CN101405581B - 热质流量计 - Google Patents
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Abstract
将作为热产生元件的加热器芯片(4)固着到在管路(2)的***的表面上。此外，将温度传感器芯片对(6)沿着在管路(2)中流动的流体的流动方向安置在管路(2)的***的表面上。将传感器芯片对中的一个(6a)安置在加热器芯片(4)的上游侧，并且将另一个(6b)安置在加热器芯片(4)的下游侧。加热器芯片(4)和温度传感器芯片(6a，6b)形成为芯片型。将作为传感器芯片对的温度传感器芯片(6a，6b)安置在与加热器芯片(4)间隔相同的距离的位置。
Description
技术领域
本发明涉及一种热质流量计，所述热质流量计基于在流体的流动方向上的流体的温度分布，测量流过管路的流体的质量流量。
背景技术
参考图7A和7B，下列描述将论述常规的热质流量计。图7是显示常规的热质流量计的一个实例的横截面图，而图7B是显示在图7A的管路的表面上的温度分布的图。在图7B中，纵坐标表示温度，并且横坐标表示管路在流动方向上的位置。以虚线表示的曲线表示在没有流体流过管路的状态下的温度分布，并且以实线表示的曲线表示在流体流过管路的状态下的温度分布。
如图7A中所示，将热产生元件32固着在与其接触的管路30的***表面上，并且将用于测量管路的表面温度的成对温度传感器34(34a，34b)在管路30的流动方向上安置在热产生元件32的上游侧和下游侧的位置，与热产生元件32相隔相同的距离。在该实例中，流量测量芯片36，其中通过使用例如MEMS(微机电***)技术将热产生元件32和成对温度传感器34组装在单个基板上，并且将流量测量芯片36附着到管路30上，使得可以测量在管路30中的流量(例如，参见专利文件1)。
在热质流量计中，当在管路内部的流体保持静止时，通过热产生元件32将管路内部的流体加热至预定温度，并且通过成对温度传感器34测量在各个位置的管路30的表面温度，所述成对温度传感器34被安置成与热产生元件32相隔固定的距离。假设通过热产生元件30加热的流体的温度分布遵循高斯分布，当流体保持静止时，通过两个温度传感器34a和34b检测的温度彼此相等，在两个位置之间的温度差被设定为0。如图7B中所示，当流体流过管路30时，温度分布朝下游侧移动，使得通过温度传感器34a和34b检测的温度具有差值。随着流过管路30的流体的流量增加，管路30的表面的温度分布朝下游侧移动；因此，当管路30的表面的温度分布的顶点位于温度传感器34a和34b之间时，随着流过管路30的流体的流量增加，所测量的成对温度传感器34的温度差具有更大的值。以这种方式，因为在流过管路30的流体的流量与在所测量的成对温度传感器34之间的温度差之间存在相关性，因此基于该相关性，通过采用在成对温度传感器34之间所测量的温度的差值，可以计算出流过管路30的流体的流量。
在使用其中将热产生元件32与成对温度传感器34a和34b相互组装在一起的测量流量用芯片36的这种热质流量计中，可以通过使用MEMS技术将成对温度传感器34安置在热产生元件附近；因此，即使在温度分布的传递量小的情况下，因为温度传感器34a和34b可以测量在表示温度传感器的温度分布的曲线(参见图7B)各自具有急剧倾斜的位置的温度，因此即使在流量的量小的情况下，也可以获得较大的值作为所测量的温度差，因此以高的灵敏度进行流量测量过程。
专利文件1：美国专利6813944
发明内容
本发明所要解决的问题
然而，通过使用MEMS技术将热产生元件32和成对温度传感器34组装在单个基板上的方法需要昂贵的制造设备，并且不能以低成本实现。
为了解决这个问题，本发明的目的是提供一种热质流量计，所述热质流量计能够以低成本测量流过管路的流体的流量。
解决问题的手段
根据本发明的热质流量计配置有：芯片型热产生元件，所述热产生元件用于加热管路内部的流体，被固着在所述管路的***表面上；芯片型成对温度传感器，所述成对温度传感器是以与热产生元件分离的构件的形式形成的，并且沿着管路内部的流体的流动方向被固着到所述管路的表面上的热产生元件的上游侧和下游侧的位置，与热产生元件相隔相等的距离；和运算装置，所述运算装置由成对温度传感器的温度差得到流过管路的流体的流量。
这里，在使用如图7A中所示的芯片，其中将热产生元件32和成对温度传感器34相互紧密地组装在基板上的芯片的情况下，因为将加热器和温度传感器紧密地定位，因此在约nL/min级的低流量范围内，例如，在高压液相色谱的情况下，具有高灵敏度的测量过程是可获得的；然而，在例如μL/min级和mL/min级的高流量范围内，管路的表面的温度分布的顶点没有位于成对温度传感器之间，结果出现其中不再满足在所测量的成对温度传感器的温度差和流体的流量之间的相关性的问题，从而不能进行精确的流量测量过程。
因此，在本发明的热质流量计的一个优选实施方案中，优选将两对以上的成对温度传感器安置在具有离热产生元件不同的距离的位置，并且允许运算装置通过采用来自多对成对温度传感器中的任何一对响应流量的大小的温度测量信号得到流量。在这样的配置的情况下，可以根据流过管路的流体的流量范围选择用于测量的成对温度传感器，从而可以加宽可测量的流量范围。
在上面提及的配置中，运算装置优选通过使用一对成对温度传感器得到流量，在所述一对成对温度传感器中，在下游侧的温度传感器位于在流过管路的流体的温度分布的顶点位置的下游侧，并且在成对温度传感器之中位于最靠近该顶点位置处。
此外，优选通过使用导热粘合剂，经由粘合处理将热产生元件和温度传感器固着到管路上。
在本发明的热质流量计中，可以优选将管路嵌入基板上的凹槽中，而暴露管路的***表面的一部分，并且将热产生元件和温度传感器固着到暴露表面上。作为选择，热产生元件和温度传感器可以优选在基板上被支撑并且固着到上面，而管路被固着到热产生元件和温度传感器上。
在这种情况下，基板为其上形成布线图案的印刷电路板，并且优选地，热产生元件和温度传感器电连接到布线图案上。
在本发明的热质流量计的一种优选应用中，将热质流量计附着到其上的管路制备成允许高压液相色谱的移动相流过的管路。
发明效果
在本发明的热质流量计中，不是使用其中将热产生元件和成对温度传感器整体地形成于单个基板上的流量测量芯片，而是使用分别独立制造的热产生元件和成对温度传感器，使得可以以低成本测量流过管路的流体的流量，而不必使用在设备投资方面昂贵的MEMS技术。
而且，将两对以上的成对温度传感器安置在热产生元件的上游侧和下游侧，并且通过根据流量的大小采用多对成对温度传感器的任何一对的温度测量信号得到流量；因此，可以在更宽的范围内测量流体的流量。
当通过使用导热粘合剂经由粘合实现将热产生元件和温度传感器固着到管路上时，可以将通过热产生元件产生的热有效地传递到管路，并且可以通过温度传感器精确地测量管路的表面的温度。
在本发明的热质流量计中，其中优选在暴露管路的***表面的一部分的情况下，将管路嵌入基板上的凹槽中，并且将热产生元件和温度传感器固着到暴露的表面上，或者在将管路固着到热产生元件和温度传感器上的情况下，热产生元件和温度传感器在基板上被支撑，并且固着到上面；因此，可以容易地实现附着热产生元件和温度传感器。
而且，在以印刷电路板的形式制备上述基板的情况下，可以通过使用印刷电路板进行具有小尺寸的热产生元件和温度传感器的端子的拉拔处理，使得可以简化热产生元件和温度传感器的电路结构。
实施本发明的最佳方式
图1A是显示热质流量计的一个实施方案的横截面图，所述热质流量计用于测量流过高压液相色谱的管路的移动相的流量，而图1B是显示图1A的管路的温度分布的图。在图1B中，纵坐标表示温度，并且横坐标表示管路2在流动方向上的位置。由虚线表示的曲线表示在没有流过管路的移动相的状态下的由加热器导致的管路表面的温度分布，并且由实线表示的曲线表示在有流过管路的移动相的状态下的由加热器导致的管路表面的温度分布。
在图1A中，参考标记2表示高压液相色谱的管路。在该图中，使移动相从左侧朝右侧流过管路2。将用作热产生元件的加热器芯片4固着到管路2的***表面上。而且，将一对温度传感器芯片6沿着流过管路2的移动相的流动方向安置在管路2的***表面上。在这些之中，将一个温度传感器芯片6a安置在加热器芯片4的上游侧，并且将另一个温度传感器芯片6b安置在加热器芯片4的下游侧。
对于加热器芯片4，可以使用例如芯片二极管ISS387(ToshibaCorporation的产品名)和芯片电阻器RK73H1JT(KOA Corporation的产品名)。而且，对于温度传感器芯片6a和6b，使用形成为芯片型的热电耦和二极管。
将成对温度传感器芯片6a和6b分别安置成与加热器芯片4具有相等的距离。
通过使用导热粘合剂，如导热硅氧烷密封剂KE3467(Shin-EtsuChemical Co.，Ltd.的产品名)，将加热器芯片4和温度传感器芯片6a和6b固着到管路2的***表面上。
如图1B中所示，在没有移动相流过管路2的情况(虚线)下，以在横向上对称的方式形成温度分布，其中加热器芯片4固着到上面的位置被设定为温度分布的顶点，所述温度分布以该顶点位置为中心。因此，在这种状态下，温度传感器芯片6a和6b的检测温度彼此相等。
使移动相流过管路2(实线)，温度分布的顶点朝下游侧(在图中的右侧)移动，结果在温度传感器芯片6a和6b的检测温度之间产生差值。随着移动相流过管路2的流量变得更大，温度分布的顶点朝下游侧进一步移动，并且在温度分布的顶点位于温度传感器芯片6a和6b之间的情况下，随着温度分布的顶点朝下游侧进一步移动，温度传感器芯片6a和6b的检测温度之差变得更大。因此，因为在移动相的流量和由温度传感器芯片6a和6b制成的成对温度传感器芯片6之间的检测温度差之间存在相关性，通过预先测量这种相关性以制定成校准线数据，可以基于校准线由成对温度传感器芯片6的检测温度差计算流过管路2的移动相的流量。
尽管在图中未显示，但是分别将温度传感器芯片6a和6b连接到运算装置上，并且运算装置以信号的形式读取温度传感器芯片6a和6b的测量温度，并且根据其温度差，基于预先得到并且储存的校准线计算流过管路2的移动相的流量。即，将预先得到的在成对温度传感器芯片6的检测温度差和流体的流量之间的相关性储存在运算装置中作为校准线，并且可以基于成对温度传感器芯片6的检测温度差，自动计算流过管路2的流体的流量。通过CPU和个人计算机实现运算装置。
然而，仅在温度分布的顶点位于成对温度传感器芯片6之间时，保持上述相关性。在流过管路2的流体的流量达到其中温度分布的顶点移动到温度传感器芯片6b下游侧而不再位于成对温度传感器芯片6之间的状态的情况下，如果流过管路2的流体的流量增加以致温度分布朝下游侧进一步移动，则成对温度传感器芯片6的测量温度差降低，其结果是不再保持流量和测量温度差之间的相关性；因此，不能基于在成对温度传感器芯片6之间的测量温度差，通过采用预先测量的相关性计算出流量。在本说明书中，其中温度分布的顶点超过相应的成对温度传感器以致不再满足该相关性的状态被称为“饱和状态”。
为了避免“饱和状态”，必须加宽在成对温度传感器芯片6之间的间隔。通过加宽在成对温度传感器芯片6之间的间隔，可以将本发明的装置用于具有更大的温度分布移动量的高流量范围。然而，在以更宽的状态设定成对温度传感器芯片6之间的间隔的情况下进行在低流量范围内的测量过程的情形中，因为在成对温度传感器芯片6之间的测量温度差变得更小，因此降低测量灵敏度。为了以高的灵敏度测量流过管路2的流体的流量，优选相对于通过成对温度传感器芯片6测量的流量范围，以适当的间隔设置成对温度传感器芯片6。
图2A是显示热质流量计的一个实例的横截面图，所述热质流量计能够以高的灵敏度测量从低流量范围至高流量范围的宽流量范围，并且图2B和2C是显示在图2A中所示的管路的温度分布的图。在图2B和2C中，纵坐标表示温度，并且横坐标表示管路2在流动方向上的位置。由虚线表示的曲线表示在没有流过管路2的流体的状态下的由加热器4导致的管路2的表面的温度分布，并且由实线表示的曲线表示在有流过管路2的流体的状态下的由加热器4导致的管路2的表面的温度分布。
在图2A中，将加热器芯片4固着到组成高压液相色谱的管路2的***表面上。在该实施方案中，使移动相从该图中的左侧至右侧流过管路2。将由两个温度传感器芯片6a和6b制成的成对温度传感器芯片6安置成靠近加热器芯片4，所述两个温度传感器芯片6a和6b被安置成沿着流过管路2的移动相的流动方向位于加热器芯片4的上游侧和下游侧的一对温度传感器芯片。将温度传感器芯片6a安置在加热器芯片4的上游侧，并且将温度传感器芯片6b安置在加热器芯片4的下游侧。
将温度传感器芯片8a安置在温度传感器芯片6a的更上游侧，并且将温度传感器芯片8b安置在温度传感器芯片6b的更下游侧。温度传感器芯片8a和8b组成一对温度传感器芯片8。
将温度传感器芯片10a安置在温度传感器芯片8a的更上游侧，并且将温度传感器芯片10b安置在温度传感器芯片8b的更下游侧。温度传感器芯片10a和10b组成一对温度传感器芯片10。
在该实施方案中，温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b的每一个具有其中二极管形成为芯片状态的结构。
将形成为相应的对的相应两个温度传感器芯片6a，6b，8a，8b和10a，10b安置成与加热器芯片4分别具有相等的距离。
通过使用导热粘合剂，如导热硅氧烷密封剂KE3467(Shin-EtsuChemical Co.，Ltd.的产品名)，将加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b固着到管路2的***表面上。
尽管在该图中未显示，但是将温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b分别连接到由CPU或个人计算机组成的运算装置上。运算装置以信号的形式读取温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b的检测温度，并且根据用作成对温度传感器芯片的各对温度传感器芯片6a和6b，8a和8b以及10a和10b的测量温度差，计算流过管路2的移动相的流量。即，将预先测量的在流过管路2的移动相的流量和各对温度传感器芯片6，8和10之间的测量温度差之间的相关性储存在运算装置中作为校准线，并且基于该校准线，可以由在各对温度传感器芯片6，8和10之间的测量温度差计算流量。
下列描述将论述图2B和2C。这里，假设在成对温度传感器芯片6之间的测量温度差为ΔT1，在成对温度传感器芯片8之间的测量温度差为ΔT2，并且在成对温度传感器芯片10之间的测量温度差为ΔT3。
在流过管路2的移动相的流量在低流量范围，例如在nL/min级的情况下，管路2的表面的温度分布朝下游侧的移动小，并且如在图2B中所示，温度分布的顶点位于成对温度传感器芯片6之间。在这种情况下，因为温度分布的每一个顶点位于每一对成对温度传感器芯片6，8和10之间，因此可以基于每一个相关性，由在各个成对温度传感器中的测量温度差ΔT1，ΔT2和ΔT3得到流过管路2的流体的流量。在温度分布的移动量小的情况下，因为被安置成靠近加热器芯片4的成对温度传感器芯片6可以测量在温度分布曲线中具有急剧倾斜的位置的温度，因此即使在流量小时，它们也可以检测较大的值作为测量温度差ΔT1。相反，与成对温度传感器芯片6相比，成对的传感器芯片8和10测量在温度分布曲线中的倾斜更缓和的位置的温度，结果仅能获得小于ΔT1的值作为测量温度差ΔT2和ΔT3。因此，在流过管路2的移动相的流量在低流量范围内的情况下，可以使用具有最窄的安置间隔的成对温度传感器芯片6进行测量，使得可以以高的灵敏度进行流量测量。通常，在成对温度传感器芯片6，8和10之中，运算装置使用这样的成对温度传感器以得到流量，在该成对温度传感器中，在下游侧的温度传感器位于在流过管路的流体的温度分布的顶点位置的下游侧，并且安置成最靠近顶点位置。
如图2C中所示，在流量增加超过如图2B中所示的流量，使得温度分布朝下游侧进一步移动，温度分布的顶点不再位于每一对成对温度传感器芯片6和8之间的情况下，因为对于成对温度传感器芯片6和8已经达到“饱和状态”，因此不能基于校准线由成对温度传感器芯片6和8的测量温度差计算流量。在这种情况下，因为温度分布的顶点仍然位于成对温度传感器芯片10之间，因此可以基于校准线由成对温度传感器芯片10的测量温度差计算流量。
而且，尽管在图中未显示，但是在温度分布的顶点不是位于成对温度传感器芯片6之间，而是位于成对温度传感器芯片8和10之间的情况下，可以由成对温度传感器芯片8和10的测量温度差的任何一个计算流量。然而，因为成对温度传感器芯片8可以检测更大的测量温度差，因此以高的灵敏度进行流量测量，更优选使用成对温度传感器芯片8进行测量。
在该实施方案中，将三对成对传感器芯片6，8和10安置在管路2的***表面上。然而，本发明不意在限于这种结构，并且可以安置两对或四对以上的成对温度传感器。
如在该实施方案中所示，通过将多对成对传感器芯片安置在靠近加热器芯片4的位置和远离加热器芯片4的位置之间，可以通过使用任何一对温度传感器芯片进行流量测量，所述温度传感器芯片能够在低流量范围至高流量范围的宽流量范围内测量。在这样的热质流量计中，在测量的流量范围内未达到饱和状态的成对温度传感器芯片之中，优选使用具有以最窄的间隔设置的温度传感器芯片对的成对温度传感器芯片，以进行流量测量。在这样的配置的情况下，可以以大的值检测在成对温度传感器芯片之间的测量温度差，因此以高的灵敏度进行流量测量。
参考例如在图3中所示的流程图，下列描述将论述在通过参考图2A，2B和2C描述的实施方案中，温度分布的顶点位置的测定方法的一个实例。在图3中，“i”表示通过图2的热质流量计获得的温度数据的抽样数，并且每隔恒定的间隔进行抽样。当抽样数为“i”时，各对传感器芯片6，8和10的检测温度差由ΔT1[i]、ΔT2[i]和ΔT3[i]表示。而且，在没有流体流动的情况下，假定i＝0，ΔT1[0]＝A，ΔT2[0]＝B和ΔT3[0]＝C，并且A，B和C是常数。假定A，B和C预先被储存在运算装置中。
这里，在图3中的步骤S3的[条件1]、步骤S5的[条件2]和步骤S7的[条件3]如下所示：
[条件1]
ΔT1[i-1]<ΔT1[i]，
ΔT2[i-1]<ΔT2[i]并且
ΔT3[i-1]<ΔT3[i]，
或
ΔT1[i-1]>ΔT1[i]，
ΔT2[i-1]>ΔT2[i]并且
ΔT3[i-1]>ΔT3[i]
[条件2]
ΔT1[i-1]>ΔT1[i]，
ΔT2[i-1]<ΔT2[i]并且
ΔT3[i-1]<ΔT3[i]，
或
ΔT1[i-1]<ΔT1[i]，
ΔT2[i-1]>ΔT2[i]并且
ΔT3[i-1]>ΔT3[i]
[条件3]
ΔT1[i-1]>ΔT1[i]，
ΔT2[i-1]>ΔT2[i]并且
ΔT3[i-1]<ΔT3[i]，
或
ΔT1[i-1]<ΔT1[i]，
ΔT2[i-1]<ΔT2[i]并且
ΔT3[i-1]>ΔT3[i]
在开始测量运算(初始状态：i＝0)时，ΔT1[0]＝A，ΔT2[0]＝B并且ΔT3[0]＝C。在设定i＝1(步骤S1)之后，结合各对温度传感器芯片的检测温度差ΔT1[i]、ΔT2[i]和ΔT3[i](步骤S2)。确定这样结合的ΔT1[i]，、ΔT2[i]和ΔT3[i]是否落在[条件1]下(步骤S3)。当这些落在[条件1]下时，确定温度分布的顶点位于加热器芯片4和温度传感器芯片6a之间(步骤S4)，并且设定i＝i+1之后，程序返回到步骤S2。当这些不落在[条件1]下时，确定这些是否落在[条件2]下(步骤S5)。当这些落在[条件2]下时，确定温度分布的顶点位于温度传感器芯片6a和温度传感器芯片8a之间(步骤S6)，并且设定i＝i+1之后，程序返回到步骤S2。当这些不落在[条件2]下时，确定这些是否落在[条件3]下(步骤S7)。当这些落在[条件3]下时，确定温度分布的顶点位于温度传感器芯片8a和温度传感器芯片10a之间(步骤S8)，并且设定i＝i+1之后，程序返回到步骤S2。当这些不落在[条件3]下时，确定温度分布的顶点还位于温度传感器芯片10a(步骤S9)的下游侧(步骤S9)，并且设定i＝i+1之后，程序返回到步骤S2。
基于由上述程序确定的温度分布的顶点位置，可以选择更适用于在该条件下的流量测量运算的成对温度传感器芯片。即，如在图3的步骤S4中所示，在确定温度分布的顶点位于加热器芯片4和温度传感器芯片6a之间时，成对温度传感器芯片6最适于测量运算；如步骤S6中所示，在确定温度分布的顶点位于温度传感器芯片6a和温度传感器芯片8a之间时，成对温度传感器芯片8最适于测量运算；并且在确定温度分布的顶点位于温度传感器芯片8a和温度传感器芯片10a之间时，成对温度传感器芯片10最适于测量运算。
在图1A和2A中所示的热质流量计中，在管路2为具有难以直接将加热器芯片4和温度传感器芯片6，8和10固着到管路2上这样的小外径的毛细管的情况下，通过利用基板，可以容易地实现加热器芯片4和温度传感器芯片6，8和10的附着处理。除树脂基板如硅氧烷基板以外，还可以使用例如在其上形成布线图案的基板，如印刷电路板，作为在这种情况下的基板。图4显示了说明用于描述使用印刷电路板的热质流量计的一个实施方案的形成方法的图。图4(1a)，(2a)，(3a)和(4a)是显示各个加工步骤的平面图，并且图4(1b)，(2b)，(3b)和(4b)是在图4(1a)，(2a)，(3a)和(4a)的X-X位置所取的放大横截面图。
参考标记12表示印刷电路板，其中在例如玻璃环氧基板、聚酰亚胺基板等的表面上形成多种布线图案14。如图4(1a)和4(1b)中所示，在印刷电路板12的表面侧上形成大于管路2的外径的凹槽16。设计凹槽16的形成位置，使得将布线图案14在相对于凹槽16的垂直方向上对称地设置在其外部，其中凹槽16插在布线图案14之间。
如图4(2a)和4(2b)中所示，将管路2嵌入凹槽16中，并且通过使用耐热粘合剂18，例如绝热硅氧烷密封剂SE-9120(Dow Coming Toray SiliconeCo.，Ltd.的产品名)固着到印刷电路板12上。将管路2的***表面暴露在印刷电路板12的表面侧上。
如图4(3a)和4(3b)中所示，通过使用导热粘合剂20，将加热器芯片4和成对温度传感器芯片6固着到暴露在印刷电路板12的表面侧的管路2的***表面上。在该实施方案中，将芯片型温度传感器芯片，例如其中在芯片内部形成二极管的芯片型二极管，用作组成成对温度传感器芯片6的温度传感器芯片6a和6b。这样的温度传感器芯片配置有在其外部形成的引线端子，并且将内部传感器连接到引线端子上。通过使用例如焊接将温度传感器芯片6a和6b的引线端子电连接到布线图案14上。
如图4(4a)和4(4b)中所示，包括暴露于印刷电路板12的表面侧的管路2的***表面的凹槽16部分覆盖有绝热构件22，所述绝热构件22由例如Toray Pef(注册商标：Toray Pef products，Inc.的产品)制成。因此，温度传感器芯片6a和6b被阻止与外部空气接触使得可以在不受外部空气的影响下进行温度测量运算。
尽管在图中未显示，但是将与温度传感器芯片6a和6b连接的布线图案14连接到运算装置上，所述运算装置读取来自各个温度传感器芯片6a和6b的信号，并且基于成对温度传感器芯片6的测量温度差计算流量。
在该实施方案中，安置一对温度传感器芯片6；然而，如图5中所示，可以安置如图2A中所示的三对成对温度传感器芯片6，8和10。而且，不限于在图4和5中所示的结构，本发明的热质流量计可以配置有两对或四对以上的成对温度传感器。这里，在图5中，绝热构件22是由点划线绘制的，并且在印刷电路板12的表面上可以看到加热器芯片4、温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b；然而，实际上，加热器芯片4、温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b被绝热构件22覆盖。
以这种方式，通过在将管路2固着到基板上的情况下将加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b附着到管路2上，可以容易地将加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b附着到上面，特别是，在管路2为具有小的外径的毛细管等的情况下。而且，通过使用布线板如印刷电路板12作为用于固着管路2的基板，可以容易地拔出元件如加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b的端子。
这里，在图4和5中所示的热质流量计使用印刷电路板12作为用于固着管路2的基板；然而，本发明不限于这种结构，并且可以使用在其上没有形成的布线图案的基板。
而且，例如，可以使用如图6A和图6B中所示的那些结构作为其中使用基板的其它结构。即，在图6A和图6B中所示的热质流量计使用在其上形成布线图案26的印刷电路板24作为基板，并且印刷电路板24配置有在其上形成的凹槽25，将加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b的主体部分在它们的上表面向下面对的情况下装配到凹槽25上。布线图案26是从凹槽25向外绘制(draw)的，并且形成凹槽25的宽度尺寸使得在其主体部分和印刷电路板24之间形成间隙，其中将加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b装配到上面。将装配到凹槽25上面的加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b的端子保持与在凹槽25侧面上的布线图案26接触，并且通过使用例如焊接电连接到上面。在将导热粘合剂28，例如导热硅氧烷密封剂KE3467(Shin-Etsu Chemical Co.，Ltd.的产品名)置于其间的情况下，将管路2固着在加热器芯片4和温度传感器芯片6a，6b，8a，8b，10a和10b上。
另外，在图6A和6B中所示的热质流量计中，将三对成对温度传感器芯片6，8和10固着到印刷电路板24上；然而，可以将一对、两对或四对以上的成对温度传感器固着在上面。
附图简述
图1A是显示用于测量流过管路的流体的流量的热质流量计的一个实施方案的横截面图。
图1B是显示管路的温度分布的图。
图2A是显示热质流量计的一个实施方案的横截面图，所述热质流量计可以在从低流量范围至高流量范围的宽范围内以高的灵敏度测量流量。
图2B是显示图2A的管路的低流量操作过程中的温度分布的图。
图2C是显示图2A的管路的高流量操作过程中的温度分布的图。
图3是显示温度分布的顶点位置的确定方法的流程图。
图4显示了使用印刷电路板制造热质流量计的一个实施方案的形成方法的图，包括与显示各个加工步骤的平面图对应的图4(1a)，(2a)，(3a)和(4a)，以及图4(1b)，(2b)，(3b)和(4b)，图4(1b)，(2b)，(3b)和(4b)是在图4(1a)，(2a)，(3a)和(4a)的X-X位置所取的扩大横截面图。
图5是显示使用印刷电路板的热质流量计的又一个实施方案的平面图。
图6A是显示使用印刷电路板的热质流量计的另一个实施方案的平面图。
图6B是在图6A的Y-Y位置的放大横截面图。
图7A是显示常规的热质流量计的一个实例的横截面图。
图7B是显示在图7A中所示的管路的表面的温度分布的图。
参考标记的说明
2 管路
4 加热器芯片
6，8，10 成对温度传感器芯片
6a，6b，8a，8b，10a，10b 温度传感器芯片
12，24 印刷电路板
14，26 布线图案
16 凹槽
18 绝热粘合剂
20，28 导热粘合剂
22 绝热构件
Claims (9)
1.一种热质流量计，其包括：
芯片型热产生元件，所述热产生元件用于加热管路内部的流体，所述热产生元件被固着在所述流体流过的所述管路的***表面上；
芯片型成对温度传感器，所述成对温度传感器是以独立于所述热产生元件的不同的芯片的形式形成的，所述成对温度传感器沿着所述管路内部的流体的流动方向被固着在所述管路的所述***表面上的所述热产生元件的上游侧和下游侧的位置，以相等的距离与所述热产生元件分开；和
运算装置，所述运算装置用于由所述成对温度传感器的温度差得到流过所述管路的所述流体的流量。
2.根据权利要求1所述的热质流量计，其中
所述成对温度传感器包括被安置在离所述热产生元件不同距离的位置的两对以上，并且
所述运算装置通过采用来自多对温度传感器中的任何一对响应流量的大小的温度测量信号得到所述流量。
3.根据权利要求2所述的热质流量计，其中
所述运算装置通过使用所述的其温度测量信号用于得到所述流量的一对温度传感器得到所述流量，在所述一对温度传感器中，在下游侧的温度传感器位于流过所述管路的所述流体的温度分布的顶点位置的下游侧，并且在所述成对温度传感器之中位于最靠近所述顶点位置处。
4.根据权利要求1所述的热质流量计，其中
使用导热粘合剂通过粘合处理将所述热产生元件和温度传感器固着到所述管路上。
5.根据权利要求1所述的热质流量计，其中
将所述管路嵌入基板上的凹槽中，使得所述管路的***表面的一部分暴露，并且
将所述热产生元件和温度传感器固着到暴露的***表面上。
6.根据权利要求1所述的热质流量计，其中
所述热产生元件和温度传感器在基板上被支撑，并且固着到所述基板上面，并且
将所述管路固着到所述热产生元件和温度传感器上。
7.根据权利要求5所述的热质流量计，其中
所述基板是在其上形成布线图案的印刷电路板，并且
将所述热产生元件和温度传感器电连接到所述布线图案上。
8.根据权利要求6所述的热质流量计，其中
所述基板是在其上形成布线图案的印刷电路板，并且
将所述热产生元件和所述温度传感器电连接到所述布线图案上。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的热质流量计，其中
所述管路是在高压液相色谱中允许移动相流过的管路。
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|---|---|---|---|---|
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| DE102009045956A1 (de) * | 2009-10-23 | 2011-04-28 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Verfahren zur Erfassung des Durchflusses und thermisches Durchflussmessgerät |
| US20130014569A1 (en) * | 2009-12-18 | 2013-01-17 | Waters Technologies Corporation | Thermal-based flow sensing apparatus and method for high-performance liquid chromatography |
| WO2013063262A1 (en) * | 2011-10-25 | 2013-05-02 | Hydrotech, Inc | Pump monitoring device |
| DE102011120899B4 (de) * | 2011-12-12 | 2015-08-20 | Karlsruher Institut für Technologie | Verfahren und Verwendung einer Vorrichtung zur Bestimmung des Massenstroms eines Fluids |
| JP5556850B2 (ja) * | 2012-05-31 | 2014-07-23 | 横河電機株式会社 | 微小流量センサ |
| JP2014092531A (ja) * | 2012-11-07 | 2014-05-19 | Seiko Epson Corp | 物理量検出装置、電子機器および移動体 |
| EP2954293A4 (en) * | 2013-02-08 | 2017-03-15 | Provtagaren AB | Enhanced differential thermal mass flow meter assembly and methods for measuring a mass flow using said mass flow meter assembly |
| JP6229521B2 (ja) * | 2014-02-06 | 2017-11-15 | 東京電力ホールディングス株式会社 | 流速計測方法および流速計測システム |
| WO2016200330A1 (en) | 2015-06-12 | 2016-12-15 | Provtagaren Ab | Pulse cancelling for flow measurements |
| JP2017101955A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | アズビル株式会社 | 測定装置及び測定装置の製造方法 |
| JP2017219401A (ja) * | 2016-06-07 | 2017-12-14 | アズビル株式会社 | 熱式流量センサの製造方法 |
| US10466135B2 (en) | 2016-11-08 | 2019-11-05 | Iot Diagnostics Llc | Pump efficiency of a fluid pump |
| CN106768487B (zh) * | 2017-01-16 | 2024-05-07 | 中国科学院半导体研究所 | 温度传感器芯片测试校准的温度环境的构建方法及*** |
| JP6763631B2 (ja) * | 2017-02-20 | 2020-09-30 | アズビル株式会社 | 熱式流量センサの製造方法及び熱式流量センサ |
| DE102018109971A1 (de) | 2017-12-18 | 2019-08-14 | Innovative Sensor Technology Ist Ag | Thermischer Strömungssensor |
| WO2019191693A1 (en) * | 2018-03-30 | 2019-10-03 | Northwestern University | Wireless and noninvasive epidermal electronics |
| DE202018106337U1 (de) * | 2018-11-07 | 2019-01-14 | Sensirion Ag | Pulsationsdämpfer für einen thermischen Flusssensor |
| KR102159087B1 (ko) * | 2019-02-22 | 2020-09-23 | 한국기계연구원 | 전동식 약물주입펌프용 유량 측정장치 및 이를 이용한 유량 측정방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5741968A (en) * | 1995-06-14 | 1998-04-21 | Mks Japan, Inc. | Flow detecting assembly |
| CN2405190Y (zh) * | 1999-12-29 | 2000-11-08 | 西安交通大学 | 传热式单相流质量流量计 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4519246A (en) * | 1981-12-21 | 1985-05-28 | Advanced Semiconductor Materials International, N.V. | Improved flow meter |
| JPS63307315A (ja) * | 1987-06-09 | 1988-12-15 | Hitachi Ltd | ホツトフイルム形空気流量計 |
| US5473938A (en) * | 1993-08-03 | 1995-12-12 | Mclaughlin Electronics | Method and system for monitoring a parameter of a vehicle tire |
| JP3424974B2 (ja) * | 1994-03-02 | 2003-07-07 | 株式会社エステック | 流量センサ |
| US6062077A (en) * | 1997-10-17 | 2000-05-16 | Azima; Faramarz | Techniques for making and using a sensing assembly for a mass flow controller |
| ATE222354T1 (de) * | 1997-12-30 | 2002-08-15 | Qualiflow S A | Verfahren zu herstellung von einem sensor für einen thermischen massendurchflussmesser |
| JP2000227354A (ja) * | 1998-12-01 | 2000-08-15 | Nippon M K S Kk | 流量センサ |
| US7258003B2 (en) * | 1998-12-07 | 2007-08-21 | Honeywell International Inc. | Flow sensor with self-aligned flow channel |
| JP3470881B2 (ja) * | 1999-04-19 | 2003-11-25 | 矢崎総業株式会社 | マイクロフローセンサ |
| US6208254B1 (en) * | 1999-09-15 | 2001-03-27 | Fluid Components Intl | Thermal dispersion mass flow rate and liquid level switch/transmitter |
| US6681625B1 (en) * | 2000-01-19 | 2004-01-27 | Lockheed Martin Corporation | Constant-temperature-difference bidirectional flow sensor |
| JP2003532099A (ja) * | 2000-05-04 | 2003-10-28 | ゼンジリオン アクチエンゲゼルシャフト | 液体用のフローセンサ |
| US7104112B2 (en) * | 2002-09-27 | 2006-09-12 | Honeywell International Inc. | Phased micro analyzer IV |
| NL1023406C2 (nl) * | 2003-05-13 | 2004-11-18 | Berkin Bv | Massadebietmeter voor het meten volgens de CT methode. |
| US7181963B2 (en) * | 2004-06-30 | 2007-02-27 | Codman & Shurtleff, Inc | Thermal flow sensor having streamlined packaging |
| US7036369B2 (en) * | 2004-06-30 | 2006-05-02 | Codman & Shurtleff, Inc. | Thermal flow sensor having recesses in a substrate |
| JP5080020B2 (ja) * | 2006-04-13 | 2012-11-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式流量センサ |
| JP4935225B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2012-05-23 | 株式会社島津製作所 | 電子部品実装体 |
| JP4888040B2 (ja) * | 2006-10-18 | 2012-02-29 | 株式会社島津製作所 | 熱式質量流量計 |
| JP4940938B2 (ja) * | 2006-12-25 | 2012-05-30 | 株式会社島津製作所 | 熱式質量流量計 |
-
2006
- 2006-03-28 WO PCT/JP2006/306310 patent/WO2007110934A1/ja active Application Filing
- 2006-03-28 US US12/294,908 patent/US7895888B2/en active Active
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- 2006-03-28 CN CN2006800539970A patent/CN101405581B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5741968A (en) * | 1995-06-14 | 1998-04-21 | Mks Japan, Inc. | Flow detecting assembly |
| CN2405190Y (zh) * | 1999-12-29 | 2000-11-08 | 西安交通大学 | 传热式单相流质量流量计 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| JP特开2000-304584A 2000.11.02 |
| JP特表2003-532099A 2003.10.28 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2007110934A1 (ja) | 2009-08-06 |
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| US20100162810A1 (en) | 2010-07-01 |
| WO2007110934A1 (ja) | 2007-10-04 |
| CN101405581A (zh) | 2009-04-08 |
| US7895888B2 (en) | 2011-03-01 |
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