DE102008006831A1 - Heißfilmsensor - Google Patents
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Abstract
Heißfilmsensor mit einem durch eine elektrische Leiterstruktur gebildeten Sensorelement (2) und einem Substrat (1), auf welchem das Sensorelement (2) angeordnet ist, wobei in dem Substrat (1) eine unter dem Sensorelement (2) ausgedehnte Kavität (3) zur Verminderung des Wärmeübergangs vom Sensorelement (3) an das Substrat (1) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß ist das Substrat (1) durch eine flexible Folie aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, in welchem die unter dem Sensorelement (2) ausgedehnte Kavität (3) an der dem Sensorelement (2) abgewandten Rückseite (1b) ausgebildet ist, wobei eine reduzierte Dicke des Substrats (1) an der dem Sensorelement (2) zugewandten Vorderseite (1a) übrig ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Heißfilmsensor mit einem durch eine Leiterstruktur gebildeten Sensorelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Heißfilmsensoren und Anordnungen (Arrays) von Heißfilmsensoren werden zur Vermessung von Strömungen von Fluids verwendet, beispielsweise zur Vermessung der Luftströmung an Flugzeugbauteilen wie Flügeln, Leitwerken oder dergleichen im Windkanal oder beim Testflug. Dabei wird eine ein Sensorelement bildende dünne Leiterstruktur geeigneter Geometrie auf einem dünnen, elektrisch und thermisch isolierenden Substrat erzeugt und mit einer elektronischen Heiz- und Auswerteschaltung verbunden. Zur Messung wird der Sensor auf eine gegenüber dem Fluid erhöhte Temperatur gebracht, wobei die Heizelektronik dazu vorgesehen ist, die Spannung (CV-Betrieb), den Strom (CC-Betrieb) oder die Temperatur (CT-Betrieb) konstant zu halten. Die von der Strömung des umgebenden Fluids abgeführte Wärme dient zur Charakterisierung der Strömung, insbesondere ihrer Geschwindigkeit. Das Hellprinzip als solches findet an sich schon seit langem Verwendung beispielsweise auf dem Gebiet meteorologischer Hitzdrahtanemometer oder bei Luftmassensensoren von Brennkraftmaschinen.
- Die zur Vermessung von Strömungen verwendeten Heißfilmsensoren arbeiten um so effektiver und genauer, je mehr Wärme in das strömende Fluid übertragen wird und je weniger durch Wärmeleitung über das Substrat in den zu vermessenen (Versuchs)träger abgegeben wird. Ein Substrat mit geringer Wärmeleitung kann weiter verbessert werden, indem in die Substratrückseite eine Kavität (Vertiefung, Höhlung oder Ausnehmung) eingebracht wird, welche die Wärmeleitung lokal weiter reduziert.
- Aus der
EP 0 958 487 B1 , derDE 199 61 129 A1 , derUS 6 698 283 B2 , derUS 5 237 867 A oder der sind Heißfilmsensoren bekannt, bei denen durch eine elektrische Leiterstruktur gebildete Sensorelemente auf einem Substrat angeordnet sind, wobei in dem Substrat eine unter dem Sensorelement ausgedehnte Kavität zur Verminderung des Wärmeübergangs vom Heizelement an das Substrat und damit an den darunter liegenden (Versuchs)träger ausgebildet ist. Bei derJP 2003 021547 A EP 0 958 478 B1 ist das Substrat durch einen relativ massiven Träger aus Glas, beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 mm gebildet, in welchem ein die Kavität bildendes, durch die gesamte Dicke des Trägers durchgehendes Fenster ausgespart ist. Eine Beschichtung, welche letztlich als eine das eigentliche Sensorelement tragende Membran dient, ist durch mehrere Teilschichten gebildet, wobei eine Siliziumnitridschicht zwischen zwei Siliziumkarbidschichten eingebettet ist. Der in derDE 199 61 129 A1 beschriebene Heißfilmsensor ist in ähnlicher Weise aufgebaut, wobei ein das eigentliche Sensorelement tragender Basisfilm auf einem plattenartigen Substrat angeordnet ist, in welchem ein die Kavität bildender Hohlraum ebenfalls als ein durch die gesamte Dicke des plattenartigen Substrats gehendes Fenster vorgesehen ist. Bei den aus derUS 6 698 283 B1 und derUS 5 237 867 A bekannten Heißfilmsensoren wird ebenfalls ein plattenartiges Substrat verwendet, welches aus Halbleitersilizium besteht und ein ebenfalls durch seine gesamte Dicke gehendes Fenster aufweist, über dem das eigentliche Sensorelement auf einem eine Membran bildenden isolierenden Film angeordnet ist. Der aus der bekannte Heißfilmsensor ist in einer ähnlichen Weise aufgebaut. Aus derJP 2003 021547 A US 5 484 517 ist ein Heißfilmsensor bekannt, bei dem das Sensorelement auf einem durch einen Polyimidfilm gebildeten Substrat aufgebracht ist, welches eine konstante Dicke aufweist. Schließlich ist aus derDE 44 17 679 C1 ein Heißfilmsensor bekannt, bei welchem mit dem eigentlichen Sensorelement elektrisch verbundene Sensorzuleitungen in Vertiefungen einer Trägerfolie so versenkt sind, dass sie keine Erhebungen in der Folienoberfläche darstellen. - Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Heißfilmsensor zu schaffen, welcher eine möglichst genaue und unverfälschte Messung von Fluidströmungen gestattet.
- Die Aufgabe wird durch einen Heißfilmsensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Heißfilmsensors sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Durch die Erfindung wird ein Heißfilmsensor mit einem durch eine elektrische Leiterstruktur gebildeten Sensorelement und einem Substrat, auf welchem das Sensorelement angeordnet ist, wobei in dem Substrat eine unter dem Sensorelement ausgedehnte Kavität zur Verminderung des Wärmeübergangs vom Sensorelement an das Substrat ausgebildet ist, geschaffen. Erfindungsgemäß ist das Substrat durch eine flexible Folie aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, in welchem die unter dem Sensorelement ausgedehnte Kavität an der dem Sensorelement abgewandten Rückseite ausgebildet ist, wobei eine reduzierte Dicke des Substrats an der dem Sensorelement zugewandten Vorderseite desselben übrig ist.
- Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung hat die das Substrat bildende flexible Folie eine Dicke von 10 bis 1000 μm, insbesondere eine Dicke von 25 bis 250 μm.
- Vorzugsweise hat die an der dem Sensorelement abgewandten Rückseite des Substrats ausgebildete Kavität eine Tiefe von 20% bis 80% der Dicke der das Substrat bildenden Folie.
- Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heißfilmsensors ist auf der das Sensorelement bildenden Leiterstruktur und dem Substrat eine Passivierungsschicht vorgesehen, die eine glatte Oberfläche bildet.
- Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Passivierungsschicht einen über dem Sensorelement ausgebildeten Bereich mit einem höheren Wärmeübergang und einen über dem übrigen Substrat ausgebildeten Bereich mit niedrigerem Wärmeübergang aufweist.
- Gemäß einer Ausführungsform hiervon kann vorgesehen werden, dass die Passivierungsschicht in dem über dem Sensorelement ausgebildeten Bereich aus einem Material mit höherer thermischer Leitfähigkeit und in dem über dem übrigen Substrat ausgebildeten Bereich aus einem Material mit niedrigerer thermischer Leitfähigkeit besteht.
- Dabei kann das Material höherer thermischer Leitfähigkeit, das über dem Sensorelement vorgesehen ist, eine höhere Steifigkeit aufweisen als das über dem übrigen Substrat vorgesehene Material niedrigerer thermischer Leitfähigkeit.
- Die das Sensorelement bildende Leiterstruktur kann als Mäander, Spirale oder als Doppelspirale ausgebildet sein.
- Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heißfilmsensors ist es vorgesehen, dass die Leiterstruktur mit elektrischen Kontakten verbunden ist, die von der Vorderseite zur Rückseite des Substrats durchgeführt sind.
- Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Heißfilmsensors können eine Anzahl von Sensorelementen in einer 1-dimensionalen oder in einer 2-dimensionalen Anordnung auf der das Substrat bildenden flexiblen Folie gemeinsam angeordnet sein, wobei jeweils unter den Sensorelementen ausgedehnte Kavitäten an der dem Sensorelement abgewandten Rückseite der das Substrat bildenden flexiblen Folie ausgebildet sind.
- Die das Substrat bildende flexible Folie kann vorteilhafterweise aus Polyimid oder aus Polyetheretherketon hergestellt sein.
- Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Heißfilmsensors ist die Rückseite des Substrats durch eine Zusatzisolierung in Form einer weiteren Folie oder Beschichtung oder durch eine Kleberschicht elektrisch isoliert.
- Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine perspektivische stark vergrößerte Darstellung eines Heißfilmsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; -
2 eine perspektivische Querschnittsansicht des Heißfilmsensors gemäß dem Ausführungsbeispiel von1 ; -
3 eine Draufsicht auf den Heißfilmsensor gemäß dem Ausführungsbeispiel von1 ; -
4 eine Rückansicht des Heißfilmsensors gemäß dem Ausführungsbeispiel von1 ; -
5 in der Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heißfilmsensors; und -
6 in der Draufsicht ein Heißfilm Array als ein noch weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. - In den
1 bis4 ist ein Heißfilmsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt, bei dem ein durch eine elektrische Leiterstruktur gebildetes Sensorelement2 auf einem Substrat1 angeordnet ist. Das Substrat1 ist durch eine flexible Folie aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet, beispielsweise durch eine Polyimidfolie oder durch eine Folie aus thermoplastischem Polyetheretherketon (PEEK). In dem durch die flexible Folie gebildeten Substrat1 ist eine unter dem Sensorelement2 ausgedehnte Kavität3 ausgebildet, die zur Verminderung des Wärmeübergangs vom Sensorelement2 an das Substrat1 und damit an dem darunter befindlichen (Versuchs)träger dient. Diese Kavität3 in Form einer Höhlung, Ausnehmung oder Vertiefung ist an der dem Sensorelement2 abgewandten Rückseite1b des Substrats ausgebildet, so dass eine reduzierte Dicke des Substrats1 an der dem Sensorelement2 zugewandten Vorderseite1a desselben übrig bleibt. - Die das Substrat
1 bildende flexible Folie kann beispielsweise eine Dicke von 10 bis 1000 μm, insbesondere eine Dicke von 25 bis 250 μm aufweisen, und die an der dem Sensorelement2 abgewandten Rückseite1b des Substrats1 ausgebildete Kavität3 kann beispielsweise eine Tiefe von 20% bis 80% der Dicke der das Substrat1 bildenden Folie haben. - Auf der das Sensorelement
2 bildenden Leiterstruktur und dem Substrat1 ist eine Passivierungsschicht4 vorgesehen, die eine glatte Oberfläche bildet. Bei dem in den1 bis4 dargestelltem Ausführungsbeispiel hat die Passivierungsschicht4 einen über dem Sensorelement2 ausgebildeten Bereich4a mit höherem Wärmeübergang und einem über dem übrigen Substrat1 ausgebildeten Bereich4b mit niedrigerem Wärmeübergang. Dazu besteht die Passivierungsschicht4 in dem über dem Sensorelement2 ausgebildeten Bereich4a aus einem Material mit höherer thermischer Leitfähigkeit und in dem über dem übrigen Substrat1 ausgebildeten Bereich4b aus einem Material mit niedrigerer thermischer Leitfähigkeit. Der höhere Wärmeübergang in dem Bereich4a über dem Sensorelement2 kann zusätzlich oder alternativ auch durch eine geringere Dicke der Passivierungsschicht4 in diesem Bereich4a bewirkt werden. - Weiterhin kann das Material höherer thermischer Leitfähigkeit, das im Bereich
4a über dem Sensorelement2 vorgesehen ist, eine höhere Steifigkeit haben als das über dem übrigen Substrat1 vorgesehene Material niedrigerer thermischer Leitfähigkeit. - Die das Sensorelement
2 bildende Leiterstruktur ist mit elektrischen Kontakten5a ,5b verbunden, die bei dem in den1 bis4 gezeigten Ausführungsbeispiel von der Vorderseite1a zur Rückseite1b des Substrats1 durchgeführt sind. - Die Kavität
3 kann durch verschiedene Verfahren erzeugt werden, beispielsweise: - 1. Es wird eine Maskierungsschicht
auf die Rückseite
1b des Substrats1 aufgebracht und fotolithographisch strukturiert. In einem Sauerstoffplasma, dem auch etwas Fluor beigemengt sein kann, wird die Kavität3 in das Substrat1 geätzt. Danach wird die Maskenschicht entfernt. - 2. Es wird ein Prozess wie unter 1. durchgeführt, aber die Ätzung wird in einer geeigneten Weise als Nassätzung ausgeführt.
- 3. Bei dicken Substraten
1 und großen Strukturen kann die Kavität3 auch durch einen Feinfräser erzeugt werden. - 4. Die Kavität
3 wird durch Laserablation erzeugt. - 5. Die Kavität kann erzeugt werden durch Laminieren von mindestens zwei Folien, wobei in eine dieser Folien die Geometrie der Kavität eingeschnitten wurde, während die andere als geschlossene Deckfolie dient. Das Zuschneiden dieser Folie kann durch einen Schneidplotter, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder Plasmaätzen erfolgen.
- Der Heißfilmsensor mit dem fertigen Substrat
1 wird mit dem Sensorelement2 nach oben und der Kavität3 nach unten auf dem zu vermessenden (Versuchs)träger befestigt. - Die Herstellung des Substrats
1 durch eine flexible Folie, beispielsweise eine Folie aus Polyimid, ermöglicht eine Anbringung an gekrümmten oder verrundeten Oberflächen, wie beispielsweise an Bauteilen von Flügeln, Leitwerken oder anderen umströmten Körpern, insbesondere von Luftfahrzeugen. - Der beschriebene Heißfilmsensor zeichnet sich durch eine geringe Bauhöhe aus, so dass Strömungseigenschaften auf bzw. in unmittelbarer Nähe der zu untersuchenden Trägeroberfläche ermittelt werden können, ohne dass der Träger verändert werden müsste, beispielsweise durch Anbringen von Einschnitten, ohne dass die zu untersuchende Strömung nennenswert beeinflusst wird.
- Der Sensor besitzt zum Schutz vor Umwelteinflüssen und zur elektrischen Isolierung über dem Sensorelement
2 die beschriebene Passivierungsschicht4 . Durch eine Strukturierung der Passivierungsschicht in der oben beschriebenen Weise, wonach über dem Sensorelement2 eine Passivierungsschicht4a mit höherer thermischer Wärmeübertragung und an den übrigen Bereichen eine Passivierung4b mit niedrigerer thermischer Wärmeübertragung vorgesehen ist, wird eine Erhöhung der lokal am Ort des Sensorelements2 an die Strömung abgegebenen Wärme erreicht. - Damit die zu messende Strömung nicht durch die Geometrie des Sensors beeinflusst wird, besitzt der Sensor eine geringe Dicke und eine glatte Oberfläche. Insbesondere die elektrischen Kontakte
5a ,5b sind durch das Substrat1 auf die Rückseite zu Zuleitungen oder Anschlüssen7a ,7b durchgeführt. Falls der zu vermessende (Versuchs)träger aus einem leitenden Material besteht, beispielsweise Aluminium, wird die Rückseite1b des Substrats1 , auf der die Zuleitungen oder Anschlüsse7a ,7b dann laufen, durch eine Zusatzisolierung in Form einer weiteren Folie oder Beschichtung oder durch eine Kleberschicht von dem Substrat1 elektrisch isoliert, was in1 durch die teilweise dargestellte, gestrichelte Beschichtung mit dem Bezugszeichen6 angedeutet ist. - Die das Sensorelement
2 bildende Leiterstruktur kann als Mäander, Spirale oder als Doppelspirale ausgebildet sein. -
5 zeigt in der Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Heißfilmsensors, bei dem die besagte Leiterstruktur als Doppelspirale ausgebildet ist. Dadurch werden Leitungskreuzungen in der Zuleitung vermieden und es ergibt sich eine weitestgehend richtungsunabhängige Empfindlichkeit des Sensorelements2 . - Es können eine Anzahl von Sensorelementen
2 in einer 1-dimensionalen oder in einer 2-dimensionalen Anordnung auf einem durch eine flexible Folie gebildeten gemeinsamen Substrat1 vorgesehen sein, wobei unter den jeweiligen Sensorelementen2 Kavitäten3 der beschriebenen Art an der dem Sensorelement2 abgewandten Rückseite1b der das Substrat1 bildenden flexiblen Folie vorgesehen sind. Eine solche Ausbildung ermöglicht eine Strömungsmessung mit hoher Auflösung bei kleinen "Pixeln" und hohem Sensorwiderstand. Damit ist es möglich, bei gleicher Empfindlichkeit der Sensorelemente2 geringere Ströme zur Messung einzusetzen als mit herkömmlichen Sensoren. - Die Kavität
3 unter dem Sensorelement2 kann eine Fläche in der Größenordnung von 0,1 bis 10 mm2 und eine Tiefe von 10 bis 200 μm haben. -
6 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Heißfilm-Array mit drei Reihen von jeweils 16 Sensoren. Die einzelnen Sensoren sind als zweidimensionales Array angeordnet. Es können auch mehrere Arrays auf mehr als einem Foliensubstrat verteilt sein Die oben beschriebene strukturierte Passivierung mit einer Passivierungsschicht4a höherer thermischer Leitfähigkeit und einer Passivierungsschicht4b niedrigerer thermischer Leitfähigkeit ist insbesondere insofern vorteilhaft, als dass auch thermisch leitfähigere Materialien mit höherer Steifigkeit verwendet werden können. Diese brauchen dann nur einzelne Inseln in einer Matrix einer weicheren und/oder spannungsfreieren Passivierungsschicht4b mit niedrigerer thermischer Leitfähigkeit bilden. Die beschichtete Sensorfolie bleibt vergleichsweise flexibel und spannungsfrei und kann damit besser gehandhabt werden als wenn eine spannungsreichere und/oder steifere Dünnschicht auf die gesamte Oberfläche aufgebracht wird. Im Falle einer sehr spannungsreichen Dünnschicht würde sich sonst die Sensorfolie so stark werfen oder rollen, dass sie nicht mehr auf einer gekrümmten Oberfläche angebracht oder weiter gehandhabt werden könnte, ohne dass die Beschichtung4 lokal abplatzen oder darin Risse entstehen könnten. - Durch die Erfindung wird ein Heißfilmsensor geschaffen, dessen Wärmeverlust zum (Versuchs)träger deutlich reduziert ist, so dass sich eine verbesserte Sensorempfindlichkeit und ein verbessertes Zeitverhalten des Sensors ergeben. Durch die geringe Dicke und die glatte Oberfläche des Sensors wird die zu messende Strömung wenig gestört und es besteht die Möglichkeit einer Anbringung auf gewölbten oder gekrümmten Oberflächen. Aufgrund einer Durchführung der elektrischen Kontakte
5a ,5b zur Rückseite hat der Sensor eine glatte Oberfläche, so dass die zu messende Größe nicht beeinflusst wird. -
- 1
- Substrat
- 1a
- Vorderseite
- 1b
- Rückseite
- 2
- Sensorelement
- 3
- Kavität
- 4
- Passivierungsschicht
- 4a
- Passivierungsschicht höherer thermischer Leitfähigkeit
- 4b
- Passivierungsschicht niedrigerer thermischer Leitfähigkeit
- 5a
- Kontakt
- 5b
- Kontakt
- 6
- Zusatzisolierung
- 7a
- Anschluss
- 7b
- Anschluss
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 0958487 B1 [0004]
- - DE 19961129 A1 [0004, 0004]
- - US 6698283 B2 [0004]
- - US 5237867 A [0004, 0004]
- - JP 2003021547 A [0004, 0004]
- - EP 0958478 B1 [0004]
- - US 6698283 B1 [0004]
- - US 5484517 [0004]
- - DE 4417679 C1 [0004]
Claims (14)
- Heißfilmsensor mit einem durch eine elektrische Leiterstruktur gebildeten Sensorelement (
2 ) und einem Substrat (1 ), auf welchem das Sensorelement (2 ) angeordnet ist, wobei in dem Substrat (1 ) eine unter dem Sensorelement (2 ) ausgedehnte Kavität (3 ) zur Verminderung des Wärmeübergangs vom Sensorelement (3 ) an das Substrat (1 ) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1 ) durch eine flexible Folie aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, in welchem die unter dem Sensorelement (2 ) ausgedehnte Kavität (3 ) an der dem Sensorelement (2 ) abgewandten Rückseite (1b ) ausgebildet ist, wobei eine reduzierte Dicke des Substrats (1 ) an der dem Sensorelement (2 ) zugewandten Vorderseite (1a ) übrig ist. - Heißfilmsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Substrat (
1 ) bildende flexible Folie eine Dicke von 10 bis 1000 μm, insbesondere eine Dicke von 25 bis 250 μm aufweist. - Heißfilmsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an der dem Sensorelement (
2 ) abgewandten Rückseite (1b ) des Substrats (1 ) ausgebildete Kavität (3 ) eine Tiefe von 20% bis 80% der Dicke der das Substrat (1 ) bildenden Folie aufweist. - Heißfilmsensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der das Sensorelement (
2 ) bildenden Leiterstruktur und dem Substrat (1 ) eine Passivierungsschicht (4 ) vorgesehen ist, die eine glatte Oberfläche bildet. - Heißfilmsensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (
4 ) einen über dem Sensorelement (2 ) ausgebildeten Bereich (4a ) mit höherem Wärmeübergang und einen über dem übrigen Substrat (1 ) ausgebildeten Bereich (4b ) mit niedrigerem Wärmeübergang aufweist. - Heißfilmsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Passivierungsschicht (
4 ) in dem über dem Sensorelement (2 ) ausgebildeten Bereich (4a ) aus einem Material mit höherer thermischer Leitfähigkeit und in dem über dem übrigen Substrat (1 ) ausgebildeten Bereich (4b ) aus einem Material mit niedrigerer thermischer Leitfähigkeit besteht. - Heißfilmsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Material höherer thermischer Leitfähigkeit, das über dem Sensorelement (
2 ) vorgesehen ist, eine höhere Steifigkeit aufweist als das über dem übrigen Substrat (1 ) vorgesehene Material niedrigerer thermischer Leitfähigkeit. - Heißfilmsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die das Sensorelement (
2 ) bildende Leiterstruktur als Mäander, Spirale oder als Doppelspirale ausgebildet ist. - Heißfilmsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterstruktur mit elektrischen Kontakten (
5a ,5b ) verbunden ist, die von der Vorderseite (1a ) zur Rückseite (1b ) des Substrats (1 ) durchgeführt sind. - Heißfilmsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Sensorelementen (
2 ) in einer 1-dimensionalen oder in einer 2-dimensionalen Anordnung auf der das Substrat (1 ) bildenden flexiblen Folie gemeinsam angeordnet sind, wobei jeweils unter den Sensorelementen (2 ) ausgedehnte Kavitäten (3 ) an der dem Sensorelement (2 ) abgewandten Rückseite der das Substrat (1 ) bildenden flexiblen Folie ausgebildet sind. - Heißfilmsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (
1 ) durch eine flexible Folie aus Polyimid oder Polyetheretherketon gebildet ist. - Heißfilmsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückseite (
1b ) des Substrats (1 ) durch eine Zusatzisolierung (6 ) in Form einer weiteren Folie oder Beschichtung oder durch eine Kleberschicht elektrisch isoliert ist. - Heißfilmsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sensorelementen (
2 ) als zweidimensionales Array angeordnet sind. - Heißfilmsensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Arrays von Sensorelementen auf mehreren als Folie ausgestalteten Substraten (
