KR101688197B1 - Apparatus and method for detecting particulate matter using electromagnetic induction - Google Patents

Apparatus and method for detecting particulate matter using electromagnetic induction Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차 배기 가스 내 함유된 매연과 같은 입자를 검출하는 센서에 관한 것으로서, 구체적으로 배기가스와 접촉하는 평판형 전극과 맴돌이 전류를 유도하도록 이격 배치된 자기장 유도전극을 구비하여 입자가 축적됨에 따라 변하는 소비전력을 측정하여 입자의 농도를 측정하는 센서에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a sensor for detecting particles such as soot contained in automobile exhaust gas, and more particularly to a flat-plate type electrode contacting with exhaust gas and a magnetic field induction electrode spaced apart to induce an eddy current, And a sensor for measuring the concentration of particles by measuring the power consumption which varies depending on the temperature.

Description

전류유도 방식의 입자 검출센서 및 측정방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING PARTICULATE MATTER USING ELECTROMAGNETIC INDUCTION}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a particle detection sensor and a measurement method,

본 발명은 자동차 배기 가스 내 함유된 매연과 같은 입자를 검출하는 센서에 관한 것으로서, 구체적으로 배기가스와 접촉하는 평판형 전극과 맴돌이 전류를 유도하도록 이격 배치된 자기장 유도전극을 구비하여 입자가 축적됨에 따라 변하는 소비전력을 측정하여 입자의 농도를 측정하는 센서에 관한 것이다.[0001] The present invention relates to a sensor for detecting particles such as soot contained in automobile exhaust gas, and more particularly to a flat-plate type electrode contacting with exhaust gas and a magnetic field induction electrode spaced apart to induce an eddy current, And a sensor for measuring the concentration of particles by measuring the power consumption which varies depending on the temperature.

자동차 배기가스의 규제가 강화됨에 따라 유해성분 배출을 줄이거나 정화하기 위한 장치에 대해 관심이 높아지고 있다. 유해성분 중 특히 입자상 물질(Particular Matter; PM)에 대한 규제가 엄격해지고 있으며, 산화촉매, 질소산화물 촉매 및 매연 여과장치를 이용하여 여과하는 배기가스 저감장치가 개발되고 있다.As regulations for automobile exhaust gas are strengthened, attention is increasing to devices for reducing or purifying harmful component emissions. Particularly, particulate matter (PM) among the harmful components has been strictly regulated, and an exhaust gas reduction apparatus for filtering by using an oxidation catalyst, a nitrogen oxide catalyst and a soot filtering apparatus is being developed.

이러한 배기가스 저감장치의 고장여부를 진단하기 위해 매연입자를 검출하는 센서를 후단측, 즉 배기가스가 필터를 통과하고 배기되는 유로에 배치한다.In order to diagnose the failure of the exhaust gas reduction device, a sensor for detecting soot particles is disposed on the downstream side, that is, a flow path through which the exhaust gas passes through the filter.

종래의 기술로는, 미국공개 특허공보 제2009-0126458호는 저항측정형 입자검출센서를 개시하고 있다. 절연성 엘리먼트의 표면에 서로 이격된 전극이 형성되어 있고 전극 사이에 입자가 누적됨에 따라 각 전극을 서로 연결하면서 전류가 흐르게 된다. 입자는 저항으로 작용하므로 시간이 지남에 따라 점차 저항이 감소하고 전류가 증가하는 원리를 이용하여 입자의 농도를 측정한다.In the prior art, U.S. Patent Application Publication No. 2009-0126458 discloses a resistance measurement type particle detection sensor. Electrodes spaced apart from each other are formed on the surface of the insulating element. As the particles accumulate between the electrodes, current flows while connecting the electrodes. Since the particles act as resistors, the concentration of the particles is measured using the principle that the resistance gradually decreases and the current increases over time.

또한, 일본특허 등록공보 제4898902호는 정전용량측정형 입자검출센서를 개시하고 있다. 절연성 엘리먼트의 내부에 전극을 배치하고 배기가스와 접하는 외부전극을 배치한 센서구조이다. 전극 양단에 인가되는 초기전압과 입자가 외부 전극들 사이에 누적되면서 외부전극의 면적이 변화함에 따라 전극 양단의 전압이 변화하는 원리를 이용하여 입자를 측정한다.Japanese Patent Registration No. 4898902 discloses a capacitance measurement type particle detection sensor. An electrode is disposed inside the insulating element and an external electrode contacting the exhaust gas is disposed. Particles are measured using the principle that the voltage across the electrode varies as the initial voltage applied to both ends of the electrode and the area of the external electrode are accumulated while the particles accumulate between the external electrodes.

하지만, 종래의 저항측정방식의 입자검출센서는 전기전도성을 가지는 입자가 전극사이에 부착되는 경우 신호의 왜곡이 발생할 수 있고, 입자가 히팅과정을 통해 소멸되지 않음으로써 고장이 발생할 수 있다. 또 정전용량 측정방식의 입자검출센서도 외부들 사이에 입자가 히팅에 의해 소멸되지 않는 경우 성능의 급격한 저하가 발생되며 전기전도성을 가지는 입자가 부착되는 경우 정전용량의 변화에 따른 왜곡이 발생할 수 있는 한계점이 있었다.However, in the conventional particle detection sensor of the resistance measuring method, when particles having electrical conductivity are attached between the electrodes, signal distortion may occur, and failures may occur due to the particles not being destroyed through the heating process. In addition, the particle detection sensor of the capacitance measurement type also shows a sudden drop in performance when particles are not destroyed by heating, and when particles having electrical conductivity are attached, distortion due to the change in capacitance may occur There was a limit.

