Titel

Partikelsensor und Betriebsverfahren hierfür

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Partikelsensor mit einem Grundkörper und einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste

Oberfläche des Grundkörpers strömenden Fluidstrom.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Partikelsensors.

Aus der WO 2013/125181 A1 ist ein Partikelsensor für den Einsatz in

Kraftfahrzeugen bekannt. Der bekannte Partikelsensor weist einen komplexen Schichtaufbau mit einer Vielzahl von einzelnen Schichten vergleichsweise komplexer Geometrie auf.

Offenbarung der Erfindung

Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelsensor der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass er einen einfacheren Aufbau aufweist, kostengünstig zu fertigen ist, und einen sicheren Betrieb ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch den Partikelsensor nach Patentanspruch 1 gelöst. Der Partikelsensor weist einen Grundkörper auf und eine Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche des

Grundkörpers strömenden Fluidstrom, wobei mindestens eine Sensorelektrode zur Erfassung von Information über einen elektrischen Ladungsstrom

vorgesehen ist, der durch geladene Partikel aus dem Fluidstrom verursacht wird, wobei die mindestens eine Sensorelektrode im Bereich der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode zwischen der Partikelaufladeeinrichtung und der Sensorelektrode vorgesehen ist, wobei die Abschirmelektrode mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagbar ist.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor weist somit einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau auf, und durch die Vorsehung der

Abschirmelektrode ist vorteilhaft sichergestellt, dass Störeinflüsse von anderen Komponenten auf die Sensorelektrode reduziert werden. Beispielsweise kann es sich bei solchen Störeinflüssen um Leckströme aus anderen Komponenten des Partikelsensors zu der Sensorelektrode handeln. Diese werden durch die

Abschirmelektrode bei manchen Ausführungsformen gleichsam abgefangen bzw. abgeleitet, so dass das elektrische Potential der Sensorelektrode nicht durch die Leckströme verfälscht wird, wodurch eine Steigerung der Empfindlichkeit des Partikelsensors ermöglicht wird. Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom um einen Abgasstrom einer

Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Grundkörper ein Substratelement auf bzw. ist aus einem Substratelement gebildet. Besonders bevorzugt ist der Grundkörper aus einem im wesentlichen planaren Keramiksubstrat gebildet. Der Grundkörper kann beispielsweise eine im Wesentlichen quaderförmige Grundform mit einer Breite und einer Länge aufweisen, wobei eine Höhenabmessung bezüglich der Breite und der Länge vergleichsweise klein ist. Weiter bevorzugt ist die erste Oberfläche eine Außenoberfläche des Grundkörpers.

Bei manchen Ausführungsformen kann die Partikelaufladeeinrichtung eine vorzugsweise im Bereich der ersten Oberfläche angeordnete

Hochspannungselektrode zur Erzeugung einer Korona-Entladung aufweisen und eine Gegenelektrode zu der Hochspannungselektrode. Die bei manchen Ausführungsformen bereitstellbare Korona-Entladung ermöglicht eine Aufladung von Partikeln oder allgemein Teilchen, z.B. auch von Gasen, aus dem Fluidstrom bzw. Abgasstrom in einem Raum um die

Hochspannungselektrode. Damit werden zum einen Partikel direkt beim

Durchströmen eines im Bereich der ersten Oberfläche befindlichen Raumes geladen, in dem die Korona-Entladung stattfindet. Zum anderen werden Partikel über aufgeladene Teilchen des Gas- bzw. Abgasstroms geladen, wobei der Gasbzw. Abgasstrom direkt beim Durchströmen des Raumes im Bereich der Hochspannungselektrode geladen wurde. Dies verbessert insgesamt die Wirksamkeit der Aufladung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die

Hochspannungselektrode wenigstens eine nadeiförmige Elektrode bzw. Spitze auf. Alternativ zu der Hochspannungselektrode mit Gegenelektrode sind bei weiteren Ausführungsformen auch andere Typen von

Partikelaufladeeinrichtungen verwendbar.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die

Hochspannungselektrode zumindest teilweise, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist, wobei die Gegenelektrode zumindest teilweise, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des

