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Die Erfindung betrifft ein Strömungssensorelement,
das mindestens ein Temperaturmesselement mit mindestens einem Platin-Dünnfilmwiderstand und
mindestens ein Heizelement mit mindestens einem Platin-Dünnfilmwiderstand
aufweist, wobei das mindestens eine Temperaturmesselement und das mindestens
eine Heizelement an einem Trägerelement
angeordnet sind, das aus einem Keramikfolien-Laminat oder einem
mehrteiligen Keramikbauteil gebildet ist, wobei das Trägerelement
elektrische Leiterbahnen und Anschlussflächen zur elektrischen Kontaktierung
des mindestens einen Temperaturmesselements sowie des mindestens
einen Heizelements aufweist. Des weiteren betrifft die Erfindung die
Verwendung eines solchen Strömungssensorelements.
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Derartige Strömungssensorelemente sind aus
der
EP 1 065 476 A1 bekannt.
Hier ist ein thermischer Luftdurchflusssensor offenbart, bei dem
ein Sensorelement mit einem Heizwiderstand und einem Widerstandstemperaturmesselement
in einer Aussparung eines Keramiklaminatkörpers versenkt angeordnet und
mit Keramikzement befestigt ist. Aufgrund der Klebeverbindung und
der versenkten Anordnung des Sensorelements mit beziehungsweise in
dem Keramiklaminat weist das Sensorelement eine merkliche Reaktionsträgheit bei
Temperaturwechseln des Messmediums auf. Die elektrischen Kontakte
sind im Strömungsbereich
mit einem Epoxidharz bedeckt, so dass ein Einsatz der Vorrichtung bei
Temperaturen oberhalb 300°C
nicht möglich
ist. Zudem ist die Anordnung aufwendig und daher kostenintensiv.
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Die noch nicht veröffentlichte
Patentanmeldung
DE 102 25
602.0-33 der Patentanmelderin offenbart einen Temperatursensor
mit einer Gesamtdicke von 10 bis 100 μm, der ein metallisches Foliensubstrat
mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung aufweist, auf welcher
ein Platin- Dünnfilmwiderstand
als temperatursensitives Element angeordnet ist. Der Temperatursensor
ist im Bereich eines Kühlkörpers für ein Halbleiterbauelement
eingesetzt.
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Die
DE 195 06 231 A1 offenbart ein Heißfilmanemometer
mit einem Temperaturmesswiderstand und einem Heizwiderstand. Der
Heizwiderstand ist brückenartig
in einer Ausnehmung einer Kunststoffträgerplatte angeordnet. Die Platin-Temperatur-Dünnschichtelemente
für den
Temperaturmesswiderstand und den Heizwiderstand sind auf einem Keramiksubstrat,
welches vorzugsweise aus Aluminiumoxid gebildet ist, angeordnet.
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Die
DE 199 41 420 A1 offenbart ein Sensorelement
zur Temperaturmessung auf einem metallischen Substrat, das eine
Isolationsschicht als Membrane aufweist. Dabei überspannt die Membrane eine
Ausnehmung im metallischen Substrat. Der Platindünnfilm ist dabei im Bereich
der Ausnehmung auf der Membrane angeordnet.
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Die
DE 101 24 964 A1 offenbart einen Sensor zur
Messung von Strömungsgeschwindigkeiten von
Gasen oder Flüssigkeiten
mit einer Trägermembran,
die in Form einer Fahne ausgebildet ist. Die Trägermembran ist vorzugsweise
aus einem Kunststoff gebildet und weist eine elektrische Leiterbahn aus
Platin und elektrische Zuleitungen auf. Der Einsatz eines solchen
Sensors mit einer Trägermembran
aus Kunststoff ist bei Temperaturen oberhalb 300°C nicht möglich.
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Es ist nun Aufgabe der Erfindung,
ein schnell ansprechendes Strömungssensorelement
zur Messung von Massendurchflüssen
von heißen
gasförmigen
oder flüssigen
Medien bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird für das Strömungssensorelement
dadurch gelöst,
dass das mindestens eine Temperaturmesselement und das mindestens
eine Heizelement jeweils eine metallische Trägerfolie mit einer elektrisch
isolierenden Beschichtung aufweisen, auf welcher die Platin-Dünnfilmwiderstände angeordnet
sind.
