KR20190128216A - 가스 파라미터를 결정하기 위한 센서 - Google Patents

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KR20190128216A
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마티아스 무지올
팀 아스무스
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헤라우스 넥센소스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 센서, 특히 고온 센서에 관한 것으로, 상기 센서는 적어도 하나의 올 세라믹 히터(3, 3')와 올 세라믹 히터(3, 3')의 제1 측면에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 센서 구조(9)를 포함한다. 본 발명은 또한 센서를 제조하기 위한 방법(1000)에 관한 것이다.

Description

가스 파라미터를 결정하기 위한 센서
본 발명은 가스 파라미터를 결정하기 위한 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 센서를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
가스 분석을 위한 다양한 센서들이 선행 기술에 공개되어 있다. 이러한 센서들은 종종 내연 기관의 배기가스 분기 장치에서, 예를 들어 온도 센서, 그을음 센서, 유동 센서 및 상이한 센서 유형들의 조합을 포함할 수 있는 멀티 센서로서 사용된다. 이러한 내연 기관의 연소 가스 또는 배기가스는 엔진에 대한 배기가스 분기 장치 내의 센서의 위치에 따라 매우 높은 온도를 가질 수 있다. 따라서, 센서가 냉각될 때, 종종 그에 상응하게 매우 높은 온도 구배가 발생할 수 있으며, 이러한 온도 구배는 센서의 작동에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다. 또한, 이러한 센서들은, 용도에 따라, 기능의 보장을 위해 영구적으로 또는 특정 시간 간격으로 능동적으로 열분해 세척을 위한 특정 온도 레벨이 되어야 한다. 따라서 센서들은 높은 온도 충격 저항을 가져야 하고, 즉 강한 온도 변화에 대해 높은 저항을 가져야 한다. 예를 들어, 이러한 온도 변화는 응축 액적에 노출됨으로써 발생할 수 있다.
내연 기관의 배기가스 분기 장치에서 사용될 수 있는 센서의 예는 WO 2007/048573 A1호에 기술되어 있다. 센서는 온도 측정 부재와 가열 부재를 갖는 유동 센서 부재를 포함한다. 이러한 부재들은 캐리어 부재 상에 배치되며, 온도 측정 부재는 온도 측정을 위해 세라믹 기초부 위에 백금 박막 저항을 갖고, 추가의 백금 박막 저항으로 가열된다.
가열 부재를 갖는 그을음 센서의 예는 WO 2006/111386 A1호에 제시된다. 기술된 그을음 센서는 그을음의 점유를 결정하기 위해 기판 위에 센서 구조를 갖는다. 그을음을 연소시키기 위해, 열 전도체가 백금 박막 구조로서 기판 위에 배치된다.
그러나 선행 기술에 공개된 센서들은, 센서 구조와 가열 부재가 기판 위에서 넓은 영역을 차지한다는 단점을 갖는다. 또한, 선행 기술에 공개된 센서들의 제조 비용도 저 저항의 가열 부재 내의 높은 귀금속 비율로 인해 상응하게 높다. 선행 기술에 공개된 가열 부재들의 추가 단점은 낮은 온도 충격 저항이다. 급속한 온도 변화에 대한 이러한 낮은 저항은 종종 기판의 재료 내의 균열 및/또는 기타 변화로 나타난다.
따라서 본 발명의 과제는, 선행 기술의 단점들을 극복하는 개선된 센서를 제공하는 것이다. 특히, 제조 비용이 저렴한 고내열성 센서를 제공하는 것이다.
상기 과제는 특허 청구항 제1항의 대상에 따른 센서에 의해 해결된다.
본 발명에 따른 센서, 특히 고온 센서는 이를 위해, 적어도 하나의 올 세라믹 히터와 올 세라믹 히터의 제1 측면에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 센서 구조를 포함한다.
용어 "올 세라믹 히터"는 전기 전도성 세라믹으로 이루어진 열 전도체 및 전기 절연성 세라믹으로 이루어진 케이싱을 포함하는 히터를 의미할 수 있다. 전기 전도성 세라믹과 전기 절연성 세라믹은 소결되어 균질체를 형성할 수 있다.
바람직하게는, 전기 전도성 세라믹과 전기 절연성 세라믹의 영역들은 그린 바디(green body)로서 결합되고, 올 세라믹 히터는 공소결에 의해, 즉 공통의 소결 단계에서 완성된다. 따라서 본 발명의 실시예에서, 올 세라믹 히터는 "공소결된 올 세라믹 히터"라고도 할 수 있다.
