KR20220041096A - 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하기 위한 센서 소자 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하기 위한 센서 소자(112)에 관한 것이다. 센서 소자(112)는 적어도 하나의 기판(134); 및 빗 형태로 서로 맞물리는, 적어도 하나의 제 1 전극(116) 및 적어도 하나의 제 2 전극(118)을 포함한다. 센서 소자(112)는 또한 적어도 고온에서 전기 전도성인 적어도 하나의 재료(124)를 가지며, 상기 재료는 적어도 고온(T)에서 전기적으로 양전하를 띤 자유 전하 캐리어와 전기적으로 음전하를 띤 자유 전하 캐리어를 모두 갖는다. 재료(124)는 기판(134) 상에 배치되고, 재료(124)는 적어도 고온(T)에서 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118)을 전기적으로 연결한다.
Description
본 발명은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하기 위한 센서 소자에 관한 것이다.
측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하기 위한 다수의 센서 소자가 선행 기술로부터 알려져 있다. 측정 가스는 예를 들어 내연 기관의 배기 가스일 수 있다. 특히 입자는 그을음(soot) 입자 또는 먼지 입자일 수 있다. 본 발명은 이하에서 특히 그을음 입자를 검출하기 위한 센서 소자와 관련하여 설명되지만, 다른 실시 형태 및 적용도 가능하다.
2개 이상의 금속 전극은 전기 절연 기판 또는 전기 절연된 기판에 장착될 수 있다. 전극들 사이에 인가된 전압의 작용 하에 축적되는 입자, 특히 그을음 입자는 센서 소자의 수집 단계에서 예를 들어 빗 형태로 서로 맞물리는 인터디지털 전극으로서 설계된 전극들 사이의 전기 전도성 브리지를 형성하여 이들을 단락시킨다. 재생 단계에서 전극들은 일반적으로 통합 발열체의 도움으로 연소된다. 일반적으로 입자 센서들은 입자 축적으로 인해 변경된 전극 구조의 전기적 특성을 평가한다. 예를 들어 일정하게 인가되는 전압에서, 저항이 감소하거나 전류가 증가하는 것이 측정될 수 있다.
이 원리에 따라 작동하는 센서 소자들은 일반적으로 저항성 센서라고 하며, 예를 들어 DE 10 2005 053 120 A1, DE 103 19 664 A1, DE10 2004 0468 82 A1, DE 10 2006 042 362 A1, DE 103 53 860 A1, DE 101 49 333 A1 및 WO 2003/006976 A2에 알려져 있는 바와 같이, 많은 실시 형태로 존재한다. 그을음 센서로서 설계된 센서 소자들은 일반적으로 디젤 입자 필터를 모니터링하는데 사용된다. 내연 기관의 배기관에서, 설명된 유형의 입자 센서들은 일반적으로 예를 들어 배기 가스가 입자 센서를 통해 흐를 수 있게 하는 보호 튜브에 수용된다.
선행 기술로부터 알려진, 입자를 감지하기 위한 센서 소자들의 장점에도 불구하고, 이들은 여전히 개선의 여지가 있다.
본 발명은 전극들 상에 그리고 전극들 사이에 입자 축적의 역학이 전극들 사이에 인가된 전압에 의해 주어질 뿐만 아니라 센서 소자 주변에 형성된 전기장의 교란에 의해서도 실질적으로 영향을 받는다는 발명자의 새로운 인식에 기초한다. 일반적으로 이러한 효과로 인해 입자 감지의 정확도와 재현성이 감소한다.
발명자들은 이러한 전기장의 소스가 측정 단계 동안 센서 소자의 기판에서 비교적 낮은 이동도를 갖는 센서 소자 내의 전하, 특히 이온일 수 있다는 것을 인식했다. 예를 들어, 제 1 극성의 이온은 센서 소자의 기판에서 높은 이동도를 갖고 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 이온은 센서 소자의 기판에서 낮은 이동도를 가질 수 있다. 전극들 사이에 인가된 전압이 측정 단계 동안 결과적인 전기장에 의해 기판에도 작용하면 기판에서 이온이 이동하지만, 제 1 극성의 이온이 더 높은 이동도로 인해 제 2 극성의 이온보다 훨씬 더 강하게 이동한다. 제 2 극성의 이온과 관련된 전하량은 이제 그 자체가 전기장의 소스가 되지만, 이 전기장은 전극에 입자가 축적되는 것과 관련해서 간섭장으로 판명되었다: 이들은 측정 가스에 존재하는 입자 농도와 전극들 사이에 형성되는 전기 전도도의 상관 관계를 감소시킨다.
