專利名稱：測量純電阻材料層的閾值厚度的方法、實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備和這種設(shè)備在排氣消聲器中的使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測量純電阻材料層的閾值厚度的方法，該方法特別適用于機(jī)動(dòng)車輛排
氣裝置中碳煙的沉積物。本發(fā)明還提供了用于實(shí)現(xiàn)該方法的設(shè)備和這種設(shè)備在排氣消聲器中的使用。
背景技術(shù)：
對(duì)汽車排氣中污染排放物的限度的連續(xù)降低(如國家或國際標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制實(shí)行的)構(gòu)成了對(duì)汽車制造商的主要限制。2005歐洲規(guī)章Euro 4接受了 0. 025毫克/千米(mg/km)的最大污染率，但是未來的歐洲規(guī)章Euro 5(預(yù)計(jì)在2010年)將使得最大污染率的閾值下降至O. 005mg/km，這意味著在歐盟的所有國家中的所有汽車內(nèi)需要實(shí)現(xiàn)微粒過濾器(PF)技術(shù)。因此，Euro5規(guī)章將顯著地增加當(dāng)前的要求。 因此，改進(jìn)PF控制系統(tǒng)以得到更好的性能是汽車制造商當(dāng)前優(yōu)先考慮的事。現(xiàn)在，在市場上買不到能夠以可接受的可靠性量化引擎的微粒排放的裝置。在某些交通工具中，將引擎執(zhí)行的工作周期存儲(chǔ)并且與預(yù)記錄的工作圖表比較?；谶@種比較觸發(fā)PF再生。但是，在引擎的壽命期間，對(duì)于任何給定的工作周期，微粒排放的等級(jí)都可能漂移。燃
料的量也可能改變排放。這些漂移極其難以合并。因此，該系統(tǒng)不是很可靠并且相對(duì)地昂
蟲貝° 另一種解決方案存在于考慮壓頭損失(PF的入口和PF的出口之間的壓力差)。然而，排氣回壓本身并不準(zhǔn)確地代表過濾器中負(fù)載的重量，因?yàn)槠浞浅?qiáng)烈地依賴于碳煙積累的條件、碳煙的性質(zhì)、交通工具行駛的公里數(shù)目和駕駛的類型等等。
為了檢測碳煙微粒，已經(jīng)有人提出了多種技術(shù) 通過將光散射在微粒上進(jìn)行的光學(xué)檢測；因?yàn)榛覊m在光學(xué)組件上積累并且因?yàn)?br> 高的成本(因?yàn)橄到y(tǒng)需要能夠承受高溫)，這種技術(shù)難以在引擎應(yīng)用中使用；，通過對(duì)電離電流的修改進(jìn)行的電子檢測；因?yàn)檫@個(gè)技術(shù)需要使用高的電流強(qiáng)度，
因此它同樣地昂貴；禾口 測量由碳煙的燃燒產(chǎn)生的并且與所氧化的材料的重量成比例的溫度上升(催化傳感器的原理)；這種技術(shù)不那么貴，但是仍然難以應(yīng)用于引擎，因?yàn)榄h(huán)境溫度不僅高而且波動(dòng)劇烈。 存在眾所周知的的技術(shù)，用于通過電容性的測量，測量材料的厚度的。然而，電容性的測量僅用于本質(zhì)上是電容性的材料，即，材料中的電阻與電容相比是可以忽略的，并且這種測量需要復(fù)雜的處理器電路。在文檔US 4766369和US 5955887中公開了這樣的技術(shù)，用于分別檢測純冰的沉積物(純電容性的材料)或者水和冰的混合物的沉積物(測量材料混合物的總阻抗)。 對(duì)于純電阻性的材料，文檔WO 2005/124313描述了影響傳感器上的碳煙沉積的方法。該文檔涉及測量純電阻材料的沉積物的電阻，并且根據(jù)以下原理為了測量傳感器的兩個(gè)電極之間的電阻，需要強(qiáng)迫的最小碳煙沉積的階段，以使傳感器工作，即，來確保存在可以測量的有限電阻。在這個(gè)初始的沉積之后，可以跟蹤作為沉積物厚度的函數(shù)的碳煙層電阻。這導(dǎo)致了僅能通過將所測量的電阻與電阻隨厚度變化的概要數(shù)據(jù)庫比較來檢測閾值厚度。這種方法除了缺乏準(zhǔn)確度以外，傳感器還必須必要地與復(fù)雜的并且能夠執(zhí)行大量計(jì)算的電子設(shè)備相關(guān)聯(lián)。此外，在該文檔中描述的技術(shù)表現(xiàn)出以完全依賴沉積條件的方式測量電阻的主要缺點(diǎn)，上述沉積條件例如，溫度上的和廢氣流量上的大的波動(dòng)，以及煙氣成分上的大的波動(dòng)，煙氣成分本身在引擎的壽命期間會(huì)波動(dòng)。此外，當(dāng)排氣消聲器工作時(shí)，所需的在電極之間強(qiáng)迫沉積碳煙的階段不提供代表在表面的剩余部分發(fā)生的沉積的測量。
因此，還沒有提出簡單而且準(zhǔn)確的技術(shù)，用于檢測純電阻材料的閾值厚度的沉積。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明尋求提供可靠的、簡單的和準(zhǔn)確的方法，用于檢測純電阻材料的閾值
厚度的沉積，并且使得可從傳感器提供不依賴于材料的電阻率、溫度或者廢氣流速的響應(yīng)。 為了彌補(bǔ)已知技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了通過在形成至少兩個(gè)電極對(duì)的至少三個(gè)
電極之間進(jìn)行微差測量，測量純電阻材料層的閾值厚度的方法，其中，根據(jù)將將測量的所述
沉積物厚度調(diào)整電極的長度和/或?qū)挾群?或所施加的電壓和/或間距。 為此，本發(fā)明提供了測量在傳感器上沉積的純電阻材料層的閾值厚度的方法，所
述傳感器包括用于定義至少兩個(gè)電極對(duì)的至少三個(gè)電極，所述至少兩個(gè)電極對(duì)在支座上以
相鄰的方式布置并且用定義的電壓供電，定義的電壓在所述電極之間產(chǎn)生電流，所述電極
對(duì)通過從以下參數(shù)中選擇的至少一個(gè)第一參數(shù)相差異電極的寬度、間距、長度和施加到每
對(duì)電極的電壓。在這種方法中，對(duì)所述參數(shù)的至少一個(gè)第二參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得當(dāng)達(dá)到所述
閾值厚度時(shí)，在所述第一對(duì)電極之間的第一 電阻或者第一 電流和在所述第二對(duì)電極之間的
第二電阻或者第二電流是相等的。 由于測量的差分性，因此所述測量不依賴于沉浸所述層的實(shí)驗(yàn)條件，例如氣體的溫度和流量。該測量還不依賴于所述沉積物的電阻率。
在其它實(shí)現(xiàn)中 所述電極對(duì)通過從每對(duì)電極的寬度和間距中選擇的至少一個(gè)第一參數(shù)相差異，并且調(diào)整從間距、寬度、長度和施加到電極的電壓中選擇的至少一個(gè)第二參數(shù)，使得當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度時(shí)，在所述第一對(duì)電極之間的第一電阻或者第一電流和在所述第二對(duì)電極之間的第二電阻或者第二電流是相等的；
所述第一電極對(duì)的寬度和/或間距是使得當(dāng)厚度增加時(shí)，所述第一對(duì)電極之間
的電流相對(duì)于所述層的厚度的導(dǎo)數(shù)趨于零，并且所述第二電極對(duì)的寬度和/或間距是使得
當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度時(shí)，所述第二對(duì)電極之間的電流隨著所述層的厚度大體上線性地增
加，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 a)向所述電極對(duì)應(yīng)用各自定義的電壓； b)測量第一對(duì)電極之間的第一電阻或者第一電流； c)測量第二對(duì)電極之間的第二電阻或者第二電流； d)比較第二電阻和第一電阻或者比較第一電流和第二電流；禾口 e)當(dāng)電阻相等或者電流相等時(shí)，產(chǎn)生信號(hào)，調(diào)整電極的寬度和/或長度和/或所施加的電壓和/或間距，使得當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度時(shí)，獲得所述相等； 所述第一對(duì)電極的寬度位于100納米(nm)到1厘米(cm)的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于10微米(m)到1毫米(mm)的范圍內(nèi)，典型地位于30 y m到250 y m的范圍內(nèi)，并且所述第二對(duì)電極的寬度位于500nm到5cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于50 y m到5mm的范圍內(nèi)，典型地位于250 ii m到1mm的范圍內(nèi)； 所述第一對(duì)電極的寬度和所述第二對(duì)電極的寬度之間的比率位于1 : 1000到
io : i的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于i : ioo到i : i的范圍內(nèi)，典型地位于i : io到i : 2的
范圍內(nèi)； 所述第一對(duì)電極的間距位于lOOnm到1cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于10 y m到1mm的范圍內(nèi)，典型地位于30 ii m到250 y m的范圍內(nèi)，并且所述第二對(duì)電極的間距位于500nm到5cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于50 ii m到5mm的范圍內(nèi)，典型地位于250 y m到1mm的范圍內(nèi)； 所述第一間距和所述第二間距之間的比率位于i : iooo到i : i的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于i : ioo到i : 2的范圍內(nèi)，典型地位于i : io到i : 3的范圍內(nèi)； 所述第二對(duì)電極具有與所述第一對(duì)電極的長度不同的長度； 施加于所述第二對(duì)電極的電壓與施加于所述第一對(duì)電極的電壓不同；和/或 所述方法可以進(jìn)一步包括通過在所述支座上布置的發(fā)熱器電阻清潔所述傳感器
的步驟，以如此方式布置發(fā)熱器電阻以確保電阻材料的所述沉積物的完全燃燒。 為了實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還提供了確定檢測器設(shè)備尺寸的方法，該檢測器用于
檢測在所述設(shè)備的電極上沉積的純電阻材料層的閾值厚度。該方法包括以下步驟 a )在第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)上沉積純電阻材料的選擇的閾值厚度，
第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)連接到電壓源，并且在從電極寬度和間距中選擇的第一
