(57)【要約】  熱マイクロ構造センサに基づく、改善された、手頃な値段の、高速な流体混合物の合成又はプロセスモニターである。これは、混合物の構成要素の妨害に対する低減された感受性を有するマイクロブリッジ・センサの設計により好適に達成される。ここで記述されるセンサは、従って、流体混合物が（１）非常に異なる熱伝導率を持つ二つの構成要素であるか、（２）少なくとも一つの構成要素が非常に異なる熱伝導率を有し、他の構成要素の効果が非常に除去され得るような、３以上の構成要素である場合、特に、関心ある構成要素は水素であり、妨害がＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度における可変性による場合に、流体混合物における少なくとも一つの構成要素の濃度をモニターするのに適している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒーター及び温度センサを使用する流体センサを補償するための方法であって、前記ヒーター及び前記温度センサの各々は関心ある流体と熱的に通信しており、温度と共に変化する抵抗を有し、該方法は、
検知される前記流体のＨ２Ｏの可変範囲を決定するステップと、
前記ヒーターに対する所望の温度を選択するステップと、
前記ヒーターに高められた温度を誘導するために入力信号で前記ヒーターにエネルギーを与えるステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
検知される前記流体のＣＯ２の可変範囲を決定するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ヒーターに対する所望の温度を選択するステップは、
検知される前記流体の熱伝導率を温度範囲全体に渡って測定するステップと、
Ｈ２Ｏの効果を最小にするために、前記熱伝導率測定に基づき所望の温度を選択するステップと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ヒーターに対する所望の温度を選択するステップは、
検知される前記流体の熱伝導率を温度範囲全体に渡って測定するステップと、
Ｈ２ＯとＣＯ２の結合された効果を最小にするために、前記熱伝導率測定に基づき所望の温度を選択するステップと、
をさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
関心ある一つ以上の流体の選択された特性を決定するための流体センサであって、
ヒーターと、
前記ヒーターに近接した位置にあり、関心ある一つ以上の流体を通して熱通信を行う、温度に依存した出力を有する熱センサと、
前記ヒーターに結合された、前記ヒーターにエネルギーを与えて前記熱センサに高められた温度状態を誘導する、エネルギー印加手段と、
を含み、前記高められた温度は、Ｈ２Ｏの効果を最小にするよう予め選択されていることを特徴とする、流体センサ。
【請求項６】
前記高められた温度がさらに、ＣＯ２の効果を最小にするように予め選択されることを特徴とする、請求項５に記載の流体センサ。
【請求項７】
前記流体センサは、関心ある一つ以上の流体における水素濃度を検知するために使用されることを特徴とする、請求項５に記載の流体センサ。
【請求項８】
前記一つ以上の流体が気体であることを特徴とする、請求項５に記載の流体センサ。
【請求項９】
ヒーター及び温度センサを使用している流体センサを補償するための方法であって、
前記流体センサの出力を周辺温度に対する既知の値に調整するステップと、
検知される前記流体におけるＨ２Ｏの範囲を決定するステップと、
前記流体センサへのＨ２Ｏの効果を最小にするように、前記ヒーターの温度値を選択するステップと、
前記ヒーターを使用して、検知される前記流体を前記選択された温度値へ加熱するステップと、
を含む、方法。
【請求項１０】
検知される前記流体におけるＣＯ２の範囲を決定するステップと、
前記流体センサに対するＣＯ２の効果を最小にするよう前記ヒーターの温度値を選択するステップと、
