WO2006111386A1 - Russsensor - Google Patents

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WO2006111386A1
WO2006111386A1 PCT/EP2006/003640 EP2006003640W WO2006111386A1 WO 2006111386 A1 WO2006111386 A1 WO 2006111386A1 EP 2006003640 W EP2006003640 W EP 2006003640W WO 2006111386 A1 WO2006111386 A1 WO 2006111386A1
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soot
sensor
temperature
chip
measurement
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PCT/EP2006/003640
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WO2006111386A8 (de
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Karlheinz Wienand
Matthias Muziol
Tim Asmus
Karlheinz Ullrich
Andreas Ogrzewalla
Dieter Teusch
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Heraeus Sensor Technology Gmbh
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Priority to EP06724468A priority patent/EP1872115A1/de
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Publication of WO2006111386A8 publication Critical patent/WO2006111386A8/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume, or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods

Definitions

  • the present invention relates to carbon black sensors based on integrally formed interconnect structures, methods for soot measurement and the use of Schuleiterchips for soot measurement.
  • the different heating power of a sooted heating surface is compared against a substantially soot-free heating surface.
  • DE 103 31 838 relates to a sensor element with a roughened sensor surface for soot deposition, in which the thermal mass of the sensor body is determined as a measure of its carbon fouling.
  • the sensor is heated with a resistance structure and with the same resistance structure, the temperature of the sensor body is detected.
  • the decisive factor is that reproducible measurements require significant changes in the measured quantities. Intensive sizes, in particular specific sizes of a chip, are better suited for this purpose than the measurements based on extensive effects in the prior art. Effects which are based on altered surface properties and which change the surface optically or thermally, for example by insulation or electrically, in particular stray field technology, are based on intensive and specific quantities which are utilized for solutions according to the invention. Optical changes are caused by soot occupying a metallic surface, whereby the increasing soot movement tends to create a black body. Along with this, the radiation behavior of the surface and thus the measurable temperature equilibrium between supplied and radiated energy changes thermally.
  • a soot movement acts heat-insulating and thus creates a changed temperature behavior.
  • Soot deposits on an electrode structure reduce the insulation of the interconnects as a dielectric and lead to a reduced resistance of the electrode structure.
  • the signals determined with the measuring units are compared with reference values or reference curves or comparison measurements for setting or calibrating the soot sensor.
  • burning off soot on the heating conductor increases its resistance.
  • This resistance can be determined by an electrical circuit. From the resistance, in particular from its time course, can be concluded on the degree of soot.
  • a resistance characteristic is determined with respect to the degree of sooting. Based on this characteristic, the degree of sooting can be read.
  • the electrical resistance of the soot occupancy can be designed depending and the soot occupancy are measured by the electrical resistance.
  • chip-specific variables are changed, that is, at least not only the temperature dependencies, which are difficult to control under robust conditions, are exploited. If the insulating effect of the air is reduced by soot, the specific conductivity of the electrical pattern of the chip or the resistivity of the electrical pattern of the chip changes enormously. Similarly, carbon black lowers the resistance of a resistor pattern, especially a meandering resistor.
  • Electronic patterns can be produced using thick-film technology or thin-film technology.
  • layers with layer thicknesses below 1 ⁇ m can be used to create electronic patterns of printed conductors whose web width is less than 10 ⁇ m.
  • Integrally formed electrical patterns are resistive, continuous electrical conductor structures, in particular heating conductors or measuring resistors.
  • IDK structures are not one-piece.
  • Preferred patterns are serpentine or meandering tracks.
  • the conductor tracks are tapered between their ends. The wide ends are referred to as terminal contact fields.
  • chips having a heating conductor are referred to as heating conductor chips.
  • the electrical resistance and temperature decreases relatively more the less heat the sensor can initially deliver. This effect occurs very clearly in superficially metallized heat conductor sensors.
  • chips with unprotected heat conductors show a relatively clear decrease in temperature and electrical resistance with increasing carbon fouling than the chips whose heat conductor is protected with a white ceramic.
  • the resistance at constant heating power is lowered by sooting. Particularly significant effects are available with gold coatings.
  • the temperature stability of platinum or iridium can be decisive.
  • the soot occupancy also changes the specific temperature behavior and the specific radiation, in particular the IR radiation characteristic of a heating conductor.
  • the radiated power With constant power consumption increases with increasing soot occupancy, the radiated power, wherein the temperature of the Schuleiterchips falls accordingly.
  • the carbon fouling can therefore also be determined on the basis of a temperature determination of the heating conductor or its emission characteristic.
  • soot also influences the power consumption and the temperature.
  • the electrical resistance of the carbon black heat conductor sensor increases with respect to the unpolluted state. Also, this effect occurs all the more, the less heat can dissipate the ungrußte sensor.
  • Soot sensors with multiple tracks can be formed with IDK structure.
  • the resistance structure is in particular a heating conductor or temperature sensor.
  • a measuring resistor is 10 to 100 times the resistance of a heating conductor.
  • soot sensor basically all sensors can be used, on the conductor tracks, in particular heat conductor, soot can be deposited.
  • a method and a soot sensor as a solution of the present invention are based on a chip with connection pads and electrical connections, which is changeable under the action of soot with regard to an electrical property, in particular with regard to resistance.
  • the soot sensors are heat resistant so that they can also be used in the exhaust area of automobiles.
  • the platinum thin-film technology has proven itself for creating corresponding chips.
  • the heating conductors and, if appropriate, further functional structures can be covered with a ceramic thin layer to further increase temperature stability.
  • the soot-sensitive chip may self-regenerate by burning off the soot occupancy.
  • the heating element can be used for soot measurement by the Schuleiter is evaluated in terms of its electrical or thermal effect depending on a soot occupancy.
  • the reproducibility of the measurements can be increased by relative measurement.
  • the soot occupancy can be burned differently and analyzed from the different heating capacities, the power consumption or the temperature difference of the soot.
  • the reproducibility can already be increased by the fact that a chip is equipped with two heating resistors.
  • the two measuring units can be used for mutual comparison.
  • the mutual influence of the measuring unit can be minimized by a spacing of two chips each having a measuring device, which in turn increases the reproducibility.
  • An additional temperature sensor can contribute to the control of an internal combustion engine and thus to the control of soot formation or soot degradation.
  • the temperature sensor can be used to obtain information about the amount and nature of the soot when burning off the soot.
  • a temperature sensor can also be used for temperature measurement or for establishing a time-dependent temperature profile of a heat conductor.
