EP3884263A1 - Kompakter partikelsensor mit sensorinterner messgasführung - Google Patents

Kompakter partikelsensor mit sensorinterner messgasführung

Info

Publication number
EP3884263A1
EP3884263A1 EP19787234.4A EP19787234A EP3884263A1 EP 3884263 A1 EP3884263 A1 EP 3884263A1 EP 19787234 A EP19787234 A EP 19787234A EP 3884263 A1 EP3884263 A1 EP 3884263A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
carrier substrate
particle sensor
electrode
opening
cavity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19787234.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Radoslav Rusanov
Oliver Krayl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3884263A1 publication Critical patent/EP3884263A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the present invention relates to a particle sensor with a carrier substrate, a corona discharge electrode, a ground electrode and at least one measuring electrode, which electrodes are arranged adhesively on the carrier substrate.
  • particle includes suspended particles that float in a fluid and are transported with the fluid.
  • the particles can be solid or liquid particles (aerosol particles or aerosol droplets).
  • the fluid can be a liquid or a gas.
  • a corona discharge is an electrical discharge at first
  • non-conductive medium in which free charge carriers are generated by ionizing components of the medium.
  • the particles are charged by adhering ions.
  • the charge is usually measured by measuring the mirror charge of the previously charged particles on a measuring electrode (influenza) or by measuring the charge missing by leaving the previously charged particles, which is carried out on a virtual GND electrode to prevent this electrode from being charged (escaping current).
  • the ions from the corona discharge, which do not adhere to a particle are preferably caused by an electric field Filtered out ion trap electrode.
  • the corona current is preferably generated in the form of a pulse train.
  • EP 2 247 939 A1 describes one that works with an ejector principle
  • Particle sensor known. Compressed air is blown into the particle sensor from a nozzle, and exhaust gas serving as measuring gas is drawn in via the Venturi effect. The corona discharge takes place in an "ion generation section".
  • the ions generated in this process are blown into a "electric charge section" via a nozzle with pressurized air, to which sample gas is fed via a further inlet.
  • the particles floating in the sample gas are charged by adhering ions.
  • the use of compressed air achieves the advantage of a large sample gas flow through the particle sensor, which is that of the outside of the particle sensor
  • the electrical charge of these particles or the electrical current that escapes from the high-voltage particle sensor as a result of the transport of the charged particles with the exhaust gas flow is then measured.
  • this current also referred to as “escaping current”
  • the corona discharge therefore takes place spatially separated from the measuring gas, the loading of which is to be measured with particles.
  • the sample gas inlet opening is located behind (in the flow of ions: downstream) the corona discharge electrode.
  • a disadvantage here is the indirect / diffusive charging of the particles by the ions transported with the compressed air, as a result of which the charge per particle is smaller than when charging takes place directly in the ion drift zone of the corona discharge.
  • W02004027394 A1 does not go into detail about the generation of the fluid flow.
  • the particles are charged in the ion drift zone of the corona discharge.
  • the filtering of the excess ions takes place via a network-like structure.
  • the detection of the charge of the particles takes place by deflecting them on various detection electrode rings by means of further electrodes in the middle of a sensor channel. This will be a
  • Short circuit paths can lead, which can lead to a failure of the sensor function.
  • the present invention differs from the prior art mentioned at the outset by the characterizing features of claim 1.
  • the particle sensor is characterized in that a part of the carrier substrate carrying the electrodes is covered with a hollow body which is designed such that the part of the carrier substrate forms a cavity together with the hollow body, which cavity has at least a first opening and at least a second one Has opening, wherein the first opening is arranged closer to the corona electrode than the measuring electrode and wherein the second opening is arranged closer to the measuring electrode than the corona electrode and that electronic functional components of the particle sensor are arranged on the carrier substrate are.
  • the cavity forming the measuring channel can e.g. created by a metallic lid.
  • the integration of a fan or pump is also possible here as an option.
  • Particle sensors which are able to detect the smallest particles ( ⁇ 300 nm, in particular ⁇ 100 nm) and measure their concentration.
  • the sensor according to the invention is able to do this.
  • Particle sensor can be used in connection with exhaust gas from combustion processes (combustion engines, stoves) and as an air quality sensor, e.g. for indoor air in the Vehicle interior, in living rooms, at workplaces, or as part of air conditioning systems.
  • combustion processes combustion engines, stoves
  • air quality sensor e.g. for indoor air in the Vehicle interior, in living rooms, at workplaces, or as part of air conditioning systems.
  • Another advantage of the particle sensor according to the invention is that it is also particularly compact and inexpensive since, in comparison to the prior art according to EP 2 247 939 A1, no complex shielding is necessary.
  • Particle sensors that generate actively driven sample gas flows are the subject of dependent claims.
  • the measuring principle proposed here is based on a contactless measurement of the mirror charge of the particles flying over an electrode. It is not necessary to attach the articles to structures of the particle sensor. This significantly reduces the risk of contamination.
  • the particle sensor according to the invention has only an insignificant dependence of the sensor signal on the flow rate of the measurement gas.
  • the sensitivity of the particle sensor according to the invention is advantageously greater than in the case of particle sensors working with i n d i rect-iff u si charging.
  • Lifespan of the particle sensor according to the invention is not restricted by the accumulation of soot particles.
  • Particle sensor is inexpensive because, due to the arrangement of the electrodes in the cavity forming a measuring channel, it does not require any complex shielding and insulation, even in the electronics.
  • the cavity forming a measuring channel has the further advantage that high gas flows through the sensor are possible, which increases the sensitivity.
  • Particle sensor additionally has an ion trap electrode, which in the
  • Sample gas flow is arranged upstream of the measuring electrode.
  • the electronic functional elements include a high-voltage source, the high-voltage source being connected to the corona electrode in an electrically conductive manner via at least one conductor track. If an ion trap electrode is present, it is preferred that it is connected in an electrically conductive manner to the high-voltage source via a further conductor track.
  • the electronic functional elements additionally include a charge amplifier, which is connected to the measuring electrode in an electrically conductive manner via at least one conductor track.
  • the electronic functional components also include a microprocessor, which is connected in an electrically conductive manner to the high-voltage source and the charge amplifier via conductor tracks.
  • Another preferred embodiment is characterized in that the hollow body is electrically conductive.
  • the hollow body is made of electrically conductive material or has an electrically conductive coating on its side facing the electrodes adhering to the carrier substrate and is electrically conductively connected to a ground potential in both alternatives.
  • the carrier substrate is a printed circuit board.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the hollow body is a tube that has a long side that has an opening and that the carrier substrate projects through the opening into the interior of the tube.
  • a pump is arranged outside the cavity, by means of which the measurement gas can be blown into the cavity through the first opening. It is further preferred that a pump is arranged outside the cavity, with which measuring gas can be sucked out of the cavity through the second opening.
  • a further preferred embodiment is characterized in that a filter is arranged between the second opening and the pump, through which the pump sucks measuring gas out of the cavity.
  • the pump is an electrically driven pump or a suction jet pump.
