DE4208137A1

DE4208137A1 - Gas or liquid flow measuring appts. - comprises two sensing devices contg. sensors arranged alternately and extending perpendicularly to flow direction

Info

Publication number: DE4208137A1
Application number: DE19924208137
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Phys Dr Poppinger; Reinhold Dipl Phys D Schoerner; Klaus Dipl Phys Dr Wendt; Johann Dipl Ing Weinel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-03-13
Filing date: 1992-03-13
Publication date: 1993-09-16

Abstract

The arrangement contains at least two devices arranged in a common plane. Each device contains several sensors extending in a direction perpendicular to the flow direction. Every two sensors (2) of each device (12) are separated in the flow direction by one of the sensor units (4) of the other device (14). The sensors of each device are at constant intervals (D). USE/ADVANTAGE - Eg as anemometer. High measurement sensitivity is achieved over wide measurement range including high flow rates with compact design.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist aus der EP-B1-00 76 935 be kannt.The invention relates to a device for measuring a gas or liquid flow according to the preamble of the claim 1. Such a device is from EP-B1-00 76 935 be knows.

Zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung sind Anemo meter bekannt, bei denen ein oder mehrere Widerstandselemente in der Strömung angeordnet werden. Diese Widerstandselemente können als dünne Widerstandsdrähte oder auch als Dünnschicht- Widerstände ausgebildet sein. Durch eine vorgegebene elektri sche Heizleistung werden die Widerstandselemente beheizt und es stellt sich im Wärmegleichgewicht eine bestimmte Tempera turverteilung an den Widerstandselementen ein. Eine Gas- oder Flüssigkeitsströmung verursacht nun durch erzwungene Konvek tion eine Änderung der Wärmeverteilung und damit der Tempera turen an den Widerstandselementen, die abhängig ist von der Fließgeschwindigkeit und der Wärmekapazität des Gases oder der Flüssigkeit. Zum Erfassen dieser Temperaturänderung ist wenig stens ein Widerstandselement mit einem von Null verschiedenen Temperaturkoeffizienten als Detektor vorgesehen. Die Tempera turänderung am Detektor bewirkt eine Änderung seines elektri schen Widerstandes, die gemessen und ausgewertet wird.Anemo are used to measure a gas or liquid flow meters known in which one or more resistance elements be arranged in the flow. These resistance elements can be used as thin resistance wires or as thin-film Resistors are formed. By a given electri resistance, the resistance elements are heated and a certain temperaure arises in the heat balance distribution on the resistance elements. A gas or Liquid flow now caused by forced convex tion a change in the heat distribution and thus the tempera Doors on the resistance elements, which is dependent on the Flow rate and the heat capacity of the gas or Liquid. There is little to detect this change in temperature least a resistance element with a nonzero Temperature coefficient provided as a detector. The tempera change in the detector causes a change in its electri resistance, which is measured and evaluated.

Es sind Anemometer mit zwei Widerstandselementen bekannt, die beide zugleich als Heizer und Detektor vorgesehen sind und be züglich der Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die Strömung führt in dieser Anordnung Wärme von dem stromauf wärts angeordneten Element ab und dem stromabwärts angeordne ten Element zu. Die detektierten Temperaturänderungen an den beiden Widerstandselementen sind somit unterschiedlich groß und ermöglichen deshalb zusätzlich zur Messung des Flusses auch eine Aussage über die Strömungsrichtung. In einem Anemo meter mit drei Widerstandselementen sind zwei Detektoren und ein dazwischen angeordnetes Heizelement vorgesehen. Der elek trische Widerstand des Heizelementes muß dabei nicht tempera turabhängig sein. Auch ein solches Anemometer kann den Fluß und zugleich die Strömungsrichtung erfassen. Im allgemeinen wird durch Abgleichen mit Hilfe einer Brückenschaltung, in die externe Referenzwiderstände zusammen mit den Widerstandsele menten geschaltet sind, der Grundwiderstand der detektierenden Widerstandselemente eliminiert, so daß nur die im Vergleich zum Grundwiderstand kleine strömungsabhängige Widerstandsände rung gemessen wird.Anemometers with two resistance elements are known which both are provided as a heater and detector and be are arranged one behind the other with respect to the direction of flow. The flow in this arrangement carries heat from the upstream downward element and the downstream element element. The detected temperature changes on the the two resistance elements are therefore of different sizes and therefore enable in addition to measuring the flow also a statement about the direction of flow. In an anemo meters with three resistance elements are two detectors and an intermediate heating element is provided. The elec trical resistance of the heating element does not have to be tempera be dependent on the door. Such an anemometer can also measure the flow and capture the flow direction at the same time. In general is adjusted by means of a bridge circuit in which external reference resistors together with the resistive elements elements are switched, the basic resistance of the detector Resistor elements eliminated, so that only the comparison to the basic resistance small flow-dependent resistance zones tion is measured.

