DE3810409A1

DE3810409A1 - Umhuellung von beheizten gasanzeigenden sensoren

Info

Publication number: DE3810409A1
Application number: DE19883810409
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Troeger; Gerd Dipl Ing Dr Sc Tec Walter; Eberhard Reichel; Jana Dipl Ing Rettig
Original assignee: KARL MARX STADT ENERGIE
Current assignee: ENERGIEVERSORGUNG SUEDSACHSEN AG, O-9010 CHEMNITZ,
Priority date: 1987-07-20
Filing date: 1988-03-26
Publication date: 1989-02-02

Description

Die Erfindung kann bei gasanzeigenden Sensoren unterschiedlicher Funktionsweise und Bauform verwendet werden, die mit einem zu untersuchenden Gas in Berührung kommen und beheizt werden. Spezielle Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich z. B. für die Anordnung beheizter gassensitiver Halbleiter mit Umhüllung als Kernstück miniaturisierter mobiler Geräte zum Gasspüren.

Bei bekannten technischen Lösungen wird ein geringer Energie verbrauch zur Beheizung gasanzeigender Sensoren durch eine zweckmäßige Bauform und durch Miniaturisierung angestrebt. Der zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Betriebstemperatur zu geführte Beheizungs-Energiestrom wird dabei vom Sensor sowie den zugehörigen Elektroden und Anschlüssen zum großen Teil durch konvektive Wärmeübertragung und Wärmestrahlung abgegeben. Alle bisherigen Lösungen für Sensor-Umhüllungen sind jedoch nicht dazu geeignet, den Wärmehaushalt des Sensors optimal zu beein flussen und darüber hinaus weitere positive Wirkungen zu erzie len. So sind z. B. Abdeckungen von Sensor und Elektroden mit einer Glasschicht infolge ihrer Gasundurchlässigkeit ungeeignet (DE-PS 31 29 107). Die Verwendung eines Sintermetalls wiederum ist zwar gasdurchlässig, hat aber gegenüber einem üblichen Meß kopf keine erhöhte Wärmedämmwirkung (DE-PS 35 04 499 und DE-OS 35 14 830). Ebenfalls ist das Sensorelement nicht unmittelbar in das Sintermetall eingebettet, so daß sich weitere negative Be gleitumstände ergeben. Das trifft auch zu für die Lösungen nach DE-PS 29 16 178 sowie DE-OS 34 43 159, bei denen das Gehäuse samt wärmedämmender Schicht Öffnungen für den Gasstrom besitzt bzw. dieser durch wärmedämmend ausgekleidete Labyrinthkammern an das Sensorelement gelangt.

Die Sensoren sind konstruktionsbedingt empfindlich gegenüber Temperaturänderungen und Änderungen der Anströmung, z. B. durch Zugluft. Außerdem besteht mechanische Empfindlichkeit, z. B. durch Stoß.

Die geschilderten Nachteile treffen auch zu für den nach einem speziellen Verfahren hergestellten Halbleiter-Gassensor (DD-WP 2 37 450). Grundlage für diese Aussage sind: Rettig, I., Unter suchungen zur Energiebilanz eines Dickschicht-Gassensors, 1987 - 55 Seiten, Freiberg, Bergakademie, Fachrichtung Energie anwendung, Diplomarbeit sowie VDI-Berichte 509, Sensoren-Techno logie-Anwendung, Tagung Bad Nauheim 19.-21. 3. 1984, VDI- Verlag GmbH Düsseldorf.

Ziel der Erfindung ist es, durch Minderung der Nachteile der bekannten Lösungen den Energiebedarf und den gerätetechnischen Aufwand deutlich zu senken und die Meßsicherheit zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine geeignete Umhüllung des gasanzeigenden Sensors und Vermeidung der bisher hohen konvektiven Wärmeabgabe und Wärmestrahlung den Energie bedarf zu senken und dadurch entweder die Betriebszeit batterie betriebener mobiler Geräte zu verlängern oder die Anzahl bzw. den Umfang der Batterien deutlich zu verringern. Eine weitere Aufgabe besteht darin, mit der Umhüllung den Sensor insgesamt zu stabi lisieren und ihn weitgehend unempfindlich gegenüber mechanischen Einwirkungen, z. B. Stoß, zu machen. Damit wird eine erheblich vereinfachte Gestaltung von mobilen Gasspürgeräten ermöglicht, die einen niedrigeren Gesamtpreis sicherstellt. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch Ausstattung eines gasanzeigenden Sensors sowie wahlweise auch der Elektroden und Anschlüsse mit einer wärmedämmenden Umhüllung gelöst, wobei die Sensorelemente direkt in diese Umhüllung eingebettet sind. Die Umhüllung besteht zweck mäßigerweise aus

