DE3231534A1 - DEW POINT MEASURING DEVICE - Google Patents
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Patentanwälte ■ European Patent Attorneys München - γ* StuttgartPatent Attorneys ■ European Patent Attorneys Munich - γ * Stuttgart
Endress u. Hauser GmbH u. Co. 24. August 1982Endress and Hauser GmbH and Co. August 24, 1982
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7867 Maulburg Hauptstrasse 1
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Unser Zeichen: E 1104Our reference: E 1104
TaupunktmeßgerätDew point meter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Taupunktmeßgerät mit einem kapazitiven Taudetektor, dessen Elektroden in · Schichttechnik auf einem Substrat gebildet sind, und mit einem Widerstandsthermometer, dessen Meßwiderstand zur Messung der Substrattemperatur auf dem Substrat angebracht ist.The invention relates to a dew point measuring device with a capacitive dew detector, the electrodes of which are in Layer technology are formed on a substrate, and with a resistance thermometer, the measuring resistor for Measurement of the substrate temperature is attached to the substrate.
Bei Taupunktmeßgeräten dieser Art wird bekanntlich die Temperatur des Substrats durch eine geeignete Kühleinrichtung verringert, bis sich auf dem Substrat ein Kondensationsbeschlag bildet, und sie wird dann durch eine Temperaturregeleinrichtung so geregelt, daß der Kondensationsbeschlag eine vorgegebene konstante. Dicke beibehält. Die vom Widerstandsthermometer gemessene Temperatur des Substrats ist dann die Taupunkttemperatur. Die Feststellung des Kondensationsbeschlags erfolgt kapazitiv aufgrund der Tatsache, daß der Kondensationsbeschlag infolge der großen Dielektrizitätskonstante von Wasser eine beträchtlicheIn dew point measuring devices of this type, it is known that the temperature of the substrate is controlled by a suitable cooling device reduced until condensation forms on the substrate, and it is then controlled by a temperature control device regulated so that the condensation fog a predetermined constant. Maintains thickness. the The temperature of the substrate measured by the resistance thermometer is then the dew point temperature. The finding the condensation build-up takes place capacitively due to the fact that the condensation build-up due to the large The dielectric constant of water is considerable
Lei/MaLei / Ma
Vergrößerung der zwischen den Elektroden des Taudetektors gemessenen Kapazität verursacht. Gegenüber Taupunktmeßgeräten, die mit einer optischen Peststellung des Kondensationsbeschlags arbeiten, ergeben kapazitive Taudetektoren eine Reihe von Vorteilen. Sie sind wesentlich einfacher, kleiner, leichter und billiger, mechanisch robuster und unempfindlicher gegen Verschmutzung.Causes an increase in the capacitance measured between the electrodes of the thaw detector. Compared to dew point measuring devices, which work with an optical position of the condensation fogging result in capacitive thaw detectors a number of advantages. They are much simpler, smaller, lighter and cheaper, mechanically more robust and less sensitive to pollution.
Taupunktmeßgeräte mit kapazitivem Taudetektor sind beispielsweise aus der DE-AS 22 35 212, der SE-OS 333 820 und dem Aufsatz "A new method of measuring and controlling humidity by electric cooling elements and capacitive sensors for dew" von D. Schreiber in "Measurement and Instrumentation, Acta Imeko 1973", Vol. II, Verlag der ungarischen Akademie der Wissenschaften, bekannt. Bei diesen bekannten Taupunktmeßgeräten bestehen eine Reihe von Problemen, die die Meßgenauigkeit beeinflussen, üblicherweise wird der Meßwiderstand des Widerstandsthermometer s, beispielsweise ein Pt 100, auf dem Substrat neben der von den Elektroden des Taudetektors eingenommenen Fläche angebracht. Dadurch können sich Fehler in der Temperaturmessung ergeben, weil die Substrattemperatur infolge von Temperaturgradienten nicht immer an allen Stellen gleich ist. Insbesondere erfolgt die Temperaturmessung nicht an der Stelle, an der die Taubildung festgestellt wird. Die Temperaturmessung muß aber mit sehr hoher Genauigkeit erfolgen, da Meßfehler um Bruchteile eines Kelvin bereits Verschiebungen des Feuclvtemeßwerts um einige Prozent zur Folge haben.Dew point measuring devices with a capacitive dew detector are for example from DE-AS 22 35 212, SE-OS 333 820 and the article "A new method of measuring and controlling humidity by electric cooling elements and capacitive sensors for dew "by D. Schreiber in" Measurement and Instrumentation, Acta Imeko 1973 ", Vol. II, Publishing House of the Hungarian Academy of Sciences These known dew point measuring devices usually have a number of problems which affect the measurement accuracy the measuring resistor of the resistance thermometer, for example a Pt 100, is next to the substrate the area occupied by the electrodes of the dew detector. This can lead to errors in the temperature measurement result because the substrate temperature is not always at all points due to temperature gradients is equal to. In particular, the temperature measurement takes place not at the point where the formation of dew is detected. The temperature measurement must be very accurate occur, since measurement errors by a fraction of a Kelvin already shift the measured value of the Feuclvtemeßwerts by several Percent result.
