JP2010530545A - 粘性測定 - Google Patents
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Abstract
流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するためのマイクロ流体デバイスおよび方法。マイクロ流体デバイスは、基板と、基板の表面と接合した少なくとも1つのカバーとを含み、流体チャネルがカバーまたは基板の少なくとも1つに形成される。さらに、マイクロ流体デバイスは、第1圧力サイトおよび第2圧力サイトの両方と流体連通した第1差動圧力センサを有することができる第1差動圧力ゲージを含む。さらに、マイクロ流体デバイスは、流体チャネルの第1セクションによって離れて配置される第1圧力サイトおよび第2圧力サイトを含む。さらに、マイクロ流体デバイスは、第1差動圧力センサで発生したデータを受け取るように、第1差動圧力センサと伝送可能に接続されたデータプロセッサを含む。
Description
本発明は、流体のレオロジー(流動学:rheology)特性、例えば、絶対粘性などを測定するデバイスおよび方法に関する。詳細には、流体は、マイクロ流体センサ、例えば、マイクロ流体デバイスを通過する。マイクロ流体センサの構成要素であるMEMS(微小電気機械システム)デバイスが、圧力低下、任意にはフローレートを測定する。このデータを利用して、プロセッサがレオロジー特性を計算できる。
流体解析は、油田産業において重要である。新しい油井についての構築決定は、ダウンホール(down hole)(貯留層流体に直接に)またはアップホール(up hole)(地表において)を行う際、流体特性の測定に大きく基づいている。化学組成、相図、流体の密度および粘性に関する情報は、特定の油井のどのゾーンが生産に経済的であるかを決定し、該ゾーンのための正しい基幹施設を設置することにとって重大である。他の産業も、種々の流体パラメータ、例えば、粘性を監視して、例えば、ある部品の適切な潤滑を確保したり、製造プロセスを管理することに関心がある。
粘性は、流体が示す、剪断または流れの内部抵抗であって、接着性/粘着性または摩擦性の流体特性の測定値である。抵抗は、流体層が互いに摺動しようとする際に作用する分子間摩擦によって生ずる。「見かけ粘性」は、品質管理の目的でしばしば使用される。テスト流体の粘性は、設備の共通ピース内の管理流体の粘性と比較され、例えば、スピンドルを流体中で回転させるのに必要なトルクについて比較してもよい。しかしながら、測定値は、特定のテスト設備について狭い範囲の粘性で意味を持つだけである。
「絶対粘性」は、流体によって単位距離だけ離れて維持される場合、一方の水平面を他方に対して単位速度で移動させるのに必要な単位面積当たりの接線分力(tangential force)である。これは、下記の式(1)によって数学的に表現できる。
ここで、ηは粘性であり、τWは水平面の一方に印加される剪断応力であり、γドットは、同じ面での流体の剪断速度(shear rate)である。絶対粘性は、測定がより困難であるが、より意味のある結果を提供するものであり、テスト設備および方法から独立している。運動(kinematic)粘性は、流体の絶対粘性をその密度で除算することによって得られる派生した量である。例えば、センサは、運動粘性を直接測定できる。例えば、捩り重錘粘性計「Viscolite」(Hydramotion社製、ヨーク市、英国)など。
流体の流れは、「ニュートン性」または「非ニュートン性」となる。粘性応力テンソルが剪断速度テンソルに対して線形的に比例し、粘性が比例定数である場合、流体はニュートン性である。それ以外は、流体は非ニュートン性であり、剪断速度、法線応力差、または両方の効果の組合せに対して一定でない粘性に起因している。
非圧縮性のニュートン流体が、半径Rを持つ円形断面のチューブを完全に発達した層流領域で流れる場合、チューブの壁での剪断応力τW、見かけ剪断速度γAドットは、下記の式(2)(3)により、長さLのチューブに沿って発達する圧力降下Δpおよび体積流速(flow rate)Qと単に関連付けられる(文献"Rheological Techniques, 2nd edition, R.W. Whorlow"を参照)。
壁の剪断応力に関する上記定義は、円形対称性を持つチューブ内を完全に発達した層流領域で流れるニュートン性および非ニュートン性の流体の両方について真実である。上記の剪断速度は、ニュートン流体の場合だけ実際の剪断速度と等しいことから、見かけ剪断速度と称される。これらの式は、上記式(1)と関連して用いた場合、粘性ηをこれらの同じ量と関連した表現を導く。
非円形断面のチューブの場合、分母の数値は上記の値8と異なって、幾つかの幾何形状について解析的に、あるいは任意の幾何形状についての数値計算によって、あるいは既知の粘性標準物を用いた較正によって実験的に得られる。これは、後段でより詳細に検討する。以下は、円形断面を持つ毛管粘性計を用いて非ニュートン流体の粘性を測定するための適切な解釈の検討である。
非圧縮性の非ニュートン流体が円筒チューブ中を流れる場合、壁での剪断速度は、導出するのがより困難である。上記の式(3)で与えられる剪断速度は正確でなく、ラビノービチ(Rabinowitsch)の式を用いて計算する必要がある。(文献"Rheological Techniques, 2nd edition, R.W. Whorlow"を参照)。
ただし、nは、式(6)で定義される。
γWドットは、壁での実際の剪断速度であり、γAドットは、流体がニュートン性である場合に存在するであろう剪断速度(4Q/・R3)である。τWは、壁での剪断応力であり、RΔp/(2L)で与えられる。この表現が導関数(derivative)を含むため、実際の壁応力だけは、幾つかの(Δp,Q)値ペアが既知であれば決定することができ、幾つかのペアが既知であればより確実である。剪断速度に独立の粘性は、非ニュートン流体について次のように計算できる。
先に述べたように、非円形形状でのニュートン流体の粘性測定は、その低い対称性に起因して、異なる解析を必要とする。簡単な例は、横方向サイズの一方が他方より10倍以上でかなり大きく、システムを1次元として簡単に取り扱いできるスリットダイ(slit die)の場合であろう。これは、とても底が浅く、とても幅広であり、両方の横寸法がその長さと比べて小さい毛細管において適用できるであろう。この場合、壁での剪断応力は、下記の式(8)のようになる。
ここで、Hは、チャネルの深さである。さらに、ニュートン流体についての見かけ剪断速度は、下記の式(9)のようになる。
ここで、Wは、チャネルの幅である。粘性は次のように計算される。
再び非ニュートン流体に関して、もう少し複雑な解析が必要であり、下記のような壁表面での剪断速度をもたらす。
