DE102018209907A1 - Resistive particle sensor - Google Patents

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DE102018209907A1
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Johannes Baier
Julia Schmid
Christine Nagel
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen resistiven Partikelsensor zum Nachweis von Ruß im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensorelement (113) mit zwei in einem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements (113) beabstandet zueinander verlaufenden Leiterbahnen (25, 26) zum resistiven Nachweis einer Partikelmenge, wobei die Leiterbahnen (25, 26) über eine Kapazität (30, 31) miteinander verbunden sind und wobei die Leiterbahnen (25, 26) in dem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements (113) in Mäandern (252, 262) parallel zueinander verlaufen, wobei die Leiterbahnen (25, 26) jeweils von einer außerhalb des dem Abgas aussetzbaren Bereichs angeordneten Kontaktfläche (251, 261) zur Kontaktierung des Sensorelements (113) ausgehen, jeweils von der Kontaktfläche (251, 261) zu dem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements (113) führen, dort in Mäandern (252, 262) verlaufen und nachfolgend zu der Kapazität (30) führen. Die Kapazität (30) besteht aus zwei metallische Schichten (254,264) und einer zwischen den metallischen Schichten (254, 264) angeordneten Isolationsschicht (27). Letztere besteht beispielsweise aus einem der folgenden Materialien LaAlO; (TaO)(ALO)mit x=0.1 ... 0.2; BaZrO; CaZrO; CaTiO; Ca(TiZr)O; LaTlO; BaHfO; CaHfO.The invention relates to a resistive particle sensor for detecting soot in the exhaust gas of an internal combustion engine, comprising a sensor element (113) with two interconnects (25, 26) spaced apart from one another in a region of the sensor element (113) that can be exposed to the exhaust gas, for resistive detection of a quantity of particles, whereby the conductor tracks (25, 26) are connected to one another via a capacitor (30, 31) and the conductor tracks (25, 26) run parallel to one another in meanders (252, 262) in the area of the sensor element (113) which can be exposed to the exhaust gas, wherein the conductor tracks (25, 26) each start from a contact surface (251, 261) arranged outside the area that can be exposed to the exhaust gas for contacting the sensor element (113), each from the contact surface (251, 261) to the area of the sensor element that can be exposed to the exhaust gas 113), run there in meanders (252, 262) and subsequently lead to the capacity (30). The capacitance (30) consists of two metallic layers (254, 264) and an insulation layer (27) arranged between the metallic layers (254, 264). The latter consists for example of one of the following materials LaAlO; (TaO) (ALO) with x = 0.1 ... 0.2; BaZrO; CaZrO; CaTiO; Ca (TiZr) O; LaTlO; BaHfO; CaHfO.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus der US-20120119759 A1 ist bereits ein resistiver Partikelsensor zum Nachweis von Ruß im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensorelement mit zwei in einem einem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements beabstandet zueinander verlaufenden Leiterbahnen zum resistiven Nachweis einer Partikelmenge bekannt.From the US-20120119759 A1 A resistive particle sensor for the detection of soot in the exhaust gas of an internal combustion engine is already known, with a sensor element with two interconnects which are spaced apart from one another in a region of the sensor element that can be exposed to exhaust gas, for resistive detection of a quantity of particles.

Dabei wird eine Partikelmenge mittels einer elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Leiterbahnen sensiert.A quantity of particles is sensed by means of an electrical conductivity between the conductor tracks.

Um die Abwesenheit von Ruß im Abgas von einer mangelnden Integrität des Partikelsensors unterscheiden zu können, wird gemäß dem Stand der Technik ein Widerstand vorgesehen, der die Leiterbahnen miteinander verbindet.In order to be able to distinguish the absence of soot in the exhaust gas from a lack of integrity of the particle sensor, a resistor is provided according to the prior art, which connects the conductor tracks to one another.

Nachteilig an dieser Anordnung ist, dass im Fall einer zwischen den Leiterbahnen vorliegenden Partikelmenge und einer daraus resultierenden leitenden Verbindung zwischen den Leiterbahnen die Feststellung der Integrität des Partikelsensors nicht mehr eindeutig möglich ist.A disadvantage of this arrangement is that in the event of a quantity of particles present between the conductor tracks and a resulting conductive connection between the conductor tracks, it is no longer possible to clearly determine the integrity of the particle sensor.

