專利名稱：流體流動傳感器熱接口方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實施例總的涉及檢測方法及系統(tǒng)。實施例還涉及流體流動傳感器。實施例另外涉及使用在與流體流動傳感器相關(guān)聯(lián)的流動通道和管道設(shè)備。
背景技術(shù)：
在各種醫(yī)療、處理和工業(yè)應(yīng)用中，傳感器已經(jīng)被用于測量流速，遍及從供給麻醉劑的便攜式呼吸機至化學(xué)設(shè)備中的大規(guī)模處理設(shè)備。在這些應(yīng)用中，流動控制是正確操作的固有方面，通過使用流動傳感器測量流動系統(tǒng)內(nèi)的流體流速來部分地實現(xiàn)該流動控制。在許多流動系統(tǒng)中，例如，含有甲醇和水的二元混合物的燃料電池流動系統(tǒng)，流體的化學(xué)組分可能頻繁地改變。
流動系統(tǒng)經(jīng)常要求多于一種的具有不同化學(xué)和熱物理性能的流體。例如，在通過基于氮的氣體的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中，取決于處理的需要，基于氮的氣體可隨時地由基于氫或基于氦的氣體所取代；或者在天然氣計量系統(tǒng)中，因氣體的不均勻濃度分布曲線，天然氣的成分可能改變。
因此，在各種應(yīng)用中，流體流動傳感器是重要的。通常必需的是利用液體或流體流動傳感器確定流體的成分。用于確定流體成分的一種方法是測量其熱導(dǎo)率，并且將得到的值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較。通過測量從加熱器傳遞至該流體的能量，可以獲得測量值。在許多情況中，由于材料不相容、防爆應(yīng)用、乃至醫(yī)療風(fēng)險，而導(dǎo)致流體不應(yīng)當(dāng)與傳感器和/或相關(guān)聯(lián)的加熱器相接觸。然而，該材料典型地耗散來自流體和傳感器的能量，從而降低熱效率，進而降低信號質(zhì)量。因此，所需要的是一種增強的傳感器結(jié)構(gòu)，該傳感器結(jié)構(gòu)可能克服前述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的下面概述被提供，以有利于對本發(fā)明獨特的一些創(chuàng)新特征的理解，但不是用于作為全部說明。通過將整個說明書、權(quán)利要求書、附圖和摘要作為一個整體，可以得到對本發(fā)明各個方面的全面理解。
因此，本發(fā)明的一個方面提供改進的傳感器系統(tǒng)和方法。
本發(fā)明的另一個方面提供改進的材料或管道，用于流體的熱傳導(dǎo)測量的流體流動傳感器中導(dǎo)熱。
本發(fā)明的另一個方面提供將加熱器與流體流動傳感器隔離的膜，用于其能量守恒和改進的測量。
本發(fā)明的另一個方面提供改進的流體流動傳感器，用于測量流體的成分。
現(xiàn)在如這里所描述的，可以實現(xiàn)本發(fā)明的前述方面和其它目的及優(yōu)點。公開了傳感器方法和系統(tǒng)。流體流動傳感器可被提供，該流體流動傳感器測量流體的熱導(dǎo)率。該傳感器自身可被配置成包括與傳感器基片相關(guān)聯(lián)的一或多個檢測部件?？蓪⒓訜崞髋c所述傳感器相關(guān)聯(lián)，其中所述加熱器將熱提供給所述流體。膜元件還可被提供，用于將所述流體與所述加熱器和所述傳感器隔離，以使所述膜元件在從所述加熱器至所述傳感器的方向中傳導(dǎo)熱量，從而在所述傳感器、所述加熱器和所述流體之間形成熱耦合，該熱耦合允許所述傳感器通過在其他方向中沒有不期望的熱量損耗的情況下測量其熱導(dǎo)率來確定所述流體的成分。該膜元件可被配置在成形的管道或流動通道之上或在其內(nèi)。
另外，該膜元件或管道可以由具有其壁厚的至少一個壁組成，其中多個導(dǎo)熱顆粒被散布在所述管道或流動通道的所述一個壁或多個壁內(nèi)。多個導(dǎo)熱顆粒優(yōu)選具有近似等于或小于所述壁厚的顆粒直徑。該多個導(dǎo)熱顆粒還具有高熱導(dǎo)率和低電導(dǎo)率。


