[发明专利]热阻气体传感器

说明书

本发明涉及一种热阻气体传感器(1)，其具有两个相同的扁平格栅(6、7)，其由预定导电类型的半导体材料(4)构成，并连接在测量电桥的成对角线地相对置的分支中，其中，每个格栅(6、7)具有彼此平行地延伸的并且在端部(10、11；12、13)电并联的格栅接片(8、9)并且两个格栅(6、7)的格栅接片(8、9)彼此交替并排地位于共同的格栅平面中并在载板(2)中的窗口(5)上方延伸。

技术领域

本发明涉及一种热阻气体传感器。

背景技术

热阻传感器或检测器是具有电阻的传感测量装置，其电阻值随温度可反复变化。此类电阻器也称为热敏电阻，其中，分为具有正温度系数的热敏电阻(PTC，正温度系数电阻)和具有负温度系数的热敏电阻(NTC，热敏电阻)。具有正温度系数的热敏电阻尤其包括：金属，其中，优选使用铂和镍；和作为非金属材料的多晶陶瓷，例如基于钛酸钡的多晶陶瓷；以及具有杂质耗尽(Stoerstellungerschoepfung)的掺杂半导体，例如硅。具有负温度系数的热敏电阻特别地包括纯半导体或在杂质耗尽范围之外的掺杂半导体以及由金属氧化物构成的多晶半导体。

热阻气体传感器在气体分析或医疗技术(例如麻醉或呼吸设备)中用作流量传感器或热导率检测器。

热流传感器用于气体分析或医疗技术(例如麻醉或呼吸设备)中。基本的测量原理在于使用电加热的传感器元件，其电阻取决于温度。当以流体环流时，会有热量传递到流体中，该热量传递随流速变化。通过测量传感器元件的电学参量，可以探测流量并且可以测量其速度或流体的质量流量。特别是为了检测交变的流动，传感器元件可以与上游和/或下游布置的另一传感器元件一起布置在流中，从而产生以在周期性变化的流动中对应变化的、传感器元件之间的热交换的形式的串扰(Uebersprechen)。这可以借助于测量电桥以常规方式来测量，在测量电桥中，传感器元件布置在不同的桥支路中。

热导率检测器用于根据某些物质的典型热导率来验证某些液体或气态物质(流体)的存在，尤其是用于在气相色谱法。为此，待检测物质在色谱分离后，先后在通道中被引导经过布置在其中并且经电加热的加热元件(例如，金或铂的加热丝)，并根据通过的物质的热导率，或多或少的热量从加热元件传导到通道壁上，并且加热元件相应地或多或少地得到冷却。加热元件的冷却改变了其电阻，该电阻被检测到。如果将加热元件调节到恒定温度，则可以检测到变化的电加热功率。加热元件通常布置在如下的测量桥中，该测量桥在参考流体流经的另一通道中包含另外的电阻器和另外的加热元件。

这种具有曲折的加热丝的热导检测器例如由Rastrello F.等人的：“ThermalConductivity Detector for gas-chromatography:Acquisition system andexperimental measurements,2013IEEE INTERNATIONAL INSTRUMENTATION ANDMEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE(I2MTC),IEEE,13.Mai 2012(2012-05-13)”，第1226-1230页披露。

WO 2009/153099 A1公开了一种流量传感器，其被设计为用于气体分析的基于硅的微流量传感器。已知的流量传感器由两个板状部件组成，这两板状部件分别具有窗口状的开口供气体流过，以及在其上方延伸的由硅构成的格栅结构。两个部件结合在一起以形成板结合结构，其中，两个开口彼此对齐，并且垂直于流动方向取向的格栅结构沿流动的方向前后布置。格栅结构由晶体硅制成(例如通过使用绝缘体上硅酮(SOI)晶圆材料)，并且曲折地构成。

与例如由DE 1 698 048 A1、DE 32 04 425 A1或WO 00/59824 A1已知的具有几欧姆电阻值的类似金属格栅相比，基于硅的格栅的电阻在几千欧姆的范围内。这种较高的电阻值改善了信噪比。此外，与金属相比，更大的电阻系数使得测量灵敏度更高，即使得与温度相关的电阻变化更大。