DE19644290C2 - Sensorelement zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven Substanz in einem Fluid - Google Patents
Sensorelement zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven Substanz in einem FluidInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf chemische Senso
ren und insbesondere auf chemische Sensoren, die trotz Quer
empfindlichkeiten, Temperaturabhängigkeiten und Alterungs
prozessen eine genaue Messung liefern.
Das Prinzip der Mikrowägung wird in der Sensorik angewandt,
um Konzentrationen von chemischen Stoffen in Fluiden, d. h.
in Gasen und Flüssigkeiten, zu bestimmen. Insbesondere sind
chemische Sensoren bei der Erfassung und Quantifizierung von
Stoffkonzentrationen in Fluiden besonders wünschenswert, da
sie im Vergleich zu Gaschromatographen wesentlich preisgün
stiger sind.
Ein in der Mikrowägung eingesetzter Sensor ist beispielswei
se ein Schwingquarz-Sensor, bei dem auf beiden Seiten eines
dünnen Quarzkristallplättchens metallische Elektroden aufge
bracht sind. Eine Oszillatorschaltung legt an die beiden me
tallischen Elektroden eine elektrische Schwingung an und
regt aufgrund des piezoelektrischen Effekts in dem Quarzkri
stallplättchen den Schwingquarz zu einer mechanischen Reso
nanzschwingung an. Diese Resonanzschwingung ist durch die
Dicke des Plättchens bestimmt, wobei die Wellenlänge der
akustischen Welle, die aufgrund des piezoelektrischen Ef
fekts entsteht, beispielsweise doppelt so groß ist wie die
Dicke des Quarzplättchens. Weitere akustische Resonanzmoden
können eine Wellenlänge haben, die einem ungeraden Bruchteil
der Dicke des Quarzkristallplättchens entspricht, d. h. die
Wellenlänge kann das doppelte, das 2/3-fache bzw. das 2/5-
fache, usw. der Dicke des Quarzkristallplättchens, betragen.
Diese Resonanzfrequenz kann auf für Fachleute bekannte Art
und Weise gemessen werden.
Ferner ist auf einer Seite oder auf beiden Seiten des
Schwingquarz-Sensors eine chemisch sensitive Schicht aufge
tragen, die den nachzuweisenden Stoff in Abhängigkeit von
der Stoffkonzentration eines zu testenden Fluids reversibel
adsorbiert. Die Adsorption ist eine chemische oder physika
lische Reaktion, welche im Idealfall reversibel ablaufen
soll, damit die chemisch sensitive Schicht öfter als zu ei
ner Messung verwendet werden kann, um für den chemischen
Sensor eine vernünftige Lebensdauer zu erhalten. Ein rever
sibler Ablauf der Adsorption heißt, daß bei sinkender Kon
zentration eines adsorbierten Stoffes in der Umgebung des
Sensors die adsorbierten Moleküle wieder an die Umgebung ab
gegeben werden.
Durch die Adsorption der chemisch sensitiven Schicht verän
dern sich sowohl die Mittenfrequenz des Resonanzbereichs des
Schwingquarz-Sensors als auch die Güte der Resonanzschwin
gung, d. h. die Breite des Resonanzbereichs. Die Änderung
findet aufgrund der Tatsache statt, daß die mechanischen Ei
genschaften der chemisch sensitiven Schicht, wie z. B. die
Masse, die Viskosität oder die Schersteifigkeit der chemisch
sensitiven Schicht, verändert werden, wodurch auch die me
chanischen Eigenschaften des Gesamtsystems aus Elektroden,
Schwingquarz und chemisch sensitiver Schicht beeinflußt wer
den, wodurch das mechanische Resonanzverhalten ebenfalls
verändert wird. So sinkt beispielsweise mit zunehmender ad
sorbierter Masse die Resonanzfrequenz. Nach der Kalibrierung
des Sensors mit bekannten Prüfkonzentrationen lassen sich
unbekannte Konzentrationen aus einer Messung der Resonanz
frequenz des Schwingquarz-Sensors bestimmen. Beispiele für
derartige Sensoren und für das Betreiben derselben sind in
Methods and Phenomena, Bd. 7, C. Lu und A. W. Czanderna
(Hrsg.), Applications of Piezoelectric Quartz Crystal Micro
balances, Elsevier Science Publishers B. V., Amsterdam 1984,
beschrieben.
