CN110088606A - 用于感测测量气体的至少一个特性的传感器 - Google Patents
用于感测测量气体的至少一个特性的传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110088606A CN110088606A CN201780078649.7A CN201780078649A CN110088606A CN 110088606 A CN110088606 A CN 110088606A CN 201780078649 A CN201780078649 A CN 201780078649A CN 110088606 A CN110088606 A CN 110088606A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sensor
- current
- measuring
- potential
- sensing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 69
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000007373 indentation Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 19
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 7
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 4
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000004044 response Effects 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052573 porcelain Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
- G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
- G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
- G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
本发明提出一种用于感测测量气体的至少一个特性、尤其用于感测测量气体室中的测量气体的颗粒的传感器(110)。传感器(110)包括至少一个传感器元件(112)，该传感器元件具有载体(114)和与载体(114)连接并且能暴露给测量气体的测量电极(116、118)。传感器(110)传感器(110)还具有至少一个控制装置(136)，该控制装置具有至少一个特性测量装置(138)。特性测量装置(138)与测量电极(116、118)的至少一个第一端部(122、124)连接并且设置成用于感测至少一个电信号。传感器(110)还具有至少一个限流电阻(128、130)，该限流电阻与测量电极(116、118)的至少一个第二端部(124、126)连接。传感器(110)还具有至少一个电势源(132、134；210；312)，该电势源通过限流电阻(128、130)与第二端部(124、126)连接并且设置成用于给第二端部(124、126)加载以能变化的电势。
Description
技术领域
由现有技术已知用于感测在测量气体室中的测量气体的颗粒的多种传感器元件。测量气体例如可以是内燃机的废气。颗粒尤其可以是炭黑或灰尘颗粒。下面在不限制其他实施方式和应用的情况下尤其参照用于检测炭黑颗粒的传感器元件来描述本发明。
背景技术
两个或多个金属电极可以安置在载体上、例如电绝缘载体上。在电压影响下积聚的颗粒、尤其是炭黑颗粒在传感器元件的聚集阶段中形成例如构型为彼此梳状嵌合的叉指电极的电极之间的导电桥并且由此使所述电极短路。在复原阶段中，电极通常借助集成的加热元件进行自洁式燃烧。通常，颗粒传感器分析处理电极结构的由于颗粒积聚而改变的电特性。例如可以在电压恒定施加的情况下测量减小的电阻或增大的电流。根据该原理工作的传感器元件通常被称为电阻式传感器并且存在于多个实施方式中，如由DE 103 19664 A1、DE 10 2006 042 362 A1、DE 103 53 860 A1、DE 101 49 333 A1和WO 2003/006976 A2已知。构型为颗粒或炭黑传感器的传感器元件通常用于监控柴油颗粒过滤器。在内燃机的排气管路中，所述类型的颗粒传感器通常接收到保护管中，该保护管同时例如允许废气流经颗粒传感器。在传感器元件中通常也包含加热器和/或温度曲折部。为了使传感器元件复原，该传感器元件通常借助加热器进行自洁式燃烧，其方式是，例如将温度调节成大于500℃。传感器元件的温度例如通过温度测量元件感测。
在所述类型的颗粒传感器的功能监控时的要求在于，电极结构在不存在颗粒负载、例如在不存在炭黑的情况下不导电。因此，原则上不可能的是，以直接的方式看出，电极结构是否不再存在或者不再电接合还是仅仅没有炭黑积聚在电极结构上。
在US 8928338 B2中描述了具有第一和第二电极的颗粒传感器，在该颗粒传感器中电极通过偏压电阻相互连接。该颗粒传感器允许错误诊断。
在WO 2008/031654 A1中描述了用于气体传感器的传感器元件以确定在气体混合物中的颗粒，该传感器元件具有至少两个暴露给气体混合物的电极和承载这些电极的衬底。在衬底和电极之间设置有导电衬垫，并且电极通过导电衬垫相互导电地连接。
US 2012/0324981 A1公开一种炭黑传感器，该炭黑传感器具有在炭黑传感器的第一表面上的第一元件。炭黑探测系统可以包括炭黑传感器和开关电路，该开关电路电耦合到炭黑传感器的第一元件上。开关电路设置成用于确定积累在第一元件上的炭黑量，并且用于响应于炭黑积累来控制第一元件的加热。
