DE10121610A1 - Detektor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Detektor zur quantitativen Bestimmung des Anteils einer Komponente (100) in einem strömenden Medium. In der Mikrotechnik werden mehr und mehr Detektoren (1) benötigt, um eine schnelle Untersuchung von Gasen oder Flüssigkeiten durchzuführen. Die bekannten Detektoren (1) sind hierfür ungeeignet, da sie viel zu groß dimensioniert. Sie benötigen für eine exakte Messung so große Probenmengen, die von den Analysegeräten der Mikrotechnik überhaupt nicht aufgenommen werden können. Im Gegensatz dazu ist der erfindungsgemäße Detektor (1) vollständig an die Mikrotechnik angepasst. Er ist hierfür mit Widerstandselementen (2, 3, 4 und 5) ausgerüstet, die nur für einen Strom von wenigen Milliampere ausgelegt sind. Zwei der Widerstandselemente (2, 3, 4 und 5) dienen als Messwiederstandselemente (2 und 3), während zwei als Referenzwiderstandselemente (4 und 5) genutzt werden. Alle Widerstandselemente (2, 3, 4 und 5) sind kontaktfrei in der Strömung der zu untersuchenden Komponente (100) bzw. eines Referenzmediums (101) oder einem jeweils hiervon abgezweigten Anteil angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft einen Detektor zur quantitativen Bestimmung des Anteils einer Komponente in einem strömenden Medium gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Ein solcher Detektor ist für Analysegeräte der Mikrotechnik bestimmt, welche bei der Untersuchung von gasförmigen oder flüssigen Medien zum Einsatz kommen.

Es ist ein Detektor bekannt, der vier Widerstandselemente auf, die als Brücke elek­ trisch miteinander verschaltet sind. Zwei dieser Widerstandselemente werden dabei als Messwiderstandselemente und zwei als Referenzwiderstandselemente genutzt. Die beiden Messwiderstandselemente werden mit dem zu untersuchenden Medium in Kontakt gebracht werden, während die beiden Referenzwiderstandselemente mit ei­ nem Referenzmedium beaufschlagt werden. Die Änderungen der Widerstände werden durch die Brückenschaltung mit einer inhärenten passiven Differenzmessung ermittelt. Auf diese Weise werden, wenn die Referenzwiderstandselemente und die Messwider­ standselemente thermisch in Kontakt stehen, und auch der Durchfluß des Referenz­ mediums eng mit demjenigen des zu untersuchenden Mediums gekoppelt ist, Querempfindlichkeiten auf Umgebungstemperaturvariationen sowie Durchflussvaria­ tionen gemindert.

Ferner ist ein Detektor bekannt, der ein Widerstandselement mit einem endlichen Temperaturkoeffizienten aufweist. Dieses Widerstandselement wird innerhalb einer Messvorrichtung, bei der es sich beispielsweise um ein Analysegerät für gasförmige oder flüssige Medien handelt, mit dem zu untersuchenden Medium in thermischen Kontakt gebracht. Das Widerstandselement wird so installiert, dass es vollständig in dem Medium angeordnet und davon umspült wird. Während der Messungen wird das Widerstandselement von einem konstanten Strom durchflossen oder durch Regelung des Stroms auf einem konstanten Ohmschen Widerstand gehalten, wobei Wärme er­ zeugt wird. Diese Wärme wird im wesentlichen durch Wärmeleitung über das Medium an die Umgebung abgeben. Je größer die Wärmeleitfähigkeit des Mediums ist, wel­ ches das Widerstandselement umgibt, um so größer ist auch die Wärmeabgabe des Mediums an die Umgebung. Damit stellt sich das Widerstandselement im thermody­ namischen Gleichgewicht auf eine um so geringere Temperatur ein. Die Temperatur wiederum bestimmt den Widerstandswert des Widerstandselementes, und bei kon­ stantem Strom die damit an diesem Widerstandselement abfallende Spannung. Die Spannung, die beim Betrieb mit konstantem Strom bzw. konstantem Widerstand ab­ gegriffen werden kann, bildet das Messsignal des Detektors, das direkt mit der Wär­ meleitfähigkeit des zu untersuchenden Mediums korreliert.