をさらに含む請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択された温度は、Ｈ２Ｏの濃度範囲に対する任意の非線形センサ抵抗値を最小にするように選択されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記選択された温度は、Ｃ２Ｏの濃度範囲に対する任意の非線形センサ抵抗値を最小にするように選択されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
ヒーター及び温度センサを使用して流体センサを補償する方法であって、前記ヒーター及び温度センサの各々は関心ある流体と熱通信しており、温度と共に変化する抵抗を有することを特徴とし、
前記検知される流体におけるＣＯ２の可変範囲を決定するステップと、
前記ヒーターに対する所望の温度を選択するステップと、
前記ヒーターに高められた温度状態を誘導するために、入力信号でヒーターにエネルギーを与えるステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
前記ヒーターに対する所望の温度を選択するステップは、
検知される前記流体の熱伝導率を温度範囲全体に渡って測定するステップと、
ＣＯ２の効果を最小にするように、前記熱伝導率に基づいて所望の温度を選択するステップと、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
水素濃度検知用流体センサであって、
薄膜ヒーターと、
少なくとも一つの薄膜温度センサと、
くぼみを内部に有する半導体本体と、
前記半導体本体に実質的に平行な平面内にあるヒーター及び温度センサであって、前記ヒーターは所定の温度をヒーター及び前記流体センサ内部の前記温度センサの近傍に誘導するように動作し、前記温度はＨ２ＯおよびＣＯ２からなる集合から流体に及ぼす効果を最小にするように予め選択されている、ヒーター及び温度センサと、
を含む、水素濃度検知用流体センサ。
【請求項１６】
前記流体センサは、プロトン交換膜燃料電池内における水素をモニターするように動作し得ることを特徴とする、請求項１５に記載の水素濃度検知用流体センサ。
【請求項１７】
前記流体センサは、一つ以上の冷媒の流体混合物の合成をモニターするように動作し得ることを特徴とする、請求項１５に記載の水素濃度検知用流体センサ。
【請求項１８】
前記ヒーターに対する前記所望の温度は、フィールドにおいて構成され得ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記ヒーターに対する前記所望の温度は、フィールドにおいて構成され得ることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記ヒーターにおいて高められた温度状態は、所望の温度であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記ヒーターにおいて高められた温度状態は、所望の温度であることを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
ヒーター及び温度センサを使用している流体センサを補償するための方法であって、
前記流体センサの出力を周辺温度に対する既知の値に調整するステップと、
前記検知される流体におけるＨ２ＯおよびＣＯ２の範囲を決定するステップと、
前記検知される流体内のヒーターにエネルギーを与えて一つ以上の温度にし、検知される前記流体におけるＨ２ＯおよびＣＯ２の量を変化させつつ、前記流体センサの出力をモニターするステップと、
前記流体センサに対するＨ２ＯおよびＣＯ２の効果を最小にするようヒーターの温度値を選択するステップと、
前記ヒーターを使用して検知される前記流体を前記選択された温度値まで加熱するステップと、
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２３】
前記出力が、少なくとも二つの流体を混合した結果から生じる各構成要素の濃度を制御するために使用されることを特徴とする、請求項８に記載の流体センサ。
【請求項２４】
関心ある一つ以上の流体は気体であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項２５】
関心ある一つ以上の流体は液体であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項２６】