虽然通过已知的方法和装置实现了优点，但在颗粒传感器的功能方面始终存在颗粒传感器的一个或多个测量电极的监控方面的改进潜力。尤其期望的是，确保对与分析处理电子部件的无错误电连接的持续监控。
发明内容
在本发明的第一方面中，相应地提出一种用于感测测量气体的至少一个特性、尤其用于感测测量气体室中的测量气体的颗粒的传感器。该传感器尤其可以用于感测内燃机的废气中的炭黑颗粒。在不限制其他可能的应用领域的情况下，下面参照用于感测测量气体室中的测量气体的颗粒来描述本发明。然而替代地，传感器也可以例如构型为气体传感器、尤其是电阻式气体传感器，例如基于半导体的金属氧化物如SnO2的气体传感器。这样测量气体的所述至少一个特性通常例如可以是化学和/或物理特性、尤其是能够借助电阻式传感器感测的特性。在这里例如可以涉及测量气体室中的至少一个力组分(Kraftkomponente)的浓度。
传感器包括至少一个传感器元件，其中，传感器元件具有载体和与载体连接并且可暴露给测量气体的至少一个测量电极。传感器还具有至少一个控制装置，该控制装置本身具有至少一个特性测量装置、尤其是至少一个颗粒测量装置。特性测量装置、尤其是颗粒测量装置与测量电极的至少一个第一端部连接并且设置成用于感测至少一个电信号。电信号优选可以通过测量气体的待感测的至少一个特性、尤其通过测量电极的颗粒负载来影响。传感器还具有至少一个限流电阻，该限流电阻与测量电极的至少一个第二端部、尤其是与第一端部不同的第二端部连接。传感器还具有至少一个电势源，该电势源通过限流电阻与第二端部连接并且设置成用于给第二端部加载以可变的电势。
在本发明的框架下，传感器通常理解为设置成用于感测测量参数、例如表征状态和/或特性的至少一个测量参数的装置。在本发明的框架下，传感器元件理解为适用于定性和/或定量地感测测量气体的至少一个特性的任意装置。传感器元件例如可以设置成用于感测颗粒的浓度和/或数量。传感器元件例如可以借助于合适的操控单元和合适构型的电极产生相应于所感测颗粒的电测量信号。通常，传感器元件可以产生至少一个电测量信号、例如电压或电流。在这里可以使用直流信号和/或交流信号。此外，例如为了阻抗的信号分析处理可以使用电阻分量和/或电容分量。所感测的颗粒尤其可以是炭黑颗粒和/或灰尘颗粒。关于传感器元件的可能构型例如可以参照上面提到的现有技术。然而其他构型也是可能的。
传感器元件尤其可以设置成用在机动车中。测量气体尤其可以是机动车的废气。其他气体和气体混合物原则上也是可能的。测量气体室原则上可以是任意的、敞开的或关闭的室，在该室中接收有测量气体和/或该室由测量气体流经。测量气体室例如是内燃机、如燃烧发动机的排气管路中。
传感器元件包括载体和与载体直接或间接连接并且可暴露给测量气体的至少一个测量电极。所述至少一个测量电极尤其可以布置在载体的表面上或者从载体的表面开始可接触测量气体。所述至少一个测量电极尤其可以具有多个测量电极、例如至少一个第一测量电极和至少一个第二测量电极。测量电极尤其可以形成至少一个叉指电极、即两个相互嵌合的测量电极的结构，所述测量电极分别具有相互嵌合的电极指。然而所述至少一个测量电极的其他布置原则上也是可能的，如下面更详细描述的那样，两个测量电极至少区段式地平行引导并且共同形成曲折形图案的结构。
在本发明的框架下，载体原则上理解为任意的衬底，该衬底适用于承载所述至少一个测量电极和/或所述至少一个测量电极可以施加到该衬底上。载体可以单层地或多层地构造。在本发明的框架下，测量电极原则上理解为任意的电导体，该电导体适用于电流测量和/或电压测量，和/或该电导体可以给与电极设备接触的至少一个元件加载以电压和/或电流。
所述至少一个测量电极尤其可以包含铂和/或完全或部分地由铂组成。合金原则上也是可能的。除了使用铂之外替代地或附加地，也可以使用其他金属。
载体尤其可以包含至少一种陶瓷材料作为载体材料。载体尤其可以包含氧化陶瓷、优选是氧化铝、尤其是Al2O3。然而其他氧化物、例如氧化锆是可能的。此外，载体可以包含至少一种电绝缘材料。载体可以具有载体表面。在本发明的框架下，载体表面原则上理解为将载体和其周围环境隔开并且在其上施加有所述至少一个测量电极的任意层。
通常要指出，在本发明的框架下，概念“第一”、“第二”或“第三”以及相应的变型使用为纯标记和命名，而不以编号为目的。这样例如可以存在第一元件和第三元件，而不强制地需要第二元件，或者可以存在第二元件，而不存在第一元件，或者可以存在第一元件，而不存在第二元件或第三元件。
在本发明的框架下，在此控制装置通常理解为设置成用于启动、停止、控制或调节在其他装置中的一个或多个过程的装置。控制装置例如可以包括至少一个微控制器。然而替代地或附加地，控制装置也可以包括其他硬件，例如从以下组中选择出的至少一个硬件组件，该组由比测计、电流源、电压源、电流测量装置、电压测量装置、电阻测量装置组成。
在本发明的框架下，在此特性测量装置通常理解为可以产生至少一个测量信号的装置，由该测量信号可以推断出测量气体的至少一个特性。特性测量装置尤其可以构型为颗粒测量装置并且可以相应地设置成用于产生至少一个测量信号，由该测量信号可以推断出测量气体中的颗粒负载、尤其是颗粒浓度。关于颗粒测量装置的可能构型例如可以参照上面提到的现有技术。特性测量装置、尤其是颗粒测量装置尤其可以包括至少一个电压源和至少一个电流测量装置，其中，借助电压源例如可以给所述至少一个测量电极加载以电压，并且其中，在这里借助于电流测量装置可以测量电流。所述至少一个测量电极例如可以具有至少两个测量电极，所述测量电极分别具有各一个第一端部和第二端部，其中，电压源的一个极可以与两个第一端部中的第一个连接，并且电压源的另一个极可以与两个第一端部中的第二个连接，并且其中，电流测量装置例如可以与两个第一端部中的一个连接。由电流的强度例如可以推断出所述至少一个特性、尤其是测量电极的颗粒负载，和/或，由电流随时间的改变可以推断出所述特性、例如测量气体中的颗粒浓度。
