EP1963842A1 - Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung mindestens einer prozessgrösse - Google Patents

Vorrichtung zur bestimmung und/oder überwachung mindestens einer prozessgrösse

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Publication number
EP1963842A1
EP1963842A1 EP06841337A EP06841337A EP1963842A1 EP 1963842 A1 EP1963842 A1 EP 1963842A1 EP 06841337 A EP06841337 A EP 06841337A EP 06841337 A EP06841337 A EP 06841337A EP 1963842 A1 EP1963842 A1 EP 1963842A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor unit
medium
supply channel
channel
circuit board
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.)
Ceased
Application number
EP06841337A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jiri Polak
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.)
Innovative Sensor Technology IST AG
Original Assignee
Innovative Sensor Technology IST 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 Innovative Sensor Technology IST AG filed Critical Innovative Sensor Technology IST AG
Publication of EP1963842A1 publication Critical patent/EP1963842A1/de
Ceased 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
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment

Definitions

  • the invention relates to a device for determining and / or
  • the medium is, for example, a liquid, a gas or a vapor.
  • the process variable is, for example, the humidity, the temperature, the density or the flow of the medium.
  • the object of the invention is thus to propose a measuring device in which the condensation of medium moisture in the interior is significantly reduced, in particular to prevent an effect of condensate on the measurement.
  • the object is achieved by the invention in that at least one supply channel is provided, and that the supply channel configured, positioned and at least matched to the sensor unit such that the medium passes through the supply channel substantially only to the sensor unit.
  • the medium passes through an opening in the meter to the sensor unit.
  • the invention consists in that the medium passes through the supply channel essentially only to the sensor unit and not into the remaining interior of the measuring device. This prevents the medium and thus also its moisture from penetrating into the remaining interior of the measuring device and being able to precipitate there.
  • the sensor unit has at least one at least partially active surface which is active for the measurement of the process variable and / or at least one measured variable dependent on the process variable, and in that the feed channel essentially only supplies the medium to the active surface ,
  • On the sensor unit usually at least one structure is applied on one side, which serves for the actual measurement.
  • a temperature sensor this is, for example, an electrical resistance whose resistance value is temperature-dependent. The temperature as the process variable to be determined or monitored is thus measured via the temperature-dependent measured variable electrical resistance.
  • the measurement of the flow of a medium or its density is possible.
  • a capacitor is applied to the active sensor side, the capacitance of which, depending on the dielectric, is a measure of the humidity.
  • the capacity is the measured variable for the determination of the process variable humidity.
  • at least one seal is provided which is mounted on the side which faces away from the active side and which closes the supply channel above the sensor element.
  • a recess is provided in the circuit board. The sensor element is arranged in one embodiment above the recess and the supply channel extends through the recess to the sensor element. In a further embodiment, the sensor element is located in the recess.
  • the sensor element is mounted in another embodiment on the surface of the circuit board and the supply channel opens on the sensor element and thus above the circuit board.
  • An embodiment of the invention includes that the sensor unit is at least partially connected to at least one circuit board.
  • a circuit board is often used to accommodate a sensor unit. On the circuit board are the electrical contacts and other components for the operation of the meter or the sensor unit.
  • An embodiment of the invention provides that the sensor unit as an SMD B auteil or in the flip-chip technology is at least partially connected to the circuit board.
  • the sensor element can be applied as an SMD component on the circuit board or the sensor element is contacted via bands.
  • An embodiment of the invention includes that the supply channel is designed such that the supply channel at least partially prevents the medium from getting to the circuit board.
  • the design of the feed channel thus prevents, in particular, the moisture from getting onto or onto the printed circuit board. Since the circuit board is the carrier of the sensor element and thus thus the printed circuit board is adjacent to the sensor element closest, it must be prevented in particular that moisture condenses there.
  • An embodiment of the invention provides that the supply channel opens at one end at or slightly away from the sensor unit. In one embodiment, the end opens at or slightly away from the active side of the sensor unit.
  • An embodiment of the invention includes that at least one discharge channel is provided, and that the discharge channel is configured, positioned and adapted at least on the supply channel and / or on the sensor unit, that the discharge channel, the medium substantially against a feed direction of the supply channel dissipates.
  • the supply channel and the discharge channel are opposite each other. Thus, the medium enters the meter through the supply channel, becomes the sensor element passed and then exits the discharge channel from the meter.
  • An embodiment of the invention provides that the supply channel and the discharge channel are designed and matched to one another such that the supply channel and the discharge channel prevent the medium from entering the region of the printed circuit board.
  • the penetration of the medium into the interior of the measuring housing must also after passing through the sensor element, i. be prevented even after the measurement.
  • For the discharge channel is designed accordingly. Furthermore, however, the transition region between the supply channel and discharge channel is to be chosen appropriately.
  • An embodiment of the invention includes that at least one housing is provided in which at least partially the sensor unit and the supply channel are located.
  • the housing encloses the sensor unit, serves to protect it against mechanical influences and also represents the visible measuring device to the outside.
  • the sensor unit is arranged substantially in the middle of the housing. Thus, for example, mechanical loads on the medium or measuring environment or the process through the housing are kept as far as possible from the sensor unit.
  • An embodiment of the invention provides that the supply channel is designed such that it prevents the medium except in the sensor unit passes into an interior of the housing.
  • the medium should only reach the sensor unit through the supply channel and, in particular, it should be prevented that the sensor unit reaches the outside of the region of the sensor unit in the remaining interior of the housing.
  • the feed channel is made of such a material that the absorption of moisture or in particular the release of moisture is prevented. This also applies accordingly to the discharge channel.
  • An embodiment of the invention includes that the supply channel is designed in one piece with the housing or with the circuit board.
  • the supply channel is thus produced in one embodiment with the housing as a component, for example injection molded.
  • An embodiment of the invention provides that the sensor unit measures the humidity and / or the temperature and / or the flow of the medium.
  • the measuring device thus serves, for example, for measuring the moisture, the temperature, the density or the mass flow rate of the medium.
  • An embodiment of the invention includes that the sensor unit at least partially made with a thin-film technique or with a thick-film technique.
  • FIG. 1 shows a lateral section through a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a horizontal section through an apparatus according to the invention according to FIG. 1;
  • FIG 3 shows a lateral section through a further embodiment of the device according to the invention.
  • a lateral section through the device according to the invention is shown.
  • the device is in particular a measuring device for measuring and / or monitoring such process variables as the moisture, the temperature or the flow of a medium.
  • the medium is at least partially a liquid, a vapor, a gas or any flowable medium.
  • the process variable may also be other chemical or biological process variables of the medium.
  • the sensor unit 1 which is in particular a sensor element produced by a thin-film technique or a thick film technique. Examples are a temperature-dependent resistance element or a capacitor element whose dielectric reacts to the moisture of the medium. If the sensor unit 1 serves - as in the example shown here - to measure the moisture of the medium (not shown here), then preferably a moisture-sensitive layer is located on the active side 2 of the sensor unit 1. In this case, the sensor unit 1 changes depending on the humidity at least one electrical parameter such as the capacity.
  • a critical area in this regard is in particular the circuit board 4, via which on the one hand the electrical contacting of the sensor unit 1 and on the other hand also their fixation is made.
  • Many materials that can be printed circuit boards absorb moisture and release it. Therefore, the circuit board 4 is a source of danger for the accuracy of the measured values.
  • the printed circuit board 4 is generally equipped with components (not shown here) which in most cases generate heat themselves. Therefore, a heat transfer from the components to the medium should also be possible be prevented.
  • the sensor unit 1 is usually surrounded by a protective housing 6, which has larger openings for the penetration of the medium in the prior art. Since the medium penetrates in the prior art in the interior 6.1 of the housing 6, the medium or in particular its moisture can also be absorbed by the circuit board 4. So that there is no falsification of the measurement, it is known in the prior art (WO 00/28311) to provide the region of the printed circuit board 4, with which the sensor unit 1 has direct contact, with a moisture-inhibiting coating. Moreover, it is well known in the art to position the sensor unit 1 or a corresponding moisture-sensitive component over a recess in the circuit board 4. This prior art method reduces the effect of the condensate on the sensor unit 1, but does not generally prevent condensate from forming and the medium being affected by heat transfer from the electronic components.
  • the invention for solving this problem is that the medium passes only via a supply channel 3 to the sensor unit 1.
  • the medium reaches the active side 2 of the sensor unit 3.
  • the medium does not enter the entire housing, but it is specifically directed to the sensor unit 1.
  • the sensor unit 1 is located in the center of the housing 6 in particular.
  • the supply channel 3 is designed such that it also assumes a sealing function with respect to the interior 6.1 of the housing 6.
  • the materials are selected for their moisture delivery (absorption, adsorption or desorption).