본 발명에 따르면, 설명된 효과는 독립 청구항들의 특징들에 의해 회피될 수 있다. 센서 소자가 또한 적어도 고온에서 전기적으로 전도성인 적어도 하나의 재료를 갖고 상기 재료가 적어도 고온에서 전기적으로 양전하를 띤 자유 전하 캐리어와 전기적으로 음전하를 띤 자유 전하 캐리어를 모두 가지며 상기 재료가 기판 상에 배치되고 상기 재료가 적어도 고온에서 제 1 전극과 제 2 전극을 전기적으로 연결하기 때문에, 센서 소자의 측정 단계 동안 센서 소자의 기판에서 특정 극성의 이온이 과량으로 존재하고 그로부터 결과하는 전기 간섭장에 의해 전극들에 입자의 축적에 불리한 영향을 주는 것이 회피될 수 있다.
본 발명에 따른 재료는 특히 기판 내의 덜 이동성인 과잉 이온이 감지될 입자의 관점에서 재료 내에서 자유롭게 이동하는 전하 캐리어에 의해 전기적으로 중화되는 것을 가능하게 한다. 전체적으로 이러한 입자는 전극의 기하학적 구조와 전위로 인해 발생하는 전기장에만 노출된다. 그 결과 입자의 정확하고 재현 가능한 감지 가능성이 나타난다.
본 발명에 따른 센서 소자에 대해 설명된 이점을 충분히 이용하기 위해, 센서 소자가 연소 온도로 가열되고 적어도 일시적으로 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전기 전압이 인가되며(재생 단계) 후속해서(반드시 즉시는 아님) 센서 소자가 연소 온도 미만의 온도로 냉각되고 제 1 작동 단계에서와 동일한 전압이 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가되며 입자는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내는 변수에 기초하여 감지되는(측정 단계) 방식으로 센서 소자를 작동시키는 것이 특히 바람직하다.
대안으로서, 센서 소자가 선택적으로 먼저 연소 온도로 가열되고(재생 단계) 직후에 또는 이후에 또는 재생 단계와 완전히 독립적으로, 센서 소자가 연소 온도 미만이지만 400℃를 초과하는 온도로 냉각되거나 이 온도를 갖고 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압이 적어도 일시적으로 인가되고(열화 단계), 후속해서(반드시 즉시는 아님) 센서 소자는 400℃ 미만의 온도로 냉각되거나 이 온도를 가지며, 열화 단계 동안 적어도 일시적으로 동일한 전압이 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 인가되고, 입자는 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내는 변수에 기초하여 감지되는(측정 단계) 것이 바람직할 수 있다.
재료에서 전하 캐리어의 이동도 효과와 재생 동안(연소 온도에서) 또는 400℃ 이상에서 열화 단계 동안 측정 전압을 인가하는 새로운 방법 특징을 결합함으로써, 전술한 전기적 효과가 측정 단계의 시작 시(연소 온도 미만 또는 400℃ 미만) 완전히 완료되는 것이 달성된다.
재료가 기판 상에 층으로 도포되고(예를 들어 후막 기술을 사용하여) 제 1 전극과 제 2 전극이 상기 재료 상에 배치되면 제조 기술 면에서 간단하고 견고하다.
한편, 재료가 기판 상에서 제 1 전극과 제 2 전극 사이에만 도포되고 전극 자체도 기판 상에 배치되면 재료가 절약될 수 있다.
측정을 가능한 한 정확하게 수행할 수 있도록, 특히 기판이 전기적으로 절연되어 있거나 제 1 전극 및 제 2 전극 및 상기 재료로부터 전기적으로 절연되고, 예를 들어 산화알루미늄으로 이루어지거나 산화알루미늄으로 절연되어 있다.
