[发明专利]粒子传感器

说明书

技术领域

本发明涉及粒子传感器以及用于运行该粒子传感器的方法。

背景技术

除了用于粒子测量的光学方法之外，公开了粒子传感器，其通过在表面上在两个测量电极之间积聚的粒子的导电性测量来测量废气中的粒子含量。为了例如将液化的湿气对导电性的影响最小化，在较高的、恒定的温度情况下进行该导电性测量。接着，这种粒子传感器周期性地通过热学方法和/或电学方法来再生，其中所积聚的粒子通过所谓的“烧尽(Freibrennen)”被去除。

测量的精度通常是有限的，尤其在再生之后和在检测到小的粒子数量情况下，因为为了测量导电性必须首先在测量电极之间构造粒子桥。

出版物DE 101 33 384 A1描述了一种粒子传感器，其具有带有集成的加热元件的承载层以及带有印刷的测量电极的第二层。

发明内容

本发明的主题是一种用于检测在气流中的粒子的粒子传感器，例如在废气流中尤其是检测炭黑粒子，该粒子传感器包括膜片、膜片加热装置以及至少两个设置在膜片上的测量电极用于测量导电性，其中膜片具有小于或者等于50μm的厚度。

在此，膜片尤其是理解为机械上稳定的、薄的层状承载元件。

由于膜片的小的厚度，所以有利地减少了其占整个被加热的物质的部分，由此又成比例地提高了粒子占整个被加热的物质的部分并且能够实现量热法确定粒子量。由此，又可以改进粒子传感器的精度并且降低粒子传感器对于环境影响如湿气的横向灵敏度。

膜片优选由具有高的温度稳定性和低的导电性的材料构造。

膜片可以具有小于或者等于40μm、例如小于或等于20μm或者小于或等于10μm的厚度。例如，膜片可以具有大于等于1μm至小于等于20μm的厚度，尤其是大于等于5μm至小于等于10μm。这种厚度证明一方面有利于实现膜片的所测量的机械稳定性，另一方面有利于实现尽可能低的热容量。

为了进一步降低热容量，膜片此外可以是微结构化的。例如，膜片可以具有凹部用于减小热容量和/或具有强化的区域用于提高机械稳定性。

膜片可以由多个层构建。换而言之，膜片可以构造为层系统。例如，膜片可以包括一个或多个承载层，和/或一个或多个绝缘层和/或一个或多个功能层，例如加热元件和/或传感器元件如温度传感器或导热性传感器集成到其中的层。在此，膜片的厚度尤其是相应于整个层系统的厚度。

在粒子传感器的一个实施形式的范围中，膜片包括碳化硅(SiC)。碳化硅作为高的温度稳定性的材料用于构造膜片已证明是有利的。例如，膜片可以完全由碳化硅构造。然而同样可能的是，膜片由多个层构建，其中至少一个层包括碳化硅或者由其构造。

膜片加热装置可以集成到膜片中也可以构造在膜片表面上。

在另一实施形式的范围中，膜片加热装置集成到膜片中。例如，膜片可以由多个层构建，其中一个层尤其是中间层包括膜片加热装置。通过这种方式，可以在膜片的两个主面上设置分别由至少两个测量电极构成的测量电极系统用于导电性测量。特别地，可以在膜片的两个主面上设置不同地构造的测量电极系统，例如具有不同的测量电极距离的测量电极系统。对此附加地或者可替换地，可以在膜片的两个主面上设置其他传感器元件，例如温度传感器和/或质量流量传感器和/或导热性传感器。

在另一实施形式的范围中，膜片加热装置构造在膜片表面上。特别地，可以在膜片的主面上构造膜片加热系统，其中在膜片的相对的主面上构造有测量电极。

测量电极尤其是构造用于执行导电性测量，例如用于执行在测量电极之间的、尤其是积聚在膜片上的粒子的与频率相关的阻抗测量。例如，测量电极可以以相互交错的、梳状电极的形式来构造并且形成所谓的叉指型测量电极系统。在此，可以针对炭黑粒子量的不同的测量范围来匹配所述电极的间距及其长度。优选的是，在这些电极之间实现大于等于1μm至小于等于100μm的间距。

膜片可以通过衬底来浮置(schwebend)地保持。通过这种方式，可以减少加热时在传感器的其他区域中的热流失。例如，膜片可以在至少两个尤其是相对的部位上通过衬底浮置地保持。衬底同样可以由具有高的温度稳定性的材料构造。例如，衬底可以包括碳化硅(SiC)或者由其构成。传感器的分析电路和电子装置可以集成到衬底中。这具有的优点是，向外的电端子的数目被减少并且由此可以简化结构技术和连接技术。

在粒子传感器的另一实施形式的范围中，膜片表面催化粒子的分解和/或燃烧，尤其是炭黑粒子的分解和/或燃烧。这可以通过合适地选择膜片材料和/或通过由催化活性材料制成的膜片涂层来保证。优选的是，在此催化活性膜片材料或者催化活性膜片涂层此外是电绝缘的。