KR20170114042A - 입자상 물질 센서 - Google Patents

Abstract

입자상 물질 센서가 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질센서는 감응부 및 용량부를 포함하는 복수 개의 이격전극이 간격을 두고 서로 이격배치되고 입자상 물질의 퇴적에 의해 상기 복수 개의 이격전극 중 일부 또는 전부가 서로 전기적으로 연결되는 제1전극부; 상기 제1전극부와의 정전용량을 측정할 수 있도록 상기 용량부와 대응되는 영역에 이격배치되는 제2전극부; 및 상기 감응부와 대응되는 영역에 상기 감응부와 절연되도록 배치된 유도부로부터 발생되는 전기장을 통하여 상기 입자상 물질을 상기 감응부 측으로 유도하는 유도전극부;를 포함한다. 이에 의하면, 유도부에서 발생되는 전기장을 통하여 입자상 물질을 유도하여 초기 퇴적시간을 단축시킴으로써 초기 센싱속도를 향상시킬 수 있다.

Description

입자상 물질 센서{Particular Matter Sensor}

본 발명은 입자상 물질 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기장을 발생시켜 입자상 물질을 능동적으로 포집함으로써 초기 센싱속도를 단축시킬 수 있는 입자상 물질 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 배기 규제가 한층 강화됨에 따라 배기 가스를 정화하는 후처리 장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히, 디젤 자동차에 대한 입자상 물질(Particulate Matter; PM)에 대한 규제가 더욱 엄격해지고 있다.

그 일환으로, 입자상 물질을 저감시키는 가장 효율적이고 실용화에 접근되는 기술은 매연 여과장치를 이용한 배기가스 저감장치이다.

한편, 배기가스 저감장치의 고장 여부를 진단하기 위해서는 DPF필터 후단에 입자상 물질 센서(PM센서)가 장착되며, 이러한 입자상 물질 센서(PM)는 저항방식과 전정용량 방식이 있다.

이중, 저항방식 입자상 물질 센서(PM센서)의 경우에는 전극이 절연기판의 외부에 배치되므로 자체로서 전기장이 발생되나 정전용량 방식의 입자상 물질 센서는 전기장이 절연기판의 내부에만 존재하여 초기 센싱속도가 상대적으로 느린 문제가 있다.

아울러, 정전용량 방식의 경우 절연기판의 일면에 형성되는 복수 개의 외부전극은 입자상 물질이 퇴적되는 감응부와 내부전극과의 정전용량을 측정하기 위한 용량부가 각각 구비되며, 감응부와 용량부는 서로 인접한 위치에 형성된다. 이에 따라, 입자상 물질이 퇴적되는 감응부가 고온의 배기가스에 노출되는 경우 감응부와 인접한 위치에 형성된 용량부 역시 배기가스에서 전달되는 온도의 영향을 받게 된다.

한편, 절연기판의 경우 재료의 특성상 고온의 환경에서는 유전율의 급격한 변화가 발생한다.

일례로, 절연기판이 알루미나로 이루어진 경우 600℃ 부근에서 급격한 유전율의 변화가 발생한다.

이에 따라, 감응부가 600℃ 이상의 고온의 환경에 노출되는 경우 감응부와 인접한 위치에 형성된 용량부 역시 고온의 영향을 받게 되므로, 급격한 유전율의 변화에 의해 외부전극과 내부전극 사이에 일정한 정전용량을 구현하기 어려운 문제점이 있다.

즉, 감응부와 용량부가 서로 인접하게 형성되는 경우 소정 온도 이상의 고온의 환경에서는 일정한 정전용량을 측정할 수 없어 사용상에 제약이 발생한다.

한편, 입자상 물질 센서는 재사용을 위한 리플래쉬 과정에서 입자상 물질센서 상에 퇴적된 입자상 물질을 제거하기 위하여 히터부를 통해 열을 가하게 된다. 이로 인해, 히터부에서 가해지는 열에 의해 절연기판의 온도가 상승된다. 이때, 절연기판의 온도는 통상적으로 650℃이상 1200℃까지 상승될 수 있다.

이에 따라, 히터부의 열을 이용해 퇴적된 입자상 물질을 제거한 후 절연기판의 온도가 소정의 온도 이하로 떨어질 때까지 사용하기 어려운 문제점이 있다.

일본공개특허 2009-85959(공개일 2009년 4월 23일)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 전기장을 발생시켜 입자상 물질을 능동적으로 포집함으로써 감응부 측에 입자상 물질이 퇴적되는 시간을 단축시킬 수 있는 입자상 물질 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 절연기판의 유전율이 급격하게 변화되는 고온의 환경에서도 일정한 정전용량을 구현할 수 있는 입자상 물질 센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.