在附圖中，相同參考標(biāo)記在所有單獨的視圖中表示相同或功能類似的部件，并且附圖被結(jié)合及形成說明書的一部分，該附圖進一步說明本發(fā)明且連同本發(fā)明的詳細說明一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1說明依據(jù)本發(fā)明實施例的被實施的傳感器系統(tǒng)的框圖；圖2說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的系統(tǒng)的直觀圖，包含具有卵形橫截面的流動通道的該系統(tǒng)可被實施；圖3說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的系統(tǒng)的直觀圖，在可被實施的該系統(tǒng)中流動通道包括卵形D狀橫截面；圖4說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的被實施的金屬點圖形的頂視圖；圖5說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的被實施的金屬線圖形的頂視圖；
圖6說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的金屬圖模結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；以及圖7說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的被實施的傳感器系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
在這些非限制性例子中說明的具體值和結(jié)構(gòu)可被改變且僅僅是例證性的，以說明本發(fā)明的至少一個實施例，并且不是用于限制本發(fā)明的范圍。
圖1說明依據(jù)本發(fā)明實施例的可被實施的傳感器系統(tǒng)100的框圖。系統(tǒng)100包括低熱導(dǎo)率管道116，在管道116的壁上具有多個導(dǎo)熱顆粒118?？梢匝嘏c檢測媒質(zhì)105相對的傳感器基片102設(shè)置多個檢測部件104和108。盡管單個傳感器基片102和檢測媒質(zhì)105被描述在圖1中的系統(tǒng)10中，可以理解其可替換實施例可被配置有一個或多個該傳感器基片和一套或多套相關(guān)聯(lián)的傳感器部件的功能。
檢測媒質(zhì)105例如可以為諸如在醫(yī)療應(yīng)用中使用的鹽水或另一相當(dāng)醫(yī)療流體之類的流體。由箭頭208和210表示的流體流動一般地與檢測媒質(zhì)105共線。在具體實施例中，部件106可以是與檢測部件104和108共同定位的加熱器或檢測部件。部件104、106和108因此可被實施作為檢測電阻器。假定部件106是加熱器，然后熱量可從加熱器106通過導(dǎo)熱顆粒118被傳遞至被檢測的流體(也就是，檢測流體105)。
這樣，熱量可通過流體被傳導(dǎo)至其它導(dǎo)熱顆粒，其它導(dǎo)熱顆粒與檢測電阻器或檢測部件104、108相接觸。該熱量最后通過該顆粒被傳導(dǎo)至部件104和108，在該部件104和108點處熱量被檢測且產(chǎn)生流動信號。可以理解的是，盡管圖1說明了部件106的使用(例如，加熱器和/或檢測部件)，但是圖1中的結(jié)構(gòu)可以沒有部件106而被實施，在該情況中，部件104和108可被實施作為自加熱部件，該部件根據(jù)流動可以以不同速度冷卻。
