專利名稱：具有等位面的傳感器芯片及等位面在傳感器芯片上的應(yīng)用及避免沾污傳感器芯片的方法
技術(shù)水平本發(fā)明涉及到按照權(quán)利要求1及13及14、15所述類型的具有等位面的傳感器芯片及等位面在傳感器芯片上的應(yīng)用以及避免沾污傳感器芯片的方法。
從DE 19601791 A1中知道了一種具有傳感器區(qū)域的傳感器芯片，它例如由一個框架元件、一個凹部和一個構(gòu)成傳感器區(qū)域的膜片組成。由于傳感器芯片被污染，例如沾上其所承受的油，總是會在傳感器區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)對傳感器芯片測量信號的所不希望的影響。傳感器區(qū)域或直接圍繞傳感器周圍的區(qū)域被油污染會改變傳感器芯片表面上的熱傳導(dǎo)系數(shù)并且對測量信號產(chǎn)生錯誤影響。另外，沉積在傳感器芯片上的油會成為流動介質(zhì)中所含固體顆粒的粘附劑。這些被沾住的顆粒又額外加大了不利影響。
US-PS 5,705,745給出了具有一個膜片的傳感器芯片，在該膜片上安置了溫度電阻和加熱電阻，其中，膜片被一個導(dǎo)熱元件包圍，該導(dǎo)熱元件也可以是U形的。導(dǎo)熱元件不被加熱，也就是說，它沒有電位。
US-PS 4,888,988給出了具有一個膜片的傳感器芯片，其中，圍繞膜片安置了一個金屬導(dǎo)體。該導(dǎo)體是傳感器芯片上用于一種測量方法的測量裝置的公共零位導(dǎo)體。
DE 19801484 A1給出了具有一個膜片的傳感器芯片，其中，圍繞著膜片安置導(dǎo)電體，一個電流流過這些導(dǎo)電體。這些印制導(dǎo)線是用于測量方法或測量過程的溫度感受器。
DE 2900210 A1或US-PS 4,294,114給出一種傳感器芯片，它具有一個安置支座上的與溫度有關(guān)的電阻，其中，在該支座上安裝了另一個將基體加熱的電阻。
DE 4219454 A1或US-PS 5,404,753給出了一種傳感器芯片，它具有一個與傳感器區(qū)域隔開間距的參考溫度感受器。
DE 3135793 A1或US-PS 4,468,963給出了一種傳感器芯片，它在傳感器電阻上游和/或下游具有另一個電阻，但該電阻影響測量信號。
本發(fā)明優(yōu)點相比而言，具有權(quán)利要求1或13或14或15所標(biāo)明特征的具有等位面的本發(fā)明傳感器芯片及根據(jù)本發(fā)明等位面在傳感器芯片上的應(yīng)用以及用于避免傳感器芯片沾污的本發(fā)明方法的優(yōu)點是，以簡單的方式方法減少或避免了傳感器芯片的傳感器區(qū)域的沾污。
通過在從屬權(quán)利要求中給出的措施可以有利地進(jìn)一步擴(kuò)展和改進(jìn)在權(quán)利要求1中所述的傳感器芯片。
在傳感器區(qū)域下游也有利地安置了等位面，它們例如在反向電流的情況下保護(hù)傳感器區(qū)域。
通過在一個第一等位面上的正電位和在隨后一個等位面上的負(fù)電位達(dá)到有利的電位梯度。
這些等位面最好具有U形的形狀，該U形形狀有利地包圍傳感器區(qū)域。
這些等位面有利地如加熱電阻那樣作為印制導(dǎo)線構(gòu)成，因為這是一種熟悉和簡單的制造方法。
有利地，傳感器區(qū)域獨立于等位面運行，也就是說，測量工作或傳感器區(qū)域提供的測量信號不受等位面的運行的影響，反過來也一樣。
附圖在附圖中簡化示出了本發(fā)明的實施例并且在下面的說明中進(jìn)行詳細(xì)介紹。圖中示出

圖1按照現(xiàn)有技術(shù)的傳感器芯片，圖2a本發(fā)明傳感器芯片的第一實施例，圖2b本發(fā)明傳感器芯片的第二實施例，圖2c本發(fā)明傳感器芯片的第三實施例。
該傳感器芯片具有一個例如用硅制成的框架元件3。框架元件3具有一個凹部5。在框架元件上例如覆蓋一個例如用SiO2制成的介電層21。該層21可以在整個框架元件3上延伸，但也可以只在凹部5的區(qū)域上延伸。該區(qū)域形成一個膜片33，該膜片在一側(cè)部分地或者完全地限定凹部5的邊界。在膜片33的與凹部5相背的一側(cè)上，安置了至少一個、例如三個金屬導(dǎo)線19。這些金屬導(dǎo)線19構(gòu)成例如電加熱器和/或測量電阻并且與膜片33一起形成一個傳感器區(qū)域17。至少傳感器區(qū)域17最好被一個保護(hù)層23覆蓋。保護(hù)層23也可以只在金屬導(dǎo)線19上延伸。傳感器芯片具有一個與流動介質(zhì)直接接觸的表面27。
