DE102011085421A1

DE102011085421A1 - Verfahren und vorrichtung zum erfassen von in einem zu messenden gas enthaltenen partikeln

Info

Publication number: DE102011085421A1
Application number: DE102011085421A
Authority: DE
Inventors: Takehito Kimata; Mikiyasu Matsuoka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-05-03
Also published as: US8860439B2; US20120103059A1; JP2012093289A; JP5201194B2

Abstract

Ein Partikelerfassungselement (10) umfasst eine parallel mit einem erfassten Widerstand RSEN angebrachte Kapazitätskomponente (13). Es sind eine Gleichstromenergiequelle (21), die einen Gleichstrom (IDC) für eine Partikelerfassung zuführt, und eine Wechselstromenergiequelle (22), die einen Wechselstrom (IAC) für eine Abtrennungserfassung zuführt, bereitgestellt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erfassen einer Menge von in einem zu messenden Gas, wie etwa Abgas von Fahrzeugen, enthaltenen Partikeln, und insbesondere erfasst das Verfahren und die Vorrichtung eine Menge der Partikel basierend auf einem elektrischen Widerstand, der durch die Ansammlung von Partikeln zwischen Elektroden verursacht wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren des Herstellens eines in der Partikelerfassungsvorrichtung verwendeten Partikelerfassungselements.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Das Abgas eines Dieselmotors eines Automobils und dergleichen kann Umweltgifte, insbesondere Partikel bzw. Partikelstoffe (engt.: ”particulate-matter”) (nachstehend dementsprechend als ”PM” bezeichnet), die hauptsächlich aus Rußpartikeln und löslichen organischen Fraktionen (SOF) besteht, enthalten. Ein Dieselpartikelfilter (nachstehend dementsprechend als ”DPF” bezeichnet) ist in einem Abgaspfad bereitgestellt, um die PM zu sammeln. Der DPF besteht aus einer porösen Keramik mit ausgezeichnetem Wärmewiderstand. Der DPF fängt das PM als Folge darauf auf, dass das Abgas eine Trennwand mit zahlreichen feinen Poren durchströmt.
Wenn die Menge von gesammelten PM eine zulässige Menge übersteigt, wird der DPF verstopft. Ein Druckverlust kann ansteigen. Alternativ kann die Menge von durch den DPF freigesetzten PM ansteigen. Daher wird die Sammelleistungsfähigkeit über einen Regenerationsprozess wiederhergestellt, der periodisch durchgeführt wird.
Im Allgemeinen wird ein Anstieg des Differenzialdrucks über den DPF, der durch einen Anstieg der Menge des gesammelten PM verursacht wird, zum Bestimmen des Regenerationszeitpunkts verwendet. Daher ist ein Differenzialdrucksensor bereitgestellt, der die Druckdifferenz stromaufwärtig und stromabwärtig des DPF erfasst.
Der Regenerationsprozess wird durch Hochtemperaturabgas durchgeführt, das in den DPF eingebracht wird, durch Aufheizen unter Verwendung eines Heizelements, durch Nacheinspritzung oder dergleichen, und das PM wird durch Verbrennen entfernt.
Andererseits wurde ein Sensor vorgeschlagen, der dazu fähig ist, direkt das PM in dem Abgas zu erfassen. Der PM-Sensor ist beispielsweise stromabwärtig des DPF bereitgestellt, und misst die Menge von PM, das durch den DPF freigesetzt wird. Der PM-Sensor kann in einer fahrzeugeigenen Diagnose-(OBD)-Vorrichtung verwendet werden, um einen Betriebszustand des DPF zu überwachen, oder Abnormitäten, wie etwa Brüche und Beschädigungen, erfassen.
Ein Verwenden des PM-Sensors anstatt des Differenzialdrucksensors zum Bestimmen des Regenerationszeitpunkts des DPF wurde ebenso diskutiert. In dieser Hinsicht ist der PM-Sensor stromaufwärtig des DPF bereitgestellt und misst die Menge von PM, das in den DPF eintritt.
Als eine Basiskonfiguration eines PM-Sensors, wie etwa des vorstehend beschriebenen, offenbart die JP-A-S59-197847 einen elektrischen Rauchsensor der Widerstandsart. Der Rauchsensor ist derart konfiguriert, dass ein Paar von leitfähigen Elektroden an einer vorderen Fläche eines Substrats mit Isoliereigenschaften ausgebildet ist, und ein Heizelement an einer hinteren Oberfläche oder innerhalb des Substrats ausgebildet ist. Der Rauchsensor macht sich zu Nutze, dass Rauch (Partikel-Kohlenstoff) eine Leitfähigkeit aufweist, und erfasst Änderungen eines elektrischen Widerstandswerts, die als eine Folge auftreten, dass Rauch zwischen den Elektroden, die als eine Erfassungssektion dienen, angesammelt wird.
In einer Partikelerfassungsvorrichtung, wie etwa der vorstehend beschriebenen gilt, dass wenn eine bestimmte Menge von Partikel oder mehr zwischen Erfassungselektroden angesammelt ist, sich der erfasste Widerstand nicht mehr ändert. Die Menge von Partikeln innerhalb des zu messenden Gases kann nicht länger erfasst werden.
Daher ist das Heizelement bereitgestellt, welches Wärme als eine Folge dessen erzeugt, dass dieses erregt wird. Die Erfassungssektion wird dadurch aufgeheizt bzw. aufgewärmt, dass diese direkt durch ein Heizelement aufgeheizt ist. Alternativ wird die Erfassungssektion durch eine Nacheinspritzung oder dergleichen, durch Abgas, das als das zu messende Gas dient, das auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wird, aufgeheizt. Als eine Folge werden die zwischen den Erfassungselektroden angesammelten Partikel durch Verbrennung entfernt. Die Erfassungsleistungsfähigkeit wird dabei wiederhergestellt.
Zusätzlich offenbart die WO 2008/031654 ein Beispiel eines Partikelerfassungselements, wie etwa das vorstehend beschriebene, und ein Steuerverfahren. Das Partikelerfassungselement in der WO 2008/031654 ist derart konfiguriert, dass eine Widerstandsschicht parallel mit einem elektrischen Widerstand verbunden ist, der durch zwischen Erfassungselektroden angesammelten Partikeln gebildet wird. Die Widerstandsschicht ist zwischen einem Substrat und einem Paar von Erfassungselektroden bereitgestellt. Die Widerstandsschicht ist durch eine leitfähige Schicht ausgebildet, die Zirkonoxid oder dergleichen enthält. Als eine Folge der ausgebildeten Widerstandsschicht können eine Beschädigung und Verschlechterung der Elektroden erfasst werden.
Jedoch gilt in einer herkömmlichen Partikelerfassungsvorrichtung der elektrischen Widerstandsart, wie etwa der in der JP-A-S59-197847 beschriebenen, dass wenn die zwischen den Erfassungselektroden angesammelten Partikel aufgeheizt und entfernt werden, der Widerstand zwischen den Erfassungselektroden extrem hoch wird, was einen annähernd isolierten Zustand bewirkt.
Daher kann es schwierig sein, den Wert des erfassten Widerstands zu verwenden, um zwischen einem Zustand zu unterscheiden, in dem Partikel nicht zwischen den Erfassungselektroden angesammelt sind, und einem Zustand, in dem eine Abtrennabnormität in einer elektrischen Leitung einer Signalleitung, die ein Erfassungselement und eine Erfassungsschaltung oder dergleichen verbindet, aufgetreten ist.
Wie in der WO 2008/031654 beschrieben ist, wird eine Erregung zwischen den Erfassungselektroden durch die leitfähige Schicht durchgeführt. Daher wird eine Ausgabe auch in einem Zustand erfasst, in dem Partikel nicht angesammelt sind, wenn der Widerstandswert der leitfähigen Schicht zu niedrig ist. Als eine Folge kann eine Fehlfunktion auftreten. Weiterhin ist es notwendig, dass der Widerstandswert der leitfähigen Schicht mit hoher Genauigkeit angepasst wird, was zu einem Anstieg der Herstellkosten führt.
