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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Feuchtemessvorrichtung und betrifft zum Beispiel eine Feuchtemessvorrichtung, die an verschiedene Arten von zu messenden Einrichtungen angeschlossen ist und die Feuchte eines in der Einrichtung strömenden Gases misst.
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Stand der Technik
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Die Feuchtemessvorrichtung wird beispielsweise in einem Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors montiert und soll die Feuchte der durch den Ansaugkanal strömenden Ansaugluft messen. Ein Messergebnis der Feuchtemessvorrichtung dient zum Steuern der Kraftstoffeinspritzmenge und zum Optimieren des Betriebszustands des Verbrennungsmotors.
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Die oben beschriebene Feuchtemessvorrichtung zum Messen einer Umgebung im Inneren des Ansaugkanals des Verbrennungsmotors muss eine Gasmenge (Ansaugung) in Echtzeit messen. Aus diesem Grund ist bei einer solchen Feuchtemessvorrichtung eine schnelle Rückmeldung erwünscht, und um die schnelle Rückmeldung zu realisieren, ist es wünschenswert, ein in der Feuchtemessvorrichtung vorgesehenes Feuchteerfassungselement (Feuchtesensor) anzuordnen, das im Ansaugkanal freiliegt. Wenn das Feuchteerfassungselement jedoch im Ansaugkanal angeordnet ist und im Ansaugkanal freiliegt, kann das Feuchteerfassungselement durch eine turbulente Strömung aufgrund einer Ansaugpulsation, die durch einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb des Verbrennungsmotors verursacht wird, beeinflusst werden, was die Messung des Gases (Ansaugung) beeinträchtigen kann.
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Als herkömmliche Technik einer solchen Feuchtemessvorrichtung wurde beispielsweise eine in der Patentliteratur 1 beschriebene Technik vorgeschlagen. Bei einer in der Patentliteratur 1 beschriebenen Feuchtemessvorrichtung ist ein Kanal vorgesehen, der von einer stromaufwärtigen Seite zu einer stromabwärtigen Seite der Ansaugluft im Inneren der Vorrichtung eine Verbindung herstellt, und es ist ein Feuchteerfassungselement zum Erfassen der Feuchte eines durch den Kanal strömenden Gases in einem linearen Teil des Kanals so angeordnet, dass es freiliegt.
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Inzwischen sind als Feuchteerfassungselement, das in der oben beschriebenen Feuchtemessvorrichtung verwendet wird, hauptsächlich ein kapazitiver Typ (z.B. siehe Patentliteratur 1) und ein thermischer Typ (siehe zum Beispiel Patentliteratur 2) bekannt.
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Ein kapazitives Feuchteerfassungselement (kapazitiver Feuchtesensor) erfasst eine Kapazitätsänderung aufgrund einer Änderung der Feuchtigkeitskonzentration eines feuchteempfindlichen Films und hat im Allgemeinen Vorteile dahingehend, dass er beispielsweise durch Druck und die Durchflussrate nicht leicht beeinflusst wird; allerdings weist er andererseits Eigenschaften, wie eine geringe Fleckenbeständigkeit und eine geringe Ansprechbarkeit auf.
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Obwohl ein thermisches Feuchteerfassungselement (thermischer Feuchtesensor) eine Gaskonzentration aus einer Wärmestrahlungsmenge eines im Feuchteerfassungselement vorgesehenen Heizelements erfasst und im Allgemeinen Vorteile, wie beispielsweise eine gute Fleckenbeständigkeit und eine gute Ansprechbarkeit (hohe Fleckenbeständigkeit und schnelle Rückmeldung) aufweist, besitzt es Eigenschaften dahingehend, dass es leicht durch Druck und Durchflussrate beeinflusst wird. Wenn daher ein thermisches Feuchteerfassungselement verwendet wird, wird zusätzlich ein Drucksensor (Druckerfassungselement) vorgesehen und wird die Feuchte eines Gases unter Korrektur der Konzentration des vom Feuchteerfassungselement erfassten Gases über den Druck des vom Drucksensor erfassten Gases gemessen.
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Literaturstellenliste
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Patentliteratur
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- Patentliteratur 1: JP 2014-010026 A
- Patentliteratur 2: JP 2016-011889 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Bei der oben in der Patentliteratur 1 beschriebenen Feuchtemessvorrichtung ist es möglich, die Feuchte eines Gases (Ansaugluft) in einem Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors bis zu einem gewissen Grad genau zu messen, indem ein kapazitives Feuchteerfassungselement auf einem linearen Abschnitt eines in der Vorrichtung vorgesehenen Kanals angeordnet wird, selbst in einer Umgebung mit Ansaugpulsation, die durch einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb oder dergleichen des Verbrennungsmotors verursacht wird.
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Bei der Messung der Feuchte eines Gases (Ansaugluft), das durch einen Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors strömt, mit einer Feuchtemessvorrichtung unter Verwendung eines thermischen Feuchteerfassungselements wird ein Feuchteerfassungselement, wenn es so angeordnet ist, dass es auf einem linearen Abschnitt des Kanals, wie in der Patentliteratur 1 beschrieben, freiliegt, stark durch Turbulenzen (Schwankungen in einer Durchflussrate) aufgrund einer Ansaugpulsation beeinflusst, da ein Luftstrom in der Nähe des Feuchteerfassungselements stark ist, wodurch es schwierig wird, trotz einer schnellen Rückmeldung die Feuchte mit hoher Genauigkeit zu messen.
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Die vorliegende Erfindung erfolgte im Hinblick auf die obigen Probleme, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Feuchtemessvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Feuchte eines Gases mit hoher Genauigkeit selbst in einer Umgebung mit Ansaugpulsation zu messen, die zum Beispiel durch einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb oder dergleichen eines Verbrennungsmotors verursacht wird, indem die Feuchte eines Gases mit einer Feuchtemessvorrichtung unter Verwendung eines thermischen Feuchteerfassungselements gemessen wird.
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Lösung des Problems
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Um das oben genannte Problem zu lösen, umfasst eine Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung: einen Druckeinleitungskanal, der aus einer linearen Bohrung mit einem Druckeinleitungsdurchlass besteht, der so konfiguriert ist, dass er durch einen Hauptkanal strömendes Gas aufnimmt; eine Aufbewahrungskammer, die mit dem Druckeinleitungskanal verbunden ist und auf einer der Hauptkanalseite des Druckeinleitungskanals gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist; und ein Feuchteerfassungselement, das so konfiguriert ist, dass es aus einer Wärmestrahlungsmenge eines Heizelements die Feuchte eines Gases, das in den Druckeinleitungskanal eingeführt wird, erfasst, sowie ein Druckerfassungselement, das so konfiguriert ist, dass es einen Druck des Gases erfasst, die in der Aufbewahrungskammer angeordnet sind. Die Feuchtemessvorrichtung soll die Feuchte des Gases unter Korrektur einer Feuchte des Gases mit einem Druck des Gases messen und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Feuchteerfassungselement in einem Raum aus einer Verlängerungslinie des Druckeinleitungskanals versetzt in der Aufbewahrungskammer oder einem Raum angeordnet ist, der auf der Seite gegenüber der Hauptkanalseite eines auf einer Verlängerungslinie des Druckeinleitungskanals in der Aufbewahrungskammer vorgesehenen Elements gebildet ist, so dass das vom Druckeinleitungsdurchlass in den Druckeinleitungskanal eingeleitete Gas mindestens einmal vor Erreichen des Feuchteerfassungselements mit einer Krümmung bzw. nicht gerade strömt.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Feuchte eines Gases mit hoher Genauigkeit zu messen, während die Durchflussrate selbst in einer Umgebung, bei der eine Pulsation des zu messenden Gases erfolgt, unterdrückt wird.
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Die Probleme, Konfigurationen und Auswirkungen, bei denen es sich nicht um die oben beschriebenen handelt, werden nachstehend durch die Beschreibung der Ausführungsform verdeutlicht.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Querschnitts-Konfigurationsansicht, die eine Gesamtkonfiguration einer ersten Ausführungsform einer Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
- 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines in 1 veranschaulichten Feuchteerfassungselements.
- 3 ist eine vergrößerte Draufsicht auf das in 1 veranschaulichte Feuchteerfassungselement.
- 4 ist eine Querschnitts-Konfigurationsansicht, die eine Umgebung eines Feuchteerfassungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform einer Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei 4(A) ein Beispiel, 4(B) ein weiteres Beispiel und 4(C) noch ein weiteres Beispiel ist.
- 5 ist eine Querschnitts-Konfigurationsansicht, die eine Umgebung eines Feuchteerfassungselements gemäß einer dritten Ausführungsform einer Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, wobei 5(A) ein Beispiel und 5(B) ein weiteres Beispiel ist.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Erste Ausführungsform
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Eine erste Ausführungsform einer Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
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1 ist eine Querschnitts-Konfigurationsansicht, die die erste Ausführungsform der Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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Eine Feuchtemessvorrichtung 1 der veranschaulichten Ausführungsform ist zum Beispiel an einem Ansaugkanal eines Verbrennungsmotors angebracht, um die Feuchte einer durch den Ansaugkanal strömenden Luft (Ansaugluft) zu messen, und besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse 11 aus Kunststoff, einer Leiterplatte 16 und einer Abdeckung 13.
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Das Gehäuse 11 hat ein hohlzylindrisches Anschlussteil 11A zum Einbau in eine zu messende Einrichtung (zum Beispiel einen Ansaugkanal) und einen Grundkörper 11B mit der Leiterplatte 16 und dergleichen. Zur Aufnahme von Gas, das durch einen Hauptkanal der zu messenden Einrichtung strömt, ist das Anschlussteil 11A mit einem Druckeinleitungskanal 10 versehen, der aus einer linearen Bohrung mit einem Druckeinleitungsdurchlass 10a besteht, der sich zur einen Stirnseite (einer Unterseite, der Hauptkanalseite, auf der das zu messende Gas strömt) in einer Richtung der Achse L öffnet. Weiterhin ist der Grundkörper 11B mit einer Aufbewahrungsbohrung 19 versehen, die breiter als der Druckeinleitungskanal 10 ist und aus einer konkaven Bohrung mit einer Öffnung an einem oberen Ende (einem der Hauptkanalseite gegenüberliegenden Ende) besteht, so dass die Aufbewahrungsbohrung 19 mit einer anderen Stirnseite in Richtung der Achse L des Druckeinleitungskanals 10 (einer Oberseite, der Seite gegenüber der Hauptkanalseite) verbunden ist. Die Aufbewahrungsbohrung 19 ist mit einer Stufe so ausgebildet, dass sie sich bei Annäherung an die Oberseite (die der Hauptdkanalseite gegenüberliegende Seite) stufenweise ausbreitet. An einem abgestuften Abschnitt (Fläche) 19a, der an einer Innenwand (Innenumfangswand) der Aufbewahrungsbohrung 19 ausgebildet ist, wird die Leiterplatte 16, die aus einem flachen Plattenelement besteht, durch Kleben oder dergleichen befestigt, und die flachplattenförmige Abdeckung 13 wird so angebracht, dass sie eine obere Endöffnung der Aufbewahrungsbohrung 19 (d.h. eine obere Endöffnung des Grundkörpers 11A des Gehäuses 11) verschließt. Die Leiterplatte 16 ist in der Aufbewahrungsbohrung 19 so angeordnet, dass (eine untere Fläche (Montagefläche) der) die Leiterplatte 16 senkrecht zur Achse L des Druckeinleitungskanals 10 verläuft. Diese Leiterplatte 16 unterteilt die Aufbewahrungsbohrung 19 in einen unteren Bereich, der dem zu messenden Gas (Ansaugung) ausgesetzt ist, und einen oberen Bereich, der dem Gas nicht ausgesetzt ist, und der untere Bereich ist eine Aufbewahrungskammer 20, die mit einem Feuchteerfassungselement 17 und einem später zu beschreibenden Druckerfassungselement 18 angeordnet ist.
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Weiterhin ist im Grundkörper 11B des Gehäuses 11 ein Stecker 12 zur elektrischen Verbindung nach außen integriert vorgesehen, und die Leiterplatte 16 und der Stecker 12 sind über einen im oberen Bereich der Aufbewahrungsbohrung 19 vorgesehenen Metalldraht 15 elektrisch verbunden.
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An einem Außenumfang des Anschlussteils 11A des Gehäuses 11 (insbesondere in einer am Außenumfang des Anschlussteils 11A vorgesehenen Ringnut) ist ein O-Ring 14 angebracht, um die Luftdichtigkeit sicherzustellen.
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Auf einer unteren Fläche der Leiterplatte 16 (Montagefläche auf der Seite der Aufbewahrungskammer 20) sind das Feuchteerfassungselement (Feuchtesensor) 17, das so konfiguriert ist, dass es eine Feuchte des Gases (Ansaugung) misst, das über den Druckeinleitungsdurchlass 10a in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitet wird und durch den Druckeinleitungskanal 10 geführt wird, und das Druckerfassungselement (Drucksensor) 18, das so konfiguriert ist, dass es einen Druck des Gases misst, nebeneinander angeordnet. Die Leiterplatte 16, das Feuchteerfassungselement 17 und das Druckerfassungselement 18 sind elektrisch miteinander verbunden.
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Die 2 und 3 sind eine vergrößerte Querschnittsansicht und eine vergrößerte Draufsicht, die das in 1 veranschaulichte Feuchteerfassungselement 17 zeigt.
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Das Feuchteerfassungselement 17 weist ein Siliziumsubstrat 27 auf, das aus einem einkristallinen Silizium gebildet ist. Das Siliziumsubstrat 27 wird mit einem Hohlraum 28 gebildet und auf dem Hohlraum 28 wird eine Hauptheizeinrichtung 21 als erstes Heizelement und eine Nebenheizeinrichtung 22 als zweites Heizelement platziert. Zur Unterstützung dieser Heizelemente (der Hauptheizeinrichtung 21 und der Nebenheizeinrichtung 22) wird außerdem ein Dünnschichtträger 23 so ausgebildet, dass er sich auf dem Hohlraumabschnitt 28 des Siliziumsubstrats 27 befindet.
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Dabei wird der Dünnschichtträger 23 aus den Isolationsschichten 24 und 25 gebildet, die auf eine obere Fläche des Siliziumsubstrats 27 auflaminiert sind, und die Hauptheizeinrichtung 21 und die Nebenheizeinrichtung 22 werden zwischen den Isolationsschichten 24 und 25 angeordnet und abgestützt. Die Nebenheizeinrichtung 22 ist so angeordnet, dass sie den Randbereich der Hauptheizeinrichtung 21 umgibt.
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Die Hauptheizeinrichtung 21 leitet Wärme durch Wärmeübertragung an die umströmende Luft ab. Da sich die Wärmeleitfähigkeit der Luft in Abhängigkeit von der Luftfeuchtigkeit ändert, was zu einer Änderung der Wärmestrahlungsmenge führt, kann das Messen eines Spannungswerts oder eines Stromwerts auf der Grundlage der Wärmestrahlungsmenge der Hauptheizeinrichtung 21 ein Signal liefern, das der zu erhaltenden Feuchte entspricht. Die Funktion der Anordnung der Nebenheizeinrichtung 22 um die Hauptheizeinrichtung 21 herum dient dazu, die Umgebungstemperatur der Hauptheizeinrichtung 21 auf der Temperatur der Nebenheizeinrichtung 22 zu halten, wodurch die Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur kompensiert werden kann.
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Die Hauptheizeinrichtung 21 und die Nebenheizeinrichtung 22 erstrecken sich jeweils entlang einer Ebene des Dünnschichtträgers 23 (eine Oberfläche der Isolationsschicht 25), bestehen aus einem feinbreiten Widerstand mit einer Mehrzahl von gefalteten Abschnitten und sind mit Elektroden 26a, 26b, 26c und 26d zum Anschluss an eine Treiberschaltung (nicht gezeigt) versehen.
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Als Material zum Bilden der Hauptheizeinrichtung 21 und der Nebenheizeinrichtung 22 wird ein hochtemperaturbeständiges Material (Material mit einem hohen Schmelzpunkt), zum Beispiel Platin (Pt), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Silizium (Si) oder ähnliches, gewählt. Als Material zum Bilden der Isolationsschichten 24 und 25 werden beispielsweise Siliziumoxid (SiO2) und Siliziumnitrid (Si3N4) einlagig oder laminiert gewählt. Darüber hinaus kann als Material zum Bilden der Isolationsschichten 24 und 25 auch ein Harzmaterial, wie beispielsweise ein Polyimid, Keramik, Glas oder dergleichen, in einer einzelnen Schicht oder laminiert gewählt werden. Weiterhin wird als Material zum Bilden der Elektroden 26a, 26b, 26c und 26d zum Beispiel Aluminium (AI), Gold (Au) oder ähnliches gewählt.
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Dieses Feuchteerfassungselement 17 wird zum Beispiel mit Hilfe einer Halbleiter-Mikrofabrikationstechnik unter Verwendung von Fotolithografie oder einer anisotropen Ätztechnik hergestellt. Weiterhin kann der Hohlraum 28 durch anisotropes Ätzen des Siliziumsubstrats 27 gebildet werden.
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Die obere Fläche der Leiterplatte 16 ist mit einem Verstärker (nicht gezeigt), der so konfiguriert ist, dass er jedes vom Feuchteerfassungselement 17 ausgegebene Erfassungssignal verstärkt, einem A/D-Wandler, der so konfiguriert ist, dass er ein analoges Ausgangssignal des Verstärkers in ein digitales Signal umwandelt, einer arithmetischen Verarbeitungsschaltung für digitale Signale, die so konfiguriert ist, dass sie eine Korrekturberechnung auf der Grundlage des digitalen Signals durchführt, einer integrierten Schaltung, die mit einem Speicher oder dergleichen ausgestattet ist und verschiedene Arten von Daten speichert, einem Kondensator und dergleichen ausgestattet. Wie oben beschrieben, gibt das Feuchteerfassungselement 17 eine Wärmestrahlungsmenge der Hauptheizeinrichtung 21 als elektrisches Signal aus. Ändert sich also der Druck um das Feuchteerfassungselement 17 herum, ändert sich auch der Ausgang des Feuchteerfassungselements 17. Deshalb wird in der integrierten Schaltung die Feuchte über den Ausgang des Druckerfassungselements 18 mit einem Druck korrigiert. Insbesondere wird eine Gasfeuchte gemessen, indem eine Gaskonzentration (Feuchte), die aus der Wärmestrahlungsmenge der Hauptheizeinrichtung 21 durch das Feuchteerfassungselement 17 erfasst wird, mit einem Druck des vom Druckerfassungselement 18 erfassten Gases korrigiert wird. Es ist zu beachten, dass dadurch, dass die Leiterplatte 16 als Mehrschichtsubstrat ausgebildet wird, diese Komponenten auch auf beiden Seiten eines solchen Substrats montiert werden können.
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Dabei ist in der vorliegenden Ausführungsform, wie mit Bezug auf 1 gut zu verstehen ist, das zum Erfassen der Feuchte eines Gases konfigurierte Feuchteerfassungselement 17 auf der unteren Fläche (Montagefläche) der Leiterplatte 16 so angebracht, dass es sich an einer von der Achse L des Druckeinleitungskanals 10 entfernten Stelle befindet, genauer gesagt so, dass es sich in einem Raum 20a befindet, der von einer Verlängerungslinie (M-Bereich in der Figur) des Druckeinleitungskanals 10 in der Aufbewahrungskammer 20, die auf einer Tiefenseite (der Seite gegenüber der Hauptdurchgangsseite) des Druckeinleitungskanals 10 gebildet ist, versetzt ist. Insbesondere ist das Feuchteerfassungselement 17 auf der unteren Fläche der Leiterplatte 16 so angebracht, dass es in dem Raum 20a angeordnet ist, der ein relativ kleines Volumen aufweist, das an eine Unterseite des abgestuften Abschnitts 19a angrenzt, der (dem Grundkörper 11B des) dem Gehäuse 11 zugeordnet ist. Das bedeutet, dass das Feuchteerfassungselement 17 an einer Stelle (Raum 20a) angeordnet ist, die von der Seite des Druckeinleitungskanals 10 (in Richtung der Achse L) des Gehäuses 11 aus gesehen unsichtbar ist.
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Zusätzlich wird hier das zum Messen eines Gasdrucks konfigurierte Druckerfassungselement 18 auf der unteren Fläche (Montagefläche) der Leiterplatte 16 so montiert, dass es sich auf der Achse L des Druckeinleitungskanals 10 befindet. Das bedeutet, dass das Druckerfassungselement 18 an einer Stelle angeordnet ist, die von der Seite des Druckeinleitungskanals 10 (in Richtung der Achse L) des Gehäuses 11 aus gesehen sichtbar ist.
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Obwohl die Einbaulage des Druckerfassungselements 18 nicht auf das veranschaulichte Beispiel beschränkt ist, ist es bevorzugt, das Druckerfassungselement 18 in der Nähe des Feuchteerfassungselements 17 anzuordnen, um die Messgenauigkeit zu sichern.
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Das bedeutet, dass in der vorliegenden Ausführungsform das Feuchteerfassungselement 17 im Raum 20a auf einer Tiefenseite der Aufbewahrungskammer 20 angeordnet ist und ein Gaskanal vom Druckeinleitungsdurchlass 10a im Gehäuse 11 zum Feuchteerfassungselement 17 mindestens einmal gebogen wird, mit anderen Worten das vom Druckeinleitungsdurchlass 10a in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitete Gas strömt mindestens einmal nicht mit einer Krümmung (in diesem Beispiel mit einer Krümmung in einer L-Form von etwa 90°), bevor es zum Feuchteerfassungselement 17 (Verlauf der gestrichelten Linie in 1) gelangt.
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In der Feuchtemessvorrichtung 1, die eine solche Konfiguration aufweist, rückt Gas (Ansaugluft), das vom Druckeinleitungsdurchlass 10a eingeleitet wird, gerade in den Druckeinleitungskanal 10 (in Richtung der Achse L) vor und kollidiert mit der in der Gehäusekammer 20 auf einer Tiefenseite des Druckeinleitungskanals 10 angeordneten Leiterplatte 16, um eine turbulente Strömung zu erzeugen (Verlauf der durchgezogenen Linie in 1). Besonders in einer Umgebung mit Pulsation wird der Einfluss der Turbulenz verstärkt. In der Feuchtemessvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform ist es so, dass durch Krümmen des darüber liegenden Gaskanals, mit anderen Worten ein Strömen des durch den Druckeinleitungskanal 10 geleiteten Gases mit einer Krümmung vor Erreichen des Feuchteerfassungselements 17, eine turbulente Strömung, die gerade durch den Druckeinleitungskanal 10 vom Druckeinleitungsdurchlass 10a vorgerückt ist, das Feuchteerfassungselement 17 nicht leicht erreicht. Dies ermöglicht die Messung einer Gasfeuchte (Ansaugung) mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitiger Unterdrückung einer Durchflussrate (Fluktuation), auch in einer Umgebung, bei der eine Pulsation des Gases erfolgt.
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[Zweite Ausführungsform]
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Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform einer Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben.
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Die 4(A) bis 4(C) sind jeweils Querschnitts-Konfigurationsansichten, die die Umgebung eines Feuchteerfassungselements der zweiten Ausführungsform der Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Es ist zu beachten, dass für Konfigurationen, die gleiche Wirkfunktionen wie die der ersten Ausführungsform haben, gleiche Bezugszeichen angegeben werden und eine detaillierte Beschreibung entfällt.
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Bei einer Feuchtemessvorrichtung 2A gemäß der in 4(A) gezeigten zweiten Ausführungsform wird auf einer Achse L eines Druckeinleitungskanals 10 in einer in einem Gehäuse 11 vorgesehenen Aufbewahrungskammer 20 ein Trennelement 30A, bestehend aus einem flachen Plattenelement, das breiter als der Druckeinleitungskanal 10 und schmaler als die Aufbewahrungskammer 20 ist, errichtet (so dass es im Wesentlichen senkrecht zur Achse L des Druckeinleitungskanals 10 ist). Weiterhin ist auf einer unteren Fläche einer Leiterplatte 16 ein Feuchteerfassungselement 17 so montiert, dass es einer rückwärtigen Fläche (einer Fläche auf einer Seite gegenüber einer Hauptkanalseite) des Trennelements 30A gegenübersteht. Insbesondere ist das Feuchteerfassungselement 17 auf der unteren Fläche der Leiterplatte 16 so angebracht, dass es in einem Raum 20a mit einem relativ kleinen Volumen angeordnet ist, das auf einer Tiefenseite des Trennelements 30A vorgesehen ist. Ähnlich zu der obigen ersten Ausführungsform ist das Feuchteerfassungselement 17 an einer Stelle (Raum 20a) angeordnet, die von der Seite des Druckeinleitungskanals 10 (in Richtung der Achse L) des Gehäuses 11 aus gesehen unsichtbar ist.
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Weiterhin ist auf der unteren Fläche (Montagefläche) der Leiterplatte 16 ein Druckerfassungselement 18 dabei so montiert, dass es sich auf einer Tiefenseite des Feuchteerfassungselements 17 in der Zeichnung befindet. Das bedeutet, dass ähnlich dem Feuchteerfassungselement 17 das Druckerfassungselement 18 auf der unteren Fläche der Leiterplatte 16 so angebracht ist, dass es sich im Raum 20a mit einem relativ kleinen Volumen, das auf der Tiefenseite des Trennelements 30A vorgesehen ist, befindet ist und an einer Stelle (Raum 20a) angeordnet ist, die von der Seite des Druckeinleitungskanals 10 (in Richtung der Achse L) des Gehäuses 11 aus gesehen unsichtbar ist.
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Das bedeutet, dass in der vorliegenden Ausführungsform das Trennelement 30A, das breiter als der Druckeinleitungskanal 10 ist, zwischen einem Druckeinleitungsdurchlass 10a und dem Feuchteerfassungselement 17 vorgesehen ist, das so angeordnet ist, dass es sich auf der Achse L des Druckeinleitungskanals 10 befindet, und Gas (Ansaugluft), das vom Druckeinleitungsdurchlass 10a in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitet wird, das Feuchteerfassungselement 17 erreicht, das auf der Rückseite des Trennelements 30A über einem Raum angeordnet ist, der auf einer Seite des Trennelements 30A in der Aufbewahrungskammer 20 gebildet wird (ein Raum, der zwischen einem Seitenabschnitt des Trennelements 30A und einer Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 gebildet wird), wobei es sich dabei um einen Raum an einer Stelle außerhalb (versetzt) von einer Verlängerungslinie des Druckeinleitungskanals 10 (M-Bereich in der Zeichnung) handelt. Das bedeutet, dass auch in der Feuchtemessvorrichtung 2A der vorliegenden Ausführungsform ein Gaskanal vom Druckeinleitungsdurchlass 10a im Gehäuse 11 zum Feuchteerfassungselement 17 mindestens einmal gekrümmt wird, mit anderen Worten das vom Druckeinleitungsdurchlass 10a in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitete Gas strömt mindestens einmal vor Erreichen des Feuchteerfassungselements 17 mit einer Krümmung (in diesem Beispiel strömt es jeweils dreimal mit einer Krümmung von etwa 90°) (Verlauf der gestrichelten Linie in 4 (A)).
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In der Feuchtemessvorrichtung 2A, die eine solche Konfiguration aufweist, rückt Gas (Ansaugluft), das vom Druckeinleitungsdurchlass 10a eingeleitet wird, gerade in den Druckeinleitungskanal 10 (in Richtung der Achse L) vor, kollidiert mit dem in der Gehäusekammer 20 auf einer Tiefenseite des Druckeinleitungskanals 10 angeordneten Trennelement 30A und erzeugt eine turbulente Strömung zum Druckeinleitungsdurchlass 10a hin (Verlauf der durchgezogenen Linie in 4 (A)). Da sich das Feuchteerfassungselement 17 auf der Leiterplatte 16 auf der Tiefenseite des Trennelements 30A befindet, das breiter als der Druckeinleitungskanal 10 ist, und der oben beschriebene Gaskanal gekrümmt ist, mit anderen Worten das durch den Druckeinleitungskanal 10 geführte Gas vor Erreichen des Feuchteerfassungselements 17 mit einer Krümmung strömt, erreicht in der Feuchtemessvorrichtung 2A der vorliegenden Ausführungsform eine turbulente Strömung das Feuchteerfassungselement 17 nicht leicht. Dies ermöglicht die Messung der Feuchte eines Gases (Ansaugung) mit hoher Genauigkeit bei gleichzeitiger Unterdrückung einer Durchflussrate (Fluktuation), sogar in einer Umgebung, bei der eine Pulsation des Gases erfolgt.
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Es ist zu beachten, dass bei der obigen Ausführungsform der Seitenabschnitt des Trennelements 30A und die Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 nicht miteinander in Kontakt stehen und das in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitete Gas das Feuchteerfassungselement 17 über den auf der Seite des Trennelements 30A in der Aufbewahrungskammer 20 gebildeten Raum erreicht. Wie in den 4(B) und 4(C) dargestellt, können jedoch eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 30Ba und 30Ca an Stellen außerhalb der Verlängerungslinie des Druckeinleitungskanals 10 in den Trennelementen 30B und 30C der Feuchtemessvorrichtungen 2B und 2C gebildet werden (ein Seitenabschnitt des Trennelements 30B steht nicht mit der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 in 4(B) in Kontakt und ein Seitenabschnitt des Trennelements 30C steht mit der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 in 4(C) in Kontakt), und Gas, das in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitet wird, kann über die Durchgangsbohrungen 30Ba und 30Ca das Feuchteerfassungselement 17 erreichen.
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Es versteht sich von selbst, dass die Anzahl, Form (Bohrungsdurchmesser und dergleichen), Position und dergleichen der Durchgangsbohrungen 30Ba und 30Ca der in den 4(B) und 4(C) dargestellten Trennelemente 30B und 30C entsprechend geändert werden können.
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Darüber hinaus können die in den 4(A) bis 4(C) gezeigten Trennelemente 30A, 30B und 30C getrennt (als einzelne Teile) vom Gehäuse 11 oder integral mit dem Gehäuse 11 ausgebildet werden.
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[Dritte Ausführungsform]
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Als nächstes wird eine dritte Ausführungsform einer Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Die 5(A) und 5(B) sind jeweils Querschnitts-Konfigurationsansichten, die die Umgebung eines Feuchteerfassungselements der dritten Ausführungsform der Feuchtemessvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Es ist zu beachten, dass für Konfigurationen, die gleiche Wirkfunktionen wie die der ersten Ausführungsform haben, gleiche Bezugszeichen angegeben werden und eine detaillierte Beschreibung entfällt.
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Bei einer Feuchtemessvorrichtung 3A gemäß der in 5(A) gezeigten dritten Ausführungsform werden auf einer Achse L eines Druckeinleitungskanals 10 in einer in einem Gehäuse 11 vorgesehenen Aufbewahrungskammer 20 eine Mehrzahl von (im gezeigten Beispiel zwei) Trennelementen 31A und 32A, ähnlich denen in der obigen zweiten Ausführungsform, separat in Richtung der Achse L des Druckeinleitungskanals 10 aufgestellt. Ferner ist auf einer unteren Fläche einer Leiterplatte 16 ein Feuchteerfassungselement 17 angebracht, um einer Rückfläche (einer Fläche auf einer Seite gegenüber einer Hauptkanalseite) des Trennelements 32A auf einer Tiefenseite der Trennelemente 31A und 32A (der Seite gegenüber der Hauptkanalseite) gegenüber zu liegen. Insbesondere ist das Feuchteerfassungselement 17 auf der unteren Fläche der Leiterplatte 16 so angebracht, dass es in einem Raum 20a mit einem relativ kleinen Volumen angeordnet ist, das auf einer Tiefenseite des Trennelements 32A vorgesehen ist. Ähnlich der obigen ersten Ausführungsform befindet sich das Feuchteerfassungselement 17 an einer Stelle (Raum 20a), die von der Seite des Druckeinleitungskanals 10 (in Richtung der Achse L) des Gehäuses 11 aus gesehen unsichtbar ist.
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Während hier ein Seitenabschnitt von jedem der Trennelemente 31A und 32A mit einer Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 in Kontakt steht, stehen nur Seitenabschnitte auf jeweils unterschiedlichen Seiten mit der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 in Kontakt. Weiterhin wird ein auf einer Seite des Trennelements 31A in der Aufbewahrungskammer 20 gebildeter Raum (ein zwischen dem Seitenabschnitt des Trennelements 31A und der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 gebildeter Raum) mit einem auf einer Seite des Trennelements 32A gebildeten Raum (ein zwischen dem Seitenabschnitt des Trennelements 32A und der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 gebildeter Raum) in Richtung der Achse L des Druckeinleitungskanals 10 nicht überlagert (nicht überlappt). Das bedeutet, dass eine Gaskanalachse (eine Achse, die die Strömungsrichtung darstellt, wenn Gas durch den Raum strömt) N, die durch die zwischen der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 und den Seitenabschnitten der Trennelemente 31A und 32A gebildeten Räume begrenzt ist, an verschiedenen Stellen eingestellt ist.
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Weiterhin ist auf der unteren Fläche (Montagefläche) der Leiterplatte 16 ein Druckerfassungselement 18 so montiert, dass es sich auf einer Tiefenseite des Feuchteerfassungselements 17 in der Zeichnung befindet. Das bedeutet, dass ähnlich dem Feuchteerfassungselement 17 das Druckerfassungselement 18 auf der unteren Fläche der Leiterplatte 16 so angebracht ist, dass es sich in dem Raum 20a mit einem relativ kleinen Volumen, das auf der Tiefenseite des Trennelements 32A vorgesehen ist, befindet und an einer Stelle (Raum 20a) angeordnet ist, die von der Seite des Druckeinleitungskanals 10 (in Richtung der Achse L) des Gehäuses 11 aus gesehen unsichtbar ist.
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Das bedeutet, dass in der vorliegenden Ausführungsform zwischen dem Druckeinleitungsdurchlass 10a und dem Feuchteerfassungselement 17, die so angeordnet sind, dass sie auf einer Verlängerungslinie (M-Bereich in der Figur) des Druckeinleitungskanals 10 angeordnet sind, die mehreren Trennelemente 31A und 32A ähnlich denen in der obigen zweiten Ausführungsform vorgesehen sind (getrennt in Richtung der Achse L des Druckeinleitungskanals 10). Weiterhin gelangt Gas (Ansaugluft), das vom Druckeinleitungsdurchlass 10a in den Druckeinleitungskanal 10 eingeführt wird, zum Feuchteerfassungselement 17, das an der Rückseite des Trennelements 32A angeordnet ist, über einen auf einer Seite des Trennelements 31A an einer Vorderseite in der Aufbewahrungskammer 20 gebildeten Raum (ein zwischen dem Seitenabschnitt des Trennelements 31A und der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 gebildeter Raum), einen Raum zwischen dem Trennelement 31A und dem Trennelement 32A und einen Raum, der auf einer Seite des Trennelements 32A auf einer Tiefenseite ausgebildet ist (ein Raum, der zwischen dem Seitenabschnitt des Trennelements 32A und der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 ausgebildet ist). Das bedeutet, dass auch in der Feuchtemessvorrichtung 3A der vorliegenden Ausführungsform der Gaskanal vom Druckeinleitungsdurchlass 10a im Gehäuse 11 zum Feuchteerfassungselement 17 mindestens einmal gebogen wird, mit anderen Worten strömt das vom Druckeinleitungsdurchlass 10a in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitete Gas mindestens einmal vor Erreichen des Feuchteerfassungselements 17 mit einer Krümmung (in diesem Beispiel strömt es jeweils fünfmal mit einer Krümmung von etwa 90°) (Verlauf der gestrichelten Linie in 5 (A)).
