CN107850566A - 用于检测介质的至少一个特性的设备以及用于调节设备的信号的方法 - Google Patents

Abstract

提出一种用于检测介质的至少一个特性的设备(110)。所述设备(110)包括：至少一个衬底(112)；至少两个电接通(114)；以及至少一个调节电阻(116)。在此，所述调节电阻(116)沿着连接线(118)彼此电连接所述两个电接通部(114)，使得电流可以平行于所述连接线(118)在所述电接通部(114)之间流动。所述调节电阻(116)以延伸方向(120)横向于所述连接线(118)延伸并且具有宽度B，其中，所述宽度B沿着所述延伸方向(120)变化。

Description

用于检测介质的至少一个特性的设备以及用于调节设备的信 号的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测介质的至少一个特性的设备以及一种用于调节设备的信号的方法。这类设备例如使用在汽车技术中，尤其用于检测至少一个测量参量，例如用于检测流体介质的至少一个特性。在此例如提及传感器设备、尤其陶瓷的传感器设备、例如λ探测器和/或氮氧化物传感器。本发明原则上也可使用在另外的使用范围中。

背景技术

用于检测介质的至少一个特性的已知的设备具有多个技术上的挑战。因此，通常要求使系统电阻匹配于传感器元件，或者通常同义的是，所谓的调节传感器设备，例如用于匹配信号电平或校准。此外，根据可以保证改善调节准确性和过程可靠性的方法存在上升的需求。

因此，一种用于检测介质的至少一个特性的设备和一种用于调节设备的信号的方法是值得期待的，所述设备和方法至少大部分地克服已经设立的设备和方法的所列举的技术挑战。

发明内容

因此，提出一种用于检测介质的至少一个特性的设备，以及提出一种用于调节设备的信号的方法，所述设备和方法备至少进一步避免已知设备和方法的以上提及的问题。

用于检测介质的至少一个特性的设备包括至少一个衬底、至少两个电接通部和至少一个调节电阻。至少两个电接通部和调节电阻可以例如施加到衬底上。所述衬底可以——如以下进一步阐述的那样——例如是陶瓷衬底。

调节电阻使两个电接通部沿着至少一个连接线彼此电连接，使得电流可以平行于连接线在电接通部之间流动。调节电阻在横向于(即以移动0°或180°的角度)、尤其垂直于连接线的延伸方向上延伸并且具有宽度B。宽度B沿着延伸方向变化。延伸方向与连接线之间的角度尤其可以是70°至110°，优选80°至100°，特别优选90°。

“衬底”在本发明的意义上原则上可以理解为具有长形的形状和厚度的任意成型的元件，其中，所述元件在侧向维度中的延展例如以因子5、优选以因子10或优选以因子20超过元件的厚度。

所述衬底例如可以涉及陶瓷衬底。因此，衬底可以具有氧化铝和/或至少一种另外的金属氧化物。衬底尤其可以是电绝缘的衬底，使得通过所述衬底可以实现在电接通部之间没有电流或仅有可忽略的电流。衬底可以刚性地构造，然而也可以是整体的或部分灵活的或可变形的，例如其方式是：衬底整体地或部分地构型为薄膜、例如陶瓷薄膜。

概念“调节电阻”在本发明的意义上原则上表示可以通过外部干预变化的任意的电阻。尤其可以如此设置设备，使得在调节电阻上可以量取或检测至少一个传感器信号，其中，借助调节电阻的变化可以导致信号的变化，使得借助调节电阻的变化可以实现传感器信号的校准和调节。因此，尤其可以通过以下方式实现调节：在准确定义的条件下运行设备，其中，如此长时间地改变调节电阻，直至所述信号相应于相应于所述准确定义的条件的期望信号。原则上也可以考虑其他的调节方法。调节电阻的变化尤其可以通过切割、尤其激光切割实现，如以下进一步阐述的那样，使得激光射束可以优选地触及调节电阻的至少一个表面。

