微粒物質(zhì)檢測元件、配備有該元件的微粒物質(zhì)檢測傳感器以及用于制造該元件的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微粒物質(zhì)檢測元件、配備有該元件的微粒物質(zhì)檢測傳感器以及用于制造該元件的方法。具體而言，一種PM檢測元件具有檢測電極的對。每個檢測電極具有沒有分支的導電路徑，并且由檢測電極接合部和檢測電極平行部構成。檢測電極平行部相互面對，并且被經(jīng)由絕緣層分離開預定的間隙。PM檢測傳感器具有PM檢測元件，并且線路故障檢測電路部檢測每個檢測電極的一個端子到另一端子之間的電阻值，并且基于所檢測的電阻值來檢測檢測電極中的線路故障的發(fā)生。
【專利說明】微粒物質(zhì)檢測元件、配備有該元件的微粒物質(zhì)檢測傳感器以及用于制造該元件的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微粒物質(zhì)(particulate matter)檢測元件、微粒物質(zhì)檢測傳感器以及用于制造該微粒物質(zhì)檢測元件的方法。該微粒物質(zhì)檢測傳感器配備有該微粒物質(zhì)檢測元件。該微粒物質(zhì)檢測元件檢測諸如廢氣之類的目標檢測氣體中包含的微粒物質(zhì)。該微粒物質(zhì)是煙灰等。該微粒物質(zhì)檢測傳感器被安裝到內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)上，該內(nèi)燃機被安裝到車輛上。通常，煙灰由碳構成，而碳包含在從內(nèi)燃機排出的廢氣中。
【背景技術】
[0002]通常，將柴油機微粒過濾器(DPF)安裝在連接到柴油發(fā)動機的排氣管上，該柴油發(fā)動機例如作為被安裝到柴油車輛的內(nèi)燃機。DPF捕獲從柴油發(fā)動機排出的燃燒廢氣中包含的微粒物質(zhì)(PM)。這樣的燃燒廢氣包含煙灰和可溶解的有機成分(SOF)。DPF由具有優(yōu)良耐熱性的多孔陶瓷材料制成。通常，DPF包括單元和由多孔陶瓷材料制成的隔斷壁。每個單元被隔斷壁包圍。將從柴油發(fā)動機排出的廢氣引入被安裝到排氣管的DPF，并且經(jīng)由該單元和多孔隔斷壁排放到DPF之外。多孔隔斷壁支持其中的催化劑以便捕獲作為目標檢測氣體的廢氣中包含的PM。即，DPF凈化了廢氣。
[0003]增大由DPF捕獲的PM的量增大了 DPF的壓力損耗。當所捕獲的PM的量超過可允許的PM量，則DPF的多孔隔斷壁被所捕獲的PM阻塞。在該情況下，存在DPM被過量的所捕獲的PM被燃燒時產(chǎn)生的熱能損壞的可能性，并且作為結果，未凈化的廢氣經(jīng)由該DPF被排到外面。為了避免該問題，以規(guī)則的周期周期性地燃燒DPF，以便使DPF再生并且恢復DPF的PM捕獲功能。
[0004]已經(jīng)提出了各種類型的PM檢測傳感器以便檢測用于使DPF再生的最優(yōu)時間，并且以便快速檢測DPF的異常狀態(tài)的發(fā)生，例如，在該異常狀態(tài)中，廢氣在不被凈化的情況下通過 DPF。
[0005]例如,第一常規(guī)專利文件、日本專利公報公開文本N0.2005-164554公開了一種具有以下結構的PM檢測元件。
[0006]一對電極具有梳狀結構，并且在絕緣襯底中以預定間隔形成。檢測電極和絕緣襯底形成了檢測部。諸如從內(nèi)燃機排出的廢氣之類的目標檢測氣體中包含的PM被積聚在具有該電極的檢測部上。外部設備基于從該PM檢測元件發(fā)送的關于檢測部中的該對電極的電阻、靜態(tài)電容、阻抗等的檢測信號來檢測在目標檢測氣體中包含的PM量，因為該電阻值、靜態(tài)電容和阻抗是根據(jù)在檢測部上形成的電極之間積聚的PM量而改變的。
[0007]第二常規(guī)專利文件、日本專利公報公開文本N0.2012-47596公開了一種具有以下結構的PM檢測設備。該PM檢測設備包括具有板的形狀的襯底、一對檢測電極、電氣特性檢測部和PM量計算部。檢測電極在具有板的形狀的襯底上形成的檢測部上形成。電氣特性檢測部檢測在檢測部中的檢測電極之間的電氣特性。PM量計算部基于由特性檢測部檢測的電氣特性的變化來計算在檢測部上的檢測電極和檢測電極的周圍區(qū)域之間積聚的PM的量。另外，形成檢測電極對的檢測電極中的每個都包括基部和多個梳狀齒部。梳狀齒部被布置在襯底的平面表面上。每個梳狀齒部的末端部分連接到基部并且由基部支撐。特別地，一個檢測電極的梳狀齒部被以預定的間隔交替地嚙合到另一檢測電極的梳狀齒部。至少一個檢測電極的基部覆蓋有由介電材料制成的覆蓋部。在具有之前所描述的結構的PM檢測設備中，諸如廢氣之類的目標檢測氣體中包含的PM被積聚在檢測部中的檢測電極之間。PM檢測設備基于在檢測電極的對之間檢測的電氣特性的變化來檢測在目標檢測氣體中包含的PM的存在。
[0008]在之前描述的常規(guī)PM檢測元件的結構中，以齒的圖案形成多個檢測電極，其中，以規(guī)則的間隔在由氧化鋁等制成的絕緣襯底或由氧化鋯等制成的導電襯底上布置檢測電極。通過使用諸如厚膜印刷方法、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)等方法來在絕緣襯底或電極襯底上形成檢測電極。檢測電極的極性被交替布置并且相互面對。即，以梳狀結構形成檢測電極的對。特別地，具有之前描述的結構的常規(guī)PM檢測元件具有非敏感的(insensitive)檢測范圍,在該非敏感的檢測范圍期間,不可能正確地檢測在檢測部上形成的具有梳狀結構的電極之前的電氣特性，直到在該電極之間積聚的PM量超過預定量。相應地，存在對盡可能大地減小PM檢測元件的非敏感檢測范圍以便快速檢測PM檢測元件中引起的異常狀態(tài)的強烈需求。
[0009]通過該方式，難以檢測目標檢測氣體中包含的PM的存在，因為當檢測部上形成的檢測電極之間積聚的PM量超過預定量并且最終飽和時，PM檢測元件輸出恒定的電氣特性。
[0010]為了相繼地檢測目標檢測氣體中包含的PM的量，當電極之間積聚的PM量接近可允許的限制量時，使PM檢測元件的電極之間積聚的PM燃燒。該燃燒可以消除在PM檢測元件的電極之間積聚的PM，并且使PM檢測元件的功能再生。
[0011]第三常規(guī)專利文件、日本專利公報公開文本N0.2011-203093公開了一種常規(guī)的氣體傳感器。該常規(guī)的氣體傳感器具有能夠檢測導電路徑的線路故障(例如，檢測線路的斷開狀態(tài))的線路故障檢測部。檢測部經(jīng)由該導電路徑電氣連接到電阻測量部。線路故障檢測部包括具有預定電阻值的線路故障檢測電阻以及反向電阻測量部。線路故障檢測電阻連接在形成檢測電極對的兩個檢測電極之間。反電阻測量部與線路故障檢測電阻并聯(lián)布置。線路故障檢測部能夠快速檢測在導電路徑和檢測電極中的線路故障。
[0012]然而，通常使用的常規(guī)的厚膜印刷方法不能制造具有小于大約幾十微米的間隙的檢測電極。即，對于常規(guī)的厚膜印刷方法來說，不能夠制造以下的檢測電極，在該檢測電極上，在相鄰檢測電極之間的間隙小于大約20微米，這受到由于印刷膏的流變特性所致的限制以及在印刷網(wǎng)板上形成的掩模的制造方面的限制。
[0013]雖然諸如CVD或PVD之類的薄膜印刷方法能夠形成具有微精密圖案的檢測電極，但是這需要大的制造設施，并且制造成本相應地變得過高。除了如此高的制造成本之外，所制造的檢測電極不具有充足的耐久性，這是因為PM檢測元件被用于諸如機動車輛的發(fā)動機艙之類的各種嚴酷環(huán)境。即，包括具有薄膜的檢測電極的PM檢測元件被用在機動車輛的發(fā)動機艙中的燃燒排氣管上。通常，發(fā)動機艙具有高的溫度并且引起從外部供應的強振動，并且在發(fā)動機艙中發(fā)生大的溫度變化。另外，當具有微精密圖案的檢測電極的PM檢測元件被再生以便消除在檢測部中的檢測電極之間積聚的PM時，在PM檢測元件中產(chǎn)生熱應力。再另外，由從發(fā)動機排出的燃燒廢氣中包含的水滴在PM檢測元件中產(chǎn)生冷卻/加熱應力。這些嚴酷環(huán)境引起蒸發(fā)以及在PM檢測元件中的絕緣襯底上形成的檢測電極的分離。
