DE102017219671A1

DE102017219671A1 - Sensor element for the detection of particles

Info

Publication number: DE102017219671A1
Application number: DE102017219671.8A
Authority: DE
Inventors: Andy Tiefenbach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-11-06
Filing date: 2017-11-06
Publication date: 2019-05-09

Abstract

Es wird ein Sensorelement (10) zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln, vorgeschlagen. Das Sensorelement (10) umfasst ein Substrat (12), mindestens eine erste Elektrode (20), eine zweite Elektrode (22), eine erste Zuleitung und eine zweite Zuleitung, wobei die erste Elektrode (16) und die zweite Elektrode (18) auf dem Substrat (12) angeordnet sind, wobei die erste Elektrode (20) mit der ersten Zuleitung (24) und die zweite Elektrode (22) mit der zweiten Zuleitung (26) verbunden ist, wobei die erste Elektrode (20) und die zweite Elektrode (22) derart ausgebildet sind, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung (U) an die erste Zuleitung (24) und die zweite Zuleitung (26) ortsabhängig zwischen der ersten Elektrode (20) und der zweiten Elektrode (22) mindestens zwei unterschiedliche elektrische Spannungen (U, U1, U2) abgreifbar sind.

A sensor element (10) for detecting particles, in particular soot particles, is proposed. The sensor element (10) comprises a substrate (12), at least one first electrode (20), a second electrode (22), a first supply line and a second supply line, wherein the first electrode (16) and the second electrode (18) the first electrode (20) is connected to the first lead (24) and the second electrode (22) to the second lead (26), wherein the first electrode (20) and the second electrode (22) are formed such that upon application of an electrical voltage (U) to the first lead (24) and the second lead (26) depending on location between the first electrode (20) and the second electrode (22) at least two different electrical voltages (U, U1, U2) can be tapped.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen zur Detektion von Teilchen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikeln, bekannt.Numerous methods and devices for detecting particles, such as soot or dust particles, are known in the prior art.

Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und -anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensoren zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, beschrieben.The invention will be described below, without limiting further embodiments and applications, in particular with reference to sensors for detecting particles, in particular soot particles in an exhaust gas stream of an internal combustion engine.

Es ist aus der Praxis bekannt, mittels zwei Elektroden, die auf einer Keramik angeordnet sind, eine Konzentration von Teilchen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikeln, in einem Abgas zu messen. Dies kann beispielsweise durch eine Messung des elektrischen Widerstands des die beiden Elektroden trennenden keramischen Werkstoffs erfolgen. Genauer wird der elektrische Strom gemessen, der beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden zwischen diesen fließt. Die Rußpartikel lagern sich aufgrund elektrostatischer Kräfte zwischen den Elektroden ab und bilden mit der Zeit elektrisch leitfähige Brücken zwischen den Elektroden. Je mehr dieser Brücken vorhanden sind, umso mehr steigt der gemessene Strom. Es bildet sich somit ein zunehmender Kurzschluss der Elektroden. Das Sensorelement wird periodisch regeneriert, in dem er durch ein integriertes Heizelement auf mindestens 700°C gebracht wird, wodurch die Rußablagerungen wegbrennen.It is known from practice to measure a concentration of particles, such as soot or dust particles, in an exhaust gas by means of two electrodes arranged on a ceramic. This can be done, for example, by measuring the electrical resistance of the ceramic material separating the two electrodes. More specifically, the electric current that flows when applying an electric voltage to the electrodes between them is measured. The soot particles settle between the electrodes due to electrostatic forces and form electrically conductive bridges between the electrodes over time. The more of these bridges are present, the more the measured current increases. It thus forms an increasing short circuit of the electrodes. The sensor element is periodically regenerated by being brought to at least 700 ° C. by an integrated heating element, whereby the soot deposits burn away.

Derartige Sensoren werden beispielsweise in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor der Dieselbauart eingesetzt. Üblicherweise befinden sich diese Sensoren stromabwärts des Auslassventils bzw. des Rußpartikelfilters.Such sensors are used for example in an exhaust system of an internal combustion engine, such as a diesel engine. Usually, these sensors are located downstream of the exhaust valve or the soot particle filter.

Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zur Detektion von Teilchen beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So weisen derartige Sensoren üblicherweise ein Schutzrohr auf. Das Schutzrohr dient unter anderem der Strömungszuführung des Messgases bzw. Abgases entlang der ruß-sensitiven Fläche. Das Schutzrohr ist dabei kaminförmig gestaltet, so dass Messgas bzw. Abgas longitudinal entlang des Sensorelements in Richtung eines Austrittslochs des Schutzrohrs strömen kann. Damit bewirkt das Schutzrohr eine gleichförmige Überströmung des Sensorelementes in einer Längsrichtung des Sensorelements entlang der Hauptelektrodenrichtung bei gleichzeitig geringer Winkelabhängigkeit um die Längsrichtung. Bei dieser gleichförmigen, laminaren Überströmung überfliegen viele Rußpartikel das Elektrodensystem, landen aber nur zu einem Bruchteil darauf. Nur Partikel, die in Schichten nahe über Elektrodenoberfläche strömen, erfahren hinreichend starke Anziehungskräfte durch Elektrophorese senkrecht zur Hauptströmung und werden somit zu den Elektroden angezogen und bilden sukzessive Rußpfade. Ist das elektrische Feld stark genug, tritt sehr rasch eine Anziehung ein und die Partikel bewegen sich nicht mehr weit in Längsrichtung des Sensorelements, sondern landen auf dem Elektrodensystem. Alle Partikel in höheren Schichten bzw. zunehmendem Abstand zur Oberfläche des Sensorelements erfahren jedoch keine oder nur sehr schwache Kräfte senkrecht zur Flugrichtung und überfliegen somit das Elektrodensystem vollständig und verlassen das Schutzrohr wieder. Daher tragen diese nicht zum Messeffekt bei. Wenn dagegen eine Anziehung erfolgt, geschieht dies sehr schnell und die Beaufschlagung der Elektroden erfolgt nur im vorderen Bereich. Es wird daher nur ein Bruchteil der vorhandenen Elektrodenfläche zur Detektion der Partikel genutzt. Die elektrisch geladenen Partikel müssen also erst ins Nahfeld über den Elektroden gelangen, damit hinreichend starke anziehende Kräfte durch Elektrophorese wirken können, um tatsächlich eine Empfindlichkeitssteigerung erzielen zu können.Despite the numerous advantages of the prior art particle detection devices, they still have room for improvement. Thus, such sensors usually have a protective tube. The protective tube is used inter alia, the flow of the measurement gas or exhaust gas along the soot-sensitive surface. The protective tube is designed in the shape of a chimney, so that measurement gas or exhaust gas can flow longitudinally along the sensor element in the direction of an outlet hole of the protective tube. Thus, the protective tube causes a uniform overflow of the sensor element in a longitudinal direction of the sensor element along the main electrode direction with simultaneously low angular dependence around the longitudinal direction. In this uniform, laminar flow over many soot particles fly over the electrode system, but land on only a fraction of it. Only particles that flow in layers close to the electrode surface undergo sufficiently strong attractive forces by electrophoresis perpendicular to the main flow and are thus attracted to the electrodes and form successive soot paths. If the electric field is strong enough, an attraction occurs very quickly and the particles do not move much further in the longitudinal direction of the sensor element, but land on the electrode system. However, all particles in higher layers or increasing distance to the surface of the sensor element experience no or only very weak forces perpendicular to the direction of flight and thus fly over the electrode system completely and leave the protective tube again. Therefore they do not contribute to the measuring effect. If, on the other hand, an attraction occurs, this happens very quickly and the application of the electrodes takes place only in the front region. Therefore, only a fraction of the existing electrode surface is used to detect the particles. The electrically charged particles must thus reach the near field above the electrodes, so that sufficiently strong attractive forces can act by electrophoresis in order to be able to actually increase the sensitivity.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird daher ein Sensorelement zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln vorgeschlagen, welcher die Nachteile bekannter Sensorelemente zumindest weitgehend vermeidet und das die Sensorempfindlichkeit verbessert. It is therefore proposed a sensor element for the detection of particles, in particular of soot particles, which at least largely avoids the disadvantages of known sensor elements and which improves the sensor sensitivity.

