Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Strömungs¬ sensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Im Stand der Technik sind bereits Strömungssensoren bekannt, die ein Heizelement, einen ersten Temperatursensor zum Er¬ fassen der Temperatur des Heizelements und einen zweiten Temperatursensor, der von dem ersten Temperatursensor beab¬ standet angeordnet ist,umfassen.

Zur exakten Messung eines Flusses mittels eines Strömungs¬ sensors ist es erforderlich, die Temperatur des Heizele¬ ments, d. h. die Heizleistung, so genau wie möglich zu er¬ fassen. Das Heizelement und der erste Temperatursensor sind bei bekannten Strömungssensoren auf den sich gegenüberlie¬ genden Hauptoberflächen eines Trägers angeordnet.

Die durch diese bekannte Anordnung erreichte thermische Kopplung zwischen dem Heizelement und dem ersten Tempera¬ tursensor wird durch den dazwischen liegenden Träger be¬ einflußt. Es ist offensichtlich, daß damit auch die Er¬ fassung der Heizleistung des Heizelements beeinträchtigt wird.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Strömungssensors besteht darin, daß zu dessen Aufbau eine Vielzahl von komplizierten Verfahrensschritten notwendig ist, da bei diesem bekannten Strömungssensor sowohl die erste Haupt¬ oberfläche des Trägers, die z. B. den ersten Temperatur¬ sensor aufnimmt, als auch die zweite Hauptoberfläche des

Trägers, die der ersten Hauptoberfläche gegenüber liegt, die das Heizelement aufnimmt, bearbeitet werden müssen. Dies führt durch die aufwendigen Verfahrensschritte zu erhöhten Kosten bei der Herstellung des Strömungssensors.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen¬ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Strömungssensor zu schaffen, der eine möglichst genaue Erfassung der durch das Heizelement abgegebenen Heizleistung gewährleistet und be¬ züglich seines Aufbaus einfache Herstellungsschritte und geringe Kosten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Strö ungssensor gemäß An¬ spruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Strömungssensor mit einem Heizelement, einem ersten Temperatursensor zum Erfas¬ sen der Temperatur des Heizelements; und einem zweiten Tem¬ peratursensor, der vor dem ersten Temperatursensor ange¬ ordnet ist, bei dem das Heizelement und der erste Tempera¬ tursensor auf der gleichen Hauptoberfläche eines Substrats angeordnet sind, und bei dem das Heizelement und der erste Temperatursensor ineinandergreifend angeordnet sind.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter¬ ansprüchen definiert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin¬ dung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsichtdarstellung des bevorzugten Ausfüh¬ rungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 u.

Fig. 3 Darstellungen, die die Einstellung der Widerstände

bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel verdeut¬ lichen.

In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Strömungssensor in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der Strö¬ mungssensor 100 ist auf einem Substrat 102 angeordnet und umfaßt ein Heizelement 104 (schraffiert dargestellt) , einen ersten Temperatursensor 106 und einen zweiten Temperatur¬ sensor 108. Der zweite Temperatursensor 108 ist durch eine Freifläche bzw. einen Schlitz 110 von dem Abschnitt des Substrats 100 getrennt, der das Heizelement 104 und den ersten Temperatursensor 106 enthält.

Wie in Fig. 1 deutlich zu erkennen ist, sind das Heizelement 104, der erste Temperatursensor 106 und der zweite Tempera¬ tursensor 108 auf einer Hauptoberfläche des Substrats 102 angeordnet, wodurch die aufwendige Bearbeitung beider Haupt¬ oberflächen des Substrats 100 vermieden wird. Der Strömungs¬ sensor 100 weist einen Abschnitt 112 auf, in dem das Heiz¬ element 104, der erste Temperatursensor 106 und der zweite Temperatursensor 108 eine im wesentlichen mäanderförmige Struktur haben.

In Fig. 1 ist der Strömungssensors 100 dargestellt, wie er sich nach dem Einstellen des Heizelements 104, des ersten Temperatursensors 106 und des zweiten Temperatursensors 108 ergibt. Die Art der Einstellung der verschiedenen Elemente des Strömungssensorε 100 wird später beschrieben.

Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Elemente des Strömungssensors 100 Widerstandsbahnen aus Platin. Das Heizelement 104 weist z. B. einen Widerstand von R ₀ = 10 Ohm auf, während der erste Temperatursensor 106 und der zweite Temperatursensor 108 einen Widerstand von R ₀ = 300 Ohm aufweisen. Die Widerstandsbahnen der Elemente sind bei¬ spielsweise in Dünnschichttechnik auf dem Substrat aufge¬ bracht, woraufhin die Strukturierung und Trimmung mittels Laser erfolgt. Die Dicke der Platinwiderstandsbahnen beträgt

hierbei etwa 1 μ .

Das Substrat 102, auf dem der Strömungssensor 100 angeordnet ist, besteht beispielsweise aus Aluminiumoxid, das eine Reinheit von 99,5% aufweist und eine Dicke von 0,63 mm hat. Es sind jedoch auch dickere und vor allem dünnere Substrat¬ dicken möglich.

Im folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 die Einstellung des Strömungssensors 100 genauer beschrieben.

Die Strukturierung der Platinschicht kann gemäß Fig. 2 vor¬ zugsweise mittels eines Lasers vorgenommen werden. Es sind jedoch auch andere Verfahren der Strukturierung, wie z.B. Photoresisttechnik oder im Falle größerer Strukturen auch Dickschichtsiebdrucktechnik möglich. Die Trimmung der Wider¬ stände auf die gewünschten, sehr präzisen Sollwerte erfolgt in jedem Fall mittels Laser.

