DE102006015384A1 - Fluid e.g. particle-afflicted exhaust fluid, temperature sensing device, has sensing area with sensor element, thermally decoupled from substrate, and blowing element conducting portion of fluid and providing direct blowing for sensing area - Google Patents

Abstract

The device (10) has a substrate (30) such as ceramic substrate, and a sensing area (40), which is thermally decoupled from the substrate and arranged in such a manner that the sensing area is connected with the substrate by a rod. A blowing element conducts a portion of a fluid e.g. particle-afflicted exhaust fluid, from a motor vehicle engine to the sensing area, and provides a direct blowing of the sensing area. The sensing area has a sensor element such as thermocouple or resistive element.

Description

Stand der TechnikState of technology

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Temperatursensierung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der Druckschrift DE 101 49 333 A1 ist eine Sensorvorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit von Gasen bekannt, die eine auf einem Substrat angeordnete Widerstandsmessstruktur umfasst, wobei die Widerstandsmessstruktur mit einer Rußschicht zusammenwirkt und eine Temperaturmesseinrichtung vorgesehen ist. Nachteilig ist hieran, dass einerseits Temperatursensoren, die mit partikelbehafteten Fluiden in Kontakt geraten, zum einen eine gewisse Stabilität aufweisen müssen und deshalb teilweise recht massiv aufgebaut werden. Andererseits ist es jedoch damit verbunden, dass eine entsprechende thermische Trägheit resultiert bzw. eine nicht erwünschte thermische Kopplung an die Einbaustelle des Temperatursensors vorgesehen ist, die teilweise auch damit zusammenhängt, dass zumindest teilweise Materialien mit einer vergleichsweise hohen Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden müssen, etwa für Zuleitungsdrähte oder dergleichen. Aufgrund dieser Verhältnisse ist es so, dass bekannte Sensoren in der Regel eine schlechte Dynamik im Abgastemperatur-Messsignal aufweisen und daher für den Einsatz im Abgasstrang nur bedingt geeignet sind.The invention relates to a device for temperature sensing according to the preamble of the main claim. From the publication DE 101 49 333 A1 a sensor device for measuring the humidity of gases is known, which comprises a resistor measuring structure arranged on a substrate, wherein the resistance measuring structure cooperates with a soot layer and a temperature measuring device is provided. The disadvantage of this is that, on the one hand, temperature sensors, which come into contact with particle-laden fluids, on the one hand have to have a certain stability and therefore, in some cases, are constructed quite solid. On the other hand, however, it is associated with the fact that a corresponding thermal inertia results or an undesirable thermal coupling is provided to the installation point of the temperature sensor, which is partly related to the fact that at least partially materials with a relatively high thermal conductivity must be used, such as lead wires or similar. Because of these conditions, it is the case that known sensors generally have poor dynamics in the exhaust gas temperature measurement signal and are therefore only of limited suitability for use in the exhaust gas system.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperatursensierung in einem Fluid, insbesondere ein partikelbehaftetes Abgasfluid eines Verbrennungsvorgangs in einem Kraftfahrzeugmotor, mit einem Substrat und einem Sensierbereich gemäß dem Hauptanspruch hat demgegenüber den Vorteil, dass ein Aufbau vorgesehen ist, der aufgrund seiner Materialparameter und seiner Größe eine stark reduzierte thermische Masse aufweist. Dieser Begriff „thermische Masse" bezeichnet im Rahmen der vorliegenden Erfindung die zu erwärmende bzw. die abzukühlende Masse für die Durchführung der Temperatursensierung. Unter einem Fluid wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung entweder ein Gas oder eine Gasmischung oder eine Flüssigkeit oder eine Flüssigkeitsmischung oder eine Gas-Flüssigkeitsmischung verstanden, wobei das Fluid ferner insbesondere noch Partikel aufweisen kann. Erfindungsgemäß ist besonders vorteilhaft, dass neben einer reduzierten thermischen Masse und einer lediglich kleinen thermischen Ankopplung an die Einbaustelle darüber hinaus vorteilhafterweise auch eine sehr gute Ankopplung an das Abgas realisiert werden kann, wodurch ein schneller sowie kostengünstiger Abgastemperatursensor realisierbar ist.The inventive device for temperature sensing in a fluid, in particular a particulate one Exhaust fluid of a combustion process in an automotive engine, with a substrate and a Sensierbereich according to the main claim has the other hand Advantage that a structure is provided, due to its material parameters and its size one having greatly reduced thermal mass. This term "thermal Mass " in the context of the present invention, the mass to be heated or cooled for the execution the temperature sensing. Under a fluid is used in the present Invention either a gas or a gas mixture or a liquid or a liquid mixture or a gas-liquid mixture understood, wherein the fluid also more particularly particles can. According to the invention is particular advantageous that in addition to a reduced thermal mass and a mere small thermal coupling to the installation point beyond advantageously also realized a very good coupling to the exhaust which allows a faster and cheaper exhaust temperature sensor is feasible.

Besonders bevorzugt ist, dass der Steg durch wenigstens eine, bevorzugt eine Mehrzahl von Ausnehmungen aus dem Substrat gebildet vorgesehen ist, wobei vorzugsweise die Ausnehmungen rund vorgesehen sind. Hierdurch kann zum Einen eine sehr gute Ankopplung des Sensierbereichs an das Fluid bzw. an das zu messende Abgas erreicht werden und zum Anderen die thermische Ankopplung an die Einbaustelle reduziert werden.Especially preferred is that the web by at least one, preferably one A plurality of recesses formed from the substrate is provided, wherein preferably the recesses are provided round. hereby can on the one hand a very good coupling of Sensierbereichs the fluid or to the exhaust gas to be measured can be achieved and for Other reduced the thermal coupling to the installation point become.

Ferner ist es erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Stege vom Sensierbereich aus zum Substrat hin in einem ersten Stegbereich mit sich verkleinerndem Querschnitt und in einem zweiten Stegbereich mit sich vergrößerndem Querschnitt vorgesehen sind. Hierdurch ist es möglich, sowohl eine gute mechanische Stabilität der erfidungsgemäßen Vorrichtung zu realisieren als auch die thermischen Anforderungen zu erfüllen.Further it is inventively preferred that the webs from Sensierbereich from the substrate in a first Web area with decreasing cross-section and in a second Footbridge area with magnifying Cross section are provided. This makes it possible to have both a good mechanical stability the device according to the invention to realize as well as to meet the thermal requirements.

Ferner ist es bevorzugt, dass die Vorrichtung ein Anströmelement zur Leitung eines Teils des Fluids zum Sensierbereich aufweist. Hierdurch kann erfindungsgemäß besonders vorteilhaft vorgesehen sein, dass nicht erwünschte Partikel nicht in den Bereich des Sensierbereichs gelangen. Weiterhin kann durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung des Anströmelementes bzw. des Fluidstroms relativ zum Sensierbereich ein besonders guter thermischer Kontakt zwischen dem Sensierbereich und dem Fluid hergestellt werden, dessen Temperatur zu messen ist.Further It is preferred that the device is a flow element for guiding a Part of the fluid to Sensierbereich. This makes it possible according to the invention be advantageously provided that unwanted particles are not in the Reach the sensing area. Furthermore, by a corresponding geometric design of the inflow element or the fluid flow relative to the Sensierbereich a particularly good thermal contact between the Sensierbereich and the fluid produced whose temperature is to be measured.

Ferner ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der Sensierbereich eine thermische Masse aufweist, die kleiner als etwa 10 mg ist, bevorzugt kleiner als etwa 5 mg ist, besonders bevorzugt kleiner als etwa 2 mg ist und ganz besonders bevorzugt etwa 1,4 mg ist. Hierdurch kann ein besonders dynamischer und schneller Temperatursensor realisiert werden.Further is preferred according to the invention, the sensing region has a thermal mass that is smaller is greater than about 10 mg, preferably less than about 5 mg preferably less than about 2 mg, and most preferably is about 1.4 mg. This can be a particularly dynamic and faster Temperature sensor can be realized.

Erfindungsgemäß ist ferner bevorzugt, dass der Sensierbereich ein Sensorelement aufweist, insbesondere ein Thermoelement oder ein Widerstandselement. Hierdurch ist es erfindungsgemäß mit besonders kostengünstiger und beherrschter Technologie möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung als einen besonders genau messenden Temperatursensor auszubilden, wobei bekannte Sensor- bzw. Schaltungsprinzipien Verwendung finden können, etwa die Verwendung einer Wheatstone'schen Brückenschaltung.The invention is further preferred that the Sensierbereich comprises a sensor element, in particular a thermocouple or a resistive element. This is it according to the invention with particular cost-effective and controlled technology possible, the device according to the invention as a particularly accurate measuring temperature sensor, wherein known sensor or circuit principles are used can, about the use of a Wheatstone's Bridge circuit.

Erfindungsgemäß ist weiterhin besonders bevorzugt, dass das Substrat ein Keramiksubstrat ist bzw. dass das Substrat ein aus mehreren Lagen einer Keramikfolie aufgebautes Substrat ist, wobei bevorzugt eine Lage, besonders bevorzugt eine mittlere Lage, den Sensierbereich umfasst. Hierdurch kann eine besonders vorteilhafte mechanische Stabilität durch entsprechende Keramikmaterialien erzielt werden. Weiterhin ist es hierdurch auch möglich, eine Kombination eines erfindungsgemäßen Temperatursensors mit anderen in keramischer Mehrlagentechnik aufgebauten Sensoren, wie beispielsweise Ruß- und/oder Partikelsensoren, zu ermöglichen. Das Substratmaterial ist auf den jeweils vorgesehenen Temperaturbereich abzustimmen. Wegen der hohen Abgastemperaturen wird für Abgastemperatursensoren erfindungsgemäß ein Keramiksubstrat bevorzugt, wobei hierunter insbesondere Aluminiumoxid, Zirkuniumoxid bzw. LTCC (Low temperature cofired ceramics) fallen. Alternativ zu oder kombiniert mit einem Keramiksubstrat kann auch ein Leiterplattenmaterial Verwendung finden.According to the invention, it is further particularly preferred that the substrate is a ceramic substrate or that the substrate is a substrate made up of a plurality of layers of a ceramic film, wherein preferably one layer, particularly preferably one middle layer, comprises the sensing region. This allows a particularly advantageous mechanical stability achieved by appropriate ceramic materials who the. Furthermore, it is thereby also possible to enable a combination of a temperature sensor according to the invention with other sensors constructed in ceramic multi-layer technology, such as soot and / or particle sensors. The substrate material is to be matched to the particular temperature range provided. Because of the high exhaust gas temperatures, a ceramic substrate is preferred according to the invention for exhaust gas temperature sensors, with aluminum oxide, zirconium oxide or LTCC (low-temperature cofired ceramics) in particular being included here. As an alternative to or combined with a ceramic substrate, a printed circuit board material may also be used.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

Es zeigenIt demonstrate

1 bis 4 verschiedene schematische Darstellungen teilweise in einer Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperatursensierung in unterschiedlichen Aufbauvarianten. 1 to 4 various schematic representations partially in an exploded view of a device according to the invention for temperature sensing in different configurations.

5 schematische Darstellungen einer Draufsicht auf einen Ausschnitt der Vorrichtung zur Veranschaulichung möglicher Größenverhältnisse und 5 schematic representations of a plan view of a section of the device to illustrate possible proportions and

6 schematische Darstellungen einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 6 schematic representations of a use of the device according to the invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention

In den 1 bis 4 sind schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zur Temperatursensierung in einem Fluid dargestellt. Das Fluid ist in den 1 bis 4 der Einfachheit halber nicht dargestellt. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung 10 in perspektivischer Ansicht. 2 zeigt eine Explosionsdarstellung einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. 3 zeigt eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. 4 zeigt Draufsichten auf zwei Ausführungsvarianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. In den 1 bis 4 weist die Vorrichtung 10 ein Substrat 30 auf, welches bevorzugt als ein Keramiksubstrat vorgesehen ist, welches aus verschiedenen Lagen 31, 32, 33 einer Keramikfolie aufgebaut ist. Ferner weist die Vorrichtung einen Sensierbereich 40 auf, welcher in das Keramiksubstrat 30 bzw. in eine Lage 31 bis 33 des Substrates 30 eingebracht ist. Durch Ausnehmungen 45 in den verschiedenen Lagen 31 bis 33 wird der Sensierbereich 40 mit sehr einfachen Mitteln realisiert. Insbesondere können die Ausnehmungen 45 beispielsweise ausgestanzt werden, so dass eine große Variantenvielfalt bzw. eine große Anpassungsvielfalt an unterschiedliche Anforderungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 möglich ist. Innerhalb des Sensierbereichs bzw. auf einer Oberfläche des Sensierbereichs ist erfindungsgemäß ein Sensorelement 46 angeordnet, welches mittels einer Mehrzahl von Zuleitungsdrähten 47 mit Kontaktflächen 48 verbunden sind, die zu einer Außenseite des Substrats 30 geführt sind. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Sensierbereich 40 in einer mittleren Lage 32 des Substrats angeordnet (vgl. die erste Ausführungsvariante gemäß 2). Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. In 3 ist das Beispiel einer anderen Ausführungsvariante dargestellt, bei der die den Sensierbereich 40 aufweisende Lage 31 keine mittlere Lage des Substrats 30 darstellt. Erfindungsgemäß kann es auch vorgesehen sein (nicht dargestellt), dass diejenige Lage 31 bis 33, in der sich der Sensierbereich 40 befindet (in 2 die Lage 32, in 3 die Lage 31), keinerlei Ausnehmungen 45 aufweist, sondern lediglich die anderen Lagen 31 bis 33. In diesem Fall bildet gewissermaßen der Randbereich des Sensierbereichs 40 einen einzigen Steg gegenüber dem Substrat 30.In the 1 to 4 are schematic representations of various embodiments of a device according to the invention 10 shown for temperature sensing in a fluid. The fluid is in the 1 to 4 for the sake of simplicity not shown. 1 shows a schematic representation of the device 10 in perspective view. 2 shows an exploded view of a first embodiment of the device according to the invention 10 , 3 shows an exploded view of a second embodiment of the device according to the invention 10 , 4 shows plan views of two embodiments of the device according to the invention 10 , In the 1 to 4 has the device 10 a substrate 30 which is preferably provided as a ceramic substrate, which consists of different layers 31 . 32 . 33 a ceramic film is constructed. Furthermore, the device has a sensing region 40 which is in the ceramic substrate 30 or in a location 31 to 33 of the substrate 30 is introduced. Through recesses 45 in different positions 31 to 33 becomes the sensing area 40 realized with very simple means. In particular, the recesses 45 For example, be punched out, so that a large variety of variants or a large variety of adaptation to different requirements of the device according to the invention 10 is possible. Within the sensing region or on a surface of the sensing region is a sensor element according to the invention 46 arranged, which by means of a plurality of lead wires 47 with contact surfaces 48 connected to an outside of the substrate 30 are guided. In a particularly preferred embodiment, the Sensierbereich 40 in a middle position 32 of the substrate (see the first embodiment according to 2 ). However, this is not mandatory. In 3 is the example of another embodiment shown in which the Sensierbereich 40 exhibiting location 31 no middle layer of the substrate 30 represents. According to the invention, it can also be provided (not shown) that the one layer 31 to 33 in which the Sensierbereich 40 located (in 2 the location 32 , in 3 the location 31 ), no recesses 45 but only the other layers 31 to 33 , In this case, it effectively forms the edge area of the sensing area 40 a single bridge opposite the substrate 30 ,

In 5 ist schematisch eine Draufsicht auf weitere Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 dargestellt. Hierbei ist erkennbar, dass der Sensierbereich 40 mittels der Ausnehmungen 45 dadurch gebildet wird, dass die Ausnehmungen 45 Stege 41 zwischen dem Sensierbereich 40 und dem Rest des Substrats 30 belassen. Die Ausnehmungen 45 sind insbesondere als runde Ausnehmungen vorgesehen. Selbstverständlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass anders geformte Ausnehmungen 45 in das Material des Substrats 30 eingebracht werden, beispielsweise (nicht dargestellte) dreieckige, rechteckige, ovale oder mehreckige Ausnehmungen 45. Zur Veranschaulichung von möglichen Größenverhältnissen des Sensierbereichs 40 ist in 5 auf der linken Seite der Figur eine sogenannte Zweileiteranordnung eines Sensorelements 46 dargestellt und auf der rechten Seite der 5 eine sogenannte Vierleiteranordnung des Sensorelements 46 dargestellt. Das sensitive Element kann hierbei beispielsweise ein Thermoelement oder ein Widerstandselement mit einem negativen Temperaturkoeffizient oder einem positiven Temperaturkoeffizient oder auch aus Platin oder dergleichen vorgesehen sein. Die Ausnehmungen 45 belassen Stege 41 zwischen dem Sensierbereich 40 und dem Substrat 30. Bevorzugt sind die Ausnehmungen 45 derart vorgesehen, dass zum Einen im Wesentlichen gerundete Konturen zwischen dem Sensierbereich 40 und dem Substrat 30 entstehen, was die Anfälligkeit für thermomechanische Spannungen und Risse verringert. Weiterhin verjüngen sich die Stege 41 vom Sensierbereich 40 zum Substrat 30 hin in einem ersten Stegbereich 42 (in 5 mit gestrichelter Umrandung gekennzeichnet) und sie verbreitern sich in einem zweiten Stegbereich 43 (in 5 mit gestrichelter Umrandung gekennzeichnet).In 5 is a schematic plan view of further variants of the device according to the invention 10 shown. It can be seen that the Sensierbereich 40 by means of the recesses 45 is formed by the recesses 45 Stege 41 between the sensing area 40 and the rest of the substrate 30 leave. The recesses 45 are intended in particular as round recesses. Of course, it is also possible according to the invention that differently shaped recesses 45 in the material of the substrate 30 introduced, for example (not shown) triangular, rectangular, oval or polygonal recesses 45 , To illustrate possible size ratios of Sensierbereichs 40 is in 5 on the left side of the figure, a so-called two-wire arrangement of a sensor element 46 shown and on the right side of the 5 a so-called four-conductor arrangement of the sensor element 46 shown. The sensitive element may in this case be provided, for example, a thermocouple or a resistance element having a negative temperature coefficient or a positive temperature coefficient or else of platinum or the like. The recesses 45 leave footbridges 41 between the sensing area 40 and the substrate 30 , The recesses are preferred 45 provided such that on the one hand substantially rounded contours between the Sensierbereich 40 and the substrate 30 which reduces the susceptibility to thermo-mechanical stresses and cracks. Farther the footbridges rejuvenate 41 from the sensing area 40 to the substrate 30 in a first bridge area 42 (in 5 marked with dashed border) and they widen in a second land area 43 (in 5 marked with dashed border).

