JP2002505743A

JP2002505743A - 流体の流速を測定する上昇力流体流量センサー

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Publication number: JP2002505743A
Application number: JP50194899A
Authority: JP
Inventors: ステンメ，エリック; ステンメ，イョーラン; カルベステン，エドバルド; スベディン，ニクラス
Original assignee: ステンメ，エリック; ステンメ，イョーラン; カルベステン，エドバルド; スベディン，ニクラス
Priority date: 1997-06-12
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2002-02-19
Also published as: EP0988555A1; EP0988555B1; DE69828396D1; DE69828396T2; WO1998057182A1; US6055869A

Abstract

(57)【要約】流体流量センサー（10）が板状翼形部材（14）に加えられた上昇力を用いセンサー（10）を通過する流体の流速を決定する。部材（14）は一対の離間した低い縦横比の翼形要素（18，20）を有する。翼形部材の中央部分がフレーム（12）に連結され、フレーム（12）は翼形部材（14）を流体の流れ方向に対し迎え角をもって流体の流れの中に位置させる。流れる流体は翼形部材（14）上の上昇力に関係した速度を生じ、上昇力の大きさは翼形部材に沿って上流側から下流側へと減少する。加えられた上昇力は上流側翼形要素を下流側翼形要素よりも大きく偏向させる。歪みゲージ（32，34，36，38）が翼形要素に連結されその偏向を検知する。歪みゲージ（32〜38）はブリッジ構造（50）に結線され流速の信号による表示を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】流体の流速を測定する上昇力流体流量センサー本発明は翼形部材に加えられた上昇力を用いセンサーを通って流れる流体の速度を決定する流体流量センサーに関する。発明の背景流れる流体によって物体に加えられた抗力を利用し流体の速度を決定する流体センサーが知られている。抗力は流体の流れと平行な方向に発生しまた流体の流れによって物体にもたらされた抵抗から生じる。しかし、センサーから適当な出力を得るのに用いることのできる大きさの抗力を生じる物体の形状はまたしばしば流体の流れに乱流を生じる。これは非直線性又は他の不連続性と異常がセンサーの出力に現われるようにし、これに補償が与えられなかったならばその精密度に不利に作用し、計器を用いるのを困難にする。このようなセンサーはまた流れる流体に大きな圧力降下を生じることがある。この圧力降下は流体センサーに関連する装置の作用と流体センサーが設置される用途とに不利な影響を及ぼす。例えば、このようなセンサーが患者の呼吸するガスの流れを測定するのに用いられた時患者が呼吸するのに必要な努力を増大させることになる。発明の簡単な概要本発明の目的は液体又はガスの流速を測定するため改良された流体流量センサーを提供することである。上記したセンサーに比べて、本発明の流体流量センサーは抗力ではなく上昇力を用い検知作用を行う。上昇力は、流体の流れ方向に直角の方向に生じまた物体に対する差動的な流体の流れと物体による流れる流体の偏向とから発生する。本発明の流体流量センサーは広範囲の速度と速度の変動とにわたって流体の流速を正確に測定することのできる感度と動的応答特性とを有している。同時に、本発明の流体流量センサーは加速力や温度、湿度及びその他の周囲の現象の変化のような外乱に対して比較的感度が鈍い。流体流量センサーは寸法を小さくすることができる。その小さな寸法と流体の流れに与えられる小さな有効断面積とにより、センサーは流れる流体に比較的低い圧力降下を含むにすぎない。本発明の流体流量センサーはセンサーを取替えることなしにセンサーを通るいずれかの方向に流れる流体の速度を検知することができる。流体流量センサーは例えば他の流体流量測定装置のような他の装置と組合されそれにより流体の流れ現象が検知される動的範囲を拡大することができる。本発明の流体流量センサーは広範囲の用途に用いるのに適している。この用途には、２方向性測定能力におけるような、その用途においてガス流量、低い圧力降下、正確性、動的応答性、及び安定性が非常に重要である患者の呼吸するガス流量の測定に関連した使用が含まれる。