DE69631092T2

DE69631092T2 - Fühler mit Ausgangssignalkorrektur

Info

Publication number: DE69631092T2
Application number: DE69631092T
Authority: DE
Inventors: Nobuhide Ama-gun Aichi-Prefecture Kato
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1995-06-26
Filing date: 1996-06-25
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2016-06-26
Also published as: DE69631092D1; EP0751383B1; US5844122A; JPH0915201A; JP3511420B2; EP0751383A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(i) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor zum Ausgeben von Spannungen, und im Speziellen betrifft sie einen Sensor, durch den ungleichmäßige Spannungsausgaben korrigiert werden können. Der Sensor gemäß vorliegender Erfindung kann verwendet werden, um eine Temperatur, eine Gasströmungsrate, eine Gaskonzentration oder dergleichen zu messen oder um eine Beanspruchung, Teilchen oder dergleichen zu detektieren.
(ii) Beschreibung des Standes der Technik
Heute sind verschiedene Sensoren zum Ausgeben von Spannungen bekannt. Beispielsweise wird bei einem Gassensor, bei dem ein Metalloxid-Halbleiter verwendet wird, ein Strom an den Metalloxid-Halbleiter angelegt, dessen Widerstandswert sich entsprechend der Konzentration eines Gases ändert, wodurch eine im Metalloxid-Halbleiter erzeugte Spannung ausgegeben wird, wodurch die Gaskonzentration gemessen wird. Bei einem Temperatursensor, bei dem ein Widerstand wie Platin verwendet wird, der einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, wird an den Widerstand ein Strom angelegt, und eine im Widerstand erzeugte Spannung wird ausgegeben, wodurch die Temperatur gemessen wird. Bei einem Sensor, bei dem ein piezoelektrisches Element verwendet wird, wandelt das piezoelektrische Element eine mechanische Belastung in ein piezoelektrisches Signal um und gibt dann seine Spannung aus.
Wenn einer dieser Sensoren verwendet wird, ist der Sensor an eine andere elektronische Vorrichtung, eine CPU oder dergleichen angeschlossen, und die elektronische Vorrichtung, die CPU oder dergleichen wandelt üblicherweise ein Spannungssi gnal um. Beispielsweise ist ein Widerstandswert R eines Widerstands mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten (der mit einem Spannungswert synonym ist, wenn eine Messung erfolgt, indem ein konstanter Strom angelegt wird) durch R = R₀(1 + αt – βt²) dargestellt, worin t eine Temperatur ist und R₀ ein Widerstandswert bei 0°C ist. In diesem Zusammenhang ist R₀ nicht auf den Widerstandswert bei 0°C beschränkt, und es kann auch ein bekannter Widerstand bei einer spezifischen Temperatur eingesetzt werden. Daher ist es als Prämisse zum Messen der Temperatur oder dergleichen durch die elektronische Vorrichtung, die CPU oder dergleichen erforderlich, dass der Widerstandswert bei einer bestimmten Temperatur des Widerstands im spezifischen Sensor, der an die elektronische Vorrichtung oder dergleichen angeschlossen ist, in die elektronische Vorrichtung oder dergleichen eingegeben wird. Weiters ist es, wenn die Sensoren an den Kraftfahrzeugen in Massenproduktionsanlagen wie in einem Montagewerk für Kraftfahrzeuge angebracht werden, erforderlich, dass der Widerstandswert des Widerstands in jedem Sensor sofort in die elektronische Vorrichtung oder dergleichen eingegeben wird. Beispielsweise ist es unpraktisch, dass der Widerstandswert des Widerstands über eine Tastatur in den Computer eines jeden Kraftfahrzeugs eingegeben wird.
Jedoch ist es unvermeidbar, dass beim Verfahren zur Herstellung der Sensoren die Ausgabespannungen des Widerstands, des Halbleiters, des piezoelektrischen Elements oder dergleichen ein gewisses Maß an Streuung aufweisen. Wenn sich beispielsweise der Widerstand, der Halbleiter, das piezoelektrisches Element oder dergleichen im Zustand einer Schicht befinden, kann der Widerstand häufig gebildet werden, indem sein Muster auf die Oberfläche einer ungebrannten Keramikfolie gedruckt wird und die ungebrannte Folie, die das Widerstandsmuster aufweist, dann gebrannt wird. Der Widerstandswert des so gebildeten Widerstands, Halbleiters, piezoelektrischen Elements oder dergleichen weist typischerweise eine Abweichung von ±10% auf.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 279831/1992 beschreibt eine Technik zum Abgleichen eines Platinwiderstands durch Laserbestrahlung, um die Ungleichmäßigkeit des Widerstands zu minimieren. Wenn der Widerstand jedoch durch Laserbestrahlung abgeglichen wird, steigt die Temperatur des Widerstands. Da der Widerstand einen großen Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist, ist es schwierig, die Präzision des Widerstandswerts des Widerstands anzuheben, so dass die Widerstandswerte von Sensoren manchmal große Streuung aufweisen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Sensor bereitzustellen, mit dem der Widerstandswert eines Widerstands präzise und sofort in eine andere elektronische Vorrichtung, eine CPU oder dergleichen eingegeben werden kann.
Gemäß vorliegender Erfindung wird ein Sensor nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß vorliegender Erfindung ist die Ausgabespannung der Spannungsausgabeschaltung vorzugsweise proportional zum Gesamtwiderstand der Spannungsausgabeschaltung und des seriellen Widerstands.
Der Widerstand des seriellen Widerstands ist vorzugsweise 100-mal höher als jener der Spannungsausgabeschaltung.
Darüber hinaus umfasst die Spannungsausgabeschaltung vorzugsweise einen Widerstand mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten, Spannungsleiter zum Anlegen eines Stroms an den Widerstand und Spannungsleiter zum Detektieren der Spannung des Widerstands. Der Widerstand des seriellen Widerstands kann durch Abgleichen reguliert werden, so dass der Gesamtwiderstand des Widerstands, des seriellen Widerstands und der Spannungsleiter proportional zum Widerstandswert des Widerstands sein kann.
Die Spannungsausgabeschaltung weist vorzugsweise einen Halbleiter auf, dessen Widerstand sich entsprechend der Gaskonzentration ändert.
Die Spannungsausgabeschaltung weist vorzugsweise ein piezoelektrisches Element auf, um eine Beanspruchung in ein piezoelektrisches Signal umzuwandeln.