In 6 ist ein Anströmelement 50 in schematischer Darstellung zusammen mit einer Querschnittsdarstellung der Vorrichtung 10 abgebildet. Das Fluid 20 ist hierbei mittels eines von links kommenden Pfeils dargestellt. Das Anströmelement 50 weist eine erste Öffnung 51 auf und eine zweite Öffnung 52. Innerhalb des Anströmelementes 50 wird ein Teil des Fluids 20, welches insbesondere partikelbehaftet ist, vor dem Auftreffen auf den Sensierbereich 40 der Vorrichtung 10 umgelenkt. Hierbei werden Partikel, die sich ballistisch bewegen und die sich nicht gemäß den Diffusionsgesetzten bewegen, aus dem Strom des Fluids 20 ausgesondert. Auf den Sensierbereich 40 treffen dann lediglich noch vergleichsweise kleine Partikel auf, welche sich gemäß den Diffusionsgesetzten bewegen und die die Temperatursensierung erfahrungsgemäß nicht weiter beeinflussen. Das Anströmelement 50 weist insbesondere eine Anströmöffnung 55 auf, durch welche ein Teil des Fluids 20 auf den Sensierbereich 40 gerichtet wird. Die Strömungsverhältnisse im Bereich des Anströmelements 50 sind mittels der Strömungspfeile 20a, 20b und 20c veranschaulicht. Der Strömungspfeil 20a veranschaulicht den Eintritt eines Teils des Fluids 20 durch die erste Öffnung (51) in dem Anströmelement 50. Der weitere Strömungspfeil 20b bezeichnet den Strömungsverlauf durch die Anströmöffnung 55 und auf den Sensierbereich 40 zu, während der dritte Strömungspfeil 20c den Austritt des Fluids 20 aus der zweiten Öffnung 52 des Anströmelements 50 darstellt. Das Anströmelement auf der linken Seite der 6 ist als zweiwandiges Anströmelement 50 dargestellt, während auf der rechten Seite der 6 ein einwandiges Anströmelement schematisch im Querschnitt abgebildet ist. Bei dieser einwandigen Variante des Anströmelementes kommt ebenfalls das Fluid 20 von links, wird jedoch dann lediglich mit einer Umlenkung auf den Sensierbereich 40 durch die Anströmöffnung 55 gelenkt, welche im Wesentlichen auch die Funktion der ersten Öffnung 51 des Anströmelementes 50 gemäß der zweiwandigen Ausführungsform (vgl. linke Seite der 6) übernimmt. Auch bei der einwandigen Ausführung des Anströmelementes ist eine zweite Öffnung 52 vorgesehen, durch welche das Fluid 20 gemäß dem Strömungspfeil 20c aus dem Anströmelement 50 austritt.In 6 is a leading element 50 in a schematic representation together with a cross-sectional view of the device 10 displayed. The fluid 20 is shown here by means of an arrow from the left. The inflow element 50 has a first opening 51 on and a second opening 52 , Within the inflow element 50 becomes a part of the fluid 20 , which is particularly particulate, before hitting the Sensierbereich 40 the device 10 diverted. Here, particles that move ballistically and do not move in accordance with the diffusion set, from the flow of fluid 20 discarded. On the sensing area 40 then meet only comparatively small particles, which move in accordance with the diffusion set and experience, the temperature sensing not affect further. The inflow element 50 has in particular a flow opening 55 on, through which a part of the fluid 20 on the sensing area 40 is directed. The flow conditions in the area of the inflow element 50 are by means of flow arrows 20a . 20b and 20c illustrated. The flow arrow 20a illustrates the entry of a portion of the fluid 20 through the first opening ( 51 ) in the onflow element 50 , The further flow arrow 20b denotes the flow path through the inflow opening 55 and on the sensing area 40 to, while the third flow arrow 20c the exit of the fluid 20 from the second opening 52 of the pouring element 50 represents. The inflow element on the left side of the 6 is as a two-walled flow element 50 shown while on the right side of the 6 a single-walled inflow element is shown schematically in cross-section. In this single-walled variant of the inflow element also comes the fluid 20 from the left, but then only with a deflection on the Sensierbereich 40 through the inlet opening 55 which essentially also functions as the first opening 51 of the inflow element 50 according to the two-walled embodiment (see the left side of FIG 6 ) takes over. Also in the single-walled design of the inflow is a second opening 52 provided by which the fluid 20 according to the flow arrow 20c from the onflow element 50 exit.