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Die Trägerfolie ist entsprechend dünn ausgebildet,
so dass eine äußerst geringe
thermische Trägheit
des Systems und damit eine hohe Ansprechgeschwindigkeit der Platin-Dünnfilmwiderstände resultiert.
Zur Bildung eines Keramikfolien-Laminats können entweder keramische Grünfolien
( = ungebrannte Folien ) laminiert und gebrannt werden oder aber bereits
gesinterte Keramikfolien eingesetzt werden, die dann vorzugsweise
mit einem Glaslot verklebt werden. Die zum Aufbau des Strömungssensorelementes
verwendeten Materialien können
hervorragend bei Temperaturen im Bereich von –40°C bis +800°C eingesetzt werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn
die metallische Trägerfolie
eine Dicke im Bereich von 30 μm bis
80 μm aufweist.
Als Material für
die metallische Trägerfolie
haben sich Nickel, eine Nickel-Legierung oder eine Eisen-Legierung
mit Anteilen an Chrom und Aluminium bewährt.
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Weiterhin ist bevorzugt, dass die
elektrisch isolierende Beschichtung auf der Trägerfolie eine Dicke im Bereich
von 2 μm
bis 5 μm
aufweist. Um eine ausreichende Temperaturbeständigkeit der isolierenden Beschichtung
zu erhalten, hat es sich bewährt, die
elektrisch isolierende Beschichtung aus Keramik zu bilden. Besonders
bevorzugt ist es dabei, wenn die elektrisch isolierende Beschichtung
aus einer Einzelschicht aus Al2O3 und/oder SiO und/oder SiO2 gebildet
ist oder wenn die elektrisch isolierende Beschichtung aus mindestens
zwei unterschiedlichen Einzelschichten gebildet ist, wobei die Einzelschichten
aus Al2O3 und/oder
SiO und/oder SiO2 gebildet sind.
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Für
die Platin-Dünnfilmwiderstände hat
es sich bewährt,
wenn diese jeweils eine Dicke im Bereich von 0,5 μm bis 1,2 μm aufweisen.
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Um die Platin-Dünnfilmwiderstände vor
einem korrosiven Angriff durch das Messmedium zu schützen, hat
es sich bewährt,
wenn diese jeweils mit einer Passivierungsschicht bedeckt sind.
Die Passivierungsschicht weist dabei vorzugsweise eine Dicke im
Bereich von 1 μm
bis 5 μm
auf. Besonders hat es sich bewährt,
wenn die Passivierungsschicht aus einer Einzelschicht aus Al2O3 und/oder SiO
und/oder SiO2 gebildet ist oder wenn die
Passivierungsschicht aus mindestens zwei unterschiedlichen Einzelschichten
gebildet ist, wobei die Einzelschichten aus Al2O3 und/oder SiO und/oder SiO2 gebildet
sind.
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Um ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten des
Strömungssensorelements
zu erhalten hat es sich bewährt,
wenn die Trägerfolie,
die elektrisch isolierende Beschichtung, der mindestens eine Platin-Dünnfilmwiderstand
und die Passivierungsschicht des Temperaturmesselements oder des
Heizelements eine Gesamtdicke im Bereich von 10 μm bis 100 μm aufweisen.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn
das mindestens eine Temperaturmesselement eine rechteckige Trägerfolie
mit zwei langen und zwei schmalen Kanten aufweist und dass die Trägerfolie
im Bereich einer der schmalen Kanten zwischen Keramikfolien des
Keramikfolien-Laminats oder zwischen mindestens zwei Teilen des
Keramikbauteils angeordnet ist.
