-
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Partikelsensor für den Abgasstrang eines Fahrzeugs.
-
Stand der Technik
-
Es ist aus der Praxis bekannt, mittels zweier Elektroden eine Konzentration von Teilchen oder Feststoffpartikeln, wie etwa Ruß-, Asche- oder Staubpartikeln, in einem Abgas zu messen. Insbesondere in dem Abgasstrang eines Fahrzeugs ist dies von großer Wichtigkeit, da hier der Rußausstoß nach dem Motor, beziehungsweise nach einem Dieselpartikelfilter, während des Fahrbetriebs überwacht und die Funktionalität dieser Überwachung sichergestellt werden muss. Darüber hinaus ist eine Beladungsprognose von Dieselpartikelfiltern notwendig, um eine hohe Systemsicherheit bei wenigen effizienten, Kraftstoff sparenden Regenerationszyklen zu erreichen und kostengünstigere Filtermaterialien, beispielsweise Cordierit, einsetzen zu können. Eine Möglichkeit hierzu bietet ein resistiver Partikelsensor, der die Widerstandsänderung einer Elektrodenstruktur aufgrund von Rußanlagerung zur Detektion des Rußes heranzieht.
-
Die Arbeitsweise eines resistiven Partikelsensors, insbesondere für den Abgasstrang eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, ist wie folgt. Während einer Messphase lagert sich an der Oberfläche des Sensorsubstrats, beziehungsweise an der Elektrodenstruktur, ein Teil der zu detektierenden Partikel an, die sich beispielsweise im Abgas der Brennkraftmaschine befinden. Bei einer zwischen den Elektroden angelegten Spannung verändern die angelagerten Partikeln den sich zwischen den Elektroden ausbildenden elektrischen Widerstand, so dass durch eine zeitliche Veränderung des Widerstands Rückschlüsse auf die Partikelkonzentration möglich sind. Mit der Zeit werden die Messergebnisse jedoch durch die sich anlagernden Partikel ungenauer, beziehungsweise unbrauchbar, so dass der Sensor nach einer gewissen Messdauer regeneriert werden muss.
-
Für eine Regeneration, also ein Ablösen der angelagerten Partikel von dem Sensor, wird letzterer oftmals über ein Heizelement erhitzt, so dass die angelagerten Partikel oxidiert, beziehungsweise abgebrannt, werden. Dazu weist der Sensor dann meist ein Heizelement auf, durch welches das Substrat und insbesondere auf dem Substrat angeordnete Elektroden erhitzt werden können, um die angelagerten Partikel zu oxidieren und den Sensor damit zu regenerieren.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Sensor, insbesondere ein Partikelsensor für den Abgasstrang eines Fahrzeugs, umfassend ein Substrat, das einen Heizbereich und einen Trägerbereich umfasst, wobei der Heizbereich von dem Trägerbereich wenigstens teilweise durch einen Wärmeisolator getrennt ist, wobei auf dem Heizbereich wenigstens zwei Elektroden zum resistiven Erfassen von Partikeln angeordnet sind, und wobei in dem Heizbereich ein Heizelement zum Erhitzen des Heizbereichs und/oder der Elektroden angeordnet ist.
-
Dadurch, dass das Substrat einen Heizbereich und einen Trägerbereich umfasst, wobei der Heizbereich von dem Trägerbereich wenigstens teilweise durch einen Wärmeisolator getrennt ist, wird der von dem Heizelement bei einer Regeneration zu erhitzende Bereich, beziehungsweise die zu erhitzende thermische Masse, deutlich reduziert. Der Heizbereich wird dabei durch den Wärmeisolator zumindest teilweise thermisch entkoppelt, so dass das Heizelement lediglich so viel Energie liefern muss, dass die Oberfläche des Heizbereichs beziehungsweise des Substrats und/oder die Elektroden erhitzt werden. Ein Wärmeverlust, der durch das Erhitzen des gesamten Substrats, etwa durch Wärmeleitung innerhalb des Substrats, entsteht, kann so minimiert werden.
-
Der Trägerbereich wird daher erfindungsgemäß nicht oder nur unwesentlich erhitzt. Dieses würde auch insbesondere bei einer Regenation keinen Vorteil bieten sondern lediglich Energie verbrauchen. Der Trägerbereich dient weder einer Messung noch einer Regeneration, er dient vielmehr lediglich der Stabilisierung des Sensorelements, um eine vergrößerte mechanische Stabilität zu erlangen und so Beschädigungen vorzubeugen.