Erfindungsgemäß ist es möglich, durch eine Materialreduktion, insbesondere durch eine reduzierte Foliendicke von verwendeten Keramikfolien, einer kleinen Fläche des Sensierbereichs 40 sowie einer Entkopplung des Sensierbereichs 40 vom restlichen Sensoraufbau eine große Dynamik des Sensors bzw. der Vorrichtung 10 zur Temperatursensierung zu realisieren. Hierdurch realisiert das Anströmelement 50 eine vergleichsweise direkte Anströmung des Fluids 20 auf den Sensierbereich 40 zu. Das Sensorelement 46 kann insbesondere als eine vergleichsweise kleine Struktur vorgesehen sein, die beispielsweise aufgedruckt vorgesehen ist. Als Materialien für das Sensorelement 46 kommen beispielsweise NTC-Materialien oder PTC-Materialien (negativer bzw. positiver Temperaturkoeffizient) in Frage, wobei jedoch Platinwiderstände prinzipiell ebenfalls geeignet sind. Als Sensorträger bzw. Substrat 30 kann erfindungsgemäß etwa ein Sensorstäbchen vergleichbar zu einer Lambdasonde verwendet werden. Die Ausnehmungen 45 im Sensierbereich sind derart ausgeführt, dass die Dicke des Sensierbereichs 40 auf die Folienstärke einer Keramikfolie reduziert ist, was bei Zirkoniumdioxid circa 240 Mikrometer entspricht. Eine solche Keramikfolie ist mit den Ausnehmungen 45 versehen, so dass als membranartige sensitive Fläche (Sensierbereich 40) nur von wenigen Stegen 41 gehalten wird. Über diese Stege 41 erfolgt die Kontaktierung des Sensorelementes 46. Es sind mindestens zwei. Stege 41 in der Regel notwendig, etwa für eine Zweileiter-Technik, die beispielsweise ausreichend ist für ein Thermoelement. Vier Stege sind jedoch erfindungsgemäß vorzuziehen, um mit ausreichender Isolationsfestigkeit auch eine Vierleiter-Technik für Widerstandsmessungen ermöglichen zu können, was beispielsweise für eine Platinwiderstandsmessung notwendig ist. Das Substrat 30 kann beispielsweise in Co-Sintertechnik aus Zirkoniumdioxid-Keramik hergestellt werden. Zirkoniumdioxid hat mit einer niedrigen Wärmeleitungseigenschaft und einer kleinen Wärmekapazität sehr gute Eigenschaften für eine besonders vorteilhafte Ausführung und ein vorteilhaftes Temperaturverhalten des sensitiven Bereichs 40 sowie eine thermisch kleine Ankopplung an den restlichen Sensor. Sinnvoll ist ein symmetrischer Aufbau aus mindestens drei Folien wie es der 2 entspricht. Möglich ist erfindungsgemäß jedoch auch eine Ausführung mit zwei Folien bzw. Lagen 31, 32. Das Aufbringen des Sensorelements 46 kann sowohl vor der Herstellung des Keramiksubstrats 30 als auch nach der Herstellung des Keramiksubstrats 30 erfolgen. Der Vorteil bei einer Realisierung des Sensorelements 46 nach der Herstellung des Keramiksubstrats liegt darin, dass Materialien verwendet werden können, die eine Sinterung bei etwa 1400°C nicht überstehen würden. Hierzu bieten sich Beschichtungsprozesse an, die berührungslos arbeiten, wie zum Beispiel Inkjet-Techniken. Solche Aufbringungstechniken können auch für nichtebene Flächen verwendet werden, wie dies im vorliegenden Fall vorliegt, wenn der Sensierbereich 40 in einer mittleren Keramiklage des Substrats 30 untergebracht ist. Es ist möglich, beispielsweise auf die Standardfoliendicke von 240 Mikrometer für die mittlere Folie im Drei-Folien-Aufbau zurückzugreifen. Die äußeren Folien 31, 33 können die gleiche Dicke aufweisen oder auch eine größere Dicke aufweisen. Kriterium für die Wahl aller Foliendicken bzw. Dicken der Lagen 31 bis 33 ist die thermomechanische Stabilität und die Prozesssicherheit bzw. die Handlingeigenschaften. Die dünnen bzw. sich verjüngenden Stege 41 verringern den Wärmefluss zum restlichen Sensoraufbau. Die Struktur des Sensorelements 46 ist vorteilhafterweise so gewählt, dass keine scharfen Kanten im Randbereich des Sensorelements 46 auftreten, welche zu thermomechanisch induzierten Spannungsspitzen, insbesondere bei einem Temperaturwechsel, und damit zum Versagen der Vorrichtung 10 führen könnten. Im angegebenen Beispiel ist mit einer Dicke einer Lage 31 bis 33 des Substrats 30 von etwa 240 Mikrometern und einer Größe des Sensierbereichs 40 von ca. 1 mm² eine thermische Masse von 1,4 mg oder darunter erreichbar ist, wodurch eine erfindungsgemäß vergrößerte Dynamik möglich ist.According to the invention, it is possible by a material reduction, in particular by a reduced film thickness of ceramic films used, a small area of Sensierbereichs 40 and a decoupling of Sensierbereichs 40 From the rest of the sensor structure a great dynamics of the sensor or the device 10 to realize the temperature sensing. This realizes the inflow element 50 a comparatively direct flow of the fluid 20 on the sensing area 40 to. The sensor element 46 may be provided in particular as a relatively small structure, which is provided for example printed. As materials for the sensor element 46 For example, NTC materials or PTC materials (negative or positive temperature coefficient) come into consideration, although platinum resistors are also suitable in principle. As a sensor carrier or substrate 30 For example, according to the invention it is possible to use, for example, a sensor rod comparable to a lambda probe. The recesses 45 in Sensierbereich are designed such that the thickness of Sensierbereichs 40 reduced to the film thickness of a ceramic film, which corresponds to zirconium dioxide about 240 microns. Such a ceramic foil is with the recesses 45 provided so that as a membrane-like sensitive surface (Sensierbereich 40 ) only a few bars 41 is held. About these bars 41 the contacting of the sensor element takes place 46 , There are at least two. Stege 41 usually necessary, for example, for a two-wire technique, which is sufficient for a thermocouple, for example. However, according to the invention, four webs are preferable in order to be able to provide a four-wire technique for resistance measurements with sufficient insulation resistance, which is necessary, for example, for a measurement of platinum resistance. The substrate 30 can be made of zirconia ceramic, for example, in co-sintering technology. Zirconia has very good properties with a low heat conduction property and a small heat capacity for a particularly advantageous embodiment and an advantageous temperature behavior of the sensitive area 40 and a thermally small coupling to the rest of the sensor. It makes sense to have a symmetrical construction of at least three foils like the 2 equivalent. However, according to the invention, an embodiment with two films or layers is also possible 31 . 32 , The application of the sensor element 46 can both before the preparation of the ceramic substrate 30 as well as after the preparation of the ceramic substrate 30 respectively. The advantage in a realization of the sensor element 46 After the manufacture of the ceramic substrate, it is possible to use materials which would not survive sintering at about 1400 ° C. Coating processes that work without contact, such as inkjet techniques, are suitable for this purpose. Such application techniques can also be used for non-planar surfaces, as in the present case, when the sensing region 40 in a middle ceramic layer of the substrate 30 is housed. It is possible, for example, to resort to the standard film thickness of 240 microns for the middle film in the three-film construction. The outer foils 31 . 33 can aufwei the same thickness sen or have a greater thickness. Criterion for the choice of all film thicknesses or thicknesses of the layers 31 to 33 is the thermo-mechanical stability and process reliability or handling properties. The thin or tapered webs 41 reduce the heat flow to the rest of the sensor assembly. The structure of the sensor element 46 is advantageously chosen so that no sharp edges in the edge region of the sensor element 46 which lead to thermomechanically induced voltage spikes, in particular during a temperature change, and thus to the failure of the device 10 could lead. In the example given is with a thickness of one layer 31 to 33 of the substrate 30 of about 240 microns and a size of the sensing region 40 of about 1 mm ^2, a thermal mass of 1.4 mg or less is achievable, whereby an inventively increased dynamics is possible.

