on.
Die
Trägerschichten 16b, 20, 21 können beispielsweise
Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid,
insbesondere Zirkoniumoxid, umfassen, oder aus Zirkoniumoxid, Aluminiumoxid,
Magnesiumoxid und/oder Calciumoxid, insbesondere Zirkoniumoxid,
ausgebildet sein. Insofern die Trägerschichten 16b, 20, 21 Zirkoniumoxid
umfassen, werden diese vorzugsweise durch eine oder mehrere Isolationsschichten 14, 16a, 16c, 16d, 19 von
elektrischen Bauteilen, wie den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b,
elektrisch isoliert.The carrier layers 16b . 20 . 21 For example, zirconia, alumina, magnesia umoxid and / or calcium oxide, in particular zirconium oxide, or be formed of zirconium oxide, alumina, magnesium oxide and / or calcium oxide, in particular zirconium oxide. In this respect, the carrier layers 16b . 20 . 21 Zirconia, these are preferably by one or more insulating layers 14 . 16a . 16c . 16d . 19 of electrical components, such as the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b , electrically isolated.
Die
Trägerschichten 16b, 20, 21 können im Rahmen
der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Schichtdicke dT von ≥ 5 μm bis ≤ 200 μm, insbesondere
von ≥ 10 μm bis ≤ 200 μm, beispielsweise von ≥ 20 μm bis ≤ 40 μm, aufweisen.
Dabei können die
Trägerschichten
schichten 16b, 20, 21 eine oder mehrere
Trägerschichtfolien
und/oder Trägerdruckschichten
mit einer Schichtdicke von ≥ 5 μm bis ≤ 100 μm, insbesondere
von ≥ 5 μm bis ≤ 50 μm, beispielsweise
von ≥ 10 μm bis ≤ 40 μm, umfassen.The carrier layers 16b . 20 . 21 For example, in the context of the present invention, they may have a layer thickness d T of ≥ 5 μm to ≦ 200 μm, in particular of ≥ 10 μm to ≦ 200 μm, for example of ≥ 20 μm to ≦ 40 μm. The carrier layers can thereby layer 16b . 20 . 21 one or more carrier layer films and / or carrier printing layers having a layer thickness of ≥ 5 microns to ≤ 100 microns, in particular from ≥ 5 microns to ≤ 50 microns, for example from ≥ 10 microns to ≤ 40 microns include.
Die
Isolationsschichten 14, 16a, 16c, 16d, 19 und
Trägerschichten 16b, 20, 21 können im
Rahmen der vorliegenden Erfindung plattenförmig sein und einen platten/blockförmigen Schichtaufbau 14, 16a–d, 19, 20, 21 ausbilden.The insulation layers 14 . 16a . 16c . 16d . 19 and carrier layers 16b . 20 . 21 may be plate-shaped in the context of the present invention and a plate / block-shaped layer structure 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 form.
Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weist der Partikelsensor 11 eine Heizvorrichtung 17 auf. Vorzugsweise
ist die Heizvorrichtung 17 im montierten Zustand des Partikelsensors 11 zwischen und/oder
unterhalb der Gaseinlasskanäle
GE1, GE2 in den keramischen Grundkörper 14, 16a–d, 19, 20, 21 integriert.
Auf diese Weise kann vorteilhafterweise ein Kamineffekt bewirkt
werden, durch welchen der Gas-Partikel-Strom durch das jeweilige
Elektrodensystem 12a, 13a; 12b, 13b getrieben
wird.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the particle sensor 11 a heater 17 on. Preferably, the heating device 17 in the assembled state of the particle sensor 11 between and / or below the gas inlet ducts GE1, GE2 in the ceramic base body 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 integrated. In this way, advantageously, a chimney effect can be effected by which the gas-particle flow through the respective electrode system 12a . 13a ; 12b . 13b is driven.
Im
Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b flächige Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b.
Die Flächen
der Elektroden können
dabei, wie in 3a gezeigt, parallel zueinander angeordnet
sein.Within the scope of a further preferred embodiment of the present invention, the electrodes are 12a . 13a ; 12b . 13b flat electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b , The surfaces of the electrodes can, as in 3a shown to be arranged parallel to each other.
Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung weisen die einander zugewandten Flächen der Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b eine
Oberflächenstrukturierung und/oder
ein Rauhigkeit von ≥ 0,5 μm, gemessen
mit Weißlichtinterferenz
oder Rasterkraftmikroskopie, auf. Eine Oberflächenstrukturierung und/oder
eine erhöhte
Rauhigkeit bewirken Feldüberhöhungen. Vorteilhafterweise
wird dadurch der negative Einfluss von, insbesondere in Vertiefungen
der Elektrodenoberfläche,
abgelagerte Aschen, das heißt
Bestandteile, welche bei der Regeneration des Partikelsensors 11 üblicherweise
nicht von den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b entfernt
werden, verringert.In a particularly preferred embodiment of the present invention, the mutually facing surfaces of the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b a surface structuring and / or a roughness of ≥ 0.5 microns, measured by white light interference or atomic force microscopy on. Surface structuring and / or increased roughness cause field elevations. Advantageously, this is the negative influence of, in particular in recesses of the electrode surface, deposited ashes, that is, constituents, which in the regeneration of the particle sensor 11 usually not from the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b be removed, reduced.
