KR101969745B1 - 센서 소자, 센서 모듈, 측정 어셈블리 및 이러한 유형의 센서 소자를 포함하는 배기 가스 재순환 시스템, 및 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 백금 또는 백금 합금으로 이루어지는 박층 구조(11)를 구비한 센서 소자(10)에 관한 것으로, 상기 구조는 세라믹 기재(12), 특히 Al2O3 기재에 적층되고, 유리-세라믹 코팅(13)에 의해 피복된다. 본 발명은 적어도 유리-세라믹 코팅(13)이 표면 프로파일링(15)을 구비한 외면(14)을 가지는 것을 특징으로 한다. 더욱이 본 발명은 센서 모듈(20), 측정 어셈블리 및 이러한 유형의 센서 소자(10)를 포함하는 배기 가스 재순환 시스템, 및 센서 소자(10)를 위한 제조 방법에 관한 것이다.

Description

센서 소자, 센서 모듈, 측정 어셈블리 및 이러한 유형의 센서 소자를 포함하는 배기 가스 재순환 시스템, 및 제조 방법{SENSOR ELEMENT, SENSOR MODULE, MEASURING ASSEMBLY AND EXHAUST-GAS RE-CIRCULATION SYSTEM COMPRISING A SENSOR ELEMENT OF THIS TYPE, AND PRODUCTION METHOD}
본 발명은 특허 청구항 1의 전제부에 따른 센서 소자에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 센서 모듈, 측정 어셈블리, 이러한 유형의 센서 소자를 포함하는 배기 가스 재순환 시스템, 및 센서 소자를 위한 제조 방법에 관한 것이다. 서두에서 언급된 유형의 센서 소자는, 예를 들면, WO 2007/048573 A1으로부터 공지되어 있다.
이전에 공지된 센서 소자는 유량 센서의 온도 측정 소자를 형성한다. 이 센서 소자는 2 개의 세라믹 막들 사이에 매립된 백금 박막 요소를 갖는다. 여기서, 제 1 세라믹 막은 백금 박막 요소의 박층 구조를 위한 기재의 역할을 한다. 제 2 세라믹 막은 백금 박막 요소를 피복하는 유리-세라믹 코팅을 형성한다.
이전에 공지된 센서 소자에 포함된 유량 센서는 특히 배기 가스 재순환 시스템을 제어하기 위해 배기 가스 시스템에서 사용되는 것이 바람직하다. 이러한 유형의 배기 가스 재순환 시스템은 내연기관으로부터의 연소 가스를 연소실로 재순환시킴으로써 질소 산화물의 환원을 가능하게 한다. 온도 측정 소자 외에도 열 출력 측정 소자를 더 포함하는 유량 센서는 재순환 배기 가스 파이프 내의 배기 가스의 질량 유량을 측정한다.
배기 가스류 내에 포함된 오물 입자, 특히 검댕 입자가 센서 소자 상에 축적되어 센서 소자의 측정 정확도를 저하시키는 것이 문제임이 입증되었다. 그러므로, WO 2007/048573 A1에서, 온도 측정 소자에 가열 요소를 추가로 결합시킴으로써, 온도 측정 소자 상에 축적되는 오물 입자 또는 검댕 입자를 연소 제거하는 것이 제안되었다. 이러한 구조의 센서 소자는 비교적 복잡하므로 제조 비용을 증가시킨다. 또한, 일정한 간격으로 오물 입자 또는 검댕 입자를 연소에 의해 제거함으로써 센서 소자 상에 축적되는 이 입자를 제거하기 위해 추가의 에너지 비용이 필요하다.
본 발명의 목적은, 특히 비교적 장기간의 사용 중에, 높은 측정 정확도를 발휘하고, 경제적으로 제조될 수 있는 센서 소자를 특정하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 센서 모듈, 측정 어셈블리, 및 이러한 유형의 센서 소자를 포함하는 배기 가스 재순환 시스템을 특정하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 이러한 유형의 센서 소자의 경제적인 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 센서 소자에 관한 목적은 특허 청구항 1의 요지에 의해 달성되고, 센서 모듈에 관한 목적은 특허 청구항 8의 요지에 의해 달성되고, 또한 측정 어셈블리에 관한 목적은 특허 청구항 11의 요지에 의해 달성되고, 배기 가스 재순환 시스템에 관한 목적은 특허 청구항 12의 요지에 의해 달성되고, 제조 방법에 관한 목적은 특허 청구항 14, 16 및 17의 요지에 의해 달성된다.
본 발명은, 세라믹 기재, 특히 Al2O3 기재에 적층되고, 유리-세라믹 코팅에 의해 피복되는, 특히 백금 또는 백금 합금의 박층 구조를 가진 센서 소자를 특정한다는 개념에 기초한다. 본 발명에 따르면, 적어도 유리-세라믹 코팅은 표면 프로파일링(profiling)을 가지는 외면을 갖는다.
