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Die Erfindung betrifft einen Sensor zur Bestimmung einer in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Kohlendioxyd- und/oder Wasserkonzentration.
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Bei modernen Verbrennungsmotoren wird die effiziente Verbrennung des zugeführten Treibstoffes immer wichtiger. Zum einen wird durch die effiziente Verbrennung des Treibstoffes die zur Verfügung stehende Treibstoffreserve geschont und zum anderen wird durch eine effiziente Verbrennung des Treibstoffes die Belastung der Umwelt durch die Abgase des Verbrennungsprozesses auf ein Minimum reduziert. Bei Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge hat sich zur Reduktion des Schadstoffausstoßes die Rückführung der Abgase in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors als effiziente Methode zur Reduktion von Schadstoffen erwiesen. Da jedoch diese zurückgeführten Abgase schon einen Verbrennungsprozess durchlaufen haben, ist der im zurückgeführten Abgas enthaltenen Sauerstoffanteil gegenüber dem Anteil in der normalen Umgebungsluft reduziert. Für eine optimale Verbrennung ist es jedoch notwendig, genau zu wissen, wie das zur Verbrennung bereitgestellte Gas, insbesondere mit Hinblick auf den Sauerstoffanteil zusammengesetzt ist, damit dem Verbrennungsmotor genau die richtige Menge Sauerstoff zugeführt werden kann. Die Zusammensetzung der normalen Umgebungsluft ist bekannt. Sie besteht aus 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff und etwa 0,03% Kohlendioxyd. Nachdem die frische Umbebungsluft im Verbrennungsmotor einem Verbrennungsprozess unterzogen wurde, ist der Sauerstoffanteil wesentlich reduziert und der Kohlendioxydanteil erheblich erhöht.
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Aus der
DE 602 02 362 T2 ist ein nicht-dispersiver Infrarotsensor für verdampftes Wasserstoffperoxid bekannt. Das hier offenbarte Dekontaminationssystem besteht aus einer, die mikrobakteriell zu konterminierenden Gegenstände aufnehmenden Kammer aus einer Quelle des der Kammer zuzuführenden, mehrere Komponenten enthaltenden Dampfgemisches, wobei das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch unter anderem Wasserdampf und Wasserstoffperoxid enthält. Darüber hinaus weist das Dekontaminationssystem ein Sensorsystem einschließlich eines Licht ausstrahlenden Teils auf, das das Licht in das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch einstrahlt, und ein Licht empfangendes Teil, das das durch das mehrere Komponenten enthaltende Dampfgemisch geleitete Licht empfängt.
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Die
DE 695 30 636 T2 offenbart ein System zur Bestimmung der NO-Konzentration in einer Abgaswolke mit einer Quelle elektromagnetischer Strahlung, um eine Strahlung, die eine Mehrzahl von Wellenlängen aufweist, entlang eines Lichtweges zu richten, der durch die Abgaswolke führt und ein erstes Sensormittel mit einem Ausgang zur Anzeige eines Grades der Absorbtion der Strahlung innerhalb eines Bandes von ersten Wellenlängen aufgrund des Vorhandenseins von NO in der Abgaswolke verursacht, das einen ersten Fotodetektor und ein erstes Schmalbandfilter aufweist, das zwischen dem ersten Fotodetektor und der Abgaswolke angeordnet ist, wobei das erste Filter einen Wellenlängendurchlassbereich mit einer vorbestimmten Breite hat, der eine Wellenlänge von 5,26 μm enthält.
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Die
US 2003/0205673 A1 offenbart ein Infrarotspektrometer, in dem eine Infrarotquelle angeordnet ist, die Infrarotenergie ausstrahlt. Eine Messzelle enthält ein zu anlysierendes Gas und ist positioniert im Strahlengang der von der Infrarotquelle emittierten Infrarotstrahlung. Eine Detektoranordnung enthält einen ersten, zweiten und dritten Thermopeildetektor, die in thermischer Nähe zueinander angeordnet sind und die empfindlich auf die eingestrahlte Infrarotenergie sind und ein der Infrarotenergie entsprechendes Signal produzieren. Der erste und der zweite Detektor sind im Infrarotweg der von der Infrarotquelle emittierten Strahlung angeordnet, und der dritte Detektor ist außerhalb dieses Infrarotweges positioniert. Weiterhin weist das Spektrometer ein engbandiges Filter auf, das der Wellenlänge des zu analysierenden Gases entsprechend ausgelegt ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen kostengünstigen Sensor anzugeben, mit dem der im Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltene Kohlendioxydanteil bestimmt werden kann, um durch die Bestimmung des Kohlendioxydanteils im Abgas des Verbrennungsmotors auf den verbliebenen Sauerstoffanteil im Abgas des Verbrennungsmotors schließen zu können.
