JP2002500356A - 対象となる流体の選択された特性を１つのヒータ・エレメントを用いて測定する方法および装置 - Google Patents
対象となる流体の選択された特性を１つのヒータ・エレメントを用いて測定する方法および装置Info
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Abstract
(57)【要約】
センサの単一のヒータ・エレメントを用いて、比較的短時間に、熱伝導率、圧力及び／又は温度を含む、選択された流体の特性を決定する方法及び装置である。これは、ヒータ・エレメントに供給される入力信号と、その結果として生ずるヒータ・エレメントの過渡的温度応答との間の変動位相又は時間遅延を測定することによって成し遂げられる。
Description
【０００１】 発明の属する技術分野 本発明は、流体の或る物理的特性の測定に関し、特に、流体の熱伝導度、圧力
、および／または温度の決定に関する。
、および／または温度の決定に関する。
【０００２】 係属中の出願の相互参照 この出願は、１９９７年１２月３１日に出願され、「ＴＩＭＥ ＬＡＧ ＡＰ ＰＲＯＡＣＨ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＴＨＥＲＭＡＬ ＣＯＮＤＵＣＴ
ＩＶＩＴＹ ＡＮＤ ＳＰＥＣＩＦＩＣ ＨＥＡＴ」と題された米国特許出願第 ０９／００２１５６号、１９９７年１２月３１日に出願され、「ＴＩＭＥ ＬＡ Ｇ ＡＰＰＲＯＡＣＨ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＶＥＬＯＣ
ＩＴＹ」と題された米国特許出願第０９／００２１５７号、１９９７年１２月３ １日に出願され、「ＳＥＬＦ−ＯＳＣＩＬＬＡＴＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＳＥＮＳ ＯＲ」と題された米国特許出願第０９／００１７３５号、１９９８年１２月３１ 日に出願され、「ＦＬＵＩＤ ＰＲＯＰＥＲＴＹ ＡＮＤ ＦＬＯＷ ＳＥＮＳ ＩＮＧ ＶＩＡ Ａ ＣＯＭＭＯＮ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ
ＡＮＤ ＦＦＴ」と題された米国特許出願第０９／００１４５３号、に関し、 これらの出願は全て本発明の譲り受け人に譲渡されており、また本書において参
照される。
ＩＶＩＴＹ ＡＮＤ ＳＰＥＣＩＦＩＣ ＨＥＡＴ」と題された米国特許出願第 ０９／００２１５６号、１９９７年１２月３１日に出願され、「ＴＩＭＥ ＬＡ Ｇ ＡＰＰＲＯＡＣＨ ＦＯＲ ＭＥＡＳＵＲＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＶＥＬＯＣ
ＩＴＹ」と題された米国特許出願第０９／００２１５７号、１９９７年１２月３ １日に出願され、「ＳＥＬＦ−ＯＳＣＩＬＬＡＴＩＮＧ ＦＬＵＩＤ ＳＥＮＳ ＯＲ」と題された米国特許出願第０９／００１７３５号、１９９８年１２月３１ 日に出願され、「ＦＬＵＩＤ ＰＲＯＰＥＲＴＹ ＡＮＤ ＦＬＯＷ ＳＥＮＳ ＩＮＧ ＶＩＡ Ａ ＣＯＭＭＯＮ ＦＲＥＱＵＥＮＣＹ ＧＥＮＥＲＡＴＯＲ
ＡＮＤ ＦＦＴ」と題された米国特許出願第０９／００１４５３号、に関し、 これらの出願は全て本発明の譲り受け人に譲渡されており、また本書において参
照される。
【０００３】 従来技術の説明 対象となる流体の熱伝導度および他の特性を測定するために、多くのアプロー
チが工夫されてきた。そのようなアプローチの一つは、米国特許第４７３５０８
２号に開示されており、この特許において、熱伝導度は、ホイーストン・ブリッ
ジ技法を使用して検出され、この技法で、ブリッジの一脚におけるフィラメント
は、対象のサンプル・ガスが通過する空洞内に配置される。フィラメントは、入
力電圧を変化させることによって種々のレベルで、一連の熱エネルギー量を対象
の流体に導くために使用され、この種々のレベルは、別の脚において電位差信号
として検出される。連続する信号ストリームの値の変化の積分は、流体を介して
散逸するエネルギーを示す、従って流体の熱伝導度を示す信号を与える。
チが工夫されてきた。そのようなアプローチの一つは、米国特許第４７３５０８
２号に開示されており、この特許において、熱伝導度は、ホイーストン・ブリッ
ジ技法を使用して検出され、この技法で、ブリッジの一脚におけるフィラメント
は、対象のサンプル・ガスが通過する空洞内に配置される。フィラメントは、入
力電圧を変化させることによって種々のレベルで、一連の熱エネルギー量を対象
の流体に導くために使用され、この種々のレベルは、別の脚において電位差信号
として検出される。連続する信号ストリームの値の変化の積分は、流体を介して
散逸するエネルギーを示す、従って流体の熱伝導度を示す信号を与える。
【０００４】 電気抵抗における熱誘導による変化の測定に加えて、特に従来技術の図１ない
し図５を参照して以下に詳細に説明されるように、非常に小さく且つ非常に正確
な「マイクロブリッジ」半導体チップ・センサが説明されており、エッチングされ
た半導体「マイクロブリッジ」がヒータおよびセンサとして使用されている。その
ようなセンサは、例えば、流速を測定するために、薄膜ヒータの周りに一対の薄
膜センサを含むことができる。説明されたクラスの半導体チップ・センサは、米
国特許第４４７８０７６号、米国特許第４４７８０７７号、米国特許第４５０１
１４４号、米国特許第４６５１５６４号、米国特許第４６８３１５９号のような
、一つまたはそれ以上の特許に更に詳細に説明されており、これら特許の全てが
本発明と共通の譲り受け人に譲渡されている。
し図５を参照して以下に詳細に説明されるように、非常に小さく且つ非常に正確
な「マイクロブリッジ」半導体チップ・センサが説明されており、エッチングされ
た半導体「マイクロブリッジ」がヒータおよびセンサとして使用されている。その
ようなセンサは、例えば、流速を測定するために、薄膜ヒータの周りに一対の薄
膜センサを含むことができる。説明されたクラスの半導体チップ・センサは、米
国特許第４４７８０７６号、米国特許第４４７８０７７号、米国特許第４５０１
１４４号、米国特許第４６５１５６４号、米国特許第４６８３１５９号のような
、一つまたはそれ以上の特許に更に詳細に説明されており、これら特許の全てが
本発明と共通の譲り受け人に譲渡されている。
【０００５】 マイクロブリッジ構造を使用して流体の熱伝導度ｋを測定するための興味ある
一つのアプローチは、Ａａｇａｒｄ他の米国特許第４９４４０３５号に開示され
ている。Ａａｇａｒｄ他の特許は、対象の流体の熱伝導度ｋを測定するために、
ヒータ・フィルムと少なくとも１つのスペースをあけたセンサ・フィルムとを使
用することを開示している。ヒータ・フィルムは、比較的長い期間にわたって付
勢され、それによって流体の温度、それゆえスペースをあけた１または複数のセ
ンサは、比較的一定の値に達し、且つその値を維持する。この期間中に、１また
は複数のセンサを含む１またはそれ以上のホイーストン・ブリッジ構造は出力信
号を発生し、この出力信号は、１または複数のマイクロブリッジ・センサにおけ
る温度変化により生じる電圧不平衡を示す。この不平衡の振幅は、Ａａｇａｒｄ
他の特許の図１３に特に示された、流体の熱伝導度ｋに関連付けられる。前もっ
て得られた較正データを使用して、熱伝導度を決定することができる。
一つのアプローチは、Ａａｇａｒｄ他の米国特許第４９４４０３５号に開示され
ている。Ａａｇａｒｄ他の特許は、対象の流体の熱伝導度ｋを測定するために、
ヒータ・フィルムと少なくとも１つのスペースをあけたセンサ・フィルムとを使
用することを開示している。ヒータ・フィルムは、比較的長い期間にわたって付
勢され、それによって流体の温度、それゆえスペースをあけた１または複数のセ
ンサは、比較的一定の値に達し、且つその値を維持する。この期間中に、１また
は複数のセンサを含む１またはそれ以上のホイーストン・ブリッジ構造は出力信
号を発生し、この出力信号は、１または複数のマイクロブリッジ・センサにおけ
る温度変化により生じる電圧不平衡を示す。この不平衡の振幅は、Ａａｇａｒｄ
他の特許の図１３に特に示された、流体の熱伝導度ｋに関連付けられる。前もっ
て得られた較正データを使用して、熱伝導度を決定することができる。
【０００６】 このアプローチの制約は、ヒータ・エレメントと少なくとも１つのセンサ・エ
レメントの双方が流体の熱伝導度を測定するために必要とされることである。別
の制約は、スペースを持ったエレメントの温度が一定値に達し且つそれを維持す
るのを可能にするために、比較的長いヒータ・パルスが必要とされることである
。従って、ヒータ・エレメントのような唯一のエレメントを使用して、比較的短
い期間に、熱伝導度ｋおよび他の流体特性を決定できるセンサを提供することが
望ましい。
レメントの双方が流体の熱伝導度を測定するために必要とされることである。別
の制約は、スペースを持ったエレメントの温度が一定値に達し且つそれを維持す
るのを可能にするために、比較的長いヒータ・パルスが必要とされることである
。従って、ヒータ・エレメントのような唯一のエレメントを使用して、比較的短
い期間に、熱伝導度ｋおよび他の流体特性を決定できるセンサを提供することが
望ましい。
【０００７】 発明の概要 本発明は、従来技術に関する多くの不都合を、単一のヒータ・エレメントを用
いて、比較的短時間に、熱伝導率、圧力及び／又は温度を含む、選択された流体
の特性を決定する装置及び方法を提供することによって克服する。これは、ヒー