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 Widerstandselemente hin reichend groß sein. Außerdem muß der elektrische Widerstand dieser Elemente der Auswerteelektronik angepaßt sein und insbesondere größer als die Zuleitungswiderstände sein. Dies entspricht einer Forderung nach einer Mindestlänge der Wider standselemente bei vorgegebenem Querschnitt und Material. Um einen hohen thermischen Wirkungsgrad zu erreichen, sollen die Widerstandselemente thermisch gut isoliert sein. Die Wärme kapazität der Widerstandselemente und ihrer Stützeinrichtungen ist überdies klein zu halten, weil durch sie die Ansprechzeit des Sensors auf Temperaturänderungen bestimmt wird. Schließ lich soll das Anemometer auch noch mechanisch stabil und vi brationsfest sein.There are certain requirements for an ideal anemometer places that can even partially contradict each other. Around To get a sufficiently large sensor signal, the tem temperature coefficient of the detecting resistance elements be big enough. In addition, the electrical resistance of these elements of the evaluation electronics and in particular, be greater than the lead resistance. This corresponds to a requirement for a minimum length of the cons stand elements with given cross-section and material. Around to achieve a high thermal efficiency Resistance elements must be thermally well insulated. The warmth capacitance of the resistance elements and their support devices is also to be kept small because of the response time of the sensor for temperature changes is determined. Close Lich the anemometer should also be mechanically stable and vi be non-combustible.

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 in einer Detektor-Heizer-Detektor-Anordnung drei langgestreckte, gerad linige Dünnschicht-Widerstandselemente parallel zueinander und senkrecht zur Strömungsrichtung auf einer dünnen dielektri schen Membran angeordnet. Die dünne Membran dient zur elektri schen und thermischen Isolation und besteht aus einer Sand wich-Struktur von Siliziumnitrid und Siliziumdioxid. Die Wi derstandselemente können zum Schutz gegen Korrosion und ag gressive Gase mit einer Passivierungsschicht aus Siliziumni trid überzogen sein. Dieser Strömungssensor spricht auf Strö mungsänderungen schnell an, weil die Wärmekapazität der Wi derstandselemente und der dünnen Membran gering ist (WO 89/05 963). Da die relative Widerstandsänderung am Detektor maximal ist, wenn Heizelement und Detektor über der gesamten Länge einander gegenüberliegen, hat dieser bekannte Gasströ mungssensor eine hohe Meßempfindlichkeit. Ausreichend lange Widerstände auf der Membran erfordern jedoch eine entsprechend große Sensorfläche.It is known that these requirements are due to integration of anemometer structures in silicon using the micro structural technology can be sufficiently fulfilled. In a known embodiment of a flow sensor are in one Detector-heater-detector arrangement three elongated, straight linear thin-film resistance elements parallel to each other and perpendicular to the direction of flow on a thin dielectri arranged membrane. The thin membrane is used for electri and thermal insulation and consists of a sand wich structure of silicon nitride and silicon dioxide. The Wi The stand elements can be used to protect against corrosion and ag gressive gases with a passivation layer made of silicon ni be covered. This flow sensor responds to flow changes quickly because the heat capacity of the Wi the stand elements and the thin membrane is low (WO 89/05 963). Because the relative change in resistance at the detector is maximum when heating element and detector over the entire Length opposite each other, this well-known gas flows mation sensor a high sensitivity. Sufficiently long Resistors on the membrane, however, require one accordingly large sensor area.

