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Die
Erfindung betrifft einen Sensor in mikromechanischer Bauweise zum
Messen des Massendurchflusses nach dem Coriolis-Prinzip, welcher zwei schwingungsfähig gelagerte
Leitungsabschnitte für das
Fluid, dessen Massendurchfluss gemessen werden soll, aufweist, wobei
die Leitungsabschnitte zusammen mit der schwingungsfähigen Lagerung durch
geschichtete, strukturierte Lagen ausgebildet sind.
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Nach
dem Coriolis-Prinzip arbeitende Sensoren zur Messung des Massendurchflusses
sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Bauformen bereits
bekannt (beispielsweise aus der
US 6,722,209 B1 ), wobei diese im Allgemeinen
in konventioneller Bauweise, also nicht in mikromechanischer Bauweise
ausgeführt
sind. Der
US 4,768,385 ist
beispielsweise ein solcher Sensor zu entnehmen, wobei zwei Leitungsabschnitte
vorgesehen sind, die in zwei parallel zueinander verlaufenden Ebenen
sich erstrecken. Diese beiden Leitungsabschnitte können zu
gegenphasigen Schwingungen angeregt werden, wobei an der Stelle
der größten Auslenkung
eine elektrische Messvorrichtung zur Messung des Schwingungsverhaltens
vorgesehen ist. Das Messprinzip basiert auf dem so genannten Coriolis-Prinzip. Dabei wird
der physikalische Effekt ausgenutzt, dass fließende, also sich in Bewegung
befindliche Fluide unter der Voraussetzung, dass diese durch einen
rotierenden oder oszillierenden Fluidleiter geleitet werden, Coriolis-Kräfte erzeugen,
welche rechtwinklig einerseits zur Flussrichtung des Fluides und andererseits
zur Bewegungsrichtung des Fluidleiters wirken. Der Betrag dieser
Coriolis-Kräfte
ist proportional zur Produkt des Massenflusses und der Winkelgeschwindig keit
des Fluides. Durch Messung der Corio-Coriolis-Kraft kann bei bekannter
Geometrie des Fluidleiters somit der Massenfluss des Fluides berechnet
werden. Solche Sensoren können
gemäß der
US 6,935,010 B2 auch
mikromechanisch gefertigt werden.
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Gemäß der
DE 34 43 234 A1 ist
ein Massendurchflusssensor nach dem Coriolis-Prinzip beschrieben,
der eine andere Bauform aufweist. Die zur Messung herangezogenen
Leitungsabschnitte weisen bei diesem Sensor einen gradlinigen Verlauf
auf und sind parallel zueinander angeordnet. Zur Durchführung der
Messung werden die Leitungsabschnitte in Biegeschwingungen versetzt.
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Enoksson
und andere machen in „A
Silicon Resonant sensor structure for coriolis mars flow managements", Journal of Micro
electro Mechanical Systems, Vol 6, No. 2, June 1997 und in „Fluid
density sensor based an resonance vibration Sensors and Actuators
A 46-47 (1995), Seiten 327–331
einen Vorschlag, wie Massenflowsensoren nach den Coriolis-Prinzip
in mikromechanischer Bauweise ausgeführt werden können. Der
mikromechanisch hergestellte Sensor wird aus zwei gebondeten Siliziumwafern
hergestellt, in die jeweils Halbschalen der zu erzeugenden Leitungsabschnitte
hergestellt wurden. Die Halbschalen werden zu einem geschlossenen Leitungsquerschnitt
komplettiert. Wegen des mit dem anisotropen Ätzen von Siliziumwafern verbundenen Aufwandes
ist der Massendurchflusssensor lediglich in zwei Lagen hergestellt.
