SCHNEIDER SIMON (DE)
DE102017208849A1 | 2018-11-29 | |||
DE102017207800A1 | 2018-11-15 | |||
DE102008009494A1 | 2009-08-27 |
Ansprüche 1. Partikelsensor (100; 100a) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (1 10) zum Aufladen von Partikeln (P) in einem Fluidstrom (A1 ), einer bezüglich einer Strömungsrichtung (x) des Fluidstroms (A1 ) stromabwärts der Partikelaufladeeinrichtung (110) angeordneten Partikelablenkungseinrichtung (120) zum Beeinflussen der Trajektorien (T1 , T2) von geladenen Partikeln (P‘; P1 , P2), und einer bezüglich der Strömungsrichtung (x) stromabwärts der Partikelablenkungseinrichtung (120) angeordneten Sensoreinrichtung (130) zur Erfassung von Informationen über geladene Partikel (P‘; P1 , P2), wobei die Sensoreinrichtung (130) eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel (P‘; P1 , P2) aufweist, die von der Trajektorie (T1 ; T2) des jeweiligen geladenen Partikels (P‘; P1 , P2) im Bereich (B) der Sensoreinrichtung (130) abhängig ist. 2. Partikelsensor (100; 100a) nach Anspruch 1 , wobei die Partikelablenkungseinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der geladenen Partikel (P‘) wenigstens in einer von der Strömungsrichtung (x) verschiedenen Ablenkrichtung (y) zu beeinflussen, wobei insbesondere die Ablenkrichtung (y) senkrecht ist zu der Strömungsrichtung (x). 3. Partikelsensor (100; 100a) nach Anspruch 1 , wobei die Partikelablenkungseinrichtung (120) dazu ausgebildet ist, zumindest bereichsweise ein homogenes elektrisches Feld (122) zu erzeugen, dessen Feldlinien parallel zu der Ablenkrichtung (y) sind. 4. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (130) eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel (P‘) aufweist, die von einer Lage der Trajektorie (T1 ; T2) des jeweiligen geladenen Partikels (P‘) entlang der Ablenkrichtung (y) abhängig ist. 5. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (130) wenigstens eine Sensierelektrode (132) aufweist. 6. Partikelsensor (100; 100a) nach Anspruch 5, wobei ein differentielles Flächenelement (dA, dA‘) einer Elektrodenfläche (132; EF1 ; EF2) entlang einer bzw. der Ablenkrichtung (y) von einer Position entlang der Ablenkrichtung (y) abhängt. 7. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 6, wobei eine Elektrodenfläche (132; EF1 ; EF2) der Sensierelektrode (132) Dreiecksform aufweist, insbesondere die Form eines rechtwinkligen Dreiecks. 8. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei eine Elektrodenfläche (132; EF1 ; EF2) der Sensierelektrode (132) eine Form aufweist, die durch zwei zueinander orthogonale Strecken (S1 , S2) und einen Kurvenabschnitt (C1 ) begrenzt wird, dessen Verlauf proportional zu 1/y2 ist, wobei y eine der Ablenkrichtung (y) entsprechende Koordinate repräsentiert. 9. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (130) wenigstens eine Blende (140) aufweist. 10. Partikelsensor (100; 100a) nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine bzw. die Sensierelektrode (132) eine Segmentierung in mehrere Teilflächen aufweist, wobei ein oder mehrere der Teilflächen, insbesondere wahlweise, zusammenschaltbar sind. 1 1. Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors (100; 100a) mit einer Partikelaufladeeinrichtung (1 10) zum Aufladen von Partikeln (P) in einem Fluidstrom (A1 ), wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen (200) einer bezüglich einer Strömungsrichtung (x) des Fluidstroms (A1 ) stromabwärts der Partikelaufladeeinrichtung (1 10) angeordneten Partikelablenkungseinrichtung (120) zum Beeinflussen der Trajektorien (T1 , T2) von geladenen Partikeln (P‘), und Bereitstellen (202) einer bezüglich der Strömungsrichtung (x) stromabwärts der Partikelablenkungseinrichtung (120) angeordneten Sensoreinrichtung (130) zur Erfassung von Informationen über geladene Partikel (P‘), wobei die Sensoreinrichtung (130) eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel (P‘) aufweist, die von der T rajektorie (T 1 ; T2) des jeweiligen geladenen Partikels (P‘) im Bereich (B) der Sensoreinrichtung (130) abhängig ist. 12. Verwendung des Partikelsensors (100; 100a) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Ermittlung einer eine Partikelanzahl in dem Fluidstrom (A1 ) charakterisierenden Größe, insbesondere zur Ermittlung einer Partikelanzahldichte, insbesondere in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine. |
Titel
Partikelsensor und Herstellungsverfahren hierfür
Stand der Technik
Die Offenbarung betrifft einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom.