Ferner werden in der Sensorik Interdigitalkondensatoren als
Sensorbauelemente verwendet. Bei Interdigitalkondensatoren
sind die beiden Kondensatorelektroden wie zwei ineinander
greifende Kämme beispielsweise mittels Dünnschichttechnolo
gie auf einem Quarzsubstrat aufgebracht. Die Kapazität des
Interdigitalkondensators hängt von den Dielektrizitätszahlen
der Medien zwischen den Elektrodenfingern ab. Der Interdigi
talkondensator wird ebenso wie der Schwingquarz mit einer
chemisch sensitiven Schicht überzogen. Bei der Adsorption
ändert sich die Dielektrizitätszahl dieser Schicht.
Ferner existieren chemisch sensitive Schichten, deren Leit
fähigkeit durch eine Adsorption eines Stoffes einer Stoff
konzentration verändert wird. Bei solchen chemisch sensiti
ven Schichten wird der elektrische Widerstand des Interdi
gitalkondensators gemessen, um einen Wert zu erhalten, der
der Konzentration eines Stoff eines Stoffgemisches aus meh
reren Stoffen entspricht.
Für eine hohe Empfindlichkeit eines Sensors mit chemisch
sensitiver Schicht und Interdigitalkondensator ist bei
spielsweise Quarzglas ein geeignetes Substrat, da es eine
relativ geringe Dielektrizitätszahl besitzt, wobei erst die
feinen Strukturbreiten und Strukturabstände von wenigen Mi
krometern, wie sie mittels der Dünnschichttechnologie ohne
weiteres hergestellt werden kännen, eine meßbare Abweichung
von der Grundkapazität aufgrund des Quarzglassubstrats in
Abhängigkeit von der zu messenden Konzentration ergeben. Ein
Beispiel für einen Interdigitalkondensator-Sensor und für
eine Betriebsweise desselben ist in Lin, Jie, Kapazitiver
Mikrogassensor in Dünnfilmtechnologie zur Messung von Schwe
feldioxid in Umgebungsluft, Fortschritt-Berichte, VDI Reihe
15, Nr. 107, VDI-Verlag, Düsseldorf 1993, beschrieben.
Schwierigkeiten bei der Auswertung von Meßergebnissen der
beschriebenen chemischen Sensoren entstehen im wesentlichen
durch folgende Probleme:
- 1. Das Vorhandensein von Querempfindlichkeiten zu anderen Stoffen, wobei insbesondere die Querempfindlichkeit von chemisch sensitiven Stoffen gegenüber der Feuchtigkeit bei der Messung von Gaskonzentrationen zu nennen ist.
- 2. Die Temperaturabhängigkeit der Adsorption.
- 3. Alterungsprozesse der chemisch sensitiven Schicht.
Die US 5,334,303 betrifft ein elektrochemisches Meßsystem,
das einen Quarzresonator umfaßt, welcher mit einer Resona
torcharakteristikmeßschaltung verbunden ist. Ein Potentio
stat ist mit einer Elektrode auf dem Quarzresonator, einer
Referenzelektrode und einer Gegenelektrode verbunden. Die
Elektroden sind in einer elektrochemischen Zelle angeordnet,
und eine weitere Elektrode des Resonators ist elektrisch von
der Elektrolytlösung isoliert. Die Elektrode des Resonator
körpers ist mit einem sensitiven Film überzogen. Die Analyse
erfolgt aufgrund des Elektrodenpotentials, des Zellenstroms,
einer Resonanzfrequenzveränderung und einer Resonanzwider
standsveränderung.
Die DE 40 35 240 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Messen und Steuern des Aufwachsens eines Schichtfilms auf
einem piezoelektrischen Meßkristall. Hierzu werden die Fre
quenzen der Grundfrequenz und für einen Resonanzmodus des
Meßkristalls im unbeschichteten Zustand gemessen und eine
Änderung dieser Frequenzen wird während der Beschichtung
überwacht. Aus den Frequenzverschiebungen und dem aku
stischen Impedanzverhältnis läßt sich dann die flächenhafte
Massendichte errechnen.
