JP2020126049A - 粒子センサおよび該粒子センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性のあるコンパクトな（カーボンブラック）粒子センサの構造を実現し、その際にコストの利点ももたらす。【解決手段】流動流体中の粒子を帯電させる粒子帯電装置１１０と、流動流体中の荷電粒子に関する情報を検出するセンサ電極１２０とを備えた粒子センサ１００であって、この粒子センサは、粒子帯電装置および／またはセンサ電極の少なくとも１つの構成部品を収容する支持体要素１３０を有し、この支持体要素は、複数の電気絶縁層から成る層構造を有する。【選択図】図１

Description

本開示は、流動流体中の粒子を帯電させる粒子帯電装置を備えた粒子センサに関する。

本開示はさらに、かかる粒子センサの製造方法に関する。

発明の開示
好ましい実施形態は、流動流体中の粒子を帯電させる粒子帯電装置と、流動流体中の荷電粒子に関する情報を検出するセンサ電極とを備えた粒子センサに関する。その際にこの粒子センサは、粒子帯電装置および／またはセンサ電極の少なくとも１つの構成部品を収容する支持体要素を有し、この支持体要素は、複数の電気絶縁層から成る層構造を有する。

たとえば流動流体を、内燃機関の排気ガス流とすることができる。たとえば粒子を、内燃機関による燃料の燃焼という状況で発生するようなカーボンブラック粒子とすることができる。これらの実施形態による原理を、固体として形成された粒子（たとえば内燃機関の排気ガス中に含まれているようなカーボンブラック粒子）をセンシングするためにも、たとえば液体粒子（たとえばエアロゾル）をセンシングするためにも、使用することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素は少なくとも１つのセラミック射出成形部材（CIM, ceramic injection moulding）を有するように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素は、少なくとも１つの単層または多層のセラミックフィルム積層体を有し、もしくは単層または多層のセラミックフィルム積層体として構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、電気絶縁層のうちの少なくとも１つは、（高い）電気絶縁性のセラミック材料、特に酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３、を有するように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素は１つまたは複数の機能層を有するように構成されており、この機能層は、以下の部材すなわち、ａ）導電層もしくは導電性コーティング、ｂ）１つまたは複数の電極および／または電極用リード線、のうち少なくとも１つの部材を有する。

さらなる好ましい実施形態によれば、導電層もしくは導電性コーティングに、予め設定可能な電位を、特にたとえばアース電位のような基準電位を、印加可能であるように、もしくは印加されるように、構成されており、これによってたとえば、粒子センサの構成部品同士の電気的遮蔽を提供する遮蔽構造を作り出すことができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、粒子センサの動作量に応じた電位を導電層もしくは導電性コーティングに印加可能であるように、もしくは印加されるように、構成されており、これによってアクティブな電気的遮蔽を提供するアクティブ遮蔽構造（「ガード電極」）を作り出すことができる。たとえば動作量として、着目対象の電極たとえばセンサ電極の電位を用いることができ、導電層もしくは導電性コーティングが、たとえば演算増幅器を用いることで、動作量に応じた電位によってアクティブに制御される。これによって、アクティブに遮蔽される電極たとえばセンサ電極からの／この電極への、不所望な（漏れ）電流を、なおいっそう効果的に阻止することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、機能層のうちの少なくとも１つ、および／または少なくとも１つの電極は、スクリーン印刷法を用いて製造されているように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、機能層のうちの少なくとも１つおよび／または少なくとも１つの電極が、白金および／または白金サーメットを有するように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの遮蔽電極が設けられており、この遮蔽電極によって、センサ電極が少なくとも一部の領域で取り囲まれるように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、粒子センサの構成部品を電気的に接触接続するために、支持体要素の少なくとも１つの外側表面上に、少なくとも１つのコンタクト部材が配置されているように構成されており、これによって効果的な接触接続がもたらされる。

さらなる好ましい実施形態によれば、以下のように構成されている。すなわち、支持体要素を少なくとも１つのケーブルと接続する接続部材が設けられており、その際にこの接続部材は、ケーシングおよびこのケーシングと接続された電気絶縁性保持部材を有し、ケーシングは、少なくとも一部の領域で導電性表面を有し、かつ／またはケーシングは、少なくとも一部の領域で導電性材料、特に金属、から成る。

さらなる好ましい実施形態によれば、接続部材は、少なくとも２つの互いに電気的に遮蔽されたチャンバを有するように構成されており、これらのチャンバはそれぞれ、ケーブルの終端を収容するように、かつ／または案内するように、形成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、接続部材は、支持体要素の少なくとも１つのコンタクト部材を接触接続するために、１つまたは複数の導電性コンタクト、特にばね接点、を有するように構成されている。