Bei einem weiteren bekannten, in Silizium integrierten Anemo meter sind zwei in einer gemeinsamen Ebene liegende Wider standselemente vorgesehen und als ebene Mäanderblöcke aus mehreren nebeneinanderliegenden, langgestreckten Sensoreinhei ten ausgeführt, die senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Beide Mäanderblöcke dienen zugleich als Heizer und De tektor. Die Widerstandsmäanderblöcke sind auf einer dielektri schen Brückenstruktur abgestützt, die sich über eine Ausneh mung in einem Siliziumkörper erstreckt. Die Ausnehmung dient zur thermischen Isolation der Widerstandselemente gegen den Siliziumkörper (EP-B1-00 76 935). Bei dieser bekannten Ausfüh rungsform ist die benötigte Sensorfläche zum Unterbringen einer vorgegebenen Gesamtlänge der Widerstandselemente durch deren mäanderförmige Gestaltung verhältnismäßig klein. Jedoch ist die relative Widerstandsänderung an einem Widerstandsmäan derblock vergleichsweise gering, da im wesentlichen nur die jeweils stromaufwärts liegenden Randbereiche der Widerstands mäanderblöcke zur Messung beitragen. Die Meßempfindlichkeit dieses bekannten Strömungssensors ist deshalb begrenzt.In another known Anemo integrated in silicon meters are two opposites lying in a common plane Stand elements provided and as flat meandering blocks several adjacent, elongated sensor units ten executed, arranged perpendicular to the direction of flow are. Both meander blocks also serve as stoves and deers tector. The resistance meander blocks are on a dielectri supported bridge structure, which extends over an ex tion extends in a silicon body. The recess serves for thermal insulation of the resistance elements against the Silicon body (EP-B1-00 76 935). In this known embodiment The required sensor area for housing is the form a predetermined total length of the resistance elements their meandering design is relatively small. However is the relative change in resistance on a resistance man derblock comparatively small, since essentially only the in each case upstream edge regions of the resistor meander blocks contribute to the measurement. The measurement sensitivity this known flow sensor is therefore limited.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese bekannten Vor richtungen zur Messung einer Gas- oder Flüssigkeitsströmung zu verbessern. Insbesondere soll eine kompakte Bauform mit einer hohen Meßempfindlichkeit erreicht werden, die an einen weiten Meßbereich, insbesondere auch für große Strömungsgeschwindig keiten, angepaßt werden kann.The invention has as its object these known directions for measuring a gas or liquid flow improve. In particular, a compact design with a high measuring sensitivity can be achieved, which at a wide Measuring range, especially for large flow rates speed, can be adjusted.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Zwischen zwei in Strömungsrichtung direkt aufeinander folgenden Sensoreinheiten derselben Sensoreinrich tung sind immer jeweils eine Sensoreinheit aller weiteren Sensoreinrichtungen angeordnet. Das bedeutet, daß in der Strömungsrichtung nie zwei Sensoreinheiten derselben Sensor einrichtung direkt aufeinanderfolgen und daß die Reihenfolge der Sensoreinheiten immer gleich ist. Eine Gruppe von benach barten Sensoreinheiten sämtlicher Sensoreinrichtungen bildet somit einen Teilsensor. Dadurch erhält man eine hohe Meß empfindlichkeit, weil die Sensoreinheiten der Sensoreinrich tungen in jedem Teilsensor einander über ihre gesamte Länge gegenüberliegen und somit eine sehr große relative Wider standsänderung erfahren. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Wahl der Abstände der Sensoreinheiten derselben Sensoreinrichtung zueinander sowie der Abstände der Sensor einheiten verschiedener Sensoreinrichtungen zueinander der Meßbereich des Strömungssensors eingestellt werden kann. Diese Abstände werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Flußge schwindigkeit der Strömung gewählt und sollen zum einen nicht zu klein sein, um ein gegenseitiges Übersprechen der Sensor einheiten zu vermeiden, und zum anderen auch nicht zu groß sein wegen des Flächenbedarfs.This object is achieved with the features of claim 1. Between two in the direction of flow directly successive sensor units of the same sensor device are always one sensor unit of all others Sensor devices arranged. That means that in the Flow direction never two sensor units of the same sensor establishment directly in succession and that the order the sensor units is always the same. A group of neighboring beard sensor units of all sensor devices thus a partial sensor. This gives a high measurement sensitivity because the sensor units of the sensor device in each sub-sensor over their entire length opposite and thus a very large relative contradiction experienced change of state. Another advantage is that by choosing the distances between the sensor units of the same Sensor device to each other and the distances between the sensors units of different sensor devices to each other Measuring range of the flow sensor can be adjusted. These Distances are preferably dependent on the river flow speed selected and should not on the one hand be too small to cross-talk the sensor to avoid units, and on the other hand not too big be because of the space requirement.