Die US 5,345,213 betrifft ein temperaturgesteuertes Array
für einen chemischen Sensor bei dem ein chemisch sensitives
Material mit Pixeln eines speziell entwickelten Arrays von
Mikroelektroden kombiniert ist, um ein miniaturisiertes Bau
element zu erzeugen, welches fähig ist, chemische Mischungen
zu analysieren. Hierzu werden integrierte Mehrfachelemente
mit unterschiedlichen Absorptionseigenschaften und Tempera
turen verwendet, um gemeinsam eine chemische Selektivität
bei der Erfassung zu erreichen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen
genaueren Sensor durch Reduzierung der Querempfindlichkeit
desselben zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Sensorelement mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Der Sensor basiert auf einem Piezo-Schwingquarz, wobei auf
dem Quarzkristall zusätzlich ein Interdigitalkondensator,
ein Heizer und ein Temperaturfühler angeordnet sind. Mit
diesem Sensor können gleichzeitig die Änderungen der mechan
ischen Eigenschaften und der elektrischen Eigenschaften der
selben chemisch sensitiven Schicht bezüglich der Konzentra
tion eines nachzuweisenden Stoffes in der Umgebung, bezüg
lich der Sensortemperatur und bezüglich der zeitlichen
Änderung der Sensortemperatur gemessen werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Sensors wird nach
folgend mit Hilfe der Zeichnungen detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf das Sensorelement;
Fig. 2 einen Querschnitt des Sensorelements von Fig. 1
entlang der Linie A-A'; und
Fig. 3 eine Ansicht des Sensorelements von Fig. 1 von
unten.
Für Fachleute ist es offensichtlich, daß die Terminologie
"Draufsicht" bzw. "obere" und "untere" lediglich auf die
Darstellung in den Figuren bezogen ist, da das Sensorelement
10 abhängig vom Anwendungsfall auch mit der in Fig. 1 dar
gestellten Seite nach unten eingesetzt werden kann.
Das Sensorelement 10 weist ein Quarzkristall-Substrat 12
auf, das beispielsweise eine kreisfärmige Scheibe mit einem
Durchmesser von etwa 10 mm sein kann. Selbstverständlich
kann das Quarzkristall-Substrat 12 auch andere Formen und
Formen mit Oberflächen, die nicht zueinander parallel sind,
aufweisen.
Auf der in Fig. 1 gezeigten "oberen" Seite des Quarzkris
tall-Substrats 12 ist eine erste Metallelektrode 14a gebil
det, der eine zweite Metallelektrode 14b auf der anderen
Seite gegenüberliegt. Beide Metallelektroden 14a, 14b sind
bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kreisförmig und
weisen einen Durchmesser auf, der etwa einem Drittel des
Durchmessers des Quarzkristall-Substrats entspricht. Das
Verhältnis des Durchmessers einer Metallelektrode 14a, 14b
zu dem Durchmesser des Quarzkristall-Substrats 12 ist jedoch
in einem großen Bereich frei wählbar, wobei die beiden Me
tallelektroden 14a, 14b auch einen voneinander unterschied
lichen Durchmesser haben können. Die beiden Metallelektroden
14a, 14b weisen Kontaktierungselektroden 16a, 16b auf, die
mit einem elektrischen Oszillator geeignet verbunden werden
können, um über das Anlegen einer elektrischen Schwingung an
den Schwingquarz-Sensor, der aus den Elektroden 14a, 14b und
dem Quarzkristall-Substrat 12 besteht, eine akustische
Schwingung zu erzeugen.
Ein Temperaturfühler 18 (in Fig. 1 gezeigt) ist auf dem
Quarzkristall-Substrat 12 derart angeordnet, daß er die
erste Metallelektrode 14a möglichst eng umschließt. Der Tem
peraturfühler 18 weist ebenfalls zwei Kontaktierungsstellen
20 auf, zwischen die beispielsweise ein herkömmliches Multi
meter geschaltet werden kann, um über den elektrischen
Widerstand des Temperaturfühlers 18, der auf bekannte Art
und Weise von der Temperatur des Temperaturfühlers abhängt,
die Temperatur des Quarzkristall-Substrats 12 bzw. des Sen
sorelements 10 zu bestimmen. Um die erste Metallelektrode
14a herum sind, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, ein erster
Interdigitalkondensator 22a sowie ein zweiter Interdigital
kondensator 22b angeordnet. Der erste Interdigitalkondensa
tor 22a und der zweite Interdigitalkondensator 22b sind zu
dem Mittelpunkt der ersten Metallelektrode 14a punktsymme
trisch ausgeführt. Beide Interdigitalkondensatoren, die
alternativ auch unsymmetrisch und voneinander unterschied
lich ausgeführt sein können, weisen jeweils ein erstes Elek
trodenelement 24a, 26a sowie ein zweites Elektrodenelement
24b, 26b auf. Somit bilden das erste Elektrodenelement 24a
und das zweite Elektrodenelement 24b den ersten Interdigi
talkondensator 22a, während des erste Elektrodenelement 26a
und das zweite Elektrodenelement 26b den zweiten Interdigi
talkondensator 22b bilden. Die jeweiligen Elektrodenelemente
sind derart aufgebaut und angeordnet, daß sie jeweils
fingerweise ineinander eingreifend sind, wie es in Fig. 1
schematisch dargestellt ist.
Auf der in Fig. 3 gezeigten Seite des Quarzkristall-Sub
strats 12 befindet sich ein Widerstandsheizer 28, der eine
mäanderförmige Elektrodenkonfiguration aufweist, wobei die
Breiten der Teilstücke des Mäanders so gewählt sind, daß
sich auf jeder Leiterbahn die gleiche Temperatur einstellen
wird. Wenn der ohmsche Widerstand der Elektroden des Wider
standsheizers 28 gemessen wird, kann ebenfalls ohne Verwen
dung des Temperaturfühlers 18 die Temperatur des Quarz
kristall-Substrats 12 bzw. des Sensorelements 10 bestimmt
werden. Der Temperaturfühler 18 kann somit auch weggelassen
werden, wobei eine genauere Steuerung der Temperatur des
Sensorelements 10 jedoch mit dem Temperaturfühler 18 gewähr
leistet ist, der ebenso wie der Widerstandsheizer 28 mit
einer geeigneten, für Fachleute bekannten Regelelektronik
verbunden werden kann, um sowohl eine konstante Temperatur
des Sensorelements 10 als auch beliebige gewünschte dynam
ische Temperaturverläufe einzustellen.
Fig. 1 zeigt die Seite des Sensorelements 10, auf der eine
chemisch sensitive Schicht 30 aufgebracht ist. Die mehr
fachen Bezugslinien zum Bezugszeichen 30, das für die chem
isch sensitive Schicht steht, sollen schematisch verdeut
lichen, daß die chemisch sensitive Schicht 30, die in Fig. 2
nicht dargestellt ist, über allen Komponenten des Sensor
elements 10 nach deren Herstellung aufgebracht worden ist.
Zur Herstellung des Sensorelements 10 wird auf das Quarz
kristall-Substrat 12 mittels der für Fachleute bekannten
Dünnfilmtechnik die erste Metallelektrode 14a, die zweite
Metallelektrode 14b, die Kontaktierungsstellen 16a und 16b,
der Temperaturfühler 18, dessen Kontaktierungsstellen 20,
die beiden Interdigitalkondensatoren 22a, 22b und der Wider
standsheizer 28 aufgebracht. Nach Fertigstellung dieser
genannten Komponenten wird die Oberfläche des Sensorelements
10, welche die Interdigitalkondensatoren 22a, 22b aufweist,
mit der chemisch sensitiven Schicht 30 überzogen. Chemisch
sensitive Schichten für die Gassensorik sind beispielsweise
modifizierte Polymere oder Polysiloxane mit eingebauten
Adsorptionszentren für interessierende chemische Stoffe. Für
Fachleute ist es jedoch offensichtlich, daß es bei dem
Sensorelement 10 nicht wesentlich ist, ob die gesamte Ober
fläche des Sensorelements 10, nur ein Teil der Oberlfäche
oder nur ein Teil einer Seite beschichtet werden, solange
zumindest ein Interdigitalkondensator 22a, 22b und die
Metallelektroden 14a, 14b wirksam mit der chemisch sensi
tiven Substanz 30 verbunden ist, um eine Eigenschaft der
selben als Reaktion auf eine Adsorption eines interessier
enden Stoffes zu erfassen.
