DE102008041791A1

DE102008041791A1 - Partikelsensor mit verbessertem Interdigitalelektrodendesign

Info

Publication number: DE102008041791A1
Application number: DE200810041791
Authority: DE
Inventors: Benjamin Gaertner; Bettina Wendling
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-09-03
Filing date: 2008-09-03
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor, insbesondere einen resitiven Partikelsensor zur Detektion von leitfähigen Partikeln in einem Gasstrom.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor, insbesondere einen resistiven Partikelsensor zur Detektion von leitfähigen Partikeln in einem Gasstrom.
Stand der Technik
In naher Zukunft muss der Partikelausstoß, insbesondere von Fahrzeugen während des Fahrbetriebes, nach dem Durchlaufen eines Motors beziehungsweise 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 einsetzen zu können.
Eine Möglichkeit hierzu bieten resistive Partikelsensoren. Resistive Partikelsensoren weisen ein Elektrodensystem mit mindestens zwei, dem Abgas frei ausgesetzten Elektroden auf. Üblicherweise sind die Elektroden dabei auf einem planaren Mehrschichtsystem angeordnet. Resistive Partikelsensoren beruhen auf einem sammelnden Prinzip. Unter dem Einfluss einer an die Elektroden angelegten Spannung und dem resultierenden elektrischen Feld lagern sich die zu detektierenden Partikel, insbesondere Rußpartikel an beziehungsweise zwischen den Elektroden ab und führen zu einer Widerstands- und/oder Impedanzänderung zwischen den Elektroden, welche Rückschlüsse auf die Partikelanlagerung ermöglicht.
Bei dem Elektrodensystem handelt es sich herkömmlicherweise um ein Interdigitalelektrodensystem, in dem zwei kammartige Elektroden derart ineinandergreifen, dass jeweils eine Leiterbahn (Elektrodenarm, „Zahn”) einer kammartigen Elektrode zwischen zwei Leiterbahnen (Elektrodenarmen, „Zähnen”) der andere kammartigen Elektrode unter Ausbildung eines im Wesentlichen symmetrischen Interdigitalelektrodendesigns mit äquidistanten Leiterbahnabständen angeordnet ist.
Die Empfindlichkeit ist dabei von dem Abstand zwischen den Leiterbahnen (Elektrodenarmen) der Elektroden abhängig und steigt bei Verringerung des Abstands. Eine Verringerung des Abstands geht jedoch mit einer Abnahme der Reichweite des elektrischen Feldes senkrecht zur Interdigitalelektrodensystemebene und damit des Volumens aus dem Partikel elektrophoretisch angezogen werden einher.
Darüber hinaus weisen planare, resistive Partikelsensoren meist eine inhomogene Anlagerung der leitfähigen Partikeln auf dem Elektrodensystem auf. Um eine inhomogene Anlagerung zu vermeiden werden häufig Schutzrohre eingesetzt, welche den Gas-Partikel-Strom derart mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit über die schmalen Seitenflächen des planaren, resistiven Partikelsensors lenken, dass das auf der Hauptfläche des Partikelsensors angeordnete Interdigitalelektrodensystem nur wenig überströmt wird beziehungsweise im Windschatten liegt.
Eine Homogenität der Partikelanlagerung kann dadurch jedoch nicht erreicht werden. So werden zum einen Partikelpfade hauptsächlich auf Bereichen ausgebildet, welche in Strömungsrichtung neben einer als Anode beschalteten Elektrode liegen. Zum anderen findet die Partikelanlagerung besonders auf den Randbereichen des Interdigitalelektrodensystems statt, da nur hier die Partikel, aufgrund der bereits erläuterten starken Überströmung der Seitenflächen, in die sammelnde Reichweite des elektrischen Feldes gelangt.
Diese Inhomogenität hat zur Folge, dass herkömmliche planare Partikelsensoren mit einem äquidistant ausgebildeten Interdigitalelektrodensystem keine optimale Empfindlichkeit aufweisen. Ein zumindest teildefekter Partikelfilter, insbesondere Dieselpartikelfilter, wird daher üblicherweise erst dann von dem Partikelsensor als defekt erkannt, wenn die Partikelemission bereits in der Größenordnung der gesetzlich erlaubten und sich stetig verschärfenden Emissionsgrenzen liegt.
Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Partikelsensor umfasst ein Interdigitalelektrodensystem aus mindestens zwei ineinander greifenden, kammartigen Elektroden und ist dadurch gekennzeichnet,

– dass mindestens einer der Elektrodenarme einer Elektrode breiter ausgebildet ist als die übrigen Elektrodenarme dieser Elektrode und/oder insbesondere breiter ausgebildet ist als die Elektrodenarme der anderen Elektrode/n; und/oder
– dass mindestens ein Elektrodenarmpaar einen größeren Elektrodenarmabstand aufweist als die übrigen Elektrodenarmpaare, wobei ein Elektrodenarmpaar ein Paar aus zwei benachbarten Elektrodenarmen unterschiedlicher Elektroden ist.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor hat den Vorteil, dass die Feldverteilung und Reichweite des sammelnden Feldes bei gleichzeitiger Beibehaltung der Breite der Elektrodenarmabstände zur Partikelmessung optimiert und an die Überströmung angepasst werden kann, was in einer verbesserten Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Partikelsensors resultiert. Durch eine gezielte Manipulation der Feldverteilung ist dabei vorteilhafterweise eine Anpassung und Homogenisierung der Partikelverteilung auf das spezifische Anlagerungsverhalten verschiedener Schutzrohre oder einbaupositionsabhängiger Anströmung möglich.
Unter einer „kammartigen Elektrode” wird im Sinn der vorliegenden Erfindung eine Elektrode verstanden, die mindestens drei Leiterbahnen aufweist, wobei mindestens zwei Leiterbahnen (Elektrodenarme), ähnlich den Zähnen eines Kamms, von mindestens einer Längsseite der dritten Leiterbahn (Kammrücken) ausgehend ausgebildet sind. Elektroden, die mindestens fünf Leiterbahnen aufweisen, von denen jeweils mindestens zwei Leiterbahnen (Elektrodenarme), ähnlich den Gräten eines Fischs, von der einen und von der anderen Längsseite der dritten Leiterbahn (Kammrücken) ausgehend ausgebildet sind, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Spezialform einer kammartigen Elektrode verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung greifen die kammartigen Elektroden vorzugsweise derart ineinander, dass die Elektrodenarme der Elektroden alternierend angeordnet sind. Darüber hinaus sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung benachbarte Elektrodenarme unterschiedlicher Elektroden vorzugsweise parallel beabstandet.
Unter einem „Partikel” wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Feststoff, insbesondere ein elektrisch leitender oder leitfähiger Feststoff, beispielsweise ein Rußpartikel, verstanden. Insbesondere kann des sich bei dem erfindungsgemäßen Partikelsensor um einen resistiven Partikelsensor zur Detektion von leitfähigen Partikeln in einem Gasstrom, beispielsweise um einen Rußpartikelsensor zur Detektion von Rußpartikeln in einem (Ab)-Gasstrom, handeln.
Zeichnungen
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung 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:
1a eine schematische Draufsicht auf einen herkömmlichen, in einem Schutzrohr angeordneten, planaren, resistiven Partikelsensor;
1b einen Graph zur Veranschaulichung der Abhängigkeit des Messsignals vom Elektrodenarmabstand eines herkömmlichen, planaren, resistiven Partikelsensors mit äquidistant ausgebildetem Interdigitalelektrodensystem;
1c einen Graph zur Veranschaulichung der Abhängigkeit der Reichweite des elektrischen Feldes vom Elektrodenarmabstand eines herkömmlichen, planaren, resistiven Partikelsensors mit äquidistant ausgebildetem Interdigitalelektrodensystem;
1d einen schematischen Querschnitt eines herkömmlichen, planaren, resistiven Partikelsensors mit äquidistant ausgebildetem Interdigitalelektrodensystem;
2a eine schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors mit einem Interdigitalelektrodensystem mit rechteckförmig verbreiterten Elektrodenarmen;
2b eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors mit einem Interdigitalelektrodensystem mit U-förmig verbreiterten Elektrodenarmen;
2c einen Teil eines schematischen Querschnitts durch den in 2a beziehungsweise 2b gezeigten, erfindungsgemäßen Partikelsensor zur Veranschaulichung der Erhöhung der Feldreichweite durch erfindungsgemäß verbreiterte Elektrodenarme;
3a eine schematische Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors mit einem Interdigitalelektrodensystem mit teilweise vergrößerten Elektrodenarmabständen; und
3b einen Teil eines schematischen Querschnitts durch den in 3a gezeigten, erfindungsgemäßen Partikelsensor zur Veranschaulichung der Erhöhung der Feldreichweite durch erfindungsgemäß vergrößerte Elektrodenarmabstände.