调节电阻可以沿着延伸方向具有至少一个横截面狭窄部。电接通部可以尤其在彼此相对置的侧面上在横截面狭窄部接通调节电阻。横截面狭窄部中的调节电阻的宽度B可以小于横截面狭窄部以外的至少一个区域中的调节电阻的宽度。调节电阻可以在至少一个第一区域中具有宽度B1，并且在至少一个第二区域中具有与B1不同的宽度B2。宽度B1尤其可以相应于横截面狭窄部的宽度B，并且第二区域相应于横截面狭窄部以外的区域。在这种情况下B1可以小于B2。调节电阻的长度尤其可以沿着延伸方向至少以因子1.5、优选以因子2并且特别优选以因子3超过宽度B1。原则上也可考虑其他的构型。

名称“第一”和“第二”区域视为纯描述，而不指明顺序或优先次序，并且例如不排除如下可能性：可以设置多种类型的第一区域和多种类型的第二区域或分别恰好一种类型。此外，可以存在附加的区域，例如一个或多个第三区域。

调节电阻可以在至少一个至横截面狭窄部的过渡处具有边界。所述边界可以对角线式地至连接线走向。替代地或附加地，边界可以以弧线延伸。替代地或附加地，边界可以角形地延伸。调节电阻可以具有从如下组中选择的形状：所述组由如下构成：骨头形状、哑铃形状、具有加宽的末端的柱体形状。也能够实现其他的形状。因此，调节电阻例如可以具有具有窄的内部部分和加宽的末端的骨头形状或哑铃形状，其中，至少两个电接通部例如在彼此相对置的侧面处接通窄的内部部分。

调节电阻尤其可以具有与矩形形状不同的形状。例如，调节电阻的形状关于延伸方向和/或关于平行于延伸方向的或在延伸方向上延伸的对称轴对称、尤其镜像对称。附加地，也可以给定关于垂直于延伸方向延伸的另一对称轴的轴对称。

此外，调节电阻可以具有至少一个露出的表面，所述表面对于激光射束是可触及的。

调节电阻尤其可以是厚膜电阻(Dickschichtwiderstand)。概念“厚膜电阻”原则上表示借助厚膜技术制造的电阻。调节电阻尤其可以通过丝网印刷方法施加。厚膜电阻例如可以完全地或部分地由至少一个能够导电的膏(Paste)制造。尤其可以涉及陶瓷的、导电的膏。尤其可以施加多个不同的导电的膏，所述膏以其电阻值不同。一个或多个能够导电的膏可以首先作为原料施加到衬底上，并且借助烧结过程烧尽。由此，调节电阻尤其可以具有高电阻值、尤其高末端电阻值，根据执行以下进一步描述的用于调节信号的方法，所述调节电阻具有所述电阻值。

此外，调节电阻包括至少一个保护层。概念“保护层”原则上表示任意的如下层：所述层设置用于保护调节电阻免受外部的影响、尤其湿度。可以同样借助印刷层技术(尤其丝网印刷方法)制造保护层。保护层例如可以包括聚合材料。叠装层(Schichtschicht)尤其可以具有密封材料、尤其包含玻璃的密封材料。所述密封材料尤其可以设置用于在调节电阻上形成保护层和/或绝缘层。原则上也可以考虑其他材料。例如，保护层的厚度可以处于2μm至50μm的范围内、优选、5μm至20μm的范围内并且特别优选7μm至13μm的范围内。原则上也可以考虑其他尺寸。