통과하는 가스의 적어도 하나의 가스 파라미터를 검출하도록 조정된 각각의 구조를 본 발명과 관련해서 "센서 구조"라고 한다.
본 발명은, 올 세라믹 히터는 실질적으로 귀금속 성분 없이 구성되기 때문에, 귀금속 함량이 감소한 센서가 제조될 수 있다는 놀라운 사실에 기초한다. 귀금속 성분을 포함할 수 있는 전극, 예를 들어 전기 공급 라인은 세라믹의 접촉을 위해서만 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 전극은 더 바람직하게는 전기 전도성 세라믹에 의해서도 형성될 수 있고, 상기 세라믹은 실질적으로 귀금속 성분을 포함하지 않는다.
본 발명에 의해 처음으로 1000℃ 이상의 고온 및 신속한 온도 변동을 견디는 센서를 고온의 용도를 위해 제공하는데 성공하였고, 이 경우 센서의 출력 신호의 교란 또는 드리프트, 즉 변동이 발생하지 않으며, 즉 측정할 변수의 변동이 발생하지 않는다.
더 바람직하게 센서는 유사한 크기를 갖는 선행 기술에 공개된 센서들보다 더 많은 공간을 센서 구조(들)를 위해 제공하는데, 그 이유는 본 발명에 따른 센서의 경우 센서 구조 주변에 또는 내에 배치된 지지 부재 또는 기판의 표면에서 가열을 반드시 필요로 하지 않기 때문이다.
또한, 세라믹의 양호한 내노후화성 및 내마모성은 히터의 긴 수명을 보장한다. 이렇게 구성된 올 세라믹 히터에 의해 최대 1000℃의 온도가 신뢰적으로 검출될 수 있다. 올 세라믹 히터의 추가 장점은 짧은 가열 시간, 낮은 잔류 열, 개선된 조절 가능성, 고온에서 증가한 수명 및 높은 기계적 강도이다.
올 세라믹 히터 상의 센서의 추가 장점은, 예를 들어 액체 또는 이온화 가스와 같은 전기 전도성 매체에 사용될 수 있다는 것이다. 올 세라믹 히터의 전기 절연성 케이싱으로 인해 노출될 히터와는 달리 단락 위험이 없다.
실시예에서, 올 세라믹 히터는 적어도 하나의 전기 전도성 세라믹을 가지며, 바람직하게 전기 전도성 세라믹은 서로 분리된 적어도 2개의 위치에서 전극과 접촉한다. 또한, 올 세라믹 히터는 적어도 하나의 전기 절연성 세라믹을 가지며, 전기 절연성 세라믹은 전기 전도성 세라믹의 적어도 일부 영역을 둘러싸고, 바람직하게는 완전히 둘러싼다.
전기 전도성 세라믹은 열 전도체 또는 열 저항이라고도 지칭할 수 있다. 전기 전도성 세라믹의 역할은, 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 것이다. 이를 위해, 전기 전도성 세라믹은 바람직하게는, 예를 들어 5*10-3 Ω㎝ 내지 5*10-1 Ω㎝의 낮은 비저항을 가지므로, 전류가 세라믹을 관류할 때 세라믹이 가열된다. 열 전도체의 저항은 세라믹에 전극의 공간적 배치에 의해 결정될 수 있고, 전극들 사이의 저항 섹션에 의해 형성된다.
이와 관련하여, "전극"이라는 용어는, 전기 도체 또는 전기 전도성 세라믹에 전기적으로 연결된 전기 도체의 영역, 예를 들어 접속 패드를 지칭하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전기 전도성 세라믹은 적어도 부분적으로 전기 절연성 세라믹에 의해 둘러싸여 있다. 실시예에서 전기 전도성 세라믹은 전기 절연성 세라믹 내에 캡슐화될 수 있거나, 심지어 밀폐되어 캡슐화될 수도 있다. 따라서 올 세라믹 히터의 표면은 전기 절연성 세라믹에 의해 형성될 수 있고, 제1 센서 구조는 전기 절연성 세라믹 상에 배치될 수 있다.
전극은 전기 절연성 세라믹을 통과할 수 있어서, 올 세라믹 히터는 전기적으로 접촉될 수 있으며, 예를 들어 올 세라믹 히터는 전극을 이용해서 에너지 공급원에 접속될 수 있다. 전극은 예를 들어 금속 와이어일 수 있다.
