专利名称：用于气体分析设备的红外辐射器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于气体分析设备的红外辐射器装置，所述装置由一辐射器壳体构成，所述辐射器壳体的内腔的一侧被一可透辐射的窗口封闭，所述内腔中设有一板状陶瓷体，所述陶瓷体上覆有一结构化加热电阻层。
背景技术：
红外气体分析的宽带辐射源一般采用电阻辐射器(Widerstandsstrahler)，其反应器壳体被可透辐射的窗口(例如CaF2-IR窗口)封闭，壳体内设有螺旋灯丝。壳体内充注保护气体(例如N2)，以免螺旋灯丝与周围空气发生化学反应。也可用其它气体如&在螺旋灯丝上形成保护层，例如氧化层。目前的现有技术中还有一类采用厚膜或薄膜工艺形成结构化加热电阻层的平面辐射源，该加热电阻层直接形成在可透辐射的窗口上(例如US4620104)，或者形成在布置于辐射器壳体内的陶瓷体上(DE1936M5，DE4420340)。本发明涉及的是上述第二种红外辐射器装置。在DE1936245所揭示的装置中，加热电阻层通过汽化渗镀工艺形成于矩形陶瓷板的正面，其背面则以汽化渗镀、粘合或烧结工艺形成钼电阻温度计。陶瓷板由多个用于加热电阻层和钼电阻温度计的接点支承，这些接点透过辐射器壳体的后壁伸出在辐射器壳体外部。在DE4420340所揭示的装置中，浆料(例如钼浆料)形式的加热电阻层通过厚膜工艺以先印后烘焙的方式盘旋状形成于同样呈矩形的AlN衬底的正面。陶瓷衬底的背面装有热电偶形式的热敏元件。DE4420340没有揭示陶瓷衬底在辐射器壳体内的固定方式。

发明内容
本发明的目的是确保所述陶瓷体和覆在该陶瓷体上的加热电阻层得到可靠而明确的固定。本发明用以达成上述目的的解决方案为在前述类型的装置中，所述板状陶瓷体实施为等边三角板，所述等边三角板通过其三角形顶点固定在所述辐射器壳体的内圆周上。所述三角形顶点不一定是尖的，也可以经倒圆或削平处理。三点式安装可将陶瓷体可靠而明确地固定在辐射器壳体内。其中，等边三角板的三角形顶点优选固定在形成于辐射器壳体的内圆周上的环行槽中。作为替代方案，可以通过局部形成于壳体内壁上的突起或槽隙，或者通过设置在壳体内壁上的弹性元件来固定三角形顶点。本发明装置的另一优点在于，三点式安装可将陶瓷体到辐射器壳体的传热最小化。如此便可通过钎焊连接，在三角板的三角形顶点区域内将加热电阻层和有可能存在的其它电阻层(例如用于温度测量的电阻层)与连接线连接起来。替代性的连接方法例如有烧结和焊接。
为了改善所述三角板内部(特别是其边缘区域内)的温度分布和应力分布，所述加热电阻层形成多个沿所述三角板的边缘和靠近所述边缘分布的子结构。这些子结构例如可以呈直线状平行于所述边缘分布，或者在所述边缘与加热电阻层位于三角板内侧区域的其余结构之间的区域内呈波纹状分布。所述陶瓷体的边缘仅受到单面加热，因而该区域内存在传热现象。因此，加热电阻层沿所述边缘分布的子结构的电阻优选高于加热电阻层的其余结构，亦即，所述边缘上的电阻加热程度相对较大。举例而言，可以通过减小导线截面或者通过对加热电阻层进行掺杂来实现相对较高的电阻。所述陶瓷体呈三角形，因此其边缘与所述辐射器壳体的内壁之间会形成开口。辐射器壳体可在其与所述窗口相对布置的内侧具有采用相应设计的反射器，以便从陶瓷体远离窗口的一面出发的辐射分量透过这些开口传递到窗口上。最后，用一大面积的陶瓷衬底可以很方便地制造出大量的三角形陶瓷体，具体方式是在三个相互间成60°角的方向上沿多条平行线进行划痕或激光打孔，借此在该陶瓷衬底上设置规定断裂线，而后沿规定断裂线断裂分离出单个陶瓷体。