Aus der US 8,860,439 B2 ist ebenfalls ein resistiver Partikelsensor zum Nachweis von Ruß im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensorelement mit zwei in einem einem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements beabstandet zueinander verlaufenden Leiterbahnen zum resistiven Nachweis einer Partikelmenge bekannt. Die Leiterbahnen sind jeweils mit „plate conductors“ verbunden und verlaufen in dem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements in einer geraden Linie beabstandet zueinander. Ein Wechselwirkungsbereich zwischen den Leiterbahnen ist daher vergleichsweise kurz. Die Sensitivität des Partikelsensors ist entsprechend gering.From the US 8,860,439 B2 A resistive particle sensor for the detection of soot in the exhaust gas of an internal combustion engine is also known, with a sensor element with two interconnects which are spaced apart from one another in a region of the sensor element that can be exposed to exhaust gas, for resistive detection of an amount of particles. The conductor tracks are each connected to “plate conductors” and run in a straight line at a distance from one another in the area of the sensor element that can be exposed to the exhaust gas. An interaction area between the conductor tracks is therefore comparatively short. The sensitivity of the particle sensor is correspondingly low.

Ein weiterer resistiver Partikelsensor ist aus der DE 101 33 384 A1 bekannt und weist kammförmige Leiterbahnen zum resistiven Nachweis einer Partikelmenge sowie einen in das Sensorelement integrierten mit den kammförmigen Leiterbahnen elektrisch verbundenen Plattenkondensator auf.Another resistive particle sensor is from the DE 101 33 384 A1 is known and has comb-shaped conductor tracks for resistive detection of an amount of particles and a plate capacitor integrated in the sensor element and electrically connected to the comb-shaped conductor tracks.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist Leiterbahnen auf, die über eine Kapazität miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ist die Integrität der Leiterbahnen durch Beaufschlagung mit geeigneten Signalen feststellbar.The particle sensor according to the invention has conductor tracks which are connected to one another via a capacitance. In this way, the integrity of the conductor tracks can be determined by applying suitable signals.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Leiterbahnen in dem sensitiven Bereich in Mäandern parallel zueinander verlaufen. Unter Leiterbahnen sind im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere metallische Strukturen zu verstehen, die insbesondere lokal eine Längserstreckung und zu dieser und untereinander senkrecht eine Quererstreckung und eine Hocherstreckung aufweisen, wobei die Längserstreckung insbesondere wesentlich größer ist als die Quererstreckung und die Hocherstreckung.According to the invention, it is provided that the conductor tracks in the sensitive area run parallel to one another in meanders. In the context of this application, conductor tracks are to be understood in particular to mean metallic structures which in particular have a longitudinal extension locally and a transverse extension and a vertical extension relative to one another and perpendicular to one another, the longitudinal extension in particular being substantially larger than the transverse extension and the vertical extension.

Unter Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitten, die parallel zueinander verlaufen, sind im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere Leiterbahnen oder Leiterbahnabschnitte zu verstehen, deren Längserstreckung lokal in die gleiche Richtung weist.In the context of this application, conductor tracks or conductor track sections which run parallel to one another are to be understood in particular as conductor tracks or conductor track sections whose longitudinal extension points locally in the same direction.

Unter Leiterbahnen, die in Mäandern verlaufen, sind im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere Leiterbahnen zu verstehen, die mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei oder mindestens vier, insbesondere parallel oder im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende, Leiterbahnabschnitte aufweisen, wobei insbesondere zwischen benachbarten Leiterbahnabschnitten insbesondere Kehren der Leiterbahnen angeordnet sind, die insbesondere Kurven mit einem Winkel von 150° bis 210° sind.Within the scope of this application, conductor tracks that run in meanders are to be understood in particular as conductor tracks that have at least two, preferably at least three or at least four, in particular parallel or substantially parallel, conductor track sections, in particular between adjacent conductor track sections, in particular sweeping of the conductor tracks are arranged, which are in particular curves with an angle of 150 ° to 210 °.

