热分析传感器以及制造热分析传感器的方法技术

一种热分析传感器，它具有基片（１），基片（１）能够在与基片（１）热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置（３，３’，３０，３１，３２，３３）之间传导热流，热分析传感器还具有形成在基片（１）的大体上平的表面（２）上以发出热电信号的热电偶结构，所述热电偶结构包括多个热电偶接点（５，８，９，１０）形成的专用于所述测量位置（３，３’，３０，３１，３２，３３）的串联链，热电偶接点（５，８，９，１０）在一个电路结构中相互连接，并且每个热电偶接点由两种不同热电偶材料（６，７）构成，其特征在于，基片（１）是陶瓷基片，其热导率不大于５Ｗ／（ｍ．Ｋ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有基板和热电偶结构的热分析传感器，基板能够 在与基板热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置之间传送 热流，热电偶结构形成在基板的大体上是平面的表面上以发出热电信号。 制造热分析传感器的方法也包括在本专利技术的范围内。
技术介绍
这类热分析传感器用于物质、物质混合物、和/或经历反应的混合物 的物理和/或化学特性，其中，测量随着温度或者时间变化而进行，并且 被测量样品受到受控温度程序的作用。其它已知示例是微分热流量热法 和微分功率补偿量热法。在这两种应用中，相对于参考样品进行样品分 析。在这些情况下使用的传感器因此必须具有两个测量位置，即， 一个 测量位置进行样品测量，另一个测量位置进行参考样品测量。在上述两 种应用中的第一种应用中，由热电偶结构发出的热电信号表示对流到样品的热流与流到参考样品的热流之间的差值的测量。在第二种应用中， 由热电偶结构发出的热电信号用于控制流到样品和参考样品的热流率， 使得样品与参考样品之间的温差被调节为零。热分析传感器应当具有尽可能最高的灵敏度，如果可能，该灵敏度 覆盖分析的整个温度范围，即，随着热流变化产生的热电信号应当就信 号电压而言尽可能地强。因此，作为满足该要求的一种方式，现有技术的热分析传感器(DE3916311C2和EP0990893A1)具有结合在一个电路上 的热电偶结构的一系列热电偶接点，使得热电信号作为单个热电偶电压 的总和产生。形成热电偶结构的热电偶接点围绕一个测量位置的中心(如 果有多个测量位置，围绕多个测量位置的中心)在方位(azimuthal)方 向相互尽可能紧密地间隔而以圆形图案布置。结果，在现有技术的结构 中，没有空间可用于增加热电偶接点的数目。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种解决方案以增大上述类型的热分析传感器 的灵敏度，并且提出一种制造这种传感器的方法。根据本专利技术的第一方面，提供一种热分析传感器，它具有基片，基 片能够在与基片热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置之 间传导热流，热分析传感器还具有形成在基片的大体上平的表面上以发 出热电信号的热电偶结构，其中，热电偶结构包括多个热电偶接点形成 的链，热电偶接点由两种不同热电偶材料构成、并且串联连接以形成热 电偶队列。热电偶接点的链绕着测量位置的中心沿着方位方向延伸，各个热电偶接点以与测量位置的中心相隔交替不同的径向距离布置。根据 本专利技术的方案，方位地限定在链中最靠近中心的一个第一种热电偶接点 与两个紧邻的第二种热电偶接点之间的表面的至少一个空隙区域包括在 链中相互直接相邻的一个第三种热电偶接点和一个第四种热电偶接点。在由热电偶接点的串联连接链形成的热电偶队列中，在链中直接相 邻的任何两个热电偶接点具有不同的径向距离。因此，当热沿着向着测 量位置中心或者远离测量位置中心的方向流动时，由于传感器的热阻， 将在链中任何两个相邻热电偶接点之间产生温差。该温差又在链中相邻 热电偶接点之间导致热电压，由于串联链结构，热电压累计为电压总和。 这样，所形成的总的热电信号表示在每个直接相邻的第一种热电偶接点 与第二种热电偶接点的对以及直接相邻的第三种热电偶接点与第四种热 电偶接点的对中产生的各自单独的热电压的总和。热电偶材料对可以对 所有热电偶接点是相同的。显然，也可以使用多个不同的热电偶材料对 形成热电偶，以代替仅一对不同材料。当直接相邻的第三种热电偶接点 与第四种热电偶接点对中的每对布置在方位地限定在一个第一种热电偶 接点与两个紧邻的第二种热电偶接点之间的自由空隙区域中时，在传感 器表面上可获得的空间被优化利用，以增加热电偶接点的总数。