DE102017114566A1

DE102017114566A1 - Verfahren zur Bestimmung der Dampfkonzentration unter Verwendung der magnetischen Eigenschaften des Dampfes

Info

Publication number: DE102017114566A1
Application number: DE102017114566.4A
Authority: DE
Inventors: Michael Long
Original assignee: Aixtron SE
Current assignee: Aixtron SE
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-03
Also published as: WO2019002280A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Stoffes in einer Messzelle (17) insbesondere eines durch die Messzelle (17) geförderten Dampfes oder von Partikeln in einem Fluidstrom, mit einer ersten Spule (1) und einer zweiten Spule (2), die so angeordnet sind, dass deren elektromagnetische Eigenschaft von der magnetischen, insbesondere paramagnetischen oder diamagnetischen Eigenschaft des Stoffes beeinflusst wird. Zur Minimierung des Strömungswiderstandes einer durch die Spulen (1, 2) hindurchtretenden Gasströmung wird vorgeschlagen, dass die Spulen (1, 2) in Reihe geschaltet und derart räumlich einander zugeordnet sind, dass die äußeren Feldlinien (f) eines durch Hindurchleiten eines Stromes durch die Spulen (1, 2) in einer Spule (1) erzeugten Magnetfeldes zumindest bereichsweise richtungsgleich zu den inneren Feldlinien des in der anderen Spule (2) erzeugten Magnetfeldes verlaufen. Bevorzugt ist eine geradzahlige Anzahl von Spulen (1 bis 4) jeweils paarweise mit entgegengerichtetem Windungssinn in Reihe geschaltet.

Description

Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Stoffes in einer Messzelle insbesondere eines durch die Messzelle geförderten Dampfes oder von Partikeln in einem Fluidstrom, mit ein oder mehreren ersten Spulen und ein oder mehreren zweiten Spulen, wobei die ein oder mehreren ersten und zweiten Spulen so angeordnet sind, dass deren elektromagnetische Eigenschaften, insbesondere Induktivität von der magnetischen, insbesondere paramagnetischen oder diamagnetischen Eigenschaft des Stoffes beeinflusst wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus auch die Verwendung einer derartigen Vorrichtung in einer Dampfquelle einer OLED-Beschichtungseinrichtung.
Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Vorrichtung wird in der DE 10 2014 101 971 A1 beschrieben. Eine von einem Keramikträger getragene Zylinderspule erstreckt sich koaxial zu einer Strömungsrichtung eines Fluids, das einen Dampf aus einem organischen Ausgangsstoff beinhaltet. Der organische Ausgangsstoff besitzt paramagnetische oder diamagnetische Eigenschaften, die die Induktivität der Spule beeinflussen. Durch Messen der Induktivität werden Rückschlüsse auf die Konzentration des Dampfes innerhalb einer Messzelle gewonnen, in der sich die Spulenanordnung befindet.
Spulenanordnungen zur Messung von Strömungen oder Konzentrationen organischer Ausgangsstoffe unter Verwendung der paramagnetischen oder diamagnetischen Eigenschaften derselben werden auch beschrieben in den US 8,115,478 B2 , US 3,447,073 , US 3,076,929 , US 5,793,199 , US 5,001,424 , US 4,651,092 , US 4,613,815 , US 5,444,367 und WO 2004/104561 A1 .
Als nachteilig am Stand der Technik werden die relativ hohen ferromagnetischen oder paramagnetischen Eigenschaften der Sensorspulen angesehen. Die vom Stand der Technik offenbarten Messvorrichtungen sind nicht in der Lage, geringste Konzentrationen von schwach paramagnetischen oder schwach diamagnetischen Stoffen zu ermitteln.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass ihre Empfindlichkeit erhöht wird. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Messvorrichtung, die bei niedrigen Drucken im Bereich von 1 mbar und bei Temperaturen zwischen 200 und 450°C Dampfkonzentrationen messen kann.
Gelöst wir die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Erfindung darstellen, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe sind.
Die erfindungsgernäße Vorrichtung ist in der Lage, die Konzentration eines Stoffes in einer Messzelle, insbesondere eines durch die Messzelle geförderten Dampfes oder die Konzentration von Partikeln in einem durch die Messzelle geförderten Fluidstroms zu bestimmen. Dabei werden die paramagnetischen oder diamagnetischen Eigenschaften des Stoffes verwendet. Eine erste und eine zweite Spule sind derart angeordnet, dass deren Induktivität von den magnetischen Eigenschaften des Stoffes beeinflusst wird. Abhängig davon, ob der Stoff paramagnetische oder diamagnetische Eigenschaften aufweist, wird die Induktivität proportional oder antiproportional von der Konzentration beeinflusst. Die Spulenanordnung kann ein oder mehrere erste Spulen und ein oder mehrere zweite Spulen aufweisen. Die Spulen werden derartig bestromt und sind derartig räumlich angeordnet, dass die sich außerhalb der ersten Spulen erstreckenden äußeren Feldlinien eines durch Hindurchleiten eines ersten Stromes durch die ersten Spulen erzeugten ersten Magnetfeldes im Inneren der ein oder mehreren zweiten Spulen zumindest bereichsweise parallel und richtungsgleich verlaufen mit den sich innerhalb der zweiten Spulen erstreckenden inneren Feldlinien eines durch Hindurchleiten eines zweiten Stromes durch die zweiten Spulen erzeugten zweiten Magnetfeldes. Die ersten Spulen können ebenso wie die zweiten Spulen mehrfach ausgebildet sein, wobei die Anzahl der ersten Spulen mit der Anzahl der zweiten Spulen übereinstimmt. Die Anzahl von ersten Spulen und zweiten Spulen können aber auch verschieden sein. Grundsätzlich reicht es aus, wenn genau eine erste Spule und genau eine zweite Spule vorgesehen ist. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung sind die mindestens eine erste Spule und die mindestens eine zweite Spule derart in Reihe geschaltet, dass durch die Spulen derselbe Strom fließt. Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Spulen in einer bestimmten räumlichen Art einander zugeordnet sind. In jeder der beiden Spulen wird beim Hindurchleiten eines Stromes ein Magnetfeld erzeugt. Das jeweilige Magnetfeld besitzt innere Feldlinien, die sich im inneren des Spulenkörpers erstrecken und äußere Feldlinien, die sich im Außenbereich des Spulenkörpers erstrecken. Die beiden Spulen oder bevorzugt mehrere, insbesondere eine geradzahlige Anzahl von Spulen sind derart räumlich einander zugeordnet, dass die äußeren Feldlinien eines durch Hindurchleiten eines Stromes durch eine erste Spule erzeugten Magnetfeldes zumindest bereichsweise richtungsgleich zu den inneren Feldlinien eines in einer zweiten Spule erzeugten Magnetfeldes verlaufen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die äußeren Feldlinien der einen Spule sich mit den inneren Feldlinien der anderen Spule im Inneren der anderen Spule positiv ergänzen. Es findet somit eine Feldverstärkung jeweils im Inneren einer Spule statt, wobei die Ursache der Feldverstärkung das äußere Magnetfeld der anderen Spule ist. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die erste und die zweite Spule mit entgegengerichtetem Windungssinn in Reihe geschaltet nebeneinander angeordnet. Bevorzugt besitzt die Spulenanordnung eine geradzahlige Anzahl von Spulen. Jeweils zwei der Spulen sind paarweise mit entgegengerichtetem Windungssinn in Reihe geschaltet nebeneinander angeordnet. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass jedes aus zwei derartig angeordneten Spulen bestehende Spulenpaar wiederum mit einem anderen Paar in Reihe geschaltet ist. Es ergibt sich eine mehrfach gebrochene oder gefaltete um 180° zurückgeklappte Zylinderspule, deren Spulenabschnitte die erfindungsgemäßen Spulen ausbilden. Die mindestens zwei Spulen werden bevorzugt von einer einzigen wendelgangförmigen Wicklung gebildet, die zumindest an einer Stelle um 180° gefaltet ist. Die nebeneinander angeordneten Spulen sind insbesondere mittels Leitungsbrücken miteinander verbunden. Die Spulen der insbesondere geradzahligen Spulenanordnung sind insbesondere baugleich. Die Spulen eines Spulenpaares oder sämtliche Spulen einer Spulenanordnung besitzen dieselbe Geometrie. Sie bestehen aus demselben Draht, besitzen dieselbe Windungszahl, dieselbe Spulenlänge, denselben Spulendurchmesser und sind insbesondere mit denselben insbesondere keramischen Materialien fixiert. Mit den keramischen Materialien sind einzelne benachbarte Windungen aneinander gefesselt, so dass die Spulen eine Formstabilität bekommen. Die bevorzugt achsparallel zueinander verlaufenden Spulen erstrecken sich in der Messzelle parallel zur Strömungsrichtung des Dampfes bzw. des Fluides. Eine der Spulen kann 100 bis 500, bevorzugt 200 bis 400, besonders bevorzugt 300 Wicklungen aufweisen. Die Spulenfläche kann zwischen 0,5 und 4 cm², bevorzugt zwischen 1 und 2 cm² liegen. Bevorzugt liegt die Spulenfläche bei 1,6 cm². Die Spulen der Spulenanordnung sind bevorzugt in dichtester Packung innerhalb des Querschnitts des Strömungskanales angeordnet. Eine bevorzugte Spulenanordnung besitzt deshalb vier, sechs, acht oder mehr Spulen. Der Strömungskanal kann einen Durchmesser im Bereich zwischen 10 und 80 mm aufweisen. Bevorzugt liegt der Durchmesser im Bereich zwischen 10 und 60 mm. Besonders bevorzugt liegt der Strömungskanaldurchmesser im Bereich zwischen 20 und 50 mm. Besonders bevorzugt liegt der Durchmesser bei etwa 38 mm. Es ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die einen Wechselstrom erzeugt, der durch die in Reihe geschalteten Spulen hindurchfließt, um das Magnetfeld zu erzeugen. Der Wechselstrom besitzt bevorzugt eine Frequenz zwischen 50 und 200 kHz. Für die Detektion von Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserdampf sowie organische Dämpfe wird eine Frequenz im Bereich zwischen 300 und 500 kHz bevorzugt. Zur Detektierung anderer Materialien, bspw. Kupfer, Aluminium, Titan oder Stahl, liegt die bevorzugte Frequenz bei 100 kHz. Es ist aber auch vorgesehen, Frequenzen im Bereich von 100 kHz bis 1 GHz zu verwenden.