- Haufenwerken geringer Rohdichte, z. B. watteartige Stoffe aus temperaturbeständigen Fasern, wie Mineral- und keramische Fa ern oder
- Schirmen aus Materialien mit hohem Reflexionsgrad für Wärme strahlung, wie z. B. eine oder mehrere Metallfolien.

Durch solche Umhüllungen werden die konvektive und die Strahlungs wärmeabgabe weitgehend unterbunden bzw. verringert. Dadurch kann die gleiche Temperatur des umhüllenden Körpers verringerter Heizleistung erreicht werden

Da die Umhüllung gasdurchlässig ist, unterliegt die Einwirkung des zu untersuchenden Gases auf den Sensor keiner für die Meß aufgabe nachteiligen Einschränkung.

Durch die Einbettung der Sensorelemente wirkt die Umhüllung als Stütze für die umhüllten Körper, so daß diese stabil gehaltert werden. Dadurch wird der Sensor unempfindlich gegen mechanische, z. B. Stoßeinwirkungen.

Die Wärmeabgabe des umhüllten Körpers wird im wesentlichen durch die Eigenschaften der Umhüllung bestimmt. Der Einfluß der Tempera tur und der Anströmungsart des umgebenden Gases wird daher stark gedämpft.

Die Erfindung soll nachstehend an 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt

Fig. 1: einen Sensor mit einer Umhüllung aus Haufwerk,

Fig. 2: einen Sensor mit einer Umhüllung aus Metallfolien.

In Fig. 1 sind der beheizte Sensor 1, z. B. ein Halbleiter-Gas sensor, die Anschlußdrähte bzw. Elektroden 2 sowie teilweise die Kontaktstifte 3 in ein Haufwerk 4 mit geringer Rohdichte aus Fasern eingebettet. Dieses ist gasdurchlässig und wirkt wärme dämmend. Umschlossen wird das Haufwerk 4 von einem gasdurch lässigen Gehäuse 5.

In Fig. 2 sind der beheizte Sensor 1 und die Anschlußdrähte bzw. Elektroden 2 von mehreren Aluminiumfolien 6 umhüllt, die eben falls gasdurchlässig sind und wärmedämmend wirken. Sie sind unter einander und mit einem gasdurchlässigen Gehäuse 5 mit Stützen 7 verbunden, die als stabile Halterung dienen.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen 1 beheizter Sensor
2 Anschlußdrähter bzw. Elektroden
3 Kontaktstifte
4 Haufwerk
5 gasdurchlässiges Gehäuse
6 Aluminiumfolien
7 Stützen

Claims

1. Umhüllung von beheizten gasanzeigenden Sensoren, dadurch ge kennzeichnet, daß der beheizte Sensor (1) und wahlweise auch die Sensorelemente, wie Anschlußdrähte bzw. Elektroden (2) und Kontaktstifte (3) direkt in eine gasdurchlässige, wärme dämmende Umhüllung eingebettet sind.

2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus einem Haufwerk (4) geringer Rohdichte, z. B. temperatur beständigen Fasern, besteht.

3. Umhüllung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verbindung zwischen Haufwerk (4) und beheiztem Sensor (1) sowie den Sensorelementen eine mechanische Stabilisierung er folgt und die Umhüllung der Aufnahme von Kräften dient.

4. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese aus Schirmen, z. B. einer oder mehreren Aluminiumfolien (6) oder anderem Material mit hohem Reflexionsgrad für Wärmestrah lung, besteht und diese untereinander sowie mit dem gasdurch lässigen Gehäuse (5) mittels Stützen (7) verbunden sind.