CH700906B1 - Durchflusssensor. - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen Durchflusssensor (1000), der dazu eingerichtet ist, den Differenzdruck (P1–P2) zwischen einem Einlass und einem Auslass eines Hauptkanals zu messen. Bei Ausführungsformen umfasst der Durchflusssensor einen Sensorkanal, wobei der Sensorkanal einen stromaufwärtigen Kanal (1240), einen stromabwärtigen Kanal (1250) und eine Sensorplatte (1500), in der eine druckempfindliche Membran (1115) mit einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite verwendet wird, die mit dem stromaufwärtigen Kanal (1240) und dem stromabwärtigen Kanal (1250) des Sensorkanals kommunizieren, umfasst. Bei Ausführungsformen umfasst der Hauptkanal einen Einlasskanal (1210), einen Drosselkanal (1230) und einen Auslasskanal (1220), welche funktionswirksam zueinander in Reihe geschaltet sind. Der Sensorkanal ist an einer stromaufwärtigen Verbindungsstelle und einer stromabwärtigen Verbindungsstelle funktionswirksam zu dem Hauptkanal parallelgeschaltet, derart, dass die druckempfindliche Membran (1115) mit dem Differenzdruck (P1–P2) zwischen einer stromaufwärtigen Stelle und einer stromabwärtigen Stelle bezüglich des Drosselkanals (1230) beaufschlagt wird. Zusätzliche und alternative Ausführungsformen werden offenbart und beansprucht.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Durchflussmessung und insbesondere das Gebiet der Durchflusssensoren, deren Funktionsweise auf der Messung eines Differenzdruckes beruht.

Allgemeiner Stand der Technik

[0002] Ein handelsüblicher Durchflusssensor zum Messen von sehr niedrigen Fluiddurchflussmengen, z.B. von weniger als 100 µl/s, kann auf der Massendurchflussmessung nach dem Prinzip der thermischen Dispersion, wie sie bei einem Hitzdrahtanemometer oder anderen thermischen Durchflusssensoren angewendet wird; auf dem Differenzdruck; oder auf dem Trägheitsprinzip, wie es in Verbindung mit einem Massendurchflussmesser oder Coriolis-Durchflussmesser angewendet wird, beruhen.

[0003] Vollintegrierte thermische Durchflusssensoren werden von verschiedenen Firmen angeboten, von denen nachfolgend Beispiele aufgelistet sind:

[0004] Bronkhorst: http://www.bronkhorst.com/en/products/liquid flow meters & controllers/ http://www.bronkhorst.com/files/published articles/thermal pdf.

[0005] Honeywell: http://sensing.honeywell.com/index.cfm?ci id=140301&la id=1&pr id=106049

[0006] Upchurch: http://www.upchurch.com/Products/specsheet.asp?vSpecSheet=799&vFrom=L

[0007] Sierra Instruments: http://www.sierrainstruments.com/products/digital.html

[0008] Sensirion: http://www.sensirion.com/en/02 liquid flow sensors/00 liqui d flow sensor.htm

[0009] HSG-IMIT: http://www.hsg-imit.de/fileadmin/gfx/pdfs/0801 AB 24 Thermische Stroemungssensoren d e.pdf

[0010] Ferner werden Coriolis-Durchflusssensoren von Bronkhorst und Honeywell angeboten: http://www.bronkhorst.com/en/products/liquid flow meters & controllers/cori-flow/ http://hpsweb.honeywell.com/Cultures/en-US/Products/Instrumentation/flow/coriolis/default.htm

[0011] Durchflusssensoren, welche auf der Messung eines Differenzdruckes beruhen (im Weiteren: Differenzdruck-Durchflusssensoren), werden von Cole Parmer und Seyonic angeboten: http://www.coleparmer.co.uk/catalog/product_index.asp?cls=1 766 http://www.seyonic.com/prodflowsensor.php

[0012] Differenzdruck-Durchflusssensoren besitzen eine wesentlich schnellere Reaktionszeit als thermische Durchflusssensoren und Coriolis-Durchflusssensoren. Andererseits messen Differenzdruck-Durchflusssensoren einen Volumenstrom anstatt eines Massenstroms. Beispiele von Differenzdruck-Durchflusssensoren werden unten kurz dargestellt.

[0013] Die US-Patentschrift 5 945 605 (Francis et al.) offenbart eine nicht-invasive Sensoranordnungseinrichtung, welche aufweist: eine auf einem Sockel angebrachte Sensorplatte zur Spannungsisolierung der Sensorplatte von äusseren Spannungen, eine Substrat- und Platten-Kanalkonfiguration, um die Exposition der Sensoranordnung nur auf das Innere der Sensorplatte und ein Verbindungsrohr zu begrenzen, um eine wesentliche Isolation der Sensoranordnung und ihrer Bestandteile von dem Fluidstrom zu gewährleisten, und eine inerte Beschichtung, welche konform auf die Innenflächen der Platte, des Sockels und des Verbindungsrohres aufgebracht ist, welche sich in Kontakt mit den fliessfähigen Medien befinden, um dadurch eine vollständige Isolation der Sensoranordnung von den Medien zu gewährleisten. Der Sockel wird auf dem Substrat hergestellt, indem mehrere Schichten leitfähiger Paste («conductive ink») mittels Siebdruck auf das Substrat aufgebracht werden, die Lösungsmittel abgedunstet werden und das Substrat gebrannt wird, um die Bindemittel auszubrennen, um einen Buckel von ausreichender Höhe bereitzustellen, derart, dass die Sensorplatte, wenn sie auf dem Buckel angebracht worden ist, im Wesentlichen von dem Substrat isoliert ist, und somit von inneren Spannungen, welche andernfalls von dem Substrat auf die Platte übertragen werden könnten. Die Kontaktfläche des Buckels mit der Platte ist optimal gewählt, um eine maximale Spannungsisolierung und eine ausreichende Stärke der Befestigung zu gewährleisten. Ein Durchgangsloch in dem Substrat und durch die Längsmitte des Buckels hindurch ist zusammenwirkend koaxial ausgerichtet zu einem Fluideintrittskanal in der Platte, um eine Messung der interessierenden physikalischen Kenngrösse im Inneren der Platte zu ermöglichen.

[0014] Die US-Patentschrift 6 150 681 (Allen) offenbart einen monolithischen, als integrierte Schaltung ausgeführten Sensor, der sowohl einen Differenzdrucksensor als auch einen Strömungssensor auf demselben Siliziumchip kombiniert. Die integrierte Schaltung weist eine Membran mit einer Anzahl von piezoresistiven Elementen, die auf die bei einem Drucksensor übliche Art und Weise auf ihr angebracht sind, auf. Zusätzlich ist ein Kanal zwischen den Räumen auf den beiden Seiten der Membran vorgesehen. Der Kanal hat einen Querschnitt, welcher ein Bruchteil der Grösse der Membran ist. Bei einer Ausführungsform ist der Kanal ein Loch in der Membran. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Kanal eine geätzte Nut in dem Rahmen, welcher die Membran trägt.