Unter einer Kapazität ist im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere eine Struktur aus zwei voneinander isolierten elektrischen Leitern zu verstehen, die insbesondere von den oben erläuterten Leiterbahnen verschieden sind. Um eine Kapazität im Sinne der Erfindung zu qualifizieren, sind die zwei voneinander isolierten elektrischen Leiter insbesondere derart ausgebildet und voneinander beabstandet, dass sie bei einer Potentialdifferenz von einem Volt die Ladungsmenge 50-800 pC (Picocoulomb) zu speichern vermögen. Mit anderen Worten: Der Wert der Kapazität beträgt insbesondere 50 - 800 pF (Pikofarad).In the context of this application, a capacitance is to be understood in particular to mean a structure composed of two electrical conductors which are insulated from one another and which are in particular different from the conductor tracks explained above. In order to qualify a capacitance in the sense of the invention, the two electrical conductors which are insulated from one another are in particular designed and spaced apart from one another such that they are able to store the amount of charge 50-800 pC (picocoulomb) at a potential difference of one volt. In other words, the value of the capacitance is in particular 50-800 pF (picofarad).

Es ist weiterhin besonders bevorzugt, wenn der Wert der Kapazität nicht weniger als 100 pF und/oder nicht mehr als 400 pF beträgt.It is furthermore particularly preferred if the value of the capacitance is not less than 100 pF and / or not more than 400 pF.

Unter Kontaktfläche zur Kontaktierung des Sensorelements sind im Rahmen dieser Anmeldung insbesondere Bereiche, beispielsweise Endbereiche, von Leiterbahnen zu verstehen, in denen eine Quererstreckung der Leiterbahn insbesondere vergrößert ist.In the context of this application, contact area for contacting the sensor element is to be understood in particular to mean areas, for example end areas, of conductor tracks in which a transverse extension of the conductor track is in particular enlarged.

Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, dass die Leiterbahnen verzweigungsfreie Leiterbahnen sind. Diese gehen insbesondere jeweils von einer außerhalb des dem Abgas aussetzbaren Bereichs angeordneten Kontaktfläche zur Kontaktierung des Sensorelements aus, führen von der Kontaktfläche zu dem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements , verlaufen dort in Mäandern und führen nachfolgend zu der Kapazität.Embodiments of the invention provide that the conductor tracks are branch-free conductor tracks. In particular, these each start from a contact surface arranged outside the area that can be exposed to the exhaust gas for contacting the sensor element, and lead from the contact area to the area of the area that can be exposed to the exhaust gas Sensor elements run there in meanders and subsequently lead to the capacity.

Insbesondere ergibt sich mit diesen Maßnahmen zwischen den Kontaktflächen eine Schleife, die die beide Leiterbahnen und die Kapazität in einer Reihenschaltung vollumfänglich umfasst. Eine Nichtintegrität zumindest einer der Leiterbahnen ändert somit die über die Kontaktflächen feststellbaren kapazitiven Eigenschaften der Leiterschleife gravierend.In particular, these measures result in a loop between the contact areas, which completely encompasses the two conductor tracks and the capacitance in a series connection. Non-integrity of at least one of the conductor tracks thus seriously changes the capacitive properties of the conductor loop that can be determined via the contact areas.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Kapazität ganz oder teilweise in dem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements angeordnet ist, insbesondere auf der Oberfläche des Sensorelements und/oder ganz oder teilweise im Inneren des Sensorelements angeordnet ist. In diesem Fall können die Leiterbahnen besonders kurz sein.In particular, it is provided that the capacitance is arranged entirely or partially in the area of the sensor element that can be exposed to the exhaust gas, in particular on the surface of the sensor element and / or is arranged entirely or partially in the interior of the sensor element. In this case, the conductor tracks can be particularly short.