さらなる好ましい実施形態は、流動流体中の粒子を帯電させる粒子帯電装置と、流動流体中の荷電粒子に関する情報を検出するセンサ電極とを備えた、粒子センサの製造方法に関する。その際に粒子センサは、粒子帯電装置および／またはセンサ電極の少なくとも１つの構成部品を収容する支持体要素を有し、この方法は、複数の電気絶縁層から成る層構造を備えた支持体要素を準備するステップと、粒子帯電装置および／またはセンサ電極の少なくとも１つの構成部品を支持体要素に配置するステップとを有する。

本発明のさらなる特徴、実施態様および利点は、図面に描かれている本発明の実施例に関する以下の説明から明らかにされる。なお、ここで説明または図示されるすべての特徴は、それら自体が単独で、または任意の組み合わせで、本発明の対象を成すものであり、このことは、各請求項に要約されたそれらの特徴の記載内容または各請求項の従属関係に左右されるものではなく、また、明細書もしくは図面におけるそれらの特徴の表現もしくは描き方に左右されるものではない。

好ましい実施形態による粒子センサを概略的に示す側面図である。 図１による粒子センサをターゲットシステムに配置した様子を概略的に示す図である。 さらなる好ましい実施形態による支持体要素を概略的に示す側面図である。 さらなる好ましい実施形態による方法の簡略化されたフローチャートを概略的に示す図である。 さらなる好ましい実施形態による粒子センサを部分的な断面で概略的に示す側面図である。 Ａ〜Ｄはそれぞれ、さらなる好ましい実施形態による支持体要素の１つの層を概略的に示す上面図である。 さらなる好ましい実施形態による支持体要素を概略的に示す側面図である。 Ａ〜Ｃはそれぞれ、さらなる好ましい実施形態による支持体要素の１つの層を概略的に示す上面図である。 さらなる好ましい実施形態による接続部材を部分的な断面で概略的に示す側面図である。 さらなる好ましい実施形態による支持体要素を部分的な断面で概略的に示す側面図である。

図１には、好ましい実施形態による粒子センサ１００を側面から見た様子が概略的に示されている。粒子センサ１００は、流動流体Ａ１中の粒子Ｐを電気的に帯電させる粒子帯電装置１１０を有し、これによって荷電粒子Ｐ’が得られる。さらなる好ましい実施形態によればこのことは、コロナ放電１１３を生成する目的で、粒子帯電装置１１０のコロナ電極１１２に制御信号たとえば制御電圧を印加することによって実現される。その際に流動流体Ａ１中にイオンが発生し、それによって粒子Ｐを電気的に帯電させることができる。任意選択的に粒子センサ１００は、コロナ電極１１２に対する対向電極１１２’を有する。

粒子センサ１００はさらに、流動流体Ａ１中の荷電粒子Ｐ’に関する情報を検出するために、センサ電極１２０を有する。この検出をたとえば、誘導方式によって行うことができる。荷電粒子Ｐ’はセンサ電極１２０を通過するときに、センサ電極１２０に誘導作用を及ぼし、したがってたとえば、センサ電極１２０における電荷測定によって、粒子Ｐ’の電荷に関する情報を求めることができる。

場合によってはコロナ放電１１３によって生成されたイオン（特に、コロナ放電によって生成され、たとえば粒子の粒子表面には蓄積されていない過剰のイオン）が、センサ電極１２０によって（も）検出されないようにする目的で（センサ信号の妨害）、任意選択的なトラップ電極１４０を設けることができ、この電極は、流動流体Ａ１の流れ方向ｘに関してセンサ電極１２０の上流に配置されており、それらのイオンがセンサ電極１２０を通過しないように好ましくはそれらの向きを変える。

粒子センサ１００はさらに、粒子帯電装置１１０および／またはセンサ電極１２０の少なくとも１つの構成部品１１２、１１２’を収容する支持体要素１３０を有し、この場合に支持体要素１３０は、複数の電気絶縁層から成る層構造を有する。さらなる好ましい実施形態による層構造の配置形態（Konfiguration）についての詳細は、たとえば図３を参照しながらあとで説明する。

支持体要素１３０の既述の層構造によって、有利には、粒子センサ１００の種々の構成部品間に１つまたは複数の遮蔽層および／またはその他の遮蔽構造を製造するための自由度がもたらされる。たとえばさらなる好ましい実施形態によれば、構成部品１１０、１１２、１１２’、１２０、１４０自体は、支持体要素１３０の第１の表面１３０ａ上に配置されており、これによって特に安価な配置形態がもたらされ、対応するリード線（図１には示されていない）を少なくとも一部の領域では、層構造１３０の「いっそう深い」層に配置することができ、つまりたとえばそのまま表面１３０ａ上には配置されないようにすることができる。

