JP7397588B2 - ガスを検出するためのセンサ装置 - Google Patents
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Description
ガスについては、粘度ηは、基本的に以下のように推定することができる。
[数1]
η=1/3nmv λ
尚、粒子の数密度n、ガス粒子の質量m、平均粒子速度vおよび自由工程λである。
101 基板
110 微小電気機械センサ
120 測定容積
130 センサ素子
131,134 センサ部分
133,136 フィンガ構造
140,150 キャップ構造
141,151 開口部
142 膜
160 制御装置
161 駆動装置
163 検出装置
165,166 センサ
170 加熱装置
171 加熱素子
190 基準センサ
191 基準容積
192 センサ素子
194 圧力補償膜
200 測定ガス
Claims (10)
- ガスを検出するためのセンサ装置(100)であって、
測定ガス(200)を収容するための測定容積(120)およびを測定容積(120)内に配置したセンサ素子(130)を有する微小電気機械センサ(110)であって、基板(101)に対して弾性的に偏位可能に構成された微小電気機械センサ(110)と、
センサ素子(130)の振動を発生させるための駆動装置(161)と、
センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを検出するための検出装置(163)と、
測定ガス(200)の粘度に基づいて測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を決定するための制御装置(160)であって、センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを評価することによって測定ガス(200)の粘度を決定するように構成された制御装置(160)と、
を含む、ガスを検出するためのセンサ装置(100)において、
前記センサ装置(100)が、前記測定ガス(200)の異なる温度を設定するための加熱装置(170)をさらに含み、制御装置(170)が、測定ガス(200)の異なる温度で前記センサ素子(130)の振動に対する測定ガス(200)の減衰度を個々に決定し、異なる温度で決定した減衰度を一緒に評価することによって測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を決定するように構成された、
センサ装置(100)。 - 請求項1に記載のセンサ装置(100)において、
前記加熱装置(170)が少なくとも1つの電気的な加熱素子(171)を含み、該加熱素子が、前記基板(101)上の、前記測定容積(120)を覆うキャップ構造(140,150)内もしくはキャップ構造(140,150)に配置され、および/または前記センサ素子(130)に配置された、センサ装置(100)。 - ガスを検出するためのセンサ装置(100)であって、
測定ガス(200)を収容するための測定容積(120)およびを測定容積(120)内に配置したセンサ素子(130)を有する微小電気機械センサ(110)であって、基板(101)に対して弾性的に偏位可能に構成された微小電気機械センサ(110)と、
センサ素子(130)の振動を発生させるための駆動装置(161)と、
センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを検出するための検出装置(163)と、
測定ガス(200)の粘度に基づいて測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を決定するための制御装置(160)であって、センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを評価することによって測定ガス(200)の粘度を決定するように構成された制御装置(160)と、
を含む、ガスを検出するためのセンサ装置(100)において、
センサ装置(100)がさらに基準センサ(190)を含み、基準センサ(190)が、外側容積(210)に対して閉じられ、基準ガス(195)を含む基準容積(191)を含み、該基準容積の内部にセンサ素子(192)が配置され、制御装置(170)が、基準センサ(190)を用いて決定した測定データを、前記微小電気機械センサ(110)を用いて決定した測定データを補正するために使用するように構成され、
前記基準センサ(190)が、前記基準容積(191)と前記外側容積(210)との間の圧力補償をもたらす可撓性の圧力補償膜(194)を含む、
センサ装置(100)。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載のセンサ装置(100)において、
前記センサ素子(130)が、互いにかみ合う複数のフィンガ構造(133,136)を有する少なくとも2つのセンサ部分(131,134)を含む櫛形構造として構成され、少なくとも1つのセンサ部分(131,134)が、それぞれ他のセンサ部分(131,134)に対して弾性的に偏位可能に構成された、センサ装置(100)。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載のセンサ装置(100)において、
前記センサ装置(100)が、前記測定ガス(200)の現在の温度および/または現在の圧力を決定するための少なくとも1つの付加的なセンサ(165,166)を含み、
制御装置(170)が、付加的なセンサ(165,166)によって決定されたパラメータを使用して、前記センサ素子(130)の振動を評価することによって決定した測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を計算および/または補正するように構成された、センサ装置(100)。 - 請求項1~5のいずれか一項に記載のセンサ装置(100)において、
前記測定容積(120)が、キャップ構造(140,150)によって外側容積(210)に対して少なくとも一方側で制限され、キャップ構造(140,150)が、測定容積(120)と外側容積(120)との間で測定ガス(200)を交換するための少なくとも1つの開口部(141,151)またはガス透過膜(142)を含む、センサ装置(100)。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載のセンサ装置(100)のための微小電気機械センサ(110)において、
測定ガス(200)を収容するための測定容積(120)を有する基板(101)と、
測定容積(120)内に配置したセンサ素子(130)であって、前記基板(101)に対して弾性的に偏位可能に構成されたセンサ素子(130)と、
センサ素子(130)の振動を発生させるための駆動装置(161)と、
を含む微小電気機械センサ(110)。 - 測定ガス(200)の粘度に基づいて測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を決定するための、請求項1~6のいずれか一項に記載のセンサ装置(100)のための制御装置(160)であって、
制御装置(160)が、測定ガス(200)の粘度を、前記センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを評価することによって決定するように構成された、
制御装置(160)。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載のセンサ装置(100)によってガスを検出する方法において、
センサ装置(100)が、測定容積(120)を有する微小電気機械センサと、測定容積(120)内で弾性的に偏位可能に配置されたセンサ素子(130)とを含み、前記方法が、
検出されるべき測定ガス(200)を測定容積(120)内に供給するステップ、
センサ素子(130)の振動を発生させるステップ、
センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを検出するステップ、
検出した振動パラメータを評価することによって測定ガス(200)の粘度を決定するステップ、および、
測定ガス(200)の決定した粘度に基づいて測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を決定するステップ、
を含み、
前記測定ガス(200)を異なる温度に加熱し、測定ガス(200)の異なる温度に対する測定ガス(200)の粘度を個別に決定し、
異なる温度について決定した測定ガス(200)の粘度を一緒に評価することによって、測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を決定する、
方法。 - 請求項1~6のいずれか一項に記載のセンサ装置(100)によってガスを検出する方法において、
センサ装置(100)が、測定容積(120)を有する微小電気機械センサと、測定容積(120)内で弾性的に偏位可能に配置されたセンサ素子(130)とを含み、前記方法が、
検出されるべき測定ガス(200)を測定容積(120)内に供給するステップ、
センサ素子(130)の振動を発生させるステップ、
センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを検出するステップ、
検出した振動パラメータを評価することによって測定ガス(200)の粘度を決定するステップ、および、
測定ガス(200)の決定した粘度に基づいて測定ガス(200)の少なくとも1つの成分の濃度を決定するステップ、
を含み、
センサ素子(130)の振動の少なくとも1つの振動パラメータを測定および評価することによって測定ガス(200)の粘度を決定し、前記少なくとも1つの振動パラメータが、
測定ガス(200)との相互作用によって減衰されるセンサ素子(130)の振動の一定の振幅を保持するために必要な駆動装置のエネルギー供給、
測定ガス(200)との相互作用によって減衰されるセンサ素子(130)の振動の振動時間および/または減衰時間、
測定ガス(200)との相互作用によって減衰されるセンサ素子(130)の振動の共振周波数の変化、
測定ガス(200)との相互作用によって減衰されるセンサ素子(130)の振動の減衰度および/または品質係数、
である、方法。
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