本發(fā)明涉及一種用于探測氣體的參數(shù)的裝置，一種用于確定氣體的參數(shù)的測量系統(tǒng)，一種用于運行用于探測氣體的參數(shù)的裝置的方法，一種相應(yīng)的裝置以及一種相應(yīng)的計算機程序。

用于探測氧氣或二氧化氮的廢氣傳感器目前幾乎僅僅在陶瓷工藝或者是LTCC(低溫共燒陶瓷)中制造。作為離子導(dǎo)體使用的活性層在此情況下多數(shù)由氧化釔穩(wěn)定的二氧化鋯(YSZ)制造和與另外的層組合，例如氧化鋁為基的絕緣層或?qū)щ妼?，例如由Pt構(gòu)成的層，其通過金屬漿料壓力被結(jié)構(gòu)化和煅燒。

還存在用于構(gòu)造固體電解質(zhì)為基的、微機械的傳感器的設(shè)計構(gòu)思，其中，電流與通過電解質(zhì)的離子流成比例。

此外，已知壓力傳感器，它們可以通過可變形的膜以非常高的分辨率測量小的壓力差或也測量絕對壓力，其中，在絕對壓力測量情況下，使用具有恒定的封閉的氣體量的氣密的腔。用于制造腔的已知的工藝，其除了其他方面適用于在傳感器中使用，例如是一個或多個基于SOI的APSM-工藝。

DE102004036032A1公開一種用于制造半導(dǎo)體元器件的方法，其中借助于第一外延層，其被施加在一個半導(dǎo)體載體上，在半導(dǎo)體載體的一個區(qū)域的上方由第一摻雜產(chǎn)生一個膜和借助于第二外延層，其被施加在所述半導(dǎo)體載體上，將一個結(jié)構(gòu)化的穩(wěn)定元件設(shè)置在半導(dǎo)體載體上。

本發(fā)明的公開

在這個背景下，通過在此處介紹的構(gòu)思，提出根據(jù)主權(quán)利要求所述的一種用于探測氣體的參數(shù)的裝置，一種用于確定氣體的參數(shù)的測量系統(tǒng)，一種用于運行用于探測氣體的參數(shù)的裝置的方法，此外一種使用這種方法的裝置，以及最后一種相應(yīng)的計算機程序。有利的設(shè)計方案由相應(yīng)的從屬權(quán)利要求和以下的描述中得到。

一種用于探測氣體的參數(shù)的、具有用于容納氣體的腔的裝置包括在覆蓋所述腔的離子導(dǎo)電的膜的相對置的側(cè)面上的兩個導(dǎo)電的材料的層以及布置在膜處的壓力測量元件。因此可以實現(xiàn)一種組合的傳感器，其由一個壓力傳感器和一個基于在導(dǎo)電的材料的層之間的電壓的氣體傳感器組成。

一種按照在此處介紹的構(gòu)思建造的傳感器裝置允許改進(jìn)對氣體的探測，該氣體可以借助于離子導(dǎo)電的材料直接地或間接地測量，即例如氧氣或有害氣體如氧化氮，尤其是在廢氣中，例如在機動車的廢氣中。

在此處建議的構(gòu)思的一種擴展方案中，尤其可以取代瞬時測量小的氣體濃度，實現(xiàn)要求很少費用的在時間上積分的測量模式。由此可以考慮有效的廢氣標(biāo)準(zhǔn)，其不是探測瞬時的濃度，而是要求積分的值，例如在確定的行駛路段上探測。在一個按照在此處建議的設(shè)計構(gòu)思中，實現(xiàn)的傳感器裝置也可以使用在導(dǎo)電的層之間的電流，其不要求放大和/或屏蔽。由此可以有效地降低下游連接的測量機構(gòu)的費用。

此外建議的設(shè)計構(gòu)思實現(xiàn)傳感器的功率消耗的和加熱時間的減少，例如通過在運行裝置中僅僅將離子導(dǎo)電的層而不是傳感器作為復(fù)合體通過加熱器加熱到運行溫度上。通過一種由此可能的非?？斓募訜嵘郎兀瑐鞲衅鞯陌惭b地點可以自由地選擇，例如進(jìn)一步遠(yuǎn)離對裝置的殼體不利的、高的機動車廢氣溫度。作為另外的優(yōu)點，在建議的設(shè)計構(gòu)思的一個擴展方案中，允許使用在離子導(dǎo)電的元件處的導(dǎo)電的層作為電極并且，作為加熱器結(jié)構(gòu)，允許一種具有較小的成本和提升的可靠性的顯著簡化的結(jié)構(gòu)。

提出一種用于探測氣體的參數(shù)的裝置，其中，裝置具有以下特征:

至少一個用于容納來自外室的氣體的腔（空穴）；

至少一個用于將腔相對于外室分開的膜，其中，面對外室的膜的第一側(cè)具有第一層導(dǎo)電的材料和面對腔的、與第一側(cè)相對置的、膜的第二側(cè)具有第二層導(dǎo)電的材料，和其中，膜的至少一個區(qū)段具有離子導(dǎo)電的材料；和

至少一個布置在膜處的、用于探測在腔中的氣體壓力的壓力測量元件。

該裝置可以是一種用于確定氣體濃度的傳感器裝置，例如在機動車的廢氣中。為此可以探測一個或多個氣體的參數(shù)，例如用于泵送氣體到腔中要求的泵電流的大小和/或位于腔中氣體的氣體壓力。所述至少一個腔可以以凹槽（盆）的形式施加在用于安裝所述裝置的各個元件的襯底中，例如通過在襯底的表面上實施的蝕刻工序。外室可以表示一個位于腔外部的環(huán)境。外室可以在膜和裝置的外殼之間或之外延伸。在外室中可以具有環(huán)境壓力。膜可以由一種允許彈性變形的材料制造并且設(shè)計成用于在響應(yīng)在腔內(nèi)部中的氣體壓力下形成一個在外室方向上的拱形體。尤其地，膜可以借助于離子導(dǎo)電的材料被設(shè)計成用于允許氣體在外室和腔之間擴散。第一和第二層導(dǎo)電的材料可以是金屬層，通過在其處布置的電的接觸接頭可以在其上施加電勢和/或通過接觸接頭可以在其處抽取電勢。壓力測量元件例如可以布置在膜面對外室的側(cè)面上并且設(shè)計成用于壓電地或壓阻地探測氣體壓力。壓力測量元件例如可以是電阻應(yīng)變片或壓力測量元件可以具有電阻應(yīng)變片。

按照裝置的一個實施方式，所述第一層導(dǎo)電的材料，所述膜和所述第二層導(dǎo)電的材料可以設(shè)計成用于，在第一層和第二層之間施加的電壓下將氣體通過膜泵送。備選地或附加地，第一層導(dǎo)電的材料，膜和第二層導(dǎo)電的材料可以設(shè)計成用于，在氣體通過膜擴散期間在第一層和第二層之間產(chǎn)生電壓。因此可以直接地借助于探測用于將氣體從外室泵送到腔中和/或從腔中泵送到外室中的泵電流和備選地或附加地，借助于抽取基于氣體擴散的電壓，推斷出氣體的成分。

尤其地，第一層導(dǎo)電的材料和/或第二層導(dǎo)電的材料可以具有可透氣的貴金屬。因此可以有利地獲得膜或膜的離子導(dǎo)電的區(qū)段的透氣性。

按照另一個實施方式，第一層導(dǎo)電的材料和/或第二層導(dǎo)電的材料可以具有第一電的接觸接頭和第二電的接觸接頭并且被相應(yīng)地設(shè)計成用于，基于在第一電的接觸接頭和第二電的接觸接頭之間的電流量加熱膜的至少一個區(qū)段。用于加熱膜的熱量可以以簡單的方式通過施加不同的電勢到第一和第二電的接觸接頭上產(chǎn)生。因此可以取消在裝置中的加熱元件并且由此節(jié)省成本和結(jié)構(gòu)空間。

尤其地，壓力測量元件可以布置在膜的要加熱的區(qū)段外部。因此可以直接地保證，壓力測量元件的測量功能不會受到溫度波動或?qū)毫y量元件有損害的溫度的影響。

按照一個特別的實施方式，第一層導(dǎo)電的材料和/或第二層導(dǎo)電的材料可以曲折形地（回形地）構(gòu)造，例如在一個與膜的第一和第二側(cè)基本上平行的平面中曲折形地延伸。尤其地，導(dǎo)電的材料的層，其被用于加熱膜的區(qū)段，可以具有曲折形的走向。因此，為了最佳地加熱膜，可以以簡單的和牢靠的方式提供一個延長的加熱路段。此外，在將不透氣的材料用于導(dǎo)電的材料的層時，可以為氣體的通過形成暴露的區(qū)域。

裝置可以具有用于限制膜的偏轉(zhuǎn)的止擋元件。止擋元件尤其可以布置在腔的底部上。通過這個實施方式，可以以簡單的和成本有利的方式避免膜的損壞。

按照另一個實施方式，裝置可以具有至少一個第二壓力測量元件。第二壓力測量元件可以布置在與壓力測量元件的位置不同的、在膜處的另外的位置上。因此，通過探測在膜的不同的位置處的氣體壓力，可以更精確地確定在腔中存在的氣體壓力。尤其地，壓力測量元件的探測方向可以與所述另外的壓力測量元件的探測方向不同。探測方向可以是一種方向，在方向上壓力測量元件在記錄測量參數(shù)中經(jīng)歷物理的和/或化學(xué)的變化。如果壓力測量元件例如實施成電阻應(yīng)變片，那么探測方向可以對應(yīng)于電阻應(yīng)變片的延伸（應(yīng)變）方向。該實施方式的這個具體的擴展方案實現(xiàn)更精確地確定氣體壓力。

按照一個特別的實施方式，裝置可以具有至少一個另外的用于容納來自外室的氣體的腔，至少一個另外的用于將另外的腔相對于外室分開的膜和至少一個另外的布置在膜處的、用于探測在另外的腔中的氣體壓力的壓力測量元件。在此，另外的膜的面對外室的第一側(cè)可以具有另外的第一層導(dǎo)電的材料和另外的膜的面對另外的腔的、與第一側(cè)相對置的，第二側(cè)可以具有另外的第二層導(dǎo)電的材料。另外的膜的至少一個區(qū)段可以具有離子導(dǎo)電的材料。通過該實施方式，兩個或更多個傳感器元件可以集成在裝置上。通過使傳感器元件可以相互獨立地用于測量過程，可以以簡單的方式實施對各個傳感器元件的功能檢查。尤其地，通過在時間上錯開地和/或輪轉(zhuǎn)地使用各個傳感器元件，也可以實現(xiàn)一種在時間上積分的、用于探測氣體的模式。

此外提出一種用于確定氣體的參數(shù)的測量系統(tǒng)，其中，測量系統(tǒng)具有以下特征:

根據(jù)在前面解釋的實施方式的裝置；和

評價機構(gòu)，其中，評價機構(gòu)與第一層導(dǎo)電的材料和/或第二層導(dǎo)電的材料和/或壓力測量元件耦聯(lián)并且設(shè)計成用于，基于第一層和/或第二層的至少一個電勢和/或基于由壓力測量元件探測的在腔中的氣體壓力確定氣體的參數(shù)。

評價機構(gòu)可以設(shè)計成用于，基于電勢和基于氣體壓力交替地或同時地確定氣體。尤其地，評價機構(gòu)可以設(shè)計成用于，對于在時間上積分的測量，氣體的確定在一個預(yù)先確定的時間間隔上，例如在機動車的一個行駛（路程）上，重復(fù)地實施。

此外介紹一種用于運行用于探測氣體的參數(shù)的裝置的方法，其中，裝置具有至少一個用于容納來自外室的氣體的腔，至少一個用于將腔相對于外室分開的膜，其中，面對外室的、膜的第一側(cè)具有第一層導(dǎo)電的材料和面對腔的、與第一側(cè)相對置的、膜的第二側(cè)具有第二層導(dǎo)電的材料和膜的至少一個區(qū)段具有離子導(dǎo)電的材料，和具有至少一個布置在膜處的、用于探測在腔中的氣體壓力的壓力測量元件，和其中，所述方法具有以下步驟:

在第一層和第二層之間施加電壓，用于將氣體通過膜從外室泵送到腔中；和

至少在第一層和/或第二層處和/或在壓力測量元件處探測電參數(shù)，用于探測氣體的參數(shù)。

在第一層處和/或第二層處探測的電參數(shù)可以例如是用于泵送氣體通過膜的泵電流的電流強度。如果由壓力測量元件探測電參數(shù)，該電參數(shù)可以是基于壓力測量元件的彈性變形的電壓。

按照一個實施方式，所述方法此外可以具有步驟：在第一層和第二層之間重新施加電壓，用于將氣體通過膜從腔泵送到外室中，和相應(yīng)地具有步驟：至少在第一層和/或第二層處和/或在壓力測量元件處重新探測電參數(shù)，用于重新探測氣體的參數(shù)。這個實施方式實現(xiàn)以簡單的、成本有利的和靈活的方式在時間上積分地確定氣體或氣體成分。

按照另一個實施方式，用于運行裝置的所述方法可以被作為脈沖寬度調(diào)制方法實施，其中，在第一層和第二層之間施加電壓的步驟可以與為了加熱膜的區(qū)段在第一層或第二層上施加電壓的步驟交替地實施。因此借助于該方法，膜的有利的組合的加熱和氣體的測量值的確定可以借助于同一個裝置元件實施。

在此處介紹的構(gòu)思此外創(chuàng)造一種裝置，其被設(shè)計成用于在相應(yīng)的機構(gòu)中實施和執(zhí)行在此處介紹的方法的變型方案的步驟。通過本發(fā)明的這個裝置形式的實施變型方案也可以快速并且高效地解決本發(fā)明基于的任務(wù)。