  • soot sensors are used for heat-resistant sensors for the automotive exhaust gas
  • the chips have exclusively high temperature resistant materials, such as a ceramic substrate on which a Platinffleander Weg is printed and their electrical leads are platinum-coated nickel-chromium alloys, with a chromium content between 10 and 30%.
  • Substrates are printed according to the still unpublished DE 10 2004 018 050 or in thin-film technology, in particular with platinum;
  • the conductor track thickness of the heating conductor or temperature sensor is ⁇ 2 ⁇ m
  • ⁇ is the trace width of the temperature sensor narrower than 20 microns
  • the heating element is coated with a protective layer.
  • Unprotected heating conductors are suitable for permanent use in exhaust gases up to temperatures of 600 ° C. Protected structures up to 850 ° C. The protected heating conductors are preferably metallised on their outer surfaces.
  • Figure 1 shows a Schuetzchip in exploded view
  • Figure 2 shows a soot sensor chip, wherein conductor structures of a heating element and a temperature sensor with the IDK structure are mounted in a plane;
  • FIG. 3 shows a soot sensor chip in which conductor structures are arranged one above the other in several planes
  • FIG. 4 shows the temperature profile during the combustion of fine material versus the combustion of coarse-grained soot
  • FIG. 5 shows a cross section of a soot particle filter, an exhaust gas duct connected thereto and a soot sensor projecting into the exhaust gas duct;
  • Figure 6a shows a top view of the projecting into the channel sensor
  • FIG. 6b shows an enlargement of its measuring tip
  • FIG. 7a shows a further sensor and FIG. 7b its measuring tip
  • Figure 8 shows a heating resistor sensor in the combustion of soot versus time versus an unpainted heating resistor sensor.
  • Figure 9 shows a Schuleiterchip with integrated temperature measuring resistor in an exploded view.
  • FIG. 10 shows two components protruding from a protective tube according to FIG. 9.
  • a heating conductor 4 preferably made of platinum, is applied to a substrate 1, preferably a ceramic substrate 1, using thin-film technology. This can be done according to the known lithographic process or the still unpublished DE 10 2004 018 050.
  • this heating conductor chip the resistance changes due to soot occupancy, which is why such a heating conductor chip is suitable directly for soot measurement in exhaust gases.
  • a particularly important application is the soot measurement in exhaust gases of internal combustion engines, especially diesel engines.
  • the function of the soot particle filter can be monitored and controlled by exhaust gases from diesel engines.
  • the chip design of Figure 2 is characterized by its extremely simple design, with the already comfortable applications are possible.
  • the platinum layer can be protected with a thin layer 6.
  • the thin film may also be partially applied so as to cover, for example, only the heating conductor and the temperature sensor.
  • an insulating layer 6 is applied so that only the middle part of the IDK structure is not printed.
  • the embodiment according to FIG. 3 is also remarkable, according to which the temperature sensor and the heating conductor are already protected by the insulation layer 5.
  • a chip according to FIG. 3 can then optionally be produced with an open IDK structure 2 or with an IDK structure protected by an insulation layer 6.
  • the soot deposited on the chip can be burned by heating pyrolytic. Heating temperatures at approximately 500 ° C have proven suitable for this purpose.
  • the IDK structure 2 or the measuring resistor 3 for temperature determination are used to adjust the heating power for the circumstances in which the heating power is provided. With the heating power provided under certain circumstances, the soot or sooting can be determined.
  • the burnup on the heating conductor chip can be evaluated.
  • the temperature profile gives additional information about the heat of combustion of Rußabbrands. From this can be by comparison values or Close comparison curves on the type and condition and the amount of soot. In particular, the amount and particle size of the carbon black can be detected, as illustrated in FIG.
  • a sensor according to the invention can be arranged on the soot filter and be covered under the same conditions as this, so that the self-cleaning of the particulate filter is initiated via the sensor as soon as the sensor measures a defined value of an electrical variable.
  • the explosive mixture on the fuel input, the air supply or exhaust gas recirculation is controlled. In this way, exhaust mixtures can be generated, which control the soot formation and can be degraded if necessary.
  • the measured electrical resistance of the IDK structure 2 is a measure of the concentration of soot occupancy. If the IDK structure 2 is passivated by a thin film passivation 6 or a printed thick film layer with a dielectric, the soot occupancy of this dielectric affects the capacitance of the capacitor in correlation with the soot concentration.
  • the temperature-dependent values of the heating power and the IDK measurement provide an exact measure of the carbon fouling compared with each other.
  • Additional heating and temperature sensor elements allow the evaluation of the exothermic reaction during soot combustion via the temperature increase during combustion of the soot layer.
  • This exothermic reaction correlates with the increase in temperature and can be logged by means of an integrated temperature sensor. By comparing the curve with stored gradients, it is possible to deduce the amount, the distribution and the particle size of the soot.
  • the sensor protrudes into an exhaust gas duct 12 and is arranged in front of or behind the soot particle filter 11.
  • the tip 14 of the sensor 13 is equipped with two chips in FIGS. 6a, 7 and 7a. With two chips, reference measurements to the other chip are possible. If a chip has a heating device 4 according to FIG. 1, the soot 4 can be burnt off with the heating device 4. This allows the evaluation of soot burn-off by the sensor and further reference data via the second sensor.
  • the free-burning process on a chip detunes the measuring bridge that includes both chips, the detuning being a measure of the carbon fouling and thus also a measure of the condition of the particle filter 11.
  • both chips are heated until the soot burns on them is.
  • the heating conductor 4 is protected according to Figure 1 with a protective layer 6.
  • a ceramic coating and an application in thin-film technology in particular the application of a ceramic coating in thin-film technology, have proven successful.
  • External metallization with gold, platinum or iridium increases the sensitivity to soot.
  • the metallization can be done in thin-film technology on the protective layer 6 and the back of the ceramic substrate 1.
  • the soot sensors so produced are suitable for continuous operation at temperatures up to 850 0 C.
  • the protective layer 6 can be sealed over to extend the life, for example with glass or a sacrificial electrode.
  • a simple protective layer of glass is sufficient for applications up to 650 ° C.
  • the diagram in FIG. 8 clarifies the increased heating resistance of a sooted sensor with respect to an ungrounded sensor during the burn-off process. It should be noted that when heating a sooted soot sensor and an unpurified soot sensor below the burnout temperature of the sooted soot sensor remains cooler, or heats up more slowly.
  • the chip By means of heat conductor, the chip can be burned again free of soot.
  • a sensor may be operated so that the chip initiates a burnout process of the soot filter at a predetermined impedance and over which the chip itself is free burned.