-
Erfindungsgemäß wird somit ausgenutzt, dass es bei der Regeneration eines Sensors, wie etwa eines Partikelsensors, wesentlich ist, die Substratoberfläche, beziehungsweise die Elektroden, zu erhitzen, um dort abgelagerte Partikel zu entfernen. Die Erhitzung der Masse des Gesamtsubstrats ist jedoch ein an sich unerwünschter Vorgang, der ungewollt Energie benötigt. Durch den erfindungsgemäßen Sensor wird es durch die Reduzierung der thermischen Masse daher möglich, die eingetragene Energie im Wesentlichen nur für die Erhitzung eines Bereiches zu verwenden, der auch wirklich für eine Regeneration erhitzt werden muss. Erfindungsgemäß wird daher der Heizleistungsbedarf deutlich gesenkt, ohne jedoch entscheidende Einbußen an Bruchfestigkeit beziehungswiese Anfälligkeit gegenüber Beschädigungen zu erleiden.
-
Durch einen erfindungsgemäßen Sensor kann der Wärmeeintrag, der benötigt wird, um eine Regeneration durchzuführen, deutlich verringert werden. Beispielhafte Werte, um welche der einzutragende Energiebetrag verringerbar ist, liegen in dem Bereich einer Ersparnis von 30–40%.
-
Darüber hinaus kann der Regenerationsprozess deutlich beschleunigt werden, da die Erhöhung der Temperatur, beziehungsweise das Erhitzen der Elektroden und der Substratoberfläche, aufgrund der direkteren Verbindung weniger Zeit beansprucht.
-
Weiterhin kann das Heizelement durch den kleineren benötigten Wärmeeintrag mit einer geringeren Leistung ausgestattet werden. So ist es beispielsweise möglich, das Heizelement dünner zu drucken oder aber den Heizleiter hochohmiger zu gestalten, wodurch Edelmetallkosten, wie etwa Platinkosten, gespart werden können. Dadurch werden die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Sensors gesenkt.
-
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Heizbereich eine Dicke in einem Bereich von ≥ 300 μm bis ≤ 700 μm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 400 μm bis ≤ 560 μm, auf. Ein derartig dimensionierter Heizbereich weist nur eine geringe thermische Masse auf, die durch das Heizelement erhitzt werden muss, wodurch der beispielsweise bei einem Regenerieren benötigte Wärmeeintrag besonders niedrig ist.
-
Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Wärmeisolator als Luftspalt ausgebildet. Das ist eine besonders einfache und kostengünstige Ausbildung des Wärmeisolators. Darüber hinaus verfügt Luft über hervorragende Isolationseigenschaften, so dass auf diese Weise besonders wirksam verhindert wird, dass der Trägerbereich durch das Heizelement erhitzt wird und dadurch ungewollt Wärme und damit Energie verloren geht.
-
Bei der Ausbildung des Wärmeisolators als Luftspalt ist es dabei vorteilhaft, dass der Luftspalt eine Dicke in einem Bereich von ≥ 10 μm bis ≤ 150 μm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 20 μm bis ≤ 80 μm aufweist. Ein derartig ausgestalteter Luftspalt weist eine gute Isolationswirkung auf, wobei die Stabilität des Sensors an dieser Stelle trotzdem in nicht zu großem Maße beeinträchtigt wird.
-
Dabei ist es besonders bevorzugt, dass der Luftspalt durch wenigstens einen Abstandshalter begrenzt ist. Auf diese Weise weist das Substrat auch in dem Bereich des Luftspalts eine ausreichende Stabilität auf. Der Luftspalt kann dabei auf jeder seiner Seiten durch jeweils einen Abstandhalter begrenzt sein, wodurch eine vollständige Begrenzung des Luftspalts möglich wird. Es ist jedoch ferner auch möglich einen umlaufenden Abstandshalter einstückig auszubilden, oder beispielsweise nur eine, zwei oder drei Seiten durch einen Abstandshalter zu begrenzen.
-
Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Heizbereich aus einem Keramikwerkstoff ausgebildet. Ein derartiger Werkstoff bietet den Vorteil, dass er stark elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, so dass hier keine elektrische Verbindung zwischen den auf dem Substrat, beziehungswiese auf dem Heizbereich, angeordneten Elektroden möglich ist, die ein Messverhalten negativ beeinträchtigen könnte. Darüber hinaus ist ein Keramikwerkstoff temperaturbeständig, so dass der Heizbereich nicht durch die hohen, insbesondere in dem Abgasstrang eines Fahrzeugs vorherrschenden, Temperaturen zersetzt oder auf eine sonstige Weise beschädigt oder zerstört werden kann.
