CN108885164A - 微粒物质传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微粒物质传感器。本发明的一实施例的微粒物质传感器包括：绝缘基板；多个感应电极，以隔开预定距离的方式布置在上述绝缘基板的一面，以便不彼此电连接；连接电极，布置在与上述多个感应电极相同的表面上，以便通过颗粒物质的沉积电连接到上述多个感应电极的一部分或全部，且上述连接电极与形成在上述绝缘基板的一面的连接端子连接；多个终端端子，形成在上述绝缘基板的一面，以一对一的方式连接到上述多个感应电极；及加热器部，布置在上述绝缘基板的内部，提供用于去除沉积在上述感应电极侧的微粒物质的热量。据此，可以解决伴随热量的各种问题，以能够确保设计自由度，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种微粒物质传感器，更具体而言，涉及可以与温度无关地实现恒定的静电容量，并且能够通过减少如铂等的昂贵材料的使用量来降低成本的微粒物质传感器。
背景技术
一般而言，随着排气法规的进一步加强，用于净化排气的后处理装置备受瞩目。尤其，对柴油车的微粒物质(particulate matter；PM)的规定变得越来越严格。
对此，减少微粒物质的最有效且实用的方法是排气减少装置。
另一方面，为了诊断排气减少装置是否故障，微粒物质传感器(PM传感器)安装在DPF过滤器的后端。上述微粒物质传感器(PM)有电阻方式和静电容量方式。
在上述方式中，静电容量方式包括在表面上平行布置的多个外部电极和在多个外部电极的上下方向上布置的多个内部电极，其通过使用沉积在外部电极之间的微粒物质的面积和外部电极与内部电极之间的距离来测量外部电极和内部电极之间的静电容量，从而能够容易测量通过排气微粒过滤器排放到下流侧的微粒物质。
此时，多个外部电极分别包括供微粒物质沉积的感应部和用于测量与内部电极之间的静电容量的电容部，感应部和电容部形成在相互邻接的位置。由此，当供微粒物质沉积的感应部暴露于高温的排气时，形成在与感应部相邻的位置的电容部也受到从排气传递的温度的影响。
另一方面，在绝缘基板的情况下，由于材料特性而在高温环境下发生介电常数的急剧变化。
作为一例，当绝缘基板由氧化铝制成时，在约600℃的温度下发生介电常数的急剧变化。
由此，在感应部暴露在600℃以上的高温环境的情况下，由于形成在与感应部相邻的位置的电容部也受到高温的影响，因此存在由于介电常数的急剧变化而外部电极和内部电极之间难以实现恒定的静电容量的问题。
也就是说，当感应部和电容部彼此相邻形成时，在预定温度或更高的高温环境中无法测量恒定的静电容量，导致使用受到限制。
并且，通常用作绝缘基板材料的氧化铝的介电常数为约10至20，即介电常数很低，因此，为了实现所需的电容值，电容部应被设计为大面积。从而，过度需要用于构成电容部的如铂等的昂贵材料，导致成本上升。
发明内容
发明要解决的问题
本发明是鉴于上述问题而研制的，其目的在于提供可以与温度无关地实现恒定的静电容量的微粒物质传感器。
并且，本发明的另一目的在于提供能够通过减少如铂等的昂贵材料的使用量来降低成本且自由实现所需的静电容量的微粒物质传感器。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明提供一种微粒物质传感器，其特征在于，包括：绝缘基板；多个感应电极，以隔开预定距离的方式布置在上述绝缘基板的一面，以便不彼此电连接；连接电极，布置在与上述多个感应电极相同的表面上，以便通过颗粒物质的沉积电连接到上述多个感应电极的一部分或全部，且上述连接电极与形成在上述绝缘基板的一面的连接端子连接；多个终端端子，形成在上述绝缘基板的一面，以一对一的方式连接到上述多个感应电极；及加热器部，布置在上述绝缘基板的内部，提供用于去除沉积在上述感应电极侧的微粒物质的热量。
并且，以一对一的方式连接到上述感应电极的多个终端端子可以分别以一对一的方式连接到单独设置在上述绝缘基板的外部的多个电容器。
并且，上述多个电容器可以相互并联。
并且，上述多个电容器可以设置在车辆的控制部。
并且，上述多个感应电极可以包括具有预定面积的感应部和使上述感应部和上述终端端子连接的引线部，上述连接电极可以包括多个延伸电极，上述多个延伸电极彼此电连接且向平行于上述感应部的方向延伸，上述感应部可以布置在相邻的延伸电极之间。
并且，上述多个延伸电极中任一个可以通过引线部与上述连接端子连接。
并且，上述引线部可以具有比上述感应部的宽度更小的宽度。