종래의 측정방식의 한계를 극복함과 동시에, 내구성 및 측정의 신뢰성이 개선된 방식의 입자센서에 대한 수요가 증대되고 있는 실정이다.There is a growing demand for a particle sensor that overcomes the limitations of conventional measurement methods and has improved durability and reliability of measurement.

본 발명의 목적은, 자동차 배기 가스 내 함유된 매연과 같은 입자를 검출하는 센서에 관한 것으로서 배기가스와 접촉하는 평판형 전극과 맴돌이 전류를 유도하도록 이격 배치된 자기장 유도전극을 구비하여 입자가 축적됨에 따라 변하는 소비전력을 측정하여 입자의 농도를 측정하는 센서를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a sensor for detecting particles such as soot contained in automobile exhaust gas, comprising a plate-like electrode in contact with an exhaust gas and a magnetic field induction electrode spaced apart to induce an eddy current, And to provide a sensor for measuring the concentration of particles by measuring the power consumption which varies accordingly.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 전류유도 방식의 입자 검출센서는 한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체; 상기 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극; 및 상기 한쌍의 대향면 중 타면 또는 상기 절연성 기체의 내부에 형성된 자기장 유도전극을 구비한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a current-induced particle detection sensor comprising: an insulating substrate having a pair of opposed surfaces; A planar electrode disposed on one surface of the pair of opposing surfaces and in contact with the exhaust gas; And a magnetic field induction electrode formed on the other of the pair of opposing surfaces or inside the insulating base.

이 때, 상기 자기장 유도전극은 교류전원이 인가되어 유도자기장을 생성하고, 상기 평판형 전극은 상기 유도자기장에 의해 맴돌이 전류가 생성된다.At this time, the magnetic field induction electrode generates an induced magnetic field by applying AC power, and eddy current is generated by the induced magnetic field in the planar electrode.

이 때, 상기 유도자기장은 [수학식 1]에 의해 산출되고, 상기 맴돌이 전류로 인하여 상기 평판형 전극에서 소비되는 소비전력은 [수학식 2]에 의해 산출될 수 있다.In this case, the induced magnetic field is calculated according to Equation (1), and the power consumption consumed by the flat plate-shaped electrode due to the eddy current can be calculated by Equation (2).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014124244905-pat00001
Figure 112014124244905-pat00001

(여기서, B는 자기장(T)의 세기, k는 2π·10- 7 인 상수(T·m/A), I는 전류의 세기(A), r은 원의 반지름(m))
(Wherein, B is the strength of the magnetic field (T), k is 2π · 10 - 7, a constant (T · m / A), I is the intensity of electric current (A), r is the radius (m) of a circle)

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014124244905-pat00002
Figure 112014124244905-pat00002

(여기서, P는 단위 질량당 소비전력(W/kg), Bp는 최대 자기장 세기(T), d는 평판형 전극의 두께(m), f는 주파수(Hz), k는 1인 상수, ρ는 평판형 전극의 저항(Ω·m), D는 평판형 전극의 밀도(kg/m3))(Wherein, P is 1, a constant consumption power (W / kg), B p per unit mass is the maximum field strength (T), d is the thickness (m of the plate-like electrode), f is the frequency (H z), k , ρ is the resistance (Ω · m) of the flat plate type electrode, and D is the density (kg / m 3 ) of the flat plate type electrode)

이 때, 상기 자기장 유도전극과 상기 평판형 전극은 서로 평행하고 배치되고, 상기 자기장 유도전극은 전원공급부와 전기적으로 연결되고, 상기 평판형 전극은 측정장치와 전기적으로 연결될 수 있다.At this time, the magnetic field induction electrode and the plate-like electrode are arranged in parallel to each other, the magnetic field induction electrode is electrically connected to the power supply unit, and the plate-like electrode can be electrically connected to the measurement device.

이 때, 상기 평판형 전극과 상기 자기장 유도전극 사이 또는 상기 평판형 전극으로부터 상기 자기장 유도전극까지 거리보다 더 이격된 위치에 형성된 히터를 구비할 수 있다.At this time, a heater may be provided at a position spaced more than a distance between the planar electrode and the magnetic field induction electrode or between the planar electrode and the magnetic field induction electrode.

또한, 본 발명에 따른 전류유도 방식의 입자 검출방법은 서로 평행하게 이격배치된 평판형 전극 및 자기장 유도전극을 구비하는 센서를 이용한 입자 측정방법에 있어서, 상기 평판형 전극을 배기가스에 노출시키는 단계; 상기 자기장 유도전극에 교류전원를 인가하여 유도자기장을 생성하는 단계; 상기 유도자기장으로 인하여 상기 평판형 전극에 형성되는 소비전력을 측정하는 단계; 및 상기 배기가스에 포함된 입자성 물질의 누적에 따라 변화하는 상기 소비전력의 변화를 측정하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a particle detection method using a sensor including a flat plate-type electrode and a magnetic field induction electrode disposed parallel to and spaced from each other, the method comprising: exposing the flat plate- ; Generating an induced magnetic field by applying an AC power to the magnetic field induction electrode; Measuring power consumption of the planar electrode due to the induced magnetic field; And measuring a change in the power consumption that varies depending on the accumulation of the particulate matter contained in the exhaust gas.