-
Dabei ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft, wenn der Keramikwerkstoff ein Zirkonoxid-Werkstoff ist. Ein geeignetes Beispiel ist ein mit Y2O3 teilstabilisiertes Zirkonoxid (Y-PSZ). Dieser Werkstoff bietet den Vorteil, dass er eine schlechte Wärmeleitfähigkeit aufweist. Dies ist erfindungsgemäß problemlos zu tolerieren, da das Heizelement in einem geringen Abstand zu den Elektroden angeordnet ist, die Elektroden also ohne eine große Distanz gut heizbar sind. Vielmehr ist erfindungsgemäß eine geringe thermische Leitfähigkeit von Vorteil, da die von dem Heizelement abgestrahlte und in das Innere des Substrats geleitete Wärmemenge minimiert wird. Insgesamt sind Werkstoffe, insbesondere Keramikwerkstoffe, mit einer Wärmeleitfähigkeit von ≤ 30 W/mK, insbesondere ≤ 10 W/mK, erfindungsgemäß für die Ausgestaltung des Heizbereichs und des Trägerbereichs vorteilhaft.
-
Selbstverständlich kann auch der Trägerbereich aus einem Keramikwerkstoff, insbesondere aus einem Zirkonoxid-Werkstoff, ausgebildet sein. Dieser Werkstoff weist eine Wärmeleitfähigkeit in einem Bereich von 2–3 W/mK auf. Dadurch kann aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit dieses Werkstoffs zum einen verhindert werden, dass auf diesen Bereich abgestrahlte oder geleitete Wärme in den Trägerbereich eindringt und auf diese Weise Energie verloren geht. Darüber hinaus ist insbesondere bei einer Ausbildung von Trägerbereich und Heizbereich aus dem gleichen Material ein besonders einfaches Herstellen des erfindungsgemäßen Sensors möglich.
-
Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind die wenigstens zwei Elektroden als Kammelektroden ausgestaltet. Kammelektroden bieten ein günstiges Messverhalten und können auf einfache Weise auf ein Substrat aufgedruckt werden und so eine Widerstandsmessstruktur ausbilden. Kammelektroden werden auch als Interdigitalelektroden bezeichnet und weisen jeweils eine Struktur aus einer Mehrzahl von parallelen Elektrodenfingern auf, die parallel ineinander greifen.
-
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der Heizbereich wenigstens zwei miteinander verbundene Teilbereiche umfasst, zwischen denen das Heizelement angeordnet ist. Dadurch ist der Herstellungsprozess des erfindungsgemäßen Sensors besonders einfach, was Zeit und Kosten spart. Darüber hinaus können durch eine derartige zentrale Anordnung des Heizelements Zugspannungen der Teilbereiche reduziert werden, die beim Aufheizen des Heizelements auftreten können. Beispielsweise kann das Heizelement auf einen der beiden Teilbereiche aufgedruckt werden, wonach die beiden Teilbereiche miteinander verbunden, beziehungsweise laminiert, werden.
-
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Teilbereiche jeweils eine Dicke in einem Bereich von ≥ 150 μm bis ≤ 350 μm, insbesondere in einem Bereich von 200 μm bis ≤ 280 μm aufweisen. Teilbereiche in dieser Dicke bilden einen Heizbereich aus, der als Ganzes eine sehr geringe Dicke aufweist. Dadurch wird der zu erhitzende Bereich besonders klein gehalten, was den Wärmeeintrag und damit die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Sensors weiter minimiert. Darüber hinaus ist das Heizelement auf diese Weise besonders dicht an den Elektroden beziehungswiese an der Substratoberfläche angeordnet, so dass die Wärmeleitung durch das Heizelement minimiert wird.
-
Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Sensors ist der Sensor in dem Abgasstrang eines Fahrzeugs angeordnet. Besonders vorteilhaft ist der erfindungsgemäße Sensor in dem Abgasstrang eines Dieselfahrzeugs angeordnet, da insbesondere Rußpartikel in einer hohen Genauigkeit mit dem erfindungsgemäßen Sensor messbar sind.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
-
1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sensors von der Seite;
-
2 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sensors entlang der Linie A-A aus 1.
-
In 1 ist ein Sensor 10 zur Detektion von Partikeln, beziehungsweise Teilchen, in einem Gasstrom dargestellt. Der Sensor 10 dient insbesondere zum Einbau in einen Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, wie einem Dieselmotor, und ist hier vorzugsweise nach einem Rußfilter angeordnet. Der Sensor 10 kann jedoch gleichermaßen im Bereich der Haustechnik eingesetzt werden, etwa bei einer Ölheizung. Im Folgenden wird jedoch in nicht beschränkender Weise auf einen Einsatz in dem Abgasstrang eines Fahrzeugs Bezug genommen.
-
Der Sensor 10 dient dazu, Partikel, wie etwa Ruß- oder Aschepartikel, die sich in dem Abgas einer Brennkraftmaschine befinden, zu detektieren, um so beispielsweise Rückschlüsse auf den Rußausstoß zu ermöglichen. Dazu weist der Sensor 10 wenigstens zwei Elektroden 12 und 14 auf, die auf einem Substrat 16 angeordnet sind, und auf dem Substrat 16 so eine Widerstandsmessstruktur ausbilden. Zweckmäßigerweise sind die Elektroden 12, 14 dabei mit einer Mess- und Steuereinheit verbunden. Die Elektroden 12, 14 können zwei einzelne Elektroden sein, die in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Elektroden 12, 14 jedoch Kammelektroden, wie dies in 1 und insbesondere in 2 gezeigt ist. Kammelektroden, auch Interdigitalelektroden genannt, zeichnen sich dadurch aus, dass die Elektroden 12, 14 mit parallelen und kammartig ineinandergreifenden Elektrodenfingern ausgestaltet sind. Sie bieten den Vorteil eines günstigen und genau definierten Messverhaltens und sind ferner auf einfache Weise auf dem Substrat 16 anordbar. Beispielsweise können die Elektroden 12, 14 in dieser Ausführungsform auf einfache Weise auf die Oberfläche des Substrats 16 aufgedruckt werden.
-
Das Substrat 16 umfasst einen benachbart zu den Elektroden 12, 14 angeordneten Heizbereich 18 und einen vorzugsweise auf der den Elektroden 12, 14 entgegengesetzten Seite des Heizbereichs 18 angeordneten Trägerbereich 20. In dem Heizbereich 18 ist dabei ein Heizelement 22 angeordnet. Das Heizelement 22 dient dazu, die Oberfläche des Substrats 16 beziehungsweise die Elektroden 12, 14 zu erhitzen. Dadurch können Partikel, die sich während eines Messvorgangs an der Oberfläche des Substrats 16, beziehungsweise an den Elektroden 12, 14, angelagert haben, oxidiert, beziehungsweise abgebrannt, und so von der Oberfläche des Substrats 16 und den Elektroden 12, 14 entfernt werden. Dadurch ist eine Regeneration des Sensors 10 möglich. Der Heizbereich 18 ist dabei in einer sehr geringen Dicke ausgestaltet, beispielsweise in einer Dicke von ≤ 700 μm, insbesondere in einer Dicke in einem Bereich von ≥ 300 μm bis ≤ 700 μm, besonders bevorzugt in einem Bereich von 400–560 μm.
-
Der Trägerbereich 20 dient insbesondere zur Stabilisierung des Sensors 10, da der Heizbereich 18 an sich durch seine geringe Dicke nur eine begrenzte Stabilität aufweist.
-
Der Trägerbereich 20 ist dabei von dem Heizbereich wenigstens teilweise durch einen Wärmeisolator 24 getrennt. Der Wärmeisolator 24 kann beispielsweise als Luftspalt ausgebildet sein. Der Luftspalt ist dann vorzugsweise zumindest in dem Bereich angeordnet, in dem sich das Heizelement 22 befindet, und kann beispielsweise eine Dicke in einem Bereich von ≥ 10 μm bis ≤ 150 μm aufweisen. In dem Fall der Ausbildung der Wärmeisolation 24 als Luftspalt ist es ferner zweckmäßig, diesen durch wenigstens einen Abstandshalter 26 zu begrenzen. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Wärmeisolator 24, beziehungsweise der Luftspalt, an einem Randbereich des Sensors 10 angeordnet ist. Eine zumindest teilweise Begrenzung des Luftspalts kann jedoch auch sinnvoll sein, wenn dieser sich mittig in dem Sensor 10 befindet, wobei gleichermaßen eine vollständige Begrenzung des Luftspalts durch einen oder eine Mehrzahl von Abstandshaltern 26 sinnvoll sein kann.
