DE102005010263A1 - Sensor element and sensor containing this - Google Patents

Sensor element and sensor containing this Download PDF

Info

Publication number
DE102005010263A1
DE102005010263A1 DE200510010263 DE102005010263A DE102005010263A1 DE 102005010263 A1 DE102005010263 A1 DE 102005010263A1 DE 200510010263 DE200510010263 DE 200510010263 DE 102005010263 A DE102005010263 A DE 102005010263A DE 102005010263 A1 DE102005010263 A1 DE 102005010263A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
sensor element
measuring electrodes
element according
ceramic
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.)
Withdrawn
Application number
DE200510010263
Other languages
German (de)
Inventor
Harald Dr. Guenschel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE200510010263 priority Critical patent/DE102005010263A1/en
Priority to EP06724910A priority patent/EP1858904A1/en
Priority to PCT/EP2006/060381 priority patent/WO2006094923A1/en
Publication of DE102005010263A1 publication Critical patent/DE102005010263A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/60Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrostatic variables, e.g. electrographic flaw testing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/05Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a particulate sensor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1466Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being a soot concentration or content

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)

Abstract

Es wird ein Sensorelement zur Bestimmung von Partikeln in Gasgemischen, insbesondere für Rußsensoren, beschrieben, das einen keramischen Sensorkörper, in den ein Heizelement integriert ist, aufweist, sowie eine erste und eine zweite Messelektrode (14, 16), die auf keramischen Schichten (12a, 12b) des Sensorkörpers angeordnet sind, wobei zwischen erster und zweiter Messelektrode (14, 16) eine Hochspannung anlegbar ist, derart, dass es zu einer elektrischen Entladung zwischen den Messelektroden (14, 16) kommt.The invention relates to a sensor element for determining particles in gas mixtures, in particular for soot sensors, which has a ceramic sensor body into which a heating element is integrated, and a first and a second measuring electrode (14, 16) which are disposed on ceramic layers (12a , 12b) of the sensor body are arranged, wherein between the first and second measuring electrode (14, 16), a high voltage can be applied, such that there is an electrical discharge between the measuring electrodes (14, 16).

Description

Die Erfindung geht von einem Sensorelement zur Bestimmung von Partikeln in Gasgemischen. insbesondere Rußsensor, und einem Sensor dieses enthaltend gemäß der im Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche definierten Art aus.The The invention is based on a sensor element for the determination of particles in gas mixtures. especially soot sensor, and a sensor this containing according to the im Generic term of the independent claims defined type.

Im Zuge einer sich verschärfenden Umweltgesetzgebung erlangen zunehmend Abgasnachbehandlungssysteme Bedeutung, die die Filtration bzw. Eliminierung von in Verbrennungsabgasen existierenden Rußpartikeln ermöglichen. Um die Funktionstüchtigkeit derartiger Abgasnachbehandlungssysteme zu überprüfen bzw. zu überwachen, werden Sensoren benötigt, mit denen auch im Langzeitbetrieb eine genaue Ermittlung der aktuell im Verbrennungsabgas vorliegenden Partikelkonzentration ermöglicht werden kann. Darüber hinaus soll mittels derartiger Sensoren eine Beladungsprognose von beispielsweise in einem Abgassystem vorgesehenen Dieselpartikelfiltern durchführbar sein, um eine hohe Systemsicherheit zu erreichen und dadurch kostengünstigere Filtermaterialien einsetzen zu können.in the Course of a tightening Environmental legislation is increasingly gaining exhaust aftertreatment systems Meaning, the filtration or elimination of in combustion gases existing soot particles enable. To the functionality such exhaust aftertreatment systems to check or monitor, sensors are needed with which even in long-term operation an accurate determination of the current be made possible in the combustion exhaust gas particle concentration can. About that addition, by means of such sensors, a loading prediction of For example, provided in an exhaust system diesel particulate filters feasible to achieve high system security and thus lower cost filter materials to be able to use.