タ・エレメントに供給される入力信号と、その結果として生ずるヒータ・エレメ
ントの過渡的温度応答との間の変動位相又は時間の遅れを測定することによって
成し遂げられる。
いて、比較的短時間に、熱伝導率、圧力及び／又は温度を含む、選択された流体
の特性を決定する装置及び方法を提供することによって克服する。これは、ヒー
タ・エレメントに供給される入力信号と、その結果として生ずるヒータ・エレメ
ントの過渡的温度応答との間の変動位相又は時間の遅れを測定することによって
成し遂げられる。
【０００８】 好適な実施例においては、周期的な時変（時間変化）入力信号がヒータ・エレ
メントに供給され、該ヒータ・エレメントは対象の流体媒質（気体又は液体）の
中に密着して配置される。入力信号はヒータ・エレメントに電力を供給し、該ヒ
ータ・エレメントと対象の流体中に過渡的な昇温状態を誘導する。ヒータ・エレ
メントは流体媒質に密着しているので、熱伝導率「ｋ」がヒータ・エレメントの
時間変化温度応答に直接影響する。更に、流体の熱伝導率は、一般的に流体の圧
力及び／又は温度に依存する。従って、対象流体の熱伝導率、圧力及び／又は温
度は、ヒータ・エレメントに供給される入力信号と、その結果として生ずるヒー
タ・エレメントの過渡的温度応答との間の変動する位相（フェーズ）の遅れ又は
時間の遅れを測定することによって決定できるということが判った。
メントに供給され、該ヒータ・エレメントは対象の流体媒質（気体又は液体）の
中に密着して配置される。入力信号はヒータ・エレメントに電力を供給し、該ヒ
ータ・エレメントと対象の流体中に過渡的な昇温状態を誘導する。ヒータ・エレ
メントは流体媒質に密着しているので、熱伝導率「ｋ」がヒータ・エレメントの
時間変化温度応答に直接影響する。更に、流体の熱伝導率は、一般的に流体の圧
力及び／又は温度に依存する。従って、対象流体の熱伝導率、圧力及び／又は温
度は、ヒータ・エレメントに供給される入力信号と、その結果として生ずるヒー
タ・エレメントの過渡的温度応答との間の変動する位相（フェーズ）の遅れ又は
時間の遅れを測定することによって決定できるということが判った。
【０００９】 本発明の他の目的及び多くの付随する利点は、添付の図面を関連して考慮しな
がら以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解すると共に、容易に
認識できるであろう。図面中において、同じ参照番号は同じ部分を示す。
がら以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解すると共に、容易に
認識できるであろう。図面中において、同じ参照番号は同じ部分を示す。
【００１０】 好適な実施形態の詳細な説明 従って、本発明は、熱伝導性、圧力及び／又は温度のような選択された流体特
性の決定を単一の加熱要素を用いて可能にするシステムを指向している。本アプ
ローチの好適な実施形態は、ミクロ的大きさの加熱要素を問題の流体の比較的静
的（ゼロ流量）サンプルの中に配設することを意図している。マイクロセンサ・
システム、即ち本明細書において称されるが限定ではない「マイクロブリッジ」
が幾つかの理由のためここでは好ましい。システムは、極めて早く反応し、そし
て問題の流体に対してその有利な結合のため非常に正確で非常に感度が良く、ま
た小さく、そして多様な形態に対して適応可能である。
性の決定を単一の加熱要素を用いて可能にするシステムを指向している。本アプ
ローチの好適な実施形態は、ミクロ的大きさの加熱要素を問題の流体の比較的静
的（ゼロ流量）サンプルの中に配設することを意図している。マイクロセンサ・
システム、即ち本明細書において称されるが限定ではない「マイクロブリッジ」
が幾つかの理由のためここでは好ましい。システムは、極めて早く反応し、そし
て問題の流体に対してその有利な結合のため非常に正確で非常に感度が良く、ま
た小さく、そして多様な形態に対して適応可能である。
【００１１】 例えば、本発明に対して好適なある実施形態において意図されるマイクロブリ
ッジ半導体チップ・センサが、上記で特定した特許に示されている１つ以上のマ
イクロブリッジ・システムの形式に似ていてもよい。そのようなシステムは、ア
ーガード（Ａａｇａｒｄ）他に対しての米国特許Ｎｏ．４，９９４，０３５から
取られた図１〜図５により例示される。その事例の説明は、本発明を理解するの
に役立つのでここに示されている。本発明は必要な程度まで十分であると考えら
れるが、引用されたマイクロブリッジ関連の特許に含まれているいずれの追加の
資料が援用されると見なされる。
ッジ半導体チップ・センサが、上記で特定した特許に示されている１つ以上のマ
イクロブリッジ・システムの形式に似ていてもよい。そのようなシステムは、ア
ーガード（Ａａｇａｒｄ）他に対しての米国特許Ｎｏ．４，９９４，０３５から
取られた図１〜図５により例示される。その事例の説明は、本発明を理解するの
に役立つのでここに示されている。本発明は必要な程度まで十分であると考えら
れるが、引用されたマイクロブリッジ関連の特許に含まれているいずれの追加の
資料が援用されると見なされる。
【００１２】 図１〜図５の従来技術システムは、一対の薄膜温度センサ２２及び２４、薄膜
ヒータ２６、及びベース基板と接触していないセンサ及びヒータを支持する支持
部材２０を意図している。薄膜温度センサ２２及び２４は、ヒータ２６の反対側
に配設されている。支持部材２０は、精密エッチング技術に対するその適合性及
び電子チップ製作適応性の容易さのため選定される半導体、好ましくはシリコン
である。本実施形態は、薄膜加熱センサとして作用する２つの同一の温度感知抵
抗グリッド２２及び２４と、薄膜ヒータとして作用する中心に配置されたヒータ
抵抗グリッド２６とを含む。
ヒータ２６、及びベース基板と接触していないセンサ及びヒータを支持する支持
部材２０を意図している。薄膜温度センサ２２及び２４は、ヒータ２６の反対側
に配設されている。支持部材２０は、精密エッチング技術に対するその適合性及
び電子チップ製作適応性の容易さのため選定される半導体、好ましくはシリコン
である。本実施形態は、薄膜加熱センサとして作用する２つの同一の温度感知抵
抗グリッド２２及び２４と、薄膜ヒータとして作用する中心に配置されたヒータ
抵抗グリッド２６とを含む。
【００１３】 薄膜温度センサ２２及び２４及び薄膜ヒータ２６は、いずれの適切な安定金属
又は合金フィルムから製作され得る。用いられる金属は、８０％ニッケルと２０
％鉄の組成を有するニッケル鉄合金、ときにパーマロイと呼ばれるものであり得
る。センサ及びヒータ・グリッドは、フィルム部材を形成するため、層２８及び
２９、好ましくは窒化シリコンＳｉ３Ｎ４から通常構成される誘電体の薄膜の中
に封入されている。
又は合金フィルムから製作され得る。用いられる金属は、８０％ニッケルと２０
％鉄の組成を有するニッケル鉄合金、ときにパーマロイと呼ばれるものであり得
る。センサ及びヒータ・グリッドは、フィルム部材を形成するため、層２８及び
２９、好ましくは窒化シリコンＳｉ３Ｎ４から通常構成される誘電体の薄膜の中
に封入されている。
【００１４】 図１及び図２において、センサは２つのフィルム部材３２及び３４を備え、部
材３２はセンサ２２を構成し、部材３４はセンサ２４を構成し、各部材はヒータ
２６の半分を有しかつ１５０ミクロン幅で４００ミクロン長さの好適な寸法を有
する。
材３２はセンサ２２を構成し、部材３４はセンサ２４を構成し、各部材はヒータ
２６の半分を有しかつ１５０ミクロン幅で４００ミクロン長さの好適な寸法を有
する。
【００１５】 システムは更に、要素２２、２４、２６を実効的に取り囲む流体空間３０を正
確に規定するものとし、そして構造体をシリコン表面３６上に製作することによ
り達成される。薄膜要素２２、２４及び２６は、ほぼ０．０８から０．１２ミク
ロンの厚さを有し、かつ５ミクロンのオーダのライン幅と、５ミクロンのオーダ
のライン間間隙を有する。窒化シリコン・フィルムの中に封入された要素は、ほ
ぼ０．８ミクロン又はそれ以下の全体厚さを有することが好ましい。流体空間３
０は、続いて、約１００ミクロンの深さの正確に形成された流体空間をフィルム
部材３２及び３４の下でシリコン本体２０の中にエッチングすることにより製作
され得る。
確に規定するものとし、そして構造体をシリコン表面３６上に製作することによ
り達成される。薄膜要素２２、２４及び２６は、ほぼ０．０８から０．１２ミク
ロンの厚さを有し、かつ５ミクロンのオーダのライン幅と、５ミクロンのオーダ
のライン間間隙を有する。窒化シリコン・フィルムの中に封入された要素は、ほ
ぼ０．８ミクロン又はそれ以下の全体厚さを有することが好ましい。流体空間３
０は、続いて、約１００ミクロンの深さの正確に形成された流体空間をフィルム
部材３２及び３４の下でシリコン本体２０の中にエッチングすることにより製作
され得る。
【００１６】 フィルム部材３２及び３４は、半導体本体２０の上側表面３６に、１つ以上の
窪み又は流体空間３０の端で接続する。図３に図示されているように、フィルム
部材３２及び３４が窪み３０を横切って架橋され、そして代替として、例えば、
フィルム部材３２及び３４が窪み３０を越えて片持ち梁の状態にされてもよい。
窪み又は流体空間３０の端で接続する。図３に図示されているように、フィルム
部材３２及び３４が窪み３０を横切って架橋され、そして代替として、例えば、
フィルム部材３２及び３４が窪み３０を越えて片持ち梁の状態にされてもよい。
【００１７】 図示のシステムにおいて、熱はヒータからセンサへそれらの間に結合する固体