올 세라믹 히터는 예를 들어 적어도 하나의 세라믹 분말의 가압에 의해, 원하는 형태로 소위 "그린 바디"로서 형성될 수 있다. 그러나 소정의 용도에 따라, 필름 캐스팅, 압출, 사출 성형 및 압력 윤활 캐스팅 등과 같은 다른 성형 방법도 그린 바디를 제조하기 위해 이용될 수 있다. 그린 바디의 제조 후에, 그린 바디는 질소 분위기 하에서 소결될 수 있다. 가능한 제조 방법은 예를 들어 EP 0 384 342 A1호에 기술되어 있다.
또한, 전기 절연성 또는 전기 전도성 세라믹은, 예를 들어 세라믹의 기계적 특성을 보다 잘 결정할 수 있도록 하기 위해, 2개 이상의 분말의 혼합물을 포함할 수 있다.
바람직하게는 결과적인 센서의 의도된 이용 분야에 따라, 분말들의 상호 비율은 변경될 수 있어서, 세라믹은 분말의 양에 따라 상이한 전기적 및/또는 열적 특성을 가질 수 있다.
또한, 분말은 균일하게 혼합될 수 있으므로, 세라믹의 재료 특성들은 세라믹의 전체 범위에 걸쳐 실질적으로 동일할 수 있다. 대안으로서, 세라믹은 특정 영역에서 불균일하게 혼합된 분말도 가질 수 있어서, 이로 인해, 결과적인 센서의 의도한 이용 분야에 따라, 상기 영역에서 더 양호한/더 불량한 전기 및/또는 열 전도성을 가질 수 있다.
실시예에서, 전기 전도성 세라믹은 규화물-, 탄화물- 및/또는 질화물 분말 및 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀, 티타늄, 몰리브덴, 지르코늄, 하프늄, 바나듐 및/또는 크롬 그룹 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 세라믹 분말로 형성되고, 전기 절연성 세라믹은 질화규소 및/또는 질화알루미늄을 포함하는 열 전도성 세라믹 분말로 형성된다.
바람직하게는, 전기 전도성 세라믹의 세라믹 분말의 원소들은, 전기 전도성 세라믹이 낮은 비저항을 갖게 한다. 더욱 바람직하게는, 전기 절연성 세라믹의 세라믹 분말의 원소들은, 전기 절연성 세라믹이 높은 강도값 및 높은 내산화성을 갖게 한다.
추가 실시예에서, 올 세라믹 히터는 0.3 ㎜ 내지 3 ㎜의 두께를 가지며, 바람직하게는 올 세라믹 히터는 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 두께를 갖는다.
바람직하게는, 제1 센서 구조가 배치될 수 있고 제1 센서 구조를 가열하기에 충분한 열 출력을 이미 제공할 수 있는 매우 얇은 올 세라믹 히터가 실현될 수 있다.
다른 실시예에서 센서는 다음을 포함한다:
올 세라믹 히터의 제1 측면 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 절연층 및/또는
제1 측면에 마주 놓인, 올 세라믹 히터의 제2 측면 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제2 절연층을 포함한다.
제1 및/또는 제2 절연층은, 사용된 올 세라믹 히터에 따라, 전기 전도성 세라믹 상에 또는 미리 전기 절연성 세라믹 상에 배치될 수 있고, 전기 전도성 세라믹과 센서 구조(들) 사이의 전기 절연체로서 이용될 수 있다. 더 바람직하게는, 제1 및/또는 제2 절연층은 또한 센서 구조(들)에 대한 접착제로서 이용될 수도 있다.
또한 실시예에서, 제1 절연층 및/또는 제2 절연층은 전기 절연성 세라믹을 포함한다.
전기 절연성 세라믹은 우수한 열 전도 특성을 가질 수 있고, 따라서 생성된 열이 전기 절연성 세라믹을 통해 전도될 수 있다. 실시예에서, 제2 절연층은 제1 절연층과 동일한 재료를 포함할 수 있다. 그러나 제2 절연층은 제1 절연층의 절연 특성 및/또는 열 전도 특성과 다른 절연 특성 및/또는 열 전도 특성을 갖는 전기 절연성 세라믹을 포함할 수도 있다.
실시예에서, 올 세라믹 히터의 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 제1 센서 구조 및/또는 제2 센서 구조는 온도 측정을 위한 적어도 하나의 저항 구조, 특히 곡류 형상의 측정 저항을 포함한다.
측정 저항은 2개의 전극 사이에 곡선 경로를 갖는 도체 트랙으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도체 트랙은 곡류 형상으로 설계될 수 있다. 이러한 측정 저항은 올 세라믹 히터의 한 측면에만, 제1 측면 또는 제2 측면에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서 올 세라믹 히터의 양측면에도 측정 저항이 배치될 수 있다.
바람직하게는, 올 세라믹 히터의 표면에 별도의 가열 부재가 배치되지 않아도 되기 때문에, 센서 구조(들)는 올 세라믹 히터의 전체 표면에 걸쳐 연장될 수 있다.
다른 실시예에서, 올 세라믹 히터의 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 제1 센서 구조 및/또는 제2 센서 구조는 그을음 입자의 침착물의 농도를 측정하기 위한 적어도 하나의 빗살 구조, IDK 구조를 포함한다.
일반적으로 그을음 센서 내의 그을음 입자를 결정하기 위해 IDK 구조가 이용될 수 있다.
실시예에서, 올 세라믹 히터의 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 제1 센서 구조 및/또는 제2 센서 구조는 풍속 측정을 위한 적어도 하나의 온도 센서 및 적어도 하나의 전기 가열 부재를 포함한다.
채널에서, 예를 들어 배기가스 분기 장치에서 처리량을 측정하기 위해, 이러한 센서 구조들은 유동 센서라고도 할 수 있는 유량 센서에서 이용될 수 있다.
또한, 상이한 변수를 결정하기 위해, 다양한 센서 구조들이 올 세라믹 히터의 2개의 측면에 배치될 수 있다. 이러한 센서는 멀티 센서라고 지칭할 수 있다.
다른 실시예에서, 제1 센서 구조 및/또는 제2 센서 구조는 적어도 하나의 백금 재료를 포함한다.
바람직하게는 센서 구조(들)는 측정 저항으로서 백금 저항을 가질 수 있다.
다른 실시예에서 센서는 다음을 포함한다:
제1 센서 구조 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 세라믹 중간층; 및/또는 제2 센서 구조 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제2 세라믹 중간층을 포함하고, 이 경우 제1 및/또는 제2 세라믹 중간층은 바람직하게는 산화알루미늄 및/또는 산화마그네슘을 포함한다.
바람직하게는 이러한 세라믹 중간층은, 예를 들어 DE 10 2007 046 900 B4호에 기술된 바와 같이 확산 장벽으로서 사용될 수 있다.
다른 실시예에서 센서는 다음을 포함한다:
제1 세라믹 중간층 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 커버층; 및/또는
제2 세라믹 중간층 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제2 커버층.
이러한 커버층은, 예를 들어 DE 10 2007 046 900 B4호에도 기술된 바와 같이, 예를 들어 석영 유리 및 선택적으로 세라믹을 포함할 수 있는 패시베이션 층으로서 세라믹 중간층(들) 상에 배치될 수 있다.
본 발명은 또한 온도 센서, 그을음 센서, 유동 센서로서 및/또는 온도 센서, 그을음 센서 및/또는 유동 센서의 조합을 포함하는 멀티 센서로서, 특히 자동차의 배기가스 분기 장치에서, 전술한 요구들 중 하나에 따른 센서의 용도를 제안한다.
또한, 본 발명은 다음 단계들을 포함하는, 센서, 특히 고온 센서를 제조하기 위한 방법을 제안한다:
적어도 하나의 올 세라믹 히터를 준비하는 단계; 및
올 세라믹 히터의 제1 측면에 적어도 일부 영역에 적어도 하나의 제1 센서 구조를 제공하는 단계.
바람직하게는, 예를 들어 EP 0 763 693 B1호에 기술된 세라믹 히터가 기판으로서 사용될 수 있고, 센서 구조(들)는 세라믹 히터 상에 배치될 수 있다. 바람직하게는 이로 인해 간단하고 저렴하게 센서가 제조될 수 있다.
실시예에서 방법은, 상기 준비하는 단계는,
전기 전도성 및 전기 절연성 세라믹의 공소결을 이용해서 올 세라믹 히터를 제조하는 단계를 포함하고; 및/또는
상기 제공하는 단계는,
백금 재료로, 특히 박막 기술로 제1 절연층을 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 백금층은 기판 위에 후막 기술로도 제공될 수 있다. 이를 위해, 백금 분말은 산화물 및 결합제와 혼합되어 실크 스크린 프린팅에 의해 기판 위에 제공될 수 있다. 이어서, 템퍼링이 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 특징 및 장점들은, 개략적인 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명된 이하의 상세한 설명에 제시된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서의 개략적인 분해도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 풀 세라믹 히터의 층을 개략적으로 도시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 풀 세라믹 히터를 분해도로서 및 조립 상태에서 개략적으로 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서를 제조하기 위한 방법을 도시한 도면.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서(1)의 개략적인 분해도를 도시한다. 예를 들어 도시된 센서(1)는 전기 전도성 세라믹으로 이루어진 열 전도체 및 전기 절연성 세라믹으로 이루어진 케이싱을 포함하는 풀 세라믹 히터(3)를 갖는다. 도시된 실시예에서 전기 전도성 세라믹과 전기 절연성 세라믹은 소결되어 균질체를 형성한다.
