EP1715331A2

Thermoanalytical sensor and method for its production

Abstract

Bei einem thermoanalytischen Sensor mit einem Substrat (1) und einer darauf an einer Messposition (3) ausgebildeten Thermoelementanordnung (5, 6, 7, 8, 9, 10) wird eine Steigerung der Empfindlichkeit durch eine besondere Geometrie der Thermoelementanordnung und/oder der Materialwahl für das Substrat (1) herbeigeführt. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Sensors angegeben.

EP1715331A2, drawing sheet 1
Sheet 1 of 6

Term

Term ended

Projected expiry passed 28 October 2023, 2.9 years ago.

  1. Priority and filed
  2. Published
  3. Projected expiry
  4. Today

21 claims: 21 independent, 0 dependent

  1. 1
    Thermoanalytischer Sensor mit einem Substrat (1), durch das ein Wärmestrom zwischen einer an das Substrat (1) thermisch angekoppelten Wärmequelle und mindestens einer auf dem Sensor ausgebildeten Messposition (3, 3', 30, 31, 32, 33) leitbar ist, und mit einer auf einer im wesentlichen ebenen Oberfläche (2) des Substrats (1) ausgebildeten Thermoelementanordnung zur Lieferung eines thermoelektrischen Signals, die eine der Messposition zugeordnete Reihe von in einer Schaltungsanordnung miteinander verbundenen, jeweils aus zwei unterschiedlichen Thermoelementmaterialien (6, 7) zusammengesetzten Thermokontakten (5, 8, 9, 10) aufweist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermokontakte (5, 8, 9, 10) in mindestens zwei übereinander angeordneten und jeweils durch eine Isolierschicht (18, 22) voneinander getrennten Ebenen angeordnet sind, in denen sich jeweils zur Bildung von Abschnitten (14, 15, 16) der Schaltungsanordnung dienende Verbindungen der Thermokontakte (5, 8, 9, 10) erstrecken und entsprechende Enden der Abschnitte zur Bildung der Schaltungsanordnung durch Durchkontaktierung (19, 19', 19") miteinander verbunden sind.
  2. 2
    Thermoanalytischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der in Bezug auf das Substrat (1) obersten Ebene Anschlüsse (12), an denen das von der Thermoelementanordnung gelieferte thermoelektrische Signal abgreifbar ist, ausgebildet sind und ein Ende des in der in Bezug auf das Substrat (1) untersten Ebene angeordneten Abschnittes (14) der Schaltungsanordnung durch Durchkontaktierung mit einem der Anschlüsse (12) verbunden ist.
  3. 3
    Thermoanalytischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungsanordnung eine Thermosäule ist, in der die Thermokontakte hintereinander geschaltet sind, und die Abschnitte (14, 15, 16) der Schaltungsanordnung Abschnitte der Thermosäule sind.
  4. 4
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermokontakte (5, 8, 9, 10) das Zentrum (4, 4') der Messposition (3, 3') azimutal umgeben und abwechselnd in unterschiedlichen radialen Abständen zum Zentrum der Messposition angeordnet sind.
  5. 5
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in den verschiedenen Ebenen angeordneten Abschnitte (14, 15, 16) der Schaltungsanordnung im wesentlichen deckungsgleich sind.
  6. 6
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem zwischen einem dem Zentrum (4, 4') radial nächstgelegenen ersten Thermokontakt (5) und zwei dazu in der Reihe unmittelbar benachbarten zweiten Thermokontakten (8) azimutal begrenzten Zwischenbereich (13) der Oberfläche (2) ein dritter Thermokontakt (9) und ein in der Reihe dazu unmittelbar benachbarter vierter Thermokontakt (10) vorgesehen sind.
  7. 7
    Thermoanalytischer Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Thermokontakte (5) auf einem das Zentrum (4, 4') als Mittelpunkt umgebenden ersten Kreis, die zweiten Thermokontakte (8) auf einem zu dem ersten Kreis konzentrischen zweiten Kreis, dessen Radius grösser ist als der Radius des ersten Kreises, die dritten Thermokontakte (9) auf einem zu dem ersten Kreis konzentrischen dritten Kreis, dessen Radius grösser als der Radius des ersten Kreises und kleiner als der Radius des zweiten Kreises ist, und die vierten Thermokontakte (10) auf einem zu dem ersten Kreis konzentrischen vierten Kreis, dessen Radius grösser als der Radius des dritten Kreises ist, liegen.
  8. 8
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche (2) des Substrats (1) mit den beiden Enden der Thermosäule verbundene Anschlüsse (12, 12'), an denen das von der Thermosäule gelieferte thermoelektrische Signal abgreifbar ist, ausgebildet sind.
  9. 9
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensor mehr als eine der Messpositionen (3, 3'), vorzugsweise zwei oder vier Messpositionen (3, 3', 30, 31, 32, 33), ausgebildet sind.
  10. 10
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche (2) des Substrats (1) an der Messposition (3, 3') eine weitere Thermoelementanordnung (36, 36') zur Lieferung eines einer Absoluttemperatur an der Messposition entsprechenden thermoelektrischen Signals sowie Anschlüsse (43, 43', 44), an denen das der Absoluttemperatur entsprechende thermoelektrische Signal abgreifbar ist, ausgebildet sind.
  11. 11
    Thermoanalytischer Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Lieferung des der Absoluttemperatur entsprechenden thermoelektrischen Signals dienende Thermoelementanordnung (36, 36') einen von den die Messposition (3, 3') umgebenden Thermokontakten umgrenzten Bereich eines ersten Thermoelementmaterials (38, 38') aufweist, von dem aus sich ein Verbindungsbereich zu einem der auf der Oberfläche (2) ausgebildeten Anschlüsse (43, 43') erstreckt.
  12. 12
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem umgrenzten Bereich des ersten Thermoelementmaterials (38, 38') ein Thermokontakt mit einem davon verschiedenen zweiten Thermoelementmaterial (46, 46') ausgebildet ist, das sich zu einem der auf der Oberfläche ausgebildeten Anschlüsse (44) erstreckt.
  13. 13
    Thermoanalytischer Sensor nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensor zwei der Messpositionen (3, 3') ausgebildet sind und auf dem Substrat (1) eine Verbindung (45, 46, 46') zwischen den zweiten Thermoelementmaterialien der beiden Messpositionen (3, 3') ausgebildet und zu einem gemeinsamen Anschluss (44) geführt ist.
  14. 14
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Sensor zwei der Messpositionen (3, 3') ausgebildet sind und auf dem Substrat (1) eine Verbindung (6) zwischen zwei elektrisch äquivalenten Enden der den beiden Messpositionen (3, 3') zugeordneten Thermosäulen ausgebildet ist und die beiden anderen Enden der Thermosäulen jeweils mit zum Abgriff der Differenz zwischen den von den beiden Thermosäulen gelieferten thermoelektrischen Signalen dienenden, auf dem Substrat (1) ausgebildeten Anschlüssen (12) verbunden sind.
  15. 15
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Substrat (1) ausgebildeten Thermoelementanordnungen als Dickfilme ausgebildet sind.
  16. 16
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein keramisches Material ist.
  17. 17
    Thermoanalytischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) ein keramisches Substrat ist, dessen Wärmeleitfähigkeit nicht grösser als 5, bevorzugt unter 3, insbesondere unter 2 Watt pro Meter und Kelvin ist.
  18. 18
    Verfahren zur Herstellung eines thermoanalytischen Sensors, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem auf einer im wesentlichen ebenen Oberfläche (2) eines Substrats (1) in Dickschichttechnik ein Muster aus zwei unterschiedlichen Thermoelementmaterialpasten (6, 7) aufgedruckt wird, welches einer zur Lieferung eines thermoelektrischen Signals dienenden Thermoelementanordnung mit einer mindestens einer Messposition (3, 3', 30, 31, 32, 33) zugeordneten Reihe von in einer Schaltungsanordnung miteinander verbundenen, aus den zwei unterschiedlichen Thermoelementmaterialien (6, 7) zusammengesetzten Thermokontakten (5, 8, 9, 10) entspricht, und das aufgedruckte Muster aufgebrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Muster in mindestens zwei Teilmuster (14, 15, 16) zerlegt, auf dem Substrat (1) eines der Teilmuster (14, 15, 16) in Dickschichttechnik hergestellt, darüber eine Isolierschicht (18, 22) mit dem Zusammenhang der Teilmuster entsprechenden Durchkontaktierungslöchern (19, 19') aufgebracht, darauf ein weiteres der Teilmuster (14, 15, 16) in Dickschichttechnik hergestellt und dieser Vorgang so lange durchgeführt wird, bis alle Teilmuster (14, 15, 16) übereinander hergestellt sind.
  19. 19
    Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmuster (14, 15, 16) im wesentlichen deckungsgleich gestaltet werden.
  20. 20
    Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmuster (14, 15, 16) so gestaltet werden, dass sie jeweils durch eine einzige Verbindung (17, 17', 17'') miteinander zusammenhängen.
  21. 21
    Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem in Bezug auf das Substrat (1) obersten Teilmuster (16) eine Isolierschicht (24) mit Anschlüssen, an denen das thermoelektrische Signal abgreifbar ist, hergestellt wird, von denen mindestens einer zu dem in Bezug auf das Substrat (1) untersten Teilmuster (14) durchkontaktiert wird.
Independent claims21