專利名稱：以微系統(tǒng)技術(shù)制成的對(duì)積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的微傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)反應(yīng)器或容納流體的管道的積垢進(jìn)行測(cè)量或探測(cè)的一種傳感器和一種系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可以發(fā)現(xiàn)多種種類的流體在其中流動(dòng)的不同類型的設(shè)備。這些設(shè)備包括流體在其中流動(dòng)的管道，并且還可以包括反應(yīng)器，例如熱交換器。在明確的情形中，這些設(shè)備的積垢在會(huì)影響設(shè)備性能(例如工序的效率)的情況下會(huì)顯得是不利的。此外，當(dāng)積垢在管道的或反應(yīng)器的內(nèi)壁上形成時(shí)，需要適時(shí)進(jìn)行清潔。不過需要使得，這種積垢是可被操作者或設(shè)備維護(hù)人員連續(xù)地覺察的，以能夠在預(yù)防性維護(hù)的范圍內(nèi)，判斷實(shí)施清潔的最佳時(shí)間。在所有的情形中，積垢無規(guī)律地引起設(shè)備停機(jī)，并且有時(shí)停機(jī)時(shí)間不定，這極大損害工序的進(jìn)行。這些檢修可以意味著對(duì)人而言繁重的任務(wù)，如果積垢只很晚才被探測(cè)到和如果積垢的厚度過大則任務(wù)更為繁重。去垢具有不可忽略的經(jīng)濟(jì)成本，因?yàn)樾枰獙⒂膳R時(shí)性的運(yùn)轉(zhuǎn)停止引起的成本納入維護(hù)操作的成本。還可以注意到，隨著熱交換器積垢，因而在包括這些交換器的設(shè)備或設(shè)備部分的潛在運(yùn)行停機(jī)前產(chǎn)生逐漸的效率損失。此外，在衛(wèi)生熱水網(wǎng)中和在開放式的工業(yè)通風(fēng)冷卻裝置中，細(xì)菌可以在管網(wǎng)和冷卻回路內(nèi)部滋生。同樣地，通過軍團(tuán)菌產(chǎn)生的污染風(fēng)險(xiǎn)是可以想見的?，F(xiàn)今，需要通過在可能引起積垢的流體在其中流動(dòng)的管道或反應(yīng)器中設(shè)置軋孔點(diǎn)，來進(jìn)行設(shè)備的定時(shí)檢查。這些軋孔點(diǎn)還允許提取樣本，然后在實(shí)驗(yàn)室對(duì)樣本進(jìn)行分析，以獲得或者是積垢的測(cè)量值，或者是所形成的積垢的類型分析(種類，成分···)。在某些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，為了測(cè)量在管道或反應(yīng)器的壁體內(nèi)部形成的積垢層的厚度，使用測(cè)量負(fù)載損失的方法，該負(fù)載損失在流體流動(dòng)的方向上的兩間隔點(diǎn)之間產(chǎn)生。還可使用測(cè)量在這些點(diǎn)之間的溫度差的方法。不過這些測(cè)量在下面的范圍內(nèi)具有明顯的缺陷-這些測(cè)量不允許獲得局部的信息，-這些測(cè)量缺少反應(yīng)性以及靈敏度和測(cè)量范圍的伸延。根據(jù)文獻(xiàn)FR 2 885 694已知一種測(cè)量反應(yīng)器或管道中積垢的方法，所述方法使用兩個(gè)溫度探頭(sonde)。
更為確切地說，借助于兩個(gè)軋孔點(diǎn)，這兩個(gè)探頭分別被引入一管道中，并且這些探頭之一測(cè)量流體的溫度，而另一探頭測(cè)量熱發(fā)生器的壁體溫度。根據(jù)這種方法，首先設(shè)法使得在壁體溫度和流體的溫度之間的溫度差盡可能地接近零。然后，熱發(fā)生器發(fā)出一熱流，而隨著時(shí)間推移測(cè)量在壁體溫度和流體的溫度之間的溫度差，反應(yīng)器的積垢狀態(tài)由該溫度差的測(cè)量值測(cè)定。不過這種方法和相關(guān)的系統(tǒng)具有限制在工業(yè)環(huán)境中使用的某些缺陷。特別地，在管道或反應(yīng)器上存在兩物理軋孔點(diǎn)，對(duì)于企業(yè)家而言總是意味著伴隨有不可忽略的成本的設(shè)備要求。此外，即便這兩個(gè)溫度探頭是相同類型的，兩個(gè)溫度探頭總是會(huì)存在一個(gè)相對(duì)于另一的一定運(yùn)行偏差，這由于例如在制造時(shí)發(fā)生的離散。由于這些偏差，相對(duì)兩溫度探頭浸入其中的環(huán)境的同一溫度，兩溫度探頭相互不會(huì)具有相同的表現(xiàn)。此外，作為參照的溫度探頭(測(cè)量流體的溫度的溫度探頭)本身可能積垢，這引起相對(duì)于另一溫度探頭的額外偏差。還由于在兩溫度探頭之間的動(dòng)力學(xué)(或動(dòng)態(tài))響應(yīng)差異，因而可以觀察到在兩溫度探頭之間的溫度差，而理論上這種溫度差不應(yīng)該產(chǎn)生。繼而，在前述文獻(xiàn)中所使用的方法要求，分開的兩溫度測(cè)量元件所浸入其中的流體的溫度不存在任何變化。然而，在大部分工序和/或水處理方法不停地修改與紊亂環(huán)境的平均溫度的范圍中，這極大地縮小應(yīng)用范圍。最后，通過要求初始條件，所使用的方法同時(shí)需要所記錄信息的歸納處理以及在各種使用前對(duì)條件的系統(tǒng)性檢驗(yàn)。因此使得這種方法對(duì)于連續(xù)的應(yīng)用或?qū)τ陂L(zhǎng)期的運(yùn)行 (24h/24)而言是不能使用的。最好地，對(duì)溫度差(熱偏差)的訪問(acds)在所設(shè)計(jì)和計(jì)劃的測(cè)量時(shí)期是可觀察的。因此，剛剛描述的缺陷會(huì)引起對(duì)積垢的錯(cuò)誤測(cè)量和因而引起所使用的方法在可靠性上的缺失。此外，由于物理裝置的組成元件的操作模式，可能的應(yīng)用數(shù)量是受限的。申請(qǐng)人:發(fā)現(xiàn)，能夠布置一種設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的，并且及時(shí)提供可靠的測(cè)量值的新型積垢測(cè)定傳感器，會(huì)是有利的。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的在于一種對(duì)積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的微傳感器，其可以根據(jù)微電子制造技術(shù)(例如微系統(tǒng)技術(shù))制成。更為特別地，本發(fā)明的目的在于對(duì)直接地或間接地在傳感器的所謂前表面上形成的積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的一種傳感器，其特征在于，所述傳感器以多個(gè)疊置層的形式包括-至少一加熱元件，該至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，該受控均勻熱流的熱功率基本小于200mW，-一隔熱層，該隔熱層布置在與傳感器的前表面相對(duì)的邊側(cè)，以避免熱流從所述相對(duì)的邊側(cè)散逸，-至少一溫度測(cè)量元件，該至少一溫度測(cè)量元件設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的均勻熱流中并且提供優(yōu)于0.1°C的溫度測(cè)量精度，
-一基體，所述至少一加熱元件的層和至少一溫度測(cè)量元件的層附加在該基體上。傳感器在其是非常靈敏、非常有反應(yīng)性和非?？煽康姆秶惺翘貏e有利的，所述傳感器的所述加熱元件產(chǎn)生的熱功率小，例如小于或等于200mW(優(yōu)選地小于IOOmW,和例如在1到50mW之間)，并且布置在熱流的均勻部分(熱流中心，即離邊部或加熱元件盡可能地遠(yuǎn)，以擺脫邊緣效應(yīng))中的所述溫度測(cè)量元件提供大的精度，例如優(yōu)于于o.rc (優(yōu)選地優(yōu)于0. 01°C，和例如在0. 005°C到0. 1°C之間)。上文所述的這種傳感器的組成元件的特征是與這種傳感器具有非常小的尺寸 (微系統(tǒng)傳感器)的事實(shí)相關(guān)聯(lián)的。例如可通過以微電子使用的制造技術(shù)，和在于根據(jù)所期望的布置，在一基體上或在一基體兩側(cè)以一個(gè)在另一上方沉積的層的形式來實(shí)施功能元件的制造技術(shù)制成。(technologie collective de fabrication de la microelectrique) (MEMS)的使用允許例如在一硅晶片或“晶片”上制造大量的傳感器，特別是數(shù)百個(gè)到數(shù)千個(gè)。因此，可復(fù)制性同時(shí)在兩制造系列中，也在同一制造系列中得到保證。 獲得的傳感器或組件因此是相同的并且具有相同的特征。如此成系列制造的傳感器因此在其運(yùn)行中更加可靠和在生產(chǎn)上更為經(jīng)濟(jì)。此外，在包括多個(gè)功能元件層的這類傳感器中，這些元件相互特別地接近，并且因此具有微米大小的微小尺寸。因此，分開使用的元件和傳感器整體的能量消耗極大地減少。通過與采用相同的功能元件，不過不是通過微系統(tǒng)技術(shù)制成的傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較-微傳感器對(duì)通過所述加熱元件擴(kuò)散的熱流更加有反應(yīng)性(reactif)，這是因?yàn)闊釗p失減少；-所述測(cè)量元件在微型傳感器中更加靈敏(例如更靈敏100倍)；-微系統(tǒng)傳感器對(duì)積垢層的厚度的測(cè)量具有更大的靈敏度(例如不是數(shù)百個(gè)μm, 而是數(shù)個(gè)μ m)。