DE102004036084A1

DE102004036084A1 - Integrierte Fluidsensor-Vorrichtung

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Publication number: DE102004036084A1
Application number: DE200410036084
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr. Förster; Frank J. Langro; Frank Latino; Josef Dr. Binder; Wolfgang Dr. Benecke; Thomas Stärz; Oliver Ahrens
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2003-08-05
Filing date: 2004-07-24
Publication date: 2005-03-03
Also published as: US20040025598A1; US6971272B2; US20050121080A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte, die einen oder mehrere Sensoren enthält und in eine Fluid-Steuerungsvorrichtung integriert ist, wie z. B. ein Ventilverteiler und eine Basisplatte. Die Fluid-Steuerungsvorrichtung lenkt Fluid selektiv zu pneumatischen oder hydraulischen Vorrichtungen, um diese anzusteuern. Die Sensoren werden zum Messen physikalischer Eigenschaften des Fluids, wie z. B. Durchfluss, Druck und Temperatur, verwendet. Ein Strömungssensor enthält ein Paddel (54) und ein Halteglied (56). Das Paddel (54) ist zumindest teilweise in einer Öffnung angeordnet und wird infolge eines Fluid-Stroms (C) ausgelenkt. Das Halteglied (56) positioniert das Paddel (54) in der Öffnung (52) und enthält eine Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72-78). Die Kraftmesseinrichtungen (72-78) sind auf lediglich einer Seite des Halteglieds (56) angeordnet und werden infolge des durch den Fluid-Strom (C) ausgelenkten Paddels (54) mechanisch belastet.

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf pneumatische und hydraulische Geräte und insbesondere auf die Messung physikalischer Kenngrößen, wie z.B. Durchsatz bzw. Strömungsgeschwindigkeit, Druck und Temperatur eines zur Steuerung dieser Vorrichtungen verwendeten Fluids.

Eine Fluidströmungsvorrichtung, wie z.B. der in 1 gezeigte Ventilverteiler 10 und seine entsprechende Basisplatte 12, verwendet man zur genauen Führung von Fluiden, die zum Steuern pneumatischer und/oder hydraulischer Geräte verwendet werden. Fluidströmungsvorrichtungen und andere Steuerungsvorrichtungen sind in den US-Patenten Nr. 5,348,047 von Stoll et al. und 5,458,048 von Hohner offenbart, die hier durch Verweis mit aufgenommen sind. Der Begriff "Fluid" wird hier allgemein verwendet, um ein Gas, eine Flüssigkeit, eine Suspension und/oder Aufschlämmung beliebiger Art zu bezeichnen, die in derartigen Geräten als Steuerungsmedium verwendet werden.

Die Basisplatte 12 ist an einer Bodenfläche des Ventilverteilers 10 montiert, wie in 1 durch gestrichelte Linien gezeigt. Die Basisplatte 12 enthält Kanäle 16, die durch die Basisplatte 12 hindurchtreten und mit Öffnungen an der Unterseite der Fluidströmungsvorrichtung 10 zur Deckung kommen. Ein Anschlussstück bzw. Nippel 14 ist an einem Ende jedes der Kanäle 16 befestigt. Die Nippel 14 können ohne weiteres mit Rohren verbunden werden, welche das Fluid zu und/oder von dem Ventilverteiler 10 führen. Die Kanäle 16 führen das Fluid dann durch die Basisplatte 12 zu der geeigneten Öffnung in den Ventilverteiler 10. Der Ventilverteiler 10 kann dann den Fluidstrom in Abhängigkeit von einer elektronischen Steuerung anders führen oder abwandeln. Zusätzlich zum Führen des Fluidstroms besteht eine andere durchführbare Funktion in der Messung von Fluidkenngrößen, wie z.B. Durchsatz bzw. Strömungsgeschwindigkeit, Druck und Temperatur.

Um den in 2a, 2b und 2c gezeigten Strömungssensor in herkömmlichen Fluidströmungsvorrichtungen einzubauen, müssen zusätzliche Rohre, Nippel und Verbindungsstücke in das Rohrnetz gespleißt werden, das die Basisplatte 12 zu und von der Fluidquelle und Teilen der zu steuernden Geräte verbindet. Die zusätzlichen Rohre, Nippel und Verbindungsstücke erhöhen den Messfehler, den Platzbedarf sowie die Installations- und Wartungskosten der Geräte. Außerdem benötigt die Elektronik, die die Sensoren überwacht, eine beachtliche Menge an zusätz licher Verdrahtung, wodurch der Wirrwar des sich ergebenden Systems erhöht wird und seine Zuverlässigkeit beachtlich verschlechtert wird. Da die Sensoren und die zugeordnete Elektronik extern an der Fluidströmungsvorrichtung angeordnet sind, sind diese von Natur aus gegen Umwelteinflüsse, wie z.B. Stöße, Staub und Verunreinigungen ungeschützt, die in hydraulischen und/oder pneumatischen Geräten und deren Umgebung üblich sind.

Das US-Patent 3,424,000 (Chelner et al.) beschreibt einen Strömungssensor, der vier (4) Kraftmesseinrichtungen bzw. Dehnungsstreifen enthält, die an der Vorder- und der Rückseite eines Wafers bzw. einer Scheibe befestigt sind. Der Wafer wird in Reaktion auf einen Fluid-Fluss ausgelenkt und stellt ein Substrat zur Befestigung von Dehnungsmessstreifen, elektrischen Leitern und Kontakten bereit.

Um jedoch die Sensibilität des Strömungssensors von Chelner zu modifizieren, muss das Substrat für die elektrischen Komponenten modifiziert werden, was eine signifikante Auswirkung auf die Anordnung der elektrischen Komponenten darauf und somit auf den gesamten Herstellungs- und Standardisierungsprozeß hat. Zudem verkompliziert die doppelseitige Anordnung von Dehnungsmessstreifen auf dem Wafer wesentlich die Neutralisierung und Produktion derartiger Strömungssensoren und erhöht die Kosten davon.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitzustellen, welche eine beachtliche Verringerung von Messfehlern, des Platzbedarfs und der Installations- und Wartungskosten für Sensoren erreicht, welche die physikalischen Kenngrößen eines Fluids messen, das zum Steuern der hydraulischen oder pneumatischen Geräte verwendet wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitzustellen, welche auf einer einzigen Leiterplatte montierte Sensoren mit gemeinsamer Signalverarbeitung, Kommunikation, Fehlersteuerung und Verbindungsschaltung.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitzustellen, die ohne weiteres an verschiedene physikalische Kenngrößen eines zum Steuern der hydraulischen oder pneumatischen Geräte verwendeten Fluids angepasst werden kann, indem man eine einzige Leiterplatte austauscht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitzustellen, die erfasste Daten, die physikalische Kenngrößen eines zum Steuern des hydraulischen oder pneumatischen Geräts verwendeten Fluids repräsentieren, ohne weiteres über verdrahtete oder nichtverdrahtete Mittel anzeigen und übertragen kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitzustellen, welche die Menge externer Rohre, Verbindungsstücke und Nippel beachtlich verringert, die zum Erfassen der physikalischen Kenngrößen eines Fluids nötig sind, das bei der Steuerung eines hydraulischen oder pneumatischen Geräts verwendet wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht auch darin, eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitzustellen, welche im wesentlichen Sensoren, die die physikalischen Kenngrößen eines Fluids messen, umschließt und diese Sensoren gegen Umwelteinflüsse schützt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Strömungssensor bereitzustellen, der einfach an verschiedene Strömungsgeschwindigkeiten und/oder Durchflussmengen ohne wesentliche Änderung oder zusätzliche Kosten beim Herstellungsprozess anpassbar ist.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Strömungssensor bereitzustellen, bei dem ein gewöhnliches bzw. auswählbares Halteglied einen oder mehrere Kraftmesseinrichtungen oder Verformungsmesseinrichtungen (englisch: "strain gauges") enthält.

