專(zhuān)利名稱(chēng)：用于氣體分析設(shè)備的紅外輻射器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于氣體分析設(shè)備的紅外輻射器裝置，所述裝置由一輻射器殼體構(gòu)成，所述輻射器殼體的內(nèi)腔的一側(cè)被一可透輻射的窗口封閉，所述內(nèi)腔中設(shè)有一板狀陶瓷體，所述陶瓷體上覆有一結(jié)構(gòu)化加熱電阻層。
背景技術(shù)：
紅外氣體分析的寬帶輻射源一般采用電阻輻射器(Widerstandsstrahler)，其反應(yīng)器殼體被可透輻射的窗口(例如CaF2-IR窗口)封閉，殼體內(nèi)設(shè)有螺旋燈絲。殼體內(nèi)充注保護(hù)氣體(例如N2)，以免螺旋燈絲與周?chē)諝獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)。也可用其它氣體如&在螺旋燈絲上形成保護(hù)層，例如氧化層。目前的現(xiàn)有技術(shù)中還有一類(lèi)采用厚膜或薄膜工藝形成結(jié)構(gòu)化加熱電阻層的平面輻射源，該加熱電阻層直接形成在可透輻射的窗口上(例如US4620104)，或者形成在布置于輻射器殼體內(nèi)的陶瓷體上(DE1936M5，DE4420340)。本發(fā)明涉及的是上述第二種紅外輻射器裝置。在DE1936245所揭示的裝置中，加熱電阻層通過(guò)汽化滲鍍工藝形成于矩形陶瓷板的正面，其背面則以汽化滲鍍、粘合或燒結(jié)工藝形成鉬電阻溫度計(jì)。陶瓷板由多個(gè)用于加熱電阻層和鉬電阻溫度計(jì)的接點(diǎn)支承，這些接點(diǎn)透過(guò)輻射器殼體的后壁伸出在輻射器殼體外部。在DE4420340所揭示的裝置中，漿料(例如鉬漿料)形式的加熱電阻層通過(guò)厚膜工藝以先印后烘焙的方式盤(pán)旋狀形成于同樣呈矩形的AlN襯底的正面。陶瓷襯底的背面裝有熱電偶形式的熱敏元件。DE4420340沒(méi)有揭示陶瓷襯底在輻射器殼體內(nèi)的固定方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是確保所述陶瓷體和覆在該陶瓷體上的加熱電阻層得到可靠而明確的固定。本發(fā)明用以達(dá)成上述目的的解決方案為在前述類(lèi)型的裝置中，所述板狀陶瓷體實(shí)施為等邊三角板，所述等邊三角板通過(guò)其三角形頂點(diǎn)固定在所述輻射器殼體的內(nèi)圓周上。所述三角形頂點(diǎn)不一定是尖的，也可以經(jīng)倒圓或削平處理。三點(diǎn)式安裝可將陶瓷體可靠而明確地固定在輻射器殼體內(nèi)。其中，等邊三角板的三角形頂點(diǎn)優(yōu)選固定在形成于輻射器殼體的內(nèi)圓周上的環(huán)行槽中。作為替代方案，可以通過(guò)局部形成于殼體內(nèi)壁上的突起或槽隙，或者通過(guò)設(shè)置在殼體內(nèi)壁上的彈性元件來(lái)固定三角形頂點(diǎn)。本發(fā)明裝置的另一優(yōu)點(diǎn)在于，三點(diǎn)式安裝可將陶瓷體到輻射器殼體的傳熱最小化。如此便可通過(guò)釬焊連接，在三角板的三角形頂點(diǎn)區(qū)域內(nèi)將加熱電阻層和有可能存在的其它電阻層(例如用于溫度測(cè)量的電阻層)與連接線(xiàn)連接起來(lái)。替代性的連接方法例如有燒結(jié)和焊接。
為了改善所述三角板內(nèi)部(特別是其邊緣區(qū)域內(nèi))的溫度分布和應(yīng)力分布，所述加熱電阻層形成多個(gè)沿所述三角板的邊緣和靠近所述邊緣分布的子結(jié)構(gòu)。這些子結(jié)構(gòu)例如可以呈直線(xiàn)狀平行于所述邊緣分布，或者在所述邊緣與加熱電阻層位于三角板內(nèi)側(cè)區(qū)域的其余結(jié)構(gòu)之間的區(qū)域內(nèi)呈波紋狀分布。所述陶瓷體的邊緣僅受到單面加熱，因而該區(qū)域內(nèi)存在傳熱現(xiàn)象。因此，加熱電阻層沿所述邊緣分布的子結(jié)構(gòu)的電阻優(yōu)選高于加熱電阻層的其余結(jié)構(gòu)，亦即，所述邊緣上的電阻加熱程度相對(duì)較大。舉例而言，可以通過(guò)減小導(dǎo)線(xiàn)截面或者通過(guò)對(duì)加熱電阻層進(jìn)行摻雜來(lái)實(shí)現(xiàn)相對(duì)較高的電阻。所述陶瓷體呈三角形，因此其邊緣與所述輻射器殼體的內(nèi)壁之間會(huì)形成開(kāi)口。輻射器殼體可在其與所述窗口相對(duì)布置的內(nèi)側(cè)具有采用相應(yīng)設(shè)計(jì)的反射器，以便從陶瓷體遠(yuǎn)離窗口的一面出發(fā)的輻射分量透過(guò)這些開(kāi)口傳遞到窗口上。最后，用一大面積的陶瓷襯底可以很方便地制造出大量的三角形陶瓷體，具體方式是在三個(gè)相互間成60°角的方向上沿多條平行線(xiàn)進(jìn)行劃痕或激光打孔，借此在該陶瓷襯底上設(shè)置規(guī)定斷裂線(xiàn)，而后沿規(guī)定斷裂線(xiàn)斷裂分離出單個(gè)陶瓷體。所述三角板的邊緣則構(gòu)成斷裂邊。測(cè)量和控制溫度時(shí)可用已知方式測(cè)量所述加熱電阻層或其他電阻層的電阻。但是，就算將電阻值控制得保持不變，老化所引起的電阻變化仍然會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生不同的溫度，進(jìn)而使得所產(chǎn)生的輻射具有不同的強(qiáng)度譜。通過(guò)用至少兩個(gè)具有不同溫度特性的電阻結(jié)構(gòu)進(jìn)行冗余溫度檢測(cè)，可檢測(cè)出這種由老化引起的電阻層變化。舉例而言，通過(guò)對(duì)電阻層進(jìn)行相應(yīng)摻雜，可以實(shí)現(xiàn)溫度特性上的差異。


下文將借助附圖對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步說(shuō)明，其中圖1為本發(fā)明包括陶瓷體的紅外輻射器裝置的實(shí)施例截面圖，所述陶瓷體載有加熱電阻層；圖2為所述陶瓷體的俯視圖；圖3為陶瓷襯底的實(shí)施例，所述陶瓷襯底具有規(guī)定斷裂線(xiàn)，以便分離出多個(gè)陶瓷體；圖4為具有不同溫度特性的兩個(gè)電阻結(jié)構(gòu)的示范性電阻/溫度特性曲線(xiàn)；以及圖5和圖6為加熱電阻層采用不同結(jié)構(gòu)化方式的陶瓷體的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1為一紅外輻射器裝置的截面圖，該裝置包括輻射器殼體1，其內(nèi)部被可透紅外線(xiàn)的窗口 2封閉。輻射器殼體1內(nèi)設(shè)有板狀陶瓷體3，該陶瓷體靠近窗口 2的一面覆有結(jié)構(gòu)化加熱電阻層4。圖2為陶瓷體3的俯視圖。陶瓷體3實(shí)施為等邊三角板5，其三角形頂點(diǎn)6固定在形成于輻射器殼體1的內(nèi)圓周上的環(huán)行槽7中。槽7由輻射器殼體1上的環(huán)行凸肩8和布置在窗口 2與陶瓷體3之間的卡圈9構(gòu)成。加熱電阻層4由先通過(guò)絲網(wǎng)印刷涂覆到陶瓷體3上、再經(jīng)焙燒的鉬漿料構(gòu)成?？稍谔沾审w3的單面或雙面加印多個(gè)加熱結(jié)構(gòu)41、42，或者也可加印用于溫度檢測(cè)的結(jié)構(gòu)。圖2示出兩個(gè)電性串聯(lián)且可單獨(dú)予以加熱的蛇形加熱結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)加熱結(jié)構(gòu)均可用于溫度測(cè)量和溫度控制。作為替代或補(bǔ)充方案，可在陶瓷體3的背面設(shè)置用于(冗余)溫度測(cè)量的鉬結(jié)構(gòu)10。三角形結(jié)構(gòu)可將陶瓷體3穩(wěn)定地固定在輻射器殼體1內(nèi)。此外，三角形結(jié)構(gòu)會(huì)讓陶瓷體3的邊緣11與輻射器殼體1的內(nèi)壁之間形成開(kāi)口，從陶瓷體3遠(yuǎn)離窗口 2的一面出發(fā)的輻射分量透過(guò)這些開(kāi)口被反射器12傳遞到窗口 2上。三點(diǎn)式安裝可將陶瓷體3到輻射器殼體1的傳熱最小化，從而可在三角板5的三角形頂點(diǎn)6區(qū)域內(nèi)，通過(guò)與連接線(xiàn)14釬焊連接而將加熱電阻層4和其他電阻層10與接觸區(qū)13連接起來(lái)，這些連接線(xiàn)14在輻射器殼體1的背面伸出在輻射器殼體外部。圖3為一大面積的陶瓷襯底15，用該陶瓷襯底可以很方便地制造出大量的三角形陶瓷體3。為此需要在陶瓷襯底15上設(shè)置規(guī)定斷裂線(xiàn)，具體方式是在三個(gè)相互間成60°角的方向上沿平行線(xiàn)16進(jìn)行劃痕或激光打孔，而后沿規(guī)定斷裂線(xiàn)斷裂分離出單個(gè)陶瓷體3。 三角板5的邊緣11則構(gòu)成斷裂邊。圖4為圖2中具有不同溫度特性的兩個(gè)電阻結(jié)構(gòu)41和42的電阻/溫度(R/T)特性曲線(xiàn)R41和R42，舉例而言，通過(guò)對(duì)其中一個(gè)電阻結(jié)構(gòu)進(jìn)行摻雜或者對(duì)兩個(gè)電阻結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同摻雜，可使其具有不同的溫度特性。由于老化，特性曲線(xiàn)R41變成了 Ra41，特性曲線(xiàn)R42 變成了 Ra42。以電阻控制的方式將電阻結(jié)構(gòu)42加熱至溫度T1,其中，額定電阻值為禮。在溫度T1下，在電阻結(jié)構(gòu)41上測(cè)得的電阻值為&。電阻結(jié)構(gòu)41和42老化后，如果仍然將電阻結(jié)構(gòu)42控制為電阻值R1，溫度就會(huì)非期望地降低為溫度T2。但是由于電阻結(jié)構(gòu)41具有不同的溫度特性，在該溫度T2下在電阻結(jié)構(gòu)41上測(cè)到的不是原始電阻值&，而是變化后的電阻值R3，這表明電阻結(jié)構(gòu)41和42的電阻因老化而發(fā)生變化，也表明溫度設(shè)定錯(cuò)誤。圖5為等邊三角板5形式的陶瓷體3，三角形頂點(diǎn)6在此得到了削平處理。加熱電阻層4由內(nèi)側(cè)子結(jié)構(gòu)43和外側(cè)子結(jié)構(gòu)44構(gòu)成，內(nèi)側(cè)子結(jié)構(gòu)43與圖2中的加熱結(jié)構(gòu)42相似，外側(cè)子結(jié)構(gòu)44在三角板5的邊緣11與加熱電阻層4的內(nèi)側(cè)子結(jié)構(gòu)43之間的區(qū)域內(nèi)呈波紋狀分布。借此可使三角板5上除三角形頂點(diǎn)6以外的所有區(qū)域都能得到均勻加熱。接觸區(qū)16內(nèi)各設(shè)兩個(gè)小孔17，這兩個(gè)小孔在燒結(jié)之前用于安裝連接線(xiàn)14(圖1)。 借此可為經(jīng)燒結(jié)處理的接觸點(diǎn)減輕機(jī)械負(fù)荷。在如圖6所示的實(shí)施例中，加熱電阻層4由內(nèi)側(cè)子結(jié)構(gòu)45和外側(cè)子結(jié)構(gòu)46構(gòu)成， 內(nèi)側(cè)子結(jié)構(gòu)45在三角板5的區(qū)域內(nèi)呈波紋狀分布，外側(cè)子結(jié)構(gòu)46的形式是內(nèi)側(cè)子結(jié)構(gòu)45 的進(jìn)線(xiàn)，其呈直線(xiàn)狀平行于邊緣11分布。陶瓷體3的邊緣11僅受到單面加熱，因而該區(qū)域內(nèi)存在傳熱現(xiàn)象。因此，加熱電阻層4的外側(cè)子結(jié)構(gòu)46被設(shè)計(jì)為其電阻高于內(nèi)側(cè)子結(jié)構(gòu)45 的電阻。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體分析設(shè)備的紅外輻射器裝置，所述紅外輻射器裝置由輻射器殼體(1) 構(gòu)成，所述輻射器殼體的內(nèi)腔的一側(cè)被可透輻射的窗口( 封閉，所述內(nèi)腔中設(shè)有板狀陶瓷體(3)，所述陶瓷體上覆有結(jié)構(gòu)化加熱電阻層0)，其特征在于，所述板狀陶瓷體C3)實(shí)施為等邊三角板(5)，所述等邊三角板通過(guò)其三角形頂點(diǎn)(6)固定在所述輻射器殼體(1)的內(nèi)圓周上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紅外輻射器裝置，其特征在于，所述等邊三角板( 的三角形頂點(diǎn)(6)固定在形成于所述輻射器殼體(1)的內(nèi)圓周上的環(huán)行槽(7)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的紅外輻射器裝置，其特征在于，所述加熱電阻層(4)和有可能存在的其它電阻層(10)在所述三角板(5)的三角形頂點(diǎn)(6)區(qū)域內(nèi)與連接線(xiàn)(14)連接。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外輻射器裝置，其特征在于，所述加熱電阻層(4)形成沿所述三角板(5)的邊緣(11)和靠近所述邊緣分布的子結(jié)構(gòu)(44，46)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的紅外輻射器裝置，其特征在于，所述加熱電阻層⑷沿所述邊緣(11)分布的子結(jié)構(gòu)G4，46)的電阻高于所述加熱電阻層的其余結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外輻射器裝置，其特征在于，所述輻射器殼體(1)在其與所述可透輻射的窗口( 相對(duì)布置的內(nèi)側(cè)具有反射器 (12)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外輻射器裝置，其特征在于，所述三角板(5)的邊緣(11)構(gòu)成斷裂邊。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的紅外輻射器裝置，其特征在于，所述陶瓷體(3)上設(shè)有至少兩個(gè)具有不同溫度特性的電阻結(jié)構(gòu)01，42)，以便進(jìn)行冗余溫度檢測(cè)。
全文摘要
一種用于氣體分析設(shè)備的紅外輻射器裝置，所述紅外輻射器裝置由輻射器殼體構(gòu)成，所述輻射器殼體的內(nèi)腔的一側(cè)被可透輻射的窗口封閉，所述內(nèi)腔中設(shè)有板狀陶瓷體(3)，所述陶瓷體上覆有加熱電阻層(4)。為了確保所述陶瓷體(3)得到可靠而明確的固定，所述陶瓷體實(shí)施為等邊三角板(5)，所述等邊三角板通過(guò)其三角形頂點(diǎn)(6)固定在所述輻射器殼體(1)的內(nèi)圓周上，優(yōu)選固定在環(huán)行槽(7)內(nèi)。
文檔編號(hào)G01J3/10GK102341683SQ201080010069
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2010年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月13日
發(fā)明者卡米爾·黑費(fèi)斯, 托馬斯·赫納, 拉爾夫·比特 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司