用于运行用于探测测量气体中的微粒的传感器的方法

背景技术

从现有技术中已知用于探测微粒(Teilchen)、如烟灰颗粒或者灰尘颗粒的多种方法和设备。

下面在不限制另外的实施方式和应用的情况下尤其参照用于探测微粒、尤其是是内燃机的废气流中的烟灰颗粒的传感器描述本发明。

由实践已知，借助布置在陶瓷上的两个电极测量在废气中的微粒、诸如烟灰颗粒或者灰尘颗粒的浓度。这例如能够通过测量分隔两个电极的陶瓷材料的电阻来实现。更确切地说，测量在将电压施加到电极上时在所述电极之间流过的电流。烟灰颗粒由于静电力沉积在电极之间并且随着时间推移形成在电极之间的导电的桥。存在越多所述桥，所测量的电流增大得越多。因此，形成电极的增加的短路。传感器元件周期性地复原(regenerieren)，其方式是，通过集成的加热元件将所述传感器元件带入至少700℃，由此烧掉烟灰沉积物。

这种传感器例如使用在内燃机、例如柴油机结构形式的燃烧发动机的排气系统(Abgasstrang)中。这些传感器通常存在于排气阀或者说烟灰颗粒过滤器的下游。

虽然从现有技术中已知的用于探测微粒的设备具有多个优点，但所述设备仍包含改进潜力。陶瓷传感器元件相对于进入的湿气(Feuchte)敏感或者说易受热液老化的影响。由水或者冷凝物造成的在传感器元件上的各种损坏机制都是已知的，并且，迄今还不可能可靠地识别出电极的干燥。

发明内容

因此，本发明提出一种用于运行用于探测微粒、尤其是烟灰颗粒的传感器的方法，所述方法至少在很大程度上避免已知运行方法的缺点并且尤其是允许识别在电极区域中的湿度，并且不仅仅依赖于露点端数据采集(Taupunktendebedatung)，以便推断出传感器元件中的湿气。

在用于运行用于探测测量气体中的、尤其是内燃机的废气中的微粒、尤其是烟灰颗粒的传感器的根据本发明的方法中，其中，传感器具有传感器元件，其中，所述传感器元件具有至少一个电绝缘元件衬底、第一电极和第二电极，其中，第一电极和第二电极布置在电绝缘的元件上，其中，第一电极和第二电极执行电流测量和/或电压测量。在至少一个测量阶段中运行所述传感器。在所述测量阶段期间将第一电压施加到第一电极和第二电极上。在测量阶段之外的预先确定的时间段期间将第二电压施加到第一电极和第二电极上。第二电压小于水的分解电压。在此，如果在施加第二电压的情况下的电流测量和/或电压测量得到高于对于电流的阈值的值，则推断出在传感器元件上存在水。

在此提出的运行策略实现，识别使电极短路的湿气并且因此阻止复原(Regeneration)或者测量电压的接通。在复原期间的湿气和将测量电压施加在湿气的传感器元件上都会损坏传感器元件。结果是剥落(Abplatzer)和铂脆化

在一种扩展方案中，如果在施加第二电压的情况下的电流测量和/或电压测量得到高于对于电流的第一阈值的值，则阻止传感器的复原或者到测量阶段的转变。如果通过相对较低的第二电压测量出电流，则显然传感器由湿气润湿，并且为了保护传感器元件将阻止或者说阻断复原或测量阶段。

在一种扩展方案中，如果在高于所述第一阈值之后的电流测量和/或电压测量的值低于对于电流的第二阈值，则准许(freigeben)传感器的复原或者到测量阶段的转变。第一阈值和第二阈值能够不同于彼此或者是相同的。如果通过相对较低的第二电压测量出电流，则显然传感器由湿气润湿，并且为了保护传感器元件，只有在电极上的电流降低之后才进行复原或测量阶段。这样能够附加地保护电极。通过将这个非常低的电压施加到电极上阻止由于电解而损坏电极，并且这样主动地保护了电极。

在一种扩展方案中，在低于所述第二阈值之后的预先确定的时间之后准许传感器的复原或者到测量阶段的转变。所述方法的变型因此设置，在电极上的由于湿气引起的电流发生衰减之后仍等待一定时间，以便在对传感器元件进行复原或者传感器元件接入有测量电压之前已经从传感器元件的较深的陶瓷层中可靠地排出湿气。

在一种扩展方案中，如果传感器从外部、优选从控制器获得露点端准许(Taupunktendefreigabe)，则准许传感器的复原或者到测量阶段的转变。因此，只有在没有(不再)在传感器元件上检测到湿气并且附加地存在露点端准许时，才准许传感器的复原或者到测量阶段的转变。

在一种扩展方案中，传感器在测量阶段之外的预先确定的时间段期间被加热。这种加热也称为保护性加热。因此，为了保护陶瓷传感器元件，传感器以保护性加热策略来运行，以便阻止湿气的进一步积聚并且以便使传感器元件干燥。

在一种扩展方案中，传感器被加热到一个温度，所述温度的大小取决于在施加第二电压的情况下的电流测量和/或电压测量的值。因此，分析处理在施加第二电压期间并且在保护性加热期间的电流的大小，并且匹配保护性加热温度以用于更快地干燥传感器元件或者用于更温和地干燥传感器元件。

在一种扩展方案中，传感器布置在内燃机的排气装置(Abgastrakt)中，其中，在缺少通过内燃机的马达控制器引起的露点端准许情况下和/或在排气装置中低于预先确定的温度的情况下，在测量阶段之外的预先确定的时间段在内燃机的冷启动之后。

该方法的另一变型设置，使保护性加热温度显著地下降直至未加热并且使用传感器的停用时间，以便给电极接入1V并且根据流过电极的电流来确定排气装置内的湿度，并且将该附加信息提供给马达控制器，或者说通过测量来确定露点端而不必依赖模型。

在一种扩展方案中，第二电压是在0.005V至1.2V的范围内并且优选在0.05V至1.0V的范围内的值。

还提出一种计算机程序，该计算机程序设置成用于执行根据本发明的方法的每个步骤。

还提出一种电子存储介质，在该电子存储介质上存储有这种计算机程序。

还提出一种电子控制器，该电子控制器包括这种电子存储介质。

在本发明的意义在的微粒应理解为颗粒、尤其是能导电的微粒，例如烟灰颗粒或者灰尘颗粒。

在本发明的范畴中，电极应理解为一个构件，该构件适合用于电流测量和/或电压测量。在本发明的范畴中，说明“第一和第二电极”仅用于在概念上区分电极，但不应说明这些构件的确定的顺序或者权重。

在本发明的范畴中，电极能够构造为叉指电极(Interdigitalelektroden)。在本发明的范畴中，叉指电极应理解为这种电极：所述电极如此布置，使得它们彼此嵌合、尤其梳状地彼此嵌合。

在本发明的范畴中，电流测量和/或电压测量应理解为电流和/或电压的测量。在此，所述测量在两个电极之间或者说在一个电极和一个参考电位之间进行。在此，能够将确定的电压施加到电极上并且测量电极之间的电流，或者将电流施加到电极上并且测量电极之间的电压。电流测量和/或电压测量尤其能够是电阻测量，其中，能够测量通过电极和衬底形成的结构的电阻。例如能够进行电压控制或者电压调节的测量和/或电流控制和/或电流调节的测量。电流和/或电压的施加能够以连续信号的形式和/或也以脉冲信号的形式进行。如此，例如能够施加直流电压和/或直流电流，并且检测电流响应或者说电压响应。替代地，能够施加脉冲电压和/或脉冲电流，并且检测电流响应或者说电压响应。代替通过电极的瞬时电流，也能够将电极的电阻或者说其倒数(＝电导)用作测量参量。同样可能有意义的是，由瞬时电流积分得到电荷量。此外可能的是，将高电压施加到一个电极上并且在一个对电极(Gegenelektrode)上或者电接地上测量电流、例如放电电流。

在本发明的范畴中，测量阶段应理解为一个时间段，在该时间段内如此选择施加到电极上的电压或者电压形状，使得其能够实现尽可能准确地确定电阻或者说阻抗并且因此尽可能准确地确定传感器的颗粒负载。在所述测量阶段期间的电压在此不一定必须适合用于或者优化用于从测量气体中收集颗粒。

在本发明的范畴中，衬底应理解为具有板形的、立方体形的

在本发明的范畴中，水的分解电压应理解成为了执行水的电解而至少需要的、阳极和阴极的电极电位的差值。在该电压的情况下，电解液由于电吸引力而开始分解，所述电吸引力作用在电极(一方面)和带相反电荷的阴离子或者说阳离子(另一方面)之间。电解是电流迫使发生氧化还原反应的过程。电解需要提供电能且促进化学反应的直流电压源。电能的一部分转换为化学能。对于水来说，分解电压理论上为1.23V。

本发明的基本思想在于，在保护性加热期间将低于分解电压的电压施加到电极上，以便通过由电极上的水造成的短路来识别湿气。如果通过所述低电压测量出电流，则显然传感器由湿气润湿，并且为了保护传感器元件，只有在露点准许且电极上的电流降低之后才准许复原或者测量阶段。如此能够附加地保护电极。通过将这个非常低的电压施加到电极上阻止由于电解而损坏电极，并且如此主动地保护电极。

附图说明

本发明的其他可选的细节和特征由下面对附图中示意性示出的优选实施例的描述得知。

附图示出：

图1示出根据本发明的实施方式的用于探测微粒的传感器的俯视图，以及

图2示出用于运行根据本发明的实施方式的用于探测微粒的传感器的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实施方式的用于探测测量气体中的微粒的传感器10的俯视图。传感器10尤其是构造用于探测内燃机的气体流、例如废气流中的烟灰颗粒并且构造成安装在机动车的排气系统中。传感器10例如构造为烟灰传感器并且能够布置在具有柴油内燃机的机动车的烟灰颗粒过滤器的下游或者上游。在示出的示例中，测量气体涉及内燃机的废气。在示出的实施例中，传感器10构造为电阻式颗粒传感器。

传感器10包括传感器元件12。传感器元件12包括电绝缘元件14。电绝缘元件14是衬底。衬底例如是硅晶片。替代地，衬底由陶瓷材料制造。电绝缘元件14基本上长方体形地构造。传感器元件10还包括第一电极16、第二电极18、第一馈电线20和第二馈电线22。第一电极16、第二电极18、第一馈电线20和第二馈电线22布置在衬底14的上侧24上。第一电极16和第二电极18构造为叉指电极。第一电极16与第一馈电线20连接。第二电极18与第二馈电线22连接。第一馈电线20和第二馈电线22示出构造成用于第一电极16和第二电极18的电接触的连接触点。第一电极16和第二电极18构造用于执行电流测量和/或电压测量。传感器10能够可选地具有未示出的其他构件、例如保护管和/或加热元件。传感器在至少一个测量阶段中运行。在该测量阶段期间，将例如为45V的第一电压施加到第一电极16和第二电极18上。

传感器10与电子控制器26连接。电子控制器26例如是内燃机的马达控制器。电子控制器具有电子存储介质28、例如芯片，在该电子存储介质上存储有计算机程序。计算机程序包含用于执行用于运行传感器10的方法的指令。下面详细描述这种方法。

图2示出用于运行根据本发明的实施方式的用于探测微粒的传感器10、例如在图1中示出的传感器10的方法的流程图。在步骤S10中启动内燃机。在步骤S12中检查，传感器10是否处于测量阶段之外的时间段中。测量阶段之外的时间段例如涉及在内燃机的冷启动时、在缺少通过内燃机的马达控制器的露点端准许时和/或在排气装置内低于预先确定的温度时。如果在步骤S12的检查中得出不涉及冷启动、存在露点端准许和/或在排气装置内高于预先确定的温度，则能够排除传感器元件12上存在湿气。在这种情况下，所述方法前进到步骤S14，在该步骤中转变到测量阶段中。

如果在步骤S12的检查中得出涉及冷启动、不存在露点端准许和/或在排气装置内低于预先确定的温度，则确定出在测量阶段之外的预先确定的时间段，并且，所述方法前进到步骤S16。在步骤S16中，在测量阶段之外的预先确定的时间段期间将第二电压施加到第一电极16和第二电极18上，其中，第二电压小于对于水的分解电压。第二电压是在0.005V至1.2V的范围内并且优选在0.05V至1.0V的范围内的值，例如为0.8V或者1.0V。除了来自传感器10外部的潜在的准许之外，进行传感器10关于传感器元件12上可能存在水的自我检查。在测量阶段之外的预先确定的时间段期间加热传感器10。如果在施加第二电压的情况下的电流测量和/或电压测量得到高于对于电流的阈值的值，则推断出在传感器元件12上存在水。第一阈值例如是0A。如果在步骤S16中施加第二电压的情况下的电流测量和/或电压测量得到高于对于电流的第一阈值的值，则所述方法前进到步骤S18，并且阻止传感器10的复原或者到测量阶段的转变。如果没有高于第一阈值，则能够排除水或者说湿气，且所述方法前进到步骤S14并且转变到测量阶段中。如果在高于第一阈值之后的电流测量和/或电压测量的值低于对于电流的第二阈值，则接着步骤S18进行步骤S20，在步骤S20中准许传感器的复原或者到测量阶段的转变。第二阈值能够与第一阈值相同或者与其不同。因此，仅在电极16、18上的电流降低后才进行准许。然后，所述方法前进到步骤S14，并且转变到测量阶段中。

所述方法能够进行如下地修改。在低于第二阈值之后的预先确定的时间之后才准许传感器10的复原或者到测量阶段的转变。换句话说，在电极上的由于湿气引起的电流发生衰减之后仍等待一定时间，以便在对传感器元件12进行复原或者传感器元件接入测量电压之前已经从传感器元件12的较深的陶瓷层中可靠地排出湿气。如果除了电极16、18上的电流降低之外，传感器10还从外部、例如从控制器26获得露点端准许，则准许传感器10的复原或者到测量阶段的转变。将传感器加热到一温度，所述温度的大小取决于在施加第二电压的情况下的电流测量和/或电压测量的值。换句话说，分析处理在保护性加热期间通过接入第二电压引起的电流的大小，以便匹配保护性加热温度以用于更快地干燥传感器元件或者用于更温和地干燥传感器元件。所述方法的另一变型设置，使保护性加热温度显著地下降直至未加热并且使用传感器的停用时间，以便给电极16、18接入1V并且根据流过电极的电流来确定排气装置内的湿度，并且将该附加信息提供给马达控制器，或者说通过测量来确定露点端而不必依赖模型。