圖2a以俯視圖示出按照本發(fā)明構(gòu)成的傳感器芯片1的一個第一在傳感器區(qū)域17上安置了例如金屬導(dǎo)線，它們形成例如至少一個電加熱電阻35和至少一個溫度感受器37。溫度感受器37例如也是一個電阻。在這里的情況下具有一個加熱電阻35和兩個溫度感受器37，它們在很大程度上相互平行地安置，其中，溫度感受器37在加熱電阻35的左邊和右邊延伸。這些金屬導(dǎo)線大部分安置在傳感器區(qū)域17內(nèi)，而且是用于確定流動介質(zhì)的至少一個參數(shù)如溫度和/或流量的測量方法的前提條件。因此，傳感器區(qū)域17與一個未示出的熟知的控制和調(diào)節(jié)電路連接。傳感器區(qū)域17可以例如由上面介紹的膜片33構(gòu)成。
傳感器芯片1安置在流動介質(zhì)中以測定至少一個參數(shù)，其中，該流動介質(zhì)沿一個主流動方向42從傳感器芯片1或表面27旁邊及上面流過。流動介質(zhì)可能含有會導(dǎo)致傳感器芯片1被沾污的雜質(zhì)。這些雜質(zhì)例如是油或者是溶于水中的鹽。為了避免或者減少沾污，沿主流動方向42在傳感器區(qū)域17前面安置了一個第一等位面44和一個第二等位面47。第一等位面44例如具有一個1Volt的正電位，它例如來源于一個與控制和調(diào)節(jié)電路無關(guān)的電壓源。第二等位面47沒有或者具有負(fù)電位。電位梯度可以具有每個數(shù)值，而且也可以相反地構(gòu)成。
通過等位面與含在流動介質(zhì)中的液體微粒或污物微粒的相互電作用，可以阻止在傳感器區(qū)域17中的沉積，因為污物微粒被所施加電壓的電場排斥并且因此在傳感器區(qū)域17周圍轉(zhuǎn)向。如果等位面的充電電位與液體微粒或污物微粒的電荷具有相同極性，就是說，或是兩個正極、或是兩個負(fù)極，就發(fā)生這種情況。如果等位面的電位與液體微粒或污物微粒的電荷極性相反，就是說，電位是正的、液體微?；蛭畚镂⒘Ｊ秦?fù)的，或者相反，則液體微粒或污物微粒被朝向表面27吸引并且沉積在等位面的區(qū)域內(nèi)，而不是沉積在傳感器區(qū)域17內(nèi)。最好使用靜電場。但是也可以施加交變場。
圖2b示出按照本發(fā)明構(gòu)成的傳感器芯片1的一個第二實施例。傳感器芯片1額外在下游在傳感器區(qū)域17內(nèi)具有一個第三等位面50和一個第四等位面53。第一等位面44例如與第四等位面53處于相同電位上，第二等位面47和第三等位面50例如也具有相同的電位。這樣，當(dāng)存在例如由于脈沖引起的反向電流時，也可以避免傳感器區(qū)域17內(nèi)可能逆著主流動方向42進(jìn)行的沾污。在傳感器區(qū)域17上游和下游的等位面44，47，50，53不是必須具有相同的電位差。
圖2c示出按照本發(fā)明構(gòu)成的傳感器芯片1的一個第三實施例。等位面44、47、50、53構(gòu)成各一個U形形狀的一部分，它們至少部分地包圍傳感器區(qū)域17。也就是說，根據(jù)圖2c，第二和第三等位面47、50相互連接，第一等位面44與第四等位面53連接，然后，它們構(gòu)成一個等位面。
此外，下面所介紹的適合于所有的實施例。
傳感器芯片1例如呈小板狀構(gòu)成并且具有表面27，流動介質(zhì)從該表面上流過。在此，傳感器區(qū)域17和等位面44、47、50、53例如共同安置在表面27上。
等位面44、47、50、53例如這樣構(gòu)成，使得它們至少在傳感器區(qū)域17上游或者下游具有比傳感器區(qū)域17的長度1更大的長度，該長度垂直于主流動方向42。通過此，可以保護(hù)傳感器區(qū)域17在其整個長度1上免被沾污。
電阻35、37和/或等位面44、47、50、53最好作為印制導(dǎo)線構(gòu)成。
等位面44、47、50、53可以完全或者部分地安置在傳感器區(qū)域17上、直接與傳感器區(qū)域17鄰接或者與傳感器區(qū)域17隔開間距。
傳感器區(qū)域17可以獨立于等位面44、47、50、53運行，也就是說，測量工作或傳感器區(qū)域17提供的測量信號不受等位面44、47、50、53的工作的影響。傳感器區(qū)域17的控制和調(diào)節(jié)電路雖然可以將信號發(fā)送給等位面44、47、50、53，例如施加一定電壓或者關(guān)斷電壓，但等位面44、47、50、53不是傳感器區(qū)域17的測量對象或調(diào)節(jié)對象的一部分。所施加電壓的高度可以變化。
等位面44、47、50、53的電位也可以在結(jié)構(gòu)設(shè)計時就確定，這樣就不需要用于此的控制電路來調(diào)整一定電位，那么，該電位對于傳感器芯片的整個使用壽命是確定的。
權(quán)利要求
1.用于測量流動介質(zhì)的至少一個參數(shù)的傳感器芯片，它具有一個用于至少一種測量方法的傳感器區(qū)域，其中，介質(zhì)具有一個主流動方向(42)，其特征為，在傳感器芯片(1)上，至少部分地在上游、傳感器區(qū)域(17)的前面安置至少一個等位面(44，47，50，53)。
2.按照權(quán)利要求1所述的傳感器芯片，其特征為，在傳感器芯片(1)上，在下游、傳感器區(qū)域(17)的后面安置至少一個另外的等位面(44，47，50，53)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的傳感器芯片，其特征為，所述至少一個等位面(44，47，50，53)與傳感器區(qū)域(17)隔開間距地安置。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的傳感器芯片，其特征為，一個等位面(44，47，50，53)具有一個正電位，另一個直接相鄰的等位面(44，47，50，53)沒有電位或者具有一個負(fù)電位，其中，這兩個等位面(44，47，50，53)沿主流動方向(42)安置在傳感器區(qū)域(17)的前面或者后面。
5.按照權(quán)利要求1所述的傳感器芯片，其特征為，等位面(44，47，50，53)具有U形的形狀。
6.按照權(quán)利要求1所述的傳感器芯片，其特征為，傳感器區(qū)域(17)具有一個膜片(33)。
7.按照權(quán)利要求1所述的傳感器芯片，其特征為，在傳感器區(qū)域(17)內(nèi)安置至少一個加熱電阻(35)和至少一個溫度感受器(37)，它們(35，37)絕大部分安置在傳感器區(qū)域(17)內(nèi)。
8.按照權(quán)利要求1所述的傳感器芯片，其特征為，傳感器區(qū)域(17)橫切主流動方向(42)具有一個長度(1)，等位面(44，47，50，53)橫切主流動方向(42)安置并且比該長度(1)更長。
9.按照權(quán)利要求7所述的傳感器芯片，其特征為，電阻(35)或溫度感受器(37)作為印制導(dǎo)線構(gòu)成。
10.按照權(quán)利要求1或2所述的傳感器芯片，其特征為，等位面(44，47，50，53)作為印制導(dǎo)線構(gòu)成。
11.按照權(quán)利要求1所述的傳感器芯片，其特征為，傳感器芯片(1)具有至少一個表面(27)，流動介質(zhì)從該表面上流過，并且，傳感器區(qū)域(17)和等位面(44，47，50，53)共同安置在一個表面(27)上。
12.按照權(quán)利要求1所述的傳感器芯片，其特征為，傳感器區(qū)域(17)不受等位面(44，47，50，53)影響地借助電工作。
13.至少一個等位面(44，47，50，53)的應(yīng)用，用于借助電場使流動介質(zhì)中夾帶的微粒在傳感器區(qū)域(17)的周圍偏轉(zhuǎn)開，其中，這些等位面(44，47，50，53)安置在一個傳感器芯片(1)上，該傳感器芯片用于測定該流動介質(zhì)的至少一個參數(shù)。
14.用于避免傳感器芯片(1)上的沾污的方法，該傳感器芯片具有一個傳感器區(qū)域(17)并且安置在流動介質(zhì)中，其特征為，至少一個等位面(44，47，50，53)通過一個所施加的電壓產(chǎn)生一個電場，該電場使介質(zhì)中夾帶的微粒在傳感器區(qū)域(17)周圍轉(zhuǎn)向。
15.用于避免傳感器芯片(1)上的沾污的方法，該傳感器芯片具有一個傳感器區(qū)域(17)并且安置在流動介質(zhì)中，其特征為，至少一個等位面(44，47，50，53)通過一個所施加的電壓產(chǎn)生一個電場，該電場將介質(zhì)中夾帶的微粒在傳感器區(qū)域(17)的前面或后面吸引到等位面(44，47，50，53)的區(qū)域中。
全文摘要
按照現(xiàn)有技術(shù)，在傳感器芯片中，由于從傳感器芯片旁邊流過的介質(zhì)中的臟物，會在傳感器區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生沉積。本發(fā)明傳感器芯片(1)至少在傳感器區(qū)域(17)的上游具有至少一個等位面(44，47，50，53)，該等位面通過與流動介質(zhì)中的臟物的相互電作用阻止傳感器區(qū)域(17)內(nèi)的沉積。
文檔編號G01F1/684GK1461405SQ02801222
公開日2003年12月10日 申請日期2002年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月18日
發(fā)明者烏韋·康策爾曼, 托爾斯騰·舒爾茨 申請人:羅伯特·博施有限公司