CN101514970A - 热分析传感器以及制造热分析传感器的方法 - Google Patents

Abstract

在具有基片(1)和形成在基片(1)上的测量位置(3)的热电偶结构(5，6，7，8，9，10)的热分析传感器中，通过热电偶结构的特定形状以及基片(1)的材料选择可获得提高的灵敏度。此外，本发明还涉及这种传感器的制造方法。

Description

热分析传感器以及制造热分析传感器的方法

本申请是2004年10月27日提交的发明名称为“热分析传感器以及制造热分析传感器的方法”的中国发明专利申请200410087946.2的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种具有基板和热电偶结构的热分析传感器，基板能够在与基板热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置之间传送热流，热电偶结构形成在基板的大体上是平面的表面上以发出热电信号。制造热分析传感器的方法也包括在本发明的范围内。

背景技术

这类热分析传感器用于物质、物质混合物、和/或经历反应的混合物的物理和/或化学特性，其中，测量随着温度或者时间变化而进行，并且被测量样品受到受控温度程序的作用。其它已知示例是微分热流量热法和微分功率补偿量热法。在这两种应用中，相对于参考样品进行样品分析。在这些情况下使用的传感器因此必须具有两个测量位置，即，一个测量位置进行样品测量，另一个测量位置进行参考样品测量。在上述两种应用中的第一种应用中，由热电偶结构发出的热电信号表示对流到样品的热流与流到参考样品的热流之间的差值的测量。在第二种应用中，由热电偶结构发出的热电信号用于控制流到样品和参考样品的热流率，使得样品与参考样品之间的温差被调节为零。

热分析传感器应当具有尽可能最高的灵敏度，如果可能，该灵敏度覆盖分析的整个温度范围，即，随着热流变化产生的热电信号应当就信号电压而言尽可能地强。因此，作为满足该要求的一种方式，现有技术的热分析传感器(DE3916311C2和EP0990893A1)具有结合在一个电路上的热电偶结构的一系列热电偶接点，使得热电信号作为单个热电偶电压的总和产生。形成热电偶结构的热电偶接点围绕一个测量位置的中心(如果有多个测量位置，围绕多个测量位置的中心)在方位(azimuthal)方向相互尽可能紧密地间隔而以圆形图案布置。结果，在现有技术的结构中，没有空间可用于增加热电偶接点的数目。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决方案以增大上述类型的热分析传感器的灵敏度，并且提出一种制造这种传感器的方法。

根据本发明的第一方面，提供一种热分析传感器，它具有基片，基片能够在与基片热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置之间传导热流，热分析传感器还具有形成在基片的大体上平的表面上以发出热电信号的热电偶结构，其中，热电偶结构包括多个热电偶接点形成的链，热电偶接点由两种不同热电偶材料构成、并且串联连接以形成热电偶队列。热电偶接点的链绕着测量位置的中心沿着方位方向延伸，各个热电偶接点以与测量位置的中心相隔交替不同的径向距离布置。根据本发明的方案，方位地限定在链中最靠近中心的一个第一种热电偶接点与两个紧邻的第二种热电偶接点之间的表面的至少一个空隙区域包括在链中相互直接相邻的一个第三种热电偶接点和一个第四种热电偶接点。

在由热电偶接点的串联连接链形成的热电偶队列中，在链中直接相邻的任何两个热电偶接点具有不同的径向距离。因此，当热沿着向着测量位置中心或者远离测量位置中心的方向流动时，由于传感器的热阻，将在链中任何两个相邻热电偶接点之间产生温差。该温差又在链中相邻热电偶接点之间导致热电压，由于串联链结构，热电压累计为电压总和。这样，所形成的总的热电信号表示在每个直接相邻的第一种热电偶接点与第二种热电偶接点的对以及直接相邻的第三种热电偶接点与第四种热电偶接点的对中产生的各自单独的热电压的总和。热电偶材料对可以对所有热电偶接点是相同的。显然，也可以使用多个不同的热电偶材料对形成热电偶，以代替仅一对不同材料。当直接相邻的第三种热电偶接点与第四种热电偶接点对中的每对布置在方位地限定在一个第一种热电偶接点与两个紧邻的第二种热电偶接点之间的自由空隙区域中时，在传感器表面上可获得的空间被优化利用，以增加热电偶接点的总数。在这种结构中，第三种热电偶接点可以布置在相对靠近第一种热电偶接点的径向位置，第一种热电偶接点位于距测量位置的中心最短径向距离处，而第四种热电偶接点可以布置在相对靠近第二种热电偶接点的径向位置。用于支撑分析样品的坩埚尺寸可选择成，在测量位置坩埚的底表面覆盖第一种热电偶接点和第三种热电偶接点，而第二种热电偶接点和第四种热电偶接点由于位于距离测量位置中心较大的半径处而保持不被覆盖。通过这样设计坩埚，热电偶结构能够特别有效地测量在坩埚附近产生并且与在热源和坩埚之间交换的热流相对应的径向温差。

本发明特别优选的实施例采用了一种结构，其中，第一种热电偶接点在其圆心位于测量位置的中心的第一个圆上，第二种热电偶接点在与第一个圆同心、并具有比第一个圆更大半径的第二个圆上，第三种热电偶接点在与第一个圆同心、并具有比第一个圆的半径大但比第二个圆的半径小的半径的第三个圆上，第四种热电偶接点在与第一个圆同心、并具有比第三个圆更大半径的第四个圆上。这种结构符合相对于中心的测量位置或多个测量位置(如果该结构具有多个测量位置)的径向对称的要求，而且也符合与对称要求一致的样品坩埚的习惯性径向对称形状。设计用于热分析传感器的该实施例的坩埚的圆形底表面尺寸选择成，其半径大于第三个圆的半径但小于第二个圆的半径。

为了尽可能接近完美径向对称，有利的是，热电偶接点以相等角向间隔布置在它们各自的圆上。为了使径向对称尽可能完全，在链中紧邻的第一种和第二种热电偶接点之间的热电偶材料以直线条段的形状延伸，在链中紧邻并且位于同一空隙区域内的第三种和第四种热电偶接点之间的热电偶材料以直线条段的形状延伸。在这种情况下的整个热电偶结构具有双星外观，即一个套在另一个中、并且对中在测量位置中点的两个单独的星。通过这种设计，可以非常有效地使用表面区域，获得特别多数目的热电偶接点的排布和传感器的高测量灵敏度。优选地，这种结构通过增加另外嵌套的星被扩展，只要最外部星的热电偶接点的内侧圆具有比最内部星的热电偶接点的外侧圆小的半径。

为了实现径向对称，连接每个第三种热电偶接点与位于星的下一个空隙区域中的相邻第四种热电偶接点的热电偶材料包括方位地指向的轨迹部分。方位轨迹部分可以采取圆的一部分的形状，圆的半径(与测量位置中点的距离)略微大于使星的空隙区域相互分隔的第二种热电偶接点的圆半径。在这种结构中，方位部分的一端可与由两种热电偶材料中的另一种构成的轨迹部分的另一端相交，以形成第四种热电偶接点，方位部分的另一端可延伸成径向部分，该径向部分延伸到相邻空隙区域的第三种热电偶接点。

为了将本发明热分析传感器连接到处理电路，优选地，连接终端形成在基片的表面上。这些连接终端分别连接到热电偶队列的端部，并用于分接热电传感器信号。它们可制作成扁平连接盘或者连接点的形状，通向处理电路的连接导线可安装到它们上。

尤其是，在本发明范围内可以想象，在传感器上布置多个测量位置。具体地，一个测量位置可用作参考位置，而另一个测量位置可用于接收测量样品。参考位置可以保持空着，或者已知特性的惰性参考样品所占据。如果进行微分量热法试验，来自各个测量位置的相应热电信号可以通过合适的电路结构结合，使得可以直接获得参考位置与每个样品位置之间的相应微分信号。

本发明的重要实施例具有布置在传感器单元上的两个测量位置。在这种结构中，一个测量位置可用作参考位置，另一个用作样品位置。这种结构类似于本领域技术人员熟悉的微分热流量热法所采用的结构。

在本发明优选实施例中，可以在传感器单元上以一种结构布置四个测量位置，其中，在一对测量位置的中心之间的直连线垂直平分另一对测量位置的中心之间的直连线，反之亦然。因此，四个测量位置的中心位于一个假象正方形的各个角。这种结构是有利的，它优化了所有测量位置的热对称性。

上述讨论的传感器中的热电偶结构用于检测测量位置与热源之间的热流或者检测与不同测量位置相对应的热流之间的差值。此外，在热分析应用中，优选考虑提供本发明实施例，其中另外的热电偶结构形成在基片的表面上的测量位置处，用于发出表示在该测量位置的绝对温度的热电信号，并具有用于分接表示绝对温度的热电信号的连接终端。已知，热电偶仅提供温度差值的直接测量。如果进行绝对测量，在一个测量位置的温度必须已知或者保持恒定。根据现有技术，暴露一个测量位置的已知温度发生在传感器外侧。获得的有关测量位置的绝对温度的信息例如可用于在一些情况下在具有多个测量位置的传感器中进行偏离热对称的数学校正，这些情况是指这种偏离逃避了测量位置之间的仅有的微分温度测量、以及未能检测这种偏离将导致分析结果的误差，因为作为不对称的结果，温差不精确地与不同测量位置处的热流之间的差相关。