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Ebenso ist es bevorzugt, wenn das
mindestens eine Heizelement eine rechteckige Trägerfolie mit zwei langen und
zwei schmalen Kanten aufweist und dass die Trägerfolie im Bereich einer der
schmalen Kanten zwischen Keramikfolien des Keramikfolien-Laminats
oder zwischen mindestens zwei Teilen des Keramikbauteils angeordnet
ist.
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Die Platin-Dünnfilmwiderstände werden
dabei vorzugsweise an dem, dem Keramikfolien-Laminat oder den Keramikbauteilen abgewandten
Ende der Trägerfolien
angeordnet, um eine möglichst
geringe thermische Beeinflussung der Platin-Dünnfilmwiderstände durch
das thermisch träge
Keramikfolien-Laminat oder die thermisch trägen Keramikbauteile zu gewährleisten.
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Um eine gegenseitige Beeinflussung
von Temperaturmesselement und Heizelement zu unterbinden, ist es
von Vorteil, wenn der mindestens eine Platin-Dünnfilmwiderstand des Heizelements
weiter vom Keramikfolien-Laminat oder vom Keramikbauteil entfernt
angeordnet ist als der mindestens eine Platin-Dünnfilmwiderstand des Temperaturmesselements.
Dadurch sind die Platin-Dünnfilmwiderstände des
Heizelements nicht in der gleichen Strömungsfaser des Messmediums
angeordnet wie die Platin-Dünnfilmwiderstände des
Temperaturmesselements.
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Vorzugsweise sind die Trägerfolien
des mindestens einen Heizelements und des mindestens einen Temperaturmesselements
beabstandet voneinander in Serie zwischen gleichen Keramikfolien
oder Teilen des Keramikbauteils angeordnet.
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Dabei hat es sich bewährt, wenn
das Keramikfolien-Laminat aus zwei Keramikfolien gebildet ist oder
wenn das Keramikbauteil aus zwei Keramikrohren, deren Wandungen
im Querschnitt jeweils ein Halbmondprofil aufweisen, gebildet ist.
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Es hat sich insbesondere zur Messung
von Medien mit wechselnder Strömungsrichtung
bewährt,
wenn ein Temperaturmesselement, zwei Heizelemente und ein Temperaturmesselement
in Serie angeordnet sind.
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Weiterhin haben sich Anordnungen
bewährt, bei
welchen das Keramikfolien-Laminat aus drei Keramikfolien gebildet
ist.
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Dabei hat es sich insbesondere bewährt , wenn
die Trägerfolien
des mindestens einen Heizelements und des mindestens einen Temperaturmesselements
durch Keramikfolien beabstandet voneinander und parallel zueinander
angeordnet sind.
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Es ist bevorzugt, ein Heizelement
zwischen einer ersten und einer zweiten Keramikfolie und ein Temperaturmesselement
zwischen der zweiten und einer dritten Keramikfolie der drei Keramikfolien
anzuordnen, wobei das Heizelement und das Temperaturmesselement
auf gleicher Höhe
des Keramikfolien-Laminats nebeneinander angeordnet sind.
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Außerdem hat es sich bewährt, wenn
ein Heizelement zwischen einer ersten und einer zweiten Keramikfolie
der drei Keramikfolien angeordnet ist und dass zwei Temperaturmesselemente
zwischen der zweiten und einer dritten Keramikfolie der drei Keramikfolien
angeordnet sind, wobei das Heizelement zwischen den Temperaturmesselementen
angeordnet ist.
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Weiterhin haben sich Anordnungen
bewährt, bei
welchen das Keramikfolien-Laminat aus vier Keramikfolien gebildet
ist.