此外，在傳感器非常靈敏的范圍中，通過所述加熱元件擴(kuò)散的熱流可極大地減小， 并且因此熱流可非常容易地從傳感器在其中布置的環(huán)境排出。因此，當(dāng)傳感器布置在流體中或與流體相接觸時(shí)，流體的流量可以很小，甚至為零，并且通過傳感器產(chǎn)生的熱流將通過流體仍然令人滿意地散逸。可使用其它的制造技術(shù)(絲網(wǎng)印刷，納米技術(shù)...)來制造微傳感器和獲得相同的優(yōu)點(diǎn)或相似的優(yōu)點(diǎn)?？梢宰⒁獾剑?dāng)根據(jù)本發(fā)明的傳感器布置在流體或與流體相接觸時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的傳感器能夠特別有效地測(cè)定在傳感器的外表面上形成的積垢。積垢的“測(cè)定”意指對(duì)在傳感器上形成的積垢層的厚度測(cè)量和/或在形成中的積垢層的探測(cè)。由于測(cè)量元件的尺寸小和溫度測(cè)量元件是測(cè)量其所處位置的溫度，溫度的測(cè)量是局部的而不是整體的?？梢宰⒁獾?，當(dāng)溫度測(cè)量元件直接地與流體相接觸時(shí)，這類傳感器提供更大的反應(yīng)性，這是因?yàn)椴淮嬖谄鹨蛴跍囟葴y(cè)量元件和流體之間的界面的熱阻。
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傳感器因此比在存在界面時(shí)更加快速和更加靈敏。此外，所述加熱元件散逸的熱功率很小，以既不加熱流體，也不引起可能產(chǎn)生積垢 (水垢...)形成的壁層溫度的升高。因此，測(cè)量的是自然產(chǎn)生的而不是由測(cè)量裝置引起的積垢現(xiàn)象。此外，這種小的熱功率因而自然地在流體中排散，這允許傳感器被使用于停滯環(huán)境或在流體流動(dòng)中斷時(shí)使用。不過，熱功率應(yīng)足夠地大以使得溫度測(cè)量元件能夠發(fā)送一有效信號(hào)。可以注意到，該傳感器以單一或以多個(gè)溫度測(cè)量元件運(yùn)行。此外，根據(jù)本發(fā)明的傳感器能夠持續(xù)地和實(shí)時(shí)地提供測(cè)量，而無論測(cè)量環(huán)境的條件如何變化(流體的溫度不受控)。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)量和/或探測(cè)的功能，傳感器是一系統(tǒng)的組成部分，該系統(tǒng)包括給傳感器的功能元件供能的供能部件，和對(duì)通過這些元件提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的處理部件。系統(tǒng)此外如有需要包括結(jié)果的顯示部件(例如按照時(shí)間的所測(cè)得的溫度的測(cè)量曲線、按照時(shí)間的積垢的厚度曲線...)和/或與定量數(shù)據(jù)(溫度、厚度，...)和/或定性數(shù)據(jù)(積垢存在與否)相關(guān)的信息的遠(yuǎn)程傳輸部件。根據(jù)一特征，根據(jù)本發(fā)明的傳感器是一系統(tǒng)的組成部分，該系統(tǒng)用于測(cè)量和/或探測(cè)在包含有一流體的容器內(nèi)部形成的或正在形成的積垢。這類容器例如是一反應(yīng)器或傳輸流體的一管道?？梢宰⒁獾剑e垢程度的測(cè)量和/或探測(cè)持續(xù)地和幾乎實(shí)時(shí)地執(zhí)行，而無論測(cè)量環(huán)境的條件如何變化(例如流體的溫度不受控)。借助于本發(fā)明的傳感器，測(cè)量當(dāng)時(shí)(dans Ie temps)是可靠的。根據(jù)一特征，所述至少一溫度測(cè)量元件具有一面積，該面積的尺寸至少基本小于所述至少一加熱元件的面積的尺寸的2%。這種相對(duì)的尺寸大小比保證傳感器的可靠性、靈敏度和反應(yīng)性。面積比可甚至小于1%?？梢宰⒁獾剑诩訜嵩杏?jì)算的面積的尺寸是有效區(qū)域(加熱區(qū)域)的尺寸，而不是包括無效區(qū)域(未加熱區(qū)域，例如周邊區(qū)域)的面積的總尺寸。根據(jù)一特征，所述至少一加熱元件的有效面積的尺寸小于或等于25mm2。相對(duì)于在現(xiàn)有技術(shù)的傳感器中所使用的加熱元件，該尺寸是相對(duì)地減小的。根據(jù)一特征，所述至少一溫度測(cè)量元件的面積的尺寸小于或等于0. 49mm2。該測(cè)量元件的尺寸賦予特別減小的尺寸大小，這允許測(cè)量元件測(cè)量局部的而非整體的壁層溫度，并且給傳感器提供以特別有反應(yīng)性的可能性。根據(jù)一特征，所述至少一加熱元件和所述至少一溫度測(cè)量元件以電阻道或電阻線的形式制成。這些電阻道或電阻線是在一基體上或在預(yù)先地在基體上沉積的一層上執(zhí)行的金屬沉積。這些電阻道根據(jù)或多或少?gòu)?fù)雜的形狀被構(gòu)型，以獲得所述所尋求的物理特征(例如獲得盡可能均勻的一給定熱流)。這些電阻道例如被布置以，在可例如呈同心布置的基體或?qū)由闲纬梢粋€(gè)或多個(gè)蛇形管。
這些不同的布置允許以微系統(tǒng)技術(shù)實(shí)施一個(gè)或多個(gè)加熱元件或者一個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)量元件，同時(shí)優(yōu)化可用的面積。可以注意到，電阻道或電阻線可進(jìn)行在微系統(tǒng)技術(shù)上的調(diào)節(jié)，以獲得所期望的屬性，和例如對(duì)于所述加熱元件修改傳感器的加熱功率。同樣地，通過修改組成電阻道或電阻線的金屬沉積的厚度，可使得所述溫度測(cè)量元件的功能特征改變，例如靈敏度和/或響應(yīng)的動(dòng)態(tài)性。此外可以注意到，傳感器可包括在不同的功能層之間的中間電絕緣層。所述中間層還可平整功能層的表面，以方便一上部層的以后沉積或與另一元件接觸。根據(jù)一特征，所述至少一加熱元件和所述至少一溫度測(cè)量元件的每個(gè)例如是鉬電阻。如此實(shí)施的加熱元件和溫度測(cè)量元件的是特別性能好的。根據(jù)一特征，基體具有相對(duì)的第一表面和第二表面，隔熱層與第一表面相面對(duì)，而所述至少一加熱元件的功能層與第二表面相面對(duì)，所述至少一溫度測(cè)量元件的層與所述至少一加熱元件的層疊置。這種布置因此允許獲得一傳感器，該傳感器的加熱元件的層和溫度測(cè)量元件的功能層布置在基體的相同邊側(cè)，其中一個(gè)位于另一個(gè)之上。根據(jù)一選擇的特征，基體具有相對(duì)的第一表面和第二表面，隔熱層與第一表面相面對(duì)，而所述至少一加熱元件的層布置在隔熱層和基體的第一表面之間，所述至少一溫度測(cè)量元件的層布置成與基體的第二表面相面對(duì)。根據(jù)這種布置，加熱元件的層和溫度測(cè)量元件的層布置在基體的兩側(cè)。這種布置允許將所述至少一溫度測(cè)量元件與所述至少一加熱元件隔開。例如，在這兩個(gè)層之間布置的并且是一導(dǎo)熱體的基體的厚度小于或等于300 μ m。根據(jù)一特征，選擇基體的厚度，以使得溫度測(cè)量元件比加熱元件距流體更近，以使得通過溫度測(cè)量元件測(cè)得的壁層溫度盡可能地代表表層溫度，并且不過于被通過加熱元件產(chǎn)生的熱流影響。該布置因此比前述的布置更加靈敏和更加具有反應(yīng)性。本發(fā)明設(shè)置使用在上文中簡(jiǎn)要展示的傳感器，以測(cè)量或探測(cè)在安裝在一容器(例如工業(yè)管路或包含流體的工業(yè)反應(yīng)器)的壁體中的傳感器上的形成的(或正在形成的)積垢。更為一般性地，積垢在暴露于一流體的傳感器的外表面上形成。該外表面要么當(dāng)制造的傳感器帶有界面元件時(shí)，對(duì)應(yīng)所述至少一界面元件的外表面，要么對(duì)應(yīng)分開的界面材料的外表面，傳感器可抵靠該界面材料定位。因此，當(dāng)小的電功率應(yīng)用在所述至少一加熱元件時(shí)，傳感器測(cè)量局部的壁層溫度并且測(cè)定溫度差。從該溫度差連續(xù)地和實(shí)時(shí)地(不需要與預(yù)先記錄的參考測(cè)量值進(jìn)行任何比較)測(cè)定自然地(即不是例如通過所述至少一界面元件的加熱引起的)在傳感器的外表面上形成的積垢的厚度。根據(jù)一特征，至少傳感器的外表面代表與流體接觸的一容器的壁體的表面狀態(tài)，例如通過材料的屬性和/或通過其粗糙度。因此，通過根據(jù)傳感器布置于其中的環(huán)境使該外表面相匹配，保證傳感器如同組成該環(huán)境的一元件，而非如同一異物體進(jìn)行運(yùn)行。特別地，通過在界面元件或界面材料的至少外表面上再現(xiàn)傳感器與之相連的容器的壁體的表面狀態(tài)，在該外表面上形成可能的積垢將很代表在容器的壁體上的積垢現(xiàn)象。因此，界面元件或界面材料的外表面的表面狀態(tài)取決于容器的所述壁體的內(nèi)表面的狀態(tài)，表面狀態(tài)是取決于所針對(duì)的應(yīng)用的表面狀態(tài)。根據(jù)一特征，傳感器的外表面具有與和流體相接觸的容器的壁體的粗糙度相等同 (例如相同的)的粗糙度。這種匹配允許細(xì)化在傳感器的外表面和容器的壁體之間的相似性。作為示例，如果流體位于以316L不銹鋼制成的容器中，界面元件或界面材料可以例如316L等級(jí)的不銹鋼制成，或如果流體位于聚氯乙烯(PVC)制成的容器中，界面元件或界面材料可以聚氯乙烯制成。