WO2018114094A1 - Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases - Google Patents

Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases Download PDF

Info

Publication number
WO2018114094A1
WO2018114094A1 PCT/EP2017/076987 EP2017076987W WO2018114094A1 WO 2018114094 A1 WO2018114094 A1 WO 2018114094A1 EP 2017076987 W EP2017076987 W EP 2017076987W WO 2018114094 A1 WO2018114094 A1 WO 2018114094A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
measuring
potential
measuring device
property
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/076987
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christine Nagel
Bernhard Kamp
Karola Herweg
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Priority to CN201780078649.7A priority Critical patent/CN110088606B/zh
Publication of WO2018114094A1 publication Critical patent/WO2018114094A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0656—Investigating concentration of particle suspensions using electric, e.g. electrostatic methods or magnetic methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N2015/0042—Investigating dispersion of solids
    • 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 a support, for example an electrically insulating support.
  • the accumulating under the action of a voltage particles, in particular the soot particles form in a collecting phase of the sensor element electrically conductive bridges between, for example, as comb-like interdigitated interdigital electrodes electrodes and close this short.
  • the electrodes are usually baked by means of an integrated heating element.
  • the particle sensors evaluate 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.
  • Sensor elements operating according to this principle are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of embodiments, e.g. from DE 103 19 664 AI, DE 10 2006 042 362 Al, DE 103 53 860 Al, DE 101 49 333 Al and WO 2003/006976 A2.
  • the designed as a particle or soot sensors are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of embodiments, e.g. from DE 103 19 664 AI, DE 10 2006 042 362 Al, DE 103 53 860 Al, DE 101 49 333 Al and WO 2003/006976 A2.
  • the designed as a particle or soot sensors are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of embodiments, e.g. from DE 103 19 664 AI, DE 10 2006 042 362 Al, DE 103 53 860 Al, DE 101 49 333 Al and WO 2003/006976 A2.
  • the designed as a particle or soot sensors are generally referred to as resistive sensors and
  • Sensor elements are usually used to monitor diesel Particulate filters used.
  • the particle sensors of the type described are usually included in a protective tube, which at the same time, for example, the flow through the
  • Particle sensor with the exhaust allowed As a rule, a heater and / or a temperature meander are also contained in the sensor element. For regeneration of the sensor element, this is usually burned free with the aid of the heater, for example by temperatures of> 500 ° C are set.
  • Temperature of the sensor element is, for example, by a
  • a challenge in the monitoring of the function of particle sensors of the type described is that the electrode structure is not conductive in the absence of particle loading, for example in the absence of soot. It is therefore fundamentally not possible to detect in a direct manner whether the electrode structure is no longer present or no longer electrically connected or whether only soot is deposited on the electrode structure.
  • US Pat. No. 8928338 B2 describes a particle sensor with first and second electrodes, in which the electrodes are connected to one another via a bias resistor.
  • the particle sensor allows a fault diagnosis.
  • Determination of particles in gas mixtures described with at least two exposed to the gas mixture electrodes and a substrate carrying these electrodes. Between the substrate and the electrodes, a conductive pad is provided, and the electrodes are electrically conductively connected to each other through the conductive pad.
  • US 2012/0324981 A1 discloses a soot sensor having a first element on a first surface of the soot sensor.
  • a soot detector system may include a soot sensor and a circuit electrically coupled to the first element of the soot sensor.
  • the circuit is configured to determine an amount of soot accumulated on the first element and to control heating of the first element in response to soot accumulation.
  • a sensor for detecting at least one property of a measurement gas in particular for detecting particles of a measurement gas in one
  • Sample gas chamber proposed.
  • the sensor can be used in particular for detecting soot particles in an exhaust gas of an internal combustion engine. Without limiting other possible applications, the invention
  • the senor may also be designed, for example, as a gas sensor, in particular as a resistive gas sensor, for example as a gas sensor based on semiconducting metal oxides such as Sn02.
  • the at least one property of the measurement gas may be, for example, a chemical and / or physical property, in particular a property which can be detected by means of a resistive sensor.
  • this may be a concentration of at least one force component in the
  • the sensor comprises at least one sensor element, wherein the sensor element comprises a carrier and at least one connected to the carrier and the
  • Measuring gas exposable measuring electrode has.
  • the sensor further has at least one control, which in turn at least one
  • Property measuring device in particular at least one
  • the property measuring device in particular the particle measuring device, is connected to at least one first end of the measuring electrode and is arranged to detect at least one electrical signal.
  • the electrical signal is preferably through the at least one property of the measurement gas, which is to be detected, in particular influenced by a particle loading of the measuring electrode.
  • the sensor further has at least one limiting resistor, which is connected to at least one second end of the measuring electrode, in particular a second end different from the first end.
  • Sensor further has at least one potential source which is connected via the limiting resistor to the second end and which is adapted to apply a variable electric potential to the second end.
  • a sensor is generally understood to mean a device which is set up to detect a measured variable, for example at least one measured variable which characterizes a state and / or a property.
  • a sensor element is understood to be any device which is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting the at least one property of the measurement gas.
  • the sensor element can be set up to detect a concentration and / or number of particles.
  • the sensor element can, for example with the aid of a suitable drive unit and suitably designed electrodes, an electrical measurement signal
  • Sensor element generate at least one electrical measurement signal, such as a voltage or a current.
  • electrical measurement signal such as a voltage or a current.
  • DC signals and / or AC signals can be used.
  • the detected particles may in particular be soot particles and / or dust particles.
  • Embodiments of the sensor element can be referenced, for example, to the above-mentioned prior art. However, other embodiments are possible.
  • 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.
  • gases and gas mixtures are possible in principle.
  • the measuring gas space can basically be any, open or closed space in which the Measuring gas is received and / or which is flowed through by the measuring 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 the carrier and the at least one at least one measuring electrode which is directly or indirectly connected to the carrier and which can be exposed to the measuring gas.
  • the at least one measuring electrode can be arranged on a surface of the carrier or can be accessible to the measuring gas from a surface of the carrier.
  • the at least one measuring electrode may have a plurality of measuring electrodes, for example at least one first measuring electrode and at least one second measuring electrode.
  • the measuring electrodes can form at least one interdigital electrode, that is to say a structure of two interdigitated measuring electrodes which each have interdigitated electrodes.
  • another arrangement of the at least one measuring electrode is also possible in principle, for example, as will be described in more detail below, a structure in which two measuring electrodes are guided in parallel at least in sections and together form a meander pattern.
  • a carrier is basically understood to mean any substrate which is suitable for carrying the at least one measuring electrode and / or onto which the at least one
  • Measuring electrode can be applied.
  • the carrier can be constructed as a single-layer or multilayer.
  • a measuring electrode is basically understood to be any electrical conductor which is suitable for current measurement and / or voltage measurement, and / or which applies a voltage and / or current to at least one element in contact with the electrode devices can.
  • the at least one measuring electrode may in particular comprise platinum and / or consist entirely or partly of platinum.
  • An alloy is basically possible.
  • other metals may also be used.
  • the carrier may comprise as carrier material in particular 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 basically understood to mean any layer which delimits the carrier from its surroundings, and to which the at least one measuring electrode is applied.
  • first, second or third are used as pure designations and naming without being numbered, for example a first element and a third element may exist without a second element being mandatory, or there may be a second element without having a first element, or there may be a first element without a second element or a third element Element are present.
  • the invention relates to a device which is set up to start, terminate, control or regulate one or more operations in another device.
  • the controller may include, for example, at least one microcontroller. Alternatively or additionally, however, the controller may also comprise other hardware, for example at least one
  • Hardware component selected from the group consisting of: a
  • a property measuring device is generally understood to mean a device which can generate at least one measuring signal from which the at least one property of the measuring gas can be deduced.
  • the property measuring device can in particular be designed as a particle measuring device and can be set up accordingly to generate at least one measurement signal from which a particle load, in particular a particle concentration in the sample gas, can be concluded.
  • Embodiments of the particle measuring device can be referenced, for example, to the above-mentioned prior art.
  • the particle measuring device can be referenced, for example, to the above-mentioned prior art.
  • Property measuring device in particular the particle measuring device, at least one voltage source and at least one current measuring device, wherein by means of the voltage source, for example, the at least one measuring electrode can be supplied with a voltage and wherein the current measuring device in this case a current can be measured.
  • the at least one measuring electrode may have at least two measuring electrodes, each having a first end and the second end, wherein one pole of the voltage source may be connected to a first of the first two ends and another pole of the voltage source may be connected to a second of the first two ends, and wherein the current measuring device may be connected to one of the two first ends, for example. From a strength of the current can then for example on the at least one property, in particular on a particle loading of the measuring electrodes, be closed, and / or from a temporal change of the current can, for example, a concentration of the particles in the
  • a measuring electrode is generally understood to be a point or area within the measuring electrode, via which the
  • Measuring electrode can be contacted electrically. This may or may not necessarily be an extreme end of the measuring electrode, for example one end of a conductor loop of a straight or curved conductor.
  • the controller may comprise, for example, at least one measuring device, as will be explained in more detail below, for example one
  • Current measuring device and / or a voltage measuring device may be a current measuring device, since
  • a limiting resistor also referred to as a terminating resistor, generally designates an electrical resistor, preferably a high-impedance resistor, which is linked to at least one other component.
  • Limiting resistor can serve in particular and be set up, the effect of the variable electric potential, in particular of the
  • Test potential so far as to limit that the actual measurement signal of the sensor, for example, the measurement signal of the Inter digital electrode (DI E), in particular the current measured in a soot measurement still remains measurable, on the other hand, the test potential is also measurable.
  • DI E Inter digital electrode
  • the limiting resistances may be at least one
  • the potential source can have a voltage source, wherein at least one pole of the voltage source forms the terminal.
  • a variable electrical potential is generally to be understood as an electrical potential which can assume at least two values.
  • the potential source can be set up to vary the electrical potential between at least one first value and at least one second value in one stage, in several stages or continuously.
  • the controller can be set up to at least one
  • the controller may, for example, at least one test measuring device for detecting the
  • Test signal for example, a voltage measuring device and / or a current measuring device.
  • a test signal in the form of a Voltage can be detected, for example, the controller may be configured to check whether the test signal, for example, provides a corresponding signal response to a change in the potential by the potential source. If this is not the case, for example, a faulty
  • the controller may be configured to provide a corresponding error signal in this case
  • the controller may be configured to detect from the detection of the test signal and / or a change of the detected
  • Test signal to close a functionality of the sensor, in particular an error-free or faulty electrical connection between the at least one measuring electrode and the controller.
  • test measuring device this can be at least one test measuring device completely or partially identical to the component
  • Property measuring device in particular the particle measuring device, be.
  • the property measuring device in particular the
  • Particle measuring device also separated from the test measuring device
  • the test measuring device may in particular comprise at least one voltage measuring device.
  • the potential source may be configured to apply at least one first electrical potential and at least one second electrical potential to the second end, wherein the second electrical potential is different from the first electrical potential. So can the
  • Potential source for example, be set to switch between the two electrical potentials.
  • the at least one limiting resistor may preferably be completely or partially integrated in the sensor element, for example on or in the sensor element
  • Carrier be arranged. In this way, leads to the
  • the sensor may further comprise at least one heater for heating the
  • a heater is generally understood a device which is adapted to heat at least one element, for example, in this case, the sensor.
  • the heater can
  • the heater can, for example, as will be explained in more detail below, at least one electrical energy source, also referred to as a supply or electrical supply to the heater, and at least one connected to the electrical energy source
  • Has heating resistor which may be configured for example as Bankzeander.
  • the heater may have at least one electrical energy source and at least one heating resistor connected to the electrical energy source.
  • At least one Schuffleander wherein between the electric power source and the heating resistor at least one electrical branch is provided, wherein the electrical branch on the at least one
  • Limiting resistor is connected to the at least one second end.
  • the heater may further comprise at least one heater switch, wherein the heater switch is configured to switch and / or interrupt a current through the heater. In this way, a variable potential can be provided.
  • the heater switch is configured to switch and / or interrupt a current through the heater. In this way, a variable potential can be provided.
  • Potential source however, also be formed separately from the heater.
  • the sensor may further comprise at least one temperature sensor, for example at least one temperature-dependent resistor, for example a temperature meander.
  • at least one temperature sensor for example at least one temperature-dependent resistor, for example a temperature meander.
  • the at least one limiting resistor may in particular have an ohmic resistance of 1 to 100 MOhm. However, other values are possible in principle.
  • the property measuring device, in particular the particle measuring device may in particular have at least one voltage source for acting on the at least one measuring electrode with a voltage.
  • the property measuring device, in particular the particle measuring device can have at least one current measuring device for detecting at least one current through the measuring electrode.
  • the at least one measuring electrode may in particular comprise at least two measuring electrodes. Each of the measuring electrodes may have a first end and a second end, respectively. These at least two measuring electrodes can, for example, form interdigital electrodes, for example with one
  • the measuring electrodes may also be formed in parallel at least in sections and together form a meandering structure.
  • the sensor may, for example, have at least two potential sources, wherein each of the second ends of the measuring electrodes is connected to one of the potential sources via in each case at least one limiting resistor.
  • each of the second ends of the measuring electrodes may each be connected to at least one limiting resistor.
  • Limiting resistors may be electrically connected to one another, for example, at their sides facing away from the second ends.
  • potential source may be connected to at least one point between the limiting resistors.
  • another wiring is possible in principle, for example, a separation of the two
  • the property measuring device in particular the particle measuring device, may in particular, as stated above, have at least one voltage source.
  • This at least one voltage source may, for example, be connected to a first of the two first ends and be arranged to apply a voltage to this first of the first two ends.
  • the feature measuring apparatus in particular the particle measuring apparatus, may further comprise at least one current measuring device as set forth above, wherein the current measuring device may be connected to a second of the first two ends and adapted to sense a current through that second of the first two ends.
  • a method for operating a sensor for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space, in particular for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space.
  • the sensor may in particular be a sensor according to the invention, for example according to one of the embodiments described above or according to one of the embodiments described in more detail below.
  • the sensor has at least one sensor element, which has a carrier and at least one measuring electrode which can be exposed to the carrier and can be exposed to the measuring gas.
  • the sensor furthermore has at least one control, which in turn has at least one property measuring device, in particular at least one particle measuring device.
  • the particle measuring device is connected to at least a first end of the measuring electrode and is adapted to detect at least one electrical signal.
  • the electrical signal can preferably be influenced by the at least one property of the measurement gas, for example by a particle loading of the measurement electrode.
  • the sensor further has at least one limiting resistor, which is connected to at least one second end of the measuring electrode, in particular a second end different from the first end.
  • the method includes applying the second end to a variable electrical potential.
  • the loading is carried out by means of at least one potential source.
  • the potential source is connected to the second end via the limiting resistor.
  • the method may further comprise detecting at least one test signal at the first end.
  • the test signal may be variable due to a change in the variable electrical potential.
  • the procedure can continue to include a fault diagnosis based on a change of the test signal.
  • the proposed sensor and the proposed method have numerous advantages over known sensors and methods of the type mentioned.
  • the idea of the present invention can be applied to numerous sensor concepts.
  • the at least one measuring electrode may have two parallel conductor tracks, wherein a
  • Fault diagnosis and fault monitoring can be done by monitoring a current passage through the tracks.
  • the conductor tracks can each be terminated with at least one limiting resistor on at least one end of the property measuring device, for example the particle measuring device, which end is also referred to above as the second end.
  • the limiting resistors the first end of the property measuring device, for example the particle measuring device, which end is also referred to above as the second end.
  • Conductors are subjected to one or two test potentials, which are each variable in time. By checking whether the temporal
  • Changes in the test potential can also be reflected in a test signal, it can be detected whether the measuring electrodes are intact and correctly connected.
  • the simple to implement measuring principle of the present invention offers the possibility to monitor the at least one measuring electrode with high frequency or even continuously. Since the test potential is variable, the ohmic resistance of the at least one limiting resistor can be chosen so high that the test potential only demonstrably imposes small signal changes on the test signal. These need not be so high as to stand out from interferences such as shorts in the absolute value of the signal. This makes it possible to avoid the occurrence of large interference currents.