Es ist ferner eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strömungssensor bereitzustellen, bei dem ein Pad del oder eine Schaufel, die durch einen Fluid-Fluss auslenkbar ist, keine Kraftmesseinrichtungen enthält.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Strömungssensor bereitzustellen, bei dem ein Halteglied Kraftmesseinrichtungen enthält, die nur auf einer Seite des Halteglieds angeordnet sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitgestellt, welche eine Fluidströmungsvorrichtung und eine Leiterplatte enthält. Die Fluidströmungsvorrichtung enthält einen ersten passenden Abschnitt und einen zweiten passenden Abschnitt. Der erste passende Abschnitt enthält eine erste Öffnung, und der zweite passende Abschnitt enthält eine zweite Öffnung. Die erste Öffnung und die zweite Öffnung sind zumindest teilweise ausgerichtet, so dass die erste Öffnung und die zweite Öffnung einen ersten Kanal durch den ersten und den zweiten passenden Abschnitt bestimmen, wenn der erste und der zweite passende Abschnitt zusammengefügt werden. Der erste Kanal kann dann eine Fluidverbindung durch ihn hindurch bilden. Die Leiterplatte ist zwischen dem ersten passenden Abschnitt und dem zweiten passenden Abschnitt angeordnet und enthält mindestens einen Sensor. Der Sensor ist zumindest teilweise mit dem ersten Kanal ausgerichtet und ist in der Lage, eine physikalische Kenngröße des durch den ersten Kanal strömenden Fluids zu erfassen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Integrieren eines Sensors in einer Fluidströmungsvorrichtung bereitgestellt, bei dem die Fluidströmungsvorrichtung in einen ersten passenden Abschnitt und einen zweiten passenden Abschnitt unterteilt wird und eine Leiterplatte zwischen dem ersten passenden Abschnitt und dem zweiten passenden Abschnitt positioniert wird. Der erste passende Abschnitt enthält eine erste Öffnung, und der zweite passende Abschnitt enthält eine zweite Öffnung. Die erste Öffnung und die zweite Öffnung sind mindestens teilweise ausgerichtet, so dass die erste Öffnung und die zweite Öffnung einen ersten Kanal durch den ersten und den zweiten Abschnitt bestimmen, wenn der erste und der zweite passende Abschnitt zusammengefügt werden. Der erste Kanal ist in der Lage, eine Fluidverbindung durch ihn hindurch zu bilden. Die Leiterplatte enthält mindestens einen Sensor, der zumindest teilweise mit dem ersten Kanal ausgerichtet ist. Der Sensor ist in der Lage, eine physikalische Kenngröße des durch den ersten Kanal strömenden Fluids zu erfassen.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine integrierte Fluidsensor-Vorrichtung bereitgestellt, welche mindestens ein Ventil, eine Basisplatte und eine Leiterplatte enthält. Die Basisplatte ist mit dem Ventil lösbar verbunden und enthält einen ersten passenden Abschnitt und einen zweiten passenden Abschnitt. Die Basisplatte enthält einen ersten Ka nal durch den ersten und den zweiten passenden Abschnitt, wenn der erste und der zweite passende Abschnitt zusammengefügt werden. Die Leiterplatte ist zwischen dem ersten passenden Abschnitt und dem zweiten passenden Abschnitt angeordnet. Die Leiterplatte enthält mindestens einen Sensor und einen elektrischen Kontakt. Der elektrische Kontakt ist mit dem Sensor verbunden und stellt die Verbindung der Fluidströmungsvorrichtung nach außen dar, wenn der erste und der zweite Abschnitt zusammengefügt werden. Der Sensor ist zumindest teilweise mit dem ersten Kanal ausgerichtet und ist in der Lage, eine physikalische Kenngröße des durch den ersten Kanal strömenden Fluids zu erfassen.

Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Strömungssensor bereitgestellt, der ein Paddel bzw. eine Schaufel oder ein Auslenkungselement sowie ein Halteglied aufweist. Das Paddel ist zumindest teilweise in einer Öffnung angeordnet und wird infolge eines Fluid-Stroms ausgelenkt. Das Halteglied positioniert das Paddel in der Öffnung und enthält eine Mehrzahl von Kraftmesseinrichtungen oder Verformungsmesseinrichtungen (englisch: "strain gauges"). Die Kraftmesseinrichtungen sind auf einer Seite des Halteglieds angeordnet und werden als Reaktion des durch den Fluid-Strom bzw. die Fluid-Strömung ausgelenkten Paddels mechanisch belastet.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Strömungsmessung vorgesehen, das die Schritte

– Anordnen eines Paddels zumindest teilweise in einer Öffnung,
– Lenken eines Fluid-Stroms bzw. einer Fluid-Strömung durch die Öffnung,
– Positionieren des Paddels in der Öffnung durch ein Halteglied und
– Anordnen einer Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen auf nur einer Seite des Halteglieds enthält. Das Paddel wird aufgrund der Strömung ausgelenkt. Das Halteglied enthält eine Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen und die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen werden mechanisch infolge des durch die Fluidströmung ausgelenkten Paddels mechanisch belastet bzw. gedehnt oder druckbelastet.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung veranschaulichender Ausführungsbeispiele anhand der begleitenden Zeichnung.
1 ist eine isometrische Ansicht einer herkömmlichen Fluidsteuerungsvorrichtung mit einem Ventilverteiler und einer Basisplatte.
2a und 2b sind Seitenansichten eines herkömmlichen Strömungssensors.
2c ist eine isometrische Ansicht des in 2a und 2b gezeigten herkömmlichen Strömungssensors.
2d ist eine isometrische Ansicht eines herkömmlichen Heißdraht-Anemometers.
