(57)【要約】  本発明は、流れる流体の特性を検出するシステムおよび方法に関する。本システムおよび方法は、基板(12)の上方に支持された微小チューブ(14)、チューブ(14)の自立部(16)内にあるチューブ流路(20)、チューブ流路(20)および外部と流体連通するインレット(36a)およびアウトレット(36b)、チューブ(14)の自立部(16)を振動させる素子(22)、チューブ(14)の自立部(16)の動きを検出する素子(24)とを有し、自立部(16)の振動周波数および／または撓みを測定し、これにより、チューブ流路(20)を流れる流体の特性に対応する少なくとも１つの出力を生成する、マイクロ流体素子(10)を備える。さらに、本システムおよび方法は、マイクロ流体素子(10)を流体中に配置し、流体の一部を、チューブ流路(20)に流入させて、マイクロ流体素子(10)の出力を処理して、この流体の特性を求める。【選択図】図３
2011506938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れる流体中に配置され、該流体の特性を測定するための流体検出システムであって、
基板の上方に支持され、該基板との間に空隙を形成している、微小チューブと、該微小チューブの自立部内に設けられたチューブ流路と、該チューブ流路および外部と流体連通するインレットおよびアウトレットと、該微小チューブの前記自立部をその共鳴周波数で振動させる手段と、該微小チューブの前記自立部の動きを検出する手段とを備え、前記自立部の振動周波数と、前記基板に対する前記自立部の相対的な撓みとのうち少なくとも一方を測定し、これにより、前記チューブ流路を流れる流体の質量流量、比重、および密度のうち少なくとも１つに対応する出力を生成するようになっている、マイクロ流体素子と、
前記流体の一部が、前記マイクロ流体素子の前記インレットを通して前記チューブ流路に流入するように、前記マイクロ流体素子を前記流れる流体中に配置させる手段と、
前記流体の特性を算出するために、前記少なくとも１つの出力を処理する手段と、
を備える、流体検出システム。
【請求項２】
前記マイクロ流体素子は、前記微小チューブを通じる前記チューブ流路と並行流路であるバイパス流路をさらに備える、請求項１に記載の流体検出システム。
【請求項３】
前記マイクロ流体素子は、前記バイパス流路の内部に、前記流体の流れを該バイパス流路から逸らし、前記微小チューブの前記チューブ流路へと促す突起をさらに備える、請求項２に記載の流体検出システム。
【請求項４】
少なくとも前記マイクロ流体素子の前記インレットが、導管を流れる流体中に配置されるように、前記配置手段は、前記導管の壁の開口内に前記マイクロ流体素子を配置するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体検出システム。
【請求項５】
前記マイクロ流体素子が、導管を流れる流体中に配置されるように、前記配置手段は、該マイクロ流体素子を該導管の壁から離間させて配置するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の流体検出システム。
【請求項６】
前記配置手段は、前記マイクロ流体素子を前記導管中の流体境界層の外側に配置するように構成されている、請求項５に記載の流体検出システム。
【請求項７】
前記配置手段は、漏斗流路を有する漏斗と、該漏斗を前記導管の壁から離間させて配置するトラスとを備える、請求項４〜６のいずれか一項に記載の流体検出システム。
【請求項８】
前記漏斗は、漏斗インレットを形成する上流端部と、漏斗アウトレットを形成する下流端部とを備え、前記漏斗インレットは前記漏斗アウトレットよりも大きな断面積を有することにより、前記流体の前記漏斗流路内の流れが促進される、請求項７に記載の流体検出システム。
【請求項９】
前記マイクロ流体素子は、前記漏斗流路を形成する前記漏斗の表面に配置されており、少なくとも前記マイクロ流体素子のインレットが前記漏斗流路を流れる流体中に配置されている、請求項７または８に記載の流体検出システム。
【請求項１０】
前記漏斗流路への粒子の侵入を防止するため、前記漏斗インレットに配置されるスクリーンをさらに備える、請求項７〜９のいずれか一項に記載の流体検出システム。
【請求項１１】
産業用設備、または、陸上・水上・航空輸送手段における導管内に設置される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流体検出システム。
