KR20200028957A - 미립자 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

미립자 센서 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20200028957A
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KR1020207002017A
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라도슬라브 루사노브
올리버 크라일
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 본체(110); 상기 본체(110)의 제 1 표면(110a)에 걸쳐서 유동하는 유체 흐름(A1) 내의 미립자들을 충전하기 위한 미립자 충전 장치(120)로서, 코로나 방전(123)을 생성하기 위한 고전압 전극(122)을 포함하는 상기 미립자 충전 장치(120); 및 상기 유체 흐름(A1)의 하전 입자들을 편향시키도록 형성되어 배치되어 있는 상대 전극(124)을 포함하는 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e)에 관한 것이다.

Description

미립자 센서 및 그 제조 방법
본 발명은 본체; 및 상기 본체의 제 1 표면에 걸쳐서 유동하는 유체 흐름 내의 미립자들을 충전하기 위한 미립자 충전 장치(particle charing device)를 포함하는 미립자 센서(particle sensor)에 관한 것이며, 상기 미립자 충전 장치는 제 1 표면의 영역에 배치되어 코로나 방전(corona discharge)을 생성하기 위한 고전압 전극을 포함한다.
또한, 본 발명은 이러한 미립자 센서를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
WO 2013/125181 A1호에는 자동차에 사용하기 위한 미립자 센서가 공지되어 있다. 공지된 미립자 센서는 비교적 복잡한 기하학적 구조를 갖는 다수의 개별 층을 포함하는 복잡한 층 구성을 포함한다.
본 발명의 과제는 더 단순한 구성을 가지면서 비용 효율적으로 제조되도록, 전술한 유형의 미립자 센서를 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 미립자 센서에 의해 해결된다. 미립자 센서는 본체, 및 상기 본체의 제 1 표면에 걸쳐서 유동하는 유체 흐름 내의 미립자들을 충전하기 위한 미립자 충전 장치를 포함하며, 상기 미립자 충전 장치는 제 1 표면의 영역에 배치되어 코로나 방전을 생성하기 위한 고전압 전극을 포함한다. 또한, 고전압 전극에 대한 상대 전극(counter electrode)이 제공되며, 상기 상대 전극은 유체 흐름의 하전 입자들을 편향시키도록 형성되어 배치된다.
본원에서, 상대 전극은 고전압 전극과 관련하여 상이한 전기 전위를 인가받을 수 있으며 고전압 전극과는 다른 전극을 의미한다. 예컨대 고전압 전극에 대한 상대 전극은 기준 전위에 접속될 수 있거나, 또는 기준 전위를 갖는 회로 노드와 고정 연결될 수 있다. 또 다른 실시형태의 경우, 고전압 전극은 상대 전극에 대해 포지티브 또는 네거티브 전기 전위를 인가받을 수 있다.
본 발명에 따라서, 상대 전극은 바람직하게는 이중 기능을 충족한다. 첫 번째로, 상대 전극은 고전압 전극에 대한 전기 상대 전극을 형성하고 그에 따라 코로나 방전의 생성에 기여한다. 두 번째로, 상대 전극은, 동시에, 코로나 방전을 이용하여 유체 흐름의 하전 입자들을 편향시킬 수 있는 이른바 트랩 전극을 형성한다. 이를 위해, 본 발명에 따라서, 상대 전극은, 트랩 전극의 기능도 충족시킬 수 있도록 형성되어 고전압 전극에 대해 배치된다. 그러므로 본 발명에 따른 상대 전극은 조합형 "트랩 및 코로나 상대 전극"이라고도 할 수 있으며, 미립자 센서의 특히 효율적인 제조 및 전체적으로 비용 효율적인 구성을 가능하게 한다. 바람직하게는, 다수의 실시형태에서, 상대 전극의 콘택팅을 위해 단 하나의 전기 단자만이 필요한 반면, 상대 전극 및 별도의 트랩 전극을 포함한 종래 시스템들의 경우, 상기 전극들을 위해 2개의 상이한 전기 단자가 필요하다.
예컨대 유체 흐름은 자동차의 내연기관의 배기가스 흐름일 수 있다. 예컨대 미립자들은, 내연기관에 의한 연료의 연소의 범주에서 발생하는 바와 같은 매연 미립자들(soot particles)일 수 있다. 바람직한 실시형태의 경우, 본체는 기판 요소를 포함하거나, 또는 기판 요소로 형성된다. 특히 바람직하게, 본체는 실질적으로 평면인 세라믹 기판으로 형성된다. 본체는 예컨대 폭 및 길이를 갖는 실질적으로 직육면체인 기본 형태를 가질 수 있으며, 높이 치수는 폭 및 길이에 비해 작다. 또한, 제 1 표면은 본체의 외부 표면이다.
본 발명에 따라서 미립자 센서 내에 제공될 수 있는 코로나 방전은, 예컨대 고전압 전극 둘레의 공간에서 유체 흐름 또는 배기가스 흐름으로부터 나온 미립자들 또는 일반적으로 입자들, 예컨대 기체 입자들의 충전을 가능하게 한다. 그에 따라, 한편으로 미립자들은 제 1 표면의 영역에 있으며 코로나 방전이 일어나는 공간의 관류 시 직접 하전된다. 다른 한편으로, 미립자들은 가스 또는 배기가스 흐름의 하전 입자들을 통해 하전되며, 가스 또는 배기가스 흐름은 고전압 전극의 영역 내 공간의 관류 동안 직접 하전되었다. 이는 전체적으로 충전의 효과를 향상시킨다. 바람직한 실시형태의 경우, 고전압 전극은 적어도 하나의 바늘형 전극 또는 첨단을 포함한다.
바람직한 실시형태의 경우, 고전압 전극은 적어도 부분적으로, 특히 직접 본체의 제 1 표면 상에 배치되며, 상대 전극은 적어도 부분적으로, 특히 직접 본체의 제 1 표면 상에 배치된다. 일 실시형태의 경우, 고전압 전극 및 상대 전극이 특히 완전하게 본체의 제 1 표면 상에 배치된다면, 특히 작은 구성이 달성된다.
많은 실시형태에서 제공될 수 있는, 본체의 제 1 표면 상에 해당 전극의 "직접" 배치는 본원에서 해당 전극이 제 1 표면과의 실질적으로 평면의 접촉 영역을 포함하거나, 또는 상기 제 1 표면을 접촉하는 방식으로, 예컨대 코팅의 의미로 덮는다는 것을 의미한다.
또 다른 실시형태들에 따라서, 해당 전극이 예컨대 제 1 표면의 영역에 배치되지만, 직접적으로 그 위에 배치되지 않는, 본체의 제 1 표면 상에서 해당 전극(들)의 또 다른 배치들도 가능하다.