Darüber hinaus wird das Metall, welches die Erfassungselektroden konfiguriert, in der leitfähigen Schicht als eine Folge eines übermäßigen Gebrauchs zwangsläufig verstreut. Der Widerstandswert der leitfähigen Schicht ändert sich, wodurch eine instabile Ausgabe verursacht wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung wurde im Lichte der vorstehend beschriebenen Sachverhalte gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Partikelerfassungsvorrichtung der elektrischen Widerstandsart bereitzustellen, die verwendet wird, um Partikel innerhalb eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine zu erfassen. Die Partikelerfassungsvorrichtung ist hoch zuverlässig, weist eine hohe Erfassungsgenauigkeit auf und ist dazu fähig, eine Abtrennabnormität zu erfassen. Die vorliegende Erfindung stellt ebenso ein Verfahren des Herstellens eines in der Partikelerfassungsvorrichtung verwendeten Partikelerfassungselements bereit. Die vorliegende Erfindung stellt ebenso ein Verfahren des Erfassens einer Abtrennung in einer Partikelerfassungsvorrichtung bereit.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Erfassungsvorrichtung bereitgestellt, die eine Menge von Partikeln erfasst, die in einem zu messenden Gas enthalten sind, wobei die Erfassungsvorrichtung aufweist:
ein Erfassungselement mit einer Erfassungssektion, die einen elektrischen Widerstand bezüglich der Partikel gegen einen Gleichstrom und eine Kapazitätskomponente ausgibt;
eine Erfassungsschaltung mit einer Wechselstromquelle, die einen Wechselstrom dem Erfassungselement zuführt, und einem Wechselstromdetektor, der den durch das Erfassungselement fließenden Wechselstrom erfasst.
Gemäß dem ersten Aspekt wird die Kapazitätskomponente ein vorbestimmter Wert proportional zu einer relativen Permittivität bzw. Dielektrizitätszahl der dielektrischen Schicht und dem Gebiet von parallelen Plattenleitern, und umgekehrt proportional zu der Filmdicke der dielektrischen Schicht. Die Kapazitätskomponente gibt eine Impedanz eines bestimmten Bereichs in Relation zu dem von der Wechselstromquelle zugeführten Wechselstrom an.
Auch in einem Zustand, in dem Partikel nicht zwischen den Erfassungselektroden angesammelt sind, fließt der durch die Gleichstromquelle angelegte Gleichstrom nicht durch das Partikelerfassungselement, und eine Ausgabe von einem Gleichstromdetektor kann nicht erfasst werden, wobei der Wechselstromdetektor den über die Kapazitätskomponente übertragenen Wechselstrom erfassen kann.
Daher gilt, dass wenn eine Abtrennabnormität zwischen der Erfassungsschaltung und dem Partikelerfassungselement, die über eine Signalleitung verbunden sind, auftritt, sich der durch den Wechselstromdetektor erfasste Wechselstrom ändert. Die Abtrennabnormität kann unverzüglich erfasst werden.
Als Folge des Gleichstromdetektors, der den durch das Partikelerfassungselement fließenden Gleichstrom erfasst, kann ein durch zwischen den Erfassungselektroden angesammelten Partikeln ausgebildeter Erfassungswiderstand genau gemessen werden.
Zurzeit kann, als ein Ergebnis des Verwendens einer Isolierkeramik als die dielektrische Schicht, der Gleichstromwiderstand zwischen den parallelen Plattenleitern erhöht werden, und Isoliereigenschaften können in der Kapazitätskomponente sichergestellt werden. Daher kann die Menge von in der Erfassungssektion angesammelten Partikeln erfasst werden, ohne dass der Gleichstrom zu der Kapazitätskomponente fließt, und ohne dass die Ausgabe des erfassten Widerstands, der durch den Gleichstromdetektor erfasst wird, beeinflusst wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den anhängenden Zeichnungen gilt:
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Übersicht eines Partikelerfassungselements, das in einer Partikelerfassungsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines Partikelerfassungssensors, der in der Partikelerfassungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
3 ist ein Blockdiagramm einer Übersicht des gesamten Partikelerfassungssensors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4A ist ein erläuterndes Diagramm einer Übersicht eines Verfahrens eines ersten Tests, der ausgeführt wird, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen,
4B ist ein Eigenschaftendiagramm, das Änderungen der Ausgangsspannung zeigt, die durch einen Wechselstromdetektor erfasst werden,
4C ist ein Eigenschaftendiagramm, das Differenzen einer Ausgangsspannung in einem verbundenen Zustand und einem abgetrennten Zustand zeigt, die in dem ersten Test erfasst wurden;
4D ist ein Eigenschaftendiagramm, das eine Ausgangsspannung eines Gleichstromdetektors zeigt, die in dem ersten Test erfasst wurde;
5A ist ein Eigenschaftendiagramm, das Änderungen einer Wechselstromimpedanz in Abhängigkeit auf Temperaturänderungen zeigt, wenn Aluminiumoxid in einer dielektrischen Schicht verwendet wird;
5B ist ein Eigenschaftendiagramm von Änderungen einer Wechselstromimpedanz in Abhängigkeit auf Temperaturänderungen, wenn Zirkonoxid in der dielektrischen Schicht verwendet wird;
6A ist ein Eigenschaftendiagramm von Änderungen einer Wechselstromimpedanz in Abhängigkeit auf Temperaturänderungen, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht bei Verwenden von Aluminiumoxid 25 μm beträgt;
6B ist ein Eigenschaftendiagramm von Änderungen einer Wechselstromimpedanz in Abhängigkeit auf Temperaturänderungen, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht 12,5 μm beträgt;
7A ist ein Eigenschaftendiagramm von Änderungen einer Wechselstromimpedanz in Abhängigkeit auf Temperaturänderungen, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht bei Verwenden von Zirkonoxid 25 μm beträgt;
7B ist ein Eigenschaftendiagramm von Änderungen einer Wechselstromimpedanz in Abhängigkeit auf Temperaturänderungen, wenn die Dicke der dielektrischen Schicht 12,5 μm beträgt;
8A ist ein Eigenschaftendiagramm, das Änderungen eines Volumenwiderstands von Aluminiumoxid zeigt;
8B ist ein Eigenschaftendiagramm, das eine Korrelation zwischen der Dicke der dielektrischen Schicht bei Verwenden von Aluminiumoxid und einem Gleichstromwiderstand zeigt;
9A ist eine perspektivische Ansicht eines Verfahrens eines zweiten Tests, der durchgeführt wird, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen;
9B ist ein Eigenschaftendiagramm, das die Effekte der vorliegenden Erfindung anhand eines Vergleichsbeispiels zeigt;
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Übersicht eines Partikelerfassungselements, das in einer Partikelerfassungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
11 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Übersicht eines Partikelerfassungselements, das in einer Partikelerfassungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
12A ist eine perspektivische Ansicht eines Verfahrens eines dritten Tests, der durchgeführt wird, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, und 12B ist ein Eigenschaftendiagramm, das die Effekte der vorliegenden Erfindung anhand eines Vergleichsbeispiels zeigt; und
13 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels einer Abtrennerfassung und einer Partikelerfassung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend wird eine Partikelerfassungsvorrichtung gemäß verschiedenen bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die anhängenden Zeichnungen beschrieben.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Es wird ein erstes Ausführungsbeispiel mit Bezugnahme auf 1 bis 9A und 9B sowie 13 beschrieben.
Eine Partikelerfassungsvorrichtung 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels ist an einem Abgasdurchflusspfad bzw. Abgasdurchströmpfad einer Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt. Das Abgas dient als das zu messende Gas. Die Partikelerfassungsvorrichtung 100 erfasst die Menge von Partikeln innerhalb des zu messenden Gases. Eine Verbrennungssteuerung der Verbrennungskraftmaschine, eine Regeneration einer Abgasemissionssteuervorrichtung, eine Abnormitätsdiagnose, und dergleichen, werden durch Verwenden des Erfassungsergebnisses durchgeführt.
Die Partikelerfassungsvorrichtung 100 umfasst mindestens ein Partikelerfassungselement 10 und eine Erfassungsschaltung 20. Das Partikelerfassungselement 10 ist mit einem Paar von Erfassungselektroden 110 und 120 ausgestattet, die als eine Erfassungssektion 11 dienen. Das Paar von Erfassungselektroden 110 und 120 ist derart bereitgestellt, um einander mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen an einer vorderen Fläche eines Isoliersubstrats 101 gegenüberzuliegen. Die Erfassungsschaltung 20 ist mit dem Partikelerfassungselement 10 über ein Paar von Signalleitungen 116 und 126 verbunden (siehe 4A). Die Erfassungsschaltung 20 erfasst einen elektrischen Widerstand, der durch in der Erfassungssektion 11 angesammelten Partikeln PM gebildet wird, als einen erfassten Widerstand R_SEN. In der Partikelerfassungsvorrichtung 100, die die Menge von innerhalb des zu messenden Gases enthaltenen Partikel PM erfasst, umfasst das Partikelerfassungselement 10 eine Kapazitätskomponente 13, die parallel mit dem erfassten Widerstand R_SEN angebracht ist. Weiterhin umfasst die Erfassungsschaltung 20 eine Gleichstromenergiequelle 21, eine Wechselstromenergiequelle 22, einen Gleichstromdetektor 23 und einen Wechselstromdetektor 24. Die Gleichstromenergiequelle 21 führt einen Gleichstrom I_DC dem Partikelerfassungselement 10 zu. Die Wechselstromenergiequelle 22 führt einen Wechselstrom I_AC mit einer vorbestimmten Frequenz f und einer vorbestimmten Amplitude zu. Der Gleichstromdetektor 23 erfasst den Gleichstrom I_DC, der zu dem Partikelerfassungselement 10 fließt. Der Wechselstromdetektor 24 erfasst den Wechselstrom I_AC. Die Kapazitätskomponente 13 ist durch eine Isolierkeramik, die als eine dielektrische Schicht 150 dient, und einem Paar von parallelen Plattenleitern 130 und 140 ausgebildet. Die dielektrische Schicht 150 weist eine vorbestimmte Filmdicke d und eine vorbestimmte relative Dielektrizitätszahl ε_r auf. Das Paar von parallelen Plattenleitern 130 und 140 weist eine vorbestimmte Fläche S auf, und ist derart angebracht, um einander mit der dielektrischen Schicht 150 dazwischen gegenüberzuliegen.
