DE19924544A1

DE19924544A1 - Detektor zur Anwendung in einem Infrarotanalysator, Durchflußdetektor und Verfahren zur Herstellung desselben

Info

Publication number: DE19924544A1
Application number: DE19924544A
Authority: DE
Inventors: Koji Tominaga; Koichi Matsumoto; Shuji Takada
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 1999-12-02
Also published as: US6320192B1

Abstract

Ein Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren besitzt zwei Kammern, die mit einem Gas zu befüllen sind, das die gleichen Absorptionseigenschaften als das zu messende Gas zeigt, und die mit einer Meßzelle in Reihe angeordnet sind, und die besagten Gaskammern kommunizieren miteinander über einen Gaskanal, in dem ein pyroelektrisches Durchflußdetektorelement vorgesehen ist. Das pyroelektrische Durchflußdetektorelement ist durch ein Verfahren hergestellt, das die Schritte umfaßt: Bilden einer unteren Elektrode auf einem Substrat, Bilden einer dünnen ferroelektrischen Schicht auf der unteren Elektrode, Bilden einer oberen Elektrode auf der dünnen ferroelektrischen Schicht, Strukturieren der oberen Elektrode, der dünnen ferroelektrischen Schicht und der unteren Elektrode in dieser Reihenfolge mittel Photolithographie mit ebenso zu formenden Gasdurchführungsöffnungen, anschließendes Bilden einer dünnen Isolationsschicht, die einen pyroelektrisch sensitiven Bereich bedeckt, der aus der oberen Elektrode, der dünnen ferroelektrischen Schicht und der unteren Elektrode besteht, mit Gasdurchführungsöffnungen und Kontaktlöchern, die ebenfalls in der besagten dünnen Isolationsschicht ausgebildet sind, Bilden einer Heizelektrodenschicht auf der dünnen Isolationsschicht, Strukturieren der Heizelektrodenschicht durch Photolithographie, einem Teil der Heizelektrodenschicht gewähren, in die Kontaktlöcher einzudringen, um Anschlußkontakte für die oberen und unteren Elektroden ...

Description

Diese Erfindung betrifft einen Detektor zur Anwendung in einem sogenannten "nichtdispersiven Infrarotgasanalysator" (NDIR), ein Durchflußdetektorelement zur An wendung in einem Detektor und ein Verfahren zur Herstellung des Elements.

Es ist ein Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren bekannt, mit zwei Gas kammern, die mit einem Gas gefüllt sind, das die gleichen Absorptionseigenschaften als das zu messende Gas aufweist und die in Reihe oder parallel zu einer Meßzelle ange ordnet sind, einem Gaskanal, über den die beiden Gaskammern miteinander verbunden sind, einem in dem besagten Gaskanal vorgesehenen Durchflußdetektorelement in ei ner Position, die den Gaskanal blockiert. Das Durchflußdetektorelement kann ein ther mischer Typ sein, wie die dies in Examined Published Japanese Utility Model Application (kokoku) Nr. 59-26278/(1894) und 59-24993/(1984) und auch in Unexamined Published Japanese Utility Model Application (kokai) Nr. 56-99462/(1981) und Unexamined Pu blished Japanese Patent Application Nr. 7-140075/(1995) beschrieben ist.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, besteht das thermische Durchflußdetektorelement aus zwei Heizelementen (a), die aus Metallfolie (z. B. Ni) hergestellt sind und meanderförmig verlaufen, und Platten (b), die aus einem isolierenden Material wie beispielsweise Glas hergestellt sind, die die beiden Heizelemente (a) sich gegenüberliegend halten. Die Platten (b) eine Öffnung (c) und die Lücken (d) zwischen benachbarten Segmenten je des Heizelements (a), die innerhalb der Öffnung (c) angeordnet sind, ergeben Gasfluß kanäle.

Ohne Gasfluß und mit einer konstanten an die Heizelemente (a) angelegten Spannung, die deren Temperaturen um einen gewissen Wert höher werden läßt als die des Gases in den Gaskammern, liefern die zwei Heizelemente, das durch (i) gekennzeichnete in Fig. 2 gezeigte Temperaturprofil. Wenn jedoch das Gas durch die Lücken strömt, wie durch einen Pfeil angezeigt, wird das Heizelement (a) in der stromaufwärtsliegenden Position gemäß der Gasflußrate gekühlt, wohingegen das Heizelement (a) in der strom abwärtsliegenden Position mit der vom stromaufwärtsliegenden Heizelement (a) ent nommenen Wärme geheizt wird; folglich liefern die zwei Heizelemente (a), die durch (j) bezeichnete und in Fig. 2 gezeigte Temperaturverteilung. Diese Temperaturänderung bewirkt eine Änderung des Widerstands der Heizelemente (a), die mit einer Wheatsto nebrücke gemessen wird, wodurch der Gasfluß nachgewiesen wird. Zu beachten ist, daß der erfaßte Gasfluß der Größe der Infrarotabsorption des zu untersuchenden Ga ses entspricht (und damit seiner Konzentration), das durch die Meßzelle (nicht gezeigt) in einen nichtdispersiven Infrarotgasanalysator geleitet wird.

Der oben beschriebene konventionelle Detektor weist jedoch einige Beschränkungen auf. Zum ersten hat der Widerstand des Metalls, aus dem die Heizelemente hergestellt sind, keinen sehr hohen Temperaturkoeffizienten. Zum Zweiten können die Heizelemen te nicht mit einer sehr hohen Spannung beaufschlagt werden.

Zum Dritten kann die Heiztemperatur nicht sehr hoch gewählt werden, und wenn diese sich 500°C nähert, verschlechtert sich die Beschaffenheit des Gases in den Gaskam mern oder es zerfällt. Aufgrund dieser Schwierigkeiten ist das Ausgangssignal sehr klein und die Nachweisempfindlichkeit wird folgedessen gering und ist von der Umge bungstemperatur abhängig.

In Unexamined Published Japanese Patent Application (kokai) Nr. 60-173343/(1985) wird vorgeschlagen, daß ein Druckdetektor anstelle des als thermischer Flußmesser ar beitenden Detektorelements verwendet wird. Das Problem an diesem Vorschlag ist, daß aufgrund der Notwendigkeit, eine kleine Druckdifferenz zu erfassen, kein großes Aus gangssignal erzeugt werden kann, um eine hohe Nachweisempfindlichkeit zu erreichen.

Das in den Fig. 1 und 2 gezeigte konventionelle thermische Durchflußdetektorelement weist zusätzlich die folgenden Probleme auf. Da alle Lücken (d) zwischen benachbarten Segmenten eines jeden Heizelements (a), die an der Öffnung (c) angeordnet sind, als Gasflußkanäle dienen, ist der Kanal oder der Flußwegbereich im Vergleich zum Bereich des Detektorelements groß und die Gasflußrate ist so sehr verzögert, daß die Änderung der Temperatur der Heizelemente (h) infolge des Gasflusses ungenügend ist, um eine hohe Empfindlichkeit zu liefern.

Jener Teil der Heizelemente (a), der innerhalb der Öffnung (c) angeordnet ist (d. h., der nicht an den Platten (b) befestigt ist) muß eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um die Form zu halten, so daß eine genügend dicke Metallfolie verwendet werden muß, um die Heizelemente (a) zu bilden. Wenn jedoch die Dicke der Heizelemente (a) vergrößert wird, vergrößert sich entsprechend die Wärmekapazität und verringert damit die An sprechgeschwindigkeit.

Die vorliegende Erfindung wurde unter diesen Umständen verwirklicht und hat als Auf gabe, einen Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren bereitzustellen, der ei ne merklich höhere Empfindlichkeit aufweist, als die dem Stand der Technik entspre chende Version und welcher dennoch nicht den Wirkungen von Störungen, wie etwa der Umgebungstemperatur, unterworfen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die Empfindlichkeit und Ansprechgeschwin digkeit eines Durchflußdetektorelements zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren zu steigern.

Die erste Aufgabe der Erfindung kann durch einen Detektor zur Anwendung in Infrarot gasanalysatoren erreicht werden, der zwei Gaskammern aufweist, die in Reihe mit einer Meßzelle angeordnet sind und mit einem Gas zu befüllen sind, das die gleichen Absorp tionseigenschaften als das zu messende Gas zeigt, wobei der Detektor dadurch ge kennzeichnet ist, daß die besagten Gaskammern untereinander über einen Gaskanal, indem ein pyroelektrisches Flußdetektorelement vorgesehen ist, kommunizieren.

Die zwei Gaskammern können parallel angeordnet sein, so daß sie jeweils der Meßzelle und einer Referenzzelle entsprechen. Nach Wunsch kann der sensitive Bereich des py roelektrischen Durchflußdetektorelements beheizbar ausgebildet sein.

Die erste Aufgabe der Erfindung kann auch erreicht werden, durch einen Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren, der zwei Gaskammern hat, die in Reihe mit ei ner Meßzelle angeordnet sind und mit einem Gas zu befüllen sind, das die gleichen Ab sorptionseigenschaften als das zu messende Gas aufweist, wobei der Detektor dadurch gekennzeichnet ist, daß die besagten Gaskammern untereinander über einen Gaskanal kommunizieren, in dem ein erstes pyroelektrisches Durchflußdetektorelement vorgese hen ist und wobei ein zweites pyroelektrisches Durchflußdetektorelement, das als Kom pensationseinrichtung in der Nähe des besagten ersten pyroelektrischen Durchflußde tektorelements vorgesehen ist.