[0014]另外，在能夠基于在檢測部中的檢測電極之間積聚的PM量來檢測檢測電極對的電氣特性的PM檢測元件中，因為以下的狀態(tài)(a)和(b)示出了相同的電氣特性，所以即使檢測到檢測電極之間的電阻值和靜態(tài)電容，也難以正確地將狀態(tài)(a)與狀態(tài)(b)區(qū)分開:狀態(tài)(a):在檢測電極中發(fā)生線路故障；以及狀態(tài)(b):在檢測部中的檢測電極之間未積聚PM。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0015]因此期望提供一種具有高檢測精度和減小的非敏感檢測范圍的微粒物質(zhì)(PM)檢測元件。該PM檢測元件能夠檢測在檢測部中的檢測電極的電氣特性并且基于所檢測的檢測電極的電氣特性來檢測目標檢測氣體中包含的PM的量，其中檢測部中的電氣特性是基于檢測部上積聚的PM的量而變化的。進一步期望的是提供一種配備有該PM檢測元件的微粒物質(zhì)(PM)檢測傳感器。PM檢測傳感器能夠以高可靠性檢測檢測電極中線路故障的發(fā)生。再進一步期望的是提供一種制造具有高檢測精度和減小的非敏感檢測范圍的PM檢測元件的方法。
[0016]本發(fā)明的示例性實施例提供了 一種具有PM檢測元件的PM檢測傳感器。PM檢測元件包括在檢測部上形成的一對檢測電極。所述檢測電極被布置為面向彼此并且被以預定的間隙分離。檢測電極捕獲目標檢測氣體中包含的PM，并且檢測在檢測部上形成的檢測電極之間的電氣特性。該電氣特性是基于在檢測部上捕獲的和積聚的PM的量而變化。每個檢測電極包括檢測電極平行(parallel)部和檢測電極接合部。每個檢測電極中的檢測電極平行部面向彼此，并且經(jīng)由檢測部上的絕緣層以預定的間隙分離每個檢測電極中的檢測電極平行部。經(jīng)由檢測電極接合部，在每個檢測電極中連接檢測電極平行部。每個檢測電極形成從第一端子到第二端子的不具有分支的導電路徑。PM檢測傳感器還具有線路故障檢測部，該線路故障檢測部用于檢測每個檢測電極中的從第一端子到第二端子的導電路徑的電阻值。線路故障檢測部基于所檢測的電阻值來檢測在每個檢測電極中的線路故障的發(fā)生。
[0017]另外，PM檢測元件具有能夠檢測該檢測電極的第一端子之間或者第二端子之間的電阻值、靜態(tài)電容值和阻抗值之一的PM檢測電路部。
[0018]另外,PM檢測元件具有檢測部的層疊(lamination)結構。檢測部包括檢測電極和絕緣層。檢測部被實施在襯底部上。檢測部包括反復堆疊的檢測電極平行部和絕緣層。特別地，檢測電極平行部具有厚度在不小于100微米和不大于500微米的范圍內(nèi)的板狀。絕緣層具有厚度在不小于5微米和不大于20微米的范圍內(nèi)的板狀。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的PM檢測元件基于檢測部中的電氣特性中的至少一個的變化，來檢測例如從內(nèi)燃機排出的廢氣之類的目標檢測氣體中包含的PM的量。即，檢測部中的電氣特性是基于檢測部上積聚的PM的量而變化的。例如，在PM檢測元件中，線路故障檢測電路部檢測檢測部中的每個檢測電極的從第一端子到第二端子的導電路徑的直流(DC)電阻值，并且基于所檢測的DC電阻值來檢測每個檢測電極中的線路故障的發(fā)生。另外，PM檢測電路部檢測檢測部的電氣特性，該檢測部的電氣特性是基于檢測部上的檢測電極之間積聚的PM的量而變化的。因此，本發(fā)明提供配備有具有高可靠性和高檢測精度的PM檢測元件的PM檢測傳感器。根據(jù)本發(fā)明的PM檢測傳感器和PM檢測元件的結構使得能夠避免在常規(guī)的PM檢測元件和PM檢測傳感器中引起的常規(guī)問題。所述常規(guī)問題是難以區(qū)分所檢測的電氣特性的變化是由線路故障引起的還是由檢測部上未積聚PM而引起的。
[0020]本發(fā)明的另一示例性實施例提供了一種制造具有減小的非敏感檢測范圍并且具有高檢測精度的PM檢測元件的方法。特別地，該方法制造檢測部的層疊結構和不超過20微米的絕緣層。特別地，檢測部包括具有如之前所描述的減小的間隙的檢測電極。
[0021]另一方面，利用常規(guī)的方法，對于常規(guī)的厚膜印刷方法而言，難以制造具有不大于20微米的間隙的檢測電極。
[0022]因為使用具有之前描述的層疊結構的檢測部，根據(jù)本發(fā)明的方法使得能夠容易地制造具有在不小于5微米和不大于20微米的范圍內(nèi)的厚度的絕緣層，并且因此能夠制造具有極大減小的非敏感檢測范圍的PM檢測元件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]將通過示例的方式參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選的非限制性實施例，在附圖中:
[0024]圖1A是示出概念性的結構，即根據(jù)本發(fā)明的PM檢測傳感器的基本結構的示意圖；
[0025]圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的配備有PM檢測元件的PM檢測傳感器的整體結構的示意圖；
[0026]圖2A是示出檢測電極的層疊結構的示意圖，所述檢測電極是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的PM檢測傳感器中的PM檢測元件的部分部件；
[0027]圖2B是示出檢測電極的層疊結構的沿著圖2A中示出的線A-A截取的橫截面的示圖；
[0028]圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的PM檢測元件的示意性結構的展開透視圖；
[0029]圖4A是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的PM檢測元件的正常操作期間的等效電路的不圖；
[0030]圖4B是示出根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的PM檢測元件的線路斷開狀態(tài)期間的等效電路的不圖；
[0031]圖5A是示出作為比較性示例的PM檢測元件的正常操作期間的等效電路的示圖；
[0032]圖5B是示出作為比較性示例的PM檢測元件的線路故障狀態(tài)(線路斷開狀態(tài))期間的等效電路的不圖；
[0033]圖6A是示出在用于制造檢測電極的層疊結構的方法中的嵌入過程的橫截面，所述檢測電極是根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實施例的PM檢測元件中的部分部件；
[0034]圖6B是示出在圖6A中示出的嵌入過程之后執(zhí)行的層疊結構形成過程的展開透視圖；
[0035]圖6C是示出在圖6B中示出的層疊過程之后切割檢測電極的疊層的過程的透視圖；
[0036]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的PM檢測傳感器的結構的示意圖；
[0037]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的PM檢測傳感器的結構的示意圖；
[0038]圖9A是示出根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的PM檢測元件的結構的示意圖；
[0039]圖9B是示出圖9A中示出的根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的PM檢測元件中的檢測電極的詳細層疊結構的展開透視圖；
[0040]圖1OA是示出根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實施例的PM檢測傳感器的整體結構的示意圖；以及
[0041]圖1OB是示出圖1OA中示出的根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實施例的PM檢測元件中的檢測電極的詳細層疊結構的展開透視圖。
【具體實施方式】