  • An additional temperature sensor is useful for further improved reproducibility, for example, to determine the temperature profile of the heating element or to perform the measurement under standardized temperature conditions. Soot measurement by heating conductor
  • a Schuetzleiterchip according to Figure 1 is calibrated under standardized engine conditions in terms of its resistance characteristic with respect to the degree of sooting. This has proved useful for a measurement in the parked state or idle mode.
  • a sensor can be arranged in the exhaust gas stream in front of or behind the soot particle filter 11. If the sensor is arranged behind the particle filter 11 and indicates fouling, a defect of the soot filter 11 is indicated.
  • a soot sensor arranged in front of the soot filter 11 initiates the combustion of the soot through its own heater 4 and into the soot particle filter 11 when soot is detected.
  • the sooting due to a different radiation behavior of the heating element 4 is determined with the Schwarzleiterchip according to Figure 1. It was found that below the combustion temperature, the resistance at the same heat output decreases with increasing carbon fouling. This effect is even more noticeable, the greater the difference in radiation behavior. Therefore, the outside of the Schuleiterchips is metallized. Particularly suitable for this purpose are gold, iridium and platinum.
  • the heating conductors 4 can be turned off by comparative measurement of the drift with respect to the calibration curve.
  • the heating conductors 4 mutually burn off the soot and compared against each other. When operated under the same conditions of use, they are subject to the same drift due to non-combustible soot constituents that deposit on the surface.
  • the resistance of the heating element 4 adjusts itself with the temperature.
  • a heating element 4 becomes sooty, the heating element 4 changes its emission characteristic, since a sooty sensor, such as a black emitter, emits more energy than other bodies.
  • the resistance of the heat conductor 4 is used as a measure of the carbon fouling during the tearing of the heating element 4 from its resistance.
  • the heating element 4 is suitable for triggering a burnout process for an analogously sooted soot filter 11.
  • the soot sensor gradually clogs and drifts with respect to its resistance characteristic. Therefore, in a preferred embodiment, the resistance after the burnout process is placed in a functional relationship to the parameters relating to the burnout process or gas mixture formulation.
  • sensors containing two heating conductors 4 are linked to form a measuring bridge.
  • a component according to FIG. 9 has a measuring resistor 3 and a heating resistor 4.
  • Two components 7 according to FIG. 9 are operated in a sensor according to FIG. 10 by one of the two heating conductors 4 being used to free a component of soot and then heating the components with both heating conductors until they reach their thermal equilibrium. From the determined with the temperature measuring resistors 3 temperatures of the respective thermal equilibrium, the carbon fouling is determined. The temperature difference of the components 7 is thus a measure of the carbon fouling.
  • Two ceramic soot sensor chips 7 ( Figure 9) are provided with a ceramic lid 6 glazed on; the chips 7 are each provided with a heater 4 (Rho about 20 ohms) and a Pt-1000 sensor 3.
  • the soot sensor chips 7 are each installed in a housing (FIGS. 10 and 11). Electrically, the two heaters 4 are interconnected with two further precision measuring resistors of, for example, 20 ohms each in a Wheatstone 1 bridge. The bridge voltage is amplified by a factor of 50 with an instrumentation amplifier module.
  • the electrical bridge is now adjusted in the case of both soot-free chips 7, the temperature of the two heater chips 7 is selected in the range of 300 ° C. If now one of the two chips 7 on the chip cover 6 or the chip back or on both sides acted upon with soot, the radiation behavior of this chip 7 changes compared to a not acted upon soot chip 7 such that the acted upon with soot chip 7 emits more radiation and thereby cools slightly.
  • the cooling of the recessed chip 7 changes the resistance of the heater 4 in accordance with the platinum characteristic and thus leads to a detuning of the Wheatstone bridge, which can be measured.
  • the recessed chip 7 is re-annealed at temperatures above 600 0 C for a few minutes, then no electrical detuning of the bridge is measurable in the temperature range of 300 0 C more.
  • the chip cap 6 and the chip back side are preferably metallized over the whole area with Au or Pt (for example by PVD coating) in order to minimize the radiation behavior in the infrared range.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Rußsensoren auf Basis einstückig ausgebildeter Leiterbahnstrukturen, Verfahren zur Rußmessung und die Verwendung von Heizleiterchips zur Rußmessung. Hierzu wird auf die Empfindlichkeit intensiver Größen, insbesondere stoffspezifischer Größen abgestellt. Erfindungsgemäß wird ein elektrischer Rußsensor bereitgestellt, bei dem mindestens ein Chip mit mindestens einer einstückig ausgebildeten, insbesondere zwei Anschlussfelder aufweisenden Leiterbahn ausgestattet ist und der Rußsensor eine Rußbestimmungseinrichtung aufweist, die auf die Bestimmung einer intensiven oder spezifischen Veränderung einer Oberfläche abgestellt ist. Verfahrensseitig wird mit Rußablagerungen eine Änderung einer intensiven Größe verursacht, insbesondere einer thermospezifischen oder elektrischen Kenngröße eines Chips und diese Größe bestimmt.

Description

Rußsensor
Die vorliegende Erfindung betrifft Rußsensoren auf Basis einstückig ausgebildeter Leiterbahnstrukturen, Verfahren zur Rußmessung und die Verwendung von Heizleiterchips zur Rußmessung.
DE 199 59 870 A1 beschreibt einen Rußsensor, der mit einem Heizelement den Ruß auf Zündtemperatur bringt und mit einem Temperatursensor den Temperaturanstieg als direktes Maß für die verbrannte Menge an Rußpartikeln auswertet. Nachteilhaft an dieser indirekten Messung ist die mangelnde Reproduzierbarkeit. Die Strömungsverhältnisse im Abgassystem müssen bekannt sein, um eine Aussage aus dem Temperaturanstieg holen zu können. Weiterhin ist der sehr komplexe dreidimensionale Aufbau des Elementes sehr anfällig und teuer.
Gemäß DE 33 04 846 wird die unterschiedliche Aufheizleistung einer verrußten Heizfläche gegen eine im Wesentlichen rußfreie Heizfläche verglichen.
DE 103 31 838 betrifft ein Sensorelement mit einer aufgerauten Sensoroberfläche zur Rußablagerung, bei dem die thermische Masse des Sensorkörpers als Maß für seine Verrußung bestimmt wird. Hierzu wird der Sensor mit einer Widerstandsstruktur aufgeheizt und mit der gleichen Widerstandsstruktur wird die Temperatur des Sensorkörpers erfasst.
