CN108169085B - 芯片型颗粒物传感器 - Google Patents

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Abstract

一种芯片型PM(颗粒物)传感器，其包括安装在排气管上安装的圆柱形壳体中的感测单元，感测单元具有用于感测废气中包含的颗粒物的感测图案，其中感测单元可以包括：基底，其形成在垂直于壳体的纵向方向的方向上；以及感测图案，其形成在基底的表面上，面向排气管，并且被配置成感测颗粒物。

Description

芯片型颗粒物传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年12月7日提交的申请号为10-2016-0165960的韩国专利申请的权益，其全部内容通过引用而并入本文。
技术领域
本公开涉及一种用于测量车辆的排气中包含的颗粒物的PM(颗粒物)传感器装置。
背景技术
车辆排出包含各种有害物质的废气，有害物质的排放通过各种法规而受到限制。
为了这种限制，车辆包括用于监测从其排出的有害物质的各种传感器。
各种传感器的示例可以包括用于测量在废气中包含的颗粒物的PM(颗粒物)传感器。PM传感器被安装在DPF(柴油颗粒过滤器)后方的排气管中，并且测量废气中包含的颗粒物的浓度，以确定DPF是否有故障。
本部分的公开是提供本发明的背景技术。申请人注意到本部分可能包含本申请之前可用的信息。然而，通过提供本部分，申请人并不承认本部分中包含的任何信息构成现有技术。
发明内容
本发明的实施例涉及一种不论感测单元的安装方向如何，其灵敏度不改变的芯片型传感器。
本发明的另一实施例涉及一种能够通过减小感测单元的尺寸来降低制造成本的芯片型PM传感器。
本发明的其它优点可以通过以下描述来理解，并且参照本发明的实施例变得显而易见。并且，对于本发明所属领域的技术人员显而易见的是，本发明的优点可以通过所要求保护的方法和其组合来实现。
根据本发明的实施例，提供一种芯片型PM传感器，其包括安装在排气管上安装的圆柱形壳体中的感测单元，感测单元具有用于感测废气中包含的颗粒物的感测图案(sensing pattern)。感测单元可以包括：基底，其形成在垂直于壳体的纵向方向的方向上；以及感测图案，其形成在基底的表面上，面向排气管，并且被配置成感测颗粒物。
感测图案可以包括在基底上以线形形状被图案化的多个电极。
形成感测图案的多个电极可以被划分成彼此未电连接的两个或更多个组，并且不同组的电极可以被交替地布置。
形成感测图案的多个电极可以被划分成测量电极和接地电极，并且测量电极和接地电极可以被交替地布置。
基底可以具有焊盘电极，该焊盘电极形成在其上形成感测图案的表面的相对表面上，并且该焊盘电极被电连接到感测图案。
感测单元可以被图案化为形成在基底中的虚拟圆。
在感测图案暴露于形成在壳体中的绝缘体的底部的状态下，可以固定感测单元。
壳体可以具有沿着其下圆周以预定间隔形成的引入孔，该引入孔通过壳体的侧表面将废气从外部引入到壳体中。
壳体可以具有形成在其中的分隔件，分隔件将引入到壳体中的废气引导到感测单元。
分隔件可以形成为板状，并且被布置在壳体的圆周方向上。
引入孔可以形成在相邻的分隔件之间。
壳体可以具有在其底部形成的排水孔，排水孔排出壳体的冷凝水。
附图说明
图1是示出典型的PM(颗粒物)传感器的截面图。
图2是用于根据感测单元的安装方向描述图1所示的PM传感器的灵敏度变化的图。
图3是示出图1所示的PM传感器中的感测单元的平面图。
图4是示出图1所示的PM传感器的感测单元被图案化在陶瓷板上的状态的平面图。
图5是根据本发明实施例的芯片型PM传感器的截面图。
图6是示出根据本发明的实施例的其中芯片型PM传感器中安装感测单元的部分的截面图。
图7是示出根据本发明实施例的芯片型PM传感器的下部的截面图。