一般性地，界面元件以與容器的壁體的相同的材料制成，以保證對(duì)容器的壁體的表面狀態(tài)和積垢現(xiàn)象的代表性。傳感器或者傳感器的至少界面元件或界面材料因此專用于一給定應(yīng)用和至少專用于一給定情形。然而，如果傳感器的界面元件或其外表面不代表容器的壁體的表面的狀態(tài)，傳感器還可被使用于以相對(duì)的方式探測(cè)積垢(例如通過探測(cè)沉積的增加和減少)。因此，在通過傳感器給送的信號(hào)作為指示使用的運(yùn)行模式中，界面元件或傳感器的外表面不需要是與容器的壁體相似的。在求助于單一的界面材料的情形中，該附加界面材料的使用可與傳感器分開地和與所針對(duì)的應(yīng)用相一致地進(jìn)行實(shí)施。這種附加界面材料將在傳感器上裝配，不過是在所述傳感器的制造階段之后。這種方法允許根據(jù)微傳感器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，即包括所述加熱元件、所述溫度測(cè)量元件和隔熱層，大量地制造該微傳感器。此外，與無論流動(dòng)與否的流體接觸的界面材料的存在至少?gòu)臋C(jī)械上，甚至也在化學(xué)上保護(hù)傳感器，并且使得傳感器對(duì)外部的侵蝕，特別是來自流體的侵蝕牢固耐用。根據(jù)一特征，傳感器包括至少一導(dǎo)熱界面元件，該元件具有相對(duì)的兩表面，其中稱為內(nèi)表面的一表面抵靠溫度測(cè)量元件布置。稱為外表面的另一表面用于與流體相接觸。這類界面元件保護(hù)溫度測(cè)量元件，以及傳感器的剩余部分，并且被選擇(材料和厚度)以提供盡可能小的熱阻。根據(jù)一特征，所述至少一界面元件具有(在相對(duì)的兩面之間)小于或等于10°C/W 的熱阻。界面元件的這種特征允許保證產(chǎn)生的熱流將適合地被擴(kuò)散到外表面并且通過流體排散，而不遇到強(qiáng)熱阻，該強(qiáng)熱阻具有引起對(duì)傳感器的良好運(yùn)行有害的溫度升高的風(fēng)險(xiǎn)。 此外，這使得傳感器更加靈敏、更加有反應(yīng)性和更加可靠?？梢宰⒁獾?，考慮到所不超過的熱阻，界面材料的厚度因此根據(jù)材料本身相適應(yīng)。本發(fā)明的目的在于對(duì)在暴露于一流體的傳感器的前表面上直接地或間接地形成的積垢進(jìn)行測(cè)量或探測(cè)的系統(tǒng)，所述傳感器以疊置層的形式包括
-至少一加熱元件，所述至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，-一隔熱層，所述隔熱層布置在與傳感器的前表面相對(duì)的邊側(cè)，以避免熱流從所述相對(duì)的邊側(cè)散逸，-至少一溫度測(cè)量元件，所述至少一溫度測(cè)量元件設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的受控均勻熱流中，-一基體，所述至少一加熱元件的層和至少一溫度測(cè)量元件的層附加在該基體上， 所述系統(tǒng)包括-測(cè)定部件，所述測(cè)定部件用于測(cè)定一方面，當(dāng)所述至少一加熱元件擴(kuò)散熱流時(shí)， 通過所述至少一溫度測(cè)量元件測(cè)得的壁層溫度，和另一方面，流體的溫度之間的溫度差，-計(jì)算部件，所述計(jì)算部件用于從測(cè)定的溫度差計(jì)算在暴露于流體的傳感器的前表面上形成的積垢的厚度。根據(jù)一特征，所述至少一加熱元件產(chǎn)生小于200mW的熱功率，和所述至少一個(gè)溫度測(cè)量元件提供優(yōu)于0. rc的測(cè)量精度。本發(fā)明的目的還在于一種當(dāng)傳感器安裝在包含流體的容器的壁體中時(shí)，對(duì)在暴露于該流體的傳感器的前表面上形成的積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的方法，所述傳感器以疊置層的形式包括-至少一加熱元件，所述至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，-一隔熱層，所述隔熱層布置在與傳感器的前表面相對(duì)的邊側(cè)，以避免熱流從所述相對(duì)的邊側(cè)散逸，-至少一溫度測(cè)量元件，所述至少一溫度測(cè)量元件設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的受控均勻熱流中，-一基體，所述至少一加熱元件的層和至少一溫度測(cè)量元件的層附加在所述基體上。本發(fā)明的目的也在于一種方法，所述方法包括以下步驟-測(cè)定一方面，當(dāng)所述至少一加熱元件擴(kuò)散熱流時(shí)，通過所述至少一溫度測(cè)量元件測(cè)得的壁層溫度，和另一方面，流體的溫度之間的溫度差，-從測(cè)定的溫度差計(jì)算在暴露于流體的傳感器的前表面上形成的積垢的厚度。本發(fā)明的目的更為特別地在于一種方法，在該方法中溫度差的測(cè)定包括以下步驟-通過所述至少一加熱元件控制熱功率擴(kuò)散的階段和無熱功率擴(kuò)散的階段交替，-在前述每個(gè)階段中通過所述至少一溫度測(cè)量元件持久地對(duì)壁層溫度進(jìn)行測(cè)量，-測(cè)定在通過所述至少一溫度測(cè)量元件測(cè)得的溫度之間的溫度差。因此，當(dāng)所述至少一加熱元件產(chǎn)生熱流和當(dāng)不產(chǎn)生熱流時(shí)，通過測(cè)定通過壁層溫度的測(cè)量元件提供的溫度差，來執(zhí)行積垢的測(cè)量或探測(cè)?？梢宰⒁獾剑?dāng)沒有產(chǎn)生熱流時(shí)，特別靈敏和有反應(yīng)性的傳感器測(cè)量流體的溫度。作為示例，在暴露于流體的外表面上沒有積垢時(shí)，溫度差小于0. 1°C，而在存在大量的積垢時(shí)溫度差可達(dá)到2°C到3°C。根據(jù)一特征，通過所述至少一加熱元件的控制熱流的擴(kuò)散的步驟包括所述至少一加熱元件的功率調(diào)制信號(hào)的生成步驟。
根據(jù)一特征，信號(hào)是交流的和例如是穩(wěn)態(tài)的。根據(jù)一特征，更為特別地，穩(wěn)態(tài)的交流信號(hào)是矩形波信號(hào)。根據(jù)一特征，所述至少一溫度測(cè)量元件提供的溫度測(cè)量精度優(yōu)于或等于在傳感器的未積垢狀態(tài)和積垢狀態(tài)之間測(cè)定的最大溫度差的1%。因此，例如如果IOmW的熱功率通過加熱元件產(chǎn)生和1°C到2°C的最大溫度差是可探測(cè)的，那么所述至少一溫度測(cè)量元件的測(cè)量精度大約為0. ore到0. 02°C?？梢宰⒁獾?，根據(jù)本發(fā)明，精度很大的一溫度測(cè)量元件或多個(gè)溫度測(cè)量元件的使用允許使用產(chǎn)生的很小熱功率的一個(gè)或多個(gè)加熱元件，而精度不大的溫度測(cè)量元件并不允許使用同樣小熱功率。


通過以下僅作為非限定性示例給出的并且參照附圖進(jìn)行描述，其它的特征和優(yōu)點(diǎn)將顯示出來，附圖中-圖Ia是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的傳感器和允許傳感器實(shí)施的相關(guān)部件的示意性全視圖；-圖Ib是根據(jù)第二實(shí)施方式的傳感器的示意性全視圖；-圖加到圖2f示意性地示出根據(jù)第一實(shí)施方式的傳感器的制造步驟；-圖加到圖2c和圖2g到圖2i示意性地示出根據(jù)第二實(shí)施方式的傳感器的制造步驟；-圖3和圖4分別示意性地示出加熱元件層的兩個(gè)實(shí)施方式；-圖fe示意性地示出溫度測(cè)量元件層與圖4的加熱元件層的疊置；-圖恥示出包括兩溫度測(cè)量元件的溫度測(cè)量元件層和圖4的加熱元件層的疊置；-圖6和圖7分別示意性地示出溫度差測(cè)量元件層的兩個(gè)實(shí)施方式；-圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器在安裝在容器的壁體上的主體中的布置的示意圖；-圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的傳感器在容器的壁體中的布置的示意圖；-圖10和圖11示出通過根據(jù)本發(fā)明的傳感器升高的溫度測(cè)量值，分別地在存在和沒有與一饋給信號(hào)S相關(guān)的積垢時(shí)；-圖12示意性地示出隨著時(shí)間推移在圖2f和圖9上示出的傳感器上形成的積垢的曲線的變化。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的目的在于，特別是一般性地借助于微電子集體制造方法，和特別地借助于微系統(tǒng)技術(shù)制造方法，提出能夠在一流動(dòng)或靜止的流體中測(cè)定積垢的一種小尺寸傳感
ο可以注意到，作為選擇，根據(jù)本發(fā)明的一微型傳感器可根據(jù)其它技術(shù)如絲網(wǎng)印刷制造。如在圖Ia上示意性地示出的，通過使用根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的微系統(tǒng)制造技術(shù)實(shí)施的傳感器10包括在一基體12上相互組裝的多個(gè)功能元件，該基體具有兩相對(duì)
