EP0861436A1 - Instrument for magnetic measurement of oxygen - Google Patents

Instrument for magnetic measurement of oxygen

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Publication number
EP0861436A1
EP0861436A1 EP97909166A EP97909166A EP0861436A1 EP 0861436 A1 EP0861436 A1 EP 0861436A1 EP 97909166 A EP97909166 A EP 97909166A EP 97909166 A EP97909166 A EP 97909166A EP 0861436 A1 EP0861436 A1 EP 0861436A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
measuring device
oxygen measuring
mirror
magnetic oxygen
base plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP97909166A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Walter Fabinski
Thomas Bauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Patent GmbH
Original Assignee
Hartmann and Braun AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hartmann and Braun AG filed Critical Hartmann and Braun AG
Publication of EP0861436A1 publication Critical patent/EP0861436A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/74—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables of fluids

Definitions

  • the invention relates to a device for determining the oxygen content in a gas mixture or gas matrix according to the preamble of patent claim 1.
  • the oxygen or the oxygen molecules have the property of being paramagnetic. This means that a force is exerted on oxygen molecules in the inhomogeneous magnetic field. This physical effect is known to be used to determine the oxygen content.
  • a directional force is generated proportional to the amount of gas in the inhomogeneous magnetic field, which is proportional to the content or amount of oxygen.
  • the sensory part consists of a dumbbell-shaped, rotatable functional unit that can be deflected in an inhomogeneous magnetic field.
  • the oxygen molecules experience a deflection in the magnetic field, which leads to a rotational deflection of the dumbbell-shaped arrangement. This rotation is compensated for by a current through a compensation coil.
  • the position or deflection of the dumbbell is determined by means of a mirror and the position of the mirror is thus proportional to the determinable content of oxygen.
  • oxygen measuring devices which use the above-mentioned magnetomechanical method, have, as already explained above, a dumbbell-shaped arrangement with corresponding gas volumes.
  • This dumbbell is under the influence of an inhomogeneous magnetic field and is rotatably suspended via a tensioning strap. With the appropriate presence of oxygen, the barbell is rotated more or less in the magnetic field; proportional to the proportion of oxygen, the proportion of oxygen being determinable via the optical detection of the angle of rotation in the manner indicated above.
  • Devices of this type are mostly operated in the compensation mode, which means that a compensation coil is provided, through which a current is passed, which is intended to compensate for the magnetomechanically generated rotation.
  • a light beam is cast on a mirror connected to the barbell and imaged on a light-sensitive sensor. The strength of the
  • the invention is therefore based on the object of developing a magnetic oxygen measuring device of the generic type in such a way that the adjustment is considerably simplified.
  • the essence of the invention consists in principle of structurally summarizing the essential parts of the arrangement and realizing this with the aid of micromechanics.
  • mirrors, electrical distributors and compensation coils are used.
  • the elements to be connected are largely made of silicon, and in a second embodiment, glass is largely used.
  • the glass used has optically active properties and is e.g. from Foturan. This material is used as a glass wafer e.g. B. 1-2mm delivered and in the
  • the dumbbell body is worked out by etching processes. With a cover plate of e.g. The recesses are bonded 0.1mm, so that hermetically sealed dumbbell volumes are created. A hole for the feed wire is made in the middle.
  • a coil conductor is now placed on a cover plate e.g. applied by sputtering or vapor deposition (PVD). The same procedure is used to apply a mirror to a vertical side.
  • the materials are made of corrosion-resistant material, e.g. made of platinum.
  • the supply wires fulfill the function of the power supply and the mechanical holder for the barbell. They are attached using laser welding.
  • Figure 1 First embodiment of the invention in silicon technology.
  • FIG. 2 top view of section AB from FIG. 1.
  • Figure 3 Conventional design in a purely functional, non-representational representation.
  • Figure 4 Second embodiment of the invention in glass technology.
  • FIG. 5 top view of section AB from FIG. 4.
  • Figure 1 shows the embodiment of the invention.
  • the individual components such as gas volumes 1 and 2 or the corresponding dumbbell-shaped arrangement of two gas volumes as well as further functional elements such as mirrors 3, electrical connections, compensation coil 4, etc. are now integrated into a micromechanical unit in the manner according to the invention.
  • the gas volumes are formed from half-shells which are manufactured using silicon technology and are connected to one another via a base plate 10. This creates a micromechanical construction with closed gas volumes.
  • the gas volumes 1 and 2 or the base plate to which the half-shells are connected are formed from a contiguous base plate 10 contoured in the form of glasses, as shown in FIG.
  • the two outer regions of the base plate then form the said ring-shaped or spectacle-shaped regions on which the half-shells are bonded above and below.