  • a simple geometry of the sensor element and in particular also of the at least one measuring electrode can be realized with the sensor proposed according to the invention.
  • the geometry can in particular be adapted to an efficient collection of particles, for example soot.
  • Heater in particular a heating resistor of the heater, can be protected inside be placed of the sensor element, preferably without the need for this new leads.
  • existing circuit elements can be used, since the property measuring device, in particular the particle measuring device, can be used in whole or in part also for detecting the test signal.
  • Particle sensors with at least one substrate and at least one
  • Measuring electrode for example, at least one interdigital electrode can be applied.
  • the invention is also applicable to other sensors which use at least one substrate and at least one measuring electrode, for example resistive gas sensors, in particular resistive gas sensors based on semiconductive metal oxides such as
  • the invention basically offers a high degree of flexibility with regard to the potentials that can be used by the at least one potential source, which can also be referred to as test potentials.
  • one or more potential sources can be provided, which in each case can generate two or more test potentials. If two potential sources or more potential sources are provided, for example
  • different measuring electrodes are subjected to different test potentials, so that, for example, a first measuring electrode is acted on at a time with a first test potential and at the same time a second measuring electrode is acted upon by a second test potential, wherein the first test potential and the second
  • a single test potential can be applied to both electrodes.
  • the limiting resistors on the potential source side may be shorted together.
  • Test potential In particular, a heater potential can be used. Conceivable, however, is alternatively or additionally also the use a potential of a temperature measuring resistor of the sensor and in particular of the sensor element, for example a potential of a
  • the wiring of the sensor can be performed in different variants, which also has a high flexibility in terms of possible
  • Embodiments of the sensor provides.
  • the property measuring device can be switched off completely or partially temporarily.
  • a voltage source of this characteristic measuring device may be temporarily disabled or turned off to the one caused by the test potential
  • Voltage source can also be, for example, another type of measurement of the test signal, for example a current measurement, for example by means of a current measuring device, for example by means of a current mirror on one of the measuring electrodes, for example a usually positively connected interdigital electrode.
  • a current measurement for example by means of a current measuring device, for example by means of a current mirror on one of the measuring electrodes, for example a usually positively connected interdigital electrode.
  • an electrical energy source such as a voltage source
  • the property measuring device can not be completely switched off, but alternatively, for example, be switched to a high-impedance supply.
  • at least one change in the test potential may cause at least one measurable change in the supply potential, for example in a potential of a normally positively connected measuring electrode, also referred to as IDE + potential.
  • Figure 1 shows a first embodiment of an inventive
  • Figure 2 shows a second embodiment of an inventive
  • Figure 3 shows a third embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a sensor 110 according to the invention for detecting at least one property of a measurement gas in a measurement gas space.
  • the measuring gas may in particular be an exhaust gas of an internal combustion engine, and the measuring gas space
  • the sensor comprises a sensor element 112 with a carrier 114 and, in this exemplary embodiment, two measuring electrodes 116, 118 applied directly or indirectly to the carrier 114 and exposed to the measurement gas.
  • the measuring electrodes 116, 118 are exemplary in this example so-called double-snake arrangement shown. However, other arrangements are possible in principle. In general, the measuring electrodes 116 may be formed in particular in a digital electrode arrangement.
  • the measuring electrodes 116, 118 each have a first end 120, 122 and a second end 124, 126.
  • the second end 124 of the first measuring electrode 116 and the second end 126 of the second measuring electrode 118 are each connected to limiting resistors 128, 130. These limiting resistors 128, 130 can still
  • the second ends 124, 126 are connected in this embodiment, each with potential sources 132, 134.
  • the second ends 124, 126 can be subjected to a variable electrical potential.
  • the senor 110 further includes a controller 136.
  • This control comprises in this embodiment
  • this property measuring device 138 may be configured in particular as a particle measuring device 140.
  • Property measuring device 138 in this exemplary embodiment comprises, by way of example, a voltage source 142 and a current measuring device 144.
  • a voltage can be applied to the measuring electrodes 116, 118 by means of the voltage source 144, and a current between these measuring electrodes 116, 118 can be detected by means of the current measuring device 144.
  • the current can be a measure of
  • controller 136 further includes a test measuring device 146 in this embodiment.
  • This test measuring device 146 may
  • test measuring device 146 may include the at least one
  • Potential source 132, 134 are not exemplary as part of this
  • Test measuring device 146 shown. Instead, the includes
  • Test measuring device 146 exemplifies a device for detecting changes in current and / or potential changes and / or
  • Test measuring device 146 coupled only to the first measuring electrode 116, so that the test measuring device 146 can detect, for example, a test signal, which is a current change and / or a voltage change and / or a potential change due to a variability of the test potential
  • Potential source 132 includes.
  • FIG. 2 shows a modification of the exemplary embodiment according to FIG.
  • the embodiment can be largely with the embodiment according to
  • Potential sources but only a single potential source 210 provided. This potential source is again set up to provide a variable test potential.
  • the limiting resistors 128, 130 are at one
  • junction 212 connected to each other.
  • the potential source 210 is also connected to this node 212, and via this node 212, the two measuring electrodes 116, 118 with the variable test potential
  • FIG. 3 shows a further modification of the sensor 110. This embodiment initially corresponds in large parts to the
  • the node 212 may, together with the
  • Limiting resistors 128, 130 for example, be arranged outside of the test element 114, as shown in Figure 3, or also, together with the
  • Limiting resistors 128, 130 may be disposed on the test element 114 itself.
  • Test potential is provided, but it is already within the sensor 110, for example, within the sensor element 114 and / or in others
  • a heater 310 which may also be part of the sensor 110, can be identical to a potential source 312 in whole or in part, and / or a heater potential of this heater 310 can be used in whole or in part as a test potential.
  • the heater 310 in the exemplary embodiment illustrated in FIG. 3 comprises a power source 314, for example a voltage source and / or a power source
  • the heater 310 is formed in this embodiment, for example separately from the sensor element 112. However, the heater 310 may also be fully or partially integrated into the sensor element 112. For example, the heating resistor 318 may be wholly or partially part of the sensor element 114.
  • a node 320 is between the
  • FIG. 3 also shows optional modifications of the test measuring device 146 and the property measuring device 138, which can alternatively or additionally be realized.
  • the property measuring device 138 further comprises a switch 322, by means of which the voltage source 142 can be separated from the sensor element 112.
  • an optional switch 322 by means of which the voltage source 142 can be separated from the sensor element 112.
  • the test measuring device 146 may, in this embodiment or in other embodiments, for example, an analog-to-digital converter and / or a voltage measuring device and / or a
  • variable test signals can be detected, as a signal response to a variable
  • the voltage divider 324 may be connected at its opposite end of the voltage source 142, for example, to a ground or ground 326.
  • the current measuring device 144 may be configured with an analog-to-digital converter to detect during a measurement phase measurement signals indicative of a property of the measurement gas, such as a particle concentration.
  • a node 328 can again be provided, on which a resistor 330 a
  • Connection to a ground or ground 326 can take place.
  • the embodiment according to FIG. 3 enables the utilization of already existing potentials within the sensor 310 as a test potential.
  • a heater potential can be used.
  • the circuit can also be designed in different variants.
  • the switch 322 by means of the switch 322 the
  • Power supply can be switched off in the short term, in order to detect the voltage change caused by the test potential can. In this way, for example, an intermittent test measurement is possible. Instead of a short-term shutdown, however, it is also possible, for example, to measure the current, for example by means of a current mirror. Again alternatively or additionally, the voltage supply by means of the voltage source 142 For example, not completely switched off, but be switched to a high-impedance supply. Changes in the test potential cause measurable changes in the supply potential. Various other embodiments are conceivable.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Sensor (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases vorgeschlagen, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum. Der Sensor (110) umfasst mindestens ein Sensorelement (112), welches einen Träger (114) und mindestens eine mit dem Träger (114) verbundene und dem Messgasaussetzbare Messelektrode (116, 118) aufweist. Der Sensor (110) umfasst weiterhin mindestens eine Steuerung (136), welche mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung (138) aufweist. Die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) ist mit mindestens einem ersten Ende (122, 124) der Messelektrode (116, 118) verbunden und ist eingerichtet, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Der Sensor (110) weist weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand (128, 130) auf, welcher mit mindestens einem zweiten Ende (124, 126) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist. Der Sensor (110) weist weiterhin mindestens eine Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) auf, welche über den Begrenzungswiderstand (128, 130) mit dem zweiten Ende (124, 126) verbunden ist und eingerichtetist, um das zweite Ende (124, 126) mit einem variablen elektrischen Potenzial zu beaufschlagen.

Description

Beschreibung Titel
Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensorelementen zur 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
Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Detektion von Rußpartikeln beschrieben. Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem Träger angebracht werden, beispielsweise einem elektrisch isolierenden Träger. Die sich unter Einwirkung einer 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 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. Nach diesem Prinzip arbeitende Sensorelemente werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und existieren in einer Vielzahl von 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 Partikel- oder Rußsensoren ausgestalteten
Sensorelemente werden üblicherweise zur Überwachung von Diesel- Partikelfiltern eingesetzt. Im Abgastrakt einer 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. In dem Sensorelement sind in der Regel auch ein Heizer und/oder ein Temperaturmäander enthalten. Zur Regeneration des Sensorelements wird dieses in der Regel mit Hilfe des Heizers freigebrannt, indem beispielsweise Temperaturen von > 500°C eingestellt werden. Die
Temperatur des Sensorelements wird beispielsweise durch ein
Temperaturmesselement erfasst.
Eine Herausforderung bei der Funktionsüberwachung von Partikelsensoren der beschriebenen Art besteht darin, dass die Elektrodenstruktur bei nicht vorhandener Partikel Beladung, beispielsweise bei nicht vorhandenem Ruß, nicht leitfähig ist. Es ist somit grundsätzlich nicht möglich, auf direkte Weise zu erkennen, ob die Elektrodenstruktur nicht mehr vorhanden oder nicht mehr elektrisch angebunden ist oder ob lediglich kein Ruß auf der Elektrodenstruktur angelagert ist.
In US 8928338 B2 wird ein Partikelsensor mit 1. und 2. Elektrode beschrieben, bei welchem die Elektroden über einen Bias-Widerstand miteinander verbunden sind. Der Partikelsensor erlaubt eine Fehlerdiagnose.
In WO 2008/031654 AI wird ein Sensorelement für Gassensoren zur
Bestimmung von Partikeln in Gasgemischen beschrieben, mit mindestens zwei dem Gasgemisch ausgesetzten Elektroden und einem diese Elektroden tragenden Substrat. Zwischen dem Substrat und den Elektroden ist eine leitfähige Unterlage vorgesehen, und die Elektroden sind durch die leitfähige Unterlage elektrisch leitend miteinander verbunden.
US 2012/0324981 AI offenbart einen Rußsensor mit einem ersten Element auf einer ersten Oberfläche des Rußsensors. Ein Rußdetektorsystem kann einen Rußsensor und einen Schaltkreis umfassen, welcher elektrisch an das erste Element des Rußsensors gekoppelt ist. Der Schaltkreis ist eingerichtet, um eine Menge an Ruß zu bestimmen, welche auf dem ersten Element akkumuliert ist und um eine Aufheizung des ersten Elements in Antwort auf die Ruß- Akkumulation zu steuern. Trotz der mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen erzielten Vorteile besteht nach wie vor noch ein Verbesserungspotenzial hinsichtlich einer
Überwachung der einen oder mehreren Messelektroden von Partikelsensoren hinsichtlich ihrer Funktionen. Insbesondere wäre es wünschenswert, eine permanente Überwachung auf eine fehlerfreie elektrische Verbindung zu einer Auswerteelektronik zu gewährleisten.
Offenbarung der Erfindung
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dementsprechend ein Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem
Messgasraum, vorgeschlagen. Der Sensor kann insbesondere zur Erfassung von Rußpartikeln in einem Abgas einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Ohne Einschränkung weiterer möglicher Einsatzgebiete, wird die Erfindung
nachfolgend im Hinblick auf einen Sensor zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum beschrieben. Alternativ kann der Sensor jedoch auch beispielsweise als Gassensor ausgestaltet sein, insbesondere als resistiver Gassensor, beispielsweise als Gassensor auf Basis halbleitender Metalloxide wie beispielsweise SnÜ2. So kann allgemein die mindestens eine Eigenschaft des Messgases beispielsweise eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft sein, insbesondere eine Eigenschaft, welche sich mittels eines resistiven Sensors erfassen lässt. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Konzentration mindestens einer Kraftkomponente in dem
Messgasraum handeln.
Der Sensor umfasst mindestens ein Sensorelement, wobei das Sensorelement einen Träger und mindestens eine mit dem Träger verbundene und dem
Messgas aussetzbare Messelektrode aufweist. Der Sensor weist weiterhin mindestens eine Steuerung auf, welche ihrerseits mindestens eine
Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere mindestens eine
Partikelmessvorrichtung, aufweist. Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, ist mit mindestens einem ersten Ende der Messelektrode verbunden und ist eingerichtet, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Das elektrische Signal ist vorzugsweise durch die mindestens eine Eigenschaft des Messgases, welche zu erfassen ist, insbesondere durch eine Partikelbeladung der Messelektrode, beeinflussbar. Der Sensor weist weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand auf, welcher mit mindestens einem zweiten Ende der Messelektrode verbunden ist, insbesondere einem von dem ersten Ende verschiedenen zweiten Ende. Der
Sensor weist weiterhin mindestens eine Potenzialquelle auf, welche über den Begrenzungswiderstand mit dem zweiten Ende verbunden ist und welche eingerichtet ist, um das zweite Ende mit einem variablen elektrischen Potenzial zu beaufschlagen.
Unter einem Sensor wird allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche eingerichtet ist, um eine Messgröße zu erfassen, beispielsweise mindestens eine Messgröße, welche einen Zustand und/oder eine Eigenschaft charakterisiert. Unter einem Sensorelement wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, die mindestens eine Eigenschaft des Messgases qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen. Beispielsweise kann das Sensorelement eingerichtet sein, um eine Konzentration und/oder Anzahl von Partikeln zu erfassen. Das Sensorelement kann beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Ansteuereinheit und geeignet ausgestalteten Elektroden ein elektrisches Messsignal
entsprechend der erfassten Partikel erzeugen. Allgemein kann das
Sensorelement mindestens ein elektrisches Messsignal erzeugen, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Hierbei können DC-Signale und/oder AC- Signale verwendet werden. Des Weiteren kann beispielsweise zur
Signalauswertung aus der Impedanz ein resistiver Anteil und/oder ein kapazitiver
Anteil verwendet werden. Bei den erfassten Partikeln kann es sich insbesondere um Rußpartikel und/oder Staubpartikel handeln. Bezüglich möglicher
Ausgestaltungen des Sensorelements kann beispielsweise auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich.
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.
Das Sensorelement umfasst den Träger und die mindestens eine mit dem Träger direkt oder indirekt verbundene und dem Messgas aussetzbare mindestens eine Messelektrode. Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere auf einer Oberfläche des Trägers angeordnet sein oder von einer Oberfläche des Trägers her für das Messgas zugänglich sein. Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere eine Mehrzahl an Messelektroden, beispielsweise mindestens eine erste Messelektrode und mindestens eine zweite Messelektrode, aufweisen. Die Messelektroden können insbesondere mindestens eine Interdigitalelektrode bilden, also eine Struktur von zwei ineinandergreifenden Messelektroden, welche jeweils ineinandergreifende Elektroden Finger aufweisen. Auch eine andere Anordnung der mindestens einen Messelektrode ist jedoch grundsätzlich möglich, beispielsweise, wie unten noch näher beschrieben wird, eine Struktur, bei welcher zwei Messelektroden zumindest abschnittsweise parallel geführt werden und gemeinsam ein Mäandermuster bilden.
Unter einem Träger wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Substrat verstanden, welches geeignet ist, die mindestens eine Messelektrode zu tragen und/oder auf welches die mindestens eine
Messelektrode aufgebracht werden kann. Der Träger kann einschichtig oder auch mehrschichtig aufgebaut sein. Unter einer Messelektrode wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger elektrischer Leiter verstanden, der für eine Strommessung und/oder eine Spannungsmessung geeignet ist, und/oder welcher mindestens ein mit den Elektrodeneinrichtungen in Kontakt stehendes Element mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagen kann.
Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere Platin umfassen und/oder ganz oder teilweise aus Platin bestehen. Auch eine Legierung ist grundsätzlich möglich. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Platin können auch andere Metalle zum Einsatz kommen. Der Träger kann als Trägermaterial insbesondere 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
Trägeroberfläche aufweisen. Unter einer Trägeroberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Schicht verstanden, welche den Träger von seiner Umgebung abgrenzt, und auf welche die mindestens eine Messelektrode aufgebracht ist.
Allgemein ist darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Begriffe„erste",„zweite" oder„dritte", sowie entsprechende Abwandlungen davon, als reine Bezeichnungen und Namensgebung verwendet werden, ohne eine Nummerierung zu bezwecken. So können beispielsweise ein erstes Element und ein drittes Element vorhanden sein, ohne dass ein zweites Element zwingend erforderlich ist, oder es kann ein zweites Element vorhanden sein, ohne dass ein erstes Element vorhanden ist, oder es kann ein erstes Element vorhanden sein, ohne dass ein zweites Element oder ein drittes Element vorhanden sind.
Unter einer Steuerung ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um einen oder mehrere Vorgänge in einer anderen Vorrichtung zu starten, zu beenden, zu steuern oder zu regeln. Die Steuerung kann beispielsweise mindestens einen Mikrocontroller umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung jedoch auch andere Hardware umfassen, beispielsweise mindestens eine
Hardwarekomponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem
Komparator, einer Stromquelle, einer Spannungsquelle, einer