더욱이, 본 발명은 재사용을 위한 리플래쉬 공정 후 대기시간 없이 곧바로 사용할 수 있는 입자상 물질 센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 감응부 및 용량부를 포함하는 복수 개의 이격전극이 간격을 두고 서로 이격배치되고 입자상 물질의 퇴적에 의해 상기 복수 개의 이격전극 중 일부 또는 전부가 서로 전기적으로 연결되는 제1전극부; 상기 제1전극부와의 정전용량을 측정할 수 있도록 상기 용량부와 대응되는 영역에 이격배치되는 제2전극부; 및 상기 감응부와 대응되는 영역에 상기 감응부와 절연되도록 배치된 유도부로부터 발생되는 전기장을 통하여 상기 입자상 물질을 상기 감응부 측으로 유도하는 유도전극부;를 포함하는 입자상 물질 센서를 제공한다.

또한, 상기 제1전극부는 절연기판의 일면에 배치되고, 상기 유도전극부는 상기 제1전극부를 덮는 절연층의 일면에 형성될 수 있다.

또한, 상기 절연층은 상기 감응부의 일부가 외부로 노출되고 상기 유도부를 통하여 유도된 입자상 물질이 상기 감응부 측으로 이동할 수 있도록 적어도 하나의 이동공간이 상기 절연층을 관통하도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1전극부는 상기 복수 개의 이격전극을 둘러싸도록 배치되는 테두리전극 및 상기 테두리전극으로부터 내측으로 연장되는 복수 개의 연장전극;을 포함하고, 상기 이격전극은 서로 이웃하는 한 쌍의 연장전극 사이 또는 서로 이웃하는 연장전극과 테두리전극 사이에 상기 감응부가 위치하도록 배치될 수 있다.

또한, 상기 이격전극은 양 단부측에 소정의 면적을 갖는 감응부 및 용량부가 각각 구비되고, 상기 감응부 및 용량부는 소정의 길이를 갖는 리드부를 매개로 서로 이격배치될 수 있다.

또한, 상기 제2전극부는 상기 용량부와 대응되는 면적을 갖는 복수 개의 용량전극을 포함하고, 상기 복수 개의 용량전극은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 감응부의 전체면적은 상기 용량부의 전체면적보다 좁은 면적을 갖도록 구비될 수 있다.

또한, 상기 제1전극부는 절연기판의 일면에 배치되고, 상기 제2전극부는 절연기판의 내부에 배치되며, 상기 유도전극부는 상기 절연기판의 내부에 배치되되, 상기 유도부가 감응부와 대응되는 위치에 위치하도록 상기 제1전극부와 제2전극부 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 유도부는 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 제1유도전극과, 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 제2유도전극을 포함하며, 상기 복수 개의 제1유도전극 및 상기 복수 개의 제2유도전극은 일부가 서로 마주하도록 일방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.

또한, 상기 복수 개의 제1유도전극 및 상기 복수 개의 제2유도전극은 절연기판의 길이 방향을 따라 서로 교번되게 배치되거나 절연기판의 폭방향을 따라 서로 교번되게 배치될 수 있다.

또한, 상기 제2전극부의 하부측에 배치되어 상기 감응부를 가열하는 히터부; 및 상기 제2전극부와 상기 히터부 사이에 배치되어 상기 히터부를 제어하는 온도 감지부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 입자상 물질 센서는 하우징에 내장되어 차량의 배기가스 미립자 필터의 후단에 연결되는 배기관 측에 상기 감응부가 노출되도록 장착될 수 있다.

또한, 상기 하우징은, 상기 입자상 물질 센서가 삽입되고, 상기 배기관에 고정되는 몸체부; 및 상기 몸체부의 일측에 결합되어 상기 몸체부의 일측으로 노출되는 상기 감응부를 보호하는 보호커버;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 보호커버의 일측에는 상기 감응부 측으로 배기가스를 유입하기 위한 적어도 하나의 개구부가 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 유도부에서 발생되는 전기장을 통하여 입자상 물질을 유도하여 감응부 측에 입자상 물질이 퇴적시간을 단축시킴으로써 초기 센싱속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 입자상 물질이 퇴적되는 감응부와 정전용량을 감지하는 용량부가 리드부를 통해 소정의 간격을 두고 이격배치됨으로써, 감응부가 고온의 환경에 노출되더라도 용량부 측이 유전율의 급격한 변화가 발생하지 않는 저온을 유지할 수 있게 되므로 고온의 환경에서도 온도에 영향을 받지 않고 일정한 정전용량을 구현할 수 있다.