In einem Zustand, in dem die Partikel nicht zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 gesammelt sind, ist die Kapazitätskomponente 13 in Serie zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 verbunden. Als eine Folge kann eine Abtrennung D1 in der Erfassungssektion 11 zusätzlich zu einer Abtrennung D2 zwischen der Erfassungssektion 11 und der Erfassungsschaltung 20 erfasst werden.
Eine Übersicht des Partikelerfassungselements 10 wird mit Bezugnahme auf 1 beschrieben.
Das Partikelerfassungselement 10 weist das Isoliersubstrat 101 und die Erfassungssektion 11 auf. Das Partikelerfassungselement 10 weist das Paar von Erfassungselektroden 110 und 120, ein Paar von Erfassungsadersektionen 111 und 121, und Erfassungsanschlusssektionen 112 und 122 auf. Das Paar von Erfassungselektroden 110 und 120 ist an der vorderen Fläche des Isoliersubstrats 101 ausgebildet. Das Paar von Erfassungsadersektionen 111 und 121 ist verbunden mit den Erfassungselektroden 110 und 120 ausgebildet. Die Erfassungsanschlusssektionen 112 und 122 sind entsprechend verbunden mit den Erfassungsadersektionen 111 und 121 ausgebildet.
Das Isoliersubstrat 101 ist in eine grobe Plattenform über ein bekanntes Verfahren, wie etwa ein Spatelverfahren durch Verwenden eines isolierenden wärmebeständigen Materials, wie etwa Aluminiumoxid, ausgebildet.
Die Erfassungselektroden 110 und 120, die Erfassungsadersektionen 111 und 121 und die Erfassungsanschlusssektionen 112 und 122 sind durch ein bekanntes Verfahren ausgebildet, wie etwa Dickfilmdrucken, durch Verwenden eines leitfähigen Materials, wie etwa Platin.
Weiterhin ist die Kapazitätskomponente 13, die eine Hauptsektion des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels ist, derart ausgebildet, um auf der Hinterflächenseite des Isoliersubstrats 101 ausgebildet zu sein.
Die Kapazitätskomponente 13 weist die dielektrische Schicht 150 und das Paar von Plattenleitern 130 und 140 auf. Die dielektrische Schicht 150 ist in einer grobe Plattenform mit einer vorbestimmten Filmdicke d ausgebildet. Die dielektrische Schicht 150 ist durch Verwenden einer Isolierkeramik mit einer vorbestimmten relativen Dielektrizitätszahl ε_r, wie etwa Aluminiumoxid, ausgebildet. Das Paar von Plattenleitern 130 und 140 ist derart ausgebildet, um einander mit einer vorbestimmten Fläche S gegenüberzuliegen. Das Paar von Plattenleitern 130 und 140 ist an jeder Seite der dielektrischen Schicht 150 ausgebildet, um so die dielektrische Schicht 150 einzuschieben. Die Plattenleiter 130 und 140 sind entsprechend mit Leiteradersektionen 131 und 141 verbunden. Die Plattenleiter 130 und 140 sind ebenso mit den Erfassungsadersektionen 111 und 121 über die Leiteradersektionen 131 und 141, Durchgangslochelektroden 132, 142 und 143, die durch die dielektrische Schicht 150 und das Isoliersubstrat 101 verlaufen, verbunden. Als ein Ergebnis ist die Kapazitätskomponente 13 parallel mit dem erfassten Widerstand R_SEN.
Die Plattenleiter 130 und 140 konfigurieren parallele Plattenleiter, die einander mit der dielektrischen Schicht 150 mit einer Dicke d dazwischen gegenüberstehen, wodurch die Kapazitätskomponente 13 gebildet wird.
Eine Kapazität C₁₃ der Kapazitätskomponente 13 beträgt C₁₃ = ε_rε₀S/d, wenn die relative Dielektrizitätszahl ε_r ist, die Vakuumdielektrizitätszahl ε₀ ist, die Fläche der Plattenleiter 130 und 140 S ist, und die Dicke der dielektrischen Schicht 150 d ist.
Eine Wechselstromimpedanz Z der Kapazitätskomponente 13 wird durch Z = 1/jωC₁₃ ausgedrückt (j ist eine imaginäre Einheit). Ein Absolutwert |Z| der Wechselstromimpedanz Z wird durch 1/ωC₁₃ = 1/(2π·f·C₁₃) angegeben (f ist eine Frequenz des angelegten Wechselstroms).
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden die Fläche S der Plattenleiter 130 und 140 und die Filmdicke d der dielektrischen Schicht 150 derart ausgebildet, dass der absolute Wert der Wechselstromimpedanz Z 200 kΩ oder weniger beträgt.
Mit anderen Worten gilt, dass wenn die Fläche S der Plattenleiter 130 und 140 10 (mm²) beträgt, die relative Dielektrizitätszahl ε_r von Aluminiumoxid, die die dielektrische Schicht 150 konfiguriert, 11,2 beträgt, und die Frequenz f des durch die Wechselstromenergiezufuhr 22 angelegten Wechselstroms, der später beschrieben wird, 20 kHz beträgt, C₁₃ beträgt 1000/8/π = 39,8 pF oder mehr. Mit anderen Worten ist die Filmdicke d ausgebildet, um 11,2 × 8,854 × 10/39,8 = 24,9 μm oder weniger zu betragen.
Zusätzlich ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die dielektrische Schicht 150 ausgebildet, um eine Filmdicke d aufzuweisen, sodass ein Gleichstromwiderstand R₁₅₀ der dielektrischen Schicht 150 1 MΩ oder mehr beträgt, durch Verwenden einer Isolierkeramik mit einem Volumenwiderstand ρ, der 1,4 × 10¹¹ (Ωm) oder mehr bei einer Temperatur von 600°C beträgt.
Mit anderen Worten gilt gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, dass eine Beziehung hergestellt wird, in der d ≥ 7 (μm) gilt.
Hier wird eine Prozedur zum Ausbilden der Kapazitätskomponente 13, die eine Hauptsektion des Verfahrens des Herstellens des Partikelerfassungselements 10 der vorliegenden Erfindung ist, beschrieben.
Die dielektrische Schicht 150 ist durch eine Isolierkeramik-Misch und -Dispergierprozedur und eine Bildungsprozedur einer dielektrischen Schicht, die durchgeführt werden, ausgebildet. In der Isolierkeramik-Misch und -Dispersierprozedur werden Isolierkeramikpulver mit einer vorbestimmten relativen Dielektrizitätszahl ε_r und einem vorbestimmten Volumenwiderstand ρ, ein vorbestimmtes Dispersionsmedium, ein vorbestimmter Binder und ein vorbestimmter Plastizierer gemischt und in einen schlämmigen Zustand oder einen Pastenzustand dispersiert. In der Bildungsprozedur der dielektrischen Schicht wird die Keramikschlämme oder die Keramikpaste, die durch die Isolierkeramik-Misch und -Dispersierprozedur erhalten wird, verwendet, um die dielektrische Schicht 150 durch Beschichten oder Drucken zu bilden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die in etwa plattenförmige dielektrische Schicht 150 mit einer vorbestimmten Filmdicke d durch das Spatelverfahren durch Verwenden einer durch die in einem vorbestimmten Dispersiermedium oder dergleichen dispersierten Isolierkeramik gebildeten Schlämme ausgebildet.
In einer ersten Plattenleiterbildungsprozedur wird auf einer Fläche der dielektrischen Schicht 150, die in einer groben Plattenform ausgebildet ist, der erste Plattenleiter 130 mit einer vorbestimmten Fläche S und die erste Leiteradersektion 131 durch Drucken durch Verwenden einer Pt oder dergleichen enthaltenen Metallpaste ausgebildet. Weiterhin wird in einer zweiten Plattenleiterbildungsprozedur auf der anderen Fläche der dielektrischen Schicht 150 der zweite Plattenleiter 140 mit einer vorbestimmten Fläche S und die zweite Leiteradersektion 141 durch Drucken durch Verwenden einer Pt oder dergleichen enthaltenen Metallpaste ausgebildet.
