DE102017213522A1

DE102017213522A1 - Particle sensor and operating method for this

Info

Publication number: DE102017213522A1
Application number: DE102017213522.0A
Authority: DE
Inventors: Radoslav Rusanov; Oliver Krayl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-02-07
Also published as: CN110998282A; EP3580544A1; WO2019025236A1

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), wobei mindestens eine Sensorelektrode (140) zur Erfassung von Information über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen ist, der durch geladene Partikel aus dem Fluidstrom (A1) verursacht wird, wobei die mindestens eine Sensorelektrode (140) im Bereich der ersten Oberfläche (110a) angeordnet ist, wobei wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode (150) zwischen der Partikelaufladeeinrichtung (120) und der Sensorelektrode (140) vorgesehen ist, wobei die Abschirmelektrode (150) mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagbar ist.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 ), wherein at least one sensor electrode (140) is provided for detecting information about an electric charge current caused by charged particles from the fluid flow (A1), wherein the at least one sensor electrode (140) in the region of the first surface (110a) is, at least partially a shielding electrode (150) between the particle charging device (120) and the sensor electrode (140) is provided, wherein the shielding electrode (150) can be acted upon with a predetermined electrical potential.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor mit einem Grundkörper und einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche des Grundkörpers strömenden Fluidstrom.The invention relates to a particle sensor having a base body and a particle charging device for charging particles in a fluid flow flowing over a first surface of the base body.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Partikelsensors.The invention further relates to a method for operating 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, kostengünstig zu fertigen ist, und einen sicheren Betrieb ermöglicht.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, is inexpensive to manufacture, and enables safe operation.

Diese Aufgabe wird durch den Partikelsensor nach Patentanspruch 1 gelöst. Der Partikelsensor weist einen Grundkörper auf und eine Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche des Grundkörpers strömenden Fluidstrom, wobei mindestens eine Sensorelektrode zur Erfassung von Information über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen ist, der durch geladene Partikel aus dem Fluidstrom verursacht wird, wobei die mindestens eine Sensorelektrode im Bereich der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode zwischen der Partikelaufladeeinrichtung und der Sensorelektrode vorgesehen ist, wobei die Abschirmelektrode mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagbar ist.This object is achieved by the particle sensor according to claim 1. The particle sensor comprises a base body and a particle charging device for charging particles in a flowing over a first surface of the body fluid stream, wherein at least one sensor electrode is provided for detecting information about an electric charge flow, which is caused by charged particles from the fluid flow, wherein the at least one sensor electrode is arranged in the region of the first surface, wherein a shielding electrode is at least partially provided between the particle charging device and the sensor electrode, wherein the shielding electrode can be acted upon by a predeterminable electrical potential.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist somit einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auf, und durch die Vorsehung der Abschirmelektrode ist vorteilhaft sichergestellt, dass Störeinflüsse von anderen Komponenten auf die Sensorelektrode reduziert werden. Beispielsweise kann es sich bei solchen Störeinflüssen um Leckströme aus anderen Komponenten des Partikelsensors zu der Sensorelektrode handeln. Diese werden durch die Abschirmelektrode bei manchen Ausführungsformen gleichsam abgefangen bzw. abgeleitet, so dass das elektrische Potential der Sensorelektrode nicht durch die Leckströme verfälscht wird, wodurch eine Steigerung der Empfindlichkeit des Partikelsensors ermöglicht wird.The particle sensor according to the invention thus has a particularly simple and inexpensive construction, and the provision of the shielding electrode advantageously ensures that interference from other components on the sensor electrode is reduced. For example, such disturbing influences may be leakage currents from other components of the particle sensor to the sensor electrode. These are, as it were, intercepted by the shielding electrode in some embodiments, so that the electrical potential of the sensor electrode is not distorted by the leakage currents, thereby enabling an increase in the sensitivity of the particle sensor.

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. 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 eine Außenoberfläche des Grundkörpers.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. 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 is an outer surface of the main body.

Bei manchen Ausführungsformen kann die Partikelaufladeeinrichtung eine vorzugsweise im Bereich der ersten Oberfläche angeordnete Hochspannungselektrode zur Erzeugung einer Korona-Entladung aufweisen und eine Gegenelektrode zu der Hochspannungselektrode.In some embodiments, the particle charging device may comprise a high voltage electrode preferably arranged in the region of the first surface for generating a corona discharge and a counter electrode to the high voltage electrode.

Die bei manchen Ausführungsformen bereitstellbare 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. Alternativ zu der Hochspannungselektrode mit Gegenelektrode sind bei weiteren Ausführungsformen auch andere Typen von Partikelaufladeeinrichtungen verwendbar.The corona discharge, which can be provided in some embodiments, allows 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. As an alternative to the high-voltage electrode with counter-electrode, other types of particle-charging devices can also be used in further embodiments.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hochspannungselektrode zumindest teilweise, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist, wobei die Gegenelektrode zumindest teilweise, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform ergibt sich eine besonders klein bauende Konfiguration, wenn die Hochspannungselektrode und die Gegenelektrode, insbesondere vollständig, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sind.In an advantageous embodiment, it is provided that the high-voltage electrode is at least partially, in particular directly, arranged on the first surface of the base body, wherein the counter electrode is at least partially, in particular directly, arranged on the first surface of the base body. In one embodiment, a particularly small-sized configuration results when the high-voltage electrode and the counter electrode, in particular completely, are arranged on the first surface of the base body.