3a und 3b sind eine Ansicht der in 1 gezeigten herkömmlichen Basisplatte von unten bzw. von oben.
3c ist eine seitliche Querschnittsansicht der in 3b gezeigten Basisplatte entlang der Linie A-A'.
4a ist eine seitliche Querschnittsansicht der Basisplatte, in der eine Leiterplatte zwischen einem oberen Abschnitt und einem unteren Abschnitt der Basisplatte erfindungsgemäß eingefügt wurde.
4b ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Kanals in der Basisplatte, wie in 4a gezeigt.
4c ist eine Querschnittsansicht der in 4b gezeigten Basisplatte von oben entlang der Linie Y-Y'.
4d ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Kanals in einem alternativen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß gebildeten Basisplatte.
4e und 4f sind Querschnittsansichten zweier Ausführungsbeispiele der in 4d gezeigten Basisplatte von oben entlang der Linie X-X'.
4g ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Kanals in einem alternativen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäß gebildeten Basisplatte ohne Umgehungskanal zum Leiten der Strömung um den Sensor herum.
5a und 5d sind teilweise auseinandergezogene seitliche Querschnittsansichten zweier Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäß gebildeten Basisplatte.
6a ist eine Draufsicht einer Leiterplatte.
6b ist eine seitliche Querschnittsansicht der in 6a gezeigten Leiterplatte entlang der Linie B-B'.
6c ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der in 6a gezeigten Leiterplatte, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) enthält.
6d ist ein alternatives Ausführungsbeispiel der in 6c gezeigten Leiterplatte, die eine Telemetrie-Einheit für die drahtlose Übertragung von Sensordaten enthält.
7a ist eine Draufsicht einer Abstandsschicht.
7b ist eine seitliche Querschnittsansicht der in 7a gezeigten Abstandsschicht entlang der Linie C-C'.
8a ist eine Draufsicht einer Dichtungsschicht.
8b ist eine seitliche Querschnittsansicht der in 8a gezeigten Dichtungsschicht entlang der Linie D-D'.
9 ist eine seitliche Querschnittsansicht der erfindungsgemäß gebildeten integrierten Fluidsensor-Vorrichtung.
10 ist eine isometrische Querschnittsansicht eines Strömungssensors, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
11 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des in 10 gezeigten Strömungssensors.
12 ist eine vergrößerte Ansicht eines aktuellen Layouts eines Halteglieds für den Strömungssensor, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist.
Eine Sensorart 18, die zum Messen des Stroms von Flüssigkeiten verwendet wird, ist in 2a, 2b und 2c gezeigt. Der Strömungssensor 18 enthält eine Öffnung 20, ein freitragendes Paddelgebilde 22 und eine implantierte piezoresistive Wheatstone-Brücke 24. 2a zeigt das Paddelgebilde 22 in einem nicht-ausgelenkten Zustand, und 2b das Paddelgebilde 22 in einem ausgelenkten Zustand.
Das zu messende Fluid wird durch die Öffnung 20 in dem Strömungssensor 18 geführt. Der durch das Fluid aufgebaute dynamische Druck lenkt das Paddelgebilde 22 ab. Die mechanische Spannung des Paddelgebildes 22 ändert den Widerstand der piezoresistiven Wheatstone-Brücke 24 and der Basis des Paddelgebildes 22, und diese Widerstandsänderung erzeugt eine entsprechende Spannungsänderung. Die Spannungsänderung wird auf einer Gruppe Kontakte 26 erfasst, die mit der Wheatstone-Brücke 24 elektrisch verbunden sind, wie in 2c gezeigt. Zur Temperaturkompensation ist vorzugsweise eine zweite Wheatstone-Brücke an dem Strömungssensor 18 um die Öffnung 20 herum positioniert. Vorzugsweise positioniert ein Halteglied das Paddelgebilde 22. Die Größe des Halteglieds wird vorzugsweise minimiert, um die mechanische Ablenkungsspannung zu konzentrieren und somit die Empfindlichkeit des Strömungssensors 18 zu erhöhen. Des weiteren wird die Gesamtgröße des Strömungssensors durch die Paddelgröße bestimmt, die an die speziellen Bedürfnisse der Steuerungsaufgabe angepasst werden kann.
Die Ausgangsspannung der Wheatstone-Brücke 24 ist proportional zum Quadrat des Volumendurchsatzes. Die Empfindlichkeit des Strömungssensors 18 hängt von der Größe der Öffnung 20 ab und lässt sich über einen weiten Bereich einstellen. Da das Paddelgebilde 22 senkrecht zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit ausgerichtet ist, wird daher beim Hindurchtreten von Flüssigkeit durch die Öffnung 20 in den Strömungssensor 18 durch den kinetischen Druck der Flüssigkeit eine mechanische Spannung induziert, die durch die Piezo-Widerstände in der Wheatstone-Brücke 24 erfasst wird.
3a zeigt eine Ansicht einer Multipol- oder Basisplatte 12 von unten. Gewindelöcher 28 sind in der Basisplatte 12 vorgesehen, um Nippel bzw. Anschlussstücke 14 aufzunehmen, wie in 1 gezeigt. Die Nippel 14 ermöglichen das Anschließen von Rohren (nicht gezeigt) an die Basisplatte 12. Die Basisplatte 12 ist vorzugsweise als von dem Ventil, das in 1 gezeigt ist, gesonderte Einheit hergestellt, so dass der Ventilverteiler 10 von der Basisplatte 12 entfernt werden kann, ohne dass die an die Basisplatte 12 angeschlossenen Rohre gestört werden.
3b zeigt eine Draufsicht der herkömmlichen Basisplatte 12, die eine Linie A-A' enthält. 3c zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der Basisplatte 12 entlang der Linie A-A'. Die Pfeile K in 3c zeigen die Fluidströmung durch den Kanal der Basisplatte 12. Wie man am besten aus 3c erkennt, sind die Öffnungen im Oberteil der Basisplatte 12 vorzugsweise von den entsprechenden Öffnungen in dem Unterteil der Basisplatte 12 versetzt. Dieser Versatz lenkt die Fluidströmung durch den Kanal ab, der den Druck des Fluids begrenzt, wenn es mit den Komponenten in dem Ventilverteiler 10 in Berührung kommt.
4a zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der Basisplatte 12, nachdem sie in einen oberen Abschnitt 12a und einen unteren Abschnitt 12b entlang einer in 3c gezeigten Linie X-X' getrennt wurde. Eine Leiterplatte 30, die mindestens einen Sensor 18 enthält, ist zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt der Basisplatte eingebaut. Ein Pfeil L zeigt die Fluidströmung durch den Kanal und durch den Sensor 18. Ein Umgehungsweg L' ist vorzugsweise vorgesehen, um den Großteil der Strömung um den Sensor 18 herum abzulenken. Der Umgehungsweg L' verringert die Strömung durch den Sensor 18, wodurch empfindliche Komponenten in dem Sensor 18 geschützt werden, die einer Abnutzung und Bruchgefahr ausgesetzt sind. Vorzugsweise lässt man etwa 10 bis 15% der gesamten Fluidströmung durch den Sensor 18 hindurchtreten. Die verbleibende Strömung wird um den Sensor 18 herum und durch den Umgehungsweg L' geleitet.
