DE9409318U1 - Flow sensor - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Strömungssensor nach dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1. The present invention relates to a flow sensor according to the preamble of claim 1.
Im Stand der Technik sind bereits Strömungssensoren bekannt, die ein Heizelement, einen ersten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Heizelements und einen zweiten Temperatursensor, der von dem ersten Temperatursensor beabstandet angeordnet ist,umfassen.Flow sensors are already known in the prior art which comprise a heating element, a first temperature sensor for detecting the temperature of the heating element and a second temperature sensor which is arranged at a distance from the first temperature sensor.
Zur exakten Messung eines Flusses mittels eines Strömungssensors ist es erforderlich, die Temperatur des Heizelements, d. h. die Heizleistung, so genau wie möglich zu erfassen. Das Heizelement und der erste Temperatursensor sind bei bekannten Strömungssensoren auf den sich gegenüberliegenden Hauptoberflächen eines Trägers angeordnet.To accurately measure a flow using a flow sensor, it is necessary to measure the temperature of the heating element, i.e. the heating power, as accurately as possible. In known flow sensors, the heating element and the first temperature sensor are arranged on the opposite main surfaces of a carrier.
Die durch diese bekannte Anordnung erreichte thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und dem ersten Temperatursensor wird durch den dazwischen liegenden Träger beeinflußt. Es ist offensichtlich, daß damit auch die Erfassung der Heizleistung des Heizelements beeinträchtigt wird.The thermal coupling achieved by this known arrangement between the heating element and the first temperature sensor is influenced by the carrier located between them. It is obvious that this also affects the detection of the heating power of the heating element.
Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Strömungssensors besteht darin, daß zu dessen Aufbau eine Vielzahl von komplizierten Verfahrensschritten notwendig ist, da bei diesem bekannten Strömungssensor sowohl die erste Hauptoberfläche des Trägers, die z. B. den ersten Temperatursensor aufnimmt, als auch die zweite Hauptoberfläche desA further disadvantage of this known flow sensor is that a large number of complicated process steps are necessary for its construction, since in this known flow sensor both the first main surface of the carrier, which accommodates, for example, the first temperature sensor, and the second main surface of the
Trägers, die der ersten Hauptoberfläche gegenüber liegt, die das Heizelement aufnimmt, bearbeitet werden müssen. Dies führt durch die aufwendigen Verfahrensschritte zu erhöhten Kosten bei der Herstellung des Strömungssensors.carrier, which is opposite the first main surface that accommodates the heating element, must be machined. This leads to increased costs in the manufacture of the flow sensor due to the complex process steps.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Strömungssensor zu schaffen, der eine möglichst genaue Erfassung der durch das Heizelement abgegebenen Heizleistung gewährleistet und bezüglich seines Aufbaus einfache Herstellungsschritte und geringe Kosten ermöglicht.Based on this prior art, the present invention is based on the object of creating a flow sensor which ensures the most accurate possible detection of the heating power emitted by the heating element and which, with regard to its structure, enables simple manufacturing steps and low costs.
Diese Aufgabe wird durch einen Strömungssensor gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a flow sensor according to claim 1.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Strömungssensor mit einem Heizelement, einem ersten Temperatursensor zum Erfassen der Temperatur des Heizelements; und einem zweiten Temperatursensor, der vor dem ersten Temperatursensor angeordnet ist, bei dem das Heizelement und der erste Temperatursensor auf der gleichen Hauptoberfläche eines Substrats angeordnet sind, und bei dem das Heizelement und der erste Temperatursensor ineinandergreifend angeordnet sind.The present invention provides a flow sensor having a heating element, a first temperature sensor for detecting the temperature of the heating element; and a second temperature sensor arranged in front of the first temperature sensor, in which the heating element and the first temperature sensor are arranged on the same main surface of a substrate, and in which the heating element and the first temperature sensor are arranged in an intermeshing manner.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.Preferred developments of the invention are defined in the subclaims.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.A preferred embodiment of the present invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Draufsichtdarstellung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; undFig. 1 is a plan view of the preferred embodiment of the present invention; and
Fig. 2 u.Fig. 2 and 3.
Fig. 3 Darstellungen, die die Einstellung der WiderständeFig. 3 Illustrations showing the setting of the resistors
bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verdeutlichen. in the preferred embodiment.
In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Strömungssensor in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der Strömungssensor 100 ist auf einem Substrat 102 angeordnet und umfaßt ein Heizelement 104 (schraffiert dargestellt), einen ersten Temperatursensor 106 und einen zweiten Temperatursensor 108. Der zweite Temperatursensor 108 ist durch eine Freifläche bzw. einen Schlitz 110 von dem Abschnitt des Substrats 100 getrennt, der das Heizelement 104 und den ersten Temperatursensor 106 enthält.In Fig. 1, the flow sensor according to the invention is designated in its entirety by the reference numeral 100. The flow sensor 100 is arranged on a substrate 102 and comprises a heating element 104 (shown hatched), a first temperature sensor 106 and a second temperature sensor 108. The second temperature sensor 108 is separated by an open area or a slot 110 from the section of the substrate 100 that contains the heating element 104 and the first temperature sensor 106.
Wie in Fig. 1 deutlich zu erkennen ist, sind das Heizelement 104, der erste Temperatursensor 106 und der zweite Temperatursensor 108 auf einer Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet, wodurch die aufwendige Bearbeitung beider Hauptoberflächen des Substrats 100 vermieden wird. Der Strömungssensor 100 weist einen Abschnitt 112 auf, in dem das Heizelement 104, der erste Temperatursensor 106 und der zweite Temperatursensor 108 eine im wesentlichen mäanderförmige Struktur haben.As can be clearly seen in Fig. 1, the heating element 104, the first temperature sensor 106 and the second temperature sensor 108 are arranged on a main surface of the substrate 102, thereby avoiding the complex processing of both main surfaces of the substrate 100. The flow sensor 100 has a section 112 in which the heating element 104, the first temperature sensor 106 and the second temperature sensor 108 have a substantially meander-shaped structure.
In Fig. 1 ist der Strömungssensors 100 dargestellt, wie er sich nach dem Einstellen des Heizelements 104, des ersten Temperatursensors 106 und des zweiten Temperatürsensors 108 ergibt. Die Art der Einstellung der verschiedenen Elemente des Strömungssensors 100 wird später beschrieben.In Fig. 1, the flow sensor 100 is shown as it results after adjusting the heating element 104, the first temperature sensor 106 and the second temperature sensor 108. The manner of adjusting the various elements of the flow sensor 100 will be described later.
Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Elemente des Strömungssensors 100 Widerstandsbahnen aus Platin. Das Heizelement 104 weist z. B. einen Widerstand von R0 = 10 Ohm auf, während der erste Temperatursensor 106 und der zweite Temperatursensor 108 einen Widerstand von R0 = 300 Ohm aufweisen. Die Widerstandsbahnen der Elemente sind beispielsweise in Dünnschichttechnik auf dem Substrat aufgebracht, woraufhin die Strukturierung und Trimmung mittels Laser erfolgt. Die Dicke der Platinwiderstandsbahnen beträgtIn this preferred embodiment, the elements of the flow sensor 100 are resistance tracks made of platinum. The heating element 104 has a resistance of R 0 = 10 ohms, for example, while the first temperature sensor 106 and the second temperature sensor 108 have a resistance of R 0 = 300 ohms. The resistance tracks of the elements are applied to the substrate using thin-film technology, for example, after which the structuring and trimming is carried out using a laser. The thickness of the platinum resistance tracks is
hierbei etwa 1 &mgr;&pgr;&igr;.about 1 μπα.
Das Substrat 102, auf dem der Strömungssensor 100 angeordnet ist, besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid, das eine Reinheit von 99,5% aufweist und eine Dicke von 0,63 mm hat. Es sind jedoch auch dickere und vor allem dünnere Substratdicken möglich. The substrate 102 on which the flow sensor 100 is arranged consists, for example, of aluminum oxide, which has a purity of 99.5% and a thickness of 0.63 mm. However, thicker and, above all, thinner substrate thicknesses are also possible.
Im folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 die Einstellung des Strömungssensors 100 genauer beschrieben.In the following, the setting of the flow sensor 100 is described in more detail with reference to Figs. 2 and 3.
Die Strukturierung der Platinschicht kann gemäß Fig. 2 vorzugsweise mittels eines Lasers vorgenommen werden. Ei= sind jedoch auch andere Verfahren der Strukturierung, wie z.B. Photoresisttechnik oder im Falle größerer Strukturen auch Dickschichtsiebdrucktechnik möglich. Die Trimmung der Widerstände auf die gewünschten, sehr präzisen Sollwerte erfolgt in jedem Fall mittels Laser.The structuring of the platinum layer can preferably be carried out using a laser as shown in Fig. 2. However, other structuring methods are also possible, such as photoresist technology or, in the case of larger structures, thick-film screen printing technology. The trimming of the resistors to the desired, very precise target values is always carried out using a laser.
In Fig. 1 sind verschiedene Abschnitte 114 dargestellt, die als sogenannte Grobeinstellabschnitte dienen. Weiterhin sind Abschnitte 116 dargestellt, die als sogenannte Feineinstellabschnitte dienen.In Fig. 1, various sections 114 are shown which serve as so-called coarse adjustment sections. Furthermore, sections 116 are shown which serve as so-called fine adjustment sections.
Die Grobexnstellabschnitte 114 haben unmittelbar nach dem Aufbx-ingen der Elemente auf das Substrat 102 eine Form, wie sie in Fig. 2a bei 200 dargestellt ist, während die Feineinstellabschnitte 116 eine Form haben, wie sie in Fig. 3a bei 300 dargestellt ist.Immediately after the elements have been deposited on the substrate 102, the coarse adjustment sections 114 have a shape as shown in Fig. 2a at 200, while the fine adjustment sections 116 have a shape as shown in Fig. 3a at 300.
Zunächst wird die Einstellung der Grobexnstellabschnitte beschrieben. In Fig. 2a ist ein Teil eines Grobeinstellabschnitts 200 dargestellt. Wie zu sehen ist, umfaßt dieser Abschnitt 200 fingerförmige Abschnitte 202 und einen Abschnitt 204, der die Abschnitte 202 miteinander verbindet. Die fingerförmigen Abschnitte 202 haben jeweils einen bestimmten Widerstandswert R. Weiterhin sind die Abschnitte 202 durch sogenannte Teilungsschnitte 206 auf eine solcheFirst, the adjustment of the coarse adjustment sections is described. Fig. 2a shows part of a coarse adjustment section 200. As can be seen, this section 200 comprises finger-shaped sections 202 and a section 204 that connects the sections 202 to one another. The finger-shaped sections 202 each have a specific resistance value R. Furthermore, the sections 202 are divided into such a
Art getrennt, daß zwischen dem dem Abschnitt 204 abgewandten Ende des fingerförmigen Abschnitts 202 und dem Ende des Teilungsabschnitts 206 ein Abstand vorgesehen ist. Ein ähnlicher Abstand befindet sich zwischen dem anderen Ende des Teilungsabschnitts 206 und dem Abschnitt 204.Such that a distance is provided between the end of the finger-shaped section 202 facing away from the section 204 and the end of the dividing section 206. A similar distance is provided between the other end of the dividing section 206 and the section 204.
Bei dem in Fig. 2a dargestellten Abschnitt 200 sind die drei Widerstände R durch den Abschnitt 204 kurzgeschlossen, wie es durch das Ersatzschaltbild in Fig. 2a dargestellt ist.In the section 200 shown in Fig. 2a, the three resistors R are short-circuited by the section 204, as shown by the equivalent circuit in Fig. 2a.
Um den Widerstandswert der auf dem Substrat 102 vorhandenen Elemente über die Grobabschnitte 114 einzustellen, wird zum Beispiel ein Teilungsschnitt 210 verlängert, so daß er sich von dem dem Abschnitt 204 zugewandten Ende des Teilungsabschnitts 206 über die Breite des Abschnitts 204 erstreckt. Danach wird ein weiterer Teilungsschnitt 208 eingefügt, der die Enden der Teilungsabschnitte 206, die dem Abschnitt 204 am nächsten liegen, verbindet. Dadurch sind die Widerstände R der fingerförmigen Abschnitte 202, die ausgewählt wurden, in Reihe geschaltet, wie es durch das Ersatzschaltbild in Fig. 2b dargestellt ist.To adjust the resistance value of the elements present on the substrate 102 across the coarse sections 114, for example, a division cut 210 is extended so that it extends from the end of the division section 206 facing the section 204 across the width of the section 204. Then, another division cut 208 is inserted, which connects the ends of the division sections 206 closest to the section 204. As a result, the resistances R of the finger-shaped sections 202 that have been selected are connected in series, as shown by the equivalent circuit in Fig. 2b.
In Fig. 3 wird die Einstellung eines Feineinstellabschnitts 116 beschrieben. Der ursprüngliche Abschnitt 300 (Ficf. 3a) umfaßt einen fingerförmigen Abschnitt 302 und einen Basisabschnitt 304. Der fingerförmige Abschnitt 302 weist einen Widerstand R auf, der durch den Basisabschnitt 304 überbrückt ist, wie es im Ersatzschaltbild gezeigt ist.In Fig. 3, the adjustment of a fine adjustment section 116 is described. The original section 300 (Fig. 3a) includes a finger-shaped section 302 and a base section 304. The finger-shaped section 302 has a resistance R which is bridged by the base section 304, as shown in the equivalent circuit diagram.
Um den Widerstand des fingerförmigen Abstands 302 einzustellen wird, wie in Fig. 3b gezeigt ist, ein Trennungsschnitt 306 eingefügt, der sich von dem Basisabschnitt 304 in Richtung des dem Basisabschnitt 304 abgewandten Endes des fingerförmigen Abschnitts 302 erstreckt, wodurch der elektrische Weg um den Teilungsschnitt 306 durch den fingerförmigen Abschnitt 302 festgelegt wird. Durch das Einfügen dieses Trennungsabschnittes 3 06 wird der elektrische Weg durch den fingerförmigen Abschnitt 302 festgelegt und damit die GrößeIn order to adjust the resistance of the finger-shaped spacer 302, as shown in Fig. 3b, a separation cut 306 is inserted, which extends from the base section 304 in the direction of the end of the finger-shaped section 302 facing away from the base section 304, whereby the electrical path around the separation cut 306 is defined by the finger-shaped section 302. By inserting this separation section 306, the electrical path through the finger-shaped section 302 is defined and thus the size
des Widerstandes R' bestimmt. Mit zunehmender Läncfe des Weges erhöht sich folglich der Widerstand R', wie es im Ersatzschaltbild dargestellt ist.of the resistance R'. As the length of the path increases, the resistance R' increases, as shown in the equivalent circuit.
Nach der Durchführung dieser Grob- bzw. Feineinstellung der Widerstände ergibt sich die in Fig. 1 gezeigte im wesentlichen mäanderförmige Struktur im Abschnitt 112 der auf dem Substrat 102 angeordneten Elemente.After carrying out this coarse or fine adjustment of the resistors, the essentially meander-shaped structure shown in Fig. 1 results in section 112 of the elements arranged on the substrate 102.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt.The present invention is not limited to the embodiment described above.
Abhängig von der Größe des Substrats 102 ist die Anzahl der auf dem Substrat 102 angeordneten Elemente nicht auf die in dem obigen Ausführungsbeispiel beschriebenen drei Elemente begrenzt. Entsprechend der Verwendung des Strömungssensors können auch mehr Widerstände vorgesehen sein.Depending on the size of the substrate 102, the number of elements arranged on the substrate 102 is not limited to the three elements described in the above embodiment. According to the use of the flow sensor, more resistors may also be provided.
Der zweite Temperatursensor 108 ist nicht zwangsläufig auf dem Substrat 102 angeordnet. Das Heizelement 104 und der erste Temperatursensor 106 könnten beispielsweise auf einem ersten Substrat angeordnet sein, während der zweite Temperatursensor 108 auf einem zweiten Substrat angeordnet ist. Diese zwei Substrate könnten voneinander beabstandet auf einem geeigneten Träger aufgebracht sein.The second temperature sensor 108 is not necessarily arranged on the substrate 102. The heating element 104 and the first temperature sensor 106 could, for example, be arranged on a first substrate, while the second temperature sensor 108 is arranged on a second substrate. These two substrates could be spaced apart from one another on a suitable carrier.
Neben der mäanderförmigen Struktur der verwendeten Elemente sind beliebige andere Strukturen, die ein Ineinandergreifen des Heizelements 104 und des ersten Temperatursensors 106 ermöglichen, realisierbar.In addition to the meandering structure of the elements used, any other structures that allow the heating element 104 and the first temperature sensor 106 to mesh can be implemented.
Die Widerstandsbahnen werden, um Kurzschlüsse durch Feuchte zu vermeiden und um einen Schutz gegen mechanische Belastungen z.B. durch Kratzer zu bieten, hermetisch mit einer dünnen Glasschicht versiegelt.The resistance tracks are hermetically sealed with a thin layer of glass to prevent short circuits caused by moisture and to provide protection against mechanical stress, e.g. scratches.
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