Aus der DE 102 44 702 A1 ist ein Sensor zur Detektion von Stoffen in einem Fluidstrom bekannt, der zwei voneinander beabstandete Messelektroden umfasst, die dem zu untersuchenden Verbrennungsabgas ausgesetzt sind. Eine der Elektroden ist mit einer Hochspannungsquelle verbunden, sodass an den Messelektroden eine Spannung zwischen 1 und 10 kV anliegt. Zwischen den Messelektroden kommt es zu dielektrisch behinderten Entladungen, wobei der zwischen den Messelektroden auftretende Strom mit der Anzahl der im Gasraum zwischen den Messelektroden vorhandenen Partikeln korreliert ist. Nachteilig an dieser Art von Partikelsensoren ist, dass deren Messelektroden relativ ungeschützt dem zu bestimmenden Gas ausgesetzt sind und somit sowohl den abrasiven bzw. korrosiven Einflüssen des Gasgemischs ausgesetzt sind als auch durch Rußablagerungen beeinträchtigt werden können.From the DE 102 44 702 A1 For example, a sensor for detecting substances in a fluid flow is known which comprises two spaced-apart measuring electrodes which are exposed to the combustion exhaust gas to be investigated. One of the electrodes is connected to a high voltage source, so that a voltage between 1 and 10 kV is applied to the measuring electrodes. Dielectric barrier discharges occur between the measuring electrodes, the current occurring between the measuring electrodes being correlated with the number of particles present in the gas space between the measuring electrodes. A disadvantage of this type of particle sensors is that their measuring electrodes are exposed relatively unprotected to the gas to be determined and thus both the abrasive or corrosive influences of the gas mixture are exposed and can be affected by soot deposits.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Sensor zur Bestimmung der Konzentration von Partikeln in Gasgemischen bereitzustellen, der eine hohe Lebensdauer aufweist und dennoch kostengünstig hergestellt werden kann.task The present invention is a sensor for determining the To provide concentration of particles in gas mixtures, the has a long life and yet manufactured inexpensively can be.

Vorteile der ErfindungAdvantages of invention

Das Sensorelement mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass es die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in vorteilhafter Weise löst. Dies beruht insbesondere auf dessen einfachem Aufbau und auf der Verwendung robuster Bauelemente, die sich im Bereich keramischer Sauerstoffsensoren bewährt haben. Zum Schutz vor einer Beeinträchtigung der Messelektroden durch sich ablagernde Partikel weist das Sensorelement ein in das Sensorelement integriertes Heizelement auf, das eine gelegentliche oder regelmäßige Regenerierung des Sensorelementes insbesondere durch Abbrand der Partikel ermöglicht.The Sensor element with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it is the object underlying the invention in dissolves advantageously. This is based in particular on its simple structure and on the Use of robust components in the field of ceramic Oxygen sensors proven to have. To protect against impairment of the measuring electrodes by depositing particles, the sensor element has a in the Sensor element integrated heating element, which is an occasional or regular regeneration of the sensor element in particular by burning of the particles allows.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des vorliegenden Sensors ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further advantageous embodiments of the present sensor will become apparent from the dependent claims.

So ist es von Vorteil, wenn der Sensorkörper des Sensorelementes eine Aussparung oder einen Durchbruch aufweist, an die mindestens eine der Messelektroden grenzt. Dies ermöglicht einen Aufbau des Sensorelementes, bei dem die Großflächen der mindestens einen Messelektrode weitgehend von keramischem Material bedeckt ist und somit korrosiven Einflüssen des Gasgemisches entzogen sind. Lediglich eine Stirnseite der Messelektrode grenzt an die Aussparung bzw. den Durchbruch und gewährleistet eine zuverlässige Bestimmung der Partikel im Gasgemisch.So It is advantageous if the sensor body of the sensor element a Recess or breakthrough, at least one the measuring electrodes are adjacent. This allows a structure of the sensor element, in which the large areas of the at least one measuring electrode largely of ceramic material is covered and thus withdrawn corrosive influences of the gas mixture. Only one end face of the measuring electrode adjoins the recess or breakthrough and guaranteed a reliable one Determination of the particles in the gas mixture.