또한, 도 1은 올 세라믹 히터(3)에 배치된 2개의 전극(5a, 5b)을 도시한다. 도시된 실시예에서 전극(5a, 5b)은 전기 공급 라인으로 설계된다. 전극(5a, 5b)은 2개의 상이한 위치에서 전기 전도성 세라믹과 접촉하여, 전극들(5a, 5b) 사이의 전기 전도성 세라믹의 영역은 열 전도체 또는 열 저항으로서 형성된다. 전극들(5a, 5b)에는, 예를 들어 전류원(도 1에 도시되지 않음)과 같은 에너지원이 접속될 수 있으므로, 전류가 이를 관류할 때 세라믹이 가열된다. 열 전도체의 저항은 세라믹에 전극(5a, 5b)의 배치에 의해 결정될 수 있고, 전극(5a, 5b) 사이의 저항 섹션에 의해 형성된다. 전극(5a, 5b)은 도 1에 도시된 실시예에서 올 세라믹 히터(3)의 한 측면에 나란히 배치된다. 그러나 당업자는, 도시되지 않은 실시예에서 전극(5a, 5b)은 올 세라믹 히터(3)의 다른 위치에, 예를 들어 올 세라믹 히터(3)의 마주 놓인 측면들에 배치될 수도 있다는 사실을 알고 있다. 또한, 도시되지 않은 실시예에서 올 세라믹 히터(3)에 2개 이상의 전극이 배치될 수도 있다. 예를 들어, 올 세라믹 히터(3)에 4개의 전극이 배치될 수 있고, 서로 독립적인 2개의 회로를 폐쇄할 수 있도록 하기 위해, 전기 전도성 세라믹과 전기적으로 접촉할 수 있다. 도시되지 않은 실시예에서 이로써 상이한 열 출력을 갖는 2개의 독립적으로 스위칭 가능한 열 저항이 올 세라믹 히터 내에 형성될 수 있다.
선택적으로, 도 1에 도시된 실시예에서 올 세라믹 히터(3)의 제1 측면 상에 배치된 제1 절연층(7)이 도시된다. 예를 들어, 전기 절연성 세라믹 페이스트의 실크 스크린 프린팅에 의해 제1 절연층(7)이 제조될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 제1 절연층(7)은 스퍼터링, 열 증발 또는 에어로졸 증착과 같은 방법에 의해 금속 산화물로 코팅함으로써 제조될 수도 있다. 제1 절연층(7)은 올 세라믹 히터(3)의 표면의 전체를 덮거나, 올 세라믹 히터(3)의 표면의 일부 영역에만 배치될 수 있다. 도시되지 않은 실시예에서, 제1 절연층을 통한 전극의 접촉을 가능하게 하기 위해, 제1 절연층의 재료에 리세스가 통합될 수도 있다.
올 세라믹 히터(3) 상에 또는 선택적으로 제공된 제1 절연층(7) 상에, 예를 들어 백금 저항 구조로서 구현될 수 있는 제1 센서 구조(9)가 배치된다. 도시된 제1 센서 구조(9)는, 예를 들어 온도 측정에 사용될 수 있는 곡류 형상의 저항 구조를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 곡류 형상의 저항 구조는, 저항 구조를 평가 전자 장치(도 1에 도시되지 않음)에 접속할 수 있도록 하기 위해, 2개의 접속 콘택트를 가질 수 있다. 도시된 저항 구조에 대한 대안으로서 또는 추가로, 도시되지 않은 실시예에서, 추가의 센서 구조들 및/또는 가열 부재들은 올 세라믹 히터(3)의 제1 표면 위에 배치될 수 있다.
예를 들어, 그을음 입자를 결정하기 위해, 곡류 형상의 저항 구조 대신 또는 외에 IDK 구조가 배치될 수 있다.