在特定设计结构中，用于供给表示绝对温度的热电信号的热电偶结构包括包含第一热电偶材料的区域，第一热电偶材料布置在由环绕测量位置的热电偶接点界定的表面部分中，热电偶结构还包括通向布置在表面上的连接终端之一的连接部分。在这种结构中，用于检测绝对温度的另外的热电偶结构绕着测量位置中心集中，并因而与测量位置直接热接触，即与占据测量位置的样品直接热接触。作为尽可能优化结构的径向对称的可行措施，提出将第一热电偶材料的界定区域设计成圆环形状。

为了产生表示绝对温度的热电信号并可分接信号，具有第二不同热电偶材料的热电偶接点布置在第一热电偶材料的界定区域，使第二热电偶材料延伸到形成在表面上的连接终端之一。

通过一种设计结构可以实现传感器上的可用表面空间的简化和特别有效的利用，其中，两个测量位置形成在传感器上，在两个测量位置的第二热电偶材料之间的连接形成基片上、并且通向共用连接终端。可通过分接共用连接终端与连接到两个测量位置处的第一热电偶材料的两个终端之间的相应电压，可获得表示测量位置绝对温度的热电信号。

在一优选实施例中，为了使必须布置在结构中的连接终端的图案最小，两个测量位置形成在传感器上，连接形成在基片上位于两个测量位置处的各个热电偶队列的电相同端之间，两个热电偶队列的另一端连接到连接终端，连接终端形成在基片上、并用于分接两个热电偶队列的各自热电信号之间的差。在这种结构中，两个热电偶队列连接成，使得它们电性相反，从而使在两个终端处产生的热电信号表示在两个测量位置处的温度差。

为了评估结果以及校正计算，优选地是分别分接两个热电偶队列的相应的输出信号。再次为了使基片上所需的连接终端结构最小，优选的是，上述热电偶队列的两个电相同端之间的连接也连接到形成在基片上的共用连接终端。这样，每个热电偶队列的各自输出信号可在共用连接终端与在各个热电偶队列的另一端的终端之间分别被分接。

在本发明范围内，可以想象的是，形成在基片上的热电偶结构制作成厚膜结构。使用厚膜工艺在基片上制作热电偶结构的概念提出在上述德国专利DE3916311C2中、以及讨论通过采用厚膜工艺所获得的优点的德国专利申请DE3916311A1中。这两个文献在此作为参考引入。具体地，采用厚膜工艺提供了解决使热电偶结构的单个结构元件与外侧绝缘，即与放置在测量位置上的样品坩埚或参考样品坩埚绝缘的问题的简单方案。

为了获得传感器的理想的热惰性和耐用性，基片优选地由陶瓷材料制成。

根据本发明的第二方面，提供一种热分析传感器，它具有基片，基片能够在与基片热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置之间传导热流，热分析传感器还具有形成在基片的大体上平的表面上以发出热电信号的热电偶结构，所述热电偶结构包括多个串联连接的热电偶接点形成的链，热电偶接点由两种不同热电偶材料构成。根据本发明的方案，热电偶接点布置在一个位于另一个之上的两个或者多个平面上，通过绝缘层将这些平面相互分隔开，每个平面包含电路结构的一个部分，并且每个部分通过连接热电偶接点的连接导线形成，其中，通过将各个部分的合适端部由层间接触相互连接而形成整个电路结构。

根据本发明的上述方案，整个电路结构被分成至少两个部分。当属于各个部分的热电偶接点一个布置在另一个上时，传感器上的可用表面区域根据一个层叠在另一个上的平面数目被加倍。结果，电路结构可以获得对应的多倍的热电偶接点数目。其结果是由电路结构发出的热电信号的强度测量值增大以及传感器灵敏度增大。

作为实现上述概念的优选方式，用于分接热电偶结构的热电信号的多个终端相对于基片形成在顶部平面上，占据底部平面的电路部分的一个端部通过层间接触连接到多个终端之一。从位于顶部平面的终端分接热电信号的能力有助于将传感器安装和连接到热分析仪器中。