In der Mikrotechnik werden mehr und mehr Detektoren benötigt, um eine schnelle Untersuchung von Gasen oder Flüssigkeiten durchzuführen. Die oben beschriebenen Detektoren sind viel zu groß dimensioniert, um in der Mikrotechnik eine Anwendung zu finden. Die hier verwendeten Analysegeräte haben bauliche Abmessungen, die im Mil­ limeterbereich liegen. Sie erlauben deshalb nur die Messung von Probenmengen, die unter 10 µl liegt. Bei den bekannten Detektoren ist für eine exakte Messung eine Pro­ benmenge von 10 µl bis 100 µl erforderlich. Ein Durchfluß des zu untersuchenden Me­ diums von weniger als 0.5 ml/s, wie das bei Analysegeräten der Mikrotechnik der Fall ist, ist hierfür zu gering. Die bekannten Detektoren haben zudem sehr große An­ sprechzeiten, die im Bereich von einigen 100 ms liegen. Sie sind deshalb nicht für den Einbau in Analysegeräte geeignet, deren Ansprechzeiten wesentlich darunter liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Detektor aufzuzeigen, dessen Ab­ messungen nur so groß sind, dass er in jede Vorrichtung der Mikrotechnik integriert werden kann, und zudem in der Lage ist, die Konzentration einer Komponente in ei­ nem gasförmigen oder flüssigen Medium exakt zu bestimmen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Der erfindungsgemäße Detektor weist vier Widerstandselemente auf, die elektrisch als Brücke miteinander verschaltet sind. Alle vier Widerstandselemente sind als gedruckte Leiterbahnen oder als spiralenförmige Drähte ausgebildet und maximal einen Millime­ ter lang. Vorzugsweise werden sie aus Platin gefertigt und weisen einen Ohmschen Widerstand von 10 Ohm bis 300 Ohm auf, so dass ein Strom von maximal 12 mA bis 25 mA hindurch fließen kann. Zwei der Widerstandselemente werden als Messwider­ standselemente und zwei als Referenzwiderstandselemente genutzt. Jedes der Messwiderstandselemente ist entweder kontaktfrei im einem Messkanal angeordnet, durch welchen das zu untersuchende Medium geleitet wird. Es ist andererseits auch möglich, jedes der beiden Messwiderstandselemente in einer Diffusionskammer anzu­ ordnen, die mit dem Messkanal über jeweils einen Diffusionskanal verbunden ist. Je­ des der Referenzwiderstandselemente ist ebenfalls kontaktfrei in einem Referenzkanal angeordnet, durch den ein Referenzmedium geleitet wird. Erfindungsgemäß kann auch jedes Referenzwiderstandselement in einer Diffusionskammer positioniert wer­ den, die über einen Diffusionskanal mit dem Referenzkanal in Verbindung steht, durch den ein Referenzmedium geleitet wird. Die Referenzwiderstandselemente können auch in Diffusionskammern angeordnet werden, die nach außen vollständig verschlos­ sen sind und ein Referenzmedium enthalten. Diese Diffusionskammern werden beid­ seitig des Messkanals angeordnet. Die Messkanäle und Referenzkanäle haben eine Länge von etwa 5 mm, eine Breite von 120 µm und eine Höhe von 60 µm. Die Diffusi­ onskanäle weisen eine Breite von 150 µm auf. Die Diffusionskammern sind 60 µm hoch und 60 µm breit. Ihre Länge ist an die Länge der Widerstandselemente von 1 mm an­ gepasst. Obwohl bei der Anordnung der Messwiderstandselemente und der Referen­ zwiderstandselemente in Diffusionskammern kein direkter strömungsmechanischer Austausch möglich ist, erlauben die geringen Abstände zwischen dem Messkanal bzw. dem Referenzkanal und den Diffusionskammern die Diffusion als Transportme­ chanismus. Der Austausch des zu untersuchenden Mediums bzw. des Refe­ renzmediums in der jeweiligen Diffusionskammer, erfolgt innerhalb von weniger als zwei Millisekunden, einer Zeit, die für analytische Anwendungen dieser Art vernach­ lässigbar ist. Wenn die Widerstandselemente nicht dem strömenden Medium im Messkanal bzw. im Referenzkanal ausgesetzt sind, entstehen auch keine Queremp­ findlichkeiten auf den Durchfluss der zu untersuchenden Komponenten. Der erfindungsgemäße Detektor ist somit in der Messgenauigkeit den bekannten makroskopi­ schen Detektoren weit überlegen. Während jeder Messung wird zudem nicht die ab­ solute Temperatur, sondern eine Temperaturdifferenz ermittelt, und so die Queremp­ findlichkeit auf die Umgebungstemperatur vermieden.

