DE102017208849A1

DE102017208849A1 - Particle sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number: DE102017208849A1
Application number: DE102017208849.4A
Authority: DE
Inventors: Radoslav Rusanov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-05-24
Filing date: 2017-05-24
Publication date: 2018-11-29
Also published as: CN110678732A; EP3631413A1; KR20200011423A; WO2018215214A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) mit einem Grundkörper (110), einer Partikelaufladeeinrichtung (120) zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110) strömenden Fluidstrom (A1), und einer Trap-Elektrode (130) zum Ablenken geladener Teilchen des Fluidstroms (A1), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (120) und die Trap-Elektrode (130) auf der ersten Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110) angeordnet sind.The invention relates to a particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) having a base body (110), a particle charging device (120) for charging particles in a fluid flow (A1 ), and a trap electrode (130) for deflecting charged particles of the fluid flow (A1), wherein the particle charging device (120) and the trap electrode (130) are disposed on the first surface (110a) of the main body (110).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Partikelsensors.The invention relates to a particle sensor and a method for producing such a particle sensor.

Aus der WO 2013/125181 A1 ist ein Partikelsensor für den Einsatz in Kraftfahrzeugen bekannt. Der bekannte Partikelsensor weist einen komplexen Schichtaufbau mit einer Vielzahl von einzelnen Schichten vergleichsweise komplexer Geometrie auf.From the WO 2013/125181 A1 is a particle sensor known for use in motor vehicles. The known particle sensor has a complex layer structure with a multiplicity of individual layers of comparatively complex geometry.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelsensor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er einen einfacheren Aufbau aufweist und kostengünstig zu fertigen ist.Accordingly, it is an object of the present invention to improve a particle sensor of the type mentioned in that it has a simpler structure and is inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird durch den Partikelsensor nach Patentanspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist einen Grundkörper auf, eine Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche des Grundkörpers strömenden Fluidstrom, und eine Trap-Elektrode zum Ablenken geladener Teilchen des Fluidstroms. Vorteilhaft sind die Partikelaufladeeinrichtung und die Trap-Elektrode auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau und eine kostengünstige Fertigung ergibt.This object is achieved by the particle sensor according to claim 1. The particle sensor according to the invention has a main body, a particle charging device for charging particles in a fluid flow flowing over a first surface of the main body, and a trap electrode for deflecting charged particles of the fluid flow. Advantageously, the particle charging device and the trap electrode are arranged on the first surface of the base body, resulting in a particularly simple construction and cost-effective production.

Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen.For example, the fluid stream may be an exhaust gas stream of an internal combustion engine of a motor vehicle. For example, the particles may be soot particles, such as those produced as part of combustion of fuel by an internal combustion engine.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper ein Substratelement auf bzw. ist aus einem Substratelement gebildet. Besonders bevorzugt ist der Grundkörper aus einem im wesentlichen planaren Keramiksubstrat gebildet. Der Grundkörper kann beispielsweise eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform mit einer Breite und einer Länge aufweisen, wobei eine Höhenabmessung bezüglich der Breite und der Länge vergleichsweise klein ist. Weiter bevorzugt ist die erste Oberfläche, auf der erfindungsgemäß die Partikelaufladeeinrichtung und die Trap-Elektrode angeordnet sind, eine Außenoberfläche des Grundkörpers.In a preferred embodiment, the base body has a substrate element or is formed from a substrate element. Particularly preferably, the base body is formed from a substantially planar ceramic substrate. By way of example, the basic body can have a substantially cuboidal basic shape with a width and a length, wherein a height dimension is comparatively small with respect to the width and the length. More preferably, the first surface, on which according to the invention the particle charging device and the trap electrode are arranged, an outer surface of the base body.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Partikelaufladeeinrichtung eine Hochspannungselektrode zur Erzeugung einer Korona-Entladung auf. Die Korona-Entladung ermöglicht eine Aufladung von Partikeln oder allgemein Teilchen, z.B. auch von Gasen, aus dem Fluidstrom bzw. Abgasstrom in einem Raum um die Hochspannungselektrode. Damit werden zum einen Partikel direkt beim Durchströmen eines im Bereich der ersten Oberfläche befindlichen Raumes geladen, in dem die Korona-Entladung stattfindet. Zum anderen werden Partikel über aufgeladene Teilchen des Gas- bzw. Abgasstroms geladen, wobei der Gas- bzw. Abgasstrom direkt beim Durchströmen des Raumes im Bereich der Hochspannungselektrode geladen wurde. Dies verbessert insgesamt die Wirksamkeit der Aufladung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hochspannungselektrode wenigstens eine nadelförmige Elektrode bzw. Spitze auf.In a further advantageous embodiment, the particle charging device has a high-voltage electrode for generating a corona discharge. The corona discharge allows for charging of particles or generally particles, e.g. also of gases, from the fluid flow or exhaust gas flow in a space around the high-voltage electrode. Thus, on the one hand, particles are charged directly as they flow through a space located in the region of the first surface, in which the corona discharge takes place. On the other hand, particles are charged via charged particles of the gas or exhaust gas stream, with the gas or exhaust gas stream being charged directly as the space flows through in the area of the high-voltage electrode. This overall improves the efficiency of charging. In a preferred embodiment, the high voltage electrode has at least one needle-shaped electrode or tip.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Partikelaufladeeinrichtung eine Gegenelektrode zu der Hochspannungselektrode auf. Unter einer Gegenelektrode wird vorliegend eine von der Hochspannungselektrode verschiedene Elektrode verstanden, welche mit einem bezüglich der Hochspannungselektrode unterschiedlichen elektrischen Potenzial beaufschlagbar ist. Beispielsweise kann die Gegenelektrode zu der Hochspannungselektrode auf ein Bezugspotenzial wie beispielsweise ein Massepotenzial gelegt werden bzw. fest mit einem das Bezugspotenzial aufweisenden Schaltungsknotenpunkt verbunden sein. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Hochspannungselektrode mit einem positiven oder negativen elektrischen Potenzial gegenüber der Gegenelektrode beaufschlagt sein.In a further embodiment, the particle charging device has a counter electrode to the high voltage electrode. In the present case, a counterelectrode is understood as meaning an electrode which is different from the high-voltage electrode and which can be acted upon by a different electrical potential with respect to the high-voltage electrode. For example, the counterelectrode can be connected to the high-voltage electrode to a reference potential, such as a ground potential, or fixedly connected to a circuit node having the reference potential. In further embodiments, the high voltage electrode may be applied with a positive or negative electrical potential to the counter electrode.

Besonders bevorzugt ist bei einer weiteren Ausführungsform die Gegenelektrode ebenfalls auf der ersten Oberfläche angeordnet, wodurch sich ein besonders einfacher Aufbau und eine effiziente Fertigung des Partikelsensors ergibt. Besonders bevorzugt ist die Gegenelektrode vollständig auf der ersten Oberfläche angeordnet.In a further embodiment, the counterelectrode is also preferably arranged on the first surface, which results in a particularly simple construction and efficient production of the particle sensor. Particularly preferably, the counterelectrode is arranged completely on the first surface.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann die Gegenelektrode zu der Hochspannungselektrode gleichzeitig eine Gegenelektrode zu der Trap-Elektrode bilden.In a further preferred embodiment, the counter electrode to the high voltage electrode may simultaneously form a counter electrode to the trap electrode.

Bei einer Ausführungsform kann die Trap-Elektrode mit demselben elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, mit dem auch die Hochspannungselektrode beaufschlagt ist. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass sowohl die Hochspannungselektrode als auch die Trap-Elektrode mit einer gemeinsamen Hochspannungsversorgung verbunden sind.In one embodiment, the trap electrode can be subjected to the same electrical potential that is applied to the high-voltage electrode. This can be done, for example, in that both the high-voltage electrode and the trap electrode are connected to a common high-voltage supply.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Gegenelektrode zumindest in einem ersten Bereich der Gegenelektrode auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet, was eine einfache elektrische Kontaktierung der Gegenelektrode durch auf der ersten Oberfläche angeordnete Leiterbahnen bzw. Leiterstrukturen ermöglicht. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein von dem ersten Bereich verschiedener zweiter Bereich der Gegenelektrode von der ersten Oberfläche des Grundkörpers abragt, also von der ersten Oberfläche hervorsteht. Hierdurch sind weitere Freiheitsgrade für die Erzeugung geladener Teilchen bzw. geladener Partikel gegeben, indem ein mit einer Korona-Entladung beaufschlagbarer Raumbereich über der ersten Oberfläche durch die Gestaltung der Form der abragenden Gegenelektrode definiert wird. Gleichzeitig ergibt sich eine besonders einfache mechanische und/oder elektrische Verbindung der Gegenelektrode mit auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordneten Komponenten (zum Beispiel Leiterbahnen).In a further embodiment, the counter electrode is arranged at least in a first region of the counter electrode on the first surface of the base body, which is a simple allows electrical contacting of the counter electrode by arranged on the first surface conductor tracks or conductor structures. Furthermore, it can be provided that a second region of the counterelectrode, which is different from the first region, protrudes from the first surface of the base body, that is to say protrudes from the first surface. As a result, further degrees of freedom for the generation of charged particles or charged particles are given by defining a space region which can be acted upon by a corona discharge over the first surface by shaping the shape of the projecting counterelectrode. At the same time, a particularly simple mechanical and / or electrical connection of the counterelectrode results with components arranged on the first surface of the base body (for example conductor tracks).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Gegenelektrode eine im wesentlichen gekrümmte Grundform auf, beispielsweise entsprechend eines Sektors einer Mantelfläche eines Kreiszylinders. Besonders bevorzugt ist die Gegenelektrode mit ihrer konkaven Außenseite der ersten Oberfläche des Grundkörpers zugeordnet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Gegenelektrode bzw. wenigstens ein von der ersten Oberfläche des Grundkörpers abragender Bereich der Gegenelektrode durch ein Blech gebildet sein.In a preferred embodiment, the counter-electrode has a substantially curved basic shape, for example corresponding to a sector of a lateral surface of a circular cylinder. Particularly preferably, the counter electrode is associated with its concave outer side of the first surface of the base body. In a preferred embodiment, the counterelectrode or at least one region of the counterelectrode projecting from the first surface of the base body can be formed by a metal sheet.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist mindestens eine Sensorelektrode zur Erfassung von Informationen über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen, der durch Partikel aus dem Abgasstrom verursacht wird, die mittels der Partikelaufladeeinrichtung aufgeladen wurden, wobei die mindestens eine Sensorelektrode ebenfalls auf der ersten Oberfläche angeordnet ist.In a further embodiment, at least one sensor electrode is provided for detecting information about an electric charge flow caused by particles from the exhaust gas flow that have been charged by means of the particle charging device, wherein the at least one sensor electrode is also arranged on the first surface.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Partikelaufladeeinrichtung, die Trap-Elektrode, und die optionale Sensorelektrode entlang einer Längsachse des Grundkörpers auf der ersten Oberfläche desselben angeordnet, insbesondere entlang einer Strömungsrichtung des Fluidstroms bzw. Abgasstroms. Dadurch kann die Partikelaufladeeinrichtung, beispielsweise mittels einer Korona-Entladung, Partikel bzw. Teilchen des Abgasstroms aufladen, die sodann durch die vorherrschende Gasströmung in dem Bereich der Trap-Elektrode transportiert werden. Dort können vergleichsweise leichte (massearme) geladene Teilchen, welche nicht an den zu messenden Partikeln haften, wie beispielsweise Ionen des Abgasstroms, mittels der Trap-Elektrode vergleichsweise stark abgelenkt werden, sodass diese nicht oder nur in stark verminderter Zahl zu der optionalen, weiter stromabwärts gelegenen Sensorelektrode gelangen. Dadurch gelangen im Wesentlichen nur die interessierenden, vergleichsweise schweren geladenen Partikel, insbesondere Rußpartikel, weiter stromabwärts über die Trap-Elektrode hinaus, beispielsweise zu der Sensorelektrode, wo sie beispielsweise mittels Ladungsinfluenz an der Sensorelektrode in an sich bekannter Weise detektiert werden können.In a particularly preferred embodiment, the particle charging device, the trap electrode, and the optional sensor electrode are arranged along a longitudinal axis of the base body on the first surface thereof, in particular along a flow direction of the fluid flow or exhaust gas flow. Thereby, the particle charging device, for example by means of a corona discharge charge particles or particles of the exhaust gas stream, which are then transported by the prevailing gas flow in the region of the trap electrode. There comparatively light (low-mass) charged particles, which do not adhere to the particles to be measured, such as ions of the exhaust stream, are relatively distracted by the trap electrode so that they are not or only to a greatly reduced number to the optional, further downstream get located sensor electrode. As a result, essentially only the relatively heavy charged particles, in particular soot particles of interest, pass further downstream beyond the trap electrode, for example to the sensor electrode, where they can be detected in a manner known per se, for example by means of charge influence on the sensor electrode.

Bei einer Ausführungsform ist es auch denkbar, die Trap-Elektrode mit einem elektrischen Potenzial zu beaufschlagen, das steuerbar ist oder das zumindest von dem elektrischen Potenzial der Hochspannungselektrode verschieden ist, wodurch ein Freiheitsgrad zur Einstellung der Abfangwirkung der Trap-Elektrode bezüglich der an ihr vorbeiströmenden geladenen Teilchen bzw. Partikel gegeben ist.In one embodiment, it is also conceivable to apply an electrical potential to the trap electrode which is controllable or which is at least different from the electrical potential of the high-voltage electrode, thereby providing a degree of freedom for adjusting the trapping effect of the trap electrode with respect to it charged particles or particles is given.

Bei Ausführungsformen, welche keine Sensorelektrode aufweisen, kann das sogenannte „escaping current“ - Prinzip zur Messung eines Ladungsstroms der geladenen Partikel genutzt werden. Hierzu kann das komplette, den Partikelsensor enthaltende, System nach außen isoliert werden (insbesondere wird hierdurch die Gegenelektrode der Hochspannungselektrode und eine gegebenenfalls vorhandene Gegenelektrode für die Trap-Elektrode „virtuell“, beispielsweise eine virtuelle Masseelektrode), und es wird ein elektrischer Strom gemessen, welchen die geladenen Partikel in Form ihrer elektrischen Aufladung aus dem ansonsten elektrisch isolierten und daher geschlossenen System heraustragen. Beispielsweise fließt der betrachtete elektrische Strom von einer Nadelelektrode der Hochspannungselektrode durch die Korona-Entladung in die Gegenelektrode der Hochspannungselektrode, und die Trap-Elektrode fängt die übrigen Ionen ein. Der Strom, welcher von den geladenen Partikeln erzeugt wird, muss der Gegenelektrode wieder hinzugefügt werde, damit ihr elektrisches Potential konstant bleibt. Er wird als „escaping current“ bezeichnet und ist ein Maß für die Konzentration von aufgeladenen Partikeln.In embodiments which have no sensor electrode, the so-called "escaping current" principle can be used to measure a charge current of the charged particles. For this purpose, the complete system containing the particle sensor can be insulated from the outside (in particular the counter electrode of the high voltage electrode and an optionally present counter electrode for the trap electrode become "virtual", for example a virtual earth electrode), and an electric current is measured. which carry the charged particles in the form of their electrical charge from the otherwise electrically isolated and therefore closed system. For example, the considered electric current flows from a needle electrode of the high voltage electrode through the corona discharge into the counter electrode of the high voltage electrode, and the trap electrode traps the remaining ions. The current generated by the charged particles must be added back to the counter electrode so that its electrical potential remains constant. It is called "escaping current" and is a measure of the concentration of charged particles.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Sensoreinrichtung aufweisend eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren und wenigstens einem erfindungsgemäßen Partikelsensor vorgeschlagen, wobei der wenigstens eine Partikelsensor so in dem inneren Rohr der beiden Rohre angeordnet ist, dass seine erste Oberfläche im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des inneren Rohres ausgerichtet ist. Dadurch ist der Partikelsensor vorteilhaft vor äußeren Einflüssen (beispielsweise auch vor direkter Anströmung durch Abgas) geschützt, und gleichzeitig ist sichergestellt, dass eine gleichmäßige Strömung des Abgasstroms an dem Partikelsensor anliegt, wodurch die Sensorgenauigkeit gesteigert wird. Insbesondere kann bei den Ausführungsformen dadurch auch ein Betrieb des Partikelsensors ohne die Zufuhr von Frischgas bzw. von Frischluft erfolgen, wodurch eine entsprechende Pumpe, wie sie bei konventionellen Systemen erforderlich ist, entfallen kann.In a further advantageous embodiment, a sensor device comprising a protective tube arrangement of two concentrically arranged tubes and at least one particle sensor according to the invention is proposed, wherein the at least one particle sensor is arranged in the inner tube of the two tubes, that its first surface substantially parallel to a longitudinal axis aligned with the inner tube. As a result, the particle sensor is advantageously protected against external influences (for example, also from direct flow through exhaust gas), and at the same time it is ensured that a uniform flow of the exhaust gas flow is applied to the particle sensor, whereby the sensor accuracy is increased. In particular, in the embodiments, an operation of the particle sensor without the supply of fresh gas or fresh air can be done thereby, whereby a corresponding pump, as required in conventional systems, can be omitted.

Weitere Ausführungsformen sind durch ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors gemäß Patentanspruch 10 angegeben. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen des Grundkörpers, beispielsweise in Form eines im wesentlichen planaren (also eine ebene erste Außenoberfläche aufweisenden) Keramiksubstrats, und das Anordnen der Partikelaufladeeinrichtung und der Trap-Elektrode auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers. Besonders bevorzugt können bei manchen Ausführungsformen Siebdruckverfahren, insbesondere Platin-Siebdruck, verwendet werden, um die Partikelaufladeeinrichtung bzw. Komponenten hiervon und die Trap-Elektrode und gegebenenfalls eine optionale Sensorelektrode bzw. entsprechende Leiterbahnen bzw. Leiterstrukturen auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers aufzubringen. Further embodiments are given by a method for producing a particle sensor according to claim 10. The method comprises providing the base body, for example in the form of a substantially planar (ie having a flat first outer surface) ceramic substrate, and arranging the particle charging device and the trap electrode on the first surface of the base body. In some embodiments, screen printing methods, in particular platinum screen printing, can particularly preferably be used in order to apply the particle charging device or components thereof and the trap electrode and optionally an optional sensor electrode or corresponding conductor tracks or conductor structures to the first surface of the base body.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.Other features, applications and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments of the invention, which are illustrated in the figures of the drawing. All described or illustrated features, alone or in any combination form the subject matter of the invention, regardless of their summary in the claims or their dependency and regardless of their formulation or representation in the description or in the drawing.

In der Zeichnung zeigt:

1 schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelsensors,
2, 3 schematisch jeweils die Anordnung des Partikelsensors gemäß 1 in einem Zielsystem,
4A schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4B schematisch einen Querschnitt mit Blick in Längsrichtung des Partikelsensors gemäß 4A,
4C schematisch eine Seitenansicht des Partikelsensors gemäß 4A,
5 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer dritten Ausführungsform,
6A schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer vierten Ausführungsform,
6B schematisch einen Querschnitt mit Blick in Längsrichtung des Partikelsensors gemäß 6A,
7 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
8 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In the drawing shows:

1 schematically a side view of a first embodiment of the particle sensor according to the invention,
2 . 3 schematically in each case the arrangement of the particle sensor according to 1 in a target system,
4A schematically a plan view of a particle sensor according to a second embodiment,
4B schematically a cross section with a view in the longitudinal direction of the particle sensor according to 4A .
4C schematically a side view of the particle sensor according to 4A .
5 schematically a top view of a particle sensor according to a third embodiment,
6A schematically a top view of a particle sensor according to a fourth embodiment,
6B schematically a cross section with a view in the longitudinal direction of the particle sensor according to 6A .
7 schematically a plan view of a particle sensor according to another embodiment, and
8th schematically a simplified flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.