在此，测量电极的端部通常理解为测量电极内部的点或区域，通过该点或区域可以与测量电极电接触。在这里可以、但不必涉及测量电极的最外侧端部、例如直导体或弯曲导体的导体回线的端部。
为了感测至少一个电信号(也称为测量信号)，控制装置例如可以包括至少一个测量装置、例如电流测量装置和/或电压测量装置，如下面更详细阐释的那样。在这里尤其可以涉及电流测量装置，因为颗粒负载通常以电流的形式被感测。
在本发明的框架下，在此限流电阻(也称为终端电阻)表示与至少一个另外的构件连接的电阻、优选是高阻电阻。所述至少一个限流电阻尤其可以用于并且设置成将可变电势、尤其是测试电势的作用限制到这种程度，使得传感器的真正的测量信号、例如叉指电极(DIE)的测量信号、尤其是在炭黑测量时所测量的电流还保持可测量，另一方面测试电势同样可以测量。限流电阻或者限流电阻的和(如果设置有多个限流电阻)尤其可以具有比对于真正的颗粒测量相关的欧姆电阻大的欧姆电阻。限流电阻例如能够以至少一个系数5-100大于测量电极之间的相应欧姆电阻，所述欧姆电阻由最小要证实的颗粒负载得出。
在本发明的框架下，在此电势源通常理解为具有带可变电势的至少一个接头的装置。这样电势源例如可以具有电压源，其中，电压源的至少一个极形成接头。可变电势通常理解为可以采取至少两个值的电势。电势源例如可以设置成用于将电势在至少一个第一值和至少一个第二值之间以一个阶、以多个阶或者无阶地改变。
控制装置尤其可以设置成用于感测至少一个测试信号，该测试信号会由于可变电势的改变而变化。为了该目的，控制装置例如可以具有用于感测测试信号的至少一个测试测量装置、例如电压测量装置和/或电流测量装置。这样例如可以感测呈电压形式的测试信号，其中，控制装置例如可以设置成用于检验，例如测试信号是否提供相应于电势源的电势变化的信号响应。如果不是这种情况，那么例如可以推断出控制装置和测量电极之间的错误连接或者推断出其他形式的故障。控制装置例如可以设置成，在这种情况下输出相应的错误信号。通常，控制装置可以设置成，由测试信号的感测和/或所感测的测试信号的改变推断出传感器的功能性、尤其推断出所述至少一个测量电极和控制装置之间的无错误的或错误的电连接。
如果设置有测试测量装置，那么该至少一个测试测量装置可以与特性测量装置、尤其是颗粒测量装置完全或部分地构件相同。替代地，特性测量装置、尤其是颗粒测量装置也可以与测试测量装置分开地构型。测试测量装置尤其可以具有至少一个电压测量装置。
电势源尤其可以设置成用于给第二端部加载以至少一个第一电势和至少一个第二电势，其中，第二电势与第一电势不同。这样电势源例如可以设置成用于在两个电势之间转换。
所述至少一个限流电阻优选可以完全或部分地集成到传感器元件中，例如布置在载体上或中。以该方式，相对于所述至少一个限流电阻布置在传感器中的传感器元件外部的情况，能够节省通向传感器元件的导线。然而其他构型原则上也是可能的。
传感器还可以具有用于加热传感器元件的至少一个加热器。在此，加热器通常理解为设置成用于加热至少一个元件、例如在该情况下加热传感器的装置。加热器尤其可以是电加热器。如下面更详细阐释的那样，加热器例如可以具有至少一个电能源、也称为加热器的供应装置或电供应装置和与电能源连接的至少一个加热电阻，该加热电阻例如可以构型为加热曲折部。
如果设置有至少一个加热器，那么电势源例如可以与加热器、例如与加热器的至少一个电能源和/或与电能源至少部分地构件相同。这样加热器例如可以具有至少一个电能源和与电能源连接的至少一个加热电阻、例如至少一个加热曲折部，其中，在电能源和加热电阻之间设置有至少一个电支线，其中，电支线通过所述至少一个限流电阻与所述至少一个第二端部连接。加热器例如还可以具有至少一个加热器开关，其中，加热器开关设置成用于接通和/或中断流经加热器的电流。以该方式，可以提供改变的电势。然而替代地，电势源也可以与加热器分开地构造。
传感器还可以具有至少一个温度感应器、例如至少一个与温度有关的电阻、例如温度测量曲折部。在这种情况下，电势源也可以与所述至少一个温度感应器完全或部分地构件相同和/或与所述至少一个温度感应器电连接。
所述至少一个限流电阻尤其可以具有1至100Mohm的欧姆电阻。然而其他值原则上也是可能的。
特性测量装置、尤其是颗粒测量装置尤其可以具有用于给所述至少一个测量电极加载电压的至少一个电压源。此外，特性测量装置、尤其是颗粒测量装置尤其可以具有用于感测经过测量电极的至少一个电流的至少一个电流测量装置。
所述至少一个测量电极尤其可以包括至少两个测量电极。所述测量电极中的每个测量电极分别可以具有第一端部和第二端部。所述至少两个测量电极例如可以形成例如具有梳状结构的叉指电极，该梳状结构具有彼此嵌合的电极指。替代地，测量电极也可以至少区段式平行地构造并且共同形成一个曲折形结构。
尤其当设置有至少两个测量电极时，那么传感器例如可以具有至少两个电势源，其中，所述测量电极的第二端部中的每一个第二端部分别通过至少一个限流电阻与所述电势源中的一个电势源连接。通常，所述测量电极的第二端部中的每一个第二端部例如可以分别与至少一个限流电阻连接。限流电阻例如可以在它们的离第二端部的一侧上相互电连接。电势源例如可以与限流电阻之间的至少一个点连接。然而另外的布线也是可能的，例如将两个限流电阻分隔开。
特性测量装置、尤其是颗粒测量装置尤其可以具有至少一个电压源，如上面阐释的那样。所述至少一个电压源例如可以与两个第一端部中的第一个第一端部连接并且设置成用于给所述两个第一端部中的该第一个第一端部加载以电压。特性测量装置、尤其是颗粒测量装置还可以具有至少一个电流测量装置，如上面阐释的那样，其中，电流测量装置与两个第一端部中的第二个第一端部连接并且可以设置成用于感测流经所述两个第一端部中的该第二个第一端部的电流。