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Dabei ist es bevorzugt, wenn ein
erstes Temperaturmesselement zwischen einer ersten und einer zweiten
Keramikfolie der vier Keramikfolien und ein zweites Temperaturmesselement
zwischen einer dritten und einer vierten Keramikfolie der vier Keramikfolien
angeordnet ist und dass ein Heizelement zwischen der zweiten und
der dritten Keramikfolie angeordnet ist, wobei das Heizelement und
die Temperaturmesselemente auf gleicher Höhe des Keramikfolien-Laminats nebeneinander
angeordnet sind.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn
ein erstes Temperaturmesselement zwischen einer ersten und einer
zweiten Keramikfolie der vier Keramikfolien und ein zweites Temperaturmesselement
zwischen einer dritten und einer vierten Keramikfolie der vier Keramikfolien
angeordnet ist und dass ein Heizelement zwischen der zweiten und
der dritten Keramikfolie angeordnet ist, wobei die Temperaturmesselemente
auf gleicher Höhe
des Keramikfolien-Laminat nebeneinander angeordnet sind und das
Heizelement versetzt zu den Temperaturmesselementen angeordnet ist.
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Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Strömungssensorelements
zur Massendurchflussmessung gasförmiger
oder flüssiger
Medien durch Rohrleitungen, wobei die Trägerfolien parallel zur Strömungsrichtung
des Mediums angeordnet sind, ist ideal.
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Dabei eignet sich das erfindungsgemäße Strömungssensorelement
insbesondere zur Messung an gasförmigen
Medien mit einer Temperatur im Bereich von –40°C bis +800°C, wie sie beispielsweise das
Abgas einer Verbrennungskraftmaschine aufweist.
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Das erfindungsgemäße Strömungssensorelement eignet sich
aber auch zur Messung an flüssigen
Medien mit einer Temperatur im Bereich von 0°C bis 150°C.
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Die Anordnung vom mehreren Temperaturmesselementen
und Heizelementen an dem Trägerelement
ermöglicht
in idealer Weise auch die Erkennung der Strömungsrichtung bzw. von Strömungsrichtungsänderungen
eines Mediums. Insofern ist es vorteilhaft, das erfindungsgemäße Strömungssensorelement
zur Messung an Medien mit sich in zeitlichen Abständen ändernder
Strömungsrichtung
einzusetzen.
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Die 1 bis 9a sollen das erfindungsgemäße Strömungssensorelement
lediglich beispielhaft erläutern.
Es sei hier deshalb ausdrücklich
hinzugefügt,
dass die Anordnung der elektrischen Leiterbahnen und Anschlussflächen sowie
die Anzahl der Platin-Dünnfilme
pro Temperaturmesselement oder Heizelement auch anders gewählt sein
kann, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird.
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So zeigt:
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1 ein
Strömungssensorelement
mit zweischichtigem Keramikfolien-Laminat und einem Temperaturmesselement
und einem Heizelement (Draufsicht von 1a)
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1a das
Strömungssensorelement
aus 1 in Seitenansicht
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2 ein
Strömungssensorelement
mit zweischichtigem Keramikfolien-Laminat und zwei Temperaturmesselementen
und zwei Heizelementen (Draufsicht von 2a)
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2a das
Strömungssensorelement
aus 2 in Seitenansicht
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3 ein
Strömungssensorelement
mit zweischichtigem Keramikfolien-Laminat und zwei Temperaturmesselementen
und einem Doppelheizelement (Draufsicht von 3a)
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3a das
Strömungssensorelement
aus 3 in Seitenansicht
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4 ein
Strömungssensorelement
mit dreischichtigem Keramikfolien-Laminat, zwei Temperaturmesselementen
und einem Doppelheizelement in Draufsicht
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5 ein
Strömungssensorelement
mit dreischichtigem Keramikfolien-Laminat, einem Temperaturmesselement
und einem Heizelement in Draufsicht
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6 ein
Strömungssensorelement
mit dreischichtigem Keramikfolien-Laminat, einem Temperaturmesselement
und einem Heizelement in Draufsicht
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6a das
Strömungssensorelement
aus 6 in Seitenansicht
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6b das
Strömungssensorelement
aus 6a in Seitenansicht
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7 ein
Strömungssensorelement
mit vierschichtigem Keramikfolien-Laminat, zwei Temperaturmesselementen
und einem Doppelheizelement in Draufsicht
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8 ein
Strömungssensorelement
mit vierschichtigem Keramikfolien-Laminat, zwei Temperaturmesselementen
und einem Doppelheizelement in Draufsicht
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9 ein
Strömungssensorelement
mit mehrteiligem Keramikbauteil, einem Temperaturmesselement und
einem Heizelement im Querschnitt A–A' (siehe 9a )
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9a das
Strömungssensorelement
aus 9 in Seitenansicht
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1 zeigt
ein Strömungssensorelement
mit einem Keramikfolien-Laminat 1, das aus einer ersten Keramikfolie 1a aus
Al2O3 und einer
zweiten Keramikfolie 1b aus Al2O3 gebildet ist. Zwischen der ersten Keramikfolie 1a und
der zweiten Keramikfolie 1b sind ein Temperaturmesselement 2 und
ein Heizelement 3 teilweise eingebettet und elektrisch
kontaktiert. Mit diesem Strömungssensorelement
ist es nicht möglich,
die Strömungsrichtung
eines Mediums zu erkennen.
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Prinzipiell erfolgt die Messung des
Massendurchflusses nach dem Prinzip des Heißfilmanemometers. Das Heizelement 3 wird
dabei durch eine elektrische Regelschaltung (Brückenschaltung und Verstärker in
einem Regelkreis ) entweder auf einer konstanten Temperatur (z.B.
von 450°C)
oder einer konstanten Temperaturdifferenz (z.B. von 150 K) zum Temperaturmesselement 2 gehalten.
Eine Änderung im
Massenfluss des Mediums ruft nun eine Änderung der Leistungsaufnahme
des Heizelementes 3 hervor, die elektronisch auswertbar
ist und in direkten Bezug zum Massenfluss steht.
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1a zeigt
das Strömungssensorelement aus 1 in Seitenansicht. Dabei
ist erkennbar, dass das Temperaturmesselement 2 und das
Heizelement 3 über
elektrische Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b mit Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b' elektrisch
kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b sind
auf der ersten Keramikfolie 1a angeordnet und teilweise
von der zweiten Keramikfolie 1b bedeckt. Daher ist ihre
Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 2 weist
eine Trägerfolie 2c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus einer Einzelschicht aus Al2O3 oder SiO2 auf.
Ein Platin-Dünnfilmelement 2a zur
Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 2b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 2c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt. Das Heizelement 3 weist eine Trägerfolie 3c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus einer Einzelschicht aus Al2O3 oder SiO2 auf. Ein
Platin-Dünnfilmelement 3a als
Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 3b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 3c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt.
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Die Keramikfolien 1a, 1b sind
im Bereich 6 entweder durch direktes miteinander Versintern
oder über
ein Glaslot verbunden. Die Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b' sind von der zweiten Keramikfolie 1b unbedeckt,
damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen
Anschlusskabeln erfolgen kann.
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2 zeigt
ein Strömungssensorelement
mit einem Keramikfolien-Laminat 1, das aus einer ersten Keramikfolie 1a aus
Al2O3 und einer
zweiten Keramikfolie 1b aus Al2O3 gebildet ist. Zwischen der ersten Keramikfolie 1a und
der zweiten Keramikfolie 1b sind zwei Temperaturmesselemente 2, 8 und
zwei Heizelemente 3, 7 teilweise eingebettet und
elektrisch kontaktiert. Die Messung erfolgt wiederum prinzipiell
nach dem Prinzip des Heißfilmanemometers, wie
bereits unter 1 beschrieben.
Die Anzahl der Heizelementen 3, 7 und Temperaturmesselementen 2, 8 erlaubt
es nun aber, jeweils einen elektrischen Regelkreis für je ein
Heizelement und je ein Temperaturmesselement ( 2 und 3 bzw. 7 und 8 )
zu bilden und auszuwerten. Mit diesem Strömungssensorelement ist es nun
möglich,
die Strömungsrichtung
eines Mediums zu erkennen, da ein Übertrag an thermischer Energie
von dem Heizelement, das in Strömungsrichtung
zuerst angeordnet ist, an das nachfolgende Heizelement erfolgt.
Die Temperaturänderung beziehungsweise
Erwärmung
des nachfolgenden Heizelementes führt zu einer geringeren Leistungsaufnahme
dieses Heizelementes, was als Signal für die Strömungsrichtung des Mediums ausgewertet werden
kann.
