[发明专利]用于首先确定气体混合物的热导率和/或比热容并其次确定气体混合物的密度和/或粘度的设备

说明书

本发明涉及一种设备，该设备包括：芯片(10；110)，该芯片尤其是从SOI晶片制备，并且该芯片含有具有用于激励悬臂振荡的第一压电转换器(30；130)的第一可振荡悬臂(20；120)，其中，第一悬臂(20)突出到芯片中的凹槽(11；111)中；至少一个第一温度传感器元件(42)，其布置在悬臂侧上、在第一悬臂的端部分中以检测气体混合物的温度；至少一个第二温度传感器元件(50)，其与第一悬臂(20；120)间隔开以检测气体混合物的温度；至少一个加热元件(44)，其在悬臂(20；120)的自由端部分中，该加热元件通过至少一个凹槽部分与第二温度传感器元件分离；以及评估单元(60)，其用于基于至少一个悬臂(20；120)的振荡特性或基于布置在悬臂侧上的第一温度传感器元件(42)和第二温度传感器元件(50；150,240)的测量温度值以及加热元件(44)的功耗来确定(20；120)气体混合物的密度和粘度以及还有热导率或比热容。

技术领域

本发明涉及一种用于首先确定气体混合物的热导率和/或比热容并其次确定气体混合物的密度和/或粘度的设备。基于密度和粘度，经由相关方法，能够确定可燃气体的能量含量或沃泊指数，诸如例如在国际公开WO 2017 063 795A1中描述的那样。例如，在至今尚未公开的专利申请DE 10 2019 123 874.9中公开了一种用于查明气体的粘度和密度以及微量气体浓度或水分的微系统设备。

背景技术

然而，单独基于以上提及的参数、密度和粘度，不够确切地考虑到氢气的影响。这没有问题，只要所调查的气体混合物中的氢气含量可忽略即可。在可预见的渐增氢气重要性的情况下不太频繁满足此条件。然而，当补充地查明气体混合物的热导率时，也能够正确地确定氢气分数，诸如在国际公开WO 2018 082 875A1中描述的那样。在公开WO 2017 131670A1中公开了一种用于利用振动传感器查明气体混合物的密度并使用外部传感器来查明气体混合物的其他参数尤其是热导率的系统。然而，那里描述的系统具有大的空间要求并对大量应用来说太昂贵。因此，本发明的目的是提供在这种情况下的补救措施。

发明内容

该目的由如独立权利要求1中限定的设备实现。

本发明的用于首先确定气体混合物的热导率和/或比热容并其次确定气体混合物的密度和/或粘度的设备包括：芯片，该芯片由半导体晶片尤其是SOI晶片制备，并且包含至少具有第一压电换能器的第一可振荡悬臂，该第一压电换能器用于以第一频率激励悬臂的振荡，其中，芯片具有空腔，第一悬臂以可振荡自由端段延伸到所述空腔中；至少第一悬臂侧温度传感器元件，该第一悬臂侧温度传感器元件被具体实现在第一悬臂的自由端段中并且具有用于记录气体混合物的温度的温度相关电阻值；至少第二温度传感器元件，该第二温度传感器元件与第一悬臂间隔布置并且具有用于记录气体混合物的温度的温度相关电阻值；至少第一加热元件，该第一加热元件被具体实现在悬臂的自由端段中，其中，空腔的至少一个段在第一加热元件与第二温度传感器元件之间延伸；以及评估和/或计算机单元，该评估和/或计算机单元被适配成基于悬臂的振荡特性确定气体混合物的密度和粘度，并且基于第一悬臂侧温度传感器元件和第二温度传感器元件的温度的测量值以及加热元件的功耗，确定气体混合物的热导率和/或比热容。

对两个热物理变量，即热导率以及比热容二者，的确定一方面在确定热值中提供一定冗余度，并且以此提供增加的可靠性。从根本上，与WO 2018 082 875A1中描述的方法相比，在确定二元、三元或四元气体混合物的组成的情况下以此提供了关于所涉及的气体及其浓度的更多信息，这进而能够更确切地确定气体组成。

在本发明的进一步发展中，芯片包括具有第二压电换能器的第二可振荡悬臂，该第二压电换能器用于以第二频率激励振荡，其中，第二悬臂以可振荡自由端段延伸到空腔中并且能够被暴露于气体混合物。

在本发明的进一步发展中，第二加热元件被布置在第二悬臂的自由端段中。