裝置在此可以理解為一種電設(shè)備，其處理傳感器信號和依據(jù)該傳感器信號輸出控制和/或數(shù)據(jù)信號。裝置可以具有接口，其可以按照硬件和/或軟件地構(gòu)造。在按照硬件的構(gòu)造情況下，接口可以是例如所謂的系統(tǒng)ASIC的一部分，它包含裝置的各種極其不同的功能。但是也可以設(shè)想，接口是獨立的集成電路或至少部分地由分立的元器件構(gòu)成。在按照軟件的構(gòu)造情況下，接口可以是軟件模塊，例如在微處理器上除了其它的軟件模塊以外設(shè)置的。

一種計算機程序產(chǎn)品或具有程序編碼的計算機程序也是有利的，其可以存儲在可機讀的載體或存儲介質(zhì)如半導(dǎo)體存儲器、硬盤存儲器或光學(xué)存儲器上并且用于實施，執(zhí)行和/或控制根據(jù)前述實施方式中任一個所述的方法的步驟，尤其地當(dāng)程序產(chǎn)品或程序在計算機或裝置上被執(zhí)行時。

在此處介紹的構(gòu)思以下借助于附圖舉例而言地詳細(xì)解釋。附圖中所示:

圖1是按照本發(fā)明的一個實施例的用于探測氣體的參數(shù)的裝置的橫截面圖；

圖2是按照本發(fā)明的另一個實施例的用于探測氣體的參數(shù)的裝置的俯視圖；

圖3是按照本發(fā)明的一個實施例的用于確定氣體的參數(shù)的測量系統(tǒng)的框圖；和

圖4是按照本發(fā)明的一個實施例的用于運行用于探測氣體的參數(shù)的裝置的方法的流程圖。

在以下描述本發(fā)明的有利的實施例中，在不同的圖中示出的和類似地作用的元件采用相同的或類似的附圖標(biāo)記，其中，取消對這些元件的重復(fù)描述。

圖1在原理圖中示出按照本發(fā)明的一個實施例的用于探測氣體的參數(shù)的裝置100的橫截面圖。裝置100可以例如被安裝在機動車中并且被設(shè)計成用于探測在機動車的廢氣中的有害氣體的濃度。因此裝置100也可以稱為傳感器裝置或傳感器。裝置100具有襯底102，在襯底中施加室或腔104。腔104被膜106覆蓋。由此膜106將腔104與外室108分開。膜106的第一側(cè)110面對外室108，和膜106的與第一側(cè)110相對置的第二側(cè)112面對腔104。膜106的第一側(cè)110具有第一層114導(dǎo)電的材料，和膜106的第二側(cè)112具有第二層116導(dǎo)電的材料。與第一層114導(dǎo)電的材料相間隔地，用于探測在腔104中的氣體壓力的壓力測量元件118布置在膜106的第一側(cè)110上。壓力測量元件118由此形成裝置100的壓力傳感器元件。

在圖1中示出的裝置100的實施例中，襯底102由硅形成。備選地，也可以使用其它的適用于MEMS工藝的材料。除了提供腔104以外，襯底102此外還用作尤其是用于膜106和壓力測量元件118的載體。壓力測量元件118也可以包含–在此處沒有示出-另外的用于壓力測量需要的元件，例如溫度傳感器或溫度補償元件。但是作為溫度傳感器也可以使用傳感器的另外的元件，例如加熱器的電阻或設(shè)計成加熱器的層114或116。如在圖1中的視圖示出的，腔104由襯底102的一個表面或主側(cè)面120中加工出來，例如借助于蝕刻工藝。襯底102的表面120的圍住腔104的區(qū)域被絕緣層122蓋住。如裝置100的橫截面在圖1中示出的，腔104由具有平的矩形底部124和與底部124垂直地延伸的壁126的、長方體形的槽（盆）構(gòu)成。腔104淺地成形，其中底部124的尺寸超過壁126的高度。

理想地，室104盡可能淺地實施，以便能夠在小的容積下同時地施加大面積的膜106。由此在小量的泵送氣體下就已經(jīng)可以實現(xiàn)高的壓力改變。但是室壁126的高度向下受到限制。因為在被加熱的膜106與室底部124之間的小的間距下，在此處也會發(fā)生熱傳遞。由于室106的面積與容積的比僅僅由室104的高度決定，因此可以實現(xiàn)室104的微型化和與壓力傳感器118的幾何要求的匹配。此外，該室或腔104的最小尺寸可以通過可靠性方面來確定，例如用于泵元件的要求的最小尺寸，以便在沉積情況下也保證功能。

膜106具有對應(yīng)于腔104的底部124的矩形形狀，其中，膜106的尺寸大于腔104的底部124的尺寸。如在圖1中的視圖示出的，膜106的環(huán)繞的邊緣區(qū)域在襯底102的環(huán)繞腔104的邊緣區(qū)域上被固定在襯底102的絕緣層122上并且由此將腔104與外室108分開。膜106由彈性的材料形成和可以在響應(yīng)在腔104中相對于外室108存在的壓力下在腔104的方向上和在外室108的方向上拱曲。為了允許通過膜106運送氣體，膜106的至少一個區(qū)段具有離子導(dǎo)電的材料。層114，116全等地（一致地）中心地在膜106的相應(yīng)的側(cè)110，112處平行于一個平面地定位，膜106在該平面中延伸。層114，116在膜106的平面中具有比膜106和尤其比腔104較小的尺寸和由此與襯底102相間隔。

在圖1中示出的實施例中，第一層114和第二層116導(dǎo)電的材料由可透氣的貴金屬形成。但是這對于裝置100的功能來說不是強制性要求的。按照實施例也可以使用其它的金屬和/或可透氣的材料以及非金屬用于層114，116。在圖1中示出的示例性的裝置100中，第一層114和第二層116導(dǎo)電的材料作為用于產(chǎn)生泵電流的電極使用，該泵電流用于將氣體通過膜106從外室108泵送到腔104中和/或從腔104泵送到外室108中。為了將電勢施加到第一層114和第二層116上，兩個層114，116各具有至少一個電的接觸接頭127。按照一個備選的實施例，裝置100在使用層114，116下以上述實施方案設(shè)計，用于在氣體擴散通過膜106時在第一層114和第二層116之間產(chǎn)生電壓。

在圖1中示出的裝置100的實施例中，壓力測量元件118實施成電阻應(yīng)變片并且被設(shè)計成用于，基于膜106的彈性變形產(chǎn)生電壓，該彈性變形由于基于泵電流將氣體運送到腔104中或者從腔104中運送出來而產(chǎn)生。為了限制膜106在腔104的方向上的偏轉(zhuǎn)，在圖1中示出的裝置100的實施例具有止擋元件128。止擋元件128在視圖中示出的實施例中以在膜106的方向上延伸的柱子的形式中心地布置在腔104的底部124上。為了避免在-在視圖中-形成下部的電極的第二層116和襯底102之間短路，止擋元件128可以如絕緣層122那樣具有電絕緣的材料。備選地，止擋元件可以導(dǎo)電地實施，因此在導(dǎo)電層116和止擋元件128之間接觸的情況下，例如泵送過程被中斷。備選地，腔也可以如此地制造，即在傳感器的正常運行中，在116和128之間存在接觸和由于不允許地高的內(nèi)壓力，膜的拱起導(dǎo)致可探測到的中斷。通過這個或這些壓力測量元件的信號和與導(dǎo)電的止擋元件的接觸的相互關(guān)系，也可以進(jìn)行對壓力測量元件的功能檢測或校準(zhǔn)。

在圖1中示出的裝置100的實施例中，第二或者說下部的導(dǎo)電的材料的層116在一個與膜106的平面平行的平面中曲折形地構(gòu)造和在此處附加地作為加熱元件被用于加熱膜106的位于層114，116之間的區(qū)段130。為了通過第二層116產(chǎn)生用于加熱功能要求的電流量，該第二層具有第二電的接觸接頭132。如在圖1中的視圖示出的，壓力測量元件118布置在膜106的要加熱的區(qū)段130的外部。

在圖1中示出的示例性的傳感器100包括膜106，該膜以封閉的或者受限制地擴散敞開的腔的形式劃分內(nèi)室或者說腔104和按照實施例另外的內(nèi)室104和外室108，以及包括由離子導(dǎo)電的材料構(gòu)成的元件106，該元件布置在內(nèi)室104和外室108之間。至少膜106的由離子導(dǎo)電材料構(gòu)造成的部分130被加熱地實施。電阻應(yīng)變片118布置在膜106的被加熱的區(qū)域130的外部。按照實施例，裝置100還可以具有另外的電阻應(yīng)變片118，它們可以在與第一電阻應(yīng)變片118的位置不同的另外的位置上布置在膜106處。

通過形式為膜106的離子導(dǎo)電的元件，這個氣體或者大量氣體被限定地從外室108運動到傳感器100的內(nèi)室或者說腔104中和/或反向地運動。氣體的這種“泵送”提供在內(nèi)室104和外室108之間的壓力差，該壓力差由在此處形式為電阻應(yīng)變片的壓力傳感器118探測。在探測泵電流和/或壓力情況下可以計算氣體濃度。如果兩種參數(shù)被同時探測，裝置100的功能和精確度被有利地擴展或在內(nèi)裝的自檢測試的意義上被有利地檢查。