特に、流体流量センサーは患者の呼吸するガス流量を測定するため呼吸器械又は空気供給装置のような医療技術分野において用いることができる。患者に酸素を供給する呼吸器械は典型的には３つの磁力弁を有し、このうち２つの弁は空気と酸素の患者への流入を調整するためのものであり、１つの弁は空気の患者からの流出を調整するためのものである。空気と酸素の流速を測定するため、ガス流量センサーが呼吸空気供給装置の吸気及び呼気分枝管に沿って配置される。呼吸器械の内部にガス流量センサーにとって４つの可能な位置がありそして１つの位置は呼吸器械と患者との間のＹ字管接合部にある。呼吸器械内部のガス流量センサーは必要な吸気流量、呼気流量及び周期的な容量パターンを生み出すためガス流量を制御するフィードバックループの一部として用いられる。一対のガス流量センサーが呼吸器械と患者との間のＹ字管接合部に連通する呼吸器械の酸素及び空気吸入分枝管の中に置かれる。もう１つのガス流量センサーが酸素及び空気吸入分枝管の下流側の呼吸器械の吸気分枝管の中に置かれる。酸素及び空気吸入分枝管は一緒に接合され呼吸器械の内部に単一の吸気分枝管を形成する。第４のガス流量センサーが呼吸器械の吸気分枝管の中に置かれる。１つのガス流量センサーがまた呼吸器械と患者との間のＹ字管接合部に置かれる。呼吸器械ガス流量センサーは一方向式に作動しこれに対しＹ字管ガス流量センサーは二方向式に作動する。Ｙ字管接合部はしばしば汚染した環境でありまたそのため本発明の翼型ガス流量センサーを用いるには適当でない。自発的に呼吸する患者の通気路の流量が標準肺機能肺活量試験中に測定される、ガス流量センサーの他の用途もある。本発明のガス流量センサーは特にフィルターにより保護される場合にこの用途に良く適合する。本発明の流体流量センサーはその速度が測定される流体の流れを受ける検知装置を含んでいる。本発明の１つの実施態様では、フレームによって支持された板状の翼形部材が、その一方が翼形部材の各端部に形成された、典型的には低い縦横比の一対の離間した翼形要素を有している。この翼形要素はフレームに結合された翼形部材の中央部分に接合される。翼形部材はガスの流れの方向に対し迎え角を持って位置している。この流れるガスは、翼形部材の中央部分への接合部に曲げモーメントを生じる、翼形部材に加えられるガスの流れ方向に直角な、速度関連上昇力を発生する。この上昇力の大きさは翼形部材に沿って翼形部材の上流側端部から下流側端部へと減少し下流側翼形要素よりも上流側翼形要素により大きな曲げモーメントを生じるようにする。種々の抵抗歪みゲージのような適当な検知器が翼形要素に連結され、ガス流上昇力によって生じた曲げモーメントから発生する翼形部材の歪みを検出する。この歪みゲージは電気ブリッジ構造に結線される。上流側翼形要素のより大きな曲げモーメントは、下流側翼形要素に関連して歪みゲージに生じるよりは上流側翼形要素に関連して歪みゲージにより大きな抵抗の変化を生じる。歪みゲージの抵抗の相対変化はブリッジ構造にガスの流れの速度の信号による表示を与える。図面の各図の簡単な記載本発明は図面に関連する以下の詳細な記載を参照することによりさらに理解されるであろう。ここで、図１は本発明の流体流量センサーに組込まれた流体流量検知装置の一実施態様の斜面図である。図２は流体の流速の表示を得るための流体流量検知装置の電気接続特定要素の一方式を示す。図３は導管におけるガス流速を測定するガス流導管に配置されたセンサーを示す図である。図４Ａはガスの流れの中の本発明のセンサーの翼形部材を示す図１の４Ａ−４Ａ線に沿った部分断面図である。図４Ｂは図４Ａのように配置された翼形部材が受ける上昇力を示す。図５は流体流量検知装置の変更例を示す。図６は流体流量検知装置の翼形部材とフレームの変更例を示す。図７は本発明の流体流量センサーの要素の変更電気結線を示す。図８は他のセンサーと装置とに関連して使用される流体流量検知装置を示す。図９Ａから９Ｄは本発明の流体センサーに用いられる検知装置を製造する技術を示す。発明の詳細な記載図１に示されるように、本発明の流体流量センサーは液体又はガスの流速を測定するための流体流量検知装置10を含んでいる。流体流量検知装置10は流体流量検知装置を図３と関連して以下に記載されるようにガス流導管に位置決めするためのフレーム12を有する。フレーム12は離間された側部支持体12ａと12ｂを含むことができる。フレーム12は翼形部材14を支持する。