Weitere Nachteile der bekannten kapazitiven Taudetektoren sind darin zu sehen, daß nicht die ganze Fläche des Substrats für die Taudetektion zur Verfügung steht und daß besondere Fertigungsschritte erforderlich sind, um den Meßwiderstand zusätzlich zu den Elektroden des Taudetektors auf dem Substrat anzubringen.Further disadvantages of the known capacitive thaw detectors can be seen in the fact that not the entire surface of the substrate for thaw detection is available and that special manufacturing steps are required to the To attach measuring resistor in addition to the electrodes of the dew detector on the substrate.
Die geschilderten Probleme und Nachteile bestehen in erhöhtem Maße, wenn anstelle eines Meßwiderstands andere Temperatursensoren für die Messung der Substrattemperatur verwendet werden.The problems and disadvantages outlined exist to a greater extent if, instead of a measuring resistor, another one Temperature sensors can be used for measuring the substrate temperature.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Taupunktmeßgeräts der eingangs angegebenen Art, dessen Taudetektor einfach, billig und kompakt herzustellen ist und das eine große Meßgenauigkeit ergibt.The object of the invention is to create a dew point measuring device of the type specified at the outset, its dew detector is easy, cheap and compact to manufacture and that results in a high measurement accuracy.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßwiderstand des Widerstandsthermometers durch wenigstens eine der Elektroden des kapazitiven Taudetektors gebildet ist.According to the invention, this object is achieved in that the measuring resistor of the resistance thermometer by at least one of the electrodes of the capacitive dew detector is formed.
Durch die Verwendung wenigstens einer der Elektroden des kapazitiven Taudetektors als Meßwiderstand des Widerstandsthermometers werden in hervorragender Weise die Anforderungen erfüllt, die an den Temperatursensor gestellt werden. Die Messung erfolgt unmittelbar an der Stelle, an der die Taubildung festgestellt wird, und der Flächenbereich der Temperaturmessung fällt mit dem Flächenbereich der Taudetektion zusammen. Etwa bestehende Temperaturgradienten sind daher ohne Einfluß auf die Meßgenauigkeit, weil sie sich in gleicher Weise auf die Temperaturmessung und die Taudetektion auswirken. Ferner kann die ganze Substratfläche sowohl für die Taudetektion als auch für die Temperaturmessung ausgenutzt werden.By using at least one of the electrodes of the capacitive dew detector as the measuring resistor of the resistance thermometer, the requirements are met in an excellent manner fulfilled, which are placed on the temperature sensor. The measurement takes place directly at the point where the Dew formation is detected, and the surface area of the temperature measurement falls with the surface area of the dew detection together. Any existing temperature gradients therefore have no effect on the measurement accuracy because they affect the temperature measurement and the thaw detection in the same way. Furthermore, the entire substrate area can be used both for thaw detection and for temperature measurement.
Von besonderem Vorteil ist die einfache Herstellung des Taudetektors, denn der Meßwiderstand des Widerstandsthermometers fällt ohne zusätzlichen Aufwand im gleichen Arbeitsgang bei der Herstellung der Elektroden des Taudetektors mit an. Wegen der geringeren Anzahl von Anschlußelektroden kann der Taudetektor auch leichter ausgewechselt werden.The simple manufacture of the dew detector is of particular advantage because the measuring resistor of the resistance thermometer falls without additional effort in the same work step in the manufacture of the electrodes of the dew detector with at. Because of the smaller number of connection electrodes, the thaw detector can also be replaced more easily.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß wenigstens die den Meßwiderstand bildende Elektrode des Taudetektors aus Platin gebildet ist. Man erzielt dann die vorteilhaften Eigenschaften von Platin-Widerstandsthermometern, insbesondere deren hohe Genauigkeit, großen Temperaturbereich und hohe Langzeitstabilität. Es ist auch ohne weiteres möglich, dem Meßwiderstand den genormten Wert eines Pt 100 von 100 Ω zu erteilen. Anstelle von Platin kann auch Nickel verwendet werden.An advantageous embodiment of the invention consists in that at least the electrode forming the measuring resistor Thaw detector is made of platinum. The advantageous properties of platinum resistance thermometers are then achieved, in particular their high accuracy, large temperature range and high long-term stability. It is also without It is also possible to give the measuring resistor the standardized value of a Pt 100 of 100 Ω. Instead of platinum can also Nickel can be used.