Die Durchgangslochelektrode 132 wird durch ein Durchgangsloch ausgebildet, das mit einer Elektrodenpaste gefüllt wird, die aus Pt oder dergleichen besteht. Das Durchgangsloch ist derart bereitgestellt, um durch die Hinterflächen-Seite und die Vorderflächen-Seite des Isoliersubstrats 101 zu verlaufen, um die erste Leiteradersektion 131 und die Erfassungsadersektion 111 zu verbinden.
Zusätzlich ist die Durchgangslochelektrode 143 durch ein Durchgangsloch ausgebildet, das mit der Elektrodenpaste gefüllt ist. Das Durchgangsloch ist derart bereitgestellt, um durch die Hinterflächen-Seite und die Vorderflächen-Seite des Isoliersubstrats 101 zu verlaufen, um die zweite Leiteradersektion 141 und die Erfassungsadersektion 121 zu verbinden. Weiterhin ist die Durchgangslochelektrode 142 durch ein Durchgangsloch gebildet, das mit einer Elektrodenpaste gefüllt ist, die aus Pt oder dergleichen besteht. Das Durchgangsloch ist derart bereitgestellt, um durch die Hinterflächen-Seite und die Vorderflächen-Seite der dielektrischen Schicht 150 zu verlaufen.
Als ein Ergebnis der vorstehenden Komponenten, die integral geschichtet sind, wird das Paar von parallelen Plattenleitern derart ausgebildet, dass sich der Plattenleiter 130 und der Plattenleiter 140 einander mit der dielektrischen Schicht 150 dazwischen gegenüberliegen. Die Plattenleiter 130 und 140 sind entsprechend mit den Erfassungsadersektionen 111 und 121 verbunden. Die Kapazitätskomponente 13 ist parallel mit dem erfassten Widerstand R_SEN verbunden.
Weiterhin ist ein Isoliersubstrat 102 derart angebracht, um auf der Rückflächenseite der dielektrischen Schicht 150 geschichtet zu sein. Ein Heizelement 160 und ein Paar von Heizelementadersektionen 161a und 161b, die mit dem Heizelement 160 verbunden sind, sind an dem Isoliersubstrat 102 ausgebildet. Ein Isoliersubstrat zum Sicherstellen einer Isolation zwischen dem zweiten Plattenleiter 140 und dem Heizelementadersektionen 161a und 161b ist in einer groben Plattenform auf eine Weise gleich dem Isoliersubstrat 101 auf dem Isoliersubstrat 101 beispielsweise durch Drucken einer Aluminiumoxidpaste, ausgebildet, sodass das Heizelement 160 und die Heizelementadersektionen 161a und 161b bedeckt sind. Weiterhin ist ein Paar von Durchgangslochelektroden 162a und 162b derart ausgebildet, um durch das Isoliersubstrat 102 zu verlaufen. Das Paar von Durchgangslochelektroden 162a und 162b ist mit den Heizelementadersektionen 161a und 161b verbunden. Ein Paar von Heizelementanschlusssektionen 163a und 163b sind auf der Rückflächenseite des Isoliersubstrats 102 derart ausgebildet, um mit den Durchgangslochelektroden 162a und 162b verbunden zu sein.
Weiterhin ist eine Schutzschicht 103 derart ausgebildet, um auf den Erfassungselektroden 110 und 120 geschichtet zu sein, und die Erfassungsadersektionen 111 und 121 zu bedecken. Die Schutzschicht 103 ist durch Verwenden eines wärmebeständigen Glases und einer Isolierkeramik ausgebildet. Eine Öffnungssektion 104, aus der die Erfassungssektion 11 herausragt, ist in der Schutzschicht 103 bereitgestellt.
Die Schutzschicht 103 schützt die Erfassungsadersektionen 111 und 121, und verhindert eine durch Ansammeln der Partikel PM in sich von der Erfassungssektion 11 unterscheidenden Gebieten verursachten Fehlfunktion.
Das Integrierte Partikelerfassungselement 10 wird durch das Formteil mit einem laminierten Aufbau, der durch die vorstehend beschriebenen Herstellprozeduren erhalten wird, durch Brennen vollendet. Wenn das Herstellen wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird, kann die Kapazitätskomponente 13 integral mit signifikanter Einfachheit ausgebildet werden, wenn das Partikelerfassungselement 10 ausgebildet wird. Beispielsweise kann, ungleich dem vorstehend beschriebenen Herstellverfahren, die Kapazitätskomponente angebracht werden, sobald das Partikelmaterialerfassungselement ausgebildet wird. Jedoch gilt, dass wenn das vorstehend beschriebene Herstellverfahren verwendet wird, die Anzahl von Herstellprozeduren und Herstellkosten reduziert werden können.
Zusätzlich können die relative Permitivität bzw. Dielektrizitätszahl der zu verwendenden Isolierkeramik, die Filmdicke der auszubildenden dielektrischen Schicht 150 und die Fläche der parallelen Plattenleiter 130 und 140 beliebig eingestellt werden. Daher kann die Wechselstromimpedanz des Partikelerfassungselements 10 einfach auf einen gewünschten Wert gesteuert werden.
Ein in dem Partikelerfassungselement 10 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels bereitgestellte Partikelerfassungssensor 1 wird mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Partikelerfassungssensor 1 umfasst einen grob zylindrischen Isolator 185 und ein Gehäuse 17. Das Partikelerfassungselement 10 wird innerhalb des Isolators 185 eingeführt und gehalten. Das Gehäuse 17 ist an einer Durchströmwand 50 des Durchströmpfades fixiert, durch den das zu messende Gas fließt. Das Gehäuse 17 hält den Isolator 185 und hält die Erfassungssektion 11 des Partikelerfassungselements 10 in einer vorbestimmten Position innerhalb eines Messdurchströmpfads 500. Weiterhin umfasst der Partikelerfassungssensor 1 einen Abdeckkörper 190 und ein grob zylindrisches Gehäuse 19. Der Abdeckkörper 190 ist an der obersten Endseite des Gehäuses 17 bereitgestellt, und schützt die Erfassungssektion 11 des Partikelerfassungselements 10. Das Gehäuse 18 ist an der unteren Endseite des Gehäuses 17 bereitgestellt. Ein Paar von Signalleitungen 115 und 125 ist in das Gehäuse 18 über ein Abdichtelement 182 eingeführt. Die Signalleitungen 115 und 125 sind mit den Erfassungsanschlusssektionen 112 und 122 des Partikelerfassungselements 10 durch Verbindungspassungen 113, 114, 123 und 124 verbunden. Die Signalleitungen 115 und 125 übertragen den erfassten elektrischen Widerstand R_SEN zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 an die externe Erfassungsschaltung 20. Der erfasste elektrische Widerstand R_SEN ändert sich in Abhängigkeit auf der gesammelten und in der Erfassungssektion 11 angesammelten Menge von PM. Zusätzlich ist ein Paar von Leiterleitungen 166a und 166b in das Gehäuse 18 eingebracht. Die Leiterleitungen 166a und 166b sind mit einem Ende des Heizelements 160 innerhalb des Partikelerfassungselements 10 über die Heizelementanschlusssektionen 163a und 163b sowie Verbindungspassungen 164a, 164b, 165a und 165b verbunden. Die Leiterleitungen 166a und 166b sind an dem anderen Ende mit einer Heizelementsteuervorrichtung 30 verbunden.
Messgas-Einlass/Auslasslöcher 192 und 193 sind demzufolge in dem Abdeckkörper 190 ausgebildet. Das zu messende Gas, das das PM enthält, wird über die Messgas-Einlass/Auslasslöcher 192 und 193 in die Erfassungssektion 11 eingebracht. Eine Flanschsektion 191, die an einer unteren Endseite des Abdeckkörpers 190 bereitgestellt ist, ist durch eine Gruppiersektion 174, die an der oberen Endseite des Gehäuses 17 bereitgestellt ist, gruppiert und fixiert.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Kapazitätskomponente 13 in dem Partikelerfassungselement 10 enthalten, und in einer Position innerhalb des Isolators 185, an der die Temperatur stabil bei 500°C oder darunter ist, angebracht. Als eine Folge, dass die Kapazitätskomponente 13 an der Position angebracht ist, an der die Temperatur 500°C oder weniger beträgt, steigt ein Isolationswiderstand der Isolierkeramik, die die dielektrische Schicht 150 bildet, nicht auf 1 MΩ oder niedriger durch aufgenommene Wärme der Umgebungstemperatur. Daher ist diese Konfiguration bevorzugt.
Das zu messende Gas, das die Partikel PM enthält, fließt durch den Messgasdurchströmpfad 500, und wird durch die Messgas-Einlass/Auslasslöcher 192, die in dem Abdeckkörper 190 bereitgestellt sind, eingebracht. Das zu messende Gas kommt in Kontakt mit der Vorderfläche der Erfassungssektion 11 des Partikelerfassungselements 10, an dem die Erfassungssektion 11 für das zu messende Gas freiliegt. Als eine Folge sammelt sich das PM zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 an.