然而當(dāng)沒有流動時，部件104和108可獲得相同數(shù)量的熱量，并且它們的信號差值為零值。如果流動如箭頭208至210所示表示為從右向左時，則傳感器或檢測部件108比檢測部件104更冷。因此呈現(xiàn)出差值信號，該差值信號與質(zhì)量流量成比例。注意在圖1中，流體流動可以是雙向的。在一個實施情況中，流體流動可以從右至左，分別從箭頭208至210。在可替換實施例中，流體流動可以從左至右，分別從箭頭211至213。
多個導(dǎo)熱顆粒118的各個顆粒直徑近似等于管道116的壁的壁厚。該顆粒被以高百分率集聚，以使它們一般彼此沒有實際接觸。從而，在徑向上的熱導(dǎo)率遠高于在其縱向或圓周方向中的熱導(dǎo)率。基座管道116可以由低熱導(dǎo)率的非硅樹脂塑料材料形成。在可替換實施例中，硅樹脂材料可以起作用，但是將因其相對高的熱導(dǎo)率而具有低效率。從而，非硅樹脂塑料材料是優(yōu)選的。
顆粒118具有高熱導(dǎo)率和低電導(dǎo)率。顆粒118可以由諸如但不限于金剛石或晶體陶瓷材料之類的材料制成。陽極化鋁或其它氧化金屬可被利用以形成該顆粒118。導(dǎo)電顆粒還可以替代顆粒118使用，但是一般是不理想的，因為該顆?？赡芘c流過管道116的流體或進入不期望區(qū)域中的泄漏電流起反應(yīng)。
使用箭頭208和210，通過檢測媒質(zhì)105的流體流動一般被描述在圖1中。加熱器106可以提供熱，如由箭頭106和108所示。為了確定流過檢測媒質(zhì)105的流體的熱組分，該流體的熱導(dǎo)率可經(jīng)由傳感器104和108被測量，且與標(biāo)準(zhǔn)值相比較。該檢測功能還可以通過測量從加熱器106傳遞至檢測媒質(zhì)105的功率(也就是，熱量)來完成。管道116可由優(yōu)先在加熱器至流體的方向中將熱/功率傳導(dǎo)至傳感器的材料薄片制成，以使熱/功率沒有浪費耗散在其它方向中。
因此，可以由膜配置管道116，該膜將流體(也就是，檢測媒體105)與加熱器106、檢測器基片102和檢測部件104、108隔離。該膜較好地將熱傳導(dǎo)通過膜自身的薄尺寸，而不是其長度或?qū)挾取Ｔ撃た捎慑冇薪饘冱c(也就是，不必是圓形的)的低熱導(dǎo)率聚合物膜制造，其中從下面的這種金屬中激光鉆孔、等離子體蝕刻或濕法蝕刻(例如，使用光刻法)在該點下面的聚合物材料，從而在聚合物背景中剩下具有金屬點的膜。
在可選擇實施例中，前述膜可被配置為在其相對側(cè)帶有圖案化的薄(例如，25μm)金屬的薄(例如，25μm)聚合物。取決于期望的實施例，金屬還可被配置在其單側(cè)上。該金屬可被圖案化為線或點。這些特征的寬度和間距是非常小的(例如，5μm)。該薄聚合物允許最小限度的熱絕緣。該金屬允許從該傳感器部件至該媒質(zhì)的強度和熱導(dǎo)率。這實施例允許隔離聚合物和傳感器加熱器(例如，加熱器206)及檢測電阻器和/或其它檢測部件的非精確對齊。
聚合物自身可以是平面的和親水的或疏水的(例如，聚酯)。該金屬可由生物適合的金屬制造，諸如鎢或鉑。沉積可以為半導(dǎo)體方法，諸如CVD或非電解鍍層(electro-less plated)或濺射。金屬之間的間隙應(yīng)當(dāng)優(yōu)選要求絕緣填充和用于其媒質(zhì)側(cè)為平面化的。
在可選擇實施例中，在實施激光鉆孔在其中產(chǎn)生一個或多個最后的孔洞之后，該孔洞可被填充諸如金屬之類的高熱導(dǎo)率材料，典型地使用非電解鍍層直至聚合物表面，從而使其鍍層側(cè)的平坦化。該可選擇實施例可在其平面?zhèn)忍峁姷?、改進的密封和增強熱耦合。
通過改變用于傳感器基片102和105的材料類型，另外的實施例可以被實施。包含流體流動檢測的許多應(yīng)用要求電池供電。選擇的常規(guī)基片典型的是陶瓷，其允許用于控制熱能的一些非有效(non-efficient)裝置。然而，依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例，通過實施玻璃纖維基安裝基片，用于流體流動檢測的能量可以是最大化的，并且因此為守恒的。從而，檢測基片102初始可在穩(wěn)固的流體流動傳感器模片中被實施，以及直接被安裝且引線結(jié)合在纖維玻璃基片上，通常稱為FR4或G10(例如，近似0.5至2mm厚)。因此，依據(jù)其可替換實施例，基片102可被實施作為纖維玻璃基片。用于熱絕緣的優(yōu)選基片可是薄(例如，近似1至5毫英寸(mil)或25至250微米)柔性電路，諸如基于聚酰亞胺的柔性電路。
圖2說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的被實施的系統(tǒng)200的直觀圖，該系統(tǒng)200包含具有卵形橫截面的流動通道216。流動通道216類似于圖1和2中的管道116，差別在于流動通道216具有卵形橫截面。當(dāng)然，可以理解的是，盡管相關(guān)于圖2中的可替換實施例示出卵形狀但是依據(jù)本發(fā)明的實施例的其它橫截面形狀也可被實施，諸如例如矩形形狀橫截面。卵形橫截面不認(rèn)為是本發(fā)明的限制特征。系統(tǒng)200的流動通道216可適合于結(jié)合圖1和2中的系統(tǒng)100使用。流體流動在圖2中用箭頭208和210指示。多個檢測部件104和108還在圖2中被說明，該多個檢測部件類似于圖1中的檢測部件104和108。
常規(guī)流動通道在垂直方向中橫過檢測部件的檢測區(qū)域，以使常規(guī)流動通道圓周上的小部分與傳感器部件的小部分對齊。在系統(tǒng)200的結(jié)構(gòu)中，然而通過最優(yōu)流動通道形狀，流體流動傳感器的靈敏度和熱導(dǎo)率可被最大化，該最優(yōu)流動通道形狀由流動通道216的卵形橫截面積所表示。常規(guī)流動通道一般被配置為具有均勻半徑的圓柱體形狀。
圖3說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的系統(tǒng)300的直觀圖，在可被實施的該系統(tǒng)中流動通道316包括卵形D狀橫截面。注意在圖1-3中，相同或類似部分由相同參考標(biāo)記表示。因此在系統(tǒng)300中，檢測部件104和108被定位在“D”形卵橫截面的“平坦側(cè)”。流體流動在圖3中由箭頭308和110表示。因此，優(yōu)選“卵”形橫截面是“D”形橫截面，其中“D”的平坦側(cè)與有源檢測部件104、108相接觸。加熱器106一般被定位在檢測部件104和106之間。在可替換實施例，加熱器106可被檢測部件取代，并且沿流動通道316的“D”形橫截面的平坦部分被移動至不同的位置。
另一方面，流動通道316包括卵形橫截面流動通道，該流動通道覆蓋傳感器檢測部件104、106和108的大表面面積。該結(jié)構(gòu)一般具有大的寬對高比率，例如5∶1比率。此外，流動通道的傳感器側(cè)可被提供盡可能薄的厚度，以便最大化從媒質(zhì)至傳感器部件的熱導(dǎo)率。因此，利用沿流動通道315的更寬間隙而不是長度間隙，可以最大化靈敏度。流動通道216可以是模制的或擠壓的，以及用于形成流動通道216的材料可以是金屬、熔融石英、Radel 5000、聚合物等等。流動通道216可以被應(yīng)用于具有導(dǎo)熱流體的檢測部件104、106和108，以進一步最大化熱導(dǎo)率。
公開的實施例可被實施大量應(yīng)用，包含涉及流體使用的醫(yī)療應(yīng)用，諸如鹽水的或其它醫(yī)療流體?？杀粚嵤┑目商鎿Q實施例中的一個例子是在所謂的“飛行時間(time of flight)”型傳感器的環(huán)境中，其中由加熱器106產(chǎn)生熱脈沖。然后，從熱脈沖的開始測量時間，直至在檢測部件104和/或108處檢測到熱峰?！帮w行時間”型傳感器的例子被公開在美國專利申請No.6,234,016中，在此通過參考被結(jié)合的于2001年5月22目授予Ulrich Bonne等人的“用于測量流體速度的時間延遲逼近”的美國專利申請No.6,234,016公開了一種方法和裝置，其用于測量相對獨立于流體實際性質(zhì)的流體速度。