Wenn die die Elektroden tragende Oberfläche des Substrats, wie bei kapazitiven Taudetektoren üblich, durch eine Schutzschicht hermetisch dicht abgedeckt wird, ist auch der Meßwiderstand in gleicher Weise wie der Taudetektor gegen Korrosion, mechanische Beschädigung und Verschmutzung ■ geschützt.If the surface of the substrate carrying the electrodes, as is usual with capacitive dew detectors, by a Protective layer is covered hermetically tight, the measuring resistor is in the same way as the dew detector Protected against corrosion, mechanical damage and soiling.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt:Further features and advantages of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments are shown in the drawing. In the drawing shows:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform des Taudetektors eines Taupunktmeßgeräts nach der Erfindung, Fig. 1 is a plan view of a first embodiment of the Dew detector of a dew point measuring device according to the invention,
Fig. 2 eine Schnittansicht des Taudetektors von Fig. 1,Fig. 2 is a sectional view of the thaw detector of Fig. 1,
Fig. 3 das Blockschaltbild eines Taupunktmeßgeräts mit dem Taudetektor von Fig. 1,3 shows the block diagram of a dew point measuring device with the dew detector of FIG. 1,
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform des Taudetektors,Fig. 4 is a plan view of a second embodiment of the Dew detector,
Fig. 5 einen praktisch realisierten Taudetektor gemäß der ersten Ausführungsform und5 shows a practically implemented thaw detector according to the first embodiment and
ϊ-ϊ-
Fig. 6 das elektrische Ersatzschaltbild des Taudetektors von Fig. 5.FIG. 6 shows the electrical equivalent circuit diagram of the thaw detector from FIG. 5.
Der in Fig. 1 in Draufsicht und in Fig. 2 im Schnitt dargestellte kapazitive Taudetektor 1 besteht aus einem isolierenden Substrat 2 aus Keramik, auf das Leiterbahnen 3 und aus Platin nach einem der bekannten Verfahren der Dünnfilmtechnik aufgebracht sind. Das Substrat 2 kann beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen, oder auch aus Siliziumoxid, das besonders vorteilhaft ist, weil es etwa den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizient wie Platin hat. Die Herstellung der Leiterbahnen kann in üblicher Weise dadurch erfolgen, daß zunächst auf die ganze Oberfläche des Substrats 2 eine Schicht aus Platin mit der gewünschten Dicke der Leiterbahnen aufgedampft wird und anschließend die Leiterbahnen durch Fotoätztechnik geformt werden.The capacitive thaw detector 1 shown in plan view in FIG. 1 and in section in FIG. 2 consists of an insulating one Substrate 2 made of ceramic, on the conductor tracks 3 and made of platinum according to one of the known methods of thin-film technology are upset. The substrate 2 can for example consist of aluminum oxide, or also of silicon oxide, which is particularly advantageous because it has roughly the same coefficient of thermal expansion as platinum. The production the conductor tracks can be done in the usual way that initially on the entire surface of the substrate 2 a layer of platinum with the desired thickness of the conductor tracks is vapor-deposited and then the Conductor tracks are formed by photo-etching technology.
Die Leiterbahnen 3 und 4 bilden zwei in der gleichen Ebene liegende Kammelektroden 5, 6 mit ineinandergreifenden Fingern und Kontaktflächen 7, 8, 9. Die von der Leiterbahn 3 gebildete Kammelektrode 5 hat die übliche Form einer Kammelektrode mit einem Quersteg 5a, der mit im rechten Winkel dazu angeformten Fingern 5b verbunden ist. Der Quersteg 5a ist mit der Kontaktfläche 7 verbunden. Dagegen ist die von der Leiterbahn 4 gebildete Kammelektrode 6 mäanderförmig ausgebildet. Jeder Finger 6a, mit Ausnahme der beiden äußersten Fingern, besteht aus zwei parallel nebeneinander liegenden Leiterbahnabschnitten 6b, die an einem Ende durch einen kurzen Quersteg 6c miteinander und am anderen Ende durch kurze Querstege 6d mit den Leiterbahnabschnitten benachbarter Finger verbunden sind. Die freien Enden der Leiterbahnabschnitte der äußersten Finger sind mit den Kontaktflächen 8 bzw. 9 verbunden.The conductor tracks 3 and 4 form two comb electrodes 5, 6 lying in the same plane with interlocking fingers and contact surfaces 7, 8, 9. The comb electrode 5 formed by the conductor track 3 has the usual shape of a comb electrode with a transverse web 5a, which is connected to fingers 5b formed at right angles thereto. The transverse web 5a is connected to the contact surface 7. In contrast, the comb electrode 6 formed by the conductor track 4 is meander-shaped educated. Each finger 6a, with the exception of the two outermost fingers, consists of two parallel adjacent fingers Conductor track sections 6b connected to one another at one end by a short transverse web 6c and at the other end are connected to the conductor track sections of adjacent fingers by short transverse webs 6d. The free ends of the Conductor track sections of the outermost fingers are connected to the contact surfaces 8 and 9, respectively.
