DE3504498A1 - Gassensor mit mehreren sensorelementen - Google Patents
Gassensor mit mehreren sensorelementenInfo
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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.
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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)
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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