WO2018077615A1 - Sensor element for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber - Google Patents
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- G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
Definitions
- the measuring gas may be an exhaust gas of an internal combustion engine.
- the particles may be soot or dust particles.
- Two or more metallic electrodes may be mounted on an electrically insulating support. Which under the action of a
- Voltage-accumulating particles in particular the soot particles, form in a collecting phase of the sensor element electrically conductive bridges between the electrodes, which are designed, for example, as comb-like interdigital electrodes, and thus short-circuit them.
- the electrodes are usually baked by means of an integrated heating element. As a rule, they value
- Particle sensors the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured.
- Embodiments such as from DE 103 19 664 AI, DE 10 2006 042 362 AI, DE 103 53 860 AI, DE 101 49 333 AI and WO 2003/006976 A2 known.
- the configured as soot sensors sensor elements are usually for Monitoring of diesel particulate filters used. In the exhaust tract of a
- the particle sensors of the type described are usually included in a protective tube, which allows, for example, the flow of the particle sensor with the exhaust gas at the same time.
- any device which is suitable to detect the particles qualitatively and / or quantitatively and which, for example, with the help a suitable drive unit and suitably designed electrodes can generate an electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current.
- the detected particles may in particular be soot particles and / or dust particles.
- DC signals and / or AC signals can be used.
- a resistive component and / or a capacitive component can be used for signal evaluation from the impedance.
- the sensor element can be set up in particular for use in a motor vehicle.
- the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle.
- the measurement gas space can be any, open or closed space in which the measurement gas is received and / or which is flowed through by the measurement gas.
- the measuring gas space may be an exhaust gas tract of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine.
- the sensor element comprises a carrier, wherein a first electrode device and a second electrode device are applied to the carrier.
- the first electrode device and the second electrode device each have a plurality of electrode fingers, each electrode finger of the first electrode device being connected to at least one electrode finger of the second electrode device by at least one terminating resistor.
- electrode devices are understood in principle to be any electrical conductors which are suitable for current measurement and / or voltage measurement, and / or which can act on at least one element in contact with the electrode devices with a voltage and / or current.
- electrode finger is used in the context of the present
- Invention understood basically any shaping of the electrode device whose dimension in one dimension, the dimension in at least clearly exceeds a different dimension, for example at least by a factor of 2, preferably by at least a factor of 3, more preferably by at least a factor of 5.
- a plurality is understood to mean any number of at least two.
- a terminating resistance is basically understood as meaning any electrical resistance which electrically connects at least one electrode finger of the first electrode device to at least one electrode finger of the second electrode device such that particles deposited in the absence of deposited particles, in particular in the absence of deposited soot or dust particles
- the measurable current when applying a voltage of 5 to 60 V during an operating temperature of the sensor element in a temperature interval of 50 ° C to 500 ° C assume a current value of 0.1 ⁇ to 10 ⁇ .
- the at least one terminating resistor may comprise at least a portion of an electrode finger of the first electrode device and at least one
- a section of an electrode finger is basically understood to mean any segment of an electrode finger.
- the at least one terminating resistor can also be a section or several sections or all sections of all
- the at least one terminating resistor may be, for example, discrete
- Component be applied to the carrier.
- termination resistance may also be even closer below
- the at least one terminating resistor can be configured such that in the absence of deposited particles, in particular in the absence of deposited soot or dust particles, preferably in the Operating temperature of the sensor element, an electrode total resistance in a range of 1 ⁇ to 150 ⁇ , preferably in a range of 2 ⁇ to 75 ⁇ and more preferably in a range of 5 ⁇ to 50 ⁇ .
- total electrode resistance in the context of the present invention is the electrical resistance of the first
- Electrode device understood by the second electrode means by the at least one terminating resistor and optionally formed by other components circuit. Due to the low resistance of the two electrode devices, the
- Electrode total resistance usually essentially the
- Terminator or, in the case of multiple terminators, a sum of terminators.
- Electrode fingers of the first electrode device with at least one
- Electrode fingers of the second electrode means by means of a
- the carrier may comprise as carrier material at least one ceramic material.
- the support may comprise an oxidic ceramic, preferably aluminum oxide, in particular Al 2 O 3.
- the carrier may comprise at least one electrically insulating material.
- the wearer can have a
- a carrier surface is understood basically to mean any layer which delimits the carrier from its surroundings, and to which the first and the second electrode device are applied.
- the carrier may comprise at least one doping region, wherein the
- Doping region touches at least a portion of an electrode finger of the first electrode means and at least a portion of an electrode finger of the second electrode means.
- the doping region may also touch a portion or a plurality of portions or all portions of all the electrode fingers of the first electrode means and one or more portions or all portions of all the electrode fingers of the second electrode means.
- the term touching is used in the Under the present invention basically understood that two objects are in direct contact. In particular, the two objects can be in electrical contact.
- a doping region is understood as meaning in principle any region of the carrier which has impurities introduced into the carrier material, in particular metal atoms, the metallic impurities replacing a part of the metal atoms contained in the carrier material.
- the doping region may comprise at least one doped carrier material, in particular an aluminum oxide doped with metal oxides. However, other oxides are possible, especially those which are also used as doping material.
- the carrier can thus in the at least one doping region with a
- Doping be doped wherein the doping material with the metallic
- Dotier Scheme a value of 1 mol% to 100 mol%, preferably from 10 mol% to 90 mol% and particularly preferably from 20 mol% to 80 mol%. In a more conspicuous embodiment, therefore, in the doping region, the
- Carrier material must be completely replaced by the doping material.
- the doping material may preferably comprise a metal oxide, wherein the
- Doping material is preferably selected from the group consisting of iron oxide, in particular Fe 2 O 3; ZrO 2; Cr203; MgO; MnO; Snri203; Tb 4 Ü7; Gd203;
- the carrier Al 2 O 3 and the doping region 20 mol% to 100 mol% Fe 2 0 3 , preferably 40 to 80 mol% Fe 2 0 3 , especially since the so-prepared ceramic mixed oxide via a suitable electrical Lei impart features.
- the oxides Snri203; Tb 4 Ü7; Gd2Ü3 and / or Y2O3 suitable for doping can prove to be advantageous, for example, the lowest possible temperature response of an electrical resistance of the doped carrier material within a selected To realize Tempertur machiness.
- Doping materials may each have a value of 0 mol% to 100 mol% in the at least one doping region, for example, a
- a width of the doping region may be in a range from 10 ⁇ m to 2 mm, preferably from 25 ⁇ m to 500 ⁇ m, and particularly preferably from 50 ⁇ m to 250 ⁇ m. Furthermore, a length of the doping region may be in a range of
- a thickness of the doping region can furthermore be in a range from 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, and particularly preferably from 2 to 20 ⁇ m.
- a length of the doping region is basically understood to mean the extent of the doping region in that spatial dimension which is parallel to the carrier surface and parallel to the main direction of extent of the electrode finger which the doping region contacts.
- a thickness of the doping region is basically the
- Extension of the doping region understood in that space dimension, which extends perpendicular to the support surface.
- the electrode fingers of the first and / or the second Elektrodeneinrichtu may have a meandering course.
- a meander-shaped course is in the context of the present invention, in principle, an arbitrary course of the electrode device on the
- Understood carrier surface having at least one S-shape and / or at least one snake shape and / or at least one turn. Furthermore, the electrode fingers of the first electrode device and the
- Electrode fingers of the second electrode device comb-like mesh.
- the electrode fingers of the first electrode device may be spaced apart from one another, wherein the distance of the electrode fingers of the first
- Electrode device may be constant within the sensor element or at least over a portion of the sensor element may vary.
- Electrode fingers of the second electrode device can likewise have a spacing from one another, wherein the distance of the electrode fingers of the second electrode device within the sensor element can be constant or at least vary over a part of the sensor element.
- Electrode fingers of the first electrode device may have a spacing from the electrode fingers of the second electrode device, wherein the distance within the sensor element may be constant or at least vary over a part of the sensor element.
- the sensor element may have at least two terminating resistors.
- the terminating resistors can have different values.
- Termination resistors can also all have the same value. At different values, if necessary, an error assignment can be realized, which area is affected and from which a correction function in the control unit can be realized, which enables an area-dependent compensation of this error with higher accuracy in the signal evaluation.
- the terminators can all be in one area of the
- the cold region of the sensor element may in this case comprise in particular a side with connection contacts to a cable harness and typically by means of a sealing pack from the hot exhaust gas
- the terminating resistors may at least partially lie in a region of the sensor element, which is also referred to as "hotter
- the area of the sensor element can be referred to and which is acted upon by the particles of the measuring gas.This can be the actual measuring range of the electrodes, the printed electrode leads can be mounted in a transition region
- Terminating resistors are at least partially in a control unit. The at least partial accommodation of the terminating resistors in the
- Control unit allows a higher temperature stability in comparison to outside the control unit accommodated termination resistors.
- the terminating resistor can be accommodated in the control unit. This allows a higher compared to a mounted outside of the controller termination
- the one terminating resistor can also be located in a region of the sensor element which is not acted on by the particles of the measuring gas. Furthermore, the one terminating resistor can also be located in a region of the sensor element which is acted on by the particles of the measuring gas.
- the sensor element can be configured in particular as a soot particle sensor. Furthermore, the sensor element can be accommodated in at least one protective tube.
- a method for producing a sensor element for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.
- the process steps are:
- Electrode means and the second electrode means comprise a plurality of electrode fingers
- Electrode device is connected to at least one electrode finger of the second electrode device by at least one terminator.
- the method can be used, in particular, for producing a sensor element according to the present invention, that is to say according to one of the above-mentioned
- step c) a thick-film technology for applying the
- Terminating resistor can be used on the carrier or it can be a doping of the carrier to produce at least one doping region in the carrier.
- the terminating resistor can be considered discrete
- Component on the support in particular on the ceramic substrate to be printed.
- the proposed device and method have numerous advantages over known devices and methods. Due to the inventive design of the electrode devices, in particular the electrode structure, it may be possible to use a
- Measurement accuracy using the inventive sensor element over the prior art, especially in the case of one or more defective electrode fingers to increase.
- Electrode fingers the defect of a single electrode finger or a few electrode fingers has little effect. In particular, it may be possible to compensate for the defect of one or fewer electrode fingers, especially with low loss of sensitivity.
- the terminating resistors may be located in the region which is not exposed to the particles of the measuring gas, in particular in a cold region or colder region of the sensor element. Furthermore, it is also possible that the terminators are in the control unit, which can allow a high temperature stability.
- FIG. 4 shows a dependency of a
- Electrode fingers in a sensor element
- FIG. 4 shows in the form of a diagram 130 a dependency of the
- FIGS. 5 and 6 show various embodiments of a sensor element 110 according to the invention for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space in a cross-sectional view.
- the sensor element 110 can be set up in particular for use in a motor vehicle.