在本发明的另一方面中，提出一种用于运行用于感测测量气体室中的测量气体的至少一个特性、尤其用于感测测量气体室中的测量气体的颗粒的传感器。传感器尤其可以是根据本发明、例如根据上述构型中的一个构型或根据下面还详细描述的构型中的一个构型的传感器。传感器具有至少一个传感器元件，该传感器元件具有载体和与载体连接并且可暴露给测量气体的至少一个测量电极。传感器还具有至少一个控制装置，在控制装置本身具有至少一个特性测量装置、尤其是至少一个颗粒测量装置。特性测量装置、尤其是颗粒测量装置与测量电极的至少一个第一端部连接并且设置成用于感测至少一个电信号。电信号优选可以通过测量气体的至少一个特性、例如通过测量电极的颗粒负载来影响。传感器还具有至少一个限流电阻，该限流电阻与测量电极的至少一个第二端部、尤其是与第一端部不同的第二端部连接。
所述方法包括给第二端部加载以可变电势。所述加载借助至少一个电势源实现。电势源通过限流电阻与第二端部连接。
所述方法还可以包括感测在第一端部上的感测至少一个测试信号。测试信号可以基于可变电势的变化而改变。所述方法还可以包括参照测试信号的变化的错误诊断。
所提出的传感器和所提出的方法相对于已知的传感器和所提到类型的方法具有多个优点。通常，本发明的想法能够应用到多种传感器方案上。所述至少一个测量电极例如可以具有两个平行引导的印制导线，其中，通过以下方式可以进行错误诊断和错误监控：监控经过印制导线的电流。印制导线可以分别在背离特性测量装置、颗粒测量装置的至少一个端部上(上面也称为第二端部)上与至少一个限流电阻连接。通过限流电阻可以给印制导线加载以一个或两个测试电势，所述测试电势分别可以随时间变化。通过检查在测试电势中的随时间的变化是否也反映在测试信号中，可以看出测量电极是否完好地和正确地接合。
本发明的简单实现的测量原理提供以下可能性，以高频率或者甚至持续地监控所述至少一个测量电极。因为测试电势是可变的，所述至少一个限流电阻的欧姆电阻可以选择得这么高，使得测试电势仅给测试信号留下可证实的小的信号变化。所述信号变化不必这么高，使得所述信号变化在信号的绝对值方面与干扰、如分流相比显得突出。由此能够避免大的干扰电流的出现。
此外，通过根据本发明提出的传感器能够实现传感器元件和尤其至少一个测量电极的简单的几何结构。该几何结构尤其可以适用于颗粒、例如炭黑的有效聚集。加热器、尤其是加热器的加热电阻可以受保护地放置在传感器元件内部，优选在为了该加热器不需要新的导线的情况下。此外，可以使用存在的电路元件，因为特性测量装置、尤其是颗粒测量装置也可以完全或部分地用于感测测试信号。
本发明的想法原则上可以应用于具有至少一个衬底和至少一个测量电极、例如至少一个叉指电极的任意电阻式颗粒传感器。然而替代地或附加地，本发明也可以应用在使用至少一个衬底和至少一个测量电极的其他传感器上、例如电阻式气体传感器、尤其是基于半导体的金属氧化物、如SnO2的电阻式气体传感器。
在此，本发明原则上提供了在通过所述至少一个电势源可应用的电势方面的高灵活性，所述电势也可以被称为测试电势。这样可以设置一个或多个电势源，所述电势源可以分别产生两个或更多个测试电势，如上面阐释的那样。如果设置有两个电势源或更多个电势源，那么例如可以给不同的测量电极加载以不同的测试电势，使得在一时间点给第一测量电极加载以第一测试电势并且在相同的时间点给第二测量电极加载以第二测试电势，其中，第一测试电势和第二测试电势不同。
然而，替代地也可以将单个的测试电势施加到两个电极上。这样限流电阻可以在电势源的一侧上相互短接，如上面阐释的那样。
在另外的实施方式中，可以使用在传感器内部或者甚至在传感器元件上存在的电势，以便作为测试电势起作用。在此，尤其可以使用加热器电势。但是替代地或附加地也可以考虑使用传感器和尤其传感器元件的温度测量电阻的电势、例如温度测量曲折部的电势。
传感器的布线能够以不同的变型方案实施，这同样提供在传感器的可能构型方面的高灵活性。这样为了感测测试信号例如可以完全或部分地短暂关断特性测量装置。例如可以使该特性测量装置的电压源短暂地停止运行或关断，以便能够通过至少一个测量装置感测由测试电势引起的电压变化。然而，除了电压源的短时间关断之外替代地或附加地，例如也可以进行测试信号的其他形式的测量、例如电流测量，例如借助电流测量装置、如借助在所述测量电极中的一个测量电极上的电流镜，所述测量电极例如是通常连接正极的叉指电极。替代地或附加地，为了感测测试信号又可以不完全关断特性测量装置的电能源、例如电压源，而是替代地例如转换到高阻的供给。这样在测试电势中的至少一个变化可以引起在供给电势中、例如在通常连接正极的测量电极的电势(也称为IDE+电势)中的至少一个可测量的变化。
该可能性总体上示出，存在多种构型，借助于所述构型可以感测至少一个测试信号，作为对于借助电势源的电势变化的响应。为了感测所述至少一个测试信号，可以中断特性的原本测量，然而其中，也存在以下构型，借助该构型可以使中断最小化或者甚至完全避免。以该方式，可以实现有效率的诊断，因为由呈测试信号的形式的所感测的响应例如可以无问题地推断出控制装置和测量电极之间的电连接的中断和/或测量电极本身的损坏。
附图说明
本发明的其他可选细节和特征由下面对附图中示意性示出的优选实施例的描述得出。
附图示出：
图1用于感测测量气体的至少一个特性的根据本发明的传感器的第一实施例；
图2根据本发明的传感器的第二实施例，其将两个测试电势合并；和
图3根据本发明的传感器的第三实施例，其使用加热器的供给作为测试电势。
具体实施方式
在图1中示出用于感测测量气体室中的测量气体的至少一个特性的根据本发明的传感器110的第一实施例。测量气体尤其可以是内燃机的废气，并且测量气体室相应地尤其是内燃机的排气管路。
在该实施例中，传感器包括传感器元件112，该传感器元件具有载体114和在该实施例中示例性的两个直接或间接施加在载体114上并且可暴露给测量气体的测量电极116、118。在该示例中，测量电极116、118以所谓的双蛇形布置(Double-Snake-Anordnung)的形式示例性地示出。然而其他布置原则上也是可能的。通常，测量电极116尤其能够以数字电极布置的形式构造。
测量电极116、118分别具有第一端部120、122和第二端部124、126。