所述三角板的边缘则构成断裂边。测量和控制温度时可用已知方式测量所述加热电阻层或其他电阻层的电阻。但是，就算将电阻值控制得保持不变，老化所引起的电阻变化仍然会导致产生不同的温度，进而使得所产生的辐射具有不同的强度谱。通过用至少两个具有不同温度特性的电阻结构进行冗余温度检测，可检测出这种由老化引起的电阻层变化。举例而言，通过对电阻层进行相应掺杂，可以实现温度特性上的差异。


下文将借助附图对本发明予以进一步说明，其中图1为本发明包括陶瓷体的红外辐射器装置的实施例截面图，所述陶瓷体载有加热电阻层；图2为所述陶瓷体的俯视图；图3为陶瓷衬底的实施例，所述陶瓷衬底具有规定断裂线，以便分离出多个陶瓷体；图4为具有不同温度特性的两个电阻结构的示范性电阻/温度特性曲线；以及图5和图6为加热电阻层采用不同结构化方式的陶瓷体的实施例。
具体实施例方式图1为一红外辐射器装置的截面图，该装置包括辐射器壳体1，其内部被可透红外线的窗口 2封闭。辐射器壳体1内设有板状陶瓷体3，该陶瓷体靠近窗口 2的一面覆有结构化加热电阻层4。图2为陶瓷体3的俯视图。陶瓷体3实施为等边三角板5，其三角形顶点6固定在形成于辐射器壳体1的内圆周上的环行槽7中。槽7由辐射器壳体1上的环行凸肩8和布置在窗口 2与陶瓷体3之间的卡圈9构成。加热电阻层4由先通过丝网印刷涂覆到陶瓷体3上、再经焙烧的钼浆料构成。可在陶瓷体3的单面或双面加印多个加热结构41、42，或者也可加印用于温度检测的结构。图2示出两个电性串联且可单独予以加热的蛇形加热结构，这两个加热结构均可用于温度测量和温度控制。作为替代或补充方案，可在陶瓷体3的背面设置用于(冗余)温度测量的钼结构10。三角形结构可将陶瓷体3稳定地固定在辐射器壳体1内。此外，三角形结构会让陶瓷体3的边缘11与辐射器壳体1的内壁之间形成开口，从陶瓷体3远离窗口 2的一面出发的辐射分量透过这些开口被反射器12传递到窗口 2上。三点式安装可将陶瓷体3到辐射器壳体1的传热最小化，从而可在三角板5的三角形顶点6区域内，通过与连接线14钎焊连接而将加热电阻层4和其他电阻层10与接触区13连接起来，这些连接线14在辐射器壳体1的背面伸出在辐射器壳体外部。图3为一大面积的陶瓷衬底15，用该陶瓷衬底可以很方便地制造出大量的三角形陶瓷体3。为此需要在陶瓷衬底15上设置规定断裂线，具体方式是在三个相互间成60°角的方向上沿平行线16进行划痕或激光打孔，而后沿规定断裂线断裂分离出单个陶瓷体3。 三角板5的边缘11则构成断裂边。图4为图2中具有不同温度特性的两个电阻结构41和42的电阻/温度(R/T)特性曲线R41和R42，举例而言，通过对其中一个电阻结构进行掺杂或者对两个电阻结构进行不同掺杂，可使其具有不同的温度特性。由于老化，特性曲线R41变成了 Ra41，特性曲线R42 变成了 Ra42。以电阻控制的方式将电阻结构42加热至温度T1,其中，额定电阻值为礼。在温度T1下，在电阻结构41上测得的电阻值为&。电阻结构41和42老化后，如果仍然将电阻结构42控制为电阻值R1，温度就会非期望地降低为温度T2。但是由于电阻结构41具有不同的温度特性，在该温度T2下在电阻结构41上测到的不是原始电阻值&，而是变化后的电阻值R3，这表明电阻结构41和42的电阻因老化而发生变化，也表明温度设定错误。图5为等边三角板5形式的陶瓷体3，三角形顶点6在此得到了削平处理。