Title:
Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein Sensor (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases vorgeschlagen, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum. Der Sensor (110) umfasst mindestens ein Sensorelement (112), welches einen Träger (114) und mindestens eine mit dem Träger (114) verbundene und dem Messgas aussetzbare Messelektrode (116, 118) aufweist. Der Sensor (110) umfasst weiterhin mindestens eine Steuerung (136), welche mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung (138) aufweist. Die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) ist mit mindestens einem ersten Ende (122, 124) der Messelektrode (116, 118) verbunden und ist eingerichtet, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Der Sensor (110) weist weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand (128, 130) auf, welcher mit mindestens einem zweiten Ende (124, 126) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist. Der Sensor (110) weist weiterhin mindestens eine Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) auf, welche über den Begrenzungswiderstand (128, 130) mit dem zweiten Ende (124, 126) verbunden ist und eingerichtet ist, um das zweite Ende (124, 126) mit einem variablen elektrischen Potenzial zu beaufschlagen. embedded image




Inventors:
NAGEL CHRISTINE (DE)
KAMP BERNHARD (DE)
HERWEG KAROLA (DE)
Application Number:
DE102016225420A
Publication Date:
06/21/2018
Filing Date:
12/19/2016
Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (Stuttgart, DE)
Domestic Patent References:
DE102006042362A1N/A2008-03-27
DE10353860A1N/A2005-06-09
DE10319664A1N/A2004-11-18
DE10149333A1N/A2003-05-08



Foreign References:
WO2003006976A22003-01-23
89283382015-01-06
WO2008031654A12008-03-20
201203249812012-12-27
Claims:
Sensor (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, umfassend mindestens ein Sensorelement (112), wobei das Sensorelement (112) einen Träger (114) und mindestens eine mit dem Träger (114) verbundene und dem Messgas aussetzbare Messelektrode (116, 118) aufweist, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens eine Steuerung (136) aufweist, wobei die Steuerung (136) mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung (138) aufweist, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) mit mindestens einem ersten Ende (122, 124) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist und eingerichtet ist, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand (128, 130) aufweist, wobei der Begrenzungswiderstand (128, 130) mit mindestens einem zweiten Ende (124, 126) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens eine Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) aufweist, wobei die Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) über den Begrenzungswiderstand (128, 130) mit dem zweiten Ende (124, 126) verbunden ist und eingerichtet ist, um das zweite Ende (124, 126) mit einem variablen elektrischen Potenzial zu beaufschlagen.

Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Steuerung (136) eingerichtet ist, um mindestens ein Testsignal zu erfassen, welches aufgrund einer Änderung des variablen elektrischen Potenzials veränderlich ist.

Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Begrenzungswiderstand (128, 130) ganz oder teilweise in das Sensorelement (112) integriert ist.

Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen Heizer (310) zur Beheizung des Sensorelements (112) aufweist, wobei die Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) zumindest teilweise bauteilidentisch ist mit mindestens einem Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: dem Heizer (310); einem Temperaturwiderstand einer elektrischen Energiequelle des Heizers (310).

Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen Temperaturfühler aufweist, wobei die Potenzialquelle (132,134; 210; 312) zumindest teilweise bauteilidentisch ist mit dem Temperaturfühler.

Sensor (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Messelektrode (116, 118) mindestens zwei Messelektroden (116, 118) umfasst, wobei jede der Messelektroden (116, 118) jeweils ein erstes Ende (120, 122) und ein zweites Ende (124, 126) aufweist.

Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Messelektroden (116, 118) zumindest abschnittsweise parallel ausgebildet sind und gemeinsam eine Mäanderstruktur bilden.

Sensor (110) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor (110) mindestens zwei Potenzialquellen (132, 134; 210; 312) aufweist, wobei jedes der zweiten Enden (124, 126) der Messelektroden (116, 118) über jeweils mindestens einen Begrenzungswiderstand (128, 130) mit einer der Potenzialquellen (132, 134; 210; 312) verbunden ist.

Sensor (110) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei jedes der zweiten Enden (124, 126) der Messelektroden (116, 118) jeweils mit mindestens einem Begrenzungswiderstand (128, 130) verbunden ist.

Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Begrenzungswiderstände (128, 130) an ihren von den zweiten Enden (124, 126) abgewandten Seiten elektrisch miteinander verbunden sind.

Sensor (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) mit mindestens einem Punkt (212) zwischen den Begrenzungswiderständen (128, 130) verbunden ist.

Sensor (110) nach einem der fünf vorhergehenden Ansprüche, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) mindestens eine Spannungsquelle (142) aufweist, wobei die Spannungsquelle (142) mit einem ersten der beiden ersten Enden (120, 122) verbunden ist und eingerichtet ist, um dieses erste der beiden ersten Enden (120, 122) mit einer Spannung zu beaufschlagen, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) weiterhin mindestens eine Strommessvorrichtung (144) aufweist, wobei die Strommessvorrichtung (144) mit einem zweiten der beiden ersten Enden (120, 122) verbunden ist und eingerichtet ist, um einen Strom durch dieses zweite der beiden ersten Enden (120, 122) zu erfassen.

Verfahren zum Betrieb eines Sensors (110) zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, wobei der Sensor (110) mindestens ein Sensorelement (112) aufweist, wobei das Sensorelement (112) einen Träger (114) und mindestens eine mit dem Träger (114) verbundene und dem Messgas aussetzbare Messelektrode (116, 118) aufweist, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens eine Steuerung (136) aufweist, wobei die Steuerung (136) mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung (138) aufweist, wobei die Eigenschaftsmessvorrichtung (138) mit mindestens einem ersten Ende (120, 122) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist und eingerichtet ist, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen, wobei der Sensor (110) weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand (128, 130) aufweist, wobei der Begrenzungswiderstand (128, 130) mit mindestens einem zweiten Ende (124, 126) der Messelektrode (116, 118) verbunden ist, wobei das Verfahren eine Beaufschlagung des zweiten Endes (124, 126) mit einem variablen elektrischen Potenzial umfasst, wobei die Beaufschlagung mittels mindestens einer Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) erfolgt, wobei die Potenzialquelle (132, 134; 210; 312) über den Begrenzungswiderstand (128, 130) mit dem zweiten Ende (124, 126) verbunden ist.

Description:
Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Sensorelementen zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum bekannt. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln. Insbesondere kann es sich bei den Partikeln um Ruß- oder Staubpartikel handeln. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und Anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensorelemente zur Detektion von Rußpartikeln beschrieben.