  • a further preferred embodiment is characterized in that the carrier substrate has a first carrier substrate part, on which the electrodes are adhered and to which the hollow body is attached, and a second
  • Carrier substrate part on which the electronic functional components are arranged wherein the two carrier substrate parts are rigidly connected to one another.
  • the first carrier substrate part consists of a first material and that the second carrier substrate part consists of a second material and that the first material has a different material composition than the second material.
  • the first material is a ceramic material and that the second material is a printed circuit board material.
  • FIG. 1 shows a technical environment of the invention in the form of an exhaust pipe and a particle sensor
  • FIG. 2 shows a cross section of a carrier substrate of a particle sensor which carries various electrodes
  • Figure 3 is a plan view of a carrier substrate with electronic
  • FIG. 4 shows a cross section of a possible embodiment of the particle sensor from FIG. 3;
  • Figure 5 shows a cross section of a further possible embodiment of the
  • Figure 6 is a plan view of a carrier substrate of another
  • FIG. 7 shows a plan view of a carrier substrate with a mammal pump which is arranged behind the second opening of the cavity on the carrier substrate;
  • FIG. 8 shows a plan view of a carrier substrate with a pump which is arranged laterally from the cavity on the carrier substrate;
  • FIG. 9 shows a plan view of a carrier substrate with a pump which is arranged laterally from the cavity on the carrier substrate.
  • Figure 10 is a plan view of a carrier substrate with a mammal pump, which is arranged behind the second opening of the cavity on the carrier substrate.
  • the particle sensor 12 protrudes into an exhaust pipe 18, which carries exhaust gas as the measurement gas 20, and has a tube arrangement of an inner metallic tube 22 and an outer metallic tube 24 projecting into the flow of the measuring gas 20 .
  • an exhaust pipe 18 which carries exhaust gas as the measurement gas 20
  • the two metallic tubes 22, 24 preferably have a general one
  • the base areas of the cylindrical shapes are preferably circular, elliptical or polygonal.
  • the cylinders are preferably arranged coaxially, the axes of the cylinders lying transversely to the flow direction of the measurement gas 20 which prevails in the exhaust pipe 18 outside the pipe arrangement.
  • the inner metallic tube 22 protrudes beyond the outer metallic tube 24 into the flowing measurement gas 20 at a first end 26 of the tube arrangement facing away from the installation opening in the exhaust gas tube 18.
  • the outer metallic tube 24 projects beyond the inner metallic tube 22 at a second end 28 of the two metallic tubes 22, 24 facing the installation opening in the exhaust pipe 18.
  • the inside diameter of the outer metallic tube 24 is preferably so much larger than the outer diameter of the inner one
  • the clear width W of the inner metallic tube 22 forms a second flow cross section.
  • Flow cross section enters the tube arrangement at the first end 26, then changes its direction at the second end 28 of the tube arrangement, enters the inner metallic tube 22 and is sucked out of the measuring gas 20 flowing past. This results in a laminar flow in the inner metallic tube 22.
  • This tube arrangement of tubes 22, 24 is with a preferred embodiment of an inventive
  • Particle sensor is attached so as to protrude transversely to the direction of flow of the + measurement gas 20 in the exhaust pipe 18 on the exhaust pipe 18 and laterally into the flow of the measurement gas 20, the interior of the metallic pipes 22, 24 preferably being sealed off from the surroundings of the exhaust pipe 18.
  • the attachment is preferably carried out with a screw connection.
  • a carrier substrate 34 is arranged in the inner metallic tube 22 and bears an electrode arrangement 36 having a plurality of electrodes adhering there.
  • the electrodes of the electrode arrangement 36 are exposed to the measuring gas 20 flowing past.
  • FIG. 2 shows a cross section of a carrier substrate 34 of a particle sensor, which carries various electrodes, and serves to illustrate the working principle of a planar one working with a corona discharge
  • a corona discharge electrode 40, a ground electrode 42 and, optionally, an ion-trapping electrode 44 are arranged on the electrically insulating carrier substrate 34.
  • the carrier substrate 34 additionally carries a measuring electrode 46 serving as a particle charge detection electrode.
  • a heating element 50 in the form of a heating electrode adhering there is arranged on a rear side 48 of the carrier substrate 34.
  • the longitudinal direction of the carrier substrate 34 is arranged parallel to the direction of the measuring gas 20 flowing there in the inner metallic tube 22 of FIG. 1. Via this arrangement of corona discharge electrode 40, ground electrode 42, optional ion trap electrode 44 and measuring electrode 46, measuring gas 20 flows with the one indicated by the direction of the arrow
  • the corona discharge takes place between the corona discharge electrode 40 and the ground electrode 42 in a corona discharge zone 52.
  • the corona discharge zone 52 is traversed by measuring gas 20 loaded with particles.
  • the measuring gas 20 present there is partially ionized in the corona discharge zone 52.
  • the particles then take up ions and thus an electrical charge.
  • the ground electrode could optionally also be arranged outside the substrate (e.g. on the protective tube).
  • the optional ion-trapping electrode 44 traps ions that do not adhere to the heavier and therefore more inert particles transported with the measurement gas 20.
  • the protective tube 22, not shown in FIG. 2, can serve as a counter electrode for the ion trapping electrode 44.
  • the measurement of the electrical charge transported with the soot particles is carried out either by means of
  • FIG. 3 shows a plan view of a carrier substrate 34 with electronic functional components 58, 60, 62, electrodes 40, 44, 46 and the hollow body forming a measuring channel with its two openings 66, 68.
  • FIG. 3 illustrates in particular the arrangement of electrodes 40, 44, 46 and electronic functional components 58, 60, 62 on a common substrate 34 resulting compact structure, which allows a small sensor size and cost-effective production. This is particularly the case if a (PCB) printed circuit board is used as the carrier substrate 34, on which the electronic functional components and the electrodes are realized.
  • PCB printed circuit board
  • the ion trapping and measuring electrodes 44, 46 can be used as pads on the carrier substrate and the corona electrode 40 as a planar tip or as a (Pt) wire which lies, for example, on the carrier substrate or protrudes from the carrier substrate 34 or above one Recess in this lies, are to be executed. All of these are inexpensive manufacturing methods.
  • functional components include a high-voltage source 58, a charge amplifier 62 and, optionally, a microcontroller 60.
  • the high-voltage source 58 is connected to the corona electrode 40 and the ion-trapping electrode 44 via conductor tracks and is controlled by the microcontroller 60.
  • the charge amplifier 62 present here is connected to the measurement electrode 46 present here and transmits its signal to the microcontroller 60.
  • the electrical connection between the charge amplifier and the measurement electrode itself is in one embodiment by a guard conductor around the measurement electrode and the associated one Cable shielded.
  • Microcontroller 60 is connected to output 39 via cable harness 14.
  • the electronic functional components 58, 60, 62 are also supplied with electrical energy via the cable harness 14.
  • the carrier substrate 34 consists, for example, of printed circuit board material.
  • the part of the carrier substrate carrying the electrodes is covered with the hollow body 35, which is designed such that the carrier substrate 34 forms a cavity together with the hollow body 35.