Die die Leiterbahnen 3, 4 tragende Fläche des Substrats 2 ist mit einer Schutzschicht 10 versehen, die zumindest die Leiterbahnen völlig hermetisch abdeckt. Die Schutzschicht 10 dient als Korrosionsschutz und erlaubt auch eine einfache Reinigung des Taudetektors. Sie kann aus Glas bestehen, oder aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, das durch Sputtern aufgebracht ist.The surface of the substrate 2 carrying the conductor tracks 3, 4 is provided with a protective layer 10, which at least completely hermetically covers the conductor tracks. The protective layer 10 serves as corrosion protection and also allows easy cleaning of the thaw detector. It can be made of glass or of silicon oxide or silicon nitride which is applied by sputtering.
Wie bei Taupunktmeßgeräten bekannt und üblich, ist ein Kühlblock 11 vorhanden, mit dem der Taudetektor 1 auf den Taupunkt abgekühlt werden kann. Als Kühleinrichtung kann beispielsweise ein im Kühlblock angeordnetes Peltierelement dienen, das nicht dargestellt ist. Der Kühlblock 11 kann, wie gleichfalls bekannt ist, außer der Kühleinrichtung auch eine Heizeinrichtung enthalten, damit durch gleichzeitige Regelung der Heizung und Kühlung die Temperatur des Taudetektors 1 sehr genau auf dem Taupunkt gehalten werden kann. Wenn als Kühleinrichtung ein Peltierelement verwendet wird, kann dieses durch Umpolung auch als Heizeinrichtung betrieben werden.As is known and customary for dew point measuring devices, a cooling block 11 is provided with which the dew detector 1 points to the Dew point can be cooled. A Peltier element arranged in the cooling block, for example, can be used as the cooling device serve, which is not shown. The cooling block 11 can, as is also known, in addition to the cooling device contain a heating device, so that the temperature of the dew detector by simultaneous regulation of the heating and cooling 1 can be kept very precisely at the dew point. If a Peltier element is used as the cooling device this can also be operated as a heating device by reversing the polarity.
Fig. 3 zeigt das elektrische Blockschaltbild eines Taupunktmessers mit dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Taudetektor. Das elektrische Ersatzschaltbild des Taudetektors 1 ist in dem gestrichelten Kasten dargestellt. Der Kondensator CM stellt die Kapazität zwischen den Leiterbahnen 3 und 4 dar, die zwischen den Kontaktflächen 7 und 8 erscheint. Der3 shows the electrical block diagram of a dew point meter with the dew detector shown in FIGS. 1 and 2. The electrical equivalent circuit diagram of the thaw detector 1 is shown in the dashed box. The capacitor C M represents the capacitance between the conductor tracks 3 and 4, which appears between the contact surfaces 7 and 8. Of the
Widerstand R„ ist der Widerstand der Leiterbahn 4 zwischen MResistance R "is the resistance of the conductor track 4 between M.
den Kontaktflächen 8 und 9.the contact surfaces 8 and 9.
In der bei Taupunktmeßgeräten üblichen Weise ist an die Kontaktflächen 7 und 8 eine Kapazitätsmeßschaltung 12 angeschlossen, die ein von der Kapazität C abhängiges Ausgangssignal zu einem Temperaturregler 13 liefert. Der Temperatur-In the usual way with dew point measuring devices, a capacitance measuring circuit 12 is connected to the contact surfaces 7 and 8, which supplies an output signal that is dependent on the capacitance C to a temperature controller 13. The temperature
regler 13 stemert die im Kühlblock 11 enthaltenen Kühl- und Heizeinrichtungen.controller 13 controls the cooling contained in the cooling block 11 and heating devices.
Die Kapazitätsmeßschaltung 12 kann in irgendeiner an sich bekannten Weise ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise einen Oszillator enthalten, dessen Schwingungsfrequenz durch die Kapazität CL. beeinflußt wird.The capacitance measuring circuit 12 can be designed in any manner known per se. For example, you can contain an oscillator whose oscillation frequency by the capacity CL. being affected.
