CN214150334U - 一种灵敏的颗粒物传感器芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于传感器技术领域，涉及颗粒物传感器，具体地涉及一种灵敏的颗粒物传感器芯片。一种灵敏的颗粒物传感器芯片，包括第一基层和第二基层，所述第一基层上表面设有反应电极；所述第一基层上表面设有导电部分，所述反应电极的反应部分位于导电部分上，所述导电部分为电阻率高于被测颗粒物的导电材料。加热电极位于第一基层和第二基层之间，第二基层下表面还设有测温电极。本实用新型的传感器具有较好的检测灵敏度，并且具有较大的颗粒物浓度测试范围。

Description

一种灵敏的颗粒物传感器芯片

技术领域

本实用新型属于传感器技术领域，涉及颗粒物传感器，具体地涉及一种灵敏的颗粒物传感器芯片。

背景技术

随着人类对全球环境的关注度越来越高，汽车尾气作为一种重要的污染源也被制定了更加严格的标准，其中，后处理技术是我国目前实现国Ⅵ标准的普遍技术手段，而颗粒物传感器则是DPF(柴油颗粒物捕集器)系统的核心基础零部件，其可实时检测汽车尾气中颗粒物的含量，通过估算颗粒物累计流量和过滤器效率，从而反馈DPF的工作状态，以便诊断颗粒物排放是否符合法规要求。

传统的颗粒物传感器由芯片、电路控制单元等组成，当传感器工作时，对反应电极施加电压，这时一对叉指电极之间产生了磁场，尾气中具有导电性的颗粒物就在磁场力的作用下被吸附在电极之上。当颗粒物积累到某个阈值时，反应电极就被导通并产生电流，且电流随着颗粒物的累积越来越大，通过电流的大小可以检测尾气颗粒物的含量。而当电流达到阈值时，加热电极开始工作，烧掉反应电极上累积的颗粒物，完成一个检测循环，检测循环时间的长短，可以判定尾气中颗粒物的浓度。但是，对于传统的颗粒物传感器，当电极之间沉积的颗粒物过少时，反应电极之间未被导通，无法形成电流(如图4所示)，使得检测颗粒物的灵敏度较差。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种灵敏的颗粒物传感器芯片，该传感器具有较好的检测灵敏度，并且具有较大的颗粒物浓度测试范围。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：

一种灵敏的颗粒物传感器芯片，包括第一基层11，所述第一基层11上表面设有反应电极；其特征在于：所述第一基层11上表面设有导电部分17，所述反应电极的反应部分位于导电部分17上。

进一步地，所述导电部分17为电阻率高于被测颗粒物的导电材料。

进一步地，所述导电材料为钙钛矿结构导体。

进一步地，所述反应电极包括第一反应电极14和第二反应电极15，由第一反应电极14和第二反应电极15构成的反应部分为一对互不导通的叉指电极13。

进一步地，所述叉指电极13的叉指宽度均为60-100μm，间距为20-50μm。

进一步地，还包括加热电极18，所述反应电极和加热电极18分别位于第一基层11的上下表面。

进一步地，所述反应电极还包括静电导出电极16，所述静电导出电极16设置在第一基层11的上表面。

进一步地，还包括第二基层12，所述加热电极18位于第一基层11和第二基层12之间；所述第二基层12下表面还设有测温电极19。

进一步地，所述第一基层11和第二基层12为氧化锆材料，上下表面均印有一层氧化铝绝缘层，所述导电部分17位于绝缘层上。

进一步地，所述第一基层11和第二基层12的厚度均为400-700μm，所述反应电极、加热电极18和测温电极19均为铂电极，采用丝网印刷工艺形成。

本实用新型的有益效果为：本实用新型的传感器具有较好的检测灵敏度，并且具有较大的颗粒物浓度测试范围。

附图说明

图1为一种灵敏的颗粒物传感器芯片的结构示意图。

图2为叉指电极处在没有颗粒物存在的状态下的放大剖视图。

图3为叉指电极在颗粒物累积少的状态下的放大剖视图。

图4为背景技术中传统颗粒物传感器处于颗粒物累积少的状态的放大剖视图。

图中：第一基层11，第二基层12、叉指电极13、第一反应电极14、第二反应电极15、静电导出电极16、导电部分17、加热电极18、测温电极19。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种灵敏的颗粒物传感器芯片，包括从上至下依次排列的反应电极、第一基层11、加热电极18、第二基层12和测温电极19。其中：所述加热电极18用于对反应电极进行加热，加热的最高温度为850℃。所述测温电极19用于对芯片温度进行测试。所述反应电极和测温电极19通过下引线与控制电路相连，加热电极18尾端通过过孔的方式与测温电极19下引线导通并与控制电路相连。所述反应电极(第一反应电极14、第二反应电极15和静电导出电极16)、加热电极18和测温电极19均为铂电极，采用丝网印刷工艺形成。