Die zwei Gaskammern können parallel angeordnet sein, so daß sie jeweils der Meßzelle und einer Referenzzelle entsprechen.

Die erste Aufgabe der Erfindung kann ebenso erreicht werden durch einen Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren, der zwei Gaskammern aufweist, die in Reihe mit einer Meßzelle angeordnet sind, und mit einem Gas zu befüllen sind, das die gleichen Absorptionseigenschaften als das zu messende Gas aufweist, wobei der Detektor da durch gekennzeichnet ist, daß die besagten Gaskammern miteinander über einen Gas kanal kommunizieren, in dem zwei pyroelektrische Durchflußdetektorelemente, die ein ander überlagert sind, vorgesehen sind.

Zumindest einer der pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente kann beheizbar aus gebildet sein.

Der oben beschriebene Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren verwendet ein oder zwei pyroelektrische Durchflußdetektorelemente und ist damit zur positiven Er fassung der geringsten Änderung in der Gastemperatur fähig, um somit ein genügend großes Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Empfindlichkeit im Vergleich zum konven tionellen Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren deutlich verbessert ist.

Die zweite Aufgabe der Erfindung kann durch ein Flußdetektorelement in einem Detek tor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren erreicht werden, der zwei Gaskammern, die mit einem Gas zu befüllen sind, das die gleichen Absorptionseigenschaften als das zu messende Gas aufweist, einen Gaskanal, über den die beiden Gaskammern mitein ander kommunizieren und ein Durchflußdetektorelement, das in einer Position vorgese hen ist, die den besagten Gaskanal blockiert, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß ei ne Gasdurchgangsöffnung in der Nähe des besagten Heizelements gebildet wird, deren Anteil am Kanalbereich kleiner ist als der Bereich der Lücke zwischen benachbarten Segmenten eines Heizelements, das mit einer konstanten Spannung zur Versorgung ist, so daß seine Temperatur um einen bestimmten Wert höher als die Temperatur des Ga ses in den Gaskammern ist.

Das Durchflußdetektorelement kann entweder ein thermischer oder ein pyroelektrischer Typ sein.

Da Gasdurchführungsöffnungen, deren Kanalfläche kleiner ist als die Fläche der Lücke zwischen benachbarten Segmenten des Heizelements, die mit einer konstanten Span nung zu versorgen sind, in der Nähe des Heizelements vorgesehen sind, ist die Flußra te des durch die Gasdurchführungsöffnungen fließenden Gases ausreichend groß, so daß die Temperatur des Heizelementes eine genügend große Änderung erfährt, um ei ne höhere Empfindlichkeit zu liefern.

Entsprechend des weiteren Gesichtspunkts der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstel len eines Durchflußdetektorelements zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren bereit gestellt, das die Schritte umfaßt: Ablagern einer dünnen Isolationsschicht auf einem Substrat, Ausbilden von Gasdurchführungsöffnungen in der besagten Isolationsschicht, Ausbilden einer Heizelektrodenschicht auf der besagten Isolationsschicht und Entfernen eines Teils eines Substrats, um eine Öffnung zu bilden, wodurch eine Einheit des Detek torelements hergestellt wird, und Verbinden zweier solcher Einheiten des Detektorele ments in überlagernder Weise, um ein thermisches Durchflußdetektorelement herzustel len.

Ebenso wird ein Verfahren zum Herstellen eines Durchflußdetektorelements zur An wendung in Infrarotgasanalysatoren bereitgestellt, das die Schritte umfaßt: Bilden einer unteren Elektrode aus einem Substrat, Ausbilden einer dünnen ferroelektrischen Schicht auf der unteren Elektrode, Bilden einer oberen Elektrode auf der dünnen ferroelektri schen Schicht, Strukturieren der oberen Elektrode, der dünnen ferroelektrischen Schicht, und der unteren Elektrode in dieser Reihenfolge mit einer Gasdurchführungs öffnung, die ebenfalls gebildet wird, anschließend Bilden einer dünnen Isolationsschicht, die einen pyroelektrisch sensitiven Bereich abdeckt, der sich aus der oberen Elektrode, der dünnen ferroelektrischen Schicht und der unteren Elektrode zusammensetzt, mit ei ner Durchführung und Kontaktlöchern, die ebenso in der besagten dünnen Isolations schicht ausgebildet sind, Bilden einer Heizelektrodenschicht auf der dünnen Isolations schicht, Veranlassen, daß ein Bereich der Heizelektrodenschicht in die Kontaktlöcher eindringt um die Kontaktanschlüsse für die oberen und unteren Elektrode zu bilden, und Entfernen jenes Teils des Substrats, der genau unter dem pyroelektrisch sensitiven Bereich liegt um eine Öffnung zu bilden, und dadurch ein pyroelektrisches Durchflußde tektorelement zu produzieren.

Gemäß den oben beschriebenen Verfahren, können Gasdurchführungsöffnungen ohne Bezug zur Leitergröße und Oberflächenstruktur des Heizelementes gebildet werden, und durch Reduzierung der Kanalfläche der Gasdurchführungsöffnungen kann die Gasdurchflußrate genügend gesteigert werden, um eine höhere Empfindlichkeit zu lie fern. Zusätzlich wird das Heizelement durch die dünne Isolationsschicht gefestigt, so daß keine Notwendigkeit besteht, eine dicke Heizelektrodenschicht zu verwenden, und sowohl thermische als auch pyroelektrische Durchflußdetektorelemente können als ge nügend dünne Schichten gebildet werden, um die Wärmekapazität zu verringern und dadurch die Ansprechgeschwindigkeit zu steigern. Ein besonderer Vorteil resultiert aus dem pyroelektrischen Durchflußdetektorelement, das theoretisch weitaus größere Aus gangssignale als der thermische Typ erzielen kann, um eine deutliche Verbesserung der Nachweisempfindlichkeit zu erhalten.

Fig. 1 ist eine Draufsicht eines konventionellen thermischen Durchflußdetektor elements;

Fig. 2 ist ein Schnitt durch Z-Z aus Fig. 1;

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Gasanalysators eines Einzel strahltyps, in den der Detektor der Erfindung integriert ist;

Fig. 4A ist eine Draufsicht, die schematisch ein beispielhaftes pyroelektrisches Durchflußdetektorelement zeigt, das in den Detektor der Erfindung zu in tegrieren ist;

Fig. 4B ist ein longitudinaler Schnitt von Fig. 4A;

Fig. 5A bis 5G zeigen die Schrittfolge in einem beispielhaften Verfahren zum Herstellen des pyroelektrischen Durchflußdetektorelements, das in Fig. 4 gezeigt ist;

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung eines Gasanalysators des Doppelstrahl typs, in den der Detektor der Erfindung integriert ist;

Fig. 7A ist ein Querschnitt, der eine weitere Zusammensetzung des Detektors der Erfindung zeigt, der in einem Gasanalysator des Einzelstrahltyps Verwen dung findet;

Fig. 7B ist ein Querschnitt, der eine weitere Zusammensetzung des Detektors der Erfindung zeigt, der in einem Gasanalysator des Doppelstrahltyps Ver wendung findet.

Fig. 8A ist ein Querschnitt, der eine weitere Zusammensetzung des Detektors der Erfindung zeigt, der in einem Gasanalysator des Einzelstrahltyps Verwen dung findet;

Fig. 8B ist ein Querschnitt, der noch eine weitere Zusammensetzung des Detek tors der Erfindung zeigt, der in einem Gasanalysator des Doppelstrahltyps Verwendung findet;

Fig. 9A und 9B sind äquivalente Schaltungen der in den Fig. 7 und 8 gezeigten Detekto ren;

Fig. 10A bis 10C zeigen nacheinander, wie der in Fig. 3 gezeigte Detektor arbeitet, wenn er nicht mit einem Heizelement geheizt wird;

Fig. 11A zeigt, wie ein Infrarotstrahl in den in Fig. 3 gezeigten Detektor gebracht wird, wenn dieser nicht mit einem Heizelement geheizt wird;

Fig. 11B zeigt, wie Ausgangssignale von dem in Fig. 3 gezeigten Detektor erzeugt werden, wenn dieser nicht mit einem Heizelement geheizt wird;

Fig. 12A bis 12C zeigen nacheinander, wie der in Fig. 3 gezeigte Detektor arbeitet, wenn dieser mit einem Heizelement geheizt wird;

Fig. 13A zeigt wie ein Infrarotstrahl in den in Fig. 3 gezeigten Detektor gebracht wird, wenn dieser mit einem Heizelement geheizt wird;

Fig. 13B zeigt das Temperaturprofil eines pyroelektrischen Durchflußdetektorele ments;

Fig. 13C zeigt wie Ausgangssignale von dem in Fig. 3 gezeigtem Detektor erzeugt werden, wenn dieser mit einem Heizelement geheizt wird;

Fig. 14A bis 14F zeigen nacheinander, wie der in Fig. 7A gezeigte Detektor arbeitet, wenn lediglich eines der zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelement mit ei nem Heizelement geheizt wird;

Fig. 15A bis 15F zeigen nacheinander, wie der in Fig. 7A gezeigte Detektor arbeitet, wenn beide pyroelektrische Durchflußdetektorelemente mit einem Heizelement geheizt werden;