概念“电接通部”在本发明的范畴内原则上表示由能够导电的材料制造并且安装在衬底上的构件。电接通部例如可以由银化合物、优选由银铂或特别优选由银钯制造。也可考虑其他材料。例如，电接通部的厚度可以处于5μm至50μm的范围内、优选、7μm至20μm的范围内以及特别优选、11μm至17μm的范围内。原则上也可以考虑其他尺寸。电接通部例如可以同样通过厚膜技术、尤其通过丝网印刷方法施加在衬底上。原则上也可以考虑使用其他方法。此外，电接通部可以具有衬底平面中的二维的延伸(Lauf)。电接通部尤其可以具有长形的形状。电接通部尤其可以横向于、尤其垂直于连接线走向。例如，两个电接通部可以彼此平行地布置。调节电阻可以至少部分地覆盖电接通部。电接通部尤其可以构造为印制导线。

概念“连接线”在本发明的范畴内原则上表示衬底平面中的虚线，所述虚线使至少两个电接通部彼此连接。至少两个电接通部可以优选以一距离彼此平行地布置。例如，连接线可以在电接通部的如下两个点之间延伸或延伸通过电接通部的如下两个点：所述两个点具有两个电接通部彼此间的最小距离。如果例如在两个电接通部之间的距离或最小距离是d，并且P1是在电接通部中的第一个上的点并且P2是在电接通部中的第二个上的点，并且在P1与P2之间的距离是d，则连接线例如可以延伸通过P1和P2。

概念“延伸方向”在本发明的意义上原则上表示衬底平面上的虚线，所述虚线横向于、尤其垂直于连接线地走向并且所述虚线表征调节电阻的主延伸方向。例如，这可以是如下线：所述线形成调节电阻的长对称轴或调节电阻的纵向延伸轴。

此外，设备可以包括至少一个传感器元件。概念“传感器元件”原则上表示设置用于检测介质的至少一个特性的任意的元件。例如，传感器元件可以是陶瓷的传感器元件。传感器元件尤其可以包括至少一个固体电解质传感器元件。“固体电解质”在本发明的范畴内原则上可以理解为具有电解质的特性——即具有离子导电的特性、例如氧离子导电的特性——的固体。尤其可以涉及陶瓷的固体电解质。例如，固体电解质可以包括二氧化锆、例如钇稳定的二氧化锆或钪稳定的二氧化锆。也可考虑其他的构型。

固体电解质传感器元件可以具有至少一个传感器电池。传感器电池可以具有至少一个第一电极、至少一个第二电极以及至少一个连接第一电极和第二电极的固体电解质。第一和/或第二电极可以由多孔的、导电的材料制造。所述多孔的、导电的材料可以包括至少一种陶瓷金属化合物、尤其、由陶瓷材料构成的复合材料、尤其氧化铝或二氧化锆，所述陶瓷金属化合物具有尤其由铂或钯构成的金属性的阵列(Matrix)。

名称“第一”和“第二”电极可以视为纯的名称，而不指明顺序或优先次序，并且例如不排除如下可能性：可以设置多种类型的第一电极和多种类型的第二电极或分别恰好一种类型。此外，可以在传感器电池中存在附加的电极、例如第一或多个第三电极。

传感器元件可以与电接通部中的至少一个电连接。传感器元件可以例如是λ探测器或氮氧化物传感器。调节电阻尤其可以布置在传感器元件(例如λ探测器或氮氧化物传感器)的至少一个信号线路或引线中，和/或，与所述至少一个信号线路或引线电连接。

原则上，每单位面积的欧姆电阻可以随着调节电阻的下降的厚度而上升。因此替代地或附加地，调节电阻的厚度可以尽可能小地选择。例如，调节电阻的厚度可以处于5μm至50μm的范围内、优选、7μm至20μm的范围内以及特别优选10μm至13μm的范围内。原则上也可以考虑其他尺寸。原则上，由此可以提高调节电阻的电阻值、尤其末端电阻值。此外，调节电阻的每单位面积的欧姆电阻原则上可以取决于调节电阻的挠曲(Durchbiegung)和/或一个或多个导电的膏的选择和/或烧结过程的参数和/或调节电阻的其他尺寸、尤其调节电阻的长度和/或尤其调节电阻的宽度B1和/或调节电阻的宽度B2。