并且，在上述绝缘基板的内部可以布置有用于控制上述加热器部的温度感测部。
发明的效果
根据本发明，用于感测静电容量的变化的电容部实现为外部的单独部件，从而能够实现恒定的静电容量而不受温度的影响。
并且，根据本发明，由于不需要用于构成电容部的昂贵材料，因此可以降低成本，并且可以根据所需的电容自由地构成电容部，从而提高设计自由度。
附图说明
图1为示意性示出本发明的一实施例的微粒物质传感器的附图。
图2为用于示出图1的主要构成的布置关系的示意图。
图3为用于示出应用于本发明的一实施例的微粒物质传感器的感测电极和连接电极的布置关系的部分扩大图。
图4为示出本发明的一实施例的微粒物质传感器和单独设置在外部的电容器的电连接关系的概念图。
图5为图4的操作状态图。
图6为示出本发明的一实施例的微粒物质传感器的安装位置的示意图。
图7为示出本发明的一实施例的微粒物质传感器内装于外壳的设置状态图的附图。
具体实施方式
在下文中，参考附图，会对本发明的实施例进行详细描述，使得本发明可被本领域技术人员容易地实施。但是，应当注意的是，本发明并不限于这些实施例，而可以多种其它方式实施。为了说明的简洁，在附图中，与描述无关的部件被省略，且纵贯全文，相同的参考数字表示相同的部件。
如图6所示，本发明的一实施例的微粒物质传感器100设置在连接到与车辆的排气歧管连接的排气微粒过滤器30的后端的排气管20侧，以用于检测通过排气微粒过滤器30和排气管排放到下流侧的微粒物质P。
如图1和图2所示，如上所述的微粒物质传感器100包括绝缘基板110、感应电极120、连接电极130、终端端子141、142及加热器部150。
上述绝缘基板110可以通过沿高度方向堆叠多个绝缘层来形成，并且可以由如玻璃材料、陶瓷材料、尖晶石或二氧化钛等的耐热绝缘体形成。
作为一例，上述绝缘基板110可以为氧化铝，或可以为氧化锆增韧氧化铝(zirconia toughened alumin；ZTA)。
此时，在上述绝缘基板100的一面上，至少一个感应电极120和连接电极130布置在相同表面上。当通过上述排气管20的微粒物质沉积时，上述感应电极120和连接电极130彼此电连接，以便能够感测是否排放微粒物质。
也就是说，在上述绝缘基板100的一面上，多个感应电极120可以不彼此电连接而沿上述绝缘基板110的宽度方向以隔开预定间隔的方式布置，且一个连接电极130可以以隔开预定间隔的方式布置，使得上述连接电极130和上述感应电极120不彼此电连接。
由此，当上述微粒物质P沉积在上述连接电极130和感应电极120之间的沉积空间S时，上述连接电极130和感应电极120通过沉积的微粒物质彼此电连接。
其中，上述多个感应电极120可以包括具有预定面积的感应部121，上述感应部121可以形成在感应电极120的一端部侧。并且，上述连接电极130可以包括多个延伸电极131，上述多个延伸电极131从在平行于上述绝缘基板100的宽度方向的方向形成的联结电极132向平行于上述感应部121的方向延伸预定长度，从而彼此电连接。
此时，上述延伸电极131可以具有与上述感应部121的长度对应的长度，且上述感应部121可以隔开间隔地布置在相邻的一对延伸电极131之间。
由此，在沿着上述绝缘基板100的宽度方向交替排列的延伸电极131与感应部121之间分别形成供微粒物质积聚的沉积空间S。
由此，当微粒物质沉积在上述沉积空间S中时，感应部121和延伸电极131通过上述微粒物质连接，使得不彼此电连接的感应电极120和连接电极130彼此电连接。
也就是说，不彼此电连接的多个感应电极120可以通过积聚在上述沉积空间S中的微粒物质顺次与上述连接电极130电连接。
此外，如本发明的一实施例的微粒物质传感器100所示，当感应部121布置在相邻的延伸电极123之间时，在上述感应部121和延伸电极131之间可供微粒物质沉积的沉积空间S变多，且可以使供微粒物质沉积的沉积空间S的面积较小，因此能够缩短响应时间。
另一方面，上述多个感应电极120分别可以以一对一地匹配的方式连接到多个电容器C。
其中，上述多个电容器C可以单独设置在绝缘基板100的外部，当根据本发明的微粒物质传感器100以使上述感应部121露出的方式安装在排气管20时，上述多个电容器C分别可以以一对一的方式电连接到上述多个感应电极120。
作为一例，上述多个电容器C可以以独立元件的形式设置在如用于控制车辆的整体驱动的电子控制单元(electronic control unit；ECU)等的控制部40，并且上述多个电容器C可以并联连接。
