[发明专利]具有共烧压阻传感器的陶瓷振荡流量计

说明书

技术领域

本发明一般地涉及用于测量在通道中流动的流体的量的装置，具体地涉及用于确定气体的流率的射流振荡流量计。

背景技术

随着在改进或维持整体器件性能的同时对具有减少的部件数量、重量、形状因素和功率消耗的精密器件的需求不断增长，在商业电子工业中一般通过并行本体论(parallel ontological)的进步推动微流控技术的发展。具体地，微s射流技术的进步在封装和涉及以相对低的制造成本实现这些目标的新型结构的发展的领域中取得了一些成功。

例如，基于具有高度集成的功能性的多层层压基板的微射流系统的发展已经受到特别的关注。已经出现由层压的陶瓷形成的单块基板用于提供对大部分化学反应相对惰性或稳定，以及耐受高温的结构。另外，单块基板通常用于器件部件的小型化，从而改进电路和/或射流通道集成密度。对于集成的微射流器件的潜在应用包括，例如，用于生命科学和便携式燃料电池应用的各种微型系统的射流管理。一个代表性应用包括使用陶瓷材料来形成层压结构内的微通道和/或空腔，以限定，例如，射流振荡流量计。

传统的微流量计已被用于多种应用中；然而，对于带有微射流系统的应用来说，这些微流量计中的许多一般都太笨重且复杂。例如，现有设计通常采用与管子和/或部件设备外部地组装在一起或连接在一起的许多分立部件，以生产特别的泵系统。因此，常规设计一般已不认为适合于与便携式陶瓷技术集成或在要求，例如，减小的形状因素、重量或其它需要的性能和/或制造工艺尺度的各种应用中集成。此外，对于在层压的基板中集成射流振荡流量计的先前努力通常在以下方面遇到了很多困难，即生产能够耐受制造工艺和/或操作应力的真空密封和/或可靠的射流连接，同时维持或减少制造成本方面。因此，虽然现有技术流量计的效果设计使在微射流系统中使用的部件小型化并且更密集地集成，但仍存在对具有适用于例如，与单块器件封装集成的集成压力传感器的射流振荡流量计的需求。

射流振荡流量计在本领域中公知。参见示例，Horton等人，美国专利号3,185,166；Testerman等人，美国专利号3,273,377；Taplin，美国专利号3,373,600；Adams等人，美国专利号3,640,133；Villarroel等人，美国专利号3,756,068；Zupanick，美国专利号4,150,561；Bauer，美国专利号4,244,230；以及Drzewiecki，美国专利号6,553,844。这些传统的射流振荡包括具有带有反馈到输入的输出以产生自由振荡的两个通道的射流放大器，其中通过反馈回的流体横向施加给输入流从而迫使所述输入进入另一个通道的方式，流体交替地流经一个通道然后流经另一个通道。

大多数射流振荡器流量计测量例如，流体的体积流量、密度、质量、焓和体积模量的某个特性。在测量体积流量的情况中，通常通过测量流体从一个通道移转向到另一个通道的频率来实现该测量。由于流量通过时间与流速相关，因此该频率与体积流量线性相关。由于放大器喷嘴面积已知，因此速度和面积的乘积得到体积流量。在大多数情况中，对于大部分流体的声反馈时间能够被设计为仅是总流量通过时间的百分之几。

在美国专利6,076,392中，通过测量流体样品流的流量和流体中的声速来确定气体混合物的组成。体积流量的测量需要确定流体样品的密度和粘度性质，而声速的测量需要确定流体的比热性质。

在Ind.Eng.Chem.Fundam.，Vol.11，No.3，1972的Anderson等人的“A Fluidic-Electronic Hybrid System for Measuring the Compositionof Binary Mixtures”中，已经说明对于在从-20到+120℃的温度范围的气体，可以通过使用用于气体的振荡流量计来确定气体的密度。穿过气体的压力脉冲的速度(声速)与气体密度的平方根成正比。

Samms等人的美国专利申请11/192,819公开了在射流振荡流量计中附接单压电晶片(piezoelectric unimorph)作为传感器用于确定振荡频率。然而，众所周知压电传感器的操作温度受相应材料的居里温度(Curie Temperature)限制。Dai等人的美国专利6,986,649公开了在微型泵的泵室旁边集成压阻传感器来检测压力。感应压敏电阻器被设置在空腔和泵室之间柔性陶瓷膜上，而参考压敏电阻器形成为远离该膜。