[发明专利]用于检测烟黑的传感器和工作方法

说明书

技术领域

本发明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黑，而且要确定该烟黑的浓度。

背景技术

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，燃烧过程被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。

在现有技术中已给出用于检测烟黑的不同方式。一种在实验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，但必须明确：这些方式为了实现在机动车中成本低廉的传感器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。

在德国专利公开文件DE199 59 871A1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，但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。

原则上可以使用两种用于测量烟黑的方法。一种基于两个电极之间的电场，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DE10244 702A所公开。在该方案中，尾气流通过两个电极，这些电极具有电绝缘层并且待检测的烟黑含量的气体处于它们之间。这些电极以1到10kV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。

发明内容

本发明的目的在于，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检测烟黑，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。有利的设计方案可以由从属权利要求给出。

本发明基于这样的认识，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检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微小的导电率变化。

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梳状形状。

如果根据本发明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，特别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缘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衬底表面上的层上定位氧化催化剂，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。