-
Neben der Ausbildung des Wärmeisolators 24 als Luftspalt kann dieser jedoch gleichermaßen beispielsweise als isolierender Feststoff oder ähnliches ausgebildet sein.
-
Die durch den Wärmeisolator 24 erzielte zumindest teilweise thermische Entkopplung von Heizbereich 18 und Trägerbereich 20 dient dazu, mit dem Heizelement 22 lediglich den Heizbereich 18 zu erhitzen, jedoch an den Trägerbereich 20 keine Wärme, beziehungsweise Energie, abzugeben. Dadurch dient die durch das Heizelement 22 eingetragene Wärmeenergie lediglich einer Erhitzung des Heizbereichs 18 und damit insbesondere der Oberfläche des Substrats 16 und der auf der Oberfläche des Substrats 16 angeordneten Elektroden 12, 14. Der Energieeintrag kann so minimiert werden.
-
Verglichen mit herkömmlichen Sensoren ist so beispielsweise für einen vollständigen Regenerationszyklus des Sensors 10 ein etwa 30–40%iger Energiegewinn möglich.
-
Vorzugsweise umfasst der Heizbereich 18 ferner wenigstens zwei miteinander verbundene Teilbereiche 28, 30. Zwischen diesen Teilbereichen 28, 30 kann dann das Heizelement 22 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Heizelement 22 auf das Teilelement 28 oder auf das Teilelement 30 gedruckt werden, bevor die beiden Teilbereiche 28, 30 zusammengefügt werden. Ein Zusammenfügen kann beispielsweise durch ein Laminieren, beziehungsweise durch eine thermische Kompression, erfolgen. Die beiden Teilbereiche 28, 30 können ferner jeweils eine Dicke in einem Bereich von ≥ 150 μm bis ≤ 350 μm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 μm bis ≤ 280 μm aufweisen. Dadurch ist bei dem Sensor 10 das Heizelement 22 sehr dicht an der Oberfläche des Substrats 16 angeordnet und kann seine Wärme auf diese Weise ohne große Verluste an die Oberfläche des Substrats 16 beziehungsweise an die Elektroden 12, 14 abgeben. Darüber hinaus entsteht auf diese Weise eine Gesamtdicke des Heizbereichs 18 in einem Bereich von ≥ 300 μm bis ≤ 700 μm, wie oben beschrieben.
-
Dadurch, dass das Heizelement 22 erfindungsgemäß sehr nah an der Oberfläche des Substrats 16 beziehungsweise an den Elektroden 12, 14 positioniert ist, ist die Verwendung eines Substratmaterials möglich, dass eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Die Wärmeleitung der eingebrachten Wärmeenergie an das das Heizelement 22 umgebende Substratmaterial kann so minimiert werden.
-
Der Heizbereich 18 wie auch der Trägerbereich 20 sind deshalb vorzugsweise aus einem Keramikwerkstoff mit einer geringen Wärmeleitfähigkeit, wie etwa Zirkonoxid, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist hier beispielsweise ein mit Y2O3 teilstabilisiertes Zirkonoxid (Y-PSZ). Dadurch kann die Minimierung der durch das Heizelement 22 eingetragenen Hitze bei guter thermischer Beständigkeit und hohem elektrischen Widerstand realisiert werden.
-
Der Sensor 10 weist ferner vorzugsweise einen Temperaturfühler 32 auf, wie dies in 2 zu erkennen ist. Beispielsweise ist der Temperaturfühler 32 an der Oberfläche des Substrats 16 angeordnet. Alternativ kann der Temperaturfühler 32 jedoch auch in dem Heizbereich 18 benachbart zu der Wärmeisolation 24 angeordnet sein. Durch den Temperaturfühler 32 kann die Heizrate überprüft werden und insbesondere auf die tatsächliche Temperatur des Heizbereichs 18, beziehungsweise der Oberfläche des Substrats 16 und/oder der Elektroden 12, 14, reagiert werden, so dass die gewünschte Temperatur sehr genau einstellbar ist.
-
Der Temperaturfühler 32 kann beispielsweise als Temperaturmessmäander ausgestaltet sein.
-
Der Temperaturfühler 32 kann erfindungsgemäß bei jeder gewünschten Anordnung sehr nah an der Oberfläche des Substrats 16 angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Temperaturfühler 32 bei dem Herstellungsverfahren des erfindungsgemäßen Sensors 10 stets innenliegend angeordnet sein, wodurch die Gefahr einer Beschädigung des sehr empfindlichen, meist aus einem empfindlichen Schichtsystem bestehenden Temperaturfühlers 32 deutlich reduziert wird.