  • the cavity and thus the hollow body 35 has at least one first opening 66 and at least one second opening 68.
  • the first opening 66 is closer to the corona electrode 40 than to the Measuring electrode 46 is arranged, and the second opening 68 is arranged closer to the measuring electrode 46 than to the corona electrode 40.
  • the hollow body 35 forms a measuring channel for a particle-containing fluid flow.
  • the hollow body 35 is a semicircular-cylindrical cover which rests on the carrier substrate 34 with its edges connecting the openings 66, 68. Where one of the edges crosses a conductor track, the conductor track is electrically insulated from the edge or from electrically conductive regions of the hollow body 35.
  • the electronic functional components 58, 60, 62 (and possibly further ones) are preferably arranged outside of the cavity on the carrier substrate 34.
  • the hollow body 35 is electrically conductive.
  • it consists of electrically conductive material, or it has an electrically conductive coating on its side facing the electrodes adhering to the carrier substrate.
  • the hollow body 35 is preferably connected in an electrically conductive manner to a ground potential.
  • the hollow body 35 can therefore serve as a counter electrode for other electrodes (corona, ion scavenger).
  • Figure 4 shows a cross section of a possible embodiment of the
  • the carrier substrate 34 extends over the entire width of the hollow body and the arrangement of the electronic functional components 58, 60, 62 (and possibly other ones).
  • the hollow body 35 and the carrier substrate form channel walls of a measuring channel, in which the electrodes are arranged and in which the measuring gas via the
  • Electrodes flow away.
  • FIG. 5 shows a cross section of a further possible embodiment of the particle sensor from FIG. 3.
  • the measurement channel is realized by a tube which is also open at the side as a hollow body 35 or by two semi-cylindrical covers. In both cases, it is possible that the part of the carrier substrate 34 covering the measuring channel with the circuit board part of the circuit board carrying the electronic functional components 58, 60, 62
  • Carrier substrates 34 is in one piece, or of a different material exists, which is rigidly connected to the circuit board part of the carrier substrate 34.
  • the hollow body 35 and the carrier substrate 34 form channel walls of a measuring channel in which the electrodes 40, 44, 46 are arranged and in which the measuring gas flows over the electrodes 40, 44, 46.
  • FIG. 6 shows a top view of a carrier substrate 34 of another
  • Embodiment of a particle sensor according to the invention Embodiment of a particle sensor according to the invention.
  • Carrier substrate 34 differs from the carrier substrate 34 of FIGS. 3 to 5 in that outside the cavity forming a measuring channel, a fan or a pump 70 on the carrier substrate in front of the
  • the first opening 66 serving the measurement gas inlet opening is arranged on the carrier substrate 34. Measuring gas 20 can be blown into the cavity with the pump 70.
  • FIG. 7 shows a plan view of a carrier substrate 34 with a mammal pump 72, which is arranged behind the second opening 68 of the cavity on the carrier substrate 34. Measuring gas 20 can be sucked out of the cavity with the mammal pump 72 and thus through the measuring channel and over the
  • Electrodes 40, 44, 46 are sucked. Compared to blowing in, this embodiment has the advantage that the particles are not influenced by the nursing pump 72.
  • FIG. 8 shows a plan view of a carrier substrate 34 with a pump 74, which is arranged on the side of the cavity on the carrier substrate 34 and which generates a compressed air stream which enters the measuring channel via a Venturi nozzle arranged in the cavity and thereby according to the suction jet pump principle
  • Sample gas that can enter the cavity through the first opening sucks into the cavity.
  • FIG. 9 shows a plan view of a carrier substrate 34 with a pump 74, which is arranged on the side of the cavity on the carrier substrate 34 and which generates a compressed air stream 78 which enters the measuring channel via a Venturi nozzle 76 arranged in the cavity and thereby follows the suction jet pump principle, measuring gas 20, which can enter the cavity via at least one lateral opening in a wall of the hollow body 35, sucks into the cavity.
  • a filter to be used in the air flow drawn in by the pump. This increases the lifespan.
  • the particles transported in the sample gas are not influenced by the pump.
  • FIG. 10 shows a plan view of a carrier substrate 34 with a mammal pump 72, which is arranged downstream of the second opening 68 of the hollow body 35 on the carrier substrate 34.
  • Measuring gas 20 can be sucked out of the cavity with the sucking pump 72 and thus sucked through the measuring channel.
  • a filter 80 is arranged between the cavity and the breast pump 72. This increases the life of the mammal pump 72 and the

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

Vorgestellt wird ein Partikelsensor (12) mit einem Trägersubstrat (34), einer Korona-Entladungs-Elektrode (40), einer Masse-Elektrode (42) und wenigstens einer Mess-Elektrode (46), welche Elektroden (40, 46) anhaftend auf dem Trägersubstrat (34) angeordnet sind. Der Partikelsensor zeichnet sich dadurch aus, dass ein die Elektroden (40, 46) tragender Teil des Trägersubstrats (34) mit einem Hohlkörper (35) abgedeckt wird, der so beschaffen ist, dass der Teil des Trägersubstrats (34) zusammen mit dem Hohlkörper (35) eine Höhlung bildet, welche Höhlung wenigstens eine erste Öffnung (66) und wenigstens eine zweite Öffnung (68) aufweist, wobei die erste Öffnung (66) näher an der Korona-Entladungs-Elektrode (40) als an der Mess-Elektrode (46) angeordnet ist und wobei die zweite Öffnung (68) näher an der Mess-Elektrode (46) als an der Korona-Entladungs-Elektrode (40) angeordnet ist und dass elektronische Funktionskomponenten (58, 60, 62) des Partikelsensors (12) auf dem Trägersubstrat (34) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
Titel
Kompakter Partikelsensor mit sensorinterner Messqasführunq
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Partikelsensor mit einem Trägersubstrat, einer Korona-Entladungs-Elektrode, einer Masse-Elektrode und wenigstens einer Mess-Elektrode, welche Elektroden anhaftend auf dem Trägersubstrat angeordnet sind.
Ein solcher Partikelsensor wird als per se bekannt vorausgesetzt. Der Begriff des Partikels umfasst in dieser Anmeldung Schwebeteilchen, die in einem Fluid schweben und mit dem Fluid transportiert werden. Die Partikel können feste oder flüssige Teilchen (Aerosol partikel oder Aerosoltröpfchen) sein. Das Fluid kann eine Flüssigkeit oder ein Gas sein.