第一测量电极116的第二端部124和第二测量电极118的第二端部126分别与限流电阻128、130连接。这些限流电阻128、130还可以是传感器元件112的组成部分或者能够以其他方式是传感器110的组成部分，例如是下面更详细阐释的控制装置的组成部分。但是优选的是限流电阻128、130集成到传感器元件112中，因为以该方式可以节省通向传感器元件112的导线。
在该实施例中，第二端部124、126通过限流电阻128、130分别与电势源132、134连接。第二端部124、126可以通过电势源132、134加载以可变的电势。
如上面解释的那样，传感器110还具有控制装置136。在该实施例中，该控制装置包括用于测量测量气体的至少一个特性的特性测量装置138。因为传感器尤其可以是颗粒传感器，所以该特性测量装置138尤其可以构型为颗粒测量装置140。在该实施例中，特性测量装置138示例性地包括电压源142和电流测量装置144。借助电压源144可以给测量电极116、118加载以电压，并且借助于电流测量装置144可以感测这些测量电极116、118之间的电流。例如对于炭黑颗粒测量，电流可以表示用于传感器元件112的表面的颗粒负载的程度，因为通过炭黑可以形成测量电极116、118之间的导电桥。电流随时间的变化也可以用作为用于表示颗粒负载的程度，因为该变化例如能够推断出积聚随时间的增加。
在该实施例中，除了特性测量装置138之外，传感器110、例如控制装置136还具有测试测量装置146。该测试测量装置146例如可以构型成用于检验控制装置136和传感器元件112之间的连接和/或用于检验测量电极116、118的功能性。以该方式，例如可以确定错误连接和/或中断的测量电极116、118。
测试测量装置146例如可以包括所述至少一个电势源132、134。然而在该实施例中，这些电势源132、134示例性地不作为该测试测量装置146的部件示出。替代地，测试测量装置146示例性地包括用于感测由于至少一个测试电势的改变而导致的电流变化和/或电势变化和/或电压变化的装置。在该实施例中，测试测量装置146示例性地仅与第一测量电极116耦合，使得测试测量装置146例如可以感测测试信号，该测试信号包含由于电势源132的测试电势的改变而导致的电流变化和/或电压变化和/或电势变化。
在图2中示出根据图1的实施例的变型方案。这里的实施例可以与根据图1的实施例在很大程度上一致，使得大部分可以参见图1的说明。然而在该实施例中，与根据图1的实施例不同的是，没有设置两个电势源、而是设置仅一个单独的电势源210。该电势源又设置成用于提供可变的测试电势。限流电阻128、130在节点212处相互连接。电势源210也与该节点212连接，并且通过该节点212可以向这两个测量电极116、118加载以可变的测试电势。
在图3中示出传感器110的另外的变型方案。该实施例主要大部分相应于根据图2的实施例，使得在很大程度上可以参见该附图。两个限流电阻128、130又在节点212处短接并且在那里加载以共同的测试电势。节点212连同限流电阻128、130在内例如可以布置在测试元件114外部，如在图3中示出的那样，或者连同限流电阻128、130在内也布置在测试元件114自身上。
然而，与根据图2的构型不同的是，没有设置特定的电势源给节点212加载以测试电势，而是使用在传感器110内部、例如在传感器元件114内部和/或在传感器110的其他部件中已经存在的电势源。在该实施例中，同样还可以是传感器110的组成部分的加热器310可以与电势源312完全或部分地构件相同，和/或该加热器310的加热电势可以完全或部分地用作为测试电势。
在图3示出的实施例中，加热器310包括能量源314、例如电压源和/或电流源，以及还包括加热器开关316和加热电阻318。在该实施例中，加热器310示例性地与传感器元件112分开地构造。然而加热器310也可以完全或部分地集成到传感器元件112中。这样加热电阻318例如可以完全或部分地是传感器元件114的组成部分。
在该实施例中，在加热器开关316和加热电阻318之间的节点320与节点212连接。以该方式，在操纵加热器开关316时，可以给节点212加载以可变的电势，即可选地加载以加热器电势或“浮动”电势。
此外，在图3中也示出测试测量装置146和特性测量装置138的可选的变型方案，所述测试测量装置和特性测量装置可以替代地或附加地实现。特性测量装置138还包括开关322，借助于该开关可以使电压源142与传感器元件112分开。此外，可选地设置有分压器324，测试测量装置146在该分压器内部作用。在该实施例中，或者也在其他实施例中，测试测量装置146例如可以包括模数转换器和/或电压测量装置和/或电势测量装置。以该方式，例如可以感测可变的测试信号，作为对加载到节点212上的可变电势的信号响应。分压器324可以在它的与电压源142相对置的端部上例如与地面或地电势326连接。
电流测量装置144也可以构型有模数转换器，以便在测量阶段期间感测测量信号，所述测量信号表明测量气体的特性、例如颗粒浓度。在电流测量装置144之前例如又可以设置节点328，在该节点处可以通过电阻330实现与地面或地电势326的连接。
根据图3的构型能够实现在传感器310内部已经存在的电势作为测试电势使用。如在图3中示出，在这里尤其可以使用加热器电势。然而，替代地或附加地，也能够使用其他电势，例如温度测量曲折部的电势。
此外，布线能够以不同的变型方案实施。这样可以借助开关322短时间地关断电压供给，以便能够感测由测试电势引起的电压变化，如在图3中示出的那样。以该方式，例如能够实现间歇性的测试测量。然而替代于短时间的关断，例如也能够通过电流镜实现电流测量。替代地或附加地，借助于电压源142的电压供给例如也可以不完全关断，而是转换为高阻的供给。这样在测量电势中的变化引起在供给电势中的可测量的变化。可以考虑其他不同的构型方案。
Claims (13)