1a zeigt eine schematische Draufsicht auf einen herkömmlichen, planaren, resistiven Partikelsensor 1, welcher in einem Schutzrohr 2 mit vier gleichmäßig verteilten Drallklappen 3a, 3b, 3c, 3d angeordnet ist. 1a veranschaulicht, das ein derartiges Schutzrohr 2 eine zirkulare Strömung 4 erzeugt. 1a zeigt, dass die Seitenflächen des Partikelsensors 1 dabei den Ort mit der höchsten Überströmung 4 darstellen, wobei die Hauptfläche des Partikelsensors 1, auf der das nicht dargestellte Interdigitalelektrodensystem angeordnet ist, im Windschatten und damit am Ort der geringsten Überströmung 4 und der geringsten Partikelkonzentration angeordnet ist. Insbesondere in der Mitte der Hauptfläche beziehungsweise des darauf angeordneten Interdigitalelektrodensystem, gelangen daher bei herkömmlichen Partikelsensoren 1 wenige Partikel in die Reichweite des sammelnden Feldes, was eine geringe Empfindlichkeit des Partikelsensors 1 zur Folge hat.
1b zeigt die Abhängigkeit des Signalgradienten und damit des Messsignals von der Partikelkonzentration für vier herkömmliche, planare, resistive Partikelsensoren 5, 6, 7, 8 mit äquidistant ausgebildetem Interdigitalelektrodensystem, welche sich durch den Abstand zwischen benachbarten Elektrodenarmen unterschiedlicher Elektroden voneinander unterscheiden. Dabei weist der Partikelsensor 5 einen äquidistanten Elektrodenarmabstand von 40 μm, Partikelsensor 6 von 80 μm, Partikelsensor 7 von 120 μm und Partikelsensor 8 von 160 μm auf. 1b veranschaulicht, dass mit kleiner werdendem Elektrodenarmabstand der Signalgradient und damit die Empfindlichkeit und Schnelligkeit eines Partikelsensors 5, 6, 7, 8 deutlich ansteigt, da kürzere Partikelpfade für einen Kurzschluss angelagert werden müssen.
1c veranschaulicht die Abhängigkeit der Reichweite des elektrischen Feldes senkrecht zur Interdigitalelektrodensystemebene vom Elektrodenarmabstand eines herkömmlichen, planaren, resistiven Partikelsensors mit äquidistant ausgebildetem Interdigitalelektrodensystem. Dabei ist auf der x-Achse der inverse Elektrodenarmabstand aufgetragen. Kurve 9 gibt den Absolutbetrag des elektrischen Feldes in einem Abstand von 10 μm senkrecht zur Interdigitalelektrodenoberfläche an, wohingegen die Kurven 10, 11 und 12 die entsprechenden Werte für einen Abstand von 20 μm, 40 μm beziehungsweise 60 μm veranschaulichen. 1c zeigt, dass der Absolutbetrag des elektrischen Feldes im Nahfeld über dem Interdigitalelektrodensystem mit zunehmendem Elektrodenarmabstand beziehungsweise kleiner werdendem inversen Elektrodenarmabstand abnimmt, wohingegen dieser im Fernfeld zunimmt (siehe insbesondere Kurve 12). herkömmlichen, planaren, resistiven Partikelsensoren mit äquidistant ausgebildetem Interdigitalelektrodensystem wird davon ausgegangen, dass die Sammlung von Partikeln über dem Interdigitalelektrodensystem bis zu einem Abstand von 150 μm senkrecht zur Interdigitalelektrodensystemebene erfolgt.