Der
Abstand dEE zwischen den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b eines
Elektrodensystems 12a, 13a; 12b, 13b kann
im Rahmen der vorliegenden Erfindung ≥ 5 μm bis ≤ 500 μm, insbesondere von ≥ 5 μm bis ≤ 80 μm oder von ≥ 5 μm bis ≤ 60 μm oder von ≥ 5 μm bis ≤ 40 μm, betragen.
Insbesondere kann der Abstand dEE zwischen
den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b eines
Elektrodensystems 12a, 13a; 12b, 13b ≤ 80 μm, insbesondere ≤ 20 μm, betragen.
Im Fall nur einer zwischen den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b der
Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b angeordneten
Isolationsschicht beziehungsweise Isolationsschichtfolie beziehungsweise
Isolationsdruckschicht 16, 16a, 16c, 16d kann
der Abstand dEE vorteilweise bis zu 5 μm klein sein.
Durch den geringen Abstand zwischen den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b eines Elektrodensystems 12a, 13a; 12b, 13b und
zusätzlich
die starke Anströmung
durch den Kamineffekt weist der erfindungsgemäße Partikelsensor 11 vorteilhafterweise
eine sehr hohe Empfindlichkeit auf.The distance d EE between the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b an electrode system 12a . 13a ; 12b . 13b may in the context of the present invention ≥ 5 microns to ≤ 500 microns, in particular from ≥ 5 microns to ≤ 80 microns or from ≥ 5 microns to ≤ 60 microns or from ≥ 5 microns to ≤ 40 microns, amount. In particular, the distance d EE between the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b an electrode system 12a . 13a ; 12b . 13b ≤ 80 μm, in particular ≤ 20 μm. In the case of only one between the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b arranged insulation layer or insulation layer film or insulation printing layer 16 . 16a . 16c . 16d the distance d EE can advantageously be up to 5 μm small. Due to the small distance between the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b an electrode system 12a . 13a ; 12b . 13b and in addition the strong flow through the chimney effect has the particle sensor according to the invention 11 advantageously a very high sensitivity.
Zweckmäßigerweise
sind die Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b im
Rahmen der vorliegenden Erfindung aus einem leitfähigen Material
ausgebildet. Beispielsweise können
die Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b Platin
umfassen oder aus Platin ausgebildet sein. Die Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b können im Rahmender
vorliegenden Erfindung beispielsweise eine Elektrodendicke dE von ≥ 5 μm bis ≤ 200 μm oder ≥ 5 μm bis ≤ 100 μm, insbesondere
von ≥ 5 μm bis ≤ 20 μm, oder sogar
von ≥ 5 μm bis ≤ 10 μm, aufweisen.Conveniently, the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b formed in the context of the present invention from a conductive material. For example, the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b Platinum or be formed of platinum. The electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b For example, within the scope of the present invention, an electrode thickness d E may be ≥ 5 μm to ≤ 200 μm or ≥ 5 μm to ≤ 100 μm, in particular ≥ 5 μm to ≤ 20 μm, or even ≥ 5 μm to ≤ 10 μm.
Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind jeweils die dem Gaseinlasskanal GE1, GE2 zugewandten
Bereiche der Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b an
den Temperaturverlauf der Heizvorrichtung 17 angepasst. 3a veranschaulicht
dabei beispielsweise eine halbkreisförmige Anpassung an den Temperaturverlauf
der Heizvorrichtung 17.Within the scope of a particularly preferred embodiment of the present invention, in each case the regions of the electrode systems facing the gas inlet channel GE1, GE2 are 12a . 13a ; 12b . 13b to the temperature profile of the heater 17 customized. 3a illustrates, for example, a semi-circular adaptation to the temperature profile of the heater 17 ,
3a zeigt,
dass ein erfindungsgemäßer Partikelsensor 11 Zuleitungen 15, 18a, 18b und/oder Durchkontaktierungen 22; 24a, 24b und/oder
Kontakte 23, 25a, 25b zum Kontaktieren
der Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b und/oder
Durchkontaktierungen 26, 27 und/oder Kontakte 28, 29 zum
Kontaktieren der Heizvorrichtung 17 aufweisen kann. Die
ersten Elektroden 12a; 12b können dabei beispielsweise als Anode
und die zweiten Elektroden 13a; 13b beispielsweise
als Kathode beschaltet sein. 3a shows that a particle sensor according to the invention 11 leads 15 . 18a . 18b and / or vias 22 ; 24a . 24b and / or contacts 23 . 25a . 25b for contacting the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b and / or vias 26 . 27 and / or contacts 28 . 29 for contacting the heater 17 can have. The first electrodes 12a ; 12b can, for example, as the anode and the second electrodes 13a ; 13b for example, be connected as a cathode.
Im
Rahmen einer weiteren bevorzugten, in 3a gezeigten,
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weisen die ersten Elektroden 12a; 12b eine
gemeinsame Zuleitung 15 und/oder eine gemeinsame Durchkontaktierung 22 und/oder
einen gemeinsamen Kontakt 23 und die zweiten Elektroden jeweils
eine, insbesondere eigene, Zuleitung 18a, 18b und/oder
jeweils eine, insbesondere eigene, Durchkontaktierung 24a, 24b und/oder
jeweils einen, insbesondere eigenen, Kontakt 25a, 25b auf.
Auf diese Weise kann der Aufbau des erfindungsgemäßen Partikelsensors 11 vereinfacht
werden, wobei eine getrennte Beschaltung der Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b vorteilhafterweise
gewährleistet
wird.Within the scope of another preferred, in 3a shown, embodiment of the present invention, the first electrodes 12a ; 12b a common supply line 15 and / or a common via 22 and / or a common contact 23 and the second electrodes each have one, in particular own, supply line 18a . 18b and / or in each case one, in particular own, via 24a . 24b and / or one each, in particular one's own, contact 25a . 25b on. In this way, the structure of the particle sensor according to the invention 11 be simplified, with a separate wiring of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b is advantageously ensured.