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Die Aufgabe wird durch einen Sensor zur Bestimmung der im Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Kohlendioxydkonzentration nach dem Patentanspruch 1 gelöst.
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Dadurch, dass die Strahlungsquelle ein Substrat, ein auf dem Substrat ausgebildetes elektrisch betriebenes Heizelement und eine das Heizelement bedeckende Passivierung aufweist, wobei die Passivierung in direktem Kontakt mit dem Abgas steht, kann ein sehr kostengünstiger Sensor geschaffen werden, der dennoch sehr gute Messergebnisse liefert. Zwischen dem Substrat und dem Abgas sind im Rahmen dieser Erfindung keinerlei Fenster notwendig, die das Heizelement vor dem Abgas schützen. Da im Abgas von Verbrennungsmotoren sehr hohe Temperaturen herrschen ist der Einsatz von Fenstern zwischen dem Substrat und dem Abgas und deren Abdichtung eine aufwendige und teure Vorgehensweise. Zudem sind geeignete Fenster nur aus hochwertigen und sehr teuren Materialien herstellbar. Durch den direkten Kontakt der Passivierung mit dem Abgas werden alle diese Nachteile vermieden.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist das Heizelement mit einer elektrischen Energiequelle verbunden, mit der das Heizelement die Strahlungsquelle auf eine zur Abstrahlung der charakteristischen elektromagnetischen Strahlung notwendige Temperatur heizt, wobei diese Temperatur während des Betriebes des Sensors konstant gehalten wird. Die elektrische Energiequelle kann eine Stromquelle sein. Durch den direkten Kontakt der Passivierung mit dem Abgas wird die Strahlungsquelle von der Temperatur und dem Volumenstrom des Abgases thermisch beeinflusst. Je nach dem wo der Sensor im Abgasstrang angeordnet ist, kann es zu einer starken Abkühlung der Strahlungsquelle durch den Abgasstrom kommen. Mit dieser Abkühlung würde sich das von der Strahlungsquelle abgestrahlte charakteristische Spektrum verändern. Dadurch, dass die elektrische Energiequelle die Strahlungsquelle während des Betriebes des Sensors auf eine konstante Temperatur aufheizt, bleibt das Spektrum der erzeugten charakteristischen Strahlung unverändert. Dazu ist es besonders Vorteilhaft, wenn an der Stromquelle und/oder dem Heizelement eine elektronische Schaltung ausgebildet ist, die den Strom derart regelt, dass die Temperatur der Strahlungsquelle während des Betriebes des Sensors konstant gehalten wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist auf dem Substrat ein schwarzer Körper ausgebildet und/oder die Passivierung ist als schwarzer Köper ausgebildet. Einige Materialien verhalten sich zumindest in einem begrenzten Spektralbereich wie ein schwarzer Strahler. Die Materialien können so gewählt werden, dass sie im Bereich der Kohlendioxyd- oder Wasserresonanzlinie besonders intensiv strahlen. Dazu kann der schwarze Körper als schwarze, temperaturbeständige Paste ausgebildet sein.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist auf dem Substrat ein Siliziumgras ausgebildet. Siliziumgras verhält sich, wenn es erhitzt wird, nahezu wie ein idealer schwarzer Körper, der in seiner thermischen Strahlungscharakteristik dem Plankschen Strahlungsgesetz folgt. Der gleiche Effekt ergibt sich, wenn die Passivierung als Siliziumgras ausgebildet ist.