Es kann eine Referenzspulenanordnung vorgesehen sein. Die Spulenanordnung und die Referenzspule können jeweils Teil eines Schwingkreises sein. Durch die Veränderung der Konzentration des Stoffes, insbesondere Dampfes, in der Messzelle ändert sich die Induktivität der Spule. Es ändert sich insbesondere der komplexe Widerstand, also der kapazitive Blindwiderstand oder der induktive Blindwiderstand. Hierdurch ändern sich die Amplitude und/oder die Phasenlage des Wechselstromsignals der Spulenanordnung gegenüber der Referenzspule. Die Spulenanordnung kann auch Teil eines Transformators sein. Dann ändert sich mit der Konzentration des Stoffes das Übertragungsverhalten des Transformators. Die Änderung der Induktivität und insbesondere die Änderung des kapazitiven oder induktiven Blindwiderstandes der erfindungsgemäßen Luftspulenanordnung gegenüber einer Referenzspulenanordnung kann analog oder digital gemessen werden. Hierzu kann ein Lock-in-Verstärker verwendet werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zur Herstellung der Spulen nicht ferromagnetische Drähte, insbesondere Kupferdrähte, verwendet. Der Durchmesser kann bei 200 µm liegen. Es ist vorgesehen, die einzelnen Windungen mittels eines keramischen Materials aneinander zu binden, wie dies bereits in der DE 10 2014 101 971 A1 beschrieben ist. Die Oberflächen der Drähte können darüber hinaus auch keramisch beschichtet sein. Die Werkstoffe, mit denen die Spulenanordnung gefertigt ist, sind insbesondere in der Lage, bei Temperaturen bis zu 1200°C angewendet werden zu können. Das äußere Erscheinungsbild der Spulenanordnung ähnelt einer mehrfach gefalteten langen Zylinderspule, wobei die lange Zylinderspule entweder einfach gefaltet ist, um so zwei baugleiche Spulen zu bilden, oder dreifach gefaltet ist, um vier baugleiche Spulen auszubilden, die alle in Reihe geschaltet sind und mit entgegengerichteter Polung nebeneinander liegen. Besitzt die Zylinderanordnung mehr als vier Spulen, so ist die lange Zylinderspule entsprechend öfter gefaltet. Ein bevorzugtes Verfahren zur Fertigung der Spulen der Spulenanordnung sieht deshalb zunächst die Fertigung einer langen Wendelgangspule vor, die anschließend an mehreren Stellen jeweils um 180° gefaltet wird.
Die Anzahl der ersten Spulen kann von der Anzahl der zweiten Spulen verschieden sein. Die ersten Spulen können mit den zweiten Spulen baugleich sein. Es ist aber auch vorgesehen, dass die ersten Spulen unterschiedliche Windungszahlen als die zweiten Spulen aufweist und/oder dass die ersten und zweiten Spulen nicht in Reihe geschaltet sind, sondern individuell bestromt werden bzw. mit verschieden großen Strömen bestromt werden. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Spulen unterschiedliche Spulendurchmesser aufweisen. Besonders bevorzugt ist aber eine Ausgestaltung, bei der das über die Flächen der Spulen ermittelte Integral der magnetischen Feldstärke der ersten und zweiten Spulen im Wesentlichen betragsgleich ist. Hierzu wird über jede Spulenfläche die magnetische Flussdichte integriert und die Summe jeweils über die ersten und zweiten Spulen gebildet. Die Summen sollen annähernd betragsgleich sein. Die Feder sind jedoch richtungsverschieden, insbesondere entgegengerichtet.
Die erfindungsgernäße Vorrichtung wird insbesondere an einer OLED-Beschichtungseinrichtung verwendet, um den Massenfluss eines Dampfes eines organischen Ausgangsstoffes von einer Dampfquelle in zu einem Substrat zu messen bzw. regeln. Die Erzeugung des Dampfes erfolgt bei Totaldrucken im einstelligen Millibar-Bereich. Die Druckdifferenz zwischen Quelle und Substrat, auf dem der Dampf kondensiert wird, ist bei einer derartigen Vorrichtung minimal und beträgt nur wenige Millibar oder sogar weniger als 1 mbar. Es ist deshalb von Vorteil, dass die erfindungsgemäße Spulenanordnung der den Dampf transportierenden Strömung einen minimalen Strömungswiderstand bietet. Der Druckunterschied an der Spulenanordnung ist minimiert. Durch den Verdampfer, mit dem der Dampf erzeugt wird, wird ein Trägergas geleitet, wobei der Massenfluss des Trägergases vor dem Einspeisen des Trägergases in den Verdampfer durch einen Massenflussregler geregelt bzw. gemessen wird. Mit der erfindungsgemäßen Spulenanordnung lässt sich die Dampfkonzentration innerhalb des Trägergasstromes ermitteln und daraus die Massenflussrate.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 schematisch und dreidimensional eine in einem Strömungskanal 10 angeordnete, aus einer ersten Spule 1 und einer zweiten Spule 2 bestehenden Spulenanordnung,
2 die in 1 dargestellte Spulenanordnung,
3 eine Darstellung gemäß 1 eines zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem eine erste Spule 1, eine zweite Spule 2, eine dritte Spule 3 und eine vierte Spule 4 im Strömungskanal 10 angeordnet sind,
4 eine Darstellung gemäß 3, jedoch ohne das Gehäuse 9,
5 ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Achsen von vier Spulen in einer Ebene liegen und sich in einem Punkt treffen,
6 eine Schnittdarstellung durch ein Spulenpaar 1, 2 zur Verdeutlichung des Verlaufs der Feldlinien f,
7 ein erstes Schaltbild,
8 ein zweites Schaltbild,
9 ein Verwendungsbeispiel der Vorrichtung,
10 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Anzahl der ersten Spulen von der Anzahl der zweiten Spulen verschieden ist,
11 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß 10, bei dem die Spulenflächen der ersten Spule 1 und der zweiten Spule 2 voneinander verschieden sind,
12 ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Darstellung gemäß 10, wobei eine zentrale erste Spule 1 von mehreren zweiten Spulen umgeben ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Das in den 1 und 3 mit 9 gekennzeichnete Gehäuse bildet in seinem Inneren einen Strömungskanal 10 aus, durch den ein Fluid, insbesondere ein Gas oder eine Flüssigkeit strömt. Das Fluid transportiert einen paramagnetischen oder diamagnetischen Stoff, insbesondere einen organischen Ausgangsstoff für die Fertigung von OLEDs. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Stoff um einen Dampf, der mit einem Inertgas transportiert wird. Das Inertgas ist insbesondere (gering) paramagnetisch und (gering) diamagnetisch. Der Druck innerhalb des Strömungskanals 10 liegt im Bereich von 1 mbar. Die Kondensationstemperatur des Dampfes liegt zwischen 200 und 450°C, so dass das Gehäuse 9 des Strömungskanales 10 auf einer Temperatur zwischen 200 und 450°C gehalten ist. Das Gehäuse 9 wird insbesondere von einem Rohr ausgebildet.
Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich innerhalb des Strömungskanales 10 eine Spulenanordnung L, die aus einer ersten Spule 1 und einer baugleichen zweiten Spule 2 besteht. Die beiden Spulen 1, 2 sind antiparallel zueinander angeordnet. Ein Abschnitt der Spulenwicklung bildet eine Brücke 5, mit der die beiden Spulen 1, 2 auf einer ihrer axialen Seiten miteinander verbunden sind. Die Achsen der Spulen 1, 2 verlaufen parallel zueinander und in Richtung der Strömungsrichtung des Dampfstromes durch den Strömungskanal 10. Die Anschlüsse 7, 8 der Spulenanordnung L sind an eine Steuerschaltung 11 angeschlossen.
Die in den 3 und 4 angeordnete Spulenanordnung L unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten Spulenanordnung im Wesentlichen dadurch, dass anstelle von zwei Spulen 1, 2 drei Spulen 1 bis 4 innerhalb des Strömungskanales 10 angeordnet sind. Während die in den 1 und 2 dargestellte Spulenanordnung gewissermaßen von einer einfach gefalteten zylindrischen Langspule gebildet ist, ist die in den 3 und 4 dargestellte Spulenanordnung von einer dreifach gefalteten Langspule ausgebildet, wobei die einzelnen Teilspulen die Spulen 1, 2, 3, 4 ausbilden, die jeweils an Stirnseiten mit Brücken 5, 6 miteinander verbunden sind, so dass zwei Paare 1, 2; 3, 4 von Spulen entstehen, die jeweils dieselbe Geometrie aufweisen, jedoch mit entgegengerichtetem Windungssinn in Reihe geschaltet nebeneinander achsparallel angeordnet sind. Die Durchmesser der Spulen 1, 2, 3, 4 sind so gewählt, dass sie in dichtester Packung im Strömungskanal 10 angeordnet sind. Die Achse des Strömungskanales 10, der eine zylindrische Form aufweisen kann, verläuft dabei parallel zu den Achsen der Spulen 1, 2, 3, 4. Zur Fertigung der Spulenanordnung L wird eine lange Wendelgangspule gefertigt, die dann einmal (1 und 2) oder dreimal (3 und 4) geknickt wird, so dass die Brücken 5 von Wicklungsabschnitten der Wendelgangspule gebildet sind.
Die 5 zeigt eine alternative Anordnung von vier Spulen 1, 2, 3, 4, bei der die Achsen der Spulen 1, 2, 3, 4 in einer gemeinsamen Ebene liegen. Es ist der Verlauf der Feldlinien f dargestellt. Es ist ersichtlich, dass eine Feldlinie f eines von einer ersten Spule erzeugten Magnetfeldes auch durch zumindest eine zweite Spule hindurch verläuft, und zwar richtungsgleich zur Feldlinie des in der zweiten Spule erzeugten Magnetfeldes. Es findet somit eine gegenseitige Magnetfeldverstärkung im Inneren der benachbarten Spulen 1, 2, 3, 4 statt. Die Achsen der Spulen 1, 2, 3, 4 liegen in einem 90°-Winkel zueinander. Die Achsen der Spulen können auf einen gemeinsamen Punkt weisen. Auf einer räumlichen Achse liegen zwei Spulen, die eine entgegengerichtete Polung aufweisen.
Die 6 zeigt eine ähnliche Darstellung wie die 5, jedoch bei zwei achsparallel zueinander liegenden Spulen 1, 2. Die beiden Magnetfelder im Inneren der Spulen 1, 2 sind einander entgegengerichtet. Die äußeren Feldlinien des in einer ersten Spule 1 erzeugten Magnetfeldes durchdringen auch eine zweite Spule 2, und zwar in derselben Richtung, in der die vom Magnetfeld der zweiten Spule erzeugten Feldlinien f.
Mit den erfindungsgemäßen Ausgestaltungen wird die Spuleninduktivität maximiert. Dies gilt sowohl für die Selbstinduktivität als auch für die Gegeninduktivität. Bei der Verwendung der Spulenanordnung L als Sensorelement wird die Wechselwirkung des Spulenvolumens mit dem Dampf bzw. Partikelstrom maximiert. Die Spulenanordnung L bildet zylinderförmige Strömungskanäle 10, die eine geringe Beeinflussung des Gasflusses durch die Spulenanordnung verursacht. Es entstehen geringe Turbulenzen. Der Druckabfall eines durch die Spulenanordnung L strömenden Gasstroms ist minimal, so dass die Vorrichtung bei geringen Drucken im Bereich von 1 mbar verwendet werden kann. Indem die Feldlinien f überwiegend durch zumindest zwei Spulen 1 bis 4 hindurchtreten, vermindert sich das Streumagnetfeld. Wirbelströme, Hystereseeffekte und Sättigungseffekte werden vermieden. Es ist möglich, diamagnetische Gase durch eine hohe Betriebsfrequenz zu detektieren.
