CN110678728A - 颗粒传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种颗粒传感器(100)，该颗粒传感器具有高压电极(202、302)和至少一个接地电极(210、304、308、314)，其中，所述高压电极(202、302)通过进入通道(114)与所述进入通道(114)的敞开端部(118)连接，其中，所述高压电极(202、302)通过排出通道(116)与所述排出通道(116)的敞开端部(120)连接，其中，所述至少一个接地电极(210、304、308、314)布置在所述排出通道(116)中，其特征在于，所述进入通道(114)从所述进入通道(114)的敞开端部(118)并且所述排出通道(116)从所述排出通道(116)的敞开端部(120)沿着共同轴线(112)朝着所述高压电极(202、302)的方向延伸。本发明还涉及一种用于制造这种颗粒传感器(100)的方法。

Description

颗粒传感器

技术领域

本发明涉及一种颗粒传感器、尤其是一种炭黑颗粒传感器。

背景技术

由WO 2012/089922 A1和WO 2013/125181 A1已知基于电荷测量原理的颗粒传感器、尤其是高压颗粒传感器。

在这种颗粒传感器、尤其是炭黑传感器中，包含在废气中的炭黑颗粒的至少一部分被充电。炭黑颗粒例如通过以下方式被充电：炭黑颗粒流经在高压电极上的电晕放电的电晕。炭黑颗粒也可以通过与离子化的空气接触而被充电。在这种情况下，使空气离子化，其方式是，空气流经电晕放电的电晕。在该情况下，离子化的空气粘附在带电炭黑颗粒上。也可能的是，炭黑颗粒通过触碰高压电极而直接充电。

然后测量这些颗粒的电荷或这些颗粒引起的电流或电流变化。电荷的测量基于电荷感应的确定，该电荷感应通过带电炭黑颗粒在传感器电极上产生。这是用于带电炭黑颗粒的数量的量度。也能够实现电流的直接测量，该电流通过带电炭黑颗粒从传感器系统中流出而产生。流出电流、即所谓的“逃逸电流(escaping current)”是用于带电炭黑颗粒的数量的量度。带电炭黑颗粒的数量是用于废气中的炭黑颗粒的数量的量度。

由此确定每单位体积废气的炭黑颗粒的质量浓度或数量浓度。

发明内容

尤其对于开始所述类型的、使用在车辆中的炭黑传感器而言期望的是，特别可靠地实施该测量。

这通过根据权利要求1所述的炭黑传感器实现。所述炭黑传感器具有比传统的炭黑传感器更高的敏感性，即每单位体积废气的炭黑颗粒的更小的最小可测量质量浓度或数量浓度。

关于炭黑传感器设置具有高压电极和至少一个接地电极的颗粒传感器，其中，高压电极通过进入通道与进入通道的敞开端部连接，其中，高压电极通过排出通道与排出通道的敞开端部连接，其中，所述至少一个接地电极布置在排出通道中，其特征在于，进入通道从进入通道的敞开端部并且排出通道从排出通道的敞开端部沿着共同轴线朝着高压电极的方向延伸。该颗粒传感器可以特别可靠地实施测量。

有利地，颗粒传感器构造用于通过颗粒所引起的电流来测量颗粒浓度，所述颗粒触碰高压电极并且随后运动至接地电极。

有利地，进入通道至少区段式地径向围绕排出通道(116)。这是特别紧凑的结构方式。

有利地，进入通道和排出通道关于共同轴线旋转对称。这能够实现以陶瓷浇注方法的特别有利的制造。

有利地，进入通道和排出通道是柱形的。这能够实现柱形模具的使用。

有利地，高压电极布置在基座上，该基座在进入通道的沿着共同轴线背离进入通道的敞开端部的一侧上封闭所述进入通道，其中，基座在排出通道的沿着共同轴线背离排出通道的敞开端部的一侧上封闭所述排出通道。由此使高压电极以特别有利的方式基于文丘里效应迎流。当敞开端部尤其垂直于颗粒流的主流动方向地伸入到该颗粒流中时，通过在敞开端部之间的压差产生该文丘里效应，

有利地，基座具有用于高压电极的供应导线的贯穿引导部，该贯穿引导部沿着共同轴线延伸。由此高压电极可以简单地触点接通。

有利地，基座具有用于新鲜空气的穿通部(Durchlass)。由此可以对新鲜空气进行抽吸/泵入、离子化并且随后获得由此引起的电荷流。

有利地，进入通道和排出通道形成传感器元件，该传感器元件在颗粒传感器的连接区段中与基座连接，其中，在连接区段中布置有至少一个通道，该通道使进入通道与排出通道连接。由此，颗粒传感器由两部分形成，一方面由具有进入通道和排出通道的传感器主体并且另一方面由基座形成。这简化了制造。

有利地，通道在径向方向上关于共同轴线从外向内逐渐变窄。这改善了高压电极的迎流。

有利地，基座朝着排出通道的敞开端部的方向并且在径向方向上关于共同轴线从外向内隆起成高台，在该高台上布置有高压电极。这改善了高压电极的迎流。

有利地，高压电极构造为针状高压电极，通过该针状高压电极可以产生电晕放电，其中，颗粒在电晕放电中被直接充电，或者，其中，可以在空气中产生离子，所述离子粘附在颗粒上。这能够实现颗粒的特别有效的充电。

有利地，在共同轴线的方向上朝着排出通道的敞开端部的方向看在接地电极后面布置有陷阱电极对，该陷阱电极对构造成用于将未粘附在颗粒上的离子从空气中移除。这能够实现颗粒的特别好的探测。

有利地，在共同轴线的方向上朝着排出通道的敞开端部的方向看在陷阱电极对后面布置有传感器电极，该传感器电极构造成借助于电荷感应测量运动经过传感器电极旁边的颗粒的电荷。这进一步改善了探测。

有利地，高压电极布置在基座的相对于高台沿着共同轴线的方向缩回的区域中。这进一步改善了高压电极的迎流。

有利地，至少一个加热元件至少部分地围绕进入通道或排出通道。这改善了颗粒传感器的冷启动特性。

有利地，至少一个屏蔽电极在所述至少一个接地电极或高压电极延伸的区域中至少部分地围绕进入通道或排出通道，其中，屏蔽电极关于共同轴线在径向上看布置在所述至少一个接地电极和高压电极之间。屏蔽电极减小作用在高压电极上的高压的失真影响。

有利地，排出通道关于共同轴线在径向上向外由陶瓷壳包围，其中，进入通道关于共同轴线在径向上向外由金属壳包围，其中，进入通道关于共同轴线在径向上在陶瓷壳和金属壳之间形成。所述壳保护传感器并且可以形成电极。

有利地，高压电极朝着排出通道的敞开端部的方向在排出通道的以下区域中延伸，在该区域中所述至少一个接地电极沿着共同轴线的方向至少区段式地延伸。这改善了颗粒传感器的效率。

有利地，所述至少一个接地电极关于共同轴线在周向方向上在排出通道的至少一个区段中中断，该区段沿着共同轴线的方向延伸。这能够实现将输入导线布置在该区域中。

有利地，在排出通道的所述至少一个接地电极中断的区段中布置有用于另外的电极的输入导线，该输入导线沿着共同轴线的方向延伸。这减小了在制造时的花费，因为不需要穿过颗粒传感器的主体的附加贯穿引导部来引导输入导线。

有利地，第一陷阱电极对和第二陷阱电极对沿着共同轴线的方向彼此间隔开地布置在排出通道中，其中，第一陷阱电极对在排出通道的至少一个第一区段中中断，该第一区段沿着共同轴线的方向延伸，并且第二陷阱电极对在排出通道的至少一个第二区段中中断，该第二区段沿着共同轴线的方向延伸，其中，排出通道的布置有第一陷阱电极对的第一区域和排出通道的布置有陷阱电极对的第二区域关于共同轴线沿周向方向彼此错开地布置。这减小了测量精度与颗粒传感器的安装位置的相关性。

有利地，用于所述至少一个接地电极的至少一个输入导线通过排出通道、排出通道的敞开端部和进入通道的敞开端部引导到进入通道中。由此，所述壳保护输入导线。

有利地，在排出通道中布置有偏转电极，其中，用于偏转电极的至少一个高压输入导线从高压电极经由排出通道引导至偏转电极。由此这些电极与同一个导线连接。这减小了材料耗费。

与此相关地，用于制造颗粒传感器的方法包括以下步骤：

制造具有高压电极的基座，该高压电极从基座的端侧沿着共同轴线的方向延伸，

制造传感器元件，该传感器元件具有至少一个测量电极、具有用于使高压电极与排出通道的敞开端部连接的排出通道，其中，所述至少一个接地电极布置在排出通道中，其中，排出通道从排出通道的敞开端部沿着共同轴线朝着传感器元件的端侧延伸，其中，在传感器元件上布置有至少一个从端侧沿着共同轴线的方向缩回的缺口，该缺口穿过传感器元件，

将传感器元件的端侧与基座的端侧连接，

紧固沿着共同轴线的方向延伸并且关于共同轴线在径向上与传感器元件间隔开以形成进入通道的壳，其中，基座封闭排出通道和进入通道。这能够实现特别有利的制造。

有利地，紧固器件布置在壳和基座之间。由此，基座这样与壳连接，使得所述壳保护基座和紧固器件。

有利地，基座和传感器元件以陶瓷浇注方法由陶瓷材料成形，其中，基座和传感器元件在烧结过程之前以成对的方式连接，由壳围绕并且随后在烧结过程中被烧结。这附加地简化了制造。

附图说明

另外的有利构型由下面的描述和附图得出。在附图中：

图1示意性示出炭黑传感器的部件，

图2示意性示出具有高压电极的炭黑传感器的示图，

图3示意性示出具有电晕电极的炭黑传感器，

图4示意性示出具有两个电极对的炭黑传感器，

图5示意性示出具有较小尺寸的高压电极的炭黑传感器，

图6示意性示出传感器元件在保护管中的紧固，

图7示意性示出具有双壁保护管的炭黑传感器，

图8示意性示出传感器元件中的第一空气引导部的示图，

图9示意性示出具有缩回布置的高压电极的炭黑传感器，

图10和11示意性示出炭黑传感器的其他变型方案，

图12和13示意性示出针对炭黑传感器的穿通部的变型方案，

图14和15示意性示出用于炭黑传感器的加热元件的变型方案，

图16至18示意性示出用于炭黑传感器的电极的输入导线的布置的变型方案，

图19至21示意性示出用于输入导线的触点接通的变型方案，

图22示意性示出用于制造炭黑传感器的方法的步骤。

具体实施方式

图1示意性示出炭黑传感器100的部件。

炭黑传感器100包括传感器元件102。传感器元件102例如是柱形的。传感器元件102例如由陶瓷材料、例如镁橄榄石(Mg2SiO4)制成，因为该材料具有约11至12ppm/K的热膨胀系数并且因此非常靠近铁素体钢的热膨胀系数。