Unter einer bei manchen Ausführungsformen vorsehbaren „direkten“ Anordnung der betreffenden Elektrode auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers wird vorliegend verstanden, dass die betreffende Elektrode einen im Wesentlichen flächigen Kontaktbereich mit der ersten Oberfläche aufweist bzw. diese erste Oberfläche kontaktierend bedeckt, beispielsweise im Sinne einer Beschichtung.Under a foreseeable in some embodiments, "direct" arrangement of the subject In the present case, the electrode on the first surface of the base body is understood to mean that the relevant electrode has a substantially flat contact area with the first surface or covers this first surface in contact, for example in the form of a coating.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Abschirmelektrode mit einem elektrischen Bezugspotential des Partikelsensors, insbesondere einem Massepotential, beaufschlagbar ist, wodurch sich eine besonders gute Abschirmwirkung ergibt.In preferred embodiments, it is provided that the shielding electrode can be acted upon by an electrical reference potential of the particle sensor, in particular a ground potential, resulting in a particularly good shielding effect.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Abschirmelektrode mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, das zumindest in etwa dem elektrischen Potential der Sensorelektrode entspricht (beispielsweise um nicht mehr als 5 Prozent von dem elektrischen Potential der Sensorelektrode abweicht). Hierdurch ergibt sich vorteilhaft ebenfalls eine sehr gute Abschirmwirkung.In further preferred embodiments, it is provided that the shielding electrode can be acted upon by an electrical potential that corresponds at least approximately to the electrical potential of the sensor electrode (for example, does not deviate by more than 5 percent from the electrical potential of the sensor electrode). This results in advantageous also a very good shielding effect.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine Ansteuerschaltung zur Beaufschlagung der Abschirmelektrode mit dem vorggebbaren elektrischen Potential vorgesehen ist.In further preferred embodiments, it is provided that a drive circuit is provided for acting on the shielding electrode with the predeterminable electrical potential.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Ansteuerschaltung wenigstens ein aktives Bauteil, insbesondere einen Verstärker, aufweist, wodurch das vorggebbare elektrische Potential zuverlässig bereitgestellt werden kann, insbesondere auch wenn Störeinflüsse wie z.B. Leckströme von einer Hochspannungsversorgung usw. vergleichsweise groß sind.In further preferred embodiments, it is provided that the drive circuit has at least one active component, in particular an amplifier, whereby the predeterminable electrical potential can be reliably provided, in particular even when disturbances such as e.g. Leakage currents from a high voltage power supply, etc. are comparatively large.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Sensorelektrode vollständig, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist, wobei insbesondere die Abschirmelektrode die Sensorelektrode wenigstens innerhalb der ersten Oberfläche vollständig umgibt. Mit anderen Worten ist die Sensorelektrode bzw. die Abschirmelektrode bevorzugt z.B. auch, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet, was eine effiziente und kostengünstige Fertigung, beispielsweise mittels Siebdruckverfahren, ermöglicht, die Design-Freiheit bezüglich des Partikelsensors weiter erhöht und Kosten für die Elektronik des Partikelsensors senkt.In further preferred embodiments, it is provided that the sensor electrode is completely, in particular directly, arranged on the first surface of the base body, wherein in particular the shielding electrode completely surrounds the sensor electrode at least within the first surface. In other words, the sensor electrode or the shielding electrode is preferably e.g. also, in particular directly, arranged on the first surface of the base body, which allows efficient and cost-effective production, for example by means of screen printing method, further increases the design freedom with respect to the particle sensor and reduces costs for the electronics of the particle sensor.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass Bereiche der Abschirmelektrode auch außerhalb der ersten Oberfläche angeordnet sind, und dass diese Bereiche der Abschirmelektrode die Sensorelektrode zumindest teilweise umgeben. Dadurch kann eine weitere Abschirmwirkung erzielt werden.In further preferred embodiments, it is provided that regions of the shielding electrode are also arranged outside the first surface, and that these regions of the shielding electrode at least partially surround the sensor electrode. As a result, a further shielding effect can be achieved.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens ein Bereich der Sensorelektrode radial außen von einem elektrisch isolierenden Medium umgeben ist, wobei das elektrisch isolierende Medium radial außen von der Abschirmelektrode umgeben ist. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige Abschirmung erzielt.In further preferred embodiments, it is provided that at least one region of the sensor electrode is surrounded radially on the outside by an electrically insulating medium, wherein the electrically insulating medium is surrounded radially on the outside by the shielding electrode. As a result, a particularly reliable shielding is achieved.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist angegeben durch eine Sensoreinrichtung aufweisend eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren und wenigstens einem erfindungsgemäßen Partikelsensor, 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.A further aspect of the invention is specified by a sensor device comprising a protective tube arrangement of two concentrically arranged tubes and at least one particle sensor according to the invention, 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 of the inner tube is aligned.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist anegegeben durch ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors mit einem Grundkörper, einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche des Grundkörpers strömenden Fluidstrom, wobei mindestens eine Sensorelektrode zur Erfassung von Information über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen ist, der durch geladene Partikel aus dem Fluidstrom verursacht wird, wobei die mindestens eine Sensorelektrode im Bereich der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode zwischen der Partikelaufladeeinrichtung und der Sensorelektrode vorgesehen ist, wobei die Abschirmelektrode mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagt wird.A further aspect of the invention is provided by a method for operating a particle sensor having a base body, a particle charging device for charging particles in a fluid flow flowing over a first surface of the base body, at least one sensor electrode being provided for detecting information about an electric charge flow, which is caused by charged particles from the fluid flow, wherein the at least one sensor electrode is arranged in the region of the first surface, wherein at least partially a shielding electrode between the particle charging and the sensor electrode is provided, wherein the shielding electrode is acted upon with a predetermined electrical potential.

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,
2A und 2B jeweils schematisch die Anordnung eines Partikelsensors in einem Zielsystem,
3A und 3B jeweils schematisch eine Draufsicht auf einen beispielhaften Partikelsensor ohne Abschirmelektrode,
4 schematisch einen Auszug aus einem Schaltbild eines Partikelsensors gemäß einer Ausführungsform,
5 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform,
6 schematisch einen Querschnitt eines Partikelsensors gemäß einer weiteren Ausführungsform,
7 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
8 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vefahrens.