Die 7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Verwendung einer Spulenanordnung L mit einer Steuerschaltung 11 bzw. Auswerteschaltung. Die Spulenanordnung L besteht aus den in den 1 und 2 oder den 3 und 4 dargestellten, oder aber auch aus den in der 5 dargestellten Spulen 1 bis 4. Mit L₀ ist eine Referenzspule bezeichnet. Die Spulenanordnung L bildet mit dem Kondensator C einen Schwingkreis. Die Referenzspule L₀ bildet mit dem Kondensator C₀ einen weiteren Schwingkreis. Die Steuerschaltung 11 kann einen Log-in-Verstärker aufweisen. Mittels des Kondensators C₀ bzw. des Kondensators C kann die Schwingfrequenz der beiden Oszillatoren derart eingestellt werden, dass die beiden Oszillatoren in Phasen miteinander schwingen. Eine Änderung der diamagnetischen oder paramagnetischen Eigenschaften innerhalb des Strömungskanales 10 führt zu einer Änderung der Selbstinduktivität der Spulenanordnung L und damit zu einer Verstimmung des Oszillators. Dies führt zu einer Änderung der Phasenlage oder der Amplitudenlage in Bezug auf den Referenzschwingkreis. Diese Änderung ist ein Maß für die Konzentration des Dampfes bzw. von Partikeln innerhalb des Strömungskanales 10.
Die 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung 11. Hier arbeitet die Spulenanordung L mit der Referenzspule L₀ in der Art eines Transformators zusammen.
Die 9 zeigt ein Verwendungsbeispiel der zuvor beschriebenen Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Stoffes mit einer Messzelle 17. Die Messzelle 17 beinhaltet einen Strömungskanal 10, der von einem Gehäuse 9 umgeben ist. Bei dem Gehäuse 9 kann es sich um ein Rohr aus Metall, Keramik oder dergleichen handeln. In einer Dampfquelle 12 wird ein Dampf eines organischen Ausgangsmaterials erzeugt, dessen Konzentration in der Messzelle 17 gemessen wird. In die Dampfquelle 12 wird ein Inertgasstrom I eingespeist, der den dort gebildeten Dampfstrom zur Messzelle 17 fördert. Der Massenfluss des Inertgases ist bekannt, so dass mit Kenntnis der in der Messzelle 17 gemessenen Konzentration der Dampffluss ermittelt werden kann.
Der Dampfstrom wird mittels einer Gasleitung in einen Gasverteiler 13 geleitet, der sich in einem Reaktorgehäuse 14 befindet. In dem Reaktorgehäuse 14 befindet sich darüber hinaus ein gekühlter Substrathalter 15, auf dem ein Substrat 16 liegt, welches mit dem aus dem Gasverteiler 13 austretenden Dampf beschichtet wird, indem der Dampf auf der Oberfläche des Substrats 16 kondensiert.
Die 10 bis 12 zeigen weitere Ausführungsbeispiele, bei denen die Anzahl der ersten Spulen 1 von der Anzahl der zweiten Spule 2 verschieden ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ferner vorgesehen, dass die Ströme, die durch die erste Spule 1 bzw. durch die zweite Spule 2 fließen, voneinander verschieden sind. Die erste Spule 1 kann von einer Stromquelle bestromt werden, die von der Stromquelle verschieden ist, mit der die zweite Spule 2 bestromt wird. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Querschnittsflächen der Spulen voneinander verschieden sind.
Bei dem in der 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine erste Spule 1 vorgesehen und sind zwei zweite Spulen 2 vorgesehen. Die zweiten Spulen 2 haben denselben Spulenquerschnitt wie die erste Spule 1. Damit die beiden zweiten Spulen 2 insgesamt dieselbe magnetische Feldstärke erzeugen, können sie anders bestromt werden, als die erste Spule 1. Die beiden zweiten Spulen sind parallel gepolt, aber antiparallel zur ersten Spule 1.
Bei dem in der 11 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die erste Spule eine größere Spulenfläche als die zweite Spule 2. Es sind insgesamt zwei zweite Spulen vorgesehen, die richtungsgleich gepolt sind. Hier können die Ströme, die durch die erste Spule bzw. die zweite Spule fließen, gleich groß sein. Die Spulenflächen der zweiten Spulen sind derart bemessen, dass sie in der Summe dieselbe magnetische Feldstärke erzeugen wie die erste Spule 1, wobei die Richtungen der Feldstärken aber entgegengesetzt sind.
Bei dem in der 12 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich innerhalb des Strömungskanales 10 mittig eine erste Spule 1. Die erste Spule 1 ist von mehreren zweiten Spulen 2 umgeben, wobei die zweiten Spulen jeweils eine kleinere Spulenfläche aufweisen, als die erste Spule 1. Es kann vorgesehen sein, dass die Summe der Spulenflächen der zweiten Spulen 2 der Spulenfläche der ersten Spule 1 entspricht.
