DE102016200267A1

DE102016200267A1 - Micromechanical device and method for detecting a gas

Info

Publication number: DE102016200267A1
Application number: DE102016200267.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Lang
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-07-13

Abstract

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Gases. Die Vorrichtung (10; 110; 210; 310; 410; 510) ist ausgebildet mit: einer Messeinrichtung (20; 120) mit einer in einem ersten Substrat (22; 222) ausgebildeten Messmembran (26; 126), an welche ein zu detektierendes Gas leitbar ist, sowie mit einer an der Messmembran (26; 126) angeordneten ersten Heizeinrichtung (24; 124); einer Referenzeinrichtung (40; 140) mit einer in einem zweiten Substrat (24; 1242; 24; 1242) ausgebildeten Referenzmembran (46; 146), sowie mit einer an der Referenzmembran (46; 146) angeordneten zweiten Heizeinrichtung (44; 144); wobei die Referenzeinrichtung (40; 140) in einer Richtung (z) senkrecht zu der Messmembran (26; 126) über dem ersten Substrat (22; 222) angebracht ist; wobei die erste Heizeinrichtung (24; 124) elektrisch mit der zweiten Heizeinrichtung (44; 144) verbunden ist; und einer Temperaturfühlereinrichtung (60), welche beabstandet von der Messmembran (26; 126) und beabstandet von der Referenzmembran (46; 146) angeordnet ist.The invention provides an apparatus and method for detecting a gas. The device (10; 110; 210; 310; 410; 510) is formed with: a measuring device (20; 120) with a measuring diaphragm (26; 126) formed in a first substrate (22; 222) to which a detector diaphragm (26; Gas is conductive, and with a on the measuring diaphragm (26; 126) arranged first heating means (24; 124); a reference device (46; 146) formed in a second substrate (24; 1242; 24; 1242) and a second heater (44; said reference means (40; 140) being mounted in a direction (z) perpendicular to said measuring membrane (26; 126) over said first substrate (22; 222); wherein the first heater (24; 124) is electrically connected to the second heater (44; 144); and a temperature sensing means (60) spaced from the sensing diaphragm (26; 126) and spaced from the reference diaphragm (46; 146).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikromechanische Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren eines Gases, insbesondere zum Bestimmen einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft eines Gases, zum Beispiel zum Bestimmen eines Wasserstoffanteils des Gases.The present invention relates to a micromechanical device and a method for detecting a gas, in particular for determining a physical and / or chemical property of a gas, for example for determining a hydrogen content of the gas.

Stand der TechnikState of the art

Vorrichtungen zum Detektieren von Gasen, sogenannte Gassensoren, werden für eine Vielzahl von Anwendungen benötigt, eine Technik, welche dazu verwendet werden kann, basiert auf Wärmeleitfähigkeitsmessungen. Dabei wird an einen ersten Bereich des Gassensors Wärme abgegeben und an einen zweiten Bereich des Gassensors eine Temperatur gemessen. Ein zu detektierendes Gas wird derart geleitet, dass sich eine Wärmeleitfähigkeit des Gassensors zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich in Abhängigkeit von dem Gas verändert. Basierend auf die an den ersten Bereich abgegebenen Wärme und der gemessenen Temperatur kann das Gas detektiert werden.Devices for detecting gases, so-called gas sensors, are needed for a variety of applications, a technique that can be used based on thermal conductivity measurements. In this case, heat is emitted to a first region of the gas sensor and a temperature is measured at a second region of the gas sensor. A gas to be detected is conducted so that a thermal conductivity of the gas sensor between the first and second regions changes depending on the gas. Based on the heat given off to the first area and the measured temperature, the gas can be detected.

In der DE 42 44 224 A1 ist ein Gassensor beschrieben, mittels welchem eine Konzentration oder eine Veränderung der Konzentration von gasförmigen Fremdstoffen in Gasen nach dem Wärmeleitfähigkeitsprinzip bestimmt wird.In the DE 42 44 224 A1 a gas sensor is described by means of which a concentration or a change in the concentration of gaseous foreign substances in gases is determined on the basis of the thermal conductivity principle.

Es besteht ein Bedarf an besonders effizienten, kompakt ausführbaren und gleichzeitig möglichst störungsfreien Gassensoren, welche gegenüber aggressiven Medien, beispielsweise gegenüber deionisiertem Wasser, besonders resistent sind und welche besonders präzise Messungen ermöglichen.There is a need for particularly efficient, compact and at the same time trouble-free as possible gas sensors, which are particularly resistant to aggressive media, such as deionized water, and which allow very precise measurements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung offenbart eine mikromechanische Vorrichtung zum Detektieren eines Gases mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Detektieren eines Gases mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.The present invention discloses a micromechanical device for detecting a gas having the features of patent claim 1 and a method for detecting a gas having the features of patent claim 10.

Demgemäß ist eine mikromechanische Vorrichtung zum Detektieren eines Gases vorgesehen, mit: einer Messeinrichtung mit einem ersten Substrat und einer in dem ersten Substrat ausgebildeten Messmembran, an welche ein zu detektierendes Gas leitbar ist, sowie mit einer an der Messmembran angeordneten ersten Heizeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, Wärme an die Messmembran abzugeben; einer Referenzeinrichtung mit einem zweiten Substrat und einer an dem zweiten Substrat ausgebildeten Referenzmembran sowie mit einer an der Referenzmembran angeordneten zweiten Heizeinrichtung, welche dazu ausgelegt ist, Wärme an die Referenzmembran abzugeben; wobei die Referenzeinrichtung in einer Richtung senkrecht zu der Messmembran über dem ersten Substrat angebracht ist; wobei die erste Heizeinrichtung elektrisch mit der zweiten Heizeinrichtung verbunden ist; und einer Temperaturfühlereinrichtung, welche beabstandet von der Messmembran und beanstandet von der Referenzmembran angeordnet ist. Accordingly, a micromechanical device for detecting a gas is provided, comprising: a measuring device with a first substrate and a measuring diaphragm formed in the first substrate, to which a gas to be detected can be conducted, and with a first heating device arranged on the measuring diaphragm, which is designed for this purpose is to deliver heat to the measuring membrane; a reference device having a second substrate and a reference membrane formed on the second substrate, and a second heater arranged on the reference membrane and configured to deliver heat to the reference membrane; wherein the reference means is mounted in a direction perpendicular to the measuring membrane over the first substrate; wherein the first heater is electrically connected to the second heater; and a temperature sensing device spaced from the sensing diaphragm and spaced from the reference diaphragm.

Unter einer Messeinrichtung ist insbesondere eine Messeinrichtung zu verstehen, welche zum Detektieren des Gases auswertbar ist. Unter einer Referenzeinrichtung ist eine solche Einrichtung zu verstehen, welche dazu ausgelegt ist, Referenzwerte für das Detektieren mittels der Messeinrichtung bereitzustellen, eine Kalibrierung der Messeinrichtung zu ermöglichen oder in anderer Weise zum Eliminieren von unerwünschten Einflüssen auf das Messergebnis des Detektierens des Gases verwendet zu werden. Unter einem Anbringen der Referenzeinrichtung über dem ersten Substrat ist sowohl zu verstehen, dass die Referenzeinrichtung direkt an dem ersten Substrat angebracht sein kann, als auch dass die Referenzeinrichtung mittelbar auf dem ersten Substrat angebracht sein kann.A measuring device is to be understood in particular as meaning a measuring device which can be evaluated for detecting the gas. A reference device is understood as meaning a device which is designed to provide reference values for detection by means of the measuring device, to enable a calibration of the measuring device or otherwise to be used for eliminating undesired influences on the measurement result of the detection of the gas. Attaching the reference device above the first substrate is understood to mean that the reference device can be attached directly to the first substrate, as well as that the reference device can be mounted indirectly on the first substrate.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Detektieren eines Gases bereitgestellt, mit den Schritten: Leiten eines zu detektierenden Gases an eine in einem ersten Substrat einer Messeinrichtung ausgebildeten Messmembran; Abgeben von Wärme an die Messmembran mittels einer ersten Heizeinrichtung, welche an der Messmembran angeordnet ist; Abgeben von Wärme an eine in einem zweiten Substrat ausgebildete Referenzmembran einer Referenzeinrichtung mittels einer zweiten Heizeinrichtung, welche an der Referenzmembran angeordnet ist; wobei die erste Heizeinrichtung elektrisch mit der zweiten Heizeinrichtung verbunden ist; Messen einer Temperatur mittels einer Temperaturfühlereinrichtung, welche beabstandet von der Messmembran und beabstandet von der Referenzmembran, beispielsweise an der Messeinrichtung und/oder der Referenzeinrichtung, angeordnet ist; und Detektieren des zu detektierenden Gases basierend zumindest auf der an die Messmembran abgegebenen Wärme, auf der an die Referenzmembran abgegebenen Wärme und auf der gemessenen Temperatur. Furthermore, a method is provided for detecting a gas, comprising the steps of: passing a gas to be detected to a measuring diaphragm formed in a first substrate of a measuring device; Applying heat to the measuring membrane by means of a first heating device, which is arranged on the measuring membrane; Applying heat to a reference membrane of a reference device formed in a second substrate by means of a second heating device arranged on the reference membrane; wherein the first heater is electrically connected to the second heater; Measuring a temperature by means of a temperature sensing device which is spaced from the measuring diaphragm and spaced from the reference diaphragm, for example at the measuring device and / or the reference device, is arranged; and detecting the gas to be detected based at least on the heat given off to the measuring membrane, on the heat given off to the reference membrane and on the measured temperature.

