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WO2003006976A2 - Detecteur servant a la detection de particules, et procede de reglage de son fonctionnement - Google Patents

Detecteur servant a la detection de particules, et procede de reglage de son fonctionnement Download PDF

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Thomas Schulte
Ralf Wirth
Bernd Schumann
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke

Definitions

  • the invention is based on a sensor for detecting particles in a gas stream, in particular soot particles in an exhaust gas stream, in accordance with the type defined in the preamble of claim 1 and a method for checking the function of the sensor in accordance with the type defined in the preamble of claim 10 ,
  • the sensor for the detection of particles in a gas stream, in particular of soot particles in exhaust gas, with the features according to the preamble of claim 1, in which the measuring electrodes are at least partially covered by a collecting sleeve, has the advantage that particles contained in a gas stream by means of the Catching sleeve can be captured so that they can not be affected by currents in the gas stream after deposition on the substrate. Furthermore, the collecting sleeve protects the electrodes from the abrasive effects of the gas flows. The collecting sleeve also serves to calm the gas flow and thus to preferentially deposit particles on the substrate.
  • the sensor according to the invention can be designed, for example, to be arranged in an exhaust line of a motor vehicle with a diesel engine or also for use in the field of domestic engineering in the case of an oil heater.
  • the measuring electrodes are designed as interdigital comb electrodes.
  • Comb electrodes offer favorable measuring behavior and can be easily printed on a plate-shaped substrate, for example.
  • the measuring electrodes are advantageously partially covered by a dielectric. It is thus possible to use the measuring electrodes as a capacitor and to determine the goodness of the electrodes by measuring the capacitance of this capacitor. If no or a significantly changed capacitance is measured compared to an initial value, it can be concluded from this that at least one of the two electrodes has been partially or completely detached from the substrate and the sensor is therefore unusable.
  • a plate capacitor can be formed on the measuring electrodes.
  • a plate capacitor which serves to check the function of the sensor in accordance with the above statements and whose plates are formed parallel to the preferably plate-shaped substrate, can be used to implement capacities which are easily accessible for measurement.
  • the capacitance of the plate capacitor can be, for example, in the range between 100 pF and 200 pF.
  • the plate capacitor is expediently formed with a dielectric, it being possible for the dielectric to be formed, for example, from aluminum oxide.
  • the plates of the plate capacitor and the dielectric are arranged one above the other on the plate-shaped substrate.
  • the plate capacitor is covered with a protective layer.
  • a dielectric arranged over the comb area of the comb electrodes can be covered with a protective layer.
  • it can have a heating element for this purpose.
  • the substrate is made of a highly insulating material, for example a ceramic such as aluminum oxide.
  • the capture sleeve can be, for example, mt on the substrate.
  • the catch sleeve is advantageously made from a sheet with resilient properties.
  • the capture sleeve can also be made of the material from which the substrate is made. In this case, the catch sleeve can be firmly connected to the substrate. It is then also made from a ceramic, for example.
  • the shape of the catch sleeve is fundamentally not tied to specific requirements, but in a preferred embodiment it is box-shaped, with at least one side of such a box tapering in a wedge shape.
  • the substrate can be inserted into an opening in the box.
  • the invention also relates to a method for checking the function of the sensor.
  • a capacitor is assigned to the measuring electrodes, the capacitance of this capacitor being determined.
  • the measurement setup consisting of electrodes and capacitor is regarded as an RC element with a measurement behavior typical of an RC element.
  • the capacitance is advantageously measured at frequencies greater than 5 kHz, for example at 500 kHz.
  • the particle concentration in the medium to be measured can be inferred from the resistance between the measuring electrodes. This can be done by determining the temporal change in the resistance component of the RC element.
  • the resistance is determined here, for example, at frequencies below 5 kHz.
  • the sensor is preferably baked out in order to free it of attached particles. After baking, it can then be determined whether the measuring arrangement of the sensor has a behavior typical of an RC element. If this is the case, the quality of the insulation resistance between the electrodes can be concluded. If the determined quality is too low, the sensor must be replaced. This can be determined by a control unit to which the sensor is connected. If necessary, the sensor can also be be heated for a longer period of time in order to remove soot deposits that are still present.
  • the insulation resistance measured after the sensor has been baked out can advantageously be used as a correction variable for the operation of the sensor.
  • this can only be done provided that the electrodes themselves are fully functional. As described above, this can be determined via a capacitance measurement.
  • FIG. 1 shows a schematic, perspective illustration of a soot sensor
