Ein neuer Ansatz für eine präzise automatische Temperaturkalibrierung von Microhotplates

Abstract

In dieser Arbeit wird eine Methode für die Temperaturkalibrierung von Microhotplates am Beispiel von MEMS-Gassensoren vorgestellt. Als Bezugspunkte dienen Fest-Flüssig-Phasenübergänge von Referenzmaterialien. Die latente Wärme des Phasenübergangs führt zu einem Anstieg der Wärmekapazität, was sich bei einer definierten Heizrampe in einem lokalen Maximum der Heizleistung widerspiegelt. Die Methode wird mit einem AS-MLV-P2 Gassensor (ams Sensor Germany GmbH) mit integriertem Membranheizer getestet. Als Referenzmaterial für die Entwicklung der Methode wird Hexatriacontan verwendet, dessen Schmelzpunkt bei 76 °C als erster und die Raumtemperatur (22 °C) als zweiter Kalibrierpunktpunkt dient. Durch den hohen Siedepunkt von 497 °C kann die Reproduzierbarkeit des Verfahrens getestet werden. Der Schmelzpunkt kann als Onset-Punkt des Schmelzvorgangs mit einer Wiederholgenauigkeit von ±0,15 K ermittelt werden. Bei variierenden Versuchsbedingungen (Heizrate) liegt die Wiederholgenauigkeit weiterhin deutlich unter 1 K. Weitere Versuche werden mit den Referenzmaterialien Pyrazin und Urotropin durchgeführt, da diese durch einen relativ niedrigen Siedepunkt von (115 °C und 263 °C) und ihre gute Löslichkeit in Wasser und Alkoholen auch innerhalb von Fertigungsprozessen reversibel appliziert und entfernt werden können. Bei beiden Materialien konnten die Phasenübergangstemperaturen aus dem Heizleistungsverlauf präzise bestimmt werden.