CN110873730B - 用于确定流体的热导率的测量设备 - Google Patents

Abstract

一种用于确定流体的热导率的测量设备，其具有保持流体的流体容积(2)、控制设备(4)和布置在流体容积(2)中的传感器模块(5)，其中，传感器模块(5)包括支撑主体(6)和多个传感器导线(7)，所述多个传感器导线在每种情况下在所述支撑主体(6)的两个接触位置(25、26)之间自由延伸，所述多个传感器导线(7)中的一者用作热源(8)并且能够通过所述控制设备为此目的供能，其中，所述控制设备(4)设置成经由所述多个传感器导线(7)中的用作温度传感器(9‑13)的并且布置在距所述热源(8)不同距离处的至少两者来捕获取决于在相应的温度传感器(9‑13)处的温度的温度测量值(34‑37)，并且根据该温度测量值(34‑37)确定热导率。

Description

用于确定流体的热导率的测量设备

技术领域

本发明涉及一种用于确定流体的热导率的测量设备，该测量设备具有保持流体的流体容积、控制设备和布置在流体容积中的传感器模块。本发明还涉及一种用于确定流体的热导率的方法。

背景技术

在许多应用情况中，可能与确定流体、特别是气体的热导率有关。这可以用于例如根据确定的热导率识别或分类各种流体(特别是各种气体，例如不同的天然气)或各种流体化合物。已知用于确定热导率的各种方法。例如，可以使用两个同心的筒护套，其中外筒护套主动地保持在指定温度下以用作温控散热器。内筒护套用固定的热量输出加热，以便为已知强度的连续热流提供热源。样本气体布置在内筒护套和外筒护套之间。现在可以通过两个温度计确定内筒护套表面和外筒护套表面之间的温度下降，并且由此确定热导率。通过重新排列用于计算通过具有已知热导率的筒护套的热流Φ的已知方程，可以用以下等式来说明热导率λ。

此处，Φ是恒定的热流，L是在筒的竖直方向上的筒护套表面的长度，r_i是内筒护套的半径，T_i是内筒护套处的温度，r_a是外筒护套的半径，T_a是外筒护套处的温度。

由于上面说明的测量原理可能实现起来相对复杂，所以经常替代地使用固定的加热导线原理，其中细的导线以恒定功率加热，并且与其隔开一定距离布置的检测器块用作热控散热器。根据位于导线和散热器之间的流体的导热性，导线加热到不同程度。该导线另外用作电阻温度计，使得可以确定该导线的温度以及根据该温度确定相应的热导率。这里的问题是，只有当另外使用参考单元时才能通过该方法获得足够高的测量精度，其中，如上所述，参考气体的热导率被并行测量，并且通过比较测量值确定样品流体和参考流体的热导率的偏差。

或者，可以使用热导率传感器技术。样品流体位于中央加热板的两侧，其中圆形或矩形测量单元与加热板隔开一定距离通过热控冷却板连接。热控冷却板可以是例如用作无源散热器的硅板。作为热导率的量度，对维持指定加热板温度所需的电压进行求值。这种方法的缺点在于，通常获得相对高的加热板温度并因此获得所检查的流体的高平均温度。由于流体的热导率通常取决于温度，因此，在室温下实际上经常寻求的热导率可能只能通过估计得到。另外，可能发生非常高的温度梯度，从而至少产生温度梯度和热流之间的实际关系偏离所描述的测量方法所依赖的线性关系的风险。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供确定流体的导热性的可能性，其避免了上述问题，其中尤其可以使用小结构的传感器系统并基本上在当前环境温度下的宽温度范围内测量热导率。

根据本发明，该目的通过引言部分中提到的类型的测量设备实现，其中传感器模块包括支撑主体和多个传感器导线，所述多个传感器导线在每种情况下在支撑主体的两个接触位置之间自由延伸，其中，一个传感器导线用作热源并且能够通过控制设备为此目的通电，其中控制设备设置成通过用作温度传感器并且布置在距热源不同的距离处的至少两个传感器导线捕获取决于相应温度传感器处的温度的温度测量值，并且根据温度测量值确定热导率。

