(57)【要約】従来技術のセンサチップによれば流動媒体の汚れがセンサ領域に沈積してその領域を持続的に汚し、その結果、膜の測定特性に悪影響が及ぼされてしまう。本発明によるセンサチップ（１）の場合には補助ヒータ（３９）が設けられており、これはセンサ領域からはっきりと間隔をおいて上流側に配置されている。これにより流動媒体における汚れは補助ヒータ（３９）の領域に沈積することになり、したがってもはやセンサ領域（１７）に到達する可能性がなくなる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの測定方式のためのセンサ領域が設けられており、流動媒体の少なくとも１つのパラメータを測定するセンサチップにおいて、
該センサチップ上に少なくとも１つの補助ヒータ（３９）が配置されており、該補助ヒータ（３９）はセンサ領域（１７）に対し間隔をおいて配置されており、該センサ領域（１７）は補助ヒータ（３９）とは独立して駆動されることを特徴とするセンサチップ。
【請求項２】
少なくとも１つの補助ヒータ（３９）の使用において、
該補助ヒータ（３９）の領域で流動媒体中に温度勾配の渦（６５）を生じさせ、
該補助ヒータ（３９）は流動媒体の少なくとも１つのパラメータを測定するセンサチップ（１）上に配置され、該センサチップ（１）のセンサ領域に対し間隔をおいて配置されていることを特徴とする、補助ヒータの使用。
【請求項３】
センサ領域（１７）を有しており流動媒体中に配置されているセンサチップ（１）の汚れ防止方法において、
少なくとも１つの補助ヒータ（３９）を該補助ヒータのオーム抵抗により電気的に加熱して、該補助ヒータ（３９）の領域に温度勾配の渦を生じさせ、
該温度勾配の渦によって、前記センサ領域（１７）から離れた補助ヒータ（３９）の領域に流動媒体の汚れを沈積させることを特徴とする、
センサチップの汚れ防止方法。
【請求項４】
前記センサ領域（１７）は第１の制御回路（５４）と電気的に接続されており、該第１の制御回路（５４）は前記補助ヒータ（３９）の動作とは無関係の測定信号を発生する、請求項１記載のセンサチップ。
【請求項５】
前記第１の制御回路（５４）は第１のエネルギー源（４５）を制御し、前記補助ヒータ（３９）は別個の第２のエネルギー源（４８）と電気的に接続されている、請求項４記載のセンサチップ。
【請求項６】
前記補助ヒータ（３９）はセンサ領域（１７）に対し少なくとも部分的に１ｍｍまでの間隔を有する、請求項１、４または５記載のセンサチップ。
【請求項７】
前記補助ヒータ（３９）はＵ字型である、請求項１または４から６のいずれか１項記載のセンサチップ。
【請求項８】
前記Ｕ字型によってセンサ領域（１７）が少なくとも部分的に取り囲まれている、請求項７記載のセンサチップ。
【請求項９】
前記流動媒体は主流動方向（４２）を有しており、前記補助ヒータ（３９）は少なくとも部分的に主流動方向（４２）でセンサ領域（１７）の手前に配置されている、請求項１記載のセンサチップ。
【請求項１０】
前記センサ領域（１７）は膜（３３）を有する、請求項１記載のセンサチップ。
【請求項１１】
前記センサ領域（１７）内に少なくとも１つの加熱抵抗（３５）と少なくとも１つの温度センサ（３７）が配置されており、該加熱抵抗（３５）と該温度センサ（３７）は大部分、センサ領域（１７）内に配置されている、請求項１記載のセンサチップ。
【請求項１２】
流動媒体は主流動方向（４２）を有しており、前記補助ヒータ（３９）は少なくとも部分的に該主流動方向（４２）で前記センサ領域（１７）の後方に配置されている、請求項１記載のセンサチップ。
【請求項１３】
前記流動媒体は主流動方向（４２）を有しており、前記センサ領域（１７）は該主流動方向（４２）と交差する方向で所定の長さ（ｌ）を有しており、前記補助ヒータ（３９）は該主流動方向（４２）と交差する方向に配置されていて、前記所定の長さ（ｌ）よりも長い、請求項１記載のセンサチップ。
【請求項１４】
前記抵抗（３５）または前記温度センサ（３７）は導体路として構成されている、請求項１１記載のセンサチップ。
【請求項１５】
前記補助ヒータ（３９）は導体路として構成されている、請求項１、６または７記載のセンサチップ。
【請求項１６】
前記センサチップ（１）は少なくとも１つの表面（２７）を有しており、該表面の前を流動媒体が流れ、前記センサ領域（１７）と前記補助ヒータ（３９）は１つの表面（２７）上にいっしょに配置されている、請求項１記載のセンサチップ。
【請求項１７】
前記センサチップ（１）は内燃機関制御のために測定信号を供給し、前記補助ヒータ（３９）は内燃機関が駆動されないときのみ加熱される、請求項３記載の方法。
【請求項１８】