또한, 감응부에 퇴적된 입자상 물질을 제거하기 위하여 히터부를 통해 감응부를 가열하더라도 일정간격 이격된 용량부 측에는 열이 가해지지 않음으로써 대기시간 없이 재사용이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서를 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 도 1에서 주요구성의 배치관계를 나타내기 위한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 입자상 물질 센서에서 제1전극부를 도시한 평면도,
도4는 본 발명에 따른 입자상 물질 센서에 제1전극부의 감응부에 입자상 물질이 퇴적된 상태를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 입자상 물질 센서의 용량부와 제2전극부를 도시한 도면,
도 6a 및 도 6b 본 발명에 따른 입자상 물질 센서의 유도부를 확대한 확대도로서, 도 6a는 유도부의 일 예를 도시한 도면이며, 도 6b는 유도부의 다른 예를 도시한 도면,
도 7은 도 1의 A-A'단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자상 물질 센서를 개략적으로 나타낸 도면,
도 9는 도 8에서 주요 구성의 배치관계를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 입자상 물질 센서의 장착위치를 나타낸 개략도, 그리고,
도 11은 본 발명에 따른 입자상 물질 센서가 하우징에 내장된 설치상태도를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질센서(100)는 도 10에 도시된 바와 같이 차량의 배기 매니폴드와 연결되는 배기가스 미립자 필터의 후단에 연결되는 배기관 측에 설치되어 배기가스 미립자 필터 및 배기관을 통과하여 하류측으로 빠져가나는 입자상 물질을 검출하기 위한 것이다.

이와 같은 입자상 물질 센서(100,200)는 도 1, 도 2, 도 8및 도 9에 도시된 바와 같이 절연기판(110), 제1전극부(120), 제2전극부(130), 유도전극부(140) 및 히터부(150)를 포함한다.

상기 절연기판(110)은 복수 개의 절연층이 높이방향을 따라 적층되어 형성될 수 있으며, 글라스 소재, 세라믹 소재, 스피넬 또는 이산화티타늄 등의 내열성의 절연체로 이루어질 수 있다.

일례로, 상기 절연기판(110)은 알루미나일 수 있고, ZTA(zirconia toughened alumina)일 수 있다.

상기 제1전극부(120)는 상기 절연기판(110)의 일면에 적어도 일부가 외부로 노출되도록 구비될 수 있다.

이와 같은 제1전극부(120)는 복수 개의 이격전극(121), 테두리전극(122) 및 복수 개의 연장전극(123)을 포함할 수 있다.

상기 복수 개의 이격전극(121)은 도 3에 도시된 바와 같이 서로 전기적으로 연결되지 않도록 상기 절연기판(110)의 폭 방향을 따라 일정 간격을 두고 서로 이격 배치될 수 있다.

이러한 상기 복수 개의 이격전극(121)은 감응부(124) 및 용량부(125)를 각각 포함할 수 있다.

일례로, 상기 감응부(124) 및 용량부(125)는 소정의 면적을 갖추어 상기 이격전극(121)의 양단부 측에 각각 형성될 수 있다.

이때, 상기 감응부(124)는 상기 연장전극(123)의 길이와 대응되는 길이를 갖도록 구비되어 상기 연장전극(123)과 평행하게 배치될 수 있으며, 서로 이웃하는 연장전극(123) 사이에 배치되거나 서로 이웃하는 연장전극(123)과 테두리전극(122) 사이에 간격을 두고 이격배치될 수 있다.

이에 따라, 서로 평행하게 배열되는 연장전극(123)과 감응부(124) 사이의 공간과, 테두리전극(122)과 감응부(124) 사이의 공간에는 입자상 물질이 쌓이는 퇴적공간(127)이 마련된다.

이로 인해, 상기 퇴적공간(127)에 입자상 물질이 퇴적됨으로써 전기적으로 연결되지 않은 감응부(124) 및 테두리전극(122) 또는 감응부(124) 및 연장전극(123)이 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 용량부(125)는 상기 이격전극(121)의 타 단부측에 구비되어 상기 퇴적공간(127)에 퇴적된 입자상 물질에 의해 서로 전기적으로 연결되어 상기 제1전극부(120)의 도통면적이 순차적으로 넓어짐으로써 제1전극부(120)와 제2전극부(130) 사이의 변화된 정전용량을 측정할 수 있다. 이때, 상기 제1전극부(120)와 제2전극부(130) 사이의 정전용량을 증가시키기 위하여 상기 용량부(125)의 면적은 감응부(124)의 면적보다 대면적으로 형성될 수 있다.

일례로, 상기 용량부(125)의 면적은 감응부(124)의 면적보다 2배 이상의 면적을 갖도록 형성될 수 있으며, 상기 용량부(125)의 폭이 감응부(124)의 폭보다 더 넓은 폭을 가질 수 있다.

이를 통해, 용량부(125)와 제2전극부(130) 사이에 형성되는 정전용량이 커지는 것과 동시에 정전용량의 검출 민감도를 상승시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 입자상 물질 센서(100,200)는 상기 감응부(124)와 용량부(125)가 소정의 길이를 갖는 리드부(126)에 의해 연결됨으로써 감응부(124)와 용량부(125)가 서로 일정간격 이격배치될 수 있다.