1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelsensors 100. Der Partikelsensor 100 weist einen bevorzugt planaren Grundkörper 110 auf, der beispielsweise durch ein Substrat aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie beispielsweise einem Keramikwerkstoff, gebildet sein kann. Vorliegend weist der Grundkörper 110 eine Dicke d1 auf, welche bevorzugt kleiner, insbesondere wesentlich kleiner (z.B. um wenigstens etwa 80% kleiner ist als eine sich entlang der x-Achse erstreckende Länge L und kleiner als eine sich in 1 senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Bereite. 1 schematically shows a side view of a first embodiment of the particle sensor according to the invention 100 , The particle sensor 100 has a preferred planar body 110 on, which may be formed for example by a substrate made of an electrically non-conductive material, such as a ceramic material. In the present case, the main body 110 a thickness d1 which is preferably smaller, in particular substantially smaller (eg smaller by at least about 80% than a length extending along the x-axis L and smaller than oneself in one 1 plane perpendicular to the plane of the drawing.

Erfindungsgemäß sind auf einer ersten Oberfläche 110a des Grundkörpers 110, bei der es sich um eine in 1 obere Außenoberfläche des Grundkörpers 110 handelt, eine Partikelaufladeeinrichtung 120 und eine Trap-Elektrode 130 angeordnet.According to the invention are on a first surface 110a of the basic body 110 , which is an in 1 upper outer surface of the main body 110 is a particle charging device 120 and a trap electrode 130 arranged.

Die Partikelaufladeeinrichtung 120 ist zum Aufladen von Partikeln (nicht gezeigt) vorgesehen, die sich in einem über die erste Oberfläche 110a des Grundkörpers 110 strömenden Fluidstrom A1 befinden können. Hierzu weist die Partikelaufladeeinrichtung 120 beispielsweise eine Hochspannungselektrode 122 auf, die zur Erzeugung einer Korona-Entladung 123 vorgesehen ist. Hierzu kann die Hochspannungselektrode 122 beispielsweise an eine nicht gezeigte Hochspannungsquelle angeschlossen sein. Optional kann die Partikelaufladeeinrichtung 120 auch eine Gegenelektrode der bzw. für die Hochspannungselektrode 122 aufweisen, die vorliegend mit dem Bezugszeichen 124 bezeichnet und vorteilhaft ebenfalls, insbesondere vollständig bzw. vollflächig, auf der ersten Oberfläche 110a des Grundkörpers 110 angeordnet ist.The particle charging device 120 is intended for charging particles (not shown) extending in one over the first surface 110a of the basic body 110 flowing fluid flow A1 can be located. For this purpose, the particle charging device 120 for example, a high voltage electrode 122 which is responsible for generating a corona discharge 123 is provided. For this purpose, the high voltage electrode 122 For example, be connected to a high voltage source, not shown. Optionally, the particle charging device 120 also a counter electrode of or for the high voltage electrode 122 have, in the present case by the reference numeral 124 denotes and advantageously also, in particular completely or over the entire surface, on the first surface 110a of the basic body 110 is arranged.

Die Trap-Elektrode 130 ist zum Ablenken geladener Teilchen der Fluidströmung A1 vorgesehen, die beispielsweise mittels der Partikelaufladeeinrichtung 120 weiter stromaufwärts bezüglich der Fluidströmung A1 erzeugt worden sind. Beispielsweise kann die Trap-Elektrode 130 mit demselben elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, wie die Hochspannungselektrode 122. Bei anderen Ausführungsformen kann die Trap-Elektrode auch mit einem anderen elektrischen Potenzial als mit demjenigen der Hochspannungselektrode 122 beaufschlagt werden. Besonders vorteilhaft können durch die Trap-Elektrode 130 geladene Teilchen, insbesondere Ionen, aus der Fluidströmung A1 abgelenkt bzw. „eingefangen“ werden, sodass diese nicht zu der weiter stromabwärts angeordneten, optionalen Sensorelektrode 140 gelangen.The trap electrode 130 is for deflecting charged particles of fluid flow A1 provided, for example by means of the particle charging device 120 further upstream with respect to the fluid flow A1 have been generated. For example, the trap electrode 130 be subjected to the same electric potential as the high voltage electrode 122 , In other embodiments, the trap electrode may also have a different electrical potential than that of the high voltage electrode 122 be charged. Particularly advantageous can by the trap electrode 130 charged particles, especially ions, from the fluid flow A1 be distracted or "caught" so that they do not continue to downstream arranged, optional sensor electrode 140 reach.

Die Sensorelektrode 140 ist zur Erfassung von Informationen über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen, der durch aufgeladene Partikel aus dem Fluidstrom A1 verursacht wird. Beispielsweise kann es sich dabei um Partikel handeln, die mittels der Partikelaufladeeinrichtung 120 bzw. mittels der durch sie erzeugten Koronaentladung 123 weiter stromaufwärts bezüglich der Fluidströmung A1 elektrisch aufgeladen worden sind. Bevorzugt gelangen nur vergleichsweise schwere geladene Partikel in Richtung stromabwärts zu der Sensorelektrode 140, weil wie vorstehend bereits beschrieben vergleichsweise leichte geladene Teilchen wie beispielsweise Ionen durch die Trap-Elektrode 130 abgelenkt bzw. eingefangen werden. Dadurch ermöglicht die Sensorelektrode 140 im Wege einer Messung der Ladungsinfluenz, die durch an der Sensorelektrode 140 vorbeiströmende geladene Partikel bewirkt wird, die Bestimmung einer Konzentration der geladenen Partikel in dem Fluidstrom A1. Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom A1 um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen.The sensor electrode 140 is intended to detect information about an electric charge flow caused by charged particles from the fluid flow A1 is caused. For example, these may be particles which are conveyed by means of the particle charging device 120 or by means of the corona discharge generated by them 123 further upstream with respect to the fluid flow A1 have been charged electrically. Preferably, only comparatively heavy charged particles reach downstream to the sensor electrode 140 , because as already described above comparatively light charged particles such as ions through the trap electrode 130 be distracted or captured. This allows the sensor electrode 140 by measuring the charge influence passing through the sensor electrode 140 passing charged particles, determining a concentration of the charged particles in the fluid stream A1 , For example, it may be in the fluid flow A1 to an exhaust flow of an internal combustion engine (not shown) act. For example, the particles may be soot particles, such as those produced as part of combustion of fuel by an internal combustion engine.

Bei weiteren Ausführungsformen ist es denkbar, keine optionale Sensorelektrode 140 vorzusehen. Bei diesen Erfindungsvarianten kann das sogenannte „escaping current“ - Prinzip zur Messung eines Ladungsstroms der geladenen Partikel genutzt werden. Hierzu kann das komplette, den Partikelsensor 100 enthaltende, System nach außen isoliert werden (insbesondere wird hierdurch die Gegenelektrode der Hochspannungselektrode und eine gegebenenfalls vorhandene Gegenelektrode für die Trap-Elektrode „virtuell“), und es wird ein elektrischer Strom gemessen, welchen die geladenen Partikel in Form ihrer elektrischen Aufladung aus dem ansonsten elektrisch isolierten und daher geschlossenen System 100 heraustragen. Beispielsweise fließt der betrachtete elektrische Strom von der Hochspannungselektrode 122 durch die Korona-Entladung 123 in die Gegenelektrode 124 der Hochspannungselektrode, und die Trap-Elektrode 130 bzw. ihre hier nicht gezeichnete Gegenelektrode fangen die übrigen Ionen. Der Strom, welcher von den geladenen Partikeln erzeugt wird, muss der Gegenelektrode 124 wieder hinzugefügt werden, damit ihr elektrisches Potential konstant bleibt. Er wird als „escaping current“ bezeichnet und ist ein Maß für die Konzentration von aufgeladenen Partikeln.In further embodiments, it is conceivable, not an optional sensor electrode 140 provided. In these variants of the invention, the so-called "escaping current" principle can be used to measure a charge current of the charged particles. For this purpose, the complete, the particle sensor 100 In this way, the counterelectrode of the high-voltage electrode and an optionally present counterelectrode for the trap electrode become "virtual"), and an electric current is measured which the charged particles carry in the form of their electrical charge from the otherwise electrically isolated and therefore closed system 100 wear out. For example, the considered electric current flows from the high voltage electrode 122 through the corona discharge 123 into the counter electrode 124 the high voltage electrode, and the trap electrode 130 or their counter electrode, not shown here, catch the remaining ions. The current generated by the charged particles must be the counter electrode 124 be added again so that their electrical potential remains constant. It is called "escaping current" and is a measure of the concentration of charged particles.

Bei der in 1 abgebildeten Ausführungsform kann als Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 130 ein elektrisch leitfähiges Element (nicht gezeigt), beispielsweise ein Blech, vorgesehen sein, welches über der ersten Oberfläche 110a des Grundkörpers 100 angeordnet ist. Bei manchen Ausführungsformen kann z.B. ein den Partikelsensor 100 umgebendes Schutzrohr (nicht in 1 gezeigt) aus einem elektrisch leitfähigen Material bzw. mit einer zumindest abschnittsweise vorhandenen elektrisch leitfähigen Oberfläche als Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 130 dienen.At the in 1 illustrated embodiment can be used as a counter electrode for the trap electrode 130 an electrically conductive element (not shown), such as a sheet, may be provided overlying the first surface 110a of the basic body 100 is arranged. In some embodiments, for example, a particle sensor 100 surrounding protective tube (not in 1 shown) of an electrically conductive material or with an at least partially present electrically conductive surface as a counter electrode for the trap electrode 130 serve.