놀랍게도, 유리-세라믹 코팅의 외면의 프로파일링으로 인해 오물 입자, 특히 검댕 입자는 센서 소자 상에 축적되기 위한 충분한 공격의 영역을 가지지 않게 된다는 것이 입증되었다. 그러므로, 표면 프로파일링에 의해 오물-반발성 및 검댕-반발성 외면이 제공되므로 센서는 장기간에 걸쳐 신뢰할 수 있는 측정 결과를 제공하게 된다. 따라서, 종래의 기술로부터 공지된 바와 같은, 추가의 가열 요소의 사용이 방지된다. 이것에 의해 제조 비용이 저감되고, 센서 소자의 복잡성이 감소된다.
바람직한 실시형태에서 제공된 바와 같이, 표면 프로파일링이 함몰 구조 및/또는 돌기 구조(17)를 가지는 경우에 특히 우수한 오물-반발성 및 검댕-반발성 외면이 얻어진다. 표면 프로파일링은 마이크로구조 또는 나노구조인 것이 바람직하다. 마찬가지로 함몰 구조 및/또는 돌기 구조는 주어진 유속에서 가스의 마이크로-와류를 발생하는 직경의 함몰 및/또는 돌기를 갖는다. 가스 내에 포함된 입자는 질량 관성 모멘트 및 마이크로-와류의 상측에서 발생되는 층류로 인해 표면을 통과하여 운반된다. 마이크로-와류는 표면을 따라 유동층을 형성하고, 이 유동층은 입자가 표면에 도달하는 것을 방지한다. 이것은 가솔린 및/또는 디젤과 같은 미네랄 오일에 기초한 연료의 연소 중에 발생하는 특히 검댕 입자에 적용된다.
함몰 구조 및/또는 돌기 구조는 복수의 함몰 및/또는 돌기를 가지는 것이 바람직하다. 이 함몰 및/또는 돌기는 유리-세라믹 코팅의 외면 상에 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치될 수 있다. 또한 함몰 구조 또는 돌기 구조가 유리-세라믹 코팅에 일체화되거나, 유리-세라믹 코팅과 일체로 형성될 수 있다. 함몰 구조 또는 돌기 구조의 규칙성 또는 불규칙성은 각각 선택된 제조 방법에 기인될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 소자의 바람직한 실시형태에서, 표면 프로파일링은 추가의 코팅 입자, 특히 Al2O3 입자에 의해 형성된다. 특히 유리-세라믹 코팅의 외면은 추가의 코팅 입자로 플로킹(flocking)될 수 있고, 이것은 표면 프로파일링을 형성한다. 다시 말하면, 표면 프로파일링은 추가의 코팅 입자로 센서 소자를 플로킹함으써 형성될 수 있다. 코팅 입자와 유리-세라믹 코팅이 일체로 융합되고, 따라서 유리-세라믹 코팅의 일부를 형성하도록, 이 코팅 입자는 유리-세라믹 코팅과 동일한 재료를 가지는 것이 바람직하다. 코팅 입자를 이용한 센서 소자의 플로킹은 매우 간단히 실시될 수 있고, 센서 소자의 매우 경제적인 제조를 가능하게 한다. 추가의 코팅제를 이용한 플로킹의 결과, 유리-세라믹 코팅의 외면 상에 매우 불규칙적으로 배치된 돌기를 특징으로 하는 표면 프로파일링이 형성된다. 일반적으로, 유리-세라믹 코팅의 외면은 오물 입자, 특히 검댕 입자의 축적이 적어도 더 곤란해지도록 개질된다.
유리-세라믹 코팅의 플로킹의 대안으로서, 스크린 인쇄된 구조 또는 레이저-구조화(laser-structuring)된 융합된 구조에 의해 표면 프로파일링이 형성될 수 있다. 스크린 인쇄된 구조에 의해, 함몰 또는 돌기의 규칙적 배열을 특징으로 하는 함몰 및/또는 돌기 구조가 간단한 방식으로 생성될 수 있다. 특히, 함몰 및/또는 돌기는 규칙적인 횡렬(row) 및/또는 종렬(column)의 패턴의 방식으로 배치될 수 있다. 그러나, 스크린 인쇄된 구조는 함몰 및/또는 돌기의 불규칙적 배열을 가질 수도 있다. 이것은 레이저-구조화된 융합된 구조의 경우에도 유사하다. 레이저를 이용하여 유리-세라믹 코팅을 실시하면, 유리 세라믹 재료 상에의 융합에 의해 유리-세라믹 코팅의 외면에 규칙적 또는 불규칙적 구조가 도입될 수 있다.