根据本发明的传感器导线的在支撑主体的相应接触位置之间自由延伸的使用(自由延伸即意味着，特别是不与支撑主体或测量设备的其他部件有任何接触)导致热源和温度传感器具有低的热容量。另外，这确保了热源和温度传感器基本上仅通过待测流体、特别是气体进行热联接。相对地，通过支撑主体的热联接通常可以认为是可忽略的。由于这些因素，可以使用具有相对低的热输出的非常短暂的加热时间。例如，热源可以仅在10ms和100ms之间的时间段通电，特别是在20ms和40ms之间(特别是40ms)的时间段通电。热输出可以例如在3mW和30mW之间，特别是大约10mW。

由于测量持续时间短，可以确保基本上不会由于流体中的对流而导致测量结果的歪曲。此外，确保了待研究的流体的温度仅略微升高，例如仅高于环境温度的几开尔文(例如3K至6K)。这是有利的，因为首先，以这种方式，在非常接近环境温度的温度下(因此处于实际上通常相关的温度范围内)进行热导率的测量。此外，热源的相对较少的温度升高或相对较低的温度确保了由于辐射引起的热源和温度传感器之间的温度传递可忽略不计，因此可以避免在确定热导率时的另一个误差源。

如下面将更详细地解释的，测量设备、特别是传感器模块，可以具有相对简单的结构，并且可以在大的操作温度范围内进行测量(例如在-100℃和400℃之间)。因此，根据本发明的测量设备可以以低成本在大量环境中使用。

传感器导线在接触位置之间自由延伸，这尤其意味着传感器导线不与支撑主体接触。特别地，传感器导线可以沿着传感器导线的整个外周(也就是说垂直于延伸方向)仅由接触位置之间的流体包围。传感器导线的这种布置可以例如通过具有沟槽的支撑主体来实现，该沟槽尤其可以通过蚀刻工艺制造并且传感器导线在该沟槽上方延伸。传感器导线尤其可以全部位于一个平面中和/或相对于彼此平行延伸。优选地，将传感器导线中的两个以上(例如四个、五个或六个)设置为温度传感器。

由于自由布置的传感器导线用作热源，所以只要如上所述的供能时间不太长，热源可以近似地被视为线或柱形源。温度传感器尤其可以被实施为捕获过热温度(overtemperature)，即热源在操作期间相对于非操作期间的温度升高的程度。这也可以例如通过用作温度传感器的分别形成惠斯通电桥的电阻器的传感器导线实现。如果在向热源供能之前补偿所述惠斯通电桥使得在其上下降的电压为零，也就是说如果使用本身已知的偏转法，则通过惠斯通电桥的电压下降与温度变化成比例。这允许特别简单地求得温度测量值。然而，用于求得温度测量值的其他方法在原则上也是可能的，例如使用查找表来将指定电压降分配给指定温度等。

如下面将更详细地解释的，可以利用这样的事实以确定热导率：由于自由延伸的热源所需的相对低的热输出，流体容积的支撑主体或者壁的温度、测量设备的其他部件和位于距热源相对较远距离处的流体部分的温度基本保持不变。所提到的部件、特别是支撑主体，因此用作一种虚拟散热器。结果，在仅仅非常短的加热时间(例如几毫秒)之后，在温度传感器的区域中产生基本恒定的热流和基本恒定的温度，如下面将更详细地解释的那样，所述温度传感器优选地布置成相对靠近热源。

因此，原则上可以使用在引言部分中所述的用于确定热导率的等式。然而，这里的问题首先在于，在根据本发明的测量设备中，散热器不是通过主动温度控制确保距离热源的特定距离r_a处的壁用作散热器来实现的。相反，起作用的或虚拟的散热器借助于流体的温度在距热源的特定距离处基本上不变化(特别是由于与具有高热容量的支撑主体的相互作用)而获得。然而，该距离既取决于测量设备的具体测量几何形状，也取决于所使用的热输出，因此该距离不能立即从测量设备的尺寸中看出，并且理论上也能以足够的精度确定(只是难度较大)。然而，如下面将更详细地解释的，该问题可以通过在根据本发明的测量设备中可获得的多个温度测量值解决，这意味着尽管最初的距虚拟散热器的距离未知，也能够确定热导率。