Fig. 16 ist eine Draufsicht eines thermischen Durchflußdetektorelements als ein Beispiel des Durchflußdetektorelements zur Verwendung in einem Infra rotgasanalysator gemäß der Erfindung;

Fig. 17 ist ein Schnitt X-X in Fig. 16;

Fig. 18A bis 18E zeigen die Schrittfolge in einem Verfahren zur Herstellung eines thermi schen Durchflußdetektorelements;

Fig. 19A bis 19C zeigen die Schrittfolge, die auf Fig. 18A zur Fertigstellung der Herstellung eines thermischen Durchflußdetektorelements folgen;

Fig. 20 ist eine Draufsicht eines pyroelektrischen Durchflußdetektorelements als ein weiteres Beispiel des Durchflußdetektorelements der Erfindung, zur Verwendung in Infrarotgasanalysatoren;

Fig. 21A ist ein Schnitt Y-Y aus Fig. 20;

Fig. 21B ist ein teilweise vergrößerter Schnitt aus Fig. 20;

Fig. 22A bis 22C zeigen die Schrittfolge in einem Verfahren zur Herstellung eines pyroelek trischen Durchflußdetektorelements;

Fig. 23A bis 23D zeigen die Schrittfolge, die auf Fig. 22C beim Herstellen eines pyroelektri schen Durchflußdetektorelements folgen; und

Fig. 24A bis 24F zeigen die Schrittfolge, die auf Fig. 23D zur Fertigstellung der Produktion eines pyroelektrischen Durchflußdetektorelements folgen.

Mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nun einige Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Fig. 3 ist eine schematische Darstellung eines Gasanalysators 1, in den der Detektor der Erfindung zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren, (der im weiteren einfacherweise als "Detektor" bezeichnet wird) integriert ist. Der in Fig. 3 ge zeigte Infrarotgasanalysator 1 entspricht der ersten Ausführungsform der Erfindung und ist ein sogenannter "Einzelstrahltyp".

Die Zusammensetzung des Infrarotgasanalysators 1 ist in Fig. 3 gezeigt. Eine röhren förmige Meßzelle 2 ist an gegenüberliegenden Enden mit Zellenfenstern 3 und 4, jeweils bestehend aus infrarotdurchlässigem Material, abgedichtet. Ein Probengas S wird durch einen Einlaß 5 in die Zelle 2 eingelassen und entweicht von dieser durch einen Auslaß 6. Dem Zellenfenster 3 gegenüberliegend ist eine Infrarotquelle 7 vorgesehen. Ein von der Infrarotquelle 7 ausgesandter Infrarotstrahl (IR) mit einer spezifizieren Frequenz wird mittels eines Lichtunterbrechers 8, der zwischen der Infrarotquelle 7 und dem Zellen fenster 3 angeordnet ist und von einem Motor (nicht gezeigt) in Drehung versetzt wird, unterbrochen.

Dem anderen Zellenfenster 4 gegenüberliegend ist ein Detektor 9 vorgesehen, dessen Gehäuse 10 an gegenüberliegenden Enden mit Fenstern 11 und 12, beide aus einem infrarotdurchlässigen Material bestehend, abgedichtet ist. Das Innere des Detektors 9 ist in zwei Gaskammern 14 und 15 mittels einem aus infrarotdurchlässigen Material beste hendem Fenster 13 geteilt. Die zwei Gaskammern 14 und 15 sind in Reihe bezüglich des infrarotoptischen Weges (gekennzeichnet durch den Pfeil IR) durch die Meßzelle 2 angeordnet. Die Gaskammern 14 und 15 sind jeweils mit einem Gas G angefüllt, das die gleichen Absorptionseigenschaften als das zu messende Gas zeigt (falls gewünscht, können diese Kammern mit dem zu messenden Gas gefüllt werden). Der Detektor 9 in der ersten Ausführungsform ist so ausgebildet, daß der Infrarotstrahl in den beiden Gaskammern 14 und 15 absorbiert wird. Falls nötig, kann der Infrarotstrahl lediglich in der Kammer 14 absorbiert werden; in diesem Fall werden die zwei Gaskammern 14 und 15 durch eine Wand getrennt, die aus einem für Infrarotstrahlung undurchlässigen Ma terial besteht.

Die Gaskammern 14 und 15 stehen miteinander über den Gaskanal 16 in Verbindung; in der ersten Ausführungsform wird der Gaskanal 16 außerhalb des Gehäuses 10 gebil det und folglich wird dieser definiert durch das Gehäuse 10 und eine Seitenwand 10a, die Bestandteil desselben ist. Der Gaskanal 16 ist zu den Gaskammern 14 und 15 über jeweils Öffnungen 17 und 18 geöffnet. In dem dargestellten Fall hat der Gaskanal 16 ein pyroelektrisches Durchflußdetektorelement 19, das an der Öffnung 17 vorgesehen ist. Der pyroelektrische Durchflußdetektor ist ein Typ eines differentiellen Sensors und gibt ein Signal in Reaktion zu einem Temperaturwechsel aus.

Die Fig. 4A und 4B zeigen schematisch den Aufbau des pyroelektrischen Durchflußde tektorelementes 19. Durch 20 ist ein pyroelektrisch sensitiver Bereich bezeichnet, der aus einer dünnen pyroelektrischen Schicht 21 einer oberen Elektrode 22, die auf der dünnen pyroelektrischen Schicht 21 gebildet ist, und einer unteren Elektrode 23, die unter der pyroelektrischen Schicht 21 gebildet ist, besteht. Der pyroelektrische sensitive Bereich 20 ist auf einem Substrat 25 befestigt, wobei eine dünne Isolationsschicht 24, dazwischengeschoben ist. Die dünne Isolationsschicht 24 kann aus einem organischen Material wie etwa Polyimid oder anorganischem Material wie etwa SiO₂ oder Si₄N₃ gebil det sein; Isolatoren mit kleineren Wärmeleitfähigkeiten als Metalle werden bevorzugt. Eine Gasdurchführungsöffnung 26 ist in der Mitte des pyroelektrisch sensitiven Bereichs 20 ausgebildet. Mehrere Durchführungen 27, die um den pyroelektrisch sensitiven Be reich 20 herum ausgebildet sind, können ebenfalls als Gasdurchführungsöffnungen verwendet werden. Ein Heizelement 28 ist auf der oberen Elektrode 22 vorgesehen, wobei die dünne Isolationsschicht 24 dazwischen angeordnet ist. Durch 22a ist ein An schlußkontakt für die obere Elektrode 22 und durch 23a ist ein Anschlußkontakt für die untere Elektrode 23 bezeichnet. Das Heizelement 28 hat ebenso Anschlußkontakte 28a und 28b.

Es wird nun ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen des pyroelektrischen Detektor elements 19 mit Bezug zu den Fig. 5A bis 5G beschrieben. Ein aus einem einkristallinen MgO oder Si bestehendes Substrat 25 wird gesputtert oder anderweitig behandelt, um eine Pt-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 0,2 µm abzulagern, so daß diese als die untere Elektrode 23 (vgl. Fig. 5A) fungiert. Diese Elektrode 23 wird mittels MOCVD (metalorganic chemical vapor deposition, metallorganische Dampfabscheidung) oder anderweitig behandelt, um darauf eine dünne PZT oder PLZT ferroelektrische Schicht 21 mit einer Dicke von ungefähr 2 bis 5 µm (vgl. Fig. 5B) abzuscheiden. Durch Sputtern oder sonstige Behandlung wird auf der dünnen ferroelektrischen Schicht 21 eine Lage aus Au oder Pt mit einer Dicke von ungefähr 0,2 µm abgeschieden, so daß diese als die obere Elektrode 22 (vgl. Fig. 5C) fungiert. Die obere Elektrode 22, die dünne ferroelek trische Schicht 21 und die untere Elektrode 23 (die in Kombination den pyroelektrisch sensitiven Bereich 20 bilden) werden nacheinander mittels Photolithographie strukturiert (vgl. Fig. 5). Die Strukturierung wird mit einem Ätzloch (nicht gezeigt), das ebenfalls ge bildet wird, um später als Gasdurchführungsöffnung zu dienen, durchgeführt.

Der pyroelektrisch sensitive Bereich 20 ist mit einer dünnen Isolationsschicht 24 be deckt. Die dünne Isolationsschicht 24 weist ein Ätzloch (nicht gezeigt), das später als ei ne Gasdurchführungsöffnung dient, und Kontaktlöcher 29 und 30 (vgl. Fig. 5E) auf. Die dün ne Isolationsschicht 21 ist mit einer Heizelektrodenschicht (typischerweise aus Pt oder NiCr), die später als ein Heizelement 28 dient, beschichtet. Die Heizelektrodenschicht wird dann mittels Photolithographie strukturiert, wobei gestattet wird, daß Pt oder NiCr in die Kontaktlöcher 29 und 30 eindringt, so daß die Anschlußkontakte 22a und 23a für je weils die obere Elektrode 22 und die untere Elektrode 23 gebildet werden (vgl. Fig. 5F). Jener Teil des Substrats 35, der genau unter dem pyroelektrisch sensitiven Bereich 20 liegt, wird weggeätzt (vgl. Fig. 5G). Das Ätzen kann entweder von der Oberseite oder der Unterseite des Substrats 25 durchgeführt wird. Wenn es von der Oberseite durchge führt werden, kann Phosphorsäure in Lösung bei einer spezifizierten Temperatur als flüssige Ätze durch das Ätzloch eingeführt werden. Durch 31 in Fig. 5B ist der entfernte Bereich des Substrats gekennzeichnet.

Es ist anzumerken, daß das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 in Unex amined Published Japanese Patent Application (kokai) Nr. 10-197550/(1998) vorge schlagen wurde.

Entsprechend Fig. 3 wird das auf diese Weise aufgebaute pyroelektrische Durchflußde tektorelement 19 gasdicht eingebaut, so daß mit Ausnahme der in der Mitte des pyro elektrisch sensitiven Bereichs 20 ausgebildeten Durchführung 26 das besagte Element 19 die Öffnung 17, durch welche der Gaskanal 16 zu der Gaskammer 14 hin offen ist, abdichtet. Genauer gesagt, das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 fluchtet mit der Mittenachse der Durchführung 26, die mit der Mittenachse der Öffnung 17 fluchtet, so daß die Gaskammer 14 mit dem Gaskanal 16 lediglich über die Öffnung 17 und die Durchführung 26 kommuniziert.

Durch 32 in Fig. 3 ist ein Signalaufnahmebereich gekennzeichnet, der in der Seitenwand 10a ausgebildet ist, die zusammen mit dem Gehäuse 10 den Gaskanal 16 definiert. In der Seitenwand 10a befindet sich eine Öffnung 33, die mit einem abnehmbaren Deckel 34 verschlossen ist. Mehrere Anschlußstifte 35 durchdringen gasdicht den Deckel 34. Die Anschlußstifte 35, das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 und ein Signal ausgabebereich (nicht gezeigt) sind elektrisch mit Anschlußdrähten 36 verbunden. Am anderen Ende sind die Anschlußstifte 35 mit einem Signalverarbeitungsbereich (nicht gezeigt) verbunden.

Es wird nun die Funktion des in der in Fig. 3 gezeigten Weise aufgebauten Detektors 9 beschrieben. Zunächst sei angenommen, daß die Gaskammern 14 und 15 im Detektor 9 mit Gas gefüllt sind, das gleich dem zu messenden Gas ist. Wenn, wie in Fig. 3 ge zeigt der Infrarotstrahl IR in den Detektor 9 gelenkt wird, empfängt zunächst die Gas kammer 14 den Infrarotstrahl IR. Das Gas G in der Gaskammer 14 absorbiert einen Teil des Infrarotstrahls IR, erwärmt sich dabei und dehnt sich aus. Das expandierte Gas G strömt durch die Öffnung 17, die Durchführung 26 im pyroelektrischen Durchflußdetekto relement 19, den Gaskanal 16 und die Öffnung 18 in dieser Reihenfolge und strömt in die Gaskammer 15. Aufgrund der steigenden Temperatur des Gases G tritt im pyroelek trischen sensitiven Bereich 20 des pyroelektrischen Durchflußdetektorelements 19 eine Temperaturdifferenz auf und der sensitive Bereich 20 gibt entsprechend der besagten Temperaturdifferenz ein Signal aus.

In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist der Infrarotgasanalysator 1 ein sogenannter "Einzelstrahltyp", aber dies ist nicht die einzige Möglichkeit der Erfindung und der Infrarotgasanalysator 1 kann auch als ein sogenannter "Doppelstrahltyp" aufge baut sein, wobei zwei Zellen nebeneinander angeordnet sind. Diese Art eines Infrarot gasanalysators wird im folgenden als die zweite Ausführungsform der Erfindung be schrieben.

Mit 41 und 42 sind jeweils eine Meßzelle und eine Referenzzelle, die röhrenförmig und nebeneinander angeordnet sind, bezeichnet. Die Meßzelle 41 ist an gegenüberliegen den Enden mit Zellenfenstern 43 und 44, beide aus einem infrarotdurchlässigen Material bestehend, abgedichtet. Ein Probengas S wird in die Zelle 2 durch einen Einlaß 45 ein geführt und verläßt diese durch einen Auslaß 46. Die Referenzzelle 42 ist ebenso an gegenüberliegenden Enden mit infrarotdurchlässigen Zellenfenstern 47 und 48, beide aus einem infrarotdurchlässigen Material bestehend, abgedichtet. Die Referenzzelle ist mit einem inerten bzw. Null-Gas (beispielsweise Stickstoff) gefüllt, das einen Infrarot strahl IR nicht absorbiert.

Eine Infrarotquelle 49 (oder 50) ist dem Zellenfenster 43 (oder 47) der Meßzelle 41 (oder der Referenzzelle 42) gegenüberliegend vorgesehen. Ein von der Infrarotquelle 49 (oder 50) ausgesandter Infrarotstrahl IR wird mit einer spezifizierten Frequenz mittels eines Lichtunterbrechers 61, der zwischen der Infrarotquelle 49 (oder 50) und dem Zel lenfenster 43 (oder 47) angeordnet ist und der von einem Motor (nicht gezeigt) in Dre hung versetzt wird, unterbrochen.

Ein Detektor 52 ist den anderen Zellfenstern 44 und 48 gegenüberliegend vorgesehen und dessen Inneres ist durch ein Trennelement 53, jeweils der Meßzelle 41 und der Referenzzelle 42 entsprechend in zwei Kammern 54 und 55 unterteilt. Die Kammer 54 (oder 55) ist an gegenüberliegenden Enden durch Fenster 56 und 57 (oder 58 und 59), die aus einem infrarotdurchlässigen Material bestehen, abgedichtet. Die Gaskammern 54 und 55 sind jeweils mit einem Gas G gefüllt, das die gleichen Absorptionseigenschaf ten als das zu messende Gas zeigt (falls gewünscht, können diese Gaskammern auch mit dem zu messenden Gas gefüllt werden).

Die Gaskammern 54 und 55 kommunizieren über einen Gaskanal 60 miteinander; in der ersten Ausführungsform ist der Gaskanal 60 innerhalb des Trennelements 53 ausgebil det. Der Gaskanal 60 ist zu den Gaskammern 54 und 55 hin jeweils über Öffnungen 61 und 62 offen. In dem dargestellten Falle besitzt der Gaskanal 60 ein an der Öffnung 62 vorgesehenes pyroelektrisches Durchflußdetektorelement 19. Durch 63 ist ein Signal aufnahmebereich gekennzeichnet, der in der gleichen Weise aufgebaut ist, wie der Signalaufnahmebereich 32 in der ersten Ausführungsform und der daher nicht detailliert beschrieben werden muß.

Die Funktionsweise des Detektors 52 in der zweiten Ausführungsform ist die gleiche als die des Detektors 9 in der ersten Ausführungsform und muß nicht detailliert beschrieben werden.

In der ersten und zweiten Ausführungsform weist der Detektor 9 oder 52 lediglich ein py roelektrisches Durchflußdetektorelement 19 auf. Falls nötig kann der Detektor zwei py roelektrische Durchflußdetektorelemente 19 und 19' mit gleichem Aufbau haben. Die zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' können aufeinanderge stapelt oder nebeneinander angeordnet sein. Im weiteren wird der zuerst genannte Fall als die dritte Ausführungsform der Erfindung und der zuletzt genannte Fall als die vierte Ausführungsform beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die Komponenten des pyroelektrischen Durchflußdetektorelements 19' mit einem Strich markiert.

Die Fig. 7A und 7B zeigen die dritte Ausführungsform. In Fig. 7A hat ein Detektor 9A, der für einen Einzelstrahl ausgelegt ist, ein pyroelektrisches Durchflußdetektorelement 19, das im Gaskanal 16 mit der Durchführung 26, die mit der Öffnung 17 fluchtet, vorge sehen ist. Weiterhin ist das andere pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19' mit ei nem zum pyroelektrischen Durchflußdetektorelement 19 identischem Aufbau (das daher die gleichen Werte der thermischen Zeitkonstante und Empfindlichkeit hat) auf das Ele ment 19 gestapelt. Wie durch eine äquivalente Schaltung in Fig. 9A oder 9B gezeigt ist, werden Elektroden mit gleicher Polarität (obere Elektroden 22 und 22' oder untere Elek troden 23 und 23') miteinander verbunden.

Fig. 7B zeigt einen Detektor 52A, der für einen Doppelstrahl ausgebildet ist und bei dem das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 im Kanal 16 mit der Durchführung 26, die mit der Öffnung 17 fluchtet, vorgesehen ist. Weiterhin ist das andere pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19' mit einem zum pyroelektrischen Durchflußdetektorele ment 19 identischen Aufbau über das Element 19 gestapelt. Wie durch eine äquivalente Schaltung in Fig. 9A oder 9B gezeigt ist, sind Elektroden gleicher Polarität miteinander verbunden.

Wie später ausführlich beschrieben wird, ermöglicht die dritte Ausführungsform der Er findung beiden pyroelektrischen Durchflußdetektorelementen 19 und 19', eine Flußmes sung durchzuführen, wobei größere Signale produziert werden, als wenn das pyroelek trische Durchflußdetektorelement 19 alleine vorgesehen ist.

Die Fig. 8A und 8B zeigen die vierte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 8A besitzt ein auf einen Einzelstrahl angepaßter Detektor 9B das pyroelektrische Durchflußdetek torelement 19, das im Gaskanal 16 mit der Durchführung 26, die mit der Öffnung 17 fluchtet. Weiterhin ist das andere pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19' mit ei nem dem pyroelektrischen Durchflußdetektorelement 19 identischem Aufbau benach bart zum Element 19 angeordnet.

Fig. 8B zeigt einen für Doppelstrahl angepaßten Detektor 52B, der das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 aufweist, das im Gaskanal 16 mit der Durchführung 26, die mit der Öffnung 17 fluchtet, vorgesehen ist. Weiterhin ist das andere pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19' mit einem zum pyroelektrischen Durchflußdetektorele ment 19 identischen Aufbau benachbart zum Element 19 angeordnet.

Wie durch eine äquivalente Schaltung in Fig. 9A oder 9B gezeigt ist, entspricht die vierte Ausführungsform der dritten Ausführungsform indem, daß Elektroden gleicher Polarität (obere Elektroden 22 und 22' oder untere Elektroden 23 und 23') miteinander verbun den sind.

Wie später im einzelnen beschrieben wird, ist die vierte Ausführungsform dadurch ge kennzeichnet, daß von den zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelementen 19 und 19' das zuerst genannte Element 19 für die Flußmessung verantwortlich ist, wohingegen das andere Element 19' für die Temperaturkompensation verantwortlich ist. Daher er möglicht das vierte Element eine temperaturkompensierte Messung.

Der in Fig. 3 gezeigte Detektor 9 und der in Fig. 7A gezeigte Detektor 9A der oben be schriebenen vier Ausführungsformen werden im Anschluß mit Bezug zu den Fig. 10A bis 10F besprochen.

I. Zunächst wird der Fall betrachtet, in dem das Heizelement 28 (vgl. Fig. 4) in dem in Fig. 3 gezeigten Detektor 9 ausgeschaltet ist. Die folgenden Betrachtungen sollten im Zusammenhang mit den Fig. 10A bis 10C sowie den Fig. 11A und 11B gelesen werden. Fig. 11A zeigt, wie das Eindringen eines Infrarotstrahls IR in den Detektor 9 unterbro chen wird (ein- und ausgeschaltet wird), und Fig. 11 B zeigt Signale, die entsprechend von dem pyroelektrischen Durchflußdetektorelement 19 ausgegeben werden.
In dem angenommenen Falle hat das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 die gleiche Temperatur wie das Gehäuse des Detektors. Zunächst wird angenommen, daß ein Infrarotstrahl IR durch das infrarotdurchlässige Fenster 11 (vgl. Fig. 10A) in die Gas kammern 14 und 15 gelenkt wird. Da die Gaskammer 14 den eindringenden Infrarot strahl zuerst empfängt absorbiert das Gas in jener Kammer den Infrarotstrahl und er wärmt sich. Das Gas in der Kammer 15 erwärmt sich lediglich wenig, da der Infrarot strahl IR durch das Gas in der Kammer 14 absorbiert wurde.
Das erwärmte Gas G in der Gaskammer 14 dehnt sich aus (vgl. Fig. 10B) und strömt durch die Öffnung 17 und die Durchführung 26 in das pyroelektrische Durchflußdetektorele ment 19 (im weiteren wird der Ausdruck "Durchführung 26" als Ausdruck verwendet für "Durchführung durch das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19"), um in den Gaskanal 16 einzudringen, von wo es durch die Öffnung 18 in die Gaskammer 15 wei terströmt. In diesem Prozeß erhöht das erwärmte Gas die Temperatur des pyroelektri schen Durchflußdetektorelements 19 und Signale, die die resultierende Temperaturän derung kennzeichnen, werden ausgegeben, wie dies durch ein Referenzzeichen 71 in Fig. 11B bezeichnet ist.
Wenn der Infrarotstrahl IR nicht mehr länger in die Gaskammern 14 und 15 eindringt ist das Gas G im thermischen Gleichgewicht; folglich strömt das Gas G, das aus der Gas kammer 14 in die Gaskammer 15 geströmt ist, zurück, wobei es durch die Öffnung 18, den Gaskanal 16, das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 und die Öffnung 17 strömt, um in die Gaskammer 14 zurückzukehren. Während dieses Prozesses kühlt sich das vormals erwärmte pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 ab und seine Tem peratur gleicht sich der des Gehäuses des Detektors an, wobei Signale erzeugt werden, die ausgegeben werden, wie dies durch eine Referenznummer 72 in Fig. 11B gekenn zeichnet ist. Zu bemerken ist, daß die während des Prozesses auftretende Temperatu ränderung nicht abrupt ist und die Ausgangssignale nicht sehr groß sind.
II. Es wird nun der Fall betrachtet, in dem das Heizelement 28 in dem in Fig. 3 gezeig ten Detektor 9 eingeschaltet ist, um das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 auf einer konstanten Temperatur zu halten. Die folgend Erörterung sollte mit Bezug zu den Fig. 12A bis 12C und Fig. 13A bis 13C gelesen werden. Fig. 13A zeigt, wie ein Infra rotstrahl IR unterbrochen wird (ein- und ausgeschaltet wird); Fig. 13B zeigt die Tempera turänderung im pyroelektrischen Durchflußdetektorelement 19; und Fig. 13C zeigt Signale, die entsprechend vom pyroelektrischen Durchflußdetektorelement 19 ausgege ben werden.
Es wird zunächst angenommen, daß ein Infrarotstrahl IR durch das infrarotdurchlässige Fenster 11 (vgl. Fig. 12A) in die Gaskammern 14 und 15 gelenkt wird, wobei das pyro elektrische Durchflußdetektorelement 19 auf einer spezifizierten Temperatur gehalten wird. Da die Gaskammer 14 den eingedrungenen Infrarotstrahl IR zuerst aufnimmt, ab sorbiert das Gas in jener Kammer den Infrarotstrahl und erwärmt sich. Das Gas in der Kammer 15 erwärmt sich jedoch nur wenig, da der Infrarotstrahl IR vom Gas in der Kammer 14 absorbiert worden ist.
Das erwärmte Gas G in der Gaskammer 14 dehnt sich aus (vgl. Fig. 12B) und strömt durch die Öffnung 17 und das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19, um in den Gaskanal 16 einzudringen, von wo es durch die Öffnung 18 weiter in die Gaskammer 15 strömt. Während dieses Prozesses wird das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19, das wärmer als das Gas G ist, von diesem gekühlt. Da das pyroelektrische Durch flußdetektorelement 19 Signale in Reaktion auf Temperaturveränderung ausgibt, wer den durch ein Referenzzeichen 73 in Fig. 13C bezeichnete Signale ausgegeben, wenn das Gas G strömt.
Wenn der Infrarotstrahl IR nicht mehr länger in die Gaskammern 14 und 15 eindringt, ist das Gas G im thermischen Gleichgewicht; folglich kehrt das Gas G, das aus der Gas kammer 14 in die Gaskammer 15 geströmt ist, zurück, wobei es durch die Öffnung 18, den Gaskanal 16, das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 und die Öffnung 17 strömt, um in die Gaskammer 14 zurückzukehren. Die Rückkehr des Gases geschieht nicht abrupt genug, um einen großen Beitrag zum Ausgangssignalpegel zu liefern. Da das Heizelement 28 ständig mit einer konstanten Spannung beaufschlagt wird, ist das abgekühlte pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 bald aufgeheizt und gibt Signale aus, die durch ein Referenzzeichen 74 in Fig. 13C bezeichnet sind.
Als nächstes wird die Funktion des in Fig. 7A gezeigten Detektors 9A beschrieben, der zwei pyroelektrische Durchflußdetektorelemente 19 und 19', die aufeinander angeordnet sind, aufweist.
III. Es wird zunächst der Fall betrachtet, in dem lediglich das Heizelement 28' im pyro elektrischen Durchflußdetektorelement 19' beim Detektor 9A eingeschaltet ist und auf einer konstanten Temperatur gehalten wird. Die folgende Erörterung sollte mit Bezug zu den Fig. 14A bis 14F gelesen werden.
In dem betrachteten Falle, wo lediglich das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19' mit dem Heizelement geheizt wird, um auf einer konstanten Temperatur gehalten zu werden, empfängt die Gaskammer 14, wenn ein Infrarotstrahl IR in die Gaskammer 14 und 15 gelenkt wird (vgl. Fig. 14A), den eingetretenen Infrarotstrahl IR zuerst. Folglich absorbiert das Gas in jener Kammer den Infrarotstrahl IR und wird erwärmt. Anderer seits wird das Gas in der Kammer 15 nur wenig erwärmt, da der Infrarotstrahl IR von dem Gas in Kammer 14 absorbiert worden ist. In dem betrachteten Falle präsentieren die zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' das in Fig. 14B gezeig te anfängliche Temperaturprofil.
Das erwärmte Gas G in der Gaskammer 14 dehnt sich aus (vgl. Fig. 14C) und strömt durch die Öffnung 17 und die zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19', um dann in den Gaskanal 16 einzudringen, von wo es durch die Öffnung 18 in die Gaskammer 15 weiterströmt. Während dieses Prozesses heizt das Gas G das pyroelek trische Durchflußdetektorelement 19 auf, das nicht vom Heizelement erwärmt wird, wo hingegen sich das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19' abkühlt, trotzdem die ses mit dem Heizelement geheizt wird. Folglich zeigen die pyroelektrischen Durchflußde tektorelemente 19 und 19' das durch eine durchgezogene Linie in Fig. 14D gekenn zeichnete Temperaturprofil. Die in Fig. 14D nach oben und unten gerichteten Pfeile re präsentieren die Richtungen, in die sich die Temperaturen der pyroelektrischen Durch flußdetektorelemente 19 und 19' ändern. In dem betrachteten Falle ist der Ausgangs signalpegel die Summe der Ausgangssignale in den oben beschriebenen Fällen I und II.
Wenn der Infrarotstrahl IR nicht länger in die Gaskammern 14 und 15 eindringt, ist das Gas G in thermischen Gleichgewicht; folglich strömt das Gas G, das aus der Gaskam mer 14 in die Gaskammer 15 geströmt ist, zurück, wobei es durch die Öffnung 18, den Gaskanal 16, das pyroelektrische Durchflußdetektorelement 19 und die Öffnung 17 zu rück in die Gaskammer 14 strömt. Während dieses Prozesses ist das von den zwei py roelektrischen Durchflußdetektorelementen 19 und 19' hervorgerufene Temperaturprofil so geändert, wie dies durch eine durchgezogene Linie in Fig. 14F dargestellt ist, und der Ausgangssignalpegel ist die Summe der Ausgangssignale in den oben beschriebenen Fällen I und II.
IV. Als nächstes wird der Fall betrachtet, in dem die Heizelemente 28 und 28' in den py roelektrischen Durchflußdetektorelementen 19 und 19' jeweils im Detektor 9A ange schaltet sind, und sich auf einer konstanten Temperatur befinden. Die folgende Erörte rung sollte mit Bezug zu den Fig. 15A bis 15F gelesen werden.
In dem betrachteten Falle, wo beide pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' von den Heizelementen geheizt werden, um eine konstante Temperatur einzuhalten, empfängt die Gaskammer 14, wenn ein Infrarotstrahl IR in die Gaskammern 14 und 15 gelenkt wird (vergleiche Fig. 15A), den eingedrungenen Infrarotstrahl zuerst. Folglich absorbiert das Gas in jener Kammer den Infrarotstrahl IR und erwärmt sich. Anderer seits wird das Gas in der Kammer 15 wenig aufgeheizt, da der Infrarotstrahl IR vom Gas G in der Kammer 14 absorbiert worden ist. In dem betrachteten Falle zeigen die zwei py roelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' das anfängliche in Fig. 15B ge zeigte Temperaturprofil.
Das erwärmte Gas G in der Gaskammer 15 dehnt sich aus (vergleiche Fig. 15C) und strömt durch die Öffnung 17 und die zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19', um dann in den Gaskanal 16 einzudringen, von dem es durch die Öffnung 18 in die Gaskammer 15 weiterströmt. Während dieses Prozesses wird das pyroelektri sche Durchflußdetektorelement 19 durch das Gas G gekühlt, während das andere py roelektrische Durchflußdetektorelement 19' weiter erwärmt wird durch das Gas G, das Wärme vom pyroelektrischen Durchflußdetektorelement 19 aufgenommen hat. Daher zeigen die zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' das durch eine durchgehende Linie in Fig. 15D gekennzeichnete Temperaturprofil. Die nach oben und unten gerichteten Pfeile in Fig. 15D repräsentieren die Richtungen, um die sich die Temperaturen der pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' ändern. In dem betrachteten Falle ist der Ausgangssignalpegel zweimal so groß als derjenige, der mit dem oben beschriebenen Falle unter II erzeugt worden ist.
Wenn der Infrarotstrahl IR nicht länger in die Gaskammern 14 und 15 eindringt, ist das G im thermischen Gleichgewicht; folglich bewegt sich das Gas G, das aus der Gaskam mer 14 in die Gaskammer 15 geströmt ist, zurück, wobei es durch die Öffnung 18, den Gaskanal 16, die pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' und die Öff nung 17 strömt, um in die Gaskammer 14 zurückzukehren. Während dieses Prozesses ändert sich das Temperaturprofil, das die beiden pyroelektrischen Durchflußdetektor elemente 19 und 19' aufweisen, in der durch eine durchgezogene Linie in Fig. 15F ge kennzeichneten Weise und der Ausgangssignalpegel ist gleich demjenigen, der in dem oben beschriebenen Falle unter II erzeugt wurde.
Eine Bemerkung ist für den Fall hinzuzufügen, indem beide pyroelektrischen Durchfluß detektorelemente 19 und 19' mit den Heizelementen geheiztwerden, um eine konstante Temperatur einzuhalten. Wenn sich die Temperaturen der zwei Detektorelemente in der gleichen Richtung ändern (d. h. beide steigen oder fallen), heben sich die beiden Signale gegeneinander auf und produzieren kein Ausgangssignal. In den oben beschriebenen Fällen III und IV treten Temperaturänderungen in entgegengesetzter Richtung auf (vergleiche Fig. 14D und 15D) und ergeben Ausgangssignale, die größer sind als im anderen Falle.
Um die Vorteile der Erfindung zu demonstrieren, wurde ein pyroelektrisches Durchfluß detektorelement 19 unter Verwendung der vorliegenden Erfindung und ein konventionel les thermisches Durchflußdetektorelement jeweils in einen Infrarot-Gasanalysator des Einzelstrahltyps, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, eingebaut und Empfindlichkeitsmessungen wurden mit einem zugeführten Probengas durchgeführt. Die Ergebnisse werden im fol genden als Beispiel der Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wurde ein pyroelektrisches Durchflußdetektorelement 19 in das Detektorgehäuse 10 eingebaut, wobei eine angemessene Konzentration von CO-Gas in die Gaskammern 14 und 15 eingefüllt wurde und der Lichtunterbrecher 8 bei einer Fre quenz von 10 Hz betrieben wurde. Bei der Betriebsweise des pyroelektrischen Detekto relements 19 wurden zwei Fälle unterschieden, ohne Heizen des Heizelements und mit einer dem Heizelement eingeprägten Gleichspannung und Aufheizen bis zu 80°C. Wenn Argon und 200 ppm CO-Gas in die Messzelle 2 geleitet wurden, wurden die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 zu sehen ist, hat der Detektor diese Erfindung, der das pyroelektri sche Durchflußdetektorelement 19 im sensitiven Bereich verwendet, eine weitaus höhe re Empfindlichkeit als der Detektor, der sich auf das konventionelle thermische Durch flußdetektorelement stützt. Die Verbesserung war insbesondere groß, wenn das pyro elektrische Durchflußdetektorelement 19 mit dem Heizelement erwärmt wurde. Dies liegt daran, daß das pyroelektrische Gerät ein differenzielles Detektorelement ist, deren Signalausgabe von der Temperaturdifferenz abhängt.