Das Leiten des Gases in die Kaverne kann durch eine, beispielsweise aktiv erzeugte, Strömung, oder durch Diffusion erfolgen. Das Detektieren kann zusätzlich ein Bestimmen einer Temperatur der ersten und/oder der zweiten Heizeinrichtung umfassen, insbesondere ein Bestimmen einer Temperaturdifferenz zwischen der ersten und/oder der zweiten Heizeinrichtung einerseits und der Temperaturfühlereinrichtung andererseits, und zusätzlich auf der bestimmten Temperatur und/oder auf der bestimmten Temperaturdifferenz basieren. Durch Bestimmen der Temperaturdifferenz und Basieren des Detektierens auf der Temperaturdifferenz kann der Tatsache Rechnung getragen werden, dass, je nach Einsatzort und Umgebung der Vorrichtung, die Wärmeleistung und die Temperatur der Heizeinrichtung unabhängig voneinander variieren können.The passage of the gas into the cavern can be done by, for example, actively generated, flow, or by diffusion. The detecting may additionally comprise determining a temperature of the first and / or the second heating device, in particular determining a temperature difference between the first and / or the second heating device on the one hand and the temperature sensing device on the other hand, and additionally at the determined temperature and / or on the determined Temperature difference based. By determining the temperature difference and based on the detection of the temperature difference, the fact that, depending on the location and environment of the device, the heat output and the temperature of the heater can vary independently.

Zum Bestimmen der Temperatur der ersten und/oder der zweiten Heizeinrichtung kann mindestens ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand der ersten und/oder der zweiten Heizeinrichtung bestimmt werden. Zusätzlich oder alternativ kann an der Messmembran und/oder an der Referenzmembran ein zusätzlicher Temperaturfühler angeordnet sein, welcher dazu ausgelegt ist, die Temperatur der ersten bzw. der zweiten Heizeinrichtung zu erfassen.For determining the temperature of the first and / or the second heating device, at least one temperature-dependent electrical resistance of the first and / or the second heating device can be determined. Additionally or alternatively, an additional temperature sensor can be arranged on the measuring membrane and / or on the reference membrane, which is designed to detect the temperature of the first and the second heating device.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist als Sensorelement eines Gassensors einsetzbar, beispielsweise im Abgastrakt eines Brennstoffzellensystems. Mittels der Temperaturfühlereinrichtung ist eine Temperaturdifferenz messbar, welche auf Wärmeströmen beruht, die ihren Ausgangspunkt in der an die Messmembran und/oder in der an die Referenzmembran abgegebenen Wärme haben. Dabei ist vorteilhaft die Vorrichtung derart ausgelegt, dass ein Hauptanteil der gesamten Wärmeströme zwischen der Messmembran und/oder der Referenzmembran und der Temperaturfühlereinrichtung über das an die Messmembran geleitete, zu detektierende Gas erfolgen. Dieser durch das Gas hindurch verlaufende Wärmestrom entspricht primär einer Wärmeleitung, kann jedoch auch Strömungs-, Konvektions- oder Diffusions-Anteile mit umfassen. Unabhängig davon, welche dieser Anteile dominant sind, hängt der gesamte Wärmestrom von der vorliegenden Gaszusammensetzung und/oder den Gaseigenschaften ab, sodass z.B. aus einer Relation zwischen der den Wärmestrom antreibenden Temperaturdifferenz zwischen Membran und Substrat und der eingebrachten elektrischen Heizleistung das Gas detektiert werden kann.The device according to the invention can be used as a sensor element of a gas sensor, for example in the exhaust gas tract of a fuel cell system. By means of the temperature sensing device, a temperature difference is measurable, which is based on heat flows, which have their starting point in the heat emitted to the measuring membrane and / or in the reference to the membrane. In this case, the device is advantageously designed such that a major portion of the total heat flows between the measuring membrane and / or the reference membrane and the temperature sensing device via the guided to the measuring membrane to be detected gas. This through the gas passing through heat flow corresponds primarily to a heat conduction, but may also include flow, convection or diffusion shares with. Regardless of which of these proportions are dominant, the total heat flux will depend on the gas composition present and / or gas properties, e.g. from a relation between the heat flow driving temperature difference between the membrane and substrate and the introduced electrical heating power, the gas can be detected.

In dem ersten Substrat kann beispielsweise eine Aussparung oder eine Kaverne an die Messmembran angrenzend ausgebildet werden, in welche das Gas einleitbar ist und über welche der Hauptanteil der Wärmeströme verläuft. Dazu kann die Messmembran mit besonders geringer Dicke ausgebildet werden, so dass ein direkter Wärmestrom von der ersten Heizeinrichtung über den festen Werkstoff der Messmembran an die Temperaturfühlereinrichtung minimiert wird. Die Temperaturfühlereinrichtung kann insbesondere an dem ersten Substrat und/oder an dem zweiten Substrat angeordnet sein.In the first substrate, for example, a recess or a cavern can be formed adjoining the measuring diaphragm, into which the gas can be introduced and over which the majority of the heat flows. For this purpose, the measuring diaphragm can be formed with a particularly small thickness, so that a direct heat flow from the first heating device over the solid material of the measuring diaphragm to the temperature sensing device is minimized. The temperature sensing device may in particular be arranged on the first substrate and / or on the second substrate.

Das Detektieren des Gases, beispielsweise das Bestimmen eines Wasserstoffanteils des Gases, kann durch eine der Vorrichtung angehörende, oder durch eine externe Auswerteeinrichtung, dadurch ermittelt werden, dass die gemessene Temperatur, zum Beispiel mittels einer vorbestimmten Funktion oder Kennfeldern, in Beziehung gesetzt wird mit der bekannten, an die Messmembran und an die Referenzmembran jeweils abgegebenen Wärme sowie gegebenenfalls mit der Temperatur der ersten und/oder der zweiten Heizeinrichtung. Vorteilhaft wird das zu detektierende Gas nicht an die Referenzmembran der Referenzeinrichtung geleitet bzw. wird eine Diffusion des Gases an die Referenzmembran unterbunden. Dazu kann die Referenzmembran gegenüber dem an die Messmembran geleiteten Gas räumlich abgedichtet sein. The detection of the gas, for example the determination of a hydrogen content of the gas, can be determined by an apparatus belonging to or by an external evaluation device in that the measured temperature, for example by means of a predetermined function or maps, is related to the known, respectively to the measuring membrane and to the reference membrane emitted heat and optionally with the temperature of the first and / or the second heating device. Advantageously, the gas to be detected is not conducted to the reference membrane of the reference device or diffusion of the gas to the reference membrane is prevented. For this purpose, the reference membrane can be spatially sealed against the gas conducted to the measuring membrane.

