DE4208135A1 - Vorrichtung zur messung einer gas- oder fluessigkeitsstroemung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung.

Zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung sind Anemo­ meter bekannt, bei denen ein oder mehrere Widerstandseinrich­ tungen in der Strömung angeordnet werden. Diese Widerstands­ einrichtungen können als dünne Widerstandsdrähte oder auch als Dünnschicht-Widerstände ausgebildet sein. Durch eine vorgege­ bene elektrische Heizleistung werden die Widerstandseinrich­ tungen beheizt und es stellt sich im Wärmegleichgewicht eine bestimmte Temperaturverteilung an den Widerstandseinrichtungen ein. Eine Gas- oder Flüssigkeitsströmung verursacht nun durch erzwungene Konvektion eine Änderung der Wärmeverteilung und damit der Temperaturen an den Widerstandseinrichtungen, die abhängig ist von der Fließgeschwindigkeit und der Wärmekapazi­ tät des Gases oder der Flüssigkeit. Zum Erfassen dieser Tempe­ raturänderung ist wenigstens eine Widerstandseinrichtung mit einem von Null verschiedenen Temperaturkoeffizienten als De­ tektor vorgesehen. Die Temperaturänderung am Detektor bewirkt eine Änderung seines elektrischen Widerstandes, die gemessen und ausgewertet wird.

Es sind Anemometer mit zwei Widerstandseinrichtungen bekannt, die beide zugleich als Heizer und Detektor vorgesehen sind und bezüglich der Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Strömung führt in dieser Anordnung Wärme von dem stromaufwärts angeordneten Widerstand ab und dem stromabwärts angeordneten Widerstand zu. Die detektierten Temperaturände­ rungen an den beiden Widerständen sind somit unterschiedlich groß und ermöglichen deshalb zusätzlich zur Messung des Flus­ ses auch eine Aussage über die Strömungsrichtung. In einem Anemometer mit drei Widerstandseinrichtungen sind zwei Detek­ toren und ein dazwischen angeordneter Heizer vorgesehen. Der elektrische Widerstand des Heizers muß dabei nicht temperatur­ abhängig sein. Auch ein solches Anemometer kann den Fluß und zugleich die Strömungsrichtung erfassen.

An ein ideales Anemometer sind bestimmte Anforderungen zu stellen, die einander sogar zum Teil widersprechen können. Um ein ausreichend großes Sensorsignal zu erhalten, muß der Tem­ peraturkoeffizient der detektierenden Widerstandseinrichtung hinreichend groß sein. Außerdem muß der elektrische Widerstand dieser Widerstandseinrichtung einer Auswerteelektronik ange­ paßt sein und insbesondere größer als die Zuleitungswiderstän­ de sein. Dies entspricht einer Forderung nach einer Mindest­ länge der Widerstandseinrichtungen bei vorgegebenem Quer­ schnitt und Material. Um einen hohen thermischen Wirkungsgrad zu erreichen, sollen die Widerstandseinrichtungen thermisch gut isoliert sein. Die Wärmekapazität der Widerstandseinrich­ tungen und ihrer Stützeinrichtungen ist überdies klein zu hal­ ten, weil durch sie die Ansprechzeit des Sensors auf Tempera­ turänderungen bestimmt wird. Schließlich soll das Anemometer auch noch mechanisch stabil und vibrationsfest sein.

Es ist bekannt, daß diese Anforderungen durch die Integration von Anemometer-Strukturen in Silizium mit Hilfe der Mikro­ strukturtechnik hinreichend erfüllt werden können. In einer bekannten Ausführungsform eines Strömungssensors sind zwei in einer gemeinsamen Ebene liegende Widerstandseinrichtungen vorgesehen und als Mäanderblöcke aus mehreren nebeneinander­ liegenden, langgestreckten Sensorelementen ausgeführt, die senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Beide Mäan­ derblöcke dienen zugleich als Heizer und Detektor. Die Wider­ standsmäanderblöcke sind auf einer dielektrischen Brücken­ struktur abgestützt, die sich über eine Ausnehmung in einem Siliziumkörper erstreckt. Die Ausnehmung dient zur thermischen Isolation der Widerstandseinrichtungen gegen den Siliziumkör­ per. Zur Auswertung der durch die Strömung verursachten Wider­ standsänderung ist eine auf dem Siliziumkörper integrierte Schaltung mit drei Differenzverstärkern und einigen Festwider­ ständen zur Regelung des Heizstroms auf einen konstanten Wert vorgesehen. Jede der beiden Widerstandseinrichtungen ist in eine Rückkopplungsschleife über einen zugeordneten Differenz­ verstärker geschaltet. Bei einer Widerstandsänderung in den beiden Widerstandseinrichtungen ändern sich die Ausgangsspan­ nungen der beiden zugeordneten Differenzverstärker, da der Strom konstant gehalten wird. Die Differenz dieser beiden Ausgangsspannungen wird in einem dritten Differenzverstärker verstärkt und dann als Meßsignal ausgegeben. Das Meßsignal ist damit ein Maß für die Temperaturdifferenz an den beiden Wider­ standseinrichtungen und damit für einen Gasfluß (EP-B1-00 76 935).

Bei einem weiteren bekannten, in Silizium integrierten Anemo­ meter ist eine temperaturempfindliche Dünnschicht-Widerstands­ einrichtung freitragend über einer Ausnehmung in einem Sili­ ziumsubstrat angeordnet. Diese Widerstandseinrichtung ist als Heizer und Detektor zugleich vorgesehen und als ebener Mäan­ derblock aus mehreren langgestreckten Sensorelemente ausge­ bildet, die senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Zur Auswertung der durch die Strömung verursachten Wider­ standsänderung an der Widerstandseinrichtung ist eine Wheat­ stone-Brückenschaltung vorgesehen, in der die Widerstands­ einrichtung und drei externe, auf einer stabilen Temperatur gehaltene Referenzwiderstände angeordnet sind. An einer Dia­ gonalen der Wheatstone-Brücke wird die Versorgungsspannung angelegt und an der anderen Diagonalen wird die Meßspannung abgegriffen. Die Brückenschaltung wird so abgeglichen, daß die Meßspannung Null ist, wenn keine Strömung vorhanden ist. Da­ durch wird der Grundwiderstand der detektierenden Widerstands­ einrichtung eliminiert, so daß nur die im Vergleich zum Grund­ widerstand kleine strömungsabhängige Widerstandsänderung ge­ messen wird (WO 89/03 512). Bei der Verwendung von externen Referenzwiderständen in der Brückenschaltung ist jedoch eine Anpassung an den Meßwiderstand der Widerstandseinrichtung er­ forderlich wegen der nicht zu vermeidenden Fertigungstoleran­ zen bei der Herstellung eines in Silizium integrierten Anemo­ meters.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Vorrichtung zu verbessern und eine Vorrichtung zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung mit einer hohen Meß­ empfindlichkeit und einer einfachen Auswerteschaltung anzuge­ ben.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit den Merkma­ len des Anspruchs 1. Es sind vier temperaturempfindliche Wi­ derstandseinrichtungen vorgesehen, von denen jeweils zwei einen Sensor bilden und die in einer Wheatstone-Brücke derart zusammengeschaltet sind, daß in den Sensoren bezüglich der Strömungsrichtung stromaufwärts und stromabwärts angeordnete Widerstandseinrichtungen einander abwechseln. Die beiden Sen­ soren sollen dabei einander thermisch praktisch nicht beein­ flussen, um ein Übersprechen der Meßsignale zu vermeiden. An einer der beiden Diagonalen der Wheatstone-Brücke wird die Versorgungsspannung angelegt und an der anderen die Meßspan­ nung abgegriffen. Durch diese Anordnung der Widerstandsele­ mente in einer Wheatstone-Brücke wird die Widerstandsänderung in allen Widerstandseinrichtungen vollständig in dem Meßsignal erfaßt. Außerdem heben sich die bei einer Referenztemperatur vorhandenen Grundwiderstände aller vier Widerstandseinrichtun­ gen heraus und es werden nur die im Vergleich zu diesen Grund­ widerständen kleinen temperaturabhängigen Widerstandsänderun­ gen gemessen. Man erhält somit einen Strömungssensor mit einer hohen Meßempfindlichkeit.