4b zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der Basisplatten-Abschnitte 12A, 12B und der Leiterplatte 30, in der der Umgehungsweg L' um den Sensor 18 herum implementiert wur de. 4c ist eine Querschnittsansicht der Leiterplatte von oben entlang der Schnittlinie Y-Y' und zeigt eine Öffnung 32 für den Umgehungsweg L' und eine Öffnung 34, welche die Fluidströmung durch den Sensor 18 ermöglicht.
4d zeigt eine alternative Geometrie für den Kanal in der Basisplatte 12 mit mindestens zwei Umgehungswegen L'. 4f und 4e zeigen Querschnittsansichten der Leiterplatte 30 von oben entlang der in 4d gezeigten Querschnittslinie X-X'. Die Leiterplatte 30 in 4e nimmt sechs (6) Umgehungswege L' auf, und die Leiterplatte 30 in 4f nimmt acht (8) Umgehungswege L' auf.
Durch geeignete Dimensionierung des Sensors 18 kann der Kanal ohne einen Umgehungskanal, der das Fluid um den Sensor 18 herum lenkt, aufgebaut werden. 4g zeigt eine seitliche Querschnittsansicht der Basisplatten-Abschnitte 12A, 12B und der Leiterplatte 30, in welcher kein Umgehungsweg um den Sensor 18 herum implementiert wurde. Somit werden in dem in 4g gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 100 der Strömung durch den Sensor 18 geleitet.
5a zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel dieser Basisplatte, welche vier Schichten zwischen dem oberen Abschnitt 12A und dem unteren Abschnitt 12B der Basisplatte 12 enthält. Eine obere Dichtungschicht 32A und eine untere Dichtungsschicht 32B sind vorzugsweise oberhalb bzw. unterhalb der Leiterplatte 30 eingefügt. Die Dichtungsschichten bestehen vorzugsweise aus einem faltbaren und/oder verformbaren Material wie z.B. Gummi, das im wesentlichen den Austritt von Fluid aus dem Kanal verhindert. Ein Austreten von Fluid tritt vorrangig zwischen den harten Oberflächen der Leiterplatte 30 und der Basisplatte 12A auf. Außerdem ist eine Abstandsschicht 34 vorzugsweise oberhalb oder unterhalb der Leiterplatte 30 eingefügt, um empfindliche Komponenten und Kontakte an der Leiterplatte 30 zu schützen. Die Abstandschicht 34 kann von der Leiterplatte 30 gesondert ausgebildet oder in ihr integriert sein.
Außerdem sind ein oder mehrere Ausrichtungslöcher 36 vorzugsweise durch jede der Schichten 30, 32 und 34 und teilweise durch den oberen Abschnitt 12A und den unteren Abschnitt 12B der Basisplatte hindurch vorgesehen. Ein Führungsstift (nicht gezeigt) ist vorzugsweise in jedem der Ausrichtungslöcher eingesetzt und gewährleistet eine vorzugsweise einheitliche Ausrichtung der Schichten 30, 32 und 34 mit den Abschnitten der Basisplatte 12A, 12B, wenn sie zusammengefügt werden.
Ein oder mehrere Schraubenlöcher 34 sind durch den Bodenabschnitt 12B der Basisplatte, jede der Schichten 30, 32, 34 und teilweise durch den oberen Abschnitt 12A der Basisplatte hindurch vorgesehen, um eine Schraube aufzunehmen, welche die Abschnitte der Basisplatte zusammenfügt und die Schichten sandwichartig anordnet. Die Schraube hält die Kompression zwischen den Abschnitten der Basisplatte aufrecht, wodurch ein Verhindern von Fluidaustritt aus dem Kanal unterstützt wird. 5B zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der in 5A gezeigten Basisplatte 12, bei dem das Schraubenloch 38 näher bei einer äußeren Fläche der Basisplatte angeordnet wurde.
6a zeigt die Leiterplatte 30 mit acht (8) Sensoren 18. Jeder der Sensoren 18 ist vorzugsweise innerhalb einer Vertiefung auf der Leiterplatte 30 positioniert und an der Leiterplatte 30 durch einen Klebstoff, Oberflächenbefestigungstechnologie (SMD), Drahtverbindungstechnologie, Flipchip-Technologie oder dergleichen befestigt. Der Sensor 18 ist vorzugsweise an Kontaktstellen 40 angeschlossen, die mit elektrisch leitenden Spuren 42 auf der Leiterplatte 30 verbunden sind. Die Spuren 42 sind an den Rand der Leiterplatte herangeführt, der vorzugsweise von einem Ort außerhalb der Basisplatte 12 zugänglich ist, wenn der obere Abschnitt 12A und der untere Abschnitt 12B der Basisplatte 12 zusammengefügt werden.
Die Sensoren 18 sind vorteilhafterweise innerhalb der erfindungsgemäß ausgebildeten Fluidsensor-Vorrichtung verkapselt und außerhalb von ihr elektrisch zugänglich. Somit sind die bruchempfindlichen Komponenten des Sensors 18 naturgemäß gegenüber Stößen, Feuchtigkeit, Staub, korrosiven Chemikalien und anderen Umwelteinflüssen geschützt.
6b ist eine seitliche Querschnittsansicht der Leiterplatte 30 entlang der Linie B-B', welche die Ausrichtungslöcher 36, das Schraubenloch 38 und den Sensor 18 zeigen. 6c zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der in 6a gezeigten Leiterplatte 30, das einen Mikroprozessor, einen Mikrokontroller oder eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) 44 enthält. Die ASIC 44 überwacht und verarbeitet Signale von jedem der Sensoren 18 und gibt die verarbeitete Information extern an die Basisplatte 12 ab. Die ASIC 44 kann eine Schaltung enthalten, die eine Schnittstellenanbindung an "Fieldbus"-kompatible Komponenten und Kontroller gestatten.
"Fieldbus" bzw. Feldbus ist ein kommerzieller Standard, der eine digitale, serielle, Mehrfachabfall-, Zweiwege-Kommunikationsverbindung beschreibt, welche Meß- und Steuerungsgeräte, wie z.B. Sensoren, Aktoren und Kontroller miteinander verbindet. Sie dient als lokales Netz (LAN) für Instrumente, die bei Anwendungen zur Prozesssteuerung und Produktionsautomatisierung verwendet werden, und hat eine eingebaute Fähigkeit zum Verteilen der Steuerungsanwendungen über das Netz hinweg.