본 발명에 따르면, 히터의 가열로 입자성 물질을 태워 없애버리는 경우에 있어서, 전기전도성의 입자성 물질이 배기가스에 노출된 외부의 전극에 일부 남아있게 되더라도 센서의 영구적인 고장이 발생되지 않는다.According to the present invention, in the case of burning particulate matter by heating the heater, even if the electrically conductive particulate matter remains partially in the external electrode exposed to the exhaust gas, the permanent failure of the sensor does not occur.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류유도 방식의 입자 검출센서에 대한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류유도 방식의 입자 검출센서에 대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류유도 방식의 입자 검출센서에 대한 평면도이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전류유도 방식의 입자 검출센서에 대한 배면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 대한 전류유도 방식의 입자 검출센서의 단면도이다.
도 6(a) 내지 도 6(d)는 본 발명의 제3 내지 제 6실시예에 대한 전류유도 방식의 입자 검출센서의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 대한 전류유도 방식의 입자 검출방식에 대한 순서도이다.
1 is a perspective view of a current-induced particle detection sensor according to a first embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view of a current-induced particle detection sensor according to a first embodiment of the present invention.
3 is a plan view of a particle detection sensor of a current induction type according to the first embodiment of the present invention.
4 (a) to 4 (c) are rear views of the current induction type particle detection sensor according to the first embodiment of the present invention.
5 is a sectional view of a current induction type particle detection sensor according to a second embodiment of the present invention.
6 (a) to 6 (d) are cross-sectional views of a current induction type particle detection sensor according to the third to sixth embodiments of the present invention.
7 is a flowchart of a current induction type particle detection method according to an embodiment of the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, a repeated description, a known function that may obscure the gist of the present invention, and a detailed description of the configuration will be omitted. Embodiments of the present invention are provided to give average knowledge in the art. Accordingly, the shapes and sizes of the elements in the drawings and the like can be exaggerated for clarity.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예와 관련있는 것으로써, 전류유도 방식의 입자 검출센서에 대한 사시도, 단면도(A-A'), 평면도, 배면도이다. 본 발명의 제1 실시예는 한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체(1), 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극(2) 및 한쌍의 대향면 중 타면에 형성된 자기장 유도전극(3)을 구비한다.Figs. 1 to 4 are a perspective view, a cross-sectional view (A-A '), a plan view, and a rear view, respectively, of a current induction type particle detection sensor according to a first embodiment of the present invention. A first embodiment of the present invention is an exhaust gas purifier comprising an insulating base (1) having a pair of opposed faces, a flat electrode (2) arranged on one face of the pair of opposed faces and in contact with the exhaust gas, And a magnetic field induction electrode (3).

도 5는 본 발명의 제2 실시예와 관련있는 것으로써, 전류유도 방식의 입자 검출센서의 단면도이다. 본 발명의 제2 실시예는 한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체(1), 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극(2) 및 절연성 기체(1)의 내부에 형성된 자기장 유도전극(3)을 구비한다.5 is a cross-sectional view of a current induction type particle detection sensor according to a second embodiment of the present invention. A second embodiment of the present invention is an insulated base 1 having a pair of opposing surfaces, a planar electrode 2 disposed on one surface of the pair of opposing surfaces to be in contact with the exhaust gas, And a magnetic field induction electrode 3 formed thereon.

도 6(a)은 본 발명의 제3 실시예와 관련있는 것으로써, 전류유도 방식의 입자 검출센서의 단면도이다. 본 발명의 제3 실시예는 한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체(1), 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극(2), 한쌍의 대향면 중 타면에 형성된 자기장 유도전극(3) 및 절연성 기체(1)의 내부에 형성된 히터(4)를 구비한다.6 (a) is a cross-sectional view of a current induction type particle detection sensor in connection with a third embodiment of the present invention. A third embodiment of the present invention is an exhaust gas purifying apparatus comprising an insulating base 1 having a pair of opposed faces, a flat electrode 2 disposed on one face of the pair of opposed faces and in contact with the exhaust gas, A magnetic field induction electrode 3 and a heater 4 formed inside the insulative base 1.

도 6(b)는 본 발명의 제4 실시예와 관련있는 것으로써, 전류유도 방식의 입자 검출센서의 단면도이다. 본 발명의 제4 실시예는 한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체(1), 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극(2), 절연성 기체(1)의 내부에 형성된 자기장 유도전극(3) 및 한쌍의 대향면 중 타면에 배치되는 히터(4)를 구비한다.6 (b) is a cross-sectional view of a current induction type particle detection sensor according to a fourth embodiment of the present invention. In a fourth embodiment of the present invention, an insulating substrate 1 having a pair of opposing surfaces, a plate-like electrode 2 disposed on one surface of a pair of opposing surfaces and in contact with the exhaust gas, A magnetic field induction electrode 3 formed thereon, and a heater 4 disposed on the other of the pair of opposing surfaces.

도 6(c)는 본 발명의 제5 실시예와 관련있는 것으로써, 전류유도 방식의 입자 검출센서의 단면도이다. 본 발명의 제5 실시예는 한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체(1), 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극(2), 절연성 기체(1)의 내부에 형성된 히터(4) 및 평판형 전극(2)과 히터(4) 사이에 배치된 자기장 유도전극(3)를 구비한다.6 (c) is a cross-sectional view of a current induction type particle detection sensor according to a fifth embodiment of the present invention. A fifth embodiment of the present invention relates to an insulating substrate 1 having a pair of opposing surfaces, a flat electrode 2 disposed on one surface of a pair of opposing surfaces and in contact with the exhaust gas, And a magnetic field induction electrode 3 disposed between the heater 4 and the plate-like electrode 2 and the heater 4.