일례로, 상기 용량부(125)는 상기 감응부(124)의 길이와 동일하거나 더 긴 길이에 해당하는 간격만큼 상기 감응부(124)로부터 이격배치될 수 있다. 이를 위해, 상기 리드부(126)의 길이(L2)는 상기 감응부(124)의 길이(L1)와 대략 동일한 길이를 갖거나 상기 감응부(124)의 길이보다 더 긴 길이를 갖도록 구비될 수 있다.

이는, 정전용량의 변화를 측정하기 위한 용량부(125)가 고온의 환경에 노출되는 감응부(124)로부터 일정 간격 이격된 상태를 유지할 수 있게 되므로 온도의 영향을 받지 않고 일정한 정전용량을 구현할 수 있도록 하기 위함이다.

보다 상세하게는, 상기 감응부(124)는 상기 퇴적공간(127)에 퇴적되는 입자상 물질을 통해 상기 제1전극부(120)가 도통되는 면적을 넓히는 역할을 수행하므로 고온의 환경에 노출되더라도 크게 영향을 받지 않는다. 그러나, 제1전극부(120)와 제2전극부(130) 사이의 정전용량의 변화를 측정하기 위한 용량부(125)는 절연기판(110)으로 사용되는 재료에 따라 소정의 온도 이하에서는 일정한 정전용량이 구현되나 소정 온도 이상의 고온에서는 유전율의 변화가 급격하게 발생함으로써 정확한 정전용량의 변화를 측정하기 어렵게 된다.

일례로, 상기 절연기판(110)이 세라믹 재료로 이루어진 경우 소재의 특성상 600℃ 부근에서 급격한 유전율의 변화가 발생하게 된다. 이에 따라, 상기 용량부(125)가 감응부(124)와 인접한 위치에 형성되면 용량부(125)가 온도의 영향을 받음으로써 일정한 정전용량을 구현할 수 없게 되므로 소정 온도 이상의 고온의 환경에서는 정확한 측정이 곤란하여 사용상에 제약이 발생한다.

그러나, 본 발명에 따른 입자상 물질 센서(100,200)는 용량부(125)가 리드부(126)를 매개로 감응부(124)로부터 소정 간격 이격배치되어 고온에 의한 급격한 유전율의 변화가 방지됨으로써 고온의 환경에서도 일정한 정전용량을 구현할 수 있게 된다.

더불어, 후술되는 히터부(150)에 의해 상기 감응부(124)의 온도가 올라가더라도 상기 용량부(125) 측의 온도는 감응부(124)의 온도보다 저온을 유지할 수 있게 되므로 재사용을 위한 리플래쉬 공정시 재사용을 위한 대기시간이 불필요하게 된다.

여기서, 상기 용량부(125) 및 리드부(126)는 외부로 노출되지 않고 절연될 수 있도록 별도의 절연층(미도시)을 통해 덮여질 수 있다.

상기 테두리전극(122)은 대략 사각프레임 형상으로 구비되어 상기 복수 개의 이격전극(121)을 둘러싸도록 배치된다. 이러한 테두리전극(122)은 일측이 리드부(129)를 매개로 상기 절연기판(110)의 일면에 배치되는 제1전기접속단자(171)와 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 제1전기접속단자(171)는 상기 제1전극부(120)와 동일면 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 연장전극(123)은 복수 개로 구비될 수 있으며, 상기 절연기판(110)의 폭방향을 따라 소정의 간격을 두고 평행하게 이격배치된다. 더불어, 상기 복수 개의 연장전극(123)은 상기 테두리전극(122)으로부터 내측으로 연장됨으로써 상기 테두리전극(122)과 전기적으로 연결되며, 상기 감응부(124)와 대략 동일한 길이를 가질 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 이격전극(121)은 상술한 바와 같이 상기 감응부(124)가 서로 이웃하는 연장전극(123)들 사이 또는 서로 이웃하는 연장전극(123)과 테두리전극(122) 사이에 배치되고 용량부(125)가 서로 이웃하게 배치된다. 이에 따라, 상기 연장전극(123)과 상기 감응부(124) 사이, 테두리전극(122)과 감응부(124) 사이에는 입자상 물질이 퇴적되는 퇴적공간(127)들이 형성될 수 있다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 퇴적공간(127)들에 입자상 물질(P)이 퇴적됨으로써, 서로 이웃하는 테두리전극(122)과 감응부(124), 서로 이웃하는 연장전극(123)과 상기 감응부(124)가 서로 전기적으로 연결된다.

이때, 상기 입자상 물질은 상기 퇴적공간(127)들 중 처음에 위치된 공간부터 차례로 순차적으로 퇴적됨으로써 복수 개의 감응부(124)가 순차적으로 테두리전극(122) 또는 연장전극(123)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 용량부(124)와 제2전극부(130) 사이의 정전용량도 순차적으로 증가될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서에서와 같이 감응부(124)의 폭을 용량부(125)의 폭보다 좁게 형성하고, 서로 이웃하는 연장전극 (123)들 사이에 감응부(124)가 위치하도록 배치하면, 상기 감응부(124)와 연장전극(123) 사이에 입자상 물질이 쌓일 수 있는 퇴적공간(127)이 많아지는 동시에, 입자상 물질이 쌓이는 퇴적공간(127)의 면적을 좁게 형성할 수 있다. 이에 따라, 용량부(125)와 용량전극(131) 사이의 정전용량이 변화하는데 걸리는 응답시간이 단축될 수 있다.