12的面12a、12b，即-至少一加熱元件14，該加熱元件以在基體12的面12b上沉積的一沉積層的形式實(shí)施，并且按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，-至少一溫度測(cè)量元件16，該溫度測(cè)量元件以在層14上沉積的一沉積層的形式實(shí)施，并且被布置以位于散逸熱流的最均勻的部分中(當(dāng)元件16是唯一的時(shí)，溫度測(cè)量元件位于所述加熱元件的有效區(qū)域的中心)，-一隔熱層11，該隔熱層與基體的面1 相接觸(隔熱層例如是厚度為400μ m和導(dǎo)熱率為0. 25ff/mK的一特氟龍塊)，-以及，作為選擇，至少一導(dǎo)熱界面元件18，界面元件以在層16上沉積的一沉積層的形式實(shí)施，并且相對(duì)于外部侵蝕保護(hù)傳感器。在該示例中，傳感器如此以多個(gè)疊置的異質(zhì)層的形式實(shí)施。溫度測(cè)量元件16例如與加熱元件14 (更為確切地說與加熱元件的有效區(qū)域)的面積比小于2%，即元件16的尺寸至少比元件14的尺寸小50倍。出于比例和清晰度的原因，圖Ia沒有顯示出在層內(nèi)的功能元件。溫度測(cè)量元件的特征在于優(yōu)于0. 1 V的較大精度，更為特別地在0. 005 0C到 0.01°C之間，這允許溫度測(cè)量元件與產(chǎn)生小的熱功率的一個(gè)或多個(gè)加熱元件進(jìn)行配合。產(chǎn)生的熱功率在ImW到50mW之間。這種功率，一方面足夠使得非常靈敏的測(cè)量元件16能夠測(cè)量一溫度，并且另一方面，足夠地小而不影響測(cè)量環(huán)境(流體)。實(shí)際上，需要避免加熱環(huán)境，以例如避免引起在傳感器上的非自然性的積垢。小的功率值和大的測(cè)量精度允許使得，在積垢測(cè)量和/或探測(cè)中，傳感器是非常靈敏、非常有反應(yīng)性和非?？煽康模粫?huì)一般性地被測(cè)量條件和特別地被流體的流動(dòng)干擾。通過供電部件20(例如能夠按照指令提供電功率的電流或電壓發(fā)生器)進(jìn)行供給的所述至少一加熱元件14的加熱元件層，通過連接部件22，擴(kuò)散在圖示上通過豎直箭頭示意的受控均勻熱流。這種熱流向與傳感器的后表面相對(duì)的傳感器的前表面(用于直接地或間接地與流體相接觸并且要么是層18的自由面要么是層16的自由面的面)散逸，由于隔熱層的存在，隔熱層位于傳感器的后表面。更為一般性地，熱流的散逸在傳感器的后表面被隔熱層阻止。布置在該已知均勻熱流中的所述至少一溫度測(cè)量元件16的溫度測(cè)量元件層，連續(xù)地和間斷地測(cè)量壁層溫度，并且將這些測(cè)量值經(jīng)過連接部件M傳送到一數(shù)據(jù)處理單元 26或計(jì)算機(jī)(包括例如微處理器和存儲(chǔ)器)。當(dāng)所述至少一界面元件18的界面元件層存在時(shí)，在傳感器所處的流體環(huán)境的方向上，界面元件層將熱流向傳感器外傳遞并且散逸這種熱量。數(shù)據(jù)(例如通過元件16測(cè)得的壁層溫度和在元件14中產(chǎn)生的功率)通過單元沈采集。該單元沈選取來自傳感器的測(cè)量值和信息以及所產(chǎn)生的功率的樣本并且表示為物理量(溫度，...)?？梢宰⒁獾?，傳感器和特別是元件20和26形成的積垢測(cè)定系統(tǒng)包括測(cè)定部件(單元26)和計(jì)算部件(單元沈)，所述測(cè)定部件用于測(cè)定在通過測(cè)量元件測(cè)得的溫度之間的溫度差，所述計(jì)算部件用于計(jì)算從如此測(cè)定的溫度差和已知的物理幾何公式計(jì)算在傳感器表面上形成的積垢的厚度。更為特別地，測(cè)量部件測(cè)量在一方面，當(dāng)加熱元件散逸一熱流時(shí)通過溫度測(cè)量元件測(cè)得的壁層溫度，和另一方面，流體的溫度之間的溫度差。作為選擇，系統(tǒng)此外包括一顯示器觀和/或遠(yuǎn)程信息傳輸部件30。顯示器觀例如允許持續(xù)地顯示溫度值(測(cè)量的)和積垢值(計(jì)算的)，如在下文中將看見的，例如以表示溫度和/或積垢的厚度的時(shí)間變化的曲線的形式。部件觀(例如傳送器)允許遠(yuǎn)程發(fā)送通過單元26所測(cè)得的和/或處理的數(shù)據(jù)和/或一警示信息和/或與傳感器和/或傳感器的運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的另一信息。圖Ib示出一傳感器10，該傳感器通過使用例如根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施方式的微系統(tǒng)制造技術(shù)制成。已描述的與在圖Ia上示出的傳感器相關(guān)的功能元件還是相同的，并且因此不再重新進(jìn)行描述。圖Ib的傳感器的布置與圖Ia的布置的不同之處在于，加熱元件14和溫度測(cè)量元件16不是布置在基體12的相同邊側(cè)，而是布置在基體的兩側(cè)。實(shí)際上，溫度測(cè)量元件16與基體的面12b相面對(duì)地布置，和例如與面所述面相接觸(盡管一個(gè)或多個(gè)中間層可能布置在這兩個(gè)元件之間)，和加熱元件14布置在基體的面 12a和隔熱層11之間。在這種布置中，傳感器的兩功能元件14和16相互遠(yuǎn)離一距離，該距離基本對(duì)應(yīng)基體12的厚度。該厚度可大約為數(shù)百個(gè)微米和例如為300微米。這種布置允許減少加熱元件在溫度測(cè)量元件上的直接影響，以改進(jìn)傳感器的性能。借助于這種布置，所述溫度測(cè)量元件16測(cè)量與加熱元件的溫度相比更接近流體的溫度的壁層溫度。由此產(chǎn)生的積垢的測(cè)量值因此更為可靠。此外，傳感器因此更為靈敏。不過可以注意到，溫度測(cè)量元件總是位于通過加熱元件產(chǎn)生的熱流的均勻部分中，即便在兩個(gè)元件之間存在間隔。可以注意到，對(duì)于傳感器的某些功能，在一個(gè)或多個(gè)前述層上設(shè)置某些顯微機(jī)加工操作是可實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)將參照2i和圖3到圖7描述微系統(tǒng)傳感器和微系統(tǒng)傳感器的制造方法。圖加到2f示出圖Ia的傳感器的一種制造方法，而圖加到圖2c和圖2g到圖2i 示出圖Ib的傳感器的一種制造方法。步驟加到2c是兩種方法公有的并且現(xiàn)在將進(jìn)行描述。在圖加上，首先在給定厚度(例如300 μ m)的例如硅制的一接納基體42上沉積一電絕緣層40?？稍诨w的兩相對(duì)的面上形成一鈍化層40 (圖加)。該電絕緣層40可以是熱沉積的單層二氧化硅，或厚度大約為μ m的單層二氮化硅。作為選擇，絕緣層可由雙層組成，該雙層通常由第一氧化硅層，和在其上沉積的第二氮化硅層組成。通常所使用的厚度對(duì)于SiA為0. 7 μ m，對(duì)于氮化硅為0. 8 μ m。如在圖2b上所示，由一個(gè)或多個(gè)加熱元件組成的一加熱元件層14(僅一加熱元件在該實(shí)施例中示出)由在絕緣層40之一(例如，上部層)上的金屬沉積形成。加熱元件14被構(gòu)型以優(yōu)化和利于熱流的產(chǎn)生。金屬以一個(gè)或多個(gè)電阻道或電阻線的形式沉積，這些電阻道或電阻線的寬度小，形成根據(jù)所尋求的物理特征(這里，通過加熱元件產(chǎn)生的熱流)或多或少?gòu)?fù)雜的幾何形狀，同時(shí)覆蓋一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，甚至幾乎全部電絕緣層40。這些電阻線從屬于例如在一印刷電路基體上通過絲網(wǎng)印刷形成的金屬電阻道。這些電阻線被設(shè)計(jì)以形成一個(gè)或多個(gè)蛇形管40a(圖3)或同心的電阻線40b(圖4)。 加熱元件要么由單層的鉬(Pt)型金屬層組成，或由雙層的鈦/鉬(Ti/Pt)型金屬層組成。 第一鈦層是允許鉬層提高其粘附性的一粘附層。第一鈦層的作用還在于，在加熱階段時(shí)，增加其機(jī)械強(qiáng)度，機(jī)械強(qiáng)度通過在該層中的應(yīng)力變化產(chǎn)生。目的在于最大程度地限制脫離效應(yīng)，和同樣地，增加加熱元件的壽命。這種加熱元件也可由摻雜硅制成?？梢宰⒁獾剑瑘D3和圖4的加熱元件包括連接線或連接件，這些連接線或連接件允許向該元件提供必要的來自裝置20的電能。特別地，圖3的加熱元件包括四個(gè)電連接件，這些連接件例如用于通過使用已知的四點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行測(cè)試或測(cè)量的目的。所述加熱元件的尺寸大小測(cè)定借助于下面的公式實(shí)施R 加熱=p.(L/s)其中，ρ是組成加熱元件的材料的電阻率，L是組成加熱元件的導(dǎo)線(fil)的長(zhǎng)度，S是加熱元件的面積，通過下面的公式規(guī)定S = h * 1其中1是加熱元件的寬度，h是加熱元件的高度。通過測(cè)定所需的熱流來實(shí)施加熱元件的尺寸大小的測(cè)定，以能夠根據(jù)所針對(duì)的應(yīng)用覺察在傳感器表面上的積垢。電流或電壓在熱阻中的注入產(chǎn)生熱阻的過熱。因而一熱流產(chǎn)生，并且根據(jù)在加熱元件中注入的功率而變化。在靜止時(shí)的電阻值根據(jù)要產(chǎn)生的熱流的功率進(jìn)行計(jì)算。借助于微系統(tǒng)技術(shù)的使用(小尺寸元件)，在加熱元件中注入的功率非常小，例如大約IOmW(這對(duì)應(yīng)強(qiáng)度在0. ImA到IOmA之間的電流)，這是特別有利的。可以注意到，加熱元件因此例如以寬度為40 μ m，厚度為20 μ m和電阻在20°C為 3. 2kΩ的鉬電阻道的形式實(shí)施。加熱元件的有效面積的尺寸例如為25mm2 (對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)為5mm的正方形)。通過這類元件產(chǎn)生的熱功率在5mW到50mW之間，并且更為特別地在5mW到IOmW 之間。