(57)【要約】【課題】  一般的に応用が可能で、広範囲の測定パラメータにわたる実質的な変更を要さない汎用型流れセンサ及びシステムを提供することを提供することである。【解決手段】  流れセンサは取り付けプレートと曲がりプレートと感知アセンブリとを含む。取り付けプレートは空気ホースに取り付けられている。取り付けプレートは気体の流れに応答して変位する曲がりプレートにフレキシブルに結合されている。感知アセンブリは曲がりプレート上に配置され、熱モード中に比較的低い流量を感知する温度センサと、変位モード中に比較的高い流量を感知する少なくとも一の変位センサとを含む。温度センサは熱モード信号を出力し、変位センサは変位モード信号を出力する。流れ感知システムは流れセンサとプロセッサとメモリとコンピュータとを含む。プロセッサは熱及び変位モード信号に応答する。コンピュータはプロセッサに結合し、流れセンサの較正を制御する。【選択図】  図１
2004212386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体の流れを方向付ける導管の内面に取り付けられるように構成された取り付けプレートと；
取り付けプレートにフレキシブルに結合され、かつ、導管内の媒体の流れに応答して変位する曲がりプレートと；
曲がりプレート上に配置され、熱モード中に媒体の流れに応答した熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと、変位モード中の媒体の流れに応答した曲がりプレートの変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとを含む感知アセンブリであって、少なくとも一のセンサは熱変化を感知し熱モード信号を出力するように構成されており、熱モード信号は媒体の流れに応答した熱変化を表すものであり、少なくとも一つのセンサは変位の変化を感知し変位モード信号を出力するように構成されており、変位モード信号は媒体の流れに応答した曲がりプレートの変位の変化を表すものであるところの感知アセンブリと、を備え、
低い流れ状態と高い流れ状態の両方を測定することができる流れセンサ。
【請求項２】
媒体は気体、液体、組成物及びスラリのうちの少なくとも一を含む請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項３】
曲がりプレートは、導管の内面に対して鋭角を成すように配置されている請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項４】
曲がりプレートは、実質的に変位していないときに、取り付けプレートに対して鈍角を成すように配置されている請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項５】
さらに、媒体の流れに応答して曲がりプレートの変位が増大するように、曲がりプレート上に配置されたブレードを備えた請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項６】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとが、媒体の流れに対面する側の曲がりプレートの面に配置されている請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項７】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとが、ブリッジ構成で電気的に接続された抵抗器を含む請求項１に記載の流れセンサ。  
【請求項８】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとが、フォトリソグラフィを用いて薄膜多結晶層又は白金層上に作製された抵抗器を含む請求項１に記載の流れセンサ。  
【請求項９】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサは、熱モード中にブリッジ構成から実質的に絶縁されている請求項７に記載の流れセンサ。
【請求項１０】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサは、電気機械的スイッチ又は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチによって、熱モード中にブリッジ構成から実質的に絶縁されている請求項７に記載の流れセンサ。
【請求項１１】
ブリッジ構成は、温度較正用に構成された少なくとも一の抵抗器を含む請求項７に記載の流れセンサ。
【請求項１２】
変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサは、ブリッジ構成の対峙するブランチに少なくとも２個の抵抗器を含む請求項７に記載の流れセンサ。  
【請求項１３】
変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサが、媒体の流れに応答した変位による機械的応力に敏感な曲がりプレートの領域に配置された請求項１に記載の流れセンサ。  