또 다른 실시형태의 경우, 미립자 충전 장치로 전원 공급, 다시 말해 전기 에너지 공급을 위한 전압원이 제공되며, 상기 전압원의 제 1 단자는 고전압 전극과 전기 전도 방식으로 연결되며, 상대 전극은 저항 요소를 통해 전압원의 제 2 단자와 전기 전도 방식으로 연결된다. 바람직한 실시형태들에 따라서 실질적으로 순수 저항성 저항 요소일 수 있는 저항 요소의 제공에 의해, 바람직하게는 미립자 센서의 작동과 관련한 자유도가 달성된다. 따라서, 예컨대 저항 요소의 저항값 및 또 다른 작동 파라미터들(예: 전압원에 의해 공급되는 전압)의 선택에 의해, 상대 전극의 전기 전위가 조절될 수 있다. 따라서, 상기 상대 전극이 실시형태들에 따라서 트랩 전극의 기능을 동시에 담당 수행하기 때문에, 특히 코로나 방전의 작동과 무관하게, 트랩 전극의 전기 전위도 조절될 수 있으며, 이는 미립자 센서의 기능에 바람직하다.
바람직한 실시형태들의 경우, 저항 요소의 저항값은 약 10메가오옴 내지 약 2기가오옴이며, 바람직하게는 약 200메가오옴 내지 약 600메가오옴이다.
또 다른 실시형태의 경우, 상대 전극의 제 1 부분은 본체의 제 1 표면 상에 직접 배치되고, 상대 전극의 적어도 하나의 제 2 부분은 적어도 부분적으로 제 1 표면으로부터 돌출된다. 예컨대 많은 실시형태에서, 상대 전극은 적어도 상대 전극의 제 1 영역 또는 부분에서 본체의 제 1 표면 상에 배치되며, 이는 예컨대 제 1 표면 상에 배치된 스트립 도체들 또는 도체 구조들에 의한 상대 전극의 간단한 전기 콘택팅을 가능하게 한다. 또한, 제 1 영역 또는 부분과는 다른, 상대 전극의 제 2 영역 또는 부분은 본체의 제 1 표면으로부터 돌출될 수 있으며, 다시 말하면 제 1 표면에서부터 돌출될 수 있다. 이로써, 제 1 표면 위에서 코로나 방전을 인가받을 수 있는 공간 영역이 돌출된 상대 전극의 형태의 디자인에 의해 규정됨으로써, 하전 입자들 또는 하전 미립자들의 생성을 위한 또 다른 자유도들이 제공된다. 그와 동시에, 본체의 제 1 표면 상에 배치되는 컴포넌트들(예컨대, 스트립 도체들)과 상대 전극의 특히 간단한 기계적 및/또는 전기적 연결이 달성된다.
또 다른 실시형태의 경우, 적어도 하나의 센서 전극이, 미립자 충전 장치에 의해 충전된, 유체 흐름으로부터의 미립자들에 의해 야기되는 전기 충전 전류에 대한 정보의 검출을 위해 제공되며, 상기 적어도 하나의 센서 전극은 제 1 표면 상에 배치된다.
특히 바람직한 실시형태에서, 미립자 충전 장치 또는 그 고전압 전극 및 상대 전극 및 선택적인 센서 전극은 본체의 길이 방향 축을 따라 본체의 제 1 표면 상에, 특히 연이어 또는 유체 흐름 내지 배기가스 흐름의 유동 방향을 따라서 배치된다. 그로 인해, 미립자 충전 장치는, 예컨대 코로나 방전에 의해 배기가스 흐름의 미립자들 또는 입자들을 충전할 수 있고, 상기 미립자들 또는 입자들은 그 다음에 우세한 가스 유동에 의해 더 하류에 위치하는 영역들 내로 이송되며, 이 영역들을 따라 예컨대 트랩 전극의 기능을 하는 상대 전극의 일부가 연장될 수 있다. 거기서는, 예컨대 배기가스 흐름의 이온들처럼 측정할 미립자들에 부착되지 않은, 비교적 가벼운(저질량의) 하전 입자들이 트랩 전극으로서 작동하는 상대 전극의 부분들("트랩 전극 영역")에 의해 비교적 강하게 편향될 수 있으며, 그럼으로써 상기 하전 입자들은 더 하류에 배치된 선택적인 센서 전극에 도달하지 않거나, 또는 매우 감소된 수만이 그곳에 도달하게 된다. 그결과, 실질적으로 단지 관여하고 비교적 무거운 하전 미립자들, 특히 매연 미립자들만이, 더 하류에서 상대 전극의 트랩 전극 영역을 넘어 예컨대 센서 전극에 도달하며, 이곳에서 상기 하전 미립자들은 예컨대 전하 유도(charge induction)에 의해 센서 전극 상에서 공지된 방식으로 검출될 수 있다.
센서 전극을 포함하지 않는 실시형태들의 경우, 이른바 "이탈 전류(escaping current)" 원리가 하전 미립자의 충전 전류의 측정을 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 미립자 센서를 포함하는 완전한 시스템은 바깥쪽을 향해 절연될 수 있으며, 하전 미립자들이 자신들의 전기 충전의 형태로 여타의 경우 전기 절연되고 그로 인해 폐쇄된 시스템에서부터 가져온 전류가 측정된다. 예컨대 고려되는 전류는 고전압 전극의 니들 전극(needle electrode)에서부터 코로나 방전을 통해 고전압 전극의 상대 전극 내로 흐르고, 상대 전극의 트랩 전극 영역은 나머지 이온들을 포집한다. 하전 미립자들에 의해 생성되는 전류는, 상대 전극의 전기 전위가 일정하게 유지되도록 하기 위해, 상대 전극에 다시 부가되어야 한다. 상기 전류는 "이탈 전류"라고 하며, 하전 미립자들의 농도에 대한 척도이다.
또 다른 실시형태의 경우, 적어도 하나의 센서 전극을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게, 그리고 실질적으로 환형으로 에워싸는 적어도 하나의 제 1 보호 전극이 제공된다. 예컨대 센서 전극은 완전히 본체의 제 1 표면 상에 배치된다. 그런 다음, 많은 실시형태에서, 제 1 보호 전극은 마찬가지로 실질적으로 평면으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 전체 센서 전극을 환형으로 에워쌀 수 있다. "가드 전극(guard electrode)"이라고도 할 수 있는 제 1 보호 전극은, 미립자 센서의 감도(sensitivity)를 증가시키기 위해 사용된다. 특히 적어도 하나의 제 1 보호 전극의 제공에 의해, 센서 전극에 의해 수득될 수 있는 센서 신호의 평가 시, 신호 대 잡음비(SNR: signal-to-noise ratio)가 감소될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 상대 전극의 영역은 고전압 전극을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게, 그리고 실질적으로 환형으로 에워싼다. 그로 인해, 누설 전류들은 예컨대 경우에 따라 제공되어 있는 센서 전극의 방향에서 최소화되고, 신호 대 잡음비는 더 향상될 수 있다.