Grundkörpers angeordnet ist. Bei einer Ausführungsform ergibt sich eine besonders klein bauende Konfiguration, wenn die Hochspannungselektrode und die Gegenelektrode, insbesondere vollständig, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet sind. Unter einer bei manchen Ausführungsformen vorsehbaren„direkten" Anordnung der betreffenden Elektrode auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers wird vorliegend verstanden, dass die betreffende Elektrode einen im Wesentlichen flächigen Kontaktbereich mit der ersten Oberfläche aufweist bzw. diese erste Oberfläche kontaktierend bedeckt, beispielsweise im Sinne einer Beschichtung.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Abschirmelektrode mit einem elektrischen Bezugspotential des Partikelsensors, insbesondere einem Massepotential, beaufschlagbar ist, wodurch sich eine besonders gute

Abschirmwirkung ergibt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die

Abschirmelektrode mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, das zumindest in etwa dem elektrischen Potential der Sensorelektrode entspricht (beispielsweise um nicht mehr als 5 Prozent von dem elektrischen Potential der Sensorelektrode abweicht). Hierdurch ergibt sich vorteilhaft ebenfalls eine sehr gute Abschirmwirkung.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine

Ansteuerschaltung zur Beaufschlagung der Abschirmelektrode mit dem vorggebbaren elektrischen Potential vorgesehen ist.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die

Ansteuerschaltung wenigstens ein aktives Bauteil, insbesondere einen

Verstärker, aufweist, wodurch das vorggebbare elektrische Potential zuverlässig bereitgestellt werden kann, insbesondere auch wenn Störeinflüsse wie z.B. Leckströme von einer Hochspannungsversorgung usw. vergleichsweise groß sind.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die

Sensorelektrode vollständig, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des Grundkörpers angeordnet ist, wobei insbesondere die Abschirmelektrode die Sensorelektrode wenigstens innerhalb der ersten Oberfläche vollständig umgibt. Mit anderen Worten ist die Sensorelektrode bzw. die Abschirmelektrode bevorzugt z.B. auch, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche des

Grundkörpers angeordnet, was eine effiziente und kostengünstige Fertigung, beispielsweise mittels Siebdruckverfahren, ermöglicht, die Design-Freiheit bezüglich des Partikelsensors weiter erhöht und Kosten für die Elektronik des Partikelsensors senkt.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass Bereiche der Abschirmelektrode auch außerhalb der ersten Oberfläche angeordnet sind, und dass diese Bereiche der Abschirmelektrode die Sensorelektrode zumindest teilweise umgeben. Dadurch kann eine weitere Abschirmwirkung erzielt werden.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass wenigstens ein Bereich der Sensorelektrode radial außen von einem elektrisch isolierenden Medium umgeben ist, wobei das elektrisch isolierende Medium radial außen von der Abschirmelektrode umgeben ist. Hierdurch wird eine besonders zuverlässige Abschirmung erzielt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist angegeben durch eine Sensoreinrichtung aufweisend eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren und wenigstens einem erfindungsgemäßen Partikelsensor, wobei der wenigstens eine Partikelsensor so in dem inneren Rohr der beiden Rohre angeordnet ist, dass seine erste Oberfläche im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des inneren Rohres ausgerichtet ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist anegegeben durch ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors mit einem Grundkörper, einer

Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem über eine erste Oberfläche des Grundkörpers strömenden Fluidstrom, wobei mindestens eine

Sensorelektrode zur Erfassung von Information über einen elektrischen

Ladungsstrom vorgesehen ist, der durch geladene Partikel aus dem Fluidstrom verursacht wird, wobei die mindestens eine Sensorelektrode im Bereich der ersten Oberfläche angeordnet ist, wobei wenigstens bereichsweise eine

Abschirmelektrode zwischen der Partikelaufladeeinrichtung und der

Sensorelektrode vorgesehen ist, wobei die Abschirmelektrode mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagt wird.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer

Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigt:

Figur 1 schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelsensors, Figur 2A und 2B jeweils schematisch die Anordnung eines Partikelsensors in einem Zielsystem,

Figur 3A und 3B jeweils schematisch eine Draufsicht auf einen beispielhaften

Partikelsensor ohne Abschirmelektrode,

Figur 4 schematisch einen Auszug aus einem Schaltbild eines

Partikelsensors gemäß einer Ausführungsform,

Figur 5 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform,

Figur 6 schematisch einen Querschnitt eines Partikelsensors gemäß einer weiteren Ausführungsform,

Figur 7 schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor gemäß einer weiteren Ausführungsform, und

Figur 8 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm einer

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vefahrens.