たとえば流動流体Ａ１を、内燃機関の排気ガス流とすることができる。たとえば粒子Ｐを、内燃機関による燃料の燃焼という状況で発生するようなカーボンブラック粒子とすることができる。これらの実施形態による原理を、固体として形成された粒子（たとえば内燃機関の排気ガス中に含まれているようなカーボンブラック粒子）をセンシングするためにも、たとえば液体粒子（たとえばエアロゾル）をセンシングするためにも、使用することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素１３０を少なくとも１つのケーブル（図１には示されていない）と接続するために、任意選択的な接続部材１６０を設けることができ、その際にこのケーブルはたとえば、電極１１２、１１２’、１２０、１４０を接触接続する導体を有する。

図２には、図１による粒子センサ１００をターゲットシステムＺに配置した様子が概略的に示されており、ターゲットシステムＺはここでは、たとえば自動車の内燃機関の排気管である。排気ガス流には、ここでは参照符号Ａ２が付されている。互いに同心に配置された２つの管Ｒ１、Ｒ２から成る保護管装置１０００も描かれており、この場合、支持体要素１３０（図１）の第１の表面１３０ａが内管Ｒ１の長手軸線ＬＡに対し実質的に平行に延在するように、粒子センサ１００が内管Ｒ１の中に配置されている。管Ｒ１、Ｒ２の長さおよび配置が互いに相対的にそれぞれ異なることに起因して、さらなる好ましい実施形態によれば、ベンチュリ効果によって吸引力が発生し、その際に排気ガス流Ａ２によって、内管Ｒ１から出て図２において垂直方向で上に向かう流動流体Ｐ１もしくはＡ１が引き起こされる。さらなる矢印Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４によって示唆されているのは、ベンチュリ効果によって引き起こされるこの流動流体は、両方の管Ｒ１、Ｒ２の間の中間スペースを通り抜けて保護管装置１０００の周囲へと向かって継続する、ということである。全体として図２に描かれた装置によって、粒子センサ１００上に、もしくは流動流体Ｐ１に沿って配向されたその第１の表面１３０ａの上に注がれる比較的均一な流れが（特に層流を意図して）引き起こされ、このことによって流動流体Ａ１、Ｐ１中に存在する粒子の効果的な検出が実現される。しかも粒子センサ１００が、主排気ガス流２にじかに接触しないように保護される。

参照符号Ｒ２’によって示唆されているのは、外管Ｒ２および／または内管Ｒ１と、たとえばアース電位などの基準電位との任意選択的な電気接続であり、このようにすれば該当する管もしくは両方の管を、有利にはその流体案内機能と同時に、たとえばコロナ電極１１２（図１）および／または任意選択的なトラップ電極１４０に対する対向電極として、（たとえば図１の任意選択的な対向電極１１２’の代わりに）使用することができる。

図２の太矢印Ｐ５によって、任意選択的な新鮮ガス供給、特に外気供給、がシンボリックに表されており、これは相当数の実施形態において望ましいとされる可能性があるけれども、さらなる好ましい実施形態によればこれは設けられていない。

図３には、さらなる好ましい実施形態による支持体要素１３００を側面から見た様子が概略的に示されている。たとえば、図１による粒子センサ１００の支持体要素１３０は、図３による配置形態１３００を有することができる。図３による支持体要素１３００は、全部で３つの電気絶縁層１３０２、１３０４、１３０６を有する。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素１３００は少なくとも１つのセラミック射出成形部材（CIM, ceramic injection moulding）を有するように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素１３００は、少なくとも１つの単層または多層のセラミックフィルム積層体を有し、もしくは単層または多層のセラミックフィルム積層体として構成されている。たとえば、図３に描かれている電気絶縁層１３０２、１３０４、１３０６のいずれも、セラミックフィルムを有することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、電気絶縁層１３０２、１３０４、１３０６のうちの少なくとも１つは、（高い）電気絶縁性のセラミック材料、特に酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３、を有するように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素１３００は、１つまたは複数の機能層１３０１、１３０３、１３０５を有するように構成されており、この機能層は、以下の部材のうちの少なくとも１つを有する。すなわち、ａ）導電層もしくは導電性コーティング、ｂ）１つまたは複数の電極および／または電極用リード線、ｃ）たとえば加熱機能を有する１つまたは複数の導電層（たとえば保護加熱および／または燃焼除去加熱および／または始動加熱のため、かつ／または露点終端に到達させるため）。

さらなる好ましい実施形態によれば、支持体要素は独自に絶縁を行うフィルムセラミックまたはＣＩＭセラミック（ceramic injection moulding）として構成されており、この場合、１つまたは複数の電極および／または導体路および／またはいわゆるバイパスコンタクトが、フィルム上に形成されており、さらにたとえば白金Ｐｔ、および／またはたとえばＰｔＲｈ、Ｐｔｌｒ、Ｐｔ．．．などの白金合金、ならびに白金サーメット等のような高温材料から成るフィルムによって、形成されており、好ましくはスクリーン印刷においてスクリーン印刷ペーストとして被着させられる。このことはさらなる好ましい実施形態によれば、たとえば支持体要素のセラミックフィルム上にじかに行われ、またはたとえばＣＩＭ方法の場合には、支持体フィルム、いわゆる剥離フィルム、の上にも行われる。