도 6(d)는 본 발명의 제6 실시예와 관련있는 것으로써, 전류유도 방식의 입자 검출센서의 단면도이다. 본 발명의 제6 실시예는 한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체(1), 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극(2), 절연성 기체(1)의 내부에 형성된 자기장 유도전극(3) 및 평판형 전극(2)과 자기장 유도전극(3) 사이에 배치된 히터(4)를 구비한다.FIG. 6 (d) is a cross-sectional view of a current induction type particle detection sensor according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. A sixth embodiment of the present invention is a semiconductor device comprising an insulative base body (1) having a pair of opposing faces, a planar electrode (2) arranged on one surface of the pair of opposing faces and in contact with the exhaust gas, And a heater 4 disposed between the magnetic field induction electrode 3 and the plate electrode 2 and the magnetic field induction electrode 3. [

도 7은 본 발명의 실시예에 대한 전류유도 방식의 입자 검출방법에 대한 순서도로써, 도 1에 도시된 전류유도 방식의 입자 검출센서의 평판형 전극이 배기가스에 노출되도록 배치하고(S10), 자기장 유도전극으로 교류전원을 인가하며(S20), 평판형 전극의 전력을 측정하고(S30), 변화되는 전력을 기반으로 입자성 물질을 감지 또는 농도를 산출한다.FIG. 7 is a flow chart of a current induction type particle detection method according to an embodiment of the present invention, in which the flat electrode of the current induction type particle detection sensor shown in FIG. 1 is exposed to exhaust gas (S10) The AC power is applied to the magnetic field induction electrode (S20), the power of the plate electrode is measured (S30), and the particulate matter is detected or the concentration is calculated based on the changed electric power.

이하에서는 본 발명의 입자 검출장치에 형성된 절연성 기체에 대하여 설명한다.Hereinafter, an insulating substrate formed in the particle detecting device of the present invention will be described.

본 발명의 절연성 기체(1)는 적어도 한쌍의 대향면을 가지는 절연성 재질로 구성된 기판을 의미한다. 종래의 기판인 탄화규소, 산화지르코늄, 이산화티타늄, 알루미나 또는 실리카 세라믹 등의 재질로 구성될 수 있다. 기체의 형상은 제한되지 않으나 설명의 편의상 직육면체를 가정하여 설명한다. 절연성 기체(1)는 복수의 층이 적층되어 하나의 절연층을 형성할 수도 있다. 또한, 대향되는 양면을 가지면 족하며 배기가스의 유동과 마주하는 면을 일면으로 평판형 전극(2)을 배설할 수 있는 면적을 구비한다. 일면과 마주하는 타면은 자기장 유도전극(3) 또는 히터(4)가 형성될 수 있다.The insulating substrate 1 of the present invention means a substrate made of an insulating material having at least one pair of opposed surfaces. It may be made of a material such as silicon carbide, zirconium oxide, titanium dioxide, alumina or silica ceramic, which is a conventional substrate. The shape of the gas is not limited, but a rectangular parallelepiped is assumed for convenience of explanation. In the insulating substrate 1, a plurality of layers may be laminated to form one insulating layer. In addition, it has an area that can face the flow of the exhaust gas and can lay the flat plate-like electrode 2 on one side. The other surface facing the one surface may be formed with the magnetic field induction electrode 3 or the heater 4.

이하에서는 본 발명의 입자 검출장치에 형성된 평판형 전극에 대해 설명한다.Hereinafter, a flat electrode formed in the particle detecting device of the present invention will be described.

본 발명의 평판형 전극(2)은 절연성 기체(1)의 일면에 형성되며 전기가 통하는 판 형상의 전극을 의미한다. 평판형 전극(2)은 배기가스와 마주하도록 절연성 기체(1)의 외부면에 배설된다. 평판형 전극은 변화되는 전력 또는 전기적 특성을 측정하기 위해 측정장치(미도시)와 전기적으로 연결되어 있다.The planar electrode (2) of the present invention means a plate-shaped electrode formed on one surface of an insulating substrate (1) and electrically conductive. The plate-like electrode 2 is disposed on the outer surface of the insulating substrate 1 so as to face the exhaust gas. The plate-type electrode is electrically connected to a measuring device (not shown) for measuring a changed electric power or electrical characteristic.

형상의 특별한 한정은 없으나, 도 3과 같이 사각형의 평판형일 수 있고, 원형(미도시)일 수 있으며 그 외 맴돌이 전류가 형성될 수 있는 다른 평탄면을 가지는 전극으로 대체될 수 있다.Although there is no particular limitation on the shape, it may be a rectangular flat plate shape as shown in FIG. 3, may be circular (not shown), and may be replaced with an electrode having another flat surface on which other eddy currents can be formed.