スリット形状の粘性計算は、非ニュートン流体については、次のように適切に修正される。
ここで再び、nは上記の式(6)によって定義される。スリットダイについての結果は、ある場合には、2つの横寸法(HとW)が同等である矩形ダイに一般化できる。この場合、壁での剪断応力は、下記の式(13)になる。
ニュートン流体については、粘性の解析的解がHとWの全ての組合せについて導出できる。
ここで、f*(x)は、次のように定義される。
そして、f*(x)は、下記(表1)で与えられる(出典 "Son, Polymer 48, p. 632, 2007)")。
矩形形状での非ニュートン流体については、解析的解が存在しないが、数値的解法が幾つかのH/W比について表集計されている。文献("Son, Polymer 48, p. 632, 2007)")をさらに参照すると、Son氏が提供する多くの解の表集計および計算アルゴリズムは、矩形寸法の幾何形状において非ニュートン流体の粘性を測定可能にする。
見かけまたは実際の粘性を測定する多くの方法が、研究所または産業用途に利用可能である。簡単な方法は、ある体積の流体が、例えば、マーシュ漏斗(Marsh funnel)など、よく定義された幾何形状を持つ出口から流出するのに必要な時間を測定することによるものである。
代替として、2つの回転面、例えば、2つの平プレート、2つの同心円筒、またはコーンおよびプレートの間に閉じ込めることによって剪断歪みを流体に印加することができ、発達する剪断応力を測定する。他の代替として、流体中に浸漬された回転物体への応力を監視してもよい。応力と歪みとの比率は、特定のデバイス形状によって正規化され、絶対粘性の直接測定を提供する。これは、多くの市販の研究所デバイスの原理動作である。
さらに、パイプを通る流れは、圧力降下を生成する。これは差動圧力ゲージを用いて監視できる。流れ自体は、例えば、容積ポンプなどによって外部から強制され、あるいは種々のタイプのフロー計測デバイスを用いて監視される。流れが層状で、流体がニュートン性である場合、体積流速、体積流速、パイプ形状、およびパイプに沿った圧力降下の知識は、流れる流体の粘性を決定するのに充分に情報を提供する。この原理は、幾つかの市販の粘性計で用いられており、例えば、コリオリ(Coriolis)式流量計から質量流速が得られる。この場合、得られる量は運動粘性であり、密度が別個に既知である場合だけ、絶対粘性が取得できる。
代替として、流速は与えられて、使用する圧力センサが圧力降下を監視する。幾つかの流速を与えて、対応する圧力降下を測定することによって、幾つかの非ニュートン態様の流体が観測できる。こうした原理は、マイクロ流体デバイス内にも適用されている。例えば、用語「マイクロ流体(micro-fluidic)」は、流体がサブミリメータのチャネル内に流れるセンサを参照できる。典型的には、これらのチャネルは、1〜数百ミクロンの直径を有する。時には、既知の粘性を想定して、流体流速などの他のパラメータを決定するために同じ物理的原理が用いられることに留意する。
このタイプの測定では流れの層状特性が重要であるため、1つ又はそれ以上のバイパスを用いて、乱流となり得る流れを、幾つかの層状小流(substream)に変換するための方法が考案されている。流速を測定するために熱的方法が一般に用いられ、特に著名なものはホットワイヤ測風学(anemometry)法である。
米国特許出願公開第2005/0183496A1号(Baek)は、エッチングされた3つの層で形成されたマイクロ流体レオメータ(rheometer)を開示する。上層に形成された空洞は、中間層に接合されてチャネルを形成する。中間層の底面は、キャパシタ形態の圧力トランスジューサの半分を含む。底ピースは、トランスジューサの他方の半分(他方のキャパシタプレート)および電気接続を有し、絶対圧力ゲージが得られる。チャネル底面の撓みは、2つのプレート間の間隔を変化させ、キャパシタの電気パラメータを変化させている。こうした幾つかの絶対圧力ゲージが、スリット形状の流体チャネルに沿って配置される。ポンプがテスト流体を導入するために用いられ、ポンプ及び/又はバルブシステムが、流速を制御するために用いられる。
流体中に浸漬された共振器の共振カーブ形状が、粘性、ある場合には流体の密度を推定するために使用できる。共振器デバイスは、機械的、電磁気的または圧電的な方法によって駆動できるとともに、発振の振幅は、このデバイスをトランスジューサとして用いて検出でき、外部ゲージを用いて歪みを測定し、あるいは光学手段(例えば、干渉計)を用いて直接測定を行う。振動センサの例が、国際公開第2006/094694A1号、国際公開第2007/077038A1号に開示されており、発明の名称は両方とも「A Density and Viscosity Sensor」であり、出願人は両方とも「Schlumberger Technology B.V.」である。
振動物体を用いた粘性測定計測学の他の例として、米国特許第7194902号(Goodwin, et al.)は、油井用のダウンホール粘性測定システムを開示する。このシステムは、移動流体を通って伸びるテンションワイヤを含む。共振カーブのQ値は、絶対粘性の関数である。
米国特許公開第2007/0061093A1号(Angelescu, et al.)は、流体チャネル内の流体の流速を測定する方法および装置を開示する。流れる流体は、最初に、流体流れの中にトレーサ(tracer)を注入する注入エレメントを通過する。続いて、このトレーサは、第1および第2下流(downstream)センサによって検出される。注入エレメントおよび検出センサからのデータは、プロセッサへ送信されて、時間データを利用して流速を決定する。
米国特許第7194902号、米国公開第2005/0183496A1号、米国公開第2007/0061093A1号は、参照により全てがここに組み込まれる。
上記システムは、流体の一定の特徴、例えば、粘性または流速などを決定したり、管理されたパラメータの下で絶対粘性を決定するのに有効であるが、潜在的には高い環境圧力で、潜在的には流速の予備知識無しで、絶対粘性を正確に決定するのに有効なマイクロ流体システムについてのニーズがある。
(発明の要旨)
本発明は、流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するためのマイクロ流体デバイス、例えば、センサに関する。好ましい実施形態において、マイクロ流体デバイスは、第1基板を含み、そこには差動圧力ゲージが、第1圧力サイトと流体連通した一方の側と、第2圧力サイトと連通した他方の側とを有するように形成され、2つの圧力サイトは流体チャネルで接続されている。流体チャネルは、差動圧力ゲージとして同じ基板に作製されていてもよく、あるいは、第1基板と隣接し接合された異なる基板に作製されていてもよい。信号導管(conduit)は、第1差動圧力ゲージで発生したデータをデータプロセッサへ効率的に伝送する。