Weiterhin ist von Vorteil, wenn das Sensorelement in einen Sensor integriert ist, der eine Auswertungsvorrichtung aufweist, die die Anzahl der dielektrischen Entladungen pro Zeiteinheit ermittelt und diese als Maß für die Partikelkonzentration im Gasgemisch ausgibt.Farther is advantageous if the sensor element is integrated in a sensor is having an evaluation device, the number of determined dielectric discharges per unit time and this as Measure of particle concentration in the gas mixture.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine der Messelektroden mit dem Heizelement auf einen gemeinsamen Masseanschluss gelegt ist, da dies die Zahl der nötigen elektrischen Anschlüsse des Sensorelementes begrenzt.It is particularly advantageous when one of the measuring electrodes with the Heating element is placed on a common ground connection, there this the number of needed electrical connections limited the sensor element.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Sensorkörper des Sensorelementes aus planaren keramischen Schichten aufgebaut und es befinden sich die beiden Messelektroden und/oder eine der Messelektroden und das Heizelement in einer Schichtebene des Sensorkörpers. Diese Ausführungsform ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau des Sensorelementes.In In a particularly advantageous embodiment, the sensor body of the Sensor element constructed of planar ceramic layers and there are the two measuring electrodes and / or one of the measuring electrodes and the heating element in a layer plane of the sensor body. These embodiment allows a particularly simple construction of the sensor element.

Zeichnungdrawing

Zwei Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Sensorelementes sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt 1 schematisch den Aufbau eines Sensorelementes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, 2 eine Variante des in 1 dargestellten Sensorelementes und 3 den Aufbau eines Sensorelementes gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.Two embodiments of the sensor element according to the invention are shown in the drawing and are explained in more detail in the following description. It shows 1 1 schematically the structure of a sensor element according to a first embodiment, 2 a variant of in 1 shown sensor element and 3 the structure of a sensor element according to a second embodiment.

Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments

In 1 ist ein prinzipieller Aufbau einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Mit 10 ist ein Sensorelement zur Bestimmung von Partikeln in einem das Sensorelement umgebenden Gasgemisch bezeichnet, das beispielsweise zwei Festelektrolytschichten 11a, 11b aufweist. Die Festelektrolytschichten 11a, 11b werden dabei als keramische Folien ausgeführt und bilden einen planaren keramischen Körper. Sie bestehen beispielsweise aus einem sauerstoffionenleitenden Festelektrolytmaterial, wie mit Y2O3 stabilisiertem oder teilstabilisiertem ZrO2. Alternativ ist auch die Verwendung von Aluminiumoxid- oder Cerdioxid-haltigen Materialien möglich.In 1 a basic structure of a first embodiment of the present invention is shown. With 10 is a sensor element for the determination of particles in a surrounding the sensor element gas mixture referred to, for example, two solid electrolyte layers 11a . 11b having. The solid electrolyte layers 11a . 11b are carried out as ceramic films and form a planar ceramic body. They consist for example of an oxygen ion-conducting solid electrolyte material, such as Y 2 O 3 stabilized or partially stabilized ZrO 2 . Alternatively, the use of alumina or ceria-containing materials is possible.

Auf den Festelektrolytschichten 11a, 11b werden vorzugsweise Isolationsschichten 12a, 12b mittels Siebdruck eines pastösen keramischen Materials erzeugt. Als keramische Komponente des pastösen Materials wird dabei bevorzugt ein elektrisch isolierendes keramisches Material wie beispielsweise Aluminiumoxid verwendet.On the solid electrolyte layers 11a . 11b are preferably insulating layers 12a . 12b produced by screen printing a pasty ceramic material. As the ceramic component of the pasty material, an electrically insulating ceramic material such as, for example, aluminum oxide is preferably used.

Die integrierte Form des planaren keramischen Körpers des Sensorelements 10 wird durch Zusammenlaminieren der mit den Isolationsschichten 12a, 12b und mit Funktionsschichten bedruckten keramischen Folien 11a, 11b und anschließendem Sintern der laminierten Struktur in an sich bekannter Weise hergestellt.The integrated shape of the planar ceramic body of the sensor element 10 is by laminating with the insulating layers 12a . 12b and with functional layers printed ceramic films 11a . 11b and then sintering the laminated structure in a manner known per se.