  • FIG. 2 shows a sensor element of the soot sensor according to FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic, perspective view of an alternative embodiment of a sensor
  • FIG. 4 shows a sensor element of the sensor according to FIG. 3.
  • FIGS. 1 and 2 show a sensor for the detection of particles in a gas stream, which is used for installation in an exhaust line of a motor vehicle and is preferably arranged after a soot filter of a motor vehicle with a diesel internal combustion engine.
  • the sensor 1 comprises a plate-like carrier layer 2 made of a highly insulating material, for example made of a ceramic such as aluminum oxide.
  • a heating element 3 is integrated into the carrier layer, which can be connected to a suitable voltage source via contacts 4 and 5 and is used to burn off the sensor 1 from any deposited particles, such as soot particles.
  • a second plate-like layer 6 made of aluminum oxide is arranged on the carrier layer, on which a structure of two interdigital comb electrodes 7 and 8 is printed, which can be connected to a measuring and control unit via contacts 9 and 10.
  • the two comb electrodes 7 and 8 are partially covered by a dielectric 11, so that the comb electrodes 7 and 8 can serve as electrodes of a capacitor with a measurable capacitance.
  • the dielectric 11 is in turn provided with a protective layer 12 so that it is separated from the surrounding medium, so that degeneration of the dielectric 11 is excluded.
  • the sensor 1 is provided with a collecting sleeve 13, which is designed in the shape of a box, in a position above the comb electrodes 7 and 8. area is provided with an opening 14 and serves to calm a gas stream flowing in the exhaust line, so that soot particles or other particles contained in the gas stream are preferably deposited in the area of the comb electrodes 7 and 8.
  • the catch sleeve 13 in question consists of several ceramic layers and is integrated in the ceramic material of the second layer 6 or the carrier layer 2. The two layers 2 and 6 protrude from the catch sleeve.
  • FIGS. 3 and 4 show an alternative embodiment of a soot sensor 20 for installation in an exhaust system of a motor vehicle.
  • the senor 20 comprises a carrier layer 2 with an integrated heating element 3 and a second layer 6, on which two interdigital comb electrodes 7 and 8 are printed, which can be connected to a measuring and control unit via contacts 9 and 10 are and used to determine a soot concentration in an exhaust gas flowing in the exhaust line by resistance measurement.
  • the electrode 8 is connected to a first electrode plate 16.
  • the comb electrode 7 is connected to a second electrode plate 17 at the end facing away from the contact 10.
  • the electrode plates 16 and 17 form a plate capacitor which is provided with a dielectric 18 arranged between the two plates 16 and 17.
  • the first electrode plate 16 is further provided with a protective layer 19, so that the capacitor consisting of the plates 16 and 17 and the dielectric 18 is protected from the environment.
  • the electrode plates 16 and 17, the dielectric 18 and the protective layer 19 lie outside the area of the interdigital comb structure of the two electrodes 7 and 8 and are arranged one above the other on the layer 6.
  • the sensor 20 is provided with a catch sleeve 21 with an inlet opening 22.
  • the catch sleeve 21 consists of sheet metal and is clamped onto the structure consisting of the layers 2 and 6.
  • soot or other electrically conductive particles are deposited on the second layer 6, the electrical resistance between the two comb electrodes 7 and 8 is reduced. Measuring the impedance between the two electrodes 7 and 8 results in a so-called RC Link typical behavior. This means that the soot or particle concentration in the exhaust gas in question can be determined on the basis of the change over time in the resistance component of the RC element.
  • the deposited particles are burned off after a certain time by means of the heating element 3 integrated in the layer 2. If sensor 1 or 20 is in working order, called baking the resistance between electrodes 7 and 8 go to infinity.
  • the resistance is preferably measured at low frequencies, for example at a frequency of 100 kHz. It should only be possible to measure the capacitance of the electrodes 7 and 8 serving as a capacitor for the sensor 1 and of the capacitor consisting of the electrode plates 16 and 17 for the sensor 20. This measurement takes place at high frequencies, for example at a frequency of 500 kHz.
  • the capacitance of the respective capacitor is in the range between 100 pF and 200 pF.
  • the quality of the insulation resistance between the two comb electrodes 7 and 8 can be concluded. If the insulation resistance is too low, the sensor is considered to have aged too much. It needs to be replaced. This condition is detected by the measuring and control unit.
  • the bakeout time can be extended.
  • the insulation resistance can change due to the deposition of conductive corrosion products.
  • This variable can be used as a correction variable when operating the sensor 1 or 20. For this, however, it must be ensured that the electrodes 7 and 8 are fully functional. This information is obtained by measuring the capacitance of the respective capacitor. This can be done using the method already described above.

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Abstract

L'invention concerne un détecteur servant à la détection de particules dans un courant gazeux, en particulier de particules de suie dans un courant de gaz d'échappement, comprenant au moins deux électrodes de mesure (7, 8) qui sont disposées sur un substrat (6) en un matériau isolant, caractérisé en ce que les électrodes de mesure (7, 8) sont recouvertes, au moins partiellement, par un manchon d'arrêt (13 ; 21).
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