DE102007039566A1 - Sensor element for detecting particle in gas flow, has electrodes forming interdigital electrode system, where one electrode enlarge range of electrical field within range of electrode system - Google Patents

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Ralf Schmidt
Peter Bartscherer
Johannes Grabis
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Abstract

The element (11) has a set of interdigital measuring electrodes (12, 13, 15), which are gripped into one another as comb-like structure. The electrodes form an interdigital electrode system for measuring depositing particles. The electrode (15) enlarges range of an electrical field within range of the interdigital electrode system. Another set of interdigital measuring electrodes (16) form another interdigital electrode system, which is arranged in a level above/below the former electrode system. A channel is formed between the electrode systems. An independent claim is also included for a method for detecting a particle in gas flow.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement und ein Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom sowie deren Verwendung.The The present invention relates to a sensor element and a method for the detection of particles in a gas stream and their use.

Stand der TechnikState of the art

In naher Zukunft muss der Partikelausstoß, insbesondere von Fahrzeugen während des Fahrbetriebes, nach dem Durchlaufen eines Motors bzw. Dieselpartikelfilters (DPF) per gesetzlicher Vorschrift überwacht werden (On Board Diagnosis, OBD). Darüber hinaus ist eine Beladungsprognose von Dieselpartikelfiltern zur Regenerationskontrolle notwendig, um eine hohe Systemsicherheit bei wenigen effizienten, kraftstoffsparenden Regenerationszyklen zu gewährleisten und kostengünstige Filtermaterialien, beispielsweise Cordierit, einsetzen zu können.In In the near future, particulate emissions, especially of Vehicles during driving, after passing through an engine or diesel particulate filter (DPF) monitored by law (On Board Diagnosis, OBD). In addition, one is Loading forecast of diesel particulate filters for regeneration control necessary to ensure high system security with few efficient, to ensure fuel-efficient regeneration cycles and inexpensive filter materials, for example cordierite, to be able to use.

Eine Möglichkeit hierzu bieten aus dem Stand der Technik bekannte resistive Teilchensensoren, insbesondere resistive Rußpartikelsensoren. Resistive Teilchensensoren ziehen zur Detektion des Teilchenausstoßes eine durch Teilchenanlagerung hervorgerufene Widerstandsänderung eines Elektrodensystems mit zwei metallischen, kammartig ineinander greifenden Elektroden (Intedigitalelektroden) heran. Aufgrund ihrer Funktionsweise ordnen sich resistive Teilchensensoren bei den sammelnden Prinzipien ein. Derartige Sensoren werden von der DE 101 493 33 A1 sowie der WO 2003006976 A2 beschrieben.One possibility for this is provided by resistive particle sensors known from the prior art, in particular resistive soot particle sensors. Resistive particle sensors draw on the detection of particle ejection caused by particle deposition resistance change of an electrode system with two metallic, comb-like interlocking electrodes (Intedigitalelektroden) zoom. Due to their mode of operation, resistive particle sensors arrange themselves according to the collecting principles. Such sensors are used by the DE 101 493 33 A1 as well as the WO 2003006976 A2 described.

Derzeit sind resistive Teilchensensoren, insbesondere Rußpartikelsensoren, bekannt, bei denen sich unter Einwirkung einer elektrischen Messspannung Teilchen zwischen den Elektroden anlagern (Elektrophorese) und Teilchenpfade bilden, welche die zwei Interdigitalelektroden kurzschließen und so mit steigender Teilchenkonzentration auf der Sensoroberfläche ein abnehmender Widerstand (bzw. ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung) zwischen den Elektroden messbar wird. Nach Erreichen eines Schwellwertes kann ein sich ändernder Sensorstrom gemessen werden, der mit der Zunahme der Teilchenmasse auf der Sensoroberfläche korreliert.Currently are resistive particle sensors, in particular soot particle sensors, known in which under the action of an electrical measuring voltage Particles between the electrodes attach (electrophoresis) and particle paths form, which short-circuit the two interdigital electrodes and so with increasing particle concentration on the sensor surface a decreasing resistance (or an increasing current at constant applied voltage) between the electrodes becomes measurable. After reaching a threshold value may be a changing sensor current which correlates with the increase in particle mass on the sensor surface.

Die Sensorempfindlichkeit derartiger Sensoren ist maßgeblich von zwei Parameter und zwar dem Abstand zwischen den kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden und der an den Interdigitalelektroden angelegten Spannung abhängig.The Sensor sensitivity of such sensors is relevant of two parameters, namely the distance between the comb-like interlocking ones Interdigital electrodes and the applied to the interdigital electrodes Voltage dependent.

Ein großer Abstand zwischen den kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden geht mit einer großen Reichweite des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und somit einem großen Volumen, aus dem Teilchen durch Elektrophorese angelagert werden, einher. Jedoch ist bei einem großen Abstand zwischen den kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden auch die von den sich anlagernden Teilchen zu überbrückende Strecke groß, wobei bei einem Sensor mit einem großen Abstand zwischen den Interdigitalelektroden mehr Teilchen zur Bildung leitfähiger Pfade erforderlich sind.One large distance between the comb-like interlocking Interdigital electrodes goes with a long range of the electric field between the electrodes and thus one large volume from which particles are attached by electrophoresis be accompanied. However, at a large distance between the comb-like interdigitated interdigital electrodes as well the to be bridged by the accumulating particles Track big, taking a sensor with a large one Distance between the interdigital electrodes more particles for formation conductive paths are required.

Durch das Anlegen einer hohen Spannung an die Elektroden kann die Reichweite des elektrischen Feldes und damit das Volumen, aus dem Teilchen durch Elektrophorese angelagert werden, ebenfalls gesteigert werden. Bei großen Spannungen ist die in die angelagerten Teilchenstrukturen eingebrachte Heizleistung allerdings nicht vernachlässigbar. Die Teilchen können hierdurch strukturell verändert, oxidiert und teilweise entfernt werden, wodurch sich die Messgenauigkeit eines herkömmlichen, mit einer hohen Spannung betriebenen Sensors verringert.By Applying a high voltage to the electrodes can increase the range of the electric field and thus the volume, from the particle be added by electrophoresis, also be increased. For large stresses, this is in the deposited particle structures introduced heating power but not negligible. The particles can thereby be structurally altered, oxidized and partially removed, which increases the accuracy of measurement a conventional, operated with a high voltage Sensor reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ein erfindungsgemäßes Sensorelement (11) zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend mindestens eine erste, zweite und dritte Elektrode (12, 13, 15), wobei die erste und zweite Elektrode (12, 13) Interdigitalelektroden sind, die kammartig ineinander greifenden und ein erstes Interdigitalelektrodensystem (12, 13) zur Messung von sich anlagernden Teilchen bilden, wobei die dritte Elektrode (15) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) dient, hat den Vorteil, dass durch eine Trennung der Sammel- und Messfunktion der Elektroden die Elektrodengeometrie und -spannung für beide Vorgänge separat optimiert werden kann.A sensor element according to the invention ( 11 ) for detecting particles in a gas stream, comprising at least a first, second and third electrode ( 12 . 13 . 15 ), wherein the first and second electrodes ( 12 . 13 ) Are interdigital electrodes which are comb-like intermeshing and a first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) for the measurement of accumulating particles, wherein the third electrode ( 15 ) for increasing the range of the electric field in the region of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) has the advantage that by separating the collection and measurement function of the electrodes, the electrode geometry and voltage for both processes can be optimized separately.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen zu entnehmen.Further Advantages and advantageous embodiments of the invention Subject matter of the description, the drawings and the claims refer to.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird durch die im Folgenden gezeigten und diskutierten Figuren und die nachfolgende Beschreibung genauer erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.The The present invention is characterized by the following discussed figures and the following description explained in more detail. there It should be noted that the figures are descriptive only and are not intended to limit the invention in any way.

1a ist eine schematische Draufsicht auf ein herkömmliches Sensorelement zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden; 1a Fig. 12 is a schematic plan view of a conventional sensor element for detecting particles in a gas stream with two comb-like interdigitated interdigital electrodes;

1b ist ein schematischer Querschnitt des in 1a gezeigten herkömmlichen Sensorelementes entlang der Linie I-I'; 1b is a schematic cross section of the in 1a shown conventional sensor element along the line I-I ';

2a ist eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit zwei kammartig ineinander greifenden, interdigitalen Messelektroden und zwei kammartig ineinander greifenden, unter den Messelektroden angeordneten, interdigitalen Sammelelektroden; 2a is a schematic plan view of a first embodiment of a sensor element according to the invention with two comb-like interdigitated, interdigital measuring electrodes and two comb-like interdigitated, arranged under the measuring electrodes, interdigital collecting electrodes;

2b ist ein schematischer Querschnitt des in 2a gezeigten erfindungsgemäßen Sensors entlang der Link II-II' und veranschaulicht die Beschaltung der Elektroden in der Messphase; 2 B is a schematic cross section of the in 2a shown inventive sensor along the link II-II 'and illustrates the wiring of the electrodes in the measuring phase;

2c ist ein schematischer Querschnitt des in 2a gezeigten erfindungsgemäßen Sensors entlang der Link II-II' und veranschaulicht die Beschaltung der Elektroden in der Sammelphase; 2c is a schematic cross section of the in 2a shown sensor along the link II-II 'and illustrates the wiring of the electrodes in the collection phase;