Eine Übersicht der gesamten Partikelerfassungsvorrichtung 100 durch Verwenden des Partikelerfassungselements 10 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels wird mit Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Mit dem elektrischen Widerstand, der durch die zwischen den Erfassungselektroden 120 und 130 gesammelten Partikel gebildet ist, die die Erfassungssektion 11 des Partikelerfassungselements 10 konfigurieren, der als der erfasste Widerstand R_SEN dient, wird die Kapazitätskomponente 13 parallel mit dem erfassten Widerstand R_SEN verbunden.
Die Erfassungsschaltung 20 ist mit der Gleichstromenergiequelle 21, der Wechselstromenergiequelle 22, dem Gleichstromdetektor 23 und dem Wechselstromdetektor 24 ausgestattet. Die Gleichstromenergiequelle 21 führt den Gleichstrom I_DC zu dem Partikelerfassungselement 10 zu. Die Wechselstromenergiequelle 22 legt den Wechselstrom I_AC an. Der Gleichstromdetektor 23 erfasst den Gleichstrom I_DC, der in den erfassten Widerstand R_SEN fließt. Der Wechselstromdetektor 24 erfasst den Wechselstrom I_AC, der über die Kapazitätskomponente 13 fließt.
Wenn zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 Partikel PM angesammelt sind, und der erfasste Widerstand R_SEN gebildet wird, fließt der Gleichstrom I_DC basierend auf dem erfassten Widerstand R_SEN bezüglich einer durch die Gleichstromenergiequelle 21 angelegten Gleichstromspannung V_DC. Der Gleichstromdetektor 23 erfasst den Gleichstrom I_DC. Die Menge von in der Erfassungssektion 11 angesammelten Partikeln PM kann aus der Änderung des Gleichstroms I_DC berechnet werden.
Weiterhin fließt der Wechselstrom I_AC über die Kapazitätskomponente 13 bezüglich einer Wechselstromspannung V_AC, die durch die Wechselstromenergiequelle 23 angelegt wird. Der Wechselstromdetektor 24 erfasst den Wechselstrom I_AC. Als eine Folge kann eine Abtrenn-Abnormität erfasst werden, die zwischen dem Partikelerfassungselement 10 und der Erfassungsschaltung 20, die durch die Erfassungsadersektionen 111 und 121, die Erfassungsanschlusssektionen 112 und 122, die Verbindungspassungen 113, 114, 123 und 124 und die Signalleitungen 115 und 125 verbunden ist, vorliegt.
Das Heizelement 160 ist an einem Ende mit einer Antriebsenergiequelle 31 von der Heizelementadersektion 161a über die Leiterleitung 166a verbunden. Das Heizelement 160 ist an dem anderen Ende über die Heizelementadersektion 161b, die Leiterleitung 166b, einem Öffnungs/Schließ-Element 320 und einer Stromerfassungseinrichtung 330 geerdet. Das Öffnungs/Schließ-Element 320 ist in der Heizelementsteuervorrichtung 30 bereitgestellt, und wird derart gesteuert, um durch eine Antriebssektion 32 geöffnet und geschlossen zu werden. Die Stromerfassungseinrichtung 330 erfasst den Strom, der zu dem Heizelement 160 fließt. Eine Temperaturerfassungssektion 33 erfasst die Temperatur des Heizelements 160 basierend auf einem Widerstand des Heizelements 160, der durch die Stromerfassungseinrichtung 330 erfasst wird. Eine Temperatursteuerung des Heizelements 160 wird durch Verwenden der erfassten Temperatur durchgeführt.
Ein Halbleiter, wie etwa ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttranssistor (MOSFET), wird als das Öffnungs/Schließ-Element 320 verwendet. Das Öffnungs/Schließ-Element 320 wird unter Einhaltung der Antriebssignale, die von der Antriebssektion 32 gesendet werden, geöffnet und geschlossen. Das Öffnungs/Schließ-Element 320 führt einen gepulsten Strom dem Heizelement 160 zu, und passt die Menge von erzeugter Wärme durch Steuern des Leistungsverhältnisses der Erregungsimpulse an. Die anzupassende Menge von erzeugter Wärme wird basierend auf der Temperatur des Heizelements 160, die durch die Temperaturerfassungssektion 33 und dergleichen erfasst wird, angepasst.
Ein erster Test, der durchgeführt wird, um die Effekte des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels zu bestätigen, wird mit Bezugnahme auf 4A bis 4D beschrieben.
Wie in 4A gezeigt ist, ist ein Öffnungs/Schließ-Schalter SW zwischen den Signalleitungen 116 und 126, die den Partikelerfassungssensor 1 umfassend das Partikelerfassungselement 10 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels und die Erfassungsschaltung 20 verbinden, bereitgestellt. Dieser Öffnungs/Schließ-Schalter SW simuliert eine Abtrennung. Die Änderungen des Gleichstrom I_DC und des Wechselstroms I_AC, die erfasst werden, wenn der Schalter SW geöffnet und geschlossen wird, wurden geprüft. Der Gleichstrom I_DC und der Wechselstrom I_AC, die durch das Partikelerfassungselement 10 fließen, werden über den Gleichstromdetektor 23 und den Wechselstromdetektor 24 in eine Spannung umgewandelt, und der Gleichstromdetektor 23 und die Ausgangsspannung aus dem Wechselstromdetektor werden als ein Ergebnis des ersten Tests erhalten.
Wie in 4B gezeigt ist, in einem normalen Zustand, ändert sich eine komplexe Impedanz des erfassten Widerstands R_SEN und die Kapazität C13 der Kapazitätskomponente 13 basierend auf den Änderungen der Menge von in der Erfassungssektion 11 des Partikelerfassungselements 10 angesammelten PM und der Temperatur des Partikelerfassungselements 10. Die Ausgangsspannung V_AC, die durch den Wechselstromdetektor 24 erfasst wird, ändert sich zwischen ungefähr 1,4 V bis 5 V. Andererseits, während einer Abtrennung, beträgt die Ausgangsspannung V_AC ungefähr 0,8 V bis 1,0 V.
Anschließend wurde das Heizelement 160 erregt. In einem Zustand, in dem das PM nicht in der Erfassungssektion 11 angesammelt ist, wurde der Öffnungs/Schließ-Schalter SW, der eine Abtrennung simuliert, von einem geschlossenen Zustand in einen geöffneten Zustand geändert. Als eine Folge, wie in 4C gezeigt ist, gibt die Ausgabe aus dem Wechselstromdetektor 24 1,55 V in dem Zustand an, in dem der Schalter SW geschlossen ist, und eine normale Verbindung simuliert wird. In einem Zustand, in dem der Schalter geöffnet ist, und eine Abtrennung simuliert wird, ändert sich die Ausgabe auf 0,9 V. Eine normale Verbindung und eine Abtrennung werden klar unterschieden. Andererseits, wie in 4D gezeigt ist, wurde die Ausgabe des Gleichstromdetektors 23 in einem Zustand, in dem das PM nicht in der Erfassungssektion 11 angesammelt wurde, nicht erfasst, ungeachtet der Öffnung und des Schließens des Schalters SW, weil ein Leiten nicht zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 auftritt.
Es wurde eine Bestätigung getroffen, dass wenn das Partikelerfassungselement 10 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels auf diese Weise verwendet wird, eine in den Signalleitungen 116 und 126 auftretende Abtrennungsabnormität klar durch Erfassen des Wechselstroms I_AC erfasst werden kann, ungeachtet des Ansammelzustands, umfassend den Zustand, in dem das PM nicht in der Erfassungssektion 11 angesammelt ist.
13 ist ein Beispiel eines operativen Ablaufs für eine Abtrennerfassung und eine Partikelerfassung durch Verwenden des Partikelerfassungselements 10. Zunächst wird ein Wechselstrom an das Partikelerfassungselement 10 über die Wechselstromenergiequelle 22 angelegt (Schritt S101). Der Wechselstromdetektor 24 erfasst den Wechselstrom (wie etwa den Wechselstromspannungswert) (Schritt S102). Anschließend, basierend auf dem erfassten Wert, führt eine Berechnungssektion 6 einen Vergleich mit einem Schwellenwert zum Beurteilen, ob eine Abtrennung aufgetreten ist, der zuvor bestimmt wurde, durch, und eine Beurteilung bezüglich dessen, ob eine Abtrennung aufgetreten ist, wird durchgeführt (Schritt S103). Beispielsweise wird beurteilt, dass eine Abtrennung aufgetreten ist, wenn ein effektiver Wert der Spannung niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert ist.
