DE102007046097B4

DE102007046097B4 - Verfahren zur Eigendiagnose eines Sensorelements zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom

Info

Publication number: DE102007046097B4
Application number: DE102007046097.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Bartscherer; Benjamin Gaertner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2027-09-27
Also published as: DE102007046097A1

Abstract

Verfahren zur Eigendiagnose eines Sensorelementes, wobei das Sensorelement folgendes umfasst:- ein Interdigitalelektrodensystem (2) mit mindestens zwei Interdigitalelektroden (3, 4).- mindestens zwei Zuleitungen (10, 11) zur elektrischen Kontaktierung der Interdigitalelektroden (3, 4) und- mindestens ein halbleitendes Material und/oder mindestens ein gering leitfähiges Material (5a, 5b, 5c, 5d) wobei- mindestens jeweils ein Elektrodenarm (6) der ersten Interdigitalelektrode (3) mit jeweils einem Elektrodenarm (7) der zweiten Interdigitalelektrode (4): oder- mindestens ein Elektrodenarm (6, 7) einer Interdigitalelektrode (3, 4) mit einem Prüfelement (13); über das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend verbindbar ist und/oder über das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) leitend verbunden ist, undwobei das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) den/die Elektrodenarm/e (6, 7) in einem Bereich von 0 < bis < 100 % der Elektrodenarmlänge (L, L, L) des jeweiligen Elektrodenarms (6, 7) kontaktiert;und wobei folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind:- an die über das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend verbundenen Interdigitalelektroden (3, 4) oder an die über das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) mit dem Prüfelement (13) elektrisch leitend verbundene/n Interdigitalelektrode/n (3, 4) wird eine Spannung angelegt, und/oder- an die über das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend verbindbaren Interdigitalelektroden (3, 4) oder an die über das halbleitende Material (5a, 5b, 5c. 5d) mit dem Prüfelement (13) elektrisch leitend verbindbare/n Interdigitalelektrode/n (3, 4) wird eine Spannung angelegt, wobei eine Temperatur eingestellt wird, und/oder an das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) wird eine Spannung angelegt, bei deren Höhe, Frequenz und/oder Polarität mindestens ein halbleitendes Material (5a. 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend ist; und- der resultierende Stromfluss und/oder Spannungsabfall wird gemessen und ausgewertet; und- das resultierende Ergebnis wird als Maß für die Funktion des Sensorelementes (1) und/oder Sensors ausgegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eigendiagnose eines Sensorelements zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom
Stand der Technik
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.
Eine Möglichkeit hierzu bieten aus dem Stand der Technik bekannte resistive Teilchensensoren, insbesondere resistive Partikelsensoren. Resistive Teilchensensoren ziehen zur Detektion des Teilchenausstoßes eine durch Teilchenanlagerung hervorgerufene Widerstandsänderung eines Elektrodensystems mit zwei oder mehr kammartig ineinander greifenden Elektroden (interdigitales Elektrodensystem) heran. Aufgrund ihrer Funktionsweise ordnen sich resistive Teilchensensoren bei den sammelnden Prinzipien ein. Derartige Sensoren werden von der DE 101 493 33 A1 , der DE 101 17 819 A1 sowie der WO 2003/006976 A2 beschrieben.
Derzeit sind resistive Teilchensensoren, insbesondere Partikelsensoren, für leitfähige Teilchen bekannt, bei denen zwei oder mehrere metallische, kammartig ineinander greifende Elektroden (Interdigitalelektroden) ausgebildet sind, wobei die sich unter Einwirkung einer elektrischen Messspannung anlagernden Teilchen, insbesondere Rußpartikel, die Elektroden kurzschließen und so mit steigender Teilchenkonzentration auf der Sensorfläche 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 werden kann. Zur Regeneration des Sensors nach der Teilchenanlagerung muss der Sensor mit Hilfe einer integrierten Heizvorrichtung freigebrannt werden.
Da bei einem Einsatz zur „on board diagnosis“ der Sensor bezüglich eines Partikelfilter stromabwärts des Abgasstroms angeordnet ist, sollten sich bei einem voll funktionsfähigen Filter an der Stelle, an der der Sensor angeordnet ist, keine Teilchen, insbesondere Rußpartikel. mehr im Abgas befinden, die ein Sensorsignal liefern könnten. Dass kein Signal von dem Sensor geliefert wird kann allerdings auch bedeuten, dass der Sensor defekt ist und somit ein gegebenenfalls ebenfalls defekter Filter nicht als defekt erkannt wird.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Ein Sensorelement mit Eigendiagnosefunktion zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend ein Interdigitalelektrodensystem mit mindestens zwei Interdigitalelektroden und mindestens ein halbleitendes Material und/oder mindestens ein gering leitfähiges Material dadurch gekennzeichnet, dass mindestens jeweils ein Elektrodenarm einer ersten Interdigitalelektrode mit jeweils einem Elektrodenarm einer zweiten Interdigitalelektrode; oder mindestens ein Elektrodenarm einer Interdigitalelektrode mit einem Prüfelement; über das halbleitende Material elektrisch leitend verbindbar ist und/oder über das gering leitfähige Material leitend verbunden ist, wobei das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material den/die Elektrodenarm/e in einem Bereich von 0 < bis < 100 % der Elektrodenarmlänge des jeweiligen Elektrodenarms kontaktiert, hat den Vorteil, dass neben einer Detektion von Teilchen in einem Gasstrom auch eine Diagnose der Messelektroden des Sensors (Eigendiagnose) durchgeführt werden kann. Durch eine derartige Eigendiagnose des Sensors ist es möglich, defekte Sensoren, deren Elektroden, Zuleitungen oder Kontakte während der Fertigung oder über die Lebensdauer des Sensors leicht verletzt oder geschädigt wurden, zu erkennen und durch entsprechende Korrektur des gemessenen Teilchensignals den Fehler auszugleichen oder den Fahrer/Betreiber des Fahrzeugs/Anlage bei einem Totalausfall des Sensors davon in Kenntnis zu setzen. Darüber hinaus weist ein solches Sensorelement/ ein solcher Sensor den Vorteil auf, dass die Funktion des Sensorelements/Sensors bei der Endkontrolle vor der Auslieferung an den Kunden rußfrei überprüft werden kann und somit gesundheitsschädlicher Ruß in den Endkontrollanlagen vermieden werden kann. Ein solches Sensorelement/ ein solcher Sensor/ ein solches Verfahren dient daher vorteilhafterweise der Qualitätsprüfung und -sicherstellung. Ein solches Sensorelement/ ein solcher Sensor lässt sich darüber hinaus vorteilhafterweise einfach und kostengünstig mittels Siebdruckverfahren herstellen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen zu entnehmen.
Figurenliste
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.
Es zeigen

1 eine schematische Draufsicht auf ein Sensorelement mit einer Leiterbahn aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material;
2 eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement mit einem Prüfungselement und einer Leiterbahn aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material;
3a eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement mit einem Interdigitalelektrodensystem, dessen Interdigitalelektroden über eine Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material verbunden sind;
3b eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement mit einem Interdigitalelektrodensystem, dessen Elektrodenarme paarweise über eine Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material verbunden sind:
3c eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement mit einem Interdigitalelektrodensystem, dessen Interdigitalelektroden über eine Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material mit einem Gradienten verbunden sind;
3d ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform des Sensorelementes aus 3a oder 3c;
3e ein schematischer Querschnitt einer weiteren Ausführungsform des Sensorelementes aus 3a oder 3c;
4a eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement mit einem Interdigitalelektrodensystem, dessen Elektrodenarme über ein halbleitendes und/oder gering leitfähiges Material und eine elektrisch leitende Schicht verbunden sind;
4b eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement mit einem Interdigitalelektrodensystem, dessen Elektrodenarme über ein halbleitendes und/oder gering leitfähiges Material und zwei elektrisch leitende Streifen verbunden sind;
4c ein schematischer Querschnitt einer Ausführungsform eines Sensorelementes aus 4a oder 4b;
4d ein schematischer Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Sensorelementes aus 4a oder 4b.