[0015] Die US-Patentschrift 5 959 213 (Ikeda et al.) offenbart eine Halbleiter-Differenzdruckmessvorrichtung, welche umfasst: zwei Messmembranen und zwei Detektionssensoren, welche unter Anwendung von Mikrobearbeitungstechnologien in einem Halbleitersubstrat vorgesehen sind, und eine Berechnungsschaltung, welche die Differenzen zwischen den zwei Sensorausgängen berechnet, wobei eine Kommunikationsöffnung zum Beaufschlagen jeder Membran mit Druck vorgesehen ist, so dass die Membranen in entgegengesetzten Phasen durch Differenzdruck arbeiten, und auf jeder Membran zwei detektierende Sensoren zum Detektieren der Verschiebung oder Dehnung jeder Membran, die durch den auf die jeweilige Membran einwirkenden Differenzdruck verursacht wird, vorgesehen sind, wobei das Detektieren der Differenzen in der Verschiebung oder Dehnung den durch den statischen Druck verursachten Fehler und den Temperaturfehler annulliert, so dass die Erfindung ausgezeichnete Merkmale im Hinblick auf Temperatur und statischen Druck aufweist, und wobei die Berechnungsschaltung eine Brücke umfasst, welche die zwei detektierenden Sensoren verwendet, was die Kosten der Vorrichtung wesentlich verringert.

[0016] Die US-Patentschrift 4 565 096 (Knecht et al.) offenbart einen Messwandler mit einer ersten und einer zweiten Sensormembran, der derart konfiguriert ist, dass die erste Membran mit einem ersten Druck P1 beaufschlagt wird und die zweite Membran mit einem zweiten Druck P2 beaufschlagt wird, und wobei beide Membranen auf derselben, im Wesentlichen flachen Seite eines Membranwafers ausgebildet sind. Der Messwandler ist so konfiguriert, dass jede Membran in Reaktion auf P1 bzw. P2 auch auf ein Fluid in einem geschlossenen gemeinsamen Fluidhohlraum einwirkt, derart, dass die Durchbiegung der Membran für die Druckdifferenz (P1–P2) repräsentativ ist.

[0017] Die US-Patentschrift 5 969 591 (Fung) offenbart einen einseitigen Differenzdruck-Sensorchip mit einem in der Oberseite eines Substrats ausgebildeten Hohlraum, einer den Hohlraum überspannenden verformbaren Membran und einem die Oberseite des Substrats mit dem Hohlraum verbindenden Druckkanal sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben. Ein erster Fluiddruck, mit dem die Oberseite des Substrats in der Nähe der Membran beaufschlagt wird, übt eine Kraft auf die Oberseite der Membran aus, und ein zweiter Fluiddruck, mit dem die Oberseite des Substrats in der Nähe des Druckkanals beaufschlagt wird, übt eine Kraft auf die Unterseite der Membran aus. Die Membran durchbiegt sich in Reaktion auf die auf sie ausgeübten Kräfte, und ein Sensorelement detektiert die Durchbiegung der Membran. Der Drucksensor-Chip kann in einer Gehäusekonstruktion enthalten sein, die von einem Träger und einer Kappe gebildet wird. Die Gehäusekonstruktion bildet eine erste Druckkammer, welche mit der Oberseite der Membran kommuniziert, und eine zweite Druckkammer, welche über den Druckkanal mit der Unterseite der Membran kommuniziert. Die Kappe kann eine erste Öffnung zum Verbinden eines ersten Fluiddruckes mit der ersten Kammer und eine zweite Öffnung zum Verbinden eines zweiten Fluiddruckes mit der zweiten Kammer aufweisen.

[0018] Die US-Patentschrift 6 898 981 (Boillat et al.) offenbart eine Vorrichtung zum Messen des Druckes in zwei Punkten eines Fluidstroms, umfassend: einen Rahmen, bestehend aus zwei Platten, die jeweils zwei ebene Flächen umfassen, eine äussere und eine innere, und wobei eine der Platten mit einer Aussparung versehen ist, die von der anderen Platte verschlossen wird, so dass eine Anordnung von zwei Kammern, die zwei zu den Flächen des Rahmens parallele ebene Wände und eine ihren Umfang bildende Seitenwand umfassen, und einem die zwei Kammern miteinander verbindenden Fluiddrosselkanal gebildet wird, und Mittel zur Durchführung einer Messung des Druckes in jeder der Kammern. Um die Genauigkeit der Messung zu verbessern, ist die Seitenwand der Kammern senkrecht zu ihren zwei ebenen Wänden und ist so konfiguriert, dass die Kammern spindelförmig sind.

Aufgabe der Erfindung

[0019] Der Kern der Erfindung betrifft einen Durchflusssensor der aus einem Entwurfs- und Herstellungsprozess hervorgeht, der sich auf kommerziell erhältliche Sensorplatten abstützt und nicht auf individuell von Grund auf aufgebaute Mikrosysteme zur Durchflussmessung. Differentialdruck-Sensorplatten werden von einer Reihe von Firmen in grossen Mengen hergestellt, weshalb deren Kosten auch tief sind. Aus dem gleichen Grund sind die erhältlichen Differentialdruck-Sensorplatten auch bereits gut ausgereift bezüglich Genauigkeit, Hysterese und Drift.

[0020] Das Ziel besteht deshalb darin, einen Differenzdruck-Durchflusssensor anzugeben, der in der Lage ist, geringe Durchflussraten genau zu messen und dennoch aber keine teuren Massenproduktionsverfahren erfordert.

Beschreibung der Figuren

[0021] Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen derselben besser verständlich, welche lediglich als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren (Fig.) angegeben werden, wobei: <tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung der Kanalanordnung eines Durchflusssensors gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist; <tb>Fig. 2<sep>eine schematische Querschnitts-Vorderansicht des Durchflusssensors gemäss der Ausführungsform von Fig. 1ist; <tb>Fig. 3<sep>eine schematische Querschnitts-Seitenansicht des Durchflusssensors gemäss der Ausführungsform von Fig. 1ist; <tb>Fig. 4<sep>eine schematische Draufsicht eines Basissubstrats gemäss der Ausführungsform von Fig. 1ist; <tb>Fig. 5<sep>eine schematische Draufsicht eines Zwischensubstrats gemäss der Ausführungsform von Fig. 1ist; <tb>Fig. 6<sep>eine schematische isometrische Darstellung des Durchflusssensors gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist; <tb>Fig. 7<sep>eine schematische detaillierte isometrische Querschnittsdarstellung einer Sensorplatte des Durchflusssensors gemäss der Ausführungsform von Fig. 6ist; <tb>Fig. 8<sep>eine schematische detaillierte Draufsicht der Verläufe eines Drosselkanals, eines stromaufwärtigen Kanals und eines stromabwärtigen Kanals gemäss der Ausführungsform von Fig. 6 ist; <tb>Fig. 9<sep>eine schematische Darstellung der Kanalanordnung eines Durchflusssensors gemäss einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist; <tb>Fig. 10<sep>eine schematische detaillierte isometrische Darstellung der Verläufe eines Drosselkanals, eines stromaufwärtigen Kanals und eines stromabwärtigen Kanals gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist; <tb>Fig. 11<sep>eine schematische isometrische detaillierte Querschnittsdarstellung einer Sensorplatte gemäss der Ausführungsform von Fig. 10 ist; <tb>Fig. 12<sep>eine schematische detaillierte Draufsicht der Verläufe eines Drosselkanals, eines stromaufwärtigen Kanals und eines stromabwärtigen Kanals gemäss der Ausführungsform von Fig. 10 ist; <tb>Fig. 13<sep>eine schematische Darstellung der Kanalanordnung mit Angabe von Gasfallen in dem Durchflusssensor von Fig. 6 ist; <tb>Fig. 14<sep>eine schematische Darstellung der Kanalanordnung eines Durchflusssensors mit Verwendung mehrerer parallelgeschalteter Sensorplatten gemäss einer Ausführungsform der Erfindung ist; <tb>Fig. 15A<sep>eine schematische Draufsicht eines Basissubstrats gemäss der Ausführungsform von Fig. 14ist; und <tb>Fig. 15B<sep>eine schematische Draufsicht eines Zwischensubstrats gemäss der Ausführungsform von Fig. 14ist.

Beschreibung der Erfindung

[0022] Positionsbezeichnungen wie «oberer», «unterer», «rechter», «linker», «Unterseite», «unterhalb», «abgesenkt», «niedrig», «Oberseite», «oberhalb», «erhöht», «hoch», «vertikal» und «horizontal» sowie grammatische Abwandlungen davon, wie sie hier verwendet werden, bedeuten nicht notwendigerweise, dass zum Beispiel eine «Unterseiten»-Komponente sich unterhalb einer «Oberseiten»-Komponente befindet, oder dass eine Komponente, welche «unten» ist, sich wirklich «unterhalb» einer anderen Komponente befindet, oder dass eine Komponente, welche «oben» ist, sich wirklich «oberhalb» einer anderen Komponente befindet, da solche Richtungen, Komponenten oder beides gekippt, gedreht, im Raum bewegt, in eine diagonale Ausrichtung oder Position gebracht, horizontal oder vertikal angeordnet werden oder auf ähnliche Weise modifiziert werden können. Dementsprechend ist klar, dass die Begriffe «unten», «unterhalb», «oben» und «oberhalb» hier nur für Beispielzwecke verwendet werden, um die relative Positionierung oder Anordnung bestimmter Komponenten zu beschreiben, um eine erste und eine zweite Komponente zu beschreiben, oder für beide genannten Zwecke.

[0023] Ferner ist anzumerken, dass die Begriffe «vertikal» und «horizontal», wie sie hier verwendet werden, auch die Bedeutung der Ausdrücke «wenigstens annähernd vertikal» bzw. «wenigstens annähernd horizontal» mit einschliessen.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0024] Ausführungsformen der Erfindung offenbaren einen Durchflusssensor, der einen Sensorkanal und einen Hauptkanal umfasst. Der Sensorkanal umfasst eine Sensorplatte, die z.B., wie in der Technik bekannt, unter Verwendung einer druckempfindlichen Membran konfiguriert ist, die eine stromaufwärtige Seite und eine stromabwärtige Seite aufweist, die mit einem stromaufwärtigen Kanal und einem stromabwärtigen Kanal des Sensorkanals kommunizieren.

[0025] Die druckempfindliche Membran umfasst piezoresistives Material und reagiert daher elektrisch auf mechanische Durchbiegungen. Genauere, mechanische Durchbiegungen der piezoresistiven Membran können eine entsprechende Änderung des elektrischen Widerstands zur Folge haben.

[0026] Der Hauptkanal umfasst einen Einlasskanal, einen Drosselkanal und einen Auslasskanal, welche funktionswirksam zueinander in Reihe geschaltet sind. Die Querschnittsfläche des Drosselkanals ist kleiner als die Querschnittsfläche des Einlasskanals und des Auslasskanals. Die Querschnittsfläche des Einlasskanals kann wenigstens annähernd gleich der Querschnittsfläche des Auslasskanals sein. Der Sensorkanal ist an einer stromaufwärtigen Verbindungsstelle und einer stromabwärtigen Verbindungsstelle funktionswirksam zu dem Hauptkanal parallelgeschaltet, wobei die stromaufwärtige Verbindungsstelle sich stromaufwärts des Drosselkanals befindet und die stromabwärtige Verbindungsstelle sich stromabwärts des Drosselkanals befindet.

[0027] Die Sensorplatte ist derart konfiguriert, dass, wenn sie zu einem Drosselkanal funktionswirksam parallelgeschaltet ist, die stromaufwärtige Seite mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher an einer Stelle stromaufwärts (im Weiteren: stromaufwärtige Stelle) des Drosselkanals vorhanden ist, während die stromabwärtige Seite mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher an einer Stelle stromabwärts (im Weiteren: stromabwärtige Stelle) des Drosselkanals vorhanden ist. Eine potentielle Durchbiegung der druckempfindlichen Membran entspricht daher den Differenzen der Absolutdrücke P1 und P2 (im Weiteren: Differenzdruck) zwischen einer stromaufwärtigen Stelle und einer stromabwärtigen Stelle. Es ist anzumerken, dass der Differenzdruck (P1–P2), welchem die druckempfindliche Membran ausgesetzt sein kann, wesentlich niedriger sein kann als der Systemdruck, welchem zwei Membranen ausgesetzt sein können, um den Differenzdruck auf der Basis der Durchbiegung jeder der zwei Membranen zu messen.

[0028] Der Durchflusssensor umfasst mindestens ein Substrat, das mindestens einen Teil des Sensorkanals und des Hauptkanals umfasst.

[0029] Der Durchflusssensor gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann dazu eingerichtet sein, einen Differenzdruck, der zum Beispiel im Bereich von 1 mbar bis 100 mbar liegt, und somit die entsprechende Durchflussmenge zu messen.

[0030] Die Reaktionszeit auf Änderungen der Durchflussmenge des Durchflusssensors gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann zum Beispiel maximal 1 ms betragen und zum Beispiel einen Wert von 0,5 ms haben.

[0031] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Durchflusssensor elektrische Leiter, derart, dass ein elektronisches Auslesemodul mechanisch und funktionswirksam mit den elektrischen Leitern koppelbar ist, zum Auslesen der Änderung des elektrischen Widerstands infolge der Durchbiegung der druckempfindlichen Membran.

[0032] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung ist der Durchflusssensor derart konfiguriert, dass die druckempfindliche Membran von plötzlichen Änderungen des Absolutdruckes unbeeinflusst bleibt, sondern nur von den Änderungen des Differenzdruckes beeinflusst wird, welcher proportional zur Durchflussmenge durch den Drosselkanal ist, gemäss dem Gesetz von Hagen-Poiseuille.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0033] Es wird nun auf Fig. 1Aund Fig. 1B Bezug genommen. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Durchflusssensor 1000 einen Einlass 1211 zu einem Einlasskanal 1210, der zu einem Drosselkanal 1230 führt, welcher zu einem Auslasskanal 1220 mit einem Auslass 1221 führt. Sowohl der Einlasskanal 1210 als auch der Auslasskanal 1220 weisen eine Querschnittsfläche auf, die grösser als die Querschnittsfläche des Drosselkanals 1230 ist. Dementsprechend stellt der Drosselkanal 1230 einen Verengungsabschnitt zwischen dem Einlass 1211 und dem Auslass 1221 dar, der einen Druckabfall des vom Einlass 1211 zum Auslass 1221 strömenden Fluids von P1 auf P2 bewirkt, wobei P1 der Druck des Fluids stromaufwärts des Drosselkanals 1230 ist und P2 der Druck des Fluids stromabwärts des Drosselkanals 1230 ist. Der Abfall des Druckes (P1–P2) ist wenigstens annähernd proportional zum Volumenstrom oder zur Durchflussmenge des Fluids. Die Proportionalität kann durch das Gesetz von Hagen-Poiseuille ausgedrückt werden.

[0034] Der Durchflusssensor 1000 umfasst ferner einen Sensorkanal 1100, welcher zu dem Drosselkanal 1230 parallel verläuft und mit ihm über den Einlasskanal 1210 und den Auslasskanal 1220 kommuniziert, so dass er mit diesen Kanälen den Einlass 1211 und den Auslass 1221 gemeinsam hat. Genauer, der Sensorkanal 1100 umfasst einen stromaufwärtigen Kanal 1240, welcher stromaufwärts des Drosselkanals 1230, an einer stromaufwärtigen Verbindungsstelle 1241, mit dem Einlasskanal 1210 kommuniziert. Ferner umfasst der Sensorkanal 1100 einen stromabwärtigen Kanal 1250, welcher an einer stromabwärtigen Verbindungsstelle 1251, mit dem Auslasskanal 1220 kommuniziert. Es ist anzumerken, dass, um die nachfolgende Erörterung zu vereinfachen, ein möglicher Druckabfall des Fluids im Einlasskanal 1210, Auslasskanal 1220, stromaufwärtigen Kanal 1240 und stromabwärtigen Kanal 1250 als vernachlässigbar betrachtet werden kann, wenigstens im Vergleich zu dem Druckabfall des Fluids zwischen dem Einlasskanal 1210 und dem Auslasskanal 1220, der durch den Drosselkanal 1230 verursacht wird.

[0035] Der Sensorkanal 1100 weist ausserdem zusätzlich eine Sensorplatte 1500 auf, die z.B., wie in der Technik bekannt, eine druckempfindliche Membran 1115 umfasst, welche U-förmig sein kann, so dass sie ein Diaphragma 1118 aufweist, das mit Schenkeln 1119 verbunden ist, welche mit einem Membransubstrat 1111 gekoppelt sind, das eine Fluidöffnung 1112 umfasst. Der stromaufwärtige Kanal 1240 kommuniziert über einen stromaufwärtigen Auslass 1260 funktionswirksam mit einer stromaufwärtigen Seite 1113 der druckempfindlichen Membran 1115. In ähnlicher Weise kommuniziert der stromabwärtige Kanal 1250 über einen stromabwärtigen Auslass 1270 funktionswirksam mit einer stromabwärtigen Seite 1114 der druckempfindlichen Membran 1115.

[0036] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung sind der Drosselkanal 1230, der stromaufwärtige Kanal 1240 und der stromabwärtige Kanal 1250 in mindestens einer Substratschicht hergestellt, wie unten ausführlicher dargelegt wird.

[0037] Es wird nun ferner auf Fig. 2und Fig. 3Bezug genommen. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Durchflusssensor 1000 ein Basissubstrat 2100, auf dem ein Zwischensubstrat 2200 vorgesehen ist. Bei Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchflusssensor 1000 ausserdem ein Schaltungssubstrat 2300 umfassen, das eine Leiterplatte enthält oder darstellt, die eine elektrische Schaltung aufweist und/oder elektrische Anschlüsse und/oder elektrische Bauelemente wie zum Beispiel einen Verstärker oder eine Verstärkerschaltung umfasst. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann das Schaltungssubstrat 2300 zum Beispiel elektrische Vias (Durchkontaktierungen) 2355 umfassen, die in elektrischen Anschlüssen enden. Das Zwischensubstrat 2200 kann zwischen dem Schaltungssubstrat 2300 und dem Basissubstrat 2100 angeordnet sein. Um die nachfolgende Erörterung zu vereinfachen, wird das Schaltungssubstrat 2300, das die Leiterplatte umfasst oder darstellt, im Weiteren als «Leiterplatte 2300» bezeichnet. Die Leiterplatte 2300 kann eine Konkavität 2310 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, auf abgedichtete Weise die Sensorplatte 1500 in sich aufzunehmen, und kann mechanisch, z.B. durch Kleben, mit dem Zwischensubstrat 2200 gekoppelt sein. Dementsprechend kann die Leiterplatte 2300 einen Teil eines Gehäuses des Durchflusssensors 1000 darstellen.

[0038] Im Folgenden wird der Verlauf des Einlasskanals 1210, des Auslasskanals 1220, des Drosselkanals 1230, des stromaufwärtigen Kanals 1240 und des stromabwärtigen Kanals 1250 in dem Durchflusssensor 1000 kurz dargestellt. Es ist jedoch anzumerken, dass der beschriebene Verlauf nur als Beispiel dient, und dass er bei jeweiligen Ausführungsformen der Erfindung variieren kann.

[0039] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann der Einlasskanal 1210 zuerst horizontal von seinem Einlass 1211 aus und dann vertikal in der Leiterplatte 2300 über ein Zwischensubstrat 2200 zu dem Basissubstrat 2100 verlaufen. Im Basissubstrat 2100 kann der Einlasskanal 1210 horizontal verlaufen, so dass er die stromaufwärtige Verbindungsstelle 1241 passiert und in den Drosselkanal 1230 übergeht. Der Drosselkanal 1230 kann im Basissubstrat 2100 horizontal verlaufen und in den Auslasskanal 1220 übergehen, bevor die stromabwärtige Verbindungsstelle 1251 passiert wird. Der Auslasskanal 1220 kann nach dem Passieren der stromabwärtigen Verbindungsstelle 1251 weiter horizontal im Basissubstrat 2100 verlaufen, und danach vertikal aus dem Basissubstrat 2100 über das Zwischensubstrat 2200 zu der Leiterplatte 2300. In der Leiterplatte 2300 kann der Auslasskanal 1220 horizontal verlaufen und in seinem Auslass 1221 enden.

[0040] Es wird nun zusätzlich auf Fig. 4Bezug genommen. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann der stromaufwärtige Kanal 1240 horizontal von der stromaufwärtigen Verbindungsstelle 1241 ausgehen und innerhalb des Basissubstrats 2100 verlaufen, bis er vertikal nach oben in das Zwischensubstrat 2200 hinein verläuft, um in der Konkavität 2310 zu enden, so dass er mit der stromaufwärtigen Seite 1113 der druckempfindlichen Membran 1115 kommuniziert. In ähnlicher Weise kann der stromabwärtige Kanal 1250 horizontal von der stromabwärtigen Verbindungsstelle 1251 ausgehen und innerhalb des Basissubstrats 2100 verlaufen, bis der stromabwärtige Kanal 1250 vertikal nach oben aus dem Zwischensubstrat 2200 austritt, so dass er mit der stromabwärtigen Seite 1114 der druckempfindlichen Membran 1115 kommuniziert.

[0041] Gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung kann ein Durchflusssensor, wie zum Beispiel der Durchflusssensor 1000, dazu ausgebildet sein, die Gefahr einer Verunreinigung und/oder Verstopfung des Durchflusses in dem Drosselkanal 1230 zu verhindern oder wenigstens zu reduzieren, da jede Änderung der Geometrie des Drosselkanals 1230 eine entsprechende Änderung des Druckabfalls zwischen einer stromaufwärtigen Stelle und einer stromabwärtigen Stelle, wie zum Beispiel der stromaufwärtigen Verbindungsstelle 1241 und der stromabwärtigen Verbindungsstelle 1251, verursachen kann. Infolgedessen kann sich die Durchflussmenge und somit die entsprechende Messung derselben ändern. Ferner kann eine durchgeführte Kalibrierung des Durchflusssensors 1000 verfälscht werden. Daher kann gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung der Abschnitt des Einlasskanals 1210 und des Auslasskanals 1220, der in das Zwischensubstrat 2200 integriert ist, mehrere parallele Kanäle 1231 umfassen, welche einander gegenseitig als Sicherung dienen können, um die Gefahr zu reduzieren, dass Teilchen in den Drosselkanal 1230 gelangen und in diesem die Strömung des Fluids behindern. Zusätzlich oder alternativ dazu kann eine Filterstruktur (nicht dargestellt) eingebaut werden, z.B. im Basissubstrat 2100, wobei die Filterstruktur derart verwendet werden kann, dass die Gefahr einer Verstopfung des Drosselkanals 1230 reduziert wird.

[0042] Gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Leiterplatte 2300 fluidische Verbindungen umfassen. Zum Beispiel kann mindestens ein Teil des horizontalen Abschnitts des Einlasskanals 1210 und des Auslasskanals 1220 in der Leiterplatte 2300 durch fluidische Verbindungen verkörpert werden, wie zum Beispiel ein Einlassrohr 2361 bzw. ein Auslassrohr 2362, und/oder durch eine beliebige andere geeignete fluidische Verbindung, wie zum Beispiel Gewindebohrungen.

[0043] Es wird nun zusätzlich auf Fig. 5Bezug genommen. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Durchflusssensor 1000 mehrere Membrananschlüsse 2351 und Schaltungsanschlüsse 2352, die zwischen dem Zwischensubstrat 2200 und der Leiterplatte 2300 vorgesehen sind. Genauer, Membrananschlüsse 2351 sind zwischen der druckempfindlichen Membran 1115 und dem Zwischensubstrat 2200 vorgesehen und dienen ferner dazu, eine Dichtung zwischen der Konkavität 2310 und dem Zwischensubstrat 2200 herzustellen, um Fluid zu der stromaufwärtigen Seite 1113 der druckempfindlichen Membran 1115 zu leiten.

[0044] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung ist die druckempfindliche Membran 1115 gekippt, so dass ihr Diaphragma 1118 elektrisch mit den Membrananschlüssen 2351 gekoppelt ist. Durch eine solche Konfiguration wird bei dem Durchflusssensor 1000 die Notwendigkeit umgangen, Drahtverbindungen zu verwenden, welche andernfalls erforderlich wären, um die druckempfindliche Membran 1115 elektrisch mit den elektrischen Vias 2355 zu koppeln.

[0045] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung können die Schaltungsanschlüsse 2352 auf jeweilige elektrische Vias 2355 der Leiterplatte 2300 und des Zwischensubstrats 2200 ausgerichtet und zwischen ihnen positioniert sein. Wie in Fig. 5 schematisch dargestellt, sind die Schaltungsanschlüsse 2352 über elektrische Leitungen 2356 mit jeweiligen Membrananschlüssen 2351 gekoppelt. Demzufolge sind die elektrischen Vias 2355 mit der druckempfindlichen Membran 1115 elektrisch gekoppelt.

[0046] Gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung können die elektrischen Vias 2355 mit integrierten Schaltungen und/oder elektronischen Bauelementen wie zum Beispiel Transistoren, elektrischen Leitungen und/oder Verschaltungen (Interconnections), die in der Leiterplatte 2300 vorgesehen und/oder eingebettet sind, elektrisch verbunden sein.

[0047] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung ermöglicht die Anzahl der verwendeten elektrischen Leitungen 2356, welche die Verbindung zwischen Membrananschlüssen 2351 und Schaltungsanschlüssen 2352 herstellen, zum Beispiel den Anschluss an eine Wheatstone-Brücke, welche auf der Sensorplatte 1500 implementiert sein kann.