Auf der der Festelektrolytschicht 11a zugewandten Großfläche der Isolationsschicht 12b sind zwei Messelektroden 14, 16 angeordnet, die durch Zuleitungen 20, 22 mit Kontaktflächen 24, 26 in Kontakt stehen. Dazu sind die Kontaktflächen 24, 26 mit den Zuleitungen 20, 22 über Durchkontaktierungen durch die Festelektrolytschicht 11a und die Isolationsschicht 12a hindurch verbunden.On the solid electrolyte layer 11a facing large area of the insulation layer 12b are two measuring electrodes 14 . 16 arranged by supply lines 20 . 22 with contact surfaces 24 . 26 stay in contact. These are the contact surfaces 24 . 26 with the supply lines 20 . 22 via plated-through holes through the solid electrolyte layer 11a and the insulation layer 12a connected through.

An die Messelektroden 14, 16 kann eine Hochspannung insbesondere von 1 bis 10 kV angelegt werden. Dabei sind die Messelektroden 14, 16 vorzugsweise aus Platin ausgeführt, wobei das Elektrodenmaterial der Messelektroden 14, 16 in an sich bekannter Weise als Cermet eingesetzt wird, um mit den keramischen Folien zu versintern.To the measuring electrodes 14 . 16 For example, a high voltage, in particular from 1 to 10 kV, can be applied. Here are the measuring electrodes 14 . 16 preferably made of platinum, wherein the electrode material of the measuring electrodes 14 . 16 is used in a conventional manner as a cermet to sinter with the ceramic films.

Auf der der Festelektrolytschicht 11a zugewandten Großfläche der Isolationsschicht 12b ist weiterhin ein Heizelement in Form einer Widerstandsleiterbahn 30 vorgesehen. Das Heizelement ermöglicht die zeitweilige oder regelmäßige Regenerierung des Sensorelementes. Dabei wird das Sensorelement auf eine Temperatur von beispielsweise 600–700 °C aufgeheizt, die den Abbrand von abgelagerten Partikeln ermöglicht.On the solid electrolyte layer 11a facing large area of the insulation layer 12b is also a heating element in the form of a resistance track 30 intended. The heating element allows the temporary or regular regeneration of the sensor element. In this case, the sensor element is heated to a temperature of for example 600-700 ° C, which allows the burning of deposited particles.

Die Widerstandleiterbahn 30 des Heizelementes steht vorzugsweise über Zuleitungen 22, 23 mit Kontaktflächen 26, 27 in Kontakt. Dabei ist die Zuleitung 23 mittels einer Durchkontaktierung durch die Festelektrolytschicht 11a und die Isolationsschicht 12a hindurch mit der Kontaktfläche 27 verbunden. Im Rahmen dieser Ausführungsform weisen die Messelektrode 16 und das Heizelement eine gemeinsame Zuleitung 20 und eine gemeinsame Kontaktfläche 26 auf, die vorzugsweise auf Masse gelegt ist. Dies ermöglicht einen Betrieb des Sensorelementes auf der Basis von nur drei elektrischen Anschlüssen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dem Heizelement zwei separate Zuleitungen bzw. Kontaktflächen zuzuordnen.The resistance track 30 of the heating element is preferably via leads 22 . 23 with contact surfaces 26 . 27 in contact. Here is the supply line 23 by means of a via through the solid electrolyte layer 11a and the insulation layer 12a through with the contact surface 27 connected. In the context of this embodiment, the measuring electrode 16 and the heating element a common supply line 20 and a common contact area 26 which is preferably grounded. This allows operation of the sensor element based on only three electrical connections. Alternatively, however, it is also possible to associate the heating element with two separate supply lines or contact surfaces.

Die elektrische Widerstandsleiterbahn 30 des Heizelementes wird vorzugsweise aus einem Cermet-Material ausgeführt. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Mischung eines Metalls, wie beispielsweise Platin, mit keramischen Anteilen, wie beispielsweise Aluminiumoxid. Die Widerstandsleiterbahn kann alternativ in Form eines Mäanders ausgeführt werden. Durch Anlegen einer entsprechenden Heizspannung an die Kontaktflächen 26, 27 kann die Heizleistung des Heizelementes entsprechend reguliert werden.The electrical resistance track 30 of the heating element is preferably made of a cermet material. It is preferably a mixture of a metal, such as platinum, with ceramic moieties, such as alumina. The resistance conductor track can alternatively be designed in the form of a meander. By applying a corresponding heating voltage to the contact surfaces 26 . 27 The heating power of the heating element can be regulated accordingly.

