导热系数传感器制造技术

本发明专利技术的导热系数传感器实现了小型化，尽可能地抑制了周围温度的影响，减小了因封入参照气体等造成的制造误差，并且增大检测信号提高测量灵敏度。所述导热系数传感器（１００）使用惠斯登电桥电路（ＷＢ），所述惠斯登电桥电路（ＷＢ）包括：测量用电阻（Ｒ１、Ｒ２），配置在一组对边上，与试样气体接触；以及比较用电阻（Ｒ３、Ｒ４），配置在另一组对边上，与参照气体接触；通过对比较用电阻（Ｒ３、Ｒ４）和测量用电阻（Ｒ１、Ｒ２）的连接点的电位差进行比较，来检测试样气体的导热系数，其中，配置在一组对边上的测量用电阻（Ｒ１、Ｒ２）收容在一个测量空间（Ｓ１）内，配置在另一组对边上的比较用电阻（Ｒ３、Ｒ４）收容在一个参照空间（Ｓ２）内。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种导热系数传感器，所述导热系数传感器使用惠斯登电桥电路来检 测试样气体的导热系数，并根据该导热系数来测量试样气体中规定成分的浓度。
技术介绍
以往，作为这种导热系数传感器，如专利文献1(日本专利公开公报特开 2003-42983号)所示，把构成惠斯登电桥电路的测量用电阻中的一个收容在测量单元内， 把比较用电阻中的一个收容在比较单元内，把其他电阻作为外部电阻设置在单元的外部。可是，由于外部电阻与测量用电阻和比较用电阻的设置温度或温度系数不同，使 外部电阻与测量用电阻和比较用电阻受到的来自外部的温度影响不同，所以难以得到准确 的测量结果。因此，考虑至少要设置用于修正外部电阻受到的温度影响的温度修正电路，可是 由于外部电阻的温度系数的偏差，使每个产品的外部电阻受到的温度影响不同，所以需要 对每个产品设定温度修正电路的修正系数，该设定繁杂，成为导致成本增加的主要原因。此外，仅仅用来自一个测量用电阻和一个比较用电阻的电信号，由于信号量小，使 信噪(SN)比变差，其结果，难以在低浓度范围内进行测量。除了上述的导热系数传感器以外，还有一种导热系数传感器，使用四个单元(两 个测量单元和两个比较单元)，在各单元中收容测量用电阻或比较用电阻，但这种导热系数 传感器除了制造成本高以外，还难以小型化。此外，需要在两个比较单元内封入例如N2气 等参照气体，由于不能避免因封入的偏差等造成的制造误差，相应地会导致产生测量误差。
技术实现思路
因此，为了一并解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种能够小型化、不需要外 部电阻、能够减小因封入参照气体等造成的制造误差、并且能够增大检测信号提高测量灵 敏度的导热系数传感器。S卩，本专利技术的导热系数传感器使用惠斯登电桥电路，所述惠斯登电桥电路包括测 量用电阻，配置在一组对边上，与试样气体接触；以及比较用电阻，配置在另一组对边上，与 参照气体接触；通过对所述比较用电阻和所述测量用电阻的连接点的电位差进行比较，来 检测所述试样气体的导热系数，其特征在于，配置在所述一组对边上的测量用电阻收容在 装有所述试样气体的一个测量空间内，配置在所述另一组对边上的比较用电阻收容在装有 所述参照气体的一个参照空间内。按照上述构成，由于把配置在对边上的测量用电阻收容在一个测量空间内，把配 置在对边上的比较用电阻收容在一个参照空间内，所以可以使导热系数传感器小型化。此 夕卜，由于惠斯登电桥电路包括两个测量用电阻和两个比较用电阻，所以可以不需要用于构 成惠斯登电桥电路的外部电阻。而且，由于只设置一个参照空间，所以可以减少因封入参照 气体等造成的制造误差。并且，除了可以减少部件数量以外，还可以有助于降低成本。除此之外，与简单地分别设置一个测量空间和一个参照空间、在该空间内设置一个测量用电阻和一个比较用电阻的情况相比，可以使检测信号成倍增加，所以可以提高测量灵敏度。为了能够使测量用电阻受到的温度影响尽可能相同，使比较用电阻受到的温度影 响尽可能相同，以进行高精度的测量，并且可以使传感器小型化，优选的是配置在所述一 组对边上的测量用电阻包括设置在同一个基板表面上的两个薄膜电阻件，配置在所述另一 组对边上的比较用电阻包括设置在同一个基板表面上的两个薄膜电阻件。为了提高导热系数传感器的灵敏度，优选的是尽可能增加加载的电流量，但随之 传感器温度上升。当按照防爆标准用本传感器测量可燃性气体时，根据防爆标准，传感器温 度具有上限。此时，在该上限以下的范围内，为了得到均勻的温度分布，优选的是在所述基 板表面上，至少使构成所述测量用电阻的薄膜电阻件具有形成图案的图案形成部，所述图 案形成部的图案形状在周围部位的密度最大、朝向中央部位密度逐渐减小，当向图案形成 部通电时，能够使图案形成部附近的温度升温到基本相同。