【請求項１４】
曲がりプレートは曲がり軸によって取り付けプレートから離隔され、変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサは、曲がり軸に近接して配置している請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項１５】
曲がりプレートは曲がり軸によって取り付けプレートから離隔され、変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサは、曲がり軸に対して実質的に直交して配置している請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項１６】
曲がりプレートは曲がり軸によって取り付けプレートから分離され、熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサは、曲がり軸に対して実質的に平行に配置している請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項１７】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとを含む機能層を備え、該機能層は曲がりプレート上に配置している請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項１８】
機能層と曲がりプレートとの間に少なくとも一の絶縁層を備えた請求項１７に記載の流れセンサ。
【請求項１９】
絶縁層がシリコン酸化物又はシリコン窒化物を備えた請求項１８に記載の流れセンサ。
【請求項２０】
曲がりプレートは多結晶シリコンを含み、取り付けプレートはシリコンかガラスの少なくとも一方を含む請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項２１】
取り付けプレート及び曲がりプレートが金属で成る請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項２２】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとが、取り付けプレート及び曲がりプレートのうちの少なくとも一方の上に配置された請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項２３】
取り付けプレート及び曲がりプレートのうちの少なくとも一方の上に配置された少なくとも一の電気的コンタクトであって、熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサ及び変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサのうちの少なくとも一方に電気的に接続されている少なくとも一の電気的コンタクトを備えた請求項１に記載の流れセンサ。
【請求項２４】
流れセンサを備えた流れ感知システムであって、
該流れセンサは：
媒体の流れを方向付ける導管の内面に取り付けられるように構成された取り付けプレートと；
取り付けプレートにフレキシブルに結合され、かつ、導管内の媒体の流れに応答して変位する曲がりプレートと；
曲がりプレート上に配置され、かつ、熱モード中に媒体の流れに応答して熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサを含み、かつ、変位モード中の媒体の流れに応答して曲がりプレートの変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサを含む感知アセンブリであって、ここで、少なくとも一のセンサは熱変化を感知し熱モード信号を出力するように構成されており、熱モード信号は媒体の流れに応答した熱変化を表すものであり、少なくとも一つのセンサは変位の変化を感知し変位モード信号を出力するように構成されており、変位モード信号は媒体の流れに応答した曲がりプレートの変位の変化を表すものであるところの感知アセンブリと、を備え、
この流れセンサは、低い流れ状態と高い流れ状態の両方を測定することができ；
該流れセンサはさらに、
熱モード信号と変位モード信号とに応答するプロセッサと；
該プロセッサに作動可能に結合されたメモリと；を備えた流れ感知システム。
【請求項２５】
メモリは少なくとも一の較正係数を格納するように構成され、この少なくとも一の較正係数は、熱モード信号と変位モード信号のうちの少なくとも一方を調整するのに用いられる請求項２４に記載の流れ感知システム。
【請求項２６】
プロセッサに作動可能に結合され、かつ、熱モード信号と変位モード信号のうちの少なくとも一方の較正を制御するコンピュータを備えた請求項２４に記載の流れ感知システム。
【請求項２７】
プロセッサに作動可能に結合され、かつ、少なくとも一の較正係数を計算するコンピュータを備えた請求項２４に記載の流れ感知システム。
【請求項２８】
マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フ
ィールドプラグラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及びプラグラマブルアレイロジック（ＰＡＬ）のうちの少なくとも一つを含む請求項２４に記載の流れ感知システム。
【請求項２９】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとが、媒体の流れに面する方の曲がりプレートの面に配置された請求項２４に記載の流れ感知システム。
【請求項３０】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとが、ブリッジ構成において電気的に接続された抵抗器を含む請求項２４に記載の流れ感知システム。  
【請求項３１】
熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサは、電気機械的スイッチ又は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）スイッチによって、熱モード中にブリッジ構成から実質的に絶縁されている請求項３０に記載の流れ感知システム。
【請求項３２】
熱モード信号をプロセッサに作動可能に結合する少なくとも一の増幅器を備えた請求項２４に記載の流れ感知システム。
【請求項３３】
変位モード信号をプロセッサに作動可能に結合する少なくとも一の増幅器を備えた請求項２４に記載の流れ感知システム。
【請求項３４】
媒体の流れを方向付ける導管の内面に取り付けられるように構成された取り付けプレートと；
取り付けプレートにフレキシブルに結合され、かつ、導管内の媒体の流れに応答して変位する曲がりプレートと；
曲がりプレート上に配置され、かつ、熱モード中の媒体の流れに応答して熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサを含み、かつ、変位モード中の媒体の流れに応答して曲がりプレートの変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサを含む感知アセンブリであって、ここで、少なくとも一のセンサは熱変化を感知し熱モード信号を出力するように構成されており、熱モード信号は媒体の流れに応答した熱変化を表すものであり、少なくとも一つのセンサは変位の変化を感知し変位モード信号を出力するように構成されており、変位モード信号は媒体の流れに応答した曲がりプレートの変位の変化を表すものであり、熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとが媒体の流れに面する方の曲がりプレートの面に配置されており、熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサと変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサとがブリッジ構成において電気的に接続された抵抗器を含み、熱変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサが熱モード中にブリッジ構成から実質的に絶縁されており、変位の変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサが媒体の流れに応答した変位による機械的応力に敏感な曲がりプレートの領域に配置されているところの感知アセンブリと、を備え、
低い流れ状態及び高い流れ状態の両方を測定することができる気体流れセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体媒体の流れを測定する流体センサに関し、特に、実質的な変更なく広範囲の流量（流率）を示す空気圧回路で使用するのに適した汎用流れセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
流れを測定するのに一般的に用いられる３つの方法がある。第１の方法はオリフィス絞りを介した圧力差を感知する翼車形流れ測定である。第２の方法は、本願明細書に参考文献として組み込まれているファソラザデ（Fathollazadeh）に付与された米国特許第６，４７０，７４１号明細書に記載されているように、媒体の速度に依存する温度変化をモニターするために、一定温度風速計とも称される熱センサを用いるものである。第３の方法は、媒体の流れによって生じたセンサ部分の機械的変位を検出する変位センサを用いる。
【０００３】
これらの方法は異なる応用範囲を有すると共に、固有の利点と欠点がある。翼車形流れ測定は一般に２つの圧力センサと流れ絞りを要する。この方法では、温度揺らぎだけに起因する圧力の変動を補償するために、通常温度センサも要する。しかしながら、多重（マルチ）センサが必要となることによって、実質的に欠陥率及び設置コストが高くなる。従って、翼車形流れ測定原理の応用は限定的な状況において実用的であるに過ぎない。
【０００４】