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Wenn auf oder an dem Substrat eine Membran ausgebildet ist, auf der das elektrische Heizelement angeordnet ist, kommt es nur im Bereich der Membran zu einem signifikanten Temperaturanstieg. Alle anderen Bereichte der Strahlungsquelle werden thermisch weniger belastet, was besondere Vorteile beim Einbau des Sensors in die Abgasanlage hat.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung und anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
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1 einen Verbrennungsmotor,
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2 die Funktionsweise des Sensors,
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3 eine Draufsicht auf die Strahlungsquelle,
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4 den Strahlungsempfänger,
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5 den Sensor mit dem Strahlungsempfänger und Strahlungsquelle,
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6 die aus 2 bekannte Strahlungsquelle.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1 mit einem Abgaskrümmer 2 und dem sich an den Abgaskrümmer 2 anschließenden Abgasrohr 3. Im Abgasrohr 3 ist ein Schalldämpfer 4 ausgebildet. Vom Abgasrohr 3 zweigt ein Abgasrückführrohr 5 ab, das mit einem Abgasrückführventil 6 versehen ist. Wenn das Abgasrückführventil 6 geöffnet wird, können Abgase 13 aus dem Abgasrohr 3 über das Abgasrückführrohr 5 in das Ansaugrohr 9 geführt werden. Damit werden die Abgase 13 vom Verbrennungsmotor 1 der angesaugten Frischluft beigemischt. Die Frischluft für den Verbrennungsmotor 1 wird über einen Luftfilter 7, der eine Luftfiltermatte 8 enthält, in das Ansaugrohr 9 angesaugt. Die Frischluft wird bei geöffnetem Abgasrückführventil 6 mit den Abgasen 13 vermischt und dieses Gasgemisch wird dem Verbrennungsmotor 1 zur Verbrennung des Treibstoffes zugeführt. Zur Messung der Kohlendioxydkonzentration im Abgas des Verbrennungsmotors ist das Sensorsystem zur Bestimmung der im Abgas 13 des Verbrennungsmotors 1 enthaltenen Kohlendioxydkonzentration aus einem Sensor 10 und einer Energiequelle 11 aufgebaut. Die elektrische Energiequelle 11 kann eine elektrische Stromquelle sein. Weiterhin kann das Sensorsystem zur Bestimmung der in einem Abgas des Verbrennungsmotors enthaltenen Kohlendioxydkonzentration eine Auswerteelektronik 12 enthalten. Der Sensor 10 kann im Abgasrohr 3, im Abgasrückführrohr 5 oder im Ansaugrohr 9 im Bereich nach der Beimischung des Abgases 13 angeordnet sein.
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Die Funktionsweise des Sensors 10 zur Bestimmung der im Abgas 13 eines Verbrennungsmotors 1 enthaltenen Kohlendioxydkonzentration wird in 2 dargestellt.
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2 zeigt das Abgasrohr 3, in dem der Sensor 10 angeordnet ist. Wie schon in 1 dargestellt, kann der Sensor 10 auch im Abgasrückführrohr 5 oder im Ansaugrohr 9 angeordnet sein. Der Sensor 10 weist eine Strahlungsquelle 16 auf, die thermische Strahlung 17, 18 im infraroten Spektralbereich (IR) erzeugt. Die Strahlungsquelle 16 besteht aus einem Substrat 20, an dem oder auf dem mit mikromechanischen Methoden eine dünne Membran 21 ausgebildet ist. Auf der Membran 21 ist ein elektrisches Heizelement 22 angeordnet. Die Membran 21 und das darauf angeordnete elektrische Heizelement 22 können durch eine Passivierung 23 abgedeckt sein. Das elektrische Heizelement 22 ist über elektrische Anschlüsse 28 mit einer Stromquelle 11 elektrisch verbunden. Mithilfe dieser Stromquelle 11 wird das elektrische Heizelement 22 und damit die Strahlungsquelle 16 nach Möglichkeit auf eine konstante Temperatur erhitzt, so dass die Strahlungsquelle 16 eine für sie charakteristische elektromagnetische Strahlung abstrahlt. Die Membran 21 dient in erster Linie dazu, das beim Erhitzen des elektrischen Heizelementes 22 möglichst wenig Wärmeenergie auf die äußeren Bereiche des Substrats 20 übertragen wird. Der heiße Bereich der Strahlungsquelle 16 soll damit vor allem im Bereich der Membran 21 entstehen. Die Strahlungsquelle 16 ist dabei so zu erhitzen, dass sie charakteristische elektromagnetische Strahlung abstrahlt, die eine möglichst hohe Intensität im Bereich von Resonanzwellenlängen des im Abgas befindlichen Kohlendioxydes oder Wassers aufweist. Dazu muss die Strahlungsquelle 16 auf eine konstante Temperatur geheizt werden, die allerdings in Abhängigkeit von der Abgastemperatur stehen kann. Diese konstante Temperatur liegt bei etwa 400°C. Ein Temperatursensor 30 erfasst die Abgastemperatur und führt diesen Messwert einer elektronischen Schaltung 31 zu, die die Stromquelle 11 zur Versorgung der Strahlungsquelle 16 ansteuert. Der Temperatursensor 30 kann auch auf dem Substrat 20 der Strahlungsquelle 16 angeordnet sein.