  • an additional discharge channel 5 is provided, via which the medium leaves after leaving the supply channel 3 and the passing of the sensor unit 1, the housing again.
  • the task, whether supply or discharge of the medium is arbitrarily interchangeable.
  • the supply channel 3 opens directly on - insofar as there is no sensitive zone of the active region 2 of the sensor unit 1 - or in the smallest possible Distance in front of the sensor unit 1, so that a lateral escape of the medium is minimized.
  • the discharge channel 5 is slightly slipped over the supply channel 3 and seals so on. The medium therefore enters the housing 3 through the supply channel 3 essentially perpendicular to the housing 6 and leaves the housing again in a straight path through the discharge channel 5. However, a free spreading of the medium in the interior 6.1 is prevented by the two channels 3, 5.
  • FIG. 2 shows a plan view of the area shown in FIG.
  • the feed channel 3 and the discharge channel 5 here run through a recess in the printed circuit board 4.
  • the feed channel 3 opens on the sensor unit 1. Its cross-sectional area is chosen so that the medium can flow past the sensor unit 1 laterally. Dodge of the medium in the housing 6 is prevented by the discharge channel 5, which comprises the sensor unit 1 facing the end 3.1 of the feed channel 3.
  • the sensor unit 1 rests here on the circuit board 4 and is contacted with this.
  • Fig. 3 is a side section through a further embodiment of the device according to the invention is shown.
  • the housing 6 is here made in two parts, in a lower and an upper half. Furthermore, these two halves each have walls which are already known in the prior art and which serve to separate the section with the sensor unit 1 from the remaining - not shown here - electronics area. These walls provide additional protection, but can also be omitted due to the targeted supply by the inventive design.
  • only one supply channel 3 is provided with a seal 7 on the opposite side.
  • the medium is not discharged via the additional discharge channel, but this is done via the supply channel 3 itself or the medium remains in the feed channel 3.
  • the illustrated seal 7 is located above the circuit board 4 and in particular above the sensor element 1.
  • the seal 7 acts quasi as a cover for the supply channel 3.
  • the cross-sectional area of the seal 7 is selected so that the medium can pass laterally to the sensor unit 1, but does not dodge into the housing 6. Again, the seal 7 is slightly above the feed channel 3 and thus seals it off.
  • the supply channel 3 (the same applies to the discharge channel) is a part of the housing or it is part of the circuit board or it is an additional plug, which between housing 6 and Printed circuit board 4 is introduced.

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Abstract

Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße, insbesondere der Feuchtigkeit oder der Temperatur eines Mediums, mit mindestens einer Sensoreinheit (1). Ein Zuführungskanal (3) ist vorgesehen, und dass der Zuführungskanal (3) derartig ausgestaltet ist, dass er positioniert und zumindest auf die Sensoreinheit (1) abgestimmt ist, und dass das Medium durch den Zuführungskanal (3) im Wesentlichen nur zu der Sensoreinheit (1) gelangt.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer Prozessgröße
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder
Überwachung mindestens einer Prozessgröße, insbesondere der Feuchtigkeit oder der Temperatur eines Mediums, mit mindestens einer Sensoreinheit. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit, um ein Gas oder um einen Dampf. Bei der Prozessgröße handelt es sich beispielsweise um die Feuchtigkeit, die Temperatur, die Dichte oder um den Durchfluss des Mediums.
[0002] Bei Messgeräten für die Feuchtigkeit oder die Temperatur eines Mediums ist es im Stand der Technik bekannt, Sensoreinheiten zu verwenden, die durch Dünnschichtoder Dickschichttechniken erzeugt werden. Dabei werden entweder Kondensatoren erzeugt, deren Dielektrikum auf die Feuchtigkeit reagiert oder es werden Widerstandsstrukturen auf einem Träger aufgebracht, wobei der elektrische Widerstand abhängig von der Temperatur ist. Diese Sensorelemente sind üblicherweise sehr klein dimensioniert. Für die elektrische Kontaktierung, die Stromversorgung und schlicht auch für die Anbringung des Sensorelements in der Messumgebung werden die Sensoreinheiten üblicherweise auf einer Leiterplatte befestigt und mit dieser in einem Messgehäuse untergebracht. Ein solches Gehäuse ist üblicherweise mit Öffnungen versehen, so dass das Medium zu der Sensoreinheit gelangt. Ein damit einhergehendes Problem ist, dass sich die Feuchtigkeit des Mediums an den inneren Wänden des Gehäuses, oder an den anderen Bauteilen des Messgerätes niederschlägt. Je nach Ausgestaltung der Leiterplatte ist es auch möglich, dass die Feuchtigkeit von dieser aufgenommen wird. Es kann sich also ein Mikroklima bilden, welches die Messung des Sensors beeinträchtigt oder gar verfälscht.
[0003] Im Stand der Technik (WO 00/28311) ist es bekannt, das Sensorelement über einer Aussparung in der tragenden Leiterplatte anzuordnen, und Leiterplatte und die Ränder der Aussparung mit einer die Feuchtigkeit hemmenden Schicht zu überziehen. Diese Methode verhindert jedoch nicht, dass Feuchtigkeit im Messgerät kondensiert.
[0004] Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Messgerät vorzuschlagen, bei welchem die Kondensation von Mediumsfeuchtigkeit im Innenraum deutlich reduziert wird, um insbesondere eine Auswirkung eines Kondensats auf die Messung zu verhindern.
[0005] Die Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass zumindest ein Zuführungskanal vorgesehen ist, und dass der Zuführungskanal derartig ausgestaltet, positioniert und zumindest auf die Sensoreinheit abgestimmt ist, dass das Medium durch den Zuführungskanal im Wesentlichen nur zu der Sensoreinheit gelangt. Im Stand der Technik ist es bekannt, dass das Medium durch eine Öffnung im Messgerät zu der Sensoreinheit gelangt. Die Erfindung besteht darin, dass das Medium durch den Zuführungskanal im Wesentlichen nur zu der Sensoreinheit gelangt und nicht in den restlichen Innenraum des Messgerätes. Somit wird verhindert, dass das Medium und damit auch dessen Feuchtigkeit in den restlichen Innenraum des Messgerätes eindringt und sich dort niederschlagen könnte. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoreinheit mindestens eine zumindest teilweise aktive Oberfläche aufweist, welche für die Messung der Prozessgröße und/oder mindestens einer von der Prozessgröße abhängigen Messgröße aktiv ist, und dass der Zuführungskanal das Medium im Wesentlichen nur der aktiven Oberfläche zuführt. Auf der Sensoreinheit ist üblicherweise auf einer Seite mindestens eine Struktur aufgebracht, welche der eigentlichen Messung dient. Bei einem Temperatursensor ist dies beispielsweise ein elektrischer Widerstand, dessen Widerstandswert temperaturabhängig ist. Die Temperatur als zu bestimmende bzw. zu überwachende Prozessgröße wird somit über die von der Temperatur abhängige Messgröße elektrischer Widerstand gemessen. Über einen solchen Temperatursensor ist nebenbei auch die Messung des Durchflusses eines Mediums oder dessen Dichte möglich. Bei einem Feuchtigkeitssensor ist auf der aktiven Sensorseite ein Kondensator aufgebracht, dessen Kapazität in Abhängigkeit vom Dielektrikum ein Maß für die Feuchtigkeit ist. Somit ist die Kapazität die Messgröße für die Bestimmung der Prozessgröße Feuchtigkeit. Ist nur eine Seite des Sensors für die Messung aktiv bzw. wesentlich, so ist in einer Ausgestaltung mindestens eine Abdichtung vorgesehen, welcher auf der Seite angebracht ist, welche von der aktiven Seite abgewandt ist, und welche oberhalb des Sensorelements den Zuführungskanal verschließt. In einer Ausgestaltung ist in der Leiterplatte eine Aussparung vorgesehen. Das Sensorelement ist in einer Ausgestaltung oberhalb der Aussparung angeordnet und der Zuführungskanal reicht durch die Aussparung zum Sensorelement hindurch. In einer weiteren Ausgestaltung befindet sich das Sensorelement in der Aussparung. Damit verbunden ist die Ausgestaltung, dass der Zuführungskanal hinter der Rückseite der Sensoreinheit mit einem Decke abgedichtet wird. Das Sensorelement ist in einer anderen Ausgestaltung auf der Oberfläche der Leiterplatte angebracht und der Zuführungskanal mündet auf dem Sensorelement und somit oberhalb der Leiterplatte. [0007] Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Sensoreinheit zumindest teilweise mit mindestens einer Leiterplatte verbunden ist. Eine Leiterplatte dient häufig der Aufnahme einer Sensoreinheit. Auf der Leiterplatte finden sich die elektrischen Kontakte und die weiteren Bauteile zum Betrieb des Messgerätes bzw. der Sensoreinheit.
[0008] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoreinheit als SMD- B auteil oder in der Flipchip-Technik zumindest teilweise mit der Leiterplatte verbunden ist. Es gibt im Stand der Technik mehrere Möglichkeiten, eine Sensoreinheit mit der Leiterplatte mechanisch und elektrisch zu kontaktieren. So lässt sich das Sensorelement als SMD-Bauteil auf der Leiterplatte aufbringen oder das Sensorelement wird über Bänder kontaktiert.
[0009] Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Zuführungskanal derartig ausgestaltet ist, dass der Zuführungskanal zumindest teilweise verhindert, dass das Medium zur Leiterplatte gelangt. Durch die Ausgestaltung des Zuführungskanals wird somit insbesondere verhindert, dass die Feuchtigkeit auf oder an die Leiterplatte gelangt. Da die Leiterplatte der Träger des Sensorelements ist und damit somit die Leiterplatte dem Sensorelement am nächsten benachbart ist, muss insbesondere verhindert werden, dass dort Feuchtigkeit kondensiert.
[0010] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zuführungskanal mit einem Ende auf oder in geringem Abstand zur Sensoreinheit mündet. In einer Ausgestaltung mündet das Ende auf oder in geringem Abstand zur aktiven Seite der Sensoreinheit. Durch diese beiden Ausgestaltungen wird dafür Sorge getragen, dass der Bereich des Innenraums des Messgerätes, in welchem das Medium gelangt, möglichst klein ist. Insbesondere soll das seitliche Aus- und Eintreten des Mediums aus dem bzw. in den Zuführungskanal im Bereich des Übergangs zum Sensorelement verhindert oder zumindest reduziert werden. Daher der möglichst direkte Kontakt. Dabei ist jedoch darauf zu achten, dass die aktive Seite, dass also die für die Messung relevante Struktur nicht durch den Zuführungskanal beeinträchtigt wird.
[0011] Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass mindestens ein Abführungskanal vorgesehen ist, und dass der Abführungskanal derartig ausgestaltet, positioniert und zumindest auf den Zuführungskanal und/oder auf die Sensoreinheit abgestimmt ist, dass der Abführungskanal das Medium im Wesentlichen entgegen einer Zuführungsrichtung des Zuführungskanals abführt. In einer Ausgestaltung liegen sich der Zuführungskanal und der Abführungskanal einander gegenüber. Somit tritt das Medium durch den Zuführungskanal in das Messgerät ein, wird zum Sensorelement geleitet und tritt dann aus dem Abführungskanal wieder aus dem Messgerät aus.
[0012] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zuführungskanal und der Abführungskanal derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Zuführungskanal und der Abführungskanal verhindern, dass das Medium in den Bereich der Leiterplatte gelangt. Das Eindringen des Mediums in den Innenraum des Messgehäuses muss auch nach dem Passieren des Sensorelements, d.h. auch nach der Messung verhindert werden. Dafür ist der Abführungskanal entsprechend ausgestaltet. Weiterhin ist jedoch auch der Übergangsbereich zwischen Zuführungskanal und Abführungskanal passend zu wählen.
[0013] Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass mindestens ein Gehäuse vorgesehen ist, in welchem sich zumindest teilweise die Sensoreinheit und der Zuführungskanal befinden. Das Gehäuse umschließt die Sensoreinheit, dient dessen Schutz vor mechanischen Einflüssen und stellt auch nach außen das sichtbare Messgerät dar. In einer Ausgestaltung ist die Sensoreinheit im Wesentlichen in der Mitte des Gehäuses angeordnet. Somit werden beispielsweise mechanische Belastungen des Mediums oder Messumgebung oder des Prozesses durch das Gehäuse möglichst weitgehend von der Sensoreinheit ferngehalten.
[0014] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Zuführungskanal derartig ausgestaltet ist, dass er verhindert, dass das Medium außer an die Sensoreinheit in einen Innenraum des Gehäuses gelangt. Wie bereits oben beschrieben, soll das Medium durch den Zuführungskanal nur zur Sensoreinheit gelangen und insbesondere soll verhindert werden, dass die Sensoreinheit außen an den Bereich der Sensoreinheit in den restlichen Innenraum des Gehäuses gelangt. Insbesondere ist der Zuführungskanal aus einem derartigen Material ausgestaltet, dass die Aufnahme von Feuchtigkeit bzw. das insbesondere die Abgabe der Feuchtigkeit verhindert wird. Dies gilt entsprechend auch für den Abführungskanal.
[0015] Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass der Zuführungskanal einstückig mit dem Gehäuse oder mit der Leiterplatte ausgestaltet ist. Der Zuführungskanal ist somit in einer Ausgestaltung mit dem Gehäuse als ein Bauteil hergestellt, beispielsweise gespritzt.
[0016] Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Sensoreinheit die Feuchtigkeit und/oder die Temperatur und/oder den Durchfluss des Mediums misst. Das Messgerät dient somit beispielsweise zur Messung der Feuchtigkeit, der Temperatur, der Dichte oder des Massedurchflusses des Mediums.
[0017] Eine Ausgestaltung der Erfindung beinhaltet, dass die Sensoreinheit zumindest teilweise mit einer Dünnschichttechnik oder mit einer Dickschichttechnik hergestellt ist.
[0018] Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
[0019] Fig. 1: ein seitlicher Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
[0020] Fig. 2: ein horizontaler Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1, und
[0021] Fig. 3: ein seitlicher Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungemäßen Vorrichtung.
[0022] In der Fig. 1 ist ein seitlicher Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung gezeigt. Bei der Vorrichtung handelt es sich insbesondere um ein Messgerät zur Messung und/oder Überwachung solcher Prozessgrößen wie der Feuchtigkeit, der Temperatur oder der Strömung eines Mediums. Das Medium ist dabei zumindest teilweise eine Flüssigkeit, ein Dampf, ein Gas oder ein beliebiges fließfähiges Medium. Weiterhin kann es sich bei der Prozessgröße auch um andere chemische oder biologische Prozessgrößen des Mediums handeln.
[0023] Die eigentliche Messung wird von der Sensoreinheit 1 ausgeführt, bei welcher es sich insbesondere um ein mit einer Dünnfilmtechnik oder mit einer Dickschichttechnik hergestelltes Sensorelement handelt. Beispiele sind ein temperaturabhängiges Widerstandselement oder ein Kondensatorelement, dessen Dielektrikum auf die Feuchtigkeit des Mediums reagiert. Dient die Sensoreinheit 1 - wie im hier gezeigten Beispiel - der Messung der Feuchte des - hier nicht gezeigten Mediums -, so befindet sich auf der aktiven Seite 2 der Sensoreinheit 1 vorzugsweise eine feuchteempfindliche Schicht. Dabei ändert die Sensoreinheit 1 in Abhängigkeit von der Feuchte mindestens eine elektrische Kenngröße wie beispielsweise die Kapazität.
[0024] Insbesondere bei der Feuchtemessung ist es problematisch, wenn das Medium im
Messgerät kondensiert oder dort ein variables Mikroklima ausbildet. Dies kann jeweils zu einer Verfälschung der Messung führen. Ein kritischer Bereich diesbezüglich ist insbesondere die Leiterplatte 4, über welche zum einen die elektrische Kontaktierung der Sensoreinheit 1 und zum anderen auch deren Fixierung vorgenommen wird. Viele Materialien, aus denen Leiterplatten bestehen können, nehmen Feuchtigkeit auf und geben sie auch wieder ab. Daher ist die Leiterplatte 4 eine Gefahrenquelle für die Genauigkeit der Mess werte. Weiterhin ist die Leiterplatte 4 im Allgemeinen mit - hier nicht gezeigten - Bauteilen bestückt, welche meist selbst Wärme erzeugen. Daher sollte eine Wärmeübertragung von den Bauteilen auf das Medium auch möglichst verhindert werden.
[0025] Die Sensoreinheit 1 ist üblicherweise von einem schützenden Gehäuse 6 umgeben, welches im Stand der Technik größere Öffnungen für das Eindringen des Mediums aufweist. Da das Medium im Stand der Technik in den Innenraum 6.1 des Gehäuses 6 eindringt, kann das Medium bzw. insbesondere dessen Feuchtigkeit auch von der Leiterplatte 4 aufgenommen werden. Damit es nicht zu einer Verfälschung der Messung kommt, ist es im Stand der Technik (WO 00/28311) bekannt, den Bereich der Leiterplatte 4, mit welchem die Sensoreinheit 1 direkten Kontakt hat, mit einer die Feuchtigkeit hemmenden Beschichtung zu versehen. Überdies ist es bestens im Stand der Technik bekannt, die Sensoreinheit 1 oder ein entsprechend feuchtigkeitsempfindliches Bauteil über einer Aussparung in der Leiterplatte 4 zu positionieren. Diese Methode des Standes der Technik reduziert die Auswirkung des Kondensats auf die Sensoreinheit 1, verhindert jedoch nicht generell, dass sich Kondensat bildet und dass das Medium durch die Wärmeübertragung aus den elektronischen Bauteilen beeinflusst wird.
[0026] Die Erfindung zur Lösung dieser Problematik besteht darin, dass das Medium nur über einen Zuführungskanal 3 an die Sensoreinheit 1 gelangt. Insbesondere gelangt das Medium an die aktive Seite 2 der Sensoreinheit 3. In der Erfindung gelangt somit das Medium nicht in das gesamte Gehäuse, sondern es wird gezielt auf die Sensoreinheit 1 gelenkt. Wie in der Fig. 1 dargestellt, befindet sich dabei die Sensoreinheit 1 insbesondere mittig im Gehäuse 6. Der Zuführungskanal 3 ist dabei so ausgestaltet, dass er auch eine Dichtfunktion gegenüber dem Innenraum 6.1 des Gehäuses 6 übernimmt. Da somit das Medium nicht zu der Leiterplatte 4 gelangen kann, kann sich folglich dort auch keine Feuchtigkeit niederschlagen. Insbesondere sind die Materialien in Bezug auf ihre Feuchteauf- bzw. -abgabefähigkeit (Absorption, Adsorption oder Desorption) ausgewählt.
[0027] In der Fig. 1 ist insbesondere eine Ausgestaltung dargestellt, bei welcher zusätzlich ein Abführungskanal 5 vorgesehen ist, über welchen das Medium nach dem Austreten aus dem Zuführungskanal 3 und dem Passieren der Sensoreinheit 1 das Gehäuse wieder verlässt. Die Aufgabe, ob Zu- oder Abführung des Mediums ist dabei beliebig vertauschbar.
[0028] Für die Abdichtung ragt hier der Abführungskanal 5 ein wenig über die
Sensoreinheit 1 und das obere Ende 3.1 des Zuführungskanals 3 hinaus. Der Zuführungskanal 3 mündet dabei direkt auf - insofern sich dort keine empfindliche Zone des aktiven Bereichs 2 der Sensoreinheit 1 befindet - oder in möglichst geringem Abstand vor der Sensoreinheit 1, so dass ein seitliches Entweichen des Mediums minimiert wird. Der Abführungskanal 5 ist leicht über den Zuführungskanal 3 gestülpt und dichtet so weiter ab. Das Medium tritt somit im Wesentlichen senkrecht zu Gehäuse 6 durch den Zuführungskanal 3 ein und verlässt das Gehäuse auf geradem Weg durch den Abführungskanal 5 wieder. Ein freies Ausbreiten des Mediums im Innenraum 6.1 wird jedoch durch die beiden Kanäle 3, 5 verhindert.
[0029] Mit dieser Erfindung wird somit erzielt, dass das Medium im Wesentlichen nur zur Sensoreinheit 1 gelangt.
[0030] In der Fig. 2 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Bereich gezeigt. Wie zu sehen, verlaufen der Zuführungskanal 3 und der Abführungskanal 5 hier durch eine Aussparung in der Leiterplatte 4. Der Zuführungskanal 3 mündet auf der Sensoreinheit 1. Seine Querschnittsfläche ist dabei so gewählt, dass das Medium seitlich an der Sensoreinheit 1 vorbeiströmen kann. Das Ausweichen des Mediums in das Gehäuse 6 wird durch den Abführungskanal 5 verhindert, welcher das der Sensoreinheit 1 zugewandte Ende 3.1 des Zuführungskanals 3 umfasst.
[0031] Die Sensoreinheit 1 ruht hier auf der Leiterplatte 4 und ist mit dieser kontaktiert.
Anstelle dieser zum Beispiel als SMD-B auteil ausgestalteten Sensoreinheit 1 kann sie auch über montierte Bänder in der Flipchip-Technik fixiert und kontaktiert werden.
[0032] In der Fig. 3 ist ein seitlicher Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Das Gehäuse 6 ist hier zweiteilig ausgeführt, in eine untere und eine obere Hälfte. Weiterhin weisen diese beiden Hälften jeweils Wände auf, welche bereits im Stand der Technik bekannt sind und welche dazu dienen, den Abschnitt mit der Sensoreinheit 1 von dem restlichen - hier nicht gezeigten - Elektronikbereich zu trennen. Diese Wände bieten hier einen zusätzlichen Schutz, können aber auch aufgrund der gezielten Zuführung durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entfallen.
