(57)【要約】  本発明は、周囲温度とは異なる温度でガス（１０２）の速度又は流量を測定する装置に関するものであり、その装置が、周囲温度に維持されるように設計された支持体（２０８）上で第１アーム（２０４Ｐ，２０４Ｎ）によって吊り下げられた第１プラットフォーム（２０２）であって、その第１アームがその第１プラットフォームとその支持体との温度差に基づいて第１電圧を供給するように設計された熱電ストリップ（２１４Ｐ、２１４Ｎ）を含む、第１プラットフォーム；及び、その第１電圧、そのガスの温度、及びその周囲温度に基づいて速度又は流量測定結果を供給するように設計された処理ユニット；を含む。
2020517931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲温度とは異なる温度（Ｔｇ）でガス（１０２）の速度又は流量を測定するための装置であって、その装置が、
周囲温度で維持するのに適した（３０３）支持体（２０８）上に第１アーム（２０４Ｐ，２０４Ｎ）によって吊り下げられた第１プラットフォーム（２０２）であって、前記第１アームが、前記第１プラットフォームと前記支持体との温度差に基づいて第１電圧を供給するように構成された熱電トラック（２１４Ｐ，２１４Ｎ）を含む、前記第１プラットフォーム；及び
前記第１電圧、前記ガスの温度、及び前記周囲温度に基づいて、速度又は流量の測定結果（Ｆ）を提供するのに適した処理ユニット（３０６）；
を含む、前記装置。
【請求項２】
周囲温度センサを更に含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ガス温度センサを更に含む、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記支持体（２０８）上で第２アーム（２０４Ｐ’，２０４Ｎ’）によって吊り下げられた第２プラットフォーム（２０２’）を更に含み、
前記第２アームが、前記第２プラットフォームと前記支持体との温度差に基づいて、第２電圧を供給するように構成された熱電トラック（２１４Ｐ’、２１４Ｎ’）を含み、
前記第１アーム（２０４Ｐ，２０４Ｎ）及び前記第２アーム（２０４Ｐ’，２０４Ｎ’）が異なる熱抵抗を有するか、及び／又は、前記第１プラットフォーム（２０２）及び前記第２プラットフォーム（２０２’）が異なる寸法を有し、そして、
前記処理ユニット（３０６）が、前記第１電圧及び前記第２電圧に基づいて、前記ガスの温度を供給するのに適している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項５】
前記プラットフォーム（２０２，２０２’）が同じ寸法を有し、平行に配置された前記第１アーム（２０４Ｎ，２０４Ｐ）が熱伝導率Ｋを有し、そして平行に配置された前記第２のアーム（２０４Ｎ’，２０４Ｐ’）が熱伝導率Ｋ’を有し、そして、
前記処理ユニット（３０６）が、
前記第１電圧及び前記周囲温度に基づいて前記第１プラットフォームの温度Ｔｐ、及び前記第２電圧及び前記周囲温度に基づいて前記第２プラットフォームの温度Ｔｐ’を計算し；そして、
下記関係式：
【数１】
2020517931.tif 000017
（式中、Ｐ及びＰ’は、下記関係式：
【数２】
2020517931.tif 000018
及び
【数３】
2020517931.tif 000019
（式中、Ｔａｍｂは、周囲温度である）を満たす）
を満たす前記ガスの温度Ｔｇを計算するのに適している、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
各プラットフォーム（２０２，２０２’）について、平行に配置されたアームの熱伝導率が１〜１０００ｎＷ／Ｋであり、そして、そのプラットフォームの側面が５〜２００μｍである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
熱電トラックを含むアームによって前記支持体上に吊り下げられた複数の第１プラットフォーム（２０２）を含み、種々の第１プラットフォームにおけるその熱電トラックが順番につなげられている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記処理ユニット（３０６）が、前記ガスの温度と前記周囲温度との差に基づいて電力を発生するのに適した熱電供給装置（５００）によって提供される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記熱電供給装置が、熱電トラックを含むアームによって前記支持体（２０８）上に吊り下げられた第３プラットフォーム（２０２）のマトリックス（５００）であり、全く同一の列における前記第３プラットフォームの熱電トラックが平行につなげられており、複数の列が順番につなげられている、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