按照上述结构，本专利技术可以不需要外部电阻、可以小型化、可以减少因封入参照气 体等造成的制造误差，并且能够增大检测信号，提高测量灵敏度。附图说明图1是表示本专利技术一个实施方式的导热系数传感器的测量电路的图。图2是表示上述实施方式的导热系数传感器内部模块件的剖面图。图3是表示上述实施方式中的内部模块件的剖面图。图4是示意表示上述实施方式中的底座、传感器基板和引脚的剖面图。图5是表示上述实施方式中的传感器基板的俯视图。图6是表示上述实施方式中的薄膜电阻件的温度分布的模拟结果。符图标记说明100…导热系数传感器Sl…测量空间S2…参照空间WB…惠斯登电桥电路P1、P2…连接点R1、R2…测量用电阻R3、R4…比较用电阻33…薄膜电阻件33P…图案形成部具体实施例方式下面参照附图对本专利技术导热系数传感器的一个实施方式进行说明。本实施方式的导热系数传感器100用于检测含有可燃性和/或腐蚀性成分的试 样气体的导热系数，并利用该导热系数来测量试样气体中规定成分的浓度。此外，可燃性 和/或腐蚀性成分包括水(H2O)、氧气(O2)、硫氧化物(SOx)气体、氮氧化物(NOx)气体、盐酸 (HCl)气体、氨气(NH3)、硫化氢(H2S)气体或氢气(H2)等。首先，参照图1对导热系数传感器100的测量电路进行说明。 该测量电路使用设置成接触试样气体的两个测量用电阻Rl、R2和设置成接触参 照气体的两个比较用电阻R3、R4，具体地说，测量电路包括惠斯登电桥电路WB (Wheatstone bridge)，所述惠斯登电桥电路把一个测量用电阻Rl或R2与一个比较用电阻R3或R4串联 而形成的两个串联电路部并联。此时并联成各串联电路部的测量用电阻Rl、R2位于相对的对边上，比较用电阻 R3、R4位于相对的对边上。并且，在各串联电路部的连接点之间连接用于流过恒定电流的恒 定电流源CS。此外，在一个串联电路部的连接点上设置有用于调整偏置用的可变电阻R5。 在上述结构中，运算部X检测各串联电路部中的测量用电阻Rl、R2和比较用电阻R3、R4的 连接点P1、P2的电位，得到作为检测信号的所述连接点P1、P2的电位差，计算出试样气体中 规定成分的浓度。此外，气体分析装置至少包括导热系数传感器100、恒定电流源CS和运算 部X。下面对导热系数传感器100的装置结构进行说明。本实施方式的导热系数传感器100在内部具有所述惠斯登电桥电路WB，所述导热 系数传感器100包括耐压防爆结构的壳体(未图示)，所述壳体具有把试样气体导入内部 的导入口和把试样气体导出到外部的导出口 ；以及耐压防爆结构的内部模块件2(参照图 2)，设置在该壳体内，连通所述导入口和导出口。如图2所示，内部模块件2包括模块主体21，具有内部流动通道2A ；导入配管连 接部22，设置在该模块主体21上，连通内部流动通道2A，并且通过配管连接在导入口上；导 出配管连接部23，设置在该模块主体21上，连通内部流动通道2A，并且通过配管连接在导 出口上。在导入配管连接部22和导出配管连接部23上设置有烧结金属部件24，把连接部 内的流动通道隔开成模块主体21—侧(点火源一侧)和配管一侧。具体地说，烧结金属部 件做成有底筒形，沿流动通道设置成其底部朝向模块主体21 —侧。通过上述方式在各连接部22、23内设置烧结金属部件24，在模块主体21内产生 火焰的情况下，能够防止该火焰波及到连接部22、23外，配管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导热系数传感器，使用惠斯登电桥电路，所述惠斯登电桥电路包括：测量用电阻，配置在一组对边上，与试样气体接触；以及比较用电阻，配置在另一组对边上，与参照气体接触；通过对所述比较用电阻和所述测量用电阻的连接点的电位差进行比较，来检测所述试样气体的导热系数，其特征在于，配置在所述一组对边上的测量用电阻收容在装有所述试样气体的一个测量空间内，配置在所述另一组对边上的比较用电阻收容在装有所述参照气体的一个参照空间内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松滨诚，世古朋子，高田秀次，水谷浩，生田卓司，远藤正彦，井户琢也，
申请(专利权)人：株式会社堀场制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]