2 zeigt schematisch die Anordnung des Partikelsensors 100 gemäß 1 in einem Zielsystem Z, bei dem es sich vorliegend um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs handelt. Eine Abgasströmung ist vorliegend mit dem Bezugszeichen A2 bezeichnet. Ebenfalls abgebildet ist eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren R1, R2, wobei der Partikelsensor 100 so in dem inneren Rohr R1 angeordnet ist, dass seine erste Oberfläche 110a im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse LA des inneren Rohres R1 verläuft. Aufgrund der unterschiedlichen Längen und der Anordnung der Rohre R1, R2 relativ zu einander ergibt sich durch den Venturi-Effekt ein Sog, bei dem die Abgasströmung A2 eine Fluidströmung P1 bzw. A1 aus dem inneren Rohr R1 heraus in 2 in vertikaler Richtung nach oben bewirkt. Die weiteren Pfeile P2, P3, P4 deuten die Fortsetzung dieser durch den Venturi-Effekt bewirkten Fluidströmung durch einen Zwischenraum zwischen den beiden Rohren R1, R2 hindurch zur Umgebung der Schutzrohranordnung hin an. Insgesamt wird durch die in 2 abgebildete Anordnung eine vergleichsweise gleichmäßige Überströmung des Partikelsensors 100 bzw. dessen entlang der Fluidströmung P1 ausgerichteter erster Oberfläche 110a bewirkt, was eine effiziente Erfassung von in der Fluidströmung A1, P1 befindlichen Partikeln ermöglicht. Darüber hinaus wird der Partikelsensor 100 vor einem direkten Kontakt mit dem HauptAbgasstrom A2 geschützt. Somit ist durch die Elemente 100, R1, R2 vorteilhaft eine Sensoreinrichtung 1000 zur Bestimmung einer Partikelkonzentration in dem Abgas A2 angegeben. 2 shows schematically the arrangement of the particle sensor 100 according to 1 in a target system Z, which in the present case is an exhaust tract of an internal combustion engine, for example of a motor vehicle. An exhaust gas flow is present with the reference numeral A2 designated. Also shown is a protective tube assembly of two concentrically arranged tubes R1 . R2 , wherein the particle sensor 100 so in the inner tube R1 arranged is that its first surface 110a substantially parallel to a longitudinal axis LA of the inner tube R1 runs. Due to the different lengths and the arrangement of the tubes R1 . R2 relative to each other results by the Venturi effect a suction in which the exhaust gas flow A2 a fluid flow P1 respectively. A1 from the inner tube R1 out in 2 effected in a vertical upward direction. The other arrows P2 . P3 . P4 suggest the continuation of this caused by the Venturi effect fluid flow through a gap between the two tubes R1 . R2 through to the surroundings of the protective tube arrangement. Overall, by the in 2 pictured arrangement a comparatively uniform overflow of the particle sensor 100 or along the fluid flow P1 aligned first surface 110a causes, what an efficient detection of in the fluid flow A1 . P1 located particles allows. In addition, the particle sensor becomes 100 before a direct contact with the main exhaust gas stream A2 protected. Thus, by the elements 100 . R1 . R2 Advantageously, a sensor device 1000 for determining a particle concentration in the exhaust gas A2 specified.

Das Bezugszeichen R2' deutet eine optionale elektrische Verbindung des äußeren Rohres R2 und/oder des inneren Rohres R1 mit einem Bezugspotenzial wie beispielsweise dem Massepotenzial an, sodass das betreffende Rohr bzw. beide Rohre vorteilhaft gleichzeitig zu ihrer fluidischen Leitfunktion als elektrische Gegenelektrode beispielsweise für die Trap-Elektrode 130 (und/oder für die Hochspannungselektrode 122), vergleiche 1, verwendbar sind.The reference number R2 ' indicates an optional electrical connection of the outer tube R2 and / or the inner tube R1 with a reference potential such as the ground potential, so that the tube in question or both tubes advantageous at the same time to their fluidic control function as an electrical counter electrode, for example, for the trap electrode 130 (and / or for the high voltage electrode 122 ), compare 1 , are usable.

Der Blockpfeil P5 symbolisiert in 2 eine optionale Frischgasversorgung, insbesondere Frischluftversorgung, die in manchen Ausführungsformen erwünscht sein kann, bei besonders bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht vorgesehen ist.The block arrow P5 symbolizes in 2 an optional fresh gas supply, in particular fresh air supply, which may be desirable in some embodiments, especially preferred embodiments, however, is not provided.

3 zeigt schematisch ein Abgasrohr R und Teile der Sensoreinrichtung 1000 gemäß 2 in dem Abgasrohr R. Insbesondere ist aus 3 wiederum der erfindungsgemäße Partikelsensor 100 innerhalb der Schutzrohranordnung R1, R2 (2) ersichtlich. Der Partikelsensor 100 ist so in der Schutzrohranordnung ausgerichtet, dass sich seine erste Oberfläche entlang der x-Achse erstreckt, wohingegen die Strömungsrichtung des Abgases A2 in dem Abgasrohr R parallel zu der y-Achse ausgerichtet ist. 3 schematically shows an exhaust pipe R and parts of the sensor device 1000 according to 2 in the exhaust pipe R. In particular, off 3 again the particle sensor according to the invention 100 within the protective tube arrangement R1 . R2 ( 2 ) can be seen. The particle sensor 100 is aligned in the protective tube assembly so that its first surface extends along the x-axis, whereas the flow direction of the exhaust gas A2 in the exhaust pipe R is aligned parallel to the y-axis.

Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf die 4A, 4B, 4C eine weitere Ausführungsform 100a des erfindungsgemäßen Partikelsensors beschrieben, wobei 4A schematisch eine Draufsicht, 4B schematisch einen Querschnitt mit Blick in Längsrichtung (entlang der Achse x, vergleiche 4A) und 4C schematisch eine Seitenansicht des Partikelsensors 100a dieser weiteren Ausführungsform zeigt.The following is with reference to the 4A . 4B . 4C another embodiment 100a of the particle sensor according to the invention described, wherein 4A schematically a plan view, 4B schematically a cross section with a view in the longitudinal direction (along the axis x, cf. 4A ) and 4C schematically a side view of the particle sensor 100a this further embodiment shows.

Der Partikelsensor 100a weist wie aus 4A, 4B, 4C ersichtlich wiederum einen Grundkörper 110, beispielsweise umfassend ein Keramiksubstrat, auf, sowie eine Hochspannungselektrode 122, die über eine Hochspannungszuleitung 121 mit einem entsprechenden elektrischen Potenzial versorgt wird. Vorliegend weist die Hochspannungselektrode 122 eine nicht gesondert bezeichnete Nadelelektrode auf, um im Zusammenwirken mit der Gegenelektrode 124a eine Korona-Entladung (vergleiche Bezugszeichen 123 aus 1) zu zünden. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1 ist bei der Ausführungsform gemäß 4A, 4B, 4C die Gegenelektrode 124a nicht vollflächig auf der Oberfläche 110a des Grundkörpers 110 angeordnet. Vielmehr ist vorliegend die Gegenelektrode 124a in einem ersten Bereich 1241, vergleiche 4B, mechanisch und elektrisch leitfähig mit einer Zuleitung 1241' verbunden, die die Gegenelektrode 124a mit einem elektrischen Bezugspotenzial, vorliegend beispielsweise dem Massepotenzial, verbindet.The particle sensor 100a shows off 4A . 4B . 4C again a basic body 110 , for example comprising a ceramic substrate, on, as well as a high voltage electrode 122 that have a high voltage supply line 121 is supplied with a corresponding electrical potential. In the present case, the high voltage electrode 122 a not separately designated needle electrode to in cooperation with the counter electrode 124a a corona discharge (see reference numeral 123 out 1 ) to ignite. Unlike the embodiment according to 1 is in the embodiment according to 4A . 4B . 4C the counter electrode 124a not completely on the surface 110a of the basic body 110 arranged. Rather, in the present case, the counter electrode 124a in a first area 1241 , compare 4B , mechanically and electrically conductive with a supply line 1241 ' connected to the counter electrode 124a with an electrical reference potential, in this case, for example, the ground potential, connects.

Demgegenüber ragt ein zweiter Bereich 1242, vergleiche 4B, der Gegenelektrode 124a von der ersten Oberfläche 110a ab, beispielsweise derart, dass er in 4B vertikal über der Nadelelektrode 122 angeordnet ist. Dadurch kann sich wie vorstehend bereits mehrfach beschrieben eine nicht in 4B abgebildete Korona-Entladung zwischen den Elementen 122,124a insbesondere in dem zweiten Bereich 1242 ausbilden, welche zum Aufladen von Partikeln bzw. allgemein Teilchen eines Fluidstroms dient.In contrast, a second area stands out 1242 , compare 4B , the counter electrode 124a from the first surface 110a from, for example, such that he in 4B vertically above the needle electrode 122 is arranged. As a result, as described above several times a not in 4B imaged corona discharge between the elements 122 . 124a especially in the second area 1242 form, which serves to charge particles or particles of a fluid stream in general.

Des Weiteren weist der Partikelsensor 100a eine Trap-Elektrode 130 auf, die wie aus 4A ersichtlich entlang der Längsrichtung x weiter stromabwärts bezüglich der Hochspannungselektrode 122 angeordnet ist. Vorliegend ist die Trap-Elektrode 130 mittels der Verbindungsleitung 131 elektrisch leitfähig mit der Hochspannungselektrode 122 verbunden, mithin an die gemeinsame Hochspannungsversorgung angeschlossen, welche über die Hochspannungszuleitung 121 angebunden ist.Furthermore, the particle sensor 100a a trap electrode 130 on that like out 4A seen along the longitudinal direction x farther downstream with respect to the high voltage electrode 122 is arranged. Present is the trap electrode 130 by means of the connecting line 131 electrically conductive with the high voltage electrode 122 connected, thus connected to the common high voltage supply, which via the high voltage supply line 121 is connected.

