DE102016216556B4

DE102016216556B4 - Feinstaubsensor und messverfahren dafür

Info

Publication number: DE102016216556B4
Application number: DE102016216556.9A
Authority: DE
Inventors: Dong Gu Kim; Sang-Hyeok Yang
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2016-09-01
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2036-09-02
Also published as: CN106872321A; DE102016216556B8; CN106872321B; US10151723B2; KR101724499B1; US20170168002A1; DE102016216556A1

Abstract

Feinstaubsensor, der in einer Abgasleitung eines Abgassystems angeordnet und zum Messen des im Abgas enthaltenen Feinstaubs konfiguriert ist, wobei der Feinstaubsensor aufweist:ein erstes Substrat, ein zweites Substrat und ein drittes Substrat, die sequentiell von einem Boden aus gestapelt sind, um eine Sensoreinheit an einem Endteil und einen Signalprozessor an einem anderen Endteil zu bilden, wobei die Sensoreinheit enthält:eine Referenzelektrode, die auf einer Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet ist und einen konstanten Kapazitätswert hat,einen Temperatursensor, der auf einer Oberfläche des zweiten Substrats ausgebildet ist und die Temperatur misst, und eine Heizelektrode, die neben dem Temperatursensor angeordnet ist, undeine Hauptelektrode, die auf einer Oberfläche des dritten Substrats ausgebildet ist und einen Kapazitätswert hat, der sich aufgrund des Feinstaubs ändert, wobei der Temperatursensor und die Heizelektrode zwischen der Referenzelektrode und der Hauptelektrode im selben Abstand von der Referenzelektrode und der Hauptelektrode ausgebildet sind, und wobei das erste Substrat mit einer größeren Dicke als das zweite und das dritte Substrat ausgebildet ist.

Description

HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Feinstaubsensor und ein Messverfahren dafür und insbesondere einen Feinstaubsensor, der einen Kapazitätswert einer Referenzelektrode, der konstant gehalten wird, mit einem Kapazitätswert einer Hauptelektrode vergleicht, der durch Feinstaub verändert wird, wobei externen Störungen und Änderungen der Umgebungsbedingungen in hohem Maße entsprochen wird.
Beschreibung der verwandten Technik
Seit die Abgasbestimmungen für Fahrzeuge verschärft worden sind, wird den Nachbehandlungseinrichtungen für die Abgasreinigung mehr Aufmerksamkeit gewidmet.
Da insbesondere das Abgas eines Fahrzeugs mit Dieselmotor Feinstaub (PM) unterschiedlicher Menge enthält, gilt ein Fahrzeug mit Dieselmotor als ein Hauptverursacher der Luftverschmutzung, so dass strengere Bestimmungen eingeführt werden.
Zur Reduzierung des Feinstaubs des Dieselfahrzeugs wird ein Dieselrußpartikelfilter (DPF) im Abgas installiert und ein Feinstaubsensor dient zur Messung der Menge des im Dieselrußpartikelfilter rückgehaltenen Feinstaubs.
Der Feinstaubsensor detektiert Widerstands- oder Kapazitätsänderungen, die sich durch die Ansammlung des Feinstaubs im Abgas ergeben, und ist am hinteren Ende des Dieselrußpartikelfilters in einem Abgassystem installiert.
Die Verfahren für die Arbeitsweise des Feinstaubsensors können in ein Akkumulationsverfahren und ein Echtzeitverfahren unterteilt werden.
Der Feinstaubsensor für das Akkumulationsverfahren, das in den meisten Fahrzeugen angewendet wird, misst die Änderung des Stromflusses, wenn sich der Feinstaub an zwei mit Spannung beaufschlagten digitalen Elektroden ansammelt.
Der Feinstaubsensor für das Akkumulationsverfahren hat eine einfache Struktur, so dass seine Zuverlässigkeit hoch ist und seine Herstellungskosten gering sind, was ihn für den Einsatz in einem Fahrzeug geeignet macht.
Allerdings ist eine kumulative Zeitdauer erforderlich, bis das Änderungssignal des Stromflusses im Feinstaubsensor für das Akkumulationsverfahren erzeugt wird.
Beim Feinstaubsensor für das Echtzeitverfahren dagegen wird die Menge des Feinstaubs in Echtzeit überwacht, indem die lonisierungsreaktion des Feinstaubs detektiert wird.
Allerdings hat der Feinstaubsensor für das Echtzeitverfahren eine geringe Genauigkeit und eine sperrige Bauform, so dass er sich schwer verkleinern lässt.
Folglich sind Forschungsarbeiten für einen Feinstaubsensor erforderlich, der den Feinstaub im Abgas des Abgassystems genau und schnell misst.
Die obigen Ausführungen dieses Hintergrund-Abschnitts dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil eines dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
Die DE 10 2006 055 520 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überprüfen eines Sensors, welche ein Referenzelektrodensystem umfasst. Der zugehörige Sensor kann zu einer Detektion von Teilchen in einem Gasstrom geeignet sein. Des Weiteren können zwei Schutzschichten zwischen einem Elektrodensystem und einer Heizvorrichtung und einer Vorrichtung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Sensors angeordnet sein.
Die US 7 609 068 B2 beschreibt einen Sensor zur Feinstaubdiagnostik mit einem Temperatursensor und einem Heizer.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt einen Feinstaubsensor und ein diesen verwendendes Messverfahren bereit, mit denen der Feinstaub in der Umgebung genau und schnell gemessen wird, indem ein Kapazitätswert einer Referenzelektrode, der konstant gehalten wird, mit dem Kapazitätswert einer Hauptelektrode verglichen wird, der sich durch den Feinstaub ändert.
Ein Feinstaubsensor ist in einer Abgasleitung eines Abgassystems angeordnet und zum Messen des im Abgas enthaltenen Feinstaubs konfiguriert. Der Feinstaubsensor enthält: ein erstes Substrat, ein zweites Substrat und ein drittes Substrat, welche sequentiell von einem Boden aus gestapelt sind, um eine Sensoreinheit an einem Endteil und einen Signalprozessor an einem anderen Endteil zu bilden, wobei die Sensoreinheit Folgendes enthält: eine Referenzelektrode, die auf einer Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet ist und einen konstanten Kapazitätswert hat; einen Temperatursensor, der auf einer Oberfläche des zweiten Substrats ausgebildet ist und die Temperatur misst, eine Heizelektrode, die neben dem Temperatursensor angeordnet ist; und eine Hauptelektrode, die auf einer Oberfläche des dritten Substrats ausgebildet ist und einen Kapazitätswert hat, der sich aufgrund des Feinstaubs ändert.
Der Signalprozessor kann eine Differenz zwischen dem konstanten Kapazitätswert der Referenzelektrode und dem geänderten Kapazitätswert der Hauptelektrode ausgeben.
Die Hauptelektrode kann ferner eine Isolierschicht enthalten, die einen oberen Teil umschließt.
Der Temperatursensor kann so ausgebildet sein, dass er eine Außenfläche der Heizelektrode umschließt.
Der Temperatursensor und die Heizelektrode können zwischen der Referenzelektrode und der Hauptelektrode im selben Abstand zur Referenzelektrode und zur Hauptelektrode angeordnet sein.
Die Heizelektrode kann den sich auf der Isolierschicht der Hauptelektrode angesammelten Feinstaub verbrennen und damit beseitigen.
Das erste Substrat kann mit einer größeren Dicke als das zweite Substrat und das dritte Substrat ausgebildet sein.
Das erste bis dritte Substrat können entweder als ein Keramik- oder ein Siliziumsubstrat ausgebildet sein.
Ein Verfahren zum Messen des Feinstaubs kann die Schritte enthalten: Messen eines ersten Kapazitätswertes mittels einer Referenzelektrode; Messen eines zweiten Kapazitätswertes mittels einer Hauptelektrode; Empfangen des ersten Kapazitätswertes und des zweiten Kapazitätswertes von einem Signalprozessor; und Erzeugen einer End-Ausgangsspannung anhand des ersten Kapazitätswertes und des zweiten Kapazitätswertes, die in den Signalprozessor eingegeben wurden.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann durch Verwenden der Referenzelektrode mit konstantem Kapazitätswert die Messgenauigkeit verbessert werden.
Das heißt, mittels der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen, die durch den konstanten Kapazitätswert der Referenzelektrode und den Kapazitätswert der Hauptelektrode erzeugt werden, der sich aufgrund des Feinstaubs ändert, kann die Messung unter allen Umgebungsbedingungen genau ausgeführt werden.
Ferner sind Wirkungen, die von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung erzielt oder erwartet werden können, direkt oder in Form von Anregungen in der folgenden ausführlichen Beschreibung erläutert. Das heißt, verschiedene Wirkungen, die von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu erwarten sind, werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung erläutert.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Schnittansicht eines Endteils eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Flussdiagramm eines Messverfahrens eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „fahrzeugtechnisch“ oder andere ähnliche hierin verwendete Begriffe allgemein Kraftfahrzeuge betreffen, wie Personenkraftwagen, einschließlich Komfort-Geländewagen (sports utility vehicles; SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wassermotorfahrzeuge einschließlich verschiedene Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und dergleichen und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-inHybrid-Elektrofahrzeuge (an der Steckdose aufladbar), Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge für alternative Kraftstoffe (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) umfasst. Wie hierin verwendet, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug mit zwei oder mehr Antriebsquellen, z. B. Fahrzeuge sowohl mit Benzin- als auch Elektroantrieb.
Die hierin verwendete Terminologie hat den Zweck, nur bestimmte Ausführungsformen zu beschreiben und soll die Erfindung nicht einschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „einer, eine, eines“ und „der, die, das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern der Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes angibt. Außerdem versteht es sich, dass der Begriff „aufweisen“ und/oder „aufweisend“ bei Verwendung in dieser Beschreibung das Vorhandensein angegebener Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Bauteile angibt, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzzahliger Größen, Schritte, Operationen, Elemente, Bauteile und/oder Gruppen derselben ausschließt. Wie hierin verwendet, schließt der Ausdruck „und/oder“ eine oder alle Kombinationen einer oder mehrerer der zugehörigen aufgelisteten Positionen ein. Sofern nicht anderweitig angegeben, ist der Begriff „aufweisen“ und Formen davon wie „aufweist“ oder „aufweisend“ innerhalb der gesamten Beschreibung so zu verstehen, dass er angegebene Elemente einbezieht, aber andere Elemente nicht ausschließt. Außerdem bedeutet der Begriff „Einheit“, die (englischen) Wortendungen „-er“, „-or“ und der Begriff „Modul“ in der Beschreibung Einheiten zum Ausführen mindestens einer Funktion und Operation, die durch Hardware- oder Software-Komponenten und Kombinationen davon implementiert werden können.
Ferner kann die Steuerlogik der vorliegenden Erfindung als nicht flüchtige computerlesbare Medien auf einem computerlesbaren Medium mit ausführbaren Programmanweisungen, die von einem Prozessor, einer Steuerung und dergleichen ausgeführt werden, verwirklicht sein. Beispiele für computerlesbare Medien sind u. a. ROMs, RAMs, Compact Disc (CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, USB-Sticks, Smart Cards und optische Datenspeichergeräte. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium kann auch in netzgekoppelten Computersystemen verteilt sein, so dass das computerlesbare Medium auf verteilte Weise gespeichert und ausgeführt wird, z. B. von einem Telematik-Server oder einem Controller Area Network (CAN).
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Jedoch betreffen die Zeichnungen und die ausführliche Beschreibung nur ein Ausführungsbeispiel von mehreren Ausführungsbeispielen, die später beschrieben werden, um die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung wirksam zu beschreiben. Deshalb ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf die folgenden Zeichnungen und die Beschreibung beschränkt.
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 2 ist eine Schnittansicht eines Endteils eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Abgas strömt durch eine Abgasleitung eines Fahrzeugs und im Abgas ist Feinstaub enthalten.
Ein Feinstaubsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in der Abgasleitung zum Messen des im Abgas enthaltenen Feinstaubs angeordnet.
Wie in den 1 und 2 dargestellt, ist der Feinstaubsensor 1 durch Stapeln einer Mehrzahl von Substraten gebildet, eine Sensoreinheit A ist in einem Endteil des Substrats und ein Signalprozessor B in einem anderen Endteil (d. h. im gegenüberliegenden Endteil) des Substrats ausgebildet.
Dabei enthält die Mehrzahl von Substraten ein erstes Substrat 10, ein zweites Substrat 20 und ein drittes Substrat 30, die vorzugsweise entweder aus einem Keramik- oder einem Siliziumsubstrat bestehen.
Die Sensoreinheit A enthält vorzugsweise eine Referenzelektrode 11, einen Temperatursensor 21, eine Heizelektrode 23 und eine Hauptelektrode 31.
Die Referenzelektrode 11 ist auf einer Oberfläche des ersten Substrats 10 ausgebildet und hat einen konstanten Kapazitätswert.
In diesem Fall ist das erste Substrat 10 hinreichend dick ausgebildet, so dass der auf der anderen Oberfläche des ersten Substrats 10 abgelagerte Feinstaub PM die Referenzelektrode 11 nicht beeinträchtigt.
Das heißt, das erste Substrat 10 ist dick ausgebildet, so dass der auf der anderen Oberfläche des ersten Substrats 10 abgelagerte Feinstaub PM den Kapazitätswert der Referenzelektrode 11 nicht beeinflussen kann.
Das erste Substrat 10 ist dicker als das zweite Substrat 20 und das dritte Substrat 30 ausgebildet; dies ist jedoch keine Einschränkung, und die Dicken des ersten Substrats 10, des zweiten Substrats 20 und des dritten Substrats 30 können erforderlichenfalls geändert werden.
Der Temperatursensor 21 ist auf einer Oberfläche des zweiten Substrats 20 zum Messen der Umgebungstemperatur ausgebildet.
Die Heizelektrode 23 ist neben dem Temperatursensor 21 auf einer Oberfläche des zweiten Substrats 20 ausgebildet und besteht aus einem Metallmaterial.
In diesem Fall kann das Metallmaterial mindestens entweder aus Pt, Mo und W bestehen.
Die Heizelektrode 23 dient zum Verbrennen des sich auf einer Isolierschicht 33 auf der Hauptelektrode 31 angesammelten Feinstaubs PM, um ihn zu entfernen, wie später beschrieben wird.
Der Temperatursensor 21 hat eine Form, die die Außenoberfläche der Heizelektrode 23 umschließt; allerdings besteht hier keine Einschränkung, und die Form des Temperatursensors 21 und der Heizelektrode 23 kann geändert werden.
Der Temperatursensor 21 und die Heizelektrode 23 mit dieser Konfiguration können auf derselben Schicht ausgebildet sein und der Abstand zwischen der Referenzelektrode 11 und dem Temperatursensor 21 und der Heizelektrode 23 kann gleich sein dem Abstand zwischen der Hauptelektrode 31 und dem Temperatursensor 21 und der Heizelektrode 23.
Das heißt, das zweite Substrat 20 mit dem Temperatursensor 21 und der Heizelektrode 23 und das dritte Substrat 30, bei dem die Hauptelektrode 31 auf dem Temperatursensor 21 und der Heizelektrode 23 positioniert ist, sind mit der gleichen Dicke ausgebildet.
Dadurch sollen die Referenzelektrode 11 und die Hauptelektrode 31 derselben Temperatur ausgesetzt sein, da die Heizelektrode 23 im gleichen Abstand von der Referenzelektrode 11 und der Hauptelektrode 31 positioniert ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind der Temperatursensor 21 und die Heizelektrode 23 auf derselben Schicht eines Substrats ausgebildet; dies ist jedoch keine Einschränkung, sondern der Temperatursensor 21 kann in einem anderen Substrat als die Heizelektrode 23 ausgebildet sein.
Die Hauptelektrode 31 ist auf einer Oberfläche des dritten Substrats 30 so ausgebildet, dass sich der Kapazitätswert durch den Feinstaub PM ändert.
Die Isolierschicht 33 aus einem Dünnfilm ist auf der Hauptelektrode 31 ausgebildet.
In diesem Fall bedeckt die Isolierschicht 33 die Hauptelektrode 31, um den positiven und negativen Pol der Hauptelektrode 31 zu isolieren, die nebeneinander angeordnet sind.
Der Feinstaub PM lagert sich auf der Isolierschicht 33 ab und wird durch die von der Heizelektrode 23 erzeugte Wärme leicht entfernt.
Ferner kann der Signalprozessor B eine Signalverarbeitungsschaltung eines allgemein üblichen Feinstaubsensors verwenden.
Der Signalprozessor B ist mit der Referenzelektrode 11, dem Temperatursensor 21, der Heizelektrode 23 und der Hauptelektrode 31 elektrisch verbunden.
Der Signalprozessor B ist beispielsweise mit der Referenzelektrode 11, dem Temperatursensor 21, der Heizelektrode 23 und der Hauptelektrode 31 über Drähte elektrisch verbunden.
Der Signalprozessor B gibt die Differenz zwischen dem konstanten Kapazitätswert der Referenzelektrode 11 und dem geänderten Kapazitätswert der Hauptelektrode 31 aus.
3 ist ein Flussdiagramm eines Messverfahrens eines Feinstaubsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sammelt sich der im Abgas im Abgassystem des Fahrzeugs enthaltene Feinstaub PM auf der Isolierschicht 33 auf der Hauptelektrode 31 an, während das Abgas den Feinstaubsensor 1 passiert.
Während sich der Feinstaub PM ansammelt, ändert sich der Kapazitätswert durch die in der Hauptelektrode 31 induzierte Ladung entsprechend.
Wie in 3 dargestellt, wird ein Schritt (S1) zum Messen des ersten Kapazitätswertes durch die Referenzelektrode 11 ausgeführt.
In diesem Fall ist der erste Kapazitätswert ein Wert, der eine Kapazitätsänderung der Referenzelektrode 11 angibt, und da die Kapazitätsänderung der Referenzelektrode 11 extrem klein ist, beträgt der Wert nahezu 0.
Danach wird ein Schritt (S2) zum Messen des zweiten Kapazitätswertes durch die Hauptelektrode 31 ausgeführt.
In diesem Fall ist der zweite Kapazitätswert ein Wert, der sich mit der Ansammlung des Feinstaubs PM auf der Isolierschicht 33 des Hauptsubstrats 31 ändert.
Anschließend empfängt der Signalprozessor B den ersten und den zweiten Kapazitätswert.
Danach wird ein Schritt (S3) zum Erzeugen einer End-Ausgangsspannung anhand des ersten und des zweiten Kapazitätswertes, die in den Signalprozessor B eingegeben werden, ausgeführt.
Außerdem empfängt der Signalprozessor B den sich durch die Umgebungsbedingungen auf mechanische, elektronische Weise, durch Temperaturänderungen usw. geänderten Kapazitätswert.
Das heißt, der Signalprozessor B empfängt den sich durch die Störungen in der Umgebung geänderten Kapazitätswert.
Außerdem wird im Signalprozessor B ein fester Kapazitätswert voreingestellt, um die End-Ausgangsspannung zu erzeugen.
In diesem Fall erfolgt im Schritt (S3) zum Erzeugen der End-Ausgangsspannung ein Schritt, in dem der Signalprozessor B die erste Ausgangsspannung mittels des ersten Kapazitätswertes erzeugt.
In diesem Fall kann die erste Ausgangsspannung durch [Gleichung 1] berechnet werden. $V_{01} = V_{1} * \frac{C_{1 N 1} + C_{T}}{C 0}$
Dabei repräsentiert V₀₁ die erste Ausgangsspannung, V₁ eine angelegte Spannung, C_IN1 den ersten Kapazitätsänderungswert, C_T den Wert, der sich durch die Umgebungsbedingungen ändert, d. h., den Kapazitätswert aufgrund der Störungen, und C0 kann der zuvor in den Signalprozessor eingegebene Kapazitätswert sein, der konstant ist, um die End-Ausgangsspannung zu erzeugen.
In diesem Fall kann die angelegte Spannung eine an den Feinstaubsensor 1 gelegte Spannung sein.
Nach dem Erzeugen der ersten Ausgangsspannung erfolgt ein Schritt, in dem der Signalprozessor B die zweite Ausgangsspannung mittels des zweiten Kapazitätswertes erzeugt.
In diesem Fall kann die zweite Ausgangsspannung durch [Gleichung 2] berechnet werden. $V_{02} = V_{1} * \frac{C_{1 N 2} + C_{T}}{C 0}$
Dabei repräsentiert V₀₂ die zweite Ausgangsspannung, V₁ die angelegte Spannung, C_IN2 den zweiten Kapazitätsänderungswert, C_T den Wert, der sich durch die Umgebungsbedingungen ändert, d. h., den Kapazitätswert aufgrund der Störungen, und C0 kann der zuvor in den Signalprozessor eingegebene Kapazitätswert sein, der konstant ist, um die End-Ausgangsspannung zu erzeugen.
In diesem Fall kann die angelegte Spannung eine an den Feinstaubsensor 1 gelegte Spannung sein.
Danach wird ein Schritt ausgeführt, in dem der Signalprozessor B die End-Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsspannung erzeugt.
In diesem Fall kann die End-Ausgangsspannung durch [Gleichung 3] berechnet werden. $V_{F} = V_{01} - V_{02} = V_{1} * \frac{C_{1 N 1} + C_{1 N 2}}{C 0}$
Dabei repräsentiert V_F die End-Ausgangsspannung, V₀₁ bzw. V₀₂ repräsentieren die erste bzw. die zweite Ausgangsspannung, V₁ repräsentiert die angelegte Spannung, C_IN2 bzw. C_IN2 repräsentieren den ersten bzw. zweiten Kapazitätsänderungswert und C0 kann der zuvor in den Signalprozessor eingegebene Kapazitätswert sein, der konstant ist, um die End-Ausgangsspannung zu erzeugen.
Dementsprechend wird die End-Ausgangsspannung berechnet, wobei C_T entfällt, bei dem es sich um allgemeine Störungen handelt, die sich durch Addieren der Umgebungsbedingungen wie mechanische, elektrische und Störungen durch Temperaturänderungen ergeben.
Da in diesem Fall die Größe von C_IN1, die den ersten Kapazitätsänderungswert der Referenzelektrode 11 repräsentiert, bei Näherung unbedeutend ist, verbleibt nur der den zweiten Kapazitätsänderungswert der Hauptelektrode 31 repräsentierende Wert C_IN2 und wird ausgegeben.
Schließlich erfolgt ein Schritt, im dem der Feinstaub PM verbrannt wird, der sich auf der Isolierschicht 33 auf der Hauptelektrode 31 angesammelt hat, um durch die zwischen der Referenzelektrode 11 und der Hauptelektrode 31 positionierte Heizelektrode 23 entfernt zu werden.
Der Feinstaubsensor 1 und das Messverfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung vergleichen also den ersten Kapazitätswert der Referenzelektrode 11 und den zweiten Kapazitätswert der Hauptelektrode 31, der sich aufgrund des Feinstaubs PM ändert, um den Differenzwert auszugeben, wobei externen Störungen und Änderungen der Umgebungsbedingungen in hohem Maße entsprochen wird.
Außerdem sind bei dem Feinstaubsensor 1, der Temperatursensor 21 und die Heizelektrode 23 zusammen auf einem Substrat ausgebildet, wodurch der Prozess vereinfacht wird.
Obwohl diese Erfindung in Zusammenhang mit für derzeit als praktikabel geltenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen innerhalb von Geist und Gültigkeitsbereich der beigefügten Ansprüche abdecken soll.

Claims

Feinstaubsensor, der in einer Abgasleitung eines Abgassystems angeordnet und zum Messen des im Abgas enthaltenen Feinstaubs konfiguriert ist, wobei der Feinstaubsensor aufweist: ein erstes Substrat, ein zweites Substrat und ein drittes Substrat, die sequentiell von einem Boden aus gestapelt sind, um eine Sensoreinheit an einem Endteil und einen Signalprozessor an einem anderen Endteil zu bilden, wobei die Sensoreinheit enthält: eine Referenzelektrode, die auf einer Oberfläche des ersten Substrats ausgebildet ist und einen konstanten Kapazitätswert hat, einen Temperatursensor, der auf einer Oberfläche des zweiten Substrats ausgebildet ist und die Temperatur misst, und eine Heizelektrode, die neben dem Temperatursensor angeordnet ist, und eine Hauptelektrode, die auf einer Oberfläche des dritten Substrats ausgebildet ist und einen Kapazitätswert hat, der sich aufgrund des Feinstaubs ändert, wobei der Temperatursensor und die Heizelektrode zwischen der Referenzelektrode und der Hauptelektrode im selben Abstand von der Referenzelektrode und der Hauptelektrode ausgebildet sind, und wobei das erste Substrat mit einer größeren Dicke als das zweite und das dritte Substrat ausgebildet ist.
Feinstaubsensor nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor die Differenz zwischen dem konstanten Kapazitätswert der Referenzelektrode und dem geänderten Kapazitätswert der Hauptelektrode ausgibt.
Feinstaubsensor nach Anspruch 1, wobei die Hauptelektrode ferner eine Isolierschicht enthält, die einen oberen Teil der Hauptelektrode umschließt.
Feinstaubsensor nach Anspruch 1, wobei der Temperatursensor so ausgebildet ist, dass er eine äußere Oberfläche der Heizelektrode umschließt.
Feinstaubsensor nach Anspruch 1, wobei die Heizelektrode den sich auf der Isolierschicht auf der Hauptelektrode angesammelten Feinstaub verbrennt, um ihn zu entfernen.
Feinstaubsensor nach Anspruch 1, wobei das erste bis dritte Substrat entweder aus einem Keramik- oder einem Silizium-Substrat ausgebildet sind.
Verfahren zum Messen des Feinstaubs mit den Schritten: Messen eines ersten Kapazitätswertes mittels einer Referenzelektrode; Messen eines zweiten Kapazitätswertes mittels einer Hauptelektrode; Empfangen des ersten Kapazitätswertes und des zweiten Kapazitätswertes von einem Signalprozessor; und Erzeugen einer End-Ausgangsspannung anhand des ersten Kapazitätswertes und des zweiten Kapazitätswertes, die in den Signalprozessor eingegeben werden, wobei der Schritt zum Erzeugen der End-Ausgangsspannung die Schritte enthält: Erzeugen einer ersten Ausgangsspannung mittels mindestens entweder eines ersten Kapazitätsänderungswertes des ersten Kapazitätswertes, eines Kapazitätswertes aufgrund der Störungen oder einer angelegten Spannung; Erzeugen einer zweiten Ausgangsspannung mittels mindestens entweder eines zweiten Kapazitätsänderungswertes des zweiten Kapazitätswertes, des Kapazitätswertes aufgrund der Störungen oder einer angelegten Spannung; und Erzeugen einer End-Ausgangsspannung in Abhängigkeit von einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Ausgangsspannung.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich im Schritt zum Messen des zweiten Kapazitätswertes mittels der Hauptelektrode der zweite Kapazitätswert durch den sich auf der Isolierschicht auf der Hauptelektrode angesammelten Feinstaub geändert hat.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner den Schritt aufweist: Verbrennen des sich auf einer Isolierschicht auf der Hauptelektrode angesammelten Feinstaubs mittels einer Heizelektrode, die zwischen der Referenzelektrode und der Hauptelektrode positioniert ist.