此外，所述设备可以具有至少一个横向于、尤其垂直于连接线地穿过调节电阻的切口(Schnitt)。所述切口可以存在于设备的完成调节的状态中，并且可以在以下描述的调节方法期间制造。概念“切口”在本发明的意义上原则上表示调节电阻的分离和/或分割。所述切口尤其可以具有L形状。然而原则上也可以考虑其他形状。L形状可以包括长边和短边。长边可以平行于连接线地走向。调节电阻可以具有剩余面，所述剩余面在短边与调节电阻的横向侧之间延伸。所述切口可以完全地穿过调节电阻直至衬底。所述切口可以设置用于调节调节电阻的欧姆电阻。原则上，可以通过使用更高计量的电阻膏实现更高的末端电阻值。

此外，提出一种用于调节设备的信号的方法。所述方法可以包括以下描述的方法步骤。所述方法步骤例如可以执行预给定的顺序。然而同样可考虑其他顺序。此外，可以同时或时间上重叠地执行一个或多个方法步骤。此外，可以简单地或重复地执行所述方法步骤中的一个、多个或全部。此外，所述方法还可以包括其他方法步骤。

一种用于调节根据本发明的设备的信号的方法——如根据以上已经实施的或以下描述的实施例中的一个那样——包括下列步骤：

a)提供根据本发明的例如以上描述的或以下还进一步描述的构型中的一个或多个中的设备，；

b)检测电接通部之间的欧姆电阻；

c)执行至少一个穿过调节电阻的切口。

切口的长度和/或几何形状可以如此选择，使得欧姆电阻是预给定的期望值。因此，例如可以检测至少一个测量参量，所述至少一个测量参量取决于调节电阻的欧姆电阻，并且可以如此长时间地通过切口改变(例如扩大)调节电阻，直至测量参量相应于测量参量的期望值，使得欧姆电阻相应于欧姆电阻的期望值。如果设备如以上实施的那样例如包括传感器元件，则例如可以在准确定义的条件下运行所述传感器元件，并且传感器的至少一个测量值可以检测为测量参量并且与期望值比较。然而也可以考虑其他调节方法。

所述切口具有直线，所述直线横向于、尤其垂直于连接线地走向。首先，以预给定的长度执行盲切(Blindschnitt)。概念“盲切”在本发明的意义上原则上表示初始切口，所述初始切口通常在部分步骤中执行并且所述初始切口的长度小于在方法的结束处的真正切口。然而，所述初始切口可以在方法的结束处形成整个切口的一部分。

接下来可以迭代地执行方法步骤b)和c)，直至欧姆电阻是期望值。

尤其可以在使用激光技术的情况下执行步骤c)。步骤c)尤其可以至少部分地包括激光点的逐步的、加时钟的布置。在欧姆电阻已经是期望值以后，可以平行于连接线地进行另一切口。

所提出的设备和所提出的方法相对于已知的设备和方法具有多个优点。原则上，可以提高在相关的调节范围内和在高调节电阻的情况下的过程可靠性和调节准确性。通过调节电阻的形状尤其在过程安全性的情况下可以实现多个优点。在用于调节的相关的电阻范围内、尤其在55Ω至250Ω之间，电阻曲线可以明显平坦地走向。由此，在用于调节设备的信号的方法的情况下可以更准确地并且更有针对性地实现在电阻范围内的期望值，并且可以实现优化地使用调节电阻的面。

通过调节电阻的形状，原则上能够实现，在使用相同材料的情况下和在更小的面的情况下实现更高的末端电阻、尤其直至1400Ω。此外，可以实现更大的剩余过梁宽渡(Reststegbreite)。