Ein erfindungsgemäßes Sensorelement zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln, umfasst ein Substrat, mindestens eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode, eine erste Zuleitung und eine zweite Zuleitung. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind auf dem Substrat angeordnet. Die erste Elektrode ist mit der ersten Zuleitung und die zweite Elektrode ist mit der zweiten Zuleitung verbunden. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode sind derart ausgebildet, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung ortsabhängig zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mindestens zwei unterschiedliche elektrische Spannungen abgreifbar sind.A sensor element according to the invention for detecting particles, in particular soot particles, comprises a substrate, at least one first electrode, a second electrode, a first supply line and a second supply line. The first electrode and the second electrode are disposed on the substrate. The first electrode is connected to the first supply line and the second electrode is connected to the second supply line. The first electrode and the second electrode are formed such that when an electrical voltage is applied to the first supply line and the second supply line, at least two different electrical voltages can be tapped between the first electrode and the second electrode depending on location.

Durch die besondere Ausbildung der Elektroden kann die abgreifbare elektrische Spannung gezielt in vorbestimmten Bereichen des Sensorelements eingestellt werden. Dadurch lässt sich die Wirkung der Elektrophorese einstellen. So kann durch eine optimale, ortsabhängige Bereitstellung der Elektrodenspannung innerhalb der Elektrodenstruktur die Wirkung der Elektrophorese vergrößert und somit die verfügbare Elektrodenfläche möglichst vollständig zur Signalbildung zu genutzt werden, um damit die Sensorempfindlichkeit zu maximieren. Dabei werden ortsabhängig mehrere verschiedene Spannungen zwischen Elektrodenfingern eingesetzt, wobei weiterhin nur zwei Zuleitungen für das Elektrodensystem zur Spannungsversorgung erforderlich sind. Die erfindungsgemäße optimierte Elektrodenstruktur weist im Gegensatz zum Stand der Technik keine über die gesamte Elektrodenfläche konstante Spannung zwischen den positiven und negativen Elektroden auf, sondern ortsabhängig mehrere unterschiedliche, definiert eingestellte Spannungen, wobei weiterhin nur zwei Zuleitungen für das Elektrodensystem zur Spannungsversorgung erforderlich sind. So kann vorteilhaft die raumgreifende Wirkung der elektrischen Felder abschnittsweise mit einer zugleich angepassten bzw. erhöhten Feldstärke definiert eingestellt werden. Dies führt dazu, dass auch Partikel, die in größerem Abstand in Längsrichtung das Sensorelement überfliegen, durch Elektrophorese angezogen werden und sich zwischen den Elektroden so mehr Rußpfade ausbilden können, was letztlich die Sensorempfindlichkeit erhöht.Due to the special design of the electrodes, the tappable electrical voltage can be adjusted specifically in predetermined regions of the sensor element. This can be the effect of electrophoresis set. Thus, by an optimal, location-dependent provision of the electrode voltage within the electrode structure, the effect of the electrophoresis can be increased and thus the available electrode surface should be used as completely as possible for signal formation in order to maximize sensor sensitivity. In this case, depending on the location, a plurality of different voltages are used between electrode fingers, wherein furthermore only two supply lines for the electrode system for the power supply are required. In contrast to the prior art, the optimized electrode structure according to the invention does not have a constant voltage across the entire electrode surface between the positive and negative electrodes, but instead a plurality of different, defined voltages, depending on location, and furthermore only two leads are required for the electrode system for the voltage supply. Thus, advantageously, the expansive effect of the electric fields can be set in sections with a defined or increased field strength at the same time. As a result, even particles which fly over the sensor element in the longitudinal direction at a greater distance can be attracted by electrophoresis and thus more soot paths can be formed between the electrodes, which ultimately increases the sensor sensitivity.

Bei einer Weiterbildung umfasst das Sensorelement mindestens einen Spannungsteiler, wobei der Spannungsteiler die erste Elektrode in mindestens einen ersten Elektrodenabschnitt und einen zweiten Elektrodenabschnitt derart teilt, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung an die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung zwischen dem ersten Elektrodenabschnitt und der zweiten Elektrode eine erste elektrische Spannung und zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt und der zweiten Elektrode eine zweite elektrische Spannung abgreifbar sind, wobei sich die erste elektrische Spannung von der zweiten elektrischen Spannung unterscheidet. Diese Weiterbildung erlaubt in einfacher weise das Ausbilden von Teilbereichen der Elektroden mit unterschiedlichen abgreifbaren elektrischen Spannungen, ohne dass zusätzliche Anschlusskontakte bzw. Zuleitungen benötigt werden.In one development, the sensor element comprises at least one voltage divider, wherein the voltage divider divides the first electrode into at least one first electrode section and a second electrode section in such a manner that when the electrical voltage is applied to the first supply line and the second supply line between the first electrode section and the second electrode a first electrical voltage and between the second electrode portion and the second electrode, a second electrical voltage can be tapped off, wherein the first electrical voltage is different from the second electrical voltage. This development allows in a simple way the formation of portions of the electrodes with different tappable electrical voltages without additional connection contacts or leads are needed.

Bei einer Weiterbildung weist der Spannungsteiler mindestens zwei unterschiedliche Ohm'sche Widerstände auf. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit der technischen Umsetzung ist die Verwendung eines Ohm'schen Spannungsteilers, wobei zwei oder mehrere Ohm'sche Widerstände im kalten Bereich des Sensorelements nahe den Anschlusskontakten aufgebracht werden, da so keine zusätzlichen Kontaktpins auf dem Sensorelement erforderlich sind.In a development, the voltage divider has at least two different ohmic resistances. A particularly preferred possibility of the technical implementation is the use of an ohmic voltage divider, wherein two or more ohmic resistors are applied in the cold region of the sensor element near the connection contacts, since no additional contact pins on the sensor element are required.