재료가 열 전도성 재료인 경우, 즉 특히 고온에서만 상당한 전기 전도성을 갖는 재료인 경우, 측정 단계(연소 온도 미만) 동안 션트를 방지하는데 도움이 된다.
재료는 예를 들어, 다음 물질들 중 하나 이상으로 이루어지거나 다음 물질들 중 하나 이상을 포함하는 재료일 수 있다: 특히 각각 0.1 mol%의 최소 도핑을 갖는, 철 도핑된 산화알루미늄, 크롬 도핑된 산화알루미늄, 아연 도핑된 산화알루미늄, 칼슘 도핑된 산화알루미늄, 바나듐 도핑된 산화알루미늄, 마그네슘 도핑된 산화알루미늄, 인 도핑된 산화알루미늄, 구리 도핑된 산화알루미늄; 특히 각각 0.1 mol%의 최소 도핑 및 2 mol%의 최대 도핑을 갖는, 칼슘 도핑된 산화지르코늄, 이트륨 도핑된 산화지르코늄; AlFe03.
바람직하게, 재료는 500℃ 내지 1000℃의 온도에서 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 300㏀(킬로옴) 내지 30㏁(메가옴)의 옴 저항을 형성하는 반면, 80℃ 내지 500℃의 온도에서는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 더 큰 옴 저항, 예를 들어 적어도 30㏁을 형성한다.
본 발명의 대안적 개선예에서, 재료는 온도 의존성이 거의 없는 전도도(예를 들어 20℃에서 1%/K 미만) 및/또는 80℃ 내지 500℃의 온도에서 300㏀(킬로옴) 내지 30㏁(메가옴)의 옴 저항을 갖는다. 이것은 바람직한 전기적 효과를 실제로 달성하기 위해 실제 측정 단계 전에 센서 소자를 더 이상 고온으로 가열할 필요가 없다는 장점을 갖는다. 측정 단계에서 발생하는 션트들은 계산을 통해 보상될 수 있다.
특히, 전극들에 인가된 전압이 양의 전압이고, 즉 특히 2개의 전극 중 하나의 전극의 전위가 다른 전극의 전위보다 높고 및/또는 적어도 하나의 전극의 전위가 예를 들어 센서 장치의 보호 튜브와 같은 센서 소자의 주변 또는 센서 소자가 배치된 배기 라인의 전위보다 높은 것이 제공될 수 있다. 입자가 음전하를 띠면 입자는 전극들에 부착되는 것이 바람직하다. 반면에, 양전하를 띤 입자들은 더 낮은 전위를 갖는 전극에 부착되는 것이 바람직하다.
제안된 방법은 제 1 작동 단계(연소 온도 초과) 동안 제 1 전극과 제 2 전극 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내는 변수가 감지되고, 상기 전류가 임계값을 초과하거나 상기 옴 저항이 임계값 아래로 떨어지는 경우 제 1 전극 및 제 2 전극 및 공급 라인들의 무결성이 추론되고; 및/또는 상기 전류가 임계값 아래로 떨어지거나 상기 옴 저항이 임계값을 초과하는 경우 제 1 전극 또는 제 2 전극 또는 공급 라인들의 비-무결성이 추론되는 방식으로 바람직하게 개선될 수 있다.
본 발명의 추가 세부사항들 및 선택적 특징들은 다음 도면들에 개략적으로 도시된 실시예들에 제시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 센서 소자 및 컨트롤러를 포함하는 본 발명에 따른 센서 장치를 사시도로 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 소자의 다른 실시예를 단면도로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법 동안 센서 소자의 온도 및 센서 소자의 전극들 사이에 인가된 전압의 프로파일을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법이 수행된 후의 센서 소자를 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 센서 소자의 다른 실시예를 단면도로 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 방법 동안 센서 소자의 온도 및 센서 소자의 전극들 사이에 인가된 전압의 프로파일을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법이 수행된 후의 센서 소자를 도시한다.