Die Besonderheit des in Fig. 3 dargestellten Taupunktmeßgeräts besteht darin, daß die Leiterbahn 4 als Meßwiderstand eines Widerstandsthermometers verwendet wird. Zu diesem Zweck ist an die Kontaktflächen 8 und 9 eine Widerstandsmeßschaltung 14 angeschlossen, die ein vom Widerstand RM abhängiges Ausgangssignal liefert, das durch ein Anzeigegerät 15 angezeigt wird. Die Widerstandsmeßschaltung 14 kann beispielsweise eine Brückenschaltung aufweisen, die den Widerstand RM in einem Brückenzweig enthält, oder sie kann einfach den Spannungsabfall am Widerstand Rj. messen, den ein über den Widerstand R geschickter konstanter Gleichstrom verursacht. Da der Widerstand R,. von der Temperatur des Taudetektors 1 abhängt, kann das Anzeigegerät 15 direkt in Kelvin geeicht sein.The peculiarity of the dew point measuring device shown in Fig. 3 is that the conductor track 4 is used as a measuring resistor of a resistance thermometer. For this purpose, a resistance measuring circuit 14 is connected to the contact surfaces 8 and 9, which circuit supplies an output signal which is dependent on the resistance R M and which is displayed by a display device 15. The resistance measuring circuit 14 can, for example, have a bridge circuit which contains the resistor R M in a bridge branch, or it can simply measure the voltage drop across the resistor Rj caused by a constant direct current sent through the resistor R. Since the resistance R ,. Depending on the temperature of the dew detector 1, the display device 15 can be calibrated directly in Kelvin.
Das Taupunktmeßgerät von Fig. 3 arbeitet in der folgenden Weise:The dew point meter of Figure 3 operates in the following manner:
Beim Einschalten des Geräts hat der Taudetektor 1 normalerweise die Umgebungstemperatur, die gewöhnlich über dem Taupunkt liegt. Die von der Kapazitätsmeßschaltung 12 gemessene Kapazität CM ist verhältnismäßig klein. Die Kapazitätsmeßschaltung 12 liefert zum Temperaturregler 13 ein Signal, das den Temperaturregler veranlaßt, den Kühlblock 11 im Sinne einer Verringerung der Temperatur des Taudetektors zu steuern.When the device is switched on, the dew detector 1 normally has the ambient temperature, which is usually above the dew point. The capacitance C M measured by the capacitance measuring circuit 12 is relatively small. The capacitance measuring circuit 12 supplies the temperature controller 13 with a signal which causes the temperature controller to control the cooling block 11 in the sense of reducing the temperature of the dew detector.
Wenn die Temperatur des Taudetektors 1 den Taupunkt erreicht, bildet sich auf der Oberfläche des Taudetektors ein Kondensatbeschlag. Wegen der großen Dielektrizitätskonstante von Wasser ändert sich dadurch die Kapazität CM. Der von der Kapazitätsmeßschaltung 12, dem Temperaturregler 13 und dem Kühlblock 11 gebildete Regelkreis hält nunmehr den Taudetektor 1 auf einer Temperatur, die einem vorgegebenen Wert der Kapazität CM entspricht. Diesem Kapazitätswert entspricht wiederum eine bestimmte Dicke des Kondensatbeschlags auf dem Taudetektor.When the temperature of the dew detector 1 reaches the dew point, condensation forms on the surface of the dew detector. Because of the high dielectric constant of water, this changes the capacitance C M. The control circuit formed by the capacitance measuring circuit 12, the temperature controller 13 and the cooling block 11 now holds the dew detector 1 at a temperature which corresponds to a predetermined value of the capacitance C M. A certain thickness of the condensation deposit on the thaw detector corresponds to this capacitance value.
Die in diesem eingeregelten Zustand vom Anzeigegerät 15 angezeigte Temperatur ist der Taupunkt.The temperature displayed by the display device 15 in this regulated state is the dew point.
Durch die Verwendung der Leiterbahn 4 als Meßwiderstand des Widerstandsthermometers werden in hervorragender Weise die Anforderungen erfüllt, die an den Temperatursensor für die Messung der Temperatur eines Taudetektors gestellt werden. Da die Leiterbahn aus Platin besteht, ergibt sie die Meßgenauigkeit eines Platin-Widerstandsthermometers. Es ist auch ohne weiteres möglich, der Leiterbahn den genormten Widerstand eines Pt 100 von 100 Ω zu geben. Die Messung erfolgt daher niederohmig, so daß eine Störung durch tibergangswiderstände ausgeschlossen ist. Ferner wird die Messung unmittelbar an der Stelle durchgeführt, an der die Taubildung festgestellt wird, wobei ein sehr guter Wärmeübergang zwischen dem Kondensatbeschlag und dem Temperatursensor besteht. Schließlich erfolgt die Temperaturmessung über die gesamte Fläche, auf der die Taubildung kapazitiv festgestellt wird.By using the conductor track 4 as a measuring resistor of the resistance thermometer are in an excellent way meets the requirements placed on the temperature sensor for measuring the temperature of a dew detector will. Since the conductor track is made of platinum, it gives the accuracy of a platinum resistance thermometer. It is also easily possible to give the conductor track the standardized resistance of a Pt 100 of 100 Ω. the Measurement is therefore carried out with a low resistance, so that interference from transition resistances is excluded. Furthermore, the measurement is carried out directly at the point at which the formation of dew is detected, with a very good one There is heat transfer between the condensate layer and the temperature sensor. Finally, the temperature is measured Over the entire area on which the formation of dew is capacitively determined.
Von besonderem Vorteil ist die einfache Herstellung des Temperatursensors, denn er fällt ohne zusätzlichen Aufwand bei der Herstellung des Taudetektors mit an. Da nur drei Anschlußkontakte vorhanden sind, ist der Taudetektor leichter auswechselbar, wodurch die Wartung vereinfacht wird. DerThe simple manufacture of the temperature sensor is of particular advantage because it is produced without additional effort in the manufacture of the thaw detector. Since there are only three connection contacts, the thaw detector is lighter exchangeable, which simplifies maintenance. Of the
Temperatursensor ist in gleicher Weise wie der Taudetektor sehr gut gegen Beschädigung, Korrosion und Verschmutzung geschützt und leicht zu reinigen. Infolge der verwendeten Materialien (Keramik, Platin) ist der Taudetektor in einem großen Temperaturbereich verwendbar.The temperature sensor is very good in the same way as the thaw detector Protected against damage, corrosion and contamination and easy to clean. As a result of the materials used (Ceramic, platinum) is the thaw detector in a wide temperature range usable.
Die Kondensationsfläche kann, wie es bereits bei Taupunktspiegelgeräten bekannt ist, dadurch von Verschmutzungen, insbesondere durch hygroskopische Partikel, gereinigt werden, daß sie periodisch aufgeheizt wird, damit der Schmutz verdampft. Bei dem beschriebenen Taudetektor kann zu diesem Zweck die Leiterbahn 4 als Heizwiderstand verwendet werden.The condensation surface can, as is already the case with chilled mirror devices is known to be cleaned of soiling, in particular by hygroscopic particles, that it is heated up periodically so that the dirt evaporates. In the case of the thaw detector described, this Purpose the conductor track 4 can be used as a heating resistor.
Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Taudetektors, die es ermöglicht, die beiden Leiterbahnen'als Meßwiderstand für die Temperaturmessung auszunutzen. Bei dem Taudetektor 21 von Fig. 4 sind die beiden auf dem Substrat 22 gebildeten Leiterbahnen 23 und 24 mäanderförmig ausgebildet, so daß jede von ihnen eine Kammelektrode 25 bzw. 26 bildet, welche die Form der Kammelektrode 6 von Fig. 1 hat. Am einen Ende jeder Leiterbahn 23, 24 ist eine Kontaktfläche 27 bzw. 28 angeformt. Die anderen Enden der beiden Leiterbahnen 23 und 24 sind durch eine Induktivität 30 gleichstrommäßig miteinander verbunden, jedoch HF-mäßig voneinander getrennt. Für die Widerstandsmessung mit Gleichstrom sind die Leiterbahnen 23 und 24 zwischen den Kontaktflächen 27 und 28 über die Induktivität 30 in Reihe geschaltet. Für die Kapazitätsmessung mit Hochfrequenz liegt dagegen die Induktivität 30 parallel zu der zwischen den Leiterbahnen 23 und 24 bestehenden Kapazität. Bei geeigneter Bemessung bildet die Induktivität 30 mit dieser Kapazität einen Parallelschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz von der Kapazität abhängt'. Diese Resonanzfrequenz kann ebenfalls zwischen den Kontaktflächen 27 und 28 gemessen werden. BeiFig. 4 shows another embodiment of the thaw detector, which makes it possible to use the two conductor tracks as a measuring resistor for temperature measurement. In the case of the thaw detector 21 of FIG. 4, the two are on the substrate 22 formed conductor tracks 23 and 24 meander-shaped, so that each of them forms a comb electrode 25 and 26, respectively, which has the shape of the comb electrode 6 of FIG. At one end of each conductor track 23, 24 is a contact surface 27 or 28 integrally formed. The other ends of the two conductor tracks 23 and 24 have direct current through an inductor 30 connected to one another, but separated from one another in terms of HF. For resistance measurement with direct current the conductor tracks 23 and 24 are connected in series between the contact surfaces 27 and 28 via the inductance 30. For the capacitance measurement with high frequency, however, the inductance 30 is parallel to that between the conductor tracks 23 and 24 existing capacity. With a suitable dimensioning, the inductance 30 forms one with this capacitance Parallel resonant circuit, the resonance frequency of which depends on the capacitance '. This resonance frequency can also be between the contact surfaces 27 and 28 are measured. at
dieser Ausführungsform sind also die Widerstandsmeßschaltung und die Kapazitätsmeßschaltung an die gleichen Kontaktflächen 27 und 28 angeschlossen, so daß eine Anschlußstelle entfällt. Die Induktivität 30 kann aus Draht gewickelt und unmittelbar auf dem Substrat angeordnet sein.of this embodiment are the resistance measuring circuit and the capacitance measuring circuit is connected to the same contact surfaces 27 and 28, so that a connection point is omitted. The inductance 30 can be wound from wire and arranged directly on the substrate.
Die Ausbildung der Leiterbahnen gemäß Fig. 4, jedoch ohne die Induktivität 30, macht es möglich, die eine Leiterbahn, beispielsweise die Leiterbahn 23, als Meßwiderstand und die andere Leiterbahn 24 als Heizwiderstand zu verwenden. Dies ermöglicht die Überwachung der Temperatur beim Aufheizen und das Abschalten der Heizung beim Erreichen einer vorbestimmten Temperatur. Der Heizwiderstand kann auch zur Temperaturregelung bei der Taupunktmessung verwendet werden, wenn diese durch gleichzeitige Heizung und Kühlung erfolgt.The formation of the conductor tracks according to FIG. 4, but without the inductance 30, makes it possible to use one conductor track, for example the conductor track 23 to be used as a measuring resistor and the other conductor track 24 as a heating resistor. this makes possible monitoring the temperature during heating and switching off the heating when a predetermined temperature is reached. The heating resistor can also be used to control the temperature when measuring the dew point, if this is carried out simultaneous heating and cooling takes place.
Fig. 5 zeigt einen praktisch realisierten Taudetektor des in Fig. 1 gezeigten Typs. Zur Bezeichnung entsprechender Teile sind die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet. Das Substrat 2 besteht aus einem Siliziumoxidplättchen mit einer Dicke von 0,3 mm und den Abmessungen 10x20 mm. Die Leiterbahnen 3 und 4 aus Platin haben eine Dicke von ungefähr 1 μπι und eine Breite von 0,2 mm. Als Schutzschicht ist eine Glasschicht von 25 μπι Dicke mit der relativen Dielektrizitätskonstante ε =5,84 aufgebracht.FIG. 5 shows a practically implemented thaw detector of the type shown in FIG. To denote the corresponding Parts are given the same reference numerals as in FIG. 1. The substrate 2 consists of a silicon oxide plate with a thickness of 0.3 mm and the dimensions 10x20 mm. The conductor tracks 3 and 4 made of platinum have a thickness of about 1 μm and a width of 0.2 mm. As a protective layer is a glass layer of 25 μπι thickness with the relative Dielectric constant ε = 5.84 applied.
Gegenüber der vereinfachten Ausführungsform von Fig. 1 weist der Taudetektor von Fig. 5 die folgenden Besonderheiten auf:Compared to the simplified embodiment of FIG the thaw detector of Fig. 5 has the following particularities:
- Parallel zu jeder der beiden Kontaktflächen 8 und 9 ist eine weitere Kontaktfläche 8a bzw. 9a gebildet. Dies entspricht einer bei Meßwiderständen des Typs Pt 100 üblichen Maßnahme, um den Einfluß von Übergangswiderständen bei der Widerstandsmessung auszuschalten. Wie im Ersatzschaltbild von Fig. 6 angedeutet ist, wird der Meßgleichstrom I über die Kontaktflächen 8, 9 geschickt und der Spannungsabfall an den Kontaktflächen 8a, 9a abgegriffen.- Is parallel to each of the two contact surfaces 8 and 9 another contact surface 8a or 9a is formed. This corresponds to what is usual for measuring resistors of the Pt 100 type Measure to eliminate the influence of contact resistances when measuring resistance. As in the equivalent circuit diagram 6 is indicated, the measuring direct current I is sent across the contact surfaces 8, 9 and the voltage drop tapped at the contact surfaces 8a, 9a.
- An der Stelle A sind zwei parallele Leiterbahnabschnitte der Leiterbahn 4 durch in gleichmäßigen Abständen angeordnete Leiterbrücken 4a miteinander verbunden. Diese Leiterbrücken verkürzen die als Meßwiderstand wirksame Länge der Leiterbahn 4, während sie keinen Einfluß auf die Kapazitätsmessung haben. Durch Entfernen oder Durchtrennen von einer oder mehreren der Leiterbrücken 4a kann die wirksame Länge der Leiterbahn 4 stufenweise vergrößert werden. Dies ermöglicht einen Grobabgleich des Meßwiderstands. Das Entfernen oder Durchtrennen der Leiterbrücken 4a kann mit Hilfe eines Laserstrahls erfolgen.- At point A there are two parallel conductor track sections of the conductor track 4 are connected to one another by conductor bridges 4a arranged at regular intervals. These ladder bridges shorten the length of the conductor track 4 effective as a measuring resistor, while they have no effect on the capacitance measurement to have. By removing or severing one or more of the conductor bridges 4a, the effective length the conductor track 4 are gradually enlarged. This enables a rough adjustment of the measuring resistor. The removal or the conductor bridges 4a can be severed with the aid of a laser beam.