In the drawing shows:

1 schematically a side view of a first embodiment of the particle sensor according to the invention,
2A and 2 B each schematically the arrangement of a particle sensor in a target system,
3A and 3B each schematically a plan view of an exemplary particle sensor without shielding electrode,
4 2 schematically shows an extract from a circuit diagram of a particle sensor according to an embodiment,
5 FIG. 2 is a schematic plan view of a particle sensor according to another embodiment; FIG.
6 FIG. 2 schematically shows a cross section of a particle sensor according to a further embodiment, FIG.
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 invention Vefahrens.

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 L extending along the x-axis and smaller than one in 1 plane perpendicular to the plane of the drawing.

Auf einer ersten Oberfläche 110a des Grundkörpers 110, bei der es sich um eine in 1 obere Außenoberfläche des Grundkörpers 110 handelt, ist eine Partikelaufladeeinrichtung 120 und eine Sensorelektrode 140 angeordnet. Des weiteren kann auf der ersten Oberfläche 110a optional auch eine Trap-Elektrode 130 zwischen der Partikelaufladeeinrichtung 120 und der Sensorelektrode 140 angeordnet sein.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 sensor electrode 140 arranged. Furthermore, on the first surface 110a optional also a trap electrode 130 between the particle charging device 120 and the sensor electrode 140 be arranged.

Die Partikelaufladeeinrichtung 120 ist zum Aufladen von Partikeln P 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 P, which are in one over the first surface 110a of the basic body 110 flowing fluid stream 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 optionale 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. Es sind auch Ausführungsformen vorstellbar, bei der keine Trap-Elektrode 130 vorgesehen ist bzw. bei der die Gegenelektrode 124 bzw. wenigstens ein Bereich der Gegenelektrode 124 gleichzeitig die Funktion der Trap-Elektrode 130 übernimmt.The optional 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 deflected so that they are not located to the downstream, optional sensor electrode 140 reach. Embodiments are also conceivable in which there is no trap electrode 130 is provided or at the counter electrode 124 or at least a portion of the counter electrode 124 at the same time the function of the trap electrode 130 takes over.

Die Sensorelektrode 140 ist zur Erfassung von Informationen über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen, der durch aufgeladene Partikel P' aus dem Fluidstrom A1 verursacht wird. Beispielsweise kann es sich dabei um Partikel P 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, insbesondere wenn wie vorstehend bereits beschrieben vergleichsweise leichte geladene Teilchen wie beispielsweise Ionen durch die Trap-Elektrode 130 (und/oder durch die Gegenelektrode) abgelenkt bzw. eingefangen werden können. Dadurch ermöglicht die Sensorelektrode 140 im Wege einer Messung der Ladungsinfluenz, die durch an der Sensorelektrode 140 vorbeiströmende geladene Partikel P' bewirkt wird, die Bestimmung einer Konzentration der geladenen Partikel in dem Fluidstrom A1.The sensor electrode 140 is intended to detect information about a charge electric current flowing through charged particles P 'from the fluid flow A1 is caused. For example, these may be particles P, which 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 , Especially if as already described above comparatively light charged particles such as ions through the trap electrode 130 (and / or by the counter electrode) can be deflected or captured. This allows the sensor electrode 140 by measuring the charge influence passing through the sensor electrode 140 passing charged particles P ', determining a concentration of the charged particles in the fluid stream A1 ,

Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom A1 um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln P um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen.For example, it may be in the fluid flow A1 to an exhaust flow of an internal combustion engine (not shown) act. By way of example, the particles P may be soot particles, such as are produced during combustion of fuel by an internal combustion engine.

Erfindungsgemäß ist wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode 150 zwischen der Partikelaufladeeinrichtung 120 und der Sensorelektrode 140 vorgesehen, wobei die Abschirmelektrode 150 mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass elektrische Störeinflüsse von anderen Komponenten 120, 122, 123, 130 auf die Sensorelektrode 140 reduziert werden. Beispielsweise kann es sich bei solchen Störeinflüssen um Leckströme aus anderen Komponenten des Partikelsensors zu der Sensorelektrode 140 hin handeln. Diese werden durch die Abschirmelektrode 150 bei manchen Ausführungsformen gleichsam abgefangen bzw. abgeleitet, so dass das elektrische Potential der Sensorelektrode 140 nicht durch die Leckströme verfälscht wird, wodurch eine Steigerung der Empfindlichkeit des Partikelsensors 100 ermöglicht wird.According to the invention, a shielding electrode is at least partially 150 between the particle charging device 120 and the sensor electrode 140 provided, wherein the shield electrode 150 can be acted upon by a predeterminable electrical potential. This advantageously ensures that electrical interference from other components 120 . 122 . 123 . 130 on the sensor electrode 140 be reduced. For example, such disturbances may be leakage currents from other components of the particle sensor to the sensor electrode 140 act out. These are through the shielding electrode 150 in some embodiments, as it were intercepted or derived, so that the electrical potential of the sensor electrode 140 not falsified by the leakage currents, thereby increasing the sensitivity of the particle sensor 100 is possible.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Abschirmelektrode 150 mit einem elektrischen Bezugspotential des Partikelsensors, insbesondere einem Massepotential, beaufschlagbar ist, wodurch sich eine besonders gute Abschirmwirkung ergibt. Hierzu kann die Abschirmelektrode 150 entsprechend mit einem das Massepotential aufweisenden Schaltungsknotenpunkt 102 des Partikelsensors 100 verbunden sein, vgl. die schematische Darstellung in 1. In preferred embodiments it is provided that the shielding electrode 150 with an electrical reference potential of the particle sensor, in particular a ground potential, can be acted upon, resulting in a particularly good shielding effect. For this purpose, the shielding electrode 150 corresponding to a circuit node having the ground potential 102 of the particle sensor 100 be connected, cf. the schematic representation in 1 ,