3a ist ein schematischer Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit zwei Interdigitalelektrodensystemen, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden aufweisen, wobei die zwei Interdigitalelektrodensystem auf gegenüberliegenden Flächen eines von zwei Trägerelementen gebildeten Kanals angeordnet sind und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Messphase; 3a is a schematic cross section of a second embodiment of a sensor element according to the invention with two interdigital electrode systems, each having two comb-like interdigitated interdigital electrodes, wherein the two interdigital electrode system are arranged on opposite surfaces of a channel formed by two support elements and illustrates the wiring and the electric field of the electrodes in the measurement phase;

3b ist ein schematischer Querschnitt der in 3a gezeigten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Sammelphase; 3b is a schematic cross section of the in 3a shown second embodiment of a sensor element according to the invention and illustrates the wiring and the electric field of the electrodes in the collection phase;

4a ist eine schematischer Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit zwei Interdigitalelektrodensystemen, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden aufweisen, wobei die zwei Interdigitalelektrodensysteme nebeneinander auf einem Trägerelement angeordnet sind; 4a is a schematic plan view of a third embodiment of a sensor element according to the invention with two interdigital electrode systems, each having two comb-like interdigitated interdigital electrodes, wherein the two interdigital electrode systems are arranged side by side on a support member;

4b ist ein schematischer Querschnitt der in 4a gezeigten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie III-III' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Messphase; 4b is a schematic cross section of the in 4a shown third embodiment of a sensor element according to the invention along the line III-III 'and illustrates the wiring and the electric field of the electrodes in the measuring phase;

4c ist ein schematischer Querschnitt der in 4a und 4b gezeigten dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie III-III' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden in der Messphase; 4c is a schematic cross section of the in 4a and 4b shown third embodiment of a sensor element according to the invention along the line III-III 'and illustrates the wiring and the electric field of the electrodes in the measuring phase;

5a ist eine schematischer Draufsicht auf einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes mit drei nebeneinander auf einem Trägerelement angeordneten, kammartig ineinander eingreifenden Interdigitalelektroden, von denen die zwei äußeren Interdigitalelektroden eine nach innen gerichtete einfache Kammstruktur und die mittlere Interdigitalelektrode eine doppelt Kammstruktur aufweisen; 5a is a schematic plan view of a fifth embodiment of a sensor element according to the invention with three arranged next to each other on a carrier element, comb-like interdigitated interdigital electrodes, of which the two outer interdigital electrodes have an inwardly directed simple comb structure and the middle interdigital electrode a double comb structure;

5b ist ein schematischer Querschnitt der in 5a gezeigten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie IV-IV' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden; 5b is a schematic cross section of the in 5a shown fifth embodiment of a sensor element according to the invention along the line IV-IV 'and illustrates the wiring and the electric field of the electrodes;

5c ist ein schematischer Querschnitt der in 5a und 5b gezeigten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie VI-VI' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden; und 5c is a schematic cross section of the in 5a and 5b shown fifth embodiment of a sensor element according to the invention along the line VI-VI 'and illustrates the wiring and the electric field of the electrodes; and

5d ist ein schematischer Querschnitt der in 5a gezeigten fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes entlang der Linie V-V' und veranschaulicht die Beschaltung und das elektrische Feld der Elektroden. 5d is a schematic cross section of the in 5a shown fifth embodiment of a sensor element according to the invention along the line VV 'and illustrates the wiring and the electric field of the electrodes.

Beschreibung der AbbildungDescription of the picture

1a und 1b zeigen ein herkömmliches Sensorelement 1 zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom in der Draufsicht und im Querschnitt entlang der Linie I-I'. Das Sensorelement weist ein Interdigitalelektrodensystem aus zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden 2, 3 unterschiedlichem Potentials auf, das auf einem Trägerelement 4 angeordnet ist. Bei einem derartigen Sensorelement 1 wird sowohl für die Teilchenanlagerung als auch für die Messung der Leitfähigkeit der Teilchenpfade dasselbe Elektrodensystem 2, 3 und dieselbe Elektrodenspannung verwendet. Wie bereits erläutert können daher die Sammelfunktion und die Messfunktion der Elektroden des Sensorelementes nicht unabhängig voneinander optimiert werden. 1a and 1b show a conventional sensor element 1 for the detection of particles in a gas flow in the plan view and in cross section along the line I-I '. The sensor element has an interdigital electrode system of two comb-like interdigitated interdigital electrodes 2 . 3 different potential on a support element 4 is arranged. In such a sensor element 1 For both the particle attachment and the conductivity of the particle paths, the same electrode system is used 2 . 3 and uses the same electrode voltage. As already explained, therefore, the collecting function and the measuring function of the electrodes of the sensor element can not be optimized independently of each other.

Die 2a bis 2c zeigen eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit zwei kammartig ineinander greifenden, interdigitalen Messelektroden 12, 13 und zwei kammartig ineinander greifenden, unter den Messelektroden 12, 13 angeordneten, interdigitalen Sammelelektroden 15, 16 in der Draufsicht und im Querschnitt entlang der Linie II-II'. Die Sammelelektroden 15, 16 sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung von den Messelektroden 12, 13 beabstandet angeordnet. Die interdigitalen Sammelelektroden 15, 16 sind in ein Trägerelement 14 integriert oder zwischen mindestens zwei Trägerelementschichten laminiert, auf dem/denen die interdigitalen Messelektroden 12, 13 angeordnet sind. Die 2a und 2b veranschaulicht die Beschaltung der Messelektroden 12, 13 und Sammelelektroden 15, 16 in der Messphase.The 2a to 2c show a first embodiment of a sensor element according to the invention 11 with two comb-like, interdigital measuring electrodes 12 . 13 and two comb-like interlocking, under the measuring electrodes 12 . 13 arranged, interdigital collecting electrodes 15 . 16 in plan view and in cross section along the line II-II '. The collecting electrodes 15 . 16 are within the scope of the present invention of the measuring electrodes 12 . 13 spaced apart. The interdigital collection electrodes 15 . 16 are in a carrier element 14 integrated or laminated between at least two carrier element layers, on which the interdigital measuring electrodes 12 . 13 are arranged. The 2a and 2 B illustrates the wiring of the measuring electrodes 12 . 13 and collecting electrodes 15 . 16 in the measuring phase.

Wie 2b zeigt, liegt in der Messphase an den Messelektroden 12, 13 eine Messspannung UM an, wobei die Elektrode 12 ein anderes Potential als die Elektrode 13 aufweist und das Potential daher zwischen benachbarten Elektrodenarmen alternierend wechselt. Die Sammelelektroden 15, 16 sind in der Messphase spannungsfrei. 2c zeigt, dass die Messelektroden 12, 13 in der Sammelphase spannungsfrei sind, damit die darunter liegenden Sammelelektroden 15, 16 nicht abgeschirmt werden; wohingegen an den Sammelelektroden 15, 16 eine Sammelspannung US anliegt, die deutlich größer als die Messspannung UM ist. In der Sammelphase weist die Elektrode 15 ein anderes Potential als die Elektrode 16 auf, weshalb das Potential zwischen benachbarten Elektrodenarmen auch hier alternierend wechselt. Dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend wechselt die Beschaltung der Elektroden zwischen der Sammel- und Messphase in bestimmten Zeitintervallen. Die räumliche Ausdehnung des elektrischen Feldes ist bei dieser Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes in der Sammel- und Messphase ähnlich. Die während der Messung angelegten Spannungen können jedoch wesentlich kleiner gewählt werden, so dass eine Aufheizung der Teilchen vermieden wird.As 2 B shows lies in the measuring phase at the measuring electrodes 12 . 13 a measurement voltage UM, wherein the electrode 12 a different potential than the electrode 13 Therefore, the potential alternately changes between adjacent electrode arms. The collecting electrodes 15 . 16 are voltage-free in the measuring phase. 2c shows that the measuring electrodes 12 . 13 in the collection phase are voltage-free, so that the underlying collecting electrodes 15 . 16 not shielded; whereas at the collecting electrodes 15 . 16 a collection voltage U S is applied, which is significantly greater than the measurement voltage U M. In the collection phase, the electrode points 15 a different potential than the electrode 16 on why the potential between adjacent electrode arms alternately changes here. In accordance with the method according to the invention, the wiring of the electrodes alternates between the collecting and measuring phases at specific time intervals. The spatial extent of the electric field is similar in this embodiment of a sensor element according to the invention in the collection and measurement phase. However, the voltages applied during the measurement can be chosen to be much smaller, so that heating of the particles is avoided.

