專利名稱：碳黑微粒傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳黑微粒傳感器，尤其設(shè)計(jì)一種用于測量柴油汽車尾氣中 碳黑微粒含量的碳黑微粒傳感器。
背景技術(shù)：
柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的工作效率是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的1.3倍左右，在汽車領(lǐng)域優(yōu)先釆用 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將有助于減少能源消耗，減少溫室氣體排放，讓汽車用戶在油價(jià)高 漲的現(xiàn)在能大大減少燃油開支。使用柴油汽車產(chǎn)生的環(huán)境污染較汽油發(fā)動(dòng)機(jī)要 輕得多，但也會(huì)產(chǎn)生碳黑微粒(PM)及氮氧化合物(NOx)，尾氣中的碳黑微 粒容易引起人的肺部和呼吸道疾病，氮氧化合物在空氣中易形成酸雨，這些新 的污染需要加以解決。碳黑微粒的構(gòu)成大部分為碳，其包含的分子碳/氫(C/H) 比例在4 11之間，其為近乎球狀的微粒相連組成，可以通過碳黑微粒過濾器 來消除。同時(shí)，車載診斷系統(tǒng)需要一個(gè)或多個(gè)能精確測量碳黑微粒濃度的碳黑 微粒傳感器，以確保汽車尾氣處理系統(tǒng)控制汽車尾氣中的碳黑微粒排放是否符 合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)也需要碳黑微粒傳感器來測量碳黑微粒在汽車尾氣中 的含量，從而通過調(diào)整柴油發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)來減小尾氣排放中碳黑微粒的含 量。
國內(nèi)主要有濾紙式煙度計(jì)和消光式煙度計(jì)二種碳黑微粒傳感器，但僅限于 探測，誤差大且壽命非常有限，因此不具備實(shí)用和產(chǎn)業(yè)化的條件。 國外研究的方法大致可歸納為二種
第一種研究方法是采用所謂的高壓等離子技術(shù)，由于碳黑微粒是帶電的微 粒，通過兩個(gè)電極在汽車尾氣管道的橫向施加髙電壓，可以吸收帶電碳黑微粒 并使得碳黑微粒在電極上放電，因而可以通過實(shí)時(shí)測量正負(fù)電極間通過的電流 來測量碳黑微粒的含量；
第二種研究方法是通過光聲的方法來測量碳黑微粒的含量，其原理是通過
強(qiáng)度可調(diào)制的激光束照射汽車尾氣，碳黑微粒吸收可調(diào)制光后會(huì)產(chǎn)生熱，這種 熱的變化會(huì)產(chǎn)生氣壓的變化，麥克風(fēng)接收到的這種變化通過處理后可以得到碳 黑微粒含量的數(shù)據(jù)。
但是，第一種方法需要高電壓，技術(shù)相對復(fù)雜；第二種方法測量精度髙， 但技術(shù)更為復(fù)雜且傳感器壽命在惡劣的汽車使用環(huán)境下有局限性，只適合于實(shí)驗(yàn)室制作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種碳黑微粒傳感器，其堅(jiān)固耐用，壽命長，可適應(yīng) 汽車惡劣的工作環(huán)境而直接安裝在汽車尾氣管道上，進(jìn)而測量經(jīng)過尾氣處理系 統(tǒng)后尾氣的碳黑微粒含量，以確保尾氣中排放的碳黑微粒含量符合環(huán)保要求。 本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種碳黑微粒傳感器，包括外殼和包覆于外殼內(nèi) 的感應(yīng)主體，所述感應(yīng)主體包括陶瓷基片和于陶瓷基片前端表面間隔相對設(shè) 置的兩個(gè)電導(dǎo)感應(yīng)電極，所述陶瓷基片上與電導(dǎo)感應(yīng)電極同端設(shè)有加熱裝 置，所述陶瓷基片上還設(shè)有一端分別與電導(dǎo)感應(yīng)電極和加熱裝置電連接，另 一端與外部導(dǎo)線電連接的連接導(dǎo)體。
本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是 一種碳黑微粒傳感器，包括外殼和包覆于 外殼內(nèi)的感應(yīng)主體，所述感應(yīng)主體包括陶瓷基片和于陶瓷基片前端表面間隔 相對設(shè)置的兩個(gè)電導(dǎo)感應(yīng)電極，所述陶瓷基片上與電導(dǎo)感應(yīng)電極同端設(shè)有加 熱裝置，所述陶瓷基片上還設(shè)有一端分別與電導(dǎo)感應(yīng)電極和加熱裝置電連 接，另一端與外部導(dǎo)線電連接的連接導(dǎo)體；所述陶瓷基片為矩形柱體形的 AL203陶瓷基片，所述電導(dǎo)感應(yīng)電極為指交叉分布的一對電極，所述電導(dǎo)感 應(yīng)電極沉積于陶瓷基片前端一側(cè)表面，所述加熱裝置為設(shè)于陶瓷基片前端與 電導(dǎo)感應(yīng)電極相對的另一側(cè)的鉑加熱絲，所述鉑加熱絲絲印夾設(shè)于陶瓷基片 內(nèi)部；所述連接導(dǎo)體沉積在陶瓷基片上，所述陶瓷基片尾端分別與電導(dǎo)感應(yīng) 電極和加熱裝置對應(yīng)設(shè)有兩對外接端子，所述連接導(dǎo)體通過外接端子與外部 導(dǎo)線電連接；所述外殼包括罩設(shè)于陶瓷基片前端的防護(hù)罩，所述防護(hù)罩上具 有供碳黑微粒進(jìn)出的孔眼。 本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是
1. 本發(fā)明堅(jiān)固耐用，其工作壽命可達(dá)8年或汽車運(yùn)行15萬公里以上，可 適應(yīng)汽車惡劣的工作環(huán)境而直接安裝在汽車尾氣管道上測量經(jīng)過尾氣處理系 統(tǒng)后的碳黑微粒含量，以確保尾氣中排放的碳黑微粒含量符合環(huán)保要求。
2. 經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明的感應(yīng)主體根據(jù)熱泳吸附原理能將汽車尾氣中的 碳黑微粒吸附于兩個(gè)電導(dǎo)感應(yīng)電極之間，傳感器響應(yīng)時(shí)間短、反應(yīng)很迅速。
3. 本發(fā)明所探測到的碳黑微粒含量的信息可以通過汽車的局域網(wǎng)系統(tǒng) (CAN)提供給車載診斷系統(tǒng)，以監(jiān)測尾氣處理系統(tǒng)的碳黑微粒過濾器是否可以繼續(xù)工作。


圖1為本發(fā)明安裝位置示意圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例的感應(yīng)主體的側(cè)視圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例的感應(yīng)主體的俯視圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例的指交叉電極示意圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例的外殼示意圖。
其中l(wèi)外殼；2陶瓷基片；3電導(dǎo)感應(yīng)電極；4加熱裝置；5連接導(dǎo)體； 6外部導(dǎo)線；7防護(hù)罩；8外接端子；9碳黑微粒過濾器；IO排氣管；11碳黑 微粒傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述-
實(shí)施例如圖2至圖6所示， 一種碳黑微粒傳感器11,包括耐髙溫不 銹鋼外殼1和包覆于外殼1內(nèi)的感應(yīng)主體，其中外殼1可以使用現(xiàn)有的技術(shù) 中其他碳黑微利傳感器的外殼，所述感應(yīng)主體包括陶瓷基片2和于陶瓷基片 2前端表面間隔相對設(shè)置的兩個(gè)指交叉分布的電導(dǎo)感應(yīng)電極3，所述陶瓷基 片2上與電導(dǎo)感應(yīng)電極3同端設(shè)有加熱裝置4，所述陶瓷基片2為矩形柱體 形的AL203陶瓷基片，所述電導(dǎo)感應(yīng)電極3沉積于陶瓷基片2前端一側(cè)表面， 所述加熱裝置4為設(shè)于陶瓷基片2前端與電導(dǎo)感應(yīng)電極3相對的另一側(cè)的鉑 加熱絲。電導(dǎo)感應(yīng)電極3用于測量兩個(gè)電極之間的電導(dǎo)大小，而加熱裝置4 用于將陶瓷基片2上積累的碳黑微粒燃燒清除掉。通過測量電極之間電導(dǎo)的 大小來測量碳黑微粒的多少，碳黑微粒的多少與電導(dǎo)的大小成正比
所述電導(dǎo)感應(yīng)電極3和鉑加熱絲通過絲印的方法制備于陶瓷基片2上， 其中鉑加熱絲絲印夾設(shè)于陶瓷基片2內(nèi)層與電導(dǎo)感應(yīng)電極3平行設(shè)置。 一般 來說，鉑加熱絲絲印在陶瓷基片2上的區(qū)域要略大于電導(dǎo)感應(yīng)電極3的區(qū)域， 以使得溫度均衡、碳黑微粒燃燒完全。這里感應(yīng)主體部分陶瓷基片的一致性 要好，制備過程中有機(jī)材料的選擇要求與陶瓷材料在烘干過程中熱性能相匹 配。
所述陶瓷基片2上還設(shè)有沉積在陶瓷基片2上的連接導(dǎo)體5，所述陶瓷基片2尾端分別與電導(dǎo)感應(yīng)電極3和加熱裝置4對應(yīng)設(shè)有兩對外接端子8, 所述連接導(dǎo)體5通過外接端子8與外部導(dǎo)線6電連接，外部導(dǎo)線6從外殼1 的尾部接出。其中電導(dǎo)感應(yīng)電極3連接到外部電路的電導(dǎo)測量儀器上以測得 電導(dǎo)感應(yīng)電極3之間的電導(dǎo)變化，而鉑加熱絲兩端與外部的電池電源以及加 熱控制器相連，加熱控制器可以通過電導(dǎo)測量儀器測得的電導(dǎo)阻值信號(hào)來控 制加熱電源開關(guān)的開合。
所述外殼1包括罩設(shè)于陶瓷基片2前端的防護(hù)罩7，所述防護(hù)罩7上具有 供碳黑微粒進(jìn)出的孔眼?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)計(jì)孔眼的密度大小，若是需要進(jìn)入的 碳黑微粒多一些快一些，則可以采用前端開口的金屬屏蔽網(wǎng)圍成的防護(hù)罩7， 一般對于設(shè)置在碳黑微粒過濾器9下游的傳感器多采用這種形式的防護(hù)罩7; 如果需要進(jìn)入傳感器的碳黑微粒少一些慢一些，則可以采用金屬罩，然后在金 屬罩上根據(jù)需要設(shè)置小孔，一般設(shè)置在碳黑微粒過濾器9上游的傳感器傾向于 采用這種形式的防護(hù)罩7。
本實(shí)施例的碳黑微粒傳感器ll安裝在汽車尾氣排氣管IO上，如圖l所示， 由于汽車尾氣與外界環(huán)境存在一個(gè)較大的溫度差，因而傳感器感應(yīng)主體溫度低
于尾氣溫度，根據(jù)熱泳吸附原理，汽車尾氣中的碳黑微粒會(huì)被吸附于兩個(gè)指叉 式電導(dǎo)感應(yīng)電極3之間，通過測量電導(dǎo)感應(yīng)電極3之間電導(dǎo)的大小來測量在汽 車尾氣中的碳黑微粒含量的多少。碳黑微粒傳感器11工作溫度范圍為-20'C到 400X:，輸入電壓的范圍在10-16V之間，輸出電壓是0-5V,加熱絲要確保可 以加熱碳黑微粒傳感器11感應(yīng)主體部分的溫度至少要達(dá)到600度以上。
工作時(shí)，尾氣經(jīng)過碳黑微粒傳感器11時(shí)，碳黑微粒被電導(dǎo)感應(yīng)電極3吸 附，碳黑微粒沉積的越多，兩個(gè)電極之間的電阻越小、電導(dǎo)越大，當(dāng)電導(dǎo)上升 至某一設(shè)定值時(shí)(可通過比較器實(shí)現(xiàn)對比)，加熱控制器給出一個(gè)信號(hào)，使得 加熱電源開關(guān)閉合，此時(shí)加熱裝置4開始加熱，使碳黑微粒汽化，加熱電源開 關(guān)閉合一定時(shí)間后斷開，再循環(huán)進(jìn)行下一次測量。
本發(fā)明堅(jiān)固耐用，壽命長，可適應(yīng)汽車惡劣的工作環(huán)境而直接安裝在汽車 尾氣管道上，進(jìn)而測量經(jīng)過尾氣處理系統(tǒng)后尾氣的碳黑微粒含量，以確保尾氣 中排放的碳黑微粒含量符合環(huán)保要求。
權(quán)利要求
1.一種碳黑微粒傳感器，包括外殼(1)和包覆于外殼(1)內(nèi)的感應(yīng)主體，其特征在于所述感應(yīng)主體包括陶瓷基片(2)和于陶瓷基片(2)前端表面間隔相對設(shè)置的兩個(gè)電導(dǎo)感應(yīng)電極(3)，所述陶瓷基片(2)上與電導(dǎo)感應(yīng)電極(3)同端設(shè)有加熱裝置(4)，所述陶瓷基片(2)上還設(shè)有一端分別與電導(dǎo)感應(yīng)電極(3)和加熱裝置(4)電連接，另一端與外部導(dǎo)線(6)電連接的若干連接導(dǎo)體(5)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳黑微粒傳感器，其特征在于所述陶瓷基 片(2)為矩形柱體形的AL203陶瓷基片，所述兩個(gè)電導(dǎo)感應(yīng)電極(3)為指 交叉分布的一對電極，所述電導(dǎo)感應(yīng)電極(3)沉積于陶瓷基片(2)前端一 側(cè)表面，所述加熱裝置(4)為設(shè)于陶瓷基片(2)前端與電導(dǎo)感應(yīng)電極(3) 相對的另一側(cè)的鉑加熱絲，所述鉑加熱絲絲印夾設(shè)于陶瓷基片(2)內(nèi)層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳黑微粒傳感器，其特征在于所述連接導(dǎo) 體(5)沉積在陶瓷基片(2)上，所述陶瓷基片(2)尾端分別與電導(dǎo)感應(yīng) 電極(3)和加熱裝置(4)對應(yīng)設(shè)有兩對外接端子(8)，所述連接導(dǎo)體(5) 通過外接端子(8)與外部導(dǎo)線(6)電連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳黑微粒傳感器，其特征在于所述外殼(1) 包括罩設(shè)于陶瓷基片(2)前端的防護(hù)罩(7),所述防護(hù)罩(7)上具有供碳 黑微粒進(jìn)出的孔眼。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳黑微粒傳感器，包括外殼和包覆于外殼內(nèi)的感應(yīng)主體，所述感應(yīng)主體包括陶瓷基片和于陶瓷基片前端表面間隔相對設(shè)置的兩個(gè)電導(dǎo)感應(yīng)電極，所述陶瓷基片上與電導(dǎo)感應(yīng)電極同端設(shè)有加熱裝置，所述陶瓷基片上還設(shè)有一端分別與電導(dǎo)感應(yīng)電極和加熱裝置電連接，另一端與外部導(dǎo)線電連接的連接導(dǎo)體。本發(fā)明堅(jiān)固耐用，壽命長，可適應(yīng)汽車惡劣的工作環(huán)境而直接安裝在汽車尾氣管道上，進(jìn)而測量經(jīng)過尾氣處理系統(tǒng)后尾氣的碳黑微粒含量，以確保尾氣中排放的碳黑微粒含量符合環(huán)保要求。
文檔編號(hào)G01N27/04GK101294890SQ20081012249
公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者屹 丁 申請人:蘇州賓特電源有限公司