Die Wheatstone-Brückenschaltung kann in einem Technologie­ schritt vorzugsweise in Silizium hergestellt werden. Dadurch können die aufgrund von Fehlertoleranzen bei der Herstellung auftretenden Widerstandsdifferenzen zwischen den Widerstands­ einrichtungen und externen Widerständen im wesentlichen ver­ mieden werden.

Um ein Übersprechen der beiden Sensoren aufeinander praktisch zu vermeiden, können die Sensoren bezüglich der Strömungsrich­ tung nebeneinander angeordnet sein. Die Sensoren können aber auch in Strömungsrichtung hintereinander liegen. Hierbei ist der Abstand der beiden Sensoren in Abhängigkeit von der Fluß­ geschwindigkeit der Strömung hinreichend groß zu wählen.

Im allgemeinen werden die Grundwiderstände von jeweils zwei auf verschiedenen Seiten einer Diagonalen in der Wheatstone- Brücke liegenden Widerstandseinrichtungen gleich groß gewählt und vorzugsweise sind sie bei allen vier Widerstandseinrich­ tungen gleich groß. In diesem Fall ist die Meßspannung Null, wenn keine Strömung vorhanden ist.

Die Widerstandseinrichtungen können dünne Widerstandsdrähte oder Dünnschicht-Widerstände sein und beispielsweise als Mäanderblock oder einfach geradlinig ausgebildet sein. Alle vier Widerstandseinrichtungen sind als Heizer und Detektor zugleich vorgesehen und bestehen aus einem elektrisch leiten­ den Material mit einem von Null verschiedenen Temperaturkoef­ fizienten, der wenigstens in einem für die Messung relevanten Temperaturbereich einen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstand des Materials und der Temperatur her­ stellt.

In einer Ausführungsform sind die zwei Widerstandseinrichtun­ gen jedes der beiden Sensoren in zwei in Strömungsrichtung hintereinander liegenden Ebenen angeordnet, die wenigstens annähernd senkrecht zur Strömungsrichtung gerichtet sind.

Die Widerstandseinrichtungen können in einer anderen Ausfüh­ rungsform aber auch in einer gemeinsamen Ebene liegen, die die Strömungsrichtung enthält.

In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausfüh­ rungsform enthalten die Widerstandseinrichtungen wenigstens eines Sensors mehrere, in einer Richtung bevorzugt ausgedehnte Sensorelemente, die in Strömungsrichtung hintereinander und wenigstens annähernd senkrecht zur Strömungsrichtung liegen. Diese Sensorelemente werden so angeordnet, daß in diesem Sensor zwischen zwei direkt hintereinander liegenden Sensor­ elementen einer Widerstandseinrichtung jeweils ein Sensorele­ ment der anderen Widerstandseinrichtung liegt. Jeweils zwei benachbarte Sensorelemente der beiden Widerstandseinrichtungen bilden somit einen Teilsensor. Dadurch erhält man eine hohe Meßempfindlichkeit, weil die Sensorelemente in jedem Teilsen­ sor einander über ihre ganze Länge gegenüberliegen und somit eine sehr große relative Widerstandsänderung erfahren. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Wahl der Abstän­ de der Sensorelemente derselben Widerstandseinrichtung zuein­ ander sowie der Abstände der Sensorelemente der zwei verschie­ denen Widerstandseinrichtungen zueinander der Meßbereich des Strömungssensors eingestellt werden kann. Diese Abstände wer­ den vorzugsweise in Abhängigkeit von der Flußgeschwindigkeit der Strömung gewählt und sollen zum einen nicht zu klein sein, um ein gegenseitiges Übersprechen der Teilsensoren im wesent­ lichen zu vermeiden, und zum anderen auch nicht zu groß sein wegen des Flächenbedarfs.

Der Abstand zwischen den Sensorelementen derselben Wider­ standseinrichtung wird vorzugsweise wenigstens annähernd konstant und größer als die Abstände zwischen benachbarten Sensorelementen von zwei verschiedenen Widerstandseinrichtun­ gen gewählt.