Zwei oder mehrere metallische Elektroden können auf einem Träger angebracht werden, beispielsweise einem elektrisch isolierenden Träger. Die sich unter Einwirkung einer Spannung anlagernden Teilchen, insbesondere die Rußpartikel, bilden in einer sammelnden Phase des Sensorelements elektrisch leitfähige Brücken zwischen den beispielsweise als kammartig ineinander greifende Interdigitalelektroden ausgestalteten Elektroden und schließen diese dadurch kurz. In einer regenerierenden Phase werden die Elektroden üblicherweise mit Hilfe eines integrierten Heizelementes freigebrannt. In der Regel werten die Partikelsensoren die aufgrund der Partikelanlagerung geänderten elektrischen Eigenschaften einer Elektrodenstruktur aus. Es kann beispielsweise ein abnehmender Widerstand oder ein zunehmender Strom bei konstanter angelegter Spannung gemessen werden. Nach diesem Prinzip arbeitende Sensorelemente werden im Allgemeinen als resistive Sensoren bezeichnet und existieren in einer Vielzahl von Ausführungsformen, wie z.B. aus DE 103 19 664 A1, DE 10 2006 042 362 A1, DE 103 53 860 A1, DE 101 49 333 A1 und WO 2003/006976 A2 bekannt. Die als Partikel- oder Rußsensoren ausgestalteten Sensorelemente werden üblicherweise zur Überwachung von Diesel-Partikelfiltern eingesetzt. Im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine sind die Partikelsensoren der beschriebenen Art in der Regel in ein Schutzrohr aufgenommen, das gleichzeitig beispielsweise die Durchströmung des Partikelsensors mit dem Abgas erlaubt. In dem Sensorelement sind in der Regel auch ein Heizer und/oder ein Temperaturmäander enthalten. Zur Regeneration des Sensorelements wird dieses in der Regel mit Hilfe des Heizers freigebrannt, indem beispielsweise Temperaturen von > 500°C eingestellt werden. Die Temperatur des Sensorelements wird beispielsweise durch ein Temperaturmesselement erfasst.

Eine Herausforderung bei der Funktionsüberwachung von Partikelsensoren der beschriebenen Art besteht darin, dass die Elektrodenstruktur bei nicht vorhandener Partikel Beladung, beispielsweise bei nicht vorhandenem Ruß, nicht leitfähig ist. Es ist somit grundsätzlich nicht möglich, auf direkte Weise zu erkennen, ob die Elektrodenstruktur nicht mehr vorhanden oder nicht mehr elektrisch angebunden ist oder ob lediglich kein Ruß auf der Elektrodenstruktur angelagert ist.

In US 8928338 B2 wird ein Partikelsensor mit 1. und 2. Elektrode beschrieben, bei welchem die Elektroden über einen Bias-Widerstand miteinander verbunden sind. Der Partikelsensor erlaubt eine Fehlerdiagnose.

In WO 2008/031654 A1 wird ein Sensorelement für Gassensoren zur Bestimmung von Partikeln in Gasgemischen beschrieben, mit mindestens zwei dem Gasgemisch ausgesetzten Elektroden und einem diese Elektroden tragenden Substrat. Zwischen dem Substrat und den Elektroden ist eine leitfähige Unterlage vorgesehen, und die Elektroden sind durch die leitfähige Unterlage elektrisch leitend miteinander verbunden.

US 2012/0324981 A1 offenbart einen Rußsensor mit einem ersten Element auf einer ersten Oberfläche des Rußsensors. Ein Rußdetektorsystem kann einen Rußsensor und einen Schaltkreis umfassen, welcher elektrisch an das erste Element des Rußsensors gekoppelt ist. Der Schaltkreis ist eingerichtet, um eine Menge an Ruß zu bestimmen, welche auf dem ersten Element akkumuliert ist und um eine Aufheizung des ersten Elements in Antwort auf die Ruß-Akkumulation zu steuern.

Trotz der mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen erzielten Vorteile besteht nach wie vor noch ein Verbesserungspotenzial hinsichtlich einer Überwachung der einen oder mehreren Messelektroden von Partikelsensoren hinsichtlich ihrer Funktionen. Insbesondere wäre es wünschenswert, eine permanente Überwachung auf eine fehlerfreie elektrische Verbindung zu einer Auswerteelektronik zu gewährleisten.

Offenbarung der Erfindung

In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird dementsprechend ein Sensor zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, vorgeschlagen. Der Sensor kann insbesondere zur Erfassung von Rußpartikeln in einem Abgas einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Ohne Einschränkung weiterer möglicher Einsatzgebiete, wird die Erfindung nachfolgend im Hinblick auf einen Sensor zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum beschrieben. Alternativ kann der Sensor jedoch auch beispielsweise als Gassensor ausgestaltet sein, insbesondere als resistiver Gassensor, beispielsweise als Gassensor auf Basis halbleitender Metalloxide wie beispielsweise SnO2. So kann allgemein die mindestens eine Eigenschaft des Messgases beispielsweise eine chemische und/oder physikalische Eigenschaft sein, insbesondere eine Eigenschaft, welche sich mittels eines resistiven Sensors erfassen lässt. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Konzentration mindestens einer Kraftkomponente in dem Messgasraum handeln.

Der Sensor umfasst mindestens ein Sensorelement, wobei das Sensorelement einen Träger und mindestens eine mit dem Träger verbundene und dem Messgas aussetzbare Messelektrode aufweist. Der Sensor weist weiterhin mindestens eine Steuerung auf, welche ihrerseits mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere mindestens eine Partikelmessvorrichtung, aufweist. Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, ist mit mindestens einem ersten Ende der Messelektrode verbunden und ist eingerichtet, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Das elektrische Signal ist vorzugsweise durch die mindestens eine Eigenschaft des Messgases, welche zu erfassen ist, insbesondere durch eine Partikelbeladung der Messelektrode, beeinflussbar. Der Sensor weist weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand auf, welcher mit mindestens einem zweiten Ende der Messelektrode verbunden ist, insbesondere einem von dem ersten Ende verschiedenen zweiten Ende. Der Sensor weist weiterhin mindestens eine Potenzialquelle auf, welche über den Begrenzungswiderstand mit dem zweiten Ende verbunden ist und welche eingerichtet ist, um das zweite Ende mit einem variablen elektrischen Potenzial zu beaufschlagen.