상기 제2전극부(130)는 상기 절연기판(110) 내에서 상기 제1전극부(120)와 나란하게 이격배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2전극부(130)는 상기 용량부(125)와 대응되는 복수 개의 용량전극(131)을 포함할 수 있으며, 상기 복수 개의 용량전극(131)이 상기 복수 개의 이격전극(121)에 형성되는 용량부(125)와 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 용량전극(131)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

더불어, 상기 제2전극부(130)는 일측이 리드부(132)를 매개로 상기 절연기판(110)의 길이방향을 따라 연장되어 비아홀(181)을 통해 절연기판(110)의 일면에 배치되는 제2전기접속단자(172)와 전기적으로 연결된다.

구체적으로 설명하면, 상기 제2전극부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이 절연기판(110)의 내부에 배치되며, 복수 개의 용량전극(131)이 상기 이격전극(121)의 용량부(125)와 서로 대응되는 면적을 갖도록 구비될 수 있으며, 상기 복수 개의 용량전극(131)과 복수 개의 이격전극(121)의 용량부(125)는 서로 대응하여 절연기판(110)의 상하 방향으로 서로 중첩되게 배치된다.

즉, 상기 복수 개의 용량부(125) 및 복수 개의 용량전극(131)은 절연기판(110)에 길이방향으로 나란하게 배열될 수 있으며, 절연기판(110)의 폭 방향으로 서로 대응되게 배열될 수 있다.

이때, 각각의 용량전극(131)은 서로 대응되는 용량부(125)의 폭과 길이가 서로 동일한 크기를 갖도록 구비됨으로써 복수 개의 용량부(125)와 복수 개의 용량전극(131)이 서로 대응하는 면적을 가질 수 있다.

한편, 상기 절연기판(110)의 높이 방향을 따라 상/하 방향으로 배치되는 제1전극부(120)와 제2전극부(130) 사이에는 유전율을 갖는 유전층(미도시)이 배치될 수 있다. 이와 같은 유전층은 용량부(125)와 용량전극(131) 사이의 원활한 정전용량의 특성을 구현할 수 있도록 상기 제1전극부(120)의 용량부(125)와 제2전극부(130)의 용량전극(131) 사이에 배치될 수 있으며, 세라믹 소재로 이루어질 수 있다.

상기 유도전극부(140)는 전원인가시 전기장을 생성하여 입자상 물질을 상기 감응부(124) 측으로 유도하기 위한 것이다.

즉, 상기 유도전극부(140)는 전원인가시 생성된 전기장을 통하여 입자상 물질을 감응부(124) 측으로 유도하여 상기 퇴적공간(127)에 퇴적되는 입자상 물질의 퇴적시간을 단축시켜줌으로써 감응부(124)와 테두리전극(122) 또는 감응부(124)와 연장전극(123)이 보다 빠르게 전기적으로 연결될 수 있도록 한다.

이를 통해, 본 발명에 따른 입자상 물질 센서(100,200)가 정전용량 방식으로 작동되더라도 초기 센싱속도를 단축시킬 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 유도전극부(140)는 상기 감응부(124)와 대응되는 위치에 배치되어 전원인가시 전기장을 발생시키기 위한 유도부(141)를 포함하며, 상기 유도부(141)는 제2리드부(144) 및 제3리드부(145)를 매개로 제3전기접속단자(173) 및 접지단자(176)와 서로 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 제3전기접속단자(173)는 절연기판(110)의 상부면에 형성될 수 있으며, 상기 제2전기접속단자(172)와 평행하게 배열될 수 있으며, 상기 접지단자(176)는 상기 절연기판(110)의 하부면에 형성될 수 있다.

이때, 상기 유도부(141)는 복수 개의 제1유도전극(142) 및 복수 개의 제2유도전극(143)을 통해 구현된다.

즉, 상기 유도부(141)는 소정의 길이를 갖추어 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 제1유도전극(142)과, 소정의 길이를 갖추어 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 제2유도전극(143)이 일방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.

이때, 상기 복수 개의 제1유도전극(142)은 일단부가 상기 제3전기접속단자(173)와 연결된 제2리드부(144)를 매개로 서로 전기적으로 연결되고, 상기 복수 개의 제2유도전극(143)은 일단부가 상기 접지단자(176)와 전기적으로 연결된 제3리드부(145)를 매개로 서로 전기적으로 연결된다.

즉, 복수 개의 제1유도전극(142)은 소정의 간격을 두고 서로 평행하도록 상기 제2리드부(144)로부터 일방향으로 연장될 수 있고, 상기 복수 개의 제2유도전극(143)은 소정의 간격을 두고 서로 평행하도록 상기 제3리드부(145)로부터 일방향으로 연장될 수 있다. 이때, 상기 복수 개의 제1유도전극(142)과 제2유도전극(143)은 서로 연결되지 않으면서 일부가 마주하도록 일방향을 따라 교대로 배치될 수 있다.

일례로, 상기 제1유도전극(142) 및 제2유도전극(143)은 도 6a에 도시된 바와 같이 절연기판(110)의 길이 방향을 따라 간격을 두고 서로 평행하게 교번적으로 배치될 수도 있고, 도 6b에 도시된 바와 같이 절연기판(110)의 폭방향을 따라 간격을 두고 서로 평행하게 교번적으로 배치될 수도 있다.

여기서, 서로 이웃하는 제1유도전극(142)과 제2유도전극(143) 사이의 간격(d)은400㎛ 이하일 수 있다.

이에 따라, 전원인가시 상기 유도부(141)에서 발생되는 전기장을 통하여 입자상 물질을 감응부(124) 측으로 유도함으로써 초기 센싱속도를 단축시킬 수 있게 된다.

이와 같은 유도전극부(140)는 상기 유도부(141)가 외부로 노출되도록 절연기판(110)의 일면에 배치될 수도 있고, 절연기판(110)의 내부에 배치될 수도 있다.

일례로, 상기 유도전극부(140)는 도 1및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1전극부(120)를 덮는 절연층(112)의 일면에 형성될 수 있다.

이에 따라, 상기 절연층(112)은 상기 유도부(141)와 감응부(124)를 절연시키는 역할과 함께 상기 유도전극부(140)가 상기 제1전극부(120)와 소정의 간격을 두고 이격배치될 수 있도록 한다.

여기서, 상기 복수 개의 제1유도전극(142)을 상호 연결하는 제2리드부(144)는 일단부측이 상기 절연기판(110)의 일면에 형성된 제3전기접속단자(173)와 직접 연결될 수 있으며, 상기 복수 개의 제2유도전극(143)을 상호 연결하는 제3리드부(145)는 일단부측이 절연기판(110)의 내부에 형성되는 비아홀(185,186)을 통해 히터부(150)와 연결됨으로써 절연기판(110)의 하부면에 형성되는 접지단자(183)와 전기적으로 연결될 수 있다.

더불어, 상기 유도부(141)와 각각 연결되는 제2리드부(144) 및 제3리드부(143)는 별도의 절연층(113)을 통해 덮혀짐으로써 외부로 노출되는 것이 방지될 수 있다.

이때, 상기 절연층(112)은 상기 감응부(124)의 적어도 일부가 외부로 노출되고 상기 유도부(141)에서 발생된 전기장을 통하여 유도된 입자상 물질이 상기 감응부(124) 측으로 이동할 수 있도록 적어도 하나의 이동공간(146)이 형성될 수 있다.

이와 같은 이동공간(146)은 상기 유도부(141)를 구성하는 제1유도전극(142)과 제2유도전극(143) 사이에 형성될 수 있으며, 상기 절연층(112)을 관통하도록 형성될 수 있다(도 7 참조).

즉, 상기 이동공간(146)은 상기 유도부(141)를 통하여 유도된 입자상 물질이 감응부(124), 더욱 자세하게는 퇴적공간(127) 측으로 이동할 수 있는 경로를 제공함으로써 상기 입자상 물질이 퇴적공간(127)측으로 이동하여 퇴적될 수 있도록 한다.

이때, 상기 이동공간(146)은 서로 이웃하는 제1유도전극(142)과 제2유도전극(143) 사이에 각각 형성될 수 있으며, 복수 개가 서로 분리된 형태로 형성될 수도 있고 하나로 연결될 수도 있다.

한편, 상기 제1유도전극(142) 및 제2유도전극(143)이 도 6b에 도시된 바와 같이 절연기판(110)의 폭방향을 따라 간격을 두고 서로 평행하게 교번적으로 배치되는 경우, 달리 말하면 상기 제1유도전극(142) 및 제2유도전극(143)이 감응부(124)와 서로 평행하도록 배치되는 경우 상기 제1유도전극(142) 및 제2유도전극(143) 사이에 형성되는 이동공간(126)은 상기 유도부(141)에 의해 유도된 입자상 물질이 퇴적공간(127) 측으로 원활하게 이동할 수 있도록 상기 퇴적공간(127)의 길이방향과 동일직선 상에 위치하도록 형성될 수 있다.

다른 예로써, 상기 유도전극부(140)는 도 9에 도시된 바와 같이 상기 절연기판(110)의 내부에 배치될 수 있으며, 상기 제1전극부(120)와 제2전극부(130) 사이에 배치될 수 있다.