残りの２つのセンサ法はマルチセンサを要しないが、他の欠点がある。低い流量については通常、熱センサを用いるが、比較的高い流量については変位センサを用いる。特別な応用についての最も適した流れセンサの選択に際して、測定の予想範囲、圧力・温度等の媒体の物理的特性、及び、測定する媒体の配置についての環境的な特徴についての詳細な知識が必要となる。従って、熱センサ又は変位センサのいずれかの使用によって一般的にそれぞれ特定の応用についてのカスタマイズされた方策が必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、一般的に応用が可能で、広範囲の測定パラメータにわたる実質的な変更を要さない汎用型流れセンサ及びシステムを提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、拡張された物理的条件にわたって流れを測定するために熱的感知及び変位感知の両方を利用する汎用型流れセンサ及びシステムを提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、低い流れモードで得られる流量測定情報と高い流れモードで得られるものとを多重化することができる汎用型流れセンサ及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
好適な特徴のいくつかを組み込んだ本発明の一の態様に対応して形成された流れセンサは、取り付けプレート、曲がり（ベンティング）プレート及びセンシング（感知）アセンブリを含む。取り付けプレートは、気体媒体の流れを方向付ける導管の内面に取り付けられるように構成されている。曲がりプレートは、取り付けプレートにフレキシブルに結合され、導管内の気体の流れに応答して変位する。
【０００９】
感知（センシング）アセンブリは曲がりプレートに配置され、熱モード中に気体の流れに応答した温度変化を感知するように構成された少なくとも一のセンサを含む。感知アセンブリは、変位モード中に気体の流れに応答したベンディングプレートの変位を感知するように構成された少なくとも一のセンサを含む。温度は、気体の流れに応答した温度変化を示す熱モード信号を出力する。変位センサは、気体の流れによる曲がりプレートの変位に応答した機械的応力の変化を示す変位モード信号を出力する。
【００１０】
好適な特徴のいくつかを組み込んだ本発明に従って構成された流れ感知システムは、上述の流れセンサ、プロセッサ、メモリ及びコンピュータを含む。プロセッサは熱及び変位モード信号に応答し、メモリはプロセッサに作動可能に結合している。コンピュータはプロセッサに作動可能に結合し、熱及び変位モードの両方において流れセンサの較正を制御する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の上述の目的及び他の目的、特徴及び利点は、添付の図面と併せてその例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより、明らかである。
【００１２】
本発明に従って構成された汎用型流れセンサは、流れの低い値を感知する一定温度風速計又は熱モードと気体媒体の流れの実質的に高い値を感知するための変位モードとの間で切り換えられるセンサーアセンブリを含むのが好ましい。センシング要素は適切に保護されるならば、汎用型流れセンサを、液体、組成物、スラリ等の流れを感知するのに用いることができる。センサアセンブリは、熱モードと変位モードとのそれぞれにおいて連続的に又は専用の様式で測定データを得るマルチプレクシングシステムによって、熱モードと変位モードとの間で切り換えられるのが好ましい。
【００１３】
図１は、導管又は空気ホース１２内に取り付けられるのが好ましい汎用型流れセンサの側断面図である。空気ホース１２は矢印１４の方向の気体の流れをガイドする。流れセンサ１０は取り付けプレート１６と曲がりプレート１８とを含むのが好ましい。
【００１４】
取り付けプレート１６は、空気ホース１２の壁に固定され又は取り付けられているのが好ましい。曲がりプレート１８は空気ホース１２の壁に対して鋭角を有し、取り付けプレート１６に対しては鈍角を有するのが好ましい。曲がりプレート１８は気体の流れによって囲まれるのが好ましく、この流れに応答して曲がりプレート１８の機械的変位を増大する特別な形状を有してもよい。
【００１５】
センサアセンブリ２０は、矢印１４で示しているように、流れの方向の反対側の曲がりプレート１８の側面に取り付けられているのが好ましい。センサアセンブリ２０は一又は二以上のセンサを含むのが好ましい。センサは同じ材料又は類似の材料から成る抵抗器であり、応力計としても作動する。すなわち、抵抗器は、気体の流れによって曲がりプレート１８が曲げられることによって生じる伸長に比例した抵抗の変化を示す。一又は二以上の抵抗器は温度の補償を提供するものでもあることが好ましい。
【００１６】
センサアセンブリ２０内のセンサは、変位モード中に空気ホース１２内の流れによって生じた曲がりプレート１８の変位を測定するフルブリッジ構成（配置、回路）で結合しているのが好ましい。センサアセンブリ２０の少なくとも一部は、熱モード中の一定温度風速計として使用される気体の流れに曝されるのが好ましい。
【００１７】
