DE19523301A1 - Heizvorrichtung für einen Hochtemperaturmetalloxidsensor - Google Patents
Heizvorrichtung für einen HochtemperaturmetalloxidsensorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung für einen Hoch
temperaturmetalloxidsensor.
Aus dem Stand der Technik EP 04 77 394 ist eine elektrische
Heizanordnung mit einem vorbestimmten Temperaturprofil,
insbesondere für Abgassensoren bekannt. Die elektrische Heiz
anordnung weist ein mit zwei elektrischen Anschlußleitungen
versehenes Leitermuster auf, wobei das Leitermuster mehrere
parallel geschaltete Einzelleiter enthält. Die elektrischen
Anschlußleitungen weisen im Vergleich zu den Einzelleitern
einen großen Querschnitt auf. Um eine konstante Temperatur
mit dieser Heizanordnung zu erreichen, wird die Spannung, die
an den zwei elektrischen Anschlußleitungen anliegt, gemessen.
Diese Spannung ist ein Maß für die Temperatur. Da jedoch die
elektrischen Anschlußleitungen ebenfalls wie das Leitermuster
einen ohmschen Widerstand aufweisen, entspricht die gemessene
Spannung der Summe aus den an den Anschlußleitungs
widerständen und an dem Leitermusterwiderstand abfallenden
Spannungen. Somit ist die gemessene Spannung mit einem durch
die Anschlußleitungswiderstände bedingten Meßfehler behaftet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Heizvorrichtung anzu
geben, mit der die am Heizelement vorhandene Temperatur mög
lichst exakt meßbar ist und bei der der Wärmeverlust aufgrund
der Zuleitungen und der Meßleitungen minimal ist.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Patentan
spruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran
sprüchen.
So hat die Vorrichtung gemäß Anspruch 2 den Vorteil, daß sie
für Umgebungstemperaturen zwischen 600 und 1000°C geeignet
ist.
Die Vorrichtung gemäß Anspruch 4 hat zusätzlich den Vorteil,
daß der Wärmeverlust durch die Heizleiterbahnen minimiert
wird.
Bei der den Vorrichtungen gemäß Anspruch 5 oder 6 wird die
Wärmeverlustleistung nochmals verringert.
Die Erfindung wird anhand zweier Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Heizvorrichtung.
Fig. 2 zeigt das zu Fig. 1 gehörige elektrische Ersatz
schaltbild.
Die in Fig. 1 gezeigte Heizvorrichtung für einen Hochtempe
raturmetalloxidsensor weist ein Substrat SUB auf, auf das in
Dickschichttechnik beispielsweise durch Siebdruck Platinlei
terbahnen aufgebracht sind. In Fig. 1 ist rechts die Heiz
struktur H gezeigt, die über zwei Heizleiterbahnen HL1, HL2
mit auf die Heizleiterbahnen HL1, HL2 aufgebondeten Platin
drähten DHL verbunden ist. Durch diese Anordnung fließt ein
Heizstrom 1H. Weiterhin ist die Heizstruktur H über zwei Meß
leiterbahnen ML1, ML2 mit weiteren Platindrähten DML ver
bunden, an denen die an der Heizstruktur H abfallende Span
nung U(ϑ) gemessen wird.
Weil der gesamte Sensor und somit auch die Heizvorrichtung in
einem Temperaturbereich von 600 bis 1000°C betreibbar sein
muß müssen die Drähte DHL und DML, die Heizleiterbahnen HL1
und HL2, die Meßleiterbahnen ML1 und ML2 und die Heizstruktur
H aus einem Material gefertigt sein, das für diesen Tem
peraturbereich geeignet ist, wie beispielsweise Platin.
Um zu vermeiden, daß Wärmeenergie über die Platindrähte DHL
und DML abgegeben wird, sind diese soweit wie möglich von der
Heizstruktur H entfernt auf die Leiterbahnen aufzubonden. Die
Drähte DML und DHL werden im folgenden auch als
Anschlußleitungen bezeichnet.
Die Heizstruktur H, wie sie in Fig. 1 rechts zu sehen ist,
hat sich als besonders geeignet erwiesen.
Bei dem in Fig. 2 gezeigten elektrischen Ersatzschaltbild,
der in Fig. 1 dargestellten Heizvorrichtung, stellen RH1 und
RH2 die Widerstände der Heizleiterbahnen HL1 bzw. HL2 dar.