[0033] Hier ist nur ein Zuführungskanal 3 mit einer Abdichtung 7 auf der gegenüberliegenden Seite vorgesehen. Somit wird das Medium nicht über den zusätzlichen Abführungskanal abgeführt, sondern dies geschieht über den Zuführungskanal 3 selbst oder das Medium verbleibt im Zuführungskanal 3. Die dargestellte Abdichtung 7 befindet sich oberhalb der Leiterplatte 4 und insbesondere oberhalb des Sensorelements 1. Somit wirkt die Abdichtung 7 quasi als ein Deckel für den Zuführungskanal 3. Die Querschnittsfläche der Abdichtung 7 ist so gewählt, dass das Medium zwar seitlich zu der Sensoreinheit 1 gelangen kann, aber nicht in das Gehäuse 6 ausweicht. Auch hier ist die Abdichtung 7 leicht über den Zuführungskanal 3 gestülpt und dichtet ihn somit ab.
[0034] Für die Ausgestaltung gibt es mehrere Varianten: [0035] Der Zuführungskanal 3 (entsprechendes gilt für den Abführungskanal) ist ein Teil des Gehäuses oder er ist ein Teil der Leiterplatte oder es handelt sich um ein zusätzliches Einsteckteil, welches zwischen Gehäuse 6 und Leiterplatte 4 eingebracht wird. [0036] Bezugszeichenliste
Tabelle 1
[0037]

Claims

Ansprüche
[0001] Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Überwachung mindestens einer
Prozessgröße, insbesondere der Feuchtigkeit oder der Temperatur eines Mediums, mit mindestens einer Sensoreinheit (1), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zuführungskanal (3) vorgesehen ist, und dass der Zuführungskanal (3) derartig ausgestaltet, positioniert und zumindest auf die Sensoreinheit (1) abgestimmt ist, dass das Medium durch den Zuführungskanal (3) im Wesentlichen nur zu der Sensoreinheit (1) gelangt.
[0002] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit
(1) mindestens eine zumindest teilweise aktive Oberfläche (2) aufweist, welche für die Messung der Prozessgröße und/oder mindestens einer von der Prozessgröße abhängigen Messgröße aktiv ist, und dass der Zuführungskanal (3) das Medium im Wesentlichen nur der aktiven Oberfläche (2) zuführt.
[0003] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit
(1) zumindest teilweise mit mindestens einer Leiterplatte (4) verbunden ist.
[0004] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit
(1) als SMD-B auteil oder in der Flipchip-Technik zumindest teilweise mit der Leiterplatte (4) verbunden ist.
[0005] Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zuführungskanal (3) derartig ausgestaltet ist, dass der Zuführungskanal (3) zumindest teilweise verhindert, dass das Medium zur Leiterplatte (4) gelangt.
[0006] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zuführungskanal (3) mit einem Ende (3.1) auf oder in geringem Abstand zur Sensoreinheit (1) mündet.
[0007] Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abführungskanal (5) vorgesehen ist, und dass der Abführungskanal (5) derartig ausgestaltet, positioniert und zumindest auf den Zuführungskanal (3) und/oder auf die Sensoreinheit (1) abgestimmt ist, dass der Abführungskanal (5) das Medium im Wesentlichen entgegen einer Zuführungsrichtung des Zuführungskanals (3) abführt.
[0008] Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zuführungskanal (3) und der Abführungskanal (5) derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der Zuführungskanal (3) und der Abführungskanal (5) verhindern, dass das Medium in den Bereich der Leiterplatte (4) gelangt. [0009] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein
Gehäuse (6) vorgesehen ist, in welchem sich zumindest teilweise die
Sensoreinheit (1) und der Zuführungskanal (3) befinden. [0010] Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zuführungskanal (3) derartig ausgestaltet ist, dass er verhindert, dass das
Medium außer an die Sensoreinheit (1) in einen Innenraum (6.1) des Gehäuses
(6) gelangt. [0011] Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der
Zuführungskanal (3) einstückig mit dem Gehäuse (6) oder mit der Leiterplatte
(4) ausgestaltet ist. [0012] Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit
(1) die Feuchtigkeit und/oder die Temperatur und/oder den Durchfluss des
Mediums misst. [0013] Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Sensoreinheit (1) zumindest teilweise mit einer Dünnschichttechnik oder mit einer Dickschichttechnik hergestellt ist.
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