专利名称：导热系数传感器的制作方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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�。� 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。
发明内容
因此，为了一并解决上述问题，本发明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，本发明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�。毕蛲及感纬� 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，本发明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。
图1是表示本发明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发明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�？榧�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�？榧�2包括�？橹魈�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�？橹魈�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，配管的结构和用于把该配管连接 到各连接部22、23上的接头的结构，不需要根据工业电气设备防爆指南(发行人独立行政 法人劳动安全卫生综合研究所)制成专用的结构，可以使结构简化，并且可以降低制造成 本。�？橹魈�21用不锈钢等耐腐蚀性材料制成，在�？橹魈�21的内部流动通道2A上 形成测量空间Si，在所述测量空间Sl内配置有形成测量用电阻R1、R2的传感器基板3(以 下、特别是在进行区分的情况下称为“测量用基板3m”)。具体地说，通过把支承测量用基板3m的传感器托架4以气密的方式嵌入到形成为 内部流动通道2A —部分的凹陷部21a内，由传感器托架4和凹陷部21a形成测量空间Si， 测量用基板3m设置在所述测量空间Sl内。在�？橹魈�21内形成参照空间S2，在所述参照空间S2内配置有形成比较用电阻 R3、R4的传感器基板3 (以下、特别是在进行区分的情况下称为“比较用基板3r”)。在该参 照空间S2内封入参照气体，并且该参照空间S2设置成独立于内部流动通道2A。具体地说，通过把支承比较用基板3r的传感器托架4以气密的方式嵌入到�？橹魈�21内的凹陷部21b中，由传感器托架4和凹陷部21b形成参照空间S2，比较用基板3r设置在所述参照空间S2内。此外，支承比较用基板3r的传感器托架4和支承测量用基板3m 的传感器托架4采用相同的结构。该传感器托架4由不锈钢等耐腐蚀性材料制成，做成大体圆筒形。如图3所示，该 传感器托架4包括大体圆板形的底座41，在该底座41上固定有传感器基板3和与该传感 器基板3电连接的引脚5;以及托架主体42，从两侧夹持并固定在该底座41上。此外，底座 41和托架主体42利用全周激光焊接进行连接。本实施方式的导热系数传感器100把设置在构成惠斯登电桥电路WB的一组对边 上的测量用电阻R1、R2配置在一个测量空间Sl内，把设置在另一组对边上的比较用电阻 R3、R4配置在一个参照空间S2内。即，把测量用电阻R1、R2设置在一个测量用基板3m上， 把比较用电阻R3、R4设置在一个比较用基板3r上，并且把所述测量用基板3m配置在一个 测量空间Sl内，把比较用基板3r配置在一个参照空间S2内。此外，所谓一个测量空间Sl 是由一个测量单元形成的空间，不是用配管等连通两个测量单元而形成。在本实施方式中， 由一个传感器托架4和�？橹魈�21构成一个测量单元。此外，所谓一个参照空间S2是由 一个参照单元形成的空间，不是用配管等连通两个参照单元而形成。在本实施方式中，由一 个传感器托架4和�？