传感器装置、和用所述传感器装置来感测介质中的目标流体的量或浓度的方法制造方法及图纸

传感器装置包括具有位于微型泵出口处的常闭安全阀的第一微型泵、具有位于微型泵出口处的常闭安全阀的第二微型泵、以及具有传感器腔室的传感器，传感器腔室具有位于传感器腔室中的传感器元件(例如，有源敏感区或层)，其中传感器被配置成基于传感器腔室中的流体(例如，气体或液体)的状态来提供传感器输出信号。传感器腔室被流体地耦接在第一和第二微型泵之间，并且第一和第二微型泵被配置成基于第一和第二微型泵的对应的启动或操作状态来提供传感器装置的限定的操作模式，以提供：(1)在传感器腔室中的限定的负流体压力，(2)在传感器腔室中的限定的正流体压力，或(3)通过传感器腔室的限定的流体流量，例如限定的流体通过量。量。量。

【技术实现步骤摘要】
传感器装置、和用所述传感器装置来感测介质中的目标流体的量或浓度的方法


[0001]本专利技术的实施例涉及一种传感器装置和一种用所述传感器装置来感测介质中的目标流体的量或浓度的方法。更具体地，实施例涉及具有气体传感器的微型泵，特别地，涉及使用具有用于气体传感器的安全阀的微型泵的流体构思。
[0002]气体传感器可以通过分子与所述气体传感器的敏感传感器层之间的相互作用来检测分子。不同气体分子与所述传感器层的吸附和解吸的过程影响所述气体传感器的灵敏度、特异性和漂移。这些吸附和解吸机制可能例如受到加热所述传感器层的影响，其中加热所述传感器层通常会增加分子的解吸。泵或微型泵可以通过以限定的方式将所述气体分子传输至所述传感器层或远离所述传感器层来支持这些过程。
[0003]降低所述泵或微型泵的所述传感器腔室中的气体压力可以支持所述传感器层再生，例如，将所述气体分子从所述传感器层中移除(＝解吸)。

技术介绍

[0004]在可以在移动装置内使用的适当的传感器的实现方式中，环境大气中的环境参数(诸如，环境气体成分)的感测越来越重要。
[0005]例如，WO2015104221 A1涉及一种具有用于检测气体的传感器单元的气体测量装置，所述传感器单元包括压力密闭的测量通道、用于将所述气体引入到所述测量通道中的气体入口、用于使所述气体从所述测量通道排出的气体出口、以及用于排空所述测量通道的泵单元。所述测量通道具有用于检测所述气体的气体传感器和用于加热所述气体传感器的电热元件。所述传感器单元可以以测量模式和再生模式来操作，其中在所述再生模式中所述测量通道被排空并且所述气体传感器被加热。
[0006]因而，泵与主动阀一起在所述传感器层处产生所述腔室(测量通道)中的负压以在再生模式期间支持所述气体传感器。为此，还实施了加热器来加热所述气体传感器以用于再生。所述负压(相对于大气压)与所述加热一起，旨在改善所述传感器再生。
[0007]然而，已知的现有技术具有许多缺点和限制。
[0008]通常，所述气体泵在所述传感器腔室处的大的死容积具有以下缺点：大的且强的泵需要产在某一时间内生期望的压力(例如，负压)，或产生较高的流率以吹扫所述死容积。然后，主动阀在其使所述气体移动时移动一开关体积。
[0009]因此，气体传感器的已知的实现方式包括大的且笨重的布置。这样的布置难以在移动装置中实现。此外，这样的气体传感器在将气体传输至所述传感器腔室以及使所述气体传输远离所述传感器腔室时具有大的死容积。此外，在泵和主动阀的情况下，仅可以实现负压(泵位于所述传感器腔室之前且阀位于所述传感器腔室之后)或超压(泵位于所述传感器腔室之后且阀位于所述传感器腔室之前)。
[0010]通常，在气体传感器领域需要为气体传感器提供一种可以被容易地集成到移动装置中的改善的构思。
[0011]这样的需求可以通过根据权利要求1所述的传感器装置和根据权利要求27所述的用于感测介质中的目标流体的量或浓度的方法来解决。
[0012]另外，在从属权利要求中限定了所述传感器装置和所述方法的具体实现方式。