在圖1中示出的傳感器100的示例性的構(gòu)造的橫截面圖中，腔104通過膜106蓋住。膜106的彎曲通過測量元件118例如壓電式或壓阻式地探測。膜106的在此處中心的區(qū)段130通過在此處形式為下部的電極116的膜加熱器加熱。通過在離子導(dǎo)電的膜106上方和下方的兩個電極114，116，通過施加電流，氣體，尤其地氧氣，被泵入和泵出腔104。在此情況下，壓力改變，這可以通過膜106的彎曲來測量。在圖1中示例性地示出的裝置或者說傳感器100的構(gòu)造中，下部的電極116曲折形地實施和同時作為用于膜106的加熱器使用。在這種向外泵送氣體期間，可以流過較高的泵電流，因此可以實現(xiàn)直到下一個測量的開始為止的短的再生時間。

經(jīng)由離子導(dǎo)電的元件106將氣體泵送到封閉的室104中，導(dǎo)致在那里壓力升高，該壓力升高通過壓力測量元件118壓電式地或壓阻式地進(jìn)行測量。在探測泵電流和壓力情況下氣體濃度被測量。在傳感器100的一個有利的運行模式下，氣體首先被泵入室104中和接著被從室104中泵出，并且這兩個過程被測量。由此可以在自檢測試的意義上監(jiān)視整個傳感器100的功能。備選地，也可以在一個較長的、在時間上精確地限定的或者測量的時間間隔上，將氣體，該氣體僅僅以較小的濃度存在于外室108中，借助于小的僅僅很難可測量到的電流泵送到腔104中。在此，氣體聚集在室104中，直到借助于壓力傳感器118可以以足夠的精確度確定被泵入室104中的氣體的數(shù)量。在一個重新測量過程之前，此時將位于內(nèi)室104中的氣體再次向外泵送，其中，這個過程在對泵電流，即流過的泵電荷，積分時，提供附加的關(guān)于之前在室104中聚集的氣體量的信息。

在廢氣傳感器的在此處建議的設(shè)計構(gòu)思中，只需要將離子導(dǎo)電的材料帶到高的溫度上。由于在此處離子導(dǎo)電的特性僅僅在膜106上或者在其部分上是需要的，因此可以實現(xiàn)非常節(jié)省功率的加熱。在這樣僅僅部分地加熱的傳感器100或者部分加熱的薄層-膜106的情況下，功率的消耗尤其在與常規(guī)的陶瓷廢氣傳感器比較下是低得多的。其余的傳感器元件100可以在環(huán)境溫度下或在恒定的、但是僅僅稍微超過環(huán)境溫度的溫度下運行，例如通過從加熱的膜106中排出熱量或者通過第二加熱機構(gòu)。此外通過在膜106中的加熱，可以確定在室104中的氣體的存在和必要時也依據(jù)在溫度變化時不同的特性確定它的成分。在室104中存在氣體的情況下，在加熱時通過膜106實現(xiàn)壓力升高，該壓力升高可以借助于傳感器元件118測量。通過該加熱，由此可以同時實施傳感器100的功能控制或完整性控制（檢查）。限定的溫度升高在此必定導(dǎo)致限定的、可能時預(yù)先通過校準(zhǔn)確定的壓力升高。

在圖1中示出的裝置100的實施例中，用于膜106的加熱器同時被用作下部的電極116。這在此處通過將第二導(dǎo)電的層116實施成可透氣的貴金屬層，其例如由Pt或Pt-Rh-合金構(gòu)成，實現(xiàn)?？杉訜岬牡诙?dǎo)電的層116以曲折的形式被結(jié)構(gòu)化和具有兩個電的接頭127，132。由此層116可以或者被用于加熱，其中在兩個接頭127，132處施加不同的電勢，或者被用作電極，其中在兩個接頭127，132處施加相同的電勢。為了泵送目的，該金屬層116可以非常低歐姆地設(shè)計，由此施加的加熱電壓僅僅是非常小的并且與在此處通過第一導(dǎo)電的層114形成的對應(yīng)電極相比較具有幾乎恒定的電勢。由此在膜130中在側(cè)112上僅僅形成很小的充電或極化效應(yīng)，這導(dǎo)致對測量精度的較小的影響。