본 발명에 따른 센서 소자의 추가의 바람직한 실시형태에서, 표면 프로파일링은 유리-세라믹 코팅 및 기재에 걸쳐 연장된다. 다시 말하면, 전체의 센서 소자는 그 전체 범위에 걸쳐 표면 프로파일링을 구비할 수 있다. 특히, 예를 들면, 배기 가스류의 유량 측정용으로 사용되는 센서 소자의 경우, 배기 가스류에 노출되는 센서 소자의 모든 표면은 표면 프로파일링을 구비한다. 전체적으로, 이러한 방식으로 자가-세정 센서 소자가 형성되고, 이것으로 인해 장기간의 사용에 걸쳐 높은 측정 정확도가 보장된다.
제 2 양태에 따르면, 본 발명은 하나 이상의 전술한 센서 소자를 갖는 센서 구조를 가진 센서 모듈을 특정하는 개념에 기초한다. 여기서, 바람직한 실시형태에서, 센서 소자는 하나 이상의 온도 측정 소자 및/또는 하나 이상의 열 출력 측정 소자를 포함할 수 있다. 전체적으로, 센서 모듈은 유량 센서 모듈로서 사용될 수 있고, 이 유량 센서 모듈은 하나 이상의 온도 측정 소자 및 하나 이상의 열 출력 측정 소자를 갖는다. 바람직하게는, 온도 측정 소자 및 열 출력 측정 소자는 모두 오물 입자 및/또는 검댕 입자의 축적이 방지되도록 각각 표면 프로파일링을 구비한다.
본 발명에 따른 센서 모듈은 풍속 측정 디바이스를 포함할 수 있다. 이 풍속 측정 디바이스는 특히 일정 온도 제어 루프를 구비할 수 있다. 이러한 유형의 측정 디바이스로 인해 이 센서 소자를 일정한 온도에 유지하기 위해 필요한 전력을 사용하여 질량 유량을 결정하는 것이 가능하다. 일정 온도 제어 루프를 구비하는 이러한 풍속 측정 디바이스의 장점은 유량 변화에 대한 극히 짧은 반응 시간이다.
마지막으로, 본 발명의 맥락 내에서, 유동 파이프 및 전술한 센서 모듈을 가진 측정 어셈블리가 개시 및 청구되고, 여기서 센서 소자는 유동 파이프 내로 반경방향으로 돌출된다. 유동 파이프 내에 배치되는 센서 소자의 하나 이상의 외면은 표면 프로파일링을 갖는다.
본 발명의 추가의 제 2 양태는 전술한 센서 소자 및/또는 전술한 센서 모듈 및/또는 전술한 측정 어셈블리를 포함하는 내연기관용 배기 가스 재순환 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배기 가스 재순환 시스템에서, 측정 어셈블리의 유동 파이프는 배기 가스를 운반하는 파이프인 것이 바람직하다. 다시 말하면, 배기 가스 재순환 시스템에서, 센서 모듈은 배기 가스를 운반하는 파이프에 접속될 수 있고, 센서 모듈의 센서 소자는 배기 가스를 재순환시키는 파이프 내로 돌출된다. 바람직하게는, 센서 소자는 배기 가스를 재순환시키는 파이프 내로 반경방향으로 돌출되고, 따라서 파이프 내에서 배기 가스류에 노출된다. 배기 가스를 재순환시키는 파이프에 관한 반경 방향으로 센서 소자를 배치하는 것이 바람직한데, 이것에 의해 유량이 파이프의 중심에서 측정될 수 있으므로 측정 결과를 향상시키기 때문이다.
본 발명의 맥락 내에서, 센서 소자의 외면 상에 표면 프로파일링을 생성하기 위한 방법이 추가로 개시 및 청구된다.
따라서, 본 발명의 맥락 내에서, 플로킹 공정에 의해 센서 소자, 특히 전술한 센서 소자의 외면 상에 표면 프로파일링을 생성하기 위한 방법이 특정되고, 여기서 플로킹 공정은 다음의 단계를 갖는다.
- 다량의 코팅 입자, 특히 Al2O3 입자 내에 상기 센서 소자를 투입시키는 단계;
- 과잉의 코팅 입자를 블로잉(blowing) 제거하는 단계;
- 바람직하게는 대류 오븐 내에서 상기 센서 소자를 건조시키는 단계;
- 바람직하게는 연속 오븐 내에서 상기 센서 소자를 가열함으로써 코팅 입자를 특히 유리-세라믹 코팅으로 베이킹시키는 단계.
