EP1370835A2 - Sensorchip mit zusatzheizer bzw. verfahren zur vermeidung von verschmutzungen auf einem sensorchip bzw. verwendung eines zusatzheizers auf einem sensorchip - Google Patents

Sensorchip mit zusatzheizer bzw. verfahren zur vermeidung von verschmutzungen auf einem sensorchip bzw. verwendung eines zusatzheizers auf einem sensorchip

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Publication number
EP1370835A2
EP1370835A2 EP02727222A EP02727222A EP1370835A2 EP 1370835 A2 EP1370835 A2 EP 1370835A2 EP 02727222 A EP02727222 A EP 02727222A EP 02727222 A EP02727222 A EP 02727222A EP 1370835 A2 EP1370835 A2 EP 1370835A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
sensor chip
additional heater
area
flowing medium
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Withdrawn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
EP02727222A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Hecht
Uwe Konzelmann
Torsten Schulz
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.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1370835A2 publication Critical patent/EP1370835A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
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    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
    • G01F1/692—Thin-film arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
    • G01F1/699—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters by control of a separate heating or cooling element

Definitions

  • the invention is based on a sensor chip or on the use of an additional heater on a sensor chip or on a method for avoiding contamination on a sensor chip according to the preamble of claim 1 or 2 or 3.
  • DE 196 01 791 AI discloses a sensor chip with a sensor area which, for example, consists of a frame element, a recess and a membrane. It can always 1 undesirable due to contamination, such as oil, to which the sensor chip is exposed
  • Measurement signal influence of the sensor chip come in the area of the sensor area. Contamination of the sensor area or in the immediate area around the sensor area with oil changes the thermal conductivity on the surface of the sensor chip and thus affects the measurement signal.
  • the oil deposited on the sensor chip serves as an adhesion promoter for particles contained in a flowing medium. These trapped particles further increase the unfavorable influence.
  • US Pat. No. 5,705,745 shows a sensor chip with a membrane on which temperature and heating resistors are arranged, the membrane being surrounded by a heat-conducting element, which can also have a U-shape. The heat conducting element is not heated. The heat-conducting element is also at least partially arranged in the area of the membrane.
  • US Pat. No. 4,888,988 shows a sensor chip with a membrane, a metallic conductor being arranged around the membrane, which is not arranged in the region of the membrane.
  • This conductor is the common zero conductor of the measuring arrangement on the sensor chip.
  • the cross-section of this neutral conductor was even selectively increased to prevent an increase in temperature. An increased temperature of the zero conductor would also have a very negative effect on the measurement using this method.
  • DE 198 01 484 AI shows a sensor chip with a membrane, electrical conductors being arranged around the membrane, through which an electric current flows. These conductor tracks are temperature sensors that are used for the measuring process or the measuring process.
  • DE 2900210 AI or US Pat. No. 4,294,114 shows a sensor chip which has a temperature-dependent resistor on a carrier, with a further resistor being applied to the carrier which is directly adjacent to the temperature-dependent resistor.
  • Sensor chip that has a reference temperature sensor at a distance from a sensor area.
  • the sensor chip according to the invention or the use according to the invention of an additional heater on a sensor chip or the method according to the invention for avoiding contamination on a sensor chip with the characterizing features of claims 1 or 2 or 3 has the advantage that a Contamination of the sensor area of the sensor chip is reduced or prevented.
  • An additional heater is advantageous which is at a distance of up to 1 mm from the membrane, so that the precipitates which are deliberately formed there are far enough away from the sensor area and cannot influence a measurement behavior of the sensor area.
  • the additional heater advantageously has a U-shape, which advantageously encloses the sensor area.
  • FIG. 1 shows a sensor chip according to the prior art
  • FIG. 2a shows a first
  • FIG. 2b shows a second
  • FIG. 2c shows a third embodiment of a sensor chip according to the invention
  • FIG. 3a, 3b a sensor chip designed according to the invention and a control circuit
  • FIG. 4 a temperature profile of an additional heater and a sensor area of a sensor chip designed according to the invention.
  • Figure 1 shows a sensor chip according to the prior art, which is improved according to the invention in accordance with the explanations of Figures 2a to 2c.