本発明は、流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するためのマイクロ流体デバイス、例えば、センサに関する。好ましい実施形態において、マイクロ流体デバイスは、第1基板を含み、そこには差動圧力ゲージが、第1圧力サイトと流体連通した一方の側と、第2圧力サイトと連通した他方の側とを有するように形成され、2つの圧力サイトは流体チャネルで接続されている。流体チャネルは、差動圧力ゲージとして同じ基板に作製されていてもよく、あるいは、第1基板と隣接し接合された異なる基板に作製されていてもよい。信号導管(conduit)は、第1差動圧力ゲージで発生したデータをデータプロセッサへ効率的に伝送する。
第2実施形態において、マイクロ流体デバイスは、上記構成に加えて、チャネルを通過する流体の流速を決定できる流れ測定デバイスを含む。流れ測定デバイスは、差動圧力ゲージと同じ基板に構築してもよい。
第3実施形態は、流体チャネル、流れ測定デバイス、および、流体チャネルに沿って1つ又はそれ以上の場所と連通した、1つ又はそれ以上の絶対圧力センサを組み込んでいる。上述した差動圧力センサ、絶対圧力センサおよび流速センサは、MEMSデバイスでもよい。
本発明の他の態様によれば、マイクロ流体センサの応用は、流体のレオロジー特性を決定することが必要である石油サービス産業のためでもよい。レオロジー特性、粘性は、流速および圧力降下が既知である場合、ニュートン流れを有する流体について計算してもよい。幾つかの応用では、流体は、外部の流れ調整デバイスによって、例えば、実験室(lab)設定またはアップホール(up hole)設定でセンサに配給される。センサは、前の段落の好ましい実施形態で説明したように利用してもよい。流れが外部で制御できない場合の応用では、例えば、ダウンホール(down hole)環境の場合、前の段落の第2または第3実施形態が好ましいかもしれない。
本発明の他の態様によれば、非ニュートン流れを有する流体のレオロジー特性を決定する場合、複数の流れチャネルに渡って分散した複数の差動圧力ゲージ(同じ基板または隣接する基板に形成してもよい)から得られるデータが、粘性を剪断応力の関数として取得するように測定可能である。
本発明は、流体のレオロジー特性を決定する方法に関する。該方法は、マイクロ流体デバイスに形成された流体チャネルの中に流体の流れを導入するステップを含む。さらに、該方法は、差動圧力センサを利用して、第1圧力サイトから第2圧力サイトへ延びる流体チャネルの第1セクションでの圧力降下を測定するステップを含む。さらに、該方法は、第1および第2圧力サイトと流体連通できる差動圧力センサを含む。また、該方法は、流速データおよび圧力降下データをプロセッサへ伝送するステップを含む。最後に、該方法は、流速データおよび圧力降下データからレオロジー特性を計算するステップを含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、外部で制御された流速で、流体を流体チャネルの中に導入することによって決定できる流体の流速を含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、未制御の流れであってもよい、流速センサを用いて測定できる流体の流速を含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、流体の粘性として計算される、流体のレオロジー特性を含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、直列接続が可能な、流体チャネルの複数のセクションと流体連通した、複数の差動圧力センサを有するマイクロ流体デバイスを含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、異なる断面形状または長さを持つように形成できる複数のセクションの各セクションを含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、マイクロ流体デバイスに形成され、並列接続が可能な流体チャネルの複数のセクションと流体連通した複数の流速センサを有するマイクロ流体デバイスを含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、異なる断面形状または長さを持つように形成できる複数のセクションの各セクションを含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、1つ又はそれ以上の流速(Q)と圧力降下(Δp)のペアデータ値から計算可能なレオロジー特性を含む。
本発明の特徴によれば、該方法は、1つ又はそれ以上の流速(Q)と圧力降下(Δp)のペアデータ値から計算可能なレオロジー特性を含む。
本発明の特徴によれば、流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するためのマイクロ流体デバイスが使用できる。マイクロ流体デバイスは、基板と、基板の表面と接合した少なくとも1つのカバーとを含むことができ、カバーまたは基板の少なくとも1つに形成された流体チャネルを備える。さらに、マイクロ流体デバイスは、第1圧力サイトおよび第2圧力サイトの両方と流体連通した第1差動圧力センサを有することができる第1差動圧力ゲージを含む。さらに、マイクロ流体デバイスは、流体チャネルの第1セクションによって離れて配置される第1圧力サイトおよび第2圧力サイトを含む。さらに、マイクロ流体デバイスは、第1差動圧力センサで発生したデータを受け取るように、第1差動圧力センサと伝送可能に接続されたデータプロセッサを含む。
本発明の特徴によれば、第1差動圧力センサは、基板膜(membrane)によって第2流体導管から分離された第1流体導管を含み、第1流体導管は第1圧力サイトと流体連通し、第2流体導管は第2圧力サイトと流体連通している。
本発明の特徴によれば、基板膜の撓みは、圧電抵抗(piezo-resistive)センサ素子、キャパシタシステムおよび光学システムからなるグループから選択されたセンサと関わる。
本発明の特徴によれば、第2差動圧力ゲージが、第3圧力サイトおよび第4圧力サイトの両方と流体連通した第2差動圧力センサを有する。第3圧力サイトおよび第4圧力サイトは、流体チャネルの第2セクションによって離れて配置され、そこでは第1セクションおよび第2セクションは、異なる断面形状または長さを有し、直列に配置される。
本発明の特徴によれば、第1流れセンサが、データを送信するデータプロセッサと伝送可能に接続され、基板内に形成可能であって、流体チャネルと流体連通している。