이와 같은 경우 상기 복수 개의 제1유도전극(142)을 상호 연결하는 제2리드부(144)는 일단부측이 상기 절연기판(110)의 일면으로부터 형성되는 비아홀(187)을 통해 상기 절연기판(110)의 일면에 형성된 제3전기접속단자(173)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 복수 개의 제2유도전극(143)을 상호 연결하는 제3리드부(145)는 일단부측이 절연기판(110)의 내부에 형성되는 비아홀(185,186')을 통해 히터부(150)와 연결됨으로써 절연기판(110)의 하부면에 형성되는 접지단자(183)와 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 히터부(150)는 상기 감응부(124)를 가열하기 위한 것으로, 상기 절연기판(110)의 내부에 배치될 수 있으며, 상기 제1전극부(120)의 하부측에 상기 감응부(124)와 마주하도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 히터부(150)의 양단은 절연기판(110)의 하부면에 구비되는 제4전기접속단자(174) 및 접지단자(176)와 비아홀(182,183)을 매개로 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

이와 같은 상기 히터부(150)가 상기 감응부(124)를 가열하면, 상기 퇴적공간(127)에 퇴적된 입자상 물질들이 제거될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자상 물질 센서(100,200)는 절연기판(110) 내부 또는 감응부(124)의 온도를 측정할 수 있도록 온도감지부(160)가 추가로 구비될 수 있다.

이를 위해, 상기 온도감지부(160)는 절연기판(110)의 내부에서 감응부(124)와 히터부(150) 사이에 배치될 수 있다.

이와 같은 온도감지부(160)는 양단이 비아홀(184,185)을 매개로 상기 히터부(150) 및 제 5전기접속단자(175) 에 각각 전기적으로 연결될 수 있다.

구체적으로, 상기 온도감지부(160)의 양단 중 일단은 상기 히터부(150)와 연결되는 비아홀(185)을 통해 히터부(150)와 전기적으로 연결될 수 있고, 온도감지부(160)의 타단은 비아홀(184)를 통해 절연기판(110)의 하부면에 형성되는 제5전기접속단자(175)와 전기적으로 연결될 수 있다.

여기서, 상기 절연기판(110)의 하부면에 형성되는 제5전기접속단자(175)는 상기 제4전기접속단자(174) 및 접지단자(176)와 서로 전기적으로 연결되지 않는다.

이에 따라, 차량의 제어회로(미도시)는 상기 온도감지부(160)에서 측정된 온도와 차량에 설치되는 온도센서(미도시)에서 측정된 온도의 측정값을 비교하여 감응부(124)를 가열하는 히터부(150)를 제어할 수 있다.

한편, 온도감지부(160)의 설치 면적은 히터부(150)의 설치 면적 내에 위치하도록 히터부(150)의 면적과 동일하거나 또는 그 보다 작게 형성될 수 있다.

상술한 바와 같은 구성을 갖는 입자상 물질센서(100,200)는 하우징(10)에 내장되어 배기관에 설치될 수 있다.

일례로, 상기 하우징(10)은 도 11에서와 같이, 몸체부(11), 몸체부(11)의 일측에 구비되는 제1보호커버(12) 및 몸체부(11)의 타측에 구비되는 제2보호커버(13)를 포함할 수 있다.

상기 몸체부(11)는 상기 입자상 물질 센서(100,200)를 수용하기 위한 내부공간을 갖추며, 상기 배기관에 고정결합된다. 이와 같은 몸체부(11)는 양 단이 개방됨으로써 상기 내부공간에 삽입된 입자상 물질 센서(100,200)의 양 단부측이 외부로 돌출된다.

즉, 상기 몸체부(11)의 일측에는 입자상 물질 센서(100,200)의 감응부(124) 측이 노출되며, 상기 몸체부(11)의 타측에는 입자상 물질 센서(100,200)에 구비되는 복수 개의 전기접속단자측이 노출된다.

그리고, 상기 몸체부(11)의 내부에는 상기 내부공간에 삽입된 입자상 물질 센서(100,200)를 감싸 위치를 고정하고 유체가 유입되는 것을 차단하기 위한 밀봉부재(14)가 채워질 수 있다.

상기 제1보호커버(12)는 상기 몸체부(11)의 일측에 결합되어 상기 몸체부(11)로부터 돌출되는 입자상 물질센서(100,200)의 단부, 일례로 감응부(124) 측을 보호한다.

이때, 상기 제1보호커버(12) 측에는 상기 감응부(124)가 배기가스에 노출될 수 있도록 상기 배기가스를 유입하기 위한 적어도 하나의 개구부(15)가 형성될 수 있다.

상기 제2보호커버(13)는 몸체부(210)의 타측에 결합되어 상기 몸체부(11)로부터 돌출되는 입자상 물질센서(100,200)의 타단, 일례로 복수 개의 전기접속단자 측을 보호한다.