  • the manufacturing process and the use of such a sensor chip is described in more detail in DE 196 01 791 AI and is expressly intended to be part of this disclosure.
  • the sensor chip has a frame element 3, which consists, for example, of silicon.
  • the frame element 3 has a recess 5.
  • the layer 21 for example made of Si0 2 , applied.
  • the layer 21 can extend over the entire frame element 3, but also only over a region of the recess 5. This region forms a membrane region 7 which partially or completely delimits the recess 5 on one side.
  • the metal tracks 19 form, for example, electric heaters and / or measuring resistors and form a sensor area 17 with the membrane area 7 Sensor area 17 is preferably covered with a protective layer 23.
  • the protective layer 23 can also extend only over the metal tracks 19.
  • the membrane region 7 is then partially covered by the dielectric layer 21, which generates a measurement signal
  • the sensor chip has a surface 27 which is in direct contact with a flowing medium.
  • FIG. 2a shows a top view of a first exemplary embodiment of a sensor chip 1 designed according to the invention.
  • the sensor chip 1 has a sensor region 17 with a length 1 transverse to a main flow direction 42.
  • metal tracks 19 which, for example, have at least one electrical heating resistor 35 and form at least one temperature sensor 37.
  • the temperature sensor 37 is also an electrical resistor, for example. In this case there are a heating resistor 35 and two temperature sensors 37.
  • the metal tracks 19 are for the most part arranged in the sensor area 17 and are a prerequisite for a measuring method for determining the at least one parameter, such as temperature and flow rate, of the flowing medium.
  • the sensor area 17 is therefore connected to a control and regulating circuit.
  • the sensor region 17 can be formed, for example, by the membrane 33 described above.
  • the sensor chip 1 is arranged in a flowing medium for determining at least one parameter, the flowing medium flowing past or above the sensor chip 1 or the surface 27 in the main flow direction 42.
  • the flowing medium can contain contaminants that can lead to contamination of the sensor chip 1. These are, for example, oil or salts dissolved in water.
  • an additional heater 39 is arranged at least partially upstream of the sensor area 17, which is connected to a power source (not shown) and is heated via its ohmic resistance.
  • the additional heater 39 is at a clear distance, for example up to 1 mm, from the sensor area 17.
  • No control circuit is necessary to regulate the temperature of the auxiliary heater 39.
  • a current strength designed during the construction, ie through the cross section, is sufficient.
  • the additional heater 39 is not used for a measuring method for determining a parameter of the flowing medium, ie it is not part of this measuring section.
  • the additional heater 39 here has, for example, the shape of a straight line which extends transversely to, for example, perpendicular to the main flow direction 42, for example over a length 1 of the sensor region 17.
  • the auxiliary heater 39 can also have a serpentine shape.
  • the additional heater 39 contaminates the sensor chip 11 in the area of the additional heater 39, but at a considerable distance from the sensor area 17, so that a measurement behavior of the sensor area 17 is not influenced. The contamination is thus shifted from the sensor area 17 into the area around the additional heater 39.
  • the temperature of the auxiliary heater 39 is designed such that there is a sharp temperature transition in the region of the auxiliary heater 39, so that thermal gradient vortices are generated which virtually filter the liquid or the oil out of the flowing medium, ie the heavier components of the flowing medium are struck on the surface 27 in the area of the auxiliary heater 39, but not in the sensor area 17.
  • Figure 2b shows another in plan view
  • the additional heater 39 has a U-shape.
  • the U-shape of the additional heater 39 is in turn arranged at a clear distance from the sensor region 17 upstream on the sensor chip 1, the two legs of the U-shape extending transversely to the main flow direction 42.
  • FIG. 2c shows a top view of a further exemplary embodiment of a sensor chip 1 according to the invention.
  • the additional heater 39 also has a U-shape which at least partially surrounds the sensor region 17.
  • the auxiliary heater 39 runs, for example, on a downstream and upstream side clearly away from the sensor region 17 and on an end face of the membrane 33.
  • the additional heater 39 is designed, for example, such that it has a length that is longer than the sensor region 17, at least upstream or downstream of the sensor region 17. As a result, the sensor region 17 is protected against contamination over its entire length 1.
  • the resistors 35, 37 and / or the additional heater 39 are preferably designed as conductor tracks.
  • the sensor chip 1 is, for example, plate-shaped and has the surface 27 on which the flowing medium flows.
  • the sensor region 17 and the additional heater 39 are arranged together on the surface 27.
  • FIG. 3a shows a sensor chip 1 designed according to the invention with a sensor region 17 and a first control circuit 54, which is connected via electrical lines 51, for example Bond wires with the sensor region 17 is electrically interconnected.
  • the first control circuit 54 has or is electrically connected to a first energy source 45, for example a current or voltage source, by means of which the at least one heating resistor 35 or at least one temperature sensor 37 in the sensor region 17 is electrically heated.
  • the additional heater 39 is connected via electrical lines 51 to a separate, second energy source 48, for example. Between the first control circuit 54 and the second
  • the first control circuit 54 thus delivers a measurement signal, for example for engine control, which is independent of the operation of the auxiliary heater 39, i.e. the operation of the auxiliary heater 39 does not influence the measurement signal.
  • the first energy source 45 can also heat the auxiliary heater 39, for example via a voltage divider, but the control signal from the first energy source 45 to the auxiliary heater 39 is still independent of the measurement method or signals at the sensor region 17.
  • the sensor chip 1 supplies a measurement signal, for example for regulating an internal combustion engine.
  • the auxiliary heater 39 is, for example, only heated when the internal combustion engine is not in operation. Because only after switching off the
  • the first control circuit 54 can, for example, the signal for the heating operation of the
  • the second control circuit 57 is, for example, the motor control (FIG. 3b).
  • FIG. 4 shows a temperature profile of the additional heater 39 and the sensor region 17.
  • FIG. 4 shows an X / Y diagram, with a length in on the X axis
  • Main flow direction 42 and a temperature is plotted on the surface of the sensor chip 1 on the Y axis.
  • the additional heater 39 is located, for example, upstream of the sensor region 17. There is a non-zero distance between the additional heater 39 and the sensor region 17.
  • the resistors in the sensor region 17 generate, for example, a trapezoidal temperature profile with a maximum temperature T jj .
  • the additional heater 39 has a maximum temperature ⁇ ⁇ , with a parabolic temperature profile, for example, which is greater than or equal to the temperature T ⁇ .
  • the arrows 62 show the flow of the medium in the vicinity of the surface 27.
  • the additional heater 39 produces a more or less sharp abrupt increase in temperature on the surface 27, ie a large and non-zero thermal gradient. Incoming particles in the vicinity of the surface 27 are sucked in front of or at the initial area of the auxiliary heater 39 by a vacuum to the surface 27 in order to then rise upwards in the area of the auxiliary heater, ie to move away from the surface 27.
  • This flow course generates 39 thermal gradient vortices 65 in the region of the additional heater. Dirt or oil particles therefore adhere in the area of the additional heater 39 to the surface 27 of the sensor chip 1, as a result of which flowing medium is cleaned in the area near the surface and the sensor area 17 can no longer be contaminated or can hardly be contaminated.

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Abstract

Bei einem Sensorchip nach dem Stand der Technik können sich Verunreinigungen eines strömenden Mediums im Bereich eines Sensorbereichs niederschlagen und diese dauerhaft verschmutzen, was zu einer negativen Beeinflussung des Messverhaltens der Membran führt. Bei einem erfindungsgemässen Sensorchip (1) ist ein Zusatzheizer (39) angeordnet, der strömungsaufwärts und in einem deutlichen Abstand von dem Sensorbereich angeordnet ist. Dies führt dazu, dass die Verunreinigungen des strömenden Mediums sich im Bereich des Zusatzheizers (39) niederschlagen, d.h. also nicht mehr zum Sensorbereich (17) gelangen können.

Description

Sensorchip mit Zusatzheizer bzw. Verfahren zur Vermeidung von Verschmutzungen auf einem Sensorchip bzw. Verwendung eines Zusatzheizers auf einem Sensorchip
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Sensorchip bzw. von einer Verwendung eines Zusatzheizers auf einem Sensorchip bzw. von einem Verfahren zur Vermeidung von Verschmutzungen auf einem Sensorchip nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. 2 bzw. 3.
Aus der DE 196 01 791 AI ist ein Sensorchip mit einem Sensorbereich bekannt, der bspw. aus einem Rahmenelement, einer Ausnehmung und einer Membran besteht . Es kann immer1 wieder aufgrund von Kontaminationen, wie z.B. Öl, denen der Sensorchip ausgesetzt ist, zu einer unerwünschten
Messsignalbeeinflussung des Sensorchips im Bereich des Sensorbereichs kommen. Eine Verschmutzung des Sensorbereichs oder im unmittelbaren Bereich um den Sensorbereich mit Öl verändert den Wärmeleitwert an der Oberfläche des Sensorchips und wirkt sich so auf das Messsignal aus. Hinzu kommt, dass das auf dem Sensorchip niedergeschlagene Öl a_ls Haftvermittler für in einem strömenden Medium enthaltene Partikel dient. Diese eingefangenen Partikel verstärken wiederum den ungünstigen Einfluss zusätzlich. Die US-PS 5,705,745 zeigt einen Sensorchip mit einer Membran, auf der Temperatur- und Heizwiderstände angeordnet sind, wobei die Membran von einem Wärmeleitelement umgeben ist, das auch eine U-Form haben kann. Das Wärmeleitelement wird nicht beheizt. Das Wärmeleitelement ist auch zumindest teilweise im Bereich der Membran angeordnet.
Die US-PS 4,888,988 zeigt einen Sensorchip mit einer Membran, wobei um die Membran herum ein metallischer Leiter angeordnet ist, der nicht im Bereich der Membran angeordnet ist. Dieser Leiter ist der gemeinsame Null-Leiter der Messanordnung auf dem Sensorchip. Der Querschnitt dieses Null-Leiters wurde sogar selektiv erhöht, um eine Temperaturerhöhung zu verhindern. Eine erhöhte Temperatur des Null -Leiters würde zudem die Messung nach diesem Verfahren stark negativ beeinflussen.
Die DE 198 01 484 AI zeigt einen Sensorchip mit einer Membran, wobei um die Membran elektrische Leiter angeordnet sind, durch die ein elektrischer Strom fliess . Diese Leiterbahnen sind Temperaturfühler, die für das Messverfahren bzw. den Messvorgang benutzt werden.
Die DE 2900210 AI bzw. US-PS 4,294,114 zeigt einen Sensorchip, der einen temperaturabhängigen Widerstand auf einem Träger aufweist, wobei auf dem Träger ein weiterer Widerstand aufgebracht ist, der direkt an den temperaturabhängigen Widerstand angrenzt .
Die DE 4219454 AI bzw. US-PS 5,404,753 zeigt einen
Sensorchip, der in einem Abstand von einem Sensorbereich einen Referenztemperaturfühler aufweist.
Die DE 3135793 AI bzw. US-PS 4,468,963 zeigt einen Sensorchip, der stromungsaufwarts und/oder strömungsabwä ts des Sensorwiderstands einen weiteren Widerstand aufweist, der aber das Messsignal beeinflusst.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemässe Sensorchip bzw. die erfindungsgemässe Verwendung eines Zusatzheizers auf einem Sensorchip bzw. das erfindungsgemässe Verfahren zur Vermeidung von Verschmutzungen auf einem Sensorchip mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 2 bzw. 3 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise eine Verschmutzung des Sensorbereichs des Sensorchips reduziert oder verhindert wird.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 bzw. 2 bzw. 3 genannten Sensorchips bzw. der genannten Verwendung bzw. des genannten Verfahrens möglich.
Vorteilhaft ist ein Zusatzheizer, der von der Membran einen Abstand bis zu 1 mm hat, so dass die dort bewusst gebildeten Niederschläge weit genug von dem Sensorbereich entfernt sind und ein Messverhalten des Sensorbereichs nicht beeinflussen können.
Der Zusatzheizer hat vorteilhafterweise eine U-Form, die in vorteilhafter Weise den Sensorbereich umschliesst.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen Sensorchip nach dem Stand der Technik, Figur 2a ein erstes, Figur 2b ein zweites und Figur 2c ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemassen Sensorchips,
Figur 3a, 3b einen erfindungsgemäss ausgebildeten Sensorchip und eine Steuerschaltung, und Figur 4 ein Temperaturprofil von einem Zusatzheizer und einem Sensorbereich eines erfindungsgemäss ausgebildeten Sensorchips .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Sensorchip nach dem Stand der Technik, der erfindungsgemäss entsprechend den Ausführungen zu den Figuren 2a bis 2c verbessert wird. Das Herstellungsverfahren und die Anwendung eines solchen Sensorchips ist in der DE 196 01 791 AI näher beschrieben und soll ausdrücklich Teil dieser Offenbarung sein.
Der Sensorchip hat ein Rahmenelement 3, das bspw. aus Silizium besteht. Das Rahmenelement 3 hat eine Ausnehmung 5. Auf dem Rahmenelement ist bspw. eine dielektrische Schicht
21, bspw. aus Si02, aufgebracht. Die Schicht 21 kann sich über das ganze Rahmenelement 3 erstrecken, aber auch nur über einen Bereich der Ausnehmung 5. Dieser Bereich bildet einen Membranbereich 7, die die Ausnehmung 5 auf einer Seite teilweise oder ganz begrenzt.
Auf der der Ausnehmung 5 abgewandten Seite des Membranbereichs 7 sind zumindest ein, bspw. drei Metallbahnen 19 aufgebracht. Die Metallbahnen 19 bilden bspw. elektrische Heizer und/oder Messwiderstände und bilden mit dem Membranbereich 7 einen Sensorbereich 17. Der Sensorbereich 17 ist vorzugsweise mit einer Schutzschicht 23 überzogen. Die Schutzschicht 23 kann sich auch nur über die Metallbahnen 19 erstrecken.
Der Membranbereich 7 wird dann zum Teil von der ein Messsignal erzeugenden dielektrischen Schicht 21, einer
Membran 33, und zum Teil von der Schutzschicht 21 gebildet. Der Sensorchip hat eine Oberfläche 27, die im direkten Kontakt mit einem strömenden Medium steht.
Figur 2a zeigt in einer Draufsicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäss ausgebildeten Sensorchips 1. Der Sensorchip 1 hat einen Sensorbereich 17 mit einer Länge 1 quer zur einer Hauptströmungsrichtung 42. Auf dem Sensorbereich 17 sind bspw. Metallbahnen 19, die bspw. zumindest einen elektrischen Heizwiderstand 35 und zumindest einen Temperaturfühler 37 bilden, angeordnet. Der Temperaturfühler 37 ist bspw. auch ein elektrischer Widerstand. In diesem Fall sind es ein Heizwiderstand 35 und zwei Temperaturfühler 37. Die Metallbahnen 19 sind zum grössten Teil in dem Sensorbereich 17 angeordnet und sind Voraussetzung für ein Messverfahren zur Bestimmung des zumindest einen Parameters, wie z.B. Temperatur und Durchflussmenge, des strömenden Mediums. Der Sensorbereich 17 ist daher an eine Kontroll- und Regelschaltung angeschlossen. Der Sensorbereich 17 kann bspw. durch die oben beschriebene Membran 33 gebildet sein. Der Sensorchip 1 ist in einem strömenden Medium zur Bestimmung zumindest eines Parameters angeordnet, wobei das strömende Medium in der Hauptströmungsrichtung 42 an dem bzw. über dem Sensorchip 1 bzw. der Oberfläche 27 vorbeiströmt. Das strömende Medium kann Verunreinigungen beinhalten, die zur Verschmutzung des Sensorchips 1 führen können. Dies sind z.B. Öl oder in Wasser gelöste Salze. Um zu verhindern, dass sich diese Verunreinigungen im Bereich des Sensorbereichs 17 niederschlagen, ist bspw. stromungsaufwarts des Sensorbereichs 17 zumindest teilweise ein Zusatzheizer 39 angeordnet, der an einer nicht dargestellten Stromquelle angeschlossen und über seinen ohm'schen Widerstand aufgeheizt ist. Der Zusatzheizer 39 ist im deutlichen Abstand, bspw. bis zu 1 mm, von dem Sensorbereich 17 entfernt. Zur Regelung der Temperatur des Zusatzheizers 39 ist keine Kontrollschaltung notwendig. Eine bei der Konstruktion, d.h. durch den Querschnitt, ausgelegte Stromstärke ist ausreichend. Der Zusatzheizer 39 wird nicht für ein Messverfahren zur Bestimmung eines Parameters des strömenden Mediums benutzt, d.h. er ist kein Bestandteil dieser Messstrecke.
Der Zusatzheizer 39 hat hier beispielsweise die Form einer geraden Linie, die sich quer zur bspw. senkrecht zur HauptStrömungsrichtung 42 bspw. über eine Länge 1 des Sensorbereichs 17 hinaus erstreckt. Der Zusatzheizer 39 kann auch eine schlangenlinienförmige Form aufweisen. Durch den Zusatzheizer 39 kommt es zu einer Verschmutzung des Sensorchips 1 ■ im Bereich des Zusatzheizers 39, aber im deutlichen Abstand von dem Sensorbereich 17, so dass ein Messverhalten des Sensorbereichs 17 nicht beeinflusst ist . Die Verschmutzung wird so von dem Sensorbereich 17 in den Bereich um den Zusatzheizer 39 verlagert.
Die Temperatur des Zusatzheizers 39 ist so ausgelegt, dass es zu einem scharfen Temperaturübergang im Bereich des Zusatzheizers 39 kommt, so dass Thermogradientenwirbel erzeugt werden, die die Flüssigkeit oder das Öl aus dem strömenden Medium quasi herausfiltern, d.h. die schwereren Bestandteile des strömenden Mediums schlagen sich auf der Oberfläche 27 im Bereich des Zusatzheizers 39, aber nicht im Sensorbereich 17 nieder. Figur 2b zeigt in Draufsicht ein weiteres
Ausführungsbeispiel des erfindungsgemassen Sensorchips 1. Im Gegensatz zur Figur 2a hat der Zusatzheizer 39 eine U-Form. Die U-Form des Zusatzheizers 39 ist wiederum im deutlichen Abstand von dem Sensorbereich 17 stromungsaufwarts auf dem Sensorchip 1 angeordnet, wobei die beiden Schenkel der U- Form quer zur Hauptströmungsrichtung 42 verlaufen.
Figur 2c zeigt in Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemassen Sensorchips 1. Der Zusatzheizer 39 hat auch eine U-Form, die den Sensorbereich 17 zumindest teilweise umschliesst. Der Zusatzheizer 39 verläuft bspw. auf einer strömungsabwärtigen und strömungsaufwärtigen Seite deutlich abseits des Sensorbereichs 17 und an einer Stirnseite der Membran 33.
Der Zusatzheizer 39 ist bspw. so ausgebildet, dass er zumindest stromungsaufwarts oder strömungsabwärts des Sensorbereichs 17 eine Länge aufweist, die länger als der Sensorbereich 17 ist. Dadurch wird der Sensorbereich 17 über seine gesamte Länge 1 vor Verschmutzungen geschützt.
Die Widerstände 35, 37 und/oder der Zusatzheizer 39 sind vorzugsweise als Leiterbahnen ausgebildet.
Der Sensorchip 1 ist beispielsweise plättchenförmig ausgebildet und hat die Oberfläche 27, an der das strömende Medium vorbeiströmt. Der Sensorbereich 17 und der Zusatzheizer 39 sind dabei zusammen auf der Oberfläche 27 angeordnet.
Figur 3a zeigt einen erfindungsgemäss ausgebildeten Sensorchip 1 mit einem Sensorbereich 17 und einer ersten Steuerschaltung 54, die über elektrische Leitungen 51, z.B. Bonddrähte mit dem Sensorbereich 17 elektrisch verbunder ist. Die erste Steuerschaltung 54 weist eine erste Energiequelle 45, beispielsweise eine Strom- oder Spannungsquelle, auf oder ist mit einer solchen elektrisch verbunden, mittels der der zumindest eine Heizwiderstand 35 oder zumindest eine Temperaturfühler 37 im Sensorbereich 17 elektrisch beheizt werden.
Der Zusatzheizer 39 ist über elektrische Leitungen 51 mit einer bspw. separaten, zweiten Energiequelle 48 verbunden. Zwischen der ersten Steuerschaltung 54 und der zweiten
Energiequelle 48 besteht keine elektrische Verbindung. Die erste Steuerschaltung 54 liefert also ein Messsignal, beispielsweise für eine Motorregelung, das unabhängig ist von dem Betrieb des Zusatzheizers 39, d.h. der Betrieb des Zusatzheizers 39 beeinflusst das Messsignal nicht.
Die erste Energiequelle 45 kann auch den Zusatzheizer 39 beheizen, beispielsweise über einen Spannungsteiler, wobei aber das Steuersignal der ersten Energiequelle 45 an den Zusatzheizer 39 weiterhin unabhängig von dem Messverfahren oder Signalen an dem Sensorbereich 17 ist.
Der Sensorchip 1 liefert ein Messsignal, beispielsweise für eine Regelung einer Brennkraftmaschine. Der Zusatzheizer 39 wird bspw. nur beheizt, wenn die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist. Denn erst nach Abschalten der
Brennkraftmaschine kommt es am häufigsten zu Verschmutzungen des Sensorchips 1 durch Rückströmungen, beispielsweise aus einer Kurbelgehäuseentlüftung, die Verschmutzungen wie z.B. Öl enthalten. Die erste Steuerschaltung 54 kann dabei beispielsweise das Signal für den Heizbetrieb des
Zusatzheizers 39 geben, in dem bspw. ein Schalter 60 geschlossen wird, wodurch die zweite Energiequelle 48 den Zusatzheizer 39 beheizt. Dieses Steuersignal zum Heizen des Zusatzheizers 39, wenn die Brennkraftmaschine nicht im Betrieb ist, kann auch von einer zweiten Steuerschaltung 57 geliefert werden. Die zweite Steuerschaltung 57 ist bspw. die Motorregelung (Fig. 3b) .
Figur 4 zeigt ein Temperaturprσfil von dem Zusatzheizer 39 und dem Sensorbereich 17. Figur 4 stellt ein X/Y-Diagramm dar, wobei auf der X-Achse eine Länge in
Hauptströmungsrichtung 42 und auf der Y-Achse eine Temperatur auf der Oberfläche des Sensorchips 1 aufgetragen ist . Der Zusatzheizer 39 befindet sich bspw. stromungsaufwarts des Sensorbereichs 17. Zwischen dem Zusatzheizer 39 und dem Sensorbereich 17 ist ein von Null verschiedener Abstand vorhanden. Die Widerstände im Sensorbereich 17 erzeugen beispielsweise einen trapezförmigen Temperaturverlauf mit einer Maximaltemperatur Tjj . Der Zusatzheizer 39 hat eine Maximaltemperatur Υ< , mit einem bspw. parabolförmigen Temperaturverlauf, die grösser oder gleich der Temperatur T^ ist.
Die Pfeile 62 zeigen den Strömungsverlauf des Mediums in der Nähe der Oberfläche 27. Der Zusatzheizer 39 erzeugt an der Oberfläche 27 einen mehr oder weniger starken abrupten Anstieg der Temperatur, d.h. einen von null verschiedenen und grossen Thermogradienten. Anströmende Teilchen in der Nähe der Oberfläche 27 werden vor oder am Anfangsbereich des Zusatzheizers 39 quasi durch einen Unterdruck an die Oberfläche 27 angesaugt, um dann im Bereich des Zusatzheizers nach oben zu steigen, d.h. sich von der Oberfläche 27 zu entfernen. Durch diesen Strömungsverlauf werden im Bereich des Zusatzheizers 39 Thermogradientenwirbel 65 erzeugt. Schmutz- oder Ölteilchen haften sich deshalb im Bereich des Zusatzheizers 39 an die Oberfläche 27 des Sensorchips 1 an, wodurch strömendes Medium im oberflächennahen Bereich gesäubert ist und der Sensorbereich 17 nicht mehr oder kaum verschmutzt werden kann.

Claims

Ansprüche
1. Sensorchip zur Messung zumindest eines Parameters eines strömenden Mediums, der einen Sensorbereich für zumindest ein Messverfahren hat,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf dem Sensorchip (1) zumindest ein Zusatzheizer (39) angeordnet ist, der im Abstand zum Sensorbereich (17) angeordnet ist, und der Sensorbereich (17) unabhängig von dem Zusatzheizer (39) betrieben ist .