橹魈�21构成一个参照单元。在此，对测量用基板3m和比较用基板3r进行说明。如图4所示，测量用基板3m包括硅基板31，具有例如俯视为矩形的孔洞部31a ； 隔膜结构的电阻件保持膜32 (例如由SiO2膜和在该SiO2膜上形成的Si3N4膜构成)，设置 在该硅基板31上来遮挡孔洞部31a ；薄膜电阻件33，由在该电阻件保持膜32上形成的白 金构成；以及垫片部34，成为与该薄膜电阻件33的各个端部接触的配线连接部，由金构成。 此外，在薄膜电阻件33和电阻件保持膜32上，部分被TEOS-SiO2膜等表面保护膜35覆盖。 并且，比较用基板3r的结构与测量用基板3m相同。具体地说，构成测量用基板3m的硅基板31和构成比较用基板3r的硅基板31做 成相同的形状，在本实施方式中俯视都为矩形。此外，构成测量用基板3m的薄膜电阻件33 的图案和构成比较用电阻R3、R4的薄膜电阻件33的图案，做成相同图案，使它们的电阻值 相同。其他膜的结构也相同。如上所述，通过使测量用基板3m和比较用基板3r的结构相 同，使测量用基板3m和比较用基板3r的温度特性相同。此外，配置在惠斯登电桥电路WB的对边上的测量用电阻R1、R2由在一个硅基板31 上形成图案的两个薄膜电阻件33构成，配置在另一组对边上的比较用电阻R3、R4由在一个 硅基板31上形成图案的两个薄膜电阻件33构成。在此，参照图5，以构成测量用电阻Rl、R2的薄膜电阻件33的图案为代表进行说明。构成测量用电阻R1、R2的薄膜电阻件33分别在把硅基板31表面两等分的每个区 域内形成一个。此外，在各区域形成的薄膜电阻件33做成相对于两等分线对称。具体地说，各薄膜电阻件33在硅基板31 (具体为电阻件保持膜32)的表面上，具 有形成图案的两个图案形成部33P，各图案形成部33P的图案形状做成在周围部位的密度 最大、向中央部位密度逐渐变�。毕蛲及感纬刹�33P通电时，可以使图案形成部33P附近 的温度升温到基本相同。
更详细地说，图案形成部33P的图案形状做成双Z形，在一个方向(例如左右方 向)的两端部位上，薄膜电阻件33的线宽度和薄膜电阻件33的线之间的间隔(间距)均为 最�。匠蛑醒氩课唬∧さ缱杓�33的线宽度和薄膜电阻件33的线之间的间隔(间距) 逐渐变大。 此外，在本实施方式的导热系数传感器100中，为了提高传感器灵敏度，优选的是 尽可能地使薄膜电阻件33(测量用电阻R1、R2和比较用电阻R3、R4)的温度上升。可是， 根据防爆标准，薄膜电阻件33的温度上限值受到限制，所以优选的不是具有峰值的温度分 布，而是宽幅的温度分布。根据这种观点，图6是表示本实施方式的薄膜电阻件33的温度分布模拟结果。图 6所示的温度(Y轴)是表示沿图5中的线C的温度。此外，图6中所谓“改进后”是表示本 实施方式的薄膜电阻件33的温度分布，所谓“改进前”是作为比较例，把薄膜电阻件的图案 形成部的图案形状做成双Z形，在图案的两端部位和中央部位上，均使薄膜电阻件的线宽 度和薄膜电阻件的线之间的间隔相同，周围部位的密度和中央部位的密度相等。从该图6可以看出，“改进前”的温度在中心部位具有峰值，该峰值受到防爆标准 温度(具体地说为130°C )的限制，不能使其他部分的温度上升到比它更高的温度。另一方 面，“改进后”的温度在防爆标准温度(具体地说为130°C )以下形成均勻的温度分布。传感器基板3的配线结构以往的气体传感器把具有构成惠斯登电桥电路的测量用电阻等电路要素的传感 器基板配置在测量空间内。在该传感器基板上形成作为电路要素的配线连接部的垫片部， 垫片部由金或白金制成。并且，引线连接到一个端部设置在测量空间内的引脚上。其中，在试样气体含有酸性或碱性的腐蚀性成分的情况下，引脚需要具有耐腐蚀 性，以往在耐腐蚀性差的例如铁(Fe)上镀铜(Cu)，再镀镍(Ni)，然后镀金(Au)。可是，如果镀层具有针孔(微细孔)，则腐蚀性成分从该微细孔进入，使引脚被腐 蚀造成传导不良，会导致检测信号产生误差等。此时，为了使针孔消失，可以考虑增加镀层的厚度，但是一旦增加镀层厚度必然存 在成本增加的问题。为了一并解决上述问题，本发明气体传感器通过提高耐腐蚀性从而可以延长寿 命，并且提高了传感器基板的垫片部和引脚的电连接性能。