이때, 상기 제2보호커버(13)측에는 상기 몸체부(11)로부터 돌출되어 상기 제2보호커버(13)의 내측으로 돌출된 입자상 물질 센서(100,200)의 단부와 결합되는 케이블 커넥터(16)가 구비됨으로써 상기 제 1 내지 제 5전기접속단자(171, 172, 173, 174,175) 및 접지단자(176)를 차량 측 제어부와 연결시키게 된다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

100 : 입자상 물질 센서 110 : 절연기판
120 : 제1전극부 121 : 이격전극
122 : 테두리전극 123 : 연장전극
124 : 감응부 125 : 용량부
126 : 제1리드부 130 : 제2전극부
131 : 용량전극 140 : 유도전극부
141 : 유도부 142 : 제1유도전극
143 : 제2유도전 150 : 히터부
160 : 온도감지부

Claims (15)

1. 감응부 및 용량부를 포함하는 복수 개의 이격전극이 간격을 두고 서로 이격배치되고 입자상 물질의 퇴적에 의해 상기 복수 개의 이격전극 중 일부 또는 전부가 서로 전기적으로 연결되는 제1전극부;
   상기 제1전극부와의 정전용량을 측정할 수 있도록 상기 용량부와 대응되는 영역에 이격배치되는 제2전극부; 및
   상기 감응부와 대응되는 영역에 상기 감응부와 절연되도록 배치된 유도부로부터 발생되는 전기장을 통하여 상기 입자상 물질을 상기 감응부 측으로 유도하는 유도전극부;를 포함하는 입자상 물질 센서.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1전극부는 절연기판의 일면에 배치되고, 상기 유도전극부는 상기 제1전극부를 덮는 절연층의 일면에 형성되는 입자상 물질 센서.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 절연층은 상기 감응부의 일부가 외부로 노출되고 상기 유도부를 통하여 유도된 입자상 물질이 상기 감응부 측으로 이동할 수 있도록 적어도 하나의 이동공간이 상기 절연층을 관통하도록 형성되는 입자상 물질 센서.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1전극부는 상기 복수 개의 이격전극을 둘러싸도록 배치되는 테두리전극 및 상기 테두리전극으로부터 내측으로 연장되는 복수 개의 연장전극;을 포함하고,
   상기 이격전극은 서로 이웃하는 한 쌍의 연장전극 사이 또는 서로 이웃하는 연장전극과 테두리전극 사이에 상기 감응부가 위치하도록 배치되는 입자상 물질 센서.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 이격전극은 양 단부측에 소정의 면적을 갖는 감응부 및 용량부가 각각 구비되고, 상기 감응부 및 용량부는 소정의 길이를 갖는 리드부를 매개로 서로 이격배치되는 입자상 물질 센서.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 제2전극부는 상기 용량부와 대응되는 면적을 갖는 복수 개의 용량전극을 포함하고, 상기 복수 개의 용량전극은 서로 전기적으로 연결되는 입자상 물질 센서.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 감응부의 전체면적은 상기 용량부의 전체면적보다 좁은 면적을 갖도록 구비되는 입자상 물질 센서.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1전극부는 절연기판의 일면에 배치되고, 상기 제2전극부는 절연기판의 내부에 배치되며,
   상기 유도전극부는 상기 절연기판의 내부에 배치되되, 상기 유도부가 감응부와 대응되는 위치에 위치하도록 상기 제1전극부와 제2전극부 사이에 배치되는 입자상 물질 센서.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 유도부는 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 제1유도전극과, 일정 간격을 두고 평행하게 배열되며 서로 전기적으로 연결된 복수 개의 제2유도전극을 포함하며,
   상기 복수 개의 제1유도전극 및 상기 복수 개의 제2유도전극은 일부가 서로 마주하도록 일방향을 따라 교대로 배치되는 입자상 물질 센서.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1유도전극 및 상기 복수 개의 제2유도전극은 절연기판의 길이 방향을 따라 서로 교번되게 배치되는 입자상 물질 센서.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 제1유도전극 및 상기 복수 개의 제2유도전극은 절연기판의 폭 방향을 따라 서로 교번되게 배치되는 입자상 물질 센서.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2전극부의 하부측에 배치되어 상기 감응부를 가열하는 히터부; 및
    상기 제2전극부와 상기 히터부 사이에 배치되어 상기 히터부를 제어하는 온도 감지부;를 포함하는 입자상 물질 센서.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자상 물질 센서는 하우징에 내장되어 차량의 배기가스 미립자 필터의 후단에 연결되는 배기관 측에 상기 감응부가 노출되도록 장착되는 입자상 물질 센서.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 하우징은
    상기 입자상 물질 센서가 삽입되고, 상기 배기관에 고정되는 몸체부; 및 상기 몸체부의 일측에 결합되어 상기 몸체부의 일측으로 노출되는 상기 감응부를 보호하는 보호커버;를 포함하는 입자상 물질 센서.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 보호커버의 일측에는 상기 감응부 측으로 배기가스를 유입하기 위한 적어도 하나의 개구부가 형성되는 입자상 물질 센서.

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