Bei einer Weiterbildung erstreckt sich das Substrat in einer Längsrichtung, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode derart ausgebildet sind, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung an die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung die mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode an zwei unterschiedlichen Positionen in der Längsrichtung gesehen abgreifbar sind. Auf diese Weise kann innerhalb der Elektrodenstruktur beispielsweise in Strömungsrichtung in nachgelagerten Teilbereichen der Elektrodenstruktur eine höhere raumgreifende Wirkung des elektrischen Feldes mit hinreichender Feldstärke erzielt werden.In a further development, the substrate extends in a longitudinal direction, wherein the first electrode and the second electrode are formed such that upon application of the electrical voltage to the first supply line and the second supply line, the at least two different electrical voltages between the first electrode and the second Electrode can be tapped at two different positions seen in the longitudinal direction. In this way, within the electrode structure, for example in the flow direction in downstream partial regions of the electrode structure, a higher spatial effect of the electric field with sufficient field strength can be achieved.

Bei einer Weiterbildung erstreckt sich das Substrat in einer Breitenrichtung, wobei die erste Elektrode und die zweite Elektrode derart ausgebildet sind, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung an die erste Zuleitung und die zweite Zuleitung die mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode an zwei unterschiedlichen Positionen in der Breitenrichtung gesehen abgreifbar sind. Diese Ausbildung erlaubt das Abgreifen verschiedener elektrischer Spannungen in Breitenrichtung des Sensorelements, so dass auch hier die elektrischen Spannungen an die Strömungsgegebenheiten im Bereich des Sensorelements gezielt angepasst werden können.In a further development, the substrate extends in a width direction, wherein the first electrode and the second electrode are formed such that upon application of the electrical voltage to the first supply line and the second supply line, the at least two different electrical voltages between the first electrode and the second Electrode can be tapped at two different positions seen in the width direction. This design allows tapping different electrical voltages in the width direction of the sensor element, so that here too, the electrical voltages can be adapted to the flow conditions in the region of the sensor element targeted.

Bei einer Weiterbildung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode als Interdigitalelektroden ausgebildet. Eine solche Ausbildung erlaubt die Realisierung einer möglichst großen, wirksamen Elektrodenfläche, so dass die Sensorempfindlichkeit gesteigert wird.In a development, the first electrode and the second electrode are formed as interdigital electrodes. Such a design allows the realization of the largest possible effective electrode area, so that the sensor sensitivity is increased.

Bei einer Weiterbildung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode derart auf dem Substrat angeordnet, dass ortsabhängig zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mindestens zwei unterschiedliche Abstände gebildet sind.In a development, the first electrode and the second electrode are arranged on the substrate in such a way that at least two different distances are formed between the first electrode and the second electrode depending on location.

Bei einer Weiterbildung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode derart ausgebildet, dass die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode abgreifbare elektrische Spannung umso größer ist, desto größer der Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode ist. Neben verschiedenen Spannungen innerhalb der Elektrodenstruktur werden vorzugsweise auch die Elektrodenabstände in den Teilbereichen unterschiedlich groß gewählt, um eine optimale Anpassung an die jeweils angelegten Spannungen erzielen zu können. Insbesondere kann so innerhalb der Elektrodenstruktur beispielsweise in Strömungsrichtung in nachgelagerten Teilbereichen der Elektrodenstruktur eine höhere raumgreifende Wirkung des elektrischen Feldes mit hinreichender Feldstärke erzielt werden. Konkret bedeutet dies, dass in Bereichen mit höheren Elektrodenabständen höhere Spannungen zwischen gegenüberliegenden Elektrodenabschnitten angelegt werden und umgekehrt kleinere Spannungen im Falle von kleinen Abständen. Zu hohe Spannungen in Bereichen mit geringen Elektrodenabständen wirken sich nämlich negativ auf die Empfindlichkeit aus, da es dann zum Rußabbrand der gerade gebildeten Rußpfade zwischen den Elektrodenfingern kommen kann.In a further development, the first electrode and the second electrode are configured such that the greater the distance between the first electrode and the second electrode, the greater the electrical voltage that can be tapped between the first electrode and the second electrode. In addition to different voltages within the electrode structure, the electrode spacings in the subregions are preferably chosen to be of different sizes in order to be able to achieve optimum adaptation to the voltages applied in each case. In particular, a higher spatial effect of the electric field with sufficient field strength can thus be achieved within the electrode structure, for example in the flow direction in downstream partial regions of the electrode structure. Concretely, this means that in areas with higher electrode spacings, higher voltages are applied between opposing electrode sections, and vice versa, smaller voltages are applied in the case of small distances. Too high voltages in In fact, areas with small electrode spacings have a negative effect on the sensitivity since it is then possible for soot erosion to occur in the carbon black paths just formed between the electrode fingers.

Bei einer Weiterbildung erstreckt sich das Substrat in einer Längsrichtung, wobei ein Abstand zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode an einer Position in der Längsrichtung gesehen umso größer ist, desto weiter die Position von der ersten Zuleitung und der zweiten Zuleitung in der Längsrichtung gesehen beabstandet ist. Da die Überströmung des Sensorelement üblicherweise von den Zuleitungen zum an der gegenüberliegenden Stirnseite befindlichen Ende erfolgt, kann auf diese Weise innerhalb der Elektrodenstruktur in Strömungsrichtung in nachgelagerten Teilbereichen der Elektrodenstruktur eine höhere raumgreifende Wirkung des elektrischen Feldes mit hinreichender Feldstärke erzielt werden.In a further development, the substrate extends in a longitudinal direction, wherein a distance between the first electrode and the second electrode seen at a position in the longitudinal direction is greater, the further the position spaced from the first supply line and the second supply line in the longitudinal direction is. Since the overflow of the sensor element usually takes place from the supply lines to the end located on the opposite end side, a higher expansive effect of the electric field with sufficient field strength can be achieved in this way within the electrode structure in the flow direction in downstream partial regions of the electrode structure.

Bei einer Weiterbildung weist die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode zumindest in einem Bereich eines größten Abstands zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode fingerförmig Abzweigungen auf. Auf diese Weise können in den Bereichen mit höherer Spannung und vergleichsweise größeren Elektrodenabständen kleine Elektrodenfinger in Teilbereichen ergänzt werden, die lokal die Ausbildung kurzer Rußpfade ermöglichen und somit zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit beitragenIn a development, the first electrode and / or the second electrode has finger-shaped branches at least in a region of greatest distance between the first electrode and the second electrode. In this way, in the regions with higher voltage and comparatively larger electrode spacings, small electrode fingers can be supplemented in partial regions which locally enable the formation of short soot paths and thus contribute to an increase in the sensitivity

Bei einer Weiterbildung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode mäanderförmig auf dem Substrat angeordnet. Dies stellt eine alternative Umsetzung der zuvor beschriebenen Weiterbildungen dar, mit der sich die gleichen Vorteile bzw. Effekte erzielen lassen.In a development, the first electrode and the second electrode are arranged meander-shaped on the substrate. This represents an alternative implementation of the developments described above, with which the same advantages or effects can be achieved.

Bei einer Weiterbildung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit identischen Abständen oder mit unterschiedlichen Abständen zueinander auf dem Substrat angeordnet. Auch hier können die elektrischen Felder gezielt durch die Einstellung der Abstände zusätzlich beeinflusst werden.In a further development, the first electrode and the second electrode are arranged on the substrate at identical distances or at different distances from each other. Again, the electrical fields can be specifically influenced by the setting of the distances.