功率的強(qiáng)度在0. 2mff/mm2到2mW/mm2之間。在加熱元件層14上沉積一電絕緣層40(圖2c)。該介電層，例如以氮化硅制成， 根據(jù)已知的稱為等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(PECVD)的沉積技術(shù)沉積。該層的第一作用在于在后文將描述的運(yùn)行時(shí)，消除在加熱元件14和下一個(gè)要沉積的層(測(cè)量元件) 之間的任何短路的風(fēng)險(xiǎn)。該層的第二作用在于平整通過加熱元件的存在所產(chǎn)生的形態(tài)(topographie)，以方便測(cè)量元件的沉積。現(xiàn)在將描述圖Ia的傳感器的制造方法的步驟2d和2f。在前文所述的絕緣層44上沉積包括一個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)量元件的一溫度測(cè)量元件層16 (圖2d)。該層被構(gòu)型以根據(jù)溫度優(yōu)化其電阻特征的變化。在加熱元件的加熱階段時(shí)， 熱流的分布在加熱元件的中心是均勻的，而當(dāng)遠(yuǎn)離其中心時(shí)變得斷斷續(xù)續(xù)的。因此，溫度測(cè)量元件被沉積在加熱元件14之上，例如根據(jù)圖4的構(gòu)型40b實(shí)施，位于介電層44上。測(cè)量元件16被布置以在加熱元件上居中，并且測(cè)量元件的尺寸明顯小于所述加熱元件的尺寸， 以被布置在熱流中心的最均勻的熱流部分中，因而避免通過邊緣效應(yīng)產(chǎn)生的干擾。圖fe示出位于一加熱元件上方的一溫度測(cè)量元件16的居中和疊置的位置?？梢宰⒁獾?，多個(gè)溫度測(cè)量元件可以布置在熱流中，并且相互隔開分布，如在圖5b 上所示。在該圖示上，在加熱元件的中心部分中布置兩測(cè)量元件16a和16b，以位于已知均勻熱流的中心，不過相互間隔以能夠在傳感器表面的相分開的兩位置測(cè)定積垢。根據(jù)需要和應(yīng)用可使用多于兩個(gè)的元件。所選定的用于形成該測(cè)量元件的幾何結(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域?qū)I(yè)人員是已知的。呈蛇管 (圖6)或呈同心線(圖7)形式布置的一個(gè)或多個(gè)金屬電阻線可通過與在上文中參照?qǐng)D3 和圖4描述的用于加熱元件的相同方式被使用。所述溫度測(cè)量元件要么通過單層金屬，例如鉬組成，要么通過雙層Ti/Pt型的金屬組成。第一鈦層組成粘附層。溫度測(cè)量元件16因此以寬度為20μπι，厚度為2μπι和其電阻在20°C為的鉬電阻道的形式實(shí)施。帶有相匹配的電子元器件(具有例如20bits的精度)，測(cè)量精度例如為 0. 0050C ο溫度測(cè)量元件的面積的尺寸例如為0. 49mm2 (這對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)為700 μ m的正方形)?？梢宰⒁獾?，圖fe和5b、圖6和圖7的測(cè)量元件包括連接線(piste de connection)或連接件(plot de connection)，這些連接線或連接件允許向該元件提供必要的來自裝置20的電能，和在單元沈處采集溫度數(shù)據(jù)。如圖7的測(cè)量元件可通過使用例如為熟知的兩點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)施，在知曉電壓和電流強(qiáng)度的情況下，這種技術(shù)允許直接地推導(dǎo)出電阻值。當(dāng)測(cè)量的或與測(cè)量相關(guān)的噪音并不過高時(shí)，使用這種測(cè)量，并且這是在圖如和恥的組合中所使用的測(cè)量。當(dāng)噪音過高時(shí)，如圖6的測(cè)量元件可通過使用例如為熟知的四點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行實(shí)施。 根據(jù)這種間接測(cè)量技術(shù)，知曉連接件所要求的電壓值，測(cè)量電流強(qiáng)度值和推導(dǎo)電阻值?？梢宰⒁獾?，四點(diǎn)技術(shù)也可被使用于測(cè)試目的。在溫度測(cè)量元件層上沉積一絕緣層46 (圖2e)。該電絕緣層被沉積在測(cè)量元件上。該電絕緣層的第一作用在于在后文將描述的運(yùn)行時(shí)消除在測(cè)量元件和下一要沉積的層 (界面元件)之間的任何短路的風(fēng)險(xiǎn)。該層的第二作用在于使得在制造過程中的微系統(tǒng)的形態(tài)平坦。根據(jù)稱為PECVD的已知技術(shù)的介電層的沉積允許限制過大的型面變化。該層的厚度應(yīng)如上文所闡述的，厚度足夠用于，一方面，當(dāng)界面元件層存在時(shí)，消除在測(cè)量元件和界面層之間的任何短路的風(fēng)險(xiǎn)，和另一方面，顯著地減少通過由于測(cè)量元件存在產(chǎn)生的形態(tài)上的起伏，并且因此提供盡可能平坦的一表面。
作為選擇，由至少一界面元件形成的一保護(hù)層18通過為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的技術(shù)(例如PEV⑶)沉積在絕緣層46上(圖2f)。該層例如由一金屬層或一介電層組成。如已述及的，圖Ib的傳感器的制造方法包括已描述的步驟加到2c和現(xiàn)在將簡(jiǎn)要描述的步驟2g到2i。圖2g對(duì)應(yīng)包括一個(gè)或多個(gè)溫度測(cè)量元件的一溫度測(cè)量元件層16在位于圖2c的基體42之下的絕緣層40上的涂覆或沉積步驟。在圖2g上，顛倒圖2c的布置，并且加熱元件14位于下部分，在基體42下方。如果只有所述溫度測(cè)量元件如此布置在基體的、與布置有加熱元件14的邊側(cè)相對(duì)的邊側(cè)，包括沉積所述溫度測(cè)量元件16的步驟與參照?qǐng)D2d所描述的步驟是相同的。在圖池上示出的步驟對(duì)應(yīng)與前文參照?qǐng)D2e描述的絕緣層相同的一絕緣層46的涂覆或沉積。相同地，對(duì)于圖2f，承擔(dān)界面元件作用的一可選的保護(hù)層18被沉積在絕緣層46 上，位于所述溫度測(cè)量元件16上方。與在圖2d到圖2f上示出的制造方法的部分的步驟相關(guān)的所描述的特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于圖2g到圖2i仍是有效的，并因此不再進(jìn)行重復(fù)。圖8示出一實(shí)施例，在其中根據(jù)本發(fā)明的微傳感器10與在其中流體——這里是停滯的，通過標(biāo)記F示意——存在的容器52 (例如一化學(xué)反應(yīng)器或一槽)的壁體50相連?？梢宰⒁獾?，包含流體的容器52可是另一類型的，如一管道或一工業(yè)設(shè)備的一管路等。此外可以注意到，在容器中存在的流體不是必須靜止的，也可是流動(dòng)中的。如在圖Ia或圖Ib上示意性地示出的微系統(tǒng)傳感器10通過微系統(tǒng)10集成于其中的一主體M安裝在如在圖8上所示的容器的壁體之一中。更為特別地，傳感器10布置在一圓柱形空心殼體56中，該殼體在兩縱向端部之一 56a上配有形成凸肩的一板體58，并且該具有例如盤體或刀頭的形狀。該板體例如焊接在圓柱形殼體56上。可以注意到，可設(shè)計(jì)其它的主體形狀，而不產(chǎn)生傳感器的運(yùn)行問題。形成凸肩的板體58用于以一種對(duì)應(yīng)的布置插置在容器的壁體50中，以被安裝在與壁體相齊平的位置。形成凸肩的板體58還可裝配在一圓筒上，圓筒插置在容器的壁體50中，容器的壁體具有已存和為此設(shè)置的一鉆孔(或軋孔點(diǎn))。該板體58在其中心部分中變細(xì)，傳感器在中心部分中定位，并且組成通過其外表面58a與流體F相接觸的一界面材料或界面元件?？梢宰⒁獾?，面58a和表面50a可布置在相同的邊側(cè)，以不在流動(dòng)中引起擾動(dòng)。在該實(shí)施方式中，圖Ia和圖Ib的傳感器的界面元件18并不存在，板體58承擔(dān)界面元件的作用。為了最大程度地提高在微系統(tǒng)傳感器10的加熱元件和板體58的內(nèi)表面58b之間的熱交換，可使用熱量傳遞元件60，如具有強(qiáng)導(dǎo)熱系數(shù)的導(dǎo)熱膏，并且該熱量傳遞元件布置與微系統(tǒng)相接觸。更為特別地，該元件60布置在通過幾乎全部其外表面，除了可能是一周邊小區(qū)域，所組成的微系統(tǒng)的有效區(qū)域上(微系統(tǒng)的靈敏元件更確切地說以居中的方式布置)。這種組合繼而抵靠界面材料58的后表面或內(nèi)表面58b布置。此外，如圖8所示，微系統(tǒng)傳感器10安裝在一支撐件62上，如一印刷電路板，支撐件的作用在于在該微系統(tǒng)傳感器和保證該傳感器的供電和信息處理的相關(guān)系統(tǒng)部分之間建立必要的電接觸件(contact electrique)。這些電接觸件與在圖3到圖7上示出的并且在上文中簡(jiǎn)要描述的連接線或連接件進(jìn)行配合。該測(cè)量系統(tǒng)部分在圖Ia和圖Ib上通過元件20、26、觀和30顯示，這些元件通過接線22和M與傳感器連接。為了最大程度地將通過加熱元件產(chǎn)生的受控均勻熱流向微系統(tǒng)傳感器10前部集中，即向測(cè)量元件和界面材料集中，在主體M中通過后端部56b插置一附加隔熱元件64。 該元件64，如導(dǎo)熱系數(shù)低的膏體，被布置抵靠支撐件62的后表面，以在主體的后部形成一附加熱障，并且因此優(yōu)先熱流向所述主體的前部散逸。