Alternativ ist insbesondere vorgesehen, dass die Kapazität ganz oder teilweise außerhalb des dem Abgas aussetzbaren Bereichs des Sensorelements angeordnet ist, insbesondere auf der Oberfläche des Sensorelements und/oder ganz oder teilweise im Inneren des Sensorelements angeordnet ist. In diesem Fall ist die Kapazität weniger hohen Temperaturen bzw. weniger großen Temperaturschwankungen aussetzbar.Alternatively, it is provided in particular that the capacitance is arranged entirely or partially outside the area of the sensor element that can be exposed to the exhaust gas, in particular on the surface of the sensor element and / or is arranged entirely or partially in the interior of the sensor element. In this case, the capacity can be exposed to less high temperatures or less large temperature fluctuations.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Kapazität aus zwei übereinander angeordneten metallischen vollflächigen Schichten und einer zwischen den metallischen vollflächigen Schichten angeordneten Isolationsschicht besteht. In diesem Fall ist der Wert der Kapazität besonders hoch.In particular, it is provided that the capacitance consists of two metallic full-surface layers arranged one above the other and an insulation layer arranged between the metallic full-surface layers. In this case, the value of the capacity is particularly high.

Alternativ können die metallischen vollflächigen Schichten insbesondere durch metallische Gitter oder durch metallische Linienstrukturen ersetzt werden. In diesem Fall ist die Überdruckbarkeit der Kapazität besser.Alternatively, the metallic full-surface layers can be replaced in particular by metallic grids or by metallic line structures. In this case, the capacity to be overprinted is better.

Es ist möglich, dass jeweils eine der beiden metallischen vollflächigen Schichten bzw. eine der beiden metallischen Gitter bzw. eine der beiden metallische Linienstrukturen offen an der Oberfläche des Sensorelements liegt, während sie und die Isolationsschicht ihr jeweiliges Gegenstück bedeckt. Alternativ können die Kapazitäten auch komplett im Inneren des Sensorelements angeordnet sein, bei einem aus flächigen Folien zusammengesetzten Sensorelement beispielsweise komplett zwischen derartigen Folien. In diesem Fall umfassen die Leiterbahnen bevorzugt eine Durchkontaktierung durch mindestens eine derartige Folie.It is possible for one of the two metallic full-surface layers or one of the two metallic grids or one of the two metallic line structures to lie open on the surface of the sensor element while it and the insulation layer cover their respective counterparts. Alternatively, the capacitances can also be arranged completely inside the sensor element, for example in the case of a sensor element composed of flat films, completely between such films. In this case, the conductor tracks preferably comprise a plated-through hole through at least one such film.

Es wurde erkannt, dass die Funktion der Kapazität bzw. des Sensorelements optimiert ist, wenn das Isolationsmaterial ein Dielektrikum ist oder enthält, das zugleich eine relative Permeabilität εr von mindestens 20 aufweist und eine elektrische Leitfähigkeit σ von höchstens 10-7 S/cm bei 450°C aufweist.It was recognized that the function of the capacitance or the sensor element is optimized if the insulation material is or contains a dielectric which at the same time has a relative permeability ε r of at least 20 and an electrical conductivity σ of at most 10 -7 S / cm 450 ° C.

Überdies ist die Haltbarkeit und die die Herstellbarkeit der Kapazität bzw. des Sensorelements optimiert, wenn das Dielektrikum einen Bandabstand EG von mindestens 4 eV aufweist und/oder bei einer Sinterung bei einer Sintertemperatur von 1380°C seine dielektrischen Eigenschaften nicht verliert, sich chemisch nicht zersetzt, nicht oxidiert und/oder nicht flüssigphasensintert.Furthermore, the durability and the manufacturability of the capacitance or the sensor element are optimized if the dielectric has a band gap E G of at least 4 eV and / or does not lose its dielectric properties during sintering at a sintering temperature of 1380 ° C, does not chemically decomposed, not oxidized and / or not sintered in liquid phase.

Die folgenden Stoffe konnten in Versuchen der Anmelderin als besonders geeignet qualifiziert werden: LaAlO3; (Ta2O5)1-x(AL2O3)x mit x=0.1 ... 0.2; BaZrO3; CaZrO3; CaTiO3; Ca(Ti1-xZrx)O3; La2Tl2O7; BaHfO3; CaHfO3.The following substances could be qualified as particularly suitable in tests by the applicant: LaAlO 3 ; (Ta 2 O 5 ) 1-x (AL 2 O 3 ) x with x = 0.1 ... 0.2; BaZrO 3 ; CaZrO 3 ; CaTiO 3 ; Ca (Ti 1 -x Zr x ) O 3 ; La 2 Tl 2 O 7 ; BaHfO 3 ; CaHfO 3 .