[0042]在下文，將參考附圖來描述本發(fā)明的各個實施例。在各個實施例的以下描述中，在所有的多個示圖中，類似的附圖標記指示類似或等同的部件部分。
[0043](本發(fā)明的概念)
[0044]將參考圖1A來描述根據(jù)本發(fā)明的微粒物質(zhì)(PM)檢測傳感器I的基本結構。
[0045]圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的PM檢測傳感器I的概念性結構。即，圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的PM檢測傳感器I的基本結構的示意圖。
[0046]PM檢測傳感器I包括微粒物質(zhì)(PM)檢測元件2和電路部3。PM檢測元件2包括檢測部10和襯底部20。
[0047]在PM檢測元件2的檢測部10中，一對檢測電極ELa和ELb被形成為相互面對并且以預定間隙分開。檢測部10中的檢測電極ELa和ELb之間的電氣特性根據(jù)在檢測電極ELa和ELb之間被捕獲和積聚的微粒物質(zhì)(PM)的量而變化。因此，PM檢測元件2捕獲了諸如從內(nèi)燃機排出的廢氣之類的目標檢測氣體中包含的PM。PM檢測元件2基于檢測電極ELa和ELb之間的區(qū)域的電氣特性來檢測目標檢測氣體中包含的PM的量。PM檢測元件2基于檢測電極ELa和ELb之間的區(qū)域上積聚的PM的量來產(chǎn)生檢測信號，并且發(fā)送該檢測信號。電路部3接收從PM檢測元件2發(fā)送的檢測信號，并且基于所接收的檢測信號來檢測目標檢測氣體中包含的PM的量。PM檢測元件2包括檢測部10和襯底部20。檢測部10被實施在襯底部20上。
[0048]檢測部10至少包括由一對檢測電極ELa和ELb構成的層疊結構。檢測電極ELa和ELb被布置為相互面對并且被經(jīng)由絕緣層120分開預定間隙。如圖1A所示，檢測電極
由絕緣層120與檢測電極ELb面對。檢測電極ELa和檢測電極ELb由相同的材料構成。下面將解釋該材料以及制作PM檢測元件2的方法。
[0049]電路部3包括線路故障檢測電路30和微粒物質(zhì)(PM)檢測電路部31。線路故障檢測電路30檢測檢測電極ELa和ELb的檢測線路的線路故障的發(fā)生。PM檢測電路部31檢測檢測部10中的檢測電極ELA和 ELB2間的電氣特性，所述電氣特性根據(jù)該區(qū)域上積聚的PM的量而變化。
[0050]線路故障檢測電路30包括第一線路故障檢測電路部301A和第二線路故障檢測電路部301B。第一線路故障檢測電路部301A檢測檢測電極ELa中的線路故障的發(fā)生。第二線路故障檢測電路部301B檢測檢測電極ELb中的線路故障的發(fā)生。
[0051]例如，第一線路故障檢測電路部301A檢測檢測電極ELa的從線路故障檢測端子103A到PM檢測端子104A的電阻值。第一線路故障檢測電路部301A確定檢測電極ELa中的線路故障的發(fā)生。線路故障檢測端子103A形成在檢測電極—端處，而PM檢測端子104A形成在檢測電極ELa的另一端子處。[0052]另一方面，第二線路故障檢測電路部301B檢測檢測電極ELb的從線路故障檢測端子103B到PM檢測端子104B的電阻值。第二線路故障檢測電路部301B確定檢測電極ELb中的線路故障的發(fā)生。線路故障檢測端子103B形成在檢測電極ELb的一端部分處，而PM檢測端子104B形成在檢測電極ELb的另一端子處。
[0053]特別地，第一線路故障檢測電路部301A提供了用于流入檢測電極ELa的小電流，并且檢測線路故障檢測端子103A (作為第一線路故障檢測端子)與線路故障檢測端子103A(作為第二線路故障檢測端子)之間的電壓差，并且基于所檢測的內(nèi)部電阻Rela來檢測檢測電極ELa的內(nèi)部電阻Rela。第一線路故障檢測電路部301A將所檢測的檢測電極ELa的內(nèi)部電阻Rela與預定的閾值進行比較，并且基于比較結果來確定檢測電極ELa中的線路故障的發(fā)生。第二線路故障檢測電路部301B執(zhí)行與第一線路故障檢測電路部301A相同的過程以便基于比較結果來確定檢測電極ELb中的線路故障的發(fā)生。
[0054]在根據(jù)本發(fā)明的PM檢測傳感器I的結構中，檢測電極ELa包括檢測電極平行部100A、檢測電極接合部IOlA和檢測導線部102A。如圖1A所示的，檢測電極平行部100A被布置為相互平行。檢測電極平行部100A連接到檢測電極接合部101A。一個檢測電極平行部100A經(jīng)由一個檢測導線部102A連接到線路故障檢測端子103A。其它檢測電極平行部100A經(jīng)由其它檢測導線部102A連接到PM檢測端子104A。因為檢測電極平行部100B具有與檢測電極平行部100A相同的結構，所以在此省略解釋。即，類似檢測電極ELa的結構，檢測電極ELb包括檢測電極平行部100B、檢測電極接合部IOlB和檢測導線部102B。
[0055]S卩，線路故障檢測端子103A經(jīng)由不具有分支的檢測電極平行部100A連接到PM檢測端子104A，而類似地，線路故障檢測端子103B經(jīng)由不具有分支的檢測電極平行部100B連接到PM檢測端子104B。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的PM檢測傳感器I可以具有能夠穩(wěn)妥地檢測檢測電極ELa和檢測電極ELb中線路故障的發(fā)生的上述結構，因為每個檢測電極ELa和ELb包括如之前所描述的不具有分支的連續(xù)導電路徑。
[0057]如之前所描述的，圖1A示出根據(jù)本發(fā)明的PM檢測傳感器I的一個概念性結構。然而，在根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實施例的PM檢測傳感器和PM檢測元件的具體結構中，每個檢測電極包括形成不具有分支的連續(xù)導電路徑的多個檢測電極平行部、多個檢測電極接合部和多個檢測導線部，例如圖1B和圖2A所示那樣。
[0058]PM檢測電路部31檢測作為根據(jù)檢測電極ELa和ELb的對之間積聚的PM的量而變化的電氣特性的直流電阻、靜態(tài)電容和交流阻抗中的一個。即，PM檢測電路部31檢測線路故障檢測端子103A和線路故障檢測端子103B之間或PM檢測端子104A和PM檢測端子104B之間的電阻值、靜態(tài)電容值和阻抗值中的一個，以便檢測諸如從內(nèi)燃機排出的廢氣之類的目標檢測氣體中包含的PM的量。
[0059]襯底部20可以具有加熱器部220以便在檢測過程期間獲得穩(wěn)定的溫度。加熱器部220在接收到電力時產(chǎn)生熱能。另外，由加熱器部220產(chǎn)生的熱能可被用于執(zhí)行在檢測部10上積聚的PM的燃燒，以便使PM檢測傳感器I再生。每隔預定間隔來執(zhí)行PM檢測傳感器I的再生。能量供應控制電路部32可以調(diào)整供應到加熱器部220的電力的供應量。
[0060]第一示例性實施例
[0061]現(xiàn)在將參考圖1B、圖2A、圖2B和圖3來描述根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I。
[0062]圖1B是示出根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I的整體結構的示意圖。
[0063]根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I覆蓋有外殼4。如圖1B所示，與可獲得的PM檢測傳感器的用法類似，根據(jù)第一示例性實施例的覆蓋有外殼4的PM檢測傳感器I被固定到目標檢測氣體通道5，從內(nèi)燃機排出的廢氣通過目標檢測氣體通道5排放到外部。PM檢測傳感器I中的PM檢測元件2經(jīng)由絕緣體被固定到具有圓柱形狀的外殼4的內(nèi)部。該絕緣體由如在商業(yè)市場中可獲得的公知的材料的固定構件制成。
[0064]檢測部10被固定到PM檢測傳感器I中的襯底部20的前端部分，該檢測部10被暴露于在目標檢測氣體通道5中流動的廢氣。
[0065]圖2A是示出檢測電極ELa和ELb的層疊結構的示意圖，所述檢測電極ELa和ELb是根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I中的PM檢測元件2中的部分部件。
[0066]如圖2A中所示的，在檢測部10中，檢測電極ELa和ELb的對具有其中檢測電極ELa和ELb相互面對的梳狀結構。檢測電極ELa和ELb分別具有多個檢測電極接合部IOlA和101B,以便形成其中檢測電極ELa和ELb相互面對的梳狀結構。特別地，如圖1B所示，如之前所描述的，檢測電極ELa和ELb中的每個都是不具有分支的連續(xù)導電路徑并且是其中檢測電極ELa和ELb相互面對的梳狀結構。
[0067]如圖2A所示的，形成后導線部105A以便將線路故障檢測端子103A和PM檢測端子104A布置在檢測部10的一個端部。類似地，形成后導線部105B以便將線路故障檢測端子103B和PM檢測端子104B布置在檢測部10的另一個端部。
[0068]圖2B是示出檢測電極ELa和ELb的層疊結構沿圖2A中所示的線A-A截取的橫截面的示圖。
[0069]根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I中的檢測部10具有獨特和改進的結構，該結構不等同于檢測電極的常規(guī)結構。在被印刷在絕緣襯底的表面上的電極圖案中形成常規(guī)的檢測電極。
[0070]S卩，如圖2B中所示的，檢測部10具有層疊結構，其中檢測電極平行部100A、檢測電極平行部100B和絕緣層120被堆疊以制成層疊結構。檢測電極平行部100A和檢測電極平行部100B具有板狀，并且被形成為相互面對且經(jīng)由絕緣層120被分離開預定的間隙。
[0071]另一方面，如圖2B中所示的，檢測電極平行部100A和檢測電極平行部100B中的每個在層疊方向上的厚度在不小于100微米和不大于500微米的范圍內(nèi)。絕緣層120在層疊方向上的厚度在不小于5微米和不大于20微米的范圍內(nèi)。
[0072]因為絕緣層120極其薄，當與檢測電極平行部100A和檢測電極平行部100B在層疊方向上的厚度相比，可以在檢測電極ELA和ELB的對之間形成在不小于5微米且不大于20微米的范圍內(nèi)的間隙，所述檢測電極ELa和ELb的對被從檢測部10的表面暴露到目標檢測氣體通道5中流動的目標檢測氣體。PM檢測傳感器I的該結構使得能夠減小其非敏感檢測范圍。
[0073]稍后將詳細描述用于制造在PM檢測元件中的具有之前描述的改進的結構的檢測部10的方法。
[0074]圖3是示出根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I的PM檢測元件2的示意結構的展開透視圖。[0075]如圖3所示，襯底部20配備有加熱器部220，加熱器部220被形成在具有板狀的絕緣襯底200與具有板狀的絕緣襯底210之間。當接收到電力時，加熱器部220產(chǎn)生熱能。通過厚膜印刷方法或電鍍等在絕緣襯底200上形成預定導電圖案。在絕緣襯底200上形成的預定導電圖案包括微粒物質(zhì)(PM)檢測端子連接部106A和106B、線路故障檢測端子連接部107A和107B、導線部108A、108B、109A和109B、微粒物質(zhì)(PM)檢測外部連接端子IIOA和110B、以及線路故障檢測外部連接端子IllA和111B。
[0076]在圖3所示的檢測部10中，線路故障檢測端子103A連接到線路故障檢測端子連接部107A，而PM檢測端子104A連接到PM檢測端子連接部106A。類似地，線路故障檢測端子103B連接到線路故障檢測端子連接部107B，而PM檢測端子104B連接到PM檢測端子連接部106B。這些在襯底部20的表面上實施，且這些被固定到襯底部20的表面上。
[0077]在具有板狀的絕緣襯底210的表面上，形成加熱器部220以及加熱器導線部221A和221B的對。當接收到電力時，加熱器部220產(chǎn)生熱能。加熱器部220和加熱器導線部221A和221B覆蓋有絕緣襯底200。加熱器部220和加熱器導線部221A和221B經(jīng)由通孔電極222A和222B電連接到加熱器端子部223A和223B。在絕緣襯底210的后表面上形成加熱器端子部223A和223B。
[0078]現(xiàn)在將參考圖4A和圖4B來描述根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I的效果。另外，現(xiàn)在將參考圖5A和圖5B來描述具有常規(guī)結構的常規(guī)PM檢測傳感器Iz的常規(guī)問題。
[0079]圖4A是示出根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測元件2的正常操作期間的等效電路的示圖。圖4B是示出根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測元件2的線路斷開狀態(tài)期間的等效電路的示圖。圖5A是示出作為比較示例的PM檢測元件的正常操作期間的等效電路的示圖。圖5B是示出作為比較示例的PM檢測元件的線路故障狀態(tài)(線路斷開狀態(tài))中的等效電路的示圖。常規(guī)的PM檢測元件具有檢測電極對，該檢測電極對具有在絕緣襯底上形成的梳狀結構。
[0080]當使用根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I時，第一線路故障檢測電路部301A和第二線路故障檢測電路部301B檢測檢測部10的電阻值，更具體地，在檢測電極ELa和ELb的兩端之間的電阻值，即線路故障檢測端子103A和PM檢測端子104A之間的電阻值以及線路故障檢測端子103B和PM檢測端子104B之間的電阻值。該電阻值基于在檢測部10上的檢測電極ELa和ELb的表面上積聚的PM的量以及檢測電極ELa和ELb的內(nèi)部電阻值Rela和Relb而變化。
[0081]在該情況下，由檢測部10中積聚的PM形成的電阻路徑被形成為橋接檢測電極ELa和ELb中的相互面對的檢測電極平行部100A和檢測電極平行部100B，內(nèi)部電阻值rPM由在檢測部10中積聚的PM形成，以在檢測部10中將檢測電極平行部100A和檢測電極平行部100B橋接在一起。作為結果，如圖4A所示的，由積聚的PM產(chǎn)生的內(nèi)部電阻值rPM并聯(lián)連接到檢測電極ELA和ELB的內(nèi)部電阻值Rela和R.。相應地，在檢測電極ELa兩端之間檢測的電阻值Ra和在檢測電極ELb兩端之間檢測的電阻值Rb具有以下關系:
[0082]l/RA=l/RELA+l/rPM 以及 I/Rb=I/Relb+I/rPM。
[0083]當檢測電極ELa的內(nèi)部電阻值Rela和檢測電極ELb的內(nèi)部電阻值RaB位于I Ω至Ij200 Ω的范圍內(nèi)時，例如，在檢測電極ELa和檢測電極ELb兩端檢測的電阻值Ra和電阻值Rb變得大約處于0.999Ω到199.96Ω的范圍內(nèi)，即使由積聚的PM形成的電阻路徑的電阻值基于所積聚的PM的量而大約在1000 Ω |lj IO6 Ω的范圍內(nèi)變化。在該情況下，當在檢測電極ELa和檢測電極ELb中發(fā)生線路故障(斷線)時，在檢測電極ELa和檢測電極ELb兩端檢測的電阻值Ra和電阻值Rb變得不小于1000 Ω。
[0084]相應地，如圖4B所示，當檢測電極ELa中發(fā)生線路故障時，檢測電極ELa和ELb的內(nèi)部電阻值Reu和RaB升高到大約不小于105Ω，即⑴。在該情況下，作為線路故障檢測部302A的比較器將檢測電阻Ra與預定閾值Rkef (例如具有1000 Ω)進行比較。另外，作為線路故障檢測部302B的比較器將檢測電阻Rb與預定閾值Rkef進行比較?？梢匀菀椎鼗谟删€路故障檢測部302A和線路故障檢測部302B獲得的比較結果來檢測檢測電極中的線路故障的發(fā)生。
[0085]另外，當經(jīng)由PM檢測端子104A和104B檢測由檢測部10中的檢測電極ELa和ELb之間積聚的PM產(chǎn)生的微粒物質(zhì)(PM)電阻值Rpm時，可以檢測僅由積聚的PM引起的電阻變化，其中，PM電阻值Rpm是基于在檢測部10中相互面對的檢測電極ELa和檢測電極ELb之間積聚的PM的量而變化的。
[0086]當檢測到線路故障時，向操作員提供警告以便禁止計算檢測部10中積聚的PM的量的過程。
[0087]另一方面，如圖5A和圖5B所示的，常規(guī)的PM檢測傳感器Iz具有梳狀結構，其中通過使用常規(guī)的厚膜印刷方法使得檢測電極相互面對并且以預定間隙分離來制造檢測電極對。在正常操作期間，如圖5A所示，因為在檢測電極之間檢測的檢測電阻值Rsum等同于以下等效電路，在該等效電路中，檢測電極ELaz和ELbz與PM電阻Rpm串聯(lián)連接?？梢曰谒M合的電阻值RPM+rA+rB來檢測在檢測電極ELaz和ELbz之間積聚的PM的量。
[0088]然而如圖5B所示，當常規(guī)PM檢測傳感器Iz中的檢測電極ELaz和ELbz中的一個發(fā)生線路故障時，因為線路故障的部分與PM電阻Rpm串聯(lián)連接，并且PM電阻Rpm在1000 Ω到IO6Ω的大范圍內(nèi)變化，所以當發(fā)生線路故障時，組合的電阻變得大約為105Ω。因此難以將檢測電極ELaz和ELbz中的這樣的線路故障的發(fā)生與在檢測電極ELaz和ELbz之間積聚PM的情況區(qū)分開。
[0089]另外，即使發(fā)生線路故障，因為產(chǎn)生了電阻路徑rPK，從而檢測電極中的線路故障部分被檢測電極ELaz和ELbz之間積聚的PM橋接。在該情況下，存在難以檢測線路故障的發(fā)生的可能性。
[0090]本發(fā)明能夠解決由具有常規(guī)結構的常規(guī)PM檢測傳感器Iz引起的之前描述的常規(guī)問題。
[0091]現(xiàn)在將參考圖6A、圖6B和圖6C來描述制造根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I的方法。
[0092]圖6A是示出在制造檢測電極ELjP ELb的層疊結構的方法中的嵌入過程的截面圖，檢測電極ELA和ELB是根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測元件2中的部分部件。圖6B是示出在圖6A所示的嵌入過程之后執(zhí)行的層疊結構形成過程的展開透視圖。圖6C是示出在圖6B所示的層疊過程之后的切割檢測電極的疊層的過程的透視圖。
[0093]通過將粘合劑、塑化劑、分散劑、溶液等加入絕緣氧化物材料中來制造絕緣層120，絕緣氧化物材料是從由SYSZ((ZrO2)a92(Y2O3)atl8)構成的部分穩(wěn)定的氧化鋯、MgO和AL2O3中選擇的。所制造的絕緣層120是通過公知的方法(例如厚膜印刷法和刮涂(doctor blade)方法)而由絕緣薄膜片和絕緣厚膜片構成的。絕緣薄膜片具有板狀以及在不小于5微米且不大于20微米的范圍內(nèi)的厚度。另一方面，絕緣厚膜片具有板狀以及在不小于100微米且不大于500微米的范圍內(nèi)的厚度。
[0094]導電片形成過程形成導電片，以便制造檢測電極ELa和ELb。導電片是通過將粘合劑、塑化劑、分散劑、溶劑等加入鈣鈦礦類型的化合物的導電氧化物材料中，該化合物是從LNF (LaNia6Fea4O3XLSN (Lah2Sra8NiO4XLSM (La1^xSrxMnO3-S )> LSC (La1xSrxCoO3-S )> LCC(La1^xCaxCrO3-S )> LSCN (Laa85Sra 15Nix03_s )中選擇的一種，其中 0.1 ≤ X ≤ 0.7。通過公知的方法(例如刮涂方法和按壓方法)來制造導電片。導電片100具有板狀和在不小于100微米和不大于500微米的范圍內(nèi)的厚度。由LNF、LSN、LSM、LSC、LCC、LSCN等中的一種制成的導電片100被燒制(be fired)以制造具有不小于10_2S/cm的導電性的導電氧化物材料。
[0095]絕緣片形成過程使用絕緣氧化物材料(其是從諸如SYSZ((ZrO2)a92(Y2O3)atl8)之類的部分穩(wěn)定的氧化鋯、MgO和AL2O3中選擇的一種)，并且通過公知的方法(例如刮涂方法和薄膜印刷方法等)來形成絕緣片。
[0096]由絕緣片形成過程形成的絕緣片被燒制以便形成具有10_5S/cm的導電性的絕緣層 120。
[0097]如圖6A中的示意性過程(a)到(e)中所示的，堆疊預先制備的絕緣厚膜片120與導電片100，并且通過使用金屬模具Ml和M2對絕緣厚膜片120和導電片100進行沖壓，從而將絕緣厚膜片嵌入到導電片中，而沒有任何間隙。
[0098]可以通過選擇最優(yōu)的金屬模具，在預定位置處將具有預定圖案的絕緣片嵌入到導電片中。
[0099]另外，在預定位置處將具有預定圖案和部分相同的厚度的導電片100嵌入到具有不小于5微米且不大于20微米的厚度的絕緣片120中的過程中，并且當難以使用之前描述的沖壓過程時，可以將具有預定圖案的導電片與絕緣片堆疊在一起并且通過使用厚膜印刷方法來處理這兩者。
[0100]在圖6B所示的層疊步驟中，由以預定圖案組合在一起的絕緣片120和導電片100構成的多個片被堆疊，以便制造檢測部10。例如，在圖6B所示的片A中，絕緣厚膜120在五個點被嵌入到導電厚膜片100中，以便經(jīng)由絕緣層120來布置后導線部105A、檢測電極平行部100A、檢測導線部102A和后導線部105B。
[0101]雖然分別通過不同的畫影線圖案來指定檢測電極Eu和Eu3,以便在圖6A、圖6B和圖6C中區(qū)分它們，但是通過使用相同方法將絕緣片120嵌入導電片100中來制造檢測電極Ela和Eib的對。在圖6B中，通過沿著它們的平面內(nèi)將層A旋轉(zhuǎn)180°來獲得層B。
[0102]如圖6B所示的，一個層A經(jīng)由層MA直接連接到另一層A。通過在預定的4個位置處將導電片100嵌入絕緣薄膜片120，來將后導線部105A、檢測電極接合部101A、檢測導線部102B和后導線部105B布置在絕緣層120中的預定位置處。一個層B經(jīng)由層MB直接連接到另一層B。在圖6B中，通過在它們的平面內(nèi)將層MA旋轉(zhuǎn)180°來獲得層MB。
[0103]通過層C，檢測電極平行部100A與檢測電極平行部100B絕緣，檢測導線部102A連接到后導線部105A，并且檢測導線部102B連接到后導線部105B，同時檢測電極平行部100A分別與檢測電極平行部100B面對，并且檢測電極平行部100A分別與檢測電極平行部100B絕緣。
[0104]通過在四個點將導電片100嵌入到絕緣薄膜片120中，來將后導線部105A、檢測導線部102A、檢測導線部102B和后導線部105B分別布置在絕緣層120中的預定位置處。
[0105]通過反復地堆疊層A、層MA、層A、層C、層B、層MB、層B、層C、層A......，檢測電極
ELa和檢測電極ELb包括導電部件，所述導電部件例如至少是檢測電極平行部100A、100B、檢測電極接合部101A、101B以及檢測導線部102A、102B。另外，在檢測電極ELA、ELB的一個端部處形成線路故障檢測端子103A、103B，而在檢測電極ELa、ELb的另一個端部處形成PM檢測端子104A、104B。因此，可以形成包括串聯(lián)連接的上述導電部件的檢測電極ELa、ELb。
[0106]層AE被用于處理檢測部10的一個端部，其中，絕緣片120在3個點被嵌入到導電厚膜片100中，而檢測電極平行部100AE連接到檢測電極接合部IOlA和后導線部105A，而檢測電極平行部100BE連接到檢測導線部102B和后導線部105B。
[0107]ETP層僅由絕緣層120制成，以便保護在檢測部10的一個端表面處的絕緣。
[0108]可以通過反復地堆疊層C來形成具有預定長度的后導線部105A和后導線部105B。
[0109]層END被用于處理檢測部10的另一端部。導電片100在四個位置處被嵌入絕緣層120，而另一方面，還可以在三個位置將絕緣層120嵌入導電片100。這使得可以在檢測部10的一側(cè)形成和布置線路故障檢測端子103A和103B以及PM檢測端子104A和104B。
[0110]例如，制造PM檢測傳感器I的實際過程在每個層周圍制造框架，并且形成定位孔，并且對每個層進行層壓。這使得能夠形成具有高精度并且具有連續(xù)導電路徑的檢測電極ELa和ELb，同時維持預定間隙，而從其一個端部到另一端部不具有分支。
[0111]在根據(jù)第一示例性實施例的方法中，每個層被形成為厚的，并且每個層被堆疊以制造層疊結構10MLT。在這之后，將層疊結構10MLT切割成具有預定寬度的多個檢測部10。
[0112]如圖6C中所示的，通過使用諸如切割鋸之類的切割手段將層疊結構10MLT切割成具有預定寬度的多個檢測部10。每個檢測部10被實施在對應的襯底部20上，以便制造根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測元件2。
[0113]可以在將層疊結構10MLT切割成多個檢測部10之前燒制層疊結構10MLT，或在切割之后燒制每個檢測部10。當在燒制之前將層疊結構10MLT切割成多個檢測部10時，可以容易地切割層疊結構10MLT，但是每個檢測部10的尺寸通過燒制改變。在該情況下，存在每個檢測部10的尺寸是不同的可能性。
[0114]另一方面，當在燒制之后將層疊結構10MLT切割成多個檢測部10時，可能難以將其切割成多個檢測部10，但是這使得能夠以高精度制造每個檢測部10的尺寸。
[0115]相應地，可以基于各個應用來選擇執(zhí)行點火過程的時間，例如考慮到節(jié)省制造成本和增大處理精度。
[0116]因為被并入根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I中的PM檢測元件2中的檢測部10具有如之前所述的改進的結構，所以存在以下可能性:類似于各種多層襯底以及諸如壓電致動器之類的壓電設備，通過在這些過程期間所涉及的雜質(zhì)以及熱膨脹系數(shù)的差異將所述層相互分離。
[0117]當在檢測部10中形成的檢測電極ELa、ELb中的每個中發(fā)生脫層時，所述層之間的導電性劣化，并且在PM檢測元件的部分部件中時常產(chǎn)生線路故障。然而，因為根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I具有如之前所描述的結構，所以可以容易地檢測檢測部10中的檢測電極EL^P ELb中的每個中線路故障的發(fā)生。即使相鄰檢測電極ELa、ELb之間的間隙被減小以便消除非敏感范圍，根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I也可以具有并維持高可靠性。
[0118]第二示例性實施例
[0119]將參考圖7描述根據(jù)第二示例性實施例的PM檢測傳感器la。
[0120]圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實施例的PM檢測傳感器的結構的示意圖。[0121 ] 利用相同的附圖標記來指代根據(jù)第二示例性實施例的PM檢測傳感器Ia和根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I中的相同部件，并且在此省略對它們的解釋?，F(xiàn)在將給出對根據(jù)第二示例性實施例的PM檢測傳感器Ia和根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I之間的差異的以下解釋。
[0122]在根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I的結構中，與襯底部20上的線路故障檢測電路30和PM檢測電路部31相互獨立地形成能量供應控制電路部32。
[0123]另一方面，在根據(jù)第二示例性實施例的PM檢測傳感器Ia的結構中，線路故障檢測電路30包括第一線路故障檢測電路部301Aa和第二線路故障檢測電路部301Ba。第一線路故障檢測電路部301Aa和第二線路故障檢測電路部301Ba檢測并調(diào)整由加熱器部220產(chǎn)生的熱能的溫度。
[0124]因為檢測電極ELa中的從線路故障檢測端子103A到PM檢測端子104A的路徑的內(nèi)部電阻Ra取決于溫度，并且檢測電極ELb中的從線路故障檢測端子103B到PM檢測端子104B的路徑的內(nèi)部電阻Rb取決于溫度，所以可以基于內(nèi)部電阻Ra和內(nèi)部電阻Rb來計算加熱器部220的溫度T1和溫度T2。
[0125]將所計算的關于加熱器部220的溫度T1和溫度T2的溫度信息反饋給加熱器控制電路320。加熱器控制部320基于所接收的關于加熱器部220的溫度T1和溫度T2的溫度信息，來指示駕駛員接通和關斷開關元件322，以便將電力供應到加熱器部220和禁止電力被供應到加熱器部220。
[0126]根據(jù)第二示例性實施例的PM檢測傳感器la，除了由第一示例性實施例獲得的那些效果(即，檢測檢測部10中的線路故障的發(fā)生的效果，以及以高精度檢測檢測部10上積聚的PM的量的效果)之外，還可以以高精度調(diào)整加熱器部220的溫度。
[0127]第三示例性實施例
[0128]將參考圖8來描述根據(jù)第三示例性實施例的PM檢測傳感器lb。
[0129]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實施例的PM檢測傳感器Ib的結構的示圖。
[0130]如之前所描述的，根據(jù)第一示例性實施例的PM檢測傳感器I配備有加熱器部220，該加熱器部220在接收到電力時產(chǎn)生熱能，以便燃燒和消除檢測部10上積聚的PM，并且在檢測諸如從內(nèi)燃機排出的廢氣之類的目標檢測氣體中包含的PM的量的過程期間恒定地維持檢測部10的溫度。
[0131]另一方面，根據(jù)第三示例性實施例的PM檢測傳感器Ib具有不具有加熱器部220的結構。具體地，根據(jù)第三示例性實施例的PM檢測傳感器Ib使用檢測電極ELA和ELb的對作為電阻加熱器。
[0132]即，在PM檢測傳感器Ib的結構中，第一線路故障檢測電路部301Ab檢測檢測電極ELa的線路故障檢測端子 103A和104A之間的線路故障的發(fā)生，而第二線路故障檢測電路部301Bb檢測檢測電極ELb的線路故障檢測端子103B和104B之間的線路故障的發(fā)生。除了該功能，第一線路故障檢測電路部301Ab和第二線路故障檢測電路部301Bb中的每個都具有熱能控制功能。
[0133]具體地，第一線路故障檢測電路部301Ab和第二線路故障檢測電路部301Bb分別檢測檢測電極ELa的端部端子103A和104A之間的內(nèi)部電阻和檢測電極ELb的端部端子103B和104B之間的內(nèi)部電阻，并且基于所檢測的內(nèi)部電阻來檢測檢測電極ELa和檢測電極ELb中的線路故障的發(fā)生。除了該功能之外，第一線路故障檢測電路部301Ab和第二線路故障檢測電路部30IBb基于所檢測的內(nèi)部電阻值Ra和Rb來檢測檢測電極ELa和檢測電極ELb的溫度，因為檢測電極ELa和檢測電極ELb中的每個的電阻值都取決于溫度。
[0134]另外，因為電阻中產(chǎn)生的熱能與所供應的能量成比例，所以可以調(diào)整來自電力量可充電電源32Ab和23Bb的將被供應到檢測電極ELa和檢測電極ELb的電力，同時監(jiān)測檢測電極ELa和檢測電極ELb的電阻值Ra和Rb，以便將檢測電極ELa和檢測電極ELb保持在期望的溫度處。
[0135]根據(jù)第三示例性實施例的PM檢測傳感器Ib的結構，除了由根據(jù)第一和第二示例性實施例的PM檢測傳感器I和Ia獲得的效果之外，還可以具有以下效果:增大從電源32Ab和32Bb供應到檢測電極ELa和檢測電極ELb的電力的量，以便當檢測部10上積聚的PM的量變得飽和時，增大檢測電極ELa和檢測電極ELb的溫度。這使得可以消除在檢測部10上積聚的PM。
[0136]第四示例性實施例
[0137]將參考圖9A和圖9B來描述根據(jù)第四示例性實施例的PM檢測傳感器Ic和檢測電極層疊結構10c。
[0138]圖9A是示出根據(jù)第四示例性實施例的PM檢測元件Ic的結構的示意圖。圖9B是示出圖9A示出的根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實施例的PM檢測元件Ic中的檢測電極的具體層疊結構的展開透視圖。
[0139]第一到第三示例性實施例示出了之前描述的PM檢測傳感器的結構，其中，后導線部105A和后導線部105B被形成為穿透檢測電極10的檢測電極層疊結構IOc的內(nèi)部，從而將線路故障檢測端子103A、線路故障檢測端子103B、PM檢測端子104A和PM檢測端子104B布置在層疊結構中的檢測電極10的一個邊緣部分處，以便將它們連接到外部設備。
[0140]另一方面，如圖9A和圖9B所示，在根據(jù)第四示例性實施例的PM檢測傳感器Ic的結構中，線路故障檢測端子103Ac、線路故障檢測端子103bc、PM檢測端子104Ac和PM檢測端子104Bc被形成在四個位置處以在不形成任何后導線部105A和105B的情況下被暴露，并且連接端子110Ac、110Bc、lllAc和11 IBc被形成在PM檢測元件2c的遠端部分，以便通過由形成在襯底部20c的表面上的導電部分106Ac、106Bc、107Ac、107Bc、108Ac、108Bc、109Ac、109Bc、110Ac、110Bc、lllAc和IllBc構成的線路圖案而被連接到外部設備。
[0141]因為PM檢測傳感器Ic不具有后導線部105A和105B，當與根據(jù)第一到第三示例性實施例中的每個實施例的PM檢測傳感器的結構相比，可以容易地制造具有圖9B所示的簡單結構的PM檢測傳感器lc。
[0142]類似于之前描述的第一到第四示例性實施例，因為檢測電極ELa和ELb中的每個都具有從其一個端部到另一端部的不具有分支的連續(xù)導電路徑，同時以高精度維持預定間隙，所以可以容易地檢測檢測電極ELa和檢測電極ELb中線路故障的發(fā)生。
[0143]第五示例性實施例
[0144]將參考圖1OA和圖1OB來描述根據(jù)第五示例性實施例的PM檢測傳感器Id。
[0145]圖1OA是示出根據(jù)第五示例性實施例的PM檢測傳感器Id和檢測電極層疊結構IOd的整體結構的示意圖。圖1OB是示出圖1OA中示出的根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實施例的PM檢測傳感器Id中的檢測電極10的具體層疊結構IOd的展開透視圖。
[0146]在之前描述的示例性實施例中，絕緣層120被嵌入導電片100中，或者導電片100被嵌入絕緣片120，并且將獲得的層堆疊，以制造檢測電極接合部101A、檢測電極接合部101B、檢測導線部102A和檢測導線部102B，并且制造在檢測電極ELa中的不具有分支的從線路故障檢測端子103A到PM檢測端子104A的串聯(lián)連接的導電路徑以及不具有分支的在檢測電極ELb中的從線路故障檢測端子103B到PM檢測端子104B的串聯(lián)連接的導電路徑。
[0147]另一方面，根據(jù)第五示例性實施例，通過使用通孔印刷方法來形成檢測電極接合部101A、檢測電極接合部101B、檢測導線部102A和檢測導線部102B。
[0148]根據(jù)第五示例性實施例的PM檢測傳感器Id的結構，經(jīng)由絕緣層120平行地布置檢測電極100A和100B并且以預定間隙分離檢測電極100A和100B，并且將檢測電極100A和100B從檢測部IOd暴露到外部。該結構使得可以將檢測電極接合部IOlAcU檢測電極接合部IOlBcU檢測導線部102Ad和檢測導線部102Bd嵌入到絕緣層120中。
[0149]該結構使得可以避免電場被集中在檢測電極ELAd和ELBd中的彎曲部分處(在檢測電極平行部100A、100B和檢測電極接合部10ΙΑ、IOlB之間)，并且可以在向檢測電極ELAd和ELBd供應電場時將均勻且恒定的電場供應到檢測電極ELAd和ELBd，以便在檢測電極ELa和ELb上捕獲目標檢測氣體中包含的PM。
[0150]本發(fā)明的概念不限于之前所描述的第一到第五示例性實施例。例如，檢測部10、10a、10b、10c和IOd中的每個都可以具有如下結構，其中檢測電極平行部100A和100B被布置為平行于以直角與如圖1B所示的PM檢測元件2的縱向方向相交的方向，或者具有以下結構，其中檢測電極平行部100A和100B被布置為平行于如圖1A所示的PM檢測元件2的縱向方向。
[0151]在之前描述的第一到第五示例性實施例中，檢測部10、10a、10b、IOc和IOd中的每個都可以具有層疊結構，即其中堆疊多個層以形成層疊結構的多層結構。該結構使得可以增大PM檢測傳感器的檢測精度，并且可以使絕緣層120具有不大于20微米的厚度，經(jīng)由該絕緣層120，檢測電極平行部100A與檢測電極平行部100B絕緣。
[0152]本發(fā)明的概念不限于之前所描述的第一到第五示例性實施例。例如，可以通過使用厚膜印刷方法、電鍍方法、化學氣相沉積(CVD)方法、物理氣相沉積(PVD)方法等來形成檢測部10中的檢測電極平行部100A和100B，只要滿足以下條件:
[0153](Si)每個檢測電極都具有連續(xù)導電路徑而不具有分支，
[0154](s2)每個檢測電極包括被布置且以其間的預定間隙被分離并且相互平行的檢測電極平行部以及接合該檢測電極平行部的檢測電極接合部，以及
[0155](s3)PM檢測傳感器具有線路故障檢測部，該線路故障檢測部能夠檢測從檢測電極的一個端部到該檢測電極的另一端的電阻值并基于所檢測的電阻值來判斷檢測電極的對中的線路故障的發(fā)生。[0156]因為厚膜印刷方法難以形成具有以下檢測電極平行部的PM檢測傳感器，該檢測電極平行部之間的間隙不大于20微米，所以這使得檢測諸如廢氣之類的目標檢測氣體中包含的PM的量的檢測精度劣化。然而，根據(jù)本發(fā)明的PM檢測部由于具有該線路故障檢測部而具有增大的可靠性。
[0157]盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的特定實施例，但是本領域技術人員將認識到，根據(jù)本公開的總體教導，可以獲得對這些細節(jié)的各種變型和改動。相應地，所公開的特殊布置用意在于僅僅是說明性的，而不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍將由以下的權利要求及其等同形式的全部范圍給出。
【權利要求】
1.一種包括微粒物質(zhì)檢測元件(2、2a、2b、2c、2d)的微粒物質(zhì)檢測傳感器(1、la、lb、1(:、1(1)，并且所述微粒物質(zhì)檢測元件(2、2&、213、2(3、2(1)包括在檢測部(10、10a、10b、10c、IOd)上形成的檢測電極(ELa、ELb)的對，所述檢測電極(ELa、ELb)被布置為相互面對并且被分離開預定的間隙，所述檢測電極(ELa、ELb)捕獲目標檢測氣體中所包含的微粒物質(zhì)，檢測形成在所述檢測部(10、10a、10b、10c、IOd)上的所述檢測電極(ELA、ELb)之間的電氣特性，并且所述電氣特性基于所捕獲的和在所述檢測部(10、10a、10b、10c、IOd)上所積聚的微粒物質(zhì)的量而變化， 其中，每個所述檢測電極(ELA、ELB)都包括:檢測電極平行部(100AU00B)，所述檢測電極平行部(100A、100B)相互面對并且經(jīng)由在所述檢測部(10)上的絕緣層(120)而被分離開所述預定的間隙；以及檢測電極接合部(10認、1018、10認(1、1018(1)，經(jīng)由所述檢測電極接合部(101A、101B、IOlAd, IOlBd),所述檢測電極平行部(100A、100B)被連接到每個所述檢測電極(ELA、ELB)，并且** 每個所述檢測電極(ELa、ELb)都形成從第一端子(103A、103B、103Ac、103Bc、103Ad、103Bd)到第二端子(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)的不具有分支的導電路徑， 其中，所述微粒物質(zhì)檢測傳感器還包括線路故障檢測部(301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb)，并且所述線路故障檢測部(301A、301Aa、301Ab、301B、301Ba、301Bb)檢測每個所述檢測電極(ELa、ELb)的從所述第一端子(1034、1038、1034(3、1038(:、1034(1、1038(1)到所述第二端子(104A、104B、104Ac、104Bc、104Ad、104Bd)的所述導電路徑的電阻值，并且基于所檢測的電阻值來檢測每個所述檢測電極(ELA、ELB)中的線路故障的發(fā)生。
2.如權利要求1所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(l、la、lb、lc、ld)，還包括微粒物質(zhì)檢測電路部(31)，所述微粒物質(zhì)檢測電路部(31)能夠檢測所述檢測電極(ELa、ELb)中的所述第一端子(103A-103bU03Ac-103BcU03Ad-103Bd)之間或所述第二端子(104A-104B、104Ac-104Bc、104Ad-104Bd)之間的電阻值、靜態(tài)電容值和阻抗值中的一種，并且所述微粒物質(zhì)檢測電路部(31)檢測在所述檢測部(10)中的所述檢測電極(ELa、ELb)之間所積聚的微粒物質(zhì)的量。
3.如權利要求1或2所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(1、la、lb、lc、ld)，其中，所述微粒物質(zhì)檢測元件(2、2b、2c、2d)包括:所述檢測部(10、10a、10b、10c、IOd)；以及襯底部(20、20b、20c、20d)，在所述襯底部(20、20b、20c、20d)上實施所述檢測部(10、10a、10b、10c、10d)， 其中，所述檢測部(10、10a、10b、10c、IOd)具有層疊結構，所述層疊結構包括被反復堆疊的所述檢測電極平行部(100A、100B)和所述絕緣層(120)，并且 其中，所述檢測電極平行部(100A、100B)具有板狀并且具有在不小于100微米且不大于500微米的范圍內(nèi)的厚度，而所述絕緣層(120)具有板狀并且具有在不小于5微米且不大于20微米的范圍內(nèi)的厚度。
4.如權利要求1或2所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(1、la、lb、lc、ld)，其中，所述微粒物質(zhì)檢測元件(2、2b、2c、2d)包括加熱器部(ELA、ELB、220)，當所述加熱器部(ELA、ELB、220)接收到電力時，所述加熱器部(ELa, ELb>220)能夠產(chǎn)生熱能。
5.如權利要求4所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(1、la、lb、lc、ld)，其中，所述線路故障檢測部(301Aa、301Ba)檢測所述第一端子(103A、103B)到所述第二端子(104A、104B)之間的直流電阻值，并且基于所檢測的直流電阻值來檢測所述檢測電極(ELA、ELB)中的線路故障的發(fā)生,并且 所述線路故障檢測部(301Aa、301Ba)基于所檢測的直流電阻值來計算所述加熱器部(ELA、ELB、220)的溫度，并且所述線路故障檢測部(301Aa、301Ba)充當加熱器部控制電路部，所述加熱器部控制電路部用于基于所計算的所述加熱器部(ELa、ELb,220)的溫度來調(diào)整對所述加熱器部(ELa、ELb、220)的電力供應。
6.如權利要求3所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(1、la、lc、ld)，其中，所述襯底部(20)包括: 具有板狀的絕緣襯底(200、210);以及 在所述絕緣襯底(200、210)的內(nèi)部中形成的所述加熱器部(220)。
7.如權利要求4所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(lb)，其中，所述線路故障檢測部(301Ab、301Bb)檢測從所述第一端子(103A、103B)到所述第二端子(104A、104B)的直流電阻，并且基于所檢測的直流電阻來檢測所述檢測電極(ela、elb)的線路故障的發(fā)生，并且 所述線路故障檢測部(301Ab、301Bb)還包括加熱器部控制電路部，所述加熱器部控制電路部使用每個所述檢測電極(ELa、ELb)作為電阻，并且將電力供應到所述檢測電極(ELa、ELb)中的所述第一端子(103A、103B)和所述第二端子(104A、104B)，以便在所述檢測電極(ELa、ELb)中產(chǎn)生熱能。
8.如權利要求1或2所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(l、la、lb、lc、ld)，其中，所述檢測電極(ELa、ELb)的所述對由鈣鈦礦類型化合物的導電氧化物材料制成，所述化合物是從LNF (LaNia6Fea4O3XLSN (Lah2Sra8NiO4XLSM (La1^xSrxMnO3-S )> LSC (La1^xSrxCoO3-S )> LCC(LahCaxCrO" )、LSCN (Laa85Srai5Cr1H )中選擇的一種，其中 0.1 ≤ X ≤ 0.7，并且所述檢測電極(ELa、ELb)的所述對由具有不小于10_2S/Cm的導電性的導電氧化物材料制成。
9.如權利要求1或2所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(1、la、lb、lc、ld)，其中，所述絕緣層(120)由絕緣氧化物材料制成，所述絕緣氧化物材料是從諸如SYSZ((ZrO2)a92(Y2O3)atl8)之類的部分穩(wěn)定的氧化鋯、MgO和AL2O3中選擇的一種，并且所述絕緣層(120)是具有10_5S/cm的導電性的絕緣氧化物。
10.一種用于制造微粒物質(zhì)檢測元件(2、2b、2c、2d)的方法，所述微粒物質(zhì)檢測元件(2、2b、2c、2d)被用于如權利要求1_9中的任一項所述的微粒物質(zhì)檢測傳感器(1、la、lb、lc、ld)中，所述微粒物質(zhì)檢測元件(2、2b、2c、2d)包括被布置為以預定間隙相互面對的檢測電極(ELa、ELb)的對，所述微粒物質(zhì)檢測元件(2、2b、2c、2d)基于電氣特性來檢測目標檢測氣體中所包含的微粒物質(zhì)，所述電氣特性根據(jù)所述檢測電極(ELA、ELB)的所述對之間所積聚的微粒物質(zhì)的量而變化，所述方法包括以下步驟: 通過使用鈣鈦礦類型化合物的導電氧化物材料來形成導電片(100)，所述導電片(100)將被用于制造檢測電極平行部(100A、100B),所述檢測電極平行部(100A、100B)具有板狀以及在不小于100微米到不大于500微米的范圍內(nèi)的厚度，所述化合物是從LNF(LaNi0 6Fe0.403)、LSN (La12Sr0 8NiO4)' LSM (La1^xSrxMnO3-S )> LSC (La1^xSrxCoO3-S )> LCC(LahCaxCrO" )、LSCN (Laa85Srai5CivxNixO")中選擇的一種，其中 0.1 ≤ X ≤ 0.7 ； 通過使用絕緣氧化物材料來形成絕緣片，所述絕緣氧化物材料是從部分穩(wěn)定的氧化鋯8YSZ( (ZrO2) ο.92 (Y2O3) ο.0s)、MgO和AL2O3中選擇的一種；并且通過使用所述絕緣片來制造絕緣層(120)，所述絕緣層(120)具有板狀以及在不小于5微米和不大于20微米的范圍內(nèi)的厚度；以及 堆疊所述導電片(100)和所述絕緣片(120)以制造所述檢測部(10、10c、10d)。
11.如權利要求10所述的方法，還包括:在預定位置處將具有預定圖案的所述絕緣片(120)嵌入所述導電片(100)的步驟。
12.如權利要求10或11所述的方法，還包括:在預定位置處將具有預定圖案的所述導電片(100)嵌入所述絕緣片(120)的步驟。
【文檔編號】G01N27/00GK103575628SQ201310334469
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月2日 優(yōu)先權日:2012年8月2日
【發(fā)明者】水谷圭吾, 寺西真哉, 木全岳人 申請人:株式會社電裝