1.用于感测测量气体的至少一个特性、尤其用于感测测量气体室中的测量气体的颗粒的传感器(110)，包括至少一个传感器元件(112)，其中，所述传感器元件(112)具有载体(114)和与所述载体(114)连接并且能暴露给所述测量气体的至少一个测量电极(116、118)，其中，所述传感器(110)还具有至少一个控制装置(136)，其中，所述控制装置(136)具有至少一个特性测量装置(138)，其中，所述特性测量装置(138)与所述测量电极(116、118)的至少一个第一端部(122、124)连接并且设置成用于感测至少一个电信号，其中，所述传感器(110)还具有至少一个限流电阻(128、130)，其中，所述限流电阻(128、130)与所述测量电极(116、118)的至少一个第二端部(124、126)连接，其中，所述传感器(110)还具有至少一个电势源(132、134；210；312)，其中，所述电势源(132、134；210；312)通过所述限流电阻(128、130)与所述第二端部(124、126)连接并且设置成用于给所述第二端部(124、126)加载以能变化的电势。
2.根据前述权利要求所述的传感器(110)，其中，所述控制装置(136)设置成用于感测至少一个测试信号，该测试信号基于所述能变化的电势的变化而改变。
3.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述至少一个限流电阻(128、130)完全或部分地集成到所述传感器元件(112)中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述传感器(110)还具有用于加热所述传感器元件(112)的至少一个加热器(310)，其中，所述电势源(132、134；210；312)与从以下组中选择出的至少一个元件至少部分地构件相同：所述加热器(310)；所述加热器(310)的电能源的温度电阻。
5.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述传感器(110)还具有至少一个温度感应器，其中，所述电势源(132、134；210；312)与所述温度感应器至少部分地构件相同。
6.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述至少一个测量电极(116、118)包括至少两个测量电极(116、118)，其中，所述测量电极(116、118)中的每个测量电极分别具有第一端部(120、122)和第二端部(124、126)。
7.根据前一权利要求所述的传感器(10)，其中，所述测量电极(116、118)至少区段式平行地构造并且共同形成一个曲折形结构。
8.根据前两个权利要求中任一项所述的传感器(110)，其中，所述传感器(110)具有至少两个电势源(132、134；210；312)，其中，所述测量电极(116、118)的所述第二端部(124、126)中的每个第二端部分别通过至少一个限流电阻(128、130)与所述电势源(132、134；210；312)中的一个电势源连接。
9.根据前三个权利要求中任一项所述的传感器(110)，其中，所述测量电极(116、118)的所述第二端部(124、126)中的每个第二端部分别与至少一个限流电阻(128、130)连接。
10.根据前一权利要求所述的传感器(10)，其中，所述限流电阻(128、130)在它们的背离所述第二端部(124、126)的一侧上相互电连接。
11.根据前一权利要求所述的传感器(10)，其中，所述电势源(132、134；210；312)与所述限流电阻(128、130)之间的至少一个点(212)连接。
12.根据前五个权利要求中任一项所述的传感器(110)，其中，所述特性测量装置(138)具有至少一个电压源(142)，其中，所述电压源(142)与两个第一端部(120、122)中的第一个第一端部连接并且设置成用于给所述两个第一端部(120、122)中的该第一个第一端部加载以电压，其中，所述特性测量装置(138)还具有至少一个电流测量装置(144)，其中，所述电流测量装置(144)与所述两个第一端部中的第二个第一端部连接并且设置成用于感测流经所述两个第一端部(120、122)中的该第二个第一端部的电流。
13.用于运行用于感测测量气体室中的测量气体的至少一个特性、尤其用于感测测量气体室中的测量气体的颗粒的传感器(110)的方法，其中，所述传感器(110)具有至少一个传感器元件(112)，其中，所述传感器元件(112)具有载体(114)和与所述载体(114)连接并且能暴露给所述测量气体的至少一个测量电极(116、118)，其中，所述传感器(110)还具有至少一个控制装置(136)，其中，所述控制装置(136)具有至少一个特性测量装置(138)，其中，所述特性测量装置(138)与所述测量电极(116、118)的至少一个第一端部连接并且设置成用于感测至少一个电信号，其中，所述传感器(110)还具有至少一个限流电阻(128、130)，其中，所述限流电阻(128、130)与所述测量电极(116、118)的至少一个第二端部(124、126)连接，其中，所述方法包括给所述第二端部(124、126)加载以能变化的电势，其中，所述加载借助至少一个电势源(132、134；210；312)进行，其中，所述电势源(132、134；210；312)通过所述限流电阻(128、130)与所述第二端部(124、126)连接。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102016225420.0A DE102016225420A1 (de) | 2016-12-19 | 2016-12-19 | Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases |
| DE102016225420.0 | 2016-12-19 | ||
| PCT/EP2017/076987 WO2018114094A1 (de) | 2016-12-19 | 2017-10-23 | Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110088606A true CN110088606A (zh) | 2019-08-02 |
