WO2019120790A1 - Sensor assembly for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas chamber, and method for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas chamber - Google Patents

Sensor assembly for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas chamber, and method for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas chamber Download PDF

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WO2019120790A1
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electrode structure
signal
test
measuring
particles
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PCT/EP2018/081417
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Mathias Klenk
Denis Kunz
Roman Siefert
Michael Scholl
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Robert Bosch Gmbh
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    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40Engine management systems

Definitions

  • the prior art discloses a multiplicity of sensor arrangements for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space.
  • the measuring gas may be an exhaust gas of a
  • the particles may be soot or dust particles.
  • the invention will be described below without limiting further embodiments and applications, in particular with reference to sensor elements for the detection of soot particles.
  • Two or more metallic electrodes may be mounted on an electrically insulating support.
  • the electrodes are usually baked by means of an integrated heating element. As a rule, they value
  • Particle sensors the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured. Sensor arrays operating on this principle are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of ways
  • Embodiments such as e.g. DE 10 2005 053 120 A1, DE 103 19 664 A1, DE10 2004 0468 82A1, DE 10 2006 042 362 A1, DE 103 53 860 A1, DE 101 49 333 A1 and WO 2003/006976 A2.
  • the configured as soot sensors sensor assemblies are commonly used to monitor diesel particulate filters.
  • 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
  • a continuous monitoring preferably with a fixed predetermined minimum frequency, such as
  • a monitor with at least 2 Hz often provides one
  • the sensor arrangement comprises at least one sensor element with at least one first electrode structure and at least one second electrode structure.
  • the first electrode structure has at least one first supply line.
  • the sensor arrangement comprises at least one
  • the control unit comprises at least one measuring device.
  • the measuring device is set up to detect a change in electrical properties of the sensor element caused by an accumulation of the particles on the electrode structure by measuring a voltage drop across at least one measuring resistor on the first electrode structure.
  • the control unit comprises at least a first test device.
  • the first test device is set up to apply a first test signal to the first electrode structure via the first supply line, in particular to apply it in a switchable manner, and to detect a first response signal of the first electrode structure via the second supply line.
  • the control unit may comprise at least a second test device.
  • the second test device can be set up to act on the second electrode structure in particular switchably with a second test signal and to detect a second response signal of the second electrode structure.
  • a “sensor arrangement” can basically be understood to mean any device which is set up to detect at least one measured variable of the measurement gas.
  • a “sensor arrangement for detecting particles of a measuring gas” can basically be understood to mean any device which is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting the particles in the measuring gas and which, for example, with the aid of a suitable control unit and suitably designed
  • Electrodes can generate at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current.
  • the detected particles may in particular be soot particles and / or dust particles.
  • DC signals and / or AC signals can be used.
  • a resistive portion and / or a capacitive portion are used.
  • the sensor arrangement 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.
  • an exhaust gas is understood in particular to mean gaseous waste products in a combustion process, which may also include solid and / or liquid admixtures, for example in the form of particles and / or droplets.
  • 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.
  • Can support or carry out the combustion process may be a device with at least one combustion chamber.
  • it may be a heat engine, by means of which by combustion of at least one fuel chemical energy is converted into mechanical energy.
  • a heat engine by means of which by combustion of at least one fuel chemical energy is converted into mechanical energy.
  • internal combustion engines are mentioned, especially diesel engines. Also other types of
  • particles within the scope of the invention are generally particles which have a small dimension in comparison with the system under consideration, in particular the internal combustion engine or an exhaust system of the same.
  • the particles may have a particle size or average particle size of less than one millimeter, typically less than 1 micrometer.
  • the particles may be particles with an average particle size of 20 nanometers to 300 nanometers.
  • these may be electrically insulating and / or electrically conductive particles, such as soot or dust particles.
  • Soot can in particular a black solid, which consists for the most part of carbon.
  • a “sensor element” can basically be understood to mean any device which can be used as a device
  • Function unit for example, for a sensor arrangement, can serve and as such can generate at least one measurement signal, for example, the
  • an “electrode structure” can basically be understood as meaning any one or more electrical conductors which are suitable for current measurement and / or voltage measurement and / or which have at least one element in contact with the electrode structure with a voltage and / or can apply a current.
  • the electrode structure may in particular comprise one or more electrode fingers.
  • an “electrode finger” can basically be understood to mean any shape of the electrode structure whose dimensions in one dimension clearly exceed a dimension in at least one other dimension, for example at least a factor of 2, preferably at least a factor of 3 preferably at least a factor of 5.
  • the electrode finger may in particular have an electrode finger shape.
  • the electrode finger mold may comprise at least one of the following shapes: a loop, in particular an open or closed loop; a loop, in particular an open or closed loop; a turn; a snake shape; an S-shape; a meander shape.
  • a loop can basically be understood to mean a shape which has a bend. In particular, this may be a strong bend, so that the object having the bend has a circular or spiral shape.
  • the first electrode structure and / or the second electrode structure may in particular be formed as continuous loops.
  • first electrode structure and “second electrode structure” are to be regarded as mere descriptions, without an order or
  • Electrode structures or in each case exactly one type can be provided.
  • additional electrode structures for example one or more third electrode structures may be present.
  • the second electrode structure may be configured for a
  • the sensor element may further comprise at least one further device.
  • the further device may in particular be a heating device.
  • the further device may be at least one temperature measuring device.
  • the second electrode structure may comprise all or part of the further device. In particular, the second electrode structure, and the further device in a common
  • the second electrode structure may be configured for detecting the particles of the measurement gas in the measurement gas space. Furthermore, the second electrode structure can be set up for a temperature measurement. A particular desired functionality can be adjusted by means of switching, for example by means of a switch, in particular by means of a semiconductor switch.
  • first lead and second lead are as pure
  • supply line basically denotes any electrical line which is set up for the transport of electrical energy. In particular, it may be a conductive connection between electrical components.
  • the supply line may in particular comprise one or more metallic electrical conductors, usually in the form of wires or strands, but also of strips or rails, for example of copper or aluminum. Others too
  • a “measuring device” can basically be understood to mean any device which is set up to detect at least one electrical signal. In particular, it can be in the measurement signal by at least one measurement signal of the sensor arrangement, in particular of the sensor element, act according to the detected measured variable.
  • the measuring signal may be at least one electrical measuring signal, for example a voltage or a current, corresponding to the detected particles.
  • the measuring device can be set up to apply a basic electrical signal to the first electrode structure, wherein the first test signal and / or the second test signal is superimposed on the electrical base signal.
  • the first test device and / or the second test device can be coupled to the measuring device, so that can be superimposed on the electrical signal to the test signal from an electrical base signal generated by the measuring device.
  • an "electrical property" of a device may in principle be understood to be any feature or arbitrary nature of the device which influences at least one electrical variable, for example a voltage or a current flow, if the device is part of an electrical circuit ,
  • the electrical property may be one
  • Resistor or act on an impedance Resistor or act on an impedance.
  • electrically conductive soot bridges between the electrode devices can influence the electrical properties of the electrode structure, in particular its resistance.
  • test device may in principle be understood as any device which is set up to control or monitor at least one property, in particular the functional state, of another device, in particular a device electrically connected to the test device.
  • first tester and second tester are to be considered as pure descriptions without indicating any order or ranking, for example, without precluding the possibility that several types of first test apparatuses and / or second test apparatuses, or just one type in each case, may be provided. Furthermore, additional test devices, for example, one or more third test devices may be present. The first test device and / or the second test device can
  • a "defect" of a device can basically be understood to mean a restriction or a failure of the functional capability of the device.
  • a "defect of the first electrode structure or of the second electrode structure” can be understood as meaning that the sensor element can not produce the at least one measurement signal, for example the at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles, for example delayed, not in the provided strength or not according to the particles to be detected.
  • test signal may in principle be any electrical signal, in particular a
  • the Device is acted upon.
  • Test signal can be changed over time or constant.
  • the first test device and / or the second test device may be configured to generate a response signal of the first electrode structure or of the second test device
  • a "response signal” may in principle be an electrical signal of a
  • the Device can be understood, which is caused by a response signal temporally preceding electrical signal to which the device or another device in electromagnetic contact with her was applied.
  • the electrical signal preceding the response signal in time may be the test signal.
  • switchable basically means that any one
  • Association of individual electrical elements and / or electromechanical individual elements to a functionally correct arrangement is controllable.
  • the combination may be usable by an electric current through the individual electrical elements and / or
  • Individual elements and / or electromechanical individual elements by one or more electrical lines to be connected to each other and by means of an electrical switch can be changed between two different states.
  • the individual electrical elements and / or individual electromechanical elements can be connected to one another by one or more electrical lines and the connection can be set up in such a way that a current flows through the individual electrical elements and / or individual electromechanical elements.
  • the individual electrical elements and / or electromechanical individual elements can not be connected to one another by one or more electrical lines and the combination can be set up such that a current flow through the individual electrical elements and / or individual electromechanical elements does not take place or is at least reduced.
  • first state and second state are to be regarded as pure descriptions without indicating a sequence or precedence and, for example, without precluding the possibility that several types of first states and / or second states or in each case exactly one species may be provided. Furthermore, additional states, for example one or more third states may be present.
  • the first test device may have at least one electrical switch.
  • the first test device can be at least one
  • load resistance basically refers to any electrical resistance that is set up to load an electrical energy source and / or an electrical signal source.
  • the load resistor may be configured to determine and / or adjust an electrical current and / or electrical power supplied by a source.
  • the load resistor can therefore also a
  • AC resistance and / or an impedance which is composed of an effective resistance and a reactance.
  • Other embodiments are conceivable in principle.
  • control unit can continue the second
  • the second test device can be set up second electrode means to act on the second test signal, in particular to apply switchable, and to detect a second response signal of the second electrode means.
  • the second test device may have at least one further load resistor.
  • the control unit may further comprise at least one measuring resistor.
  • the term "measuring resistor” basically denotes any one measuring resistor.
  • Resistor which can be used for a measurement of an electric current.
  • An electric current which is established by the
  • the measuring resistor can therefore cause a proportional to a magnitude of the electric current voltage drop.
  • the measuring resistor may have an AC resistance of 100 W to 100 KQ, preferably 1 KQ to 10 KQ.
  • the measuring resistor can therefore also be called a measuring resistor, shunt or measuring shunt. Furthermore, the
  • Measuring resistor comprise at least one operational amplifier.
  • the term "operational amplifier” basically refers to any electronic amplifier having a gain of 1 or greater than 1.
  • the measuring device may be configured to detect the voltage drop by means of the operational amplifier.
  • the sensor arrangement comprises, as already stated above, the control unit.
  • the control unit comprises, as already stated above, the measuring device, the first test device and the second test device. Furthermore, the
  • Control unit at least one electrical energy source and at least one processor or circuit which can perform a control function and / or evaluation function of at least one with the sensor array, in particular with the sensor element, generated measurement signal and / or response signal.
  • the measuring device can be designed to apply an electrical base signal to the first electrode structure and / or the second electrode structure, wherein the first test signal or the second test signal can be superimposed on the electrical base signal.
  • an "electrical base signal” can basically be understood as meaning any electrical signal
  • Electrode structure is applied, in particular for the purpose of generating an electrical measurement signal according to the detected particles.
  • the electrical base signal can serve to detect the electrical properties of the sensor element, in particular of the electrode structure, and thus also the change in the electrical properties of the sensor element, in particular of the electrode structure. Since the changes in the electrical properties of the sensor element, in particular the electrode structure, caused by the attachment of the particles to the electrode structure serve to detect the particles, the electrical base signal can serve in particular for generating an electrical measurement signal according to the detected particles.
  • the basic electric signal may in particular be a continuous electrical signal.
  • the measuring device can be at least one voltage source for acting on the electrode structure with a
  • Base voltage and at least one current measuring device for measuring a current of the electrode structure have.
  • the base voltage may be the electrical base signal.
  • the first test device and / or the second test device may have at least one electrical energy source.
  • first test device and / or the second test device may have at least one electrical energy source.
  • Test device and / or the second test device at least one
  • test signal and / or voltage source in particular a pulsed electrical energy source, for generating the test signal.
  • first test signal and / or the second test signal can be at least one
  • the first test signal and / or the second test signal may have a frequency of at least 2 Hz.
  • the first test device and / or the second test device may further comprise at least one detection device for detecting the response signal, in particular a voltage measuring device and / or a
  • the first test device and / or the second
  • Test apparatus may further comprise at least one electrical element selected from the group consisting of: a capacitor; a capacity; a resistance; a coil; a coil pair.
  • the electrical element can couple the test device to the measuring device and / or the electrode structure, so that the test signal can be superimposed on the electrical base signal generated by the measuring device via the electrical element.
  • a meander-shaped course can basically be understood to mean any course which has at least one S-shape or at least one snake-shape or at least one turn.
  • the electrode fingers can be designed in particular as continuous loops.
  • the sensor assembly may be configured to monitor an electrical continuity of the electrodes.
  • the sensor element may comprise a heater.
  • the heater can be set up to free the sensor element, in particular the first electrode device and the second electrode device, from the particles, in particular the soot particles.
  • the method comprises a use of the sensor arrangement, as has already been described or will be described below.
  • the method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the
  • Process steps are also completely or partially overlapping in time or performed simultaneously.
  • the method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.
  • the method comprises the following steps:
  • Measuring signal is detected by an accumulation of the particles on the electrode structure change in electrical properties of the sensor element can be detected
  • Electrode structure the second electrode structure.
  • Step b) may in particular comprise the following steps: i. Applying a first test signal to the first electrode structure;
  • step b) may comprise the following steps:
  • the steps l.-lll. can be performed in particular during a temperature measurement.
  • the time-varying first test signal and / or the time-varying second test signal in step i. or I. may in particular comprise at least one voltage signal. In particular, that can
  • Voltage signal comprise at least one element selected from the group consisting of: a capacitively generated voltage signal; an electrically, in particular resistively, generated voltage signal; an inductively generated voltage signal. Furthermore, the application of the first
  • Electrode structure and / or second electrode structure with a first and second test signal in step i. or I. be carried out with a frequency of at least 2 Hz.
  • the response signal in step ii. or II. comprise at least one capacitive signal.
  • the evaluation of the response signal in step iii. or III. comprising comparing the response signal with a predetermined response threshold.
  • the first electrode structure and the second electrode structure are classified as intact when the response signal is greater than the predetermined threshold, and the first electrode structure and the second electrode structure can be classified as erroneous if the response signal is less than or equal to the predetermined response threshold.
  • the sensor arrangement according to the invention and the described methods have numerous advantages over conventional sensor arrangements and methods of the type mentioned.
  • the sensor arrangement according to the present invention can basically meet the legal CARB specification "2 Hz diagnosis”. Furthermore, a Rußmessumble be checked.
  • Already known sensor arrangements can basically one
  • an actual sensor signal can be superimposed on one with a high leakage current or offset, which is caused by the
  • Terminating resistor may be conditional. This can lead to a higher variance of a sensor trip time.
  • the method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber according to the present invention may have the possibility to place the second electrode device, in particular a negative IDE electrode in a common ground branch, in particular a heater and / or Temperaturmäander- mass branch and second supply line
  • the first electrode device can be used as a liberated line for an IDE loop diagnosis.
  • a particular desired functionality such as a soot measurement, a temperature measurement, a heating, can be made possible by means of switching, for example by means of a semiconductor switch. Another legal requirement is basically the so-called "monitoring capability". After that should basically per
  • Self-diagnosis can be detected whether a soot measurement capability and thus the sensitivity of the sensor device is limited.
  • the electrode device can be designed as a continuous snake structure. A possible interruption of individual subregions can be recognized immediately.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • Figure 2 is a flow chart of an inventive
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • the sensor arrangement 110 for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space.
  • the sensor arrangement 110 comprises a sensor element 112, as indicated in FIG. 1 by the dashed rectangle.
  • the sensor element 112 may include at least one soot path 114.
  • the sensor element 112 comprises at least a first electrode structure 116 and at least one second electrode structure 120.
  • the first electrode structure 116 comprises a first supply line 118 and a second supply line 122.
  • the second electrode structure 120 may comprise a third supply line 119 and a fourth supply line 121.
  • the sensor arrangement 110 further comprises a control unit 124
  • Control unit 124 has at least one measuring device 126, wherein measuring device 126 is set up to detect an electric change due to an attachment of the particles to first electrode structure 116
  • the control unit 124 further comprises at least one first test device 128, which is set up to act on the first electrode structure 116 via the first supply line 118 with at least one first test signal and a response signal of the first
  • the control unit 124 may further comprise at least a second
  • Test apparatus 130 which is set up, the second
  • the first test device 128 may include at least one load resistor 140.
  • the load resistor can be set up to apply the first test signal to the first electrode structure 116 in a switchable manner via the first supply line 118.
  • the load resistor 140 can be connectable to the first electrode structure 116 by means of a switch 142.
  • the control unit can at least one
  • Operational amplifier 144 and the measuring resistor 145 include.
  • Resistor 145 and operational amplifier 144 may be configured to detect the voltage drop.
  • control unit 124 may comprise at least one electrical energy source, in particular a current source and / or a voltage source 132, as well as at least one processor or circuit, which has a
  • Control function and / or evaluation function of at least one with the sensor array 110, in particular with the sensor element 112, generated measuring signal and / or response signal can exercise.
  • the measuring device 126 and the test device 128 may each be formed entirely or only partially on a common microcontoller 134, which may comprise the processor and / or the circuit.
  • electrically conductive soot bridges can form between the first electrode structure 116 and the second electrode structure 120, which can facilitate a current flow between the first electrode structure II6 and the second electrode structure 120.
  • This situation is illustrated in FIG. 1 by one of the first electrode structure 116 and the second one
  • Temperature measuring resistor 139 include.
  • the first resistor 139 includes the resistor 139 and the resistor 139 .
  • Heating resistor 138 may be configured to free the sensor element 112, in particular the first electrode structure 116 and the second electrode structure 120 of the particles, in particular the soot particles.
  • the first test device 128 may be at least one electrical
  • the test apparatus 128 may include the voltage source 132.
  • the voltage source 132 may in particular be designed to generate a constant voltage.
  • the test signal may be generated by the first tester 128 by turning on and off the load resistor (140).
  • the first test device 128 may further comprise at least one detection device for detecting the Have response signal, in particular a voltage measuring device and / or a current measuring device.
  • the control unit 124 in particular the first test apparatus 128 and / or the second test apparatus 130 and / or the measuring apparatus 126, may in particular comprise at least one DC / DC converter 143.
  • FIG. 2 shows a flow chart of a method according to the invention for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space.
  • a sensor arrangement 110 which at least partially corresponds to the sensor arrangement according to FIG. It can therefore be on the
  • step 146 at least one measurement signal is detected, wherein by means of the
  • Measuring signal is determined by an attachment of the particles to the electrode structure change electrical properties of the sensor element can be detected.
  • step 148 applying a first test signal to the first electrode structure.
  • Step 150 may be carried out, which comprises subjecting the second electrode structure to a second test signal.
  • step 152 a response signal to the first time-varying test signal may be detected, shown as step 152. It may be checked after step 152 if a threshold is exceeded, shown as step 154.
  • step 150 a response signal may be detected on the second test signal shown as step 156. It may be checked after step 156 whether a threshold
  • step 158 is exceeded, shown as step 158.

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Abstract

The invention relates to a sensor assembly (110) for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas chamber. The sensor assembly (110) comprises: - at least one sensor element (112) with at least one first electrode structure (116) and at least one second electrode structure (120), said first electrode structure (116) having at least one first feed line (118); and - at least one control unit (124), said control unit (124) comprising at least one measuring device (126). The invention is characterized in that the measuring device (126) is designed to detect a change in electric properties of the sensor element due to an accumulation of the particles between the first electrode structure (116) and the second electrode structure (120) by measuring a voltage drop at at least one measuring resistor (145) on the first electrode structure (116), and the first electrode structure (116) has at least one second feed line (122), wherein the control unit (124) additionally has at least one first testing device (128), and the first testing device (128) is designed to apply a first test signal to the first electrode structure (116) via the second feed line (122) and detect a first response signal of the first electrode structure (116) via the first feed line (118).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Sensoranordnung zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Sensor arrangement for detecting particles of a measuring gas in one
Messgasraum und Verfahren zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum Sample gas chamber and method for detecting particles of a sample gas in a sample gas chamber
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensoranordnungen zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas einer The prior art discloses a multiplicity of sensor arrangements for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space. For example, the measuring gas may be an exhaust gas of a
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. Internal combustion engine act. In particular, the particles may be soot or dust particles. The invention will be described below without limiting further embodiments and applications, in particular with reference to sensor elements for the detection of soot particles.
Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem elektrisch isolierenden Träger angebracht sein. 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 ineinandergreifende 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 Two or more metallic electrodes may be mounted on 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 the example designed as a comb-like interdigitated interdigital electrodes and close this short. In a regenerating phase, the electrodes are usually baked by means of an integrated heating element. As a rule, they value
Partikelsensoren die aufgrund der Partikelanlagerung geänderten elektrischen Eigenschaften einer Elektrodenstruktur aus. Es kann beispielsweise ein abnehmender Widerstand oder ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung gemessen werden. Nach diesem Prinzip arbeitende Sensoranordnungen werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und existieren in einer Vielzahl von Particle sensors the changed due to the particle accumulation electrical properties of an electrode structure. For example, a decreasing resistance or current at constant applied voltage can be measured. Sensor arrays operating on this principle are generally referred to as resistive sensors and exist in a variety of ways
Ausführungsformen, wie z.B. aus DE 10 2005 053 120 Al, DE 103 19 664 Al, DE10 2004 0468 82A1, DE 10 2006 042 362 Al, DE 103 53 860 Al, DE 101 49 333 Al und WO 2003/006976 A2 bekannt. Die als Rußsensoren ausgestalteten Sensoranordnungen 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 Embodiments such as e.g. DE 10 2005 053 120 A1, DE 103 19 664 A1, DE10 2004 0468 82A1, DE 10 2006 042 362 A1, DE 103 53 860 A1, DE 101 49 333 A1 and WO 2003/006976 A2. The configured as soot sensors sensor assemblies are commonly used to monitor diesel particulate filters. In the exhaust system of an internal combustion engine, 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
Partikelsensors mit dem Abgas erlaubt. Particle sensor with the exhaust allowed.
Aufgrund eines steigenden Umweltbewusstseins und auch zum Teil bedingt durch gesetzliche Vorschriften muss der Rußausstoß während des Fährbetriebes überwacht und die Funktionalität der Überwachung sichergestellt werden. Diese Art der Überwachung der Funktionalität wird im Allgemeinen als On-board- Diagnose bezeichnet. Vorrichtungen und Verfahren zur Eigendiagnose eines Partikelsensors sind beispielsweise aus DE 10 2009 028 239 Al, DE 10 2009 028 283 Al, DE 2007 046 096 Al und US 2012/0119759 Al bekannt. Due to increasing environmental awareness and partly due to legal regulations, the soot emissions during the ferry operation must be monitored and the functionality of the monitoring must be ensured. This type of functionality monitoring is commonly referred to as on-board diagnostics. Devices and methods for the self-diagnosis of a particle sensor are known, for example, from DE 10 2009 028 239 A1, DE 10 2009 028 283 A1, DE 2007 046 096 A1 and US 2012/0119759 A1.
Trotz der Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Despite the advantages of the known from the prior art
Sensoranordnungen zur Erfassung von Partikeln beinhalten diese noch Sensor arrangements for detecting particles still contain these
Verbesserungspotential. So ist insbesondere die gesetzlich geforderte Potential for improvement. So is in particular the legally required
Eigenüberwachung des Rußsensors hinsichtlich elektrischer Funktionalität in der Regel schwierig umzusetzen. Insbesondere eine kontinuierliche Überwachung, vorzugsweise mit einer fest vorgegebenen, minimalen Frequenz, wie Self-monitoring of the soot sensor in terms of electrical functionality usually difficult to implement. In particular, a continuous monitoring, preferably with a fixed predetermined minimum frequency, such as
beispielsweise eine Überwachung mit mindestens 2 Hz, stellt häufig eine For example, a monitor with at least 2 Hz, often provides one
Herausforderung dar. Weiterhin werden in der Regel Teilschädigungen, die zu einem Empfindlichkeitsverlust führen können, nicht oder nicht als solche erkannt. Weiterhin können parasitäre Effekte, wie beispielsweise eine Überlagerung eines Signals der Sensoranordnung durch einen parasitären Strom, welcher von einer Temperatur und/oder einer Alterung eines verwendeten Widerstands abhängen kann, die Eigendiagnose erschweren. Häufig ist weiterhin eine Trennung des durch die Partikel bedingten Signals von einem Offset-Signal nicht eindeutig möglich, so dass die Eigendiagnose während der Beladung des Sensorelements mit Partikeln erschwert ist. Offenbarung der Erfindung In addition, partial damage that can lead to a loss of sensitivity is generally not recognized or recognized as such. Furthermore, parasitic effects, such as a superposition of a signal of the sensor array by a parasitic current, which may depend on a temperature and / or aging of a resistor used, complicate the self-diagnosis. Often a separation of the particle-related signal from an offset signal is still not clearly possible, so that the self-diagnosis is difficult during the loading of the sensor element with particles. Disclosure of the invention
In Rahmen der vorliegenden Erfindung wird daher eine Sensoranordnung zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum In the context of the present invention, therefore, a sensor arrangement for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space
vorgeschlagen. Die Sensoranordnung umfasst mindestens ein Sensorelement mit mindestens einer ersten Elektrodenstruktur und mindestens einer zweiten Elektrodenstruktur. Die erste Elektrodenstruktur weist mindestens eine erste Zuleitung auf. Weiterhin umfasst die Sensoranordnung mindestens eine proposed. The sensor arrangement comprises at least one sensor element with at least one first electrode structure and at least one second electrode structure. The first electrode structure has at least one first supply line. Furthermore, the sensor arrangement comprises at least one
Steuereinheit. Die Steuereinheit umfasst mindestens eine Messvorrichtung. Die Messvorrichtung ist eingerichtet, um eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements durch Messung eines Spannungsabfalls an mindestens einem Messwiderstand an der ersten Elektrodenstruktur zu erfassen. Weiterhin umfasst die Steuereinheit mindestens eine erste Prüfvorrichtung. Die erste Prüfvorrichtung ist eingerichtet, die erste Elektrodenstruktur über die erste Zuleitung mit einem ersten Prüfsignal zu beaufschlagen, insbesondere schaltbar zu beaufschlagen, und ein erstes Antwortsignal der ersten Elektrodenstruktur über die zweite Zuleitung zu erfassen. Weiterhin kann die Steuereinheit mindestens eine zweite Prüfvorrichtung umfassen. Die zweite Prüfvorrichtung kann eingerichtet sein, die zweite Elektrodenstruktur insbesondere schaltbar mit einem zweiten Prüfsignal zu beaufschlagen und ein zweites Antwortsignal der zweiten Elektrodenstruktur zu erfassen. Control unit. The control unit comprises at least one measuring device. The measuring device is set up to detect a change in electrical properties of the sensor element caused by an accumulation of the particles on the electrode structure by measuring a voltage drop across at least one measuring resistor on the first electrode structure. Furthermore, the control unit comprises at least a first test device. The first test device is set up to apply a first test signal to the first electrode structure via the first supply line, in particular to apply it in a switchable manner, and to detect a first response signal of the first electrode structure via the second supply line. Furthermore, the control unit may comprise at least a second test device. The second test device can be set up to act on the second electrode structure in particular switchably with a second test signal and to detect a second response signal of the second electrode structure.
Unter einer„Sensoranordnung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, um mindestens eine Messgröße des Messgases zu erfassen. Unter einer „Sensoranordnung zur Erfassung von Partikeln eines Messgases“ kann dementsprechend im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche geeignet ist, die Partikel in dem Messgas qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen und welche beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Ansteuereinheit und geeignet ausgestalteten In the context of the present invention, a "sensor arrangement" can basically be understood to mean any device which is set up to detect at least one measured variable of the measurement gas. Accordingly, in the context of the present invention, a "sensor arrangement for detecting particles of a measuring gas" can basically be understood to mean any device which is suitable for qualitatively and / or quantitatively detecting the particles in the measuring gas and which, for example, with the aid of a suitable control unit and suitably designed
Elektroden mindestens ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Partikel erzeugen kann, wie beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Bei den erfassten Partikeln kann es sich insbesondere um Rußpartikel und/oder Staubpartikel handeln. Hierbei können DC-Signale und/oder AC-Signale verwendet werden. Des Weiteren kann beispielsweise zur Signalauswertung aus der Impedanz ein resistiver Anteil und/oder ein kapazitiver Anteil verwendet werden. Electrodes can generate at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles, such as a voltage or a current. The detected particles may in particular be soot particles and / or dust particles. In this case, DC signals and / or AC signals can be used. Furthermore, for example, for signal evaluation impedance, a resistive portion and / or a capacitive portion are used.
Die Sensoranordnung 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. Unter einem Abgas im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere gasförmige Abfallprodukte in einem Verbrennungsprozess zu verstehen, welche auch feste und/oder flüssige Beimischungen, beispielsweise in Form von Partikeln und/oder Tröpfchen, beinhalten können. Bei dem The sensor arrangement can be set up in particular for use in a motor vehicle. In particular, the measuring gas may be an exhaust gas of the motor vehicle. Other gases and gas mixtures are possible in principle. In the context of the present invention, an exhaust gas is understood in particular to mean gaseous waste products in a combustion process, which may also include solid and / or liquid admixtures, for example in the form of particles and / or droplets. In which
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. 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. For example, the measuring gas space may be an exhaust gas tract of an internal combustion engine, for example an internal combustion engine.
Unter einer Brennkraftmaschine im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine grundsätzlich beliebige Vorrichtung zu verstehen, welche einen Under an internal combustion engine according to the present invention is a basically arbitrary device to understand, which is a
Verbrennungsprozess unterstützen oder durchführen kann. Insbesondere kann es sich um eine Vorrichtung mit mindestens einer Brennkammer handeln. Can support or carry out the combustion process. In particular, it may be a device with at least one combustion chamber.
Insbesondere kann es sich um eine Wärmekraftmaschine handeln, mittels derer durch Verbrennung von mindestens einem Treibstoff chemische Energie in mechanische Energie umgewandelt wird. Als Beispiel sind Verbrennungsmotoren zu nennen, insbesondere Dieselmotoren. Auch andere Arten von In particular, it may be a heat engine, by means of which by combustion of at least one fuel chemical energy is converted into mechanical energy. As an example, internal combustion engines are mentioned, especially diesel engines. Also other types of
Verbrennungsmaschinen sind jedoch grundsätzlich einsetzbar. However, internal combustion engines are basically usable.
Unter Partikeln im Sinne der vorliegenden Erfindung sind im Rahmen der Erfindung allgemein Teilchen zu verstehen, welche im Vergleich zu dem betrachteten System, insbesondere der Verbrennungsmaschine oder einem Abgassystem derselben, eine kleine Dimension aufweisen. Insbesondere können die Partikel eine Partikelgröße oder mittlere Partikelgröße von weniger als einem Millimeter aufweisen, typischerweise von weniger als 1 Mikrometer. For the purposes of the present invention, particles within the scope of the invention are generally particles which have a small dimension in comparison with the system under consideration, in particular the internal combustion engine or an exhaust system of the same. In particular, the particles may have a particle size or average particle size of less than one millimeter, typically less than 1 micrometer.
Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 20 Nanometern bis 300 Nanometern handeln. Dabei kann es sich grundsätzlich um elektrisch isolierende und/oder auch um elektrisch leitfähige Partikel handeln, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikel. Ruß kann insbesondere ein schwarzer Feststoff sein, der zum größten Teil aus Kohlenstoff besteht. For example, the particles may be particles with an average particle size of 20 nanometers to 300 nanometers. In principle, these may be electrically insulating and / or electrically conductive particles, such as soot or dust particles. Soot can in particular a black solid, which consists for the most part of carbon.
Unter einem„Sensorelemenf kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche als In the context of the present invention, a "sensor element" can basically be understood to mean any device which can be used as a device
Funktionseinheit, beispielsweise für eine Sensoranordnung, dienen kann und als solche mindestens ein Messsignal erzeugen kann, beispielsweise das Function unit, for example, for a sensor arrangement, can serve and as such can generate at least one measurement signal, for example, the
mindestens eine elektrische Messsignal entsprechend der erfassten Partikel. at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles.