본 방법은 매우 간단히 실시될 수 있고, 오물 입자 및/또는 검댕 입자의 축적에 효율적으로 반발하는 표면 프로파일링이 얻어진다. 이 표면 프로파일링은 특히 불규칙적으로 배치된 돌기를 가질 수 있다.
전술한 제조 방법의 바람직한 변형례에서, 먼저 센서 소자가 플로킹 기재 상에 배치되고, 다음에 플로킹 기재로 플로킹 공정이 실시된다. 플로킹 기재를 사용함으로써, 복수의 센서 소자가 동시에 표면 프로파일링를 구비할 수 있다. 각각의 개변 센서 소자로 전술한 방법 단계를 실시하는 대신 복수의 센서 소자가 동시에 플로킹될 수 있다. 센서 소자가 배치되어 있는 플로킹 기재는 다량의 코팅 입자, 특히 Al2O3 입자 내에 투입된다. 다음에 과잉의 코팅 입자가 플로킹 기재로부터 블로잉(blowing) 제거된다. 그 후, 플로킹 기재는 특히 대류 오븐 내에서 건조된다. 마지막으로, 플로킹 기재를 가열함으로써 센서 소자의 유리-세라믹 코팅으로 코팅 입자의 베이킹이 실시되고, 바람직하게는 연속 오븐이 사용된다. 다음에 센서 소자가 플로킹 기재로부터 분리되거나 플로킹 기재를 분할함으로써 노출된다. 이 목적을 위해, 플로킹 기재는 센서 소자들 사이에 형성되어 있는 간극 내에서, 특히 소잉(sawing) 또는 커팅(cutting)에 의해, 절단된다.
센서 소자, 특히 전술한 센서 소자의 표면 프로파일링을 생성하기 위한 추가의 방법은, 센서 소자의 외면 상에 표면 프로파일링이 형성되도록, 레이저를 이용하여 유리-세라믹 코팅을 프로파일링하는 것, 특히 격자 형태로 프로파일링하는 것에 기초한다. 레이저 프로파일링은 적절한 기재 재료 상에 배치되는 다수의 센서 소장에 대해 동시에 실시될 수 있다.
대안적으로, 본 발명의 맥락 내에서, 센서 소자, 특히 전술한 센서 소자의 표면 프로파일링을 생성하기 위한 방법이 특정되고, 여기서 표면 프로파일링은 스크린-인쇄 공정에 의해 생성된다. 여기서, 유리 세라믹 페이스트가 스크린-인쇄 마스크를 통해 센서 소자에 도포되고, 다음에 이 센서 소자가 가열됨으로써 유리 세라믹 페이스트는 표면 프로파일링을 가진 외면을 구비하는 유리-세라믹 코팅을 형성한다.
이하, 예시적 실시형태를 이용하고, 첨부된 개략적 도면을 참조하여 본 발명을 더 상세히 설명한다.
도 1은 바람직한 예시적 실시형태에 따른 2 개의 센서 소자를 가진 본 발명에 따른 센서 모듈의 평면도를 도시하고;
도 2는 도 1에 따른 센서 모듈의 측면도를 도시하고;
도 3은 바람직한 예시적 실시형태에 따른 본 발명에 따른 센서 소자를 가진 측정 어셈블리의 사시도를 도시하고;
도 4는 바람직한 예시적 실시형태에 따른 본 발명에 따른 센서 소자의 평면도를 도시하고, 여기서 센서 소자는 스크린 인쇄에 의해 생성되는 함몰 구조를 구비하는 표면 프로파일링를 갖고;
도 5는 추가의 바람직한 예시적 실시형태에 따른 본 발명에 따른 센서 소자의 평면도를 도시하고, 여기서 센서 소자는 돌기 구조를 구비하는 표면 프로파일링를 갖고;
도 6 내지 도 8은 각각 바람직한 예시적 실시형태에 따른 본 발명에 따른 센서 소자의 평면도를 도시하고, 여기서 표면 프로파일링은 유리-세라믹 코팅을 상이한 알루미늄 입자로 플로킹함으로써 형성된다.
도 1 및 도 2는 2 개의 센서 소자(10)를 가진 센서 모듈(20)을 도시한다. 각각의 센서 소자(10)는 기재(12) 상이 배치되는 박층 구조(11)를 포함한다. 이 박층 구조(11)는 유리-세라믹 코팅(13)에 의해 추가로 피복된다. 특히, 이 박층 구조(11)를 가진 기재(12)의 전체는 유리-세라믹 코팅(13)으로 강화될 수 있다.
센서 소자(10)는 센서 모듈(20)의 기재(12) 내의 리세스 내에 고정되는 층 저항을 실질적으로 형성한다. 특히, 하나 이상의 센서 소자(10)는 각각 백금 저항 측정 소자, 특히 PT100 또는 PT1000 측정 소자를 형성할 수 있다.