本発明の特徴によれば、第2差動圧力ゲージが、第3圧力サイトおよび第4圧力サイトの両方と流体連通した第2差動圧力センサを有することができる。第3圧力サイトおよび第4圧力サイトは、流体チャネルの第2セクションによって離れて配置され、そこでは第1セクションおよび第2セクションは、異なる断面形状または長さを有し、直列に配置され、そして、第2差動圧力センサは、データプロセッサと伝送可能に接続される。
本発明の特徴によれば、第1流れセンサは、MEMS(微小電気機械システム)デバイスとすることができる。
本発明の特徴によれば、流体チャネルの第1セクションおよび第2セクションは、並列に配置でき、そして、流体チャネルの第1セクションおよび第2セクションは、異なる断面形状または長さを有する。
さらに、第2流れセンサは、データを送信するデータプロセッサと伝送可能に接続可能であり、流体チャネルの第2セクションと直列(in line)であってもよく、そして、第1流れセンサは、流体チャネルの第1セクションと直列であってもよい。
本発明の特徴によれば、第1差動圧力センサは、MEMS(微小電気機械システム)デバイスとすることができる。
本発明の特徴によれば、測定される流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性は、流体の粘性とすることができる。
本発明の特徴によれば、マイクロ流体デバイスは、流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するために使用できる。マイクロ流体デバイスは、基板と、基板の表面と接合した少なくとも1つのカバーとを含むことができ、カバー、基板または、カバーと基板の組合せのうち少なくとも1つに形成された流体チャネルを備える。さらに、第1絶対圧力ゲージは、第1圧力サイトおよび外部圧力の両方と流体連通した第1圧力センサを有することができる。さらに、第2絶対圧力ゲージは、第2圧力サイトおよび外部圧力の両方と流体連通した第2圧力センサを有することができ、第1圧力サイトおよび第2圧力サイトは、流体チャネルの第1セクションによって離れて配置される。また、少なくとも1つの流れセンサが、基板内に、流体チャネルと流体連通するように形成できる。さらに、第1圧力センサ、第2圧力センサおよび少なくとも1つの流れセンサは、データを送信するデータプロセッサと伝送可能に接続可能である。
本発明の特徴によれば、第1圧力センサおよび第2圧力センサは、基板膜によって外部圧力から分離された個々の第1および第2分離流体導管を有するMEMS(微小電気機械システム)デバイスとすることができ、第1流体導管は第1圧力サイトと流体連通し、第2流体導管は第2圧力サイトと流体連通している。
本発明の特徴によれば、第3絶対圧力ゲージおよび第4絶対圧力ゲージが、流体チャネルの第2セクションと流体連通することができ、流体チャネルの第1および第2セクションは、異なる断面形状または長さを有し、直列配置が可能である。
本発明の特徴によれば、2つ又はそれ以上の流速センサが、マイクロ流体デバイス内に、並列接続が可能な流体チャネルの2つ又はそれ以上のセクションと流体連通するように形成できる。
本発明の特徴によれば、流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性が流体の粘性として測定可能である。
本発明の1つ又はそれ以上の実施形態の詳細は、添付図面および下記説明において記述している。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明、図面から、そして請求項から明らかとなろう。
本発明は、本発明の例示の実施形態の非限定的な例として記載した複数の図面を参照して、詳細な説明において説明される。図面の幾つかの図を通じて同様な符号は同様な部品を表す。
ここで示す詳細事項は、例示であって、本発明の実施形態の説明検討の目的のために過ぎず、本発明の原理および概念的態様について最も有用で容易に理解される説明と考えられるものを提供するために提示されている。
これに関して、本発明の基本的理解に必要なものより詳しくは本発明の構造的詳細を示すことはしていない。説明は、図面とともに、本発明の幾つかの形態がどのように実際に具体化されるかを当業者に明らかにしている。さらに、種々の図面における同様な参照番号および参照符号は同様な要素を意味する。
本発明は、流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するためのマイクロ流体センサ(マイクロ流体デバイスとも称される)に関する。好ましい実施形態において、マイクロ流体センサは、第1基板を含み、そこには差動圧力ゲージが、第1圧力サイトと流体連通した一方の側と、第2圧力サイトと連通した他方の側とを有するように形成され、2つの圧力サイトは流体チャネルで接続されている。流体チャネルは、差動圧力ゲージとして同じ基板に作製されていてもよく、あるいは、第1基板と隣接し接合された異なる基板に作製されていてもよい。信号導管(conduit)は、第1差動圧力センサで発生したデータをデータプロセッサへ効率的に伝送する。
本発明の特徴によれば、流体のレオロジー特性、例えば、粘性などの測定は、毛細管を既知の速度で流れる流体中で発達する圧力降下の知識によって達成できる。例えば、こうした測定は、幾つかの絶対圧力ゲージまたは、1つ又はそれ以上の差動圧力ゲージによって実施できる。絶対圧力が高く、毛細管に沿って粘性圧力降下が小さい場合、差動圧力ゲージは、幾つかの絶対圧力ゲージを使用する場合と比べて、高い精度および正確さを有することになる。粘性圧力降下および絶対圧力の両方が既知であって、同程度の大きさである場合、いずれの方法も使用可能であり、製造の容易さまたはコストなど、別の基準によって選択を決定してもよい。流速は、外部で制御してもよく、あるいは流量計を用いて測定してもよい。
本発明の特徴によれば、上述のように、式(1)(4)(7)(10)(12)(14)のうちの1つを特に参照して、手近な幾何形状および流体について最も適切な1つを用いて、特定のチャネル形状でニュートンおよび非ニュートン流体について圧力降下Δpおよび流速Qのデータから、粘性の計算を実施できる。
図1は、本発明の一態様に従って、実験室(lab)またはアップホール(up hole)の環境の場合のように、流速が外部で制御可能な環境においてレオロジー測定に有効なマイクロ流体センサ10を平面図で示す。マイクロ流体センサ10は、差動圧力ゲージ14を含み、これは基板16上に形成されたMEMSデバイスでもよい。差動圧力ゲージ14は、流体が2つのポイント間を流れる際の差動圧力を測定する。差動圧力および後述のような他のデータを利用することによって、マイクロ流体センサ10は、流体のレオロジー特性、例えば、絶対粘性などを計算するために用いられる。