【請求項１２】
前記マイクロ流体素子は、その全体が前記導管の内部に位置している、請求項１１に記載の流体検出システム。
【請求項１３】
前記処理手段は、その全体が前記導管の外側に位置している、請求項１１に記載の流体検出システム。
【請求項１４】
前記流体は、液体燃料、気体燃料、空気、水、潤滑剤、油圧流体、冷媒、およびエンジン排気ガスの中から選択される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の流体検出システム。
【請求項１５】
前記流体の前記特性は、質量および体積流量、密度、比重、流体成分の相対化学濃度、気体・液体・固体汚染物質の存在の中から選択される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の流体検出システム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の流体検出システムにより流れる流体の特性を検出する方法であって、
前記流体の一部が、前記マイクロ流体素子の前記インレットを通じて前記チューブの前記チューブ流路に流入するように、前記マイクロ流体素子を前記流体中に配置し、および、
前記流体の特性を算出するために、前記少なくとも１つの出力を処理する、
工程を備える、流れる流体の特性を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体検出装置、およびかかる装置を使用する方法に関する。より具体的には、本発明は、内部の流れ容量を超える流量で流れる流体システム中の流体の特性を測定可能とする、微小流体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンマイクロマシニング技術を使用した、共鳴質量流量および密度センサの製造プロセスおよび構造が、譲受人を共通とする、米国特許第６４７７９０１号、第６６４７７７８号、第７２２８７３５号、第７２６３８８２号、英国特許出願公開第２２２１３０２号、および、国際公開第ＷＯ２００７／１４７７８６号に開示されている。これらにおいて使用されているマイクロマシニング（微小）加工は、シリコンウエハなどの基板をバルクエッチングしたり、表面薄膜エッチングしたりすることにより、微小な要素を形成する技術である。後者の場合、基板表面にある酸化物層などからなる犠牲層の上に、多結晶シリコンや金属などの薄膜を堆積させ、次いで犠牲層を選択的に除去し、堆積薄膜を剥離している。タジガダパらの米国特許第６４７７９０１号およびスパークスの米国特許第６６４７７７８号により開示された製造プロセスでは、１つ以上のシリコンチューブがウエハ上に懸架されている微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を製造するために、ウエハボンディングおよびシリコンエッチング技術が使用されている。該チューブは、共鳴周波数で振動され、これによりチューブを流れる流体の流量および密度が特定される。
【０００３】
上記米国特許により教示されるタイプのセンサは、さまざまな用途に用いられる。これらのセンサの特筆すべき点は、きわめて小型に製造することができ、他と比較して微量の流体を正確に解析できることにある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６４７７９０１号
【特許文献２】米国特許第６６４７７７８号
【特許文献３】米国特許第７２２８７３５号、
【特許文献４】米国特許第７２６３８８２号、
【特許文献５】イギリス特許出願公開第２２２１３０２号
【特許文献６】国際公開第ＷＯ２００７／１４７７８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、流量が比較的大きくなる特定の用途においては、流量に制限がある微小センサが適当ではない場合がある。たとえば、これらには限られないが、産業用途における、直径が１ｍないしはそれ以上の比較的太いパイプに、石油化学製品、気体、水、空気などの流体が流れる場合をあげることができる。また、自動車および航空分野における、吸気、石油化学燃料、水素、アルコールなどの流体もあげることができる。既存の流量センサは、一般に熱線技術および流体抗力技術を利用している。しかしながら、タジガダパらおよびスパークスの教示によるセンサが、大型化することなく比較的高流量の用途に適用できるようになれば、望ましいといえる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、マイクロ流体素子を使用して流体の特性を検出するためのシステムおよび方法が提供される。この流体検出システムは、マイクロ流体素子の内部の流れ容量を超える流量で流れる流体であっても、かかる流体の特性を測定できるように構成される。