각각의 센서 소자(10)는 세라믹 기재(12)를 포함하고, 이 세라믹 기재(12) 상에 박층 구조(11)가 배치된다. 박층 구조(11)는 기재(12) 상에서 굴곡 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 외부 영향을 방지하고, 전기 절연을 위해, 이 박층 구조(11) 상에 유리-세라믹 코팅(13)이 추가로 배치된다. 유리-세라믹 코팅은 박층 구조(11)를 가진 기재(12)의 전체를 둘러쌀 수 있다.
센서 모듈(20)의 기재는 센서 소자(10)에 전기적으로 접속되는 와이어(19)를 가진다. 특히, 이 와이어(19)는 센서 소자(10)의 박층 구조(11)에 전기적으로 접속된다. 변형을 완화시키기 위해, 접속부는 고정용 비드(bead; 18)에 의해 고정된다. 이 와이어(19)의 전체에 걸쳐 유리 피막(24)이 연장되어 있고, 이것은 기재(23)에 연결되므로, 와이어(19)는 유리 피막(24)의 직하에서 종방향으로 변위가능하게 고정된다.
센서 소자(10)는 각각 표면 프로파일링(15)을 포함하는 외면(14)을 갖는다. 이 표면 프로파일링(15)은 마이크로구조 또는 나노구조로 형성되고, 이것은 이하에서 도 4 내지 도 8을 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 3은 센서 소자(10) 및 센서 모듈(20)의 전형적인 사용 영역을 도시하고 있다. 특히, 도 3은 측정 어셈블리를 도시하고 있고, 여기서 센서 모듈(20)은 유동 파이프(21) 내에 배치되어 있다. 유동 파이프(21)는, 예를 들면, 배기 가스 재순환 시스템 내의 배기 가스를 재순환시키는 파이프일 수 있다. 이 경우 센서 모듈(20)은 유동 파이프(21) 내의 질량 유량을 측정하기 위한 유량 센서의 역할을 한다. 이 목적을 위해, 센서 모듈(20)의 센서 소자(10) 중 하나는 온도 측정 소자(10a)로서 형성되어야 하고, 추가의 센서 소자(10)는 열 출력 측정 소자(10b)로서 형성되어야 한다. 센서 모듈(20)은 제어 루프를 가진 측정 디바이스의 일부이다. 제어 루프는 일정 온도 제어 루프로서 형성되는 것이 바람직하다. 일정 온도 제어 루프로 인해 열 출력 측정 소자(10b)는 온도 측정 소자(10a)에 대해 일정한 온도 또는 일정한 온도차로 가열될 수 있다. 여기서, 일정 온도 제어 루프는 브리지 회로 및 증폭기를 가진 전기 제어 회로에 의해 형성될 수 있다. 열 출력 측정 소자(10b)를 경과하여 유동하는 유체의 질량 유량은 열 출력 측정 소자(10b)의 전력 수요에 변화를 유발한다. 다시 말하면, 통과하는 유체의 질량 유량이 변화하는 경우에 온도를 일정하게 유지하기 위해서는 제어 루프가 열 출력 측정 소자(10b)에의 전력의 공급을 변화시켜야 한다. 유동 파이프(21) 내에서 유동하는 유체의 질량 유량에 대한 결론이 도출될 수 있도록 기준 온도를 유지하기 위한 열 출력 측정 소자(10b)의 에너지 수요의 변화는 전자적으로 평가될 수 있다.
도 4는 기재(12) 및 유리-세라믹 코팅(13)을 가진 센서 소자(10)를 도시하고 있다. 기재(12)와 유리-세라믹 코팅(13) 사이에는 박층 구조(11)가 배치되어 있어, 이것은 센서 소자(10)의 하부 영역 내에서 접속 콘택(22) 내로 개방된다. 이 접속 콘택(22)은 접속 영역(25) 내에 배치되고, 이것은 센서 소자(10)가 센서 모듈에 접속된 경우에 센서 모듈(20) 내의 대응되는 리세스 내에 매립된다.
도 4에 따른 센서 소자(10)에서, 유리-세라믹 코팅(13)은 스크린-인쇄 방법에 의해 제조되고, 함몰 구조(16)를 가진다. 그러므로, 적절한 스크린-인쇄 마스크를 이용하여, 함몰 구조(16)가 형성되도록 유리-세라믹 코팅(13)을 형성하기 위한 출발 재료가 센서 소자(10)에 도포된다. 유리-세라믹 코팅(13)을 위한 출발 재료로서 유리 페이스트가 사용되는 것이 바람직하다. 상기 페이스트는 스크린-인쇄 마스크 상의 센서 소자(10)에 도포되고, 이 스크린-인쇄 마스크는 도포된 유리 페이스트 상에 이미징(imaging)된다. 이것에 의해 함몰 구조(16)가 생성된다. 다음에 센서 소자(10)는 가열되므로, 유리 페이스트는 경화되어 중실의(solid) 유리-세라믹 코팅(13)을 형성한다. 이 공정에서, 함몰 구조(16)는 유지된다.