- the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle.
- the sensor element 110 can in particular comprise one or more further functional elements not shown in the figures, such as electrodes, electrode leads and contacts, multiple layers, heating elements, electrochemical cells or others
- the sensor element 110 may for example be accommodated in a protective tube, also not shown.
- the sensor element 110 comprises a carrier 112, wherein a first electrode device 114 and a second electrode device 116 are applied to the carrier 112.
- Electrode device 116 have a plurality of electrode fingers 118, wherein each electrode finger 118 of the first electrode device 114 is connected to at least one electrode finger 118 of the second electrode device 116 by at least one terminator 120.
- the at least one terminating resistor 120 may, for example, be applied to the carrier 112 as a discrete component, as shown in FIG. However, the at least one terminating resistor 120 can also be designed as a doping region 122 described in greater detail below within the carrier 112, as shown in FIG.
- the carrier 112 can be used as a carrier material in these preferred embodiment
- Embodiments comprise at least one ceramic material.
- the carrier 112 may comprise aluminum oxide, in particular Al 2 O 3. Furthermore, the carrier 112 may comprise at least one electrically insulating material.
- the carrier 112 may include at least one doping region 122, wherein the doping region 122 comprises at least a portion of an electrode finger 118 of the first electrode device 114 and at least a portion of a
- Electrode finger 118 of the second electrode means 116 contacts, as in
- the doping region 122 may also include a portion or multiple portions of all of the electrode fingers 118 of the first
- Electrode device 114 and a portion or multiple portions of all electrode fingers 118 of the second electrode device 116 touch.
- the portion of the electron finger 118 of the first electrode device 114 and the portion of the electrode finger 118 of the second electrode device 116 contacting the doping region 122 may be in electrical contact with the doping region 122.
- the carrier 112 may have in the at least one doping region 122 introduced into the ceramic material impurities, in particular metal atoms, wherein the metallic impurity atoms are part of the ceramic in the Replace the material of the carrier 112 contained metal atoms.
- the doping region 122 may comprise at least one doped ceramic material, in particular an aluminum oxide doped with metal oxides. Other oxides are possible.
- the carrier 112 may thus be in the at least one
- Doping region 122 may be doped with a doping material, wherein the doping material refers to the provided with the metallic impurity oxidic ceramic.
- the doping material may preferably comprise a metal oxide, wherein the
- Doping material is preferably selected from the group consisting of iron oxide, in particular Fe2Ü3; ZrCH; 0203; MgO; MnO, Sm 2 O 3, Tb 4 07, Gd 2 O 3, Y 2 O 3 and any mixture of these materials.
- the doping material in the at least one doping region 122 may have a concentration of from 1 mol% to 100 mol%, preferably from 10 mol% to 90 mol% and particularly preferably from 20 mol% to 80 mol%.
- the carrier 112 may comprise Al 2 O 3 and the doping region 122 may have 40 to 80 mol% Fe 2 O 3.
- a width b of the doping region 122 may be in a range from 10 .mu.m to 2 mm, preferably from 25 .mu.m to 500 .mu.m, and particularly preferably from 50 .mu.m to 250 .mu.m. Furthermore, a length of the doping region may be in a range of
- a thickness d of the doping region can furthermore be in a range from 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably from 1 ⁇ m to 50 ⁇ m, and particularly preferably from 2 to 20 ⁇ m.
- Doping region are shown in FIG. An electrical conductivity of the at least one doping region, in the absence of deposited particles in a temperature interval of 50 ° C to 500 ° C in a range of 1-10 "9
- the electrode fingers 118 of the first electrode device 114 and / or the electrode fingers 118 of the second electrode device 116 may have a meandering course 124.
- FIGS. 1 and 2 show two examples of a meander-shaped course 124.
- Electrode device 116 may have a plurality of other meandering ones Have gradients. Furthermore, the electrode fingers 118 of the first electrode device 114 and the electrode fingers 118 of the second
- Electrode means 116 mesh like a comb, as shown in Figures 1-3, 5 and 6.
- the sensor element 110 may have at least two terminating resistors 120, as shown in FIGS. 1-3, 5 and 6.
- the terminating resistors 120 may have different values.
- the terminating resistors 120 may, however, also all have the same value.
- the electrode fingers 118 of the first electrode device 114 may have a distance a from one another, wherein the distance a of the electrode fingers 118 of the first electrode device 114 may be constant within the sensor element 110, as shown in FIG. 3, or at least vary over a part of the sensor element 110.
- Electrode device 116 may have a distance c from each other, wherein the distance c of the electrode fingers 118 of the second electrode device 116 may be constant within the sensor element 110, as shown in Figure 3, or at least over a portion of the sensor element 110 may vary.
- the electrode fingers 118 of the first electrode device 114 may have a
- Distance e from the electrode fingers 118 of the second electrode means 116 wherein the distance e may be constant within the sensor element 110, as shown in Figure 3, or at least over a part of the
- Sensor element 110 may vary.
- the termination resistors 120 may all be in a region of the
- the terminating resistors 120 may at least partially lie in a region of the sensor element 110, which is acted on by the particles of the measuring gas. Furthermore, one or more of the existing terminating resistors 120 may be located in a control unit not shown in the figures.
- total electrode resistance refers to the electrical resistance of the first electrode device, through the second electrode device, through the at least one electrode
- the total electrode resistance may be in a range of 1 ⁇ to 150 ⁇ , preferably in a range of 2 ⁇ to 75 ⁇ , and more preferably in a range of 5 ⁇ to 50 ⁇ . Due to the low resistance of the two electrode devices, the total electrode resistance generally comprises essentially
- Rges a sum of the terminating resistors
- Terminating resistors 120 for the embodiment shown in Figure 3 of a sensor element 110 according to the invention with a total of n electrode fingers 118 calculate as follows: wherein the first electrode means 114 has a number of n / 2 electrode fingers 118, and wherein the second electrode means 116 also has a number of n / 2 electrode fingers 118, and wherein each electrode finger 118 of the first electrode means 114 has at least one electrode finger
- Terminating resistor R, (120) is connected.
- the terminating resistors R, 120 may all have the same value Ro.
- the total resistance R ges for the illustrated in Figure 3 can be
- Embodiment of a sensor element 110 according to the invention with a number of m defective electrode fingers 118 for a total of n electrode fingers 118 calculate as follows, where 1) 0, the first electrode device 114 has a number of n / 2 electrode fingers 118 which may be intact or at least partially defective, and wherein the second electrode device 116 also has a number of n / 2 electrode fingers 118 which are intact or at least partially defective and each electrode finger 118 of the first
- Electrode device 114 is connected to at least one electrode finger 118 of the second electrode device by at least one terminating resistor R, 120:
- the terminating resistors R, 120 may all have the same value Ro. For this case, the following calculation of the
- the sensor element 110 can be configured in particular as a soot particle sensor. Furthermore, the sensor element 110 can be accommodated in at least one protective tube, not shown in the figures.
- a measuring voltage can be applied between the first electrode device 114 and the second electrode device 116 and a self-diagnosis current 126 and / or a
- Total electrode resistance 128 can be measured.
- Self-diagnostic current 126 flows through the first electrode device 114, the second electrode device 116 and the at least one
- Termination resistor 120 The self-diagnostic current 126 may be a measure of the functionality of the sensor element 110 and / or the quality of the
- FIG. 4 shows, by way of example, a diagram 130, in which the self-diagnosis current 126 is determined as a function of the number of defective electrode fingers 132, as well as the number of defective electrode fingers 132
- Total electrode resistance 128 as a function of the number of defective ones
- Electrode finger 132 is shown.
- the diagram 130 in FIG. 4 relates to the embodiment of a sensor element 110 shown in FIG. 3.
- a current 134 is plotted over the number of defective electrode fingers 132, as well as a resistor 136 over the number of defective electrode fingers 132.
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Abstract
The invention relates to a sensor element (110) for detecting a measuring gas in a measuring gas chamber. The sensor element (110) comprises a support (112), wherein a first electrode device (114) and a second electrode device (116) are mounted on the support (112). The first electrode device (114) and a second electrode device (116) respectively comprise several electrode fingers (118), each electrode finger (118) of the first electrode device (114) being connected to at least one electrode finger (118) of the second electrode device (116) by at least one terminating resistor (120).
Description
Beschreibung description
Titel title
Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Sensor element for detecting particles of a measuring gas in one
Messgasraum Measuring gas chamber
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensorelementen zu Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln. Insbesondere kann es sich bei den Partikeln um Ruß- oder Staubpartikel handeln. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer From the prior art, a plurality of sensor elements for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space is known. For example, the measuring gas may be an exhaust gas of an internal combustion engine. In particular, the particles may be soot or dust particles. The invention will be described below without limitation
Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Detektion von Rußpartikeln beschrieben. Embodiments and applications, in particular with reference to sensor elements for the detection of soot particles described.
Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem elektrisch isolierenden Träger angebracht werden. Die sich unter Einwirkung einer Two or more metallic electrodes may be mounted on an electrically insulating support. Which under the action of a
Spannung anlagernden Teilchen, insbesondere die Rußpartikel, bilden in einer sammelnden Phase des Sensorelements elektrisch leitfähige Brücken zwischen den beispielsweise als kammartig ineinander greifende Interdigitalelektroden ausgestalteten Elektroden und schließen diese dadurch kurz. In einer regenerierenden Phase werden die Elektroden üblicherweise mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. In der Regel werten die Voltage-accumulating particles, in particular the soot particles, form in a collecting phase of the sensor element electrically conductive bridges between the electrodes, which are designed, for example, as comb-like interdigital electrodes, and thus short-circuit them. In a regenerating phase, the electrodes are usually baked by means of an integrated heating element. As a rule, they value
Partikelsensoren die aufgrund der Partikelanlagerung geänderten elektrischen Eigenschaften einer Elektrodenstruktur aus. Es kann beispielsweise ein abnehmender Widerstand oder ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung gemessen werden. Particle sensors the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured.
Nach diesem Prinzip arbeitende Sensorelemente werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und existieren in einer Vielzahl von Sensor elements operating on this principle are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of ways
Ausführungsformen, wie z.B. aus DE 103 19 664 AI, DE 10 2006 042 362 AI, DE 103 53 860 AI, DE 101 49 333 AI und WO 2003/006976 A2 bekannt. Die als Rußsensoren ausgestalteten Sensorelemente werden üblicherweise zur
Überwachung von Diesel-Partikelfiltern eingesetzt. Im Abgastrakt einer Embodiments, such as from DE 103 19 664 AI, DE 10 2006 042 362 AI, DE 103 53 860 AI, DE 101 49 333 AI and WO 2003/006976 A2 known. The configured as soot sensors sensor elements are usually for Monitoring of diesel particulate filters used. In the exhaust tract of a
Brennkraftmaschine sind die Partikelsensoren der beschriebenen Art in der Regel in ein Schutzrohr aufgenommen, das gleichzeitig beispielsweise die Durchströmung des Partikelsensors mit dem Abgas erlaubt. Internal combustion engine, the particle sensors of the type described are usually included in a protective tube, which allows, for example, the flow of the particle sensor with the exhaust gas at the same time.
Aufgrund eines steigenden Umweltbewusstseins und auch zum Teil bedingt durch gesetzliche Vorschriften muss der Rußausstoß während des Fahrbetriebes überwacht und die Funktionalität der Überwachung sichergestellt werden. Diese Art der Überwachung der Funktionalität wird im Allgemeinen als On-board- Diagnose bezeichnet. Vorrichtungen und Verfahren zur Eigendiagnose eines Partikelsensors sind beispielsweise aus DE 10 2009 028 239 AI, DE 10 2009 028 283 AI, DE 2007 046 096 AI, DE 10 2006 042 605 AI und US Due to increasing environmental awareness and partly due to legal regulations, the soot emissions must be monitored while driving and the functionality of the monitoring must be ensured. This type of functionality monitoring is commonly referred to as on-board diagnostics. Devices and methods for the self-diagnosis of a particle sensor are described, for example, in DE 10 2009 028 239 A1, DE 10 2009 028 283 A1, DE 2007 046 096 A1, DE 10 2006 042 605 A1 and US Pat
2012/0119759 AI bekannt. 2012/0119759 AI known.
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Sensorelemente zur Erfassung von Partikeln beinhalten diese noch Verbesserungspotential. So ist insbesondere die gesetzlich geforderte Eigenüberwachung des Rußsensors hinsichtlich elektrischer Funktionalität schwierig umzusetzen. Insbesondere eine kontinuierliche Überwachung, vorzugsweise mit einer fest vorgegebenen, minimalen Frequenz, wie beispielsweise eine Überwachung mit mindestens 2 Hz, stellt eine Herausforderung dar. Weiterhin können parasitäre Effekte, wie beispielsweise die Impedanz eines mitzumessenden Kabelbaums, die Despite the advantages of the known from the prior art sensor elements for detecting particles that still contain potential for improvement. Thus, in particular the legally required self-monitoring of the soot sensor in terms of electrical functionality is difficult to implement. In particular, a continuous monitoring, preferably with a fixed predetermined minimum frequency, such as a monitoring with at least 2 Hz, presents a challenge. Furthermore, parasitic effects, such as the impedance of a harness to be measured, the
Eigendiagnose erschweren. Auch Ablagerungen mit unbekannten elektrischen Eigenschaften, beispielsweise auf Elektrodeneinrichtungen, können zu Self-diagnosis difficult. Deposits with unknown electrical properties, for example on electrode devices, can also be used
Überlagerungen des gewünschten Messeffektes führen. Des Weiteren können bekannte Verfahren und/oder bekannte Vorrichtungen den Nachteil haben, dass im Fehlerfall stets ein Totalausfall detektiert wird, selbst wenn die Overlays of the desired measurement effect lead. Furthermore, known methods and / or known devices may have the disadvantage that in the event of a fault, a total failure is always detected, even if the
Elektrodeneinrichtung bei einem Teildefekt noch teilweise, insbesondere beispielsweise noch zu 90 %, funktionsfähig ist. Electrode device at a partial defect still partially, in particular, for example, still to 90%, is functional.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher ein Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum In the context of the present invention, therefore, a sensor element for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space
vorgeschlagen. Unter einem Sensorelement wird im Rahmen der vorliegendenproposed. Under a sensor element is used in the present
Erfindung eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, die Partikel qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen und welche beispielsweise mit Hilfe
einer geeigneten Ansteuereinheit und geeignet ausgestalteten Elektroden ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Partikel erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Bei den erfassten Partikeln kann es sich insbesondere um Rußpartikel und/oder Staubpartikel handeln. Hierbei können DC-Signale und/oder AC-Signale verwendet werden. DesInvention understood any device which is suitable to detect the particles qualitatively and / or quantitatively and which, for example, with the help a suitable drive unit and suitably designed electrodes can generate an electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current. The detected particles may in particular be soot particles and / or dust particles. In this case, DC signals and / or AC signals can be used. Of
Weiteren kann beispielsweise zur Signalauswertung aus der Impedanz ein resistiver Anteil und/oder ein kapazitiver Anteil verwendet werden. Furthermore, for example, a resistive component and / or a capacitive component can be used for signal evaluation from the impedance.
Das Sensorelement kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas des Kraftfahrzeugs handeln. Auch andere Gase und Gasgemische sind grundsätzlich möglich. Bei dem Messgasraum kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen, offenen oder geschlossenen Raum handeln, in welchem das Messgas aufgenommen ist und/oder welcher von dem Messgas durchströmt wird. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgasraum um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, handeln. The sensor element can be set up in particular for use in a motor vehicle. In particular, the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle. Other gases and gas mixtures are possible in principle. In principle, the measurement gas space can be any, open or closed space in which the measurement gas is received and / or which is flowed through by the measurement gas. For example, the measuring gas space may be an exhaust gas tract of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine.
Das Sensorelement umfasst einen Träger, wobei auf den Träger eine erste Elektrodeneinrichtung und eine zweite Elektrodeneinrichtung aufgebracht sind. Die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung weisen jeweils eine Mehrzahl von Elektrodenfingern auf, wobei jeder Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung durch mindestens einen Abschlusswiderstand verbunden ist. The sensor element comprises a carrier, wherein a first electrode device and a second electrode device are applied to the carrier. The first electrode device and the second electrode device each have a plurality of electrode fingers, each electrode finger of the first electrode device being connected to at least one electrode finger of the second electrode device by at least one terminating resistor.
Unter einem Träger wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Substrat verstanden, welches geeignet ist, die erste Under a carrier is understood in the context of the present invention, in principle, any substrate, which is suitable, the first
Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung zu tragen, und/oder auf welches die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung aufgebracht werden können. Unter Elektrodeneinrichtungen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich beliebige elektrische Leiter verstanden, die für eine Strommessung und/oder eine Spannungsmessung geeignet sind, und/oder welche mindestens ein mit den Elektrodeneinrichtungen in Kontakt stehendes Element mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagen können. Unter dem Begriff Elektrodenfinger wird im Rahmen der vorliegendenTo carry electrode device and the second electrode means, and / or to which the first electrode means and the second electrode means can be applied. For the purposes of the present invention, electrode devices are understood in principle to be any electrical conductors which are suitable for current measurement and / or voltage measurement, and / or which can act on at least one element in contact with the electrode devices with a voltage and / or current. The term electrode finger is used in the context of the present
Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausformung der Elektrodeneinrichtung verstanden, deren Abmessung in einer Dimension die Abmessung in mindestens
einer anderen Dimension deutlich überschreitet, beispielsweise mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 3, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 5. Unter einer Mehrzahl wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Anzahl von mindestens zwei verstanden. Invention understood basically any shaping of the electrode device whose dimension in one dimension, the dimension in at least clearly exceeds a different dimension, for example at least by a factor of 2, preferably by at least a factor of 3, more preferably by at least a factor of 5. In the context of the present invention, a plurality is understood to mean any number of at least two.
Unter einem Abschlusswiderstand wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger elektrischer Widerstand verstanden, der mindestens einen Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung elektrisch verbindet derart, dass in Abwesenheit abgelagerter Partikel, insbesondere in Abwesenheit abgelagerter Ruß- oder Staubpartikel, bei Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodeneinrichtung zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung und der zweiten Elektrodeneinrichtung ein messbarer Strom fließt. Insbesondere kann der messbare Strom bei Anlegen einer Spannung von 5 bis 60 V während einer Betriebstemperatur des Sensorelements in einem Temperaturintervall von 50 °C bis 500 °C einen Stromwert von 0,1 μΑ bis 10 μΑ annehmen. In the context of the present invention, a terminating resistance is basically understood as meaning any electrical resistance which electrically connects at least one electrode finger of the first electrode device to at least one electrode finger of the second electrode device such that particles deposited in the absence of deposited particles, in particular in the absence of deposited soot or dust particles Applying a voltage to the first and the second electrode means between the first electrode means and the second electrode means a measurable current flows. In particular, the measurable current when applying a voltage of 5 to 60 V during an operating temperature of the sensor element in a temperature interval of 50 ° C to 500 ° C assume a current value of 0.1 μΑ to 10 μΑ.
Der mindestens eine Abschlusswiderstand kann mindestens einen Abschnitt eines Elektrodenfingers der ersten Elektrodeneinrichtung und mindestens einenThe at least one terminating resistor may comprise at least a portion of an electrode finger of the first electrode device and at least one
Abschnitt eines Elektrodenfingers der zweiten Elektrodeneinrichtung berühren. Unter einem Abschnitt eines Elektrodenfingers wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Segment eines Elektrodenfingers verstanden. Insbesondere kann der mindestens eine Abschlusswiderstand auch einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte oder sämtliche Abschnitte sämtlicherTouch section of an electrode finger of the second electrode device. In the context of the present invention, a section of an electrode finger is basically understood to mean any segment of an electrode finger. In particular, the at least one terminating resistor can also be a section or several sections or all sections of all
Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung und einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte oder sämtliche Abschnitte sämtlicher Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung berühren. Der mindestens eine Abschlusswiderstand kann beispielsweise als diskretesTouch electrode fingers of the first electrode means and a portion or multiple portions or all portions of all electrode fingers of the second electrode means. The at least one terminating resistor may be, for example, discrete
Bauelement auf den Träger aufgebracht sein. Der mindestens eine Component be applied to the carrier. The at least one
Abschlusswiderstand kann jedoch auch als weiter unten noch näher However, termination resistance may also be even closer below
beschriebener Dotierbereich innerhalb des Trägers ausgestaltet sein. described doping be configured within the carrier.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements kann der mindestens eine Abschlusswiderstand derart ausgestaltet sein, dass in Abwesenheit abgelagerter Partikel, insbesondere in Abwesenheit abgelagerter Ruß-oder Staubpartikel, vorzugsweise bei der
Betriebstemperatur des Sensorelements, ein Elektrodengesamtwiderstand in einem Bereich von 1 ΜΩ bis 150 ΜΩ, bevorzugt in einem Bereich von 2 ΜΩ bis 75 ΜΩ und besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 ΜΩ bis 50 ΜΩ liegt. Unter dem Begriff des„Elektrodengesamtwiderstands" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der elektrische Widerstand des durch die erste In a particularly preferred embodiment of the sensor element according to the invention, the at least one terminating resistor can be configured such that in the absence of deposited particles, in particular in the absence of deposited soot or dust particles, preferably in the Operating temperature of the sensor element, an electrode total resistance in a range of 1 Ω to 150 Ω, preferably in a range of 2 Ω to 75 Ω and more preferably in a range of 5 Ω to 50 Ω. The term "total electrode resistance" in the context of the present invention is the electrical resistance of the first
Elektrodeneinrichtung, durch die zweite Elektrodeneinrichtung, durch den mindestens einen Abschlusswiderstand und gegebenenfalls durch weitere Bauelemente gebildeten Stromkreises verstanden. Aufgrund des geringen Widerstands der beiden Elektrodeneinrichtungen umfasst der Electrode device understood by the second electrode means by the at least one terminating resistor and optionally formed by other components circuit. Due to the low resistance of the two electrode devices, the
Elektrodengesamtwiderstand in der Regel im Wesentlichen den Electrode total resistance usually essentially the
Abschlusswiderstand oder, für den Fall, dass mehrere Abschlusswiderstände vorhanden sind, eine Summe der Abschlusswiderstände. Terminator or, in the case of multiple terminators, a sum of terminators.