Zu diesem Zweck werden zwei Leitungsabschnitte hergestellt, die
entsprechend der geometrischen Ausdehnung der Wafer in einer Ebene
liegen. Die beiden Leitungsabschnitte können in unterschiedlichen Schwingungsmoden
zu Schwingungen angeregt werden, wobei sich zeigt, dass sich abhängig von
der gewählten
Art der Anregung unterschiedliche Sensorgüten erreichen lassen. Die Sensorgüte (im englischen
auch als Qualityfactor Q bezeichnet) ist ein Maß für die Dämpfung des schwingungsfähigen Systems,
welche die Empfindlichkeit der betreffenden Sensorstruktur direkt
beeinflusst. Mit den von Enoksson vorgeschlagenen Massendurchflusssensoren
in mikromechanischer Bauweise lassen sich Güten von Q < = 1500 erreichen.
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Einen Überblick über mikromechanische Strömungssensoren,
u. a. auch Sensoren, die nach dem Coriolis-Prinzip arbeiten, lässt sich
bei Nam-Trung Nguyen und anderen, „Mikromechanische Strömungssensoren
im Überblick" Sensorik, München 1996,
Seiten 644–648
entnehmen. Mikromechanische Strömungssensoren
zur Messung der Viskosität
eines Fluides mit vibrierenden Wandteilen lassen sich u. a. auch
der
US 6,647,778 B2 und
der
US 7,059,176 B2 entnehmen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Massendurchflusssensor
noch dem Coriolis-Prinzip in mikromechanischer Bauweise anzugeben,
dessen Empfindlichkeit verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird mit dem eingangs angegebenen Sensor erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass
die Leitungsabschnitte spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene
ausgeführt
sind und sich in zwei zueinander parallelen Ebenen mit jeweils gleichem
Abstand a zur Symmetrieebene erstrecken, wobei der Abstand a unter
Berücksichtigung
der für die
Leitungsabschnitte vorgesehenen Schwingungsamplituden dimensioniert
ist und durch mindestens eine in den strukturierten Lagen ausgeführte Abstandsstruktur
vorgegeben ist. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Sensors wird
vorteilhaft eine Bauweise, wie sie in konventioneller Bauweise wie eingangs
beschrieben üblich
ist, auch in mikromechanischer Bauweise erzeugbar. Dabei musste
das Problem gelöst
werden, dass bei einer Anordnung der Leitungsabschnitte in zwei
parallelen Ebenen die Schwingungsamp litude der schwingenden Leitungsabschnitte
berücksichtigt
werden muss. Dies wird durch die Abstandsstruktur gewährleistet,
die einen definierten Abstand a zwischen den Leitungsabschnitten
gewährleistet,
wobei hierbei die systembedingt zu erzeugende Schwingungsamplituden
der Leitungsabschnitte berücksichtigt
werden müssen.
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Die
Abstandsstruktur ist in den mikromechanischen Aufbau in Form verschiedener
Lagen integriert, so dass eine Herstellung in mikromechanischer
Bauweise erleichtert wird. Durch die auftretenden Symmetrien im
lagenweisen Aufbau des Sensors können
für die
beiden Leitungsabschnitte Gleichteile verwendet werden, so dass
der Fertigungsaufwand für
den mikromecha nischen Sensor gemäß der Erfindung
trotz Vorsehnung von mehr als zwei Lagen in Grenzen gehalten werden
kann.
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Die
Anordnung der Leitungsabschnitte in zwei Ebenen ermöglicht,
wie im Folgenden noch näher
erläutert
wird, Anregungsmodi, welche eine wesentlich geringere Dämpfung der
schwingungsfähigen
Systeme zur Folge haben. Hierdurch lässt sich die Güte und damit
auch die Empfindlichkeit des mikromechanischen Sensors vorteilhaft
signifikant verbessern.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitungsabschnitte
durch jeweils zwei geschichtete Leitungslagen ausgebildet sind,
in deren Verbindungsfläche
der Leitungsquerschnitt liegt. Diese Ausbildung der Erfindung hat
den Vorteil, dass zur Herstellung der Leitungsabschnitte auf bewährte Verfahren,
wie beispielsweise bei Enoksson beschrieben, zurückgegriffen werden kann. Eine
besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abstandsstruktur
durch eine Vertiefung in mindestens einer der Leitungslagen, bevorzugt
durch symmetrische Vertiefungen in beiden Leitungslagen gebildet
ist, wobei die Leitungslagen mit der der Verbindungsfläche abgewandten
Seite miteinander verbunden sind. Hierdurch können vorteilhaft die für die Abstandsstruktur
notwendigen Elemente in die Lagen des Sensoraufbaus integriert werden,
die ohnehin zur Herstellung der Leitungsabschnitte vorgesehen werden
müssen.