及び流体の双方により流れる。窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）は、良好な電気絶縁体
である上にまた有効な固体熱絶縁体であることに注目すべきである。フィルム部
材３２及び３４内の接続用窒化シリコン・フィルムは良好な絶縁体であるので、
固体を通る熱伝導は、ヒータ２６からの熱の伝搬を支配しない。これは更に、支
持用窒化フィルムを通ってよりむしろ取り囲んでいる流体を通る流れにより、感
知抵抗２２及び２４にヒータ抵抗２６から伝導された相対的熱量を増強する。更
に、支持用窒化シリコン・フィルムは十分低い熱伝導性を有するので、感知抵抗
グリッド２２及び２４を加熱抵抗グリッド２６に直ちに隣接して配置又は並置す
ることができる。従って、感知抵抗グリッド２２及び２４は、実質的にヒータ抵
抗２６に隣接して流体空間の中に固定されて吊り下げられ、そして熱プローブと
して作用して、ヒータ抵抗グリッド２６近く及びその面の空気の温度を測定する
。
及び流体の双方により流れる。窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）は、良好な電気絶縁体
である上にまた有効な固体熱絶縁体であることに注目すべきである。フィルム部
材３２及び３４内の接続用窒化シリコン・フィルムは良好な絶縁体であるので、
固体を通る熱伝導は、ヒータ２６からの熱の伝搬を支配しない。これは更に、支
持用窒化フィルムを通ってよりむしろ取り囲んでいる流体を通る流れにより、感
知抵抗２２及び２４にヒータ抵抗２６から伝導された相対的熱量を増強する。更
に、支持用窒化シリコン・フィルムは十分低い熱伝導性を有するので、感知抵抗
グリッド２２及び２４を加熱抵抗グリッド２６に直ちに隣接して配置又は並置す
ることができる。従って、感知抵抗グリッド２２及び２４は、実質的にヒータ抵
抗２６に隣接して流体空間の中に固定されて吊り下げられ、そして熱プローブと
して作用して、ヒータ抵抗グリッド２６近く及びその面の空気の温度を測定する
。
【００１８】 熱伝導性及び比熱を感知するシステムの動作は、上記で参照したアーガード他
に対しての米国特許Ｎｏ．４，９９４，０３５に詳細に記述されている。典型的
な回路の具体化が図４及び図５を参照して簡潔に説明され、ある知見を加えてい
る。図４は、方形波電気パルスをヒータ１２６に与えるパルス発生器１４０を示
す。ヒータは、加熱パルスをブリッジ１４２の中のセンサ１２２及び１２４に主
に流体を介して結合する。ブリッジの出力は、増幅器１４３を介して１対の比較
器１４４及び１４５に接続され、１対の比較器１４４及び１４５は、カウンタ１
４６への「開始」及び「停止」入力を生じさせ、カウンタ１４６は、１０ＭＨｚ
クロック・パルスを計数する。カウンタは、２つの基準温度Ｔ２とＴ１との間の
時間間隔をセンサ１２２及び１２４で測定する。
に対しての米国特許Ｎｏ．４，９９４，０３５に詳細に記述されている。典型的
な回路の具体化が図４及び図５を参照して簡潔に説明され、ある知見を加えてい
る。図４は、方形波電気パルスをヒータ１２６に与えるパルス発生器１４０を示
す。ヒータは、加熱パルスをブリッジ１４２の中のセンサ１２２及び１２４に主
に流体を介して結合する。ブリッジの出力は、増幅器１４３を介して１対の比較
器１４４及び１４５に接続され、１対の比較器１４４及び１４５は、カウンタ１
４６への「開始」及び「停止」入力を生じさせ、カウンタ１４６は、１０ＭＨｚ
クロック・パルスを計数する。カウンタは、２つの基準温度Ｔ２とＴ１との間の
時間間隔をセンサ１２２及び１２４で測定する。
【００１９】 図５は図４と類似であるが、より詳細に示す。ブリッジ構成は、ヒータ空間セ
ンサ（ｈｅａｔｅｒ−ｓｐａｃｅ−ｓｅｎｓｏｒ）構成である。マイクロブリッ
ジのセンサ抵抗アームは、１２４でホイートストン・ブリッジ１５０に設定され
ている。別の近くの抵抗性アーム１２２は、パルス発生器１５１から電圧パルス
が供給され、熱パルスをマイクロブリッジ・エレメント１２６へ提供する。ホイ
ートストン・ブリッジ１５０はまた、ヌル化バランス化抵抗（ｎｕｌｌｉｎｇ
ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）１５２を含んでもよく、これはデバイ
スを初期的に零化するために用いることができる。ホイートストン・ブリッジの
マイクロブリッジ抵抗センサ１２４は、主に、囲んでいる流体を通じての熱伝導
により、ヒータ・エレメント１２２から熱パルスを受け取る。幾らかの伝導が、
勿論のこと、固体マイクロブリッジ基板および周辺を通じて起きる。
ンサ（ｈｅａｔｅｒ−ｓｐａｃｅ−ｓｅｎｓｏｒ）構成である。マイクロブリッ
ジのセンサ抵抗アームは、１２４でホイートストン・ブリッジ１５０に設定され
ている。別の近くの抵抗性アーム１２２は、パルス発生器１５１から電圧パルス
が供給され、熱パルスをマイクロブリッジ・エレメント１２６へ提供する。ホイ
ートストン・ブリッジ１５０はまた、ヌル化バランス化抵抗（ｎｕｌｌｉｎｇ
ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）１５２を含んでもよく、これはデバイ
スを初期的に零化するために用いることができる。ホイートストン・ブリッジの
マイクロブリッジ抵抗センサ１２４は、主に、囲んでいる流体を通じての熱伝導
により、ヒータ・エレメント１２２から熱パルスを受け取る。幾らかの伝導が、
勿論のこと、固体マイクロブリッジ基板および周辺を通じて起きる。
【００２０】 図５の回路は従来のものであり、ブリッジの出力信号の処理に関する機能的動
作を参照して容易に説明することができる。ブリッジ１５０の電圧出力信号は、
差動増幅器セクションにおいて差動増幅器１５３および１５４により増幅される
。バランス信号は、更に、１５５で高利得増幅器により増幅される。１５６での
信号は、図４の１４７での信号の場合のように、ＤＣ電圧信号Ｕの形態であり、
その振幅は、上述のように、対象の流体の熱伝導率に唯一関連する。
作を参照して容易に説明することができる。ブリッジ１５０の電圧出力信号は、
差動増幅器セクションにおいて差動増幅器１５３および１５４により増幅される
。バランス信号は、更に、１５５で高利得増幅器により増幅される。１５６での
信号は、図４の１４７での信号の場合のように、ＤＣ電圧信号Ｕの形態であり、
その振幅は、上述のように、対象の流体の熱伝導率に唯一関連する。
【００２１】 図５の回路の残りの部分は、ＤＣレベル・クランプ増幅器１５７および分離（
ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）増幅器１５８を含む。温度レベル、時間関連スイッチング
およびカウント回路は、コンパレータ１５９および１６０とＮＡＮＤゲート１６
１および１６２とを含み、図４に示すようにカウンタ・タイミング・デバイス（
図示せず）へ接続される出力を有する。ホイートストン・ブリッジからの出力信
号Ｕは、マイクロブリッジ・センサ（１または複数のセンサ）において対応する
熱パルス出力により誘発される温度変化により起こる電圧不均衡を表す。この不
均衡の大きさが、センサ（１または複数）が吸収したエネルギ量に直接的に関連
するので、この信号の振幅が熱伝導率ｋに直接的に関連する。以前に導出した校
正データを用いて、未知の流体の熱伝導率を判定することができる。
ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）増幅器１５８を含む。温度レベル、時間関連スイッチング
およびカウント回路は、コンパレータ１５９および１６０とＮＡＮＤゲート１６
１および１６２とを含み、図４に示すようにカウンタ・タイミング・デバイス（
図示せず）へ接続される出力を有する。ホイートストン・ブリッジからの出力信
号Ｕは、マイクロブリッジ・センサ（１または複数のセンサ）において対応する
熱パルス出力により誘発される温度変化により起こる電圧不均衡を表す。この不
均衡の大きさが、センサ（１または複数）が吸収したエネルギ量に直接的に関連
するので、この信号の振幅が熱伝導率ｋに直接的に関連する。以前に導出した校
正データを用いて、未知の流体の熱伝導率を判定することができる。
【００２２】 センサ温度がセンサ抵抗またはブリッジ電圧出力により表される２つ以上の既
知の基準温度値またはマーカの間へと上昇または下降するのに必要な時間を測定
することにより、およびｋを知ることにより、対象の流体の単位体積あたりの比
熱Ｃｐｖに関連する測定値が得られる。タイミング・デバイスは、従来の１０Ｍ
ＨＺパルス・カウンタや、それと同様のものでよい。
知の基準温度値またはマーカの間へと上昇または下降するのに必要な時間を測定
することにより、およびｋを知ることにより、対象の流体の単位体積あたりの比
熱Ｃｐｖに関連する測定値が得られる。タイミング・デバイスは、従来の１０Ｍ
ＨＺパルス・カウンタや、それと同様のものでよい。
【００２３】 上述の様式での熱伝導率ｋの判定の制限は、ヒータ・エレメントと少なくとも
１つのセンサ・エレメントとの両方を必要とすることである。別の制限は、間隔
をあけて配置されたセンサ・エレメントの温度が一定値に到達してそれを維持す
ることを可能とするために、比較的長いヒータ・パルスを必要とすることである
。最後に、センサ・エレメントにおける抵抗変化の大きさは、測定される熱伝導
率値に影響し得る。多くの材質の抵抗は、少なくとも幾らかは、時間にわたって
変化し、更なるエラー・ソースとなり得ることが知られている。
１つのセンサ・エレメントとの両方を必要とすることである。別の制限は、間隔
をあけて配置されたセンサ・エレメントの温度が一定値に到達してそれを維持す
ることを可能とするために、比較的長いヒータ・パルスを必要とすることである
。最後に、センサ・エレメントにおける抵抗変化の大きさは、測定される熱伝導
率値に影響し得る。多くの材質の抵抗は、少なくとも幾らかは、時間にわたって
変化し、更なるエラー・ソースとなり得ることが知られている。
【００２４】 図６は、フロー・パイプと一列に配置されるマイクロブリッジ・センサ・パッ
ケージの部分的な断面図である。中央穴２０２をもつ主フロー・チャネル２００
は、対象となる流体を搬送するパイプに接続される。第１チャンバ２０４は、単
一穴２０６を介して、フロー・チャネル２００の中央穴２０２と流体連通してい
る。取り付けられた第１マイクロブリッジ・センサ２１０を有するヘッダ２０８
は、第１チャンバ２０４へ挿入され、示したように主フロー・チャネル２００に
固定される。この構成において、第１マイクロブリッジ・センサは、対象となる
流体に対して、実質的に流れがない状態で、さらすようにする。第１マイクロブ
リッジ・センサ２１０は、典型的に、熱伝導率、比熱、温度および圧力のような
流体の特性を測定するために用いられる。
ケージの部分的な断面図である。中央穴２０２をもつ主フロー・チャネル２００
は、対象となる流体を搬送するパイプに接続される。第１チャンバ２０４は、単
一穴２０６を介して、フロー・チャネル２００の中央穴２０２と流体連通してい
る。取り付けられた第１マイクロブリッジ・センサ２１０を有するヘッダ２０８
は、第１チャンバ２０４へ挿入され、示したように主フロー・チャネル２００に
固定される。この構成において、第１マイクロブリッジ・センサは、対象となる
流体に対して、実質的に流れがない状態で、さらすようにする。第１マイクロブ
リッジ・センサ２１０は、典型的に、熱伝導率、比熱、温度および圧力のような
流体の特性を測定するために用いられる。
【００２５】 第２センサ２２２は、小さいバイパス・チャネル２１４に配置される。この構
成において、第２マイクロブリッジ・センサは対象の流体の流れにさらされる。
第２マイクロブリッジ・センサ２２２は、典型的に、流体速度の測定に用いられ
る。
成において、第２マイクロブリッジ・センサは対象の流体の流れにさらされる。
第２マイクロブリッジ・センサ２２２は、典型的に、流体速度の測定に用いられ
る。
【００２６】 図７は、本発明に従うマイクロブリッジ・システムの断面図を示す。上記で示
したように、本発明は、熱伝導率、圧力および温度を含む、選択された流体の特
性の正確な判定を、１つのヒータ・エレメントを用いて可能にする装置および方
法を提供する。１つのヒータ・エレメントが２５０で示されている。支持部材２
５２は、基板２５４と接触しないようにヒータ・エレメントを支持する。ヒータ
・エレメント２５０と支持部材２５２とが共にフィルム部材を形成する。
したように、本発明は、熱伝導率、圧力および温度を含む、選択された流体の特
性の正確な判定を、１つのヒータ・エレメントを用いて可能にする装置および方
法を提供する。１つのヒータ・エレメントが２５０で示されている。支持部材２
５２は、基板２５４と接触しないようにヒータ・エレメントを支持する。ヒータ
・エレメント２５０と支持部材２５２とが共にフィルム部材を形成する。
【００２７】 ヒータ・エレメント２５０は、プラチナ、ニッケル、鉄ニッケル（Ｉｒｏｎ−
Ｎｉｃｋｅｌ）等のような、任意の適当な安定した材質または合金で作ることが
できる。更に、ヒータ・エレメント２５０は、ワイヤを含む任意の抵抗性エレメ
ントでもよいが、好適にはフィルムである。最後に、ヒータ・エレメント２５０
は、上述のようなグリッド・パターンや単に線のような形状を含む任意の形状と
してもよい。上記で示したように、ヒータ・エレメント２５０は、好適には、窒
化シリコンＳｉ３Ｎ４のような誘電体の薄膜に包み込まれ、支持部材２５２を形
成する。
Ｎｉｃｋｅｌ）等のような、任意の適当な安定した材質または合金で作ることが
できる。更に、ヒータ・エレメント２５０は、ワイヤを含む任意の抵抗性エレメ
ントでもよいが、好適にはフィルムである。最後に、ヒータ・エレメント２５０
は、上述のようなグリッド・パターンや単に線のような形状を含む任意の形状と
してもよい。上記で示したように、ヒータ・エレメント２５０は、好適には、窒
化シリコンＳｉ３Ｎ４のような誘電体の薄膜に包み込まれ、支持部材２５２を形
成する。
【００２８】 正確に規定された流体（ガスまたは液体）空間２５６が好適に提供され、それ
は効果的にヒータ・エレメント２５０を囲み、それはシリコン面２５８にその構
造を作ることにより達成される。ヒータ・エレメント２５０は、好適には、約０
．０８ないし０．１２ミクロンの厚さを有し、ライン幅が５ミクロンのオーダー
であり、グリッドを用いる場合には、ライン間のスペースは５ミクロンのオーダ
ーである。流体空間２５６は、ヒータ・エレメント２５０の下のシリコン基板２
５４を約１００ミクロンの深さに、正確に規定されたシリコンのない空間にエッ
チングすることにより、作成することができる。
は効果的にヒータ・エレメント２５０を囲み、それはシリコン面２５８にその構
造を作ることにより達成される。ヒータ・エレメント２５０は、好適には、約０
．０８ないし０．１２ミクロンの厚さを有し、ライン幅が５ミクロンのオーダー
であり、グリッドを用いる場合には、ライン間のスペースは５ミクロンのオーダ
ーである。流体空間２５６は、ヒータ・エレメント２５０の下のシリコン基板２
５４を約１００ミクロンの深さに、正確に規定されたシリコンのない空間にエッ
チングすることにより、作成することができる。
【００２９】 支持部材２５２およびヒータ・エレメント２５０は、好適には、半導体基板２
５４の上面２５８に、エッチ・ピット又は窪み部２５６の１以上の縁部で接続す
る。支持部材２５２およびヒータ・エレメント２５０は、示したように窪み部２
５６を横切って橋渡しするか、又は、例えば、窪み部２５６上に片持ちに配置さ
れる。任意の数のヒータおよびセンサ・エレメントをヒータ・エレメント２５０
の近くに備えてもよいことが認識されている。しかし、例示目的のために、１つ
のヒータ・エレメントのみを示している。
５４の上面２５８に、エッチ・ピット又は窪み部２５６の１以上の縁部で接続す
る。支持部材２５２およびヒータ・エレメント２５０は、示したように窪み部２
５６を横切って橋渡しするか、又は、例えば、窪み部２５６上に片持ちに配置さ
れる。任意の数のヒータおよびセンサ・エレメントをヒータ・エレメント２５０
の近くに備えてもよいことが認識されている。しかし、例示目的のために、１つ
のヒータ・エレメントのみを示している。
【００３０】 図８は、図７のマイクロブリッジ・ヒータ・エレメントと共に使用する例示的
な回路の概略図である。本発明によると、周期的時間変化入力信号２６０が、対
象となる流体媒体（ガスまたは液体）の中に配置されて密接に結合されるヒータ
・エレメント２５０へ供給される。ヒータ・エレメント２５０への電力の供給と
、ヒータ・エレメント２５０の抵抗応答の測定とを同時に行うために、ヒータ・
エレメント２５０は、ホイートストン・ブリッジ２６２の１つのレッグ（脚）に
組み入れられて示されている。時間変化入力信号２６０は、ホイートストン・ブ
リッジ２６２の電力（パワー）入力端子２６４へ供給され、図示のように、それ
が直接的または非直接的にヒータ・エレメント２５０に結合される。この構成に
おいて、ホイートストン・ブリッジ２６２は差動出力信号を提供し、これは、ヒ
ータ・エレメント２５０の抵抗に比例する振幅を有する。好適には、差動出力信
号は、差動増幅器回路２７０へ供給され、増幅出力信号２７２を提供する。入力
信号２６０は電力をヒータ・エレメント２５０へ供給し、ヒータ・エレメント２
５０および対象の流体において過渡的に上昇された温度状態を誘発する。ヒータ
・エレメント２５０が流体に密接に結合されるので、流体の熱伝導率ｋがヒータ
・エレメント２５０の時間可変温度応答に直接に影響する。更に、液体の熱伝導
率は、典型的に、流体の圧力および／または温度に依存する。従って、対象の流
体の熱伝導率、圧力、および／または温度は、ヒータ・エレメント２５０に供給
された入力信号２６０と、ヒータ・エレメント２５０の後の過渡温度応答との間
の変動フェーズずれまたは時間遅延を検査することによって判定することができ
る、ということが見つけられている。
な回路の概略図である。本発明によると、周期的時間変化入力信号２６０が、対
象となる流体媒体（ガスまたは液体）の中に配置されて密接に結合されるヒータ
・エレメント２５０へ供給される。ヒータ・エレメント２５０への電力の供給と
、ヒータ・エレメント２５０の抵抗応答の測定とを同時に行うために、ヒータ・
エレメント２５０は、ホイートストン・ブリッジ２６２の１つのレッグ（脚）に
組み入れられて示されている。時間変化入力信号２６０は、ホイートストン・ブ
リッジ２６２の電力（パワー）入力端子２６４へ供給され、図示のように、それ
が直接的または非直接的にヒータ・エレメント２５０に結合される。この構成に
おいて、ホイートストン・ブリッジ２６２は差動出力信号を提供し、これは、ヒ
ータ・エレメント２５０の抵抗に比例する振幅を有する。好適には、差動出力信
号は、差動増幅器回路２７０へ供給され、増幅出力信号２７２を提供する。入力
信号２６０は電力をヒータ・エレメント２５０へ供給し、ヒータ・エレメント２
５０および対象の流体において過渡的に上昇された温度状態を誘発する。ヒータ
・エレメント２５０が流体に密接に結合されるので、流体の熱伝導率ｋがヒータ