또한, 제1 센서 구조(9) 및 제1 센서 구조(9)에 의해 커버되지 않은 올 세라믹 가열 부재(3)의 영역들은 세라믹 중간층(11)에 의해 적어도 부분적으로 커버될 수 있는 것이 도 1에 선택적으로만 도시된다. 세라믹 중간층(11)은 또한, 선택적으로만 커버층(13)에 의해 적어도 부분적으로 커버될 수 있다. 또한 당업자는, 자동차의 배기가스 분기 장치에서 온도 센서, 그을음 센서, 유동 센서로서 및/또는 멀티 센서로서 도 1에 도시된 센서(1)를 사용하기 위해 중간층(11) 및/또는 커버층(13)이 필수적이지 않다는 사실을 알고 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 제1 절연층(7)과 동일한 재료를 포함할 수 있는 제2 절연층(7')은 올 세라믹 가열 부재(3)의 제2 측면 상에 배치된다.
도시된 실시예에서, 예를 들어 제2 센서 구조(9')로서 그을음 입자를 결정하기 위한 IDK 구조가 올 세라믹 히터(3) 상에 설치된다. 여기에 도시되지 않은 대안적인 실시예에서 제2 센서 구조(9')는 또한 통과하는 가스의 하나 이상의 가스 파라미터를 검출하도록 조정된 추가의/대안적인 구조를 포함할 수 있다.
또한, 올 세라믹 히터(3)의 제1 측면과 관하여 여기에서 전술한 바와 같이, 제2 센서 구조(9') 상에 적어도 일부 영역에 세라믹 중간층(11')이 배치될 수 있으며, 상기 중간층 위에 또한 적어도 일부 영역에 커버층(13')이 배치될 수 있다.
그러나 기판(3)의 제2 측면 상에 구조들의 배치는 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 본 발명에 따른 센서(1)는 또한 올 세라믹 히터(3), 제1 절연층(7) 및 제1 센서 구조(9)만을 포함할 수도 있다.
도 2에 본 발명의 실시예에 따른 올 세라믹 히터(3')의 층이 개략적으로 도시된다. 도 2에 도시된 층 도면은 도 1에 이미 도시된 올 세라믹 히터(3)의 구성의 도면일 수 있다.
도 2의 좌측 난에, 가압된 전기 절연성 세라믹 분말의 실질적으로 동일한 복수의 층(15~23)이 소위 "그린 바디"로서 도시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 층들(15~23)은 실질적으로 직사각형으로 설계될 수 있다. 도시되지 않은 실시예에서, 층들은 또한 다른 기하학적 형상을 가질 수도 있으며, 예를 들어 층들은 원형이거나 타원형일 수 있다.
도 2의 중간 난에는 3개의 층(17'~21')이 도시되고, 상기 층들은 예를 들어 펀칭에 의해 도입될 수 있는 리세스를 가지며, 좌측 난에 도시된 층(17~21)일 수 있다. 층들(17'~21')에, 전극과 열 전도체의 접촉을 위한 기하학적 형상이 형성된다. 층(19') 내에 열 전도체의 기하학적 구조가 형성된다. 도시된 기하학적 형상은 예시적일 뿐이고, 소정의 용도에 따라서 기하학적 형상은 도시된 것과 다르게 형성될 수도 있으며, 예를 들어 열 전도체는 막대 형상 또는 곡류 형상으로 설계될 수도 있다.
도 2의 우측 난에는 3개의 층(17"~21")이 도시되고, 상기 층들은 리세스에 도입되는 전기 전도성 세라믹 분말을 가지며, 중간 난에 도시된 층(17'~21')일 수 있다.
도 3a 및 도 3b에 본 발명의 실시예에 따른 풀 세라믹 히터(3')의 개략도가 분해도로서 및 조립된 상태에서 도시된다.
도 3a에는, 도 2에 도시된 층들(15, 17", 19", 21" 및 23)이 스택 위에 배치된 것이 도시된다. 도 2에 도시된 콘택트에, 열 전도체의 접촉을 위해, 도 3a에 도시된 실시예에서 콘택트 핀 또는 접속 와이어의 형태의 전극(5a', 5b')이 배치된다.
도 3b에는 도 3a에 도시된 스택이 조립된 상태로 도시된다. 예를 들어, 층들은 소결에 의해 서로 결합될 수 있다. 예를 들어, 소결은 질소 분위기 하에서 1600~2000℃의 온도에서 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 센서(1)를 제조하기 위한 방법(1000)을 도시한다. 방법(1000)은 다음 단계들을 포함한다:
적어도 하나의 올 세라믹 히터(3)를 준비하는 단계(1010); 및
올 세라믹 히터(3)의 제1 측면에 적어도 일부 영역에 적어도 하나의 제1 센서 구조(9)를 제공하는 단계(1015).