1d einen schematischen Querschnitt eines herkömmlichen, planaren, resistiven Partikelsensors 1 mit einem auf einem Substrat 13 angeordneten Interdigitalelektrodensystem 14, 15 aus zwei ineinander greifenden Kammelektroden 14, 15 mit äquidistanten Elektrodenarmabständen. 1d veranschaulicht, dass bei kleinen Elektrodenarmabständen das elektrische Feld nicht weit in den darüberliegenden Raum hineinreicht, was mit einem geringen Volumen aus dem Partikel elektrophoretisch angezogen werden können einher geht.
Die 2a und 2b zeigen schematische Draufsichten auf eine erste und eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Partikelsensors 21; 31. Die 2a und 2b veranschaulichen, dass ein erfindungsgemäßer Partikelsensor 21; 31 ein Interdigitalelektrodensystem 22; 32 aus mindestens zwei ineinander greifenden, kammartigen Elektroden 23, 24; 33, 34 umfasst.
Im Rahmen der in den 2a und 2b gezeigten, erfindungsgemäßen Ausführungsformen ist mindestens einer 23b, 23c, 23d; 33b, 33c der Elektrodenarme 23a–23d, 33a–33d einer Elektrode 23; 33 breiter ausgebildet ist als die übrigen Elektrodenarme 23a, 23e; 33a, 33d dieser Elektrode 23; 33 und/oder insbesondere breiter ausgebildet als die Elektrodenarme 24a–24f, 34a–34e der anderen Elektroden 24; 34. Eine Verbreiterung mindestens eines Elektrodenarms 23a–34e hat den Vorteil, dass dadurch die Reichweite beziehungsweise das Volumen des sammelnden Feldes gesteigert werden kann.
Die 2a und 2b zeigen weiterhin, dass im Rahmen einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der oder die breiter ausgebildeten Elektrodenarme 23b, 23c, 23d; 33b, 33c zwei parallele Leiterbahnen aufweisen. Beispielsweise können der oder die breiter ausgebildeten Elektrodenarme 23b, 23c, 23d; 33b, 33c, wie in den 2a und 2b gezeigt, zwei parallele Leiterbahnen und mindestens eine diese Leiterbahnen verbindende dritte Leiterbahn aufweisen beziehungsweise daraus bestehen. Auf diese Weise kann die für die breiter ausgebildeten Elektrodenarme 23b, 23c, 23d; 33b, 33c erforderliche Menge an Elektrodenmaterial, insbesondere Platin, vorteilhafterweise minimiert werden.
2a zeigt, dass der oder die breiter ausgebildeten Elektrodenarme 23b, 23c, 23d dabei vier rechteckförmig verbundene Leiterbahnen aufweisen beziehungsweise daraus bestehen können.
2b zeigt, dass der oder die breiter ausgebildeten Elektrodenarme 33b, 33c ebenso drei U-förmig verbundene Leiterbahnen aufweisen beziehungsweise daraus bestehen können.
Wie in 2b gezeigt, können im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die schmaler ausgebildeten Elektrodenarme 33a, 33d zwei parallele Leiterbahnen, insbesondere zwei parallele Leiterbahnen und mindestens eine diese Leiterbahnen verbindende dritte Leiterbahn, beispielsweise vier rechteckförmig verbundene Leiterbahnen oder drei U-förmig verbundene Leiterbahnen, aufweisen.
2b zeigt, dass im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens eine der Elektroden 33 mehrere Elektrodenarme 33a–33d mit jeweils drei U-förmig verbundenen Leiterbahnen aufweist, wobei die Elektrodenarme 33a–33d derart miteinander verbunden sind, dass sich eine Wendel- und/oder Mäander-förmige Struktur ergibt. Eine Wendel- und/oder Mäander-förmige Struktur hat den Vorteil, dass ein Diagnoseverfahren, beispielsweise zur Detektion eines Leiterbahnabrisses oder einer Leiterbahnverringerung, durchgeführt werden kann. Aufgrund der erhöhten Überströmung der Randbereiche des Interdigitalelektrodensystems 32 ist eine Verbreiterung der Elektrodenarme 33a–33d im Randbereich des Interdigitalelektrodensystems 32 jedoch nicht unbedingt notwendig und gegebenenfalls sogar störend vorzugsweise ist daher die Wendel- und/oder Mäander-förmige Struktur im inneren Bereich des Interdigitalelektrodensystems 32 angeordnet.