技术实现思路

[0013]根据实施例，传感器装置包括具有例如位于所述微型泵出口处的常闭(NC)安全阀的第一微型泵(例如，微流体或蠕动泵)、具有例如位于所述微型泵出口处的常闭(NC)安全阀的第二微型泵(例如，微流体或蠕动泵)、以及具有传感器腔室(例如传感器室或传感器容积)的传感器，所述传感器腔室具有位于所述传感器腔室中的传感器元件(例如，有源敏感区或层)，其中所述传感器被配置成基于所述传感器腔室中的所述流体(例如，气体或液体)的状态来提供传感器输出信号。所述传感器的所述传感器腔室被流体地耦接在所述第一微型泵和第二微型泵之间，并且所述第一微型泵和第二微型泵被配置成基于所述第一微型泵和第二微型泵的对应的启动或操作状态来提供所述传感器装置的限定的操作模式，以提供：(1)在所述传感器腔室中的限定的负流体压力；(2)在所述传感器腔室中的限定的正流体压力；或(3)通过所述传感器腔室的限定的流体流量，例如限定的流体通过量。
[0014]所提出的针对传感器装置和针对用所述传感器装置来感测介质中的目标流体的量或浓度的专利技术构思是基于以下发现：所述传感器装置两个微型泵(例如，两个微流体或蠕动泵)，每个微型泵具有常闭安全阀，其中所述流体传感器(例如，气体或液体传感器)被布置在传感器腔室中，所述传感器腔室被流体地耦接在这两个微型泵之间并且被分隔开以相对于环境密封。由于这两个微型泵被布置成流体串联连接并且具有相同的流体泵送方向，因此在包封的传感器腔室中可以产生负流体压力和正流体压力两者。
[0015]基于所述传感器装置的这种实现方式，可以实现所述气体传感器的紧凑的解决方案，其中所述传感器装置可以在尽可能小且扁平的组件中实现所述传感器腔室中的负压或正压，所述传感器装置还可以被容易地集成在移动装置中。
[0016]根据另外的实施例，所述第一微型泵包括泵入口、泵腔室和泵出口，其中所述第一微型泵被配置成将所述流体(例如，环境空气)从所述泵入口泵送通过所述泵腔室到达所述泵出口，其中所述第二微型泵包括泵入口、泵腔室和泵出口，其中所述第二微型泵被配置成将所述流体从所述泵入口泵送通过所述泵腔室到达所述泵出口，并且其中所述传感器腔室被流体地耦接在所述第一微型泵的所述泵出口与所述第二微型泵的所述泵入口之间，并且被分隔开从而相对于环境密封(例如，气密或包封)。
[0017]因而，所述传感器装置包括密封的(sealed)或包封的(encapsulated)传感器腔室。所述包封的传感器腔室在测量期间提供限定的传感器容积，限定的传感器容积相对于所述气体传感器之外的周围大气被包封。因而，如果所述微型泵被关闭，则可以避免干扰对流，这会导致气体测量的良好状态。
[0018]根据实施例，所述第一微型泵和第二微型泵、所述传感器和可选地所述处理装置可以被集成至半导体衬底，例如硅衬底。所述传感器装置(或至少其大部分)集成在半导体衬底中允许提供所述微型泵的在约几μl(微升)范围内(例如，在介于1μl与10μl之间的范围内)的相对小的死容积或死区。基于所述微型泵的相对小的死容积，所述流体传感器的测量时间和测量准确度可以被增加(提高)，其中，另外，所述流体传感器的校准可以被显著地改
善。此外，如果可以(至少部分地)避免所述流体传感器的流体通道中的尖锐角部或脊部，则可以避免(最小化)或至少减小流过所述流体传感器的所述流体或流体粒子的分散。
[0019]根据所述传感器装置的第一操作模式，可以借助于所述第一微型泵和第二微型泵在所述传感器腔室中实施真空模式。在所述第一操作模式中，所述第一微型泵处于断开状态，例如，处于关闭状态或被停用，并且所述第二微型泵处于接通状态，例如打开状态，被启动或激励，以提供所述传感器腔室中的限定的负流体压力。