Gemäß vorliegender Erfindung ist zumindest ein Teil der Oberfläche eines Keramiksubstrats vorzugsweise mit dem seriellen Widerstand bedeckt. Weiters befindet sich der Widerstand vorzugsweise an einem Ende des Keramiksubstrats, und der serielle Widerstand befindet sich am anderen Ende des Keramiksubstrats.
Außerdem ist der serielle Widerstand gemäß vorliegender Erfindung vorzugsweise mit Glas bedeckt. Der Widerstandswert des seriellen Widerstands ist vorzugsweise 100-mal, mehr bevorzugt 1000-mal, größer als jener des Widerstands.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach Anspruch 6 bereit.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine schematische perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform eines Sensors, die Merkmale der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine elektrisches Schaltdiagramm eines Sensors, der nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
3 ist ein elektrisches Schaltdiagramm eines Sensors gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Schnittansicht, die einen Verwendungszustand eines Sensors gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
5 ist eine Schnittansicht eines Sensors, auf den die vorliegende Erfindung angewandt werden kann.
6 ist eine veranschaulichende perspektivische Ansicht des Sensors in 5.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß vorliegender Erfindung kann der Widerstand des seriellen Widerstands durch Abgleichen reguliert werden, so dass der Gesamt-Widerstand des Widerstands, des seriellen Widerstands und der Spannungsleiter eine bestimmte Beziehung zum Widerstandswert des Widerstands haben kann. Wenn der Widerstandswert des Widerstands 10 Ω beträgt, wird der Widerstand des seriellen Widerstands so reguliert, dass der Gesamtwiderstand 10 kΩ sein kann, was 1000-mal so viel wie 10 Ω ist. Dann kann die elektronische Vorrichtung, die CPU oder dergleichen den Gesamtwiderstand des Sensors detektieren und kann den Widerstandswert des Widerstands auf Basis der oben genannten bestimmten Beziehung berechnen. Wenn beispielsweise detektiert wird, dass der Gesamtwiderstand der Widerstandselemente 10 kΩ beträgt, ist der berechnete Widerstandswert des Widerstands 10 Ω.
Diese bestimmte Beziehung besteht vorzugsweise darin, dass der Gesamtwiderstand des Widerstands, des seriellen Widerstands und der Spannungsleiter proportional zum Widerstandswert des Widerstands ist.
Der serielle Widerstand weist anders als der Widerstand vorzugsweise einen kleinen Widerstandstemperaturkoeffizienten auf.
Als serieller Widerstand kann beispielsweise ein Keramiksubstrat, auf das ein Metall oder ein Metalloxid aufgedruckt ist, ein Glas, in dem die Teilchen aus einem Metall oder einem Metalloxid dispergiert sind, oder ein dünner Film oder ein feiner Draht verwendet werden, der ein Metall oder ein Metalloxid umfasst.
Der serielle Widerstand bedeckt vorzugsweise zumindest einen Teil der Oberfläche des Substrats. Entsprechend einer solchen Beschaffenheit kann der serielle Widerstand durch Laser oder dergleichen abgeglichen werden, um die Ausgabespannung vom Widerstand beim Anlegen von Strom zu regulieren.
Außerdem wird, da der serielle Widerstand an eine Position angeordnet werden kann, die nicht mit einer Atmosphäre in Kontakt kommt, wo die Temperatur gemessen wird, der serielle Widerstand kaum beeinträchtigt, so dass sich der Widerstandswert des seriellen Widerstand im Zeitverlauf kaum verändert.
Der Widerstandswert des seriellen Widerstands ist vorzugsweise 100-mal, mehr bevorzugt 1000-mal, größer als jener des Widerstands, um die Genauigkeit des Sensors zu erhöhen. Weiters befindet sich der serielle Widerstand vorzugsweise an einer Position, die etwas vom Widerstand getrennt ist, um den seriellen Widerstand vor der Wärme zu schützen, die von der Umgebung für die Temperaturmessung oder dem Widerstand übertragen wird. Beispielsweise wird es vorgezogen, dass sich der Widerstand an einem Ende des Keramiksubstrats befindet, und der serielle Widerstand kann am anderen Ende des Keramiksubstrats angeordnet sein.
Darüber hinaus ist der serielle Widerstand vorzugsweise mit Glas bedeckt, um seine Haltbarkeit zu verbessern. Gemäß einer solchen Beschaffenheit kann, auch wenn vom Sensor eine hohe Temperatur gemessen wird, die Glasüberzugsschicht des se riellen Widerstands die Haltbarkeit in ausreichendem Ausmaß beibehalten, da der serielle Widerstand an einer Position angeordnet sein kann, wo er von der hohen Temperatur kaum beeinflusst wird.
Die Bedeckung des seriellen Widerstands mit dem Glas kann erreicht werden, indem eine Aufschlämmung eines Glaspulvers, wie z. B. Bleiborsilikatglas, gebildet wird, diese Aufschlämmung durch Eintauchen, Rakelstreichverfahren oder Aufspritzen auf die Oberfläche des seriellen Widerstand aufgebracht wird, die Aufschlämmung auf dieser Oberfläche getrocknet und anschließend gebrannt wird.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung hauptsächlich bezüglich einer Ausführungsform, bei der der Widerstand mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten verwendet wird.
Das gesamte Substrat besteht vorzugsweise aus einem Keramikmaterial. Es ist jedoch für die vorliegende Erfindung ausreichend, dass der Temperatur-empfindliche Abschnitt, wo der Widerstand eingebettet ist, aus dem Keramikmaterial besteht. Vorzugsweise ist das Keramikmaterial zur Verwendung für das Keramiksubstrat im Vergleich zum Widerstandswert des Widerstands elektrisch besser isolierend. Außerdem weist das Keramikmaterial geringe Wärmeleitfähigkeit auf, um die Genauigkeit des Sensors zu verbessern. Beispiele für das für das Keramiksubstrat einsetzbare Material sind Aluminiumoxid, Steatit und Mullit. Das gesamte Keramiksubstrat besteht vorzugsweise aus einer Art von Material, aber das Material eines Abschnitts des Keramiksubstrats kann sich von seinem anderen Abschnitt unterscheiden. Das Keramiksubstrat ist vorzugsweise so dicht, dass keine Gasmoleküle hindurchtreten können.
Die Gestalt des Keramiksubstrats oder des Temperatur-empfindlichen Abschnitts ist nicht immer plattenartig, sondern stabartig oder rohrartig. Die Gestalt des Keramiksubstrats ist vorzugsweise eine solche, dass der potentiometrische Widerstand von der Temperatur, die vom Widerstand gemessen wird, nicht beeinträchtigt wird, d. h. so, dass die Wärmeleitfähigkeit des Keramiksubstrats minimiert wird.
Der Widerstand enthält ein Metall, das einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist. Beispiele für das einsetzbare Metall sind Platin, Rhodium, Nickel und Wolfram, und vor allem Platin ist besonders bevorzugt. Der Widerstand kann aus diesem Metall oder einem Thermit aus einer das Metall enthaltenden Legierung und einem Keramikmaterial bestehen. Es versteht sich, dass der Widerstand aus einer einfachen Substanz aus diesem Metall oder einer das Metall enthaltenden Legierung bestehen kann. Dieser Sensor misst die Temperatur, indem die Eigenschaft des Widerstands genutzt wird, dass sein elektrischer Widerstand gemäß einer Temperaturänderung variiert.
Beim Sensor gemäß vorliegender Erfindung kann Strom an den Widerstand angelegt werden, um eine Spannung zu detektieren. In diesem Fall kann die Genauigkeit der Temperaturmessung beibehalten werden, selbst wenn Leiter, Anschlussblöcke und dergleichen relativ hohe Widerstandswerte aufweisen. In diesem Fall weist der Sensor vorzugsweise Spannungsdetektionsleiter zum Detektieren der Spannung auf, die erzeugt wird, wenn elektrischer Strom an den Widerstand angelegt wird. Die Spannungsdetektionsleiter sind elektrisch an den Widerstand angeschlossen. Alternativ dazu kann die Spannung an den Widerstand angelegt werden, um einen Strom zu detektieren.
Der Widerstand, die Leiter und die Anschlussblöcke des Sensors sind vorzugsweise durch Aufdrucken auf dem Keramiksubstrat ausgebildet. Alternativ dazu kann Rakelstreichverfahren, Spritzbeschichtung oder dergleichen eingesetzt werden.
Nun wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sollte jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt werden.
Ausführungsform 1
1 ist eine perspektivische Explosionsansicht eines Sensors, die mehrere Merkmale der vorliegenden Erfindung zeigt. Weiters kann 1 als perspektivische Ansicht eines Verfahrens zur Herstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verstanden werden. Obwohl 1 eine Ausführungsform mit einem potentiometrischen Widerstand 14 zeigt, kann eine ähnliche Konstruktion eingesetzt werden, um einen Sensor gemäß vorliegender Erfindung mit einem seriellen Widerstand zu bilden.
Ein Widerstand 2 aus einer gemischten Paste aus Platin und Aluminiumoxid ist auf die Oberfläche eines Keramiksubstrats 1 aufgedruckt. In 1 besteht das Keramiksubstrat 1 aus unbearbeitetem Aluminiumoxid und ist nicht gebrannt.
Auf die Oberfläche des Keramiksubstrats 1 ist ein Paar Stromleiter 3, 4 aufgedruckt, die an beide Enden des Widerstands 2 angeschlossen sind. Die Stromleiter sind an ihrem anderen Ende mit Anschlussblöcken 9, 10 versehen, um die Leitung auf Seiten 1s des Keramiksubstrats 1 sicherzustellen.
Auf die Oberfläche des Keramiksubstrats 1 ist ein Paar Spannungsdetektionsleiter 5, 6 aufgedruckt, die an beide Enden des Widerstands 2 angeschlossen sind. Die Spannungsdetektionsleiter 5, 6 sind an ihren anderen Enden mit Anschlussblöcken 7, 8 versehen, um die Leitung auf die Seiten 1s des Keramiksubstrats 1 sicherzustellen. Weiters verzweigt sich ein Ende 2a des Widerstands 2 zum Stromleiter 3 und zum Spannungsdetektionsleiter 5, und ein anderes Ende 2a des Widerstands 2 verzweigt sich zum Stromleiter 4 und zum Spannungsdetektionsleiter 6.
Die Stromleiter 3, 4, die Spannungsdetektionsleiter 5, 6 und die Anschlussblöcke 7, 8, 9, 10 bestehen beispielsweise aus einer gemischten Paste aus Platin und Aluminiumoxid. Vorzugsweise werden sie gleichzeitig in einem Schritt gedruckt, in dem der Widerstand gedruckt wird. Das Material der Stromleiter 3, 4, der Spannungsdetektionsleiter 5, 6 und der Anschlussblöcke 7, 8, 9, 10 ist nicht immer das gleiche wie jenes des Widerstands 2, sofern sie an den Widerstand 2 elektrisch angeschlossen werden können.
Ein weiteres Keramiksubstrat 11 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Keramiksubstrat 1. In 1 besteht das Keramiksubstrat 11 beispielsweise aus unbearbeitetem Aluminiumoxid. Auf den Seiten 11s des Keramiksubstrats 11 sind seitliche Leiter 12, 13 aufgedruckt, um sie elektrisch mit den Anschlussblöcken 7, 8 zu verbinden.
Ein Anschlussblock 15 ist elektrisch an den seitlichen Leiter 12 angeschlossen. Zwischen den seitlichen Leitern 12, 13 ist ein potentiometrischer Block 16 aufgedruckt. Dieser potentiometrische Block 16 kann im Wesentlichen in der Mitte der seitlichen Leiter 12, 13 angeordnet sein. Der potentiometrische Block 16 ist an einen Anschlussblock 17 angeschlossen. Der Anschlussblock 15 überschneidet sich nicht mit dem Anschlussblock 17.
Die Anschlussblöcke 15, 17 und der potentiometrische Block 16 sind auf die Oberfläche eines Endabschnitts 11a des Keramiksubstrats 11 aufgedruckt. Die Anschlussblöcke 15, 17 und der potentiometrische Block 16 bestehen aus einer Mischpaste aus Platin und Aluminiumoxid. Das Material der Anschlussblöcke 15, 17 und des potentiometrischen Blocks 16 ist nicht immer das gleiche wie jenes des Widerstands 2.
Ein weiteres Keramiksubstrat 18 besteht vorzugsweise aus einem Material, das das gleiche wie das Keramiksubstrat 1 ist. In 1 ist das Keramiksubstrat 18 beispielsweise unbearbeitetes Aluminiumoxid. Auf Seiten 18s des Keramiksubstrats 18 sind seitliche Leiter 19, 20 zum elektrischen Anschließen an die Anschlussblöcke 9, 10 aufgedruckt, so dass sie sich bis zur Rückfläche des Keramiksubstrats 18 erstrecken. Die jeweiligen seitlichen Leiter 19, 20 sind an Anschlussblöcke 21, 22 ange schlossen, die auf die Rückfläche des Aluminiumoxidsubstrats 18 aufgedruckt sind. Die seitlichen Leiter 19, 20 und die Anschlussblöcke 21, 22 bestehen beispielsweise aus einer Mischpaste aus Platin und Aluminiumoxid. Das Material der seitlichen Leiter 19, 20 und der Anschlussblöcke 21, 22 ist jedoch nicht immer das gleiche wie jenes des Widerstands 2.
Diese drei Keramiksubstrate 1, 11, 18 werden aufeinander laminiert, gepresst und dann bei 1.600°C zu einem Körper zusammengebacken. Der Brennvorgang wird vorzugsweise in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, wenn der Widerstand 2 aus Wolfram oder Nickel besteht, oder er kann entweder in der reduzierenden Atmosphäre oder einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt werden, wenn der Widerstand 2 aus Platin oder Rhodium besteht.
Um die seitlichen Leiter 12, 13 aneinander anzuschließen, wird ein potentiometrischer Widerstand 14, der ein Gemisch aus Rutheniumoxid und Glas umfasst, aufgedruckt und dann gebrannt. Dieser potentiometrische Widerstand 14 bedeckt zumindest einen Teil des potentiometrischen Blocks 16, um einen elektrischen Anschluss an den potentiometrischen Block herzustellen.
Als nächstes wird durch die Anschlussblöcke 21, 22 ein vorbestimmter Strom an den Widerstand angelegt, und der Widerstand des potentiometrischen Widerstands wird durch Abgleichen reguliert, so dass eine detektierte Spannung einen vorbestimmten Wert haben kann, während die Spannung vom Anschlussblock 15, 17 detektiert wird. Dabei kann der anzulegende Strom entweder ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein.
In 2 ist der potentiometrische Widerstand 14 parallel mit dem Widerstand 2 geschaltet. So wird aus den Anschlussblöcken 15, 17 ein Teil der Spannung des potentiometrischen Widerstands 14 ausgegeben. Die in 2 gezeigte Ausführungsform ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform eines Sensors gemäß vorliegender Erfindung ist der potentiometrische Widerstand 14 in der Ausführungsform von 1 durch einen seriellen Widerstand 25 ersetzt. Weiters sind die Leiter und die seitlichen Leiter so ausgebildet, dass der Widerstand 2 und der serielle Widerstand 25 durch einen Spannungsleiter 27b in Serie geschaltet sind. Beispielsweise ist der Spannungsleiter 27b, der einer aus einem Paar von Spannungsleitern ist, über den seriellen Widerstand 25 an einen Spannungsanschluss 29b angeschlossen, der einer aus einem Paar von Spannungsanschlüssen ist, und der andere Spannungsleiter 27a ist ohne Anschließen an den seriellen Widerstand 25 an den anderen Spannungsanschluss 29a angeschlossen.
In 3 ist der Widerstand 2 über den Spannungsleiter 27b mit dem seriellen Widerstand 25 in Serie geschaltet. Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Widerstand dieses seriellen Widerstands 25 durch Abgleichen entsprechend dem Widerstandswert des Widerstands 2 reguliert. Wenn beispielsweise der Widerstandswert des Widerstands 2 10 Ω ist, wird jener des seriellen Widerstands 25 auf 10 kΩ reguliert, und wenn der Widerstandswert des Widerstands 2 20 Ω ist, wird jener des seriellen Widerstands 25 auf 20 kΩ reguliert.
Als Technik für diese Regulierung wird zunächst ein vorbestimmter Strom über ein Paar Stromleiter 26a, 26b durch den Widerstand 2 fließen gelassen, um über die Spannungsleiter 27a, 27b eine Spannung zu detektieren, wodurch der Widerstandswert des Widerstands 2 gemessen werden kann. Beispielsweise kann R₀ des Widerstands 2 gemessen werden. Hier fließt der Strom im Wesentlichen nicht durch die Spannungsleiter hindurch, und daher ist die Spannung, die an den seriellen Widerstand 25 angelegt wird, vernachlässigbar.
Als nächstes wird der Widerstandswert des seriellen Widerstands 25 durch Abgleichen reguliert. Ein Ohmmeter wird an ein Paar Spannungsanschlüsse 29a, 29b angeschlossen, um den Gesamtwiderstand des Widerstands 2, des seriellen Wider stands 25 und der Spannungsleiter 27a, 27b zu detektieren. Dann wird der Widerstandswert des seriellen Widerstands 25 durch Abgleichen reguliert, so dass dieser Gesamtwiderstand in einer bestimmten Beziehung mit dem Widerstandswert des Widerstands 2 stehen kann. Typischerweise wird dieser Gesamtwiderstand so reguliert, dass er proportional zum Widerstandswert des Widerstands 2 ist.
Wenn die Information des Sensors einer anderen elektrischen Schaltung, einer CPU, einer Schnittstelle oder dergleichen zugeführt wird, sind Spannungsanschlüsse 29a, 29b an die elektrische Schaltung oder dergleichen angeschlossen, um den Gesamtwiderstand des Widerstands 2, des seriellen Widerstands 25 und der Spannungsleiter 27a, 27b zu detektieren. Dann kann der Widerstandswert des Widerstands auf Basis des Gesamtwiderstands gemäß der oben genannten bestimmten Beziehung zurückgerechnet werden.
Wenn der Sensor verwendet wird, um die Temperatur zu messen, wird ein Strom über die Stromanschlüsse 28a, 28b daran angelegt, um den Widerstandswert des Widerstands 2 über die Spannungsanschlüsse 29a, 29b zu detekieren.
Der Widerstandswert des seriellen Widerstands wird vorzugsweise auf einen ausreichend großen Wert in Bezug auf den Widerstandswert des Widerstands festgelegt, und somit ist der Widerstandswert des seriellen Widerstands vorzugsweise 100-mal oder mehr, mehr bevorzugt 500-mal oder mehr und am meisten bevorzugt 1000-mal oder mehr, größer als jener des Widerstands. Gemäß dieser Konstruktion wird ein abgelesener Widerstand (ein kombinierter Widerstand) von einer Widerstandsänderung aufgrund der Temperaturänderung des Widerstands 2 nicht beeinträchtigt.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der der Sensor 30 gemäß vorliegender Erfindung in einem Auspuffrohr 31 eine Kraftfahrzeugs verwendet wird. Der Sensor 30 kann der Sensor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung oder der Sensor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sein. Der Sensor 30 ist über ein Gehäuse 32 am Auspuffrohr 31 befestigt. Dabei ragt der Endabschnitt 30a, wo der Widerstand 2 eingebettet ist, in das Auspuffrohr 31, und ein weiterer Endabschnitt 30b, der den potentiometrischen Widerstand 14 aufweist, ist außerhalb des Auspuffrohrs 31 angeordnet. Ein Pufferelement 33 für den Sensor 30 ist im Gehäuse 32 angeordnet.
Da das Substrat des Sensors 30, das aus dem Keramikmaterial besteht, für Schläge anfällig ist, ist der Endabschnitt 30a mit einer Schutzabdeckung 34 bedeckt. Diese Schutzabdeckung 34 ist mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern versehen, so dass ein zu messendes Gas, wie ein Abgas, durch die Schutzabdeckung 34 hindurch gehen kann.
Der andere Endabschnitt 30b des Sensors 30 ist an einen Anschluss 36 angeschlossen, durch den elektrische Signale, die an den Anschlussblöcken 15, 17, 21, 22 detektiert werden, zu einer Leitung 37 übertragen werden können. Der Endabschnitt 30b des Sensors 30 und der Anschluss 36 werden durch ein Gehäuse 35 eingeführt.
Bei der oben genannten Ausführungsform werden die drei Keramiksubstrate aufeinander gelegt, gepresst und dann zu einem Körper gebrannt, um das Keramiksubstrat zu bilden. Die drei Keramiksubstrate sind jedoch nicht wesentlich. Beispielsweise kann das Keramiksubstrat 18 weggelassen werden, und die Anschlussblöcke, die elektrisch an die jeweiligen Anschlussblöcke 9, 10 angeschlossen sind, können auf die Rückfläche des Keramiksubstrats 1 aufgedruckt werden.
Nachstehend wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Keramiksubstrat besteht vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Oxidkeramikmaterial wie Al₂O₃. Die Reinheit von Al₂O₃ beträgt vorzugsweise 99% oder mehr, mehr bevorzugt 99,9% oder mehr. So kann verhindert werden, dass Verunrei nigungen mit dem Widerstand bei einer hohen Temperatur reagieren, um den Widerstandswert des Widerstands und die Widerstand-Temperatur-Eigenschaften zu ändern.
Insbesondere sollte der Gehalt an SiO₂ so gering wie möglich sein. Die Sintereigenschaften des Keramikmaterials können verbessert werden, indem Y₂O₃ oder ZrO₂ zugegeben werden. Y₂O₃ oder ZrO₂ können sicher verwendet werden, da keines davon mit einem Edelmetall reagiert, das als Widerstand verwendet werden kann.
Eine Temperatur, bei der eine ungebrannte Folie, der darauf aufgedruckte Widerstand, die Leiter und dergleichen gleichzeitig gebrannt werden, ist vorzugsweise 1.500°C oder mehr. So kann, wenn der Sensor bei einer hohen Temperatur verwendet wird, eine Widerstandsänderung, die durch das erneute Sintern des im Widerstand enthaltenen Metalls verursacht wird, verringert werden.
Der Widerstand besteht vorzugsweise aus einem Thermit, der das gleiche Keramikmaterial wie das Keramiksubstrat und ein Edelmetall mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten, wie Pt, Rh oder Pd, oder eine Legierung davon umfasst. Wenn das gleiche Keramikmaterial wie das Keramiksubstrat verwendet wird, können die Hafteigenschaften zwischen dem Widerstand und dem Keramiksubstrat verbessert werden.
Wenn der Widerstand Ni oder ein niedrigschmelzendes Edelmetall mit einem positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten, wie Au oder Ag, enthält, wird der Thermitwiderstand beim Brennen des Keramiksubstrats problemlos gesintert, und während der Verwendung bei einer hohen Temperatur nimmt die Änderung des Widerstandswerts vorzugsweise ab.
Oben ist hauptsächlich auf den Sensor Bezug genommen worden, der den Temperatur-empfindlichen Widerstand aufweist. Als Nächstes wird nachstehend ein Sensor mit einem piezoelektrischen Element beschrieben. Beispielsweise kommen, wenn Teilchen detektiert werden, die Teilchen in einem Fluid mit einem Detektionsabschnitt oder einem schwingenden Abschnitt in Kontakt, und der Detektionsabschnitt oder der schwingende Abschnitt schwingt. Dann wird diese Schwingung durch einen piezoelektrischen Film des Detektionsabschnitts in ein elektrisches Signal umgewandelt, und ein Elektrodenpaar, das den piezoelektrischen Film einklemmt, gibt dieses elektrische Signal aus.
5 ist eine veranschaulichende Schnittansicht eines Sensors 40, der das piezoelektrische Element aufweist. 6 ist eine perspektivische Ansicht des Sensors 40 von 1, aber um die Beschreibung zweckmäßiger zu gestalten, sind ein piezoelektrischer Film 52 und eine obere Elektrode 54 des Sensors 40 teilweise abgeschnitten. Im Sensor 40 entspricht der piezoelektrische Film 52 dem Widerstand 2 in 2 oder 3. Weiters sind die Stromleiter 3, 4, 9, 10, 19, 20 und die Stromanschlüsse 21, 22 nicht notwendig. Der piezoelektrische Film 52 ist über Spannungsleiter 58 und 60 mit einem potentiometrischen Widerstand parallel geschaltet. Gemäß vorliegender Erfindung kann der piezoelektrische Film 52 statt dessen über einen der Leiter 58, 60 mit einem seriellen Widerstand in Serie geschaltet sein. Die Spannungsleiter 58, 60 in 5 entsprechen den Spannungsleitern 27a, 27b in 2 bzw. 3.
Als serieller Widerstand kann beispielsweise ein dünner Film verwendet werden, der durch Bedrucken und Brennen eines Thermits aus einem Metalloxid wie Rutheniumoxid und einem Keramikmaterial gebildet wird. Der serielle Widerstand ist vorzugsweise mit einer Glasschicht bedeckt.
Der Sensor 40 umfasst ein Substrat 42 und einen Detektionsabschnitt 50, der auf einem schwingenden Abschnitt 44 des Substrats 42 montiert ist.
Im Substrat 42 sind der schwingende Abschnitt 44 und ein stationärer Abschnitt 46 einstückig ausgebildet, und der schwingende Abschnitt 44 und der stationäre Ab schnitt 46 bilden Teile des Substrats 42. Ein Detektionsabschnitt 50 ist auf dem schwingenden Abschnitt 44 montiert, und andererseits ist der stationäre Abschnitt 46 unter dem schwingenden Abschnitt 44 angeordnet, so dass er den schwingenden Abschnitt 44 umgibt.
Der schwingende Abschnitt und der stationäre Abschnitt müssen jedoch nicht Teile des Substrats sein, und beispielsweise kann der aus einem Metall bestehende stationäre Abschnitt einen anderen schwingenden Abschnitt befestigen, der aus einem Keramikmaterial besteht. Für den Fall, dass der stationäre Abschnitt aus dem Metall besteht, kann die Oberfläche des schwingenden Abschnitts, die mit dem stationären Abschnitt verbunden ist, metallisiert sein, und die resultierende metallisierte Schicht kann gelötet werden. Alternativ dazu kann der schwingende Abschnitt lediglich durch den Druck des Metalls befestigt sein. Der stationäre Abschnitt kann aus einem Metall wie Edelstahl oder Eisen bestehen.
Das Substrat 42 ist mit einem geschlossenen Raum 48 als Lücke versehen, so dass der schwingende Abschnitt 44 dünn sein kann. Der Detektionsabschnitt 50 ist so angeordnet, dass er dem geschlossenen Raum 48 zugewandt ist. Gemäß vorliegender Erfindung ist die Lücke jedoch nicht auf den geschlossenen Raum beschränkt, sondern kann auch eine Ausnehmung sein, die sich von der Oberfläche 42t des Substrats 42 zum schwingenden Abschnitt 44 erstreckt.
Wenn Teilchen vom Sensor 40 detektiert werden, schwingt der schwingende Abschnitt 44 gemeinsam mit dem Detektionsabschnitt 50 vertikal zum Detektionsabschnitt 50 und zum Raum 48 hin. Um die geeignete Schwingung zu erreichen, ist der schwingende Abschnitt 44 vorzugsweise plattenartig, und in diesem Fall liegt die Dicke der Platte vorzugsweise im Bereich von 1 bis 400 μm, mehr bevorzugt 3 bis 50 μm, am meisten bevorzugt 5 bis 20 μm. Wenn die Dicke des schwingenden Abschnitts 44 über 400 μm liegt, ist die Empfindlichkeit des schwingenden Abschnitts 44 gering, und wenn sie unter 1 μm liegt, wird die mechanische Festigkeit beeinträchtigt.
Der schwingende Abschnitt 44 besteht vorzugsweise aus einem in hohem Maße hitzebeständigen Material. So kann die Beeinträchtigung des schwingenden Abschnitts 44 durch Hitze während der Bildung des piezoelektrischen Films 52 verhindert werden, wenn der Detektionsabschnitt 50 direkt auf dem schwingenden Abschnitt 44 montiert ist und nicht über ein Material, das geringe Hitzebeständigkeit aufweist, wie einen organischen Kleber. Außerdem kommt, wenn ein Schmiermittel wie Öl im Sensor verwendet wird, der schwingende Abschnitt mit einem im Schmiermittel enthaltenen organischen Lösungsmittel in Kontakt, oder das Schmiermittel wird sauer oder basisch. Daher besteht der schwingende Abschnitt vorzugsweise aus einem chemisch stabilen Material.
Außerdem sind die zweite Elektrode, die zumindest einen Teil des schwingenden Abschnitts 44 bedeckt, die Leiter, die mit der ersten und der zweiten Elektrode verbunden sind, sowie die Leiteranschlüsse elektrisch leitend, und daher besteht der schwingende Abschnitt 44 vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material. Daher kann der schwingende Abschnitt 44 aus einem in hohem Maße hitzebeständigen Metall bestehen, und die Oberfläche dieses Metalls kann mit einem Keramikmaterial bedeckt sein, aber der schwingende Abschnitt 44 besteht am meisten bevorzugt aus dem Keramikmaterial. Beispiele für das einsetzbare Keramikmaterial für den schwingenden Abschnitt sind stabilisiertes Zirconiumdioxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Mullit, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid und Glas. Vor allem ist das stabilisierte Zirconiumdioxid vorzuziehen, weil es hohe mechanische Festigkeit bewirken kann, auch wenn der schwingende Abschnitt dünn ist, und sein chemisches Reaktionsvermögen mit dem piezoelektrischen Film und der Elektrode gering ist.
Der Begriff stabilisiertes Zirconiumdioxid umfasst stabilisiertes Zirconiumdioxid und teilweise stabilisierte Zirconiumdioxide. Da das stabilisierte Zirconiumdioxid eine kris talline Struktur, wie ein kubisches System, aufweist, tritt kein Phasenübergang auf. Andererseits verursacht Zirconiumdioxid bei etwa 1.000°C den Phasenübergang zwischen einem monoklinen System und einem tetragonalen System, und während dieses Phasenübergangs treten manchmal Risse auf. Daher enthält stabilisiertes Zirconiumdioxid vorzugsweise 1 bis 30 Mol-% eines Stabilisators, der aus der aus Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Scandiumoxid, Ytterbiumoxid, Ceroxid und Oxiden von Seltenerdmetallen bestehenden Gruppe ausgewählt ist. Um die mechanische Festigkeit des oszillierenden Abschnitts zu verbessern, wird Yttriumoxid als Stabilisator bevorzugt. Dabei liegt die Menge an Yttriumoxid vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 6 Mol-%, mehr bevorzugt 2 bis 4 Mol-%. Das Haupt-Kristallsystem kann ein tetragonales System, eine Mischphase aus dem tetragonalen System und einem kubischen System, eine Mischphase aus dem kubischen System und einem monoklinen System, eine Mischphase aus dem tetragonalen System und dem monoklinen System oder eine Mischphase aus dem kubischen System, dem tetragonalen System und dem monoklinen System sein. Vom Standpunkt der mechanischen Festigkeit, der Zähigkeit und der Haltbarkeit ist vor allem das tetragonale System oder die Mischphase aus dem tetragonalen System und dem kubischen System vorzuziehen.
Das Keramikmaterial für den schwingenden Abschnitt 44 enthält vorzugsweise 0,5 bis 5 Gew.-%, mehr bevorzugt 1 bis 3 Gew.-%, Siliziumoxid. Daher kann, wenn der Detektionsabschnitt 50 durch Wärmebehandlung gebildet wird, Silziumoxid eine übermäßige Reaktion zwischen dem schwingenden Abschnitt 44 und dem Detektionsabschnitt 50 unterdrücken, wodurch gute piezoelektrische Eigenschaften erzielt werden.
Wenn er aus dem Keramikmaterial hergestellt ist, besteht der schwingende Abschnitt 44 aus einer großen Anzahl kristalliner Teilchen, aber um die mechanische Festigkeit des schwingenden Abschnitts zu erhöhen, liegt die mittlere Teilchengröße der kristallinen Teilchen vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 2 μm, mehr bevorzugt 0,1 bis 1 μm.
Der stationäre Abschnitt 46 fixiert zumindest einen Teil des schwingenden Abschnitts 44 oder zumindest einen Teil des Umfangs des schwingenden Abschnitts 44, so dass der schwingende Abschnitt 44 schwingen kann. Bei der Ausführungsform aus 1 besteht der stationäre Abschnitt 46 vorzugsweise aus dem Keramikmaterial, wobei es sich um das gleiche Keramikmaterial wie das Material des schwingenden Abschnitts 44 oder um ein anderes Material handeln kann. Beispiele für das Keramikmaterial für den stationären Abschnitt 46, das das gleiche wie das Material für den schwingenden Abschnitt 44 ist, sind stabilisiertes Zirconiumdioxid, Mullit, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumnitrid und Glas.
Das Profil des geschlossenen Raums 48, der die Lücke ist, unterliegt keiner speziellen Einschränkung. Der horizontale oder vertikale Querschnitt der Lücke kann eine kreisförmige Gestalt, eine elliptische Gestalt, eine polygonale Gestalt, wie eine quadratische Gestalt oder eine rechteckige Gestalt, oder eine Verbundgestalt, die durch Kombinieren von beliebigen dieser Formen erhalten wird, aufweisen. Wenn der Querschnitt die polygonale Form hat, erfolgt vorzugsweise Abschrägung, so dass die Ecken abgerundet werden können.
Der Detektionsabschnitt 50 umfasst einen piezoelektrischen Film 52, eine erste Elektrode 24, die zumindest einen Teil der Außenfläche 52s des piezoelektrischen Films 52 bedeckt, sowie eine zweite Elektrode 56, die zumindest einen Teil der Innenfläche 52t des piezoelektrischen Films 52 bedeckt. Die zweite Elektrode 56 bedeckt zumindest einen Teil der Oberfläche 44s des schwingenden Abschnitts 44.
Der piezoelektrische Film 52 lässt mikroskopisch dielektrische Polarisierung entsprechend einer Beanspruchung entstehen und gibt makroskopisch eine elektrisches Signal aus, beispielsweise eine elektrische Ladung oder eine Spannung. Dabei tritt auf dem piezoelektrischen Film eine Biegeverlagerung vorzugsweise in seiner Dickenrichtung auf. Wenn die Teilchen mit der ersten Elektrode und/oder dem schwingenden Abschnitt in Kontakt kommen, schwingt der piezoelektrische Film 52 gemeinsam mit dem schwingenden Abschnitt 44 in der Dickenrichtung des piezoelektrischen Films 52, und durch diese Schwingung wird auf den piezoelektrischen Film 52 zusätzliche Belastung ausgeübt.
Die Dicke des piezoelektrischen Films liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 100 μm, mehr bevorzugt 5 bis 50 μm, am meisten bevorzugt 5 bis 30 μm. Wenn die Filmdicke über 100 μm liegt, nimmt die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Films ab, und wenn sie unter 1 μm liegt, kann die Zuverlässigkeit kaum gewährleistet werden.
Der piezoelektrische Film kann auf geeignete Weise aus einem piezoelektrischen Keramikmaterial hergestellt werden, er kann aber auch aus einem elektrostriktiven Keramikmaterial oder einem ferroelektrischen Keramikmaterial hergestellt werden. Außerdem kann er aus einem Material hergestellt werden, das ein Polarisationsverfahren erfordert oder nicht erfordert.
Beispiele für das Keramikmaterial für den piezoelektrischen Film sind Bleizirconat, Bleimagnesiumniobat, Bleinickelniobat, Bleizinkniobat, Bleimanganniobat, Bleiantimonstannat, Bleititanat, Bleimanganwolframat, Bleikobaltniobat, Bariumtitanat und Gemische davon. Es versteht sich, dass auch ein Keramikmaterial verwendet werden kann, das als Hauptkomponente 50 Gew.-% oder mehr einer dieser Verbindungen enthält. Vorzugsweise wird das Keramikmaterial verwendet, das Bleizirconat enthält. Einem beliebigen der oben genannten Keramikmaterialien kann weiters auf geeignete Weise Lanthan, Kalzium, Strontium, Molybdän, Wolfram, Barium, Niob, Zink, Nickel, Mangan, eine Kombination davon oder eine andere Verbindung zugegeben werden. Beispielsweise kann bevorzugt das Keramikmaterial verwendet werden, das Bleimagnesiumniobat, Bleizirconat und Bleititanat als Hauptkomponenten sowie Lanthan oder Strontium enthält.
Der piezoelektrische Film kann dicht oder porös sein. Wenn er porös ist, beträgt seine Porosität vorzugsweise 40% oder weniger.
Weiters kann der piezoelektrische Film 52 eine Einzelschichtstruktur oder eine Laminatstruktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen. Im Fall der Laminatstruktur können die jeweiligen Schichten horizontal oder vertikal angeordnet sein.
Außerdem kann der Detektionsabschnitt nur auf einer Seite des schwingenden Abschnitts angeordnet sein, oder die Detektionsabschnitte können auf beiden Seiten des oszillierenden Abschnitts angeordnet sein.
Die erste Elektrode 54 und die zweite Elektrode 56 geben über das Leiterpaar 58 und 60 ein elektrisches Signal aus dem piezoelektrischen Film 52 in ein Paar Anschlussblöcke ein. Die erste Elektrode 54 ist über einen Anschlussabschnitt 55 an den Leiter 58 angeschlossen, der mit dem piezoelektrischen Film 52 in Kontakt kommt, aber nicht mit der zweiten Elektrode 56 und dem Leiter 60 in Kontakt kommt. Die zweite Elektrode 56, die Leiter 58, 60 und die Anschlussblöcke können gleichzeitig durch eine Dünnfilmabscheidungstechnik wie Drucken ausgebildet werden.
Die erste und die zweite Elektrode werden entsprechend dem Verwendungszweck auf eine geeignete Dicke eingestellt, aber ihre Dicke liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 50 μm.
Die erste Elektrode besteht vorzugsweise aus einem elektrisch leitenden Metall, das bei Raumtemperatur fest ist. Beispiele für ein solches Metall sind Aluminium, Titan, Chrom, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Niob, Molybdän, Ruthenium, Rhodium, Silber, Zinn, Tantal, Wolfram, Iridium, Platin, Gold, Blei und Legierungen davon. Es versteht sich, dass eine beliebige Kombination aus diesen Elementen ebenfalls annehmbar ist. Weiters kann geeigneterweise das Elektrodenmaterial verwendet werden, das als Hauptkomponente ein Metall der Platin-Gruppe, wie Platin, Rhodium oder Palladium, oder eine Legierung, wie Silber-Platin oder Platin-Palladium, enthält, die diese Metalle der Platin-Gruppe enthält. Darüber hinaus werden Kupfer, Silber und Gold bevorzugt, da sie gute Haltbarkeit aufweisen.