さらなる態様によれば、電気的遮蔽構造を備えコロナ放電をベースとする粒子センサを実現するために、プリント配線板（PCB, printed circuit board）を使用することも可能である。

ここで図３を参照すると、機能層１３０１、１３０５はたとえば、それぞれ遮蔽層もしくは遮蔽電極として構成されており、これらに予め設定可能な電位を、特にたとえばアース電位などの基準電位を、印加することができる。遮蔽層１３０１、１３０５の間に配置されているさらなる機能層１３０３は、センサ電極１２０（図１）用のリード線を成している。既述の構造によって、特にさらなる機能層１３０３を遮蔽層１３０１、１３０５の間に埋め込むことによって、リード線１３０３の効果的な電気的遮蔽がもたらされ、したがってリード線が特に、たとえば粒子帯電装置１１０の１つの構成部品を成す部材１１０’による妨害から保護されており、しかも下側（表面１３０２ｂ）の領域における妨害からも保護されている。特に、かかる装置によって、種々の機能層間もしくはこれらの層によって実現された構成部品間の漏れ電流も低減することができる。

たとえば、図３による絶縁層１３０２、１３０４、１３０６によって、図１による支持体要素１３０を形成することができる。このケースでは、図３による支持体要素１３００の第１の表面１３０６ａは、図１による第１の表面１３０ａに対応し、図３による支持体要素１３００の第２の表面１３０２ｂは、図１の支持体要素１３０の下面に対応する。

一般的には、さらなる好ましい実施形態によれば、たとえば遮蔽すべきリード線を、層構造１３００の「いっそう深い」層１３０３に組み込むことができ、層構造の少なくとも一方の側から、好ましくは両方の側から、遮蔽構造もしくは電極によって取り囲むことができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、粒子センサ１００（図１）の動作量に応じた電位を導電層１３０１、１３０５に印加可能であるように、もしくは印加されるように、構成されており、これによってアクティブな電気的遮蔽を提供するアクティブ遮蔽構造（「ガード電極」）を作り出すことができる。たとえば動作量として、着目対象の電極たとえばセンサ電極１２０（図１）の電位を用いることができ、導電層１３０１、１３０５が、たとえば演算増幅器（図示せず）を用いることで、動作量に応じた電位によってアクティブに制御される。これによって、アクティブに遮蔽される電極たとえばセンサ電極１２０からの／この電極への、不所望な（漏れ）電流を、なおいっそう効果的に阻止することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、機能層１３０１、１３０３、１３０５のうちの少なくとも１つ、および／または少なくとも１つの電極１１２、１１２’、１２０、１４０は、スクリーン印刷法を用いて製造されているように構成されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、機能層のうちの少なくとも１つおよび／または少なくとも１つの電極が、白金および／または少なくとも１つの白金合金および／または白金サーメットを有するように構成されている。

図４には、さらなる好ましい実施形態による方法の簡略化されたフローチャートが概略的に示されている。ステップ２００において、既述の層構造を備えた支持体要素１３０、１３００が準備され、ステップ２０２において、粒子帯電装置１１０および／またはセンサ電極１２０の少なくとも１つの構成部品、もしくはセンサ電極１２０自体が、支持体要素１３０、１３００に配置される。

図５には、さらなる好ましい実施形態による粒子センサ１００ａを側面から見た様子が部分的な断面で概略的に示されている。粒子センサ１００ａは支持体要素１３０を有する。支持体要素１３０は、たとえばそれぞれセラミックフィルムとして形成された３つの電気絶縁層１３０２、１３０４、１３０６から成る層構造を有し、したがって層１３０２、１３０４、１３０６の間と、外側の層１３０２、１３０６の外面上とに、全部で４つの平面が準備され、これらの平面は、たとえば電極等のような機能部材もしくは機能層を有することができる。支持体要素１３０の第１の表面１３０ａ上にセンサ電極１２０が配置されており、さらに任意選択的なトラップ電極１４０、同様にコロナ電極１１２が配置されている。任意選択的に、さらなる好ましい実施形態によれば、コロナ電極１１２および／またはトラップ電極１４０に対する対向電極（図示せず）も、表面１３０ａ上に設けることができる。この対向電極を、さらなる好ましい実施形態によれば、場合によっては管Ｒ１（図２）によって形成することも可能である。

これに加えて、粒子センサ１００ａはさらに遮蔽電極１２１を有し、この遮蔽電極１２１は、センサ電極１２０をたとえば実質的にリング状に取り囲み、特に表面１３０ａに沿って、漏れ電流から保護する。遮蔽電極１２１を、予め設定可能な基準電位（たとえばアース電位）と静的に接続することができ、またはアクティブ遮蔽電極（「ガード電極」）として形成することができる。

