專利名稱：具有可加熱的氣體選擇性滲透膜的氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體傳感器，所述氣體傳感器包括適合于抽真空并被所 氣體選擇性滲透膜封閉的外殼以及布置在所述膜上的加熱裝置。
背景技術(shù)：
DE100 31 882 Al ( Leybold )描述了用于氦氣或氫氣的氣體選擇性 傳感器，其具有由玻璃或其它硅材料制成并且被選擇性氣體滲透膜封閉 的外殼。所述外殼中容納有用于測(cè)量氣壓的氣壓傳感器。在對(duì)外殼抽真 空之后，在外殼內(nèi)部產(chǎn)生的氣壓將指示穿過(guò)所述膜的測(cè)試氣體量。所述 膜是具有窗式穿孔的硅片。在各個(gè)穿孔中，由鉑制成的螺旋加熱元件布 置在膜壁上。所述螺旋加熱元件整體上構(gòu)成用于加熱所述膜的加熱裝 置，使得所述膜產(chǎn)生所需要的選擇性氣體滲透性的性能。
EP 0 831 964 Bl ( Leybold )描述了由硅制成的選擇性氣體滲透膜的 制造方法。在所述方法中，在硅片的兩側(cè)上都提供氧化層并且隨后蝕刻， 從而只在所述硅片的一側(cè)上保留連續(xù)的Si02層。其中，利用薄膜技術(shù) 領(lǐng)域的方法形成窗式穿孔并在所述穿孔中布置螺旋加熱元件。
DE 10 2004 034 381 A (Inficon )中描述了 一種選擇性氣體傳感器， 其中外殼同樣通過(guò)膜來(lái)封閉并且包含氣壓傳感器。
上述氣體傳感器也被稱作石英窗傳感器。在需要為容器或管道檢漏 時(shí)，利用具有氣體選擇性膜的氣體傳感器來(lái)測(cè)試泄漏。用測(cè)試氣體例如 氦氣來(lái)填充測(cè)試對(duì)象。隨后利用測(cè)試氣體傳感器來(lái)檢驗(yàn)所述測(cè)試對(duì)象外 部是否可能逸出測(cè)試氣體。為此，通常將填充有測(cè)試氣體的對(duì)象放在測(cè) 試腔室內(nèi)，并與相關(guān)的膜傳感器一起抽真空，從而允許測(cè)試氣體從可能 存在的泄露部位逸出并用膜傳感器來(lái)檢測(cè)。具有被加熱的膜的石英窗傳 感器必須具有非常穩(wěn)定的膜溫度，防止測(cè)試氣體信號(hào)產(chǎn)生漂移。這種信 號(hào)的漂移直接影響檢測(cè)限。對(duì)于具有溫度調(diào)節(jié)加熱裝置的膜，由于測(cè)試 腔室內(nèi)的快速壓降(pressure drop),在測(cè)試腔室抽真空期間的抽出過(guò)
3程伴隨著從傳感器外殼壁的熱耗散明顯變化，使得盡管存在溫度調(diào)節(jié)也 會(huì)引起信號(hào)漂移。由此，只能測(cè)量相對(duì)大的測(cè)試氣體信號(hào)或者必須等候 過(guò)長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種氣體傳感器，其中以高的恒定性保 持膜的期望溫度，從而提高氣體傳感器的信號(hào)穩(wěn)定性并且還可以可靠地 測(cè)量小的泄漏率。
根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器通過(guò)權(quán)利要求1來(lái)限定。其在膜上包含至 少一個(gè)獨(dú)立于第一加熱裝置而調(diào)節(jié)的第二加熱裝置。通過(guò)對(duì)膜的單獨(dú)區(qū) 域進(jìn)行單獨(dú)的溫度調(diào)節(jié)，可以分別補(bǔ)償不同的溫度影響。因此，例如在 與其它固體不接觸的膜的中間區(qū)域可以進(jìn)行獨(dú)立的溫度調(diào)節(jié)，而在膜與 外殼接觸的邊緣區(qū)域也可以進(jìn)行單獨(dú)的溫度調(diào)節(jié)。由此例如在抽吸測(cè)試 腔室使其從大氣壓下降至高真空點(diǎn)的過(guò)程中，即使在總壓力劇烈變化的 情況下也可以實(shí)現(xiàn)具有高恒定性的膜溫度。
所述第一加熱裝置優(yōu)選布置在不與外殼的壁直接接觸的膜區(qū)域內(nèi)， 而第二加熱裝置布置在與外殼的壁直接接觸的膜區(qū)域內(nèi)。通過(guò)這種方
式，區(qū)分膜的"自由區(qū)域"和"支撐區(qū)域"，并且在兩個(gè)區(qū)域中進(jìn)行獨(dú) 立的溫度調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案中，還可以提供兩個(gè)或更多個(gè)加熱裝 置，特別是沿著膜邊緣提供。
膜上的每個(gè)附加的加熱裝置優(yōu)選具有各自的接觸墊。這使得簡(jiǎn)單的 電接觸成為可能并且保證各個(gè)附加加熱裝置的獨(dú)立性。作為選擇，多個(gè) 所述第二加熱裝置還可以共享同一個(gè)接觸墊。
所述第一加熱裝置適當(dāng)?shù)匕罅考訜釐u(heating islands ),而第 二加熱裝置由平行的導(dǎo)體帶(conductor strips))構(gòu)成。通常布置在容 器壁上的第二加熱裝置對(duì)透氣性只有極小的影響。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)不存在 滲透窗；因此可以相對(duì)簡(jiǎn)單地在此設(shè)計(jì)加熱裝置。
下面參考附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。


附圖中示出
圖1為氣體選擇性氣體傳感器的示意性縱向截面圖，和 圖2為圖1中箭頭II所示方向的膜裝置的視圖。
具體實(shí)施例方式
所述的氣壓傳感器包含適于抽真空的外殼10，所述外殼具有矩形橫 截面并且為杯形結(jié)構(gòu)。外殼10包括四個(gè)側(cè)壁11和一個(gè)底壁12。位于底 壁12對(duì)面的一側(cè)被膜13封閉。這種膜是氣體選擇性滲透的，例如對(duì)于 輕的氣體如氦氣和氫氣是滲透性的。透氣性要求約250"C的恒定溫度。
膜13由二氧化珪制成。所述膜的一般i殳計(jì)如DE 100 31 882 Al和 EP0 831 964 Bl中所述。
外殼10由硼硅玻璃制成。由于外殼10與膜支撐體13的材料類似， 二者可以互相接合或者彼此熔接，從而就不需要粘合劑或者其它密封元 件。
外殼10處于真空狀態(tài)。其包含用于連接真空泵的連接體14，其在 運(yùn)行狀態(tài)下是熔斷的(melted off)或者通過(guò)其他措施以真空密封的方 式閉合。
外殼10中包含氣壓傳感器。在該實(shí)施方案中，所述傳感器由Penning 傳感器構(gòu)成，如DE 10 2004 034 381中所述。氣壓傳感器15包括兩個(gè) 平行的陰極板16，在圖1中只能看到其中一個(gè)。陽(yáng)極環(huán)17位于陰極板 16之間，其軸與所述板的平面正交延伸。啟動(dòng)電源以輸送施加在陰極板 和陽(yáng)極環(huán)之間的直流電流。在電路中，設(shè)置電流測(cè)量?jī)x來(lái)測(cè)量陰極電流 或陽(yáng)極電流。Penning放電所需的磁場(chǎng)由封閉的外殼10外部布置的永磁 體來(lái)產(chǎn)生。
圖2示出布置在膜13遠(yuǎn)離外殼10的一側(cè)上的加熱裝置的正視圖。 第一加熱裝置20位于與外殼10的壁沒有接觸的區(qū)域正面的膜13中心 區(qū)域。因此，第一加熱裝置20與在容器前端的開口 18 (圖1)基本同形(congruent)。第一加熱裝置20由大量包括根據(jù)EP 0 831 964 Bl的 彎曲形螺旋加熱元件的窗構(gòu)成。所述螺旋加熱元件是鉑絲，其被濺射在 Si02的薄壁層上。所述窗布置成棋盤狀并且均勻分布在膜13的中心區(qū) 域上。
在本實(shí)施方案中，外殼10具有凸緣19，膜13在其端面上接合。布 置在所述端面正面的膜邊緣具有第二加熱裝置21和22。第二加熱裝置 沿著外殼的開口 18的上邊緣和下邊緣布置，并且圍繞正面的角在膜的 較小邊上延展，接觸板位于所述膜的較小邊上。接觸墊25、 26和27、 28布置在開口 18的垂直的較小邊上，其中接觸墊25和26分別與第一 加熱裝置20的一端連接，接觸墊27和28分別與加熱裝置21和22的 末端連接。
第一加熱裝置20的彎曲形結(jié)構(gòu)設(shè)置成大量的窗形式或加熱島形式， 而加熱裝置21和22 二者形成為在接觸墊27和28之間延伸的平行導(dǎo)體 帶。
加熱裝置20、 21和22分別單獨(dú)調(diào)節(jié)溫度。它們彼此獨(dú)立地保持恒定 的溫度。膜溫度由此具有高恒定性，即使在總壓力劇烈變化，例如在外殼 10的環(huán)境從大氣壓下降至高真空的抽真空時(shí)的情況下也如此。
權(quán)利要求
1. 一種氣體傳感器，包括由氣體選擇性滲透膜(13)封閉的真空外殼(10)和布置在所述膜(13)上的溫度調(diào)節(jié)的第一加熱裝置(20)，其特征在于，在所述膜(13)上布置有至少一個(gè)第二加熱裝置(21、22)，所述至少一個(gè)第二加熱裝置獨(dú)立于所述第一加熱裝置(20)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器，其特征在于，所述第一加熱裝 置(20)布置在不與所述外殼(10)的壁直接接觸的所述膜(13)的區(qū) 域內(nèi)，并且所述第二加熱裝置(21、 22)布置在與所述外殼(10)的壁 直接接觸的區(qū)域內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的氣體傳感器，其特征在于，提供兩個(gè)所述 第二加熱裝置(21、 22)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的氣體傳感器，其特征在于，所述第二加熱裝 置(21、 22)沿著矩形膜(13)的兩個(gè)平行邊緣布置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4的氣體傳感器，其特征在于，所述第二加熱 裝置(21、 22)在所述膜(13)上具有各自的接觸墊(27、 28)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)的氣體傳感器，其特征在于，所述 第一加熱裝置(20)包含大量加熱島，并且所述第二加熱裝置(21、 22) 包含平行的導(dǎo)體帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有選擇性滲透膜(13)的氣體傳感器，選擇性滲透膜(13)由硅材料構(gòu)成并且在其外側(cè)上具有加熱裝置(20)。所述膜(13)封閉真空外殼，所述外殼包含壓力傳感器。在對(duì)外殼的周圍區(qū)域抽真空時(shí)，由于周圍空氣的總壓力快速變化引起熱耗散變化，導(dǎo)致即使調(diào)節(jié)膜(13)的溫度，還是出現(xiàn)信號(hào)漂移。本發(fā)明提供至少一個(gè)第二加熱裝置(21、22)，其溫度調(diào)節(jié)獨(dú)立于第一加熱裝置(20)。因此，即使在所述外殼中總壓力劇烈變化的情況下膜溫度也高度恒定。
文檔編號(hào)G01M3/20GK101460820SQ200780020186
公開日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月3日
發(fā)明者丹尼爾·韋齊希, 維爾納·格羅塞·布萊 申請(qǐng)人:因菲康有限公司