Die 3a und 3b zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit zwei Interdigitalelektrodensystem, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden 12, 13; 15, 16 aufweisen, wobei jedes Interdigitalelektrodensystem 12, 13; 15, 16 auf einem Trägerelement 14a; 14b angeordnet ist und die zwei Trägerelemente 14a; 14b, derart zueinander angeordnet sind, dass sich zwischen den Trägerelementen 14a; 14b ein Kanal 17 bildet, wobei die beiden Interdigitalelektrodensysteme 12, 13; 15, 16 innerhalb des Kanals 17 und auf gegenüberliegenden Flächen des Kanals 17 angeordnet sind. Die Elektrodenarme des Interdigitalelektrodensystems 12, 13 und des Interdigitalelektrodensystems 15, 16 können mittig über/untereinander angeordnet sein. Zur Detektion von Teilchen in einem Gastrom wird ein Gasstrom mit den darin enthaltenen zu detektierenden Teilchen durch den Kanal 17 geströmt. Es kann sich hierbei auch um einen Teilstrom des Gasstroms handeln. Die Strömungsrichtung kann horizontal in der Zeichnungsebene und/oder senkrecht zur Zeichnungsebene liegen. In der Messphase wird, wie in 3a gezeigt, innerhalb jedes Interdigitalelektrodensysteme 12, 13; 15, 16 eine Messspannung UM angelegt. Zweckmäßigerweise haben die an den beiden Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16 angelegten Spannungen den gleichen Betrag. Als Messsignal dient in der Messphase beispielsweise der aus Teilchenablagerung resultierende Stromfluss und/oder Spannungsabfall zwischen den Interdigitalelektroden 12, 13 und 15, 16 eines Interdigitalelektrodensystems. In der Sammelphase wird, wie 4b zeigt, an zu unterschiedlichen Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16 gehörenden, einander gegenüberliegenden Interdigitalelektroden, beispielsweise an die Interdigitalelektroden 12 und 15 sowie an die Interdigitalelektroden 13 und 16, jeweils eine Sammelspannung US angelegt, die wie bereits erläutert deutlich größer als die Messspannung ist. Um die Bildung von Teilchenpfaden zwischen zu unterschiedlichen Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16 gehörenden Interdigitalelektroden 12, 15; 13, 16 während der Sammelphase zu vermeiden und um eine bessere Ausrichtung der Teilchenpfade zu erzielen kann die Sammelspannung US gepulst betrieben werden.The 3a and 3b show a second embodiment of a sensor element according to the invention 11 with two interdigital electrode system, each with two comb-like interdigitated interdigital electrodes 12 . 13 ; 15 . 16 each interdigital electrode system 12 . 13 ; 15 . 16 on a support element 14a ; 14b is arranged and the two support elements 14a ; 14b are arranged to each other such that between the support elements 14a ; 14b a channel 17 forms, wherein the two interdigital electrode systems 12 . 13 ; 15 . 16 within the channel 17 and on opposite surfaces of the channel 17 are arranged. The electrode arms of the interdigital electrode system 12 . 13 and the interdigital electrode system 15 . 16 can be arranged centrally above / below each other. For the detection of particles in a gas stream, a gas stream with the particles to be detected contained therein through the channel 17 flowed. It may also be a partial flow of the gas stream. The flow direction can be horizontal in the plane of the drawing and / or perpendicular to the plane of the drawing. In the measuring phase, as in 3a shown within each interdigital electrode systems 12 . 13 ; 15 . 16 a measurement voltage U M applied. Conveniently, those at the two interdigital electrode systems 12 . 13 ; 15 . 16 applied voltages the same amount. The measurement signal used in the measurement phase is, for example, the current flow resulting from particle deposition and / or voltage drop between the interdigital electrodes 12 . 13 and 15 . 16 an interdigital electrode system. In the collection phase, how 4b indicates to different interdigital electrode systems 12 . 13 ; 15 . 16 belonging, opposing interdigital electrodes, for example to the interdigital electrodes 12 and 15 as well as to the interdigital electrodes 13 and 16 , In each case a collection voltage U S applied, which, as already explained, is significantly greater than the measurement voltage. To the formation of particle paths between different interdigital electrode systems 12 . 13 ; 15 . 16 belonging interdigital electrodes 12 . 15 ; 13 . 16 During the collection phase to avoid and to achieve a better alignment of the particle paths, the collection voltage U S can be operated pulsed.

Die 4a bis 4c zeigen eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit zwei Interdigitalelektrodensystemen 12, 13; 15, 16, die jeweils zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden 12, 13 bzw. 15, 16 aufweisen, wobei die zwei Interdigitalelektrodensysteme nebeneinander, insbesondere in einer Ebene, auf einem Trägerelement 14 angeordnet sind, in der Draufsicht und im Querschnitt entlang der Linie III-III'. Vorzugsweise sind die Elektrodenarme der beidem Interdigitalelektrodensysteme 12, 13; 15, 16 parallel zueinander ausgerichtet.The 4a to 4c show a third embodiment of a sensor element according to the invention 11 with two interdigital electrode systems 12 . 13 ; 15 . 16 , each two comb-interdigitated interdigital electrodes 12 . 13 respectively. 15 . 16 have, wherein the two interdigital electrode systems side by side, in particular in a plane, on a support element 14 are arranged, in plan view and in cross section along the line III-III '. Preferably, the electrode arms are the two interdigital electrode systems 12 . 13 ; 15 . 16 aligned parallel to each other.

4b veranschaulicht, dass in der Messphase an die Elektroden 12, 13 und 15, 16 eine Messspannung UM derart angelegt wird, dass das Potential der Spannung von einem Elektrodenarm zu einem benachbarten Elektrodenarm alterniert. Dabei veranschaulicht die in 4b zusätzliche verwendete Punktierung der Querschnittsflächen 12, 15, dass in der Messphase an den Elektroden 12, 15 das gleiche Potential anliegt, welches sich jedoch von dem an den Elektroden 13, 16 angelegten Potential (unpunktiert) unterscheidet. Dies kann beispielsweise einerseits dadurch gewährleistet werden, dass an die Elektroden 12, 13 und 15, 16 jeweils eine Messspannung UM (UM12,13, UM15,16) angelegt wird, wobei die Messspannung UM12,13 den gleichen Betrag wie die Messspannung UM15,16 aufweist. Andererseits kann dies dadurch gewährleistet werden, dass die Elektroden 12 und 15 sowie 13 und 16 zusammengeschaltet werden und nur eine Messspannung UM zwischen den Elektrodengruppen 12, 15 und 13, 16 angelegt wird. Wie bereits erläutert, werden in der erfindungsgemäßen Messphase niedrige Spannungen (UM << US) verwendet. 4b zeigt, dass eine derartige Beschaltung zur Folge hat, dass sich jeweils zwischen benachbarten Elektrodenarmen ein elektrisches Feld geringer Stärke und kurzer Reichweite ausbildet. 4b illustrates that in the measuring phase to the electrodes 12 . 13 and 15 . 16 a measurement voltage U M is applied such that the potential of the voltage alternates from one electrode arm to an adjacent electrode arm. The illustrated in 4b additional puncturing of cross-sectional areas used 12 . 15 that in the measuring phase at the electrodes 12 . 15 the same potential is applied, but which is different from that at the electrodes 13 . 16 applied potential (un-punctured) differs. This can for example be ensured by the fact that to the electrodes 12 . 13 and 15 . 16 in each case a measuring voltage U M (U M12 , 13 , U M15, 16 ) is applied, the measuring voltage U M12, 13 having the same magnitude as the measuring voltage U M15 , 16 . On the other hand, this can be ensured by the fact that the electrodes 12 and 15 such as 13 and 16 be interconnected and only a measurement voltage U M between the electrode groups 12 . 15 and 13 . 16 is created. As already explained, low voltages (U M << U S ) are used in the measurement phase according to the invention. 4b shows that such a wiring has the consequence that each forms a low-power electric field and short range between adjacent electrode arms.

4c veranschaulicht, dass in der Sammelphase an die Elektroden 12, 13 und 15, 16 eine Sammelspannung US derart angelegt wird, dass die die Elektroden 12, 13 sowie die Elektroden 15, 16 jeweils eine Elektrodengruppe 12, 13 (zusätzlich punktierte Querschnittsfläche) bzw. 15, 16 (unpunktierte Querschnittsfläche) unterschiedlichen Potentials bilden. Dies kann beispielsweise dadurch gewährleistet werden, dass an die inneren Elektroden 13, 15 und an die äußeren Elektroden 12, 16 jeweils eine Sammelspannung US (US13,15, US12,16) derart angelegt wird, dass jeweils die Elektroden einer Elektrodengruppe 12, 13; 15, 16 das gleiche Potential aufweisen. Andererseits kann dies dadurch gewährleistet werden, dass die Elektroden 12 und 13 sowie 15 und 16 zusammengeschaltet werden und nur eine Messspannung US zwischen den Elektrodengruppen 12, 13 und 15, 16 angelegt wird. Wie bereits erläutert, werden in der erfindungsgemäßen Sammelphase Sammelspannungen US verwendet, die deutlich höher als die erfindungsgemäßen Messspannungen UM sind. 5c zeigt, dass eine derartige Beschaltung zur Folge hat, dass sich zwischen den Elektrodengruppen 12, 13 und 15, 16 ein elektrisches Feld hoher Stärke und langer Reichweite ausbildet. 4c illustrates that in the collection phase to the electrodes 12 . 13 and 15 . 16 a collection voltage U S is applied such that the electrodes 12 . 13 as well as the electrodes 15 . 16 one electrode group each 12 . 13 (additionally dotted cross-sectional area) or 15 . 16 (unpointed cross-sectional area) of different potential. This can be ensured, for example, by applying to the internal electrodes 13 . 15 and to the outer electrodes 12 . 16 in each case a collection voltage U S (U S13,15 , U S12,16 ) is applied such that in each case the electrodes of an electrode group 12 . 13 ; 15 . 16 have the same potential. On the other hand, this can be ensured by the fact that the electrodes 12 and 13 such as 15 and 16 be interconnected and only a measurement voltage U S between the electrode groups 12 . 13 and 15 . 16 is created. As already explained, collecting voltages U S are used in the collection phase according to the invention, which are significantly higher than the measuring voltages U M according to the invention. 5c shows that such a wiring has the consequence that between the electrode groups 12 . 13 and 15 . 16 forming an electric field of high strength and long range.