Beispiel 2

Wie in Fig. 7A gezeigt ist, sind die zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelemente 19 und 19' übereinander angeordnet und in das Detektorgehäuse 10 eingebaut. Die ande ren Bedingungen sind die gleichen wie in Beispiel 1. Wenn Argon und 200 ppm CO-Gas in die Meßzelle 2 geleitet werden, werden die in Tabelle 2 gezeigten Resultate erreicht.

Tabelle 2

Der erfindungsgemäße Detektor, der pyroelektrische Durchflußdetektorelemente im sensitiven Bereich verwendet, erzielt größere Ausgangssignale und höhere Detekto rempfindlichkeiten, als der Detektor, der die konventionellen thermischen Durchflußde tektorelemente verwendet. Folglich kann der Detektor der Erfindung vorteilhafterweise in einem Infrarotgasanalysator verwendet werden.

Wenn der sensitive Bereich des pyroelektrischen Durchflußdetektorelements erwärmt wurde, zeigten sich die Eigenschaften des pyroelektrischen Geräts als ein differenzielles Detektorelement besonders deutlich und lieferten eine signifikante Verbesserung der Detektorempfindlichkeit.

Die Verwendung von zwei pyroelektrischen Durchflußdetektorelementen mit identi schem Aufbau war in der Unterdrückung der Wirkung von Umgebungstemperatur und Störungen effizient. In diesem Falle konnte eine markante Verbesserung der Detekto rempfindlichkeit durch Aufheizen des sensitiven Bereichs eines jeden pyroelektrischen Durchflußdetektorelements erreicht werden.

Das erfindungsgemäße Durchflußdetektorelement zur Verwendung in Infrarot- Gasanalysatoren wird nun detaillierter mit Bezug zu den Fig. 16 bis 24 beschrieben. Das Detektor element ist in zwei Typen thermisch und pyroelektrisch verfügbar. Fig. 16 und 17 zeigen ein thermisches Durchflußdetektorelement A, das, wie in den Fig. 1 und 2 gezeigten konventionellen Versionen, in einer verwirbelnden Weise im Gaskanal, über den die zwei Gaskammern mit einem Gas, das die gleichen Absorptionseigenschaften als das zu messende Gas zeigt, befüllt werden und miteinander kommunizieren, vorgesehen. Durch Referenzzeichen 101 ist ein Paar von Heizelementen gekennzeichnet, die mit ei ner konstanten Spannung versorgt werden, um eine Temperatur zu erhalten, die um ei nen gewissen Wert höher ist als die Temperatur des Gases in den Gaskammern. Die Heizelemente 101 sind meanderförmig angeordnet und werden über Leiter 102 mit Strom beaufschlagt. Die Heizelemente sind auf dünnen Isolationsschichten 103 befe stigt.