  • the compensation coil 4 is integrated on or in this spectacle-shaped base plate 10.
  • a surface-coated glass fiber is attached as a torsion band 8 through the center of the base plate, namely at the tapered point in the middle.
  • the electrical connections of the compensation coil are arranged at the two ends of the glass fiber.
  • the compensation coil 4 can be connected to a current source via integrated cable guides via the glass fiber. This is e.g. B. achieved in that the glass fiber, for example, metallic or electrically conductive z. B. for reasons of chemical resistance with platinum.
  • the torsion band 8 or only its surface coating is interrupted approximately in the middle of its longitudinal extent, so that two connection paths for the polarities plus and minus of the compensation coil 4 are created.
  • FIG. 2 shows the spectacle-shaped base plate 10 already described in FIG. 1, with the aid of which the two opposing half-shells are connected by anodic bonding.
  • the middle tapered web combines the base plate and thus the half-shells later arranged on it to form the rotatable dumbbell described.
  • the base plate 10 is arranged in the center and contains on each side a half shell at the top and a half shell at the bottom, which are bonded to the edge of the base plate formed there.
  • the base plate then contains the integrated compensation coil.
  • the mirror and compensation coil are applied either by deposition processes, by sputtering or by thick-film technology.
  • the torsion band mentioned here consists of a glass fiber which is optionally surface-coated.
  • the surface coating can be made of platinum both for electrical conduction and to bring about chemical resistance.
  • the other components can also be surface-treated for themselves in order to achieve a corresponding chemical resistance for any gas mixture.
  • FIG. 3 once again shows an arrangement from the prior art, all individual elements which are necessary for this measuring technique being shown.
  • Mirror 3 as well as web for fastening the glass body 5, which are designed as a dumbbell, and the folding wire as a compensation coil 4, the tensioning strap 8, the
  • Suspension device 9 are all discrete individual elements that have to be brought together and fastened in an adjusted form.
  • the essential elements are arranged in an integrated manner on the base plate mentioned according to FIG. 2 and therefore only require adjustment when the production template is created. Henceforth at the There is no need for further adjustment steps, since the arrangement according to the invention can be reproduced at will.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the invention, but in glass technology.
  • the dumbbell-shaped gas volume arrangement consists of a base body
  • the base body 10 which in this case consists of glass.
  • the glass chosen is advantageously Foturan.
  • the oversize body shown here is 1 to 2 mm thick in real terms.
  • the base body is made of a glass wafer which is exposed and then etched in accordance with the recesses 1 and 2 which form the gas volumes arranged in a dumbbell shape.
  • This now spectacle-shaped shape of the base body is bonded on both sides with a thin cover plate 6.7, so that two hermetically sealed gas volumes 1 and 2 are formed. These are filled beforehand with the sample gas component to be measured later.
  • a coil conductor is now placed on one of the cover plates, e.g. applied by sputtering or vapor deposition (PVD technology).
  • a mirror 3 is applied to a vertical side using the same method.
  • the material of the coil conductor and mirror is corrosion-resistant and advantageously made of platinum.
  • the torsion band 8 is attached to the dumbbell at the top and bottom and serves both for the mechanical rotating suspension of the dumbbell and for contacting the compensation coil 4.
  • Figure 5 shows a sectional view along the section line AB of Figure -4.
  • Reference list

Abstract

The present invention pertains to an instrument for measuring the oxygen contained in a gas mixture or a gas matrix under the generic term used in claim 1. In order to improve this type of instrument for the magnetic measurement of oxygen so as to considerably simplify adjustment, the invention suggests that the dumbbell-type gas volumes, the mirror and the bucking coil be mounted onto a supporting plate as an integrated structural element based on the micromechanical structural pattern of silicone, and that the dumbbell-type gas volumes, consisting of a supporting plate and, positively fitted thereto, two capping plates of photosensitive glass, be mounted together with the mirror and the bucking coils to form a built-in structural unit.

Description

Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung Magnetic oxygen measuring device
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die Ermittlung des Sauerstoffgehaltes in einer Gasmischung bzw. Gasmatrix gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for determining the oxygen content in a gas mixture or gas matrix according to the preamble of patent claim 1.
Der Sauerstoff bzw. die Sauerstoffmoleküle besitzen die Eigenschaft paramagnetisch zu sein. Dies bedeutet, daß auf Sauerstoffmoleküle im inhomogenen Magnetfeld eine Kraft ausgeübt wird. Dieser physikalische Effekt wird bekanntermaßen dazu benutzt, den Sauerstoffgehalt zu bestimmen. Hierbei wird proportional zur Gasmenge im inhomogenen Magnetfeld eine gerichtete Kraft erzeugt, der proportional zum Gehalt bzw. Menge an Sauerstoff ist. Im allgemeinen besteht der sensorische Teil aus einer hanteiförmig ausgebildeten, in einem inhomogenen Magnetfeld auslenkbaren drehbaren Funktionseinheit. Die Sauerstoffmoleküle erfahren im Magnetfeld, wie oben bereits ausgeführt eine Ablenkung, die zu einer Drehauslenkung der hanteiförmigen Anordnung führt. Durch einen Strom durch eine Kompensationsspule wird diese Drehung kompensiert. Über einen Spiegel wird die Stellung oder Auslenkung der Hantel ermittelt und die Spiegelstellung ist somit proportional zum ermittelbaren Gehalt an Sauerstoff. Solche Sauerstoffmeßeinrichtungen, die sich der o. g. magnetomechanischen Methode bedienen, weisen, wie oben bereits ausgeführt, eine hanteiförmige Anordnung mit entsprechenden Gasvolumina auf. Diese genannte Hantel befindet sich im Einfluß eines inhomogenen magnetischen Feldes und ist über ein Spannband drehbar aufgehängt. Bei entsprechender Anwesenheit von Sauerstoff wird die Hantel im Magnetfeld mehr oder weniger gedreht; proportional zum Anteil an Sauerstoff, wobei über die optische Erfassung des Drehwinkels in der oben angegebenen Weise der Anteil an Sauerstoff ermittelbar ist. Einrichtungen dieser Art werden zumeist im Kompensationsbetrieb betrieben, was bedeutet, daß eine Kompensationsspule vorgesehen ist, durch die ein Strom geleitet wird, der die o.g. magnetomechanisch erzeugte Drehung kompensieren soll. Dazu wird ein Lichtstrahl auf einen mit der Hantel verbundenen Spiegel geworfen und auf einen lichtsensitiven Sensor abgebildet. Die Stärke derThe oxygen or the oxygen molecules have the property of being paramagnetic. This means that a force is exerted on oxygen molecules in the inhomogeneous magnetic field. This physical effect is known to be used to determine the oxygen content. Here, a directional force is generated proportional to the amount of gas in the inhomogeneous magnetic field, which is proportional to the content or amount of oxygen. In general, the sensory part consists of a dumbbell-shaped, rotatable functional unit that can be deflected in an inhomogeneous magnetic field. As already stated above, the oxygen molecules experience a deflection in the magnetic field, which leads to a rotational deflection of the dumbbell-shaped arrangement. This rotation is compensated for by a current through a compensation coil. The position or deflection of the dumbbell is determined by means of a mirror and the position of the mirror is thus proportional to the determinable content of oxygen. Such oxygen measuring devices, which use the above-mentioned magnetomechanical method, have, as already explained above, a dumbbell-shaped arrangement with corresponding gas volumes. This dumbbell is under the influence of an inhomogeneous magnetic field and is rotatably suspended via a tensioning strap. With the appropriate presence of oxygen, the barbell is rotated more or less in the magnetic field; proportional to the proportion of oxygen, the proportion of oxygen being determinable via the optical detection of the angle of rotation in the manner indicated above. Devices of this type are mostly operated in the compensation mode, which means that a compensation coil is provided, through which a current is passed, which is intended to compensate for the magnetomechanically generated rotation. For this purpose, a light beam is cast on a mirror connected to the barbell and imaged on a light-sensitive sensor. The strength of the
Auslenkung ist dem Strom und der Sauerstoffkonzentration proportional. Somit kann über die Größe, d. h. den Betrag des Stromes der notwendig ist, die Drehung wieder zu kompensieren, auf die Sauerstoffkonzentration geschlossen werden.Deflection is proportional to the current and the oxygen concentration. Thus, the size, i.e. H. the amount of current that is necessary to compensate for the rotation again, can be concluded on the oxygen concentration.
In bekannter Bauweise werden die o.g. Bauteile im wesentlichen bestehend ausIn a known design, the above Components essentially consisting of
Hantel, Magnetelementen, drehbarer Funktionseinheit sowie elektrischer Kompensationseinrichtung samt Spiegel und Sensoren, diskret aufgebaut und montiert. Diese Technik ist aufwendig, weil nicht nur die Montage aufwendig ist, sondern auch die Justage der einzelnen diskret aufgebauten ElementeDumbbell, magnetic elements, rotatable functional unit as well as electrical compensation device including mirror and sensors, discretely assembled and assembled. This technique is complex because not only the assembly is complex, but also the adjustment of the individual discrete elements
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung der gattungsgemäßen Art dahingehend weiterzubilden, daß die Justage erheblich vereinfacht wird.The invention is therefore based on the object of developing a magnetic oxygen measuring device of the generic type in such a way that the adjustment is considerably simplified.
Die gestellte Aufgabe ist bei einer magnetischen Sauerstoffmeßeinrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The object is achieved in a magnetic oxygen measuring device of the generic type according to the invention by the characterizing features of claim 1.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Das Wesen der Erfindung besteht im Prinzip darin, die wesentlichen Teile der Anordnung baulich zusammenzufassen und dies mit Hilfe der Mikromechanik zu realisieren. Dabei sind in erfindungsgemäßer Weise Spiegel, elektrische Verteiler, Kompensationsspule. Korrosionsschutz und Hantel in einem mikromechanischenThe essence of the invention consists in principle of structurally summarizing the essential parts of the arrangement and realizing this with the aid of micromechanics. In the manner according to the invention, mirrors, electrical distributors and compensation coils are used. Corrosion protection and dumbbell in one micromechanical
Aufbau zusammengefaßt, der durch einfache Fertigungsschritte hergestellt werden kann. In einer ersten Ausführungsform sind die zu verbindenden Elemente zum größten Teil aus Silizium, und in einem zweiten Ausführungsbeispiel ist weitgehend Glas verwendet.Structure summarized, which can be produced by simple manufacturing steps. In a first embodiment, the elements to be connected are largely made of silicon, and in a second embodiment, glass is largely used.
Das verwendete Glas hat optisch aktive Eigenschaften und besteht z.B. aus Foturan. Dieses Material wird als Glaswafer z. B. 1-2mm geliefert und in denThe glass used has optically active properties and is e.g. from Foturan. This material is used as a glass wafer e.g. B. 1-2mm delivered and in the
Konturen entsprechend den Ausnehmungen der Hantel belichtet. Durch Ätzprozesse wird der Hantelgrundkörper herausgearbeitet. Mit einer Deckplatte von z.B. 0,1mm werden die Ausnehmungen zugebondet, so daß hermetisch abgeschlossene Hantelvolumina entstehen. In der Mitte wird ein Loch für den Zuführungsdraht eingearbeitet.Contours exposed according to the recesses in the barbell. The dumbbell body is worked out by etching processes. With a cover plate of e.g. The recesses are bonded 0.1mm, so that hermetically sealed dumbbell volumes are created. A hole for the feed wire is made in the middle.
Auf eine Deckplatte wird nun ein Spulenleiter z.B. durch Sputtern oder Aufdampfen (PVD) aufgebracht. Mit dem gleichen Verfahren wird auf eine senkrechte Seite ein Spiegel aufgebracht. Die Materialien sind aus korrosionsfestem Material, z.B. aus Platin.A coil conductor is now placed on a cover plate e.g. applied by sputtering or vapor deposition (PVD). The same procedure is used to apply a mirror to a vertical side. The materials are made of corrosion-resistant material, e.g. made of platinum.
Die Zuführungsdrähte erfüllen einmal die Funktion der Stromzuleitung und weiter die mechanische Halterung für die Hantel. Sie werden mittels Laserschweißens befestigt.The supply wires fulfill the function of the power supply and the mechanical holder for the barbell. They are attached using laser welding.
Die Vorteile hiervon sind, daß der Gesamtaufbau einfacher zu justieren ist, da ein erheblicher Teil der bisherigen Bauelemente nun nicht mehr diskret, sondern mechanisch zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind. Dadurch brauch es lediglich bei der Erstellung einer Fertigungsmatrix zu einer Einjustierung und Einprägung geometrischer Abmessungen. Sobald diese einmal als optimal befunden sind, können sie in Großserie reproduziert werden und weisen dabei stets dieselben gleichbleibenden Genauigkeiten auf. Dadurch wird die gesamte Anordnung kostengünstiger insbesondere durch mechanisierbare Fertigungsschritte. Fertigungsfehler werden dadurch reduziert, daß nicht mehr jedes Einzelgerät bzw. die hier zusammengefaßten ursprünglich diskret verteilten Bauelemente aufeinander abgestimmt werden müssen.The advantages of this are that the overall structure is easier to adjust, since a considerable part of the previous components are no longer combined discreetly, but mechanically to form one structural unit. As a result, it is only necessary to create and adjust geometric dimensions when creating a production matrix. As soon as these are found to be optimal, they can be reproduced in large series and always have the same constant accuracy. This makes the entire arrangement more cost-effective, in particular through mechanizable production steps. Manufacturing errors are reduced by the fact that it is no longer necessary to coordinate each individual device or the originally discretely distributed components summarized here.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im nachfolgenden näher erläutert. Es zeigt:The invention is illustrated in the drawing and explained in more detail below. It shows:
Figur 1 : Erste Ausführungsform der Erfindung in Silizium-Technik.Figure 1: First embodiment of the invention in silicon technology.
Figur 2: Draufsicht auf Schnitt AB aus Figur 1.FIG. 2: top view of section AB from FIG. 1.
Figur 3: Konventionelle Bauform in rein funktionaler ungegenständlicher Darstellung.Figure 3: Conventional design in a purely functional, non-representational representation.
Figur 4: Zweite Ausführungsform der Erfindung in Glas-Technik.Figure 4: Second embodiment of the invention in glass technology.
Figur 5: Draufsicht auf Schnitt AB aus Figur 4.FIG. 5: top view of section AB from FIG. 4.
Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform. Diese weist, wie auch die konventionelle Bauart gemäß Figur 3 vorgibt, alle Komponenten auf die auch herkömmlich verwendet werden. Die einzelnen Komponenten wie Gasvolumina 1 und 2 bzw. die entsprechende hanteiförmige Anordnung zweier Gasvolumina sowie weitere Funktionselemente wie Spiegel 3, elektrische Anschlüsse, Kompensationsspule 4 usw. sind jedoch nunmehr in erfindungsgemäßer Weise integriert in eine mikromechanische Baueinheit zusammengefaßt. Die Gasvolumina sind aus Halbschalen gebildet, die in Silizium-Technik gefertigt sind und über eine Grundplatte 10 miteinander verbunden werden. Somit entsteht eine mikromechanische Aufbauweise mit geschlossenen Gasvolumina. Die Gasvolumina 1 und 2 bzw. die Grundplatte, mit welcher die Halbschalen verbunden sind, werden aus einer brillenförmig konturierten zusammenhängenden Grundplatte 10 gebildet, wie sie in Figur 2 dargestellt ist. Die beiden Außenbereiche der Grundplatte bilden dann die besagten ring- oder brillenförmigen Bereiche, auf welchen die Halbschalen oberhalb und unterhalb gebondet werden. Auf oder in dieser brillenförmigen Grundplatte 10 ist die Kompensationsspule 4 integriert. Durch das Zentrum der Grundplatte, nämlich an der verjüngten Stelle in der Mitte ist eine oberflächenbeschichtete Glasfaser als Torsionsband 8 befestigt. An den beiden Enden der Glasfaser sind die elektrischen Anschlüsse der Kompensationsspule angeordnet. Über die Glasfaser wird die Kompensationsspule 4 über integrierte Leitungsführungen an eine Stromquelle anschließbar. Dies wird z. B. dadurch erreicht, daß die Glasfaser beispielsweise metallisch bzw. elektrisch leitend oberflächenbeschichtet ist z. B. aus Gründen der chemischen Resistenz mit Platin. Das Torsionsband 8 bzw. lediglich deren Oberflächenbeschichtung ist etwa in der Mitte ihrer Längserstreckung unterbrochen, so daß zwei Anschlußpfade für die Polaritäten Plus und Minus der Kompensationsspule 4 entstehen.Figure 1 shows the embodiment of the invention. As the conventional design according to FIG. 3 specifies, this has all the components that are also used conventionally. However, the individual components such as gas volumes 1 and 2 or the corresponding dumbbell-shaped arrangement of two gas volumes as well as further functional elements such as mirrors 3, electrical connections, compensation coil 4, etc. are now integrated into a micromechanical unit in the manner according to the invention. The gas volumes are formed from half-shells which are manufactured using silicon technology and are connected to one another via a base plate 10. This creates a micromechanical construction with closed gas volumes. The gas volumes 1 and 2 or the base plate to which the half-shells are connected are formed from a contiguous base plate 10 contoured in the form of glasses, as shown in FIG. The two outer regions of the base plate then form the said ring-shaped or spectacle-shaped regions on which the half-shells are bonded above and below. The compensation coil 4 is integrated on or in this spectacle-shaped base plate 10. A surface-coated glass fiber is attached as a torsion band 8 through the center of the base plate, namely at the tapered point in the middle. The electrical connections of the compensation coil are arranged at the two ends of the glass fiber. The compensation coil 4 can be connected to a current source via integrated cable guides via the glass fiber. This is e.g. B. achieved in that the glass fiber, for example, metallic or electrically conductive z. B. for reasons of chemical resistance with platinum. The torsion band 8 or only its surface coating is interrupted approximately in the middle of its longitudinal extent, so that two connection paths for the polarities plus and minus of the compensation coil 4 are created.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 bereits beschriebene brillenförmige Grundplatte 10, mit deren Hilfe die beiden sich gegenüberliegenden Halbschalen durch anodisches Bonden verbunden werden. Der mittlere verjüngte Steg faßt die Grundplatte und damit die später darauf angeordneten Halbschalen zu der beschriebenen drehbaren Hantel zusammen. Um die Volumina für den Sauerstoff bzw. die entsprechendeFIG. 2 shows the spectacle-shaped base plate 10 already described in FIG. 1, with the aid of which the two opposing half-shells are connected by anodic bonding. The middle tapered web combines the base plate and thus the half-shells later arranged on it to form the rotatable dumbbell described. To the volumes for the oxygen or the corresponding
Meßgaskomponente zu bilden, ist die Grundplatte 10 gemäß Figur 1 mittig angeordnet und enthält jeweils auf jeder Seite eine Halbschale oben und eine Halbschale unten, die auf den dort gebildeten Rand der Grundplatte gebondet sind. Die Grundplatte enthält dann, wie bereits ausgeführt, die integrierte Kompensationsspule. Mittig, d. h. dort, wo die Öffnung ist, um das Torsionsband 8 hindurchzuführen und zu befestigen, ist in diesem Bereich gemäß Figur 1 die Fläche des Steges verspiegelt, so daß sich der Spiegel in integrierter Weise ergibt. Spiegel und Kompensationsspule sind entweder durch Abscheideverfahren, durch Sputtern oder durch Dickschichttechnik aufgetragen. Das genannte Torsionsband besteht hierbei in erfindungsgemäßer Weise aus einer Glasfaser, die ggf. oberflächenbeschichtet ist. Die Oberflächenbeschichtung kann dabei sowohl zur elektrischen Leitung als auch zur Bewerkstelligung einer chemischen Resistenz aus Platin bestehen Die übrigen Bauteile können darüber hinaus auch für sich jeweils oberflächenvergütet sein, um eine entsprechende chemische Resistenz für jedwede Gasmischung zu erreichen.To form the measuring gas component, the base plate 10 according to FIG. 1 is arranged in the center and contains on each side a half shell at the top and a half shell at the bottom, which are bonded to the edge of the base plate formed there. As already stated, the base plate then contains the integrated compensation coil. Middle, d. H. where the opening is for the torsion band 8 to pass through and to be fixed, the area of the web is mirrored in this area according to FIG. The mirror and compensation coil are applied either by deposition processes, by sputtering or by thick-film technology. In the manner according to the invention, the torsion band mentioned here consists of a glass fiber which is optionally surface-coated. The surface coating can be made of platinum both for electrical conduction and to bring about chemical resistance. The other components can also be surface-treated for themselves in order to achieve a corresponding chemical resistance for any gas mixture.
Figur 3 zeigt noch einmal eine Anordnung aus dem Stand der Technik, wobei sämtliche Eiπzeletemente die für diese Meßtechnik notwendig sind, dargestellt sind. Spiegel 3, sowie Steg zur Befestigung der Glaskörper 5, die als Hantel ausgebildet sind, sowie der Umlegedraht als Kompensationspule 4, das Spannband 8, dieFIG. 3 once again shows an arrangement from the prior art, all individual elements which are necessary for this measuring technique being shown. Mirror 3, as well as web for fastening the glass body 5, which are designed as a dumbbell, and the folding wire as a compensation coil 4, the tensioning strap 8, the
Aufhängevorrichtung 9, sind hierbei alles diskrete Einzelelemente, die in justierter Form zueinander gebracht und befestigt werden müssen. Bei der erfindungsgemäßen Bauform gemäß Figur 1 sind die wesentlichen Elemente auf der genannten Grundplatte gemäß Figur 2 integriert angeordnet und bedürfen somit nur bei der Erstellung der Fertigungsvorlage einer Justage. Fortan können bei der Fertigung weitergehende Justageschritte entfallen, da die erfindungsgemäße Anordnung beliebigerweise reproduziert werden kann.Suspension device 9 are all discrete individual elements that have to be brought together and fastened in an adjusted form. In the construction according to the invention according to FIG. 1, the essential elements are arranged in an integrated manner on the base plate mentioned according to FIG. 2 and therefore only require adjustment when the production template is created. Henceforth at the There is no need for further adjustment steps, since the arrangement according to the invention can be reproduced at will.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, jedoch in Glastechnik. Hierbei besteht die hanteiförmige Gasvoluminaanordnung aus einem GrundkörperFigure 4 shows a further embodiment of the invention, but in glass technology. Here, the dumbbell-shaped gas volume arrangement consists of a base body
10 welcher in diesem Falle aus Glas besteht. Das gewählte Glas ist vorteilhafterweise Foturan. Der hier überdimensional dargestellte Grundkörper ist real 1 bis 2 mm dick. Der Grundkörper wird aus einem Glaswafer gefertigt, der entsprechend den Ausnehmungen 1 und 2 welche die hanteiförmig angeordneten Gasvolumina bilden belichtet und anschließend geätzt wird. Diese nun brillenförmige Form des Grundkörpers wird beiseitig mit jeweils einer dünnen Deckplatte 6,7 zugebondet, so daß zwei hermetisch abgeschlossene Gasvolumina 1 und 2 entstehen. Diese werden zuvor mit der später zu messenden Meßgaskomponente gefüllt.10 which in this case consists of glass. The glass chosen is advantageously Foturan. The oversize body shown here is 1 to 2 mm thick in real terms. The base body is made of a glass wafer which is exposed and then etched in accordance with the recesses 1 and 2 which form the gas volumes arranged in a dumbbell shape. This now spectacle-shaped shape of the base body is bonded on both sides with a thin cover plate 6.7, so that two hermetically sealed gas volumes 1 and 2 are formed. These are filled beforehand with the sample gas component to be measured later.