流体検知装置10の好ましい実施態様において、フレーム12と翼形部材14は結晶体シリコンのウエーハから構成された一体構造として形成される。翼形部材14は点線で示される翼弦方向16を有する薄い平坦なプレートとして形成される。一対の離間した翼形要素18と20が翼形部材14の端部分に翼弦方向16に沿って形成される。翼形要素18と20の中間の翼形部材14の中央部分は側部支持体 12ａと12ｂに接合された中央支持梁22として形成される。翼形要素18と20は好ましくは低い縦横比を有し、この縦横比は大概は直接、流体の流れに直角な要素、すなわち翼弦方向によって分割された“スパン”(翼幅) の寸法の比として定義される。この目的で、各翼形要素18と20は各要素に縦横比１を与える正方形にされる。翼形要素は５×５mm又はそれより小さく、そして15μｍ又はそれより小さい厚さとすることができる。図１に示される本発明の実施態様において、翼形要素18と20はそれぞれ２つの離間した可撓性の応力集中連接部を介して中央支持梁に連結され翼形要素18と20 がこれら連接部に歪みを生じるようにする。連接部24と26は翼形要素18を中央支持梁22に連結する。連接部28と30が翼形要素20を中央支持梁22に連結する。翼形部材14に切り目31が連接部24及び26と28及び30との間に形成される。図１は翼形要素の各側に沿う連接部を示しているが、翼形要素を中央支持梁22上に支持する必要がある場合、又はその他の理由で、追加の中央連接部を設けることができる。複数の切り目が次に各翼形要素と中央支持梁との間に形成される。歪みゲージ又は他の適当な手段が連接部24〜30の各々に配設され翼形要素18と 20によって生じた上昇力発生歪みを検出する。歪みゲージ32と34が翼形要素18を中央支持梁22に連結する連接部24と26に配設される。歪みゲージ36と38が翼形要素20を中央支持梁22に連結する連接部28と30に配設される。これら歪みゲージはポリシリコンピエゾ抵抗歪み検知抵抗器として形成される。歪みゲージ32〜38は図示しない導体によって側部支持体12ａ，12ｂの一方に取付けられた接続端子40に接続され歪みゲージのための外側接続部が得られるようにする。図２に示されるように、歪みゲージ32〜38はホイートストン型のブリッジ構造 50に接続される。ブリッジ50は、入力部すなわち電気供給端子52と54、電気出力端子56と58、及びそれぞれが電気供給端子の１つと電気出力端子の１つとの間に延びる４つのアームを具備している。歪みゲージ32〜38の１つがブリッジ50のアームの各々に配設される。図２に示される構造では、翼形要素18に関連する歪みゲージ32と34 はブリッジの対向アームに接続されまた翼形要素20に関連する歪みゲージ36と38 はブリッジ50の残りの対向アームに接続される。このような構造はブリッジ50に差動的な様式の作用を与える。メーター60及び／又は信号処理回路62のような出力装置が出力端子56と58と交差して接続される。図３に示されるように、流体流量検知装置10はガス流導管70の中に介装される。この目的で、流体流量検知装置10は歪みゲージ要素32〜38を図２に示されるブリッジ構造に結線するのに必要な電気接続具74を収容する位置決め部材72に取付けられる。また図３に示されるように、流体流量検知装置10はガス流導管70の中に位置決めされガス流導管70の軸線と角度をなして位置ししたがって導管を通って流れるガスの方向と角度をなして位置する。１つの変更実施態様として、流体流量センサー10は流体流量センサー10を図３に示す位置から90度回転することにより位置決め部材72上に垂直方向の向きに位置することができる。この位置で、流体流量センサー10の翼弦方向は導管70を通るガスの流れの方向に直角となる。流体流量センサー10の垂直の配置は流体の流速を測定する他の手段を提供する。流体流量センサーの作用の理論と原理図４Ａは導管70を流れるガスと角度をなして位置する翼形部材14と翼形要素18 及び20とを示す。図４Ａに示される方向に流れるガスに関し、翼形要素18は翼形要素の上流側又は前側であり翼形要素20は翼形要素の下流側又は後側である。翼形部材14がガスの流れに対して位置する角度は、通常αとして表わされる流れに対するこれら要素の流れ角又は空気力学的迎え角を形成する。翼形要素18と20が受ける上昇力に対する一般的な式は次のとおりである。Ｖ_∞ ：自由−流速 ρ ：流体の密度Ｃ_L ：上昇力係数（翼形幾何学形状と迎え角αとに依存する）ｂ，ｃ：幅と長さ、すなわち翼形構造の翼幅と翼弦翼形要素18と20に沿う上昇力の分布は、均一の流れの中の薄いプレートが流れ角に依存する渦流の強さを有する渦流シートとしてシミュレートすることができる。