Unter einem Sensor wird allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche eingerichtet ist, um eine Messgröße zu erfassen, beispielsweise mindestens eine Messgröße, welche einen Zustand und/oder eine Eigenschaft charakterisiert. Unter einem Sensorelement wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine beliebige Vorrichtung verstanden, welche geeignet ist, die mindestens eine Eigenschaft des Messgases qualitativ und/oder quantitativ zu erfassen. Beispielsweise kann das Sensorelement eingerichtet sein, um eine Konzentration und/oder Anzahl von Partikeln zu erfassen. Das Sensorelement kann beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Ansteuereinheit und geeignet ausgestalteten Elektroden ein elektrisches Messsignal entsprechend der erfassten Partikel erzeugen. Allgemein kann das Sensorelement mindestens ein elektrisches Messsignal erzeugen, beispielsweise eine Spannung oder einen Strom. Hierbei können DC-Signale und/oder AC-Signale verwendet werden. Des Weiteren kann beispielsweise zur Signalauswertung aus der Impedanz ein resistiver Anteil und/oder ein kapazitiver Anteil verwendet werden. Bei den erfassten Partikeln kann es sich insbesondere um Rußpartikel und/oder Staubpartikel handeln. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen des Sensorelements kann beispielsweise auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich.

Das Sensorelement kann insbesondere zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eingerichtet sein. Insbesondere kann es sich bei dem Messgas um ein Abgas des Kraftfahrzeugs handeln. Auch andere Gase und Gasgemische sind grundsätzlich möglich. Bei dem Messgasraum kann es sich grundsätzlich um einen beliebigen, offenen oder geschlossenen Raum handeln, in welchem das Messgas aufgenommen ist und/oder welcher von dem Messgas durchströmt wird. Beispielsweise kann es sich bei dem Messgasraum um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Verbrennungsmotors, handeln.

Das Sensorelement umfasst den Träger und die mindestens eine mit dem Träger direkt oder indirekt verbundene und dem Messgas aussetzbare mindestens eine Messelektrode. Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere auf einer Oberfläche des Trägers angeordnet sein oder von einer Oberfläche des Trägers her für das Messgas zugänglich sein. Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere eine Mehrzahl an Messelektroden, beispielsweise mindestens eine erste Messelektrode und mindestens eine zweite Messelektrode, aufweisen. Die Messelektroden können insbesondere mindestens eine Interdigitalelektrode bilden, also eine Struktur von zwei ineinandergreifenden Messelektroden, welche jeweils ineinandergreifende Elektroden Finger aufweisen. Auch eine andere Anordnung der mindestens einen Messelektrode ist jedoch grundsätzlich möglich, beispielsweise, wie unten noch näher beschrieben wird, eine Struktur, bei welcher zwei Messelektroden zumindest abschnittsweise parallel geführt werden und gemeinsam ein Mäandermuster bilden.

Unter einem Träger wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiges Substrat verstanden, welches geeignet ist, die mindestens eine Messelektrode zu tragen und/oder auf welches die mindestens eine Messelektrode aufgebracht werden kann. Der Träger kann einschichtig oder auch mehrschichtig aufgebaut sein. Unter einer Messelektrode wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich ein beliebiger elektrischer Leiter verstanden, der für eine Strommessung und/oder eine Spannungsmessung geeignet ist, und/oder welcher mindestens ein mit den Elektrodeneinrichtungen in Kontakt stehendes Element mit einer Spannung und/oder einem Strom beaufschlagen kann.

Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere Platin umfassen und/oder ganz oder teilweise aus Platin bestehen. Auch eine Legierung ist grundsätzlich möglich. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung von Platin können auch andere Metalle zum Einsatz kommen.

Der Träger kann als Trägermaterial insbesondere mindestens ein keramisches Material umfassen. Insbesondere kann der Träger eine oxidische Keramik, vorzugsweise Aluminiumoxid, insbesondere Al2O3, umfassen. Weitere Oxide, beispielsweise Zirkoniumoxid, sind jedoch möglich. Weiterhin kann der Träger mindestens ein elektrisch isolierendes Material umfassen. Der Träger kann eine Trägeroberfläche aufweisen. Unter einer Trägeroberfläche wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung grundsätzlich eine beliebige Schicht verstanden, welche den Träger von seiner Umgebung abgrenzt, und auf welche die mindestens eine Messelektrode aufgebracht ist.

Allgemein ist darauf hinzuweisen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Begriffe „erste“, „zweite“ oder „dritte“, sowie entsprechende Abwandlungen davon, als reine Bezeichnungen und Namensgebung verwendet werden, ohne eine Nummerierung zu bezwecken. So können beispielsweise ein erstes Element und ein drittes Element vorhanden sein, ohne dass ein zweites Element zwingend erforderlich ist, oder es kann ein zweites Element vorhanden sein, ohne dass ein erstes Element vorhanden ist, oder es kann ein erstes Element vorhanden sein, ohne dass ein zweites Element oder ein drittes Element vorhanden sind.

Unter einer Steuerung ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um einen oder mehrere Vorgänge in einer anderen Vorrichtung zu starten, zu beenden, zu steuern oder zu regeln. Die Steuerung kann beispielsweise mindestens einen Mikrocontroller umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung jedoch auch andere Hardware umfassen, beispielsweise mindestens eine Hardwarekomponente ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einem Komparator, einer Stromquelle, einer Spannungsquelle, einer Strommessvorrichtung, einer Spannungsmessvorrichtung, einer Widerstandsmessvorrichtung.

Unter einer Eigenschaftsmessvorrichtung ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, welche mindestens ein Messsignal erzeugen kann, aus welchem auf die mindestens eine Eigenschaft des Messgases geschlossen werden kann. Die Eigenschaftsmessvorrichtung kann insbesondere als Partikelmessvorrichtung ausgestaltet sein und kann dementsprechend eingerichtet sein, um mindestens ein Messsignal zu erzeugen, aus welchem auf eine Partikelbeladung, insbesondere eine Partikelkonzentration in dem Messgas, geschlossen werden kann. Bezüglich möglicher Ausgestaltungen der Partikelmessvorrichtung kann beispielsweise auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden. Insbesondere kann die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, mindestens eine Spannungsquelle und mindestens eine Strommessvorrichtung umfassen, wobei mittels der Spannungsquelle beispielsweise die mindestens eine Messelektrode mit einer Spannung beaufschlagt werden kann und wobei mittels der Strommessvorrichtung hierbei ein Strom gemessen werden kann. Beispielsweise kann die mindestens eine Messelektrode mindestens zwei Messelektroden aufweisen, mit jeweils einem ersten Ende und dem zweiten Ende, wobei ein Pol der Spannungsquelle mit einem ersten der beiden ersten Enden und ein anderer Pol der Spannungsquelle mit einem zweiten der beiden ersten Enden verbunden sein kann und wobei die Strommessvorrichtung beispielsweise mit einem der beiden ersten Enden verbunden sein kann. Aus einer Stärke des Stroms kann dann beispielsweise auf die mindestens eine Eigenschaft, insbesondere auf eine Partikelbeladung der Messelektroden, geschlossen werden, und/oder aus einer zeitlichen Veränderung des Stroms kann auf die Eigenschaft, beispielsweise eine Konzentration der Partikel in dem Messgas, geschlossen werden.

Unter einem Ende eine Messelektrode wird dabei allgemein ein Punkt oder Bereich innerhalb der Messelektrode verstanden, über welchen die Messelektrode elektrisch kontaktiert werden kann. Hierbei kann es sich, muss es sich jedoch nicht notwendigerweise um ein äußerstes Ende der Messelektrode handeln, beispielsweise ein Ende einer Leiterschleife eines geraden oder gekrümmten Leiters.

Zur Erfassung des mindestens einen elektrischen Signals, auch als Messsignal bezeichnet, kann die Steuerung beispielsweise mindestens eine Messvorrichtung umfassen, wie unten noch näher ausgeführt wird, beispielsweise eine Strommessvorrichtung und/oder eine Spannungsmessvorrichtung. Insbesondere kann es sich hierbei um eine Strommessvorrichtung handeln, da Partikelbeladungen üblicherweise in Form von Strömen erfasst werden.

Unter einem Begrenzungswiderstand, auch als Abschlusswiderstand bezeichnet, wird dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung allgemein ein elektrischer Widerstand bezeichnet, vorzugsweise ein hochohmiger Widerstand, welcher mit mindestens einem anderen Bauteil verknüpft ist. Der mindestens eine Begrenzungswiderstand kann insbesondere dazu dienen und eingerichtet sein, die Wirkung des variablen elektrischen Potenzials, insbesondere des Testpotentials, soweit zu begrenzen, dass das eigentliche Messsignal des Sensors, beispielsweise das Messsignal der Inter Digitalelektrode (DIE), insbesondere der bei einer Rußmessung gemessene Strom, noch messbar bleibt, andererseits aber das Testpotenzial ebenfalls messbar ist. Der Begrenzungswiderstand oder, falls mehrere Begrenzungswiderstände vorgesehen sind, die Summe der Begrenzungswiderstände, können insbesondere einen ohmschen Widerstand aufweisen, welcher größer ist als der ohmsche Widerstand der für die eigentliche Partikel-Messung relevant ist. Beispielsweise können die Begrenzungswiderstände um mindestens einen Faktor 5-100 größer sein als die jeweiligen ohmschen Widerstände zwischen den Messelektroden, der sich durch eine minimal nachzuweisende Partikelbeladung ergibt.

Unter einer Potenzialquelle ist dabei allgemein im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zu verstehen, welche mindestens einen Anschluss mit einem variablen elektrischen Potenzial aufweist. So kann die Potenzialquelle beispielsweise eine Spannungsquelle aufweisen, wobei mindestens ein Pol der Spannungsquelle den Anschluss bildet. Unter einem variablen elektrischen Potenzial ist allgemein ein elektrisches Potenzial zu verstehen, welches mindestens zwei Werte annehmen kann. Beispielsweise kann die Potenzialquelle eingerichtet sein, um das elektrische Potenzial zwischen mindestens einem ersten Wert und mindestens einem zweiten Wert in einer Stufe, in mehreren Stufen oder stufenlos zu verändern.

Die Steuerung kann insbesondere eingerichtet sein, um mindestens ein Testsignal zu erfassen, welches aufgrund einer Änderung des variablen elektrischen Potenzials veränderlich ist. Zu diesem Zweck kann die Steuerung beispielsweise mindestens eine Testmessvorrichtung zur Erfassung des Testsignals aufweisen, beispielsweise eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Strommessvorrichtung. So kann beispielsweise ein Testsignal in Form einer Spannung erfasst werden, wobei die Steuerung beispielsweise eingerichtet sein kann, um zu überprüfen, ob das Testsignal beispielsweise eine entsprechende Signalantwort auf eine Veränderung des Potenzials durch die Potenzialquelle liefert. Ist dies nicht der Fall, so kann beispielsweise auf eine fehlerhafte Verbindung zwischen der Steuerung und der Messelektrode geschlossen werden oder auf eine andere Art von Defekt. Die Steuerung kann beispielsweise eingerichtet sein, um in diesem Fall ein entsprechendes Fehlersignal auszugeben. Allgemein kann die Steuerung eingerichtet sein, um aus einer Erfassung des Testsignals und/oder einer Veränderung des erfassten Testsignals auf eine Funktionalität des Sensors zu schließen, insbesondere auf eine fehlerfreie oder fehlerhafte elektrische Verbindung zwischen der mindestens einen Messelektrode und der Steuerung.

Ist eine Testmessvorrichtung vorgesehen, so kann diese mindestens eine Testmessvorrichtung ganz oder teilweise bauteilidentisch mit der Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere der Partikelmessvorrichtung, sein. Alternativ kann die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, auch getrennt von der Testmessvorrichtung ausgestaltet sein. Die Testmessvorrichtung kann insbesondere mindestens eine Spannungsmessvorrichtung aufweisen.

Die Potenzialquelle kann insbesondere eingerichtet sein, um das zweite Ende mit mindestens einem ersten elektrischen Potenzial und mindestens einem zweiten elektrischen Potenzial zu beaufschlagen, wobei das zweite elektrische Potenzial von dem ersten elektrischen Potenzial verschieden ist. So kann die Potenzialquelle beispielsweise eingerichtet sein, um zwischen den beiden elektrischen Potenzialen zu schalten.

Der mindestens eine Begrenzungswiderstand kann vorzugsweise ganz oder teilweise in das Sensorelement integriert sein, beispielsweise auf oder in dem Träger angeordnet sein. Auf diese Weise lassen sich Zuleitungen zum Sensorelement einsparen im Vergleich zu einer Situation, bei welcher der mindestens eine Begrenzungswiderstand außerhalb des Sensorelements in dem Sensor angeordnet ist. Auch eine andere Ausgestaltung ist jedoch grundsätzlich möglich.

Der Sensor kann weiterhin mindestens einen Heizer zur Beheizung des Sensorelements aufweisen. Unter einem Heizer wird dabei allgemein eine Vorrichtung verstanden, welche eingerichtet ist, um mindestens ein Element zu beheizen, beispielsweise in diesem Fall den Sensor. Der Heizer kann insbesondere eine elektrische Heizer sein. Der Heizer kann beispielsweise, wie unten noch näher erläutert wird, mindestens eine elektrische Energiequelle, auch als eine Versorgung oder elektrische Versorgung des Heizers bezeichnet, und mindestens einen mit der elektrischen Energiequelle verbundenen Heizwiderstand aufweisen, welcher beispielsweise als Heizmäander ausgestaltet sein kann.

Ist mindestens ein Heizer vorgesehen, so kann die Potenzialquelle beispielsweise zumindest teilweise bauteilidentisch mit dem Heizer sein, beispielsweise mit mindestens einer elektrischen Energiequelle des Heizers und/oder mit der elektrischen Energiequelle. So kann der Heizer beispielsweise mindestens eine elektrische Energiequelle und mindestens einen mit der elektrischen Energiequelle verbundenen Heizwiderstand aufweisen, beispielsweise mindestens einen Heizmäander, wobei zwischen der elektrischen Energiequelle und dem Heizwiderstand mindestens eine elektrische Abzweigung vorgesehen ist, wobei die elektrische Abzweigung über den mindestens einen Begrenzungswiderstand mit dem mindestens einen zweiten Ende verbunden ist. Der Heizer kann beispielsweise weiterhin mindestens einen Heizerschalter aufweist, wobei der Heizerschalter eingerichtet ist, um einen Strom durch den Heizer zu schalten und/oder zu unterbrechen. Auf diese Weise kann ein veränderliches Potenzial bereitgestellt werden. Alternativ kann die Potenzialquelle jedoch auch getrennt von dem Heizer ausgebildet sein.

Der Sensor kann weiterhin mindestens einen Temperaturfühler aufweisen, beispielsweise mindestens einen temperaturabhängigen Widerstand, beispielsweise einen Temperaturmessmäander. In diesem Fall kann die Potenzialquelle auch ganz oder teilweise bauteilidentisch mit dem mindestens einen Temperaturfühler sein und/oder elektrisch mit dem mindestens einen Temperaturfühler verbunden sein.

Der mindestens eine Begrenzungswiderstand kann insbesondere einen ohmschen Widerstand von 1 bis 100 MOhm aufweisen. Auch andere Werte sind jedoch grundsätzlich möglich.

Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, kann insbesondere mindestens eine Spannungsquelle zur Beaufschlagung der mindestens einen Messelektrode mit einer Spannung aufweisen. Weiterhin kann die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, mindestens eine Strommessvorrichtung zur Erfassung mindestens eines Stroms durch die Messelektrode aufweisen.

Die mindestens eine Messelektrode kann insbesondere mindestens zwei Messelektroden umfassen. Jede der Messelektroden kann jeweils ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen. Diese mindestens zwei Messelektroden können beispielsweise Interdigitalelektroden bilden, beispielsweise mit einer Kammstruktur mit ineinander eingreifenden Elektrodenfingern. Alternativ können die Messelektroden auch zumindest abschnittsweise parallel ausgebildet sein und gemeinsam eine Mäanderstruktur bilden.

Insbesondere wenn mindestens zwei Messelektroden vorgesehen sind, so kann der Sensor beispielsweise mindestens zwei Potenzialquellen aufweisen, wobei jedes der zweiten Enden der Messelektroden über jeweils mindestens einen Begrenzungswiderstand mit einer der Potenzialquellen verbunden ist. Allgemein kann beispielsweise jedes der zweiten Enden der Messelektroden jeweils mit mindestens einem Begrenzungswiderstand verbunden sein. Die Begrenzungswiderstände können beispielsweise an ihren von den zweiten Enden abgewandten Seiten elektrisch miteinander verbunden sein. Die Potenzialquelle kann beispielsweise mit mindestens einem Punkt zwischen den Begrenzungswiderständen verbunden sein. Auch eine andere Beschaltung ist jedoch grundsätzlich möglich, beispielsweise eine Trennung der beiden Begrenzungswiderstände.

Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, kann insbesondere, wie oben ausgeführt, mindestens eine Spannungsquelle aufweisen. Diese mindestens eine Spannungsquelle kann beispielsweise mit einem ersten der beiden ersten Enden verbunden sein und eingerichtet sein, um dieses erste der beiden ersten Enden mit einer Spannung zu beaufschlagen. Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, kann weiterhin, wie oben ausgeführt, mindestens eine Strommessvorrichtung aufweisen, wobei die Strommessvorrichtung mit einem zweiten der beiden ersten Enden verbunden sein kann und eingerichtet sein kann, um einen Strom durch dieses zweite der beiden ersten Enden zu erfassen.

In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb eines Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum, insbesondere zur Erfassung von Partikeln eines Messgases in einem Messgasraum, vorgeschlagen. Bei dem Sensor kann es sich insbesondere um einen erfindungsgemäßen Sensor handeln, beispielsweise gemäß einer der oben beschriebenen Ausgestaltungen oder gemäß einer der nachfolgend noch näher beschriebenen Ausgestaltungen. Der Sensor weist mindestens ein Sensorelement auf, welches einen Träger und mindestens eine mit dem Träger verbundene und dem Messgas aussetzbare Messelektrode aufweist. Der Sensor weist weiterhin mindestens eine Steuerung auf, die ihrerseits mindestens eine Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere mindestens eine Partikelmessvorrichtung, aufweist. Die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, ist mit mindestens einem ersten Ende der Messelektrode verbunden und ist eingerichtet, um mindestens ein elektrisches Signal zu erfassen. Das elektrische Signal ist vorzugsweise durch die mindestens eine Eigenschaft des Messgases, beispielsweise durch eine Partikelbeladung der Messelektrode, beeinflussbar. Der Sensor weist weiterhin mindestens einen Begrenzungswiderstand auf, welcher mit mindestens einem zweiten Ende der Messelektrode verbunden ist, insbesondere einem von dem ersten Ende verschiedenen zweiten Ende.

Das Verfahren umfasst eine Beaufschlagung des zweiten Endes mit einem variablen elektrischen Potenzial. Die Beaufschlagung erfolgt mittels mindestens einer Potenzialquelle. Die Potenzialquelle ist über den Begrenzungswiderstand mit dem zweiten Ende verbunden.

Das Verfahren kann weiterhin eine Erfassung mindestens eines Testsignals an dem ersten Ende umfassen. Das Testsignal kann aufgrund einer Änderung des variablen elektrischen Potenzials veränderlich sein. Das Verfahren kann weiterhin eine Fehlerdiagnose anhand einer Veränderung des Testsignals umfassen.

Vorteile der Erfindung

Der vorgeschlagene Sensor und das vorgeschlagene Verfahren weisen gegenüber bekannten Sensoren und Verfahren der genannten Art zahlreiche Vorteile auf. Allgemein lässt sich die Idee der vorliegenden Erfindung auf zahlreiche Sensorkonzepte anwenden. Beispielsweise kann die mindestens eine Messelektrode zwei parallel geführte Leiterbahnen aufweisen, wobei eine Fehlerdiagnose und Fehlerüberwachung dadurch erfolgen kann, dass ein Stromdurchgang durch die Leiterbahnen überwacht wird. Die Leiterbahnen können jeweils an mindestens einem der Eigenschaftsmessvorrichtung, beispielsweise der Partikelmessvorrichtung, abgewandten Ende, oben auch als zweites Ende bezeichnet, mit mindestens einem Begrenzungswiderstand abgeschlossen werden. Über die Begrenzungswiderstände können die Leiterbahnen mit einem oder zwei Testpotenzialen beaufschlagt werden, welche jeweils zeitlich variabel sind. Indem überprüft wird, ob die zeitlichen Veränderungen im Testpotenzial sich auch in einem Testsignal widerspiegeln, kann erkannt werden, ob die Messelektroden intakt und korrekt angebunden sind.

Das einfach zu realisierende Messprinzip der vorliegenden Erfindung bietet die Möglichkeit, die mindestens eine Messelektrode mit hoher Häufigkeit oder sogar kontinuierlich zu überwachen. Da das Testpotenzial variabel ist, kann der ohmsche Widerstand des mindestens einen Begrenzungswiderstands so hoch gewählt werden, dass das Testpotenzial dem Testsignal lediglich nachweisbar geringe Signaländerungen aufprägt. Diese müssen nicht so hoch sein, dass sie sich von Störungen wie Nebenschlüssen im Absolutwert des Signals abheben. Dadurch lässt sich das Auftreten großer Störströme vermeiden.

Weiterhin lässt sich mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Sensor eine einfache Geometrie des Sensorelements und insbesondere auch der mindestens einen Messelektrode realisieren. Die Geometrie kann insbesondere angepasst werden auf eine effiziente Sammlung von Partikeln, beispielsweise Ruß. Der Heizer, insbesondere ein Heizwiderstand des Heizers, kann geschützt im Inneren des Sensorelements plaziert werden, vorzugsweise ohne dass für diesen neue Zuleitungen benötigt werden. Weiterhin können vorhandene Schaltungselemente eingesetzt werden, da die Eigenschaftsmessvorrichtung, insbesondere die Partikelmessvorrichtung, ganz oder teilweise auch zur Erfassung des Testsignals eingesetzt werden kann.

Die Idee der Erfindung kann grundsätzlich auf beliebige resistive Partikelsensoren mit mindestens einem Substrat und mindestens einer Messelektrode, beispielsweise mindestens einer Interdigitalelektrode, angewandt werden. Alternativ oder zusätzlich ist die Erfindung jedoch auch auf andere Sensoren anwendbar, welche mindestens ein Substrat und mindestens eine Messelektrode nutzen, beispielsweise resistive Gassensoren, insbesondere resistive Gassensoren auf Basis von halbleitenden Metalloxiden wie beispielsweise SnO2.

Dabei bietet die Erfindung grundsätzlich eine hohe Flexibilität hinsichtlich der durch die mindestens eine Potenzialquelle anwendbaren Potenziale, welche auch als Testpotenziale bezeichnet werden können. So können, wie oben ausgeführt, eine oder mehrere Potenzialquellen vorgesehen sein, welche jeweils zwei oder mehr Testpotenziale generieren können. Sind zwei Potenzialquellen oder mehr Potenzialquellen vorgesehen, so können beispielsweise unterschiedliche Messelektroden mit unterschiedlichen Testpotenzialen beaufschlagt werden, so dass beispielsweise zu einem Zeitpunkt eine erste Messelektrode mit einem ersten Testpotenzial beaufschlagt wird und zum gleichen Zeitpunkt eine zweite Messelektrode mit einem zweiten Testpotenzial beaufschlagt wird, wobei sich das erste Testpotenzial und das zweite Testpotenzial unterscheiden.

Alternativ kann jedoch auch ein einziges Testpotenzial an beide Elektroden angelegt werden. So können, wie oben ausgeführt, die Begrenzungswiderstände auf der Seite der Potenzialquellen miteinander kurzgeschlossen sein.

In weiteren Ausführungsformen können vorhandene Potenziale innerhalb des Sensors oder sogar auf dem Sensorelement genutzt werden, um als Testpotenzial zu fungieren. Dabei kann insbesondere ein Heizerpotenzial zum Einsatz kommen. Denkbar ist aber alternativ oder zusätzlich auch die Nutzung eines Potenzials eines Temperaturmesswiderstands des Sensors und insbesondere des Sensorelements, beispielsweise ein Potenzial eines T emperaturmessmäanders.

Die Beschaltung des Sensors kann in unterschiedlichen Varianten ausgeführt werden, was ebenfalls eine hohe Flexibilität hinsichtlich der möglichen Ausgestaltungen des Sensors bietet. So kann beispielsweise zur Erfassung des Testsignals die Eigenschaftsmessvorrichtung ganz oder teilweise vorübergehend abgeschaltet werden. Beispielsweise kann eine Spannungsquelle dieser Eigenschaftsmessvorrichtung vorübergehend außer Funktion gesetzt oder abgeschaltet werden, um die durch das Testpotenzial hervorgerufene Spannungsänderung mit mindestens einer Messvorrichtung erfassen zu können. Alternativ oder zusätzlich zu einer kurzzeitigen Abschaltung der Spannungsquelle kann jedoch auch beispielsweise eine andere Art der Messung des Testsignals erfolgen, beispielsweise eine Strommessung, zum Beispiel mittels einer Strommessvorrichtung, beispielsweise mittels eines Stromspiegels an einer der Messelektroden, beispielsweise einer üblicherweise positiv geschalteten Interdigitalelektrode. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann für die Erfassung des Testsignals eine elektrische Energiequelle, beispielsweise eine Spannungsquelle, der Eigenschaftsmessvorrichtung nicht komplett abgeschaltet werden, sondern alternativ beispielsweise auf eine hochohmige Versorgung umgeschaltet werden. So kann mindestens eine Änderung im Testpotenzial mindestens eine messbare Änderung im Versorgungspotenzial bewirken, beispielsweise in einem Potenzial einer üblicherweise positiv beschalteten Messelektrode, auch als IDE+-Potential bezeichnet.

Diese Möglichkeiten zeigen insgesamt, dass eine Vielzahl an Ausgestaltungen existiert, mittels derer das mindestens eine Testsignal erfasst werden kann, in Antwort auf eine Potenzialänderung mittels der Potenzialquellen. Zur Erfassung des mindestens einen Testsignals kann die eigentliche Messung der Eigenschaft unterbrochen werden, wobei jedoch auch Ausgestaltungen existieren, mittels derer eine Unterbrechung minimiert oder sogar ganz vermieden werden kann. Auf diese Weise kann eine effiziente Diagnose erfolgen, da aus der erfassten Antwort in Form des Testsignals beispielsweise problemlos auf Unterbrechungen elektrischer Verbindungen zwischen Steuerung und Messelektrode und/oder auf eine Beschädigung der Messelektrode selbst geschlossen werden kann.

Figurenliste

Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.

Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases;
  • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors, mit einer Zusammenlegung beider Testpotenziale; und
  • 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors, mit einer Nutzung der Versorgung eines Heizers als Testpotenzial.

Ausführungsformen der Erfindung

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors 110 zur Erfassung mindestens einer Eigenschaft eines Messgases in einem Messgasraum dargestellt. Bei dem Messgas kann es sich insbesondere um ein Abgas einer Brennkraftmaschine handeln, und bei dem Messgasraum dementsprechend insbesondere um einen Abgastrakt der Brennkraftmaschine.

Der Sensor umfasst in diesem Ausführungsbeispiel ein Sensorelement 112 mit einem Träger 114 und, in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch, zwei direkt oder indirekt auf dem Träger 114 aufgebrachten und dem Messgas aussetzbaren Messelektroden 116, 118. Die Messelektroden 116, 118 sind in diesem Beispiel exemplarisch in einer so genannten Double-Snake-Anordnung gezeigt. Auch andere Anordnungen sind jedoch grundsätzlich möglich. Allgemein können die Messelektroden 116 insbesondere in einer Digitalelektroden-Anordnung ausgebildet sein.

Die Messelektroden 116, 118 weisen jeweils ein erstes Ende 120, 122 und ein zweites Ende 124, 126 auf.

Das zweite Ende 124 der ersten Messelektrode 116 und das zweite Ende 126 der zweiten Messelektrode 118 sind jeweils mit Begrenzungswiderständen 128, 130 verbunden. Diese Begrenzungswiderstände 128, 130 können noch Bestandteil des Sensorelements 112 sein oder können auf andere Weise Bestandteil des Sensors 110 sein, beispielsweise Bestandteil der unten noch näher erläuterten Steuerung. Bevorzugt ist jedoch eine Integration der Begrenzungswiderstände 128,130 in das Sensorelement 112, da auf diese Weise Zuleitungen zum Sensorelement 112 eingespart werden können.

Über die Begrenzungswiderstände 128, 130 sind die zweiten Enden 124, 126 in diesem Ausführungsbeispiel jeweils mit Potenzialquellen 132, 134 verbunden. Über die Potenzialquellen 132, 134 können die zweiten Enden 124, 126 mit einem variablen elektrischen Potenzial beaufschlagt werden.

Wie oben ausgeführt, weist der Sensor 110 weiterhin eine Steuerung 136 auf. Diese Steuerung umfasst in diesem Ausführungsbeispiel eine Eigenschaftsmessvorrichtung 138 zur Messung der mindestens einen Eigenschaft des Messgases. Da es sich insbesondere bei dem Sensor um einen Partikelsensor handeln kann, kann diese Eigenschaftsmessvorrichtung 138 insbesondere als Partikelmessvorrichtung 140 ausgestaltet sein. Die Eigenschaftsmessvorrichtung 138 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch eine Spannungsquelle 142 und eine Strommessvorrichtung 144. Mittels der Spannungsquelle 144 können die Messelektroden 116, 118 mit einer Spannung beaufschlagt werden, und mittels der Strommessvorrichtung 144 kann ein Strom zwischen diesen Messelektroden 116, 118 erfasst werden. Beispielsweise für Rußpartikelmessungen kann der Strom ein Maß für eine Partikelbeladung der Oberfläche des Sensorelements 112 darstellen, da durch Ruß leitfähige Brücken zwischen den Messelektroden 116, 118 gebildet werden können. Auch die zeitliche Veränderung des Stroms kann als ein Maß für die Partikelbeladung dienen, da diese beispielsweise auf eine zeitliche Zunahme der Anlagerungen schließen lässt.

Neben der Eigenschaftsmessvorrichtung 138 weist der Sensor 110, beispielsweise die Steuerung 136, weiterhin in diesem Ausführungsbeispiel eine Testmessvorrichtung 146 auf. Diese Testmessvorrichtung 146 kann beispielsweise ausgestaltet sein, um eine Verbindung zwischen der Steuerung 136 und dem Sensorelement 112 zu überprüfen und/oder um eine Funktionalität der Messelektroden 116, 118 zu überprüfen. Auf diese Weise können beispielsweise fehlerhafte Verbindungen und/oder gebrochene Messelektroden 116, 118 festgestellt werden.

Die Testmessvorrichtung 146 kann beispielsweise die mindestens eine Potenzialquelle 132, 134 umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel sind diese Potenzialquellen 132, 134 jedoch exemplarisch nicht als Teil dieser Testmessvorrichtung 146 dargestellt. Stattdessen umfasst die Testmessvorrichtung 146 exemplarisch eine Vorrichtung zur Erfassung von Stromänderungen und/oder Potenzialänderungen und/oder Spannungsänderungen infolge einer Variabilität des mindestens einen Testpotenzials. In diesem Ausführungsbeispiel ist exemplarisch die Testmessvorrichtung 146 lediglich mit der ersten Messelektrode 116 gekoppelt, so dass die Testmessvorrichtung 146 beispielsweise ein Testsignal erfassen kann, welches eine Stromänderung und/oder eine Spannungsänderung und/oder eine Potenzialänderung infolge einer Variabilität des Testpotenzials der Potenzialquelle 132 beinhaltet.

In 2 ist eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 1 gezeigt. Das Ausführungsbeispiel kann weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 übereinstimmen, so dass in weiten Teilen auf die Beschreibung in 1 oben verwiesen werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel gemäß 1, nicht zwei Potenzialquellen, sondern lediglich eine einzige Potenzialquelle 210 vorgesehen. Diese Potenzialquelle ist wiederum eingerichtet, um ein variables Testpotenzial bereitzustellen. Die Begrenzungswiderstände 128, 130 sind an einem Knotenpunkt 212 miteinander verbunden. Auch die Potenzialquelle 210 ist mit diesem Knotenpunkt 212 verbunden, und über diesen Knotenpunkt 212 können die beiden Messelektroden 116, 118 mit dem variablen Testpotenzial beaufschlagt werden.

In 3 ist eine weitere Abwandlung des Sensors 110 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel entspricht zunächst in weiten Teilen dem Ausführungsbeispiel gemäß 2, so dass weitgehend auf diese Figur verwiesen werden kann. Wieder sind die beiden Begrenzungswiderstände 128, 130 am Knotenpunkt 212 kurzgeschlossen und dort mit einem gemeinsamen Testpotenzial beaufschlagt. Der Knotenpunkt 212 kann, nebst den Begrenzungswiderständen 128, 130, beispielsweise außerhalb des Testelements 114 angeordnet sein, wie in 3 dargestellt, oder auch, nebst den Begrenzungswiderständen 128, 130, auf dem Testelement 114 selbst angeordnet sein.

Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß 2 ist jedoch keine gesonderte Potenzialquelle zur Beaufschlagung des Knotenpunkts 212 mit dem Testpotenzial vorgesehen, sondern es wird eine bereits innerhalb des Sensors 110, beispielsweise innerhalb des Sensorelements 114 und/oder in anderen Teilen des Sensors 110, vorhandene Potenzialquelle genutzt. In diesem Ausführungsbeispiel kann exemplarisch ein Heizer 310, welcher ebenfalls noch Bestandteil des Sensors 110 sein kann, ganz oder teilweise bauteilidentisch mit einer Potenzialquelle 312 sein, und/oder ein Heizerpotenzial dieses Heizers 310 kann ganz oder teilweise als Testpotenzial genutzt werden.

Der Heizer 310 in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst eine Energiequelle 314, beispielsweise eine Spannungsquelle und/oder eine Stromquelle, sowie weiterhin einen Heizerschalter 316 und einen Heizwiderstand 318. Der Heizer 310 ist in diesem Ausführungsbeispiel exemplarisch getrennt von dem Sensorelement 112 ausgebildet. Der Heizer 310 kann jedoch auch ganz oder teilweise in das Sensorelement 112 integriert sein. So kann beispielsweise der Heizwiderstand 318 ganz oder teilweise Bestandteil des Sensorelements 114 sein.

In diesem Ausführungsbeispiel ist ein Knotenpunkt 320 zwischen dem Heizerschalter 316 und dem Heizwiderstand 318 mit dem Knotenpunkt 212 verbunden. Auf diese Weise kann, bei Betätigen des Heizerschalters 316, der Knotenpunkt 212 mit einem variablen Potenzial beaufschlagt werden, nämlich wahlweise mit dem Heizerpotenzial oder einem „Floating“-Potenzial.

Weiterhin sind in 3 auch optionale Abwandlungen der Testmessvorrichtung 146 und der Eigenschaftsmessvorrichtung 138 gezeigt, welche alternativ oder zusätzlich realisierbar sind. So umfasst die Eigenschaftsmessvorrichtung 138 weiterhin einen Schalter 322, mittels dessen die Spannungsquelle 142 vom Sensorelement 112 getrennt werden kann. Weiterhin ist optional ein Spannungsteiler 324 vorgesehen, innerhalb dessen die Testmessvorrichtung 146 angreift. Die Testmessvorrichtung 146 kann, in diesem Ausführungsbeispiel oder auch in anderen Ausführungsbeispielen, beispielsweise einen Analog-DigitalWandler und/oder eine Spannungsmessvorrichtung und/oder eine Potenzialmessvorrichtung umfassen. Auf diese Weise können beispielsweise variable Testsignale erfasst werden, als Signalantwort auf eine variable Potenzialbeaufschlagung des Knotenpunkts 212. Der Spannungsteiler 324 kann an seinem der Spannungsquelle 142 gegenüberliegenden Ende beispielsweise mit einer Erde oder Masse 326 verbunden sein.

Auch die Strommessvorrichtung 144 kann ausgestaltet sein mit einem Analog-Digital-Wandler, um während einer Messphase Messsignale zu erfassen, welche auf eine Eigenschaft des Messgases, beispielsweise eine Partikelkonzentration, hinweisen. Vor der Strommessvorrichtung 144 kann beispielsweise wiederum ein Knotenpunkt 328 vorgesehen sein, an welchem über einen Widerstand 330 eine Verbindung zu einer Erde oder Masse 326 erfolgen kann.

Die Ausgestaltung gemäß 3 ermöglicht die Nutzung bereits vorhandener Potenziale innerhalb des Sensors 310 als Testpotenzial. Hierbei kann, wie in 3 gezeigt, insbesondere ein Heizerpotenzial zum Einsatz kommen. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch die Nutzung anderer Potenziale möglich, beispielsweise eines Potenzials eines Temperaturmessmäanders.

Die Beschaltung kann weiterhin in unterschiedlichen Varianten ausgeführt sein. So kann, wie in 3 gezeigt, mittels des Schalters 322 die Spannungsversorgung kurzfristig abgeschaltet werden, um die durch das Testpotenzial hervorgerufene Spannungsänderung erfassen zu können. Auf diese Weise ist beispielsweise eine intermittierende Testmessung möglich. Anstelle einer kurzzeitigen Abschaltung ist jedoch auch beispielsweise eine Strommessung möglich, beispielsweise per Stromspiegel. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die Spannungsversorgung mittels der Spannungsquelle 142 auch beispielsweise nicht vollständig abgeschaltet werden, sondern auf eine hochohmige Versorgung umgeschaltet werden. So bewirken Änderungen im Testpotenzial messbare Änderungen im Versorgungspotenzial. Verschiedene andere Ausgestaltungen sind denkbar.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

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