Unter einem Teilchen im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Partikel, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Teilchen, zu verstehen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikel.For the purposes of the present invention, a particle is to be understood as meaning a particle, in particular an electrically conductive particle, such as, for example, soot or dust particles.

Unter einer Elektrode ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bauteil zu verstehen, das für eine Strom- und/oder Spannungsmessung geeignet ist. Die Angaben erste und zweite Elektrode werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich verwendet, um die Elektroden begrifflich zu unterscheiden, sollen aber keine bestimmte Reihenfolge oder Gewichtung dieser Bauteile angeben.In the context of the present invention, an electrode is to be understood as meaning a component which is suitable for current and / or voltage measurement. The indications first and second electrode are used in the context of the present invention only to distinguish the electrodes conceptually, but are not intended to indicate a particular order or weighting of these components.

Unter einer Strom-Spannungsmessung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Messung eines elektrischen Stroms und/oder einer elektrischen Spannung zu verstehen. Die Messung erfolgt dabei zwischen zwei Elektroden. Dabei kann an die Elektroden eine bestimmte elektrische Spannung angelegt werden und ein Stromfluss zwischen den Elektroden gemessen werden oder an die Elektroden ein elektrischer Strom angelegt werden und eine Spannung zwischen den Elektroden gemessen werden. Eine Strom-Spannungsmessung kann insbesondere eine Widerstandsmessung sein, wobei ein Widerstand des durch die Elektroden und das Substrat gebildeten Aufbaus gemessen werden kann. Es kann beispielsweise eine spannungsgesteuerte oder spannungsgeregelte Messung und/oder eine stromgesteuerte und/oder stromgeregelte Messung erfolgen. Das Anlegen des Stroms und/oder der elektrischen Spannung kann in Form eines kontinuierlichen Signals und/oder auch in Form eines gepulsten Signals erfolgen. So kann beispielsweise eine Gleichspannung und/oder ein Gleichstrom angelegt werden und eine Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden. Alternativ kann eine gepulste Spannung und/oder ein gepulster Strom angelegt werden und eine Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden.Under a current-voltage measurement in the context of the present invention, a measurement of an electrical current and / or an electrical voltage to understand. The measurement takes place between two electrodes. In this case, a specific electrical voltage can be applied to the electrodes and a current flow between the electrodes can be measured or an electric current can be applied to the electrodes and a voltage between the electrodes can be measured. In particular, a current-voltage measurement can be a resistance measurement, wherein a resistance of the structure formed by the electrodes and the substrate can be measured. For example, a voltage-controlled or voltage-controlled measurement and / or a current-controlled and / or current-controlled measurement can be carried out. The application of the current and / or the electrical voltage can take place in the form of a continuous signal and / or also in the form of a pulsed signal. For example, a DC voltage and / or a DC current can be applied and a current response or a voltage response can be detected. Alternatively, a pulsed voltage and / or pulsed current may be applied and a current response or voltage response detected.

Unter einem Substrat ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gegenstand mit einer plattenförmigen, würfelförmigen, quaderförmigen oder jeglichen anderen geometrischen Ausbildung zu verstehen, der mindestens eine ebene Oberfläche aufweist und aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z.B. einem keramischen Material, Halbleitermaterial oder Kombinationen derselben hergestellt ist.In the context of the present invention, a substrate is to be understood as meaning an article having a plate-shaped, cube-shaped, parallelepiped or any other geometric configuration which has at least one planar surface and is made of an electrically insulating material, such as e.g. a ceramic material, semiconductor material or combinations thereof.

Unter Interdigitalelektroden sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Elektroden zu verstehen, die so angeordnet sind, dass sie ineinander eingreifen, insbesondere kammförmig ineinander eingreifen.For the purposes of the present invention, interdigital electrodes are understood to mean electrodes which are arranged in such a way that they engage in one another, in particular mesh with one another in a comb-like manner.

Figurenlistelist of figures

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures.

Es zeigen:

1 eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
6 eine Draufsicht auf ein Sensorelement gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Show it:

1 a top view of a sensor element according to a first embodiment of the present invention,
2 a top view of a sensor element according to a second embodiment of the present invention,
3 a top view of a sensor element according to a third embodiment of the present invention,
4 a top view of a sensor element according to a fourth embodiment of the present invention,
5 a plan view of a sensor element according to a fifth embodiment of the present invention and
6 a plan view of a sensor element according to a sixth embodiment of the present invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Draufsicht auf ein Sensorelement 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Sensorelement 10 ist zur Detektion von Teilchen ausgebildet, insbesondere von Rußpartikeln in einem Gasstrom, wie beispielsweise einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, und zum Einbau in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Beispielsweise ist das Sensorelement 10 als Rußsensor ausgebildet und lässt sich stromabwärts oder stromaufwärts eines Rußpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs mit einem Dieselverbrennungsmotor anordnen. Das Sensorelement 10 ist Teil eines nicht näher gezeigten Sensors zur Detektion von Teilchen. 1 shows a plan view of a sensor element 10 according to a first embodiment of the present invention. The sensor element 10 is designed for the detection of particles, in particular of soot particles in a gas stream, such as an exhaust stream of an internal combustion engine, and designed for installation in an exhaust system of a motor vehicle. For example, the sensor element 10 is configured as a soot sensor and can be arranged downstream or upstream of a soot particle filter of a motor vehicle with a diesel internal combustion engine. The sensor element 10 is part of a sensor not shown in detail for the detection of particles.

Das Sensorelement 10 umfasst ein Substrat 12. Das Substrat 12 ist beispielsweise ein Siliziumwafer mit einer bei auch hohen Temperaturen elektrisch isolierenden Oxidschicht, auf welchem die Elektroden samt Zuleitungen aufgebracht sind. Alternativ ist das Substrat 12 aus einem elektrisch isolierenden keramischen Material hergestellt wie z.B. Aluminiumoxid. Das Substrat 12 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Das Substrat 12 erstreckt sich in einer Längsrichtung 14. Die Längsrichtung 14 ist eine Richtung parallel zu einer längsten Abmessung des Substrats 12. Das Substrat 12 erstreckt sich weiterhin in einer Breitenrichtung 16. Die Breitenrichtung 16 ist eine Richtung senkrecht zu der längsten Abmessung des Substrats 12. Die Längsrichtung 14 und parallel zu einer zweitlängsten Abmessung des Substrats 12. Die kürzeste Abmessung des Substrats 12 ist eine Höhe oder Dicke des Substrats 12 und senkrecht zu der Längsrichtung 14 und Breitenrichtung 16. Die Draufsicht zeigt dabei eine Oberseite 18 des Substrats 12, die parallel zu einer von der Längsrichtung 14 und der Breitenrichtung 16 aufgespannten Ebene ist.The sensor element 10 includes a substrate 12 , The substrate 12 is for example a silicon wafer with an even at high temperatures electrically insulating oxide layer on which the electrodes are applied along with leads. Alternatively, the substrate 12 made of an electrically insulating ceramic material such as alumina. The substrate 12 is formed essentially cuboid. The substrate 12 extends in a longitudinal direction 14 , The longitudinal direction 14 is a direction parallel to a longest dimension of the substrate 12 , The substrate 12 continues to extend in a width direction 16 , The width direction 16 is a direction perpendicular to the longest dimension of the substrate 12 , The longitudinal direction 14 and parallel to a second longest dimension of the substrate 12 , The shortest dimension of the substrate 12 is a height or thickness of the substrate 12 and perpendicular to the longitudinal direction 14 and width direction 16 , The top view shows an upper side 18 of the substrate 12 parallel to one of the longitudinal direction 14 and the width direction 16 spanned level.

