DE9100101U1 - Vorrichtung zur Bestimmung von Gasart, Druck und Viskosität von reinen Gasen sowie Gasmischungen und zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen - Google Patents

Vorrichtung zur Bestimmung von Gasart, Druck und Viskosität von reinen Gasen sowie Gasmischungen und zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen

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Description

Rainer Block Gebrauchsr.vusteranmeldung Gassensor 2
Beschreibung:
Titel:
Vorrichtung zur Bestimmung von Art, Druck, Viskosität und Strömungsgeschwindigkeit von Gasen.
Stand der Technik:
Es ist bekannt, Biegeschwinger zur Gasdetektion einzusetzen. Dieses Verfahren benötigt ein schwingfähiges System in Form eines mechanischen Biegebalkens. Bei diesem Verfahren wird die dämpfungsabhängige Resonanzfrequenz des Systems bestimmt. Die Dämpfung ist ein Maß für Druck, Viskosität, Strömungsgeschwindigkeit und Art des den Sensor umgebenden Gases. Eine Änderung der physikalischen Gasparameter führt zu einer Verschiebung der Resonanzfrequenz. Zur Bestimmung dieser Verschiebung muß die Erregerfrequenz sowie die Schwingfrequenz des Systems gemessen werden.
Es werden mikroskopische, lithographisch hergestellte Siliziumstrukturen mit elektrischer, akustischer oder optischer Anregung in der Gasdetektion eingesetzt [l, R.A. Buser und N.F. de Rooij]. Als makroskopische Biegeschwinger werden Metall- oder Keramikscheiben als Schwingelemente eingesetzt. Die Schwingungserzeugung erfolgt über akustische oder piezoelektrische Anregung. Die akustisch erregten Schwinger benötigen zur Schwingungserzeugung eine Schallquelle, die über die abgegebene Schalleistung an das den Sensor umgebende Gasmedium einen Biegebalken in Schwingungen versetzt [2, Robert E.Hetnck, acoustically-driven cantilever for gassensing]. Bei den elektrisch erregten, makroskopischen Biegeschwingern kommen bislang keramische Bimorphkristalle zur Schwingungserregung zum Einsatz. Die an einem Ende des schwingenden Balkens befestigten piezoelektrischen Kristalle versetzen durch Anlegen einer periodischen, elektrischen Spannung das System in Schwingungen. Die Erfassung der Schwingfrequenz des Systems erfolgt über ein auf der anderen Seite des Biegeschwingers angebrachten piezoelektrischen Materiales [3, Robert E.
Hetrick, vibrating cantilever mass flow sensor].
Raine:· Block Gebvauchsi'.iusteranmeldung Gassensor 3
Kritik des Standes der Technik:
Die wesentlichen zwei Unterschiede der in Anspruch 1. benannten Erfindung zu den bisher verwendeten Schwingern bestehen in der Art der mechanischen Erregung und der Halterung des Biegeelementes.
Außerdem ist zur Herstellung von makroskopischen Biegeelementen kein aufwendiges Lithographieverfahren erforderlich. Bisher wurde das schwingende Biegeelement an einem Ende mit dem Erregungselement mechanisch verbunden und das Erregungselement an einer Seite in einer Halterung befestigt. Bei der in Anspruch 1. beschriebenen Erfindung wird das Biegeelement an einem Ende direkt in einer Halterung gefaßt.
Die Schwingungserregung erfolgt nicht an einem Ende des Biegeelementes, sondern auf der gesamten Oberfläche. Das Biegeelement wird mit periodischer Krafteinleitung über eine piezoelektrische Folie in mechanische Schwingungen versetzt. Die Schwingfrequenz des Systems wird mit Hilfe einer zweiten, galvanisch entkoppelten Piezofolie gemessen.
Problem:
Der in Anspruch 1. angegebenen Erfindung liegt das Problem zu Grunde ein einfach zu fertigendes, aus wenigen Komponeten bestehendes, schwingungsfähiges System herzustellen, das gleichzeitig eine elektronische Erregung und Auswertung ermöglicht.
Vorteile:
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen in dem einfachen Aufbau eines schwing fähigen Systems mit einer hohen Resonanzgüte, so daß eine große Selektivität der zumessenden Gasparameter möglich ist. Im Unterschied zu akustisch erregten Systemen bietet die in Anspruch 1. beschriebene Erfindung eine Möglichkeit Gasdrücke im Vakuumbereich zu messen.
Der beschriebene Aufbau ermöglicht eine einfache, elektronische Anschlußmöglichkeit, da Erreger- und Erfassungselement gleiche elektrische Eigenschaften besitzen, die nur von Art und Größe des verwendeten Piezomaterials abhängen.
Dank der Kombination von kraftschlüssigem Aufkleben von piezoelektrischen Folien auf glatte Materialien, die einen großen mechanischen Elastizitätsmodul besitzen, können Systeme großer Güte hergestellt werden, die aus nur drei Komponenten bestehen. Diese Komponenten sind eine piezoelektrische Folie, kraftschlüssige Klebverbindungen und ein Material mit einem hohen Elastizitätsmodul. Das Herstellungsverfahren solcher Sensoren wird dadurch einfacher und ist ohne großen apparativen Aufwand möglich.
Rainer Block Gebrauchsr.iusteranmeldung Gassensor 4
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:
Ein Ausführungbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung 1 gibt den schematischen Aufbau eines Laborprototypen der Erfindung wieder. Als Biegeelement wird eine ungefähr 100 &mgr;&eegr;&igr; dicke Quartzglasscheibe (1) verwendet. Die mechanischen Eigenschaften und Maße der verwendeten Scheibe bestimmen im wesentlichen die Vakuumresonanzfrequenz dieses Systems von 1364 Hz.
Beide Seiten des Schwingers haben den gleichen Aufbau. Das Biegeelement wird in einer Halterung (2) eingespannt. Die Seite, welche durch Anlegen einer periodischen Wechselspannung an die Folie (3) das System zu mechanischen Schwingungen anregt, heißt Erregerseite. Auf dieser Seite des Schwingers ist ein etwa gleich breiter Streifen piezoelektrischer Folie auf einer Länge von ungefähr 50 mm aufgeklebt. Die elektrische Wechselspannung wird über die elektrischen Anschlüsse (4) an das System angelegt. Auf der anderen Erfassungsseite wird der elektrische Spannungsverlauf der zweiten, aufgeklebten Folie (5) gemessen. Die Folie hat eine Dicke von 25 &mgr;&idiagr;&eegr; und ist auf beiden Seiten mit Aluminium bedampft. Die Klebverbindungen (6) zwischen Folien und Quartzglas können aus für diese Materialien gebräuchlichen Klebstoffen bestehen.
Zeichnung 2 stellt den prinzipiellen Meßaufbau in Form eines Blockschaltbildes dar. Mit Hilfe eines Generators wird der Biegeschwinger angeregt. Der Spannungsverlauf der Erfassungsfolie (5) wird über einen Verstärker und Gleichrichter an den y-Spannungseingang eines Schreibers geschaltet. An den x-Eingang wird eine der Erregerfrequenz proportionale Gleichspannung gelegt.
Diagramm 1 zeigt drei gemessene Resonanzkurven des beschriebenen Meßaufbaus für zwei verschiedene Gase bei Umgebungsdruck 1013 mbar und Raumtemperatur 20 0C. Kurve 1 zeigt den Verlauf der Resonanzkurve für SF^ (Schwefelhexafluorid) Kurve 2 für N2 (Stickstoff). Kurve 3 zeigt den Resonanzverlauf für Vakuum.
Rainer Bleck Gebrauchs,1.usteranmelduns Gassensor
Literaturnachweise:
1 R. A. Buser and N.F. de Rooij: Very high Q-faktor Resonators in Monocrystalline Silicon, Sensors and Actuators A21 - A23 (1990) 323 -
2 Robert E. Hetrick: Vibrating cantilever mass flow sensor Sensors and Actuators A21 - A23 (1990) 373 - 376
3 Robert E. Hetrick: Acoustically-driven cantilever for gas sensing Sensors and Actuators 18 (1989) 131-147

Claims (1)

  1. * Gebrauchsmusteranmeldung *
    Anmelder:
    Aktenzeichen:
    Rainer Block
    Im Fischergarten 9
    7987 Weingarten
    G 91 00 101.3
    Schutzansprüche:
    Oberbegriff:
    !.Vorrichtung zur Bestimmung von Gasart, Druck und Viskosität von reinen Gasen sowie Gasmischungen; und zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen.
    Kennzeichnender Teil:
    Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem einseitig eingespannten Biegeschwinger besteht, welcher mit einer oder mehrerer elektrisch-leitend-beschichteter, piezoelektrischer Folien beklebt ist.
DE9100101U 1991-01-07 1991-01-07 Vorrichtung zur Bestimmung von Gasart, Druck und Viskosität von reinen Gasen sowie Gasmischungen und zur Bestimmung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen Expired - Lifetime DE9100101U1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4433679A1 (de) * 1993-09-21 1995-03-23 Yamaichi Electronics Co Ltd Schwingungserreger
DE102016118897A1 (de) * 2016-10-05 2018-04-05 Arianegroup Gmbh Kryotauglicher Resonator-Sensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4433679A1 (de) * 1993-09-21 1995-03-23 Yamaichi Electronics Co Ltd Schwingungserreger
DE4433679C2 (de) * 1993-09-21 2003-05-08 Cbc Materials Co Ltd Schwingungserreger
DE102016118897A1 (de) * 2016-10-05 2018-04-05 Arianegroup Gmbh Kryotauglicher Resonator-Sensor
EP3306311B1 (de) * 2016-10-05 2022-04-13 ArianeGroup GmbH Kryotauglicher resonator-sensor
DE102016118897B4 (de) 2016-10-05 2022-12-22 Arianegroup Gmbh Kryotauglicher Resonator-Sensor

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