Bei dem per se bekannten Sensor werden in einem strömenden Fluid
schwebende Partikel elektrisch aufgeladen. Die Aufladung der Partikel geschieht in einem lonenstrom, der durch eine Korona-Entladung erzeugt wird. Eine Korona-Entladung ist eine elektrische Entladung in einem zunächst
nichtleitendem Medium, bei der freie Ladungsträger durch eine Ionisation von Bestandteilen des Mediums erzeugt werden. Die Aufladung der Partikel erfolgt durch Anhaften von Ionen. Die Messung der Ladung erfolgt in der Regel durch die Messung der Spiegelladung der zuvor aufgeladenen Partikel an einer Mess- Elektrode (Influenz) oder durch die Messung der durch das Verlassen der zuvor aufgeladenen Partikel fehlenden Ladung, die an einer virtual-GND-Elektrode nach geführt wird, um eine Aufladung dieser Elektrode zu verhindern (escaping current). In beiden Fällen werden davor vorzugsweise die Ionen aus der Korona- Entladung, die nicht an einem Partikel haften, durch ein elektrisches Feld einer lonenfänger-Elektrode ausgefiltert. Im Falle des Influenz-Sensors wird der Korona-Strom bevorzugt in Form eines Pulszuges erzeugt.
Aus der EP 2 247 939 A1 ist ein mit einem Ejektorprinzip arbeitender
Partikelsensor bekannt. Druckluft wird aus einer Düse in den Partikelsensor eingeblasen, und als Messgas dienendes Abgas wird über den Venturi-Effekt angesaugt. Die Korona-Entladung findet in einer "ion generation section" statt.
Die dabei erzeugten Ionen werden über eine Düse mit unter Druck stehender Luft in eine "electric Charge section" eingeblasen, der über einen weiteren Einlass Messgas zugeführt wird. Die Aufladung der im Messgas schwebenden Partikel erfolgt durch Anhaften von Ionen. Durch die Verwendung von Druckluft wird der Vorteil eines großen Messgasstroms durch den Partikelsensor hindurch erzielt, der von der außerhalb des Partikelsensors herrschenden
Strömungsgeschwindigkeit des Abgases weitgehend unabhängig ist.
Anschließend wird die elektrische Ladung dieser Partikel bzw. der elektrische Strom, der durch den Transport der geladenen Partikel mit dem Abgasstrom aus dem Hochspannungspartikelsensor entkommt, gemessen. Bei dem bekannten Hochspannungspartikelsensor erfolgt eine Messung dieses auch als„escaping current“ bezeichneten Stroms. Die Korona-Entladung findet bei dem bekannten Sensor damit räumlich getrennt von dem Messgas statt, dessen Beladung mit Partikeln gemessen werden soll. Die Messgaseinlassöffnung liegt hinter (im Strom der Ionen: stromabwärts) der Korona-Entladungs-Elektrode.
Nachteilig ist hier die indirekte/diffusive Aufladung der Partikel durch die mit der Druckluft transportierten Ionen, wodurch die Ladung pro Partikel kleiner ist als bei einer direkt in der lonen-Driftzone der Korona-Entladung erfolgenden Aufladung.
In der W02004027394 A1 wird nicht näher auf die Erzeugung der Fluidströmung eingegangen. Die Partikel werden nach dieser Schrift in der lonen-Driftzone der Korona-Entladung aufgeladen. Die Filterung der überschüssigen Ionen findet über eine netzartige Struktur statt. Die Detektion der Ladung der Partikel erfolgt durch ihre Ablenkung auf verschiedenen Detektionselektrodenringen mittels weiterer Elektroden in der Mitte eines Sensorkanals. Damit werden eine
Größensortierung der Partikel und eine Messung der Gasgeschwindigkeit ermöglicht. Dies kann unter Umständen auch nachteilig sein, da eine verstärkte Ablagerung von leitfähigen Partikeln (z.B. Ruß) auf den Elektroden zu
Kurzschlusspfaden führen kann, was zu einem Ausfall der Sensorfunktion führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von dem eingangs genannten Stand der Technik durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Danach zeichnet sich der Partikelsensor dadurch aus, dass ein die Elektroden tragender Teil des Trägersubstrats mit einem Hohlkörper abgedeckt wird, der so beschaffen ist, dass der Teil des Trägersubstrats zusammen mit dem Hohlkörper eine Höhlung bildet, welche Höhlung wenigstens eine erste Öffnung und wenigstens eine zweite Öffnung aufweist, wobei die erste Öffnung näher an der Korona-Elektrode als an der Mess-Elektrode angeordnet ist und wobei die zweite Öffnung näher an der Mess-Elektrode als an der Korona-Elektrode angeordnet ist und dass elektronische Funktionskomponenten des Partikelsensors auf dem Trägersubstrat angeordnet sind.
Durch die gemeinsame Anordnung von Elektroden und elektronischen
Funktionskomponenten auf dem Trägersubstrat wird ein vorteilhaft kompakter Aufbau erreicht. Die den Messkanal bildende Höhlung kann z.B. durch einen metallischen Deckel entstehen. Auch die Integration eines Lüfters oder Pumpe ist hier optional möglich.
Durch die in den letzten Jahren verstärkt stattfindenden Diskussionen über die Luftqualität und die erhöhte Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit zu diesem Thema besteht ein Bedarf nach miniaturisierten und kostengünstigen Sensoren, welche die Konzentration von Partikeln (fest oder flüssig) in der Luft oder allgemein in einem Messgas messen können. Zusätzlich steigt das Interesse an
Partikelsensoren, welche in der Lage sind, kleinste Partikel (<300 nm, insbesondere <100 nm) zu detektieren und ihre Konzentration zu messen. Der erfindungsgemäße Sensor ist dazu in der Lage. Der erfindungsgemäße
Partikelsensor kann in Verbindung mit Abgas von Verbrennungsprozessen (Verbrennungs-Motoren, -Öfen) und als Luftqualitätssensor, z.B. für Raumluft im Fahrzeuginnenraum, in Wohnräumen, an Arbeitsstätten, oder als Bestandteil von Klimaanlagen eingesetzt werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Partikelsensors besteht darin, dass dieser auch besonders kompakt und kostengünstig ist, da im Vergleich zum Stand der Technik nach der EP 2 247 939 A1 keine aufwändige Abschirmung nötig ist.
Speziell in Sensoren, welche nicht direkt in einem Messgasstrom (z.B. Abgas) installiert werden, ist eine aktiv getriebene Messgasströmung notwendig.
Partikelsensoren, die aktiv getriebene Messgasströmungen erzeugen, sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.
Im Vergleich zum Stand der Technik nach der W02004027394 A1 basiert das hier vorgeschlagene Messprinzip auf einer berührungslosen Messung der Spiegelladung der über eine Elektrode fliegenden Partikel. Eine Anlagerung der Artikel an Strukturen des Partikelsensors ist nicht erforderlich. Damit ist die Gefahr einer Verschmutzung wesentlich reduziert.
Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist eine nur unwesentliche Abhängigkeit des Sensorsignals von der Strömungsgeschwindigkeit des Messgases auf. Die Empfindlichkeit des erfindungsgemäßen Partikelsensors ist vorteilhaft größer als bei mit i n d i rekt-d iff u si ver Aufladung arbeitenden Partikelsensoren. Die
Lebensdauer des erfindungsgemäßen Partikelsensors wird nicht durch eine Anlagerung von Rußpartikeln eingeschränkt. Der erfindungsgemäße
Partikelsensor ist kostengünstig, da er wegen der Anordnung der Elektroden in der einen Messkanal bildenden Höhlung keine aufwändige Abschirmung und Isolation, auch in der Elektronik, benötigt. Die einen Messkanal bildende Höhlung hat den weiteren Vorteil, dass hohe Gasflussmengen durch den Sensor möglich sind, was die Empfindlichkeit steigert.
Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der
Partikelsensor zusätzlich eine lonenfänger-Elektrode aufweist, die im
Messgasstrom stromaufwärts von der Mess-Elektrode angeordnet ist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zu den elektronischen Funktionselementen eine Hochspannungsquelle gehört, wobei die Hochspannungsquelle über wenigstens eine Leiterbahn elektrisch leitend mit der Korona-Elektrode verbunden ist. Ist eine lonenfänger-Elektrode vorhanden, ist bevorzugt, dass diese über eine weitere Leiterbahn elektrisch leitend mit der Hochspannungsquelle verbunden ist.
Bevorzugt ist auch, dass zu den elektronischen Funktionselementen zusätzlich ein Ladungsverstärker gehört, der über wenigstens eine Leiterbahn elektrisch leitend mit der Mess-Elektrode verbunden ist.
Weiter ist bevorzugt, dass zu den elektronischen Funktionskomponenten zusätzlich ein Mikroprozessor gehört, der über Leiterbahnen elektrisch leitend mit der Hochspannungsquelle und dem Ladungsverstärker verbunden ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlkörper elektrisch leitfähig ist.
Bevorzugt ist auch, dass der Hohlkörper aus elektrisch leitfähigem Material besteht oder auf seiner den auf dem Trägersubstrat anhaftend aufliegenden Elektroden zugewandten Seite eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist und in beiden Alternativen elektrisch leitend mit einem Massepotenzial verbunden ist.
Weiter ist bevorzugt, dass das Trägersubstrat eine Leiterplatte ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Hohlkörper ein Rohr ist, das eine Längsseite aufweist, die eine Öffnung aufweist und dass das Trägersubstrat durch die Öffnung hindurch in das Innere des Rohres hineinragt.
Bevorzugt ist auch, dass außerhalb der Höhlung eine Pumpe angeordnet ist, mit der Messgas durch die erste Öffnung hindurch in die Höhlung einblasbar ist. Weiter ist bevorzugt, dass außerhalb der Höhlung eine Pumpe angeordnet ist, mit der Messgas durch die zweite Öffnung hindurch aus der Höhlung gesaugt werden kann.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen der zweiten Öffnung und der Pumpe ein Filter angeordnet ist, durch den hindurch die Pumpe Messgas aus der Höhlung heraussaugt.
Bevorzugt ist auch, dass die Pumpe eine elektrisch angetriebene Pumpe oder eine Saugstrahlpumpe ist.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass das Trägersubstrat einen ersten Trägersubstratteil, auf dem die Elektroden anhaftend aufliegen und an dem der Hohlkörper befestigt ist, und einen zweiten
Trägersubstratteil, auf dem die elektronischen Funktionskomponenten angeordnet sind, aufweist, wobei die beiden Trägersubstratteile starr miteinander verbunden sind.
Bevorzugt ist auch, dass das erste Trägersubstratteil aus einem ersten Material besteht und dass das zweite Trägersubstratteil aus einem zweiten Material besteht und dass das erste Material eine andere stoffliche Zusammensetzung aufweist als das zweite Material.
Weiter ist bevorzugt, dass das erste Material ein Keramikmaterial ist und dass das zweite Material ein Leiterplattenmaterial ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in verschiedenen Figuren jeweils gleiche oder zumindest ihrer Funktion nach vergleichbare Elemente. Bei der Beschreibung einzelner Figuren wird ggf. auch auf Elemente aus anderen Figuren Bezug genommen. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
Figur 1 ein technisches Umfeld der Erfindung in Form eines Abgasrohrs und eines Partikelsensors; Figur 2 einen Querschnitt eines Trägersubstrats eines Partikelsensors, der verschiedene Elektroden trägt;
Figur 3 eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat mit elektronischen
Funktionskomponenten, Elektroden und einem einen Messkanal begrenzenden Hohlkörper;
Figur 4 einen Querschnitt einer möglichen Ausgestaltung des Partikelsensors aus der Figur 3;
Figur 5 einen Querschnitt einer weiteren möglichen Ausgestaltung des
Partikelsensors aus der Figur 3;
Figur 6 eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Partikelsensors;
Figur 7 eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat mit einer Säugpumpe, die hinter der zweiten Öffnung der Höhlung auf dem Trägersubstrat angeordnet ist;
Figur 8 eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat mit einer Pumpe, die seitlich von der Höhlung auf dem Trägersubstrat angeordnet ist;
Figur 9 eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat mit einer Pumpe, die seitlich von der Höhlung auf dem Trägersubstrat angeordnet ist; und
Figur 10 eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat mit einer Säugpumpe, die hinter der zweiten Öffnung der Höhlung auf dem Trägersubstrat angeordnet ist.
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 einen Partikelsensor 12. Der Partikelsensor 12 ragt in ein Abgasrohr 18 hinein, das Abgas als Messgas 20 führt, und weist eine in den Strom des Messgases 20 hineinragende Rohranordnung eines inneren metallischen Rohres 22 und eines äußeren metallischen Rohres 24 auf. Eine solche Rohranordnung wird bei typischen Abgassensoren aus dem Stand der Technik verwendet, stellt aber kein wesentliches Element der Erfindung dar. Die beiden metallischen Rohre 22, 24 haben bevorzugt eine allgemeine
Zylinderform oder Prismenform. Die Grundflächen der Zylinderformen sind bevorzugt kreisförmig, elliptisch oder vieleckig. Die Zylinder sind bevorzugt koaxial angeordnet, wobei die Achsen der Zylinder quer zur Strömungsrichtung des Messgases 20 liegen, die im Abgasrohr 18 außerhalb der Rohranordnung herrscht. Das innere metallische Rohr 22 ragt an einem der Einbauöffnung im Abgasrohr 18 abgewandten ersten Ende 26 der Rohranordnung über das äußere metallische Rohr 24 hinaus in das strömende Messgas 20 hinein. An einem der Einbauöffnung im Abgasrohr 18 zugewandten zweiten Ende 28 der beiden metallischen Rohre 22, 24 ragt das äußere metallische Rohr 24 über das innere metallische Rohr 22 hinaus. Die lichte Weite des äußeren metallischen Rohrs 24 ist bevorzugt so viel größer als der äußere Durchmesser des inneren
metallischen Rohrs 22, dass sich zwischen den beiden metallischen Rohren 22, 24 ein erster Strömungsquerschnitt, bzw. ein Spalt 5 ergibt. Die lichte Weite W des inneren metallischen Rohrs 22 bildet einen zweiten Strömungsquerschnitt.