Der zusätzliche
konstruktive Aufwand einer weiteren Lage kann somit eingespart werden.
Die geschilderte Bauweise ist daher insbesondere dann vorteilhaft,
wenn die Herstellung der Lagen beispielsweise urformtechnisch in
Kunststoff realisiert ist, da die aufgrund der integrierten Abstandsstruktur
komplexere Geometrie bei der Herstellung keinen zusätzlichen
Aufwand bedeutet. Andererseits kann jedoch der mit der Vorsehung
einer zusätzlichen Lage
verbundene, vergrößerte Montageaufwand
eingespart werden.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen
werden, dass die Abstandsstruktur durch eine Abstandslage gebildet
ist, wobei die die Leitungsabschnitte bildenden Lagen unter Ausbildung
des Abstandes a auf den gegenüberliegenden
Seiten der Abstandslage angebracht sind. Diese Konstruktion macht
eine zusätzliche
Lage in den Sensor notwendig, wobei eine derartige Konstruktion
besonders dann von Vorteil ist, wenn die die Leitungsabschnitte
bildenden Lagen in Ätztechnologie
hergestellt werden. Hierdurch wird nämlich die Geometrie dieser
Lagen nicht unnötig verkomplexiert,
so dass eine effiziente Verfahrensführung während der Ätzbehandlung der Siliziumwafer
möglich
ist. Die einfache Geometrie der die Leitungsabschnitte bildenden
Lagen ermöglicht
weiterhin eine Standardisierung dieser Lagen, so dass die Sensorstruktur
insbesondere bei einem symmetrischen Aufbau aus jeweils gleich gestalteten
Lagen zusammengesetzt werden kann.
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Weiterhin
ist es möglich,
für die
Abstandslage ein vergleichsweise günstig hergestelltes Standardbauteil
zu verwenden, welches sich innig mit den Siliziumlagen verbinden
lässt.
Die Anforderungen an die Maßgenauigkeit
der Abstandslage sind nämlich wesentlich
geringer als die Anforderungen an die Geometrie der die Leitungsabschnitte
bildenden Lagen. Bei der Abstandlage wird lediglich eine definierte
Dicke in den Bereichen gefordert, die an den benachbarten Lagen
befestigt sind.
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Gemäß einer
besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Leitungsabschnitte einen schleifenförmigen Verlauf aufweisen und
die Enden jeweils eines Leitungsab schnittes in einer gemeinsamen
Lagerstelle zusammenlaufen. Hierdurch wird ein schwingungsfähiges System
geschaffen, welches vorteilhaft bei geringen Anregungskräften eine
große
Auslenkung erfahren kann, da die mit einer fliegenden Lagerung vergleichbare
Ausgestaltung der Leitungsabschnitte zu einer geringen Steifigkeit
der Aufhängung
führen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn in der gemeinsamen Lagerstelle senkrecht
zur Symmetrieebene eine weitere Symmetrieebene besteht, bezüglich derer
symmetrisch zu den Leitungsabschnitten zwei weitere Leitungsabschnitte
in der gemeinsamen Lagerstelle gelagert sind. Hierdurch entsteht
ein Ausbau mit vier Leitungsabschnitten, die in einer großen gemeinsamen
Lagerstelle zusammengeführt
werden können.
Dabei können
die auftretenden Lagerkräfte bei
einer geeigneten Anregung vorteilhaft weitgehend kompensiert werden,
wodurch die Dämpfung des
Systems verringert werden kann. Die daraus folgende höhere Güte führt vorteilhaft
zu einer weiteren Erhöhung
der Empfindlichkeit des Sensors.