| CN110088606B CN110088606B (zh) | 2022-10-04 |
Family
ID=60153320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780078649.7A Active CN110088606B (zh) | 2016-12-19 | 2017-10-23 | 用于感测测量气体的至少一个特性的传感器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110088606B (zh) |
| DE (1) | DE102016225420A1 (zh) |
| WO (1) | WO2018114094A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102018215322A1 (de) | 2018-09-10 | 2020-03-12 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Test der Integrität einer gedruckten Leiterbahn |
| DE102020205944A1 (de) * | 2020-05-12 | 2021-11-18 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011006167A1 (de) * | 2010-03-25 | 2011-10-20 | Denso Corporation | Gassensor und Verfahren zur Erfassung der Unterbrechung bei einem Gassensor |
| US20110283773A1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-11-24 | Denso Corporation | Particulate matter detection sensor and particulate matter detection sensor unit |
| US20120103057A1 (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | Denso Corporation | Particulate matter detection sensor |
| DE102013215123A1 (de) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Denso Corporation | Detektionselement für partikuläre materie, detektionssensor für partikuläre materie, der damit ausgestattet ist, und herstellungsverfahren dafür |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10133384A1 (de) | 2001-07-10 | 2003-01-30 | Bosch Gmbh Robert | Sensor zur Detektion von Teilchen und Verfahren zu dessen Funktionskontrolle |
| DE10149333B4 (de) | 2001-10-06 | 2007-06-28 | Robert Bosch Gmbh | Sensorvorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Gasen |
| DE10319664A1 (de) | 2003-05-02 | 2004-11-18 | Robert Bosch Gmbh | Sensor zur Detektion von Teilchen |
| DE10353860B4 (de) | 2003-11-18 | 2023-03-30 | Robert Bosch Gmbh | Sensor zum Erfassen von Partikeln in einem Gasstrom, sowie Verfahren zu seiner Herstellung |
| DE102006042362A1 (de) | 2006-09-08 | 2008-03-27 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement für Gassensoren und Verfahren zum Betrieb desselben |
| DE102006042605B4 (de) | 2006-09-11 | 2020-01-16 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement für Gassensoren und Verfahren zum Betrieb desselben |
| US8928338B2 (en) | 2010-11-17 | 2015-01-06 | Delphi Technologies, Inc. | Self diagnostics of a particulate matter sensor |
| WO2012162685A1 (en) | 2011-05-26 | 2012-11-29 | Stoneridge, Inc. | Soot sensor system |
-
2016