图8是示出感测单元被安装在根据本发明的实施例的芯片型PM传感器中的绝缘体中的状态的仰视透视图。
图9是根据本发明实施例的芯片型PM传感器的外部透视图。
图10是根据本发明实施例的芯片型PM传感器的投影透视图。
图11是示出根据本发明实施例的芯片型PM传感器的感测图案的平面图。
图12是示出根据本发明实施例的芯片型PM传感器的焊盘电极的平面图。
图13是示出根据本发明实施例的芯片型PM传感器的感测单元被图案化在陶瓷板上的状态的平面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的实施例的芯片型PM(颗粒物)传感器。
参照示出典型PM传感器110的结构的图1，感测单元113被安装在壳体111中。壳体111通过固定螺母112固定到排气管1，并且包括安装在其中以使感测单元113绝缘的绝缘体114。感测单元113的上端由蛤壳状构件(clam shell)115固定。PM传感器110具有在其上端处形成的特氟隆(PTFE)116，并且PM传感器110的上端由盖117覆盖。感测单元113的下端暴露于流动的废气，并且保护管119联接到壳体111的下端，使得流经排气管1的废气被引入到感测单元113中。
流经排气管1的废气被引入到保护管119的一侧，并且然后到达感测单元113。由于感测单元113形成为杆状，因此可以根据感测单元113的安装方向来测量不同的值。感测单元113具有形成在基底113a的端部以感测颗粒材料的感测图案113b。基底113a被安装在垂直于废气流的方向上。
如图2所示，相较于感测单元113以常规位置(0°)设置时，感测单元113可以以不垂直于废气的各种角度设置。然后，感测单元113的灵敏度可能根据角度而下降。图2示出当感测单元113以常规位置(0°)、45°、90°和180°设置时的废气流。相较于感测单元113以常规位置设置，当感测单元113以预定角度安装时，沿着感测图案113b的表面流动的废气的流量减小，从而降低灵敏度。随着安装角度增加到大于常规位置处的角度，沿着感测图案113b的表面流动的废气的流量减小。这样，由于PM传感器110根据感测单元113的安装位置而具有不同的灵敏度，因此PM传感器110的可靠性降低。
此外，如图3所示，感测单元113具有其中感测图案113b和焊盘电极113d彼此远离的结构。因此，感测图案113b和焊盘电极113d通过信号线113c连接。此时，由于信号线113c需要相当长的长度，因此使用大量昂贵的铂(Pt)。信号线113c需要被形成为跨越其中形成感测图案113b的部分A和其中形成焊盘电极113d的部分C之间的部分B。因此，为了形成信号线113c，使用大量的Pt。
此外，由于感测图案113b和焊盘电极113d彼此远离，因此由板的相同区域制造的感测单元113的数量可能减少。
参照图5至图13，在实施例中，根据本发明的实施例的芯片型PM传感器包括安装在壳体11中的感测单元13，感测单元13被设置在垂直于壳体11的纵向方向的方向上。
图5示出根据本发明的实施例的芯片型PM传感器10。
壳体11被竖直地固定到废气流经的排气管1。壳体11形成为中空圆柱形状。壳体11通过固定到壳体11的外部的固定螺母12而被固定到排气管1。
壳体11具有沿其圆周形成的多个排气吸入/排出孔11a。孔11a中的一些用于将排气引入或吸入到壳体11中，或者其它孔11a用于将排气排出壳体11。
壳体11可以具有形成在其底部处的排水孔11b，使得在壳体11中冷凝的水可以通过排水孔11b排出到外部。
感测单元13沿着垂直于壳体11的纵向方向的方向(在实施例中，平行于排气管1的方向)被安装在壳体11中。通过孔11a引入的废气朝向感测单元13流动，并且感测单元13测量废气中包含的颗粒物。