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Eine
andere Ausgestaltung der Erfindung erhält man, wenn die Leitungsabschnitte
gerade verlaufen und mit ihren Enden jeweils in zwei gegenüberliegenden
Lagerstellen gelagert sind. Ein derartig ausgebildeter Sensor wird
derart angeregt, dass die Leitungsabschnitte Biegeschwingungen ausführen. Die
hiermit verbundene höhere
Steifigkeit des Sensors ist besonders dann vorteilhaft, wenn Fluide
mit einer hohen Dichte, insbesondere Flüssigkeiten hinsichtlich ihres
Massendurchflusses bewertet werden sollen.
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Für die Lagerstellen
ergibt sich eine besondere Ausgestaltung, wenn diese aus rohrartigen
Verlängerungen
der Leitungsabschnitte bestehen, die an ihren Enden im Wesentlichen
starr eingespannt sind und sich elastisch verformen, wenn die Lei tungsabschnitte
in Schwingungen versetzt werden. Die rohrartigen Verlängerungen
gewährleisten
zunächst
vorteilhaft eine einfache Zuführung
bzw. eine Abführung des
fließenden
Fluides in die Leitungsabschnitte. Weiterhin kann die Strukturierung
der Verlängerungen
daraufhin ausgerichtet werden, dass diese in dem zu bewertenden
Feder-Massessystem die Federung weitgehend übernehmen. Durch eine Trennung
der Aufgaben (als Masse dient dann der Leitungsabschnitt mit dem
darin befindlichen Fluid) lässt sich
das Verhalten des Sensors bereits während der Konstruktion besser
voraussagen. Eine besondere Ausgestaltung erhält man, wenn die Leitungsabschnitte
in die rohrartigen Verlängerungen
einmünden
und die Verlängerungen
gerade ausgeführt
sind und mit ihren Enden in gegenüberliegenden Strukturen starr
eingespannt sind. Als Einmündung
ist die Schnittstelle zwischen den Leitungsabschnitten und den Verlängerungen
dann ausgeführt,
wenn sich der Leitungsabschnitt in den Verlängerungen gleichsam T-förmig verzweigt.
Hierdurch entsteht die Möglichkeit,
dass die Einspannung der Verlängerungen
symmetrisch erfolgen kann, wobei jeweils zwischen der Einmündungsstelle
des Leitungsabschnittes und der Einspannstelle an den Enden der
Verlängerungen Torsionsfedern
ausgebildet werden. Dies kommt der Gestaltung der Verlängerungen
als rohrförmige
Gebilde zu gute, wodurch leicht definierbare Schwingungen erzeugbar
sind.
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Zuletzt
ist es vorteilhaft, wenn die Leitungsabschnitte mit einer hermetischen
Kapselung umgeben sind. Diese stellt vorteilhaft einen Schutz der empfindlichen
Sensorstruktur vor der Umgebung dar. Weiterhin kann die Verkapselung
vorteilhaft dazu genutzt werden, den Druck im Inneren der Verkapselung
bezüglich
der Umgebung herabzusetzen, insbesondere ein Vakuum in der hermetischen
Verkapselung zu erzeugen, wodurch die mit den Schwingungen der Leitungsabschnitte
verbundenen Luftreibung herabgesetzt werden kann. Diese Maßnahme bewirkt
eine zusätzliche
Verringerung der Dämpfung, wodurch
die Empfindlichkeit des Sensors vorteilhaft weiter verbessert werden
kann.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung
beschrieben. Gleich oder sich entsprechende Zeichnungselemente sind
in den einzelnen Figuren mit jeweils den gleichen Bezugszeichen
versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Unterschiede
zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen
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1 einen
schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensor,
welcher zusätzlich
mit einer hermetischen Verkapselung versehen ist,
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2 eine
perspektivische Ansicht der Leitungsabschnitte sowie der Aufhängung des
Sensors gemäß 1,
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3 die
perspektivische Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Sensors
und
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4 schematisch
die Ausgestaltung eines Sensors gemäß 1 mit vier
symmetrisch angeordnete Leitungsabschnitten und die daraus resultierenden
mechanischen Belastungen.