通过调节电阻的形状能够实现多个效果。原则上，调节电阻的形状基本上相应于单个电阻的彼此串联。尤其通过骨头形状，单个电阻的总电阻尤其在过渡的区域内可以变为更高电阻值的。通过提高总电阻可以将最大可能的总电阻提高至期望值并且可以扩大剩余过梁宽渡。

设备的制造方法可以包括以下步骤：在衬底上可以印刷(drucken)电接通部、尤其印制导线。接下来可以印刷调节电阻。所述方法的另外的部分步骤可以包括印刷保护层或施加焊膏。调节电阻以及其他元素可以匹配于印制导线的几何形状印刷。

高期望值可以通过调节电阻的形状、尤其通过如以上描述的骨头形状实现。替代地或附加地，可以变化调节电阻的厚度。每单位面积的欧姆电阻可以随着厚度的下降而上升。替代地或附加地，可以施加多个不同的电阻膏。电阻膏(Widerstandpaste)可以具有不同的电阻值。

附图说明

本发明的另外的可选的细节和特征由以下描述得出优选的实施例，所述实施例在附图中示意性地描述。

附图示出：

图1A、1B和1C：根据本发明的设备的实施例的俯视示图；

图2：根据本发明的设备的实施例的关于切口长度的电阻曲线的示图。

具体实施方式

图1A、1B和1C示出根据本发明的设备110的示例性的实施例的示图，所述设备用于检测介质的至少一个特性。设备110在附图1A至1C中以俯视图示出。

设备110包括至少一个衬底112，至少两个电接通部114和至少一个调节电阻116。电接通部114——其中，优选设置恰好两个接通部——优选地施加到衬底112上。调制电阻116也优选地施加到衬底上，其中，电接通部114和调节电阻116也可以部分地重叠。

衬底112例如可以具有直长方体形的或板形的基本形状。也可以考虑薄膜形状。衬底11例如2可以完全地或部分地由陶瓷材料制造。例如，衬底可以包括氧化铝。原则上也可以考虑其他的材料，例如玻璃纤维加强的塑料材料和/或聚酰亚胺。

调节电阻116使电接通部120沿着连接线118彼此电连接，使得电流可以平行于连接线118在电接通部114之间流动。调节电阻116在延伸方向120上横向于、尤其垂直于连接线118地走向。调节电阻116具有宽度B，所述宽度沿着延伸方向120变化。

调节电阻116可以沿着延伸方向120具有至少一个横截面狭窄部122。在横截面狭窄部122中与在横截面狭窄部以外的至少一个区域124中相比，宽度B可以更小。调节电阻116可以在至少一个至横截面狭窄部的过渡126处具有边界128。边界128例如可以对角线式地至连接线118走向。调节电阻116可以在至少一个第一区域130中具有宽度B1并且在至少一个第二区域132中具有宽度B2。B1可以与B2不同。调节电阻116尤其可以具有骨头形状或哑铃形状。

调节电阻116可以具有至少一个露出的表面134。露出的表面134可以对于激光射束是可触及的。设备110可以具有穿过调节电阻116的切口136。切口尤其可以横向于、尤其垂直于连接线118。尤其地，切口136可以具有L形状。L形状可以包括长边138和短边140。长边138可以平行于连接线118走向。调节电阻116尤其可以具有剩余面142，所述剩余面在短边140与调节电阻116的横向侧144之间延伸。切口136可以设置用于调节调节电阻116的欧姆电阻。切口136可以完全地穿过调节电阻116直至衬底112。

电接通部114可以由能够导电的材料制造、例如银铂或银钯。电接通部114可以在衬底的表面145上延伸。电接通部114可以横向于、尤其垂直于连接线118延伸。电接通部114可以彼此平行地布置。调节电阻116可以至少部分地覆盖电接通部114。此外，电接通部114可以与传感器元件连接。

图1B和图1C示出根据本发明的设备110的其他实施例。所述实施例相应于在图1A中提出的设备110的宽的部分中，使得可以进一步参阅以上描述。图1B中的设备110具有调节电阻116，在所述调节电阻的情况下边界128以弧线走向。图1C中所提出的设备110具有调节电阻116，在所述调节电阻的情况下，边界角形地延伸。