Die Offenbarung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines
Partikelsensors mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom.
Offenbarung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf einen Partikelsensor mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, einer bezüglich einer Strömungsrichtung des Fluidstroms stromabwärts der
Partikelaufladeeinrichtung angeordneten Partikelablenkungseinrichtung zum Beeinflussen der Trajektorien von geladenen Partikeln, und einer bezüglich der Strömungsrichtung stromabwärts der Partikelablenkungseinrichtung
angeordneten Sensoreinrichtung zur Erfassung von Informationen über geladene Partikel, wobei die Sensoreinrichtung eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel aufweist, die von der Trajektorie des jeweiligen geladenen Partikels im Bereich der Sensoreinrichtung abhängig ist. Dies ermöglicht vorteilhaft, eine Abhängigkeit eines mittels der Sensoreinrichtung ermittelbaren Messsignals des Partikelsensors von der Partikelgröße zu reduzieren, wodurch z.B. eine erreichbare Genauigkeit für eine Partikelanzahldichtenbestimmung erhöht wird.
Während eine mittels der Partikelaufladeeinrichtung erreichbare elektrische Aufladung der Partikel Untersuchungen der Anmelderin zufolge mit deren Größe steigt, ist bei bevorzugten Ausführungsformen durch die vorstehend genannte Merkmalskombination ein diesem Effekt entgegenwirkender Mechanismus in einer Wirkkette des Partikelsensors vorsehbar, sodass ein Einfluss der
Partikelgröße auf das Messsignal der Sensoreinrichtung reduziert oder gänzlich unterdrückt werden kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung eine Empfindlichkeit bezüglich der elektrischen Ladung der geladenen Partikel aufweist, die von der Trajektorie des jeweiligen geladenen Partikels im Bereich der Sensoreinrichtung abhängig ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung nach dem Influenzprinzip arbeitet, wobei sich an der
Sensoreinrichtung bzw. einer Sensierelektrode der Sensoreinrichtung
vorbeibewegende geladene Partikel eine Influenzwirkung auf die
Sensoreinrichtung bzw. ihre Sensierelektrode ausüben, die erfasst und bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch ausgewertet werden kann.
Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann eine Führungseinrichtung zur Führung des Fluidstroms entlang von Komponenten des Partikelsensors vorgesehen sein, beispielsweise ein hohlzylindrisch
ausgebildetes Führungselement, z.B. ein Rohr.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelablenkungseinrichtung dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der geladenen Partikel wenigstens in einer von der Strömungsrichtung
verschiedenen Ablenkrichtung zu beeinflussen, wobei insbesondere die
Ablenkrichtung senkrecht ist zu der Strömungsrichtung. Dadurch ist eine besonders effiziente Beeinflussung der Bewegung der geladenen Partikel möglich. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelablenkungseinrichtung dazu ausgebildet ist, zumindest bereichsweise ein homogenes elektrisches Feld zu erzeugen, dessen Feldlinien parallel zu der Ablenkrichtung sind.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelablenkungseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Grad der
Beeinflussung der Bewegung der geladenen Partikel zu verändern, insbesondere dynamisch, also während des Betriebs des Partikelsensors, im Falle der Erzeugung des i.w. homogenen elektrischen Feldes z.B. durch Vorgabe der elektrischen Feldstärke.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel aufweist, die von einer Lage der Trajektorie des jeweiligen geladenen Partikels entlang der Ablenkrichtung abhängig ist, bzw. eine ortsabhängige
Empfindlichkeit. Damit wird erreicht, dass je nach Lage der Trajektorie eines Partikels - betrachtet entlang der Ablenkrichtung - eine Erfassung des geladenen Partikels bzw. seiner elektrischen Ladung durch die
Sensoreinrichtung mit einer von der Lage abhängigen Empfindlichkeit erfolgt. Mit anderen Worten können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen unterschiedlich stark abgelenkte geladene Partikel somit unterschiedlich„gut“
(mit unterschiedlicher Empfindlichkeit bezüglich der Ladung des Partikels) durch die Sensoreinrichtung erfasst werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung wenigstens eine Sensierelektrode aufweist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass ein differentielles Flächenelement (bzw. die Größe dieses differentiellen
Flächenelements) einer Elektrodenfläche der wenigstens einen Sensierelektrode entlang einer bzw. der Ablenkrichtung von einer Position entlang der
Ablenkrichtung abhängt. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine
Elektrodenfläche der Sensierelektrode Dreiecksform aufweist, insbesondere die Form eines rechtwinkligen Dreiecks.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine
Elektrodenfläche der Sensierelektrode eine Form aufweist, die durch zwei zueinander orthogonale Strecken und einen Kurvenabschnitt begrenzt wird, dessen Verlauf proportional zu 1/y 2 ist, wobei y eine der Ablenkrichtung entsprechende Koordinate repräsentiert, wobei die Koordinatenachse kollinear mit einer der Strecken ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung wenigstens eine Blende aufweist. Dadurch können selektiv geladene Partikel mit speziellen Trajektorien aus dem Fluidstrom entfernt werden, insbesondere bevor sie die Sensoreinrichtung passieren, wodurch die entfernten Partikel nicht mehr der Messung durch die Sensoreinrichtung zugrundegelegt werden. Beispielsweise können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen vergleichsweise stark durch die
Partikelablenkungseinrichtung abgelenkte Partikel mittels der Blende abgefangen werden, bevor sie die Sensoreinrichtung erreichen, so dass diese
vergleichsweise stark durch die Partikelablenkungseinrichtung abgelenkten Partikel nicht mehr bei einer Messung berücksichtigt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensierelektrode eine Segmentierung in mehrere Teilflächen aufweist, wobei ein oder mehrere der Teilflächen, insbesondere wahlweise, zusammenschaltbar sind.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem Fluidstrom, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer bezüglich einer Strömungsrichtung des Fluidstroms stromabwärts der Partikelaufladeeinrichtung angeordneten
Partikelablenkungseinrichtung zum Beeinflussen der Trajektorien von geladenen Partikeln, und Bereitstellen einer bezüglich der Strömungsrichtung stromabwärts der Partikelablenkungseinrichtung angeordneten Sensoreinrichtung zur
Erfassung von Informationen über geladene Partikel, wobei die Sensoreinrichtung eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel aufweist, die von der Trajektorie des jeweiligen geladenen Partikels im Bereich der Sensoreinrichtung abhängig ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Partikelsensors gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung einer eine Partikelanzahl in dem Fluidstrom charakterisierenden Größe, insbesondere zur Ermittlung einer Partikelanzahldichte, insbesondere in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine.
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 eines Partikelsensors gemäß
bevorzugten Ausführungsformen,
Figur 2 schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen,
Figur 3A,
3B, 3C jeweils schematisch eine Elektrodengeometrie gemäß weiterer
bevorzugter Ausführungsformen, und
Figur 4 schematisch ein vereinfachtes Flussdiagramm gemäß weiteren
bevorzugten Ausführungen.
Figur 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors 100 gemäß bevorzugten Ausführungsformen. Der Partikelsensor 100 weist eine
Partikelaufladeeinrichtung 110 zum elektrischen Aufladen von Partikeln P in einem Fluidstrom A1 auf, wodurch geladene Partikel P‘ erhalten werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen weist die Partikelaufladeeinrichtung 1 10 eine Koronaelektrode 1 12 zur Erzeugung einer Koronaentladung 1 13 auf, mittels der Ionen erzeugbar sind, durch die die Partikel P aufgeladen werden können.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die
Partikelaufladeeinrichtung 1 10 auch eine andersartige Einrichtung zur lonengeneration aufweisen. Die durch die Koronaentladung 113 erzeugten Ionen laden die Partikel P in dem Fluidstrom A1 elektrisch auf, entweder innerhalb des elektrischen Feldes der Koronaelektrode 1 13, z.B. auf deren Weg zu einer optional vorhandenen Gegenelektrode 1 12‘, und/oder diffusiv, außerhalb des Feldbereichs 114 der Koronaelektrode 113. Je nach Aufladungsmechanismus ist bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die erreichte elektrische Ladung q pro Partikel P dabei linear (n=1 ) bis quadratisch (n=2) von einem
Partikeldurchmesser d abhängig, q=alpha * d A n, wobei alpha eine
Proportionalitätskonstante ist.
Der Partikelsensor 100 weist ferner eine bezüglich einer Strömungsrichtung x des Fluidstroms A1 stromabwärts der Partikelaufladeeinrichtung 1 10
angeordnete Partikelablenkungseinrichtung 120 zum Beeinflussen der
Trajektorien von geladenen Partikeln P‘ auf, und eine bezüglich der
Strömungsrichtung x stromabwärts der Partikelablenkungseinrichtung 120 angeordnete Sensoreinrichtung 130 zur Erfassung von Informationen über geladene Partikel P‘, wobei die Sensoreinrichtung 130 eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel P‘ (bzw. bezüglich der elektrischen Ladung q der geladenen Partikel P‘) aufweist, die von der Trajektorie des jeweiligen geladenen Partikels P‘ im Bereich B der Sensoreinrichtung 130 abhängig ist, mithin ortsabhängig ist. Dies ermöglicht vorteilhaft, eine Abhängigkeit eines mittels der Sensoreinrichtung 130 ermittelbaren Messsignals des Partikelsensors von der Partikelgröße zu reduzieren, wodurch z.B. eine erreichbare Genauigkeit für eine Partikelanzahldichtenbestimmung erhöht wird.
Während eine mittels der Partikelaufladeeinrichtung 1 10 erreichbare elektrische Aufladung der Partikel P Untersuchungen der Anmelderin zufolge mit deren Größe steigt, ist bei bevorzugten Ausführungsformen durch die vorstehend beschriebene Konfiguration 100 ein diesem Effekt entgegenwirkender Mechanismus vorsehbar, sodass ein Einfluss der Partikelgröße auf das
Messsignal der Sensoreinrichtung 130 reduziert oder gänzlich unterdrückt werden kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung 130 nach dem Influenzprinzip arbeitet, wobei sich an der Sensoreinrichtung 130 bzw. einer Sensierelektrode (nicht in Fig. 1 gezeigt) der Sensoreinrichtung 130 vorbeibewegende geladene Partikel P‘ eine
Influenzwirkung auf die Sensoreinrichtung 130 bzw. ihre Sensierelektrode ausüben, die erfasst und bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch ausgewertet werden kann.
Beispielsweise kann es sich bei dem Fluidstrom A1 um einen Abgasstrom einer Brennkraftmaschine handeln. Beispielsweise kann es sich bei den Partikeln P um Rußpartikel handeln, wie sie im Rahmen einer Verbrennung von Kraftstoff durch eine Brennkraftmaschine entstehen. Das Prinzip gemäß den Ausführungsformen kann sowohl zur Sensierung von als Festkörper ausgebildeten Partikeln (z.B. Rußpartikel, wie sie in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine enthalten sind) als auch zur Sensierung von z.B. flüssigen Partikeln (z.B. Aerosol) verwendet werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass zumindest manche Komponenten 1 10, 1 12, 1 12‘, 120, 130 des Partikelsensors 100 auf einer Oberfläche 102a eines Trägerelements 102 angeordnet sind, das beispielsweise als bevorzugt planares Keramiksubstrat ausgebildet ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelablenkungseinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der geladenen Partikel P‘ wenigstens in einer von der Strömungsrichtung x verschiedenen Ablenkrichtung y zu beeinflussen, wobei insbesondere die Ablenkrichtung y senkrecht ist zu der Strömungsrichtung x. Dadurch ist eine besonders effiziente Beeinflussung der Bewegung der geladenen Partikel P‘ möglich.
Figur 2 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Partikelsensors 100a gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen. Ein die Partikel P aufweisender Partikelstrom AT wird dem Partikelsensor 100a in Fig. 2 von links zugeführt. Eine lonenquelle 1 10‘ erzeugt Ionen I (vorliegend schematisch auch durch das Zeichen„+“ veranschaulicht, jedoch nicht auf eine positive elektrische Ladung beschränkt) zum Aufladen der Partikel P, wodurch in dem Aufladebereich 1 14 die aufgeladenen Partikel P‘ erhalten werden, die sich zunächst entsprechend der Strömungsrichtung x in Fig. 2 weiter nach rechts bewegen, wo sie zu der Partikelablenkungseinrichtung 120 gelangen. Es ist zu beachten, dass größere Partikel P1 durch den beschriebenen Aufladevorgang mehr Ladung erhalten können, als kleinere Partikel P2.
Durch die Partikelablenkungseinrichtung 120 werden die geladenen Partikel P‘, P1 , P2 unterschiedlich stark abgelenkt, insbesondere entsprechend ihres Durchmesser-Ladungs-Verhältnis, vgl. die unterschiedlichen Trajektorien T1 , T2.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelablenkungseinrichtung 120 dazu ausgebildet ist, zumindest
bereichsweise ein homogenes elektrisches Feld 122 zu erzeugen, dessen Feldlinien parallel zu der Ablenkrichtung y sind, z.B. ähnlich zu einem
Plattenkondensator.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen detektiert die Sensoreinrichtung 130 mittels ihrer Sensierelektrode 132 die geladenen Partikel P1 , P2 anhand der Spiegelladung (Influenzwirkung), welche sich durch in ihrem Bereich B, insbesondere über ihr, befindliche Partikel einstellt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung 130 eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel P‘, P1 , P2 aufweist, die ortsabhängig ist bzw. von einer Lage der Trajektorie T1 , T2 des jeweiligen geladenen Partikels entlang der Ablenkrichtung y abhängig ist. Damit wird erreicht, dass je nach Lage der T rajektorie T1 , T2 eines Partikels - betrachtet entlang der Ablenkrichtung y - eine Erfassung des geladenen
Partikels bzw. seiner elektrischen Ladung durch die Sensoreinrichtung 130 mit einer von der Lage abhängigen Empfindlichkeit erfolgt. Mit anderen Worten können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen unterschiedlich stark abgelenkte geladene Partikel P1 , P2 somit unterschiedlich„gut“ (d.h., mit unterschiedlicher Empfindlichkeit bezüglich der Ladung des Partikels) durch die Sensoreinrichtung 130 erfasst werden. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung 130 wenigstens eine Sensierelektrode 132 aufweist, auf die die beschriebene Influenzwirkung der geladenen Partikel P1 , P2 erfolgt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. Fig. 3A, ist vorgesehen, dass ein differentielles Flächenelement dA, dA‘ der Elektrodenfläche EF1 der wenigstens einen Sensierelektrode 132 entlang der Ablenkrichtung y von einer Position entlang der Ablenkrichtung abhängt. Mit anderen Worten weist das differentielle Flächenelement dA, das zwischen den Koordinaten yO, y1 einer der Ablenkrichtung y entsprechenden Koordinatenachse angeordnet ist, eine andere Größe (Fläche) auf, als das weitere differentielle Flächenelement dA‘, das zwischen den Koordinaten y1 , y2 der der Ablenkrichtung y entsprechenden Koordinatenachse angeordnet ist. Dadurch ermöglicht das weitere differentielle Flächenelement dA eine stärkere Wechselwirkung mit geladenen Teilchen in dem ihm zugeordneten Bereich dA‘ der Elektrodenfläche (bezogen auf eine Bewegung der Partikel entlang der Strömungsrichtung x), als dies z.B. bei dem differentiellen Flächenelement dA der Fall ist.
Auf diese Weise können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen leichtere geladene Teilchen P2, die durch die Partikelablenkungseinrichtung 120 stärker abgelenkt werden (Trajektorie T2), als schwerere geladene Teilchen P1
(Trajektorie T1 ), in die„ladungsempfindlicheren“ Bereiche dA‘ der
Elektrodenfläche EF1 der Sensierelektrode 132 bewegt werden, wohingegen die schwereren geladenen Teilchen P1 in die weniger„ladungsempfindlichen“ Bereiche dA der Elektrodenfläche EF1 der Sensierelektrode 132 bewegt werden. Die Elektrodenfläche EF1 der Sensierelektrode 132 ist mit anderen Worten gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen so gestaltet (hier„linear“, vgl. die in Fig. 3A vertikal nach unten zunehmende Breite der Elektrodenfläche EF1 ), dass weniger stark abgelenkte Partikel P1 kürzer über ihr verweilen und bezogen auf ihre Ladung weniger zum Messsignal (z.B. charakterisiert durch ein
Zeitintegral über der in die Sensierelektrode 132 influenzierten Ladung) der Sensoreinrichtung 130 beitragen als stärker abgelenkte Partikel.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass eine
Elektrodenfläche EF1 der Sensierelektrode 132 Dreiecksform aufweist, insbesondere die Form eines rechtwinkligen Dreiecks, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 3A beschrieben. Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. Fig. 3B, ist vorgesehen, dass die Elektrodenfläche EF2 der Sensierelektrode 132 (Fig. 2) eine Form aufweist, die durch zwei zueinander orthogonale Strecken S1 , S2 (Fig. 3B) und einen Kurvenabschnitt C1 begrenzt wird, dessen Verlauf proportional zu 1/y 2 ist, wobei der Parameter y eine Position auf einer Koordinatenachse y repräsentiert, die kollinear mit einer der Strecken ist, vorliegend mit der Strecke S1. Mit anderen Worten nimmt die in Fig. 3B horizontale Ausdehnung der Elektrodenfläche EF2 mit steigenden Werten y gemäß 1/y 2 ab.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen, vgl. Fig. 3C, ist vorgesehen, dass die Sensierelektrode 132 eine Segmentierung in mehrere Teilflächen 132a, 132b, .., 132i aufweist, wobei ein oder mehrere der Teilflächen, insbesondere wahlweise, zusammenschaltbar sind, um zusammen eine resultierende
Elektrodenfläche zu bilden. Dadurch können bei weiteren bevorzugten
Ausführungsformen dynamisch (während des Betriebs des Partikelsensors) unterschiedliche resultierende Elektrodenformen eingestellt werden, die z.B. auch eine ortsabhängige Empfindlichkeit aufweisen.
Beispielsweise können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die
Teilflächen 132a, 132b, 132c, 132d, 132e, 132g zusammengschaltet und als Elektrodenfläche genutzt werden, wobei die weiteren Teilflächen 132f, 132h, 132i zumindest zeitweise nicht genutzt werden. Dadurch wird eine effektive
Elektrodenfläche realisiert, die eine vergleichsweise große Empfindlichkeit bei kleineren y-Koordinatenwerten gemäß Fig. 3C aufweist (Reihe R1 ) gegenüber den weiteren Reihen R2, R3, die jeweils bei größeren y-Koordinatenwerten liegen.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann ein Abstand der
Elektrodenflächen bzw. Teilflächen zum Fluidstrom als Realisierung
unterschiedlicher Empfindlichkeiten genutzt werden, da das Messsignal der Elektroden(-flächen bzw. -teilflächen) abnimmt, wenn die geladenen Partikel sich in größerem Abstand zur Elektrodenfläche befinden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Partikelablenkungseinrichtung 120 (Fig. 1 ) dazu ausgebildet ist, einen Grad der Beeinflussung der Bewegung der geladenen Partikel P1 , P2, P‘ zu verändern, insbesondere dynamisch, also während des Betriebs des Partikelsensors 100, 100a, im Falle der Erzeugung des i.w. homogenen elektrischen Feldes 122 (Fig. 2) z.B. durch Vorgabe der elektrischen Feldstärke.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung 100a, vgl. Fig. 2, (und/oder die Partikelablenkungseinrichtung 120) wenigstens eine Blende 140 aufweist. Dadurch können selektiv geladene Partikel mit speziellen Trajektorien T2 aus dem Fluidstrom A1‘ entfernt werden, insbesondere bevor sie die Sensierelektrode 132 der Sensoreinrichtung 130 passieren, wodurch die entfernten Partikel nicht mehr der Messung durch die Sensoreinrichtung zugrundegelegt werden. Beispielsweise können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen vergleichsweise stark durch die
Partikelablenkungseinrichtung 120 abgelenkte Partikel P2 mittels der Blende 140 abgefangen werden, bevor sie die Sensoreinrichtung erreichen, so dass diese vergleichsweise stark durch die Partikelablenkungseinrichtung abgelenkten Partikel nicht mehr bei einer Messung berücksichtigt werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Grad der Beeinflussung der Bewegung der geladenen Partikel P1 , P2, P‘ wie bereits beschrieben verändert werden, wodurch ferner steuerbar ist, welche Partikel - bei gegebener Geometrie und/oder Anordnung der Blende 140 - durch die Blende aus dem Fluidstrom A1‘ entfernbar sind.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen, vgl. das vereinfachte Flussdiagramm von Fig. 4, beziehen sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Partikelsensors mit einer Partikelaufladeeinrichtung zum Aufladen von Partikeln in einem
Fluidstrom, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen 200 einer bezüglich einer Strömungsrichtung des Fluidstroms stromabwärts der Partikelaufladeeinrichtung angeordneten Partikelablenkungseinrichtung zum Beeinflussen der Trajektorien von geladenen Partikeln, und Bereitstellen 202 einer bezüglich der Strömungsrichtung stromabwärts der
Partikelablenkungseinrichtung angeordneten Sensoreinrichtung zur Erfassung von Informationen über geladene Partikel, wobei die Sensoreinrichtung eine Empfindlichkeit bezüglich der geladenen Partikel aufweist, die von der Trajektorie des jeweiligen geladenen Partikels im Bereich der Sensoreinrichtung abhängig ist. Weitere bevorzugte Ausführungsformen beziehen sich auf eine Verwendung des Partikelsensors gemäß den Ausführungsformen zur Ermittlung einer eine
Partikelanzahl in dem Fluidstrom A1 , A1‘ charakterisierenden Größe,
insbesondere zur Ermittlung einer Partikelanzahldichte, insbesondere in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Partikelsensor gemäß den Ausführungsformen z.B. für Partikelfilter für fremdgezündete und
selbstzündende Brennkraftmaschine genutzt werden, z.B. für OBD (on board diagnose) - Verfahren. Zusätzlich ist der Einsatz des Partikelsensors gemäß den Ausführungsformen bei beliebigen anderen Anwendungen möglich, bei denen eine Partikel-/Aerosol-Konzentration z.B. in einem Gas gemessen werden soll.
Nachstehend sind weitere bevorzugte Ausführungsformen und Aspekte beschrieben.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen verursacht das elektrische Feld 122 (Fig. 2) der Partikelablenkungseinrichtung 120 eine Ablenkung y der Partikel, also Beeinflussung ihrer jeweiligen Trajektorie T1 , T2, entsprechend ihrer Driftgeschwindigkeit, y = vt, mit der Aufenthaltszeit t im ablenkenden Feld 122 der Stärke E und der mittleren Driftgeschwindigkeit v = qE Iz, wobei z der Reibungskoeffizient des betrachteten Partikels P1 im Fluidstrom A1‘,
insbesondere Gas, ist, z = Sd k , der sich bei weiteren bevorzugten
Ausführungsformen je nach Eigenschaften des Fluids bzw. Fluidstroms A1‘ und Größe der Partikel P1 proportional, hier Proportionalitätskoeffizient
d, zur ersten, k = 1 , bis zur zweiten, k = 2, Potenz des Partikeldurchmessers verhält.
Somit ergibt sich bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen die Ablenkung
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass
die Sensierelektrode aus verschiedenen Teilsegmenten wenigstens entlang der Ablenkrichtung y besteht, s.o. Fig. 3C. Die Teilsegmente können bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen auch zusätzlich zur y-Anordnung entlang der x- Richtung angeordnet sein, um eine Unterscheidung der Empfindlichkeit zu erreichen. Z.B. für eine höhere Empfindlichkeit an einer Position y können mehrere Segmente zugeschaltet (bzw. zusammengeschaltet) werden.
Beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, kann das eine Matrixanordnung sein, z.B. ähnlich Fig. 3C, wobei auch eine nichtquadratische Matrix
(abweichende Anzahl von Reihen/Spalten) möglich ist.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensoreinrichtung 130 (Fig. 1 ) eine ortsabhängige Empfindlichkeit bezüglich der Ladung der Partikel aufweist, insbesondere entlang der Ablenkrichtung y eine variable Empfindlichkeit aufweist, wie vorstehend bereits unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3A, 3B beschrieben. Dadurch ist vorteilhaft sichergestellt, dass sich ein Ablenkeffekt auf die Partikel auch auf das Signal der Sensoreinrichtung auswirken kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die variable Empfindlichkeit der Sensoreinrichtung 130 entlang der Ablenkrichtung y alternativ oder ergänzend zu der Vorgabe der Form der Elektrodenfläche EF1 , EF2 ihrer Sensierelektrode 130 durch eine entsprechende Beschaltung und/oder geometrische Anordnung, wie z.B. den Abstand zu dem Fluidstrom A1 , A1‘, realisiert wird. Dadurch ist ebenfalls vorteilhaft sichergestellt, dass sich ein Ablenkeffekt auf die Partikel auch auf das Signal der Sensoreinrichtung auswirken kann.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
Sensierelektrode 132 linear ausgestaltet ist (m = 1 ), sodass die Empfindlichkeit R der Elektrode vom Ort y abhängt R = ßy m , wobei ß eine
Proportionalitätskonstante ist. Das Messsignal S ergibt sich bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen durch die Ladung q und die Anzahldichte N der Partikel P‘ im Bereich B (Fig. 2) bzw. über der Sensierelektrode 132 sowie durch die Empfindlichkeit R an der Position y der Sensierelektrode 132, S = qNR.
Unter Verwendung der obigen Gleichungen ergibt sich somit für das Messsignal S gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen
wobei y hier als zusammenfassende Proportionalitätskonstante eingeführt wurde. Bei entsprechender Wahl des Exponenten m = -n / (n-k) gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen ergibt sich für das Messsignal S keine
Abhängigkeit mehr von der Partikelgröße der geladenen Partikel,
Für beispielhafte Exponenten gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen von (n a , k a ) = (1 , 2), (n , k b ) = ( 2, 1 ) ergeben sich die
Elektrodenempfindlichkeitsexponenten von m a = 1 , m b = -2. Diese können gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen z.B. mit Elektrodengeometrien entsprechend Fig. 3A, 3B realisiert werden.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Elektrodengeometrie der Sensierelektrode 132 (Fig. 2) bei Kenntnis des vorliegenden
Aufladungsmechanismus für die Partikel P entsprechend gewählt werden und damit z.B. ein Sensorsignal S realisiert werden, das nicht mehr von der
Partikelgröße, sondern nur noch von der Partikelanzahldichte abhängt.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die Elektrodenanordnung dynamisch angepasst werden, z.B. falls sich der Aufladungsmechanismus während des Betriebs ändert, z.B. bei Modifikation der Koronaspannung. Dazu kann die Sensierelektrode 132 (Fig. 2) aus mehreren zuschaltbaren Segmenten bestehen, vgl. Fig. 3C.
Liegt z.B. bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen eine Matrixanordnung von Elektroden(teil)flächen vor (Fig. 3C), kann durch entsprechende Beschaltung eine effektive Elektrodenfläche beliebiger Form angenähert werden. Damit lässt sich das Sensorverhalten während des Betriebs anpassen.
Eine weitere Möglichkeit gemäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen, die Empfindlichkeit der Sensoreinrichtung 130 von der Ablenkung (Trajektorien T1 , T2) der geladenen Partikel P‘, P1 , P2 abhängig zu machen, ist das Verwenden einer Blende 140, vgl. Fig. 2.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann die wenigstens eine
Sensierelektrode 132 anstelle der vorliegend unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3A, 3B beispielhaft abgebildeten planaren Form auch nicht-planar, z.B. ringförmig (z.B. ähnlich einer Mantelfläche eines Kreiszylinders), ausgebildet sein. Für solche Ausführungsformen gelten die vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis Fig. 4 beschriebenen Varianten entsprechend.
Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen werden ein oder mehrere der folgenden Vorteile erzielt: keine bis geringe Abhängigkeit des Sensorsignals von der Partikelgröße, eine Partikelanzahldichte kann aus dem Messsignal berechnet werden.