- An der Stelle B sind zwei parallele Leiterbahnabschnitte der Leiterbahn 4 durch eine zusammenhängende Leiterschicht 4b verbunden, die der Deutlichkeit wegen kreuzschraffiert dargestellt ist. Durch diese Leiterschicht 4b wird ebenfalls die als Meßwiderstand wirksame Länge der Leiterbahn 4 verkürzt. Durch Entfernen eines Teils der Leiterschicht 4b vom Ende her, wie bei 4c angedeutet ist, kann die wirksame Länge der Leiterbahn 4 stufenlos verändert werden. Dies ermöglicht einen Feinabgleich des Meßwiderstands. Das Entfernen der Leiterschicht 4b kann ebenfalls mit Hilfe eines Laserstrahls erfolgen.- At the point B are two parallel conductor track sections of the conductor track 4 through a contiguous conductor layer 4b, which is shown cross-hatched for the sake of clarity. Through this conductor layer 4b the length of the conductor track 4 effective as a measuring resistor is also shortened. By removing part of the Conductor layer 4b from the end, as indicated at 4c, the effective length of the conductor track 4 can be changed continuously will. This enables a fine adjustment of the measuring resistor. The removal of the conductor layer 4b can also done with the help of a laser beam.
Bei den zuvor angegebenen Abmessungen des Taudetektors hat die Leiterbahn 4 der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform eine wirksame Länge von 157,6 mm, wenn alle Leiterbrücken 4a und die ganze Leiterschicht 4b vorhanden sind.With the dimensions of the thaw detector given above, the conductor track 4 of the embodiment shown in FIG. 5 has an effective length of 157.6 mm if all conductor bridges 4a and the entire conductor layer 4b are present.
— 5 Da Platin den spezifischen Widerstand ρ = 10 Ω cm hat, ergibt dies einen Widerstand von 78,8 Ω. Durch Entfernen der Leiterbrücken 4a kann die wirksame Länge der Leiterbahn 4 um maximal 29,2 mm vergrößert werden, was eine Vergrößerung des Meßwiderstands um 14,6 Ω ergibt. Durch Entfernen der Leiterschicht 4b kann die wirksame Länge der Leiterbahn 4 um maximal 29,6 mm vergrößert werden, wodurch der Meßwiderstand um 14,8 Ω vergrößert wird. Insgesamt kann- 5 Since platinum has the specific resistance ρ = 10 Ω cm, this results in a resistance of 78.8 Ω. By removing the conductor bridges 4a, the effective length of the conductor track 4 can be increased by a maximum of 29.2 mm, which results in an increase in the measuring resistor of 14.6 Ω. By removing of the conductor layer 4b, the effective length of the conductor track 4 can be increased by a maximum of 29.6 mm, as a result of which the measuring resistance is increased by 14.8 Ω. Overall can
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also der Widerstand der Leiterbahn 4 durch den Grob- und Feinabgleich zwischen 78,8 Ω und 108,2 Ω eingestellt werden. Auf diese Weise ist es möglich, dem Meßwiderstand des Widerstandsthermometers den genormten Wert von 100 Ω bei 00C zu erteilen.that is, the resistance of the conductor track 4 can be set between 78.8 Ω and 108.2 Ω by means of the coarse and fine adjustment. In this way, it is possible to issue the standardized value of 100 Ω at 0 0 C to the measuring resistor the resistance thermometer.
Die Kapazität zwischen den Leiterbahnen 3 und 4 des in Fig. 5 dargestellten Taudetektors beträgt 16,4 pF im trockenen Zustand und etwa 48 pF im feuchten Zustand, wenn sich die Tauschicht gebildet hat.The capacitance between the conductor tracks 3 and 4 of the thaw detector shown in FIG. 5 is 16.4 pF in the dry State and about 48 pF when wet when the dew layer has formed.
Der Taudetektor kann natürlich in mehrfacher Hinsicht abgeändert werden. So kann die Herstellung auch in Dickfilmtechnik anstatt in Dünnfilmtechnik erfolgen. Für das Substrat kann anstelle von Keramik auch ein anderes geeignetes Material verwendet werden. Die Leiterbahnen sowie die Schutzschicht können ebenfalls aus anderen als den zuvor angegebenen Materialien hergestellt werden. Weitere Änderungen sind dem Fachmann offensichtlich.The thaw detector can of course be modified in several ways. Production can also be carried out using thick film technology instead of using thin-film technology. Instead of ceramic, another suitable one can also be used for the substrate Material to be used. The conductor tracks and the protective layer can also consist of other than those specified above Materials are made. Other changes will be apparent to those skilled in the art.
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Maulburg
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