Bei all diesen Verfahren wird eine kleine Änderung einer großen Größe möglichst schnell gemessen, damit der gemessene Effekt gegenüber anderen Effekten überwiegt. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Änderungen extensiver Größen, insbesondere um die geringe Zunahme der Masse des Sensors durch Rußablagerungen. Die dabei gemessenen Effekte basieren im Wesentlichen auf der geringen Massenänderung des Sensors durch die Rußablagerung. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, reproduzierbare qualitative und quantitative Aussagen über Rußpartikel machen zu können, insbesondere über die Menge und Größe der Rußpartikel, um den Rußpartikelfilter nach Füllgrad und Funktion beurteilen zu können.
Zur Lösung der Aufgabe wird auf die Empfindlichkeit intensiver Größen, insbesondere stoffspezifischer Größen abgestellt. Verfahrensseitig wird die Messung durch Rußbelegung veränderter intensiver Größen in Betracht gezogen. Vorrichtungsmäßig werden Sensibilisierungen zur besseren Erfassung des Einflusses von Ruß auf intensive Größen vorgenommen. Vorzugsweise erfolgt eine direkte Rußmessung mit Heizleitem, insbesondere mit einem oder zwei Heizleitern. Entsprechende Lösungen als Sensoren, Verfahren zur Rußmessung mit Heizleitern, sowie die Verwendung von Heizleitern zur Rußmessung sind Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Bevorzugte Ausführungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Maßgeblich ist, dass reproduzierbare Messungen deutliche Änderungen der Messgrößen erfordern. Intensive Größen insbesondere spezifische Größen eines Chips sind hierfür besser geeignet als die auf extensiven Effekten beruhenden Messungen im Stand der Technik. Effekte, die auf veränderten Oberflächeneigenschaften beruhen und die Oberfläche optisch oder wärmeleittechnisch, z.B. durch Isolation oder elektrisch, insbesondere streufeldtechnisch verändern, basieren auf intensiven und spezifischen Größen, die für erfindungsgemäße Lösungen ausgenutzt werden. Optische Veränderungen entstehen durch Rußbelegung einer metallischen Oberfläche, wobei die zunehmende Rußbewegung tendenziell einen schwarzen Körper schafft. Damit einhergehend ändert sich wärmeleittechnisch das Abstrahlverhalten der Oberfläche und damit das messbare Temperaturgleichgewicht zwischen zugeführter und abgestrahlter Energie. Auf einer keramischen Oberfläche wirkt eine Rußbewegung wärmeisolierend und schafft damit einhergehend ein verändertes Temperaturverhalten. Rußablagerungen auf einer Elektrodenstruktur vermindern als Dielektrikum die Isolation der Leiterbahnen und führen zu einem verminderten Widerstand der Elektrodenstruktur. Diesbezüglich wurde festgestellt, dass durch Rußbelegung die spezifischen elektrischen Eigenschaften deutlich beeinflussbar sind, die Abkühlung der Chips bei geeigneten Oberflächen deutlich von der Verrußung abhängig gemacht werden kann und Abbrennen der Rußbelegung den Temperaturverlauf deutlich beeinflussen kann. Die mit den Messeinheiten ermittelten Signale werden mit Referenzwerten oder Referenzkurven oder Vergleichsmessungen zur Einstellung oder Eichung des Rußsensors abgeglichen. Beim Abbrennen von Ruß auf dem Heizleiter erhöht sich dessen Widerstand. Dieser Widerstand ist durch eine elektrische Schaltung bestimmbar. Aus dem Widerstand, insbesondere aus dessen zeitlichen Verlauf, lässt sich auf den Verrußungsgrad schließen. Vorzugsweise wird eine Widerstandskennlinie mit Bezug auf den Verrußungsgrad bestimmt. Anhand dieser Kennlinie ist der Verrußungsgrad ablesbar.
An einem elektronischen Muster, insbesondere einem Heizleiter, kann der elektrische Widerstand von der Rußbelegung abhängig gestaltet sein und die Rußbelegung anhand des elektrischen Widerstandes gemessen werden. Es wird also eine Veränderung von Kenngrößen des Chips vorgenommen. Hierbei werden chipspezifische Größen geändert, also zumindest nicht nur die an sich unter robusten Bedingungen schlecht beherrschbaren Temperaturabhängigkeiten ausgenutzt. Wird die Isolationswirkung der Luft durch Ruß herabgesetzt, ändert sich die spezifische Leitfähigkeit des elektrischen Musters des Chips bzw. der spezifische Widerstand des elektrischen Musters des Chips enorm. Analog erniedrigt Ruß den Widerstand eines Widerstandsmusters, insbesondere eines mäanderförmigen Widerstands.
Elektronische Muster sind in Dickschichttechnik oder in Dünnschichttechnik herstellbar. In Dünnschichttechnik lassen sich aus Schichten mit Schichtdicken unterhalb 1 μm elektronische Muster aus Leiterbahnen erstellen, deren Bahnbreite unter 10 μm liegt.
Einstückig ausgebildete elektrische Muster sind als Widerstand ausgebildete, ununterbrochene elektrische Leiterstrukturen, insbesondere Heizleiter oder Messwiderstände. Im Gegensatz hierzu sind IDK-Strukturen nicht einstückig. Bevorzugte Muster sind schlangenförmige oder mäanderförmige Leiterbahnen. In bevorzugter Ausführung sind die Leiterbahnen zwischen ihren Enden verjüngt. Die breiten Enden werden als Anschlusskontaktfelder bezeichnet.
Im Rahmen dieser Erfindung werden Chips, die einen Heizleiter aufweisen, als Heizleiterchips bezeichnet. Einhergehend mit der Verrußung eines Sensors nimmt mit zunehmender Zeit bei aufgeheizten Heizleitersensoren der elektrische Widerstand und die Temperatur verhältnismäßig um so mehr ab, je weniger Wärme der Sensor ursprünglich abgeben kann. Dieser Effekt bei tritt bei oberflächlich metallisierten Heizleitersensoren sehr deutlich auf. So zeigen Chips mit ungeschützten Heizleitern eine relativ deutlichere Abnahme hinsichtlich Temperatur und elektrischem Widerstand bei zunehmender Verrußung als die Chips deren Heizleiter mit einer weißen Keramik geschützt ist. Je umfassender die Oberfläche des Chips metallisiert ist, um so deutlicher senkt eine Verrußung dessen Temperatur bzw. dessen Temperaturverlauf und entsprechend den elektrischen Widerstand bzw. den Verlauf des elektrischen Widerstands des Chips. Damit wird der Widerstand bei konstanter Heizleistung durch Verrußung abgesenkt. Besonders deutliche Effekte sind mit Goldbeschichtungen erhältlich. Bei Anwendung hoher Temperaturen kann die Temperaturstabilität von Platin oder Iridium maßgeblich werden.