前記補助ヒータ（３９）を加熱動作させる信号をセンサチップ（１）における第１の制御回路（５４）から供給する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記補助ヒータ（３９）を加熱動作させる信号を第２の制御回路（５７）から供給する、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の制御回路（５７）はエンジン制御装置である、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１または２または３の上位概念に記載のセンサチップまたはセンサチップにおける補助ヒータの使用またはセンサチップにおける汚れの防止方法に関する。
【０００２】
ＤＥ １９６ ０１ ７９１ Ａ１ から、たとえばフレーム部材と開口部と膜から成るセンサ領域を備えたセンサチップが知られている。たとえばセンサチップが晒されるオイルなどの汚れに起因して、このセンサ領域の範囲でセンサチップの測定信号に対し繰り返し悪影響の及ぼされる可能性がある。センサ領域またはセンサ領域のすぐ周囲がオイルで汚れるとセンサチップ表面における熱伝導値が変化し、そのため測定信号に作用が及ぼされる。しかもセンサチップに沈積するオイルは、流動媒体中に含まれる粒子の粘着媒体の役割を果たすことになる。このようにして付着してしまった粒子によっても、不都合な作用がさらに強められる。
【０００３】
ＵＳ−ＰＳ ５， ７０５， ７４５ には温度抵抗と加熱抵抗の配置された膜を備えたセンサチップが示されており、この場合、膜は熱伝導部材により取り囲まれておりＵ字型とすることもできる。この熱伝導部材は加熱されない。また、この熱伝導部材は少なくとも部分的に膜の領域にも配置されている。
【０００４】
ＵＳ−ＰＳ ４， ８８８， ９８８ には膜を備えたセンサチップについて開示されており、この場合、膜の周囲には金属の導体が配置されており、この導体は膜の領域には配置されていない。この導体はセンサチップにおける測定装置の共通の中性線である。しかもこの中性線の横断面は、温度上昇を避けるため選択的に大きくされる。中性線の温度が高くなると、この方法による測定に対し著しく悪影響が及ぼされることになってしまう。
【０００５】
ＤＥ １９８ ０１ ４８４ Ａ１ に示されている膜を備えたセンサチップの場合、電流の流れる導体が膜の周囲に配置されている。これらの導体路は温度センサであり、測定法もしくは測定プロセスのために用いられる。
【０００６】
ＤＥ ２９００２１０ Ａ１ もしくは ＵＳ−ＰＳ ４， ２９４，１１４ に示されているセンサチップは支持体上に温度依存型抵抗を有しており、この支持体上にはさらに別の抵抗が取り付けられており、この抵抗は温度依存型抵抗にじかに接している。
【０００７】
ＤＥ ４２１９４５４ Ａ１ もしくは ＵＳ−ＰＳ ５， ４０４， ７５３ に示されているセンサチップは、センサ領域から間隔をおいて基準温度センサを有している。
【０００８】
さらに ＤＥ ３１３５７９３ Ａ１ もしくは ＵＳ−ＰＳ ４， ４６８， ９６３ に示されているセンサチップは、センサ抵抗の上流側および／または下流側にさらに別の抵抗を有しているが、この抵抗は測定信号に作用を及ぼす。
【０００９】
発明の利点
これに対し、請求項１または２または３の特徴部分に記載の本発明によるセンサチップもしくはセンサチップにおける本発明による補助ヒータの使用もしくはセンサチップにおける汚れの本発明による防止方法により得られる利点とは、簡単なやり方でセンサチップのセンサ領域における汚れが低減されあるいは回避される。
【００１０】
従属請求項に記載の構成により、請求項１または２または３記載の上述のセンサチップもしくは上述の使用もしくは上述の方法の有利な実施形態が可能である。
【００１１】
有利には補助ヒータが膜から１ｍｍまでの間隔をもち、それによりそこに意図的に形成された沈積はセンサ領域から十分に離れているようになり、センサ領域の測定特性に影響を及ぼす可能性がなくなる。
【００１２】
補助ヒータは有利にはＵ字型であり、これは有利にはセンサ領域を取り囲んでいる。
【００１３】
図面
図面には本発明の実施例が簡単に描かれており、次にこれについて詳しく説明する。
【００１４】
図１には従来技術によるセンサチップが示されており、図２ａには本発明によるセンサチップの第１の実施例が、図２ｂには第２の実施例が、図２ｃには第３の実施例が示されており、図３ａ、図３ｂには本発明に従って形成されたセンサチップと制御回路が、さらに図４には本発明に従って形成された補助ヒータとセンサチップにおけるセンサ領域の温度プロフィルが示されている。
【００１５】
実施例の説明
図１には従来技術によるセンサチップが示されており、これが本発明に従い図２ａ〜図２ｃを参照しながら説明するようにして改良される。この種のセンサチップの製造方法および使用法は ＤＥ １９６ ０１ ７９１ Ａ１ で詳しく述べられており、これを本願発明の参考文献とする。
【００１６】
センサチップはフレーム部材３を有しており、これはたとえばシリコンから成る。フレーム部材３は開口部５を有している。このフレーム部材３の上にたとえば誘電層２１が被着され、これはたとえばＳｉＯ２ から成る。この誘電層２１をフレーム部材３全体にわたり延在させてもよいし、開口部５の領域だけに設けてもよい。その領域は膜領域７を成しており、これは一方の側で部分的にまたは全体的に開口部５を区切っている。
【００１７】
膜領域７において開口部５とは反対側に少なくとも１つたとえば３つの金属路が被着されている。金属路１９はたとえば電気ヒータおよび／または測定抵抗を成しており、膜領域７とともにセンサ領域１７を成している。このセンサ領域１７は有利には保護層２３によって覆われている。保護層２３を金属路１９の上にだけ延在させるようにしてもよい。この場合、膜領域７は一部は測定信号を発生する誘電層２１と膜３３とによって形成され、一部は保護層２３によって形成される。センサチップは流動媒体とじかに接する表面２７を有している。
【００１８】
図２ａには、本発明に従って構成されたセンサチップ１の第１の実施例の平面図が示されている。センサチップ１は、主流動方向４２と交差する方向で長さｌをもつセンサ領域１７を有している。このセンサ領域１７の上にはたとえば金属路１９が配置されており、これは少なくとも１つの電気加熱抵抗３５と少なくとも１つの温度センサ３７を成している。温度センサ３７もたとえば電気的な抵抗である。この事例では１つの加熱抵抗３５と２つの温度センサ３７が設けられている。金属路１９はほとんどの部分でセンサ領域１７内に配置されており、流動媒体の少なくとも１つのパラメータたとえば温度や流過量などを求める測定方式の前提を成す。したがってセンサ領域１７は制御および調整回路に接続されている。センサ領域１７をたとえば上述の膜３３によって構成することができる。センサチップ１は少なくとも１つのパラメータを求めるため流動媒体中に配置されており、その際、流動媒体は主流動方向４２でセンサチップ１のところをつまりは表面２７のところを通り過ぎる。流動媒体には汚れの含まれている可能性があり、それによってセンサチップ１が汚れてしまうおそれがある。そのような汚れはたとえばオイルや水中に溶解した塩などである。
【００１９】
これらの汚れがセンサ領域１７のところに沈積するのを回避する目的で、たとえばセンサ領域１７の上流側に少なくとも部分的に補助ヒータ３９が配置されており、これは図示されていない電流源と接続されていてそのオーム抵抗によって加熱される。補助ヒータ３９は、センサ領域１７から明確な間隔たとえば１ｍｍまでの間隔をおいて配置されている。この場合、補助ヒータ３９の温度を制御するために制御回路は不要である。構造によってすなわち横断面積によって決まる電流強度で十分である。補助ヒータ３９は、流動媒体のパラメータを求める測定方式のためには利用されず、つまりこれは測定区間の構成要素ではない。
【００２０】
補助ヒータ３９はたとえば直線形状であり、これは主流動方向４２と交差する方向でたとえば垂直にセンサ領域１７の長さｌを超えて延在している。補助ヒータ３９によってセンサチップ１は補助ヒータ３９の領域で汚れるけれども、これはセンサ領域１７から明確な間隔をおいて設けられているので、センサ領域１７の測定特性に影響は及ぼされない。このようにして汚れはセンサ領域１７から補助ヒータ３９周囲の領域に移される。補助ヒータ３９の温度は、著しい温度の移行が補助ヒータ３９の領域で生じるように選定されており、その結果、温度勾配の渦が発生し、液体またはオイルが流動媒体からほぼ濾過されて取り出され、つまり流動媒体中の比較的重たい構成成分は補助ヒータ３９の領域における表面に沈積するが、センサ領域１７には沈積しない。
【００２１】
図２ｂには本発明によるセンサチップ１の別の実施例の平面図が描かれている。図２ａとは異なり補助ヒータはＵ字型である。補助ヒータ３９のＵ字型はやはりセンサ領域１７から明確に間隔をおいて上流側でセンサチップ１上に配置されており、この場合、Ｕ字型の両方の脚部は主流動方向４２と交差する方向に延びている。
【００２２】
図２ｃには本発明によるセンサチップ１のさらに別の実施例の平面図が描かれている。ここでも補助ヒータ３９はＵ字型であるが、センサ領域１７を少なくとも部分的に取り囲んでいる。補助ヒータ３９は、たとえば上流側と下流側でセンサ領域１７から明確に離れて膜３３の端面のところで延在している。
【００２３】
この場合、補助ヒータ３９はたとえば、センサ領域１７の少なくとも上流側または下流側でセンサ領域１７よりも長い長さを有するように構成されている。これによりセンサ領域１７はその長さｌ全体にわたり汚れから保護される。
【００２４】
抵抗３５，３７および／または補助ヒータ３９は有利には導体路として構成されている。
【００２５】
センサチップ１はたとえば小さいプレート状に形成されていて、表面２７を有しており、その前を流動媒体が流れる。この場合、センサ領域１７と補助ヒータ３９はいっしょに表面２７上に配置されている。
【００２６】
図３ａには本発明により構成されたセンサチップ１が描かれており、これにはセンサ領域１７と第１の制御回路５４が設けられており、この第１の制御回路５４は電気的なライン５１たとえばボンディングワイヤを介してセンサ領域１７と電気的に接続されている。第１の制御回路５４は第１のエネルギー源４５たとえば電流源または電圧源を有しているかあるいはその種の電源と電気的に接続されており、それによって少なくとも１つの加熱抵抗３５または少なくとも１つの温度センサ３７がセンサ領域１７で加熱される。補助ヒータ３９は電気的なライン５１を介してたとえば別個の第２のエネルギー源４８と接続されている。第１の制御回路５４と第２のエネルギー源４８との間には電気的な接続路は存在していない。したがって第１の制御回路５４は補助ヒータ３９の動作とは無関係な測定信号をたとえばエンジン制御のために供給し、つまり補助ヒータ３９の動作は測定信号に影響を及ぼさない。第１のエネルギー源４５によってたとえば分圧器などを介して補助ヒータ３９を加熱することもできるが、その場合には補助ヒータ３９に対する第１のエネルギー源４５の制御信号は測定方式あるいはセンサ領域１７における信号には依存しない。
【００２７】
センサチップ１は測定信号を供給し、これはたとえば内燃機関の制御のために供給される。補助ヒータ３９はたとえば、内燃機関が動作していないときにのみ加熱される。それというのも内燃機関の遮断後にはじめて、たとえばオイルのような汚れを含むクランクケースベンチレーションなどからの逆流によって、センサチップ１が最も頻繁に汚れるからである。その際に第１の制御回路５４はたとえば、スイッチ６０をつなげるようにして補助ヒータ３９の加熱動作のための信号を送出することができ、これによってエネルギー源４８が補助ヒータ３９を加熱することになる。補助ヒータ３９を加熱するためのこの制御信号を、内燃機関が動作していないときに第２の制御回路５７によって供給することもできる。第２の制御回路５７はたとえばエンジン制御装置である（図３ｂ）。
【００２８】
図４には補助ヒータ３９とセンサ領域１７の温度プロフィルが描かれている。図４にはｘｙダイアグラムが示されており、ここでｘ軸は主流動方向を表し、ｙ軸はセンサチップ１の表面における温度を表す。補助ヒータ３９はたとえばセンサ領域１７の上流側に位置している。補助ヒータ３９とセンサ領域１７との間にはゼロとは異なる間隔が存在する。センサ領域１７における抵抗によって、たとえば最大温度ＴＭ をもつ台形状の温度経過特性が生じる。また、補助ヒータ３９は最大温度ＴＺ を有しており、この場合、温度ＴＭ よりも大きいかそれと等しいたとえば放物線状の温度経過特性をもつ。
【００２９】
矢印６２によって表面２７付近の媒体の流動経過が表されている。補助ヒータ３９は表面２７のところで、程度の差こそあれ激しい急峻な温度上昇を生じさせ、つまりゼロとは異なる大きい温度勾配を生じさせる。表面２７付近に到来する粒子は、補助ヒータ３９の始端領域手前あるいはその領域のところでいわば負圧によって表面２７に吸い込まれ、その後、補助ヒータ領域において上に向かって登っていき、つまり表面２７から遠ざかるようになる。このような流動経過によって補助ヒータ３９の領域で温度勾配の渦６５が発生する。このため汚れやオイルの粒子は補助ヒータ３９の領域でセンサチップ１の表面に付着し、そのことで表面近くの領域における流動媒体は浄化され、センサ領域１７はもはや汚れないかあるいはほとんど汚れる可能性がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】
従来技術によるセンサチップを示す図である。
【図２】
本発明によるセンサチップの第１〜第３の実施例を示す図である。
【図３】
本発明に従って形成されたセンサチップと制御回路を示す図である。
【図４】
本発明に従って形成された補助ヒータとセンサチップにおけるセンサ領域の温度プロフィルを示す図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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