Figurenlistelist of figures

  • 1 zeigt eine Übersicht über einen erfindungsgemäßen Partikelsensor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel 1 shows an overview of a particle sensor according to the invention according to a first embodiment
  • 2 zeigt das Sensorelement des Partikelsensors aus 1 in einer ersten Ausführungsform 2 shows the sensor element of the particle sensor 1 in a first embodiment

Ausführungsformenembodiments

1 zeigt eine Übersicht über einen erfindungsgemäßen Partikelsensor 110 im Querschnitt entlang der Längsachse des Partikelsensors 110. Dieser Partikelsensor 110 weist ein metallisches Gehäuse 111 mit einer Durchgangsbohrung 112 auf, in der ein keramisches Sensorelement 113 durch eine Dichtpackung 131 sowie eine abgasseitige Isolationshülse 132 und eine kontaktseitigen Isolationshülse 114 festgelegt ist. Auf einen kontaktseitigen Endbereich des Sensorelements 232 sind beispielsweise 4 bis 6 Kontaktfedern 115 aufgeschoben, die wiederum in einem Kontakthalter 214 gehalten sind. Auf ihrer dem Abgas abgewandten Seite ist die Schutzhülse 116 durch eine Dichttülle 122 verschlossen, durch die mit den Kontaktfedern 115 elektrisch verbundene isolierte Leiter 123 hindurchgeführt sind. 1 shows an overview of a particle sensor according to the invention 110 in cross section along the longitudinal axis of the particle sensor 110 , This particle sensor 110 has a metallic housing 111 with a through hole 112 on in which a ceramic sensor element 113 through a packing 131 and an insulation sleeve on the exhaust side 132 and a contact-side insulation sleeve 114 is set. On a contact-side end area of the sensor element 232 are for example 4 to 6 contact springs 115 postponed, which in turn in a contact holder 214 are held. On its side facing away from the exhaust gas is the protective sleeve 116 through a sealing grommet 122 closed by the with the contact springs 115 electrically connected insulated conductors 123 are passed through.

Auf der dem Abgas zugewandten Seite des metallischen Gehäuses 111 sind zwei koaxiale Schutzrohre 141, 142 mittels einer gemeinsamen umlaufenden Schweißnaht 160 an einem abgasseitigen Kragen 161 des Gehäuses 111 fixiert. Die Schutzrohre 141, 142 weisen Öffnungen auf und decken einen abgasseitigen Endbereich des Sensorelements 233 ab. Dieser abgasseitige Endbereich des Sensorelements 233 ist somit ein dem Abgas aussetzbarer Bereich des Sensorelements 113. Der kontaktseitige Endbereich des Sensorelements 232 ist hingegen ein im Sinne der Erfindung nicht dem Abgas aussetzbarer Bereich.On the side of the metallic housing facing the exhaust gas 111 are two coaxial protective tubes 141 . 142 by means of a common circumferential weld seam 160 on a flue-side collar 161 of the housing 111 fixed. The protection tubes 141 . 142 have openings and cover an exhaust-side end region of the sensor element 233 from. This exhaust-side end area of the sensor element 233 is thus an area of the sensor element that can be exposed to the exhaust gas 113 , The contact-side end area of the sensor element 232 is, on the other hand, a region that cannot be exposed to exhaust gas in the sense of the invention.

Zur Montage in einem Abgassystem weist der Partikelsensor 110 ein Außengewinde 151 und ein Außensechskantprofil 152 auf. The particle sensor is designed for installation in an exhaust system 110 an external thread 151 and an external hex profile 152 on.

2 zeigt das Sensorelement 113 des Partikelsensors 110 aus 1 in einer ersten Ausführungsform. Das Sensorelement basiert beispielsweise auf einer als elektrisch isolierende Keramik ausgebildeten Platte 11, die beispielsweise aus Aluminiumoxid (Al2O3) besteht, und die auf ihrer Oberfläche zwei in dem abgasseitigen Endbereich 233 des Sensorelements 13 in Mäandern 252, 262 parallel und beabstandet zueinander verlaufende Leiterbahnen 25, 26 aufweist. 2 shows the sensor element 113 of the particle sensor 110 out 1 in a first embodiment. The sensor element is based, for example, on a plate designed as an electrically insulating ceramic 11 , which consists for example of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and two on its surface in the exhaust-side end region 233 of the sensor element 13 in meanders 252 . 262 parallel and spaced interconnects 25 . 26 having.

Genauer sind die beiden Leiterbahnen 25, 26 jeweils verzweigungsfrei ausgeführt und erstrecken sich jeweils ausgehend von einer im kontaktseitigen Endbereich des Sensorelements 232 angeordneten Kontaktfläche 251, 261, die der Kontaktierung des Sensorelements 113 dient, jeweils zu dem abgasseitigen Endbereich des Sensorelements 233. Dort verlaufen die Leiterbahnen 25, 26 jeweils in Mäandern 252, 262 parallel und beabstandet zueinander, bevor sie nachfolgend jeweils in einem Zuleitungsabschnitt 253, 263 jeweils zu einem Kapazitätselement 254, 264 führen, dass im kontaktseitigen Endbereich 232 angeordnet ist. Die beiden Kapazitätselemente 254, 264 sind vollflächig ausgebildete, übereinander angeordnete und durch eine elektrische Isolationsschicht 27 voneinander getrennte Leiterbahnelemente. Die beiden Kapazitätselemente 254, 264 und die Isolationsschicht 27 bilden die Kapazität 30, deren Wert im Beispiel 150pF (Pikofarad), 200pF oder 300pF betragen kann.The two conductor tracks are more precise 25 . 26 each run without branching and each extend from one in the contact-side end region of the sensor element 232 arranged contact surface 251 . 261 that the contacting of the sensor element 113 serves, in each case to the exhaust-side end region of the sensor element 233 , The conductor tracks run there 25 . 26 each in meanders 252 . 262 parallel and spaced apart from each other, before each subsequent in a feed section 253 . 263 each to a capacity element 254 . 264 cause that in the contact-side end area 232 is arranged. The two capacity elements 254 . 264 are fully formed, arranged one above the other and by an electrical insulation layer 27 separate trace elements. The two capacity elements 254 . 264 and the insulation layer 27 form the capacity 30 whose value in the example can be 150pF (picofarad), 200pF or 300pF.

Das Sensorelement 113 weist ferner in seinem Inneren und/oder auf seiner Rückseite, in der 2 nicht dargestellt, Leiterbahnstrukturen zu seiner Beheizung und zur Temperaturkontrolle auf.The sensor element 113 also points in its interior and / or on its back, in the 2 not shown, conductor track structures for its heating and for temperature control.

Alternativ wäre es auch möglich, die Zuleitungsabschnitte 253, 263 jeweils zu verkürzen und die Kapazitätselemente 254, 264 nebst der Kapazität 30 in dem dem Abgas aussetzbaren Bereich oder in dem abgasseitigen Endbereich 233 anzuordnen und/oder zwischen den Zuleitungsabschnitten 253, 263 und den Kapazitätselementen 254, 264 jeweils Durchkontaktierungen vorzusehen, die in das Innere des Sensorelements 113 führen, sodass die Kapazität 30 im Inneren des Sensorelements 113 angeordnet ist, wo sie vor Alterung besser geschützt ist.Alternatively, it would also be possible to use the feeder sections 253 . 263 shorten each and the capacity elements 254 . 264 in addition to the capacity 30 in the area that can be exposed to the exhaust gas or in the end area on the exhaust gas side 233 to arrange and / or between the supply sections 253 . 263 and the capacity elements 254 . 264 to provide through-contacts in each case, which lead into the interior of the sensor element 113 result in capacity 30 inside the sensor element 113 is arranged where it is better protected against aging.

Zusätzlich oder alternativ wäre es auch möglich, die Kapazitätselement 254, 264 nicht als metallische Vollflächen, sondern als metallische Gitter und/oder als metallischen Linienstrukturen vorzusehen.Additionally or alternatively, it would also be possible to use the capacitance element 254 . 264 not to be provided as solid metallic surfaces, but as metallic grids and / or as metallic line structures.