・エレメント２５０の時間可変温度応答に直接に影響する。更に、液体の熱伝導
率は、典型的に、流体の圧力および／または温度に依存する。従って、対象の流
体の熱伝導率、圧力、および／または温度は、ヒータ・エレメント２５０に供給
された入力信号２６０と、ヒータ・エレメント２５０の後の過渡温度応答との間
の変動フェーズずれまたは時間遅延を検査することによって判定することができ
る、ということが見つけられている。
【００３１】 図９は、ヒータ・エレメントへ供給された入力信号２６０と、ヒータ・エレメ
ント結果的な抵抗変化２７２（図８）との間の望ましい遅延時間ΔＺk,pを示す タイミング図である。流体の温度および圧力が固定されていると仮定すると、増
幅された出力信号２７２は、入力信号を、対象の流体の熱伝導率に比例する量だ
け遅延する。時間遅延ΔＺk,pは２７４で示す。
ント結果的な抵抗変化２７２（図８）との間の望ましい遅延時間ΔＺk,pを示す タイミング図である。流体の温度および圧力が固定されていると仮定すると、増
幅された出力信号２７２は、入力信号を、対象の流体の熱伝導率に比例する量だ
け遅延する。時間遅延ΔＺk,pは２７４で示す。
【００３２】 時間遅延ΔＺk,pから対象の流体の熱伝導率を判定するための関係を提供する 前に、幾らかの背景情報を提供する。変動する入力電力 Ｐ＝Ｐ0（１＋ｓｉｎ（ωＺ）） （２） に応答して、変動する温度 Ｔ＝Ｔ0＋Ｔ1ｓｉｎ（ωＺ＋γ） （１） を強制的に経験させられるヒータ・エレメント２５０との間の熱力相互作用は、
簡単な微分式 ｃpvｔｄＴ／ｄｚ＝Ｐ0（１＋ｓｉｎ（ωＺ））−（ｈ1＋ｈ2）（Ｔ−Ｔf）−
ｈ3（Ｔ−Ｔb） （３） により記述することができる。
簡単な微分式 ｃpvｔｄＴ／ｄｚ＝Ｐ0（１＋ｓｉｎ（ωＺ））−（ｈ1＋ｈ2）（Ｔ−Ｔf）−
ｈ3（Ｔ−Ｔb） （３） により記述することができる。
【００３３】 使用する記号の意味は以下のようである。
【００３４】 ｆ 入力信号Ｈzの周波数 ω ２Πｆ，Ｈz Ｃpv ヒータ・フィルムおよび支持部材（１０％プラチナ、９０％Ｓｉ3 Ｎ4のマイクロブリッジ・コンポジット）に対する単位体積あたりの比熱（Ｊ／ （ｃｍ3ｋ）） ｔ ヒータ・フィルムの厚さ、ｃｍ Ｔ センサ・ベース温度、ピーク・ピーク振幅が２Ｔ0、ｋ Ｔf 流体温度、ｋ Ｔb 基板温度、ｋ ｈ1 対象の流体への導電（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ）熱転移の係数（＝ｋ ／Ｌ1）、Ｗ／ｃｍ3 ｈ2 薄層流の下での対象の流体への対流（ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ）熱転 移の係数（＝ｋ／Ｌ2）、Ｗ／ｃｍ3 ｈ3 基板への導電熱転移の係数、Ｗ／ｃｍ3 Ｌ1 ヒータ・エレメントから液体フェーズへの熱伝導の特徴長さ、ｃｍ Ｌ2 対流熱転移の特徴長さ、ｃｍ ｚ 時間、ｓ Δｚ 入力信号とヒータ手段の抵抗との間の時間遅延、ｓ γ 入力信号とヒータ手段の抵抗との間のフェーズずれ（γ＝Δｚ２Π
ｆ）、ラジアン。 式（３）の積分は、以下のようにそれぞれ、フェーズずれγ、およびＤＣおよび
ＡＣ信号の振幅、Ｔ0およびＴ1の解に導く。
ｆ）、ラジアン。 式（３）の積分は、以下のようにそれぞれ、フェーズずれγ、およびＤＣおよび
ＡＣ信号の振幅、Ｔ0およびＴ1の解に導く。
【００３５】 γ＝ａｒｃｔａｎ（−２Πｆｃpvｔ／（ｈ1＋ｈ2＋ｈ3）） （４） Δｚ＝γ／（２Πｆ） （５） Ｔ0＝（（ｈ1＋ｈ2）Ｔf＋ｈ3Ｔb＋Ｐ0）／（ｈ1＋ｈ2＋ｈ3） （６） Ｔ1＝Ｐ0／（（ｈ1＋ｈ2＋ｈ3）2＋（ｃpvｔω）2）1/2 （７）。
【００３６】 フェーズずれγへのｈ1、ｈ2、ｈ3の寄与は分離することができ、個々に測定 することができる。校正手順の間、例えば、ｈ3の値は、ヒータ・エレメントを 真空状態に置き、ｈ1とｈ2とを零に低減させることにより判定することができる
。時間遅延値は、次に、真空状態の下での入力信号とヒータ・エレメントの出力
信号との間で測定される。次に、ｈ2の値は以下の関係 ｈ3＝−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ） （８） を用いて計算することができる。
。時間遅延値は、次に、真空状態の下での入力信号とヒータ・エレメントの出力
信号との間で測定される。次に、ｈ2の値は以下の関係 ｈ3＝−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ） （８） を用いて計算することができる。
【００３７】 次に、ｈ1の値は、ヒータ・エレメントを大気圧および実質的に零の流れで対 象の流体に適用してｈ2を零に低減すことにより、判定することができる。次に 、時間遅延は、大気圧の下での入力信号とヒータ・エレメントの出力信号との間
で測定される。次に、ｈ1の値は以下の関係 ｈ1＝［−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）］−ｈ3 （９） を用いて計算することができ、ここで、ｈ3は式（８）から知られている。
で測定される。次に、ｈ1の値は以下の関係 ｈ1＝［−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）］−ｈ3 （９） を用いて計算することができ、ここで、ｈ3は式（８）から知られている。
【００３８】 最後に、ｈ2の値は、ヒータ手段を所定の非零の流速で対象の流体に適用する ことにより、判定することができる。次に、時間遅延は、非零の流速の状態の下
での入力信号とヒータ手段の出力信号との間で測定される。次に、ｈ2の値は以 下の関係 ｈ2＝［−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）］−ｈ1−ｈ3 （１０） を用いて計算することができ、ここで、ｈ2およびｈ3は上記の式（８）および（
９）から知られている。
での入力信号とヒータ手段の出力信号との間で測定される。次に、ｈ2の値は以 下の関係 ｈ2＝［−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）］−ｈ1−ｈ3 （１０） を用いて計算することができ、ここで、ｈ2およびｈ3は上記の式（８）および（
９）から知られている。
【００３９】 図７に示す例示的実施形態において、ヒータ・エレメント２５０と支持部材２
５２は、合成比熱値Ｃpvを有する。更に、ヒータ・エレメント２５０は、基板２
５４への導電熱転移（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ）の
係数ｈ3を有する。ひとたびこれらの係数が決定されると、例えば上述のような 前の校正により、対象の流体の熱伝導率ｋを、実質的に零の流れで、Ｌを決定し
た後に、既知のｋの流体を介して、以下の関係 Ｋ＝（−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）−ｈ3）Ｌ1 （１１） を用いて、判定することができる。
５２は、合成比熱値Ｃpvを有する。更に、ヒータ・エレメント２５０は、基板２
５４への導電熱転移（ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ）の
係数ｈ3を有する。ひとたびこれらの係数が決定されると、例えば上述のような 前の校正により、対象の流体の熱伝導率ｋを、実質的に零の流れで、Ｌを決定し
た後に、既知のｋの流体を介して、以下の関係 Ｋ＝（−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）−ｈ3）Ｌ1 （１１） を用いて、判定することができる。
【００４０】 図１０は、２５℃で、それぞれ８１．０００、５０．６９１、および６１．９
０８μｃａｌ（ｓＫｃｍ）の熱伝導率を有するメタン、エタン、および窒素を含
む多種のガス（気体）に対するフェーズずれΔｚk,p対入力信号の周波数を示す グラフである。入力信号に対する３つの周波数は３０Ｈｚ、７０Ｈｚ、２００Ｈ
ｚを含むものとして示され、４つの入力電力レベルが、６３℃、９４℃、１３３
℃、１６４℃の一定状態温度に対応して示されている。ここに見られるように、
ガス間の時間遅延Δｚ、従って、熱伝導率ｋの感度は、入力信号の周波数ととも
に低減する。このことは図１１に更に明瞭に示されている。即ち、入力信号の周
波数は、所与のセンサ応用に適当な感度を提供するように選択すべきである。
０８μｃａｌ（ｓＫｃｍ）の熱伝導率を有するメタン、エタン、および窒素を含
む多種のガス（気体）に対するフェーズずれΔｚk,p対入力信号の周波数を示す グラフである。入力信号に対する３つの周波数は３０Ｈｚ、７０Ｈｚ、２００Ｈ
ｚを含むものとして示され、４つの入力電力レベルが、６３℃、９４℃、１３３
℃、１６４℃の一定状態温度に対応して示されている。ここに見られるように、
ガス間の時間遅延Δｚ、従って、熱伝導率ｋの感度は、入力信号の周波数ととも
に低減する。このことは図１１に更に明瞭に示されている。即ち、入力信号の周
波数は、所与のセンサ応用に適当な感度を提供するように選択すべきである。
【００４１】 図１２は、ΔＺk,pを得るための本発明の別の例示的実施形態を示すブロック 図である。この実施形態において、入力信号は、高い周波数の成分と低い周波数
の成分の両方を含むものと予期されている。低い周波数成分は、好適には高い周
波数成分を変調する。この構成は、正確な電力適用量がヒータ・エレメントへ送
られることを可能にしつつ、入力信号にＤＣ成分を付加することなく、発生し得
る周波数ダブリング（ｄｏｕｂｌｉｎｇ）効果を除く。高い周波数成分は好適に
は０．１ないし３ＭＨｚの範囲であり、低い周波数成分は好適には３０ないし２
００Ｈｚの範囲である。
の成分の両方を含むものと予期されている。低い周波数成分は、好適には高い周
波数成分を変調する。この構成は、正確な電力適用量がヒータ・エレメントへ送
られることを可能にしつつ、入力信号にＤＣ成分を付加することなく、発生し得
る周波数ダブリング（ｄｏｕｂｌｉｎｇ）効果を除く。高い周波数成分は好適に
は０．１ないし３ＭＨｚの範囲であり、低い周波数成分は好適には３０ないし２
００Ｈｚの範囲である。
【００４２】 発生器３００は、入力信号の高い周波数成分を発生し、インターフェース３０
４を介してモジュレータ（変調器）３０２へ供給する。発生器３００はまた低い
周波数成分と、そのインバートされたコピーとを発生し、それらの信号を、それ
ぞれ、インターフェース３０６、３０８を介してモジュレータ３０２へ供給する
。例示的な低い周波数成分３４０と、そのインバート（反転）したコピー３４２
とを図１３に示す。モジュレータ３０２は、低い周波数成分信号を用いて高い周
波数成分を変調し、変調されたヒータ入力信号を生成する。例示的な変調された
ヒータ入力信号を図１４に示す。変調されたヒータ入力信号により搬送される電
力を図１５に示す。
４を介してモジュレータ（変調器）３０２へ供給する。発生器３００はまた低い
周波数成分と、そのインバートされたコピーとを発生し、それらの信号を、それ
ぞれ、インターフェース３０６、３０８を介してモジュレータ３０２へ供給する
。例示的な低い周波数成分３４０と、そのインバート（反転）したコピー３４２
とを図１３に示す。モジュレータ３０２は、低い周波数成分信号を用いて高い周
波数成分を変調し、変調されたヒータ入力信号を生成する。例示的な変調された
ヒータ入力信号を図１４に示す。変調されたヒータ入力信号により搬送される電
力を図１５に示す。
【００４３】 変調されたヒータ入力信号はヒータ・ブロック３１０へ供給される。ヒータ・
エレメントへの電力の供給と、ヒータ・エレメントの抵抗応答の測定とを同時に
行うために、ヒータ・エレメントは、例えば図８に示したように、ホイートスト
ン・ブリッジの１つのレッグに備えられる。即ち、この例示的実施形態では、図
１２のヒータ・ブロック３１０は、好適には、図８に示した回路と類似の回路を
含む。
エレメントへの電力の供給と、ヒータ・エレメントの抵抗応答の測定とを同時に
行うために、ヒータ・エレメントは、例えば図８に示したように、ホイートスト
ン・ブリッジの１つのレッグに備えられる。即ち、この例示的実施形態では、図
１２のヒータ・ブロック３１０は、好適には、図８に示した回路と類似の回路を
含む。
【００４４】 変調されたヒータ入力信号は、図８の電力入力端子２６４のようなホイートス
トン・ブリッジの電力入力端子へ供給され、それは、ヒータ・エレメントに直接
的にまたは非直接的に結合される。この構成において、ホイートストン・ブリッ
ジは、ヒータ・エレメントの抵抗に比例する振幅の差動出力信号を供給する。ホ
イートストン・ブリッジの差動出力は、図８に示すように差動増幅器へ供給され
るか、又はヒータ・ブロック３１０の出力として直接的に供給される。ヒータ・
エレメントの例示的な遷移抵抗応答を図１６に示す。
トン・ブリッジの電力入力端子へ供給され、それは、ヒータ・エレメントに直接
的にまたは非直接的に結合される。この構成において、ホイートストン・ブリッ
ジは、ヒータ・エレメントの抵抗に比例する振幅の差動出力信号を供給する。ホ
イートストン・ブリッジの差動出力は、図８に示すように差動増幅器へ供給され
るか、又はヒータ・ブロック３１０の出力として直接的に供給される。ヒータ・
エレメントの例示的な遷移抵抗応答を図１６に示す。
【００４５】 ヒータ抵抗の正確な測定のために、任意の技術を用いて、高い周波数成分をホ
イートストン・ブリッジの出力信号から除くとよい。そのような技術の１つは、
ヒータ・ブロック３１０の出力にローパス・フィルタ３１２を提供し、出力信号
の低い周波数成分のみが通過することを可能とすることである。結果的なフィル
タリングされた信号は、次に、高周波数タイマ３１４のストップ入力へ供給され
る。好適には、ヒータ・ブロック３１０の出力信号は、示したようにキャパシタ
３１６により、フィルタ３１２へＡＣ結合される。フィルタ３１２がＡＣ結合機
能を提供するか、またはキャパシタ３１６のような別のエレメントが提供される
。
イートストン・ブリッジの出力信号から除くとよい。そのような技術の１つは、
ヒータ・ブロック３１０の出力にローパス・フィルタ３１２を提供し、出力信号
の低い周波数成分のみが通過することを可能とすることである。結果的なフィル
タリングされた信号は、次に、高周波数タイマ３１４のストップ入力へ供給され
る。好適には、ヒータ・ブロック３１０の出力信号は、示したようにキャパシタ
３１６により、フィルタ３１２へＡＣ結合される。フィルタ３１２がＡＣ結合機
能を提供するか、またはキャパシタ３１６のような別のエレメントが提供される
。
【００４６】 高周波数タイマ３１４の開始（スタート）入力は、入力信号の低い周波数成分
に結合され得る。しかしながら、入力信号の低い周波数成分は、図示のように、
高周波数タイマ３１４の開始入力にバルク抵抗３２０及びキャパシタ３２２を介
して結合されるのがより好ましい。バルク抵抗は、それらの強い結合（高いｈ３
値）のため最小位相遅れを特徴とする。キャパシタ３２２は、入力信号の低い周
波数成分を高周波数タイマ３１４の開始入力にＡＣ結合する。
に結合され得る。しかしながら、入力信号の低い周波数成分は、図示のように、
高周波数タイマ３１４の開始入力にバルク抵抗３２０及びキャパシタ３２２を介
して結合されるのがより好ましい。バルク抵抗は、それらの強い結合（高いｈ３
値）のため最小位相遅れを特徴とする。キャパシタ３２２は、入力信号の低い周
波数成分を高周波数タイマ３１４の開始入力にＡＣ結合する。
【００４７】 入力信号及び出力信号の双方がタイマ開始（スタート）及び停止（ストップ）
入力のそれぞれにＡＣ結合されるので、入力及び出力信号のゼロ交差点を用いて
、高周波数タイマ３１４をトリガし得る。これにより、高周波数タイマ３１４の
時間遅れ測定が入力及び出力信号の振幅から比較的独立であるのを可能にし、そ
れにより測定の精度を高める。
入力のそれぞれにＡＣ結合されるので、入力及び出力信号のゼロ交差点を用いて
、高周波数タイマ３１４をトリガし得る。これにより、高周波数タイマ３１４の
時間遅れ測定が入力及び出力信号の振幅から比較的独立であるのを可能にし、そ
れにより測定の精度を高める。
【００４８】 前述の記載から分かるように、高周波数タイマ３１４は、入力信号のＡＣ結合
された低い周波数成分が或る事前定義されたスレッショルド、好ましくはゼロを
横切るとき開始する。同様に、高周波数タイマ３１４は、ヒータ要素の抵抗を表
すＡＣ結合された出力信号がある事前定義されたスレッショルド、好ましくはゼ
ロを横切るとき停止する。図９は、高周波数タイマ３１４により決定された結果
として生じた時間遅れΔＺk,pを示す。次いで、プロセッサ３３２は、ΔＺk,pを
ｆ、Ｃpv、ｔ、ｈ3及びＬと共に用いて、更に上記の式１１に示される関係を用 いて、熱伝導率ｋを計算する。
された低い周波数成分が或る事前定義されたスレッショルド、好ましくはゼロを
横切るとき開始する。同様に、高周波数タイマ３１４は、ヒータ要素の抵抗を表
すＡＣ結合された出力信号がある事前定義されたスレッショルド、好ましくはゼ
ロを横切るとき停止する。図９は、高周波数タイマ３１４により決定された結果
として生じた時間遅れΔＺk,pを示す。次いで、プロセッサ３３２は、ΔＺk,pを
ｆ、Ｃpv、ｔ、ｈ3及びＬと共に用いて、更に上記の式１１に示される関係を用 いて、熱伝導率ｋを計算する。
【００４９】 応用によっては、ヒータ・エレメントの過渡的な昇温状態の振幅を制御する事
が望ましい。これは、好適にはヒータ・エレメント内の抵抗変化の振幅を表示す
る振幅制御信号を供給することによって達成される。振幅制御信号は、図示のよ
うに、濾波された出力信号を整流する整流器３２６によって供給される。ジェネ
レータ３００は、インターフェース３２８を介して振幅制御信号を受け取り、低
周波数成分とその反転成分の振幅を、ヒータ・エレメントの抵抗変化の振幅を比
較的一定のレベルに維持するように調節する振幅制御ブロック３３０を含む。
が望ましい。これは、好適にはヒータ・エレメント内の抵抗変化の振幅を表示す
る振幅制御信号を供給することによって達成される。振幅制御信号は、図示のよ
うに、濾波された出力信号を整流する整流器３２６によって供給される。ジェネ
レータ３００は、インターフェース３２８を介して振幅制御信号を受け取り、低
周波数成分とその反転成分の振幅を、ヒータ・エレメントの抵抗変化の振幅を比
較的一定のレベルに維持するように調節する振幅制御ブロック３３０を含む。
【００５０】 図１７はΔＺk,pを得るための本発明の更に他の実施例を示すブロック図であ る。この取り組みにおいては、ジェネレータ３５０は、周波数逓倍が必要か否か
に従って直流オフセットと共にあるいは無しに、低周波数成分をヒータ・エレメ
ントに提供するだけである。前の実施例と同様に時間変化入力信号はヒータ・ブ
ロック３５２内のホイートストン・ブリッジの電力入力端子に供給される。時間
変化入力信号の効果をホイートストン・ブリッジの出力信号から除去するために
、アナログ・デバイダ（分割器）３５４が設けられてもよい。アナログ・デバイ
ダ３５４は、ホイートストン・ブリッジの出力信号を入力信号で分割する。これ
は、時間変化入力信号の出力信号への影響を減らすことを助ける。図１７に示さ
れた実施例の残りの部分は図１２を参照して説明したのと同様に動作する。
に従って直流オフセットと共にあるいは無しに、低周波数成分をヒータ・エレメ
ントに提供するだけである。前の実施例と同様に時間変化入力信号はヒータ・ブ
ロック３５２内のホイートストン・ブリッジの電力入力端子に供給される。時間
変化入力信号の効果をホイートストン・ブリッジの出力信号から除去するために
、アナログ・デバイダ（分割器）３５４が設けられてもよい。アナログ・デバイ
ダ３５４は、ホイートストン・ブリッジの出力信号を入力信号で分割する。これ
は、時間変化入力信号の出力信号への影響を減らすことを助ける。図１７に示さ
れた実施例の残りの部分は図１２を参照して説明したのと同様に動作する。
【００５１】 上述の説明は、主として対象流体の熱伝導率ｋを得ることに向けられていたが
、同様の装置及び方法が温度や圧力を含む他の流体の特性を決定するために用い
得ることは予期できる。例えば、もし対象流体の熱伝導率曲線が温度及び／又は
圧力に対して知られれば、時間遅れΔＺk,pは流体の温度及び／又は圧力を決定 するために用い得る。これは（１）ΔＺk,pを測定してそこから上述のように熱 伝導率を計算し（２）そうして得られた熱伝導率の値を、その圧力及び温度とｋ
との依存関係が予め又は他で決定されている、その流体の圧力及び／又は温度に
関連付けることによって達成される。特に、低圧力において、もし平均自由行程
とコンテナ／キャビティ・サイズの影響を考慮に入れなければ、測定されたｋm の値はｋ（Ｔ，ｐ）の報告値と異なるかもしれないが、これは、この装置がピラ
ニ圧力センサ（Pirani pressure sensor）として知られるモードで用いられる時
には、正確に、探求されていた圧力の問題であろう。
、同様の装置及び方法が温度や圧力を含む他の流体の特性を決定するために用い
得ることは予期できる。例えば、もし対象流体の熱伝導率曲線が温度及び／又は
圧力に対して知られれば、時間遅れΔＺk,pは流体の温度及び／又は圧力を決定 するために用い得る。これは（１）ΔＺk,pを測定してそこから上述のように熱 伝導率を計算し（２）そうして得られた熱伝導率の値を、その圧力及び温度とｋ
との依存関係が予め又は他で決定されている、その流体の圧力及び／又は温度に
関連付けることによって達成される。特に、低圧力において、もし平均自由行程
とコンテナ／キャビティ・サイズの影響を考慮に入れなければ、測定されたｋm の値はｋ（Ｔ，ｐ）の報告値と異なるかもしれないが、これは、この装置がピラ
ニ圧力センサ（Pirani pressure sensor）として知られるモードで用いられる時
には、正確に、探求されていた圧力の問題であろう。
【００５２】 本発明の好適な実施例について説明したが、当業者には特許請求の範囲に記述
した範囲内で更に他の実施例にこの教示内容を応用できることは容易に認識でき
るであろう。
した範囲内で更に他の実施例にこの教示内容を応用できることは容易に認識でき
るであろう。
【図１】 従来のマイクロブリッジ・フロー・センサの一例の図２及び図３と異なる見え
方を示す図である。
方を示す図である。
【図２】 従来のマイクロブリッジ・フロー・センサの一例の図１及び図３と異なる見え
方を示す図である。
方を示す図である。
【図３】 従来のマイクロブリッジ・フロー・センサの一例の図１及び図２と異なる見え
方を示す図である。
方を示す図である。
【図４】 対象の流体の熱伝導率を決定するために図１乃至図３のセンサと共に用いる典
型的な回路を示す図である。
型的な回路を示す図である。
【図５】 対象流体の熱伝導率を決定するために図１乃至図３のセンサと共に用いる典型
的な回路を示す図である。
的な回路を示す図である。
【図６】 マイクロブリッジ・センサのパッケージを部分的に切り欠いた図である。
【図７】 本発明によるマイクロブリッジの実施例の断面図である。
【図８】 図７のマイクロブリッジ・ヒータ・エレメントと共に用いる回路の実施例の概
略図である。
略図である。
【図９】 ヒータ・エレメントに供給される入力信号と、その結果として生ずるヒータ・
エレメントの抵抗変化との間の零交叉における測定可能な位相遅れ又は遅れ時間
Ｚk,pを示すタイミング図である。
エレメントの抵抗変化との間の零交叉における測定可能な位相遅れ又は遅れ時間
Ｚk,pを示すタイミング図である。
【図１０】 種々の気体組成に対して入力信号の周波数対位相遅れΔＺk,pを示すグラフで ある。
【図１１】 入力信号の周波数対位相遅れΔＺk,pの感度を示すグラフである。
【図１２】 ΔＺk,pを得るための本発明の他の実施例を示すブロック図である。
【図１３】 望ましい入力信号と、その反転したコピーを示すタイミング図である。
【図１４】 図１３の望ましい入力信号で変調された高周波信号を示すタイミング図である
。
。
【図１５】 ヒータ・エレメントに供給される、図１４の変調入力信号の電力を示すタイミ
ング図である。
ング図である。
【図１６】 図１５の電力信号が供給された時の、ヒータ・エレメントの時間に対する抵抗
値を示すタイミング図である。
値を示すタイミング図である。
【図１７】 ΔＺk,pを得るための本発明の更に他の実施例を示すブロック図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１２年７月３日（２０００．７．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正内容】
【図９】
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１０】
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１１】
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１２】
【手続補正１０】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１３】
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１４】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１５】
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１６】
【手続補正１４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１７】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マティス，ロバート・ジェイ アメリカ合衆国ミネソタ州55418，セン ト・アンソニー，ウエスト・アーマー・テ ラス 2901 (72)発明者 シュルト，スペンサー・ビー アメリカ合衆国ミネソタ州55437，ブルー ミントン，ノーマンデイル・ブールヴァー ド 8830 Ｆターム(参考） 2G040 AA01 AB09 BA23 BA24 CA01 CA10 DA02 HA10 2G060 AA01 AA05 AE33 AF08 AG06 AG08 BA05 HA02 HC10
Claims (34)
- 【請求項１】 流れが実質上ゼロの対象とする流体の選択された特性を判定
する装置であって、 温度によって変化する抵抗を有し、対象流体と熱的に連絡しているヒータ手段
と、 前記ヒータ手段に接続され該ヒータ手段を付勢する付勢手段であって、周期的
時変入力信号を前記ヒータ手段に与えて、過渡的上昇温度状態を前記ヒータ手段
に誘導する、付勢手段と、 前記ヒータ手段の抵抗に比例する出力信号を供給する出力手段と、 前記過渡的上昇温度状態の間に、前記入力信号と前記出力信号との間のタイム
ラグを決定するタイムラグ手段と、 前記タイムラグを使用して前記対象流体の選択された特性を判定する判定手段
と、 を備えた装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の装置において、前記出力手段は４つのレッグ
を有するホイートストン・ブリッジからなり、前記ヒータ手段は前記ホイートス
トン・ブリッジの４つのレッグの１つに組み込まれる、装置。 - 【請求項３】 請求項２記載の装置において、前記ホイートストン・ブリッ
ジは電力入力端子を有し、前記入力信号は前記ホイートストン・ブリッジの電力
入力端子に与えられる、装置。 - 【請求項４】 請求項３記載の装置において、前記ホイートストン・ブリッ
ジは差動出力信号を与え、その振幅は前記ヒータ手段の抵抗に比例する、装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の装置において、前記入力信号は第１周波数を
有する第１信号からなり、該第１信号は第２周波数を有する第２信号によって変
調され、前記第１周波数は前記第２周波数よりも高い、装置。 - 【請求項６】 請求項５記載の装置において、前記差動出力信号はフィルタ
に与えられ、該フィルタは前記差動出力信号から前記第１信号を除去して、その
結果をグラウンドをほぼ中心とするＡＣ結合出力信号に変換する、装置。 - 【請求項７】 請求項６記載の装置において、前記タイムラグ手段はスター
ト入力及びストップ入力を有するディジタル・カウンタからなり、前記スタート
入力は前記第２信号に電気的に応答し、前記ストップ入力は前記ＡＣ結合出力信
号に電気的に応答する、装置。 - 【請求項８】 請求項７記載の装置において、更に振幅制御手段を備え、該
振幅制御手段は前記ヒータ手段の抵抗変化の振幅を示す制御信号を提供する、装
置。 - 【請求項９】 請求項８記載の装置において、前記付勢手段は、前記振幅制
御信号を受けて前記周期的時変入力信号を調節し、それによって前記ヒータ手段
の抵抗変化の振幅が比較的一定に維持される、装置。 - 【請求項１０】 請求項９記載の装置において、前記振幅制御手段は整流器
からなる、装置。 - 【請求項１１】 請求項４記載の装置において、更に分割手段を備え、該分
割手段は、前記差動出力信号及び前記入力信号を分割するとともに、ＡＣ結合出
力信号を提供する、装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の装置において、前記タイムラグ手段はス
タート入力及びストップ入力を有するカウンタからなり、前記スタート入力は前
記入力信号に電気的に応答し、前記ストップ入力は前記ＡＣ結合出力信号に電気
的に応答する、装置。 - 【請求項１３】 請求項１記載の装置において、前記ヒータ手段はワイヤか
らなる、装置。 - 【請求項１４】 請求項１記載の装置において、前記ヒータ手段はフィルム
からなる、装置。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の装置において、前記フィルムは支持部材
上に配置される、装置。 - 【請求項１６】 請求項１５記載の装置において、前記フィルムは白金から
形成され、前記支持部材はＳｉ3Ｎ4から形成される、装置。 - 【請求項１７】 請求項１５記載の装置において、前記フィルム及び前記支
持部材は（体積）比熱値、ｃpvを有する、装置。 - 【請求項１８】 請求項１７記載の装置において、前記支持部材は基板に取
り付けられ、前記ヒータ手段は前記基板への伝導熱の伝達係数ｈ3を有する、装 置。 - 【請求項１９】 請求項１８記載の装置において、前記判定手段は以下の関
係 ｋ＝（−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）−ｈ3）Ｌ1 ここで、 ｈ3＝基板への伝導熱の伝達係数 ｃpv＝結合されたヒータ・フィルム及び支持部材に対する単位体積当たりの比
熱 ｔ＝ヒータ・フィルムの厚さ Ｌ1＝ヒータ手段から流体フェーズへの熱伝導の特性長 Δｚ＝入力信号とヒータ手段の抵抗との間のタイムラグ γ＝入力信号とヒータ手段の抵抗との間のフェーズラグ（γ＝Δｚ２Πｆ） に基づいて対象流体の熱伝導率、ｋを決定する、装置。 - 【請求項２０】 請求項１記載の装置において、前記周期的時変入力信号は
正弦波である、装置。 - 【請求項２１】 請求項１記載の装置において、前記周期的時変入力信号は
方形波である、装置。 - 【請求項２２】 請求項１記載の装置において、前記周期的時変入力信号は
三角波である、装置。 - 【請求項２３】 対象となる流体の熱伝導度ｋを決定するための方法であっ
て、 ヒータ手段を周期的に変動する入力信号によって付勢して、前記ヒータ手段に
おいて過渡的な高められた温度条件を誘起するステップであって、前記ヒータ手
段が前記対象となる流体と熱伝達状態にあり且つ温度と共に変動する抵抗を有す
るステップと、 前記入力信号と前記の過渡的な高められた温度条件の期間での前記ヒータ手段
の時間的に変動する抵抗との間の時間遅れを決定するステップと、 前記時間遅れを用いて前記対象となる流体のｋを決定するステップと、 を備える方法。 - 【請求項２４】 前記ヒータ手段が厚さｔを有する薄い膜を備える請求項２
３記載の方法。 - 【請求項２５】 前記薄い膜が支持部材上に位置する請求項２４記載の方法
。 - 【請求項２６】 前記薄い膜及び前記支持部材が複合又は平均体積比熱値ｃ pv を有する請求項２５記載の方法。
- 【請求項２７】 前記支持部材が基板に取り付けられ、前記ヒータ手段が前
記基板への伝導熱移転の係数ｈ3を有する請求項２６記載の方法。 - 【請求項２８】 前記ヒータ手段が、前記対象とする流体への伝導熱移転の
係数ｈ1を有する請求項２７記載の方法。 - 【請求項２９】 前記ヒータ手段が、層流の下での前記対象となる流体への
対流熱移転の係数ｈ2を有する請求項２８記載の方法。 - 【請求項３０】 更に、 ｈ2の値を決定するステップと、 ｈ3の値を決定するステップと、 を備える請求項２９記載の方法。
- 【請求項３１】 ｈ3の値が、 前記ヒータ手段を真空下に置き、ｈ1とｈ2とをゼロへ低減するステップと、 前記入力信号と前記過渡的な高められた温度条件の期間での前記ヒータ手段の
時間変動する抵抗との間の時間遅れを決定するステップと、 ｈ3を関係 ｈ3＝−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ） に基づいて計算するステップと、 によって決定され、 γは、前記入力信号と真空下の前記ヒータ手段の抵抗との間の位相遅れである
、 請求項３０記載の方法。 - 【請求項３２】 ｈ1の値が、 大気圧及び実質的にゼロの流量において前記対象となる流体内に前記ヒータ手
段を置き、ｈ2をゼロに低減させるステップと、 前記入力信号と前記過渡的な高められた温度条件の期間での前記ヒータ手段の
時間的に変動する抵抗との間の時間遅れを決定するステップと、 ｈ1を関係 ｈ1＝［−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）］−ｈ3 に基づいて計算するステップと、 により決定され、 ｈ3は請求項３１において決定されたｈ3の値、γは前記入力信号とゼロ流量で
の前記ヒータ手段の抵抗との間の位相遅れである、 請求項３１記載の方法。 - 【請求項３３】 ｈ2の値が、 前記ヒータ手段を所定のゼロでない流量での前記対象となる流体内に置くステ
ップと、 前記入力信号と前記過渡的な高められた温度条件の期間での前記ヒータ手段の
時間的に変動する抵抗との間の時間遅れを決定するステップと、 ｈ2を関係 ｈ2＝［−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）］−ｈ1−ｈ3 に基づいて計算するステップと、 によって決定され、 ｈ3は請求項３１で決定されたｈ3の値、ｈ1は請求項３２で決定されたｈ1の値
、γは前記入力信号と所定のゼロ流量での前記ヒータ手段の抵抗との間の位相遅
れである、 請求項３２記載の方法。 - 【請求項３４】 更に、 前記対象となる流体の熱伝導度を、関係 Ｋ＝（−２Πｆｃpvｔ／ｔａｎ（γ）−ｈ3）Ｌ1 に基づいて計算するステップを備え、 ｈ3は前記基板への伝導熱移転の係数、ｃpvはヒータ膜と前記支持部材とに対 する単位体積当たりの比熱、ｔはヒータ膜の厚さ、Ｌ1はヒータ膜から流体相へ の熱伝導の特性長さ、△ｚは前記入力信号と前記ヒータ手段の抵抗との間の時間
遅れ、γは前記入力信号と前記ヒータ手段の抵抗との間の位相遅れ（γ＝△ｚ２
Πｆ）である、 請求項３０記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/002,156 US6079253A (en) | 1997-12-31 | 1997-12-31 | Method and apparatus for measuring selected properties of a fluid of interest using a single heater element |
| US09/002,156 | 1997-12-31 | ||
| PCT/US1998/025658 WO1999034200A1 (en) | 1997-12-31 | 1998-12-03 | Method and apparatus for measuring selected properties of a fluid of interest using a single heater element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002500356A true JP2002500356A (ja) | 2002-01-08 |
| JP2002500356A5 JP2002500356A5 (ja) | 2006-02-02 |
Family
ID=21699470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000526801A Pending JP2002500356A (ja) | 1997-12-31 | 1998-12-03 | 対象となる流体の選択された特性を１つのヒータ・エレメントを用いて測定する方法および装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6079253A (ja) |
| EP (1) | EP1044365B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002500356A (ja) |
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| DE (1) | DE69840153D1 (ja) |
| WO (1) | WO1999034200A1 (ja) |
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