炭黑传感器100包括保护管104。保护管104例如是柱形的。保护管104例如由铁素体钢制成。这简化了保护管104和传感器元件102之间的材料流动的连接，例如通过陶瓷粘接剂或活性焊剂。

保护管104至少部分地包围传感器元件102。因此，保护管104形成用于传感器元件102的金属壳体。

保护管104设置有用于使保护管104接地的电接头106。

传感器元件102的直径108小于保护管104的直径110。传感器元件102和保护管104关于共同柱体轴线112对称地布置。保护管104构造为空心柱体。传感器元件102构造为空心柱体。保护管104将传感器元件102部分地接收在该保护管的内部中。传感器元件102例如具有外直径108。保护管104例如具有内直径110，该内直径小于外直径108。通过不同的直径108、110和关于共同柱体轴线112的对称布置，形成进入通道114，该进入通道在保护管104的内部沿着共同柱体轴线112延伸，并且当传感器元件102布置在保护管104中时，该进入通道具有圆环形带横截面。废气可以通过进入通道114流入到保护管104的内部。在此，保护管104至少部分地保护传感器元件102免受直接的废气接触，并且能够实现废气在传感器元件102上的均匀流动。在此，在传感器元件102的内部设置有排出通道116，通过进入通道114流入的废气又可以通过该排出通道流出。排出通道116在传感器元件102中沿着共同柱体轴线112延伸。排出通道116至少以区段的方式是柱形的并且关于共同柱体轴线112对称地延伸。

进入通道114的敞开端部118沿着共同柱体轴线112看与进入通道116的敞开端部120布置在传感器元件102的同一侧上。流入的废气在传感器元件102的沿着共同柱体轴线112与敞开端部118、120相对置的端部上转向，以便随后通过排出通道116流出。对此的细节在下面描述。

优选地，传感器元件102沿着共同柱体轴线112看在敞开端部118、120的一侧上超过保护管104伸出。

炭黑传感器100优选这样布置，使得共同柱体轴线112垂直于废气的主流动方向122走向，其中，敞开端部118、120的一侧面向沿着主流动方向122的废气流。可选地，可以在炭黑传感器100的沿着共同柱体轴线112与敞开端部118、120相对置的一侧上设置有在流动方向124上的新鲜空气，新鲜空气经由该流动方向优选平行于共同柱体轴线112地流动至炭黑传感器100。

参照下面的附图描述这种旋转对称的炭黑颗粒传感器的示意性示图。也可以设置有其他几何形状、例如椭圆形的横截面。

敞开端部118、120也可以如在下面的示例中示出的那样布置在横截面平面中。

在下面的描述中针对功能相同的元件使用同样的附图标记。

图2示意性示出具有高压电极202的炭黑传感器100的示图。高压电极202通过供应导线204由高压发生器206供应以高压。

高压电极202在传感器元件102的沿着共同柱体轴线112与敞开端部118、120相对置的一侧上布置在基座208上。高压电极202优选具有柱形的形状并且沿着共同柱体轴线对称地延伸。高压电极202在它的面向敞开端部118、120的一侧上超过基座208伸出。基座208在排出通道116的沿着共同柱体轴线112与敞开端部120相对置的一侧上封闭所述排出通道。

在排出通道116的内部布置有空心柱形的接地电极210，该接地电极沿着共同的柱体轴线112对称地延伸。接地电极210可以通过接地导线212接地。

供应导线204通过基座208从高压电极202引导至高压发生器206。接地导线212通过传感器元件202的壳从接地电极210引导至接地。高压发生器206和接地例如不是炭黑传感器100的部件。高压发生器206和接地可以通过炭黑传感器100上的相应触点与该炭黑传感器连接。高压发生器206也可以可选地是炭黑传感器100的部件。

废气优选通过进入通道114的敞开端部118沿着传感器元件102在共同柱体轴线112的方向上流向至少一个入口214。在图2中示出两个入口214，所述入口使传感器元件102的沿着共同柱体轴线112与敞开端部118、120相对置的一侧上的通道114与排出通道116连接。所述至少一个入口214基本上垂直于共同柱体轴线112地引导通过传感器元件102。

优选地，所述至少一个入口114布置在垂直于共同柱体轴线112的平面中，高压电极202的横截面位于平面中。

废气包含颗粒216，所述颗粒随着废气经由所述至少一个入口214流入到传感器元件102的内部中。在此，颗粒216在高压电极202旁边经过排出通道116流向进入通道116的敞开端部120。在此，颗粒216流经接地电极210。接地电极210沿着共同柱体轴线112至少区段式地在排出通道116内部延伸。颗粒216的至少一部分例如通过触碰高压电极202而带电。带电颗粒216由于其充电而至少部分地流向接地电极210。由此产生在高压电极202和接地电极210之间的电流。该电流可以通过合适的测量仪确定并且可以作为用于废气中的颗粒216的瞬时浓度的量度使用。

没有达到接地电极210的未带电的颗粒216和带电颗粒216经由排出通道116在所述排出通道的敞开端部120处从传感器元件102流出。

基座208和传感器元件102在传感器元件102的与敞开端部118、120相对置的一侧上相互连接。连接区段218在它的外部区域中关于共同柱体轴线112圆环形地构造。优选地，基座208从该圆环形的连接区段218开始在靠近共同柱体轴线112时隆起成承载高压电极202的高台220。在该情况下，传感器元件102在它的面向基座208的端侧上具有传感器元件102的壳的相应形状。

图3示意性示出具有电晕电极302和电晕接地电极304的炭黑传感器100，所述电晕接地电极在排出通道116中在排出通道116的沿着共同柱体轴线112与排出通道116的敞开端部120相对置的一侧上布置在所述至少一个入口214和敞开端部120之间。电晕接地电极优选空心柱形地构造并且区段式地沿着共同柱体轴线112相对于该柱体轴线对称地延伸。

此外，在电晕接地电极304和敞开端部120之间布置有陷阱电极306，并且在陷阱电极306和敞开端部120之间布置有可选的传感器电极308。不同于图2中的示例，不设置接地电极210。

电晕接地电极304可以通过接地导线212接地。陷阱电极306可以通过陷阱电极导线触点接通，该陷阱电极导线受引导通过传感器元件302。可选的传感器电极308可以通过传感器电极导线312触点接通，该传感器电极导线受引导通过传感器元件112。

传感器电极308在排出通道116内部沿着共同柱体轴线212的方向区段式地延伸并且空心柱形地构造。

陷阱电极306在进入通道116的内侧上区段式地沿着共同柱体轴线112的方向延伸。陷阱电极306优选以空心柱体的区段的形式构造，该区段在径向方向上在小于该空心柱体的周长的一半的尺度上延伸。

在电晕接地电极304和传感器电极308之间在排出通道116的内部布置有接地电极区段314。接地电极区段314优选如陷阱电极306那样成形。优选地，接地电极区段314和陷阱电极306在排出通道116的彼此相对置的区段上、优选关于共同柱体轴线112点对称地布置。接地电极导线316为了使接地电极区段314与接地触点接通而受引导通过传感器元件102。也存在以下可能性：用作为陷阱对应电极的接地电极区段314也可以单独地触点接通。

该炭黑传感器100的其余结构相当于图2中的炭黑传感器100的结构。流动同样如在那里描述的那样。

流到传感器元件102中的废气通过所述至少一个入口214在电晕电极302旁边受引导。在那里，颗粒216至少部分地离子化。此外，在废气中存在的空气也由于在电晕电极202旁边受引导而至少部分地离子化。陷阱电极306和接地电极区段314从旁边流过的废气中捕获未粘附在炭黑颗粒216上的离子。炭黑颗粒上的电荷测量要么借助于在传感器电极308上的电荷感应要么根据“逃逸电流(escaping current)”原理进行。

图4示意性示出炭黑传感器100，该炭黑传感器除了下面所述的区别之外与图2中的炭黑传感器100一致。

替代于接地电极210，第一电极对402和可选的第二电极对404在进入通道160的内侧上沿着共同柱体轴线112的方向彼此间隔开地布置。优选地，电极对402、404如陷阱电极306和接地电极区段314那样布置在传感器元件中并且分别具有相应于陷阱电极导线310和接地电极导线316的用于触点接通的连接部。第一电极对402和第二电极对404优选呈柱体壳区段的形式布置，所述柱体壳区段沿着壳周边彼此错开地走向。优选地，第一电极对402的两个电极关于共同柱体轴线112彼此轴对称。优选地，第二电极对404的两个电极关于共同柱体轴线112彼此轴对称。优选地，第一电极对402在不同于第二电极对的区域中沿着壳周边在柱体壳上沿周向方向至少区段式地延伸。优选地，两个电极对402、404这样布置，使得第一电极对402至少在壳周边的以下整个区域上延伸，第二电极对402不在该区域上延伸。在此，两个电极对402、404沿着共同柱体轴线112彼此间隔开地布置。

这种错开的两个电极对402、404的使用减小炭黑传感器100与安装角度的相关性。

随着废气流入到传感器元件102中的颗粒216如上面所述的那样至少部分地充电。然后充电颗粒216运动至第一电极对402或第二电极对404的两个接地电极中的一个，并且在那里产生电流，该电流可以作为用于炭黑浓度的量度使用。与电极对402、404的接地电极相对置的电极尤其构造为高压电极。在所述高压电极上作用有高电压。由此使带电颗粒216附加地偏转，以便提高达到接地电极的带电颗粒的数量。由此提高捕获效率。

图5示意性示出炭黑颗粒传感器100，该炭黑颗粒传感器除了下面的区别之外相当于在图2中描述的炭黑颗粒传感器100。

在图1的示例中，高压电极202在它的外尺寸方面明显小于炭黑传感器的这种实施方式的高压电极202。更确切地说，这种实施方式的高压电极202柱形地构造并且具有大于在图2中描述的高压电极202的柱体直径。优选地，高压电极202由陶瓷柱体组成，该陶瓷柱体是基座208的一部分，并且该陶瓷柱体伸入到传感器元件102中、即伸入到排出通道116中，而不触碰该排出通道。

陶瓷柱体涂覆有导电层502，该陶瓷柱体是高压电极202。

颗粒216通过入口214在导电层502旁边受引导。在此，颗粒216尤其在导电层502和进入通道116的内壳之间的圆环形的通道中运动。优选地，导电层502在共同柱体轴线112的方向上这样朝向排出通道116的敞开端部118延伸，使得导电层502进入到排出通道116的由接地电极210包围的区域中。

这进一步改善了功能性，因为高压电极202和接地电极210之间的距离是小的。

图6示意性示出陶瓷传感器元件102在保护管104中的紧固。在此，使用单壁保护管104。传感器元件102构造为陶瓷管，该陶瓷管作为内保护管使用并且产生文丘里效应，废气通过该文丘里效应进入到传感器元件102中。

废气在保护管104和传感器元件102的外壁之间在进入通道114中流动。

保护管104通过紧固器件602、例如陶瓷粘接剂或活性焊剂与传感器元件102连接。陶瓷粘接剂或活性焊剂尤其适用于使金属保护管104与陶瓷传感器元件102连接。

优选地，紧固器件602布置在基座208的区域中。

附加地，在进入通道114的敞开端部118上设置有固定装置604。固定装置604至少区段式地中断，以便使废气进入到进入通道114中。

紧固器件602优选完全地围绕基座208或传感器元件102并且在进入通道114的背离敞开端部118的一侧上针对保护管104的周围环境密封所述进入通道。

图7示意性示出双壁保护管104，在该双壁保护管中废气首先在保护管104的两个壁之间受引导，然后所述废气流入到传感器元件102中。保护管104的第一壁702相应于之前描述的保护管104。保护管104的第二壁704这样构造，使得第二壁704围绕传感器元件102的外面，并且贴靠在该外面上。设置有用于固定的固定点706或在第二壁704的内侧上在传感器元件102的端侧708上环绕的焊缝。

第一壁702通过紧固器件602和固定装置604与基座208和第二壁704连接。废气可以经由固定装置604流入，紧固器件602使双壁保护管在双壁保护管的背离进入通道114的敞开端部118的一侧上密封。

图8示意性示出到传感器元件102中的第一空气引导部的示图。所述空气引导部可以设置成在之前所述的每个示例中代替在那里设置的借助于所述至少一个入口214的空气引导部。与之前描述的示例中的所述至少一个入口214的区别在于，传感器元件102的贯穿引导部的几何形状在如下方面是不同的。之前所述的传感器元件102的贯穿引导部关于共同柱体轴线112看来径向对称地构造。与此相对地，在图8的示例中的贯穿引导部沿着横向轴线在其从传感器元件102的外侧至传感器元件102的内侧的走向中逐渐变窄。更确切地说，贯穿引导部在连接区段218中这样延伸，使得贯穿引导部的至少一个区段由基座208的一部分形成。在此优选地，在连接区段218中，基座208的从基座208的外周边开始朝着基座的高台220持续升高的区段形成穿通部的这种限界。优选地，所述穿通部在传感器元件102的面向基座208的一侧上平行于布置成与共同的柱体轴线112垂直的平面地走向。

其余组件例如相应于由图3的示例中已知的组件。

图9示出一示例，该示例除了下面所述的区别之外相当于图8中的示例。在该示例中，与图8中的示例不同，电晕电极302没有布置在高台220上，而是布置在相对于高台220缩回的、优选柱形的盆状件902的底部上。

通过这种特定的、朝着基座上的电晕电极302的方向升高地走向的通道形状，废气或颗粒流有针对性地被引导通过在运行中在电晕电极302上产生的等离子体。这提升了充电效率。在此附加地，减小了导电炭黑颗粒在传感器元件的下方部分中的积聚。

图10示意性示出炭黑传感器100的另一变型方案，在该变型方案中，电极如针对图5的示例中描述的那样布置并且通过至少一个入口214由废气和颗粒流过，所述入口具有如图8的示例中所描述的特性。

图11示出在电极方面与图10的示例中相同的布置。与图10的示例的区别在于，在入口214中的贯穿引导部从传感器元件102的外周边开始持续地升高直至达到传感器元件102的内部中的高台220。由此进一步改善高压电极202的迎流并且减小炭黑颗粒在传感器内部的积聚。由此降低在电极之间短路的风险。

所述高压电极202例如是针状电极。所述传感器元件102的构造优选是旋转对称的。优选地，基座208和传感器元件102可以插接在一起。在下面参照图12和13详细描述所产生的入口214。

图12示意性示出插接到基座208上的传感器元件102的第一视图。图12示出所述颗粒穿通部中的三个。优选地，这些穿通部彼此间隔开地布置并且以在连接区段218中均匀布置的方式围绕柱体壳。

在此，传感器元件102和基座208优选在外环绕棱边1202上彼此相碰。

在图12的示例中，外环绕棱边1202布置在垂直于共同柱体轴线112的平面中。优选地，所述穿通部是通道1204，所述通道具有底部1206和顶部1208。顶部1208优选是传感器元件102中的拱形缺口。底部1206优选是从外碰撞棱边1202开始朝着高台220升高的平面。

在图13中示出外碰撞棱边1202的另外的示例性构型。传感器元件102如图12的示例那样构造。不同于图12的示例，基座208设有齿部1302，所述齿部沿着共同柱体轴线112的方向从基座208凸起并且承载底部1206。由此使连接部位1304相对于底部1206缩回。这些缩回的区域形成插接元件，所述插接元件构造成适配于传感器元件102在连接区段218的区域中的几何形状，以便以插接连接的方式接收传感器元件102。在此，插接元件的内尺寸相应于传感器元件102在该区域中的外尺寸，使得垂直于共同柱体轴线112地形成形状锁合的插接连接和/或沿着共同柱体轴线112形成力锁合的插接连接。