Unter einer„Elektrodenstruktur“ können im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein oder mehrere beliebige elektrische Leiter verstanden werden, welche für eine Strommessung und/oder eine Spannungsmessung geeignet sind, und/oder welche mindestens ein mit der Elektrodenstruktur in Kontakt stehendes Element mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagen können. Die Elektrodenstruktur kann insbesondere ein oder mehrere Elektrodenfinger aufweisen. Unter einem„Elektrodenfinger“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Ausformung der Elektrodenstruktur verstanden werden, deren Abmessung in einer Dimension eine Abmessung in mindestens einer anderen Dimension deutlich überschreitet, beispielsweise mindestens um einen Faktor 2, vorzugsweise mindestens um einen Faktor 3, besonders bevorzugt mindestens um einen Faktor 5. Der Elektrodenfinger kann insbesondere eine Elektrodenfingerform aufweisen. Beispielsweise kann die Elektrodenfingerform mindestens eine der folgenden Formen umfassen: eine Schleife, insbesondere eine offene oder geschlossene Schleife; eine Schlaufe, insbesondere eine offene oder geschlossene Schlaufe; eine Windung; eine Schlangenform; eine S-Form; eine Mäanderform. Unter einer Schleife kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Form verstanden werden, die eine Biegung aufweist. Insbesondere kann es sich dabei um eine starke Biegung handeln, so dass das die Biegung aufweisende Objekt eine Kreisform oder Spiralform aufweist. Die erste Elektrodenstruktur und/oder die zweite Elektrodenstruktur können insbesondere als durchgängige Schleifen ausgebildet sein. In the context of the present invention, an "electrode structure" can basically be understood as meaning any one or more electrical conductors which are suitable for current measurement and / or voltage measurement and / or which have at least one element in contact with the electrode structure with a voltage and / or can apply a current. The electrode structure may in particular comprise one or more electrode fingers. In the context of the present invention, an "electrode finger" can basically be understood to mean any shape of the electrode structure whose dimensions in one dimension clearly exceed a dimension in at least one other dimension, for example at least a factor of 2, preferably at least a factor of 3 preferably at least a factor of 5. The electrode finger may in particular have an electrode finger shape. For example, the electrode finger mold may comprise at least one of the following shapes: a loop, in particular an open or closed loop; a loop, in particular an open or closed loop; a turn; a snake shape; an S-shape; a meander shape. In the context of the present invention, a loop can basically be understood to mean a shape which has a bend. In particular, this may be a strong bend, so that the object having the bend has a circular or spiral shape. The first electrode structure and / or the second electrode structure may in particular be formed as continuous loops.
Die Bezeichnungen "erste Elektrodenstruktur" und "zweite Elektrodenstruktur" sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder The terms "first electrode structure" and "second electrode structure" are to be regarded as mere descriptions, without an order or
Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Elektrodenstrukturen und/oder zweiten Specify precedence and, for example, without excluding the possibility that several types of first electrode structures and / or second
Elektrodenstrukturen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Electrode structures or in each case exactly one type can be provided.
Weiterhin können zusätzliche Elektrodenstrukturen, beispielsweise ein oder mehrere dritte Elektrodenstrukturen vorhanden sein.  Furthermore, additional electrode structures, for example one or more third electrode structures may be present.
Die zweite Elektrodenstruktur kann eingerichtet sein für eine The second electrode structure may be configured for a
Temperaturmessung. Das Sensorelement kann weiterhin mindestens eine weitere Vorrichtung umfassen. Die weitere Vorrichtung kann insbesondere eine Heizvorrichtung sein. Weiterhin kann die weitere Vorrichtung mindestens eine Temperaturmessvorrichtung sein. Die zweite Elektrodenstruktur kann die weitere Vorrichtung ganz oder teilweise umfassen. Insbesondere können die zweite Elektrodenstruktur, und die weitere Vorrichtung in einen gemeinsamen Temperature measurement. The sensor element may further comprise at least one further device. The further device may in particular be a heating device. Furthermore, the further device may be at least one temperature measuring device. The second electrode structure may comprise all or part of the further device. In particular, the second electrode structure, and the further device in a common
Massezweig gelegt sein. Die zweite Elektrodenstruktur kann eingerichtet sein für eine Erfassung der Partikel des Messgases im Messgasraum. Weiterhin kann die zweite Elektrodenstruktur eingerichtet sein für eine Temperaturmessung. Eine jeweils gewünschte Funktionalität kann mittels Umschalten, beispielsweise mittels eines Schalters, insbesondere mittels eines Halbleiterschalters, eingestellt werden. Be laid down mass branch. The second electrode structure may be configured for detecting the particles of the measurement gas in the measurement gas space. Furthermore, the second electrode structure can be set up for a temperature measurement. A particular desired functionality can be adjusted by means of switching, for example by means of a switch, in particular by means of a semiconductor switch.
Die Begriffe„erste Zuleitung“ und "zweite Zuleitung" sind als reine The terms "first lead" and "second lead" are as pure
Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Zuleitungen und/oder zweiten Zuleitungen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Zuleitungen, beispielsweise ein oder mehrere dritte Zuleitungen vorhanden sein. Der Begriff„Zuleitung“ bezeichnet grundsätzlich eine beliebige elektrische Leitung welche für einen Transport von elektrischer Energie eingerichtet ist. Insbesondere kann es sich um eine leitende Verbindung zwischen elektrischen Bauelementen handeln. Die Zuleitung kann insbesondere ein oder mehrere metallische elektrische Leiter umfassen, in der Regel in Form von Drähten oder Litzen, aber auch von Bändern oder Schienen, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Auch andere Describe descriptions without indicating an order or ranking and, for example, without precluding the possibility that several types of first leads and / or second leads or just one type may be provided. Furthermore, additional supply lines, for example, one or more third leads may be present. The term "supply line" basically denotes any electrical line which is set up for the transport of electrical energy. In particular, it may be a conductive connection between electrical components. The supply line may in particular comprise one or more metallic electrical conductors, usually in the form of wires or strands, but also of strips or rails, for example of copper or aluminum. Others too
Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar. Embodiments are conceivable in principle.
Unter einer„Messvorrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist, mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Insbesondere kann es sich bei dem Messsignal um mindestens ein Messsignal der Sensoranordnung, insbesondere des Sensorelements, entsprechend der erfassten Messgröße handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Messsignal um mindestens ein elektrische Messsignal, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom, entsprechend der erfassten Partikel handeln. Die Messvorrichtung kann eingerichtet sein, um die erste Elektrodenstruktur mit einem elektrischen Basissignal zu beaufschlagen, wobei das erste Prüfsignal und/oder das zweite Prüfsignal dem elektrischen Basissignal überlagert ist. Die erste Prüfvorrichtung und/oder die zweite Prüfvorrichtung können an die Messvorrichtung koppelbar sein, sodass über das elektrische Element an das Prüfsignal von einem von der Messvorrichtung erzeugten elektrischen Basissignal überlagerbar ist. In the context of the present invention, a "measuring device" can basically be understood to mean any device which is set up to detect at least one electrical signal. In particular, it can be in the measurement signal by at least one measurement signal of the sensor arrangement, in particular of the sensor element, act according to the detected measured variable. In particular, the measuring signal may be at least one electrical measuring signal, for example a voltage or a current, corresponding to the detected particles. The measuring device can be set up to apply a basic electrical signal to the first electrode structure, wherein the first test signal and / or the second test signal is superimposed on the electrical base signal. The first test device and / or the second test device can be coupled to the measuring device, so that can be superimposed on the electrical signal to the test signal from an electrical base signal generated by the measuring device.
Unter einer„elektrischen Eigenschaft“ einer Vorrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Merkmal oder eine beliebige Beschaffenheit der Vorrichtung verstanden werden, welche mindestens eine elektrische Größe, beispielsweise eine Spannung oder einen Stromfluss, beeinflusst, wenn die Vorrichtung Teil eines elektrischen Stromkreises ist. In the context of the present invention, an "electrical property" of a device may in principle be understood to be any feature or arbitrary nature of the device which influences at least one electrical variable, for example a voltage or a current flow, if the device is part of an electrical circuit ,
Insbesondere kann es sich bei der elektrischen Eigenschaft um einen In particular, the electrical property may be one
Widerstand oder um eine Impedanz handeln. So können insbesondere elektrisch leitfähige Rußbrücken zwischen den Elektrodeneinrichtungen die elektrischen Eigenschaften der Elektrodenstruktur, insbesondere ihren Widerstand, beeinflussen. Resistor or act on an impedance. In particular, electrically conductive soot bridges between the electrode devices can influence the electrical properties of the electrode structure, in particular its resistance.
Unter einer„Prüfvorrichtung“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Vorrichtung verstanden werden, welche eingerichtet ist mindestens eine Eigenschaft, insbesondere den Funktionszustand, einer anderen Vorrichtung, insbesondere einer mit der Prüfvorrichtung elektrisch verbundenen Vorrichtung, zu kontrollieren oder zu überwachen. Die In the context of the present invention, a "test device" may in principle be understood as any device which is set up to control or monitor at least one property, in particular the functional state, of another device, in particular a device electrically connected to the test device. The
Bezeichnungen "erste Prüfvorrichtung" und "zweite Prüfvorrichtung" sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Prüfvorrichtungen und/oder zweiten Prüfvorrichtungen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Prüfvorrichtungen, beispielsweise ein oder mehrere dritte Prüfvorrichtungen vorhanden sein. Die erste Prüfvorrichtung und/oder die zweite Prüfvorrichtung können Designations "first tester" and "second tester" are to be considered as pure descriptions without indicating any order or ranking, for example, without precluding the possibility that several types of first test apparatuses and / or second test apparatuses, or just one type in each case, may be provided. Furthermore, additional test devices, for example, one or more third test devices may be present. The first test device and / or the second test device can
eingerichtet sein, Defekte der ersten Elektrodenstruktur bzw. der zweiten Elektrodenstruktur zu detektieren. Unter einem„Defekt“ einer Vorrichtung kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine Einschränkung oder ein Ausfall der Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung verstanden werden. be configured to detect defects of the first electrode structure and the second electrode structure. In the context of the present invention, a "defect" of a device can basically be understood to mean a restriction or a failure of the functional capability of the device.
Dementsprechend kann unter einem„Defekt der ersten Elektrodenstruktur bzw. der zweiten Elektrodenstruktur“ verstanden werden, dass das Sensorelement das mindestens eine Messsignal, beispielsweise das mindestens eine elektrische Messsignal entsprechend der erfassten Partikel, nicht oder nur eingeschränkt erzeugen kann, beispielsweise verzögert, nicht in der vorgesehenen Stärke oder nicht entsprechend der zu erfassenden Partikel. Insbesondere kann ein Bruch oder eine Beschädigung des mindestens einen ersten Elektrodenfingers oder des mindestens einen zweiten Elektrodenfingers oder eine fehlerhafte Accordingly, a "defect of the first electrode structure or of the second electrode structure" can be understood as meaning that the sensor element can not produce the at least one measurement signal, for example the at least one electrical measurement signal corresponding to the detected particles, for example delayed, not in the provided strength or not according to the particles to be detected. In particular, a break or damage of the at least one first electrode finger or the at least one second electrode finger or a faulty
Anordnung der Elektrodenfinger zueinander, beispielsweise in Form eines Kurzschlusses, zu dem Defekt des Sensorelements führen. Arrangement of the electrode fingers to each other, for example in the form of a short circuit, lead to the defect of the sensor element.
Unter einem„Prüfsignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges elektrisches Signal, insbesondere ein In the context of the present invention, a "test signal" may in principle be any electrical signal, in particular a
Spannungssignal oder ein Stromsignal, verstanden werden, mit dem eine Vorrichtung zum Zweck einer Überprüfung des Funktionszustands der Voltage signal or a current signal to be understood, with which a device for the purpose of checking the functional state of the
Vorrichtung beaufschlagt wird. Das erste Prüfsignal und/oder das zweite Device is acted upon. The first test signal and / or the second
Prüfsignal können zeitlich veränderbar oder auch konstant sein. Die erste Prüfvorrichtung und/oder die zweite Prüfvorrichtung können eingerichtet sein, um ein Antwortsignal der ersten Elektrodenstruktur bzw. der zweiten Test signal can be changed over time or constant. The first test device and / or the second test device may be configured to generate a response signal of the first electrode structure or of the second test device
Elektrodenstruktur zu erfassen und aus dem Antwortsignal auf einen To detect electrode structure and from the response signal to a
Funktionszustand der ersten Elektrodenstruktur bzw. der zweiten Functional state of the first electrode structure or the second
Elektrodenstruktur zu schließen. Unter einem„Antwortsignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein elektrisches Signal einer Close electrode structure. In the context of the present invention, a "response signal" may in principle be an electrical signal of a
Vorrichtung verstanden werden, welches durch ein dem Antwortsignal zeitlich vorausgehendes elektrisches Signal hervorgerufen wird, mit welchem die Vorrichtung oder eine andere mit ihr in elektromagnetischem Kontakt stehende Vorrichtung beaufschlagt wurde. Insbesondere kann es sich bei dem zeitlich dem Antwortsignal vorausgehenden elektrischen Signal um das Prüfsignal handeln. Device can be understood, which is caused by a response signal temporally preceding electrical signal to which the device or another device in electromagnetic contact with her was applied. In particular, the electrical signal preceding the response signal in time may be the test signal.
Der Begriff„schaltbar“ bezeichnet grundsätzlich, dass ein beliebiger The term "switchable" basically means that any one
Zusammenschluss von elektrischen Einzelelementen und/oder elektromechanischen Einzelelementen zu einer funktionsrechten Anordnung steuerbar ist. Der Zusammenschluss kann verwendbar sein durch einen elektrischen Strom durch die elektrischen Einzelelemente und/oder Association of individual electrical elements and / or electromechanical individual elements to a functionally correct arrangement is controllable. The combination may be usable by an electric current through the individual electrical elements and / or
elektromechanische Einzelelemente. Dabei können die elektrischen electromechanical individual elements. The electrical
Einzelelemente und/oder elektromechanische Einzelelemente durch ein oder mehrere elektrische Leitungen miteinander verbunden sein und mittels eines elektrischen Schalters kann zwischen zwei verschiedenen Zuständen gewechselt werden. In einem ersten Zustand können die elektrischen Einzelelemente und/oder elektromechanische Einzelelemente durch ein oder mehrere elektrische Leitungen miteinander verbunden sein und der Zusammenschluss kann derart eingerichtet sein, dass ein Strom durch die elektrischen Einzelelemente und/oder elektromechanische Einzelelemente fliest. In einem zweiten Zustand können die elektrischen Einzelelemente und/oder elektromechanische Einzelelemente nicht durch ein oder mehrere elektrische Leitungen miteinander verbunden sein und der Zusammenschluss kann derart eingerichtet sein, dass ein Stromfluss durch die elektrischen Einzelelemente und/oder elektromechanische Einzelelemente nicht stattfindet oder zumindest reduziert ist. Die Bezeichnungen„erster Zustand“ und„zweiter Zustand“ sind als reine Beschreibungen anzusehen, ohne eine Reihenfolge oder Rangfolge anzugeben und beispielsweise ohne die Möglichkeit auszuschließen, dass mehrere Arten von ersten Zuständen und/oder zweiten Zuständen oder jeweils genau eine Art vorgesehen sein kann. Weiterhin können zusätzliche Zustände, beispielsweise ein oder mehrere dritte Zustände vorhanden sein. Die erste Prüfvorrichtung kann mindestens einen elektrischen Schalter aufweisen. Die erste Prüfvorrichtung kann mindestens einen Individual elements and / or electromechanical individual elements by one or more electrical lines to be connected to each other and by means of an electrical switch can be changed between two different states. In a first state, the individual electrical elements and / or individual electromechanical elements can be connected to one another by one or more electrical lines and the connection can be set up in such a way that a current flows through the individual electrical elements and / or individual electromechanical elements. In a second state, the individual electrical elements and / or electromechanical individual elements can not be connected to one another by one or more electrical lines and the combination can be set up such that a current flow through the individual electrical elements and / or individual electromechanical elements does not take place or is at least reduced. The terms "first state" and "second state" are to be regarded as pure descriptions without indicating a sequence or precedence and, for example, without precluding the possibility that several types of first states and / or second states or in each case exactly one species may be provided. Furthermore, additional states, for example one or more third states may be present. The first test device may have at least one electrical switch. The first test device can be at least one
Lastwiderstand aufweisen. Der Begriff„Lastwiderstand“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen elektrischen Widerstand, welcher eingerichtet ist, eine elektrische Energiequelle und/oder eine elektrische Signalquelle zu belasten. Der Lastwiderstand kann eingerichtet sein, einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Leistung, die von einer Quelle geliefert werden, zu bestimmen und/oder einzustellen. Der Lastwiderstand kann daher auch ein Have load resistance. The term "load resistance" basically refers to any electrical resistance that is set up to load an electrical energy source and / or an electrical signal source. The load resistor may be configured to determine and / or adjust an electrical current and / or electrical power supplied by a source. The load resistor can therefore also a
Wechselstromwiderstand und/oder eine Impedanz sein, die sich aus einem Wirkwiderstand und einem Blindwiderstand zusammensetzt. Auch andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich denkbar. AC resistance and / or an impedance, which is composed of an effective resistance and a reactance. Other embodiments are conceivable in principle.
Wie bereits oben ausgeführt, kann die Steuereinheit weiterhin die zweite As already stated above, the control unit can continue the second
Prüfvorrichtung aufweisen. Die zweite Prüfvorrichtung kann eingerichtet sein die zweite Elektrodeneinrichtung mit dem zweiten Prüfsignal zu beaufschlagen, insbesondere schaltbar zu beaufschlagen, und ein zweites Antwortsignal der zweiten Elektrodeneinrichtung zu erfassen. Die zweite Prüfvorrichtung kann mindestens einen weiteren Lastwiderstand aufweisen. Have tester. The second test device can be set up second electrode means to act on the second test signal, in particular to apply switchable, and to detect a second response signal of the second electrode means. The second test device may have at least one further load resistor.
Die Steuereinheit kann weiterhin mindestens einen Messwiderstand umfassen. Der Begriff„Messwiderstand“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen The control unit may further comprise at least one measuring resistor. The term "measuring resistor" basically denotes any
Widerstand, welcher für eine Messung einer elektrischen Stromstärke verwendet werden kann. Ein elektrischer Strom, welcher eingerichtet ist, durch den Resistor, which can be used for a measurement of an electric current. An electric current, which is established by the
Messwiderstand zu fliesen, kann daher einen zu einer Stärke des elektrischen Stroms proportionalen Spannungsabfall verursachen. Der Messwiderstand kann einen Wechselstromwiderstand von 100 W bis 100 kQ aufweisen, vorzugsweise von 1 kQ bis 10 kQ. Der Messwiderstand kann daher auch als Messwiderstand, Shunt oder als Messshunt bezeichnet werden. Weiterhin kann der Tile resistor can therefore cause a proportional to a magnitude of the electric current voltage drop. The measuring resistor may have an AC resistance of 100 W to 100 KQ, preferably 1 KQ to 10 KQ. The measuring resistor can therefore also be called a measuring resistor, shunt or measuring shunt. Furthermore, the
Messwiderstand mindestens einen Operationsverstärker umfassen. Der Begriff „Operationsverstärker“ bezeichnet grundsätzlich einen beliebigen elektronischen Verstärker mit einer Verstärkung von 1 oder größer als 1. Die Messvorrichtung kann eingerichtet sein, den Spannungsabfall mittels des Operationsverstärkers zu erfassen. Measuring resistor comprise at least one operational amplifier. The term "operational amplifier" basically refers to any electronic amplifier having a gain of 1 or greater than 1. The measuring device may be configured to detect the voltage drop by means of the operational amplifier.
Die Sensoranordnung umfasst, wie bereits oben ausgeführt, die Steuereinheit.The sensor arrangement comprises, as already stated above, the control unit.