또 다른 실시형태의 경우, 미립자 센서의 적어도 하나의 다른 전극(예컨대 상대 전극 또는 상대 전극의 적어도 하나의 트랩 전극 영역, 및/또는 경우에 따라 제공되어 있는 제 1 보호 전극)을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게, 그리고 실질적으로 환형으로 에워싸는 제 2 보호 전극이 제공된다.
또 다른 바람직한 실시형태의 경우, 상호 간에 동심으로 배치된 2개의 튜브와 적어도 하나의 본 발명에 따른 미립자 센서로 구성되는 보호 튜브 어셈블리를 포함하는 센서 장치가 제안되며, 상기 적어도 하나의 미립자 센서는, 그 제 1 표면이 내부 튜브의 길이 방향 축에 대해 실질적으로 평행하게 정렬되도록, 두 튜브 중 내부 튜브 내에 배치된다. 그로 인해, 미립자 센서는 바람직하게는 외부 영향들(예컨대 배기가스를 통한 직접적인 유입)으로부터 보호되며, 그와 동시에 배기가스 흐름의 균일하고 층류인 유동이 미립자 센서 상에 인가됨으로써 센서 정확도가 증가되는 것이 보장된다. 특히 실시형태들의 경우 그렇게 하여 미립자 센서의 작동이 신선 가스 또는 신선 공기의 공급 없이도 수행될 수 있으며, 그럼으로써 종래 시스템들의 경우 필요한 것과 같은 펌프가 생략될 수 있게 된다.
또 다른 실시형태들은 청구항 제 13 항에 따른 미립자 센서의 제조를 위한 방법에 의해 제시된다. 상기 방법은, 본체를 제공하는 단계; 본체의 제 1 표면 상에 고전압 전극을 배치하는 단계; 및 특히 유체 흐름의 하전 입자들을 편향시킬 수 있도록 고전압 전극에 대해 제 1 표면 상에 상대 전극을 적어도 부분적으로 배치하는 단계를 포함한다. 특히 바람직하게는, 많은 실시형태의 경우, 본체의 제 1 표면 상에 미립자 충전 장치 또는 그의 컴포넌트들 및 트랩 전극 영역 및 경우에 따라 선택적인 센서 전극 또는 상응하는 스트립 도체들 또는 도체 구조들을 제공하기 위해, 스크린 인쇄 방법, 특히 백금 스크린 인쇄가 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징들, 적용 가능성들 및 장점들은 도면들에 도시되어 있는 본 발명의 실시예들의 하기 설명에 제시된다. 여기서 기술되거나 도시되는 모든 특징은, 청구범위에서 그들의 통합 또는 그 인용과 무관하게, 그리고 명세서 또는 도면에서 그 기재 형식 또는 도시와 무관하게, 그 자체로 또는 임의로 조합되어 본 발명의 대상을 형성한다.
도 1은 본 발명에 따른 미립자 센서의 제 1 실시형태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미립자 센서의 제 2 실시형태를 개략적으로 도시한 측면도이다.
도 3 및 도 4는 타깃 시스템 내에서 미립자 센서의 배치를 각각 도시한 개략도이다.
도 5는 제 3 실시형태에 따른 미립자 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 6은 제 4 실시형태에 따른 미립자 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7a는 제 5 실시형태에 따른 미립자 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7b는 도 7a의 라인 B-B에 따른 미립자 센서의 횡단면을 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 8은 또 다른 실시형태에 따른 미립자 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 방법의 일 실시형태를 개략적으로 나타낸 간소화된 흐름도이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 미립자 센서(100)의 제 1 실시형태의 측면도가 개략적으로 도시되어 있다. 미립자 센서(100)는 바람직하게는 평면인 본체(110)를 포함하며, 이 본체는 예컨대 세라믹 소재와 같은 전기 비전도성 소재로 이루어진 기판으로 형성될 수 있다. 본원에서, 본체(110)는, 바람직하게는 x 축을 따라서 연장되는 길이(L)보다 더 작으며, 특히 훨씬 더 작으며, 예컨대 적어도 약 80%만큼 더 작으며, 도 1에서 도면 평면에 대해 수직으로 연장되는 폭보다 더 작은 두께(d1)를 갖는다.
본 발명에 따라서, 도 1에서 본체(110)의 상부 외부 표면인, 본체(110)의 제 1 표면(110a)의 영역에는, 미립자 충전 장치(120)가 배치된다. 특히 바람직하게, 본원에서 미립자 충전 장치(120)는 제 1 표면(110a) 상에 직접 배치된다.
미립자 충전 장치(120)는, 본체(110)의 제 1 표면(110a)에 걸쳐서 유동하는 유체 흐름(A1) 내에 있을 수 있는 미립자들(미도시)을 충전하기 위해 제공된다. 이를 위해, 미립자 충전 장치(120)는 코로나 방전(123)을 생성하기 위해 제공되는 고전압 전극(122)을 포함한다. 이를 위해, 고전압 전극(122)은 예컨대 도 1에 도시되지 않은 고전압원에 연결되어 있을 수 있다. 또한, 미립자 충전 장치(120)는, 본원에서 완전하게 또는 전면에서 본체(110)의 제 1 표면(110a) 상에 배치되어 있는 상대 전극(124)을 포함하며, 그럼으로써 제 1 표면(110a) 상에 제공될 수 있는 스트립 도체들(도 1에는 미도시)을 이용한 간단한 콘택팅 및 전체적으로 작은 구성이 달성되게 된다. 도 1에서 파선으로 표시된 타원은 증가된 이온 농도의 영역을 나타낸다.
본 발명에 따라서, 상대 전극(124)은 유체 흐름(A1)의 하전 입자들을 편향시키도록 형성되어 배치된다. 이를 위해, 상대 전극(124)은, 일차적으로 고전압 전극(122)에 대한 전기 상대 전극으로서 작용하는 제 1 영역(124a) 외에도, 본 발명에 따라서 트랩 전극의 기능을 실현하므로 트랩 전극 영역이라고도 하는 제 2 영역(124b)을 포함한다. 상대 전극(124)의 트랩 전극 영역(124b)은, 예컨대 미립자 충전 장치(120)에 의해 유체 흐름(A1)과 관련하여 더 상류에서 생성되었던, 유체 흐름(A1)의 하전 입자들을 편향시키기 위해 제공된다. 특히 바람직하게는, 트랩 전극 영역(124b)에 의해 하전된 입자들, 특히 이온들은 유체 흐름(A1)에서부터 편향되거나 "포집"될 수 있으며, 그럼으로써 상기 입자들은 더 하류에 배치된 선택적인 센서 전극(140)에 도달하지 않게 된다.
많은 실시형태의 경우, 상대 전극(124)은, 고전압 전극(122)이 인가받을 수 있는 고전압 전위와는 다른 전기 전위를 인가받을 수 있다.