図２ａは、センサアセンブリ２０内の個々のセンサ間の好適な接続を示す概略図である。センサアセンブリ２０は、図１で示した矢印１４に対面する曲がりプレート１８の側面上に配置されるのが好ましい４個の抵抗又はセンサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄを含むのが好ましい。
【００１８】
センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄはブリッジ回路配置で電気的に接続されるのが好ましい。電源２２は第１のターミナルと第２のターミナルを含む。電源２２の第１のターミナルはセンサ２０Ｂ及び２０Ｃを接続するノードに接続されているのが好ましく、第２のターミナルはセンサ２０Ａ及び２０Ｄを接続するノードに接続されているのが好ましい。
【００１９】
例えば、電気機械的なリレーを用いて使用されてもよいスイッチ２４Ａと２４Ｂはセンサ２０Ｃの両ターミナルをブリッジ回路から分離（絶縁）されているのが好ましく、それによって、センサ２０Ｃが熱モードで一定温度風力計として作動することができる。センサ２０Ｃはスイッチ２４Ａ及び２４Ｂによってブリッジ回路から接続が切られている間センサ２０Ｃのターミナル間で測定されるのが好ましい電圧ＵＭＬは、気体流によって運ばれる熱の結果としての抵抗の変化を示し、それによって、熱モード中に空気ホース１２内の気体流の測定を提供する。
【００２０】
電圧ＵＭＨは、センサ２０Ａ及び２０Ｂに接続するノードとセンサ２０Ｃ及び２０Ｄに接続するノードとにわたって測定されるのが好ましい。電圧ＵＭＨは、変位モード中にセンサ２０Ｂ及び２０Ｄが直面する機械的応力によって生じる抵抗の変化を示すのが好ましい。センサ２０Ａ及び２０Ｃは、変位モードで温度補償をするのに用いられるのが好ましい。
【００２１】
本発明に対応して構成された流れセンサ１０は、熱モード中の比較的低い流量と変位モード中の比較的高い流量の測定が可能である。これらのモードが多重化されるならば、ブリッジ回路からセンサ２０Ｃを分離する２つのスイッチを、図２ｂに示したような２個の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような２個の固体スイッチとして備えるのが好ましい。ＦＥＴスイッチは２６Ａ及び２６Ｂは、熱モード又は変位モードのいずれかを選択する信号処理回路に接続されるのが好ましい対応するゲート電圧信号２８Ａ及び２８Ｂによって整合される。
【００２２】
センサ２０Ｂ及び２０Ｄは、センサ２０Ｂ及び２０Ｄが変位モード中の気体の流れに応答して曲がりプレート１８の歪曲によって生じた機械的応力を感じるように、曲がりプレート１８上に配備されるのが好ましい。さらに、センサ２０Ｂ及び２０Ｄは、図２ａ及び図２ｂで示したように、ブリッジ回路の反対側の枝にあるのが好ましい。
【００２３】
センサ２０Ａ及び２０Ｃは、センサ２０Ａ及び２０Ｃが変位モード中の気体の流れに応答して曲がりプレート１８の歪曲によって生じた実質的な応力量を感じないように、曲がりプレート１８上に配備されるのが好ましい。さらに、センサ２０Ａ及び２０Ｃは、図２ａ及び図２ｂで示したように、フルブリッジ回路の反対側の枝にあるのが好ましい。センサ２０Ａ及び２０Ｃは同じ公称抵抗を示すのが好ましく、フルブリッジ回路において温度補償をするために使用されるのが好ましい。
【００２４】
他の実施形態では、センサ２０Ｃは熱モード中にブリッジ回路の残りの抵抗器に接続されたままであってもよい。この実施形態では、センサ２０Ｃは熱モードと変位モードのいずれの間でもブリッジ回路に保持されている。この実施形態においては、スイッチ２４Ａ及び２４Ｂ（図２ａ）、ＦＥＴスイッチ２６Ａ及び２６Ｂ（図２ｂ）、及びゲート電圧信号２８Ａ及び２８Ｂ（図２ｂ）は要しない。
【００２５】
この代替の実施形態は、変位センサ２０Ｂ及び２０Ｄのクロス感度が熱モードに公称又は推定測定範囲に対応して比較的低い流量であるならば好適である。“クロス感度”の語は、センサ２０Ｃがブリッジ回路に接続されているときに、熱モードでの低流れ測定の間に機械的応力が変位センサ２０Ｂ及び２０Ｄ上に有する効果と定義する。
【００２６】
このような誤差が無視できないならば、熱モードでの変位センサのクロス感度を示す特性曲線又は、曲線のようなものを示す索引テーブルを、電気的消去書込み可能な読出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）のような非揮発性メモリにプログラムされているのが好ましい。この情報は、熱モードでの測定中のＵＭＬの値の決定の際に、クロス感度の誤差を補償するのに用いることができる。
【００２７】
センサのＭＥＭＳ構成について記載する。ＭＥＭＳ（マイクロエレクトロメカニカルシステム）とは、マイクロ加工技術を用いて共通のシリコン基板上の機械的及び電気的要素の集積を示すものである。機械的及び電気的要素はセンサ又はアクチュエータの機能のいずれかを有することができる。電子回路は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）、バイポーラ、又はＢＩＣＭＯＳ（Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor：バイポーラ相補型金属酸化膜半導体）のような集積回路（ＩＣ）工程を用いて作製される。マイクロメカニカルコンポーネントは、シリコンウェハーの一部を選択的にエッチング除去して又は新しい構造層を付加して機械的及び電気機械的装置を形成するコンパチブルなマイクロ加工工程を用いて作製してもよい。
【００２８】
図１で示したような流れセンサ１０は、好適にはシリコン、ガラス、又はＣｏｖａｒＴＭのような金属から成る曲がりプレート１８上に取り付けられたセンサアセンブリ２０を含む。曲がりプレート１８は、機能層２１及びセンサアセンブリ２０の一又は二以上の分離（絶縁）層２３のための支持を提供するものであることが好ましい。
【００２９】
図２ａ及び図２ｂで示したように、機能層はセンサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄを含むのが好ましい。図１で示したように、センサアセンブリ２０の機能層２１は、ＣＭＯＳとコンパチブルな材料例えば、シリコン酸化物又はシリコン窒化物から成る一又は二以上の分離層２３によって、曲がりプレート１８から絶縁されているのが好ましい。
【００３０】
曲がりプレート１８は、取り付けプレート１６がシリコン又はガラスから成るならば、多結晶シリコンから成るのが好ましい。しかしながら、取り付けプレート１６が金属の場合は、曲がりプレート１８が取り付けプレート１６の材料と同じ材料から成るのが好ましい。
【００３１】
本発明によるカンチレバー型構造を形成するために曲がりプレート１８を製造する好適な方法を記載する。機能層及び分離層を、シリコン酸化物又はシリコン窒化物のいずれかから成るのが好ましい構造化犠牲層上に堆積する。表面マイクロ加工の分野では、フォトリソグラフィを用いて機能層及び分離層に小さなエッチングチャンネルを形成することができる。これらのチャンネルは、機能層及び分離層を保持しながら、エッチング気体又は液体が犠牲層に達することができるようにするものである。曲がりの前に、曲がりプレート１８の弛緩（リラクゼーション）のために、エッチング工程で犠牲層を除去するのが好ましい。プレートを曲げるために、曲がりプレート１８を作り上げる層に所定の応力（ストレス）を付与することが好ましい。曲がりプレートの初期曲がりを、ドーピング濃度を変化すること、又は、異なるアニーリングプロファイルを用いて応力勾配を付与することによって付与することが好ましい。
【００３２】
２つの技術的工程のうちの一つを用いることによって、曲がりプレート１８に一定の応力勾配を付与するのが好ましい。第１のアプローチでは、ドーピング又はイオン注入による応力勾配の補足的な付与後にα−シリコン又はポリシリコン層の多段階堆積を行う。第２のアプローチは、レーザー再結晶化の補足的段階に続く種々の電流密度での電気メッキを用いたニッケルの堆積を含む。
【００３３】
犠牲層を除去する工程の選択は、機能層及び犠牲層の材料の選択に依存する。例えば、機能層及び分離層がα−シリコン、ポリシリコン、ニッケルであれば、犠牲層は二酸化シリコンであるのが好ましい。
【００３４】
取り付けプレート１６の除去は、犠牲層のエッチングによって行うのが好ましい。乾式、湿式エッチング工程のいずれで行ってもよい。
【００３５】
センサ２０Ｂ及び２０Ｄは、図３ａに示したように、曲がりプレート１８の変位中の最大応力の領域において機能層２１上に配置するのが好ましい。センサ２０Ｂ及び２０Ｄは、薄膜多結晶層又は白金層のいずれかに基づく抵抗器であり、フォトリソグラフィ技術によって堆積されるのが好ましい。
【００３６】
センサ２０Ｂ及び２０Ｄは上述のように、センサ２０Ａ及び２０Ｃと同じ材料から成るのが好ましく、変位モード中に応力を示すようにアクティブ（受動的）であって使用されるのが好ましい。センサ２０Ａ及び２０Ｃは、図３ａに示したように、曲がりプレートの変位のために、実質的に低い応力を感じる曲がりプレート１８の領域に配置する。
【００３７】
上述のように、センサ２０Ａ及び２０Ｃは変位モード中にパッシブ（受動的）又は温度補正のために用いられるのが好ましい。しかしながら、熱モード中に、センサ２０Ｃはアクティブであり、熱膜要素センサとして使用されるのが好ましい。上述のように、変位モード中に機会適応力によってクロス感度を低減するために、センサ２０Ｃは、図２ａで示したようなスイッチ２４Ａ及び２４Ｂのような電子スイッチ又は図２ｂで示したようなＦＥＴスイッチ２８Ａ及び２８Ｂによってブリッジ回路の残りの要素から接続が切られているのが好ましい。
【００３８】
図３ａに示したように、センサ２０Ｂ及び２０Ｄは、曲がりプレート１８を取り付けプレート１６から分離する曲がり軸３０の近傍でかつその軸に直交して配置するのが好ましい。センサ２０Ａ及び２０Ｃは、曲がり軸から離れてかつこの軸に平行に、実質的に低い応力を感じる取り付けプレート１８の領域に配置するのが好ましい。
【００３９】
図３ｂで示した流れセンサの第２の又はハーフブリッジの実施形態では、変位モード中に曲がりプレート１８の歪みを検出するのに唯一のセンサ２０Ｂを用いるのが好ましい。センサ２０Ｂは、曲がり軸３０の近傍でかつその軸に直交して配置する最大応力の領域に配置するのが好ましい。