Ein der vorliegenden Vorrichtung zugrunde liegender Gedanke ist das Bereitstellen einer aktiv betriebenen, das heißt beheizten, Referenzmembran zum Bereitstellen von zusätzlichen Referenzdaten für das Detektieren des Gases. Auf diese Weise können alle diejenigen Umgebungseinflüsse kompensiert oder zumindest verringert werden, welche nicht von den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, der Komposition und/oder den Komponenten des zu detektierenden Gases herrühren, zum Beispiel Temperaturänderungen der Umgebungstemperatur oder gleichartige oder gleichlaufende Änderungen des zu detektierenden Gases und eines Umgebungsgases.An underlying idea of the present device is to provide an actively operated, that is heated, reference membrane for providing additional reference data for detecting the gas. In this way, all environmental influences which are not caused by the physical and / or chemical properties, the composition and / or the components of the gas to be detected, for example temperature changes of the ambient temperature or similar or concurrent changes of the to be detected, can be compensated or at least reduced Gas and an ambient gas.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Referenzeinrichtung über der Messeinrichtung ermöglicht vorteilhaft ein besonderes kompaktes und einfaches Abdichten der Referenzmembran gegenüber der Messmembran, wodurch sich auch ein besonders einfacher Herstellungsprozess ergibt. Dimensionen der Messeinrichtung richten sich nach dem geplanten Einsatzort, insbesondere an einer benötigten Dicht- und/oder Andrückfläche. Die Referenzeinrichtung kann gegenüber der Messeinrichtung vorteilhaft kleiner ausgebildet sein.The inventive arrangement of the reference device on the measuring device advantageously allows a special compact and easy sealing of the reference membrane relative to the measuring membrane, which also results in a particularly simple manufacturing process. Dimensions of the measuring device depend on the intended location, in particular on a required sealing and / or pressure surface. The reference device may be designed to be smaller compared to the measuring device advantageously.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims and from the description with reference to the figures.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Referenzeinrichtung mit der Messeinrichtung wärmeleitend gekoppelt. Dazu kann beispielsweise ein Wärmeleitklebstoff verwendet werden, mittels welchem die Referenzeinrichtung unmittelbar auf die Messeinrichtung geklebt wird. Alternativ kann beispielsweise eine Chip-Bond-Verfahren oder Seal-Glas verwendet, um die Referenzeinrichtung und die Messeinrichtung wärmeleitend miteinander zu koppeln und/oder relativ zueinander zu fixieren. Durch die wärmeleitende Kopplung kann eine besonders homogene und somit präzise messbare Temperaturverteilung erreicht werden. Weiterhin ermöglicht die wärmeleitende Kopplung der Referenzeinrichtung mit der Messeinrichtung vorteilhaft eine genauere Kompensation derjenigen Umgebungseinflüsse, welche nicht von den physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften, der Komposition und/oder den Komponenten des zu detektierenden Gases herrühren.According to a preferred embodiment, the reference device is coupled thermally conductively with the measuring device. For this purpose, for example, a Wärmeleitklebstoff be used, by means of which the reference device is glued directly to the measuring device. Alternatively, for example, a chip bonding method or seal glass can be used in order to couple the reference device and the measuring device in a thermally conductive manner and / or to fix them relative to one another. By the heat-conducting coupling can be achieved a particularly homogeneous and thus precisely measurable temperature distribution. Furthermore, the heat-conducting coupling of the reference device with the measuring device advantageously enables a more precise compensation of those environmental influences which do not originate from the physical and / or chemical properties, the composition and / or the components of the gas to be detected.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Referenzmembran in mindestens einer Richtung parallel zu der Messmembran und/oder zu der Referenzmembran bündig mit der Messmembran angeordnet. Insbesondere kann die Referenzmembran in allen Richtungen parallel zu der Messmembran bündig mit der Messmembran angeordnet sein, das heißt, dass eine Projektion der Referenzmembran auf die Messmembran im Wesentlichen oder vollständig deckungsgleich mit der Messmembran ist. Alternativ kann die Referenzmembran in mindestens einer Richtung parallel zu der Messmembran ganz oder teilweise versetzt zu der Messmembran angeordnet sein, das heißt, dass – platzsparend – die Projektion der Referenzmembran auf die Messmembran die Messmembran nur teilweise oder gar nicht überlappt. Je nach dem gewünschten Einsatzort der Vorrichtung kann die geometrische Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft angepasst werden.According to a further preferred development, the reference membrane is arranged in at least one direction parallel to the measuring membrane and / or to the reference membrane flush with the measuring membrane. In particular, the reference membrane can be arranged flush with the measuring membrane in all directions parallel to the measuring membrane, that is to say that a projection of the reference membrane onto the measuring membrane is substantially or completely congruent with the measuring membrane. Alternatively, the reference membrane can be arranged in at least one direction parallel to the measuring membrane completely or partially offset from the measuring membrane, that is - space-saving - the projection of the reference membrane on the measuring membrane, the measuring membrane overlaps only partially or not at all. Depending on the desired location of use of the device, the geometric shape of the device according to the invention can be advantageously adapted.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Messmembran und die Referenzmembran in Bezug auf ihre Dimensionierung, ihr Fertigungsmaterial und/oder ihre Ausrichtung im Raum gleich ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Referenzmembran und die Messmembran geometrisch, elektrisch und/oder werkstoffbezogen möglichst gleichartig, besonders bevorzugt gleich gestaltet. Besonders bevorzugt sind die Messmembran und die Referenzmembran einander identisch ausgebildet. Dadurch entspricht die Funktionalität der Referenzmembran möglichst genau der Funktionalität der Messmembran, was eine besonders präzise Referenzbildung ermöglicht. Besonders bevorzugt weist die Referenzmembran die gleiche Dicke auf wie die Messmembran. According to a further preferred development, the measuring diaphragm and the reference diaphragm are the same in terms of their dimensions, their production material and / or their orientation in space. In other words, the reference membrane and the measuring membrane geometrically, electrically and / or material-related as similar as possible, particularly preferably designed the same. Particularly preferably, the measuring membrane and the reference membrane are identical to each other. As a result, the functionality of the reference membrane corresponds as closely as possible to the functionality of the measuring membrane, which enables a particularly precise reference formation. Particularly preferably, the reference membrane has the same thickness as the measuring membrane.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung sind die Messeinrichtung und die Referenzeinrichtung gleich ausgebildet. Somit ist eine besonders einfache Fertigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, da nur ein einzelnes Bauelement zweimal hergestellt und gekoppelt werden muss, um die Messeinrichtung und die Referenzeinrichtung bereitzustellen. Die Anordnung der Referenzeinrichtung zu der Messeinrichtung kann beispielsweise in einem Winkel von 0° oder von 90° erfolgen.According to a further preferred development, the measuring device and the reference device are the same. Thus, a particularly simple production of the device according to the invention is possible because only a single component has to be manufactured and coupled twice to provide the measuring device and the reference device. The arrangement of the reference device to the measuring device, for example, take place at an angle of 0 ° or 90 °.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die erste Heizeinrichtung und/oder die zweite Heizeinrichtung in einer von außen zugänglichen Aussparung oder an einer geschlossenen Kaverne angeordnet. Bei einem Zugang nach außen kann vorteilhaft beispielsweise ein Referenzgas, zum Beispiel ein Schutzgas wie Stickstoff, an die entsprechende Heizeinrichtung geleitet werden, um besonders günstige Rahmenbedingungen für die Referenzbildung mittels der Referenzeinrichtung zu ermöglichen. Der Zugang nach außen kann auch zum Evakuieren des Raumes, in welchem die entsprechende Heizeinrichtung angeordnet ist, verwendet werden. In einer geschlossenen Kaverne kann vorteilhaft bereits beim Herstellen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Vakuum oder ein Referenzgas angeordnet sein. Im Fall von geschlossenen Kavernen sind die erste und/oder die zweite Heizeinrichtung besonders gegenüber äußeren Einflüssen, beispielsweise Beschädigungen, geschützt.According to a further preferred development, the first heating device and / or the second heating device is arranged in a recess accessible from the outside or on a closed cavity. In the case of an access to the outside, for example, a reference gas, for example a protective gas such as nitrogen, can advantageously be conducted to the corresponding heating device in order to allow particularly favorable conditions for reference formation by means of the reference device. The access to the outside can also be used to evacuate the room in which the corresponding heating device is arranged. In a closed cavern, a vacuum or a reference gas can advantageously already be arranged during the production of the device according to the invention. In the case of closed caverns, the first and / or the second heating device are particularly protected against external influences, for example damage.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Dichtungseinrichtung auf, mittels welcher die Messeinrichtung in ein externes Gehäuse derart einführbar oder an einem externen Gehäuse derart anbringbar ist, dass die Referenzmembran gegenüber dem durch das Gehäuse an die Messmembran geleiteten, zu detektierenden Gas abgedichtet ist. Insbesondere kann mittels der in das externe Gehäuse eingeführte oder an dem externen Gehäuse angebrachten Dichtungseinrichtung die Vorrichtung einen ersten Teil aufweisen, welcher dem Gehäuse zugewandt oder in eine in dem Gehäuse ausgebildete Bohrung eingebracht ist, und einen zweiten Teil, welcher von dem Gehäuse abgewandt ist. Das zu detektierende Gas kann in das Gehäuse, insbesondere durch die Bohrung in dem Gehäuse, an die Messmembran geleitet werden, während die Referenzmembran bevorzugt an dem zweiten Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet ist und somit gegenüber dem zu detektierenden Gas abgedichtet ist. Somit wird eine besonders effektive Unabhängigkeit der Referenzeinrichtung und der Referenzmembran von dem zu detektierenden Gas ermöglicht. In accordance with a further preferred development, the device according to the invention has a sealing device by means of which the measuring device can be inserted into an external housing or attached to an external housing in such a way that the reference membrane is sealed off from the gas to be detected which is conducted through the housing to the measuring membrane , In particular, by means of the sealing device introduced into the external housing or attached to the external housing, the device may comprise a first part which faces the housing or is inserted into a bore formed in the housing, and a second part which faces away from the housing. The gas to be detected can be conducted into the housing, in particular through the bore in the housing, to the measuring diaphragm, while the reference diaphragm is preferably arranged on the second part of the device according to the invention and thus sealed against the gas to be detected. Thus, a particularly effective independence of the reference device and the reference membrane is made possible by the gas to be detected.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die erste Heizeinrichtung einen ersten Heizwiderstand und einen zweiten Heizwiderstand auf. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist die zweite Heizeinrichtung einen dritten Heizwiderstand und einen vierten Heizwiderstand auf. Bevorzugt sind der erste Heizwiderstand und der dritte Heizwiderstand elektrisch in Reihe geschaltet. Bevorzugt sind der zweite Heizwiderstand und der vierte Heizwiderstand elektrisch in Reihe geschaltet. Somit ergibt sich eine besonders konstante, gleichmäßige Stromversorgung der Heizeinrichtungen sowohl der Messeinrichtung als auch der Referenzeinrichtung, wodurch wiederum eine besonders präzise Referenzbildung durch die Referenzeinrichtung ermöglicht wird. Weiterhin lässt sich diese Verschaltung als eine Brückenschaltung, z.B. in Form einer Wheatstoneschen Messbrücke ausbilden.According to a further preferred development, the first heating device has a first heating resistor and a second heating resistor. According to a further preferred development, the second heating device has a third heating resistor and a fourth heating resistor. Preferably, the first heating resistor and the third heating resistor are electrically connected in series. Preferably, the second heating resistor and the fourth heating resistor are electrically connected in series. This results in a particularly constant, uniform power supply of the heaters both the measuring device and the reference device, which in turn results in a particularly precise Reference formation is made possible by the reference device. Furthermore, this interconnection can be formed as a bridge circuit, eg in the form of a Wheatstone bridge.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Andrückeinrichtung, welche in der Richtung senkrecht zu der Messmembran über der Referenzeinrichtung angeordnet ist. Die Andrückeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, die erfindungsgemäße Vorrichtung zu versteifen und/oder eine von außen auf die Vorrichtung ausgeübte Anpresskraft weiterzuleiten, beispielsweise zum Abdichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber einem externen Gehäuse mittels der oben beschriebenen Dichtungseinrichtung. Bevorzugt ist die Andrückeinrichtung aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise einem Metall, angefertigt und wärmeleitend mit zumindest der Messeinrichtung gekoppelt. Dies kann entweder durch ein direktes Andrücken an die Messeinrichtung oder durch Hilfswerkstoffe realisiert werden, zum Beispiel durch einen fixierenden oder zusätzlich wärmeleitenden Klebstoff, welcher zwischen der Messeinrichtung und der Andrückeinrichtung angebracht ist. Die Andrückeinrichtung kann auch als Kapselung zumindest eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung fungieren, beispielsweise zur Kapselung der Referenzmembran. Somit kann die Referenzmembran zumindest teilweise von äußeren, störenden Einflüssen abgeschirmt werden. Durch die Wahl möglichst gut wärmeleitender Materialien für die Andrückeinrichtung können darüber hinaus thermisch reproduzierbare Randbedingungen im Bereich der Messmembran und/oder der Referenzmembran geschaffen werden. Die mittels der Temperaturfühlereinrichtung erfasste Temperatur kann diese Randbedingungen in guter Näherung mit repräsentieren.According to a further preferred development, the device according to the invention comprises a pressing device, which is arranged in the direction perpendicular to the measuring diaphragm on the reference device. The pressing device can be designed to stiffen the device according to the invention and / or to forward a contact force exerted externally on the device, for example for sealing the device according to the invention with respect to an external housing by means of the sealing device described above. Preferably, the pressing device made of a thermally conductive material, such as a metal, made and thermally coupled with at least the measuring device. This can be realized either by a direct pressing on the measuring device or by auxiliary materials, for example by a fixing or additionally heat-conductive adhesive, which is mounted between the measuring device and the pressing device. The pressing device can also act as encapsulation of at least part of the device according to the invention, for example for encapsulating the reference membrane. Thus, the reference membrane can be at least partially shielded from external disturbing influences. In addition, thermally reproducible boundary conditions in the region of the measuring membrane and / or the reference membrane can be created by the choice of the best possible heat-conducting materials for the pressing device. The temperature detected by means of the temperature sensor device can represent these boundary conditions to a good approximation.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:The present invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the schematic figures of the drawings. Show it:

1 eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Detektieren eines Gases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a schematic cross-sectional view of an apparatus for detecting a gas according to an embodiment of the present invention;

2 schematische Ansichten einer Vorrichtung zum Detektieren eines Gases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 schematic views of a device for detecting a gas according to an embodiment of the present invention;

3 ein schematisches Schaltbild zum Erläutern der Vorrichtung aus 2; 3 a schematic diagram for explaining the device from 2 ;

4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic representation of an apparatus according to another embodiment of the present invention;

5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 5 a schematic representation of an apparatus according to another embodiment of the present invention;

6 schematische Ansichten einer Vorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 6 schematic views of an apparatus according to yet another embodiment of the present invention;

7 schematische Ansichten einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 7 schematic views of another embodiment of the present invention; and

8 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Detektieren eines Gases gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8th a schematic flowchart for explaining a method for detecting a gas according to another embodiment of the present invention.

In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.In all figures, the same or functionally identical elements and devices - unless otherwise stated - provided with the same reference numerals. The numbering of method steps is for the sake of clarity and, in particular, should not, unless otherwise indicated, imply a particular chronological order. In particular, several method steps can be carried out simultaneously.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments

1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung 10 zum Detektieren eines Gases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 ist ausgebildet mit einer Messeinrichtung 20 mit einem ersten Substrat 22 und einer in dem ersten Substrat 22 ausgebildeten Messmembran 26, an welche ein zu detektierendes Gas leitbar ist, sowie mit einer an der Messmembran 26 angeordneten ersten Heizeinrichtung 24, welche dazu ausgelegt ist, Wärme an die Messmembran 26 abzugeben. Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Referenzeinrichtung 40 mit einem zweiten Substrat 42 und einer in dem zweiten Substrat 42 ausgebildeten Referenzmembran 46, sowie mit einer an der Referenzmembran 46 angeordneten zweiten Heizeinrichtung 44, welche dazu ausgelegt ist, Wärme an die Referenzmembran 46 abzugeben. 1 shows a schematic cross-sectional view of a device 10 for detecting a gas according to an embodiment of the present invention. The device 10 is formed with a measuring device 20 with a first substrate 22 and one in the first substrate 22 trained measuring diaphragm 26 to which a gas to be detected is conductive, as well as with a on the measuring membrane 26 arranged first heater 24 , which is designed to heat to the measuring membrane 26 leave. The device 10 further comprises a reference device 40 with a second substrate 42 and one in the second substrate 42 trained reference membrane 46 , as well as with one at the reference membrane 46 arranged second heating device 44 , which is designed to heat to the reference membrane 46 leave.

Die Referenzeinrichtung 40 ist in einer z-Richtung senkrecht zu der Messmembran 26 über dem ersten Substrat 22 angebracht. Die erste Heizeinrichtung 24 ist elektrisch mit der zweiten Heizeinrichtung 44 verbunden. Die Vorrichtung 10 umfasst weiterhin eine Temperaturfühlereinrichtung 60, welche beabstandet von der Messmembran 26 und beabstandet von der Referenzmembran 46 angeordnet ist.The reference device 40 is perpendicular to the measuring membrane in a z-direction 26 over the first substrate 22 appropriate. The first heating device 24 is electrically connected to the second heater 44 connected. The device 10 further comprises a temperature sensing device 60 which is spaced from the measuring diaphragm 26 and spaced from the reference membrane 46 is arranged.

2 zeigt schematische Ansichten einer Vorrichtung 110 zum Detektieren eines Gases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, insbesondere zum Detektieren eines Wasserstoffgehalts eines Gases. 2 zeigt im oberen Abschnitt eine schematische Querschnittsansicht durch die Vorrichtung 110 und im unteren Teil eine schematische Draufsichtsansicht auf die Vorrichtung 110. 2 shows schematic views of a device 110 for detecting a gas according to an embodiment of the present invention, in particular for detecting a hydrogen content of a gas. 2 shows in the upper section a schematic cross-sectional view through the device 110 and in the lower part a schematic plan view of the device 110 ,

Die Vorrichtung 110 umfasst eine Messeinrichtung 120, welche ein erstes Substrat 122 sowie eine in dem ersten Substrat 122 ausgebildete Messmembran 126 aufweist. Die Messmembran 126 ist an einer ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 ausgebildet, indem zwischen der Messmembran 126 und einer zweiten Außenseite 121 des ersten Substrats 122, welche von der ersten Außenseite 123 abgewandt ist, eine Aussparung 119 ausgebildet ist. The device 110 includes a measuring device 120 which is a first substrate 122 and one in the first substrate 122 trained measuring diaphragm 126 having. The measuring membrane 126 is on a first outside 123 of the first substrate 122 formed by placing between the measuring diaphragm 126 and a second outside 121 of the first substrate 122 which from the first outside 123 turned away, a recess 119 is trained.

Unmittelbar an der Messeinrichtung 120 ist eine Referenzeinrichtung 140 der Vorrichtung 110 angeordnet und angebracht, beispielsweise mittels eines Wärmeleitklebstoffs oder im Chip-Bond-Verfahren oder unter Verwendung von Seal-Glas aufgeklebt bzw. aufgebondet. Die Referenzeinrichtung 140 umfasst ein zweites Substrat 142 und eine in dem zweiten Substrat 142 ausgebildete Referenzmembran 146. Die Referenzmembran 146 ist an einer ersten Außenseite 143 des zweiten Substrats 142 ausgebildet, indem von der Referenzmembran 146 bis hin zu einer zweiten Außenseite 141 des zweiten Substrats 142, welche von der ersten Außenseite 143 abgewandt ist, eine Aussparung 139 ausgebildet ist. Die zweite Außenseite 141 des zweiten Substrats 142 liegt an der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 an. Vorteilhaft für die Referenzbildung weist die Aussparung 139 in dem zweiten Substrat 142 dasselbe Volumen auf wie die Aussparung 119 in dem ersten Substrat 122.Immediately at the measuring device 120 is a reference device 140 the device 110 arranged and attached, for example by means of a Wärmeleitklebstoffs or in the chip-bond process or using seal glass glued or bonded. The reference device 140 includes a second substrate 142 and one in the second substrate 142 trained reference membrane 146 , The reference membrane 146 is on a first outside 143 of the second substrate 142 formed by the reference membrane 146 to a second outside 141 of the second substrate 142 which from the first outside 143 turned away, a recess 139 is trained. The second outside 141 of the second substrate 142 lies on the first outside 123 of the first substrate 122 at. Advantageous for the reference formation has the recess 139 in the second substrate 142 the same volume as the recess 119 in the first substrate 122 ,

Die Referenzeinrichtung 140 ist derart auf der Messeinrichtung 120 angeordnet, dass eine Oberfläche der Messmembran 126 an der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 in die Aussparung 139 in dem zweiten Substrat 142 eingeführt, bevorzugt darin hermetisch eingeschlossen ist. In dieser durch die Aussparung 139 gebildeten Kaverne ist eine erste Heizeinrichtung 124 an der Messmembran 126 angeordnet, welche dazu ausgelegt ist, Wärme an die Messmembran 126 abzugeben. In die Aussparung 139 kann beispielsweise ein Referenzgas wie Stickstoff, Wasserstoff oder Wasserdampf eingeführt sein. An der Referenzmembran 146 ist an der ersten Außenseite 143 des zweiten Substrats 142 eine zweite Heizeinrichtung 144 angeordnet, welche dazu ausgelegt ist, Wärme an die Referenzmembran 146 abzugeben. An der Messmembran 126 und/oder an der Referenzmembran 146 kann, jeweils möglichst nah an der ersten und/oder an der zweiten Heizeinrichtung 124, 144, jeweils ein zusätzlicher Temperaturfühler ausgebildet sein, mittels welchem die Temperatur der ersten bzw. der zweiten Heizeinrichtung 124, 144 ermittelbar ist.The reference device 140 is so on the measuring device 120 arranged a surface of the measuring diaphragm 126 on the first outside 123 of the first substrate 122 in the recess 139 in the second substrate 142 introduced, preferably hermetically enclosed therein. In this through the recess 139 formed cavern is a first heating device 124 at the measuring membrane 126 arranged, which is designed to heat to the measuring diaphragm 126 leave. In the recess 139 For example, a reference gas such as nitrogen, hydrogen or water vapor may be introduced. At the reference membrane 146 is on the first outside 143 of the second substrate 142 a second heater 144 arranged, which is designed to heat to the reference membrane 146 leave. At the measuring membrane 126 and / or at the reference membrane 146 can, as close as possible to the first and / or to the second heater 124 . 144 , In each case an additional temperature sensor may be formed, by means of which the temperature of the first and the second heating device 124 . 144 can be determined.