Strommessvorrichtung, einer Spannungsmessvorrichtung, einer
Widerstandsmessvorrichtung.
Unter einer Eigenschaftsmessvorrichtung ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, welche mindestens ein Messsignal erzeugen kann, aus welchem auf die mindestens eine Eigenschaft des Messgases geschlossen werden kann. Die Eigenschaftsmessvorrichtung kann insbesondere als Partikelmessvorrichtung ausgestaltet sein und kann dementsprechend eingerichtet sein, um mindestens ein Messsignal zu erzeugen, aus welchem auf eine Partikelbeladung, insbesondere eine Partikelkonzentration in dem Messgas, geschlossen werden kann. Bezüglich möglicher
Ausgestaltungen der Partikelmessvorrichtung kann beispielsweise auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden. Insbesondere kann die
Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, mindestens eine Spannungsquelle und mindestens eine Strommessvorrichtung umfassen, wobei mittels der Spannungsquelle beispielsweise die mindestens eine Messelektrode mit einer Spannung beaufschlagt werden kann und wobei mittels der Strommessvorrichtung hierbei ein Strom gemessen werden kann.
Beispielsweise kann die mindestens eine Messelektrode mindestens zwei Messelektroden aufweisen, mit jeweils einem ersten Ende und dem zweiten Ende, wobei ein Pol der Spannungsquelle mit einem ersten der beiden ersten Enden und ein anderer Pol der Spannungsquelle mit einem zweiten der beiden ersten Enden verbunden sein kann und wobei die Strommessvorrichtung beispielsweise mit einem der beiden ersten Enden verbunden sein kann. Aus einer Stärke des Stroms kann dann beispielsweise auf die mindestens eine Eigenschaft, insbesondere auf eine Partikelbeladung der Messelektroden, geschlossen werden, und/oder aus einer zeitlichen Veränderung des Stroms kann auf die Eigenschaft, beispielsweise eine Konzentration der Partikel in dem
Messgas, geschlossen werden.
Unter einem Ende eine Messelektrode wird dabei allgemein ein Punkt oder Bereich innerhalb der Messelektrode verstanden, über welchen die
Messelektrode elektrisch kontaktiert werden kann. Hierbei kann es sich, muss es sich jedoch nicht notwendigerweise um ein äußerstes Ende der Messelektrode handeln, beispielsweise ein Ende einer Leiterschleife eines geraden oder gekrümmten Leiters. Zur Erfassung des mindestens einen elektrischen Signals, auch als Messsignal bezeichnet, kann die Steuerung beispielsweise mindestens eine Messvorrichtung umfassen, wie unten noch näher ausgeführt wird, beispielsweise eine
Strommessvorrichtung und/oder eine Spannungsmessvorrichtung. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Strommessvorrichtung handeln, da
Partikelbeladungen üblicherweise in Form von Strömen erfasst werden. Unter einem Begrenzungswiderstand, auch als Abschlusswiderstand bezeichnet, wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein elektrischer Widerstand bezeichnet, vorzugsweise ein hochohmiger Widerstand, welcher mit mindestens einem anderen Bauteil verknüpft ist. Der mindestens eine
Begrenzungswiderstand kann insbesondere dazu dienen und eingerichtet sein, die Wirkung des variablen elektrischen Potenzials, insbesondere des
Testpotentials, soweit zu begrenzen, dass das eigentliche Messsignal des Sensors, beispielsweise das Messsignal der Inter Digitalelektrode (DI E), insbesondere der bei einer Rußmessung gemessene Strom, noch messbar bleibt, andererseits aber das Testpotenzial ebenfalls messbar ist. Der
Begrenzungswiderstand oder, falls mehrere Begrenzungswiderstände
vorgesehen sind, die Summe der Begrenzungswiderstände, können
insbesondere einen ohmschen Widerstand aufweisen, welcher größer ist als der ohmsche Widerstand der für die eigentliche Partikel-Messung relevant ist.
Beispielsweise können die Begrenzungswiderstände um mindestens einen
Faktor 5-100 größer sein als die jeweiligen ohmschen Widerstände zwischen den Messelektroden, der sich durch eine minimal nachzuweisende Partikelbeladung ergibt. Unter einer Potenzialquelle ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden
Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, welche mindestens einen Anschluss mit einem variablen elektrischen Potenzial aufweist. So kann die Potenzialquelle beispielsweise eine Spannungsquelle aufweisen, wobei mindestens ein Pol der Spannungsquelle den Anschluss bildet. Unter einem variablen elektrischen Potenzial ist allgemein ein elektrisches Potenzial zu verstehen, welches mindestens zwei Werte annehmen kann. Beispielsweise kann die Potenzialquelle eingerichtet sein, um das elektrische Potenzial zwischen mindestens einem ersten Wert und mindestens einem zweiten Wert in einer Stufe, in mehreren Stufen oder stufenlos zu verändern.
Die Steuerung kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein
Testsignal zu erfassen, welches aufgrund einer Änderung des variablen elektrischen Potenzials veränderlich ist. Zu diesem Zweck kann die Steuerung beispielsweise mindestens eine Testmessvorrichtung zur Erfassung des
Testsignals aufweisen, beispielsweise eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. So kann beispielsweise ein Testsignal in Form einer Spannung erfasst werden, wobei die Steuerung beispielsweise eingerichtet sein kann, um zu überprüfen, ob das Testsignal beispielsweise eine entsprechende Signalantwort auf eine Veränderung des Potenzials durch die Potenzialquelle liefert. Ist dies nicht der Fall, so kann beispielsweise auf eine fehlerhafte
Verbindung zwischen der Steuerung und der Messelektrode geschlossen werden oder auf eine andere Art von Defekt. Die Steuerung kann beispielsweise eingerichtet sein, um in diesem Fall ein entsprechendes Fehlersignal
auszugeben. Allgemein kann die Steuerung eingerichtet sein, um aus einer Erfassung des Testsignals und/oder einer Veränderung des erfassten
Testsignals auf eine Funktionalität des Sensors zu schließen, insbesondere auf eine fehlerfreie oder fehlerhafte elektrische Verbindung zwischen der mindestens einen Messelektrode und der Steuerung.
Ist eine Testmessvorrichtung vorgesehen, so kann diese mindestens eine Testmessvorrichtung ganz oder teilweise bauteilidentisch mit der
Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere der Partikelmessvorrichtung, sein. Alternativ kann die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die
Partikelmessvorrichtung, auch getrennt von der Testmessvorrichtung
ausgestaltet sein. Die Testmessvorrichtung kann insbesondere mindestens eine Spannungsmessvorrichtung aufweisen.
Die Potenzialquelle kann insbesondere eingerichtet sein, um das zweite Ende mit mindestens einem ersten elektrischen Potenzial und mindestens einem zweiten elektrischen Potenzial zu beaufschlagen, wobei das zweite elektrische Potenzial von dem ersten elektrischen Potenzial verschieden ist. So kann die
Potenzialquelle beispielsweise eingerichtet sein, um zwischen den beiden elektrischen Potenzialen zu schalten.
Der mindestens eine Begrenzungswiderstand kann vorzugsweise ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein, beispielsweise auf oder in dem
Träger angeordnet sein. Auf diese Weise lassen sich Zuleitungen zum
Sensorelement einsparen im Vergleich zu einer Situation, bei welcher der mindestens eine Begrenzungswiderstand außerhalb des Sensorelements in dem Sensor angeordnet ist. Auch eine andere Ausgestaltung ist jedoch grundsätzlich möglich. Der Sensor kann weiterhin mindestens einen Heizer zur Beheizung des
Sensorelements aufweisen. Unter einem Heizer wird dabei allgemein eine Vorrichtung verstanden, welche eingerichtet ist, um mindestens ein Element zu beheizen, beispielsweise in diesem Fall den Sensor. Der Heizer kann
insbesondere eine elektrische Heizer sein. Der Heizer kann beispielsweise, wie unten noch näher erläutert wird, mindestens eine elektrische Energiequelle, auch als eine Versorgung oder elektrische Versorgung des Heizers bezeichnet, und mindestens einen mit der elektrischen Energiequelle verbundenen
Heizwiderstand aufweisen, welcher beispielsweise als Heizmäander ausgestaltet sein kann.
Ist mindestens ein Heizer vorgesehen, so kann die Potenzialquelle
beispielsweise zumindest teilweise bauteilidentisch mit dem Heizer sein, beispielsweise mit mindestens einer elektrischen Energiequelle des Heizers und/oder mit der elektrischen Energiequelle. So kann der Heizer beispielsweise mindestens eine elektrische Energiequelle und mindestens einen mit der elektrischen Energiequelle verbundenen Heizwiderstand aufweisen,
beispielsweise mindestens einen Heizmäander, wobei zwischen der elektrischen Energiequelle und dem Heizwiderstand mindestens eine elektrische Abzweigung vorgesehen ist, wobei die elektrische Abzweigung über den mindestens einen
Begrenzungswiderstand mit dem mindestens einen zweiten Ende verbunden ist. Der Heizer kann beispielsweise weiterhin mindestens einen Heizerschalter aufweist, wobei der Heizerschalter eingerichtet ist, um einen Strom durch den Heizer zu schalten und/oder zu unterbrechen. Auf diese Weise kann ein veränderliches Potenzial bereitgestellt werden. Alternativ kann die
Potenzialquelle jedoch auch getrennt von dem Heizer ausgebildet sein.
Der Sensor kann weiterhin mindestens einen Temperaturfühler aufweisen, beispielsweise mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand, beispielsweise einen Temperaturmessmäander. In diesem Fall kann die
Potenzialquelle auch ganz oder teilweise bauteilidentisch mit dem mindestens einen Temperaturfühler sein und/oder elektrisch mit dem mindestens einen Temperaturfühler verbunden sein. Der mindestens eine Begrenzungswiderstand kann insbesondere einen ohmschen Widerstand von 1 bis 100 MOhm aufweisen. Auch andere Werte sind jedoch grundsätzlich möglich. Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, kann insbesondere mindestens eine Spannungsquelle zur Beaufschlagung der mindestens einen Messelektrode mit einer Spannung aufweisen. Weiterhin kann die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, mindestens eine Strommessvorrichtung zur Erfassung mindestens eines Stroms durch die Messelektrode aufweisen.
Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere mindestens zwei Messelektroden umfassen. Jede der Messelektroden kann jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Diese mindestens zwei Messelektroden können beispielsweise Interdigitalelektroden bilden, beispielsweise mit einer