圖4說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的被實施的金屬點圖形400的頂視圖。金屬點圖形400可被配置成形成多個顆粒，諸如在這里參考圖1被說明的那些。因此，在圖4中，多個金屬點402-424被描述在層426、428和430上組成圖形。圓點402-424可以為具有近似4μm直徑的大小。圓點402-424還可以互相被間隔開5μm。
圓點402-424包括如這里所指示的金屬導(dǎo)體。然而，注意還可根據(jù)其他形狀配置該金屬導(dǎo)體。例如，圖5說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的被實施的金屬線圖形400的頂視圖。代替形成圓點，金屬導(dǎo)體可被形成如金屬線502、504和506的圖形。
圖6說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的金屬圖形結(jié)構(gòu)600的側(cè)視圖。圖6描述“夾層”結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，在該“夾層”結(jié)構(gòu)中近似25μm的聚合層被設(shè)置在金屬層614、616、618和606、608、610之間，該金屬層還可具有近似25μm的寬度。平面化絕緣體填充層602和604還可分別定位在金屬層614、606和616、608和618、610之間。取決于期望的實施例，金屬層614、616、618和606、608、610可被形成為圓點(也就是，參見圖4)或線(也就是，參見圖5)。金屬層614、616、618和606、608、610還可被形成為其它圖形，諸如金屬導(dǎo)體的柵格圖形。金屬導(dǎo)體因此具有各種形狀。一般地，其中形成的圓點或線的尺寸應(yīng)當(dāng)小于導(dǎo)體或其間隙，無論那一個均為小的。
圖7說明依據(jù)本發(fā)明的可替換實施例的可被實施的傳感器系統(tǒng)700的框圖。系統(tǒng)700類似于圖1中的系統(tǒng)100，除了各自元件的厚度改變之外。同樣，相比于圖1中系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)700的一般結(jié)構(gòu)被改變。圖7中的系統(tǒng)700一般包括具有多個導(dǎo)熱顆粒718的低熱導(dǎo)率管道716，該導(dǎo)熱顆粒718定位在管道716的壁內(nèi)。多個檢測部件704和708可以沿著傳感器基片702被設(shè)置。管道716可以被配置成圍繞用于檢測的媒質(zhì)705。盡管在圖7中的系統(tǒng)700中說明單個傳感器基片702和檢測的媒質(zhì)705，但可以理解，其中可替換實施例可以被配置成具有一個或多個傳感器基片和一套或多套相關(guān)聯(lián)的傳感器部件的功能。
檢測的媒質(zhì)705例如可以是流體，諸如在醫(yī)療應(yīng)用中使用的鹽水或另外相當(dāng)?shù)尼t(yī)療流體。由箭頭208和210表示的流體流動一般與檢測的媒質(zhì)705共線的。在具體實施例中，部件706可以是與檢測部件704和708共同定位的加熱器或檢測部件。部件704、706和708因此可以作為檢測電阻器被實施。假定部件706是加熱器，然后熱量可以被從加熱器706通過導(dǎo)熱顆粒718傳遞至被檢測的流體(也就是，檢測的媒質(zhì)705)。
注意，圖7中的部件704、706和708一般類似于圖1中的部件104、106和108。類似地，圖7中的傳感器基片702類似于圖7中的傳感器基片102。同樣地，圖7中的媒質(zhì)705與圖1中的媒質(zhì)105類似。顆粒718類似于顆粒118，以及管道716類似于管道116。傳感器基片702可以包括例如近似500μm的厚度。檢測的媒質(zhì)705可以具有近似100μm的內(nèi)直徑。管道716的壁厚可以為近似25μm。另一方面，部件704、706和708的每一個可以具有近似1μm的厚度。
熱量可以通過流體被傳導(dǎo)至其它傳導(dǎo)顆粒，該傳導(dǎo)顆粒與檢測電阻器或檢測部件704、708相接觸。該熱量最終通過該顆粒被傳導(dǎo)至部件704和708，在該部件704和708點處熱量被檢測且生成流動信號?？梢岳斫獾氖牵M管圖7說明部件706(例如加熱器和/或檢測部件)的使用，但是在沒有部件706的情況中圖7的結(jié)構(gòu)也可以被實施，在該情況中，部件704和708可以作為自加熱部件被實施，該自加熱部件根據(jù)流動可以以不同速度冷卻。
然而，在沒有流動時，部件704和708可以獲得同樣數(shù)量的熱量，并且其信號差值為零值。如果流動表示為從右至左，如箭頭208至210所示，則傳感器或檢測部分708比檢測部件704涼。因此，存在差值信號，該信號與質(zhì)量流量成比例。注意，在圖7中，流體流動可以是雙向的。在一個實施中，流體流動可以為從右至左，分別從箭頭208至210。在可替換實施例中，流體流動可以從左至右，分別從箭頭211至213。
多個導(dǎo)熱顆粒718的各個顆粒直徑近似等于管道716的壁的壁厚。該顆粒以高百分率集聚，以使它們一般彼此不實際接觸。從而在徑向上的熱導(dǎo)率將遠高于在其縱向或圓周方向上的熱導(dǎo)率。底座管道716可以由低熱導(dǎo)率的非硅樹脂塑料材料制造。在可替換實施例中，硅樹脂材料可以起作用，但是由于其相當(dāng)高的熱導(dǎo)率而具有低效率。從而非硅樹脂塑料材料是優(yōu)選的。
顆粒718具有高熱導(dǎo)率和低電導(dǎo)率。顆粒718可以由諸如但不限于金剛石或晶體陶瓷材料之類的材料制造。陽極化鋁或其它氧化金屬可被利用以形成該顆粒718。導(dǎo)電顆粒還可以代替顆粒718使用，但是一般不是優(yōu)選的，因為該顆?？赡芘c流過管道716的流體或進入不期望的區(qū)域的泄漏電流起反應(yīng)。
這里闡述的實施例和例子被表述以更好地解釋本發(fā)明及其實際應(yīng)用，從而使本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和利用本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將認(rèn)識到，前面的描述和例子僅僅表述用于說明和示例的目的。本發(fā)明的其它改變和修改對于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員將是清楚的，附加的權(quán)利要求的目的在于覆蓋該改變和修改。
所闡述的描述不是用于窮盡或限制本發(fā)明的范圍?？紤]到上述教導(dǎo)，不脫離下面權(quán)利要求的范圍，許多變化和修變是可能的，預(yù)期的是，本發(fā)明的使用可以包含具有不同性能的部件。其目的是，本發(fā)明的范圍由附加至那里的權(quán)利要求書所限定，在所有方面對等價物給出充分的認(rèn)定。
權(quán)利要求
1.一種傳感器方法，包括步驟提供用于測量流體的熱導(dǎo)率的傳感器，其中所述傳感器包括與傳感器基片相關(guān)聯(lián)的至少一個流體檢測部件；將加熱器與所述傳感器相關(guān)聯(lián)，其中所述加熱器將熱量提供給所述流體；以及提供膜元件，該膜元件將所述流體與所述加熱器以及所述傳感器隔離，以使所述膜元件在從所述加熱器至所述傳感器的方向中傳導(dǎo)熱量，從而在所述傳感器、所述加熱器和所述流體之間形成熱耦合，該熱耦合允許所述傳感器通過在其他方向中沒有不期望的熱量損耗情況下測量其中熱導(dǎo)率來確定所述流體的成分。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟配置所述膜元件以包括由至少一個壁組成的管道，該管道具有其壁厚，其中多個導(dǎo)熱顆粒被分散在所述管道中的所述至少一個壁內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟配置所述多個導(dǎo)熱顆粒中的各個顆粒以包括近似等于所述壁厚的顆粒直徑。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟由塑料制成所述管道，以使所述多個導(dǎo)熱顆粒具有高熱導(dǎo)率以及所述塑料具有低電導(dǎo)率。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟由金剛石形成所述多個導(dǎo)熱顆粒。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟所述多個導(dǎo)熱顆粒包括多個顆粒，該多個顆粒由晶體陶瓷材料制成。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟由陽極化鋁形成所述多個導(dǎo)熱顆粒。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟由低熱導(dǎo)率聚合物配置所述膜元件；將金屬與所述低熱導(dǎo)率聚合物相關(guān)聯(lián)；蝕刻位于所述低熱導(dǎo)率聚合物下面的所述金屬，以在所述低熱導(dǎo)率聚合物上面形成多個金屬點，從而使所述膜元件具有被鍍在其聚合物背景中的所述多個金屬點，以使所述多個金屬點包括所述多個導(dǎo)熱顆粒。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括步驟由低熱導(dǎo)率聚合物配置所述膜元件；將金屬與所述低熱導(dǎo)率聚合物相關(guān)聯(lián)；激光鉆孔所述低熱導(dǎo)率聚合物以在其中形成孔洞；以及之后使用金屬填充所述孔洞至所述聚合物的表面，以使所述聚合物的電鍍側(cè)平面化，該所述多個金屬點包括所述多個導(dǎo)熱顆粒。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟配置所述傳感器以包括傳感器模片，該傳感器模片被安裝且引線結(jié)合至所述傳感器基片，其中所述傳感器基片提供低熱導(dǎo)率基底安裝結(jié)構(gòu)，其中對于流體流動檢測的能量被最大化。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟配置所述膜元件以包括在具有卵形橫截面區(qū)域的流動通道，該卵形橫截面區(qū)域覆蓋所述傳感器的所述至少一個檢測元件的主要表面區(qū)域。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括步驟配置所述膜元件以包括在具有“D”形橫截面區(qū)域的流動通道，該“D”形橫截面區(qū)域覆蓋所述傳感器的所述至少一個檢測元件的主要表面區(qū)域。
11.一種傳感器方法，包括步驟提供用于測量流體的熱導(dǎo)率的傳感器，其中所述傳感器包括至少一個流體檢測部件；由傳感器模片配置所述傳感器，該傳感器模片被安裝和結(jié)合至纖維玻璃基片，從而提供纖維基底安裝結(jié)構(gòu)，其中對于流體流動檢測的能量被最大化；將加熱器與所述傳感器相關(guān)聯(lián)，其中所述加熱器將熱量提供給所述流體；提供膜元件，該膜元件將所述流體與所述加熱器以及所述傳感器隔離，以使所述膜元件在從所述加熱器至所述傳感器的方向中傳導(dǎo)熱量，從而在所述傳感器、所述加熱器和所述流體之間形成熱耦合，該熱耦合允許所述傳感器通過在其他方向中沒有不期望的熱量損耗情況下測量其中熱導(dǎo)率來確定所述流體的成分；配置所述膜元件以包括由至少一個壁組成的管道，該管道具有壁厚，其中多個導(dǎo)熱顆粒被分散在所述管道的所述至少一個壁內(nèi)；配置所述多個導(dǎo)熱顆粒中的各個顆粒以包括近似等于所述壁厚的顆粒直徑；以及由塑料制成所述管道，以使所述多個導(dǎo)熱顆粒具有高熱導(dǎo)率和低電導(dǎo)率。
