用于检测烟黑的传感器和工作方法技术

本发明专利技术涉及一种传感器，其根据以下方法通过以下的步骤来操作用于检测烟黑：在传感器上设定用于测量阶段的第一工作温度，从而烟黑可以沉积到衬底表面上，但防止了其他的干扰烟黑测量的沉积物，记录从测量开始直到在电极之间出现提高的导电率的时间，在传感器上设定用于再生阶段的第二工作温度，从而沉积的烟黑与在测量气体中存在的氧化物燃烧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种传感器和一种工作方法，用于检测测量气体体 积中的烟黑。值得注意的是，不仅要确定在测量气体中是否存在烟5黑，而且要确定该烟黑的浓度。
技术介绍
当前多方面都在探讨二氧化碳在大气中的增加。由此联系到实 际情况，即限制化石能源的使用。例如，燃烧过程^皮热力学地优化 成在化石能源上的反应，从而改善其效能。在机动车领域中，这抵10制柴油机动车的扩大应用。这种燃烧技术的缺点是，相对于优化的 汽油发动机当然是明显过高的烟黑的排放量。另外，通过燃烧技术 的措施几乎不可能避免烟黑的形成。烟黑尤其是由多环芳基化合物 (PAK )的沉积而强烈地致癌，对此在不同的规章中已做出反应。 因此，例如在欧洲的尾气排放标准中相应地对烟黑排放做出了最大15的限制。由此而需要价廉物美的传感器，来用于测量尾气中的烟黑 含量。使用这种烟黑传感器不仅可以用于测量当前排放的烟黑，由此 而以当前行使情况的信息来管理汽车中的发动机，以便于通过调整 技术的适配来降低排放，也可以通过所谓的尾气烟黑过滤器来进行 20 主动的尾气清洁。在后一种情况下，^使用可清洁的过滤器，其可以 从尾气中清除相当部分的烟黑含量。从而需要用于检测烟黑的烟黑 传感器，以便于监测烟黑过滤器的功能或控制其再生循环。在现有4支术中已给出用于4企测烟黑的不同方式。 一种在实-险室 中还被关注的方式是使用由烟黑带来的光散射。这种做法适用于复 杂的测量设备。在此尝试这也作为移动的传感器系统在尾气中使用，^旦必须明确这些方式为了实现在冲几动车中成本〗氐廉的传感器 5会关系到高成本的复杂的光学结构。此外，无法解决的问题是关于 由燃烧废气引起的所需光学窗口的污染。在德国专利^^开文件DE 199 59 871 Al中描述了一种传感器和 工作方法，这两者都基于热的考虑。传感器由开放、多孔的成型体 构成，例如蜂窝状的陶瓷、加热元件和温敏元件。如果传感器与测 10 量气体体积连接，则烟黑沉积到传感器上。为了测量，在时间间隔 内沉积的烟黑由加热元件点燃并且燃烧。测量在燃烧时产生的温度 升高。尽管这是在恒定的环境条件下能够实施的方法，4旦是在流动 和尾气温度波动很大的机动车排气部的条件下，相对较小的温度升 高的测量是极其困难的问题。15 原则上可以z使用两种用于测量烟黑的方法。 一种基于两个电拟_之间的电场，在这两个电极存在载有烟黑的测量气体体积，其中烟 黑会造成电离电流。该原理的实施方案由德国专利公开文件DE 102 44 702A所-^开。在该方案中，尾气流通过两个电4及，这些电才及具 有电绝缘层并且待才企测的烟黑含量的气体处于它们之间。这些电极20以1到10 kV的交流电压工作。在电极之间根据测量气体中的烟黑 浓度进行电介质阻抗地放电并且测量产生的电流。对于机动车行 驶，这种方法就此而言不宜于实现高压并且需要复杂的测量技术。 另一方面，交替的气态尾气组分会随之带来由电离电流的干扰气体 影响而产生的测量不真实。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出一种传感器和工作方法，通过该传感 器及工作方法可以4企测烟黑，其中可以快速并可再生地进行检测。该目的通过权利要求1或12或18的相应的特征组合来实现。 5有利的设计方案可以由从属权利要求给出。本专利技术基于这样的认识，即通过使用测量绝缘的表面导电率的 传感器借助于例如两个电极可以;险测烟黑沉积到表面上的量。当例 如烟黑薄膜在表面上形成时，通过传感器的平面的设计就可以识别 樣i小的导电率变化。10 在此，当细微分布并且不接触的导电的颗粒位于测量电极之间时，是特别有利的，这会导致，在明显降低的烟黑量或薄膜厚度中 出现了可测量的导电率。有利地，鉴于测量信号的产生提出 一 种测量电极的交叉指结 构。这种结构大致设计为例如两个相互伸入的4危状形状。