Gemäß 2 werden zueinander orthogonale Richtungen x, y parallel zu der Messmembran 126 und der Referenzmembran 146 definiert, welche beide senkrecht auf einer z-Richtung stehen, welche senkrecht zu der Messmembran 126 und der Referenzmembran 146 angeordnet ist. Die x-, y- und z-Richtung zusammen bilden ein orthogonales Koordinatensystem. Die Referenzeinrichtung 140 ist in z-Richtung oberhalb der Messeinrichtung 120 angeordnet. Somit ist die Vorrichtung 110 in x- und y-Richtung besonders platzsparend.According to 2 become mutually orthogonal directions x, y parallel to the measuring diaphragm 126 and the reference membrane 146 which are both perpendicular to a z-direction which is perpendicular to the measuring diaphragm 126 and the reference membrane 146 is arranged. The x, y and z directions together form an orthogonal coordinate system. The reference device 140 is in the z-direction above the measuring device 120 arranged. Thus, the device is 110 particularly space-saving in x and y direction.

Wie insbesondere aus dem unteren Teil von 2 ersichtlich, ist die Referenzmembran 146 mit den gleichen geometrischen Abmessungen wie die Messmembran 126 ausgebildet und gegenüber dieser derart ausgerichtet, dass ein Umriss 116 einer Projektion der Referenzmembran 146 auf die erste Außenseite 123 des ersten Substrats 122 deckungsgleich mit einem Umriss 115 der Messmembran 126 innerhalb der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 ist. Bevorzugt ist die Messmembran auch aus demselben Material gefertigt wie die Referenzmembran, beispielsweise aus Siliziumoxid. Bevorzugt sind das erste Substrat 122 und das zweite Substrat 142 aus dem gleichen Material gefertigt, beispielsweise aus Silizium. As in particular from the lower part of 2 can be seen, is the reference membrane 146 with the same geometric dimensions as the measuring diaphragm 126 trained and aligned with respect to this, that an outline 116 a projection of the reference membrane 146 on the first outside 123 of the first substrate 122 congruent with an outline 115 the measuring membrane 126 inside the first outside 123 of the first substrate 122 is. Preferably, the measuring membrane is also made of the same material as the reference membrane, for example of silicon oxide. The first substrate is preferred 122 and the second substrate 142 made of the same material, such as silicon.

Wie aus 2 weiterhin ersichtlich, haben die Aussparungen 119, 139 in der x-z-Ebene einen trapezförmigen Querschnitt, wobei die jeweilige Membran 126, 146 jeweils eine kleinere Seite der beiden parallelen Seiten des Trapezes darstellt und wobei eine Öffnung der Aussparung 139 in dem zweiten Substrat 142 an der zweiten Außenseite 141 des zweiten Substrats 142 eine größere der beiden parallelen Seiten des Trapezes bildet bzw. wobei eine Öffnung der Aussparung 119 in dem ersten Substrat 122 an der zweiten Außenseite 121 des ersten Substrats 122 eine jeweilige breitere der beiden parallelen Seiten des Trapezes bildet. Aus dem unteren Teil von 2 ist ersichtlich, dass ein auf die erste Außenseite 123 des ersten Substrats 122 projizierter Umriss 117 der Öffnung der Aussparung 119 an der zweiten Außenseite 121 des ersten Substrats 122 deckungsgleich ist mit einem auf die erste Außenseite 123 des ersten Substrat 122 projizierten Umriss 118 der Öffnung der Aussparung 139 in dem zweiten Substrat 142 an der zweiten Außenseite 141 des zweiten Substrats 142.How out 2 as can be seen, the recesses have 119 . 139 in the xz plane a trapezoidal cross-section, wherein the respective membrane 126 . 146 each represents a smaller side of the two parallel sides of the trapezium and wherein an opening of the recess 139 in the second substrate 142 on the second outside 141 of the second substrate 142 a larger of the two parallel sides of the trapezium forms or wherein an opening of the recess 119 in the first substrate 122 on the second outside 121 of the first substrate 122 a respective wider of the two parallel sides of the trapezoid forms. From the lower part of 2 it can be seen that one on the first outside 123 of the first substrate 122 projected outline 117 the opening of the recess 119 on the second outside 121 of the first substrate 122 is congruent with one on the first outside 123 of the first substrate 122 projected outline 118 the opening of the recess 139 in the second substrate 142 on the second outside 141 of the second substrate 142 ,

In 2 unten ist die zweite Heizeinrichtung 144 als zwei mäanderförmige, ineinander eingreifende Leiterbahnen schematisch dargestellt, von denen jede einen elektrischen Heizwiderstand der zweiten Heizeinrichtung 144 darstellt. Wie in 2 unten weiterhin dargestellt, sind an der ersten Außenseite 143 des zweiten Substrats 142 vier elektrische Anschlüsse 89 an die zweite Heizeinrichtung 144 ausgebildet, wobei elektrische Leiterbahnen nicht im Detail dargestellt sind. Die Anschlüsse 89 sind mit vier elektrischen Anschlüssen 91 auf der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 über Drahtbonds 90, beispielsweise Dünndrahtbonds, elektrisch verbunden. Die vier Anschlüsse 91 sind über (nicht dargestellte) elektrische Leiterbahnen mit beispielsweise fünf elektrischen Anschlüssen 93 verbunden, welche am lateralen Rand der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 angeordnet sind. Wie in 2 unten schematisch veranschaulicht, können die Anschlüsse 93 über weitere Drahtbonds 92 mit externen Anschlüssen 94 elektrisch verbunden sein, beispielsweise mit elektrischen Anschlüssen 94 einer Auswerteeinrichtung. Die Funktionen der Anschlüsse 93 werden im Folgenden in Bezug auf 3 näher erläutert.In 2 below is the second heater 144 schematically illustrated as two meandering, intermeshing interconnects, each of which has an electrical heating resistor of the second heater 144 represents. As in 2 further shown below are on the first outside 143 of the second substrate 142 four electrical connections 89 to the second heater 144 formed, wherein electrical conductor tracks are not shown in detail. The connections 89 are with four electrical connections 91 on the first outside 123 of the first substrate 122 over wire bonds 90 , For example, thin wire bonds, electrically connected. The four connections 91 are via (not shown) electrical conductors with, for example, five electrical connections 93 connected, which at the lateral edge of the first outer side 123 of the first substrate 122 are arranged. As in 2 illustrated schematically below, the ports 93 about more wire bonds 92 with external connections 94 be electrically connected, for example, with electrical connections 94 an evaluation device. The functions of the connections 93 will be referred to below 3 explained in more detail.

In 2 oben ist weiterhin gezeigt, dass die Vorrichtung 110 eine Dichtungseinrichtung 162 aufweisen kann, welche beispielsweise aus einem Elastomer besteht oder ein Elastomer aufweist. Die Dichtungseinrichtung ist an der zweiten Außenseite 121 des ersten Substrats 122 angeordnet. Mittels der Dichtungseinrichtung 162 ist die Vorrichtung 110 in ein externes Gehäuse 166 derart einführbar oder an dem externen Gehäuse 166 derart anbringbar, dass die Referenzmembran 146 gegenüber dem durch das Gehäuse 166 an die Messmembran 126 geleiteten zu detektierenden Gas abgedichtet ist. Gemäß 2 oben ist die Vorrichtung 110 über die mittels der Dichtungseinrichtung 162 z.B. in eine Blindbohrung in dem Gehäuse 166 einführbar. In einem Boden der Blindbohrung ist echte Bohrung 168 durch das Gehäuse ausgeführt. In 2 above, it is further shown that the device 110 a sealing device 162 may comprise, for example, consists of an elastomer or having an elastomer. The sealing device is on the second outer side 121 of the first substrate 122 arranged. By means of the sealing device 162 is the device 110 in an external housing 166 so insertable or on the external housing 166 attachable such that the reference membrane 146 opposite to that through the housing 166 to the measuring membrane 126 is guided sealed to be detected gas. According to 2 above is the device 110 via the means of the sealing device 162 eg in a blind hole in the housing 166 insertable. In a bottom of the blind hole is real hole 168 executed by the housing.

Durch die Bohrung 168, eine Öffnung in der Dichtungseinrichtung 162 sowie durch die Öffnung in der zweiten Außenseite 121 des ersten Substrats 122 und die Aussparung 119 ist das zu detektierende Gas an die der Aussparung 119 zugewandte Seite der Messmembran 126 leitbar. Die erste Außenseite 123 des ersten Substrats 122 ist mittels der Dichtungseinrichtung 162, welche beispielsweise rotationssymmetrisch oder mit einer rechteckigen oder quadratischen Öffnung ausgebildet sein kann, gegenüber dem zu detektierenden Gas in der Bohrung 168 in dem externen Gehäuse 166 abgedichtet. Damit ist insbesondere auch die Referenzmembran 146 und daran angebrachte Elemente, etwa die zweite Heizeinrichtung 144, gegenüber dem Gas abgedichtet.Through the hole 168 , an opening in the sealing device 162 as well as through the opening in the second outside 121 of the first substrate 122 and the recess 119 is the gas to be detected at the recess 119 facing side of the measuring diaphragm 126 be conducted. The first outside 123 of the first substrate 122 is by means of the sealing device 162 , which may be formed, for example, rotationally symmetrical or with a rectangular or square opening, relative to the gas to be detected in the bore 168 in the external housing 166 sealed. This is especially the reference membrane 146 and attached elements, such as the second heater 144 sealed against the gas.

Die Vorrichtung 110 weist weiterhin eine Temperaturfühlereinrichtung 160 auf, welche an einem nicht von der Referenzeinrichtung 140 bedeckten Teil der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 angeordnet ist. Die Temperaturfühlereinrichtung 160 wird nachfolgend mit Bezug auf 3 näher erläutert. The device 110 also has a temperature sensing device 160 on, which at one not from the reference device 140 covered part of the first outside 123 of the first substrate 122 is arranged. The temperature sensor device 160 will be referred to below with reference to 3 explained in more detail.

3 zeigt ein schematisches Schaltbild zum Erläutern der Vorrichtung 110 aus 2. Wie in 3 gezeigt, kann die Temperaturfühlereinrichtung 160 drei in Reihe geschaltete Temperaturfühlwiderstände 185, 186, 187 aufweisen, welche durch eine Leiterbahn verbunden ist, welche auf der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 zwischen einem elektrischen Anschluss TF1 und einem elektrischen Anschluss TF2 U-förmig um die Referenzeinrichtung 140 geführt ist. Durch Messen des temperaturabhängigen elektrischen Widerstands der Temperaturfühlwiderstände 185, 186, 187 ist eine Temperatur des Substrats 122 bestimmbar, etwa durch die oben beschrieben Auswerteeinrichtung. 3 shows a schematic diagram for explaining the device 110 out 2 , As in 3 shown, the temperature sensing device 160 three temperature sensing resistors connected in series 185 . 186 . 187 having, which is connected by a conductor track, which on the first outer side 123 of the first substrate 122 between an electrical connection TF1 and an electrical connection TF2 U-shaped around the reference device 140 is guided. By measuring the temperature-dependent electrical resistance of the temperature sensing resistors 185 . 186 . 187 is a temperature of the substrate 122 determinable, for example by the evaluation device described above.

Die erste Heizeinrichtung 124 umfasst einen ersten Heizwiderstand 181 und einen zweiten Heizwiderstand 182. Die zweite Heizeinrichtung 144 umfasst einen dritten Heizwiderstand 183 und einen vierten Heizwiderstand 184. Der erste Heizwiderstand 181 und der dritte Heizwiderstand 183 sind elektrisch in Reihe geschaltet, sodass gegenüber einem Erdungsanschluss GND an einem ersten elektrischen Heizanschluss UH1 ein erster elektrischer Strom anlegbar ist, durch welchen der erste Heizwiderstand 181 und der dritte Heizwiderstand 183 erwärmt werden. Der zweite Heizwiderstand 182 und der vierte Heizwiderstand 184 sind elektrisch in Reihe geschaltet, sodass gegenüber einem Erdungsanschluss GND an einem zweiten elektrischen Heizanschluss UH2 ein zweiter elektrischer Strom anlegbar ist, durch welchen der zweite Heizwiderstand 182 und der vierte Heizwiderstand 184 erwärmt werden. Die versetzte Darstellung des ersten und zweiten Heizwiderstands 181, 182 und der zugehörigen Leiterbahnen gegenüber dem dritten und dem vierten Heizwiderstand 183, 184 dient lediglich der verbesserten Erkennbarkeit und entspricht nicht unbedingt dem tatsächlichen Aufbau der Vorrichtung 110.The first heating device 124 includes a first heating resistor 181 and a second heating resistor 182 , The second heater 144 includes a third heating resistor 183 and a fourth heating resistor 184 , The first heating resistor 181 and the third heating resistor 183 are electrically connected in series, so that with respect to a ground terminal GND at a first electrical heating connection UH1, a first electric current can be applied, through which the first heating resistor 181 and the third heating resistor 183 to be heated. The second heating resistor 182 and the fourth heating resistor 184 are electrically connected in series, so that opposite a ground terminal GND to a second electrical heating connection UH2, a second electric current can be applied, through which the second heating resistor 182 and the fourth heating resistor 184 to be heated. The staggered representation of the first and second heating resistor 181 . 182 and the associated conductor tracks with respect to the third and the fourth heating resistor 183 . 184 is used only for improved visibility and does not necessarily correspond to the actual structure of the device 110 ,

In der elektrischen Reihenschaltung zwischen dem ersten Heizwiderstand 81 und dem dritten Heizwiderstand 83 kann zum Ermitteln der Temperaturen der Messmembran 126 und der Referenzmembran 146 eine erste Brückenspannung Ubr1 gegenüber dem Erdungsanschluss GND abgegriffen werden. In der elektrischen Reihenschaltung zwischen dem zweiten Heizwiderstand 82 und dem vierten Heizwiderstand 84 kann zum Ermitteln der Temperaturen der Messmembran 126 und der Referenzmembran 146 eine zweite Brückenspannung Ubr2 gegenüber dem Erdungsanschluss abgegriffen werden.In the electrical series connection between the first heating resistor 81 and the third heating resistor 83 can be used to determine the temperatures of the measuring membrane 126 and the reference membrane 146 a first bridge voltage Ubr1 be tapped from the ground terminal GND. In the electrical series connection between the second heating resistor 82 and the fourth heating resistor 84 can be used to determine the temperatures of the measuring membrane 126 and the reference membrane 146 a second bridge voltage Ubr2 be tapped from the ground terminal.

Der erste und der zweite elektrische Strom werden, etwa in dem erfindungsgemäßen Verfahren, vorzugsweise mit derselben Stromstärke angelegt. Bevorzugt werden, etwa in dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erste und der zweite elektrische Strom gegenläufig angelegt, d.h., dass in technischer Stromrichtung des ersten elektrischen Stroms zuerst der erste Heizwiderstand 181 der ersten Heizeinrichtung 124 und dann der dritte Heizwiderstand 183 der zweiten Heizeinrichtung 144 angeordnet ist und in technischer Stromrichtung des zweiten elektrischen Stroms zuerst der vierte Heizwiderstand 184 der zweiten Heizeinrichtung 144 und dann der zweite Heizwiderstand 182 der ersten Heizeinrichtung 124 angeordnet ist. The first and the second electrical current are applied, for example in the method according to the invention, preferably with the same current intensity. Preferably, for example in the method according to the invention, the first and the second electrical current are applied in opposite directions, ie that in the technical current direction of the first electric current first the first heating resistor 181 the first heater 124 and then the third heating resistor 183 the second heater 144 is arranged and in the technical direction of the second electric current first, the fourth heating resistor 184 the second heater 144 and then the second heating resistor 182 the first heater 124 is arranged.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 210 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 210 ist eine Variante der Vorrichtung 110, bei der die Messeinrichtung 220 und die Referenzeinrichtung 240 aus identischen, mit Leiterbahnen versehenen Substraten 222, 242 gefertigt sind, welche, 90° gegeneinander verdreht, durch Drahtbonds elektrisch und mechanisch miteinander gekoppelt sind. 4 shows a schematic representation of a device 210 according to another embodiment of the present invention. The device 210 is a variant of the device 110 in which the measuring device 220 and the reference device 240 from identical, provided with tracks substrates 222 . 242 are made, which, rotated 90 ° to each other, are electrically and mechanically coupled by wire bonds.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 310 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 310 ist eine Variante der Vorrichtung 110, welche sich von dieser lediglich darin unterscheidet, dass die geometrische Form einer Referenzeinrichtung 340 sowie die Anordnung der Referenzeinrichtung 340 auf der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 sich von denen der Referenzeinrichtung 140 gemäß 2 unterscheidet, wobei die Referenzeinrichtung 340 ansonsten der Referenzeinrichtung 140 gleicht. Die Referenzeinrichtung 340 ist derart an der ersten Außenseite 123 angeordnet, dass eine Projektion der Referenzeinrichtung 340 auf die erste Außenseite 123 weder den Umriss 115 der Messmembran 126 noch den Umriss 117 der Projektion der Öffnung der Aussparung 119 an der zweiten Außenseite 121 des ersten Substrats 122 auf die erste Außenseite 123 überlappt. 5 shows a schematic representation of a device 310 according to another embodiment of the present invention. The device 310 is a variant of the device 110 , which differs from this only in that the geometric shape of a reference device 340 and the arrangement of the reference device 340 on the first outside 123 of the first substrate 122 from those of the reference device 140 according to 2 differs, the reference device 340 otherwise the reference device 140 like. The reference device 340 is so on the first outside 123 arranged that a projection of the reference device 340 on the first outside 123 neither the outline 115 the measuring membrane 126 still the outline 117 projection of opening of a recess 119 on the second outside 121 of the first substrate 122 on the first outside 123 overlaps.