Im
Rahmen einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die Zuleitungen 15, 18a, 18b und/oder
die Heizvorrichtung 17 im Inneren des Schichtaufbaus, insbesondere
zwischen Isolationsschichten 16a, 16c, 16d des
die Kanäle
GE1, GA1; GE2, GA2 trennenden Stegs des keramischen Grundkörpers 14, 16a–d, 19, 20, 21,
angeordnet und vorzugsweise von diesem umgeben. Dadurch werden die
Zuleitungen 15, 18a, 18b vorteilhafterweise
vor Korrosion geschützt.
Vorzugsweise sind die Zuleitungen 15, 18a, 18b und/oder
die Heizvorrichtung 17 dabei, wie in 3a gezeigt,
versetzt übereinander
angeordnet. Durch Versatz der Zuleitungen 15, 18a, 18b und/oder
der Heizvorrichtung 17 ist dabei nur eine geringe Isolationsschichtdicke
dI der die elektrischen Bauteile voneinander
isolierenden Isolationsschichten des Schichtaufbaus notwendig.Within the scope of a further, preferred embodiment of the present invention, the supply lines 15 . 18a . 18b and / or the heater 17 in the interior of the layer structure, in particular between insulation layers 16a . 16c . 16d of the channels GE1, GA1; GE2, GA2 separating web of the ceramic body 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 , arranged and preferably surrounded by this. This will cause the leads 15 . 18a . 18b advantageously protected against corrosion. Preferably, the leads are 15 . 18a . 18b and / or the heater 17 doing so, as in 3a shown, offset one above the other. By offset of the supply lines 15 . 18a . 18b and / or the heater 17 is only a small insulation layer thickness d I of the electrical components from each other insulating insulating layers of the layer structure necessary.
Im
Rahmen einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist zwischen den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b eines
Elektrodensystems 12a, 13a; 12b, 13b mindestens
ein, nicht dargestellter, Abstandshalter, beispielsweise einer säulenartige
Struktur, aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet.
Die Abstandshalter können
dabei aus dem gleichen elektrisch isolierenden Material wie die
Isolationsschichten ausgebildet sein.In a further preferred embodiment of the present invention is between the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b an electrode system 12a . 13a ; 12b . 13b At least one, not shown, spacers, for example, a columnar structure, arranged from an electrically insulating material. The spacers may be formed from the same electrically insulating material as the insulating layers.
Im
Rahmen einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die Öffnungen
der Gaseinlasskanäle
GE1; GE2 im montierten Zustand des Partikelsensors 11 auf,
insbesondere gegenüberliegenden,
Seitenflächen
S1, S2 und die Öffnungen
der Gasauslasskanäle
GA1; GA2 auf der im montierten Zustand des Partikelsensors 11 oberen
Fläche
O1 des Partikelsensors 11 angeordnet.In a further preferred embodiment of the present invention, the openings of the gas inlet channels GE1; GE2 in the mounted state of the particle sensor 11 on, in particular opposite, side surfaces S1, S2 and the openings of the gas outlet channels GA1; GA2 on the assembled condition of the particle sensor 11 upper surface O1 of the particle sensor 11 arranged.
Im
Rahmen einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung sind die Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b des
Partikelsensors 11 getrennt voneinander beschaltbar. Dies
hat den Vorteil, dass die Funktion des Partikelsensors 11,
insbesondere durch ein Eigendiagnoseverfahren, überprüft werden kann. Beispielsweise kann
aufgrund der gleichmäßigen Durchströmung beider
Kanalkombinationen GE1, GA1; GE2, GA2 die Eigendiagnose über den
Vergleich der Signale der Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b erfolgen. Da
eine gleichzeitige Schädigung
beider Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b unwahrscheinlich
ist, kann über
den Signalvergleich das Maß der
Schädigung
des erfindungsgemäßen Partikelsensors
bestimmt und kompensiert werden.Within the scope of a further preferred embodiment of the present invention, the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b of the particle sensor 11 isolated from each other. This has the advantage that the function of the particle sensor 11 , in particular by a self-diagnosis method, can be checked. For example, due to the uniform flow through both channel combinations GE1, GA1; GE2, GA2 the self-diagnosis by comparing the signals of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b respectively. Because a simultaneous damage to both electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b is unlikely, the degree of damage to the particle sensor according to the invention can be determined and compensated via the signal comparison.
Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 11.