在优选实施例中，在电路结构的一个部分中的热电偶接点串联连接，而各个部分又串联连接以形成电路结构，其结果是一个热电偶队列。

优选地，热电偶接点布置成，使得它们绕着测量位置的中心沿着方位方向前进，并且位于与测量位置的中心相隔交替不同的径向距离。

在另一优选结构中，位于不同平面的电路结构的部分具有大体上叠合的形状。

根据本发明的第三方面，为了实现上述目的，提出另一种方案，其中，一种热分析传感器具有基片，基片能够在与基片热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置之间传导热流，热分析传感器还具有形成在基片的大体上平的表面上以发出热电信号的热电偶结构，其中热电偶结构包括与测量位置相关的多个热电偶接点形成的串联链，热电偶接点由两种不同热电偶材料构成并且连接成一个电路结构，根据本发明的方案，基片的热导率不大于5W/(m.K)。

与现有氧化铝基片相比减小的热导率的效果是，在暴露于不同温度水平的热电偶接点之间形成更强的温度梯度。结果，由热电偶结构产生的热电信号在测量值上增大，因而提高了传感器的灵敏度和信噪比。但是，作为警戒的评论，由于基片的热导率减小，传感器的时间常数增大。即使假定材料工艺对于降低热导率没有限制，不应被横断的底部限制由基片时间常数还或多或少适当时的热导率水平表示。这样，实际应用的所关心的范围包括热导率部小于0.5W/(m.K)的材料。

根据采用低热导率的概念，优选地热导率值不大于3W/(m.K)，甚至更优选地是不大于2W/(m.K)。与现有氧化铝基片相比，导致特别显著的改进。

在本发明概念的一个实施例中，一种特定陶瓷材料被选用作基片，其热导率值低于现有氧化陶瓷材料的值，但具有可与氧化陶瓷相比的有利的机械和电特性。例如，可获得的商品名称为“PYTHAGORAS”的基片材料已经发现是合适的，其热导率为大约2W/(m.K)。尽管在机械特性方面稍微不理想，可获得的产品名称为“MACOR”的陶瓷玻璃基片也合适，其热导率明显小于2W/(m.K)。

本发明的第四方面涉及制造热分析传感器的方法，其中，由至少两种不同热电偶材料膏构成的图案通过厚膜工艺印制在基片的大体上平的表面上。在印制之后被烘烤的该厚膜图案表示热电偶结构，热电偶结构包括多个热电偶接点形成的串联连接链，热电偶接点由两种不同热电偶材料构成、并与至少一个测量位置相连，串联连接链用于发出热电信号。根据本发明的方法特征在于，电路图案被分成至少两个局部图案，第一局部图案以厚膜工艺形成在基片上，具有用于局部图案连接的接触通道孔的绝缘层叠置在第一局部图案上，另一局部图案形成在绝缘层上，重复前述工序，直到所有局部图案已经一个制造在另一个上面。

通过采用厚膜工艺，由局部图案和绝缘层构成的结构可以较低成本制造在基片上。现有的膏可用作热电偶材料，例如金膏可用作一种热电偶材料，金/钯膏可用作另一种热电偶材料。如果需要，也可以使用其它材料以制造具有不同特性的热电偶。膏可根据所述图案采用丝网印制工艺以公知方法施加。每次图案的施加紧接着进行烘烤操作。具体地，可以根据各个局部图案首先施加和烘烤每个局部图案的一种热电偶材料，接着施加和烘烤另一种热电偶材料。分别进行两次烘烤操作对于以上述方式形成的热电偶的热电导率具有有利影响。

在本发明方法的优选实施例中，局部图案制作成，使得施加作为一个层的每个局部图案的重复工序直接产生具有优选电路结构的热分析传感器。在这种类型的第一实施例中，每个局部图案通过仅仅一个连接串联连接到另一个局部图案，从而使层间连接的数目较少。在另一实施例中，在相对于基片的最顶部局部图案叠置具有连接终端的绝缘层，热电信号可从连接终端分接，并且至少一个连接终端通过层间接触结合到相对于基片在底层的局部图案。

附图说明

以下将结合附图详细地描述本发明，其中：

图1示意地表示了布置在测量位置区域中的根据本发明的热分析传感器的第一实施例的平面图；

图2示意地表示了具有两个测量位置的根据本发明的热分析传感器的第二实施例的平面图；

图3表示了根据本发明的热分析传感器的第三实施例的分解图；

图4示意地表示了根据本发明的热分析传感器的第四实施例的平面图；以及

图5表示了根据本发明的热分析传感器的第五实施例的分解图。

具体实施方式

根据本发明的热分析传感器的第一实施例具有圆柱形基片1，圆柱体高度相对于其半径是较小的。图1以示意形式表示了从基片1的圆柱体轴线方向看的具有圆盘形状的基片顶部表面2的平面图。在圆柱体轴线与表面2的径向外边缘之间限定的区域中，布置有测量位置3，测量位置3设置有通过厚膜工艺方法设置在位的热电偶结构。