不過可以注意到，圖Ia和圖Ib的隔熱層11已經(jīng)在傳感器的后表面，保證令人滿意的對(duì)熱流進(jìn)行阻隔的作用。此外，未顯示的一附加隔熱層也在板體58和主體M的圓柱形殼體56之間實(shí)施。 可由未顯示的一隔熱膏體或一陶瓷墊圈組成的該隔熱層作用在于，在加熱階段中，消除在界面材料58和殼體56之間的任何熱橋風(fēng)險(xiǎn)。承擔(dān)與流體的界面材料作用的板體58適于至少使得其外表面58a代表容器的壁體50的表面狀態(tài)，以使得在表面58a上的積垢層的沉積以與在容器的壁體的內(nèi)表面50a上的積垢層的沉積幾乎相同的方式實(shí)施。實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明，是在該板體的外表面58a上，積垢現(xiàn)象將顯得突出，當(dāng)然的， 該現(xiàn)象當(dāng)然在壁體的內(nèi)表面50a的其它位置產(chǎn)生。因此，考慮到該外表面的屬性，也考慮到特別靈敏和產(chǎn)生非常少的能夠修改積垢現(xiàn)象的干擾的微傳感器，在外表面58a上形成的積垢的測(cè)定將是特別可靠的，該測(cè)定要么對(duì)應(yīng)積垢測(cè)量，要么對(duì)應(yīng)積垢探測(cè)。為了使得外表面58a代表容器的壁體的表面狀態(tài)，優(yōu)選地，該面具有與壁體的粗糙度等同的粗糙度，甚至是相同的。因此，例如在農(nóng)產(chǎn)品加工應(yīng)用的范圍中，壁體50可由不銹鋼制成，例如316L等級(jí)的不銹鋼，和傳感器的面58a可被實(shí)施以具有等于或小于0. 8 μ m的表面粗糙度，如同壁體的面50a。優(yōu)選地，外表面58a以屬性與容器的壁體的屬性相同的材料制成。如果這種材料不是相同的，需要至少是屬性是與組成壁體的材料的屬性相兼容的材料。最為簡(jiǎn)單的解決方案是界面材料58以與容器的壁體的材料相同的材料制成。在該實(shí)例中，板體58，同圓柱形殼體56 —樣，由不銹鋼制成，這種材料是用于壁體 50和特別是壁體的內(nèi)表面50a的材料。板體58是熱阻小于或等于10°C /W的導(dǎo)熱體，以賦予傳感器以良好的靈敏度和較高的信號(hào)噪音比。所使用的材料和其厚度因此被選擇以給熱流提供很小的熱阻。厚度例如為 300 μ m0需要注意的是，根據(jù)本發(fā)明的傳感器可僅包括唯一的溫度測(cè)量元件。
流體的溫度，和更為一般性地使容器參與的工藝的溫度，通常不是已知的。這對(duì)在容器內(nèi)部形成的積垢的測(cè)量和/或探測(cè)方法沒有任何影響，如在下文中將看到的。所述方法允許擺脫隨著時(shí)間推移該溫度的可能變化。不過可以注意到，根據(jù)所針對(duì)的應(yīng)用，根據(jù)本發(fā)明的微傳感器可包括多于一個(gè)溫度測(cè)量元件。相同地，還可包括與單一溫度測(cè)量元件或與多個(gè)這些溫度測(cè)量元件進(jìn)行配合的多個(gè)加熱元件。圖9示意性地示出如圖la、圖lb、圖2f和圖2i的微系統(tǒng)傳感器在容器52的壁體 50中的直接安裝。在該實(shí)施例中，傳感器10與流體F通過其界面元件18的外表面18a直接接觸，而不是使用圖8的界面材料58。如此布置的傳感器的靈敏度因而增加，其本身提供比圖8的情形更優(yōu)的結(jié)果。可以注意到，傳感器10不是完全地相對(duì)于壁體相齊平地安裝，而是相對(duì)于壁體非常略微地縮進(jìn)。這種縮進(jìn)故意地放大，以在圖上進(jìn)行示出該縮進(jìn)。實(shí)際上，例如為數(shù)百個(gè)微米，例如500 μ m。相對(duì)于圖8沒有變化的圖9的元件保留相同的標(biāo)記并且不再重新進(jìn)行描述。在傳感器的外表面的周邊設(shè)置一密封墊圈61，以保證安裝的密封性。此外，參照?qǐng)D8在上文中描述的、特別是與界面元件58相關(guān)的所有特征和優(yōu)點(diǎn) (外表面58a的表面狀態(tài)，導(dǎo)熱特征)這里適用于傳感器的界面元件18a?，F(xiàn)將參照?qǐng)D10和圖11描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方式的測(cè)量方法，其同樣適合地應(yīng)用于圖8的構(gòu)型和圖9的構(gòu)型。該方法允許測(cè)量和/或探測(cè)在圖8的界面材料58的外表面58a上形成或在圖9 的界面元件18的外表面18a上形成的積垢?！胺e垢”意指從臨時(shí)性或永久性位于流體中的主體在所考慮的元件表面上形成的任何粘附沉積物(有機(jī)屬性的積垢，如生物濾過膜，或無機(jī)的積垢，如生水垢)?？梢宰⒁獾剑鶕?jù)本發(fā)明的方法允許在現(xiàn)場(chǎng)，在線和持續(xù)地，和幾乎實(shí)時(shí)地執(zhí)行積垢的測(cè)量和/或探測(cè)。因此不需要為出于測(cè)量和/或探測(cè)積垢的目的在現(xiàn)場(chǎng)提取樣本和之后對(duì)所提取的樣本進(jìn)行分析。根據(jù)第一實(shí)施方式的方法設(shè)置使得，通過傳感器的所述加熱元件14控制熱流的擴(kuò)散階段和熱流的不擴(kuò)散階段在一給定時(shí)間段進(jìn)行交替。此外，所述方法在該時(shí)間段中設(shè)置使得，借助于溫度測(cè)量元件，持續(xù)地測(cè)量與測(cè)量環(huán)境相接觸的界面元件的表面溫度(或在沒有界面元件的情況下，僅僅測(cè)量溫度測(cè)量元件所定位的位置的局部溫度)。例如可完全沿著工藝的運(yùn)行或僅僅在工藝的某些步驟時(shí)，執(zhí)行傳感器的這種加熱階段和未加熱階段的交替。積垢測(cè)量的作用允許隨時(shí)知曉在界面材料表面或在直接地傳感器表面上形成的積垢層的厚度，并且非?？煽康卦佻F(xiàn)在傳感器在其中安裝的容器的內(nèi)表面上形成的積垢。此外，當(dāng)傳感器被使用于完成探測(cè)功能時(shí)，傳感器可被使用于在如果探測(cè)到在形成中或超過一預(yù)定閾值的積垢層時(shí)，起動(dòng)一警示信號(hào)。如在上文中已展示的，裝置20產(chǎn)生一電功率，該電功率例如以一功率調(diào)制信號(hào)的形式，例如是交流類型的，被傳輸?shù)郊訜嵩?。該信?hào)優(yōu)選地是穩(wěn)態(tài)的，即該信號(hào)規(guī)定完全確定的穩(wěn)定狀態(tài)，在這些穩(wěn)定狀態(tài)中要么是限定的電功率被提供到加熱元件，要么沒有任何功率提供到該元件。圖10示出以矩形波的形式實(shí)施的一穩(wěn)態(tài)交流信號(hào)。更為特別地，圖10 —方面，在下部分示出應(yīng)用在加熱元件上的矩形波形式的功率信號(hào)S，和另一方面，在上部分，示出在每個(gè)加熱階段和未加熱階段中通過測(cè)量元件測(cè)得的溫度。不同的溫度測(cè)量示出，溫度測(cè)量保持基本恒定(圍繞值T1)，這表示傳感器和因此容器的內(nèi)壁的未積垢狀態(tài)。溫度T1對(duì)應(yīng)流體的溫度。當(dāng)表面狀態(tài)是清潔的時(shí)，通過加熱元件產(chǎn)生的熱流被傳輸?shù)綔y(cè)量元件和界面元件，繼而在測(cè)量環(huán)境中擴(kuò)散，并且通過測(cè)量元件測(cè)得的溫度保持基本恒定和等于環(huán)境的溫度。相反地，當(dāng)積垢在界面元件的外表面上和因此在容器的壁體的內(nèi)表面上形成時(shí)， 通過加熱元件產(chǎn)生的熱流將引起在界面元件或界面材料處的溫度升高。實(shí)際上，形成中的積垢層如同一隔熱層一樣作用(熱障)，因而減少與測(cè)量環(huán)境的熱交換和因此減少熱流的散逸。將考慮出現(xiàn)的溫度差，如在下文中將看到的，以測(cè)定積垢的厚度值。該現(xiàn)象在圖11上通過對(duì)應(yīng)矩形波信號(hào)S的部分的溫度升高平臺(tái)的出現(xiàn)表示，在該部分功率被注入到加熱元件。在平臺(tái)上測(cè)得的溫度(T2)和在沒有積垢的情況下測(cè)得的溫度(T1)之間的溫度差表示在對(duì)應(yīng)所執(zhí)行的測(cè)量的時(shí)刻形成的積垢，并且更為特別地表示積垢層的厚度。該厚度通過為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的并取決于傳感器的幾何構(gòu)型的公示獲得，即用于圖1的傳感器10的一平坦幾何形狀。更為一般性地，積垢層的厚度通過下面的方程給出
ρ Pe^— + — + Γ -Γ2 = 0
2.D2Ji 2.λ其中P，單位為W，表示提供到加熱元件和基本對(duì)應(yīng)通過熱流產(chǎn)生的功率的電功率，h，單位為W/m2/K，表示對(duì)流熱傳遞系數(shù)，D，單位為m，表示當(dāng)加熱元件呈圓柱形時(shí)，加熱元件的直徑，或當(dāng)加熱元件呈正方形時(shí)，在面積等同的情況下，加熱元件的邊長(zhǎng)，Tl和T2，單位為K，分別地表示在未加熱階段和加熱階段測(cè)得的溫度，λ，單位為W/m/K，表示在傳感器的表面上沉積的積垢層的導(dǎo)熱系數(shù)，和最后，e，單位為m，表示在傳感器的表面上沉積的積垢層的測(cè)得的厚度?？梢宰⒁獾?，在傳感器表面上形成的沉積的厚度越大，對(duì)于一給定的功率，溫度升高將越大。