도 5는 유사한 센서 소자(10)를 도시하고 있고, 여기서 유리-세라믹 코팅(13)은 마찬가지로 스크린-인쇄 방법에 의해 생성된다. 그러나, 도 4에 따른 예시적 실시형태와 달리, 적절하게 형성된 스크린-인쇄 마스크에 의해 함몰 구조(16) 대신 돌기 구조(17)가 형성된다. 여기서, 돌기 구조(17)의 돌기는 연속되는 유리-세라믹 코팅(13)의 상측에 돌출된다. 다시 말하면, 박층 구조(11)는 유리-세라믹 코팅(13)에 의해 완전히 피복되는 것이 바람직하고, 이것은 외면(14) 상에 추가로 돌기 구조(17)를 가진다.
유리-세라믹 코팅(13)의 외면(14) 상에 표면 프로파일링(15)을 생성하는 추가의 가능한 방법은 유리-세라믹 코팅(13)의 플로킹이다. 여기서, 먼저 센서 소자(10)에 유리 페이스트가 제공되고, 이것에 코팅 입자가 추가로 가해진다. 이것은 다량의 코팅 입자 내에 또는 코팅 입자를 가진 용기 내에 유리 페이스트를 구비하는 센서 소자(10)를 투입함으로써 실시될 수 있다. 코팅 입자는 유리 페이스트에 의해 예비-고정된다. 과잉의 코팅 입자는 블로잉(blowing)에 의해 제거된다. 다음에 코팅 입자를 구비하는 유리 페이스트는 센서 소자(10)를 가열함으로써 베이킹되고, 외면(14) 상에 표면 프로파일링(15)을 가진 중실의 유리-세라믹 코팅(13)이 얻어진다. 유리 페이스트 및 코팅 입자는 동일한 재료로 형성되는 것이 바람직하다. 적절한 재료는 알루미늄 산화물(Al2O3)이다. 유리 페이스트와 코팅 입자를 상이한 재료로 생성하는 것도 가능하고, 여기서 코팅 입자는 공통의 유리-세라믹 코팅(13)을 형성하기 위한 베이킹 중에 유리 페이스트에 양호하게 접합되도록 보장되어야 한다.
도 6 내지 도 8은 플로킹에 의해 형성된 유리-세라믹 코팅(13)을 가진 센서 소자(10)를 도시하고 있다. 여기서, 코팅 입자에 대해서는 상이한 재료가 사용되었다. 코팅 입자의 재료의 선택의 결과로서, 따라서 표면 프로파일링(15)도 변화된다. 도 6에 따른 예시적 실시형태에서, 표면 프로파일링(15)은 비교적 미세한 구조의 불규칙적으로 배치된, 그리고 불규칙적으로 성형된 돌기를 갖는다. 도 7에 따른 예시적 실시형태에서, 표면 프로파일링(15)의 돌기는 마찬가지로 불규칙적으로 배치되고 성형되어 있다. 그러나, 비교적 조대한 표면 프로파일링이 발생된다. 도 8은 표면 프로파일링(15)을 도시하고 있고, 이것의 구조는 도 6에 따른 표면 프로파일링(15)의 조도(roughness)와 도 7에 따른 표면 프로파일링(15) 사이의 조도를 갖는다.
모든 예시적 실시형태에서, 기재(12), 및 표면 프로파일링(15)을 포함하는 유리-세라믹 코팅(13)은 모두 알루미늄 산화물을 포함하는 것이 바람직하고, 특히 Al2O3로 형성되는 것이 사실이다. 마찬가지로, 센서 모듈(20)의 기재(23) 및 센서 모듈(20)의 유리 피막(24)은 알루미늄 산화물, 특히 Al2O3로 형성될 수 있다. 박층 구조(11)는 백금 박층 구조로서 형성되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 박층 구조(11)는 백금 및/또는 백금 합금을 포함하는 것이 바람직하다. 마찬가지로 접속 콘택(22)도 박층 구조(11)의 일부로서 백금 또는 백금 합금으로 이루어질 수 있다. 와이어(19)는 니켈 와이어로서 형성될 수 있다.
센서 소자(10)가 유량 센서로서 사용되는 경우, 표면 프로파일링(15)의 효과는 표면 프로파일링(15)에서 유체류 내의 마이크로-와류가 형성되므로 오물 입자 및/또는 검댕 입자가 외면을 통과하여 슬라이딩하는 것이다. 따라서, 오물 입자 또는 검댕 입자의 축적이 방지된다.