Die 5a bis 5d zeigen eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes 11 mit drei nebeneinander, insbesondere in einer Ebene, auf einem Trägerelement 14 angeordneten, kammartig ineinander eingreifenden Interdigitalelektroden 12, 13, 15, von denen die zwei äußeren Interdigitalelektroden 12, 15 eine nach innen gerichtete einfache Kammstruktur und die mittlere Interdigitalelektrode 13 eine doppelt Kammstruktur aufweisen, in der Draufsicht und in Querschnitten entlang der Linien IV-IV', V-V' und VI-VI'. Wie 5a zeigt, sind die Elektrodenarme der drei Interdigitalelektroden 12, 13, 15 parallel zueinander ausgerichtet.The 5a to 5d show a fifth embodiment of a sensor element according to the invention 11 with three side by side, in particular in a plane, on a support element 14 arranged, comb-like interdigitated interdigital electrodes 12 . 13 . 15 of which the two outer interdigital electrodes 12 . 15 an inwardly directed simple comb structure and the middle interdigital electrode 13 have a double comb structure, in plan view and in cross sections along the lines IV-IV ', VV' and VI-VI '. As 5a shows, the electrode arms of the three interdigital electrodes 12 . 13 . 15 aligned parallel to each other.

Darüber hinaus veranschaulichen die 5a bis 5d die erfindungsgemäße Beschaltung der drei Elektroden 12, 13, 15. An den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 wird jeweils eine Spannung gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Polarität angelegt, wobei die mittlere Interdigitalelektrode 13 mit doppelter Kammstruktur geerdet wird. Als Messsignal dient beispielsweise der aus Teilchenablagerung resultierende Stromfluss und/oder Spannungsabfall zwischen den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 und der mittleren, geerdeten Interdigitalelektrode 13 mit doppelter Kammstruktur.In addition, the illustrate 5a to 5d the wiring according to the invention of the three electrodes 12 . 13 . 15 , At the outer interdigital electrodes with a simple comb structure 12 . 15 In each case, a voltage of equal magnitude, but different polarity is applied, wherein the average interdigital electrode 13 grounded with double comb structure. The measurement signal used is, for example, the current flow resulting from particle deposition and / or voltage drop between the outer interdigital electrodes with a simple comb structure 12 . 15 and the center grounded interdigital electrode 13 with double comb structure.

5b ist ein Querschnitt entlang der Linie IV-IV' und 5d ist ein Querschnitt entlang der Linie V-V' der in 5a in der Draufsicht gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform. 5b und 5d zeigen stark vereinfacht, dass sich zwischen den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 und der mittleren, geerdeten Interdigitalelektrode 13 mit doppelter Kammstruktur ein elektrisches Feld kurzer Reichweite ausbildet. 5b is a cross section along the line IV-IV 'and 5d is a cross section along the line VV 'of FIG 5a in the plan view shown embodiment of the invention. 5b and 5d show greatly simplified that between the outer interdigital electrodes with simple comb structure 12 . 15 and the center grounded interdigital electrode 13 With double comb structure a short range electric field is formed.

5c ist ein Querschnitt der in 5a in der Draufsicht gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform entlang der Linie VI-VI'. 5c zeigt stark vereinfacht, dass sich darüber zusätzlich zu den in 5b und 5d gezeigten elektrischen Feldern ein elektrisches Feld größerer Reichweite zwischen den äußeren Interdigitalelektroden mit einfacher Kammstruktur 12, 15 ausbildet, welches das Volumen aus dem Teilchen angezogen und angelagert werden und somit die Empfindlichkeit des Sensorelementes deutlich erhöht. 5c is a cross section of in 5a in the plan view of the invention shown along the line VI-VI '. 5c shows very simplified that in addition to the in 5b and 5d shown electric fields, an electric field of greater range between the outer interdigital electrodes with a simple comb structure 12 . 15 forms, which are attracted to the volume of the particle and deposited and thus significantly increases the sensitivity of the sensor element.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensorelement zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend mindestens eine erste, zweite und dritte Elektrode, wobei die erste und zweite Elektrode Interdigitalelektroden sind, die kammartig ineinander greifenden und ein erstes Interdigitalelektrodensystem zur Messung von sich anlagernden Teilchen bilden, wobei die dritte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems dient.object The present invention is a sensor element for the detection of Particles in a gas stream comprising at least a first, second and third electrode, wherein the first and second electrodes are interdigital electrodes are the comb-like interlocking and a first interdigital electrode system to measure the accumulating particles, the third Electrode to increase the range of the electric field in the region of the first interdigital electrode system is used.

Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf dem Prinzip, die beiden Funktionen eines herkömmlichen Interdigitalelektrodensystems, nämlich das Anziehen von Teilchen auf das Interdigitalelektrodensystem über Elektrophorese und das Messen des Widerstandes der angelagerten Teilchen, physikalisch zu trennen, um dadurch die beide Funktionen unabhängig voneinander optimieren zu können.The The present invention is based on the principle, the two functions a conventional interdigital electrode system, namely attracting particles to the interdigital electrode system Electrophoresis and measuring the resistance of the attached Particles physically separate, thereby affecting both functions to optimize independently of each other.

Unter dem Begriff „Teilchen" werden im Sinn der vorliegenden Erfindung feste und/oder flüssige leitfähige Teilchen, beispielsweise leitfähige Partikel und/oder Tröpfchen, insbesondere Rußpartikel, beispielsweise halbleitender Kohlenstoff verstanden.Under The term "particles" are used in the sense of the present Invention solid and / or liquid conductive particles, for example, conductive particles and / or droplets, in particular soot particles, for example semiconducting Understood carbon.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die dritte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes in oder unter/oberhalb der Ebene der Interdigitalelektroden angeordnet. Beispielsweise ist die dritte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes eine flächige Elektrode oder Interdigitalelektrode.in the The third electrode for magnification is within the scope of the present invention the range of the electric field in or below / above the plane arranged the interdigital electrodes. For example, the third one Electrode to increase the range of the electric field, a planar electrode or interdigital electrode.

Im Rahmen von mehreren erfindungsgemäßen Ausführungsformen umfasst das erfindungsgemäße Sensorelement eine dritte und eine vierte Elektroden zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes. Dabei können die dritte und vierte Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes als flächige Elektroden oder in Form von zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden, die ein zweites Interdigitalelektrodensystem bilden, ausgebildet sein.In the context of several embodiments according to the invention, the sensor element according to the invention comprises a third and a fourth electrodes for increasing the range of the electric field. In this case, the third and fourth electrodes can be used to increase the range of the electric field as planar electrodes or in the form of two comb-like interdigitated interdigital electrodes, which are a second interdigital electrodes form a system, be trained.

Die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode können aus einem elektrisch leitenden und hochtemperaturstabilen Material ausgebildet sein. Unter einem „hochtemperaturstabilen Material" wird erfindungsgemäß ein Material verstanden, das beispielsweise bis zu einer Temperatur von etwa 1200°C keine der für den erfindungsgemäßen Zweck notwendigen Eigenschaften verliert. Beispielsweise können die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode aus einem Metall, wie Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium oder Rhodium, oder einer Metalllegierung, insbesondere einer Metalllegierung umfassend Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium und/oder Rhodium, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode aus Platin ausgebildet.The first interdigital electrode, the second interdigital electrode, the third electrode and / or the fourth electrode may be off an electrically conductive and high temperature stable material be. Under a "high temperature stable material" is According to the invention understood a material, for example up to a temperature of about 1200 ° C none of the for necessary properties of the invention loses. For example, the first interdigital electrode, the second interdigital electrode, the third electrode and / or the fourth electrode made of a metal, such as platinum, copper, silver, Gold, iron, cobalt, nickel, palladium, ruthenium, iridium or Rhodium, or a metal alloy, in particular a metal alloy comprising platinum, copper, silver, gold, iron, cobalt, nickel, palladium, Ruthenium, iridium and / or rhodium, be formed. Preferably is the first interdigital electrode, the second interdigital electrode, the third electrode and / or the fourth electrode made of platinum.

Ein erfindungsgemäßes Sensorelement kann mindestens ein Trägerelement umfassen, auf dem die erste Interdigitalelektrode, die zweite Interdigitalelektrode, die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode angeordnet sind. Die dritte Elektrode und/oder die vierte Elektrode können beispielsweise in ein Trägerelement integriert oder zwischen zwei Trägerelementschichten laminiert sein.One Sensor element according to the invention can be at least a carrier element on which the first interdigital electrode, the second interdigital electrode, the third electrode and / or the fourth electrode are arranged. The third electrode and / or For example, the fourth electrode may be in a carrier element integrated or laminated between two carrier element layers be.