Claims (9)

Vorrichtung (10) zur Temperatursensierung in einem Fluid (20), insbesondere ein partikelbehaftetes Abgasfluid eines Verbrennungsvorgangs in einem Kraftfahrzeugmotor, wobei die Vorrichtung (10) ein Substrat (30) und einen Sensierbereich (40) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensierbereich (40) vom Substrat (30) thermisch entkoppelt derart angeordnet ist, dass der Sensierbereich (40) lediglich über wenigstens ein Steg (41) mit dem Substrat (30) verbunden vorgesehen ist.Contraption ( 10 ) for temperature sensing in a fluid ( 20 ), in particular a particulate exhaust fluid of a combustion process in an automotive engine, wherein the device ( 10 ) a substrate ( 30 ) and a sensing area ( 40 ), characterized in that the sensing region ( 40 ) from the substrate ( 30 ) is thermally decoupled such that the sensing region ( 40 ) only via at least one web ( 41 ) with the substrate ( 30 ) is provided. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (41) durch wenigstens eine Ausnehmung (45) aus dem Substrat (30) gebildet vorgesehen sind, wobei vorzugsweise die Ausnehmung (45) rund vorgesehen ist.Contraption ( 10 ) according to claim 1, characterized in that the web ( 41 ) by at least one recess ( 45 ) from the substrate ( 30 ) are provided, wherein preferably the recess ( 45 ) is provided around. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (41) vom Sensierbereich (40) aus zum Substrat hin in einem ersten Stegbereich (42) mit sich verkleinerndem Querschnitt und in einem zweiten Stegbereich (43) mit sich vergrößerndem Querschnitt vorgesehen sind.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the webs ( 41 ) from the sensing area ( 40 ) from the substrate in a first land area ( 42 ) with decreasing cross section and in a second land area ( 43 ) are provided with increasing cross-section. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (10) ein Anströmelement (50) zur Leitung eines Teils des Fluids (20) zum Sensierbereich (40) aufweist.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 10 ) a inflow element ( 50 ) for conducting a portion of the fluid ( 20 ) to the sensing area ( 40 ) having. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Anströmelements (50) eine direkte Anströmung des Sensierbereichs (40) durch das Fluid (20) vorgesehen ist.Contraption ( 10 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that by means of the Anströmelements ( 50 ) a direct flow of Sensierbereichs ( 40 ) through the fluid ( 20 ) is provided. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensierbereich (40) eine thermische Masse auf weist, die kleiner als etwa 10 mg ist, bevorzugt kleiner als etwa 5 mg, besonders bevorzugt kleiner als etwa 2 mg, ganz besonders bevorzugt kleiner als oder etwa 1,4 mg.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensing region ( 40 ) has a thermal mass which is less than about 10 mg, preferably less than about 5 mg, more preferably less than about 2 mg, most preferably less than or about 1.4 mg. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensierbereich (40) ein Sensorelement (46) aufweist, insbesondere ein Thermoelement oder ein Widerstandselement.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the sensing region ( 40 ) a sensor element ( 46 ), in particular a thermocouple or a resistance element. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (30) ein Keramiksubstrat ist.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 30 ) is a ceramic substrate. Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (30) ein aus mehreren Lagen (31, 32, 33) einer Keramikfolie aufgebautes Substrat (30) ist, wobei eine Lage (32), bevorzugt eine mittlere Lage (32), den Sensierbereich (40) umfasst.Contraption ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate ( 30 ) one of several layers ( 31 . 32 . 33 ) a ceramic film constructed substrate ( 30 ), one layer ( 32 ), preferably a middle layer ( 32 ), the sensing area ( 40 ).