即，本发明气体传感器的特征在于包括传感器基板，设置在测量空间内，形成用 于检测试样气体的电路要素，并具有作为该电路要素的配线连接部的金或白金制的垫片 部；镍合金制的引脚，一个端部设置在测量空间内，与所述垫片部电连接，另一个端部设置 在测量空间外；以及金或白金制的连接件，与所述垫片部和所述引脚的一个端部电连接。在 所述引脚的一个端部上形成由铬、钨或钛构成的第一层；以及在该第一层上由金或白金 构成的第二层。按照上述结构，由于用镍合金制成引脚，所以可以使引脚具有耐腐蚀性，可以防止 传导不良，解决检测信号产生误差等问题，此外可以延长寿命。并且，在引脚的一个端部上 形成由铬等构成的第一层和由金等构成的第二层，从而成膜，通过把连接件连接在该第二 层上，可以提高连接件和引脚的电连接性能。此外，为了提高外部导线和引脚的电连接性能，优选的是在所述引脚的另一个端部上形成由铬、钨或钛构成的第一层；以及在该第一层上由镍构成的第二层，在该第二层 上连接外部导线。为了利用支承传感器基板的构件的热膨胀系数和传感器基板的热膨胀系数不同， 来缓解传感器基板产生的应力，适当地防止传感器基板的破损，优选的是具有把所述传感 器基板支承在所述测量空间内的底座，在所述底座和所述传感器基板之间夹有中间件，所 述中间件的热膨胀系数在所述底座的热膨胀系数和所述传感器基板的热膨胀系数之间。具体地说，如图4所示，在传感器托架4上设置有耐腐蚀性的引脚5，所述引脚5的 一个端部5a设置在空间Si、S2内，与垫片部34电连接，另一个端部5b设置在空间Si、S2 夕卜。在传感器托架4的底座41上形成插入引脚5的插入孔41a，在把引脚5插入到该插入 孔41a内的状态下，利用玻璃密封以气密的方式固定引脚5。引脚5由对于腐蚀性气体显示出耐腐蚀性的材料制成，具体地说，是镍合金制的 棒形构件。此外，本实施方式中的镍合金是以镍(Ni)为主要成分，含有钴(Co)、铬(Cr)、钼 (Mo)、钨(W)、铁(Fe)、硅(Si)、锰(Mn)、碳(C)等的合金。此外，引脚5的一个端部5a (测量空间Sl 一侧端部)和测量用基板3的垫片部34 用连接件6电连接。利用引线结合方式把该连接件6连接在垫片部34和引脚5的一个端 部5a上，在本实施方式中该连接件6是金线。为了利用引线结合方式使镍合金和金线6电连接，并且为了提高耐腐蚀性，如图4 上部的局部放大图所示，在引脚5的一个端部5a上，利用由铬(Cr)构成的第一层7 (Cr层) 和在该第一层7上由金(Au)构成的第二层8 (Au层)来成膜。金线6利用超声波焊接进行 连接。此外，所谓超声波焊接是把金线6用夹具压在引脚5上，利用数十KHz左右的超声波 振动进行搓蹭，利用此时产生的摩擦热和施加的压力进行连接。在本实施方式中，在引脚5的一个端部5a上成膜的Cr层7的膜厚例如为 100 500 A ,Au层8的膜厚例如为2000 A以上。当相对于镍合金，Au层8难以成膜时，如上所述，在Cr层7上成膜后，通过在该 Cr层7上形成Au层8，使Au层8可以在引脚5的测量空间Sl 一侧的端部上(内部引线一 侧)成膜。此外，由于Cr层7容易氧化，即使假设在Au层8上产生了针孔(微细孔)的情 况下，通过在因该针孔而暴露在外部的Cr层7上形成氧化膜，也可以抑制氧化的进行，提高 耐腐蚀性。为了提高镍合金和外部导线9(例如由铜(Cu)构成的引线)的连接性能，如图4 下部的局部放大图所示，在引脚5的另一个端部5b (与测量空间Sl相反一侧的端部)上， 形成由铬(Cr)构成的第一层10(Cr层)、在该第一层10上由镍(Ni)构成的第二层11 (Ni 层)和在该第二层11上由金(Au)构成的第三层12(Au层)，从而成膜。在本实施方式中，在引脚5的另一个端部5b上成膜的Cr层10的膜厚例如为 100 500 A，Ni层11的膜厚例如为8000 A以上，Au层12的膜厚例如为500 A以下。当相对于镍合金，Ni层11难以成膜时，如上所述，在Cr层10上成膜后，通过在该 Cr层10上形成Ni层11，可以使Ni层11在引脚5的另一个端部5b (外部引线一侧)上成 膜。通过用锡焊把外部导线9连接在该Ni层11 上，可以使外部导线9和镍合金(引脚5) 电连接。并且，由于在Ni层11上形成Au层12，所以可以防止Ni层11氧化。此外，在外部 导线9的锡焊中，Au层12溶解，来连接外部导线9和Ni层11。