Weiterhin umfasst das Sensorelement 10 eine Durchbrechung oder Bohrung 32, die vorzugsweise in einem anschlussfernen Bereich des Sensorelementes ausgebildet ist und rund, oval, vier- oder mehreckig ausgeführt sein kann. Alternativ kann eine entsprechende Aussparung vorgesehen sein. Die Bohrung 32 kann beispielsweise durch Bohren oder Stanzen des laminierten Sensorelementes oder durch Vorbohren bzw. -stanzen der einzelnen Festelektrolytschichten erzeugt werden. Das Bohren kann beispielsweise in Form eines Ultraschallbohrens vorgenommen werden.Furthermore, the sensor element comprises 10 an opening or hole 32 , which is preferably formed in a remote terminal region of the sensor element and round, oval, four or polygonal can be performed. Alternatively, a corresponding recess may be provided. The hole 32 can be generated for example by drilling or punching the laminated sensor element or by pre-drilling or punching the individual solid electrolyte layers. The drilling can be carried out for example in the form of ultrasonic drilling.

An die Bohrung 32 grenzt mindestens eine der Messelektroden 14, 16; vorzugsweise stehen beide Messelektroden 14, 16 stirnseitig in Kontakt mit dem die Bohrung 32 durchströmenden Gasgemisch. Ein Vorteil dieser Anordnung ist, dass nur ein sehr geringer Oberflächenbereich der Messelektroden 14, 16 korrosiven bzw. abrasiven Einflüssen des Gasgemisches ausgesetzt ist und einer Verkokung bzw. Beeinträchtigung derselben durch Rußablagerungen wirksam vorgebeugt werden kann.To the hole 32 borders at least one of the measuring electrodes 14 . 16 ; preferably both measuring electrodes 14 . 16 frontally in contact with the bore 32 flowing gas mixture. An advantage of this arrangement is that only a very small surface area of the measuring electrodes 14 . 16 is exposed to corrosive or abrasive influences of the gas mixture and a coking or deterioration of the same can be effectively prevented by soot deposits.

Während des Betriebs des Sensorelementes 10 wird an die Messelektroden 14, 16 eine Hochspannung angelegt. Auf diese Weise kommt es zu elektrischen Entladungen zwischen der ersten und zweiten Messelektrode 14, 16. Wird die sich zwischen den Messelektroden 14, 16 befindende Entladungsstrecke beispielsweise von Rußpartikeln durchflogen, so verändert dies die Überschlagfrequenz der elektrischen Entladung. Die Zahl der erfolgten Überschläge pro Zeiteinheit kann durch eine nicht dargestellte Auswertungsvorrichtung erfasst und mit einer Partikelkonzentration korreliert werden.During operation of the sensor element 10 gets to the measuring electrodes 14 . 16 a high voltage applied. In this way, electrical discharges occur between the first and second measuring electrodes 14 . 16 , Will the between the measuring electrodes 14 . 16 flowed through discharge gap, for example, soot particles, this changes the flashover frequency of the electrical discharge. The number of flashovers per unit time can be detected by an evaluation device, not shown, and correlated with a particle concentration.

In 2 ist eine Variante des in 1 dargestellten Sensorelementes dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten bezeichnen wie in 1.In 2 is a variant of in 1 illustrated sensor element, wherein like reference numerals designate like component components as in 1 ,

Das in 2 abgebildete Sensorelement ist einschichtig ausgeführt, wobei zumindest die Messelektroden 14, 16, die Widerstandsleiterbahn 30 und die Zuleitungen 20, 22, 23 vorzugsweise mit einer nicht dargestellten Schutzschicht bedeckt sind. Weiterhin ist die Widerstandsleiterbahn 30 des Sensorelementes bogenförmig ausgeführt, sodass Zonen erhöhten elektrischen Widerstandes, wie sie in rechtwinkligen Bereichen der Leiterbahn auftreten können, vermieden werden. Als Grundmaterial des einschichtigen Substrats 12c wird insbesondere eine Folie aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material wie Aluminiumoxid verwendet.This in 2 shown sensor element is designed as a single layer, wherein at least the measuring electrodes 14 . 16 , the resistance track 30 and the supply lines 20 . 22 . 23 are preferably covered with a protective layer, not shown. Furthermore, the resistance track 30 of the sensor element arcuately designed so that zones of increased electrical resistance, as they can occur in rectangular areas of the conductor can be avoided. As the base material of the single-layered substrate 12c In particular, a film of an electrically insulating ceramic material such as alumina is used.