10 센서 소자
10a 온도 측정 소자
10b 열 출력 측정 소자
11 박층 구조
12 기재
13 유리-세라믹 코팅
14 외면
15 표면 프로파일링
16 함몰 구조
17 돌기 구조
18 고정용 비드
19 와이어
20 센서 모듈
21 유동 파이프
22 접속 콘택
23 기재
24 유리 피막
25 접속 영역

Claims (17)

  1. 세라믹 기재(12) 또는 Al2O3 기재에 적층되고, 유리-세라믹 코팅(13)에 의해 피복되는 백금 또는 백금 합금의 박층 구조(11)를 가진 센서 소자(10)로서,
    적어도 상기 유리-세라믹 코팅(13)은 표면 프로파일링(profiling; 15)을 가지는 외면(14)을 갖고,
    상기 표면 프로파일링(15)은 함몰 구조(16) 및 돌기 구조(17) 중 적어도 하나를 갖고,
    상기 함몰 구조(16) 및 상기 돌기 구조(17)는 각각, 오물 입자 또는 검댕 입자가 상기 외면(14)을 지나쳐 슬라이딩하도록 설정된 유속에서 가스 내에 마이크로-와류를 발생시키는 직경을 갖는, 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치된 함몰 및 돌기를 구비하는,
    센서 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면 프로파일링(15)은 상기 유리-세라믹 코팅(13)과 융합되는 추가의 코팅 입자 또는 Al2O3 입자에 의해 형성되는,
    센서 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 유리-세라믹 코팅(13)의 외면(14)은 추가의 코팅 입자로 플로킹(flocking)되고, 상기 코팅 입자는 상기 표면 프로파일링(15)을 형성하는,
    센서 소자.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 프로파일링(15)은 스크린 인쇄된 구조 또는 레이저-구조화(laser-structuring)된 융합된 구조에 의해 형성되는,
    센서 소자.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 표면 프로파일링(15)은 상기 유리-세라믹 코팅(13) 및 상기 기재(12)에 걸쳐 연장되는,
    센서 소자.
  6. 제 1 항에 청구된 하나 이상의 센서 소자(10)를 가진 센서 구조를 갖는 센서 모듈(20).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 소자(10)는 하나 이상의 온도 측정 소자(10a) 및 하나 이상의 열 출력 측정 소자(10b) 중 적어도 하나를 포함하는,
    센서 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 모듈(20)은 일정 온도 제어 루프를 가진 풍속 측정 디바이스를 포함하는,
    센서 모듈.
  9. 제 6 항에 청구된 바와 같은 유동 파이프(21) 및 센서 모듈(20)을 가진 측정 어셈블리로서,
    상기 센서 소자(10)는 상기 유동 파이프(21) 내로 반경방향으로 돌출되고, 상기 유동 파이프(21) 내에 배치되는 상기 센서 소자(10)의 하나 이상의 외면(14)은 상기 표면 프로파일링(15)을 갖는,
    측정 어셈블리.
  10. 제 1 항에서 청구된 바와 같은 센서 소자(10), 제 6 항에서 청구된 바와 같은 센서 모듈(20) 및 제 9 항에서 청구된 바와 같은 측정 어셈블리 중 적어도 하나를 포함하는, 내연기관용 배기 가스 재순환 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 측정 어셈블리의 유동 파이프(21)는 배기 가스를 재순환시키는 파이프인,
    내연기관용 배기 가스 재순환 시스템.
  12. 플로킹(flocking) 공정에 의해, 제 1 항에 청구된 바와 같은 센서 소자(10)의 외면(14) 상에 표면 프로파일링(15)을 생성하는 방법으로서,
    - 다량의 코팅 입자 또는 Al2O3 입자 내에 상기 센서 소자(10)를 투입시키는 단계;
    - 과잉의 코팅 입자를 블로잉(blowing) 제거하는 단계;
    - 대류 오븐 내에서 상기 센서 소자(10)를 건조시키는 단계;
    - 연속 오븐 내에서 상기 센서 소자(10)를 가열함으로써 상기 코팅 입자 또는 상기 Al2O3 입자를 베이킹(baking)하는 단계;
    를 가지는,
    센서 소자의 외면 상에 표면 프로파일링을 생성하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 소자(10)는 먼저 플로킹 기재 상에 배치되고, 상기 플로킹 공정은 상기 플로킹 기재로 실시되는,
    센서 소자의 외면 상에 표면 프로파일링을 생성하는 방법.