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2a zeigt
das Strömungssensorelement aus 2 in Seitenansicht. Dabei
ist erkennbar, dass die Temperaturmesselemente 2, 8 und
die Heizelemente 3, 7 über elektrische Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b, 9a, 9b, 10a, 10b mit
Anschlussflächen 4a', 4b", 5a", 5b", 9a", 9b", 10a", 10b" elektrisch
kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b, 9a, 9b, 10a, 10b sind
auf der ersten Keramikfolie 1a angeordnet und teilweise
von der zweiten Keramikfolie 1b bedeckt. Daher ist ihre
Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 2 weist
eine Trägerfolie 2c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus zwei Einzelschichten aus AI2O3 und Si02 auf. Ein
Platin-Dünnfilmelement 2a zur
Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 2b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 2c inklusive elektrisch
isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher gestrichelt
dargestellt. Das Heizelement 3 weist eine Trägerfolie 3c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung bestehend
aus zwei Einzelschichten aus Al2O3 und SiO2 auf. Ein
Platin-Dünnfilmelement 3a als
Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 3b sind auf
der Rückseite
der Trägerfolie 3c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt. Das Heizelement 7 weist eine Trägerfolie 7c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung bestehend
aus zwei Einzelschichten aus Al2O3 und SiO2 auf. Ein
Platin-Dünnfilmelement 7a als
Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 7b sind auf
der Rückseite
der Trägerfolie 7c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt. Das Temperaturmesselement 8 weist
eine Trägerfolie 8c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus zwei Einzelschichten aus AI2O3 und SiO2 auf. Ein
Platin-Dünnfilmelement 8a zur
Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 8b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 8c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt.
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Die Keramikfolien 1a, 1b sind
im Bereich 6 entweder durch direktes miteinander Versintern
oder über
ein Glaslot verbunden. Die Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b', 9a', 9b', 10a', 10b' sind von der zweiten Keramikfolie 1b unbedeckt,
damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen
Anschlusskabeln erfolgen kann.
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3 zeigt
ein Strömungssensorelement
mit einem Keramikfolien-Laminat 1, das aus einer ersten Keramikfolie 1a aus
Al2O3 und einer
zweiten Keramikfolie 1b aus Al2O3 gebildet ist. Zwischen der ersten Keramikfolie 1a und
der zweiten Keramikfolie 1b sind zwei Temperaturmesselemente 2, 8 und
ein Doppelheizelement 11, 11' teilweise eingebettet und elektrisch
kontaktiert. Unter einem Doppelheizelement wird hier verstanden,
dass zwei Heizelemente, die elektrisch getrennt angesteuert werden
können, mit
einer gemeinsamen beschichteten Trägerfolie ausgeführt sind.
Auch mit diesem Strömungssensorelement
ist es möglich,
die Strömungsrichtung
eines Mediums zu erkennen.
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3a zeigt
das Strömungssensorelement aus 3 in Seitenansicht. Dabei
ist erkennbar, dass die Temperaturmesselemente 2, 8 und
das Doppelheizelement 11, 11' über elektrische Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b, 9a, 9b, 10a, 10b mit
Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b', 9a', 9b', 10a', 10b' elektrisch
kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b, 9a, 9b, 10a, 10b sind
auf der ersten Keramikfolie 1a angeordnet und teilweise
von der zweiten Keramikfolie 1b bedeckt. Daher ist ihre
Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 2 weist
eine Trägerfolie 2c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus einer Einzelschicht aus Al2O3 auf. Ein Platin-Dünnfilmelement 2a zur
Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 2b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 2c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt. Das Doppelheizelement 11, 11' weist eine
Trägerfolie 11c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al2O3 und SiO2 auf. Platin-Dünnfilmelemente 11a, 11a' als Heizer und deren
elektrischen Anschlussleitungen 11b, 11b' sind auf der Rückseite
der Trägerfolie 11c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt. Das Temperaturmesselement 8 weist
eine Trägerfolie 8c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus zwei Einzelschichten aus Al2O3 und SiO2 auf. Ein
Platin-Dünnfilmelement 8a zur
Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 8b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 8c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt.