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Abschirmelektrode 150 mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, das zumindest in etwa dem elektrischen Potential der Sensorelektrode 140 entspricht. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft ebenfalls eine sehr gute Abschirmwirkung. Hierzu kann die Abschirmelektrode 150 entsprechend mit einem das Potential der Sensorelektrode 140 aufweisenden Schaltungsknotenpunkt (nicht in 1 gezeigt) verbunden sein, oder ggf. direkt mit der Sensorelektrode 140.In further preferred embodiments it is provided that the shielding electrode 150 can be acted upon by an electrical potential, at least approximately the electrical potential of the sensor electrode 140 equivalent. This results in advantageous also a very good shielding effect. For this purpose, the shielding electrode 150 correspondingly with a the potential of the sensor electrode 140 having circuit node (not in 1 shown), or possibly directly with the sensor electrode 140 ,

2A 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 2A 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. 2A 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 2A 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.Reference 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 2A 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 2A an optional supply of fresh gas, in particular fresh air supply, which may be desired in some embodiments, however, is not provided in particularly preferred embodiments.

2B zeigt schematisch ein Abgasrohr R und Teile der Sensoreinrichtung 1000 gemäß 2A in dem Abgasrohr R. Insbesondere ist aus 2B 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. 2 B schematically shows an exhaust pipe R and parts of the sensor device 1000 according to 2A in the exhaust pipe R. In particular, off 2 B 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.

3A zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen beispielhaften Partikelsensor 1000 ohne Abschirmelektrode. Auf dem Substrat 1110, vergleichbar zu dem Grundkörper 110 gemäß 1, ist eine Hochspannungselektrode 1130 angeordnet, die gleichzeitig gegebenenfalls die Funktion einer Trap-Elektrode erfüllt. Ein elektrischer Anschluss der Hochspannungselektrode 1130 ist mit dem Bezugszeichen 1130' bezeichnet. Eine Masseelektrode als Gegenelektrode zu der Hochspannungselektrode 1130 ist mit dem Bezugszeichen 1240 bezeichnet, und ein elektrischer Anschluss der Masseelektrode ist mit dem Bezugszeichen 1240' bezeichnet. Ferner ist eine Sensorelektrode 1140 auf der Oberfläche des Substrats 1110 vorgesehen, deren elektrischer Anschluss mit dem Bezugszeichen 1400' bezeichnet ist. 3A schematically shows a plan view of an exemplary particle sensor 1000 without shielding electrode. On the substrate 1110 , comparable to the main body 110 according to 1 , is a high voltage electrode 1130 arranged, which optionally simultaneously fulfills the function of a trap electrode. An electrical connection of the high voltage electrode 1130 is with the reference numeral 1130 ' designated. A ground electrode as a counter electrode to the high voltage electrode 1130 is with the reference numeral 1240 and an electrical terminal of the ground electrode is denoted by the reference numeral 1240 ' designated. Further, a sensor electrode 1140 on the surface of the substrate 1110 provided, the electrical connection with the reference numeral 1400 ' is designated.

Das Abgas, vergleiche den Pfeil A1, fließt vom hinteren Teil (links in 3A) des Substrats bzw. Grundkörpers 1110 nach vorne, also in 3A nach rechts. Daher ist der Bereich für die (Korona-basierte) Aufladung, insbesondere die Hochspannungselektrode 1130, und für das Trapping stromaufwärts vor dem Bereich der Sensorelektrode 1140 angebracht. Sofern alle elektrischen Zuleitungen beispielsweise in dem in 3A linken Endbereich des Grundkörpers 1110 angeordnet sein sollen, führt auch die Anschlussleitung 1400' der Sensorelektrode 1140, welche aufgrund des Meßprinzips bei manchen Ausführungsformen sehr empfindlich und störanfällig sein kann, neben bzw. unterhalb dem mit Hochspannung operierenden Aufladungs- und Trapping-Bereich 1130 vorbei. Dadurch besteht die Gefahr eines Überkoppelns der Hochspannung auf die Anschlussleitung 1400' in Form von Leckströmen L1, was das Signal der Sensorelektrode 1140 verfälschen kann und die Empfindlichkeit senkt. Aufgrund des elektrischen Potenzialunterschieds und der vergleichsweise geringen Abstände zwischen den Komponenten 1130, 1140' bzw. 1400' können also im Betrieb des Partikelsensors 1000 unerwünschte Leckströme L1 von der Hochspannungselektrode 1130 zu der Sensorelektrode 14400' bzw. zu ihrer elektrischen Anschlussleitung 1400' fließen, was sich nachteilig auf die Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit des Partikelsensors 1000 auswirkt.The exhaust, compare the arrow A1 , flows from the back (left in 3A) of the substrate or basic body 1110 forward, so in 3A to the right. Therefore, the area for the ( Corona-based) charging, especially the high voltage electrode 1130 , and for trapping upstream of the region of the sensor electrode 1140 appropriate. If all electrical leads, for example, in the in 3A left end of the body 1110 should be arranged, also leads the connection line 1400 ' the sensor electrode 1140 , which may be very sensitive and prone to failure in some embodiments due to the measuring principle, next to or below the high voltage operating charging and trapping area 1130 past. As a result, there is a risk of overcoupling the high voltage on the connecting cable 1400 ' in the form of leakage currents L1 what the signal of the sensor electrode 1140 can falsify and lowers the sensitivity. Due to the electrical potential difference and the comparatively small distances between the components 1130 . 1140 ' respectively. 1400 ' So in the operation of the particle sensor 1000 unwanted leakage currents L1 from the high voltage electrode 1130 to the sensor electrode 14400 ' or to their electrical connection line 1400 ' flow, which adversely affects the sensitivity or accuracy of the particle sensor 1000 effect.