Die 2a und 2b zeigen weiterhin, dass im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der oder die breitesten Elektrodenarme 23b, 23c, 23d; 33b, 33c einer Elektrode 23; 33 im mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems 22; 32 angeordnet sind. Auf diese Weise, kann die Reichweite des sammelnden elektrischen Feldes im gering überströmten Innenbereich des Interdigitalelektrodensystems 22; 32 vorteilhafterweise erhöht werden.
Die 2a und 2b zeigen weiterhin, dass im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Breite b der Elektrodenarme 23a–23d, 33a–33d einer Elektrode 23; 33 vom mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems 22; 32 zu den Randbereichen, insbesondere den beiden längs der Elektrodenarme 23a–23d, 33a–33d angeordneten Randbereichen, des Interdigitalelektrodensystems 22; 32 abnimmt. Dies hat sich insbesondere aufgrund der bereits erläuterten hohen Überströmung der Randbereiche und der geringen Überströmung des Innenbereichs des Interdigitalelektrodensystems 22; 32 als vorteilhaft erwiesen.
Wie die 2a und 2b zeigen, kann die zweite Elektrode 24, 34 Elektrodenarme 24a–24f, 34a–34e, insbesondere geringer und/oder gleicher, Breite b aufweisen.
Beispielsweise können die (übrigen) Elektrodenarme 23a–23d, 33a–33d, 24a–24f, 34a–34e, insbesondere mit der geringsten Breite b, im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Breite b von ≥ 72 μm bis ≤ 120 μm aufweisen, wobei die breiten Elektrodenarme 23b, 23c, 23d; 33b, 33c erfindungsgemäß eine größere Breite b, insbesondere von ≥ 140 μm, beispielsweise bis zu ≤ 300 μm, aufweisen können.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist mindestens einer der Elektrodenarme 23a–23d, 33a–33d der als Anode beschaltbaren oder beschalteten Elektrode 23; 33 breiter ausgebildet ist als die übrigen Elektrodenarme 23a–23d, 33a–33d der als Anode beschaltbaren oder beschalteten Elektroden 23; 33 und/oder, insbesondere breiter ausgebildet ist als die Elektrodenarme 24a–24f, 34a–34e der als Kathode beschaltbaren oder beschalteten Elektrode 24; 34. Dies hat sich insbesondere aufgrund der bereits erläuterten, erhöhten Partikelanlagerung im Bereich einer Anode als vorteilhaft erwiesen.
2c ist ein Teil eines schematischen Querschnitts durch einen in 2a beziehungsweise 2b gezeigten, erfindungsgemäßen Partikelsensor 21; 31 und veranschaulicht die Erhöhung der Feldreichweite durch erfindungsgemäß verbreiterte Elektrodenarme der Elektroden 23/33. 2c zeigt, dass durch erfindungsgemäß verbreiterte Elektrodenarme mit zwei parallelen Leiterbahnen gleicher Polarität die Reichweite in den Raum oberhalb der Elektrode beziehungsweise das Volumen des partikelablenkenden elektrischen Feldes vergrößert werden kann.
3a zeigt, dass im Rahmen einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mindestens ein Elektrodenarmpaar 44b–43b, 44c–43c, 44d–43d einen größeren Elektrodenarmabstand d aufweist als die übrigen Elektrodenarmpaare, insbesondere zur Partikelmessung, 44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f, wobei ein Elektrodenarmpaar ein Paar aus zwei benachbarten, insbesondere zueinander parallel beabstandeten, Elektrodenarmen 43a–44f unterschiedlicher Elektroden 43, 44 ist.
Diese Ausführungsform beruht auf dem Prinzip, dass durch die Elektrodenarmpaare 44b–43b, 44c–43c, 44d–43d mit den größeren Elektrodenarmabstand d die Reichweite des Partikel sammelnden Feldes erhöht wird, wobei die eigentliche Partikelmessung zwischen den (übrigen) Elektrodenarmpaaren 44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f mit, insbesondere geringem und/oder gleichen, Elektrodenarmabstand d ohne eine Verlängerung der Partikelpfade erfolgt.
Beispielsweise können die (übrigen) Elektrodenarmpaare 44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f, insbesondere mit dem geringsten Elektrodenarmabstand d, im Rahmen der vorliegenden Erfindung einen Elektrodenarmabstand d von ≥ 72 μm bis ≤ 120 μm aufweisen, wobei die Elektrodenarmpaare 44b–43b, 44c–43c, 44d–43d mit den größeren Elektrodenarmabständen erfindungsgemäß einen größeren Elektrodenarmabstand d, insbesondere von ≥ 140 μm, beispielsweise bis zu ≤ 300 μm, aufweisen können.
3a veranschaulicht, dass es im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich ist, dass mehrere Elektrodenarmpaare 44b–43b, 44c–43c, 44d–43d einen unterschiedlichen oder gleichen Elektrodenarmabstand d aufweisen, welcher größer ist als der Elektrodenarmabstand d der übrigen Elektrodenarmpaare 44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f. Die übrigen Elektrodenarmpaare, können dabei bezüglich einander einen gleich großen Elektrodenarmabstand d auf weisen.
3a zeigt darüber hinaus, dass im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Elektrodenarmpaare 44b–43b, 44c–43c, 44d–43d mit größeren Elektrodenarmabständen d und die übrigen Elektrodenarmpaare 44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f), insbesondere die Elektrodenarmpaare 44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f mit dem kleinsten, beispielsweise gleichen, Elektrodenabstand d, alternierend ausgebildet und/oder angeordnet sind. Dies hat sich für eine gleichzeitige Optimierung der Sammel- und Messfunktion als besonders vorteilhaft erwiesen.
3a veranschaulicht darüber hinaus, dass im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das oder die Elektrodenarmpaare 44c–43c mit dem größten Elektrodenarmabstand d im mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems 42 angeordnet sind. Auf diese Weise, kann die Reichweite des sammelnden elektrischen Feldes im gering überströmten Innenbereich des Interdigitalelektrodensystems 22; 32 ebenfalls vorteilhafterweise erhöht werden, wobei die Partikelanlagerung aufgrund Überströmung weiterhin am schmaleren Elektrodenarmabstand d stattfindet.
3a zeigt weiterhin, dass im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Elektrodenarmabstand d der Elektrodenarmpaare 44b–43b, 44c–43c, 44d–43d mit den größeren Elektrodenarmabständen vom mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems 42 zu den Randbereichen, insbesondere den beiden längs der Elektrodenarme 43a–44f angeordneten Randbereichen, abnimmt. Dies hat sich ebenfalls aufgrund der bereits erläuterten Strömungsverteilung als vorteilhaft erwiesen.
3b zeigt einen Teil eines schematischen Querschnitts durch den in 3a gezeigten, erfindungsgemäßen Partikelsensor und veranschaulicht die Erhöhung der Feldreichweite durch erfindungsgemäß vergrößerte Elektrodenarmabstände d. 3b zeigt, dass aufgrund der ebenfalls vorliegenden geringen Elektrodenarmabstände d die Partikelpfade nur über eine kurz Distanz wachsen müssen.
Im Rahmen einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist sowohl mindestens einer 23b, 23c, 23d; 33b, 33c der Elektrodenarme 23a–23d, 33a–33d einer Elektrode 23; 33 breiter ausgebildet als die übrigen Elektrodenarme 23a, 23e; 33a, 33d dieser Elektrode 23; 33 und/oder die Elektrodenarme 24a–24f, 34a–34e der anderen Elektrode/n 24; 34 als auch weist mindestens ein Elektrodenarmpaar 44b–43b, 44c–43c, 44d–43d einen größeren Elektrodenarmabstand d auf als die übrigen Elektrodenarmpaare 44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f.
Die 2a bis 3b zeigen weiterhin, dass ein erfindungsgemäßer Partikelsensor 21; 31; 41 ein Trägersubstrat 25; 35; 45 aufweisen kann. Das Interdigitalelektrodensystem 22; 32; 42 kann dabei auf dem Trägersubstrat 25; 35; 45 angeordnet sein. Vorzugsweise sind die mit dem Interdigitalelektrodensystem 22; 32; 42 in Kontakt stehenden Bereiche des Trägersubstrats 25; 35; 45 aus einem unter Partikelmessungsbedingungen isolierenden Material, beispielsweise Aluminiumoxid, ausgebildet. Die 2a bis 3b zeigen darüber hinaus, dass ein erfindungsgemäßer Partikelsensor 21; 31; 41 Zuleitungen 26, 27; 36, 37; 46, 47 zur Kontaktierung der Elektroden 23, 24; 33, 34; 43, 44 aufweisen kann. Diese können ebenfalls auf dem unter Partikelmessungsbedingungen isolierenden Bereich des Trägersubstrats 25; 35; 45 angeordnet sein.

Claims

Partikelsensor (21; 31; 42), insbesondere resistiver Partikelsensor (21; 31; 41) zur Detektion von leitfähigen Partikeln in einem Gasstrom, umfassend ein Interdigitalelektrodensystem (22; 32; 42) aus mindestens zwei ineinander greifenden, kammartigen Elektroden (23, 24; 33, 34; 43, 44), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer (23b, 23c, 23d; 33b, 33c) der Elektrodenarme (23a–23d, 33a–33d) einer Elektrode (23; 33) breiter ausgebildet ist als die übrigen Elektrodenarme (23a, 23e; 33a, 33d) dieser Elektrode (23; 33) und/oder breiter ausgebildet ist als die Elektrodenarme (24a–24f, 34a–34e) der anderen Elektroden (24; 34); und/oder dass mindestens ein Elektrodenarmpaar (44b–43b, 44c–43c, 44d–43d) einen größeren Elektrodenarmabstand (d) aufweist als die übrigen Elektrodenarmpaare (44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f), wobei ein Elektrodenarmpaar ein Paar aus zwei benachbarten Elektrodenarmen (43a–44f) unterschiedlicher Elektroden (43, 44) ist.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die breiter ausgebildeten Elektrodenarme (23b, 23c, 23d; 33b, 33c) zwei parallele Leiterbahnen aufweisen.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die breiter ausgebildeten Elektrodenarme (23b, 23c, 23d; 33b, 33c) vier rechteckförmig verbundene Leiterbahnen oder drei U-förmig verbundene Leiterbahnen aufweisen.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden (33) mehrere Elektrodenarme (33a–33d) mit jeweils drei U-förmig verbundenen Leiterbahnen aufweist, wobei die Elektrodenarme (33a–33d) derart miteinander verbunden sind, dass sich eine Wendel- und/oder Mäander-förmige Struktur ergibt.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die breitesten Elektrodenarme (23b, 23c, 23d; 33b, 33c) einer Elektrode (23; 33) im mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems (22; 32) angeordnet sind.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der Elektrodenarme (23a–23d, 33a–33d) einer Elektrode (23; 33) vom mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems (22; 32) zu den Randbereichen des Interdigitalelektrodensystems (22; 32) abnimmt.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer (23b, 23c, 23d; 33b, 33c) der Elektrodenarme (23a–23d, 33a–33d) der als Anode beschaltbaren oder beschalteten Elektrode (23; 33) breiter ausgebildet ist als die übrigen Elektrodenarme (23a–23d, 33a–33d) der als Anode beschaltbaren oder beschalteten Elektroden (23; 33) und/oder breiter ausgebildet ist als die Elektrodenarme (24a–24f, 34a–34e) der als Kathode beschaltbaren oder beschalteten Elektrode (24; 34).
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Elektrodenarmpaare (44b–43b, 44c–43c, 44d–43d) einen unterschiedlichen oder gleichen Elektrodenarmabstand (d) aufweisen, welcher größer ist als der Elektrodenarmabstand (d) der übrigen Elektrodenarmpaare (44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f).
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenarmpaare (44b–43b, 44c–43c, 44d–43d) mit größeren Elektrodenarmabständen (d) und die übrigen Elektrodenarmpaare (44a–43a, 43a–44b, 43b–44c, 43c–44d, 43d–44e, 44e–43e, 43e–44f) alternierend ausgebildet und/oder angeordnet sind.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Elektrodenarmpaare (44c–43c) mit dem größten Elektrodenarmabstand (d) im mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems (42) angeordnet sind.
Partikelsensor (21; 31; 42) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenarmabstand (d) der Elektrodenarmpaare (44b–43b, 44c–43c, 44d–43d) mit den größeren Elektrodenarmabständen vom mittleren Bereich des Interdigitalelektrodensystems (42) zu den Randbereichen abnimmt.