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Die Keramikfolien 1a, 1b sind
im Bereich 6 direktes miteinander Versintern oder ein Glaslot
verbunden. Die Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b', 9a', 9b', 10a', 10b' sind von der
zweiten Keramikfolie 1b unbedeckt, damit eine Verbindung
mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen kann.
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4 zeigt
ein Strömungssensorelement
mit einem Keramikfolien-Laminat 1, das aus einer ersten Keramikfolie 1a,
einer zweiten Keramikfolie 1b und einer dritten Keramikfolie 1c aus
Al2O3 gebildet ist. Zwischen
der ersten Keramikfolie 1a und der zweiten Keramikfolie 1b sind
zwei Temperaturmesselemente 2, 2' teilweise eingebettet und elektrisch
kontaktiert. Zwischen der zweiten Keramikfolie 1b und der
dritten Keramikfolie 1c ist ein Doppelheizelement 11, 11' teilweise eingebettet
und elektrisch kontaktiert. Mit diesem Strömungssensorelement ist es,
die Strömungsrichtung
eines Mediums zu erkennen.
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5 und 6 zeigen jeweils ein Strömungssensorelement
mit einem Keramikfolien-Laminat 1,
das aus einer ersten Keramikfolie 1a, einer zweiten Keramikfolie 1b und
einer dritten Keramikfolie 1c aus Al2O3 gebildet ist. Zwischen der ersten Keramikfolie 1a und
der zweiten Keramikfolie 1b ist ein Temperaturmesselement 2 teilweise
eingebettet und elektrisch kontaktiert. Zwischen der zweiten Keramikfolie 1b und
der dritten Keramikfolie 1c ist ein Heizelement 3 teilweise
eingebettet und elektrisch kontaktiert. Mit diesen Strömungssensorelementen
ist es nicht möglich,
die Strömungsrichtung
eines Mediums zu erkennen.
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6a zeigt
das Strömungssensorelement aus 6 in Seitenansicht. Dabei
ist erkennbar, dass das Temperaturmesselement 2 und das
Heizelement 3 über
elektrische Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b mit Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b' elektrisch
kontaktiert sind. Die elektrischen Leiterbahnen 5a, 5b sind auf
der ersten Keramikfolie 1a angeordnet und teilweise von
der zweiten Keramikfolie 1b bedeckt. Daher ist ihre Lage
teilweise gestrichelt angedeutet. Die elektrischen Leiterbahnen 4a, 4b sind
auf der zweiten Keramikfolie 1b angeordnet und teilweise
von der dritten Keramikfolie 1c bedeckt. Daher ist ihre
Lage teilweise gestrichelt angedeutet. Das Temperaturmesselement 2 weist
eine Trägerfolie 2c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus einer Einzelschicht aus SiO2 auf.
Ein Platin-Dünnfilmelement 2a zur
Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 2b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 2c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt. Das Heizelement 3 weist eine Trägerfolie 3c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus einer Einzelschicht aus SiO2 auf.
Ein Platin-Dünnfilmelement 3a als
Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 3b sind auf
der Rückseite
der Trägerfolie 3c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt.
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Die Keramikfolien 1a, 1b sind
im Bereich 6' entweder
durch direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot verbunden.
Die Anschlussflächen 5a', 5b' sind von der
zweiten Keramikfolie 1b unbedeckt, damit eine Verbindung
mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen
kann. Die Keramikfolien 1b, 1c sind im Bereich 6 entweder durch
direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot verbunden.
Die Anschlussflächen 4a', 4b' sind von der
dritten Keramikfolie 1c unbedeckt, damit eine Verbindung
mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln erfolgen
kann.
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6b zeigt
das Strömungssensorelement aus 6a in Seitenansicht, wobei
dieses in den Querschnitt einer Rohrleitung 12 eingebaut.