평판형 전극(2)은 측정 대상인 입자상 물질이 부착되며, 유도되는 전류의 변화 또는 전력의 변화를 이용하여 입자의 농도를 측정한다. 평판형 전극(2)은 자기장 유도전극(3)과 이격배치되고, 자기장 변화에 따라 유도된 전류(Ieddy)가 평판형 전극(2) 내부를 순환한다. 다시 말해, 외부의 자기장 변화에 의해 전극 내부에 폐회로를 구성하여 흐르는 유도전류를 맴돌이 전류 또는 와전류(eddy current, Ieddy)라 하며, 입자상 물질의 부착에 따라 변화하는 소비전력을 측정하여 입자상 물질의 농도를 측정한다.The planar electrode 2 adheres the particulate matter to be measured, and measures the concentration of the particle using a change in the current or a change in the electric current induced. The plate-like electrode 2 is disposed apart from the magnetic field induction electrode 3, and the current I eddy induced in accordance with the change of the magnetic field circulates in the plate-like electrode 2. In other words, the induced current flowing to configure a closed circuit in the electrode by a magnetic field change in the external eddy currents or eddy current (eddy current, I eddy) la and, by measuring the power consumption which changes according to the adhesion of the particulate matter in the particulate matter The concentration is measured.

측정대상은 전력일 수 있으며, 전압일 수도 있다. 입자성 물질의 부착에 따라 변화되는 전기적 특성을 가지는 다른 물성 역시 측정대상이 될 수 있다. 평판형 전극(2)은 특별히 한정되지 않으나, 맴돌이 전류가 유도되는데 유리하도록 금속 재질로 구성됨이 바람직하다.The measurement object may be a power or a voltage. Other physical properties that have electrical properties that vary with the attachment of particulate matter can also be measured. The plate-like electrode 2 is not particularly limited, but is preferably made of a metal material so as to be advantageous in inducing an eddy current.

이하에서는 본 발명의 입자 검출장치에 형성된 자기장 유도전극에 관하여 설명한다.Hereinafter, the magnetic field induction electrode formed in the particle detector of the present invention will be described.

본 발명의 자기장 유도전극(3)은 적어도 한쌍의 대향면 중 타면 또는 절연성 기체(1)의 내부에 형성되며 전기가 통하는 전극을 의미한다. 즉, 자기장 유도전극(3)은 평판형 전극(2)과 대향되게 배치되며, 자기장이 형성될 수 있도록 배설된다. 형상에 있어서 한정되지는 않으나, 도 4(a)와 같이 원형으로 배선될 수 있고, 도 4(b) 또는 도 4(c)와 같이 코일형일 수 있다. 자기장을 유도하여 평판형 전극에 맴돌이 전류를 형성할 수 있는 다른 형상으로 대체할 수 있다. 자기장 유도전극은 외부로부터 교류전원을 인가받을 수 있도록 전원공급부(미도시)와 전기적으로 연결되어 있다.The magnetic field induction electrode 3 of the present invention means an electrode that is formed on the other surface of at least one pair of opposing surfaces or inside the insulating substrate 1 and is electrically conductive. That is, the magnetic field induction electrode 3 is disposed so as to face the flat electrode 2, and is externally provided so that a magnetic field can be formed. But it may be circularly wired as shown in Fig. 4 (a) and may be coiled as shown in Fig. 4 (b) or Fig. 4 (c). It can be replaced by another shape that can induce a magnetic field to form an eddy current on the plate-like electrode. The magnetic field induction electrode is electrically connected to a power supply unit (not shown) so as to receive an AC power from the outside.

자기장 유도전극의 양단은 전기가 흐르도록 회로가 배설되며, 주기를 가지는 교류전원이 인가된다. 여기서 교류전원으로는 정현파, 구현파, 펄스파 등 교류전류 또는 교류전압이며 도 2와 같이 자기장 유도전극(3) 주변으로 자기장(B)의 변화를 형성한다. 전기가 잘 흐를 수 있도록 금속성 재질로 구성됨이 바람직하다.Both ends of the magnetic field induction electrode are provided with a circuit so that electricity flows, and alternating current power having a period is applied. Here, an AC power source is an alternating current or alternating voltage such as a sinusoidal wave, an implementation wave or a pulse wave, and forms a change of the magnetic field B around the magnetic field induction electrode 3 as shown in FIG. It is preferable to be made of a metallic material so that electricity can flow well.

도 4에 도시된 바와 같이 자기장 유도전극(3)은 절연층 기체(1)에 직접 배설될 수 있지만, 절연층 기체(1)와 독립적인 별도의 자기장 유도층(30)에 동심원을 중심으로 권취 형성될 수 있다. 즉, 자기장 유도전극(3)은 한쌍의 대향면을 가지는 자기장 유도층에 배설되며, 일단과 타단이 서로 다른 면에 마주보도록 형성될 수 있다. 일단과 타단은 터미널과 전기적으로 연결되어 외부로부터 교류전원을 인가받는다.The magnetic field induction electrode 3 can be directly disposed on the insulating layer base 1 as shown in FIG. 4 but can be wound around the concentric circle on the magnetic field inducing layer 30 independent of the insulating layer base 1 . That is, the magnetic field induction electrode 3 is disposed on the magnetic field inducing layer having a pair of opposing surfaces, and one end and the other end can be formed to face each other. One end and the other end are electrically connected to the terminal and receive AC power from the outside.

도 5에 도시된 바와 같이 자기장 유도전극(3)은 절연성 기체(1) 내부에 배설될 수 있다. 절연성 기체(1)의 내부에 배치되는 경우, 외부의 영향을 감소시켜 측정값의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As shown in Fig. 5, the magnetic field induction electrode 3 can be disposed inside the insulative base 1. When placed inside the insulating base 1, the influence of the outside can be reduced and the reliability of the measured value can be improved.

이하에서는 본 발명의 입자 검출장치에 형성되는 히터에 대해 설명한다.Hereinafter, the heater formed in the particle detecting apparatus of the present invention will be described.