加热电阻层4由内侧子结构43和外侧子结构44构成，内侧子结构43与图2中的加热结构42相似，外侧子结构44在三角板5的边缘11与加热电阻层4的内侧子结构43之间的区域内呈波纹状分布。借此可使三角板5上除三角形顶点6以外的所有区域都能得到均勻加热。接触区16内各设两个小孔17，这两个小孔在烧结之前用于安装连接线14(图1)。 借此可为经烧结处理的接触点减轻机械负荷。在如图6所示的实施例中，加热电阻层4由内侧子结构45和外侧子结构46构成， 内侧子结构45在三角板5的区域内呈波纹状分布，外侧子结构46的形式是内侧子结构45 的进线，其呈直线状平行于边缘11分布。陶瓷体3的边缘11仅受到单面加热，因而该区域内存在传热现象。因此，加热电阻层4的外侧子结构46被设计为其电阻高于内侧子结构45 的电阻。
权利要求
1.一种用于气体分析设备的红外辐射器装置，所述红外辐射器装置由辐射器壳体(1) 构成，所述辐射器壳体的内腔的一侧被可透辐射的窗口( 封闭，所述内腔中设有板状陶瓷体(3)，所述陶瓷体上覆有结构化加热电阻层0)，其特征在于，所述板状陶瓷体C3)实施为等边三角板(5)，所述等边三角板通过其三角形顶点(6)固定在所述辐射器壳体(1)的内圆周上。
2.根据权利要求1所述的红外辐射器装置，其特征在于，所述等边三角板( 的三角形顶点(6)固定在形成于所述辐射器壳体(1)的内圆周上的环行槽(7)中。
3.根据权利要求1或2所述的红外辐射器装置，其特征在于，所述加热电阻层(4)和有可能存在的其它电阻层(10)在所述三角板(5)的三角形顶点(6)区域内与连接线(14)连接。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的红外辐射器装置，其特征在于，所述加热电阻层(4)形成沿所述三角板(5)的边缘(11)和靠近所述边缘分布的子结构(44，46)。
5.根据权利要求4所述的红外辐射器装置，其特征在于，所述加热电阻层⑷沿所述边缘(11)分布的子结构G4，46)的电阻高于所述加热电阻层的其余结构。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的红外辐射器装置，其特征在于，所述辐射器壳体(1)在其与所述可透辐射的窗口( 相对布置的内侧具有反射器 (12)。
7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的红外辐射器装置，其特征在于，所述三角板(5)的边缘(11)构成断裂边。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的红外辐射器装置，其特征在于，所述陶瓷体(3)上设有至少两个具有不同温度特性的电阻结构01，42)，以便进行冗余温度检测。
全文摘要
一种用于气体分析设备的红外辐射器装置，所述红外辐射器装置由辐射器壳体构成，所述辐射器壳体的内腔的一侧被可透辐射的窗口封闭，所述内腔中设有板状陶瓷体(3)，所述陶瓷体上覆有加热电阻层(4)。为了确保所述陶瓷体(3)得到可靠而明确的固定，所述陶瓷体实施为等边三角板(5)，所述等边三角板通过其三角形顶点(6)固定在所述辐射器壳体(1)的内圆周上，优选固定在环行槽(7)内。
文档编号G01J3/10GK102341683SQ201080010069
公开日2012年2月1日 申请日期2010年3月13日 优先权日2009年3月13日
发明者卡米尔·黑费斯, 托马斯·赫纳, 拉尔夫·比特 申请人:西门子公司