Kammstruktur mit ineinander eingreifenden Elektrodenfingern. Alternativ können die Messelektroden auch zumindest abschnittsweise parallel ausgebildet sein und gemeinsam eine Mäanderstruktur bilden. Insbesondere wenn mindestens zwei Messelektroden vorgesehen sind, so kann der Sensor beispielsweise mindestens zwei Potenzialquellen aufweisen, wobei jedes der zweiten Enden der Messelektroden über jeweils mindestens einen Begrenzungswiderstand mit einer der Potenzialquellen verbunden ist. Allgemein kann beispielsweise jedes der zweiten Enden der Messelektroden jeweils mit mindestens einem Begrenzungswiderstand verbunden sein. Die
Begrenzungswiderstände können beispielsweise an ihren von den zweiten Enden abgewandten Seiten elektrisch miteinander verbunden sein. Die
Potenzialquelle kann beispielsweise mit mindestens einem Punkt zwischen den Begrenzungswiderständen verbunden sein. Auch eine andere Beschaltung ist jedoch grundsätzlich möglich, beispielsweise eine Trennung der beiden
Begrenzungswiderstände.
Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, kann insbesondere, wie oben ausgeführt, mindestens eine Spannungsquelle aufweisen. Diese mindestens eine Spannungsquelle kann beispielsweise mit einem ersten der beiden ersten Enden verbunden sein und eingerichtet sein, um dieses erste der beiden ersten Enden mit einer Spannung zu beaufschlagen. Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, kann weiterhin, wie oben ausgeführt, mindestens eine Strommessvorrichtung aufweisen, wobei die Strommessvorrichtung mit einem zweiten der beiden ersten Enden verbunden sein kann und eingerichtet sein kann, um einen Strom durch dieses zweite der beiden ersten Enden zu erfassen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, vorgeschlagen. Bei dem Sensor kann es sich insbesondere um einen erfindungsgemäßen Sensor handeln, beispielsweise gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen oder gemäß einer der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen. Der Sensor weist mindestens ein Sensorelement auf, welches einen Träger und mindestens eine mit dem Träger verbundene und dem Messgas aussetzbare Messelektrode aufweist. Der Sensor weist weiterhin mindestens eine Steuerung auf, die ihrerseits mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere mindestens eine Partikelmessvorrichtung, aufweist. Die
Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, ist mit mindestens einem ersten Ende der Messelektrode verbunden und ist eingerichtet, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Das elektrische Signal ist vorzugsweise durch die mindestens eine Eigenschaft des Messgases, beispielsweise durch eine Partikelbeladung der Messelektrode, beeinflussbar. Der Sensor weist weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand auf, welcher mit mindestens einem zweiten Ende der Messelektrode verbunden ist, insbesondere einem von dem ersten Ende verschiedenen zweiten Ende.
Das Verfahren umfasst eine Beaufschlagung des zweiten Endes mit einem variablen elektrischen Potenzial. Die Beaufschlagung erfolgt mittels mindestens einer Potenzialquelle. Die Potenzialquelle ist über den Begrenzungswiderstand mit dem zweiten Ende verbunden.
Das Verfahren kann weiterhin eine Erfassung mindestens eines Testsignals an dem ersten Ende umfassen. Das Testsignal kann aufgrund einer Änderung des variablen elektrischen Potenzials veränderlich sein. Das Verfahren kann weiterhin eine Fehlerdiagnose anhand einer Veränderung des Testsignals umfassen.
Vorteile der Erfindung
Der vorgeschlagene Sensor und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Sensoren und Verfahren der genannten Art zahlreiche Vorteile auf. Allgemein lässt sich die Idee der vorliegenden Erfindung auf zahlreiche Sensorkonzepte anwenden. Beispielsweise kann die mindestens eine Messelektrode zwei parallel geführte Leiterbahnen aufweisen, wobei eine
Fehlerdiagnose und Fehlerüberwachung dadurch erfolgen kann, dass ein Stromdurchgang durch die Leiterbahnen überwacht wird. Die Leiterbahnen können jeweils an mindestens einem der Eigenschaftsmessvorrichtung, beispielsweise der Partikelmessvorrichtung, abgewandten Ende, oben auch als zweites Ende bezeichnet, mit mindestens einem Begrenzungswiderstand abgeschlossen werden. Über die Begrenzungswiderstände können die
Leiterbahnen mit einem oder zwei Testpotenzialen beaufschlagt werden, welche jeweils zeitlich variabel sind. Indem überprüft wird, ob die zeitlichen
Veränderungen im Testpotenzial sich auch in einem Testsignal widerspiegeln, kann erkannt werden, ob die Messelektroden intakt und korrekt angebunden sind.
Das einfach zu realisierende Messprinzip der vorliegenden Erfindung bietet die Möglichkeit, die mindestens eine Messelektrode mit hoher Häufigkeit oder sogar kontinuierlich zu überwachen. Da das Testpotenzial variabel ist, kann der ohmsche Widerstand des mindestens einen Begrenzungswiderstands so hoch gewählt werden, dass das Testpotenzial dem Testsignal lediglich nachweisbar geringe Signaländerungen aufprägt. Diese müssen nicht so hoch sein, dass sie sich von Störungen wie Nebenschlüssen im Absolutwert des Signals abheben. Dadurch lässt sich das Auftreten großer Störströme vermeiden.
Weiterhin lässt sich mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensor eine einfache Geometrie des Sensorelements und insbesondere auch der mindestens einen Messelektrode realisieren. Die Geometrie kann insbesondere angepasst werden auf eine effiziente Sammlung von Partikeln, beispielsweise Ruß. Der
Heizer, insbesondere ein Heizwiderstand des Heizers, kann geschützt im Inneren des Sensorelements plaziert werden, vorzugsweise ohne dass für diesen neue Zuleitungen benötigt werden. Weiterhin können vorhandene Schaltungselemente eingesetzt werden, da die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, ganz oder teilweise auch zur Erfassung des Testsignals eingesetzt werden kann.
Die Idee der Erfindung kann grundsätzlich auf beliebige resistive
Partikelsensoren mit mindestens einem Substrat und mindestens einer
Messelektrode, beispielsweise mindestens einer Interdigitalelektrode, angewandt werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Erfindung jedoch auch auf andere Sensoren anwendbar, welche mindestens ein Substrat und mindestens eine Messelektrode nutzen, beispielsweise resistive Gassensoren, insbesondere resistive Gassensoren auf Basis von halbleitenden Metalloxiden wie
beispielsweise SnCh.
Dabei bietet die Erfindung grundsätzlich eine hohe Flexibilität hinsichtlich der durch die mindestens eine Potenzialquelle anwendbaren Potenziale, welche auch als Testpotenziale bezeichnet werden können. So können, wie oben ausgeführt, eine oder mehrere Potenzialquellen vorgesehen sein, welche jeweils zwei oder mehr Testpotenziale generieren können. Sind zwei Potenzialquellen oder mehr Potenzialquellen vorgesehen, so können beispielsweise
unterschiedliche Messelektroden mit unterschiedlichen Testpotenzialen beaufschlagt werden, so dass beispielsweise zu einem Zeitpunkt eine erste Messelektrode mit einem ersten Testpotenzial beaufschlagt wird und zum gleichen Zeitpunkt eine zweite Messelektrode mit einem zweiten Testpotenzial beaufschlagt wird, wobei sich das erste Testpotenzial und das zweite
Testpotenzial unterscheiden.
Alternativ kann jedoch auch ein einziges Testpotenzial an beide Elektroden angelegt werden. So können, wie oben ausgeführt, die Begrenzungswiderstände auf der Seite der Potenzialquellen miteinander kurzgeschlossen sein.
In weiteren Ausführungsformen können vorhandene Potenziale innerhalb des Sensors oder sogar auf dem Sensorelement genutzt werden, um als
Testpotenzial zu fungieren. Dabei kann insbesondere ein Heizerpotenzial zum Einsatz kommen. Denkbar ist aber alternativ oder zusätzlich auch die Nutzung eines Potenzials eines Temperaturmesswiderstands des Sensors und insbesondere des Sensorelements, beispielsweise ein Potenzial eines
Temperaturmessmäanders. Die Beschaltung des Sensors kann in unterschiedlichen Varianten ausgeführt werden, was ebenfalls eine hohe Flexibilität hinsichtlich der möglichen
Ausgestaltungen des Sensors bietet. So kann beispielsweise zur Erfassung des Testsignals die Eigenschaftsmessvorrichtung ganz oder teilweise vorübergehend abgeschaltet werden. Beispielsweise kann eine Spannungsquelle dieser Eigenschaftsmessvorrichtung vorübergehend außer Funktion gesetzt oder abgeschaltet werden, um die durch das Testpotenzial hervorgerufene
Spannungsänderung mit mindestens einer Messvorrichtung erfassen zu können. Alternativ oder zusätzlich zu einer kurzzeitigen Abschaltung der
Spannungsquelle kann jedoch auch beispielsweise eine andere Art der Messung des Testsignals erfolgen, beispielsweise eine Strommessung, zum Beispiel mittels einer Strommessvorrichtung, beispielsweise mittels eines Stromspiegels an einer der Messelektroden, beispielsweise einer üblicherweise positiv geschalteten Interdigitalelektrode. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann für die Erfassung des Testsignals eine elektrische Energiequelle, beispielsweise eine Spannungsquelle, der Eigenschaftsmessvorrichtung nicht komplett abgeschaltet werden, sondern alternativ beispielsweise auf eine hochohmige Versorgung umgeschaltet werden. So kann mindestens eine Änderung im Testpotenzial mindestens eine messbare Änderung im Versorgungspotenzial bewirken, beispielsweise in einem Potenzial einer üblicherweise positiv beschalteten Messelektrode, auch als IDE+-Potential bezeichnet.
Diese Möglichkeiten zeigen insgesamt, dass eine Vielzahl an Ausgestaltungen existiert, mittels derer das mindestens eine Testsignal erfasst werden kann, in Antwort auf eine Potenzialänderung mittels der Potenzialquellen. Zur Erfassung des mindestens einen Testsignals kann die eigentliche Messung der Eigenschaft unterbrochen werden, wobei jedoch auch Ausgestaltungen existieren, mittels derer eine Unterbrechung minimiert oder sogar ganz vermieden werden kann. Auf diese Weise kann eine effiziente Diagnose erfolgen, da aus der erfassten Antwort in Form des Testsignals beispielsweise problemlos auf Unterbrechungen elektrischer Verbindungen zwischen Steuerung und Messelektrode und/oder auf eine Beschädigung der Messelektrode selbst geschlossen werden kann. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen:
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases;
Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sensors, mit einer Zusammenlegung beider Testpotenziale; und
Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Sensors, mit einer Nutzung der Versorgung eines Heizers als Testpotenzial.
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum dargestellt. Bei dem Messgas kann es sich insbesondere um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln, und bei dem Messgasraum
dementsprechend insbesondere um einen Abgastrakt der Brennkraftmaschine.
Der Sensor umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Sensorelement 112 mit einem Träger 114 und, in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch, zwei direkt oder indirekt auf dem Träger 114 aufgebrachten und dem Messgas aussetzbaren Messelektroden 116, 118. Die Messelektroden 116, 118 sind in diesem Beispiel exemplarisch in einer so genannten Double-Snake-Anordnung gezeigt. Auch andere Anordnungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Allgemein können die Messelektroden 116 insbesondere in einer Digitalelektroden-Anordnung ausgebildet sein. Die Messelektroden 116, 118 weisen jeweils ein erstes Ende 120, 122 und ein zweites Ende 124, 126 auf. Das zweite Ende 124 der ersten Messelektrode 116 und das zweite Ende 126 der zweiten Messelektrode 118 sind jeweils mit Begrenzungswiderständen 128, 130 verbunden. Diese Begrenzungswiderstände 128, 130 können noch
Bestandteil des Sensorelements 112 sein oder können auf andere Weise Bestandteil des Sensors 110 sein, beispielsweise Bestandteil der unten noch näher erläuterten Steuerung. Bevorzugt ist jedoch eine Integration der
Begrenzungswiderstände 128,130 in das Sensorelement 112, da auf diese Weise Zuleitungen zum Sensorelement 112 eingespart werden können.
Über die Begrenzungswiderstände 128, 130 sind die zweiten Enden 124, 126 in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mit Potenzialquellen 132, 134 verbunden.
Über die Potenzialquellen 132, 134 können die zweiten Enden 124, 126 mit einem variablen elektrischen Potenzial beaufschlagt werden.
Wie oben ausgeführt, weist der Sensor 110 weiterhin eine Steuerung 136 auf. Diese Steuerung umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine
Eigenschaftsmessvorrichtung 138 zur Messung der mindestens einen
Eigenschaft des Messgases. Da es sich insbesondere bei dem Sensor um einen Partikelsensor handeln kann, kann diese Eigenschaftsmessvorrichtung 138 insbesondere als Partikelmessvorrichtung 140 ausgestaltet sein. Die
Eigenschaftsmessvorrichtung 138 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch eine Spannungsquelle 142 und eine Strommessvorrichtung 144. Mittels der Spannungsquelle 144 können die Messelektroden 116, 118 mit einer Spannung beaufschlagt werden, und mittels der Strommessvorrichtung 144 kann ein Strom zwischen diesen Messelektroden 116, 118 erfasst werden.
Beispielsweise für Rußpartikelmessungen kann der Strom ein Maß für eine
Partikelbeladung der Oberfläche des Sensorelements 112 darstellen, da durch Ruß leitfähige Brücken zwischen den Messelektroden 116, 118 gebildet werden können. Auch die zeitliche Veränderung des Stroms kann als ein Maß für die Partikelbeladung dienen, da diese beispielsweise auf eine zeitliche Zunahme der Anlagerungen schließen lässt. Neben der Eigenschaftsmessvorrichtung 138 weist der Sensor 110,
beispielsweise die Steuerung 136, weiterhin in diesem Ausführungsbeispiel eine Testmessvorrichtung 146 auf. Diese Testmessvorrichtung 146 kann
beispielsweise ausgestaltet sein, um eine Verbindung zwischen der Steuerung 136 und dem Sensorelement 112 zu überprüfen und/oder um eine Funktionalität der Messelektroden 116, 118 zu überprüfen. Auf diese Weise können
beispielsweise fehlerhafte Verbindungen und/oder gebrochene Messelektroden 116, 118 festgestellt werden. Die Testmessvorrichtung 146 kann beispielsweise die mindestens eine
Potenzialquelle 132, 134 umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel sind diese Potenzialquellen 132, 134 jedoch exemplarisch nicht als Teil dieser
Testmessvorrichtung 146 dargestellt. Stattdessen umfasst die
Testmessvorrichtung 146 exemplarisch eine Vorrichtung zur Erfassung von Stromänderungen und/oder Potenzialänderungen und/oder
Spannungsänderungen infolge einer Variabilität des mindestens einen
Testpotenzials. In diesem Ausführungsbeispiel ist exemplarisch die
Testmessvorrichtung 146 lediglich mit der ersten Messelektrode 116 gekoppelt, so dass die Testmessvorrichtung 146 beispielsweise ein Testsignal erfassen kann, welches eine Stromänderung und/oder eine Spannungsänderung und/oder eine Potenzialänderung infolge einer Variabilität des Testpotenzials der
Potenzialquelle 132 beinhaltet.
In Figur 2 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel kann weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß
Figur 1 übereinstimmen, so dass in weiten Teilen auf die Beschreibung in Figur 1 oben verwiesen werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1, nicht zwei
Potenzialquellen, sondern lediglich eine einzige Potenzialquelle 210 vorgesehen. Diese Potenzialquelle ist wiederum eingerichtet, um ein variables Testpotenzial bereitzustellen. Die Begrenzungswiderstände 128, 130 sind an einem
Knotenpunkt 212 miteinander verbunden. Auch die Potenzialquelle 210 ist mit diesem Knotenpunkt 212 verbunden, und über diesen Knotenpunkt 212 können die beiden Messelektroden 116, 118 mit dem variablen Testpotenzial
beaufschlagt werden. In Figur 3 ist eine weitere Abwandlung des Sensors 110 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht zunächst in weiten Teilen dem
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2, so dass weitgehend auf diese Figur verwiesen werden kann. Wieder sind die beiden Begrenzungswiderstände 128, 130 am Knotenpunkt 212 kurzgeschlossen und dort mit einem gemeinsamen
Testpotenzial beaufschlagt. Der Knotenpunkt 212 kann, nebst den
Begrenzungswiderständen 128, 130, beispielsweise außerhalb des Testelements 114 angeordnet sein, wie in Figur 3 dargestellt, oder auch, nebst den
Begrenzungswiderständen 128, 130, auf dem Testelement 114 selbst angeordnet sein.
Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß Figur 2 ist jedoch keine gesonderte Potenzialquelle zur Beaufschlagung des Knotenpunkts 212 mit dem
Testpotenzial vorgesehen, sondern es wird eine bereits innerhalb des Sensors 110, beispielsweise innerhalb des Sensorelements 114 und/oder in anderen
Teilen des Sensors 110, vorhandene Potenzialquelle genutzt. In diesem
Ausführungsbeispiel kann exemplarisch ein Heizer 310, welcher ebenfalls noch Bestandteil des Sensors 110 sein kann, ganz oder teilweise bauteilidentisch mit einer Potenzialquelle 312 sein, und/oder ein Heizerpotenzial dieses Heizers 310 kann ganz oder teilweise als Testpotenzial genutzt werden.
Der Heizer 310 in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst eine Energiequelle 314, beispielsweise eine Spannungsquelle und/oder eine
Stromquelle, sowie weiterhin einen Heizerschalter 316 und einen Heizwiderstand 318. Der Heizer 310 ist in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch getrennt von dem Sensorelement 112 ausgebildet. Der Heizer 310 kann jedoch auch ganz oder teilweise in das Sensorelement 112 integriert sein. So kann beispielsweise der Heizwiderstand 318 ganz oder teilweise Bestandteil des Sensorelements 114 sein.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Knotenpunkt 320 zwischen dem
Heizerschalter 316 und dem Heizwiderstand 318 mit dem Knotenpunkt 212 verbunden. Auf diese Weise kann, bei Betätigen des Heizerschalters 316, der Knotenpunkt 212 mit einem variablen Potenzial beaufschlagt werden, nämlich wahlweise mit dem Heizerpotenzial oder einem "Floating"-Potenzial. Weiterhin sind in Figur 3 auch optionale Abwandlungen der Testmessvorrichtung 146 und der Eigenschaftsmessvorrichtung 138 gezeigt, welche alternativ oder zusätzlich realisierbar sind. So umfasst die Eigenschaftsmessvorrichtung 138 weiterhin einen Schalter 322, mittels dessen die Spannungsquelle 142 vom Sensorelement 112 getrennt werden kann. Weiterhin ist optional ein
Spannungsteiler 324 vorgesehen, innerhalb dessen die Testmessvorrichtung 146 angreift. Die Testmessvorrichtung 146 kann, in diesem Ausführungsbeispiel oder auch in anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise einen Analog-Digital- Wandler und/oder eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine
Potenzialmessvorrichtung umfassen. Auf diese Weise können beispielsweise variable Testsignale erfasst werden, als Signalantwort auf eine variable
Potenzialbeaufschlagung des Knotenpunkts 212. Der Spannungsteiler 324 kann an seinem der Spannungsquelle 142 gegenüberliegenden Ende beispielsweise mit einer Erde oder Masse 326 verbunden sein.
Auch die Strommessvorrichtung 144 kann ausgestaltet sein mit einem Analog- Digital-Wandler, um während einer Messphase Messsignale zu erfassen, welche auf eine Eigenschaft des Messgases, beispielsweise eine Partikelkonzentration, hinweisen. Vor der Strommessvorrichtung 144 kann beispielsweise wiederum ein Knotenpunkt 328 vorgesehen sein, an welchem über einen Widerstand 330 eine
Verbindung zu einer Erde oder Masse 326 erfolgen kann.
Die Ausgestaltung gemäß Figur 3 ermöglicht die Nutzung bereits vorhandener Potenziale innerhalb des Sensors 310 als Testpotenzial. Hierbei kann, wie in Figur 3 gezeigt, insbesondere ein Heizerpotenzial zum Einsatz kommen.
Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch die Nutzung anderer Potenziale möglich, beispielsweise eines Potenzials eines Temperaturmessmäanders.
Die Beschaltung kann weiterhin in unterschiedlichen Varianten ausgeführt sein. So kann, wie in Figur 3 gezeigt, mittels des Schalters 322 die
Spannungsversorgung kurzfristig abgeschaltet werden, um die durch das Testpotenzial hervorgerufene Spannungsänderung erfassen zu können. Auf diese Weise ist beispielsweise eine intermittierende Testmessung möglich. Anstelle einer kurzzeitigen Abschaltung ist jedoch auch beispielsweise eine Strommessung möglich, beispielsweise per Stromspiegel. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Spannungsversorgung mittels der Spannungsquelle 142 auch beispielsweise nicht vollständig abgeschaltet werden, sondern auf eine hochohmige Versorgung umgeschaltet werden. So bewirken Änderungen im Testpotenzial messbare Änderungen im Versorgungspotenzial. Verschiedene andere Ausgestaltungen sind denkbar.