Der Abstand D zwischen den Sensoreinheiten derselben Sensor einrichtung wird für alle Sensoreinrichtungen vorzugsweise wenigstens annähernd konstant gewählt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Abstand D wesentlich größer als die jeweiligen Abstände zwischen benachbarten Sensoreinheiten verschiedener Sensoreinrichtungen gewählt.The distance D between the sensor units of the same sensor device is preferred for all sensor devices chosen at least approximately constant. In a preferred one Embodiment, the distance D becomes much larger than that respective distances between adjacent sensor units different sensor devices selected.

In einer Ausführungsform sind die Sensoreinheiten jeder Sen soreinrichtung in Reihe geschaltet. In einer anderen Ausfüh rungsform sind die Sensoreinheiten jeder Sensoreinrichtung parallelgeschaltet. Es können allerdings auch Sensoreinrich tungen mit einer Reihenschaltung ihrer Sensoreinheiten und Sensoreinrichtungen mit einer Parallelschaltung ihrer Sensor einheiten zugleich vorgesehen sein.In one embodiment, the sensor units are each sen sensor device connected in series. In another version the sensor units of each sensor device connected in parallel. However, it is also possible to set up sensors with a series connection of their sensor units and Sensor devices with a parallel connection of their sensors units at the same time.

Sensoreinrichtungen, die als Heizer und Detektor zugleich vor gesehen sind, bestehen aus einem elektrisch leitenden Material mit einem von Null verschiedenen Temperaturkoeffizienten, der wenigstens in einem für die Messung relevanten Temperaturbe reich einen eindeutigen Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstand des Materials und der Temperatur herstellt.Sensor devices that act as a heater and detector at the same time seen are made of an electrically conductive material with a non-zero temperature coefficient, the at least in a temperature range relevant for the measurement a clear connection between the electrical Creates resistance of the material and the temperature.

Die Verbindungen zwischen den Sensoreinheiten dieser Wider standselemente sind vorzugsweise niederohmig und mit einem temperaturunabhängigen Widerstand ausgelegt, da sie zur Mes sung nicht beitragen.The connections between the sensor units of this contr Stand elements are preferably low-resistance and with one temperature-independent resistance designed as it for measuring not contribute.

Bei einer Heizer-Detektor- oder einer Detektor-Heizer-Detek tor-Anordnung sind als Heizer heizbare elektrische Wider standselemente vorgesehen, deren Widerstand vorzugsweise nicht temperaturabhängig ist. Die Detektoren können nun wieder tem peraturabhängige Widerstandselemente sein.With a heater-detector or a detector-heater detector Gate arrangement are heatable as electric heaters Stand elements provided, the resistance of which is preferably not is temperature dependent. The detectors can now be used again temperature-dependent resistance elements.

In einer besonderen Ausführungsform sind als Detektoren Ther mosäulen vorgesehen, die eine Temperaturänderung als Änderung ihrer Thermospannung anzeigen. Dadurch wird das Signal-Rausch- Verhältnis verbessert, weil die Thermosäulen nicht selbst von einem Strom durchflossen sind. Die Verwendung von Thermosäulen als Detektoren für einen Strömungssensor ist bekannt (Meas. Sci. Technol. 1 (1990), S. 565 bis 575).In a special embodiment, Ther The pillars provided a change in temperature as a change display their thermal voltage. The signal-to-noise Ratio improved because the thermopiles are not themselves flowed through a stream. The use of thermopiles is known as detectors for a flow sensor (Meas. Sci. Technol. 1 (1990), pp. 565 to 575).

In Abhängigkeit von der Zahl der Sensoreinrichtungen sowie der Verschaltung ihrer Sensoreinheiten werden die Verbindungen der Sensoreinrichtungen in einer oder mehreren zueinander we nigstens annähernd parallelen Lagen angeordnet. Eine solche Anordnung kann mit Standardtechniken der Mehrlagenmetallisie rung hergestellt werden.Depending on the number of sensor devices as well the connections of your sensor units become the connections of the sensor devices in one or more of each other arranged at least approximately parallel layers. Such Arrangement can be done using standard multilayer metallization techniques tion.

Für die Sensoreinrichtungen ist in einer weiteren Ausführungs form wenigstens eine Stützeinrichtung vorgesehen. Diese Stütz einrichtung kann eine Membran oder auch ein vergleichsweise massiver Stützkörper aus einem Material mit geringer thermi scher Leitfähigkeit wie beispielsweise Glas sein. In einer anderen Ausführungsform ist die Stützeinrichtung eine dielek trische Schicht, beispielsweise aus Siliziumnitrid, die wenig stens 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 Strömungska nals vorgesehen ist. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Stützeinrichtung mit den von ihr gestützten Sensoreinhei ten über diese Ausnehmung. Die Sensoreinheiten der Sensorein richtungen können sich aber auch ohne Stützeinrichtung über der Ausnehmung erstrecken. In dieser Ausführungsform sind die Sensoreinheiten lediglich in ihren Randbereichen von der Stützeinrichtung abgestützt.For the sensor devices is in a further embodiment form provided at least one support device. This support device can be a membrane or a comparative solid support body made of a material with low thermi shear conductivity such as glass. In a In another embodiment, the support device is a dielectric trical layer, for example made of silicon nitride, the little is arranged in partial areas on a substrate that preferably consists of silicon. The substrate can now be used be provided with a recess for thermal insulation and preferably also at least as part of a flow box nals is provided. In one embodiment, it extends the support device with the sensor unit supported by it through this recess. The sensor units of the sensors but directions can also over without a support extend the recess. In this embodiment, the Sensor units only in their edge areas from the Support device supported.

In einer weiteren Ausführungsform sind wenigstens ein Teil der Sensoreinheiten wenigstens einer Sensoreinrichtung zur Ver größerung ihres Gesamtwiderstandes als Mäander ausgebildet.In a further embodiment, at least part of the Sensor units of at least one sensor device for ver increase their total resistance as a meander.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren Figuren Ausführungsformen gemäß der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.To further explain the invention, reference is made to the drawing Reference, in the figures, embodiments according to the Invention are illustrated schematically.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform mit zwei Sensoreinrichtun gen, deren Sensoreinheiten in Reihe geschaltet sind. Fig. 1 shows an embodiment with two Sensoreinrichtun conditions, the sensor units are connected in series.

Fig. 2 ist die Darstellung einer Ausführungsform mit zwei Sensoreinrichtungen, deren Sensoreinheiten parallel geschaltet sind. Fig. 2 is an illustration of an embodiment comprising two sensor devices, the sensor units are connected in parallel.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform mit drei Sensoreinrichtun gen. In Fig. 3 shows an embodiment with three Sensoreinrichtun conditions. In

Fig. 4 ist eine Ausführungsform im Querschnitt und in Fig. 4 is an embodiment in cross section and in

Fig. 5 in der Draufsicht dargestellt, bei der sich die Sensor einheiten der Sensoreinrichtungen über einem Strömungs kanal erstrecken. Fig. 5 shown in plan view, in which the sensor units of the sensor devices extend over a flow channel.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 enthalten eine erste Sen soreinrichtung 12 mehrere Sensoreinheiten 2 und eine zweite Sensoreinrichtung 14 mehrere Sensoreinheiten 4. Die Sensorein heiten 2 und die Sensoreinheiten 4 sind jeweils in Reihe ge schaltet. Der vorzugsweise konstante Abstand zwischen zwei Sensoreinheiten 2 und zwei Sensoreinheiten 4 ist mit D be zeichnet und der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbar ten Sensoreinheiten 2 und 4 der beiden Sensoreinrichtungen 12 und 14 mit d bezeichnet. Diese Abstände D und d können der Fließgeschwindigkeit der in Richtung des mit S bezeichneten Pfeiles fließenden Strömung angepaßt werden. Bei einer kleinen Fließgeschwindigkeit ist der Abstand d klein zu wählen, um eine hohe Meßempfindlichkeit zu erreichen. Auch der Abstand D kann kleiner gewählt werden. Im Falle größerer Fließgeschwin digkeit müssen die Abstände d und D größer eingestellt werden, um ein Übersprechen der Sensoreinheit 2 auf die benachbarten Sensoreinheiten 4 sowie unmittelbar aufeinanderfolgender Sen soreinheiten 2 und unmittelbar aufeinanderfolgender Sensorein heiten 4 zu vermeiden. Der Abstand D liegt in einem Bereich von beispielsweise 100 µm bis 6000 µm und vorzugsweise von 200 µm bis 1000 µm. Der Abstand d kann beispielsweise von 20 µm bis 2000 µm und vorzugsweise von 40 µm bis 200 µm ge wählt werden. Die Zahl der Sensoreinheiten 2 bzw. 4 liegt im allgemeinen in einem Bereich von 2 bis etwa 20, vorzugsweise von 2 bis 10.In the embodiment according to FIG. 1, a first sensor device 12 contains a plurality of sensor units 2 and a second sensor device 14 contains a plurality of sensor units 4 . The Sensorein units 2 and the sensor units 4 are each connected in series. The preferably constant distance between two sensor units 2 and two sensor units 4 is denoted by D and the distance between two immediately adjacent th sensor units 2 and 4 of the two sensor devices 12 and 14 is denoted by d. These distances D and d can be adapted to the flow rate of the flow flowing in the direction of the arrow labeled S. With a low flow rate, the distance d should be chosen small in order to achieve a high sensitivity. The distance D can also be chosen to be smaller. In the case of larger Fließgeschwin speed, the distances d and D must be set larger to a crosstalk of the sensor unit 2 to the adjacent sensor units 4 and immediately consecutive Sen soreinheiten 2 and immediately consecutive Sensorein units 4 to be avoided. The distance D is in a range from, for example, 100 μm to 6000 μm and preferably from 200 μm to 1000 μm. The distance d can be selected, for example, from 20 μm to 2000 μm and preferably from 40 μm to 200 μm. The number of sensor units 2 and 4 is generally in a range from 2 to about 20, preferably from 2 to 10.

Wie in Fig. 2 dargestellt, können die Sensoreinheiten 2 und 4 der entsprechenden Sensoreinrichtungen 12 und 14 auch jeweils parallel geschaltet sein.As shown in FIG. 2, the sensor units 2 and 4 of the corresponding sensor devices 12 and 14 can also be connected in parallel.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind drei Sensoreinrich tungen 22, 24 und 26 in einer Detektor-Heizer-Detektor-Anord nung vorgesehen. Es sind verschiedene Ausführungsbeispiele für die Sensoreinheiten bei diesen Sensoreinrichtungen darge stellt. Die Sensoreinheiten 2 der Sensoreinrichtung 22 beste hen jeweils aus zwei geradlinigen, parallel zueinander ange ordneten Teilsensorelementen, die parallel geschaltet sind. Die Sensoreinheiten 4 der Sensoreinrichtung 24 bestehen je weils aus zwei mäanderförmigen und seriell geschalteten Teil sensorelementen, deren jeweilige Mittelachsen parallel zuein ander angeordnet sind. Bei der dritten Sensoreinrichtung 26 werden die Sensoreinheiten 6 jeweils aus nur einem geradlini gen Teilsensorelement gebildet. Die Sensoreinheiten 6 sind in Reihe geschaltet, ebenso auch die Sensoreinheiten 4 der Sen soreinrichtung 24, während die Sensoreinheiten 2 der Sensor einrichtung 22 parallel geschaltet sind. Die Verbindungen der einzelnen Sensoreinheiten wie auch der Teilsensorelemente in den Sensoreinheiten sind mit einem größeren Querschnitt ver sehen, um ihren Widerstand zu verkleinern, und bestehen vor zugsweise aus einem Material mit einem niedrigen und tempera turunabhängigen spezifischen Widerstand. Die Abstände d₁ der Sensoreinheiten 2 und 4 und die Abstände d₂ der Sensoreinhei ten 4 und 6 können ebenso wie der Abstand D wieder dem Meßbe reich angepaßt werden. In the embodiment according to FIG. 3, three sensor devices 22 , 24 and 26 are provided in a detector-heater-detector arrangement. There are various embodiments for the sensor units in these sensor devices Darge presents. The sensor units 2 of the sensor device 22 each consist of two rectilinear partial sensor elements arranged parallel to one another, which are connected in parallel. The sensor units 4 of the sensor device 24 each consist of two meandering and serially connected part of sensor elements, the respective central axes of which are arranged parallel to one another. In the third sensor device 26 , the sensor units 6 are each formed from only one straight partial sensor element. The sensor units 6 are connected in series, as are the sensor units 4 of the sensor device 24 , while the sensor units 2 of the sensor device 22 are connected in parallel. The connections of the individual sensor units as well as the partial sensor elements in the sensor units are seen with a larger cross-section in order to reduce their resistance, and preferably consist of a material with a low and temperature-independent specific resistance. The distances d _{1 of} the sensor units 2 and 4 and the distances d _{2 of} the sensor units 4 and 6 , like the distance D, can again be adapted to the measuring range.

In der in Fig. 4 im Querschnitt und in Fig. 5 in der Drauf sicht dargestellten Ausführungsform sind ein heizbares Wi derstandselement als Heizer 32 und eine Thermosäule 34 als Detektor vorgesehen. Die heißen Kontaktstellen 40 zwischen zwei Thermoelementen der Thermosäule 34 befinden sich vorzugs weise wenigstens annähernd in der Mitte der Sensoreinheiten der Thermosäule 34 und die kalten Kontaktstellen 42 befinden sich auf einer dielektrischen Schicht als Stützeinrichtung 21, die auf dem Substrat 20 angeordnet ist, in thermischer Kopp lung zum Substrat 20. Die Sensoreinheiten beider Sensorein richtungen erstrecken sich über einer Ausnehmung 28 im Sub strat 20, die als Strömungskanal mit einer Breite W ausgebil det ist. Eine solche Ausführungsform wird vorzugsweise mit Hilfe der Mikrostrukturtechnik in Silizium gefertigt. Das Substrat 20 besteht dann aus Silizium und die dielektrische Stützeinrichtung 21 besteht vorzugsweise aus Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid. Die Ausnehmung 28 wird beispielsweise anisotrop in das Siliziumsubstrat geätzt. Die Brückenstruktur der Sensoreinheiten wird durch Strukturierung und Unterätzen erzeugt, das in einem Schritt mit dem Ätzen der Ausnehmung 28 erfolgen kann.In the embodiment shown in Fig. 4 in cross section and in Fig. 5 in plan view, a heatable Wi derstandselement as a heater 32 and a thermopile 34 are provided as a detector. The hot contact points 40 between two thermocouples of the thermopile 34 are preferably at least approximately in the middle of the sensor units of the thermopile 34 and the cold contact points 42 are on a dielectric layer as a support device 21 , which is arranged on the substrate 20 , in thermal coupling to substrate 20 . The sensor units of both sensor devices extend over a recess 28 in the sub strate 20 , which is ausgebil det as a flow channel with a width W. Such an embodiment is preferably manufactured in silicon using microstructure technology. The substrate 20 then consists of silicon and the dielectric support device 21 preferably consists of silicon dioxide or silicon nitride. The recess 28 is anisotropically etched into the silicon substrate, for example. The bridge structure of the sensor units is generated by structuring and under-etching, which can be done in one step by etching the recess 28 .