實(shí)際上，該方法設(shè)置使得通過指定(imposer)電流強(qiáng)度可從0. ImA到IOmA變化的一電流來指定一加熱功率定值(例如IOmW)，測(cè)定由此產(chǎn)生的溫度差(增加)，繼而計(jì)算積垢層的厚度。需要注意的是，根據(jù)流體的溫度的可能變化，例如借助于知曉在未加熱階段時(shí)獲得的流體的溫度，可執(zhí)行電流的補(bǔ)償。因此測(cè)定應(yīng)被注入加熱元件中的電流，來遵守功率定值?？梢宰⒁獾?，加熱期間的時(shí)間段(dude)從數(shù)秒到數(shù)分鐘變化，如在圖10和圖11 上所示，在其間經(jīng)過的時(shí)間以秒表示。加熱期間的時(shí)間段并非必須得等于未加熱時(shí)間段，不過，出于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)際原因，相等的加熱和未加熱臨時(shí)時(shí)期將是優(yōu)選的。此外，加熱和/或未加熱時(shí)期的時(shí)間段可隨著時(shí)間推移變化，以動(dòng)態(tài)地與工序的操作條件相適應(yīng)，不過，實(shí)際上，最優(yōu)的時(shí)間段將根據(jù)應(yīng)用和工序被測(cè)定、固定和保持。從實(shí)際的觀點(diǎn)來看，通過在圍繞一加熱期間的兩未加熱期間之間使用線性和/或非線性回歸算法，來測(cè)定溫度差T2-T115可以注意到，可在調(diào)節(jié)階段設(shè)置一供給功率上限，以在如果未積垢的情況下，用于產(chǎn)生期望的溫度差所需的功率不超過電子系統(tǒng)的物理功率限值。可以注意到，較大溫度差的簡(jiǎn)單探測(cè)，如例如1攝氏度的差別，提供一重要的信息，這是因此該溫度差代表在包含流體的一容器內(nèi)部形成的積垢。這類信息例如會(huì)引起一警示信號(hào)的發(fā)送，以告知操作者或設(shè)備維護(hù)人員。出于也能夠提供關(guān)于如此形成的積垢層的厚度的一定量信息的目的，這種探測(cè)功能當(dāng)然可與積垢測(cè)量的功能相結(jié)合。借助于微系統(tǒng)方法和技術(shù)，溫度測(cè)量元件具有非常大的靈敏度和溫度精度，例如優(yōu)于 0. 05 0C ο此外，這些方法和技術(shù)允許設(shè)計(jì)一種傳感器，這種傳感器具有以下的特征和優(yōu)占.
^ \\\ ·-尺寸小(功能元件相互鄰近)，-消耗小，-從加熱元件產(chǎn)生小熱流的能力，-測(cè)量元件的靈敏度大，-響應(yīng)時(shí)間非常短。因此以零流體流量和接近1 μ m的積垢測(cè)量靈敏度，來測(cè)量積垢的厚度變得可能。 此外可以注意到，在圖9上示出的傳感器比圖8的傳感器更加靈敏，這是因?yàn)閳D9的傳感器直接地與流體接觸。圖12示出，隨著時(shí)間推移，通過在根據(jù)本發(fā)明的傳感器的有效外表面上連續(xù)地實(shí)施沉積和通過使用導(dǎo)熱率是已知的一聚合樹脂噴灑器，獲得的積垢的厚度的測(cè)量曲線。該曲線在實(shí)驗(yàn)室獲得，不過是在接近工業(yè)應(yīng)用條件——例如一冷卻回路——的操作條件中。所使用的傳感器在圖2f和圖9上示出，所述傳感器布置有圖fe的加熱元件和測(cè)量元件。加熱元件(層14)由雙層Ti/Pt形成，對(duì)于第一層厚度為500人,對(duì)于第二層厚度
21為2000人。介電層44以Si3N4制成。測(cè)量元件(層16)由雙層Ti/Pt形成，對(duì)于第一層厚度為500人,對(duì)于第二層厚度為3000人。絕緣層46以Si3N4制成。界面元件(層18)由雙層Ti/Au形成，對(duì)于第一層厚度為500人，對(duì)于第二層厚度為1000 A0實(shí)驗(yàn)程序在于在傳感器表面上沒有任何沉積時(shí)，以傳感器實(shí)施第一系列測(cè)量(校準(zhǔn)階段)。然后，在傳感器的層18的表面上實(shí)施第一聚合樹脂沉積，實(shí)施在60s內(nèi)的到100°C 的退火，來固化樹脂；以及以與其電子測(cè)量系統(tǒng)相連的傳感器執(zhí)行一系列厚度測(cè)量。因此獲得曲線的第一平臺(tái)。因此每次以一厚度測(cè)量值實(shí)施四個(gè)其它的連續(xù)沉積，從而產(chǎn)生四個(gè)另外的平臺(tái)。可以注意到，由于通過在前一步驟形成的層所經(jīng)歷的連續(xù)的退火，連續(xù)的沉積并不伴隨線性的增加。可以觀察到，測(cè)量的厚度大約為數(shù)個(gè)微米，這顯示出傳感器的靈敏度大。前述實(shí)施方式的傳感器可根據(jù)兩種運(yùn)行方法使用，其第一種已經(jīng)在上文中示出， 并且在下文中將更加全面地進(jìn)行重復(fù)。第一種方法(根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實(shí)施方式)在于使用如圖10和圖11所示出的周期矩形波(典型地30s到數(shù)分鐘)，以進(jìn)行加熱元件的定期加熱和息止期間。溫度持續(xù)地被測(cè)量并且通過單元26提供，該溫度是息止期間的流體的溫度(在圖10和圖11上通過T1標(biāo)識(shí))。在加熱期間，該測(cè)得的溫度穩(wěn)定在值T2,該值是產(chǎn)生于經(jīng)過界面元件(或當(dāng)沒有界面元件時(shí)直接地)和潛在地經(jīng)過積垢層從加熱元件向測(cè)量環(huán)境的熱傳遞的表層溫度 (或壁層溫度)。在沒有積垢的情況下，壁層溫度(在加熱期間)等于流體的溫度(除測(cè)量錯(cuò)誤以下，和當(dāng)界面元件18存在時(shí)，根據(jù)通過界面元件的厚度產(chǎn)生的熱阻)，這是因?yàn)闊崃髡w在測(cè)量環(huán)境中散逸。在存在積垢的情況下，一附加的熱阻阻擋向測(cè)量環(huán)境的熱傳遞，而表層溫度(T2) 的值大于T1。因此，按時(shí)地，知曉流體的溫度(T1)和表層溫度(T2)。為了測(cè)定積垢的厚度，應(yīng)用上文所示出的公式和方程，來向顯示器觀和/或傳送器30提供一信息(典型地，積垢厚度和流體的溫度)，以給送一標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(典型的，4-20mA)，以與一監(jiān)測(cè)器或一信號(hào)記錄器結(jié)
I=I ο因此，有利地，根據(jù)這種方法，持續(xù)地估算在測(cè)量裝置(傳感器)的表面上形成的積垢厚度，以向使用者給送關(guān)于清潔狀態(tài)的信息。該方法既不需要根據(jù)使用條件(流體的流量或種類)對(duì)測(cè)量裝置的初始校準(zhǔn)， 也不需要信息的歸納處理，來測(cè)定積垢的厚度。另一方面，操作條件的變化(在一定限度 (Iimite)內(nèi)，如溫度、流量、壓力)不影響積垢測(cè)量(這賦予該方法大的可靠性并且允許持續(xù)的使用和應(yīng)用于工業(yè)環(huán)境)，這是因?yàn)檠b置按時(shí)地重新計(jì)算流體的溫度。最后，如果在先地知曉形成的積垢的種類，和更不必說其熱傳導(dǎo)，那么系統(tǒng)可以單位μ m或mm給送一積垢厚度信號(hào)；否則，系統(tǒng)建立在可能形成的積垢層的一默認(rèn)熱傳導(dǎo)值上，并且測(cè)量信號(hào)最后是根據(jù)一隨機(jī)單位的指示器。根據(jù)第二種方法(根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實(shí)施方式)，代替使用加熱階段和未加熱階段的無窮的重復(fù)循環(huán)來知曉流體的溫度(在未加熱階段獲得)，可通過在以下條件下的恒定加熱進(jìn)行-要么位于溫度不變化的一應(yīng)用情形中，或那么在期望實(shí)施測(cè)量時(shí)不變化，在這些情形中溫度是已知的和可從單元26已知(T1因此是固定的)，-要么溫度是變化的，不過布置其它的可達(dá)的部件以知曉該溫度(通過信息到達(dá)單元沈的已存在的第二溫度傳感器或在已存裝置中是可容易地由本領(lǐng)域技術(shù)人員得出的方法迂回地)，在這些情形中溫度T1被持續(xù)地提供。裝置的恒定加熱允許從溫度差T2-T1獲得積垢厚度的更為動(dòng)態(tài)的信息，這種信息相對(duì)于通過對(duì)積垢的處理(典型地，小于0.5s)形成和消失的動(dòng)態(tài)性而言是幾乎實(shí)時(shí)的一種信息。因此，該實(shí)施方式允許得出積垢快速增加或減少的現(xiàn)象，如跟蹤例如在農(nóng)產(chǎn)品加工工業(yè)中的清潔工序。因此對(duì)于優(yōu)化這些清潔工序(經(jīng)常耗時(shí)并且總是代價(jià)不菲)是有效的，知曉沒有任何現(xiàn)有的裝置(沒有任何方法)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤這些清潔的效率?？梢宰⒁獾?，不過第一種方法可被使用于在時(shí)間限制較不關(guān)鍵的工業(yè)中對(duì)清潔工序進(jìn)行跟蹤。
權(quán)利要求