Auf eine der Deckplatten wird nun ein Spulenleiter z.B. durch Sputtern oder Aufdampfen (PVD-Technik) aufgebracht. Mit dem gleichen Verfahren wird auf eine senkrechte Seite ein Spiegel 3 aufgebracht. Das Material aus dem Spulenleiter und Spiegel besteht ist korrosionsfest und vorteihafterweise aus Platin.A coil conductor is now placed on one of the cover plates, e.g. applied by sputtering or vapor deposition (PVD technology). A mirror 3 is applied to a vertical side using the same method. The material of the coil conductor and mirror is corrosion-resistant and advantageously made of platinum.
Das Torsionsband 8 wird an der Hantel oben und unten befestigt und dient sowohl zur mechanischen Drehaufhängung der Hantel als auch zur Kontaktierung der Kompensationsspule 4.The torsion band 8 is attached to the dumbbell at the top and bottom and serves both for the mechanical rotating suspension of the dumbbell and for contacting the compensation coil 4.
Figur 5 zeigt eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittlinie AB aus Figur -4. Die hier gezeigte Draufsicht von oben in den Grundkörper mit seinen hanteiförmig angeordneten Gasvolumina 1 und 2, welche durch die Ausnehmungen 1 1 und 12 gebildet sind, zeigt auch den Verlauf der Kompensationsspule 4. Diese ist auf der unteren Deckplatte 7, d.h. auf deren Innenseite aufgebracht. BezugszeichenlisteFigure 5 shows a sectional view along the section line AB of Figure -4. The top view shown here from above into the base body with its dumbbell-shaped gas volumes 1 and 2, which are formed by the recesses 1 1 and 12, also shows the course of the compensation coil 4. This is applied to the lower cover plate 7, ie on the inside thereof . Reference list
1 Gasvolumen1 gas volume
2 Gasvolumen2 gas volumes
3 Spiegel3 mirrors
4 Kompensationsspule4 compensation coil
5 Glaskörper5 vitreous
6 Deckplatte6 cover plate
7 Deckplatte7 cover plate
8 Torsionsband8 torsion band
9 Aufhängevorrichtung 0 Grundplatte 1 Ausnehmung 2 Ausnehmung 9 suspension device 0 base plate 1 recess 2 recess

Claims

Patentansprüche: Claims:
1. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung bestehend aus einer hanteiförmigen Anordnung mit zwei meßgasgefüllten Glaskörpern, sowie einem Spiegelelement einer Kompensationsspule und einem in Torsion betriebenen Spannband, dadurch gekennzeichnet, daß die hanteiförmigen Gasvolumina (1 ,2), Spiegel (3) und Kompensationsspulen (4) auf einer Grundplatte in silizium-mikromechanischer Bauweise als zusammenhängende Baueinheit integriert sind.1. Magnetic oxygen measuring device consisting of a dumbbell-shaped arrangement with two sample gas-filled glass bodies, as well as a mirror element of a compensation coil and a tensioning band operated in torsion, characterized in that the dumbbell-shaped gas volumes (1, 2), mirror (3) and compensation coils (4) on one Base plate in silicon-micromechanical construction are integrated as a coherent structural unit.
2. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung bestehend aus einer hanteiförmigen Anordnung mit zwei meßgasgefüllten Glaskörpern, sowie einem Spiegelelement einer Kompensationsspule und einem in Torsion betriebenen Spannband, dadurch gekennzeichnet, daß die hanteiförmigen Gasvolumina (1 ,2), aus einer Grundplatte (10) sowie zwei damit verbondeten Deckplatten (6,7) aus fotoaktivem Glas bestehen und zusammen mit Spiegel (3) und Kompensationsspulen (4) als zusammenhängende Baueinheit ausgebildet sind.2. Magnetic oxygen measuring device consisting of a dumbbell-shaped arrangement with two glass bodies filled with measuring gas, as well as a mirror element of a compensation coil and a tensioning band operated in torsion, characterized in that the dumbbell-shaped gas volumes (1, 2), from a base plate (10) and two cover plates bonded thereto (6,7) consist of photoactive glass and together with the mirror (3) and compensation coils (4) are designed as a coherent structural unit.
3. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionsband (8) aus einer Glasfaser besteht.3. Magnetic oxygen measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the torsion band (8) consists of a glass fiber.
4. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionsband (8) aus einem Metalldraht besteht.4. Magnetic oxygen measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the torsion band (8) consists of a metal wire.
5. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Zuführung zu den bzw. zu der Kompensationsspule (4) durch elektrisch leitfähige Beschichtung des Glasfasertorsionsbandes (8) erfolgt. 5. Magnetic oxygen measuring device according to claim 3, characterized in that the electrical supply to or to the compensation coil (4) by electrically conductive coating of the glass fiber torsion tape (8).
6. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundelement eine brillenförmige Grundplatte (10) dient, in bzw. auf welcher die Elemente Spiegel (3) und Kompensationsschleifen (4) integriert sind und die hanteiförmigen Gasvolumina (1 ,2) dadurch gebildet sind, daß silizium- mikromechanisch gefertigte Halbschalenelemente oberhalb und unterhalb der Grundplatte (10) anodisch auf die Grundplatte gebondet und somit gasdicht abgeschlossen sind.6. Magnetic oxygen measuring device according to one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized in that an eyeglass-shaped base plate (10) is used as the basic element, in or on which the elements mirror (3) and compensation loops (4) are integrated and the dumbbell-shaped Gas volumes (1, 2) are formed by silicon-micromechanically manufactured half-shell elements above and below the base plate (10) anodically bonded to the base plate and thus sealed gas-tight.
7. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Grundelement eine brillenförmige Grundplatte (10) dient, in bzw. auf welcher der Spiegel (3) außen aufgebracht ist und die hanteiförmigen Gasvolumina (1 ,2) dadurch gebildet sind, daß die brillenförmige Grundplatte (10) zwei Ausnehmungen (11 ,12) aufweist, welche beidseitig mit Deckplatten (6,7) abschließend verbondet sind.7. Magnetic oxygen measuring device according to one or more of the preceding claims 1 to 5, characterized in that an eyeglass-shaped base plate (10) serves as the base element, in or on which the mirror (3) is applied on the outside and the dumbbell-shaped gas volumes (1, 2 ) are formed in that the eyeglass-shaped base plate (10) has two recesses (11, 12) which are finally bonded to cover plates (6, 7) on both sides.
8. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß Spiegel (3) und Kompensationsspule (4) auf die Grundplatte (10) aufgebracht sind.8. Magnetic oxygen measuring device according to claim 6, characterized in that mirrors (3) and compensation coil (4) are applied to the base plate (10).
9. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet. daß der Spiegel (3) auf die Grundplatte (10) und die Kompensationsspulen (4) auf eine der Deckplatten (6) bzw. (7) aufgebracht sind.9. Magnetic oxygen measuring device according to claim 7, characterized. that the mirror (3) on the base plate (10) and the compensation coils (4) on one of the cover plates (6) and (7) are applied.
10. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9 , dadurch gekennzeichnet, daß Spiegel (3) und Kompensationsspule (4) in PVD-Technik abgeschieden sind. 10. Magnetic oxygen measuring device according to claim 8 or 9, characterized in that the mirror (3) and compensation coil (4) are deposited in PVD technology.
11. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Spiegel (3) und Kompensationsspule (4) durch Sputtern aufgetragen sind.11. Magnetic oxygen measuring device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the mirror (3) and compensation coil (4) are applied by sputtering.
12.Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Spiegel (3) und Kompensationsspule (4) in Dickschichttechnik aufgebracht sind.12.Magnetic oxygen measuring device according to one or more of the preceding claims, characterized in that mirrors (3) and compensation coil (4) are applied in thick-film technology.
13. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Oberflächenbeschichtung des Glasfasertorsionsbandes (8) aus Platin besteht.13. Magnetic oxygen measuring device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the electrically conductive surface coating of the glass fiber torsion tape (8) consists of platinum.
14. Magnetische Sauerstoffmeßeinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile zumindest an den mit dem Meßgas in Verbindung kommenden Oberflächenbereich chemisch inert oberflächenvergütet sind. 14. Magnetic oxygen measuring device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the components are surface-treated chemically inert at least on the surface area coming into contact with the measuring gas.
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