Im Rahmen einer ersten, zweiten und dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte flächige Elektrode oder eine dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung des Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems und zu diesem beabstandet angeordnet sind.in the Frame of a first, second and third embodiment a sensor element according to the invention comprises the sensor element has a third and fourth planar electrode or a third and fourth interdigital electrode for magnification The range of the electric field includes that in a plane below / above the first interdigital electrode system and to this spaced apart.

Im Rahmen der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (Sammelelektroden) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, welche in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems und zu diesem beabstandet angeordnet sind. Dabei greifen die dritte und vierte Interdigitalelektrode kammartig ineinander ein und bilden ein zweites Interdigitalelektrodensystem. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angelagert.in the Frame of the first embodiment of an inventive Sensor element, the sensor element comprises a third and fourth Interdigital electrode (collecting electrodes) for magnification the range of the electric field, which is in a plane below / above of the first interdigital electrode system and spaced therefrom are arranged. The third and fourth interdigital electrodes grip combed into each other and form a second interdigital electrode system. The particles are within the scope of these embodiments from the volume above the first interdigital electrode system attached.

Im Rahmen der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement ebenfalls eine dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die ein zweites Interdigitalelektrodensystem bilden. Im Rahmen der zweiten Ausführungsform ist das zweite Interdigitalelektrodensystem jedoch derart in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems und zu diesem beabstandet angeordnet ist, dass sich zwischen dem ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystem ein Kanal bildet. Im Rahmen dieser Ausführungsform wird zur Detektion von Teilchen in einem Gastrom durch diesen Kanal der Gasstrom mit den darin enthaltenen zu detektierenden Teilchen geströmt. Die Teilchen werden somit aus dem Volumen (Kanal) zwischen den beiden Interdigitalelektrodensystemen angelagert. Im Rahmen dieser Ausführungsform können sowohl das erste als auch das zweite Interdigitalelektrodensystem jeweils auf einem Trägerelement angeordnet sein, wobei die beiden Trägerelemente derart zueinander angeordnet sind, dass sich zwischen den Trägerelementen der Kanal bildet und die beiden Interdigitalelektrodensysteme innerhalb des Kanals und auf gegenüberliegenden Flächen des Kanals angeordnet sind.in the Frame of the second embodiment of an inventive Sensor element, the sensor element also comprises a third and fourth interdigital electrode for magnification the range of the electric field, which is a second interdigital electrode system form. In the context of the second embodiment, the second However, interdigital electrode system so in a plane below / above of the first interdigital electrode system and spaced therefrom is arranged that between the first and second interdigital electrode system forming a channel. In the context of this embodiment is for detecting particles in a gas stream through this channel Gas stream with the particles contained therein to be detected flowed. The particles are thus from the volume (channel) between the two Attached to interdigital electrode systems. In the context of this embodiment Both the first and the second interdigital electrode system can be used each be arranged on a support element, wherein the two carrier elements arranged in such a way to each other are that forms the channel between the support elements and the two interdigital electrode systems within the channel and on opposite surfaces of the channel are arranged.

Sowohl im Rahmen der ersten als auch im Rahmen der zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes kann das zweite Interdigitalelektrodensystem mittig unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet sein. Die Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems können parallel zu den Elektrodenarmen des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet sein. Beispielsweise kann das zweite Interdigitalelektrodensystem derart unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet sein, dass die Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems unter/oberhalb der Elektrodenarme des ersten Interdigitalelektrodensystems liegen.Either in the context of the first as well as in the context of the second embodiment a sensor element according to the invention, the second interdigital electrode system centered below / above the first Interdigitalelektrodensystems be arranged. The electrode arms of the second interdigital electrode system can be parallel to the electrode arms of the first interdigital electrode system be arranged. For example, the second interdigital electrode system be arranged below / above the first interdigital electrode system, that the electrode arms of the second interdigital electrode system below / above the electrode arms of the first interdigital electrode system lie.

Im Rahmen der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die kammartig ineinander greifen und ein zweites Interdigitalelektrodensystem bilden, welches derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem angeordnet ist, dass die Elektrodenarme der Interdigitalelektroden parallel zueinander angeordnet sind. Der Abstand zwischen den Elektrodenarmen des ersten Interdigitalelektrodensystems kann beispielsweise gleich groß wie der Abstand der Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems. Vorzugsweise sind im Rahmen dieser Ausführungsform das erste und das zweite Interdigitalelektrodensystem derart in einer Ebene angeordnet, dass einer der äußeren Elektrodenarme des ersten Interdigitalelektrodensystems parallel neben einem der äußeren Elektrodenarme des zweiten Interdigitalelektrodensystems angeordnet ist. Vorzugsweise weist dabei der Abstand zwischen parallel nebeneinander angeordneten äußeren Elektrodenarmen des ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystems, den gleichen Wert wie der Abstand zwischen den Elektrodenarmen innerhalb des ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystems auf. Beispielsweise können hierbei die Kammrücken der Interdigitalelektroden derart parallel zueinander angeordnet sein, dass jeweils ein Kammrücken einer Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems bezüglich eines Kammrückens einer Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems derart ausgerichtet ist, dass diese in entlang einer gemeinsamen fiktiven Geraden fluchten. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb der beiden Interdigitalelektrodensystems angelagert. Wenn das Sensorelement im Rahmen dieser Ausführungsform ein Trägerelement umfasst, ist dieses aus einem nicht-piezoelektrischen Material, beispielsweise aus Aluminiumoxid oder Zirkoniumoxid ausgebildet.In the context of the third embodiment of a sensor element according to the invention, the sensor element comprises a third and fourth interdigital electrode for increasing the range of the electric field, the comb-like mesh and form a second interdigital electrode system, which is arranged in the plane of the first interdigital electrode system that the electrode arms of the interdigital electrodes are arranged parallel to each other. The distance between the electrode arms of the first interdigital electrode system, for example, the same size as the distance of the electrode arms of the second interdigital electrode system. In the context of this embodiment, the first and second interdigital electrode systems are preferably arranged in a plane such that one of the outer electrode arms of the first interdigital electrode system is arranged parallel to one of the outer electrode arms of the second interdigital electrode system. Preferably In this case, the distance between outer electrode arms of the first and second interdigital electrode systems arranged parallel to one another has the same value as the distance between the electrode arms within the first and second interdigital electrode systems. For example, in this case the comb backs of the interdigital electrodes can be arranged parallel to one another such that in each case one comb back of an interdigital electrode of the first interdigital electrode system is aligned with respect to a comb back of an interdigital electrode of the second interdigital electrode system in such a way that they are aligned along a common notional straight line. In the context of these embodiments, the particles are deposited from the volume above the two interdigital electrode systems. In the context of this embodiment, if the sensor element comprises a carrier element, this is formed from a non-piezoelectric material, for example from aluminum oxide or zirconium oxide.

Im Rahmen der vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte und vierte flächige Elektrode (Sammelelektroden) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem angeordnet sind, dass sich die flächige Elektroden jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Interdigitalelektrodensystems befinden. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angelagert. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße flächige Elektrode eine Länge in einem Bereich von ≥ 0,2 mm bis ≤ 100 mm, beispielsweise von ≥ 1 mm bis ≤ 50 mm, insbesondere von ≥ 5 mm bis ≤ 15 μm, und einer Breite in einem Bereich von ≥ 1 μm bis ≤ 10 mm, beispielsweise von ≥ 20 μm bis ≤ 3 mm, insbesondere von ≥ 50 μm bis ≤ 3 mm, und einer Dicke in einem Bereich von ≥ 0,01 mm bis ≤ 100 μm, beispielsweise von ≥ 1 bis ≤ 50 μm, insbesondere von ≥ 5 bis ≤ 40 μm, aufweisen.in the Frame of the fourth embodiment of an inventive Sensor element, the sensor element comprises a third and fourth flat electrode (collecting electrodes) for magnification the range of the electric field that is so in the plane of the first interdigital electrode system are arranged the two-dimensional electrodes each on opposite Pages of the first interdigital electrode system are located. The particles be within the scope of these embodiments of the volume attached above the first interdigital electrode system. For example may be a flat electrode according to the invention a length in a range of ≥ 0.2 mm to ≤ 100 mm, for example from ≥ 1 mm to ≤ 50 mm, in particular from ≥ 5 mm to ≤ 15 μm, and one width in a range of ≥ 1 μm to ≤ 10 mm, for example from ≥ 20 microns to ≤ 3 mm, in particular from ≥ 50 μm to ≤ 3 mm, and a thickness in a range of ≥ 0.01 mm to ≤ 100 μm, for example, from ≥ 1 to ≤ 50 μm, in particular from ≥ 5 to ≤ 40 μm.