3B zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen weiteren beispielhaften Partikelsensor 1000a ohne Abschirmelektrode, bei dem die Anordnung der einzelnen Elektroden unterschiedlich ist zu der Variante gemäß 3A. Wiederum ergeben sich dennoch unerwünschte Leckströme L2 aufgrund der Abwesenheit einer erfindungsgemäßen Abschirmelektrode. 3B schematically shows a plan view of another exemplary particle sensor 1000a without shielding electrode, in which the arrangement of the individual electrodes is different from the variant according to FIG 3A , Again, there are still unwanted leakage currents L2 due to the absence of a shielding electrode according to the invention.

4 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Partikelsensors 100a gemäß einer Ausführungsform. Es ist ein Schaltungsknotenpunkt 140' abgebildet, der zur elektrischen Kontaktierung der Sensorelektrode 140 (1) vorgesehen ist. Der Schaltungsknotenpunkt 140' ist elektrisch verbunden mit einer Auswerteschaltung 142 zur Auswertung eines Signals der Sensorelektrode 140, welche Auswerteschaltung 142 beispielsweise eine Verstärkerschaltung aufweisen kann. Die erfindungsgemäße Abschirmelektrode 150 ist vorliegend durch die im wesentlichen kreisförmige gestrichelte Linie angedeutet, die den Schaltungsknotenpunkt 140' vollständig umgibt. Dadurch können von dem Anschluss 122' der Hochspannungselektrode ausgehende Leckströme L3 den Schaltungsknotenpunkt 140' nicht erreichen, werden also von diesem abgeschirmt durch die erfindungsgemäße Abschirmelektrode 150. Die Leckströme L3 fließen also allenfalls in die Abschirmelektrode 150. 4 schematically shows a circuit diagram of a particle sensor 100a according to one embodiment. It is a circuit node 140 ' shown, for the electrical contacting of the sensor electrode 140 ( 1 ) is provided. The circuit node 140 ' is electrically connected to an evaluation circuit 142 for evaluating a signal of the sensor electrode 140 , which evaluation circuit 142 for example, may have an amplifier circuit. The shielding electrode according to the invention 150 is indicated here by the substantially circular dashed line, which is the circuit node 140 ' completely surrounds. This allows the connection 122 ' the high voltage electrode outgoing leakage currents L3 the circuit node 140 ' do not reach, so be shielded from this by the shielding electrode according to the invention 150 , The leakage currents L3 at most flow into the shielding electrode 150 ,

Wie vorstehend bereits beschrieben kann bei manchen Ausführungsformen die Abschirmelektrode 150 mit einem Bezugspotenzial, beispielsweise einem Massepotenzial, des Partikelsensors 100a verbunden sein. Vorliegend ist vorteilhaft eine Ansteuerschaltung 1500 vorgesehen, die die Abschirmelektrode 150 mit einem vorggebbaren elektrischen Potenzial beaufschlagt. Besonders bevorzugt ist die Ansteuerschaltung 1500 dazu ausgebildet, die Abschirmelektrode 150 mit einem elektrischen Potenzial zu beaufschlagen, das zumindest in etwa dem elektrischen Potenzial der Sensorelektrode 140 bzw. ihres elektrischen Anschlusses 140' entspricht. Hierfür ist vorliegend ein Eingang E eines in der Ansteuerschaltung 1500 vorgesehenen Verstärkers 1502 elektrisch mit dem Schaltungsknotenpunkt 140' verbunden, vergleiche die Leitung 1502'. Der Verstärker 1502 ermöglicht vorteilhaft eine aktive, niederohmige Ansteuerung der Abschirmelektrode 150 mit dem Potenzial der Sensorelektrode bzw. ihres Anschlusses 140', wodurch sich eine besonders gute Abschirmwirkung ergibt, was die Sensorempfindlichkeit und Genauigkeit des Partikelsensors 100a wesentlich erhöht und seine Störanfälligkeit verringert.As previously described, in some embodiments, the shield electrode may be used 150 with a reference potential, for example a ground potential, of the particle sensor 100a be connected. In the present case, a drive circuit is advantageous 1500 provided the shielding electrode 150 subjected to a predetermined electrical potential. Particularly preferred is the drive circuit 1500 adapted to the shielding electrode 150 to apply an electric potential, at least approximately the electric potential of the sensor electrode 140 or their electrical connection 140 ' equivalent. For this purpose, an input E is present in the drive circuit 1500 provided amplifier 1502 electrically to the circuit node 140 ' connected, compare the line 1502 ' , The amplifier 1502 advantageously allows an active, low-impedance control of the shielding electrode 150 with the potential of the sensor electrode or its connection 140 ' , which results in a particularly good shielding effect, which is the sensor sensitivity and accuracy of the particle sensor 100a significantly increased and reduced its susceptibility.

5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor 100b gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auf dem Substrat 110 ist wiederum eine Sensorelektrode 140 angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Sensorelektrode 140 vollständig, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche 110a des Grundkörpers bzw. Substrats 110 angeordnet. Die Abschirmelektrode 150a umgibt die Sensorelektrode 140 vollständig, wobei die Abschirmelektrode 150a ebenfalls auf der ersten Oberfläche 110a angeordnet ist. Daher kann diese Variante der Abschirmelektrode 150a auch als 2D (zweidimensionale)-Abschirmelektrode bezeichnet werden, weil sie in derselben Ebene wie die abzuschirmende bzw. zu schützende Sensorelektrode 140 liegt und diese in der Ebene umgibt. 5 schematically shows a plan view of a particle sensor 100b according to a further embodiment. On the substrate 110 is again a sensor electrode 140 arranged. Particularly preferred is the sensor electrode 140 completely, especially directly, on the first surface 110a of the main body or substrate 110 arranged. The shielding electrode 150a surrounds the sensor electrode 140 completely, the shielding electrode 150a also on the first surface 110a is arranged. Therefore, this variant of the shield electrode 150a also referred to as a 2D (two-dimensional) shielding electrode because they are in the same plane as the sensor electrode to be shielded 140 lies and surrounds them in the plane.

Besonders vorteilhaft umgibt die Abschirmelektrode 150a vorliegend auch eine Anschlussleitung 140' der Sensorelektrode 140, so dass auch die Anschlussleitung 140' vor Leckströmen geschützt ist. Analog zu der Ausführungsform 100a gemäß 4 ist auch bei der Ausführungsform 100b gemäß 5 eine Ansteuerschaltung 1500 vorgesehen, der über eine optionale Anschlussleitung 1502' das elektrische Potenzial der Sensorelektrode 140 zuführbar ist, und die die Abschirmelektrode 150a aktiv ansteuert, beispielsweise um die Abschirmelektrode 150a mit einem elektrischen Potenzial zu beaufschlagen, das im wesentlichen dem elektrischen Potenzial der Sensorelektrode 140 entspricht.Particularly advantageous surrounds the shielding electrode 150a in the present case also a connection line 140 ' the sensor electrode 140 so that also the connection line 140 ' is protected against leakage currents. Analogous to the embodiment 100a according to 4 is also in the embodiment 100b according to 5 a drive circuit 1500 provided, via an optional connecting cable 1502 ' the electrical potential of the sensor electrode 140 can be supplied, and the shielding electrode 150a actively activates, for example, the shielding electrode 150a to apply an electrical potential that is substantially the electrical potential of the sensor electrode 140 equivalent.

Bei weiteren Ausführungsformen kann auch eine Schutzelektrode 160 um die Hochspannungselektrode 122 bzw. ihre elektrischen Anschlüsse 122' herum vorgesehen bzw. angeordnet sein.In further embodiments, a protective electrode may also be used 160 around the high voltage electrode 122 or their electrical connections 122 ' be provided or arranged around.

Bei bevorzugten Ausführungsformen können ein oder mehrere der vorstehend genannten Elektroden 122, 124, 130, 140, 150 bzw. Teile hiervon bzw. ihre zugehörigen Anschlussleitungen mittels Siebdrucktechnik auf der ersten Oberfläche 110a Grundkörpers 110 hergestellt werden, beispielsweise mittels planarer Siebdrucktechnik, insbesondere Platin-Siebdruck.In preferred embodiments, one or more of the aforementioned electrodes 122 . 124 . 130 . 140 . 150 or parts thereof or their associated connection lines by means of screen printing on the first surface 110a the body 110 be prepared, for example by means of planar screen printing technique, in particular platinum screen printing.

6 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Partikelsensors 100c gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Bereich der ersten Oberfläche 110a ist vorliegend eine Sensorelektrode 140 angeordnet, die in ein isolierendes Medium 145 eingebettet ist. Mit anderen Worten wird die Sensorelektrode 140 radial außen, insbesondere vollständig entlang einer Umfangsrichtung, von dem elektrisch isolierenden Medium 145 umgeben, und das elektrisch isolierende Medium 145 wird radial außen von der Abschirmelektrode 150b umgeben, sodass sich vorteilhaft eine elektrische Abschirmstruktur analog zu dem Prinzip einer Koaxialleitung für die Sensorelektrode 140 ergibt. 6 schematically shows a cross section of a particle sensor 100c according to a further embodiment. In the area of the first surface 110a in the present case is a sensor electrode 140 arranged in an insulating medium 145 is embedded. In other words, the sensor electrode becomes 140 radially outside, in particular completely along a circumferential direction, of the electrically insulating medium 145 surrounded, and the electrically insulating medium 145 is radially outward of the shield electrode 150b surrounded, so advantageously an electrical shielding analogous to the principle of a coaxial line for the sensor electrode 140 results.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die in 6 abgebildete Struktur durch eine abwechselnde Abfolge von vorliegend z.B. insgesamt fünf leitenden bzw. isolierenden Siebdruck-Schichten S1, S2, S3, S4, S5 realisiert. Die beiden Schichten S1, S5 sind leitfähig, beispielsweise am radial äußeren Rand R' miteinander verbunden und stellen die beschriebene Abschirmelektrode 150b dar, die vorliegend auch als dreidimensionale (3D)- Abschirmelektrode bezeichnet wird.In a preferred embodiment, the in 6 illustrated structure by an alternating sequence of presently, for example, a total of five conductive or insulating screen printing layers S1 . S2 . S3 . S4 . S5 realized. The two layers S1 . S5 are conductive, for example, connected to each other at the radially outer edge R 'and provide the shielding electrode described 150b which is also referred to herein as a three-dimensional (3D) shielding electrode.

7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor 100d gemäß einer weiteren Ausführungsform. Ein Bereich 141 der Sensorelektrode 140, der sich im Wesentlichen innerhalb des Längenbereichs B2 des Grundkörpers 110 erstreckt, ist vorteilhaft durch eine Abschirmelektrode 150b gemäß 6 umgeben, sodass eine Beeinträchtigung des Bereichs 141 der Sensorelektrode 140 durch Leckströme zuverlässig unterbunden ist. In den axialen Endbereichen B1, B3 des Grundkörpers 110 kann die Koaxialstruktur der Abschirmelektrode 150b zumindest bereichsweise unterbrochen sein, so das eine elektrische Kontaktierung der entsprechenden Endbereiche 140a, 140b der Sensorelektrode 140 möglich ist. Beispielsweise kann in dem ersten Endbereich 140a ein flächiger Elektrodenabschnitt zur Detektion der geladenen Teilchen P' (1) vorgesehen sein, und in dem zweiten Endbereich 140b kann die elektrische Anschlussleitung 140' aus der Abschirmelektrode 150b herausragen. 7 schematically shows a plan view of a particle sensor 100d according to a further embodiment. An area 141 the sensor electrode 140 which is essentially within the length range B2 of the basic body 110 extends, is advantageous by a shielding electrode 150b according to 6 Surrounded, causing an impairment of the area 141 the sensor electrode 140 is reliably prevented by leakage currents. In the axial end areas B1 . B3 of the basic body 110 may be the coaxial structure of the shielding electrode 150b be interrupted at least partially, so that an electrical contact of the corresponding end portions 140a . 140b the sensor electrode 140 is possible. For example, in the first end region 140a a planar electrode section for detecting the charged particles P '( 1 ), and in the second end region 140b can the electrical connection cable 140 ' from the shielding electrode 150b protrude.