Die Rußbelegung verändert auch das spezifische Temperaturverhalten und die spezifische Abstrahlung, insbesondere die IR-Abstrahlcharakteristik eines Heizleiters. Bei konstantem Stromverbrauch steigt mit zunehmender Rußbelegung die abgestrahlte Leistung an, wobei die Temperatur des Heizleiterchips entsprechend fällt. Die Verrußung ist daher auch anhand einer Temperaturbestimmung des Heizleiters oder seiner Abstrahlcharakteristik bestimmbar.
Auch der Abbrand des Rußes beeinflusst den Stromverbrauch und die Temperatur. Beim Freibrennen von Ruß steigt der elektrische Widerstand des verrußten Heizleitersensors gegenüber dem unverrußten Zustand an. Auch dieser Effekt tritt um so stärker auf, je weniger Wärme der unverrußte Sensor abführen kann.
Rußsensoren mit mehreren Leiterbahnen können mit IDK-Struktur ausgebildet sein. Die Widerstandsstruktur ist insbesondere ein Heizleiter oder Temperatursensor. Ein Messwiderstand ist 10 bis 100 Mal so groß wie der Widerstand eines Heizleiters.
Als Rußsensor sind grundsätzlich alle Sensoren verwendbar, auf deren Leiterbahnen, insbesondere Heizleiter, sich Ruß ablagern kann.
Ein Verfahren und ein Rußsensor als Lösung der vorliegenden Erfindung basieren auf einem Chip mit Anschlusspads und elektrischen Anschlüssen, der unter Rußeinwirkung hinsichtlich einer elektrischen Eigenschaft änderbar ist, insbesondere hinsichtlich Widerstand.
Vorzugsweise sind die Rußsensoren hitzebeständig, damit sie auch im Abgasbereich von Automobilen verwendbar sind. Diesbezüglich bewährt sich die Platin-Dünnschichttechnik zur Erstellung entsprechender Chips. Die Heizleiter und gegebenenfalls weitere funktionelle Strukturen können zur weiteren Erhöhung von Temperaturstabilität mit einer keramischen Dünnschicht abgedeckt werden. In der bevorzugten Ausführung mit einem Heizelement kann sich der rußsensitive Chip durch Abbrennen der Rußbelegung selbst regenerieren. Dabei kann das Heizelement zur Rußmessung verwendet werden, indem das Heizleiterverhalten hinsichtlich seiner elektrischen oder thermischen Wirkung in Abhängigkeit einer Rußbelegung ausgewertet wird.
In einer Ausführung mit zwei Heizwiderständen kann die Reproduzierbarkeit der Messungen durch Relativmessung gesteigert werden. Insbesondere in einer Ausführung mit zwei Heizwiderständen kann die Rußbelegung unterschiedlich abgebrannt werden und aus den unterschiedlichen Heizleistungen, im Stromverbrauch oder dem Temperaturunterschied der Ruß analysiert werden.
Dabei kann die Reproduzierbarkeit bereits dadurch erhöht werden, dass ein Chip mit zwei Heizwiderständen ausgestattet ist. Dabei können die beiden Messeinheiten zum gegenseitigen Abgleich verwendet werden. Die gegenseitige Beeinflussung der Messeinheit kann durch eine Beabstandung zweier je eine Messeinrichtung aufweisender Chips minimiert werden, was wiederum die Reproduzierbarkeit erhöht.
Ein zusätzlicher Temperatursensor kann zur Steuerung einer Verbrennungskraftmaschine und damit zur Regelung der Rußbildung oder des Rußabbaus beitragen. In Kombination mit einem Heizelement können mit dem Temperatursensor Informationen über die Menge und Beschaffenheit des Rußes beim Abbrennen des Rußes erzielt werden. So wurde festgestellt, dass die integrale Verbrennungswärme kleiner Rußpartikel geringer ist, als die großer Rußpartikel und dass die integrale Wärme kleiner Rußpartikel bei niederen Temperaturen erzielt wird, als die größerer Rußpartikel.
Ein Temperatursensor kann auch zur Temperaturmessung bzw. zur Erstellung eines zeitabhängigen Temperaturprofils eines Heizleiters herangezogen werden.
In bevorzugter Ausführung werden für hitzebeständige Sensoren für den Kfz-Abgasbereich Rußsensoren verwendet, deren Chips ausschließlich hochtemperaturbeständige Materialien aufweisen, wie beispielsweise ein keramisches Substrat auf dem eine Platinmäanderstruktur aufgedruckt ist und deren elektrische Zuleitungen Platin-ummantelte Nickel-Chrom-Legierungen sind, mit einem Chromgehalt zwischen 10 und 30 %. In weiteren bevorzugten Ausführungen
■ werden Substrate gemäß der noch unveröffentlichten DE 10 2004 018 050 oder in Dünnschichttechnik bedruckt, insbesondere mit Platin;
■ ist die Leiterbahndicke des Heizleiters oder Temperatursensors <2 μm;
■ ist die Leiterbahnbreite des Temperatursensors schmaler als 20 μm;
■ ist der Heizleiter mit einer Schutzschicht beschichtet.
Ungeschützte Heizleiter sind zum dauerhaften Gebrauch in Abgasen bis zu Temperaturen von 6000C geeignet, geschützte Strukturen bis 8500C. Die geschützten Heizleiter sind vorzugsweise auf ihren Außenflächen metallisiert.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Figur 1 zeigt einen Heizleiterchip in Explosionsdarstellung;
Figur 2 zeigt einen Rußsensorchip, wobei Leiterstrukturen eines Heizelements und eines Temperatursensors mit der IDK-Struktur in einer Ebene angebracht sind;
Figur 3 zeigt einen Rußsensorchip, bei dem Leiterstrukturen in mehreren Ebenen übereinander angeordnet sind;
Figur 4 zeigt den Temperaturverlauf bei der Verbrennung von Feinstruß gegenüber der Verbrennung von grobkörnigem Ruß;
Figur 5 zeigt einen Querschnitt eines Rußpartikelfilters, daran angeschlossenem Abgaskanal und einem in den Abgaskanal hineinragenden Rußsensor;
Figur 6a zeigt eine Draufsicht des in den Kanal ragenden Sensors und
Figur 6b eine Vergrößerung dessen Messspitze;
Figur 7a zeigt einen weiteren Sensor und Figur 7b dessen Messspitze;
Figur 8 zeigt einen Heizwiderstandssensor bei der Verbrennung von Ruß in Abhängigkeit von der Zeit gegenüber einem unverrußten Heizwiderstandssensor. Figur 9 zeigt einen Heizleiterchip mit integriertem Temperaturmesswiderstand in Explosionsdarstellung.