In 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des in 1 dargestellten Sensorelementes dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten bezeichnen wie in den 1 und 2.In 3 is a second embodiment of the in 1 illustrated sensor element, wherein like reference numerals designate like component components as in the 1 and 2 ,

Dabei ist eine der Messelektroden 16 und deren Zuleitung 20 auf einer Großfläche des Sensorelementes angeordnet. Dazu wird die Isolationsschicht 12a so gestaltet, dass sie eine elektrische Isolation der Messelektrode 16 und der Zuleitung 20 gegenüber der Festelektrolytschicht 11a gewährleistet. Die Isolationsschicht 12a kann die Festelektrolytschicht 11a beispielsweise vollflächig bedecken.It is one of the measuring electrodes 16 and their supply line 20 arranged on a large surface of the sensor element. This is the isolation layer 12a designed so that they provide electrical insulation of the measuring electrode 16 and the supply line 20 opposite the solid electrolyte layer 11a guaranteed. The insulation layer 12a can the solid electrolyte layer 11a For example, cover the entire surface.

Das Sensorelement 10 kann neben der Bestimmung der Konzentration von Partikeln in Gasgemischen zusätzlich der Bestimmung von gasförmigen Bestandteilen des Gasgemischs dienen. Dazu kann das Sensorelement 10 bspw. zusätzlich entsprechende weitere Messelektroden bzw. Referenzelektroden aufweisen. Die Bestimmung des Sauerstoffgehaltes im Gasgemisch erfolgt dann vorzugsweise alternierend zur Bestimmung der Partikelkonzentration im Gasgemisch. Dabei wird in einem ersten Zeitraum eine Hochspannung an die Messelektroden 14, 16 angelegt und so die Konzentration an Partikeln im Gasgemisch bestimmt, und in einem zweiten Zeitraum die an die Messelektroden 14, 16 angelegte Hochspannung ausgeschaltet und bspw. die sich zwischen der weiteren Messelektrode und der Referenzelektrode ausbildende Potentialdifferenz bestimmt. Auf diese Weise wird eine Einkopplung der an die Messelektroden angelegte Hochspannung in das Messsignal der durch die weitere Messelektrode und die Referenzelektrode gebildete Nernstzelle vermieden.The sensor element 10 In addition to the determination of the concentration of particles in gas mixtures, the determination of gaseous constituents of the gas mixture can additionally be used. For this purpose, the sensor element 10 For example, additionally have corresponding further measuring electrodes or reference electrodes. The determination of the oxygen content in the gas mixture is then preferably carried out alternately to determine the particle concentration in the gas mixture. In this case, in a first period, a high voltage to the measuring electrodes 14 . 16 created and determines the concentration of particles in the gas mixture, and in a second period to the measuring electrodes 14 . 16 switched off high voltage and, for example, determines which forms between the other measuring electrode and the reference electrode potential difference. In this way, a coupling of the high voltage applied to the measuring electrodes into the measuring signal of the Nernst cell formed by the further measuring electrode and the reference electrode is avoided.

Claims (9)

