專利名稱：粒子傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及粒子傳感器以及用于運行該粒子傳感器的方法。
背景技術：
除了用于粒子測量的光學方法之外，公開了粒子傳感器，其通過在表面上在兩個 測量電極之間積聚的粒子的導電性測量來測量廢氣中的粒子含量。為了例如將液化的濕氣 對導電性的影響最小化，在較高的、恒定的溫度情況下進行該導電性測量。接著，這種粒子 傳感器周期性地通過熱學方法和/或電學方法來再生，其中所積聚的粒子通過所謂的“燒 盡(Freibrennen) ” 被去除。測量的精度通常是有限的，尤其在再生之后和在檢測到小的粒子數量情況下，因 為為了測量導電性必須首先在測量電極之間構造粒子橋。出版物DE 101 33 384 Al描述了一種粒子傳感器，其具有帶有集成的加熱元件的 承載層以及帶有印刷的測量電極的第二層。
發明內容
本發明的主題是一種用于檢測在氣流中的粒子的粒子傳感器，例如在廢氣流中尤 其是檢測炭黑粒子，該粒子傳感器包括膜片、膜片加熱裝置以及至少兩個設置在膜片上的 測量電極用于測量導電性，其中膜片具有小于或者等于50 μ m的厚度。在此，膜片尤其是理解為機械上穩定的、薄的層狀承載元件。由于膜片的小的厚度，所以有利地減少了其占整個被加熱的物質的部分，由此又 成比例地提高了粒子占整個被加熱的物質的部分并且能夠實現量熱法確定粒子量。由此， 又可以改進粒子傳感器的精度并且降低粒子傳感器對于環境影響如濕氣的橫向靈敏度。膜片優選由具有高的溫度穩定性和低的導電性的材料構造。膜片可以具有小于或者等于40 μ m、例如小于或等于20 μ m或者小于或等于10 μ m 的厚度。例如，膜片可以具有大于等于Iym至小于等于20 μ m的厚度，尤其是大于等于5 μ m 至小于等于10 μ m。這種厚度證明一方面有利于實現膜片的所測量的機械穩定性，另一方面 有利于實現盡可能低的熱容量。為了進一步降低熱容量，膜片此外可以是微結構化的。例如，膜片可以具有凹部用 于減小熱容量和/或具有強化的區域用于提高機械穩定性。膜片可以由多個層構建。換而言之，膜片可以構造為層系統。例如，膜片可以包括 一個或多個承載層，和/或一個或多個絕緣層和/或一個或多個功能層，例如加熱元件和/ 或傳感器元件如溫度傳感器或導熱性傳感器集成到其中的層。在此，膜片的厚度尤其是相 應于整個層系統的厚度。在粒子傳感器的一個實施形式的范圍中，膜片包括碳化硅(SiC)。碳化硅作為高的 溫度穩定性的材料用于構造膜片已證明是有利的。例如，膜片可以完全由碳化硅構造。然 而同樣可能的是，膜片由多個層構建，其中至少一個層包括碳化硅或者由其構造。
膜片加熱裝置可以集成到膜片中也可以構造在膜片表面上。在另一實施形式的范圍中，膜片加熱裝置集成到膜片中。例如，膜片可以由多個層 構建，其中一個層尤其是中間層包括膜片加熱裝置。通過這種方式，可以在膜片的兩個主面 上設置分別由至少兩個測量電極構成的測量電極系統用于導電性測量。特別地，可以在膜 片的兩個主面上設置不同地構造的測量電極系統，例如具有不同的測量電極距離的測量電 極系統。對此附加地或者可替換地，可以在膜片的兩個主面上設置其他傳感器元件，例如溫 度傳感器和/或質量流量傳感器和/或導熱性傳感器。在另一實施形式的范圍中，膜片加熱裝置構造在膜片表面上。特別地，可以在膜片 的主面上構造膜片加熱系統，其中在膜片的相對的主面上構造有測量電極。測量電極尤其是構造用于執行導電性測量，例如用于執行在測量電極之間的、尤 其是積聚在膜片上的粒子的與頻率相關的阻抗測量。例如，測量電極可以以相互交錯的、梳 狀電極的形式來構造并且形成所謂的叉指型測量電極系統。在此，可以針對炭黑粒子量的 不同的測量范圍來匹配所述電極的間距及其長度。優選的是，在這些電極之間實現大于等 于1 μ m至小于等于100 μ m的間距。膜片可以通過襯底來浮置(sctwebend)地保持。通過這種方式，可以減少加熱時 在傳感器的其他區域中的熱流失。例如，膜片可以在至少兩個尤其是相對的部位上通過襯 底浮置地保持。襯底同樣可以由具有高的溫度穩定性的材料構造。例如，襯底可以包括碳 化硅(SiC)或者由其構成。傳感器的分析電路和電子裝置可以集成到襯底中。這具有的優 點是，向外的電端子的數目被減少并且由此可以簡化結構技術和連接技術。在粒子傳感器的另一實施形式的范圍中，膜片表面催化粒子的分解和/或燃燒， 尤其是炭黑粒子的分解和/或燃燒。這可以通過合適地選擇膜片材料和/或通過由催化活 性材料制成的膜片涂層來保證。優選的是，在此催化活性膜片材料或者催化活性膜片涂層 此外是電絕緣的。在粒子傳感器的另一實施形式的范圍中，傳感器具有兩個或者更多個單元，尤其 是具有三個或者更多個單元，它們分別具有至少兩個設置在膜片上的用于導電性測量的測 量電極以及尤其是用于加熱所述單元的測量電極的膜片加熱裝置。膜片加熱裝置在此可以 同樣與已經闡述的那樣集成到膜片中或者設置在膜片表面上。基本上，各單元的測量電極和膜片加熱裝置可以彼此間隔地構造在共同的膜片上 或者其中。然而，為了避免由于熱流導致的測量誤差，優選的是每個單元具有自己的膜片， 尤其是具有小于或等于50 μ m的厚度的膜片。這種單元可以有利地在不同的溫度情況下工作，這可以有利地作用于粒子傳感器 的靈敏度。尤其是多個單元能夠實現測量的更好的時間分辨率。于是，例如可以是總是 (immer)多個單元在粒子積聚模式中，而另一單元在粒子測量模式中，并且積聚的粒子量通 過導電性測量和/或量熱法測量來確定并且此外可選地從所積聚的粒子部分地或者完全 地釋放。在粒子傳感器的另一實施形式的范圍中，各單元的膜片表面分別具有不同的催化 活性。例如，膜片表面可以將粒子、尤其是炭黑粒子的分解和/或燃燒不同強度地催化。這 例如可以導致粒子的不同的分解溫度和/或燃燒溫度，這又可以有利地影響氣流的組分的確定。
如已經闡述的那樣，其他的傳感器功能可以集成到粒子傳感器中。于是，例如膜片 加熱裝置可以通過特定的與溫度相關的電阻變化曲線也被考慮用于調節限定的溫度。作為 另外的例子，傳感器可以包括一個或多個溫度傳感器用于確定膜片溫度和/或環境溫度， 和/或包括一個或多個質量流量傳感器用于確定氣流的質量流量，和/或包括一個或多個 導熱性傳感器用于確定氣流的導熱性。通過這種方式，例如可以在經歷溫度分布曲線的情 況下由導熱性測量的結果給出關于氣流的組分、例如氣流的二氧化碳含量和/或含濕量的 進一步說明。本發明的另一主題是一種用于運行根據本發明的粒子傳感器的方法，其中在粒子 積聚模式中積聚粒子并且在粒子測量模式中通過導電性測量和/或量熱法測量來確定所 積聚的粒子量。通過量熱法測量，尤其是可以確定所積聚的粒子(尤其是炭黑顆粒)的燃燒熱和/ 或分解熱。量熱法測量在此可以基于加熱功率和膜片溫度的同時測量。在此，膜片溫度可 以通過膜片加熱裝置或者附加的膜片溫度傳感器來確定。尤其是可以在量熱法測量中經歷 加熱分布曲線。合乎目的的是，在加熱曲線的范圍中實現如下溫度在這些溫度情況下所積 聚的粒子、尤其是炭黑粒子被燃燒和/或分解。在此，膜片結構具有的優點是，溫度可以非 常快地被調制。這種量熱法測量在傳統的粒子傳感器的情況下由于粒子占整個被加熱的物 質的非常小的部分而是不可能的。通過根據本發明地使用膜片，減少了傳感器結構占整個 所加熱的物質的部分，由此成比例地提高了粒子占整個所加熱的物質的部分。為了提高確定粒子的精度，可以在粒子測量模式中通過量熱法測量、熱學測量和 電測量的組合來確定所積聚的粒子量。在該方法的一個實施形式的范圍中，進行與溫度分布曲線相關的導電性測量和/ 或導熱性測量。在溫度分布曲線的范圍中(例如在低溫情況下)也可以測量不同于要確定 的粒子的、其他的積聚的材料的導電性和/或導熱性，例如煙霧小滴中的濕度和/或流動 性。從這樣獲得的數據(這些數據例如給出關于粒子層中的潮濕程度的信息)中必要時可 以間接地確定粒子量。在該方法的另一實施形式的范圍中，積聚的粒子量間接地由不同于要確定的粒子 的其他的積聚的材料的導電性測量和/或導熱性測量的結果中來確定。在較高的溫度情況下，其他的積聚的材料如煙霧小滴中的濕氣和/或流動性于是 排出，使得導電性如在傳統的粒子傳感器情況下那樣通過所積聚的粒子量來確定。有利的是，可以通過測量確定的溫度范圍此外確定氣流的其他組分的至少一部 分，例如氣流的含濕量。