関心ある一つ以上の流体は冷媒であることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
流体の流れ（気体又は液体）をモニターする合成センサは、工業プロセスを最適制御するために重要である。利用可能なモニター（分析装置）は、この機能を実行するために高価なメンテナンスとサンプリングを必要とする。より大きなプロセス生産高、競争コストの減少及び生産品質の向上、より信頼でき低価格の分析装置を達成するためには、モニター又は好ましくは耐久性が高くコンパクトなセンサが、上述した制御目的をより達成するために必要とされる。
【０００２】
流体の流れのプロセス制御目的の一例には、個別の二つの冷媒を混合して、そのような冷媒の気体又は液体混合物のセット合成を達成することである。耐久性が高く、手ごろな価格で、広範囲、低電力で安定したセンサは、そのような混合物の合成における小さな変化や、そのような２成分混合物の一構成要素の設定点の濃度における小さな偏差を測定することを可能とする。
【０００３】
流体の流れの別の例は、プロトン交換膜燃料セル（ＰＥＭＦＣ）において見出され、該プロセスは、酸素と水素を化合して水にするために電気化学プロセスを使用し、電流を生成する。第一に安全性の観点から、水素が可燃性を持つことが、ＰＥＭＦＣ外部における空気において、検出及び検知を非常に重要なものとしている。第二に、本発明により関連するが、水素はＰＥＭ燃料セルにおいて重要な燃料であるので、ＰＥＭＦＣの適切な動作にとって、Ｈ２の濃度をモニターし制御することが必要となる。従って、プロセスをモニターし、ＰＥＭＦＣの周囲の入出力検出を制御するための、信頼ができ、低コストな混合物合成センサに対する必要性がさらに存在する。
【０００４】
近年では、シリコン半導体技術の発達により、半導体水素センサのようなＰｄ（パラジウム）金属酸化物半導体（ＭＯＳ）の使用に対して、より注目が集中している。Ｐｄ金属は、優れた触媒作用を有し、表面に吸収された水素分子を水素原子に分離することが出来るので、水素センサにおいて使用されている。水素原子の一部は、Ｐｄ金属を通して分散し、金属と酸化層との間の境界に吸収される。これらの水素原子は、分極後、酸化層とシリコン半導体との間のショットキー障壁の高さを変化させ、よって装置の電気特性を変化させる。Ｉ．Lundstromは、早くからＰｄゲートを持つＰｄ／ＳｉＯ２／ＳｉＭＯＳ電界効果トランジスタ構造を提案している[Lundstrom, M.S. Shivaraman, and C.Svensson,J.Appl.Phys. 46,3876(1975)]。水素がＰｄゲートに吸収された後に、変化された閾値電圧及び端末容量が水素検出のための基礎として使用される。
【０００５】
水素を検知する別の技術は、Ｐｄ薄膜の電気抵抗の変化を測定することである[P.A. Micheals, Design, Development, and Prototype Fabrication of an Area Hydrogen Detector, Bendix Corporation, Southfield, Mich., 1964, Contract NAS8-5282]。薄膜は、常にホイートストン・ブリッジ内の二つの抵抗の形状にある、基盤上に蒸着される。実質的に不活性で、電気的に絶縁された、水素不浸透なパシベーション層は、抵抗の少なくとも一つのを覆い、他の抵抗は覆われずにいる。被覆された抵抗と被覆されていない抵抗の電気抵抗の差は、センサ素子が露出される流体における水素濃度に関連している。
【０００６】
最も一般的な（しかし、単に感受的であるわけではない）水素センサは、「触媒可燃性」センサ又は「熱線」センサである。これらのセンサは、検出器素子として、類VIIIB金属素子（Ｎｉ、Ｐｄ，Ｐｔ）を利用しており、これらの素子は、水素を触媒的に酸化するために加熱され、結果として水素の存在を決定するために測定されるパラメータである「熱線又はビード」の温度及び関連した抵抗が変化する。
【０００７】
上述した全ての方法では、気体混合物における水素を検知するために使用され得るが、それらは全て特定の制限を被る。上述した全てのセンサは、抑制されないドリフトの原因となり、センサを不安定にする小さな不純物を受けやすい。同様に、これらのセンサの各々は、微量のＳＯｘにより触媒力が減ぜられ得る。さらに、ＭＯＳ半導体および触媒燃焼水素センサは、動作するためにＯ２を必要とする。Ｏ２が不足した環境つまり爆発上限を越えた環境においては、酸化プロセスは抑制される。これにより触媒燃料センサの熱素子の加熱が弱められ、もしくは全然加熱しなくなり、センサが誤った読みとりを発生させる原因となる。