図1を参照して、差動圧力ゲージ14は、第1圧力サイト30から第2圧力サイト32へ延びる流体チャネル20を含む。上流導管33が第1圧力サイト30から分岐し、下流導管35が第2圧力サイト32から分岐している。上流導管33は圧力センサ34の上流側37で終端し、下流導管35は圧力センサ34の下流側39で終端している。基板膜(membrane)38が、上流側37と下流側39を分離している。上流側37での流体は、第1圧力サイト30での流体と同じ圧力であり、下流側39での流体は、第2圧力サイト32での流体と同じ圧力である。流体チャネル20の長さに渡る差動圧力と等しい、基板膜38を横切る差動圧力が存在している。この差動圧力の結果として基板膜38は撓み、撓み量を測定することによって差動圧力が決定される。
本発明の特徴によれば、流速は、マイクロシリンジまたは、制御されたフローポンプによって外部で制御可能であり、例えば、実験室またはアップホールの応用などのように、マイクロ流体センサへ入る流体の流れを制御している。従って、良好に定義されたチャネルに沿った流速および圧力降下の知識は、絶対粘性を正確に測定するのに充分である。ニュートン流体では、チャネル壁面での流速または等価的には剪断応力と関係なく、上記の関係が保たれる。
図1を参照して、本発明の一態様によれば、流体入り口18は、既知の寸法および既知の断面形状の流体チャネル20の中に流体を導入する。非ニュートン流れの測定を容易にするためには、円形またはスリット状の断面が好ましい。断面形状がスリット状である場合、例えば、アスペクト比が約10:1を超える場合、エッジ効果が無視でき、精度向上にとって10:1を超えるアスペクト比が好ましいであろう。製造の容易のためには、1に近いアスペクト比を持つ矩形断面が好ましいであろう。
図2Aと図2Bは、本発明の一態様に従って、図1の2−2線に沿ったマイクロ流体センサ10の断面を示す。流体チャネル20は、圧力センサの対向側にある2つの圧力サイト間で、チャネルの長さに沿って一貫した幾何形状を達成するのに有効な何れの方法によって形成してもよい。本発明の一態様に従って可能なように、図2Aに示すように、基板16は、半導体材料、例えば、シリコン、シリコン・オン・インシュレータ(SOI)、ガラスまたはガリウム砒素などで作製され、流体チャネル20は、ドライプラズマ、超音波またはウェット化学エッチング法によってそこに部分的にエッチングされる。
上カバー26および底カバー28は、幾つかのタイプのガラス(Pyrex,Borofloat)、セラミック材料またはシリコンで作製でき、基板16に接合される。基板16がシリコンベースの材料で、カバー26,28がガラスまたはシリコンで作製される場合、カバーを基板に接合するために、陽極直接シリコンまたは共晶接合法を利用してもよい。基板16およびカバー26,28の両方がガラスである場合、直接(拡散)接合を実施できる。組み立てた構造は、制御された幾何形状の流体チャネル20を有する。
図2Bは、本発明の一態様に従って、一方のカバー28に形成可能であって、基板16と隣接配置された流体チャネル20を示す。
本発明は、集積回路およびMEMS技術に共通した製造技術を用いることによって製造できる小型デバイスを含むことができる。これらは、ポリマーフォトレジスト、シリコン、ガラス、金属膜、シリコン酸化物、窒化物などのパターニングおよび加工の材料のための製造プロセスを含み、極めて小さな機械デバイスの製造を可能にする。
図3は、本発明の一態様に従って、図1のの3−3線に沿った断面図で示した、差動圧力ゲージの圧力センサ要素34の動作を示す。流体チャネル、上流導管33および下流導管35は、基板16内またはカバー26,28のいずれかに製作できる。例えば、サンドブラスト、超音波製造、ドライプラズマエッチング、化学ウェットエッチング、レーザアブレーション等、いずれか適切な製造方法が利用できる。1つの可能な実施例では、上流導管33は、基板16の第1面に部分形成され、上カバー26に部分形成される。裏面溝41が、基板16の反対の第2面に形成される。裏面溝のための材料除去は、基板16の孔開け手前で停止し、その結果、薄い基板膜38が残る。下流導管35は、裏面溝41によって部分形成され、底カバー28に部分形成される。
図3を参照して、本発明の一態様に従って、基板膜38は、上流導管33の流体と下流導管35の流体との圧力差によって撓むのに充分な薄さである。典型的には、基板膜38は、1〜数百マイクロメータのオーダーの厚さを有する。基板膜38の撓み量は、圧力差に比例する。撓みは、例えば、基板膜38の上に成膜した圧電抵抗(piezo-resistive)センサ素子40、あるいはキャパシタシステムまたは光学システムなど、いずれか有効な手段によって測定できる。圧電抵抗センサ素子40は、基板膜38の表面部分をコーティングする絶縁層42の上に成膜され、リソグラフィおよびエッチングによって規定される。外部電圧源を用いて起動すると、圧電抵抗センサ素子40は、撓み量に比例し、よって第1圧力サイトの流体と第2圧力サイトの流体との流体圧力差に比例した電圧を出力する。圧力差は、かなり小さい傾向があり、広い範囲の値で変化し得る環境圧力によって影響されないため、差動圧力ゲージは広い範囲の流体圧について有効である。
金属化した回路配線44は、圧電抵抗センサ素子40の電圧出力を基板16の表面に伝えるために利用できる。回路配線44は、電圧計、収集ボード、オシロスコープ、専用の電子回路、他の電圧測定装置またはプロセッサと接続され、流速データおよび圧力降下データからレオロジー特性の計算を容易にする。
本発明の一態様に従って、第1圧力サイト30と第2圧力サイト32との間の距離を増加させることによって、圧力降下が増加し、従って、測定感度が増加する。流体チャネル20は、図1に示すような蛇行構成、あるいは、長さを増やす何れか他の形状を有してもよい。第2圧力サイト32を横切った後、流体は、流体出口46でマイクロ流体センサ10を出る。
図4は、本発明の一態様に従って、多くの応用、例えば、ダウンホール(down hole)油田応用など、流れを外部制御するのが実用的でないと考えられる場合を示す。特に、図4は、流量が外部制御されない応用にとって有効なマイクロ流体センサ10’を示す。このマイクロ流体センサ10’は、流速センサ12を含む。流速センサは、基板16の中に形成されたMEMSデバイスでもよい。例示のMEMS流速センサ12は、図4の5−5断面線に沿って見た図5に示す。トレーサ放出器48は、流体チャネル20を通って流れる流体中にトレーサ(tracer)を放出する(典型的には、熱パルスの形態で)。第1トレーサ検出器50および、場合によっては第2トレーサ検出器52が利用され、トレーサ信号を検出し、トレーサ放出器48からのトレーサの進行時間を計算する。トレーサ放出器48およびトレーサ検出器50,52は、流体チャネル20の壁に実現してもよく、あるいは、図5に示すように、流体チャネルを横切るブリッジとして延びていてもよい。
典型的には、トレーサは、正確に時間計測した区間でパルスとして放出される。しかしながら、本発明の一態様に従って、トレーサは、確率論的または擬ランダムのシーケンスの形態で放出してもよい。その場合、放出されたトレーサ信号とトレーサ検出器50,52で検出される信号との相互相関をとることによって、飛行時間が決定できる。
複数のデータポイントは、(1)トレーサ放出器48から第1トレーサ検出器50へ横断する時間、(2)トレーサ放出器48から第2トレーサ検出器52へ横断する時間、(3)第1トレーサ検出器50から第2トレーサ検出器52へ横断する時間を含み、流速を正確に計算するために利用できる。
本発明の一態様に従って、MEMS流速センサ12の一例は、トレーサ放出器48として宙吊りブリッジを有してもよい。その結果、抵抗回路配線44を介して電圧を印加することによって、トレーサ放出器48の温度が既知の量だけ増加する。この場合、熱パルスが流体チャネル20を介して流体によって伝達される。熱パルスが第1宙吊りトレーサ検出器50および第2宙吊りトレーサ検出器52に到達する時間は、宙吊りトレーサ検出器50,52に配置された抵抗温度検出器44’,44”(RTD)または熱電対を用いることによって決定できる。抵抗回路配線44’,44”は、RTDとして有効に用いられ、宙吊りトレーサ検出器50,52からの信号を外部測定回路、例えば、オシロスコープ、電圧計、収集ボード、専用の電子回路または他の電圧測定装置などへ伝送する。
図6は、本発明の他の実施形態に従って、流体チャネル20に沿って間隔をあけて配置された2つ又はそれ以上の絶対圧力ゲージ54,56の利用を示す。流体チャネル20に沿った圧力降下は、絶対圧力ゲージの応答を引き算することによって得られる。流速は、流速センサ12を用いて測定される。差動圧力ゲージについて、ここで説明したものと類似の実施形態が、絶対圧力ゲージ、並列配置または直列配置されたチャネルなどに適用できる。
図6を参照して、本発明の一態様に従って、流体チャネル20および流速センサの製造は、前述したものと同じである。絶対圧力ゲージ54の製造は、図7に示すように、基板膜38の裏面が、開放チャネル58を経由してチップ外部での外部圧力に露出している以外は同様である。外部圧力は、大気圧または他の外部圧力でもよく、絶対圧力ゲージ間で共通である。全ての絶対圧力ゲージがこの同じ外部圧力を見ているため、これらの応答を引き算した場合、流体チャネルに沿った圧力降下の測定が得られる。
図4に示すマイクロ流体センサ10’は、絶対粘性を計算するのに必要な全ての変数を決定するのに有効である。絶対粘性は、野外またはその場(in situ)で決定でき、制御フローポンプなどの外部装置を必要としない。
円筒チューブ内を流れる非ニュートンで非圧縮性の流体について、壁での剪断応力速度(shear stress rate)は、下記のラビノービチ(Rabinowitsch)の式を用いて計算する必要がある。
他の断面形状についてのこの式の変形が、上述のように存在している。
γWNドットおよびWを決定するのにユーザが制御可能なパラメータは、流速Qおよび圧力降下Δpである。いったんγWNドットおよびWが、幾つかの測定した値ペア(Δp,Q)から推定されれば、γWドットがラビノービチの式から計算される。そして、絶対粘性ηは、η=W/(γWドット)から計算できる。粘性の剪断速度依存性を、真のレオロジー計(rheometer)と類似した方法で測定することが可能である。
本発明の一態様に従って、幾つかの環境、例えば、実験室またはアップホールの環境では、シリンジポンプを用いて流速を正確に制御することも可能である。複数の範囲に渡って流速を掃引することによって、本質的に変化するγWNドットの剪断応力の範囲が得られる。しかしながら、外部ポンプが、ある応用、特に、ダウンホール応用にとって実用的でないかもしれない。これらの応用では、図4,図6,図8,図9に示すような代替の実施形態が利用できる。
図8は、本発明の一態様に従って、マイクロ流体センサ60は、第1差動圧力ゲージ14と第2差動圧力ゲージ62を含むことを示している。第1差動圧力ゲージ14は、流体チャネル20の第1セクション31に沿った圧力差を測定する第1圧力センサ34を含む。第2差動圧力ゲージ62は、流体チャネル20の第2セクション64に沿った圧力差を測定する第2圧力センサ70を含む。第1セクション31の断面形状及び/又は長さは、典型的には、第2セクション64の断面形状及び/又は長さと異なっており、異なる壁剪断速度をもたらす。
第1圧力センサ34は、第1圧力サイト30と第2圧力サイト32の間の第1圧力降下を決定するために用いられる。第2圧力センサ70は、第3圧力サイト66と第4圧力サイト68の間の圧力降下を決定するために用いられる。圧力差は、各セクション31,64で正確に測定され、各圧力センサ34,70の出力は、異なる壁剪断速度での粘性を計算するために用いられる。
マイクロ流体センサ60は、2つの差動圧力ゲージ14,62および、断面形状及び/又は長さが異なる2つの流体チャネルセクション31,64だけに限定されるものでなく、マイクロ流体センサ60の精度及び/又は動作範囲を改善するために必要に応じて、任意の数の差動圧力ゲージおよび流体チャネルセクションを追加してもよい。
本発明の一態様に従って、例えば、非ニュートン流体において、遠方にある圧力ゲージを用いて測定された圧力は、流れの中に直接配置された圧力ゲージで測定される圧力とは異なることがある。この不一致は、「ホール圧力誤差」と呼ばれ、非ニュートン液の流れ中に存在する、通常の応力差から生じている。同じ幾何形状の2つの領域(例えば、第1および第2圧力サイト30,32、または第3および第4圧力サイト66,68)の間での差動測定では、ホール圧力誤差は正確にキャンセルし、測定値は影響を受けなくなる。その結果、マイクロ流体センサ60では、ホール圧力誤差は、剪断応力依存の粘性を測定するのに重要ではない。しかしながら、異なる壁剪断速度を備えた2つの領域間で差動測定を行う場合、流れ中の通常の応力差に関連している、測定可能な不一致が存在することになる。
図9は、本発明の他の実施形態に従って、並列流れチャネルを制御する第1流体チャネルセクション31および第2流体チャネルセクション64を有するマイクロ流体センサ80を示す。ここで、流体チャネルセクション31,64は、異なる断面形状で作製可能であり、これらを通過する流体は異なる壁剪断速度に曝されることになる。単一の差動圧力センサ34は、両方のチャネルセクションについての圧力降下を測定する。別個の流速センサ12,82は、各流体チャネルセクション31,64での異なる流速を決定する。前の実施形態と同様に、追加のチャネルセクションを並列に追加してもよい。