Das Ausführungsbeispiel des Sensorelements 10 integriert so
mit das Schwingquarzsystem, das aus dem Quarzkristall-Sub
strat 12 und den beiden Metallelektroden 14a, 14b besteht,
die Interdigitalkondensatoren 22a, 22b, den Widerstands
heizer 28 und den Temperaturfühler 18, wodurch es möglich
ist, die im Stand der Technik vorhandenen Schwierigkeiten zu
reduzieren oder zu beseitigen.
Zu dem Problem der Querempfindlichkeiten zu anderen Stoffen
sei angemerkt, daß durch die gleichzeitige Messung von zwei
verschiedenen physikalischen Größen, wie z. B. der Masse und
der Dielektrizitätszahl der chemisch sensitiven Substanz 30,
eine Rückrechnung möglich wird, die bestimmt, welcher Anteil
am Meßeffekt jeweils z. B. dem zu messenden Gas und der vor
handenen Feuchtigkeit zuzuschreiben ist. Eine Voraussetzung
für diese Rückrechnung ist, daß sich die beiden Stoffe in
ihrer Wirkung auf die verschiedenen physikalischen Meßgrößen
unterscheiden. Gegenüber dem Stand der Technik, der ein
Array aus einem Schwingquarz-Sensor und einem Interdigital
kondensator-Sensor auf jeweils einem eigenen Substrat vor
sieht, hat das Sensorelement den Vorteil, Daten der gleichen
chemisch sensitiven Substanz 30 zu liefern, die sich also
auf die im wesentlichen gleichen Stoffkonzentrationen, auf
die im wesentlichen gleiche Temperatur und auf den im we
sentlichen gleichen Alterungsgrad der chemisch sensitiven
Schicht 30 beziehen. Die Randbedingungen bezüglich der chem
isch sensitiven Substanz für eine Erfassung zweier verschie
dener Eigenschaften der chemisch sensitiven Substanz sind
demnach im wesentlichen identisch.
Wie bereits erwähnt, ist die Adsorption eine chemische oder
physikalische Reaktion, die im Idealfall reversibel abläuft,
wobei bei sinkender Konzentration in der Umgebung die adsor
bierten Moleküle wieder an die Umgebung abgegeben werden. Um
diesen Gleichgewichtszustand in für praktische Messung sinn
vollen Zeiträumen zu erreichen, benötigen viele chemisch
sensitive Schichten 30 aus thermodynamischen Gründen eine
Betriebstemperatur, die meist deutlich über der Zimmertem
peratur liegt. Der Widerstandsheizer 28, der auch als eine
andere für Fachleute bekannte Heizeinrichtung ausgeführt
sein kann, sorgt mit Hilfe des Temperaturfühlers 18 sowie
einer für Fachleute bekannten Regelelektronik für die ent
sprechende Heizleistung bzw. Temperatur des Sensorelements
10.
Die Fähigkeit chemisch sensitiver Schichten, bestimmte Stof
fe zu adsorbieren, ändert sich mit dem Alter der Schicht,
was als Alterung der chemisch sensitiven Schicht oder Drift
der Meßgröße bezeichnet wird. Der Verlauf dieses Alterungs
prozesses ist in den meisten Anwendungsfällen nicht im vor
aus zu berechnen, da er auch von dem zu messenden Gas bzw.
den zu messenden Konzentrationen dieses Gases abhängen kann.