Die Widerstände der Meßleiterbahnen ML1 und ML2 werden mit
RM1 bzw. RM2 bezeichnet. Der Widerstand R(ϑ) der Heizstruktur
H hängt quadratisch von der Temperatur ϑ ab und errechnet
sich zu:
wobei der Strom 1H durch die Widerstände RM1 und PM2 der Meß
leiterbahnen ML1 bzw. ML2 vernachlässigbar ist, da die
Messung der Spannung U(ϑ) hochohmig erfolgt. Auch die an den
Widerständen RM1 und RM2 der Meßleiterbahnen ML1 bzw. ML2
abfallenden Spannungen sind vernachlässigbar.
Bei einem Temperaturbereich von 600-1000°C ist mit der Er
findung die Temperatur auf ±10°C genau angebbar.
Die Maße der Heizleiterbahnen HL1 und HL2 und der Meßleiter
bahnen ML1 und ML2 können an die jeweilige Spezifikation an
gepaßt werden.
Die Schichtdicke der Leiterbahnen HL1, HL2, ML1 und ML2 und
der Heizstruktur H wurde auf 5 um festgelegt.
Ein an die Drähte DHL angelegter Heizstrom 1H fließt durch
den Widerstand RH1 der Heizleiterbahn HL1, durch den
Widerstand R(ϑ) der Heizstruktur H und auch durch den
Widerstand RH2 der Heizleiterbahn LH2. Die gemessene Spannung
U(ϑ) kann mit einer Sollspannung verglichen werden. Bei einer
eventuellen Abweichung kann der Heizstrom 1H entsprechend
nachgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in Verbindung
mit dem Hochtemperatursensor, der als Abgassensor für den
Einsatz im Abgastrakt eines Verbrennungsmotors ausgeführt
ist, beispielsweise für Kraftfahrzeuge.
Claims (9)
1. Heizvorrichtung für einen Hochtemperaturmetalloxidsensor,
- - bei der ein Substrat (SUB) vorgesehen ist, auf das zwei Heizleiterbahnen (HL1, HL2), zwei Meßleiterbahnen (ML1, ML2) und eine mit diesen verbundene Heizstruktur (H) aufge bracht sind,
- - bei der eine oder mehrere Anschlußleitungen (DHL) an einem von der Heizstruktur (H) möglichst weit entfernten Ort auf den Heizleiterbahnen (HL1, HL2) befestigt sind,
- - bei der eine oder mehrere Anschlußleitungen (DML) an einem von der Heizstruktur (H) möglichst weit entfernten Ort auf den Meßleiterbahnen (HL1, HL2) befestigt sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
bei der die Heizleiterbahnen (HL1, HL2), die Meßleiterbah
nen (ML1, ML2) und die Heizstruktur (H) Platin aufweisen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
bei der die Heizstruktur (H) zwei ineinander gelegte Heiz
schleifen aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3,
bei der die Länge einer Heizleiterbahn (HL1, HL2) so lang
wie möglich vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4,
bei der die Heizleiterbahnen (HL1, HL2), die Meßleiter
bahnen (ML1, ML2) und die Heizstruktur (H) in Dickschicht
technik ausgeführt sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5,
bei der die Dicke der Heizleiterbahnen (HL1, HL2) der Meß
leiterbahnen (ML1, ML2) und der Heizstruktur (H) 5 µm be
trägt.
7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der An
sprüche 1-6,
- - bei dem an die Heizleiterbahnen (HL1, HL2) ein regelbarer Heizstrom (1H) angelegt wird,
- - bei dem an den Meßleiterbahnen (ML1, ML2) eine Spannung (U(ϑ)) abgegriffen wird, die ein Maß für die Temperatur der Heizstruktur (H) darstellt,
- - bei dem der Heizstrom (1H), abhängig von der Spannung (U(ϑ)), eingestellt wird.
8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7,
bei einer Temperatur im Bereich von 600°C bis 1000°C.
9. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8,
für einen Abgassensor.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1995123301 DE19523301A1 (de) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Heizvorrichtung für einen Hochtemperaturmetalloxidsensor |
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|---|---|---|---|
| DE1995123301 DE19523301A1 (de) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Heizvorrichtung für einen Hochtemperaturmetalloxidsensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19523301A1 true DE19523301A1 (de) | 1997-01-09 |
Family
ID=7765352
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE1995123301 Withdrawn DE19523301A1 (de) | 1995-06-27 | 1995-06-27 | Heizvorrichtung für einen Hochtemperaturmetalloxidsensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19523301A1 (de) |
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1995
- 1995-06-27 DE DE1995123301 patent/DE19523301A1/de not_active Withdrawn
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