1 ) verteilt angeordnet sind.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103717526A (zh) * | 2011-07-13 | 2014-04-09 | 国家科研中心 | 包括加热元件的微型传感器以及与其相关联的制造方法 |
| DE102015107626A1 (de) | 2015-05-15 | 2016-11-17 | Airbus Defence and Space GmbH | Strömungssteuerungsvorrichtung, Strömungsprofilkörper und Strömungsbeeinflussungsverfahren mit Schallwellenerzeugung |
| DE102016210303A1 (de) * | 2016-06-10 | 2017-12-14 | Airbus Defence and Space GmbH | Sensorträgerfolie für ein Objekt und Verfahren zum Bestücken eines Objekts mit einer Sensorik |
| CN116358653A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-06-30 | 浙江大学 | 一种热式柔性流量传感器及其制备方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102128655A (zh) * | 2010-12-08 | 2011-07-20 | 苏州谷之道软件科技有限公司 | 一种主从双空腔结构式汽车用热膜空气流量mems传感器 |
| US20170044010A1 (en) * | 2014-04-02 | 2017-02-16 | Mitsubishi Electric Corporation | Sensor element, method for manufacturing sensor element, detection device, and method for manufacturing detection device |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4733559A (en) * | 1983-12-01 | 1988-03-29 | Harry E. Aine | Thermal fluid flow sensing method and apparatus for sensing flow over a wide range of flow rates |
| DE4241333A1 (en) * | 1991-12-09 | 1993-06-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor sensor for flow meter - contains semiconducting chip with sensor element contg. flow detector element with heating and temp. sensitive elements. |
| US5237867A (en) | 1990-06-29 | 1993-08-24 | Siemens Automotive L.P. | Thin-film air flow sensor using temperature-biasing resistive element |
| DE4417679C1 (de) | 1994-05-17 | 1995-07-06 | Gfai Ges Zur Foerderung Angewa | Heißfilmfolie für strömungstechnische Messungen und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| US5484517A (en) | 1994-03-08 | 1996-01-16 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of forming multi-element thin hot film sensors on polyimide film |
| DE19746692A1 (de) * | 1997-06-19 | 1999-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | Flußratenmeßelement und ein dieses verwendender Flußratensensor |
| DE19961129A1 (de) | 1999-07-14 | 2001-02-01 | Mitsubishi Electric Corp | Flusssensor eines thermischen Typs |
| EP0958487B1 (de) | 1997-02-04 | 2002-04-24 | E + E Elektronik Gesellschaft M.B.H. | Heissfilmanemometer |
| EP0958478B1 (de) | 1996-09-27 | 2002-11-27 | Ucar Carbon Technology Corporation | Ofengewölbe bestehend aus einer mehrzhal von sprühbeschichteten paneelen |
| JP2003021547A (ja) | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Denso Corp | 薄膜式センサならびにフローセンサおよびその製造方法 |
| US6698283B2 (en) | 2001-07-16 | 2004-03-02 | Denso Corporation | Thin film sensor, method of manufacturing thin film sensor, and flow sensor |
| DE102005051672A1 (de) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Hydac Electronic Gmbh | Mehrdimensionaler Fluidströmungssensor |
| US20070234793A1 (en) * | 2003-06-06 | 2007-10-11 | Chang Liu | Sensor chip and apparatus for tactile and/or flow sensing |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2919433C2 (de) * | 1979-05-15 | 1987-01-22 | Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart | Meßsonde zur Messung der Masse und/oder Temperatur eines strömenden Mediums |
| US5161541A (en) * | 1991-03-05 | 1992-11-10 | Edentec | Flow sensor system |
| JP5210491B2 (ja) * | 2006-02-03 | 2013-06-12 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式流量センサ |
-
2008
- 2008-01-30 DE DE102008006831A patent/DE102008006831A1/de not_active Withdrawn
-
2009
- 2009-01-21 WO PCT/DE2009/000067 patent/WO2009094986A1/de not_active Ceased
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4733559A (en) * | 1983-12-01 | 1988-03-29 | Harry E. Aine | Thermal fluid flow sensing method and apparatus for sensing flow over a wide range of flow rates |
| US5237867A (en) | 1990-06-29 | 1993-08-24 | Siemens Automotive L.P. | Thin-film air flow sensor using temperature-biasing resistive element |
| DE4241333A1 (en) * | 1991-12-09 | 1993-06-17 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor sensor for flow meter - contains semiconducting chip with sensor element contg. flow detector element with heating and temp. sensitive elements. |
| US5484517A (en) | 1994-03-08 | 1996-01-16 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method of forming multi-element thin hot film sensors on polyimide film |
| DE4417679C1 (de) | 1994-05-17 | 1995-07-06 | Gfai Ges Zur Foerderung Angewa | Heißfilmfolie für strömungstechnische Messungen und Verfahren zu ihrer Herstellung |
| EP0958478B1 (de) | 1996-09-27 | 2002-11-27 | Ucar Carbon Technology Corporation | Ofengewölbe bestehend aus einer mehrzhal von sprühbeschichteten paneelen |
| EP0958487B1 (de) | 1997-02-04 | 2002-04-24 | E + E Elektronik Gesellschaft M.B.H. | Heissfilmanemometer |
| DE19746692A1 (de) * | 1997-06-19 | 1999-01-28 | Mitsubishi Electric Corp | Flußratenmeßelement und ein dieses verwendender Flußratensensor |
| DE19961129A1 (de) | 1999-07-14 | 2001-02-01 | Mitsubishi Electric Corp | Flusssensor eines thermischen Typs |
| JP2003021547A (ja) | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Denso Corp | 薄膜式センサならびにフローセンサおよびその製造方法 |
| US6698283B2 (en) | 2001-07-16 | 2004-03-02 | Denso Corporation | Thin film sensor, method of manufacturing thin film sensor, and flow sensor |
| US20070234793A1 (en) * | 2003-06-06 | 2007-10-11 | Chang Liu | Sensor chip and apparatus for tactile and/or flow sensing |
| DE102005051672A1 (de) * | 2005-10-28 | 2007-05-03 | Hydac Electronic Gmbh | Mehrdimensionaler Fluidströmungssensor |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103717526A (zh) * | 2011-07-13 | 2014-04-09 | 国家科研中心 | 包括加热元件的微型传感器以及与其相关联的制造方法 |
| CN103717526B (zh) * | 2011-07-13 | 2016-08-17 | 国家科研中心 | 包括加热元件的微型传感器以及与其相关联的制造方法 |
| DE102015107626A1 (de) | 2015-05-15 | 2016-11-17 | Airbus Defence and Space GmbH | Strömungssteuerungsvorrichtung, Strömungsprofilkörper und Strömungsbeeinflussungsverfahren mit Schallwellenerzeugung |
| WO2016184676A1 (de) | 2015-05-15 | 2016-11-24 | Airbus Defence and Space GmbH | Strömungssteuerungsvorrichtung, strömungsprofilkörper und strömungsbeeinflussungsverfahren mit schallwellenerzeugung |
| DE102015107626B4 (de) * | 2015-05-15 | 2019-11-07 | Airbus Defence and Space GmbH | Strömungssteuerungsvorrichtung, Strömungsdynamischer Profilkörper und Strömungssteuerungsverfahren mit Schallwellenerzeugung |
| DE102016210303A1 (de) * | 2016-06-10 | 2017-12-14 | Airbus Defence and Space GmbH | Sensorträgerfolie für ein Objekt und Verfahren zum Bestücken eines Objekts mit einer Sensorik |
| CN116358653A (zh) * | 2023-03-22 | 2023-06-30 | 浙江大学 | 一种热式柔性流量传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2009094986A1 (de) | 2009-08-06 |
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