各プラットフォーム（２０２）が溝（２０６）上に位置しており、２個のアーム（２０４Ｐ）のそれぞれが前記プラットフォームの一方の側面を前記溝の一方の端部につなげた第１タイプの熱電トラック（２１４Ｐ）を含み、２個のアーム（２０４Ｎ）のそれぞれが前記プラットフォームの反対側の側面を前記溝の他方の端部につなげた第２タイプの熱電トラック（２１４Ｎ）を含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記アーム（２０４Ｐ，２０４Ｎ）が、熱電トラック（２１４Ｐ，２１４Ｎ）の下に電気絶縁ストリップ（２２６）を含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記熱電トラック（２１４Ｐ、２１４Ｎ）が、ドープされたテルル化ビスマスで作られている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記支持体（２０８）が、前記ガス（１０２）を循環させるための管（３０２）に配置されている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、測定機器、特に、ガスの速度又は流量を測定するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の産業システムでは、又は例えば暖房若しくは空調の装置では、ガスの速度又は流量を測定する必要がある。そのガスは、例えば配管で循環する。
【０００３】
図１は、米国特許第６８７１５３８号の図８に相当し、そして、左から右へ循環する流体１０２の流量を測定するための装置１００を示している。
【０００４】
装置１００は、支持体上において、例えばシリコン基板１０４上において、図の中で点線によって区切られた膜１０７を形成する絶縁層１０６を含み、それは、その基板に形成された空洞１０８を覆う。加熱要素１１０は、膜の中央部に配置されている。電気的に順番につなげられたアルミニウム１１２の熱電トラックとシリコン１１４の熱電トラックとの交互の組み合わせが、加熱要素の左右に対称的に２つ配置されている。順番に並べられた各組み合わせの熱電トラック間の接合部は、膜１０７（接合部１２２）上において及び膜の外側の層１０６（接合部１２０）上において、交互に配置されている。順番に並べられた各組み合わせの熱電トラックは、端子１１６Ｒと１１８Ｒとの間の電圧ＶＲ、端子１１６Ｌと１１８Ｌとの間の電圧ＶＬを供給しており、これらの電圧は、接合部１２０の温度と接合部１２２の温度との差から生じる。装置１００は、支持体の温度センサ１２４を更に含む。
【０００５】
測定すべき流量は、２つの連続する熱電トラックによって供給される電圧ＶＲと電圧ＶＬとの差に基づいて得られる。測定結果は、膜の側面と膜の側面との間の温度差から生じる。実際、ガスの流れがない場合には、膜は、加熱要素の右側の温度と左側の温度とが対称的な温度になる。左から右へのガスの流れにより、膜の温度は非対称になる。
【０００６】
加熱要素で速度又は流量を測定するための装置、例えば装置１００のタイプの装置は、加熱要素による高いエネルギー消費、通常１ｍＷより大きく、場合によっては最大１００ｍＷのエネルギーを消費するという欠点がある。速度又は流量を測定するための他の既知のタイプの装置には、例えば、ガスの流れを妨げる可能性のある可動部品又は大きな全体寸法といった種々の欠点がある。
【概要】
【０００７】
一実施形態は、上述のいくつかの欠点又はすべての欠点を克服することを可能にするガスの速度又は流量を測定するための装置を提供する。
【０００８】
一実施形態は、特にエネルギー消費が低いものであるガスの速度又は流量を測定するための装置を想定している。
【０００９】
一実施形態は、ガスの速度又は流量を測定するために、エネルギーに関して自律型の装置を提供する。
【００１０】
したがって、一実施形態は、周囲温度とは異なる温度でガスの速度又は流量を測定するための装置を想定しており、これは、周囲温度に維持するのに適した支持体上で第1アームによって吊り下げられた第1プラットフォーム（この第１のアームは、第１のプラットフォームと支持体との温度差に基づいて第１の電圧を供給するように構成された熱電トラックを含む）；及び、第１電圧、ガス温度、及び周囲温度に基づいて速度又は流量の測定値を供給するのに適した処理ユニット；を含む。
【００１１】
一実施形態によれば、装置は周囲温度センサを更に含む。
【００１２】
一実施形態によれば、装置はガス温度センサを更に含む。
【００１３】
一実施形態によれば、装置は、支持体上で第２アームによって吊り下げられた第２プラットフォーム、第２プラットフォームと支持体との温度差に基づいて第２の電圧を供給するように構成された熱電トラックを含む第２アーム、異なる熱抵抗を有する第１及び第２アーム、及び／又は異なる寸法を有する第１及び第２プラットフォーム、及び第１及び第２の電圧に基づいてガス温度を供給するのに適した処理ユニットを含む。
【００１４】
一実施形態によれば、プラットフォームの寸法は同じであり、平行に配置された第１アームは熱伝導Ｋを有し、平行に配置された第２アームは熱伝導Ｋ’を有し処理ユニットは、第１電圧と周囲温度に基づいて第１プラットフォームの温度Ｔｐを計算し、そして、第２電圧及び周囲温度に基づいて第２プラットフォームの温度Ｔｐ’を計算し、そして、下記の関係式：
【数１】
2020517931.tif 000003
（式中、Ｐ及びＰ’が、
【数２】
2020517931.tif 000004
及び
【数３】
2020517931.tif 000005
の関係を満たしており、そして、Ｔａｍｂは周囲温度である）
を満たすガス温度Ｔｇを計算するのに適している。
【００１５】
一実施形態によれば、各プラットフォームについて、平行に配置されたアームの熱伝導率は、１〜１０００ｎＷ／Ｋであり、プラットフォームの側面は５〜２００μｍである。
【００１６】
一実施形態によれば、装置は、熱電トラックを含むアームによって支持体上に吊り下げられた複数の第１プラットフォームを含み、種々の第１プラットフォームにおける熱電トラックが順番につなげられている。
【００１７】
一実施形態によれば、処理ユニットは、ガス温度と周囲温度との差に基づいて電力を生成するのに適した熱電供給装置によって供給される。
【００１８】
一実施形態によれば、熱電供給装置は、熱電トラックを含むアームによって支持体上に吊り下げられた第３プラットフォームのマトリックスであり、全く同一の列の第３プラットフォームの熱電トラックは、平行につなげられ、そしてその列は順番につなげられている。
【００１９】
一実施形態によれば、各プラットフォームは溝上に配置され、２個のアームのそれぞれは、溝の端部の一方にプラットフォームの側面をつなげる第１タイプの熱電トラックを含み、そして、２個のアームのそれぞれは、溝のもう一方の端部にプラットフォームの反対側をつなげる第２タイプの熱電トラックを含む。
【００２０】
一実施形態によれば、アームは、熱電トラックの下に電気絶縁ストリップを含む。
【００２１】
一実施形態によれば、熱電トラックはドープされたテルル化ビスマスである。
【００２２】
一実施形態によれば、支持体は、ガスを循環させるための管内に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
これらの特徴及び利点、並びにその他は、添付の図面を参照して、以下における特定の実施形態の非限定的な説明において詳細に説明される：
図１は、既に上述しており、流体の流量を測定するための装置を表している；
図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、ガス速度センサの実施形態についての上面図及び断面図である；
図３は、図２Ａ及び図２Ｂのセンサを使用して流量を測定するための装置の実施形態についての断面図である；
図４は、図２Ａ及び図２Ｂにおける２個のタイプのセンサについての上面図である；そして、
図５は、図２Ａ及び２Ｂにおけるタイプのセンサのマトリックスを含む熱電装置の線図である。
【詳細な説明】
【００２４】
異なる図における同じ参照番号は、同じ構成要素を示しており、更に、種々の図は縮尺通りに描かれていない。明確にするために、説明される実施形態を理解するのに有用な構成要素のみを表して詳細に説明される。
【００２５】
以下の説明では、絶対的な位置の用語（例えば、「左」、「右」など）に言及する場合には、問題となる図では、問題となる構成要素の向きに言及しており、実際には、説明されている装置の向きが異なる場合となる可能性があることを理解されたい。特に明記しない限り、「実質的に」という用語は、１０％以内、好ましくは５％以内を意味する。
【００２６】
図２Ａ及び２Ｂは、それぞれ、ガス１０２の速度のセンサ２００の実施形態の上面図及び断面図である。ガス１０２は、図２Ａの左から右へ、図２Ｂの平面に対して直交して、移動している。センサ２００は、図３に関する以下で説明するタイプにおける、速度又は流量を測定するための装置で使用されることを意図している。
【００２７】
センサ２００は、例えばシリコン製の基板２０８の正面においてくり抜かれた溝２０６の上方で、アーム２０４Ｐ及び２０４Ｎによって吊り下げられた例えば長方形のプラットフォーム２０２を含む。実施例として、２個のアーム２０４Ｐによって、プラットフォームの側方が溝の縁部につなげられ、そして、２個のアーム２０４Ｎによって、プラットフォームの反対側の側方が他方の溝の縁部につなげられている。溝２０６は、ガスの流れの方向に延びている。
【００２８】
各アーム２０４Ｐ又は２０４Ｎは、例えばテルル化ビスマスで作られた熱電トラック２１４Ｐ、アーム２０４Ｐのドープされたｐ型及びアーム２０４Ｎのｎ型を含む。トラックは、プラットフォームと溝の端部を超えて延びている。プラットフォーム上に位置する金属アイランド２１６は、２つの組み合わせ２１４Ｐ〜２１４Ｎのトラックを順番につなげている。２１４Ｐ〜２１４Ｎの組み合わせは、端子２２２及び２２４のそれぞれにつなげられた２個の金属接点２１８及び２２０を平行につなげている。
【００２９】
プラットフォーム２０２は、例えば、溝２０６の外側の基板２０８を更に覆う絶縁層２２６の一部である。実施例として、絶縁層２２６は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は酸化アルミニウムとしてもよい。実施例として、各アームにおいて、絶縁層２２６のストリップは、アームの熱電トラックを支持する。溝２０６は、使用される製造プロセスに応じて、溝の端部近くの絶縁層の部分２２８の下に延ばすことができる。
【００３０】
作動中、ガスはプラットフォーム２０２の周りを循環する。基板は、ガスの温度とは異なる温度に維持される。実施例として、ガスと基板との温度差は０．５°Ｃを超えている。例えば、基板は周囲温度に維持され、ガスは周囲温度とは異なる温度となる。プラットフォームの温度と基板の温度との差に関連する電圧が、端子２２２と２２４の間に発生する。この電圧はガスの速度に関連する。
【００３１】
実際、ガスの移動がない場合には、アームの熱伝導性によって、プラットフォームの温度は基板の温度に近づき、端子２２２と２２４との間の電圧はゼロと大きな差はない。アームの熱抵抗によってガスの速度が増加すると、プラットフォームの温度が基板の温度から離れて更にガスの温度に近づき、端子２２２と端子２２４との間の電圧が増加する。
【００３２】
実質的に均一なプラットフォーム温度を得るために、アームの耐熱性とプラットフォームの寸法とが提供されることが好ましい。アームの耐熱性とプラットフォームの寸法とは、例えば、基板温度とガス温度との間に含まれるプラットフォーム温度が、基板温度とガス温度とが実質的に異なるように、ガス速度が例えば０．１〜１０ｍ／ｓの場合において、例えば、ガスと基板との温度差が１０％を超えて異なるように提供される。実施例として、プラットフォームの側辺は５〜２００μｍである。好ましくは、プラットフォームと基板との間に平行に配置されたすべてのアームの熱伝導率は、１〜１０００ｎＷ／Ｋである。
【００３３】
実施例として、アームの長さと幅との比は１０〜５０である。アームの幅は、例えば、０．５〜３μｍに含まれる。絶縁層２２６の厚さは、例えば、５０〜５００ｎｍである。熱電トラックの厚さは、例えば１００〜３００ｎｍである。実施例として、金属アイランド２１６及び金属接点２１８及び２２０は、ニッケル、パラジウム又はチタン金から作られる。実施例として、金属アイランド２１６の厚さ及び金属接点２１８及び２２０の厚さは、５０〜５００ｎｍである。
【００３４】
１つの利点によれば、図１の装置１００の膜１０７とは対照的に、センサ２００のプラットフォーム２０２は加熱要素を有さず、すなわち、センサ２００はエネルギーを消費しない。
【００３５】
センサ２００の非常に特別な利点は、膜の両側の間での異なる温度に起因する２個の電圧ＶＲ及びＶＬを供給する図１の装置１００とは対照的に、プラットフォーム２０２の温度に起因する単一の電圧をセンサ２００が供給するという事実から生じることである。すなわち、図１の装置１００とは対照的に、センサ２００によって、特に正確な測定が可能となる。この装置１００では、測定のための十分な電圧差を得るために、非常に強い加熱（通常、最大１５０°Ｃの温度への加熱）が実際には必要であるので、電圧ＶＲとＶＬとの電圧差の結果が、正確な測定するのに十分に高い値を提供することができない。
【００３６】
図３は、図２Ａ及び図２Ｂのセンサ２００を使用して、ガス１０２の流量を測定するための装置３００の一例の断面図である。
【００３７】
装置３００は、ガス１０２が循環する管３０２を含む。センサ２００は、周囲温度の熱源、例えば、管の壁に作られた開口部３０４を通して周囲空気と接触するフィン３０３を備えたラジエータに熱的につなげられている。管３０２は、例えば、円錐若しくはオリーブのコネクタ、又はフランジなどの図示されていない構成要素によってガスを循環させるための配管につなげられることが意図されている。例えば、配管は、産業システムや空調システムなどの完全なシステムの一部を形成する。
【００３８】
センサ２００の端子２２２及び端子２２４（図３では隠れている）は、供給源３０８によって供給される処理ユニット３０６（ＰＲＯＣ）につなげられている。実施例として、処理ユニットは、メモリとプログラムを実行するために提供されるプロセッサとを含む。
【００３９】
作動中において、前述のように、ガスの温度は周囲温度とは異なる。装置３００の実施例では、周囲温度、ガス温度、並びに、ガスの性質及び圧力に関連するガスの特性（密度、比熱容量、熱伝導率又は粘度など）は、例えば完全なシステムの制御ユニットなどのユーザによって処理ユニット３０６に供給される。変形例として、装置３００は、周囲温度及び／又はガス温度及び／又はガスの特性を測定することを目的とした追加のセンサを装備することができる。周囲温度及び／又はガス温度の追加のセンサは、例えば、白金抵抗サーミスターなどのサーミスター、又は熱電対センサなどの熱電装置とすることができる。追加のガス温度センサの一例については、図４を参照して以下に説明する。
【００４０】
処理ユニットは、センサ２００によって供給される電圧、ガス温度、周囲温度、及びガスの特性に基づいて、ガスの流量の測定値Ｆを提供する。測定値Ｆは、有線リンク又は無線リンクによってユーザに送信することができる。
【００４１】
１つの利点によれば、センサ２００はエネルギーを消費しないために、処理ユニットの作動に必要な電力のみが供給源３０８によって供給される。したがって、流量測定装置は、例えば１００μＷ未満の消費電力で特にエネルギー効率が高くなる。次いで、装置３００は電池によって供給されてもよく、流量測定装置は、電池を交換することなく数年間作動することができる。
【００４２】
別の利点によれば、プラットフォームの寸法が小さいので、ガス流量の変動は、特に、プラットフォームの温度の急速な変動に反映される。特に迅速な装置、例えば1秒未満の流量変化を検出できる装置が得られる。
【００４３】
別の利点によれば、センサ２００の寸法は特に小さいためにその存在管内のガスの流れに著しい影響を及ぼさないので、装置によって生成される圧力損失は特に低いものとなる。
【００４４】
流量測定の前に、較正段階が実行されることが好ましい。この較正段階は、測定すべきガスと同じ性質及び同じ圧力のガスをパイプ３０２内で循環させることからなる。注入されたガスは、周囲温度Ｔａｍｂ０とは異なり、例えば周囲温度を超える所与の較正温度Ｔｇ０である。ガスの流量Ｆｇ０を変化させて、センサ２００から供給される電圧Ｖｔｈ０が測定される。したがって、電圧Ｖｔｈ０の値は、ガス流量Ｆｇ０の関数として較正され、処理ユニット３０６のメモリに格納することができる。
【００４５】
ガスの温度と周囲温度が較正段階中に同じ場合において、ガスの流量を測定することができる。この目的のために、処理ユニットは、センサ２００の電圧Ｖｔｈを測定し、そして、測定値Ｆとして、較正値Ｖｔｈ０が測定値Ｖｔｈに等しい値を提供する。次いで、異なるガス温度毎に、異なる較正温度を提供することができる。
【００４６】
ガスの流量は、その温度Ｔｇ及び周囲温度Ｔａｍｂが較正段階における温度Ｔｇ０及びＴａｍｂ０と異なる場合に測定することもできる。この目的のために、センサによって供給される電圧Ｖｔｈを測定した後に、処理ユニットは、測定値Ｆとして、較正された電圧値Ｖｔｈ０が以下の関係式：
【数４】
2020517931.tif 000006
を満たす値を提供する。
したがって、異なる温度でのガス流量を１つだけの較正温度で測定することができ、これによって較正操作が簡単になる。
【００４７】
更に、同様の装置（この装置の速度センサが、同じ寸法を備え異なるアームも備えたプラットフォームを有する）に対して、一般的な較正が可能である。これらのセンサは、ガスの速度に対して異なる感度を持っており、これは、例えば異なる測定範囲に相当する。較正は、センサ（このセンサのアームは、センサ２００のアームの熱伝導率Ｋとは場合により異なる熱伝導率Ｋ０を有する）を使用して行われる。ここで、熱伝導率は、プラットフォームと基板との間の平行なアームによって表されると考えられる。
流量Ｆｇ０の各値について、較正中にプラットフォームから基板へのアームによって伝導される熱力Ｐ０は、次の関係式：
【数５】
2020517931.tif 000007
（式中、Ｓｎｐは、熱電対２１４Ｎ〜２１４Ｐのゼーベック係数である）
に基づいて、電圧値Ｖｔｈ０に基づいて計算される。更に、較正中のプラットフォームの温度Ｔｐ０は、次の関係式：
【数６】
2020517931.tif 000008
により計算される。
【００４８】
これから、プラットフォームとガスとの間の熱交換係数の値ｈ０が推定され、次の関係式：
【数７】
2020517931.tif 000009
（式中、Ｓはプラットフォームの表面積である）
で定義される。こうして、流量Ｆｇ０の関数としての交換係数の較正値ｈ０が得られた。流量測定段階中においてセンサによって供給される電圧Ｖｔｈが測定され、そして、測定中においてプラットフォームから基板へのアームによって伝導される電力Ｐが決定され、下記の関係式：
【数８】
2020517931.tif 000010
によって提供される。
プラットフォームの測定温度Ｔｐは、次の関係式：
【数９】
2020517931.tif 000011
によって計算される。
【００４９】
これから、プラットフォームとガスとの間の測定熱交換係数hが推定され、下記の関係式：
【数１０】
2020517931.tif 000012
によって定義される。
【００５０】
すなわち、流量の測定値Ｆは、較正値ｈ０が測定値ｈに等しい値である。したがって、較正装置と測定装置のプラットフォームが同じ寸法を有し、更にこれらの装置はガスとプラットフォームとの熱交換係数が等しいと考えられるので、流量を測定することができる。したがって、１つだけの較正作動の後に、装置３００のタイプについてのさまざまな装置（これは、異なる測定範囲及び／又は異なる感度を有する）を使用することが可能である。
【００５１】
変形例として、較正によって決定される代わりの値ｈ０は、ガスの特性とプラットフォームの寸法に基づいて理論的に取得することができる。この目的のために、ガスのプラントル（Ｐｒ）数が決定される。各流量値Ｆｇ０（プラットフォームのレベルでのガスの速度）について、次いで、プラットフォーム周囲のガス流量についてのレイノルズ数Ｒｅが決定され、そして、熱交換を特徴付けるヌッセルト数Ｎｕは、当業者に知られている相関関係によりＰｒ及びＲｅ数から計算される。実施例として、下記の相関関係：
【数１１】
2020517931.tif 000013
を使用することができる。
【００５２】
ｈ０値は、Ｎｕの数値、プラットフォームの寸法、及びガスの熱伝導率から従来のように推定される。すなわち、Ｔｇ値及びＴａｍｂ値を処理ユニットに供給することによって、使用される相関関係の有効範囲内で、較正操作なしで流量を測定することが可能である。
【００５３】
図４は、図２Ａ及び図２Ｂのセンサ２００の上面図、及びセンサ２００と同じ構造を有する追加のセンサ２００’の上面図である。センサ２００及び２００’は、同じ基板２０８上に配置され、同じ溝２０６の上に位置されるそれらのアーム及びそれらのプラットフォームを有する。センサ２００及び２００’は、同じ寸法のプラットフォームを有している。センサ２００及び２００’は、それらのそれぞれのアーム２０４Ｐ、２０４Ｎと２０４Ｐ’、２０４Ｎ’との寸法が異なり、すなわち、センサ２００及び２００’のアームは、それぞれ異なる熱伝導率Ｋ及びＫ’を有する。
【００５４】
１組のセンサ２００及び２００’は、図３の装置３００で使用されてもよい。その後、センサ２００'の端子２２２'及び２２４'は、処理ユニット３０６につなげられる。
【００５５】
作動中、センサ２００及び２００'は、それらの端子２２２、２２４と２２２'、２２４'との間に、アームの熱伝導率に違いがあるので、異なる電圧Ｖｔｈ及びＶｔｈ'を供給する。処理ユニットは、ガスの温度Ｔｇを計算し、下記の関係式：
【数１２】
2020517931.tif 000014
（式中、Ｐ及びＰ'はアームによって伝導される熱力であり、下記の関係式：
【数１３】
2020517931.tif 000015
及び
【数１４】
2020517931.tif 000016
によって提供され、Ｔｐ及びＴｐ'は、Ｔｐ＝Ｖｔｈ＊Ｓｎｐ＋Ｔａｍｐ、及びＴｐ'＝Ｖｔｈ'＊Ｓｎｐ＋Ｔａｍｂの関係式によって提供されるプラットフォーム温度である）
によって提供される。
【００５６】
したがって、１組のセンサ２００及び２００'は、エネルギーの点で自律的であり、センサ２００と同時に製造するのが特に簡単である、ガスの温度Ｔｇのセンサを構成する。
【００５７】