さらなる好ましい実施形態によれば、センサ電極１２０および遮蔽電極１２１は、図５には示されていない（絶縁された）スルーホール部材（「ビア」）によって、層構造１３０の他の機能層と接続されている。このことは、さらなる好ましい実施形態によれば、任意選択的なトラップ電極１４０についても場合によっては当てはまる。

電極１１２、１２０、１２１、１４０用のリード線は、さらなる好ましい実施形態によれば、上述の記載において図３を参照しながら説明した導電性機能層によって少なくとも部分的に実現されている。たとえば、遮蔽電極１２１用のリード線１２１ｂ’、１２１ｅ’は、層１３０４、１３０６の間および支持体要素１３０の下面１３０２ｂ上を案内されている。センサ電極１２０のリード線１２０’は、層１３０２、１３０４の間を案内されている。個々のリード線と、層構造１３０の通常は別の層もしくは平面に配置された電極との電気接続は、既述のスルーホール部材を介して行われる。

図５による層構造についてのさらなる詳細は、以下で説明する図６Ａ〜図６Ｄから明らかにされる。図６Ａ〜図６Ｄにはそれぞれ、図５による支持体要素１３００の層を上から見た様子が概略的に示されている。

図６Ａには、層１３０６を上から見た様子が示されている。この図には、コロナ電極１１２がこの電極に対応づけられたリード線１１２ａと共に示されている。さらなる好ましい実施形態によれば、コロナ電極１１２および／またはこの電極に対応づけられたリード線１１２ａは、好ましくはアース電位を有する任意選択的な遮蔽電極１１２ｂによって取り囲まれている。

同様に図６Ａには、実質的にリング状に形成された遮蔽電極１２１により取り囲まれたセンサ電極１２０も示されている。さらに図６Ａには、任意選択的なトラップ電極１４０が示されている。

センサ電極１２０にはスルーホール部材（「ビア」）１２０ａが対応づけられており、これはセンサ電極１２０のリード線を、支持体要素１３０において垂直方向で絶縁層１３０４、１３０６（図５）を通って案内する。

遮蔽電極１２１には、同様に少なくとも１つのスルーホール部材１２１ａが対応づけられており、これは遮蔽電極１２１のリード線を、支持体要素１３０において垂直方向で表面１３０ａから層構造１３０のいっそう深い層へと案内する。同様に、任意選択的なトラップ電極１４０にも、スルーホール部材１４０ａが対応づけられている。

図６Ｂには、層１３０４を上から見た様子が示されている。この図には、２つの遮蔽電極領域１２１ｂ、１２１ｃが、対応するリード線１２１ｂ’、１２１ｃ’と共に示されている。図６Ｂ右側の遮蔽電極領域１２１ｂは、センサ電極１２０もしくはそのリード線１２０’（図６Ｃ）を上に向かって遮蔽し、特にコロナ部材１１２、１１２ａから遮蔽する。図６Ｂ左側の任意選択的な遮蔽電極領域１２１ｃは、任意選択的なトラップ電極１４０およびそのリード線に対する遮蔽電極を成している。

図６Ｃには、層１３０２を上から見た様子が示されている。層１３０２の表面１３０２ａ上には、遮蔽電極領域１２１ｄが対応づけられたリード線１２１ｄ’と共に示されており、このリード線１２１ｄ’は同時に、層１３０２の表面１３０２ａ上でセンサ電極１２０のリード線１２０’を取り囲んでいる。図６Ｃには、センサ電極１２０もしくはそのリード線１２０’に対応づけられたスルーホール部材１２０ａも示されており、さらに同様に遮蔽電極領域１２１ｄに対応づけられたスルーホール部材１２１ａも示されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、層１３０２の表面１３０２ａ上に、任意選択的なトラップ電極１４０（図６Ａ）用のリード線１４０’も設けられており、同様に対応するスルーホール部材１４０ａも設けられている。さらなる好ましい実施形態によれば、トラップ電極１４０用のリード線１４０’も、表面１３０２ａ上に配置されたさらなる遮蔽電極構造１４１によって取り囲まれている。

図６Ｄには、層構造１３０の第４の機能層を成す層１３０２の下面１３０２ｂを上から見た様子が示されている。この図において、（たとえばセンサ電極１２０のために、センサ電極１２０を「下から」遮蔽する）さらなる遮蔽電極構造１２１ｅが、対応するリード線１２１ｅ’と共に配置されており、さらに同様に任意選択的な加熱装置Ｈが対応するリード線と共に配置されている。加熱装置Ｈはたとえば、カーボンブラック燃焼の目的で、かつ／または保護加熱機能を実現（基板温度を高めてカーボンブラック蓄積を低減）するために、かつ／または粒子センサにおける湿度低減のために（たとえば露点終端に到達させるために）いわゆる始動加熱機能の目的で、設けられており、有利には支持体要素１３０（図５）に組み込まれており、これによって小型構造の配置形態がもたらされる。さらなる好ましい実施形態によれば、加熱装置Ｈは、たとえばこれに対応づけられた電気コンタクト端子１５０ｇ、１５０ｈ（図８参照）を除き、電気的な保護のために好ましくは周囲を巡って平面的に絶縁されて覆われている。