這樣，氣流的其他組分的至少一部分，例如氣流的二氧化碳含量和 /或含濕量可以通過與溫度分布曲線相關的導電性測量和/或導熱性測量來確定。粒子傳感器的再生、即粒子傳感器從所積聚的粒子中的釋放(Befreiimg)、所謂的 “燒盡”可以在粒子測量模式的范疇中以及在隨后的再生模式的范疇中進行。因為膜片的快速的溫度控制是可能的，所以所積聚的粒子尤其是通過加熱連同同 時的導電性測量而不僅可以完全地被去除，而且還可以被去除到除了限定的殘留物。換而 言之，積聚的粒子可以被部分地去除，使得維持在測量電極之間的粒子橋的最少量。通過這 種方式，可以在測量電極之間維持粒子橋的最少量，并且由此保持確定的基本導電性和確 定的基本電阻。這具有的優點是，可以立即通過導電性變化或者電阻變化來繼續測量新的粒子積聚，而無需首先在測量電阻之間構造導電橋，這尤其是在低的粒子濃度情況下會是 耗時的。在該方法的另一實施形式的范圍中，粒子傳感器具有兩個或者更多個的已經說明 的單元，其中一個單元在粒子測量模式中，而一個或者多個其他的單元在粒子積聚模式中。
根據本發明的主題的其他優點和有利的擴展方案通過附圖示出并且在下面的描 述中說明。在此要注意的是，附圖僅僅具有說明性的特點，并且并非旨在將本發明以任何形 式限定。其中圖1示出了通過根據本發明的粒子傳感器的一個實施形式的示意性橫截面圖。
具體實施例方式圖1示出了粒子傳感器包括膜片1，設置在膜片1上的膜片加熱裝置2，以及兩 個設置在膜片1上的測量電極3、4用于測量導電性。在此，膜片加熱裝置2和測量電極3、 4在所示的實施形式中設置在膜片1的相對的側上。圖1此外示出了膜片1在兩個相對的 部位通過襯底5來浮置地保持。
權利要求
1.一種用于檢測氣流中的粒子的粒子傳感器，包括-膜片(1)，-膜片加熱裝置O)，和-至少兩個設置在所述膜片(1)上的用于測量導電性的測量電極(3，4)，其中所述膜片(1)具有小于或等于50 μ m的厚度(d)。
2.根據權利要求1所述的粒子傳感器，其特征在于，所述膜片(1)包含碳化硅。
3.根據權利要求1或2所述的粒子傳感器，其特征在于，所述膜片加熱裝置O)-集成到所述膜片(1)中，或者-構造在膜片表面上。
4.根據權利要求1至3之一所述的粒子傳感器，其特征在于，膜片表面催化粒子、尤其 是炭黑粒子的分解和/或燃燒。
5.根據權利要求1至4之一所述的粒子傳感器，其特征在于，該傳感器具有兩個或者更 多個單元，它們分別具有至少兩個設置在膜片(1)上的用于測量導電性的測量電極(3，4) 和膜片加熱裝置(2)。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，各單元的膜片表面具有不同的催化活性。
7.一種用于運行根據權利要求1至6之一所述的粒子傳感器的方法，其中-在粒子積聚模式中積聚粒子，以及-在粒子測量模式中通過導電性測量和/或量熱法測量來確定積聚的粒子量。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，進行與溫度分布曲線相關的導電性測量 和/或導熱性測量。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所積聚的粒子量間接地從不同于要確 定的粒子的、其他的積聚的材料的導電性測量和/或導熱性測量的結果中確定。
10.根據權利要求7至9之一所述的利用根據權利要求5或6所述的粒子傳感器的方 法，其特征在于，一個單元在粒子測量模式中，而一個或者多個另外的單元在粒子積聚模式 中。
全文摘要
本發明涉及一種粒子傳感器，其包括膜片(1)，膜片加熱裝置(2)，和至少兩個設置在膜片(1)上的用于測量導電性的測量電極(3，4)，其中膜片(1)具有小于或等于50μm的厚度(d)，以便能夠實現用量熱法確定粒子量。
文檔編號G01N15/06GK102072850SQ20101054129
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月5日 優先權日2009年11月6日
發明者A·克勞斯, T·富克斯 申請人:羅伯特·博世有限公司