Die dünnen Isolationsschichten 103 können entweder aus organischem Material wie et wa Polymid oder Epoxyverbindungen oder aus anorganischem Material wie etwa SiO₂ oder Si₃N₄ hergestellt sein. In der betrachteten Ausführungsform bestehen die Schich ten 103 aus einem photoempfindlichen Polymid. Mit Referenzzeichen 104 ist ein Paar von Substraten, die entweder aus amorphem Glas oder einem kristallinen Material wie etwa Silicium oder MgO bestehen, bezeichnet. Jedes Substrat weist eine Öffnung 104A auf. Gasdurchführungsöffnungen 105 mit einem Kanalflächenanteil, der kleiner ist als die Fläche der Lücke zwischen benachbarten Segmenten des Heizelements 101, sind in der Nähe der Heizelemente 101 in jenem Bereich der dünnen Isolationsschicht 103 ausgebildet, die den Öffnungen 104a entsprechen. In der betrachteten Ausführungsform sind mehrere, kleine, gleich lange Gasdurchführungsöffnungen 105 mit einer geringeren Breite als der Abstand zwischen benachbarten gewundenen Segmenten des Heizele ments 101 entlang seiner Ausbreitungsrichtung ausgebildet.

Es wird nun ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen des thermischen Flußdetekto relements A mit Bezug zu den Fig. 18A bis 19C beschrieben. Zunächst wird ein aus amorphem Glas oder einem kristallinen Material wie etwa Si oder MgO hergestelltes Substrat 104 mit einer dünnen Isolationsschicht 103, die aus einem photoempfindlichen Polymid in einer Dicke von etwa 0,5 bis 2 µm abgeschieden wurde, beschichtet. Gas durchführungsöffnungen 105 werden in der dünnen Isolationsschicht 103 durch ein Photolack-Verfahren in spezifizierten Positionen gebildet (vergleiche Fig. 18A und 18B). Die dünne Isolationsschicht 103 wird dann mit einer Heizelektrodenschicht 106 (beispielsweise Pt, Ni oder NiCr) beschichtet, die in einer Dicke von ungefähr 0,1 bis 0,3 µm durch Sputtern oder eine andere geeignete Technik (vergleiche Fig. 18C) abge schieden wird. Nachdem mittels einer Photolacktechnik eine Struktur erzeugt wurde (vergleiche Fig. 18D), wird die Heizelektrodenschicht 106 durch Ätzen strukturiert (vergleiche Fig. 18E). Durch Referenzzeichen 107 ist das Photolackmuster gekenn zeichnet. Anschließend wird das Photolackmuster 107 entfernt und die Rückseite des Substrats 104 wird selektiv weggeätzt, um eine Öffnung 104a zu bilden, wodurch eine Einheit des Detektorelements A1 (vergleiche Fig. 19A und 19B) entsteht. Anschließend werden zwei Einheiten des Detektorelements A1 übereinander angeordnet und mitein ander verdrahtet (vergleiche Fig. 19C), um das in Fig. 16 gezeigte thermische Durch flußdetektorelement A zu erzeugen.

Entsprechend dem oben beschriebenen Herstellungsprozeß können die Gasdurchfüh rungsöffnungen 105 ohne Bezug zur Leiterbahngröße und Struktur der Heizelemente 101 gebildet werden, und durch Verringerung der Kanalfläche der Gasdurchführungs öffnungen 105 kann die Gasdurchflußrate genügend gesteigert werden, um eine höhere Empfindlichkeit zu erzeugen. Zusätzlich sind die Heizelemente 101 an den dünnen Iso lationsschichten 103 befestigt, so daß keine Notwendigkeit besteht, eine dicke Heizelek trodenschicht zu verwenden und das thermische Durchflußdetektorelement A kann als eine genügend dünne Schicht ausgebildet werden, um die Wärmekapazität zu verrin gern und dadurch die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Die Fig. 20, 21A und 21B zeigen ein pyroelektrisches Durchflußdetektorelement B, das den zweiten Typ des erfindungsgemäßen Durchflußdetektorelements zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren repräsentiert. Wie das bereits beschriebene thermische Durch flußdetektorelement A ist das pyroelektrische Durchflußdetektorelement B in einer ver wirbelnden Weise in einem Gaskanal, über den zwei Gaskammern mit einem Gas, das die gleichen Absorptionseigenschaften wie das zu messende Gas zeigt, gefüllt werden und miteinander kommunizieren, vorgesehen.

Durch Referenzzeichen 108 ist ein pyroelektrisch sensitiver Bereich bezeichnet, der aus einer dünnen ferroelektrischen (pyroelektrischen) Schicht 109, die zwischen einer obe ren Elektrode 110 und einer unteren Elektrode 111 eingeschlossen ist, besteht. Durch Referenzzeichen 112 ist ein aus einem einkristallinen MgO oder Si hergestelltes Sub strat mit einer Öffnung 112a bezeichnet.

Auf der oberen Elektrode 110 ist ein Heizelement 114 vorgesehen; dazwischen liegt ei ne dünne Isolationsschicht 113. Das Heizelement 114 ist in einem Zickzackmuster ge bogen, um die notwendige Länge zu gewährleisten. Das Heizelement 114 wird mit einer konstanten Spannung versorgt, um eine Temperatur aufzuweisen, die um einen gewis sen Wert höher ist als die des Gases in den Gaskammern. Die dünne Isolationsschicht 113 kann aus einem organischen Material wie etwa Polymid oder eine Epoxyverbindung oder aus einem anorganischen Material wie etwa SiO₂ oder Si₃N₄ gebildet sein; Isolato ren mit einer geringeren Wärmeleitfähigkeit als Metalle sind bevorzugt.

Gasdurchführungsöffnungen 115 mit einer geringen Kanalfläche, die vertikal in das Substrat 112 eindringen, sind in der Nähe des Heizelements 114 ausgebildet. In dem betrachteten Falle sind neun solcher Gasdurchführungsöffnungen äquidistant im pyro elektrischen sensitiven Bereich ausgebildet. Durch die Referenzzeichen 117 und 118 sind Kontaktlöcher gekennzeichnet; 110a ist ein Anschlußkontakt für die obere Elektro de 110; 111a ist ein Anschlußkontakt für die untere Elektrode 111; 114a und 114b sind Anschlußelektroden für das Heizelement 114; 111b ist ein Anschlußende der unteren Elektrode 111, die mit dem Anschlußkontakt 111a in den Kontaktlöchern 118 verbunden ist. Der pyroelektrisch sensitive Bereich 108 und das Heizelement 114 befinden sich im Substrat 112 über der Öffnung 112a und sind am Substrat über die dünne Isolations schicht 113 befestigt.

Um das pyroelektrische Durchflußdetektorelement B in Funktion zu setzen, wird das Heizelement 114 mit einer konstanten Spannung beaufschlagt, so daß dieses auf eine konstante Temperatur, beispielsweise 80 bis 110°C, erwärmt wird. Wenn kein Gas strömt, ist die Ausgabe des pyroelektrisch sensitiven Bereichs 108 gleich Null. Bei Vor handensein eines Gasflußes wird das Heizelement 114 entsprechend der Durchflußrate des Gases gekühlt, das durch die Öffnungen 115 strömt und eine Temperaturänderung des pyroelektrisch sensitiven Bereichs 108 bewirkt, der dann Signale ausgibt, die die Temperaturänderung und damit den Gasdurchfluß kennzeichnen. Der erfaßte Gas durchfluß gestattet die Bestimmung der Höhe der Infrarot-Absorption durch das zu un tersuchende Gas (und folglich seiner Konzentration), das durch die Meßzelle (nicht ge zeigt) in einem nicht dispersiven Infrarotgasanalysator strömt.

Es wird nun ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen des pyroelektrischen Durch flußdetektorelements B mit Bezug zu den Fig. 22A bis 24F beschrieben. Das Substrat 112, das aus einem einkristallinen MgO oder Si hergestellt ist, wird durch Sputtern oder eine andere Behandlung mit einer Pt-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 0,2 µm be schichtet, so daß diese als die untere Elektrode 111 (vergleiche Fig. 22A) fungiert. Die untere Elektrode 111 wird einer MOCVD (metalorganic chemical vapor deposition, me tallorganische chemische Dampfablagerung) oder einer anderen Behandlung unterwor fen, um mit einer dünnen PZT oder PLZT ferroelektrischen Schicht 109 mit einer Dicke von ungefähr 2 bis 5 µm (vergleiche Fig. 22B) beschichtet zu werden. Auf die dünne fer roelektrische Schicht 109 wird durch Sputtern oder eine andere Behandlung eine Au oder Pt-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 0,2 µm abgeschieden, so daß diese als die obere Elektrode 110 (vergleiche Fig. 22C) fungiert. Die obere Elektrode 110, die dünne ferroelektrische Schicht 109 und die untere Elektrode 111 werden nacheinander mittels Photolithographie (vergleiche Fig. 23A bis 23D und 24A und 24B) strukturiert. Als Ergebnis der Strukturierung werden Durchführungen, die später als Gasdurchfüh rungsöffnungen 115 fungieren, gebildet.