In einer Ausführungsform sind in dem entsprechenden Sensor die Sensorelemente bei beiden Widerstandseinrichtungen in Reihe geschaltet. In einer anderen Ausführungsform sind die Sensor­ elemente der Widerstandseinrichtungen parallelgeschaltet. Es können allerdings auch eine Widerstandseinrichtung mit einer Reihenschaltung ihrer Sensorelemente und eine Widerstandsein­ richtung mit einer Parallelschaltung ihrer Sensorelemente in einem Sensor vorgesehen sein.

Die Sensorelemente können aus einem oder auch zwei geradlini­ gen Teilelementen bestehen, die senkrecht zur Strömungsrich­ tung gerichtet sind.

Wenigstens ein Teil der Sensorelemente wenigstens einer Wi­ derstandseinrichtung können zur Vergrößerung ihres Gesamtwi­ derstandes als Mäander ausgebildet sein.

Die Verbindungen zwischen den Sensorelementen der Wider­ standseinrichtungen sind vorzugsweise niederohmig und mit einem temperaturunabhängigen Widerstand ausgelegt, da sie zur Messung nicht beitragen.

In Abhängigkeit von der Verschaltung ihrer Sensorelemente werden die Verbindungen der Widerstandseinrichtungen vor­ zugsweise in einer oder mehreren zueinander wenigstens annä­ hernd parallelen Lagen angeordnet. Eine solche Anordnung kann mit Standardtechniken der Mehrlagenmetallisierung hergestellt werden.

In einer Ausführungsform sind nun die Teilsensoren, die je­ weils aus zwei benachbarten Sensorelementen der zwei Wider­ standseinrichtungen eines Sensors gebildet werden, in Strö­ mungsrichtung direkt hintereinander angeordnet. Die aus diesen Teilsensoren bestehenden Sensoren bilden also einzelne Sensor­ blöcke.

In einer anderen Ausführungsform sind zwischen zwei Teilsen­ soren eines Sensors jeweils ein Teilsensor des anderen Sensors in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet. Das bedeutet, daß zwischen zwei in Strömungsrichtung direkt aufeinanderfol­ genden Sensorelementen einer Widerstandseinrichtung immer je­ weils ein Sensorelement der weiteren drei Widerstandseinrich­ tungen zu liegen kommt und daß insbesondere nie zwei Sensor­ elemente derselben Widerstandseinrichtung direkt aufeinander­ folgen sowie daß die Reihenfolge der Sensorelemente immer gleich ist. Die Abstände der Teilsensoren der beiden Sensoren zueinander sind groß genug einzustellen, um eine gegenseitige Beeinflussung der Meßsignale der beiden Sensoren weitestgehend zu vermeiden.

Für die Widerstandseinrichtungen ist in einer weiteren Aus­ führungsform wenigstens eine Stützeinrichtung vorgesehen. Diese Stützeinrichtung kann eine Membran oder auch ein ver­ gleichsweise massiver Stützkörper aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit wie beispielsweise Glas sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Stützeinrich­ tung eine dielektrische Schicht, beispielsweise aus Sili­ ziumnitrid, die wenigstens in Teilbereichen auf einem Substrat angeordnet ist, das vorzugsweise aus Silizium besteht. Das Substrat kann nun mit einer Ausnehmung versehen sein, die zur thermischen Isolation und vorzugsweise auch wenigstens als Teil eines Strömungskanals vorgesehen ist. In einer Ausfüh­ rungsform erstreckt sich die Stützeinrichtung mit den von ihr gestützten Widerstandseinrichtungen über diese Ausnehmung. Die Widerstandseinrichtungen können sich aber auch ohne Stützein­ richtung über der Ausnehmung erstrecken. In dieser Ausfüh­ rungsform sind die Widerstandseinrichtungen lediglich in ihren Randbereichen von der Stützeinrichtung abgestützt.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figuren Ausführungsformen gemäß der Erfindung schematisch dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Wheatstone-Brücke mit vier Widerständen.

In Fig. 2 und Fig. 3 sind zwei Möglichkeiten der Anordnung der vier Widerstandseinrichtungen veranschaulicht.

Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsformen, bei denen die Wider­ standseinrichtungen jeweils aus mehreren Sensorelementen beste­ hen.

Fig. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform mit einem Strömungs­ kanal im Querschnitt bzw. in der Draufsicht.

In Fig. 1 ist eine Wheatstone-Brückenschaltung mit vier Wider­ ständen R₂, R₄, R₆ und R₈ dargestellt. Die zwischen den Wider­ ständen R₂ und R₄ liegende Kontaktstelle ist mit B, die zwi­ schen R₄ und R₆ liegende Kontaktstelle ist mit C, die Kontakt­ stelle zwischen R₆ und R₈ ist mit D und die Kontaktstelle zwi­ schen R₈ und R₂ ist mit A bezeichnet. An einer der Diagonalen wird an den Kontaktstellen A und C die Versorgungsspannung U angelegt und an der anderen Diagonalen wird an den Kontakt­ stellen B und D die Meßspannung abgegriffen.

In den Fig. 2 und 3 sind Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Strömungsmessung gemäß der Erfindung dargestellt. Es sind vier Widerstandseinrichtungen 2, 4, 6 und 8 vorgesehen, die jeweils einen von Null verschiedenen Temperaturkoeffizienten T_K aufweisen. Die beiden Widerstandseinrichtungen 2 und 4 bil­ den die stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Sensorein­ richtungen eines ersten Sensors 10 und die beiden anderen Wi­ derstandseinrichtungen 6 und 8 bilden die stromaufwärts bzw. stromabwärts liegenden Sensoreinrichtungen eines zweiten Sen­ sors 20. Die Strömungsrichtung ist durch einen mit S bezeich­ neten Pfeil gekennzeichnet. Die Widerstandseinrichtung 2 ist über die Kontaktstelle B mit der Widerstandseinrichtung 4, die Widerstandseinrichtung 4 über die Kontaktstelle C mit der Wi­ derstandseinrichtung 6, diese Widerstandseinrichtung 6 über die Kontaktstelle D mit der Widerstandseinrichtung 8 und die­ se Widerstandseinrichtung 15 über die Kontaktstelle A wieder mit der Widerstandseinrichtung 2 verbunden. Dadurch erhält man eine ringförmige Verschaltung der vier Widerstandseinrichtun­ gen 2, 4, 6 und 8 derart, daß stromaufwärts und stromabwärts liegende Widerstandseinrichtungen einander abwechseln. Eine solche Anordnung liefert ein maximales Meßsignal, weil alle durch die Strömung bewirkten Widerstandsänderungen an den Wi­ derstandseinrichtungen in dem Meßsignal erfaßt werden.

Vorzugsweise sind die zu den Widerstandseinrichtungen 2 und 4 gehörenden elektrischen Widerstände R₂ und R₄ gleich groß zu wählen und die zu den Widerstandseinrichtungen 6 und 8 gehö­ renden Widerstände R₆ und R₈ gleich groß zu wählen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind alle vier Wider­ stände R₂, R₄, R₆ und R₈ gleich groß. Die Meßspannung ist dann auf Null abgeglichen, wenn keine Strömung vorhanden ist.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind nun die beiden Sen­ soren 10 und 20 in Strömungsrichtung hintereinander angeord­ net. Ihr Abstand zueinander muß dabei hinreichend groß sein, damit sie einander bei der Messung thermisch möglichst wenig beeinflussen. Die Versorgungsspannung U ist an den Kontakt­ stellen A und C angelegt und die Meßspannung wird an den Kontaktstellen B und D abgegriffen. Es können aber auch umge­ kehrt die Versorgungsspannung an B und D und die Meßspannung an A und C liegen.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind dagegen die beiden Sensoren 10 und 20 bezüglich der Strömungsrichtung nebenein­ ander und vorzugsweise auf gleicher Höhe angeordnet, so daß sie zur gleichen Zeit von der Strömung erfaßt werden.

In den Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 und 5 bestehen die vier Widerstandseinrichtungen 2, 4, 6 und 8 jeweils aus zwei in Reihe geschalteten Sensorelementen 2A und 2B bzw. 4A und 4B bzw. 6A und 6B bzw. 8A und 8B. Es können aber auch mehr als zwei Sensorelemente für jede Widerstandseinrichtung vorgesehen sein. Die Sensorelemente 2A und 4A sowie 6A und 8A bilden ei­ nen ersten Teilsensor 10A bzw. 20A und die Sensorelemente 2B und 4B sowie 6B und 8B einen zweiten Teilsensor 10B bzw. 20B des entsprechenden Sensors 10 bzw. 20. Die Abstände der Teil­ sensoren sind größer als die Abstände der Sensorelemente in den Teilsensoren zu wählen, um ein Übersprechen der Teilsenso­ ren aufeinander zu vermeiden. Vorzugsweise sind sowohl die Abstände aller Teilsensoren zueinander konstant als auch die Abstände der jeweils zwei Sensorelemente in jedem Teilsensor.

Speziell sind in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 die Teilsen­ soren 10A und 10B zueinander unmittelbar benachbart und die Teilsensoren 20A und 20B ebenfalls. Die Teilsensoren 10A und 10B bzw. 20A und 20B bilden somit jeweils einen Sensorblock als Sensoren 10 bzw. 20. Es sind vorzugsweise die Sensorele­ mente 2A und 8A über die Kontaktstelle A, die Sensorelemente 2B und 4B über die Kontaktstelle B, die Sensorelemente 4A und 6A über die Kontaktstelle C und die Sensorelemente 6B und 8B über die Kontaktstelle D miteinander verbunden. Es können allerdings auch beispielsweise die Sensorelemente 2A und 8B, 2B und 4A, 4B und 6A sowie 6B und 8A miteinander kontaktiert werden.

Demgegenüber ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 5 zwischen zwei Sensorelementen einer Widerstandseinrichtung jeweils ein Sensorelement der drei anderen Widerstandseinrichtungen ange­ ordnet. Damit liegt zwischen den Teilsensoren 10A und 10B ein einziger Teilsensor 20A und umgekehrt zwischen den Teilsenso­ ren 20A und 20B ein Teilsensor 10B. Vorzugsweise sind die Sen­ sorelemente nun so verschaltet, daß das Sensorelement 2A über die Kontaktstelle A mit dem Sensorelement 8A, das Sensorele­ ment 2B über die Kontaktstelle B mit dem Sensorelement 4B, das Sensorelement 4A über die Kontaktstelle C mit dem Sensorele­ ment 6A und das Sensorelement 6B über die Kontaktstelle D mit dem Sensorelement 8B verbunden sind.

In Fig. 6 ist eine in Silizium integrierte Ausführungsform im Querschnitt und in Fig. 7 in der Draufsicht veranschaulicht. Es sind jeweils wieder nur zwei Sensorelemente 2A und 2B, 4A und 4B, 6A und 6B sowie 8A und 8B für jede Widerstandseinrich­ tung dargestellt. Die Sensorelemente bestehen jeweils aus zwei langgestreckten, in Reihe geschalteten Teilelementen, die senkrecht zur Strömungsrichtung S in einer die Strömungsrich­ tung S enthaltenden Ebene angeordnet sind. Es können aller­ dings auch jeweils nur ein solches Teilelement für die Sensor­ elemente wenigstens einer Widerstandseinrichtung vorgesehen sein. Die Teilelemente können zur Vergrößerung ihres Gesamt­ widerstandes beispielsweise mäanderförmig ausgebildet sein. Die Sensorelemente erstrecken sich über eine Ausnehmung 34 in einem Substrat 32 vorzugsweise aus Silizium und werden in ih­ ren Randbereichen von einer auf dem Substrat angeordneten di­ elektrischen Schicht beispielsweise aus Siliziumnitrid als Stützeinrichtung 30 abgestützt. Vorzugsweise ragt zur besseren thermischen Isolierung auch die Stützeinrichtung 30 in diesen Bereichen freitragend über die Ausnehmung 34. Die Ausnehmung 34 ist wenigstens als Teil eines Strömungskanals der Weite W ausgebildet und wird vorzugsweise anisotrop in das Substrat 32 geätzt. Die Brückenstruktur der Sensorelemente wird durch Strukturierung und Unterätzen erzeugt, das in einem Technolo­ gieschritt mit dem Ätzen der Ausnehmung 34 erfolgen kann.

Die Widerstandseinrichtungen können mit einer nicht darge­ stellten Passivierungsschicht beispielsweise aus Siliziumni­ trid überzogen sein, beispielsweise zum Schutz vor reaktiven Gasen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströ­ mung mit folgenden Merkmalen:

• a) es sind vier Widerstandseinrichtungen (2, 4, 6, 8) mit jeweils einem temperaturabhängigen elektrischen Widerstand (R₂, R₄, R₆, R₈) vorgesehen;
• b) es sind zwei Sensoren (10 und 20) vorgesehen, die jeweils aus einer bezüglich der Strömungsrichtung stromaufwärts an­ geordneten Widerstandseinrichtung (2 bzw. 6) und einer stromabwärts angeordneten Widerstandseinrichtung (4 bzw. 8) gebildet werden;
• c) die beiden Sensoren (10 und 20) sind so angeordnet, daß sie einander thermisch im wesentlichen nicht beeinflussen;
• d) die vier Widerstandseinrichtungen (2, 4, 6, 8) sind zu einer Wheatstone-Brücke derart ringförmig zusammengeschal­ tet, daß stromabwärts gelegene Widerstandseinrichtungen (2 und 6) und stromaufwärts gelegene Widerstandseinrichtungen (4 bzw. 8) einander abwechseln.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Sensoren (10 und 20) in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die beiden Sensoren (10 und 20) bezüglich der Strömungsrichtung nebeneinander angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Widerstands­ einrichtungen (2, 4, 6, 8) wenigstens annähernd in einer Ebene angeordnet sind, die die Strömungsrichtung enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Widerstandseinrichtungen wenigstens eines Sensors wenigstens annähernd in zwei bezüglich der Strömungsrichtung hinterein­ ander liegenden Ebenen angeordnet sind, die senkrecht zur Strömungsrichtung gerichtet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß

• a) die Widerstandseinrichtungen (2, 4, 6, 8) jeweils aus we­ nigstens zwei in einer Richtung bevorzugt ausgedehnten Sensorelementen (2A und 2B bzw. 4A und 4B bzw. 6A und 6B bzw. 8A und 8B) aufgebaut sind, die wenigstens annähernd senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet sind;
• b) in beiden Sensoren (10 und 20) jeweils ein Sensorelement (2A, 2B bzw. 6A, 6B) der entsprechenden stromaufwärts an­ geordneten Widerstandseinrichtung (2 bzw. 6) mit einem Sen­ sorelement (4A, 4B bzw. 8A, 8B) der entsprechenden strom­ abwärts angeordneten Widerstandseinrichtung (4 bzw. 8) einen Teilsensor (10A, 10B bzw. 20A, 20B) bilden;
• c) die Teilsensoren (10A, 10B, 20A, 20B) in einem hinreichend großen Abstand voneinander angeordnet sind, damit sie ein­ ander bei der Messung praktisch nicht thermisch beeinflus­ sen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen zwei Teilsensoren (10A und 10B) des ersten Sensors (10) ein Teilsensor (20A) des zweiten Sensors (20) und zwischen zwei Teilsensoren (20A und 20B) des zweiten Sensors (20) ein Teilsensor (10B) des ersten Sensors (10) liegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in jedem Sensor (10, 20) dessen Teilsensoren (10A und 10B, 20A und 20B) bezüglich der Strö­ mungsrichtung direkt hintereinander angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß für die Wider­ standseinrichtungen (2, 4, 6, 8) wenigstens eine Stützein­ richtung (30) vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Stützeinrichtung (30) aus einem Material mit geringer thermischer Leitfähigkeit besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Stützeinrichtung (30) eine Membran vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) wenigstens ein Substrat (32) vorgesehen ist, auf dem die Stützeinrichtung (30) wenigstens in Teilbereichen angeord­ net ist;
• b) eine Ausnehmung (34) im Substrat (32) vorgesehen ist;
• c) die Sensorelemente (2A und 2B, 4A und 4B, 6A und 6B, 8A und 8B) der Widerstandseinrichtungen (2, 4, 6, 8) sich über diese Ausnehmung (34) erstrecken.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Ausnehmung (34) wenigstens als Teil eines Strömungskanals für die Gas- oder Flüssigkeits­ strömung vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Substrat (32) aus Silizium besteht.