Unter dem Ausdruck "über einen Abschlusswiderstand verbunden" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden, dass jederIn the context of the present invention, the term "connected via a terminating resistor" basically means that each
Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem Electrode fingers of the first electrode device with at least one
Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung mittels eines Electrode fingers of the second electrode means by means of a
Abschlusswiderstandes in elektrischem Kontakt steht. Der Träger kann als Trägermaterial mindestens ein keramisches Material, umfassen. Insbesondere kann der Träger eine oxidische Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid, insbesondere AI2O3, umfassen. Weitere Oxide, beispielsweise Zirkoniumoxid, sind jedoch möglich. Weiterhin kann der Träger mindestens ein elektrisch isolierendes Material umfassen. Der Träger kann eine Terminating resistor is in electrical contact. The carrier may comprise as carrier material at least one ceramic material. In particular, the support may comprise an oxidic ceramic, preferably aluminum oxide, in particular Al 2 O 3. However, other oxides, for example zirconium oxide, are possible. Furthermore, the carrier may comprise at least one electrically insulating material. The wearer can have a
Trägeroberfläche aufweisen. Unter einer Trägeroberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzliche eine beliebige Schicht verstanden, welche den Träger von seiner Umgebung abgrenzt, und auf welche die erste und die zweite Elektrodeneinrichtung aufgebracht sind. Der Träger kann mindestens einen Dotierbereich umfassen, wobei der Have carrier surface. In the context of the present invention, a carrier surface is understood basically to mean any layer which delimits the carrier from its surroundings, and to which the first and the second electrode device are applied. The carrier may comprise at least one doping region, wherein the
Dotierbereich mindestens einen Abschnitt eines Elektrodenfingers der ersten Elektrodeneinrichtung und mindestens einen Abschnitt eines Elektrodenfingers der zweiten Elektrodeneinrichtung berührt. Insbesondere kann der Dotierbereich auch einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte oder sämtliche Abschnitte sämtlicher Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung und einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte oder sämtliche Abschnitte sämtlicher Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung berühren. Unter dem Begriff Berühren wird im
Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich verstanden, dass zwei Objekte in direktem Kontakt stehen. Insbesondere können die beiden Objekte in elektrischem Kontakt stehen. Unter einem Dotierbereich wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Bereich des Trägers verstanden, welcher über in das Trägermaterial eingebrachte Fremdatome, insbesondere Metallatome verfügt, wobei die metallischen Fremdatome einen Teil der in dem Trägermaterial enthaltenen Metallatome ersetzen. Hierdurch kann der Dotierbereich mindestens ein dotiertes Trägermaterial umfassen, insbesondere ein mit Metalloxiden dotiertes Aluminiumoxid. Weitere Oxide sind jedoch möglich, insbesondere welche, die auch als Dotiermaterial Verwendung finden. Doping region touches at least a portion of an electrode finger of the first electrode means and at least a portion of an electrode finger of the second electrode means. In particular, the doping region may also touch a portion or a plurality of portions or all portions of all the electrode fingers of the first electrode means and one or more portions or all portions of all the electrode fingers of the second electrode means. The term touching is used in the Under the present invention basically understood that two objects are in direct contact. In particular, the two objects can be in electrical contact. In the context of the present invention, a doping region is understood as meaning in principle any region of the carrier which has impurities introduced into the carrier material, in particular metal atoms, the metallic impurities replacing a part of the metal atoms contained in the carrier material. As a result, the doping region may comprise at least one doped carrier material, in particular an aluminum oxide doped with metal oxides. However, other oxides are possible, especially those which are also used as doping material.
Der Träger kann somit in dem mindestens einen Dotierbereich mit einem The carrier can thus in the at least one doping region with a
Dotiermaterial dotiert sein, wobei das Dotiermaterial das mit den metallischenDoping be doped, wherein the doping material with the metallic
Fremdatomen versehene oxidische Trägermaterial bezeichnet. Insbesondere kann eine Konzentration des Dotiermaterials in dem mindestens einen Foreign atoms provided oxidic support material. In particular, a concentration of the doping material in the at least one
Dotierbereich einen Wert von 1 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt von 10 mol-% bis 90 mol-% und besonders bevorzugt von 20 mol-% bis 80 mol-% aufweisen. In einer beosnderen Ausführung kann somit in dem Dotierbereich das Dotierbereich a value of 1 mol% to 100 mol%, preferably from 10 mol% to 90 mol% and particularly preferably from 20 mol% to 80 mol%. In a more conspicuous embodiment, therefore, in the doping region, the
Trägermaterial vollständig durch das Dotiermaterial ersetzt sein. Carrier material must be completely replaced by the doping material.
Das Dotiermaterial kann bevorzugt ein Metalloxid umfassen, wobei das The doping material may preferably comprise a metal oxide, wherein the
Dotiermaterial vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, insbesondere Fe203; ZrÜ2; Cr203; MgO; MnO; Snri203; Tb4Ü7; Gd203;Doping material is preferably selected from the group consisting of iron oxide, in particular Fe 2 O 3; ZrO 2; Cr203; MgO; MnO; Snri203; Tb 4 Ü7; Gd203;
Y2O3 und einer beliebigen Mischung dieser Materialien. Y2O3 and any mixture of these materials.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung kann der Träger AI2O3 und der Dotierbereich 20 mol-% bis 100 mol-% Fe203, bevorzugt 40 bis 80 mol-% Fe203 aufweisen, insbesondere da das so beschaffene keramische Mischoxid über eine geeignete elektrische Leifähigkeit verfügt. In a particularly preferred embodiment, the carrier Al 2 O 3 and the doping region 20 mol% to 100 mol% Fe 2 0 3 , preferably 40 to 80 mol% Fe 2 0 3 , especially since the so-prepared ceramic mixed oxide via a suitable electrical Leifähigkeit features.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Oxide Snri203; Tb4Ü7; Gd2Ü3 und/oder Y2O3 zum Dotieren geeignet. Hierbei kann sich auch die Dotierung aus einer Kombination von mindestens zwei Oxiden als vorteilhaft erweisen, z.B. um einen möglichst niedrigen Temperaturgang eines elektrischen Widerstands des dotierten Trägermaterials innerhalb eines ausgewählten
Temperturfensters zu realisieren. Die Konzentrationen der einzelnen In a further preferred embodiment, the oxides Snri203; Tb 4 Ü7; Gd2Ü3 and / or Y2O3 suitable for doping. In this case, the doping from a combination of at least two oxides can prove to be advantageous, for example, the lowest possible temperature response of an electrical resistance of the doped carrier material within a selected To realize Temperturfensters. The concentrations of each
Dotiermaterialien können in dem mindestens einen Dotierbereich jeweils einen Wert von 0 mol-% bis 100 mol-% aufweisen, beispielsweise kann eine Doping materials may each have a value of 0 mol% to 100 mol% in the at least one doping region, for example, a
Materialkombination Sm203/ Tb407 / Gd203 / Y203 im Verhältnis 25% / 50% / 0% / 25% als besonders vorteilhaft verwendet werden. Andere Verhältnisse sind jedoch möglich. Material combination Sm 2 0 3 / Tb 4 0 7 / Gd 2 0 3 / Y 2 0 3 in the ratio 25% / 50% / 0% / 25% are used as particularly advantageous. Other conditions are possible.
Eine Breite des Dotierbereichs kann in einem Bereich von 10 μηη bis 2 mm, bevorzugt von 25 μηη bis 500 μηη und besonders bevorzugt von 50 μηη bis 250 μηη liegen. Weiterhin kann eine Länge des Dotierbereichs in einem Bereich vonA width of the doping region may be in a range from 10 μm to 2 mm, preferably from 25 μm to 500 μm, and particularly preferably from 50 μm to 250 μm. Furthermore, a length of the doping region may be in a range of
10 μηη bis 2 mm, bevorzugt von 25 μηη bis 500 μηη und besonders bevorzugt von 50 μηη bis 250 μηη liegen. Eine Dicke des Dotierbereichs kann ferner in einem Bereich von 0,1 μηη bis 100 μηη, bevorzugt von 1 μηη bis 50 μηη und besonders bevorzugt von 2 bis 20 μηη liegen. 10 μηη to 2 mm, preferably from 25 μηη to 500 μηη and more preferably from 50 μηη to 250 μηη are. A thickness of the doping region can furthermore be in a range from 0.1 μm to 100 μm, preferably from 1 μm to 50 μm, and particularly preferably from 2 to 20 μm.
Unter einer Breite des Dotierbereichs wird im Rahmen der vorliegenden Below a width of the doping region is within the scope of the present
Erfindung grundsätzlich die Ausdehnung des Dotierbereichs in diejenige Invention basically the extension of the doping region in that
Raumdimension verstanden, welche parallel zu der Trägeroberfläche und senkrecht zu der hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des Elektrodenfingers ist, welchen der Dotierbereich berührt. Unter einer Länge des Dotierbereichs wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich die Ausdehnung des Dotierbereichs in diejenige Raumdimension verstanden, welche parallel zu der Trägeroberfläche und parallel zu der hauptsächlichen Erstreckungsrichtung des Elektrodenfingers ist, welchen der Dotierbereich berührt. Unter einer Dicke des Dotierbereichs wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich dieRoom dimension understood, which is parallel to the support surface and perpendicular to the main extension direction of the electrode finger, which touches the doping region. In the context of the present invention, a length of the doping region is basically understood to mean the extent of the doping region in that spatial dimension which is parallel to the carrier surface and parallel to the main direction of extent of the electrode finger which the doping region contacts. In the context of the present invention, a thickness of the doping region is basically the
Ausdehnung des Dotierbereichs in diejenige Raumdimension verstanden, welche sich senkrecht zu der Trägeroberfläche erstreckt. Extension of the doping region understood in that space dimension, which extends perpendicular to the support surface.
Eine elektrische Leitfähigkeit des mindestens einen Dotierbereichs kann in Abwesenheit abgelagerter Partikel in einem Temperaturintervall von 50 °C bisAn electrical conductivity of the at least one doping region, in the absence of deposited particles in a temperature interval of 50 ° C to
500 °C in einem Bereich von 1-10"9 (Qcm)"1 bis 10 (Qcm)"1, vorzugsweise in einem Bereich von 1-10"8 (Qcm)"1 bis 1-10"2 (Qcm)"1 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1-10"7 (Qcm)"1 bis 1-10"3 (Qcm)"1 liegen. 500 ° C in a range of 1-10 "9 (Qcm) " 1 to 10 (Qcm) "1 , preferably in a range of 1-10 " 8 (Qcm) "1 to 1-10 " 2 (Qcm) " 1 and more preferably in a range of 1-10 "7 (Qcm) " 1 to 1-10 "3 (Qcm) " 1 .
Die Elektrodenfinger der ersten und/oder der zweiten Elektrodeneinrichtu können einen mäanderförmigen Verlauf aufweisen. Unter einem
mäanderförmigen Verlauf wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Verlauf der Elektrodeneinrichtung auf der The electrode fingers of the first and / or the second Elektrodeneinrichtu may have a meandering course. Under a meander-shaped course is in the context of the present invention, in principle, an arbitrary course of the electrode device on the
Trägeroberfläche verstanden, der mindestens eine S-Form und/oder mindestens eine Schlangenform und/oder mindestens eine Windung aufweist. Des Weiteren können die Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung und die Understood carrier surface having at least one S-shape and / or at least one snake shape and / or at least one turn. Furthermore, the electrode fingers of the first electrode device and the
Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung kammartig ineinander greifen. Electrode fingers of the second electrode device comb-like mesh.
Die Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung können einen Abstand voneinander aufweisen, wobei der Abstand der Elektrodenfinger der erstenThe electrode fingers of the first electrode device may be spaced apart from one another, wherein the distance of the electrode fingers of the first
Elektrodeneinrichtung innerhalb des Sensorelements konstant sein kann oder zumindest über einen Teil des Sensorelements variieren kann. Die Electrode device may be constant within the sensor element or at least over a portion of the sensor element may vary. The
Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung können ebenfalls einen Abstand voneinander aufweisen, wobei der Abstand der Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung innerhalb des Sensorelements konstant sein kann oder zumindest über einen Teil des Sensorelements variieren kann. Die Electrode fingers of the second electrode device can likewise have a spacing from one another, wherein the distance of the electrode fingers of the second electrode device within the sensor element can be constant or at least vary over a part of the sensor element. The
Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung können einen Abstand von den Elektrodenfingern der zweiten Elektrodeneinrichtung aufweisen, wobei der Abstand innerhalb des Sensorelements konstant sein kann oder zumindest über einen Teil des Sensorelements variieren kann. Electrode fingers of the first electrode device may have a spacing from the electrode fingers of the second electrode device, wherein the distance within the sensor element may be constant or at least vary over a part of the sensor element.
Das Sensorelement kann mindestens zwei Abschlusswiderstände aufweisen. Die Abschlusswiderstände können unterschiedliche Werte aufweisen. Die The sensor element may have at least two terminating resistors. The terminating resistors can have different values. The
Abschlusswiderstände können aber auch alle den gleichen Wert aufweisen. Bei unterschiedlichen Werten kann ggf. eine Fehlerzuordnung realisiert werden, welcher Bereich betroffen ist und davon abgeleitet eine Korrekturfunktion in der Ansteuereinheit realisiert werden, die eine bereichsabhängige Kompensation dieses Fehlers mit höherer Genauigkeit bei der Signalauswertung ermöglicht. Termination resistors can also all have the same value. At different values, if necessary, an error assignment can be realized, which area is affected and from which a correction function in the control unit can be realized, which enables an area-dependent compensation of this error with higher accuracy in the signal evaluation.
Die Abschlusswiderstände können sämtlich in einem Bereich des The terminators can all be in one area of the
Sensorelements liegen, welcher auch als„kalter Bereich" des Sensorelements bezeichnet werden kann und der nicht von den Partikeln des Messgases beaufschlagt wird. Der kalte Bereich des Sensorelements kann hierbei insbesondere eine Seite mit Anschlusskontakten zu einem Kabelbaum umafssen und typischerweise mittels einer Dichtpackung vom heißen Abgas getrennt und deshalb auch kälter sein. Die Abschlusswiderstände können jedoch zumindest teilweise in einem Bereich des Sensorelements liegen, welcher auch als„heißer
Bereich" des Sensorelements bezichnet werden kann und der von den Partikeln des Messgases beaufschlagt wird. Hier kann sich der eigentliche Messbereich der Elektroden befinden; die aufgedruckten Elektrodenzuleitungen könnne in einem Übergangsbereich angebracht sein. Weiterhin können die The cold region of the sensor element may in this case comprise in particular a side with connection contacts to a cable harness and typically by means of a sealing pack from the hot exhaust gas However, the terminating resistors may at least partially lie in a region of the sensor element, which is also referred to as "hotter The area of the sensor element can be referred to and which is acted upon by the particles of the measuring gas.This can be the actual measuring range of the electrodes, the printed electrode leads can be mounted in a transition region
Abschlusswiderstände sich zumindest teilweise in einem Steuergerät befinden. Die zumindest teilweise Unterbringung der Abschlusswiderstände in dem Terminating resistors are at least partially in a control unit. The at least partial accommodation of the terminating resistors in the
Steuergerät ermöglicht eine im Vergleich zu außerhalb des Steuergeräts untergebrachten Abschlusswiderständen höhere Temperaturkonstanz. Control unit allows a higher temperature stability in comparison to outside the control unit accommodated termination resistors.
Im Falle eines erfindungsgemäßen Sensorelements mit nur einem einzigen Abschlusswiderstand kann der Abschlusswiderstand in dem Steuergerät untergebracht sein. Dies ermöglicht eine im Vergleich zu einem außerhalb des Steuergeräts untergebrachten Abschlusswiderstand höhere In the case of a sensor element according to the invention with only a single terminating resistor, the terminating resistor can be accommodated in the control unit. This allows a higher compared to a mounted outside of the controller termination
Temperaturkonstanz. Der eine Abschlusswiderstand kann aber auch in einem Bereich des Sensorelements liegen, der nicht von den Partikeln des Messgases beaufschlagt wird. Weiterhin kann der eine Abschlusswiderstand auch in einem Bereich des Sensorelements liegen, der von den Partikeln des Messgases beaufschlagt wird.. Temperature stability. However, the one terminating resistor can also be located in a region of the sensor element which is not acted on by the particles of the measuring gas. Furthermore, the one terminating resistor can also be located in a region of the sensor element which is acted on by the particles of the measuring gas.
Das Sensorelement kann insbesondere als Rußpartikelsensor ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Sensorelement in mindestens ein Schutzrohr aufgenommen sein. The sensor element can be configured in particular as a soot particle sensor. Furthermore, the sensor element can be accommodated in at least one protective tube.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen. Die Verfahrensschritte sind: In a further aspect of the present invention, a method for producing a sensor element for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space is proposed, which comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the method steps may also be performed wholly or partially overlapping in time or simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps. The process steps are:
a) Bereitstellen eines Trägers;
b) Aufbringen einer ersten Elektrodeneinrichtung und einer zweiten a) providing a carrier; b) applying a first electrode means and a second
Elektrodeneinrichtung auf den Träger, wobei die erste Electrode device on the carrier, wherein the first
Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung eine Mehrzahl von Elektrodenfingern aufweisen; Electrode means and the second electrode means comprise a plurality of electrode fingers;
c) Erzeugen von mindestens einem Abschlusswiderstand auf dem Träger oder in dem Träger, wobei jeder Elektrodenfinger der ersten c) generating at least one terminator on the carrier or in the carrier, each electrode finger of the first
Elektrodeneinrichtung mit mindestens einem Elektrodenfinger der zweiten Elektrodeneinrichtung durch mindestens einen Abschlusswiderstand verbunden wird. Electrode device is connected to at least one electrode finger of the second electrode device by at least one terminator.
Das Verfahren kann insbesondere zur Herstellung eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung, also gemäß einer der oben genannten The method can be used, in particular, for producing a sensor element according to the present invention, that is to say according to one of the above-mentioned
Ausführungsformen oder gemäß einer der unten noch näher beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden. Dementsprechend kann für Definitionen und optionale Ausgestaltungen weitgehend auf die Beschreibung des Embodiments or according to one of the embodiments described in more detail below are used. Accordingly, for definitions and optional embodiments, the description of the
Sensorelements verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Sensor element are referenced. However, other embodiments are possible in principle.
In Schritt c) kann eine Dickschichttechnologie zur Aufbringung des In step c), a thick-film technology for applying the
Abschlusswiderstands auf den Träger verwendet werden oder es kann eine Dotierung des Trägers zur Erzeugung mindestens eines Dotierbereichs in dem Träger erfolgen. Bei einer Nutzung der Dickschichttechnologie zur Erzeugung des Abschlusswiderstands kann der Abschlusswiderstand als diskretes Terminating resistor can be used on the carrier or it can be a doping of the carrier to produce at least one doping region in the carrier. When using the thick-film technology to produce the terminating resistor, the terminating resistor can be considered discrete
Bauelement auf den Träger, insbesondere auf das keramische Substrat, gedruckt werden. Component on the support, in particular on the ceramic substrate to be printed.
Die vorgeschlagene Vorrichtung und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Vorrichtungen und Verfahren zahlreiche Vorteile auf. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Elektrodeneinrichtungen, insbesondere der Elektrodenstruktur, kann es möglich sein, eine The proposed device and method have numerous advantages over known devices and methods. Due to the inventive design of the electrode devices, in particular the electrode structure, it may be possible to use a
Eigendiagnosefähigkeit eines Sensorelements zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere kann es möglich sein, die Elektrodenfinger der ersten Elektrodeneinrichtung und die Elektrodenfinger der zweiten Self-diagnostic ability of a sensor element for detecting particles of a sample gas in a sample gas chamber over the prior art to improve. In particular, it may be possible to use the electrode fingers of the first electrode device and the electrode fingers of the second one
Elektrodeneinrichtung einzeln, insbesondere mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz, zu überwachen. Insbesondere kann es möglich sein bei einem Defekt eines Elektrodenfingers oder weniger Elektrodenfinger diesen Defekt zu
detektieren und das Sensorelement weiterhin auf Basis der verbleibenden, intakten Elektrodenfinger zu benutzen. To monitor electrode device individually, in particular with a frequency of at least 2 Hz. In particular, it may be possible in the case of a defect of an electrode finger or fewer electrode fingers to this defect detect and continue to use the sensor element based on the remaining, intact electrode fingers.