Diese Geometrie hat zur Folge, dass Messgas 20 über den ersten
Strömungsquerschnitt an dem ersten Ende 26 in die Rohranordnung eintritt, dann an dem zweiten Ende 28 der Rohranordnung seine Richtung ändert, in das innere metallische Rohr 22 eintritt und aus diesem vom vorbeiströmenden Messgas 20 herausgesaugt wird. Dabei ergibt sich im inneren metallischen Rohr 22 eine laminare Strömung. Diese Rohranordnung von Rohren 22, 24 wird mit einem bevorzugten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Partikelsensors quer zur im Abgasrohr 18 herrschenden Strömungsrichtung des +Messgases 20 an dem Abgasrohr 18 und seitlich in den Strom des Messgases 20 hineinragend befestigt, wobei das Innere der metallischen Rohre 22, 24 bevorzugt gegenüber der Umgebung des Abgasrohrs 18 abgedichtet ist. Die Befestigung erfolgt bevorzugt mit einer Schraubverbindung.
In dem inneren metallischen Rohr 22 ist ein Trägersubstrat 34 angeordnet, das eine mehrere dort anhaftende Elektroden aufweisende Elektrodenanordnung 36 trägt. Die Elektroden der Elektrodenanordnung 36 sind dem vorbeiströmenden Messgas 20 ausgesetzt. Figur 2 zeigt einen Querschnitt eines Trägersubstrats 34 eines Partikelsensors, das verschiedene Elektroden trägt, und dient zur Veranschaulichung des Arbeitsprinzips eines planaren, mit einer Korona-Entladung arbeitenden
Partikelsensors.
Auf dem elektrisch isolierenden Trägersubstrat 34 sind eine Korona-Entladungs- Elektrode 40, eine Masse-Elektrode 42 und, optional, eine lonenfänger-Elektrode 44 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel trägt das Trägersubstrat 34 zusätzlich noch eine als Partikel-Ladungs-Detektions-Elektrode dienende Mess- Elektrode 46. Auf einer Rückseite 48 des Trägersubstrats 34 ist bei einer Ausgestaltung ein Heizelement 50 in Form einer dort anhaftend anliegenden Heiz-Elektrode angeordnet.
Das Trägersubstrat 34 ist mit seiner Längsrichtung parallel zur Richtung des dort strömenden Messgases 20 im inneren metallischen Rohr 22 der Figur 1 angeordnet. Über diese Anordnung von Korona-Entladungs-Elektrode 40, Masse-Elektrode 42, optionaler lonenfänger-Elektrode 44 und Mess-Elektrode 46 strömt Messgas 20 mit der durch die Pfeilrichtung angegebenen
Strömungsrichtung. Die Korona-Entladung findet zwischen der Korona- Entladungs-Elektrode 40 und der Masse-Elektrode 42 in einer Korona- Entladungszone 52 statt. Die Korona-Entladungszone 52 wird von mit Partikeln beladenem Messgas 20 durchströmt. In der Korona-Entladungszone 52 wird dort vorhandenes Messgas 20 zum Teil ionisiert. Die Partikel nehmen anschließend Ionen und damit eine elektrische Ladung auf. Die Masse-Elektrode könnte optional auch außerhalb des Substrates (z.B. auf dem Schutzrohr) angeordnet sein.
Die optionale lonenfänger-Elektrode 44 fängt Ionen ab, die nicht an den schwereren und damit trägeren mit dem Messgas 20 transportierten Partikeln haften. Das in der Figur 2 nicht dargestellte Schutzrohr 22 kann als Gegen- Elektrode für die lonenfänger-Elektrode 44 dienen. Die Messung der mit den Rußpartikeln transportierten elektrischen Ladung findet entweder mittels
Ladungsinfluenz an der als Partikel-Ladungs-Detektions-Elektrode dienenden Mess-Elektrode 46 statt, oder sie erfolgt mit dem "escaping currenf'-Prinzip, dessen Prinzip in der EP 2 824 453 A1 erläutert ist. Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 34 mit elektronischen Funktionskomponenten 58, 60, 62, Elektroden 40, 44, 46 und dem einen Messkanal bildenden Hohlkörper mit seinen beiden Öffnungen 66, 68. Figur 3 verdeutlicht insbesondere den aus der Anordnung von Elektroden 40, 44, 46 und elektronischen Funktionskomponenten 58, 60, 62 auf einem gemeinsamen Substrat 34 resultierenden kompakten Aufbau, der eine kleine Sensorgröße und eine kosteneffiziente Herstellung ermöglicht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn als Trägersubstrat 34 eine (PCB-)Leiterplatte verwendet wird, auf welcher die elektronischen Funktionskomponenten und die Elektroden realisiert werden. Die lonenfänger- und Mess-Elektroden 44, 46 können dabei als Pads auf dem Trägersubstrat und die Korona-Elektrode 40 als planare Spitze oder als ein (Pt-) Draht, welcher z.B. auf dem Trägersubstrat liegt oder von dem Trägersubstrat 34 absteht oder über einer Aussparung in dieser liegt, ausgeführt werden. All dies sind kostengünstige Herstellungsmethoden. Die elektrischen
Funktionskomponenten umfassen im vorliegenden Fall eine Hochspannungs- Quelle 58, einen Ladungsverstärker 62 und, optional, einen Mikrocontroller 60. Die Hochspannungsquelle 58 ist über Leiterbahnen mit der Korona-Elektrode 40 und der lonenfänger-Elektrode 44 verbunden und wird von dem Mikrocontroller 60 gesteuert. Der hier vorhandene Ladungsverstärker 62 ist mit der hier vorhandenen Mess-Elektrode 46 verbunden und übergibt sein Signal an den Mikrokontroller 60. Die elektrische Verbindung von Ladungsverstärker und der Messelektrode selbst ist bei einer Ausgestaltung durch einen Guard-Leiter um die Mess-Elektrode und die dazugehörige Zuleitung abgeschirmt. Der
Mikrocontroller 60 ist über den Kabelbaum 14 mit dem Ausgang 39 verbunden. Über den Kabelbaum 14 erfolgt auch eine Versorgung der elektronischen Funktionskomponenten 58, 60, 62 mit elektrischer Energie.
Das Trägersubstrat 34 besteht zum Beispiel aus Leiterplattenmaterial. Der die Elektroden tragende Teil des Trägersubstrates ist mit dem Hohlkörper 35 abgedeckt, der so beschaffen ist, dass das Trägersubstrat 34 zusammen mit dem Hohlkörper 35 eine Höhlung bildet. Die Höhlung und damit der Hohlkörper 35 weist wenigstens eine erste Öffnung 66 und wenigstens eine zweite Öffnung 68 auf. Die erste Öffnung 66 ist näher an der Korona-Elektrode 40 als an der Mess-Elektrode 46 angeordnet, und die zweite Öffnung 68 ist näher an der Mess-Elektrode 46 als an der Korona-Elektrode 40 angeordnet. Zusammen mit der ersten Öffnung 66 und der zweiten Öffnung 68 bildet der Hohlkörper 35 einen Messkanal für einen partikelhaltigen Fluidstrom. Der Hohlkörper 35 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein halbkreis-zylindrischer Deckel, der mit seinen die Öffnungen 66, 68 verbindenden Kanten auf dem Trägersubstrat 34 aufliegt. Dort, wo eine der Kanten eine Leiterbahn kreuzt, ist die Leiterbahn gegen die Kante oder gegen elektrische leitfähige Bereiche des Hohlkörpers 35 elektrisch isoliert. Die elektronischen Funktionskomponenten 58, 60, 62 (und ggf. weitere) sind bevorzugt außerhalb der Höhlung auf dem Trägersubstrat 34 angeordnet.
