DE102004048979B4 - Sensor with at least one heated sensor element - Google Patents
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- G01N27/407—Cells and probes with solid electrolytes for investigating or analysing gases
Abstract
Sensor mit wenigstens einem über 100°C beheizten Sensorelement sowohl als mindestens eine Schicht auf einem Endenbereich eines Körpers als auch zur Platzierung in einem Raum einer Messkammer, wobei sich in einer Grundplatte mindestens eine Öffnung zur Aufnahme des dem Endenbereich mit den Sensorelementen gegenüberliegenden Endenbereiches des Körpers befindet, die Abmessungen der Öffnung gleich oder größer als wenigstens die Abmessungen des Querschnittes des dem Endenbereich mit den Sensorelementen gegenüberliegenden Endenbereiches des Körpers sind und der dem Endenbereich mit den Sensorelementen gegenüberliegende Endenbereich des Körpers in der Öffnung der Grundplatte (1) befestigt ist, so dass die Grundplatte (1) und die Sensorplatte winklig zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich auf der Grundplatte (1) als Leiterplatte Leiterbahnen (3) befinden und dass jeweils eine Leiterbahn (3) der Grundplatte (1) mit einer Leiterbahn (8) des Körpers mit dem wenigstens einem Sensorelement über wenigstens eine mit den Leiterbahnen (3, 8) verbundenen metallischen Lotbrücke (9) elektrisch leitend...sensor heated with at least one over 100 ° C Sensor element as well as at least one layer on an end region of a body as well as for placement in a room of a measuring chamber, wherein in a base plate at least one opening for receiving the End region with the sensor elements opposite end region the body is located the dimensions of the opening equal to or greater than at least the dimensions of the cross section of the end region opposite to the sensor elements End region of the body are and the end region with the sensor elements opposite End area of the body in the opening the base plate (1) is fixed, so that the base plate (1) and the sensor plate are arranged at an angle to each other, characterized that on the base plate (1) as a printed circuit conductor tracks (3) are located and that in each case a conductor track (3) of the base plate (1) with a conductor track (8) of the body with the at least one Sensor element via at least one connected to the conductor tracks (3, 8) metallic solder bridge (9) electrically conductive ...
Description
Die Erfindung betrifft Sensoren mit wenigstens einem beheizten Sensorelement sowohl als mindestens eine Schicht auf einem Endenbereich eines Körpers als auch zur Platzierung in einem Raum einer Messkammer.The The invention relates to sensors with at least one heated sensor element as well as at least one layer on an end region of a body as well as for placement in a room of a measuring chamber.
Bestimmte
Sensorelemente (Sensoren) können
erst genutzt werden, wenn deren Temperatur über der Umgebungstemperatur
liegt. So nutzen zum Beispiel Festkörperelektrolyt-Sensoren auch
sensitive Materialen, welche nur bei Betriebstemperaturen über 100°C funktionieren,
so dass diese Sensorelemente beheizt werden müssen. Derartige Sensoren sind
unter anderem durch die Druckschriften
Aufgrund
der einfachen Herstellung und der schnellen Ansprechzeiten werden
Festkörperelektrolyt-Sensorelemente
in planarer Anordnung bevorzugt. Derartige Lösungen sind unter anderem durch die
Druckschriften
Die notwendige thermische Isolation des Sensorelements ist aufwändig und an meist teure Materialien gebunden. Für eine Minimierung der Wärmeleitung zur Umgebung wird Luft als Isolator eingesetzt, wodurch sich aber der Bauraum vergrößert. Die elektrische Verbindung zur Steuerungs- und Auswerteeinheit der Sensoren sind aufgrund der thermischen Isolationsmaßnahmen nicht direkt an das Sensorelement angelegt und führen meist axial vom Sensorelement weg, so dass sich der Bauraum vergrößert und die Flexibilität bei Anschlusskabelführung eingeschränkt ist. Die Ausrichtung und Positionierung der Sensoren erfolgt über spezielle zum Beispiel durch Spritzguss hergestellte Vorrichtungen. Die für das Spritzgießen notwendigen Formen sind nur aufwändig herstellbar, so dass Änderungen mit nicht unerheblichen Kosten verbunden sind.The necessary thermal insulation of the sensor element is complex and tied to mostly expensive materials. For a minimization of the heat conduction Air is used as an insulator to the environment, which, however, causes the space increases. The electrical connection to the control and evaluation unit of the sensors are due to the thermal insulation measures not directly to the Sensor element created and lead usually axially away from the sensor element, so that the space increases and the flexibility with connection cable guide limited is. The alignment and positioning of the sensors is done via special for example, injection molded devices. The necessary for injection molding Shapes are only expensive manufacturable, making changes associated with not inconsiderable costs.
Durch
die Druckschrift
Die
Grundplatte ist eine Metallscheibe. Diese dient der Platzierung
der Sensorplatte im Gehäuse, wobei
mit deren Anwendung der Abstand zur Gehäusewandung sichergestellt ist.