In Fig. 1 sind verschiedene Abschnitte 114 dargestellt, die als sogenannte Grobeinstellabschnitte dienen. Weiterhin sind Abschnitte 116 dargestellt, die als sogenannte Feineinstell¬ abschnitte dienen.

Die Grobeinstellabschnitte 114 haben unmittelbar nach dem Aufbringen der Elemente auf das Substrat 102 eine Form, wie sie in Fig. 2a bei 200 dargestellt ist, während die Feinein- stellabschnitte 116 eine Form haben, wie sie in Fig. 3a bei 300 dargestellt ist.

Zunächst wird die Einstellung der Grobeinstellabschnitte beschrieben. In Fig. 2a ist ein Teil eines Grobeinstellab¬ schnitts 200 dargestellt. Wie zu sehen ist, umfaßt dieser Abschnitt 200 fingerförmige Abschnitte 202 und einen Ab¬ schnitt 204, der die Abschnitte 202 miteinander verbindet. Die fingerförmigen Abschnitte 202 haben jeweils einen be¬ stimmten Widerstandswert R. Weiterhin sind die Abschnitte 202 durch sogenannte Teilungsschnitte 206 auf eine solche

Art getrennt, daß zwischen dem dem Abschnitt 204 abgewandten Ende des fingerförmigen Abschnitts 202 und dem Ende des Tei¬ lungsabschnitts 206 ein Abstand vorgesehen ist. Ein ähnli¬ cher Abstand befindet sich zwischen dem anderen Ende des Teilungsabschnitts 206 und dem Abschnitt 204.

Bei dem in Fig. 2a dargestellten Abschnitt 200 sind die drei Widerstände R durch den Abschnitt 204 kurzgeschlossen, wie es durch das Ersatzschaltbild in Fig. 2a dargestellt ist.

Um den Widerstandswert der auf dem Substrat 102 vorhandenen Elemente über die Grobabschnitte 114 einzustellen, wird zum Beispiel ein Teilungsschnitt 210 verlängert, so daß er sich von dem dem Abschnitt 204 zugewandten Ende des Teilungsab¬ schnitts 206 über die Breite des Abschnitts 204 erstreckt. Danach wird ein weiterer Teilungsschnitt 208 eingefügt, der die Enden der Teilungsabschnitte 206, die dem Abschnitt 204 am nächsten liegen, verbindet. Dadurch sind die Widerstände R der fingerförmigen Abschnitte 202, die ausgewählt wurden, in Reihe geschaltet, wie es durch das Ersatzschaltbild in Fig. 2b dargestellt ist.

In Fig. 3 wird die Einstellung eines Feineinstellabschnitts 116 beschrieben. Der ursprüngliche Abschnitt 300 (Fig. 3a) umfaßt einen fingerförmigen Abschnitt 302 und einen Basisab¬ schnitt 304. Der fingerförmige Abschnitt 302 weist einen Widerstand R auf, der durch den Basisabschnitt 304 über¬ brückt ist, wie es im Ersatzschaltbild gezeigt ist.

Um den Widerstand des fingerförmigen Abstands 302 einzustel¬ len wird, wie in Fig. 3b gezeigt ist, ein Trennungsschnitt 306 eingefügt, der sich von dem Basisabschnitt 304 in Rich¬ tung des dem Basisabschnitt 304 abgewandten Endes des fin¬ gerförmigen Abschnitts 302 erstreckt, wodurch der elektri¬ sche Weg um den Teilungsschnitt 306 durch den fingerförmigen Abschnitt 302 festgelegt wird. Durch das Einfügen dieses Trennungsabschnittes 306 wird der elektrische Weg durch den fingerförmigen Abschnitt 302 festgelegt und damit die Größe

des Widerstandes R' bestimmt. Mit zunehmender Länge des Weges erhöht sich folglich der Widerstand R' , wie es im Ersatzschaltbild dargestellt ist.

Nach der Durchführung dieser Grob- bzw. Feineinstellung der Widerstände ergibt sich die in Fig. 1 gezeigte im wesentli¬ chen mäanderförmige Struktur im Abschnitt 112 der auf dem Substrat 102 angeordneten Elemente.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das oben beschrie¬ bene Ausführungsbeispiel beschränkt.

Abhängig von der Größe des Substrats 102 ist die Anzahl der auf dem Substrat 102 angeordneten Elemente nicht auf die in dem obigen Ausführungsbeispiel beschriebenen drei Elemente begrenzt. Entsprechend der Verwendung des Strömungssensors können auch mehr Widerstände vorgesehen sein.

Der zweite Temperatursensor 108 ist nicht zwangsläufig auf dem Substrat 102 angeordnet. Das Heizelement 104 und der erste Temperatursensor 106 könnten beispielsweise auf einem ersten Substrat angeordnet sein, während der zweite Tempera¬ tursensor 108 auf einem zweiten Substrat angeordnet ist. Diese zwei Substrate könnten voneinander beabstandet auf einem geeigneten Träger aufgebracht sein.

Neben der mäanderförmigen Struktur der verwendeten Elemente sind beliebige andere Strukturen, die ein Ineinandergreifen des Heizelements 104 und des ersten Te peratursensors 106 ermöglichen, realisierbar.

Die Widerstandsbahnen werden, um Kurzschlüsse durch Feuchte zu vermeiden und um einen Schutz gegen mechanische Belastun¬ gen z.B. durch Kratzer zu bieten, hermetisch mit einer dünnen Glasschicht versiegelt.