또한, 상기 준비하는 단계(1010)는 전기 전도성 및 전기 절연성 세라믹의 공소결을 이용해서 올 세라믹 히터(3, 3')를 제조하는 단계(1005)도 포함할 수 있다. 올 세라믹 히터를 제조하는 단계(1005)는 단지 선택적이기 때문에, 이 단계의 테두리는 점선으로 도시된다.
전술한 기재, 청구 범위 및 도면에 도시된 특징들은 다양한 실시예에서 개별적으로 그리고 임의의 조합으로 본 발명에 중요할 수 있다.
1 : 센서 3, 3' : 올 세라믹 히터
5a, 5a', 5b, 5b' : 전극 7, 7' : 절연층
9, 9' : 구조 11, 11' : 세라믹 중간층
13, 13' : 커버층 15 : 제1 층
17, 17', 17" : 제2 층 19, 19', 19" : 제3 층
21, 21', 21" : 제4 층 23 : 제5 층
1000 : 센서를 제조하기 위한 방법 1005 : 제조하는 단계
1010 : 준비하는 단계 1015 : 제공하는 단계

Claims (15)

  1. 센서, 특히 고온 센서로서,
    적어도 하나의 올 세라믹 히터(3, 3'); 및
    상기 올 세라믹 히터(3, 3')의 제1 측면에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 센서 구조(9)
    를 포함하는 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 올 세라믹 히터(3, 3')는:
    적어도 하나의 전기 전도성 세라믹과 적어도 하나의 전기 절연성 세라믹을 갖고,
    바람직하게는 상기 전기 전도성 세라믹은 서로 분리된 적어도 2개의 위치에서 전극(5a, 5a', 5b, 5b')과 접촉하고,
    상기 전기 절연성 세라믹은 상기 전기 전도성 세라믹의 적어도 일부 영역을 둘러싸고, 바람직하게는 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전기 전도성 세라믹은 규화물-, 탄화물- 및/또는 질화물 분말 및 텅스텐, 탄탈륨, 니오븀, 티타늄, 몰리브덴, 지르코늄, 하프늄, 바나듐 및/또는 크롬 그룹 중 적어도 하나의 원소를 포함하는 세라믹 분말로 형성되고, 상기 전기 절연성 세라믹은 질화규소 및/또는 질화알루미늄을 포함하는 열 전도성 세라믹 분말로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 올 세라믹 히터(3, 3')는 0.3 ㎜ 내지 3 ㎜의 두께를 가지며, 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 1.5 ㎜의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 센서.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서는:
    상기 올 세라믹 히터(3, 3')의 제1 측면 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 절연층(7), 및/또는
    상기 제1 측면에 마주 놓인, 상기 올 세라믹 히터(3, 3')의 제2 측면 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제2 절연층(7')을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 절연층(7) 및/또는 상기 제2 절연층(7')은 전기 절연성 세라믹을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 올 세라믹 히터(3, 3')의 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 제1 센서 구조(9) 및/또는 제2 센서 구조(9')는 온도 측정을 위한 적어도 하나의 저항 구조, 특히 곡류 형상의 측정 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 올 세라믹 히터(3, 3')의 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 상기 제1 센서 구조(9) 및/또는 상기 제2 센서 구조(9')는 그을음 입자의 침착물의 농도를 측정하기 위한 적어도 하나의 빗살 구조, IDK 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 올 세라믹 히터(3, 3')의 제1 측면 또는 제2 측면에 배치된 상기 제1 센서 구조(9) 및/또는 상기 제2 센서 구조(9')는 풍속 측정을 위한 적어도 하나의 온도 센서 및 적어도 하나의 전기 가열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 센서 구조(9) 및/또는 상기 제2 센서 구조(9')는 적어도 하나의 백금 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 센서는:
    상기 제1 센서 구조(9) 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 세라믹 중간층(11); 및/또는
    상기 제2 센서 구조(9') 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제2 세라믹 중간층(11')을 포함하고, 상기 제1 세라믹 중간층(11) 및/또는 제2 세라믹 중간층(11')은 바람직하게는 산화알루미늄 및/또는 산화마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  12. 제11항에 있어서, 센서는:
    상기 제1 세라믹 중간층(11) 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제1 커버층(13); 및/또는
    상기 제2 세라믹 중간층(11') 상에 적어도 일부 영역에 배치된 적어도 하나의 제2 커버층(13')을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서.
  13. 온도 센서, 그을음 센서, 유동 센서로서 및/또는 온도 센서, 그을음 센서 및/또는 유동 센서의 조합을 포함하는 멀티 센서로서, 특히 자동차의 배기가스 분기 장치에서, 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 센서의 용도.