在这种 结构中，第三种热电偶接点可以布置在相对靠近第一种热电偶接点的径 向位置，第一种热电偶接点位于距测量位置的中心最短径向距离处，而 第四种热电偶接点可以布置在相对靠近第二种热电偶接点的径向位置。 用于支撑分析样品的坩埚尺寸可选择成，在测量位置坩埚的底表面覆盖 第一种热电偶接点和第三种热电偶接点，而第二种热电偶接点和第四热电偶接点由于位于距离测量位置中心较大的半径处而保持不被覆盖。 通过这样设计坩埚，热电偶结构能够特别有效地测量在坩埚附近产生并 且与在热源和坩埚之间交换的热流相对应的径向温差。本专利技术特别优选的实施例采用了一种结构，其中，第一种热电偶接点在其斗^^JKi位于测量位置的中心的第一个圆上，第二种热电偶接点 在与第一个圆同心、并具有比第一个圆更大半径的第二个圆上，第三种 热电偶接点在与第一个圆同心、并具有比第一个圆的半径大但比第二个 圆的半径小的半径的第三个圆上，第四种热电偶接点在与第一个圆同心、 并具有比第三个圆更大半径的第四个圆上。这种结构符合相对于中心的 测量位置或多个测量位置(如果该结构具有多个测量位置)的径向对称 的要求，而且也符合与对称要求一致的样品坩埚的习惯性径向对称形状。 设计用于热分析传感器的该实施例的坩埚的圆形底表面尺寸选择成，其 半径大于第三个圆的半径但小于第二个圆的半径。为了尽可能接近完美径向对称，有利的是，热电偶接点以相等角向 间隔布置在它们各自的圆上。为了使径向对称尽可能完全，在链中紧邻 的第一种和第二种热电偶接点之间的热电偶材料以直线条段的形状延 伸，在链中紧邻并且位于同一空隙区域内的第三种和第四种热电偶接点 之间的热电偶材料以直线条段的形状延伸。在这种情况下的整个热电偶 结构具有双星外观，即一个套在另一个中、并且对中在测量位置中点的 两个单独的星。通过这种设计，可以非常有效地使用表面区域，获得特 别多数目的热电偶接点的排布和传感器的高测量灵敏度。优选地，这种 结构通过增加另外嵌套的星被扩展，只要最外部星的热电偶接点的内侧圆具有比最内部星的热电偶接点的外侧圆小的半径。为了实现径向对称，连接每个第三种热电偶接点与位于星的下一个 空隙区域中的相邻第四种热电偶接点的热电偶材料包括方位地指向的轨 迹部分。方位轨迹部分可以采取圆的一部分的形状，圆的半径(与测量 位置中点的距离)略微大于使星的空隙区域相互分隔的第二种热电偶接 点的圆半径。在这种结构中，方位部分的一端可与由两种热电偶材料中 的另一种构成的轨迹部分的另一端相交，以形成第四种热电偶接点，方 位部分的另一端可延伸成径向部分，该径向部分延伸到相邻空隙区域的 第三种热电偶接点。为了将本专利技术热分析传感器连接到处理电路，优选地，连接终端形 成在基片的表面上。这些连接终端分别连接到热电偶队列的端部，并用 于分接热电传感器信号。它们可制作成扁平连接盘或者连接点的形状， 通向处理电路的连接导线可安装到它们上。尤其是，在本专利技术范围内可以想象，在传感器上布置多个测量位置。 具体地， 一个测量位置可用作参考位置，而另一个测量位置可用于接收 测量样品。参考位置可以保持空着，或者已知特性的惰性参考样品所占 据。如果进行微分量热法试验，来自各个测量位置的相应热电信号可以 通过合适的电路结构结合，使得可以直接获得参考位置与每个样品位置 之间的相应微分信号。本专利技术的重要实施例具有布置在传感器单元上的两个测量位置。在 这种结构中， 一个测量位置可用作参考位置，另一个用作样品位置。这 种结构类似于本领域技术人员熟悉的微分热流量热法所采用的结在本专利技术优选实施例中，可以在传感器单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热分析传感器，它具有基片（１），基片（１）能够在与基片（１）热连接的热源与形成在传感器上的至少一个测量位置（３，３’，３０，３１，３２，３３）之间传导热流，热分析传感器还具有形成在基片（１）的大体上平的表面（２）上以发出热电信号的热电偶结构，所述热电偶结构包括多个热电偶接点（５，８，９，１０）形成的专用于所述测量位置（３，３’，３０，３１，３２，３３）的串联链，热电偶接点（５，８，９，１０）在一个电路结构中相互连接，并且每个热电偶接点由两种不同热电偶材料（６，７）构成，其特征在于，基片（１）是陶瓷基片，其热导率不大于５Ｗ／（ｍ．Ｋ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯许特尔，贝恩德丹哈马尔，乌尔斯尼德曼，
申请(专利权)人：梅特勒托利多公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH