用于检测永久气体的传感器装置的制作方法

通过使用吸附过滤器可以改善这种用于永久气体的气体传感器装置的性能。因此，制造商正在使用放置在传感元件前面的吸附材料。这些过滤器可以是粉末、小颗粒或泡沫。可用的方案由以下特点限定：吸附材料是机械固定的，其密度通过压制增加，以及吸附本体的形状由其壳体限定。

不利的是，使用基于粉末的吸附过滤器，包装体积会因显著因素而增加，使得小型化变得困难。此外，粉末状吸附材料需要复杂的加工。

基于上述，本发明要解决的问题是提供一种改进的上述类型的传感器装置，其仅需要相对小的安装空间，且特别地避免了尘粉状过滤材料遇到的问题。

该问题通过具有权利要求1的特征的传感器装置解决。

在相应的从属权利要求中陈述了本发明该方面的优选实施方式，并在下面进一步描述。

根据权利要求1，根据本发明的传感器装置被配置用于检测气体，特别是永久气体诸如h2、co、co2或ch4，并且包括：

-吸附过滤器，包括由分子筛材料组成的尺寸稳定的本体(即本体形成分子筛)，其中所述本体的直径在0.2mm至5mm的范围内

-用于检测所述气体的传感元件，

-用于承载传感元件的载体，其中载体包括开口，待检测的所述气体通过该开口能够到达传感元件，以便与传感元件相互作用并由传感元件检测，并且其中

-吸附过滤器连接到载体并封闭所述开口，使得待检测的所述气体能够通过所述本体朝向传感元件扩散。

特别地，吸附过滤器连接到载体并封闭所述开口，使得待检测的所述气体只能通过所述本体朝向传感元件扩散。

吸附过滤器可以使用胶，或以形状配合或力配合方式或它们的任何组合连接到载体。

特别地，根据实施方式，吸附过滤器胶合到载体并封闭所述开口，使得待检测的所述气体只能通过所述本体朝向传感元件扩散。

特别地，根据本发明的实施方式，所述本体的直径在0.5mm至3mm，最优选为1mm至2mm的范围内。特别地，该直径沿载体或吸附过滤板的延伸平面延伸(也见下文)。

在本体包括非球形形状的情况下，上文指定的所述直径可以是本体的最大直径或最小直径或者所述最大直径和最小直径的平均值。

更特别地，本体或吸附过滤器可以具有0.1mm至5mm，优选0.1mm至2mm的范围内的厚度(例如垂直于所述直径的方向)。

此外，根据本发明的其他实施方式，所述吸附过滤器仅包括所述分子筛材料的单个本体。

此外，通常，吸附过滤器还可以包括许多这样的本体，特别是少于20个本体，特别是少于10个本体，特别是少于5个本体。然后，吸附过滤器也胶合至载体并封闭所述开口，使得待检测的气体则可以通过一个、几个或所有的所述本体朝向传感元件扩散。

特别地，如上已所述，根据实施方式，本体在尺寸上是稳定的，即，形成本体的分子筛材料不需要本体的外壳来保持其形状。换句话说，分子筛材料加工成使得本体是尺寸稳定的(例如整体的)本体。

此外，根据本发明的其他实施方式，所述本体是以下之一：具有凸起形状的本体、珠、珠的一部分、团粒、板。

特别地，当具有嵌入其中的珠的吸附过滤板的表面被加工(例如通过诸如打磨的研磨处理而切割或加工)时，可以产生所述珠的截面，从而使本体的部分平整，并且然后形成板的外表面的区域。

此外，根据本发明的实施方式，分子筛材料是以下之一或包括以下之一：沸石、硅胶、粘土、活性炭、聚合物吸附剂、芳族聚酰亚胺(例如5218)、聚醚醚酮(peek)、全氟聚合物(例如teflonaf2400(dupont)、hyflonad40/60(solvay)、cytop(asahiglass))、聚(2,6-二苯基苯醚)(例如tenaxta、tenaxgr)、醋酸纤维素。

此外，根据本发明的实施方式，本体以形状配合的方式(特别是通过粘合剂)布置在或嵌入吸附过滤器的材料中。因此，特别地，所述材料横向封装本体，使得本体从吸附过滤板的前侧延伸到后侧，并形成穿过载体材料的流动路径。嵌入的本体的端部区或本体的两个相对的端部区也可以从吸附过滤器的所述材料中突出。

此外，根据本发明的实施方式，载体材料包括固化树脂，特别是环氧树脂、pu或丙烯酸酯。也可以想到其他树脂或可固化材料。

此外，根据本发明的实施方式，吸附过滤器是吸附过滤板，其中本体和载体材料形成所述板，并且其中所述吸附过滤板包括前侧和相对的后侧。

根据实施方式，前侧和/或后侧是平面的。

替代地，根据实施方式，本体的端部区从位于前侧的载体的所述材料中突出，使得前侧是非平面的。

此外，根据实施方式，本体的其他端部区从位于后侧的载体的所述材料中突出，使得后侧是非平面的。

此外，本体也可以与位于前侧和/或后侧的材料齐平。

此外，根据实施方式，前侧和后侧彼此平行地延伸。

特别地，前侧和/或后侧的形状，特别是所述平面前侧和/或后侧的形状可以通过额外的加工步骤实现，例如切割或打磨相应的前侧。

此外，在实施方式中，吸附过滤板的后侧可以包括至少一个凹部，该凹部尤其以形状配合和/或力配合的方式与载体的前侧的相应突出部接合。此外，根据实施方式，吸附过滤板的后侧可以包括至少一个突出部，该突出部特别是以形状配合和/或力配合的方式与载体的前侧的相应凹部特别地接合。此外，后侧可包括若干个这样的凹部和/或突出部。

此外，根据本发明的实施方式，本体在吸附过滤板内部从吸附过滤板的前侧延伸到后侧，从而形成用于待检测气体的通道，该通道延伸通过整个吸附过滤板，其中本体的前侧形成板的所述前侧的区域，并且其中本体的后侧形成板的所述后侧的区域。可以通过所述切割或打磨(或通过其他加工步骤)获得或加工所述区域。然而，本体的所述区域，特别是位于吸附过滤板的前侧的区域，不需要与吸附过滤板的包嵌材料的表面齐平。

此外，根据本发明的实施方式，载体包括前侧，特别是平面前侧，其中形成有凹部，其中传感元件布置在所述凹部中，并且其中凹部包括所述开口，所述开口例如在载体的平面前侧的平面中延伸。换句话说，可通过所述开口可进入所述凹部。

此外，根据本发明的实施方式，吸附过滤板胶合和/或以其他方式连接(例如以形状配合和/或力配合的方式)到载体(特别地，吸附过滤器可以其后侧胶合到载体的前侧)，特别地使得在吸附过滤板的所述材料和载体之间建立气密密封，使得待检测的气体能够经由所述本体通过吸附过滤板而扩散，特别地只能经由所述本体通过吸附过滤板而扩散，以到达传感元件。

此外，根据本发明的实施方式，所述本体覆盖载体凹部的所述开口。特别地，由本体的后侧形成的所述区域布置在所述开口的前面并且特别地覆盖开口。特别地，所述区域可包括周向外部部分，该周向外部部分胶合到载体前侧的边界区，该边界区围绕所述开口。

任选地，转移支持物用于实现改进的操作和/或机械稳定性。

在优选的实施方式中，吸附过滤板(或相应的材料)固定在转移支持物上(例如在如例如本文所述的吸附过滤板的前侧和/或后侧的加工之后)。在优选的实施方式中，转移支持物基于聚酯或由聚酯制成。在一种实施方式中，在将载体(以及特别地在其上的部件)分离成单独的传感器装置或传感器装置组之前或之后，在将吸附过滤板附接到载体之后移除转移支持物。根据实施方式，转移支持物可以是透气性转移支持物(特别地，对于待检测的相应目标气体可渗透)。特别地，在转移支持物保留在结构/传感器装置上的情况下。这种透气性传感器支持物可以包括网状物、稀松布、金属网格等，或者可以由网状物、稀松布、金属网格等制成。此外，在实施方式中，特别是在转移支持物保留在传感器装置上/形成传感器装置的永久部件的情况下，转移支持物设置在吸附过滤板的前侧。

此外，根据本发明的其他实施方式，载体形成包围载体的内部空间的壳体，其中传感元件至少部分地(或完全地)布置在所述内部空间中，并且其中本体被胶合到载体使得本体位于开口前面的内部空间内。

此外，根据本发明的其他方面，一种用于生产传感器装置，特别是根据权利要求1至11中的一项所述的传感器装置的方法，其中由分子筛材料形成的多个(例如，尺寸稳定的)本体(即，每个本体形成分子筛)布置在二维平面中(例如，以等距间隔，例如根据方格图案)，其中本体之间的自由空间填充有固化的材料，其中形成吸附过滤板，在吸附过滤板中本体嵌入材料中并且每个本体从所述吸附过滤板的前侧延伸到所述吸附过滤板的后侧，并且其中每个本体布置在相关联的传感元件(或者与其相关联的)的前面，用于形成相应数量的传感器装置。

特别地，各个传感器装置彼此分离(例如，以获得单个传感器装置)。

特别地，根据实施方式，本体都具有相同的直径和/或表面积和/或体积。

然而，根据实施方式，至少两个本体、几个本体或所有本体具有不同的直径和/或表面积和/或体积。

特别地，在实施方式中，吸附过滤板可以在其前侧(背离载体)和/或在其后侧上加工，例如以获得相应侧/板和/或本体的期望厚度和/或形状(特别是平坦度)，和/或以调节由本体形成的所述区域的直径，待检测气体通过该区域流向传感元件(也参见上文)。

特别地，在实施方式中，材料填充到本体之间的所述自由空间中，使得在吸附过滤板的前侧，所有本体完全被覆盖。特别地，然后移除在前侧覆盖本体的材料(例如，在材料固化之后)以暴露本体(其中特别地还可以移除部分的本体)，使得本体延伸到前侧并且形成吸附过滤板前侧的部分(例如，在位于前侧的多余材料的所述移除之后)。

替代地，在实施方式中，将材料填充到本体之间的所述自由空间中，使得至少一个本体、多个本体或所有本体突出到位于吸附过滤板的前侧的材料之外。特别地，可以移除相应本体的从材料突出来的区，例如以便得到平坦的前侧或吸附过滤板的前侧的期望的形状。特别地，在某些实施方式中，将每个本体布置在相关联的传感元件前面以形成相应数量的传感器装置的步骤对应于以下可能性/实施方式之一：

-将所述吸附过滤板分离成多个吸附过滤板部分，其中每个部分包括所述本体之一，并将每个所述吸附过滤板部分布置在包括用于形成相应传感器装置的传感元件的相关联的载体上，或者

-将所述吸附过滤板分离成多个吸附过滤板部分，其中每个部分包括所述本体之一，并将每个所述吸附过滤板部分布置在包括相应数量的传感元件的单个载体上(即在同一载体上)，使得每个本体与相关联的传感元件相关联(例如布置在其前面)，并且将单个载体与所附接的吸附过滤板部分分离成多个单独的传感器装置(每个包括本体和传感元件)，或者

-将所述吸附过滤板布置在包括相应数量的传感元件的单个载体上，使得每个本体与相关联的传感元件相关联(例如布置在其前面)，并将单个载体与所附接的吸附过滤板分离成多个单独的传感器装置(每个包括本体和传感元件)。

根据本发明的又一方面，公开了其他用于生产传感器装置，特别是根据权利要求1至11中的一项所述的传感器装置的方法，其中由分子筛材料形成的多个(例如，尺寸稳定的)本体(即，每个本体形成分子筛)布置在包括多个传感元件的单个载体上，使得每个本体与传感元件之一相关联(例如布置在其前面)，其中本体之间的自由空间填充有固化的材料，以便形成连接到单个载体的吸附过滤板(例如，胶合到单个载体或以形状配合和/或力配合的方式连接到单个载体)，并且其中具有附接的吸附过滤板的载体被分离成多个单独的传感器装置(每个包括本体和传感元件)。

任选地，对吸附过滤板的前侧(该前侧背离载体)进行加工，以获得前侧/板和/或本体的期望厚度和/或形状(特别是平坦度)，和/或以调节在由本体形成的前侧上所述区域的直径，待检测气体通过该区域流向传感元件(也参见上文)。

特别地，在实施方式中，材料填充到本体之间的所述自由空间中，使得在吸附过滤板的前侧，所有本体完全被覆盖。特别地，然后移除在前侧覆盖本体的材料(例如，在材料固化之后)以暴露本体(其中特别地还可以移除部分的本体)，使得本体延伸到前侧并且形成吸附过滤板前侧的部分(例如，在位于前侧的多余材料的所述移除之后)。

替代地，在实施方式中，将材料填充到本体之间的所述自由空间中，使得至少一个本体、多个本体或所有本体突出到位于吸附过滤板的前侧的材料之外。特别地，可以移除相应本体的从材料突出来的区，例如以便得到平坦的前侧或吸附过滤板的前侧的期望的形状。根据本发明的又一方面，公开了一种用于生产传感器装置，特别是根据权利要求1至11中的一项所述的传感器装置的方法，其中由分子筛材料形成的板状本体布置在包括多个传感元件的单个载体上，其中在每个传感元件周围移除板状本体的分子筛材料以形成分离的吸附过滤本体，其中每个吸附过滤本体与传感元件之一相关联(例如布置在前面)，并且其中所述本体之间的自由空间填充有固化的材料，以将相应的吸附过滤器本体密封到载体上，并且其中具有附接的吸附过滤器本体的载体被分离成多个单独的传感器装置(每个包括本体和传感元件)。

此外，任选地，可以加工由吸附过滤器本体和填充在所述本体之间的材料形成的吸附过滤板的前侧(该前侧背离载体)，以获得吸附过滤板/层和/或本体的期望厚度和/或平坦度，并以调节在由本体形成的前侧上的所述区域的直径，待检测气体通过该区域流向传感元件(也参见上文)。

通常，在上述方法中，本体可以布置在用于将本体布置在上述的所述二维平面中的基板上。该基板可以形成上述转移支持物。除了基板之外还可以提供转移支持物，然后将其附接到基板上，特别是在背离吸附过滤板的一侧布置在基板下方。转移支持物可以是传感器装置的永久部件，则对待检测的相应的气体可渗透，并且优选地布置在吸附过滤板的前侧上。转移支持物可以由一种或几种已上述的材料形成或包含一种或几种已上述的材料。

根据本发明的又一方面，公开了一种用于检测气体的传感器装置，包括：包括由分子筛材料组成的本体的吸附过滤器，用于检测所述气体的传感元件，用于承载传感元件的载体，其中载体包括开口，待检测的所述气体通过该开口能够到达传感元件，并且其中吸附过滤器连接或胶合到载体上并封闭所述开口，使得待检测的所述气体可以通过所述本体朝向传感元件扩散。

本发明的这个方面还可以使用本文所述的特征进一步表征，特别是如从属权利要求中所述。

下面将参考附图描述本发明的其他特征、优点和实施方式，其中

图1示出了根据本发明的三种传感器装置的横截面图(上排)，以及所述传感器装置的俯视图(下排)；

图2示出了根据本发明的传感器装置的其他实施方式。

图3示出了根据本发明的用于检测永久性气体的具有吸附过滤器的传感器装置的传感器信号(上部信号)以及在没有吸附过滤器的情况下的信号(下部信号)；

图4至8示出了用于生产根据本发明的传感器装置的示例性工艺。

图1以横截面视图(上部)示出了根据本发明的三种传感器装置，并且还示出了这些传感器1的俯视图。可以使用本文描述的方法之一生产传感器装置。特别地，所示的三种传感器1可以作为单个部件生产，然后可以分离成单独的传感器装置1。

在下文中，将描述单个传感器装置1。特别地，传感器装置1被配置用于检测传感器装置1附近的气体的存在，特别是永久气体诸如h2、co、co2、ch4。为此，传感器装置1包括含有由分子筛材料组成的特别尺寸稳定的本体2的吸附过滤器30，以及用于检测所述气体g的传感元件10。适用于检测所述气体g的传感元件10是本领域现有技术已知的。过滤器10用于过滤干扰检测过程的或产生应被抑制的信号的其他气体成分。

传感器装置1还包括用于承载传感元件10的载体4，其中载体4包括开口50，待检测的所述气体g通过该开口能够到达传感元件10，以便与传感元件10相互作用并被传感元件10检测。

此外，吸附过滤器30胶合到载体4上，从而封闭所述开口50，使得待检测的所述气体g可以通过所述本体2朝向传感元件10扩散。因此，气密密封围绕板30和载体4之间的开口50延伸。

如图1所示，本体2以形状配合的方式(特别是通过粘合剂)嵌入吸附过滤器30的载体材料3中，例如通过灌封、模制等。特别地，所述载体材料可以是流体环氧树脂，其最终固化以形成吸附过滤板30。

特别地，由本体2和包封其的载体材料3形成的该吸附过滤板30包括平面前侧30a和相对的平面后侧30b，后侧30b平行于前侧30a延伸。此外，嵌入的本体2在吸附过滤板内从前侧30a延伸到后侧30b，从而形成通过吸附过滤板30的待检测的气体g的流路的通道。如图1中进一步所示，本体2的前侧2a与吸附过滤板30的所述前侧30a齐平，从而形成所述前侧30a的区域，并且本体2的后侧2b与后侧30b齐平并形成吸附过滤板30的所述后侧30b的区域。这些区域的尺寸可以通过成形前侧30a和后侧30b来相应地调节(例如通过切割或打磨或其他工艺)。

此外，载体4包括平面的前侧4a，其中形成有凹部5，其中传感元件10布置在所述凹部5中(例如，在凹部5的底部上)。此外，传感元件10可以完全填充所述凹部5。凹部5还包括所述开口50，该开口50在载体4的平面前侧4a的平面中延伸。