Die Gegenelektrode 124a ist vorliegend so ausgebildet, dass sie sich entlang der Längsrichtung x nicht nur über die Hochspannungselektrode 122 erstreckt, vergleiche Bereich 124' aus 4A, sondern über ihre zungenartige Verlängerung, vergleiche Bereich 124", auch noch über die Trap-Elektrode 130 erstreckt. Dies ist auch aus der Seitenansicht der 4C ersichtlich. Damit wirkt die Gegenelektrode 124a gleichzeitig auch als Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 130, wodurch geladene Teilchen, die sich entlang der Strömungs- bzw. Längsrichtung x an der ersten Oberfläche 110a an dem Partikelsensor 100a vorbei bewegen, in 4B und 4C in vertikaler Richtung, beispielsweise zu der Trap-Elektrode 130 hin, abgelenkt werden. Sofern es sich hierbei um vergleichsweise massearme Teilchen wie beispielsweise geladene Gasteilchen bzw. Ionen handelt, werden diese üblicherweise bis auf die Trap-Elektrode 130 hin abgelenkt und gelangen somit nicht weiter stromabwärts zu der vorliegend ebenfalls vorgesehenen Sensorelektrode 140. Auf diese Weise gelangen demnach nur vergleichsweise massereiche geladene Teilchen wie beispielsweise mittels der Partikelaufladeeinrichtung 120 aufgeladene Partikel, beispielsweise Rußpartikel eines Abgasstroms, in den Bereich der Sensorelektrode 140 und können dort mittels Ladungsinfluenz an der Sensorelektrode 140 in an sich bekannter Weise detektiert werden. Eine elektrische Zuleitung für die Sensorelektrode 140 ist vorliegend mit dem Bezugszeichen 141 (4A) bezeichnet und führt, ebenso wie die weiteren Zuleitungen 121, 1241' in einen in 4A links angeordneten ersten axialen Endabschnitt 110' des Partikelsensors 100a.The counter electrode 124a In the present case, it is designed such that it does not only extend over the high-voltage electrode along the longitudinal direction x 122 extends, compare area 124 ' out 4A but about her tongue-like extension, compare area 124 ' , even via the trap electrode 130 extends. This is also from the side view of 4C seen. Thus, the counter electrode acts 124a at the same time as a counterelectrode for the trap electrode 130 , whereby charged particles extending along the flow or longitudinal direction x at the first surface 110a at the particle sensor 100a move over, in 4B and 4C in the vertical direction, for example to the trap electrode 130 to be distracted. If these are comparatively low-mass particles such as, for example, charged gas particles or ions, these are usually down to the trap electrode 130 deflected out and thus not further downstream to the presently provided also sensor electrode 140 , Accordingly, only comparatively high-mass charged particles are obtained in this way, for example by means of the particle charging device 120 charged particles, such as soot particles of an exhaust stream, in the region of the sensor electrode 140 and can there by means of charge influence on the sensor electrode 140 be detected in a conventional manner. An electrical supply line for the sensor electrode 140 is present with the reference numeral 141 ( 4A ) and leads, as well as the other leads 121 . 1241 ' into one in 4A left arranged first axial end portion 110 ' of the particle sensor 100a ,

Wie ebenfalls aus 4A ersichtlich ist, sind die Komponenten 122,130,140 entlang der Längsrichtung x, die einer Strömungsrichtung des über die erste Oberfläche 110a strömenden Fluidstroms A1 (1) entspricht, angeordnet. Vorliegend befindet sich die Sensorelektrode 140 beispielsweise im Bereich des dem ersten axialen Endabschnitt 110' gegenüberliegenden zweiten axialen Endabschnitts 110"des Partikelsensors 100a.Like also out 4A It can be seen that the components are 122 . 130 . 140 along the longitudinal direction x, which is a flow direction of the over the first surface 110a flowing fluid stream A1 ( 1 ), arranged. In the present case is the sensor electrode 140 for example, in the region of the first axial end portion 110 ' opposite second axial end portion 110 ' of the particle sensor 100a ,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine in 4A vertikal gemessene Bereite b2 der Sensorelektrode 140 nicht wesentlich kleiner als die Gesamtbreite b1 des Grundkörpers 110, wodurch eine besonders große Empfindlichkeit und damit auch Messgenauigkeit des Partikelsensors 100 A erzielt wird. Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen weist ein Quotient Q der beiden Breiten, Q = b2 / b1, Werte im Bereich von etwa 60% bis etwa 100 % auf, insbesondere Werte im Bereich von etwa 75 % bis etwa 98 %.In a preferred embodiment, an in 4A vertically measured ready b2 the sensor electrode 140 not much smaller than the total width b1 of the basic body 110 , whereby a particularly high sensitivity and thus also measurement accuracy of the particle sensor 100 A is achieved. In particularly preferred embodiments, a quotient Q of the two widths, Q = b2 / b1, has values in the range of about 60% to about 100%, in particular values in the range of about 75% to about 98%.

Besonders vorteilhaft kann die Konfiguration 100a gemäß 4A, 4B, 4C dazu verwendet werden, einen planaren, keramikbasierten Partikelsensor, insbesondere für Rußpartikel, bereitzustellen. Der Partikelsensor 100a weist eine Hochspannungs-Nadelelektrode 122 und eine Masseelektrode 124a als Gegenelektrode auf, zwischen denen mittels einer Hochspannung eine Korona-Entladung gezündet wird, wodurch ein über die erste Oberfläche 110a und insbesondere zwischen den Elektroden 122 und 124a hinein strömender Fluidstrom bzw. Luft-/Partikelfluss geladen bzw. ionisiert wird. Die Trap-Elektrode 130 fängt sodann Ionen und andere leichtere geladene Teilchen aus dem Fluidstrom ab, insbesondere solche geladenen Teilchen, die nicht an in dem Fluidstrom enthaltenen Partikeln wie beispielsweise Rußpartikeln haften. Eine Ladungsmessung für die Rußpartikel findet bei dieser Ausführungsform mittels Ladungsinfluenz an der Sensorelektrode 140 statt.The configuration can be particularly advantageous 100a according to 4A . 4B . 4C be used to provide a planar, ceramic-based particle sensor, especially for soot particles. The particle sensor 100a has a high voltage needle electrode 122 and a ground electrode 124a as a counter electrode, between which by means of a high voltage, a corona discharge is ignited, whereby one over the first surface 110a and in particular between the electrodes 122 and 124a is charged or ionized into flowing fluid flow or air / particle flow. The trap electrode 130 ions and other lighter charged particles then catches from the fluid stream, especially those charged particles which do not adhere to particles such as soot particles contained in the fluid stream. A charge measurement for the soot particles takes place in this embodiment by means of charge influence on the sensor electrode 140 instead of.

Wie bereits vorstehend beschrieben, kann der Grundkörper 110 des Partikelsensors 100a vorteilhaft aus einem keramischen Trägersubstrat bestehen. Das Trägersubstrat kann beispielsweise Zirkon- oder Aluminiumoxid aufweisen und dient als Träger für die verschiedenen Komponenten des Partikelsensors 100a, die vorteilhaft alle gemeinsam auf der ersten Oberfläche 110a angeordnet sind, wodurch sich eine besonders effiziente und kostengünstige Herstellung ergibt. Beispielsweise können die Leiterbahnen bzw. Leiterstrukturen 121, 131, 141, 1241' auf der ersten Oberfläche 110a effizient mittels bekannter Fertigungstechnologien aufgebracht werden, beispielsweise unter Verwendung von Siebdruckverfahren, insbesondere Platin-Siebdruckverfahren. Dadurch können besonders temperaturstabile und zuverlässige Strukturen erzeugt werden. Die Elektroden 122,130,140 sowie eine auf der ersten Oberfläche 110a angeordnete Gegenelektrode 124 (vergleiche 1) können ebenfalls vorteilhaft unter Verwendung der vorstehend genannten Siebdruckverfahren, insbesondere Platin-Siebdruckverfahren, hergestellt werden.As already described above, the main body 110 of the particle sensor 100a advantageously consist of a ceramic carrier substrate. The carrier substrate may comprise, for example, zirconium or aluminum oxide and serves as a carrier for the various components of the particle sensor 100a that benefits everyone in common on the first surface 110a are arranged, resulting in a particularly efficient and cost-effective production. For example, the conductor tracks or conductor structures 121 . 131 . 141 . 1241 ' on the first surface 110a be efficiently applied by known manufacturing technologies, for example using screen printing, in particular platinum screen printing process. As a result, particularly temperature-stable and reliable structures can be generated. The electrodes 122 . 130 . 140 as well as one on the first surface 110a arranged counter electrode 124 (see 1 ) can also be advantageously prepared using the screen printing methods mentioned above, in particular platinum screen printing methods.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Nadelelektrode der Hochspannungselektrode 122, die selber beispielsweise aus Platin oder Wolfram oder einem wenigstens eines dieser Metalle enthaltenden Werkstoff gebildet ist, beispielsweise mittels einer Siebdruck-Platin-Paste durch Sintern an dem Substrat bzw. den Grundkörper 110a mechanisch befestigt und gleichzeitig elektrisch leitfähig mit diesem verbunden werden.In a particularly preferred embodiment, the needle electrode of the high voltage electrode 122 which itself is formed, for example, from platinum or tungsten or a material containing at least one of these metals, for example by means of a screen printing platinum paste by sintering on the substrate or the base body 110a mechanically fastened and simultaneously electrically conductively connected to this.