【０００８】
多くの方法が、関心のある流体の熱伝導率（ＴＣ）を測定するために工夫されている。ＴＣ測定の従来の方法は、可逆ステップを使用した熱量測定を使用して、熱的に孤立されたシステムつまり断熱的なシステムに供給するエネルギーを増加させることであった。
【０００９】
さらに熱伝導率の測定のためには、以下でより詳細に述べるように、非常に小さな、低電力の手頃な値段の「マイクロブリッジ」半導体チップセンサが使用されており、エッチングされた半導体「マイクロブリッジ」はヒーターおよびセンサとして使用されている。そのようなセンサの構造は、流れ率を測定するための熱的に孤立した薄い「熱フィルム」マイクロ流体速度計の構造と同じであり得る。上述したクラスの半導体チップセンサは、全て本発明と共通の譲受人への米国特許4,478,076，4,478,077，4,501,144，4,651,564，4,683,159に、より詳細に取り扱われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
水素の非常に高い熱伝導率を利用する熱伝導率ベースの検知手法は、安定しており、触媒力の低減を受けづらいが、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２における大きな変化により妨害を受けやすい。
【００１１】
熱伝導率を介して、混合物の構成要素の濃度を正確に測定するための能力は一般的にそのような測定がなされる温度に依存している、というのは各構成要素は異なる熱伝導率の温度依存性を有しているからである。本発明は、以下で記述するように、低電力、流体安定性及び安全性基準に注意を払うことにより課せられる制限内で、構成要素がそれぞれの各熱伝導率を最も相違する測定温度を選択する。
【００１２】
従って本発明の目的は、従来技術の流体混合物検出器における上述した欠陥を克服し得る、マイクロブリッジ構造を使用した、改善された流体混合物合成センサを提供することである。より詳細には、本発明の一つの目的は、Ｈ２Ｏ及び／又はＣＯ２に対する低減された感度を有する水素濃度の測定及び一般的に流体混合物における構成要素のより正確な濃度測定を結果としてもたらす、熱伝導率センサの改善された方法を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的及び利点は、以下における開示および添付された特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、熱マイクロ構造センサに基づく、インサイチューで、手頃な値段の高速なプロセスモニターつまり流体混合物センサを提供することによって、従来技術に関連した多くの欠陥を克服している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、インサイチューで、低コストなプロセスモニターを組み込むセンサ及び流体の流れの合成を正確にモニターする他の有利な特徴に向けられている。センサの好適な実施の形態は、正確に水素を検知するのに適したマイクロブリッジセンサを含んでいる。
【００１６】
以下で言及されるであろうように、マイクロセンサシステムつまり「マイクロブリッジ」は、制限されるものではないが、様々な理由から現在好ましい。システムは、高速に反応し、正解で、関心ある流体への有利に結合するために感受的であり、小さく、様々な構成に適用できる。
【００１７】
考察されるマイクロブリッジ半導体チップセンサは、例えば、本発明にとって好ましい特定の実施の形態において、上述した発明に示された一つ以上のマイクロブリッジ・システムの形状に類似し得る。そのようなシステムは、Ａａｇａｒｄらへの米国特許４,994,035の図１−３に例示されている。その例における議論は、本発明の理解を助け得るので、ここで示されるであろう。本発明の議論は、必要とされる程度まで充分なものと信じられるが、引用されるマイクロブリッジに関連した発明に含まれる任意のさらなる材料が参照によりここに組み込まれているものと見なされる。
【００１８】
従来技術に関連した図１−３は、一組の薄膜温度センサ２２及び２４、薄膜ヒーター２６、及びセンサ及びヒーターをベース基盤との接触から支持している支持部材２０を考察している。センサ２２とセンサ２４は、ヒーター２６の反対側に配置されている。支持部材２０は半導体、好ましくはシリコンであり、正確なエッチング技術への適合性および電子チップの生産性の容易性により選択される。実施の形態は、薄膜ヒートセンサとして動作する一つ又は二つの同じ温度検知抵抗グリッド２２及び２４と、薄膜ヒーターとして動作する中心に配置された加熱抵抗グリッド２６を含み得る。
【００１９】
センサ２２及びセンサ２４及びヒーター２６は、任意の適切な、安定した、金属又は合金フィルムにより作られる。使用される金属は、８０％のニッケルと２０％の鉄で合成された、パーマロイとして時として言及されるニッケル−鉄合金であり得る。センサ及びヒーターグリッドは、層２８及び２９を典型的に含む誘電性薄膜に被包されており、薄膜部材を形成するために好ましくは、窒化珪素、Ｓｉ３Ｎ４である。好適な実施の形態では、ヒーター２６は、周囲温度より高い摂氏１０度〜２００度の通常動作範囲を有しており、それは薄膜Ｐｔの蛇状ヒーター素子に供給される電力に関連している。
【００２０】
図１及び図２では、センサは二つの薄膜部材３２および３４、部材３２はセンサ２２を含んでおり、部材３４はセンサ２４を含んでおり、各部材は、ヒーター２６の半分を含み、１５０ミクロンの幅と４００ミクロンの長さの好適な寸法を有している。
【００２１】
システムは、さらに効果的に素子２２，２４，２６を囲み、その構造がシリコン表面３６に作成されることにより達成される、正確に規定された空間３０を記述している。薄膜素子２２，２４及び２６は、約０．０８から０．１２ミクロンの厚さを有しており、線幅が５ミクロンのオーダーであり、５ミクロンのオーダーの線幅の間に空間を有している。窒化珪素膜内に被包された素子は、好適には全体で約０．８ミクロン又はそれ以下の厚さを持つ。流体空間３０は、部材３２及び３４の下のシリコン本体２０内へ正確に規定された約１００ミクロン深さの流体空間を引き続きエッチングすることによって作成される。
【００２２】
部材３２、３４は、くぼみつまり流体空間３０の一つ以上の端で半導体本体２０の上面３６に結合される。図３に示されるように、部材３２及び３４は、くぼみ３０をまたいでブリッジされており、代替的には、例えば、部材３２及び３４はくぼみ３０上で片持ち（cantilevered)され得る。
【００２３】
図示されたマイクロブリッジシステムにおいては、熱はヒーターからセンサへ、固体及び流体結合の双方によって流れる。窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）は、良好な電気絶縁体である一方、効率的な固体断熱体であることがさらに注意されるべきである。部材３２及び３４内で結合している窒化珪素膜は良好な断熱材であるので、固体を通る熱の伝達は、ヒーター２６からの熱の伝搬を支配していない。さらにこのことにより、加熱抵抗２６から検知抵抗２２および２４へ伝達される相対的な熱の量は、支持している窒素膜を介する流れではなく、包囲している流体を介する流れによって高められる。さらに、支持している窒化珪素膜は、加熱抵抗グリッド２６にすぐに近接し又は並列に配置され得るほどに検知抵抗グリッド２２及び２４が充分に低い熱伝導率を有している。従って、検知抵抗グリッド２２及び２４は、加熱抵抗２６に近接した流体空間に事実上固く支持されて、加熱抵抗グリッド２６の平面内および加熱抵抗グリッド２６に近接した空気の温度を測定するための熱プローブとして動作する。
【００２４】
図４は、流れパイプを有する線内に置かれたマイクロブリッジセンサパッケージの部分的な破断図である。中心穿孔２０２を持つ主流チャンネル２００は、関心ある流体を運搬するパイプに接続されている。第１のチャンバー２０４は、単一の穿孔２０６を介して主流チャンネル２００の中心内腔２０２と流体通信をする。第１のマイクロブリッジセンサが搭載されたヒーター２０８が、第１のチャンバー２０４に挿入され、図示されているように主流チャンネル２００に対し固定される。この構成においては、第１のマイクロブリッジセンサ２１０は、実質的には流れがゼロである、関心ある流体に露出されている。第１のマイクロブリッジセンサ２１０は、典型的には熱伝導率、熱拡散率、比熱、温度、圧力などの流体の特性を測定するために使用される。
