DE3504498A1 - Gassensor mit mehreren sensorelementen - Google Patents

Gassensor mit mehreren sensorelementen

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Description

Drägerwerk Aktiengesellschaft Moislinger Allee 53-55, 2400 Lübeck, DE
Gassensor mit mehreren Sensorelementen
Die Erfindung betrifft einen Gassensor mit mehreren, auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Sensorelementen , einer Heizanordnung zur Erzeugung der zur Messung notwendigen Betriebstemperatur und Temperaturfühlern.
Ein derartiger Sensor ist aus der US-PS 4.007.435 bekannt geworden.
Der bekannte Gassensor zeigt eine erste Trägerschicht, auf welcher eine Heizanordnung aufgebracht ist, und eine zweite Trägerschicht, auf welcher verschiedene Sensorelemente angeordnet sind. Sowohl Heizanordnung als auch Sensorelemente sind mit geeigneten Kontakten und Leiterbahnen als elektrische Anschlüsse versehen. Zum Betrieb werden beide Schichten in engen Kontakt miteinander gebracht, so daß die untere Schicht mit der Heizanordnung die darüber liegende Schicht mit den Sensorelementen auf die zur Messung notwendige Betriebstemperatur bringt. Da die Sensorelemente zur Feststellung von Gaskomponenten in beispielsweise Autoabgasen dienen, müssen ihre Oberflächen dem Gasstrom frei ausgesetzt werden, so daß eine andere Anordnung der Schichten nicht möglich ist. Eine Erweiterung des bekannten Gassensors unter Einsatz von weiteren Sensorelementen würde die zweite Trägerschicht weiter vergrößern, welches eine entsprechende Vergrößerung der ersten Trägerschicht mit der Heizanordnung zur Folge hätte.
Wegen der schichtförmigen Ausbildung des bekannten Gassensors sind relativ hohe Heizleistungen nötig, um die Sensorelemente auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, bzw. auf dem einmal erreichten Temperaturwert zu halten.
Außerdem ist es mit der bekannten Anordnung nicht möglich, beispielsweise Wärmetönungssensoren (Pellistoien) auf der zweiten die Sensorelemente tragenden Schicht anzuordnen, da wegen der vergleichsweise großen Masse der Trägerschicht die in solchen Fällen nur geringfügigen Temperaturänderungen infolge der Wärmeableitung nicht mehr registriert werden können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin qesehen, einen Gassensor der genannten Art derart zu verbessern, daß mehrere Sensorelemente, die auf unterschiedlichen Meßprinzipien arbeiten, wie z.B. Halbleitersensoren oder Pellistoren, auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei die Sensoren dem zu untersuchenden Gasgemisch ausgesetzt sind. Die für die Erzeugung der Betriebstemperaturen notwendige Heizleistung soll verrinqert und die Ansprechgeschwindigkeit der betreffenden Sensoren infolge der geringen Masse von Sensormaterial und Trägersubstrat erhöht werden.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf einer Seite des Trägers die Sensorelemente als Dünnschichthalbleitersensoren und auf einem verdünnten Trägerteil weitere Sensorelemente angeordnet sind.
Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die als Dünnschichthalbleitersensoren angeordneten Sensorelemente lediglich einen an sich dünnwandigen Träger benötigen, und ihre Gestalt in beliebiger Form und Größe den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann. Sämtliche Kontaktflächen zur Spannungsversorgung oder zur Signalabgabe können im Halbleitersensor mit integriert werden. Der auf dem verdünnten Trägerteil angeordnete Sensor ist thermisch von dem ihn umgebenden Trägermaterial weitgehend abgekoppelt, so
daß ein Signal nahezu ungestört durch die übrigen Halbleitersensoren reqistriert werden kann.
Besonders vorteilhaft erweist sich die Anbringung von Wärmetönungssensoren auf dem verdünnten Trägerteil, da diese dann thermisch von den übrigen Sensoren entkoppelt sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Wärmetönungssensoren auf zungenförmig ausgebildeten Ansatzstücken angebracht sein, welche an einem Ende des Trägers vorgesehen sind. Dadurch wird deren thermische Isolierung weiter erhöht und die erforderliche Heizleistung verringert. 15
Vorteilhafterweise können die Wärmetönungssensoren jeweils als Meßelement mit einem Katalysator versehen, oder als katalysatorfreies Referenzelement ausgebildet sein. Wegen ihrer benachbarten Lage können somit Meßsignale mit höherer Genauigkeit ausgewertet werden. Desgleichen ist es möglich, verschiedene Wärmetönungssensoren mit unterschiedlichen Katalysatoren zu versehen, um verschiedene Gaskomponenten gleichzeitig nachzuweisen.
Zur Erhöhung der Wärmeabgabe an die Sensorelemente und zur Verminderung der dazu notwendigen Heizleistung sind die Leiterbahnen an dem nachweisempfindlichen Teil der Sensorelemente mäanderförmig oder in beliebiger Weise ineinander verschlungen angeordnet. Die Elektroden der Halbleiter sensoren sind zweckmäßigerweise als ineinandergreifende Kämme angeordnet.
Ein Beispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung erläutert und wird im folgenden näher beschrieben.
350U98 f
In der einzigen Figur sind auf einem Träger 1 zwei Halbleitersensoren 2 und 3 sowie auf den zungenförmigen Ansatzstücken 4 und 5 Wärmetönungssensoren 6 und 7 angeordnet. Die Halbleitersensoren 2 und 3 weisen kammförroige Elektroden 12 und 13 auf, welche von mäanderförniig ineinander verschlungenen Heizleiterbahnen 14 und 15 sowie einem Temperaturfühler 17 umgeben sind. Die Kontaktflächen 16 für die Elektroden 12, 13, die Heizleiterbahnen 14, 15 und die Temperaturfühler 17 sind ebenfalls auf dem Träger 1 aufgebracht. Von den Wärmetönungssensoren 6 und 7 ist der eine mit einem Katalysator 8 versehen. Beide Sensoren 6 und 7 besitzen an ihrem nachweisempfindlichen Teil mäanderförmige Heizleiterbahnen 9 und 10, welche in flächig ausgeführten Kontaktflächen 11 auf dem Substrat 1 münden.
ORIGINAL
- Leerseite -

Claims (6)

Ansprüche
1. Gassensor mit mehreren, auf einem gemeinsamen Träqer angeordneten Sensorelementen, einer Heizanordnung zur Erzeugung der zur Messung notwendigen Betriebstemperatur und Temperaturfühlern, dadurch gekennzeichnet, daß auf derselben Fläche des Trägers (1) sowohl die Sensorelemente als Dünnschichthalbloitersensoren (2,3) sowie auf einem verdünnten Trägerteil (4,5) weitere Sensorelemente (6,7) angeordnet sind.
2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorelemente (6,7) als beheizbare Wärmetönungssensoren ausgebildet sind.
3. Gassensor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der verdünnte Trägerteil (4,5) als zungenförmige Ansatzstücke an einem Ende des Trägers (1) ausgebildet ist.
4. Gassensor nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, daß einer der Wärmetönungssensoren als Meßelement (6) mit einem Katalysator (8) versehen ist, und der andere katalysatorfreie Sensor als Referenzelement (7) vorgesehen ist.
5. Gassensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizanordnung für die Wärmetönungssensoren (6,7) in mäanderförmigen Leiterbahnen (9,10) auf den Ansatzstücken (4,5) verlaufend angeordnet sind, deren Kontaktflächen (11) auf dem gemeinsamen Träger (1) enden.
6. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleitersensoren (2,3) kammartig ineinandergreifende Elektroden (12,13) aufweisen, ·" welche benachbart zu ineinander verschlungen ausgebildeten Heizleiterbahnen (14,15) und Temperaturfühlern (17) angeordnet sind. }
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