Das die Trägerfolien 2c, 3c des
Temperaturmesselement 2 und des Heizelement 3 sind
dabei parallel zur Strömungsrichtung
in die Rohrleitung eingebracht.
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7 und 8 zeigen jeweils ein Strömungssensorelement
mit einem Keramikfolien-Laminat 1,
das aus einer ersten Keramikfolie 1a, einer zweiten Keramikfolie 1b,
einer dritten Keramikfolie 1c und einer vierten Keramikfolie 1d aus
Al2O3 gebildet ist.
Zwischen der ersten Keramikfolie 1a und der zweiten Keramikfolie 1b ist
ein Temperaturmesselement 2 teilweise eingebettet und elektrisch
kontaktiert. Zwischen der zweiten Keramikfolie 1b und der dritten
Keramikfolie 1c ist ein Doppelheizelement 11, 11' teilweise eingebettet
und elektrisch kontaktiert. Zwischen der dritten Keramikfolie 1c und
der vierten Keramikfolie 1d ist ein weiteres Temperaturmesselement 2' teilweise eingebettet
und elektrisch kontaktiert. Mit diesen Strömungssensorelementen ist es nicht
möglich,
die Strömungsrichtung
eines Mediums zu erkennen.
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9 zeigt
ein Strömungssensorelement
im Querschnitt A–A' ( siehe 9a ) mit einem mehrteiligem
Keramikbauteil 13a, 13b, 14a, 14b aus
Al2O3, das ein Temperaturmesselement 2 und
ein Heizelement 3 aufweist. Das Keramikbauteil 13a, 13b, 14a, 14b weist
zwei Hohlräume
15a, 15b auf,
die im Bereich des Temperaturmesselementes 2 beziehungsweise
des Heizelementes 3 gasdicht verschlossen sind. Zum Einbau
in eine Rohrleitung ist ein Anschlussflansch 16 vorhanden.
Auch mit diesem Strömungssensorelement
ist es nicht möglich,
die Strömungsrichtung
eines Mediums zu erkennen.
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9a zeigt
das Strömungssensorelement aus 9 in Seitenansicht. Dabei
sind das Temperaturmesselement 2 und das Heizelement 3 über hier nur
teilweise erkennbare elektrische Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b mit
Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b' elektrisch
kontaktiert. Die elektrischen Leiterbahnen 4a, 4b, 5a, 5b sind
auf einer Keramikplatte 14a angeordnet und – in dieser
Darstellung nicht sichtbar – teilweise
von einer zweiten Keramikplatte 14b bedeckt. Das Temperaturmesselement 2 weist
eine Trägerfolie 2c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus einer Einzelschicht aus Al2O3 oder SiO2 auf.
Ein Platin-Dünnfilmelement 2a zur
Temperaturmessung und seine elektrischen Anschlussleitungen 2b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 2c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt. Das Heizelement 3 weist eine Trägerfolie 3c mit
einer hier nicht dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung
bestehend aus einer Einzelschicht aus Al2O3 oder SiO2 auf. Ein
Platin-Dünnfilmelement 3a als
Heizer und seine elektrischen Anschlussleitungen 3b sind
auf der Rückseite
der Trägerfolie 3c inklusive
elektrisch isolierender Beschichtung angeordnet und deren Lage daher
gestrichelt dargestellt.
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Die Keramikplatten 14a, 14b sind
entweder durch direktes miteinander Versintern oder über ein Glaslot
miteinander und mit Rohrschalen 13a, 13b zum Keramikbauteil
verbunden. Es ist aber auch möglich,
zwei Halbrohre ( 13a plus 14a ; 13b plus 14b )
zu verwenden, bei denen die Keramikplatte 14a und die Rohrschale 13a beziehungsweise
die Keramikplatte 14b und die Rohrschale 14b zu
jeweils einem einstückigen
Bauteil zusammengefasst sind. Die Anschlussflächen 4a', 4b', 5a', 5b' sind von der zweiten Keramikplatte 14b unbedeckt,
damit eine Verbindung mit hier nicht dargestellten elektrischen Anschlusskabeln
erfolgen kann.