Der Hohlkörper 35 ist in einem Ausführungsbeispiel elektrisch leitfähig. Dazu besteht er aus elektrisch leitfähigem Material, oder er weist auf seiner den auf dem Trägersubstrat anhaftend aufliegenden Elektroden zugewandten Seite eine elektrisch leitfähige Beschichtung auf. In beiden Alternativen ist der Hohlkörper 35 bevorzugt elektrisch leitend mit einem Massepotenzial verbunden. Der Hohlkörper 35 kann daher als Gegenelektrode für andere Elektroden (Korona, lonenfänger) dienen.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt einer möglichen Ausgestaltung des
Partikelsensors aus der Figur 3. Das Trägersubstrat 34 erstreckt sich in dieser Ausgestaltung über die gesamte Breite des Hohlkörpers und der Anordnung der elektronischen Funktionskomponenten 58, 60, 62 (und ggf. weitere). Der Hohlkörper 35 und das Trägersubstrat bilden Kanalwände eines Messkanals, in dem die Elektroden angeordnet sind und in dem das Messgas über die
Elektroden hinweg strömt.
Figur 5 zeigt einen Querschnitt einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Partikelsensors aus der Figur 3. Der Messkanal wird in dieser Ausgestaltung durch ein auch seitlich offenes Rohr als Hohlkörper 35 oder durch zwei halbzylindrische Deckel realisiert. In beiden Fällen ist es möglich, dass der den Messkanal abdeckende Teil des Trägersubstrats 34 mit dem die elektronischen Funktionskomponenten 58, 60, 62 tragenden Leiterplattenteil des
Trägersubstrates 34 einstückig ist, oder aber aus einem anderen Material besteht, welches starr mit dem Leiterplattenteil des Trägersubstrates 34 verbunden ist. Auch hier bilden der Hohlkörper 35 und das Trägersubstrat 34 Kanalwände eines Messkanals, in dem die Elektroden 40, 44, 46 angeordnet sind und in dem das Messgas über die Elektroden 40, 44, 46 hinweg strömt.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 34 eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Partikelsensors. Das
Trägersubstrat 34 unterscheidet sich von dem Trägersubstrat 34 der Figuren 3 bis 5 dadurch, dass außerhalb des einen Messkanals bildenden Höhlung ein Lüfter oder eine Pumpe 70 auf dem Trägersubstrat vor der als
Messgaseintrittsöffnung dienenden ersten Öffnung 66 auf dem Trägersubstrat 34 angeordnet ist. Mit der Pumpe 70 kann Messgas 20 in die Höhlung eingeblasen werden.
Figur 7 zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 34 mit einer Säugpumpe 72, die hinter der zweiten Öffnung 68 der Höhlung auf dem Trägersubstrat 34 angeordnet ist. Mit der Säugpumpe 72 kann Messgas 20 aus der Höhlung herausgesaugt und damit durch den Messkanal hindurch und über die
Elektroden 40, 44, 46 gesaugt werden. Gegenüber dem Einblasen besitzt diese Ausgestaltung den Vorteil, dass die Partikel durch die Säugpumpe 72 nicht beeinflusst werden.
Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 34 mit einer Pumpe 74, die seitlich von der Höhlung auf dem Trägersubstrat 34 angeordnet ist und die einen Druckluftstrom erzeugt, der über eine in der Höhlung angeordnete Venturi-Düse in den Messkanal eintritt und dabei nach dem Saugstrahlpumpenprinzip
Messgas, das über die erste Öffnung in die Höhlung eintreten kann, in die Höhlung saugt.
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 34 mit einer Pumpe 74, die seitlich von der Höhlung auf dem Trägersubstrat 34 angeordnet ist und die einen Druckluftstrom 78 erzeugt, der über eine in der Höhlung angeordnete Venturi- Düse 76 in den Messkanal eintritt und dabei nach dem Saugstrahlpumpenprinzip Messgas 20, das über wenigstens eine seitliche Öffnung in einer Wand des Hohlkörpers 35 in die Höhlung eintreten kann, in die Höhlung saugt. Diese Ausgestaltungen erlauben einen Einsatz eines Filters in dem von der Pumpe angesaugten Luftstrom. Dies erhöht die Lebensdauer. Auch hier besteht der Vorteil, dass die im Messgas transportierten Partikel durch die Pumpe nicht beeinflusst werden.
Figur 10 zeigt eine Draufsicht auf ein Trägersubstrat 34 mit einer Säugpumpe 72, die stromabwärts von der zweiten Öffnung 68 des Hohlkörpers 35 auf dem Trägersubstrat 34 angeordnet ist. Mit der Säugpumpe 72 kann Messgas 20 aus der Höhlung herausgesaugt und damit durch den Messkanal hindurch gesaugt werden. Zwischen der Höhlung und der Säugpumpe 72 ist ein Filter 80 angeordnet. Dies erhöht die Lebensdauer der Säugpumpe 72 und des
Partikelsensors 12. Auch hier besteht der Vorteil, dass die im Messgas 20 transportierten Partikel durch die Pumpe nicht beeinflusst werden.

Claims

Ansprüche
1. Partikelsensor (12) mit einem Trägersubstrat (34), einer Korona-Entladungs- Elektrode (40), einer Masse-Elektrode (42) und wenigstens einer Mess- Elektrode (46), welche Elektroden (40, 46) anhaftend auf dem
Trägersubstrat (34) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Elektroden (40 46) tragender Teil des Trägersubstrats (34) mit einem
Hohlkörper (35) abgedeckt wird, der so beschaffen ist, dass der Teil des Trägersubstrats (34) zusammen mit dem Hohlkörper (35) eine Höhlung bildet, welche Höhlung wenigstens eine erste Öffnung (66) und wenigstens eine zweite Öffnung (68) aufweist, wobei die erste Öffnung (66) näher an der Korona-Entladungs-Elektrode (40) als an der Mess-Elektrode (46) angeordnet ist und wobei die zweite Öffnung (68) näher an der Mess- Elektrode (46) als an der Korona-Entladungs-Elektrode (40) angeordnet ist und dass elektronische Funktionskomponenten (58, 60, 62) des
Partikelsensors (12) auf dem Trägersubstrat (34) angeordnet sind.
2. Partikelsensor (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor (12) zusätzlich eine lonenfänger-Elektrode (44) aufweist, die im Messgasstrom stromaufwärts von der Mess-Elektrode (46) angeordnet ist.
3. Partikelsensor (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu den elektronischen Funktionskomponenten eine Hochspannungsquelle (58) gehört, wobei die Hochspannungsquelle (58) über wenigstens eine Leiterbahn elektrisch leitend mit der Korona-Entladungs-Elektrode (40) verbunden ist.