【００４０】
センサ２０Ｂは、薄膜多結晶又は白金層のいずれかから成り、ハーフブリッジの実施形態における残りのセンサ２０Ａ、２０Ｃ及び２０Ｄのように、フォトリソグラフィ技術を用いて堆積されるのが好ましい。センサ２０Ａ、２０Ｃ及び２０Ｄは、図３ｂで示したように曲がり軸３０からより離れかつこの軸に平行である、変位による比較的低い応力を感じする曲がりプレート１６の領域に配置されるのが好ましい。
【００４１】
センサ２０Ａ、２０Ｃ及び２０Ｄは、変位モード中にパッシブ又は温度補正のために用いられるのが好ましい。熱モード中に、センサ２０Ｃは、本発明のフルブリッジ実施形態に関連して上述したようにアクティブであるのが好ましく、センサ２０Ａ、２０Ｂ及び２０Ｄはパッシブ又は温度補正のために用いられる。
【００４２】
図３ｃの流れセンサの第３の実施形態で示したように、曲がりプレート１８は、抗力を増大し、従って、気体流れの曲がりプレート１８上への作用が増大するように配置されるのが好ましいブレード３２を含んでもよい。
【００４３】
図４は、本発明に従って構成されたセンサについての信号処理を示している。センサ２０Ａ及び２０Ｂ接続するノードとセンサ２０Ｃ及び２０Ｄを接続するノードとは、増幅器３４の正の端子及び負の端子に接続されているのが好ましい。従って、増幅器３４は、出力信号ＵＭＨを図２ａ及び図２ｂで示したようなブリッジ回路から調整済みアナログ出力信号へ変換するのが好ましい。
【００４４】
増幅器３４から出力されたアナログ信号は増幅器３５によってさらに増幅され、増幅された信号をマイクロコントローラ３６のアナログ−デジタル変換入力ＡＤＣ１へ入力することによって、例えば、センサオフセット、ゲイン、温度感度及び非線形性のようなパラメータの補正、補償及び／又は較正のためにデジタル信号に変換され、 補償すること及び／又は正しいアルゴリズムを実施するのが好ましい。   
【００４５】
マイクロコントローラ３６は、双方向シリアルインターフェース３８を用いてパーソナルコンピュータ４０にリンクされているのが好ましい。シリアルインターフェース３８は、パーソナルコンピュータ４０がマイクロコントローラ３６で実施される少なくとも一部であるところの較正手順を制御することができるようにするものであることが好ましい。較正手順は、較正されていないセンサ及びマイクロコントローラ３６からの温度の値を読むこと、較正計数群を計算すること、及び、計数をマイクロコントローラ３６に結合された非揮発性メモリ４２にプログラミングすることを含むことが好ましい。従って、これらの計数は、引き続きの測定のためにマイクロコントローラ３６による補正における使用に用いられる。
【００４６】
熱モードについての信号処理は、図４で示した計装用増幅器を用いて実施されるのが好ましい。センサ２０Ｃのターミナルは、増幅器４４の正のターミナル及び負のターミナルに接続されているのが好ましい。従って、増幅器４４は、出力信号ＵＭＬをブリッジ回路から調整済みアナログ出力信号へ変換するのが好ましい。
【００４７】
アナログ出力信号はさらに増幅器４５によってさらに増幅され、図４に示したように、アナログ信号を増幅器４４からマイクロコントローラ３６の第２のアナログ−デジタル変換入力ＡＤＣ２へ入力することによって、パラメータの補正及び補償のためにデジタル信号に変換され、 補償及び／又は正しいアルゴリズムを実施するのが好ましい。   
【００４８】
熱モードでは、センサ２０Ｃの温度は、フィードバックループを介して変動電流を提供することによって実質的に一定の値に維持される。気体の流れを増大すると、電流は一定の温度を維持するために増大しなければならない。こうして、マイクロコントローラ３６の第２のアナログ−デジタル変換入力ＡＤＣ２に入力される電圧は流れを示す。変位モードと同様に、双方向シリアルインターフェース３８を介したパーソナルコンピュータ４０の制御の下で、メモリ４２に格納された較正計数に対応して作動するマイクロコントローラ３６によって、センサオフセット、ゲイン、温度感度及び非線形性に対してデジタル補正及び較正を行うことが可能である。
【００４９】
図４を参照すると、センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄとこれらのセンサ間の相互接続は、図１で示した曲がりプレート１８上に配置するのが好ましい。（図２ａ及び図２ｂで示したような）スイッチ２４Ａ、２４Ｂ、２６Ａ、２６Ｂのような他の付加コンポーネント；増幅器３４，３５，４４，４５；マイクロコントローラ３６、メモリ４２及び電源２２は曲がりプレート１８上には配置されないのが好ましく、むしろ、空気の流れのような導管１２内の物理的条件に曝されないように、導管１２の外に配置されるのが好ましい。しかしながら、曲がりプレート１８上及び／又は取り付けプレート１６上の、導管１２内の上述のコンポーネントのいくつか又は全ての位置決めは、十分に本発明の範囲内で考慮される。
【００５０】
曲がりプレート１８上に配置された要素と曲がりプレート１８の外部に配置された要素との間の電気的な接続は、図３Ｃで示したような電気的接触４６との相互接続を介して行われるのが好ましい。図２ａを参照すると、スイッチを曲がりプレート１８上に配置しないならば、図３ｃで示したようなコンタクト４６のうちの一つは、センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄを接続するノードのそれぞれ；センサ２０Ｃのターミナル；及びスイッチ２４Ａ及び２４Ｂのコイル、の合計６個のコンタクトに電気的に接続されているのが好ましい。同様に、図２ｂを参照すると、スイッチを曲がりプレート１８上に配置しないならば、図４で示したようなコンタクト４６のうちの一つは、センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄを接続するノードのそれぞれ；センサ２０Ｃのターミナル；及びＦＥＴスイッチ２４Ａ及び２４Ｂのゲート、の合計８個のコンタクトに電気的に接続されているのが好ましい。
【００５１】
しかしながら、図２ａを参照すると、スイッチを曲がりプレート１８上に配置すると、図３ｃで示したコンタクト４６のうちの一つは、センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄを接続するノードのそれぞれ及びセンサ２０Ｃのターミナルの合計６個のコンタクトに電気的に接続されるのが好ましい。同様に、図２ｂを参照すると、スイッチを曲がりプレート１８上に配置すると、図４で示したコンタクト４６のうちの一つは、センサ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ及び２０Ｄを接続するノードのそれぞれ及びセンサ２０Ｃのターミナルの合計６個のコンタクトに電気的に接続されるのが好ましい。
【００５２】
図５ａで示したように、流れセンサは、導管１２のセグメントに取り付けられるインラインモードに組み込まれてもよい。他のコンポーネント及びこれらのコンポーネントに対するワイヤをモジュールの内部に及び／又はその外部に配置するのが好ましい。代替として、流れセンサは図５ｂに示したように、導管の内面に公知の手段によって取り付けられてもよい。流れセンサ上のコンポーネントと導管１２の外部のコンポーネントとの間の相互接続は、導管におけるシールされたオリフィス５２を介して流れセンサ上のコンタクト４６から導管１２の外部に配置されたコンポーネントまで延びるワイヤ５０を用いて形成されているのが好ましい。
【００５３】
従って、本発明に従って製造される汎用型流れセンサ及びシステムは一般的に応用可能であり、実質的に変更を要することなく、拡大された範囲の測定パラメータにわたっての流れを測定する熱的センシング及び変位センシングの両方を利用するものである。流れセンサ及びシステムはまた、低い流量又は熱モード及び高い流量又は変位モードで得られた流量測定情報を多重化することができる。
【００５４】
本発明の実施形態を添付図面を参照して示したが、これは本発明を正確にそれらの実施形態に限定するものでなく、他の種々の変化及び変更が本発明の範囲又は精神から逸脱することなく当業者に行うことができることは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に従って構成された汎用型流れセンサの側断面図を示すものである。
【図２ａ】本発明に従って構成された流れセンサ用の感知アセンブリの第１の実施形態の概略図である。
【図２ｂ】本発明に従って構成された流れセンサ用の感知アセンブリの第２の実施形態の概略図である。
【図３】（ａ）本発明に従って構成された流れセンサの第１の実施形態の等側図法による図である。（ｂ）本発明に従って構成された流れセンサの第２の実施形態の等側図法による図である。（ｃ）本発明に従って構成された流れセンサの第３の実施形態の等側図法による図である。
【図４】本発明に従って構成された流れセンサ用の信号処理システムのブロック図である。
【図５】（ａ）本発明に従って構成された流れセンサを取り付けるための第１の実施形態の概略図である（ｂ）本発明に従って構成された流れセンサを取り付けるための第２の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  流れセンサ
１２  導管
１６  取り付けプレート
１８  曲がりプレート
２０  センサアセンブリ  
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  センサ  
２１  機能層
２３  分離層
２４Ａ、２４Ｂ  スイッチ
２６Ａ、２６Ｂ  ＦＥＴスイッチ
２８Ａ、２８Ｂ  ゲート電圧信号
３０  曲がり軸
３２  ブレード
３４，３５，４４，４５  増幅器
３６  マイクロコントローラ
３８  シリアルインターフェース
４２  非揮発性メモリ
４６  コンタクト
５０  ワイヤ
５２  オリフィス
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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