15 如果根据本专利技术的电阻传感器设计为两个或多个的，则可以保证，基于所需的再生阶段从而在任何时候传感器都处于测量阶段。为了保护传感器，特別是测量电极或温度传感器或加热元件将 安置薄的层，其例如是细微多孔的(起保护作用)，以便于通过测 量气流，或者层这样设计，即其本身具有足够的导电率，从而通过 20由层产生的电阻不产生不允许的传感信号的失真。为了构成传感器，鉴于有效的信号产生，将高电绝缘层安置在 通常也是绝參彖的衬底上将是十分有利的。该高绝缘层可以同时设计 成尾气稳定的。 可以在衬底表面或安置在该坤于底表面上的层上定位氧化催化 齐'J，这种氧化催化剂通常以分散的形式涂层，也就是以不连续的形 式安置。为了节省在传感器上的组件，电阻加热元件同时也作为温度传5感器工作。该电阻加热元件优选单独或与温度传感器地覆盖有保护 层来或安装在传感器基体的内部的多层结构中。衬底表面这才羊i殳计来作为4吏用零电阻作为电阻测量的起点的 基础是有利的，即该衬底表面具有限定的基本导电系数。结合零电 阻，传感器的电的功能作用在自监控单元或自监控查询中可以评 10 估。所述的烟黑传感器被加热，从而在测量阶段中这样来设定工作 条件，即可能引起干扰信号的组分不会附加地凝聚到表面上的烟黑 中。在封闭的测量中，再生阶段在提高的温度中进行。根据使用情 况可以运用以至少两个不同温度来工作的变型，,人而^f吏传感器分开15 测量及再生，或传感器保持在一个温度上，在该温度中，在测量和 再生之间存在动态平衡。这意味着，与表面的限定的催化活性相关 的温度水平允许通过尾气中存在的氧气进行烟黑的连续燃烧，在对 烟黑沉积物的电阻的同时测量中，该测量动态调节。才艮才居烟黑沉积 物，在电极之间测量到提高的导电率。测量信号的显示可以直接基20 于导电率或可以通过温度测量来确定，其中导电率调整到恒定的4直 上。在使用衬底表面时，可以以有利的方式建立传感器的自我监控， 该衬底表面零电阻供使用。附图说明接下来将根据并非限定本专利技术的示意性附图来说明实施例，附 25 图表示图1示出了4艮据本专利技术的烟黑过滤器的设计方案，图2和3分別示意性示出了根据本专利技术的烟黑过滤器的横截面 图，其中表示出电子评估装置，图4示出了本专利技术的设计方案，用于通过在传感器表面上细孩吏 5分布的、有利于传导的颗粒来改进响应特性，图5示出了一种设置方案，用于借助于沉积在衬底上的绝缘层 改善电绝缘性而提高敏感度，图6示出了在^4居本专利技术的烟黑传感器上的导电率测量的图表。10 具体实施例方式3的交叉指设计并由此而呈梳状的结构。在衬底1 (通常是陶瓷衬 底)上， 一侧具有这种测量结构并且相对一侧具有加热元件2的、 在图1的下半部分示出的曲折形状的结构。15 烟黑传感器可以由陶瓷的基体构成，该基体使包含烟黑的气体至少作用在其表面上，其中预设的具有电绝缘或弱导电属性的表面 具有针对沉积的烟黑的催化作用。在传感器上预定通过温度传感器 进行温度测量。当烟黑从包含烟黑的尾气中沉积到表面时，测量在 电极之间由沉积的烟黑所导致的导电率并且由此而检测到烟黑或20 烟黑膜的存在。可行的第一种工作方法在于，使传感器保持在恒定的第一温 度，该温度例如在250-450。C的范围内。由此而防止，不希望的其 他尾气组分，例如湿气、氧化氮或二氧化硫沉积到该表面上，它们 还会造成表面上的导电。烟黑颗粒的沉积自然地发生，其中传感器 的测量阶段在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测烟黑的传感器，所述传感器具有以下部分：　　　　－陶瓷的衬底（１），具有暴露于测量气体中并且不导电的表面，　　　　－在衬底表面上形成的电极结构，具有用于测量导电率的电极（３），　　　　－安置在所述衬底上的加热元件（２），用于设置大约２５０－４５０℃的工作温度，　　　　－至少一个温度测量装置，　　　　－其中，通过测量所述电极（３）之间的导电率可以检测存在的烟黑沉积物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克西米利安弗莱舍，罗兰波勒，克斯廷维斯纳，
申请(专利权)人：西门子威迪欧汽车电子股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]