- 2016-12-19 DE DE102016225420.0A patent/DE102016225420A1/de active Pending
-
2017
- 2017-10-23 WO PCT/EP2017/076987 patent/WO2018114094A1/de active Application Filing
- 2017-10-23 CN CN201780078649.7A patent/CN110088606B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011006167A1 (de) * | 2010-03-25 | 2011-10-20 | Denso Corporation | Gassensor und Verfahren zur Erfassung der Unterbrechung bei einem Gassensor |
| US20110283773A1 (en) * | 2010-05-24 | 2011-11-24 | Denso Corporation | Particulate matter detection sensor and particulate matter detection sensor unit |
| US20120103057A1 (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-03 | Denso Corporation | Particulate matter detection sensor |
| DE102013215123A1 (de) * | 2012-08-02 | 2014-02-06 | Denso Corporation | Detektionselement für partikuläre materie, detektionssensor für partikuläre materie, der damit ausgestattet ist, und herstellungsverfahren dafür |
| CN103575628A (zh) * | 2012-08-02 | 2014-02-12 | 株式会社电装 | 微粒物质检测元件、配备有该元件的微粒物质检测传感器以及用于制造该元件的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110088606B (zh) | 2022-10-04 |
| WO2018114094A1 (de) | 2018-06-28 |
| DE102016225420A1 (de) | 2018-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8035404B2 (en) | Method for influencing soot deposits on sensors | |
| US8182665B2 (en) | Sensor element for gas sensors and method for operating same | |
| US8640526B2 (en) | Method and device for operating a particle sensor | |
| US6960476B2 (en) | Method and apparatus for analyzing mixtures of gases | |
| US20120024041A1 (en) | Method of sensing and measuring the concentrations of high temperature combustion gases | |
| KR101075300B1 (ko) | 가스 혼합물 분석 장치 | |
| US11933751B2 (en) | Method for assessing the operatability of a sensor for detecting soot | |
| CN110088606A (zh) | 用于感测测量气体的至少一个特性的传感器 | |
| JP7026697B2 (ja) | ガスパラメータを決定するセンサ | |
| KR20120048828A (ko) | 가스 센서 | |
| JP2014092524A (ja) | 半導体ガスセンサ素子 | |
| KR20160124384A (ko) | 입자농도측정용 센서소자 | |
| CN109891223A (zh) | 用于确定在流体介质中的颗粒的传感器元件 | |
| JP4171803B2 (ja) | 酸化物半導体を使った酸素センサ | |
| JP7039327B2 (ja) | ガスセンサおよびガス検知方法 | |
| CN109891211B (zh) | 用于感测测量气体室中的测量气体的颗粒的传感器元件 | |
| JP7296625B2 (ja) | 酸素センサ | |
| CN111426883B (zh) | 金属接触电阻测试方法和测试回路 | |
| CN109997026B (zh) | 用于运行用于检测在测量气体空间中的测量气体的颗粒的传感器元件的方法 | |
| RU154099U1 (ru) | Сенсорный датчик на аммиак | |
| CN113614522A (zh) | 传感器模块 | |
| JP2023157201A (ja) | ガスセンサ | |
| JP2004020226A (ja) | ガス検知装置 | |
| JPH0458144A (ja) | ガスセンサ | |
| ES2369200T3 (es) | Método para analizar mezclas de gases. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |