CN116420064A - 用于检测导电颗粒的传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测气体流中的导电颗粒的传感器(10)，该传感器包括衬底(15)，该衬底具有立方体或圆柱形形状，该立方体或圆柱形形状具有两个前侧(17,18)，其中气体流方向(G)被限定为在从第一前侧(17)到第二前侧(18)的方向上延伸，其中在该衬底(15)的至少一个表面(16,19)上形成包括至少两个电极(31,32)的电阻性电极结构(30)，该至少两个电极(31,32)彼此电分离，其特征在于，相对于该气体流方向(G)，第一电极(31)被布置在该传感器(10)的第一区段(21)中并且被设计成使得该第一电极(31)充当吸附电极，其中在该传感器(10)的第二区段(22)中形成传感器检测区域(40)，由此该传感器检测区域(40)由该第一电极(31)的部分(33)以及与该第一电极(31)的该部分(33)间隔开的第二电极(32)的部分(34)形成，其中该第二电极(32)至少部分地形成在该传感器(10)的第三区段(23)中。

Description

用于检测导电颗粒的传感器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于检测气体流中的导电颗粒的传感器，该传感器包括衬底，该衬底具有立方体或圆柱形形状，该立方体或圆柱形形状具有前侧。此外，本发明涉及一种根据权利要求11所述的在壳体中包括本发明的传感器的传感器系统。此外，本发明涉及根据权利要求15所述的本发明的传感器或本发明的传感器系统的用途。

背景技术

颗粒传感器，尤其是碳烟传感器的不同设计是现有技术中已知的。例如，在WO2011/106625 A1中描述了这种碳烟颗粒传感器，其由两个叉指状电极形成。废气流中的碳烟颗粒沉降在碳烟颗粒传感器的表面上并桥接两个电极。随着碳烟覆盖率的增加，电极之间的电阻减小。电极之间的电阻的测量是对所测量的废气流中的碳烟颗粒浓度的测量。

WO 2018/115054 A1还描述了一种用于检测导电颗粒和/或可极化颗粒的传感器。电极层形成在衬底上。电极层具有至少两个在空间上分离且互锁的电极。

WO 2018/115054 A1中揭露的电极层的形状例如借助于激光烧蚀步骤来生产。由于电极的形状相对复杂，因此需要进行许多连续的激光烧蚀步骤来生产电极。因此，现有技术已知的颗粒传感器的生产相对复杂。

图1中示例性地示出现有技术中已知的传感器系统。图1示出了现有技术的传感器系统1的侧视图。电极系统3形成在衬底2上。电极系统3由两个叉指状电极4和5组成，即在该侧视图中示出第一梳状电极4的指状物和第二梳状电极5的指状物。因此形成的传感器6位于壳体7中。

图1示出了由梳状电极4和5以及壳体7形成的电场。在箭头G的方向上流入到壳体7中的带电颗粒在横穿叉指电容器结构(IDC)的同时穿过周期性改变方向的电场。因此，与生成单向场的电极结构相比，朝向电极结构或(取决于电荷的符号)朝向壳体作用在带电颗粒上的净力相对较小。

基于前述现有技术，本发明的目的是指定一种更易于制造的用于检测导电颗粒的进一步开发的传感器。然而，传感器应当至少具有与结合由叉指电极制成的此类传感器已知的那些传感器相同的灵敏度和鲁棒性。优选地，与现有技术相比，传感器的灵敏度和鲁棒性甚至应提高。

此外，本发明的任务是指定一种进一步开发的传感器系统以及根据本发明的传感器的可能用途。

发明内容

根据本发明，所述问题通过关于权利要求1的主题的传感器、关于权利要求11的主题的传感系统以及关于权利要求15的主题的根据本发明的传感器和/或传感系统的用途得以解决。

本发明所基于的思想是指定一种用于检测气体流中的导电颗粒的传感器，该传感器包括衬底，该衬底具有立方体或圆柱形形状，该立方体或圆柱形形状具有两个前侧。气体流方向被限定为从第一前侧朝向第二前侧延伸。根据本发明的传感器具有电阻性电极结构。该电阻性电极结构具有至少两个电极并且形成在衬底的至少一个表面上。该至少两个电极彼此电分离。导电颗粒应特别理解为带电颗粒。

该气体流方向特别限定为在从衬底的第一前侧到衬底的第二前侧的方向上延伸。吸附电极是可切换成使得能够吸引带电颗粒的电极。

根据本发明，第一电极相对于气体流方向被布置在传感器的第一区段中并且被设计成使得第一电极充当吸附电极。

传感器检测区域形成在传感器的第二区段中，该传感器检测区域由该第一电极的部分以及与该第一电极的该部分间隔开的第二电极的部分形成。该第二电极至少分段地形成在传感器的第三区段中。

换句话讲，传感器可被划分为至少三个区段。第一区段、第二区段和第三区段在气体流方向上布置。

根据本发明的传感器基于电阻性电极系统以及对待检测电阻的对应分析或检测。

在本发明的一个实施方案中，电阻性电极结构仅形成在衬底的一个表面上。这种实施方案在现有技术中是已知的。

此外，也可以在衬底的两侧上形成电阻性电极结构。这种实施方案的优点在于，不仅检测到流经第一传感器侧上的颗粒，而且检测到沿着另一个传感器侧流动的颗粒。由于衬底两侧上的电阻性电极结构，可以提高传感器的灵敏度。

可以一起或分别接触两个电阻性电极结构的相应第一电极。此外，可以一起或分别接触电阻性电极结构的相应第二电极。

这种包括两个电阻性电极结构的实施方案特别适合于立方体形状的衬底。如果衬底具有圆柱形形状，则如果衬底为中空圆柱形，则可实现电阻性电极结构的双面形成。

传感器的第一电极优选地是当颗粒沿着传感器流动时颗粒首先通过的电极。在气体流中并且具有与第一电极的电荷相反的电荷的带电颗粒在流经第一电极时偏向第一电极或被第一电极静电吸引。

第一电极因此具有两个功能：

由于其作为吸附电极的设计，第一电极吸引极性与第一电极相反的带电颗粒。由于此类带电颗粒的吸附，第一电极上的颗粒密度增加。尤其是在传感器检测区域中，颗粒密度增加。

第一电极的另一功能是与至少第二电极一起形成电阻性传感器。借助于电阻性传感器，可检测沉积在传感器检测区域中的颗粒。

以意想不到的方式，具有上述设计的本发明传感器提高了传感器的灵敏度。

在本发明的一个实施方案中，传感器的第一区段中的第一电极的结构应理解为使得第一区段中的完整的第一电极被构造为吸附电极。换句话讲，在这种情况下，不仅第一电极的各个区段或部分区域充当吸附电极，而且定位在第一区段中的第一电极的全部都充当吸附电极。

具体地，在本发明的这种实施方案中，第一电极的单个梳状区段或单个指状物不应被理解为吸附电极。

在本发明的另一个实施方案中，传感器仅具有单个传感器检测区域，由此该传感器检测区域形成在传感器的第二区段中。换句话讲，除了在传感器的第二区段中形成的传感器检测区域外，在传感器中没有构建另外的或附加的传感器检测区域。

优选地，在传感器的第一区段中没有传感器检测区域。换句话讲，吸附电极优选地布置在第一区段中，并且不提供用于带电颗粒、特别是带电碳烟颗粒的电阻性检测的装置。

存在多种选择来避免在传感器的第一区段中形成传感器检测区域。

首先，可以不在传感器的第一区段中形成第二电极或第二电极的区段。

此外，可以用钝化层涂覆形成在传感器的第一区段中的电极以及它们之间的自由空间。如果形成钝化层，则即使在相邻电极之间也不可能检测到该区域中的导电颗粒。

另一种可能性是，将两个电极之间的距离选择得如此之大，以至于在相邻电极或电极区段的区域中不能执行对导电颗粒，尤其是碳烟颗粒的检测。已知为了检测两个电极之间的导电颗粒，必须选择电极或电极区段之间的距离，使得优选地在电极或电极区段之间形成颗粒细丝，尤其是碳烟细丝。

此外，可以使两个电极以平行于气体流的方向对准。这种电极设计将抑制电极之间带电颗粒细丝的形成。

考虑到气体流，吸附电极放置在传感器检测区域的前面。吸附电极的吸引电位将迫使气体流中携带的带电颗粒朝向吸附电极。颗粒可能落在吸附电极上并可能从那里排出。吸附电极上或略上方的挥发性颗粒将被朝向传感器检测区域的气体流清除，并促成第一电极和第二电极之间的电阻变化。

被吸附电极(ASE)覆盖的面积大于传感器检测区域(ADR)中第一电极和第二极之间的面积。ASE与ADR的比率为至少20，优选地至少50，最优选地至少100。大的ASE生成将迫使带电颗粒朝向吸附电极的大面积且均匀的电场。

吸附电极可以均匀地覆盖衬底的特定区域。然而，也可以通过凹槽或线与均匀区域相交。由交叉点形成的面积与剩余吸附电极的面积相比相当小。因此，交叉点将不会显著改变由吸附电极生成的均匀电场。交叉点可能有利于结构化吸附电极。由交叉点形成的吸附电极的可能结构是例如用于加热元件或温度传感器的U形蜿蜒结构。

此外，本发明的传感器设计比现有技术中已知的电极布置更容易制造。这尤其适用于现有技术中已知的叉指电容器结构。

根据本发明的用于检测带电颗粒的传感器的应用与已知的电阻传感器相同。在测量循环期间，第一电极和第二电极之间的电阻被确定为时间函数。这用作气体流中颗粒浓度的量度。当电阻性电极结构上的颗粒占有率已达到先前定义的阈值时，在再生循环期间清洁传感器，尤其是电阻性电极结构。例如，这通过加热电阻性电极结构来完成。通过加热再次去除电阻性电极结构顶部的导电颗粒。之后可开始新的测量循环。

第一电极和/或第二电极优选地设计为加热元件。

在本发明的另一个实施方案中可能的是，第一电极和/或第二电极分段地涂覆有钝化层，其中至少传感器检测区域形成为不含钝化层。这种钝化层的形成的优点在于，即使处于高温和腐蚀性气体中也可以可靠地使用这种传感器。

在本发明的一个特别易于制造的实施方案中，第一电极和第二电极各自被制成矩形电极。这允许例如借助于丝网印刷技术施加电极结构。电极的连续精细结构化，尤其是在传感器检测区域中的电极的连续精细结构化，可利用烧蚀激光来完成。

在本发明的另一个实施方案中，第一电极和第二电极至少分段地彼此平行布置，第二电极至少分段地横向于气体流方向包围第一电极。优选地，第二电极至少在传感器的第三区段中包围第一电极。第一电极的这种包围导致形成传感器检测区域，该传感器检测区域具有例如横向于气体流方向的狭缝形凹部。

传感器检测区域中的第一电极和第二电极之间的间隙基本上垂直于气体流方向取向并且优选地为狭缝形。间隙的宽度为至多200μm，优选地至多100μm，最优选地至多70μm。间隙的宽度为至少10μm，优选地至少20μm，最优选地至少30μm。

在一个优选的实施方案中，第一区段中的第一电极和第二电极之间的间隙宽度比传感器检测区域中的第一电极和第二电极之间的间隙宽度大至少2倍，优选地大3倍，最优选地大至少4倍。因此，这可防止或减少对第一区段中的颗粒的检测。

第一电极可为矩形或U形。例如，第二电极可具有U形形状或L形形状。

在本发明的另一个实施方案中，第一电极包括结构化线，该结构化线用以在连接区域中、特别是蜿蜒部中结构化第一电极。

如果第一电极被设计为加热元件，则将第一电极设计为蜿蜒部是特别合适的。第一电极也可用作温度传感器，尤其是当电极由具有大温度系数的材料制成时。在本发明的另一实施方案中，传感器至少具有第三电极。第三电极形成在第一电极和第二电极之间或形成为至少部分地包封第二电极。第三电极可用作辅助电极，其单独寻址或与第一电极电连接，以便优化对气体流中的导电颗粒的吸附作用。

第一电极和/或第二电极在传感器检测区域中具有峰也是可能的。如果第一电极和第二电极都在传感器检测区域中具有峰，则两个电极的峰相对并面向彼此是有利的。

通过在传感器检测区域中形成峰，可以生成场增强。这用于提高传感器的灵敏度。在本发明的一个实施方案中可能的是，第一电极在传感器检测区域中的区段和/或第二电极在传感器检测区域中的区段通过蚀刻或通过激光烧蚀被结构化，使得形成的峰用于场增强。

所描述的钝化层由电绝缘材料制成并且例如通过丝网印刷法或气溶胶沉积法(ADM)来生产。优选地，钝化层为金属氧化物层或玻璃层。如果钝化层为玻璃层，则该玻璃层可通过丝网印刷以玻璃膏的形式施加在待覆盖的电极区段上。

传感器检测区域可至少分段地不含钝化层，使得仅第一电极和第二电极的部分的端面不含钝化层。

在本发明的同样合适的实施方案中，传感器检测区域可形成为使得第一电极和第二电极的部分的端面以及电极区段的表面部分地暴露。本发明的这种实施方案可改善所形成的颗粒细丝从第一电极到第二电极的生长。

在本发明的另一个实施方案中可能的是，第一电极和第二电极的区段的端面仅部分地不含钝化层。端面的与衬底相邻或邻接的局部例如可涂覆有钝化层。在这种情况下，第一电极和第二电极的端面的仅面向上的区段不含钝化层。

在本发明的另一个实施方案中，第一电极具有从0.5mm至100mm，特别是从3mm至50mm，特别优选地是从5mm至30mm的纵向延伸，

以及/或者0.5mm至50mm，特别是从1.5mm至30mm，特别优选地是从3mm至10mm的宽度延伸，其中纵向延伸在气体流方向(G)上并且宽度延伸垂直于气体流方向(G)。

由于第一电极的指定的纵向延伸和/或宽度延伸，提供了足够大的电极面积，使得第一电极可以可靠地充当吸附电极。

在分层气体流中，带电颗粒流经第一电极需要一定的时间，使得即使离第一电极更远的此类带电颗粒也能撞击第一电极。

在本发明的特别优选的实施方案中，根据本发明的传感器具有这种电阻性电极结构，该电阻性电极结构不具有叉指电容器结构(IDC)。具体地，IDC结构应理解为这种相互啮合的电极的布置。在电极结构(IDC结构)的这种布置中，电极通常各自具有梳状结构，由此电极相对于彼此定位成使得梳状物相互啮合。换句话讲，第一电极的梳齿各自位于第二电极的两个梳齿之间的空间中，并且反之亦然。

此外，对于这种类型的电极布置(IDC结构)可能的是，各个电极具有指状区段。第一电极的指状物意图定位于第二电极的两个指状物之间的空间中，并且反之亦然。

根据本发明，因此不应执行IDC结构的形成，尤其是在两个电极的梳状或指状形成的所述选项中。具体地，对于本发明来说重要的是不形成这种IDC结构，尤其是在传感器的第一区段中。

本发明的另一个方面涉及一种包括根据本发明的传感器的传感器系统。传感器被布置在导电壳体中，该导电壳体具有气体入口开口和气体出口开口。传感器被布置在壳体中，使得衬底的第一端面朝向气体入口开口并且第二前侧朝向气体出口开口。

在传感器系统的测量模式期间，在第一电极和导电壳体之间形成第一电场，该第一电场是单向的，并且在第一电极和第二电极之间形成第二电场。

在本发明的一个实施方案中，壳体被设计为内管，该内管被布置在外管中。

在本发明的另一个实施方案中，外管具有入口开口，例如狭槽形入口开口，该入口开口形成在外管的纵向方向上的侧表面中。

本发明的另一方面涉及根据本发明的传感器和/或传感器系统用于检测车辆的排气系统中的碳烟颗粒的用途。

结合根据本发明的传感器系统和/或关于根据本发明的用途，存在与关于根据本发明的传感器已提及的优点类似的优点。

附图说明

以下示意图示出了本发明的方面以用于结合一些示例性图示改进对本发明的理解，其中

图1示出了现有技术的传感器；

图2a和图2b示出了根据本发明的传感器的顶视图；

图3示出了根据本发明的传感器的另一实施方案的侧视图；

图4示出了根据本发明的传感器在壳体中的基本功能；

图5a至图5j示出了本发明的传感器的进一步设计的顶视图；

图6a至图6d示出了根据本发明的传感器的进一步实施方案的顶视图以及截面图，其中具有以不同方式形成的钝化层；

图7a至图7d示出了具有圆柱形衬底的传感器的不同实施方案；

图8a和图8b示出了传感器检测区域中的传感器的特殊实施方案的顶视图；

图9a至图9g示出了传感器检测区域中的电极区段的形成的截面图，其中部分地施加有钝化层；并且

图10示出了根据本发明的传感器系统。

具体实施方式

下文中相同的附图标记用于相同和类似作用的部件。

图2a和图2b示出了根据本发明的传感器10的第一简单实施方案。传感器10各自基于立方体衬底15。图2a和图2b中示出传感器10的顶视图。该顶视图是衬底15的表面16的顶视图。此外，示出气体流方向G。该气体流方向从第一前侧17延伸到第二前侧18。

传感器10可被划分为三个区段21、22和23。从传感器10的第一前侧17开始，第一区段21、第二区段22和第三区段23在气体流方向G上一个接一个地布置。

第一电极31位于传感器10的第一区段21中。第一电极31充当吸附电极。

在同样示出的传感器10的第二区段22中形成传感器检测区域40。传感器检测区域40由第一电极31的部分33和第二电极32的部分34形成，由此两个部分33和34彼此间隔开。

第二电极32形成在传感器10的第三区段23中。

可以看出，在该示例中，第一电极31的纵向延伸大于第二电极32的纵向延伸。借助于第一电极31的这种长型式，可以提供特别有效的吸附电极。

传感器10具有电阻性电极结构30，使得根据已知方法在传感器检测区域40中检测到在气体流方向G上流动的导电颗粒。

图2b示出了根据本发明的传感器10的另一个简单构造的实施方案。在衬底15的表面16上，至少分段地形成边缘24。边缘24从传感器10的第一区段21延伸到第三区段23。

可以看出，在所示示例中，第二电极32比第一电极31短很多倍。换句话讲，为了形成传感器检测区域40，在第二电极32的纵向方向或气体流方向G上不需要大的延伸。

图3示出了根据本发明的传感器10的另一实施方案。衬底10在第一表面16和第二表面19上均具有电阻性电极结构30。这两个电极结构30各自包括第一电极31和第二电极32。

该实施方案的优点在于，不仅检测到流经第一表面16(即，传感器10的上侧)的导电颗粒，而且检测到沿着第二表面19或传感器10的下侧在气体流方向G上流动的导电颗粒。

由于电阻性电极结构30在第一表面16和第二表面19上的布置，提供了具有提高的灵敏度的电阻性传感器10。第一电极31可一起或分别切换。第二电极32也可分开或一别切换。

图4示出了根据本发明的传感器10或传感器系统80的作用模式。根据本发明的传感器10位于导电壳体85中。在侧视图中，可以看到第一电极31和第二电极32。此外，形成传感器检测区域40。在气体流方向G上，第二电极至少部分地位于第一电极31之后。两个电极31和32彼此电绝缘。

与壳体85相比，第一电极31处于正电位或负电位。壳体85和第二电极32处于相反的电位。第二电极32和壳体85可处于相同的电位。例如，它们可处于地电位。

图4所示的窄箭头指示第一电极和壳体85之间以及第一电极31和第二电极32之间的电场方向。

换句话讲，在第一电极31和壳体85之间形成第一电场91，并且在第一电极32和第二电极31之间形成第二电场92。与图1所示的现有技术相比，第一电场是单向的。

气体流中具有与第一电极31的电荷相反的电荷的导电颗粒在流经第一电极31时偏向第一电极31或被该第一电极静电吸引。

因此，第一电极31用作吸附电极，并且另外增加位于第一电极31上，尤其是传感器检测区域40中的颗粒密度。结合第二电极32形成电阻性电极结构30，使得可检测到沉积在传感器检测区域40中的颗粒。

与从图1已知的传感器的实施方案相比，如图4所示的由传感器10生成的电场是单向且均匀的。因此，作用于被第一电极31吸引的带电颗粒上的力大于与图1所示IDC结构相关的力。因此，与图1所示的实施方案相比，更多的带电颗粒沉积在平坦的第一电极31上。

另外，近表面颗粒被输送到第一电极31和第二电极32之间的传感器检测区域40。在那里，颗粒可形成导电颗粒细丝，该导电颗粒细丝降低第一电极31和第二电极32之间的电阻。

图5a至图5j示出了关于电阻性电极结构30的不同实施方案。

根据图5a，第一电极31为矩形。另一方面，第二电极32具有U形形状，由此第二电极32至少分段地包围第一电极31。在第一前侧17的区域中，第一电极31不被第二电极32包围。此外，第二电极32可被设计为加热回路。U形第二电极32被设计为循环加热回路。U形第二电极32和第一电极31的两个端部均可在第一前侧17处单独电接触。

在图5b中，第一电极31再次被设计为矩形电极。第二电极32具有L形形状，其中L形形状的短区段35被形成在传感器20的第三区段23中。第一电极31和第二电极32至少分段地彼此平行延伸。横向于气体流方向G，具有L形形状的短区段35的第二电极32至少分段地包围第一电极31。

在图5c中，与图5b所示的实施方案相比，第二电极被设计为加热回路。然而，如图5b所示，第二电极32具有L形形状。

在图5d中示出的这种设计，与根据图5c的实施方案相比，该设计在第二电极32的区域中具有附加区段37。该附加区段37具有第一电极31在更大程度上被第二电极32围绕以允许更均匀加热的效果。

在图5e中，第一电极31具有矩形形状。除第一外电极32外，还形成另外的第三电极38。第二电极32为U形。第三电极38包封第二电极32并且也为U形。两个外电极32和38彼此不连接并且各自被设计为加热回路。

根据图5f的实施方案，第一电极31和第二电极32两者均被设计成U形。这两个电极均被设计为加热回路。

在图5g中，第二电极32为U形。第二电极32另外被设计为循环加热回路。第一电极31具有蜿蜒形状51并且也被设计为加热回路。由于增加的欧姆电阻，第一电极31也可用作温度传感器。

在图5h中，第二电极32被设计为U形循环加热回路。第一电极31由加热回路和等电位表面50组成，该等电位表面与加热回路处于同一电位但不作为加热表面连接。

根据图5i的实施方案是根据图5g和图5h的实施方案的组合。第二电极32具有U形形状。第一电极31被设计为具有横向等电位表面50的蜿蜒形状51的加热回路。蜿蜒加热回路51可另选地称为温度传感器。

根据图5j所示的实施方案，第二电极32再次被设计为U形循环加热回路。然而，第一电极31具有蜿蜒形状51。以这种方式设计的加热回路可另选地称为温度传感器。

此外，形成两个第三电极38。第三电极38在气体流方向G上形成在第一电极31和第二电极32之间。第三电极38可连接到它们自己的电位，以优化对气体流G中的颗粒的吸附效果。

可以任选地组合图5a至图5j中所示的实施方案。

图6a至图6d示出了电阻性电极结构30的可能实施方案的顶视图(左侧图示)和侧视图A至A'(右侧图示)，由此在钝化层60的形成方面，设计彼此不同。

依据图6a的设计对应于依据图5f的设计。在所示实施方案中未形成钝化层。

图6b示出电极31和32大部分涂覆有钝化层60。仅传感器检测区域40、传感器10的第三区段21以及两个电极31和32的接触垫70、70'未涂覆有钝化层。

在图6c所示的设计中，第一电极31以及第二电极32的顶侧71、71'在传感器检测区域40中也设置有钝化层。仅第一电极31和第二电极32的部分33和34的端面72和72'不含钝化层60。

在图6d所示的实施方案中，在传感器检测区域40中，不仅部分33和34的端面72和72'，而且顶侧71和71'都不含钝化层60。

如图6d所示，使用传感器10，即采用电极部分33和34的顶侧71、71'和端面72和72'都部分暴露的设计，可以改善从第一电极31朝向第二电极32形成的颗粒细丝的生长。

这种传感器10可通过首先在传感器检测区域40中的整个表面上施加钝化层60，然后例如通过激光烧蚀或光刻蚀刻将其去除来制造。

电极31和32的暴露部分还改善了撞击它们的带电颗粒的放电。

图7a至图7d示出了传感器10的实施方案，其具有带圆柱形形状的衬底15。

在图7a和图7b中，衬底15被设计为全圆柱体。在图7c和图7d中，示出具有中空圆柱形状的衬底15的此类实施方案。

在气体流方向G上，在衬底10的表面16上，第一电极31形成在第一区段21中，并且第二电极32形成在第三区段23中，如图7a所示。传感器检测区域40形成在两个电极31和32之间。电极31和32作为圆周电极位于衬底15的表面16上。两个电极31和32例如通过电引线接触，该电引线通过材料接合连接到电极31和32的表面。

如果传感器10放置在管状壳体中，则该实施方案的优点是传感器10的对称结构。在测量模式下，电场是径向对称的，因此避免了带电颗粒在边缘处的积聚，如在具有立方体形状的衬底中可能出现的那样。此外，对于相同的衬底尺寸，传感器检测区域40增大。因此提高了传感器10的灵敏度。

在图7b中，第一电极31未形成在整个圆周上。相反，第一电极31具有凹部41，使得第二电极32的区段42被朝向衬底15的第一前侧17引导。第二电极32的区段42用作第二电极32的一种引线。第一电极31具有引线42'。

这允许电极31和32以及它们的引线42和42'在一个步骤中一起制造。例如，这可借助于滚筒丝网印刷来完成。另选地，可以将绝缘层施加到第一电极31的局部，以便在衬底15的第一前侧17的方向上将第二电极32的引线42与第一电极31电分离。

图7c的电阻性电极结构30对应于图7a所示的实施方案的电阻性电极结构30。唯一的区别是衬底15的中空圆柱形设计。衬底15的这种中空圆柱形设计允许关于电极31和32的接触的可变可能性。例如，可形成穿过衬底15的贯穿件。此外，衬底15可更好地连接到壳体(未示出)。该连接可例如通过将该衬底插到心轴上来进行。

根据图7d中所示的实施方案，示出衬底15的内侧14也可用作传感器区域的可能性。衬底15的表面16上的电极结构对应于图7b所示的电极结构30。

如果电阻性电极结构30不仅形成在衬底15的表面16上，而且形成在衬底15的内侧14上，则传感器检测范围40增加大约2倍。在所示示例中，衬底15的内侧14充当衬底15的第二表面19。

图8a和图8b指示第一电极31和/或第二电极32可在传感器检测区域40中具有40个峰65或66。

在图8a所示的实施方案中，仅部分33中的第一电极31具有峰65。

根据图8b所示的实施方案，电极部分33和电极部分34两者中都形成峰65和66。峰65和66被设计成彼此相对且面向彼此。尖端65和66被设计成生成电场增强。这提高了传感器10的灵敏度。

在图9b至图9g中，示出不同实施方案的侧视图A至A'，由此关于传感器检测区域40中电极部分33和34的形成，根据图9a所示的位置来执行该部分。

根据图9b所示的实施方案，部分33和34两者都不含钝化层。端面72和72'基本上沿直线延伸。

在图9c中，指示传感器检测区域40中的电极部分33和34通过以将峰65和66构造成增强电场的方式进行蚀刻来构造。端面72和72'在当前情况下是弯曲的。

根据图9d和图9e的实施方案对应于根据图6c和图6d的放大图示。因此，钝化层60可被施加到电极31和32，使得例如仅暴露端面72和72'，或者既暴露端面72和72'也暴露顶侧71和71'。

图9f示出了形成在传感器检测区域40中的钝化条61。钝化条61与第一电极31和第二电极32两者间隔开。

然而，在图9g中，示出由钝化材料组成的填充物62。在该实施方案中，电极31和32的端面72和72'仅部分地不含钝化材料或钝化层60。

图10示出了根据本发明的具有传感器10的传感器系统80的可能实施方案。

传感器10被布置在壳体85中。传感器10被布置成使得第一前侧17指向壳体85的气体流入开口86。第二前侧18指向壳体85的气体流出开口87的方向。壳体85为导电的，由此壳体85在所示示例中被设计为内管。

该内管或壳体85被布置在外管81中。外管81具有入口开口82。在所示示例中，入口开口82为槽形并在外管81的纵向方向上延伸。

为了能够将传感器系统80布置在例如排气系统中，传感器系统80具有螺纹连接件89。所示的螺纹连接件89的替代设计也是可以想到的并且是可能的。

待分析的气体穿过入口开口82流入到外管81中，然后气体流被引导180度进入到壳体85中，并且然后在气体流出开口87的方向上分层流经传感器10。

气体流出开口87垂直于气体流G，并且因此将经分析的气体从传感器10抽离。温度传感器和/或加热器在衬底15上的附加应用也是可能的。尤其是两个元件结合第一电极31或第二电极32的集成是可能的。

权利要求、说明书和附图中公开的特征对于所要求保护的本发明的不同实施方案(无论是单独地还是以彼此的任何组合)可能是必不可少的。

附图标记

1 传感器系统(现有技术)

2 衬底(现有技术)

3 电阻性电极结构(现有技术)

4 第一梳状电极(现有技术)

5 第二梳状电极(现有技术)

6 传感器(现有技术)

7 壳体(现有技术)

10 传感器

14 内侧

15 衬底

16 第一表面

17 第一前侧

18 第二前侧

19 第二表面

21 第一区段

22 第二区段

23 第三区段

24 边缘区段

30 电阻性电极结构

31 第一电极

32 第二电极

33 第一电极的部分

34 第二电极的部分

35 短区段

36 长区段

37 附加区段

38 第三电极

40 传感器检测区域

41 凹部

42 第二电极的局部

42' 第一电极的引线

50 等电位区域

51 蜿蜒部

60 钝化层

61 钝化条

62 填充物

65 第一电极的峰

66 第二电极的峰

70、70' 接触垫

71、71' 顶侧

72、72' 端面

80 传感器系统

81 外管

82 入口开口

85 壳体

86 气体流入开口

87 气体流出开口

89 螺纹连接件

91 第一电场

92 第二电场

G 气体流方向

Claims (15)

1.一种用于检测气体流中的导电颗粒、特别是带电颗粒的传感器(10)，所述传感器包括衬底(15)，所述衬底具有立方体或圆柱形形状，所述立方体或圆柱形形状具有两个前侧(17,18)，

其中气体流方向(G)被限定为在从第一前侧(17)到第二前侧(18)的方向上延伸，

其中在所述衬底(15)的至少一个表面(16,19)上形成包括至少两个电极(31,32)的电阻性电极结构(30)，

所述至少两个电极(31,32)彼此电分离，

其特征在于，

相对于所述气体流方向(G)，第一电极(31)被布置在所述传感器(10)的第一区段(21)中并且被设计成使得所述第一电极(31)充当吸附电极，

其中在所述传感器(10)的第二区段(22)中形成传感器检测区域(40)，由此所述传感器检测区域(40)由所述第一电极(31)的部分(33)以及与所述第一电极(31)的所述部分(33)间隔开的第二电极(32)的部分(34)形成，

其中所述第二电极(32)至少部分地形成在所述传感器(10)的第三区段(23)中。

2.根据权利要求1所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述第一电极(31)和/或所述第二电极(32)被制成加热元件。

3.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述第一电极(31)和/或所述第二电极(32)分段地涂覆有钝化层(60)，由此至少所述传感器检测区域(40)至少部分地不含所述钝化层(60)。

4.根据权利要求1至3中的一项所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述第一电极(31)和所述第二电极(32)至少分段地彼此平行布置，所述第二电极(32)至少分段地横向于所述气体流方向(G)包围所述第一电极(31)。

5.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述第二电极(32)具有矩形形状或U形形状或L形形状。

6.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述第一电极(31)具有矩形形状或U形形状。

7.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述第一电极(31)包括结构化线，所述结构化线用于在连接区域中、特别是蜿蜒部(51)中结构化所述第一电极。

8.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(10)，

其特征在于，

至少一个第三电极(38)，所述至少一个第三电极形成在所述第一电极(31)和所述第二电极(32)之间或形成为至少部分地围绕所述第二电极(32)。

9.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述第一电极(31)具有从0.5mm至100mm、特别是从3mm至50mm、特别优选地是从5mm至30mm的纵向延伸，

以及/或者

从0.5mm至50mm、特别是从1.5mm至30mm、特别优选地是从3mm至10mm的宽度延伸，

其中所述纵向延伸在所述气体流方向(G)上并且所述宽度延伸垂直于所述气体流方向(G)。

10.根据前述权利要求中的一项所述的传感器(10)，

其特征在于，

所述电阻性电极结构(30)不具有叉指电容器结构(IDC)。

11.一种包括根据权利要求1至10中任一项所述的传感器(10)的传感器系统(80)，

由此所述传感器(10)被布置在具有气体流入开口(86)和气体流出开口(87)的导电壳体(85)中，其中所述衬底(15)的所述第一前侧(17)被布置成面向所述气体流入开口(86)的方向，并且所述衬底(15)的所述第二前侧(18)被布置成面向所述气体流出开口(87)的方向。

12.根据权利要求11所述的传感器系统(80)，

其特征在于，

在所述传感器系统(80)的测量模式期间，在所述第一电极(31)和所述导电壳体(85)之间形成第一电场(91)，所述第一电场是单向的，并且在所述第一电极(31)和所述第二电极(32)之间形成第二电场(92)。

13.根据权利要求11或12所述的传感器系统(80)，

其特征在于，所述壳体(85)被设计为内管，所述内管被布置在外管(81)中。

14.根据权利要求13所述的传感器系统(80)，

其特征在于，

所述外管(81)具有入口开口(82)，例如槽形入口开口，所述入口开口形成在所述外管(81)的所述纵向方向上的侧表面中。

15.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)和/或传感器系统(80)用于检测车辆的排气系统中的碳烟颗粒的用途。

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