CN101743468A - 测量纯电阻材料层的阈值厚度的方法、实现该方法的设备和这种设备在排气消声器中的使用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可靠、简单和准确的用于检测在传感器上沉积的纯电阻材料的阈值厚度的方法，并且提供了不依赖于材料的电阻率的响应。本发明提供了使用传感器的测量方法，该传感器包括至少两个电极对，至少两个电极对被施加有在电极之间产生电流的定义的电压，这两个电极对通过至少一个第一参数和至少一个第二参数相异，至少一个第一参数是从电极的宽度、间距、长度和向每个电极对施加的电压中选择的，将上述参数中的至少一个第二参数调整为使得当达到阈值厚度时，第一对的电极之间的第一电阻或者第一电流和第二对的电极之间的第二电阻或者第二电流是相等的。

Description

测量纯电阻材料层的阈值厚度的方法、实现该方法的设备和这种设备在排气消声器中的使用

技术领域

本发明涉及测量纯电阻材料层的阈值厚度的方法，该方法特别适用于机动车辆排气装置中碳烟的沉积物。本发明还提供了用于实现该方法的设备和这种设备在排气消声器中的使用。

背景技术

对汽车排气中污染排放物的限度的连续降低(如国家或国际标准强制实行的)构成了对汽车制造商的主要限制。2005欧洲规章Euro 4接受了0.025毫克/千米(mg/km)的最大污染率，但是未来的欧洲规章Euro 5(预计在2010年)将使得最大污染率的阈值下降至0.005mg/km，这意味着在欧盟的所有国家中的所有汽车内需要实现微粒过滤器(PF)技术。因此，Euro5规章将显著地增加当前的要求。

因此，改进PF控制系统以得到更好的性能是汽车制造商当前优先考虑的事。现在，在市场上买不到能够以可接受的可靠性量化引擎的微粒排放的装置。在某些交通工具中，将引擎执行的工作周期存储并且与预记录的工作图表比较。基于这种比较触发PF再生。但是，在引擎的寿命期间，对于任何给定的工作周期，微粒排放的等级都可能漂移。燃料的量也可能改变排放。这些漂移极其难以合并。因此，该系统不是很可靠并且相对地昂贵。

另一种解决方案存在于考虑压头损失(PF的入口和PF的出口之间的压力差)。然而，排气回压本身并不准确地代表过滤器中负载的重量，因为其非常强烈地依赖于碳烟积累的条件、碳烟的性质、交通工具行驶的公里数目和驾驶的类型等等。

为了检测碳烟微粒，已经有人提出了多种技术：

·通过将光散射在微粒上进行的光学检测；因为灰尘在光学组件上积累并且因为高的成本(因为系统需要能够承受高温)，这种技术难以在引擎应用中使用；

·通过对电离电流的修改进行的电子检测；因为这个技术需要使用高的电流强度，因此它同样地昂贵；和

·测量由碳烟的燃烧产生的并且与所氧化的材料的重量成比例的温度上升(催化传感器的原理)；这种技术不那么贵，但是仍然难以应用于引擎，因为环境温度不仅高而且波动剧烈。

存在众所周知的的技术，用于通过电容性的测量，测量材料的厚度的。然而，电容性的测量仅用于本质上是电容性的材料，即，材料中的电阻与电容相比是可以忽略的，并且这种测量需要复杂的处理器电路。在文档US 4766369和US 5955887中公开了这样的技术，用于分别检测纯冰的沉积物(纯电容性的材料)或者水和冰的混合物的沉积物(测量材料混合物的总阻抗)。

对于纯电阻性的材料，文档WO 2005/124313描述了影响传感器上的碳烟沉积的方法。该文档涉及测量纯电阻材料的沉积物的电阻，并且根据以下原理：为了测量传感器的两个电极之间的电阻，需要强迫的最小碳烟沉积的阶段，以使传感器工作，即，来确保存在可以测量的有限电阻。在这个初始的沉积之后，可以跟踪作为沉积物厚度的函数的碳烟层电阻。这导致了仅能通过将所测量的电阻与电阻随厚度变化的概要数据库比较来检测阈值厚度。这种方法除了缺乏准确度以外，传感器还必须必要地与复杂的并且能够执行大量计算的电子设备相关联。此外，在该文档中描述的技术表现出以完全依赖沉积条件的方式测量电阻的主要缺点，上述沉积条件例如，温度上的和废气流量上的大的波动，以及烟气成分上的大的波动，烟气成分本身在引擎的寿命期间会波动。此外，当排气消声器工作时，所需的在电极之间强迫沉积碳烟的阶段不提供代表在表面的剩余部分发生的沉积的测量。

因此，还没有提出简单而且准确的技术，用于检测纯电阻材料的阈值厚度的沉积。

发明内容

因此，本发明寻求提供可靠的、简单的和准确的方法，用于检测纯电阻材料的阈值厚度的沉积，并且使得可从传感器提供不依赖于材料的电阻率、温度或者废气流速的响应。

为了弥补已知技术的缺点，本发明提供了通过在形成至少两个电极对的至少三个电极之间进行微差测量，测量纯电阻材料层的阈值厚度的方法，其中，根据将将测量的所述沉积物厚度调整电极的长度和/或宽度和/或所施加的电压和/或间距。

为此，本发明提供了测量在传感器上沉积的纯电阻材料层的阈值厚度的方法，所述传感器包括用于定义至少两个电极对的至少三个电极，所述至少两个电极对在支座上以相邻的方式布置并且用定义的电压供电，定义的电压在所述电极之间产生电流，所述电极对通过从以下参数中选择的至少一个第一参数相差异：电极的宽度、间距、长度和施加到每对电极的电压。在这种方法中，对所述参数的至少一个第二参数进行调整，使得当达到所述阈值厚度时，在所述第一对电极之间的第一电阻或者第一电流和在所述第二对电极之间的第二电阻或者第二电流是相等的。

由于测量的差分性，因此所述测量不依赖于沉浸所述层的实验条件，例如气体的温度和流量。该测量还不依赖于所述沉积物的电阻率。

在其它实现中：

·所述电极对通过从每对电极的宽度和间距中选择的至少一个第一参数相差异，并且调整从间距、宽度、长度和施加到电极的电压中选择的至少一个第二参数，使得当达到所述阈值厚度时，在所述第一对电极之间的第一电阻或者第一电流和在所述第二对电极之间的第二电阻或者第二电流是相等的；

·所述第一电极对的宽度和/或间距是使得当厚度增加时，所述第一对电极之间的电流相对于所述层的厚度的导数趋于零，并且所述第二电极对的宽度和/或间距是使得当达到所述阈值厚度时，所述第二对电极之间的电流随着所述层的厚度大体上线性地增加，所述方法进一步包括以下步骤：

a)向所述电极对应用各自定义的电压；

b)测量第一对电极之间的第一电阻或者第一电流；

c)测量第二对电极之间的第二电阻或者第二电流；

d)比较第二电阻和第一电阻或者比较第一电流和第二电流；和

e)当电阻相等或者电流相等时，产生信号，调整电极的宽度和/或长度和/或所施加的电压和/或间距，使得当达到所述阈值厚度时，获得所述相等；

·所述第一对电极的宽度位于100纳米(nm)到1厘米(cm)的范围内，优选地位于10微米(μm)到1毫米(mm)的范围内，典型地位于30μm到250μm的范围内，并且所述第二对电极的宽度位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50μm到5mm的范围内，典型地位于250μm到1mm的范围内；

·所述第一对电极的宽度和所述第二对电极的宽度之间的比率位于1∶1000到10∶1的范围内，优选地位于1∶100到1∶1的范围内，典型地位于1∶10到1∶2的范围内；

·所述第一对电极的间距位于100nm到1cm的范围内，优选地位于10μm到1mm的范围内，典型地位于30μm到250μm的范围内，并且所述第二对电极的间距位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50μm到5mm的范围内，典型地位于250μm到1mm的范围内；

·所述第一间距和所述第二间距之间的比率位于1∶1000到1∶1的范围内，优选地位于1∶100到1∶2的范围内，典型地位于1∶10到1∶3的范围内；

·所述第二对电极具有与所述第一对电极的长度不同的长度；

·施加于所述第二对电极的电压与施加于所述第一对电极的电压不同；和/或

·所述方法可以进一步包括通过在所述支座上布置的发热器电阻清洁所述传感器的步骤，以如此方式布置发热器电阻以确保电阻材料的所述沉积物的完全燃烧。

为了实现上述方法，本发明还提供了确定检测器设备尺寸的方法，该检测器用于检测在所述设备的电极上沉积的纯电阻材料层的阈值厚度。该方法包括以下步骤：

α)在第一实验电极对和第二实验电极对上沉积纯电阻材料的选择的阈值厚度，第一实验电极对和第二实验电极对连接到电压源，并且在从电极宽度和间距中选择的第一参数上不同；

β)对于每个实验电极对，在所选择的阈值厚度处测量电流或者电阻，并且计算每对电极之间的电流的比率或者电阻的比率；和

γ)制作具有两个电极对的传感器，这两个电极对通过与所述实验电极相同的第一参数和通过从长度和施加到电极的电压中选择的至少一个第二参数相差异，所述第二参数在比率上不同，该比率等于在所述的实验电极对之间、在前面的步骤β)中在所述阈值厚度处测量的电流的比率或者电阻的比率。

在其它实现中：

·在执行步骤α)期间，所述第一实验电极对和第二实验电极对具有各自的第一宽度和第二宽度，但是具有相同的长度、间距和施加的电压；并且在执行步骤γ)期间，制造了包括两个电极对的传感器，所述两个电极对分别具有与所述实验电极的第一宽度和第二宽度相同的第一宽度和第二宽度，并具有相同的间距，并且在两个电极对中，所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在前面的步骤β)中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率；

·在执行步骤α)期间，所述第一实验电极对和所述第二实验电极对具有各自的第一间距和第二间距，但是具有相同的长度、宽度和施加的电压；并且在执行步骤γ)期间，制造了包括两个电极对的传感器，这两个电极对分别具有与所述实验电极的第一间距和第二间距相同的第一间距和第二间距，并具有相同的宽度，并且在两个电极对中，所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在前面的步骤β)中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率；

·在执行步骤α)期间，所述第一实验电极对和所述第二实验电极对通过电极的宽度和间距相差异，电极具有相同的长度和施加的电压；并且在执行步骤γ)期间，制造了包括两对电极的传感器，这两个电极对具有与所述实验电极的宽度和间距相同的宽度和间距，并且在两个电极对中，所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在前面的步骤β)中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率。

本发明还提供了检测器设备，用于通过实现上述的测量方法检测纯电阻材料层的阈值厚度，所述设备包括传感器、电压源和测量装置，传感器配备有用于定义在支座上以相邻的方式布置的至少两个电极对的至少三个电极，电压源连接到所述电极并且调整电压源以在每个电极对之间传递电压，测量装置用于测量所述电极对之间的电阻或者电流。所述设备进一步包括用于互相比较所述电阻或者互相比较所述电流的装置和当所测量的电阻或者所测量的电流相等时用于产生信号的装置。电极对通过从电极宽度和间距中选择的至少一个第一参数以及从间距、宽度、长度和向电极施加的电压源的设置中选择的至少一个第二参数相差异，所述第二参数使得在使用中，当已经在所述电极上沉积了将检测的所述阈值厚度时，获得相等的电阻或者电流。

在其它实施方式中：

·所述第一对电极的宽度和/或第一间距是使得在使用中，当所述厚度增加时，所述的第一对电极之间的电流相对于所述层的厚度的导数趋于零，并且所述第二电极对的宽度和/或第二间距是使得在使用中，当达到所述阈值厚度时，所述第二对电极之间的电流随着所述层的厚度大体上线性地增加，调整所述电极的宽度和/或长度和/或间距、和/或所述电压源的设置使得当达到所述阈值厚度时获得相等的电阻或者电流；

·在所述电极上放置了绝缘材料的罩，以便仅确定长度的电极与电阻材料层电接触；

·以平行的、相互交错的或者其组合的方式布置所述电极；

·可以通过上述的确定尺寸的方法获得所述检测器设备，并且所述检测器设备可以具有两对电极，这两对电极分别具有与所述实验电极的第一宽度和第二宽度相同的第一宽度和第二宽度，并具有相同的间距，并且在两对电极中，所述第二对电极和所述第一对电极的所述长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在所述确定尺寸的方法的步骤β)中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率；

·可以通过上述的确定尺寸的方法获得所述检测器设备，并且所述检测器设备可以具有两个电极对，这两个电极对具有与所述实验电极的第一间距和第二间距相同的第一间距和第二间距，并且在两个电极对中，在所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在所述确定尺寸的方法的步骤β)中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率；和/或

·可以通过上述的确定尺寸的方法获得所述检测器设备，并且所述检测器设备可以具有两个电极对，这两个电极对具有与所述实验电极的宽度和间距相同宽度和间距，并且在两对电极对中，在所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在上述确定尺寸的方法的步骤β)中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率；

本发明还提供了上述测量方法的使用，上述测量方法用于在排气消声器中检测阈值厚度的碳烟层的沉积。在所述使用期间，当所述第一电阻和所述第二电阻相等或者所述第一电流和所述第二电流相等时，在步骤e)中产生的信号可以用于触发微粒过滤器再生的步骤。

最后，本发明提供了配备有微粒过滤器的排气消声器，该排气消声器包括位于所述微粒过滤器的上游的、用于实现上述所述测量方法的至少一个上述的检测器设备。所述排气消声器还可以包括位于所述微粒过滤器的下游的至少一个上述的检测器设备。

附图说明

参照附图作出的以下详细描述中提供了本发明的其它特征，其中：

图1是本发明的检测器设备的图解剖面视图；

图2是总图和总图的细节A的放大图，示出了电极宽度对随沉积物厚度变化的、电极之间的电流的影响(以恒定间距)；

图3是总图连同总图的细节B的放大图，示出了电极间距对随沉积物厚度变化的、电极之间的电流的影响(以恒定宽度)；

图4是说明了本发明的方法的实现的图，在于使用具有不同宽度和相同间距的电极对，并且根据将确定的阈值厚度调整电极对中的一对电极的长度；

图5是总图连同总图的细节D的放大图，示出了宽度/间距比等于1的电极的宽度和间距值对随沉积物厚度变化的电流的影响；

图5a和图5b是说明了本发明的方法的两个实现的图，在于使用具有不同的宽度和间距但是宽度/间距比等于1的电极对，并在于根据将确定的阈值厚度调整电极对中的一对电极的长度；

图6是示出本发明的设备的两个电极之间的电流如何随着纯电阻材料的沉积层的厚度而变化；

图7和图8是本发明的传感器在确定电极尺寸之前和之后的示意平面图；

图9到图12是具有不同的电极布局的本发明的传感器的示意平面图；和

图13是用于实现本发明的对材料层的电阻率进行直接测量的方法的设备的示意平面图。

具体实施方式

用于测量纯电阻材料的阈值厚度的本发明的方法提出对绝缘支座上放置的两对电极之间的纯电阻材料层中的电阻或电流进行微差测量。应当在功能意义上而不是结构意义上理解术语“两对电极”，即，该测量可在通过三个物理电极获得的两对电极之间执行测量，其中的一个电极属于两对电极。

与绝缘材料形成对比，本方法本质上适用于电子的导体材料或者半导体材料。

电极对由电极的高度、宽度、长度和间距表征。下面，将所有的电极认为具有相同的高度，并且该高度相对于将检测的阈值厚度是可以忽略的。

为了获得电阻或者电流的微差测量，相对于将要确定的层的阈值厚度对宽度和/或长度和/或电压和/或间距进行优化。

因此，本发明的检测器设备包括传感器，该传感器配备有至少三个电极，至少三个电极用于定义在介质上以相邻的方式放置的至少两个电极对。该设备还包括电压源，其连接于电极并且被调整为在每个电极对之间传递施加的电压。电压源的调整使得能够对电极对供给相同的电压或者供给不同的电压。

当在电极上沉积了电阻材料时，电压在每对电极之间产生电流。传感器还包括用于测量电极对之间的电阻或者电流的装置、用于对电阻或者电流互相比较的装置、和用于当所测量的电阻或者电流相等时产生信号的装置。根据本发明，电极对在至少第一参数和至少第二参数方面不同，至少第一参数选自电极的宽度和电极的间距，至少第二参选自间距、宽度、长度和施加于电极的电压源的调整。第二参数使得在使用中，当在电极上沉积了将要检测的阈值厚度时，获得电阻相等或者电流相等。

因此，图1示出了用于检测纯电阻材料的阈值厚度的设备，该设备包括传感器，该传感器配备有在支座1上以相邻的方式沉积的两个电极对100和200，两个电极对具有不同的宽度101、201和不同的间距102、202。每个电极对100、200中的一个电极100a、200a的接线端连接到发生器2，发生器2被调整为传递定义的电压U，并且每个电极对100、200中的另一个电极100b、200b的接线端连接到各自的电阻测量装置103和203。该测量装置可以是欧姆表或者电流表，电流表用来测量在电极之间流动的电流的幅度，然后通过欧姆定律获得电阻。该设备还包括：比较器装置(没有示出)，其用于对电阻或者电流互相比较；和发生器装置(没有示出)，其用于当所测量的电阻或电流相等时产生信号。

将宽度101、201和/或间距102、202选择为使得：首先，由于在第一电极对100的两个电极100a、100b之间施加电压而产生的电场线104绝大部分地保持为限制在纯电阻材料的层3之内；其次，当所述层的厚度达到将检测的阈值厚度e_s时，由于在第二电极对200的电极200a和200b之间施加电压而产生的电场线204中的至少一些保持为在材料层3之外。

因此，只要电场线中的一些保持在材料层3之外，电流就随着层的厚度大体上线性地增加。通过图2、图3和图5的曲线，在每条曲线的大体上线性的部分C_lin中说明了这种线性的变化。

但是，当沉积物的厚度增加而使得两个电极之间的电场线绝大部分地保持限制在材料层的内部时，电流相对于厚度的导数dI/de趋于零。在图2、图3和图5中通过每条曲线的渐进的部分C_asy说明了这种导数趋于零的变化。

可仅改变电极宽度参数和电极间距参数中的一个参数，以获得提供表示这一事实的可区别的外观的曲线，即，第一电极对先于第二电极对形成渐进的特性。

优选地，为了获得准确的结果，并同时限制电极的尺寸和使用的材料的数量，将所述参数的变化选择为使得：首先，第一电极对在已经沉积了阈值厚度之前达到饱和状态，即，由于在两个电极之间施加电压产生的电场线绝大部分地保持为限制在纯电阻材料层的内部；并且其次，第二对电极在沉积物达到阈值厚度之后达到饱和状态，即，当所述层的厚度达到将检测的阈值厚度E_s时，在电极之间施加电压而产生的电场线中的至少一些保持在材料层之外。

因此，图2示出了电极的宽度“l”对表示电极之间的电流I如何随沉积物的厚度e变化的曲线的影响。使用相同的任意单位(u.a)表示宽度l、间距s和沉积物厚度e。长度L、间距s和电压U保持恒定。图2和细节A的放大图(在图2的底部的图)示出了电极的宽度越小，发生饱和状态时的厚度就e越小。因此，具有0.1u.a的电极宽度的一对电极(在每个图的底部的曲线C1)在大约1.5u.a的厚度处达到其渐进电流(大约0.4u.a)(见细节A的放大图)，而具有10u.a的电极宽度的一对电极(在每个图的上部的曲线C2)在大约40u.a的厚度处达到其渐进电流(大约1.4u.a)。

图3示出了电极间距对表示电极之间的电流随沉积物的厚度变化的曲线的影响。以相同的任意单位(u.a)表示宽度l、间距s和沉积物的厚度e。长度、宽度和电压保持为常数。在图3中，细节B的放大图(图3底部的图)示出了电极之间的间距越小，饱和状态发生时的厚度e就越小。因此，具有相隔10u.a的电极的一对电极(每个图的底部曲线)在大约15u.a的厚度处达到其渐进电流(大约0.4u.a)，而具有相隔大约0.1u.a的电极的一对电极(每个图的顶部曲线)在大约4u.a的厚度处达到其渐进电流(大约1.4u.a)(细节B的放大图)。

这两个图示出了：通过沉积宽度或者间距不同的两对电极，可将电极的尺寸确定为使得当达到阈值厚度时，由在第一对电极之间施加电压产生的电场线比由在第二对电极之间施加电压产生的电场线更大程度地限制于纯电阻材料层内。尽管如此，示出的曲线并不相交。

根据本发明，适于在确定传感器尺寸的阶段期间改变至少两个参数，从而使得表示电极之间的电流随沉积物厚度变化的曲线在将检测的阈值厚度处相交。换句话说，适于适当地选择下列参数：长度、宽度、间距和施加的电压，以使得当所沉积的层的厚度达到将要检测的阈值厚度e_s时，在每对电极之间测量的电流或者电阻是相等的。

在第一实现中，本发明的测量方法在于，每次使用确定的因子，根据待确定的阈值厚度调整电极的长度，更准确地，在于增加更宽地间隔的电极对的长度或者增加该电极对两端之间的电压，或者减少更窄地间隔的电极对的长度或者减少该电极对两端之间的电压。

图4示出了应用于参照图2描述的配置的这种实现。因此，两对实验电极具有相同的间距1u.a，但是具有不同宽度。在图4示出的例子中，第一对电极具有0.1u.a的宽度l，第二对电极具有1u.a的宽度l。更准确地，第一对电极中的电极具有30μm的宽度且相隔300μm，并具有1u.a ′的任意长度(其中，u.a′是电极长度的单位长度，u.a′不必须等于用于其它尺寸的单位长度u.a，即，电极宽度和电极间距，还有层厚度)。第二对电极中的电极具有300μm的宽度、300μm的间距和1u.a′的任意长度。

首先，本发明在于对于计算每对电极在阈值厚度e_s处(这里选择为250μm)所测量的电流的比率I₂/I₁。在图4中，这个比率等于1.39。然后，本发明的方法在于将第一电极对中的电极的长度乘以这个比率，以便获得适合于实现本发明的测量方法的传感器。这就使得以这种方式确定尺寸的这两对电极之间测量的电流是相等的，并且该设备生成指示在传感器上沉积的材料的阈值厚度的信号。

以等同的方式，可将向第一对电极的接线端施加的电压乘以所测量的比率，而不是用长度乘以所测量的比率。

同样等同地，可将第二电极对的长度或者向第二电极对施加的电压除以所述比率，而不是将第一电极对的长度或者施加的电压乘以所述比率。

相同的步骤适用于参照图3描述的配置。

然而，应当看到的是，与图2比较，通过作用于电极间距而不是作用于电极宽度，在确定电极尺寸的过程中可以获得更大的自由，从而在当前的交叉点处可以获得更好的准确度，因为曲线随着电极宽度在非渐进部分更靠近在一起。换句话说，在每对电极中，电极宽度的影响比电极之间间距的影响更小。

在第二实现中，本发明的测量方法在于根据待确定的阈值厚度调整电极的宽度或者电极的间距，而不是调整长度或者电压。

换句话说，当实验电极对具有相同宽度的电极并且仅在电极间距上不同时，第二实现中的方法在于仅调整传感器的电极宽度，以便曲线在阈值厚度处相交。类似地，当实验电极对具有相同的间距并且仅在电极宽度上不同时，那么第二实现中的方法在于仅调整传感器的电极间距，以便曲线在阈值厚度处相交。

因此，传感器的电极对仅在电极的宽度和间距上不同。

然而，如在说明了当s/l的比率等于1时的情况的图5中示出的，因为所有的曲线趋于相同的渐近线，因此，如果两对电极都具有等于间距s的电极宽度(例如，对于第一对电极：l＝s＝0.05u.a，对于第二对电极，l＝s＝2u.a)，表示作为沉积物的厚度e的函数的电流I的变化的曲线则不可能相交。

因此，当电极对仅在电极的宽度和间距上不同时，两个电极对还必须提供不同的比率s/l。

通过在电子数据表中的分析仿真，可以获得电极的宽度和间距的尺寸标注，以便绘制曲线I＝f(e)。

为了绘制曲线，使用下列的标记：

k＝tanh[πs/4e]/tanh[π(s+2l)/4e]    [1]

k’＝(1-k²)^1/2    [2]

和

K(k)＝(π/2){1+[(1/2)]²k²+[(1*3)/(2*4)]²k⁴+[(1*3*5)/(2*4*6)]²k⁶+......}    [3]

于是

I＝¹/₂K(k’)/K(k)    [4]

通过下列公式给出I的适合的近似：

I＝(π/2){ln[2(1+k^0.5)/(1-k^0.5)]}^-1，对于k²≥0.5    [5]

和

I＝(1/2π)ln[2{1+(1-k²)^0.25}/{1-(1-k²)^0.25}]，对于k²≤0.5[6]

于是，示出了曲线I＝f(e)。

因此，对于e的不同值，l和s是变化的。然后可确定使得曲线在所选择的阈值厚度处相交的s和l对。

例子1：通过修改实验电极对中的一个电极对的间距，使得图2的两条曲线C1和C2相交。

目标是确定第一实验电极对的间距，而保留第一实验电极对的宽度l₁＝0.1u.a且保持第二实验电极对不变(s₂＝1u.a，l₂＝10u.a)，以便两个电流在e_s＝2u.a处相交。

公式[1]到公式[6]给出了用于共面实验电极的、具有有限厚度e的介质中电流的表达。

对于e＝e_s，两个电流需要相等，这意味着k₁＝k₂＝k_s。将公式[1]用于第二对电极，得到：

k_S＝k₂＝tanh[π*1/(4*2)]/tanh[π(1+2*10)/(4*2)]＝0.374

因为k₁＝k_S，因此将公式[1]用于第一电极对得到：

tanh[π*s₁/(4*2)]＝0.374*tanh[π(s₁+2*0.1)/(4*2)]

通过将等式的两端放入电子表格中，并且增加s₁，当s₁≈0.12时电流I相等。

例子2：通过修改实验电极对中的一对电极的宽度，使得图3的曲线C3和C4相交。

目标是确定第一电极对的l₁，而保留第一电极对的间距s₁＝0.5u.a并且保持第二电极对不变(s₂＝2u.a，l₂＝1u.a)，使得在e_s＝2u.a处两个电流相交。

与例子1中的计算类似的计算得到用于第二对电极的以下等式：

k_S＝k₂＝tanh[π*2(4*2)]tanh[π(2+2*1)(4*2)]＝0.715

因为k₁＝k_s，因此对于第一对电极有下列结果：

tanh[π*0.5/(4*2)]＝0.715*tanh[π(0.5+2*l₁)/(4*2)]

通过将等式的两端输入到电子表格中并且增加l₁，当l₁≈0.105时，得出电流I是相等的。

改变两个参数以使得每个实验电极对的曲线在所选择的阈值厚度处相交，这可以满足某些阈值厚度，但是对于其它阈值厚度值却难以实现或者甚至不可能实现。

本发明优选的实现(它是较容易实现)在于改变至少三个参数。因此，通过首先改变两个参数(例如，宽度l和间距s)，获得两条曲线，这两条曲线表现出完全不同的外观，表示了第一电极对先于第二电极对显示出渐进特性。此后，调整第三参数(例如，通过增加间隔最大的电极对的长度或者该电极对的接线端电压，或者实际通过减少间隔较小的电极对的长度或者其接线端处的电压)，使得曲线在所选择的阈值厚度处精确地相交。这种实现使得可避免两对电极的尺寸差别太大，因为这不是一直与使用的技术和/或预计的应用兼容。这使得可提高总的检测准确度。图6中示出了一个例子。

如上面解释，用于检测阈值厚度的本发明的方法是建立在随着层的厚度改变I₁/I₂的比率的基础上，因而(如果施加的电压是相同的)建立在改变的两个电阻R₂/R₁的比率的基础上。以严格地等同的方式，同样可测量I₁-I₂或者R₂-R₁的差。

对于这样的间距和/或宽度和/或长度和/或电压范围获得最好的结果，即，在该范围内，在第一对电极之间流动的电流(当达到阈值厚度e_s时)位于曲线C5的渐进域，而在第二对电极之间流动的电流(当达到阈值厚度e_s时)位于曲线C6的大体上线性域。然而，当每个电极对中的间距等于宽度时(图5、图5a和图5b)，不是必须在阈值厚度的任何一侧选择s＝l，即使该选择是优选的。

通常来说，选择电极对的尺寸相对地远离是合适的，以便获得表示两个电流的曲线(更准确地，是曲线的切线)之间的“角度”足够大，以获得准确的相交。

在图6说明的实现中，本发明的方法包括根据将检测的阈值厚度和电极的宽度和间距调整电极的长度。

将检测的阈值厚度e_s是电阻性碳烟微粒的250μm。第一实验电极对具有125μm的电极宽度101和同样等于125μm的电极间距102。第二实验电极对具有250μm的电极宽度201和同样等于750μm的电极间距202。

在这个例子中，两条曲线C5和C6表示用于确定第二对电极200的尺寸的实验结果。这个确定尺寸的步骤是对绝缘支座上的两个实验电极对执行。将全部电极的厚度设置为10μm，并将其长度设置为1000μm。这些曲线也可通过使用上面描述的等式[1]到等式[6]的分析仿真或者通过使用有限元的数值仿真来获得。

在绝缘支座上放置了电极后，在连续的层中沉积电阻材料，并在每个电极对的接线端测量作为总沉积材料厚度的函数的电流(从而测量电阻)，直到预定的最大总厚度e_max(图1)，预定的最大总厚度e_max大于将检测的阈值厚度。

另一个解决方案在于通过电阻材料的连续沉积、或者通过用于小厚度的丝网印刷、或者通过用于更大厚度的所谓的“Dr.Blade”方法，制造具有850μm的最大总厚度e_max的电阻层。在每次沉积之后，在850℃执行烘焙。然后在使用砂轮的步骤中将具有850μm厚度的最终的电阻层变薄，并在每个变薄操作之后测量两个电阻R₁和R₂。

这个确定尺寸的步骤因而在于根据电阻层的厚度改变I₁/I₂的比率或者R₂/R₁的比率。当层的厚度达到将检测的250μm的阈值e_s时，这个比率经过值2.83。

本发明的确定尺寸的方法则在于将第二对电极200的电极的长度乘以在阈值厚度e_s处确定的2.83这个因子，或者以等同的方式，在于将第一对电极100的电极的长度除以上述因子。将图6中的曲线C6的纵坐标乘以这个因子得到曲线C7。曲线C7(对应于具有2830μm长度的、更宽的并且相距更远的电极)和曲线C5(对应于1000μm长度的、距离更近的电极)于是在大体上e_s＝250μm的横坐标点相交。当纯电阻材料的厚度达到阈值e_s(在这个例子中是250μm)时，以这种方式确定尺寸的电极对100和电极对200之间的电流的比率I₁/I₂或者电阻的比率R₂/R₁等于1。可供选择的方案将是测量I₁-I₂或者R₂-R₁的差的变化，当纯电阻材料的厚度达到阈值e_s(在这个例子中是250μm)时，这个差是零。与仅调整宽度和间距从而使得在阈值e_s处比率I₁/I₂等于1的实现相比较，这个实现优化了阈值厚度e_s周围的传感器的响应的准确度。

图5对于根据将要检测的阈值厚度确定电极对的尺寸是有用的。

可以看出，在图5中，当比率(s＝l)/e具有较小的值时，在较小的厚度处显示出渐进行为。优选地，将第一电极对的间距选择为比阈值厚度至少小5倍(例如，在横坐标5u.a处曲线s＝l＝1u.a)。可以以如此方式选择第二电极对，使得第二电极对在5u.a处尽可能远离渐进区域。曲线s＝l＝10u.a看起来是对于避免与第一电极对相比过度地增加第二电极对的宽度和间距的良好的折中。这个选择得到了图5a中示出的尺寸，以便电流在e_s＝250μm处相交，即，对于较小的电极，s＝l＝50μm且L＝1u.a′(u.a′是用于电极长度的单位长度，其不必需等于用于其它尺寸的单位长度u.a，即，电极的宽度、间距和层的厚度)，并且对于较大的电极，s＝l＝500μm且L＝2.19u.a′。图5b示出了将较小电极的e_s选择为大于5s不是绝对地必不可少的，因为选择e_s＝2s仍然能得到电流相交的可接受的准确度(图5b)，选择e_s大于5s的优势在于使得可使用125μm的技术而不是50μm的技术，50μm的技术实现上更难并且昂贵。

较靠近的和/或较窄的电极的尺寸可由技术约束先验地确定。因此，为了增加渐进特性，没有必要考虑电极的宽度小于电极的间距。然后，合适的是，选择技术可能制造的最小的间距值和最小宽度值，并且优选地使更靠近的电极具有s/l＝1的比率。

对于相距较远的电极，通过减少比率s/l(图2)并且从而通过增加电极的宽度(对于固定间距)，可以进一步增加渐进特性相对于阈值厚度希望的迟滞。然而，因为与电极间距相比电极宽度对渐进特性的迟滞具有更小的影响，这个选择不是必然地非常有优势的，因为这意味着增加使用的金属的量和制造更庞大的设备。

为了同样的原因，因此可以发现更有优势的是不试图延迟相对于阈值厚度的渐进特性，而是减少相距最远的电极的宽度，找到对电流相交的精确度的相应损失的折中。

总之，确定检测器设备尺寸的方法的例子包括下列步骤，该检测器设备用于检测在设备的电极上沉积的纯电阻材料层3中的阈值厚度e_s：

α)在第一和第二实验电极对100、200上沉积选择的阈值厚度e_s的纯电阻材料，第一和第二实验电极对100、200连接到电压U的源2，并且在从电极的宽度和间距中选择的第一参数上不同；

β)对于每个实验电极对，测量所选择的阈值厚度e_s处的电流或者电阻，并且计算每对电极之间的电流I₁、I₂的比率I₁/I₂或者电阻R₂、R₁的比率R₂/R₁；和

γ)制造具有两个电极对的传感器，这两个电极对通过与实验电极相同的第一参数并通过从长度和向电极施加的电压中选择的至少一个第二参数相差异，第二参数在比率上不同，该比率等于在实验电极对之间、在前面的步骤β)中在阈值厚度e_s处测量的电流的比率I₁/I₂或者电阻的比率R₂/R₁。

在这种确定尺寸的方法的第一变体中：

·在执行步骤α)期间，第一和第二实验电极对100和200具有各自的第一和第二宽度101、201，但是具有相同的长度、间距和施加的电压；和

·在执行步骤γ)期间，制造包括两个电极对的传感器，这两个电极对分别具有与实验电极的第一和第二宽度相同的第一和第二宽度101、201，并具有相同的间距，并且在两个电极对中，第二和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的长度L₃和L₁之间的比率L₃/L₁，或者在使用中向第二和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的接线端施加的电压U、U₂₀₀和U₁₀₀之间的比率U₂₀₀/U和U/U₁₀₀等于在实验电极对之间、在前面的步骤β)中在所选择的阈值厚度e_s处测量的电流的比率I₁/I₂或者电阻的比率R₂/R₁。

因此这个第一变体使得能够制造具有两个电极对的检测器设备，这两个电极对分别具有与实验电极对的宽度相同的第一和第二宽度101和201，并具有相同的间距。在这个设备中，第二和第一对电极200和100的电极200a、200b、100a和100b的长度L₃和L₁之间的比率L₃/L₁，或者向第二和第一对电极200和100的电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在实验电极对之间、在前面的确定尺寸的方法的步骤β)中在所选择的阈值厚度e_s处的所测量的电流的比率I₁/I₂或者所测量的电阻的比率R₂/R₁。

根据确定尺寸的方法的第二变体：

·在执行步骤α)期间，第一和第二实验电极对100、200具有各自的第一和第二间距101、201，但是具有相同的长度、宽度和施加的电压；和

·在执行步骤γ)期间，制造包括两个电极对的传感器，这两个电极对分别具有与实验电极相同的第一和第二间距102、202，并具有相同的宽度，并且在两个电极对中，第二和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的长度L₃和L₁之间的比率L₃/L₁，或者在使用中向第二和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的接线端施加的电压U、U₂₀₀和U₁₀₀之间的比率U₂₀₀/U和U/U₁₀₀等于在实验电极对之间、在前面的步骤β)中、在所选择的阈值厚度e_s处测量的电流的比率I₁/I₂或者电阻的比率R₂/R₁。

因此这个第二变体使得能够制造具有两对电极的检测器设备，这两对电极分别具有与实验电极的间距相同的第一和第二间距101、201，并具有相同的宽度。在这个设备中，第二对和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的长度L₃和L₁之间的比率L₃/L₁，或者向第二对和第一对电极200、100的电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在实验电极对之间、在前面的确定尺寸的方法的步骤β)中、在阈值厚度e_s处的所测量的电流的比率I₁/I₂或者所测量的电阻的比率R₂/R₁。

在方法的第三变体中：

·在执行步骤α)期间，第一和第二实验电极对100和200通过电极的宽度和间距相差异，电极具有相同的长度和被施加的电压U；和

·在执行步骤γ)期间，制造包括两对电极的传感器，这两对电极具有与实验电极相同的宽度和间距，并且在两对电极中，第二对和第一对电极200和100的电极200a、200b、100a和100b的长度L₃和L₁之间的比率L₃/L₁，或者在使用中向第二对和第一对电极200和100的电极200a、200b、100a和100b的接线端施加的电压U、U₂₀₀和U₁₀₀之间的比率U₂₀₀/U和U/U₁₀₀等于在实验电极对之间、在前面的步骤β)中在所选择的阈值厚度e_s处测量的电流的比率I₁/I₂或者电阻的比率R₂/R₁。

因此这个第三变体使得能够制造具有两对电极的检测器设备，这两对电极具有与实验电极相同的宽度和间距。在这个设备中，第二对和第一对电极200和100的电极200a、200b、100a和100b的长度L₃和L₁之间的比率L₃/L₁，或者向第二对和第一对电极200和100的电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在实验电极对之间、在前面的确定尺寸的方法的步骤β)中在阈值厚度e_s处测量的电流的比率I₁/I₂或者电阻的比率R₂/R₁。

在描述的多个实施方式中，可以将第一电极对的宽度101选择为位于100纳米(nm)到1厘米(cm)的范围内，并且优选地位于10微米(μm)到1毫米(mm)的范围内，典型地位于30μm到250μm的范围内。可以将第二电极对的电极的宽度选择为位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50μm到5mm的范围内，典型地位于250μm到1mm的范围内。

更一般地，可以将第一电极对的宽度101选择为小于或等于e_s/2，优选地位于e_s/10到e_s/4的范围内。

优选地，第一对电极的宽度和第二对电极的宽度之间的比率可以位于1∶1000到10∶1的范围内，优选地位于1∶100到1∶1的范围内，典型地位于1∶10到1∶2的范围内。

此外，将第一对电极的间距选择为位于100nm到1cm的范围内，优选地位于10μm到1mm的范围内，典型地位于30μm到250μm的范围内，并且第二对电极的间距位于500nm到5cm的范围内，并且优选地位于50μm到5mm的范围内，典型地位于250μm到1mm的范围内。

优选地，第一和第二间距之间的比率位于1∶1000到1∶1的范围内，优选地位于1∶100到1∶2的范围内，典型地位于1∶10到1∶3的范围内。

电极材料也对测量电阻率的准确度有影响。因而，当利用空气是腐蚀性时，例如在使用中的排气消声器中应用的空气，电极优选地由掺杂硅、铂、金、银-钯合金或者金属氧化物构成。如果空气允许，使用的材料也可以是铝、铜和锡等。因此电极可以由许多材料制成，只要材料的电阻率相对于将测量的厚度层的电阻率保持为可忽略的。确保电极的电阻相对于将测量的厚度层的电阻是可忽略的同样是合适的。

通过使用更准确的用于制造传感器的方法，例如，用于在绝缘支座上沉积电极，可更准确地进行测量。

例如，丝网印刷允许确定尺寸的准确度仅在误差为5％到10％的范围内，特别是对于更短更靠近的电极。因此，通过在氧化铝基片上光刻地沉积电极，可以获得更好的准确度。

图7和图8中示出的有优势的解决方案在于沉积预定长度大于所希望长度(在示出的例子中：大于1000μm)的第一电极对100，于是在于沉积预定长度大于先前确定的长度(即，大于2830μm)的第二对电极200。然后沉积绝缘材料的罩(mask)305、405和450，以使电阻材料层仅与第一电极对中的电极的长度L₁和第二电极对的电极的长度L₃接触，长度L₁等于所希望的长度(这里是1000μm)，长度L₃等于在确定尺寸的阶段期间确定的长度(这里是2830μm)，即，等于L₂(1000μm的第二实验电极对的长度)乘以在阈值厚度处的实验电极的比率I₁/I₂或者R₂/R₁的值。

通过使测量区域与连接区域分开，罩还使得可能简化具有预定义的长度的电极的制造。罩层应当由电绝缘层制造，该电绝缘层相对于电极、碳烟和废气在至少高达用于再生微粒过滤器的温度(即，大约800℃)下都是化学惰性的。

可以根据应用确定电极的尺寸。对于这样的厚度范围获得最佳的准确度，在该范围中，根据层的厚度变化的小电极对的电导位于曲线的渐进范围内(图6中的曲线C5的右手侧部分)，而大电极对的电导位于伪线性范围内(图6中的曲线C6的左手侧部分)。

为此，可能认为小电极应当尽可能靠近，大电极应该尽可能远离。然而，如果在两对电极的电极间距之间的比率太大，那么，在阈值e_s处获得电阻或者电流曲线之间相交需要的大电极长度将过大(在将长度调整成合适的比率的实施方式中)。除了尺寸的缺点之外，还将具有丧失准确度的风险。

本发明的另一个实现在于将在第二电极对200的接线端处的电压U乘以(或者以等同的方式将第一电极对100的接线端的电压除以)阈值厚度处实验电极的比率I₁/I₂的值，实验电极通过例如电极间距或者电极宽度的至少一个参数相异。

换句话说，在确定尺寸的阶段，向两个电极对100和200的接线端施加相同的电压U。但是在这个电极中，不是对电极的长度进行乘(或者除)，而是对电压进行乘(或者除)。因而，本发明的测量方法在于向第一电极对100的接线端施加电压U和向第二电极对的接线端施加电压U₂₀₀，其中，U₂₀₀等于U乘以阈值厚度处实验电极的比率I₁/I₂的值，或者在于向第二电极对200的接线端施加电压U和向第一电极对的接线端施加电压U₁₀₀，其中，U₁₀₀等于U除以在阈值厚度处实验电极的比率I₁/I₂的值。

另一个可能性在于，考虑到其更容易实现，通过向大电极对(第二电极对)施加更高的电压使电流在阈值厚度处相交，如果在最终的设备中两对电极被施加有相同的电压，这些“实验”电压的比率则确定所述第二电极对的长度的比率。可替换地，减少第一电极对接线端处的电压，“实验”电压的比率则确定第一电极对的长度减少的程度，例如，使用罩(如上面描述)。

图9到图12示出了电极对的多种外形和布置。如图9中所示，两个电极对可以是矩形的。为了解决由于两个电极对之间较大的长度差别而引起的问题，可设想第一对电极是矩形的并且第二对电极是互相交叉的(图10)。对于高度电阻性的层，可设想使用两对互相交叉的电极(图11)。还可以设想使用三个电极的设计(图12)，只要中间电极具有与在确定尺寸的阶段计算的长度或者宽度相同的长度和/或宽度。

图8到图12中示出的传感器还包括绝缘材料的罩450。在连接器之间沉积的碳烟不允许将在电极之间沉积的碳烟明显短路。上述的绝缘层用来对与电测量电路的全部线连接提供这种保护。这些连接器必须与碳烟电绝缘，或者必须相对于电极之间的间距间隔足够远。

没有绝缘罩操作的一种解决方案(如关于图8到图12描述的，然而服从电极的预定义的外形)将通过穿过电极下方的氧化铝的通孔经过支座的其它面提供连接。

除了使得电极能被制造为具有所希望的操作尺寸以外，使用通孔的解决方案还使得可与氧化铝基片的背面进行连接。因此可简化将连接器绝缘和隔开的问题。还可以设计具有带通孔的多层氧化铝基片的解决方案，作为解决连接器的隔绝问题的方法。

上述测量方法和检测其设备适用于检测包括微粒过滤器(PF)的排气消声器中的碳烟微粒层何时沉积达到阈值厚度，用于监控PF和控制PF的再生。为了这个目的，将当第一和第二电阻或者电流相等时产生的信号用来触发微粒过滤器的再生。为了这个目的，将本发明的至少一个检测器设备设置于微粒过滤器的上游，以便实现本发明的测量方法。这种布置因而用来确定在微粒过滤器上何时形成阈值量的碳烟。

在大约800℃处执行的再生不足以消除位于在本发明的检测器设备的传感器上的所有碳烟沉积。

为了清洁传感器并且完全消除位于电极上的碳烟沉积，将加热器电阻500沉积在介质上，以便确保电阻材料的沉积物的完全燃烧。

加热器电阻优选地由铂制成，但是对于电极，可以设想其它传导材料。加热器电阻500的布置必需确保温度在覆盖电极的碳烟沉积物上尽可能均匀地分布(图9到图12)。微分电路的使用假设在覆盖电极的表面上沉积物在所有位置处具有相同的电阻率，因而假设两个电极对的温度是相同的。

可以将加热器电阻放置在介质上与电极相同的一侧、围绕电极(图9到图12)，或者防止在介质的另一面、在电极的下方。用于沉积加热器电阻的技术与描述的用于沉积电极的技术相同。

需要将支座选择为使得：

·其承受汽车排气的极端困难的条件，尤其是温度上的巨大变化(100℃到900℃)和废气的腐蚀特性；和

·其在PF再生过程中，必须电力地和机械地与沉积电极和加热器电阻兼容，用于确保传感器上碳烟的燃烧。

传统地用于在混合微电子器件中沉积厚层或者薄层的、由96％到99.9％的铝制成的平面衬底看起来相当合适。然而，可设想使用其它绝缘衬底，例如，陶瓷、玻璃、氧化硅、氧化镁、氧化锆、氮化铝、氮化硅、氮化硼等。支座可以由电绝缘体构成，或者由在电绝缘体上涂覆的导体或者半导体构成。其可以由在电绝缘体、氧化锆、金刚砂等上涂覆的金属构成。对于不像排气消声器中那么热和那么腐蚀性的条件下的应用，支座还可以由塑料材料或者单晶硅制成。

支座的外形优选地是平面的，但是，可以根据使用对支座进行调整，例如，为了在排气消声器中使用，支座可以是曲线形的或者圆柱形的，或者事实上支座可以是手套手指形的。

适合于在汽车排气中使用的上面描述的传感器也可以用于锅炉，特别是燃油锅炉中，或者烟囱中。优势在于优化清洁锅炉或者打扫烟囱的频率。

可以测量的最小厚度具有与更细的电极的宽度相同的数量级。使用硅技术，因此可设想测量从0.1μm开始的层厚度。在某些应用中，有利地，可替换石英天平，用于当发生沉积时在原处监控厚度。

在本发明中描述的测量方法和差分电阻传感器使得能够独立于纯电阻材料的电阻率，检测纯电阻材料的阈值厚度。该测量方法和传感器适用于确定具有有限电阻率的任何纯电阻材料的厚度。因而，该传感器适用于在大的电阻率范围内测量给定的阈值厚度，而不需要根据材料的电阻率和/或沉积和测量发生的条件(流量、温度和废气的压力)进行再校准。

本发明的测量方法和检测器设备特别地适和于确定微粒沉积物特别是碳烟微粒沉积物的阈值厚度，该碳烟微粒的沉积物依赖于碳烟的成分(特别地碳烟的碳氢化合物的成分)和沉积温度(影响沉积物的成分和沉积物的电阻率的引擎的温度和废气的温度)具有位于10⁺⁴欧姆厘米(Ω.cm)到10⁺⁸欧姆厘米的范围内的电阻率。

此外，用在汽车废气中尝试和测试的材料制造的传感器的低制造成本、传感器尺寸与消声器尺寸的兼容性、在如此不利的条件下传感器操作的简单性和可靠性，所有这些都意味着该传感器完全适合于满足汽车制造商的要求。

可以提供多个变形和供选方案，而不超出本发明的范围，并且特别地：

·可以缩短第一电极对的电极100a和100b的长度L₁，而不是伸长大电极对的电极。这种缩短可以通过沉积额外的绝缘罩获得；和

·本发明的至少一个检测器设备还可以位于微粒过滤器的下游。

本发明还直接地应用于测量电阻率的方法。

一旦材料的厚度大于共面电极之间的间距的10倍，在有限厚度的介质中在图5中获得的渐进电流则几乎等于在半无限介质中的电流。当电极的宽度与电极的间距相同时(s/l＝1)，那么渐进电流等于0.78倍的单位长度电流，单位长度电流将对于夹在具有与共面电极相同的宽度和相同的间距的两个平行电极之间的相同电阻材料而测量。

此外，如果共面电极的长度L与共面电极的宽度和间距相比较相对地长(L大于s＝l大约10倍)，那么一旦层的长度(垂直于图的平面)大于电极的长度，电流相对地对层的长度就相对不敏感。

因此，只要与电阻材料接触的位置处的厚度大于电极的宽度至少5到10倍，那么，通过将具有两个共面电极的设备按压在任意形状的电阻材料上，或者通过将间距等于宽度并且长度等于宽度的大约10倍的两个共面电极放置在任意形状的电阻材料上，并且当测量电极之间的电阻时施加电压，可以直接获得所述材料的电阻率。

实现设备(忽略在材料上共面电极的直接沉积)可以由如图13所示配备有一对电极的测量头构成。示例性地，对于具有500μm宽度和间距的电极，长度大约是5mm，由此测量头具有相对小的尺寸。但是，可能根据希望增加或减少这些尺寸。

两个电极之间的电阻测量然后如下直接地提供了材料的电阻率：

ρ＝0.78*R*L

其中，ρ是电阻率，以欧姆厘米(Ω.cm)表达，R是用欧姆(Ω)表达的在电极之间测量的层的电阻，并且L是电极的长度，以厘米(cm)表达。

因子0.78是图5的渐进因子。

如果材料的厚度是电极宽度的至少10倍，测量准确度则优于1％；如果所述的厚度是电极宽度的至少5倍，测量准确度则优于3％。

准确的测量需要电极和材料之间具有良好的接触。

Claims (25)

1.一种测量在传感器上沉积的纯电阻材料层(3)的阈值厚度(e_s)的方法，所述传感器包括至少三个电极(100a、100b、200a和200b)用于定义至少两个电极对(100、200)，所述至少两个电极对在支座(1)上以相邻的方式布置的并且由在所述电极之间产生电流的电压(U、U₁₀₀和U₂₀₀)供电，所述电极对通过从所述电极的宽度、间距和长度以及向每对电极施加的电压中选择的至少一个第一参数相异，所述方法的特征在于，调整所述参数的至少一个第二参数，以便当达到所述阈值厚度(e_s)时，所述第一对(100)中的电极(100a、100b)之间的第一电阻(R₁)或者第一电流(I₁)和所述第二对(200)中的电极(200a、200b)之间的第二电阻(R₂)或者第二电流(I₂)是相等的。

2.一种根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述电极对通过从每对电极的所述宽度和所述间距中选择的至少一个第一参数而相异，并且调整从所述间距、所述宽度、所述长度和向所述电极施加的所述电压中选择的至少一个第二参数，使得当达到所述阈值厚度(e_s)时，所述第一对(100)中的电极(100a、100b)之间的第一电阻(R₁)或者第一电流(I₁)和所述第二对(200)中的电极(200a、200b)之间的第二电阻(R₂)或者第二电流(I₂)是相等的。

3.一种根据权利要求1或者权利要求2所述的测量方法，其中，所述第一电极对(100)的宽度(101)和/或间距(102)使得当所述厚度增加时，所述第一对的电极(100a、100b)之间的电流相对于所述层(3)的厚度的导数趋于零，并且所述第二电极对(200)的宽度(201)和/或间距(202)使得当达到所述阈值厚度(e_s)时，所述第二对的电极(200a、200b)之间的电流随着所述层的厚度大体上线性地增加，所述方法进一步包括如下步骤：

a)向电极对(100、200)施加各自定义的电压(U、U₁₀₀和U₂₀₀)；

b)测量所述第一对(100)的电极(100a、100b)之间的第一电阻(R₁)或者第一电流(I₁)；

c)测量所述第二对(200)的电极(200a、200b)之间的第二电阻(R₂)或者第二电流(I₂)；

d)比较所述第二和第一电阻或者所述第一和第二电流；和

e)当所述电阻或所述电流相等时产生信号，调整所述电极的所述宽度(101、201)和/或所述长度(L₁、L₂和L₃)和/或所施加的电压(U、U₁₀₀和U₂₀₀)和/或所述间距(102、202)，以便当达到所述阈值厚度(e_s)时，获得所述相等。

4.一种根据权利要求1到权利要求3的任何一项所述的方法，其中，所述第一对(100)的电极(100a、100b)的宽度(101)位于100nm到1cm的范围内，优选地位于10μm到1mm的范围内，典型地位于30μm到250μm的范围内，并且所述第二对(200)的电极(200a、200b)的宽度(201)位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50μm到5mm的范围内，典型地位于250μm到1mm的范围内。

5.一种根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一对的电极的宽度(101)和所述第二对的电极的宽度(201)之间的比率位于1∶1000到10∶1的范围内，优选地位于1∶100到1∶1的范围内，典型地位于1∶10到1∶2的范围内。

6.一种根据权利要求1到权利要求3的任何一项所述的方法，其中，所述第一对的电极的间距(102)位于100nm到1cm的范围内，优选地位于10μm到1mm的范围内，典型地位于30μm到250μm的范围内，并且所述第二对的电极的间距(202)位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50μm到5mm的范围内，典型地位于250μm到1mm的范围内。

7.一种根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一和第二间距(102、202)之间的比率位于1∶1000到1∶1的范围内，优选地位于1∶100到1∶2的范围内，典型地位于1∶10到1∶3的范围内。

8.一种根据权利要求1到权利要求7的任何一项所述的方法，其中，所述第二对(200)的电极(200a、200b)的长度(L₃)与所述第一对的电极(100a、100b)的长度(L₁)不同。

9.一种根据权利要求1到权利要求7的任何一项所述的方法，其中，向所述第二对(200)的电极(200a。200b)施加的电压(U₂₀₀)与向所述第一对的电极(100a、100b)施加的电压(U₁₀₀)不同。

10.一种根据权利要求1到权利要求9的任何一项所述的方法，进一步包括通过在所述支座(1)上布置的加热器电阻(500)以确保电阻材料的沉积物充分燃烧的方式清洁所述传感器的步骤。

11.一种确定检测器设备尺寸的方法，其用于实现根据权利要求1到权利要求10的任何一项所述的方法，所述检测器设备用于检测在所述设备的电极上沉积的纯电阻材料层(3)的阈值厚度(e_s)，所述确定检测器设备尺寸的方法的特征在于包括下面步骤：

α)在第一和第二实验电极对(100、200)上沉积选择的阈值厚度(e_s)的纯电阻材料，所述第一和第二实验电极对(100、200)连接到电压(U)的源(2)，并且在从电极的宽度和间距中选择的第一参数上不同；

β)对于每个实验电极对测量在所选择的阈值厚度(e_s)处的电流或者电阻，并且计算每对电极之间的电流(I₁、I₂)的比率(I₁/I₂)或者电阻(R₂、R₁)的比率(R₂/R₁)；和

γ)制造具有两个电极对的传感器，所述两个电极对通过与所述实验电极相同的第一参数以及从所述长度和向所述电极施加的电压中选择的至少一个第二参数而相异，所述第二参数在比率方面不同，所述比率等于在所述实验电极对之间、在前面的步骤β)中在阈值厚度(e_s)处测量的所述电流的比率(I₁/I₂)或者所述电阻的比率(R₂/R₁)。

12.一种根据权利要求11所述的确定尺寸的方法，其中：

·在执行步骤α)期间，所述第一和第二实验电极对(100、200)具有各自的第一和第二宽度(101、201)，但是具有相同的长度、间距和施加的电压；和

·在执行步骤γ)期间，制造包括两个电极对的传感器，所述两个电极对分别具有与所述实验电极的第一和第二宽度相同的第一和第二宽度(101、201)，并具有相同的间距，在所述两个电极对中，所述第二和第一对(200、100)中的电极(200a、200b、100a和100b)的长度(L₃、L₁)之间的比率(L₃/L₁)或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的接线端施加的电压(U、U₂₀₀和U₁₀₀)之间的比率(U₂₀₀/U、U/U₁₀₀)等于在所述实验电极对之间、在前面的步骤β)中在所选择的阈值厚度(e_s)处测量的所述电流的比率(I₁/I₂)或者所述电阻的比率(R₂/R₁)。

13.一种根据权利要求11所述的确定尺寸的方法，其中：

·在执行步骤α)期间，所述第一和第二实验电极对(100、200)具有各自的第一和第二间距(101、201)，但是具有相同的长度、宽度和施加的电压；和

·在执行步骤γ)期间，制造包括两个电极对的传感器，所述两个电极对分别具有与所述实验电极相同的第一和第二间距(102、202)，并具有相同的宽度，在所述两个电极对中，所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的长度(L₃、L₁)之间的比率(L₃/L₁)或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的接线端施加的电压(U、U₂₀₀和U₁₀₀)之间的比率(U₂₀₀/U、U/U₁₀₀)等于在所述实验电极对之间、在前面的步骤β)中在所选择的阈值厚度(e_s)处测量的所述电流的比率(I₁/I₂)或者所述电阻的比率(R₂/R₁)。

14.一种根据权利要求11所述的确定尺寸的方法，其中：

·在执行步骤α)期间，所述第一和第二实验电极对(100、200)通过所述电极的宽度和间距相异，所述电极具有相同的长度和施加的电压(U)；和

·在执行步骤γ)期间，制造包括两对电极的传感器，所述两对电极具有与所述实验电极相同的宽度和间距，并且在所述两对电极中，所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的长度(L₃、L₁)之间的比率(L₃/L₁)或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的接线端施加的电压(U、U₂₀₀和U₁₀₀)之间的比率(U₂₀₀/U、U/U₁₀₀)等于在所述实验电极对之间、在前面的步骤β)中在所选择的阈值厚度(e_s)处测量的所述电流的比率(I₁/I₂)或者所述电阻的比率(R₂/R₁)。

15.一种检测器设备，用于通过实现根据权利要求1到权利要求10的任何一项的所述测量方法检测纯电阻材料层(3)的阈值厚度(e_s)，所述设备包括传感器(10)、电压源(2)和测量装置(103、203)，所述传感器配备有用于定义在支座(1)上以相邻的方式布置的至少两个电极对(100、200)的至少三个电极(100a、100b、200a和200b)，所述电压源连接到所述电极(100a、100b、200a和200b)并且被调整为在每个电极对之间传递电压，所述测量装置(103、203)用于测量所述电极对之间的电阻(R₁、R₂)或者电流，所述设备的特征在于，所述设备进一步包括用于将所述电阻或者所述电流相互比较的装置和用于当所测量的电阻或者所测量的电流相等时生成信号的装置，所述设备的特征还在于，所述电极对通过从所述电极的宽度和间距中选择的至少一个第一参数以及从间距、宽度、长度和应用于所述电极的电压源的设置中选择的至少一个第二参数相异，所述第二参数使得在使用中，当已经在所述电极上沉积了将要检测的所述阈值厚度(e_s)时，获得相等的电阻或者电流。

16.一种根据权利要求15所述的的检测器设备，其中，所述第一对(100)的电极(100a、100b)的宽度(101)和/或第一间距(102)是使得在使用中，随着所述厚度的增加，所述第一对的电极(100a、100b)之间的电流相对于所述层(3)的厚度的导数趋于零，并且所述第二电极对(200)的宽度(201)和/或第二间距(202)使得在使用中，当达到所述阈值厚度(e_s)时，所述第二对的电极(200a、200b)之间的电流随着所述层的厚度大体上线性地增加，所述电极的宽度和/或长度和/或间距、和/或所述电压源的设置使得当达到所述阈值厚度(e_s)时，获得相等的电阻或者电流。

17.一种根据权利要求15或者权利要求16所述的检测器设备，其中，在所述电极上安置绝缘材料制成的罩(305、405和450)，以便仅留下确定长度的电极与所述电阻材料层电接触。

18.一种根据权利要求15到权利要求17的任何一项所述的检测器设备，其中，所述电极以平行的、相互交叉的或其组合的方式安置。

19.一种根据权利要求15的、通过根据权利要求12所述的确定尺寸的方法可获得的检测器设备，所述设备具有两对电极，所述两对电极分别具有与所述实验电极相同的第一和第二宽度(101、201)，并具有相同的间距，其中，所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的长度(L₃、L₁)之间的比率(L₃/L₁)或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的接线端施加的电压(U、U₂₀₀和U₁₀₀)之间的比率(U₂₀₀/U、U/U₁₀₀)等于在所述实验电极对之间、在根据权利要求12所述的确定尺寸方法的步骤β)中在所选择的阈值厚度(e_s)处测量的所述电流的比率(I₁/I₂)或者所述电阻的比率(R₂/R₁)。

20.一种根据权利要求15的、通过根据权利要求13所述的确定尺寸的方法可获得的检测器设备，所述设备具有两个电极对，所述两个电极对分别具有与所述实验电极相同的第一和第二间距(102、202)，并具有相同的宽度，其中，所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的长度(L₃、L₁)之间的比率(L₃/L₁)或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的接线端施加的电压(U、U₂₀₀和U₁₀₀)之间的比率(U₂₀₀/U、U/U₁₀₀)等于在所述实验电极对之间、在根据权利要求13所述的确定尺寸方法的步骤β)中在所选择的阈值厚度(e_s)处测量的所述电流的比率(I₁/I₂)或者所述电阻的比率(R₂/R₁)。

21.一种根据权利要求18的、通过根据权利要求14所述的确定尺寸的方法可获得的检测器设备，所述设备具有两个电极对，所述两个电极对具有与所述实验电极相同的宽度和间距，并且，所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的长度(L₃、L₁)之间的比率(L₃/L₁)或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的接线端施加的电压(U、U₂₀₀和U₁₀₀)之间的比率(U₂₀₀/U、U/U₁₀₀)等于在所述实验电极对之间、在根据权利要求14所述的确定尺寸方法的步骤β)中在所选择的阈值厚度(e_s)处测量的所述电流的比率(I₁/I₂)或者所述电阻的比率(R₂/R₁)。

22.根据权利要求1到权利要求10的任何一项所述的测量方法在用于检测排气消声器中碳烟层的阈值厚度的沉积中的使用。

23.根据权利要求3到权利要求10的任何一项所述的测量方法在用于检测排气消声器中碳烟层的阈值厚度的沉积中的使用，在所述方法中，当所述第一和第二电阻或者电流相等时，在步骤e)中生成的信号触发微粒过滤器再生的步骤。

24.一种具有微粒过滤器的排气消声器，所述微粒过滤器包括至少一个根据权利要求15到权利要求21的任何一项所述的检测器设备，所述检测器设备位于所述微粒过滤器的上游，以便实现根据权利要求1到权利要求10的任何一项所述的测量方法。

25.一种根据前面的权利要求所述的排气消声器，进一步包括至少一个位于所述微粒过滤器的下游的、根据权利要求15到权利要求21的任何一项所述的检测器设备。

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