Meßwerte, die das Sensorelement während seiner Lebensdauer
liefert, werden somit nach und nach immer unsicherer, je
länger die Kalibrierung mit bekannten Prüfkonzentrationen
zurückliegt. Kalibrationen mit Prüfgasen sind jedoch aufwen
dig und in manchen Fällen schwierig zu bewerkstelligen, da
chemische Sensoren fest in einer bestimmten Umgebung einge
baut sein können und zuerst ausgebaut werden müssen, um
kalibriert zu werden. Werden jedoch nicht Absolutwerte im
Gleichgewichtszustand, sondern relative Änderungen als
Reaktion auf Störungen des Gleichgewichts gemessen, so stört
die Drift der Absolutwerte nicht. Das Gleichgewicht hierbei
für quasi statische Konzentrationen periodisch durch eine
plötzliche Änderung der Temperatur gestört, wonach die Zeit
konstanten der Annäherung der Eigenschaften der chemisch
empfindlichen Substanz 30 an den neuen Gleichgewichtszustand
bestimmt werden. Solche Meßverfahren sind in M. Roth, R.
Hartinger, R. Faul, H.-E. Endres, Performance Enhancement of
Organic Coated Gassensors by Temperature Modulation,
Vortrag, International Meeting of Chemical Sensor, 25.07.-
29.07.1996, Gaithersburg, USA (zur Veröffentlichung in
Sensors & Actuators B eingereicht), beschrieben.
Das Sensorelement kann auf dem Quarzkristall-Substrat 12
statt der ersten und der zweiten Metallelektrode 14a, 14b
zusätzlich zu den Interdigitalkondensatoren 22a, 22b eine
Elektrodenkonfiguration aufweisen, die darauf ausgerichtet
ist, keine Kapazität zu messen, sondern z. B. eine Leitfähig
keit der chemisch sensitiven Schicht 30. Das Sensorelement
10 mißt in dieser Konfiguration zwei elektrische Eigenschaf
ten der chemisch sensitiven Substanz 30, welche jedoch von
einander unterschiedlich sind. Beim Beispiel der Gasmessung
werden diese durch die Feuchtigkeit unterschiedlich beein
flußt, d. h. sie besitzen unterschiedliche Querempfindlich
keiten.
Es ist für Fachleute offensichtlich, daß das Sensorelement
10 nicht nur zur Messung von Gaskonzentrationen, sondern
auch von Flüssigkeitskonzentrationen eingesetzt werden kann,
wobei dann beispielsweise auf der Unterseite des Sensorele
ments 10, auf der der Widerstandsheizer 28 angeordnet ist,
eine geeignete Isolationsschicht aufgebracht werden muß,
oder die Flüssigkeit nur auf einer mit der sensitiven
Schicht versehenen Seite vorbeigeführt wird, falls eine
Stoffkonzentration einer elektrisch leitfähigen Flüssigkeit
bestimmt werden soll.
Claims (12)
1. Sensorelement (10) zur gleichzeitigen Messung von zwei
verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven
Substanz in einem Fluid, mit folgenden Merkmalen:
einem Quarzkristall-Substrat (12);
einer chemisch sensitiven Substanz (30), die durch min destens einen Stoff in dem Fluid beeinflußbar ist; und
einer ersten und einer zweiten auf dem Substrat (12) an geordneten Metallelektrode (14a, 14b) zum Erfassen einer ersten Eigenschaft der chemisch sensitiven Substanz (30);
gekennzeichnet durch
einen auf dem Substrat (12) angeordneten Interdigital kondensator (22a, 22b) zum Erfassen von mindestens einer weiteren Eigenschaft der chemisch sensitiven Substanz (30);
wobei die chemisch sensitive Substanz (30) als chemisch sensitive Schicht derart auf dem Substrat (12) aufge bracht ist, daß die erste und die zweite Metallelektrode (14a, 14b) und der Interdigitalkondensator (22a, 22b) durch die chemisch sensitive Schicht beschichtet sind, so daß zur Erfassung der ersten Eigenschaft und der wei teren Eigenschaft der chemisch sensitiven Substanz (30) im wesentlichen gleiche Randbedingungen vorliegen.
einem Quarzkristall-Substrat (12);
einer chemisch sensitiven Substanz (30), die durch min destens einen Stoff in dem Fluid beeinflußbar ist; und
einer ersten und einer zweiten auf dem Substrat (12) an geordneten Metallelektrode (14a, 14b) zum Erfassen einer ersten Eigenschaft der chemisch sensitiven Substanz (30);
gekennzeichnet durch
einen auf dem Substrat (12) angeordneten Interdigital kondensator (22a, 22b) zum Erfassen von mindestens einer weiteren Eigenschaft der chemisch sensitiven Substanz (30);
wobei die chemisch sensitive Substanz (30) als chemisch sensitive Schicht derart auf dem Substrat (12) aufge bracht ist, daß die erste und die zweite Metallelektrode (14a, 14b) und der Interdigitalkondensator (22a, 22b) durch die chemisch sensitive Schicht beschichtet sind, so daß zur Erfassung der ersten Eigenschaft und der wei teren Eigenschaft der chemisch sensitiven Substanz (30) im wesentlichen gleiche Randbedingungen vorliegen.
2. Sensorelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die eine Ei
genschaft der chemisch sensitiven Substanz (30) eine me
chanische Eigenschaft ist, während die weitere Eigen
schaft der chemisch sensitiven Substanz (30) eine elek
trische Eigenschaft ist.
3. Sensorelement (10) nach Anspruch 2, bei dem die elek
trische Eigenschaft die Dielektrizitätszahl oder die
Leitfähigkeit der chemisch sensitiven Substanz (30) ist,
während die mechanische Eigenschaft die Masse, die Vis
kosität oder die Schersteifigkeit der chemisch sensiti
ven Substanz (30) ist.
4. Sensorelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die erste und die
zweite angeordnete Metallelektrode (14a, 14b) mit dem
Substrat (12) derart verbunden sind, daß sich eine
piezoelektrische Schwingung des Quarzkristall-Substrats
(12) als Reaktion auf eine an die erste und die zweite
Metallelektrode (14a, 14b) angelegte elektrische Schwin
gung ergibt.
5. Sensorelement (10) nach Anspruch 1 oder 4, bei dem die Kapa
zität und/oder Leitfähigkeit des Interdigitalkondensa
tors (22a, 22b) als Reaktion auf eine Änderung einer
elektrischen Eigenschaft der chemisch sensitiven Sub
stanz (30) verändert wird.
6. Sensorelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das zu
sätzlich zu der ersten und der zweiten Metallelektrode
(14a, 14b) und zu dem Interdigitalkondensator (22a, 22b)
weitere Metallelektroden oder weitere Interdigitalkon
densatoren (22a, 22b) aufweist, welche die erste oder
die weitere Eigenschaft erfassen, wobei sich die weiter
en Metallelektroden oder die weiteren Interdigitalkon
densatoren (22a, 22b) bezüglich ihrer Geometrie jeweils
voneinander unterscheiden können.
7. Sensorelement (10) nach Anspruch 6, bei dem die weiteren
Interdigitalkondensatoren (22a, 22b) sich in ihren Brei
ten der ersten und zweiten Elektrodenelemente (24a, 26a,
24b, 26b) voneinander unterscheiden.
8. Sensorelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das fer
ner eine Heizeinrichtung (28) aufweist.
9. Sensorelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, das fer
ner eine Temperaturerfassungseinrichtung (18) aufweist.
10. Sensorelement (10) nach Anspruch 8 oder 9, bei dem die Heiz
einrichtung (28) konfiguriert ist, um den Bereich, den
der Interdigitalkondensator (22a, 22b) einnimmt, im we
sentlichen gleichmäßig zu erwärmen.
11. Sensorelement (10) nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die
Heizeinrichtung (28) und die Temperaturerfassungsein
richtung (18) auf unterschiedlichen Seiten des Quarz
kristall-Substrats (12) angeordnet sind.
12. Sensorelement (10) nach Anspruch 11, bei dem der mindestens
eine Interdigitalkondensator (22a, 22b) zum Erfassen der
weiteren Eigenschaft der chemisch sensitiven Substanz
(30) und die Temperaturerfassungseinrichtung (18) auf
einer Seite des Quarzkristall-Substrats (12) angeordnet
sind, während die Heizeinrichtung (28) auf der gegen
überliegenden Seite des Quarzkristall-Substrats (12)
angeordnet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996144290 DE19644290C2 (de) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | Sensorelement zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven Substanz in einem Fluid |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1996144290 DE19644290C2 (de) | 1996-10-24 | 1996-10-24 | Sensorelement zur gleichzeitigen Messung von zwei verschiedenen Eigenschaften einer chemisch sensitiven Substanz in einem Fluid |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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