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Gemäß 1 ist
ein mikromechanisch hergestellter Massendurchflusssensor 11 dargestellt, der
aus insgesamt neun mikromechanisch hergestellten Lagen besteht.
Das Herzstück
stellen Leitungslagen 12a, 12b dar, die zur Bildung
von Leitungsabschnitten 13 beitragen. Jeweils eine Leitungslage 12a und
eine Leitungslage 12b bilden dabei Halbschalen 14 aus,
die nach Bonden der Lagen zu geschlossenen Leitungsquerschnitten 15 werden. Diese
sind in nicht dargestellter Weise mit den Rahmenstrukturen 16 verbunden,
wodurch die Aufhängung
der Leitungsabschnitte 13 erfolgt (hierzu im Folgenden
mehr).
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Die
Leitungsabschnitte 13 führen
bei einer Schwingungsanregung Schwingungen aus, die durch Teile 17 angedeutet
sind. Damit die Leitungsabschnitte, die zur Erzeugung eines möglichst
hohen Güte
gegenphasig angeregt werden, sich beim Ausführen der Schwingungen nicht
behindern, ist zwischen den Leitungslagen 12a eine Abstandslage 18 vorgesehen,
deren Dicke einen definierten Abstand a zwischen den Leitungslagen
garantiert. Die Abstandslage wird dabei mit den Rahmenstrukturen 16 der
Leitungslagen 12a verbunden.
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Um
eine hermetische Verkapselung der Leitungsabschnitte 13 zu
realisieren, sind die Leitungslagen 12b nach Außen hin
jeweils mit weiteren Abstandslagen 19 versehen, die sich
in gleicher Weise auf den Rahmenstrukturen 16 der Leitungslagen 12b abstützen. Auf
der anderen Seite dieser Abstandslagen 19 sind Abdecklagen 20 vorgesehen,
mit denen ein Verschluss des Systems möglich ist. Die weiteren Abstandlagen 19 erfüllen dabei
dieselbe Funktion wie die bereits erwähnte Abstandslage 17,
die darin besteht, dass die Leitungsabschnitte 13 nicht
gegen die Abdecklagen 20 prallen, während sie ihre Schwingungen
ausführen.
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Die
Leitungslagen 12a, 12b sind aus Siliziumwafern
mittels anisotropen Ätzen
hergestellt. Dies erklärt
den sechseckigen Leitungsquerschnitt 15. Die Leitungslagen 12a, 12b sind
aufgrund der Symmetrie als Gleichteile ausgeführt, so dass diese Gleichteile in
verhältnismäßig großer Stückzahl hergestellt
werden können.
Diese werden auf der Oberfläche
eines Wafers vorgesehen und nach der Ätzbehandlung getrennt. Die
weiteren Lagen 18, 19, 20 können ebenfalls
aus Silizium gefertigt sein. Wie auch die jeweiligen Lagen 12a und 12b können diese
dann durch Waferbonden miteinander verbunden werden. Alternativ
können
die weiteren Lagen jedoch auch aus einem kostengünstigeren Material gefertigt
sein, da es sich um Bauteile mit verhältnismäßig einfacher Geometrie handelt.
In diesem Fall müssten
die weiteren Lagen beispielsweise mit den Leitungslagen 12a, 12b verklebt
werden.