도 1에 도시된 구성의 경우, 본체(110)는 그 길이(L)로 도 1에서 수평인 x 축의 좌표들(x0, x6) 사이에서 연장된다. 고전압 전극(122)은 대략 좌표(x1 > x0)의 영역에 배치되고, 상대 전극은 대략 좌표 값들(x2, x3) 사이에 배치되며, 여기서 x2 > x1 및 x3 > x2이다.
선택적인 센서 전극은, 좌표 값들(x4, x5) 사이에서 연장되며, 여기서 x4 > x3, x5 > x4이다. 선택적인 센서 전극은, 유체 흐름(A1)으로부터의 하전 미립자들에 의해 야기되는 전기 충전 전류에 대한 정보의 검출을 위해 제공된다. 상기 미립자는 예컨대 미립자 충전 장치(120)에 의해 또는 이 미립자 충전 장치를 통해 생성된 코로나 방전(123)에 의해 유체 흐름(A1)과 관련하여 더 상류에서(예컨대 대략 좌표(x2)의 영역에서) 전기적으로 충전되었던 미립자들일 수 있다. 바람직하게는 비교적 무거운 하전 미립자들만이 하류 방향으로 센서 전극(140)에 도달하는데, 그 이유는 앞에서 이미 설명한 것처럼 예컨대 이온들처럼 비교적 가벼운 하전 입자들이 상대 전극(124)의 트랩 전극 영역(124b)에 의해 편향되거나 포집되기 때문이다. 이로 인해, 센서 전극(140)은, 이 센서 전극(140)을 스쳐 유동하는 하전 미립자들에 의해 야기되는 전하 유도의 측정의 방법으로, 유체 흐름(A1) 내 하전 미립자들의 농도의 결정을 가능하게 한다. 예컨대 유체 흐름(A1)은 내연기관(미도시)의 배기가스 흐름일 수 있다. 예컨대 미립자들은, 내연기관에 의한 연료 연소의 범주에서 발생하는 바와 같은 매연 미립자들일 수 있다.
또 다른 실시형태들의 경우, 선택적인 센서 전극(140)을 제공하지 않는 것이 가능하다. 이런 변형예들의 경우, 이른바 "이탈 전류" 원리가 하전 미립자들의 충전 전류의 측정을 위해 사용될 수 있다. 이를 위해, 미립자 센서(100)를 포함하는 완전한 시스템은 바깥쪽을 향해 절연될 수 있으며, 하전 미립자들이 그 전기 충전의 형태로 여타의 경우 전기 절연되고 그로 인해 폐쇄된 시스템(100)에서부터 가져온 전류가 측정된다. 예컨대 고려되는 전류는 고전압 전극(122)에서부터 코로나 방전(123)을 통해 고전압 전극의 상대 전극(124) 내로 흐르며, 트랩 전극 영역(124b)은 나머지 이온들을 포집한다. 하전 미립자들에 의해 생성되는 전류는, 상대 전극의 전기 전위가 일정하게 유지되도록 하기 위해, 상대 전극(124)에 다시 부가되어야 한다. 상기 전류는 "이탈 전류"라고 하며, 하전 미립자들의 농도에 대한 척도이다.
도 1에 도시된 실시형태의 경우, 트랩 전극 영역(124b)을 위한 상대 전극으로서, 선택적으로 전기 전도성 요소(미도시), 예컨대 박판이 제공될 수 있으며, 이 박판은 도 1에 따라서 예컨대 본체(100)의 제 1 표면(110a) 위에 배치된다. 많은 실시형태의 경우, 예컨대 전기 전도성 재료로 이루어지거나, 또는 적어도 일부 섹션에 존재하는 전기 전도성 표면을 포함하여 미립자 센서(100)를 에워싸는 보호 튜브(도 1에는 미도시)가 트랩 전극 영역(124b)을 위한 상대 전극으로서 사용될 수 있다.
도 2에는, 본 발명에 따른 미립자 센서의 제 2 실시형태(100a)의 측면도가 개략적으로 도시되어 있다. 미립자 센서(100a)는 미립자 충전 장치(120)로 전원 공급, 다시 말해 전기 에너지 공급을 위한 전압원(130)을 포함하며, 전압원(130)의 제 1 단자(132a)는 고전압 전극(122)과 전기 전도 방식으로 연결되고, 상대 전극(124)은 저항 요소(134)를 통해 전압원(130)의 제 2 단자(132b)와 전기 전도 방식으로 연결된다. 예컨대 전압원(130)은, 많은 실시형태에서 예컨대 수 킬로볼트(kV)의 범위 이내일 수 있는 제 1 전압(U1)(코로나 방전(123)의 생성을 위한 "고전압")을 생성하거나 공급하도록 형성될 수 있다.
바람직한 실시형태들에 따라서 실질적으로 순수 저항성 저항 요소일 수 있는 저항 요소(134)의 제공에 의해, 바람직하게는 미립자 센서(100a)의 작동과 관련한 자유도가 달성된다. 따라서, 예컨대 저항 요소(134)의 저항값 및 예컨대 전압원(130)에 의해 공급되는 전압과 같은 또 다른 작동 파라미터들의 선택에 의해, 상대 전극(124)의 전기 전위가 조절될 수 있다. 상기 상대 전극이 실시형태들에 따라서 트랩 전극의 기능을 동시에 담당 수행하기 때문에(도 1의 트랩 전극 영역(124b) 참조), 특히 코로나 방전(123)의 작동과 무관하게, 트랩 전극 또는 트랩 전극 영역(124b)의 전기 전위도 조절될 수 있으며, 이는 미립자 센서(100a)의 기능을 위해 바람직하다.
바람직한 실시형태들의 경우, 저항 요소(134)의 저항값은 약 10메가오옴 내지 약 2기가오옴이며, 바람직하게는 약 200메가오옴 내지 약 600메가오옴이다.
미립자 센서(100a)의 작동 중에, 저항 요소(134)의 단자들(134a, 134b) 상에서 전압(U2)이 강하되며, 상기 전압은 특히 코로나 방전(123)의 영역에서 예컨대 고전압 전극(122)에서부터 트랩 전극 영역(124b)으로 흐르는 코로나 전류에 따라 결정된다. 바람직하게는 전압원(130)의 제 2 단자(132b) 또는 저항 요소(134)의 제 2 단자(134b)가 기준 전위, 예컨대 접지 전위(GND)와 연결된다.
많은 실시형태의 경우, 고전압 전극(122)과 트랩 전극 영역(124b) 사이에서 요구되는 전압은 미립자 센서 내지 그의 컴포넌트들의 기하학적 구조 및 요구되는 코로나 전류의 적합한 선택에 의해 결정될 수 있으며, 다시 말하면 예컨대 코로나 방전의 작동점(전형적으로 기가오옴 범위의 임피던스에 상응하는 수 킬로 볼트(kV)의 전압에서 수 마이크로 암페어(㎂) 범위의 전류 세기를 갖는 전류)에 의해 결정될 수 있다. 많은 실시형태의 경우, 전압원(130)은 실질적인 코로나 전압에 추가해서, 예컨대 수 100V일 수 있는 트랩 전극 영역의 전압(U2)도 공급한다.
마찬가지로 도 2에는, 선택적으로 제공되는 박판(B)이 도시되어 있으며, 이 박판은 트랩 전극 영역(124b)(도 1)을 위한 상대 전극으로서 사용될 수 있다. 도 2에서 볼 수 있는 것처럼, 박판은 예컨대 본체(100)의 제 1 표면(110a) 위에 배치되어 있다. 많은 실시형태에서, 예컨대 미립자 센서(100)를 에워싸는 보호 튜브(도 2에는 미도시)는 박판(B)의 기능을 담당 수행할 수 있다. 일 실시형태의 경우, 박판(B)은 예컨대 접지 전위와 같은 전기 기준 전위와 연결될 수 있다.
도 3에는, 본원에서 예컨대 자동차의 내연기관의 배기가스 덕트인 타깃 시스템(Z) 내에서 도 1에 따른 미립자 센서(100)의 배치가 개략적으로 도시되어 있다. 배기가스 유동은 본원에서 도면부호 A2로 표시되어 있다. 마찬가지로, 상호 간에 동심으로 배치되는 2개의 튜브(R1, R2)로 이루어진 보호 튜브 어셈블리가 도시되어 있으며, 미립자 센서(100)는, 그 제 1 표면(110a)이 내부 튜브(R1)의 길이 방향 축(LA)에 대해 실질적으로 평행하게 연장되도록 내부 튜브(R1) 내에 배치된다. 튜브들(R1, R2) 상호 간의 상이한 길이 및 배치로 인해, 벤추리 효과에 의해 흡입이 나타나고, 상기 흡입의 경우 배기가스 유동(A2)이 유체 유동(P1 내지 A1)을 내부 튜브(R1)에서부터 도 2에서 수직 방향 상향으로 유도한다. 또 다른 화살표들(P2, P3, P4)은, 벤추리 효과에 의해 야기된 상기 유체 유동이 두 튜브(R1, R2) 사이의 중간 공간을 통과하여 보호 튜브 어셈블리의 주변으로 계속 유동하는 것을 나타낸다. 전체적으로, 도 3에 도시된 구성에 의해, 미립자 센서(100) 또는 유체 유동(P1)을 따라 정렬된 제 1 표면(110a)의 비교적 균일한 과류가 나타나며, 이는 유체 유동(A1, P1) 내에 있는 미립자들의 효율적인 검출을 가능하게 한다. 더 나아가, 미립자 센서(100)는 주 배기가스 흐름(A2)과의 직접적인 접촉으로부터 보호된다. 따라서, 요소들(100, R1, R2)에 의해, 바람직하게는 배기가스(A2) 내의 미립자 농도의 결정을 위한 센서 장치(1000)가 제시된다.
도면부호 R2'는, 예컨대 접지 전위와 같은 기준 전위와 외부 튜브(R2) 및/또는 내부 튜브(R1)의 선택적인 전기 연결을 나타내며, 그럼으로써 해당 튜브 또는 두 튜브는 바람직하게는 그 유체 안내 기능과 동시에, 예컨대 트랩 전극 영역(124b)을 위한(및/또는 고전압 전극(122)을 위한)(도 1 참조) 전기 상대 전극으로서 사용될 수 있고, 그에 따라 예컨대 앞서 도 2를 참조하여 설명한 박판(B)의 기능을 담당 수행하게 된다.
블록 화살표(P5)는, 도 3에서, 많은 실시형태의 경우 요구될 수 있지만, 특히 바람직한 실시형태들의 경우 제공되지 않는 선택적인 신선 가스 공급, 특히 신선 공기 공급을 상징적으로 나타낸다.
도 4에는, 배기가스 튜브(R)와, 이 배기가스 튜브(R) 내에 있는 도 2에 따른 센서 장치(1000)의 부분들이 도시되어 있다. 특히 도 3에는 보호 튜브 어셈블리(R1, R2)(도 2) 내부의 본 발명에 따른 미립자 센서(100)가 나타난다. 미립자 센서(100)는, 그 제 1 표면이 x 축을 따라서 연장되는 반면 배기가스 튜브(R) 내에서 배기가스(A2)의 유동 방향은 y 축에 대해 평행하게 정렬되도록, 보호 튜브 어셈블리 내에 정렬된다.
하기에서는, 도 5, 도 6, 도 7a, 도 7b, 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 미립자 센서의 또 다른 실시형태들이 설명된다.
도 5에는, 제 3 실시형태에 따른 미립자 센서(100b)의 평면도가 개략적으로 도시되어 있다. 본체(110)는 실질적으로 평면인 세라믹 기판 요소로서 형성되며, 그 제 1 표면(100a) 상에는 고전압 전극(122), 상대 전극(124) 및 센서 전극(140)이 제공되며, 예컨대 스크린 인쇄 방법, 특히 백금 스크린 인쇄 방법에 의해 제공된다.
고전압 전극(122)은 도 5에서의 우측인 그 단부 섹션(122') 상에 첨단을 포함하며, 이 첨단 상에서 코로나 방전(123)이 점화될 수 있다. 상대 전극(124)은 실질적으로 고전압 전극(122)에 대한 전기 상대 전극으로서 작용하는 제 1 영역(124a), 및 트랩 전극 영역(124b)을 포함한다. 상대 전극(124)은, 도 2에 개략적으로 도시되고 이미 앞서 설명한 것처럼, 저항 요소(134)를 통해 기준 전위, 여기서는 접지 전위(GND)와 연결되며, 이 접지 전위에는 전압원(130)의 제 2 단자(132b)도 연결된다. 특히 상대 전극(124)은 단자 영역(1240)을 포함하며, 이 단자 영역은 예컨대 스트립 도체의 방식으로 형성될 수 있고, 도 5에서의 좌측 영역에서(단자점(1241) 참조) 상대 전극(124)의 간단한 전기 콘택팅을 가능하게 하기 위해, 도 5에서 본체(110)의 비교적 큰 길이 방향 섹션에 걸쳐 수평 방향으로 연장될 수 있다. 전술한 구성에 의해, 상대 전극(124)은 접지 전위(GND)와 전압원(130)의 제 1 단자(132a)의 고전압 전위 사이의 전기 전위에 접속된다.
영역(122') 내의 코로나 첨단 상에서 유리된 이온들은, 일 실시형태의 경우, 배기가스에 있는 매연 미립자를 전기적으로 충전한다. 그 다음, 과량의 이온들은, 예컨대 접지 전위(GND)의 보호 튜브 벽부(도 3 또는 도 2의 박판(B) 참조)와 상대 전극(124)의 트랩 전극 영역(124b) 사이에서 전계에 의해 제거된다. 그 다음, 하전 매연 미립자들은 센서 전극(140) 상에서 증폭되어 판독되는 전하를 생성한다. 이를 위해, 예컨대 전치 증폭기(141)(pre-amplifier)가 제공되며, 이 전치 증폭기의 입력단(141a)은 센서 전극(140)과 전기 연결된다. 이는 예컨대 실질적으로 스트립 도체 방식으로 형성된 단자 영역(1440) 및 예컨대 전기 단자점(1441)을 통해 실현될 수 있다. 전치 증폭기(141)의 출력 신호는 예컨대 디지털 신호 프로세서(DSP)를 포함할 수 있는 선택적인 신호 처리 장치(142)에 공급될 수 있다.
고전압 전극(122)의 전기 접속은, 마찬가지로 실질적으로 스트립 도체 방식으로 형성된 단자 영역(1220), 및 전압원(130)의 제 1 단자(132a)와 전기 전도 방식으로 연결되어 있는 단자점(1221)을 통해 수행될 수 있다.
바람직한 실시형태의 경우, 단자 영역들(1220, 1240, 1440)은 실질적으로 본체(110)의 길이 방향을 따라서, 다시 말해 도 5에 따른 도면에서는 실질적으로 수평으로, 특히 상호 간에 대략 평행하게 배치되며, 그럼으로써 본체(110)의 상이한 길이 방향 좌표들 상에 배치되는 다양한 전극들의 효율적인 콘택팅 및 공간을 절약하는 구성이 달성된다. 이런 방식으로, 예컨대 미립자 센서(100b)의 도 5에서의 좌측 영역에서 외부 컴포넌트들의 전기 콘택팅이 수행될 수 있다. 도 5에서 볼 수 있는 것처럼, 미립자 센서(100b), 또는 본체(110) 상에 배치되는 전기 컴포넌트들의 전기 콘택팅은 단 3개의 공급 단자들(1221, 1241, 1441)에 의해 가능하다.
또 다른 실시형태의 경우, 영역(122') 내에 배치되고 실질적으로 평면인 니들 전극을 적어도 부분적으로 노출시키거나 또는 매립하는 것도 가능하며, 이는 예컨대 첨단의 영역 바로 아래에 위치하는 본체(110)의 재료가 제거되는 것을 통해 실현될 수 있다. 또 다른 실시형태의 경우, 예컨대 레이저 구조화에 의해 전극 첨단의 구조화도 가능하며 바람직하다.
도 6에는, 제 4 실시형태에 따른 미립자 센서(100c)의 평면도가 개략적으로 도시되어 있다. 본체(110)는 실질적으로 평면인 세라믹 기판 요소로서 형성되며, 그 제 1 표면(110a) 상에는 고전압 전극(122), 상대 전극(124) 및 센서 전극(140)이 예컨대 스크린 인쇄 방법, 특히 백금 스크린 인쇄 방법에 의해 제공된다.
여기서, 상대 전극(124)의 영역(1240')은 고전압 전극(122)을 환형으로 에워싸고, 그럼으로써 특히 센서 전극(140)으로 향하는 누설 전류가 최소화되며, 그럼으로써 측정 시 신호 대 잡음비가 향상될 수 있다. 고전압 전극(122)의 둘레에 상대 전극(124)의 적어도 하나의 영역(1240')의 이러한 환형 배치는, 또 다른 실시형태들에 따라서, 앞서 도 1, 도 2, 도 5를 참조하여 설명한 구성들(100, 100a, 100b) 중 적어도 하나에서도 가능하다.
또 다른 바람직한 실시형태의 경우, 센서 전극(140)을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게 그리고 실질적으로 환형으로 에워싸는 제 1 보호 전극(145)이 제공된다. 상기 제 1 보호 전극(145)은 "가드 링 전극(guard ring electrode)"이라고도 할 수 있으며, 마찬가지로 미립자 센서(100c)의 SNR(신호 대 잡음비)의 향상을 위해 사용된다.
선택적으로, 도 5에는 개략적으로만 도시되어 있고 미립자 센서(100c)의 적어도 하나의 다른 전극, 여기서는 상대 전극(124)을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게 그리고 실질적으로 환형으로 에워싸는 제 2 보호 전극(145')도 제공될 수 있다. 이로 인해, 바람직하지 않은 누설 전류들이 더 양호하게 억제될 수 있으며, SNR은 더 향상될 수 있다.
도 7a에는, 제 5 실시형태에 따른 미립자 센서(100d)의 평면도가 개략적으로 도시되어 있으며, 도 7b에는 도 7a에서의 라인 B-B에 따른 횡단면이 도시되어 있다. 요소들(110, 122, 124, 140)은 실질적으로 앞서 도 6을 참조하여 설명한 실시형태들의 요소들에 상응한다. 그러나 도 6에 따른 구성과 달리, 도 7a에 따른 구성의 경우, 상대 전극(124)의 제 1 부분(1242a)은 제 1 표면(110a) 상에 특히 직접 배치되며, 상대 전극(124)의 적어도 하나의 제 2 부분(1242b)은 적어도 부분적으로 제 1 표면(110a)으로부터 돌출된다. 이는, 바람직하게는, 고전압 전극(122)의 첨단을, 제 1 표면(110a)으로부터 실질적으로 수직으로 돌출되거나 또는 이로부터 튀어나와 있는 니들 전극(122")으로서 형성하는 것을 가능하게 한다. 예컨대 니들 전극(122")은 제 1 표면(110a) 상에 실질적으로 수직으로 배치되거나, 또는 그 내에 통합될 수 있다. 이로써, 코로나 방전(123)(도 7b 참조)은 상대 전극의 영역(1242b) 쪽으로 점화될 수 있다.
이미 도 1을 참조하여 설명한 것처럼, 상대 전극(124)(도 7a 참조)은 저항 요소(134)(도 2)를 통해 접지 전위와 연결될 수 있으며, 그럼으로써 상대 전극(124)의 트랩 전극 영역은 예컨대 미립자 센서(100)를 에워싸는 보호 튜브 벽부(미도시)와 함께 전계를 형성하게 되고 그에 따라 과량의 이온들을 유체 흐름에서부터 흡입할 수 있게 된다.
이미 앞서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 미립자 센서의 본체(110)는 바람직하게는 세라믹 캐리어 기판으로 구성될 수 있다. 캐리어 기판은 예컨대 지르코늄 산화물 또는 알루미늄 산화물을 함유할 수 있으며, 바람직하게는 모두 공통으로 제 1 표면(110a) 상에 배치되는 미립자 센서의 다양한 컴포넌트들을 위한 캐리어로서 사용되며, 그럼으로써 특히 효율적이고 비용 효율적인 제조가 달성되게 된다. 예컨대 스트립 도체들 또는 도체 구조들(122, 124, 140, 1220, 1240, 1440)(도 7a)은 제 1 표면(110a) 상에 공지된 제조 기술들에 의해 효율적으로 제공될 수 있으며, 예컨대 스크린 인쇄 방법, 특히 백금 스크린 인쇄 방법을 이용해서 제공될 수 있다. 그렇게 하여, 특히 온도 안정적이면서 신뢰성 있는 구조들이 제조될 수 있다.
특히 바람직한 실시형태의 경우, 고전압 전극(122) 또는 고전압 전극(122)의 일부분 또는 니들 전극(122")은 예컨대 백금 또는 텅스텐 또는 이들 금속 중 적어도 하나를 함유하는 소재로 형성될 수 있으며, 예컨대 스크린 인쇄-백금 페이스트에 의해 기판 또는 본체(110a) 상에서 소결에 의해 기계적으로 고정되고 이와 동시에 상기 기판 또는 본체 또는 그 상에 배치된 스트립 도체 구조(1220)와 전기 전도 방식으로 연결될 수 있다.
그 대안으로서, 컴포넌트들(122) 및 그 니들 전극(122")을 위한 다른 연결 방법도 가능하다. 이와 동일한 것이 다른 전극들 또는 스트립 도체들에도 적용된다.
도 8에는, 또 다른 실시형태(100e)에 따른 미립자 센서, 특히 제 1 표면(110a)(도 1)에 대향하여 위치하고 예컨대 미립자 센서(100e)의 "하면"인 제 2 표면(110b)의 평면도가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 제 2 표면(110b) 상에는, 바람직하게는 곡류 형태인 가열 스트립 도체들(162) 및 상응하는 전기 단자들(164)을 포함하는 전기 가열 장치(160)가 제공된다. 구조들(162, 614)의 제조는 바람직하게는 스크린 인쇄에 의해, 특히 백금 스크린 인쇄에 의해 수행될 수 있다. 전기 가열 장치(160)는, 특히 미립자 침착물, 특히 매연 침착물을 감소시키거나 방지하기 위해, 미립자 센서(100e)의 온도를 상승시키는데 사용될 수 있다. 그렇지 않으면, 상기 침착물들은, 전기 비전도성 기판(110) 상에서, 특히 그 제 1 표면(110a) 상에서 전극들 간의 크리프 경로(creep path) 또는 전기 저항을 감소시키고 결국에는 전기 단락을 야기할 수 있다. 또 다른 실시형태들의 경우, 가열 장치(160)는, 침착물들, 특히 매연 침착물들을 의도대로 연소시키기 위해, 미립자 센서의 온도를 적어도 일시적으로 기설정 가능한 설정 온도 이상으로, 특히 약 650℃ 내지 약 700℃의 범위로 상승시키도록 형성될 수 있다.
도 9에는, 본 발명에 따른 방법의 일 실시형태의 간소화된 흐름도가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 방법은 본체(110)(도 1)를 제공하는 단계(200); 본체(110)의 제 1 표면(110a) 상에 고전압 전극(122)을 배치하는 단계(202)(도 9); 특히 유체 흐름(A1)(도 1)의 하전 입자들을 편향시킬 수 있도록, 다시 말해 예컨대 유체 흐름(A1)과 관련하여 고전압 전극(122)의 하류에서 편향시킬 수 있도록, 고전압 전극(122)에 대해 제 1 표면(110a) 상에 상대 전극(124)을 적어도 부분적으로 배치하는 단계(204)(도 9)를 포함한다.
앞서 예시로서 설명한 실시형태들(100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 1000) 또는 그 특징들은 또 다른 바람직한 실시형태들에서 앞서 설명한 상호 간의 조합과 다른 조합으로도 사용될 수 있다.
특히 바람직하게, 본 발명에 따른 미립자 센서(100, 100a, 100b, 100c, 100d, 100e)는 바람직하게는 본체(100)를 형성하는 평면 세라믹 기판을 포함하며, 세라믹 기판의 표면(110a) 상에는, 예컨대 전극들 및 상응하는 전기 공급 라인들 또는 스트립 도체들과 같은 미립자 센서의 다양한 컴포넌트들이 배치되며, 이는 특히 간단한 제조를 가능하게 한다. 본 발명에 따른 미립자 센서는 특히 간단하게 보호 튜브 또는 보호 튜브 어셈블리(R1, R2)(도 3 참조) 내에 배치될 수 있으며, 그에 따라 균일한 유체 흐름(A1, P1)에 노출될 수 있고, 이는 미립자들, 특히 매연 미립자들의 농도의 정확한 측정을 가능하게 한다. 앞서 이미 설명한 것처럼, 적어도 하나의 센서 전극(140) 또는 다수의 센서 전극(미도시)을 포함하는 변형예들이 가능하고, 센서 전극을 포함하지 않는 변형예도 마찬가지로 가능하며, 이 변형예서 바람직하게는 "이탈 전류" 측정 원리가 하전 미립자들의 농도의 검출을 위해 사용된다. 또한, 미립자 센서의 바람직하게는 평면인 구성은, 상응하는 타깃 시스템(Z)(도 3)을 위한 비용 효율인 제조 및 장착, 그리고 작은 구성을 가능하게 한다. 많은 실시형태의 경우, 평면인 및/또는 제 1 표면(110a)에서부터 돌출되는 요소들(122", 1242b)과 조합해서, 스크린 인쇄 전극들, 특히 백금 스크린 인쇄 전극들을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 또한, 조합형 트랩 및 상대 전극을 사용하는 것이 작동을 위해 특히 바람직하며, 전기 단자를 절약한다.
본 발명에 따른 미립자 센서는 자동차 분야에서 매연 미립자 센서로서 특히 바람직하게 사용될 수 있으며, 특히 예컨대 승용차, 상용차와 같은 자동차에서 미립자 필터의 모니터링을 위한 OBD(on board diagnosis) 센서로서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 미립자 센서는 유체 흐름 내 미립자들의 농도를 측정하기 위해 일반적으로 사용될 수 있고, 특히 먼지 미립자들 또는 미세 먼지 미립자들의 농도의 측정을 위해 사용될 수 있으며, 그로 인해 바람직하게는 특히 환경 측정 기술에서도 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 미립자 센서는 바람직하게는 예컨대 입방미터당 밀리그램(mg/㎥) 단위로 표시되는 질량 농도의 결정뿐만 아니라, 예컨대 입방미터마다 미립자들에서 측정되는 개수 농도(number concentration)의 결정도 가능하게 한다. 특히 바람직하게 미립자 센서는 내연기관에서, 즉 자기 착화식 내연기관에서뿐만 아니라, 불꽃 점화식 내연기관에서도 미립자 필터의 모니터링을 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 미립자 센서는 환경 측정 기술에서 미립자 농도의 결정을 가능하게 하며, 기타 분야들에서는 특히 실내 공기 품질, 연소 설비들(개인용, 산업용)의 배출량 등의 검출을 위해 미립자 농도의 결정을 가능하게 한다.