如已经说明的那样，通常在开始向热源供能之后，相对快速地在各个温度传感器处建立在指定时间段内保持恒定的温度。由于在求值时通常假定恒定的热流，因此应当在存在所述基本恒定的温度的时间点捕获温度测量值。这例如可以通过在开始热源的供能之后以固定的时间延迟(例如10ms-30ms，优选地约20ms)进行温度测量捕获来实现。根据测量设备的具体结构，类似地可以使用更长或更短的延迟时间。优选地，同时捕获所有温度传感器的温度测量值。然而，如所解释的，由于各个温度传感器处的温度在相对长的时间(例如几十毫秒)内保持恒定，因此在例如1ms和5ms之间的时间段内执行测量也是足够的。这例如在要使用单个模数转换器来捕获所有温度测量值时可能也是有利的，其中，使用单个模数转换器来捕获所有温度测量值可以通过时分多路复用来实现。

如果传感器模块以相对小的结构的芯片、特别是MEMS(微机电系统)芯片的形式实现，则可以特别地实现所描述的优点，特别是实现低的热输出和所需的供能时间和测量时间。MEMS芯片可以形成在微米范围内或甚至在亚微米范围内的结构。以这种方式，例如可以实现传感器导线之间的几十微米或几百微米的距离。

支撑主体可以由绝缘材料或半导体材料、特别是硅构成，其中，传感器导线可以通过在由相同的绝缘材料或半导体材料制成的相应的支撑部上施加导电涂层、特别是金属或金属合金来形成，所述支撑部在相应的接触点之间延伸。特别地，支撑主体和用于相应的传感器导线的支撑部可以一体地构造。通过原则上在MEMS芯片领域中已知的制造步骤，可以将支撑主体、特别是与其一体形成的支撑主体制造为三维结构。例如，可以使用平版印刷(lithography)和蚀刻工艺的组合。底切可以例如通过干蚀刻(即由于加速的离子或电子而去除材料)来实现。传感器导线可以跨越支撑主体中的特别是通过湿蚀刻或干蚀刻形成的沟槽，所述沟槽特别是矩形或梯形。在传感器导线的中心区域中，传感器导线与支撑主体的距离可以在50μm和1mm之间，特别是在200μm和400μm之间，例如300μm。这可以例如通过支撑主体中的沟槽的相应沟槽深度来实现。

导电层可以例如通过镍形成。涂层可以只施加在一侧上，例如施加在支撑部的背离沟槽的上侧上，或者可以围绕支撑部周向地施加。导电层可以延伸超出传感器导线的区域或超出接触位置。这例如对于在支撑主体的更坚固区域中提供用于电接触的接触垫是有用的。

由半导体材料形成支撑主体或支撑部可能是有利的，因为对于微结构化的相应方法对于这种半导体材料、特别是对于硅是众所周知的，由此，可以使用已知的技术来制造具有布置在其上的传感器导线的支撑主体。然而，半导体材料通常应当用作根据本发明的测量设备中的绝缘体，从而优选地，使用具有大于热源或温度传感器的工作电压的带隙(bandgap)的半导体材料。

温度传感器中的至少一个与热源的距离可以小于200μm或小于100μm，和/或，距离热源最远的温度传感器的距热源的距离可以小于1mm或小于500μm。最靠近热源的温度传感器距热源的距离可以是至少10μm、至少20μm或至少30μm。例如，该距离可以是50μm。距离热源最远的温度传感器的距热源的距离可以是至少100μm、至少200μm或至少300μm。例如，该距离可以是400μm。例如，可以使用总共六条传感器导线，其中五条用作温度传感器。用作温度传感器的传感器导线可以与用作热源的传感器导线分别具有50μm、100μm、200μm、300μm和400μm的距离。

传感器导线的长度或接触点之间的距离可以在0.5mm和5mm之间，例如2mm。如上所述，所述相对小的尺寸可以通过已知的用于微结构化的方法、特别是通过用于半导体的微结构化的方法来实现。已知相应的结构化方法可以获得亚微米范围内(特别是几十纳米)的结构尺寸。

可以设置控制设备以根据温度测量值确定数学模型的一个参数或多个参数，并根据所述一个参数或根据所述多个参数之一确定热导率，所述数学模型描述相应的温度传感器距热源的距离与所确定的温度测量值之间的关系，或者，所述数学模型针对至少一对温度传感器描述相应对的温度传感器距热源的距离与在所述相应对的温度传感器处的温度差之间的关系。数学模型可以通过取决于所述一个参数或多个参数的一个等式或多个等式来描述。另外，关于测量几何结构的已知参数，例如传感器导线的长度或传感器导线的接触点之间的距离，可以被包括在该数学模型中。