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Die
Leitungsabschnitte 13 erstrecken sich jeweils in zwei zueinander
parallelen Ebenen 21, wodurch der konstante Abstand a gewährleistet
ist. Die beiden Leitungsabschnitte 13 sind weiterhin spiegelsymmetrisch
zu einer Symmetrieebene 22 ausgeführt. Die nicht dargestellten
Lager sind ebenfalls zueinander symmetrisch, so dass das System
durch eine geeignete Anregung gegenphasig in Schwingungen versetzt
werden kann, um die mit den Pfeilen 17 angedeuteten Schwingungen
durchzuführen. Eine
Schwingungsanregung kann beispielsweise mit der elektrisch leitenden
Beschichtung 23 auf den Leitungsabschnitten erfolgen, welche
einen Kondensator ausbilden und durch eine geeignete elektrische Ansteuerung
(in nicht dargestellter Weise) Schwingungsbewegungen in den Leitungsabschnitten
induzieren. Eine entsprechende Ausbildung von Elektroden, die in 1 nicht
näher dargestellt
ist, kann ebenfalls zur elektrischen Auslesung des Schwingungsverhaltens
(Amplitude, Frequenz) verwendet werden, wobei dieses elektrische
Signal als Sensorsignal ausgewertet wird.
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In 2 ist
die Sensorstruktur gemäß 1 perspektivisch
dargestellt. Die Schnittebene S ist in 2 angedeutet,
wobei die beiden Leitungsabschnitte 13 in 2 im
Unterschied zu 1 im ausgelenkten Zustand dargestellt
ist. Die in 1 dargestellten Lagen 19 und 20 sowie
die Rahmenstrukturen der restlichen Lagen sind in 2 nicht
dargestellt. Aus 2 werden jedoch zusätzlich zu
den Leitungsabschnitten 13 auch die Lagerstellen 24 deutlich,
die einerseits jeweils aus Verlängerungen 25 der
Leitungsabschnitte 13 und aus starren Einspannungen 26,
die die Schnittstelle zu den nicht dargestellten Rahmenstrukturen 16 (vgl. 1)
bilden, bestehen.
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Die
Leitungsabschnitte 13 münden
T-förmig in
die Verlängerungen 25 ein.
Da die Verlängerungen 25 an
ihren jeweiligen Enden in die starren Einspannungen 26 übergehen,
wird durch eine Auslenkung der Leitungsabschnitte 13 in
der in 2 dargestellten Form in den Verlängerungen
im Wesentlichen eine Trosionsspannung induziert. Die Leitungsabschnitte 13 mit
ihrer fluidischen Füllung
(Gas oder Flüssigkeit)
dienen somit als Masse und die Verlängerungen als Torsionsfeder
eines schwingungsfähigen
Feder-Masse-Systems.
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Die
Verlängerungen
dienen gleichzeitig der Ein- bzw. Ausleitung des Fluides in bzw.
aus der Leitungsstruktur. Dies ist auch in 1 durch
Pfeile 27 angedeutet. In 2 lassen
sich die Auslässe 28 für das Fluid
erkennen, wobei diese durch die nicht dargestellten Rahmenstrukturen 16 eine
entsprechende Verlängerung
nach Außen
erfahren. Auf der gegenüberliegenden
Weise sind die entsprechenden Einlässe vorgesehen (in 2 nicht
zu erkennen).
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In 3 ist
eine alternative Ausführungsform des
Sensors dargestellt. Die Leitungsabschnitte 13 sind geradeaus
geführt,
wobei diese jedoch in 3 im ausgelenkten Zustand dargestellt
sind. Auf dem unteren Leitungsabschnitt sind weiter eine Anregungselektrode 29 und
zwei Messelektroden 30 zu erkennen, mit denen das System
angeregt bzw. sein Schwingungsverhalten erfasst werden kann.
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Die
Leitungsabschnitte sind an gegenüberliegenden
Enden in jeweilige Verlängerungen 25 eingebunden,
die ihrerseits in Einspannungen 26 übergehen. Damit sind Lagerstellen 31 geschaffen,
welche analog zu den Lagerstellen gemäß 2 funktionieren,
sobald Biegeschwingungen in den Leitungsabschnitten 13 induziert
werden. Im Übrigen
kann die Sensoranordnung gemäß 3 in
analoger Weise zu 1 aufgebaut werden, um eine
hermetische Kapselung zu realisieren.
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In 4 ist
schematisch ein Aufbau für
eine Sensorstruktur dargestellt, die eine Sensorstruktur gemäß 2 ergänzen kann.
Zu erkennen sind die Leitungsabschnitte 13 sowie eine zentrale
Einspannung 26 für
beide Leitungsabschnitte 13. Die Leitungsabschnitte 13 sind
symmetrisch zu der Symmetrieebene 22 angeordnet.
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Weiterhin
ist eine weitere Symmetrieebene 32 vorgesehen, die senkrecht
zur Symmetrieebene 22 mitten durch die Einspannung 26 verläuft. Diese Symmetrieebene
definiert die Symmetrische Anordnung von zwei weiteren Leitungsabschnitten 33,
die sich in entgegengesetzter Richtung zu den Leitungsabschnitten 13 erstrecken.
Die Leitungsabschnitte können
einen Verlauf aufweisen, der dem in 2 Dargestellten
entspricht. Dadurch ergibt sich bezüglich des Verlaufes der Leitungsabschnitte 13 und 33 weiterhin
eine in eine Symmetrieebene, die parallel zu der Zeichenebene gemäß 4 verläuft und
insofern sowohl auf der Symmetrieebene 22 als auch auf der
Symmetrieebene 32 parallel verläuft.
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Die
geschilderten strengen symmetrischen Beziehungen zwischen den Leitungsabschnitten 13 und 33 bewirken
bei einer Schwingungsanregung entsprechend der angedeuteten Weise
eine Krafteinleitung in die Einspannung 26, die sich aufgrund
der gegenphasigen Schwingungsbewegungen im Inneren der Einspannung
aufheben. Dargestellt sind exemplarisch die an den Einspannstellen
der Leitungsabschnitte 13, 33 wirkenden Normalspannungen σN und
Querspannungen σQ. Diese sind zu den jeweils benachbarten
Leitungsabschnitten entgegengerichtet und auf grund der Symmetrie
betragsmäßig gleich groß und heben
sich daher innerhalb der starren Einspannung auf. Dies bewirkt vorteilhaft,
das die Spannungen und daraus resultierenden Dehnungen nicht an
die nicht dargestellten Rahmenstrukturen und weitere umgebenden
Bauteile des Sensors weitergegeben werden. Hierdurch kann ein Energieverlust aufgrund
dort erfolgender Verformungen klein gehalten werden, wodurch die
Dämpfung
des schwingungsfähigen
Systems sinkt. Dies bewirkt entsprechend der bereits dargelegten
Weise eine Verbesserung der Sensorempfindlichkeit.
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Schließlich ist
in 5 eine Sensorstruktur dargestellt, die im Aufbau
derjenigen gemäß 1 entspricht,
allerdings nach einem anderen Verfahren hergestellt wurde. Bei den
Leitungslagen 12a, 12b handelt es sich um Spritzgussteile
aus Kunststoff, die nach erfolgter Fertigung beispielsweise miteinander verklebt
werden. Hierdurch lässt
sich ein besonders kostengünstiges
Bauteil erzeugen. Insbesondere lässt
sich der Montageaufwand für
diese Sensorstruktur verringern, da im Vergleich zu der Bauform
in 1 die Abstandslagen 18, 19 eingespart
werden können
(statt dessen Verklebung der Leitungslagen 12a mit den
einander zugewandten Seiten 35). Durch die urformtechnische
Herstellung der Leitungslagen 12a, 12b kann nämlich in
die Herstellung die Ausprägung
von Vertiefungen 34 in der Lage realisiert werden, so dass
der Durchmesser der Leitungsabschnitte 13 geringer ist
als die Höhe
der Rahmenstrukturen 16. Hierdurch wird der Abstand a eine
konstruktive Größe, die
lediglich abhängig
von der Gestaltung der Leitungslagen 12a, 12b ist
und daher ohne Vorsehung einer zusätzlichen Abstandslage erzeugt
werden kann.