Die zweite Elektrode besteht vorzugsweise aus einem hochschmelzenden Metall, wie Platin, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium, Titan, Chrom, Molybdän, Tantal, Wolfram, Nickel, Kobalt oder einer Legierung davon. Es versteht sich, dass auch eine beliebige Kombination dieser hochschmelzenden Metalle annehmbar ist. Weiters kann geeigneterweise das Elektrodenmaterial verwendet werden, das als Hauptkomponente ein Metall der Platin-Gruppe, wie Platin, Rhodium oder Palladium, oder eine Legierung, wie Silber-Platin oder Platin-Palladium, verwendet werden, die diese Metalle der Platin-Gruppe enthält. Die zweite Elektrode ist manchmal während der Wärmebehandlung des piezoelektrischen Films einer hohen Temperatur ausgesetzt, und daher besteht die zweite Elektrode vorzugsweise aus dem oben genannten Metall, das einer oxidierenden Atmosphäre bei hoher Temperatur standhalten kann.
Alternativ dazu kann die zweite Elektrode aus einem Thermit bestehen, der ein beliebiges dieser hochschmelzenden Metalle und ein Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid, Zirconiumdioxid, Siliziumoxid oder Glas, enthält.
Das Profil des Keramiksubstrats unterliegt keiner speziellen Einschränkung, und es wird geeigneterweise entsprechend dem Verwendungszweck ausgewählt. Das Profil des Keramiksubstrats ist vorzugsweise plattenartig, es kann aber auch stabartig oder rohrartig sein.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung kann der Widerstand eines seriellen Widerstands durch Abgleichen reguliert werden, wodurch die Ungleichmäßigkeit der Ausgabespannung eines Sensors verringert werden kann.

Claims

Sensor, der eine gebrannte Keramikstruktur umfasst, die Folgendes aufweist: ein erstes Keramiksubstrat (1), das ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist; ein zweites Keramiksubstrat (11), das ein entsprechendes erstes und zweites Ende aufweist und welches das erste Keramiksubstrat überlagert; einen Abfühl-Widerstand (2) auf dem ersten Keramiksubstrat am ersten Ende der in der ersten Keramikstruktur eingebettet ist; ein erstes Paar Leiter (26a, 26b), die an den Abfühl-Widerstand angeschlossen sind, wobei sich jeder erste Leiter das erste Substrat entlang zum zweiten Ende des ersten Substrats erstreckt, wodurch ein elektrischer Strom durch das erste Paar Leiter an den Abfühl-Widerstand angelegt werden kann; ein zweites Paar Leiter (27a, 27b), die an den Abfühl-Widerstand angeschlossen sind, um eine Spannung am Abfühl-Widerstand zu detektieren, indem die Spannung zwischen dem zweiten Paar Leiter gemessen wird, wobei sich jeder zweite Leiter das erste Substrat entlang zum zweiten Ende des ersten Substrats erstreckt; und einen seriellen Widerstand (25), der an den einen Leiter (27b) des zweiten Leiterpaares angeschlossen ist, wobei der serielle Widerstand am zweiten Ende des zweiten Substrats an einer Seite davon angeordnet ist, die vom ersten Substrat weg gewandt ist; worin der Widerstandswert des seriellen Widerstands so abgeglichen ist, dass der Gesamt-Widerstand des Abfühl-Widerstands (2), des zweiten Leiterpaares (27a, 27b) und des seriellen Widerstands (25) in einer vorbestimmten Beziehung zum Widerstandswert des Abfühl-Widerstands (2) steht.
Sensor nach Anspruch 1, worin der Gesamtwiderstand zumindest 100-mal so groß wie der Widerstandswert des Abfühl-Widerstands ist.
Sensor nach Anspruch 1 oder 2, worin der Abfühl-Widerstand einen positiven Widerstandstemperaturkoeffizienten aufweist.
Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Abfühl-Widerstand ein Halbleiterelement (30a) ist, das einen Widerstand aufweist, der sich entsprechend einer Gaskonzentration am Sensor ändert.
Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin der Abfühl-Widerstand ein piezoelektrisches Keramikelement (52) ist, um eine mechanische Spannung in ein elektrisches Signal umzuwandeln.
Verfahren zur Herstellung eines Sensors, folgende Schritte umfassend: das Bereitstellen eines ersten Keramiksubstrats (1) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; das Bereitstellen eines zweiten Keramiksubstrats (11), das entsprechende erste und zweite Enden aufweist; das Ausbilden eines Abfühl-Widerstands (2) auf dem ersten Keramiksubstrat am ersten Ende; das Ausbilden eines Leiterpaares (26a, 26b), das an den ersten Abfühl-Widerstand angeschlossen ist, wobei sich der erste Leiter das erste Substrat entlang zum zweiten Ende des ersten Substrats erstreckt, wodurch ein elektrischer Strom durch das erste Paar Leiter an den Abfühl-Widerstand angelegt werden kann; das Ausbilden eines zweiten Leiterpaares (27a, 27b), das an den Abfühl-Widerstand angeschlossen ist, um eine Spannung am Widerstand zu detektieren, indem die Spannung zwischen dem zweiten Leiterpaar gemessen wird, wobei sich jeder zweite Leiter das erste Substrat entlang zum zweiten Ende des ersten Substrats erstreckt; und das Ausbilden eines seriellen Widerstands (25), der an einen Leiter (27b) des zweiten Leiterpaares angeschlossen ist, wobei der serielle Widerstand am zweiten Ende des zweiten Substrats angeordnet ist; das Laminieren des ersten und des zweiten Substrats, so dass der serielle Widerstand auf einer Seite des zweiten Substrats angeordnet ist, die vom ersten Substrat weg gewandt ist; das Brennen der laminierten Substrate, um eine Keramikstruktur zu bilden, in die der serielle Widerstand eingebettet ist; das Regulieren des Widerstandswert des seriellen Widerstands (2) durch Abgleichen, so dass der Gesamt-Widerstand des Abfühl-Widerstands (2), des zweiten Leiterpaares (27a, 27b) und des seriellen Widerstands (25) in einer vorbestimmten Beziehung zum Widerstandswert des Abfühl-Widerstands (2) steht.