成膜方法等下面对上述引脚5上的各层的成膜方法等的一个例子进行说明。首先，把引脚5插入到设置在传感器托架4的底座41上的插入孔41a内，利用玻璃密封把引脚5固定在底座41上。然后，使具有与底座41的插入孔41a对应的贯通孔的 掩膜基板从底座41的测量空间Sl 一侧重合，以使引脚5插入到插入孔41a内。此时，从掩 膜基板露出的部分为成膜的部分。在这种状态下，利用溅射法、真空蒸镀法或化学气相淀积 法(CVD)等薄膜制造技术，在从掩膜基板露出的部分上依次形成Cr层7和Au层8的薄膜。 此后，通过把掩膜基板取下，在引脚5的一个端部5a上形成Cr层/Au层的薄膜。并且，使具有与底座41的插入孔41a对应的贯通孔的掩膜基板从与底座41的测 量空间Sl相反一侧重合，以使引脚5插入到插入孔41a内。此时，从掩膜基板露出的部分 为成膜的部分。在这种状态下，利用上述薄膜制造技术，在从掩膜基板露出的部分上，以Cr 层10、Ni层11和Au层12的顺序依次成膜。此后，通过把掩膜基板取下，在引脚5的另一 个端部5b上形成Cr层/Ni层/Au层的薄膜。如上所述，在引脚5的两个端部5a、5b上成膜后，把用于与传感器基板3进行电连 接的金线6利用超声波焊接在引脚5的一个端部5a上。另一方面，把外部导线9用焊锡焊 接在引脚5的另一个端部5b上。此后，把托架主体42用激光焊接在底座41上。由此，使 传感器基板3和引脚5电连接，并且它们被固定在传感器托架4上，形成传感器单元。下面对使用具有上述结构的引脚5的传感器托架4进行耐腐蚀性试验的结果进行 说明。在该耐腐蚀性试验中使用的气体包含50%以上的一氧化氮(NO)或二氧化氮(NO2)。 此外，为了进行比较，对在铁制的底座和引脚上镀金的导热系数传感器(下面称为以往产 品1)和在铁制底座和引脚上镀金后用环氧树脂涂敷的导热系数传感器(下面称为以往产 品2)也进行了同样的试验。在以往产品1中，在1天 2天中底座和引脚发生腐蚀，在以往产品2中，在约20 天中底座和引脚发生腐蚀。另一方面，本实施方式的导热系数传感器100在经过了约250 天后也没有发现底座41和引脚5发生腐蚀。应力缓解结构此外，在本实施方式的导热系数传感器100中，通过把中间件13夹在传感器托架 4的底座41和传感器基板3之间，利用粘接剂14粘接底座41和中间件13，并且粘接中间 件13和传感器基板3，中间件13的热膨胀系数在底座41的热膨胀系数和传感器基板3的 热膨胀系数之间。此外，例如可以使用环氧类粘接剂作为粘接剂14。本实施方式的底座41由不锈钢制成，其热膨胀系数约为16 X 10_6 [/°C ]，传感器基 板3使用硅基板31，其热膨胀系数约为2. 4X ΙΟ"6[/0C ]，所以优选的是中间件13的热膨胀 系数在两者之间。本实施方式的中间件13可以考虑使用具有高融点、化学稳定性良好和导 热系数小的二氧化锆(ZrO2)(热膨胀系数约为10X10_6[/°C ])，或者使用常温强度、耐腐蚀 性和电绝缘性能优良的氧化铝(Al2O3)(热膨胀系数约为8. 1X10_6[/°C])，但是特别优选的 是对腐蚀性气体适用范围宽的二氧化锆。通过把这样的中间件13夹在中间，可以缓解因底座41而在传感器基板3上产生 的应力，可以解决在电阻件保持膜32等上产生弯曲、裂纹的问题。此外，中间件13例如做成直径为400 μ m以上的大体球形。因此，在把底座41和传感器基板3粘接，使中间件13夹在中间的情况下，由于可以增加粘接剂14和中间件13 的接触面积，所以可以把传感器基板3牢固地固定在底座41上。即，可以防止因热膨胀不 同产生的应力而造成粘接破坏。此外，利用在中间件13上涂敷的粘接剂14的表面张力，可 以把传感器基板3定位在中间件13上。最后对底座41和引脚5的组合进行如下说明。 在以往的结构中，底座和引脚为铁制，为了容易与配线连接而进行镀金，使用玻璃 对底座和引脚进行玻璃密封。铁的热膨胀系数约为10X10_6[/°C ]，玻璃的热膨胀系数约为 9. 5X10_6[/°C ]，由于底座和引脚的热膨胀相同，所以不会因温度变化引起玻璃密封的气密 性降低。