绝缘体14被形成在壳体11中，以便安装感测单元13。感测单元13被固定并安装在绝缘体14的底部处。具体地，感测单元13被安装在绝缘体14处，使得其中形成感测图案13b的感测单元13的部分暴露于绝缘体14的底部。绝缘体14用于使感测单元13与壳体11绝缘。
蛤壳状构件15被定位在绝缘体14中，并且端子13e通过蛤壳状构件15安装并连接到感测单元13。
蛤壳状构件15具有在其顶部处形成的特氟龙16，并且盖17被形成在PM传感器10的最上端的外部。
多个分隔件18被形成在壳体11中。分隔件18从壳体11的中间部分朝向底部形成。分隔件18形成为板状，并且沿着壳体11的圆周方向布置。分隔件18可以以均匀间隔布置。孔11a可以被设置在相邻的分隔件18之间。分隔件18的下端固定到壳体11的底部。通过孔11a被引入到壳体11中的废气由于分隔件18而不沿壳体11的圆周方向流动，而是朝向壳体11的顶部流动，并且然后在平行于排气管1的方向上流动，同时流过分隔件18的上端。此时，废气经过感测单元13。
以下将详细描述感测单元13。
感测单元13具有形成在基底13a的一个表面上的感测图案13b以及形成在基底13a的另一个表面上的焊盘电极13d。感测图案13b与废气接触，并且焊盘电极13d在电连接到感测图案13b的同时电连接到端子13e。
感测图案13b通过图案化被形成在基底13a的表面上，面向排气管1。感测图案13b包括以线形形状形成的多个电极。感测图案13b的电极被划分成彼此未电连接的两个或更多个组，并且不同组的电极被交替地布置。此外，相同组的电极彼此电连接。
例如，当电极被划分成测量电极和接地电极时，测量电极和接地电极被交替地布置，并且测量电极不与接地电极电连接。此外，测量电极彼此电连接，并且接地电极彼此电连接。
感测单元13的感测图案13b被形成为形成在基底13a中的虚拟圆(参照图11)。
感测单元13可以通过以陶瓷板的预设尺寸沿着行和列来图案化感测单元13而被制造。在实施例中，在感测单元13沿着如图13所示的行和列在陶瓷板20中重复地图案化之后，感测单元13可以被切割成单独的感测单元13。
在本实施例中，圆形感测图案13b被形成在感测单元13中，并且感测图案13b和焊盘电极13d被形成在基底13a的前表面和后表面上。因此，由于不需要用于连接感测图案和焊盘电极的信号线，因此可以减少昂贵的铂(Pt)的量。即使感测图案13b的面积增加到大于以上讨论的典型的传感器装置的感测图案的面积，信号线中使用的Pt的量仍然可以显著减少。因此，Pt的总量可以减少。
此外，形成在具有相同面积的陶瓷板20中的感测单元13的数量可以增加到大于以上讨论的典型的传感器装置的感测单元的数量。
例如，假设图4和图13所示的陶瓷板20和陶瓷板120分别具有相同尺寸的100mm×100mm。在该情况下，虽然40个感测单元被形成在以上讨论的典型传感器装置中(参照图4)，但在本实施例中可以形成100个感测单元13。在图4中，当感测图案具有4mm×10mm的尺寸时，2个感测单元被形成在水平方向上，并且20个感测单元被形成在竖直方向上，同时与相邻感测图案形成距离。因此，总共形成40个感测单元，并且每个感测单元的面积变为40mm2。另一方面，在本实施例中，具有4mm的直径的10个感测图案可以被形成在水平方向和竖直方向上，并且每个感测图案13b的面积变为大约50.24mm2(π×4mm2)。
因此，由于不需要信号线，因此感测单元13中的感测图案13b的面积增加，在每个感测单元13中用于形成图案的Pt的量减少，并且感测单元13的尺寸也减少。
根据本发明的实施例，由于芯片型PM传感器包括芯片型感测单元，因此不论安装方向如何，灵敏度可以始终被保持。
此外，虽然感测单元的面积稍微增加，但是不需要信号线。因此，在感测单元中使用的Pt的量减少。
此外，可以利用具有相同面积的陶瓷板制造更大数量的感测单元。