为了在载体4和板30之间实现气密密封，吸附过滤板30以其后侧30b胶合到载体4的前侧4a，使得待检测的气体g可以经由所述本体2通过吸附过滤板30扩散到达安装在载体4上的传感元件10。

特别地，为了实现所述气密密封，本体2覆盖载体4的凹部5的所述开口50，其中特别地，所述区域2b包括胶合到载体4的前侧4a的边界区4c的圆周外部部分2c，该边界区4c围绕所述开口50。

作为实例，图3示出了用于检测为气体g的co2的根据本发明的传感器装置1的传感器信号。具体地，用2mm13x沸石珠如上所述制备吸收过滤器30，并且其厚度通过打磨减小至700μm。可以看出，传感器1不再对乙醇敏感，并且对co2的响应时间仅略微降低。

此外，图2示出了本发明的可替代实施方式。这里，载体4形成包围内部空间42的壳体，其中传感元件10现在布置在所述内部空间42中。特别地，本体2是水平珠2，其使用胶材料3被胶合到载体4，使得本体2布置在内部空间42内并且封闭形成在壳体顶侧4a的壳体4的开口50。特别地，本体2的水平前侧2a与壳体4的所述顶侧4a齐平。

最后，图4至8示出了用于生产根据本发明的传感器装置1，特别是多个并联的传感器装置1的示例性方法。

为此，多个尺寸稳定的本体2，这里为具有特别不同直径的并由分子筛材料形成的球体(即每个本体形成分子筛)的形式，通过将每个本体2放置在基板40中形成的相关联的凹部41上，将该多个尺寸稳定的本体布置在二维平面中(例如，等距间隔，例如根据方格图案)，如图4和图5所示。

此外，如在如图6所视的，布置在基板40上的本体2之间的自由空间填充有材料3，然后该材料固化，其中形成吸附过滤板30，其中本体2嵌入材料3中，并且每个本体2从所述吸附过滤板30的前侧30a延伸到所述吸附过滤板30的后侧30b，如图6(a)所示，其中本体从材料3中突出。特别地，基板40还可以形成转移支持物以更好地操作吸附过滤板30(见下文)并且用于提供吸附过滤板的机械稳定性，特别是在吸附过滤板30相对薄的情况下。例如在将过滤板30连接到载体4之后，这种转移支持物可以保留在传感器装置上，或者可以稍后移除。如例如图4至图6所示，独立的转移支持物400(除了基板40之外)还可以可选地用于改善过滤板30的操作/机械稳定性。在转移支持物40、400保留在传感器装置上的情况下，转移支持物优选地布置在吸附过滤板30的前侧30a上(参见例如图7)，然后特别配置成对于待检测的气体g是可渗透的。在已经加工过滤板的表面之后，也可以将转移支持物400施加/连接到吸附过滤板(参见例如图7)。

此外，如图6(b)所示，本体2也可以在前侧完全被材料3覆盖。

特别地，在两种情况下(用所述材料完全填充或仅部分填充本体2之间的所述自由空间)，可以例如通过打磨或切割来加工吸附过滤板30的前侧30a，以实现平坦的前侧30a，如图7所示。此外，可以从基板40移除板30，并且还可以例如通过打磨或切割来加工后侧30b，以实现吸附过滤板30的平坦的后侧30b，使得板30的本体2从其前侧30a(其中相应本体2的区域2a形成所述前侧30a的一部分)延伸到后侧30b(其中相应本体2的区域2b形成所述后侧30b的一部分)。因此，气体g可以通过经由所述区域2a进入并经由所述区域2b离开板30而经由本体2通过板3。

此外，吸附过滤板30布置在载体4上，该载体包括多个具有开口50的凹部5，其中用于检测所述气体g的传感元件10布置在每个凹部5中，并且其中板30布置在载体4上，使得每个本体2与一个传感元件10相关联，特别是使得相应本体的区域2b覆盖其相关联的凹部5，如图8所示。这里，板30的材料3可以胶合到载体的前侧4a，在该前侧4a中形成容纳传感元件10的所述凹部5。以这种方式，围绕每个凹部5建立密封，并且气体只能经由由所述分子筛材料形成的相应的本体2进入相应的凹部5。

在将板30连接到载体4之后，该组件可以分离成单独的传感器装置1，其中每个传感器装置包括作为通向传感元件10的通道的本体2，如图8右手侧所示。

以上描述了可选的生产方法。