颗粒状物质检测装置的制作方法
相关申请的相互参照
本申请基于2018年4月12日提出申请的专利申请第2018－076958号，在此援用其记载内容。
本公开涉及用于检测被测定气体所含的颗粒状物质的量的颗粒状物质检测装置。
背景技术：
为了减少从汽车发动机的废气通路向外部排出的颗粒状物质(即，particulatematter；以下，适当称作pm)，已知有在废气通路上设有颗粒过滤器的废气净化系统。废气净化系统具备自诊断功能，例如设置检测泄漏到颗粒过滤器的下游的颗粒状物质的颗粒状物质检测装置，并基于其检测结果进行颗粒过滤器的故障诊断。
颗粒状物质检测装置例如具备电阻式的传感器元件，对设于绝缘性基体的表面的一对检测用电极施加电压，检测由以导电性的soot(即，煤)为主成分的颗粒状物质堆积而引起的一对检测用电极间的电阻变化。在该方式中，直到颗粒状物质堆积而一对检测用电极间导通为止，成为不产生电阻变化的不灵敏期间。因此，期望能够缩短不灵敏期间而尽早地进行pm检测。
在专利文献1中提出了一种颗粒状物质检测传感器，其在使颗粒状物质的一部分堆积的被堆积部的表面具备一对检测用电极，并且以将一对检测用电极连接的方式形成有高电阻导电层。高电阻导电层由电阻率比颗粒状物质的电阻率高的材料构成，一对检测用电极间的电阻对应于堆积于该表面的颗粒状物质的量而变化。因而，通过测定电阻的变化，能够不具有不灵敏期间地检测pm堆积量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016－138449号公报
技术实现要素：
专利文献1所公开的颗粒状物质检测传感器存在高电阻导电层的电阻率容易因温度而变化的课题。因此，即使pm堆积量一定，若测定环境温度变化，则检测用电极间的电阻也大幅改变，存在无法准确地检测pm堆积量的隐患。另外，在该方式中，由于电流始终在一对检测用电极间流动，因此根据测定环境容易受到从外部侵入的噪声的影响。特别是，在检测微量的颗粒状物质的情况下，无法忽略噪声的影响，担心检测精度的降低。
本公开的目的在于，提供一种能够一同排除测定环境中的温度与噪声的影响而高精度地检测颗粒状物质的颗粒状物质检测装置。
本公开的第一方式在于一种颗粒状物质检测装置，具备传感器元件和检测控制部，该传感器元件用于检测被测定气体所含的颗粒状物质，该检测控制部与上述传感器元件连接，其中，
上述传感器元件具有：
颗粒状物质检测部，具有检测用导电层和一对检测用电极，该检测用导电层由电阻率比上述颗粒状物质的电阻率高的导电性材料构成，并具有供上述颗粒状物质堆积的堆积面，该一对检测用电极配置于上述堆积面，上述一对检测用电极之间的电阻对应于上述颗粒状物质的堆积量而变化；以及
温度补偿部，具有温度补偿用导电层和一对温度补偿用电极，该温度补偿用导电层由上述导电性材料构成，并具有配置于不堆积上述颗粒状物质的位置的非堆积面，该一对温度补偿用电极配置于上述非堆积面，上述一对检测用电极分别与第一输出端子以及共用的接地端子连接，
上述一对温度补偿用电极分别与第二输出端子以及上述共用的接地端子连接，
上述检测控制部具有：
检测电路部，与上述第一输出端子连接，检测基于上述一对检测用电极之间的电阻的第一输出信号，并且与上述第二输出端子连接，检测基于上述一对温度补偿用电极之间的电阻的第二输出信号；以及
颗粒状物质量计算部，基于上述第一输出信号以及上述第二输出信号的差分输出，计算上述颗粒状物质的堆积量。
在上述一方式的颗粒状物质检测装置中，检测控制部将颗粒状物质检测部的一对检测用电极之间的电阻作为第一输出信号从检测电路部向颗粒状物质量计算部输出。另外，将温度补偿部的一对温度补偿用电极之间的电阻作为第二输出信号而输出。颗粒状物质量计算部从第一输出信号减去第二输出信号来计算差分输出，并计算颗粒状物质的堆积量。
此时，颗粒状物质检测部与温度补偿部处于相同的测定环境，仅具有颗粒状物质的堆积面或者非堆积面的构成不同，因此通过计算差分输出，能够获得不包含由温度引起的检测用导电层以及温度补偿用导电层的电阻的变化的输出。而且，颗粒状物质检测部的一对检测用电极和温度补偿部的一对温度补偿用电极与共用的接地端子连接，因此来自测定环境的噪声的影响在检测用电极与温度补偿用电极中相同。因此，在所计算的差分输出中也不包含噪声的影响。因而，能够使用排除了温度以及噪声的影响的差分输出来高精度地计算颗粒状物质的堆积量。
如上所述，根据本方式，能够提供可以一同排除测定环境中的温度与噪声的影响而高精度地检测颗粒状物质的颗粒状物质检测装置。
附图说明
关于本公开的上述目的及其他目的、特征、优点，通过参照添附的附图以及下述的详细的记述而更加明确。其附图为，
图1是表示实施方式1中的颗粒状物质检测装置的传感器元件的构成的立体图，
图2是实施方式1中的颗粒状物质检测装置的概略构成图，
图3是实施方式1中的传感器元件的俯视图，并且是图1的iii向视图，
图4是实施方式1中的传感器元件的俯视图，并且是图1的iv向视图，
图5是表示在实施方式1中的传感器元件的堆积面未堆积颗粒状物质的状态的局部放大剖面图，
图6是表示在实施方式1中的传感器元件的堆积面堆积了颗粒状物质的状态的局部放大剖面图，
图7是表示实施方式1中的颗粒状物质的堆积量与在一对检测用电极之间流动的电流的关系的图，
图8是用于说明实施方式1中的表面电阻率ρ的测定方法的图，
图9是用于说明实施方式1中的测定块体(bulk)的电阻率的方法的图，
图10是包含实施方式1中的颗粒状物质检测装置在内的排气净化系统的整体构成图，
图11是由实施方式1中的颗粒状物质检测装置的传感器控制部执行的颗粒状物质检测处理的流程图，
图12是表示实施方式1中的传感器元件的输出的时间变化的图，
图13是表示比较方式1中的颗粒状物质检测装置的传感器元件的构成的立体图，
图14是表示比较方式1中的传感器元件的输出时间变化的图，
图15是实施方式2中的颗粒状物质检测装置的概略构成图，
图16是表示实施方式2中的理想状态下的传感器元件的输出与温度的关系的图，
图17是表示实施方式2中的实际的状态下的传感器元件的输出与温度的关系的图，
图18是由实施方式2中的颗粒状物质检测装置的传感器控制部执行的颗粒状物质检测处理的流程图，
图19是表示实施方式3中的传感器元件的输出与温度的关系的图，
图20是由实施方式3中的颗粒状物质检测装置的传感器控制部执行的颗粒状物质检测处理的流程图，
图21是表示实施方式4中的元件温度与传感器元件的输出的关系的图，
图22是由实施方式4中的颗粒状物质检测装置的传感器控制部执行的颗粒状物质检测处理的流程图，
图23是表示实施方式5中的颗粒状物质检测装置的传感器元件的构成的立体图，
图24是实施方式5中的传感器元件的俯视图。
具体实施方式
(实施方式1)
参照附图对颗粒状物质检测装置的实施方式进行说明。如图1～图4所示，颗粒状物质检测装置1具备用于检测被测定气体所含的颗粒状物质的传感器元件10、以及与传感器元件10连接而控制颗粒状物质的检测的检测控制部50。被测定气体例如是从汽车发动机排出的燃烧废气，包含以作为导电性成分的soot为主体的颗粒状物质。颗粒状物质的排出量、粒子的状态、例如粒子径、化学组成根据发动机的运转状态而变化。
传感器元件10是电阻型的板状元件，具有颗粒状物质检测部(以下，称作pm检测部)3、温度补偿部4、第一输出端子11、第二输出端子12、以及共用的接地端子13。另外，在传感器元件10中内置有加热器部6，由加热器控制部60控制。传感器控制部5包括检测控制部50与加热器控制部60。
pm检测部3具有：检测用导电层2a，由电阻率比颗粒状物质的电阻率高的导电性材料构成，并具有供颗粒状物质堆积的堆积面31；以及一对检测用电极3a、3b，配置于堆积面31。一对检测用电极3a、3b隔着堆积面31的一部分而相互对置，一对检测用电极3a、3b之间的电阻(以下，适当称作检测用电极间电阻rs)对应于颗粒状物质的堆积量而变化。
温度补偿部4具有：温度补偿用导电层2b，由与检测用导电层2a相同的导电性材料构成，并具有配置于不堆积颗粒状物质的位置的非堆积面41；以及一对温度补偿用电极4a、4b，配置于非堆积面41。一对温度补偿用电极4a、4b隔着非堆积面41的一部分而相互对置，对pm检测部3的输出进行温度补偿。
pm检测部3的一对检测用电极3a、3b分别与第一输出端子11和共用的接地端子13连接。温度补偿部4的一对温度补偿用电极4a、4b分别与第二输出端子12和共用的接地端子13连接。
关于构成检测用导电层2a、温度补偿用导电层2b的导电性材料，之后进行详细叙述。
传感器控制部5具备具有检测电路部51及颗粒状物质量计算部(以下，称作pm量计算部)52的检测控制部50、以及加热器控制部60。
检测电路部51与第一输出端子11连接，输出基于检测用电极间电阻rs的第一输出信号(以下，称作pm检测信号va)，并且与第二输出端子12连接，检测基于温度补偿部4的一对温度补偿用电极4a、4b之间的电阻(以下，适当称作补偿用电极间电阻rb)的第二输出信号(以下，称作温度补偿信号vb)。
pm量计算部52基于由检测电路部51检测的pm检测信号va以及温度补偿信号vb的差分输出v1计算颗粒状物质的堆积量。
加热器控制部60向传感器元件10内置的加热器部6输出控制信号，向加热器电极61供给电力，将传感器元件10加热到规定的温度。例如，在颗粒状物质的检测之前使加热器部6工作，燃烧去除在pm检测部3的堆积面31堆积的颗粒状物质。由此，能够再生传感器元件10。
关于构成传感器控制部5各部的详细情况之后进行叙述。
接下来，对传感器元件10的构成进行详细叙述。
如图1、图2所示，传感器元件10具有pm检测部3、温度补偿部4、加热器部6、以及绝缘性基体100。绝缘性基体100包括矩形板状的绝缘板101～103。pm检测部3、温度补偿部4、加热器部6相对于绝缘板101～103分别配置于同一侧(例如图1的上表面侧)，隔着绝缘板101～103而依次层叠。由此，成为pm检测部3、温度补偿部4和加热器部6与绝缘性基体100一起一体化而成的传感器元件10。
成为绝缘性基体100的绝缘板101～103例如由氧化铝等绝缘性陶瓷材料构成。
以下，将绝缘性基体100的长度方向以及宽度方向设为传感器元件10的长度方向x以及宽度方向y，将绝缘性基体100的层叠方向设为传感器元件10的层叠方向z。
绝缘性基体100包括大致相同的形状的两张绝缘板102、103、以及与这些绝缘板102、103相比长度方向x的长度较短的绝缘板101。绝缘板101～103以长度方向x的基端侧(例如，图1的右端侧)对齐的方式配置。在基端侧，在成为绝缘性基体100的上表面的绝缘板101的表面设置第一输出端子11、第二输出端子12，在成为绝缘性基体100的下表面的绝缘板103的表面设置接地端子13和加热器端子14。
传感器元件10将在长度方向x上与基端侧相反的一侧设为前端侧(例如，图1的左端侧)，与绝缘板101的前端侧相接地设置检测用导电层2a、温度补偿用导电层2b。
pm检测部3的成为传感器元件10的前端侧的最上表面的检测用导电层2a的表面成为暴露于被测定气体的堆积面31。在堆积面31上，一对检测用电极3a、3b以在宽度方向y上隔开规定的间隔而相互对置的方式配置。检测用电极3a、3b分别是沿长度方向x延伸的线状电极，经由沿长度方向x延伸的一对引线部32a、32b分别与第一输出端子11、接地端子13连接。
温度补偿部4具有配置于检测用导电层2a与绝缘板102之间的温度补偿用导电层2b。温度补偿用导电层2b将绝缘板102侧(即，下表面侧)的表面作为非堆积面41。在非堆积面41上，一对温度补偿用电极4a、4b以在宽度方向y上隔开规定的间隔而相互对置的方式配置。温度补偿用电极4a、4b分别是沿长度方向x延伸的线状电极，经由沿长度方向x延伸的一对引线部42a、42b分别与第二输出端子12、接地端子13连接。
如图3所示，形成于检测用导电层2a的上表面的一对检测用电极3a、3b从检测用导电层2a的前端侧向基端缘部延伸，并与形成于绝缘板101的上表面的一对引线部32a、32b连接。连接于一方的检测用电极3a的引线32a从绝缘板101的前端缘部向基端部延伸，并与第一输出端子11连接。连接于另一方的检测用电极3b的引线部32b从绝缘板101的前端缘部向基端侧延伸，并与端子取出用的导电部15连接。
如图4所示，温度补偿用导电层2b以覆盖形成于绝缘板102的前端侧的上表面的一对温度补偿用电极4a、4b的整体的方式配置。一对温度补偿用电极4a、4b在温度补偿用导电层2b的基端缘部，与一对引线部42a、42b连接。连接于一方的温度补偿用电极4a的引线部42a向绝缘板102的基端侧延伸，并与端子取出用的导电部16连接。连接于另一方的温度补偿用电极4b的引线部42b向绝缘板102的基端侧延伸，并与端子取出用的导电部17连接。
在图1中，加热器部6包括形成于绝缘板103的前端侧的上表面的加热器电极61、以及与加热器电极61的两端连接并向基端侧延伸的一对引线部62a、62b。在绝缘板103的基端部，一对引线部62a、62b的一方的引线部62a与端子取出用的导电部18连接，另一方的引线部62b与端子取出用的导电部19连接。导电部18与形成于绝缘板103的下表面的加热器端子14连接，导电部19贯通绝缘板103并与形成于其下表面的接地端子13连接。
在层叠方向z上，导电部15、17贯通绝缘板101、102的相同位置，并与设于引线部62b的中途的导电部19a连接。由此，pm检测部3的检测用电极3b、温度补偿部4的温度补偿用电极4b、以及加热器部6的加热器电极61的一端经由导电部19与共用的接地端子13电连接。温度补偿部4的温度补偿用电极4a经由导电部16与形成于绝缘板101的上表面的第二输出端子12连接。
此时，检测用电极3a、3b与温度补偿用电极4a、4b形成为大致相同的形状，以在层叠方向z上成为重叠的位置的方式，隔着检测用导电层2a以及温度补偿用导电层2b而对称配置。另外，检测用电极31的引线部32a、32b在层叠方向z上，处于与温度补偿用电极41的引线部32a、32b重叠的位置，两者之间由绝缘板101绝缘。
在图2中，检测用导电层2a与温度补偿用导电层2b在绝缘性基体100的同一侧邻接地配置，一体地层叠而形成了导电体层2。导电体层2以堆积面31侧露出的方式层叠于绝缘性基体100，此时，堆积面31和形成于堆积面31的一对检测用电极3a、3b暴露于被测定气体。另外，与堆积面31相反的一侧的非堆积面41、以及形成于非堆积面41的一对温度补偿用电极4a、4b埋设于传感器元件10的内部，不会暴露于被测定气体。
检测控制部50的检测电路部51具备开关501、分流电阻502、电压测定部503、以及直流电源504。直流电源504的负极端子与传感器元件10的接地端子13连接，开关501构成为将直流电源504的正极端子与第一输出端子11以及第二输出端子12中的某一方连接。即，通过切换开关501，能够将直流电源504的电压(例如vb)施加于pm检测部3的一对检测用电极3a、3b、以及温度补偿部4的一对温度补偿用电极4a、4b中的某一方。
此时，在一对检测用电极3a、3b之间、或者在与一对温度补偿用电极4a、4b之间流动的电流i通过分流电阻502。通过利用电压测定部503测定由该分流电阻502引起的电压下降，能够测定电流i，并计算电极间的电阻(＝vb/i)。
检测控制部50将检测电路部51的开关501切换至pm检测部3侧，利用电压测定部503测定基于检测用电极间电阻rs的电流is，并作为pm检测信号va而输出。另外，将开关501切换至温度补偿部4侧，测定基于补偿用电极间电阻rb的电流ib，并作为温度补偿信号vb而输出。
检测控制部50的pm量计算部52从pm检测信号va减去温度补偿信号vb，使用所得的差分输出v1计算pm量。即，使用用于温度补偿以及噪声去除的温度补偿信号vb对根据pm堆积量而变动的pm检测信号va进行校正，基于校正后的信号计算pm量，从而提高检测精度。
如上述那样，检测用导电层2a、温度补偿用导电层2b由导电性材料构成。因此，如图5所示，即使在堆积面31完全没有堆积颗粒状物质的状态下，也能够使电流i流过检测用导电层2a、温度补偿用导电层2b。一对检测用电极3a、3b的间隔wa与一对温度补偿用电极4a、4b的间隔wb相等，各电极的长度方向x上的长度也彼此相等。即，作为非堆积时的检测用电极间电阻rs的检测用导电层电阻ra与补偿用电极间电阻rb大致相等，在一对检测用电极3a、3b间流动的电流ia与在一对温度补偿用电极4a、4b间流动的电流ib大致相等。
接下来，如图6所示，在pm检测部3的堆积面31稍微堆积了颗粒状物质(即，图中所示的pm)的情况下，在堆积面31中的未堆积pm的区域a1中，电流i在检测用导电层2a中流动(即，电流ia)，在pm所堆积的区域a2中，电流i主要在电阻率低的pm中流动(即，pm电流ip)。因此，如图7所示，即使附着于堆积面31的pm很少，电流i也变化，电流i与pm堆积量成比例地增加。通过检测该变化，能够计算pm堆积量。
在图6中，检测用电极间电阻rs的值由检测用导电层电阻ra和所堆积的颗粒状物质的电阻(以下，适当称作pm电阻)rp决定。检测用电极间电阻rs例如能够通过下述式1来近似地表示。
式1：rs＝rpra/(rp+ra)
另外，由于ra＝rb，因此该式能够如下述的式11那样变形。
式11：rs＝rprb/(rp+rb)
根据该式可知，通过测定rs与rb能够计算pm电阻rp，能够使用pm电阻rp与pm堆积量的关系来计算pm堆积量。
另外，pm堆积量例如也能够如以下那样计算。
在pm检测部3的一对检测用电极3a、3b之间流动的电流is能够使用在检测用导电层2a中流动的电流ia和pm电流ip，如下述式2那样近似地表示。
式2：is＝ia+ip
另外，由于ia＝ib，因此该式能够如下述的式21那样变形。
式21：is＝ib+ip
根据该式可知，pm电流ip能够如下述式3那样表示。
式3：ip＝is－ib
如上述那样，可知能够使用检测电路部51来获得相当于is和ib的传感器输出，因此通过计算传感器输出的差分，能够使用计算出的差分与pm堆积量的关系来计算pm堆积量。
由该式计算的pm电流ip是从在pm检测部3的一对检测用电极3a、3b间流动的电流is减去在检测用导电层2a中流动的电流ia(即，在温度补偿用导电层2b中流动的电流ib)而得的值。检测用导电层2a与温度补偿用导电层2b构成一体的导电体层2，处于相同的温度环境。另外，pm检测部3的检测用电极3b和温度补偿部4的温度补偿用电极4b还与共用的接地端子13连接，因此由测定环境带来的噪声的影响也相同。
因而，通过从电流is减去电流ia，能够计算排除了温度、噪声的影响的pm电流ip。
这里，对构成检测用导电层2a以及温度补偿用导电层2b的导电性材料进行说明。检测用导电层2a以及温度补偿用导电层2b由电阻率比颗粒状物质的电阻率高的导电性材料构成，例如优选在100～500℃的温度范围内表面电阻率处于1.0×107～1.0×1010ω·cm的范围内的导电性材料。作为表面电阻率满足上述数值范围的导电性材料，例如能够使用分子式具有由abo3表示的钙钛矿结构的陶瓷。在上述分子式中，a位为选自la、sr、ca、mg中的至少一种，b位为选自ti、al、zr、y中的至少一种。优选的是，使用a位的主成分为sr、副成分为la、b位为ti的钙钛矿型陶瓷(即，sr1-xlaxtio3)。
例如，在使(sr1-xlaxtio3)中的x设为0.016～0.036的范围的情况下，表面电阻率ρ在100～500℃的温度范围内为1.0×107～1.0×1010ω·cm。因此，这种陶瓷(例如sr0.984la0.016tio3、sr0.98la0.02tio3、sr0.964la0.036tio3)能够优先作为构成导电体层2的材料而使用。
另外，“表面电阻率ρ”是指制作图8所示的样品s，测定测定电极201、202间的电阻，使用下述式4而计算出的值。
在本方式中，如以下那样，测定导电性材料的表面电阻率ρ。即，首先，制作图8所示的样品s。该样品s具有由导电性材料构成且厚度t为1.4mm的板状基板200、以及形成于该板状基板200的主表面且长度为l、间隔为d的一对测定电极201、202。形成这样的样品s，测定一对测定电极201、202间的电阻r(单位：ω)。表面电阻率ρ通过下述式4来计算。
式4：ρ＝r×l×t/d
在本说明书中，在仅记载为“电阻率”的情况下，意味着所谓的块体的电阻率。其例如能够通过如图9所示那样，制作具备由导电性材料构成的基板部300、以及形成于该基板部300的侧面的一对测定电极301、302的块体用样品s1，并测定上述一对测定电极301、302间的电阻来计算。
另外，颗粒状物质的电阻率能够通过以下的粉体电阻测定法测定。即，在底面以及上表面成为电极板的规定的圆筒容器(截面面积a)中放入了粉体(pm)的状态下，从上部对上表面的电极板施加压力，一边沿纵轴方向压缩粉体(pm)一边测定电极间的距离l与电极间的电阻r。根据该测定法，粉体(pm)的电阻率ρ可由r×(a/l)来计算。
例如，使用截面
因而，本实施方式中的检测用导电层2a、温度补偿用导电层2b的电阻率优选的是，至少设为1.0×102ω·cm以上。
另外，层叠方向z上的温度补偿用电极4a、4b与检测电极3a、3b的间隔h、即导电体层2的层厚优选被确定为，在一对检测用电极3a、3b被颗粒状物质覆盖的状态下，在一对温度补偿用电极4a、4b间流动的电流ib与在上述一对检测用电极3a、3b之间流动的电流is之比ib/is为0.02以下。
这是因为，若间隔h较窄，则温度补偿用电极4a、4b接近堆积面31，因此电流ib通过电阻率低的颗粒状物质而在一对温度补偿用电极4a、4b之间流动。若间隔h变宽，则温度补偿用电极4a、4b远离堆积面31，因此电流ib难以在颗粒状物质中流动，ib的值变小。为了获得该效果，通过实验确认到可以使ib/is为0.02以下，即使在导电体层2的层厚产生了制造偏差的情况下，也能够准确地测定电流ib，并能够准确地测定补偿用电极间电阻rb。由此，能够准确地补偿检测用导电层电阻ra的由温度引起的变化。
如图10所示，本方式的颗粒状物质检测装置1例如应用于汽车用发动机e的废气净化系统，检测作为被测定气体的废气g所含的颗粒状物质的量。在与发动机e连接的废气管e1中，配置用于捕集颗粒状物质的颗粒过滤器400。传感器元件10配置于颗粒过滤器400的下游，以收容于未图示的元件罩内的前端侧半部位于废气管e1内的方式安装固定于废气管e1壁。在颗粒过滤器400与传感器元件10之间设置有废气温度传感器401，检测颗粒过滤器400的下游中的废气温度。
传感器元件10与构成传感器控制部5的发动机控制装置(即，enginecontrolunit；以下，称作ecu)500连接。ecu500具备进行运算处理的cpu、存储程序、数据等的rom、ram、输入输出端口i/o等，周期性地执行程序，控制包括颗粒状物质检测装置1在内的系统整体。在rom中存储有与传感器控制部5的检测控制部50、加热器控制部60对应的程序504，cpu读出并执行程序504，由此测定堆积于传感器元件10的pm量。另外，能够使用该测定值进行颗粒过滤器400的故障诊断。
接下来，使用图11的流程图，对由传感器控制部5执行的颗粒状物质检测处理进行说明。
首先，在步骤s101中，为了在pm堆积量的检测之前进行传感器元件10的再生处理，使用加热器控制部60，开始向加热器部6的通电。由此，在步骤s102中，加热器部6发热，对传感器元件10进行再生。再生处理是用于预先将附着于传感器元件10的堆积面31的颗粒状物质燃烧去除的处理，再生温度通常被设定为能够燃烧去除soot的600℃以上。
一旦经过规定的再生处理时间，则在步骤s103中，停止向加热器部6的通电，在接下来的步骤s104中，通过待机规定时间，传感器元件10被冷却。若完成再生处理，则在步骤s105以后，使用检测控制部50，开始pm堆积量的检测。
在步骤s105中，检测电路部51的开关501被切换至pm检测部3侧，对一对检测用电极3a、3b之间施加规定的电压。由此，在pm检测部3形成静电场，促进颗粒状物质向堆积面31的堆积。
接着，在步骤s106中，检测基于检测用电极间电阻rs的pm检测信号va。之后，在步骤s107中，结束向pm检测部3的一对检测用电极3a、3b的通电。
在步骤s108中，检测电路部51的开关501被切换至温度补偿部4侧，对一对温度补偿用电极4a、4b之间施加规定的电压。接着，在步骤s109中，检测基于补偿用电极间电阻rb的温度补偿信号vb。之后，在步骤s110中，结束向温度补偿部4的一对温度补偿用电极4a、4b的通电。
步骤s111是作为pm量计算部52的处理，使用pm检测信号va与温度补偿信号vb，计算差分输出v1(即，v1＝va－vb)。接着，在步骤s112中，判定差分输出v1是否达到了规定的输出v0(v1≥v0？)。成为阈值的规定的输出v0例如成为用于颗粒过滤器400的故障诊断的检测基准，能够设为与可检测的最少的pm堆积量对应的输出值。
在步骤s112为否定判定的情况下，返回步骤s105，反复进行以后的步骤。若步骤s112为肯定判定，则结束本处理，并移至用于故障诊断的处理。例如，在差分输出v1达到规定的输出v0所需的时间t比预先确定的上限值短的情况下，能够判断为颗粒过滤器400发生了故障，在时间t比上限值长的情况下，能够判断为颗粒过滤器400未发生故障。
接下来，对本方式的作用效果进行说明。
图12是表示在本方式的颗粒状物质检测装置1中测定环境对传感器元件10的输出的影响的图，从检测电路部51输出的pm检测信号va与温度补偿信号vb示出了大致相同的时间变化。另外，这里pm检测部3的pm堆积量设为一定。
在图12中，pm检测信号va以及温度补偿信号vb的斜率取决于测定环境温度的变化，这是因为pm检测部3的检测用导电层2a、温度补偿部4的温度补偿用导电层2b具有电阻因温度而变化的特性。此时，随着温度的上升，输出也上升，但由于检测用导电层2a与温度补偿用导电层2b的温度特性相同，输出的倾率也相同。
另外，根据测定环境，存在噪声侵入信号线而输出发生变动的情况，但一对检测用电极3a、3b和一对温度补偿用电极4a、4b由于接地端子13是共用的，因此由噪声引起的输出变动的定时、大小也相同。
其结果，pm检测信号va与温度补偿信号vb不仅在由温度引起的输出的变化上，在由噪声引起的输出的变动上，其定时、大小也大致相同，因此它们的差分输出v1大致一定。另外，在本方式中，加热器部6的加热器电极61也连接于共用的接地端子13，因此也能够排除由加热器部6的动作等带来的噪声的影响。另外，通过以不同的定时进行基于加热器部的再生处理、pm检测信号va的检测、以及温度补偿信号vb的检测，也能够抑制基于各动作的噪声的影响。
因而，通过预先存储该差分输出v1与pm堆积量的关系，能够高精度地检测pm堆积量。
与此相对，在使用了图13所示的比较用的传感器元件20的情况下，如图14所示，噪声的影响没有被排除。在图13中，比较用的传感器元件20具有pm检测部30、温度补偿部40、以及加热器部60，仅在具有分别与各部的电极连接的多个接地端子13、130、131的方面与传感器元件10不同。
即，pm检测部30的一对检测用电极30a、30b经由引线部32a、32b与形成于绝缘板101的上表面的第一输出端子11以及接地端子130连接。温度补偿部40的一对温度补偿用电极40a、40b经由引线部42a、42b以及导电部16、17与形成于绝缘板101的上表面的第二输出端子12以及形成于绝缘板103的下表面的接地端子131连接。在绝缘板103上形成用于将导电部16与接地端子131连接的导电部16a。加热器部60具有与传感器元件10的加热器部6相同的构成。
此时，如图14所示，基于比较用的传感器元件20的pm检测信号va1与温度补偿信号vb1虽然基于温度的变化的斜率相同，但由于在各输出中载有不同的定时、不同大小的噪声，在输出变动中产生偏差。因此，虽然通过取它们的差分输出v1，可去除输出的斜率，但无法完全去除噪声。
这样，根据本方式的颗粒状物质检测装置1，能够排除测定环境的影响而高精度地检测pm堆积量。另外，通过使用共用的接地端子，能够简化构成，降低制造成本。
(实施方式2)
参照图15～图18，对颗粒状物质检测装置1的实施方式2进行说明。在图15中，本方式的颗粒状物质检测装置1与上述实施方式1相同，具有传感器元件10与传感器控制部5。传感器控制部5的构成与上述实施方式1相同，省略了检测电路部51以外的图示。在本方式中，传感器元件10、pm检测部3以及温度补偿部4的配置与上述实施方式1不同，以下，以不同点为中心进行说明。
另外，在实施方式2以后所使用的附图标记中，与已出现的实施方式中所使用的附图标记相同的附图标记，只要没有特别表示，则表示与已出现的实施方式中的构成要素相同的构成要素等。
在本方式中，传感器元件10成为pm检测部3以及温度补偿部4隔着绝缘性基体100而对置配置的构成。在绝缘性基体100中内置有加热器电极61而形成有加热器部6。绝缘性基体100例如包括相同形状的两张绝缘板104、105，通过将加热器电极61夹在这两张绝缘板104、105之间而进行一体化，来埋设加热器电极61。
pm检测部3在层叠方向z上，具有层叠于绝缘性基体100的一方的表面100a的检测用导电层2a、以及配置于检测用导电层2a的堆积面31的一对检测用电极3a、3b。检测用电极3a经由引线部32a与第一输出端子11连接，检测用电极3b经由引线部32b与共用的接地端子13连接。
温度补偿部4在层叠方向z上，具有层叠于与绝缘性基体100的一方的表面100a对置的表面100b的温度补偿用导电层2b、以及配置于温度补偿用导电层2b的非堆积面41的一对温度补偿用电极4a、4b。温度补偿用电极4a经由引线部42a与第二输出端子12连接，温度补偿用电极4b经由引线部42b与共用的接地端子13连接。
在温度补偿部4中以覆盖温度补偿用导电层2b与一对温度补偿用电极4a、4b的整体的方式设置气体透过性绝缘膜7。气体透过性绝缘膜7由具有抑制颗粒状物质的通过并且使废气所含的气体成分透过的气体透过性的绝缘膜构成。由此，能够在抑制颗粒状物质到达非堆积面41的同时，使除颗粒状物质以外的废气到达非堆积面41，而使测定环境与堆积面31相同。
在本方式的构成中，隔着内置有加热器部6的绝缘性基体100将pm检测部3与温度补偿部4对称配置。即，成为检测用导电层2a与温度补偿用导电层2b这两方与绝缘性基体100相接而配置、并且堆积面31与非堆积面41这两方位于与绝缘性基体100相反的一侧而暴露于废气的配置，因此检测用导电层2a的电阻变化的温度特性与温度补偿用导电层2b的电阻变化的温度特性相同。
在废气中例如包含so2、no2这些酸性气体的情况下，当检测用导电层2a暴露于酸性气体时，存在电阻变化而影响输出的隐患。在本方式中，在温度补偿部4设置气体透过性绝缘膜7，因此颗粒状物质以外的气体成分透过气体透过性绝缘膜7。即，在检测用导电层2a暴露于酸性气体时，温度补偿用导电层2b也暴露于酸性气体，因此输出不会因由酸性气体等气体成分带来的影响而大幅变化，能够高精度地检测pm堆积量。
气体透过性绝缘膜7例如由具有平均粒径比要测定的颗粒状物质的平均粒径小的多个连通孔的多孔质陶瓷等氧化物绝缘材料构成。或者，作为气体透过性绝缘膜7，也能够使用使气体成分离子化而透过的固体电解质体等氧化物绝缘材料。在该情况下，气体透过性绝缘膜7无需为多孔质体，能够形成致密的膜。这样，能够可靠地防止颗粒状物质到达温度补偿部4的非堆积面41。
在本方式的构成中，也与上述实施方式1相同，能够利用传感器控制部5，计算差分输出v1，并计算pm堆积量。
另外，在检测控制部50中，为了更高精度地计算pm堆积量，也能够使用初始状态下的输出信号的差分来校正差分输出v1。如图16所示，在理想的输出状态下，未堆积颗粒状物质的初始状态的pm检测信号va与温度补偿信号vb完全相同，其差分vi0为零且不变化。因此，pm检测部3的检测用导电层2a与温度补偿部4的温度补偿用导电层2b显示相同的电阻特性，pm检测部3与温度补偿部4的输出需要一致。
但是，如图17所示，即使为初始状态，在实际的输出状态下，也有pm检测信号va与温度补偿信号vb也不完全相同而存在微小的差的情况。因此，基于初始状态下的两个输出的初始差分vi，设定初始差分校正值vdi，并使用其对差分输出v1进行校正。关于初始差分校正值vdi，例如能够在进行pm检测之前，准备规定预先测定而求出的两个输出的初始差分vi与温度的关系的温度特性数据，并存储为初始差分映射。另外，能够根据两个输出的差分的温度特性数据求出差分校正式，并存储为初始差分校正式。
或者，在两个输出的差分的温度依赖性较小的情况下，例如也能够使用基准温度中的差分值、代表性的温度范围内的差分的平均值等来将初始差分校正值vdi设定为固定值。
在这种情况下，对由传感器控制部5执行的颗粒状物质检测处理进行说明。图18所示的流程图对上述图11所示的流程图的顺序的一部分进行了变更。具体而言，由于直到步骤s201～步骤s211为止是与上述图11的步骤s101～步骤s111相同的处理，因此简化说明，主要对成为不同点的步骤s212以后进行说明。
首先，在步骤s201～203中，开始向加热器部6的通电，在进行了传感器元件10的再生处理之后，停止向加热器部6的通电。在接下来的步骤s204中，在对传感器元件10进行了冷却之后，在步骤s205～步骤s207中，对pm检测部3进行通电，检测基于检测用电极间电阻rs的pm检测信号va。之后，结束通电。
在步骤s208～步骤s210中，对温度补偿部4进行通电，在检测到基于补偿用电极间电阻rb的温度补偿信号vb之后，结束通电。接着，在步骤s211中，通过从pm检测信号va减去温度补偿信号vb来计算差分输出v1。
接下来，在步骤s212中，通过从差分输出v1减去初始差分校正值vdi来计算校正输出v2(即，v2＝v1－vdi)。如上述那样，关于初始差分校正值vdi，能够预先将初始状态下的两个输出的初始差分vi与温度的关系存储为初始差分映射或者初始差分校正式。传感器元件10的温度例如能够使用配置于传感器元件10的上游侧的废气温度传感器401来检测或者推断。然后，能够读出与检测或者推断出的温度对应的映射值并设定为初始差分校正值vdi、或者根据初始差分校正式计算差分校正值vdi。
在步骤s213中，判定使用初始差分校正值vdi校正后的校正输出v2是否达到了规定的输出v0(v2≥v0？)。在步骤s213为否定判定的情况下，返回步骤s205，反复进行以后的步骤。若步骤s213为肯定判定，则结束本处理，并移至用于故障诊断的处理。
由此，即使在初始状态下的输出因某些影响而存在差的情况下，也能够通过使用其差分进行校正，来更高精度地计算pm堆积量。另外，在上述实施方式1的构成中，通过进行本方式的颗粒状物质检测处理，也可获得相同的效果。
(实施方式3)
参照图19～图20，对颗粒状物质检测装置1的实施方式3进行说明。本方式的颗粒状物质检测装置1的基本构成与上述各实施方式相同，在传感器控制部5的检测控制部50中，计算差分输出v1后的校正方法不同。在上述实施方式2中，使用了基于初始状态下的初始差分vi的初始差分校正值vdi，但在本方式中，使用考虑经时变化后的经时差分vc而进行了校正的经时差分校正值vdc。
以下，以不同点为中心进行说明。
如图19所示，当从初始状态起经过时间时，在pm检测部3中，观察到pm检测信号va降低的趋势(例如，用实线表示经时变化前，用虚线表示经时变化后)。这是由反复进行颗粒状物质的堆积与再生，使得灰成分等堆积而引起的，产生因检测用电极间电阻rs的变化而输出变化的经时劣化。另一方面，在温度补偿部4中，由于不堆积颗粒状物质，因此不易产生这样的经时劣化。因此，在实施再生处理以后两个输出的差分也发生变化，与初始差分vi相比，经时变化后的经时差分vc更大。
因此，在本方式中，求出经时差分vc而进一步校正初始差分校正值vi。具体而言，能够在刚实施了传感器元件10的再生处理之后，检测pm检测信号va与温度补偿信号vb的差分值，并基于该经时差分值vc1校正初始差分vi的映射值。另外，在初始差分校正式的情况下，假设图19所示的输出的温度特性的斜率不变化，基于检测出的经时差分值vc1来变更初始差分校正式的截距，从而也能够简易地进行校正。
然后，能够基于这些校正后的经时差分映射或者经时差分校正式，设定考虑了经时变化的经时差分校正值vdc，并用于差分输出v1的校正。
在这种情况下，对由传感器控制部5执行的颗粒状物质检测处理进行说明。图20所示的流程图对上述图18所示的流程图的顺序的一部分进行了变更。具体而言，由于步骤s301～步骤s302、步骤s304～步骤s312是与上述图18的步骤s201～步骤s211相同的处理，因此简化说明，主要对成为不同点的步骤s303、步骤s313以后进行说明。
首先，在步骤s301～302中，开始向加热器部6的通电，进行传感器元件10的再生处理。接着，在步骤s303中，计算经时变化后的pm检测信号va与温度补偿信号vb的经时差分值vc1。在该情况下，将检测电路部51的开关501切换至pm检测部3侧与温度补偿部4侧而依次检测pm检测信号va与温度补偿信号vb的顺序也与计算差分输出v1的情况相同。
这样，在刚进行再生后，在维持向加热器部6的通电的状态下进行检测，从而能够准确地检测在pm检测部3未堆积颗粒状物质的状态的pm检测信号va。由此，能够准确地计算与经时变化后的经时差分vc对应的差分值vc1，因此使用该经时差分值vc1，能够与经时变化对应地高精度地校正预先存储的初始差分映射或者初始差分校正式。
接着，在步骤s304～305中，结束向加热器部6的通电，并对传感器元件进行冷却。之后，在步骤s306～步骤s308中，对pm检测部3进行通电，在检测到基于检测用电极间电阻rs的pm检测信号va之后，结束通电。另外，在步骤s309～步骤s311中，对温度补偿部4进行通电，在检测到基于补偿用电极间电阻rb的温度补偿信号vb之后，结束通电。接着，在步骤s312中，通过从pm检测信号va减去温度补偿信号vb，来计算差分输出v1。
在步骤s313中，通过从差分输出v1减去经时差分校正值vdc，来计算校正输出v3(即，v3＝v1－vdc)。如上述那样，关于经时差分校正值vdc，能够采用基于使用经时差分值vd对与初始差分校正值vdi对应的初始差分映射或者初始差分校正式进行了校正的经时差分映射或者经时差分校正式的经时差分校正值。传感器元件10的温度例如能够使用配置于传感器元件10的上游侧的废气温度传感器401来检测或者推断。然后，能够读出与检测或者推断出的温度对应的映射值并设定差分校正值vc、或者根据经时差分校正式计算经时差分校正值vdc。
在步骤s314中，判定使用差分校正值vd进行了校正的校正输出v3是否达到了规定的输出v0(v3≥v0？)。在步骤s314为否定判定的情况下，返回步骤s306，反复进行以后的步骤。若步骤s314为肯定判定，则结束本处理，并移至用于故障诊断的处理。
由此，即使在经时变化后，通过使用考虑了该变化的差分校正值vc来进行校正，也能够更高精度地计算pm堆积量。
(实施方式4)
参照图21～图22，对颗粒状物质检测装置1的实施方式4进行说明。本方式的颗粒状物质检测装置1的基本构成与上述各实施方式相同，在传感器控制部5的检测控制部50中，计算差分输出v1后的校正方法不同。在上述实施方式2、3中，基于初始状态或者经时变化后的输出信号的差分，对差分输出v1进行了校正，但在本方式中，考虑温度对颗粒状物质的电阻的影响而进行校正。
以下，以不同点为中心进行说明。
如上述各实施方式那样，通过使用pm检测部3的pm检测信号va与温度补偿信号vb的差分输出v1，能够排除检温度、噪声对测用导电层2a的电阻的影响。但是，对于pm检测信号va中的基于颗粒状物质自身的电阻的信号，并未进行温度补偿。因此，通过基于传感器元件10的温度(以下，称作元件温度)对与pm堆积量对应的差分输出v1进行校正，能够进行更高精度的pm检测。
如图21所示，元件温度例如与温度补偿部4的输出相关，元件温度越高，输出越大。因而，通过预先求出该相关关系，能够根据温度补偿部4的输出来高精度地推断元件温度。另外，在颗粒状物质中通过的pm电流ip也与元件温度相关，具有与温度成比例地增加的特性。即，具有与图21所示的趋势相同的趋势。因此，对于颗粒状物质自身，通过根据输出与温度的关系而预先求出温度特性校正式，也能够使用推断出的元件温度来对差分输出v1进行温度校正。
在这种情况下，对传感器控制部5执行颗粒状物质检测处理进行说明。图22所示的流程图对上述图18所示的流程图的顺序的一部分进行了变更。具体而言，由于直到步骤s401～步骤s412为止是与上述图18的步骤s201～步骤s212相同的处理，因此简化说明，主要对成为不同点的步骤s413以后进行说明。
首先，在步骤s401～403中，开始向加热器部6的通电，在进行了传感器元件10的再生处理之后，停止向加热器部6的通电。在接下来的步骤s404中，在对传感器元件10进行了冷却之后，在步骤s405～步骤s407中，对pm检测部3进行通电，检测基于检测用电极间电阻rs的pm检测信号va。之后，结束通电。
在步骤s408～步骤s410中，对温度补偿部4进行通电，在检测到基于补偿用电极间电阻rb的温度补偿信号vb之后，结束通电。接着，在步骤s411中，通过从pm检测信号va减去温度补偿信号vb，来计算差分输出v1。
在步骤s412中，通过从差分校正值vdi减去差分输出v1，来计算校正输出v2(即，v2＝v1－vdi)。如上述那样，关于差分校正值vdi，能够将初始状态下的两个输出的差分与温度的关系预先存储为映射值或者差分校正式。
接下来，在步骤s413中，测定元件温度。这里，使用上述图21的相关，根据温度补偿部4的温度补偿信号vb来推断元件温度。进而，在接下来的步骤s414中，基于推断出的元件温度与颗粒状物质的温度特性校正式，进行针对校正输出v2的温度特性的校正，并计算校正输出v4。
之后，在步骤s415中，判定校正后的校正输出v4是否达到了规定的输出v0(v4≥v0？)。在步骤s415为否定判定的情况下，返回步骤s405，反复进行以后的步骤。若步骤s415为肯定判定，则结束本处理，并移至用于故障诊断的处理。
由此，进一步基于颗粒状物质的温度特性对校正输出v2进行校正。即，在pm检测部3的pm检测信号va中，不仅是基于检测用导电层2a的输出，对基于堆积的颗粒状物质的输出也能够进行温度特性的校正，因此能够更高精度地计算pm堆积量。
(实施方式5)
参照图23～图24，对颗粒状物质检测装置1的实施方式5进行说明。在图23中，本方式的颗粒状物质检测装置1的基本构成与上述实施方式1相同，仅传感器元件10的电极形状不同。传感器控制部5的构成与上述实施方式1相同，省略了图示。以下，以不同点为中心进行说明。
在本方式中，传感器元件10具有：成为绝缘性基体100的绝缘板101～103；以及支承于绝缘性基体100的、pm检测部3、温度补偿部4、加热器部6。pm检测部3、温度补偿部4、以及加热器部6隔着绝缘板101～103而依次层叠。
pm检测部3具有检测用导电层2a、以及相互对置地配置于检测用导电层2a的堆积面31的一对检测用电极3a、3b。检测用电极3a、3b分别形成为梳齿状，沿宽度方向y延伸的多个线状电极以相互错开规定的间隔地在长度方向x上对置的方式配置。检测用电极3a、3b经由一对引线部32a、32b分别与形成于绝缘板101的上表面的第一输出端子11、共用的接地端子13连接。
温度补偿部4具有温度补偿用导电层2b、以及与温度补偿用导电层2b的非堆积面41相互对置地配置的一对温度补偿用电极4a、4b。温度补偿用电极4a、4b以在宽度方向y上隔开规定的间隔而相互对置的方式配置。温度补偿用电极4a、4b分别形成为梳齿状，沿宽度方向y延伸的多个线状电极以相互错开规定的间隔地在长度方向x上对置的方式配置。温度补偿用电极4a、4b经由一对引线部42a、42b和导电部16、17而分别与形成于绝缘板103的下表面的第二输出端子12、形成于绝缘板101的上表面的共用的接地端子13连接。
加热器部6的加热器电极61经由一对引线部62a、62b和导电部18、19而分别与形成于绝缘板103的下表面的第二输出端子12、接地端子131连接。这样，加热器电极61的接地端子131不一定需要与pm检测部3以及温度补偿部4共用。
这样，也能够将pm检测部3以及温度补偿部4形成为具有相同形状的梳齿状电极的结构。然后，通过与共用的接地端子13连接，能够在进行输出的温度补偿的同时，排除噪声的影响，而高精度地检测pm堆积量。在该情况下，由于能够采用4端子结构，因此也能够简化构成，并降低制造成本。
本公开并不限定于上述各实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够应用于各种实施方式。
例如，在上述实施方式中，对将颗粒状物质检测装置应用于汽车发动机的废气净化系统的例子进行了说明，但并不局限于来自发动机等的燃烧废气，只要是包含颗粒状物质的被测定气体，均能够应用。
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