In diesem Beispiel ist vorgesehen, dass das Isolationsmaterial 27 ein Dielektrikum ist, das eine relative Permeabilität εr von mindestens 20 aufweist und das eine elektrische Leitfähigkeit σ von höchstens 10-7 S/cm bei 450°C aufweist und das einen Bandabstand EG von mindestens 4 eV aufweist und das bei einer Sinterung bei einer Sintertemperatur von 1380°C seine dielektrischen Eigenschaften nicht verliert, sich chemisch nicht zersetzt, nicht oxidiert und nicht flüssigphasensintert.In this example it is provided that the insulation material 27 is a dielectric that has a relative permeability ε r of at least 20 and that has an electrical conductivity σ of at most 10 -7 S / cm at 450 ° C. and that has a band gap E G of at least 4 eV and that during sintering a sintering temperature of 1380 ° C does not lose its dielectric properties, does not chemically decompose, does not oxidize and does not sinter liquid phase.

Es kann sich beispielsweise um einen der folgenden Stoffe handeln: LaAlO3; (Ta2O5)1-x(AL2O3)x mit x=0.1 ... 0.2; BaZrO3; CaZrO3; CaTiO3; Ca(Ti1-xZrx)O3; La2Tl2O7; BaHfO3; CaHfO3.For example, it can be one of the following substances: LaAlO 3 ; (Ta 2 O 5 ) 1-x (AL 2 O 3 ) x with x = 0.1 ... 0.2; BaZrO 3 ; CaZrO 3 ; CaTiO 3 ; Ca (Ti 1 -x Zr x ) O 3 ; La 2 Tl 2 O 7 ; BaHfO 3 ; CaHfO 3 .

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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Claims (12)