6 zeigt schematische Ansichten einer Vorrichtung 410 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 410 ist eine Variante der Vorrichtung 110 und unterscheidet sich von dieser lediglich darin, dass bei der Vorrichtung 410 auf der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 eine Andrückeinrichtung 470 an der ersten Außenseite 123 angeordnet und angebracht ist. 6 zeigt im oberen Abschnitt eine schematische Querschnittsansicht durch die Vorrichtung 410 und im unteren Teil eine schematische Draufsichtsansicht auf die Vorrichtung 410. 6 shows schematic views of a device 410 according to yet another embodiment of the present invention. The device 410 is a variant of the device 110 and differs from this only in that in the device 410 on the first outside 123 of the first substrate 122 a pressing device 470 on the first outside 123 arranged and mounted. 6 shows in the upper section a schematic cross-sectional view through the device 410 and in the lower part a schematic plan view of the device 410 ,

Wie in 6 unten dargestellt ist, ist die Andrückeinrichtung 470 derart ausgelegt, dass die Referenzmembran 146 und die elektrischen Anschlüsse 89, 91, 93 in z-Richtung nicht von der Andrückeinrichtung 470 bedeckt sind. Dadurch ist eine vereinfachte Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse 89, 91, 93 möglich. Die Andrückeinrichtung 470 ist dazu ausgelegt, die Vorrichtung 410 zu versteifen und/oder eine von außen auf die Vorrichtung 410 ausgeübte Anpresskraft weiterzuleiten, beispielsweise zum Abdichten der Vorrichtung 410 gegenüber dem externen Gehäuse 166 mittels der Dichtungseinrichtung 162. Die Andrückeinrichtung 470 ist bevorzugt wärmeleitend, insbesondere aus einem Metall oder einer Metalllegierung ausgebildet.As in 6 is shown below, the pressing device 470 designed such that the reference membrane 146 and the electrical connections 89 . 91 . 93 not in the z-direction of the pressing device 470 are covered. This is a simplified contacting of the electrical connections 89 . 91 . 93 possible. The pressing device 470 is designed to the device 410 to stiffen and / or an externally on the device 410 to pass applied contact pressure, for example, to seal the device 410 opposite the external housing 166 by means of the sealing device 162 , The pressing device 470 is preferably thermally conductive, in particular formed of a metal or a metal alloy.

7 zeigt schematische Ansichten einer Vorrichtung 510 gemäß noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7 zeigt im oberen Abschnitt eine schematische Querschnittsansicht durch die Vorrichtung 510 und im unteren Teil eine schematische Draufsichtsansicht auf die Vorrichtung 510. 7 shows schematic views of a device 510 according to still another embodiment of the present invention. 7 shows in the upper section a schematic cross-sectional view through the device 510 and in the lower part a schematic plan view of the device 510 ,

Die Vorrichtung 510 ist eine Variante der Vorrichtung 410 gemäß 6 und unterscheidet sich von dieser darin, dass die Referenzeinrichtung 140 nicht direkt an der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 angeordnet ist, sondern dass zwischen der Messeinrichtung 120 und der Referenzeinrichtung 140 eine Trennungseinrichtung 580 angeordnet ist. Die Trennungseinrichtung 580 kann beispielsweise aus Silizium bestehen. Bevorzugt ist die Trennungseinrichtung 580 wärmeleitend, beispielsweise aus Metall oder aus einer Metalllegierung, ausgebildet. Die Trennungseinrichtung 580 weist eine Aussparung 559 auf, welche derart an der ersten Außenseite 123 des ersten Substrats 122 anliegt, dass die erste Heizeinrichtung 124 der Messeinrichtung 120 sowie die an der ersten Außenseite 123 gelegene Oberfläche der Messmembran 126 kavernenartig von der Aussparung 559 umschlossen ist. Die Trennungseinrichtung 580 kann an das erste Substrat 122 angedrückt oder durch Hilfswerkstoffe angekoppelt werden, etwa durch einen fixierenden und/oder einen zusätzlich wärmeleitenden Klebstoff.The device 510 is a variant of the device 410 according to 6 and differs from this in that the reference device 140 not directly on the first outside 123 of the first substrate 122 is arranged, but that between the measuring device 120 and the reference device 140 a separation device 580 is arranged. The separation device 580 can for example consist of silicon. The separation device is preferred 580 thermally conductive, for example, made of metal or a metal alloy. The separation device 580 has a recess 559 on, which on the first outside 123 of the first substrate 122 rests that the first heater 124 the measuring device 120 as well as on the first outside 123 located surface of the measuring diaphragm 126 cavernous from the recess 559 is enclosed. The separation device 580 can be attached to the first substrate 122 pressed or coupled by auxiliary materials, such as by a fixing and / or an additional heat-conductive adhesive.

In der Trennungseinrichtung 580 ist weiterhin ein erster Gaskanal 582 geformt, durch welchen die durch die Aussparung 559 in der Trennungseinrichtung 580 gebildete Kaverne von außen zugänglich ist, beispielsweise um ein Referenzgas oder ein Vakuum in der Aussparung 559 vorzusehen oder um einen Druckausgleich zu ermöglichen. Die Referenzeinrichtung 140 ist bei der Vorrichtung 510 vorzugsweise unmittelbar an einer von der Messeinrichtung 120 abgewandten Außenseite 583 der Trennungseinrichtung 580 angebracht. In der Trennungseinrichtung 580 ist ein zweiter Gaskanal 584 ausgebildet, über welchen die Aussparung 139 in der Referenzeinrichtung 140 von außerhalb der Vorrichtung 510 zugänglich ist, wobei die Aussparung 139 ansonsten zusammen mit der Außenseite 583 der Trennungseinrichtung 580 eine Kaverne bildet. Über den zweiten Gaskanal 584 ist beispielsweise ein Schutzgas in die durch die Aussparung 139 gebildete Kaverne einleitbar oder darin ein Vakuum herstellbar. In the separation device 580 is still a first gas channel 582 shaped, through which the through the recess 559 in the separation device 580 formed cavern is accessible from the outside, for example, a reference gas or a vacuum in the recess 559 to provide or to allow pressure equalization. The reference device 140 is at the device 510 preferably directly on one of the measuring device 120 opposite outside 583 the separation device 580 appropriate. In the separation device 580 is a second gas channel 584 formed over which the recess 139 in the reference device 140 from outside the device 510 is accessible, with the recess 139 otherwise together with the outside 583 the separation device 580 forming a cavern. About the second gas channel 584 For example, a protective gas in through the recess 139 formed cavern einleitbar or in a vacuum produced.

Bei der Vorrichtung 510 ist weiterhin eine Andrückeinrichtung 570 vorgesehen, welche eine Variante der Andrückeinrichtung 470 nach 6 ist. Die Andrückeinrichtung 570 unterscheidet sich von der Andrückeinrichtung 470 darin, dass die Andrückeinrichtung 570 aus der z-Richtung aus gesehen auch den Großteil der Referenzmembran 146 bedeckt. Vorteilhaft für die Referenzbildung ist der Abstand in z-Richtung zwischen der Messmembran 126 und der Trennungseinrichtung 580 gleich dem Abstand in z-Richtung zwischen der Referenzmembran 146 und der Andrückeinrichtung 570. In the device 510 is still a pressing device 570 provided, which is a variant of the pressing device 470 to 6 is. The pressing device 570 differs from the pressing device 470 in that the pressing device 570 seen from the z-direction from the majority of the reference membrane 146 covered. Advantageous for the reference formation is the distance in the z-direction between the measuring membrane 126 and the separation device 580 equal to the distance in the z-direction between the reference membrane 146 and the pressing device 570 ,

8 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Detektieren eines Gases gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren gemäß 8 ist insbesondere zum Durchführen mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere einer der Vorrichtungen 10; 110; 210; 310; 410; 510 geeignet und ist im Hinblick auf alle in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschriebenen Varianten und Weiterbildungen anpassbar und umgekehrt. 8th FIG. 12 is a schematic flowchart for explaining a method of detecting a gas according to an embodiment of the present invention. FIG. The method according to 8th is in particular for performing by means of the device according to the invention, in particular one of the devices 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 suitable and is adaptable with respect to all variants and developments described in relation to the device according to the invention and vice versa.

In einem Schritt S01 wird ein zu detektierendes Gas an eine in einem ersten Substrat 22; 122 einer Messeinrichtung 20; 120 ausgebildeten Messmembran 26; 126 geleitet. Darunter soll auch das Ermöglichen einer Diffusion des Gases an die Messmembran 26; 126 verstanden werden. In einem Schritt S02 wird mittels einer ersten Heizeinrichtung 24; 124, welche an der Messmembran 26; 126 angeordnet ist, Wärme an die Messmembran 26; 126 abgegeben. In einem Schritt S03 wird Wärme an eine in einem zweiten Substrat 42; 142 ausgebildete Referenzmembran 46; 146 mittels einer zweiten Heizeinrichtung 44; 144, welche an der Referenzmembran 46; 146 angeordnet ist, Wärme abgegeben, wobei die erste Heizeinrichtung 24; 124 elektrisch mit der zweiten Heizeinrichtung 44; 144 verbunden ist.In a step S01, a gas to be detected is applied to one in a first substrate 22 ; 122 a measuring device 20 ; 120 trained measuring diaphragm 26 ; 126 directed. This should also include enabling a diffusion of the gas to the measuring membrane 26 ; 126 be understood. In a step S02, by means of a first heating device 24 ; 124 , which at the measuring diaphragm 26 ; 126 is arranged, heat to the measuring diaphragm 26 ; 126 issued. In step S03, heat is applied to one in a second substrate 42 ; 142 trained reference membrane 46 ; 146 by means of a second heating device 44 ; 144 which are attached to the reference membrane 46 ; 146 is arranged, heat released, the first heater 24 ; 124 electrically with the second heating device 44 ; 144 connected is.