  14. 제 1 항에 청구된 바와 같은 센서 소자(10)의 표면 프로파일링(15)을 생성하기 위한 방법으로서,
    상기 표면 프로파일링(15)이 유리-세라믹 코팅(13)의 외면(14) 상에 형성되도록 상기 유리-세라믹 코팅(13)이 레이저를 이용하여 격자의 형태로 프로파일링되는,
    센서 소자의 표면 프로파일링을 생성하는 방법.
  15. 스크린-인쇄 공정을 이용하여, 제 1 항에 청구된 바와 같은 센서 소자(10)의 표면 프로파일링(15)을 생성하기 위한 방법으로서,
    스크린-인쇄 마스크를 통해 상기 센서 소자(10)에 유리 페이스트가 도포되고, 다음에 상기 유리 페이스트가 상기 표면 프로파일링(15)을 가진 외면(14)을 구비하는 유리-세라믹 코팅(13)을 형성하도록 상기 센서 소자(10)가 가열되는,
    센서 소자의 표면 프로파일링을 생성하기 위한 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6395950B2 (ja) * 2015-10-30 2018-09-26 日立オートモティブシステムズ株式会社 物理量検出装置
JP2019027881A (ja) * 2017-07-28 2019-02-21 アズビル株式会社 測定装置
CN110514565A (zh) * 2019-08-26 2019-11-29 深圳顺络电子股份有限公司 一种片式颗粒物传感器陶瓷芯片及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000258202A (ja) * 1999-03-08 2000-09-22 Hitachi Ltd 測定素子
JP2006226860A (ja) * 2005-02-18 2006-08-31 Hitachi Ltd セラミックスセンサおよびその製造方法
JP2009520180A (ja) * 2005-10-24 2009-05-21 ヘレーウス ゼンゾール テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 流量センサ素子および流量センサ素子の自浄作用

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4160969A (en) * 1976-12-27 1979-07-10 The Garrett Corporation Transducer and method of making
JPS562548A (en) * 1979-06-22 1981-01-12 Nissan Motor Co Ltd Controller for air fuel ratio of internal combustion engine
JP3112769B2 (ja) * 1993-03-23 2000-11-27 日本碍子株式会社 抵抗体素子及び熱式流量計
US5492653A (en) 1994-11-07 1996-02-20 Heraeus Incorporated Aqueous silver composition
DE19901183C2 (de) * 1999-01-14 2001-01-25 Sensotherm Temperatursensorik Platintemperatursensor und Herstellungsverfahren für denselben
JP2000227352A (ja) * 1999-02-08 2000-08-15 Denso Corp 熱式流量センサ
DE19952314C2 (de) * 1999-10-29 2002-06-20 Abb Patent Gmbh Sensor, insbesondere Sensor mit planarer wirksamer Sensorfläche
DE10016485A1 (de) 2000-04-01 2001-10-11 Dmc2 Degussa Metals Catalysts Glas-, Keramik- und Metall-Substrate mit selbstreinigender Oberfläche, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung
DE10144259A1 (de) * 2001-09-08 2003-03-27 Bernd Spaeth Oberfläche mit verbesserten Eigenschaften
DE10164389A1 (de) * 2001-12-28 2003-07-10 Knorr Bremse Systeme Berührungslose Meßeinrichtung für Fahrzeuge
DE102005038538A1 (de) * 2005-08-16 2007-02-22 Robert Bosch Gmbh Heißfilmluftmassenmesser mit selbstreinigender Oberfläche
DE102006058425A1 (de) * 2006-12-08 2008-06-19 Heraeus Sensor Technology Gmbh Abgasrückführung mit einem Anemometer
WO2009117456A2 (en) * 2008-03-17 2009-09-24 Avery Dennison Corporation Functional micro-and/or nano-structure bearing constructions and/or methods for fabricating same
CN101961917A (zh) * 2009-07-24 2011-02-02 倪振夏 防滑热缩管的加工方法
WO2011149864A1 (en) * 2010-05-24 2011-12-01 Web Industries, Inc. Microfluidic surfaces and devices
US9039488B2 (en) * 2012-10-29 2015-05-26 Wayne O. Duescher Pin driven flexible chamber abrading workholder
CN203389829U (zh) * 2013-08-06 2014-01-15 无锡新大中薄板有限公司 一种生产用于海洋工程的植绒不锈钢涂层板材的设备

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000258202A (ja) * 1999-03-08 2000-09-22 Hitachi Ltd 測定素子
JP2006226860A (ja) * 2005-02-18 2006-08-31 Hitachi Ltd セラミックスセンサおよびその製造方法
JP2009520180A (ja) * 2005-10-24 2009-05-21 ヘレーウス ゼンゾール テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 流量センサ素子および流量センサ素子の自浄作用

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