-
In einem bevorzugten Verfahren kann zunächst ein Vorlaminat des Teilbereichs 30 des Heizbereichs 18 mit dem Trägerbereich 20 ausgebildet werden. Anschließend wird auf den Teilbereich 30 das Heizelement 22 gedruckt, bevor der zweite Teilbereich 28 auflaminiert wird. Die Teilbereiche 28, 30 können dabei vor einem Sinterprozess folienartige Eigenschaften aufweisen. Wenn beispielsweise die Wärmeisolierung 24 als Luftspalt ausgebildet ist, kann dieser durch eine in dem Heizbereich 18 oder in dem Trägerbereich 20 angeordnete kohlenstoffhaltige Schicht hergestellt werden, die beim Sintervorgang abbrennt. Darüber hinaus ist ein Vorlaminat des Teilbereichs 30 des Heizbereichs 18 mit dem Trägerbereich 20 mit Bezug auf das Schrumpfungsverhalten der Teilbereiche 28, 30 bei einem Aufdrucken des Heizelements vorzuzuziehen.
-
Es sind ferner Durchkontaktierungen 34 möglich, welche eine elektrische Versorgung des Heizelements 22 sicherstellen. Die Durchkontaktierungen 34 können beispielsweise von außerhalb des Sensors 10 bis zu der Grenze der beiden Teilbereiche 28, 30 und hier zu dem Heizelement 22 geführt werden.
-
Weiterhin ist es möglich, dass das Substrat 16 umfassend den Heizbereich 18 und den Trägerbereich 20 einen Messbereich 36 und einen Endbereich 38 aufweist. Der Messbereich 36 dient in diesem Fall insbesondere der resistiven Partikelmessung. In diesem Bereich sind die Elektroden 12, 14, das Heizelement 22 sowie der Wärmeisolator 24 angeordnet. Der Endbereich 38 dient der mechanischen Stabilisierung des Sensors 10, damit dieser gegen eine Verformung oder Beschädigung gesichert ist. Eine Trennung von Messbereich 36 zu Endbereich 38 ist daher in einer zu der Trennung von Heizbereich 18 und Trägerbereich 20 senkrechten Ebene möglich.
-
Der Endbereich 38 kann dabei ein Länge in einem Bereich von ≥ 45 mm bis ≤ 50 mm aufweisen, wohingegen der Messbereich 36 eine Länge in einem Bereich von ≥ 10 mm bis ≤ 15 mm aufweisen kann. Es ist jedoch auch möglich, den erfindungsgemäßen Sensor 10 deutlich kleiner zu dimensionieren. So kann der gesamte Sensor 10 beispielsweise eine Länge von ≤ 40 mm aufweisen.
-
Dabei kann eine weitere Wärmeisolierung zwischen dem Endbereich 38 und dem Messbereich 36, insbesondere in dem Bereich des Heizbereichs 18 vorgesehen sein, so dass der Heizbereich 18 zusammen mit dem Heizelement 22 in einer Art thermischen Käfig eingeschlossen, beziehungsweise thermisch entkoppelt, ist. Dazu kann der Heizbereich 18 rundum durch eine entsprechende Wärmeisolation eingeschlossen sein. Dabei ist an der Oberfläche, an der die Elektroden 12, 14 angeordnet sind, zweckmäßigerweise keine Isolierung vorgesehen. Denn an dieser Oberfläche ist naturgemäß ein guter Wärmeübertrag von dem Heizelement 22 beziehungsweise dem Heizbereich 18 zu der Oberfläche des Substrats 16 beziehungsweise zu den Elektroden 12, 14 erwünscht.
-
In dem Endbereich 38 kann ferner eine Ausgleichsschicht 40 angeordnet sein, wenn hier keine Wärmeisolation vorgesehen ist. Diese Ausgleichsschicht 40 hat zweckmäßigerweise die gleiche Dicke wie die Wärmeisolation 24 zwischen dem Heizbereich 18 und dem Trägerbereich 20. Beispielsweise kann die Ausgleichsschicht 40 durch eine vorzugsweise aus dem Substratmaterial, beispielsweise mit Y2O3 teilstabilisiertes Zirkonoxid (Y-PSZ), gebildete Druckschicht, wie etwa eine Siebdruckschicht, gebildet sein.