[0048] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchflusssensor 1000 zusätzliche leitende Verbindungen und/oder Leitungen (nicht dargestellt) umfassen, um die Implementierung eines integrierten Temperatursensors zu ermöglichen, wie zum Beispiel von Thermoelementen, Thermistoren, Widerstandstemperatursensoren (Resistance Temperature Detectors, RTDs) usw. Die Membrananschlüsse 2351 und/oder Schaltungsanschlüsse 2352 können einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul von z.B. < 10 MPa aufweisen.

[0049] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchflusssensor 1000 ferner Dichtungen 2360 zwischen dem Zwischensubstrat 2200 und der Leiterplatte 2300 aufweisen, um für eine Abdichtung zwischen dem Zwischensubstrat 2200 und der Konkavität 2310 zu sorgen. Ähnlich wie die Membrananschlüsse 2351 und/oder Schaltungsanschlüsse 2352 können die Dichtungen 2360 aus einem Material hergestellt sein, das einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul von z.B. < 10 MPa aufweist. Die relativ niedrigen Elastizitätsmodule der Dichtungen 2360 und/oder Membrananschlüsse 2351 und/oder Schaltungsanschlüsse 2352 werden so gewählt, dass die mechanische Spannung zwischen dem Zwischensubstrat 2200 und der Leiterplatte 2300 begrenzt wird, welche sich aufgrund ihrer möglicherweise unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten entwickeln könnte.

[0050] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchflusssensor 1000 ein elektronisches Auslesemodul 2400 aufweisen, das dazu eingerichtet ist, eine Änderung des elektrischen Widerstands infolge der Durchbiegung der druckempfindlichen Membran 1115 zu messen. Das elektronische Auslesemodul 2400 kann mit der druckempfindlichen Membran 1115 elektrisch koppelbar sein, z.B. indem das elektronische Auslesemodul 2400 auf der Leiterplatte 2300 platziert wird, so dass das elektronische Auslesemodul 2400 funktionswirksam mit elektrischen Vias 2355 kommuniziert. Das elektronische Auslesemodul 2400 kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, Signale zu verstärken, die einer Änderung des elektrischen Widerstands in Reaktion auf die mechanischen Durchbiegungen der druckempfindlichen Membran 1115 entsprechen, und/oder eine Analog-Digital-Wandlung durchzuführen und/oder den Durchflusssensor 1000 auf der Basis des gemessenen Differenzdruckes und der Temperatur zu kalibrieren. Das elektronische Auslesemodul 2400 kann mit der Leiterplatte 2300 mechanisch gekoppelt, z.B. an diese angelötet sein.

[0051] Es ist anzumerken, dass bei einigen Ausführungsformen der Erfindung wenigstens einige der Funktionen, welche von dem elektronische Auslesemodul 2400 ausgeführt werden können, zusätzlich oder alternativ dazu von Elementen der Leiterplatte 2300 ausgeführt werden können. Zum Beispiel kann eine Verstärkung von Elementen ausgeführt werden, die in die Leiterplatte 2300 eingebettet sind. Infolgedessen kann bei einigen Ausführungsformen der Erfindung der Durchflusssensor 1000 ohne die Verwendung eines elektronischen Auslesemoduls 2400 funktionsfähig sein.

[0052] Gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchflusssensor 1000 «leiterplattenlos» sein, d.h., der Durchflusssensor 1000 weist möglicherweise keine Leiterplatte 2300 auf. Stattdessen kann eine Änderung des Widerstands der druckempfindlichen Membran 1115 einfach gemessen werden, indem eine Spannung zwischen Schaltungsanschlüssen 2352 angelegt wird, z.B. mit oder ohne Durchführung einer Verstärkung der gemessenen Änderung des Widerstands. Ferner kann ein Rohr oder ein Schlauch (nicht dargestellt) funktionswirksam mit der Fluidöffnung 1112 und somit mit der stromaufwärtigen Seite 1113 der druckempfindlichen Membran 1115 gekoppelt sein.

[0053] Es wird auf Fig. 6 Bezug genommen, die eine schematische isometrische Darstellung des Durchflusssensors 1000 zeigt; es wird auf Fig. 7 Bezug genommen, die eine schematische detaillierte isometrische Querschnittsdarstellung der Sensorplatte 1500 zeigt; und es wird auf Fig. 8 Bezug genommen, die eine schematische Draufsicht der Verläufe des Drosselkanals 1230, des stromaufwärtigen Kanals 1240 und des stromabwärtigen Kanals 1250 zeigt.

[0054] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung sind die Länge einer ersten Wegstrecke des Fluidstroms, gemessen von einer Stelle stromaufwärts der stromaufwärtigen Verbindungsstelle 1241 bis zur stromaufwärtigen Seite 1113, und die Länge einer zweiten Wegstrecke des Fluidstroms, gemessen von der besagten Stelle bis zur stromabwärtigen Seite 1114, wenigstens annähernd gleich. Infolgedessen werden Änderungen des Absolutdruckes an der stromaufwärtigen Stelle mit einer wenigstens annähernd gleichen Verzögerung zu der stromaufwärtigen Seite 1113 und der stromabwärtigen Seite 1114 übertragen. Daher werden die stromaufwärtige Seite 1113 und die stromabwärtige Seite 1114 wenigstens annähernd zur gleichen Zeit Änderungen des Absolutdruckes unterworfen, wodurch Durchbiegungen der druckempfindlichen Membran 1115 vermieden werden, welche Änderungen des Absolutdruckes nur an der stromaufwärtigen Stelle oder der stromabwärtigen Stelle entsprechen. Dementsprechend wird die druckempfindliche Membran 1115 nicht von plötzlichen Änderungen des Absolutdruckes beeinflusst, welche an der stromaufwärtigen Stelle und/oder an der stromabwärtigen Stelle auftreten, sondern kann folglich nur von den Änderungen des Differenzdruckes zwischen der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Stelle beeinflusst werden und ist daher weniger anfällig für Beschädigungen. Genauer, die druckempfindliche Membran 1115 kann zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt mit P1–P2 und nicht mit P1 oder P2 allein beaufschlagt sein. Es ist anzumerken, dass der Ausdruck «zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt» auch den Ausdruck «im Wesentlichen zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt» mit einschliesst.

[0055] Wie in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5und Fig. 6 schematisch dargestellt ist, kommunizieren der stromaufwärtige Auslass 1260 und der stromabwärtige Auslass 1270 mit entgegengesetzten Seiten des Diaphragmas 1118. Jedoch kann, wie hier weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 9, Fig. 10, Fig. 11und Fig. 12 dargelegt wird, ein Durchflusssensor 9000 gemäss einer Ausführungsform der Erfindung auch eine einseitige Differenzdruck-Sensorplatte verwenden, wie zum Beispiel in der US-Patentschrift 5 969 591 dargelegt ist. Zum Beispiel kann der Durchflusssensor 9000 einen Sensorplatte 9500 verwenden, die ein Gehäuse 1116 umfasst, wobei der stromaufwärtige Auslass 1260 (eines stromaufwärtigen Kanals 9240) und der stromabwärtige Auslass 1270 eines stromabwärtigen Kanals 9250 in Bezug auf das Diaphragma 1118 auf derselben Seite enden. Die Sensorplatte 9500 umfasst ferner eine Dichtung 1280, welche Fluid, das aus dem stromaufwärtigen Auslass 1260 austritt, zu der stromaufwärtigen Seite 1113 hin und Fluid, das aus dem stromabwärtigen Auslass 1270 austritt, zu der stromabwärtigen Seite 1114 hin umleitet, wodurch verschiedene Abschnitte des Diaphragmas 1118 auf derselben Seite mit dem stromaufwärtigen Druck P1 bzw. dem stromabwärtigen Druck P2 beaufschlagt werden. Demzufolge entspricht die Durchbiegung des Diaphragmas 1118 dem Differenzdruck P1–P2.

[0056] Es wird nun auf Fig. 13Bezug genommen. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchflusssensor 1000 dazu eingerichtet sein, die Durchflussmenge eines Fluids zu messen, welches z.B. eine Flüssigkeit 1295 sein kann. In diesem Falle können Gastaschen 1290 zwischen der Sensorplatte 1500 und dem Einlasskanal 1210 und dem Auslasskanal 1220 eingeschlossen sein. Das Auftreten der Gastaschen 1290 kann genutzt werden, um die Sensorplatte 1500 vor der Flüssigkeit 1295 zu schützen, welche aggressiv (z.B. stark sauer oder basisch) sein kann, so dass sie potentiell die Sensorplatte 1500 beschädigen kann. Es ist klar, dass die Erscheinung der Gastaschen 1290 genutzt werden kann, wenn lediglich der Druck der Flüssigkeit 1295 gemessen wird, anstatt die Durchflussmenge der Letzteren zu messen.

[0057] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung können der stromaufwärtige Kanal 1240 und der stromabwärtige Kanal 1250 eine solche Länge haben, dass die Grenzen 1293 zwischen der Flüssigkeit 1295 und dem Gas 1290 an Stellen erscheinen, welche sich zwischen der stromaufwärtigen Verbindungsstelle 1241 und der Sensorplatte 1500 bzw. zwischen der stromabwärtigen Verbindungsstelle 1251 und der Sensorplatte 1500 befinden.

[0058] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann der Durchflusssensor 1000 derart konfiguriert sein, dass das Gasvolumen so beschaffen ist, dass es noch eine Reaktionsfähigkeit von z.B. maximal 1 ms sicherstellt. Zum Beispiel kann das Volumen des Gases, das die Sensorplatte 1500 umgibt, so klein wie möglich sein.

[0059] Es wird nun auf Fig. 14und Fig. 15A Bezug genommen. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung können in einen Durchflusssensor 14000 mehrere Sensorplatten 1500 integriert sein, welche derart konfiguriert sein können, dass jede einen entsprechenden Differenzdruck misst. Genauer, der Durchflusssensor 14000 kann Sensorplatten 1500A und 1500B umfassen, welche funktionswirksam zueinander parallelgeschaltet sind. Die Sensorplatte 1500A kann mit einem stromaufwärtigen Kanal 14240A und mit einem stromabwärtigen Kanal 14250A kommunizieren und zu einem Drosselkanal 14230 über einen Einlasskanal 14210 und einen Auslasskanal 14220 parallelgeschaltet sein. Die Sensorplatte 1500B kommuniziert mit einem stromabwärtigen Kanal 14250B, welcher zu dem stromaufwärtigen Kanal 14240A parallelgeschaltet ist. Ausserdem kommuniziert die Sensorplatte 1500B mit einem Einlasskanal 14210B und einem Auslasskanal 14220B. Bei einer derartigen Konfiguration entspricht der Systemdruck, mit welchem die Sensorplatte 1500A beaufschlagt wird, P1–P2, wobei P1 der Druck stromaufwärts des Drosselkanals 14230 und P2 der Druck stromaufwärts des Drosselkanals 14230 sein kann. Der Systemdruck, mit welchem die Sensorplatte 1500B beaufschlagt sein kann, entspricht P0–P1, wobei P0 der Druck im Einlasskanal 14210B ist. Infolgedessen kann der Durchflusssensor 14000 dazu eingerichtet sein, einen relativ hohen Absolutdruck von z.B. 10 bar mit der Sensorplatte 1500B zu messen; und einen relativ niedrigen Differenzdruck, der einer Durchflussmenge von z.B. weniger als 100 µl/Sekunde entspricht.

[0060] Es ist anzumerken, dass die Länge einer ersten Wegstrecke des Fluidstroms, gemessen von einer Stelle stromaufwärts der stromaufwärtigen Verbindungsstelle 1241 bis zur stromaufwärtigen Seite 14113, und die Länge einer zweiten Wegstrecke des Fluidstroms, gemessen von der besagten Stelle bis zur stromabwärtigen Seite 14114, wenigstens annähernd gleich sein können.

[0061] Es wird nun auf Fig. 15BBezug genommen. Der Durchflusssensor 14000 weist Membrananschlüsse 2351, Ausleseanschlüsse 2352, elektrische Leitungen 2356 und elektrische Vias (nicht dargestellt) auf, derart, dass das Auslesen von P0–P1 und P1–P2 durch das elektronische Auslesemodul 2400 ermöglicht wird.

[0062] Herstellungsverfahren für einen Durchflusssensor gemäss einer Ausführungsform der Erfindung, wie zum Beispiel den Durchflusssensor 1000, können die folgenden Schritte beinhalten: Bereitstellen eines Basissubstrats 2100; Bereitstellen eines Einlasskanals 1210, Bereitstellen eines Auslasskanals 1220, Bereitstellen eines Drosselkanals 1230, eines stromaufwärtigen Kanals 1240 und eines stromabwärtigen Kanals 1250 im Basissubstrat 2100. Ferner kann das Verfahren das Bereitstellen eines Zwischensubstrats 2200; und das Bereitstellen eines Einlasskanals 1210, eines Auslasskanals 1220, eines stromaufwärtigen Kanals 1240 und eines stromabwärtigen Kanals 1250 darin beinhalten. Das Verfahren kann zusätzlich das Bereitstellen von Membrananschlüssen 2351, Schaltungsanschlüssen 2352; und Dichtungen 2360 auf dem Zwischensubstrat 2200 beinhalten. Das Verfahren kann ausserdem den Schritt des Bereitstellens des Zwischensubstrats 2200 auf dem Basissubstrat 2100 beinhalten, um eine Abdeckung für die Basis-Abschnitte des Einlasskanals 1210, des Auslasskanals 1220, des Drosselkanals 1230; des stromaufwärtigen Kanals 1240 und des stromabwärtigen Kanals 1250 bereitzustellen, und derart, dass Zwischen-Abschnitte der Kanäle mit Basis-Abschnitten der Kanäle kommunizieren, wie zum Beispiel in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 schematisch dargestellt ist.