图2示出根据本发明的设备110的示例性的实施例的电阻曲线146、148和150，以及一些设备的电阻曲线152、154和156，所述一些设备具有具有矩形的基本形状的调节电阻。以单位欧姆相对于以单位毫米的切口长度L绘制电阻W。调节尤其可以在电阻范围A中实现，例如在55Ω至250Ω之间的范围内。电阻曲线146至156可以在电阻范围A内平坦地上升。根据本发明的设备110的电阻曲线146、148和150可以在电阻范围A内比在具有矩形的调节电阻的设备的情况下更平坦地上升。对于电阻曲线146至156可以将切线T1或T2置于电阻范围的上边界A1处，并且可以检测在切线T1或T2与电阻范围A的上边界A1之间的角度W1或W2。根据本发明的设备110的实施例的电阻曲线146、148和150的角度W2可以小于具有矩形的调节电阻的设备的电阻曲线152、154、156的角度W1。由此，尤其可以实现更高的过程可靠性。

此外，根据本发明的设备110的实施例的电阻曲线146、148和150具有比具有矩形的调节电阻的设备的实施例的电阻曲线152、154和156更大的末端电阻、尤其直至1400Ω的末端电阻。

Claims (10)

1.一种用于检测介质的至少一个特性的设备(110)，所述设备具有：

●至少一个衬底(112)；

●至少两个电接通部(114)；

●至少一个调节电阻(116)；

其中，所述调节电阻(116)使所述两个电接通部(114)沿着连接线(118)彼此电连接，使得电流能够平行于所述连接线(118)在所述电接通部(114)之间流动，其中，所述调节电阻(116)在横向于所述连接线(118)的延伸方向(120)上延伸并且具有宽度B，其中，所述宽度B沿着所述延伸方向(120)变化。

2.根据上一项权利要求所述的设备(110)，其中，所述调节电阻(116)沿着所述延伸方向(120)具有至少一个横截面狭窄部(122)，其中，所述横截面狭窄部(122)中的宽度B小于所述横截面狭窄部(122)以外的至少一个区域中的宽度。

3.根据以上权利要求中任一项所述的设备(110)，其中，所述调节电阻(116)具有从如下组中选择的形状：所述组由如下构成：骨头形状、哑铃形状、具有加宽的末端的柱体形状。

4.根据以上权利要求中任一项所述的设备(110)，其中，所述调节电阻(116)具有至少一个露出的表面(134)，其中，所述露出的表面(134)对于激光射束是可触及的。

5.根据以上权利要求中任一项所述的设备(110)，其中，所述设备(110)还包括至少一个传感器元件，其中，所述传感器元件与所述电接通部(114)中的至少一个电连接。

6.根据以上权利要求中任一项所述的设备(110)，其中，所述设备(110)具有横向于所述连接线(118)地穿过所述调节电阻(116)的至少一个切口(136)。

7.根据以上权利要求所述的设备(110)，其中，所述切口(136)具有L形状。

8.一种用于调节设备(110)的信号的方法，所述设备用于检测介质的至少一个特性，所述方法包括以下步骤：

a)提供根据以上权利要求中任一项所述的设备(110)；

b)检测电接通部(114)之间的欧姆电阻；

c)执行穿过所述调节电阻(116)的至少一个切口(136)

其中，如此选择所述切口(136)的长度和/或几何形状，使得所述欧姆电阻是预给定的期望值。

9.根据上一项权利要求所述的方法，其中，迭代地执行方法步骤b)和c)，直至所述欧姆电阻是所述预给定的期望值。

10.根据上一项权利要求所述的方法，其中，在所述欧姆电阻已经是所述期望值以后，平行于连接线(118)进行另一步骤。