Beschreibung der Abbildung
1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Sensorelementes 1 mit einem Interdigitalelektrodensystem 2, das auf einem, insbesondere nicht elektrisch leitendem, Substrat 12 angeordnet ist. Das Interdigitalelektrodensystem 2 weist eine erste 3 und eine zweite 4 Interdigitalelektrode (Kammelektrode) auf. Dabei umfasst die erste Interdigitalelektrode 3 mehrere Elektrodenarme 6 sowie einen Elektrodenkammrücken 8, der die Elektrodenarme 6, insbesondere elektrisch leitend, verbindet. Entsprechend umfasst die zweite Interdigitalelektrode 4 mehrere Elektrodenarme 7 sowie einen Elektrodenkammrücken 9, der die Elektrodenarme 7, insbesondere elektrisch leitend, verbindet. Wie 1 zeigt, greifen die Interdigitalelektroden derart ineinander, dass jeweils zu unterschiedlichen Interdigitalelektroden 3, 4 zugehörige Elektrodenarme 6, 7 benachbart sind. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Elektrodenarmen 6, 7 äquidistant. I zeigt, dass die erste Interdigitalelektrode 3 über eine Zuleitung 10 und die zweite Interdigitalelektrode über eine Zuleitung 11 an eine nicht dargestellte Spannungs/Stromversorgungs- und/oder Messvorrichtung angeschlossen.
1 zeigt, dass eine Leiterbahn aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5a einen Elektrodenarm 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 mit einem, insbesondere benachbarten, Elektrodenarm 7 der zweiten Interdigitalelektrode 4 verbindet. Wie 1 zeigt. erfolgt die Verbindung des Elektrodenarms 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 mit dem Elektrodenarm 7 der zweiten Interdigitalelektrode 4 dabei nicht über die volle Elektrodenarmlänge L₁ , L₂ der Elektrodenarme 6, 7, sondern in einem Bereich von 0 < bis < 100 %, beispielsweise von 0 < bis ≤ 90 % oder von 0 < bis ≤ 50 %, insbesondere von 0 < bis ≤ 10 %, der Länge L₁ , L₂ des jeweiligen Elektrodenarms 6, 7. Vorzugsweise verbindet/kontaktiert die Leiterbahn aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5a die Elektrodenarme 6 und 7 der ersten 3 und zweiten 4 Interdigitalelektrode jeweils an deren Elektrodenarmenden E. Dabei wird im Sinn der vorliegenden Erfindung unter dem Elektrodenarmende E das dem Elektrodenkammrücken 8, 9 abgewandte Ende eines Elektrodenarms 6, 7 verstanden. Wie 1a zeigt kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung mindestens eine Zuleitung 11 einer Interdigitalelektrode 4 derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass ein Bereich Lz dieser Zuleitung 11 zur Signalbildung, insbesondere durch Teilchenanlagerung zwischen dem Bereich L_z der Zuleitung 11 der einen Interdigitalelektrode 4 und einem, insbesondere benachbarten, Elektrodenarm 6 der anderen Interdigitalelektrode 3. beiträgt und als Elektrodenarm im Sinn der vorliegenden Erfindung dient.
Eine Verbindung über ein halbleitendes und/oder gering leitfähiges Material 5a beeinflusst das Verhalten der Interdigitalelektroden 3, 4 bei der Detektion von Teilchen nicht bzw. wenig, da das halbleitende Material 5a unter den Messbedingungen nicht elektrisch leitend ist und/oder durch das gering leitfähige Material 5a nur ein geringer Grundstrom hervorgerufen wird, der in seiner Stärke das Signal bei der Detektion von Teilchen nicht stark beeinflusst.
Sobald die Bedingungen, wie eine bestimmte Temperatur und/oder Höhe, Frequenz und/oder Polarität einer an das halbleitende Material angelegten Spannung eintreten, wird das zuvor nicht-leitende halbleitende Material 5a elektrisch leitend. Die konstante und/oder gezielt einstellbare elektrische Verbindung ermöglicht es, durch Anlegen einer Spannung und Messen des resultierenden Stromflusses/Spannungsabfalls, ein elektrisches Signal zwischen den zwei Interdigitalelektroden 3, 4 durch Vergleich mit zuvor kalibrierten und/oder gemessenen Werten auszuwerten und als Maß für die Funktionsfähigkeit/Güte des Interdigitalelektrodensystems 2 auszugeben.
2 ist eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement 1. 2 unterscheidet sich dadurch von 1, dass das Sensorelement 1 zusätzlich ein Prüfelement 13 aufweist und die Leiterbahn aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5a nicht zwei Elektrodenarme 6, 7 miteinander, sondern einen Elektrodenarm 6 mit dem Prüfungselement 13 verbindet/kontaktiert. Analog zu dem im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Prinzip, kann eine konstante elektrisch leitende Verbindung oder eine durch das gezielte Einstellen von äußeren Bedingungen, wie Temperatur, Spannungshöhe, Spannungsfrequenz und/oder Spannungs/Strompolarität, elektrisch leitende Verbindung zwischen einem Elektrodenarm 6 und dem Prüfelement 13 hergestellt werden sowie ein elektrisches Signal zwischen dem Elektrodenarm 6 und dem Prüfelement 13 gemessen, ausgewertet und als Maß für die Funktionsfähigkeit/Güte des Interdigitalelektrodensystems 2 ausgegeben werden. Im Gegensatz zu dem im Zusammenhang mit 1 erläuterten Aufbau, bei dem nur Daten über ein Elektrodenarmpaar erhalten werden können, kann bei der Verwendung eines Prüfelements 13 vorteilhafterweise eine gezielte Diagnose eines einzelnen Elektrodenarms 6, 7 durchgeführt werden. Die daraus resultierende Erkenntnis über die exakte Lage eines gegebenenfalls defekten Elektrodenarmes kann dazu genutzt werden, einen gegebenenfalls vorliegenden Defekt durch eine genauere Kompensation (etwa durch eine angepasste Kompensationsfunktion oder eine angepasste Beschaltung des Interdigitalelektrodensystems zu korrigieren und den Sensor trotz des Defektes weiter betreiben zu können.
3a ist eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement 1. 3a unterscheidet sich dadurch von 1, dass die Interdigitalelektroden 3, 4 des Interdigitalelektrodensystems 2 (und deren Elektrodenarme 6, 7) über eine Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b elektrisch leitend verbindbar oder verbunden sind. Wie 3a zeigt. kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch der als Elektrodenarm dienende Bereich L_Z der Zuleitung 11 der einen Interdigitalelektrode 4 über das halbleitende und/oder gering leitfähige Material mit einem Elektrodenarm 6 der anderen Interdigitalelektrode 3, oder wie im Folgenden erläutert mit einem Prüfelement 13, verbunden sein. Vorzugsweise kontaktiert das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material den als Elektrodenarm dienenden Bereich Lz der Zuleitung 11 dabei in einem vom Kammrücken 9 der Interdigitalelektrode 4 abgewandten Teilbereich, beispielsweise an einer Kontaktstelle K.