Als Träger für die Widerstandselemente ist eine Platte vorgesehen. Alle Kanäle und Diffusionskammern werden durch Ausnehmungen in der Oberfläche der Platte gebil­ det. Die Platte ist im Bereich der Kanäle und Diffusionskammern mit einem Deckel nach außen gasdicht verschlossen. Der Deckel ist im Bereich der Kanäle und Diffusi­ onskammern ebenfalls mit Ausnehmungen versehen. Damit wird sichergestellt, dass die Kanäle und Diffusionskammern die erforderlichen Abmessungen aufweisen und die Messwiderstandselemente und Referenzwiderstandselemente darin kontaktfrei angeordnet werden können. Die Messwiderstandselemente sind innerhalb des Mess­ kanals und in den Diffusionskammern parallel so zueinander angeordnet, dass die Längsachsen der Leiterbahnen oder Drähte in vorgebbarem Abstand voneinander in einer Ebene positioniert sind. Das Gleiche gilt für die Referenzwiderstandselemente.

Sind die Referenzwiderstandselemente innerhalb geschlossener Diffusionskammern angeordnet, die ein Referenzmedium enthalten, so werden die beiden Messwider­ standselemente spiegelsymmetrisch zu einander beidseitig des Messkanals angeord­ net. Das Gleiche gilt auch für die beiden Diffusionskammern, in denen die Referen­ zwiderstandselemente angeordnet sind. Der Messkanal ist zudem im Bereich der ge­ schlossenen Diffusionskammern auf wenigstens das Doppelte verbreitert, um einen Temperaturaustausch sicherzustellen.

Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher er­ läutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Detektor in einer Draufsicht,

Fig. 2 die Brückenschaltung des Detektors gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem erfindungsgemäßen Detektor gemäß Fig. 1,

Fig. 4 eine weitere Ansicht des Widerstandselements gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Variante des in Fig. 1 dargestellten Detektors,

Fig. 6 den Detektor gemäß Fig. 5 in einem Vertikalschnitt,

Fig. 7 einen Detektor mit teilweise geschlossenen Diffusionskammern.

Fig. 1 zeigt einen Detektor 1, mit vier Widerstandselementen 2, 3, 4 und 5. Als Träger­ element für den Detektor 1 ist eine Platte 6 vorgesehen, die aus Silizium oder Glas gefertigt ist. Alle vier Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 sind gleich ausgebildet. Je­ des der Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 wird durch einen Draht oder eine ge­ druckte Leiterbahn gebildet. Diese sind U-förmig gebogen, wobei die Mittelteile 2M, 3M, 4M und 5M entweder gerade, oder so wie in Fig. 1 dargestellt, in Form einer Spi­ rale oder eines Meanders geführt sind. Die Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 haben vorzugsweise eine Länge von 1 mm und einen Durchmesser, der 5 bis 20 µm beträgt. Die beiden seitlichen Verlängerungen 2 V, 3 V, 4 V und 5 V eines jeden Widerstand­ selements 2, 3, 4 und 5 bilden die elektrischen Anschlußelemente. Werden die Wider­ standselemente 2, 3, 4 und 5 beispielsweise aus Platin gefertigt, haben sie, je nach dem welche Abmessungen sie aufweisen, einen elektrischen Widerstand zwischen 10 Ohm und 300 Ohm. Wegen der geringen Wärmekapazität dieser Widerstandsele­ mente 2, 3, 4 und 5 liegt ihre thermische Ansprechzeit weit unter einer Millisekunde. Beträgt der elektrische Widerstand dieser Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 bei­ spielsweise 80 Ohm, so karin ein Strom mit einer Stärke von 25 mA hindurchgeleitet werden. Für die Ausbildung des Detektors 1 werden die beiden Widerstandselemente 2 und 3 als Messwiderstandselemente verwendet, während die Widerstandselemente 4 und 5 als Referenzwiderstandselemente dienen. Die vier Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 sind wie in Fig. 2 dargestellt, elektrisch zu einer Brücke 20 miteinander ver­ schaltet. Die Brücke 20 ist zwischen den Widerstandselementen 3 und 4 an Masse angeschlossen. Ein Spannungsmesser 21 ist an die elektrische Verbindung zwischen den Widerstandselementen 2 und 4 sowie 3 und 5 geschaltet.

Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, sind die beiden Widerstandselemente 2 und 3 in einem vorgegebenen Abstand von 0,5 mm so in einem Messkanal 7 angeordnet, dass ihre Mittelteile 2M, 3M auf einer Geraden liegen. Spiegelsymmetrisch zu den beiden Wi­ derstandselementen 2 und 3 sind die beiden Widerstandselemente 4 und 5 in einem Referenzkanal 8 angeordnet. Der Messkanal 7 und der Referenzkanal 8 sind parallel zueinander geführt. Der senkrechte Abstand zwischen dem Messkanal 7 und dem Referenzkanal 8 beträgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 500 µm. Dieser Abstand kann auch größer oder kleiner gewählt werden. Alle Wider­ standselemente 2, 3, 4 und 5 sind so angeordnet, dass die Mittelteile 2M, 3M, 4M und 5M frei in dem jeweiligen Kanal 7, 8 hängen.

Fig. 3 zeigt eines der Widerstandselemente 2, dessen Mittelteil 2M mittig und kontakt­ frei in dem Kanal 7 positioniert ist, und zwar so, dass die Längsachse des Mittelteils 2M parallel zur Längsachse des Kanals 7 ausgerichtet ist. Alle Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 sind bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel in der gleichen Weise in den Kanälen 7 und 8 angeordnet. Falls es die Gegebenheiten erfordern, können die Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 auch so in den Kanälen 7 und 8 ange­ ordnet werden, dass die Mittelteile 2M, 3M, 4M und 5M senkrecht zu den Längs­ achsen der Kanäle 7 und 8 ausgerichtet sind. Die Kanäle 7 und 8 sind in der Oberflä­ che 6S der Platte 6 ausgebildet. Vorzugsweise werden sie in die Oberfläche 6S ge­ ätzt.

Die Kanäle 7 und 8 haben bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen eine Län­ ge von 5 mm, eine Breite von 100 µm und eine Tiefe von 30 µm bis 60 µm. Falls die Wi­ derstandselemente 2, 3, 4 und 5 vor dem Ausbilden der Kanäle 7 und 8 bereits als gedruckte Schaltungen auf der Oberfläche 6S der Platte 6 ausgebildet sind, werden diese im Bereich der Kanäle 7, 8 unterhält, was mit den bekannten Ätzverfahren auf einfache Weise möglich ist. Alle Kanäle 7, 8 sind, wie in Fig. 3 für den Kanal 7 darge­ stellt, nach oben durch einen gemeinsamen Deckel 9 verschlossen. Der Deckel 9 ist mindestens so groß, dass er die Platte 6 wenigstens in Bereich der Kanäle 7 und 8 vollständig überdeckt. Er ist aus dem gleichen Material wie die Platte 6 gefertigt, und gasdicht mit der Oberfläche 6S der Platte 6 verbunden. Das gilt auch für alle anderen nachstehenden Ausführungsbeispiele. Bei Bedarf kann der Deckel 9 auch aus einem anderen Werkstoff hergestellt werden.

Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, ist der Deckel 9 im Bereich eines jeden Kanal 7, 8 mit jeweils einer Ausnehmung 10 versehen. Die Tiefe dieser Ausnehmungen betragen 2 µm bis 60 µm. Die Breite der Ausnehmungen wird vorzugsweise an die Breite der Kanäle 7 und 8 angepasst. Hierdurch wird sicher gestellt, dass die Widerstandsele­ mente 2, 3, 4 und 5 kontaktfrei in den Kanälen 7, 8 angeordnet werden können, und jedes Mittelteil 2M, 3M, 4M, 5M eines jeden Widerstandselementes 2, 3, 4 und 5 voll­ ständig von dem jeweils die Kanäle 7, 8 durchströmenden gasförmigen oder flüssigen Medium 100, 101 umspült wird.

Für den Betrieb wird der erfindungsgemäße Detektor 1 beispielsweise in ein Gasana­ lysegerät eingebaut, dessen Abmessungen an die Vorgaben der Mikrosystemtechnik angepasst sind, und der mit einer Trennsäule versehen ist, wie sie in der deutschen Patentanmeldung 101 00 921.6 offenbart ist. Diese Trennsäule (hier nicht dargestellt) ist trotz der sehr kleinen Abmessungen in der Lage, Erdgas in alle Komponenten wie Methan, Kohlendioxid, Stickstoff, Helium, Schwefelwasserstoff und Arsenverbin­ dungen sowie höhere molekulare Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Propan, Isobutan, Butan und Hexan aufzuspalten, sofern diese darin enthalten sind. Der Messkanal 7 des Detektors 1 wird zur quantitativen Bestimmung der im Erdgas enthaltenen Kompo­ nenten mit dem Ausgang der Trennsäule (hier nicht dargestellt) verbunden. Aus der zeitlichen Reihenfolge der aus der Trennsäule austretenden Komponenten kann er­ mittelt werden, um welche der möglichen Komponenten es sich hierbei handelt. Jede Komponente strömt dann an beiden Messwiderstandselementen 2 und 3 vorbei. Durch den Referenzkanal 8, in dem die beiden Referenzwiderstandselemente 4 und 5 angeordnet sind, wird beispielsweise Wasserstoff geleitet. Wie in Fig. 2 dargestellt sind die Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 des Detektors 1 elektrisch zu einer Brücke 20 verschaltet. An diese wird für die Messung eine veränderbare Spannung von etwa 2 V angelegt, so dass durch die Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 ein konstanter Strom I fließt, der je nach Größe der Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5 zwischen 12 mA und 25 mA betragen kann. Da die Wärmeleitfähigkeit von Wasserstoff, der die Referenzwiderstandselemente 4 und 5 umspült, nicht identisch mit der Wärme­ leitfähigkeit der jeweiligen Gaskomponente ist, die durch den Messkanal 7 strömt, werden die Messwiderstandselemente 2 und 3 mehr oder weniger gekühlt als die Re­ ferenzwiderstandselemente 4 und 5. Deshalb wird an dem Spannungsmesser 21 ein Wert angezeigt. Aus der Größe dieses Signals kann die Konzentration der Gaskom­ ponente bezogen auf die gesamte Menge des untersuchten Erdgases ermittelt wer­ den.

Fig. 5 zeigt einen Detektor bei dem sowohl die Messwiderstandselemente 2 und 3 als auch die Referenzwiderstandselemente 4, 5 kontaktfrei in Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 angeordnet sind. Für jedes Messwiderstandselement 2, 3 und jedes Referen­ zwiderstandselement 4, 5 ist jeweils eine Diffusionskammer 12, 13, 14, 15 vorgese­ hen. Die beiden Diffusionskammern 12 und 13 sind über jeweils einen Diffusionskanal 12K, 13K mit dem Messkanal 7 verbunden, während die beiden Diffusionskammern 13 und 14 über jeweils einen Diffusionskanal 14K, 15K mit dem Referenzkanal 8 in Ver­ bindung stehen. Die Diffusionskanäle 12K, 13K, 14K, 15K sind senkrecht zu den Ka­ nälen 7 und 8 ausgerichtet. Der Messkanal 7 und der Referenzkanal 8 sind in der glei­ chen Weise angeordnet, wie bei dem in Fig. 1 dargestellten und in der zugehörigen Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiel. Da die Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 lediglich einen Eingang besitzen, kann keine viskose Strömung in die Diffusions­ kammern 12, 13, 14, 15 gelangen. Der Austausch der Gaskomponenten 100, 101 in den Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 erfolgt nur durch Diffusion über die Diffusions­ kanäle 12K, 13K, 14K, 15K.

Fig. 6 zeigt einen vertikalen Schnitt durch die Diffusionskammer 13 und den Messka­ nal 7 im Bereich der Linie A-A' in Fig. 5. Wie Fig. 6 zu entnehmen ist, ist die Diffusionskammer 13 ebenso hoch wie der Messkanal 7 ausgebildet. Die Länge der Diffusi­ onskammer 13 ist an die Länge des Messwiderstandselements 3 angepasst. Ihre Breite beträgt etwa 60 µm. Der Diffusionskanal 13K ist etwa halb so hoch wie der Messkanal 7. Seine Länge beträgt bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 150 µm. Alle Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 sind gleich groß ausgebildet. Sie sind so positioniert, dass die Messwiderstandselemente 2 und 3 sowie die Referenzwider­ standselemente 4 und 5 in Bezug auf die Ausrichtung in der gleichen Weise angeord­ net werden können, wie die in Fig. 1 dargestellten und in der zugehörigen Beschrei­ bung erläuterten Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5. Für die Halterung des Detektors 1 ist auch hierbei eine Platte 6 aus Silizium oder Glas vorgesehen. Der Messkanal 7, der Referenzkanal 8, die Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 und die Diffusionskanäle 12K, 13K, 14K, 15K werden durch Ausnehmungen in der Oberfläche 6S der Platte 6 gebildet. Die Oberfläche 6S der Platte 6 wird auch hier gasdicht durch einen Deckel aus Silizium oder Glas (hier nicht dargestellt) verschlossen. Dieser ist im Bereich der Kanäle 7, 8, 12K, 13K, 14K, 15K und der Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 so ausge­ bildet wie der in Fig. 4 dargestellte Deckel 9, so dass die Kanäle 7 und 8 so wie die Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 die gewünschte Höhe aufweisen und die Wider­ standselemente 2, 3, 4 und 5 darin kontaktfrei gehaltert werden können.

Der in Fig. 7 dargestellte Detektor 1 weist wiederum vier Widerstandselemente 2, 3, 4 und 5, die, wie in Fig. 2 dargestellt, zu einer elektrischen Brücke 20 miteinander ver­ schaltet sind. Jedes der Widerstandselemente 2, 3, 4, 5 ist auch bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel kontaktfrei in einer Diffusionskammer 12, 13, 14, 15 angeordnet. Alle Widerstandselemente 2, 3, 4, 5 sind wie die in Fig. 1 dargestellten und in der zugehö­ rigen Beschreibung erläuterten Widerstandselemente 2, 3, 4, 5 ausgebildet. Die Diffu­ sionskammern 12, 13, 14 und 15 sind in der gleichen Weise angeordnet, wie bei dem in Fig. 5 dargestellten und in der zugehörigen Beschreibung erläuterten Ausführungs­ beispiel. Die beiden Messwiderstandselemente 2 und 3 sind in jeweils einer offenen Diffusionskammer 12, 13 angeordnet, die über jeweils einen Diffusionskanal 12K, 13K mit dem Messkanal 7 in Verbindung steht. Die Diffusionskammern 12 und 13 sowie die Diffusionskanäle 12K und 13K haben die gleichen Abmessungen wie die in den Fig. 5 und 6 dargestellten und in der zugehörigen Beschreibung erläuterten Diffusionskammern 12, 13 und Diffusionskanäle 12K, 13K. Die beiden Diffusionskammern 14 und 15 sind vollständig geschlossen. Sie enthalten neben den beiden Referenzwider­ standselementen 4 und 5 ein Referenzmedium 101 beispielsweise Argon oder Luft. Falls der Detektor 1 für die Konzentrationsmessung von Flüssigkeiten vorgesehen ist, wird in den Diffusionskammern 14 und 15 eine Referenzflüssigkeit gefüllt. Die beiden Messwiderstandselemente 12 und 14 sowie die beiden Referenzwiderstandselemente 13 und 14 sind jeweils einander gegenüberliegend, und zwar spiegelsymmetrisch zum Messkanal 7 angeordnet. Zwischen den beiden geschlossenen Diffusionskammern 13 und 14 ist der Messkanal 7 zur besseren thermischen Ankopplung mit einer Verbreite­ rung 7B versehen, die etwa der Breite des Messkanals 7 entspricht. Da die beiden Diffusionskammern 12 uns 13 vollständig geschlossen sind, ändert sich hier die Wär­ meleitfähigkeit des Referenzmediums 101 um das Widerstandselement 4, 5 herum nicht. Gleichwohl reagiert aber jeder der Referenzwiderstandselemente 4 und 5 emp­ findlich auf die Außentemperatur, wie die Messwiderstandselemente 2 und 3 auch. Die beiden Effekte heben sich in der beschriebenen Brücke 20 jedoch heraus, da sie für alle Widerstandselemente 12, 13, 14, 15 gleich sind, die Brücke 20 jedoch nur auf ei­ ne Signaldifferenz aus Referenz- und Meßwiderstand empfindlich ist. Der Detektor 1 ist auch in diesem Aufbau weitestgehend unempfindlich auf Änderungen des Durch­ flusses, da die Messwiderstandselemente 2 und 3 von der zu untersuchenden Gas­ komponente 100 nicht direkt umströmt werden, sondern nur über die Diffusionskanäle 12K und 13K damit beaufschlagt sind. Die Nachweisgrenze dieser Ausführung liegt für niedere Kohlenwasserstoffe unter 10 ppM. Über dem Messkanal 7 und den Diffusions­ kammern 12, 13, 14 und 15 wird auch hierbei ein Deckel (hier nicht dargestellt) ange­ ordnet und gasdicht mit der Platte 6 verbunden. Dieser ist im Bereich des Messkanals 7 und der Diffusionskammern 12, 13, 14 und 15 auf der Innenseite ebenfalls mit Aus­ nehmungen versehen, um die erforderlichen Abmessungen für den Messkanal 7 und die Diffusionskammern 12, 13, 14, 15 zu erhalten.

Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellten und in den zugehörigen Beschreibungen erläu­ terten Detektoren 1 sind nicht auf die quantitative Bestimmung der in einem Gas ent­ haltenen Komponenten beschränkt. Vielmehr können sie auch für die quantitative Be­ stimmung der in einer Flüssigkeit enthaltenen Komponenten genutzt werden. Für die Messungen von Flüssigkeiten müssen lediglich die Abmessungen der Kanäle 7, 8, 12K, 13K, 14K, 15K sowie der Diffusionskammern 12, 13, 14 und 15 entsprechend der niedrigeren Diffusionskonstanten verringert werden.

Claims (9)

1. Detektor zur quantitativen Bestimmung des Anteils einer Komponente (100) in einem strömenden Medium mit vier Widerstandselementen (2, 3, 4 und 5), die zu einer elektrischen Brücke (20) verschaltet sind, und mit der zu untersuchenden Kom­ ponente (100) bzw. einem Referenzmedium (101) in Kontakt stehen, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Widerstandselemente (2, 3, 4 und 5) nur für einen Strom von we­ nigen Milliampere ausgelegt und zwei der Widerstandselemente (2, 3, 4 und 5) als Messwiderstandselemente (2 und 3) und zwei als Referenzwiderstandselemente (4 und 5) vorgesehen sind, und dass die Messwiderstandselemente (2 und 3) bzw. die Referenzwiderstandselemente (4 und 5) kontaktfrei in der Strömung der zu untersu­ chenden Komponente (100) bzw. eines Referenzmediums (101) oder einem jeweils hiervon abgezweigten Anteil angeordnet sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messwi­ derstandselement (2, 4) kontaktfrei im einem Messkanal (7) für die zu untersuchende Komponente (100) oder in einer Diffusionskammer (12, 13) angeordnet ist, die mit dem Messkanal (7) über jeweils einen Diffusionskanal (12K und 13K) verbunden ist, und dass jedes Referenzwiderstandselement (4, 5) kontaktfrei in einem Referenzkanal (8) für ein Referenzmedium (101), einer Diffusionskammer (14, 15), die über einen Diffusionskanal (14K, 15K) mit dem Referenzkanal (8) in Verbindung steht, oder in ei­ ner nach außen verschlossenen mit einem Referenzmedium (101) gefüllten Diffusi­ onskammer (14, 15) angeordnet ist.