8 zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vefahrens. In einem ersten, optionalen Schritt 200 wird das elektrische Potenzial der Sensorelektrode 140 ermittelt, und in einem darauf folgenden Schritt 202 wird die Abschirmelektrode 150 mit diesem Potenzial angesteuert, vorteilhaft unter Verwendung einer aktiven Ansteuerschaltung 1500. Das Verfahren kann beispielsweise bei der Konfiguration 100a gemäß 4 eingesetzt werden. 8th schematically shows a simplified flow diagram of an embodiment of the method according to the invention. In a first, optional step 200 becomes the electric potential of the sensor electrode 140 determined, and in a subsequent step 202 becomes the shielding electrode 150 controlled with this potential, advantageously using an active drive circuit 1500 , The method may be, for example, in the configuration 100a according to 4 be used.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor 100, 100a, 100b, 100c, 100d ist aufgrund der Abschirmelektrode 150, 150a, 150b besonders präzise und wenig störanfällig und ist beispielsweise nutzbar als Sensor für eine On-Board Überwachung („OBD“) des Zustandes eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine eines PKWs oder NKWs. Das Konzept ermöglicht sowohl die Bestimmung der Massenkonzentration (mg/m³ bzw. mg/mi) als auch der Anzahlkonzentration (Partikel/m³ oder Partikel/mi) der emittierten Partikel P. Der Sensor kann auch zur Überwachung des Zustandes des Partikelfilters bei Benzinfahrzeugen eingesetzt werden. Auch die Verwendung des Sensors für die Bestimmung der Partikelkonzentration bei anderen Anwendungen (Raumluftqualität, Emissionen von Verbrennungsanlagen (privat, industriell)) ist denkbar. Das Messprinzip basiert auf der Aufladung von Rußpartikeln P mittels einer Korona-Entladung 123 in der Luft und der anschließenden Messung der Ladung der Rußpartikel (bzw. den entsprechenden Strom) mittels Ladungsinfluenz oder ggf. mit dem sog. „escaping current“-Prinzip. Dieses Messprinzip weist zum einen eine sehr hohe Empfindlichkeit auf (kleine Rußkonzentrationen messbar), zum anderen hat das Sensorsignal hohe „Update-Raten“ (mehrere Messungen pro Sekunde). Letzteres erlaubt die Korrelation des Rohmesssignals mit den Motorbetriebspunkten, was eine Verbesserung der Datenauswertung und damit eine Erhöhung der Sensorgenauigkeit zur Folge hat.The particle sensor according to the invention 100 . 100a . 100b . 100c . 100d is due to the shielding electrode 150 . 150a . 150b For example, it can be used as a sensor for on-board monitoring ("OBD") of the condition of a diesel particulate filter of an internal combustion engine of a car or commercial vehicle. The concept allows both the determination of the mass concentration (mg / m ³ or mg / mi) and the number concentration (particles / m ³ or particles / mi) of the emitted particles P. The sensor can also be used to monitor the condition of the particulate filter in gasoline vehicles be used. Also, the use of the sensor for the determination of the particle concentration in other applications (indoor air quality, emissions from incinerators (private, industrial)) is conceivable. The measuring principle is based on the charging of soot particles P by means of a corona discharge 123 in the air and the subsequent measurement of the charge of the soot particles (or the corresponding current) by means of charge influence or possibly with the so-called "escaping current" principle. On the one hand, this measuring principle has a very high sensitivity (small soot concentrations can be measured), on the other hand the sensor signal has high "update rates" (several measurements per second). The latter allows the correlation of the raw measurement signal with the engine operating points, resulting in an improvement of the data evaluation and thus an increase in the sensor accuracy.

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 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. Beispielsweise können auch Komponenten der Ansteuerschaltung 1500 zumindest teilweise auf der Oberfläche 110a angeordnet sein.Particularly advantageously, the particle sensor according to the invention preferably has 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. For example, components of the drive circuit can also be used 1500 at least partially on the surface 110a be arranged.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann besonders einfach in einem Schutzrohr bzw. einer Schutzrohranordnung R1, R2, vergleiche 2A, angeordnet werden und somit einer gleichmäßigen Fluidströmung A1, P1 ausgesetzt werden, was eine präzise Messung der Konzentration von Partikeln, insbesondere von Rußpartikeln, ermöglicht. Der planare Aufbau des Partikelsensors ermöglicht des Weiteren eine kostengünstige Fertigung und Lagerung sowie eine klein bauende Konfiguration für ein entsprechendes Zielsystem Z (2A). Besonders vorteilhaft ist bei manchen Ausführungsformen die Verwendung von Siebdruck-Elektroden, insbesondere Platin-Siebdruck-Elektroden, ggf. in Kombination mit planaren und/oder aus der ersten Oberfläche 110a herausragenden Elementen.The particle sensor according to the invention can be particularly simple in a protective tube or a protective tube arrangement R1 . R2 , compare 2A , 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. Of the planar construction of the particle sensor further allows cost-effective production and storage and a small-sized configuration for a corresponding target system Z ( 2A) , In some embodiments, the use of screen-printed electrodes, in particular platinum screen-printed electrodes, if appropriate in combination with planar and / or from the first surface, is particularly advantageous 110a outstanding elements.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2013/125181 A1 [0003]WO 2013/125181 A1 [0003]