図10を参照して、本発明の一態様に従って、マイクロ流体デバイスは、ダウンホール油田ツールの中に組み込むことが可能である。例えば、ダウンホールツールは、検層(LWD)ドリルツール、生産検層(PL)ツール、ワイヤライン開孔検層ツール、油井テストツールまたはアセンブリ、あるいは異なる油井サービスを行うツールを含んでもよく、あるいは永久監視ステーションの一部でもよい。
図10は、ワイヤラインケーブル116によってリグ112から井戸孔114の中に吊り下げられたワイヤライン開孔ツール100の一例を示す。図10に示すダウンホールツール100は、ワイヤライン検層操作の際にサンプリングを可能にするMDT(Modular Dynamic Tester)ツール(MDTは、Schlumberger社、ヒューストン、テキサスの登録商標)を含む。図示のダウンホールツール100は、ワイヤラインケーブル116によってリグ112から井戸孔114の中に配備され、地層Fに近接して位置決めされる。ダウンホールツール100には、井戸孔114の壁120と共に封止して、矢印で示すように、地層Fからダウンホールツール100の中に流体を引き寄せるように適合したプローブ118が設けられる。補助ピストン122,124が、ダウンホールツール100のプローブ118を井戸孔120に対して押圧するのを支援する。
マイクロ流体センサが、ダウンホールツール100内で支持され、井戸孔114内の対象となる深さに位置決めされる。再び図4を参照して、貯留槽の小流(substream)が、流体入り口18を通って地層Fからツールへ流れ、ここからマイクロ流体センサ10’の中に向かう。流れ速度は、流速センサ12によって測定され、流体入り口での流速を制御する必要がない。流体は流体チャネル20を通過して、圧力差が圧力センサ34によって測定される。圧力降下および流速は、例えば、電気信号または光信号などの適切な方法によって、絶対粘性を計算するプロセッサへ伝送できる。
本発明の一態様に従って、マイクロ流体センサは、アップホール応用において使用できる。例えば、マイクロ流体センサは、井戸孔の開放フラクチャ(fracture)表面を所望の深さで支えるために、流体の調整(preparation)に組み込んでもよい。極めて具体的なレオロジー特性を持つ流体が、プロパント(proppant)を地層割れ目に掃き込むのを手助けするために必要になる。流体は、局所的な水を薬品(ワーム状のミセル)と混合することによって、現場で管理される。局所水の内容(塩、汚染物質)は、世界中で大幅に変化し、懸濁液(suspension)の得られた粘性も変化する傾向にある。現場測定が利用可能になることによって、品質管理が現場技術者にとって利用できる。現場技術者は、水溶性混合物を準備し、入り口18を介してサンプルをマイクロ流体センサ10’の中に流し込む。そして、絶対粘性が測定され、絶対粘性が目標の範囲内であれば、混合物は、所望の深さでボーリング孔の中に注入できる。
本発明のマイクロ流体センサの応用は、下記のように実施例によってより理解されるであろう。
(実施例)
図11は、図5の流速センサ12の一実施形態をグラフで示す。少量のヘキサデカンを、外部ポンプによって決定されるポンプ流速(数マイクロリッタ/分)で流速センサの中に導入した。熱パルスをトレーサ放出器48によって発生し、熱パルスが第1トレーサ検出器50に到達する時間(菱形で示す)、および第2トレーサ検出器52に到達する時間(三角で示す)を熱速度(ミリメートル/秒)として測定した。熱パルスが第1トレーサ検出器50から第2トレーサ検出器52まで横断する時間も図9にプロットしており(円で示す)、直線である。
図11は、図5の流速センサ12の一実施形態をグラフで示す。少量のヘキサデカンを、外部ポンプによって決定されるポンプ流速(数マイクロリッタ/分)で流速センサの中に導入した。熱パルスをトレーサ放出器48によって発生し、熱パルスが第1トレーサ検出器50に到達する時間(菱形で示す)、および第2トレーサ検出器52に到達する時間(三角で示す)を熱速度(ミリメートル/秒)として測定した。熱パルスが第1トレーサ検出器50から第2トレーサ検出器52まで横断する時間も図9にプロットしており(円で示す)、直線である。
このことは、流速センサ12が熱速度を測定した場合、液体の流速は正確に計算できることを示している。従って、テスト流体の流速を先験的に知ることは必要でなく、ここで説明したマイクロ流体センサは、ダウンホール応用にとって有効であることを示す。
図12は、一定の粘性において、流速(マイクロリッタ/分で測定)と、差動圧力ゲージの出力ΔP(ボルトで測定)との間に直線関係があることを示す。基準として、幾つかのニュートン性の管理粘性流体を使用した。これらの流体は、Cannon Instrument社(ステートカレッジ、PA)から入手可能であり、下記(表2)の室温(20℃)値(単位センチポイズ)を有する。
図12からは、ニュートン流れの粘性は、圧力変化を流速で除算すること(ΔP/Q)で得られることが判る。図13からは、図12からの直線フィットの傾斜−較正標準物の実際の粘性が直線関係を形成することが判る。直線依存性は、少なくとも1つの粘性標準物を用いた予備較正を条件として、センサが実際に非ニュートン流体粘性を正確に測定できることを示す。
前述した例は説明目的ためだけに提供したものであり、本発明の限定として解釈すべきでないことに留意する。本発明は、例示の実施形態を参照して説明したが、ここで使用した用語は、説明および例示の用語であり、限定の用語ではないことは理解されよう。現在記載され、そして補正されるような添付の請求項の範囲内で、その態様において本発明の範囲および精神から逸脱することなく変更が可能である。本発明はここでは特定の手段、材料および実施形態を参照して説明したが、本発明はここで開示した特定のものに限定されることは意図していない。むしろ本発明は、機能的に均等な構造、方法および用途の全て、添付の請求項の範囲内にあるものに拡張される。
Claims (25)
- 流体のレオロジー特性を測定する方法であって、
マイクロ流体デバイスに形成された流体チャネルの中に前記流体の流れを導入するステップと、
差動圧力センサを利用して、第1圧力サイトから第2圧力サイトへ延びる前記流体チャネルの第1セクションでの前記流体の圧力降下を測定するステップであって、前記差動圧力センサは第1および第2圧力サイトと流体連通するようにしたステップと、
流速データおよび圧力降下データをプロセッサへ伝送するステップと、
前記流速データおよび前記圧力降下データからレオロジー特性を計算するステップとを含む方法。 - 前記流れの流速は、外部で制御された流速で、前記流体を前記流体チャネルの中に導入することによって決定される請求項1記載の方法。