Als Nächstes wird ein Gleichstrom an das Partikelerfassungselement 10 durch die Gleichstromenergiequelle 21 zu einem vorbestimmten Zeitpunkt (wie etwa wenn in Schritt S103 beurteilt wird, dass eine Abtrennung nicht aufgetreten ist) angelegt (Schritt S104). Der Gleichstromdetektor 23 erfasst den Gleichstrom (Schritt S105). Basierend auf dem erfassten Gleichstrom berechnet die Berechnungssektion 26 die Menge von Partikeln (Schritt S106).
Die Anwendung des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels ist nicht auf den vorstehend beschriebenen operativen Ablauf beschränkt. Beispielsweise können sich der Gleichstrom und der Wechselstrom überlagern. Eine Beurteilung bezüglich einer Abtrennung und eine Partikelerfassung können simultan durchgeführt werden.
Eine Steuersektion 27 in 3 gibt Betriebsbefehle zu vorbestimmten Zeitpunkten an die Gleichstromenergiequelle 21, die Wechselstromenergiequelle 22, den Gleichstromdetektor 23 und den Wechselstromdetektor 24 aus. Die Steuersektion 27 ist durch einen Oszillator oder dergleichen konfiguriert. Ein Analog-zu-Digital (AD) Wandelsektion 25 wandelt die erfassten Werte von dem Gleichstromdetektor 23 und dem Wechselstromdetektor 24 in digitale Signale um, und gibt die digitalen Signale an die Berechnungssektion 26 aus.
Ein an der Isolierkeramik, die in der dielektrischen Schicht 150 des Partikelerfassungselements 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wurde, durchgeführter Test wird mit Bezugnahme auf 5A bis 9B beschrieben.
5A zeigt die Ergebnisse eines vorläufigen Tests, der bei der Bedingung durchgeführt wurde, in der die dielektrische Schicht 150 aus Aluminiumoxid besteht. In dem vorläufigen Test wurde ein Plattenleiter einer Fläche S von 1,1 cm² auf beiden Oberflächen eines Aluminiumoxidsubstrats ausgebildet, dessen relative Permitivität ε_r 11,2 beträgt, und die Dicke d 0,5 mm beträgt. Es wurde unter Verwendung eines Wechselstroms von 10 kHz und 20 kHz ein Wobbeln durchgeführt. Die Änderungen der Wechselstromimpedanz |Z|, wenn die gemessene Temperatur von Raumtemperatur auf 700°C geändert wurde, wurde durch Verwenden einer Impedanz-Analyseeinrichtung überwacht. 5B zeigt die Ergebnisse eines vorläufigen Tests, der zu einer Bedingung durchgeführt wurde, in der die dielektrische Schicht 150 aus Zirkonoxid besteht. In dem vorläufigen Test wurde ein Plattenleiter der Fläche S von 1,1 cm² an beiden Oberflächen eines Zirkonoxidsubstrats ausgebildet, dessen relative Permitivität bzw. Dielektrizitätszahl ε_r 12,5 beträgt, und deren Dicke d 0,5 mm beträgt. Es wurde unter Verwendung eines Wechselstroms von 10 kHz und 20 kHz ein Wobbeln durchgeführt. Die Änderungen der Wechselstromimpedanz |Z|, wenn die gemessene Temperatur geändert wurde, wurde überwacht.
Wie in 5A und 5B gezeigt ist, gilt in beiden Fällen, dass ein Abfall der Wechselstromimpedanz einhergehend mit einem Temperaturanstieg beobachtet werden konnte.
Wenn das gegenwärtige Partikelerfassungselement 10 verwendet wird, beträgt die Wechselstromimpedanz, die ermöglicht, dass der Wechselstromdetektor 24 leicht und genau den Wechselstrom oder Spannung erfassen kann, vorzugsweise 200 kΩ oder weniger. Wenn jedoch Aluminiumoxid verwendet wird, wird angenommen, dass die Wechselstromimpedanz zu hoch wird, und ein Erfassen des Wechselstroms oder -spannung schwer wird, wenn die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 0,5 mm beträgt.
Wenn andererseits Zirkonoxid verwendet wird, wenn der für ein Wobbeln verwendete Wechselstrom 20 kHz beträgt, beträgt die Wechselstromimpedanz 200 kΩ in allen Temperaturbereichen, auch wenn die Dicke d 0,5 mm beträgt. Wenn jedoch die Temperatur höher als 300°C wird, bei der das Partikelerfassungselement 10 verwendet wird, kann die Wechselstromimpedanz zu niedrig werden, und ein Erfassen des Wechselstroms oder -spannung kann nicht mehr möglich sein, ungeachtet der Frequenz.
6A und 6B zeigen Temperaturänderungen der Wechselstromimpedanz in einem Fall, in dem die dielektrische Schicht 150 aus Aluminiumoxid besteht, und die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 25 μm oder 12,5 μm beträgt.
Wie in 6A gezeigt ist gilt, dass wenn die Dicke d auf 25 μm eingestellt ist, und die zum Wobbeln verwendete Frequenz 20 kHz beträgt, die Wechselstromimpedanz in dem Temperaturbereich der Raumtemperatur bis 700°C 200 kΩ oder kleiner wird. Es wird angenommen, dass eine Erfassung leicht durchgeführt wird.
Wie in 6B gezeigt ist gilt, dass wenn die Dicke d auf 12,5 μm eingestellt ist, ungeachtet der zum Wobbeln verwendeten Frequenz, in dem Temperaturbereich der Raumtemperatur bis 700°C, die Wechselstromimpedanz 200 kΩ oder niedriger wird. Es wird angenommen, dass eine Erfassung leicht durchgeführt wird. Andererseits gilt in einem Fall, in dem Zirkonoxid verwendet wird, wenn die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 25 μm oder 12,5 μm beträgt, wie in 7A und 7B gezeigt ist, dass eine Erfassung von Raumtemperatur bis 300°C in beiden Fallen möglich ist. Wenn jedoch die Temperatur höher als 300°C wird, bei der das Partikelerfassungselement 10 verwendet wird, wird die Impedanz zu niedrig, und eine Erfassung des Wechselstroms oder -spannung ist nicht mehr möglich.
Ergebnisse einer weiteren Prüfung der Effekte in einem Fall, in dem Aluminiumoxid in der dielektrischen Schicht 150 verwendet wird, werden mit Bezugnahme auf 8A und 8B beschrieben.
8A ist ein Eigenschaftsdiagramm, das Temperatureigenschaften eines Volumenwiderstands von repräsentativem Aluminiumoxid zeigt. 8B ist ein Eigenschaftsdiagramm von Änderungen des Gleichstromwiderstands R_AL zwischen dem ersten Plattenleiter 130 und dem zweiten Plattenleiter 140, wenn die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 geändert wird.
Wie in 8A gezeigt ist, weist der Volumenwiderstand ρ von Aluminiumoxid bei 600°C eine Differenz von 4 × 10¹⁰ Ωm bis 1,4 × 10¹¹ Ωm in Abhängigkeit auf einem Aluminiumoxidgehalt auf.
Wie beispielsweise in 8B gezeigt ist gilt in einem Fall, in dem Aluminiumoxid von 96 Massen-% verwendet wird, wenn die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 7 μm oder mehr beträgt, der Gleichstromwiderstand R_AL von 1 MΩ oder mehr auch bei 600°C sichergestellt wird.
Daher gilt beispielsweise in einem Fall, in dem Aluminiumoxid von 96 Massen-% verwendet wird, wenn die dielektrische Schicht 150 auf 7 μm oder mehr und 25 μm oder weniger eingestellt ist, die Wechselstromimpedanz 200 kΩ oder weniger wird. Ein Gleichstromwiderstand von 1 MΩ oder mehr bei 600°C kann sichergestellt werden. Als eine Folge des Gleichstromwiderstands, der 1 MΩ oder mehr beträgt, können Isoliereigenschaften der Kapazitätskomponente 13 sichergestellt werden. Ein Gleichstrom fließt nicht von der Gleichstromenergiequelle 21 zu der Kapazitätskomponente 13. Eine Gleichstromerfassungsgenauigkeit des Gleichstromdetektors 23 wird verbessert. Daher wird angenommen, dass eine Abtrennungserfassung vereinfacht werden kann, ohne dass eine PM-Erfassung beeinflusst wird.
Die Ergebnisse eines Tests, der durchgeführt wurde, um die Effekte bezüglich einer Erfassung einer Abtrennungsabnormität, die innerhalb des Partikelerfassungselements 10 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels auftritt, zu bestätigen, werden mit Bezugnahme auf 9A und 9B beschrieben.
Wie in 9A gezeigt ist, wurden als dielektrische Schichten 150 ₍ _A ₎ und 150 _(Z), die entsprechend Kapazitätskomponenten 13 _(A) und 13 _(Z) konfigurieren, Partikelerfassungselemente 10 _(A) und 10 _(Z), entsprechend durch Verwenden von Aluminiumoxid und Zirkonoxid hergestellt. Weiterhin wurde ein Muster, das gewollt eine Abtrennung innerhalb des Partikelerfassungselements simuliert, dadurch hergestellt, dass die Erfassungsadersektionen 111 und 121 abgetrennt wurden. Die Änderungen der durch den Wechselstromdetektor 24 erfassten Ausgabe, wenn die gemessene Temperatur T_EX von Raumtemperatur auf 400°C aufgeheizt wird, bei der das Partikelerfassungselement gewöhnlich verwendet wird, wurden gemessen. Die Ergebnisse der Messung sind in 9B gezeigt.
Wie durch 150 _(A) in 9B angegeben ist, wenn Aluminiumoxid verwendet wird, wird kein Wechselstrom erfasst, auch wenn die Messtemperatur auf 400°C ansteigt. Der Abtrennungszustand kann erfasst werden.
Andererseits, wie durch 150 _(Z) in 9B angegeben ist, wenn Zirkonoxid verwendet wird, nimmt ein Gleichstromwiderstand R_(Z) zwischen den Plattenleitern 130 und 140 schrittweise mit der Erhöhung der gemessenen Temperatur ab. Die Ausgangsspannung steigt schrittweise an, wenn 500 Sekunden von dem Start der Messung verstrichen sind.
Davon wird angenommen, dass dies aufgetreten ist, weil eine Leitfähigkeit einhergehend mit einem Temperaturanstieg als ein Ergebnis der Halbleitereigenschaften von Zirkonoxid erzeugt wird.
Daher gilt, dass bei Temperaturen nahe 400°C, welches die Verwendungsumgebung ist, Zirkonoxid, in dem die Wechselstromimpedanz niedrig ist, eine Erfassung schwierig ist, und eine ausreichende Isolierung nicht sichergestellt werden kann, und wurde daher als ungeeignet für ein Verwenden in der dielektrischen Schicht 150 des Partikelerfassungselements 10 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels befunden.
Andererseits stellt Aluminiumoxid eine ausreichende Isolierung und Wechselstromimpedanz bereit, um eine Erfassung zu erleichtern, wenn die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 ausgebildet ist, um 7 μm oder mehr und 25 μm oder weniger zu betragen. Daher wurde Aluminiumoxid befunden, um als die dielektrische Schicht 150 des Partikelerfassungselements 10 des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels geeignet zu sein.
Als Isolierkeramikmaterialien, die sich von Aluminiumoxid als das Material für die dielektrische Schicht 150 unterscheiden, kann jedes Material aus Berylliumoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Thoriumoxid und Spinell, oder eine Mischkeramik, die aus diesen Materialien besteht, vorzugsweise verwendet werden.
Ein Material erfüllt vorzugsweise die folgenden Bedingungen, wenn dies als das Material für die dielektrische Schicht 150 des Partikelerfassungselements 10 der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Mit anderen Worten weist das Material einen vorbestimmten Volumenwiderstand auf, durch den der Gleichstromwiderstand der dielektrischen Schicht 150 bei 600°C 1 MΩ oder mehr wird. Die Fläche S der Plattenleiter 130 und 140 sowie die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 sind derart eingestellt, dass die Wechselstromimpedanz der dielektrischen Schicht 150 200 kQ oder weniger wird, und der Gleichstromwiderstand der dielektrischen Schicht 150 bei 600°C 1 MΩ oder mehr wird.
Die Beziehung von C₁₃ = ε_r·ε₀·S/d wird unter der relativen Permitivität ε_r der Isolierkeramik, die die dielektrische Schicht 150 bildet, der Vakuumpermitivität bzw. Dielektrizitätskonstante ε₀, der Dicke d der dielektrischen Schicht 150, der Fläche S der Plattenleiter 130 und 140, und der Kapazität C₁₃ der Kapazitätskomponente 13 erfüllt. Die Beziehung Z = 1/(j·ω·C₁₃) = 1/(j·2Π·f·C₁₃) (j ist eine imaginäre Einheit), und daher |Z| = 1/(2Π·f·C₁₃) wird zwischen der Wechselstromimpedanz Z, der Kapazität C₁₃ und der Wobbelfrequenz f erfüllt.
Zusätzlich wird der Gleichstromwiderstand R₁₃ der Kapazitätskomponente 13 aus dem Volumenwiderstand ρ (Qm) des Isolierkeramikmaterials bei 600°C und der Dicke d der dielektrischen Schicht 150 berechnet. Der Gleichstromwiderstand R₁₃ beträgt vorzugsweise 1 MΩ oder mehr.
Mit anderen Worten ist der Volumenwiderstand ρ oder die Dicke d der dielektrischen Schicht 150 derart eingestellt, dass ρ·d ≥ 1 (MΩ) erfüllt ist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Ein Partikelerfassungselement 10a gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 10 beschrieben. In dem zweiten Ausführungsbeispiel und nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind gleiche Konfigurationen wie die gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen versehen. Beschreibungen davon werden weggelassen.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben, in dem die dielektrische Schicht 150 in einer groben Plattenform durch das Spatelverfahren oder dergleichen ausgebildet ist. Die dielektrische Schicht 150 ist auf der Rückflächenseite des Isoliersubstrats 101, das die Erfassungssektion 11 konfiguriert, geschichtet. Als eine Alternative, wie gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, kann ein Kapazitätselement auf der Vorderflächenseite des Isoliersubstrats 101 ausgebildet sein, auf dem die Erfassungselektroden 110 und 120 bereitgestellt sind. Insbesondere können ein erster Plattenleiter 130a und eine erste Leiteradersektion 121a auf der Vorderfläche des Isoliersubstrats 101 ausgebildet sein, auf dem die Erfassungselektroden 110 und 120 bereitgestellt sind. Eine Druckpaste durch Verwenden einer Isolierkeramik wird hergestellt. Eine dielektrische Schicht 105a wird durch derartiges Drucken ausgebildet, um den ersten Plattenleiter 130a zu bedecken. Weiterhin werden ein zweiter Plattenleiter 140a und eine zweite Leiteradersektion 141a derart ausgebildet, um auf der dielektrischen Schicht 150a geschichtet zu sein. Als Resultat der vorstehend beschriebenen Konfiguration können die erste Leiteradersektion 131a und die Erfassungsadersektion 11 verbunden werden, und die zweite Leiteradersektion 141a und die Erfassungsadersektion 121 können direkt ohne die Durchgangsloch-Elektroden 132, 142 und 143 dazwischen verbunden werden. Daher wird ein Herstellen des Partikelerfassungselements 10a des gegenwärtigen Ausführungsbeispiels erleichtert.
Die Dicke d der dielektrischen Schicht 150a, die durch Dickfilmdrucken gebildet werden kann, beträgt mehrere μm bis 20 μm. Daher kann eine geeignet Dicke d einfach durch Anpassen eines Druckdrucks und einer Druckfrequenz angepasst werden, sodass eine Kapazitätskomponente 13a eine gewünschte Wechselstromimpedanz Z₁₃ und Gleichstromwiderstand R₁₃ aufweist.
(Drittes Ausführungsbeispiel)
Ein Partikelerfassungselement 10b gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mit Bezugnahme auf 11 und 12 beschrieben.
Gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel ist eine Konfiguration beschrieben, bei der die Erfassungssektion 11 eine Vielzahl von Erfassungselektroden 110 und 120 aufweist, die einander gegenüberliegen, um in einer Kammform angeordnet zu sein. Als eine Alternative, wie gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, können Erfassungselektroden 110b und 120b, die sich linear erstrecken, einander gegenüberliegend als gegenüberliegende Elektroden angebracht sein. Die Erfassungselektroden 110b und 120b können durch eine Isolierschutzschicht 103b, die mit einer Öffnungssektion 104 ausgestattet ist, sodass die Erfassungssektion 11b frei liegt, bedeckt sein.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel gilt auch, dass in einem Zustand, in dem Partikel zwischen den Erfassungselektroden 110b und 120b angesammelt sind, eine Kapazitätskomponente 13b parallel zu dem erfassten Widerstand R_SEN verbunden ist. In einem Zustand, in dem die Partikel nicht zwischen den Erfassungselektroden 110b und 120b angesammelt sind, ist die Kapazitätskomponente 13b in Reihe zwischen den Erfassungselektroden 110 und 120 verbunden.
Die Ergebnisse eines dritten Tests, der durchgeführt wurde, um die Effekte des Partikelerfassungselements 10b gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wird mit Bezugnahme auf 12A und 12B beschrieben. Das Verfahren des Testens ist gleich dem vorstehend beschriebenen Verfahren des zweiten Tests. Ein Partikelerfassungselement gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird verwendet.
Wie in 12A gezeigt ist, auch gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, wurde der Test durchgeführt, wobei eine gewollte Abtrennung innerhalb des Partikelerfassungselements 10b gebildet wurde. Als Resultat, auf eine gleiche Weise gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, wie durch 150b _(A) in 12B angegeben ist, kann in einem Fall, in dem Aluminiumoxid als eine dielektrische Schicht 150b _(A), die eine Kapazitätskomponente 13b _(A) konfiguriert, verwendet wird, eine Abtrennung innerhalb der Erfassungssektion 11b mit Bestimmtheit erfasst werden. Andererseits, wie durch 150B _(Z) in 12B angegeben ist, gilt in einem Fall, in dem Zirkonoxid als eine dielektrische Schicht 150b _(Z), die eine Kapazitätskomponente 13b _(A) konfiguriert, verwendet wird, dass ein Isolierwiderstand R_Z der dielektrischen Schicht 150b _(Z) einhergehend mit dem Anstieg der Temperatur T_EX abnimmt. Eine Abtrennung kann nicht mehr erfasst werden.
Daher gilt auch in dem Partikelerfassungselement 10b gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, dass durch Verwenden von Aluminiumoxid oder dergleichen mit einem vorbestimmten Volumenwiderstand, durch den der Gleichstromwiderstand der dielektrischen Schicht 150b _(A) bei 600°C 1 MΩ oder mehr wird, die Flächen S der parallelen Plattenleiter 130 und 140 sowie die Dicke d der dielektrischen Schicht 150b _(A) derart eingestellt sind, dass die Wechselstromimpedanz der dielektrischen Schicht 150b _(A) 200 kΩ oder weniger wird, und der Gleichstromwiderstand der dielektrischen Schicht 150b _(A) bei 600°C 1 MΩ oder mehr wird. Als eine Folge wird eine zu erfassende Abtrennabnormität mit Genauigkeit bestätigt.
Ein Partikelerfassungselement (10) umfasst eine parallel mit einem erfassten Widerstand R_SEN angebrachte Kapazitätskomponente (13). Es sind eine Gleichstromenergiequelle (21), die einen Gleichstrom (I_DC) für eine Partikelerfassung zuführt, und eine Wechselstromenergiequelle (22), die einen Wechselstrom (I_AC) für eine Abtrennungserfassung zuführt, bereitgestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 59-197847 A [0008]
WO 2008/031654 [0011, 0011, 0014]
JP 59-198847 A [0012]

Claims

Erfassungsvorrichtung, die eine Menge von in einem zu messenden Gas enthaltenen Partikeln erfasst, wobei die Erfassungsvorrichtung aufweist: ein Erfassungselement (10) mit einer Erfassungssektion (11) und einer Kapazitätskomponente (13), wobei die Erfassungssektion einen elektrischen Widerstand gegen einen Gleichstrom aufweist, und der elektrische Widerstand von Partikeln abhängt; eine Erfassungsschaltung (20) mit einer Wechselstromenergiequelle (22), die einen Wechselstrom dem Erfassungselement zuführt, und einem Wechselstromdetektor (24), der den durch das Erfassungselement fließenden Wechselstrom erfasst.
Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Erfassungssektion mit einem elektrisch isolierenden Substrat (101) mit einer Vorderfläche ausgestattet ist, und die Erfassungssektion ein Paar von Erfassungselektroden (110, 120) aufweist, die einander derart gegenüberliegen, um miteinander um einen vorbestimmten Abstandsbetrag dazwischen auf der Vorderfläche des Isoliersubstrats angeordnet sein, und das Paar von Elektroden den Widerstand aufweist, der durch dazwischen angesammelte Partikel verursacht wird.
Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Kapazitätskomponente integral mit dem Isoliersubstrat geschichtet ist.
Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kapazitätskomponente parallel mit der Erfassungssektion verbunden ist.
Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Kapazitätskomponente in Reihe zwischen dem Paar von Elektroden in einem Zustand verbunden ist, in dem kein Leitungspfad durch zwischen dem Paar von Erfassungselektroden angesammelten Partikeln vorliegt.
Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Erfassungsschaltung weiterhin aufweist: eine Gleichstromenergiequelle (21), die einen Gleichstrom dem Erfassungselement zuführt; einen Gleichstromdetektor (23), der elektrisch mit dem Erfassungselement verbunden ist, und ausgebildet ist, um den Gleichstrom durch das Erfassungselement zu erfassen, wobei ein Pfad (113 bis 115, 123 bis 125), der das Erfassungselement und die Erfassungsschaltung verbindet, mit einem ersten Pfad, durch den der Gleichstrom durch das Erfassungselement fließt, und einem zweiten Pfad, in dem der Gleichstrom durch das Erfassungselement fließt, übereinstimmt.
Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kapazitätskomponente eine dielektrische Schicht und ein Paar von Leitern aufweist, die angebracht sind, um die dielektrische Schicht dazwischen einzuschieben, und dielektrische Schicht durch eine Isolierkeramik ausgebildet ist.
Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kapazitätskomponente eine Wechselstromimpedanz von 200 kΩ oder weniger und einen Gleichstromwiderstand von 1 MΩ oder mehr aufweist, gemessen bei einer Temperatur von 600°C der Kapazitätskomponente.
Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kapazitätskomponente an einer Position des Erfassungselements angebracht ist, an der eine Temperatur von 500°C oder weniger vorherrscht.
Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin mit einer Steuerung, die die Wechselstromenergie steuert, um den Wechselstrom zuzuführen, wenn es notwendig ist, eine Abtrennung in der Erfassungsvorrichtung zu erfassen.
Erfassungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, weiterhin mit einer Bestimmungssektion, die basierend auf dem erfassten Wechselstrom bestimmt, ob eine Abtrennung in der Erfassungsvorrichtung vorliegt oder nicht.
Erfassungsvorrichtung, die eine Menge von in einem zu messenden Gas enthaltenen Partikeln erfasst, wobei die Erfassungsvorrichtung aufweist: ein Erfassungselement (10), das einen elektrischen Widerstand in Abhängigkeit auf die Partikel aufweist; eine erste Energiequelle (21), die einen ersten Strom zum Erhalten des erfassten Widerstands einem ersten Pfad umfassend das Erfassungselement zuführt; eine zweite Energiequelle (22), die einen zweiten Strom dem ersten Pfad zuführt; wobei das Erfassungselement ein erstes Element (13) aufweist, das sich in einem Nicht-Leitungs-Zustand befindet wenn der erste Strom zugeführt wird, das sich in einem Leitungs-Zustand bezüglich des zweiten Stroms befindet, und das eine Impedanz des Erfassungselements gegen den zweiten Strom senkt.
Erfassungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei das erste Element eine Kapazitätskomponente mit einer dielektrischen Schicht und einem Paar von einander gegenüberliegenden Leitern mit der dielektrischen Schicht dazwischen aufweist, und die erste Energiequelle einen Gleichstrom als den ersten Strom zuführt.
Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung, die eine Menge von in einem zu messenden Gas enthaltenen Partikeln erfasst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ausbilden einer Kapazitätskomponente, die mit einem Paar von Elektroden zum Erfassen der Partikel verbunden ist, wobei der Ausbildungsschritt aufweist: einen Schritt des Ausbildens einer dielektrischen Schicht mit zwei Seitenflächen, die einander gegenüberliegen, wobei Isolierkeramikpulver mit einer vorbestimmten relativen Permitivität und einem vorbestimmten Volumenwiderstand, ein vorbestimmtes Dispersionsmedium, ein vorbestimmter Binder und ein vorbestimmter Plastizierer gemischt und in einen schlämmigen Zustand oder einen pastösen Zustand dispersiert werden, wobei die keramische Schlämme oder die keramische Paste verwendet wird, um die dielektrische Schicht derart auszubilden, um auf dem Isoliersubstrat, auf dem das Paar von Elektroden bereitgestellt ist, durch Beschichten oder Drucken geschichtet zu sein; einen Schritt des Ausbildens eines Leiters auf einer der Seitenflächen der dielektrischen Schicht; einen Schritt des Ausbildens eines anderen Leiters auf der anderen der Seitenflächen der dielektrischen Schicht, sodass die dielektrische Schicht durch das Paar von Leitern zwischengeschoben ist.
Verfahren zum Erfassen einer Abtrennung in einer Vorrichtung, die eine in einem zu messenden Gas enthaltene Menge von Partikeln erfasst, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Zuführen eines Wechselstroms zu einem Erfassungselement mit i) einem Paar von Elektroden, das einen elektrischen Widerstand gegen einen Gleichstrom aufweist, wobei der Widerstand von den dazwischen angesammelten Partikeln abhängt, und ii) einer Kapazitätskomponente, die elektrisch parallel mit dem Paar von Erfassungselektroden verbunden ist; Erfassen des durch das Erfassungselement fließenden Wechselstroms; und Bestimmen, basierend auf dem erfassten Wechselstrom, ob eine Abtrennung in der Vorrichtung vorliegt oder nicht.