遮蔽電極構造１２１ｅ、１２１ｅ’と同様に、さらなる好ましい実施形態によれば、任意選択的なトラップ電極１４０に対する同等の遮蔽電極構造（図示せず）を、下面１３０２ｂ上に設けることができる。

図７には、さらなる好ましい実施形態による支持体要素１３００ａを側面から見た様子が概略的に示されている。支持体要素１３００ａは、電気絶縁層１３０２、１３０４、１３０６、１３０８を有する。層１３０４、１３０６の間に、有利には遮蔽電極１３０１’が設けられており、この電極はたとえばアース電位を有する。粒子センサの構成部品を電気的に接触接続するために、支持体要素１３００ａの第１の外側表面１３０８ａ上に、少なくとも１つのコンタクト部材１５０ａが配置されている。粒子センサの構成部品を電気的に接触接続するために、支持体要素１３００ａの第２の外側表面１３０２ａ上に、少なくとも１つのコンタクト部材１５０ｂが配置されている。コンタクト部材１５０ａは、たとえばさらなる部材（図示せず）を接触接続するために用いられ、この部材は、たとえばとしてコロナ電極１１２（図１）を制御するために使用できるような、比較的大きい電位を有する。コンタクト部材１５０ｂはたとえば、さらなる部材（図示せず）を接触接続するために用いられ、この部材は、センサ電極１２０の電気信号を評価し、もしくは評価装置（図示せず）へ供給する。好ましくは、図７に示されている層構造によって、コンタクト部材１５０ａ、１５０ｂが効果的に互いに電気的に遮蔽され、その結果、相互間で妨害が発生せず、特に「高電圧」部分１５０ａからセンサコンタクト１５０ｂへのクロストークが阻止される。

ここで例示的に図７に基づき説明した配置形態によって有利には、センサ電極用のコンタクト部材領域Ｂ３を様々な妨害源から効果的に保護することもできる。そのような妨害源としてたとえば、漏れ電流および電磁的なクロストークが挙げられる。

図８Ａ〜図８Ｃにはそれぞれ、さらなる好ましい実施形態による支持体要素１３００ｂの１つの層を上から見た様子が概略的に示されている。図８Ａには、電気絶縁層１３１４を上から見た様子が示されており、この層は、コロナ電極１１２（もしくはコロナ電極１１２に対するリード線）を接触接続するコンタクト部材１５０ｃと、任意選択的なトラップ電極（もしくは任意選択的なトラップ電極１４０に対するリード線）を接触接続するコンタクト部材１５０ｄとを有する。図８Ｂには、電気絶縁層１３１２を上から見た様子が示されており、この層は、たとえばアース電位と接続可能な遮蔽電極１３０３’を有する。図８Ｃには、電気絶縁層１３１０を上から見た様子が示されており、この層の上に、さらなるコンタクト部材１５０ｅ、１５０ｆ、１５０ｇ、１５０ｈが設けられている。コンタクト部材１５０ｅはたとえばセンサ電極１２０に対応づけられており、コンタクト部材１５０ｆはたとえば（アクティブ）遮蔽電極１２１に対応づけられており、コンタクト部材１５０ｇはたとえば任意選択的な加熱装置Ｈ（図６Ｄも参照）に対応づけられており、コンタクト部材１５０ｈはたとえばアース電位（および場合によっては任意選択的な加熱装置Ｈ）に対応づけられている。

さらなる好ましい実施形態によれば（これについては図９による部分的な断面における側面図を参照されたい）、支持体要素１３００ａを少なくとも１つのケーブル３００、３０２と、もしくはケーブル３００、３０２を有するハーネスと、接続する接続部材１６００が設けられており、その際に接続部材１６００は、ケーシング１６１０と、このケーシング１６１０と接続された電気絶縁性保持部材１６２０（たとえばセラミック構成部材）とを有する。この場合、ケーシング１６１０は、少なくとも一部の領域で導電性表面１６１０ａ、１６１０ｂを有し、かつ／または少なくとも一部の領域で導電性材料、特に金属、から成る。

さらなる好ましい実施形態によれば、接続部材１６００は、少なくとも２つの互いに電気的に遮蔽されたチャンバ１６１２、１６１４を有するように構成されており、これらのチャンバ１６１２、１６１４はそれぞれ、ケーブル３００、３０２の終端３００ａ，３０２ａを収容するように、かつ／または案内するように、形成されている。好ましくは、個々のケーブル３００、３０２の電気的遮蔽部（図示せず）が個々のチャンバ１６１２、１６１４と導電接続されている。