Claims

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) mit einem Grundkörper (110), einer Partikelaufladeeinrichtung (120) zum Aufladen von Partikeln (P) in einem über eine erste Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110) strömenden Fluidstrom (A1), wobei mindestens eine Sensorelektrode (140) zur Erfassung von Information über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen ist, der durch geladene Partikel (P') aus dem Fluidstrom (A1) verursacht wird, wobei die mindestens eine Sensorelektrode (140) im Bereich der ersten Oberfläche (110a) angeordnet ist, wobei wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode (150) zwischen der Partikelaufladeeinrichtung (120) und der Sensorelektrode (140) vorgesehen ist, wobei die Abschirmelektrode (150; 150a; 150b) mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagbar ist.Particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) having a base body (110), a particle charging device (120) for charging particles (P) in a fluid flow (A1) flowing over a first surface (110a) of the base body (110). in which at least one sensor electrode (140) is provided for detecting information about an electric charge flow caused by charged particles (P ') from the fluid flow (A1), wherein the at least one sensor electrode (140) is located in the region of the first surface ( 110a) is arranged, wherein at least partially a shielding electrode (150) between the particle charging device (120) and the sensor electrode (140) is provided, wherein the shielding electrode (150; 150a; 150b) can be acted upon with a predetermined electrical potential.

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach Anspruch 1, wobei die Abschirmelektrode (150; 150a; 150b) mit einem elektrischen Bezugspotential des Partikelsensors, insbesondere einem Massepotential, beaufschlagbar ist.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to Claim 1 wherein the shielding electrode (150; 150a; 150b) can be acted upon by an electrical reference potential of the particle sensor, in particular a ground potential.

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abschirmelektrode (150; 150a; 150b) mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, das zumindest in etwa dem elektrischen Potential der Sensorelektrode (140) entspricht.The particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to at least one of the preceding claims, wherein the shielding electrode (150; 150a; 150b) can be acted upon by an electrical potential which corresponds at least approximately to the electrical potential of the sensor electrode (140).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Ansteuerschaltung (1500) zur Beaufschlagung der Abschirmelektrode (150; 150a; 150b) mit dem vorggebbaren elektrischen Potential vorgesehen ist.A particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to at least one of the preceding claims, wherein a drive circuit (1500) is provided for supplying the shielding electrode (150; 150a; 150b) with the presettable electric potential.

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach Anspruch 4, wobei die Ansteuerschaltung (1500) wenigstens ein aktives Bauteil, insbesondere einen Verstärker (1502), aufweist.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to Claim 4 , wherein the drive circuit (1500) has at least one active component, in particular an amplifier (1502).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektrode (140) vollständig, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche (110a) des Grundkörpers (110) angeordnet ist, und wobei die Abschirmelektrode (150a) die Sensorelektrode (140) wenigstens innerhalb der ersten Oberfläche (110a) vollständig umgibt.Particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to at least one of the preceding claims, wherein the sensor electrode (140) is arranged completely, in particular directly, on the first surface (110a) of the main body (110), and wherein the shielding electrode ( 150a) completely surrounds the sensor electrode (140) at least within the first surface (110a).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach Anspruch 6, wobei Bereiche (151) der Abschirmelektrode (150a) auch außerhalb der ersten Oberfläche (110a) angeordnet sind, und wobei diese Bereiche (151) der Abschirmelektrode (150a) die Sensorelektrode (140) zumindest teilweise umgeben.Particle sensor (100, 100a, 100b, 100c, 100d) according to Claim 6 wherein regions (151) of the shield electrode (150a) are also disposed outside the first surface (110a), and wherein those regions (151) of the shield electrode (150a) at least partially surround the sensor electrode (140).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Bereich (141) der Sensorelektrode (140) radial außen von einem elektrisch isolierenden Medium (145) umgeben ist, und wobei das elektrisch isolierende Medium (145) radial außen von der Abschirmelektrode (150b) umgeben ist.A particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to at least one of the preceding claims, wherein at least a portion (141) of the sensor electrode (140) is surrounded radially outwardly by an electrically insulating medium (145), and wherein the electrically insulating medium (145) is surrounded radially outside of the shielding electrode (150b).

Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Oberfläche (110a) eine Außenoberfläche des Grundkörpers (110) ist.The particle sensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) according to at least one of the preceding claims, wherein the first surface (110a) is an outer surface of the base body (110).

Sensoreinrichtung (1000) aufweisend eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren (R1, R2) und wenigstens einen Partikelsensor (100; 100a; 100b; 100c; 100d) nach wenigstens 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 at least 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 zum Betreiben 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), wobei mindestens eine Sensorelektrode (140) zur Erfassung von Information über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen ist, der durch geladene Partikel aus dem Fluidstrom (A1) verursacht wird, wobei die mindestens eine Sensorelektrode (140) im Bereich der ersten Oberfläche (110a) angeordnet ist, wobei wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode (150) zwischen der Partikelaufladeeinrichtung (120) und der Sensorelektrode (140) vorgesehen ist, wobei die Abschirmelektrode (150) mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagt wird (202).Method for operating 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 ), wherein at least one sensor electrode (140) is provided for detecting information about an electric charge current caused by charged particles from the fluid flow (A1), wherein the at least one sensor electrode (140) in the region of the first surface (110a) is, wherein at least partially a shielding electrode (150) between the particle charging device (120) and the sensor electrode (140) is provided, wherein the shielding electrode (150) is acted upon with a predetermined electrical potential (202).