1.對(duì)在傳感器的一所謂前表面上直接或間接形成的積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的傳感器(10 ；34)，其特征在于，所述傳感器以多個(gè)疊置層的形式包括-至少一加熱元件(14)，所述至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，所述受控均勻熱流的熱功率基本小于200mW，-一隔熱層(11)，所述隔熱層布置在與所述傳感器的前表面相對(duì)的邊側(cè)，以避免所述受控均勻熱流從所述相對(duì)的邊側(cè)散逸，-至少一溫度測(cè)量元件(16)，所述至少一溫度測(cè)量元件設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的受控均勻熱流中并且提供優(yōu)于0.1°C的溫度測(cè)量精度，-一基體(12 ；42)，所述至少一加熱元件的層和所述至少一溫度測(cè)量元件的層附加在所述基體上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述至少一溫度測(cè)量元件具有一面積， 所述面積的尺寸至少基本小于所述至少一加熱元件的有效面積的尺寸的2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1到2中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述至少一加熱元件的有效面積的尺寸小于或等于25mm2。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到2中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述至少一溫度測(cè)量元件的有效面積的尺寸小于或等于0. 49mm2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述至少一加熱元件的尺寸小于或等于25mm2。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器，其特征在于，所述至少一加熱元件和所述至少一溫度測(cè)量元件每個(gè)都是鉬電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器包括至少一導(dǎo)熱界面元件(18 ；58)，所述導(dǎo)熱界面元件具有相對(duì)的兩表面，其中稱為內(nèi)表面的一表面向所述至少一測(cè)量元件取向，和稱為外表面的另一表面用于與流體相接觸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的傳感器，其特征在于，所述至少一導(dǎo)熱界面元件具有小于或等于10°C /W的一熱阻。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的傳感器，其特征在于，所述至少一導(dǎo)熱界面元件由不銹鋼制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述基體具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述隔熱層(11)與所述第一表面相面對(duì)，而所述至少一加熱元件的層與所述第二表面相面對(duì)，所述至少一溫度測(cè)量元件的層與所述至少一加熱元件的層疊置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所述基體具有相對(duì)的第一表面和第二表面，所述隔熱層(11)與所述第一表面相面對(duì)，所述至少一加熱元件的層布置在所述隔熱層和所述基體的第一表面之間，所述至少一溫度測(cè)量元件的層布置成與所述基體的第二表面相面對(duì)。
12.對(duì)在暴露于一流體的傳感器的前表面上直接地或間接地形成的積垢進(jìn)行測(cè)量或探測(cè)的系統(tǒng)，所述傳感器以疊置層的形式包括-至少一加熱元件(14)，所述至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，-一隔熱層，所述隔熱層布置在與所述傳感器的前表面相對(duì)的邊側(cè)，以避免所述受控均勻熱流從所述相對(duì)的邊側(cè)散逸，-至少一溫度測(cè)量元件(16)，所述至少一溫度測(cè)量元件設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的受控均勻熱流中，-一基體(12，42)，所述至少一加熱元件的層和所述至少一溫度測(cè)量元件的層附加在所述基體上，所述系統(tǒng)包括-測(cè)定部件，所述測(cè)定部件用于測(cè)定在一方面，當(dāng)所述至少一加熱元件擴(kuò)散一熱流時(shí)，(通過所述至少一溫度測(cè)量元件測(cè)得的壁層溫度，和另一方面，流體的溫度之間的溫度差，-計(jì)算部件，所述計(jì)算部件用于從測(cè)定的溫度差計(jì)算在暴露于流體的傳感器的前表面上形成的積垢的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一加熱元件產(chǎn)生小于200mW的熱功率；以及所述至少一溫度測(cè)量元件提供優(yōu)于0.(rc的測(cè)量精度。
14.當(dāng)傳感器安裝在包含流體的容器的壁體中時(shí)，對(duì)在暴露于一流體的傳感器的前表面上形成的積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的方法，所述傳感器以疊置層的形式包括-至少一加熱元件(14)，所述至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，(-一隔熱層，所述隔熱層布置在與所述傳感器的前表面相對(duì)的邊側(cè)，以避免熱流從所述相對(duì)的邊側(cè)散逸，-至少一溫度測(cè)量元件(16)，所述至少一溫度測(cè)量元件設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的受控均勻熱流中，-一基體(12，42)，所述至少一加熱元件的層和所述至少一溫度測(cè)量元件的層附加在所述基體上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟-測(cè)定在一方面，當(dāng)所述至少一加熱元件擴(kuò)散一熱流時(shí)，通過所述至少一溫度測(cè)量元件測(cè)得的壁層溫度，和另一方面，流體的溫度之間的溫度差，-從測(cè)定的溫度差計(jì)算在暴露于流體的傳感器的前表面上形成的積垢的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，溫度差的測(cè)定包括以下步驟(-通過所述至少一加熱元件控制熱功率擴(kuò)散的階段和熱功率不擴(kuò)散的階段的交替，(-在前述每個(gè)階段中通過所述至少一溫度測(cè)量元件持續(xù)地測(cè)量所述壁層溫度，(-測(cè)定在通過所述至少一溫度測(cè)量元件測(cè)得的溫度之間的溫度差。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，通過所述至少一加熱元件控制熱流擴(kuò)散的步驟包括所述至少一加熱元件的功率調(diào)制信號(hào)的生成步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，所述功率調(diào)制信號(hào)是交流的。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述交流的功率調(diào)制信號(hào)是穩(wěn)態(tài)的。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)態(tài)的交流的功率調(diào)制信號(hào)是呈矩形波的。
21.根據(jù)權(quán)利要求15到20中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述至少一溫度測(cè)量元件提供的溫度測(cè)量精度優(yōu)于或等于在未積垢狀態(tài)和積垢狀態(tài)之間測(cè)定的最大溫度差的1%。
22.微電子制造技術(shù)的使用，用于通過在一基體(12；42)上沉積所述傳感器的組成功能元件的疊置層，來制造對(duì)積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的傳感器(10(；34)，所述傳感器包括-至少一加熱元件(14)，所述至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流， -至少一溫度測(cè)量元件(16)，所述至少一溫度測(cè)量元件用于設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的受控均勻熱流中，-一隔熱層，所述隔熱層避免所述受控均勻熱流從傳感器側(cè)散逸，所述至少一溫度測(cè)量元件位于與所述傳感器側(cè)相對(duì)的邊側(cè)，-一基體(12 ；42)，所述至少一加熱元件的層和所述至少一溫度測(cè)量元件的層附加在所述基體上。
全文摘要
本發(fā)明涉及對(duì)直接地或間接地在傳感器的一所謂前表面上形成的積垢進(jìn)行測(cè)量和/或探測(cè)的傳感器(10；34)，其特征在于，所述傳感器以多個(gè)疊置層的形式包括至少一加熱元件(14)，所述至少一加熱元件能夠按照指令擴(kuò)散一受控均勻熱流，所述受控均勻熱流的熱功率小于200mW；一隔熱層(11)，所述隔熱層布置在與傳感器的前表面相對(duì)的邊側(cè)，以避免熱流從所述相對(duì)的邊側(cè)散逸；至少一溫度測(cè)量元件(16)，所述至少一溫度測(cè)量元件設(shè)置在通過所述至少一加熱元件擴(kuò)散的受控均勻熱流中并且提供優(yōu)于0.1℃的溫度測(cè)量精度；一基體(12；42)，所述至少一加熱元件的層和至少一溫度測(cè)量元件的層附加在所述基體上。
文檔編號(hào)G01N25/18GK102282454SQ201080004802
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者F·弗盧朗, L·奧雷, L·菲約多 申請(qǐng)人:內(nèi)歐思公司