Im Rahmen der fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes umfasst das Sensorelement eine dritte Interdigitalelektrode mit einer einfachen Kammstruktur zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes, die in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystems angeordnet ist, wobei die erste Interdigitalelektrode eine einfache Kammstruktur und die zweite Interdigitalelektrode eine doppelte Kammstruktur aufweisen, wobei die zweite Interdigitalelektrode derart mittig zwischen der ersten Interdigitalelektrode und der dritten Interdigitalelektrode angeordnet ist, dass die Elektrodenarme ersten Interdigitalelektrode und der dritten Interdigitalelektrode kammartig in die Elektrodenarme der mittigen zweiten Interdigitalelektrode eingreifen. Dabei wird unter dem Begriff „doppelte Kammstruktur" sowohl eine spiegelsymmetrische, antennen- oder fischgrätartige, beidseitige Anordnung von Elektrodenarmen als auch eine nicht-spiegelsymmetrische, beidseitige Anordnung von Elektrodenarmen verstanden, bei der die Elektrodenarme der einen Kammseite um einen Bestimmten Betrag entlang der Kammlänge versetzt zu den Elektrodenarmen der zweiten, gegenüberliegenden Kammseite angeordnet sind. Die Teilchen werden im Rahmen dieser Ausführungsformen aus dem Volumen oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems angelagert.in the Frame of the fifth embodiment of an inventive Sensor element, the sensor element comprises a third interdigital electrode a simple comb structure to enlarge the Range of the electric field, in the plane of the first Interdigitalelektrodensystems is arranged, wherein the first interdigital electrode a simple comb structure and the second interdigital electrode a have double comb structure, wherein the second interdigital electrode such centrally between the first interdigital electrode and the third interdigital electrode is arranged, that the electrode arms first interdigital electrode and the third interdigital electrode comb-like engage in the electrode arms of the central second interdigital electrode. It is under the term "double comb structure" both a mirror-symmetrical, antenna or herringbone type, two-sided arrangement of electrode arms as well as a non-mirror-symmetric, understood bilateral arrangement of electrode arms, in which the Electrode arms of a comb side along a certain amount along the comb length offset to the electrode arms of the second, are arranged opposite the crest side. The particles be within the scope of these embodiments of the volume attached above the first interdigital electrode system.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensor zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Sensor ein erfindungsgemäßes Sensorelement umfasst.One Another object of the present invention is a sensor for Detection of particles in a gas stream characterized in that the sensor is a sensor element according to the invention includes.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem erfindungsgemäßen Sensorelement, indem

  • – in einer Messphase an eine erste und zweite Interdigitalelektrode eines ersten Interdigitalelektrodensystems eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs- und/oder Widerstandsänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
  • – in einer Sammelphase an mindestens eine dritte Elektrode ein Sammelpotenzial (Sammelspannung) angelegt wird, um die Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems zu vergrößern.
Another object of the present invention is a method for detecting particles in a gas stream with a sensor element according to the invention, by
  • A measuring voltage is applied in a measuring phase to a first and second interdigital electrode of a first interdigital electrode system, wherein the current, voltage and / or resistance change caused by accumulated particles is measured and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow; and
  • - In a collection phase to at least one third electrode a collection potential (collection voltage) is applied to increase the range of the electric field in the region of the first interdigital electrode system.

Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf dem Prinzip, dass zwischen einem kleinen elektrisches Feld mit kurzer Reichweite in der Messphase und einem hohen elektrischen Feld mit großer Reichweite in der Sammelphase umgeschaltet wird. Durch das Anlegen der Sammelspannung vergrößert sich erfindungsgemäß die Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems und damit das Volumen aus dem Teilchen angelagert/gesammelt werden können, wodurch sich wiederum die Empfindlichkeit des Sensors und damit die Genauigkeit des Messergebnis verbessert. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Unterteilung in Messphase und Sammelphase vorteilhafterweise die Anwendung von hohen Sammelspannungen, da eine daraus gegebenenfalls resultierende Erwärmung in der Sammelphase und nicht in der Messphase auftritt und damit die Teilchenmessung nicht durch eine im Fall von herkömmlichen Sensoren auftretende, temperaturbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes der Teilchen beeinflusst wird.The The present invention is based on the principle that between a small electric field with short range in the measuring phase and a high electric field with long range in the collection phase is switched. By applying the collection voltage increases according to the invention the Range of the electric field in the region of the first interdigital electrode system and thus the volume of the particle is deposited / collected which, in turn, increases the sensitivity of the sensor and thus improves the accuracy of the measurement result. About that In addition, the inventive allows Subdivision into measurement phase and collection phase advantageously the Use of high accumulation voltages, as one of them if necessary resulting heating in the collection phase and not in the measuring phase occurs and thus the particle measurement is not through a temperature-related change occurring in the case of conventional sensors the electrical resistance of the particles is affected.

Erfindungsgemäß werden die Mess- und Sammelphase alternierend wiederholt. Der Wechsel zwischen Sammel- und Messphase erfolgt dabei in bestimmten Zeitintervallen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Messphase ≥ 10–6 s bis ≤ 180 s, beispielsweise ≥ 10–3 s ≤ 10 s, insbesondere ≥ 10–1 s ≤ 5 s, und die Sammelphase ≥ 0,1 s bis ≤ 1200 s, beispielsweise ≥ 1 s ≤ 100 s, insbesondere ≥ 5 s ≤ 50 s, betragen. Die die Sammelspannung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine gepulste Spannung sein. Vorzugsweise ist die Sammelspannung im Rahmen der vorliegenden Erfindung höher als die Messspannung. Beispielsweise ist die Sammelspannung ≥ 2- bis ≤ 106-mal, beispielsweise ≥ 10- bis ≤ 1000-mal, insbesondere ≥ 50- bis ≤ 100-mal höher als die Messspannung. Die Messspannung liegt beispielsweise in einem Bereich von ≥ 10 mV bis ≤ 20 V, beispielsweise von ≥ 100 mV bis ≤ 10 V, insbesondere von ≥ 1 V bis ≤ 10 V. Die Sammelspannung liegt beispielsweise in einem Bereich von ≥ 20 V bis ≤ 10 kV, beispielsweise von ≥ 30 V bis ≤ 1 kV, insbesondere von ≥ 80 V bis ≤ 500 V.According to the invention, the measurement and collection phases are repeated alternately. The change between collection and measurement phase takes place at certain time intervals. In the context of the present invention, the measurement phase can be ≥ 10 -6 s to ≦ 180 s, for example ≥ 10 -3 s ≦ 10 s, in particular ≥ 10 -1 s ≦ 5 s, and the collection phase ≥ 0.1 s to ≦ 1200 s , for example ≥ 1 s ≤ 100 s, in particular ≥ 5 s ≤ 50 s. The collection voltage may be, for example, a pulsed voltage in the context of the present invention. Preferably, the collection voltage in the context of the present invention is higher than the measurement voltage. By way of example, the collection voltage is ≥ 2 to ≦ 10 6 times, for example ≥ 10 to ≦ 1000 times, in particular ≥ 50 to ≦ 100 times higher than the measurement voltage. The measurement voltage is, for example, in a range of ≥ 10 mV to ≦ 20 V, for example from ≥ 100 mV to ≦ 10 V, in particular from ≥ 1 V to ≦ 10 V. The collection voltage is, for example, in a range of ≥ 20 V to ≦ 10 kV, for example from ≥ 30 V to ≤ 1 kV, in particular from ≥ 80 V to ≤ 500 V.

Im Rahmen einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Sensorelement, das gemäß der ersten, zweiten oder fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist,

  • – in der Messphase an der ersten und zweiten Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems eine Messspannung angelegt, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
  • – in der Sammelphase an die dritte und vierte flächige Elektrode oder an die dritte und vierte Interdigitalelektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes eine Sammelspannung angelegt.
In the context of a first embodiment of a method according to the invention, in the case of a sensor element which is designed according to the first, second or fifth embodiment of a sensor element according to the invention,
  • - Applied in the measurement phase to the first and second interdigital electrode of the first interdigital electrode system, a measurement voltage, wherein the accumulated by accumulated particles induced current, voltage, resistance and / or impedance change is measured and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow; and
  • - Applied in the collection phase to the third and fourth planar electrode or to the third and fourth interdigital electrode to increase the range of the electric field, a collection voltage.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sollte bei einem Sensorelement, das gemäß der ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist in der Sammelphase gewährleistet sein, dass an die erste und zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems kein Potenzial (Spannung) angelegt wird, da ansonsten das elektrische Feld der Sammelelektroden durch die darunter/darüber liegenden Messelektroden abgeschirmt werden würden.in the The scope of the present invention should be limited to a sensor element, that according to the first embodiment a sensor element according to the invention formed is guaranteed in the collection phase that to the first and second interdigital electrodes of the first interdigital electrode system no potential (voltage) is applied, otherwise the electrical Field of the collecting electrodes through the underlying / overlying Measuring electrodes would be shielded.

Im Rahmen einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Sensorelement, das gemäß der dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist,

  • – in der Messphase an dem ersten Interdigitalelektrodensystem und dem zweiten Interdigitalelektrodensystem jeweils eine Messspannung angelegt, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
  • – in der Sammelphase an die erste Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystem und eine Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems eine Sammelspannung angelegt und/oder an die zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystem und die verbleibende Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems eine Sammelspannung angelegt.
In the context of a second embodiment of a method according to the invention, in the case of a sensor element which is designed according to the third embodiment of a sensor element according to the invention,
  • - In the measuring phase to the first interdigital electrode system and the second interdigital electrode system each applied a measuring voltage, wherein the caused by accumulated particles current, voltage, resistance and / or impedance change is measured and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow; and
  • - Applied in the collection phase to the first interdigital electrode of the first interdigital electrode system and an interdigital electrode of the second interdigital electrode system a collection voltage and / or applied to the second interdigital electrode of the first interdigital electrode system and the remaining interdigital electrode of the second interdigital electrode system a collection voltage.

Beispielsweise wird die Sammelspannung an Interdigitalelektroden unterschiedlicher Interdigitalelektrodensysteme angelegt, die einander gegenüberliegenden. Zweckmäßigerweise haben jeweils die beiden Messspannungen und/oder die beiden Sammelspannungen den gleichen Betrag. Um die Bildung von Teilchenpfaden zwischen zu unterschiedlichen Interdigitalelektrodensystemen gehörenden Interdigitalelektroden während der Sammelphase zu vermeiden und um eine bessere Ausrichtung der Teilchenpfade zu erzielen ist die Sammelspannung im Rahmen dieser Ausführungsform vorzugsweise eine gepulste Spannung.For example the collection voltage at Interdigitalelektroden becomes different Interdigital electrode systems applied opposite each other. Expediently, in each case the two measuring voltages and / or the two collection voltages the same amount. To the education of particle paths between to different interdigital electrode systems belonging interdigital electrodes during the Avoid collection phase and a better alignment of the particle paths to achieve the collection voltage in the context of this embodiment preferably a pulsed voltage.

Im Rahmen einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einem Sensorelement, das gemäß der vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist,

  • – in der Messphase an die Interdigitalelektroden eine Messspannung derart angelegt, dass das Potential von einem Elektrodenarm zu einem benachbarten Elektrodenarm alterniert, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und
  • – in der Sammelphase an die Interdigitalelektroden eine Sammelspannung derart angelegt, dass die erste und zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems eine erste Elektrodengruppe und die dritte und vierte Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems eine zweite Elektrodengruppe bilden, wobei die erste Elektrodengruppen ein anderes Potential als die zweite Elektrodengruppe aufweist.
In the context of a third embodiment of a method according to the invention, in the case of a sensor element which is designed according to the fourth embodiment of a sensor element according to the invention,
  • - In the measuring phase to the interdigital electrodes, a measuring voltage applied such that the potential of an electrode arm to an adjacent Elektrodenarm alternated, whereby the accumulated particles caused by current, voltage, resistance and / or impedance change measured and as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow is output; and
  • - In the collection phase to the interdigital electrodes a collection voltage applied such that the first and second interdigital electrode of the first interdigital electrode system form a first electrode group and the third and fourth interdigital electrode of the second interdigital electrode system form a second electrode group, wherein the first electrode groups has a different potential than the second electrode group ,

Dies kann einerseits dadurch erreicht werden, indem in der Messphase an die Interdigitalelektroden eines Interdigitalelektrodensystems jeweils eine Messspannung angelegt wird, wobei die beiden Messspannungen den gleichen Betrag aufweisen; oder indem die erste Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystem mit einer Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems und die zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems mit der verbleibenden Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems derart kurzgeschlossen werden, dass ein einziges Interdigitalelektrodensystem mit zwei kurzgeschlossenen Elektroden entsteht, indem benachbarte Elektrodenarme zu unterschiedlichen kurzgeschlossenen Elektroden gehören; und indem in der Sammelphase an die äußeren Interdigitalelektroden und an die inneren Interdigitalelektroden jeweils eine Sammelspannung derart angelegt wird, dass jeweils die Elektroden einer Elektrodengruppe das gleiche Potential aufweisen oder die Interdigitalelektroden des ersten Interdigitalelektrodensystem und die Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems derart kurzgeschlossen werden, dass das erste Interdigitalelektrodensystem und das zweite Interdigitalelektrodensystem jeweils eine Elektrode darstellen an die eine Sammelspannung angelegt wird.On the one hand, this can be achieved by respectively applying a measuring voltage to the interdigital electrodes of an interdigital electrode system in the measuring phase, the two measuring voltages having the same magnitude; or by the first interdigital electrode of the first Interdigitalelektrodensystem with an interdigital electrode of the second interdigital electrode system and the second interdigital electrode of the first interdigital electrode system with the remaining interdigital electrode of the second interdigital electrode system are shorted so that a single interdigital electrode system with two short-circuited electrodes is formed by adjacent electrode arms belonging to different short-circuited electrodes; and in that a collecting voltage is applied in each case to the outer interdigital electrodes and to the inner interdigital electrodes in the collecting phase such that in each case the electrodes of one electrode group have the same potential or the interdigital electrodes of the first interdigital electrode system and the interdigital electrode of the second interdigital electrode system are short-circuited such that the first Interdigitalelektrodensystem and the second interdigital electrode system each represent an electrode to which a collection voltage is applied.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem Sensorelement, das gemäß der sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelementes ausgebildet ist, indem an die erste Interdigitalelektrode und an die dritte Interdigitalelektrode, welche die äußeren Interdigitalelektroden darstellen, jeweils eine Spannung, insbesondere gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Polarität angelegt wird und die zweite, mittige Interdigitalelektrode geerdet wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung zwischen den äußeren Interdigitalelektroden und der mittigen Interdigitalelektrode gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird.One Another object of the present invention is a method for the detection of particles in a gas stream with a sensor element, the according to the sixth embodiment of a formed sensor element according to the invention is by connecting to the first interdigital electrode and to the third Interdigital electrode, which the outer interdigital electrodes represent, in each case a voltage, in particular equal amount, however, of different polarity is applied and the grounded second, central interdigital electrode, wherein the through accumulated particles caused current, voltage, resistance and / or impedance change between the outer ones Interdigital electrodes and the central interdigital electrode measured and as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow is output.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Sensorelementes und/oder eines erfindungsgemäßen Sensors und/oder die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Werkstattmessgerät zur Abgasuntersuchung oder in einem Messgerät zur Kontrolle der Luftqualität oder zur Überwachung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, oder einer Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Ölheizung, oder zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters und/oder des Beladungszustandes eines Partikelfilters oder zur Überwachung von chemischen Herstellungsprozessen, Abluftanlagen und/oder Abluftnachbehandlungsanlagen.One Another object of the present invention is the use a sensor element according to the invention and / or a sensor according to the invention and / or the implementation a method according to the invention in a workshop measuring device for emission inspection or in a measuring device for inspection the air quality or to monitor the operation an internal combustion engine, such as a diesel engine, or an incinerator, such as an oil heater, or to monitor the functionality of a Particle filter and / or the loading state of a particulate filter or for monitoring chemical manufacturing processes, Exhaust air systems and / or exhaust aftertreatment systems.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 10149333 A1 [0003] - DE 10149333 A1 [0003]
  • - WO 2003006976 A2 [0003] WO 2003006976 A2 [0003]

Claims (15)

Sensorelement (11) zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend mindestens eine erste, zweite und dritte Elektrode (12, 13, 15), wobei die erste und zweite Elektrode (12, 13) Interdigitalelektroden sind, die kammartig ineinander greifenden und ein erstes Interdigitalelektrodensystem (12, 13) zur Messung von sich anlagernden Teilchen bilden, wobei die dritte Elektrode (15) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) dient.Sensor element ( 11 ) for detecting particles in a gas stream, comprising at least a first, second and third electrode ( 12 . 13 . 15 ), wherein the first and second electrodes ( 12 . 13 ) Are interdigital electrodes which are comb-like intermeshing and a first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) for the measurement of accumulating particles, wherein the third electrode ( 15 ) for increasing the range of the electric field in the region of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) serves. Sensorelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte (15) und eine vierte (16) Elektrode zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die – als flächige Elektroden (15, 16) oder – in Form von zwei kammartig ineinander greifenden Interdigitalelektroden (15, 16), die ein zweites Interdigitalelektrodensystem (15, 16) bilden, ausgebildet sind.Sensor element ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the sensor element ( 11 ) a third ( 15 ) and a fourth ( 16 ) Electrode for increasing the range of the electric field, which - as flat electrodes ( 15 . 16 ) or - in the form of two comb-like interdigitated interdigital electrodes ( 15 . 16 ) comprising a second interdigital electrode system ( 15 . 16 ) are formed. Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte flächige Elektrode (15, 16) oder eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung des Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) und zu diesem beabstandet angeordnet sind.Sensor element ( 11 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor element ( 11 ) a third and fourth planar electrode ( 15 . 16 ) or a third and fourth interdigital electrode ( 15 . 16 ) for increasing the range of the electric field which is in a plane below / above the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) and are arranged spaced therefrom. Sensorelement (11) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die kammartig ineinander greifen und ein zweites Interdigitalelektrodensystem (15, 16) bilden, welches derart in einer Ebene unter/oberhalb des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) und zu diesem beabstandet angeordnet ist, dass sich zwischen dem ersten und zweiten Interdigitalelektrodensystem (12, 13; 15, 16) ein Kanal (17) bildet.Sensor element ( 11 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor element ( 11 ) a third and fourth interdigital electrode ( 15 . 16 ) for increasing the range of the electric field, which mesh in a comb-like manner and a second interdigital electrode system ( 15 . 16 ), which in such a way in a plane below / above the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) and spaced therefrom, that between the first and second interdigital electrode system ( 12 . 13 ; 15 . 16 ) a channel ( 17 ). Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die kammartig ineinander greifen und ein zweites Interdigitalelektrodensystem (15, 16) bilden, welches derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) angeordnet ist, dass die Elektrodenarme der Interdigitalelektroden (12, 13, 15, 16) parallel zueinander angeordnet sind.Sensor element ( 11 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor element ( 11 ) a third and fourth interdigital electrode ( 15 . 16 ) for increasing the range of the electric field, which mesh in a comb-like manner and a second interdigital electrode system ( 15 . 16 ) which in the plane of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) is arranged such that the electrode arms of the interdigital electrodes ( 12 . 13 . 15 . 16 ) are arranged parallel to each other. Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte und vierte flächige Elektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die derart in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) angeordnet sind, dass sich die flächigen Elektroden (15, 16) jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) befinden.Sensor element ( 11 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor element ( 11 ) a third and fourth planar electrode ( 15 . 16 ) for increasing the range of the electric field, which in the plane of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) are arranged so that the flat electrodes ( 15 . 16 ) on opposite sides of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) are located. Sensorelement (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11) eine dritte Interdigitalelektrode (15) mit einer einfachen Kammstruktur zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes umfasst, die in der Ebene des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) angeordnet ist, wobei die erste Interdigitalelektrode (12) eine einfache Kammstruktur und die zweite Interdigitalelektrode (13) eine doppelte Kammstruktur aufweisen, wobei die zweite Interdigitalelektrode (13) derart mittig zwischen der ersten Interdigitalelektrode (12) und der dritten Interdigitalelektrode (15) angeordnet ist, dass die Elektrodenarme ersten Interdigitalelektrode (12) und der dritten Interdigitalelektrode (15) kammartig in die Elektrodenarme der mittigen zweiten Interdigitalelektrode (15) eingreifen.Sensor element ( 11 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the sensor element ( 11 ) a third interdigital electrode ( 15 ) having a simple comb structure for increasing the range of the electric field that is present in the plane of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ), wherein the first interdigital electrode ( 12 ) a simple comb structure and the second interdigital electrode ( 13 ) have a double comb structure, wherein the second interdigital electrode ( 13 ) so centrally between the first interdigital electrode ( 12 ) and the third interdigital electrode ( 15 ) is arranged such that the electrode arms first interdigital electrode ( 12 ) and the third interdigital electrode ( 15 ) comb-like into the electrode arms of the central second interdigital electrode ( 15 ) intervene. Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem Sensorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, indem – in einer Messphase an die erste und zweite Interdigitalelektrode (12, 13) des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in einer Sammelphase an mindestens eine dritte Elektrode (15, 16) ein Sammelpotenzial angelegt wird, um die Reichweite des elektrischen Feldes im Bereich des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) zu vergrößern.Method for detecting particles in a gas stream with a sensor element according to one of claims 1 to 6, by - in a measuring phase to the first and second interdigital electrodes ( 12 . 13 ) of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) a measuring voltage is applied, wherein the accumulated by accumulated particles induced current, voltage, resistance and / or impedance change is measured and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow; and - in a collection phase to at least one third electrode ( 15 . 16 ) a collection potential is applied in order to determine the range of the electric field in the region of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) to enlarge. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensorelement nach Anspruch 3 oder 6 – in der Messphase an der ersten und zweiten Interdigitalelektrode (12, 13) des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in der Sammelphase an die dritte und vierte flächige Elektrode (15, 16) oder an die dritte und vierte Interdigitalelektrode (15, 16) zur Vergrößerung der Reichweite des elektrischen Feldes eine Sammelspannung angelegt.A method according to claim 8, characterized in that in a sensor element according to claim 3 or 6 - in the measuring phase at the first and second interdigital electrode ( 12 . 13 ) of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) a measuring voltage is applied, wherein the accumulated by accumulated particles induced current, voltage, resistance and / or impedance change is measured and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow; and - in the collection phase to the third and fourth planar electrode ( 15 . 16 ) or to the third and fourth interdigital electrodes ( 15 . 16 ) is applied to increase the range of the electric field, a collection voltage. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensorelement nach Anspruch 4 – in der Messphase an dem ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) und dem zweiten Interdigitalelektrodensystem (15, 16) jeweils eine Messspannung angelegt wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in der Sammelphase an die erste Interdigitalelektrode (12) des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) und eine Interdigitalelektrode (15; 16) des zweiten Interdigitalelektrodensystems (15, 16) eine Sammelspannung angelegt wird und/oder an die zweite Interdigitalelektrode (13) des ersten Interdigitalelektrodensystem (12, 13) und die verbleibende Interdigitalelektrode (15; 16) des zweiten Interdigitalelektrodensystems (15, 16) eine Sammelspannung angelegt wird.A method according to claim 8, characterized gekenn characterized in that in a sensor element according to claim 4 - in the measuring phase on the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) and the second interdigital electrode system ( 15 . 16 ) in each case a measuring voltage is applied, wherein the caused by accumulated particles current, voltage, resistance and / or impedance change is measured and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow; and - in the collection phase to the first interdigital electrode ( 12 ) of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) and an interdigital electrode ( 15 ; 16 ) of the second interdigital electrode system ( 15 . 16 ) a collecting voltage is applied and / or to the second interdigital electrode ( 13 ) of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) and the remaining interdigital electrode ( 15 ; 16 ) of the second interdigital electrode system ( 15 . 16 ) a collection voltage is applied. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Sensorelement nach Anspruch 5 – in der Messphase an die Interdigitalelektroden (12, 13, 15, 16) eine Messspannung derart angelegt wird, dass das Potential von einem Elektrodenarm zu einem benachbarten Elektrodenarm alterniert, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird; und – in der Sammelphase an die Interdigitalelektroden (12, 13, 15, 16) eine Sammelspannung derart angelegt wird, dass die erste und zweite Interdigitalelektrode des ersten Interdigitalelektrodensystems (12, 13) eine erste Elektrodengruppe (12, 13) und die dritte und vierte Interdigitalelektrode des zweiten Interdigitalelektrodensystems (15, 16) eine zweite Elektrodengruppe (15, 16) bilden, wobei die erste Elektrodengruppen ein anderes Potential als die zweite Elektrodengruppe aufweist.A method according to claim 8, characterized in that in a sensor element according to claim 5 - in the measuring phase to the interdigital electrodes ( 12 . 13 . 15 . 16 ) is applied a measuring voltage such that the potential of an electrode arm to an adjacent Elektrodenarm alternates, wherein the induced by particles accumulated current, voltage, resistance and / or impedance change measured and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow becomes; and - in the collection phase to the interdigital electrodes ( 12 . 13 . 15 . 16 ) a collecting voltage is applied such that the first and second interdigital electrodes of the first interdigital electrode system ( 12 . 13 ) a first electrode group ( 12 . 13 ) and the third and fourth interdigital electrodes of the second interdigital electrode system ( 15 . 16 ) a second electrode group ( 15 . 16 ), wherein the first electrode groups have a different potential than the second electrode group. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelspannung eine gepulste Spannung ist.Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that the collection voltage is a pulsed voltage is. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelspannung höher als die Messspannung ist.Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that the collection voltage is higher than the measuring voltage is. Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem Sensorelement nach Anspruch 6, indem an die erste Interdigitalelektrode (12) und an die dritte Interdigitalelektrode (15), welche die äußeren Interdigitalelektroden darstellen, jeweils eine Spannung, insbesondere gleichen Betrages, jedoch unterschiedlicher Polarität angelegt wird und die zweite, mittige Interdigitalelektrode (13) geerdet wird, wobei die durch angelagerte Teilchen hervorgerufene Strom-, Spannungs-, Widerstands- und/oder Impedanzänderung zwischen den äußeren Interdigitalelektroden (12, 15) und der mittigen Interdigitalelektrode (13) gemessen und als Maß für die Teilchenkonzentration und/oder den Teilchenmassestrom ausgegeben wird.Method for detecting particles in a gas stream with a sensor element according to claim 6, by applying to the first interdigital electrode ( 12 ) and to the third interdigital electrode ( 15 ), which represent the outer interdigital electrodes, in each case a voltage, in particular the same amount, but of different polarity is applied and the second, central interdigital electrode ( 13 ), wherein the changes in current, voltage, resistance and / or impedance caused by accumulated particles between the outer interdigital electrodes ( 12 . 15 ) and the central interdigital electrode ( 13 ) and output as a measure of the particle concentration and / or the particle mass flow. Verwendung eines Sensorelementes (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 15 in einem Werkstattmessgerät zur Abgasuntersuchung oder in einem Messgerät zur Kontrolle der Luftqualität oder zur Überwachung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, oder einer Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Ölheizung, oder zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters und/oder des Beladungszustandes eines Partikelfilters oder zur Überwachung von chemischen Herstellungsprozessen, Abluftanlagen und/oder Abluftnachbehandlungsanlagen.Use of a sensor element ( 11 ) according to one of claims 1 to 8 and / or a method according to any one of claims 9 to 15 in a workshop measuring device for exhaust gas examination or in a measuring device for controlling the air quality or for monitoring the operation of an internal combustion engine, for example a diesel engine, or an incinerator, for example an oil heater, or for monitoring the functionality of a particulate filter and / or the loading state of a particulate filter or for monitoring of chemical manufacturing processes, exhaust air systems and / or exhaust aftertreatment systems.
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