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、流体検出システムのマイクロ流体素子は、基板の上方に支持され、基板との間に空隙を形成する微小チューブと、該微小チューブの自立部内にあるチューブ流路と、該チューブ流路および該マイクロ流体素子の外部と流体連通するインレットおよびアウトレットと、前記微小チューブの自立部をその共鳴周波数で振動させる手段と、前記微小チューブの自立部の動きを検出する手段とを備え、該自立部の振動周波数および前記基板に対する自立部の撓みのうち少なくとも一方を測定し、これにより、前記チューブ流路を流れる流体の質量流量、比重、および密度のうち少なくとも１つに対応する出力を生成する。さらに、流体計測システムは、流れる流体中に該マイクロ流体素子を配置して、該マイクロ流体素子のインレットを通じて前記微小チューブのチューブ流路に流体の一部を導入する手段と、少なくとも１つの出力を処理して、該流体の特性を算出するための手段とを備える。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、本方法は、上記のマイクロ流体素子を用いて、流れる流体中に該マイクロ流体素子を配置して、該マイクロ流体素子のインレットを通じて前記微小チューブのチューブ流路に流体の一部を導入し、少なくとも１つの出力を処理して、該流体の特性を算出する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のシステムおよび方法は、流体流量が大きいさまざまな用途に適用可能であり、そのような流体の種々の特性、たとえば体積流量、質量流量、比重、および／または密度などを特定する能力を有する。比重および密度の特定により、流体成分の相対的化学的濃度を得たり、液体中の気泡、液体または気体中の固体粒子などの望ましくない成分の存在を検出したりすることができる。
【００１０】
本発明のその他の目的および効果は、以下の詳細な説明によって、より明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来技術および本発明に係る、その内部に液体が流れる共鳴する微小チューブを備えるマイクロ流体素子を示す斜視図である。
【図２】図１に示すマイクロ流体素子を示す断面図である。
【図３】図１および図２のマイクロ流体素子に対してバイパス流路を備えるように改良を施した、本発明の第１の実施形態を示す断面図である。
【図４】図１および図２のマイクロ流体素子に対してバイパス流路を備えるように改良を施した、本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】図３または図４に示す流体検出装置が装置内に配置された大流量システムからなる本発明の別の実施形態を概略的に示す軸方向断面図である。
【図６】図５の線６−６に沿った径方向断面図である。
【図７】図１から図４に示したタイプの流体測定装置を、図５および図６に示す流体システム中に設置した場合に、温度がその性能に与える影響をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１および図２は、譲受人を共通とする、タジガダパらによる米国特許第６４７７９０１号に開示されたタイプのマイクロ流体素子１０である。このマイクロ流体素子１０は、本発明にも適合する。タジガダパらの内容は、コリオリセンサの製造と操作に関するものであるが、これらは参照として本明細書に含められる。タジガダパらは、マイクロマシニング技術を使用した図１に示すタイプの流量センサの製造プロセスと構造を開示している。タジガダパらにより開示された製造プロセスによれば、１種以上の流体が流れる、１つ以上の懸架された微小チューブを備える微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）を製造するために、ウエハボンディングとシリコンエッチング技術を使用する。この微小チューブは、共鳴周波数またはその近傍で振動させられ、これにより流量および密度を含む流体のいくつかの特性が、コリオリ力の原理を使用して特定される。これらのセンサの特筆すべき点は、製造可能な範囲できわめて小さく、きわめて少量の流体を正確に分析できることである。以下の説明から理解されるように、このようなセンサの高い精度も、本発明の効果によるものである。
【００１３】
図１および図２に示されるマイクロ流体素子１０は、基板１２上の基台２８から延在する微小チューブ１４を備え、チューブ１４の自立部１６は、基板１２の表面１８上に懸架されており、それらの間に空隙が形成されている。基板１２は、シリコンまたは他の半導体材料、水晶、ガラス、セラミック、金属、ポリマー材料、複合材料などにより形成されている。チューブ１４は、シリコン、ドープされたシリコン、または他の半導体材料、シリコンカーバイド、水晶または他のガラス材料、セラミック材料、金属材料、および複合材料により、マイクロマシニング加工されたものである。基板１２とチューブ１４とを個別に製造し、その後チューブ１４を基板１２の表面１８に一体的に取り付けるようにしてもよい。チューブ１４の自立部１６については、略Ｕ字状としているが、たとえば、直線状、Ω字状、Ｓ字状、Ｚ字状などの、より簡単または複雑な形状についても、本発明の範囲内である。主な例としては、譲受人を共通とする、米国特許出願第１１／６２０４１１号、第１１／６２０９０８号、第１２／１４３９４２号、および第１２／２６７２６３号に開示されたチューブ形状があげあれるが、その内容は参照として本明細書に組み込まれる。さらに、検知される流体が気体の場合、チューブ１４の構成に、補強バー、チューブ形状、丸みのあるコーナー、厚い壁を取り入れ、気体が流れる用途に対してチューブ１４の性能の改善を図ることもできる。第１２／２６７２６３号の教示によれば、ガス流量が多い場合、微小チューブ１４は、液体を評価する場合とは異なる周波数モードで振動する場合がある。この現象は、液体と比べて気体の場合には、チューブ１４の内部流体減衰が大幅に低いために生じると考えられる。異なる振動モードを防ぐため、チューブ１４に、チューブ１４を補強する１つ以上のクロスバーを組み込むことで、気体がチューブ１４を通じて流れる際に、異なる共鳴モードが発生する可能性を低減させることができる。
【００１４】
図１および図２には、チューブ１４の自立部１６の下方であって基板の表面１８上に配置された駆動電極２２および検出電極２４と、マイクロ流体素子１０への入力信号およびマイクロ流体素子１０からの出力信号を伝送するための接合パッド３２（図には１つのみを示す）とが示されている。流体が入口２６を経てマイクロ流体素子１０に流入して、チューブ１４内の内部流路２０に流れると、自立部１６は駆動電極２２により振動させられ、流量や密度など、流体のいくつかの特性がコリオリ力の原理を利用して特定される。特に、自立部１６は、基板１２の表面１８に対して垂直方向に、好ましくは、共鳴周波数またはその近傍で振動させられる。チューブ１４が上方に移動する振動の半周期の間、流体がチューブの曲がった部位を通ると自立部１６は上方に向けた運動量を持ち、自立部１６から流出する流体は、アウトレットに最も近い自立部１６の部位を押し上げることで、その垂直方向の動きが減少することに対して抵抗する。その結果生じる力により、チューブ１４の自立部１６は、自立部１６の脚に平行な自立部１６の対称軸を中心に捩られる。振動の次の半周期では、チューブ１４は下方に移動し、自立部１６は逆方向に捩られる。この捩り特性は、コリオリ効果と呼ばれている。コリオリ効果の結果として、１振動周期の間にチューブ１４の自立部１６が屈折する程度は、チューブ１４を流れる流体の質量流量と相関性がある。一方、流体の密度は、共鳴振動周波数の２乗に反比例する。チューブ１４の共鳴周波数は、その機械的構造（形状、寸法、構造、および材料）により制御される。図１および図２に示した微小チューブ１４の一般的な共鳴周波数は、概して約１ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲である。振動振幅は、チューブ１４の下に位置する駆動電極２２により調整可能である。チューブ１４がドープされたシリコンにより形成されている場合、チューブ１４は駆動電極２２に対して容量的に結合された電極として機能する。したがって、駆動電極２２がチューブ１４を容量的に（静電的に）駆動することが可能となる。