【００２５】
熱伝導率を検知するシステムの動作が、図５に関して簡単に説明される。図５に示されたヒーター制御回路は、熱だめ基準抵抗３８を制御することによってヒーター２６を周囲より上昇した所定の温度に維持するよう、ホイートストンブリッジ４６を使用する。ホイートストンブリッジ（ＷＢ）４６には、第１の脚部に加熱抵抗２６及び抵抗４０を含み、第２の脚部に抵抗４２、熱だめ抵抗３８、抵抗４４を含んでいることが示されている。温度に依存しない抵抗４４は、既知のＴＣの基準流体に対するセンサ出力（即ち、ヒーター電圧つまり上部ＷＢ電圧）が、周辺温度による変化を最小にするように初期に調整され、ほぼ一定の値のＴＣを所定の基準温度値において出力する。維持されているＴＣ出力の可変性は、例示的に図１１に示されている。
【００２６】
図６は、正規化されたマイクロブリッジセンサ出力つまり既知の水素濃度を有する検知された流体の熱伝導率（ＴＣ）を、Ｎ２＋Ｈ２Ｏ流体の流れ内の水蒸気の濃度の関数としてグラフ化したものである。参照番号１００によって示される点は、水素濃度が検知された流体においてゼロパーセントとなるセンサ出力またはＴＣである。水蒸気濃度に対するセンサ出力つまりＴＣの複数のプロット１０２が、摂氏０度〜２２０度の範囲の温度値に対して示されている。図６に示すように、低濃度のＨ２Ｏを導入することでＴＣが増加する。結局、任意の流体温度でＨ２Ｏの濃度がさらに増加されると、センサ出力つまりＴＣは最大値に到達し、ついに減少する。このふるまいは、Ｈ２Ｏの二量体およびトリマーの形成によるものであり、それらはＨ２Ｏの個別分子からなる気体よりも大きな分子重量及びより低いＴＣを有する。水蒸気は低温度で凝縮するので、図６におけるダッシュにより表されている線は理論的な値である。参照番号１０４で示される一番上の線における点は、約４０モルパーセント濃度のＨ２Ｏで、正規化されたセンサ出力は百１パーセント水素濃度で見いだされるものの約二倍である。
【００２７】
図７は、Ｎ２＋Ｃ２Ｏを含む流体の流れにおいて、正規化されたセンサ出力つまりＴＣをＣＯ２を濃度の関数として表した別のグラフである。図６と比較すると、熱伝導率１０６を表す線はより線形であり、それはＨ２Ｏ分子が極性を有するつまり非対称な分子であるのに対し、ＣＯ２は極性なしつまり対称的な分子だからである。さらに、図２におけるプロット１０６は、継続的に減少しており、決して増加しない。本発明は、流体の流れのＴＣに対する非線形なＨ２Ｏの効果を使用してＨ２ＯとＣＯ２によって生じる妨害を最小にする。
【００２８】
図８では、ＣＯ２の濃度がＨ２Ｏの濃度と等しい流体に対する正規化されたセンサ出力つまりＴＣが示されている。このプロットは、図６におけるプロットと図７におけるプロットの組み合わせを反映している。このことは、例えば、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２の濃度が２０モル・パーセントで、摂氏２２０度の温度において証明され得る。参照番号１０８によって示されるこれらの特性において、センサ出力つまりＴＣはＨ２ＯおよびＣＯ２の濃度値が０モル・パーセントの場合のセンサ出力つまりＴＣよりも小さい。図１では、参照番号１１０によって示されるセンサ出力つまりＴＣは、Ｈ２Ｏの濃度が０モルパーセントでのセンサ出力つまりＴＣよりも大きい。
【００２９】
図９及び１０は、この概念のさらなる拡張である。特に、図９では、正規化されたセンサ出力つまりＴＣが、流体の流れのＨ２Ｏの関数として示されており、ここでＣＯ２は、Ｈ２Ｏの濃度より三倍多い。図１０では、ＣＯ２の濃度が４００ｐｐｍで一定に保持されており、Ｈ２Ｏの濃度は変化可能にされている。
【００３０】
従って、本発明では最適なヒーター環境温度を変えることによって非線形のＨ２ＯＴＣ効果をさらに利用する。ヒーターの周りのマイクロ環境における平均温度が図８−１０において示される最も線形であるＴＣプロットによって提示されるようなレベルに、ヒーター温度を調整することによって、Ｈ２Ｏ及びＣＯ２の効果は非常に低減される。このことは、Ｈ２Ｏ／ＣＯ２の近似率が既知のものであり、特定の応用、例えば、ＰＥＭＦＣ燃料電池又は冷媒流体の流れにおいて比較的一定であるとの仮定に基づいてなされる。
【００３１】
さらに詳細には、特定の検知応用においてＣＯ２とＨ２Ｏの可変範囲がまず決定がなされる。上述したように、前述した可変性の妨害が最小となる最適な測定温度の決定がなされる。この決定は、ルックアップ・テーブル、グラフ、他の低コストデバイスなどを使用して工場においてなされうる。最適な測定温度が決定されると、ヒーター２６の温度は、ヒーター２６の周囲の温度勾配を考慮するために所望される最適な温度の約１５０％に設定される。ほとんどの検知応用では、ヒーター温度は、検知される流体におけるＣＯ２及びＨ２Ｏの濃度に依存して変化している最適温度に設定されるであろう。本発明の代替的な実施の形態では、検知された流体の合成を変化したり、他の必要性がある場合に最適測定温度をリセットする能力を含み得る。
【００３２】
好適な実施の形態では、このことは、ヒーター温度を図８における流体の流れの合成のための約２１０度から図９における流体の流れの合成のための摂氏約１３０度へヒーター温度を調整する必要がある。図１０では、最適又は好適な温度センサヒーター環境温度が、摂氏４０度近傍、又は可能な限り低く示されている。室温におけるおける安全な応用においては、ＣＯ２は約３００−６００ｐｐｍで、Ｈ２Ｏは約１−３モルパーセントで、ヒーター温度は約摂氏４０度である。高い水蒸気濃度を有するＰＥＭＦＣ燃料電池の応用では、ＣＯ２は約１０モルパーセント、Ｈ２Ｏは約３０モルパーセント、及び好適なヒーター温度は摂氏約１２０度である。
【００３３】
図１１に示すような、本発明の温度補償方法がない場合の流体センサ出力が、Ｈ２の濃度がゼロモルパーセント及び１モルパーセントの双方で、温度の関数として示されている。同様に、図１３は、温度補償前の、他の様々な流体合成物に対する対温度のセンサ出力を示している。図１２は、ここで記述される温度補償発明を使用している図１２と同じグラフ表現である。
【００３４】
ここで示されるＴＣベースのセンサは、従って、流体の混合が、（１）非常に異なる熱伝導率を持つ二つの構成要素であり、（２）少なくとも一つの構成要素が非常に異なるＴＣを有し、他の構成要素の効果が非常に除去されているような三以上の構成要素である場合に、流体の混合物の少なくとも一つの素子の合成をモニターするために適している。
【００３５】
本発明の好適な実施の形態について記述されてきたが、当業者には、ここにおいて見いだされる教示は、容易に添付された特許請求の範囲にある他の実施の形態へさらに適用可能であることが理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】マイクロブリッジ流体センサの従来技術の実施形態を示す図である。
【図２】マイクロブリッジ流体センサの従来技術の実施形態を示す図である。
【図３】マイクロブリッジ流体センサの従来技術の実施形態を示す図である。
【図４】流体環境におけるマイクロブリッジセンサパッケージの部分的な破断図である。
【図５】本発明のヒーター制御回路である。
【図６】様々な流体合成物に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図７】様々な流体合成物に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図８】様々な流体合成物に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図９】様々な流体合成物に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図１０】様々な流体合成物に対するセンサ出力を示すグラフである。
【図１１】最終温度補償前の、水素濃度の二つのレベルにおける、温度とセンサ出力の関係を示すグラフである。
【図１２】温度補償後の、本発明に従った様々な流体濃度における、温度とセンサ出力の関係を示すグラフである。
【図１３】温度補償前の、本発明に従った様々な流体濃度における、温度とセンサ出力の関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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