[0063] Zusätzlich kann das Verfahren beinhalten: Bereitstellen von elektrischen Vias 2355, einer Sensorplatte 1500 und Leiterplatten-Abschnitten des Drosselkanals 1230 in der Leiterplatte 2300; und Bereitstellen der Leiterplatte 2300 auf dem Zwischensubstrat 2200, derart, dass Zwischen-Abschnitte der Kanäle mit Leiterplatten-Abschnitten der Kanäle kommunizieren, und derart, dass die Sensorplatte 1500 mit elektrischen Vias 2355 kommuniziert.

[0064] Gemäss Ausführungsformen der Erfindung können der stromaufwärtige Kanal 1240 und der stromabwärtige Kanal 1250 im Basissubstrat 2100 und/oder im Zwischensubstrat 2200 zum Beispiel, wie in der Technik bekannt, durch Anwendung eines Ätzprozesses bereitgestellt werden, wie zum Beispiel Nassätzen und/oder reaktives Ionentiefätzen (Deep Reactive Ion Etching, DRIE), und/oder durch Sandstrahlen; und/oder durch Anwendung von photostrukturierbarem Glas, Epoxidharz oder Polysiloxan und/oder einem strukturierten Band zwischen dem Basissubstrat 2100 und dem Zwischensubstrat 2200. Die Strukturen, die in dem photostrukturierbaren Epoxidharz (SU-8), Polysiloxan und/oder dem strukturierten Band vorgesehen sind, ermöglichen die direkte Herstellung des stromaufwärtigen Kanals 1240 und des stromabwärtigen Kanals 1250 in einem ätzfreien Prozess, welcher ein Prozess ist, bei dem die Notwendigkeit der Anwendung irgendwelcher zusätzlicher Ätzprozesse entfällt.

[0065] Es ist anzumerken, dass die Aufeinanderfolge der oben erwähnten Schritte zur Herstellung eines Durchflusssensors gemäss einer Ausführungsform der Erfindung nicht als einschränkend ausgelegt werden sollte, und dass die Reihenfolge der Schritte geändert werden kann und diese auf beliebige andere geeignete Weisen geordnet werden können. Es ist ferner anzumerken, dass wenigstens einige der oben erwähnten Schritte in mehreren Schritten ausgeführt oder zu weniger Schritten zusammengefasst werden können, z.B. wie in der Technik bekannt.

[0066] Gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung können das Basissubstrat 2100 und/oder des Zwischensubstrat 2200 zum Beispiel aus Silizium oder Glas oder einem beliebigen anderen geeigneten Material hergestellt sein. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung können das piezoempfindliche Material der druckempfindlichen Membran 1115 und das Material der Leiterplatte 2300 so gewählt sein, dass die Wärmeausdehnungskoeffizienten wenigstens annähernd gleich sind. Gemäss Ausführungsformen der Erfindung kann die Leiterplatte 2300 aus einem Material hergestellt sein, das zur Implementierung einer gedruckten Leiterplatte (Printed Circuit Board, PCB) geeignet ist (z.B. Glasseide mit Epoxidharz), z.B. wie in der Technik bekannt.

Claims (10)

1. Durchflusssensor, dazu eingerichtet, den Differenzdruck zwischen einem Einlass und einem Auslass eines Hauptkanals zu messen, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Sensorkanal umfasst; wobei der Sensorkanal einen stromaufwärtigen Kanal, einen stromabwärtigen Kanal und eine Sensorplatte, in der eine druckempfindliche Membran mit einer stromaufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite verwendet wird, die mit dem stromaufwärtigen Kanal und dem stromabwärtigen Kanal des Sensorkanals kommunizieren, umfasst; wobei der Hauptkanal einen Einlasskanal, einen Drosselkanal und einen Auslasskanal umfasst, welche funktionswirksam zueinander in Reihe geschaltet sind; und wobei der Sensorkanal an einer stromaufwärtigen Verbindungsstelle und einer stromabwärtigen Verbindungsstelle funktionswirksam zu dem Hauptkanal parallelgeschaltet ist, derart, dass die druckempfindliche Membran mit dem Differenzdruck zwischen einer stromaufwärtigen Stelle und einer stromabwärtigen Stelle bezüglich des Drosselkanals beaufschlagt wird.

2. Durchflusssensor nach Anspruch 1, wobei der Drosselkanal eine Querschnittsfläche aufweist, welche kleiner als die Querschnittsfläche des Einlasskanals und des Auslasskanals ist.

3. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einlasskanal und der Auslasskanal eine wenigstens annähernd gleiche Querschnittsfläche aufweisen.

4. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mindestens ein Substrat umfassend, das mindestens einen Teil des Sensorkanals und des Hauptkanals integriert.

5. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge einer ersten Wegstrecke des Fluidstroms, gemessen von einer Stelle stromaufwärts der stromaufwärtigen Verbindungsstelle bis zur stromaufwärtigen Seite, und die Länge einer zweiten Wegstrecke des Fluidstroms, gemessen von dieser Stelle bis zur stromabwärtigen Seite, wenigstens annähernd gleich sind, so dass Änderungen des Absolutdruckes an dieser Stelle mit einer wenigstens annähernd gleichen Verzögerung zu der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite übertragen werden.

6. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite sich auf entgegengesetzten Seiten des Diaphragmas der druckempfindlichen Membran befinden.

7. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stromaufwärtige Seite und die stromabwärtige Seite sich auf derselben Seite des Diaphragmas der druckempfindlichen Membran befinden.

8. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ein elektronisches Auslesemodul umfasst, welches mit der druckempfindlichen Membran elektrisch gekoppelt ist.

9. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er elektrische Leiter, Membrananschlüsse und Anschlüsse für ein elektronisches Auslesemodul umfasst, welche mit der druckempfindlichen Membran zusammenwirken.

10. Durchflusssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflusssensor ein Basissubstrat und ein Zwischensubstrat umfasst, und dass das Basissubstrat und das Zwischensubstrat aus einem Material hergestellt sind, das der folgenden Gruppe angehört: Silizium und Glas.