본 발명의 히터(4)는 절연성 기체(1)의 내부 또는 타면에 형성되며 외부의 전력을 인가받아 발열하는 열선을 의미한다. 히터(4)는 종래의 입자상 센서에서 배설된 열선배치가 적용될 수 있으며, 기타 제어방식에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 히터(4)는 발열로 절연성 기체(1) 또는 평판형 전극(2)에 부착된 입자를 태우며 이를 버닝(burning)이라 한다. 히터(4)는 전기가 통함으로써 발열이 가능한 면적층 또는 저항을 가진 열선으로 구성될 수 있다.The heater 4 of the present invention means a heat wire which is formed inside or on the other side of the insulating substrate 1 and generates heat by receiving external power. The heater 4 may be applied with a heat line arrangement disposed in a conventional particulate sensor, and may be supplied with power by other control methods. The heater 4 burns particles adhered to the insulating substrate 1 or the plate-like electrode 2 by heat generation and is called burning. The heater (4) may be constituted by an area layer capable of generating heat by electricity or a heat line having a resistance.

히터는 도 6과 같이 절연성 기체(1)의 내부에 배치되거나, 외부에 배치될 수 있다. 평판형 전극(2)과 자기장 유도전극(3) 사이에 배치될 수도 있으며, 자기장 유도전극(3)을 중심으로 평판형 전극(2)과 대향되게 배치될 수도 있다.The heater may be disposed inside the insulating base 1 as shown in Fig. 6, or may be disposed outside. And may be disposed between the flat plate-like electrode 2 and the magnetic field induction electrode 3 or may be disposed to face the flat electrode 2 about the magnetic field induction electrode 3.

이하에서는, 본 발명의 전류유도 방식의 입자검출 센서를 이용하여 입자를 측정하는 검출방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a detection method for measuring particles using the current induced particle detection sensor of the present invention will be described.

본 발명의 전류유도 방식의 입자 검출센서는 우선, 배기가스에 평판형 전극(2)을 노출시킨다(S10). 자기장 유도전극(3)이 아닌 평판형 전극(2)에 입자성 물질(PM)이 부착될 수 있도록 도 1과 같이 배기가스의 유동방향과 수직하게 배치될 수 있거나, 배기가스의 유동방향과 평행하도록 유동파이프의 일면에 배치될 수도 있다.The current induced particle detection sensor of the present invention first exposes the flat electrode 2 to the exhaust gas (S10). It may be disposed perpendicular to the flow direction of the exhaust gas as shown in FIG. 1 so that the particulate matter PM may adhere to the flat electrode 2 instead of the magnetic field induction electrode 3, or may be parallel to the flow direction of the exhaust gas Or on one side of the flow pipe.

단계(S10)이후, 자기장 유도전극(3)으로 교류전원을 인가한다(S20). 이 때, 인가되는 교류전원은 자기장(B)을 유도생성할 수 있는 것으로써, 일정 주파수를 가진 교류전류 또는 교류전압이다. 교류전원은 외부에서 인가되는 주기를 가진 전원으로써 직류전원과 구별되는 개념이다. 교류전원을 인가함으로써 자기장 유도전극(3)에 유도되는 자기장을 변화시킬 수 있기에, 반드시 교류전원을 인가해야 한다. 정현파, 사각파, 삼각파 등의 다양한 신호로 대체 가능하며 자기장을 유도할 수 있는 신호면 적용가능하다. 교류신호로 인하여 유도되는 자기장도 주파수를 가진다.After step S10, AC power is applied to the magnetic field induction electrode 3 (S20). At this time, the applied AC power source is an AC current or an AC voltage having a constant frequency, which can induce the magnetic field (B). The AC power source is a power source having an externally applied period and is a concept distinguished from a DC power source. Since the magnetic field induced in the magnetic field induction electrode 3 can be changed by applying the AC power, the AC power must be applied. It can be replaced with various signals such as sinusoidal wave, square wave, and triangular wave, and it is possible to apply a signal surface that can induce a magnetic field. The magnetic field induced by the AC signal also has a frequency.

자기장 유도전극(3)은 발명의 이해를 위해 도 4와 같이 원형 도선임을 가정하여 설명하며, 다른 형태의 도선일 경우 자기장의 크기 역시 다른 형태로 유도된다. 유도되는 자기장의 세기는 [수학식 1]로 산출할 수 있다. 자기장 유도전극(3)에 교류전류가 인가되므로 유도되는 자기장 역시 교류신호로 생성된다.For the understanding of the invention, the magnetic field induction electrode 3 is assumed to be a circular conductor as shown in FIG. 4, and in the case of other types of conductors, the magnitude of the magnetic field is also induced in another form. The intensity of the induced magnetic field can be calculated by Equation (1). Since the alternating current is applied to the magnetic field induction electrode 3, the induced magnetic field is also generated by the alternating current signal.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014124244905-pat00003
Figure 112014124244905-pat00003

여기서, B는 자기장(T)이고, k는 2π·10- 7 인 상수(T·m/A)이고, I는 전류의 세기(A)이고, r은 원의 반지름(m)이다.Here, B is the magnetic field (T), k is 2π · 10 - 7 and the constant (T · m / A), I is the intensity (A) of current, r is a radius (m) of the circle.