Das Sensorelement 10 umfasst weiterhin eine erste Elektrode 20, eine zweite Elektrode 22, eine erste Zuleitung 24 und eine zweite Zuleitung 26. Die erste Elektrode 20, die zweite Elektrode 22, die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 26 sind auf der Oberseite 18 des Substrats 12 angeordnet. Die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 sind als Interdigitalelektroden ausgebildet. Die erste Elektrode 20 ist mit der ersten Zuleitung 24 verbunden. Die zweite Elektrode 22 ist mit der zweiten Zuleitung 26 verbunden. Die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 26 stellen Anschlusskontakte dar, die zum elektrischen Kontaktieren der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 26 ausgebildet sind. Die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 sind derart ausgebildet, dass bei Anlegen einer elektrischen Spannung U an die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 26 ortsabhängig zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 mindestens zwei unterschiedliche elektrische Spannungen abgreifbar sind, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.The sensor element 10 further comprises a first electrode 20 , a second electrode 22 , a first supply line 24 and a second supply line 26 , The first electrode 20 , the second electrode 22 , the first supply line 24 and the second supply line 26 are on the top 18 of the substrate 12 arranged. The first electrode 20 and the second electrode 22 are formed as interdigital electrodes. The first electrode 20 is with the first supply line 24 connected. The second electrode 22 is with the second supply line 26 connected. The first supply line 24 and the second supply line 26 represent connection contacts, which are used for electrically contacting the first electrode 20 and the second electrode 26 are formed. The first electrode 20 and the second electrode 22 are formed such that upon application of an electrical voltage U to the first supply line 24 and the second supply line 26 location-dependent between the first electrode 20 and the second electrode 22 at least two different electrical voltages can be tapped, as will be described in more detail below.

Das Sensorelement 10 umfasst weiterhin mindestens einen Spannungsteiler 28. Der Spannungsteiler 28 ist an die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 26 angrenzend angeordnet. Der Spannungsteiler 28 teilt die erste Elektrode 20 in mindestens einen ersten Elektrodenabschnitt 30 und einen zweiten Elektrodenabschnitt 32 derart, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung U an die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 24 zwischen dem ersten Elektrodenabschnitt 30 und der zweiten Elektrode 22 eine erste elektrische Spannung U1 und zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 und der zweiten Elektrode 22 eine zweite elektrische Spannung abgreifbar sind, wobei sich die erste elektrische Spannung U1 von der zweiten elektrischen Spannung unterscheidet. So weist der Spannungsteiler 28 mindestens zwei unterschiedliche Ohm'sche Widerstände R1, R2 auf. Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Spannungsteiler 28 zwei unterschiedliche Ohm'sche Widerstände R1, R2 auf, die in Reihe geschaltet sind. Der erste Elektrodenabschnitt 30 zweigt dabei zwischen den Widerständen R1, R2 ab. Entsprechend ist zwischen dem erstem Elektrodenabschnitt 30 und der zweiten Elektrode 22 die erste elektrische Spannung U1 abgreifbar. Zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 und der zweiten Elektrode 22 ist die zweite elektrische Spannung abgreifbar, die der angelegten elektrischen Spannung U entspricht. Über die Widerstände R1, R2 kann die erste elektrische Spannung U1 gewählt werden gemäß U1 = (R1/R1+R2)*U. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite Elektrode 22 einen ersten Abzweigungsabschnitt 34, der mit dem ersten Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20 kämmt, und einen zweiten Abzweigungsabschnitt 36, der mit dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 kämmt, auf. Der erste Abzweigungsabschnitt 34 kämmt mit dem ersten Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20 in einer Richtung parallel zu der Breitenrichtung 16. Der zweite Abzweigungsabschnitt 36 kämmt mit dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 ebenfalls in einer Richtung parallel zu der Breitenrichtung 16. Der erste Abzweigungsabschnitt 34 und der erste Elektrodenabschnitt 30 sind in einem bezüglich der Längsrichtung 14 vorderen Bereich 38 des Substrats 12 angeordnet und der zweite Abzweigungsabschnitt 36 und der zweite Elektrodenabschnitt 32 sind in einem bezüglich der Längsrichtung 14 hinteren Bereich 40 des Substrats 12 angeordnet. Der vordere Bereich 38 ist befindet sich somit näher an den Zuleitungen 24, 26 als der hintere Bereich 40. Somit kann bei weiterhin nur zwei Zuleitungen 24, 26 im vorderen Bereich 38 eine kleine Spannung U1 angelegt werden und im hinteren Bereich 40 eine größere Spannung U. Die Spannung U wird in der Sensoransteuerung bereitgestellt und über die beiden Zuleitungen 24, 26 zu den Elektroden20, 22 geführt. Dabei wird die Spannung U so gewählt, dass der höchste gewünschte Spannungswert für die Elektroden 20, 22 vorliegt, wie beispielsweise 50V. Entsprechend sind die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 derart ausgebildet, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung U an die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 26 die mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungen U, U1 zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 an zwei unterschiedlichen Positionen in der Längsrichtung 14 gesehen abgreifbar sind, nämlich an einer Position in dem vorderen Bereich 38 und einer Position in dem hinteren Bereich 40.The sensor element 10 further comprises at least one voltage divider 28 , The voltage divider 28 is at the first supply line 24 and the second supply line 26 arranged adjacent. The voltage divider 28 shares the first electrode 20 in at least a first electrode section 30 and a second electrode portion 32 such that when the voltage is applied U to the first supply line 24 and the second supply line 24 between the first electrode portion 30 and the second electrode 22 a first electrical voltage U1 and between the second electrode portion 32 and the second electrode 22 a second electrical voltage can be tapped, wherein the first electrical voltage U1 different from the second electrical voltage. So points the voltage divider 28 at least two different ohmic resistors R1 . R2 on. In the embodiment shown, the voltage divider 28 two different ohmic resistances R1 . R2 which are connected in series. The first electrode section 30 branches between the resistors R1 . R2 from. Accordingly, between the first electrode section 30 and the second electrode 22 the first electrical voltage U1 tapped. Between the second electrode section 32 and the second electrode 22 is the second electrical voltage tapped, the applied electrical voltage U equivalent. About the resistances R1 . R2 can be the first electrical voltage U1 be selected according to U1 = (R1 / R1 + R2) * U. In the embodiment shown, the second electrode 22 a first branch section 34 that with the first electrode section 30 the first electrode 20 meshes, and a second branch section 36 that with the second electrode section 32 the first electrode 20 combs, on. The first branch section 34 meshes with the first electrode section 30 the first electrode 20 in a direction parallel to the width direction 16 , The second branch section 36 meshes with the second electrode section 32 the first electrode 20 also in a direction parallel to the width direction 16 , The first branch section 34 and the first electrode portion 30 are in one with respect to the longitudinal direction 14 front area 38 of the substrate 12 arranged and the second branch section 36 and the second electrode portion 32 are in one with respect to the longitudinal direction 14 rear area 40 of the substrate 12 arranged. The front area 38 is thus closer to the supply lines 24 . 26 as the rear area 40 , Thus can continue with only two leads 24 . 26 in the front area 38 a little tension U1 be created and in the back area 40 a greater tension U , The voltage U is provided in the sensor control and over the two supply lines 24 . 26 to the electrodes 20 . 22 guided. Thereby the tension becomes U so chosen that the highest desired voltage value for the electrodes 20 . 22 is present, such as 50V. Accordingly, the first electrode 20 and the second electrode 22 designed such that upon application of the electrical voltage U to the first supply line 24 and the second supply line 26 the at least two different electrical voltages U . U1 between the first electrode 20 and the second electrode 22 at two different positions in the longitudinal direction 14 can be tapped, namely at a position in the front area 38 and a position in the rear area 40 ,