Figur 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Partikelsensors 100. Der Partikelsensor 100 weist einen bevorzugt planaren Grundkörper 1 10 auf, der beispielsweise durch ein Substrat aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie beispielsweise einem

Keramikwerkstoff, gebildet sein kann. Vorliegend weist der Grundkörper 1 10 eine Dicke d1 auf, welche bevorzugt kleiner, insbesondere wesentlich kleiner (z.B. um wenigstens etwa 80% kleiner ist als eine sich entlang der x-Achse erstreckende Länge L und kleiner als eine sich in Figur 1 senkrecht zur Zeichenebene erstreckenden Bereite.

Auf einer ersten Oberfläche 1 10a des Grundkörpers 1 10, bei der es sich um eine in Fig. 1 obere Außenoberfläche des Grundkörpers 1 10 handelt, ist eine

Partikelaufladeeinrichtung 120 und eine Sensorelektrode 140 angeordnet. Des weiteren kann auf der ersten Oberfläche 1 10a optional auch eine Trap-Elektrode 130 zwischen der Partikelaufladeeinrichtung 120 und der Sensorelektrode 140 angeordnet sein.

Die Partikelaufladeeinrichtung 120 ist zum Aufladen von Partikeln P vorgesehen, die sich in einem über die erste Oberfläche 1 10a des Grundkörpers 1 10 strömenden Fluidstrom A1 befinden können. Hierzu weist die

Partikelaufladeeinrichtung 120 beispielsweise eine Hochspannungselektrode 122 auf, die zur Erzeugung einer Korona-Entladung 123 vorgesehen ist. Hierzu kann die Hochspannungselektrode 122 beispielsweise an eine nicht gezeigte

Hochspannungsquelle angeschlossen sein. Optional kann die

Partikelaufladeeinrichtung 120 auch eine Gegenelektrode der bzw. für die Hochspannungselektrode 122 aufweisen, die vorliegend mit dem Bezugszeichen 124 bezeichnet und vorteilhaft ebenfalls, insbesondere vollständig bzw.

vollflächig, auf der ersten Oberfläche 1 10a des Grundkörpers 1 10 angeordnet ist.

Die optionale Trap-Elektrode 130 ist zum Ablenken geladener Teilchen der Fluidstromung A1 vorgesehen, die beispielsweise mittels der

Partikelaufladeeinrichtung 120 weiter stromaufwärts bezüglich der Fluidstromung A1 erzeugt worden sind. Beispielsweise kann die Trap-Elektrode 130 mit demselben elektrischen Potenzial beaufschlagt werden, wie die

Hochspannungselektrode 122. Bei anderen Ausführungsformen kann die Trap- Elektrode auch mit einem anderen elektrischen Potenzial als mit demjenigen der Hochspannungselektrode 122 beaufschlagt werden. Besonders vorteilhaft können durch die Trap-Elektrode 130 geladene Teilchen, insbesondere Ionen, aus der Fluidstromung A1 abgelenkt bzw.„eingefangen" werden, sodass diese nicht zu der weiter stromabwärts angeordneten, optionalen Sensorelektrode 140 gelangen. Es sind auch Ausführungsformen vorstellbar, bei der keine Trap- Elektrode 130 vorgesehen ist bzw. bei der die Gegenelektrode 124 bzw.

wenigstens ein Bereich der Gegenelektrode 124 gleichzeitig die Funktion der Trap-Elektrode 130 übernimmt.

Die Sensorelektrode 140 ist zur Erfassung von Informationen über einen elektrischen Ladungsstrom vorgesehen, der durch aufgeladene Partikel P' aus dem Fluidstrom A1 verursacht wird. Beispielsweise kann es sich dabei um Partikel P handeln, die mittels der Partikelaufladeeinrichtung 120 bzw. mittels der durch sie erzeugten Koronaentladung 123 weiter stromaufwärts bezüglich der Fluidströmung A1 elektrisch aufgeladen worden sind. Bevorzugt gelangen nur vergleichsweise schwere geladene Partikel in Richtung stromabwärts zu der Sensorelektrode 140, insbesondere wenn wie vorstehend bereits beschrieben vergleichsweise leichte geladene Teilchen wie beispielsweise Ionen durch die Trap-Elektrode 130 (und/oder durch die Gegenelektrode) abgelenkt bzw.

eingefangen werden können. Dadurch ermöglicht die Sensorelektrode 140 im Wege einer Messung der Ladungsinfluenz, die durch an der Sensorelektrode 140 vorbeiströmende geladene Partikel P' bewirkt wird, die Bestimmung einer Konzentration der geladenen Partikel in dem Fluidstrom A1 .

Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom A1 um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln P um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen.

Erfindungsgemäß ist wenigstens bereichsweise eine Abschirmelektrode 150 zwischen der Partikelaufladeeinrichtung 120 und der Sensorelektrode 140 vorgesehen, wobei die Abschirmelektrode 150 mit einem vorggebbaren elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass elektrische Störeinflüsse von anderen Komponenten 120, 122, 123, 130 auf die Sensorelektrode 140 reduziert werden. Beispielsweise kann es sich bei solchen Störeinflüssen um Leckströme aus anderen Komponenten des

Partikelsensors zu der Sensorelektrode 140 hin handeln. Diese werden durch die Abschirmelektrode 150 bei manchen Ausführungsformen gleichsam abgefangen bzw. abgeleitet, so dass das elektrische Potential der Sensorelektrode 140 nicht durch die Leckströme verfälscht wird, wodurch eine Steigerung der

Empfindlichkeit des Partikelsensors 100 ermöglicht wird.

Bei bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Abschirmelektrode 150 mit einem elektrischen Bezugspotential des Partikelsensors, insbesondere einem Massepotential, beaufschlagbar ist, wodurch sich eine besonders gute Abschirmwirkung ergibt. Hierzu kann die Abschirmelektrode 150 entsprechend mit einem das Massepotential aufweisenden Schaltungsknotenpunkt 102 des Partikelsensors 100 verbunden sein, vgl. die schematische Darstellung in Fig. 1 . Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die

Abschirmelektrode 150 mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, das zumindest in etwa dem elektrischen Potential der Sensorelektrode 140 entspricht. Hierdurch ergibt sich vorteilhaft ebenfalls eine sehr gute

Abschirmwirkung. Hierzu kann die Abschirmelektrode 150 entsprechend mit einem das Potential der Sensorelektrode 140 aufweisenden

Schaltungsknotenpunkt (nicht in Fig. 1 gezeigt) verbunden sein, oder ggf. direkt mit der Sensorelektrode 140. Figur 2A zeigt schematisch die Anordnung des Partikelsensors 100 gemäß

Figur 1 in einem Zielsystem Z, bei dem es sich vorliegend um einen Abgastrakt einer Brennkraftmaschine beispielsweise eines Kraftfahrzeugs handelt. Eine Abgasströmung ist vorliegend mit dem Bezugszeichen A2 bezeichnet. Ebenfalls abgebildet ist eine Schutzrohranordnung aus zwei zueinander konzentrisch angeordneten Rohren R1 , R2, wobei der Partikelsensor 100 so in dem inneren

Rohr R1 angeordnet ist, dass seine erste Oberfläche 1 10a im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse LA des inneren Rohres R1 verläuft. Aufgrund der unterschiedlichen Längen und der Anordnung der Rohre R1 , R2 relativ zu einander ergibt sich durch den Venturi-Effekt ein Sog, bei dem die

Abgasströmung A2 eine Fluidströmung P1 bzw. A1 aus dem inneren Rohr R1 heraus in Figur 2 in vertikaler Richtung nach oben bewirkt. Die weiteren Pfeile P2, P3, P4 deuten die Fortsetzung dieser durch den Venturi-Effekt bewirkten Fluidströmung durch einen Zwischenraum zwischen den beiden Rohren R1 , R2 hindurch zur Umgebung der Schutzrohranordnung hin an. Insgesamt wird durch die in Figur 2A abgebildete Anordnung eine vergleichsweise gleichmäßige

Überströmung des Partikelsensors 100 bzw. dessen entlang der Fluidströmung P1 ausgerichteter erster Oberfläche 1 10a bewirkt, was eine effiziente Erfassung von in der Fluidströmung A1 , P1 befindlichen Partikeln ermöglicht. Darüber hinaus wird der Partikelsensor 100 vor einem direkten Kontakt mit dem Haupt- Abgasstrom A2 geschützt. Somit ist durch die Elemente 100, R1 , R2 vorteilhaft eine Sensoreinrichtung 1000 zur Bestimmung einer Partikelkonzentration in dem Abgas A2 angegeben.

Das Bezugszeichen R2' deutet eine optionale elektrische Verbindung des äußeren Rohres R2 und/oder des inneren Rohres R1 mit einem Bezugspotenzial wie beispielsweise dem Massepotenzial an, sodass das betreffende Rohr bzw. beide Rohre vorteilhaft gleichzeitig zu ihrer fluidischen Leitfunktion als elektrische Gegenelektrode beispielsweise für die Trap-Elektrode 130 (und/oder für die Hochspannungselektrode 122), vergleiche Figur 1 , verwendbar sind. Der Blockpfeil P5 symbolisiert in Figur 2A eine optionale Frischgasversorgung, insbesondere Frischluftversorgung, die in manchen Ausführungsformen erwünscht sein kann, bei besonders bevorzugten Ausführungsformen jedoch nicht vorgesehen ist. Figur 2B zeigt schematisch ein Abgasrohr R und Teile der Sensoreinrichtung

1000 gemäß Figur 2A in dem Abgasrohr R. Insbesondere ist aus Figur 2B wiederum der erfindungsgemäße Partikelsensor 100 innerhalb der

Schutzrohranordnung R1 , R2 (Fig. 2) ersichtlich. Der Partikelsensor 100 ist so in der Schutzrohranordnung ausgerichtet, dass sich seine erste Oberfläche entlang der x-Achse erstreckt, wohingegen die Strömungsrichtung des Abgases A2 in dem Abgasrohr R parallel zu der y-Achse ausgerichtet ist.

Figur 3A zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen beispielhaften

Partikelsensor 1000 ohne Abschirmelektrode. Auf dem Substrat 1 1 10, vergleichbar zu dem Grundkörper 1 10 gemäß Figur 1 , ist eine

Hochspannungselektrode 1 130 angeordnet, die gleichzeitig gegebenenfalls die Funktion einer Trap-Elektrode erfüllt. Ein elektrischer Anschluss der

Hochspannungselektrode 1 130 ist mit dem Bezugszeichen 1 130' bezeichnet. Eine Masseelektrode als Gegenelektrode zu der Hochspannungselektrode 1 130 ist mit dem Bezugszeichen 1240 bezeichnet, und ein elektrischer Anschluss der

Masseelektrode ist mit dem Bezugszeichen 1240' bezeichnet. Ferner ist eine Sensorelektrode 1 140 auf der Oberfläche des Substrats 1 1 10 vorgesehen, deren elektrischer Anschluss mit dem Bezugszeichen 1400' bezeichnet ist. Das Abgas, vergleiche den Pfeil A1 , fließt vom hinteren Teil (links in Figur 3A) des Substrats bzw. Grundkörpers 1 1 10 nach vorne, also in Figur 3A nach rechts. Daher ist der Bereich für die (Korona-basierte) Aufladung, insbesondere die Hochspannungselektrode 1 130, und für das Trapping stromaufwärts vor dem Bereich der Sensorelektrode 1 140 angebracht. Sofern alle elektrischen

Zuleitungen beispielsweise in dem in Figur 3A linken Endbereich des

Grundkörpers 1 1 10 angeordnet sein sollen, führt auch die Anschlussleitung 1400' der Sensorelektrode 1 140, welche aufgrund des Meßprinzips bei manchen Ausführungsformen sehr empfindlich und störanfällig sein kann, neben bzw. unterhalb dem mit Hochspannung operierenden Aufladungs- und Trapping- Bereich 1 130 vorbei. Dadurch besteht die Gefahr eines Überkoppelns der Hochspannung auf die Anschlussleitung 1400' in Form von Leckströmen L1 , was das Signal der Sensorelektrode 1 140 verfälschen kann und die Empfindlichkeit senkt. Aufgrund des elektrischen Potenzialunterschieds und der vergleichsweise geringen Abstände zwischen den Komponenten 1 130, 1 140' bzw. 1400' können also im Betrieb des Partikelsensors 1000 unerwünschte Leckströme L1 von der Hochspannungselektrode 1 130 zu der Sensorelektrode 14400' bzw. zu ihrer elektrischen Anschlussleitung 1400' fließen, was sich nachteilig auf die

Empfindlichkeit bzw. Genauigkeit des Partikelsensors 1000 auswirkt.

Figur 3B zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen weiteren beispielhaften Partikelsensor 1000a ohne Abschirmelektrode, bei dem die Anordnung der einzelnen Elektroden unterschiedlich ist zu der Variante gemäß Figur 3A.

Wiederum ergeben sich dennoch unerwünschte Leckströme L2 aufgrund der Abwesenheit einer erfindungsgemäßen Abschirmelektrode. Figur 4 zeigt schematisch ein Schaltbild eines Partikelsensors 100a gemäß einer Ausführungsform. Es ist ein Schaltungsknotenpunkt 140' abgebildet, der zur elektrischen Kontaktierung der Sensorelektrode 140 (Fig. 1 ) vorgesehen ist. Der Schaltungsknotenpunkt 140' ist elektrisch verbunden mit einer

Auswerteschaltung 142 zur Auswertung eines Signals der Sensorelektrode 140, welche Auswerteschaltung 142 beispielsweise eine Verstärkerschaltung aufweisen kann. Die erfindungsgemäße Abschirmelektrode 150 ist vorliegend durch die im wesentlichen kreisförmige gestrichelte Linie angedeutet, die den Schaltungsknotenpunkt 140'vollständig umgibt. Dadurch können von dem Anschluss 122' der Hochspannungselektrode ausgehende Leckströme L3 den Schaltungsknotenpunkt 140' nicht erreichen, werden also von diesem

abgeschirmt durch die erfindungsgemäße Abschirmelektrode 150. Die

Leckströme L3 fließen also allenfalls in die Abschirmelektrode 150.

Wie vorstehend bereits beschrieben kann bei manchen Ausführungsformen die Abschirmelektrode 150 mit einem Bezugspotenzial, beispielsweise einem Massepotenzial, des Partikelsensors 100a verbunden sein. Vorliegend ist vorteilhaft eine Ansteuerschaltung 1500 vorgesehen, die die Abschirmelektrode 150 mit einem vorggebbaren elektrischen Potenzial beaufschlagt. Besonders bevorzugt ist die Ansteuerschaltung 1500 dazu ausgebildet, die

Abschirmelektrode 150 mit einem elektrischen Potenzial zu beaufschlagen, das zumindest in etwa dem elektrischen Potenzial der Sensorelektrode 140 bzw. ihres elektrischen Anschlusses 140' entspricht. Hierfür ist vorliegend ein Eingang E eines in der Ansteuerschaltung 1500 vorgesehenen Verstärkers 1502 elektrisch mit dem Schaltungsknotenpunkt 140' verbunden, vergleiche die Leitung 1502'. Der Verstärker 1502 ermöglicht vorteilhaft eine aktive,

niederohmige Ansteuerung der Abschirmelektrode 150 mit dem Potenzial der

Sensorelektrode bzw. ihres Anschlusses 140', wodurch sich eine besonders gute Abschirmwirkung ergibt, was die Sensorempfindlichkeit und Genauigkeit des Partikelsensors 100a wesentlich erhöht und seine Störanfälligkeit verringert. Figur 5 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor 100b gemäß einer weiteren Ausführungsform. Auf dem Substrat 1 10 ist wiederum eine Sensorelektrode 140 angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Sensorelektrode 140 vollständig, insbesondere direkt, auf der ersten Oberfläche 1 10a des Grundkörpers bzw. Substrats 1 10 angeordnet. Die Abschirmelektrode 150a umgibt die Sensorelektrode 140 vollständig, wobei die Abschirmelektrode 150a ebenfalls auf der ersten Oberfläche 1 10a angeordnet ist. Daher kann diese Variante der Abschirmelektrode 150a auch als 2D (zweidimensionale)- Abschirmelektrode bezeichnet werden, weil sie in derselben Ebene wie die abzuschirmende bzw. zu schützende Sensorelektrode 140 liegt und diese in der Ebene umgibt.

Besonders vorteilhaft umgibt die Abschirmelektrode 150a vorliegend auch eine Anschlussleitung 140' der Sensorelektrode 140, so dass auch die

Anschlussleitung 140' vor Leckströmen geschützt ist. Analog zu der

Ausführungsform 100a gemäß Figur 4 ist auch bei der Ausführungsform 100b gemäß Figur 5 eine Ansteuerschaltung 1500 vorgesehen, der über eine optionale Anschlussleitung 1502' das elektrische Potenzial der Sensorelektrode 140 zuführbar ist, und die die Abschirmelektrode 150a aktiv ansteuert, beispielsweise um die Abschirmelektrode 150a mit einem elektrischen Potenzial zu

beaufschlagen, das im wesentlichen dem elektrischen Potenzial der

Sensorelektrode 140 entspricht. Bei weiteren Ausführungsformen kann auch eine Schutzelektrode 160 um die Hochspannungselektrode 122 bzw. ihre elektrischen Anschlüsse 122' herum vorgesehen bzw. angeordnet sein.

Bei bevorzugten Ausführungsformen können ein oder mehrere der vorstehend genannten Elektroden 122, 124, 130, 140, 150 bzw. Teile hiervon bzw. ihre zugehörigen Anschlussleitungen mittels Siebdrucktechnik auf der ersten Oberfläche 1 10a Grundkörpers 1 10 hergestellt werden, beispielsweise mittels planarer Siebdrucktechnik, insbesondere Platin-Siebdruck.

Figur 6 zeigt schematisch einen Querschnitt eines Partikelsensors 100c gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Bereich der ersten Oberfläche 1 10a ist vorliegend eine Sensorelektrode 140 angeordnet, die in ein isolierendes Medium 145 eingebettet ist. Mit anderen Worten wird die Sensorelektrode 140 radial außen, insbesondere vollständig entlang einer Umfangsrichtung, von dem elektrisch isolierenden Medium 145 umgeben, und das elektrisch isolierende Medium 145 wird radial außen von der Abschirmelektrode 150b umgeben, sodass sich vorteilhaft eine elektrische Abschirmstruktur analog zu dem Prinzip einer Koaxialleitung für die Sensorelektrode 140 ergibt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die in Figur 6 abgebildete Struktur durch eine abwechselnde Abfolge von vorliegend z.B. insgesamt fünf leitenden bzw. isolierenden Siebdruck-Schichten S1 , S2, S3, S4, S5 realisiert. Die beiden Schichten S1 , S5 sind leitfähig, beispielsweise am radial äußeren Rand R' miteinander verbunden und stellen die beschriebene Abschirmelektrode 150b dar, die vorliegend auch als dreidimensionale (3D)- Abschirmelektrode bezeichnet wird. Figur 7 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Partikelsensor 100d gemäß einer weiteren Ausführungsform. Ein Bereich 141 der Sensorelektrode 140, der sich im Wesentlichen innerhalb des Längenbereichs B2 des Grundkörpers 1 10 erstreckt, ist vorteilhaft durch eine Abschirmelektrode 150b gemäß Figur 6 umgeben, sodass eine Beeinträchtigung des Bereichs 141 der Sensorelektrode 140 durch Leckströme zuverlässig unterbunden ist. In den axialen Endbereichen

B1 , B3 des Grundkörpers 1 10 kann die Koaxialstruktur der Abschirmelektrode 150b zumindest bereichsweise unterbrochen sein, so das eine elektrische Kontaktierung der entsprechenden Endbereiche 140a, 140b der Sensorelektrode 140 möglich ist. Beispielsweise kann in dem ersten Endbereich 140a ein flächiger Elektrodenabschnitt zur Detektion der geladenen Teilchen P' (Fig. 1 ) vorgesehen sein, und in dem zweiten Endbereich 140b kann die elektrische

Anschlussleitung 140' aus der Abschirmelektrode 150b herausragen.

Figur 8 zeigt schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm einer

Ausführungsform des erfindungsgemäßen Vefahrens. In einem ersten, optionalen Schritt 200 wird das elektrische Potenzial der Sensorelektrode 140 ermittelt, und in einem darauf folgenden Schritt 202 wird die Abschirmelektrode 150 mit diesem Potenzial angesteuert, vorteilhaft unter Verwendung einer aktiven Ansteuerschaltung 1500. Das Verfahren kann beispielsweise bei der

Konfiguration 100a gemäß Fig. 4 eingesetzt werden.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor 100, 100a, 100b, 100c, 100d ist aufgrund der Abschirmelektrode 150, 150a, 150b besonders präzise und wenig störanfällig und ist beispielsweise nutzbar als Sensor für eine On-Board Überwachung („OBD") des Zustandes eines Dieselpartikelfilters einer Brennkraftmaschine eines PKWs oder NKWs. Das Konzept ermöglicht sowohl die Bestimmung der

Massenkonzentration (mg/m ³ bzw. mg/mi) als auch der Anzahlkonzentration (Partikel/m ³ oder Partikel/mi) der emittierten Partikel P. Der Sensor kann auch zur Überwachung des Zustandes des Partikelfilters bei Benzinfahrzeugen eingesetzt werden. Auch die Verwendung des Sensors für die Bestimmung der Partikelkonzentration bei anderen Anwendungen (Raumluftqualität, Emissionen von Verbrennungsanlagen (privat, industriell)) ist denkbar. Das Messprinzip basiert auf der Aufladung von Rußpartikeln P mittels einer Korona-Entladung 123 in der Luft und der anschließenden Messung der Ladung der Rußpartikel (bzw. den entsprechenden Strom) mittels Ladungsinfluenz oder ggf. mit dem sog. „escaping currenf-Prinzip. Dieses Messprinzip weist zum einen eine sehr hohe

Empfindlichkeit auf (kleine Rußkonzentrationen messbar), zum anderen hat das Sensorsignal hohe„Update-Raten" (mehrere Messungen pro Sekunde).

Letzteres erlaubt die Korrelation des Rohmesssignals mit den

Motorbetriebspunkten, was eine Verbesserung der Datenauswertung und damit eine Erhöhung der Sensorgenauigkeit zur Folge hat. Die vorstehend beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen bzw. ihre Merkmale können bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen auch in anderen als den vorstehend beschriebenen Kombinationen miteinander genutzt werden.

Besonders vorteilhaft weist der erfindungsgemäßen Partikelsensor bevorzugt ein planares Keramiksubstrat auf, das den Grundkörper 1 10 bildet, und auf dessen Oberfläche 1 10a sind verschiedene Komponenten des Partikelsensors wie beispielsweise Elektroden und entsprechende elektrische Zuleitungen bzw. Leiterbahnen angeordnet, was eine besonders einfache Fertigung ermöglicht. Beispielsweise können auch Komponenten der Ansteuerschaltung 1500 zumindest teilweise auf der Oberfläche 1 10a angeordnet sein.

Der erfindungsgemäße Partikelsensor kann besonders einfach in einem

Schutzrohr bzw. einer Schutzrohranordnung R1 , R2, vergleiche Figur 2A, angeordnet werden und somit einer gleichmäßigen Fluidströmung A1 , P1 ausgesetzt werden, was eine präzise Messung der Konzentration von Partikeln, insbesondere von Rußpartikeln, ermöglicht. Der planare Aufbau des

Partikelsensors ermöglicht des Weiteren eine kostengünstige Fertigung und Lagerung sowie eine klein bauende Konfiguration für ein entsprechendes Zielsystem Z (Fig. 2A). Besonders vorteilhaft ist bei manchen Ausführungsformen die Verwendung von Siebdruck-Elektroden, insbesondere Platin-Siebdruck- Elektroden, ggf. in Kombination mit planaren und/oder aus der ersten Oberfläche 1 10a herausragenden Elementen.