図５は、共通基板２０８上における、図２Ａ及び図２Ｂのセンサ２００のタイプのセンサのマトリックス５００を示す。マトリックスは、センサ２００の位置において、図３のタイプの装置が使用されることを意図している。
【００５８】
マトリックス５００の各列において、プラットフォームは、列の方向に正しく合わせて、全く同一の溝２０６の上方に配置され、そして、ガスの流れにさらされる。
【００５９】
最初の縦列のセンサ２００'（左側）と２番目の縦列のセンサ２００は、図４のセンサ２００'及び２００と同様に、同じ寸法のプラットフォームと異なる熱伝導率のアームを有している。第１列のプラットフォームは、隣接するセンサに共通の金属接点５０１'によって、端子５０２'と５０４'との間で順番につなげられている。第２縦列のプラットフォームは、隣接するセンサに共通の金属接点５０１によって、端子５０２と端子５０４との間で順番につなげられている。
【００６０】
マトリックスの右側部分では、各列のプラットフォームが、その列のセンサに共通の金属接点５０５と金属接点５０５との間で並行につなげられている。それらの列は、端子５０６と端子５０８との間で順番につなげられており、端子５０５は、隣接する列に共通である。
【００６１】
図３のタイプの装置では、マトリックス５００が、センサ２００及び供給源３０８に取って代わる。端末５０２、５０４及び５０２'、５０４'は、処理ユニット３０６につなげられている。端子５０６及び５０８は、処理ユニット３０６の供給端子につなげられている。
【００６２】
作動中、マトリクスの右側部分は、処理ユニットを供給するのに十分な電力、例えば約１００μＷ程度の電力を端子５０６と端子５０８との間に供給する。実際、右側の部分の列が順番であるので、生成される電圧は一緒に加えられ、そして、プラットフォームは各列において平行であるので、それらの電流が一緒に加えられる。更に、端末５０６と５０８との間で構成要素に障害が発生した場合には、送られる電力は処理ユニットを供給するのに十分な電力のままである。障害の影響を受けるのはセンサの１つだけであり、他のセンサは処理ユニットを供給するのに十分である。
【００６３】
処理ユニットは、端子５０２と５０４との間の電圧ｎ＊Ｖｔｈ及び端子５０２'と５０４'との間の電圧ｎ＊Ｖｔｈ'に基づいてガス流量の測定値Ｆを決定する。なお、ｎは、１列目と２列目のセンサ数である。この目的のために、実施例として、処理ユニットは、電圧ｎ＊Ｖｔｈ及び電圧ｎ＊Ｖｔｈ’に基づいて、第２及び第１縦列のそれぞれのセンサによって平均的に供給される電圧Ｖｔｈ及びＶｔｈ'を決定し、図４において説明した方法で、電圧Ｖｔｈ及び電圧Ｖｔｈ'に基づいて、ガスの温度Ｔｇを決定し、次に、例えばガスの流量の関数として平均電圧Ｖｔｈを較正段階の後に、図３において説明した方法で、平均電圧Ｖｔｈに基づいて、ガスの流量を決定する。
【００６４】
１つの利点によれば、こうして得られた流量測定装置は、それ自体のエネルギー源を構成する。更に、マトリックス５００の異なる構成要素は、同時に製造し、装置内で一緒に利用するのが特に容易である。
【００６５】
特定の実施形態が説明されてきた。種々の変形例及び改変が当業者には明らかになるであろう。特に、ガスの流量を測定するための装置が上述されているが、ガスの速度を測定するために同様の装置が得られ、この装置において、実施例として、ガスの流量とセンサ２００、センサ２００及び２００’、又はマトリックス５００の周りのガスの速度との間での当業者に明らかであろう関係式が使用される。変形例として、管３０２は速度測定装置から省略することができる。速度測定装置では、ガスの速度の関数としてセンサ２００によって供給される電圧の較正のための段階が提供することができ、これは、図３について上述した較正段階に相当しており、この装置において、異なるフロー値Ｆｇ０がガスの速度値に置き換えられる。
【００６６】
図４に関して、アームの熱伝導率が異なるセンサ２００及び２００’について説明を行ってきた。他の特性、例えば、それらのプラットフォームの寸法などが異なる２個のセンサを使用することが可能である。実施例として、較正段階中において、２個のセンサによって供給される電圧の較正値Ｖｔｈ０及びＶｔｈ０’は、それぞれのガス流Ｆｇ０及びＦｇ０’の関数として得られる。測定段階中において、処理ユニットは電圧Ｖｔｈ及びＶｔｈ’を測定する。Ｖｔｈ値及びＶｔｈ’値に基づいて、ガスの温度を決定することができる。実施例として、ガスの温度は、１組のＴｇｔｅｓｔ値の間で決定される。各Ｔｇｔｅｓｔ値について、ガスが温度Ｔｇｔｅｓｔにあると仮定して、図３で説明した方法で、２個のセンサのそれぞれについて、測定された流量（Ｆ値及びＦ’）値が決定される。すなわち、測定されたガスの温度Ｔｇは、流量値Ｆ及びＦ’が等しいものであるＴｇｔｅｓｔ値である。
【００６７】
更に、測定すべきガスと同じ圧力で同じガスを用いた較正段階について上述してきたが、装置は、測定すべきガスとは異なるガス及び／又は異なる圧力で較正することができる。特に、装置は、プラントル数が測定すべきガスのプラントル数と実質的に同じであるガスで較正することができる。この目的のために、較正値Ｖｔｈ０は、流量Ｆｇ０の代わりに、流量のレイノルズ数の関数として取得することができる。測定段階中に得られた電圧Ｖｔｈは、測定値Ｆを決定するための図３において説明した方法と同様の方法で、測定されたレイノルズ数を決定することを可能にする。次に、測定値Ｆは、測定されたレイノルズ数、ガスの特性、及び装置の寸法から既知の方法で決定される。
【００６８】
説明された実施形態は、図２の特定のタイプの速度センサを使用しているが、支持体上でアームによって吊り下げられたプラットフォームを含む任意のタイプの熱電装置を使用することが可能であり、ここで、第１アームは、第１プラットフォームと支持体との温度差に基づいて電圧を供給するように構成された熱電トラックを含んでいる。したがって、プラットフォームは、４個を超えるアームを含むことができ、このアームは、順番につなげられた交互タイプの熱電トラックを含み、そしてプラットフォーム上及び基板上で連続して配置される接合部を形成する。
【００６９】
更に、説明されたセンサは、平行につなげられた２組の２１４Ｎ〜２１４Ｐを含んでいるがそのセンサは、交互タイプの少なくとも２個の熱電トラックの単一の順番の組み合わせ、又は平行につなげられた２個を超えるそのような順番の組み合わせを含むことができる。
【００７０】
更に、熱電トラックについての特定の組の熱電材料が説明されたが、任意の適切な組の熱電材料を使用することができる。
【００７１】
更に、説明されたセンサでは、プラットフォームは溝上に位置しているが、プラットフォームは、プラットフォームを基板から熱的に分離できるようにすることが可能な任意の空洞上に位置させることができる。
【００７２】
更に、説明されたプラットフォームは長方形であるが、各プラットフォームは、吊り下げられるのに適した他の形状を有することが可能であり、特に、プラットフォームとガスとの間の熱交換を改善することを目的とし、そしてプラットフォームの下に空洞を製造する工程を促進することを目的としている１つ以上の開口部を含むことができる。
【００７３】
更に、説明されたアームは、熱電トラックを支持する絶縁層の部分を含むが、絶縁層のこの部分は省略することができる。説明された実施形態では、各アームは単一の熱電トラックを含んでいるが、アームが熱電トラックを有しない及び／又はアームがいくつかの熱電トラックを含む他の実施形態にすることが可能である。
【００７４】
更に、図５について説明した実施形態では、処理ユニットに提供するために、特定の熱電装置が処理ユニットに提供したが、ガスの温度と周囲温度との差に基づいて電力供給を作り出すのに適した任意のタイプの熱電装置を使用することができる。特に、センサ２００のタイプについてのセンサの任意の順番／平行の組み合わせは、例えば、マトリックス（その各縦列のセンサが順番であり、そしてその縦列が平行である）を使用することができる。
【００７５】
様々な変形例を伴う様々な実施形態を上述してきた。当業者は、進歩性を示すことなく、こうした種々の実施形態及び変形例の種々の構成要素を組み合わせることができることに留意されたい。特に、図２のセンサは、図５のマトリックス５００の第１縦列又は第１縦列に置き換えられるか、又は、順番につなげられた平行なセンサの種々の列を含むマトリックスに置き換えられるか、又は、センサ２００のタイプのセンサの任意の順番／平行の組み合わせを含むマトリックスに置き換えられる。縦列が存在することによって、供給される電圧が増加し、それによって、Ｓ／Ｎ比が向上する。種々の縦列が存在することによって、縦列の１つの構成要素が故障した場合において、装置の構造安定性を高めることができる。
【００７６】
更に、図４のセンサの１つ及び／又は別のものは、図５のマトリクス５００の縦列の１個に置き換えられるか、又はセンサのマトリクスで置き換えることができる。
【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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【国際調査報告】
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