Zusätzlich können die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 derart auf dem Substrat 12 angeordnet sein, dass ortsabhängig zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 mindestens zwei unterschiedliche Abstände 42, 44 gebildet sind. Beispielsweise sind die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 derart ausgebildet, dass die zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 abgreifbare elektrische Spannung umso größer ist, desto größer der Abstand 42, 44 zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 ist. Insbesondere ist ein Abstand 42, 44 zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 20 an einer Position in der Längsrichtung 14 gesehen umso größer, desto weiter die Position von der ersten Zuleitung 24 und der zweiten Zuleitung 26 in der Längsrichtung 14 gesehen beabstandet ist. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein erster Abstand 42 zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 in dem vorderen Bereich 38 kleiner als ein zweiter Abstand 44 zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 in dem hinteren Bereich 40.In addition, the first electrode 20 and the second electrode 22 such on the substrate 12 be arranged that is location-dependent between the first electrode 20 and the second electrode 22 at least two different distances 42 . 44 are formed. For example, the first electrode 20 and the second electrode 22 formed such that between the first electrode 20 and the second electrode 22 tapped electrical voltage is greater, the greater the distance 42 . 44 between the first electrode 20 and the second electrode 22 is. In particular, a distance 42 . 44 between the first electrode 20 and the second electrode 20 at a position in the longitudinal direction 14 The larger the position, the farther from the first lead 24 and the second supply line 26 in the longitudinal direction 14 is spaced apart. In the embodiment shown, a first distance 42 between the first electrode 20 and the second electrode 22 in the front area 38 less than a second distance 44 between the first electrode 20 and the second electrode 22 in the back area 40 ,

2 zeigt eine Draufsicht auf ein Sensorelement 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der vorherigen Ausführungsform beschrieben und gleiche oder funktional vergleichbare Bauteile bzw. Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der zweiten Ausführungsform teilt der Spannungsteiler 28 die erste Elektrode 20 in den ersten Elektrodenabschnitt 30, den zweiten Elektrodenabschnitt 32 und einen dritten Elektrodenabschnitt 46 derart, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung U an die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 24 zwischen dem ersten Elektrodenabschnitt 30 und der zweiten Elektrode 22 eine erste elektrische Spannung U1 zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 und der zweiten Elektrode 22 eine zweite elektrische Spannung U2 und zwischen dem dritten Elektrodenabschnitt 46 und der zweiten Elektrode 22 eine dritte elektrische Spannung abgreifbar sind, wobei sich die erste elektrische Spannung U1, die zweite elektrische Spannung U2 und die dritte elektrische Spannung voneinander unterscheiden. So weist der Spannungsteiler 28 drei unterschiedliche Ohm'sche Widerstände R1, R2, R3 auf, die in Reihe geschaltet sind. Der erste Elektrodenabschnitt 30 zweigt dabei zwischen den Widerständen R1, R2 ab und der zweite Elektrodenabschnitt 32 zweigt zwischen den Widerständen R2, R3 ab. Entsprechend ist zwischen dem erstem Elektrodenabschnitt 30 und der zweiten Elektrode 22 die erste elektrische Spannung U1 abgreifbar. Zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 und der zweiten Elektrode 22 ist die zweite elektrische Spannung U2 abgreifbar. Zwischen dem dritten Elektrodenabschnitt 46 und der zweiten Elektrode 22 ist die dritte elektrische Spannung abgreifbar, die der angelegten elektrischen Spannung U entspricht. Über die Widerstände R1, R2, R3 können die erste elektrische Spannung U1 und die zweite elektrische Spannung U2 wie oben beschrieben gewählt werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist die zweite Elektrode 22 einen ersten Abzweigungsabschnitt 34, der mit dem ersten Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20 kämmt, einen zweiten Abzweigungsabschnitt 36, der mit dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 kämmt, und einen dritten Abzweigungsabschnitt 48, der mit dem dritten Elektrodenabschnitt 46 kämmt, auf. Der erste Abzweigungsabschnitt 34 kämmt mit dem ersten Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20 in einer Richtung parallel zu der Breitenrichtung 16. Der zweite Abzweigungsabschnitt 36 kämmt mit dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 ebenfalls in einer Richtung parallel zu der Breitenrichtung 16. Der dritte Abzweigungsabschnitt 48 kämmt mit dem dritten Elektrodenabschnitt 46 der ersten Elektrode 20 ebenfalls in einer Richtung parallel zu der Breitenrichtung 16. Der erste Abzweigungsabschnitt 34 und der erste Elektrodenabschnitt 30 sind in einem bezüglich der Längsrichtung 14 vorderen Bereich 38 des Substrats 12 angeordnet. Der zweite Abzweigungsabschnitt 36 und der zweite Elektrodenabschnitt 32 sind in einem bezüglich der Längsrichtung 14 mittleren Bereich 50 des Substrats 12 angeordnet. Der dritte Abzweigungsabschnitt 48 und der dritte Elektrodenabschnitt 46 sind in einem bezüglich der Längsrichtung 14 hinteren Bereich 40 des Substrats 12 angeordnet. Der vordere Bereich 38 befindet sich somit näher an den Zuleitungen 24, 26 als der hintere Bereich 40. Somit kann bei weiterhin nur zwei Zuleitungen 24, 26 im vorderen Bereich 38 eine kleine Spannung U1 angelegt werden, im mittleren Bereich 50 eine mittlere elektrische Spannung U2 und im hinteren Bereich 40 eine größere Spannung U. Entsprechend sind die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 derart ausgebildet, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung U an die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 26 drei unterschiedliche elektrische Spannungen U, U1, U2 zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 an drei unterschiedlichen Positionen in der Längsrichtung 14 gesehen abgreifbar sind, nämlich an einer Position in dem vorderen Bereich 38, einer Position in dem mittleren Bereich 50 und einer Position in dem hinteren Bereich 40. 2 shows a plan view of a sensor element 10 according to a second embodiment of the present invention. Below, only the differences from the previous embodiment will be described and identical or functionally comparable components or features are provided with the same reference numerals. In the second embodiment, the voltage divider splits 28 the first electrode 20 in the first electrode section 30 , the second electrode section 32 and a third electrode portion 46 such that when the voltage is applied U to the first supply line 24 and the second supply line 24 between the first electrode portion 30 and the second electrode 22 a first electrical voltage U1 between the second electrode portion 32 and the second electrode 22 a second electrical voltage U2 and between the third electrode portion 46 and the second electrode 22 a third electrical voltage can be tapped, wherein the first electrical voltage U1 , the second electrical voltage U2 and the third electrical voltage differ from each other. So points the voltage divider 28 three different ohmic resistances R1 . R2 . R3 which are connected in series. The first electrode section 30 branches between the resistors R1 . R2 from and the second electrode section 32 branches between the resistors R2 . R3 from. Accordingly, between the first electrode section 30 and the second electrode 22 the first electrical voltage U1 tapped. Between the second electrode section 32 and the second electrode 22 is the second electrical voltage U2 tapped. Between the third electrode section 46 and the second electrode 22 is the third electrical voltage tapped, the applied electrical voltage U equivalent. About the resistances R1 . R2 . R3 can be the first electrical voltage U1 and the second electrical voltage U2 be selected as described above. In the embodiment shown, the second electrode 22 a first branch section 34 that with the first electrode section 30 the first electrode 20 meshes, a second branch section 36 that with the second electrode section 32 the first electrode 20 meshes, and a third branch section 48 that with the third electrode section 46 combs, on. The first branch section 34 meshes with the first electrode section 30 the first electrode 20 in a direction parallel to the width direction 16 , The second branch section 36 meshes with the second electrode section 32 the first electrode 20 also in a direction parallel to the width direction 16 , The third branch section 48 meshes with the third electrode section 46 the first electrode 20 also in a direction parallel to the width direction 16 , The first branch section 34 and the first electrode portion 30 are in one with respect to the longitudinal direction 14 front area 38 of the substrate 12 arranged. The second branch section 36 and the second electrode portion 32 are in one with respect to the longitudinal direction 14 middle range 50 of the substrate 12 arranged. The third branch section 48 and the third electrode portion 46 are in a respect to the longitudinal direction 14 rear area 40 of the substrate 12 arranged. The front area 38 is thus closer to the supply lines 24 . 26 as the rear area 40 , Thus can continue with only two leads 24 . 26 in the front area 38 a little tension U1 be created, in the middle area 50 a mean electrical voltage U2 and in the back area 40 a greater tension U , Accordingly, the first electrode 20 and the second electrode 22 designed such that upon application of the electrical voltage U to the first supply line 24 and the second supply line 26 three different electrical voltages U . U1 . U2 between the first electrode 20 and the second electrode 22 at three different positions in the longitudinal direction 14 can be tapped, namely at a position in the front area 38 , a position in the middle area 50 and a position in the rear area 40 ,