參數(shù)上不同； 13)對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)電極對(duì)，在所選擇的閾值厚度處測量電流或者電阻，并且計(jì)算每對(duì)電極之間的電流的比率或者電阻的比率；禾口 Y)制作具有兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，這兩個(gè)電極對(duì)通過與所述實(shí)驗(yàn)電極相同的第一參數(shù)和通過從長度和施加到電極的電壓中選擇的至少一個(gè)第二參數(shù)相差異，所述第二參數(shù)在比率上不同，該比率等于在所述的實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟13)中在所述閾值厚度處測量的電流的比率或者電阻的比率。
在其它實(shí)現(xiàn)中 在執(zhí)行步驟a )期間，所述第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)具有各自的第一
寬度和第二寬度，但是具有相同的長度、間距和施加的電壓；并且在執(zhí)行步驟Y)期間，制
造了包括兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，所述兩個(gè)電極對(duì)分別具有與所述實(shí)驗(yàn)電極的第一寬度和第
二寬度相同的第一寬度和第二寬度，并具有相同的間距，并且在兩個(gè)電極對(duì)中，所述第二
對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的長度之間的比率或者向所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的
接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在所述實(shí)驗(yàn)的電極對(duì)之間、在前面的步驟
中、在所選擇的閾值厚度處測量的所述電流的比率或者所述電阻的比率； 在執(zhí)行步驟a)期間，所述第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)和所述第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)具有各自的
第一間距和第二間距，但是具有相同的長度、寬度和施加的電壓；并且在執(zhí)行步驟Y)期
間，制造了包括兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，這兩個(gè)電極對(duì)分別具有與所述實(shí)驗(yàn)電極的第一間距和第二間距相同的第一間距和第二間距，并具有相同的寬度，并且在兩個(gè)電極對(duì)中，所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的長度之間的比率或者向所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在所述實(shí)驗(yàn)的電極對(duì)之間、在前面的步驟
中、在所選擇的閾值厚度處測量的所述電流的比率或者所述電阻的比率；
在執(zhí)行步驟a )期間，所述第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)和所述第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)通過電極的
寬度和間距相差異，電極具有相同的長度和施加的電壓；并且在執(zhí)行步驟Y)期間，制造了包括兩對(duì)電極的傳感器，這兩個(gè)電極對(duì)具有與所述實(shí)驗(yàn)電極的寬度和間距相同的寬度和間距，并且在兩個(gè)電極對(duì)中，所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的長度之間的比率或者向所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在所述實(shí)驗(yàn)的電極對(duì)之間、在前面的步驟中、在所選擇的閾值厚度處測量的所述電流的比率或者所述電阻的比率。 本發(fā)明還提供了檢測器設(shè)備，用于通過實(shí)現(xiàn)上述的測量方法檢測純電阻材料層的
閾值厚度，所述設(shè)備包括傳感器、電壓源和測量裝置，傳感器配備有用于定義在支座上以相
鄰的方式布置的至少兩個(gè)電極對(duì)的至少三個(gè)電極，電壓源連接到所述電極并且調(diào)整電壓源
以在每個(gè)電極對(duì)之間傳遞電壓，測量裝置用于測量所述電極對(duì)之間的電阻或者電流。所述
設(shè)備進(jìn)一步包括用于互相比較所述電阻或者互相比較所述電流的裝置和當(dāng)所測量的電阻
或者所測量的電流相等時(shí)用于產(chǎn)生信號(hào)的裝置。電極對(duì)通過從電極寬度和間距中選擇的至
少一個(gè)第一參數(shù)以及從間距、寬度、長度和向電極施加的電壓源的設(shè)置中選擇的至少一個(gè)
第二參數(shù)相差異，所述第二參數(shù)使得在使用中，當(dāng)已經(jīng)在所述電極上沉積了將檢測的所述
閾值厚度時(shí)，獲得相等的電阻或者電流。 在其它實(shí)施方式中 所述第一對(duì)電極的寬度和/或第一間距是使得在使用中，當(dāng)所述厚度增加時(shí)，所
述的第一對(duì)電極之間的電流相對(duì)于所述層的厚度的導(dǎo)數(shù)趨于零，并且所述第二電極對(duì)的寬
度和/或第二間距是使得在使用中，當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度時(shí)，所述第二對(duì)電極之間的電流
隨著所述層的厚度大體上線性地增加，調(diào)整所述電極的寬度和/或長度和/或間距、和/或
所述電壓源的設(shè)置使得當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度時(shí)獲得相等的電阻或者電流； 在所述電極上放置了絕緣材料的罩，以便僅確定長度的電極與電阻材料層電接
觸； 以平行的、相互交錯(cuò)的或者其組合的方式布置所述電極； 可以通過上述的確定尺寸的方法獲得所述檢測器設(shè)備，并且所述檢測器設(shè)備可
以具有兩對(duì)電極，這兩對(duì)電極分別具有與所述實(shí)驗(yàn)電極的第一寬度和第二寬度相同的第一
寬度和第二寬度，并具有相同的間距，并且在兩對(duì)電極中，所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)
電極的所述長度之間的比率或者向所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的接線端在使用中
施加的電壓之間的比率等于在所述實(shí)驗(yàn)的電極對(duì)之間、在所述確定尺寸的方法的步驟P)
中、在所選擇的閾值厚度處測量的所述電流的比率或者所述電阻的比率； 可以通過上述的確定尺寸的方法獲得所述檢測器設(shè)備，并且所述檢測器設(shè)備可
以具有兩個(gè)電極對(duì)，這兩個(gè)電極對(duì)具有與所述實(shí)驗(yàn)電極的第一間距和第二間距相同的第一
間距和第二間距，并且在兩個(gè)電極對(duì)中，在所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的長度之間
的比率或者向所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在所述實(shí)驗(yàn)的電極對(duì)之間、在所述確定尺寸的方法的步驟P)中、在所選擇的閾值 厚度處測量的所述電流的比率或者所述電阻的比率；和/或 可以通過上述的確定尺寸的方法獲得所述檢測器設(shè)備，并且所述檢測器設(shè)備可 以具有兩個(gè)電極對(duì)，這兩個(gè)電極對(duì)具有與所述實(shí)驗(yàn)電極的寬度和間距相同寬度和間距，并 且在兩對(duì)電極對(duì)中，在所述第二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的長度之間的比率或者向所述第 二對(duì)電極和所述第一對(duì)電極的接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在所述實(shí)驗(yàn)的 電極對(duì)之間、在上述確定尺寸的方法的步驟P)中、在所選擇的閾值厚度處測量的所述電 流的比率或者所述電阻的比率； 本發(fā)明還提供了上述測量方法的使用，上述測量方法用于在排氣消聲器中檢測閾 值厚度的碳煙層的沉積。在所述使用期間，當(dāng)所述第一電阻和所述第二電阻相等或者所述 第一電流和所述第二電流相等時(shí)，在步驟e)中產(chǎn)生的信號(hào)可以用于觸發(fā)微粒過濾器再生 的步驟。 最后，本發(fā)明提供了配備有微粒過濾器的排氣消聲器，該排氣消聲器包括位于所 述微粒過濾器的上游的、用于實(shí)現(xiàn)上述所述測量方法的至少一個(gè)上述的檢測器設(shè)備。所述 排氣消聲器還可以包括位于所述微粒過濾器的下游的至少一個(gè)上述的檢測器設(shè)備。


參照附圖作出的以下詳細(xì)描述中提供了本發(fā)明的其它特征，其中
圖1是本發(fā)明的檢測器設(shè)備的圖解剖面視圖； 圖2是總圖和總圖的細(xì)節(jié)A的放大圖，示出了電極寬度對(duì)隨沉積物厚度變化的、電 極之間的電流的影響(以恒定間距)； 圖3是總圖連同總圖的細(xì)節(jié)B的放大圖，示出了電極間距對(duì)隨沉積物厚度變化的、 電極之間的電流的影響(以恒定寬度)； 圖4是說明了本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)的圖，在于使用具有不同寬度和相同間距的電 極對(duì)，并且根據(jù)將確定的閾值厚度調(diào)整電極對(duì)中的一對(duì)電極的長度； 圖5是總圖連同總圖的細(xì)節(jié)D的放大圖，示出了寬度/間距比等于1的電極的寬 度和間距值對(duì)隨沉積物厚度變化的電流的影響； 圖5a和圖5b是說明了本發(fā)明的方法的兩個(gè)實(shí)現(xiàn)的圖，在于使用具有不同的寬度 和間距但是寬度/間距比等于1的電極對(duì)，并在于根據(jù)將確定的閾值厚度調(diào)整電極對(duì)中的 一對(duì)電極的長度； 圖6是示出本發(fā)明的設(shè)備的兩個(gè)電極之間的電流如何隨著純電阻材料的沉積層 的厚度而變化； 圖7和圖8是本發(fā)明的傳感器在確定電極尺寸之前和之后的示意平面圖；
圖9到圖12是具有不同的電極布局的本發(fā)明的傳感器的示意平面圖；禾口
圖13是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的對(duì)材料層的電阻率進(jìn)行直接測量的方法的設(shè)備的示意 平面圖。
具體實(shí)施例方式
用于測量純電阻材料的閾值厚度的本發(fā)明的方法提出對(duì)絕緣支座上放置的兩對(duì)電極之間的純電阻材料層中的電阻或電流進(jìn)行微差測量。應(yīng)當(dāng)在功能意義上而不是結(jié)構(gòu)意 義上理解術(shù)語"兩對(duì)電極"，即，該測量可在通過三個(gè)物理電極獲得的兩對(duì)電極之間執(zhí)行測 量，其中的一個(gè)電極屬于兩對(duì)電極。 與絕緣材料形成對(duì)比，本方法本質(zhì)上適用于電子的導(dǎo)體材料或者半導(dǎo)體材料。
電極對(duì)由電極的高度、寬度、長度和間距表征。下面，將所有的電極認(rèn)為具有相同 的高度，并且該高度相對(duì)于將檢測的閾值厚度是可以忽略的。 為了獲得電阻或者電流的微差測量，相對(duì)于將要確定的層的閾值厚度對(duì)寬度和/ 或長度和/或電壓和/或間距進(jìn)行優(yōu)化。 因此，本發(fā)明的檢測器設(shè)備包括傳感器，該傳感器配備有至少三個(gè)電極，至少三個(gè) 電極用于定義在介質(zhì)上以相鄰的方式放置的至少兩個(gè)電極對(duì)。該設(shè)備還包括電壓源，其連 接于電極并且被調(diào)整為在每個(gè)電極對(duì)之間傳遞施加的電壓。電壓源的調(diào)整使得能夠?qū)﹄姌O 對(duì)供給相同的電壓或者供給不同的電壓。 當(dāng)在電極上沉積了電阻材料時(shí)，電壓在每對(duì)電極之間產(chǎn)生電流。傳感器還包括用 于測量電極對(duì)之間的電阻或者電流的裝置、用于對(duì)電阻或者電流互相比較的裝置、和用于 當(dāng)所測量的電阻或者電流相等時(shí)產(chǎn)生信號(hào)的裝置。根據(jù)本發(fā)明，電極對(duì)在至少第一參數(shù)和 至少第二參數(shù)方面不同，至少第一參數(shù)選自電極的寬度和電極的間距，至少第二參選自間 距、寬度、長度和施加于電極的電壓源的調(diào)整。第二參數(shù)使得在使用中，當(dāng)在電極上沉積了 將要檢測的閾值厚度時(shí)，獲得電阻相等或者電流相等。 因此，圖1示出了用于檢測純電阻材料的閾值厚度的設(shè)備，該設(shè)備包括傳感器，該 傳感器配備有在支座1上以相鄰的方式沉積的兩個(gè)電極對(duì)100和200，兩個(gè)電極對(duì)具有不同 的寬度101 、201和不同的間距102、202。每個(gè)電極對(duì)100、200中的一個(gè)電極100a、200a的 接線端連接到發(fā)生器2，發(fā)生器2被調(diào)整為傳遞定義的電壓U，并且每個(gè)電極對(duì)100、200中 的另一個(gè)電極100b、200b的接線端連接到各自的電阻測量裝置103和203。該測量裝置可 以是歐姆表或者電流表，電流表用來測量在電極之間流動(dòng)的電流的幅度，然后通過歐姆定 律獲得電阻。該設(shè)備還包括比較器裝置(沒有示出)，其用于對(duì)電阻或者電流互相比較； 和發(fā)生器裝置(沒有示出)，其用于當(dāng)所測量的電阻或電流相等時(shí)產(chǎn)生信號(hào)。
將寬度101、201和/或間距102、202選擇為使得首先，由于在第一電極對(duì)100的 兩個(gè)電極100a、100b之間施加電壓而產(chǎn)生的電場線104絕大部分地保持為限制在純電阻材 料的層3之內(nèi)；其次，當(dāng)所述層的厚度達(dá)到將檢測的閾值厚度es時(shí)，由于在第二電極對(duì)200 的電極200a和200b之間施加電壓而產(chǎn)生的電場線204中的至少一些保持為在材料層3之 外。 因此，只要電場線中的一些保持在材料層3之外，電流就隨著層的厚度大體上線 性地增加。通過圖2、圖3和圖5的曲線，在每條曲線的大體上線性的部分Clin中說明了這 種線性的變化。 但是，當(dāng)沉積物的厚度增加而使得兩個(gè)電極之間的電場線絕大部分地保持限制在 材料層的內(nèi)部時(shí)，電流相對(duì)于厚度的導(dǎo)數(shù)dl/de趨于零。在圖2、圖3和圖5中通過每條曲 線的漸進(jìn)的部分Casy說明了這種導(dǎo)數(shù)趨于零的變化。 可僅改變電極寬度參數(shù)和電極間距參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)，以獲得提供表示這一事實(shí) 的可區(qū)別的外觀的曲線，即，第一電極對(duì)先于第二電極對(duì)形成漸進(jìn)的特性。
優(yōu)選地，為了獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，并同時(shí)限制電極的尺寸和使用的材料的數(shù)量，將所 述參數(shù)的變化選擇為使得首先，第一電極對(duì)在已經(jīng)沉積了閾值厚度之前達(dá)到飽和狀態(tài)， 即，由于在兩個(gè)電極之間施加電壓產(chǎn)生的電場線絕大部分地保持為限制在純電阻材料層的 內(nèi)部；并且其次，第二對(duì)電極在沉積物達(dá)到閾值厚度之后達(dá)到飽和狀態(tài)，B卩，當(dāng)所述層的厚 度達(dá)到將檢測的閾值厚度Es時(shí)，在電極之間施加電壓而產(chǎn)生的電場線中的至少一些保持在 材料層之外。 因此，圖2示出了電極的寬度"1"對(duì)表示電極之間的電流I如何隨沉積物的厚度 g變化的曲線的影響。使用相同的任意單位(u.a)表示寬度l、間距S和沉積物厚度g。長 度L、間距s和電壓U保持恒定。圖2和細(xì)節(jié)A的放大圖(在圖2的底部的圖)示出了電極 的寬度越小，發(fā)生飽和狀態(tài)時(shí)的厚度就e越小。因此，具有O. lu.a的電極寬度的一對(duì)電極 (在每個(gè)圖的底部的曲線Cl)在大約1. 5u. a的厚度處達(dá)到其漸進(jìn)電流(大約0. 4u. a)(見 細(xì)節(jié)A的放大圖)，而具有10u. a的電極寬度的一對(duì)電極(在每個(gè)圖的上部的曲線C2)在大 約40u. a的厚度處達(dá)到其漸進(jìn)電流(大約1. 4u. a)。 圖3示出了電極間距對(duì)表示電極之間的電流隨沉積物的厚度變化的曲線的影響。 以相同的任意單位(u.a)表示寬度l、間距S和沉積物的厚度g。長度、寬度和電壓保持為 常數(shù)。在圖3中，細(xì)節(jié)B的放大圖(圖3底部的圖)示出了電極之間的間距越小，飽和狀態(tài) 發(fā)生時(shí)的厚度g就越小。因此，具有相隔10u.a的電極的一對(duì)電極(每個(gè)圖的底部曲線) 在大約15u. a的厚度處達(dá)到其漸進(jìn)電流(大約0. 4u. a)，而具有相隔大約0. lu. a的電極的 一對(duì)電極(每個(gè)圖的頂部曲線)在大約4u. a的厚度處達(dá)到其漸進(jìn)電流(大約1. 4u. a)(細(xì) 節(jié)B的放大圖)。 這兩個(gè)圖示出了 通過沉積寬度或者間距不同的兩對(duì)電極，可將電極的尺寸確定 為使得當(dāng)達(dá)到閾值厚度時(shí)，由在第一對(duì)電極之間施加電壓產(chǎn)生的電場線比由在第二對(duì)電極 之間施加電壓產(chǎn)生的電場線更大程度地限制于純電阻材料層內(nèi)。盡管如此，示出的曲線并 不相交。 根據(jù)本發(fā)明，適于在確定傳感器尺寸的階段期間改變至少兩個(gè)參數(shù)，從而使得表 示電極之間的電流隨沉積物厚度變化的曲線在將檢測的閾值厚度處相交。換句話說，適于 適當(dāng)?shù)剡x擇下列參數(shù)長度、寬度、間距和施加的電壓，以使得當(dāng)所沉積的層的厚度達(dá)到將 要檢測的閾值厚度es時(shí)，在每對(duì)電極之間測量的電流或者電阻是相等的。
在第一實(shí)現(xiàn)中，本發(fā)明的測量方法在于，每次使用確定的因子，根據(jù)待確定的閾 值厚度調(diào)整電極的長度，更準(zhǔn)確地，在于增加更寬地間隔的電極對(duì)的長度或者增加該電極 對(duì)兩端之間的電壓，或者減少更窄地間隔的電極對(duì)的長度或者減少該電極對(duì)兩端之間的電 壓。 圖4示出了應(yīng)用于參照?qǐng)D2描述的配置的這種實(shí)現(xiàn)。因此，兩對(duì)實(shí)驗(yàn)電極具有相 同的間距l(xiāng)u. a，但是具有不同寬度。在圖4示出的例子中，第一對(duì)電極具有0. lu. a的寬度 l，第二對(duì)電極具有l(wèi)u. a的寬度1。更準(zhǔn)確地，第一對(duì)電極中的電極具有30ym的寬度且相 隔300ym，并具有l(wèi)u.a '的任意長度(其中，u. a'是電極長度的單位長度，u. a'不必須 等于用于其它尺寸的單位長度u. a， S卩，電極寬度和電極間距，還有層厚度)。第二對(duì)電極中 的電極具有300 y m的寬度、300 ii m的間距和lu. a'的任意長度。 首先，本發(fā)明在于對(duì)于計(jì)算每對(duì)電極在閾值厚度 處(這里選擇為250iim)所測量的電流的比率iyii。在圖4中，這個(gè)比率等于1.39。然后，本發(fā)明的方法在于將第一電 極對(duì)中的電極的長度乘以這個(gè)比率，以便獲得適合于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的測量方法的傳感器。這 就使得以這種方式確定尺寸的這兩對(duì)電極之間測量的電流是相等的，并且該設(shè)備生成指示 在傳感器上沉積的材料的閾值厚度的信號(hào)。 以等同的方式，可將向第一對(duì)電極的接線端施加的電壓乘以所測量的比率，而不 是用長度乘以所測量的比率。 同樣等同地，可將第二電極對(duì)的長度或者向第二電極對(duì)施加的電壓除以所述比
率，而不是將第一電極對(duì)的長度或者施加的電壓乘以所述比率。 相同的步驟適用于參照?qǐng)D3描述的配置。 然而，應(yīng)當(dāng)看到的是，與圖2比較，通過作用于電極間距而不是作用于電極寬度， 在確定電極尺寸的過程中可以獲得更大的自由，從而在當(dāng)前的交叉點(diǎn)處可以獲得更好的準(zhǔn) 確度，因?yàn)榍€隨著電極寬度在非漸進(jìn)部分更靠近在一起。換句話說，在每對(duì)電極中，電極 寬度的影響比電極之間間距的影響更小。 在第二實(shí)現(xiàn)中，本發(fā)明的測量方法在于根據(jù)待確定的閾值厚度調(diào)整電極的寬度或 者電極的間距，而不是調(diào)整長度或者電壓。 換句話說，當(dāng)實(shí)驗(yàn)電極對(duì)具有相同寬度的電極并且僅在電極間距上不同時(shí)，第二
實(shí)現(xiàn)中的方法在于僅調(diào)整傳感器的電極寬度，以便曲線在閾值厚度處相交。類似地，當(dāng)實(shí)驗(yàn)
電極對(duì)具有相同的間距并且僅在電極寬度上不同時(shí)，那么第二實(shí)現(xiàn)中的方法在于僅調(diào)整傳
感器的電極間距，以便曲線在閾值厚度處相交。
因此，傳感器的電極對(duì)僅在電極的寬度和間距上不同。 然而，如在說明了當(dāng)s/1的比率等于1時(shí)的情況的圖5中示出的，因?yàn)樗械那€ 趨于相同的漸近線，因此，如果兩對(duì)電極都具有等于間距旦的電極寬度(例如，對(duì)于第一對(duì) 電極1 = s = 0. 05u. a，對(duì)于第二對(duì)電極，1 = s = 2u. a)，表示作為沉積物的厚度旦的函數(shù) 的電流I的變化的曲線則不可能相交。 因此，當(dāng)電極對(duì)僅在電極的寬度和間距上不同時(shí)，兩個(gè)電極對(duì)還必須提供不同的 比率s/1。 通過在電子數(shù)據(jù)表中的分析仿真，可以獲得電極的寬度和間距的尺寸標(biāo)注，以便 繪制曲線I = f(e)。 為了繪制曲線，使用下列的標(biāo)記 k = tanh [ Ji s/4e] /tanh [ Ji (s+21) /4e] [1] k， = (l_k2)1/2 [2] 和K(k) = (ji/2) {1+[ (1/2) ]2k2+[ (1*3)/(2*4) ]2k4+[ (1*3*5)/(2*4*6) ]2k6+......} 于是 I = 72K(k， )/K(k) [4] 通過下列公式給出I的適合的近似 I = (ji/2) {ln[2(l+ka5)/(l-k°5)]}—、對(duì)于k2 > 0.5 [5]
和
1= (1/2Ji)ln[2(l+(l-k2)。.25)/(l-(l-k2)。.25)]，對(duì)于k2《0.5[6]
于是，示出了曲線I = f(e)。 因此，對(duì)于g的不同值，l和s是變化的。然后可確定使得曲線在所選擇的閾值厚 度處相交的s和1對(duì)。 例子1 :通過修改實(shí)驗(yàn)電極對(duì)中的一個(gè)電極對(duì)的間距，使得圖2的兩條曲線CI和 C2相交。 目標(biāo)是確定第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)的間距，而保留第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)的寬度L = 0. lu.a 且保持第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)不變(s2 = lu. a， 12 = 10u. a)，以便兩個(gè)電流在es = 2u. a處相交。
公式[1]到公式[6]給出了用于共面實(shí)驗(yàn)電極的、具有有限厚度g的介質(zhì)中電流 的表達(dá)。 對(duì)于e = ，兩個(gè)電流需要相等，這意味著、=k2 = ks。將公式[1]用于第二對(duì) 電極，得到ks = k2 = tanh[ Ji *1/(4*2)]/tanh[ Ji (1+2*10)/(4*2)] =0.374 因?yàn)椤?ks，因此將公式[1]用于第一電極對(duì)得到 tanh [ ji承s丄/ (4承2) ] = 0. 374承tanh [ ji (s丄+2承0. 1) / (4承2)] 通過將等式的兩端放入電子表格中，并且增加Sl，當(dāng)Sl " 0. 12時(shí)電流I相等。 例子2 :通過修改實(shí)驗(yàn)電極對(duì)中的一對(duì)電極的寬度，使得圖3的曲線C3和C4相交。 目標(biāo)是確定第一電極對(duì)的h，而保留第一電極對(duì)的間距Sl = 0. 5u. a并且保持第
二電極對(duì)不變(s2 = 2u. a， 12 = lu. a)，使得在es = 2u. a處兩個(gè)電流相交。 與例子1中的計(jì)算類似的計(jì)算得到用于第二對(duì)電極的以下等式ks = k2 = tanh[ Ji *2 (4*2)] tanh[ Ji (2+2*1) (4*2)] =0.715 因?yàn)椤?ks，因此對(duì)于第一對(duì)電極有下列結(jié)果 tanh [ Ji氺O. 5/(4氺2) ] = 0. 715氺tanh [ ji (0. 5+2氺l》/ (4氺2)] 通過將等式的兩端輸入到電子表格中并且增加1"當(dāng)L " 0. 105時(shí)，得出電流I是
相等的。 改變兩個(gè)參數(shù)以使得每個(gè)實(shí)驗(yàn)電極對(duì)的曲線在所選擇的閾值厚度處相交，這可以
滿足某些閾值厚度，但是對(duì)于其它閾值厚度值卻難以實(shí)現(xiàn)或者甚至不可能實(shí)現(xiàn)。 本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)(它是較容易實(shí)現(xiàn))在于改變至少三個(gè)參數(shù)。因此，通過首先
改變兩個(gè)參數(shù)(例如，寬度l和間距旦)，獲得兩條曲線，這兩條曲線表現(xiàn)出完全不同的外觀，
表示了第一電極對(duì)先于第二電極對(duì)顯示出漸進(jìn)特性。此后，調(diào)整第三參數(shù)(例如，通過增加
間隔最大的電極對(duì)的長度或者該電極對(duì)的接線端電壓，或者實(shí)際通過減少間隔較小的電極
對(duì)的長度或者其接線端處的電壓)，使得曲線在所選擇的閾值厚度處精確地相交。這種實(shí)現(xiàn)
使得可避免兩對(duì)電極的尺寸差別太大，因?yàn)檫@不是一直與使用的技術(shù)和/或預(yù)計(jì)的應(yīng)用兼
容。這使得可提高總的檢測準(zhǔn)確度。圖6中示出了一個(gè)例子。 如上面解釋，用于檢測閾值厚度的本發(fā)明的方法是建立在隨著層的厚度改變I乂l2
的比率的基礎(chǔ)上，因而(如果施加的電壓是相同的)建立在改變的兩個(gè)電阻ivx的比率的
基礎(chǔ)上。以嚴(yán)格地等同的方式，同樣可測量I「I2或者R廠Ri的差。 對(duì)于這樣的間距和/或?qū)挾群?或長度和/或電壓范圍獲得最好的結(jié)果，即，在該 范圍內(nèi)，在第一對(duì)電極之間流動(dòng)的電流(當(dāng)達(dá)到閾值厚度 時(shí))位于曲線C5的漸進(jìn)域，而在第二對(duì)電極之間流動(dòng)的電流(當(dāng)達(dá)到閾值厚度es時(shí))位于曲線C6的大體上線性域。然 而，當(dāng)每個(gè)電極對(duì)中的間距等于寬度時(shí)(圖5、圖5a和圖5b)，不是必須在閾值厚度的任何 一側(cè)選擇s = 1，即使該選擇是優(yōu)選的。 通常來說，選擇電極對(duì)的尺寸相對(duì)地遠(yuǎn)離是合適的，以便獲得表示兩個(gè)電流的曲
線(更準(zhǔn)確地，是曲線的切線)之間的"角度"足夠大，以獲得準(zhǔn)確的相交。 在圖6說明的實(shí)現(xiàn)中，本發(fā)明的方法包括根據(jù)將檢測的閾值厚度和電極的寬度和
間距調(diào)整電極的長度。 將檢測的閾值厚度es是電阻性碳煙微粒的250 y m。第一實(shí)驗(yàn)電極對(duì)具有125 y m 的電極寬度101和同樣等于125 m的電極間距102。第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)具有250 y m的電極 寬度201和同樣等于750 ii m的電極間距202。 在這個(gè)例子中，兩條曲線C5和C6表示用于確定第二對(duì)電極200的尺寸的實(shí)驗(yàn)結(jié) 果。這個(gè)確定尺寸的步驟是對(duì)絕緣支座上的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)電極對(duì)執(zhí)行。將全部電極的厚度設(shè)置 為lOym，并將其長度設(shè)置為1000 ym。這些曲線也可通過使用上面描述的等式[1]到等式 [6]的分析仿真或者通過使用有限元的數(shù)值仿真來獲得。 在絕緣支座上放置了電極后，在連續(xù)的層中沉積電阻材料，并在每個(gè)電極對(duì)的接 線端測量作為總沉積材料厚度的函數(shù)的電流(從而測量電阻)，直到預(yù)定的最大總厚度 emax(圖1)，預(yù)定的最大總厚度emax大于將檢測的閾值厚度。 另一個(gè)解決方案在于通過電阻材料的連續(xù)沉積、或者通過用于小厚度的絲網(wǎng)印 刷、或者通過用于更大厚度的所謂的"Dr. Blade"方法，制造具有850 y m的最大總厚度emax 的電阻層。在每次沉積之后，在85(TC執(zhí)行烘焙。然后在使用砂輪的步驟中將具有850ym 厚度的最終的電阻層變薄，并在每個(gè)變薄操作之后測量兩個(gè)電阻&和R2。
這個(gè)確定尺寸的步驟因而在于根據(jù)電阻層的厚度改變I乂l2的比率或者IVX的比 率。當(dāng)層的厚度達(dá)到將檢測的250 ii m的閾值es時(shí)，這個(gè)比率經(jīng)過值2. 83。
本發(fā)明的確定尺寸的方法則在于將第二對(duì)電極200的電極的長度乘以在閾值厚 度es處確定的2. 83這個(gè)因子，或者以等同的方式，在于將第一對(duì)電極100的電極的長度除 以上述因子。將圖6中的曲線C6的縱坐標(biāo)乘以這個(gè)因子得到曲線C7。曲線C7(對(duì)應(yīng)于具 有2830 ii m長度的、更寬的并且相距更遠(yuǎn)的電極)和曲線C5 (對(duì)應(yīng)于1000 y m長度的、距離 更近的電極)于是在大體上 =250iim的橫坐標(biāo)點(diǎn)相交。當(dāng)純電阻材料的厚度達(dá)到閾值 es (在這個(gè)例子中是250 ii m)時(shí)，以這種方式確定尺寸的電極對(duì)100和電極對(duì)200之間的電 流的比率1乂12或者電阻的比率IVX等于1?？晒┻x擇的方案將是測量Irl2或者的 差的變化，當(dāng)純電阻材料的厚度達(dá)到閾值es(在這個(gè)例子中是250ym)時(shí)，這個(gè)差是零。與 僅調(diào)整寬度和間距從而使得在閾值es處比率1乂12等于1的實(shí)現(xiàn)相比較，這個(gè)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化了 閾值厚度es周圍的傳感器的響應(yīng)的準(zhǔn)確度。 圖5對(duì)于根據(jù)將要檢測的閾值厚度確定電極對(duì)的尺寸是有用的。
可以看出，在圖5中，當(dāng)比率(s = 1)/e具有較小的值時(shí)，在較小的厚度處顯示出 漸進(jìn)行為。優(yōu)選地，將第一電極對(duì)的間距選擇為比閾值厚度至少小5倍(例如，在橫坐標(biāo) 5u.a處曲線s二 1 = lu.a)?？梢砸匀绱朔绞竭x擇第二電極對(duì)，使得第二電極對(duì)在5u. a處 盡可能遠(yuǎn)離漸進(jìn)區(qū)域。曲線s = 1 = 10u. a看起來是對(duì)于避免與第一電極對(duì)相比過度地增 加第二電極對(duì)的寬度和間距的良好的折中。這個(gè)選擇得到了圖5a中示出的尺寸，以便電流在es = 250iim處相交，即，對(duì)于較小的電極，s = 1 = 50iim且L = lu.a' (u. a'是用于電極長度的單位長度，其不必需等于用于其它尺寸的單位長度u. a， S卩，電極的寬度、間距和層的厚度)，并且對(duì)于較大的電極，s = 1 = 500iim且L = 2. 19u.a'。圖5b示出了將較小電極的es選擇為大于5s不是絕對(duì)地必不可少的，因?yàn)檫x擇es = 2s仍然能得到電流相交的可接受的準(zhǔn)確度(圖5b)，選擇es大于5s的優(yōu)勢在于使得可使用125 y m的技術(shù)而不是50 ii m的技術(shù)，50 ii m的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上更難并且昂貴。 較靠近的和/或較窄的電極的尺寸可由技術(shù)約束先驗(yàn)地確定。因此，為了增加漸
進(jìn)特性，沒有必要考慮電極的寬度小于電極的間距。然后，合適的是，選擇技術(shù)可能制造的
最小的間距值和最小寬度值，并且優(yōu)選地使更靠近的電極具有s/1 = 1的比率。 對(duì)于相距較遠(yuǎn)的電極，通過減少比率s/1(圖2)并且從而通過增加電極的寬度
(對(duì)于固定間距)，可以進(jìn)一步增加漸進(jìn)特性相對(duì)于閾值厚度希望的遲滯。然而，因?yàn)榕c電
極間距相比電極寬度對(duì)漸進(jìn)特性的遲滯具有更小的影響，這個(gè)選擇不是必然地非常有優(yōu)勢
的，因?yàn)檫@意味著增加使用的金屬的量和制造更龐大的設(shè)備。 為了同樣的原因，因此可以發(fā)現(xiàn)更有優(yōu)勢的是不試圖延遲相對(duì)于閾值厚度的漸進(jìn)特性，而是減少相距最遠(yuǎn)的電極的寬度，找到對(duì)電流相交的精確度的相應(yīng)損失的折中。
總之，確定檢測器設(shè)備尺寸的方法的例子包括下列步驟，該檢測器設(shè)備用于檢測在設(shè)備的電極上沉積的純電阻材料層3中的閾值厚度es : a )在第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)100、200上沉積選擇的閾值厚度es的純電阻材料，第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)100、200連接到電壓U的源2，并且在從電極的寬度和間距中選擇的第一參數(shù)上不同； |3)對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)電極對(duì)，測量所選擇的閾值厚度 處的電流或者電阻，并且計(jì)算
每對(duì)電極之間的電流I" 12的比率VI2或者電阻RA的比率IVX ;禾口 y)制造具有兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，這兩個(gè)電極對(duì)通過與實(shí)驗(yàn)電極相同的第一參
數(shù)并通過從長度和向電極施加的電壓中選擇的至少一個(gè)第二參數(shù)相差異，第二參數(shù)在比率
上不同，該比率等于在實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟13)中在閾值厚度 處測量的電流
的比率VI2或者電阻的比率R2/R10 在這種確定尺寸的方法的第一變體中 *在執(zhí)行步驟a)期間，第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)100和200具有各自的第一和第二寬度101、201，但是具有相同的長度、間距和施加的電壓；禾口 在執(zhí)行步驟y)期間，制造包括兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，這兩個(gè)電極對(duì)分別具有與實(shí)驗(yàn)電極的第一和第二寬度相同的第一和第二寬度101、201，并具有相同的間距，并且在兩個(gè)電極對(duì)中，第二和第一對(duì)電極200、100的電極200a、200b、100a和100b的長度L3和之間的比率lVLp或者在使用中向第二和第一對(duì)電極200、 100的電極200a、200b、 100a和100b的接線端施加的電壓U、U2。。和U1Q。之間的比率U2。。/U和U/U1Q。等于在實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟中在所選擇的閾值厚度es處測量的電流的比率I乂l2或者電阻的比率R乂&。 因此這個(gè)第一變體使得能夠制造具有兩個(gè)電極對(duì)的檢測器設(shè)備，這兩個(gè)電極對(duì)分別具有與實(shí)驗(yàn)電極對(duì)的寬度相同的第一和第二寬度101和201，并具有相同的間距。在這個(gè)設(shè)備中，第二和第一對(duì)電極200和100的電極200a、200b、100a和100b的長度L3和！^之間的比率1V^，或者向第二和第一對(duì)電極200和100的電極的接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的確定尺寸的方法的步驟P)中在所選擇的閾值厚度es處的所測量的電流的比率1乂12或者所測量的電阻的比率R2/Rlt)
根據(jù)確定尺寸的方法的第二變體 *在執(zhí)行步驟a)期間，第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)100、200具有各自的第一和第二間距101、201，但是具有相同的長度、寬度和施加的電壓；禾口 在執(zhí)行步驟Y)期間，制造包括兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，這兩個(gè)電極對(duì)分別具有與實(shí)驗(yàn)電極相同的第一和第二間距102、202，并具有相同的寬度，并且在兩個(gè)電極對(duì)中，第二和第一對(duì)電極200、 100的電極200a、200b、100a和100b的長度L3和L丄之間的比率1^，或者在使用中向第二和第一對(duì)電極200、100的電極200a、200b、100a和100b的接線端施加的電壓U、U2。。和U1Q。之間的比率U2。。/U和U/U1Q。等于在實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟e)中、在所選擇的閾值厚度es處測量的電流的比率I乂^或者電阻的比率IVX。
因此這個(gè)第二變體使得能夠制造具有兩對(duì)電極的檢測器設(shè)備，這兩對(duì)電極分別具有與實(shí)驗(yàn)電極的間距相同的第一和第二間距101、201，并具有相同的寬度。在這個(gè)設(shè)備中，第二對(duì)和第一對(duì)電極200、100的電極200a、200b、100a和100b的長度L3和！^之間的比率1V^，或者向第二對(duì)和第一對(duì)電極200、100的電極的接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的確定尺寸的方法的步驟P)中、在閾值厚度 處的所測量的電流的比率1乂12或者所測量的電阻的比率IVX。
在方法的第三變體中 *在執(zhí)行步驟a )期間，第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)100和200通過電極的寬度和間距相差異，電極具有相同的長度和被施加的電壓U ;禾口 在執(zhí)行步驟Y)期間，制造包括兩對(duì)電極的傳感器，這兩對(duì)電極具有與實(shí)驗(yàn)電極相同的寬度和間距，并且在兩對(duì)電極中，第二對(duì)和第一對(duì)電極200和100的電極200a、200b、100a和100b的長度L3和!^之間的比率lv^，或者在使用中向第二對(duì)和第一對(duì)電極200和100的電極200a、200b、100a和薩的接線端施加的電壓U、 U200和U100之間的比率U200/U
和u/u，等于在實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟e)中在所選擇的閾值厚度 處測量的電流的比率1乂12或者電阻的比率ivx。 因此這個(gè)第三變體使得能夠制造具有兩對(duì)電極的檢測器設(shè)備，這兩對(duì)電極具有與實(shí)驗(yàn)電極相同的寬度和間距。在這個(gè)設(shè)備中，第二對(duì)和第一對(duì)電極200和100的電極200a、200b、 100a和100b的長度L3和之間的比率iVl^，或者向第二對(duì)和第一對(duì)電極200和100的電極的接線端在使用中施加的電壓之間的比率等于在實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的確定尺寸的方法的步驟P)中在閾值厚度es處測量的電流的比率I乂l2或者電阻的比率IVX。
在描述的多個(gè)實(shí)施方式中，可以將第一電極對(duì)的寬度101選擇為位于100納米(nm)到1厘米(cm)的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地位于10微米(y m)到1毫米(mm)的范圍內(nèi)，典型地位于30 ii m到250 ii m的范圍內(nèi)?？梢詫⒌诙姌O對(duì)的電極的寬度選擇為位于500nm到5cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于50 ii m到5mm的范圍內(nèi)，典型地位于250 y m到lmm的范圍內(nèi)。
更一般地，可以將第一電極對(duì)的寬度101選擇為小于或等于e乂2，優(yōu)選地位于es/10到e乂4的范圍內(nèi)。 優(yōu)選地，第一對(duì)電極的寬度和第二對(duì)電極的寬度之間的比率可以位于l : 1000到10 : i的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于i : ioo到i : i的范圍內(nèi)，典型地位于i : io到i : 2的 范圍內(nèi)。 此外，將第一對(duì)電極的間距選擇為位于lOOnm到1cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于10 y m 到1mm的范圍內(nèi)，典型地位于30 ii m到250 y m的范圍內(nèi)，并且第二對(duì)電極的間距位于500nm 到5cm的范圍內(nèi)，并且優(yōu)選地位于50 ii m到5mm的范圍內(nèi)，典型地位于250 y m到1mm的范圍內(nèi)。 優(yōu)選地，第一和第二間距之間的比率位于i : iooo到i : i的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位 于i : ioo到i : 2的范圍內(nèi)，典型地位于i : io到i : 3的范圍內(nèi)。 電極材料也對(duì)測量電阻率的準(zhǔn)確度有影響。因而，當(dāng)利用空氣是腐蝕性時(shí)，例如在
使用中的排氣消聲器中應(yīng)用的空氣，電極優(yōu)選地由摻雜硅、鉬、金、銀-鈀合金或者金屬氧 化物構(gòu)成。如果空氣允許，使用的材料也可以是鋁、銅和錫等。因此電極可以由許多材料制 成，只要材料的電阻率相對(duì)于將測量的厚度層的電阻率保持為可忽略的。確保電極的電阻 相對(duì)于將測量的厚度層的電阻是可忽略的同樣是合適的。 通過使用更準(zhǔn)確的用于制造傳感器的方法，例如，用于在絕緣支座上沉積電極，可
更準(zhǔn)確地進(jìn)行測量。 例如，絲網(wǎng)印刷允許確定尺寸的準(zhǔn)確度僅在誤差為5%到10%的范圍內(nèi)，特別是 對(duì)于更短更靠近的電極。因此，通過在氧化鋁基片上光刻地沉積電極，可以獲得更好的準(zhǔn)確度。 圖7和圖8中示出的有優(yōu)勢的解決方案在于沉積預(yù)定長度大于所希望長度(在示 出的例子中大于1000 ym)的第一電極對(duì)100，于是在于沉積預(yù)定長度大于先前確定的長 度(即，大于2830iim)的第二對(duì)電極200。然后沉積絕緣材料的罩(mask) 305、405和450， 以使電阻材料層僅與第一電極對(duì)中的電極的長度1^和第二電極對(duì)的電極的長度L3接觸，長 度等于所希望的長度(這里是1000 y m)，長度L3等于在確定尺寸的階段期間確定的長 度(這里是2830 y m) ， S卩，等于L2 (1000 y m的第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)的長度)乘以在閾值厚度處 的實(shí)驗(yàn)電極的比率1乂12或者IVX的值。 通過使測量區(qū)域與連接區(qū)域分開，罩還使得可能簡化具有預(yù)定義的長度的電極的 制造。罩層應(yīng)當(dāng)由電絕緣層制造，該電絕緣層相對(duì)于電極、碳煙和廢氣在至少高達(dá)用于再生 微粒過濾器的溫度(即，大約800°C )下都是化學(xué)惰性的。 可以根據(jù)應(yīng)用確定電極的尺寸。對(duì)于這樣的厚度范圍獲得最佳的準(zhǔn)確度，在該范 圍中，根據(jù)層的厚度變化的小電極對(duì)的電導(dǎo)位于曲線的漸進(jìn)范圍內(nèi)(圖6中的曲線C5的右 手側(cè)部分)，而大電極對(duì)的電導(dǎo)位于偽線性范圍內(nèi)(圖6中的曲線C6的左手側(cè)部分)。
為此，可能認(rèn)為小電極應(yīng)當(dāng)盡可能靠近，大電極應(yīng)該盡可能遠(yuǎn)離。然而，如果在兩 對(duì)電極的電極間距之間的比率太大，那么，在閾值es處獲得電阻或者電流曲線之間相交需 要的大電極長度將過大(在將長度調(diào)整成合適的比率的實(shí)施方式中)。除了尺寸的缺點(diǎn)之 外，還將具有喪失準(zhǔn)確度的風(fēng)險(xiǎn)。 本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)現(xiàn)在于將在第二電極對(duì)200的接線端處的電壓U乘以(或者以 等同的方式將第一電極對(duì)100的接線端的電壓除以)閾值厚度處實(shí)驗(yàn)電極的比率1/12的 值，實(shí)驗(yàn)電極通過例如電極間距或者電極寬度的至少一個(gè)參數(shù)相異。 換句話說，在確定尺寸的階段，向兩個(gè)電極對(duì)100和200的接線端施加相同的電壓U。但是在這個(gè)電極中，不是對(duì)電極的長度進(jìn)行乘(或者除)，而是對(duì)電壓進(jìn)行乘(或者除)。 因而，本發(fā)明的測量方法在于向第一電極對(duì)100的接線端施加電壓U和向第二電極對(duì)的接 線端施加電壓U，，其中，U，等于U乘以閾值厚度處實(shí)驗(yàn)電極的比率I乂l2的值，或者在于 向第二電極對(duì)200的接線端施加電壓U和向第一電極對(duì)的接線端施加電壓U1Q。，其中，U1Q。等 于U除以在閾值厚度處實(shí)驗(yàn)電極的比率1乂12的值。 另一個(gè)可能性在于，考慮到其更容易實(shí)現(xiàn)，通過向大電極對(duì)(第二電極對(duì))施加更 高的電壓使電流在閾值厚度處相交，如果在最終的設(shè)備中兩對(duì)電極被施加有相同的電壓， 這些"實(shí)驗(yàn)"電壓的比率則確定所述第二電極對(duì)的長度的比率?？商鎿Q地，減少第一電極 對(duì)接線端處的電壓，"實(shí)驗(yàn)"電壓的比率則確定第一電極對(duì)的長度減少的程度，例如，使用罩 (如上面描述)。 圖9到圖12示出了電極對(duì)的多種外形和布置。如圖9中所示，兩個(gè)電極對(duì)可以是 矩形的。為了解決由于兩個(gè)電極對(duì)之間較大的長度差別而引起的問題，可設(shè)想第一對(duì)電極 是矩形的并且第二對(duì)電極是互相交叉的(圖10)。對(duì)于高度電阻性的層，可設(shè)想使用兩對(duì)互 相交叉的電極(圖11)。還可以設(shè)想使用三個(gè)電極的設(shè)計(jì)(圖12)，只要中間電極具有與在 確定尺寸的階段計(jì)算的長度或者寬度相同的長度和/或?qū)挾取?圖8到圖12中示出的傳感器還包括絕緣材料的罩450。在連接器之間沉積的碳煙 不允許將在電極之間沉積的碳煙明顯短路。上述的絕緣層用來對(duì)與電測量電路的全部線連 接提供這種保護(hù)。這些連接器必須與碳煙電絕緣，或者必須相對(duì)于電極之間的間距間隔足 夠遠(yuǎn)。 沒有絕緣罩操作的一種解決方案(如關(guān)于圖8到圖12描述的，然而服從電極的預(yù)
定義的外形)將通過穿過電極下方的氧化鋁的通孔經(jīng)過支座的其它面提供連接。 除了使得電極能被制造為具有所希望的操作尺寸以外，使用通孔的解決方案還使
得可與氧化鋁基片的背面進(jìn)行連接。因此可簡化將連接器絕緣和隔開的問題。還可以設(shè)計(jì)
具有帶通孔的多層氧化鋁基片的解決方案，作為解決連接器的隔絕問題的方法。 上述測量方法和檢測其設(shè)備適用于檢測包括微粒過濾器(PF)的排氣消聲器中的
碳煙微粒層何時(shí)沉積達(dá)到閾值厚度，用于監(jiān)控PF和控制PF的再生。為了這個(gè)目的，將當(dāng)?shù)?br> 一和第二電阻或者電流相等時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)用來觸發(fā)微粒過濾器的再生。為了這個(gè)目的，將
本發(fā)明的至少一個(gè)檢測器設(shè)備設(shè)置于微粒過濾器的上游，以便實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的測量方法。這
種布置因而用來確定在微粒過濾器上何時(shí)形成閾值量的碳煙。 在大約80(TC處執(zhí)行的再生不足以消除位于在本發(fā)明的檢測器設(shè)備的傳感器上的 所有碳煙沉積。 為了清潔傳感器并且完全消除位于電極上的碳煙沉積，將加熱器電阻500沉積在 介質(zhì)上，以便確保電阻材料的沉積物的完全燃燒。 加熱器電阻優(yōu)選地由鉑制成，但是對(duì)于電極，可以設(shè)想其它傳導(dǎo)材料。加熱器電阻 500的布置必需確保溫度在覆蓋電極的碳煙沉積物上盡可能均勻地分布(圖9到圖12)。微 分電路的使用假設(shè)在覆蓋電極的表面上沉積物在所有位置處具有相同的電阻率，因而假設(shè) 兩個(gè)電極對(duì)的溫度是相同的。 可以將加熱器電阻放置在介質(zhì)上與電極相同的一側(cè)、圍繞電極(圖9到圖12)，或 者防止在介質(zhì)的另一面、在電極的下方。用于沉積加熱器電阻的技術(shù)與描述的用于沉積電
19極的技術(shù)相同。 需要將支座選擇為使得，其承受汽車排氣的極端困難的條件，尤其是溫度上的巨大變化(IO(TC到900°C ) 和廢氣的腐蝕特性；禾口 其在PF再生過程中，必須電力地和機(jī)械地與沉積電極和加熱器電阻兼容，用于 確保傳感器上碳煙的燃燒。 傳統(tǒng)地用于在混合微電子器件中沉積厚層或者薄層的、由96 %到99. 9 %的鋁制 成的平面襯底看起來相當(dāng)合適。然而，可設(shè)想使用其它絕緣襯底，例如，陶瓷、玻璃、氧化硅、 氧化鎂、氧化鋯、氮化鋁、氮化硅、氮化硼等。支座可以由電絕緣體構(gòu)成，或者由在電絕緣體 上涂覆的導(dǎo)體或者半導(dǎo)體構(gòu)成。其可以由在電絕緣體、氧化鋯、金剛砂等上涂覆的金屬構(gòu) 成。對(duì)于不像排氣消聲器中那么熱和那么腐蝕性的條件下的應(yīng)用，支座還可以由塑料材料 或者單晶硅制成。 支座的外形優(yōu)選地是平面的，但是，可以根據(jù)使用對(duì)支座進(jìn)行調(diào)整，例如，為了在 排氣消聲器中使用，支座可以是曲線形的或者圓柱形的，或者事實(shí)上支座可以是手套手指 形的。 適合于在汽車排氣中使用的上面描述的傳感器也可以用于鍋爐，特別是燃油鍋爐 中，或者煙囪中。優(yōu)勢在于優(yōu)化清潔鍋爐或者打掃煙囪的頻率。 可以測量的最小厚度具有與更細(xì)的電極的寬度相同的數(shù)量級(jí)。使用硅技術(shù)，因此 可設(shè)想測量從O. liim開始的層厚度。在某些應(yīng)用中，有利地，可替換石英天平，用于當(dāng)發(fā)生 沉積時(shí)在原處監(jiān)控厚度。 在本發(fā)明中描述的測量方法和差分電阻傳感器使得能夠獨(dú)立于純電阻材料的電 阻率，檢測純電阻材料的閾值厚度。該測量方法和傳感器適用于確定具有有限電阻率的任 何純電阻材料的厚度。因而，該傳感器適用于在大的電阻率范圍內(nèi)測量給定的閾值厚度，而 不需要根據(jù)材料的電阻率和/或沉積和測量發(fā)生的條件(流量、溫度和廢氣的壓力)進(jìn)行 再校準(zhǔn)。 本發(fā)明的測量方法和檢測器設(shè)備特別地適和于確定微粒沉積物特別是碳煙微粒 沉積物的閾值厚度，該碳煙微粒的沉積物依賴于碳煙的成分(特別地碳煙的碳?xì)浠衔锏?成分)和沉積溫度(影響沉積物的成分和沉積物的電阻率的引擎的溫度和廢氣的溫度)具 有位于10+4歐姆厘米(Q.cm)到10+8歐姆厘米的范圍內(nèi)的電阻率。 此外，用在汽車廢氣中嘗試和測試的材料制造的傳感器的低制造成本、傳感器尺 寸與消聲器尺寸的兼容性、在如此不利的條件下傳感器操作的簡單性和可靠性，所有這些 都意味著該傳感器完全適合于滿足汽車制造商的要求。 可以提供多個(gè)變形和供選方案，而不超出本發(fā)明的范圍，并且特別地 可以縮短第一電極對(duì)的電極100a和100b的長度L"而不是伸長大電極對(duì)的電
極。這種縮短可以通過沉積額外的絕緣罩獲得；禾口 本發(fā)明的至少一個(gè)檢測器設(shè)備還可以位于微粒過濾器的下游。
本發(fā)明還直接地應(yīng)用于測量電阻率的方法。 —旦材料的厚度大于共面電極之間的間距的10倍，在有限厚度的介質(zhì)中在圖5中 獲得的漸進(jìn)電流則幾乎等于在半無限介質(zhì)中的電流。當(dāng)電極的寬度與電極的間距相同時(shí)(s/l = l)，那么漸進(jìn)電流等于O. 78倍的單位長度電流，單位長度電流將對(duì)于夾在具有與共
面電極相同的寬度和相同的間距的兩個(gè)平行電極之間的相同電阻材料而測量。 此外，如果共面電極的長度L與共面電極的寬度和間距相比較相對(duì)地長(L大于s
=1大約10倍)，那么一旦層的長度(垂直于圖的平面)大于電極的長度，電流相對(duì)地對(duì)層
的長度就相對(duì)不敏感。 因此，只要與電阻材料接觸的位置處的厚度大于電極的寬度至少5到10倍，那么， 通過將具有兩個(gè)共面電極的設(shè)備按壓在任意形狀的電阻材料上，或者通過將間距等于寬度
并且長度等于寬度的大約io倍的兩個(gè)共面電極放置在任意形狀的電阻材料上，并且當(dāng)測
量電極之間的電阻時(shí)施加電壓，可以直接獲得所述材料的電阻率。 實(shí)現(xiàn)設(shè)備(忽略在材料上共面電極的直接沉積)可以由如圖13所示配備有一對(duì) 電極的測量頭構(gòu)成。示例性地，對(duì)于具有500iim寬度和間距的電極，長度大約是5mm，由此 測量頭具有相對(duì)小的尺寸。但是，可能根據(jù)希望增加或減少這些尺寸。
兩個(gè)電極之間的電阻測量然后如下直接地提供了材料的電阻率
p = 0. 78*R*L 其中，p是電阻率，以歐姆厘米(Q.cm)表達(dá)，R是用歐姆(Q)表達(dá)的在電極之間 測量的層的電阻，并且L是電極的長度，以厘米(cm)表達(dá)。
因子0.78是圖5的漸進(jìn)因子。 如果材料的厚度是電極寬度的至少10倍，測量準(zhǔn)確度則優(yōu)于1% ;如果所述的厚
度是電極寬度的至少5倍，測量準(zhǔn)確度則優(yōu)于3%。 準(zhǔn)確的測量需要電極和材料之間具有良好的接觸。
權(quán)利要求
一種測量在傳感器上沉積的純電阻材料層(3)的閾值厚度(es)的方法，所述傳感器包括至少三個(gè)電極(100a、100b、200a和200b)用于定義至少兩個(gè)電極對(duì)(100、200)，所述至少兩個(gè)電極對(duì)在支座(1)上以相鄰的方式布置的并且由在所述電極之間產(chǎn)生電流的電壓(U、U100和U200)供電，所述電極對(duì)通過從所述電極的寬度、間距和長度以及向每對(duì)電極施加的電壓中選擇的至少一個(gè)第一參數(shù)相異，所述方法的特征在于，調(diào)整所述參數(shù)的至少一個(gè)第二參數(shù)，以便當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度(es)時(shí)，所述第一對(duì)(100)中的電極(100a、100b)之間的第一電阻(R1)或者第一電流(I1)和所述第二對(duì)(200)中的電極(200a、200b)之間的第二電阻(R2)或者第二電流(I2)是相等的。
2. —種根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量方法，其中，所述電極對(duì)通過從每對(duì)電極的所述寬 度和所述間距中選擇的至少一個(gè)第一參數(shù)而相異，并且調(diào)整從所述間距、所述寬度、所述長 度和向所述電極施加的所述電壓中選擇的至少一個(gè)第二參數(shù)，使得當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度 (es)時(shí)，所述第一對(duì)(100)中的電極(100a、100b)之間的第一電阻(R》或者第一電流(1》 和所述第二對(duì)(200)中的電極(200a、200b)之間的第二電阻(R2)或者第二電流(I2)是相 等的。
3. —種根據(jù)權(quán)利要求1或者權(quán)利要求2所述的測量方法，其中，所述第一電極對(duì)(100) 的寬度(101)和/或間距(102)使得當(dāng)所述厚度增加時(shí)，所述第一對(duì)的電極(100a、100b)之 間的電流相對(duì)于所述層(3)的厚度的導(dǎo)數(shù)趨于零，并且所述第二電極對(duì)(200)的寬度(201) 和/或間距(202)使得當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度(es)時(shí)，所述第二對(duì)的電極(200a、200b)之間 的電流隨著所述層的厚度大體上線性地增加，所述方法進(jìn)一步包括如下步驟a) 向電極對(duì)(100、200)施加各自定義的電壓(U、 U1Q。和U2。。);b) 測量所述第一對(duì)(100)的電極(100a、100b)之間的第一電阻(R》或者第一電流 (1》；c) 測量所述第二對(duì)(200)的電極(200a、200b)之間的第二電阻(R2)或者第二電流 (12);d) 比較所述第二和第一電阻或者所述第一和第二電流；禾口e) 當(dāng)所述電阻或所述電流相等時(shí)產(chǎn)生信號(hào)，調(diào)整所述電極的所述寬度(101、201)和/ 或所述長度(Lpk和L3)和/或所施加的電壓(U、U1Q。和U2。。)和/或所述間距(102、202)， 以便當(dāng)達(dá)到所述閾值厚度(es)時(shí)，獲得所述相等。
4. 一種根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求3的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一對(duì)(100) 的電極(100a、100b)的寬度(101)位于100nm到lcm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于10iim到lmm的 范圍內(nèi)，典型地位于30iim到250iim的范圍內(nèi)，并且所述第二對(duì)(200)的電極(200a、200b) 的寬度(201)位于500nm到5cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于50 y m到5mm的范圍內(nèi)，典型地位于 250iim至lj lmm的范圍內(nèi)。
5. —種根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述第一對(duì)的電極的寬度(101)和所述第二對(duì)的電極的寬度(201)之間的比率位于i : iooo到io : i的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于i : ioo 到i : i的范圍內(nèi)，典型地位于i : io到i : 2的范圍內(nèi)。
6. —種根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求3的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第一對(duì)的電極 的間距(102)位于100nm到lcm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于10 y m到lmm的范圍內(nèi)，典型地位于 30 ii m到250 ii m的范圍內(nèi)，并且所述第二對(duì)的電極的間距(202)位于500nm到5cm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于50 ii m到5mm的范圍內(nèi)，典型地位于250 y m到1mm的范圍內(nèi)。
7. —種根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述第一和第二間距(102、202)之間的比率位于i : iooo到i : i的范圍內(nèi)，優(yōu)選地位于i : 100到i : 2的范圍內(nèi)，典型地位于 i : io到i : 3的范圍內(nèi)。
8. —種根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求7的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述第二對(duì)(200) 的電極(200a、200b)的長度(L3)與所述第一對(duì)的電極(100a、100b)的長度(L》不同。
9. 一種根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求7的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，向所述第二對(duì) (200)的電極(200a。 200b)施加的電壓(U2。。)與向所述第一對(duì)的電極(100a、100b)施加的電壓(U100)不同。
10. —種根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求9的任何一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括通過在所述 支座(1)上布置的加熱器電阻(500)以確保電阻材料的沉積物充分燃燒的方式清潔所述傳 感器的步驟。
11. 一種確定檢測器設(shè)備尺寸的方法，其用于實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求10的 任何一項(xiàng)所述的方法，所述檢測器設(shè)備用于檢測在所述設(shè)備的電極上沉積的純電阻材料層 (3)的閾值厚度(e》，所述確定檢測器設(shè)備尺寸的方法的特征在于包括下面步驟a)在第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)(100、200)上沉積選擇的閾值厚度(es)的純電阻材料， 所述第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)(100、200)連接到電壓(U)的源(2)，并且在從電極的寬度和間 距中選擇的第一參數(shù)上不同；P)對(duì)于每個(gè)實(shí)驗(yàn)電極對(duì)測量在所選擇的閾值厚度(es)處的電流或者電阻，并且計(jì)算 每對(duì)電極之間的電流(1"2)的比率(VI2)或者電阻(R2、R》的比率(VR》;禾口Y)制造具有兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，所述兩個(gè)電極對(duì)通過與所述實(shí)驗(yàn)電極相同的第一 參數(shù)以及從所述長度和向所述電極施加的電壓中選擇的至少一個(gè)第二參數(shù)而相異，所述第 二參數(shù)在比率方面不同，所述比率等于在所述實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟P)中在閾 值厚度(es)處測量的所述電流的比率(1乂12)或者所述電阻的比率(IVX)。
12. —種根據(jù)權(quán)利要求11所述的確定尺寸的方法，其中*在執(zhí)行步驟a)期間，所述第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)(100、200)具有各自的第一和第二 寬度(101、201)，但是具有相同的長度、間距和施加的電壓；禾口*在執(zhí)行步驟Y)期間，制造包括兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，所述兩個(gè)電極對(duì)分別具有與所 述實(shí)驗(yàn)電極的第一和第二寬度相同的第一和第二寬度(101、201)，并具有相同的間距，在所 述兩個(gè)電極對(duì)中，所述第二和第一對(duì)(200、100)中的電極(200a、200b、100a和100b)的長 度(L3、L》之間的比率0vl》或者在使用中向所述第二和第一對(duì)(200U00)的電極(200a、 200b、100a和薩)的接線端施加的電壓(U、 U200和U100)之間的比率(U2。。/U、 U/U100)等于 在所述實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟中在所選擇的閾值厚度(es)處測量的所述電流 的比率(I力2)或者所述電阻的比率(咖。
13. —種根據(jù)權(quán)利要求11所述的確定尺寸的方法，其中*在執(zhí)行步驟a)期間，所述第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)(100、200)具有各自的第一和第二 間距(101、201)，但是具有相同的長度、寬度和施加的電壓；禾口，在執(zhí)行步驟Y)期間，制造包括兩個(gè)電極對(duì)的傳感器，所述兩個(gè)電極對(duì)分別具有與所 述實(shí)驗(yàn)電極相同的第一和第二間距(102、202)，并具有相同的寬度，在所述兩個(gè)電極對(duì)中，所述第二和第一對(duì)(200、100)的電極(200a、200b、100a和100b)的長度(L3、 L》之間的比 率OVL》或者在使用中向所述第二和第一對(duì)(200、100)的電極(200a、200b、100a和100b) 的接線端施加的電壓(U、 U2。。和U1Q。)之間的比率(U2。。/U、 U/U1Q。)等于在所述實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之 間、在前面的步驟中在所選擇的閾值厚度(es)處測量的所述電流的比率(1/12)或者 所述電阻的比率(IVX)。
14. 一種根據(jù)權(quán)利要求11所述的確定尺寸的方法，其中*在執(zhí)行步驟a)期間，所述第一和第二實(shí)驗(yàn)電極對(duì)(100、200)通過所述電極的寬度和 間距相異，所述電極具有相同的長度和施加的電壓(U);禾口*在執(zhí)行步驟Y)期間，制造包括兩對(duì)電極的傳感器，所述兩對(duì)電極具有與所述實(shí)驗(yàn) 電極相同的寬度和間距，并且在所述兩對(duì)電極中，所述第二和第一對(duì)(200U00)的電極 (200a、200b、100a和100b)的長度(L3、L》之間的比率(VL》或者在使用中向所述第二和 第一對(duì)(200、100)的電極(200a、200b、100a和100b)的接線端施加的電壓(U、 U200和U100) 之間的比率(U2。。/U、 U/U1Q。)等于在所述實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在前面的步驟中在所選擇的 閾值厚度(es)處測量的所述電流的比率(1乂12)或者所述電阻的比率(IVX)。
15. —種檢測器設(shè)備，用于通過實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求10的任何一項(xiàng)的所述 測量方法檢測純電阻材料層(3)的閾值厚度(e》，所述設(shè)備包括傳感器(10)、電壓源(2)和 測量裝置(103、203)，所述傳感器配備有用于定義在支座(1)上以相鄰的方式布置的至少 兩個(gè)電極對(duì)(100、200)的至少三個(gè)電極(100a、100b、200a和200b)，所述電壓源連接到所 述電極(100a、100b、200a和200b)并且被調(diào)整為在每個(gè)電極對(duì)之間傳遞電壓，所述測量裝 置(103、203)用于測量所述電極對(duì)之間的電阻(Rpig或者電流，所述設(shè)備的特征在于，所 述設(shè)備進(jìn)一步包括用于將所述電阻或者所述電流相互比較的裝置和用于當(dāng)所測量的電阻 或者所測量的電流相等時(shí)生成信號(hào)的裝置，所述設(shè)備的特征還在于，所述電極對(duì)通過從所 述電極的寬度和間距中選擇的至少一個(gè)第一參數(shù)以及從間距、寬度、長度和應(yīng)用于所述電 極的電壓源的設(shè)置中選擇的至少一個(gè)第二參數(shù)相異，所述第二參數(shù)使得在使用中，當(dāng)已經(jīng) 在所述電極上沉積了將要檢測的所述閾值厚度(es)時(shí)，獲得相等的電阻或者電流。
16. —種根據(jù)權(quán)利要求15所述的的檢測器設(shè)備，其中，所述第一對(duì)(100)的電極 (100a、100b)的寬度(101)和/或第一間距(102)是使得在使用中，隨著所述厚度的增加， 所述第一對(duì)的電極(100a、100b)之間的電流相對(duì)于所述層(3)的厚度的導(dǎo)數(shù)趨于零，并且 所述第二電極對(duì)(200)的寬度(201)和/或第二間距(202)使得在使用中，當(dāng)達(dá)到所述閾 值厚度(es)時(shí)，所述第二對(duì)的電極(200a、200b)之間的電流隨著所述層的厚度大體上線性 地增加，所述電極的寬度和/或長度和/或間距、和/或所述電壓源的設(shè)置使得當(dāng)達(dá)到所述 閾值厚度(es)時(shí)，獲得相等的電阻或者電流。
17. —種根據(jù)權(quán)利要求15或者權(quán)利要求16所述的檢測器設(shè)備，其中，在所述電極上安 置絕緣材料制成的罩(305、405和450)，以便僅留下確定長度的電極與所述電阻材料層電 接觸。
18. —種根據(jù)權(quán)利要求15到權(quán)利要求17的任何一項(xiàng)所述的檢測器設(shè)備，其中，所述電 極以平行的、相互交叉的或其組合的方式安置。
19. 一種根據(jù)權(quán)利要求15的、通過根據(jù)權(quán)利要求12所述的確定尺寸的方法可獲得 的檢測器設(shè)備，所述設(shè)備具有兩對(duì)電極，所述兩對(duì)電極分別具有與所述實(shí)驗(yàn)電極相同的第一和第二寬度(101、201)，并具有相同的間距，其中，所述第二和第一對(duì)(200U00)的電極 (200a、200b、100a和100b)的長度(L3、L》之間的比率(LA)或者在使用中向所述第二和 第一對(duì)(200、100)的電極(200a、200b、100a和薩)的接線端施加的電壓(U、 U2。。和U100) 之間的比率(U2。。/U、U/U1Q。)等于在所述實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在根據(jù)權(quán)利要求12所述的確定尺 寸方法的步驟P)中在所選擇的閾值厚度(es)處測量的所述電流的比率(1/12)或者所述 電阻的比率缺)。
20. —種根據(jù)權(quán)利要求15的、通過根據(jù)權(quán)利要求13所述的確定尺寸的方法可獲得的檢 測器設(shè)備，所述設(shè)備具有兩個(gè)電極對(duì)，所述兩個(gè)電極對(duì)分別具有與所述實(shí)驗(yàn)電極相同的第 一和第二間距(102、202)，并具有相同的寬度，其中，所述第二和第一對(duì)(200U00)的電極 (200a、200b、100a和薩)的長度(L3、L》之間的比率(LA)或者在使用中向所述第二和 第一對(duì)(200、100)的電極(200a、200b、100a和薩)的接線端施加的電壓(U、 U2。。和U100) 之間的比率(U2。。/U、U/U1Q。)等于在所述實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在根據(jù)權(quán)利要求13所述的確定尺 寸方法的步驟P)中在所選擇的閾值厚度(es)處測量的所述電流的比率(1/12)或者所述 電阻的比率缺)。
21. —種根據(jù)權(quán)利要求18的、通過根據(jù)權(quán)利要求14所述的確定尺寸的方法可獲得的 檢測器設(shè)備，所述設(shè)備具有兩個(gè)電極對(duì)，所述兩個(gè)電極對(duì)具有與所述實(shí)驗(yàn)電極相同的寬度 和間距，并且，所述第二和第一對(duì)(200、 100)的電極(200a、200b、100a和薩)的長度(L3、 L》之間的比率0VL》或者在使用中向所述第二和第一對(duì)(200、100)的電極(200a、200b、 100a和100b)的接線端施加的電壓(U、U2。。和U1Q。)之間的比率(U2。。/U、U/U1Q。)等于在所述 實(shí)驗(yàn)電極對(duì)之間、在根據(jù)權(quán)利要求14所述的確定尺寸方法的步驟13)中在所選擇的閾值厚 度(es)處測量的所述電流的比率(1乂12)或者所述電阻的比率(IVX)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求10的任何一項(xiàng)所述的測量方法在用于檢測排氣消聲器 中碳煙層的閾值厚度的沉積中的使用。
23. 根據(jù)權(quán)利要求3到權(quán)利要求10的任何一項(xiàng)所述的測量方法在用于檢測排氣消聲器 中碳煙層的閾值厚度的沉積中的使用，在所述方法中，當(dāng)所述第一和第二電阻或者電流相 等時(shí)，在步驟e)中生成的信號(hào)觸發(fā)微粒過濾器再生的步驟。
24. —種具有微粒過濾器的排氣消聲器，所述微粒過濾器包括至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求 15到權(quán)利要求21的任何一項(xiàng)所述的檢測器設(shè)備，所述檢測器設(shè)備位于所述微粒過濾器的 上游，以便實(shí)現(xiàn)根據(jù)權(quán)利要求1到權(quán)利要求10的任何一項(xiàng)所述的測量方法。
25. —種根據(jù)前面的權(quán)利要求所述的排氣消聲器，進(jìn)一步包括至少一個(gè)位于所述微粒 過濾器的下游的、根據(jù)權(quán)利要求15到權(quán)利要求21的任何一項(xiàng)所述的檢測器設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種可靠、簡單和準(zhǔn)確的用于檢測在傳感器上沉積的純電阻材料的閾值厚度的方法，并且提供了不依賴于材料的電阻率的響應(yīng)。本發(fā)明提供了使用傳感器的測量方法，該傳感器包括至少兩個(gè)電極對(duì)，至少兩個(gè)電極對(duì)被施加有在電極之間產(chǎn)生電流的定義的電壓，這兩個(gè)電極對(duì)通過至少一個(gè)第一參數(shù)和至少一個(gè)第二參數(shù)相異，至少一個(gè)第一參數(shù)是從電極的寬度、間距、長度和向每個(gè)電極對(duì)施加的電壓中選擇的，將上述參數(shù)中的至少一個(gè)第二參數(shù)調(diào)整為使得當(dāng)達(dá)到閾值厚度時(shí)，第一對(duì)的電極之間的第一電阻或者第一電流和第二對(duì)的電極之間的第二電阻或者第二電流是相等的。
文檔編號(hào)G01N27/04GK101743468SQ200880023110
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者亞歷山大萊恩·古爾東, 克勞德·魯卡特, 巴斯卡爾·塔迪, 帕特里克·吉奈特, 弗朗西斯·路易斯·梅尼爾 申請(qǐng)人:國家科學(xué)研究中心;波爾多理工學(xué)院;波爾多一大