在热电偶结构中，两种不同热电偶材料的条形段在它们的每个邻接端重叠，从而通过这些重叠形成一系列热电偶接点。热电偶接点布置在四个同心圆上，共同的中心点4表示测量位置3的中心。位于最靠近中心的第一个圆上的第一种热电偶接点在图1中由标号5表示。第一种热电偶接点中的每个由两种不同热电偶材料6和7的重叠的、短方位端部构成。热电偶材料6和7从方位端部相互间隔较窄地、并且相互平行地相对于中心4沿着大体上径向向外方向延伸到第二个圆。与第一种热电偶接点5类似，在第二个圆处类似地通过重叠短方位端部形成第二种热电偶接点8。

第三种热电偶接点9位于第三个圆上，第三个圆的半径大于第一个圆的半径但小于第二个圆的半径。与第一种热电偶接点5类似，第三种热电偶接点9由两种热电偶材料6和7的短的方位重叠端部构成。热电偶材料6和7从第三种热电偶接点9大体上以条段形状沿着径向向外方向延伸到第四个圆，第四个圆的直径大于第二个圆的半径。热电偶材料7的条的端部位于第四个圆上，在此它们与热电偶材料6的端部相交并重叠以形成第四种热电偶接点10。热电偶材料6从第四种热电偶接点10沿着第四个圆在方位方向上延伸。第一热电偶材料6的每个方位条段从第四种热电偶接点10延伸到热电偶材料6的大体上径向条段，热电偶材料6的大体上径向条段起源于方位上最接近的相邻第三种热电偶接点9。第一种、第二种、第三种和第四种热电偶接点5，8，9，10分别以相等方位角间隔布置在它们各自的圆上。

偏离第一种热电偶接点5的完全对称结构，一个第一种热电偶接点5’具有如下不同，起源于接点5’的第一热电偶材料6’的大体上径向条段连续超过第二个圆的半径到达形成在基片1表面2上的终端盘12。这个第一种热电偶接点5’形成所有热电偶接点5，5’，8，9和10按照串联顺序连接在其中的热电偶队列的端部。热电偶队列的另一端部由串联地紧随径向紧邻上述第一种热电偶接点5’的第三种热电偶接点9’的第四种热电偶接点10’形成。从第三种热电偶接点9’沿着大体上径向向外方向延伸的热电偶材料7’的条段位于第四个圆上的外端部与热电偶材料6”的条段连接，以形成第四种热电偶接点10’。热电偶材料6”的条段延伸到形成在表面2上的终端盘12’。

该图以及上述描述也清楚表明，热电偶材料6，7，7’仅在它们相互重叠的区域叠置，从而通过重叠形成的触点形成热电偶接点5，5’，8，9，10，10’。热电偶材料6，7，7’的所有其它部分在同一平面上并排延伸。

在形成位于第一种热电偶接点5’处的热电偶队列起点的串联连接顺序中，每个第一种热电偶接点5或5’具有一个第二种热电偶接点8作为它的紧邻，直到绕着中心点4的方位环已经到达第一种热电偶接点5”，第一种热电偶接点5”沿着方位方向紧邻热电偶队列起始的热电偶接点5’。第一种热电偶接点5”通过热电偶材料7的大体上径向延伸的条段连接到另一热电偶接点8’，热电偶接点8’沿着串联顺序具有一个第三种热电偶接点9”作为它的紧邻，接着是分别成对紧邻的第四和第三种热电偶接点10和9，直到到达形成热电偶队列另一端的第四种热电偶接点10’。整个热电偶排布具有双星外观。在第一种热电偶接点5和第二种热电偶接点8之间以直线条延伸的热电偶材料6和7形成内部星，并且在它们之间界定空隙区域13。在每个空隙区域13中具有沿着串联顺序紧邻的一对第三种和第四种热电偶接点9和10。第三种和第四种热电偶接点9和10以及它们的热电偶材料6和7的连接条段形成外部星。这种排布也可以类似方式进行，使方位界限沿着逆时针方向在热电偶接点10’开始。

图2显示了根据本发明的热分析传感器的第二实施例，采用与图1类似的形式表示。在该实施例中，具有两个测量位置3，3’，每个测量位置具有与参照图1所述测量位置3完全相同的结构。读者因此可以参考图1的描述以了解第二实施例的详细结构。第二实施例的两个测量位置3，3’相对于基片1的圆柱体轴线径向相对地布置在相等距离处。表示“样品”的字母“S”印在紧靠测量位置3的基片表面2上，而表示“参考”的字母“R”紧靠测量位置3’的印制。这表示，样品将被放置在测量位置3，惰性参考样品将被放置在测量位置3’。

图2中的排布与图1的区别仅在于，在测量位置3形成的热电偶队列端部处的第四种热电偶接点10’以及在测量位置3’形成的热电偶队列端部处的第四种热电偶接点10’不是分别连接到与图1中的终端盘12’类似的单独的终端盘12’。替代地，两个热电偶队列的这些端部通过热电偶材料6的条段连接。在测量位置3和3’形成的各自热电偶队列的另一端部的第一种热电偶接点5’以与图1中相同方式连接到终端盘12。通过这种设计结构，两个热电偶队列布置成在电路中电性相反。通过第二实施例中的两个终端盘12分支，可以获得两个热电偶队列各自的热电信号之间的差，而第一实施例在两个终端盘12，12’之间传送形成在测量位置3的热电偶队列产生的整个热电信号。

在根据本发明的热分析传感器的第三实施例中，由热电偶材料和热电偶结构的热电偶接点形成的整个图案被分成多个局部图案，它们一个布置在另一个上，通过局部图案的合适电终端相互连接。这种概念显示在图3中，为了简单起见以分解图显示，其中多层结构的单层被显示未沿着与图1和2中的基片相同的基片1的圆柱体轴线方向相互分隔开。图3的结构具有总共为三个的局部图案14，15和16，它们中的每个以与形成表示在图2中的第二实施例的热电偶结构的图案类似的方式形成。与图2中的图案的微小差别在于，需要形成局部图案的电终端的连接。

在图3中，在底部的局部图案14以与图2中相同方式布置在基片表面2上。与图2中的类似，来自形成由整个图案表示的整个电路排列的一个端部的第一种热电偶接点5’的热电偶材料连接到终端盘12。还与图2相同，显示在左侧的图案部分通过热电偶材料的连接条6与右侧部分连接。但是，与图2不同的是，在图3的右侧部分的端部的类似第一种热电偶接点连接到层间接触盘17，层间接触盘17与图2和3中的左侧终端盘12以及第二终端盘12间隔一定距离地设置，第二终端盘12对应于图2中的右侧终端盘但在图3中作为隔离盘，即不与局部图案的其它部分连接。

布置在表面2上的局部图案14由绝缘层18覆盖，绝缘层18在与层间接触盘17和两个终端盘12对应的位置具有层间接触孔19。在远离局部图案14的表面20上，绝缘层18承载局部图案15。在底层局部图案14具有与终端盘12的端部连接的类似位置，中间层局部图案15具有与层间接触盘17’的端部连接，层间接触盘17’通过层间接触孔19与层间接触盘17连接，层间接触孔19与层间接触盘17和17’叠合。在底层局部图案14具有与层间接触盘17的端部连接处，图3中的局部图案15的右侧部分具有与层间接触盘21的类似端部连接，层间接触盘21通过绝缘层18与底部层电绝缘。底部层的两个终端盘12穿过叠合位置的层间接触孔19从绝缘层18的表面20伸出，在此显示为隔离盘。

绝缘层18承载局部图案15的表面20由绝缘层22覆盖，绝缘层22在与层间接触盘21和两个终端盘12对应的位置具有层间接触孔19’。绝缘层22的表面23承载形成为图3中的最顶部局部图案的局部图案16。左侧部分的端部连接通向层间接触盘17”，层间接触盘17”通过绝缘层22的类似叠合位置的层间接触孔19’与中间层局部图案15的叠合位置的层间接触盘17’连接。右侧部分的端部连接通向图3中右侧的终端盘12，右侧的终端盘12分别通过绝缘层22和18的叠合位置的层间接触孔19’和19穿过所有层直接接触。左侧的终端盘12通过类似的层间接触孔19’和19连接到图3中的底层局部图案14的左侧的终端盘12。

绝缘层22承载最顶部局部图案16的表面23的上方，设置有绝缘层24，绝缘层24仅具有与终端盘12的位置对应的层间接触孔19”。由整个电路结构输送的热电信号可以在通过层间接触孔19”被接触的终端盘12被分接。该信号表示每个局部图案的左侧部分与右侧部分之间由各自局部图案14，15和16输送的热电压差值的总和。

而且，除了上述参照图2已经描述的符号“R”和“S”之外，绝缘层24的露出表面25具有弧形标记26，以有助于将样品和参考坩埚相对于各自测量位置的中心点4和4’(参看图2)居中地放置。

图3所示实施例尤其是通过采用厚膜工艺来制造。该工艺是通过丝网印刷和烘烤局部图案14使合适的热电偶材料粘贴在基片1的表面2上来进行。该操作优选地以两个步骤进行，第一步骤包括施加和立即烘烤由第一热电偶材料组成的图案的结构元件。在第二步骤中，由另一热电偶材料组成的结构元件被印制并且反复烘烤。该两步骤工艺对热电偶接点的质量具有有利影响。在绝缘层18已经被放置在位之后，以相同方式制造第二局部图案15，重复上述工艺直到所有绝缘层和局部图案已经完成，此时最顶部绝缘层24被放置在位。

根据本发明的热分析传感器的第四实施例以与图1类似的表示方式显示在图4中。第四实施例具有总共四个测量位置，分别为30，31，32和33，每个测量位置具有与图1中的测量位置3类似的结构。关于单个测量位置，读者可以参考显示在图1中的实施例的描述。尤其与图1类似的是，各个热电偶队列的端部部分连接到一对终端盘12，12’，由各个热电偶队列产生的热电电压可在此被分接。四个测量位置30，31，32和33的中心位于对角线相交在基片1的圆柱体轴线的正方形的四个角处。

根据本发明的热分析传感器的第五实施例以与分解图表示在图5中，该结构的多个层沿着基片1的圆柱体轴线的方向分隔开。关于通过连接件6和两个终端盘12形成在两个层叠星形图案之间的微分电路结构，第五实施例完全类似于参照图2描述的第二实施例。就微分电路结构而言，读者可以参考图2的描述。但是，图5还显示了也存在于第二实施例中但图2中未显示的绝缘层34。绝缘层34具有与热电偶结构的终端盘12的位置对应的窗口35，使得可以在窗口35处获取微分热电信号。绝缘层34允许金属坩埚放置在测量位置，而不会导致绝缘层34接点之间短路。

除了刚才已经描述以及是图2中的第二实施例的一部分的特征之外，第五实施例在两个测量位置3，3’中的每个处还具有在绝缘层34的露出表面37上的另外的热电偶结构36和36’。另外的热电偶结构36和36’每个包括相对于测量位置3，3’的中心点4，4’对中布置的环形第一热电偶材料38，38’。在图5中，未清楚起见，另外的热电偶结构36和36’相对于分解图的下部部分以放大比例绘制。实际上，环形第一热电偶材料38，38’布置在第一种热电偶接点5位于其上的相应第一个圆内。在分别由环形第一热电偶材料38，38’的内周边39，39’限定的区域中，绝缘层34和基片分别具有各自的叠合轴向通道开口40，40’和41，41’。这类通道开口也存在于先前描述的实施例中，并且在相应的附图中以对应的标号表示。

环形第一热电偶材料38，38’每个具有分别通向终端盘43，43’的条形径向延伸部。而且，还具有布置在垂直于测量位置3，3’的各自中心点4，4’之间的假象连线延伸的中线上的共用终端盘44。起源于共用终端盘44的连接导线45沿着中线在两个终端盘43，43’之间延伸成Y形接点，连接导线45在此分支成两个条形臂46，46’，两个条形臂46，46’相对于中线镜像对称地延伸到环形第一热电偶材料38，38’中。终端盘44、连接导线45和条形臂46，46’由第二热电偶材料构成，第二热电偶材料在与第一热电偶材料38，38’的连接处形成热电偶接点。在这两个热电偶接点处产生的热电信号可在共用终端盘44和各自的终端盘43，43’之间被分接。这两个热电信号分别对应于在测量位置3，3’的各自绝对温度。为了确定绝对温度值，信号通过合适电路结构以公知方式被处理。

在上述各个实施例中，传感器通过在基片1的边缘区域与热源之间的热接触被热连接到热源。这可以被实现，例如，如果传感器底侧即顶部表面2的相反侧的环形边缘区域位于热源的合适形状的导热凸缘上。具体地，环形边缘区域在外侧可由形成基片1的圆柱形盘的径向外边缘限定，并且在内侧可由扁平圆柱体形切口限定，扁平圆柱体半径略微小于基片1的半径。

相对于测量位置3，3’，30，31，32，33的中心点4，4’产生的径向温度梯度是在径向间隔开的热电偶接点5和8之间以及热电偶接点和10之间产生热电电压的原因。这些温度梯度随着基片1的热导率降低而增大。因此，为了获得传感器的高灵敏度，使用具有相对小热导率λ的基片，具体地，λ不大于5W/(m.K)，优选地λ不大于3W/(m.K)，或甚至λ不大于2W/(m.K)。已经发现的合适基片是具有特殊性能的陶瓷，例如由名称为PYTHAGORAS的陶瓷材料制成、或由名称为MACOR的陶瓷材料制成的基片，它具有大约为1.5W/(m.K)的λ值。

标号列表

1基片

2表面

3测量位置

4，4’中心点，中心

5，5’，5”第一种热电偶接点

6，6’，6”热电偶材料

7，7’热电偶材料

8，8’第二种热电偶接点

9，9’，9”第三种热电偶接点

10，10’第四种热电偶接点

11方位条段

12，12’终端盘

13空隙区域

14，15，16局部图案

17，17’，17”层间接触盘

18绝缘层

19，19’，19”层间接触孔

20表面

21层间接触孔

22绝缘层

23表面

24绝缘层

25表面

26弧形标记

30，31，32，33测量位置

34绝缘层

35窗口

36，36’另外的热电偶结构

37表面

38，38’第一热电偶材料

39，39’环内周边

40，40’轴向通道开口

41，41’轴向通道开口

43，43’终端盘

44终端盘

45连接导线

46，46’臂

Claims (9)

1、一种热分析传感器，它具有基片(1)，基片(1)能够在与基片(1)热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置(3，3’，30，31，32，33)之间传导热流，热分析传感器还具有形成在基片(1)的大体上平的表面(2)上以发出热电信号的热电偶结构，所述热电偶结构包括多个热电偶接点(5，8，9，10)形成的专用于所述测量位置的串联链，热电偶接点(5，8，9，10)在一个电路结构中相互连接，并且每个热电偶接点由两种不同热电偶材料(6，7)构成，其特征在于，热电偶接点(5，8，9，10)布置在一个位于另一个之上的至少两个平面上，通过绝缘层(18，22)将这些平面相互分隔开，其中，电路结构的各个部分(14，15，16)通过热电偶接点(5，8，9，10)之间的连接导线形成在每个平面中，并且各个电路部分的对应端部通过层间接触孔(19，19’，19”)相互连接。

2、如权利要求1所述的热分析传感器，其特征在于，用于分接热电偶结构的热电信号的多个终端(12)相对于基片(1)形成在顶部平面上，占据底部平面的电路部分(14)的一个端部通过层间接触连接到多个终端(12)之一。

3、如权利要求2所述的热分析传感器，其特征在于，电路结构是热电偶接点串联连接在其中的热电偶队列，电路结构的部分(14，15，16)是热电偶队列的部分。

4、如权利要求3所述的热分析传感器，其特征在于，热电偶接点(5，8，9，10)布置成，使得它们绕着测量位置(3，3’)的中心(4，4’)沿着方位方向前进，并且位于与测量位置的中心相隔交替不同的径向距离处。

5、如权利要求1所述的热分析传感器，其特征在于，位于不同平面的电路结构的部分(14，15，16)具有大体上叠合的形状。

6、一种制造如权利要求1所述热分析传感器的方法，其中，由至少两种不同热电偶材料膏(6，7)构成的图案通过厚膜工艺印制在基片(1)的大体上平的表面(2)上，该图案表示热电偶结构，所述热电偶结构包括多个热电偶接点(5，8，9，10)形成的串联连接链，该串联连接链与至少一个测量位置(3，3’，30，31，32，33)相连、由两种不同热电偶材料(6，7)构成并且可运行以发出热电信号，并且在印制之后，该图案被烘烤，其特征在于，该图案被分成至少两个局部图案(14，15，16)，局部图案(14，15，16)中的一个以厚膜工艺形成在基片(1)上，局部图案中的所述一个被绝缘层(18，22)覆盖，绝缘层(18，22)具有用于局部图案连接的层间接触孔(19，19’)，局部图案(14，15，16)中的另一个以厚膜工艺形成在绝缘层上，重复前述工序，直到所有局部图案已经一个制造在另一个上面。

7、如权利要求6所述的方法，其特征在于，局部图案(14，15，16)具有大体上叠合的形状。

8、如权利要求7所述的方法，其特征在于，在局部图案(14，15，16)的结构中，每个局部图案(14，15，16)通过仅仅一个连接(17，17’，17”)连接到另一个局部图案。

9、如权利要求8所述的方法，其特征在于，连接终端由其穿过的绝缘层(24)形成在相对于基片(1)的最顶部局部图案(16)的上面，热电信号可从所述连接终端分接，并且至少一个连接终端通过层间接触结合到相对于基片在底层的局部图案(14)。

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