본 발명에 따라 사용되는 측정 원리는, 유체 흐름(A1)(도 1) 내에 코로나 방전을 이용한 미립자들, 특히 매연 미립자들의 충전, 및 후속하여 미립자들 또는 매연 미립자들의 전하의 측정, 또는 그에 기인하는 상응하는 전류의 측정을 기반으로 한다. 측정은 예컨대 센서 전극(140)(도 1) 상에서 전하 유도에 의해, 또는 "이탈 전류" 원리에 따라서 수행될 수 있다. 본 발명에 따라 사용되는 측정 원리는 매우 높은 감도를 나타내며, 그럼으로써 미립자들의 최소 농도도 측정될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 사용되는 측정 원리는 바람직하게는 비교적 높은 업데이트 비율("update" rate), 다시 말해 초당 비교적 많은 측정을 가능하게 한다. 이는, 바람직하게는 예컨대 배기가스 흐름 내에 미립자 센서가 배치되어 있는 내연기관의 작동 변수들과 같은 다른 작동 변수들과 여기서 얻어지는 측정 신호의 상관관계를 허용하며, 이로써 바람직하게는 데이터 평가가 향상되고 그에 따라 센서 정확도가 더 높아진다.
100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e: 미립자 센서
1000: 센서 장치
110: 본체
110a: 제 1 표면
110b: 제 2 표면
120: 미립자 충전 장치
122: 고전압 전극
1220: 단자 영역, 스트립 도체 구조
1221: 단자점
123: 코로나 방전
124: 상대 전극
124a: 제 1 영역,
1242a: 제 1 부분
124b: 제 2 영역, 트랩 전극 영역
1242b: 제 2 부분
1240: 단자 영역
1241: 단자점
130: 전압원
132a: 제 1 단자
132b: 제 2 단자
134: 저항 요소
140: 센서 전극
141: 전치 증폭기
141a: 입력단
142: 신호 처리 장치
1440: 단자 영역
1441: 전기 단자점
145: 제 1 보호 전극
145': 제 2 보호 전극
160: 전기 가열 장치
162: 가열 스트립 도체
164: 전기 단자
A1: 유체 흐름
B: 박판
d1: 두께
DSP: 디지털 신호 프로세서
L: 길이
LA: 길이 방향 축
R1: 내부 튜브
R2: 외부 튜브
Z: 타깃 시스템

Claims (13)

  1. 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e)로서, 본체(110); 상기 본체(110)의 제 1 표면(110a)에 걸쳐서 유동하는 유체 흐름(A1) 내에 미립자들을 충전하기 위한 미립자 충전 장치(120)로서, 상기 제 1 표면(110a)의 영역에 배치되어 코로나 방전(123)을 생성하기 위한 고전압 전극(122)을 포함하는, 상기 미립자 충전 장치(120); 및 상기 유체 흐름(A1)의 하전 입자들을 편향시키도록 형성되어 배치되어 있는 상대 전극(124)을 포함하는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고전압 전극(122)은 적어도 부분적으로, 특히 직접 상기 본체(110)의 상기 제 1 표면(110a) 상에 배치되며, 상기 상대 전극(124)은 적어도 부분적으로, 특히 직접 상기 본체(110)의 상기 제 1 표면(110a) 상에 배치되는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 미립자 충전 장치(120)로 전원 공급을 위한 전압원(130)이 제공되며, 상기 전압원(130)의 제 1 단자(132a)는 상기 고전압 전극(122)과 연결되고, 상기 상대 전극(124)은 저항 요소(134)를 통해 상기 전압원(130)의 제 2 단자(130)와 연결되는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 저항 요소(134)의 저항값은 약 10메가오옴 내지 약 2기가오옴이며, 바람직하게는 약 200메가오옴 내지 약 600메가오옴인, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상대 전극(124)의 제 1 부분(1242a)은 상기 제 1 표면(110a) 상에 직접 배치되고, 상기 상대 전극(124)의 적어도 하나의 제 2 부분(1242b)은 적어도 부분적으로 상기 제 1 표면(110a)으로부터 돌출되는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 센서 전극(140)은, 상기 미립자 충전 장치(120)에 의해 충전된, 상기 유체 흐름(A1)으로부터의 미립자들에 의해 야기되는 전기 충전 전류에 대한 정보의 검출을 위해 제공되며, 상기 적어도 하나의 센서 전극(140)은 상기 제 1 표면(110a) 상에 배치되는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고전압 전극(124) 및 상기 상대 전극(124), 그리고 특히 센서 전극(140) 또는 선택적으로 제공되는 센서 전극(140)은 상기 본체(110)의 길이 방향 축(L), 또는 상기 유체 흐름(A1)의 유동 방향을 따라서 실질적으로 연이어 배치되는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 표면(110a)은 상기 본체(110)의 외부 표면인, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  9. 제 7 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 센서 전극(140)을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게 그리고 실질적으로 환형으로 에워싸는 적어도 하나의 제 1 보호 전극(145)이 제공되는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상대 전극(124)의 영역(1240')은 상기 고전압 전극(122)을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게 그리고 실질적으로 환형으로 에워싸는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e)의 적어도 하나의 다른 전극(122, 124, 140, 145)을 적어도 부분적으로, 그러나 바람직하게는 완전하게 그리고 실질적으로 환형으로 에워싸는 제 2 보호 전극(145')이 제공되는, 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e).
  12. 상호 간에 동심으로 배치된 2개의 튜브(R1, R2)와, 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e)로 구성되는 보호 튜브 어셈블리를 포함하는 센서 장치(1000)로서, 상기 적어도 하나의 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e)는, 그 제 1 표면(110a)이 내부 튜브(R1)의 길이 방향 축(LA)에 대해 실질적으로 평행하게 정렬되도록, 상기 2개의 튜브(R1, R2) 중 내부 튜브(R1) 내에 배치되는, 센서 장치(1000).
  13. 본체(110); 상기 본체(110)의 제 1 표면(110a)에 걸쳐서 유동하는 유체 흐름(A1) 내에 미립자들을 충전하기 위한 미립자 충전 장치(120)로서, 코로나 방전(123)을 생성하기 위한 고전압 전극(122)을 포함하는, 상기 미립자 충전 장치(120); 및 상대 전극(124)을 포함하는 미립자 센서(100; 100a; 100b; 100c; 100d; 100e)를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 상기 본체(110)를 제공하는 단계(200); 상기 본체(110)의 상기 제 1 표면(110a) 상에 상기 고전압 전극(122)을 배치하는 단계(202); 특히 상기 유체 흐름(A1)의 하전 입자들을 편향시킬 수 있도록 상기 고전압 전극(122)에 대해 상기 제 1 표면(110a) 상에 상기 상대 전극(124)을 적어도 부분적으로 배치하는 단계(204)를 포함하는, 미립자 센서의 제조 방법.
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