In einem Schritt S04 wird mittels einer Temperaturfühlereinrichtung 60; 160, welche beabstandet von der Messmembran 26; 126 und beabstandet von der Referenzmembran 46; 146 an der Messeinrichtung 20; 120 oder der Referenzeinrichtung 40; 140 angeordnet ist, eine Temperatur des ersten Substrats 22; 122 und/oder des zweiten Substrats 42; 142 gemessen, insbesondere in einem von der Messmembran 26; 126 und von der Referenzmembran 46; 146 beabstandeten Bereich. Dazu kann ein temperaturabhängiger elektrischer Widerstand der Temperaturfühlereinrichtung 60; 160 ermittelt werden. Durch mehrere unterschiedliche Messungen, z.B. bei unterschiedlichen Heizleistungen der ersten und/oder der zweiten Heizeinrichtung 24, 44; 124, 144 können Effekte höherer Ordnung ausgenutzt werden wie z.B. die Temperaturabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit. Somit können beim folgenden Detektieren S05 des Gases weitere Messgrößen bestimmt werden wie z.B. die Konzentration einer weiteren Mischungskomponente des zu detektierenden Gases. Beispielsweise kann bei dem Detektieren S05 ein Wasserstoffanteil in Luft als dem zu detektierenden Gas bestimmt werden, wobei gleichzeitig ein Quereinfluss einer variablen Luftfeuchte ermittelt und/oder kompensiert wird.In a step S04 is by means of a temperature sensing device 60 ; 160 which is spaced from the measuring diaphragm 26 ; 126 and spaced from the reference membrane 46 ; 146 at the measuring device 20 ; 120 or the reference device 40 ; 140 is arranged, a temperature of the first substrate 22 ; 122 and / or the second substrate 42 ; 142 measured, in particular in one of the measuring membrane 26 ; 126 and from the reference membrane 46 ; 146 spaced area. For this purpose, a temperature-dependent electrical resistance of the temperature sensing device 60 ; 160 be determined. By several different measurements, for example at different heat outputs of the first and / or the second heater 24 . 44 ; 124 . 144 For example, higher-order effects such as the temperature dependence of the thermal conductivity can be exploited. Thus, in the subsequent detection S05 of the gas, further measured variables can be determined, for example the concentration of a further mixture component of the gas to be detected. For example, in detecting S05, a hydrogen content in air can be determined as the gas to be detected, at the same time determining and / or compensating for a transverse influence of a variable air humidity.

In einem Schritt S05 wird das zu detektierende Gas basierend auf der an die Messmembran 26; 126 abgegebenen Wärme, auf der an die Referenzmembran 46; 146 abgegebenen Wärme und auf der gemessenen Temperatur detektiert. Bevorzugt wird das Gas insbesondere basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur der ersten Heizeinrichtung 24; 124 und der mittels der Temperaturfühlereinrichtung 60; 160 gemessenen Temperatur und/oder basierend auf einer Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur der zweiten Heizeinrichtung 44; 144 und der mittels der Temperaturfühlereinrichtung 60; 160 gemessenen Temperatur detektiert.In a step S05, the gas to be detected is based on the to the measuring membrane 26 ; 126 emitted heat, on the to the reference membrane 46 ; 146 emitted heat and detected on the measured temperature. In particular, the gas is preferably based on a temperature difference between a temperature of the first heating device 24 ; 124 and by means of the temperature sensing device 60 ; 160 measured temperature and / or based on a temperature difference between a temperature of the second heater 44 ; 144 and by means of the temperature sensing device 60 ; 160 measured temperature detected.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways. In particular, the invention can be varied or modified in many ways without deviating from the gist of the invention.

Beispielsweise sind mit Bezug auf 6 und 7 die Andrückeinrichtungen 470, 570 als teilweise offen beschrieben worden. Dies kann dazu dienen, mittels eines Bondkeils im Rahmen der Fertigung die erforderlichen elektrischen Bondverbindungen anzubringen. Die teilweise Offenheit der Andrückeinrichtungen 470, 570 kann zum Druckausgleich dienen. Alternativ können die Andrückeinrichtungen 470, 570 nach dem Anbringen der Bondverbindungen verschlossen werden.For example, with reference to 6 and 7 the pressing devices 470 . 570 has been described as partially open. This can serve to attach the required electrical bond connections by means of a bonding wedge in the course of production. The partial openness of the pressing devices 470 . 570 can be used for pressure equalization. Alternatively, the pressing devices 470 . 570 be closed after attaching the bonds.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 4244224 A1 [0003]

Claims

Micromechanical device ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ) for detecting a gas, comprising: a measuring device ( 20 ; 120 ) with a first substrate ( 22 ; 222 ) and one in the first substrate ( 22 ; 222 ) formed measuring membrane ( 26 ; 126 ), to which a gas to be detected can be conducted, as well as with one at the measuring membrane ( 26 ; 126 ) arranged first heating device ( 24 ; 124 ) which is designed to transfer heat to the measuring membrane ( 26 ; 126 ) a reference device ( 40 ; 140 ) with a second substrate ( 42 ; 142 ) and one in the second substrate ( 42 ; 142 ) formed reference membrane ( 46 ; 146 ), as well as one at the reference membrane ( 46 ; 146 ) arranged second heating device ( 44 ; 144 ) which is designed to apply heat to the reference membrane ( 46 ; 146 ) the reference device ( 40 ; 140 ) in a direction (z) perpendicular to the measuring membrane ( 26 ; 126 ) over the first substrate ( 22 ; 222 ) is attached; the first heating device ( 24 ; 124 ) electrically connected to the second heating device ( 44 ; 144 ) connected is; and a temperature sensing device ( 60 ) spaced from the measuring membrane ( 26 ; 126 ) and spaced from the reference membrane ( 46 ; 146 ) is arranged.

Contraption ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ) according to claim 1, wherein the measuring device ( 20 ; 120 ) with the reference device ( 40 ; 140 ) is coupled thermally conductively.

Contraption ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ) according to claim 1 or 2, wherein the reference membrane ( 46 ; 146 ) in at least one direction (x, y) parallel to the measuring membrane ( 16 ) and / or to the reference membrane ( 46 ; 146 ) flush with the measuring membrane ( 16 ) or wholly or partially offset to the measuring membrane ( 16 ) is arranged.

Contraption ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the measuring membrane ( 26 ; 126 ) and the reference membrane ( 46 ; 146 ) are the same in terms of their dimensions, their production material and / or their orientation in space.

Contraption ( 210 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the measuring device ( 20 ; 120 ) and the reference device ( 40 ; 140 ) are the same.

Contraption ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the first heating device ( 24 ; 124 ) and / or the second heating device ( 44 ; 144 ) is arranged in an externally accessible recess or in a closed cavern.

Contraption ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ) according to one of claims 1 to 6, comprising: a sealing device ( 62 ), by means of which the measuring device ( 20 ; 120 ) in an external housing ( 66 ) insertable or on an external housing ( 66 ) is attachable such that the reference membrane ( 46 ; 146 ) relative to that through the housing ( 66 ) to the measuring membrane ( 26 ; 126 ), gas to be detected is sealed.

Contraption ( 10 ; 110 ; 210 ; 310 ; 410 ; 510 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the first heating device ( 26 ; 126 ) a first heating resistor ( 181 ) and a second heating resistor ( 82 ) having; the second heating device ( 46 ; 146 ) a third heating resistor ( 183 ) and a fourth heating resistor ( 184 ) having; wherein the first heating resistor ( 181 ) and the third heating resistor ( 183 ) are electrically connected in series; and wherein the second heating resistor ( 182 ) and the fourth heating resistor ( 184 ) are electrically connected in series.

Contraption ( 410 ; 510 ) according to one of claims 1 to 8, with a pressure device ( 470 ; 570 ), which in the direction (z) perpendicular to the measuring membrane ( 26 ; 126 ) above the reference device ( 40 ; 140 ) is arranged.

Method for detecting a gas, comprising: conducting (S01) a gas to be detected to a gas in a first substrate ( 22 ; 222 ) of a measuring device ( 20 ; 120 ) formed measuring membrane ( 26 ; 126 ); Discharging (S02) heat to the measuring membrane ( 26 ; 126 ) by means of a first heating device ( 24 ; 124 ), which at the measuring membrane ( 26 ; 126 ) is arranged; Discharging (S03) heat to one in a second substrate ( 42 ; 142 ) trained Reference membrane ( 46 ; 146 ) by means of a second heating device ( 44 ; 144 ) attached to the reference membrane ( 46 ; 146 ) is arranged; the first heating device ( 24 ; 124 ) electrically connected to the second heating device ( 44 ; 144 ) connected is; Measuring (S04) a temperature by means of a temperature sensor device ( 60 ) spaced from the measuring membrane ( 26 ; 126 ) and spaced from the reference membrane ( 46 ; 146 ) at the measuring device ( 20 ; 120 ) or the reference device ( 40 ; 140 ) is arranged; and detecting (S05) the gas to be detected based at least on the measuring membrane ( 26 ; 126 ) discharged on the reference membrane ( 46 ; 146 ) and the measured temperature.