- 前記流れの流速は、未制御の流れであって、流速センサを用いて測定される請求項1記載の方法。
- 計算される前記流体の前記レオロジー特性は、前記流体の粘性である請求項1記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスは、直列接続された前記流体チャネルの複数のセクションと流体連通した、複数の差動圧力センサを含む請求項1記載の方法。
- 前記複数のセクションの各セクションは、異なる断面形状または長さを持つように形成されている請求項5記載の方法。
- 前記マイクロ流体デバイスは、前記マイクロ流体デバイスに形成され、並列接続された流体チャネルの複数のセクションと流体連通した複数の流速センサを含む請求項3記載の方法。
- 前記複数のセクションの各セクションは、異なる断面形状または長さを持つように形成されている請求項7記載の方法。
- 前記レオロジー特性は、1つ又はそれ以上の流速(Q)と圧力降下(Δp)のペアデータ値から計算される請求項6記載の方法。
- 前記レオロジー特性は、1つ又はそれ以上の流速(Q)と圧力降下(Δp)のペアデータ値から計算される請求項8記載の方法。
- 流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するためのマイクロ流体デバイスであって、
基板と、
前記基板の表面と接合した少なくとも1つのカバーであって、流体チャネルが前記カバーまたは前記基板の少なくとも1つに形成されるようにしたカバーと、
第1圧力サイトおよび第2圧力サイトの両方と流体連通した第1差動圧力センサを有する第1差動圧力ゲージであって、前記第1圧力サイトおよび前記第2圧力サイトは、前記流体チャネルの第1セクションによって離れて配置されている第1差動圧力ゲージと、
前記第1差動圧力センサで発生したデータを受け取るように、第1差動圧力センサと伝送可能に接続されたデータプロセッサとを備えるマイクロ流体デバイス。 - 前記第1差動圧力センサは、基板膜によって第2流体導管から分離された第1流体導管を含み、
前記第1流体導管は前記第1圧力サイトと流体連通し、前記第2流体導管は前記第2圧力サイトと流体連通している請求項11記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記基板膜の撓みは、圧電抵抗センサ素子、キャパシタシステムおよび光学システムからなるグループから選択されたセンサと関わる請求項12記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2差動圧力ゲージが、第3圧力サイトおよび第4圧力サイトの両方と流体連通した第2差動圧力センサを有し、
前記第3圧力サイトおよび前記第4圧力サイトは、前記流体チャネルの第2セクションによって離れて配置され、
前記第1セクションおよび前記第2セクションは、異なる断面形状または長さを有し、直列に配置される請求項11記載のマイクロ流体デバイス。 - 第1流れセンサが、データを送信するデータプロセッサと伝送可能に接続され、基板内に形成され、前記流体チャネルと流体連通している請求項11記載のマイクロ流体デバイス。
- 第2差動圧力ゲージが、第3圧力サイトおよび第4圧力サイトの両方と流体連通した第2差動圧力センサを有し、
前記第3圧力サイトおよび前記第4圧力サイトは、前記流体チャネルの第2セクションによって離れて配置され、
前記第1セクションおよび前記第2セクションは、異なる断面形状または長さを有し、直列に配置され、
前記第2差動圧力センサは、前記データプロセッサと伝送可能に接続されている請求項15記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記第1流れセンサは、MEMS(微小電気機械システム)デバイスである請求項15記載のマイクロ流体デバイス。
- 前記流体チャネルの前記第1セクションおよび第2セクションは、並列に配置され、前記流体チャネルの前記第1セクションおよび前記第2セクションは、異なる断面形状または長さを有し、
第2流れセンサが、データを送信する前記データプロセッサと伝送可能に接続され、前記流体チャネルの前記第2セクションと直列であり、
前記第1流れセンサは、前記流体チャネルの前記第1セクションと直列である請求項15記載のマイクロ流体デバイス。 - 前記第1差動圧力センサは、MEMS(微小電気機械システム)デバイスである請求項12記載のマイクロ流体デバイス。
- 測定される前記流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性は、前記流体の粘性である請求項11記載のマイクロ流体デバイス。
- 流体の1つ又はそれ以上のレオロジー特性を測定するためのマイクロ流体デバイスであって、
基板と、
前記基板の表面と接合した少なくとも1つのカバーであって、流体チャネルが前記カバー、前記基板または、前記カバーと前記基板の組合せのうち少なくとも1つに形成されるようにしたカバーと、
第1圧力サイトおよび外部圧力の両方と流体連通した第1圧力センサを有する第1絶対圧力ゲージと、
第2圧力サイトおよび外部圧力の両方と流体連通した第2圧力センサを有する第2絶対圧力ゲージであって、前記第1圧力サイトおよび前記第2圧力サイトは、前記流体チャネルの第1セクションによって離れて配置されており、
前記基板内に、前記流体チャネルと流体連通するように形成された少なくとも1つの流れセンサとを備え、
前記第1圧力センサ、前記第2圧力センサおよび前記少なくとも1つの流れセンサは、データを送信するデータプロセッサと伝送可能に接続されているマイクロ流体デバイス。 - 前記第1圧力センサおよび前記第2圧力センサは、基板膜によって前記外部圧力から分離された個々の第1および第2分離流体導管を有するMEMS(微小電気機械システム)デバイスであり、
前記第1流体導管は前記第1圧力サイトと流体連通し、前記第2流体導管は前記第2圧力サイトと流体連通している請求項21記載のマイクロ流体デバイス。 - 第3絶対圧力ゲージおよび第4絶対圧力ゲージが、前記流体チャネルの第2セクションと流体連通しており、
前記流体チャネルの前記第1および前記第2セクションは、異なる断面形状または長さを有し、直列配置されている請求項21記載のマイクロ流体デバイス。 - 2つ又はそれ以上の流速センサが、前記マイクロ流体デバイス内に、並列接続された前記流体チャネルの2つ又はそれ以上のセクションと流体連通するように形成される請求項21記載のマイクロ流体デバイス。
- 測定される前記流体の前記1つ又はそれ以上のレオロジー特性は、前記流体の粘性である請求項21記載のマイクロ流体デバイス。
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