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In der Feuchtemessvorrichtung 3A der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, da die Gaskanalachse der beiden benachbarten Trennelemente 31A und 32A an unterschiedlichen Stellen, wie oben beschrieben, eingestellt ist, den Einfluss der turbulenten Strömung weiter zu verringern, die durch eine Kollision des vom Druckeinleitungsdurchlass 10a eingeleiteten Gases (Ansaugung) mit dem Trennelement 31A erzeugt wird. Dies ermöglicht die Messung der Feuchte eines Gases (Ansaugung) mit hoher Genauigkeit, während eine Durchflussrate (Fluktuation) unterdrückt wird, selbst in einer Umgebung, bei der eine Pulsation des Gases erfolgt.
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Es ist zu beachten, dass bei der obigen Ausführungsform jeweils ein Seitenabschnitt der Trennelemente 31A und 32A nicht mit der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 in Kontakt steht und dass in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitetes Gas über den Raum, der auf einer Seite jeder der Trennelemente 31A und 32A in der Aufbewahrungskammer 20 gebildet wird, das Feuchteerfassungselement 17 erreicht. Wie in 5 (B) gezeigt, ist es jedoch möglich, eine oder mehrere Durchgangsbohrungen 31Ba bzw. 32Ba (im dem in 5 (B) gezeigten Beispiel ist jede der Durchgangsbohrungen 31Ba und 32Ba in jedem der Trennelemente 31B und 32B ausgebildet) in den Trennelementen 31B und 32B (hier stehen beide Seitenabschnitte der Trennelemente 31B und 32B mit der Innenwand der Aufbewahrungskammer 20 in Kontakt) einer Feuchtemessvorrichtung 3B zu bilden, die Durchgangsbohrungen 31Ba und 32Ba einzustellen, die in benachbarten Trennelementen 31B und 32B vorgesehen sind, die in Richtung der Achse L des Druckeinleitungskanals 10 gesehen einander nicht überlagern (nicht überlappen) (das bedeutet, dass die Gaskanalachse (die Achse, die eine Strömungsrichtung darstellt, wenn Gas durch die Durchgangsbohrung strömt) N, die durch die Durchgangsbohrungen 31Ba und 32Ba der jeweiligen Trennwände 31 B und 32B definiert ist, auf verschiedene Positionen eingestellt ist) und das in den Druckeinleitungskanal 10 eingeleitete Gas durch die Durchgangsbohrungen 31Ba und 32Ba der jeweiligen Trennwände 31 B und 32B mäandern und das Feuchteerfassungselement 17 erreichen zu lassen.
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Auch wenn zwei Trennelemente in der obigen Ausführungsform verwendet werden, versteht es sich von selbst, dass drei oder mehr solcher Trennelemente zur Verfügung gestellt werden können.
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Weiterhin können die in den 5(A) und 5(B) gezeigten Trennelemente 31A, 32A, 31B und 32B vom Gehäuse 11 getrennt (als separate Teile) oder einstückig mit dem Gehäuse 11 ausgebildet werden.
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Es ist zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist und verschiedene Modifikationen aufweisen sein kann. Zum Beispiel wurden die oben beschriebenen Ausführungsformen detailliert dargestellt, um die Beschreibung zum besseren Verständnis zu erleichtern, und sind nicht unbedingt auf die Ausführungsformen beschränkt, die alle Konfigurationen enthalten. Darüber hinaus kann ein Teil einer Konfiguration einer Ausführungsform durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden, und eine Konfiguration einer Ausführungsform kann durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ergänzt werden. Außerdem kann ein Teil einer Konfiguration jeder Ausführungsform gelöscht, ersetzt oder durch eine andere Konfiguration ergänzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Feuchtemessvorrichtung
- 10
- Druckeinleitungskanal
- 10a
- Druckeinleitungsdurchlass
- 11
- Gehäuse
- 12
- Stecker
- 13
- Abdeckung
- 14
- O-Ring
- 15
- Metalldraht
- 16
- Leiterplatte
- 17
- Feuchteerfassungselement (Feuchtesensor)
- 18
- Druckerfassungselement (Drucksensor)
- 19
- Aufbewahrungsbohrung
- 20
- Aufbewahrungskammer
- 21
- Hauptheizeinrichtung
- 22
- Nebenheizeinrichtung
- 23
- Dünnschichtträger
- 24
- Isolationsschicht
- 25
- Isolationsschicht
- 26a bis 26d
- Elektrode
- 27
- Siliziumsubstrat
- 28
- Hohlraum
- 30A, 30B, 30C, 31A, 31B, 32A, 32B
- Trennelement
- 30Ba, 30Ca, 31Ba, 32Ba
- Durchgangsbohrung
- L
- Achse
- N
- Gaskanalachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014010026 A [0007]
- JP 2016011889 A [0007]