可是，如上所述，如果在镀金上有针孔(微细孔)，则腐蚀性成分从该微细孔进入， 存在有使铁制的引脚产生腐蚀的问题。为了具有耐腐蚀性，可以考虑使底座和引脚为不锈钢制。可是，即使用玻璃对该不锈钢制底座和不锈钢制引脚进行玻璃密封，由于不锈钢 的热膨胀系数约为16X 10_6[/°C ]，玻璃的热膨胀系数约为9. 5X ΙΟ"6[/0C ]，所以，例如因制 作中把玻璃熔化封入时和把玻璃冷却固化时的温度不同，存在有容易在引脚和玻璃之间产 生间隙的问题。因此，从气密性的角度考虑，引脚不能使用不锈钢。所以在本实施方式的导热系数传感器100中，引脚5使用镍合金(热膨胀系数约 为10.0X1(T6[/°C ])，底座41使用不锈钢，把它们用玻璃进行玻璃密封。其结果，不仅能够 使底座41和引脚5具有耐腐蚀性，并且由于玻璃和镍合金的热膨胀系数接近，所以玻璃和 弓丨脚5在玻璃冷却固化时进行相同的冷却收缩，难以在玻璃和引脚5之间产生间隙，而且， 通过使底座41使用热膨胀系数大的不锈钢，可以在冷却收缩时进一步确保高气密性。本实施方式的效果采用上述结构的本实施方式的导热系数传感器100，把配置在对边上的测量用电 阻R1、R2收容在一个测量空间Sl内，把配置在对边上的比较用电阻R3、R4收容在一个参照 空间S2内，所以可以使导热系数传感器100小型化。此外，由两个测量用电阻R1、R2和两个比较用电阻R3、R4构成惠斯登电桥电路WB， 所以可以不需要用于构成惠斯登电桥电路WB的外部电阻。此外，可以无须考虑外部电阻受 到的外部温度的影响，不需要对外部电阻进行温度影响的修正。由于只设置一个参照空间S2，所以可以减小因封入参照气体等造成的制造误差。 此外，可以通过减少空间数量来减少部件数量，可以有助于降低成本。并且，与简单地各设置一个测量空间Sl和参照空间S2、在该空间内设置一个测量 用电阻R1、R2和比较用电阻R3、R4的情况相比，能够使检测信号成倍增加，所以可以提高测
量灵敏度。其他变形实施方式本发明并不限定于所述实施方式。例如在所述实施方式中，利用Au引线结合方式连接传感器基板和引脚5，除此以 夕卜，也可以利用Pt引线结合方式。此时，在引脚5的一个端面上，在Cr层上形成的第二层 不是Au层，而是形成Pt层的薄膜。此外，作为连接件6并不限定于引线，也可以是夹在引脚5的前端面和垫片部34 之间的例如球形的构件。
并且，在所述实施方式中，在硅基板上形成薄膜电阻件，但也可以在玻璃上涂敷白 金测温电阻件。不过在这种情况下，与所述实施方式相比，由于结构的偏差大，存在有测量 灵敏度产生波动的问题。此外，由于涂敷玻璃，所以存在热容量大且响应速度慢的问题。除此以外，也可以把所述实施方式或变形实施方式的一部分或全部进行适当组合，本发明并不限于所述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然可以进行各种变形。
权利要求
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。
2.根据权利要求1所述的导热系数传感器，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的导热系数传感器，其特征在于，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�。� 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。
4.一种气体分析装置，其特征在于，使用权利要求1-3中任意一项所述的导热系数传 感器。
全文摘要
本发明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。
文档编号G01N25/18GK101846643SQ20101013913
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月19日 优先权日2009年3月27日
发明者世古朋子, 井户琢也, 松滨诚, 水谷浩, 生田卓司, 远藤正彦, 高田秀次 申请人:株式会社堀场制作所
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