3 zeigt eine Draufsicht auf ein Sensorelement 10 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder funktional vergleichbare Bauteile bzw. Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der dritten Ausführungsform weisen die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 zumindest in einem Bereich eines größten Abstands zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 fingerförmig Abzweigungen 52, 54 auf. Wie bei der ersten Ausführungsform ist der Bereich größten Abstands zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 der hintere Bereich 40. Die fingerförmigen Abzweigungen 52, 54 sind versetzt zueinander in gleichen Richtungen orientiert angeordnet. Entsprechend kämmen auch die fingerförmigen Abzweigungen 52, 54 miteinander. Die fingerförmigen Abzweigungen 52, 54 ermöglichen lokal die Ausbildung kurzer Rußpfade und tragen somit zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit bei. 3 shows a plan view of a sensor element 10 according to a third embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the first embodiment will be described and identical or functionally comparable components or features are provided with the same reference numerals. In the third embodiment, the first electrode 20 and the second electrode 22 at least in a region of greatest distance between the first electrode 20 and the second electrode 22 finger-shaped branches 52 . 54 on. As in the first embodiment, the area is the largest distance between the first electrode 20 and the second electrode 22 the rear area 40 , The finger-shaped branches 52 . 54 are arranged offset to each other in the same directions oriented. Accordingly, the finger-shaped branches comb 52 . 54 together. The finger-shaped branches 52 . 54 locally allow the formation of short soot paths and thus contribute to an increase in sensitivity.

4 zeigt eine Draufsicht auf ein Sensorelement 10 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder funktional vergleichbare Bauteile bzw. Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der vierten Ausführungsform sind die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 derart ausgebildet sind, dass bei Anlegen der elektrischen Spannung U an die erste Zuleitung 24 und die zweite Zuleitung 26 die mindestens zwei unterschiedlichen elektrischen Spannungen zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 an zwei unterschiedlichen Positionen in der Breitenrichtung 16 gesehen abgreifbar sind. So ist der erste Abzweigungsabschnitt 34 der zweiten Elektrode 22 in Breitenrichtung 16 gesehen kleiner als bei der ersten Ausführungsform ausgebildet. Der zweite Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 weist einen Verzweigungsabschnitt 56 auf, der dem ersten Abzweigungsabschnitt 34 der zweiten Elektrode 22 in Breitenrichtung 16 gesehen gegenüberliegt. Der erste Abzweigungsabschnitt 34 und der Verzweigungsabschnitt 56 befinden sich somit bezüglich der Längsrichtung 14 auf gleicher Höhe. Der erste Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20 kämmt sowohl mit dem ersten Abzweigungsabschnitt 34 der zweiten Elektrode 22 als auch mit dem Verzweigungsabschnitt 56. Damit lassen sich zwischen dem ersten Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20 und dem ersten Abzweigungsabschnitt 34 der zweiten Elektrode 22 eine erste elektrische Spannung U1 und zwischen dem ersten Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20 und dem Verzweigungsabschnitt 56 des zweiten Elektrodenabschnitts 32 der ersten Elektrode 20 eine zweite elektrische Spannung U2 , die sich von der ersten elektrischen Spannung U1 unterscheidet, in Breitenrichtung 16 in dem vorderen Bereich 38 abgreifen. Zusätzlich lässt sich in dem hinteren Bereich 40 zwischen dem zweiten Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 und dem zweiten Abzweigungsabschnitt 36 der zweiten Elektrode 22 eine dritte elektrische Spannung abgreifen, die der an die Zuleitungen 24, 26 angelegten Spannung U entspricht. 4 shows a plan view of a sensor element 10 according to a fourth embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the first embodiment will be described and identical or functionally comparable components or features are provided with the same reference numerals. In the fourth embodiment, the first electrode 20 and the second electrode 22 are formed such that upon application of the electrical voltage U to the first supply line 24 and the second supply line 26 the at least two different electrical voltages between the first electrode 20 and the second electrode 22 at two different positions in the width direction 16 can be tapped seen. So is the first branching section 34 the second electrode 22 in the width direction 16 seen smaller than in the first embodiment formed. The second electrode section 32 the first electrode 20 has a branching section 56 on, the first branching section 34 the second electrode 22 in the width direction 16 seen opposite. The first branch section 34 and the branching section 56 are thus with respect to the longitudinal direction 14 at the same height. The first electrode section 30 the first electrode 20 meshes with both the first branch section 34 the second electrode 22 as well as with the branching section 56 , This can be between the first electrode section 30 the first electrode 20 and the first branch portion 34 the second electrode 22 a first electrical voltage U1 and between the first electrode portion 30 the first electrode 20 and the branching section 56 of the second electrode portion 32 the first electrode 20 a second electrical voltage U2 that differ from the first electrical voltage U1 different, in the width direction 16 in the front area 38 tap. In addition, can be in the rear area 40 between the second electrode portion 32 the first electrode 20 and the second branch portion 36 the second electrode 22 pick up a third electrical voltage, which is the to the supply lines 24 . 26 applied voltage U equivalent.

5 zeigt eine Draufsicht auf ein Sensorelement 10 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der ersten Ausführungsform beschrieben und gleiche oder funktional vergleichbare Bauteile bzw. Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Man beachte, dass die fünfte Ausführungsform spiegelverkehrt zu der ersten Ausführungsform dargestellt ist. Bei der fünften Ausführungsform sind die erste Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 mäanderförmig auf dem Substrat 12 angeordnet sind. Mit anderen Worten verlaufen der erste Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20, der zweite Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 mäanderförmig. Die Abstände 42, 44 zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 sind dabei identisch. Genauer sind die Abstände 42, 44 der ersten Elektrodenabschnitts 30 der ersten Elektrode 20, des zweiten Elektrodenabschnitts 32 der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 über ihre Länge gesehen zueinander identisch. Der erste Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20, der zweite Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 können dabei an einem gemeinsamen Widerstand RP1 beginnen und an ihren Vorderenden an einem gemeinsamen Widerstand RP2 enden. 5 shows a plan view of a sensor element 10 according to a fifth embodiment of the present invention. Hereinafter, only the differences from the first embodiment will be described and identical or functionally comparable components or features are provided with the same reference numerals. Note that the fifth embodiment is mirrored to the first embodiment. In the fifth embodiment, the first electrode 20 and the second electrode 22 meandering on the substrate 12 are arranged. In other words, the first electrode section run 30 the first electrode 20 , the second electrode section 32 the first electrode 20 and the second electrode 22 meandering fashion. The distances 42 . 44 between the first electrode 20 and the second electrode 22 are identical. More precise are the distances 42 . 44 the first electrode section 30 the first electrode 20 , the second electrode section 32 the first electrode 20 and the second electrode 22 Identical to each other over their length. The first electrode section 30 the first electrode 20 , the second electrode section 32 the first electrode 20 and the second electrode 22 can participate in a common resistance RP1 begin and at their front ends to a common resistance RP2 end up.

6 zeigt eine Draufsicht auf ein Sensorelement 10 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachstehend werden lediglich die Unterschiede zu der fünften Ausführungsform beschrieben und gleiche oder funktional vergleichbare Bauteile bzw. Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der sechsten Ausführungsform sind die Abstände zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 unterschiedlich. Genauer sind die Abstände der ersten Elektrodenabschnitts 30 der ersten Elektrode 20, des zweiten Elektrodenabschnitts 32 der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 22 über ihre Länge gesehen zueinander unterschiedlich und beispielsweise in dem hinteren Bereich 40 größer als in dem vorderen Bereich 38. Der erste Elektrodenabschnitt 30 der ersten Elektrode 20, der zweite Elektrodenabschnitt 32 der ersten Elektrode 20 und die zweite Elektrode 22 können dabei an ihren Vorderenden an einem gemeinsamen Widerstand RP enden. 6 shows a plan view of a sensor element 10 according to a sixth embodiment of the present invention. Only the differences from the fifth embodiment will be described below and identical or functionally comparable components or features are provided with the same reference numerals. In the sixth embodiment, the distances between the first electrode 20 and the second electrode 22 differently. More precisely, the distances of the first electrode section 30 the first electrode 20 , the second electrode section 32 the first electrode 20 and the second electrode 22 seen differently over their length and, for example, in the rear area 40 larger than in the front area 38 , The first electrode section 30 the first electrode 20 , the second electrode section 32 the first electrode 20 and the second electrode 22 can end up at their front ends at a common resistance RP.

Claims

Sensor element (10) for detecting particles, in particular soot particles, comprising a substrate (12), at least one first electrode (20), a second electrode (22), a first supply line and a second supply line, wherein the first electrode (16) and the second electrode (18) are disposed on the substrate (12), the first electrode (20) being connected to the first lead (24) and the second electrode (22) being connected to the second lead (26) Electrode (20) and the second electrode (22) are formed such that upon application of an electrical voltage (U) to the first lead (24) and the second lead (26) location-dependent between the first electrode (20) and the second electrode (22) at least two different electrical voltages (U, U1, U2) can be tapped off.

Sensor element (10) after Claim 1 , further comprising at least one voltage divider (28), wherein the voltage divider (28) divides the first electrode (20) into at least one first electrode section (30) and a second electrode section (32) such that upon application of the electrical voltage (U) the first supply line (24) and the second supply line (26) between the first electrode section (30) and the second electrode (22) a first electrical voltage (U1) and between the second electrode section (32) and the second electrode (22) second electrical voltage (U) can be tapped off, wherein the first electrical voltage (U1) differs from the second electrical voltage (U).

Claim 1 or 2 wherein the voltage divider (28) has at least two different ohmic resistors (R1, R2, R3).

Sensor element (10) according to one of Claims 1 to 3 , wherein the substrate (12) extends in a longitudinal direction (14), wherein the first electrode (20) and the second electrode (22) are designed such that upon application of the electrical voltage (U) to the first supply line (24) and the second supply line (26) can be tapped off at least two different electrical voltages (U, U1, U2) between the first electrode (20) and the second electrode (22) at two different positions in the longitudinal direction (14).

Sensor element (10) according to one of Claims 1 to 4 , wherein the substrate (12) extends in a width direction (16), wherein the first electrode (20) and the second electrode (22) are designed such that when the electrical voltage (U) is applied to the first supply line (24). and the second supply line (26) can be tapped off at least two different electrical voltages (U, U1, U2) between the first electrode (20) and the second electrode (22) at two different positions in the width direction (16).

Sensor element (10) according to one of Claims 1 to 5 wherein the first electrode (20) and the second electrode (22) are formed as interdigital electrodes.

Sensor element (10) according to one of Claims 1 to 6 in which the first electrode (20) and the second electrode (22) are arranged on the substrate (12) such that at least two different distances (42, 44) between the first electrode (20) and the second electrode (22) depend on location. are formed.

Sensor element (10) after Claim 7 wherein the first electrode (20) and the second electrode (22) are formed such that the voltage between the first electrode (20) and the second electrode (22) is greater, the greater the distance (42, 44 ) between the first electrode (20) and the second electrode (22).

Sensor element (10) after Claim 7 or 8th wherein the substrate (12) extends in a longitudinal direction (14), a distance (42, 44) between the first electrode (20) and the second electrode (22) at a position in the longitudinal direction (14) is greater the farther the position is spaced from the first lead (24) and the second lead (26) in the longitudinal direction (14).

Sensor element (10) according to one of Claims 7 to 9 in which the first electrode (20) and / or the second electrode (22) have finger-shaped branches (52, 54) at least in a region of greatest distance (42, 44) between the first electrode (20) and the second electrode (22). having.

Sensor element (10) according to one of Claims 1 to 10 , wherein the first electrode (20) and the second Electrode (22) meandering on the substrate (12) are arranged.

Sensor element (10) after Claim 11 wherein the first electrode (20) and the second electrode (22) are arranged at identical distances (42, 44) or at different distances (42, 44) from each other on the substrate (12).