Die Steuereinheit umfasst, wie bereits oben ausgeführt, die Messvorrichtung, die erste Prüfvorrichtung und die zweite Prüfvorrichtung. Weiterhin kann die The control unit comprises, as already stated above, the measuring device, the first test device and the second test device. Furthermore, the
Steuereinheit mindestens eine elektrische Energiequelle sowie mindestens einen Prozessor oder Schaltkreis aufweisen, welcher eine Steuerungsfunktion und/oder Auswertungsfunktion mindestens eines mit der Sensoranordnung, insbesondere mit dem Sensorelement, erzeugten Messsignals und/oder Antwortsignals ausüben kann. Insbesondere kann die Messvorrichtung eingerichtet sein, um die erste Elektrodenstruktur und/oder die zweite Elektrodenstruktur mit einem elektrischen Basissignal zu beaufschlagen, wobei das erste Prüfsignal bzw. das zweite Prüfsignal dem elektrischen Basissignal überlagert sein kann. Unter einem„elektrischen Basissignal“ kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges elektrisches Signal verstanden werden, Control unit at least one electrical energy source and at least one processor or circuit which can perform a control function and / or evaluation function of at least one with the sensor array, in particular with the sensor element, generated measurement signal and / or response signal. In particular, the measuring device can be designed to apply an electrical base signal to the first electrode structure and / or the second electrode structure, wherein the first test signal or the second test signal can be superimposed on the electrical base signal. In the context of the present invention, an "electrical base signal" can basically be understood as meaning any electrical signal,
insbesondere ein Spannungssignal oder ein Stromsignal, mit dem eine in particular a voltage signal or a current signal with which a
Elektrodenstruktur beaufschlagt wird, insbesondere zu dem Zweck, ein elektrisches Messsignal gemäß der erfassten Partikel zu erzeugen. Insbesondere kann das elektrische Basissignal dazu dienen, die elektrischen Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Elektrodenstruktur, und damit auch die Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Elektrodenstruktur, zu erfassen. Da die durch die Anlagerung der Partikeln an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung der elektrischen Eigenschaften des Sensorelements, insbesondere der Elektrodenstruktur, dem Erfassen der Partikel dienen, kann das elektrische Basissignal insbesondere dem Zweck dienen, ein elektrisches Messsignal gemäß der erfassten Partikel zu erzeugen. Das elektrische Basissignal kann insbesondere ein kontinuierliches elektrisches Signal sein. Ferner kann die Messvorrichtung mindestens eine Spannungsquelle zur Beaufschlagung der Elektrodenstruktur mit einer Electrode structure is applied, in particular for the purpose of generating an electrical measurement signal according to the detected particles. In particular, the electrical base signal can serve to detect the electrical properties of the sensor element, in particular of the electrode structure, and thus also the change in the electrical properties of the sensor element, in particular of the electrode structure. Since the changes in the electrical properties of the sensor element, in particular the electrode structure, caused by the attachment of the particles to the electrode structure serve to detect the particles, the electrical base signal can serve in particular for generating an electrical measurement signal according to the detected particles. The basic electric signal may in particular be a continuous electrical signal. Furthermore, the measuring device can be at least one voltage source for acting on the electrode structure with a
Basisspannung und mindestens eine Strommessvorrichtung zur Messung eines Stroms der Elektrodenstruktur aufweisen. Insbesondere kann es sich bei der Basisspannung um das elektrische Basissignal handeln. Base voltage and at least one current measuring device for measuring a current of the electrode structure have. In particular, the base voltage may be the electrical base signal.
Die erste Prüfvorrichtung und/oder die zweite Prüfvorrichtung können mindestens eine elektrische Energiequelle aufweisen. Insbesondere können erste The first test device and / or the second test device may have at least one electrical energy source. In particular, first
Prüfvorrichtung und/oder die zweite Prüfvorrichtung mindestens eine Test device and / or the second test device at least one
Stromquelle und/oder Spannungsquelle aufweisen, insbesondere eine gepulste elektrische Energiequelle, zur Erzeugung des Prüfsignals. Insbesondere kann das erste Prüfsignal und/oder das zweite Prüfsignal mindestens ein Have current source and / or voltage source, in particular a pulsed electrical energy source, for generating the test signal. In particular, the first test signal and / or the second test signal can be at least one
Spannungssignal umfassen. Insbesondere können das erste Prüfsignal und/oder das zweite Prüfsignal eine Frequenz von mindestens 2 Hz aufweisen. Die erste Prüfvorrichtung und/oder die zweite Prüfvorrichtung können weiterhin mindestens eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Antwortsignals aufweisen, insbesondere eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Include voltage signal. In particular, the first test signal and / or the second test signal may have a frequency of at least 2 Hz. The first test device and / or the second test device may further comprise at least one detection device for detecting the response signal, in particular a voltage measuring device and / or a
Strommessvorrichtung. Die erste Prüfvorrichtung und/oder die zweite Current measuring device. The first test device and / or the second
Prüfvorrichtung können ferner mindestens ein elektrisches Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Kondensator; einer Kapazität; einem Widerstand; einer Spule; einem Spulenpaar. Insbesondere kann das elektrische Element die Prüfvorrichtung an die Messvorrichtung und/oder die Elektrodenstruktur koppeln, so dass über das elektrische Element das Prüfsignal dem von der Messvorrichtung erzeugten elektrischen Basissignal überlagerbar ist. Unter einem mäanderförmigen Verlauf kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger Verlauf verstanden werden, der mindestens eine S-Form oder mindestens eine Schlangenform oder mindestens eine Windung aufweist. Die Elektrodenfinger können insbesondere als durchgängige Schleifen ausgeführt sein. Die Sensoranordnung kann eingerichtet sein, einen elektrischen Durchgang der Elektroden zu überwachen. Test apparatus may further comprise at least one electrical element selected from the group consisting of: a capacitor; a capacity; a resistance; a coil; a coil pair. In particular, the electrical element can couple the test device to the measuring device and / or the electrode structure, so that the test signal can be superimposed on the electrical base signal generated by the measuring device via the electrical element. In the context of the present invention, a meander-shaped course can basically be understood to mean any course which has at least one S-shape or at least one snake-shape or at least one turn. The electrode fingers can be designed in particular as continuous loops. The sensor assembly may be configured to monitor an electrical continuity of the electrodes.
Weiterhin kann das Sensorelement einen Heizer umfassen. Insbesondere kann der Heizer eingerichtet sein, das Sensorelement, insbesondere die erste Elektrodeneinrichtung und die zweite Elektrodeneinrichtung von den Partikeln, insbesondere den Rußpartikeln, freizubrennen. Furthermore, the sensor element may comprise a heater. In particular, the heater can be set up to free the sensor element, in particular the first electrode device and the second electrode device, from the particles, in particular the soot particles.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum In a further aspect of the present invention, a method for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space
vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst eine Verwendung der Sensoranordnung, wie sie bereits beschrieben wurde oder im Folgenden noch beschrieben wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge. Auch eine andere Reihenfolge ist grundsätzlich möglich. Weiterhin können einer oder mehrere oder alle der Verfahrensschritte auch wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können zwei oder mehrere der proposed. The method comprises a use of the sensor arrangement, as has already been described or will be described below. The method comprises the following steps, preferably in the order given. Also a different order is possible. Furthermore, one or more or all of the method steps can also be carried out repeatedly. Furthermore, two or more of the
Verfahrensschritte auch ganz oder teilweise zeitlich überlappend oder gleichzeitig durchgeführt werden. Das Verfahren kann, zusätzlich zu den genannten Verfahrensschritten auch weitere Verfahrensschritte umfassen. Process steps are also completely or partially overlapping in time or performed simultaneously. The method may, in addition to the method steps mentioned, also comprise further method steps.
Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: The method comprises the following steps:
a) Erfassen mindestens eines Messsignals, wobei mittels des  a) detecting at least one measurement signal, wherein by means of
Messsignals eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements erfassbar ist; und  Measuring signal is detected by an accumulation of the particles on the electrode structure change in electrical properties of the sensor element can be detected; and
b) Durchführung mindestens einer Überprüfung eines  (b) carrying out at least one inspection of one
Funktionszustands mindestens einer Elektrodenstruktur ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: der ersten  Functional state of at least one electrode structure selected from the group consisting of: the first
Elektrodenstruktur, der zweiten Elektrodenstruktur.  Electrode structure, the second electrode structure.
Schritt b) kann insbesondere folgende Schritte umfassen: i. Beaufschlagen der ersten Elektrodenstruktur mit einem ersten Prüfsignal; Step b) may in particular comprise the following steps: i. Applying a first test signal to the first electrode structure;
ii. Erfassen eines Antwortsignals auf das erste Prüfsignal;  ii. Detecting a response signal to the first test signal;
iii. Auswerten des Antwortsignals und Erzeugen mindestens einer Information bezüglich eines Funktionszustands der ersten Elektrodenstruktur.  iii. Evaluating the response signal and generating at least one information regarding a functional state of the first electrode structure.
Weiterhin kann Schritt b) folgende Schritte umfassen: Furthermore, step b) may comprise the following steps:
I. Beaufschlagen der zweiten Elektrodenstruktur mit einem zweiten Prüfsignal; I. applying the second electrode structure with a second test signal;
II. Erfassen eines Antwortsignals auf das zweite Prüfsignal;  II. Detecting a response signal to the second test signal;
III. Auswerten des Antwortsignals und Erzeugen mindestens einer  III. Evaluating the response signal and generating at least one
Information bezüglich eines Funktionszustands der zweiten Elektrodenstruktur.  Information regarding a functional state of the second electrode structure.
Die Schritte l.-lll. können insbesondere während einer Temperaturmessung durchgeführt werden. Das zeitlich veränderliche erste Prüfsignal und/oder das zeitlich veränderliche zweite Prüfsignal in Schritt i. bzw. I. kann insbesondere mindestens ein Spannungssignal umfassen. Insbesondere kann das The steps l.-lll. can be performed in particular during a temperature measurement. The time-varying first test signal and / or the time-varying second test signal in step i. or I. may in particular comprise at least one voltage signal. In particular, that can
Spannungssignal mindestens ein Element umfassen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem kapazitiv erzeugten Spannungssignal; einem elektrisch, insbesondere resistiv, erzeugten Spannungssignals; einem induktiv erzeugten Spannungssignal. Weiterhin kann das Beaufschlagen der ersten Voltage signal comprise at least one element selected from the group consisting of: a capacitively generated voltage signal; an electrically, in particular resistively, generated voltage signal; an inductively generated voltage signal. Furthermore, the application of the first
Elektrodenstruktur und/oder zweiten Elektrodenstruktur mit einem ersten bzw. zweiten Prüfsignal in Schritt i. bzw. I. mit einer Frequenz von mindestens 2 Hz erfolgen. Ferner kann das Antwortsignal in Schritt ii. bzw. II. mindestens ein kapazitives Signal umfassen. Weiterhin kann das Auswerten des Antwortsignals in Schritt iii. bzw. III. ein Vergleichen des Antwortsignals mit einem vorgegebenen Antwortschwellenwert umfassen. Ferner kann in Schritt iii. bzw. III. die erste Elektrodenstruktur bzw. die zweite Elektrodenstruktur als intakt eingeordnet werden, wenn das Antwortsignal größer ist als der vorgegebene Schwellenwert, und die erste Elektrodenstruktur bzw. die zweite Elektrodenstruktur kann als fehlerhaft eingeordnet werden, wenn das Antwortsignal kleiner oder gleich dem vorgegebenen Antwortschwellenwert ist. Vorteile der Erfindung Electrode structure and / or second electrode structure with a first and second test signal in step i. or I. be carried out with a frequency of at least 2 Hz. Furthermore, the response signal in step ii. or II. comprise at least one capacitive signal. Furthermore, the evaluation of the response signal in step iii. or III. comprising comparing the response signal with a predetermined response threshold. Furthermore, in step iii. or III. the first electrode structure and the second electrode structure are classified as intact when the response signal is greater than the predetermined threshold, and the first electrode structure and the second electrode structure can be classified as erroneous if the response signal is less than or equal to the predetermined response threshold. Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Sensoranordnung und die beschriebenen Verfahren weisen gegenüber herkömmlichen Sensoranordnungen und Verfahren der genannten Art zahlreiche Vorteile auf. Die Sensoranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung kann grundsätzlich die gesetzliche CARB-Vorgabe„2 Hz Diagnose“ erfüllen. Weiterhin kann eine Rußmessstrecke überprüft werden. Bereits bekannte Sensoranordnungen können grundsätzlich einen The sensor arrangement according to the invention and the described methods have numerous advantages over conventional sensor arrangements and methods of the type mentioned. The sensor arrangement according to the present invention can basically meet the legal CARB specification "2 Hz diagnosis". Furthermore, a Rußmessstrecke be checked. Already known sensor arrangements can basically one
Abschlusswiderstand für eine Durchführung der 2 Hz Diagnose aufweisen. Have terminating resistor for performing the 2 Hz diagnosis.
