DE102016110905A1

DE102016110905A1 - Messeinrichtung zur Messung einer Messgröße eines strömenden Fluids

Info

Publication number: DE102016110905A1
Application number: DE102016110905.3A
Authority: DE
Inventors: Patrick Reith; Christof Huber; Hagen Feth
Original assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; TrueDyne Sensors AG
Current assignee: Endress and Hauser Flowtec AG; TrueDyne Sensors AG
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2017-12-14

Abstract

Es ist eine Messeinrichtung zur Messung mindestens einer Messgröße, insb. einer Dichte, eines Durchflusses und/oder einer Viskosität, eines strömenden Fluids, mit einem MEMS-Sensor (1, 7, 13), der mindestens einen im Messbetrieb vom Fluid durchströmten mikrofluidischen Kanal (3, 9, 15) umfasst, der mindestens einen mittels einer Erregereinrichtung zu Schwingungen einer vorgegebenen Nutzschwingungsmode anregbaren Kanalabschnitt (5, 11, 17) umfasst, und einer Messvorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie eine von der jeweiligen Messgröße abhängige Eigenschaft der resultierenden Schwingungen mindestens eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, zu Schwingungen angeregten Kanalabschnitts (5, 11, 17) bestimmt, beschrieben, mit der langzeitstabile Messungen von Messgrößen eines großen Spektrums an unterschiedlichen Fluiden ausgeführt werden können, die sich dadurch auszeichnet, dass der mikrofluidische Kanal (3, 9, 15) ein Kanal ist, dessen Kanalwände aus Titan bestehen und der einlassseitig und auslassseitig jeweils eine Öffnung (19) aufweist, in die ein Ende einer Fluidleitung (21, 23) aus Titan, insb. eines Titan-Röhrchens, eingesetzt, insb. eingeschweißt, ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Messung mindestens einer Messgröße, insb. einer Dichte, eines Durchflusses und/oder einer Viskosität, eines strömenden Fluids, mit einem MEMS-Sensor, der mindestens einen im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, mikrofluidischen Kanal umfasst, der mindestens einen mittels einer Erregereinrichtung zu Schwingungen einer vorgegebenen Nutzschwingungsmode anregbaren Kanalabschnitt umfasst, und einer Messvorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie eine von der jeweiligen Messgröße abhängige Eigenschaft der resultierenden Schwingungen mindestens eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, zu Schwingungen angeregten Kanalabschnitts bestimmt.
Messeinrichtungen dieser Art werden in der Messtechnik zur Messung der entsprechenden Messgrößen eingesetzt.
MEMS-Sensoren sind Mikro-Elektromechanische Systeme, die in der Messtechnik zur messtechnischen Erfassung einer oder mehrerer Messgrößen eingesetzt werden. MEMS-Sensoren werden regelmäßig unter Verwendung von in der Halbleitertechnologie üblichen Verfahren, wie z.B. Ätzprozessen, Oxidationsverfahren, Implantationsverfahren, Bondverfahren und/oder Beschichtungsverfahren, unter Verwendung von ein oder mehrlagigen Wafern hergestellt.
MEMS-Sensoren der eingangs genannten Art können zur Ausführung unterschiedlicher Messprinzipien eingesetzt werden.
Ein Beispiel hierfür ist die Coriolis-Massendurchfluss-Messung, die darauf beruht, dass in einem vom Fluid durchströmten zu Schwingungen angeregten Kanalabschnitt Corioliskräfte entstehen, die sich auf die sich ausbildende Schwingungsform auswirken. Die resultierende Schwingungsform des Kanalabschnitts kann z.B. durch einen einlassseitig und einen auslassseitig am Kanalabschnitt angeordneten Schwingungssensor erfasst. In dem Fall weisen die von den beiden Schwingungssensoren erfassten Schwingungsbewegungen übereinstimmende, der resultierenden Schwingungsform entsprechende Frequenzen auf. Sie sind jedoch gegen einander um eine vom Massendurchfluss abhängige Phasenverschiebung phasenverschoben.
Ein weiteres Beispiel ist die Coriolis-Dichte-Messung. Auch hierfür wird mindestens ein im Messbetrieb von dem Fluid durchströmter Kanal eingesetzt, der mindestens einen mittels einer Erregereinrichtung zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt umfasst. Bei diesem Messprinzip wird der Kanalabschnitt zu Schwingungen bei einer Resonanzfrequenz angeregt. Die Resonanzfrequenz ist abhängig von der Dichte des strömenden Fluids und kann somit zur Bestimmung der Dichte herangezogen werden.
Ein weiteres Beispiel sind Viskositätsmessungen. Dabei kann die Viskosität eines durch einen zu Schwingungen einer vorgegebenen Nutzschwingungsmode angeregten Kanalabschnitts hindurch strömenden Fluids z.B. anhand der von der Viskosität abhängigen Dämpfung bzw. der Schwingungsgüte der resultierenden Schwingung bestimmt wird. Als Maß für die Dämpfung kann beispielsweise die für die Anregung der Nutzschwingungsmode erforderliche Energie herangezogen werden.
Entsprechende MEMS-Sensoren werden in der Regel aus Wafern aus Silizium oder einem Werkstoff auf Siliziumbasis hergestellt. So ist beispielsweise in der US 6,477,901 B1 eine Messeinrichtung zur Messung mindestens einer Messgröße, insb. einer Dichte, eines Durchflusses und/oder einer Viskosität, eines strömenden Fluids, beschrieben,

– die einen aus Werkstoffen auf Siliziumbasis hergestellten MEMS-Sensor umfasst, der mindestens einen im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, mikrofluidischen Kanal umfasst, der mindestens einen mittels einer Erregereinrichtung zu Schwingungen einer vorgegebenen Nutzschwingungsmode anregbaren Kanalabschnitt umfasst, und
– die eine Messvorrichtung umfasst, die derart ausgebildet ist, dass sie eine von der jeweiligen Messgröße abhängige Eigenschaft der resultierenden Schwingungen mindestens eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, zu Schwingungen angeregten Kanalabschnitts bestimmt.

Bei MEMS-Sensoren auf Siliziumbasis besteht das Problem, dass mikrofluidische Kanäle aus Silizium oder aus Werkstoffen auf Siliziumbasis mechanisch empfindlich sind und nur eine vergleichsweise geringe chemische Beständigkeit aufweisen. Das hat zur Folge, dass durch den Kanal hindurch strömende chemisch aggressive und/oder mechanisch abrasive Fluide, wie z.B. Kaliumhydroxid oder Natriumhydroxid, auf Dauer eine Reduktion der Wandstärke des Kanals bewirken können. Letzteres kann die Schwingungseigenschaften der Kanalabschnitte und damit die Messeigenschaften des Sensors verändern und letztendlich sogar zu einem Ausfall des Sensors führen. Dementsprechend ist das Spektrum an strömenden Fluiden, deren Messgrößen mit diesen Sensoren messtechnisch bestimmt können begrenzt.
Abhilfe kann hier innerhalb gewisser Grenzen durch MEMS-Sensoren der eingangs genannten Art geschaffen werden, die metallische Kanäle aufweisen. Beispiele hierzu sind in der US 2010/0037706 A1 beschrieben. Diese MEMS-Sensoren umfassen jedoch, genau wie die in der US 6,477,901 B1 beschriebenen aus Werkstoffen auf Siliziumbasis hergestellten MEMS-Sensoren jeweils eine auf einem Substrat angeordnete Basis, die den Kanal bzw. die Kanäle trägt. Das Fluid muss dem jeweiligen Kanal somit einlassseitig durch das Substrat und die Basis hindurch zugeführt und auslassseitig durch die Basis und das Substrat hindurch abgeführt werden. Zusätzlich muss der MEMS-Sensor am Einsatzort montiert und an eine am Einsatzort vorgesehene, im Messbetrieb vom Fluid durchströmte Prozessleitung angeschlossen werden. Hierzu kann der MEMS-Sensor z. B. auf die in der DE 10 2014 108 351 A1 beschriebene Weise auf einem Leitungssegment montiert werden, dass dann in die Prozessleitung eingesetzt werden kann. Das in der DE 10 2014 108 351 A1 beschriebene Leitungssegment umfasst für jeden Kanal des MEMS-Sensor jeweils eine Zuleitung, über die ein einlassseitiger Innenraum des Leitungssegments mit einem für den jeweiligen Kanal im Substrat vorgesehenen Einlass verbunden ist und eine Ableitung, über die ein auslassseitiger Innenraum des Leitungssegments mit einem für den jeweiligen Kanal im Substrat vorgesehenen Auslass verbunden ist.
Die Herstellung von MEMS-Sensoren mit einer auf einem Substrat angeordneten den Kanal bzw. die Kanäle tragenden Basis, deren Montage am Einsatzort, sowie der Anschluss des bzw. der Kanäle des Sensors an die Prozessleitung erfordert folglich vergleichsweise viele Verfahrensschritte und ist dementsprechend aufwendig.
Darüber hinaus gelangen bei auf die oben genannte Weise aufgebauten Messeinrichtungen im Messbetrieb regelmäßig vergleichsweise viele unterschiedliche Werkstoffe auf unterschiedliche Weise miteinander in Kontakt. Diese Kontakte umfassen direkte Kontakte, die über mechanische Verbindungen, insb. Fügen, zwischen Bauteilen aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, sowie indirekte Kontakte, die über das durch Bauteile unterschiedlicher Werkstoffe hindurch strömende Fluid entstehen. Bei direkten Kontakten besteht die Gefahr, dass sich aufgrund der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Werkstoffe thermomechanische Spannungen ausbilden. Diese sind insb. dann von Nachteil, wenn sie auf zu Schwingungen anregbare Kanalabschnitte übertragen werden, wo sie sich auf deren Schwingungsverhalten auswirken und somit auf die erzielbare Messgenauigkeit beeinträchtigen können. Zusätzlich können auch über das Fluid bestehende indirekte Kontakte nachteilige Auswirkungen haben. So können z.B. über ionenhaltige Fluide, wie z.B. Salzwasser, elektrochemische Reaktionen ausgelöst werden, die auf Dauer zu Materialveränderungen führen können, die eine Beeinträchtigung der Messeigenschaften des Sensors zur Folge haben können.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine Messeinrichtung mit einem MEMS-Sensor zur Messung mindestens einer Messgröße eines strömenden Fluids der eingangs genannten Art anzugeben, anzugeben, die die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik überwindet.
Hierzu umfasst die Erfindung eine Messeinrichtung zur Messung mindestens einer Messgröße, insb. einer Dichte, eines Durchflusses und/oder einer Viskosität, eines strömenden Fluids, mit

– einem MEMS-Sensor, der mindestens einen im Messbetrieb vom Fluid durchströmten mikrofluidischen Kanal umfasst, der mindestens einen mittels einer Erregereinrichtung zu Schwingungen einer vorgegebenen Nutzschwingungsmode anregbaren Kanalabschnitt umfasst, und
– einer Messvorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie eine von der jeweiligen Messgröße abhängige Eigenschaft der resultierenden Schwingungen mindestens eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, zu Schwingungen angeregten Kanalabschnitts bestimmt,

Eine erste Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass

– die Fluidleitungen jeweils einen an das in die Öffnung eingesetzte Ende der jeweiligen Fluidleitung anschließenden freistehenden Abschnitt umfassen,
– der MEMS-Sensor von mindestens zwei, insb. von zwei, drei oder vier, freistehenden Stützpfeilern aus Titan getragen wird, und
– die freistehenden Abschnitte der Fluidleitungen jeweils einen dieser Stützpfeiler bilden.

Eine Weiterbildung der ersten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass neben den durch die freistehenden Abschnitte der Fluidleitungen gebildeten Stützpfeilern mindestens ein weiterer den MEMS-Sensor tragender Stützpfeiler, insb. ein Titan-Röhrchen oder eine Titan-Säule, insb. ein in eine im MEMS-Sensor, insb. in einem den oder die zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte tragenden Rahmen, vorgesehene Sacklochbohrung eingesetzter, insb. eingeschweißter, Stützpfeiler, vorgesehen ist.
Eine zweite Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass der MEMS-Sensor

– ein aus einem ersten Titan-Wafer erzeugtes Unterteil umfasst, in dem für jeden mikrofluidischen Kanal jeweils eine zu einer Oberseite des ersten Wafers hin offene Ausnehmung vorgesehen ist, deren Formgebung gleich einer Formgebung eines im Messbetrieb durchströmten Innenraums des jeweiligen Kanals ist,
– ein aus einem zweiten Titan-Wafer erzeugtes, mit dem Unterteil verbundenes Oberteil umfasst, das die durch die Ausnehmungen im Unterteil gebildeten Innenräume der Kanäle nach außen abschließt,
– für jeden zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt jeweils zu beiden Seiten des jeweiligen Kanalabschnitts angeordnete, den jeweiligen Kanalabschnitt beidseitig frei legende durch das Unterteil und das Oberteil hindurch verlaufende Aussparungen umfasst, und
– auf den in die Öffnungen eingesetzten Fluidleitungen montiert ist.

Eine dritte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass

– der MEMS-Sensor einen äußeren Rahmen umfasst, der die frei liegenden Kanalabschnitte trägt,
– jeder Kanal jeweils ein einlassseitiges und ein auslassseitiges im Rahmen befindliches Kanalende umfasst, und
– die Öffnungen im Rahmen angeordnete, jeweils an einen Innenraum eines der Kanalenden angrenzende Aussparungen im Rahmen sind.

Eine Weiterbildung der dritten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass der Rahmen zumindest in dessen die Öffnungen umfassenden Bereichen eine Rahmenbreite aufweist, die größer gleich der Breite des oder der zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte ist, und/oder eine Rahmenhöhe aufweist, die größer gleich der Höhe des oder der zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen zeichnet sich dadurch aus, dass

– die Fluidleitungen einen Durchmesser von größer gleich 600 µm, insb. von 700 µm bis 800 µm, aufweisen und/oder eine Leitungswandstärke von größer gleich 20 µm, insb. von 25 bis 100 µm aufweisen, und/oder
– die Kanalabschnitte eine Breite von mindestens einem, insb. von mehreren 100 µm, eine Höhe von mindestens einem, insb. von mehreren 100 µm, und/oder eine Wandstärke im Bereich von 40 µm bis 60 µm aufweisen.

Eine vierte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass

– die Messeinrichtung einen den MEMS-Sensor, insb. den MEMS-Sensor und mindestens eine weitere Komponente, insb. eine Elektronik, eine Komponente der Erregereinrichtung und/oder eine Komponente der Messeinrichtung, insb. eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds oder ein Gegenelektroden umfassendes Modul, und/oder der Messvorrichtung, tragenden Träger umfasst, insb. einen Träger, auf dem der MEMS-Sensor auf freistehende Abschnitte der Fluidleitungen umfassenden Stützpfeilern montiert ist,
– der Träger einen Trägerbereich umfasst, in dem für jede Fluidleitung jeweils eine durch den Trägerbereich hindurch führende Bohrung vorgesehen ist, und
– die Fluidleitungen jeweils in der zugehörigen Bohrung enden oder durch die zugehörige Bohrung hindurch verlaufen.

Eine Weiterbildung der vierten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass

– der Träger eine Platte umfasst,
– die Fluidleitungen durch die Bohrungen hindurch auf eine vom MEMS-Sensor abgewandte Seite der Platte verlaufen, wo sie insb. über an deren Enden vorgesehene Prozessanschlüsse, insb. Steckverbinder, an eine Prozessleitung anschließbar sind.

Eine alternative Weiterbildung der vierten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass

– der Träger als Bestandteil eines Leitungssegments, insb. eines einlass- und auslassseitig jeweils mit einem Prozessanschluss, insb. einem Flansch, ausgestatteten Leitungssegments, insb. eines in eine Prozessleitung einsetzbaren Leitungssegments, ausgebildet ist,
– jede als Zufuhrleitung zum MEMS-Sensor hin dienende Fluidleitungen durch die zugehörige Bohrung im Träger hindurch bis in einen einlassseitigen Eingangsbereich des Leitungssegments verläuft, und
– jede als Abfuhrleitungen dienende Fluidleitung durch die zugehörige Bohrung im Träger hindurch bis in einen auslassseitigen Ausgangsbereich, insb. einen durch eine im Leitungssegments vorgesehene Trennwand vom Eingangsbereich getrennten oder einen über einen Durchlass mit dem Eingangsbereich verbundenen Ausgangsbereich, verläuft.

Eine weitere Weiterbildung der vierten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass auf dem Träger ein den MEMS-Sensor, insb. den MEMS-Sensor und mindestens eine weitere auf dem Träger montierte Komponente, insb. eine Komponente der Erregereinrichtung und/oder eine Komponente der Messvorrichtung, umgebendes Gehäuse, insb. ein evakuiertes Gehäuse, montiert ist.
Weitere Ausgestaltungen zeichnen sich dadurch aus, dass

– der MEMS-Sensor zwei parallele, jeweils einen zu Lateralschwingungen anregbaren Kanalabschnitt umfassende, gerade Kanäle, umfasst,
– der MEMS-Sensor einen Kanal mit im Wesentlichen u- förmigen Verlauf umfasst, dessen beiden parallelen Schenkel, jeweils einen zu Lateralschwingungen anregbaren Kanalabschnitt umfassen, oder
– der MEMS-Sensor einen Kanal mit im Wesentlichen u- oder -förmigem Verlauf umfasst, der einen zu Torsionsschwingungen anregbaren u- oder -förmigen Kanalabschnitt umfasst.

Weiter umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung, das sich dadurch gekennzeichnet, dass

– in einem ersten Titan-Wafer für jeden mikrofluidischen Kanal jeweils eine zu einer Oberseite des ersten Wafers hin offene Ausnehmung erzeugt wird, insb. mittels eines anisotropen Ätzverfahrens erzeugt wird, deren Formgebung gleich einer Formgebung eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten Innenraums des jeweiligen Kanals ist,
– ein zweiter Titan-Wafer derart mit dem ersten Wafer verbunden wird, insb. mittels eines Thermokompressions-Bondverfahrens, insb. eines unter Aufbringung einer Goldschicht auf die zu verbindenden Fügeflächen ausgeführten Thermokompressions-Bondverfahrens, verbunden wird, dass der zweite Wafer die Ausnehmungen im ersten Wafer nach außen abschließt,
– für jeden zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt zu beiden Seiten des jeweiligen Kanalabschnitts angeordnete, den jeweiligen Kanalabschnitt beidseitig frei legende, durch die beiden miteinander verbundenen Wafer hindurch verlaufende Aussparungen erzeugt werden,
– im ersten Wafer die für die Aufnahme der Fluidleitungen vorzusehenden Öffnungen erzeugt werden, insb. durch Bohren oder durch Fräsen und/oder mittels eines Ätzverfahren erzeugt werden, und
– die Fluidleitungen in die Öffnungen eingesetzt, insb. mittels Laserschweißen eingeschweißt, werden.

Eine Weiterbildung dieses Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass

– die Fluidleitungen in durch einen Träger hindurch führende Bohrungen eingesetzt, insb. eingeklebt oder eingeschweißt werden,
– wobei die Fluidleitungen insb. derart in die Bohrungen eingesetzt werden, dass sie einen frei stehenden, einen den MEMS-Sensor tragenden Stützpfeiler bildenden Abschnitt umfassen.

Eine Weiterbildung des letztgenannten Verfahrens zur Herstellung einer Messeinrichtung gemäß der alternativen Weiterbildung der vierten Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass

– die Fluidleitungen als gerade Leitungen in die Öffnungen eingesetzt werden, deren der jeweiligen Öffnung gegenüberliegenden Enden entsprechend einer für die jeweilige Fluidleitung vorgesehenen Krümmungsrichtung abgeschrägt sind, und
– die Fluidleitungen durch die Bohrungen in das Leitungssegment eingeführt werden, wobei deren freien Enden beim Erreichen der den Bohrungen gegenüberliegenden Wand des Leitungssegments entsprechend der Orientierung ihrer Abschrägung entsprechend ihrer Funktion als Zufuhrleitung oder als Abfuhrleitung in Richtung des Eingangs- bzw. des Ausgangsbereichs umgelenkt werden, wobei deren Enden insb. in eine Halterung eingesetzt werden.

Erfindungsgemäße Messeinrichtungen weisen den Vorteil auf, dass das Fluid auf dem Weg zum MEMS-Sensor, durch den Sensor hindurch und aus dem Sensor heraus ausschließlich mit den aus Titan bestehenden Fluidleitungen und dem bzw. den aus Titan bestehenden Kanälen in Berührung kommt. Titan ist sowohl mechanisch als auch chemisch in hohem Maße beständig, so dass mit erfindungsgemäßen Messeinrichtungen Messgrößen einer großen Vielzahl unterschiedlicher Fluide gemessenen werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass mechanische Abrasion und/oder chemische Reaktionen, wie sie bei Messeinrichtungen mit direkt oder indirekt über das Fluid miteinander in Kontakt stehenden Bauteilen aus verschiedenen Werkstoffen auftreten können, auf Dauer zu einer die Messung beeinträchtigenden Veränderung der Schwingungseigenschaften des bzw. der zu Schwingungen angregbaren Kanalabschnitte führt. Mit erfindungsgemäßen Messeinrichtungen können somit langzeitstabile Messungen von Messgrößen eines großen Spektrums an unterschiedlichen Fluiden ausgeführt werden
Da die Fluidleitungen und der bzw. die jeweils damit verbundenen Kanäle aus dem gleichen Werkstoff bestehen, werden thermomechanische Spannungen, die sich auf das Schwingungsverhalten der Kanalabschnitte auswirken könnten vermieden. Genauso werden hierdurch auch thermomechanische Spannungen vermieden, die die Fügungen zwischen den Fluidleitungen und den Öffnungen des bzw. der Kanäle belasten könnten. Dabei bewirkt die optionale Montage des MEMS-Sensors auf Stützpfeilern eine weitere Entkopplung, die diese Vorteile verstärkt.
Darüber hinaus bietet die Verwendung von Titan als Basiswerkstoff für den MEMS-Sensor und die Fluidleitungen in fertigungstechnischer Hinsicht den Vorteil, dass Titan sowohl mit in der Mikrosystemtechnik etablierten Verfahren, wie z.B. Ätzprozessen, als auch mit aus der klassischen Metallverarbeitung bekannten Verfahren, wie z.B. Fräsen, Drehen, Wasserstrahlschneiden bearbeitet werden kann. Darüber hinaus können Fügungen zwischen Bauteilen aus Titan sowohl mit in der Mikrosystemtechnik etablierten Fügeverfahren, wie z.B. dem Thermokompressionsbonden, als auch mit aus der klassischen Metallverarbeitung bekannten Fügeverfahren, wie z.B. dem Laserstrahlschweißen, erzeugt werden. Es können also makromechanische Komponenten nicht nur mit mikromechanischen Komponenten verbunden werden, sondern auch mikromechanische Bestandteile aufweisende makromechanische Komponenten erzeugt werden.
Die Erfindung und weitere Vorteile werden nun anhand der Figuren der Zeichnung, in denen drei Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Um Komponenten sehr unterschiedlicher Baugröße dargestellten zu können, wurde in den Figuren eine nicht maßstabsgetreue Darstellung verwendet.
1 zeigt: eine Messeinrichtung mit einem auf einer Platte montierten MEMS-Sensor;
2 zeigt: einer Messeinrichtung mit einem auf einem Leitungssegment montierten MEMS-Sensor;
3 zeigt: eine Draufsicht auf den MEMS-Sensor von 1 und 2;
4 zeigt: eine Schnittzeichnung des MEMS-Sensors von 1 und 2 in einer durch die Kanäle verlaufenden Schnittebene;
5 zeigt: eine Schnittzeichnung des MEMS-Sensors von 1 und 2 in der in 3 angezeigten Schnittebene A-A';
6 zeigt: einen MEMS-Sensor mit einem u-förmigen Kanal mit zwei zu Lateralschwingungen anregbaren Kanalabschnitten;
7 zeigt: einen MEMS-Sensor mit einem u-förmigen Kanal mit einem zu Torsionsschwingungen anregbaren u-förmigen Kanalabschnitt; und
8 zeigt: eine Messeinrichtung mit einem auf zwei, durch Abschnitte der Fluidleitungen gebildeten Stützpfeilern und zwei weiteren Stützpfeilern montierten MEMS-Sensor.
Die Erfindung betrifft Messeinrichtungen zur Messung mindestens einer Messgröße, z.B. einer Dichte, eines Durchflusses und/oder einer Viskosität, eines strömenden Fluids, die hierzu einen MEMS-Sensor, eine Erregereinrichtung und eine Messeinrichtung umfassen. Dabei umfasst der MEMS-Sensor dieser Messeinrichtungen mindestens einen im Messbetrieb vom Fluid durchströmten mikrofluidischen Kanal, der mindestens einen mittels der Erregereinrichtung zu Schwingungen einer vorgegebenen Nutzschwingungsmode anregbaren Kanalabschnitt umfasst. Zusätzlich ist die Messvorrichtung derart ausgebildet ist, dass sie eine von der jeweiligen Messgröße abhängige Eigenschaft der resultierenden Schwingungen mindestens eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, zu Schwingungen angeregten Kanalabschnitts bestimmt. Zur Schwingungsanregung, sowie zur messtechnischen Erfassung der von der jeweils zu messenden Messgröße des Fluids abhängigen Eigenschaften der resultierenden Schwingungen können z.B. aus dem Stand der Technik bekannte elektrostatische, piezoelektrische oder elektro-magnetische Erregereinrichtungen, sowie aus dem Stand der Technik bekannte elektrostatische, piezoelektrische oder elektro-magnetische Messvorrichtungen eingesetzt werden. Dabei können mit der Messeinrichtung unterschiedliche aus dem Stand der Technik bekannte Messverfahren, wie z.B. die eingangs genannten Coriolis-Massendurchfluss-Messung, die Coriolis-Dichte-Messung, und/oder Viskositätsmessungen, ausgeführt werden. Diese Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt und daher hier nicht im Detail beschrieben.
1 und 2 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Messeinrichtung. 3 zeigt eine Draufsicht auf den in den 1 und 2 als ein Ausführungsbeispiel dargestellten MEMS-Sensor 1. Der MEMS-Sensor 1 umfasst zwei parallel zueinander verlaufende, gerade Kanäle 3, die jeweils einen zu Schwingungen einer vorgegebenen, in 3 jeweils durch einen Doppelpfeil angezeigten Nutzschwingungsmode anregbaren Kanalabschnitt 5 umfassen. 4 zeigt den MEMS-Sensor 1 von 3 in einer durch die Kanäle 3 verlaufenden Schnittebene. 5 zeigt den MEMS-Sensor 1 von 3 in der in 3 angezeigten Schnittebene A-A'. Bei diesem MEMS-Sensor 1 werden die beiden parallelen Kanalabschnitte 5 vorzugsweise zu Lateralschwingungen angeregt, wobei sie in einer Schwingungsebene senkrecht zu deren Längsachse gerichtete – vorzugsweise gegenphasig angeregte – Auslenkungen erfahren.
Alternativ kann aber auch ein MEMS-Sensor mit einer hiervon abweichenden Anzahl und/oder Formgebung von Kanälen und/oder zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitten eingesetzt werden. Ein Beispiel ist ein MEMS-Sensor, der nur einen der beiden in den 3 bis 5 dargestellten geraden, den zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt umfassenden Kanäle aufweist. Ein weiteres Beispiel ist ein MEMS-Sensor 7 mit nur einem Kanal 9 mit im Wesentlichen u- förmigen Verlauf. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierzu in einer durch den Kanal 9 verlaufenden Schnittebene. Bei diesem Kanal 9 bilden die beiden parallelen Schenkel des u-förmigen Kanals 9 jeweils einen zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt 11. Auch hier werden die beiden Kanalabschnitte 11 vorzugsweise gegenphasig zu Lateralschwingungen angeregt, bei denen sie senkrecht zu deren Längsachse ausgelenkt werden.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines MEMS-Sensors 13 mit einem im Wesentlichen u-förmigen Kanal 15, der einen u-förmigen zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt 17 umfasst. Letzterer kann z.B. zu Torsionsschwingungen um eine durch die beiden Enden des u-förmigen Kanalabschnitts 17 verlaufenden Achse TA angeregt werden. Dabei wird der Kanalabschnitt 17 senkrecht zu der durch die u-Form aufgespannten Ebene ausgelenkt, wobei der den Enden gegenüberliegende Bereich des Kanalabschnitts 17 die größte Auslenkungsamplitude erfährt. Alternativ kann der hier u-förmige Kanalabschnitt 17 als im Wesentlichen -förmiger Kanalabschnitt ausgebildet sein.
Erfindungsgemäße Messeinrichtungen zeichnen sich dadurch aus, dass jeder im MEMS-Sensor 1, 7 bzw. 13 vorgesehene mikrofluidische Kanal 3, 9, 15 ein Kanal ist, dessen Kanalwände aus Titan bestehen und der einlassseitig und auslassseitig jeweils eine Öffnung 19 aufweist, in die ein Ende einer Fluidleitung 21, 23 aus Titan eingesetzt ist. Die 1 und 2 zeigen hierzu einen Längsschnitt der Messeinrichtung in einer Schnittebene, die die in der in 3 angezeigten Schnittebene B-B' durch den MEMS-Sensors 1 verläuft. Die Öffnungen 19 sind vorzugsweise jeweils in einer an das jeweilige einlass- bzw. auslassseitige Ende des jeweiligen Kanals 3 angrenzenden Kanalwandbereich vorgesehene Ausnehmungen. Als Fluidleitungen 21, 23 eignen sich insb. Titan-Röhrchen.
Indem die Fluidleitungen 21, 23 aus Titan unmittelbar in die Öffnungen 19 in den ebenfalls aus Titan bestehenden Kanalwandbereichen eingesetzt werden, wird erreicht, dass das Fluid auf dem Weg zum MEMS-Sensor 1, 7, 13, durch den Sensor hindurch und aus dem Sensor heraus ausschließlich mit den aus Titan bestehenden Fluidleitungen 21, 23 und dem bzw. den aus Titan bestehenden Kanälen 3, 9, 15 in Berührung kommt. Titan ist sowohl mechanisch als auch chemisch in hohem Maße beständig, so dass mit erfindungsgemäßen Messeinrichtungen Messgrößen einer großen Vielzahl unterschiedlicher Fluide gemessenen werden können. Darüber hinaus werden hierdurch chemische Reaktionen, wie sie bei Messeinrichtungen mit Bauteilen aus unterschiedlichen direkt oder indirekt über das Fluid miteinander in Kontakt stehenden Bauteilen entstehen können, vermieden.
In erfindungsgemäßen Messeinrichtungen werden vorzugsweise MEMS-Sensoren 1, 7, 13 eingesetzt, die ein aus einem ersten Titan-Wafer erzeugtes Unterteil 25 und ein damit verbundenes aus einem zweiten Titan-Wafer erzeugtes Oberteil 27 aufweisen. Dabei ist in dem Unterteil 25 für jeden mikrofluidischen Kanal 3, 9, 15 jeweils eine zu einer Oberseite des ersten Wafers hin offene Ausnehmung 29, 31 vorgesehen, deren Formgebung gleich einer Formgebung eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten Innenraums des jeweiligen Kanals 3, 9 bzw. 15 ist. Das Oberteil 27 ist derart ausgebildet, dass es die Ausnehmungen 29, 31 im Unterteil 25, die im Messbetrieb die vom Fluid durchströmten Innenräume der Kanäle 3, 9, 15 bildenden, nach außen abschließt.
Indem diese im Wesentlichen nur aus zwei Komponenten, nämlich dem Unterteil 25 und dem Oberteil 27 bestehenden MEMS-Sensoren 1, 7, 13 unmittelbar auf den in die Öffnungen 19 eingesetzten Fluidleitungen 21, 23 montiert werden, wird eine Reduktion der Komponenten erreicht. Hierdurch reduzieren sich die Herstellungskosten und der vom Fluid beim durchströmen der Messeinrichtung insgesamt zu überwindende Strömungswiderstand.
Bei der Herstellung erfindungsgemäßer Messeinrichtungen wird vorzugsweise derart Verfahren, dass in einem ersten Verfahrensschritt die Ausnehmungen 29 bzw. die Ausnehmung 31 im ersten Titan-Wafer erzeugt werden. Hierzu werden vorzugsweise aus dem Stand der Technik bekannte anisotrope Ätzverfahren eingesetzt, mit denen sich auch Ausnehmungen mit vergleichsweise hohem Aspektverhältnis erzeugen lassen. Beispiele hierfür sind das unter der Abkürzung MARIO (Metal Anisotropic Reaktive Ion Echting with Oxidation) bekannte Verfahren, sowie der im Journal of the Electrochemical Societey, 152 (52) C675–C685, im Jahr 2005 unter dem Titel 'Inductively Coupled Plasma Echting of Bulk Titanium for MEMS Applications, erschienenen Veröffentlichung von E. R. Parker, B. J. Thibeault, M: F. Aimi, M. P. Rao und N. C. MacDonald beschriebene TIDE-Prozess.
Anschließend wird der zweite Titan-Wafer derart auf dem ersten Wafer angeordnet, dass er die Ausnehmung(en) 29, 31 verschließt und mit dem ersten Wafer verbunden. Zur Verbindung der beiden Wafer eignen sich z.B. Bondverfahren, wie z.B. das Thermokompressionsbonden. Beim Thermokompressionsbonden werden die Fügeflächen des Unterteils 25 und des Oberteils 27 vorzugweise jeweils mit einer Hilfsschicht, z.B. einer Goldschicht, beschichtet, z. B.durch Sputtern oder Aufdampfen beschichtet, Unterteil 25 und Oberteil 27 aufeinander angeordnet und unter Druck auf eine Fügetemperatur erwärmt.
Anschließend werden in dem auf diese Weise erzeugten Verbund für jeden zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt 5, 11, 17 zu beiden Seiten des jeweiligen Kanalabschnitts 5, 11, 17 angeordnete, den jeweiligen Kanalabschnitt 5, 11, 17 beidseitig frei legende, durch das Unterteil 25 und das Oberteil 27 hindurch verlaufende Aussparungen 33, 35, 37 vorgesehen. Bei der Herstellung der in den 3 und 6 dargestellten MEMS-Sensoren 1, 7 werden hierzu drei parallel Aussparungen 33 mit rechteckiger Grundfläche erzeugt. Bei der Herstellung des in 7 dargestellten MEMS-Sensors 13 wird hierzu eine Aussparung 35 mit rechteckiger Grundfläche und eine Aussparung 37 mit in der Draufsicht u-förmiger Grundfläche erzeugt. Die Aussparung 35 mit der rechteckigen Grundfläche befindet sich im fertigen Sensor zwischen den Schenkeln des zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitts 17. Die Aussparung 37 mit der u-förmigen Grundfläche umgibt den zu Schwingungen anregbaren u-förmigen Kanalabschnitt 17 außenseitlich.
Der Verbund aus Ober- und Unterteil 25, 27 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er einen äußeren, in den hier dargestellten Ausführungsbeispielen rechteckförmigen Rahmen 39 umfasst, der die über die Aussparungen 33, 35 bzw. 37 frei gelegten Kanalabschnitte 5, 11 bzw. 17 trägt. Der Rahmen 39 erleichtert die Handhabung, insb. die Montage, des MEMS-Sensors 1, 7, 13 und schützt die darin eingeschlossenen frei liegenden Kanalabschnitte 5, 11, 17.
Die Kanalabschnitte 5, 11, 17 können z.B. als im Querschnitt quadratische oder rechteckförmige Kanalabschnitte 5, 11, 17 ausgebildet sein, die eine Breite B von mindestens einem, vorzugsweise von mehreren 100 µm, eine Höhe H von mindestens einem, vorzugsweise von mehreren 100 µm, und eine Wandstärke im Bereich von 40 µm bis 60 µm aufweisen.
In einem weiteren Arbeitsgang werden im ersten Wafer die für die Aufnahme der Fluidleitungen 21, 23 vorzusehenden Öffnungen 19 erzeugt. Die der von der Unterseite des ersten Wafers her unter den Kanalenden im Unterteil 25 erzeugten Öffnungen 19 sind in den 4, 6 und 7 jeweils als unterhalb der dargestellten Schnittebene befindliche Elemente gestrichelt angezeigt. Hierzu eignen sich je nach Größe der Öffnungen 19 einerseits aus der Mikrosystemtechnik bekannte Verfahren, wie z. B. die zur Erzeugung der Aussparungen 33, 35, 37 einsetzbaren Ätzverfahren, sowie andererseits auch aus der klassischen Metallverarbeitung bekannte Verfahren, wie z.B. Bohren oder Fräsen.
Je nach Größe und gewünschter Fertigungstoleranz der Aussparungen 33, 35, 37 und/oder der Öffnungen 19 können die Aussparungen 33, 35, 37 und/oder die Öffnungen 19 auch durch eine grobe Vorbearbeitung mittels eines aus der klassischen Metallverarbeitung bekannten Verfahrens hergestellt werden auf das dann eine Nachbearbeitung mittels eines deutlich präziseren aus der Mikrosystemtechnik bekannten Verfahrens folgt.
Zusätzlich werden bei der Herstellung des MEMS-Sensors 1, 7, 13 je nach Art der Erregerrichtung und der Messvorrichtung ggfs. erforderliche Fertigungsschritte zur Erzeugung von auf dem MEMS-Sensor 1, 7, 13 vorzusehenden und/oder mit dem MEMS-Sensor 1, 7, 13 zu verbindenden Komponenten der Erregerrichtung und/oder der Messvorrichtung vorgenommen. Als ein mögliches Beispiel ist in den in den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen eine elektro-magnetische Erregereinrichtung und eine elektro-magnetische Messvorrichtung dargestellt, die analog auch in Verbindung mit dem in 6 dargestellten MEMS-Sensor 7 einsetzbar ist. Diese umfasst eine auf eine den Öffnungen 19 gegenüberliegende Oberseite des MEMS-Sensors 1 aufgebrachte, an eine Elektronik 41 angeschlossene Antriebsleitung 43. Die Antriebsleitung 43 verläuft von einem auf einem ersten Rand 45 des Rahmens 39 angeordneten Anschluss auf einem der beiden Kanäle 3 zum gegenüberliegenden zweiten Rand 47 des Rahmens 39 und von dort auf dem anderen Kanal 3 zurück zu einem auf dem ersten Rand 45 des Rahmens 39 angeordneten zweiten Anschluss. Zusätzlich umfasst die Erregereinrichtung eine Vorrichtung 49, die ein senkrecht zu den Längsachsen der beiden Kanalabschnitte 5 verlaufendes Magnetfeld erzeugt. Hierzu kann z.B. eine Vorrichtung eingesetzt werden, die zwei magnetische Pole N, S umfasst, von denen einer oberhalb und der andere unterhalb der Kanalabschnitte 5, 11 angeordnet ist. Im Messbetrieb wird der Antriebsleitung 43 über die Elektronik 41 ein Erregersignal, z.B. ein Wechselstromsignal, zugeführt. Dabei wirken auf die vom Magnetfeld durchsetzten Bereiche der Antriebsleitung 43 Lorentz-Kräfte, die die Anregung der Nutzschwingungsmoden der mit der Antriebsleitung 43 verbundenen Kanalabschnitte 5 bewirken. Analog umfasst die hier nur als ein mögliches Beispiel dargestellte elektro-magnetische Messeinrichtung für jeden Kanal 3 jeweils eine Messleitung 51, die von einem auf dem ersten Rand 45 des Rahmens 39 angeordneten Anschluss auf dem jeweiligen Kanal 3 zum gegenüberliegenden zweiten Rand 47 des Rahmens 39 verläuft und von dort auf dem Rahmen 39 zurück zu einem auf dem ersten Rand 45 angeordneten zweiten Anschluss verläuft. Die Messleitungen 51 sind an die Elektronik 41 angeschlossen. Letztere erfasst im Messbetrieb ein durch die Bewegung der auf den schwingenden Kanalabschnitten 5 verlaufenden Abschnitte der jeweiligen Messleitung 51 durch das Magnetfeld induziertes Signal, anhand dessen dann die von der zu messenden Messgröße abhängige Eigenschaft der resultierenden Schwingungen bestimmt wird.
Bei dieser Ausführungsform wird auf die Oberseite des Verbunds aus Unterteil 25 und Oberteil 27 in einem ersten Verfahrensschritt eine Isolationsschicht 53, z.B. eine Oxidschicht oder eine Nitridschicht, aufgebracht, auf die dann die Antriebsleitung 43 und die Messleitungen 51 aufgebracht, z.B. als Metallisierung aufgesputtert oder aufgedampft, werden.
Im Anschluss an die Fertigstellung des MEMS-Sensors 1, 7, 13 werden die Fluidleitungen 21, 23 in die Öffnungen 19 eingesetzt. Hierzu werden die Enden der Fluidleitungen 21, 23 vorzugsweise passgenau bis zu einem die Öffnung 19 begrenzenden Anschlag in die jeweilige Öffnung 19 eingeführt und dort befestigt. Zur Befestigung eignen sich insb. aus der klassischen Metallverarbeitung bekannte Verfahren, wie z.B. das Laserschweißen.
In Verbindung mit MEMS-Sensoren 1, 7, 13 mit einem den oder die zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte 5, 11, 17 tragenden Rahmen 39, werden der bzw. die Kanäle 3, 9, 15 vorzugsweise derart ausgebildet, dass deren ein- und auslassseitigen Enden sich jeweils im Rahmen 39 befinden. In dem Fall sind die Öffnungen 19 an den Innenraum des jeweiligen Kanalendes angrenzende Aussparungen im Rahmen 39.
Da der Rahmen 39 nicht zu Schwingungen angeregt wird kann der Rahmen 39 ohne Weiteres zumindest in den die Öffnungen 19 umfassenden Bereichen eine Rahmenbreite aufweisen, die größer gleich der Breite der zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte 5, 11, 17 ist, und/oder eine Rahmenhöhe aufweisen, die größer gleich der Höhe der zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte 5, 11, 17 ist. Dies lässt sich fertigungstechnisch beispielsweise dadurch erzeugen, dass der erste Wafer von der im fertigen Sensor dem Oberteil 27 gegenüberliegenden Unterseite her in dem im fertigen Sensor vom Rahmen 39 umgebenen Bereich entsprechend abgedünnt wird. Auch hierfür können je nach Größe des abzudünnenden Bereichs aus der Mikrosystemtechnik bekannte Verfahren, wie z. B. die o.g. Ätzverfahren, aus der klassischen Metallverarbeitung bekannte Verfahren, wie z.B. Bohren oder Fräsen, oder aber eine Kombination dieser Verfahren eingesetzt werden.
Die Abmessungen der Öffnungen 19 sind durch eine entsprechende Anpassung von Rahmenhöhe und/oder Rahmenbreite innerhalb vergleichsweise weiter Grenzen frei wählbar. Dabei sind die Abmessungen der Öffnungen 19 und damit auch der Fluidleitungen 21, 23 weder durch die Abmessungen des jeweiligen Kanals 3, 9, 15, des Innenraums des jeweiligen Kanals 3, 9, 15, noch durch die Wandstärke der zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte 5, 11, 17 begrenzt.
In erfindungsgemäßen Messeinrichtungen werden vorzugsweise Fluidleitungen 21, 23 eingesetzt, die mechanisch stabil genug sind, um den MEMS-Sensor 1, 7, 13 zu tragen. Diese Fluidleitungen 21, 23 weisen vorzugsweise einen Durchmesser von größer gleich 600 µm auf, der vorzugsweise in einem Bereich von 700 µm bis 800 µm liegt. Dabei weisen sie vorzugsweise eine Leitungswandstärke von größer gleich 20 µm auf, die vorzugsweise in einem Bereich von 25 µm bis 100 µm liegt. Das bietet den Vorteil, dass die Fluidleitungen 21, 23 nicht nur als im Messbetrieb vom Fluid durchströmte Zuleitungen bzw. Ableitungen eingesetzt werden können, sondern zugleich auch jeweils einen den MEMS-Sensor 1 tragen Stützpfeiler 55 umfassen können. Hierzu weisen die Fluidleitungen 21, 23 jeweils einen an das in die Öffnung 19 eingesetzte Ende der jeweiligen Fluidleitung anschließenden freistehenden, den Stützpfeiler 55 bildenden Abschnitt auf. Diese Ausführungsform ist in den 1 und 2 dargestellt, wobei der MEMS-Sensor 1 dort von vier durch die freistehenden Abschnitte der vier Fluidleitungen 21, 23 gebildeten Stützpfeiler 55 getragen wird.
Grundsätzlich sind bereits zwei in ausreichendem Abstand voneinander angeordnete Stützpfeiler 55 ausreichend, um eine stabile Montage des MEMS-Sensors zu bewirken. So kann der in 6 dargestellte MEMS-Sensor 7 z.B. auf zwei durch freistehende Abschnitte der in dessen beiden Öffnungen 19 eingesetzten Fluidleitungen gebildeten Stützpfeilern montiert werden.
Darüber hinaus kann zusätzlich zu den durch Abschnitte der Fluidleitungen 21, 23 gebildeten Stützpfeilern 55 mindestens ein weiterer Stützpfeiler 57 vorgesehen werden. Die weiteren Stützpfeiler 57 bestehen vorzugsweise aus Titan und können z.B. als hohle Titan-Röhrchen oder als massive Titan-Säulen ausgebildet sein. Weitere Stützpfeiler 57 sind insb. dann sinnvoll, wenn ein MEMS-Sensor mit nur einem zwei nahe beieinander liegende Endbereiche umfassenden Kanal verwendet wird. Des Weiteren sind sie insb. in Verbindung mit MEMS-Sensoren sinnvoll, bei denen durch im Messbetrieb angeregte Schwingungen mechanische Kräfte entstehen, die in Summe zu einer nicht vernachlässigbaren mechanischen Beanspruchung von den Kanalabschnitt oder die Kanalabschnitte tragenden Komponenten der Messeinrichtung führen. Letzteres kann z.B. bei dem in 7 dargestellten MEMS-Sensor 13 der Fall sein. Dort übt der zu Torsionsschwingungen angeregte u-förmige Kanalabschnitt 17 resultierende Kräfte auf dessen Verankerung im Rahmen 39 aus, die je nach Masse und Abmessungen des Kanalabschnitts 17 eine nicht vernachlässigbare Größe erreichen können. Während sich die durch die Schwingungen der Kanalabschnitte 5, 11 der in den 3 bis 6 darstellten MEMS-Sensoren 1, 7 auf deren Verankerung ausgeübten Kräfte bei einer gegenphasiger Anregung im Wesentlichen gegeneinander aufheben, werden die durch die Torsionsschwingungen des u-förmigen Kanalabschnitts 17 des in 7 dargestellten MEMS-Sensors 13 nicht durch entgegen gerichtete Kräfte kompensiert.
Wird ein weiterer Stützpfeiler 57 vorgesehen, so wird dieser vorzugsweise in eine in 7 als Option gestrichelt angezeigte Sacklochbohrung 59 im Rahmen 39 eingesetzt, die derart platziert ist, dass die durch die Abschnitte der Fluidleitungen 21, 23 gebildeten Stützpfeiler 55 und der weitere Stützpfeiler 57 in einem Dreieck angeordnet sind. Werden zwei weitere Stützpfeiler 57 vorgesehen, werden diese vorzugsweise in, als Option in 7 gestrichelt angezeigte, Sacklochbohrungen 61 im Rahmen 39 eingesetzt, die derart platziert sind, dass die durch die Abschnitte der Fluidleitungen 21, 23 gebildeten Stützpfeiler 55 und die beiden weiteren Stützpfeiler 57 in einem Rechteck oder Quadrat angeordnet sind. 8 zeigt eine entsprechende Messeinrichtung in einer durch einen der Stützpfeiler 55 und einen der weiteren Stützpfeiler hindurch verlaufenden und in der in 7 angezeigten Schnittebene C-C‘ durch den MEMS-Sensor 13 verlaufenden Schnittebene. Sie unterscheidet sich von der in 2 dargestellten Messeinrichtung dadurch, dass sie den in 7 dargestellten MEMS-Sensor 13 umfasst und dieser durch zwei durch die Abschnitte der beiden Fluidleitungen 23 gebildete Stützpfeiler 55 und zwei weitere Stützpfeiler 57 getragen wird.
Erfindungsgemäße Messeinrichtungen werden vorzugsweise mit einem Träger 63, 65 ausgestattet, über den die Messeinrichtung am Einsatzort montiert und deren Fluidleitungen 21, 23 an eine am Einsatzort vorgesehene das Fluid führende Prozessleitung, z.B. eine einfache Leitung bzw. oder einen Leitungsabschnitt eines Leitungssystems, angeschlossen werden kann.
Der Träger 63, 65 umfasst einen vorzugsweise planaren Trägerbereich, in dem für jede Fluidleitung 21, 23 jeweils eine durch den Trägerbereich hindurch führende Bohrung vorgesehen ist, in die die jeweilige Fluidleitung 21, 23 eingesetzt und dort in einer der Höhe der Stützpfeiler 55 entsprechenden Position befestigt ist.
Das Einsetzten der Fluidleitungen 21, 23 kann derart erfolgen, dass die Fluidleitungen 21, 23 jeweils in der zugehörigen Bohrung enden. In dem Fall besteht der Trägerbereich vorzugsweise aus Titan. Dabei kann die Befestigung z.B. mittels Laserschweißen erfolgen.
Vorzugsweise führen die Fluidleitungen 21, 23 jedoch durch die Bohrungen hindurch. Das bietet den Vorteil, dass das durch die Fluidleitungen 21, 23 hindurchströmende Fluid nicht in Kontakt mit dem Trägerbereich gelangt. In dem Fall kann der Trägerbereich beispielsweise aus Metall, z.B. aus Titan oder einem Edelstahl, oder aus einem Kunststoff, z.B. aus Polystyrol, Polyamid oder Polycarbonat, bestehen. Dabei erfolgt die Befestigung je nach Material des Trägerbereichs z.B. durch Laserschweißen, Löten oder Kleben.
Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Träger 63 eine Platte. Hier verlaufen die Fluidleitungen 21 durch in der Platte vorgesehene Bohrungen hindurch auf eine vom MEMS-Sensor 1 abgewandte Seite der Platte, wo sie z.B. über an deren Enden vorgesehene Prozessanschlüsse 67, wie z. B. hier nur schematisch dargestellte Steckverbinder, an eine am Einsatzort vorgesehene Prozessleitung anschließbar sind.
Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Träger 65 als Bestandteil eines in die Prozessleitung einsetzbaren, einlass- und auslassseitig jeweils mit einem Prozessanschluss 69, z. B. einem Flansch, ausgestattetes Leitungssegment ausgebildet. Bei dieser Variante ist der die Bohrungen umfassende Trägerbereich durch einen Wandbereich des Leitungssegments gebildet.
Auch bei dieser Variante können die Fluidleitungen in den Bohrungen oder einem unmittelbar daran angrenzenden Innenraum des Leitungssegments enden. Vorzugweise verlaufen die als Zufuhrleitungen dienenden Fluidleitungen 23 hier jedoch durch die Bohrungen hindurch bis in einen einlassseitigen Eingangsbereich 71 des Leitungssegments. Analog verlaufen die als Abfuhrleitungen dienenden Fluidleitungen 23 vorzugsweise durch die Bohrungen hindurch bis in einen auslassseitigen Ausgangsbereich 73 des Leitungssegments. Dabei können der Eingangsbereich 71 und der Ausgangsbereich 73 durch eine im Leitungssegment vorgesehene Trennwand 75 voneinander getrennt oder über einen in 2 als Option gestrichelt dargestellten Durchlass 77 miteinander verbunden sein.
Bei dieser Variante werden die den Öffnungen 19 gegenüberliegenden Enden der Fluidleitungen 23 vorzugsweise jeweils in einer im Eingangs- bzw. Ausgangsbereich 71, 73 vorgesehenen Halterung 79 fixiert. Dabei bieten die vorgenannten Abmessungen der Fluidleitungen 23 den Vorteil, dass die Fluidleitungen einerseits stabil genug sind, um die Stützpfeiler 55 zu bilden und andererseits biegsam genug sind, um in die in 2 dargestellte gekrümmte Form gebracht zu werden. Hierzu werden die Fluidleitungen 23 vorzugsweise als gerade Leitungen in die Öffnungen 19 eingesetzt, deren der jeweiligen Öffnung 19 gegenüberliegenden Enden entsprechend der für die jeweilige Fluidleitung 23 vorgesehenen Krümmungsrichtung abgeschrägt sind. Dabei werden die Fluidleitungen 23 durch die Bohrungen in das Leitungssegment eingeführt, wobei deren freien Enden beim Erreichen der den Bohrungen gegenüberliegenden Wand des Leitungssegments aufgrund der Orientierung ihrer Abschrägung entsprechend ihrer Funktion als Zufuhrleitung bzw. als Abfuhrleitung in Richtung des Eingangs- bzw. des Ausgangsbereichs 71, 73 umgelenkt werden. Anschließend werden die Fluidleitungen 23 in den Bohrungen in einer der Höhe der Stützpfeiler 55 entsprechenden Position in den Bohrungen befestigt. Abschließend werden die freien Enden der Fluidleitungen 23 vorzugsweise in die jeweilige Halterung 81 eingesetzt und dort fixiert.
Bei Messeinrichtungen, wie z.B. der in 8 dargestellten Messeinrichtung, die neben den durch Abschnitte der Fluidleitungen 21, 23 gebildeten Stützpfeilern 55 mindestens einen weiteren Stützpfeiler 57 aufweisen, ist im Träger 65, 67 vorzugsweise für jeden weiteren Stützpfeiler 57 jeweils eine Sacklochbohrung vorgesehen, in die das dem in die Sacklochbohrung 59 bzw. 61 im MEMS-Sensor 13 eingesetzten Ende gegenüberliegende Ende des jeweiligen weiteren Stützpfeilers 57 eingesetzt wird.
Vorzugsweise trägt der Trägerbereich des Trägers 65, 67 nicht nur den MEMS-Sensor 1, 7, 13 sondern vorzugsweise auch weitere zur Ausführung der Messungen erforderliche Komponenten der Messeinrichtung, wie z.B. die an die Anschlüsse des MEMS-Sensors 1, 7 angeschlossene Elektronik 41, Komponenten der Erregereinrichtung und/oder Komponenten der Messeinrichtung. Als Beispiel hierzu ist auf den Trägern 65, 67 der in den 1 und 2 dargestellten Messeinrichtungen jeweils die hier über Drahtbonds an die Anschlüsse des MEMS-Sensors 1, 7, 13 angeschlossene Elektronik 41 und die Vorrichtung 49 zur Erzeugung des Magnetfelds montiert. Dabei können die ober- und unterhalb der Kanalabschnitte 5, 11 angeordneten Pole N, S z.B. als Fortsätze oder Endstücke einer im Wesentlichen hufeisenförmigen, in 1 in einer eingekreisten Zusatzabbildung gezeigten, das Magnetfeld erzeugenden Einrichtung ausgebildet sein, die von der Seite her über den MEMS-Sensor 1, 7 geschoben und auf dem Träger 65, 67 befestigt, z.B. aufgeklebt, werden kann.
Alternativ können auch andere Erregereinrichtungen und Messeinrichtungen eingesetzt werden. So kann beispielsweise in Verbindung mit dem in 7 und 8 dargestellten MEMS-Sensor 13 eine mindestens einen Erregerkondensator umfassende Erregereinrichtung und eine mindestens einen Messkondensator umfassende Messeinrichtung eingesetzt werden. Dabei weisen die Erregerkondensatoren und die Messkondensatoren jeweils eine auf einer Oberfläche des Kanalabschnitts 17 angeordnete Elektrode und eine unbewegliche, vorzugsweise auf dem Träger 65 der Messeinrichtung montierte Gegenelektrode auf. So können beispielsweise mittels eines in dem die Schenkel verbindenden Bereichs des Kanalabschnitts 17 angeordneten Erregerkondensators Torsionsschwingungen angeregt werden, und die resultierende Schwingung mittels mindestens eines im Bereich eines der beiden Schenkel angeordneten Messkondensators erfasst werden. Dabei sind die Gegenelektroden vorzugsweise auf einem in 8 nur schematisch dargestellten, auf dem Träger 65 montierten Modul 81 angeordnet und mit einer auch hier vorzugsweise auf dem Träger 65 der Messeinrichtung angeordneten Elektronik 83 verbunden. Die Elektroden sind vorzugsweise auf einer Isolationsschicht auf den entsprechenden, dem Modul 81 gegenüberliegenden Oberflächen des Kanalabschnitts 17 angeordnet und über auf einer Isolationsschicht auf dem MEMS-Sensor 13 aufgebrachte Leitungen mit der Elektronik 83 verbunden.
Optional kann auf dem Träger 65, 67 zusätzlich ein Gehäuse 85 montiert sein, das den MEMS-Sensor 1, 7, 13, sowie vorzugsweise auch weitere auf dem Träger 65, 67 montierte Komponenten der Messeinrichtung umgibt. Optional kann das Gehäuse 85, z.B. zur Reduktion der Dämpfung der Schwingungen der Kanalabschnitte 5, 11, 17, als evakuiertes Gehäuse 85 ausgebildet sein.
Im Vergleich zu den eingangs genannten aus dem Stand der Technik bekannten Messeinrichtungen, bei denen der MEMS-Sensor eine auf einem Substrat montierte, den Kanal bzw. die Kanäle tragende Basis umfasst, die dann über eine in der Regel flächige Verbindung auf einen Träger montiert wird, weisen erfindungsgemäße Messeinrichtungen eine geringere Anzahl an Bauteilen auf. Hierdurch verringert sich der mit der Herstellung und der Verbindung der Bauteile verbundene Fertigungsaufwand. Darüber hinaus bewirken die freistehenden Abschnitte der Stützpfeiler 55, sowie der ggfs. vorgesehenen weiteren Stützpfeiler 57 eine Reduktion von aufgrund der erforderlichen Montage des MEMS-Sensors 1, 7, 13 auf den MEMS-Sensor 1, 7, 13, insb. dessen zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte 5, 11, 17, übertragbaren mechanischen und thermomechanischen Spannungen.
Bezugszeichenliste

1: MEMS-Sensor
3: Kanal
5: Kanalabschnitt
7: MEMS-Sensor
9: Kanal
11: Kanalabschnitt
13: MEMS-Sensor
15: Kanal
17: Kanalabschnitt
19: Öffnung
21: Fluidleitung
23: Fluidleitung
25: Unterteil
27: Oberteil
29: Ausnehmung
31: Ausnehmung
33: Aussparung
35: Aussparung
37: Aussparung
39: Rahmen
41: Elektronik
43: Antriebsleitung
45: erster Rand des Rahmens
47: zweiter Rand des Rahmens
49: Vorrichtung zur Erzeugung eines Magnetfelds
51: Messleitung
53: Isolationsschicht
55: Stützpfeiler
57: Stützpfeiler
59: Sacklochbohrung
61: Sacklochbohrung
63: Träger
65: Träger
67: Prozessanschluss
69: Prozessanschluss
71: Eingangsbereich
73: Ausgangsbereich
75: Trennwand
77: Durchlass
79: Halterung
81: Modul
83: Elektronik
85: Gehäuse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6477901 B1 [0008, 0010]
US 2010/0037706 A1 [0010]
DE 102014108351 A1 [0010, 0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Journal of the Electrochemical Societey, 152 (52) C675–C685, im Jahr 2005 unter dem Titel 'Inductively Coupled Plasma Echting of Bulk Titanium for MEMS Applications, erschienenen Veröffentlichung von E. R. Parker, B. J. Thibeault, M: F. Aimi, M. P. Rao und N. C. MacDonald [0049]

Claims

Messeinrichtung zur Messung mindestens einer Messgröße, insb. einer Dichte, eines Durchflusses und/oder einer Viskosität, eines strömenden Fluids, mit – einem MEMS-Sensor (1, 7, 13), der mindestens einen im Messbetrieb vom Fluid durchströmten mikrofluidischen Kanal (3, 9, 15) umfasst, der mindestens einen mittels einer Erregereinrichtung zu Schwingungen einer vorgegebenen Nutzschwingungsmode anregbaren Kanalabschnitt (5, 11, 17) umfasst, und – einer Messvorrichtung, die derart ausgebildet ist, dass sie eine von der jeweiligen Messgröße abhängige Eigenschaft der resultierenden Schwingungen mindestens eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten, zu Schwingungen angeregten Kanalabschnitts (5, 11, 17) bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der mikrofluidische Kanal (3, 9, 15) ein Kanal ist, dessen Kanalwände aus Titan bestehen und der einlassseitig und auslassseitig jeweils eine Öffnung (19) aufweist, in die ein Ende einer Fluidleitung (21, 23) aus Titan, insb. eines Titan-Röhrchens, eingesetzt, insb. eingeschweißt, ist.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fluidleitungen (21, 23) jeweils einen an das in die Öffnung (19) eingesetzte Ende der jeweiligen Fluidleitung (21, 23) anschließenden freistehenden Abschnitt umfassen, – der MEMS-Sensor (1, 7, 13) von mindestens zwei, insb. von zwei, drei oder vier, freistehenden Stützpfeilern (55, 57) aus Titan getragen wird, und – die freistehenden Abschnitte der Fluidleitungen (21, 23) jeweils einen dieser Stützpfeiler (55) bilden.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben den durch die freistehenden Abschnitte der Fluidleitungen (21, 23) gebildeten Stützpfeilern (55) mindestens ein weiterer den MEMS-Sensor (13) tragender Stützpfeiler (57), insb. ein Titan-Röhrchen oder eine Titan-Säule, insb. ein in eine im MEMS-Sensor (13), insb. in einem den oder die zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte (17) tragenden Rahmen (39), vorgesehene Sacklochbohrung (59, 61) eingesetzter, insb. eingeschweißter, weiterer Stützpfeiler (57), vorgesehen ist.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der MEMS-Sensor (1, 7, 13) – ein aus einem ersten Titan-Wafer erzeugtes Unterteil (25) umfasst, in dem für jeden mikrofluidischen Kanal (3, 9, 15) jeweils eine zu einer Oberseite des ersten Wafers hin offene Ausnehmung (29, 31) vorgesehen ist, deren Formgebung gleich einer Formgebung eines im Messbetrieb durchströmten Innenraums des jeweiligen Kanals (3, 9, 15) ist, – ein aus einem zweiten Titan-Wafer erzeugtes, mit dem Unterteil (25) verbundenes Oberteil (27) umfasst, das die durch die Ausnehmungen (29, 31) im Unterteil (25) gebildeten Innenräume der Kanäle (3, 9, 15) nach außen abschließt, – für jeden zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt (5, 11, 17) jeweils zu beiden Seiten des jeweiligen Kanalabschnitts (5, 11, 17) angeordnete, den jeweiligen Kanalabschnitt (5, 11, 17) beidseitig frei legende durch das Unterteil (25) und das Oberteil (27) hindurch verlaufende Aussparungen (33, 35, 39) umfasst, und – auf den in die Öffnungen (19) eingesetzten Fluidleitungen (21, 23) montiert ist.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der MEMS-Sensor (1, 7, 13) einen äußeren Rahmen (39) umfasst, der die frei liegenden Kanalabschnitte (5, 11, 17) trägt, – jeder Kanal (3, 9, 15) jeweils ein einlassseitiges und ein auslassseitiges im Rahmen (39) befindliches Kanalende umfasst, und – die Öffnungen (19) im Rahmen (39) angeordnete, jeweils an einen Innenraum eines der Kanalenden angrenzende Aussparungen im Rahmen (39) sind.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (39) zumindest in dessen die Öffnungen (19) umfassenden Bereichen eine Rahmenbreite aufweist, die größer gleich der Breite des oder der zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte (5, 11, 17) ist, und/oder eine Rahmenhöhe aufweist, die größer gleich der Höhe des oder der zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitte (5, 11, 17) ist.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fluidleitungen (21, 23) einen Durchmesser von größer gleich 600 µm, insb. von 700 µm bis 800 µm, aufweisen und/oder eine Leitungswandstärke von größer gleich 20 µm, insb. von 25 bis 100 µm aufweisen, und/oder – die Kanalabschnitte (5, 11, 17) eine Breite B von mindestens einem, insb. von mehreren 100 µm, eine Höhe H von mindestens einem, insb. von mehreren 100 µm, und/oder eine Wandstärke im Bereich von 40 µm bis 60 µm aufweisen.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Messeinrichtung einen den MEMS-Sensor (1, 7, 13), insb. den MEMS-Sensor 1, 7, 13) und mindestens eine weitere Komponente, insb. eine Elektronik (41), eine Komponente der Erregereinrichtung und/oder eine Komponente der Messvorrichtung, insb. eine Vorrichtung (49) zur Erzeugung eines Magnetfelds oder ein Gegenelektroden umfassendes Modul (81), tragenden Träger (63, 65) umfasst, insb. einen Träger (65, 67), auf dem der MEMS-Sensor (1, 7, 13) auf freistehende Abschnitte der Fluidleitungen (21, 23) umfassenden Stützpfeilern (55, 57) montiert ist, – der Träger (63, 65) einen Trägerbereich umfasst, in dem für jede Fluidleitung (21, 23) jeweils eine durch den Trägerbereich hindurch führende Bohrung vorgesehen ist, und – die Fluidleitungen (21, 23) jeweils in der zugehörigen Bohrung enden oder durch die zugehörige Bohrung hindurch verlaufen.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Träger (63) eine Platte umfasst, – die Fluidleitungen (21) durch die Bohrungen hindurch auf eine vom MEMS-Sensor (1) abgewandte Seite der Platte verlaufen, wo sie insb. über an deren Enden vorgesehene Prozessanschlüsse (67), insb. Steckverbinder, an eine Prozessleitung anschließbar sind.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – der Träger (65) als Bestandteil eines Leitungssegments, insb. eines einlass- und auslassseitig jeweils mit einem Prozessanschluss (69), insb. einem Flansch, ausgestatteten Leitungssegments, insb. eines in eine Prozessleitung einsetzbaren Leitungssegments, ausgebildet ist, – jede als Zufuhrleitung zum MEMS-Sensor (1, 7, 13) hin dienende Fluidleitungen (23) durch die zugehörige Bohrung im Träger (65) hindurch bis in einen einlassseitigen Eingangsbereich (71) des Leitungssegments verläuft, und – jede als Abfuhrleitungen dienende Fluidleitung (23) durch die zugehörige Bohrung im Träger (65) hindurch bis in einen auslassseitigen Ausgangsbereich (73), insb. einen durch eine im Leitungssegments vorgesehene Trennwand (75) vom Eingangsbereich (71) getrennten oder einen über einen Durchlass (77) mit dem Eingangsbereich (71) verbundenen Ausgangsbereich (73), verläuft.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Träger (65, 67) ein den MEMS-Sensor (1, 7, 13), insb. den MEMS-Sensor (1, 7, 13) und mindestens eine weitere auf dem Träger (65, 67) montierte Komponente, insb. eine Elektronik (41), eine Komponente der Erregereinrichtung und/oder eine Komponente der Messvorrichtung, umgebendes Gehäuse (85), insb. ein evakuiertes Gehäuse (85), montiert ist.
Messeinrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der MEMS-Sensor (1) zwei parallele, jeweils einen zu Lateralschwingungen anregbaren Kanalabschnitt (5) umfassende, gerade Kanäle (3), umfasst, – der MEMS-Sensor (7) einen Kanal (9) mit im Wesentlichen u- förmigen Verlauf umfasst, dessen beiden parallelen Schenkel, jeweils einen zu Lateralschwingungen anregbaren Kanalabschnitt (11) umfassen, oder – der MEMS-Sensor (13) einen Kanal (15) mit im Wesentlichen u- oder -förmigem Verlauf umfasst, der einen zu Torsionsschwingungen anregbaren u- oder -förmigen Kanalabschnitt (17) umfasst.
Verfahren zur Herstellung einer Messeinrichtung gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Titan-Wafer für jeden mikrofluidischen Kanal (3, 9, 15) jeweils eine zu einer Oberseite des ersten Wafers hin offene Ausnehmung (29, 31) erzeugt wird, insb. mittels eines anisotropen Ätzverfahrens erzeugt wird, deren Formgebung gleich einer Formgebung eines im Messbetrieb vom Fluid durchströmten Innenraums des jeweiligen Kanals (3, 9, 15) ist, – ein zweiter Titan-Wafer derart mit dem ersten Wafer verbunden wird, insb. mittels eines Thermokompressions-Bondverfahrens, insb. eines unter Aufbringung einer Goldschicht auf die zu verbindenden Fügeflächen ausgeführten Thermokompressions-Bondverfahrens, verbunden wird, dass der zweite Wafer die Ausnehmungen (29, 31) im ersten Wafer nach außen abschließt, – für jeden zu Schwingungen anregbaren Kanalabschnitt (5, 11, 17) zu beiden Seiten des jeweiligen Kanalabschnitts (5, 11, 17) angeordnete, den jeweiligen Kanalabschnitt (5, 11, 17) beidseitig frei legende, durch die beiden miteinander verbundenen Wafer hindurch verlaufende Aussparungen (33, 35, 39) erzeugt werden, – im ersten Wafer die für die Aufnahme der Fluidleitungen (21, 23) vorzusehenden Öffnungen (19) erzeugt werden, insb. durch Bohren oder durch Fräsen und/oder mittels eines Ätzverfahren erzeugt werden, und – die Fluidleitungen (21, 23) in die Öffnungen (21, 23) eingesetzt, insb. mittels Laserschweißen eingeschweißt, werden.
Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fluidleitungen (21, 23) in durch einen Träger (65, 67) hindurch führende Bohrungen eingesetzt, insb. eingeklebt oder eingeschweißt werden, – wobei die Fluidleitungen (21, 23) insb. derart in die Bohrungen eingesetzt werden, dass sie einen frei stehenden, einen den MEMS-Sensor (1, 7, 13) tragenden Stützpfeiler (55) bildenden Abschnitt umfassen.
Verfahren gemäß Anspruch 14 zur Herstellung einer Messeinrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Fluidleitungen (23) als gerade Leitungen in die Öffnungen (19) eingesetzt werden, deren der jeweiligen Öffnung (19) gegenüberliegenden Enden entsprechend einer für die jeweilige Fluidleitung (23) vorgesehenen Krümmungsrichtung abgeschrägt sind, und – die Fluidleitungen (23) durch die Bohrungen in das Leitungssegment eingeführt werden, wobei deren freien Enden beim Erreichen der den Bohrungen gegenüberliegenden Wand des Leitungssegments entsprechend der Orientierung ihrer Abschrägung entsprechend ihrer Funktion als Zufuhrleitung oder als Abfuhrleitung in Richtung des Eingangs- bzw. des Ausgangsbereichs (71, 73) umgelenkt werden, wobei deren Enden insb. in eine Halterung (81) eingesetzt werden.