所述第一基层11和第二基层12为氧化锆材料，厚度为400-700μm。第一基层11和第二基层12上下表面均印有一层氧化铝绝缘层。

所述反应电极包括第一反应电极14和第二反应电极15，由第一反应电极14和第二反应电极15构成的反应部分为一对互不导通的叉指电极13，叉指宽度为60-100μm，间距为20-50μm。具有导电性的尾气颗粒物沉积于反应电极时，使得叉指电极13相互导通，通过反应电极产生的电流来测量沉积颗粒物的浓度。所述反应电极还包括静电导出电极16，静电导出电极16设置在第一基层11的上表面，用于导出静电。

所述第一基层11上表面设有导电部分17，所述叉指电极13位于导电部分17上，导电部分17为电阻率高于被测颗粒物且具有微弱导电性的导电材料。所述导电材料包括具有导电性的金属氧化物，例如具有钙钛矿结构的陶瓷，当限定陶瓷分子为ABO3结构时，优选地，A为La、Sr、Ca或Mg等元素，B为Ti、Al、Zr或Y等元素。之所以使用金属氧化物，是由于其具有高耐热性，可以增加导电部分17的耐热能力。另外，由于颗粒物的电阻随着温度的升高会降低，在通过电流计算颗粒物含量时，需要对其进行温度校正，而金属氧化物导电材料的电阻也会随温度升高而降低，可以更好地平衡导电部分17与颗粒物之间的温度特性，使温度校正变得更加容易，进一步提高了传感器的测试精度。

一种灵敏的颗粒物传感器芯片的原理说明：

在没有颗粒物沉积的时候，对反应电极施加电压，可以使电流I流向导电部分17的表面，而不是流向导电部分17的内部，如图2所示为本实施例中在没有颗粒物存在的状态下的放大剖视图。当反应电极表面有少量颗粒物沉积时，可以使电流I流向电阻率比导电部分17低的颗粒物，从而增加反应电极之间的电流，即增加了颗粒物传感器的检测灵敏度，如图3所示为本发明实施例中颗粒物传感器在颗粒物累积少的状态下的放大剖视图。另外，由于本实施方式的设计使得电流在导电部分17表面流动，而不会在导电部分17的厚度方向上流动，因此，不会发生导电部分17的厚度不均或电阻不均的问题，并且可以精确地计算出颗粒物的含量。

以上说明仅为本实用新型的应用实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种灵敏的颗粒物传感器芯片，包括第一基层(11)，所述第一基层(11)上表面设有反应电极；其特征在于：所述第一基层(11)上表面设有导电部分(17)，所述反应电极的反应部分位于导电部分(17)上。

2.根据权利要求1所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：所述导电部分(17)为电阻率高于被测颗粒物的导电材料。

3.根据权利要求2所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：所述导电材料为钙钛矿结构导体。

4.根据权利要求1所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：所述反应电极包括第一反应电极(14)和第二反应电极(15)，由第一反应电极(14)和第二反应电极(15)构成的反应部分为一对互不导通的叉指电极(13)。

5.根据权利要求4所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：所述叉指电极(13)的叉指宽度均为60-100μm，间距为20-50μm。

6.根据权利要求4所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：所述反应电极还包括静电导出电极(16)，所述静电导出电极(16)设置在第一基层(11)的上表面。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：还包括加热电极(18)，所述反应电极和加热电极(18)分别位于第一基层(11)的上下表面。

8.根据权利要求7所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：还包括第二基层(12)，所述加热电极(18)位于第一基层(11)和第二基层(12)之间；所述第二基层(12)下表面还设有测温电极(19)。

9.根据权利要求8所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：所述第一基层(11)和第二基层(12)为氧化锆材料，上下表面均印有一层氧化铝绝缘层，所述导电部分(17)位于绝缘层上。

10.根据权利要求9所述的一种灵敏的颗粒物传感器芯片，其特征在于：所述第一基层(11)和第二基层(12)的厚度均为400-700μm，所述反应电极、加热电极(18)和测温电极(19)均为铂电极，采用丝网印刷工艺形成。

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