Claims

Ansprüche
1. Sensor (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines
Messgases, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, umfassend mindestens ein Sensorelement (112), wobei das Sensorelement (112) einen Träger (114) und mindestens eine mit dem Träger (114) verbundene und dem Messgas aussetzbare
Messelektrode (116, 118) aufweist, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens eine Steuerung (136) aufweist,
wobei die Steuerung (136) mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung (138) aufweist, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) mit mindestens einem ersten Ende (122, 124) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist und eingerichtet ist, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen
Begrenzungswiderstand (128, 130) aufweist, wobei der
Begrenzungswiderstand (128, 130) mit mindestens einem zweiten Ende (124, 126) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens eine Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) aufweist, wobei die Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) über den
Begrenzungswiderstand (128, 130) mit dem zweiten Ende (124, 126) verbunden ist und eingerichtet ist, um das zweite Ende (124, 126) mit einem variablen elektrischen Potenzial zu beaufschlagen.
Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuerung (136) eingerichtet ist, um mindestens ein Testsignal zu erfassen, welches aufgrund einer Änderung des variablen elektrischen Potenzials
veränderlich ist.
Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Begrenzungswiderstand (128, 130) ganz oder teilweise in das Sensorelement (112) integriert ist.
Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen Heizer (310) zur Beheizung des Sensorelements (112) aufweist, wobei die Potenzialquelle (132, 134; 210;
312) zumindest teilweise bauteilidentisch ist mit mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: dem Heizer (310); einem Temperaturwiderstand einer elektrischen Energiequelle des Heizers (310).
Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen Temperaturfühler aufweist, wobei die Potenzialquelle (132,134; 210; 312) zumindest teilweise
bauteilidentisch ist mit dem Temperaturfühler.
Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Messelektrode (116, 118) mindestens zwei
Messelektroden (116, 118) umfasst, wobei jede der Messelektroden (116, 118) jeweils ein erstes Ende (120, 122) und ein zweites Ende (124, 126) aufweist.
Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die
Messelektroden (116, 118) zumindest abschnittsweise parallel ausgebildet sind und gemeinsam eine Mäanderstruktur bilden.
Sensor (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (110) mindestens zwei Potenzialquellen (132, 134; 210; 312) aufweist, wobei jedes der zweiten Enden (124, 126) der Messelektroden (116, 118) über jeweils mindestens einen Begrenzungswiderstand (128, 130) mit einer der Potenzialquellen (132, 134; 210; 312) verbunden ist.
Sensor (110) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der zweiten Enden (124, 126) der Messelektroden (116, 118) jeweils mit mindestens einem Begrenzungswiderstand (128, 130) verbunden ist.
Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die
Begrenzungswiderstände (128, 130) an ihren von den zweiten Enden (124, 126) abgewandten Seiten elektrisch miteinander verbunden sind.
Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die
Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) mit mindestens einem Punkt (212) zwischen den Begrenzungswiderständen (128, 130) verbunden ist. Sensor (110) nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) mindestens eine Spannungsquelle (142) aufweist, wobei die Spannungsquelle (142) mit einem ersten der beiden ersten Enden (120, 122) verbunden ist und eingerichtet ist, um dieses erste der beiden ersten Enden (120, 122) mit einer Spannung zu beaufschlagen, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) weiterhin mindestens eine Strommessvorrichtung (144) aufweist, wobei die
Strommessvorrichtung (144) mit einem zweiten der beiden ersten Enden (120, 122) verbunden ist und eingerichtet ist, um einen Strom durch dieses zweite der beiden ersten Enden (120, 122) zu erfassen.
Verfahren zum Betrieb eines Sensors (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, wobei der Sensor (110) mindestens ein Sensorelement (112) aufweist, wobei das Sensorelement (112) einen Träger (114) und mindestens eine mit dem Träger (114) verbundene und dem Messgas aussetzbare
Messelektrode (116, 118) aufweist, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens eine Steuerung (136) aufweist, wobei die Steuerung (136) mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung (138) aufweist, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) mit mindestens einem ersten Ende (120, 122) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist und eingerichtet ist, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand (128, 130) aufweist, wobei der Begrenzungswiderstand (128, 130) mit mindestens einem zweiten Ende (124, 126) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist, wobei das Verfahren eine Beaufschlagung des zweiten Endes (124, 126) mit einem variablen elektrischen Potenzial umfasst, wobei die
Beaufschlagung mittels mindestens einer Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) erfolgt, wobei die Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) über den Begrenzungswiderstand (128, 130) mit dem zweiten Ende (124, 126) verbunden ist.
PCT/EP2017/076987 2016-12-19 2017-10-23 Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases WO2018114094A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780078649.7A CN110088606B (zh) 2016-12-19 2017-10-23 用于感测测量气体的至少一个特性的传感器

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016225420.0 2016-12-19
DE102016225420.0A DE102016225420A1 (de) 2016-12-19 2016-12-19 Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018114094A1 true WO2018114094A1 (de) 2018-06-28

Family

ID=60153320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2017/076987 WO2018114094A1 (de) 2016-12-19 2017-10-23 Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases

Country Status (3)

Country Link
CN (1) CN110088606B (de)
DE (1) DE102016225420A1 (de)
WO (1) WO2018114094A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020052860A1 (de) 2018-09-10 2020-03-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum test der integrität einer gedruckten leiterbahn

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020205944A1 (de) * 2020-05-12 2021-11-18 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003006976A2 (de) 2001-07-10 2003-01-23 Robert Bosch Gmbh Sensor zur detektion von teilchen und verfahren zu dessen funktionskontrolle
DE10149333A1 (de) 2001-10-06 2003-05-08 Bosch Gmbh Robert Sensorvorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Gasen
DE10319664A1 (de) 2003-05-02 2004-11-18 Robert Bosch Gmbh Sensor zur Detektion von Teilchen
DE10353860A1 (de) 2003-11-18 2005-06-09 Robert Bosch Gmbh Sensor zum Erfassen von Partikeln in einem Gasstrom, sowie Verfahren zu seiner Herstellung
WO2008031654A1 (de) 2006-09-11 2008-03-20 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für gassensoren und verfahren zum betrieb desselben
DE102006042362A1 (de) 2006-09-08 2008-03-27 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für Gassensoren und Verfahren zum Betrieb desselben
DE102011006167A1 (de) * 2010-03-25 2011-10-20 Denso Corporation Gassensor und Verfahren zur Erfassung der Unterbrechung bei einem Gassensor
US20110283773A1 (en) * 2010-05-24 2011-11-24 Denso Corporation Particulate matter detection sensor and particulate matter detection sensor unit
US20120103057A1 (en) * 2010-10-28 2012-05-03 Denso Corporation Particulate matter detection sensor
US20120324981A1 (en) 2011-05-26 2012-12-27 Stoneridge, Inc. Soot Sensor System
DE102013215123A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-06 Denso Corporation Detektionselement für partikuläre materie, detektionssensor für partikuläre materie, der damit ausgestattet ist, und herstellungsverfahren dafür
US8928338B2 (en) 2010-11-17 2015-01-06 Delphi Technologies, Inc. Self diagnostics of a particulate matter sensor

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003006976A2 (de) 2001-07-10 2003-01-23 Robert Bosch Gmbh Sensor zur detektion von teilchen und verfahren zu dessen funktionskontrolle
DE10149333A1 (de) 2001-10-06 2003-05-08 Bosch Gmbh Robert Sensorvorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Gasen
DE10319664A1 (de) 2003-05-02 2004-11-18 Robert Bosch Gmbh Sensor zur Detektion von Teilchen
DE10353860A1 (de) 2003-11-18 2005-06-09 Robert Bosch Gmbh Sensor zum Erfassen von Partikeln in einem Gasstrom, sowie Verfahren zu seiner Herstellung
DE102006042362A1 (de) 2006-09-08 2008-03-27 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für Gassensoren und Verfahren zum Betrieb desselben
WO2008031654A1 (de) 2006-09-11 2008-03-20 Robert Bosch Gmbh Sensorelement für gassensoren und verfahren zum betrieb desselben
DE102011006167A1 (de) * 2010-03-25 2011-10-20 Denso Corporation Gassensor und Verfahren zur Erfassung der Unterbrechung bei einem Gassensor
US20110283773A1 (en) * 2010-05-24 2011-11-24 Denso Corporation Particulate matter detection sensor and particulate matter detection sensor unit
US20120103057A1 (en) * 2010-10-28 2012-05-03 Denso Corporation Particulate matter detection sensor
US8928338B2 (en) 2010-11-17 2015-01-06 Delphi Technologies, Inc. Self diagnostics of a particulate matter sensor
US20120324981A1 (en) 2011-05-26 2012-12-27 Stoneridge, Inc. Soot Sensor System
DE102013215123A1 (de) * 2012-08-02 2014-02-06 Denso Corporation Detektionselement für partikuläre materie, detektionssensor für partikuläre materie, der damit ausgestattet ist, und herstellungsverfahren dafür

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020052860A1 (de) 2018-09-10 2020-03-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum test der integrität einer gedruckten leiterbahn

Also Published As

Publication number Publication date
CN110088606A (zh) 2019-08-02
CN110088606B (zh) 2022-10-04
DE102016225420A1 (de) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2864757B1 (de) Verfahren zur funktionskontrolle eines sensors zur detektion von teilchen und sensor zur detektion von teilchen
DE102009028283B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Eigendiagnose eines Partikelsensors
DE102010030634A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors
DE102009028239A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Eigendiagnose eines Partikelsensors
WO2020098995A1 (de) Verfahren zum bewerten der funktionsfähigkeit eines sensors zur detektion von russ
EP3204750B1 (de) Verfahren zur funktionskontrolle eines sensors zur detektion von teilchen, computerprogramm, elektronisches speichermedium und elektronisches steuergerät
WO2018114094A1 (de) Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases
WO2021228565A1 (de) Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases und verfahren zum betreiben eines sensors
DE102007046099A1 (de) Sensorelement zur Detektion von Partikeln in einem Gasstrom und Verfahren zur Bestimmung und Kompensation des Nebenschlusswiderstands von Sensorelementen
DE102009046315A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors
DE102017219429A1 (de) Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum
WO2019120789A1 (de) Sensoranordnung zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum und verfahren zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum
DE102015214398A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine
DE102013216899A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines sammelnden Partikelsensors
EP3729051B1 (de) Verfahren zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum und sensoranordnung zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum
DE102017209392A1 (de) Sensorelement zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum
WO2018077646A1 (de) Sensorelement zur bestimmung von partikeln in einem fluiden medium
WO2019120790A1 (de) Sensoranordnung zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum und verfahren zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum
EP3545283B1 (de) Verfahren zum betrieb eines sensorelements zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum
DE102012214974A1 (de) Verfahren und Steuereinheit zum Betrieb eines sammelnden Partikelsensors
WO2022122355A1 (de) VERFAHREN ZUR FUNKTIONSKONTROLLE EINES SENSORS ZUR DETEKTION VON RUßPARTIKELN IN EINEM ABGAS
WO2023186416A1 (de) Verfahren zum betreiben eines sensors zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases
WO2018077615A1 (de) Sensorelement zur erfassung von partikeln eines messgases in einem messgasraum
DE102018212863A1 (de) Sensoranordnung zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum und Verfahren zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17787415

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17787415

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1