Figur 10 zeigt zwei aus einem Schutzrohr ragende Bauteile gemäß Figur 9.
In einer einfachen Ausführung nach Figur 1 wird lediglich ein Heizleiter 4, vorzugsweise aus Platin auf einem Substrat 1 , vorzugsweise einem keramischen Substrat 1 in Dünnschichttechnik aufgetragen. Dies kann nach den bekannten lithografischen Verfahren oder der noch unveröffentlichten DE 10 2004 018 050 geschehen. Bei diesem Heizleiterchip verändert sich durch Rußbelegung der Widerstand, weshalb ein derartiger Heizleiterchip direkt zur Rußmessung in Abgasen geeignet ist. Ein besonders wichtiger Anwendungsfall ist die Rußmessung in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren. Insbesondere lässt sich die Funktion des Rußpartikelfilters von Abgasen aus Dieselmotoren überwachen und steuern.
Die Chipausführung nach Figur 2 zeichnet sich durch ihre äußerst einfache Bauweise aus, mit der bereits komfortable Anwendungen möglich sind. Analog zu Figur 3 kann die Platinschicht mit einer Dünnschicht 6 geschützt werden. Die Dünnschicht kann auch teilweise aufgetragen werden, so dass sie beispielsweise nur den Heizleiter und den Temperatursensor bedeckt. In einer weiteren Ausführung gemäß Figur 2 wird eine Isolationsschicht 6 so aufgetragen, dass lediglich der Mittelteil der IDK-Struktur nicht bedruckt wird. Zu diesem breiten Feld von geeigneten Schutzmöglichkeiten für potentielle Anwendungen ist auch die Ausführung nach Figur 3 beachtlich, gemäß der der Temperatursensor und der Heizleiter bereits durch die Isolationsschicht 5 geschützt werden. Ein Chip nach Figur 3 kann dann optional mit offener IDK- Struktur 2 oder mit durch einer Isolationsschicht 6 geschützten IDK-Struktur hergestellt werden.
Mittels Heizleiter 4 gemäß Figur 2 oder 3 kann der am Chip angelagerte Ruß durch Aufheizen pyrolytisch verbrannt werden. Bewährt haben sich hierzu Aufheiztemperaturen bei ungefähr 500°C. Die IDK-Struktur 2 oder der Messwiderstand 3 zur Temperaturbestimmung werden zum Abgleich der Heizleistung für die Umstände, unter denen die Heizleistung erbracht wird, herangezogen. Mit der unter bestimmten Umständen erbrachten Heizleistung ist der Ruß bzw. die Verrußung bestimmbar.
Mit dem Temperatursensor 3 gemäß Figur 3 und 4 kann der Abbrand auf dem Heizleiterchip ausgewertet werden. Der Temperaturverlauf gibt zusätzliche Aussagen über die Verbrennungswärme des Rußabbrands wieder. Hieraus lässt sich durch Vergleichswerte oder Vergleichskurven auf die Art und Beschaffenheit sowie die Menge des Rußes schließen. Insbesondere Menge und Partikelgröße des Rußes können so erfasst werden, wie in Figur 4 verdeutlicht wird.
Bei der neuen Generation von Dieselmotoren wird der Ruß aus dem Abgas gefiltert. Dabei kann der Rußfilter verbacken und verstopfen. Um die Wirksamkeit des Rußfilters aufrecht zu erhalten, empfiehlt es sich daher, dass die Rußbelegung des Filters wieder abgebaut wird. Zur Steuerung und Überprüfung der Selbstreinigung kann ein erfindungsgemäßer Sensor am Rußfilter angeordnet sein und unter den gleichen Bedingungen wie dieser belegt werden, so dass über den Sensor die Selbstreinigung des Partikelfilters eingeleitet wird, sobald der Sensor einen definierten Wert einer elektrischen Größe misst. Über den erfindungsgemäßen Sensor ist das Explosionsgemisch über den Kraftstoffeintrag, die Luftzufuhr oder Abgasrückführung steuerbar. Auf diese Weise lassen sich Abgasmischungen erzeugen, die die Rußbildung steuern und gegebenenfalls abbauen lassen.
Wenn Rußpartikel sich auf einer vorgeheizten Platinelektrodenkammstruktur (IDK) ablagern, ist der gemessene elektrische Widerstand der IDK-Struktur 2 ein Vergleichsmaß für die Konzentration der Rußbelegung. Ist die IDK-Struktur 2 durch eine Dünnfilmpassivierung 6 oder eine gedruckte Dickfilmschicht mit einem Dielektrikum passiviert, dann beeinflusst die Rußbelegung dieses Dielektrikums die Kapazität des Kondensators in Korrelation mit der Rußkonzentration. Die temperaturabhängigen Werte der Heizleistung und der IDK-Messung liefern gegeneinander abgeglichen ein genaues Maß der Verrußung.
Somit wird erfindungsgemäß eine mengenmäßige Detektion der Rußpartikelkonzentration mittels bewährtem, robusten Keramikchipaufbau in Platindünnfilmtechnik ermöglicht.
Zusätzliche Heiz- und Temperatursensorelemente ermöglichen die Auswertung der exothermen Reaktion bei der Rußverbrennung über die Temperaturerhöhung beim Abbrand der Rußschicht. Diese exotherme Reaktion korreliert mit der Temperaturerhöhung und kann mittels integriertem Temperatursensor protokolliert werden. Durch Vergleich des Kurvenverlaufs mit hinterlegten Verläufen kann auf die Menge, die Verteilung und die Partikelgröße des Rußes geschlossen werden.