优选地，齿部1302和连接部位1304构造为矩形的齿部。

在两种情况下，在两个元件之间的接触面从外碰撞棱边1202开始朝着高台220升高。由此得到逐渐变窄的通道形状。这使废气/颗粒流如所述的那样引导到传感器元件102的内部。

图14示意性示出布置有加热元件1402的炭黑传感器100。在此，炭黑传感器100可以是之前所述的炭黑传感器100中的一种。在示例中，加热元件的走向沿着共同柱体轴线112螺旋形地布置在传感器元件102的内壳上。加热导线1404和1406使加热元件1402与加热电压源1408连接。

图15描述一种如图14那样的组件。与图14的区别在于，加热元件1402布置在传感器元件102的外壳上并且沿着共同柱体轴线112螺旋形地走向。

图16示意性示出之前所述类型的炭黑传感器100中的通向电极的输入导线的布置。

在示例中描述用于电晕电极302和陷阱电极306以及接地电极区段314、传感器电极308和电晕接地电极304的输入导线的走向。

通向陷阱电极306的输入导线通过供应导线204实现，该供应导线穿过基座208引导至高压发生器206。

优选地，供应导线204沿着共同柱体轴线112布置。电晕接地电极304和接地电极区段314例如通过共同的接地输入导线1602连接，所述接地输入导线在传感器元件102的内部沿着传感器元件102的内壳的母线从电晕接地电极304引导至接地电极区段314并且从那里优选平行于共同柱体轴线112地引导至排出通道116的敞开端部120。共同的接地电极1602经由传感器元件102的端侧引导至传感器元件102的外壳并且从那里沿着传感器元件102的母线优选平行于共同柱体轴线112地引导回到基座208。因此，共同的电极1602至少部分地在进入通道114的内部中走向。

优选地，传感器电极308在以下区域中断，在所述区域中共同的电极1602经过在其中在传感器元件102的内部布置有传感器电极312的区段。传感器电极308的中断这样构造，使得共同的电极1602在不接触传感器电极308的情况下沿着传感器元件102的壳走向。

陷阱电极306通过陷阱电极导线310优选与供应导线204连接。为此，陷阱电极导线310沿着在传感器元件102的内部的壳面从陷阱电极306朝着基座208受引导。优选地，陷阱电极导线310平行于共同柱体轴线112地走向。陷阱电极导线310优选在基座208的高台220上继续受引导，直至电晕电极302。由此使用连接导线204的同一个接头，该接头也用于电晕电极302。

电晕接地电极304在以下区域中断，在该区域中陷阱电极导线310受引导经过在其中在传感器元件102的内侧上布置有电晕接地电极304的区段。所述区域这样构造，使得电晕接地电极304和陷阱电极导线310不接触。

传感器电极308可以通过传感器电极导线312触点接通。传感器电极导线312在传感器元件102的内部、尤其沿着传感器元件102的内壳优选沿着共同柱体轴线112的方向从传感器电极308引导至排出通道116的敞开端部120。传感器电极导线112经由传感器元件102的端侧被引导至传感器元件102的外壳。传感器电极导线312沿着传感器元件102的外壳、优选平行于共同柱体轴线112地引导至基座208。在此，共同的接地电极1602和传感器电极导线312布置在传感器元件112的不同区域中并且不接触。

因此，所有的输入导线被引导至基座208并且在那里触点接通。

共同的接地电极1602和陷阱电极导线310优选布置在传感器元件102的彼此相对置的区段上。由此使这些电极输入导线之间的距离最大化。这降低了陷阱电极306的高压可能会对测量结果造成的失真影响。

图17和图18示意性示出用于传感器电极导线312的电磁屏蔽装置。该屏蔽装置可以在前面提到的炭黑传感器100中附加地设置，以便使高压导线和点燃的电晕所造成的失真影响最小化。

屏蔽装置通过大面积电极1702实现，该大面积电极在传感器元件102的内壳的区段上面式地延伸，该区段在传感器电极导线312和陷阱电极306以及陷阱电极导线310之间至少在以下区段中延伸，在该区段中传感器电极导线312和陷阱电极306以及陷阱电极导线310沿着共同柱体轴线112重叠。

优选地，大面积电极1702构造为空心柱体，该空心柱体在该区域中套在传感器元件102的内面上。在此，为了陷阱电极306和/或陷阱电极导线310的贯穿引导，可以在大面积电极1702中设置有缺口。与此替代地，陷阱电极306和陷阱电极导线310可以在它们的面向大面积电极1702的一侧上通过绝缘层与大面积电极1702分开。优选地，大面积电极是借助于相应的输入导线170接地的屏蔽装置。

在基座208和传感器元件102之间的连接部位上可以布置有连接元件1706，借助于所述连接元件保持在该区域中的导电连接。

图18示意性示出大面积电极1704在传感器元件102的外壳上的大面积区域中的布置。在这种情况下，在大面积电极1702和传感器电极导线312之间设置有电绝缘层。此外，大面积电极关于陷阱电极导线310和陷阱电极306而言在可与图17的示例中所描述的区段相应的区段中延伸。

由屏蔽装置、绝缘装置和相应输入导线组成的层堆叠例如可以通过型内贴标方法(Inmold-Labeling-Verfahren)制造。在此，输入导线可以被引导通过在两个陶瓷部件之间的连接棱边并且与连接部位1706连接。

连接部位1706优选位于在图19中示出的、在外碰撞棱边1202上的通道1204之间的区域上并且位于传感器元件102和基座208彼此触碰的区域中。

图20示出在所述连接部位1706中的一个连接部位处的电连接的细节。第一输入导线2002与第二输入导线2004优选在外碰撞棱边1202处直接连接，其方式是，第一输入导线1202被引导至外碰撞棱边1202并且第二输入导线1204被引导至外碰撞棱边1202。通过型内贴标方法，在将传感器元件102和基座208插接在一起之后建立导电连接。

以类似的方式，可以在传感器元件102上布置第三输入导线2006，该第三输入导线没有完全引导至外碰撞棱边1202。在基座208上可以相同地布置有第四输入导线2008，该第四输入导线没有完全地引导至外碰撞棱边1202。在该情况下，电连接部位1706例如与第三电极2006和第四电极2008重叠地安置和/或粘接在外碰撞棱边1202上。

为了制造两个位于传感器元件102内部的电极或输入导线，以便例如建立在传感器元件102上的陷阱电极导线310和基座208上的陷阱电极导线310之间的导电连接，例如在通道1204之间的区域中安置优选可烧结的导电膏。在将传感器元件102和基座208拼在一起之后，优选可烧结的导电膏与陷阱电极导线310接触地位于传感器元件102和基座208上。

图22示意性描述了用于制造之前所述类型的炭黑传感器100的方法的步骤。

在第一步骤中进行传感器元件102的陶瓷的浇注。在此，这样选择坯料、即陶瓷的流动方向，使得所述流动方向从稍后的敞开端部120、118朝着相对置的端部、即朝着传感器元件102的稍后具有通道的一侧平行于共同柱体轴线112地走向。

为此设置相应的柱形模子，该柱形模子产生拱形顶部。在此，选择传感器元件102的适用CIM的结构形状。在模具开口处形成的在敞开端部120上的填充冒口(Füllanguss)被分离。

以相应的方式使基座208和例如沿着共同轴线112从基座208达到高台220的柱形主体成形。在该基座上布置有功能层包，其中，功能层包嵌入到CIM模具中并且在柱体的区域中被喷溅。在从模具中取出主体和基座208之后，取下功能层包的载体薄膜2202，使得功能层2204保留在基座上。该功能层在完工的炭黑传感器100中是高压电极202。

在图22中示出的元件被插接在一起并且以烧结过程完工。

所述方法可以应用于前面所述的颗粒传感器、尤其可以应用于炭黑传感器和其他类似的传感器。

Claims (27)

1.颗粒传感器(100)，该颗粒传感器具有高压电极(202、302)和至少一个接地电极(210、304、308、314)，其中，所述高压电极(202、302)通过进入通道(114)与所述进入通道(114)的敞开端部(118)连接，其中，所述高压电极(202、302)通过排出通道(116)与所述排出通道(116)的敞开端部(120)连接，其中，所述至少一个接地电极(210、304、308、314)布置在所述排出通道(116)中，其特征在于，所述进入通道(114)从所述进入通道(114)的敞开端部(118)并且所述排出通道(116)从所述排出通道(116)的敞开端部(120)沿着共同轴线(112)朝着所述高压电极(202、302)的方向延伸。

2.根据权利要求1所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述颗粒传感器(100)构造成用于通过由颗粒引起的电流来测量颗粒浓度，所述颗粒触碰所述高压电极(202、302)并且随后运动至所述接地电极(210、304、308、314)。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述进入通道(114)至少区段式地径向围绕所述排出通道(116)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述进入通道(114)和所述排出通道(116)关于所述共同轴线(112)旋转对称。

5.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述进入通道(114)和所述排出通道(116)是柱形的。

6.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述高压电极(202、302)布置在基座(208)上，该基座在所述进入通道的沿着所述共同轴线(112)的方向背离所述进入通道(114)的敞开端部(118)的一侧上封闭所述进入通道(114)，并且其中，所述基座(208)在所述排出通道的沿着所述共同轴线(112)的方向背离所述排出通道(116)的敞开端部(120)的一侧上封闭所述排出通道(116)。

7.根据权利要求6所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述基座(208)具有用于所述高压电极(202、302)的供应导线(204)的贯穿引导部，该贯穿引导部沿着所述共同轴线(112)延伸。

8.根据权利要求6或7所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述基座(208)具有用于新鲜空气的穿通部。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述进入通道(114)和所述排出通道(116)形成传感器元件(102)，该传感器元件在所述颗粒传感器(100)的连接区段(218)中与所述基座(208)连接，其中，在所述连接区段(218)中布置有至少一个通道(1204)，该通道使所述进入通道(114)与所述排出通道(116)连接。

10.根据权利要求9所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述通道(1204)关于所述共同轴线(112)在径向方向上从外向内逐渐变窄。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述基座(208)朝着所述排出通道(116)的敞开端部(120)的方向并且关于所述共同轴线(112)在径向方向上从外向内地隆起成高台(220，所述高压电极(202、302)布置在该高台上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述高压电极(202、302)构造为针状高压电极，通过该针状高压电极能够产生电晕放电，其中，所述颗粒在所述电晕放电中被直接充电，或者，其中，在空气中能够产生离子，所述离子粘附在颗粒上。

13.根据权利要求12所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，在所述共同轴线(112)的方向上朝着所述排出通道(116)的敞开端部(120)的方向看，在所述接地电极(304)后面布置有陷阱电极对(306、314)，该陷阱电极对构造成用于将未粘附在颗粒上的离子从空气中移除。

14.根据权利要求13所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，在所述共同轴线(112)的方向上朝着所述排出通道(116)的敞开端部(120)的方向看，在所述陷阱电极对(306、314)后面布置有传感器电极(308)，该传感器电极构造成用于借助于电荷感应来测量在所述传感器电极(308)旁边运动经过的颗粒的电荷。

15.根据权利要求12所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述高压电极(302)布置在所述基座(208)的相对于所述高台(220)沿着所述共同轴线(112)的方向缩回的区段中。

16.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，至少一个加热元件至少部分地围绕所述进入通道(114)或所述排出通道(116)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，至少一个屏蔽电极(1702)至少部分地在所述至少一个接地电极(210、304、308、314)或所述高压电极(202、302)延伸的区域中围绕所述进入通道(114)或所述排出通道(116)，其中，所述屏蔽电极(1702)关于所述共同轴线在径向上看布置在所述至少一个接地电极(210、304、308、314)和所述高压电极(202、302)之间。

18.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述排出通道(116)关于所述共同轴线(112)在径向上向外由陶瓷壳围绕，其中，所述进入通道(114)关于所述共同轴线(112)在径向上向外由金属壳围绕，并且，其中，所述进入通道(114)关于所述共同轴线(112)在径向上在所述陶瓷壳和所述金属壳之间形成。

19.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述高压电极(202、302)朝着所述排出通道(116)的敞开端部(120)的方向在所述排出通道(116)的以下区域中延伸，在该区域中所述至少一个接地电极(210、304、308、314)沿着所述共同轴线(112)的方向至少区段式地延伸。

20.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述至少一个接地电极(308、314)关于所述共同轴线(112)沿周向方向在所述排出通道(116)的至少一个区段中中断，该区段沿着所述共同轴线(112)的方向延伸。

21.根据权利要求20所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，所述至少一个接地电极(308、314)在所述排出通道(116)的一个区段中中断，在所述区段中布置有用于另外的电极的输入导线，该输入导线沿着所述共同轴线的方向延伸。

22.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，第一陷阱电极对(402)和第二陷阱电极对(404)沿所述共同轴线(112)的方向彼此间隔开地布置在所述排出通道(116)中，其中，所述第一陷阱电极对(402)在所述排出通道(116)的至少一个第一区段中中断，该第一区段沿着所述共同轴线(112)的方向延伸，并且所述第二陷阱电极对(404)在所述排出通道(116)的至少一个第二区段中中断，该第二区段沿着所述共同轴线(112)的方向延伸，并且，其中，所述排出通道的布置有所述第一陷阱电极对(402)的第一区域与所述排出通道的布置有所述第二陷阱电极对(404)的第二区域关于所述共同轴线(112)沿周向方向彼此错开地布置。

23.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，用于所述至少一个接地电极(304、308、314)的至少一个输入导线(312、1602)经由所述排出通道(116)、所述排出通道(116)的敞开端部(120)和所述进入通道(114)的敞开端部(118)引导到所述进入通道(114)中。

24.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)，其特征在于，在所述排出通道(116)中布置有偏转电极(306)，其中，用于所述偏转电极(306)的至少一个高压输入导线(310)从所述高压电极(302)经由所述排出通道(116)引导至所述偏转电极(306)。

25.用于制造尤其根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100)的方法，其特征在于，

制造具有高压电极(202、302)的基座(208)，该高压电极从所述基座(208)的端侧沿着共同轴线(112)的方向延伸，

制造传感器元件(102)，该传感器元件具有至少一个接地电极(210、304、308、314)、具有用于使所述高压电极(202、302)与所述排出通道(116)的敞开端部(120)连接的排出通道(116)，其中，所述至少一个接地电极(210、304、308、314)布置在所述排出通道(116)中，其中，所述排出通道(116)从所述排出通道(116)的敞开端部(120)沿着所述共同轴线(112)朝着所述传感器元件(102)的端侧的方向延伸，其中，在所述传感器元件(102)上布置有从所述端侧沿着所述共同轴线(112)的方向缩回的至少一个缺口，该缺口穿过所述传感器元件(102)，

使所述传感器元件(102)的端侧与所述基座(208)的端侧连接，

紧固壳(104)，该壳沿着所述共同轴线(112)的方向延伸并且关于所述共同轴线(112)在径向上与所述传感器元件(102)间隔开以形成进入通道(114)，其中，所述基座(208)封闭所述排出通道(116)和所述进入通道(114)。

26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，将紧固器件(602)布置在壳(104)和基座(208)之间。

27.根据权利要求25或26所述的方法，其特征在于，所述基座(208)和所述传感器元件(102)以陶瓷浇注方法由陶瓷材料成形，其中，将基座(208)和传感器元件(102)在烧结过程之前以成对的方式连接、用所述壳(104)围绕并且随后在烧结过程中烧结。

Images