Sensorelement zur Bestimmung von Partikeln in Gasgemischen, insbesondere für Rußsensoren, mit einem keramischen Sensorkörper, in den ein Heizelement integriert ist, und mit einer ersten und einer zweiten Messelektrode (14, 16), die auf keramischen Schichten (12a, 12b) des Sensorkörpers angeordnet sind, wobei zwischen erster und zweiter Messelektrode (14, 16) eine Hochspannung anlegbar ist, derart, dass es zu einer elektrischen Entladung zwischen den Messelektroden (14, 16) kommt.Sensor element for the determination of particles in gas mixtures, in particular for soot sensors, with a ceramic sensor body, in which a heating element is integrated, and with a first and a second measuring electrode ( 14 . 16 ) deposited on ceramic layers ( 12a . 12b ) of the sensor body are arranged, wherein between the first and second measuring electrodes ( 14 . 16 ) is a high voltage can be applied, such that there is an electrical discharge between the measuring electrodes ( 14 . 16 ) comes. Sensorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkörper eine Aussparung oder einen Durchbruch (32) aufweist, an den mindestens eine der Messelektroden (14, 16) grenzt. Sensor element according to claim 1, characterized in that the sensor body a recess or a breakthrough ( 32 ), to the at least one of the measuring electrodes ( 14 . 16 ) borders. Sensorelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der keramische Sensorkörper Zirkondioxid, Aluminiumoxid und/oder Erdalkalioxide enthält.Sensor element according to claim 1 or 2, characterized that the ceramic sensor body Zirconia, alumina and / or alkaline earth oxides. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Messelektroden (14, 16) mit dem Heizelement auf einen gemeinsamen Masseanschluss (26) gelegt ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that one of the measuring electrodes ( 14 . 16 ) with the heating element to a common ground connection ( 26 ) is placed. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensorkörper aus planaren keramischen Schichten (11a, 11b, 12a, 12b) aufgebaut ist.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor body of planar ceramic layers ( 11a . 11b . 12a . 12b ) is constructed. Sensorelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Messelektroden (14, 16) in einer Schichtebene (12b) des Sensorkörpers befinden.Sensor element according to claim 5, characterized in that the two measuring electrodes ( 14 . 16 ) in a layer plane ( 12b ) of the sensor body. Sensorelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich mindestens eine der Messelektroden (14, 16) und das Heizelement in einer Schichtebene (12b) des Sensorkörpers befinden.Sensor element according to claim 5, characterized in that at least one of the measuring electrodes ( 14 . 16 ) and the heating element in a layer plane ( 12b ) of the sensor body. Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Großflächen mindestens einer der Messelektroden (14, 16) weitgehend von keramischem Material bedeckt sind.Sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that the large areas of at least one of the measuring electrodes ( 14 . 16 ) are largely covered by ceramic material. Sensor enthaltend ein Sensorelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswertevorrichtung vorgesehen ist, die die Anzahl der zwischen den Messelektroden (14, 16) auftretenden Entladungen pro Zeiteinheit ermittelt und dies als Maß für die Partikelkonzentration im Gasgemisch ausgibt.Sensor comprising a sensor element according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation device is provided, which determines the number of between the measuring electrodes ( 14 . 16 ) occurring discharges per time determined unit and outputs this as a measure of the particle concentration in the gas mixture.
DE200510010263 2005-03-07 2005-03-07 Sensor element and sensor containing this Withdrawn DE102005010263A1 (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510010263 DE102005010263A1 (en) 2005-03-07 2005-03-07 Sensor element and sensor containing this
EP06724910A EP1858904A1 (en) 2005-03-07 2006-03-02 Sensor element and sensor containing said element
PCT/EP2006/060381 WO2006094923A1 (en) 2005-03-07 2006-03-02 Sensor element and sensor containing said element

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200510010263 DE102005010263A1 (en) 2005-03-07 2005-03-07 Sensor element and sensor containing this

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102005010263A1 true DE102005010263A1 (en) 2006-09-21

Family

ID=36384467

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE200510010263 Withdrawn DE102005010263A1 (en) 2005-03-07 2005-03-07 Sensor element and sensor containing this

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP1858904A1 (en)
DE (1) DE102005010263A1 (en)
WO (1) WO2006094923A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019052785A1 (en) * 2017-09-12 2019-03-21 Robert Bosch Gmbh Particle sensor having a planar, exposed corona discharge electrode

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI404924B (en) 2005-08-26 2013-08-11 Semiconductor Energy Lab Particle detection sensor, method for manufacturing particle detection sensor, and method for detecting particle using particle detection sensor
JP5219710B2 (en) * 2008-09-25 2013-06-26 日本碍子株式会社 Particulate matter detection device and manufacturing method thereof
JP2010210534A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Ngk Insulators Ltd Particulate matter detector
JP5164896B2 (en) * 2009-03-12 2013-03-21 日本碍子株式会社 Particulate matter detector
JP2010210535A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Ngk Insulators Ltd Granular substance detector
JP2010210533A (en) * 2009-03-12 2010-09-24 Ngk Insulators Ltd Particulate matter detector
JP6368855B2 (en) * 2015-11-25 2018-08-01 京セラ株式会社 Sensor substrate and sensor device
CN111141799A (en) * 2020-02-19 2020-05-12 浙江百岸科技有限公司 Chip of nitrogen-oxygen sensor