6d zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel der in 6c gezeigten Leiterplatte 30, bei der zusätzlich zu der ASIC 44 eine Telemetrie-Einheit 46 für die drahtlose Übertragung von Information, die durch die ASIC 44 verarbeitet wird, vorgesehen ist. Die Telemetrie-Einheit 46 gibt vorzugsweise ein Signal von jedem der Sensoren 18 ein, das für die erfasste physikalische Kenngröße repräsentativ ist, und gibt ein drahtloses Signal, wie z.B. eine Funkfrequenz oder ein Infrarotsignal aus.
7a zeigt eine Draufsicht der Abstandsschicht 34, die in 5a und 5b ebenfalls gezeigt ist. Die Abstandsschicht 34 wird vorzugsweise verwendet, um die empfindlichen Komponenten des Sensors 18 und der Kontaktstellen 40 zu schützen, welche den Sensor 18 mit dem Rand der Leiterplatte 30 elektrisch verbinden. Die Abstandsschicht 34 wird vorzugsweise abgedichtet durch ein geeignet ausgewähltes biegsames Material, das auf der Abstandsschicht 34 aufgetragen wird, oder durch Einfügen einer zusätzlichen Dichtungsschicht zwischen der Abstandsschicht 34 und der Leiterplatte 30. Erhöhungen und/oder Vertiefungen können auf der Abstandsschicht 34 integriert werden, um die entsprechenden Sensoren 18 und Kontaktstellen 40 auf der Leiterplatte 30 weiter zu schützen. Die Erhöhungen oder Vertiefungen können abwechselnd auf der Leiterplatte 30 eingebaut sein, ohne dass eine gesonderte Abstandsschicht 34 benötigt wird. 7b ist eine seitliche Querschnittsansicht der Abstandsschicht 34 entlang der Linie C-C' und zeigt die Ausrichtungslöcher 36, das Schraubenloch 38 und eine Öffnung 48 für den Sensor 18.
8a zeigt die Dichtungsschicht 32, die ein Austreten von Flüssigkeit aus dem Kanal der Basisplatte 12 nach außen verhindert. Die Funktion der Dichtungsschicht 32 könnte alternativ in die Leiterplatte 30 eingebaut werden, indem man z.B. unabhängige Dichtungen um jede der Öffnungen in der Leiterplatte 30 anbringt. 8b ist eine seitliche Querschnittsansicht der Dichtungsschicht 32 entlang der Linie D-D', welche die Ausrichtungslöcher 36, das Schraubenloch 38 und die Öffnung 48 für den Sensor 18 zeigt.
9 zeigt die erfindungsgemäß gebildete integrierte Fluidströmungsvorrichtung. Die Leiterplatte 30, die einen oder mehrere Sensoren 18 enthält, ist zwischen dem oberen Abschnitt 12A und dem unteren Abschnitt 12B der Basisplatte sandwichartig eingebettet. Die primäre Fluidströmung innerhalb des Kanals ist durch den Pfeil L gekennzeichnet und wird vorzugsweise um den Sensor 18 herum durch den Umgehungsweg L' umgelenkt. Ein kleiner Abschnitt L " der primären Strömung L fließt durch den Sensor 18 und weiter durch den Kanal in den oberen Abschnitt 12A der Basisplatte. Sobald das Fluid den oberen Abschnitt 12A verlässt, wird es vorzugsweise an pneumatische Komponenten, wie z.B. pneumatisch betätigte Zylinder oder Ventile ausgegeben.
Man geht davon aus, dass die integrierte Fluidsensor-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit einer beliebigen Anzahl von Ventilen oder Verteilern implementiert werden kann, die zur Steuerung des hydraulischen und/oder pneumatischen Geräts verwendet werden. Man geht auch davon aus, dass der Sensor jede denkbare physikalische Kenngröße des Fluids messen kann, wie z.B. Temperatur, Durchsatz bzw. Strömungsgeschwindigkeit, Druck und dergleichen. Weiterhin geht man davon aus, dass der Sensor als alternative Wandlerart implementiert werden kann, wie z.B. ein magnetischer Durchflussmesser, ein Heißdraht-Anemometer, ein Bimetallstreifen, ein Wärmeelement, eine Druckzelle oder ein Druckwandler. Weitere Einzelheiten in Bezug auf Wandler findet man in S. Wolf, "Guide to Electronic Measurements and Laboratory Practice", Prentice-Hall, Inc., Seiten 414 bis 451, (1973), was hier durch Verweis mit aufgenommen wird.
Das Heißdraht-Anemometer 19 ist in 2d gezeigt und enthält einen dünnen Widerstandsdraht 21, der durch einen durch ihn hindurchtretenden Strom erhitzt wird. Wenn ein kühles Fluid an dem Draht 21 vorbeifließt, entzieht das Fluid dem Draht 21 Wärme. Die Wärmeübertragungsgeschwindigkeit verändert sich mit der Art des Fluids, doch sie neigt auch dazu, sich wie die Quadratwurzel der Geschwindigkeit zu verhalten, mit der das Fluid an dem Draht 21 vorbeifließt. Wenn der Strom in dem Draht 21 konstant gehalten wird, ergibt die Widerstandsänderung aufgrund der Abkühlung ein Spannungssignal, das zum Anzeigen der Strömungsgeschwindigkeit überwacht werden kann. Da der Durchmesser des Drahtes 21 sehr klein ge macht werden kann, kann das Anemometer 19 sehr empfindlich und für hochfrequente Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit ansprechbar gemacht werden.
In 10 ist ein Strömungssensor 50 dargestellt, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist und zur Messung eines Flusses von Fluid verwendet wird. Ein Auslenkelement bzw. Paddel oder eine Schaufel 54 ist vorzugsweise mechanisch mit demjenigen Abschnitt 58 des Strömungssensors 50 gekoppelt, der einen Durchlass oder eine Öffnung 52 mittels eines Biegers oder Halteglieds 56 umgibt. Das Halteglied 56 positioniert vorzugsweise das Paddel 54 in der Öffnung 52 und enthält einen eingesetzte oder implantierte piezo-resistive Wheatstone-Vollbrücke 70.
Die gesamte Länge und Breite des Strömungssensors gemäß der bevorzugten Ausführungsform, die mit B bezeichnet ist, ist etwa 5 mm. Der Strömungssensors 50 enthält vorzugsweise ein Paddel 54, das zumindest teilweise in der Öffnung 52 angeordnet ist. Die Länge und Breite der Öffnung 52 des bevorzugten Ausführungsbeispiels, die mit A bezeichnet ist, ist etwa 1 mm. Die Breite des Halteglieds 56 im bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorzugsweise etwa 100 μm, wobei die Breite in 12, die eine vergrößerte Ansicht eines tatsächlichen Aufbaus des Halteglieds 56 zeigt, mit dem Bezugszeichen D versehen ist. Jede der Abmessungen der bevorzugten Ausführungsform des Strömungssensors kann in Abhängigkeit von Designgesichtspunk ten und/oder Sensorspezifikationen angepasst werden, ohne das Gebiet der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Der Oberflächenbereich des Halteglieds 56 ist vorzugsweise kleiner als der des Paddels 54, um die mechanische Belastung der Ablenkung auf das Halteglied 56 zu konzentrieren und so die Sensibilität des Strömungssensors 50 zu erhöhen. Die Gesamtgröße des Strömungssensors 50 ist vorzugsweise durch den Oberflächenbereich des Paddels 54 bestimmt, das gemäß der Anforderungen und/oder der Sensibilität, die für eine vorbestimmte Steuerungsaufgabe erforderlich sind, anpassbar ist.
Das zu messende Fluid wird vorzugsweise durch die Öffnung 52 in dem Strömungssensor 50 gelenkt. Der dynamische Druck, den das Fluid bewirkt, lenkt vorzugsweise das Paddel 54 aus, das mechanische Belastung auf das Halteglied 56 lenkt. Wie in 11 gezeigt, ändert die mechanische Belastung auf das Halteglied 56 den Widerstand von piezo-resistiven Kraftmesseinrichtungen (engl. stress gauges, strain gauges), z.B. Dehnungsmessstreifen, Druckmesseinrichtungen, Verformungsmesseinrichtungen oder dergleichen, 72, 74, 76, 78, die durch ohmsche Kontakte oder Leiter 62, 64, 66, 68 mit einer Wheatstone-Brücke 70 verbunden sind, die auf dem Halteglied 56 angeordnet ist.
Diese Widerstandsänderung verursacht eine entsprechende Spannungsänderung, die vorzugsweise an einem oder mehreren elekt rischen Kontakten oder dotierten Regionen 60 bereitgestellt wird, die mit den Leitern 62, 64, 66 und 68 verbunden sind, die etwas detaillierter in der Explosivdarstellung des Halteglieds 56 gemäß 11 dargestellt sind. Die Kraftmesseinrichtungen 72 und 76 sind vorzugsweise einer Querbelastung infolge der Auslenkung des Paddels 54 ausgesetzt. Die Kraftmesseinrichtungen 74 und 78 sind vorzugsweise einer Längsbelastung infolge der Auslenkung des Paddels 54 ausgesetzt.
Die Ausgangsspannung der Wheatstone-Brücke 70 ist vorzugsweise proportional zum Quadrat der Durchfluss-Volumenmenge. Die Sensibilität des Strömungssensors 50 hängt von der Größe der Öffnung 52 und der Größe oder dem Oberflächenbereich des Paddels 54 ab, die beide innerhalb eines weiten Bereiches anpassbar sind. Weil das Paddel 54 vorzugsweise rechtwinkelig zur Strömungsrichtung des Fluids orientiert ist, die durch einen Pfeil C in den 10 und 11 dargestellt ist, erzeugt daher der kinetische Druck des Fluids, während das Fluid durch die Öffnung hindurchströmt, eine mechanische Belastung des Halteglieds 56. Diese mechanische Belastung wird vorzugsweise durch die piezo-resistiven Kraftmesseinrichtungen oder Widerstände 72 oder 74, 76 und 78 in der Wheatstone-Brücke 70 ermittelt.
Die Kraftmesseinrichtungen 72, 74, 76 und 78 sind vorzugsweise ausschließlich an dem Halteglied 56 angeordnet. Das Paddel 54 ist vorzugsweise ausschließlich für seinen mechanische Wi derstand gegenüber der Fluid-Strömung genutzt und weist keine passiven oder aktiven elektronischen Komponenten auf, die an ihm angeordnet sind. Daher bildet der Strömungssensor 50 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindungen einen zweiteiligen Strömungssensor, der ein standardisiertes Halteglied 56 umfasst, das allgemein für alle derartigen Strömungssensoren nutzbar ist, und ein anpassbares Paddel 54, das in seinen Dimensionen an die Sensibilitätsanforderungen einer spezifischen Anwendung anpassbar ist, ohne den Herstellungsprozess des Strömungssensors 50 wesentlich zu verändern.
Weil der gemäß der vorliegenden Erfindung gebildete Strömungssensor 50 zudem vorzugsweise eine Wheatstone-Vollbrücke enthält, um eine optimale Signalausgabe und eine optimale Sensibilität zu erzielen, müssen positive und negative Ablenkungen durch die Kraftmesseinrichtungen 72, 74, 76 und 78 ermittelt werden. Draht- oder Folien-Kraftmesseinrichtungen sind nur für Belastung in Längsrichtung sensibel und müssen deswegen an der Vorder- und der Rückseite der belasteten bzw. mit Kraft beaufschlagten Komponente angeordnet sein, um positive und negative Auslenkungen zu erfassen, was für die Wheatstone-Vollbrücke notwendig ist. Die Benutzung der piezoresistiven Kraftmesseinrichtungen 72, 74, 76 und 78 bei dem Strömungssensor 50 hingegen, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist, die in der Lage sind, sowohl eine Längs- als auch eine Querbelastung zu ermitteln, ermöglicht es, die Wheatstone-Vollbrücke 70 nur an einer Seite des Halteglieds 56 anzuordnen, was die Herstellung des Strömungssensors 50 gemäß der vorliegenden Erfindung signifikant vereinfacht und kostenmäßig reduziert.
Aus der obigen Beschreibung ergibt sich, dass die erfindungsgemäß gebildete integrierte Fluidsensor-Vorrichtung Messfehler, den Platzbedarf, äußere Rohre, Verbindungsstücke, Nippel und die Kosten für Installation und Wartung der Sensoren beachtlich verringern, welche die physikalischen Kenngrößen eines Fluids messen, das zum Steuern eines hydraulischen oder pneumatischen Geräts verwendet wird. Man erkennt auch, dass die integrierte Fluidsensor-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung das Montieren von Sensoren auf einer einzigen Leiterplatte ermöglicht, die eine gemeinsame Signalverarbeitung, Kommunikation, Fehlerkontrolle und Verbindungsschaltung hat.
Außerdem erkennt man, dass die erfindungsgemäß gebildete integrierte Fluidsensor-Vorrichtung ohne weiteres Daten anzeigen und übertragen kann, die physikalische Kenngrößen des zum Steuern des hydraulischen oder pneumatischen Geräts verwendeten Fluids darstellen. Man erkennt auch, dass die erfindungsgemäß gebildete integrierte Fluidsensor-Vorrichtung im wesentlichen Sensoren, welche die physikalischen Kenngrößen des Fluids messen, enthält, und diese Sensoren gegenüber Umwelteinflüssen schützt.