チューブ１４が非導電材料により形成されている場合、チューブ１４を静電的に振動させるために、別体の電極がチューブ１４上に駆動電極２２と対向して形成される。代替的な駆動技術としては、圧電素子をチューブ１４の上面に設けて、チューブ１４の自立部１６がチューブ１４の面に対して垂直な方向に向けて撓むように、チューブ１４の平面に交互の力を発生させることがあげられる。その他、チューブ１４の自立部１６を、磁気的、熱的、または他の駆動技術により駆動するようにしてもよい。検出電極２４により、駆動電極２２へのフィードバックが提供され、振動周波数が適切な回路により制御可能となり、基板１２に対するチューブ１４の相対的な撓みも測定される。検出電極２４は、チューブ１４を容量的に検知したり、または、チューブ１４の動きまたは近接度を測定することができる他の適切な手段によりチューブ１４を検知したりしてもよい。
【００１５】
図２には、キャップ３０に収容されてセンサパッケージを形成しているマイクロ流体素子１０が、概略的に示されている。キャップ３０により真空パッケージとなり、空気によるチューブ振動の減衰を低減させている。電子装置の真空パッケージに関して、種々のパッケージ方法およびウエハレベルでの方法が存在し、よく知られているので、ここでは、その詳細な説明を省略する。このような方法には、半田または溶接密封パッケージ、および、ガラスフリット、半田、共晶合金、接着剤、および陽極結合を使用したウエハボンディングが含まれる。キャップ３０の適切な材料としては、シリコンがあげられるが、金属材料およびホウケイ酸ガラス（パイレックスなど）その他のガラス材料を含む、さまざまな材料も使用可能である。本発明の好適な実施形態においては、キャップ３０と基板１２との間は気密に結合されており、基板１２およびキャップ３０により形成される筺体は、チューブ１４が減衰なく高い質（Ｑ値）で駆動されるように、排気される。なお、チューブ１４が空気で満たされている状態における、Ｑ値は約１０，０００から約６４，０００である。このような実施態様では、好ましくはゲッター材料３４が収容容器内に配置されて、空間内の減圧とその維持が補助される。密封パッケージのかわりに、ポンプを使用して、望んだときに真空引きされる容器内にチューブ１４を収容するようにしてもよい。
【００１６】
材料密度などの特性は、材料のヤング率および剪断剛性率などと同様に、温度により変化する。このため、マイクロ流体素子１０は、チューブ１４を流れる流体の温度を測定するための素子をさらに備えるようにしてもよい。たとえば、図１には、チューブ１４およびその内部の流体の温度を、種々の使用環境下で適切な精度で監視できるよう、チューブ１４の基台２８に配置された温度検出素子３５が示されている。温度変化に起因し得るチューブ１４の機械的特性の変化およびその中の流体特性の変化は、適切な回路（図示せず）により補償することができる。適切な温度検出素子３５は、公知技術により構成することができる。たとえば、電極２２、２４、接合パッド３２および関連する導体ランナの形成に用いられたタイプの１つ以上の金属層から構成される。これに代えて、または追加して、電位をかけて、電流をチューブ１４に流し、チューブ１４およびその中を流れる流体をジュール熱により加熱して、温度を上昇および維持するようにしてもよい。この場合、温度検出素子３５は、回路（図示せず）を適切に制御するフィードバックとして使用される。
【００１７】
チューブ１４のサイズおよび形状は、適切な流れ容量を備え、かつ、マイクロ流体素子１０により評価される流体に適合する振動パラメータを有するように、選択されるのが好ましい。チューブ１４を製造するためにマイクロマシニング技術が用いられ、チューブ１４のサイズはきわめて小さいものとなる。たとえば、長さが約０．５ｍｍ、断面積が約２５０平方μｍのサイズがあげられるが、より小さいチューブまたはより大きいチューブも本発明の範囲に含まれる。チューブ１４をそのような微小なサイズに製造することができるため、マイクロ流体素子１０は、非常に微量の流体を解析処理するために使用することができる。マイクロ流体素子１０を小型化すると、比較的流量の大きい流体の特性測定や大型の流路内での流体の特性測定が望まれる用途には適さない場合がある。
【００１８】
図３および図４は、図１および図２に示したマイクロ流体素子１０を本発明の実施形態に基づき改良した例を示す断面図である。なお、図３および図４は、マイクロ流体素子１０の基台２８を通り、かつ、図２の断面と直交する断面を示している。流体は、マイクロ流体素子１０のそれぞれに対して、それぞれのインレット３６ａおよびアウトレット３６ｂを通して流入し、流出する。インレット３６ａおよびアウトレット３６ｂは、マイクロ流体素子１０の外部、および、チューブ１４を流入および流出する際に流体が流れるポート２６ａ、２６ｂ（図２では、ともに符号２６が付されている）と流体連通している。各マイクロ流体素子１０は、チューブ１４内の流路２０の並行流路である内部バイパス流路４０をさらに備えているため、インレット３６ａを通じてマイクロ流体素子１０に流れ込む流体の量が過剰であると、チューブ１４を通じることなく、アウトレット３６ｂに直接送られる。
【００１９】
インレット３６ａ、アウトレット３６ｂ、およびバイパス流路４０は、図３に示すように、全体が基板１２のバルク中に形成されてもよいし、図４に示すように、基板１２に取り付けられた別の基板３８中に形成されていてもよい。または、バイパス流路４０の全体または一部について、チューブ１４の基台２８と基板１２との間の隙間により形成するようにしてもよい。好ましくは、バイパス流路４０には流量制限器として作用する突起４６が形成され、これによりチューブ１４の流路２０に対する流れが十分確保される。適切なバイパス機能を得ることができるように、バイパス流路４０の他の部分の流路断面積は、チューブ１４内部の流路２０と比較して、より大きくなっていることが好ましい。
【００２０】
図３および図４に示したマイクロ流体素子１０は、気体および液体を含む、種々の流体を評価するために使用することができる。本発明が特に関連するものは、マイクロ流体素子１０の流路２０、３６ａ、３６ｂ、４０よりもはるかに大きな流路を流れる流体である。これらには限定されないが、たとえば、直径が１ｍ以上の比較的太いパイプに、石油化学製品、気体、水、空気、その他の流体が流れる産業設備用途や、石油化学製品、水素およびアルコールなどの液体燃料および気体燃料、吸気、水、潤滑剤、トランスミッションおよびブレーキ液を含む油圧媒体、冷媒、エンジン排気ガスなどの流体を伴う自動車および航空機用途のものをあげることができる。本発明の一態様によれば、そのような条件下において、マイクロ流体素子１０は、流れる流体内に配置される保護ハウジング内に、インレット３６ａの入口が上流を向くよう装着されることで、流体の特性を検出することを可能としている。たとえば、マイクロ流体素子１０は、図４に示すように構成して、インレット３６ａが流体の流れの上流を向いた状態で、基板３８が、被検出流体が流れる管壁の開口から突出するように取り付けられる。図５および図６に示した他の例では、マイクロ流体素子１０は、導管５２の流路内に配置される。図５では、図４の基板３８とほぼ同様に機能する漏斗５０内の流路４８の内側表面に、マイクロ流体素子１０が取り付けられている。漏斗５０は、好ましくは軸対象であり、導管５２を流れる流体の流路方向に軸が向いており、導管５２は、大きなパイプ、チャネル、または他の比較的大きな流体を含む流路を構成している。漏斗５０の上流端部５４は、漏斗５０の下流端部５８に位置する出口６０よりも断面積が大きいインレット５６を有する。インレット５６の寸法は、種々の流れ条件下でも、流路４８を通る流体の流れを促進するように意図されている。図５には、インレット５６が湾曲した断面形状を有するものとして示されているが、他の断面形状とすることもできる。
【００２１】
漏斗５０は、導管５２の内側でトラス６２により支持されている。好ましくは、トラス６２により、境界層が発生しやすい導管５２の壁から漏斗５０は離間される。流れ場の乱れを最少にするため、トラス６２は、丸い方を上流側に向けた断面雫型とすることができる。図５および図６では、漏斗５０は、導管５２内が完全に層流条件である場合に最大流速が位置すると考えられる導管５２の中心近傍に位置している状態で示されている。配線６４は、トラス６２を通過して漏斗５０にまで至り、マイクロ流体素子１０と電気的に接続されている。図３および図４のバイパス流路４０内の突起４６と同様に、漏斗５０内の流路４８にも、流路４８からマイクロ流体素子１０のインレット３６ａへの流体の流れを促進する突起６６がマイクロ流体素子１０の正反対側に設けられている。インレット３６ａは、漏斗５０の軸に対して直交向きでもよく、平行向きでもよい。または、図１および図２のマイクロ流体素子１０を漏斗５０とともに使用してもよい。この場合、バイパス流路４０は省略され、チューブ１４への流れ、もしくはチューブ１４からの流れは、ポート２６ａおよびポート２６ｂを介してダイレクトに形成される。図３および図４に示したマイクロ流体素子１０には、流体中の浮遊粒子がチューブ１４に流れ込む可能性を低減させる効果があるといえる。浮遊粒子による損傷可能性は、図５および図６に示すように、インレット５６の流入口にスクリーン７０を設けることによって、さらに低減される。