3. Detektor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwiderstandselemente (2 und 3) und die Referenzwiderstandselemente (4 und 5) eine Länge von höchstens einem Millimeter haben, einen elektrischen Wi­ derstand zwischen 10 Ohm und 200 Ohm aufweisen, aus Platin gefertigt und nur für Ströme im Bereich zwischen 12 mA bis 25 mA ausgelegt sind.

4. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dass jeder Messkanal (7) und jeder Referenzkanal (8) eine Länge von 5 mm, eine Breite von 120 µm und eine Höhe von 60 µm aufweist, dass jeder Diffusionskanal (12K, 13K, 14K, 15K) eine Breite von 150 µm hat, und jede Diffusionskammer (12, 13, 14, 15) 60 µm hoch, 60 µm breit und 1 mm lang ist, und dass der Messkanal (7) und der Referenzkanal (8) in einem Ab­ stand von 500 µm parallel zueinander geführt sind.

5. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Platte (6) als Träger für die Widerstandselemente (2, 3, 4 und 5) vorgesehen ist, und dass die Kanäle (7, 8, 12K, 13K, 14K, 15K) und Diffusionskammern (12, 13, 14, 15) durch Ausnehmungen in der Oberfläche (6S) der Platte (6) gebildet sind, dass die Platte (6) im Bereich der Kanäle (7, 8, 12K, 13K, 14K, 15K) mit einem Deckel (9) gas­ dicht nach außen verschlossen ist, und dass der Deckel (9) im Bereich der Kanäle (7, 8) und Diffusionskammern (12, 13, 14, 15) ebenfalls mit Ausnehmungen (10) versehen ist.

6. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerstandselemente (2, 3, 4 und 5) als gedruckte Leiterbahnen oder als Drähte aus gebildet und kontaktfrei in den durch die Platte (6) und den Deckel (9) gebildeten Kanälen (7, 8) bzw. den Diffusionskammern (12, 13, 14, 15) angeordnet sind.

7. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwiderstandselemente (2 und 3) innerhalb des Messkanals (7) oder den Diffu­ sionskammern (12, 13) parallel so zueinander angeordnet sind, dass die Längsachsen der Leiterbahnen oder Drähte in einem Abstand von 0,5 mm voneinander in einer Ebe­ ne positioniert sind.

8. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzwiderstandselemente (4 und 5) innerhalb des Referenzkanals (8) oder den Diffusionskammern (14, 15) parallel so zueinander angeordnet sind, dass die Längsachsen der Leiterbahnen oder Drähte in einem Abstand von 0,5 mm voneinan­ der in einer Ebene positioniert sind.

9. Detektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die beiden Messwiderstandselemente (2 und 3) bzw. die beiden Referenzwiderstandselemente (4 und 5) spiegelsymmetrisch zu einander beidseitig des Messkanals (7) angeordnet und die Messwiderstandselemente (2 und 3) in Diffusionskammern (12 und 13) positioniert sind, die über Diffusionskanäle (12K, 13K) mit dem Messkanal (7) in Verbindung stehen, und dass die Referenzwiderstandselemente (4 und 5) in voll­ ständig geschlossenen Diffusionskammern (14, 15) angeordnet sind, die ein Refe­ renzmedium (101) enthalten, und dass der Messkanal (7) im Bereich der geschlosse­ nen Diffusionskammern (14, 15) auf wenigstens das Doppelte verbreitert ist.