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3304548A1 (en) * 1983-02-10 1984-08-16 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart METHOD AND DEVICE FOR MEASURING THE CONTENT OF CONDUCTIVE PARTICLES IN GASES
DE10244702A1 (en) * 2001-10-09 2003-05-08 Bosch Gmbh Robert Method for the detection of particles in a gas stream and sensor therefor
DE10229411A1 (en) * 2002-06-29 2004-01-29 Robert Bosch Gmbh Diesel engine exhaust soot determination comprises passing gases through high voltage electrical field, and monitoring frequency of discharges produced by interaction with particles
DE10319664A1 (en) * 2003-05-02 2004-11-18 Robert Bosch Gmbh Particle detection sensor

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019052785A1 (en) * 2017-09-12 2019-03-21 Robert Bosch Gmbh Particle sensor having a planar, exposed corona discharge electrode
CN111094935A (en) * 2017-09-12 2020-05-01 罗伯特·博世有限公司 Particle sensor with flat, exposed corona discharge electrode
CN111094935B (en) * 2017-09-12 2023-05-02 罗伯特·博世有限公司 Particle sensor with flat, exposed corona discharge electrode

Also Published As

Publication number Publication date
EP1858904A1 (en) 2007-11-28
WO2006094923A1 (en) 2006-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1844316B1 (en) Sensor element for particle sensors and method for operating the same
DE102005010263A1 (en) Sensor element and sensor containing this
EP1869428B1 (en) Sensor element for particle sensors and method for operating the same
EP1797411B1 (en) Particle sensor and method for operating the same
EP1623217B1 (en) Sensor for detecting particles
EP2130025A2 (en) Sensor element of a gas sensor
DE10011562C2 (en) gas sensor
DE3883562T2 (en) Electrochemical device with a heating body.
EP1949072A1 (en) Sensor element for gas sensors and method for operating said sensor element
DE2836002A1 (en) SENSOR FOR MONITORING THE EXHAUST SOURCE
DE2657541A1 (en) SENSOR FOR SENSING CHANGES IN OXYGEN CONCENTRATION IN GASES
EP2082220B1 (en) Method and usage of the method for determining the particle and gas concentration of a gas mixture
WO2006027287A1 (en) Sensor element for particle sensors and method for the production thereof
EP1448982B1 (en) Sensor for detecting particles in a gas flow
WO2006111459A1 (en) Sensor element for particle sensors and method for the use thereof
DE102006002111A1 (en) Sensor element for gas sensors for determining concentration of particles in gas mixtures has heating element, which is placed inside sensor element in spatial manner between measuring arrangement and temperature measuring element
DE102005021131A1 (en) Sensor element for gas sensors
DE10133385C1 (en) Sensor, used for detecting materials in waste gas stream, has first measuring electrode, and second measuring electrode and reference electrode together forming electrochemical cell
DE10220783A1 (en) Oxygen concentration measurement sensor for combustion engine exhaust gas is protected from metallic poisoning by maintaining a counter electrode and the protection enclosure at a positive potential
DE10322427A1 (en) Soot or particle detector for a gas flow, especially an exhaust gas flow, comprises a solid state electrolyte with at least two oxygen pump cells each assigned to at least an electrode pair
DE102006002112A1 (en) Measuring arrangement for use with sensor element for determining concentration of particles in gas mixtures, particularly soot, comprises temperature measuring element that is integrated in sensor element with control unit
EP1463933A1 (en) Sensor element
DE10152608C2 (en) Resistive gas sensor and use
DE102008040993A1 (en) Sensor element for electro-chemical gas sensor for determining components in gas mixtures, and for determining sooty particles in exhaust gases of combustion engines, has ceramic base body with two defining surfaces and central opening

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20111122

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee