专利名称：测量纯电阻材料层的阈值厚度的方法、实现该方法的设备和这种设备在排气消声器中的使用的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量纯电阻材料层的阈值厚度的方法，该方法特别适用于机动车辆排
气装置中碳烟的沉积物。本发明还提供了用于实现该方法的设备和这种设备在排气消声器中的使用。
背景技术：
对汽车排气中污染排放物的限度的连续降低(如国家或国际标准强制实行的)构成了对汽车制造商的主要限制。2005欧洲规章Euro 4接受了 0. 025毫克/千米(mg/km)的最大污染率，但是未来的欧洲规章Euro 5(预计在2010年)将使得最大污染率的阈值下降至O. 005mg/km，这意味着在欧盟的所有国家中的所有汽车内需要实现微粒过滤器(PF)技术。因此，Euro5规章将显著地增加当前的要求。 因此，改进PF控制系统以得到更好的性能是汽车制造商当前优先考虑的事。现在，在市场上买不到能够以可接受的可靠性量化引擎的微粒排放的装置。在某些交通工具中，将引擎执行的工作周期存储并且与预记录的工作图表比较。基于这种比较触发PF再生。但是，在引擎的寿命期间，对于任何给定的工作周期，微粒排放的等级都可能漂移。燃
料的量也可能改变排放。这些漂移极其难以合并。因此，该系统不是很可靠并且相对地昂
虫贝° 另一种解决方案存在于考虑压头损失(PF的入口和PF的出口之间的压力差)。然而，排气回压本身并不准确地代表过滤器中负载的重量，因为其非常强烈地依赖于碳烟积累的条件、碳烟的性质、交通工具行驶的公里数目和驾驶的类型等等。
为了检测碳烟微粒，已经有人提出了多种技术 通过将光散射在微粒上进行的光学检测；因为灰尘在光学组件上积累并且因为
高的成本(因为系统需要能够承受高温)，这种技术难以在引擎应用中使用；，通过对电离电流的修改进行的电子检测；因为这个技术需要使用高的电流强度，
因此它同样地昂贵；禾口 测量由碳烟的燃烧产生的并且与所氧化的材料的重量成比例的温度上升(催化传感器的原理)；这种技术不那么贵，但是仍然难以应用于引擎，因为环境温度不仅高而且波动剧烈。 存在众所周知的的技术，用于通过电容性的测量，测量材料的厚度的。然而，电容性的测量仅用于本质上是电容性的材料，即，材料中的电阻与电容相比是可以忽略的，并且这种测量需要复杂的处理器电路。在文档US 4766369和US 5955887中公开了这样的技术，用于分别检测纯冰的沉积物(纯电容性的材料)或者水和冰的混合物的沉积物(测量材料混合物的总阻抗)。 对于纯电阻性的材料，文档WO 2005/124313描述了影响传感器上的碳烟沉积的方法。该文档涉及测量纯电阻材料的沉积物的电阻，并且根据以下原理为了测量传感器的两个电极之间的电阻，需要强迫的最小碳烟沉积的阶段，以使传感器工作，即，来确保存在可以测量的有限电阻。在这个初始的沉积之后，可以跟踪作为沉积物厚度的函数的碳烟层电阻。这导致了仅能通过将所测量的电阻与电阻随厚度变化的概要数据库比较来检测阈值厚度。这种方法除了缺乏准确度以外，传感器还必须必要地与复杂的并且能够执行大量计算的电子设备相关联。此外，在该文档中描述的技术表现出以完全依赖沉积条件的方式测量电阻的主要缺点，上述沉积条件例如，温度上的和废气流量上的大的波动，以及烟气成分上的大的波动，烟气成分本身在引擎的寿命期间会波动。此外，当排气消声器工作时，所需的在电极之间强迫沉积碳烟的阶段不提供代表在表面的剩余部分发生的沉积的测量。
因此，还没有提出简单而且准确的技术，用于检测纯电阻材料的阈值厚度的沉积。
发明内容
因此，本发明寻求提供可靠的、简单的和准确的方法，用于检测纯电阻材料的阈值
厚度的沉积，并且使得可从传感器提供不依赖于材料的电阻率、温度或者废气流速的响应。 为了弥补已知技术的缺点，本发明提供了通过在形成至少两个电极对的至少三个
电极之间进行微差测量，测量纯电阻材料层的阈值厚度的方法，其中，根据将将测量的所述
沉积物厚度调整电极的长度和/或宽度和/或所施加的电压和/或间距。 为此，本发明提供了测量在传感器上沉积的纯电阻材料层的阈值厚度的方法，所
述传感器包括用于定义至少两个电极对的至少三个电极，所述至少两个电极对在支座上以
相邻的方式布置并且用定义的电压供电，定义的电压在所述电极之间产生电流，所述电极
对通过从以下参数中选择的至少一个第一参数相差异电极的宽度、间距、长度和施加到每
对电极的电压。在这种方法中，对所述参数的至少一个第二参数进行调整，使得当达到所述
阈值厚度时，在所述第一对电极之间的第一 电阻或者第一 电流和在所述第二对电极之间的
第二电阻或者第二电流是相等的。 由于测量的差分性，因此所述测量不依赖于沉浸所述层的实验条件，例如气体的温度和流量。该测量还不依赖于所述沉积物的电阻率。
在其它实现中 所述电极对通过从每对电极的宽度和间距中选择的至少一个第一参数相差异，并且调整从间距、宽度、长度和施加到电极的电压中选择的至少一个第二参数，使得当达到所述阈值厚度时，在所述第一对电极之间的第一电阻或者第一电流和在所述第二对电极之间的第二电阻或者第二电流是相等的；
所述第一电极对的宽度和/或间距是使得当厚度增加时，所述第一对电极之间
的电流相对于所述层的厚度的导数趋于零，并且所述第二电极对的宽度和/或间距是使得
当达到所述阈值厚度时，所述第二对电极之间的电流随着所述层的厚度大体上线性地增
加，所述方法进一步包括以下步骤 a)向所述电极对应用各自定义的电压； b)测量第一对电极之间的第一电阻或者第一电流； c)测量第二对电极之间的第二电阻或者第二电流； d)比较第二电阻和第一电阻或者比较第一电流和第二电流；禾口 e)当电阻相等或者电流相等时，产生信号，调整电极的宽度和/或长度和/或所施加的电压和/或间距，使得当达到所述阈值厚度时，获得所述相等； 所述第一对电极的宽度位于100纳米(nm)到1厘米(cm)的范围内，优选地位于10微米(m)到1毫米(mm)的范围内，典型地位于30 y m到250 y m的范围内，并且所述第二对电极的宽度位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50 y m到5mm的范围内，典型地位于250 ii m到1mm的范围内； 所述第一对电极的宽度和所述第二对电极的宽度之间的比率位于1 : 1000到
io : i的范围内，优选地位于i : ioo到i : i的范围内，典型地位于i : io到i : 2的
范围内； 所述第一对电极的间距位于lOOnm到1cm的范围内，优选地位于10 y m到1mm的范围内，典型地位于30 ii m到250 y m的范围内，并且所述第二对电极的间距位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50 ii m到5mm的范围内，典型地位于250 y m到1mm的范围内； 所述第一间距和所述第二间距之间的比率位于i : iooo到i : i的范围内，优选地位于i : ioo到i : 2的范围内，典型地位于i : io到i : 3的范围内； 所述第二对电极具有与所述第一对电极的长度不同的长度； 施加于所述第二对电极的电压与施加于所述第一对电极的电压不同；和/或 所述方法可以进一步包括通过在所述支座上布置的发热器电阻清洁所述传感器
的步骤，以如此方式布置发热器电阻以确保电阻材料的所述沉积物的完全燃烧。 为了实现上述方法，本发明还提供了确定检测器设备尺寸的方法，该检测器用于
检测在所述设备的电极上沉积的纯电阻材料层的阈值厚度。该方法包括以下步骤 a )在第一实验电极对和第二实验电极对上沉积纯电阻材料的选择的阈值厚度，
第一实验电极对和第二实验电极对连接到电压源，并且在从电极宽度和间距中选择的第一
参数上不同； 13)对于每个实验电极对，在所选择的阈值厚度处测量电流或者电阻，并且计算每对电极之间的电流的比率或者电阻的比率；禾口 Y)制作具有两个电极对的传感器，这两个电极对通过与所述实验电极相同的第一参数和通过从长度和施加到电极的电压中选择的至少一个第二参数相差异，所述第二参数在比率上不同，该比率等于在所述的实验电极对之间、在前面的步骤13)中在所述阈值厚度处测量的电流的比率或者电阻的比率。
在其它实现中 在执行步骤a )期间，所述第一实验电极对和第二实验电极对具有各自的第一
宽度和第二宽度，但是具有相同的长度、间距和施加的电压；并且在执行步骤Y)期间，制
造了包括两个电极对的传感器，所述两个电极对分别具有与所述实验电极的第一宽度和第
二宽度相同的第一宽度和第二宽度，并具有相同的间距，并且在两个电极对中，所述第二
对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的
接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在前面的步骤
中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率； 在执行步骤a)期间，所述第一实验电极对和所述第二实验电极对具有各自的
第一间距和第二间距，但是具有相同的长度、宽度和施加的电压；并且在执行步骤Y)期
间，制造了包括两个电极对的传感器，这两个电极对分别具有与所述实验电极的第一间距和第二间距相同的第一间距和第二间距，并具有相同的宽度，并且在两个电极对中，所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在前面的步骤
中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率；
在执行步骤a )期间，所述第一实验电极对和所述第二实验电极对通过电极的
宽度和间距相差异，电极具有相同的长度和施加的电压；并且在执行步骤Y)期间，制造了包括两对电极的传感器，这两个电极对具有与所述实验电极的宽度和间距相同的宽度和间距，并且在两个电极对中，所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在前面的步骤中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率。 本发明还提供了检测器设备，用于通过实现上述的测量方法检测纯电阻材料层的
阈值厚度，所述设备包括传感器、电压源和测量装置，传感器配备有用于定义在支座上以相
邻的方式布置的至少两个电极对的至少三个电极，电压源连接到所述电极并且调整电压源
以在每个电极对之间传递电压，测量装置用于测量所述电极对之间的电阻或者电流。所述
设备进一步包括用于互相比较所述电阻或者互相比较所述电流的装置和当所测量的电阻
或者所测量的电流相等时用于产生信号的装置。电极对通过从电极宽度和间距中选择的至
少一个第一参数以及从间距、宽度、长度和向电极施加的电压源的设置中选择的至少一个
第二参数相差异，所述第二参数使得在使用中，当已经在所述电极上沉积了将检测的所述
阈值厚度时，获得相等的电阻或者电流。 在其它实施方式中 所述第一对电极的宽度和/或第一间距是使得在使用中，当所述厚度增加时，所
述的第一对电极之间的电流相对于所述层的厚度的导数趋于零，并且所述第二电极对的宽
度和/或第二间距是使得在使用中，当达到所述阈值厚度时，所述第二对电极之间的电流
随着所述层的厚度大体上线性地增加，调整所述电极的宽度和/或长度和/或间距、和/或
所述电压源的设置使得当达到所述阈值厚度时获得相等的电阻或者电流； 在所述电极上放置了绝缘材料的罩，以便仅确定长度的电极与电阻材料层电接
触； 以平行的、相互交错的或者其组合的方式布置所述电极； 可以通过上述的确定尺寸的方法获得所述检测器设备，并且所述检测器设备可
以具有两对电极，这两对电极分别具有与所述实验电极的第一宽度和第二宽度相同的第一
宽度和第二宽度，并具有相同的间距，并且在两对电极中，所述第二对电极和所述第一对
电极的所述长度之间的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中
施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在所述确定尺寸的方法的步骤P)
中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率； 可以通过上述的确定尺寸的方法获得所述检测器设备，并且所述检测器设备可
以具有两个电极对，这两个电极对具有与所述实验电极的第一间距和第二间距相同的第一
间距和第二间距，并且在两个电极对中，在所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间
的比率或者向所述第二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的电极对之间、在所述确定尺寸的方法的步骤P)中、在所选择的阈值 厚度处测量的所述电流的比率或者所述电阻的比率；和/或 可以通过上述的确定尺寸的方法获得所述检测器设备，并且所述检测器设备可 以具有两个电极对，这两个电极对具有与所述实验电极的宽度和间距相同宽度和间距，并 且在两对电极对中，在所述第二对电极和所述第一对电极的长度之间的比率或者向所述第 二对电极和所述第一对电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在所述实验的 电极对之间、在上述确定尺寸的方法的步骤P)中、在所选择的阈值厚度处测量的所述电 流的比率或者所述电阻的比率； 本发明还提供了上述测量方法的使用，上述测量方法用于在排气消声器中检测阈 值厚度的碳烟层的沉积。在所述使用期间，当所述第一电阻和所述第二电阻相等或者所述 第一电流和所述第二电流相等时，在步骤e)中产生的信号可以用于触发微粒过滤器再生 的步骤。 最后，本发明提供了配备有微粒过滤器的排气消声器，该排气消声器包括位于所 述微粒过滤器的上游的、用于实现上述所述测量方法的至少一个上述的检测器设备。所述 排气消声器还可以包括位于所述微粒过滤器的下游的至少一个上述的检测器设备。
参照附图作出的以下详细描述中提供了本发明的其它特征，其中
图1是本发明的检测器设备的图解剖面视图； 图2是总图和总图的细节A的放大图，示出了电极宽度对随沉积物厚度变化的、电 极之间的电流的影响(以恒定间距)； 图3是总图连同总图的细节B的放大图，示出了电极间距对随沉积物厚度变化的、 电极之间的电流的影响(以恒定宽度)； 图4是说明了本发明的方法的实现的图，在于使用具有不同宽度和相同间距的电 极对，并且根据将确定的阈值厚度调整电极对中的一对电极的长度； 图5是总图连同总图的细节D的放大图，示出了宽度/间距比等于1的电极的宽 度和间距值对随沉积物厚度变化的电流的影响； 图5a和图5b是说明了本发明的方法的两个实现的图，在于使用具有不同的宽度 和间距但是宽度/间距比等于1的电极对，并在于根据将确定的阈值厚度调整电极对中的 一对电极的长度； 图6是示出本发明的设备的两个电极之间的电流如何随着纯电阻材料的沉积层 的厚度而变化； 图7和图8是本发明的传感器在确定电极尺寸之前和之后的示意平面图；
图9到图12是具有不同的电极布局的本发明的传感器的示意平面图；禾口
图13是用于实现本发明的对材料层的电阻率进行直接测量的方法的设备的示意 平面图。
具体实施例方式
用于测量纯电阻材料的阈值厚度的本发明的方法提出对绝缘支座上放置的两对电极之间的纯电阻材料层中的电阻或电流进行微差测量。应当在功能意义上而不是结构意 义上理解术语"两对电极"，即，该测量可在通过三个物理电极获得的两对电极之间执行测 量，其中的一个电极属于两对电极。 与绝缘材料形成对比，本方法本质上适用于电子的导体材料或者半导体材料。
电极对由电极的高度、宽度、长度和间距表征。下面，将所有的电极认为具有相同 的高度，并且该高度相对于将检测的阈值厚度是可以忽略的。 为了获得电阻或者电流的微差测量，相对于将要确定的层的阈值厚度对宽度和/ 或长度和/或电压和/或间距进行优化。 因此，本发明的检测器设备包括传感器，该传感器配备有至少三个电极，至少三个 电极用于定义在介质上以相邻的方式放置的至少两个电极对。该设备还包括电压源，其连 接于电极并且被调整为在每个电极对之间传递施加的电压。电压源的调整使得能够对电极 对供给相同的电压或者供给不同的电压。 当在电极上沉积了电阻材料时，电压在每对电极之间产生电流。传感器还包括用 于测量电极对之间的电阻或者电流的装置、用于对电阻或者电流互相比较的装置、和用于 当所测量的电阻或者电流相等时产生信号的装置。根据本发明，电极对在至少第一参数和 至少第二参数方面不同，至少第一参数选自电极的宽度和电极的间距，至少第二参选自间 距、宽度、长度和施加于电极的电压源的调整。第二参数使得在使用中，当在电极上沉积了 将要检测的阈值厚度时，获得电阻相等或者电流相等。 因此，图1示出了用于检测纯电阻材料的阈值厚度的设备，该设备包括传感器，该 传感器配备有在支座1上以相邻的方式沉积的两个电极对100和200，两个电极对具有不同 的宽度101 、201和不同的间距102、202。每个电极对100、200中的一个电极100a、200a的 接线端连接到发生器2，发生器2被调整为传递定义的电压U，并且每个电极对100、200中 的另一个电极100b、200b的接线端连接到各自的电阻测量装置103和203。该测量装置可 以是欧姆表或者电流表，电流表用来测量在电极之间流动的电流的幅度，然后通过欧姆定 律获得电阻。该设备还包括比较器装置(没有示出)，其用于对电阻或者电流互相比较； 和发生器装置(没有示出)，其用于当所测量的电阻或电流相等时产生信号。
将宽度101、201和/或间距102、202选择为使得首先，由于在第一电极对100的 两个电极100a、100b之间施加电压而产生的电场线104绝大部分地保持为限制在纯电阻材 料的层3之内；其次，当所述层的厚度达到将检测的阈值厚度es时，由于在第二电极对200 的电极200a和200b之间施加电压而产生的电场线204中的至少一些保持为在材料层3之 外。 因此，只要电场线中的一些保持在材料层3之外，电流就随着层的厚度大体上线 性地增加。通过图2、图3和图5的曲线，在每条曲线的大体上线性的部分Clin中说明了这 种线性的变化。 但是，当沉积物的厚度增加而使得两个电极之间的电场线绝大部分地保持限制在 材料层的内部时，电流相对于厚度的导数dl/de趋于零。在图2、图3和图5中通过每条曲 线的渐进的部分Casy说明了这种导数趋于零的变化。 可仅改变电极宽度参数和电极间距参数中的一个参数，以获得提供表示这一事实 的可区别的外观的曲线，即，第一电极对先于第二电极对形成渐进的特性。
优选地，为了获得准确的结果，并同时限制电极的尺寸和使用的材料的数量，将所 述参数的变化选择为使得首先，第一电极对在已经沉积了阈值厚度之前达到饱和状态， 即，由于在两个电极之间施加电压产生的电场线绝大部分地保持为限制在纯电阻材料层的 内部；并且其次，第二对电极在沉积物达到阈值厚度之后达到饱和状态，B卩，当所述层的厚 度达到将检测的阈值厚度Es时，在电极之间施加电压而产生的电场线中的至少一些保持在 材料层之外。 因此，图2示出了电极的宽度"1"对表示电极之间的电流I如何随沉积物的厚度 g变化的曲线的影响。使用相同的任意单位(u.a)表示宽度l、间距S和沉积物厚度g。长 度L、间距s和电压U保持恒定。图2和细节A的放大图(在图2的底部的图)示出了电极 的宽度越小，发生饱和状态时的厚度就e越小。因此，具有O. lu.a的电极宽度的一对电极 (在每个图的底部的曲线Cl)在大约1. 5u. a的厚度处达到其渐进电流(大约0. 4u. a)(见 细节A的放大图)，而具有10u. a的电极宽度的一对电极(在每个图的上部的曲线C2)在大 约40u. a的厚度处达到其渐进电流(大约1. 4u. a)。 图3示出了电极间距对表示电极之间的电流随沉积物的厚度变化的曲线的影响。 以相同的任意单位(u.a)表示宽度l、间距S和沉积物的厚度g。长度、宽度和电压保持为 常数。在图3中，细节B的放大图(图3底部的图)示出了电极之间的间距越小，饱和状态 发生时的厚度g就越小。因此，具有相隔10u.a的电极的一对电极(每个图的底部曲线) 在大约15u. a的厚度处达到其渐进电流(大约0. 4u. a)，而具有相隔大约0. lu. a的电极的 一对电极(每个图的顶部曲线)在大约4u. a的厚度处达到其渐进电流(大约1. 4u. a)(细 节B的放大图)。 这两个图示出了 通过沉积宽度或者间距不同的两对电极，可将电极的尺寸确定 为使得当达到阈值厚度时，由在第一对电极之间施加电压产生的电场线比由在第二对电极 之间施加电压产生的电场线更大程度地限制于纯电阻材料层内。尽管如此，示出的曲线并 不相交。 根据本发明，适于在确定传感器尺寸的阶段期间改变至少两个参数，从而使得表 示电极之间的电流随沉积物厚度变化的曲线在将检测的阈值厚度处相交。换句话说，适于 适当地选择下列参数长度、宽度、间距和施加的电压，以使得当所沉积的层的厚度达到将 要检测的阈值厚度es时，在每对电极之间测量的电流或者电阻是相等的。
在第一实现中，本发明的测量方法在于，每次使用确定的因子，根据待确定的阈 值厚度调整电极的长度，更准确地，在于增加更宽地间隔的电极对的长度或者增加该电极 对两端之间的电压，或者减少更窄地间隔的电极对的长度或者减少该电极对两端之间的电 压。 图4示出了应用于参照图2描述的配置的这种实现。因此，两对实验电极具有相 同的间距lu. a，但是具有不同宽度。在图4示出的例子中，第一对电极具有0. lu. a的宽度 l，第二对电极具有lu. a的宽度1。更准确地，第一对电极中的电极具有30ym的宽度且相 隔300ym，并具有lu.a '的任意长度(其中，u. a'是电极长度的单位长度，u. a'不必须 等于用于其它尺寸的单位长度u. a， S卩，电极宽度和电极间距，还有层厚度)。第二对电极中 的电极具有300 y m的宽度、300 ii m的间距和lu. a'的任意长度。 首先，本发明在于对于计算每对电极在阈值厚度 处(这里选择为250iim)所测量的电流的比率iyii。在图4中，这个比率等于1.39。然后，本发明的方法在于将第一电 极对中的电极的长度乘以这个比率，以便获得适合于实现本发明的测量方法的传感器。这 就使得以这种方式确定尺寸的这两对电极之间测量的电流是相等的，并且该设备生成指示 在传感器上沉积的材料的阈值厚度的信号。 以等同的方式，可将向第一对电极的接线端施加的电压乘以所测量的比率，而不 是用长度乘以所测量的比率。 同样等同地，可将第二电极对的长度或者向第二电极对施加的电压除以所述比
率，而不是将第一电极对的长度或者施加的电压乘以所述比率。 相同的步骤适用于参照图3描述的配置。 然而，应当看到的是，与图2比较，通过作用于电极间距而不是作用于电极宽度， 在确定电极尺寸的过程中可以获得更大的自由，从而在当前的交叉点处可以获得更好的准 确度，因为曲线随着电极宽度在非渐进部分更靠近在一起。换句话说，在每对电极中，电极 宽度的影响比电极之间间距的影响更小。 在第二实现中，本发明的测量方法在于根据待确定的阈值厚度调整电极的宽度或 者电极的间距，而不是调整长度或者电压。 换句话说，当实验电极对具有相同宽度的电极并且仅在电极间距上不同时，第二
实现中的方法在于仅调整传感器的电极宽度，以便曲线在阈值厚度处相交。类似地，当实验
电极对具有相同的间距并且仅在电极宽度上不同时，那么第二实现中的方法在于仅调整传
感器的电极间距，以便曲线在阈值厚度处相交。
因此，传感器的电极对仅在电极的宽度和间距上不同。 然而，如在说明了当s/1的比率等于1时的情况的图5中示出的，因为所有的曲线 趋于相同的渐近线，因此，如果两对电极都具有等于间距旦的电极宽度(例如，对于第一对 电极1 = s = 0. 05u. a，对于第二对电极，1 = s = 2u. a)，表示作为沉积物的厚度旦的函数 的电流I的变化的曲线则不可能相交。 因此，当电极对仅在电极的宽度和间距上不同时，两个电极对还必须提供不同的 比率s/1。 通过在电子数据表中的分析仿真，可以获得电极的宽度和间距的尺寸标注，以便 绘制曲线I = f(e)。 为了绘制曲线，使用下列的标记 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] 通过下列公式给出I的适合的近似 I = (ji/2) {ln[2(l+ka5)/(l-k°5)]}—、对于k2 > 0.5 [5]
和
1= (1/2Ji)ln[2(l+(l-k2)。.25)/(l-(l-k2)。.25)]，对于k2《0.5[6]
于是，示出了曲线I = f(e)。 因此，对于g的不同值，l和s是变化的。然后可确定使得曲线在所选择的阈值厚 度处相交的s和1对。 例子1 :通过修改实验电极对中的一个电极对的间距，使得图2的两条曲线CI和 C2相交。 目标是确定第一实验电极对的间距，而保留第一实验电极对的宽度L = 0. lu.a 且保持第二实验电极对不变(s2 = lu. a， 12 = 10u. a)，以便两个电流在es = 2u. a处相交。
公式[1]到公式[6]给出了用于共面实验电极的、具有有限厚度g的介质中电流 的表达。 对于e = ，两个电流需要相等，这意味着、=k2 = ks。将公式[1]用于第二对 电极，得到ks = k2 = tanh[ Ji *1/(4*2)]/tanh[ Ji (1+2*10)/(4*2)] =0.374 因为、=ks，因此将公式[1]用于第一电极对得到 tanh [ ji承s丄/ (4承2) ] = 0. 374承tanh [ ji (s丄+2承0. 1) / (4承2)] 通过将等式的两端放入电子表格中，并且增加Sl，当Sl " 0. 12时电流I相等。 例子2 :通过修改实验电极对中的一对电极的宽度，使得图3的曲线C3和C4相交。 目标是确定第一电极对的h，而保留第一电极对的间距Sl = 0. 5u. a并且保持第
二电极对不变(s2 = 2u. a， 12 = lu. a)，使得在es = 2u. a处两个电流相交。 与例子1中的计算类似的计算得到用于第二对电极的以下等式ks = k2 = tanh[ Ji *2 (4*2)] tanh[ Ji (2+2*1) (4*2)] =0.715 因为、=ks，因此对于第一对电极有下列结果 tanh [ Ji氺O. 5/(4氺2) ] = 0. 715氺tanh [ ji (0. 5+2氺l》/ (4氺2)] 通过将等式的两端输入到电子表格中并且增加1"当L " 0. 105时，得出电流I是
相等的。 改变两个参数以使得每个实验电极对的曲线在所选择的阈值厚度处相交，这可以
满足某些阈值厚度，但是对于其它阈值厚度值却难以实现或者甚至不可能实现。 本发明优选的实现(它是较容易实现)在于改变至少三个参数。因此，通过首先
改变两个参数(例如，宽度l和间距旦)，获得两条曲线，这两条曲线表现出完全不同的外观，
表示了第一电极对先于第二电极对显示出渐进特性。此后，调整第三参数(例如，通过增加
间隔最大的电极对的长度或者该电极对的接线端电压，或者实际通过减少间隔较小的电极
对的长度或者其接线端处的电压)，使得曲线在所选择的阈值厚度处精确地相交。这种实现
使得可避免两对电极的尺寸差别太大，因为这不是一直与使用的技术和/或预计的应用兼
容。这使得可提高总的检测准确度。图6中示出了一个例子。 如上面解释，用于检测阈值厚度的本发明的方法是建立在随着层的厚度改变I乂l2
的比率的基础上，因而(如果施加的电压是相同的)建立在改变的两个电阻ivx的比率的
基础上。以严格地等同的方式，同样可测量I「I2或者R厂Ri的差。 对于这样的间距和/或宽度和/或长度和/或电压范围获得最好的结果，即，在该 范围内，在第一对电极之间流动的电流(当达到阈值厚度 时)位于曲线C5的渐进域，而在第二对电极之间流动的电流(当达到阈值厚度es时)位于曲线C6的大体上线性域。然 而，当每个电极对中的间距等于宽度时(图5、图5a和图5b)，不是必须在阈值厚度的任何 一侧选择s = 1，即使该选择是优选的。 通常来说，选择电极对的尺寸相对地远离是合适的，以便获得表示两个电流的曲
线(更准确地，是曲线的切线)之间的"角度"足够大，以获得准确的相交。 在图6说明的实现中，本发明的方法包括根据将检测的阈值厚度和电极的宽度和
间距调整电极的长度。 将检测的阈值厚度es是电阻性碳烟微粒的250 y m。第一实验电极对具有125 y m 的电极宽度101和同样等于125 m的电极间距102。第二实验电极对具有250 y m的电极 宽度201和同样等于750 ii m的电极间距202。 在这个例子中，两条曲线C5和C6表示用于确定第二对电极200的尺寸的实验结 果。这个确定尺寸的步骤是对绝缘支座上的两个实验电极对执行。将全部电极的厚度设置 为lOym，并将其长度设置为1000 ym。这些曲线也可通过使用上面描述的等式[1]到等式 [6]的分析仿真或者通过使用有限元的数值仿真来获得。 在绝缘支座上放置了电极后，在连续的层中沉积电阻材料，并在每个电极对的接 线端测量作为总沉积材料厚度的函数的电流(从而测量电阻)，直到预定的最大总厚度 emax(图1)，预定的最大总厚度emax大于将检测的阈值厚度。 另一个解决方案在于通过电阻材料的连续沉积、或者通过用于小厚度的丝网印 刷、或者通过用于更大厚度的所谓的"Dr. Blade"方法，制造具有850 y m的最大总厚度emax 的电阻层。在每次沉积之后，在85(TC执行烘焙。然后在使用砂轮的步骤中将具有850ym 厚度的最终的电阻层变薄，并在每个变薄操作之后测量两个电阻&和R2。
这个确定尺寸的步骤因而在于根据电阻层的厚度改变I乂l2的比率或者IVX的比 率。当层的厚度达到将检测的250 ii m的阈值es时，这个比率经过值2. 83。
本发明的确定尺寸的方法则在于将第二对电极200的电极的长度乘以在阈值厚 度es处确定的2. 83这个因子，或者以等同的方式，在于将第一对电极100的电极的长度除 以上述因子。将图6中的曲线C6的纵坐标乘以这个因子得到曲线C7。曲线C7(对应于具 有2830 ii m长度的、更宽的并且相距更远的电极)和曲线C5 (对应于1000 y m长度的、距离 更近的电极)于是在大体上 =250iim的横坐标点相交。当纯电阻材料的厚度达到阈值 es (在这个例子中是250 ii m)时，以这种方式确定尺寸的电极对100和电极对200之间的电 流的比率1乂12或者电阻的比率IVX等于1。可供选择的方案将是测量Irl2或者的 差的变化，当纯电阻材料的厚度达到阈值es(在这个例子中是250ym)时，这个差是零。与 仅调整宽度和间距从而使得在阈值es处比率1乂12等于1的实现相比较，这个实现优化了 阈值厚度es周围的传感器的响应的准确度。 图5对于根据将要检测的阈值厚度确定电极对的尺寸是有用的。
可以看出，在图5中，当比率(s = 1)/e具有较小的值时，在较小的厚度处显示出 渐进行为。优选地，将第一电极对的间距选择为比阈值厚度至少小5倍(例如，在横坐标 5u.a处曲线s二 1 = lu.a)。可以以如此方式选择第二电极对，使得第二电极对在5u. a处 尽可能远离渐进区域。曲线s = 1 = 10u. a看起来是对于避免与第一电极对相比过度地增 加第二电极对的宽度和间距的良好的折中。这个选择得到了图5a中示出的尺寸，以便电流在es = 250iim处相交，即，对于较小的电极，s = 1 = 50iim且L = lu.a' (u. a'是用于电极长度的单位长度，其不必需等于用于其它尺寸的单位长度u. a， S卩，电极的宽度、间距和层的厚度)，并且对于较大的电极，s = 1 = 500iim且L = 2. 19u.a'。图5b示出了将较小电极的es选择为大于5s不是绝对地必不可少的，因为选择es = 2s仍然能得到电流相交的可接受的准确度(图5b)，选择es大于5s的优势在于使得可使用125 y m的技术而不是50 ii m的技术，50 ii m的技术实现上更难并且昂贵。 较靠近的和/或较窄的电极的尺寸可由技术约束先验地确定。因此，为了增加渐
进特性，没有必要考虑电极的宽度小于电极的间距。然后，合适的是，选择技术可能制造的
最小的间距值和最小宽度值，并且优选地使更靠近的电极具有s/1 = 1的比率。 对于相距较远的电极，通过减少比率s/1(图2)并且从而通过增加电极的宽度
(对于固定间距)，可以进一步增加渐进特性相对于阈值厚度希望的迟滞。然而，因为与电
极间距相比电极宽度对渐进特性的迟滞具有更小的影响，这个选择不是必然地非常有优势
的，因为这意味着增加使用的金属的量和制造更庞大的设备。 为了同样的原因，因此可以发现更有优势的是不试图延迟相对于阈值厚度的渐进特性，而是减少相距最远的电极的宽度，找到对电流相交的精确度的相应损失的折中。
总之，确定检测器设备尺寸的方法的例子包括下列步骤，该检测器设备用于检测在设备的电极上沉积的纯电阻材料层3中的阈值厚度es : a )在第一和第二实验电极对100、200上沉积选择的阈值厚度es的纯电阻材料，第一和第二实验电极对100、200连接到电压U的源2，并且在从电极的宽度和间距中选择的第一参数上不同； |3)对于每个实验电极对，测量所选择的阈值厚度 处的电流或者电阻，并且计算
每对电极之间的电流I" 12的比率VI2或者电阻RA的比率IVX ;禾口 y)制造具有两个电极对的传感器，这两个电极对通过与实验电极相同的第一参
数并通过从长度和向电极施加的电压中选择的至少一个第二参数相差异，第二参数在比率
上不同，该比率等于在实验电极对之间、在前面的步骤13)中在阈值厚度 处测量的电流
的比率VI2或者电阻的比率R2/R10 在这种确定尺寸的方法的第一变体中 *在执行步骤a)期间，第一和第二实验电极对100和200具有各自的第一和第二宽度101、201，但是具有相同的长度、间距和施加的电压；禾口 在执行步骤y)期间，制造包括两个电极对的传感器，这两个电极对分别具有与实验电极的第一和第二宽度相同的第一和第二宽度101、201，并具有相同的间距，并且在两个电极对中，第二和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的长度L3和之间的比率lVLp或者在使用中向第二和第一对电极200、 100的电极200a、200b、 100a和100b的接线端施加的电压U、U2。。和U1Q。之间的比率U2。。/U和U/U1Q。等于在实验电极对之间、在前面的步骤中在所选择的阈值厚度es处测量的电流的比率I乂l2或者电阻的比率R乂&。 因此这个第一变体使得能够制造具有两个电极对的检测器设备，这两个电极对分别具有与实验电极对的宽度相同的第一和第二宽度101和201，并具有相同的间距。在这个设备中，第二和第一对电极200和100的电极200a、200b、100a和100b的长度L3和！^之间的比率1V^，或者向第二和第一对电极200和100的电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在实验电极对之间、在前面的确定尺寸的方法的步骤P)中在所选择的阈值厚度es处的所测量的电流的比率1乂12或者所测量的电阻的比率R2/Rlt)
根据确定尺寸的方法的第二变体 *在执行步骤a)期间，第一和第二实验电极对100、200具有各自的第一和第二间距101、201，但是具有相同的长度、宽度和施加的电压；禾口 在执行步骤Y)期间，制造包括两个电极对的传感器，这两个电极对分别具有与实验电极相同的第一和第二间距102、202，并具有相同的宽度，并且在两个电极对中，第二和第一对电极200、 100的电极200a、200b、100a和100b的长度L3和L丄之间的比率1^，或者在使用中向第二和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的接线端施加的电压U、U2。。和U1Q。之间的比率U2。。/U和U/U1Q。等于在实验电极对之间、在前面的步骤e)中、在所选择的阈值厚度es处测量的电流的比率I乂^或者电阻的比率IVX。
因此这个第二变体使得能够制造具有两对电极的检测器设备，这两对电极分别具有与实验电极的间距相同的第一和第二间距101、201，并具有相同的宽度。在这个设备中，第二对和第一对电极200、100的电极200a、200b、100a和100b的长度L3和！^之间的比率1V^，或者向第二对和第一对电极200、100的电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在实验电极对之间、在前面的确定尺寸的方法的步骤P)中、在阈值厚度 处的所测量的电流的比率1乂12或者所测量的电阻的比率IVX。
在方法的第三变体中 *在执行步骤a )期间，第一和第二实验电极对100和200通过电极的宽度和间距相差异，电极具有相同的长度和被施加的电压U ;禾口 在执行步骤Y)期间，制造包括两对电极的传感器，这两对电极具有与实验电极相同的宽度和间距，并且在两对电极中，第二对和第一对电极200和100的电极200a、200b、100a和100b的长度L3和!^之间的比率lv^，或者在使用中向第二对和第一对电极200和100的电极200a、200b、100a和薩的接线端施加的电压U、 U200和U100之间的比率U200/U
和u/u，等于在实验电极对之间、在前面的步骤e)中在所选择的阈值厚度 处测量的电流的比率1乂12或者电阻的比率ivx。 因此这个第三变体使得能够制造具有两对电极的检测器设备，这两对电极具有与实验电极相同的宽度和间距。在这个设备中，第二对和第一对电极200和100的电极200a、200b、 100a和100b的长度L3和之间的比率iVl^，或者向第二对和第一对电极200和100的电极的接线端在使用中施加的电压之间的比率等于在实验电极对之间、在前面的确定尺寸的方法的步骤P)中在阈值厚度es处测量的电流的比率I乂l2或者电阻的比率IVX。
在描述的多个实施方式中，可以将第一电极对的宽度101选择为位于100纳米(nm)到1厘米(cm)的范围内，并且优选地位于10微米(y m)到1毫米(mm)的范围内，典型地位于30 ii m到250 ii m的范围内。可以将第二电极对的电极的宽度选择为位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50 ii m到5mm的范围内，典型地位于250 y m到lmm的范围内。
更一般地，可以将第一电极对的宽度101选择为小于或等于e乂2，优选地位于es/10到e乂4的范围内。 优选地，第一对电极的宽度和第二对电极的宽度之间的比率可以位于l : 1000到10 : i的范围内，优选地位于i : ioo到i : i的范围内，典型地位于i : io到i : 2的 范围内。 此外，将第一对电极的间距选择为位于lOOnm到1cm的范围内，优选地位于10 y m 到1mm的范围内，典型地位于30 ii m到250 y m的范围内，并且第二对电极的间距位于500nm 到5cm的范围内，并且优选地位于50 ii m到5mm的范围内，典型地位于250 y m到1mm的范围内。 优选地，第一和第二间距之间的比率位于i : iooo到i : i的范围内，优选地位 于i : ioo到i : 2的范围内，典型地位于i : io到i : 3的范围内。 电极材料也对测量电阻率的准确度有影响。因而，当利用空气是腐蚀性时，例如在
使用中的排气消声器中应用的空气，电极优选地由掺杂硅、钼、金、银-钯合金或者金属氧 化物构成。如果空气允许，使用的材料也可以是铝、铜和锡等。因此电极可以由许多材料制 成，只要材料的电阻率相对于将测量的厚度层的电阻率保持为可忽略的。确保电极的电阻 相对于将测量的厚度层的电阻是可忽略的同样是合适的。 通过使用更准确的用于制造传感器的方法，例如，用于在绝缘支座上沉积电极，可
更准确地进行测量。 例如，丝网印刷允许确定尺寸的准确度仅在误差为5%到10%的范围内，特别是 对于更短更靠近的电极。因此，通过在氧化铝基片上光刻地沉积电极，可以获得更好的准确度。 图7和图8中示出的有优势的解决方案在于沉积预定长度大于所希望长度(在示 出的例子中大于1000 ym)的第一电极对100，于是在于沉积预定长度大于先前确定的长 度(即，大于2830iim)的第二对电极200。然后沉积绝缘材料的罩(mask) 305、405和450， 以使电阻材料层仅与第一电极对中的电极的长度1^和第二电极对的电极的长度L3接触，长 度等于所希望的长度(这里是1000 y m)，长度L3等于在确定尺寸的阶段期间确定的长 度(这里是2830 y m) ， S卩，等于L2 (1000 y m的第二实验电极对的长度)乘以在阈值厚度处 的实验电极的比率1乂12或者IVX的值。 通过使测量区域与连接区域分开，罩还使得可能简化具有预定义的长度的电极的 制造。罩层应当由电绝缘层制造，该电绝缘层相对于电极、碳烟和废气在至少高达用于再生 微粒过滤器的温度(即，大约800°C )下都是化学惰性的。 可以根据应用确定电极的尺寸。对于这样的厚度范围获得最佳的准确度，在该范 围中，根据层的厚度变化的小电极对的电导位于曲线的渐进范围内(图6中的曲线C5的右 手侧部分)，而大电极对的电导位于伪线性范围内(图6中的曲线C6的左手侧部分)。
为此，可能认为小电极应当尽可能靠近，大电极应该尽可能远离。然而，如果在两 对电极的电极间距之间的比率太大，那么，在阈值es处获得电阻或者电流曲线之间相交需 要的大电极长度将过大(在将长度调整成合适的比率的实施方式中)。除了尺寸的缺点之 外，还将具有丧失准确度的风险。 本发明的另一个实现在于将在第二电极对200的接线端处的电压U乘以(或者以 等同的方式将第一电极对100的接线端的电压除以)阈值厚度处实验电极的比率1/12的 值，实验电极通过例如电极间距或者电极宽度的至少一个参数相异。 换句话说，在确定尺寸的阶段，向两个电极对100和200的接线端施加相同的电压U。但是在这个电极中，不是对电极的长度进行乘(或者除)，而是对电压进行乘(或者除)。 因而，本发明的测量方法在于向第一电极对100的接线端施加电压U和向第二电极对的接 线端施加电压U，，其中，U，等于U乘以阈值厚度处实验电极的比率I乂l2的值，或者在于 向第二电极对200的接线端施加电压U和向第一电极对的接线端施加电压U1Q。，其中，U1Q。等 于U除以在阈值厚度处实验电极的比率1乂12的值。 另一个可能性在于，考虑到其更容易实现，通过向大电极对(第二电极对)施加更 高的电压使电流在阈值厚度处相交，如果在最终的设备中两对电极被施加有相同的电压， 这些"实验"电压的比率则确定所述第二电极对的长度的比率。可替换地，减少第一电极 对接线端处的电压，"实验"电压的比率则确定第一电极对的长度减少的程度，例如，使用罩 (如上面描述)。 图9到图12示出了电极对的多种外形和布置。如图9中所示，两个电极对可以是 矩形的。为了解决由于两个电极对之间较大的长度差别而引起的问题，可设想第一对电极 是矩形的并且第二对电极是互相交叉的(图10)。对于高度电阻性的层，可设想使用两对互 相交叉的电极(图11)。还可以设想使用三个电极的设计(图12)，只要中间电极具有与在 确定尺寸的阶段计算的长度或者宽度相同的长度和/或宽度。 图8到图12中示出的传感器还包括绝缘材料的罩450。在连接器之间沉积的碳烟 不允许将在电极之间沉积的碳烟明显短路。上述的绝缘层用来对与电测量电路的全部线连 接提供这种保护。这些连接器必须与碳烟电绝缘，或者必须相对于电极之间的间距间隔足 够远。 没有绝缘罩操作的一种解决方案(如关于图8到图12描述的，然而服从电极的预
定义的外形)将通过穿过电极下方的氧化铝的通孔经过支座的其它面提供连接。 除了使得电极能被制造为具有所希望的操作尺寸以外，使用通孔的解决方案还使
得可与氧化铝基片的背面进行连接。因此可简化将连接器绝缘和隔开的问题。还可以设计
具有带通孔的多层氧化铝基片的解决方案，作为解决连接器的隔绝问题的方法。 上述测量方法和检测其设备适用于检测包括微粒过滤器(PF)的排气消声器中的
碳烟微粒层何时沉积达到阈值厚度，用于监控PF和控制PF的再生。为了这个目的，将当第
一和第二电阻或者电流相等时产生的信号用来触发微粒过滤器的再生。为了这个目的，将
本发明的至少一个检测器设备设置于微粒过滤器的上游，以便实现本发明的测量方法。这
种布置因而用来确定在微粒过滤器上何时形成阈值量的碳烟。 在大约80(TC处执行的再生不足以消除位于在本发明的检测器设备的传感器上的 所有碳烟沉积。 为了清洁传感器并且完全消除位于电极上的碳烟沉积，将加热器电阻500沉积在 介质上，以便确保电阻材料的沉积物的完全燃烧。 加热器电阻优选地由铂制成，但是对于电极，可以设想其它传导材料。加热器电阻 500的布置必需确保温度在覆盖电极的碳烟沉积物上尽可能均匀地分布(图9到图12)。微 分电路的使用假设在覆盖电极的表面上沉积物在所有位置处具有相同的电阻率，因而假设 两个电极对的温度是相同的。 可以将加热器电阻放置在介质上与电极相同的一侧、围绕电极(图9到图12)，或 者防止在介质的另一面、在电极的下方。用于沉积加热器电阻的技术与描述的用于沉积电
19极的技术相同。 需要将支座选择为使得，其承受汽车排气的极端困难的条件，尤其是温度上的巨大变化(IO(TC到900°C ) 和废气的腐蚀特性；禾口 其在PF再生过程中，必须电力地和机械地与沉积电极和加热器电阻兼容，用于 确保传感器上碳烟的燃烧。 传统地用于在混合微电子器件中沉积厚层或者薄层的、由96 %到99. 9 %的铝制 成的平面衬底看起来相当合适。然而，可设想使用其它绝缘衬底，例如，陶瓷、玻璃、氧化硅、 氧化镁、氧化锆、氮化铝、氮化硅、氮化硼等。支座可以由电绝缘体构成，或者由在电绝缘体 上涂覆的导体或者半导体构成。其可以由在电绝缘体、氧化锆、金刚砂等上涂覆的金属构 成。对于不像排气消声器中那么热和那么腐蚀性的条件下的应用，支座还可以由塑料材料 或者单晶硅制成。 支座的外形优选地是平面的，但是，可以根据使用对支座进行调整，例如，为了在 排气消声器中使用，支座可以是曲线形的或者圆柱形的，或者事实上支座可以是手套手指 形的。 适合于在汽车排气中使用的上面描述的传感器也可以用于锅炉，特别是燃油锅炉 中，或者烟囱中。优势在于优化清洁锅炉或者打扫烟囱的频率。 可以测量的最小厚度具有与更细的电极的宽度相同的数量级。使用硅技术，因此 可设想测量从O. liim开始的层厚度。在某些应用中，有利地，可替换石英天平，用于当发生 沉积时在原处监控厚度。 在本发明中描述的测量方法和差分电阻传感器使得能够独立于纯电阻材料的电 阻率，检测纯电阻材料的阈值厚度。该测量方法和传感器适用于确定具有有限电阻率的任 何纯电阻材料的厚度。因而，该传感器适用于在大的电阻率范围内测量给定的阈值厚度，而 不需要根据材料的电阻率和/或沉积和测量发生的条件(流量、温度和废气的压力)进行 再校准。 本发明的测量方法和检测器设备特别地适和于确定微粒沉积物特别是碳烟微粒 沉积物的阈值厚度，该碳烟微粒的沉积物依赖于碳烟的成分(特别地碳烟的碳氢化合物的 成分)和沉积温度(影响沉积物的成分和沉积物的电阻率的引擎的温度和废气的温度)具 有位于10+4欧姆厘米(Q.cm)到10+8欧姆厘米的范围内的电阻率。 此外，用在汽车废气中尝试和测试的材料制造的传感器的低制造成本、传感器尺 寸与消声器尺寸的兼容性、在如此不利的条件下传感器操作的简单性和可靠性，所有这些 都意味着该传感器完全适合于满足汽车制造商的要求。 可以提供多个变形和供选方案，而不超出本发明的范围，并且特别地 可以縮短第一电极对的电极100a和100b的长度L"而不是伸长大电极对的电
极。这种縮短可以通过沉积额外的绝缘罩获得；禾口 本发明的至少一个检测器设备还可以位于微粒过滤器的下游。
本发明还直接地应用于测量电阻率的方法。 —旦材料的厚度大于共面电极之间的间距的10倍，在有限厚度的介质中在图5中 获得的渐进电流则几乎等于在半无限介质中的电流。当电极的宽度与电极的间距相同时(s/l = l)，那么渐进电流等于O. 78倍的单位长度电流，单位长度电流将对于夹在具有与共
面电极相同的宽度和相同的间距的两个平行电极之间的相同电阻材料而测量。 此外，如果共面电极的长度L与共面电极的宽度和间距相比较相对地长(L大于s
=1大约10倍)，那么一旦层的长度(垂直于图的平面)大于电极的长度，电流相对地对层
的长度就相对不敏感。 因此，只要与电阻材料接触的位置处的厚度大于电极的宽度至少5到10倍，那么， 通过将具有两个共面电极的设备按压在任意形状的电阻材料上，或者通过将间距等于宽度
并且长度等于宽度的大约io倍的两个共面电极放置在任意形状的电阻材料上，并且当测
量电极之间的电阻时施加电压，可以直接获得所述材料的电阻率。 实现设备(忽略在材料上共面电极的直接沉积)可以由如图13所示配备有一对 电极的测量头构成。示例性地，对于具有500iim宽度和间距的电极，长度大约是5mm，由此 测量头具有相对小的尺寸。但是，可能根据希望增加或减少这些尺寸。
两个电极之间的电阻测量然后如下直接地提供了材料的电阻率
p = 0. 78*R*L 其中，p是电阻率，以欧姆厘米(Q.cm)表达，R是用欧姆(Q)表达的在电极之间 测量的层的电阻，并且L是电极的长度，以厘米(cm)表达。
因子0.78是图5的渐进因子。 如果材料的厚度是电极宽度的至少10倍，测量准确度则优于1% ;如果所述的厚
度是电极宽度的至少5倍，测量准确度则优于3%。 准确的测量需要电极和材料之间具有良好的接触。
权利要求
一种测量在传感器上沉积的纯电阻材料层(3)的阈值厚度(es)的方法，所述传感器包括至少三个电极(100a、100b、200a和200b)用于定义至少两个电极对(100、200)，所述至少两个电极对在支座(1)上以相邻的方式布置的并且由在所述电极之间产生电流的电压(U、U100和U200)供电，所述电极对通过从所述电极的宽度、间距和长度以及向每对电极施加的电压中选择的至少一个第一参数相异，所述方法的特征在于，调整所述参数的至少一个第二参数，以便当达到所述阈值厚度(es)时，所述第一对(100)中的电极(100a、100b)之间的第一电阻(R1)或者第一电流(I1)和所述第二对(200)中的电极(200a、200b)之间的第二电阻(R2)或者第二电流(I2)是相等的。
2. —种根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述电极对通过从每对电极的所述宽 度和所述间距中选择的至少一个第一参数而相异，并且调整从所述间距、所述宽度、所述长 度和向所述电极施加的所述电压中选择的至少一个第二参数，使得当达到所述阈值厚度 (es)时，所述第一对(100)中的电极(100a、100b)之间的第一电阻(R》或者第一电流(1》 和所述第二对(200)中的电极(200a、200b)之间的第二电阻(R2)或者第二电流(I2)是相 等的。
3. —种根据权利要求1或者权利要求2所述的测量方法，其中，所述第一电极对(100) 的宽度(101)和/或间距(102)使得当所述厚度增加时，所述第一对的电极(100a、100b)之 间的电流相对于所述层(3)的厚度的导数趋于零，并且所述第二电极对(200)的宽度(201) 和/或间距(202)使得当达到所述阈值厚度(es)时，所述第二对的电极(200a、200b)之间 的电流随着所述层的厚度大体上线性地增加，所述方法进一步包括如下步骤a) 向电极对(100、200)施加各自定义的电压(U、 U1Q。和U2。。);b) 测量所述第一对(100)的电极(100a、100b)之间的第一电阻(R》或者第一电流 (1》；c) 测量所述第二对(200)的电极(200a、200b)之间的第二电阻(R2)或者第二电流 (12);d) 比较所述第二和第一电阻或者所述第一和第二电流；禾口e) 当所述电阻或所述电流相等时产生信号，调整所述电极的所述宽度(101、201)和/ 或所述长度(Lpk和L3)和/或所施加的电压(U、U1Q。和U2。。)和/或所述间距(102、202)， 以便当达到所述阈值厚度(es)时，获得所述相等。
4. 一种根据权利要求1到权利要求3的任何一项所述的方法，其中，所述第一对(100) 的电极(100a、100b)的宽度(101)位于100nm到lcm的范围内，优选地位于10iim到lmm的 范围内，典型地位于30iim到250iim的范围内，并且所述第二对(200)的电极(200a、200b) 的宽度(201)位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50 y m到5mm的范围内，典型地位于 250iim至lj lmm的范围内。
5. —种根据权利要求4所述的方法，其中，所述第一对的电极的宽度(101)和所述第二对的电极的宽度(201)之间的比率位于i : iooo到io : i的范围内，优选地位于i : ioo 到i : i的范围内，典型地位于i : io到i : 2的范围内。
6. —种根据权利要求1到权利要求3的任何一项所述的方法，其中，所述第一对的电极 的间距(102)位于100nm到lcm的范围内，优选地位于10 y m到lmm的范围内，典型地位于 30 ii m到250 ii m的范围内，并且所述第二对的电极的间距(202)位于500nm到5cm的范围内，优选地位于50 ii m到5mm的范围内，典型地位于250 y m到1mm的范围内。
7. —种根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一和第二间距(102、202)之间的比率位于i : iooo到i : i的范围内，优选地位于i : 100到i : 2的范围内，典型地位于 i : io到i : 3的范围内。
8. —种根据权利要求1到权利要求7的任何一项所述的方法，其中，所述第二对(200) 的电极(200a、200b)的长度(L3)与所述第一对的电极(100a、100b)的长度(L》不同。
9. 一种根据权利要求1到权利要求7的任何一项所述的方法，其中，向所述第二对 (200)的电极(200a。 200b)施加的电压(U2。。)与向所述第一对的电极(100a、100b)施加的电压(U100)不同。
10. —种根据权利要求1到权利要求9的任何一项所述的方法，进一步包括通过在所述 支座(1)上布置的加热器电阻(500)以确保电阻材料的沉积物充分燃烧的方式清洁所述传 感器的步骤。
11. 一种确定检测器设备尺寸的方法，其用于实现根据权利要求1到权利要求10的 任何一项所述的方法，所述检测器设备用于检测在所述设备的电极上沉积的纯电阻材料层 (3)的阈值厚度(e》，所述确定检测器设备尺寸的方法的特征在于包括下面步骤a)在第一和第二实验电极对(100、200)上沉积选择的阈值厚度(es)的纯电阻材料， 所述第一和第二实验电极对(100、200)连接到电压(U)的源(2)，并且在从电极的宽度和间 距中选择的第一参数上不同；P)对于每个实验电极对测量在所选择的阈值厚度(es)处的电流或者电阻，并且计算 每对电极之间的电流(1"2)的比率(VI2)或者电阻(R2、R》的比率(VR》;禾口Y)制造具有两个电极对的传感器，所述两个电极对通过与所述实验电极相同的第一 参数以及从所述长度和向所述电极施加的电压中选择的至少一个第二参数而相异，所述第 二参数在比率方面不同，所述比率等于在所述实验电极对之间、在前面的步骤P)中在阈 值厚度(es)处测量的所述电流的比率(1乂12)或者所述电阻的比率(IVX)。
12. —种根据权利要求11所述的确定尺寸的方法，其中*在执行步骤a)期间，所述第一和第二实验电极对(100、200)具有各自的第一和第二 宽度(101、201)，但是具有相同的长度、间距和施加的电压；禾口*在执行步骤Y)期间，制造包括两个电极对的传感器，所述两个电极对分别具有与所 述实验电极的第一和第二宽度相同的第一和第二宽度(101、201)，并具有相同的间距，在所 述两个电极对中，所述第二和第一对(200、100)中的电极(200a、200b、100a和100b)的长 度(L3、L》之间的比率0vl》或者在使用中向所述第二和第一对(200U00)的电极(200a、 200b、100a和薩)的接线端施加的电压(U、 U200和U100)之间的比率(U2。。/U、 U/U100)等于 在所述实验电极对之间、在前面的步骤中在所选择的阈值厚度(es)处测量的所述电流 的比率(I力2)或者所述电阻的比率(咖。
13. —种根据权利要求11所述的确定尺寸的方法，其中*在执行步骤a)期间，所述第一和第二实验电极对(100、200)具有各自的第一和第二 间距(101、201)，但是具有相同的长度、宽度和施加的电压；禾口，在执行步骤Y)期间，制造包括两个电极对的传感器，所述两个电极对分别具有与所 述实验电极相同的第一和第二间距(102、202)，并具有相同的宽度，在所述两个电极对中，所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的长度(L3、 L》之间的比 率OVL》或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b) 的接线端施加的电压(U、 U2。。和U1Q。)之间的比率(U2。。/U、 U/U1Q。)等于在所述实验电极对之 间、在前面的步骤中在所选择的阈值厚度(es)处测量的所述电流的比率(1/12)或者 所述电阻的比率(IVX)。
14. 一种根据权利要求11所述的确定尺寸的方法，其中*在执行步骤a)期间，所述第一和第二实验电极对(100、200)通过所述电极的宽度和 间距相异，所述电极具有相同的长度和施加的电压(U);禾口*在执行步骤Y)期间，制造包括两对电极的传感器，所述两对电极具有与所述实验 电极相同的宽度和间距，并且在所述两对电极中，所述第二和第一对(200U00)的电极 (200a、200b、100a和100b)的长度(L3、L》之间的比率(VL》或者在使用中向所述第二和 第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和100b)的接线端施加的电压(U、 U200和U100) 之间的比率(U2。。/U、 U/U1Q。)等于在所述实验电极对之间、在前面的步骤中在所选择的 阈值厚度(es)处测量的所述电流的比率(1乂12)或者所述电阻的比率(IVX)。
15. —种检测器设备，用于通过实现根据权利要求1到权利要求10的任何一项的所述 测量方法检测纯电阻材料层(3)的阈值厚度(e》，所述设备包括传感器(10)、电压源(2)和 测量装置(103、203)，所述传感器配备有用于定义在支座(1)上以相邻的方式布置的至少 两个电极对(100、200)的至少三个电极(100a、100b、200a和200b)，所述电压源连接到所 述电极(100a、100b、200a和200b)并且被调整为在每个电极对之间传递电压，所述测量装 置(103、203)用于测量所述电极对之间的电阻(Rpig或者电流，所述设备的特征在于，所 述设备进一步包括用于将所述电阻或者所述电流相互比较的装置和用于当所测量的电阻 或者所测量的电流相等时生成信号的装置，所述设备的特征还在于，所述电极对通过从所 述电极的宽度和间距中选择的至少一个第一参数以及从间距、宽度、长度和应用于所述电 极的电压源的设置中选择的至少一个第二参数相异，所述第二参数使得在使用中，当已经 在所述电极上沉积了将要检测的所述阈值厚度(es)时，获得相等的电阻或者电流。
16. —种根据权利要求15所述的的检测器设备，其中，所述第一对(100)的电极 (100a、100b)的宽度(101)和/或第一间距(102)是使得在使用中，随着所述厚度的增加， 所述第一对的电极(100a、100b)之间的电流相对于所述层(3)的厚度的导数趋于零，并且 所述第二电极对(200)的宽度(201)和/或第二间距(202)使得在使用中，当达到所述阈 值厚度(es)时，所述第二对的电极(200a、200b)之间的电流随着所述层的厚度大体上线性 地增加，所述电极的宽度和/或长度和/或间距、和/或所述电压源的设置使得当达到所述 阈值厚度(es)时，获得相等的电阻或者电流。
17. —种根据权利要求15或者权利要求16所述的检测器设备，其中，在所述电极上安 置绝缘材料制成的罩(305、405和450)，以便仅留下确定长度的电极与所述电阻材料层电 接触。
18. —种根据权利要求15到权利要求17的任何一项所述的检测器设备，其中，所述电 极以平行的、相互交叉的或其组合的方式安置。
19. 一种根据权利要求15的、通过根据权利要求12所述的确定尺寸的方法可获得 的检测器设备，所述设备具有两对电极，所述两对电极分别具有与所述实验电极相同的第一和第二宽度(101、201)，并具有相同的间距，其中，所述第二和第一对(200U00)的电极 (200a、200b、100a和100b)的长度(L3、L》之间的比率(LA)或者在使用中向所述第二和 第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和薩)的接线端施加的电压(U、 U2。。和U100) 之间的比率(U2。。/U、U/U1Q。)等于在所述实验电极对之间、在根据权利要求12所述的确定尺 寸方法的步骤P)中在所选择的阈值厚度(es)处测量的所述电流的比率(1/12)或者所述 电阻的比率缺)。
20. —种根据权利要求15的、通过根据权利要求13所述的确定尺寸的方法可获得的检 测器设备，所述设备具有两个电极对，所述两个电极对分别具有与所述实验电极相同的第 一和第二间距(102、202)，并具有相同的宽度，其中，所述第二和第一对(200U00)的电极 (200a、200b、100a和薩)的长度(L3、L》之间的比率(LA)或者在使用中向所述第二和 第一对(200、100)的电极(200a、200b、100a和薩)的接线端施加的电压(U、 U2。。和U100) 之间的比率(U2。。/U、U/U1Q。)等于在所述实验电极对之间、在根据权利要求13所述的确定尺 寸方法的步骤P)中在所选择的阈值厚度(es)处测量的所述电流的比率(1/12)或者所述 电阻的比率缺)。
21. —种根据权利要求18的、通过根据权利要求14所述的确定尺寸的方法可获得的 检测器设备，所述设备具有两个电极对，所述两个电极对具有与所述实验电极相同的宽度 和间距，并且，所述第二和第一对(200、 100)的电极(200a、200b、100a和薩)的长度(L3、 L》之间的比率0VL》或者在使用中向所述第二和第一对(200、100)的电极(200a、200b、 100a和100b)的接线端施加的电压(U、U2。。和U1Q。)之间的比率(U2。。/U、U/U1Q。)等于在所述 实验电极对之间、在根据权利要求14所述的确定尺寸方法的步骤13)中在所选择的阈值厚 度(es)处测量的所述电流的比率(1乂12)或者所述电阻的比率(IVX)。
22. 根据权利要求1到权利要求10的任何一项所述的测量方法在用于检测排气消声器 中碳烟层的阈值厚度的沉积中的使用。
23. 根据权利要求3到权利要求10的任何一项所述的测量方法在用于检测排气消声器 中碳烟层的阈值厚度的沉积中的使用，在所述方法中，当所述第一和第二电阻或者电流相 等时，在步骤e)中生成的信号触发微粒过滤器再生的步骤。
24. —种具有微粒过滤器的排气消声器，所述微粒过滤器包括至少一个根据权利要求 15到权利要求21的任何一项所述的检测器设备，所述检测器设备位于所述微粒过滤器的 上游，以便实现根据权利要求1到权利要求10的任何一项所述的测量方法。
25. —种根据前面的权利要求所述的排气消声器，进一步包括至少一个位于所述微粒 过滤器的下游的、根据权利要求15到权利要求21的任何一项所述的检测器设备。
全文摘要
本发明提供了一种可靠、简单和准确的用于检测在传感器上沉积的纯电阻材料的阈值厚度的方法，并且提供了不依赖于材料的电阻率的响应。本发明提供了使用传感器的测量方法，该传感器包括至少两个电极对，至少两个电极对被施加有在电极之间产生电流的定义的电压，这两个电极对通过至少一个第一参数和至少一个第二参数相异，至少一个第一参数是从电极的宽度、间距、长度和向每个电极对施加的电压中选择的，将上述参数中的至少一个第二参数调整为使得当达到阈值厚度时，第一对的电极之间的第一电阻或者第一电流和第二对的电极之间的第二电阻或者第二电流是相等的。
文档编号G01N27/04GK101743468SQ200880023110
公开日2010年6月16日 申请日期2008年6月12日 优先权日2007年6月13日
发明者亚历山大莱恩·古尔东, 克劳德·鲁卡特, 巴斯卡尔·塔迪, 帕特里克·吉奈特, 弗朗西斯·路易斯·梅尼尔 申请人:国家科学研究中心;波尔多理工学院;波尔多一大