由此，当由于微粒物质沉积在上述沉积空间S中而多个感应电极120顺次连接到上述连接电极130时，分别以一对一的方式连接到各个感应电极120的电容器C的电连接数量也增加，使得整个静电容量变化，因此可以通过感测包括在排气中的微粒物质量来准确测量排气微粒过滤器30是否破损。
此外，用于感测静电容量的变化的电容器C以部件的形式设置在外部，例如车辆的控制部40，而不是设置在微粒物质传感器100侧，从而，可以自由实现适合于所需电容的电容器C。
并且，由于上述电容器C设置在微粒物质传感器100的外部，因此可以准确测量静电容量的变化值而不受排气的温度的影响。更具体而言，上述感应部121起到通过沉积在上述沉积空间S中的微粒物质使上述感应电极120和连接电极130的面积增加的作用，因此即使暴露在高温环境中，也不会受到太大影响。然而，当用于测量静电容量的变化的电容器形成在微粒物质传感器100的内部时，根据用于绝缘基板110的材料，在预定温度以下的温度下实现恒定的静电容量，但在预定温度以上的温度下发生介电常数的急剧变化，因此难以准确测量静电容量的变化。
作为一例，当上述绝缘基板110由陶瓷材料制成时，由于材料的特性而在约600℃的温度下发生介电常数的急剧变化。由此，若上述电容器形成在与暴露于排气的感应部121相邻的位置，则由于电容器受到温度的影响而在预定温度以上的高温环境下无法实现恒定的静电容量，因此难以实现准确测量，导致使用受到限制。
然而，由于根据本发明的微粒物质传感器100的电容器C单独设置在外部，因此即使在高温下发生绝缘基板110的介电常数的急剧变化，也可以实现恒定的静电容量。
此外，即使由于下述的加热器部150而上述感应部121被加热，也可以立即使用而无需等待时间。
另外，在微粒物质传感器100的内部无需形成用于测量静电容量的变化的电容器，因此用作用于构成电容器的电极材料的如铂等的昂贵材料的使用大大减少，从而可以降低制造成本。
为此，多个终端端子141、142形成在上述绝缘基板100的一面。此时，上述多个终端端子141、142可以包括与上述连接电极130电连接的一个第一终端端子141和分别以一对一的方式连接到上述多个感应电极120的多个第二终端端子142，上述多个终端端子141、142不彼此电连接。
由此，上述连接电极130和各个感应电极120可以以一对一的方式连接到上述多个终端端子141、142，而且，仅在微粒物质沉积在上述沉积空间S中的情况下，在上述多个感应电极120中的一部分或全部与上述连接电极130电连接，从而与上述多个电容器C的一部分或全部形成电气闭环(参照图5)。
其中，上述连接电极130可以通过从在多个延伸电极131中任一个的端部延伸预定长度的引线部133与上述第一终端端子141连接，上述多个感应电极120可以通过从上述感应部121的端部延伸预定长度的各个引线部122与上述多个第二终端端子142连接。在此情况下，上述引线部122、133可以具有比上述感应部121的宽度和/或延伸电极131的宽度更小的宽度，从而能够减少用于形成电极的材料的使用量。
其中，上述引线部122、133可以由堆叠在绝缘基板100的一面的单独的绝缘层180覆盖，使得上述引线部122、133可以不暴露于外部而被绝缘。
但本发明不限于此，上述连接电极130的多个延伸电极131中任一个可以直接连接到上述第一终端端子141，上述多个感应电极120的上述感应部121的端部分别可以直接连接到上述多个第二终端端子142。
上述加热器部150用于向上述感应部121提供热量来除去沉积在上述沉积空间S的微粒物质，其可以布置在上述绝缘基板110的内部，且可以布置在上述感应部121的下部侧。此时，上述加热器部150的两端分别可以通过通孔171、172与设置在绝缘基板110的下部面的第三终端端子143和第四终端端子144电连接。
如上所述的上述加热器部150可以通过使用在供电时产生的热量加热上述感应部121侧来除去沉积在上述沉积空间S的微粒物质。
另一方面，在上述绝缘基板110的内部可以包括用于测量上述绝缘基板110内部或感应部121的温度的温度感测部160。
如上所述的温度感测部160可以在绝缘基板110的内部布置在感应部121与加热器部150之间。
如上所述的温度感测部160的两端分别可以通过通孔173、174电连接到上述加热器部150和第五终端端子165。
具体而言，上述温度感测部160的两端中一端可以通过与上述加热器部150连接的通孔174电连接到加热器部150，温度感测部160的另一端可以通过通孔173与形成于绝缘基板110的下部面的第五终端端子165电连接。
