DE69611616T2

DE69611616T2 - Elektrolytische hygrometer und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69611616T2
Application number: DE69611616T
Authority: DE
Inventors: Jacob Mettes
Original assignee: Meeco Inc
Current assignee: Meeco Inc
Priority date: 1995-08-04
Filing date: 1996-08-01
Publication date: 2001-08-09
Anticipated expiration: 2016-08-02
Also published as: KR19990036186A; KR100404042B1; WO1997006431A1; JP2006343349A; JPH11510605A; EP0842416A4; JP3880066B2; EP0842416A1; US5589085A; CA2228649A1; DE69611616D1; EP0842416B1

Description

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysevorrichtung zum Messen von Wasserkonzentrationen in Gasen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer speziellen Komponente einer Elektrolysevorrichtung: Die Erfassungseinheit einer Elektrolysezelle des Typs I. Das verbesserte Verfähren stellt eine größere Standardisierung, verbesserte Erträge, eine bessere Qualität der Erfassungseinheit und eine bessere Zellleistung hinsichtlich einer tieferen Erfassungsgrenze, eine schnelle Reaktionszeit und die Eliminierung von nicht erwünschten Rekombinationseffekten bereit.

Hintergrund der Erfindung

Bei vielen Betriebsabläufen muß die Gegenwart und die Menge von sogar sehr geringen Feuchtigkeitskonzentrationen in fließenden Gasströmen mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit ermittelt und gemessen werden. Beim Verfahren zur Herstellung von Halbleitern werden zum Beispiel fließende Gasströme verwendet, und Spuren von in diesen Strömen befindlichen Feuchtigkeitskonzentrationen beeinträchtigen den Produktionsertrag. Wenn Feuchtigkeitskonzentrationen die vorgegebenen Grenzen überschreiten, kann der verunreinigte Gasstrom eine Reihe von inakzeptablen Halbleitern produzieren, was mit erheblichen Kosten verbunden ist. Daher ist die Erfassung und das Messen von Feuchtigkeitskonzentrationen bei Betriebsabläufen, wie etwa der Halbleiterherstellung, erforderlich, da die Feuchtigkeit oft für die Qualität des hergestellten Produkts entscheidend ist.
Um die industrielle Nachfrage zu befriedigen sind empfindliche Hygrometer erhältlich, die äußerst niedrige Erfassungsgrenzen und schnelle Reaktionszeiten aufweisen. Die empfindlichsten und im Handel erhältlichen Hygrometer können die Feuchtigkeitskonzentrationen in einer Größenordnung von zehn Teilen auf eine Milliarde pro Volumen erfassen - obwohl moderne, hochreine Hygrometer Grenzen von ein paar ppb erreichen können. Der bisherige Stand der Technik stellt eine Vielzahl von Wassererfassungs- und Wassermessvorrichtungen oder Hygrometern bereit. Diese umfassen Infrarot-Absorptionshygrometer, Leitfähigkeitsgefäße, piezoelektrische Hygrometer, Impedanzhygrometer, Spiegel-Taupunktvorrichtungen, Gaschromatografen (die einen Elektronenanlagerungsdetektor beinhalten können) und elektrolytische Hygrometer. Eine allgemeine Diskussion über solche Vorrichtungen ist im Vereinigte Staaten Patent Nr. 4,535,620, herausgegeben an R. Cunningham, zu finden.
K. Sugiyama & T. Ohmi, "Ultraclean Gas Delivery Systems - Teil I" in Microcontamination bei 49-54 (Nov. 1988) offenbart, daß Gase mit Feuchtigkeitsniveaus mit zwei Teilen auf eine Milliarde hergestellt werden können und daß solche Niveaus mittels des Luftdruck- Ionisationsmassenspektrometers (Atmospheric Pressure Ionization Mass Spectrometry) (APIMS) gemessen werden können. Siehe auch T. Kimura, J. Mettes & M. Schack, " Sub-ppb Analysis of Nitrogen Gas by APIMS," vorgestellt am Technischen Symposium von SEMICON EAST 89 in Boston, Mass. (Sept. 1989) (wobei ein experimentelles Einrichten und ein Verfahren zur Analyse eines hochreinen Nitrogens offenbart wird).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Elektrolythygrometer. Diese Art von Hygrometern funktioniert gemäß den Prinzipien des Faradayschen Gesetzes und beinhaltet eine Elektrolysezelle als analytische Komponente. Eine Konfiguration einer Elektrolysezelle (eine Zelle des Typs I) besteht aus einem hohlen Glasrohr mit zwei Elektroden, die spiralförmig um die Innenseite gewunden sind und mit einem hygroskopischen Film wie etwa Phosphorpentoxid (P&sub2;O&sub5;) beschichtet sind. Die zwei Elektroden, eine positive Anode und eine negative Kathode, bilden eine Doppelhelix. Das zu messende Gas strömt mit einer bekannten Strömungsgeschwindigkeit durch die Zelle.
Die Wasserkonzentration des Gases wird auf folgende Weise bestimmt. Der hygroskopische Film absorbiert das Wasser vom Gas. Es wird eine Spannung über die Elektroden zugeführt, was das Wasser im Film in Wasserstoff und Sauerstoff elektrolysiert. Der so generierte Strom misst die Geschwindigkeit, bei der die Wassermoleküle elektrolysiert werden. Sobald das Gleichgewicht erreicht worden ist, entspricht die Geschwindigkeit, bei der die Wassermoleküle in die Zelle eintreten, genau der Geschwindigkeit, bei der solche Moleküle elektrolysiert werden. Folglich ist bei einer vorgegebenen Strömungsgeschwindigkeit die Wasserkonzentration im Gas ohne ein weiteres Eichen bekannt. Ein Beispiel einer herkömmlichen Elektrolysezelle des Typs I ist im Vereinigte Staaten Patent Nr. 4,800,000 an D. Zatko beschrieben.
Ein Phänomen, "Rekombinationseffekt" genannt, kann große Fehler bei der Messung solcher Elektrolysezellen verursachen, wenn die Gasprobe beträchtliche Mengen Wasserstoff und Sauerstoff enthält. Die Wirkung bezieht sich auf die Rekombination von Wasserstoff und Sauerstoff in der Zelle, um Wasser umzuformen, wenn ein Katalysator vorhanden ist. Daher kann ein einziges Wassermolekül mehr als einmal erfasst werden. Die katalytische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff vollzieht sich an der Oberfläche der Edelmetallelektroden.
Der Rekombinationseffekt kann bei Edelgasen vernachlässigt werden, da durch Elektrolyse hergestellter Wasserstoff und Sauerstoff nur in sehr niedrigen Konzentrationen vorkommen. Daher ist die Wahrscheinlichkeit eines Molekülzusammenstoßes und einer Molekularreaktion dieser Elemente überaus gering.
Wenn jedoch das Trägergas erhebliche Konzentrationen Wasserstoff oder Sauerstoff enthält, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion. Bei Wasserstoffgas, zum Beispiel, kann durch Elektrolyse entstandener Sauerstoff leicht mit umliegendem Wasserstoff zusammenstoßen und rekombinieren, um Wasser zu bilden.
Die Mechanismen für Elektrolyse und Rekombination sind verschieden. Erstgenanntes ist eine Zwangsreaktion, die durch Energieabgabe an den Metallelektroden unter dem Einfluß eines starken Gleichstromkraftfelds entsteht; die Rekombination erfordert einen Katalysator und ist hochgradig exotherm. Elektrolytische Hygrometrie, der Rekombinationseffekt und die Faktoren, welche die Rekombination beeinflussen, sind in D. Smith & J. Mitchell, Jr., Aquametrie (Teil II), S. 661-674, 1056 (2. Ausg. 1984) beschrieben.
Insbesondere wird in dieser Referenz Aquametrie darauf hingewiesen, daß, da Katalysatoren und Katalysatorgifte vertraute Assoziate sind, sehr kleine Zugaben von gewissen Katalysatorgiften die Katalysatoroberflächen mehr oder weniger vollkommen und permanent inaktiv werden lassen. Das Aussetzen der Zellelektroden an H&sub2;S, I&sub2;-Dampf, CS&sub2;, HCN, PH&sub3; und AsH&sub3; soll das Rekombinationsproblem potentiell eliminieren. Die Referenz gibt an, daß I&sub2;-Dampf oder H&sub2;S gute Kandidaten für einen frühen Versuch durch Einspritzen in die Gasprobe sein könnten und HgCl&sub2; könnte der Zelle als verdünnte, wässrige Lösung zugeführt werden, bevor die H&sub3;PO&sub4;-Lösung zur Beschichtung der Elektrodendrähte zugeführt wird.
Zusätzlich zum oben erläuterten Rekombinationseffekt ist die Reaktionszeit eines Hygrometers ein wesentlicher Punkt. Herkömmliche Hygrometer neigen dazu, langsam auf Veränderungen zu reagieren, insbesondere, wenn sehr kleine Konzentrationen gemessen werden. Einer der Gründe für die wahrgenommene Langsamkeit, die mit dem Hygrometer nichts zu tun hat, ist die "klebrige" Eigenschaft des Wassermoleküls. Diese Charakteristik des Wassers läßt kleine Veränderungen in der Realität langsam werden.
Was die Elektrolysezelle selbst angeht, ist ein Grund für die langsame Reaktionszeit die Tatsache, daß, um eine Veränderung in der Feuchtigkeitskonzentration der Gasprobe widerzuspiegeln, der Feuchtigkeitsgehalt des Phosphorsäurefilms sich verändern muß. In einer Gleichgewichtssituation entspricht ein gewisser Feuchtigkeitszustand des Films einer gewissen Filmempfindlichkeit und folglich einer gewissen Resistenz für eine gegebene Konfiguration. Siehe D. Smith & J. Mitchell, Jr., oben, auf Seiten 535-36. Ein neuer Gleichgewichtszustand wird exponential erreicht, während der Unterschied zwischen der Anzahl von hineinkommenden und elektrolysierten Wassermolekülen immer kleiner wird. Dieser Unterschied bewirkt, daß der Film sich zum neuen Zustand hin bewegt. Allgemein gilt, je weniger Filmmaterial, desto schneller die Veränderung, da eine gleiche Anzahl Wassermoleküle eine größere Veränderung im Prozentsatz des Feuchtigkeitsgehalts auf dem Film bedeutet.
Nicht elektrolysierbare Bereiche des Films werden die Reaktionszeit erheblich verlangsamen. Diese Bereiche liegen vor, wo es kein oder ein unbedeutendes Kraftfeld gibt, wie etwa auf den Elektroden, zwischen dem Glas und den Elektroden, in Vertiefungen innerhalb des Glases und an den Enden des Glasrohrs. Solange diese Bereiche elektrolysierbare Phosphorsäure berühren, migriert die Feuchtigkeit durch Diffusion, was ein sehr langsamer Vorgang ist.
Ein weiterer Punkt ist die Erfassungsgrenze. Im Grunde ist der Elektrolysestrom immer noch nicht Null, auch wenn angenommen wird, daß die Gasprobe vollkommen trocken ist und daß keine anderen Quellen von Feuchtigkeitsmolekülen, die zur Absorption durch den Phosphorsäurefilm imstande sind, vorhanden sind. Der Feuchtigkeitsgehalt des Films weist in jedem Moment einen gewissen Wert auf, der einer gewissen Resistenz entspricht und schließlich einen Elektrolysestrom produziert. Wenn keine Feuchtigkeit mit dem Gas eintritt, geht dieser Feuchtigkeitsgehalt zunehmend langsamer gegen Null. Wenn ein weiteres Nach-Unten-Trocknen über mehrere Tage gemessen wird, wird das erreichte Niveau als "stabiler" Hintergrund der Zelle betrachtet. Die mit diesem "Hintergrund" verbundene Resistenz liegt tiefer, wenn weniger Filmmaterial und weniger Phosphorsäure in den nicht elektrolysierbaren Bereichen, wie etwa den oben genannten, vorhanden ist.
Wurde das Hygrometer über einen langen Zeitraum hinweg an ein sehr trockenes Gas angeschlossen, kann es danach zu einer unannehmbaren Zeitverzögerung des Hygrometers kommen, insbesondere als Reaktion auf einen Anstieg der Feuchtigkeitskonzentration. Die Gegenwart von trockenem Gas über eine lange Zeit verursacht, daß die Komponenten des Hygrometers, die das Gas berühren, selbst trocken werden. Jene Komponenten umfassen Kunststoffrohre (z. B. aus Polytetrafluorethylen (PTFE)) und Füllmaterialien, wie etwa Epoxidharz, die dafür bekannt sind, relativ porös zu sein und Feuchtigkeit von einem durchströmenden Gasstrom aufzunehmen oder in diesen abzugeben. Solche Komponenten sind im U.S. Patent Nr. 5,198,094, herausgegeben an J. Mettes, beschrieben. Zudem wird ein Teil der Feuchtigkeit, die in eine zuvor trockene Zelle eintritt, durch nicht elektrolysierbare Phosphorsäure, wie die auf den Elektroden vorhandene, absorbiert, und beeinträchtigt den Elektrolysestrom erst, nachdem eine Diffusion der Feuchtigkeit in Richtung der elektrolysierbaren Bereiche stattgefunden hat.
Wenn ein Hygrometer auf ein trockenes Gas trifft, das eine Feuchtigkeitskonzentration unter seiner Erfassungsgrenze aufweist, produziert das Instrument eine Hintergrundniveaulesung. Im Gegensatz zu dieser Lesung und in der Realität erreichen das Hygrometer und seine Komponenten jedoch ein Gleichgewicht, das dem niedrigeren (nicht erfassbaren) Feuchtigkeitsniveau entspricht. Wenn daraufhin die Feuchtigkeitskonzentration auf ein höheres Niveau wechselt, absorbieren gewisse interne Komponenten des Hygrometers, da sie trocken sind, die Feuchtigkeit bevor das Gas das Analysegerät erreicht. Folglich vergeht eine gewisse Zeit, bevor das Hygrometer die erhöhte Feuchtigkeit wahrnimmt und einen Alarm aktivieren oder die höhere Konzentration aufzeigen kann.
Wie lange dies dauert, hängt unter anderem davon ab, wie trocken das Gas war und wie lange das trockene Gas strömte. In dem durch das Hygrometer erfassten Verfahren kann Gas mit einer unannehmbar hohen Feuchtigkeitskonzentration für einen relativ langen Zeitraum verwendet werden, bevor das Hygrometer die korrekte Konzentration "liest" und einen Alarm aktiviert. Für viele Anwendungen ist eine solche Zeitverschiebung unannehmbar.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, das Verfahren zur Herstellung der Erfassungsvorrichtung des Elektrolysehygrometers einfacher, schneller, reproduzierbarer, ertragreicher und kostengünstiger zu gestalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Um dieses und weitere Ziele zu erreichen und angesichts ihrer Zwecke, stellt die vorliegende Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Erfassungseinheit für eine Elektrolysezelle des Typs I mit dünnen Filmelektroden bereit. Das Design der Erfassungseinheit beinhaltet ein langes, schmales, transparentes, hohles Glasrohr. Eine erste und zweite dünne, flache Edelmetallfilmelektrode wird auf der Innenfläche des Glasrohrs abgeladen und durch Zwischenräume getrennt. Die zwei Elektroden weisen die Form einer Doppelhelix auf. Die beiden Zwischenräume zwischen den Elektroden weisen auch die Form einer Doppelhelix auf Auf der gesamten Innenfläche des Glasrohrs ist ein hygroskopischer Film abgelagert, der die erste und zweite Elektrode und die Zwischenräume vollkommen abdeckt. Ein solches Design ist aus US- A-4707244 bekannt.
Im ersten Schritt des Verfahrens zur Herstellung der Erfassungseinheit ist das lange, schmale, transparente, hohle Glasrohr mit einer Innenfläche, einer Außenfläche und einem Ende mit einem Rand bereitgestellt. Ein dünner Edelmetallfilm ist auf der Innenfläche des hohlen Glasrohrs abgelagert. Dann wird ein Strahl von einer Lichtquelle durch das hohle Glasrohr gerichtet, um einen ersten Abschnitt des Edelmetallfilms von der Innenfläche des hohlen Glasrohrs zu entfernen und einen ersten Zwischenraum zu bilden. Der Strahl von der Lichtquelle entfernt auch einen zweiten Abschnitt des Edelmetallfilms von der Innenfläche des hohlen Glasrohrs und bildet einen zweiten Zwischenraum. Folglich entstehen zwei unabhängige Elektrodendrähte. Schließlich wird der hygroskopische Film auf der gesamten Innenfläche des hohlen Glasrohrs abgelagert, wobei der erste und der zweite Elektrodendraht und der Zwischenraum vollständig abgedeckt werden.
Das Verwenden von Laserablationsverfahren bei der Herstellung von Vorrichtungen ist im allgemeinen aus US-A-5232549 bekannt. Zudem wendet PATENTZUSAMMENFASSUNGEN VON JAPAN, Band 16, Nr. 249, (E-1201); & JP-A-04148515 einen Laser an, um eine spiralförmige Elektrode auf einem keramischen Umformer bei der Herstellung einer Induktionskomponente zu bilden.
Um Schutz für diesen Gegenstand wird in Anspruch 1 ersucht. Eine zweite Ausführungsform, die ebenfalls Laserablation verwendet, ist Gegenstand von Anspruch 6.
Es versteht sich, daß sowohl die vorhergehende allgemeine Beschreibung wie auch die nachfolgende detaillierte Beschreibung hinsichtlich der Erfindung beispielhaft aber nicht einschränkend sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist am besten aus der nachfolgenden Beschreibung verständlich, wenn sie in Zusammenhang mit den beigelegten Zeichnungen gelesen wird, in denen:
Fig. 1 eine Längsansicht im Querschnitt einer herkömmlichen Elektrolysezelle des Typs I, wie im Vereinigte Staaten Patent Nr. 4,800,000 zu D. Zatko offenbart, ist;
Fig. 2 den Dorn und den Drehwickler, der im herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der Erfassungseinheit der in Fig. 1 gezeigten Elektrolysezelle des Typs I verwendet wird, darstellt;
Fig. 3 die Abdichtungsvorrichtung, die im herkömmlichen Verfahren zur Herstellung der Erfassungseinheit der in Fig. 1 gezeigten Elektrolysezelle des Typs I verwendet wird, darstellt;
Fig. 4 eine Längsansicht im Querschnitt einer herkömmlichen Elektrolysezelle des Typs II, wie in D. Smith & J. Mitchell, Jr., oben, auf Seite 530 offenbart, ist;
Fig. 5 eine erste Ausführungsform des verbesserten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Erfassungseinheit einer Elektrolysezelle des Typs I mit dünnen Filmelektroden darstellt;
Fig. 6a, 6b, 6c und 6d vier Schritte in einer zweiten Ausführungsform des verbesserten erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der Erfassungseinheit einer Elektrolysezelle des Typs I mit dünnen Filmelektroden darstellen;
Fig. 7 die erfindungsgemäß hergestellte Erfassungseinheit darstellt; und
Fig. 8 den Edelmetallüberzug, der durch das erfindungsgemäße Verfahren über dem Rand des Glasrohrs der Erfassungseinheit und teilweise der Außenseite entlang nach unten abgelagert wird, zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung, beziehen sich dieselben Verweiszahlen durchgehend auch auf dieselben Elemente. Es wird darauf hingewiesen, daß, wie bei der Halbleiterrepräsentation allgemein üblich, die verschiedenen Komponenten der Zeichnung nicht maßstabgetreu sind. Im Gegenteil sind die Breite oder Länge oder Dicke der verschiedenen Komponenten willkürlich der Klarheit halber vergrößert oder verkleinert.
Insbesondere unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Elektrolysezelle 10 bekannt, die eine röhrenförmige Glaserfassundseinheit 12 umfaßt. Die Erfassungseinheit 12 läßt ein Gas durchfließen und weist einen Einlaß 14 und einen Auslaß 16 auf. Die Einheit 12 ist konzentrisch in einem Schutzgehäuse 18 aus rostfreiem Stahl angeordnet. Ein Füllmaterial 20, typischerweise eine Epoxideinbettverbindung, füllt den konzentrischen Bereich zwischen der Einheit 12 und dem Gehäuse 18 aus.
Ein Einlaßpfropfen 22 umgibt die Einheit 12 am Einlaßende der Zelle 10 und ordnet sie konzentrisch an. Ein Einlaßverschluß 24 wird abdichtend in eine Dichtung 26 auf dem oberen Ende des Gehäuses 18 eingreifend angebracht und mittels einer Mutter 28 ortsfest befestigt. Die Formstücke 30, 32 werden als Arme quer zum Verschluß 24 angebracht und befestigen Gaseinlaß- bzw. Umlenkungs-Gasauslaßleitungen (nicht abgebildet). Der Kanal 34 führt Gas von dem Formstück 30 durch den Verschluß 24 zum Einlaß 14 der Einheit 12. Der Kanal 36 ist eine Umlenkungsleitung, die den Verschluß 24 mit dem Formstück 32 verbindet, um Gas von einer mit dem Formstück 30 verbundenen Quelle an einen mit dem Formstück 32 verbundenen Sammler zu leiten.
Durch den Pfropfen 22 erstreckt sich eine Röhre 38, um während der Herstellung einer Zelle 10 Epoxid 20 zuzuführen. Die Röhre 38 wird durch das Erhärten des Epoxids 20 verschlossen.
Das Auslaßende der Einheit 12 ist mittels des Pfropfens 40 konzentrisch in dem Gehäuse 18 angeordnet. Die in dem Pfropfen 40 angeordneten Elektrodenleitungen 42, 44 sind mit den freien Enden der Drähte 46, 48 verbunden, die das Innere der Einheit 12 spiralförmig umgeben. Die Drähte 46, 48 bestehen normalerweise aus Platin, Iridium, Rhodium oder einem anderen Edelmetall. Gold kann auch verwendet werden. Ein unterer Verschluß 50 sitzt auf einer Dichtung 52 und ist mittels einer Mutter 54 mit dem Gehäuse 18 verlötet und auf diesem angebracht. Ein Gasauslaßformstück 56 ist in dem Verschluß 50 als Seitenarm angebracht und nimmt über einen Kanal 58 Gas vom Innern des Verschlusses 50 und der Einheit 12 auf. Die Leitung 42 erstreckt sich durch das Gehäuse 18 nach außen umgeben von elektrisch isolierendem Füllmaterial 60 innerhalb eines metallischen Kontaktarms 62, der eine verlötete Spitze 64 aufweist. Ähnlich ist die Leitung 44 in einem elektrisch isolierenden Füllmaterial 66 in einem metallischen Kontaktarm 68, der in dem Gehäuse 18 angebracht ist und eine verlötete Spitze 70 aufweist, angeordnet.
Die Drähte 46, 48 sind im wesentlichen der ganzen Länge der Einheit 12 entlang spiralförmig gewunden und dem Gas, das vom Einlaß 14 zum Auslaß 16 fließt, ausgesetzt. Das Innere der Einheit 12, einschließlich der Drähte 46, 48, ist mit einem wasseraufnehmenden (hygroskopischen) Film (wie etwa Phosphorpentoxid, nicht abgebildet) beschichtet, der die durch die Elektrolyse der Feuchtigkeit zwischen den beiden Elektroden entstehenden Ionen leitet. Der Elektrolysestrom wird mit der Geschwindigkeit, bei der die Feuchtigkeitsmoleküle in die Einheit 12 eintreten, wenn das System im Gleichgewicht steht, abgestimmt. Die Erfassungseinheit 12 ist sehr lang und schmal (in der Größenordnung von 1 mm Innendurchmesser und 100 mm Länge), um sicherzustellen, daß die im wesentlichen gesamte Feuchtigkeit im Gas den hygroskopischen Film berührt. Demgemäß wird das gesamte Wasser, das sich in dem durch die Erfassungseinheit 12 strömenden Gas befindet, einer Elektrolyse unterzogen.
Bei der Feuchtigkeitsanalyse mittels Elektrolythygrometrie reagiert Wasser mit dem hygroskopischen Film, der die Drähte 46, 48 in der Elektrolysezelle 10 berührt. Das Wasser in dem Film wird durch eine angelegte Spannung elektrolysiert, um Wasserstoff und Sauerstoff herzustellen. Der daraus entstehende Strom ist gemäß dem Faradayschen Gesetz eine Absolutmessung der Geschwindigkeit der Wasseraufnahme durch die Zelle.
Irrtümlich hohe Wasserlesungen für Eletrolythygrometer ergeben sich aus der Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff zum Zurückbilden in Wasser, wenn das Probegas einen wesentlichen Anteil an Wasserstoff oder Sauerstoff enthält. Die Rekombinationsreaktion verläuft gemäß folgender Formel:

Katalysator

H&sub2; + ¹/&sub2; O&sub2; → H&sub2;o
Edelmetalle sowie ihre Oxide katalysieren die Rekombinationsreaktion. Tatsächlich ist eine Hauptursache für Rekombination die katalytische Aktivität der Elektronendrähte 46, 48 in der Elektrolysezelle 10.
Es ist wichtig, Rekombinationsfehler auf ein Minimum zu reduzieren, wenn ein Elektrolythygrometer für die industrielle Produktion verwendet wird. Dies ist zum Beispiel in der Halbleiterindustrie wichtig, wo das Überwachen und Steuern von Feuchtigkeit in Wasserstoff oder Sauerstoff enthaltenden Atmosphären Produktertrag und -qualität beeinflußt.
Die herkömmliche Verfahrensweise zur Herstellung einer Erfassungseinheit 12 mit einer Elektrolysezelle 10 des Typs I, beginnt mit einem Dorn 80 (siehe Fig. 2). Zwei dünne Platindrähte 46, 48 werden unter Verwendung einer Drehhaspel 86 abwechslungsweise mit zwei dünnen Kupferdrähten 82, 84 enganliegend um den Dorn 80 gewunden. Die Kupferdrähte 82, 84 halten die Drähte 46, 48 ortsfest auf dem Dorn 80. Die Drähte 46, 48 und die Kupferdrähte 82, 84 können jeweils einen Durchmesser von ungefähr 0,125 mm aufweisen. Die Enden der Drähte 46, 48, 82, 84 werden bei einer vorbestimmten Länge, die der gewünschten Lange der Erfassungseinheit 12 entspricht, verlötet. Dann wird der mit den Drähten 46, 48, 82, 84 umwickelte Dorn 80 von der Spindel 86 entfernt.
Der umwickelte Dorn 80 wird in die in Fig. 3 gezeigte Abdichtungsvorrichtung 90 gegeben. Die Abdichtungsvorrichtung 90 kann wie durch Pfeil A angegeben gedreht werden. Die einander gegenüberliegenden Enden des Dorns 80 sind von einander gegenüberliegenden Spannfuttern 92, 94 gehalten. Eine Heizschlange 96 umgibt den Dorn kann der Dorn 80 aus den Drähten 46, 48, 82, 84 und dem Glasrohr 98 gleiten, wobei das Glasrohr 98 mit den darin verlöteten Drähten 46, 48, 82, 84 übrigbleibt.
Nachdem die Kupferdrähte 82, 84 ihre Funktion erfüllt haben, werden sie in starker Salpetersäure (HNO&sub3;) aufgelöst. Das Glasrohr 98 wird in dem Gehäuse 18 angebracht. Schließlich wird der hygroskopische Film (typischerweise Phosphorpentoxid, P&sub2;O&sub5;) auf dem Innendurchmesser des Glasrohrs 98 und über den Elektrodendrähten 46, 48 abgelagert. Alle dieser Schritte sind auf dem bisherigen Stand der Technik gut bekannt.
Demgemäß erfordert die herkömmliche Herstellung der Erfassungseinheit 12 des Elektrolythygrometers 10 des Typs I ein vorsichtiges Verfahren, wobei das Glasrohr 98 auf eine Weise geschmolzen wird, bei der die dünne Elektrodendrahtschleife beim Härten halb abgedeckt werden soll. Dieser Schritt ist nicht nur schwer zu reproduzieren sondern schafft auch zahlreiche Qualitätsprobleme. Zum Beispiel führen Blasen im Glas und ein schlechter (Elektroden-) Metall-Glas-Kontakt zu Ausschuß-Produkten und reduzieren den Herstellungsertrag.
Das wie oben aufgeführte herkömmliche Verfahren zur Herstellung der Erfassungseinheit 12 des Elektrolythygrometers 10 des Typs I führt trotzdem zu einem nützlichen Hygrometer. Die Leistungsmerkmale eines solchen Hygrometers können jedoch verbessert werden, indem einige der im Hygrometer bestehenden Nachteile angegangen werden. Diese Nachteile sind mindestens drei Merkmaien des herkömmlichen Herstellungsverfahrens zuzuschreiben.
Das gemäß dem herkömmlichen Herstellungsverfahren hergestellte Hygrometer weist einen relativ hohen Anteil an "toter" Masse nicht elektrolysierbaren hygroskopischen Films auf. Obgleich ein elektrisches Feld benötigt wird, um Wassermoleküle zu elektrolysieren, wird auf der Metalloberfläche kein Feld vorhanden sein, da das elektrische Potential auf einer Metalloberfläche konstant ist. Dies wird bei dem Film auf den Elektroden und beim Abschnitt der nicht im Glas eingebetteten Elektroden der Fall sein, aber könnte sogar auch auf den zwischen dem Glas und den Elektroden vorhandenen Film bei schlechtem Verbinden zutreffen. Der nicht elektrolysierbare hygroskopische Film verlangsamt die Reaktion des Hygrometers auf Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt des gemessenen Gasstroms. Die Blasen im nicht elektrolysierbaren hygroskopischen Film verursachen auch ein hohes Hintergrundsignal.
Solche Blasen bilden sich während des Abdichtungsschritts des herkömmlichen Herstellungsverfahrens. Die Materialeigenschaften (z. B. thermische Volumenausdehnung) des zur Herstellung des Glasrohrs 98 verwendeten Glases und des zur Herstellung der Drähte 46, 48 verwendeten Metalls müssen vorsichtig aufeinander abgestimmt werden. Typischerweise werden ein relativ "weiches" Glas und ein Platin- oder Rhodiummetall ausgewählt. Trotzdem ist das Anhaften auch bei vorsichtigem Abstimmen des Glases mit dem Metall beim Abkühlen und Verfestigen des Glases nicht perfekt. Folglich bilden sich zwischen Glas und Metall Zwischenräume oder Blasen. Der hygroskopische Film tritt in diese Bereiche ein, während er auf dem Innendurchmesser des Glasrohrs 98 abgelagert wird.
Als zweites bildet sich während des herkömmlichen Entgasungsschritts wie oben beschrieben eine Kruste aus Kupferoxid. Beim Verschieben des Glasrohrs 98 über die auf dem Dorn 80 liegenden Drähte 46, 48, 82, 84 werden Kupferoxidpartikel abgelöst und lagern sich auf der Oberfläche der Drähte 46, 48, 82, 84 ab. Diese Partikel werden während des Schmelzens und Wiederverfestigens im Glas eingeschlossen. In der Folge bilden sich beim Ätzen Vertiefungen im Glas, wo die Partikel eingeschlossen wurden. Solche Vertiefungen speichern auch hygroskopisches Filmmaterial, von dem eher durch Diffusion als durch Elektrolyse Feuchtigkeit entnommen wird. Es bleibt ein relativ kleiner Bereich für den Glaskontakt für das Volumen des mit solchen Vertiefungen verbundenen Films.
Schließlich bilden Lufteinschlüsse und verdampfte Schmutzstoffe, oder beides, während des herkömmlichen Versiegelungsschritts Blasen im Glas. Diese Blasen können nicht elektrolysierbaren hygroskopischen Film speichern, während dieser auf dem Innendurchmesser des Glasrohrs 98 abgelagert wird. Der nicht hydrolysierbare hygroskopische Film ist vor allem dann problematisch, wenn er mit der Elektrodenspule (d. h. den Drähten 46, 48) in Berührung kommt. Dies geschieht dann, wenn die Blasen (oder Vertiefungen, Zwischenräume oder Löcher) anliegend an die Elektrodenspule gebildet werden.
Der herkömmliche Versiegelungsschritt fördert die Rekombination auf indirekte Weise. Obschon die zum Bilden der Elektroden verwendeten Edelmetalle (z. B. Platin, Rhodium, Iridium und dergleichen) die Rekombinationsreaktion lediglich minimal katalysieren und dabei eine zu vernachlässigende Wirkung auf die Hygrometerempfindlichkeit haben, stellen die Edelmetalloxide aktive Katalysatoren dar. Siehe D. Smith & J. Mitchell, Jr., oben, bei 663. Wenn sie einmal geformt sind, halten die Oxide der Edelmetalle ihren eingelagerten Sauerstoff mit Hartnäckigkeit fest. Die Oxidation der Elektrodendrähte geschieht während des Versieglungsschritts und daher fördert der Versiegelungsschritt in indirekter Weise die Rekombination.
Zudem begünstigen große Oberflächen die katalytische Tätigkeit und daher die Rekombinationsreaktion. Siehe D. Smith & J. Mitchell, Jr., oben, bei 663. Die im herkömmlichen Herstellungsverfahren verwendeten runden Elektrodendrähte stellen eine große Oberfläche bereit. Wasserstoff (H&sub2;) und Sauerstoff (O&sub2;) können die Edelmetallelektrode erreichen, die in der Rekombinationsreaktion als Katalysator dient. Der die Elektroden abdeckende Phosphorpentoxidfilm reduziert das Rekombinationsproblem, da die Wasserstoff- und Sauerstoffgase durch den Film hindurchströmen müssen. Natürlich verschlimmern große Eletrodenoberflächen, die nicht durch Phosphorpentoxid abgedeckt sind, das Rekombinationsproblem.
In der Literatur sind theoretische, unrealistische Konfigurationen für eine Elektrolysezelle des Typs II, die die Rekombination auf ein Minimum reduzieren, vorgeschlagen. Siehe D. Smith & J. Mitchell, Jr., oben, bei 673-74. Die Erfassungseinheit 110 für eine normale Elektrolysezelle des Typs II ist in Fig. 4 (mit dem Gehäuse) abgebildet. Ein innerer, solider (oder zumindest geschlossener) Glaszylinder 100 ist bereitgestellt. Spiralförmige Rillen werden auf der Außenfläche des Glaszylinders 100 maschinell eingearbeitet (gefräst). Die Elektrodendrähte 46, 48 werden in die Rillen gelegt, so daß die Elektrodendrähte 46, 48 ungefähr zu 20% eingekapselt sind. Die Elektrodenleitungen 42, 44 verbinden die Elektrodendrähte 46, 48 mit einer externen Apparatur.
Konzentrisch zu dem Innenzylinder 100 befindet sich eine äußere Muffe 102. Typischerweise ist die äußere Muffe 102 aus PTFE hergestellt. Ein kleiner Zwischenraum 104 (ungefähr 0,5 mm) ist zwischen dem Innenzylinder 100 und der äußeren Muffe 102 bereitgestellt. Bei Betrieb tritt das zu messende, Feuchtigkeit enthaltende Probegas in den Einlaß 106 der äußeren Muffe 102 ein und umströmt den Innenzylinder 100 in dem Zwischenraum 104. Das Gas tritt nicht in den Innenzylinder 100 ein. Infolge dessen berührt die Feuchtigkeit im Gas den Phosphorpentoxidfilm auf den Drähten 46, 48 und sein Gehalt wird gemessen. Dann tritt das Gas durch den Auslaß 108 der äußeren Muffe 102 aus.
Das normale Elektrolysezellendesign des Typs II der in Fig. 4 dargestellten Erfassungseinheit 110 kann modifiziert werden, um die Rekombination auf ein Minimum zu reduzieren. Die Drähte 46, 48 können so angebracht werden, daß sie mit der Oberfläche des Innenzylinders 100 fluchtrecht sind. Dies schützt die Erfassungseinheit 110 gegenüber dem Agglomerieren oder dem viskosen Fließen des Phosphorpentoxidfilms unter allen, außer den längsten, schlimmsten Bedienungsbedingungen. Demgemäß bleiben die Drähte 46, 48 mit einem kontinuierlichen Film Phosphorpentoxid abgedeckt - was die Rekombination verringert.
Der Erfolg einer Elektrolysezelle hängt hauptsächlich von ihrer Fähigkeit ab, sicherzustellen, daß ein Großteil der im Gas gesammelten Feuchtigkeit in unmittelbare Berührung mit dem Phosphorpentoxidfilm gebracht wird. Das Glasrohr 98 der Erfassungseinheit 12 bei Eletrolysezellen 10 des Typs I kann sehr lang und schmal (d. h. kleiner Durchmesser) hergestellt werden und die Innenfläche des Glasrohrs 98 kann vollkommen mit dem Phosphorpentoxidfilm abgedeckt sein, wodurch sichergestellt wird, daß fast die gesamte Feuchtigkeit den Phosphorpentoxidfilm berührt. Im Gegensatz dazu bietet die Erfassungseinheit 110 der Elektrolysezelle des Typs II einen geringeren Probegas-Phosphorpentoxidfilm-Kontakt.
Ein weiterer Vorteil der Elektrolysezelle des Typs I gegenüber derjenigen des Typs II besteht darin, daß ein Teil des nicht elektrolysierbaren Filmmaterials einfacher von einer Erfassungseinheit des Typs I entfernt werden kann. Das Innere des Glasrohrs ist mit Elektroden und Phosphorsäurefilm abgedeckt. Jeder außerhalb des Elektrodenbereichs befindliche Film wird automatisch in Richtung der äußeren Enden des Glaselements angeordnet und stellt nur dann ein Problem dar, wenn dieser Film in Berührung mit dem elektrolysierbaren Film, der sich auf den Elektroden befindet, bleibt. Eine solche Berührung geschieht durch Diffusion, was ein sehr langsamer Vorgang ist. Glücklicherweise können die äußeren Enden des Glaselementes einer Elektrolysezelle des Typs I gründlich gereinigt werden, ohne den auf den Elektroden befindlichen Film zu beschädigen. Hingegen kann eine Elektrolysezelle des Typs II eher ein Problem darstellen, da der Körper, der die Elektrodendrähte hält, sich über einen Bereich, in dem die Elektroden angeordnet sind, hinaus erstreckt. Vorteile, wie die oben beschriebenen, haben es ermöglicht, daß die Elektrolysezelle des Typs I äußerst niedrige Erfassungsgrenzen mit relativ schnellen Reaktionszeiten erreichen kann. In der Folge sind Elektrolysezellen des Typs I die dominierender, bei ultra-hochreinen Anwendungen wie der Halbleiterherstellung anzutreffenden Hygrometer.
Die äußerst lange und schmale äußere Form des in der Erfassungseinheit 12 verwendeten Glasrohrs 98 schafft jedoch während des Herstellungsverfahrens Probleme. Es ist insbesondere schwierig mit und an anderen Komponenten (z. B. Drähten 46, 48 und dem Phosphorpentoxidfilms) der Erfassungseinheit 12, die innerhalb des Glasrohrs 98 angeordnet sind, zu arbeiten. Diese Komponenten sind relativ unzugänglich.
Eine erste Ausführungsform des verbesserten Verfahrens zur Herstellung der Erfassungseinheit 12 einer Elektrolysezelle 10 des Typs I mit dünnen Filmelektroden ist in Fig. 5 dargestellt. Ein dünner Edelmetallfilm 120 ist auf der Innenseite des Glasrohrs 98 abgelagert. Das Ablagern kann nur durch Verdampfung, Sputtern oder andere bekannte Ablagerungsverfahren vorgenommen werden. Platin wird vorgezogen, da sein Ausdehnungskoeffizient nahe bei dem vieler Glasarten liegt. Obgleich die Dicke des Edelmetallfilms 120 je nach Anwendung unterschiedlich sein kann, beträgt sie typischerweise zwischen 0,03 und 0,06 mm.
Ein Verfahren zum Auftragen eines zähen Films Platin auf Pyrex/Glas, ist von D. Smith & J. Mitchell., oben, bei 1151, 1152 und 1128 beschrieben. Es wird eine Mischung aus 0,2 g Chlorplatinsäure (oder Platinchlorid), jeweils 5 ml Alkohol und Ethylether und 4 oder 5 Tropfen Terpentin zubereitet. Diese Mischung wird vorsichtig auf die sehr gründlich gereinigte Innenfläche des hohlen Glasrohrs 98 aufgetragen. Die Mischung kann für diesen Zweck durch das Glasrohr 98 gegossen werden. Das Glasrohr 98 wird erhitzt, wobei es weit unter seinem Schmelzpunkt bleibt, um anhaftende Flüssigkeit zu entfernen. Das Ergebnis ist ein Film 120 aus Platinmetall, der die Innenfläche des Glasrohrs 98 abdeckt.
Ein starker, fokussierter Laserstrahl 130 wird mittels der Laserstrahlquelle 140 durch ein transparentes Glasrohr 98 geleitet. Der Laserstrahl 130 ist genügend gut fokussiert, um einen kleinen Punkt 150 - einen Bereich stark lokalisierten Erhitzens - auf dem Edelmetallfilm 120 zu bilden. Der Laserstrahl 130 entfernt einen Teil des Films 120 durch das Eindampfen oder Verdampfen des Edelmetalls oder des Glases, welches dieses hält. Der Laserstrahl 130 kann umgeleitet werden oder ein zweiter Strahl kann gleichzeitig ausgerichtet werden, um ein Doppelhelixband, das aus positiven Anoden- und negativen Kathodenelektrodendrähten 46, 48 geformt ist, die durch Abstandshalterbereiche 122 voneinander getrennt sind, bereitzustellen. Während des Verdampfungsschritts wird ein Fluid (Gas oder Flüssigkeit) durch das Glasrohr 98 geführt. Dieser Strom entfernt die Edelmetallfragmente und kühlt, oder beides. Da der Laserstrahl 130 durch das Glasrohr 98 hindurchgeht, weicht das Verfahren dem Unzugänglichkeitsproblem, das bei Herstellungsverfahren des bisherigen Stands der Technik angetroffen wird, aus.
Verschiedene Parameter des Laserstrahls 130 müssen verständlicherweise gesteuert werden, damit die erwünschte Formation der Drähte 46, 48 sichergestellt ist. Solche Parameter schließen die Wellenlänge, den Strahlendurchmesser, die Strahlendivergenz und dergleichen ein. Der Refraktionsindex des Glases und die äußere Form des Glases, das zur Herstellung des Glasrohrs 98 verwendet wird, muß ebenfalls in Betracht gezogen werden. Schließlich muß das Glasrohr 98 (oder andernfalls die Laserquelle 140) rotiert und parallel verschoben werden, um das erwünschte doppelhelixartige Muster für die Drähte 46, 48 zu erhalten. Die Rotation kann in Richtung des Pfeils "D" erfolgen und die Verschiebung in Richtung des Pfeils "E" in Fig. 5. Eine Computersoftware erleichtert die Maximierung solcher Designparameter.
Die Tendenz des Edelmetalls, aus dem Film 120 besteht, das Licht des Laserstrahls 130 zu reflektieren, kann überwunden werden, indem eine lichtabsorbierende Komponente zu dem zur Herstellung der Drähte 46, 48 verwendeten Edelmetall gemischt wird.
Da sie weniger Oberfläche bereitstellen als runde Elektrodendrähte, tragen flache Elektrodendrähte 46, 48 zur Lösung des mit Hygrometern verbundenen Rekombinationsproblems bei. Äußerst schmale, dünne Elektrodendrähte 46, 48 vermeiden auch eine große Edelmetalloberfläche. Das erfindungsgemäße Verfahren kann die äußere Form der Drähte 46, 48 genau steuern.
Eine alternative erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 6a, 6b, 6c und 6d dargestellt Eine Zwischenschicht 150, die einfacher als der Edelmetallfilm 120 entfernt werden kann, wird auf der Innenfläche des Glasrohrs 98 abgelagert. Dieser Verfahrensschritt ist in Fig. 6a dargestellt. Die Zwischenschicht 150 ist zum Beispiel ein Photoresist.
Die Zwischenschicht 150 wird dann (in einem doppelhelixartigen Muster) von jenen Bereichen des Glasrohrs 98 entfernt, auf denen Edelmetalldrähte 46, 48 angeordnet werden. Eine Photoresist- Zwischenschicht kann entfernt werden, indem der Photoresist mit ultraviolettem Licht 160 von einer Lichtquelle 170 aktiviert wird. Wie oben erläutert, muß das Glasrohr 98 (oder andernfalls die Lichtquelle 170) rotiert und verschoben werden, um das erwünschte, doppelhelixartige Muster für Drähte 46, 48 zu erhalten. Die Rotation kann in Richtung des Pfeils "F" erfolgen und die Verschiebung in Richtung des Pfeils "G" in Fig. 6b. Computersoftware kann auch hier verwendet werden, um die Verfahrensparameter zu steuern.
Dann wird der Edelmetallfilm 180 abgelagert (siehe Fig. 6c). Schließlich wird die restliche Zwischenschicht 150 mit dem darauf befindlichen Edelmetallfilm 180 entfernt - wobei die Drähte 46, 48 und die Zwischenraumbereiche 182 ohne Edelmetall zwischen den Drähten 46, 48 hinterlassen werden. Das Entfernen wird durchgeführt, indem der Photoresist mit ultraviolettem Licht 160 von der Lichtquelle 170 aktiviert wird. Die Rotation des Glasrohrs 98 (oder andernfalls der Lichtquelle 170) kann in Richtung des Pfeils "H" und die Verschiebung in Richtung des Pfeils "I" in Fig. 6d vorgenommen werden. Auch hier kann Computersoftware verwendet werden, um die Verfahrensparameter zu steuern.
Ungeachtet dessen, welche alternative Ausführungsform des oben beschriebenen Verfahrens verwendet wird, um die Drähte 46, 48 zu bilden, wird ein Phosphorpentoxidfilm 190 auf der gesamten Innenfläche des Glasrohrs 98 abgelagert. Somit deckt der Phosphorpentoxidfilm 190 beide Drähte 46, 48 und Zwischenraumbereiche 122 oder 182 vollkommen ab. Die daraus entstehende Erfassungseinheit 12 ist in Fig. 7 abgebildet.
Die Drähte 46, 48 müssen mit einer externen Apparatur verbunden werden. Bei herkömmlichen Elektrolysezellen des Typs I (siehe Fig. 1) wird diese Verbindung über Elektrodenleitungen 42, 44 vorgenommen. Die Elektrodenleitungen 42, 44 sind typischerweise mit den Drähten 46, 48 verlötet. Es ist schwer, die Elektrodenleitungen 42, 44 mit den Drähten 46, 48 innerhalb des Glasrohrs 98 zu verlöten, da die Drähte 46, 48 relativ unzugänglich sind. Zudem ist der Verlötvorgang selbst mit unerwünschten Risiken und Verunreinigung oder beidem verbunden.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich, stellt die vorliegende Erfindung eine Edelmetallbeschichtung 200 um die Enden des Glasrohrs 98 (über dem Rand des Glasrohrs 98) und teilweise entlang der Außenseite des Glasrohrs 98 nach unten bereit. Die Elektrodenleitungen 42, 44 können dann mit der Beschichtung 200 außerhalb des Glasrohrs 98 verlötet werden. Noch besser kann das Glasrohr 98 mit einer externen Apparatur physisch und elektrisch pressgepaßt werden. Dadurch müssen keine Komponenten verlötet werden. Somit ermöglicht die Beschichtung 200 eine elektrische Verbindung zwischen den Drähten 46, 48 und der externen Apparatur. Die Elektrolysezelle 12 des Typs I, die gemäß des verbesserten Verfahrens der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann in dem Gehäuse 18 neuer Zellen angeordnet werden oder verwendet werden, um existierende Zellen nachzurüsten.
Obwohl die vorliegende Erfindung hierin unter Bezugnahme auf gewisse spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wird, ist es nicht die Absicht, sie auf die dargestellten Details zu beschränken. Es können vielmehr verschiedene Modifikationen an den Details innerhalb des Rahmens und des Bereichs der Äquivalenten der Ansprüche vorgenommen werden.

Claims

1. Ein Verfahren zur Herstellung einer Erfassungseinheit für eine Elektrolysezelle (10) mit dünnen Filmelektroden (46, 48) aus einem langen, engen, transparenten, hohlen Glasrohr (98), das eine Innenfläche, eine Außenfläche und ein Ende mit einem Rand aufweist, wobei dieses Verfahren durch folgendes gekennzeichnet ist:

(a) Ablagern eines dünnen Edelmetallfilms (120) direkt auf die Innenfläche des hohlen Glasrohrs;

(b) Richten eines Laserstrahls (130) von einer Laserquelle (140) durch das hohle Glasrohr und auf einen ersten und einen zweiten Abschnitt des Edelmetallfilms, um den ersten und den zweiten Abschnitt des Edelmetallfilms von der Innenfläche des hohlen Glasrohrs zu entfernen, und erste und zweite dünne Filmelektroden (46, 48), die durch Zwischenräume (122) getrennt sind, zu erzeugen; und

(c) Ablagern eines hygroskopischen Films (190) auf der gesamten Innenfläche des hohlen Glasrohrs, wobei die erste und die zweite dünne Filmelektrode und die Zwischenräume vollkommen abgedeckt werden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Edelmetallfilm auf die Innenfläche des hohlen Glasrohrs entweder durch Verdampfung oder Sputtern abgelagert wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiters bestehend aus dem Schritt des Mischens einer lichtabsorbierenden Komponente in das Edelmetall vor dem Schritt (a) des Ablagerns des Edelmetallfilms.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, weiters bestehend aus dem Schritt des Durchlassens einer Flüssigkeit durch das hohle Glasrohr, gleichzeitig mit dem Schritt (b) des Richtens des Laserstrahls.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der Schritt (b) des Richtens des Strahls das Drehen und das Umsetzen der Laserquelle bezüglich des hohlen Glasrohrs umfaßt.

6. Ein Verfahren zur Herstellung einer Erfassungseinheit für eine Elektrolysezelle (10) mit dünnen Filmelektroden (46, 48) aus einem langen, engen, transparenten, hohlen Glasrohr (98) mit einer Innenfläche, einer Außenfläche und einem Ende mit einem Rand, wobei dieses Verfahren durch folgendes gekennzeichnet ist:

(a) Ablagern einer Zwischenschicht (150) direkt auf die Innenfläche des hohlen Glasrohrs;

(b) Richten eines Laserstrahls (130) von einer Laserlichtquelle (140) durch das hohle Glasrohr und auf ein erstes Segment der Zwischenschicht, um das erste Segment der Zwischenschicht von der Innenfläche des hohlen Glasrohrs zu entfernen, während ein restliches Segment der Zwischenschicht auf der Innenfläche des hohlen Glasrohrs gelassen wird;

(c) Ablagern eines dünnen Edelmetallfilms (120) auf die Innenfläche des hohlen Glasrohrs und über das restliche Segment der Zwischenschicht;

(d) Wiederholtes Richten des Laserstrahls von der Laserlichtquelle durch das hohle Glasrohr und auf das restliche Segment der Zwischenschicht, um das restliche Segment der Zwischenschicht und den Edelmetallfilm über dem restlichen Segment der Zwischenschicht zu entfernen, wobei eine erste dünne Filmelektrode (46) und eine zweite dünne Filmelektrode (48), die von der ersten Elektrode durch Zwischenräume (122) getrennt ist, erzeugt wird; und

(e) Ablagern eines hygroskopischen Films (190) auf die gesamten Innenfläche des hohlen Glasrohrs, wobei die erste und die zweite Elektrode und die Zwischenräume vollkommen abgedeckt werden.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, weiters bestehend aus dem Schritt des Leitens einer Flüssigkeit durch das hohle Glasrohr, gleichzeitig mit Schritten (b) des Richtens des Laserstrahls und (d) des wiederholten Richtens des Laserstrahls.

8. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Schritte (b) des Richtens des Laserstrahls und (d) des wiederholten Richtens des Laserstrahls das Drehen und Umsetzen der Lichtquelle bezüglich des hohlen Glasrohrs umfassen.

9. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Zwischenschicht ein Photoresist ist und die Laserlichtquelle ultraviolettes Licht ausstrahlt.

10. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 6, wobei der hygroskopische Film ein Phosphorpentoxid ist.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 6, wobei der Edelmetallfilm Platin ist.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 6, weiters bestehend aus den Schritten des Ablagerns einer Edelmetallbeschichtung um das Ende und über den Rand des hohlen Glasrohrs.