Der pyroelektrisch sensitive Bereich 108 ist mit einer dünnen Isolationsschicht 113 (vergleiche Fig. 24C und 24D) bedeckt. Wie speziell in Fig. 24D gezeigt ist, hat die dün ne Isolationsschicht 113 nicht nur Durchführungen, die später als Gasdurchführungsöff nungen 115 dienen, sondern auch die Kontaktlöcher 117 und 118 und Vertiefungen 119a, 119b, 119c und 119d, die als Basis von Anschlußelektroden dienen. Die dünne Isolationsschicht 113 ist mit einer Heizelektrodenschicht (typischerweise aus Pt oder NiCr) beschichtet, die später als das Heizelement 114 dient. Die Heizelektrodenschicht wird dann durch Photolithographie strukturiert, wobei ein Teil des Pt oder NiCr veranlaßt wird, in die Kontaktlöcher 117 oder 118 einzudringen, um den Anschlußkontakt 110a für die obere Elektrode und den Anschlußkontakt 111a für die untere Elektrode (vergleiche Fig. 24E und 24F) zu bilden. In dem betrachteten Falle werden die Anschlußkontakte für die obere und untere Elektrode gleichzeitig mit der Heizelektrodenschicht gebildet; dies ist aber erfindungsgemäß nicht die einzige Möglichkeit, und jene Anschlußkontakte kön nen separat zu einem, die Heizelektrodenschicht erzeugenden Verfahrensschicht, ge bildet werden. Anschließend wird der Teil des Substrats 112, der sich genau unter dem pyroelektrisch sensitiven Bereich 108 befindet, weggeätzt, um die Öffnung 112a zu bil den, so daß die Gasdurchführungsöffnungen 115 senkrecht in das Substrat 112 ein dringen. Damit ist die Herstellung des pyroelektrischen Durchflußdetektorelements B abgeschlossen.

Das pyroelektrische Durchflußdetektorelement B hat an sich eine höhere Empfindlich keit und eine höhere Reaktionsgeschwindigkeit als das thermische Durchflußdetektore lement A. Entsprechend dem oben beschriebenen Herstellungsprozeß kann dieser Vorteil des pyroelektrischen Durchflußdetektorelements B weiter gefördert werden. Ge nauer gesagt die Gasdurchführungsöffnungen 115 können ohne Bezug zur Leiter bahngröße und Struktur des Heizelements 114 ausgebildet werden und durch Reduzie rung der Kanalfläche oder der Fläche des Durchflußweges der Gasdurchführungsöff nung 115 kann die Gasdurchflußrate genügend gesteigert werden, um eine höhere Empfindlichkeit zu liefern. Zusätzlich ist die dünne ferroelektrische Schicht 109 sehr dünn (ca. 2 bis 5 µm) und das Heizelement 114 ist an der dünnen Isolationsschicht 113 befestigt, so daß keine Notwendigkeit besteht, eine dicke Heizelektrodenschicht zu ver wenden. Als Folge dieser Merkmale kann das pyroelektrische Durchflußdetektorelement B als eine genügend dünne Schicht ausgebildet sein, um die Wärmekapazität zu verrin gern und dadurch die Reaktionszeit zu steigern.

Kurz gesagt, weist die vorliegende Erfindung den Vorteil auf, die Empfindlichkeit und Ansprechgeschwindigkeit eines Durchflußdetektorelements zur Anwendung in Infrarot gasanalysatoren zu erhöhen.

Claims

1. Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren mit:
zwei Gaskammern, die in Reihe mit einer Meßzelle angeordnet sind und mit ei nem Gas zu befüllen sind, das die gleichen Absorptionseigenschaften als das zu messende Gas zeigt;
einem Gaskanal, über den die beiden Gaskammern untereinander kommunizie ren;
einem ersten pyroelektrischen Durchflußdetektorelement, das im Gaskanal an geordnet ist.

2. Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren mit:
zwei Gaskammern, die mit einem Gas zu befüllen sind, das die gleichen Absorp tionseigenschaften als das zu messende Gas zeigt und die parallel angeordnet sind, so daß sie jeweils einer Meßzelle und einer Referenzzelle entsprechen;
einem Gaskanal, über den die beiden Gaskammern miteinander kommunizieren;
einem ersten pyroelektrischen Durchflußdetektorelement, das in dem Gaskanal angeordnet ist.

3. Der Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren gemäß Anspruch 1, weiterhin mit einem Heizelement zum Heizen eines sensitiven Bereichs des er sten pyroelektrischen Durchflußdetektors.

4. Der Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren gemäß Anspruch 2, der weiterhin ein Heizelement zum Heizen eines sensitiven Bereichs des ersten py roelektrischen Durchflußdetektors umfaßt.

5. Der Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren entsprechend Anspruch 1, der weiterhin ein zweites pyroelektrisches Durchflußdetektorelement umfaßt, das als eine Kompensationseinrichtung in der Nachbarschaft des ersten pyro elektrischen Durchflußdetektorelements vorgesehen ist.

6. Der Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren entsprechend Anspruch 2, der weiterhin ein zweites pyroelektrisches Durchflußdetektorelement umfaßt, das als eine Kompensationseinrichtung in der Nachbarschaft des ersten pyro elektrischen Durchflußdetektorelements vorgesehen ist.

7. Der Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren entsprechend Anspruch 1, der weiterhin ein zweites pyroelektrisches Durchflußdetektorelement umfaßt, das dem ersten pyroelektrischen Durchflußdetektorelement als eine Kompensa tionseinrichtung überlagert ist.

8. Der Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren gemäß Anspruch 2, der weiterhin ein zweites pyroelektrisches Durchflußdetektorelement umfaßt, das dem ersten pyroelektrischen Durchflußdetektorelement als eine Kompensations einrichtung überlagert ist.

9. Der Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren gemäß einem der An sprüche 4 bis 8, der weiterhin ein Heizelement zum Heizen des sensitiven Be reichs zumindest des ersten oder des zweiten pyroelektrischen Durchflußdetek tors umfaßt.

10. Durchflußdetektorelement in einem Detektor zur Anwendung in Infrarotgasanaly satoren mit:
zwei Gaskammern, die mit einem Gas, das die gleichen Absorptionseigenschaf ten als das zu messende Gas zeigt, zu befüllen sind;
einem Gaskanal, über dem die zwei Gaskammern miteinander kommunizieren;
einem Durchflußdetektorelement, das in dem Gaskanal vorgesehen ist;
einem Heizelement, das mit einer konstanten Spannung zu versorgen ist, so daß seine Temperatur um einen gewissen Wert höher ist als die Temperatur des Ga ses in den Gaskammern; und
einer Gasdurchführungsöffnung, die in der Nachbarschaft des Heizelementes ausgebildet ist, wobei der Kanalbereich der Gasdurchführungsöffnung kleiner ist als der Bereich der Lücke zwischen benachbarten Segmenten des Heizele ments.

11. Das Durchflußdetektorelement in einem Detektor zur Anwendung in Infrarot gasanalysatoren gemäß Anspruch 10, wobei das Durchflußdetektorelement vom thermischen Typ ist.

12. Das Durchflußdetektorelement in einem Detektor zur Anwendung in Infrarot gasanalysatoren gemäß Anspruch 10, wobei das Durchflußdetektorelement ein pyroelektrischer Typ ist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Durchflußdetektorelements zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren mit den Schritten:
Abscheiden einer dünnen Isolationsschicht auf einem Substrat;
Bilden von Gasdurchführungsöffnungen in der dünnen Isolationsschicht;
Bilden einer Heizelektrodenschicht auf der dünnen Isolationsschicht; und
Entfernen eines Teils des Substrats, um eine Öffnung zu formen, wodurch eine Einheit des Detektorelements erzeugt wird und verdrahten zweier solcher Einhei ten des Detektorelements in überlagernder Weise, um ein thermisches Durch flußdetektorelement zu erzeugen.

14. Verfahren zur Herstellung eines Durchflußdetektorelements zur Anwendung in Infrarotgasanalysatoren mit den Schritten:
Bilden einer unteren Elektrode auf einem Substrat, Bilden einer dünnen ferroelek trischen Schicht auf der unteren Elektrode;
Bilden einer oberen Elektrode auf der dünnen ferroelektrischen Schicht;
Strukturieren der oberen Elektrode, der dünnen ferroelektrischen Schicht und der unteren Elektrode in dieser Reihenfolge mit einer ebenfalls auszubildenden Gas durchführungsöffnung;
Bilden einer dünnen Isolationsschicht, die einen pyroelektrisch sensitiven Bereich bedeckt der sich aus der oberen Elektrode, der dünnen ferroelektrischen Schicht und der unteren Elektrode zusammensetzt, mit einer Durchführung und Kontakt löchern, die ebenfalls in der dünnen Isolationsschicht ausgebildet sind;
Bilden einer Heizelektrodenschicht auf der dünnen Isolationsschicht;
Bilden einer Heizelektrodenschicht auf der dünnen Isolationsschicht;
einem Teil der Heizelektrodenschicht gewähren, in die Kontaktlöcher einzudrin gen, um Kontaktanschlüsse für die oberen und unteren Elektroden herzustellen; und
Entfernen jenes Teils des Substrats, der genau unter dem pyroelektrisch sensiti ven Bereich liegt, um eine Öffnung zu bilden, wodurch ein pyroelektrisches Durchflußdetektorelement erzeugt wird.