Alternativ sind auch andere Verbindungsverfahren für die Komponenten 122 und ihre Nadelelektrode denkbar. Dasselbe gilt für die anderen Elektroden bzw. Leiterbahnen.Alternatively, other connection methods for the components 122 and her needle electrode conceivable. The same applies to the other electrodes or conductor tracks.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird in einem ersten Schritt 200, vergleiche 8, der Grundkörper 110 (1) bereitgestellt, beispielsweise in Form eines keramischen Trägersubstrats. In einem zweiten Schritt 210, vergleiche 8, werden die Partikelaufladeeinrichtung 120 und die Trap-Elektrode 130 auf der ersten Oberfläche 110a des Grundkörpers 110 angeordnet. Dies kann beispielsweise mittels eines der vorstehend genannten Siebdruckverfahren, insbesondere mittels Platin-Siebdruck, erfolgen. Besonders bevorzugt können in demselben Arbeitsschritt die mehreren Komponenten 120, 130 bzw. deren auf der ersten Oberfläche 110a angeordnete Elektroden 122, 130 sowie gegebenenfalls auch entsprechende Zuleitungen 121, 131, 1241' in demselben Arbeitsschritt auf die erste Oberfläche 110a aufgebracht werden, was eine besonders effiziente und kostengünstige Fertigung des Partikelsensors ermöglicht.In a preferred embodiment of the production method according to the invention, in a first step 200 , compare 8th , the basic body 110 ( 1 ), for example in the form of a ceramic carrier substrate. In a second step 210 , compare 8th , become the particle charging device 120 and the trap electrode 130 on the first surface 110a of the basic body 110 arranged. This can be done, for example, by means of one of the screen printing methods mentioned above, in particular by means of platinum screen printing. Particularly preferably, in the same working step, the plurality of components 120 . 130 or their on the first surface 110a arranged electrodes 122 . 130 and optionally also corresponding supply lines 121 . 131 . 1241 ' in the same step on the first surface 110a be applied, which allows a particularly efficient and cost-effective production of the particle sensor.

Sofern die optionale Sensorelektrode 140 ebenfalls vorgesehen ist, kann auch die Sensorelektrode 140 sowie ihre Zuleitung 141 in dem vorstehend genannten Arbeitsschritt 210 auf die erste Oberfläche 110a aufgebracht werden.If the optional sensor electrode 140 is also provided, and the sensor electrode 140 as well as their supply line 141 in the above-mentioned operation 210 on the first surface 110a be applied.

Sofern eine Gegenelektrode 124 (1) ebenfalls, insbesondere vollflächig, auf die erste Oberfläche 110a, aufgebracht werden soll, kann dies ebenfalls in dem Schritt 210 gemäß 8 erfolgen. Auch eine zumindest teilweise von der ersten Oberfläche 110a abragende Gegenelektrode 124a, vergleiche 4B, kann in dem Schritt 210 auf der ersten Oberfläche 110a aufgebracht bzw. an der ersten Oberfläche 110a angebracht werden. Die Gegenelektrode 124a kann bei einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise aus einem Blech oder einem sonstigen flächig ausgebildeten elektrisch leitfähigen oder eine elektrisch leitfähige Oberfläche besitzenden Material bereitgestellt werden. Besonders bevorzugt kann die Gegenelektrode 124a an einem vorgebbaren Längenbereich der Massezuleitung 1141' mechanisch befestigt und elektrisch leitfähig mit dieser verbunden werden, zum Beispiel mittels einer Platin-Paste und einem anschließenden Sintervorgang. Auf diese Weise kann durch entsprechende Formgebung der Gegenelektrode 124a die in 4A, 4B, 4C gezeigte Konfiguration erhalten werden, bei welcher die Gegenelektrode 124a zumindest bereichsweise von der ersten Oberfläche 110a abragt und der Hochspannungselektrode 122 gegenüber liegt. Die optionale, zungenartige Verlängerung der Gegenelektrode 124a in dem Bereich 124", vergleiche 4A, kann vorteilhaft zur Ausbildung einer Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 130 genutzt werden. Dadurch kann zwischen den Elektroden 124, 130 ein elektrisches Feld bereitgestellt werden, das Ionen aus einer Fluidströmung über der Oberfläche 110a des Partikelsensors 100 ablenkt bzw. filtert. Demgegenüber sind schwerere aufgeladene Partikel wie beispielsweise Rußpartikel aufgrund ihrer Masse zu träge und fliegen in der Fluidströmung weiter zu der Sensorelektrode 140, wo ihre Ladung mittels Ladungsinfluenz gemessen und als Maß für die Partikelkonzentration, insbesondere Rußpartikelkonzentration, verwendet werden kann.If a counter electrode 124 ( 1 ) also, in particular full surface, on the first surface 110a This is also possible in the step 210 according to 8th respectively. Also at least partially from the first surface 110a protruding counterelectrode 124a , compare 4B , in the step 210 on the first surface 110a applied or on the first surface 110a be attached. The counter electrode 124a may be provided in a preferred embodiment, for example, from a sheet metal or other planar electrically conductive material or an electrically conductive surface possessing material. Particularly preferably, the counter electrode 124a at a predefinable length range of the ground supply line 1141 ' mechanically fastened and electrically conductively connected thereto, for example by means of a platinum paste and a subsequent sintering process. In this way, by appropriate shaping of the counter electrode 124a in the 4A . 4B . 4C shown configuration in which the counter electrode 124a at least partially from the first surface 110a protrudes and the High-voltage electrode 122 is opposite. The optional, tongue-like extension of the counter electrode 124a in that area 124 ' , compare 4A , may be advantageous for forming a counter electrode for the trap electrode 130 be used. This allows between the electrodes 124 . 130 be provided an electric field, the ions from a fluid flow over the surface 110a of the particle sensor 100 distracts or filters. In contrast, heavier charged particles, such as soot particles, are too sluggish due to their mass and fly further in the fluid flow to the sensor electrode 140 where their charge can be measured by charge influence and used as a measure of the particle concentration, in particular soot particle concentration.

Alternativ zu der zungenartigen Verlängerung in dem Bereich 124" der Gegenelektrode 124 kann auch ein den Partikelsensor 100a umgebendes Schutzrohr, vergleiche beispielsweise das innere Rohr R1 gemäß 2, elektrisch leitfähig ausgebildet und mit einem Bezugspotenzial beaufschlagt werden, sodass dieses Rohr R1 eine Gegenelektrode für die Trap-Elektrode 130 und/oder die Hochspannungselektrode 122 bildet.Alternatively to the tongue-like extension in the area 124 ' the counter electrode 124 can also be a particle sensor 100a surrounding protective tube, compare, for example, the inner tube R1 according to 2 , electrically conductive and applied with a reference potential, so that this tube R1 a counterelectrode for the trap electrode 130 and / or the high voltage electrode 122 forms.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Konfiguration des in 4A, B, C abgebildeten Partikelsensors 100a so modifiziert werden, dass die Sensorelektrode 140 und ihre Zuleitung 141 entfällt. Bei dieser Variante kann eine Messung einer Partikelkonzentration beziehungsweise Rußpartikelkonzentration im Wege der „escaping current“ Methode erfolgen. Hierzu ist wie vorstehend bereits erwähnt die gesamte Anordnung 100a elektrisch zu isolieren, um den gleichsam einen Fehlstrom darstellenden „escaping current“ messen zu können.In a further advantageous embodiment, the configuration of the in 4A, B . C pictured particle sensor 100a be modified so that the sensor electrode 140 and their supply line 141 eliminated. In this variant, a measurement of a particle concentration or soot particle concentration can be carried out by way of the "escaping current" method. For this purpose, as already mentioned above, the entire arrangement 100a electrically isolate to measure the quasi-current "escaping current" can.

5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor 100b gemäß einer weiteren Ausführungsform, insbesondere auf eine seiner ersten Oberfläche 110a (1) gegenüberliegende zweite Oberfläche 110b, bei der es sich beispielsweise um eine „Unterseite“ des Partikelsensors 100b handelt. Auf dieser zweiten Oberfläche 110b ist eine elektrische Heizeinrichtung 160 vorgesehen, welche vorzugsweise mäanderförmige Heizleiterbahnen 162 sowie entsprechende elektrische Anschlüsse 164 aufweist. Die Herstellung der Strukturen 162,164 kann wiederum vorteilhaft mittels Siebdruck, insbesondere mittels Platin-Siebdruck, erfolgen. Die elektrische Heizeinrichtung 160 kann beispielsweise zur Erhöhung der Temperatur des Partikelsensors 100b verwendet werden, insbesondere um Partikelablagerungen, insbesondere Rußablagerungen, zu reduzieren oder zu unterbinden. Andernfalls könnten solche Ablagerungen zu einer Verringerung der Kriechwege bzw. des elektrischen Widerstands zwischen den Elektroden auf dem an sich elektrisch nicht leitfähigen Substrat 110, insbesondere seiner ersten Oberfläche 110a, und schließlich zu einem elektrischen Kurzschluss führen. Bei weiteren Ausführungsformen kann die Heizeinrichtung auch dazu ausgebildet sein, eine Temperatur des Partikelsensors 100, 100a, 100b zumindest zeitweise über eine vorgebbare Solltemperatur, insbesondere in einem Bereich zwischen etwa 650 °C bis etwa 700 °C, zu erhöhen, um Ablagerungen, insbesondere Rußablagerungen, gezielt abzubrennen. 5 schematically shows a plan view of a particle sensor 100b according to a further embodiment, in particular on one of its first surface 110a ( 1 ) opposite second surface 110b , which is, for example, an "underside" of the particle sensor 100b is. On this second surface 110b is an electric heater 160 provided, which preferably meander-shaped Heizleiterbahnen 162 as well as corresponding electrical connections 164 having. The production of the structures 162 . 164 Again, advantageously by screen printing, in particular by means of platinum screen printing done. The electric heater 160 For example, to increase the temperature of the particle sensor 100b be used, in particular to reduce or eliminate particulate deposits, in particular soot deposits. Otherwise, such deposits could lead to a reduction in the creepage paths or the electrical resistance between the electrodes on the substrate which is not electrically conductive per se 110 , especially its first surface 110a , and eventually lead to an electrical short circuit. In further embodiments, the heating device may also be configured to a temperature of the particle sensor 100 . 100a . 100b at least temporarily over a predetermined target temperature, in particular in a range between about 650 ° C to about 700 ° C, to increase, in order to selectively burn off deposits, in particular soot deposits.

Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf die 6A, 6B eine weitere Ausführungsform 100c des erfindungsgemäßen Partikelsensors beschrieben, wobei 6A schematisch eine Draufsicht und 6B schematisch einen Querschnitt mit Blick in Längsrichtung (entlang der Achse x, vergleiche 6A) zeigt.The following is with reference to the 6A . 6B another embodiment 100c of the particle sensor according to the invention described, wherein 6A schematically a plan view and 6B schematically a cross section with a view in the longitudinal direction (along the axis x, cf. 6A ) shows.

Der Partikelsensor 100c weist keine Sensorelektrode (Bezugszeichen 140, vergleiche 4A) auf, und eine Messung einer Konzentration von geladenen Partikeln wie beispielsweise Rußpartikeln wird vorliegend unter Anwendung des vorstehend bereits beschriebenen „escaping current“-Prinzips ausgeführt. Das komplette System 100c wird nach außen isoliert, wodurch die Gegenelektrode bzw. Masseelektrode 124b zu einer virtuellen Masseelektrode wird, und es wird der Strom gemessen, welchen die Rußpartikel in Form ihrer elektrischen Aufladung aus dem ansonsten geschlossenen System 100c heraustragen. Der Strom fließt beispielsweise von der Nadel der Hochspannungselektrode 122 durch den Bereich der Koronaentladung in die Masseelektrode 124b, und die Trap-Elektrode 130 fängt die übrigen Ionen ein. Der Strom, der von den geladenen Partikeln, insbesondere geladenen Rußpartikeln, erzeugt wird, muss der Masseelektrode 124b wieder hinzugefügt werden, damit ihr elektrisches Potenzial konstant bleibt. Dieser Strom wird auch als „escaping current“ bezeichnet und ist ein Maß für die Konzentration geladener Partikel.The particle sensor 100c has no sensor electrode (reference numeral 140 , compare 4A ), and a measurement of a concentration of charged particles such as soot particles is carried out in the present case using the "escaping current" principle already described above. The complete system 100c is isolated to the outside, whereby the counter electrode or ground electrode 124b becomes a virtual ground electrode, and the current which the soot particles receive in the form of their electrical charge from the otherwise closed system is measured 100c wear out. The current flows, for example, from the needle of the high voltage electrode 122 through the area of corona discharge into the ground electrode 124b , and the trap electrode 130 captures the remaining ions. The current generated by the charged particles, in particular charged soot particles, must be the ground electrode 124b be added again so that their electrical potential remains constant. This current is also called "escaping current" and is a measure of the concentration of charged particles.

Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 4B ist aus 6B ersichtlich, dass der Partikelsensor 100c eine Gegenelektrode bzw. Masseelektrode 124b aufweist, welche in beiden Randbereichen 1241a, 1241b mit der Oberfläche 110a des Grundkörpers 110 mechanisch verbunden ist. Eine elektrisch leitfähige Verbindung ist mindestens zwischen dem Bereich 1241b und der Masseleitung 1241 gegeben. Ein mittlerer Bereich 1242 der Masseelektrode 124b ragt wie aus 6B ersichtlich von der Oberfläche 110a des Grundkörpers 110 ab, wodurch ein Raumbereich zwischen der Innenseite des Bereichs 1242 und der Hochspannungselektrode 122 definiert wird, der die Korona-Entladung umfassen kann, und in dem die vorstehend genannte Aufladung von Teilchen bzw. Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, erfolgen kann.Unlike the embodiment according to 4B is out 6B it can be seen that the particle sensor 100c a counter electrode or ground electrode 124b which has in both edge regions 1241 . 1241 b with the surface 110a of the basic body 110 mechanically connected. An electrically conductive connection is at least between the area 1241 b and the ground line 1241 given. A middle area 1242 the earth electrode 124b sticks out 6B apparent from the surface 110a of the basic body 110 , creating a space between the inside of the area 1242 and the high voltage electrode 122 is defined, which may comprise the corona discharge, and in which the above-mentioned charging of particles or particles, in particular soot particles, can take place.

7 zeigt eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform 100d eines erfindungsgemäßen Partikelsensors. Wie bei der Ausführungsform gemäß 6A ist vorliegend die Masseelektrode 124c beidseitig (bezogen auf die Hochspannungselektrode 122) auf der ersten Oberfläche 110a des Grundkörpers 110 angeordnet und mit dieser verbunden. Auf einer ersten Seite erfolgt die mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung mit der Massezuleitung 1241, und auf einer zweiten Seite, in 7 oberhalb der Hochspannungselektrode 122, erfolgt zumindest eine mechanische und gegebenenfalls auch elektrisch leitfähige Verbindung des betreffenden Bereichs der Masseelektrode 124c mit einem auf der Oberfläche 110a angeordneten Leiterabschnitt. 7 shows a plan view of a further embodiment 100d a particle sensor according to the invention. As in the embodiment according to 6A is in this case the ground electrode 124c on both sides (relative to the high-voltage electrode 122 ) on the first surface 110a of the basic body 110 arranged and connected to this. On a first side, the mechanical and electrically conductive connection with the ground supply line takes place 1241 , and on a second page, in 7 above the high voltage electrode 122 , At least one mechanical and possibly also electrically conductive connection of the relevant area of the ground electrode takes place 124c with one on the surface 110a arranged conductor section.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen 100, 100a, 100b, 100c, 100d können die Zuleitungen bzw. Leiterbahnen und Elektroden bevorzugt mittels Siebdruck, insbesondere mittels Platin-Siebdruck, auf dem Grundkörper 110 bzw. dessen erster Oberfläche 110a hergestellt werden.In the embodiments described above 100 . 100a . 100b . 100c . 100d For example, the supply lines or printed conductors and electrodes can preferably be applied by screen printing, in particular by means of platinum screen printing, on the base body 110 or its first surface 110a getting produced.

Im Unterschied zu der Konfiguration gemäß 6A, 6B ist bei dem Partikelsensor 100d gemäß 7 ein zungenförmiger axialer Endbereich 124" vorgesehen, der über die Trap-Elektrode 130 ragt, wohingegen die Befestigungsbereiche der Masseelektrode 124b sich in axialer Richtung x nicht bis hin zur bzw. entlang der Trap-Elektrode 130 erstrecken. Der axiale Endbereich 124" ragt somit frei über die Trap-Elektrode 130. Dadurch ist eine verbesserte elektrische Isolation zwischen den Elektroden 124c, 130 gegeben.Unlike the configuration according to 6A . 6B is at the particle sensor 100d according to 7 a tongue-shaped axial end region 124 ' provided by the trap electrode 130 protrudes, whereas the attachment areas of the ground electrode 124b not in the axial direction x up to or along the trap electrode 130 extend. The axial end area 124 ' thus protrudes freely over the trap electrode 130 , This provides improved electrical isolation between the electrodes 124c . 130 given.

Die vorstehend beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen bzw. ihre Merkmale können bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen auch in anderen als den vorstehend beschriebenen Kombinationen miteinander genutzt werden.The embodiments described above by way of example or their features can also be used in other than the combinations described above in further advantageous embodiments.

Besonders vorteilhaft weist der erfindungsgemäßen Partikelsensor 100, 100a, 100b, 100c, 100d bevorzugt ein planares Keramiksubstrat auf, das den Grundkörper 110 bildet, und auf dessen Oberfläche 110a sind verschiedene Komponenten des Partikelsensors wie beispielsweise Elektroden und entsprechende elektrische Zuleitungen bzw. Leiterbahnen angeordnet, was eine besonders einfache Fertigung ermöglicht. Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann besonders einfach in einem Schutzrohr bzw. einer Schutzrohranordnung R1, R2, vergleiche 2, angeordnet werden und somit einer gleichmäßigen Fluidströmung A1, P1 ausgesetzt werden, was eine präzise Messung der Konzentration von Partikeln, insbesondere von Rußpartikeln, ermöglicht. Wie vorstehend bereits beschrieben sind Varianten mit wenigstens einer Sensorelektrode 140 (4A) oder auch mehreren Sensorelektroden (nicht gezeigt) möglich, und es sind ebenfalls Varianten ohne Sensorelektrode (6A, 7) möglich, bei denen bevorzugt das „escaping current“-Messprinzip zur Ermittlung einer Konzentration von geladenen Partikeln genutzt wird. Der planare Aufbau des Partikelsensors ermöglicht des Weiteren eine kostengünstige Fertigung und Lagerung sowie eine klein bauende Konfiguration für ein entsprechendes Zielsystem Z (2). Besonders vorteilhaft ist bei manchen Ausführungsformen die Verwendung von Siebdruck-Elektroden, insbesondere Platin-Siebdruck-Elektroden, in Kombination mit planaren und/oder aus der ersten Oberfläche 110a herausragenden Elementen wie beispielsweise den Masseelektroden 124, 124a, 124b, 124c.The particle sensor according to the invention is particularly advantageous 100 . 100a . 100b . 100c . 100d Preferably, a planar ceramic substrate, which is the main body 110 forms, and on its surface 110a Various components of the particle sensor such as electrodes and corresponding electrical leads or printed conductors are arranged, which allows a particularly simple production. The particle sensor according to the invention can be particularly simple in a protective tube or a protective tube arrangement R1 . R2 , compare 2 , are arranged and thus a uniform fluid flow A1 . P1 be exposed, which allows a precise measurement of the concentration of particles, in particular soot particles. As already described above, variants with at least one sensor electrode 140 ( 4A ) or even a plurality of sensor electrodes (not shown) are possible, and there are also variants without sensor electrode ( 6A . 7 ), in which preferably the "escaping current" measuring principle is used to determine a concentration of charged particles. The planar structure of the particle sensor further allows cost-effective production and storage and a small-sized configuration for a corresponding target system Z (FIG. 2 ). In some embodiments, the use of screen printing electrodes, in particular platinum screen printing electrodes, in combination with planar and / or from the first surface is particularly advantageous 110a outstanding elements such as the ground electrodes 124 . 124a . 124b . 124c ,

Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann besonders bevorzugt als Rußpartikelsensor im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt werden, insbesondere als OBD (on board diagnosis)- Sensor für die Überwachung eines Partikelfilters in Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Personenkraftwagen (PKW), Nutzkraftwagen (NKW). Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann ferner zur Messung der Konzentration von Partikeln in einer Fluidströmung allgemein eingesetzt werden, insbesondere zur Messung einer Konzentration von Staubpartikeln bzw. Feinstaubpartikeln, und kann daher vorteilhaft insbesondere auch bei der Umweltmesstechnik eingesetzt werden.The particle sensor according to the invention can be used particularly preferably as a soot particle sensor in the automotive sector, in particular as OBD (on board diagnosis) sensor for monitoring a particulate filter in motor vehicles such as passenger cars (PKW), commercial vehicles (commercial vehicles). The particle sensor according to the invention can also be used in general for measuring the concentration of particles in a fluid flow, in particular for measuring a concentration of dust particles or fine dust particles, and can therefore be advantageously used in particular also in environmental metrology.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor ermöglicht vorteilhaft sowohl die Bestimmung einer Massenkonzentration, zum Beispiel angegeben in Milligramm pro Kubikmeter (mg/m³), als auch die Bestimmung einer Anzahlkonzentration, beispielsweise gemessen in Partikel je Kubikmeter. Besonders vorteilhaft kann der Partikelsensor zur Überwachung von Partikelfiltern bei Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, sowohl bei selbstzündenden Brennkraftmaschinen wie auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen. Ferner ermöglicht der erfindungsgemäße Partikelsensor die Bestimmung von Partikelkonzentrationen in der Umweltmesstechnik und in sonstigen Bereichen, insbesondere zur Ermittlung einer Raumluftqualität, der Emissionen von Verbrennungsanlagen (privat, industriell), usw..The particle sensor according to the invention advantageously allows both the determination of a mass concentration, for example given in milligrams per cubic meter (mg / m ³ ), as well as the determination of a number concentration, for example measured in particles per cubic meter. Particularly advantageously, the particle sensor can be used for monitoring particle filters in internal combustion engines, both in self-igniting internal combustion engines as well as in spark-ignition internal combustion engines. Furthermore, the particle sensor according to the invention enables the determination of particle concentrations in environmental measurement technology and in other areas, in particular for determining a room air quality, the emissions of incinerators (private, industrial), etc ..

Das erfindungsgemäß genutzte Messprinzip basiert auf einer Aufladung von Partikeln, insbesondere Rußpartikeln, mittels einer Korona-Entladung in dem Fluidstrom A1 (1) und einer anschließenden Messung der Ladung der Partikel bzw. der Rußpartikel bzw. der Messung eines entsprechenden, hieraus resultierenden Stroms. Die Messung kann beispielsweise mittels Ladungsinfluenz an einer Sensorelektrode 140 (1) oder nach dem „escaping current“-Prinzip erfolgen. Das erfindungsgemäß genutzte Messprinzip weist eine sehr hohe Empfindlichkeit auf, wodurch auch kleinste Konzentrationen von Partikeln messbar sind. Weiterhin ermöglicht das erfindungsgemäß genutzte Messprinzip vorteilhaft vergleichsweise hohe Aktualisierungsraten („update“-Raten), also vergleichsweise viele Messungen je Sekunde. Dies erlaubt vorteilhaft eine Korrelation des hierbei erhaltenen Messsignals beispielsweise mit anderen Betriebsgrößen, wie beispielsweise Betriebsgrößen einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrom der Partikelsensor angeordnet ist, was vorteilhaft eine Verbesserung der Datenauswertung und damit eine weitere Erhöhung der Sensorgenauigkeit zur Folge hat.The measuring principle used according to the invention is based on a charging of particles, in particular soot particles, by means of a corona discharge in the fluid flow A1 ( 1 ) and a subsequent measurement of the charge of the particles or the soot particles or the measurement of a corresponding, resulting current. The measurement may be, for example, by means of charge influence on a sensor electrode 140 ( 1 ) or according to the "escaping current" principle. The measuring principle used according to the invention has a very high sensitivity, as a result of which even the smallest concentrations of particles can be measured. Furthermore, the measuring principle used according to the invention advantageously allows comparatively high update rates (" update "rates), ie comparatively many measurements per second. This advantageously allows a correlation of the measurement signal obtained in this case, for example, with other operating variables, such as operating variables of an internal combustion engine, in the exhaust stream of the particle sensor is arranged, which advantageously has an improvement of the data evaluation and thus a further increase in the sensor accuracy.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2013/125181 A1 [0002]WO 2013/125181 A1 [0002]

Claims

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) mit einem Grundkörper (110), einer Partikelaufladeeinrichtung (120) zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110) strömenden Fluidstrom (A1), und einer Trap-Elektrode (130) zum Ablenken geladener Teilchen des Fluidstroms (A1), wobei die Partikelaufladeeinrichtung (120) und die Trap-Elektrode (130) auf der ersten Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110) angeordnet sind.Particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) having a base body (110), a particle charging device (120) for charging particles in a fluid flow (A1) flowing over a first surface (110a) of the base body (110), and a A trap electrode (130) for deflecting charged particles of the fluid stream (A1), wherein the particle charging device (120) and the trap electrode (130) are disposed on the first surface (110a) of the base body (110).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach Anspruch 1, wobei die erste Oberfläche (110a) eine Außenoberfläche des Grundkörpers (110) ist.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to Claim 1 wherein the first surface (110a) is an outer surface of the main body (110).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Partikelaufladeeinrichtung (120) eine Hochspannungselektrode (122) zur Erzeugung einer Korona-Entladung (123) aufweist.A particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to any one of the preceding claims, wherein the particle charging means (120) comprises a high voltage electrode (122) for generating a corona discharge (123).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach Anspruch 3, wobei die Partikelaufladeeinrichtung (120) eine Gegenelektrode (124; 124a; 124b; 124c) zu der Hochspannungselektrode (122) aufweist.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to Claim 3 wherein the particle charging device (120) has a counter electrode (124; 124a; 124b; 124c) to the high voltage electrode (122).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach Anspruch 4, wobei die Gegenelektrode (124; 124a; 124b) ebenfalls auf der ersten Oberfläche (110a) angeordnet ist.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to Claim 4 wherein the counter electrode (124; 124a; 124b) is also disposed on the first surface (110a).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach einem der Ansprüche 4 bis 5, wobei die Gegenelektrode (124a; 124b; 124c) zu der Hochspannungselektrode (122) gleichzeitig eine Gegenelektrode zu der Trap-Elektrode (130) bildet.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to one of Claims 4 to 5 wherein the counter electrode (124a; 124b; 124c) to the high voltage electrode (122) simultaneously forms a counter electrode to the trap electrode (130).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Gegenelektrode (124a; 124b; 124c) zumindest in einem ersten Bereich (1241) der Gegenelektrode auf der ersten Oberfläche (110a) angeordnet ist, und wobei ein von dem ersten Bereich (1241) verschiedener zweiter Bereich (1242) der Gegenelektrode (124a; 124b; 124c) von der ersten Oberfläche (110a) abragt.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to one of Claims 4 to 6 wherein the counterelectrode (124a; 124b; 124c) is disposed on the first surface (110a) at least in a first region (1241) of the counterelectrode, and wherein a second region (1242) of the counterelectrode (1242) is different from the first region (1241). 124a, 124b, 124c) protrudes from the first surface (110a).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens eine Sensorelektrode (140) zur Erfassung von Information über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen ist, der durch Partikel aus dem Fluidstrom (A1) verursacht wird, die mittels der Partikelaufladeeinrichtung (120) aufgeladen wurden, wobei die mindestens eine Sensorelektrode (140) ebenfalls auf der ersten Oberfläche (110a) angeordnet ist.A particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to any one of the preceding claims, wherein at least one sensor electrode (140) is provided for detecting information about an electric charge flow caused by particles from the fluid flow (A1) generated by means of the particle charging device (120) were charged, wherein the at least one sensor electrode (140) is also arranged on the first surface (110a).

Sensoreinrichtung (1000) aufweisend eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren (R1, R2) und wenigstens einen Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) so in dem inneren Rohr (R1) der beiden Rohre (R1, R2) angeordnet ist, dass seine erste Oberfläche (110a) im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse (LA) des inneren Rohres (R1) ausgerichtet ist.Sensor device (1000) comprising a protective tube arrangement of two concentrically arranged tubes (R1, R2) and at least one particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to one of the preceding claims, wherein the at least one particle sensor (100; 100a; 100b 100c, 100d) is disposed in the inner tube (R1) of the two tubes (R1, R2) so that its first surface (110a) is oriented substantially parallel to a longitudinal axis (LA) of the inner tube (R1).

Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors (100; 100a; 100b; 100c; 100d) mit einem Grundkörper (110), einer Partikelaufladeeinrichtung (120) zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110) strömenden Fluidstrom (A1), und einer Trap-Elektrode (130) zum Ablenken geladener Teilchen des Fluidstroms (A1), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen (200) des Grundkörpers (110), Anordnen (210) der Partikelaufladeeinrichtung (120) und der Trap-Elektrode (130) auf der ersten Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110).Method for producing a particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) having a base body (110), a particle charging device (120) for charging particles in a fluid flow (A1 ), and a trap electrode (130) for deflecting charged particles of the fluid stream (A1), the method comprising the steps of: providing (200) the base body (110), placing (210) the particle charging device (120) and the trap Electrode (130) on the first surface (110a) of the main body (110).