在实施例中，参照图5至图10，PM(颗粒物)传感器装置10被安装在排气管1上，包含气体和颗粒物的废气通过该排气管1沿着流动方向流动。管1包括用于容纳传感器装置10的接合孔，并且接合孔具有螺纹内壁，同时装置10具有螺纹壁。因此，当通过在垂直于流动方向的方向上插入装置10并且相对于管1旋转装置10来将装置10安装在管1上时，装置10的螺纹外壁和孔的螺纹内壁彼此接合。
PM装置10包括具有基本上在垂直于流动方向的方向上延伸到管中的圆柱形壁的壳体11。PM装置10进一步包括安装在壳体中以用于感测排气中包含的颗粒物的感测单元13。感测单元10包括具有感测图案13b的感测表面。感测单元13被布置并安装在壳体11中，使得传感器单元13的感测表面基本上平行于流动方向。因此，不论装置10相对于管1旋转多少以用于接合螺纹壁，感测表面相对于流动方向保持相同的方位。
在实施例中，壳体11具有形成在壁上以用于接收/排出排气的多个孔11a。装置10包括形成在壳体11中的多个分隔壁18。在一个实施例中，多个分隔壁18包括径向延伸并且倾斜地布置以在壳体中提供多个通道的三个或更多个壁。在实施例中，每个通道由两个直接相邻的分隔壁18和壳体壁形成。在一个实施例中，每个通道具有大致垂直于流动方向延伸的部分。感测表面与分隔壁间隔开，使得排气可以在感测表面和分隔壁18之间流动。在实施例中，当通过孔11a接收到壳体中的排气的部分通过其中一个通道流向感测表面、感测表面和分隔壁之间的空间以及另一通道时，传感器13检测壳体内流动的排气中包含的颗粒物。排气通过另一孔11a被排出。对于每个通道，形成单孔11a或两个或更多个孔11a。
虽然已经描述本发明的实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离如权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和变型。

Claims (9)

1.一种PM传感器，即颗粒物传感器，其包括：
圆柱形壳体；以及
感测单元，其被安装在排气管上安装的所述圆柱形壳体中，所述感测单元具有用于感测废气中包含的颗粒物的感测图案，
其中所述感测单元包括：
基底，其形成在垂直于所述壳体的纵向方向的方向上；以及
所述感测图案，其被形成在所述基底的表面上，面向所述排气管，并且被配置成感测所述颗粒物，
其中所述壳体具有沿着其下圆周以预定间隔形成的引入孔，所述引入孔通过所述壳体的侧表面将废气从外部引入到所述壳体中，
其中所述壳体具有形成在其中的、位于所述感测单元下方的分隔件，所述分隔件将被引入到所述壳体中的所述废气引导到所述感测单元，以及
其中所述分隔件形成为板状，并且以预定角度间隔被径向布置在所述壳体的圆周方向上。
2.根据权利要求1所述的PM传感器，其中所述感测图案包括在所述基底上以线形形状被图案化的多个电极。
3.根据权利要求2所述的PM传感器，其中形成所述感测图案的所述多个电极被划分成彼此未电连接的两个或更多个组，并且不同组的电极被交替地布置。
4.根据权利要求3所述的PM传感器，其中形成所述感测图案的所述多个电极被划分成测量电极和接地电极，并且所述测量电极和所述接地电极被交替地布置。
5.根据权利要求2所述的PM传感器，其中所述基底具有焊盘电极，所述焊盘电极形成在其上形成所述感测图案的所述表面的相对表面上，并且所述焊盘电极电连接到所述感测图案。
6.根据权利要求2所述的PM传感器，其中所述感测单元被图案化成形成在所述基底中的虚拟圆。
7.根据权利要求1所述的PM传感器，其中在所述感测图案暴露于形成在所述壳体中的绝缘体的底部的状态下，固定所述感测单元。
8.根据权利要求1所述的PM传感器，其中所述引入孔被形成在相邻的所述分隔件之间。
9.根据权利要求1所述的PM传感器，其中所述壳体具有在其底部形成的排水孔，所述排水孔排出所述壳体的冷凝水。
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