  14. 센서, 특히 고온 센서를 제조하기 위한 방법으로서,
    적어도 하나의 올 세라믹 히터(3, 3')를 준비하는 단계(1010); 및
    상기 올 세라믹 히터(3, 3')의 제1 측면에 적어도 일부 영역에 적어도 하나의 제1 센서 구조(9)를 제공하는 단계(1015)
    를 포함하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 준비하는 단계(1010)는,
    전기 전도성 및 전기 절연성 세라믹의 공소결을 이용해서 상기 올 세라믹 히터(3, 3')를 제조하는 단계(1005)를 포함하고; 및/또는
    상기 제공하는 단계(1015)는,
    백금 재료로, 특히 박막 기술로 상기 제1 절연층(7)을 프린팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3409467B1 (de) 2017-05-30 2019-07-03 Heraeus Nexensos GmbH Heizer mit einem co-gesinterten mehrschichtenaufbau
CN110865100A (zh) * 2019-12-18 2020-03-06 中国电子科技集团公司第四十九研究所 片式结构一体化催化燃烧式可燃气体传感器及其制备方法
CN111035070A (zh) * 2020-01-08 2020-04-21 深圳麦时科技有限公司 气溶胶产生装置及其发热组件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274855B1 (en) * 1998-11-17 2001-08-14 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Heating resistor for ceramic heaters, ceramic heaters and method of manufacturing ceramic heaters
US20080190173A1 (en) * 2005-04-20 2008-08-14 Heraeus Sensor Technology Gmbh Soot Sensor
KR20170021248A (ko) * 2014-06-17 2017-02-27 로베르트 보쉬 게엠베하 입자 센서의 작동 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4304129A (en) * 1978-11-13 1981-12-08 Nippon Soken, Inc. Gas flow measuring apparatus
JP2502961B2 (ja) * 1984-04-26 1996-05-29 日本碍子株式会社 電気化学的装置の製造方法
DE3905271A1 (de) 1989-02-21 1990-08-23 Hoechst Ag Siliziumnitrid-keramik und verfahren zu ihrer herstellung
JP4445595B2 (ja) 1995-09-12 2010-04-07 日本特殊陶業株式会社 セラミックヒータ、セラミックグロープラグおよびその製造方法
JP3963412B2 (ja) * 1998-11-17 2007-08-22 日本特殊陶業株式会社 セラミックヒータ用発熱抵抗体及びセラミックヒータ並びにセラミックヒータの製造方法
KR20010021013A (ko) * 1999-06-22 2001-03-15 오카무라 가네오 절연성 세라믹 입자를 포함하는 가스 센서용 고체 전해질및 그 제조방법
DE10319664A1 (de) * 2003-05-02 2004-11-18 Robert Bosch Gmbh Sensor zur Detektion von Teilchen
US20060211123A1 (en) * 2005-03-18 2006-09-21 Ker Eric L Sensing element and method of making
CN101163962A (zh) * 2005-04-20 2008-04-16 贺利氏传感技术有限公司 煤烟传感器
JP4494283B2 (ja) 2005-04-21 2010-06-30 日本特殊陶業株式会社 ガスセンサおよびガスセンサの製造方法
DE102005021131A1 (de) * 2005-05-06 2006-11-09 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für Gassensoren
JP5623015B2 (ja) 2005-10-24 2014-11-12 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Ｈｅｒａｅｕｓ Ｓｅｎｓｏｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ 流量センサ素子および流量センサ素子の自浄作用
DE102007046900C5 (de) 2007-09-28 2018-07-26 Heraeus Sensor Technology Gmbh Hochtemperatursensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung
DE102009002118A1 (de) * 2009-04-02 2010-10-14 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für einen Gassensor und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102013110291A1 (de) * 2013-03-06 2014-09-11 Heraeus Sensor Technology Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Rußsensors mit einem Laserstrahl
DE102014206958A1 (de) 2014-04-10 2015-10-15 Robert Bosch Gmbh Sensorelement zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102014211782A1 (de) * 2014-06-18 2015-12-24 Robert Bosch Gmbh Sensorelement zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274855B1 (en) * 1998-11-17 2001-08-14 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Heating resistor for ceramic heaters, ceramic heaters and method of manufacturing ceramic heaters
US20080190173A1 (en) * 2005-04-20 2008-08-14 Heraeus Sensor Technology Gmbh Soot Sensor
KR20170021248A (ko) * 2014-06-17 2017-02-27 로베르트 보쉬 게엠베하 입자 센서의 작동 방법

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