Über die Gleich- oder Wechselstromleitfähigkeit kann auf den Beladungsgrad geschlossen werden und ein Freibrennprozess eingeleitet werden. In der Anordnung nach Figur 5 ragt der Sensor in einen Abgaskanal 12 hinein und ist dabei vor oder nach dem Rußpartikelfilter 11 angeordnet. Die Spitze 14 des Sensors 13 ist in Figur 6a, 7 und 7a mit zwei Chips ausgestattet. Mit zwei Chips werden Referenzmessungen jeweils zum anderen Chip ermöglicht. Weist ein Chip eine Heizeinrichtung 4 gemäß Figur 1 auf, kann mit der Heizeinrichtung 4 der Ruß abgebrannt werden. So lassen sich die Auswertung der Rußabbrennung durch den Sensor und weitere Referenzdaten über den zweiten Sensor erzielen. Durch den Freibrennprozess auf einem Chip wird die beide Chips umfassende Messbrücke verstimmt, wobei die Verstimmung ein Maß für die Verrußung darstellt und damit auch ein Maß für den Zustand des Partikelfilters 11. Zum Abgleichen der Brücke werden beide Chips geheizt, bis der Ruß auf ihnen abgebrannt ist. Der Heizleiter 4 wird nach Figur 1 mit einer Schutzschicht 6 geschützt. Bewährt haben sich hierfür eine keramische Beschichtung und ein Auftrag in Dünnschichttechnik, insbesondere der Auftrag einer keramischen Beschichtung in Dünnschichttechnik. Eine äußere Metallisierung mit Gold, Platin oder Iridium erhöht die Sensitivität bezüglich Ruß. Die Metallisierung kann in Dünnschichttechnik auf der Schutzschicht 6 und der Rückseite des keramischen Substrats 1 erfolgen. Die so hergestellten Rußsensoren sind für einen Dauerbetrieb bei Temperaturen bis zu 8500C verwendbar. Die Schutzschicht 6 kann darüber zur Verlängerung der Lebenszeit versiegelt werden, beispielsweise mit Glas oder einer Opferelektrode.
Eine einfache Schutzschicht aus Glas genügt für Anwendungen bis 6500C.
Das Diagramm in Figur 8 verdeutlicht am Freibrennprozess den erhöhten Heizwiderstand eines verrußten Sensors gegenüber einem unverrußten Sensor. Hierbei ist zu beachten, dass beim Aufheizen eines verrußten Rußsensors und eines unverrußten Rußsensors unterhalb der Freibrenntemperatur der verrußte Rußsensor kühler bleibt, bzw. sich langsamer aufheizt.
Heizleiterchip mit IDK-Struktur
Mittels Heizleiter lässt sich der Chip wieder vom Ruß frei brennen. Ein derartiger Sensor kann so betrieben werden, dass der Chip bei einer vorbestimmten Impedanz einen Freibrennprozess des Rußfilters initiiert und über den der Chip selbst frei gebrannt wird. Ein zusätzlicher Temperatursensor ist zur weiter verbesserten Reproduzierbarkeit hilfreich, beispielsweise um den Temperaturverlauf des Heizleiters zu bestimmen oder die Messung unter standardisierten Temperaturbedingungen vorzunehmen. Rußmessunq per Heizleiter
Ein Heizleiterchip gemäß Figur 1 wird unter standardisierten Motorbedingungen hinsichtlich seiner Widerstandskennlinie bezüglich dem Verrußungsgrad geeicht. Bewährt hat sich hierfür eine Messung im abgestellten Zustand oder bei Leerlaufbetrieb. Ein solcher Sensor kann im Abgasstrom vor oder hinter dem Rußpartikelfilter 11 angeordnet sein. Ist der Sensor hinter dem Partikelfilter 11 angeordnet und zeigt eine Verrußung an, so wird ein Defekt des Rußfilters 11 angezeigt. Ein vor dem Rußfilter 11 angeordneter Rußsensor leitet bei Feststellung von Verrußung den Abbrand des Rußes durch den eigenen Heizer 4 und in Rußpartikelfilter 11 ein.
In einer weiteren Ausführung wird mit dem Heizleiterchip gemäß Figur 1 die Verrußung aufgrund eines unterschiedlichen Abstrahlverhaltens des Heizleiters 4 bestimmt. Dabei wurde festgestellt, dass unterhalb der Abbrandtemperatur der Widerstand bei gleicher Heizleistung mit zunehmender Verrußung abnimmt. Dieser Effekt kommt umso mehr zum Tragen, je größer der Unterschied im Abstrahlverhalten ist. Deshalb wird die Außenseite des Heizleiterchips metallisiert. Hierfür eignen sich besonders Gold, Iridium und Platin.
In einer Ausführung mit zwei Heizleitern 4 kann durch vergleichende Messung der Drift hinsichtlich der Eichkurve abgestellt werden. So können in dieser bevorzugten Ausführung die Heizleiter 4 wechselseitig den Ruß abbrennen und gegeneinander verglichen werden. Wenn sie unter gleichen Einsatzbedingungen betrieben werden, unterliegen sie gleichem Drift durch nicht abbrennbare Rußbestandteile, die sich auf der Oberfläche ablagern.
Der Widerstand des Heizleiters 4 stellt sich mit der Temperatur ein. Beim Verrußen eines Heizleiters 4 ändert der Heizleiter 4 seine Abstrahlcharakteristik, da ein verrußter Sensor wie ein schwarzer Strahler mehr Energie abstrahlt als andere Körper. Damit fällt beim Verrußen des Heizleiters 4 dessen Widerstand ab, weshalb der Widerstand des Heizleiters 4 als Maß für die Verrußung verwendbar ist. Somit ist der Heizleiter 4 geeignet, einen Freibrennprozess für einen analog verrußten Rußfilter 11 auszulösen. Dabei verschlackt der Rußsensor allmählich und driftet bezüglich seiner Widerstandskennlinie. Deshalb wird der Widerstand nach dem Freibrennprozess in einer bevorzugten Ausführung in funktionellem Zusammenhang zu der den Freibrennprozess oder die Gasgemischformulierung betreffenden Kenngrößen gesetzt. In einer weiter verbesserten Ausführung zur Vermeidung des Drifts werden zwei Heizleiter 4 enthaltende Sensoren zu einer Messbrücke verknüpft. Von den vielfältigen Abgleichmöglichkeiten seien das wechselseitige Abbrennen und die Referenzmessung hervorgehoben. Ein Bauteil nach Fig. 9 weist einen Messwiderstand 3 und einen Heizwiderstand 4 auf. Zwei Bauteile 7 nach Fig. 9 werden in einen Sensor nach Fig. 10 betrieben, indem mit einem der beiden Heizleiter 4 ein Bauelement von Ruß freigeglüht wird und darauf mit beiden Heizleitern die Bauelemente bis zum Erreichen ihres thermischen Gleichgewichts beheizt werden. Aus den mit den Temperaturmesswiderständen 3 bestimmten Temperaturen des jeweiligen thermischen Gleichgewichts wird die Verrußung bestimmt. Die Temperaturdifferenz der Bauteile 7 ist somit ein Maß für die Verrußung.
Anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 9 und 10 wird eine weitere Wirkungsweise und ein weiteres Messprinzip erläutert. Zwei keramische Rußsensorchips 7 (Fig. 9) sind mit einem aufgeglasten keramischen Deckel 6 versehen; die Chips 7 sind jeweils mit einem Heizer 4 (Rho ca. 20 Ohm) und einem Pt-1000-Sensor 3 versehen. Die Rußsensorchips 7 sind jeweils in einem Gehäuse verbaut (Fig. 10 und 11). Elektrisch sind die beiden Heizer 4 mit zwei weiteren Präzisions-Messwiderständen von z.B. je 20 Ohm in einer Wheatstone1 sehen Brücke verschaltet. Die Brückenspannung wird mit einem Instrumentenverstärkermodul um den Faktor 50 verstärkt. Die elektrische Brücke wird nun im Falle beider rußfreier Chips 7 abgeglichen, die Temperatur der beiden Heizerchips 7 wird dabei im Bereich von 300°C gewählt. Wird nun einer der beiden Chips 7 auf dem Chipdeckel 6 bzw. der Chiprückseite bzw. auf beiden Seiten mit Ruß beaufschlagt, so ändert sich das Abstrahlverhalten dieses Chips 7 im Vergleich zu einem nicht mit Ruß beaufschlagten Chip 7 derart, dass der mit Ruß beaufschlagte Chip 7 mehr Strahlung emittiert und sich dadurch etwas abkühlt. Die Abkühlung des eingerußten Chips 7 ändert gemäß der Platinkennlinie den Widerstand des Heizers 4 und führt so zu einer Verstimmung der Wheatstone' sehen Brücke, die gemessen werden kann.
Wird der eingerußte Chip 7 bei Temperaturen oberhalb von 6000C für einige Minuten wieder freigeglüht, so ist anschließend im Temperaturbereich von 3000C keine elektrische Verstimmung der Brücke mehr messbar.
Zur Verstärkung des Messeffekts werden der Chipdeckel 6 und die Chiprückseite vorzugsweise mit Au oder Pt ganzflächig metallisiert (z.B. per PVD-Beschichtung), um das Abstrahlverhalten im infraroten Bereich zu minimieren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Messung von Rußablagerungen mittels einstückig ausgebildetem elektronischem Muster, insbesondere mittels einem in Dünnschicht einstückig erzeugtem elektronischen Muster, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußablagerungen durch eine Änderung einer intensiven (spezifischen) Größe, insbesondere einer thermospezifischen oder elektrischen Kenngröße eines Chips bestimmt werden, die sie selbst verursachen.
2. Verfahren zur Messung von Rußablagerungen mittels einstückig ausgebildetem elektronischem Muster, insbesondere mittels einem in Dünnschicht einstückig erzeugtem elektronischen Muster, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußablagerungen durch eine Änderung einer intensiven, spezifischen elektrischen Kenngröße eines Chips mittels eines Heizleiters (4) oder Temperatursensors (3) bestimmt wird.
3. Verfahren zur Bestimmung von Rußablagerungen, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor zwei Heizleiter (4) aufweist, die wenigstens hinsichtlich eines der Parameter Stromverbrauch, Temperaturführung oder Rußabbrandverlauf unterschiedlich gesteuert werden.
4. Verfahren zur Rußbestimmung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Heizleiterchips mit Ruß belegt werden und ein mit Ruß belegter Heizleiterchip zum Abbrennen des Rußes erhitzt wird und der Verlauf des Stromverbrauchs oder des Temperaturverlaufs oder des Stromverbrauchs und Temperaturverlaufs jeweils gegeneinander zur Ermittlung der Rußeigenschaften ausgewertet wird.
5. Verwendung zweier unterschiedlich betriebener Heizleiterchips zur Rußmessung in einem Gehäuse.
6. Verwendung eines Heizleiterchips zur Rußmessung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußmessung anhand eines durch Ruß veränderten Abkühlverhaltens oder Abstrahlungsverhalten des Chips über die Messung von elektrischen oder thermischen Messgrößen erfolgt.
7. Verwendung eines Heizleiterchips zur Rußmessung, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußmessung anhand eines durch Rußabbrand veränderten geänderten Temperaturverlaufs über die Messung von elektrischen oder thermischen Messgrößen über die gleiche Heizleiterstruktur erfolgt, die zum Aufheizen verwendet wird.
8. Verwendung eines Heizleiterchips nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußmessung durch eine Änderung des elektrischen Widerstandes des Heizleiters bestimmt wird, oder durch die Änderung der Temperatur oder IR-Abstrahlung des Heizleiters (4).
9. Elektrischer Rußsensor, bei dem mindestens ein Chip mit mindestens einer einstückig ausgebildeten, insbesondere zwei Anschlussfelder aufweisenden Leiterbahn ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor eine Rußbestimmungseinrichtung aufweist, die auf die Bestimmung einer intensiven oder spezifischen Veränderung einer Oberfläche abgestellt ist.
10. Rußsensor insbesondere nach Anspruch 9, enthaltend wenigstens einen Heizleiterchip, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizleiterchip auf einer, insbesondere beiden flächigen Seiten metallisiert ist.
11. Rußsensor nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor zwei Heizleiterchips (4) aufweist.
12. Rußsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor einen über Anschlusspads mit elektrischen Anschlüssen verbundenen Chip umfasst, wobei der Widerstand des Chips durch Rußeinwirkung änderbar ist.
13. Rußsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, der einen Heizleiterchip umfasst, mit einem durch Rußeinwirkung änderbaren elektrischen Widerstand, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor bezüglich des Widerstands abgeglichen ist.
14. Rußsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor einen Temperaturfühler (3) aufweist.
15. Rußsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) oder der Temperaturfühler (3) des Chips oder mehrere dieser Elemente mit einer elektrischen Isolierung (6) bedeckt sind.
16. Rußsensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (4) oder der Temperaturfühler (3) mit einer keramischen Dünnschicht (6) bedeckt ist.
17. Rußsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußsensor zwei Bauteile (7) aufweist, die jeweils einen Heizleiter (4) und einen Temperaturfühler (3) aufweisen.
18. Verwendung eines Rußsensors nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verrußung eines Bauteils 7 mit einem zweiten Bauteil 7 durch Referenzmessung der Temperatur bei gleicher Heizleistung oder durch Referenzmessung der Heizleistung bei gleicher Temperatur bestimmt wird.
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