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Im Abgas 13 vom Verbrennungsmotor 1 sind Kohlendioxydpartikel 14 und Wasserpartikel zu erkennen. Weiterhin werden mit dem Abgas 13 vom Verbrennungsmotor Verschmutzungen 15 durch das Abgasrohr 3 transportiert. Diese Verschmutzungen 15 können zum Beispiel Rußpartikel sein, die vermehrt bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff entstehen. Diese Rußpartikel neigen dazu, sich auf der Passivierung 23 der Strahlungsquelle 16 abzulagern. Durch diese Verschmutzungen 15 auf der Strahlungsquelle 16 wird die charakteristische Strahlung der Strahlungsquelle 16 verändert, was die Messung des Kohlendioxydanteils im Abgas wesentlich verfälschen kann. Auch hier ist es zunächst denkbar die konstante Temperatur der Strahlungsquelle 16 dem Verschmutzungsgrad der Strahlungsquelle 16 anzupassen. Wenn die Strahlungsquelle 16 jedoch soweit verschmutzt ist, das eine Nachführung der konstanten Heiztemperatur wirkungslos wird, ist es notwendig die Strahlungsquelle 16 von der Verschmutzung zu reinigen. Dazu ist die Stromquelle 11 derart ausgebildet, dass sie die Strahlungsquelle 16 zum einen auf die zur Abstrahlung der charakteristischen elektromagnetischen Strahlung notwendige Temperatur aufheizen kann und zum anderen die Strahlungsquelle 16 auch auf die Abbrandtemperatur der Verschmutzung 15 aufheizen kann, womit die Oberfläche der Passivierung 23 von der Verschmutzung 15 befreit werden kann. Die Abbrandtemperatur für die Verschmutzung 15 (zum Beispiel Ruß) liegt oberhalb von 500°C. Es sei darauf hingewiesen, dass die Passivierung 23 im Rahmen dieser Erfindung in direktem Kontakt mit dem Abgas 13 vom Verbrennungsmotor 1 steht. Dies hat den Vorteil, dass aufwendige Fensterlösungen vermieden werden, wodurch der Sensor 10 besonders preisgünstig hergestellt werden kann. Um der Verschmutzungsproblematik bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Sensors 10 zu begegnen, kann das Heizelement 22 von der elektrischen Stromquelle 11 zum einen auf die zur Abstrahlung der charakteristischen elektromagnetischen Strahlung notwendige Temperatur (ca. 400°C) geheizt werden und zum anderen auf die zur Beseitigung einer Verschmutzung 15 notwendige Abbrandtemperatur (< 500°C) der Verschmutzung 15 aufgeheizt werden.