さらなる好ましい実施形態によれば、接続部材１６００は、支持体要素１３００ａの少なくとも１つのコンタクト部材１５０ａ、１５０ｂを接触接続するために、１つまたは複数の導電性コンタクト、特にばね接点１６２２、６１４２、を有する。ここではばね接点１６２２、１６２４は、保持部材１６２０に配置されている。好ましくはケーブル３００、３０２の個々の導体３００ａ’、３０２ａ’は、対応するばね接点１６２２、１６２４と接続されている。

接続部材１６００によって、センサ電極１２０およびそのリード線１２０’の電気的遮蔽を、粒子センサの領域において全長にわたって（つまり支持体要素１３０上のセンサ電極１２０、リード線１２０’、ケーブル３０２へのコンタクト部材１５０ｂの接続部の間で）、保証することができる。

図１０には、さらなる好ましい実施形態による支持体要素１３００ｃを側面から見た様子が部分的な断面で概略的に示されている。支持体要素１３００ｃはここでは、実質的に回転対称のセラミック構成部材として、特にセラミック射出成形部材として、形成されており、実質的に中空円筒状の基本形状を有する。この支持体要素１３００ｃの半径方向の内側表面に、センサ電極１２０およびさらなる電極１７０、たとえばコロナ電極、が配置されている。コロナ電極１７０のリード線１７０’は実質的に内側表面上に配置されていて、図１０では右側に向かってコンタクト部材１５０ｉまで延在しているのに対し、センサ電極１２０のリード線１２０’は、領域Ｂ１において半径方向で外側に向かい、支持体要素１３００ｃの壁を貫通してコンタクト部材１５０ｂまで案内されている。同様に内側表面上に配置された遮蔽電極１３０５’によって、領域Ｂ２内のリード線１２０’が、たとえば電極等のような他の部材に対し電気的に遮蔽される。任意選択的に、さらなる支持体要素１３００ｄが半径方向で支持体要素１３００ｃの内部に設けられており、これは支持体要素１３００ｃに対したとえば同軸に配置されている。任意選択的なさらなる支持体要素１３００ｄを、さらなる好ましい実施形態によれば、たとえば丸くまたは角張って、特に長細く、形成することができ、少なくとも１つのさらなる電極１７１ａおよび場合によっては対応づけられたコンタクト部材１７１ｄを有することができる。その際に遮蔽電極１３０５’は、領域Ｂ２におけるセンサ電極１２０のリード線１２０’を、さらなる構成部品１７１ａ、１７１ｂの電界からも効果的に遮蔽する。

支持体要素１３００ｃもしくは１３００ｄのコンタクト部材１５０ｂ、１５０ｉ、１７１ｂを、たとえば上述の記載ですでに図９を参照しながら説明した接続部材１６００を用いて、有利にはさらなるシステムを接触接続するために使用することができ、この場合、接続部材１６００のジオメトリを、支持体要素１３００ｃの回転対称の基本形状に整合させることができる。

これらの実施形態による粒子センサを特に有利にはたとえば、自己着火式および外部着火式の内燃機関用のパティキュレートフィルタの診断（たとえばOBD, on board diagnosis）に使用することができる。

これらの実施形態による粒子センサによって、たとえばセンサ電極１２０およびそのリード線１２０’を、たとえば漏れ電流および電磁的なクロストークのような様々な妨害源から信頼性を伴って遮蔽することができる。このようにして特に信頼性のあるコンパクトな（カーボンブラック）粒子センサの構造が実現され、その際にコストの利点ももたらすことができる。

さらなる好ましい実施形態によれば有利には、以下の不都合な局面を低減もしくは阻止することができる。すなわち、「高電圧」部分からセンサ電極への漏れ電流により高められる故障のリスク、粒子センサ用の制御装置（ＳＣＵ）の、粒子線作用のハーネスの、およびたとえばアース電極および仮想アース電極を設けることになどよる、粒子センサ自体の高い複雑性、妨害電磁界もしくは誘導された信号によるセンサ機能の故障。

以下では、少なくとも相当数の好ましい実施形態により達成可能な利点を挙げておく。すなわち、粒子センサの耐用期間が長く信頼性が高い（漏れ電流が少なくなる）、プレーナ技術による低コストの大量生産が可能、測定信号（たとえばセンサ電極１２０の信号）に及ぼされる妨害が少なくなる、ＳＮＲ（信号対雑音比）が高まる、感度が高まる、構造（ＳＣＵ、ケーブル、センサ）が簡単になる、コスト効率が高められる。

さらなる好ましい実施形態によれば有利には、コンタクト領域（図１の参照符号１６０参照）もしくは支持体要素１３０のコンタクト部材１５０ａ、１５０ｂ（図７）においても、効果的な遮蔽が実現され、したがってこのコンタクト領域においても、たとえばコロナ電極１１２のリード線からセンサ電極１２０のリード線へのクロストークが発生せず、このことによって信号品質が高められ、高いＳＮＲが実現される。