Hierbei kann grundsätzlich ein eigentliches Sensorsignal überlagert werden einen mit hohen Leckstrom bzw. Offset aufweisen, welcher durch den  In this case, in principle, an actual sensor signal can be superimposed on one with a high leakage current or offset, which is caused by the
Abschlusswiderstand bedingt sein kann. Dies kann zu einer höheren Varianz einer Sensorauslösezeit führen. Das Verfahren zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Möglichkeit aufweisen, die zweite Elektrodeneinrichtung, insbesondere eine negative IDE-Elektrode in einen gemeinsamen Massezweig zu legen, insbesondere einen Heizer- und/oder Temperaturmäander- Massezweig und zweite Zuleitung der ersten Elektrodeneinrichtung kann als freiwerdende Leitung für eine IDE-Schleifendiagnose verwendet werden. Eine jeweils gewünschte Funktionalität wie eine Rußmessung, eine Temperaturmessung, ein Heizen, kann mittels Umschaltungen, beispielsweise mittels eines Halbleiterschalters, ermöglicht werden. Eine weitere gesetzliche Forderung ist grundsätzlich die sogenannte„Monitoring capability“. Hiernach soll grundsätzlich per Terminating resistor may be conditional. This can lead to a higher variance of a sensor trip time. The method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas chamber according to the present invention may have the possibility to place the second electrode device, in particular a negative IDE electrode in a common ground branch, in particular a heater and / or Temperaturmäander- mass branch and second supply line The first electrode device can be used as a liberated line for an IDE loop diagnosis. A particular desired functionality, such as a soot measurement, a temperature measurement, a heating, can be made possible by means of switching, for example by means of a semiconductor switch. Another legal requirement is basically the so-called "monitoring capability". After that should basically per
Eigendiagnose erkannt werden, ob eine Rußmessfähigkeit und damit die Empfindlichkeit der Sensorvorrichtung eingeschränkt ist. Die Self-diagnosis can be detected whether a soot measurement capability and thus the sensitivity of the sensor device is limited. The
Elektrodeneinrichtung kann grundsätzlich als durchgängige Schlangenstruktur ausgeführt werden. Eine mögliche Unterbrechung einzelner Teilbereiche kann dadurch grundsätzlich sofort erkannt werden. In principle, the electrode device can be designed as a continuous snake structure. A possible interruption of individual subregions can be recognized immediately.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Weitere Einzelheiten und optionale Merkmale der Erfindung sind in den Further details and optional features of the invention are disclosed in FIGS
Ausführungsbeispielen dargestellt, welche in den nachfolgenden Zeichnungen schematisch gezeigt sind. Illustrated embodiments, which are shown schematically in the following drawings.
Es zeigen: Figur 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Show it: Figure 1 shows an embodiment of an inventive
Sensoranordnung, und  Sensor arrangement, and
Figur 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen  Figure 2 is a flow chart of an inventive
Verfahrens zum Erfassen von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum.  Method for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Figure 1 shows an embodiment of an inventive
Sensoranordnung 110 zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum. Die Sensoranordnung 110 umfasst ein Sensorelement 112, wie in Figur 1 durch das gestrichelte Rechteck gekennzeichnet. Das Sensorelement 112 kann mindestens einen Rußpfad 114 umfassen. Das Sensorelement 112 umfasst mindestens eine erste Elektrodenstruktur 116 und mindesten eine zweite Elektrodenstruktur 120. Die erste Elektrodenstruktur 116 umfasst eine erste Zuleitung 118 und eine zweite Zuleitung 122. Die zweite Elektrodenstruktur 120 kann eine dritte Zuleitung 119 und eine vierte Zuleitung 121 umfassen. Die Sensoranordnung 110 umfasst weiterhin eine Steuereinheit 124. Die Sensor arrangement 110 for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space. The sensor arrangement 110 comprises a sensor element 112, as indicated in FIG. 1 by the dashed rectangle. The sensor element 112 may include at least one soot path 114. The sensor element 112 comprises at least a first electrode structure 116 and at least one second electrode structure 120. The first electrode structure 116 comprises a first supply line 118 and a second supply line 122. The second electrode structure 120 may comprise a third supply line 119 and a fourth supply line 121. The sensor arrangement 110 further comprises a control unit 124
Steuereinheit 124 weist mindestens eine Messvorrichtung 126 auf, wobei die Messvorrichtung 126 eingerichtet ist, um eine durch eine Anlagerung der Partikel an der ersten Elektrodenstruktur 116 bedingte Änderung elektrischer Control unit 124 has at least one measuring device 126, wherein measuring device 126 is set up to detect an electric change due to an attachment of the particles to first electrode structure 116
Eigenschaften des Sensorelements 112 zu erfassen. Hierfür kann insbesondere ein Messwiderstand 145 verwendet werden. Die Steuereinheit 124 umfasst weiterhin mindestens eine erste Prüfvorrichtung 128, welche eingerichtet ist, die erste Elektrodenstruktur 116 über die erste Zuleitung 118 mit mindestens einem ersten Prüfsignal zu beaufschlagen und ein Antwortsignal der ersten Characteristics of the sensor element 112 to detect. For this purpose, in particular a measuring resistor 145 can be used. The control unit 124 further comprises at least one first test device 128, which is set up to act on the first electrode structure 116 via the first supply line 118 with at least one first test signal and a response signal of the first
Elektrodenstruktur 116 über die erste Zuleitung 118 zu erfassen und aus dem Antwortsignal auf einen Funktionszustand der ersten Elektrodenstruktur 116 zu schließen. Die Steuereinheit 124 kann weiterhin mindestens eine zweite To detect electrode structure 116 via the first lead 118 and to close from the response signal to a functional state of the first electrode structure 116. The control unit 124 may further comprise at least a second
Prüfvorrichtung 130 umfassen, welche eingerichtet ist, die zweite Test apparatus 130, which is set up, the second
Elektrodenstruktur 120 mit mindestens einem zweiten Prüfsignal zu Electrode structure 120 with at least one second test signal too
beaufschlagen und ein Antwortsignal der zweiten Elektrodenstruktur 116 zu erfassen und aus dem Antwortsignal auf einen Funktionszustand der zweiten Elektrodenstruktur 120 zu schließen. Die erste Prüfvorrichtung 128 kann mindestens einen Lastwiderstand 140 aufweisen. Der Lastwiderstand kann eingerichtet sein, die erste Elektrodenstruktur 116 über die erste Zuleitung 118 schaltbar mit dem ersten Prüfsignal zu beaufschlagen. Der Lastwiderstand 140 kann mitels eines Schalters 142 mit der ersten Elektrodenstruktur 116 verbindbar sein. Weiterhin kann die Steuereinheit mindestens einen and to detect a response signal of the second electrode structure 116 and to close from the response signal to a functional state of the second electrode structure 120. The first test device 128 may include at least one load resistor 140. The load resistor can be set up to apply the first test signal to the first electrode structure 116 in a switchable manner via the first supply line 118. The load resistor 140 can be connectable to the first electrode structure 116 by means of a switch 142. Furthermore, the control unit can at least one
Operationsverstärker 144 und den Messwiderstand 145 umfassen. Der Operational amplifier 144 and the measuring resistor 145 include. The
Widerstand 145 und der Operationsverstärker 144 können eingerichtet sein, den Spannungsabfall zu erfassen. Resistor 145 and operational amplifier 144 may be configured to detect the voltage drop.
Weiterhin kann die Steuereinheit 124 mindestens eine elektrische Energiequelle, insbesondere eine Stromquelle und/oder eine Spannungsquelle 132, sowie mindestens einen Prozessor oder Schaltkreis aufweisen, welcher eine Furthermore, the control unit 124 may comprise at least one electrical energy source, in particular a current source and / or a voltage source 132, as well as at least one processor or circuit, which has a
Steuerungsfunktion und/oder Auswertungsfunktion mindestens eines mit der Sensoranordnung 110, insbesondere mit dem Sensorelement 112, erzeugten Messsignals und/oder Antwortsignals ausüben kann. Insbesondere können die Messvorrichtung 126 und die Prüfvorrichtung 128 jeweils ganz oder auch nur teilweise auf einem gemeinsamen Microcontoller 134 ausgebildet sein, welcher den Prozessor und/oder den Schaltkreis umfassen kann. Control function and / or evaluation function of at least one with the sensor array 110, in particular with the sensor element 112, generated measuring signal and / or response signal can exercise. In particular, the measuring device 126 and the test device 128 may each be formed entirely or only partially on a common microcontoller 134, which may comprise the processor and / or the circuit.
Durch die Anlagerung der Partikeln, insbesondere der elektrisch leitfähigen Rußpartikel, können sich zwischen der ersten Elektrodenstruktur 116 und der zweiten Elektrodenstruktur 120, elektrisch leitfähige Rußbrücken ausbilden, welche einen Stromfluss zwischen der ersten Elektrodenstrukturll6 und der zweiten Elektrodenstruktur 120 ermöglichen können. Diese Situation ist in den Figur 1 durch einen die erste Elektrodenstruktur 116 und die zweite As a result of the deposition of the particles, in particular of the electrically conductive soot particles, electrically conductive soot bridges can form between the first electrode structure 116 and the second electrode structure 120, which can facilitate a current flow between the first electrode structure II6 and the second electrode structure 120. This situation is illustrated in FIG. 1 by one of the first electrode structure 116 and the second one
Elektrodenstruktur 120 verbindenden Widerstand 136 dargestellt. Weiterhin kann das Sensorelement 112 einen Heizwiderstand 138 und einen Electrode structure 120 connecting resistor 136 shown. Furthermore, the sensor element 112, a heating resistor 138 and a
Temperaturmesswiderstand 139 umfassen. Insbesondere kann der Temperature measuring resistor 139 include. In particular, the
Heizwiderstand 138 eingerichtet sein, das Sensorelement 112, insbesondere die erste Elektrodenstruktur 116 und die zweite Elektrodenstruktur 120 von den Partikeln, insbesondere den Rußpartikeln, freizubrennen. Heating resistor 138 may be configured to free the sensor element 112, in particular the first electrode structure 116 and the second electrode structure 120 of the particles, in particular the soot particles.