由于在测量时间短的情况下，可以近似地假设由于对流引起的热传输可以被认为是可以忽略不计的，也可以使用描述通过刚体的热传输的模型或仅仅考虑已有的流体热容量的模型。例如，可以使用已经在引言部分中讨论过的通过柱体壳传热的模型。这里可以准确地假设来自距热源的距离r_i处的温度传感器的热流Φ到距热源的距离r_a处的另一温度传感器或虚拟散热器对应于具有半径r_i和r_a并且呈现温度T_i、T_a的圆柱形护套之间的热流。因此，对于具有距离r_i和r_a的已知位置，可以使用已知的热流Φ、传感器导线的已知长度L以及已知温度T_i和T_a用在引言部分中已经陈述的等式来确定热导率λ：

如果恰好使用两个温度传感器，则可以直接使用该两个温度传感器的距离r_i和r_a以及在温度传感器处捕获的温度T_i、T_a来确定热导率λ。

控制设备优选地设置成在加热时段期间以指定功率向热源供能并且根据该指定功率确定热导率。基于上面讨论的虚拟散热器，可以假设在一段时间内恒定的热量输出导致加热时段内的恒定热流。因此，上述等式中的热流Φ可以由向热源供能的功率P代替，由此可以针对一对温度传感器求解该等式。

如上所述，该模型可以描述一个温度传感器或多个温度传感器距热源的距离与由所述一个温度传感器或多个温度传感器根据从热源到温度传感器的恒定热流确定的温度测量值或温度差之间的关系，其中热流取决于所述指定功率。

如已经说明的那样，优选使用在距离热源不同距离处的两个以上的温度传感器。原则上，可以确定在每种情况下的针对多对两个选定热传感器的初始热导率，并且例如通过平均初始热导率或通过从初始热导率中选择中值来确定最终确定的热导率。然而，优选地，通用模型基于上述数据参数化。为实现此目的，上面讨论的等式可以首先重新排列如下：

其中：

该等式根据距离r_i和r_a的对数之差定义了距热源距离r_i处的温度T_i与距热源距离r_a处的温度T_a之间的温度差。在已知功率P和传感器导线的长度L的情况下，比例因子k可以直接用于确定热导率。为此，首先可以例如通过求解优化(optimization)问题来计算参数k。为此，对于多对温度传感器，在各种情况下位于更靠近热源处的温度传感器和在各种情况下位于更远离热源处的温度传感器的相应距离r_i和r_a可以被用在所述等式中，并且可以最小化温度差(T_i-T_a)的误差量度。例如，可以最小化误差平方和。

因为，如已经说明的那样，在基于支撑主体或测量设备的其他部件的相对高的热容量使用热源的足够短的供能时间以及足够低的热输出的测量几何的情况下，在距热源的特定距离处，流体持续具有恒定的环境温度而与热源是否被供能无关，因此大体用作完美的散热器，可以修改上述等式以直接描述温度传感器距热源的距离与所确定的温度值之间的关系。在上面的等式中，如已经说明的那样，T_a一般地描述了距热源距离r_a处的温度。然而，在特定的、最初未确定的距离r_a处，虚拟散热器是有效的，使得此处的温度对应于通过热源加热之前的流体温度。如果该温度被用作T_a，则差值(T_i-T_a)(下文称为ΔT_i)恰好是通过向热源供能而致使在位置r_i处的温度传感器处的温度增加的过热温度。如上所述，温度测量值可以例如通过使用先前补偿的惠斯通电桥来捕获，使得所述温度测量值通过已知的比例常数与上述变量成比例或与之对应。因此，不再需要考虑两个温度之间的温差，而是可以直接求得温度测量值。

散热器的距离r_a最初是自由参数。以下替换是为了更清楚地说明在这种情况下如何确定λ：

(4)m＝-k

(5)n＝k·ln(r_a)

这给出了以下等式：

(6)ΔT_i＝m·ln(r_i)+n

然而，这对应于温度测量值或通过已知的比例因子与其直接成比例的之间变量ΔT_i与相应温度传感器距热源的距离r_i的对数之间的线性方程或线性关系。因此，可以通过确定对于不同温度测量值T_i和温度传感器的距离r_i的对数的最佳拟合线和来计算参数m、n。

一旦确定了参数m和k，就可以如下确定热导率λ：

可选地，如果需要，还可以确定虚拟散热器的距离r_a：

确定热导率所依赖的参数(即上述示例中的m或k)可以是比例因子，该比例因子描述了取决于一个温度传感器或多个温度传感器中的至少一个的距热源的距离的函数与温度测量值或温度差之间的关系。如果k用作参数，则两个距离的商的对数或两个距离的对数的差值作为函数被缩放。

测量设备可以设置为使得温度测量值与相应温度传感器处的由热源的供能引起的温度增加成比例。例如，相应温度传感器的传感器导线可以是根据偏转法操作的惠斯通电桥的电阻器。例如，惠斯通电桥上的电压降可以在热源被供能之前直接补偿为零，据此，在温度变化不太明显的情况下，电桥上的电压下降与温度变化成比例。

除了根据本发明的测量设备之外，本发明还涉及一种用于确定流体的热导率的方法，其中流体位于其中布置有传感器模块的流体容积中，其中使用了这样的传感器模块，该传感器模块包括支撑主体和多个传感器导线，在每种情况下，所述多个传感器导线在支撑主体的两个接触位置之间自由延伸，其中，取决于在相应的温度传感器处的温度的温度测量值由用于所述传感器导线的至少两者的控制设备捕获，所述传感器导线的至少两者用作温度传感器并且布置在距所述热源的不同距离处，并且热导率根据所述温度测量值被确定。

根据本发明的方法可以利用关于根据本发明的测量设备说明的特征来实现并且具有所述的优点，反之亦然。特别地，根据本发明的方法可以包括前述步骤，用于向热源供能或用于捕获温度测量值和/或用于根据温度测量值确定热导率。

附图说明

根据以下示例性实施例和相关附图，进一步的优点和细节是显而易见的，其中，示意性地：

图1示出了根据本发明的测量设备的示例性实施例，其被设置为执行根据本发明的方法的示例性实施例，

图2和3示出了图1中所示的测量设备的传感器模块的详细视图，并且

图4-6示出了捕获和处理温度测量值的图。

具体实施方式

图1示出了用于确定流体的热导率的测量设备1。流体容纳在流体容积2中，在所示的示例中，流体容积由测量设备的壁3界定。测量设备1另外具有控制设备4和布置在流体容积2中的传感器模块5。为了清楚起见，图1中的传感器模块5被描绘为相对于测量容积相对较大。然而，传感器模块5优选地是例如可以具有小于1mm的边长的MEMS芯片。

下面将参考图2和3说明传感器模块5的结构。其中，图2示出了传感器模块5的透视图，其中，为了清楚起见，仅描绘了对于下文描述必不可少的部分，例如图中没有示出用于连接到控制设备4的连接装置。图3示出了传感器模块5的平行于传感器导线7的截面的详细视图。

传感器模块5包括支撑主体6和在各情况下在支撑主体6的两个接触位置25、26之间延伸的多个传感器导线7。传感器导线7跨越支撑主体6的梯形沟槽21，该梯形沟槽例如通过蚀刻的方式形成。传感器导线7具有基本相同的设计，均位于一个平面中并且相对于彼此以基本平行的方式延伸。传感器导线7中的一者在测量设备1中用作热源8。控制设备4能够用指定的功率为热源8供能，以便增加紧邻热源的流体温度。

另外的传感器导线7用作温度传感器9-13并且布置在距热源8不同的距离处。布置成最靠近热源8的温度传感器9的距离热源8的距离14可以是例如50μm。定位成离热源8最远的温度传感器13可以具有距热源8例如400μm的距离15。在所示的示例中，另外的温度传感器10、11、12与热源8的距离为100μm、200μm和300μm。传感器导线7的长度16可以是几百微米或几毫米。

从图3中可以清楚地看出，支撑主体6和传感器导线7的支撑部18由绝缘体或半导体材料17(特别是硅)形成为单件。使用平版印刷和蚀刻工艺，可以从这些材料制造出具有亚微米范围精度的结构。为了获得传感器导线7相对于彼此的电绝缘，应该使用具有大于传感器导线7的工作电压的带隙的绝缘体或半导体。各个传感器导线7的导电性通过为各个传感器导线提供导电层19而产生。导电层19可以延伸超过接触位置25到支撑主体6本身上，例如以使得在该区域20中的电接触可以连接到控制设备4的连接部。

传感器导线7可具有几十微米的厚度24。为了获得从支撑主体6的足够的热去耦，距沟槽21的底部23的距离22可以是几百微米，例如300微米。

用作温度传感器9-13的传感器导线7通过附加电阻器(未示出)连接以形成惠斯通电桥，其中电桥在热源8通电之前被补偿而使得在相应电桥上基本上没有电压降。以这种方式可以确保跨越相应电桥的电压降(即由相应温度传感器9-13捕获的温度测量值)与通过热源8加热产生的温度增加成比例。

捕获温度测量值和从温度测量值中确定热导率将在下文进行解释。为清楚起见，将在图4-6中所示的相关图中仅示出前四个温度传感器9-12的测量。其中图4示出了温度传感器9-12处或相关联的惠斯通电桥处的电压的轮廓。时间点27给出了通过控制设备4以例如6mW的恒定功率给热源8供能的开始点。在时间点28，中断电流供应。在所示实例中使用的流体是甲烷。曲线29示出了温度传感器9的电压降，曲线30示出了温度传感器10的电压降，曲线31示出了温度传感器11的电压降，曲线32示出了温度传感器12的电压降。如上所述，在通过热源8加热之前，电压降与环境温度的温度增加成比例。

曲线29-32以及因此温度传感器9-12处的温度最初急剧增加然后保持在恒定电压或温度，然而，对于每个温度传感器9-12，所述恒定电压或温度在热源8的电流供应被中断时所达到的位置不同。如果被保持在恒定温度的散热器、即吸收热源8提供的热流而不增加温度的散热器位于温度传感器12的另一侧，则可以预期这种表现。这种表现是加热在相对短的时间内以相对低的功率进行的结果。因此，由整个加热脉冲引起的热能不足以可测量地影响支撑主体6或测量设备的其他部件的温度以及位于气体容积2中相对较远处的流体的温度。因此，在特定距离处形成其中温度基本上不会改变的虚拟散热器。

如上所述，在这种情况下，将描述了各个温度传感器9-12与热源8的距离ri的对数值与温度测量值之间的关系的最佳拟合线参数化的参数m、n可以被算出。这种最佳拟合线在图5中示出，并且由已经讨论过的以下等式描述：

(6)ΔT_i＝m·ln(r_i)+n

这里，变量ΔT_i能够可选地直接指示温度差或描述电压差。相应的温度测量值34-37在图4所示的时间点33处(即例如在20ms之后，在温度传感器9-12的温度或电压降稳定之后)被捕获。图5中所示的最佳拟合线以使得测量点34-37距离该线的偏差测量(例如平方误差)最小化的方式被确定。热导率λ可以从直线的梯度m计算如下，如已经说明的那样：

所描述的过程使得可以通过高度紧凑结构的传感器模块并且以高精度确定热导率。所描述的方法或所描述的测量设备可以在宽范围的环境温度下使用并且确定大致在实际环境温度下的热导率。

所使用的低温差也在例如图6中是明显的，其描绘了基于图4和5中所示的电压幅度确定的温度测量值34-37的温度增加。此外，还可以从上述最佳拟合线得到在加热元件处的、如图6中所示且在所示示例中略高于5K的温度差38。图6还示出了点39，该点39对应于距离虚拟散热器的距离，从该距离开始，至少在热源的操作不是很长的情况下，流体温度将预期不会增加到高于环境温度。

附图标记列表

1 测量设备

2 流体容积

3 壁

4 控制设备

5 传感器模块

6 支撑主体

7 传感器导线

8 热源

9 温度传感器

10 温度传感器

11 温度传感器

12 温度传感器

13 温度传感器

14 距离

15 距离

16 长度

17 半导体材料

18 支撑部

19 层

20 区域

21 沟槽

22 距离

23 底部

24 厚度

25 接触位置

26 接触位置

27 时间点

28 时间点

29 曲线

30 曲线

31 曲线

32 曲线

33 时间点

34 温度测量值

35 温度测量值

36 温度测量值

37 温度测量值

38 温度差

39 点

Claims (10)

1.一种用于确定流体的热导率的测量设备，所述测量设备具有保持流体的流体容积(2)、控制设备(4)和布置在流体容积(2)中的传感器模块(5)，其特征在于，所述传感器模块(5)包括支撑主体(6)和多个传感器导线(7)，所述多个传感器导线在每种情况下在所述支撑主体(6)的两个接触位置(25、26)之间自由延伸，其中，所述多个传感器导线(7)中的一者用作热源(8)并且能够由所述控制设备供能而用作热源，其中，所述控制设备(4)设置成经由所述多个传感器导线(7)中的用作温度传感器(9-13)并且布置在距所述热源(8)不同距离处的至少两者来捕获取决于在相应的温度传感器(9-13)处的温度的温度测量值(34-37)，并且所述控制设备设置成根据所述温度测量值(34-37)来确定所述热导率，

其中，所述支撑主体(6)由绝缘材料或半导体材料(17)构成，其中，所述传感器导线(7)通过将导电涂层(19)施加到相应的支撑部(18)上而形成，所述相应的支撑部由相同的所述绝缘材料或半导体材料(17)所制成且在相应的接触位置(25、26)之间延伸。

2.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述支撑主体(6)由硅构成，和/或所述导电涂层(19)为金属或金属合金。

3.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述支撑主体(6)和用于相应的传感器导线(7)的支撑部(18)构造成一体件。

4.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述温度传感器中的至少一个温度传感器(9)与所述热源(8)的距离(14)小于200μm或小于100μm，和/或，位于离所述热源(8)最远处的温度传感器(13)与所述热源(8)的距离小于1mm或小于500μm。

5.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述控制设备(4)被设置为根据所述温度测量值(34-37)确定数学模型的一个参数或多个参数，并根据所述一个参数或根据所述多个参数之一确定热导率，所述数学模型描述相应的温度传感器(9-13)距所述热源(8)的距离(14、15)与所确定的温度测量值(32-37)之间的关系，或者，所述数学模型针对至少一对温度传感器(9-13)描述相应对的温度传感器(9-13)距所述热源(8)的距离(14、15)与在所述相应对的温度传感器(9-13)处的温度差之间的关系。

6.根据权利要求5所述的测量设备，其特征在于，所述控制设备(4)设置成在加热时段期间以指定功率为所述热源(8)供能，并且根据所述指定功率确定所述热导率。

7.根据权利要求6所述的测量设备，其特征在于，所述数学模型用于描述一个所述温度传感器(9-13)或多个所述温度传感器(9-13)距所述热源(8)的距离(14、15)与温度测量值(34-37)或温度差之间的关系，其中，所述温度测量值或温度差由一个所述温度传感器或多个所述温度传感器根据从所述热源(8)至所述温度传感器(9-13)的恒定热流来确定，其中，所述热流取决于所述指定功率。

8.根据权利要求5或7所述的测量设备，其特征在于，热导率的确定所取决的参数是比例因子，所述比例因子描述了取决于一个所述温度传感器(9-13)或多个所述温度传感器(9-13)中的至少一个温度传感器距所述热源(8)的距离(14、15)的函数与所述温度测量值(34-37)或温度差之间的关系。

9.根据权利要求1所述的测量设备，其特征在于，所述测量设备(1)被设置成使得所述温度测量值(32-34)与在相应的温度传感器(9-13)处的由所述热源(8)的供能引起的温度增加成比例。

10.一种用于确定流体的热导率的方法，其中，所述流体位于其中布置有传感器模块(5)的流体容积(2)中，其特征在于，使用了包括支撑主体(6)和多个传感器导线(7)的传感器模块(5)，所述多个传感器导线在每种情况下在所述支撑主体(6)的两个接触位置(25、26)之间自由延伸，其中，所述多个传感器导线(7)中的一者用作热源(8)并且为用作热源而由控制设备(4)供能，其中，取决于在相应的温度传感器(9-13)处的温度的温度测量值(34-37)由用于所述多个传感器导线(7)中的至少两者的控制设备(4)捕获，所述多个传感器导线的至少两者用作温度传感器(9-13)并且布置在距所述热源(8)的不同距离处，并且根据所述温度测量值来确定所述热导率，

其中，所述支撑主体(6)由绝缘材料或半导体材料(17)构成，其中，所述传感器导线(7)通过将导电涂层(19)施加到相应的支撑部(18)上而形成，所述相应的支撑部由相同的所述绝缘材料或半导体材料(17)所制成且在相应的接触位置(25、26)之间延伸。