DE3504498C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gassensor mit mehreren, auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Sensorelementen, einer Heizanordnung zur Erzeugung der zur Messung not­ wendigen Betriebstemperatur und Temperaturfühlern.

Ein derartiger Sensor ist aus der US-PS 40 07 435 bekannt­ geworden.

Der bekannte Gassensor zeigt eine erste Trägerschicht, auf welcher eine Heizanordnung aufgebracht ist, und eine zweite Trägerschicht, auf welcher verschiedene Sensorelemente an­ geordnet sind. Sowohl Heizanordnung als auch Sensorele­ mente sind mit geeigneten Kontakten und Leiterbahnen als elektrische Anschlüsse versehen. Zum Betrieb werden beide Schichten in engen Kontakt miteinander gebracht, so daß die untere Schicht mit der Heizanordnung die darüber lie­ gende Schicht mit den Sensorelementen auf die zur Messung notwendige Betriebstemperatur bringt. Da die Sensorele­ mente zur Feststellung von Gaskomponenten in beispiels­ weise Autoabgasen dienen, müssen ihre Oberflächen dem Gas­ strom frei ausgesetzt werden, so daß eine andere Anordnung der Schichten nicht möglich ist. Eine Erweiterung des be­ kannten Gassensors unter Einsatz von weiteren Sensorele­ menten würde die zweite Trägerschicht weiter vergrößern, welches eine entsprechende Vergrößerung der ersten Träger­ schicht mit der Heizanordnung zur Folge hätte.

Wegen der schichtförmigen Ausbildung des bekannten Gas­ sensors sind relativ hohe Heizleistungen nötig, um die Sensorelemente auf ihre Betriebstemperatur zu bringen, bzw. auf dem einmal erreichten Temperaturwert zu halten.

Außerdem ist es mit der bekannten Anordnung nicht möglich, beispielsweise Wärmetönungssensoren (Pellistoren) auf der zweiten die Sensorelemente tragenden Schicht anzuordnen, da wegen der vergleichsweise großen Masse der Trägerschicht die in solchen Fällen nur geringfügigen Temperaturänderungen infolge der Wärmeableitung nicht mehr registriert werden können.

Ein weiterer Gassensor nach der US- 44 57 161 besitzt auf einem gemeinsamen Träger mehrer Sensorelemente, die als Dünnschichthalbleitersensoren ausgebildet sind, mit denen mehrere Komponenten eines Gasgemisches nachgewiesen werden können. Der Sensor-array wird dabei typischerweise auf 400°C bis 500°C erwärmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, einen Gassensor der genannten Art derart zu verbessern, daß mehrere Sensorelemente, die auf unterschiedlichen Meßprinzipien arbeiten, wie z. B. Halbleitersensoren oder Pellistoren, auf einem gemeinsamen Träger angeordnet sind, wobei die Sensoren dem zu untersuchenden Gasgemisch ausgesetzt sind. Die für die Erzeugung der Betriebstemperaturen notwendige Heizleistung soll verringert und die Ansprechgeschwindigkeit der betreffenden Sensoren infolge der geringen Masse von Sensormaterial und Trägersubstrat erhöht werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß auf einer Seite des Trägers die Sensorelemente als Dünnschichthalbleitersensoren und auf einem verdünnten Trägerteil weitere Sensorelemente angeordnet sind.

Die Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die als Dünnschichthalbleitersensoren angeordneten Sensorelemente lediglich einen an sich dünnwandigen Träger benötigen, und ihre Gestalt in beliebiger Form und Größe den jeweiligen Anforderungen angepaßt werden kann. Sämtliche Kontaktflächen zur Spannungsversorgung oder zur Signalabgabe können im Halbleitersensor mit integriert werden. Der auf dem verdünnten Trägerteil angeordnete Sensor ist thermisch von dem ihn umgebenden Trägermaterial weitgehend abgekoppelt, so daß ein Signal nahezu ungestört durch die übrigen Halbleitersensoren registriert werden kann.

Besonders vorteilhaft erweist sich die Anbringung von Wärmetönungssensoren auf dem verdünnten Trägerteil, da diese dann thermisch von den übrigen Sensoren entkoppelt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Wärmetönungssensoren auf zungenförmig ausgebildeten An­ satzstücken angebracht sein, welche an einem Ende des Trägers vorgesehen sind. Dadurch wird deren thermische Isolierung weiter erhöht und die erforderliche Heiz­ leistung verringert.

Vorteilhafterweise können die Wärmetönungssensoren je­ weils als Meßelement mit einem Katalysator versehen, oder als katalysatorfreies Referenzelement ausgebildet sein. Wegen ihrer benachbarten Lage können somit Meßsignale mit höherer Genauigkeit ausgewertet werden. Desgleichen ist es möglich, verschiedene Wärmetönungssensoren mit unter­ schiedlichen Katalysatoren zu versehen, um verschiedene Gaskomponenten gleichzeitig nachzuweisen.

Zur Erhöhung der Wärmeabgabe an die Sensorelemente und zur Verminderung der dazu notwendigen Heizleistung sind die Leiterbahnen an dem nachweisempfindlichen Teil der Sensor­ elemente mäanderförmig oder in beliebiger Weise ineinander verschlungen angeordnet. Die Elektroden der Halbleiter­ sensoren sind zweckmäßigerweise als ineinandergreifende Kämme angeordnet.

Ein Beispiel der Erfindung ist anhand der Zeichnung er­ läutert und wird im folgenden näher beschrieben.

In der einzigen Figur sind auf einem Träger 1 zwei Halb­ leitersensoren 2 und 3 sowie auf den zungenförmigen An­ satzstücken 4 und 5 Wärmetönungssensoren 6 und 7 ange­ ordnet. Die Halbleitersensoren 2 und 3 weisen kammförmige Elektroden 12 und 13 auf, welche von mäanderförmig inein­ ander verschlungenen Heizleiterbahnen 14 und 15 sowie einem Temperaturfühler 17 umgeben sind. Die Kontakt­ flächen 16 für die Elektroden 12, 13, die Heizleiter­ bahnen 14, 15 und die Temperaturfühler 17 sind ebenfalls auf dem Träger 1 aufgebracht. Von den Wärmetönungssenso­ ren 6 und 7 ist der eine mit einem Katalysator 8 versehen. Beide Sensoren 6 und 7 besitzen an ihrem nachweisempfind­ lichen Teil mäanderförmige Heizleiterbahnen 9 und 10, welche in flächig ausgeführten Kontaktflächen 11 auf dem Substrat 1 münden.

Claims (6)

1. Gassensor mit mehreren, auf einem gemeinsamen Träger angeordneten Sensorelementen, einer Heizanordnung zur Erzeugung der zur Messung notwendigen Betriebstempera­ tur und Temperaturfühlern, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf derselben Fläche des Trägers (1) sowohl die Sensorelemente als Dünnschichthalbleitersen­ soren (2, 3) sowie auf einem verdünnten Trägerteil (4, 5) weitere Sensorelemente (6, 7) angeordnet sind.

2. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sensorelemente (6, 7) als be­ heizbare Wärmetönungssensoren ausgebildet sind.

3. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der verdünnte Trägerteil (4, 5) als zungenförmige Ansatzstücke an einem Ende des Trägers (1) ausgebildet ist.

4. Gassensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Wärmetönungssensoren angeordnet sind, wovon einer als Meßelement (6) mit einem Katalysator (8) versehen ist, und der andere als Referenzelement (7) katalysatorfrei vorgesehen ist.

5. Gassensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Heizanordnung für die Wärme­ tönungssensoren (6, 7) in mäanderförmigen Leiter­ bahnen (9, 10) auf den Ansatzstücken (4, 5) verlaufend ange­ ordnet sind, deren Kontaktflächen (11) auf dem gemein­ samen Träger (1) enden.

6. Gassensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Halbleitersensoren (2, 3) kamm­ artig ineinandergreifende Elektroden (12, 13) aufweisen, welche benachbart zu ineinander verschlungen ausgebilde­ ten Heizleiterbahnen (14, 15) und Temperaturfühlern (17) angeordnet sind.