【００２２】
図５および図６には、マイクロ流体素子１０とは別体であって、導管５２の外側に制御ユニット６８が搭載されている例を示している。この場合、制御ユニット６８は、導管５２内の過酷な環境および／または化学条件に晒されることはない。さらに、燃焼性の流体およびガスを評価する場合、低電圧のマイクロ流体素子１０を流体内に配置する一方、制御ユニット６８を導管５２の外部に配置することで、爆発や火災に対するリスクを低減させることができる。この例示では、制御ユニット６８は、単一のマイクロ流体素子１０に接続されているが、複数のマイクロ流体素子１０を制御ユニット６８に接続して、ユニット６８により監視されるようにしてもよい。チューブ１４の自立部１６の動きが検出電極２４により検出されることで、マイクロ流体素子１０は、チューブ１４を流れる流体の少なくとも密度、任意的に流体の質量流量、体積流量、比重などに対応した１つ以上の出力信号を生成する。次いで、制御ユニット６８内の回路を使用して、流体の密度および／または他の任意の流体特性、たとえば流体が混合物である場合の化学濃度が算出される。
【００２３】
図７は、図１から図４に示されたマイクロ流体素子の共鳴周波数を温度に対してプロットしたグラフである。図７によれば、マイクロ流体素子１０は少なくとも１５０℃で作動でき、共鳴周波数と温度には線形の関係があることがわかる。したがって、本発明のマイクロ流体素子１０は、広い温度幅にわたって流体中に設置することが可能である。
【００２４】
図３から図６に示されるように、マイクロ流体素子１０は、微小チューブ１４の容量を超える産業用途および輸送手段用途など、多岐にわたる流体システム用途において使用できるように構成されうる。また、マイクロ流体素子１０によって、さまざまな流体特性、たとえば、これらには限定されないが、流量（質量および体積流量を含む）、密度および密度に関連する特性（たとえば比重）、流体組成の相対化学濃度などの測定が可能となる。マイクロ流体素子１０は、たとえば、液体（たとえばエンジンオイル中の燃料および水）、気体または空気の泡（たとえば燃料およびブレーキ液中におけるもの）、固体粒子（たとえばエンジンオイル中におけるもの）などからなる、望ましくない汚染物質の存在を検出するために使用することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の流体特性評価システムおよび方法は、さまざまな用途に応用できる。これらの用途には、たとえば、産業用設備、および、地上・水上・航空の輸送手段が含まれる。本発明で評価できる流体の主な例としては、液体および気体燃料，空気、水、潤滑剤、トランスミッションおよびブレーキ液を含む油圧液体、冷媒、エンジン排気ガスなどがあげられる。
【符号の説明】
【００２６】
１０  マイクロ流体素子
１２  基板
１４  チューブ
１６  自立部
１８  基板表面
２０  チューブ流路
２２  駆動電極
２４  検出電極
２６、２６ａ、２６ｂ  ポート
２８  チューブ基台
３０  キャップ
３２  接合パッド
３４  ゲッター材料
３５  温度検出素子
３６ａ  インレット
３６ｂ  アウトレット
３８  基板
４０  バイパス流路
４６  突起
４８  漏斗内の流路
５０  漏斗
５２  導管
５４  上流端部
５６  漏斗インレット
５８  下流端部
６０  漏斗アウトレット
６２  トラス
６４  配線
６６  突起
６８  制御ユニット
７０  スクリーン
【図１】
2011506938.tif 000003
【図２】
2011506938.tif 000004
【図３】
2011506938.tif 000005
【図４】
2011506938.tif 000006
【図５】
2011506938.tif 000007
【図６】
2011506938.tif 000008
【図７】
2011506938.tif 000009
【国際調査報告】
2011506938.tif 000010
2011506938.tif 000011
2011506938.tif 000012