CN110678732A - 颗粒传感器和用于该颗粒传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，该颗粒传感器具有基体(110)、用于给流经所述基体(110)的第一表面(110a)的流体流(A1)中的颗粒充电的颗粒充电装置(120)和用于使所述流体流(A1)的带电微粒偏转的陷阱电极(130)，其中，所述颗粒充电装置(120)和所述陷阱电极(130)布置在所述基体(110)的所述第一表面(110a)上。
Description
技术领域
本发明涉及一种颗粒传感器以及用于制造这种颗粒传感器的方法。
背景技术
由WO 2013/125181 A1已知一种用于使用在车辆中的颗粒传感器。已知的颗粒传感器具有复杂的层结构，该层结构具有多个几何结构相对较复杂的单层。
发明内容
因此，本发明的任务是，如下改善开始时提到类型的颗粒传感器，使得所述颗粒传感器具有更简单的构造并且能成本有利地制成。
该任务通过根据权利要求1的颗粒传感器解决。根据本发明的颗粒传感器具有基体、用于使流经基体的第一表面的流体流的颗粒充电的颗粒充电装置和用于使流体流的带电微粒偏转的陷阱电极。有利地，颗粒充电装置和陷阱电极布置在基体的第一表面上，由此得出特别简单的构造和成本有利的制造。
所述流体流例如可以是机动车的内燃机的废气流。所述颗粒例如可以是炭黑颗粒，所述炭黑颗粒例如在燃料燃烧的情况下由内燃机产生。
在优选的实施方式中，基体具有衬底元件或者由衬底元件形成。特别优选地，基体由基本上平面的陶瓷衬底形成。基体例如可以具有基本上方形的基本形状，该基本形状具有宽度和长度，其中，高度尺寸关于所述宽度和长度而言相对较小。此外优选地，第一表面是基体的外表面，根据本发明，在该第一表面上布置有颗粒充电装置和陷阱电极。
在另外的有利实施方式中，颗粒充电装置具有用于产生电晕放电的高压电极。电晕放电能够实现流体流或废气流中的颗粒或一般微粒、如气体在围绕高压电极的空间中的充电。由此，一方面颗粒直接在流经位于第一表面的区域中的发生电晕放电的空间时带电。另一方面，颗粒通过气体流或废气流的充电微粒而带电，其中，气体流或废气流直接在流经高压电极的区域中的所述空间时已经带电。这整体上改善了充电的有效性。在优选的实施方式中，高压电极具有至少一个针状电极或尖端。
在另外的实施方式中，颗粒充电装置具有关于高压电极的对应电极。对应电极在这里理解为与高压电极不同的电极，该电极可以被加载以相对于高压电极不同的电位。对应电极相对于高压电极例如可以置于参考电位、如接地电位上，或者与具有参考电位的电路节点固定连接。在另外的实施方式中，高压电极相对于对应电极可以被加载以正的或负的电位。
特别优选地，在另外的实施方式中，对应电极同样布置在第一表面上，由此得到颗粒传感器的特别简单的构造和有效的制造。特别优选地，对应电极完全布置在第一表面上。
在另外的优选实施方式中，相对于高压电极的对应电极可以同时形成相对于陷阱电极的对应电极。
在实施方式中，陷阱电极可以被加载以与高压电极所加载的相同的电位。这例如可以通过以下方式实现，高压电极和陷阱电极与同一个高压供应装置连接。
在另外的实施方式中，对应电极至少在对应电极的第一区域中布置在基体的第一表面上，这能够实现对应电极通过布置在第一表面上的印制导线或导体结构的简单的电触点接通。此外可以设置为，对应电极的不同于第一区域的第二区域从基体的第一表面突出(abragen)，即从第一表面伸出。由此存在用于产生带电微粒或带电颗粒的其他自由度，其方式是，可通过电晕放电加载的空间区域在第一表面上通过突出的对应电极的形状的构型来限定。同时，得到对应电极与布置在基体的第一表面上的部件(如印制导线)的特别简单的机械和/或电连接。
在优选的实施方式中，对应电极具有基本上弯曲的基本形状，例如相应于圆柱体的周面的扇形段。特别优选地，对应电极以其凹形的外侧配属于基体的第一表面。在优选的实施方式中，对应电极或对应电极的至少一个从基体的第一表面突出的区域通过金属薄片形成。
在另外的实施方式中，设置有用于感测关于电荷流的信息的至少一个传感器电极，该电荷流由废气流中的已经借助于颗粒充电装置充电的颗粒引起，其中，所述至少一个传感器电极同样布置在第一表面上。
在特别优选的实施方式中，颗粒充电装置、陷阱电极和可选的传感器电极沿着基体的纵轴线、尤其沿着流体流或废气流的流动方向布置在同样的第一表面上。由此，颗粒充电装置可以例如借助于电晕放电给废气流的颗粒或者说微粒充电，它们随后通过主要的气体流动输送到陷阱电极的区域中。在那里，相对较轻(质量小)的、未粘附在待测量的颗粒上的带电微粒、如废气流的离子可以借助于陷阱电极相对较强烈地偏转，使得这些带电微粒达不到或者仅以剧烈减小的数量达到可选的、位于更下游的传感器电极。由此基本上仅有感兴趣的、相对较重的带电颗粒、尤其是炭黑颗粒在超过陷阱电极的更下游例如达到传感器电极，在那里所述带电颗粒例如可以借助于在传感器电极上的电荷感应以本身已知的方式被探测。
在实施方式中也可以考虑，陷阱电极被加载以可控制的或者至少与高压电极的电位不同的电位，由此得出用于调节陷阱电极关于在其旁边流过的带电微粒或颗粒而言的捕获效果的自由度。
在不具有传感器电极的实施方式中，可以使用所谓的“逃逸电流”原理来测量带电颗粒的电荷流。为此，可以使整个包含颗粒传感器的系统对外绝缘(由此高压电极的对应电极和可能存在的用于陷阱电极的对应电极尤其变得“虚拟”，例如变成虚拟接地电极)，并且测量呈充电形式的带电颗粒从电绝缘并且因此封闭的系统中带出来的电流。所观察的电流例如从高压电极的针状电极经由电晕放电流到高压电极的对应电极中，并且陷阱电极捕获剩余的离子。由带电颗粒产生的电流必须又被补充至对应电极，由此该对应电极的电位保持恒定。所述电流被称为“逃逸电流”并且是用于充电颗粒的浓度的量度。
在另外的有利实施方式中提出一种传感器装置，该传感器装置具有由两个彼此同心布置的管组成的保护管组件和至少一个根据本发明的颗粒传感器，其中，所述至少一个颗粒传感器这样布置在两个管的内管中，使得所述颗粒传感器的第一表面基本上平行于内管的纵轴线地定向。由此，颗粒传感器有利地受保护以防止外部影响(例如也防止废气的直接迎流的影响)，并且同时确保废气流在颗粒传感器上的均匀流动，由此提升传感器精度。在实施方式中，由此尤其也可以在没有新鲜气体或新鲜空气的供应的情况下实现颗粒传感器的运行，由此可以取消相应的、如在传统系统中必需的泵。
其他实施方式通过根据权利要求10所述的用于制造颗粒传感器的方法说明。所述方法包括提供例如呈基本上平面(即具有平坦的第一外表面)的陶瓷衬底的形式的基体，并且将颗粒充电装置和陷阱电极布置在基体的第一表面上。特别优选地，在一些实施方式中可以使用筛网印刷法、尤其是铂-筛网印刷，以便将颗粒充电装置或由此的部件和陷阱电极和必要时可选的传感器电极或相应的印制导线或者说导体结构施加在基体的第一表面上。
附图说明
本发明的其他特征、应用可能性和优点由下面对本发明在附图中示出的实施例的描述得出。在此，所有描述的或示出的特征本身或以任意组合的方式形成本发明的主题，而与它们在权利要求中的总结或它们的引用关系以及它们在说明书或附图中的表达或呈现方式无关。
在附图中：
图1示意性示出根据本发明的颗粒传感器的第一实施方式的侧视图，
图2、3分别示意性示出根据图1的颗粒传感器在目标系统中的布置，图4A示意性示出根据第二实施方式的颗粒传感器的俯视图、图4B示意性示出根据图4A的颗粒传感器沿纵向方向观察的横截面，
图4C示意性示出根据图4A的颗粒传感器的侧视图，
图5示意性示出根据第三实施方式的颗粒传感器的俯视图，
图6A示意性示出根据第四实施方式的颗粒传感器的俯视图，
图6B示意性示出根据图6A的颗粒传感器沿纵向方向观察的横截面，
图7示意性示出根据另外的实施方式的颗粒传感器的俯视图，和
图8示意性示出根据本发明的方法的实施方式的简化流程图。
具体实施方式
图1示意性示出根据本发明的颗粒传感器100的第一实施方式的侧视图。颗粒传感器100具有优选平面的基体110，该基体例如可以通过由不导电材料、如陶瓷材料制成的衬底形成。在这里，基体110具有厚度d1，该厚度优选小于、尤其明显小于(例如以至少约80％小于)沿着x轴延伸的长度L并且小于在图1中垂直于绘图平面延伸的宽度。
根据本发明，在基体110的第一表面110a上布置有颗粒充电装置120和陷阱电极130，该第一表面是基体110在图1上方的外表面。
颗粒充电装置120设置成用于使颗粒(未示出)充电，所述颗粒可以位于流经基体110的第一表面110a的流体流A1中。为此，颗粒充电装置120例如具有高压电极122，该高压电极设置成用于产生电晕放电123。为此，高压电极122例如可以连接到未示出的高压电源上。可选地，颗粒充电装置120也可以具有高压电极122的对应电极或者说针对所述高压电极的对应电极，所述对应电极在这里以附图标记124标明并且同样有利地、尤其完全地或整面地布置在基体110的第一表面110a上。
陷阱电极130设置成用于使流体流A1的带电微粒偏转，所述带电微粒在关于流体流A1的更上游例如已经借助于颗粒充电装置120产生。陷阱电极130例如可以与高压电极122施加同样的电位。在另外的实施方式中，陷阱电极也可以被施加以不同于高压电极122的电位。特别有利地，通过陷阱电极130可以使带电微粒、尤其是离子从流体流A1中偏转或者说“捕获”，从而这些带电粒子达不到更下游布置的可选的传感器电极140。
传感器电极140设置成用于感测关于电荷流的信息，该电荷流由流体流A1中的带电粒子引起。在此，例如可以涉及已经在关于流体流A1的更上游借助于颗粒充电装置120借助于通过所述颗粒充电装置产生的电晕放电123充电的颗粒。优选地，仅相对较重的带电颗粒朝着下游的方向达到传感器电极140，因为如前面已经描述的那样相对较轻的带电微粒、如离子通过陷阱电极130而被偏转或捕获。由此，传感器电极140能够以测量由在传感器电极140旁边流过的带电颗粒所引起的电荷感应的途径来确定流体流A1中的带电颗粒的浓度。流体流A1例如可以是内燃机(未示出)的废气流。所述颗粒例如可以是炭黑颗粒，所述炭黑颗粒例如在燃料燃烧的框架下由内燃机产生。
在另外的实施方式中可以考虑，不设置可选的传感器电极140。在根据本发明的该变型方案中可以利用所谓的“逃逸电流(escaping current)”原理来测量带电颗粒的电荷流。为此，可以使整个包含颗粒传感器100的系统对外绝缘(由此高压电极的对应电极和可能存在的用于陷阱电极的对应电极尤其变得“虚拟，virtuell”)，并且测量呈充电形式的带电颗粒从电绝缘的并且因此封闭的系统100中带出来的电流。所观察的电流例如从高压电极122经由电晕放电123流到高压电极的对应电极124中，并且陷阱电极130或所述陷阱电极的在这里未画出的对应电极捕获剩余的离子。由带电颗粒产生的电流必须再被补充至对应电极124，由此所述对应电极的电位保持恒定。所述电流被称为“逃逸电流”并且是用于带电颗粒的浓度的量度。
在图1中画出的实施方式中，作为针对陷阱电极130的对应电极可以设置导电元件(未示出)、例如金属薄片，该导电元件布置在基体100的第一表面110a上。在一些实施方式中，例如围绕颗粒传感器100的、由导电材料组成的或具有至少区段式存在的导电表面的保护管(在图1中未示出)可以用作为针对陷阱电极130的对应电极。
图2示意性示出根据图1的颗粒传感器100在目标系统Z中的布置，所述目标系统在这里例如是机动车的内燃机的排气管路。在这里，废气流以附图标记A2标明。同样构造有由两个彼此同心布置的管R1、R2组成的保护管组件，其中，颗粒传感器100这样布置在内管R1中，使得所述颗粒传感器的第一表面110a基本上平行于内管R1纵轴线LA地走向。由于管R1、R2的不同长度和相对彼此的布置，通过文丘里效应得到抽吸(Sog)，在该抽吸中废气流A2引起在图2中沿竖直方向向上的从内管R1中出来的流体流P1或A1。另外的箭头P2、P3、P4表明通过文丘里效应引起的这些流体流穿过两个管R1、R2之间的中间空间朝着保护管组件的周围环境的延续。总体上，通过在图2中画出的布置引起颗粒传感器100或该颗粒传感器的沿着流体流P1定向的第一表面110a的相对均匀的流过，这能够实现位于流体流A1、P1中的颗粒的有效感测。此外，颗粒传感器100被保护以防止与主废气流A2的直接接触。因此，通过元件100、R1、R2有利地说明用于确定在废气A2中的颗粒浓度的传感器装置1000。
附图标记R2’表明外管R2和/或内管R1与参考电位、如接地电位的可选电连接，使得相关的管或两个管可以有利地同时为了它们的流体引导功能用作为针对陷阱电极130(和/或针对高压电极122)的对应电极，参见图1。
块状箭头P5在图2中象征着可选的新鲜气体供应装置、尤其是新鲜空气供应装置，在一些实施方式中可能期望这些装置，然而在特别优选的实施方式并不设置。
图3示意性示出废气管R和根据图2的传感器装置1000在废气管R中的部分。由图3尤其又可看出在保护管组件R1、R2(图2)内部的根据本发明的颗粒传感器100。颗粒传感器100这样定向在保护管组件中，使得所述颗粒传感器的第一表面沿着x轴延伸，而废气A2在废气管R中的流动方向平行于y轴地定向。
下面参照图4A、4B、4C说明根据本发明的颗粒传感器的另外的实施方式100a，其中，图4A示意性示出俯视图，图4B示意性示出沿纵向方向(沿着轴x、参见图4A)观察的横截面，并且图4C示意性示出该另外的实施方式的颗粒传感器100a的侧视图。
如由图4A、4B、4C可看出，颗粒传感器100a又具有例如包括陶瓷衬底的基体110以及高压电极122，该高压电极通过高压输入导线121供应以相应的电位。在这里，高压电极122具有未特别标出的针状电极，以便在与对应电极124a共同作用的情况下点燃电晕放电(参见图1中的附图标记123)。与根据图1的实施方式不同的是，在根据图4A、4B、4C的实施方式中，对应电极124a没有整面地布置在基体110的表面110a上。更确切地说，在这里对应电极124a在第一区域1241(参见图4B)中与输入导线1241’机械地并且导电地连接，该输入导线使对应电极124a与参考电位、在这里例如是接地电位连接。
与此相对地，对应电极124a的第二区域1242(参见图4B)例如这样从第一表面110a突出，使得所述第二区域在图4B中在竖直方向上布置在针状电极122上方。由此，如前面已经多次描述的那样，可以在元件122、124a之间、尤其在第二区域1242中构造图4B中未画出的电晕放电，该电晕放电用于使流体流的颗粒或一般微粒充电。
此外，颗粒传感器100a具有陷阱电极130，该陷阱电极如从图4A中可看出那样沿着纵向方向x关于高压电极122在更下游布置。在这里，陷阱电极130借助于连接导线131与高压电极122导电连接，因此连接到共同的高压供应装置上，该高压供应装置通过高压输入导线121接合。
在这里，对应电极124a这样构造，使得所述对应电极沿着纵向方向x不仅延伸跨越高压电极122(参见图4A中的区域124’)，而且通过所述对应电极的舌状的延长部(参见区域124”)还延伸跨越陷阱电极130。这也可由图4C的侧视图看出。由此对应电极124a同时也作为针对陷阱电极130的对应电极起作用，由此沿着流动方向或者说纵向方向x在颗粒传感器100a上的第一表面110a旁边运动的带电微粒在图4B和图4C中沿竖直方向、例如朝着陷阱电极130偏转。如果在这里涉及质量相对较小的微粒、如带电气体微粒或离子，那么它们通常朝着陷阱电极130偏转并且因此不达到在更下游在此同样设置的传感器电极140。因此，以该方式，仅相对大质量的带电微粒、例如借助于颗粒充电装置120充电的颗粒、如废气流的炭黑颗粒达到传感器电极140的区域中并且在那里可以借助于在传感器电极140上的电荷感应以本身已知的方式探测。在这里，用于传感器电极140的电输入导线以附图标记141(图4A)标明并且同样如另外的输入导线121、1241’那样导入到颗粒传感器100a的在图4A左边布置的第一轴向端部区段110’。
如同样由图4A可看出，部件122、130、140沿着纵向方向x布置，该纵向方向相当于流经第一表面110a的流体流A1(图1)的流动方向。在这里，传感器电极140例如布置在颗粒传感器100a的与第一轴向端部区段110’相对置的第二轴向端部区段110”的区域中。
在优选的实施方式中，传感器电极140的在图4A中竖直测量的宽度b2不明显地小于基体110的总宽度b1，由此实现颗粒传感器100A的特别大的敏感性并且由此也实现测量精确性。在特别优选的实施方式中，两个宽度的商Q(Q＝b2/b1)具有在约60％至约100％的范围中的值、尤其是在约75％至约98％的范围中的值。
特别有利地，可以使用根据图4A、4B、4C的配置100a来提供尤其用于炭黑颗粒的、平面的、基于陶瓷的颗粒传感器。颗粒传感器100a具有高压针状电极122和作为对应电极的接地电极124a，在这些电极之间借助于高压点燃电晕放电，由此使流经第一表面110a并且尤其流到电极122和124a之间的流体流或空气/颗粒流带电或离子化。然后，陷阱电极130从流体流中捕获离子和其他较轻的带电微粒，尤其是没有粘附在流体流所包含的颗粒、如炭黑颗粒上的那些带电微粒。在该实施方式中，用于炭黑颗粒的电荷测量借助于在传感器电极140上的电荷感应进行。
如前面已经描述的那样，颗粒传感器100a的基体110可以有利地由陶瓷载体衬底组成。载体衬底例如可以具有氧化锆或氧化铝并且用作为用于颗粒传感器100a的不同部件的载体，所述部件有利地全部共同地布置在第一表面110a上，由此产生特别有效和成本有利的制造。印制导线或导体结构121、131、141、1241’例如可以有效地借助于已知的制造技术、例如在使用筛网印刷法、尤其是铂-筛网印刷法的情况下施加在第一表面110a上。由此可以产生特别温度稳定和可靠的结构。电极122、130、140以及布置在第一表面110a上的对应电极124(参见图1)同样可以在使用前面提到的筛网印刷法、尤其是铂-筛网印刷法的情况下有利地制造。
在特别优选的实施方式中，本身例如由铂或钨或包含这些金属中的至少一种的材料形成的高压电极122的针状电极例如借助于筛网印刷铂膏通过烧结机械固定在衬底或基体110a上并且同时与该衬底导电连接。
替代地，也可以考虑用于部件122和它的针状电极的其他连接方法。相同的连接方法适用于另外的电极或印制导线。
在根据本发明的制造方法的优选实施方式中，在第一步骤200(参见图8)中提供例如呈陶瓷载体衬底的基体110(图1)。在第二步骤210(参见图8)中，将颗粒充电装置120和陷阱电极130布置在基体110的第一表面110a上。这例如可以借助于前面提到的筛网印刷法、尤其借助于铂-筛网印刷实现。特别优选地，可以在相同的工作步骤中将多个部件120、130或它们布置在第一表面110a上的电极122、130以及可能的相应的输入导线121、131、1241’也在相同的工作步骤中施加到第一表面110a上，这能够实现颗粒传感器的特别有效的和成本有利的制造。
如果同样设置可选的传感器电极140，也可以在前面提到的工作步骤210中将传感器电极140以及其输入导线141施加到第一表面110a上。
如果同样要将对应电极124(图1)尤其整面地施加到第一表面110a上，这同样可以在根据图8的步骤210中进行。至少部分从第一表面110a突出的对应电极124a(参见图4B)也可以在步骤210中施加在第一表面110a上或安置在第一表面110a上。在优选的实施方式中，对应电极124a例如可以由金属薄片或其他扁平构造的导电材料或具有导电表面的材料提供。特别优选地，对应电极124a可以机械固定在接地输入导线1141’的可预先给定的长度区域上并且与该接地输入导线导电连接，例如借助于铂膏和随后的烧结过程。以该方式，可以通过对应电极124a的相应造型得到在图4A、4B、4C示出的配置，在该配置中对应电极124a至少区段式地从第一表面110a突出并且与高压电极122相对置。对应电极124a在区域124“中的可选的、舌状的延长部(参见图4A)可以有利地用于构造针对陷阱电极130的对应电极。由此可以在电极124、130提供电场，该电场将离子从颗粒传感器100的表面110a上的流体流中偏转出或过滤出。与此相对地，较重的带电颗粒、如炭黑颗粒由于其质量而过于缓慢并且在流体流中进一步流动至传感器电极140，在那里可以借助于电荷感应测量这些带电颗粒的电荷并且可以用作为颗粒浓度、尤其是炭黑颗粒浓度的量度。
替代于对应电极124的区域124”中的舌状延长部，也可以导电地构造有围绕颗粒传感器100a的保护管，例如参见根据图2的内管R1，并且加载以参考电位，使得该管R1形成用于陷阱电极130和/或高压电极122的对应电极。
在另外的有利实施方式中，在图4A、B、C中描绘的颗粒传感器100a的配置可以这样改型，使得取消传感器电极140和它们的输入导线141。在该变型方案中，颗粒浓度或炭黑颗粒浓度的测量能够以“逃逸电流”措施的途径进行。为此，如前面已经提到的那样，使整个组件100a电绝缘，以便能够测量近似显示为误差电流的“逃逸电流”。
图5示意性示出根据另一实施方式的颗粒传感器100b的俯视图，尤其是在于所述颗粒传感器的第一表面110a(图1)相对置的第二表面110b上的俯视图，该第二表面例如是颗粒传感器100b的“下侧”。在该第二表面110b上设置有电加热装置160，该电加热装置优选具有回曲形的加热印制导线162以及相应的电接头164。所述结构162、164的制造又可以有利地借助于筛网印刷、尤其借助于铂-筛网印刷实现。电加热装置160例如可以用于提高颗粒传感器100b的温度，尤其用于减少或禁止颗粒积聚、尤其是炭黑积聚。否则，这种积聚会导致在本身不导电的衬底110上、尤其在所述衬底的第一表面110a上的电极之间的漏电距离或电阻的减小，并且最终导致电短路。在另外的实施方式中，加热装置也可以构造成用于使颗粒传感器100、100a、100b的温度至少暂时地加热超过可预给定的额定温度、尤其在约650℃至约700℃的范围内，以便有针对性地烧掉积聚物、尤其是炭黑积聚物。
下面参照附图6A、6B描述根据本发明的颗粒传感器的另外的实施方式100c，其中，图6A示意性示出俯视图并且图6B示意性示出沿纵向方向(沿着轴线x，参见图6A)观察的横截面。
颗粒传感器100c不具有传感器电极(附图标记140，参见图4A)，并且充电颗粒、如炭黑颗粒的浓度测量在这里在使用前面已经描述的“逃逸电流”原理的情况下实施。整个系统100c对外绝缘，由此对应电极或接地电极124b变成虚拟的接地电极，并且测量呈充电形式的炭黑颗粒从封闭的系统100c中带出来的电流。所述电流例如从高压电极122的针状部经由电晕放电的区域流到接地电极124b中，并且陷阱电极130捕获剩余的离子。由带电颗粒、尤其是带电炭黑颗粒产生的电流必须又补充给接地电极124b，由此所述接地电极的电位保持恒定。该电流也被称为“逃逸电流”并且是用于带电颗粒的浓度的量度。
与根据图4B的实施方式不同，由图6B可看出，颗粒传感器100c具有对应电极或接地电极124b，该对应电极或接地电极在两个边缘区域1241a、1241b中与基体110的表面110a机械连接。至少在区域1241b和接地导线1241之间存在导电连接。接地电极124b的中间区域1242如由图6B中可看出那样从基体110的表面110a突出，由此在区域1242的内侧和高压电极122之间限定空间区域，该空间区域可以包括电晕放电，并且在该空间区域中可以进行前面提到的微粒或颗粒、尤其是炭黑颗粒的充电。
图7示出根据本发明的颗粒传感器的另外的实施方式100d的俯视图。如在根据图6A的实施方式中那样，在这里接地电极124c在两侧(关于高压电极122而言)布置在基体110的第一表面110a上并且与该第一表面连接。在第一侧上实现与接地输入导线1241的机械和导电连接，并且在第二侧上、在图7中高压电极122的上方实现接地电极124c的相关区域与布置在表面110a上的导体区段的机械连接和可能的导电连接。
在前面描述的实施方式100、100a、100b、100c、100d中，输入导线或印制导线和电极优选借助于筛网印刷、尤其借助于铂-筛网印刷制造在基体110或该基体的第一表面110a上。
与根据图6A、6B的配置不同，在根据图7的颗粒传感器100d中设置有舌状的轴向端部区域124”，该端部区域超过陷阱电极130伸出，而接地电极124b的固定区域在轴向方向x上不延伸直至陷阱电极130或沿着所述陷阱电极延伸。因此，轴向端部区域124”超过陷阱电极130伸出。由此在电极124c、130之间存在改善的电绝缘。
前面示例性描述的实施方式或其特征在另外的有利实施方式中也能够以不同于前面所述的组合相互使用。
特别有利地，根据本发明的颗粒传感器100、100a、100b、100c、100d优选具有平面的陶瓷衬底，该陶瓷衬底形成基体110，并且在该基体的表面110a上布置有颗粒传感器的不同部件、如电极和相应的电输入导线或印制导线，这能够实现特别简单的制造。根据本发明的颗粒传感器可以特别简单地布置在保护管或保护管组件R1、R2中(参见图2)，并且因此暴露给均匀的流体流A1、P1，这能够实现颗粒、尤其是炭黑颗粒的浓度的精确测量。如前面已经描述的那样，具有至少一个传感器电极140(图4A)或者也具有多个传感器电极(未示出)的变型方案是可能的，并且没有传感器电极(图6A、7)的变型方案同样是可能的，在所述变型方案中优选使用“逃逸电流”原理来获取充电颗粒的浓度。颗粒传感器的平面结构还能够实现用于相应目标系统Z(图2)的成本有利的制造和存放以及结构小的配置。在一些实施方式中，特别有利的是筛网印刷电极、尤其是铂-筛网印刷电极结合平面的和/或从第一表面110a伸出的元件如接地电极124、124a、124b、124c的使用。
根据本发明的颗粒传感器可以特别优选地作为炭黑颗粒传感器使用在机动车领域中，尤其作为用于监控机动车、如轿车(PKW)、商用车(NKW)中的颗粒过滤器的OBD(随车诊断，on board diagnosis)传感器。根据本发明的颗粒传感器还可以用于一般地测量流体流中的颗粒浓度、尤其用于测量灰尘颗粒或微尘颗粒的浓度，并且因此尤其也可以有利地在环境测量技术中使用。
根据本发明的颗粒传感器不但能够有利地确定质量浓度，例如以每立方米多少毫克(mg/m3)来说明，而且也能够确定数量浓度，例如以每立方米中多少颗粒的方式来测量。特别有利地，颗粒传感器可以用于监控内燃机中的颗粒过滤器，既用在自点燃的内燃机中也用在外置点燃的内燃机中。此外，根据本发明的颗粒传感器能够实现环境测量技术中和其他领域中的颗粒浓度的确定，尤其用于获取室内空气质量、(私人的，工业的)燃烧设施的排放等。
根据本发明所使用的测量原理基于流体流A1(图1)中的颗粒、尤其是炭黑颗粒借助于电晕放电的充电和随后对颗粒或炭黑颗粒的电荷的测量或对相应的、由此引起的电流的测量。所述测量例如可以借助于在传感器电极140(图1)上的电荷感应或根据“逃逸电流”原理进行。根据本发明所使用的测量原理具有非常高的敏感性，由此也可以测量颗粒的非常小的浓度。此外，根据本发明所使用的测量原理能够有利地实现相对较高的更新速率(“update”-Raten)、即每秒钟相对较多的测量。这有利地允许在这里所包含的测量信号与其他运行参数、如内燃机的运行参数的相互作用，颗粒传感器布置在该内燃机的废气流中，这有利地导致数据分析处理的改善并且由此导致传感器精度的进一步提升。
Claims (10)
1.颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，该颗粒传感器具有基体(110)、用于给流经所述基体(110)的第一表面(110a)的流体流(A1)中的颗粒充电的颗粒充电装置(120)和用于使所述流体流(A1)的带电微粒偏转的陷阱电极(130)，其中，所述颗粒充电装置(120)和所述陷阱电极(130)布置在所述基体(110)的所述第一表面(110a)上。
2.根据权利要求1所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，所述第一表面(110a)是所述基体(110)的外表面。
3.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，所述颗粒充电装置(120)具有用于产生电晕放电(123)的高压电极(122)。
4.根据权利要求3所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，所述颗粒充电装置(120)具有相对于所述高压电极(122)的对应电极(124；124a；124b；124c)。
5.根据权利要求4所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，所述对应电极(124；124a；124b)同样布置在所述第一表面(110a)上。
6.根据权利要求4或5所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，相对于所述高压电极(122)的所述对应电极(124a；124b；124c)同时形成相对于所述陷阱电极(130)的对应电极。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，所述对应电极(124a；124b；124c)至少在所述对应电极的第一区域(1241)中布置在所述第一表面(110a)上，并且其中，所述对应电极(124a；124b；124c)的不同于所述第一区域(1241)的第二区域(1242)从所述第一表面(110a)突出。
8.根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，设置有用于感测关于电荷流的信息的至少一个传感器电极(140)，该电荷流由所述流体流(A1)中的已经借助于所述颗粒充电装置(120)充电的颗粒引起，其中，所述至少一个传感器电极(140)同样布置在所述第一表面(110a)上。
9.传感器装置(1000)，该传感器装置具有由两个彼此同心地布置的管(R1、R2)组成的保护管组件和至少一个根据前述权利要求中任一项所述的颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)，其中，所述至少一个颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)布置在这两个管(R1、R2)之中的内管(R1)中，使得所述颗粒传感器的第一表面(110a)基本上平行于所述内管(R1)的纵轴线(LA)地定向。
10.用于制造颗粒传感器(100；100a；100b；100c；100d)的方法，该颗粒传感器具有基体(110)、用于给流经所述基体(110)的第一表面(110a)的流体流(A1)中的颗粒充电的颗粒充电装置(120)和用于使所述流体流(A1)的带电微粒偏转的陷阱电极(130)，其中，所述方法包括以下步骤：提供(200)所述基体(110)，将所述颗粒充电装置(120)和所述陷阱电极(130)布置(210)在所述基体(110)的所述第一表面(110a)上。
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