Vorzugsweise wird im Rahmen dieses Betriebsverfahren in einer Messphase:
die Heizvorrichtung 17 auf eine Temperatur zur Steigerung
der Konvektion des Gas-Partikel-Stroms, beispielsweise von ≥ 150°C bis ≤ 400°C, insbesondere
von ≥ 250°C bis ≤ 400°C, eingestellt wird
und an die Elektroden 12a; 13a; 12b, 13b der Elektrodensysteme 12a; 13a; 12b, 13b jeweils
eine Spannung angelegt, eine Widerstands- oder Impedanz-Änderung
an den Elektroden 12a; 13a; 12b, 13b gemessen
und als Maß für die Partikelkonzentration
ausgegeben wird. Darüber
hinaus kann in einer Regenerationsphase: die Heizvorrichtung 17 auf eine
Temperatur zum Entfernen der an den Elektroden 12a; 13a; 12b, 13b angelagerten
Partikel, beispielsweise von ≥ 650°C bis ≤ 850°C, insbesondere von ≥ 700°C bis ≤ 800°C, eingestellt
werden. In einer Messungsfreien Phase kann die Heizvorrichtung 17 auf
eine Temperatur zur Vermeidung einer Partikelanlagerung an den Elektroden 12a; 13a; 12b, 13b, beispielsweise
von ≥ 400°C bis ≤ 500°C, insbesondere
von ≥ 400°C bis ≤ 450°C, eingestellt
werden. Die Vermeidung der Partikelanlagerung kann dabei beispielsweise
auf Thermophorese beruhen. Vorzugsweise wird in der Messphase oder
einer von der Messphase getrennten Funktionsdiagnosephase das Messsignal
der Elektrodensysteme 12a; 13a; 12b, 13b verglichen
und als Maß für die Funktionsfähigkeit der
Elektrodensysteme 12a; 13a; 12b, 13b ausgegeben
wird, wobei gegebenenfalls die Ergebnisse der Folgemessungen entsprechend
korrigiert und/oder eine Elektrodenverdampfungsphase eingeleitet
wird. Die Elektrodenverdampfungsphase wird vorzugsweise eingeleitet,
falls der Anteil an abgelagerten Aschen auf den Elektroden 12a; 13a; 12b, 13b einen bestimmten
Wert überschritten
hat. In der Elektrodenverdampfungsphase kann die Heizvorrichtung 17 dann
beispielsweise auf eine Temperatur zum Verdampfen der Elektroden,
beispielsweise von ≥ 950°C bis ≤ 1100°C, insbesondere
von ≥ 1000°C bis ≤ 1100°C, eingestellt
werden.Another object of the present invention is a method for operating a particle sensor according to the invention 11 , Preferably, in the context of this operating method in a measuring phase: the heating device 17 to a temperature for increasing the convection of the gas-particle stream, for example from ≥ 150 ° C to ≤ 400 ° C, in particular from ≥ 250 ° C to ≤ 400 ° C, is set and to the electrodes 12a ; 13a ; 12b . 13b of the electrode systems 12a ; 13a ; 12b . 13b each applied a voltage, a resistance or impedance change to the electrodes 12a ; 13a ; 12b . 13b measured and output as a measure of the particle concentration. In addition, in a regeneration phase: the heater 17 to a temperature for removing the at the electrodes 12a ; 13a ; 12b . 13b attached particles, for example, from ≥ 650 ° C to ≤ 850 ° C, in particular from ≥ 700 ° C to ≤ 800 ° C, are set. In a measurement-free phase, the heater can 17 to a temperature to avoid particle attachment to the electrodes 12a ; 13a ; 12b . 13b be set, for example, from ≥ 400 ° C to ≤ 500 ° C, in particular from ≥ 400 ° C to ≤ 450 ° C. The avoidance of particle accumulation can be based, for example, on thermophoresis. The measuring signal of the electrode systems is preferably in the measuring phase or a functional diagnosis phase separated from the measuring phase 12a ; 13a ; 12b . 13b compared and as a measure of the functionality of the electrode systems 12a ; 13a ; 12b . 13b where appropriate, the results of the subsequent measurements are corrected accordingly and / or an electrode evaporation phase is initiated. The electrode evaporation phase is preferably initiated if the proportion of deposited ashes on the electrodes 12a ; 13a ; 12b . 13b has exceeded a certain value. In the electrode evaporation phase, the heater 17 then, for example, to a temperature for vaporizing the electrodes, for example from ≥ 950 ° C to ≤ 1100 ° C, in particular from ≥ 1000 ° C to ≤ 1100 ° C, are set.
Hierdurch
kann ein gezieltes Verdampfen des Elektrodenmaterials, insbesondere
Platins, bewirkt werden, wobei insbesondere die der Heizvorrichtung 17 zugewandten
Bereiche der Elektrodensysteme 12a; 13a; 12b, 13b abgetragen
werden und der durch Ascheablagerungen verursachte nachteilige Effekt
auf das Messsignal vermindert oder sogar aufgehoben wird. Eine resultierende
Verringerung der Elektrodenflächen
der Elektrodensysteme 12a; 13a; 12b, 13b kann
dabei durch Modelle kompensiert werden. Ferner ist eine Verringerung
der Elektrodenflächen
der Elektrodensysteme 12a; 13a; 12b, 13b insbesondere
aufgrund der vermehrten Partikelanlagerung an den der Heizvorrichtung 17 zugewandten Seitenflächen der
Elektroden 12a; 13a; 12b, 13b und deren
hohen Überströmung von
geringerer Bedeutung.In this way, a targeted evaporation of the electrode material, in particular platinum, can be effected, wherein in particular that of the heating device 17 facing areas of the electrode systems 12a ; 13a ; 12b . 13b be removed and the adverse effect caused by ash deposits on the measurement signal is reduced or even canceled. A resulting reduction in the electrode areas of the electrode systems 12a ; 13a ; 12b . 13b can be compensated by models. Furthermore, there is a reduction in the electrode areas of the electrode systems 12a ; 13a ; 12b . 13b in particular due to the increased particle accumulation at the heating device 17 facing side surfaces of the electrodes 12a ; 13a ; 12b . 13b and their high flow of lesser importance.
Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren
zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 11,
insbesondere eines resistiven Partikelsensors 11 zur Detektion
von leitfähigen
Partikeln in einem Gasstrom.Another object of the present invention is a method for producing a particle sensor according to the invention 11 , in particular a resistive particle sensor 11 for the detection of conductive particles in a gas stream.
Die 3b bis 3d zeigen
schematische Draufsichten auf Teile einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 11 während dessen
Herstellung und veranschaulichen das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren.The 3b to 3d show schematic plan views of parts of an embodiment of a particle sensor according to the invention 11 during its preparation and illustrate the production process of the invention.
3b zeigt,
dass im Verfahrensschritt a1) die ersten Elektroden 12a, 12b der
Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b auf
eine erste Isolationsschicht 14 aufgebracht werden. 3b shows that in method step a1) the first electrodes 12a . 12b of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b on a first insulation layer 14 be applied.
3c zeigt,
dass im Verfahrensschritt a2) mindestens einer zweiten Isolationsschicht 16 mit mindestens
drei voneinander beabstandeten Isolationsschichtbereichen 16', 16'', 16''' unter Ausbildung der
Seitenwandungen von mindestens zwei auszubildenden Gaseinlasskanälen GE1,
GE2 und mindestens zwei auszubildenden Gasauslasskanälen GA1, GA2
aufgebracht werden. Vorzugsweise mündet dabei jeweils ein auszubildender
Gaseinlasskanal GE1; GE2, wie in 3c gezeigt,
in einen auszubildenden Gasauslasskanal GA1; GA2. Die ersten Elektroden 12a, 12b sind
dabei vorzugsweise, wie in 3c gezeigt,
jeweils in einem der auszubildenden Gasauslasskanäle GA1;
GA2 angeordnet. 3c shows that in method step a2) at least one second insulating layer 16 with at least three spaced isolation layer areas 16 ' . 16 '' . 16 ''' forming the side walls of at least two gas inlet ducts GE1, GE2 to be formed and at least two gas outlet ducts GA1, GA2 to be formed. Preferably, a gas inlet duct GE1 to be formed opens in each case; GE2, as in 3c shown in a trainees gas outlet channel GA1; GA2. The first electrodes 12a . 12b are preferably, as in 3c shown in each case in one of the trainees gas outlet channels GA1; GA2 arranged.
3d zeigt,
dass im Verfahrensschritt b1) die zweiten Elektroden 13a, 13b der
Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b auf
eine dritte Isolationsschicht 19 aufgebracht werden. Die
Position der zweiten Elektroden 13a, 13b auf der
dritten Isolationsschicht 19 korrespondiert dabei insbesondere
zu der Position der ersten Elektroden 12a, 12b auf
der ersten Isolationsschicht 14. 3d shows that in method step b1) the second electrodes 13a . 13b of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b on a third insulation layer 19 be applied. The position of the second electrodes 13a . 13b on the third insulation layer 19 In this case, it corresponds in particular to the position of the first electrodes 12a . 12b on the first insulation layer 14 ,
Im
Anschließenden,
nicht dargestellten, Verfahrensschritt c) wird der Schichtaufbau
aus den Verfahrensschritten a) mit dem Schichtaufbau aus dem/den
Verfahrensschritten b) in der Form verbunden, insbesondere laminiert,
dass jeweils eine zweite Elektrode 13a; 13b über einer
ersten Elektrode 12a; 12b eines Elektrodensystems 12a, 13a; 12b; 13b angeordnet
ist. Die Elektroden 12a, 13a; 12b; 13b eines Elektrodensystems 12a, 13a; 12b; 13b sind
dabei insbesondere jeweils durch einen der beim Verbinden der Schichtaufbauten
ausgebildeten Gasauslasskanäle
GA1; GA2 beabstandet.In the following, not shown, process step c) the layer structure of the process steps a) is connected to the layer structure of the / the process steps b) in the mold, in particular laminated, that in each case a second electrode 13a ; 13b over a first electrode 12a ; 12b an electrode system 12a . 13a ; 12b ; 13b is arranged. The electrodes 12a . 13a ; 12b ; 13b an electrode system 12a . 13a ; 12b ; 13b are in each case in particular by one of the formed during the bonding of the layer structures gas outlet channels GA1; GA2 spaced.
Im
Rahmen einer bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden im Verfahrensschritt a1) auch die Zuleitungen 15 der ersten
Elektroden 12a, 12b auf die erste Isolationsschicht 14 und/oder
im Verfahrensschritt b1) auch die Zuleitung/en 18a, 18b der
zweiten Elektroden 13a, 13b auf die dritte Isolationsschicht 19 aufgebracht. Vorzugsweise
werden die Zuleitungen 15, 18a, 18b auf
den Bereich der jeweiligen Isolationsschicht 14, 19 aufgebracht,
welcher im fertig gestellten Partikelsensor 11 von dem
mittleren Isolationsschichtbereich 16'' der
zweiten Isolationsschicht 16 bedeckt ist. Vorteilhafterweise
werden dadurch die Zuleitungen 15, 18a, 18b von
Isolationsschichten 14, 16, 19 umschlossen
und vor Korrosion geschützt.Within the scope of a preferred embodiment of the method according to the invention, the feed lines are also provided in method step a1) 15 the first electrodes 12a . 12b on the first insulation layer 14 and / or in process step b1) also the supply line / s 18a . 18b the second electrodes 13a . 13b on the third insulation layer 19 applied. Preferably, the supply lines 15 . 18a . 18b on the area of the respective insulation layer 14 . 19 applied, which in the finished particle sensor 11 from the middle insulation layer area 16 '' the second insulation layer 16 is covered. Advantageously, thereby the supply lines 15 . 18a . 18b of insulation layers 14 . 16 . 19 enclosed and protected against corrosion.
Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst das Verfahren nach dem Verfahrensschritt a2) Verfahrensschritt
a3): Aufbringen einer Heizvorrichtung 17 auf die vorherige
Isolationsschicht 16, insbesondere auf den mittleren Isolationsschichtbereich 16'' der vorherigen Isolationsschicht 16 (siehe 3c),
und Aufbringen mindestens einer weiteren Isolationsschicht mit mindestens
drei voneinander beabstandeten Isolationsschichtbereichen auf die
Heizvorrichtung 17 und die vorherige Isolationsschicht 16 (nicht
dargestellt in 3c).Within the scope of a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the method according to method step a2) comprises method step a3): application of a heating device 17 on the previous insulation layer 16 , in particular to the middle insulation layer area 16 '' the previous insulation layer 16 (please refer 3c ), and applying at least one further insulating layer having at least three spaced insulating layer regions on the heating device 17 and the previous insulation layer 16 (not shown in 3c ).
Analog
hier zu kann das erfindungsgemäße Verfahren
alternativ oder zusätzlich
zum Verfahrensschritt a3) nach dem Verfahrensschritt b1) den Verfahrensschritt
b2) umfassen: Aufbringen mindestens einer weiteren Isolationsschicht 16d mit
mindestens drei voneinander beabstandeten Isolationsschichtbereichen 16d', 16d'', 16d''' (siehe 3a)
und Aufbringen einer Heizvorrichtung 17 auf die weitere
Isolationsschicht 16d, insbesondere auf den mittleren Isolationsschichtbereich 16d'' der weiteren Isolationsschicht 16d (nicht
dargestellt in 3a).Analogously to this, the method according to the invention may alternatively or additionally to method step a3) after method step b1) comprise method step b2): applying at least one further insulating layer 16d with at least three spaced isolation layer areas 16d ' . 16d '' . 16d ''' (please refer 3a ) and applying a heater 17 on the further insulation layer 16d , in particular to the middle insulation layer area 16d '' the further insulation layer 16d (not shown in 3a ).
Im
Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung dieser Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst das Verfahren alternativ oder zusätzlich zu den Verfahrensschritten
a3) und b2) den Verfahrensschritt a4): Aufbringen mindestens einer
Trägerschicht 16b mit
mindestens drei voneinander beabstandeten Trägerschichtbereichen 16b', 16b'', 16b''' auf die vorherige
Isolationsschicht 16a und Aufbringen mindestens einer weiteren
Isolationsschicht 16c mit mindestens drei voneinander beabstandeten
Isolationsschichtbereichen 16c', 16c'', 16c''' auf
die Trägerschicht 16b;
(siehe 3a) und/oder den Verfahrensschritt
b3): Aufbringen mindestens einer weiteren Isolationsschicht mit
mindestens drei voneinander beabstandeten Isolationsschichtbereichen
und Aufbringen mindestens einer Trägerschicht mit mindestens drei
voneinander beabstandeten Trägerschichtbereichen
auf die weitere Isolationsschicht.As part of a preferred embodiment of this embodiment of the method according to the invention, the method comprises alternatively or in addition to the method steps a3) and b2) the method step a4): applying at least one carrier layer 16b with at least three spaced carrier layer areas 16b ' . 16b ' . 16b ''' on the previous insulation layer 16a and applying at least one further insulation layer 16c with at least three spaced isolation layer areas 16c ' . 16c '' . 16c ''' on the carrier layer 16b ; (please refer 3a ) and / or the method step b3): applying at least one further insulation layer having at least three insulation layer regions spaced apart from one another and applying at least one support layer having at least three spaced carrier layer regions to the further insulation layer.
Der
Verfahrensschritt a3) kann dabei vor oder nach Verfahrensschritt
a4) und/oder Verfahrensschritt b2) vor oder nach Verfahrensschritt
b3) durchgeführt
werden.Of the
Process step a3) can be carried out before or after the process step
a4) and / or method step b2) before or after the method step
b3)
become.
Die
Isolationsschichtbereiche 16c', 16c'', 16'c'', 16d', 16d'', 16d''' der weiteren
Isolationsschicht/en 16c, 16d und/oder die Trägerschichtbereiche 16b', 16b'', 16b'' der
Trägerschicht/en 16b weisen
dabei vorzugsweise im Wesentlichen die gleiche Struktur wie die
Isolationsschichtbereiche 16', 16'', 16''', 16a', 16a'', 16a''' der vorherigen,
insbesondere zweiten, Isolationsschicht 16, 16a auf
und sind nach dem Verbinden der Schichtaufbauten in Verfahrensschritt
c) vorzugsweise über
diesen angeordnet.The insulation layer areas 16c ' . 16c '' . 16'c '' . 16d ' . 16d '' . 16d ''' the further insulation layer (s) 16c . 16d and / or the carrier layer regions 16b ' . 16b ' . 16b ' the carrier layer / s 16b preferably have substantially the same structure as the insulating layer regions 16 ' . 16 '' . 16 ''' . 16a ' . 16a '' . 16a ''' the previous, in particular second, insulating layer 16 . 16a and after the bonding of the layer structures in process step c) are preferably arranged over this.
Im
Rahmen der in 3a gezeigten Ausführungsform
umfasst der erfindungsgemäße Partikelsensor 11 nur
eine Heizvorrichtung 17 und nur eine zwischen den Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b der Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b angeordnete Trägerschicht 16b.
Ein derartiger Partikelsensor kann mit der zuvor erläuterten
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
beispielsweise durch eine Kombination der Verfahrensschritte a3) und
a4) oder b2) und b3) oder a3) und b3) oder a4) und b2) hergestellt
werden.As part of the in 3a In the embodiment shown, the particle sensor according to the invention comprises 11 only one heater 17 and only one between the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b arranged carrier layer 16b , Such a particle sensor can be produced with the previously explained embodiment of the method according to the invention, for example by a combination of method steps a3) and a4) or b2) and b3) or a3) and b3) or a4) and b2).
Im
Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst
das Verfahren weiterhin vor dem Verfahrensschritt a1) den Verfahrensschritt
a0): Aufbringen der ersten Isolationsschicht 14 auf mindestens
eine Trägerschicht 20;
und/oder vor dem Verfahrensschritt b1) den Verfahrensschritt b0):
Aufbringen der dritten Isolationsschicht 19 auf mindestens
eine Trägerschicht 21.Within the scope of a further preferred embodiment of the method according to the invention, the method further comprises, prior to method step a1), method step a0): applying the first insulation layer 14 on at least one carrier layer 20 ; and / or before method step b1) the method step b0): applying the third insulation layer 19 on at least one carrier layer 21 ,
Im
Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, weisen
eine oder mehrere der Isolationsschichten 16a, 16c, 16d und/oder
eine oder mehrere der Trägerschichten 16b, 20, 21 Aussparungen
auf, durch welche Durchkontaktierungen 22, 24a, 24b, 26, 27 zwischen äußeren Kontakten 23, 25a, 25b, 28, 29 und
den Zuleitungen 15, 18a, 18b der Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b beziehungsweise
der Heizvorrichtung 17 ausgebildet werden können.Within the scope of a further preferred embodiment of the method according to the invention, one or more of the insulation layers 16a . 16c . 16d and / or one or more of the carrier layers 16b . 20 . 21 Recesses on, through which vias 22 . 24a . 24b . 26 . 27 between external contacts 23 . 25a . 25b . 28 . 29 and the supply lines 15 . 18a . 18b the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b or the heater 17 can be trained.
Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt das Aufbringen der Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b und/oder
Zuleitungen 15; 18a, 18b und/oder der
Isolationsschichten 14, 16, 16a, 16c, 16d, 19 und/oder
Trägerschichten 20, 21 mittels
eines Siebdruck- oder Laminierungsverfahrens, insbesondere mittels
eines Siebdruckverfahrens. Vorzugsweise wird der keramische Grundkörper 14, 16a–d, 19, 20, 21,
insbesondere anschließend,
gesintert. Wie bereits erläutert
können
durch einen derartigen Einsatz eines Siebdruck- oder Laminierungsverfahrens
Partikelsensoren 11 mit sehr geringen Elektrodenabständen, beispielsweise
von ≤ 80 μm, insbesondere
von 5 μm,
hergestellt werden.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the application of the electrodes takes place 12a . 13a ; 12b . 13b and / or supply lines 15 ; 18a . 18b and / or the insulation layers 14 . 16 . 16a . 16c . 16d . 19 and / or carrier layers 20 . 21 by means of a screen printing or lamination process, in particular by means of a screen printing process. Preferably, the ceramic base body 14 . 16a -d, 19 . 20 . 21 , in particular subsequently, sintered. As already explained, particle sensors can be used by such a use of a screen-printing or lamination method 11 with very small electrode spacings, for example of ≤ 80 μm, in particular of 5 μm.
Hinsichtlich
der Materialien, Dimensionen und Abstände der Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b, Isolationsschichten 14, 16, 16a, 16c, 16d, 19 und/oder
Trägerschichten 20, 21,
wird hiermit explizit auf die Ausführungen im Zusammenhang mit
dem erfindungsgemäßen Partikelsensor 11 verwiesen.Regarding the materials, dimensions and distances of the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b , Insulation layers 14 . 16 . 16a . 16c . 16d . 19 and / or carrier layers 20 . 21 is hereby explicitly made to the statements in connection with the particle sensor according to the invention 11 directed.
Im
Rahmen einer weiteren, bevorzugten, nicht dargestellten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfassen die Verfahrensschritte a) und/oder b) den Verfahrensschritt
d): Aufbringen von mindestens einem weiteren Isolationsschichtbereich
auf die ersten Elektroden 12a; 12b und/oder zweiten
Elektroden 13a; 13b zur Ausbildung eines Abstandshalters,
beispielsweise einer säulenartigen Struktur,
aus einem elektrisch isolierenden Material.Within the scope of a further preferred embodiment of the method according to the invention, not shown, the method steps a) and / or b) comprise the method step d): applying at least one further insulation layer region to the first electrodes 12a ; 12b and / or second electrodes 13a ; 13b for forming a spacer, for example a columnar structure, of an electrically insulating material.
Im
Rahmen einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die mindestens drei voneinander beabstandeten Isolationsschichtbereiche
(16', 16'', 16'''; 16a', 16a'', 16a''', 16c', 16c'', 16c''', 16d', 16d'', 16d''') der Isolationsschicht/en
(16; 16a, 16c, 16d) und/oder
die mindestens drei voneinander beabstandeten Trägerschichtbereiche (16b', 16b'', 16b''') der Trägerschichten
(16b) in der Form aufgebracht werden, dass die Öffnungen
der Gaseinlasskanäle
GE1; GE2 im montierten Zustand des herzustellenden Partikelsensors 11 auf,
insbesondere gegenüberliegenden,
Seitenflächen
S1, S2 und die Öffnungen
der Gasauslasskanäle
GA1; GA2 auf der im montierten Zustand des herzustellenden Partikelsensors 11 oberen
Fläche
O1 des herzustellenden Partikelsensors 11 angeordnet sind.In the context of a further, preferred embodiment of the method according to the invention, the at least three insulation layer regions spaced apart from one another are ( 16 ' . 16 '' . 16 '''; 16a ' . 16a '' . 16a ''' . 16c ' . 16c '' . 16c ''' . 16d ' . 16d '' . 16d ''' ) of the isolation layer (s) ( 16 ; 16a . 16c . 16d ) and / or the at least three spaced carrier layer regions ( 16b ' . 16b ' . 16b ''' ) of the carrier layers ( 16b ) are applied in the form that the openings of the gas inlet channels GE1; GE2 in assembled state of the particle sensor to be manufactured 11 on, in particular opposite, side surfaces S1, S2 and the openings of the gas outlet channels GA1; GA2 on the mounted in the mounted particle sensor 11 upper surface O1 of the particle sensor to be produced 11 are arranged.
Im
Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden die ersten 12a; 12b und zweiten 13a; 13b Elektroden
der Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b in
der Form aufgebracht, dass jeweils die dem auszubildenden Gaseinlasskanal
GE1, GE2 zugewandten Bereiche der Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b an
den Temperaturverlauf der Heizvorrichtung 17 angepasst
sind.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the first 12a ; 12b and second 13a ; 13b Electrodes of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b applied in the form that each of the trainees gas inlet channel GE1, GE2 facing areas of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b to the temperature profile of the heater 17 are adjusted.
Im
Rahmen einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens,
die ersten 12a; 12b und zweiten 13a; 13b Elektroden
der Elektrodensysteme 12a, 13a; 12b, 13b in
der Form aufgebracht, dass die einander zugewandten Flächen der
Elektroden 12a, 13a; 12b, 13b eine
Oberflächenstrukturierung
und/oder ein Rauhigkeit von ≥ 0,5 μm, gemessen
mit Weißlichtinterferenz
oder Rasterkraftmikroskopie, aufweisen.In the context of a further particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the first 12a ; 12b and second 13a ; 13b Electrodes of the electrode systems 12a . 13a ; 12b . 13b applied in the form that the mutually facing surfaces of the electrodes 12a . 13a ; 12b . 13b have a surface structuring and / or a roughness of ≥ 0.5 μm, measured with white light interference or atomic force microscopy.
Im
Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten, nicht dargestellten,
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird eine Vielzahl von Partikelsensoren 11 hergestellt
wird, in dem:
- – im Verfahrensschritt a1)
eine Vielzahl von ersten Elektroden auf eine erste Isolationsschicht
werden,
- – im
Verfahrensschritt a2) eine zweite Isolationsschicht mit einer Vielzahl
von mindestens drei voneinander beabstandeten Isolationsschichtbereichen
unter Ausbildung der Seitenwandungen von einer Vielzahl auszubildender
Gaseinlasskanäle
und Gasauslasskanäle
aufgebracht wird, wobei jeweils ein auszubildender Gaseinlasskanal
in einen auszubildenden Gasauslasskanal mündet und die ersten Elektroden
der Elektrodensysteme jeweils in einem der auszubildenden Gasauslasskanäle angeordnet
sind,
- – im
Verfahrensschritt b1) eine Vielzahl von zweiten Elektroden auf eine
dritte Isolationsschicht aufgebracht wird,
- – im
Verfahrensschritt c) der Schichtaufbau aus den Verfahrensschritten
a) mit dem Schichtaufbau aus dem/den Verfahrensschritten b) in der
Form verbunden, insbesondere laminiert, wird, dass jeweils eine
zweite Elektrode über
einer ersten Elektrode eines Elektrodensystems angeordnet ist, wobei
die Elektroden eines Elektrodensystems jeweils durch einen der beim
Verbinden der Schichtaufbauten ausgebildeten Gasauslasskanäle beabstandet
sind, und
- – weiterhin
im Verfahrensschritt z) der Verbund, insbesondere das Laminat, aus
Verfahrensschritt c) in eine Vielzahl von Partikelsensoren zerteilt wird.
Within the scope of a further, particularly preferred embodiment of the method according to the invention (not shown), a multiplicity of particle sensors are used 11 in which: - In method step a1), a multiplicity of first electrodes are applied to a first insulation layer,
- In method step a2), a second insulation layer having a multiplicity of at least three insulating layer regions spaced apart from one another is formed by forming a plurality of gas inlet channels and gas outlet channels to be formed, one gas inlet channel to be formed opening into a gas outlet channel to be formed and the first electrodes of the electrode systems each opening into one the trainees gas outlet channels are arranged,
- In method step b1), a multiplicity of second electrodes are applied to a third insulation layer,
- - In process step c) the layer structure of the process steps a) connected to the layer structure of / process steps b) in the mold, in particular laminated, is that in each case a second electrode is disposed over a first electrode of an electrode system, wherein the electrodes of a Electrode system are each spaced by one of the formed during the bonding of the layer structures gas outlet channels, and
- - Furthermore, in process step z) the composite, in particular the laminate, from process step c) is divided into a plurality of particle sensors.