Resistiver Partikelsensor zum Nachweis von Ruß im Abgas einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensorelement (113) mit zwei in einem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements (113) beabstandet zueinander verlaufenden Leiterbahnen (25, 26) zum resistiven Nachweis einer Partikelmenge, wobei die Leiterbahnen (25, 26) über eine Kapazität (30, 31) miteinander verbunden sind und wobei die Leiterbahnen (25, 26) in dem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements (113) in Mäandern (252, 262) parallel zueinander verlaufen, wobei die Leiterbahnen (25, 26) jeweils von einer außerhalb des dem Abgas aussetzbaren Bereichs angeordneten Kontaktfläche (251, 261) zur Kontaktierung des Sensorelements (113) ausgehen, jeweils von der Kontaktfläche (251, 261) zu dem dem Abgas aussetzbaren Bereich des Sensorelements (113) führen, dort in Mäandern (252, 262) verlaufen und nachfolgend zu der Kapazität (30) führen, wobei die Kapazität (30) zwei metallische Schichten (254,264) und eine zwischen den metallischen Schichten (254, 264) angeordneten Isolationsschicht (27) aufweist, wobei die Isolationsschicht (27) ein dielektrisches Material aufweist, insbesondere aus dem dielektrischen Material besteht, wobei das dielektrische Material entweder eine relative Permeabilität (εr) von mindestens 20 aufweist und eine elektrische Leitfähigkeit (σ) von höchstens 10-7 S/cm bei 450°C aufweist; oder wobei das dielektrische Material ausgewählt ist aus folgender Gruppe: LaAlO3; (Ta2O5)1-x (AL2O3)x mit x=0.1 ... 0.2; BaZrO3; CaZrO3; CaTiO3; Ca(Ti1-xZrx)O3; La2Tl2O7; BaHfO3; CaHfO3.Resistive particle sensor for the detection of soot in the exhaust gas of an internal combustion engine, with a sensor element (113) with two conductor tracks (25, 26) spaced apart from one another in an area of the sensor element (113) that can be exposed to the exhaust gas for resistive detection of a quantity of particles, the conductor tracks (25 , 26) are connected to one another via a capacitor (30, 31) and the conductor tracks (25, 26) run parallel to one another in meanders (252, 262) in the area of the sensor element (113) which can be exposed to the exhaust gas, the conductor tracks (25 , 26) each start from a contact surface (251, 261) arranged outside the area that can be exposed to the exhaust gas for contacting the sensor element (113), each lead from the contact surface (251, 261) to the area of the sensor element (113) that can be exposed to the exhaust gas, there run in meanders (252, 262) and subsequently lead to the capacitance (30), the capacitance (30) having two metallic layers (254, 264) and one intermediate Chen the metallic layers (254, 264) arranged insulation layer (27), wherein the insulation layer (27) comprises a dielectric material, in particular consists of the dielectric material, wherein the dielectric material either has a relative permeability (ε r ) of at least 20 and has an electrical conductivity (σ) of at most 10 -7 S / cm at 450 ° C; or wherein the dielectric material is selected from the following group: LaAlO 3 ; (Ta 2 O 5 ) 1-x (AL 2 O 3 ) x with x = 0.1 ... 0.2; BaZrO 3 ; CaZrO 3 ; CaTiO 3 ; Ca (Ti 1 -x Zr x ) O 3 ; La 2 Tl 2 O 7 ; BaHfO 3 ; CaHfO 3 . Resistiver Partikelsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material einen Bandabstand (EG) von mindestens 4 eV aufweist.Resistive particle sensor after Claim 1 , characterized in that the dielectric material has a band gap (E G ) of at least 4 eV. Resistiver Partikelsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material bei einer Sinterung bei einer Sintertemperatur von 1380°C seine dielektrischen Eigenschaften nicht verliert.Resistive particle sensor after Claim 1 or 2 , characterized in that the dielectric material does not lose its dielectric properties when sintered at a sintering temperature of 1380 ° C. Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das dielektrische Material bei einer Sinterung bei 1380°C in Umgebungsluft chemisch nicht zersetzt, und/oder dass das dielektrische Material bei einer Sinterung bei 1380°C in Umgebungsluft nicht oxidiert und/oder dass bei einer Sinterung bei 1380°C in Umgebungsluft ein Flüssigphasensintern des dielektrischen Material nicht erfolgt.Resistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric material does not chemically decompose when sintered at 1380 ° C in ambient air, and / or that the dielectric material does not oxidize when sintered at 1380 ° C in ambient air and / or that during sintering at 1380 ° C in ambient air, liquid phase sintering of the dielectric material does not take place. Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material eine Korngrößenverteilung aufweist, in der alle Körner Durchmesser aufweisen, die nicht größer als 15µm sind.Resistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the dielectric material has a grain size distribution in which all grains have diameters which are not larger than 15 µm. Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (30) innerhalb des dem Abgas aussetzbaren Bereichs des Sensorelements (113) auf der Oberfläche des Sensorelements (113) und/oder ganz oder teilweise im Inneren des Sensorelements (113) angeordnet ist.Resistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance (30) is arranged within the area of the sensor element (113) which can be exposed to the exhaust gas on the surface of the sensor element (113) and / or entirely or partially in the interior of the sensor element (113) is. Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (30) außerhalb des dem Abgas aussetzbaren Bereichs des Sensorelements (113) auf der Oberfläche des Sensorelements (113) und/oder ganz oder teilweise im Inneren des Sensorelements (113) angeordnet istResistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance (30) is arranged outside the area of the sensor element (113) which can be exposed to the exhaust gas on the surface of the sensor element (113) and / or entirely or partially in the interior of the sensor element (113) is Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei übereinander angeordneten metallischen Schichten (254, 264) vollflächig ausgebildet sind und/oder die zwischen den Schichten (254, 264) angeordnete Isolationsschicht (27) vollflächig ausgebildet ist.Resistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the two metallic layers (254, 264) arranged one above the other are formed over the entire surface and / or the insulation layer (27) arranged between the layers (254, 264) is formed over the entire surface. Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazität (30) durch eine auf dem Sensorelement (113) aufgebrachte Schutzschicht abgedeckt wird.Resistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the capacitance (30) is covered by a protective layer applied to the sensor element (113). Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Wert der Kapazität (30) 50 - 800 pF (Pikofarad) beträgt.Resistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the value of the capacitance (30) is 50-800 pF (picofarad). Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Sensorelement mindestens eine als elektrisch isolierende Keramik ausgebildeten Platte (11) aufweist auf der die Leiterbahnen (25, 26) angeordnet sind.Resistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor element has at least one plate (11) designed as an electrically insulating ceramic on which the conductor tracks (25, 26) are arranged. Resistiver Partikelsensor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (11) Aluminiumoxid aufweist oder aus Aluminiumoxid bestehtResistive particle sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the plate (11) comprises aluminum oxide or consists of aluminum oxide
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