Auch die erste Prüfvorrichtung 128 kann mindestens eine elektrische Also, the first test device 128 may be at least one electrical
Energiequelle aufweisen. Insbesondere kann die Prüfvorrichtung 128 die Spannungsquelle 132 aufweisen. Die Spannungsquelle 132 kann insbesondere eingerichtet sein, eine konstante Spannung zu erzeugen. Das Prüfsignal kann durch die erste Prüfvorrichtung 128 durch zuschalten und abschalten des Lastwiderstandes (140) erzeugt werden. Die erste Prüfvorrichtung 128 kann weiterhin mindestens eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Antwortsignals aufweisen, insbesondere eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. Die Steuereinheit 124, insbesondere die erste Prüfvorrichtung 128 und/oder die zweite Prüfvorrichtung 130 und/oder die Messvorrichtung 126, können insbesondere mindestens einen DC/DC- Konverter 143 aufweisen. Have energy source. In particular, the test apparatus 128 may include the voltage source 132. The voltage source 132 may in particular be designed to generate a constant voltage. The test signal may be generated by the first tester 128 by turning on and off the load resistor (140). The first test device 128 may further comprise at least one detection device for detecting the Have response signal, in particular a voltage measuring device and / or a current measuring device. The control unit 124, in particular the first test apparatus 128 and / or the second test apparatus 130 and / or the measuring apparatus 126, may in particular comprise at least one DC / DC converter 143.
Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum. Es kann hierbei eine Sensoranordnung 110 verwendet werden, welche zumindest teilweise der Sensoranordnung gemäß Figur 1 entspricht. Es kann daher auf dieFIG. 2 shows a flow chart of a method according to the invention for detecting particles of a measuring gas in a measuring gas space. In this case, it is possible to use a sensor arrangement 110 which at least partially corresponds to the sensor arrangement according to FIG. It can therefore be on the
Beschreibung der Figur 1 oben verwiesen werden. Description of Figure 1 above be referenced.
In Schritt 146 wird mindestens ein Messsignal erfasst, wobei mittels des In step 146, at least one measurement signal is detected, wherein by means of the
Messsignals eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements erfassbar ist.Measuring signal is determined by an attachment of the particles to the electrode structure change electrical properties of the sensor element can be detected.
Anschließend wird mindestens eine Überprüfung eines Funktionszustands der Elektrodenstruktur durchgeführt. Die Überprüfung umfasst in Schritt 148 ein Beaufschlagen der ersten Elektrodenstruktur mit einem ersten Prüfsignal. Es kann Schritt 150 durchgeführt werden, welcher ein Beaufschlagen der zweiten Elektrodenstruktur mit einem zweiten Prüfsignal umfasst. Nach Schritt 148 kann ein Antwortsignal auf das erste zeitlich veränderbare Prüfsignal erfasst werden, dargestellt als Schritt 152. Es kann nach Schritt 152 überprüft werden, ob ein Schwellwert überschritten ist, dargestellt als Schritt 154. Nach Schritt 150 kann ein Antwortsignal auf das zweite Prüfsignal erfasst werden, dargestellt als Schritt 156. Es kann nach Schritt 156 überprüft werden, ob ein Schwellwert Subsequently, at least one check of a functional state of the electrode structure is carried out. The check comprises, in step 148, applying a first test signal to the first electrode structure. Step 150 may be carried out, which comprises subjecting the second electrode structure to a second test signal. After step 148, a response signal to the first time-varying test signal may be detected, shown as step 152. It may be checked after step 152 if a threshold is exceeded, shown as step 154. After step 150, a response signal may be detected on the second test signal shown as step 156. It may be checked after step 156 whether a threshold
überschritten ist, dargestellt als Schritt 158. is exceeded, shown as step 158.

Claims

Ansprüche claims
1. Sensoranordnung (110) zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, wobei die Sensoranordnung (110) umfasst: A sensor arrangement (110) for detecting particles of a measurement gas in a measurement gas space, wherein the sensor arrangement (110) comprises:
• mindestens ein Sensorelement (112) mit mindestens einer ersten Elektrodenstruktur (116) und mindestens einer zweiten  • at least one sensor element (112) with at least one first electrode structure (116) and at least one second one
Elektrodenstruktur (120), wobei die erste Elektrodenstruktur (116) mindestens eine erste Zuleitung (118) und mindestens eine zweite Zuleitung (122) aufweist;  Electrode structure (120), wherein the first electrode structure (116) has at least a first supply line (118) and at least one second supply line (122);
• mindestens eine Steuereinheit (124), wobei die Steuereinheit (124) mindestens eine Messvorrichtung (126) umfasst;  • at least one control unit (124), wherein the control unit (124) comprises at least one measuring device (126);
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Messvorrichtung (126) eingerichtet ist, um eine durch eine  the measuring device (126) is arranged to move one through a
Anlagerung der Partikel zwischen der ersten Elektrodenstruktur (116) und der zweiten Elektrodenstruktur (120) bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements durch Messung eines  Accumulation of the particles between the first electrode structure (116) and the second electrode structure (120) conditional change of electrical properties of the sensor element by measuring a
Spannungsabfalls an mindestens einen Messwiderstand (145) an der ersten Elektrodenstruktur (116) zu erfassen; und  Detecting voltage drop across at least one sense resistor (145) on the first electrode structure (116); and
wobei die Steuereinheit (124) weiterhin mindestens eine erste  wherein the control unit (124) further comprises at least a first
Prüfvorrichtung (128) aufweist, wobei die erste Prüfvorrichtung (128) eingerichtet ist, die erste Elektrodenstruktur (116) über die zweite Zuleitung (122) mit einem ersten Prüfsignal zu beaufschlagen und ein erstes Antwortsignal der ersten Elektrodenstruktur (116) über die erste Zuleitung (118) zu erfassen.  Test device (128), wherein the first test device (128) is adapted to act on the first electrode structure (116) via the second supply line (122) with a first test signal and a first response signal of the first electrode structure (116) via the first supply line ( 118).
2. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die erste Prüfvorrichtung (128) eingerichtet ist, die erste Elektrodenstruktur (116) schaltbar mit einem ersten Prüfsignal zu beaufschlagen. 2. Sensor arrangement (110) according to the preceding claim, wherein the first test device (128) is arranged to switchably apply the first electrode structure (116) to a first test signal.
3. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Prüfvorrichtung (128) mindestens einen Lastwiderstand (140) aufweist, wobei der Lastwiderstand (140) eingerichtet ist, die erste Elektrodenstruktur (116) über die zweite Zuleitung (122) schaltbar mit dem ersten Prüfsignal zu beaufschlagen. 3. Sensor arrangement (110) according to one of the preceding claims, wherein the first test device (128) has at least one load resistor (140), wherein the load resistor (140) is arranged, the first electrode structure (116) via the second supply line (122) switchable to apply the first test signal.
4. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messvorrichtung (126) eingerichtet ist, den Spannungsabfall am Messwiderstand (145) mittels mindestens eines 4. Sensor arrangement (110) according to one of the preceding claims, wherein the measuring device (126) is set up, the voltage drop across the measuring resistor (145) by means of at least one
Operationsverstärkers (144) zu erfassen.  Operational amplifier (144) to detect.
5. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit (124) weiterhin mindestens eine zweite 5. Sensor arrangement (110) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (124) further comprises at least a second
Prüfvorrichtung (130) aufweist, wobei die zweite Prüfvorrichtung (130) eingerichtet ist, die zweite Elektrodenstruktur (120) mit einem zweiten Prüfsignal zu beaufschlagen und ein zweites Antwortsignal der zweiten Elektrodenstruktur (120) zu erfassen.  Testing device (130), wherein the second test device (130) is arranged to apply a second test signal to the second electrode structure (120) and to detect a second response signal of the second electrode structure (120).
6. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die zweite Elektrodenstruktur (120) eingerichtet ist für mindestens ein Verfahren ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Erfassen mindestens eines Messsignals, welches abhängig ist von einer 6. Sensor arrangement (110) according to the preceding claim, wherein the second electrode structure (120) is set up for at least one method selected from the group consisting of: detecting at least one measurement signal which depends on one
Anlagerung der Partikel (114) zwischen der ersten Elektrodenstruktur (116) und der zweiten Elektrodenstruktur (120); einer  Attachment of the particles (114) between the first electrode structure (116) and the second electrode structure (120); one
Temperaturmessung.  Temperature measurement.
7. Sensoranordnung (110) nach einem der beiden vorhergehenden 7. Sensor arrangement (110) according to one of the two preceding
Ansprüche, wobei das Sensorelement (112) weiterhin mindestens eine weitere Vorrichtung umfasst, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Heizvorrichtung (138), einer Temperaturmessvorrichtung, wobei die zweite Elektrodenstruktur (120) die weitere Vorrichtung ganz oder teilweise umfasst.  Claims, wherein the sensor element (112) further comprises at least one further device selected from the group consisting of: a heater (138), a temperature measuring device, wherein the second electrode structure (120) comprises the further device in whole or in part.
8. Verfahren zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem 8. A method for detecting particles of a measuring gas in one
Messgasraum, wobei eine Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:  Sample gas space, wherein a sensor arrangement (110) is used according to one of the preceding claims, wherein the method comprises the following steps:
a) Erfassen mindestens eines Messsignals, wobei mittels des  a) detecting at least one measurement signal, wherein by means of
Messsignals eine durch eine Anlagerung der Partikel an der Elektrodenstruktur bedingte Änderung elektrischer Eigenschaften des Sensorelements (112) erfassbar ist; und  Measuring signal is detected by an attachment of the particles to the electrode structure change electrical properties of the sensor element (112) can be detected; and
b) Durchführung mindestens einer Überprüfung eines  (b) carrying out at least one inspection of one
Funktionszustands mindestens einer Elektrodenstruktur ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: der ersten Functional state of at least one electrode structure selected from the group consisting of: the first
Elektrodenstruktur (116), der zweiten Elektrodenstruktur (120).  Electrode structure (116), the second electrode structure (120).
9. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei Schritt b) folgende Schritte umfasst: 9. Method according to the preceding claim, wherein step b) comprises the following steps:
i. Beaufschlagen der ersten Elektrodenstruktur (116) mit einem ersten Prüfsignal Erfassen eines Antwortsignals auf das erste Prüfsignal;  i. Applying a first test signal to the first electrode structure (116), detecting a response signal to the first test signal;
ii. Auswerten des Antwortsignals und Erzeugen mindestens einer Information bezüglich eines Funktionszustands der ersten Elektrodenstruktur (116).  ii. Evaluating the response signal and generating at least one information regarding a functional state of the first electrode structure (116).
10. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei Schritt b) folgende Schritte umfasst: 10. The method according to one of the two preceding claims, wherein step b) comprises the following steps:
I. Beaufschlagen der zweiten Elektrodenstruktur (120) mit einem zweiten Prüfsignal;  I. applying a second test signal to the second electrode structure (120);
II. Erfassen eines Antwortsignals auf das zweite Prüfsignal;  II. Detecting a response signal to the second test signal;
III. Auswerten des Antwortsignals und Erzeugen mindestens einer  III. Evaluating the response signal and generating at least one
Information bezüglich eines Funktionszustands der zweiten Elektrodenstruktur (120).  Information regarding a functional state of the second electrode structure (120).
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