[0020]所述第二微型泵可以被优化以提供高负压(相对于大气压力或环境压力)。如果实现了高负压，则所述传感器装置可以被非常有效地校本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种传感器装置，包括：具有常闭(NC)安全阀的第一微型泵，具有常闭安全阀的第二微型泵，以及具有传感器腔室的传感器，在所述传感器腔室中具有传感器元件，其中所述传感器被配置成基于在所述传感器腔室中的流体的状态来提供传感器输出信号，其中所述传感器的所述传感器腔室被流体地耦接在所述第一微型泵和所述第二微型泵之间，并且其中所述第一微型泵和所述第二微型泵被配置成基于所述第一微型泵和所述第二微型泵的对应的启动状态来提供所述传感器装置的限定的操作模式，以提供：(1)在所述传感器腔室中的限定的负流体压力，(2)在所述传感器腔室中的限定的正流体压力，或(3)通过所述传感器腔室的限定的流体流量。2.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，所述第一微型泵和所述第二微型泵被布置成流体串联连接并且具有相同的流体泵送方向。3.根据权利要求1所述的传感器装置，其中，在第一操作模式中，所述第一微型泵处于断开状态并且所述第二微型泵处于接通状态，以在所述传感器腔室中提供所述限定的负流体压力，其中，在第二操作模式中，所述第一微型泵处于接通状态并且所述第二微型泵处于断开状态，以在所述传感器腔室中提供所述限定的正流体压力，和/或其中，在第三操作模式中，所述第一微型泵处于接通状态并且所述第二微型泵处于接通状态，以提供通过所述传感器腔室的所述限定的流体流量。4.根据权利要求3所述的传感器装置，其中，所述第二操作模式包括第一部分操作模式和后续的第二部分操作模式，其中，在所述第一部分操作模式中，所述第一微型泵处于接通状态并且所述第二微型泵处于断开状态，以在所述传感器腔室中提供所述限定的正流体压力，并且其中，在所述后续的第二部分操作模式中，所述第一微型泵处于断开状态并且所述第二微型泵处于断开状态以在所述传感器腔室中提供限定的流体量。5.根据权利要求1所述的传感器装置，还包括：压力传感器，所述压力传感器位于所述传感器腔室中或被流体地耦接至所述传感器腔室，以测量所述传感器腔室中的流体压力。6.根据权利要求1所述的传感器装置，还包括：加热元件，所述加热元件位于所述传感器腔室中或被热耦接至所述传感器腔室，以对在所述传感器腔室中的所述流体和/或所述传感器的所述传感器元件进行加热。7.根据权利要求1所述的传感器装置，还包括：温度传感器，所述温度传感器位于所述传感器腔室中或被热耦接至所述传感器腔室，以测量在所述传感器腔室中的温度。8.根据权利要求1所述的传感器装置，还包括：处理装置(50)，所述处理装置(50)被配置成控制所述第一微型泵(10)和所述第二微型泵(20)的操作模式，以及用于读出在调整后的操作模式中所述传感器(30)的传感器输出信
号(S
OUT
)。9.根据权利要求8所述的传感器装置，其中，所述处理装置被配置成控制加热元件的操作模式、以及对耦接至所述传感器的所述传感器腔室的压力传感器和/或温度传感器进行读数。10.根据权利要求8所述的传感器装置，其中，所述处理装置被配置成：(1)控制所述第一微型泵和所述第二微型泵的操作模式以调整在所述传感器腔室中的流体压力和/或通过所述传感器腔室的所述流体通过量；(2)控制所述加热元件以调整在所述传感器腔室中的不同温度；以及(3)读出不同温度下的所述传感器输出信号。11.根据权利要求8所述的传感器装置，其中，所述处理装置被配置成确定包括与所读出的传感器输出信号有关的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：