Außerdem erkennt man, dass der gemäß der vorliegenden Erfindung gestaltete Strömungssensor leicht an verschiedene Durchflussraten ohne substantielle Änderung oder zusätzliche Kosten beim Herstellungsprozess angepasst werden kann. Ferner erkennt man, dass der Strömungssensor ein allgemeines, generisches oder standardisiertes Haltglied, das eine oder mehrere nur an einer Seite des Haltglieds angeordnete Kraftmesseinrichtungen hat, und ein anpassbares, durch den Fluid-Strom auslenkbares Paddel enthält, das keine Kraftmesseinrichtungen enthält.
Es wurden zwar veranschaulichende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der begleitenden Zeichnung beschrieben, doch ist die Erfindung selbstverständlich nicht auf diese ausführlichen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedene weitere Änderungen und Abwandlungen können an ihnen durch einen Fachmann durchgeführt werden, ohne dass man den Schutzbereich der Erfindung verlässt.

Claims

Strömungssensor enthaltend: ein zumindest teilweise in einer Öffnung (52) angeordnetes Paddel (54), einen durch die Öffnung (52) gelenkten Fluid-Strom (C), wobei das Paddel (54) infolge des Fluid-Stroms (C) ausgelenkt wird; und ein Halteglied (56), das das Paddel (54) zumindest teilweise in der Öffnung (52) positioniert, wobei das Halteglied (56) eine Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) enthält, wobei die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) nur an einer Seite des Halteglieds (56) angeordnet sind, und wobei zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) infolge des durch den Fluid-Strom (C) ausgelenkten Paddels (54) mechanisch belastet wird.
Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen Oberflächenbereich aufweist, der anpassbar ist, um unterschiedliche Auslenkungen des Paddels (54) infolge des Fluid-Stroms (C) bereitzustellen.
Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen ersten Oberflächenbereich aufweist, und das Halteglied (56) einen zweiten Oberflächenbereich aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich und der zweite Oberflächenbereich unterschiedlich oder ungleichförmig sind.
Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) keine auf ihm montierten elektrischen Komponenten aufweist.
Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) zu einer Wheatstone-Brücke (70) zusammenwirkend konfiguriert sind.
Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) auf mindestens eine Längsbelastung und/oder mindestens eine Querbelastung reagierend ist.
Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) piezo-resistiv ist.
Verfahren zur Strömungsmessung mit den Schritten: Anordnen eines Paddels (54) zumindest teilweise in einer Öffnung (52); Lenken eines Fluid-Stroms (C) durch die Öffnung (52), wobei das Paddel (54) infolge des Fluid-Stroms (C) ausgelenkt wird; Positionieren des Paddels (54) zumindest teilweise in der Öffnung (52) durch ein Halteglied (56), wobei das Halteglied (56) eine Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) enthält; und Anordnen der Kraftmesseinrichtungen (72–78) nur an einer Seite des Halteglieds (56), wobei zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) infolge des durch den Fluid-Strom (C) ausgelenkten Paddels (54) mechanisch belastet wird.
Verfahren zur Strömungsmessung nach Anspruch 8, das außerdem den folgenden Schritt enthält: Anpassen einer Oberflächenbereich des Paddels (54), um unterschiedliche Auslenkungen des Paddels (54) infolge des Fluid-Stroms (C) bereitzustellen.
Verfahren zur Strömungsmessung nach Anspruch 8, das außerdem den folgenden Schritt enthält: Bereitstellen eines ersten Oberflächenbereichs des Paddels (54) der unterschiedlich zu einem zweiten Oberflächenbereich des Halteglieds (56) ist.
Verfahren zur Strömungsmessung nach Anspruch 8, das außerdem den folgenden Schritt enthält: Anordnen einer Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) ausschließlich an dem Halteglied (56).
Verfahren zur Strömungsmessung nach Anspruch 8, das außerdem den folgenden Schritt enthält: Konfigurieren der Viel zahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78), so dass sie als Wheatstone-Brücke (70) wirken.
Verfahren zur Strömungsmessung nach Anspruch 8, das außerdem den folgenden Schritt enthält: Bereitstellen wenigstens einer der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) als eine auf mindestens eine Querbelastung und/oder Längsbelastung reagierende Kraftmesseinrichtung (72–78).
Verfahren zur Strömungsmessung nach Anspruch 8, das außerdem den folgenden Schritt enthält: Bereitstellen zumindest einer der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) als eine piezo-resistive Kraftmesseinrichtung (72–78).
Fluidsensor-Vorrichtung, welche aufweist: eine Fluidströmungsvorrichtung mit einem ersten passenden Abschnitt (12A) und einem zweiten passenden Abschnitt (12B), wobei der erste passende Abschnitt eine erste Öffnung enthält, der zweite passende Abschnitt eine zweite Öffnung enthält, die erste Öffnung und die zweite Öffnung zumindest teilweise ausgerichtet sind, so dass die erste Öffnung und die zweite Öffnung einen Kanal durch den ersten und den zweiten passenden Abschnitt bilden, wenn der erste und der zweite passende Abschnitt zusammengefügt sind, wobei der Kanal in der Lage ist, eine Fluidverbindung durch ihn hindurch zu bilden; und eine Leiterplatte (30), die zwischen dem ersten passenden Abschnitt (12A) und dem zweiten passenden Abschnitt (12B) ins besondere sandwichartig angeordnet ist, wobei die Leiterplatte mindestens einen Strömungssensor enthält, der zumindest teilweise mit dem Kanal ausgerichtet ist, wobei der mindestens eine Strömungssensor in der Lage ist, eine physikalische Kenngröße des durch den ersten Kanal strömenden Fluids zu erfassen, wobei der Strömungssensor ein Paddel (54) und ein Halteglied (56) enthält, wobei das Paddel (54) zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet ist, wobei das Paddel (54) infolge von Fluid, das durch den Kanal fließt, ausgelenkt wird, wobei das Halteglied (56) das Paddel (54) zumindest teilweise in dem Kanal positioniert, wobei das Halteglied (56) eine Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) enthält, und wobei die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) infolge der Auslenkung des Paddels (54) mechanisch belastet wird.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Vielzahl der Kraftmesseinrichtungen (72–78) auf nur einer Seite des Halteglieds (56) angeordnet sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidströmungsvorrichtung einen Ventilverteiler (10) und eine Basisplatte (12) enthält, die mit dem Ventilverteiler lösbar verbunden ist, wobei die Basisplatte (12) den ersten passenden Abschnitt (12A) und den zweiten passenden Abschnitt (12B) enthält.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste passende Abschnitt eine Vielzahl von ersten Öffnungen enthält und der zweite passende Abschnitt eine Vielzahl von zweiten Öffnungen enthält, dass die Vielzahl der ersten Öffnungen und die Vielzahl der zweiten Öffnungen zumindest teilweise so ausgerichtet sind, dass die Vielzahl der ersten Öffnungen und die Vielzahl der zweiten Öffnungen eine Vielzahl von Kanälen durch den ersten und zweiten passenden Abschnitt bilden, wenn die der erste und der zweite passende Abschnitt zusammengefügt sind, dass die Vielzahl der Kanäle geeignet ist, dass Fluid durch sie hindurchfließt, dass die Leiterplatte eine Vielzahl von Strömungssensoren enthält, dass die Vielzahl der Strömungssensoren zumindest teilweise mit der Vielzahl von Kanälen ausgerichtet sind, und dass die Vielzahl der Strömungssensoren fähig sind, eine physikalische Eigenschaft des durch die Vielzahl von Kanälen fließenden Fluids zu ermitteln.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen Oberflächenbereich aufweist, der anpassbar ist, um unterschiedliche Auslenkungen des Paddels (54) infolge des Fluid-Stroms (C) bereitzustellen.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen ersten Oberflächenbereich aufweist und das Halteglied (56) einen zweiten Ober flächenbereich aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich und der zweite Oberflächenbereich unterschiedlich sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) keine auf ihm montierten elektrischen Komponenten aufweist.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) zu einer Wheatstone-Brücke (70) zusammenwirkend konfiguriert sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) auf mindestens eine Längsbelastung und/oder mindestens eine Querbelastung reagierend ist.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) piezo-resistiv ist.