12.一種傳感器系統(tǒng)，包括用于測量流體的熱導(dǎo)率的傳感器，其中所述傳感器包括與傳感器基片相關(guān)聯(lián)的至少一個流體檢測部件；用于將熱量提供至所述流體的加熱器；以及將所述流體與所述加熱器和所述傳感器隔離的膜元件，所述膜元件在從所述加熱器至所述傳感器的方向中傳導(dǎo)熱量，從而提供在所述傳感器、所述加熱器和所述流體之間熱耦合，該熱耦合允許所述傳感器通過在其他方向中沒有不期望的熱量損耗情況下測量其中熱導(dǎo)率來確定所述流體的成分。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述膜元件包括由具有其壁厚的至少一個壁組成的膜，其中多個導(dǎo)熱顆粒被分散在所述膜的所述至少一個壁內(nèi)。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述多個導(dǎo)熱顆粒中的各個顆粒包括近似等于所述壁厚的顆粒直徑。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述膜包括塑料，以使所述多個導(dǎo)熱顆粒具有高熱導(dǎo)率及低電導(dǎo)率。
16.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述多個導(dǎo)熱顆粒包括顆粒，該顆粒由下面材料中的至少一個所制造金剛石、晶體陶瓷和陽極化鋁。
17.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述膜元件包括鍍有多個金屬點的低熱導(dǎo)率聚合物，其中通過圖形化所述低熱導(dǎo)率聚合物形成所述多個金屬點，并且之后在與所述低熱導(dǎo)率聚合物相關(guān)聯(lián)的金屬上提供蝕刻，從而使所述膜元件在其聚合物背景中具有所述多個金屬點，該所述多個金屬點包括所述多個導(dǎo)熱顆粒。
18.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述膜元件包括鍍有多個金屬點的低熱導(dǎo)率聚合物，其中通過激光鉆孔所述低熱導(dǎo)率聚合物以在其中形成孔洞來形成所述多個金屬點，并且之后使用金屬填充所述孔洞直至所述聚合物的表面，以提供所述聚合物的鍍層側(cè)的平坦化，該所述多個金屬點包括所述多個導(dǎo)熱顆粒。
19.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括安裝且結(jié)合至所述傳感器基片的傳感器模片，其中所述傳感器基片包括低熱導(dǎo)率基座安裝結(jié)構(gòu)，其中對于流體流動檢測的其能量傳遞被最大化。
20.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述膜元件包括具有卵形橫截面區(qū)域的流動通道，該卵形橫截面區(qū)域覆蓋所述傳感器的所述至少一個檢測部件的主要表面區(qū)域，以及其中利用導(dǎo)熱流體將所述流動通道應(yīng)用至所述至少一個檢測部件，以最大化熱導(dǎo)率。
全文摘要
公開一種傳感器方法和系統(tǒng)?？梢蕴峁┝黧w流動傳感器，其測量流體的熱導(dǎo)率。該傳感器自身可被配置成包括與傳感器基片相關(guān)聯(lián)的一個或多個檢測部件。可以將加熱器與所述傳感器相關(guān)聯(lián)，其中所述加熱器將熱量提供給所述流體。還可以提供膜元件，以將所述流體與所述加熱器和所述傳感器隔離，以使所述膜元件在從所述加熱器至所述傳感器的方向中傳導(dǎo)熱量，從而在所述傳感器、所述加熱器和所述流體之間形成熱耦合，該熱耦合允許所述傳感器通過在其他方向中沒有不期望的熱量損耗情況下測量其中熱導(dǎo)率來確定所述流體的成分。該膜元件可以被配置在成形的管道或流動通道之上或之內(nèi)。
文檔編號G01N25/18GK1902466SQ200480040335
公開日2007年1月24日 申請日期2004年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月15日
發(fā)明者R·W·格曼, B·D·斯佩爾德里奇, R·A·阿爾德曼 申請人:霍尼韋爾國際公司