Claims (11)

1. 流動流体（Ａ１）中の粒子（Ｐ）を帯電させる粒子帯電装置（１１０）と、前記流動流体（Ａ１）中の荷電粒子（Ｐ’）に関する情報を検出するセンサ電極（１２０）とを備えた粒子センサ（１００；１００ａ）であって、
   前記粒子センサ（１００；１００ａ）は、前記粒子帯電装置（１１０）および／または前記センサ電極（１２０）の少なくとも１つの構成部品を収容する支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）を有し、
   前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）は、複数の電気絶縁層（１３０２、１３０４、１３０６）から成る層構造を有する、
   粒子センサ（１００；１００ａ）。
2. 前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）は、少なくとも１つのセラミック射出成形部材を有し、かつ／または単層または多層のセラミックフィルム積層体を有し、
   特に、前記電気絶縁層（１３０２、１３０４、１３０６）のうちの少なくとも１つは、電気絶縁性セラミック材料、特に酸化アルミニウムＡｌ_２Ｏ_３、を有する、
   請求項１記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
3. 前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）は、１つまたは複数の機能層（１３０１、１３０３、１３０５）を有し、該機能層（１３０１、１３０３、１３０５）は、
   ａ）導電層もしくは導電性コーティング、
   ｂ）１つまたは複数の電極および／または電極用リード線、
   ｃ）加熱機能を有する１つまたは複数の導電層、
   のうち少なくとも１つの要素を有する、
   請求項１から２までの少なくとも１項記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
4. 前記機能層（１３０１、１３０３、１３０５）のうちの少なくとも１つ、および／または少なくとも１つの電極（１２０）は、スクリーン印刷法を用いて製造されている、
   請求項３記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
5. 前記機能層（１３０１、１３０３、１３０５）のうちの少なくとも１つ、および／または少なくとも１つの電極（１２０）は、白金および／または少なくとも１つの白金合金および／または白金サーメットを有する、
   請求項３から４までの少なくとも１項記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
6. 少なくとも１つの遮蔽電極（１２１）が設けられており、該遮蔽電極（１２１）は、前記センサ電極（１２０）を少なくとも一部の領域で取り囲む、
   請求項１から５までの少なくとも１項記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
7. 前記粒子センサ（１００；１００ａ）の構成部品を電気的に接触接続するために、前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）の少なくとも１つの外側表面（１３０ａ；１３０８ａ；１３０２ａ）上に、少なくとも１つのコンタクト部材（１５０ａ，１５０ｂ）が配置されている、
   請求項１から６までの少なくとも１項記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
8. 前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）を少なくとも１つのケーブル（３００、３０２）と接続する接続部材（１６０；１６００）が設けられており、
   前記接続部材（１６０；１６００）はケーシング（１６１０）および該ケーシング（１６１０）と接続された電気絶縁性保持部材（１６２０）を有し、前記ケーシング（１６１０）は、少なくとも一部の領域で導電性表面（１６１０ａ，１６１０ｂ）を有し、かつ／または前記ケーシング（１６１０）は、少なくとも一部の領域で導電性材料、特に金属、から成る、
   請求項１から７までの少なくとも１項記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
9. 前記接続部材（１６０；１６００）は、少なくとも２つの互いに電気的に遮蔽されたチャンバ（１６１２、１６１４）を有し、該チャンバ（１６１２、１６１４）はそれぞれ、ケーブル（３００、３０２）の終端（３００ａ，３０２ａ）を収容するように、かつ／または案内するように、形成されている。
   請求項８記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
10. 前記接続部材（１６０；１６００）は、前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）の少なくとも１つのコンタクト部材（１５０ａ，１５０ｂ）を接触接続するために、１つまたは複数の導電性ばね接点（１６２２、１６２４）を有する、
    請求項８から９までの少なくとも１項記載の粒子センサ（１００；１００ａ）。
11. 流動流体（Ａ１）中の粒子（Ｐ）を帯電させる粒子帯電装置（１１０）と、前記流動流体（Ａ１）中の荷電粒子（Ｐ’）に関する情報を検出するセンサ電極（１２０）とを備えた、粒子センサ（１００；１００ａ）の製造方法であって、
    前記粒子センサ（１００；１００ａ）は、前記粒子帯電装置（１１０）および／または前記センサ電極（１２０）の少なくとも１つの構成部品を収容する支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）を有し、
    前記方法は、
    複数の電気絶縁層（１３０２、１３０４、１３０６）から成る層構造を備えた前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）を準備するステップ（２００）と、
    前記粒子帯電装置（１１０）および／または前記センサ電極（１２０）の前記少なくとも１つの構成部品を、前記支持体要素（１３０；１３００；１３００ａ；１３００ｂ；１３００ｃ）に配置するステップ（２０２）と、
    を有する、粒子センサ（１００；１００ａ）の製造方法。