4. Partikelsensor (12) nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu den elektronischen Funktionskomponenten zusätzlich ein
Ladungsverstärker (62) gehört, der über wenigstens eine Leiterbahn elektrisch leitend mit der Mess-Elektrode (46) verbunden ist.
5. Partikelsensor (12) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zu den elektronischen Funktionskomponenten zusätzlich ein Mikroprozessor (60) gehört, der über Leiterbahnen elektrisch leitend mit der
Hochspannungsquelle (58) und dem Ladungsverstärker 62) verbunden ist.
6. Partikelsensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (35) elektrisch leitfähig ist.
7. Partikelsensor (12) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (35) aus elektrisch leitfähigem Material besteht oder auf seiner den auf dem Trägersubstrat (34) anhaftend aufliegenden Elektroden (40, 44, 46) zugewandten Seite eine elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist und in beiden Alternativen elektrisch leitend mit einem Massepotenzial verbunden ist.
8. Partikelsensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (34) eine Leiterplatte ist.
9. Partikelsensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (35) ein Rohr ist, dass eine Längsseite aufweist, die eine Öffnung aufweist und dass das Trägersubstrat (34) durch die Öffnung hindurch in das Innere des Rohres hineinragt.
10. Partikelsensor(12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außerhalb der Höhlung eine Pumpe (70) angeordnet ist, mit der Messgas (20) durch die erste Öffnung (66) hindurch in die Höhlung einblasbar ist.
1 1. Partikelsensor (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass außerhalb der Höhlung eine Säugpumpe (72) angeordnet ist, mit der Messgas (20) durch die zweite Öffnung (68) hindurch aus der Höhlung gesaugt werden kann.
12. Partikelsensor (12) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen der zweiten Öffnung (68) und der Säugpumpe (72) ein Filter (80) angeordnet ist, durch den hindurch die Pumpe Messgas (20) aus der Höhlung heraussaugt.
13. Partikelsensor (12) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (70, 72) eine elektrisch angetriebene Pumpe oder eine Saugstrahlpumpe ist.
14. Partikelsensor (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägersubstrat (34) einen ersten
Trägersubstratteil, auf dem die Elektroden (40, 44, 46) anhaftend aufliegen und an dem der Hohlkörper (35) befestigt ist, und einen zweiten
Trägersubstratteil, auf dem die elektronischen Funktionskomponenten (58, 60, 62) angeordnet sind, aufweist, wobei die beiden Trägersubstratteile starr miteinander verbunden sind.
15. Partikelsensor (12) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Trägersubstratteil aus einem ersten Material besteht und dass das zweite Trägersubstratteil aus einem zweiten Material besteht und dass das erste Material eine andere stoffliche Zusammensetzung aufweist als das zweite Material.
16. Partikelsensor (12) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material ein Keramikmaterial ist und dass das zweite Material ein Leiterplattenmaterial ist.
EP19787234.4A 2018-11-23 2019-10-14 Kompakter partikelsensor mit sensorinterner messgasführung Withdrawn EP3884263A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018220141.2A DE102018220141A1 (de) 2018-11-23 2018-11-23 Kompakter Partikelsensor mit sensorinterner Messgasführung
PCT/EP2019/077706 WO2020104112A1 (de) 2018-11-23 2019-10-14 Kompakter partikelsensor mit sensorinterner messgasführung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3884263A1 true EP3884263A1 (de) 2021-09-29

Family

ID=68242689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19787234.4A Withdrawn EP3884263A1 (de) 2018-11-23 2019-10-14 Kompakter partikelsensor mit sensorinterner messgasführung

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3884263A1 (de)
DE (1) DE102018220141A1 (de)
WO (1) WO2020104112A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021201327B4 (de) 2021-02-12 2022-09-08 Vitesco Technologies GmbH Sensoreinheit

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10242301A1 (de) 2002-09-12 2004-03-18 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Konzentration von in einem strömenden Gas vorhandenen Partikeln
FI20080182A0 (fi) 2008-03-04 2008-03-04 Navaro 245 Oy Mittausmenetelmä ja -laite
JP5774516B2 (ja) 2012-02-21 2015-09-09 日本特殊陶業株式会社 微粒子センサ
JPWO2017208889A1 (ja) * 2016-06-03 2019-04-11 日本碍子株式会社 電荷発生素子及び微粒子数検出器
CN110383611A (zh) * 2017-03-10 2019-10-25 日本碍子株式会社 电荷产生元件及微粒数检测器
JPWO2018212156A1 (ja) * 2017-05-15 2020-03-19 日本碍子株式会社 微粒子数検出器

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020104112A1 (de) 2020-05-28
DE102018220141A1 (de) 2020-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112006001351B4 (de) Instrumente zum Messen der Belastung durch Nanopartikel
US8607616B2 (en) Sensor for sensing airborne particles
EP1148805B1 (de) Messsystem zur reststaubüberwachung für sicherheitssauger
RU2182850C1 (ru) Устройство для очистки воздуха от пыли и аэрозолей
DE102015000096B4 (de) Partikelsensor
CN103354898A (zh) 用于监测气溶胶中颗粒的装置
EP0386665A2 (de) Verfahren zur Messung von Partikeln in polydispersen Systemen und von Partikelkonzentrationen monodisperser Aerosole sowie Messvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE2458719C3 (de) Ionisations-Durchflußmesser
HU207616B (en) Arrangement for delivering air
DE212012000076U1 (de) Vorrichtung zum Messen von Partikeln
WO2022069586A1 (de) Elektroabscheider, rohrabschnitt und schwebstaub erzeugende anlage
DE102019106515A1 (de) Partikeldetektor
EP3884263A1 (de) Kompakter partikelsensor mit sensorinterner messgasführung
WO2016096521A1 (de) Vorrichtung zur detektion von partikeln in einem abgas einer verbrennungsmaschine
DE19824744A1 (de) Vorrichtung zur Messung des Staubgehalts in Gasen
WO2018215214A1 (de) Partikelsensor und herstellungsverfahren hierfür
DE112013000365T5 (de) Differenzielles Ionenmobilitätsspektrometer
EP3682224B1 (de) Partikelsensor mit einer planaren, freigestellten korona-entladungs-elektrode
EP1681551B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Anzahlkonzentration und mittlerem Durchmesser von Aerosolpartikeln
WO2020099045A1 (de) Partikelsensor mit einem von ionen getriebenen messgasstrom
DE2501463C2 (de) Elektrostatisches Gerät zum Reinigen von Raumluft durch Ionisieren
DE102017212597A1 (de) Partikelsensor mit einem unterschiedliche lichte Weiten aufweisenden Rohr
DE102006034075B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur selektiven Erfassung von leitfähigen Teilchen in Gasströmen
WO2019020373A1 (de) Partikelsensor und herstellungsverfahren hierfür
DE102017216191A1 (de) Partikelsensor mit einem durch Spritzgießen hergestellten keramischen Sensorkörper

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20210623

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220429