在通過脈沖寬度調(diào)制方法對膜106加熱的運行模式下，可以在斷開階段中將一個電勢施加到下部的電極116上或測量一個施加在下部的電極116上的電勢。有利地，在對加熱器116加載電壓期間，高歐姆地設(shè)計全部電極，其與被加熱的、離子導(dǎo)電的層106連接，以便通過在朝著加熱器116的方向上的電勢差避免充電效應(yīng)或極化效應(yīng)。

按照備選的實施例，第二導(dǎo)電的層116可以僅僅被用作電極并且安裝用于加熱膜106的單獨的加熱器。

圖2借助于俯視圖示出用于探測氣體的參數(shù)的裝置100的另一個實施例。如視圖示出的，在圖2中示出的示例性的實施方式的襯底102具有四個腔104，它們以正方形并且均勻地相互相間隔地構(gòu)造在襯底102中。四個腔104中的每個又被一個具有第一導(dǎo)電的層114和第二導(dǎo)電的層116的、至少分區(qū)段地離子導(dǎo)電的膜106蓋住。裝置100的每個具有腔104的區(qū)段的構(gòu)造對應(yīng)于在圖1中示出的具有僅僅一個腔的實施例的構(gòu)造并且也包括相同的元件，區(qū)別在于，在圖2示出的示范性的傳感器100中，每個腔104配設(shè)復(fù)數(shù)的在此處作為電阻應(yīng)變片實施的四個壓力測量元件118。裝置100的四個具有腔104的區(qū)域中的每個區(qū)域猶如形成傳感器100的四個相同的傳感器元件200的一個。

如在圖2中的視圖示出的，對于傳感器100的每個具有腔104的區(qū)域，在矩形的腔104的四個邊的每個邊的中心處，在膜106和襯底102的絕緣層122之間的過渡處并且與相應(yīng)的導(dǎo)電的層114相間隔地各布置一個壓力測量元件118。相應(yīng)于這種布置，每兩個在腔104的相對置的側(cè)邊上布置的電阻應(yīng)變片118具有借助于在視圖中的方向箭頭表示的共同的探測方向202，該探測方向橫向于每另外兩個在腔104的相對置的側(cè)邊上布置的電阻應(yīng)變片118的借助于方向箭頭表示的另外的共同的探測方向204延伸。

傳感器100，如其示例性地在圖2中示出的那樣，適合用于補償壓力波動和用于積分的測量。這如此地實現(xiàn)，即例如第一傳感器元件200例如僅僅測量環(huán)境壓力，第二或第二和第三傳感器元件200通過泵送在時間上錯開地，但是重疊地，測量氣體濃度和傳感器元件200中的第四傳感器元件被泵空。理想地，傳感器元件200的功能在一定的時間之后輪轉(zhuǎn)。在其中一個元件200失效的情況下，有利地在緊急運行中總是還能夠繼續(xù)測量。

為了提高精度，和為了能夠補償在外室108的壓力中的波動，按照實施例，四個傳感器元件200的一個或另一個傳感器元件可以被用作沒有泵送功能的基準(zhǔn)壓力傳感器。傳感器元件200中的多個或全部傳感器元件也可以在時間上錯開的運行中具有相同的功能，其中，例如第一傳感器元件200將氣體泵入它的室104中，第二傳感器元件200在此時被泵空和第三傳感器元件200用作基準(zhǔn)元件被用于在外室108中的波動的壓力。按照另外的實施例，可以借助于另外的–在圖中沒有示出的-測量元件至少測量溫度以及廢氣質(zhì)量流，以便能夠推斷出廢氣的實際的質(zhì)量流量和由此氣體濃度。

通過在圖2中示范性地介紹的在裝置100中的多個單獨的傳感器或傳感器元件200的組合，可以通過單獨元件200的相互補償例如通過用于泵送氣體通過膜106的泵送方法和借助于壓力測量元件118的壓力測量方法提高測量的精度。通過傳感器元件200的冗余度，提高例如在機動車的車載診斷中使用的傳感器100的失靈安全性。為了進(jìn)一步提升精度，在此也可以至少有時地或者在校準(zhǔn)期間在相同的運行方式下(例如純壓力測量或泵送直到一定的壓力)使用一些元件，以便由此確定用于每種運行方式和用于每個傳感器元件相對于另外的元件的各校準(zhǔn)參數(shù)并且存儲在評價機構(gòu)302的存儲器中(參見圖3)。在以后使用時，為了控制功能能力，可以再次確定傳感器元件相互間的偏差并且在不允許的偏差程度的情況下評價單元可以合適地反應(yīng)，例如輸出報警。

具有多個較小的室104或傳感器200的裝置100的在圖2中示例性的介紹的冗余的實施方案，除了上面解釋的優(yōu)點即各單獨的元件200在正常運行中被交替地運行以外，還提供可能性：為了檢查傳感器100的功能，傳感器元件200可以暫時地也同時地運行。通過在同時運行之后將各個傳感器200的測量結(jié)果相互比較，可以進(jìn)行該功能控制。為了在泵空之后在一個或全部傳感器元件200的非常低的內(nèi)壓力下減小膜106的機械負(fù)荷，也在圖2中示出的裝置100的實施例中在腔104中布置止擋元件，用于限制膜106的運動(在圖2中的視圖中不能夠看見)。

圖3示出用于確定氣體的參數(shù)的示例性的測量系統(tǒng)300的原理性的框圖。測量系統(tǒng)300包括借助于圖1解釋的裝置100的實施例以及與裝置100耦聯(lián)的評價機構(gòu)302并在機動車304中使用，用于確定在機動車304的廢氣306中的有害氣體濃度。

機動車304可以是與公路相關(guān)聯(lián)的機動車如轎車或卡車。通過機動車304的管道系統(tǒng)308，氣體或廢氣306的一個部分流被分支出來并且引導(dǎo)到測量系統(tǒng)300，以便對傳感器100加載氣體306。依據(jù)測量系統(tǒng)300的實施方案的情況，評價機構(gòu)302與裝置100的第一層導(dǎo)電的材料和/或第二層導(dǎo)電的材料和/或壓力測量元件耦聯(lián)(在圖3中的視圖中沒有明確地示出)并且設(shè)計成用于，基于第一層和/或第二層的至少一個電勢和/或基于由壓力測量元件探測的在裝置100的腔中的氣體壓力確定在廢氣306中的有害氣體濃度。測量系統(tǒng)300可以布置在機動車304中的任意的位置上，例如也可以遠(yuǎn)離機動車304的發(fā)動機艙310。

在圖1至3中示出的裝置100可以是基于MEMS-工藝的微型化的、組合的氣體和壓力傳感器。按照實施例，在此處介紹的傳感器100的制造通過一種修改的壓力傳感器制造工藝來實現(xiàn)。在傳感器制造中，在使用APSM工藝下，在施加離子導(dǎo)電的材料106和隨后的熱處理期間就已經(jīng)可以完成由多孔材料形成的腔104的釋放，尤其是當(dāng)為了施加或熱處理離子導(dǎo)電的材料106使用例如采用高溫的YSZ方法時，例如具有例如800℃的沉積溫度的脈沖激光沉積或隨后的具有類似的或更高溫度的熱處理步驟。

圖4示出用于運行用于探測氣體的參數(shù)的裝置的方法400的實施例的流程。方法400可以被實施用于運行傳感器，如其借助于在前面解釋的圖1至3進(jìn)行介紹的那樣。

在步驟402中將電壓施加到第一層和第二層導(dǎo)電的材料傳感器之間，用于將氣體通過在第一和第二層之間布置的離子導(dǎo)電的膜從外室泵送到在膜下方布置的傳感器的腔中。在步驟404中在第一層和/或第二層處和/或在一個在膜處布置的傳感器的壓力測量元件探測電參數(shù)，用于探測氣體的參數(shù)。在步驟406中將電壓重新施加到第一層和第二層之間，用于將氣體通過膜從腔泵送到外室中。隨后進(jìn)行步驟408:重新探測在第一層和/或第二層處和/或在壓力測量元件處的電參數(shù)，用于重新探測氣體的參數(shù)。

按照一個實施方式，方法400可以作為脈沖寬度調(diào)制方法實施。在此，施加電壓的步驟402或重新施加電壓的步驟406可以與為了加熱膜在第一層或第二層上施加電壓的步驟交替地實施。

一個按照在此處介紹的設(shè)計構(gòu)思構(gòu)造的、基于離子導(dǎo)電的材料的壓力傳感器-傳感器組合適合作為化學(xué)的氣體傳感器，尤其地作為用于汽車的廢氣傳感器使用和用于固定式的應(yīng)用。一個主要的應(yīng)用可能性是作為λ探測器使用，必要時具有也用于探測另外的廢氣成分如二氧化氮的備選的結(jié)構(gòu)。

描述的和在圖中示出的實施例僅僅是示例性地選擇的。不同的實施例可以完全地或關(guān)于各單獨的特征相互組合。一個實施例也可以通過另一個實施例的特征進(jìn)行補充。

此外，在此處介紹的方法步驟可以重復(fù)地以及以不同于描述的順序地實施。

如果一個實施例包括在第一特征和第二特征之間的“和/或”連接詞，那么這應(yīng)該解讀為，該實施例按照一個實施方式，不僅具有第一特征而且具有第二特征和按照另一個實施方式，或者僅僅具有第一特征或者僅僅具有第二特征。