2. Verwendung zumindest eines Zusatzheizers (39) zur Bildung von Thermogradientenwirbeln (65) in einem strömenden Medium im Bereich des Zusatzheizers (39) , wobei der Zusatzheizer (39) auf einem Sensorchip (1) zur Bestimmung zumindest eines Parameters eines strömenden
Mediums angeordnet ist und im Abstand zu einem Sensorbereich (17) des Sensorchips (1) angeordnet ist.
3. Verfahren zur Vermeidung von Verschmutzungen auf einem Sensorchip (1) , der einen Sensorbereich (17) hat und in einem strömenden Medium angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Zusatzheizer (39) durch seinen ohm sehen
Widerstand elektrisch so erhitzt wird, dass im Bereich des Zusatzheizers (39) Thermogradientenwirbel gebildet werden, die zu Niederschlägen der Verschmutzungen des strömenden Mediums in dem Bereich des Zusatzheizers (39) abseits des Bereichs des Sensorbereichs (17) führen.
4. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensorbereich (17) elektrisch mit einer ersten Steuerschaltung (54) verbunden ist, die ein Messsignal erzeugt, das unabhängig ist von dem Betrieb des Zusatzheizers (39) .
5. Sensorchip nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet,
dass die erste Steuerschaltung (54) eine erste Energiequelle (45) steuert, und dass der Zusatzheizer (39) an eine separate, zweite Energiequelle (48) elekrisch angeschlossen ist.
6. Sensorchip nach Anspruch 1 , 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Zusatzheizer (39) zumindest teilweise einen Abstand bis zu lmm zum Sensorbereich (17) hat.
7. Sensorchip nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Zusatzheizer (39) eine U-Form hat.
8. Sensorchip nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass
die U-Form den Sensorbereich (17) zumindest teilweise umschliesst.
9. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das strömende Medium eine Hauptströmungsrichtung (42) hat , und dass der Zusatzheizer (39) zumindest teilweise in Hauptströmungsrichtung (42) vor dem Sensorbereich (17) angeordnet ist.
10. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Sensorbereich (17) eine Membran (33) aufweist
11. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Sensorbereich (17) zumindest ein Heizwiderstand (35) und zumindest ein Temperaturfühler (37) angeordnet sind, die (35, 37) grösstenteils in dem Sensorbereich (17) angeordnet sind.
12. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das strömende Medium eine Hauptströmungsrichtung (42) hat, und dass der Zusatzheizer (39) zumindest teilweise in Hauptströmungsrichtung (42) hinter dem Sensorbereich (17) angeordnet ist.
13. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass das strömende Medium eine Hauptströmungsrichtung (42) hat , und dass der Sensorbereich (17) quer zur HauptStrömungsrichtung (42) eine Länge (1) hat, und dass der Zusatzheizer (39) quer zur Hauptströmungsrichtung (42) angeordnet und länger als die Länge (1) ist.
14. Sensorchip nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die Widerstände (35) oder der Temperaturfühler (37) als Leiterbahnen ausgebildet sind.
15. Sensorchip nach einem oder mehrerem der Ansprüche 1, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass
der Zusatzheizer (39) als Leiterbahn ausgebildet ist.
16. Sensorchip nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensorchip (1) zumindest eine Oberfläche (27) hat, an der das strömende Medium vorbeiströmt, und dass der Sensorbereich (17) und der Zusatzheizer (39) zusammen auf einer Oberfläche (27) angeordnet sind.
17. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass der Sensorchip (1) ein Messsignal für eine Steuerung einer Brennkraftmaschine liefert, und dass der Zusatzheizer (39) nur beheizt wird, wenn die Brennkraftmaschine nicht betrieben wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
das Signal für den Heizbetrieb des Zusatzheizers (39) von einer ersten Steuerschaltung (54) des Sensorchips (1) geliefert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
das Signal für den Heizbetrieb des Zusatzheizers (39) von einer zweiten Steuerschaltung (57) geliefert wird.
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Steuerschaltung (57) eine Motorregelung ist.
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