[发明专利]带有自动对准的流动通道的流量传感器

说明书

本申请是2007年4月17日提交的题为“带有自动对准的流动通 道的流量传感器”的PCT/US2005/030887号发明专利申请的分案申请， 原申请的中国专利申请号为200580035434.4。

母案申请是于2002年4月22日提交的题为“用于恶劣环境的传 感器封装件”的美国专利申请No.10/128,775的部分继续申请，上述 美国专利申请No.10/128,775是于2000年9月7日提交的题为“由最 佳材料制造的结实的流体流量和特性微传感器”的美国专利申请 No.09/656,694的部分继续申请，上述美国专利申请No.09/656,694是 于1998年12月7日提交的题为“坚固的流体流量和特性微传感器” 的现为美国专利No.6,185,773的美国专利申请No.09/207,165和于 1999年8月5日提交的美国专利申请No.09/368,621的部分继续申请， 美国专利申请No.09/368,621是于1999年1月28日提交的美国专利 申请No.09/239,125的部分继续申请，这两个专利申请均题为“微传 感器外壳”，现分别为美国专利Nos.6,322,247和6,361,206。上述专 利申请和专利的内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及用于监测流体的品质和运动的传感器，所述流 体为气体或液体形式。具体而言，本发明涉及这些流体的热传感器， 例如在硅、玻璃、石英或其它衬底上以微结构形式运行的流体流量或 特性传感器。本发明涉及用于恶劣环境的传感器封装件。本发明涉及 流动通道与传感区域的对准。

背景技术

流量传感器被用于多种流体传感应用中以监测流体的运动，所述 流体可以为气态的流体形式。例如，一种流量测量的类型是基于可被 用于监测流体的特性的热传感器。热传感器可以以微结构形式在硅衬 底上运行。为方便起见，术语“流量传感器”可非限制性地被用于指 代这样的热传感器。(参见如美国专利Nos.6,322,247附图10a-f和 6,184,773，其均被引入本文作为参考)。读者能够理解的是，这种传 感器也可用于测量本征流体特性，例如热导率、比热容(如美国专利 Nos.5,237,523和5,311,447，其均被引入本文作为参考)，也可用于 测量非本征特性，例如温度、流动速度、流动速率和压力，还可测量 其它特性。可以通过强制或自然对流产生流动。

热型流量传感器可以由包括一个加热元件和一个或多个热接收或 热敏元件的衬底构成。如果使用两个这样的热敏元件，可以相对于被 测流体(液体或气体)的流动方向将它们置于加热元件的上游或下游 一侧。当流体沿着衬底流动时，其被处于上游一侧的加热元件加热， 热量不对称地传递到处于加热元件任一边的热接收元件中。由于不对 称的程度取决于流体流动的速率以及所述不对称性可被电子检测到， 因而，这样一种流量传感器可被用于测量流体流动的速率和累积流 量。

当暴露于恶性(如污染的、变脏的、冷凝的等)流体中时，这种 流量传感器通常面临潜在的劣化问题，所述流体包括能够通过腐蚀、 放射性污染或细菌污染、过热、沉积或冻结给传感器“施压”的气体 或液体。灵敏的测量能够给传感器“施压”、使其腐蚀、冷冻或过热 的恶性气体或液体的流量或压力(差压或绝对压力)是一个挑战，其 以高昂的代价得以或未得以实现。之前提出的解决方法是对传感器、 加热器进行钝化以及相关联的退敏化来提高被测气态流体的温度从而 避免冷凝或冻结(或防止冷却器过热)，其代价是传感器信号退化、 成本提高和可能的流体降解，或者是用滤器去除有害颗粒物质。时常 对传感器清洗或更换和重新校准是附加的但昂贵的解决方法。灵敏的 基于膜的差压传感器可以防止污染，因为其中不牵涉流动，除了不耐 超压外，其通常比热微传感器的灵敏度低、覆盖的流量范围小且昂贵。