Des Weiteren kann es möglich sein, die Genauigkeit, insbesondere die Furthermore, it may be possible to improve the accuracy, in particular the
Messgenauigkeit, mithilfe des erfindungsgemäßen Sensorelements gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere im Fall eines oder mehrerer defekter Elektrodenfinger, zu erhöhen. Insbesondere kann es möglich sein, bei einer Detektion eines Teildefekts eine Kompensation des Messsignals durchzuführen entsprechend der verringerten Empfindlichkeit des Sensorelements, solange diese einen Minimalwert nicht unterschreitet. Measurement accuracy, using the inventive sensor element over the prior art, especially in the case of one or more defective electrode fingers to increase. In particular, it may be possible to carry out a compensation of the measurement signal in the case of a detection of a partial defect in accordance with the reduced sensitivity of the sensor element, as long as it does not fall below a minimum value.
Weiterhin ist es möglich, die Anzahl der Elektrodenfinger möglichst hoch zu wählen. Dadurch kann es möglich sein, im Fehlerfall eine möglichst hohe Furthermore, it is possible to select the number of electrode fingers as high as possible. This may make it possible in the event of an error as high as possible
Differenzierung zwischen einem defekten Bereich und einem intakten Bereich zu erzielen. Insbesondere kann es möglich sein, dass bei einer hohen Anzahl vonTo achieve differentiation between a defective area and an intact area. In particular, it may be possible that with a high number of
Elektrodenfingern der Defekt eines einzelnen Elektrodenfingers oder von wenigen Elektrodenfingern geringe Auswirkung hat. Insbesondere kann es möglich sein, den Defekt eines oder weniger Elektrodenfinger zu kompensieren, insbesondere bei geringem Empfindlichkeitsverlust. Electrode fingers the defect of a single electrode finger or a few electrode fingers has little effect. In particular, it may be possible to compensate for the defect of one or fewer electrode fingers, especially with low loss of sensitivity.
Des Weiteren können sich die Abschlusswiderstände in dem Bereich befinden, der nicht von den Partikeln des Messgases beaufschlagt wird, insbesondere in einem kalten Bereich oder kälteren Bereich des Sensorelements. Weiterhin ist es auch möglich, dass sich die Abschlusswiderstände im Steuergerät befinden, was eine hohe Temperaturkonstanz ermöglichen kann. Furthermore, the terminating resistors may be located in the region which is not exposed to the particles of the measuring gas, in particular in a cold region or colder region of the sensor element. Furthermore, it is also possible that the terminators are in the control unit, which can allow a high temperature stability.
Ferner kann es möglich sein, dass bei Verwendung der Dickschichttechnologie, insbesondere bei Verwendung einer aktuellen Dickschicht-Technologie, zur Umsetzung der Elektrodeneinrichtungen bis auf die Abschlusswiderstände keine weiteren Änderungen erforderlich sind. Furthermore, it may be possible that when using the thick-film technology, especially when using a current thick-film technology, to implement the electrode devices to the terminators no further changes are required.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen: Further optional details and features of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments, which are shown schematically in the figures. Show it:
Figuren 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen eines Figures 1 to 3 different embodiments of a
erfindungsgemäßen Sensorelements, wobei das Sensor element according to the invention, wherein the
Sensorelement in einer Draufsicht gezeigt ist; Sensor element is shown in a plan view;
Figur 4 Darstellung einer Abhängigkeit eines FIG. 4 shows a dependency of a
Elektrodengesamtwiderstands bzw. eines Total electrode resistance or a
Eigendiagnosestroms von einer Anzahl defekter Self-diagnostic current of a number of defective ones
Elektrodenfinger in einem Sensorelement; und Electrode fingers in a sensor element; and
Figuren 5 bis 6 verschiedene Ausführungsformen eines Figures 5 to 6 different embodiments of a
erfindungsgemäßen Sensorelements in einer inventive sensor element in one
Querschnittsansicht. Cross-sectional view.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In den Figuren 1 bis 3 sind verschiedene Ausführungsformen eines In the figures 1 to 3 are different embodiments of a
erfindungsgemäßen Sensorelements 110 zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum in einer Draufsicht gezeigt. Figur 4 zeigt in Form eines Diagramms 130 eine Abhängigkeit des Sensor element 110 according to the invention for detecting particles of a sample gas in a sample gas chamber in a plan view. FIG. 4 shows in the form of a diagram 130 a dependency of the
Elektrodengesamtwiderstands 128 sowie eine Abhängigkeit des Total electrode resistance 128 and a dependence of
Eigendiagnosestroms 126 von einer Anzahl defekter Elektrodenfinger 132, wobei sich das Diagramm 130 auf die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 bezieht. In den Figuren 5 und 6 sind verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum in einer Querschnittsansicht gezeigt. Diese Figuren werden im Folgenden gemeinsam erläutert. Self-diagnostic current 126 from a number of defective electrode fingers 132, wherein the diagram 130 refers to the embodiment shown in Figure 3 of a sensor element 110 according to the invention. FIGS. 5 and 6 show various embodiments of a sensor element 110 according to the invention for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space in a cross-sectional view. These figures will be explained together below.
Das Sensorelement 110 kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas des Kraftfahrzeugs handeln. Das Sensorelement 110 kann insbesondere ein oder mehrere in den Figuren nicht dargestellte weitere Funktionselemente umfassen, wie beispielsweise Elektroden, Elektrodenzuleitungen und Kontakte, mehrere Schichten, Heizelemente, elektrochemische Zellen oder andere The sensor element 110 can be set up in particular for use in a motor vehicle. In particular, the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle. The sensor element 110 can in particular comprise one or more further functional elements not shown in the figures, such as electrodes, electrode leads and contacts, multiple layers, heating elements, electrochemical cells or others
Elemente, wie beispielsweise in dem oben genannten Stand der Technik gezeigt. Weiterhin kann das Sensorelement 110 beispielsweise in einem ebenfalls nicht dargestellten Schutzrohr aufgenommen sein.
Das Sensorelement 110 umfasst einen Träger 112, wobei auf den Träger 112 eine erste Elektrodeneinrichtung 114 und eine zweite Elektrodeneinrichtung 116 aufgebracht sind. Die erste Elektrodeneinrichtung 114 und die zweite Elements as shown for example in the above-mentioned prior art. Furthermore, the sensor element 110 may for example be accommodated in a protective tube, also not shown. The sensor element 110 comprises a carrier 112, wherein a first electrode device 114 and a second electrode device 116 are applied to the carrier 112. The first electrode device 114 and the second
Elektrodeneinrichtung 116 weisen eine Mehrzahl von Elektrodenfingern 118 auf, wobei jeder Elektrodenfinger 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 mit mindestens einem Elektrodenfinger 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung 116 durch mindestens einen Abschlusswiderstand 120 verbunden ist. Electrode device 116 have a plurality of electrode fingers 118, wherein each electrode finger 118 of the first electrode device 114 is connected to at least one electrode finger 118 of the second electrode device 116 by at least one terminator 120.
Der mindestens eine Abschlusswiderstand 120 kann beispielsweise als diskretes Bauelement auf den Träger 112 aufgebracht sein, wie in Figur 5 dargestellt. Der mindestens eine Abschlusswiderstand 120 kann jedoch auch als weiter unten noch näher beschriebener Dotierbereich 122 innerhalb des Trägers 112 ausgestaltet sein, wie in Figur 6 gezeigt. The at least one terminating resistor 120 may, for example, be applied to the carrier 112 as a discrete component, as shown in FIG. However, the at least one terminating resistor 120 can also be designed as a doping region 122 described in greater detail below within the carrier 112, as shown in FIG.
Der Träger 112 kann als Trägermaterial in diesen bevorzugten The carrier 112 can be used as a carrier material in these preferred
Ausführungsformen mindestens ein keramisches Material umfassen. Embodiments comprise at least one ceramic material.
Insbesondere kann der Träger 112 Aluminiumoxid, insbesondere AI2O3, umfassen. Weiterhin kann der Träger 112 mindestens ein elektrisch isolierendes Material umfassen. In particular, the carrier 112 may comprise aluminum oxide, in particular Al 2 O 3. Furthermore, the carrier 112 may comprise at least one electrically insulating material.
Der Träger 112 kann mindestens einen Dotierbereich 122 umfassen, wobei der Dotierbereich 122 mindestens einen Abschnitt eines Elektrodenfingers 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 und mindestens einen Abschnitt eines The carrier 112 may include at least one doping region 122, wherein the doping region 122 comprises at least a portion of an electrode finger 118 of the first electrode device 114 and at least a portion of a
Elektrodenfingers 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung 116 berührt, wie inElectrode finger 118 of the second electrode means 116 contacts, as in
Figur 6 gezeigt. Insbesondere kann der Dotierbereich 122 auch einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte sämtlicher Elektrodenfinger 118 der ersten FIG. 6. In particular, the doping region 122 may also include a portion or multiple portions of all of the electrode fingers 118 of the first
Elektrodeneinrichtung 114 und einen Abschnitt oder mehrere Abschnitte sämtlicher Elektrodenfinger 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung 116 berühren. Der Abschnitt des Elektronenfingers 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 und der Abschnitt des Elektrodenfingers 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung 116, welche den Dotierbereich 122 berühren, können mit dem Dotierbereich 122 in elektrischem Kontakt stehen. Electrode device 114 and a portion or multiple portions of all electrode fingers 118 of the second electrode device 116 touch. The portion of the electron finger 118 of the first electrode device 114 and the portion of the electrode finger 118 of the second electrode device 116 contacting the doping region 122 may be in electrical contact with the doping region 122.
Der Träger 112 kann in dem mindestens einen Dotierbereich 122 über in das keramische Material eingebrachte Fremdatome, insbesondere Metallatome verfügen, wobei die metallischen Fremdatome einen Teil der in dem keramischen
Material des Trägers 112 enthaltenen Metallatome ersetzen. Hierdurch kann der Dotierbereich 122 mindestens ein dotiertes keramisches Material umfassen, insbesondere ein mit Metalloxiden dotiertes Aluminiumoxid. Weitere Oxide sind jedoch möglich. Der Träger 112 kann somit in dem mindestens einen The carrier 112 may have in the at least one doping region 122 introduced into the ceramic material impurities, in particular metal atoms, wherein the metallic impurity atoms are part of the ceramic in the Replace the material of the carrier 112 contained metal atoms. As a result, the doping region 122 may comprise at least one doped ceramic material, in particular an aluminum oxide doped with metal oxides. Other oxides are possible. The carrier 112 may thus be in the at least one
Dotierbereich 122 mit einem Dotiermaterial dotiert sein, wobei das Dotiermaterial die mit den metallischen Fremdatomen versehene oxidische Keramik bezeichnet. Das Dotiermaterial kann bevorzugt ein Metalloxid umfassen, wobei das Doping region 122 may be doped with a doping material, wherein the doping material refers to the provided with the metallic impurity oxidic ceramic. The doping material may preferably comprise a metal oxide, wherein the
Dotiermaterial vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, insbesondere Fe2Ü3; ZrCh; 0203; MgO; MnO, Sm203, Tb407, Gd203, Y2O3 und einer beliebigen Mischung dieser Materialien. Doping material is preferably selected from the group consisting of iron oxide, in particular Fe2Ü3; ZrCH; 0203; MgO; MnO, Sm 2 O 3, Tb 4 07, Gd 2 O 3, Y 2 O 3 and any mixture of these materials.
Weiterhin kann das Dotiermaterial in dem mindestens einen Dotierbereich 122 eine Konzentration von 1 mol-% bis 100 mol-%, bevorzugt von 10 mol-% bis 90 mol-% und besonders bevorzugt von 20 mol-% bis 80 mol-% aufweisen. Furthermore, the doping material in the at least one doping region 122 may have a concentration of from 1 mol% to 100 mol%, preferably from 10 mol% to 90 mol% and particularly preferably from 20 mol% to 80 mol%.
Insbesondere kann der Träger 112 AI2O3 aufweisen und der Dotierbereich 122 kann 40 bis 80 mol-% Fe2Ü3 aufweisen. In particular, the carrier 112 may comprise Al 2 O 3 and the doping region 122 may have 40 to 80 mol% Fe 2 O 3.
Eine Breite b des Dotierbereichs 122 kann in einem Bereich von 10 μηη bis 2mm, bevorzugt von 25 μηη bis 500 μηη und besonders bevorzugt von 50 μηη bis 250 μηη liegen. Weiterhin kann eine Länge des Dotierbereichs in einem Bereich vonA width b of the doping region 122 may be in a range from 10 .mu.m to 2 mm, preferably from 25 .mu.m to 500 .mu.m, and particularly preferably from 50 .mu.m to 250 .mu.m. Furthermore, a length of the doping region may be in a range of
10 μηη bis 2 mm, bevorzugt von 25 μηη bis 500 μηη und besonders bevorzugt von 50 μηη bis 250 μηη liegen. Eine Dicke d des Dotierbereichs kann ferner in einem Bereich von 0,1 μηη bis 100 μηη, bevorzugt von 1 μηη bis 50 μηη und besonders bevorzugt von 2 bis 20 μηη liegen. Die Breite b und die Dicke d des 10 μηη to 2 mm, preferably from 25 μηη to 500 μηη and more preferably from 50 μηη to 250 μηη are. A thickness d of the doping region can furthermore be in a range from 0.1 μm to 100 μm, preferably from 1 μm to 50 μm, and particularly preferably from 2 to 20 μm. The width b and the thickness d of
Dotierbereichs sind in Figur 6 gezeigt. Eine elektrische Leitfähigkeit des mindestens einen Dotierbereichs kann in Abwesenheit abgelagerter Partikel in einem Temperaturintervall von 50 °C bis 500 °C in einem Bereich von 1-10"9 Doping region are shown in FIG. An electrical conductivity of the at least one doping region, in the absence of deposited particles in a temperature interval of 50 ° C to 500 ° C in a range of 1-10 "9
(Qcm)"1 bis 10 (Qcm)"1, vorzugsweise in einem Bereich von 1-10"8 (Qcm)"1 bis 1-10"2 (Qcm)"1 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1-10"7 (Qcm)"1 bis 1-10"3 (Qcm)"1 liegen. (Qcm) "1 to 10 (Qcm) " 1 , preferably in a range of 1-10 "8 (Qcm) " 1 to 1-10 "2 (Qcm) " 1, and more preferably in a range of 1-10 " 7 (Qcm) "1 to 1-10 " 3 (Qcm) "1 .
Die Elektrodenfinger 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 und/oder die Elektrodenfinger 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung 116 können einen mäanderförmigen Verlauf 124 aufweisen. Figuren 1 und 2 zeigen zwei Beispiele eines mäanderförmigen Verlaufs 124. Die Elektrodenfinger 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 und die Elektrodenfinger 118 der zweiten The electrode fingers 118 of the first electrode device 114 and / or the electrode fingers 118 of the second electrode device 116 may have a meandering course 124. FIGS. 1 and 2 show two examples of a meander-shaped course 124. The electrode fingers 118 of the first electrode device 114 and the electrode fingers 118 of the second one
Elektrodeneinrichtung 116 können eine Vielzahl anderer mäanderförmiger
Verläufe aufweisen. Des Weiteren können die Elektrodenfinger 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 und die Elektrodenfinger 118 der zweiten Electrode device 116 may have a plurality of other meandering ones Have gradients. Furthermore, the electrode fingers 118 of the first electrode device 114 and the electrode fingers 118 of the second
Elektrodeneinrichtung 116 kammartig ineinander greifen, wie in den Figuren 1-3, 5 und 6 dargestellt. Electrode means 116 mesh like a comb, as shown in Figures 1-3, 5 and 6.
Das Sensorelement 110 kann mindestens zwei Abschlusswiderstände 120 aufweisen, wie in den Figuren 1-3, 5 und 6 gezeigt. Die Abschlusswiderstände 120 können unterschiedliche Werte aufweisen. Die Abschlusswiderstände 120 können aber auch alle den gleichen Wert aufweisen. The sensor element 110 may have at least two terminating resistors 120, as shown in FIGS. 1-3, 5 and 6. The terminating resistors 120 may have different values. The terminating resistors 120 may, however, also all have the same value.
Die Elektrodenfinger 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 können einen Abstand a voneinander aufweisen, wobei der Abstand a der Elektrodenfinger 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 innerhalb des Sensorelements 110 konstant sein kann, wie in Figur 3 gezeigt, oder zumindest über einen Teil des Sensorelements 110 variieren kann. Die Elektrodenfinger 118 der zweitenThe electrode fingers 118 of the first electrode device 114 may have a distance a from one another, wherein the distance a of the electrode fingers 118 of the first electrode device 114 may be constant within the sensor element 110, as shown in FIG. 3, or at least vary over a part of the sensor element 110. The electrode fingers 118 of the second
Elektrodeneinrichtung 116 können einen Abstand c voneinander aufweisen, wobei der Abstand c der Elektrodenfinger 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung 116 innerhalb des Sensorelements 110 konstant sein kann, wie in Figur 3 gezeigt, oder zumindest über einen Teil des Sensorelements 110 variieren kann. Die Elektrodenfinger 118 der ersten Elektrodeneinrichtung 114 können einenElectrode device 116 may have a distance c from each other, wherein the distance c of the electrode fingers 118 of the second electrode device 116 may be constant within the sensor element 110, as shown in Figure 3, or at least over a portion of the sensor element 110 may vary. The electrode fingers 118 of the first electrode device 114 may have a
Abstand e von den Elektrodenfingern 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung 116 aufweisen, wobei der Abstand e innerhalb des Sensorelements 110 konstant sein kann, wie in Figur 3 gezeigt, oder zumindest über einen Teil des Distance e from the electrode fingers 118 of the second electrode means 116, wherein the distance e may be constant within the sensor element 110, as shown in Figure 3, or at least over a part of the
Sensorelements 110 variieren kann. Sensor element 110 may vary.
Die Abschlusswiderstände 120 können sämtlich in einem Bereich des The termination resistors 120 may all be in a region of the
Sensorelements 110 liegen, der nicht von den Partikeln des Messgases beaufschlagt wird. Die Abschlusswiderstände 120 können jedoch zumindest teilweise in einem Bereich des Sensorelements 110 liegen, der von den Partikeln des Messgases beaufschlagt wird. Weiterhin können sich einer oder mehrere der vorhandenen Abschlusswiderstände 120 in einem in den Figuren nicht dargestellten Steuergerät befinden. Sensor element 110 are located, which is not acted upon by the particles of the sample gas. However, the terminating resistors 120 may at least partially lie in a region of the sensor element 110, which is acted on by the particles of the measuring gas. Furthermore, one or more of the existing terminating resistors 120 may be located in a control unit not shown in the figures.
Unter einem Elektrodengesamtwiderstand wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der elektrische Widerstand des durch die erste Elektrodeneinrichtung, durch die zweite Elektrodeneinrichtung, durch den mindestens einen In the context of the present invention, the term "total electrode resistance" refers to the electrical resistance of the first electrode device, through the second electrode device, through the at least one electrode
Abschlusswiderstand und gegebenenfalls durch weitere Bauelemente gebildeten
Stromkreises verstanden. Der Elektrodengesamtwiderstand kann in einem Bereich von 1 ΜΩ bis 150 ΜΩ, bevorzugt in einem Bereich von 2 ΜΩ bis 75 ΜΩ und besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 ΜΩ bis 50 ΜΩ liegen. Aufgrund des geringen Widerstands der beiden Elektrodeneinrichtungen umfasst der Elektrodengesamtwiderstand in der Regel im Wesentlichen den Terminating resistor and optionally formed by other components Circuit understood. The total electrode resistance may be in a range of 1 Ω to 150 Ω, preferably in a range of 2 Ω to 75 Ω, and more preferably in a range of 5 Ω to 50 Ω. Due to the low resistance of the two electrode devices, the total electrode resistance generally comprises essentially
Abschlusswiderstand oder, für den Fall, dass mehrere Abschlusswiderstände vorhanden sind, eine Summe der Abschlusswiderstände, welche im Folgenden mit Rges bezeichnet wird. Insbesondere lässt sich ein Gesamtwiderstand Rges der vorhandenen Terminating resistor or, in the event that multiple terminators are present, a sum of the terminating resistors, which is hereinafter referred to as Rges. In particular, a total resistance R tot of the existing can be
Abschlusswiderstände 120 für die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 mit einer Anzahl von insgesamt n Elektrodenfingern 118 wie folgt berechnen:
wobei die erste Elektrodeneinrichtung 114 eine Anzahl von n/2 Elektrodenfingern 118 aufweist, und wobei die zweite Elektrodeneinrichtung 116 ebenfalls eine Anzahl von n/2 Elektrodenfingern 118 aufweist, und wobei jeder Elektrodenfinger 118 der erste Elektrodeneinrichtung 114 mit mindestens einem ElektrodenfingerTerminating resistors 120 for the embodiment shown in Figure 3 of a sensor element 110 according to the invention with a total of n electrode fingers 118 calculate as follows: wherein the first electrode means 114 has a number of n / 2 electrode fingers 118, and wherein the second electrode means 116 also has a number of n / 2 electrode fingers 118, and wherein each electrode finger 118 of the first electrode means 114 has at least one electrode finger
118 der zweiten Elektrodeneinrichtung durch mindestens einen 118 of the second electrode means by at least one
Abschlusswiderstand R, (120) verbunden ist. Die Abschlusswiderstände R, 120 können alle denselben Wert Ro aufweisen. Für diesen Fall ergibt sich folgende Berechnung des Gesamtwiderstands Rges
Rges/RO = lfn (3) Weiterhin lässt sich der Gesamtwiderstand Rges für die in Figur 3 dargestellteTerminating resistor R, (120) is connected. The terminating resistors R, 120 may all have the same value Ro. For this case, the following calculation of the total resistance R ges results Rges / RO = l f n (3) Furthermore, the total resistance R ges for the illustrated in Figure 3 can be
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sensorelements 110 mit einer Anzahl von m defekten Elektrodenfingern 118 bei insgesamt n Elektrodenfingern 118 wie folgt berechnen,
wo 1)0 die erste Elektrodeneinrichtung 114 eine Anzahl von n/2 Elektrodenfingern 118 aufweist, welche intakt oder zumindest teilweise defekt sein können, und wobei die zweite Elektrodeneinrichtung 116 ebenfalls eine Anzahl von n/2 Elektrodenfingern 118 aufweist, welche intakt oder zumindest teilweise defekt sein können, und wobei jeder Elektrodenfinger 118 der ersten Embodiment of a sensor element 110 according to the invention with a number of m defective electrode fingers 118 for a total of n electrode fingers 118 calculate as follows, where 1) 0, the first electrode device 114 has a number of n / 2 electrode fingers 118 which may be intact or at least partially defective, and wherein the second electrode device 116 also has a number of n / 2 electrode fingers 118 which are intact or at least partially defective and each electrode finger 118 of the first
Elektrodeneinrichtung 114 mit mindestens einem Elektrodenfinger 118 der zweiten Elektrodeneinrichtung durch mindestens einen Abschlusswiderstand R, 120 verbunden ist: Die Abschlusswiderstände R, 120 können alle denselben Wert Ro aufweisen. Für diesen Fall ergibt sich folgende Berechnung des Electrode device 114 is connected to at least one electrode finger 118 of the second electrode device by at least one terminating resistor R, 120: The terminating resistors R, 120 may all have the same value Ro. For this case, the following calculation of the
Gesamtwiderstands Rses: Total resistance R ses :
Das Sensorelement 110 kann insbesondere als Rußpartikelsensor ausgestaltet sein. Weiterhin kann das Sensorelement 110 in mindestens ein in den Figuren nicht dargestelltes ein Schutzrohr aufgenommen sein. The sensor element 110 can be configured in particular as a soot particle sensor. Furthermore, the sensor element 110 can be accommodated in at least one protective tube, not shown in the figures.