Weiterhin muss diese dabei so ausgebildet sein, dass die Leiterbahnen
der Sensorplatte nicht elektrisch miteinander verbunden werden.
Für beheizte
Sensorelemente ist eine derartige Grundplatte wenig geeignet. Weiterhin
ist eine derartige Grundplatte ein guter Wärmeleiter, so dass keine Wärmebarriere
zwischen Sensorplatte und Halterung der Grundplatte vorhanden ist.
Weiterhin ist eine Metallscheibe als Träger für Leiterbahnen nicht ohne weiteres
geeignet. Durch die Druckschrift
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermische Isolation zwischen beheiztem Sensorelement und der Sensoraufnahme bei gleichzeitiger Ausrichtung und Positionierung einfach und ökonomisch günstig zu schaffen.Of the The invention defined in claim 1 is based on the object a thermal insulation between the heated sensor element and the Sensor recording with simultaneous alignment and positioning simple and economical cheap too create.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.These The object is achieved with the features listed in claim 1.
Die Sensoren mit wenigstens einem beheizten Sensorelement sowohl als mindestens eine Schicht auf einem Endenbereich eines Körpers als auch zur Platzierung in einem Raum einer Messkammer zeichnen sich insbesondere durch eine thermische Isolation zwischen dem Sensorelement und der Sensoraufnahme/Sensorbefestigung bei gleichzeitiger Ausrichtung und Positionierung gegenüber einer leicht zu befestigenden Grundplatte aus. Die Grundplatte dient vorteilhafterweise gleichzeitig der Sensorbefestigung. Die Grundplatte besitzt eine Öffnung zur Aufnahme des dem Endenbereich mit den Sensorelementen gegenüberliegenden Endenbereiches des Körpers, so dass das beheizte Sensorelement beabstandet von der Grundplatte angeordnet ist. Die Öffnung dient vorteilhafterweise gleichzeitig der Fixierung des Körpers mit den Sensorelementen, so dass vorgegebene Positionen der Sensorelemente zum Beispiel in einem Messraum leicht realisierbar sind. Die Abmessungen können so gewählt werden, dass eine Klemmverbindung zwischen Körper und Grundplatte gegeben ist, so dass eine feste Position des Körpers gegenüber der Grundplatte schon beim Zusammenfügen vorhanden ist. Damit ist leicht eine sehr genaue Ausrichtung der Sensorelemente möglich, so dass leicht zum Beispiel verschiedene Anströmwinkel einstellbar sind. Die Öffnung ist gleichzeitig eine Montagehilfe, so dass der Körper leicht in der Grundplatte platzierbar ist. Mit der Grundplatte ist eine einfache Handhabung und Befestigungsmöglichkeit des Sensors vorhanden, so dass eine Montage an einer Messkammer einfach möglich ist. Das Gleiche gilt für einen Austausch von Sensoren bei gleichen Messkammern, so dass Messkammern für die unterschiedlichsten Aufgaben leicht realisierbar sind.The sensors with at least one heated sensor element as well as at least one layer on an end region of a body as well as for placement in a chamber of a measuring chamber are characterized in particular by a thermi insulation between the sensor element and the sensor receptacle / sensor attachment with simultaneous alignment and positioning in relation to an easily mountable base plate. The base plate advantageously serves the same time the sensor attachment. The base plate has an opening for receiving the end region with the sensor elements opposite end portion of the body, so that the heated sensor element is arranged at a distance from the base plate. The opening is advantageously at the same time the fixation of the body with the sensor elements, so that predetermined positions of the sensor elements are easily feasible, for example in a measuring room. The dimensions can be chosen so that a clamping connection between the body and the base plate is given, so that a fixed position of the body relative to the base plate is already present during assembly. Thus, a very accurate alignment of the sensor elements is easily possible, so that easily, for example, different angle of attack can be adjusted. The opening is also an assembly aid so that the body is easily placed in the base plate. With the base plate easy handling and mounting option of the sensor is present, so that an installation on a measuring chamber is easily possible. The same applies to an exchange of sensors in the same measuring chambers, so that measuring chambers for a variety of tasks are easily feasible.
Damit kann ein kostengünstiger Sensor auch als Sensorstecker zur Verfügung gestellt werden. Die Handhabung und Befestigung der Grundplatte ist leicht möglich und auch automatisierbar, so dass kostengünstige und damit ökonomische Sensoren vorhanden sind. Damit ist der Sensor sowohl klein- als auch großserientauglich.In order to can be a cost effective Sensor also be provided as a sensor connector. The handling and fixing the base plate is easily possible and also automatable, so that cost-effective and thus economic Sensors are present. This makes the sensor both small and suitable for mass.
Auf der Grundplatte befinden sich Leiterbahnen, wobei jeweils eine Leiterbahn der Grundplatte mit einer Leiterbahn des Körpers vorzugsweise als Sensorplatte über wenigstens eine metallische Lotbrücke elektrisch leitend verbunden ist, stellen eine einfache Realisierung der elektrischen Verbindungen dar. Die Leiterbahnen der Grundplatte sind weiterhin als Kontakte oder als elektrische Verbindungen zu Bauelementeanschlüssen nutzbar, so dass die Grundplatte gleichzeitig ein Bauelementeträger ist. Dadurch können die Messsignale der Sensorelemente über Bauelemente als Auswerte- oder Wandlereinrichtungen bearbeitet werden. Bauelemente können auch Verbindungselemente sein, so dass eine elektrische Kontaktierung des Sensors leicht möglich ist.On The base plate contains conductor tracks, whereby in each case one conductor track the base plate with a conductor track of the body preferably as a sensor plate via at least a metallic brace bridge electrically connected, provide a simple implementation the electrical connections. The tracks of the base plate are still usable as contacts or as electrical connections to component connections, so that the base plate is at the same time a component carrier. Thereby can the measuring signals of the sensor elements via components as evaluation or converter devices are processed. Components can also Be connecting elements, so that an electrical contact of the sensor easily possible is.
Es ergeben sich die vielfältigsten Anwendungen.It arise the most diverse Applications.
Damit sind
- – eine thermische Isolation des erwärmten Sensorelements von der Gesamtstruktur,
- – elektrische Anschlüsse zur elektrischen Versorgung des Sensors und Übermittlung der Sensorsignale an eine Auswerteeinheit,
- – eine mechanische Anbindung an die Umgebung des Sensors,
- – eine Abdichtung einer Gasmesskammer gegenüber dem Gehäuse oder der Umgebung,
- – eine Ausrichtung und Positionierung der Sensorelemente im zu messenden Medium und
- – der Schutz des Sensorelements gegenüber äußeren mechanischen oder strömungsmechanischen Einwirkungen gegeben.
- A thermal insulation of the heated sensor element from the entire structure,
- Electrical connections for the electrical supply of the sensor and transmission of the sensor signals to an evaluation unit,
- A mechanical connection to the environment of the sensor,
- A seal of a gas measuring chamber with respect to the housing or the environment,
- - Alignment and positioning of the sensor elements in the medium to be measured and
- - Given the protection of the sensor element against external mechanical or fluid mechanical effects.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 angegeben.advantageous Embodiments of the invention are in the claims 2 to 6 indicated.
Die Weiterbildungen der Patentansprüche 2 bis 4 ermöglichen eine automatisierte Herstellung der metallischen Lotbrücken zwischen den Leiterbahnen der Sensor- und der Grundplatte. Die Ausbuchtungen nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 4 zwischen benachbarten Leiterbahnen der Grundplatte verhindern vorteilhafterweise Brückenbildungen zwischen benachbarten Leiterbahnen.The Further developments of the claims 2 to 4 allow an automated production of metallic solder bridges between the tracks of the sensor and the base plate. The bulges according to the embodiment of claim 4 between adjacent Conductor tracks of the base plate advantageously prevent bridging between adjacent tracks.
Vorteilhafterweise ist die Grundplatte nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 5 gleichzeitig ein Baulementeträger für elektronische Bauelemente und/oder Verbindungselemente. Günstige Verbindungselemente sind zum Beispiel Teile von Steckverbindern.advantageously, is the base plate according to the embodiment of claim 5 at the same time a structural agent for electronic Components and / or fasteners. Cheap connecting elements are, for example, parts of connectors.
Mit wenigstens einem Durchbruch in der Grundplatte nach der Weiterbildung des Patentanspruchs 6 kann die Grundplatte leicht mittels eines Befestigungselementes zum Beispiel an oder in einer Messkammer platziert werden.With at least one breakthrough in the base plate after training of claim 6, the base plate easily by means of a fastener for example, be placed on or in a measuring chamber.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.One embodiment The invention is illustrated in the drawings and will be described in more detail below.
Es zeigen:It demonstrate:
Ein
Sensor mit wenigstens einem beheizten Sensorelement als mindestens
eine Schicht auf einem Endenbereich einer Sensorplatte
Die
Abmessungen der Öffnung
Die
Die
Grundplatte
Die
Sensorplatte
Dabei
enden die Leiterbahnen
Auf
der Grundplatte
Neben
dem Steckverbinder
In
einer weiteren Ausführungsform
des Ausführungsbeispiels
können
sich die Sensorelemente anstelle auf einer Sensorplatte auf einem
Rohr
Die
elektrische Kontaktierung der Leiterbahnen auf dem Rohr
Claims (6)
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Applications Claiming Priority (1)
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2004
- 2004-10-01 DE DE200410048979 patent/DE102004048979B4/en not_active Expired - Fee Related
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