도 1은 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하기 위한 센서 소자(112) 및 컨트롤러(114)를 포함하는, 본 발명에 따른 센서 장치(110)의 일 실시예를 도시한다. 센서 소자(112)는 적어도 하나의 제 1 전극(116) 및 적어도 하나의 제 2 전극(118)을 포함한다. 여기서, 제 1 전극(116)은 다수의 제 1 전극 핑거(120)를 갖고, 제 2 전극(118)은 다수의 제 2 전극 핑거(122)를 갖는다. 제 1 전극 핑거(120)와 제 2 전극 핑거(122)는 빗 형태로 서로 맞물린다. 또한, 센서 소자(112)는 적어도 하나의 재료(124)의 적어도 하나의 층을 포함한다. 제 1 전극 핑거(120) 및 제 2 전극 핑거(122)는 각각 재료(124)의 층에 적어도 부분적으로 도포된다.
재료(124)는 활성화될 수 있다. 여기서, 센서 소자(112)의 작동 온도 범위에서 재료(124)의 이온 전도도는 센서 소자(112)의 재생 온도 범위에서보다 낮을 수 있다. 여기서, 작동 온도 범위의 작동 온도는 재생 온도 범위의 재생 온도보다 낮을 수 있다. 특히, 작동 온도 범위는 80℃ 내지 500℃ 범위일 수 있고, 재생 온도 범위는 550℃ 내지 900℃ 범위일 수 있다.
제 1 전극 핑거(120)와 가장 가까운 제 2 전극 핑거(122) 사이의 거리(A)는 5㎛ 내지 200㎛의 값을 가질 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 , 제 1 전극 핑거(120)와 가장 가까운 제 2 전극 핑거(122) 사이의 거리(A)는 전기 전도성 입자 브리지에 의해 작동 온도에서 입자에 의해 브리지될 수 있다. 작동 전압이 작동 온도에서 제 1 전극(116) 및 제 2 전극(118)에 인가될 때 입자 브리지를 가로질러 흐르는 브리지 전류는 동일한 작동 온도에서 입자 브리지가 없고 동일한 작동 전압이 제 1 전극(116) 및 제 2 전극(118)에 인가될 때 재료(124)의 층을 가로질러 흐르는 층 전류보다 적어도 10배 더 클 수 있다.
재료(124)는 산소 이온 전도체; 수소 이온 전도체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 전해질을 포함할 수 있다. 또한, 고체 전해질(126)은 산화지르코늄을 포함할 수 있다. 특히, 고체 전해질(126)은 산화칼슘 도핑된 산화지르코늄; 칼슘 티타늄 도핑된 산화지르코늄; 이트륨 도핑된 산화지르코늄; 란탄 도핑된 산화알루미늄; 칼슘 도핑된 산화알루미늄; 산화란탄 및 산화스트론튬을 포함하는 합금, 특히 산화란탄과 산화스트론튬으로 이루어진 합금; 칼슘 도핑된 산화가돌리늄을 포함하는 합금, 특히 칼슘 도핑된 산화가돌리늄으로 이루어진 합금으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 재료를 포함할 수 있다. 다른 재료들, 예를 들어 도핑된 산화텅스텐도 가능하다. 다른 재료들, 특히 달리 도핑된 산화지르코늄 또는 달리 도핑된 산화알루미늄도 가능하다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 재료(124)의 층은 1㎛ 내지 1mm의 두께(DF)를 가질 수 있다.
또한, 재료(124)는 열전도성 재료(124)이고, 특히 다음 물질들 중 하나 이상으로 이루어질 수 있거나 다음 물질들 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 특히 각각 0.1 mol%의 최소 도핑을 갖는, 철 도핑된 산화알루미늄, 크롬 도핑된 산화알루미늄, 아연 도핑된 산화알루미늄, 칼슘 도핑된 산화알루미늄, 바나듐 도핑된 산화알루미늄, 마그네슘 도핑된 산화알루미늄, 인 도핑된 산화알루미늄, 구리 도핑된 산화알루미늄; 특히 각각 0.1 mol%의 최소 도핑 및 2 mol%의 최대 도핑을 갖는, 칼슘 도핑된 산화지르코늄, 이트륨 도핑된 산화지르코늄, 칼슘 티타늄 도핑된 산화지르코늄; AlFe03; 및/또는 상기 재료는 500℃ 내지 1000℃의 온도에서 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에 300㏀(킬로옴) 내지 30㏁(메가옴)의 옴 저항을 형성하는 반면, 80℃ 내지 500℃의 온도에서는 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 더 큰 옴 저항을 형성한다.
재료(124)의 층은 제 1 전극 핑거(120) 및 제 2 전극 핑거(122) 각각과 적어도 부분적으로 직접 접촉할 수 있다. 제 1 전극 핑거(120) 각각은 적어도 하나의 제 1 전극 핑거 표면(128)을 통해 측정 가스와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있고, 제 2 전극 핑거(122) 각각은 적어도 하나의 제 2 전극 핑거 표면(130)을 통해 측정 가스와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 제 1 전극 핑거(120) 및 제 2 전극 핑거(122)는 백금(132)을 포함할 수 있다.
도 2는 센서 소자(112)의 다른 실시예를 단면도로 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 센서 소자(112)는 적어도 하나의 기판(134)을 포함할 수 있다. 재료(124)의 층은 기판(134)에 도포될 수 있다. 기판(134)은 적어도 하나의 절연 재료를 포함할 수 있다. 특히, 기판은 적어도 하나의 세라믹 재료를 포함할 수 있다.
센서 소자(112)는 적어도 하나의 제 1 전극(116) 및 적어도 하나의 제 2 전극(118)을 포함한다. 제 1 전극(116)은 다수의 제 1 전극 핑거(120)를 포함하고, 제 2 전극(118)은 다수의 제 2 전극 핑거(122)를 포함한다. 제 1 전극 핑거(120)와 제 2 전극 핑거(122)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 빗 형태로 서로 맞물린다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 전극 핑거(120)는 1㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 2㎛ 내지 20㎛, 특히 바람직하게는 5㎛ 내지 10㎛의 두께(D1)를 가질 수 있다. 또한, 제 2 전극 핑거(122)는 1㎛ 내지 50㎛, 바람직하게는 2㎛ 내지 20㎛, 특히 바람직하게는 5㎛ 내지 10㎛의 두께(D2)를 가질 수 있다. 특히, 제 1 전극 핑거(120)의 두께(D1)와 제 2 전극 핑거(122)의 두께(D2)는 동일할 수 있다.
센서 소자(112)는 센서 소자(112)를 가열하기 위한 적어도 하나의 가열 장치(도면에 도시되지 않음)를 가질 수 있다. 이 경우, 가열 장치는 컨트롤러(114)에 의해 제어될 수 있다.
컨트롤러(114)는 예를 들어 3개의 작동 단계로 센서 소자(112)를 작동시키도록 설계된다(도 3 참조).
선행 작동 단계 Pi(보호 가열 단계)에서, 센서 소자(112)는 예를 들어 200℃의 온도(T)로 가열된다(도 3의 파선). 센서 소자(112)의 전극들(116, 118)은 예를 들어 둘 다 접지 전위에 접속되므로, 이들 사이에 0V의 전압(U)이 존재한다(도 3의 실선).
후속하는 제 1 작동 단계 P1(재생 단계)에서, 센서 소자(112)는 연소 온도, 예를 들어 750℃로 가열되고 전압 U, 예를 들어 46볼트가 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에 인가된다. 제 1 작동 단계 P1는 예를 들어 20~40초 동안 지속된다.
후속하는 제 2 작동 단계 P2(측정 단계)에서, 센서 소자는 연소 온도 미만의 온도, 예를 들어 250℃로 냉각되고, 제 1 작동 단계 P1에서와 동일한 전압(U)(예를 들어 46 V)이 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에 인가되고, 입자는 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내는 변수에 기초하여 감지된다. 제 2 작동 단계(P2)는 예를 들어 미리 정해진 전류 강도 또는 미리 정해진 저항에 도달할 때까지 지속된다.
변형예에서, 상기 전압 U는 가열 단계를 포함하는 전체 재생 단계 동안 전극들(116, 118) 사이에 인가되거나 상기 전압 U는 재생 단계의 일부 동안에만 또는 심지어 재생 단계에 시간적으로 인접한 냉각 단계 동안에만, 예를 들어 열화(thermalization) 단계 동안에만 전극들(116, 118) 사이에 인가된다. 재생 단계 대신에, 센서 온도가 적어도 400℃이고 설명된 바와 같이 전압 U가 인가되는 열화 단계만 수행되는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 결과는 제 2 작동 단계 P2 이후의 본 발명에 따른 센서 소자(112)를 도시하는 도 4에 도시되어 있다. 센서 소자(112)의 표면에서, 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에 분기도가 낮은 직선 그을음 브리지(200)가 형성되어 있다. 이러한 그을음 브리지(200)는 측정 단계 동안 전극들(116, 118) 사이의 전기장 라인을 따라 형성되었다. 비교적 적은 양의 그을음에서 비교적 높은 전기 전도도가 발생한다. 따라서 센서 소자(112)는 높은 감도를 갖는다.
반면에, 종래의 센서 소자(112)의 작동에서는, 전기 간섭장으로 인해, 전극들(116, 118) 사이에 더 심하게 분기된 그을음 경로가 형성된다. 상기 것과 유사한 전도도를 일으키기 위해 더 많은 양의 그을음이 필요하다. 따라서, 종래의 센서 소자(112)는 본 발명에 따른 센서 소자(112)보다 낮은 감도를 갖는다.
112: 센서 소자
116: 제 1 전극
118: 제 2 전극
124: 재료
134: 기판
116: 제 1 전극
118: 제 2 전극
124: 재료
134: 기판
Claims (14)
- 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하기 위한 센서 소자(112)로서, 상기 센서 소자(112)는 적어도 하나의 기판(134)을 포함하며, 빗 형태로 서로 맞물리는 적어도 하나의 제 1 전극(116) 및 적어도 하나의 제 2 전극(118)을 포함하고, 상기 센서 소자(112)는 또한 적어도 고온에서 전기 전도성인 적어도 하나의 재료(124)를 포함하며, 상기 재료는 적어도 고온에서 전기적으로 양전하를 띤 자유 전하 캐리어 및 전기적으로 음전하를 띤 자유 전하 캐리어를 포함하고, 상기 재료(124)는 상기 기판(134) 상에 배치되며, 상기 재료(124)는 적어도 고온에서 상기 제 1 전극(116) 및 상기 제 2 전극(118)을 전기적으로 연결하는, 센서 소자(112).
- 제 1 항에 있어서, 상기 재료(124)는 상기 기판(134) 상에 층으로서 도포되고 상기 제 1 전극(116) 및 상기 제 2 전극(118)은 상기 재료(124) 상에 배치되는, 센서 소자(112).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극(116) 및 상기 제 2 전극(118)은 상기 기판(134) 상에 배치되고, 상기 재료(124)는 상기 기판(134) 상에서 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에 도포되는, 센서 소자(112).
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 전극(116) 및 상기 제 2 전극(118)은 상기 기판(134) 상에 배치되고, 상기 재료(124)는 상기 기판(134) 상에서 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에만 도포되는, 센서 소자(112).
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판(134)은 전기적으로 절연되어 있거나 상기 제 1 전극(116) 및 상기 제 2 전극(118) 및 상기 재료(124)로부터 전기적으로 절연되는, 센서 소자(112).
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(124)는 열 전도성 재료(124)이고, 특히 하기 물질들 중 하나 이상으로 이루어지거나 하기 물질들 중 하나 이상을 포함하며, 바람직하게는 주로 포함하는(> 50중량%), 센서 소자(112): 특히 각각 0.1 mol%의 최소 도핑을 갖는, 철 도핑된 산화알루미늄, 크롬 도핑된 산화알루미늄, 아연 도핑된 산화알루미늄, 칼슘 도핑된 산화알루미늄, 바나듐 도핑된 산화알루미늄, 마그네슘 도핑된 산화알루미늄, 인 도핑된 산화알루미늄, 구리 도핑된 산화알루미늄; 특히 각각 0.1 mol%의 최소 도핑 및 2 mol%의 최대 도핑을 갖는, 칼슘 도핑된 산화지르코늄, 이트륨 도핑된 산화지르코늄, 칼슘 티타늄 도핑된 산화지르코늄; AlFe03.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(124)는 500℃ 내지 1000℃의 온도(T)에서 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 300㏀(킬로옴) 내지 30㏁(메가옴)의 옴 저항을 형성하지만, 80℃ 내지 500℃의 온도(T)에서는 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에 더 큰 옴 저항을 형성하는, 센서 소자(112).
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료(124)는 온도 의존성이 거의 없는 전도도 및/또는 80℃ 내지 500℃의 온도(T)에서 300㏀(킬로옴) 내지 30㏁(메가옴)의 옴 저항을 갖는, 센서 소자(112).
- 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하는 방법으로서,
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 센서 소자(112)를 제공하는 단계;
- 상기 센서 소자(112)를 제 1 작동 단계(P1)로 작동시키는 단계로서, 상기 센서 소자(112)는 연소 온도로 가열되고 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에 전압(U)이 인가되는, 상기 작동 단계;
- 상기 센서 소자(112)를 제 2 작동 단계(P2)로 후속 작동시키는 단계로서, 상기 센서 소자(112)는 상기 연소 온도 아래의 온도(T)로 냉각되고, 상기 제 1 작동 단계(P1)에서와 동일한 전압(U)이 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에 인가되며, 상기 입자는 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내는 변수에 기초하여 감지되는, 상기 후속 작동 단계를 포함하는, 방법. - 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하는 방법으로서,
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 센서 소자(112)를 제공하는 단계;
- 선택 사항: 상기 센서 소자(112)를 제 1 작동 단계(P1)로 작동시키는 단계로서, 상기 센서 소자(112)는 연소 온도로 가열되는, 상기 작동 단계;
- 상기 센서 소자(112)를 열화 단계로 작동시키는 단계로서, 상기 열화 단계에서 상기 센서 소자(112)가 상기 연소 온도 미만이지만 400℃를 초과하는 온도를 갖고 그 동안 적어도 일시적으로 전압(U)이 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에 인가되는, 상기 작동 단계;
- 직후에 또는 이후에: 상기 센서 소자(112)를 제 2 작동 단계(P2)로 작동시키는 단계로서, 상기 센서 소자(112)는 400℃ 미만의 온도(T)를 갖고, 상기 열화 단계에서 적어도 일시적으로 인가되었던 것과 동일한 전압(U)이 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에 인가되고, 상기 입자는 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내는 변수에 기초하여 감지되는, 상기 작동 단계를 포함하는, 방법. - 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이에 인가되는 전압(U)은 양의 전압(U)인, 방법.
- 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 작동 단계(PI) 동안 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내는 변수가 감지되고, 상기 전류가 임계값을 초과하거나 상기 옴 저항이 임계값 아래로 떨어지는 경우 상기 제 1 전극(116) 및 그 공급 라인 및 상기 제 2 전극 및 그 공급 라인의 무결성이 추론되고; 및/또는 상기 전류가 임계값 아래로 떨어지거나 상기 옴 저항이 임계값을 초과하는 경우 상기 제 1 전극 또는 그 공급 라인 또는 상기 제 2 전극 또는 그 공급 라인의 비-무결성이 추론되는, 방법.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 센서 소자(112), 및 상기 센서 소자(112)를 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제어하도록 설계된 컨트롤러(114)를 포함하는 센서 장치(110).
- 측정 가스 챔버 내의 측정 가스의 입자를 감지하는 방법으로서,
- 제 8 항에 따른 적어도 하나의 센서 소자(112)를 제공하는 단계;
- 상기 센서 소자(112)를 제 1 작동 단계(P1)로 작동시키는 단계로서, 상기 센서 소자(112)는 연소 온도로 가열되는, 상기 작동 단계;
- 상기 센서 소자(112)를 제 2 작동 단계(P2)로 후속 작동시키는 단계로서, 상기 센서 소자(112)는 냉각되고, 전압(U)은 제 1 전극(116)과 제 2 전극(118) 사이에 인가되며, 상기 입자는 상기 제 1 전극(116)과 상기 제 2 전극(118) 사이의 전류 또는 옴 저항을 나타내며 재료(124)를 통한 션트에 따라 보정된 변수에 기초하여 감지되는, 상기 후속 작동 단계를 포함하는, 방법.
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