Zur Eigendiagnose kann zumindest zeitweise eine Messspannung zwischen der ersten Elektrodeneinrichtung 114 und der zweiten Elektrodeneinrichtung 116 angelegt werden und ein Eigendiagnosestrom 126 und/oder ein For self-diagnosis, at least temporarily a measuring voltage can be applied between the first electrode device 114 and the second electrode device 116 and a self-diagnosis current 126 and / or a
Elektrodengesamtwiderstand 128 kann gemessen werden. Der Total electrode resistance 128 can be measured. Of the
Eigendiagnosestrom 126 fließt durch die erste Elektrodeneinrichtung 114, die zweite Elektrodeneinrichtung 116 und den mindestens einen Self-diagnostic current 126 flows through the first electrode device 114, the second electrode device 116 and the at least one
Abschlusswiderstand 120. Der Eigendiagnosestrom 126 kann ein Maß für die Funktionstüchtigkeit des Sensorelements 110 und/oder die Güte des Termination resistor 120. The self-diagnostic current 126 may be a measure of the functionality of the sensor element 110 and / or the quality of the
Sensorelements 110 sein. Be sensor element 110.
Figur 4 zeigt beispielhaft ein Diagramm 130, bei dem der Eigendiagnosestrom 126 in Abhängigkeit der Anzahl defekter Elektrodenfinger 132, sowie der FIG. 4 shows, by way of example, a diagram 130, in which the self-diagnosis current 126 is determined as a function of the number of defective electrode fingers 132, as well as the number of defective electrode fingers 132
Elektrodengesamtwiderstand 128 in Abhängigkeit der Anzahl defekter Total electrode resistance 128 as a function of the number of defective ones
Elektrodenfinger 132 dargestellt ist. Das Diagramm 130 in Figur 4 bezieht sich
auf die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform eines Sensorelements 110. Aufgetragen ist ein Strom 134 über die Anzahl defekter Elektrodenfinger 132, sowie ein Widerstand 136 über die Anzahl defekter Elektrodenfinger 132.
Electrode finger 132 is shown. The diagram 130 in FIG. 4 relates to the embodiment of a sensor element 110 shown in FIG. 3. A current 134 is plotted over the number of defective electrode fingers 132, as well as a resistor 136 over the number of defective electrode fingers 132.
Claims
Ansprüche claims
Sensorelement (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, wobei das Sensorelement (110) einen Träger (112) umfasst, wobei auf den Träger (112) eine erste Elektrodeneinrichtung (114) und eine zweite Elektrodeneinrichtung (116) aufgebracht sind, wobei die erste Sensor element (110) for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space, wherein the sensor element (110) comprises a carrier (112), wherein on the carrier (112) a first electrode means (114) and a second electrode means (116) are applied, the first one
Elektrodeneinrichtung (114) und die zweite Elektrodeneinrichtung (116) jeweils eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (118) aufweisen, wobei jeder Elektrodenfinger (118) der ersten Elektrodeneinrichtung (114) mit mindestens einem Elektrodenfinger (118) der zweiten Elektrodeneinrichtung (116) durch mindestens einen Abschlusswiderstand (120) verbunden ist. Electrode means (114) and the second electrode means (116) each having a plurality of electrode fingers (118), wherein each electrode finger (118) of the first electrode means (114) with at least one electrode finger (118) of the second electrode means (116) by at least one terminator (120) is connected.
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Träger (112) mindestens einen Dotierbereich (122) umfasst, wobei der Dotierbereich (122) mindestens einen Abschnitt eines Elektrodenfingers (118) der ersten Elektrodeneinrichtung (114) und mindestens einen Abschnitt eines Sensor element (110) according to the preceding claim, wherein the carrier (112) comprises at least one doping region (122), wherein the doping region (122) at least a portion of an electrode finger (118) of the first electrode means (114) and at least a portion of a
Elektrodenfingers (118) der zweiten Elektrodeneinrichtung (116) berührt. Touched electrode finger (118) of the second electrode means (116).
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Träger (112) in dem mindestens einen Dotierbereich (122) dotiert ist mit mindestens einem Dotiermaterial, wobei das Dotiermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Eisenoxid, ZrCh, Cr203, MgO, MnO, Sm203, Tb407, Gd203 und Y203 . Sensor element (110) according to the preceding claim, wherein the carrier (112) in the at least one doping region (122) is doped with at least one doping material, wherein the doping material is selected from the group consisting of iron oxide, ZrCh, Cr 2 O 3, MgO, MnO, Sm203, Tb 4 07, Gd 2 0 3 and Y 2 0 3 .
Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Dotiermaterial in dem mindestens einen Dotierbereich (122) in einer Sensor element (110) according to the preceding claim, wherein the doping material in the at least one doping region (122) in a
Konzentration von 1 mol-% bis 100 mol-% vorliegt. Concentration of 1 mol% to 100 mol% is present.
Sensorelement (110) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Dotierbereich (122) eine Breite von 10 μηη bis 2 mm und/oder eine Länge von 10 μηη bis 2 mm und/oder eine Dicke von 0,1 μηη bis 100 μηη aufweist. Sensor element (110) according to one of the three preceding claims, wherein the at least one doping region (122) has a width of 10 μm to 2 mm and / or a length of 10 μm to 2 mm and / or a thickness of 0.1 μm to 100 has μηη.
Sensorelement (110) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Dotierbereich (122) in einem Temperaturintervall von 50 °C bis 500 °C eine elektrische Leitfähigkeit von 1-10"9 (Qcm)-1 bis 10 (Qcm)"1 aufweist.
Sensor element (110) according to one of the four preceding claims, wherein the at least one doping region (122) in a temperature interval of 50 ° C to 500 ° C an electrical conductivity of 1-10 " 9 (Qcm) - 1 to 10 (Qcm) " 1 has.
7. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (110) über mindestens zwei Abschlusswiderstände (120) verfügt. 8. Sensorelement (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die 7. Sensor element (110) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element (110) has at least two terminating resistors (120). 8. Sensor element (110) according to the preceding claim, wherein the
mindestens zwei Abschlusswiderstände (120) jeweils voneinander verschiedene Werte aufweisen. at least two terminating resistors (120) each have different values.
Sensorelement (110) nach Anspruch 6, wobei die mindestens Sensor element (110) according to claim 6, wherein the at least
Abschlusswiderstände (120) denselben Wert aufweisen. Terminators (120) have the same value.
10. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abschlusswiderstand (120) in ein Steuergerät eingebracht ist. 10. Sensor element (110) according to one of the preceding claims, wherein the terminating resistor (120) is introduced into a control unit.
11. Sensorelement (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Elektrodengesamtwiderstand, welcher zumindest eine Summe eines Widerstands der ersten Elektrodeneinrichtung (1 14), eines Widerstands der zweiten Elektrodeneinrichtung (1 16) und eines Gesamtwiderstands Rges des mindestens einen Abschlusswiderstands (120) darstellt, einen Wert von 1 ΜΩ bis 150 ΜΩ annimmt. 11. Sensor element (110) according to any one of the preceding claims, wherein an electrode total resistance, which at least a sum of a resistance of the first electrode means (1 14), a resistance of the second electrode means (1 16) and a total resistance R ges of the at least one terminating resistor (120 ) assumes a value of 1 Ω to 150 Ω.
12. Verfahren zur Herstellung eines Sensorelements (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: 12. A method for producing a sensor element (110) for detecting particles of a measurement gas in a sample gas space, the method comprising the following steps:
a) Bereitstellen eines Trägers (112); a) providing a carrier (112);
b) Aufbringen einer ersten Elektrodeneinrichtung (114) und einer zweiten Elektrodeneinrichtung (116) auf den Träger (112), wobei die erste Elektrodeneinrichtung (114) und die zweite Elektrodeneinrichtung (116) eine Mehrzahl von Elektrodenfingern (118) aufweisen; b) applying a first electrode means (114) and a second electrode means (116) to the carrier (112), the first electrode means (114) and the second electrode means (116) having a plurality of electrode fingers (118);
c) Erzeugen von mindestens einem Abschlusswiderstand (120) auf dem Träger (112) oder in dem Träger (112), wobei jeder Elektrodenfinger (118) der ersten Elektrodeneinrichtung (114) mit mindestens einem Elektrodenfinger (118) der zweiten Elektrodeneinrichtung (116) durch mindestens einen Abschlusswiderstand (120) verbunden wird.
c) generating at least one termination resistor (120) on the carrier (112) or in the carrier (112), wherein each electrode finger (118) of the first electrode device (114) with at least one electrode finger (118) of the second electrode device (116) at least one terminator (120) is connected.
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