其中，形成于上述绝缘基板110的下部面的第五终端端子165不与上述第三终端端子163和第四终端端子164彼此电连接。
由此，车辆的控制部40可以通过对由上述温度感测部160测量的温度和由设置在车辆的温度传感器(图中未示出)测量的温度的测量值进行比较来控制向感应部121提供热量的加热器部150。
另一方面，温度感测部160的设置面积可以等于或小于加热器部150的面积，使得温度感测部160位于加热器部150的设置面积内。
具有如上所述的构成的微粒物质传感器100可以内装在外壳10并设置在排气管20。
作为一例，如图7所示，上述外壳10可以包括主体部11、设置在主体部11的一侧的第一保护盖12及设置在主体部11的另一侧的第二保护盖13。
上述主体部11具有用于容纳上述微粒物质传感器100的内部空间，且固定结合到上述排气管。如上所述的主体部11的两端开放，从而插入到上述内部空间的微粒物质传感器100的两端部侧向外突出。
也就是说，微粒物质传感器100的感应部124侧暴露在上述主体部11的一侧，而设置在微粒物质传感器100的多个终端端子侧暴露在上述主体部11的另一侧。
而且，上述主体部11的内部可以由密封件14填充，上述密封件14用于包围插入到上述内部空间的微粒物质传感器100来固定位置且阻断流体进入。
上述第一保护盖12结合到上述主体部11的一侧，以保护从上述主体部11突出的微粒物质传感器100的端部，例如感应部124。
此时，在上述第一保护盖12侧可以形成有至少一个开口部15，上述至少一个开口部15用于供排气进入，使得上述感应部124暴露于上述排气。
上述第二保护盖13结合到主体部11的另一侧，以保护从上述主体部11突出的微粒物质传感器100的另一端，例如多个终端端子侧。
此时，在上述第二保护盖13侧设置有电缆连接器16，上述电缆连接器16从上述主体部11突出以结合到突出到上述第二保护盖13的内侧的微粒物质传感器100的端部，使得上述第一终端端子161、第二终端端子162、第三终端端子163、第四终端端子164、第五终端端子165与车辆侧控制部40连接。
另一方面，虽然图示并说明分别以一对一的方式连接到根据本发明微粒物质传感器100的感应电极120的多个电容器C设置在车辆的控制部40，但本发明不限于此，应理解，上述多个电容器C可以设置在由车辆的控制部40控制的辅助控制部(图中未示出)。
如上对本发明的一实施例进行说明，但本发明的主旨并不限于本发明中的实施例，本发明所属领域的技术人员在相同主旨范围内，可通过对构成要件的附加、修改、删除、增加等容易地提出其它实施例，而这些属于本发明的主旨范围。
Claims (8)
1.一种微粒物质传感器，其特征在于，包括：
绝缘基板；
多个感应电极，以隔开预定距离的方式布置在上述绝缘基板的一面，以便不彼此电连接；
连接电极，布置在与上述多个感应电极相同的表面上，以便通过颗粒物质的沉积电连接到上述多个感应电极的一部分或全部；
多个终端端子，形成在上述绝缘基板的一面，以一对一的方式连接到上述多个感应电极和连接电极；及
加热器部，布置在上述绝缘基板的内部，提供用于去除沉积在上述感应电极侧的微粒物质的热量。
2.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其特征在于，
以一对一的方式连接到上述感应电极的多个终端端子分别以一对一的方式连接到单独设置在上述绝缘基板的外部的多个电容器。
3.根据权利要求2所述的微粒物质传感器，其特征在于，
上述多个电容器相互并联。
4.根据权利要求2所述的微粒物质传感器，其特征在于，
上述多个电容器设置在车辆的控制部。
5.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其特征在于，
上述多个感应电极包括具有预定面积的感应部和使上述感应部和上述终端端子连接的引线部，
上述连接电极包括多个延伸电极，上述多个延伸电极彼此电连接且向平行于上述感应部的方向延伸，
上述感应部布置在相邻的延伸电极之间。
6.根据权利要求5所述的微粒物质传感器，其特征在于，
上述多个延伸电极中任一个通过引线部与上述连接端子连接。
7.根据权利要求5所述的微粒物质传感器，其特征在于，
上述引线部具有比上述感应部的宽度更小的宽度。
8.根据权利要求1所述的微粒物质传感器，其特征在于，
在上述绝缘基板的内部布置有用于控制上述加热器部的温度感测部。
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