平坦なプレートにとっての薄い翼形の理論の基本式は、 γ_ξ ：翼形に沿う渦の強さ ξ ：翼弦線に沿って変動する積分 α ：流れの迎え角積分は翼形部材14の前縁（Ｘ＝０）から翼形部材の後縁（Ｘ＝Ｃ）まで行われる。式（２）を解くシートの強度は翼形に沿って次のような渦流の強さを与える。上昇力は関係ｄＦ_lift＝ρ_∞Ｖ_∞γ（ξ）.１を介して式（３）から得ることができる。中央支持梁22により生じた流れの外乱は無視されることを想定して、標準化された力の分布は、として与えられる。式（４）によって決定される標準化された上昇力の分布は図４Ｂのグラフ形式で示される。図４Ｂに明らかに認められるように、翼形部材14の翼弦方向に沿って上昇力が生じこの上昇力が翼形部材14の翼弦方向に沿って大きさが変動する流体の流れの均一でない分布が存在する。前側の翼形要素18は後側の翼形要素20よりも大きな上昇力を受ける。翼形要素18と20はその内端が中央支持梁22に接合されているため、翼形部材14 に加えられる上昇力は翼形部材に曲げモーメントを生じる。前側翼形要素18が受ける大きな上昇力はより大きな曲げモーメントを発生し前側翼形要素を後側翼形要素20に加えられる小さな上昇力によるよりも大きく偏向させる。翼形部材14に生じる典型的な偏向は図４Ａに点線で示されている。前側翼形要素18が受ける大きな曲げモーメントは、この要素に関連した歪みゲージ32と34に後側翼形要素20に関連した歪みゲージ36と38に生じるよりも大きな変化を生じさせる。ブリッジ構造50に結線された歪みゲージ32〜38の抵抗のこの相対変化はブリッジを不平衡にし前側翼形要素18と後側翼形要素20に加えられる力を生じる流体の流速を表示するブリッジの出力端子56〜58に出力信号を与える。前側及び後側翼形要素18と20に生じる曲げモーメントは前側及び後側翼形要素に沿った図４Ｂに示される上昇力を積分することにより得られる。式（５）の精査から分かるように、前側翼形要素18の曲げモーメント、したがって連接部24と26の歪みゲージ32と34の抵抗の相対変化は後側翼形要素20の曲げモーメント、したがって連接部28と30の歪みゲージ36と38の抵抗の相対変化よりも８倍高い。後側翼形要素20の曲げモーメントはこのような低い相対的な大きさであるため、後側翼形要素20は前側翼形要素18に比べて比較的受動的な要素と考えることができる。歪みゲージ抵抗の差動的な相対変化は本発明の流体流量センサーに、センサーを通る流体の流れの速度のブリッジ構造からの高感度で正確な表示を提供する。前側及び後側翼形要素に加えられる曲げモーメントによって生じた歪みは切れ目 31の存在により連接部24〜30に集中され、それによりまた流体検知装置10の流量感度を向上させる。図２に示される差動様式のブリッジ構造50の連結歪みゲージ32〜38は、翼形要素18と20に同じように作用する温度と湿度のような他の環境条件の加速と変化に対する流体流量センサー10の感度を減少させる。翼形要素18と20が受ける上昇力が迎え角αの増加に伴って増大することが式（３）の検討によって認められるであろう。要素18と20からなる翼形のような低い縦横比の翼形に対して、試験は迎え角を、図１に示す型の翼形要素18と20を約10 °〜20°の迎え角で位置させるのが好ましいと思われるが、約45°とすることのできることを示した。導管70の中の流体流量センサーを通るガスの流れの方向が逆にされた場合は、記載される翼形要素18と20の前側及び後側の表示もまた逆になる。さらに、翼形要素における上昇力の付与と曲げモーメントの発生は図４に示されるのとは反対の方向に起きる。本質的には翼形要素18と20の作用は図４Ａに示される作用とはさかさまとなる。流体流量検知装置10を通る流体の流れの速度が決定される方法は上記したものとは変わらない。その対称的な設計により、流体流量検知装置10 はしたがって装置を変えることなく導管70を通っていずれかの方向に流れるガス又は液体の速度を測定することができる。変更例流体流量検知装置10の変更例が図５に示される。図５の本発明の実施態様では流体流量検知装置10Ａの歪みゲージ32〜38が中央支持梁22に連結された端部に対向した翼形要素18と20の外端部に設けられる。歪みゲージが翼形要素18と20の外端部と側部支持体12ａと12ｂとの間で連接部80〜86に配設される。翼形要素18と 20の外端部を側部支持体12ａと12ｂに連結する連接部80〜86は翼形要素18と20と同じ厚さとすることができる。あるいは、これら連接部は図５に示されるように、翼形要素よりも薄くすることができる。図５に示される流体流量検知装置の変更例は所望ならば中央支持梁22を省略するためさらに変更され、翼形部材14を翼形要素18と20の外端部と側部支持体12ａと12ｂとの間で連結された連接部80〜86のような連接部のみにより支持できるようにする。このような実施態様では、フレーム12がＵ字形とされ側部支持体12ａと12ｂが翼形部材14を抱持するようにすることができる。さらにまた、プレート状の翼形部材14が図１と５に示されているが、翼形の断面のわん曲表面を有する翼形部材を用いることができる。このような翼形部材は図６に翼形部材14Ａとして示されている。図６はまた中央支持梁22をなくしかつＵ字形フレーム12を有する本発明の実施態様を示している。図７は歪みゲージ32〜38が図２に示される差動様式構造ではなく共通様式構造に結線されたブリッジ50Ａを示す。この構造はセンサーが作動される迎え角の範囲を翼形部材14に与えられる迎え角を増すことにより増大させる。上記の約25° の角度にとって、翼形部材の失速と抗力は一層優れたものとなる。抗力が両方の翼形要素に等しく作用するので、図２に示される構造は信号が図７に示される共通様式の結線で得られるようには抗力に正味の出力を与えない。しかし、図７に示されるブリッジ構造50Ａは図２に示されるブリッジ構造50が有する加速力によって生じる信号の変動を抑制する同じ能力を有していない。本発明の図１と５に示される実施態様は中央支持梁22に対称的に接合された前側及び後側の翼形要素18と20を用いているが、支持梁に一端が接合された単一の翼形要素を有する流体流量検知装置を形成することができる。このような検知装置は図１と５に示される装置に対して簡単化されているが、図１と５に示される対称の翼形要素の実施態様によって得られる加速力に対する免除を得ることができない。歪みゲージのこの翼形要素への接続は図１に示される方法又は図５に示される方法で行われる。流体流量検知装置10，10Ａは図８に示されるように他のセンサー又は装置に関連して用いることができる。したがって、流体流量検知装置10は翼形部材14及び／又はフレーム12に組込むことのできる熱ワイヤ又は熱フィルム熱流量センサーのような他の型の流量センサーと共に用いることができる。例えば、翼形部材14 に組込まれた熱流量センサー90及び91とフレーム12に組込まれた熱流量センサー 92とを参照されたい。熱ワイヤ又は熱フィルム熱流量センサーは低い流速を測定するには非常に工合が良いが、高い流速を測定するにはさほど工合が良くない。一方において、翼センサーは低い流速の測定にはさほど良好ではないが、高い流速を測定するには非常に工合が良い。したがって、呼吸するガスの速度を測定する呼吸器の環境においては、毎分10〜20リットルより小さい流量を測定するには熱ワイヤ又は熱フィルム熱流センサーを用い、毎分10〜20リットルより大きい流量を測定するには翼センサーを用いるのが有利である。熱ワイヤ又は熱フィルム熱流センサーと翼センサーとを用いるこの組合せ型センサーは広い動的範囲の優れた流量センサーを構成する。所望ならば翼形部材14は流量検知装置を加熱するためヒーター93を組込むことができる。ヒーター93はセンサーを流体の温度変化に対する感度を低下させる一定の温度制御を容易にする。ヒーター93はまた、さもなければセンサーの性能を低下させる水分のセンサー要素への付着を減少する。フレーム12は圧力又は温度のような他の現象を測定するセンサーを組込むことができる。図８に側部支持体12ｂに取付けられて示されるセンサー94と95を参照されたい。フレームはまた回路、典型的には積分回路96を含み、種々のセンサーを制御し及び／又は歪みゲージによって発生した信号を処理することができる。図８に示される熱流量センサー90〜92のような他の型の流量センサーが用いられ高い流量と低い流量の両方の流量測定の精度を高め又は最適にすることができる。製造図９Ａは流体検知装置10の製造の最初の段階を示す。まず、２酸化シリコンマスク100がシリコン基板102の矩形片の一側で熱成長される。マスク100は露出された基板の部分を残し翼形部材14、切り目31、及び連接部24〜30を区画形成する。腐食溶剤、好ましくは水酸化カリウムが次に基板 102のマスクされた表面に塗布され30μｍの深さのＶ字溝104と60μｍの深さのＶ字溝106とを形成する。歪みゲージが切り目31となる溝104と整列する。溝106は翼形要素と連接部の縁を区画形成する。エッチング工程が完了した後、２酸化シリコンマスク108が図９Ｂに示されるように新しくエッチングされた基板の上で成長される。この新しいマスクの目的は３重であり、すなわち（１）歪みゲージを基板から絶縁すること、（２）溝を充填し最後のエッチングの間エッチング停止をすること、（３）基板102の反対側のマスキング材料として作用することである。図９Ｂはまた歪みゲージ組立体がその後切り目31となる溝104に対しどのように配置されるかを示している。ポリシリコン抵抗器110が歪みゲージの基体を形成する。抵抗器110は最初基板上にポリシリコンの5,000Åの層を蒸着することにより形成される。ポリシリコン層は80KeVを用いるle16cm^-2で、イオン移植を用いてドープされる。写真製版及びポリシリコン乾燥エッチングが用いられ最終の歪みゲージ構造を形成する。最後に、低温酸化物層が抵抗器の上に蒸着されそして抵抗器がドープ剤を活性化するよう焼なましされる。石版印刷手段が用いられ各抵抗器110の上に低温酸化物層の接点孔を形成し、またこの段階で翼形要素18と20の表面からの２酸化シリコンマスクが取除かれる。接点孔を抵抗器110に対して開放した後、0.5μｍの層のアルミニウムスパッタ 112が接点孔の上に蒸着され抵抗器のための導体と接続端子40とを形成する。図９Ｃを参照されたい。層100，104，110，112で形成された歪みゲージを含む上側表面が、製造の最終段階の間ダミーウエーハを表面組立体に取付けるブラックワックスを機械的に用いて保護される。流体流量検知装置10の製造を完了させるため、歪みゲージを含む表面すなわち図９Ｃに示される底面とは反対側の基板表面から材料が取除かれる。最初、パターンが２酸化シリコン層114にドライエッチングされ図９Ｃに示されるようにエッチングマスクを形成する。次に、基板102の反対側表面が溝104の頂端が見えるようになるまで水酸化カリウムでエッチングされ、それにより切り目31を形成する。図９Ｄを参照されたい。この段階で、新しく形成された翼形要素がＶ字溝106で残されている残りの薄い酸化物層108によってフレーム12に接続される。残りの酸化物が次に装置10全体をフッ化水素槽に短時間浸漬することにより取除かれ、図９Ｄに示されるように翼形要素18と20を自由にする。鋸引き工程が完成した流体流量検知装置10をシリコン基板から切断するのに用いられる。特に述べられたもののほかに他の均等物、変更及び変形が可能でありかつ請求の範囲の記載の範囲内であることが理解される。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人スベディン，ニクラススウェーデン国，エス―114 32 ストックホルム，ビラガタン 10 (72)発明者ステンメ，エリックスウェーデン国，エス―412 71 ゴーテボルイプレーストゴルスガタン 18 (72)発明者ステンメ，イョーランスウェーデン国，エス―114 21 ストックホルム，ルッダムスイェーゲン 31ベー (72)発明者カルベステン，エドバルドスウェーデン国，エス―126 52 ヘーゲンステン，プラン２，イーバルビドファムネスガータ３ (72)発明者スベディン，ニクラススウェーデン国，エス―114 32 ストックホルム，ビラガタン 10

Claims

【特許請求の範囲】１．検知装置を通って流れる流体の流れ方向に沿った速度を検知する流体流量検知装置であって、フレームと、前記フレームによって支持され流体の流れにさらされる翼形部材であって、ほぼ流体の流れに沿って延びる翼弦方向を有し、また翼形部材を通過する流体の流れが翼形部材に流体の流れ方向に直角な上昇力を発生するような形状と流体の流れ方向に対する配向位置とを有し、前記上昇力の大きさが流体の流速に関連し、翼形部材に加えられた上昇力に対する翼形部材の応動が流体の流速の表示を含んでいる、翼形部材とを具備している流体流量検知装置。２．前記翼形部材に加えられた上昇力に対する翼形部材の応動を検出し流体の流速の表示を提供する検知器をさらに含んでいる請求項１に記載の流体流量検知装置。３．前記翼形部材がさらに、翼形部材を通過する流体の流れが翼形部材の翼弦方向に沿う大きさが変化する上昇力を発生するような形状と配向位置とを有するよう区画形成されている請求項１に記載の流体流量検知装置。４．前記翼形部材に上昇力を加えることにより翼形部材に曲げモーメントを生じ、また前記検知器が該曲げモーメントに対する翼形部材の応動を測定する請求項２に記載の流体流量検知装置。５．前記翼形部材に加えられた上昇力に対する翼形部材の応動を検出し流体の流速の表示を提供する検知器をさらに含んでいる請求項３に記載の流体流量検知装置。６．前記翼形部材に上昇力を加えることにより翼形部材に曲げモーメントを生じ、前記検知器が該曲げモーメントに対する翼形部材の応動を測定する請求項５に記載の流体流量検知装置。７．前記翼形部材が、板状部材として形成されまた該板状部材の翼弦方向が流体の流れ方向に対する迎え角を区画形成するような向きに配置されている請求項１に記載の流体流量検知装置。８．前記翼形部材が板部材として形成されまた該板部材の翼弦方向が流体の流れ方向に対する迎え角を区画形成するような向きに配置されている請求項５に記載の流体流量検知装置。９．前記翼形部材が翼形部材の翼弦方向に沿って位置する端部分を有し、前記翼形部材が該端部分の一方に板状の第１の翼形要素を有し該端部分の他方に板状の第２の翼形要素を有している請求項７に記載の流体流量検知装置。 10．前記翼形部材が翼形部材の翼弦方向に沿って位置する端部分を有し、前記翼形部材が該端部分の一方に板状の第１の翼形要素を有し該端部分の他方に板状の第２の翼形要素を有し、前記第１及び第２の翼形要素が差動様式の上昇力を受けるようにしている請求項８に記載の流体流量検知装置。 11．前記翼形部材が前記第１及び第２の翼形要素の中間に中央部分を有し、該中央部分が前記フレームに連結されている請求項９に記載の流体流量検知装置。 12．前記翼形部材が流体の流れ方向をほぼ横切って延びる翼幅方向を有し前記翼形部材が低い縦横比を有するような寸法とされている請求項１に記載の流体流量検知装置。 13．前記翼形要素がそれぞれ流体の流れ方向をほぼ横切って延びる翼幅方向と前記翼形部材の翼弦方向の一部を占める翼弦方向とを有し、前記翼形要素が低い縦横比を有するような寸法とされている請求項９に記載の流体流量検知装置。 14．前記翼形要素が正方形である請求項13に記載の流体流量検知装置。 15．前記翼形要素が、前記翼幅及び翼弦の方向より実質的に小さく、翼幅及び翼弦の方向に直角な方向を有する薄い平坦な部材である請求項13に記載の流体流量検知装置。 16．前記翼形要素がそれぞれ前記翼形部材の前記中央部分に近接して、流体の流れの方向を横切って延びる少なくとも１つの切り目を有している請求項11に記載の流体流量検知装置。 17．前記板部材がさらに45°又はそれ以下の迎え角で位置するよう区画形成されている請求項７に記載の流体流量検知装置。 18．前記板部材がさらに10°と20°との間の迎え角で位置するよう区画形成されている請求項17に記載の流体流量検知装置。 19．前記翼形部材が、流体の流れが通過する少なくとも１つのわん曲表面を有している請求項１に記載の流体流量検知装置。 20．前記翼形部材が前記フレーム上に支持される少なくとも１つの連接部をさらに含み、前記検知器が該連接部と関連して作動するようにしている請求項２に記載の流体流量検知装置。 21．前記翼形部材が翼形部材の翼弦方向に沿って位置する端部分を有し、前記翼形部材が該端部分の一方に第１の翼形要素を有し該端部分が他方に第２の翼形要素を有し、前記第１及び第２の翼形要素の隣接端部が関連して作動する検知器を有する連接部に連結されている請求項20に記載の流体流量検知装置。 22．前記翼形部材が翼弦方向の端部を区画形成する端部を有し、前記翼形部材の前記端部が関連して作動する検知器を有する連接部に連結されている請求項20 に記載の流体流量検知装置。 23．前記連接部が前記翼形部材の厚さより小さい厚さを有している請求項22に記載の流体流量検知装置。 24．前記検知器が変化する抵抗手段を具備している請求項２に記載の流体流量検知装置。 25．前記検知器が歪みゲージを具備している請求項24に記載の流体流量検知装置。 26．前記検知器がピエゾ抵抗歪み検知抵抗器を具備している請求項24に記載の流体流量検知装置。 27．前記変化する抵抗手段が流体の流速の信号表示を得るようブリッジ構造に結線されている請求項24に記載の流体流量検知装置。 28．前記変化する抵抗手段が差動様式ブリッジ構造に結線されている請求項27 に記載の流体流量検知装置。 29．前記変化する抵抗手段が共通様式ブリッジ構造に結線されている請求項27 に記載の流体流量検知装置。 30．組合わされた追加の検知手段をさらに有している請求項１に記載の流体流量検知装置。 31．前記追加の検知手段が流体流量センサーを具備している請求項30に記載の流体流量検知装置。 32．前記流体流量センサーが前記翼形部材と関連して作動する請求項31に記載の流体流量検知装置。 33．前記流体流量センサーが前記フレームと関連して作動する請求項31に記載の流体流量検知装置。 34．前記流体流量センサーが熱流体流量センサーからなる請求項31に記載の流体流量検知装置。 35．前記翼形部材が加熱手段を含んでいる請求項１に記載の流体流量検知装置。 36．前記追加の検知手段が圧力センサーからなる請求項30に記載の流体流量検知装置。 37．前記追加の検知手段が温度センサーからなる請求項30に記載の流体流量検知装置。 38．前記フレームに取付けられた前記検知器のための電子信号処理回路をさらに含んでいる請求項２に記載の流体流量検知装置。 39．検知装置を通過して流れる流体が患者に空気を送る呼吸器からの呼吸可能なガスである請求項１に記載の流体流量検知装置。 40．呼吸器がさらに少なくとも２つのガス流量センサーを有するように区画形成され、第１のガス流量センサーが吸気分枝管内部のガスの流速を測定し、第２のガス流量センサーが呼気分枝管内部のガスの流速を測定するようにしている請求項39に記載の流体流量検知装置。 41．検知装置を通過して流れる流体が自発的に呼吸する患者からの呼吸可能なガスである請求項１に記載の流体流量検知装置。 42．流れ方向に沿うガスの速度を検出するガス流量センサーであって、フレームと、前記フレームによって支持されかつガスの流れにさらされる翼形部材であって、ガスの流れにほぼ沿って延びる翼弦方向を有し、該翼弦方向に沿って位置する端部分を有し、該端部分の一方の板状の第１の翼形要素と該端部分の他方の板状の第２の翼形要素とを有し、また前記フレームに連結された前記第１及び第２の翼形要素の中間の中央部分を有し、さらに翼弦方向がガスの流れ方向に対して迎え角を区画形成するような向きに配置され、翼形部材を通過するガスの流れが翼形部材の翼弦方向に沿う大きさが変化する上昇力を発生させるようにする、翼形部材と、前記翼形要素の各々と前記中央部分との間に介在する少なくとも１つの連接部と、前記連接部と関連して作動し前記翼形要素に加えられた上昇力に対する翼形要素の応動を検知する可変抵抗検知器と、前記可変抵抗検知器をブリッジ構造に結線しガスの流速の信号表示を得るようにする手段、とを具備しているガス流量センサー。 43．センサーを通って流れるガスが患者に空気を供給する呼吸器からの呼吸可能なガスである請求項42に記載のガス流量センサー。 44．呼吸器がさらに少なくとも２つのガス流量センサーを有するよう区画形成され、第１のガス流量センサーが吸気分枝管内部のガスの流速を測定し第２のガス流量センサーが呼気分枝管内部のガスの流速を測定するようにしている請求項 43に記載のガス流量センサー。 45．センサーを通って流れるガスが自発的に呼吸する患者からの呼吸可能なガスである請求項42に記載のガス流量センサー。 46．流れ方向に沿って流体の流速を検知する方法であって、翼形部材を位置決めする段階であって、該翼形部材が、流体の流れ方向に直角に翼形部材に上昇力を発生するような形状と流体の流れ方向に対する配向位置とを有し、前記上昇力の大きさが流体の流速に関連している、翼形部材を位置決めする段階と、前記翼形部材に加えられた上昇力に対する翼形部材の応動を確定し流体の流速を決定する段階とを含んでいる流体の流速を検知する方法。 47．さらに、板状翼形部材を流体の流れの中に導入するようにしている請求項 46に記載の方法。 48．板状の翼形部材が流体の流れに対し上流側部分と下流側部分とを有し、大きさの異なる上昇力が前記上流側部分と下流側部分とに加えられ、前記確定段階が、さらに、上流側部分と下流側部分とに加えられた異なる力に対する翼形部材の応動を確定し流体の流速を決定するようにしている請求項47に記載の方法。 49．上昇力が板状翼形部材に曲げモーメントを発生し、前記確定段階がさらに曲げモーメントに対する翼形部材の応動を確定するようにしている請求項47に記載の方法。 50．上昇力が板状翼形部材に曲げモーメントを発生し、前記確定段階がさらに曲げモーメントに対する翼形部材の応動を確定するようにしている請求項48に記載の方法。 51．さらに可変抵抗手段を用い上昇力に対する翼形部材の応動を決定するようにし、前記確定段階がさらに上流側部分と下流側部分に関連する検知器の抵抗の相対変化を利用し流体の流速を決定するようにしている請求項48に記載の方法。 52．さらに他の検知手段によって流体の流れを検知する段階を含んでいる請求項46に記載の方法。 53．さらに流体の流速に加えて他の現象を測定する段階を含んでいる請求項46 に記載の方法。