단계(S20)이후, 평판형 전극(2)의 소비전력을 측정한다(S30). 평판형 전극(2)과 자기장 유도전극(3)에서 유도된 자기장이 서로 수직하여 평판형 전극(2)의 내부에서 폐회로를 형성하여 전류가 흐르는 맴돌이 전류가 형성된다. 평판형 전극(2) 내부에 유도자기장으로 인하여 맴돌이 전류가 발생되고, 평판형 전극(2) 내에서 전력의 소비가 발생한다. 이 때, 소비되는 전력은 [수학식 2]로 산출할 수 있다.After step S20, the power consumption of the plate-like electrode 2 is measured (S30). The magnetic field induced in the flat plate-like electrode 2 and the magnetic field induction electrode 3 are perpendicular to each other, forming a closed loop in the inside of the plate-like electrode 2, and an eddy current through which a current flows is formed. An eddy current is generated in the flat plate-like electrode 2 due to the induced magnetic field, and power consumption occurs in the flat plate-like electrode 2. At this time, the consumed power can be calculated by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014124244905-pat00004
Figure 112014124244905-pat00004

여기서, P는 단위 질량당 소비전력(W/kg)이고, Bp는 최대 자기장 세기(T)이고, d는 평판형 전극의 두께(m)이고, f는 주파수(Hz)이고, k는 1인 상수이고, ρ는 평판형 전극의 저항(Ωm)이고, D는 평판형 전극의 밀도(kg/m3)이다.Where p is the power consumption per unit mass (W / kg), Bp is the maximum field strength (T), d is the thickness (m) of the plate electrode, f is the frequency in Hz, Ρ is the resistance (Ωm) of the plate-like electrode, and D is the density (kg / m3) of the plate-like electrode.

단계(30) 이후, 평판형 전극(2) 상으로 입자상 물질이 축척됨에 따라 변화하는 소비전력을 측정하여 입자의 농도를 감지한다(S40). 구체적으로, 입자상 물질이 축적됨에 따라 저항값 ρ가 증가하게되고, 평판형 전극(2)의 소비전력이 감소한다.After step 30, the concentration of particulate matter is measured by measuring the power consumption that varies as the particulate matter is accumulated on the flat electrode 2 (S40). Specifically, as the particulate matter accumulates, the resistance value r increases, and the power consumption of the flat electrode 2 decreases.

평판형 전극(2)에 누적된 입자상 물질이 히터의 버닝(burning)으로 모두 없어지지 않거나 전기전도성 입자가 남아서 평판형 전극(2)의 면적이 증가하도록 남아 있는 경우에도, 면적증가는 전력에 큰 영향을 주지 않기에 미비한 오차만 발생하게 된다. 따라서, 본 발명은 종래의 저항형 측정방식의 문제점인 전기전도성 입자가 남아있는 경우 센서의 영구적인 고장이 발생하는 것, 캐패시턴스 측정방식의 문제점인 성능이 크게 저하되는 현상을 개선하였다.Even if the accumulated particulate matter accumulated in the flat plate-like electrode 2 does not disappear due to the burning of the heater, or the electroconductive particles remain and the area of the flat plate-like electrode 2 remains to be increased, So that only an insignificant error occurs. Therefore, the present invention improves the phenomenon that the permanent failure of the sensor occurs when the conductive particles remain, which is a problem of the conventional resistance type measurement method, and that the performance, which is a problem of the capacitance measurement method, is significantly lowered.

본 발명의 측정방법은 자기장 유도전극으로 교류전원을 인가하여(S10) 평판형 전극의 전력을 우선 측정하고(S20) 이후, 배기가스에 평판형 전극을 노출(S30)시켜 전력의 변화를 측정(S40)할 수도 있다.In the measuring method of the present invention, AC power is applied to the magnetic field induction electrode (S10) and the electric power of the flat electrode is first measured (S20). Then, the plate electrode is exposed to the exhaust gas (S30) S40).

1: 절연성 기체
2: 평판형 전극
3: 자기장 유도전극
4: 히터
B: 자기장
Ieddy: 맴돌이 전류
1: Insulating gas
2: Plate-type electrode
3: magnetic field induction electrode
4: Heater
B: magnetic field
I eddy : eddy current

Claims (7)

한쌍의 대향면을 구비하는 절연성 기체;
상기 한쌍의 대향면 중 일면에 배치되어 배기가스와 접촉하는 평판형 전극;
상기 한쌍의 대향면 중 타면 또는 상기 절연성 기체의 내부에 형성되고, 주기를 가지는 교류전원이 인가되어 유도자기장을 생성함으로써 상기 평판형 전극에 맴돌이 전류가 생성되도록 하는 자기장 유도전극; 및
상기 평판형 전극의 소비전력을 측정하는 측정장치를 구비하고,
상기 배기가스 중의 입자가 상기 평판형 전극에 부착됨으로 인해 발생되는 상기 평판형 전극의 상기 소비전력의 변화를 통해 상기 입자의 농도를 측정하는 전류유도 방식의 입자 검출센서.
An insulating substrate having a pair of opposing surfaces;
A planar electrode disposed on one surface of the pair of opposing surfaces and in contact with the exhaust gas;
A magnetic field induction electrode formed on the other surface of the pair of opposing surfaces or inside the insulating substrate to generate an eddy current by generating an induction magnetic field by applying an AC power having a period; And
And a measuring device for measuring the power consumption of the flat-plate type electrode,
Wherein the concentration of the particles is measured through a change in the power consumption of the planar electrode caused by the particles in the exhaust gas adhering to the planar electrode.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 유도자기장은 [수학식 1]에 의해 산출되고, 상기 맴돌이 전류에 의해 상기 평판형 전극에서 소비되는 소비전력은 [수학식 2]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 전류유도 방식의 입자 검출센서.
[수학식 1]
Figure 112016097084357-pat00005