Fluidsensor-Vorrichtung enthaltend: zumindest ein Ventil; eine Basisplatte, die mit dem mindestens einen Ventil lösbar gekoppelt ist, wobei die Basisplatte einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt enthält, wobei der erste Abschnitt einen erste passende Oberfläche und der zweite Abschnitt eine zweite passende Oberfläche aufweist, wobei die Basisplatte einen Kanal durch den ersten und den zweiten Ab schnitt aufweist, wenn die erste und die zweite passende Oberfläche zusammengefügt sind, wobei der Kanal in Fluid-Verbindung mit dem mindestens einen Ventil ist; und eine Leiterplatte, die zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt sandwichartig angeordnet ist, wobei die Leiterplatte mindestens einen Strömungssensor aufweist, wobei der mindestens eine Strömungssensor zumindest teilweise mit dem Kanal ausgerichtet ist, wobei der mindestens eine Strömungssensor fähig ist, eine physikalische Charakteristik des durch den Kanal fließenden Fluids zu ermitteln, wobei der mindestens eine Strömungssensor ein Paddel (54) und ein Halteglied (56) enthält, wobei das Paddel (54) zumindest teilweise in dem Kanal angeordnet ist, wobei ein Fluid-Strom (C) durch den Kanal gelenkt ist, wobei das Paddel (54) in Reaktion auf den Fluid-Strom (C) ausgelenkt wird, wobei das Halteglied (56) das Paddel (54) zumindest teilweise in dem Kanal positioniert, wobei das Halteglied (56) eine Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) aufweist, wobei die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) infolge des durch den Fluid-Strom (C) ausgelenkten Paddels (54) mechanisch belastet wird.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) nur an einer Seite des Halteglieds (56) angeordnet sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisplatte eine Vielzahl von Kanälen durch den ersten und den zweiten Abschnitt enthält, wenn die erste und zweite passende Oberfläche zusammengefügt sind, dass die Vielzahl der Kanäle in der Lage sind, dass Fluid durch sie hindurchfließt, dass die Leiterplatte eine Vielzahl von Strömungssensoren enthält, dass die Vielzahl von Strömungssensoren zumindest teilweise mit der Vielzahl von Kanälen ausgerichtet sind, dass die Vielzahl von Strömungssensoren in der Lage ist, eine physikalische Eigenschaft des durch die Vielzahl von Kanälen fließenden Fluids zu ermitteln.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen Oberflächenbereich aufweist, der anpassbar ist, um unterschiedliche Auslenkungen des Paddels (54) infolge des Fluid-Stroms (C) bereitzustellen.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen ersten Oberflächenbereich aufweist, und das Halteglied (56) einen zweiten Oberflächenbereich aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich und der zweite Oberflächenbereich unterschiedlich sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) keine auf ihm montierten elektrischen Komponenten aufweist.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) zu einer Wheatstone-Brücke (70) zusammenwirkend konfiguriert sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) auf mindestens eine Längsbelastung und/oder mindestens eine Querbelastung reagierend ist.
Fluidsensor-Vorrichtung enthaltend: zumindest ein Ventil, das zumindest eine Leitung und eine im wesentlichen flache passende erste Oberfläche aufweist; eine Basisplatte, die mit dem mindestens einen Ventil lösbar verbunden ist, wobei die Basisplatte eine zweite passende Oberfläche aufweist, wobei die Basisplatte zumindest einen Kanal enthält, der in Fluid-Verbindung mit der mindestens einen Leitung ist; und eine Leiterplatte, die insbesondere sandwichartig zwischen der ersten passenden Oberfläche des Ventils und der zweiten passenden Oberfläche der Basisplatte angeordnet ist, wobei die Leiterplatte zumindest einen Strömungssensor enthält, wobei der mindestens eine Strömungssensor zumindest teilweise mit der mindestens einen Leitung und/oder dem mindestens einen Kanal ausgerichtet ist, wobei ein Fluid-Strom (C) durch den Kanal gelenkt wird, wobei das Paddel (54) infolge des Fluid-Stroms (C) ausgelenkt wird, wobei das Halteglied (56) das Paddel (54) positioniert, wobei das Halteglied (56) eine Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) enthält, und wobei die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) infolge des durch den Fluid-Strom (C) ausgelenkten Paddels (54) mechanisch belastet wird.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) nur an einer Seite des Halteglieds (56) angeordnet sind
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ventil eine Vielzahl von Leitungen enthält, dass die Basisplatte eine Vielzahl von Kanälen enthält, die mit der Vielzahl von Leitungen in Fluid-Verbindung stehen, und dass die Leiterplatte eine Vielzahl von Strömungssensoren enthält, die zumindest teilweise mit der Vielzahl von Leitungen und der Vielzahl von Kanälen ausgerichtet sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen Oberflächenbereich aufweist, der anpassbar ist, um unterschiedliche Auslenkungen des Paddels (54) infolge des Fluid-Stroms (C) bereitzustellen.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) einen ersten Oberflächenbereich aufweist, und das Halteglied (56) einen zweiten Ober flächenbereich aufweist, wobei der erste Oberflächenbereich und der zweite Oberflächenbereich unterschiedlich sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Paddel (54) keine auf ihm montierten elektrischen Komponenten aufweist.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) zu einer Wheatstone-Brücke (70) zusammenwirkend konfiguriert sind.
Fluidsensor-Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Vielzahl von Kraftmesseinrichtungen (72–78) auf mindestens eine Längsbelastung und/oder mindestens eine Querbelastung reagierend ist.