Beispielsweise zum Schutz vor reaktiven Gasen können die Sen soreinrichtungen mit einer Passivierungsschicht beispielsweise aus Siliziumnitrid überzogen sein.For example, to protect against reactive gases, the Sen sensor devices with a passivation layer, for example be coated with silicon nitride.

Claims

1. Device for measuring a gas or liquid flow with the following features:

a) at least two sensor devices are provided, which are arranged at least approximately in a common plane;
b) these sensor devices are each provided with at least two sensor units, preferably extended in one direction, which are arranged at least approximately perpendicular to the flow direction,

characterized by the following additional feature:

c) between two sensor units (for example 2 ) of the same sensor device (for example 12 ) arranged one behind the other in the flow direction, one sensor unit ( 4 ) al all further sensor devices ( 14 ) are arranged.

2. Device according to claim 1, characterized in that the sensor units ( 2 , 4 , 6 ) of the same sensor device ( 22 , 24 , 26 ) are arranged at an at least approximately constant distance D from one another.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that each other immediately neigh disclosed sensor units ( 2 , 4 or 4 , 6 ) of two different sensor devices ( 12 , 14 or 22 , 24 or 24 , 26 ) in an at least approximately constant Distance d or d1 or d2 are arranged to each other.

4. Apparatus according to claim 2 and claim 3, characterized in that the distance D of the sensor units ( 2 , 4 , 6 ) of the same sensor device ( 22 , 24 , 26 ) is greater than the distances d1 and d2 of the adjacent sensor units ( 2 and 4 or 4 and 6 ) of different sensor devices ( 22 and 24 or 24 and 26 ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one supporting device ( 21 ) is provided for the sensor devices Sen.

6. The device according to claim 5, characterized in that the support device ( 21 ) consists of a material with low thermal conductivity.

7. Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that a membrane is provided as the support device ( 21 ).

8. The device according to claim 5 or 6, characterized in that

a) a substrate ( 20 ) is provided, on which the support device ( 21 ) is arranged at least in partial areas;
b) a recess ( 28 ) is provided in the substrate ( 20 );
c) the sensor units ( 2 , 4 ) of the sensor devices ( 32 , 34 ) extend over this recess ( 28 ).

9. The device according to claim 8, characterized in that the recess ( 28 ) we at least as part of a flow channel for the gas or liquid flow is provided.

10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least the sensor units ( 2 ) at least one sensor device ( 12 , 52 ) consist of a material with a temperature-dependent electrical resistance.

11. The device according to claim 10, characterized in that at least the Sensorein units ( 4 , 6 ) of all other sensor devices ( 14 , 16 , 54 , 56 ) also each consist of a material with a temperature-dependent electrical resistance.

12. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that

a) at least one sensor device ( 32 ) is provided as a heater and at least one further sensor device is provided as a detector;
b) a thermopile ( 34 ) is provided as a detector.

13. Device according to one of claims 1 to 11, there characterized in that the sensors units of each sensor device are connected in parallel.

14. The device according to one of claims 1 to 12, characterized in that

a) the sensor units of at least one sensor device are connected in series and
b) the sensor units of all other sensor devices are connected in parallel.

15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor devices ( 12 , 14 , 16 ) are at least partially arranged in at least two layers which are at least approximately parallel to one another.