(여기서, B는 자기장(T)의 세기, k는 2π·10-7 인 상수(T·m/A), I는 전류의 세기(A), r은 원의 반지름(m))

[수학식 2]
Figure 112016097084357-pat00006

(여기서, P는 단위 질량당 소비전력(W/kg), Bp는 최대 자기장 세기(T), d는 평판형 전극의 두께(m), f는 주파수(Hz), k는 1인 상수, ρ는 평판형 전극의 저항(Ω·m), D는 평판형 전극의 밀도(kg/m3))
The method according to claim 1,
Wherein the induced magnetic field is calculated by Equation (1), and the power consumption consumed by the plate-like electrode by the eddy current is calculated by Equation (2).
[Equation 1]
Figure 112016097084357-pat00005

(Wherein, B is the strength of the magnetic field (T), k is 2π · 10 -7, a constant (T · m / A), I is the intensity of electric current (A), r is the radius (m) of a circle)

&Quot; (2) "
Figure 112016097084357-pat00006

(Wherein, P is 1, a constant consumption power (W / kg), B p per unit mass is the maximum field strength (T), d is the thickness (m of the plate-like electrode), f is the frequency (H z), k , ρ is the resistance (Ω · m) of the flat plate type electrode, and D is the density (kg / m 3 ) of the flat plate type electrode)
청구항 3에 있어서,
상기 자기장 유도전극과 상기 평판형 전극은 서로 평행하게 배치되고, 상기 자기장 유도전극은 전원공급부와 전기적으로 연결되고, 상기 평판형 전극은 상기 측정장치와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 전류유도 방식의 입자 검출센서.
The method of claim 3,
Wherein the magnetic induction electrode and the plate-like electrode are disposed in parallel to each other, the magnetic field induction electrode is electrically connected to the power supply unit, and the plate-like electrode is electrically connected to the measurement device. Detection sensor.
청구항 4에 있어서,
상기 평판형 전극과 상기 자기장 유도전극 사이 또는 상기 평판형 전극으로부터 상기 자기장 유도전극까지 거리보다 더 이격된 위치에 형성된 히터를 구비하는 전류유도 방식의 입자 검출센서.
The method of claim 4,
And a heater formed at a position spaced more than a distance between the planar electrode and the magnetic field induction electrode or from the planar electrode to the magnetic field induction electrode.
서로 평행하게 이격배치된 평판형 전극 및 자기장 유도전극을 구비하는 센서를 이용한 입자 측정방법에 있어서,
상기 평판형 전극을 배기가스에 노출시키는 단계;
상기 자기장 유도전극에 주기를 가지는 교류전원를 인가하여 유도자기장을 생성하는 단계;
상기 유도자기장으로 인하여 상기 평판형 전극에 맴돌이 전류가 생성되는 단계;
상기 평판형 전극에서 소비되는 소비전력을 측정하는 단계;
상기 배기가스에 포함된 입자의 누적에 따라 변화하는 상기 소비전력의 변화를 측정하는 단계; 및
상기 소비전력의 변화를 측정하는 것을 통해 상기 입자의 농도를 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류유도 방식의 입자 검출방법.
1. A particle measuring method using a sensor having a flat plate-like electrode and a magnetic field induction electrode spaced apart from each other in parallel,
Exposing the planar electrode to an exhaust gas;
Generating an induced magnetic field by applying an AC power having a period to the magnetic field induction electrode;
Generating an eddy current in the planar electrode due to the induced magnetic field;
Measuring power consumption of the flat electrode;
Measuring a change in the power consumption that varies with an accumulation of particles contained in the exhaust gas; And
And measuring the concentration of the particles by measuring a change in the power consumption.
청구항 6에 있어서,
상기 유도자기장은 [수학식 1]에 의해 산출되고, 상기 평판형 전극에서 소비되는 소비전력은 [수학식 2]에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 전류유도 방식의 입자 검출방법.
[수학식 1]
Figure 112014124244905-pat00007

(여기서, B는 자기장(T)의 세기, k는 2π·10- 7 인 상수(T·m/A), I는 전류의 세기(A), r은 원의 반지름(m))

[수학식 2]
Figure 112014124244905-pat00008

(여기서, P는 단위 질량당 소비전력(W/kg), Bp는 최대 자기장 세기(T), d는 평판형 전극의 두께(m), f는 주파수(Hz), k는 1인 상수, ρ는 평판형 전극의 저항(Ω·m), D는 평판형 전극의 밀도(kg/m3))
The method of claim 6,
Wherein the induced magnetic field is calculated by the following equation (1), and the power consumption consumed by the flat plate-shaped electrode is calculated by equation (2).
[Equation 1]
Figure 112014124244905-pat00007

(Wherein, B is the strength of the magnetic field (T), k is 2π · 10 - 7, a constant (T · m / A), I is the intensity of electric current (A), r is the radius (m) of a circle)

&Quot; (2) "
Figure 112014124244905-pat00008

(Wherein, P is 1, a constant consumption power (W / kg), B p per unit mass is the maximum field strength (T), d is the thickness (m of the plate-like electrode), f is the frequency (H z), k , ρ is the resistance (Ω · m) of the flat plate type electrode, and D is the density (kg / m 3 ) of the flat plate type electrode)
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