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Die Wirkungsweise des Sensors 10 nach 2 wird im Folgenden dargestellt:
Die Strahlungsquelle 16 sendet eine charakteristische elektromagnetische Strahlung aus, die eine erste Strahlung 17 mit einer Wellenlänge von z. B. 4,28 μm enthält. Die Strahlungsquelle 16 ist vorzugsweise mit mikromechanischen Techniken gefertigt und weist eine anisotrop geätzte Membran 21 auf, die von dem elektrischen Heizelement 22 zum Beispiel auf 400°C aufgeheizt wird. Bei 400°C erzeugt die Strahlungsquelle 16 die charakteristische elektromagnetische Strahlung, die alle benötigten Wellenlängen enthält. Bei dieser Anwendung liegt das Spektrum der Strahlung im Infraroten (IR) Bereich. Darüber hinaus ist im Spektrum der Strahlungsquelle 16 eine zweite Strahlung 18 z. B. mit einer Wellenlänge von 4,0 μ oder einer Wellenlänge von 5 μm enthalten. Wenn die erste Strahlung 17 mit einer Wellenlänge 4,28 μm auf ein Kohlendioxydpartikel 14 auftrifft, gerät diese Strahlung mit dem Kohlendioxydpartikel 14 in Resonanz und wird vollständig vom Kohlendioxydpartikel absorbiert. Hingegen geht die zweite Strahlung 18 ungehindert durch die Kohlendioxydpartikel 14 hindurch, da die Kohlendioxydpartikeln 14 für die Wellelänge der zweiten Strahlung 18 keine Resonanzen aufweisen. Im Strahlungsempfänger 19 sind ein erstes Fenster 24 und ein zweites Fenster 25 zu erkennen. Das erste Fenster 24 lässt ausschließlich die erste Strahlung 17 mit einer Wellenlänge von 4,28 μm passieren. Das zweite Fenster 25 lässt ausschließlich die zweite Strahlung 18 mit der anderen Wellenlänge passieren. Die Fenster 24, 25 fungieren somit als Frequenzfilter. Hinter dem ersten Fenster 24 und dem zweiten Fenster 25 sind sogenannte Thermopiles 26 angeordnet, die die Intensität der durch das erste Fenster 24 und das zweite Fenster 25 gelangten elektromagnetischen Strahlung detektieren.
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Die hier beschriebene Wirkungsweise kann ebenso auf eine Resonanzwellenlänge von Wasser angepasst werden, wodurch der erfindungsgemäße Sensor sowohl zur Bestimmung einer in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Kohlendioxydkonzentration als auch zur Bestimmung einer in einem Abgas eines Verbrennungsmotors enthaltenen Wasserkonzentration eingesetzt werden kann. Werden von der Strahlungsquelle eine erste und eine zweite Strahlung 17, 18, sowie eine dritte Strahlung erzeugt und ist die erste Strahlung 17 zum Beispiel auf die Resonanz mit dem Kohlendioxyd und die dritte Strahlung auf die Resonanz mit dem Wasser abgestimmt, wobei die zweite Strahlung keinerlei Resonanz mit den Abgasbestandteilen zeigt, so kann, unter Verwendung von drei entsprechenden Festern zur Frequenzfilterung und drei dahinter angeordneten Theropiles 26, die Kohlendioxyd- und die Wasserkonzentration im Abgas bestimmt werden.
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Basierend auf dem thermoelektrischen Effekt kann das Thermopile 26 als Temperaturmesselement eingesetzt werden, um Wärmestrahlung zu messen. In einem Thermopile 26 sind mehrere Thermoelemente hintereinander geschaltet und erzeugen dadurch wesentlich höhere Spannungen und eine höhere Empfindlichkeit. In jedem einzelnen Thermoelement wird eine der einstrahlenden Temperatur proportionale elektrische Spannung erzeugt. Die Ursache dafür ist der sogenannte Seebeck-Effekt. Hierbei fließen elektrische Ladungsträger in einem erwärmten Metall von dem warmen zum kalten Pol. Somit entsteht eine Differenzspannung zwischen den beiden verbundenen Metallen des Thermoelementes. Diese Differenzspannung wird abgegriffen und zum Beispiel mit einem Operationsverstärker verstärkt. Ein Thermopile 26 kann zum Beispiel aus 100 Thermoelementen, die aus Nickel-Chrom und Nickel bestehen, aufgebaut sein. Thermopiles 26 können sehr gut zur Messung der Intensität von IR-Strahlen angewendet werden. Das Thermopile 26 kann mikromechanisch auf Siliziumbasis hergestellt werden. Besonders vorteilhaft kann der Thermopile 26 zur berührungslosen Temperaturmessung von Oberflächen eingesetzt werden.
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Wenn nun aufgrund einer hohen Kohlendioxydkonzentration 14 oder aufgrund eines hohen Wasseranteiles im Abgas 13 ein hoher Anteil der ersten Strahlung 17 absorbiert wird, wird das erste Thermopile 26 hinter dem ersten Fenster 24 nur ein kleines elektrisches Signal liefern. Dieses Signal kann man mit dem Signal des zweiten Thermopiles 26 hinter dem zweiten Fenster 25 vergleichen. Da die zweite Strahlung 18 weder von Kohlendioxydpartikeln 14 noch von Wasserpartikeln im Abgas 13 absorbiert wird, wird das zweite Thermopile 26 hinter dem zweiten Fenster 25 immer die volle Leistung der Strahlungsquelle 16 empfangen und ein entsprechend großes elektrisches Signal liefern. Der Vergleich der von den zwei Thermopiles 26 gelieferten elektrischen Signale erfolgt in der Auswerteelektronik 12. Anhand dieses Vergleiches kann auf die Kohlendioxydkonzentration im Abgas 13 des Verbrennungsmotors 1 geschlossen werden. Da der Sauerstoffanteil in der Umgebungsluft bekannt ist, kann über die Kohlendioxydkonzentration im Abgas 13 auch auf den Sauerstoffanteil im Abgas 13 geschlossen werden. Mit diesen Informationen kann den Verbrennungsmotor 1 ein optimales Gemisch aus Frischluft und zurückgeführten Abgasen zugeführt werden.
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3 zeigt eine Draufsicht auf die Strahlungsquelle 16. Auf der Strahlungsquelle 16 ist das elektrische Heizelement 22 ausgebildet, das über die elektrischen Anschlüsse 28 mit der Stromquelle 11 verbunden werden kann. Das elektrische Heizelement 22 ist im Bereich der Membran 21 ausgebildet und mit einer Passivierungsschicht 23 überzogen.
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4 zeigt den Strahlungsempfänger 19, der ein erstes Fenster 24 und ein zweites Fenster 25 aufweist. Hinter dem ersten Fenster 24 ist ein erstes Thermopile 26 ausgebildet und hinter dem zweiten Fenster 25 ist ein zweites Thermopile 26 ausgebildet.
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5 zeigt den Sensor 10 mit dem Strahlungsempfänger 19 und Strahlungsquelle 16. Der Strahlungsempfänger 19 ist hier mit einer Halterung 29 mit der Strahlungsquelle 16 verbunden. Innerhalb der Halterung 29 sind elektrische Leitungen zu erkennen, die das Heizelement 22 mit der Stromquelle 11 und/oder der Auswerteelektronik 12 verbinden. Die Strahlungsquelle 16 besteht aus einem Substrat 20, das eine Membran 21 aufweist. Auf der Membran 21 ist das elektrische Heizelement 22 ausgebildet, welches von einer Passivierung 23 abgedeckt wird. Der Strahlungsempfänger 19 weist ein erstes Fenster 24 und ein zweites Fenster 25 auf, hinter diesen Fenstern sind die Thermopiles 26 angeordnet.
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6 zeigt die aus 2 bekannte Strahlungsquelle 16. Zu erkennen ist wiederum das Substrat 20 mit der Membran 21. Auf der Membran 21 ist das elektrische Heizelement 22 angeordnet und mit einer Passivierung 23 überzogen. Auf der Passivierung 23 ist ein sogenanntes Siliziumgras 27 ausgebildet. Dieses Siliziumgras 27 verleiht der Strahlungsquelle 16 die Eigenschaften eines nahezu idealen Schwarzkörperstrahlers. Siliziumgras, auch schwarzes Silizium (engl. black silicon) genannt, ist eine Oberflächenmodifikation des kristallinen Siliziums. Dabei entstehen zum Beispiel durch Beschuss mit hochenergetischen Ionen oder ultrakurzer Laserpulse nadelförmige Strukturen auf der Oberfläche, die die Reflexion des Substrates stark verringern. Damit ist Siliziumgras eine nadelförmige Oberflächenstruktur, wobei die Nadeln zum Beispiel eine Länge > 10 μm und eine Durchmesser < 1 μm auf einem einkristallinen Silizium aufweisen. Diese Strukturform wird auch als „silicon grass” oder „RIE grass” bezeichnet. Ein wesentliches Merkmal des Siliziumsgrases ist eine erhöhte Absorption von einfallendem Licht. Als Lichtemitter verhält sich das Siliziumgras ähnlich wie ein idealer Schwarzkörperstrahler. Die abgestrahlte thermische Strahlung folgt in ihrer spektralen Verteilung beim Siliziumgras weitgehend dem Planckschen Strahlungsgesetz.