Die vorstehenden Ausführungen dienen der Erläuterung der von der Anmeldung insgesamt erfassten Erfindungen, die den Stand der Technik zumindest durch die folgenden Merkmalskombinationen jeweils auch eigenständig weiterbilden, wobei zwei, mehrere oder alle dieser Merkmalskombinationen auch kombiniert sein können, nämlich:
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die ein oder mehreren ersten und zweiten Spulen 1, 2 derart bestromt und räumlich angeordnet sind, dass die sich außerhalb der ein oder mehreren ersten Spulen 1 erstreckenden äußeren Feldlinien f eines durch Hindurchleiten eines ersten Stromes durch die ein oder mehreren ersten Spulen 1 erzeugten ersten Magnetfeldes im Inneren der ein oder mehreren zweiten Spulen 2 zumindest bereichsweise parallel und richtungsgleich verlaufen mit den sich innerhalb der ein oder mehreren zweiten Spulen 2 erstreckenden inneren Feldlinien f eines durch Hindurchleiten eines zweiten Stromes durch die ein oder mehreren zweiten Spulen 2 erzeugten zweiten Magnetfeldes.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest eine erste Spule 1 mit zumindest einer zweiten Spule 2 in Reihe geschaltet ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die zumindest eine erste und die zumindest eine zweite Spule 1, 2 mit entgegengerichtetem Windungssinn in Reihe geschaltet nebeneinander angeordnet sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass eine geradzahlige Anzahl von Spulen 1 bis 4 jeweils paarweise mit entgegengerichtetem Windungssinn in reihe geschaltet nebeneinander angeordnet sind, wobei insbesondere die jeweils von zwei Spulen gebildeten Spulenpaare in Reihe geschaltet sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die jeweils zylindrischen Spulen 1 bis 4 insbesondere eines Spulenpaares dieselbe Geometrie aufweisen.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spulen 1 bis 4 achsparallel zueinander verlaufen und insbesondere von einer einzigen wendelgangförmigen Wicklung gebildet sind, die zumindest an einer Stelle um insbesondere 90° oder 180° gefaltet ist.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Achsen der Spulen 1 bis 4 parallel zur Strömungsrichtung des Dampfes oder des Fluidstroms innerhalb eines von der Messzelle 17 gebildeten Gehäuses 9 angeordnet sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spulen 1 bis 4 in dichtester Anordnung im Strömungskanal 10 angeordnet sind.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die baugleichen Spulen 1 bis 4 100 bis 500, bevorzugt 200 bis 400, besonders bevorzugt 300 Wicklungen aufweisen und/oder dass die Spulenflächen 0,5 bis 4 cm², bevorzugt 1 bis 2 cm², besonders bevorzugt 1,6 cm² betragen und/oder dass der Strömungskanal einen Durchmesser von 10 bis 80 mm, bevorzugt 20 bis 60 mm und besonders bevorzugt etwa 38 mm aufweist und/oder dass eine Steuerschaltung 11 die von den Spulen 1 bis 4 ausgebildete Spulenanordnung L mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 300 kHz bis 1 GHz, bevorzugt 500 kHz beaufschlagt.
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Anzahl der ersten Spulen 1 von der Anzahl der zweiten Spulen 2 verschieden ist
Eine Vorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das über die Spulenflächen ermittelte Integral der magnetischen Feldstärken der ein oder mehreren ersten Spulen 1 und ein oder mehreren zweiten Spulen 2 im Wesentlichen betragsgleich ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Spulen 1, 2 voneinander verschiedene Windungszahlen und/oder voneinander verschiedene Spulendurchmesser und/oder dass die ersten und zweiten Spulen 1, 2 mit voneinander verschiedenen Strömen bestromt werden.
Eine Verwendung einer Vorrichtung, gekennzeichnet durch das Messen oder Regeln einer Flussrate eines Dampfes eines organischen Ausgangsstoffs in einer Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates 16 mit einer OLED-Beschichtung.
Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen. Die Unteransprüche charakterisieren, auch ohne die Merkmale eines in Bezug genommenen Anspruchs, mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen. Die in jedem Anspruch angegebene Erfindung kann zusätzlich ein oder mehrere der in der vorstehenden Beschreibung, insbesondere mit Bezugsziffern versehene und/oder in der Bezugsziffernliste angegebene Merkmale aufweisen. Die Erfindung betrifft auch Gestaltungsformen, bei denen einzelne der in der vorstehenden Beschreibung genannten Merkmale nicht verwirklicht sind, insbesondere soweit sie erkennbar für den jeweiligen Verwendungszweck entbehrlich sind oder durch andere technisch gleichwirkende Mittel ersetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Spule
2: Spule
3: Spule
4: Spule
5: Brücke
6: Brücke
7: Anschluss
8: Anschluss
9: Gehäuse
10: Strömungskanal
11: Steuerschaltung
12: Dampfquelle
13: Gasverteiler
14: Reaktorgehäuse
15: Substrathalter
16: Substrat
17: Messzelle
C: Kondensator
C₀: Kondensator
I: Inertgasstrom
L: Spulenanordnung
L₀: Referenzspule
f: Feldlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014101971 A1 [0003, 0009]
US 8115478 B2 [0004]
US 3447073 [0004]
US 3076929 [0004]
US 5793199 [0004]
US 5001424 [0004]
US 4651092 [0004]
US 4613815 [0004]
US 5444367 [0004]
WO 2004/104561 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration eines Stoffes in einer Messzelle (17) insbesondere eines durch die Messzelle (17) geförderten Dampfes oder von Partikeln in einem Fluidstrom, mit ein oder mehreren ersten Spulen (1) und ein oder mehreren zweiten Spulen (2), wobei die ein oder mehreren ersten und zweiten Spulen (1, 2) so angeordnet sind, dass deren elektromagnetische Eigenschaft von der magnetischen, insbesondere paramagnetischen oder diamagnetischen Eigenschaft des Stoffes beeinflusst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die ein oder mehreren ersten und zweiten Spulen (1, 2) derart bestromt und räumlich angeordnet sind, dass die sich außerhalb der ein oder mehreren ersten Spulen (1) erstreckenden äußeren Feldlinien (f) eines durch Hindurchleiten eines ersten Stromes durch die ein oder mehreren ersten Spulen (1) erzeugten ersten Magnetfeldes im Inneren der ein oder mehreren zweiten Spulen (2) zumindest bereichsweise parallel und richtungsgleich verlaufen mit den sich innerhalb der ein oder mehreren zweiten Spulen (2) erstreckenden inneren Feldlinien (f) eines durch Hindurchleiten eines zweiten Stromes durch die ein oder mehreren zweiten Spulen (2) erzeugten zweiten Magnetfeldes.
Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine erste Spule (1) mit zumindest einer zweiten Spule (2) in Reihe geschaltet ist.
Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste und die zumindest eine zweite Spule (1, 2) mit entgegengerichtetem Windungssinn in Reihe geschaltet nebeneinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine geradzahlige Anzahl von Spulen (1 bis 4) jeweils paarweise mit entgegengerichtetem Windungssinn in reihe geschaltet nebeneinander angeordnet sind, wobei insbesondere die jeweils von zwei Spulen gebildeten Spulenpaare in Reihe geschaltet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils zylindrischen Spulen (1 bis 4) insbesondere eines Spulenpaares dieselbe Geometrie aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (1 bis 4) achsparallel zueinander verlaufen und insbesondere von einer einzigen wendelgangförmigen Wicklung gebildet sind, die zumindest an einer Stelle um insbesondere 90° oder 180° gefaltet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Spulen (1 bis 4) parallel zur Strömungsrichtung des Dampfes oder des Fluidstroms innerhalb eines von der Messzelle (17) gebildeten Gehäuses (9) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (1 bis 4) in dichtester Anordnung im Strömungskanal (10) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die baugleichen Spulen (1 bis 4) 100 bis 500, bevorzugt 200 bis 400, besonders bevorzugt 300 Wicklungen aufweisen und/oder dass die Spulenflächen 0,5 bis 4 cm², bevorzugt 1 bis 2 cm², besonders bevorzugt 1,6 cm² betragen und/oder dass der Strömungskanal einen Durchmesser von 10 bis 80 mm, bevorzugt 20 bis 60 mm und besonders bevorzugt etwa 38 mm aufweist und/oder dass eine Steuerschaltung (11) die von den Spulen (1 bis 4) ausgebildete Spulenanordnung (L) mit einem Wechselstrom mit einer Frequenz von 300 kHz bis 1 GHz, bevorzugt 500 kHz beaufschlagt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der ersten Spulen (1) von der Anzahl der zweiten Spulen (2) verschieden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das über die Spulenflächen ermittelte Integral der magnetischen Flussdichten der ein oder mehreren ersten Spulen (1) und ein oder mehreren zweiten Spulen (2) im Wesentlichen betragsgleich ist, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Spulen (1, 2) voneinander verschiedene Windungszahlen und/oder voneinander verschiedene Spulendurchmesser und/oder dass die ersten und zweiten Spulen (1, 2) mit voneinander verschiedenen Strömen bestromt werden.
Verwendung einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zum Messen oder Regeln einer Flussrate eines Dampfes eines organischen Ausgangsstoffs in einer Vorrichtung zur Beschichtung eines Substrates (16) mit einer OLED-Beschichtung.
Vorrichtung oder Verwendung, gekennzeichnet durch eines oder mehrere der kennzeichnenden Merkmale eines der vorhergehenden Ansprüche.