Diese Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b kann über, unter und/oder zwischen, beispielsweise unter oder über und zwischen, den Interdigitalelektroden 6, 7 angeordnet sein. Wie 3a zeigt, erstreckt sich die Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b im Wesentlichen über den Bereich der Elektrodenarme 6, 7 der Interdigitalelektroden 3, 4 und den als Elektrodenarm dienende Bereich L_Z der Zuleitung 11. Dass das das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material 5b den/die Elektrodenarm/e 6, 7 in einem Bereich von 0 < bis < 100 %, beispielsweise von 0,001 ≤ bis ≤ 90 % oder von 0,01 ≤ bis ≤ 50 % oder von 0,05 ≤ bis ≤ 10 %, insbesondere von 0.1 ≤ bis ≤ 7 %, der Elektrodenarmlänge L₁ , L₂ , L_Z des jeweiligen Elektrodenarms 6, 7 kontaktiert, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung dadurch gewährleistet werden, dass die Elektrodenarme 6, 7 durch eine oder mehrere isolierende Schichten 14 teilweise von dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b getrennt/elektrisch isoliert werden. Insbesondere zeigt 3a, dass die isolierende Schicht 14 derart angeordnet und/oder ausgebildet ist, dass nur die Enden E der Elektrodenarme 6, 7 bzw. der vom Kammrücken 9 der Interdigitalelektrode 4 abgewandten Teilbereich, beispielsweise die Kontaktstelle K, des als Elektrodenarm dienenden Bereichs L_Z der Zuleitung 11, die Schicht aus dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b kontaktieren. Die isolierende Schicht/en 14 können dabei um, zwischen, über und/oder unter dem zu trennenden/isolierenden Bereich eines Elektrodenarms 6, 7 bzw. des als Elektrodenarm dienenden Bereichs Lz einer Zuleitung 11, ausgebildet und/oder angeordnet sein. Eine Isolation eines großen, dem Kammrücken 8, 9 der jeweiligen Interdigitalelektrode 3, 4 zugewandten Bereichs der Elektrodenarme 6, 7 bzw. des als Elektrodenarm dienenden Bereichs L_Z einer Zuleitung 11 ist vorteilhaft, um eine genaue Prüfung über die gesamte Länge der Elektrodenarme 6, 7 zu ermöglichen.
3b ist eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement 1. 3b unterscheidet sich dadurch von 3a, dass das halbleitende und/oder gering leitfähige Material 5b derart unter, über und/oder zwischen den Elektrodenarmen 6, 7 der Interdigitalelektroden 3, 4 angeordnet ist, dass jeweils zwei benachbarte Elektrodenarme 6, 7, die zu unterschiedlichen Interdigitalelektroden 3, 4 gehören, ein Elektrodenarm-Paar 15, 15', 15" bilden, welches über eine Schicht aus einem halbleitende und/oder gering leitfähigen Material 5b, 5b', 5b" elektrisch leitenden verbunden werden kann oder gering leitfähig verbunden ist. Wie 3b zeigt, ist der n-te Elektrodenarm 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 mit dem n-ten Elektrodenarm 7 der zweiten Interdigitalelektrode 4 über eine Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b verbunden, wohingegen zwischen dem n-ten Elektrodenarm 7 der zweiten Interdigitalelektrode 4 und dem (n+1)-ten Elektrodenarm 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 keine Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b vorliegt, und so weiter. Die einzelnen Elektrodenarm-Paare 15, 15', 15" werden daher untereinander nicht durch das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material elektrisch leitend verbunden. Die Widerstände der Elektrodenarm-Paare 15, 15', 15" können daher als parallel geschaltete Widerstände betrachtet werden.
Wenn für jedes Elektrodenarm-Paar 15, 15', 15" ein halbleitendes und/oder gering leitfähiges Material 5b, 5b', 5b" mit einem anderen Widerstand eingesetzt wird, kann durch einen derartigen Aufbau die exakte Lage eines defekten Elektrodenarmpaares 15 ermittelt werden. Dies liegt darin begründet, dass die Widerstände der einzelnen Elektrodenarm-Paare 15, 15', 15", entsprechend der Formel: $R_{g e s a m t} = \frac{R 1 \cdot R 2 \cdot R 3 \cdot \dots \cdot R n}{R 1 + R 2 + R 3 + \dots + R n},$
zueinander parallel geschaltet sind und bei einem defekten Elektrodenarm-Paar dessen Widerstand aus dem Gesamtwiderstand herausfallen würde. An der Änderung des Gesamtwiderstandes kann so auf das defekte Elektrodenarmpaar zurück geschlossen werden.
Anstelle des Einsatzes von gering leitfähigen Materialien 5b, 5b', 5b" mit unterschiedlichen Widerständen können auch halbleitende Materialien 5b, 5b', 5b" eingesetzte werden, die unter unterschiedlichen Bedingungen leitend werden. Beispielsweise zählen die Temperatur, die Höhe, Frequenz und Polarität einer an das halbleitende Material angelegten Spannung zu den Bedingungen, welche die elektrische Leitfähigkeit des halbleitenden Materials 5b, 5b', 5b" beeinflussen können. Beispielsweise wird das halbleitende Material 5b des ersten Elektrodenarmpaares 15 bei 500 °C, das halbleitende Material 5b' des zweiten Elektrodenpaares 15' bei 550 °C, und das halbleitende Material 5b" des dritten Elektrodenarmpaares 15" bei 600 °C elektrisch leitend. Zur Diagnose werden dann nacheinander die verschiedenen Bedingungen (wie die Temperatur) eingestellt. Liegt das gemessene Signal eines Elektrodenarm-Paares nicht im Sollbereich, ist ein Rückschluss auf das defekte Elektrodenarmpaar 15, 15', 15" möglich.
3c ist eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement 1. 3c unterscheidet sich dadurch von 3a, dass die Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5c einen Gradienten aufweist. Dieser Gradient kann beispielsweise ein Gradient in der Leitfähigkeit des halbleitenden und/oder gering leitfähigen Materials oder ein Gradienten in den Bedingungen, unter denen das halbleitende Material leitend wird. oder ein Gradient des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes des halbleitenden und/oder gering leitfähigen Materials sein. Der Gradient kann sich, wie in 3c gezeigt, in der Ebene der Schicht aus einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5c und im Wesentlichen senkrecht zu den Interdigitalelektrodenarmen 6, 7 erstrecken. Wie 3c zeigt steigt der Gradient vom letzten Elektrodenarm 7 der zweiten Interdigitalelektrode 4 zum ersten Elektrodenarm 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 hin an. Durch einen derartigen Gradienten ist es möglich, insbesondere durch gezieltes Einstellen der oben genannten Bedingungen, einzelne Bereiche der Interdigitalelektroden 3, 4, beispielsweise einzelne Elektrodenarme 6, 7. zu überprüfen.
3d ist ein schematischer Querschnitt eines Sensorelementes 1 gemäß 3a oder 3c im Bereich der dort eingezeichneten Linie A-A. Im Rahmen dieser Ausführungsform ist die Schicht aus dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b/c unter dem Interdigitalelektrodensystem 2 sowie zwischen dem Interdigitalelektrodensystem 2 und dem Substrat 12 angeordnet. Wie in 3a und c gezeigt und durch 3d (und e) verdeutlicht. werde die Elektrodenarme 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 im Bereich der Linie A-A jeweils durch eine isolierende Schicht 14, welche sich zwischen den Elektrodenarmen 6 und dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b/c befindet, von dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b/c getrennt/elektrisch isoliert. Die Enden der Elektrodenarme 7 der zweiten Interdigitalelektrode 4 kontaktieren hingegen das halbleitende und/oder gering leitfähige Material 5b/c. Ein Querschnitt durch die Linie A-A in 3b ergibt einen ähnlichen Aufbau, der sich dadurch, dass die Schicht aus halbleitendem und/oder gering leitfähigen Material 5b, 5b', 5b" zwischen dem ersten, zweiten und dritten Elektrodenarm-Paar 15, 15', 15" unterbrochen ist von dem in 3d unterscheidet.
3e ist ebenfalls ein schematischer Querschnitt eines Sensorelementes 1 gemäß 3a oder 3c im Bereich der dort eingezeichneten Linie A-A. Im Gegensatz zu 3d ist in 3e die Schicht aus dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b/c über und zwischen den Interdigitalelektroden 3, 4 und -armen 6, 7 angeordnet (Überzug). Um die Elektrodenarme 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 in Analogie zu 3d von dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5b/c isolieren zu können, ist im Rahmen dieser Ausführungsform jeweils eine isolierende Schicht 14 oberhalb und an den Seiten eines Elektrodenarms 6 angeordnet. Das heißt, in diesem Bereich sind die Elektrodenarme 6 jeweils von dem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material durch das unter den Interdigitalelektrodensystem 2 angeordnete isolierende Substrat 12 und den Überzug mit der isolierenden Schicht 14 vollständig isoliert. Ein Querschnitt durch die Linie A-A in 3b ergibt einen ähnlichen Aufbau, der sich dadurch, dass die Schicht aus halbleitendem und/oder gering leitfähigem Material 5b, 5b', 5b" zwischen dem ersten, zweiten und dritten Elektrodenarm-Paar 15, 15', 15" unterbrochen ist von dem in 3e unterscheidet.
4a ist eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelement I. 4a unterscheidet sich von 1 bis 3e dadurch, dass das Sensorelement weiterhin eine elektrisch leitende Schicht 16a aufweist. Diese Schicht 16a kann über, unter und/oder zwischen, beispielsweise unter oder über und zwischen, den Interdigitalelektroden 6, 7 angeordnet sein. Wie 4a zeigt erstreckt sich die Schicht 16a im Wesentlichen über den Bereich der Elektrodenarme 6, 7 der Interdigitalelektroden 3, 4 und den als Elektrodenarm dienende Bereich L_Z der Zuleitung 11.
Wie 4a zeigt, werden im Rahmen dieser und der im Folgenden beschriebenen Ausführungsform die Elektrodenarme 6, 7 bzw. der als Elektrodenarm dienenden Bereichs L_Z der Zuleitung 11jeweils durch ein halbleitendes und/oder gering leitfähiges Material 5d und eine isolierende Schicht 14 von der elektrisch leitenden Schicht 16a getrennt. Das halbleitende und/oder gering leitfähige Material 5d ist dabei vorzugsweise an den Enden E der Elektrodenarme 6, 7 bzw. am vom Kammrücken 9 der Interdigitalelektrode 4 abgewandten Teilbereich, beispielsweise an der Kontaktstelle K, des als Elektrodenarm dienenden Bereichs Lz der Zuleitung 11 angeordnet. Der verbleibende, insbesondere den Kammrücken 8, 9 der Interdigitalelektroden 3, 4 zugewandte Bereich der Elektrodenarme bzw. des als Elektrodenarm dienenden Bereichs L_Z der Zuleitung 11 wird beispielsweise jeweils durch eine isolierende Schicht 14 von der elektrisch leitenden Schicht 16a getrennt. Vorzugsweise werden an den Elektrodenarmenden E und an dem vom Kammrücken 9 der Interdigitalelektrode 4 abgewandten Teilbereich, beispielsweise an der Kontaktstelle K, des als Elektrodenarm dienenden Bereichs Lz der Zuleitung 11 unterschiedliche halbleitende und/oder gering leitfähige Materialien 5d verwendet (durch unterschiedliche Schraffierungen dargestellt), sodass die halbleitenden und/oder gering leitfähigen Materialien 5d an den Elektrodenarmen 6, 7 jeweils unter unterschiedlichen Bedingungen elektrisch leitfähig werden oder über unterschiedliche Widerstände verfügen.
Es kann sowohl vorgesehen sein, dass jedes halbleitende und/oder gering leitfähige Material 5d einen anderen elektrischen Widerstand aufweist oder unter unterschiedlichen, zuvor erläuterten, Bedingungen leitend wird (Alternative 1); als auch dass jeweils zwei halbleitende und/oder gering leitfähige Materialien 5d von zwei Elektrodenarmen 6, 7 unterschiedlicher Interdigitalelektroden 3, 4 einen Elektrodenarm-Paar bilden und den gleichen elektrischen Widerstand aufweisen oder unter der gleichen Bedingung elektrisch leitend werden (Alternative 2).
Bei einem Sensorelement 1 nach Alternative 1 verfügt das Sensorelement 1 (wie dargestellt) über ein Prüfelement 13. Dies hat den Vorteil, dass jeder Elektrodenarm einzeln überprüft werden kann. Bei einem Sensorelement 1 nach Alternative 2 (nicht dargestellt), kann auf das Prüfelement 13 verzichtete werden, wobei dann, wie bereits erläutert nur Informationen über das Elektrodenarmpaar, und nicht über einen einzelnen Elektrodenarm, erhalten werden können. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch ein Sensorelement 1 nach Alternative 2 ein Prüfelement 13 aufweisen, welches es vorteilhafterweise - unter einer geeigneten Beschaltung des Prüfelements 13 und der Interdigitalelektroden 3, 4 - wie bei der Alternative I ermöglicht jeden Elektrodenarm 6, 7 einzeln zu prüfen.
4b ist eine schematische Draufsicht auf ein weiteres Sensorelementes 1. 4b unterscheidet sich von 4a dadurch, dass das Sensorelement 1 anstelle einer elektrisch leitenden Schicht 16a zwei elektrisch leitenden Streifen 16b aufweist, welche jeweils die Enden der Elektrodenarme 6 (7) einer Interdigitalelektrode 3 (4) kontaktieren. Vorteilhafterweise können durch einen derartigen Aufbau die Materialkosten, der verwendeten leitenden Materialien gesenkt werden.
4c ist ein schematischer Querschnitt eines Sensorelementes gemäß 4a oder 4b im Bereich der dort eingezeichneten Linie B-B. Im Rahmen dieser Ausführungsform ist die elektrisch leitende Schicht 16a bzw. der elektrisch leitende Streifen 16b unter dem Interdigitalelektrodensystem 2 sowie zwischen dem Interdigitalelektrodensystem 2 und dem Substrat 12 angeordnet. Wie in 4a und b gezeigt und durch 4c (und d) verdeutlicht. werde die Elektrodenarme 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 im Bereich der Linie A-A jeweils durch eine isolierende Schicht 14, welche sich zwischen den Elektrodenarmen 6 und der elektrisch leitenden Schicht 16a bzw. dem elektrisch leitenden Streifen 16b befindet, von der elektrisch leitenden Schicht 16a bzw. dem elektrisch leitenden Streifen 16b elektrisch isoliert. Die Elektrodenarme 7 der zweiten Interdigitalelektrode 4 sind hingegen im Bereich der Linie A-A über das halbleitende und/oder gering leitfähige Material 5d, welches sich zwischen den Elektrodenarmen 7 und der elektrisch leitenden Schicht 16a bzw. dem elektrisch leitenden Streifen 16b befindet, mit der elektrisch leitenden Schicht 16a bzw. dem elektrisch leitenden Streifen 16b elektrisch leitend verbindbar oder verbunden.
4d ist ebenfalls ein schematischer Querschnitt eines Sensorelementes 1 gemäß 4a oder 4b im Bereich der dort eingezeichneten Linie B-B. Im Gegensatz zu 4c ist in 4d die elektrisch leitende Schicht 16a bzw. der elektrisch leitende Streifen 16b über und zwischen den Interdigitalelektroden 3, 4 und -armen 6, 7 angeordnet (Überzug). Um die Elektrodenarme 6 der ersten Interdigitalelektrode 3 in Analogie zu 4c von der elektrisch leitenden Schicht 16a bzw. von dem elektrisch leitenden Streifen 16b isolieren zu können, ist jeweils oberhalb und an den Seiten der Elektrodenarme 6 der einen Interdigitalelektrode 3 eine isolierende Schicht 14 und oberhalb und an den Seiten der Elektrodenarme 7 der anderen Interdigitalelektrode 4 ein halbleitendes und/oder gering leitfähiges Material 5d angeordnet. Das heißt die Elektrodenarme 6 sind jeweils mit einer isolierenden Schicht 14 und die Elektrodenarme 7 mit einem halbleitenden und/oder gering leitfähigen Material 5d überzogen. Auf der verbleibenden freien Seite sind die Elektrodenarme 6, 7 der elektrisch leitenden Schicht 16a bzw. von dem elektrisch leitenden Streifen 16b durch das unter dem Interdigitalelektrodensystem 2 angeordnete isolierende Substrat 12 isoliert.
Sensorelement mit Eigendiagnosefunktion zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend

- ein Interdigitalelektrodensystem mit mindestens zwei Interdigitalelektroden.
- mindestens zwei Zuleitungen zur elektrischen Kontaktierung der Interdigitalelektroden und
- mindestens ein halbleitendes Material und/oder mindestens ein gering leitfähiges Material

- mindestens jeweils ein Elektrodenarm einer ersten Interdigitalelektrode mit jeweils einem Elektrodenarm einer zweiten Interdigitalelektrode; oder
- mindestens ein Elektrodenarm einer Interdigitalelektrode mit einem Prüfelement;

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung dient das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material dazu einen Elektrodenarm einer ersten Interdigitalelektrode mit jeweils einem Elektrodenarm einer zweiten Interdigitalelektrode oder mindestens ein Elektrodenarm einer Interdigitalelektrode mit einem Prüfelement zur Überprüfung der Funktion des Sensors, beispielsweise zur Überprüfung der Unversehrtheit der Interdigitalelektroden, insbesondere der Elektrodenarme der Interdigitalelektroden zu verbinden. Ein Sensorelement hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da mit der Eigendiagnosefunktion Defekte wie abgetrennte Elektrodenarme oder defekte Leiterbahnen erkannt werden können.
Unter einem „gering leitfähigen Material“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Materialien verstanden, welche die Detektion von Teilchen nicht nachteilig beeinflussen. Beispielsweise weisen „gering leitfähige Materialien“ im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine spezifische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von ≥ 10^-8 S/m bis ≤ 10 S/m auf.
Im Sinn der vorliegenden Erfindung kann das Sensorelement sowohl eine Elektrodenarm-Elektrodenarm- oder Elektrodenarm-Prüfelement-Verbindung über ein halbleitendes und/oder gering leitfähiges Material als auch mindestens zwei, beispielsweise mindestens drei, Elektrodenarm-Elektrodenarm- und/oder Elektrodenarm-Prüfelement-Verbindungen über unterschiedliche halbleitende Materialien und/oder gering leitfähige Materialien aufweisen.
Unter einem halbleitenden Material wird im Sinn der vorliegenden Erfindung ein Material verstanden, welches nur unter bestimmten Bedingungen (Temperatur, Spannungshöhe-. Spannungsfrequenz und/oder Spannungs/Strompolarität) elektrisch leitend wird. Die Bedingungen bei denen das halbleitende Material elektrisch leitend wird, sollten vorzugsweise nicht mit den Betriebsbedingungen für die Teilchenmessung und -sammlung übereinstimmen, um die Sammlung und Messung der Teilchen nicht durch die zusätzliche Funktionalität negativ zu beeinflussen.
Im Sinn der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Prüfelement“ eine elektrische Leitung, beispielsweise eine Leiterbahn, verstanden, welche beispielsweise im Wesentlichen in der Ebene des Interdigitalelektrodensystems und von den Interdigitalelektroden beabstandet angeordnet ist.
Ein Sensorelement kann mehr als zwei Interdigitalelektroden und/oder zwei oder mehr Prüfelemente aufweisen. Vorzugsweise weist ein Sensorelement ein Prüfelement auf. Die Verwendung eines oder mehrerer Prüfelemente hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da hierdurch eine Diagnose einzelner Elektrodenarme, anstelle einer Diagnose einer Kombination aus zwei Elektrodenarmen, möglich ist.
Das Prüfelement ist beispielsweise aus einem elektrisch leitenden und hochtemperaturstabilen Material ausgebildet. Unter einem „elektrisch leitenden Material“ wird im Sinn der vorliegenden Erfindung ein Material mit einer spezifischen Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von ≥ 10⁴ S/m, beispielsweise von ≥ 10⁵ S/m, insbesondere von ≥ 10⁶ S/m, verstanden. Unter einem „hochtemperaturstabilen Material“ wird erfindungsgemäß ein Material verstanden, das beispielsweise bis zu einer Temperatur von etwa 1000 °C keine der für den erfindungsgemäßen Zweck notwendigen Eigenschaften verliert. Beispielsweise kann das Prüfelement ein 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, umfassen. Vorzugsweise umfasst das Prüfelement Platin. Im Rahmen einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Prüfelement um ein schmales Band mit einer Länge in einem Bereich von ≥ 30 mm bis ≤ 70 mm, beispielsweise von ≥ 35 mm bis ≤ 60 mm, insbesondere von ≥ 40 mm bis ≤ 50 mm und einer Breite in einem Bereich von ≥ 50 µm bis ≤ 2000 µm, beispielsweise von ≥ 60 µm bis ≤ 500 µm, insbesondere von ≥ 70 µm bis ≤ 210 µm und einer Dicke in einem Bereich von ≥ 5 bis ≤ 100 µm, beispielsweise von ≥ 10 bis ≤ 60 µm, insbesondere von ≥ 15 bis ≤ 50 µm.
Unter dem Begriff „Teilchen“ werden im Sinn der vorliegenden Erfindung feste und/oder flüssige leitfähige Teilchen, beispielsweise leitfähige Partikel und/oder Tröpfchen, insbesondere Rußpartikel, das heißt halbleitender Kohlenstoff, verstanden.
Das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material kann den/die Elektrodenarm/e in einem Bereich von 0,001 ≤ bis ≤ 90 % oder von 0,01 ≤ bis ≤ 50 %, beispielsweise von 0,05 ≤ bis ≤ 10 %, insbesondere von 0,1 ≤ bis ≤ 7 %, der Elektrodenarmlänge des jeweiligen Elektrodenarms kontaktieren.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann mindestens eine Zuleitung einer Interdigitalelektrode derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass ein Bereich der Zuleitung zur Signalbildung, insbesondere durch Teilchenanlagerung zwischen dem Bereich der Zuleitung der einen Interdigitalelektrode und einem Elektrodenarm einer anderen Interdigitalelektrode, beiträgt und als Elektrodenarm dient. Vorteilhafterweise kontaktiert das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material den als Elektrodenarm dienenden Bereich der Zuleitung in einem vom Kammrücken der Interdigitalelektrode abgewandten Teilbereich, beispielsweise an einer Kontaktstelle K. Hierdurch wird eine Überprüfung der gesamten Länge des Elektrodenarms ermöglicht.
Beispielweise kann das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material in Form einer Leiterbahn; und/oder einer Schicht, welche über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem angeordneten ist; einer oder mehrere Schicht/en, welche unter und/oder über einem Teilbereich eines Elektrodenarmes oder jeweiliger Teilbereiche mehrerer Elektrodenarme und/oder einem Teilbereich des Prüfelementes angeordnet ist/sind und/oder welche einen Teilbereich eines Elektrodenarmes oder jeweilige Teilbereiche mehrerer Elektrodenarme und/oder einen Teilbereich des Prüfelementes überzieht/en; ausgebildet sein.
Wenn das das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material in Form einer Schicht ausgebildet ist, welche über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem angeordneten ist. wird eine Teilkontaktierung der Elektrodenarme durch ein oder mehrere, zwischen dieser Schicht und den Elektrodenarmen des Interdigitalelektrodensystems liegende, isolierende Elemente gewährleistet. Das heißt, wenn das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material in Form einer Schicht ausgebildet ist und es gewährleistet werden soll, dass das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material den/die Elektrodenarm/e in einem Bereich von 0 < bis < 100 % oder von 0,001 ≤ bis ≤ 90 % oder von 0,01 ≤ bis ≤ 50 %, beispielsweise von 0,05 ≤ bis ≤ 10 %, insbesondere von 0,1 ≤ bis ≤ 7 %, der Elektrodenarmlänge des jeweiligen Elektrodenarms kontaktiert, kann die verbleibende Elektrodenarmlänge des jeweiligen Elektrodenarms beispielsweise durch eine oder mehrere isolierende Schichten oder durch ein isolierendes Substrat elektrisch isoliert werden. Zweckmäßigerweise umfasst ein Sensorelement daher mindestens eine isolierende Schicht, die neben, um, unter und/oder über einem Teilbereich eines Elektrodenarmes angeordnet ist und/oder die einen Teilbereiche überzieht. Beispielsweise kann die isolierende Schicht aus Aluminiumoxid und/oder Glas ausgebildet sein.
Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung weist das in Form einer über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem angeordneten Schicht ausgebildete halbleitenden Material und/oder gering leitfähige Material

- einen Gradienten in der Leitfähigkeit, und/oder
- einen Gradienten in der Temperatur, der Spannungshöhe, der Spannungsfrequenz und/oder der Spannungs/Strompolarität bei der das halbleitende Material leitend wird. und/oder
- einen Gradienten des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes auf, der sich im Wesentlichen senkrecht zu den Interdigitalelektrodenarmen vom ersten Elektrodenarm der ersten Interdigitalelektrode zum letzten Elektrodenarm der zweiten Interdigitalelektrode hin erstreckt. Unter „im Wesentlichen senkrecht“ wird dabei im Sinn der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der zwischen der Richtung des Gradienten und den Interdigitalelektrodenarmen eingeschlossene Winkel um bis zu etwa ± 10 ° von einem rechten Winkel abweichen kann. Einen Gradienten in der Leitfähigkeit, in der Temperatur, der Spannungshöhe, der Spannungsfrequenz und/oder der Spannungs/Strompolarität bei der das halbleitende Material leitend wird. bzw. des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes ermöglicht es durch eine Änderung der Beschaltung und/oder der Temperatur einzelne Elektrodenarme bzw. Elektrodenarm-Paare individuell zu diagnostizieren.

Die Ausbildung eines halbleitenden Materials und/oder eines gering leitfähigen Materials in Form einer Schicht hat sich gegenüber einer Ausbildung in Form einer Leiterbahn als vorteilhaft herausgestellt, da eine solche große Fläche besser herstellbar ist als viele kleine und exakt zu positionierende Einzelflächen in Form von Leiterbahnen.
Im Rahmen einer Ausführungsform der Erfindung weist das Sensorelement zwei oder mehr Elektrodenarm-Paare oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paare auf, die über zwei oder mehr halbleitende Materialien und/oder gering leitfähige Materialien elektrisch leitend verbindbar/verbunden sind, Dabei unterscheiden sich die halbleitenden Materialien derart in ihrer/ihren Komponente/n und/oder der Zusammensetzung ihrer Komponenten, dass die Elektroden-Paare oder Elektroden/Prüfelement-Paare bei einer unterschiedlichen Temperaturen, Spannungshöhen, Spannungsfrequenzen und/oder Spannungs/Strompolaritäten durch das halbleitende Material des jeweiligen Elektroden-Paares oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paares elektrisch leitend verbunden werden und/oder einen unterschiedlichen elektrischen Widerstandswert aufweisen. Entsprechend unterscheiden sich die gering leitfähigen Materialien derart in ihrer Leitfähigkeit, dass die Elektroden-Paare oder Elektroden/Prüfelement-Paare einen unterschiedlichen elektrischen Widerstandswert aufweisen. Dabei setzt sich ein Elektrodenarm-Paar erfindungsgemäß aus einem Elektrodenarm der ersten Interdigitalelektrode und einem Elektrodenarm der zweiten Interdigitalelektrode zusammen; und ein Elektrodenarm/Prüfelement-Paar setzt sich aus einem Elektrodenarm einer Interdigitalelektrode und dem Prüfelement zusammen. Dabei sind die Elektrodenarm-Paare bzw. Elektrodenarm/Prüfelement-Paare erfindungsgemäß untereinander nicht über ein halbleitendes Material und/oder ein gering leitfähiges Material elektrisch leitend verbindbar/verbunden.
Im Rahmen einer Ausgestaltung dieser Ausführungsform setzt sich ein Elektrodenarm-Paar aus benachbarten Elektrodenarmen der ersten und zweiten Interdigitalelektrode zusammen. Beispielsweise umfasst das Sensorelement zwei oder mehr, beispielsweise drei oder mehr, insbesondere vier oder mehr, Elektrodenarm-Paare oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paare auf. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung dieser Ausführungsform sind alle Elektrodenarmc über jeweils unterschiedliche halbleitende Materialien und/oder gering leitfähige Materialien entweder zu Elektrodenarmpaaren oder Elektrodenarm-Prüfelement-Paaren elektrisch leitend verbindbar/verbunden.
Vorzugsweise ist ein halbleitendes Material im Rahmen der vorliegenden Erfindung ab einer Temperatur von ≥ 400 °C, beispielsweise von ≥ 500 °C, insbesondere von ≥ 550 °C; und/oder ab einer an dem halbleitenden Material angelegten Spannungshöhe von ≥ I V, beispielsweise von ≥ 30 V, insbesondere von ≥ 50 V; und/oder ab einer Frequenz einer an dem halbleitenden Material angelegten Spannung von ≥ I s^-1, beispielsweise von ≥ 300 s^-1, insbesondere von ≥ 5000 s^-1; und/oder nur bei einer Polarität einer/s an dem halbleitenden Material angelegten Spannung/Stroms; elektrisch leitend. Beispielsweise weist ein halbleitendes Material ab einer Temperatur von ≥ 400 °C, beispielsweise von ≥ 500 °C, insbesondere von ≥ 550 °C; und/oder ab einer an dem halbleitenden Material angelegten Spannungshöhe von ≥ 1 V, beispielsweise von ≥ 30 V, insbesondere von ≥ 50 V; und/oder ab einer Frequenz einer an dem halbleitenden Material angelegten Spannung von ≥ 1 s^-1, beispielsweise von ≥ 300 s^-1, insbesondere von ≥ 5000 s^-1, und/oder nur bei einer Polarität einer/s an dem halbleitenden Material angelegten Spannung/Stroms; eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von ≥ 10^-5 S/m, beispielsweise von ≥ 10^-3 S/m, insbesondere von ≥ 0,1 S/m auf.
Beispielsweise umfasst ein halbleitendes Material ein Delafosit, beispielsweise CuAlO₂, Siliciumcarbid, nitridgebundenes Siliciumcarbid, nitridgebundenes Siliciumaluminiumcarbid. dotiertes oder undotiertes Rutheniumoxid, dotiertes oder undotiertes Indiumoxid, dotiertes Zirkoniumoxid, dotiertes Aluminiumoxid, dotiertes und/oder undotiertes Zinkoxid. insbesondere undotiertes Rutheniumdioxid, zinndotiertes Indiumoxid, yttrium-dotiertes Zirkoniumdioxid, eisen-, mangan-, und/oder magnesium-dotiertes Aluminiumoxid und/oder Zinkoxid.
Das gering leitfähige Material weist im Rahmen der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine spezifische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von ≥ 10^-8 S/m bis ≤ 10² S/m auf.
Beispielsweise umfasst das gering leitfähige Material ein Matrixmaterial beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe umfassend Aluminiumoxid und/oder Glas dessen Leitfähigkeit, beispielsweise durch den Einbau von elementarem Platin, Rutheniumdioxid, Eisenoxid, Manganoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Calciumoxid und/oder Magnesium, gezielt eingestellt wird.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist mindestens jeweils ein Elektrodenarm der ersten Interdigitalelektrode mit jeweils einem Elektrodenarm der zweiten Interdigitalelektrode; oder mindestens ein Elektrodenarm einer Interdigitalelektrode mit einem Prüfelement; über ein halbleitendes Material und über ein elektrisch leitendes Material leitend verbindbar, wobei das elektrisch leitende Material als solches keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Interdigitalelektroden, oder einer oder beiden Interdigitalelektrode/n und dem Prüfelement herstellt.
Vorzugsweise weist das elektrisch leitende Material eine spezifische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur von ≥ 10⁴ S/m, beispielsweise von ≥ 10⁵ S/m, insbesondere von ≥ 10⁶ S/m auf. Beispielsweise kann das elektrisch leitende Material ein Metall, wie Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium oder Rhodium, oder eine Metalllegierung, insbesondere eine Metalllegierung umfassend Platin, Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Cobalt, Nickel, Palladium, Ruthenium, Iridium und/oder Rhodium, oder eine elektrisch leitende Keramik, umfassen.
Beispielsweise ist das elektrisch leitende Material in Form einer Leiterbahn: und/oder einer Schicht, welche über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem angeordneten ist; und/oder eines oder mehrerer Streifen/s, der/die über, unter und/oder zwischen den Interdigitalelektroden angeordneten ist/sind, ausgebildet ist.
Das elektrisch leitende Material kann in Form einer über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem angeordneten Schicht oder in Form von zwei, jeweils über, unter und/oder zwischen den Elektrodenarmenden einer Interdigitalelektroden angeordneten Streifen ausgebildet sein, wobei die Elektrodenarme über mindestens eine isolierende Schichte und über jeweils an den Elektrodenarmenden angeordnete unterschiedliche halbleitende Materialien von der elektrisch leitenden Schicht oder den elektrisch leitenden Streifen getrennt sind, wobei die halbleitenden Materialien derart ausgewählt und angeordnet werden, dass jedes halbleitende Material an jedem Elektrodenarmende bei einer anderen Temperatur und/oder daran angelegter Spannungshöhe, Spannungsfrequenz und/oder der Spannungs/Strompolarität, elektrisch leitend wird und der jeweilige Elektrodenarm über das jeweilige halbleitende Material und die elektrisch leitenden Schicht oder den jeweiligen elektrisch leitenden Streifen mit einem Prüfelement elektrisch leitend verbunden wird: oder jeweils zwei halbleitende Materialien an zwei Elektrodenarmenden unterschiedlicher Interdigitalelektroden bei der gleichen, jedoch einer von den halbleitenden Materialien der anderen Elektrodenarme unterschiedlichen, Temperatur und/oder daran angelegter Spannungshöhe, Spannungsfrequenz und/oder der Spannungs/Strompolarität, elektrisch leitend werden und die jeweiligen Elektrodenarme über das jeweilige halbleitende Material und die elektrisch leitenden Schicht miteinander und/oder mit einem Prüfelement elektrisch leitend verbunden werden.
Unterscheiden sich die charakteristischen Eigenschaften für jeden Elektrodenarm einer Interdigitalelektrode, so kann gezielt jeder einzelne Elektrodenarm auf seine Funktion geprüft werden, indem die Bedingung für die elektrische Leitung eingestellt und beispielsweise der Widerstand zwischen dem Prüfelement und der entsprechenden Interdigitalelektrode gemessen wird. Darüber hinaus kann auch je ein Elektrodenarm jeder Interdigitalelektrode durch ein Material gleicher Eigenschaften von der elektrisch leitenden Schicht getrennt werden und ein solches Elektrodenarm-Paar auf seine Funktion geprüft werden, indem die Bedingung für die elektrische Leitung eingestellt wird und beispielsweise der Widerstand zwischen den beiden entsprechenden Interdigitalelektroden gemessen wird.
Insofern das Sensorelement über zwei elektrisch leitfähige Streifen verfügt, so sind diese vorzugsweise derart im Wesentlichen senkrecht zu den Elektrodenarmen des Interdigitalelektrodensystem angeordnet, dass jeweils ein elektrisch leitender Streifen die Elektrodenarmenden einer Interdigitalelektrode über halbleitende Materialien kontaktiert. Unter „im Wesentlichen senkrecht“ wird dabei im Sinn der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der zwischen den Elektrodenarmen und den Streifen eingeschlossene Winkel um bis zu etwa ± 10 ° von einem rechten Winkel abweichen kann. Eine oder mehrere über oder unter den Elektrodenarmen der jeweiligen anderen Interdigitalelektrode angeordnete isolierende Schicht verhindert einen Kurzschluss der beiden Interdigitalelektroden. Die Verwendung von zwei elektrisch leitenden Streifen hat sich als vorteilhaft herausgestellt, da hierdurch elektrisch leitendes Material eingespart und Materialkosten gesenkt werden können. Vorteilhafterweise lässt sich die elektrisch leitfähige Schicht auch bei Sensoren, die kein Prüfelement umfassen, auf zwei jeweils an den Elektrodenarmenden der Interdigitalelektroden angeordnete Streifen reduzieren. Beispielsweise kann bei Sensorelementen ohne Prüfelement durch eine elektrisch leitende Verbindung einer der Interdigitalelektroden mit einem der Streifen, beispielsweise durch ein Loch in der isolierenden Schicht der Interdigitalelektrode, eine der Interdigitalelektroden die Funktion des Prüfelementes übernehmen.
Ein Sensorelement kann ein Substrat umfassen. Vorzugsweise ist das Substrat, beispielsweise platten- oder schichtförmig, aus einem isolierenden Material, beispielsweise einer Keramik oder einem Glas, insbesondere Aluminiumdioxid, ausgebildet. Das Interdigitalelektrodensystem kann auf einfache Weise durch Verfahren wie Siebdruckverfahren oder auch durch Dünnschichtverfahren wie Sputtern auf das Substrat aufgedruckt werden.
Vorzugsweise werden die Interdigitalelektrode/n durch die mindestens eine isolierende Schicht und/oder ein isolierende Substrat teilweise von dem halbleitenden Material und/oder dem gering leitfähigen Material; und/oder vollständig von dem elektrisch leitenden Material; elektrisch isoliert.
Sensor mit Eigendiagnosefunktion zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom, umfassend

- ein Sensorelement,
- eine an die Interdigitalelektroden des Sensorelementes angeschlossene Spannungs/Stromversorgungs-, Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung, und
- eine Auswertungsvorrichtung, die das/die Signal/e auswertet, welche durch die Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung der Interdigitalelektroden (3, 4) gemessen werden.

Insofern das Sensorelement ein Prüfelement umfasst, ist das Prüfelement beispielsweise über einen Schalter an die Spannungs/Stromversorgungs-, Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung der Interdigitalelektroden angeschlossen sein oder an ein eigene Spannungs/Stromversorgungs-, Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung angeschlossen, die zudem an die Interdigitalelektrode/n angeschlossen ist, wobei die Auswertungsvorrichtung auch das/die Signal/e auswertet, welche die Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung des Prüfelements gemessen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Eigendiagnose eines Sensorelementes, in dem

- an die über das gering leitfähige Material elektrisch leitend verbundenen Interdigitalelektroden oder an die über das gering leitfähige Material mit dem Prüfelement elektrisch leitend verbundene/n Interdigitalelektrode/n eine Spannung angelegt wird. und/oder
- an die über das halbleitende Material elektrisch leitend verbindbaren Interdigitalelektroden oder an die über das halbleitende Material mit dem Prüfelement elektrisch leitend verbindbare/n Interdigitalelektrode/n eine Spannung angelegt wird, wobei eine Temperatur eingestellt wird, und/oder an das halbleitende Material eine Spannung angelegt wird. bei deren Höhe, Frequenz und/oder Polarität mindestens ein halbleitendes Material elektrisch leitend ist; und
- der resultierende Stromfluss und/oder Spannungsabfall gemessen und ausgewertet wird; und
- das resultierende Ergebnis als Maß für die Funktion des Sensorelementes und/oder Sensors ausgegeben wird.

Die Diagnose kann im Fall eines Dauersignals aufgrund eines gering leitfähigen Materials kontinuierlich oder zu bestimmten Zeitpunkten, beispielsweise nach der Regeneration erfolgen. Im Fall eines halbleitenden Materials erfolgt die Diagnose dann, wenn die entsprechende Bedingung, bei der ein halbleitendes Material elektrisch leitend wird, eingestellt ist. Die Auswertung des resultierenden Stromflusses und/oder Spannungsabfalls erfolgt beispielsweise indem der Betrag des gemessenen Stromflusses und/oder Spannungsabfalls mit einem festgelegten Wert, oder dem Betrag der ersten Eigendiagnosemessung oder dem Betrag einer vorherigen Eigendiagnosemessung verglichen wird.
Vorzugsweise wird durch das Einstellen verschiedener Temperaturen, und/oder durch das Anlegen verschiedener Spannungshöhen, Spannungsfrequenzen und/oder Spannungs/Strompolaritäten an mehrere halbleitende Materialien, jeweils ein anderes halbleitendes Material elektrisch leitend und verbindet das über das jeweilige halbleitende Material verbindbare Elektrodenarm-Paar oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paar elektrisch leitend.
Verfahren zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom mit einem Sensorelement und/oder einem Sensor, indem in einer Messphase an die Interdigitalelektroden des Sensorelements eine Messspannung angelegt wird, wobei sich durch Anlagerung von Teilchen bildende Teilchenpfade die Interdigitalelektroden kurzschließen, und der sich einstellende Stromftuss, Spannungsabfall und/oder elektrische Widerstand gemessen und als Maß für die Konzentration und/oder den Massenstrom der Teilchen ausgegeben wird, und in einer an die Messphase anschließenden Regenrationsphase die angelagerten Teilchen teilweise oder vollständig entfernt werden dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder nach der Mess- und/oder Regenerationsphase das erfindungsgemäße Verfahren zur Eigendiagnose eines Sensorelementes und/oder eines Sensors durchgeführt wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Eigendiagnose, eine Kompensationsfunktion oder eine elektrische Beschaltung der Interdigitalelektroden angepasst wird, oder das Sensorelement und/oder der Sensor als defekt gemeldet wird.
Vorzugsweise wird die Eigendiagnose ohne angelagerte Teilchen, beispielsweise während des Endes der Regenerationsphase oder nach der Regenerationsphase, vorgenommen um störende Einflüsse durch angelagerte Teilchen zu vermeiden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Werkstattmessgerät zur Abgasuntersuchung oder in einem Messgerät zur Kontrolle der Luftqualität oder in einem Ruß-Partikel-Sensoren, insbesondere Ruß-Partikel-Sensoren für „on board diagnosis“ (OBD), und/oder zur Überwachung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors, beispielsweise eines Dieselmotors, oder einer Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Ölheizung oder eines Ofens, und/oder zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters und/oder zur Überwachung des Beladungszustandes eines Partikelfilters, beispielsweise eines Diesel-Partikel-Filters (DPF), oder zur Überwachung von chemischen Herstellungsprozessen, Abluftanlagen und/oder Abluftnachbehandlungsanlagen.

Claims

Verfahren zur Eigendiagnose eines Sensorelementes, wobei das Sensorelement folgendes umfasst: - ein Interdigitalelektrodensystem (2) mit mindestens zwei Interdigitalelektroden (3, 4). - mindestens zwei Zuleitungen (10, 11) zur elektrischen Kontaktierung der Interdigitalelektroden (3, 4) und - mindestens ein halbleitendes Material und/oder mindestens ein gering leitfähiges Material (5a, 5b, 5c, 5d) wobei - mindestens jeweils ein Elektrodenarm (6) der ersten Interdigitalelektrode (3) mit jeweils einem Elektrodenarm (7) der zweiten Interdigitalelektrode (4): oder - mindestens ein Elektrodenarm (6, 7) einer Interdigitalelektrode (3, 4) mit einem Prüfelement (13); über das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend verbindbar ist und/oder über das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) leitend verbunden ist, und wobei das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) den/die Elektrodenarm/e (6, 7) in einem Bereich von 0 < bis < 100 % der Elektrodenarmlänge (L₁, L₂, L_Z) des jeweiligen Elektrodenarms (6, 7) kontaktiert; und wobei folgende Verfahrensschritte vorgesehen sind: - an die über das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend verbundenen Interdigitalelektroden (3, 4) oder an die über das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) mit dem Prüfelement (13) elektrisch leitend verbundene/n Interdigitalelektrode/n (3, 4) wird eine Spannung angelegt, und/oder - an die über das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend verbindbaren Interdigitalelektroden (3, 4) oder an die über das halbleitende Material (5a, 5b, 5c. 5d) mit dem Prüfelement (13) elektrisch leitend verbindbare/n Interdigitalelektrode/n (3, 4) wird eine Spannung angelegt, wobei eine Temperatur eingestellt wird, und/oder an das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) wird eine Spannung angelegt, bei deren Höhe, Frequenz und/oder Polarität mindestens ein halbleitendes Material (5a. 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend ist; und - der resultierende Stromfluss und/oder Spannungsabfall wird gemessen und ausgewertet; und - das resultierende Ergebnis wird als Maß für die Funktion des Sensorelementes (1) und/oder Sensors ausgegeben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Einstellen verschiedener Temperaturen, und/oder durch das Anlegen verschiedener Spannungshöhen, Spannungsfrequenzen und/oder Spannungs/Strompolaritäten an mehrere halbleitende Materialien, jeweils ein anderes halbleitendes Material (5b, 5b', 5b") elektrisch leitend wird und das über das jeweilige halbleitende Material (5b, 5b', 5b") verbindbare Elektrodenarm-Paar (15, 15', 15") oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paar elektrisch leitend verbindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einer Messphase an die Interdigitalelektroden (3, 4) des Sensorelements (1) eine Messspannung angelegt wird, wobei sich durch Anlagerung von Teilchen bildende Teilchenpfade die Interdigitalelektroden (3, 4) kurzschließen, und der sich einstellende Stromfluss, Spannungsabfall und/oder elektrische Widerstand gemessen und als Maß für die Konzentration und/oder den Massenstrom der Teilchen ausgegeben wird, und in einer an die Messphase anschließenden Regenrationsphase die angelagerten Teilchen teilweise oder vollständig entfernt werden dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder nach der Mess- und/oder Regenerationsphase das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 durchgeführt wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Eigendiagnose, eine Kompensationsfunktion oder eine elektrische Beschaltung der Interdigitalelektroden (3, 4) angepasst wird, oder das Sensorelement (1) und/oder der Sensor als defekt gemeldet wird.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 in einem Werkstattmessgerät zur Abgasuntersuchung oder in einem Messgerät zur Kontrolle der Luftqualität oder in einem Ruß-Partikel-Sensor und/oder zur Überwachung der Betriebsweise eines Verbrennungsmotors oder einer Verbrennungsanlage und/oder zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters und/oder zur Überwachung des Beladungszustandes eines Partikelfilters oder zur Überwachung von chemischen Herstellungsprozessen, Abluftanlagen und/oder Abluftnachbehandlungsanlagen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zuleitung (11) einer Interdigitalelektrode (4) derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, dass ein Bereich (Lz) der Zuleitung (11) zur Signalbildung, insbesondere durch Teilchenanlagerung zwischen dem Bereich (L_z) der Zuleitung (11) der einen Interdigitalelektrode (4) und einem Elektrodenarm (6) einer anderen Interdigitalelektrode (3), beiträgt und als Elektrodenarm dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) den/die Elektrodenarm/e (6, 7) in einem Bereich von 0,001 ≤ bis ≤ 90 % oder von 0,01 ≤ bis ≤ 50 %, beispielsweise von 0,05 ≤ bis ≤ 10 %, insbesondere von 0,1 ≤ bis ≤ 7 %, der Elektrodenarmlänge (L₁, L₂, L_Z) des jeweiligen Elektrodenarms (6, 7) kontaktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) den/die Elektrodenarm/e (6, 7) an dessen/deren Elektrodenarmende (E) kontaktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) den als Elektrodenarm dienenden Bereich (Lz) der Zuleitung (11) in einem vom Kammrücken (9) der Interdigitalelektrode (4) abgewandten Teilbereich, beispielsweise an einer Kontaktstelle (K), kontaktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Material und/oder das gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) in Form - einer Leiterbahn (5a); und/oder - einer Schicht (5b, 5c), welche über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem angeordnet ist; und/oder - einer oder mehrere Schicht/en (5d), welche unter und/oder über einem Teilbereich eines Elektrodenarmes (6, 7) oder jeweiliger Teilbereiche mehrerer Elektrodenarme (6, 7) und/oder einem Teilbereich des Prüfelementes angeordnet ist/sind und/oder welche einen Teilbereich eines Elektrodenarmes (6, 7) oder jeweilige Teilbereiche mehrerer Elektrodenarme (6, 7) und/oder einen Teilbereich des Prüfelementes überzieht/überziehen; ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1) mindestens eine isolierende Schicht (14) umfasst. die unter und/oder über einem Teilbereich eines Elektrodenarmes (6, 7) angeordnet ist und/oder die einen Teilbereich eines Elektrodenarmes (6, 7) überzieht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das in Form einer über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem (2) angeordneten Schicht ausgebildete halbleitende Material und/oder gering leitfähige Material (5a, 5b, 5c, 5d) - einen Gradienten in der Leitfähigkeit, und/oder - einen Gradienten in der Temperatur, der Spannungshöhe, der Spannungsfrequenz und/oder der Spannungs/Strompolarität bei der das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) leitend wird, und/oder - einen Gradienten des Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes aufweist, der sich im Wesentlichen senkrecht zu den Interdigitalelektrodenarmen (6, 7) vom ersten Elektrodenarm (6) der ersten Interdigitalelektrode (3) zum letzten Elektrodenarm (7) der zweiten Interdigitalelektrode (4) hin erstreckt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1) zwei oder mehr Elektrodenarm-Paare (15, 15', 15") oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paare aufweist, die über zwei oder mehr halbleitende Materialien und/oder gering leitfähige Materialien (5b, 5b', 5b") elektrisch leitend verbindbar/verbunden sind, wobei sich die halbleitenden Materialien (5b, 5b', 5b") derart in ihrer/ihren Komponente/n und/oder der Zusammensetzung ihrer Komponenten unterscheiden, dass die Elektroden-Paare oder Elektroden/Prüfelement-Paare bei unterschiedlichen Temperaturen, Spannungshöhen, Spannungsfrequenzen und/oder Spannungs/Strompolaritäten durch das halbleitende Material (5b, 5b', 5b") des jeweiligen Elektroden-Paares (15, 15'. 15") oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paares elektrisch leitend verbunden werden und/oder einen unterschiedlichen elektrischen Widerstandswert aufweisen, und/oder wobei sich die gering leitfähigen Materialien (5b, 5b', 5b") derart in ihrer Leitfähigkeit unterscheiden, dass die Elektroden-Paare (15, 15', 15") oder Elektroden/Prüfelement-Paare einen unterschiedlichen elektrischen Widerstandswert aufweisen, wobei sich ein Elektrodenarm-Paar (15, 15', 15") aus einem Elektrodenarm (6) der ersten Interdigitalelektrode (3) und einem Elektrodenarm (7) der zweiten Interdigitalelektrode (4) zusammensetzt und sich ein Elektrodenarm/Prüfelement-Paar aus einem Elektrodenarm (6, 7) einer Interdigitalelektrode (3, 4) und dem Prüfelement (13) zusammensetzt, wobei die Elektrodenarm-Paare (15, 15', 15") oder Elektrodenarm/Prüfelement-Paare untereinander nicht über ein halbleitendes Material und/oder ein gering leitfähiges Material (5a, 5b, 5c, 5d) elektrisch leitend verbindbar/verbunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das halbleitende Material (5a, 5b, 5c, 5d) - ab einer Temperatur von ≥ 400 °C; und/oder - ab einer an dem halbleitenden Material angelegten Spannungshöhe von ≥ 1 V: und/oder - ab einer Frequenz einer an dem halbleitenden Material angelegten Spannung von ≥ 1 s^-1; und/oder - nur bei einer Polarität einer/s an dem halbleitenden Material angelegten Spannung/Stroms; elektrisch leitend ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass - mindestens jeweils ein Elektrodenarm (6) der ersten Interdigitalelektrode (3) mit jeweils einem Elektrodenarm (7) der zweiten Interdigitalelektrode (4); oder - mindestens ein Elektrodenarm (6, 7) einer Interdigitalelektrode (3, 4) mit einem Prüfelement (13); über ein halbleitendes Material (5a, 5b, 5c, 5d) und über ein elektrisch leitendes Material (16a, 16b) elektrisch leitend verbindbar ist, wobei das elektrisch leitende Material (16a, 16b) als solches keine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Interdigitalelektroden (3, 4), oder einer oder beiden Interdigitalelektrode/n (3, 4) und dem Prüfelement (13) herstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material (16a, 16b) in Form - einer Leiterbahn; und/oder - einer Schicht (16a), welche über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem (2) angeordnet ist; und/oder - eines oder mehrerer Streifen/s (16b), der/die über, unter und/oder zwischen den Interdigitalelektroden (3, 4) angeordneten ist/sind, ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material (16a) in Form einer über, unter und/oder zwischen dem gesamten Interdigitalelektrodensystem (2) angeordneten Schicht (16a) oder in Form von zwei, jeweils über, unter und/oder zwischen den Elektrodenarmenden E einer Interdigitalelektrode (3, 4) angeordneten Streifen (16b) ausgebildet ist/sind, wobei die Elektrodenarme (6, 7) über mindestens eine isolierende Schichten (14) und über jeweils an den Elektrodenarmenden angeordnete unterschiedliche halbleitende Materialien (5b. 5b'. 5b") von der elektrisch leitenden Schicht (16a) oder den elektrisch leitenden Streifen (16b) getrennt sind, wobei die halbleitenden Materialien (5b, 5b', 5b") derart ausgewählt und angeordnet werden, dass - jedes halbleitende Material (5b, 5b', 5b") an jedem Elektrodenarmende bei einer anderen Temperatur und/oder daran angelegter Spannungshöhe, Spannungsfrequenz und/oder der Spannungs/Strompolarität, elektrisch leitend wird und der jeweilige Elektrodenarm (6, 7) über das jeweilige halbleitende Material (5b, 5b'. 5b”) und die elektrisch leitenden Schicht (16a) oder den jeweiligen elektrisch leitenden Streifen (16b) mit einem Prüfelement (13) elektrisch leitend verbunden wird; oder - jeweils zwei halbleitende Materialien (5b, 5b', 5b") an zwei Elektrodenarmenden unterschiedlicher Interdigitalelektroden (3, 4) bei der gleichen, jedoch einer von den halbleitenden Materialien der anderen Elektrodenarme unterschiedlichen, Temperatur und/oder daran angelegter Spannungshöhe, Spannungsfrequenz und/oder der Spannungs/Strompolarität, elektrisch leitend werden und die jeweiligen Elektrodenarme (6, 7) über das jeweilige halbleitende Material (5b, 5b', 5b") und die elektrisch leitenden Schicht (16a) miteinander elektrisch leitende verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei vorgesehen ist: - eine an die Interdigitalelektroden (3, 4) des Sensorelementes (1) angeschlossene Spannungs/Stromversorgungs-, Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung, und - eine Auswertungsvorrichtung, die das/die Signal/e auswertet, welche durch die Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung der Interdigitalelektroden (3. 4) gemessen werden; wobei das Sensorelement (1), die Spannungs/Stromversorgungs-, Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung und die Auswertungsvorrichtung zusammen einen Sensor mit Eigendiagnosefunktion zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom bilden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (1) ein Prüfelement (13) umfasst, wobei das Prüfelement (13) - über einen Schalter an die Spannungs/Stromversorgungs-, Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung der Interdigitalelektroden (3, 4) angeschlossen ist, oder - an eine eigene Spannungs/Stromversorgungs-, Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung angeschlossen ist, die zudem an die Interdigitalelektrode/n (3. 4) angeschlossen ist, wobei die Auswertungsvorrichtung auch das/die Signal/e auswertet, welche die Spannungsmess- und/oder Strommessvorrichtung des Prüfelements (13) misst.