JPH03238334A - ガス圧力測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は弁膜系ガス圧力マイクロセンサに関する。これ
はマイクロブリッジ形流量センサに基づいており、族系
のものではないので、過剰圧力によって破損が生じるこ
とはない。以下、基本的には熱伝導率にと、比熱Ｃｐ　
ｖとに基づいてガス圧力を確定する方法を説明する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕

従来の技術によるガス圧力マイクロセンサは、通常、膜
のたわみを圧電抵抗的又は容量的に感知する方法に基づ
くものであシ、膜の破損を防ぐために許容最大圧力が決
まっていると共に１低圧端での許容感度の問題もあって
、ある程度の制限が加わるのはその性質上避けられなか
った。過剰圧力保護が必要であるが、それには高いコス
トがかかる。弁膜系絶対圧力マイクロセンサは熱伝導率
の感知を基礎としているが、高圧範囲は限られ、出力は
ガスの組成によって幾分かの変動を示す。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ガスの組成が既にわかっている状況の下で使
用され、マイクロブリッジ形センサに基づく新規な［高
精度−１広範囲絶対圧力又は差圧マイクロセンサを提供
する。ガスの組成が大まかにしかわからないか、又はわ
からない場合には、本発明により、［中程度の精度（最
大誤差〈土０．１係）の−１広範囲絶対圧力又は差圧マ
イクロセンサがさらに提供される。このマイクロセンサ
は族系のものではないので、過剰圧力によって破損する
ことがない。マイクロブリッジによって熱伝導率にと、
比熱ｃｐｖとを測定することができ、そのｋとｅ　ｐ　
ｖからガス圧力を確定するための方法が示されている。

〔実施例〕

本発明は、非族系、耐過剰圧力マイクロブリッジセンサ
形絶対圧カセンサに関する。この圧力センサの動作原理
は、１９８８年１月２４日にｒＭｅａａｕｒｅｍｅｎｔ
　　ｏｆ　　Ｔｈｅｒｍａｌ　　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉ
ｔｙａｎｄ　５ｐｅｃｉｆｉｅ　Ｈｅａｔｊの名称の下
に出願された同時係属出願第２１０．８９２号と、１９
８８年１月２４日に［Ｃａ１ｉｂｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　
Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ａｎｄ　
５ｐｅｅｉｆｉｃ　Ｈｅａｔ　　Ｄｅｖｉｃｅｍ　ｌの
名称の下に出願された同時係属出願第２１１．２００号
に教示されているように、パルス形マイクロプリッジセ
ンサによって比熱ｃｐを感知する原理を含む。

尚、上記の同時係属出願は本出願と同一の譲受人に譲渡
されている。この原理によれば、ヒータの次にセンサに
より発生される信号を、たとえば”１／（ｃＭ３ｃ）　
　の単位の体積比熱ｅ　ｐ　ｖ　　と関連づける。セン
サ出力は圧力と、組成とによって決める。

モル（又は重量）ベースの比熱Ｃ１と、体積比熱Ｃｐ　
ｙとの関係を定めることにより、下記の関係に従って、
圧力Ｐを確定できる。

ｃｐ　＝　ｃｐｖｖＭｏ（Ｔ／Ｔ０）　（Ｐ０／Ｐ）式
中。

Ｃ＝比熱（モル又は重量に基づく） ｅ　ｐ　ｖ　＝体積比熱 ｖ　　＝２７３．１５°及び７６０難水鋏気圧における
Ｑ 理想のガスのモル体積＝　２２４１５α、、４ｏ１＝感
知ガス温度（０Ｋ） ＝　２７３．１５°にの基準条件の下でのガス温度＝７
６０ｔｇ水銀気圧の基準条件の下でのガス圧力 Ｐ＝センサの実際のガス圧力 上記の式では、ガスの組成がわかっていれば、全ての値
がわかる（ｅ　　）か又は感知される（Ｔ及びｅ　ｐ　
ｖ　）ので、Ｐを計算できる。第１９図に関して説明す
る。第１９図は、ｃａｌ／　（ｍｏｌｏＫ）単位の比熱
Ｃ９と、μｃａ１／（ｓ　ＣｃＩＲ）又はμＢｔｕ／（
ｍＦｆｔ）単位の熱伝導率にとの関係を示すグラフであ
る。９１９図によれば、燃料に使用されるガスの多くに
ついて、炭化水素展間に明瞭な関係が存在していること
がわかる。すなわち、ｅ　ｐと１２へは分子量が増加す
るにつれて大きくなる。この関係は、同じようにそのよ
うな燃料ガスの一部を成すＮ２．０２及びＮＯ２にはご
く大まかに当てはまるが、多くは低濃度の場合である（
例外：ＣＯ＋　Ｈ２１Ｎ２及びＣＯ２を相当量令有する
ピークシェービングガス及び都市ガス）。

以下でさらに論じることになる概念は、天然ガスの組成
の範囲に相当する第１９図のごく一部に基づくものであ
る。そこで、Ｃ２とｋの平均値はメタンのＣ値及びに値
に近くなシ、選択したガス組成範囲の中で厳密な組成が
わからなくとも、圧力Ｐを有意に確定できることが判明
する。

このよりなＰの確定は、ガス流量の制御、燃焼制御及び
流量感知装置（ガス置針など）の使用に際して、高温薄
膜（風速計形）ｆｌ重量ンサに対する組成の影響を排除
するために必要である。このような用途に通常の圧力セ
ンサを使用すると、コスト高を招くと考えられる。

圧力を求めるための本発明のいくつかの実施例を考案し
た。第２０図は初期の段階の例を示すが、この場合には
、７８種類の天然ガス及び７７種類のピークシェービン
グガス（５０％の天然ガス本２５チの空気＋２５％のプ
ロパ／）という広い範囲にわたるガスについて、感知さ
れたＣ　（単位ｐマ ：　ｃａｔ／（ｃＩｎ’ｃ）　）、　ｋＨ及びｋｃを組
合せて、Ｐを計算している。この実施例では、２つ以上
の温度で測定可能なｅ　ｐ　ｖを使用するという手段を
さらに構じて精度を向上させようとけしなかった。尚、
−方のセンサの出力ｅ　、ｖは圧力の影響を受けている
が、他方のセンサの出力は受けていない（あるいけ、１
気圧程度で２．５％／ａｔｍ　　とごくわずかな影響を
受けている）ことに注目すべきである。これは、ガスの
厳密な組成がわからないままに実施されるこの圧力感知
方法の重要な部分である。

様々な温度における圧力Ｐと熱伝導率にとの関係を示す
第２１図によれば、この結果はさらに精度の高い方法に
より得られたことがわかるが、それＫは、以下に説明す
るように、さらに複雑な計算が必要である。

まず、　　年　月　日出願の同時係属出願第号に記載さ
れているように、第１表は、ｋ　及びＣ、すなわち、６
０　”Ｆ　（１５，５５５℃）及ｓ　　　　　　　　ｐ
ｍ び１４．７３　ｐｓｉａ　（１気圧）と設定した基準温
度条件Ｔ、（及びＰ、）の下での特性を計算するために
、いくつかのアルゴリズムを取出した結果を示す。

マイクロブリッジヒータの周囲の平均ガス温度が上昇し
たときのヒータの影響を許容するために、実際の計算は
１５℃高いものとして実施された。

典型的な天然ガスの範囲を表わすために、それらのアル
ゴリズムを取出すときに使用した６０種類を越える一連
の天然ガスを選択した。それらのガスはＮ２又はＣ（ｈ
を２憾未満しか含有せず、０２の含有率は０．１チ以下
でらシ、ＣＨ４の含有率は８５下以上である。選択した
温度範囲は−１２，２℃から４５．６℃（１０下）から
１１４７）である。

研究したアルゴリズムの標準誤差は５０００ｐｐｍ（０
，５１）から１５３ｐｐｍｔでであり、最大誤差はその
３〜４倍である。わかシやすくするため、列挙した多項
式の指数を省いであるが、全て一般的な形で表わされて
いる。

式をできる限り簡潔にするために、１つ又は２つ以上の
項が欠落している。

第１表（簡約した表）に挙げたアルゴリズムは、式３及
び４によって最小の誤差が達成されたという理由により
好ましい。また、式２及び５は、２つ以上のマイクロブ
リッジヒータ温度で測定を必要とせずに妥烏な低い誤差
を示す（低コストの妥協案）ので好ましい。

測定から得られた測定値ｋ及びｃｐを基準温度（６０ア
、１５．５５５℃）での値ｋ　及びｅ　ｐ　ｓ　　に変
換するに当たって考慮した選択肢を下記の関数関係によ
って表わす。

第　　　１　　　表 ｋ及びＣの基準温度への変換 ２　　　　　　　　誤差 標準　最大１．ｏｇ ＰＰＭ　ＰＰＭ感度 ｋ　　　　＝Ａ＋ＢＴ十ＣＫ ｋｍ　　　＝Ａ＋ＢＴ＋ＣＫ １／ｃ　　　＝＝　Ａ十ＢＴ　＋Ｃｃｐｍ ｅ、、　　＝　Ａ＋ｇ’ｒ＋ｃ（ｅ、、’ｉ″）＋Ｄ（
ＫＴ）　　　２８７１９３１　ＺＯＯ＋Ｄ（ｄＫ／ｄＴ
）１５３ ”　Ｄｄ　ｃ　ｐ／ｄＴ１６５ ＋　Ｄ（ＫＴ）　　　１９７６６０１．５１これら４つ
の好ましいアルゴリズムに関する係数と指数は次の通り
である。尚、ｋ値は全てｍ１ｅｒｏｃａｌ／　（Ｓ　’
ＣＣＩｎ）単位で表わされており、Ｃｐはｃａｌ　／　
（ｒｎｏｌ　℃）　ｌ　Ｔは０にでそれぞれ表わされて
いる。

上記の式（６）もこの研究中に発見されたもので、非常
に有用な関係としてここに追加して挙げる。

これでわかる通シ、上の２つのアルゴリズムは熱伝導率
特性の入力しか含んでいないが、下の１つはＣを計算す
るためにに入力とＣ１入力の双方ＩＩ を含む。

第２に、上記のさらに高精度の方法の基礎を成すのは、
ｅ　ｐ　ｓとｅ　、／　ｅ□とをそれぞれ計算する２つ
のアルゴリズム式（５）及び（６）である。すなわち、
式（５）でもｃ／ｃ　　を形成し、それを式（６）と相
等ｐ　　　　ｐＳ しくさせれば、Ｃが消える。次に、残ったｃｐを１ 式（１）に代入すると、Ｐについての式が得られる。

ｐ　＝　ｅ　ｐｖ　Ｔ　ＰｏｖＭ０／’ｒ０ｉｆ　（ｋ
、Ｔ）ｇ（ｋ、Ｔ））　（７）式中、２６０≦Ｔ＜３１
０に、Ｐｏ＝１気圧、　Ｔ　０＝２７３゜１５゜Ｋ　、
　Ｖ、、　＝　２２４１５　（Ｔ／Ｔ０）（Ｐ０／Ｐ）
ｚ’／ｍｏｌ　、　ｆ（ｋ＋Ｔ）とｇ　（ｋ、Ｔ）は、
それぞれ、式（５）と式（６）の右側の部分である。尚
、ｆ（ｋ、Ｔ）はＣを伴なう項も含んでいる（式（１）
を参照）ので、先の式（５）に挙げたｃ　＝　ｌのとき
のＰ　の場合、Ｐの解の反復が必要である。式（２）に
よって得られる結果は次の通シである。

第２１図は、５段階の温度と、３段階の圧力における７
８種類の天然ガスを示す図表である。この場合、ｋ　、
に、、Ｔ及びＴ、の実際の値を使用して式（６）により
ｅ　ｐ　／　ｅ　ｐ　ｓを計算した。次に、その値を３
つの圧力に関して式（１）により・、７／。、７゜比に
変換し、ｅ　ｐ／　ｅ　ｐ　ｓの実際の値を比較した（
すなわち、比を求めた）。０．９気圧、１．０９気圧及
び１．１気圧の一定圧力のところに描かれた点Ｐ＝（ｅ
　ｐ　ｖ　／　ｅ　ｐ□）／（ｅ、／ｅｐ、）と線の一
致は式（６）が正確であることを示している。その標準
誤差は±２５４ｐｐｍ、最大誤差は１１０７７ｐｐであ
る。

１１ｇ２２図は、正しくない基準温度（１５，６℃　で
はなく’−１２，２℃）を使用した場合にかなり太き々
誤差が生じることを示している。第２３図は、計算によ
り求められる誤差限界を目に見えるようにするために、
第１９図の中央部を引伸ばして示したものである。尚、
式を取出す際に使用しなかった天然ガスの半分によって
得られる最大誤差は、それでも、±１５００ｐｐｍの範
囲に入っているのである。

第２３図は同じガスを示す図表であるが、これは式（２
）のさらに包括的な試験をシミュレートしたものである
。「感知」され九にとＴからのｒ（ｋ。

Ｔ）及びｇ（ｋ、Ｔ）の出力を使用し、下記の式（８）
からに、を計算することにより、式（２）の解を±１０
ｐｐｍまでのＰの値に対して反復した。

ｋ、＝Ａ＋Ｂ　Ｔ　＋ｃｋ＋ｏ（ｓｃＴ）　　　（８）
この式は先に式（粉として取出されている。ｅ　ｐ　ｖ
の「感知」値は、１９８８年６月２４日に共に出願され
且つ本出願と同一の譲受人に譲渡されている同時係属出
願筒２１０，８９２号及び第２１１．２００号に記載さ
れている方法を経て実験により求められる。

システム 以上、弁膜系マイクロブリフジ形センサを使用して圧力
を測定できることについて述びた。本発明の方法を利用
することによってマイクロブリッジ形流量センサシステ
ムの適用能力を拡張できるという点をさらに深く理解す
るために、以下に説明を続ける。

各関心流体の熱伝導率と比熱は、第６図に例示するよう
に、近接センサにおいて特徴的な過渡温度反応と、定常
状態温度反応とを発生させる。

好ましい実現形態では、第６図にて、及びＴ２として示
す特定の温度をセンサに関する「マーカー」ポイントと
して選択している。これらのマーカーポイントは、セン
サでマーカーポイント間に適切々温度上昇又は温度降下
を得るために必要とされる期間をｔｌ−ｔ２として基準
確定する目的で使用される。後述するが、センサはヒー
タに対して所定の離間関係で配置される。このとき、固
体ヒータ材料の近接効果を減少させると共に、関心流体
によるヒータとセンサとの結合を相対的に向上させるよ
うに、センサはヒータから物理的に離間しているのが好
ましい。

本発明の方法の好ましい実施例によれば、互いに離間す
る極微小なヒータ素子と感知素子とを関心流体の相対的
に静止した（流れのない）試料の中に配置することＫな
っている。マイクロセンサシステム、すなわち、ここで
言うところの「マイクロブリッジ」システムはいくつか
の理由により現時点では好ましいのであるが、それに限
定されるわけではない。このシステムは反応がきわめて
速く、非常に正確であり、関心流体との結合が良いため
に感度にもすぐれ、小型でｓｂ且つ多様な形状への適応
能力が高い。

たとえば、本発明について好ましいいくつかの実施例で
企図されているマイクロブリッジチップセンサは、先に
挙げた特許に示されたマイクロブリッジシステムの１つ
又はいくつかに似ているように思われる。そのようなシ
ステムの１例は米国特許筒４．５０１．１４４号の第１
図から第５図に示されている。この例を説明することは
本発明を理解する上で有用であるので、以下に説明する
。以下の説明は必要な範囲内で十分であると考えられる
が、マイクロブリッジに関連する上記の特許に含まれて
いるその他の内容は全て参考として本出願に取入れられ
ている吃のとする。

第１図から第５図に示す実施例は１対の薄婁温度センサ
２２及び２４と、薄膜ヒータ２６と、センサとヒータを
非接触状態で支持する基板２０とを含む。温度センサ２
２及び２４はヒータ２６の両側に配置されている。基板
２０は半導体、好ましくは、精密エツチング技術に適合
でき且つ電子チップの製造が容易であるという理由によ
りシリコンである。この実施例は、薄膜温度センサとし
て作用する２つの同形の温度感知抵抗器グリッド２２及
び２４と、中央に位置し、薄膜ヒータとして作用するヒ
ータ抵抗器グリッド２６とを含む。

センサ２２及び２４と、ヒータ２６とは何らかの適切な
安定金属膜又は安定合金膜から製造されれば良い。第８
図では、ニッケル８０パーセント、鉄２０パーセントと
いう組成を有し、パマロイと呼ばれることもあるニッケ
ルー鉄合金を使用している。センサグリッドとヒータグ
リッドは誘電体の薄膜に包まれているが、この誘電体は
通常は層２８及び２９から成シ、好ましくは窒化シリコ
ンＳｉ３Ｎ４により形成されて、薄膜部材を構成してい
る。第１図及び第２図に示す実施例では、センサは２つ
の薄膜部材３２及び３４から構成されている。すなわち
、部材３２はセンサ２２を形成し、部材３４はセンサ２
４を形成する。各部材はヒータ２６の半分をも構成し、
幅１５０ミクロン、長４００ミクロンという寸法を有す
るのが好ましい。

この実施例のシステムは、素子２２．２４．２６を有効
に包囲する空間を成す正確に規定された空間３０をさら
に含む。有効に素子を包囲するこの空間は、シリコン面
３６の上に構造を製造することにより得られる。薄膜素
子２２．２４及び２６の厚さは約０．０８から０．１２
ミクロンであるのが好ましく、そのライン幅は５ミクロ
ン程度、ライン間の間隙も５ミクロン程度である。薄い
窒化シリコン膜に包まれた状態の素子は全体としては約
０．８ミクロン以下の厚さとなるのが好ましく、続いて
、部材３２及び３４の下方のシリコン基板２０に約１０
０ミクロンの深さで正確に規定された空間をエツチング
することになる。

部材３２及び３４は、凹部、すなわち空間３０の１つ又
は２つ以上の緑でシリコン基板２０の上面３６に接続し
ている。第３図に示すように、部材３２及び３４は空間
３０に掛は渡されても良い。

あるいは、部材３２及び３４を空間３０の上に、たとえ
ば片持ち式に張出させることもできるであろう。

熱はヒータからセンサへ、固体結合と流体結合の双方に
よって流れる。尚、窒化シリコン（８１３Ｎ４　）がき
わめて有効な固体断熱材であるということに注意すべき
である。部材３２及び３４の中の接続機能をもつ窒化シ
リコン膜はすぐれた断熱材であるので、固体を介する熱
の伝導はヒータ２６からの熱の伝搬において主要な役割
を果さないつ従って、素子を支持している窒化シリコン
膜を介してではなく、それらを包囲している流体を通る
流れによってヒータ抵抗器２６から感知抵抗器２２及び
２４に伝導する熱の相対量はその分だけ多くなるのであ
る。さらに、窒化シリコン支持膜は、感知抵抗器グリッ
ド２２及び２４を加熱抵抗器グリッド２６にすぐ隣接又
は並設して配置できるほど十分に低い熱伝導率を有する
。このように、感知抵抗器グリッド２２及び２４は、事
実上、空間の中にヒータ抵抗器２６に近接してしつかシ
と懸垂されておシ、ヒータ抵抗器グリッド２６の付近及
びその平面内の空気の温度を測定するための熱プローブ
として作用する。

空気の流れを感知する際のシステムの動作は、先に挙げ
た米国特許筒４，５０１，１４４号に詳細に説明されて
いる。さらに幾分かの知識を得るため、第４図及び第５
図を参照して、典型的な回路の実現形態を簡単に説明す
る。第４図に示すヒータ制御回路はホイートストンブリ
ッジ４６を使用するが、このブリッジは、通常、その第
１の分岐経路にヒータ抵抗器２６及び抵抗器４０を含み
、第２の分岐経路には抵抗器４２と、ヒートシンク抵抗
器３８と、抵抗器４４とをさらに含む。誤差積分器は増
幅器４８及び５０を含み、その両端の電位。

すなわち、ヒータ抵抗器２６で消散される電力を変化さ
せることにより、ブリッジ４６を平衡状態に保持する。

第５図の回路は、下流側のセンサ２４と上流儒のセンサ
２２との抵抗差を監視する。この回路は、増幅器Ｔ２か
ら成る定電流源５２と、増幅器６８及びＴＯをさらに含
む差動増幅器５４とを含む。

定電流源は、一方の分岐経路にある２つの高インピーダ
ンス抵抗器５６及び５８を含み、他方の分岐経路には２
つの感知抵抗器２２及び２４と、零点設定電位差計６０
とを含むホイートストンブリッジを駆動する。差動増幅
器５４の利得は電位差計６２により調整される。出力端
子６４け、２つの感知抵抗器２２及び２４の抵抗差に比
例する出力電圧を供給する。

マイクロブリッジが小型であるという概念を多少なりと
も取入れるために、このようなデバイスを周囲温度より
たとえば２００℃高い温度に加熱するのにヒータ抵抗器
が必要とする電力は０．０１０ワット未満である。ヒー
タ素子構造及びセンサ素子構造の熱質量がきわめて小さ
いことと、表面／体積比が大きいためにそれらの構造と
周囲の流体との結合がすぐれていることと、素子構造を
支持シリコン基板に接続している薄い窒化シリコン層が
熱絶縁体として作用することと、周囲を空間が敗囲んで
いることは、全て、すばやく正確な感知を実施するのに
非常に適するシステムを形成するのに役立っている。応
答時定数はｏ、ｏｏｓ秒と短いことが測定によりわかっ
ている。従って、センナ素子は近接する環境の変化に非
常に急速に応答することができるのである。

次に、本発明の実現形態に関して説明する。第７図ａ、
第７図す及び第７図Ｃは、先に挙げた同時係属出願筒２
１０，８９２号及び第２１１．２００号で教示されてお
り、本発明を実際するに当たって使用できるヒータ及び
センサの数と配列に関して代表的な例を表わしている互
いにわずかずつ異なる実施例の構成を示す。第７図ａで
は、第１図の場合とは対照的に、全ての素子１２２　、
１２４及び１２６をヒータとして使用している。第７図
すは、第１図の実施例に類似した実施例を示し、この実
施例では、薄膜素子１２６はヒータとして作用し、素子
１２２及び１２４はセンサとして作用する。第７図Ｃの
実施例は、素子１２２がヒータとして作用し、素子１２
４はセンサとして作用する好ましい構成を表わす。第７
図Ｃの実施例では、ヒータとセンサとの間の有効間隙、
すなわち、熱分離間隙は他のものより広いことが望まし
い。

第１図から第３図及び第７図ａから第７図Ｃの実施例の
実際の全般的な幾何学的構造を、第８図の走査電子顕微
鏡（ＳＥＭ）写真にさらに明瞭に示す。

第８図に示すように、互いに離間する関係で配置されて
いる空洞素子と、ブリッジ素子とを規定する精度は特に
注目に値する。ＳＥＭは、第８図に指示した。、ｏ　１
ｏ’の長さがそこに示す通りに見えるような倍率を示し
ている。

ここに開示する本発明を実現するに際しては、（１）対
応する温度変化を得るために必要な期間を確定する目的
で、センサに特定の温度マーカーを設定することと、（
２）関心流体を介してではなく、センサに伝達される熱
とヒータの直接の影響を少なくするように、ヒータから
物理的に分離される温度センサを使用することと、（３
）後に過渡尺度と共にＣを確定するために使用されるｋ
を確定するように少なくとも瞬間定常状態プラトーに達
するパルスを使用することに特に注意する。

第６図は、１２６として示すようなヒータに印加される
方形波電気エネルギーパルス１３０を示すグラフである
。パルス印加の結果、ヒータにより、準方形波熱パルス
が放出される。それにより、センサには１３１．１３２
及び１３３で示すような反応曲線が発生するが、これら
の曲線は以下に説明するように変化する。ヒータに印加
されるパルスは、たとえば、約４ボルトの波高を有し、
１００ｎｓｓ　のパルス幅を有していても良い。ヒータ
は流体媒体を介してセンサに密接に接合しているので、
一連の曲線１３１．１３２及び１３３は入力パルス１３
０の形状に類似している。これらの曲線はセンサ１２２
及び１２４における熱応答を示す。第１１図は、大気圧
の乾燥空気に関する温度の上昇／下降と時間との関係を
示すオシロスコープのトレースを示す。これは第６図と
は異なる時間目盛を使用しているが、パルス入力により
発生した曲線を示す。通常、曲線は開始時と、終了時の
過渡部分と、それらと墳を接する相対的に定常状態の中
央部分とを含む。

センサの応答は相対的に速いので、１００ｍ５のパルス
を使用しても、相対的に長い定常状態が現われる。当然
のことながら圧力や温度などの１！因は特定の関心流体
の有効熱伝導率及び比熱に影響を与えるので、曲線はそ
れらの要因により影響される。

ヒータ素子からセンサ素子に向かう熱は流体と、固体半
導体素子支持基板などの双方を介して伝達されてゆく。

関心流体のｋ又はＣ１の測定に関していえば、測定され
る熱効果のほぼ全てが関心流体を介して発生されるよう
に、固体接続部を経てセンサに到達する熱の量をできる
限り少なくするのが有利である。

センサへの熱の伝達に関して、熱、すなわち温度波の伝
搬について以下に簡単にその基礎を説明する。−次元の
波（指数関数的減衰プロファイルを特徴とする場合）の
伝搬速度Ｖは一定であり、次の式により表わされる。

０・５ マ＝ｏ　／ａ＝（Ｄ　　／ｂ）　　　　　（９）テテ 式中、１は指数関数的減衰（長さ）定数。

ｈは一定の場所における上昇時定数。

Ｄアは熱拡散率である。

使用する全ての用語と添字を単位と共に以下の第３表に
列挙する。ＤＴは下記の式によりｋ及びＣ９と関連づけ
られている。

Ｄ　ｔ　＝ｋ　／ｃ　ｐ　　　　　　　　　　　（１０
）従って、Ｄ、がわかっていれば、それけｃｐを求める
ための重要なポイントとなるであろう。測定によれば、
上昇時定数すは約４　ｍ　ｓｅｃであることがわかって
いる。通常のガスの場合、ｏｌｄ！ Ｈｅの１．７　ｄｌ　／　ａからＣ３ＨＲの、　０５４
　ｃｒｌ／ｓ　までの範囲にある。Ａ　ｇ　＋　Ｃｕ及
びＦｅなどの金属は、それぞれ、１．７ｃｔｌ＠、　１
．１　ｉ／ｓ　、　、　１８ｉ／　Ｂといった高い値を
示す。しかしながら、断熱材の値はガスよりさらに低く
、ガラスの場合で、００４ｃ！ｌ／ｓであシ、前述のよ
うにすぐれた断熱材である３ｉ３Ｎ４では、００６８ｃ
Ｗｌ／ｓである。そこで、典型的なガス試料における伝
搬速度Ｖは約（１／ｌ）、００４）’°５＝１５ｃｍ／
Ｉとなる。Ｓｉ３Ｎ４中で測定した場合と、ガス中の実
際の温度上昇の双方に同じ約４ｍｓの上昇時定数を適用
できるものと仮定すれば、これは５ｉ３Ｎｎの（０，０
０６８１０，００４）　　＝１．３ｏ〆Ｓと比べられる
。

これにより、共に５１３　Ｎ４の膜の中に埋設されてい
る第１の薄膜条片、すなわちヒータから第２の薄膜条片
、すなわちセンサへ伝搬する温度波の影響がＳｔ、Ｎ４
中より、ガスの中でより速く及ぶという効果が得られる
。その結果、固体媒体を介する熱の流れの量が減少する
ので、Ｓｉ３Ｎ４などの材料の選択にも有利である。こ
れはシステムの精度という点で有益である。

典型的なマイクロブリッジの実施例を第７図１から第７
図Ｃに示す。次に、それらの実施例をさらに詳細に示す
。

指数関数的減表定数 ａＩ″″ａｎ　定数　　　　　　　　　　　　。

マイクロブリッジ又はガスへ の熱伝達面積 一定の場所にお叶る上昇時定 数 比熱 熱拡散率、Ｄ　−に／ｃ。

ガス中又は固体中の熱伝導経 路の長さ ガスの圧力 熱発生電力 室温での抵抗 時間 絶対温度 ブリッジ出力又は増幅ブリッ ジ出力 ■ ガス又は固体（マイクロブリ ッジ）の体積 伝搬速度 抵抗の温度係数 添字 伝導 マイクロブリッジ、すなわち 固体 ’Ｃ／ＩＩ Ｃ凰ｌ／ｉ３℃） ｄｌ　／　ｓ α ｐｓｉ＆ ａｔｔ ｈｍ ℃ ＣＰＲ／８ ℃−ｔ ｇ ガス ０　　　　　室、マイクロブリッジを加熱しないときの
基準、すなわちガス温度 ｈ　　　　ヒータ又は高温 ｍ　　　　中央又は中間 第７図ａの構成は、加熱パルスと感知動作の２つの目的
に同じマイクロ抵抗１２２，１２４．１２６を使用して
いる。この実施例では、抵抗性ヒーターセンサ素子は制
御回路にある従来の抵抗性ホイートストンブリッジの一
方の分岐経路であっても良い。

第７図すは、中央のマイクロ抵抗構造をヒータとして使
用し、その両側に外偵感知抵抗素子１２２及び１２４を
対称に配置しである構成を示す。素子１２２及び１２４
は狭い間隙を挾んでヒータ素子１２６から離間している
。

第７図Ｃは、ブリッジの左側の素子１２２を加熱素子と
して使用し、右側の素子１２４をセンサとして使用する
実施例の構成を示す。この実施例は、ヒータとセンサと
の熱分離をさらに改善するために、かなり広い中央間隙
を利用している。

第９図は、中央のマイクロ抵抗１２６をヒータとして使
用し、２つの抵抗器１２２及び１２４により感知動作を
実行する変形制御回路を示す。この重複ヒータ／センサ
構成は第７図ｂＫ対応しており、回路は典型的なセンサ
／測定回路を示す。第９図の回路は、ヒータ素子１２６
に方形波電気パルスを供給するタイマー１４０を含む。

ヒータ素子は加熱パルスをブリッジ１４２の中のセンサ
素子１２２及び１２４に結合する。ブリッジの出力は、
１０ｍＨｚのクロックパルスをカウントするカウンタ１
４６の「スタート」入力端子と、「ストップＪ入力端子
とをそれぞれ動作させる１対の比較器１４４及び１４５
に増幅器１４３を介して接続する。カウンタのカウント
は、第６図に示す温度Ｔｔ　と、温度７１との間の時間
間隔（ｔ２　　ｔ＋）を表わす尺度となる。

第９図龜は第９図に似ているが、さらに詳細である。ブ
リッジの構成は第７図Ｃのヒーター関隙センサの配列と
なっている。マイクロ抵抗ジのセンサ抵抗アームはホイ
ートストンブリッジ１５０の中に１２４として配置され
ている。別の近接抵抗素子１２２には、マイクロブリッ
ジ素子１２６に熱パルスを供給するためにパルス発生器
１５１から電圧パルスが送られる。ホイートストンブリ
ッジ１５０は、デバイスを最初に０に設定するために第
５図の電位差計６０と同じように使用できる零点設定平
衡抵抗器１５２をさらに含んでいても良い。ホイートス
トンブリッジにあるマイクロブリッジ抵抗センサ素子１
２４は、ヒータ素子１２２からの熱パルスを、主に周囲
の流体を介する熱伝導によって受取る。固体マイクロブ
リッジ構造及び周囲の構造を介する多少の伝導が起こる
ことは言うまでもない。

第９図ａの回路は従来通りのものであり、ブリッジ出力
信号の処理に関するその機能動作によって容易に説明で
きる。ホイートストンブリッジ１５０の電圧出力信号は
差動増幅器部分の差動増幅器１５３及び１５４により増
幅される。不均衡信号はさらに高利得増幅器１５５によ
り増幅される。信号１ｓ１５６の信号は、第９図の信号
線１４γの信号の場合と同様に、直流電圧信号Ｕの形態
をとり、その振幅は、以下に説明するように、関心流体
の熱伝導車にのみ関連している。

第９図ａの回路の残る部分は直流レベルクランプ増幅器
１５７と、分離増幅器１５８とを含む。温度レベル、時
間関連切換え／カウント回路は、比較器１５９及び１６
０を含み、さらに、ＮＡＮＤ　　ゲート１６１及び１６
２の出力端子は第９図の構成と同じようにカウンタタイ
ミング装置（図示せず）ＶＣ接続している。センサ温度
がセンサ抵抗、すなわちブリッジ電圧出力によって表わ
されるような２つ又は３つ以上の既知の温度値、すなわ
ちマーカーの間で上昇又は下降するのに必要である時間
を測定することにより、関心流体の巣位体積当たりの比
熱Ｃに関連する尺度が得られる。タイミング装置は従来
の１０ＭＨｚパルスカウンタなどであれば良い。このこ
とも同様に第６図に概略的に示されている。

ホイートストンブリッジの出力信号Ｕは、相応するヒー
タパルス出力により誘起されるマイクロブリッジセンサ
の温度変化に起因する電圧の不均衡を表わす。この不均
衡の大きさはセンサが吸収したエネルギーの量と直接関
連しているので、後述するように、信号の振＠け伝導媒
体の熱伝導率にと直接関連しているのである。

第６図は、約ｌｏｏｍｓ幅のパルス周期の大部分で、セ
ンサの温度は一定の値に達し、それを維持することを示
している。この時間中、比熱によりａわされるエネルギ
ーシンク、すなわちエネルギー源の項の影響はゼロであ
シ、センサ温度の値を左右しているのは熱伝導率だけと
いうことになる。

第１２図は、大気圧の様々なガスについて、第７図（ｂ
）の感知構成を使用するブリッジの出力Ｕ（第９図又は
第９図ａ）の形態をとる温度上昇と、時間（単位：ミリ
秒）との関係を示すグラフである。メタン、乾燥空気、
エタン及び真空の曲線が示されている。この特定の実施
例では、ヒータ抵抗は８００　ｏｈｍであり、パルス波
高は２．５ボルト、パルス幅は１００ｍ５であった。グ
ラフには温度マーカーｔ１及びｔ２が示されている。こ
れらのマーカーは、第７図すに示すようなセンサーヒー
タを使用し、第１１図に記入しであるＴ２　　Ｔｌ　　
を採用したときの加熱時間と、圧力との関係をいくつか
のガスについて表わしている第１３図の１−カーに関連
するものである。

いくつかのガスの熱伝導率の文献上の値と、測定したホ
イートストンブリッジの不均衡電位Ｕによって直接表わ
した測定センサ温度との関係を示しである。この関係は
第７図Ｃに示す種類のマイクロブリッジについて実験に
基づいて求められており、第１３図には、最も適合する
曲線を得るために多重回帰分析の最小２乗法を利用して
表わされている。本発明の便宜上、十分な適度のスパン
にわたシこの関係を直線化することができる。ヒータ／
センサ実施例の他の組合せ構成も、既知のガス又はｋが
わかっているガスを使用して同様に校正することができ
る。すなわち、第９図ａの回路で第７図Ｃに示す種類の
オフザシエル７形の流量センサを使用して、１００ｍ５
の持続時間の４．ＯＶパルスを使用したのである。

これにより、Ｕとに１との間に、 ｋ　ｇ　＝ａ　４　Ｕ　”　ａ　５　　　　　　　　　
　（１１）という形態のほぼ直線状の関係が得られた。

式中、上記の条件に対して’　４　＝２５．８８０７　
＋　　ａ　５　＝１８１．７７８である。

以上の関係により、ｋｇに関してセンサの校正を行える
。線形近似は、正確な測定を実施するのに十分なスパン
にわた力保持される。同様の関係は、追加の圧力修正項
を含む他の測定条件の下でも取出されるであろう。

次に、ｅｐを計算するためのアルゴリズムに関する係数
を確定することに関連して、さらに詳細に説明する。こ
の確定には、まず、測定システムを校正することが必要
である。校正は、次にｅｐを計算するためのアルゴリズ
ムの係数ａｌｌ’２及びａ、を確定することから成る。

マイクロブリッジにおける熱伝達に関する２次元モデル
を想定すると（第７図ａから第７図Ｃを参照）、下記の
プロセス（ガスの流れがゼロであるとりを参照して測定
センサ温度応答を説明できるであろう。

１）　ヒータ素子膜による熱の放出。

２）　ヒータ素子材料（ＦｅＮｌ又はｐｔ）　　と、周
囲の支持材料（断熱材Ｓｔ、Ｎ４　）、すなわち、ブリ
ッジ材料の内部における温度の上昇 ３）１）ブリッジ材料と、ｂ）ブリッジを包囲する流体
相とを介してセンサに向かう伝導 ４）　センサ材料（上記の２項のヒータ材料と同様）と
、それを包囲するガスにおける、上記のプロセスを介し
て到達する熱による温度の上昇 ５）　温度の定常状態分布に到達 ６）　ヒータオフ期間の開始中の過８１〜．５への復帰
（ｒｅｖｅｎｕｅ）プロセス さらに、説明を簡単にするために、関連するガス物質及
び固体材料の比熱が温度に左右されないものと仮定する
と、上記のプロセスを先と同じプロセス過程番号を使用
して次のよう々式（記号については第２表を参照）によ
りほぼ説明することができる。

ｌ）　温度上昇が少ない場合、Ｑ＝Ｖ”／ＣＲ。

（ｘ＋（Ｔｈ−Ｔ、））。

２）　ヒータ温度は熱入力と、熱出力との割合を均衡さ
せることにより得られる。すなわち、’ｒｈ−Ｔ０＝Ｑ
／（ｋ、Ａ、／Ｌ、＋によＡｇ／Ｌ、）。尚、Ｑの単位
はワットである。

温度Ｔｈは、第７図す及び第７図Ｃの構成のようにセン
サがヒータと同一ではない場合には、センサに致達する
のに要する時間と比較して短す時間のうちに成立する。

３）　真に一次元の場合、発生した電力Ｑは２つの経路
（＋Ｘ方向と、−×方向）を通ってしか進めないので、
最終的には電力の大部分がセンサに到達する。二次元（
さらには三次元）の場合には、Ｑの大部分はｙ方向及び
２方向に消散してしまうため、ごく一部Ｑｃがセンサに
伝導される。それに伴なって、本来の温度ガは 中間温度Ｔｍまで下がる。そこで、センサは、 Ｑ　ｃ＝（Ｔ、、　−ＴｏＸｋ、　Ａ、／Ｌ、　＋　ｋ
、　Ａ、／Ｌ、　）（１２） により表わされる割合のエネルギーを受取ることになる
。

４）　センサ温度の上昇速度はセンサを包囲するガスと
、センサ自体の密接に結合した材料の比熱によって左右
されるので、 Ｑｅ＝（ｄＴ／ｄｔ）ｃｐ、■、＋（ｄＴ／ｄｔ）ｃｌ
、ｖ、ｒ（１３） 第１４図、第１５図及び第１６図に示す測定量は、セン
サ温度を、Ｔ１及びＴ２に相当する２つ以上のセンサ抵
抗値マーカーにより設定される増分（ｄＴ）だけ上昇さ
せるために必要な時間である。

未知のガスについて、式（１２）及び（１３）に入る様
々な量が既にわかっているか　、又は測定可能であるな
らば、Ｃを確定できるであろうという２ｇ ことは式（１３）からたやすく見てとれる。しかしなが
ら、ｄｔ、ｄ’ｒ、’ｒ、ｔｐ及びｋｇのみを都合良く
測定できるとしても、その他の量は校正により求められ
ることがわかっている。本発明によれば、次のようにし
て校正を実施することができる。

校正に当たっては、組成のわかっている、従って、使用
圧力と使用温度における比熱及び熱伝導率がわかってい
る（共に測定値）ガス（純正であるのが好ましいが、必
ずしもそうでなくて良い）をセンサと接触させる。パル
ス状の熱の放出を、前述のように、経過時間ｔ、−ｔｌ
に関して記録する。一定の温度、電圧、電流又は電力の
パルスを使用したときの様々なガス、圧力、ヒータ温度
及び／又は加熱／冷却周期についての結果を記録した後
、自動データ処理又はコンピュータに基づくデータ処理
、あるいはその他の数字操作の方式に適用できるデータ
ボートのアレイに記録した時間データと条件データを入
力する。

そのプロセスを式（１２）及び（１３）を利用して１つ
の例として説明することができるが、数値分析の分野で
当業者が思いつぐ他の類似の方法が除外されるわけでは
ない。この点に留意した上で説明すると、下記のボート
は様々なガス、圧力（及び温度）に関してデータ、すな
わち入力を受信する。

ボー　ト　：　　　　　Ｙ　　　　　　　　　ＸＩ　　
　　　　　　　　　Ｘ２人　力；　ＣＰ／Ｐ　　（ｔｚ
−ｔｌ）ｋ、　　ｔｚ　　ｔｌｐｇ　　　　　Ｏ 利用できる公知の多重線形回帰分析（ＭＬＲＡ。

第１Ｏ図を参照）プログラムによって、線形係数ｍｌ、
ａ２及び１３を求めることができる（たとえば、マトリ
クス反転による）。これらの係数は、上記の入力データ
と共に、式（４）及び（５）から引出される比熱Ｃを計
算するための校正式を形成する。

ｃｐ１ゾｐ０＝ａ、　（ｔｚ−ｔｌ）　ｋ、　＋　ａ２
（ｔ、　−ｔ、　）−ａ３（１４） このように確定された（校正）係数が、式（１４）及び
（１５）から求められるいくつかのセンサ特性又はセン
サ条件の集中係数を表わすことは言うまでもない。

ＳＬ、　＝　（Ｔｖａ−Ｔｏ）　（Ａ、／Ｌｇ）／　（
Ｖ、　ｄＴ　）　。

ａ２＝　（Ｔ−−Ｔ、ＸＡ、／［、、）／　（ｖｇｄＴ
）ｋｍ　。

ＩＬｓ　＝ｅ　ｐ　ｓ　Ｖｓ　／　ｖｇ（１５）センサ
位置におけるＴ工の差をできる限シ小さくするために、
一定の温度、電圧、電流又は電力の中から最も有利な動
作を選択する。上述の方法を、ｌ）ヒータから準方形波
熱パルスを放出させる結果をもたらす一定電圧パルスと
、２）ガスの種類（ＣＨ４＋　Ｃ２Ｈｓ　＋空気及び０
□）及び圧力の変化とに基づいて実証する。第７図すの
構成を選択した。

第１４図は、使用したガスごとにｄｔ＝ｔ２−ｔ。

及び圧力のデータを記録し、グラフに表わした結果を示
す。この場合、Ｃ９とｋの値は公開文献から得られる。

最も適合する線を得るために、多重線形回帰分析で最小
２乗法を適用することにより、この関係を線形化する。

これらのデータを上記のポートＹ、ＸＩ及びＸ２に入力
した後、回帰分析プログラムを実行した。第７図すに示
すような構成について得られた結果は次の通シであった
。

ａ　１＝１６５０９　、ａ　２　＝３−５１８４及びａ
　　＝、００５３９２　　　　　　　　　　　（１５ｍ
）上記の校正係数が有効であるという証明は、たとえば
、第１５図により与えられる。第１５図では、これらの
係数は、ＣＨ４＋　Ｃ２Ｈ６＋空気及び０２について図
示した線を生成するために使用されている。図示する通
り、線は全ての実験ポイントを事実上結び、それらと一
致している。他のガスについても、文献によるＣ２とｋ
のデータを利用して、さらに線を記した。

この校正方法を使用するときの最後の過程は、Ｈｏｎｅ
ｙｖｅｌｌ　ＭＩＣＲＯ−８ＷＩＴＣＨモデルＮｃｔＡ
ＷＭ−２１００Ｖなどの個々のマイクロブリッジに関し
て、得られたａｌ、ａ、及び＆３の調整済み値を、それ
に結合しているメモリに記憶、すなわち書込む又はバル
ンするという良く知られた手段に関する。

そこで、マイクロプロセッサは、測定の時点でＰとｋが
わかっていれば、未知のガスの比熱を測定するために使
用できる状態となる。

第１０図は、Ｃ及びｋを測定する装置の概略ブロック線
図である。このシステムは、１７０で示す信号処理回路
と、使用する特定のマイクロブリッジ構成及び回路につ
いて既知の式定数、すなわち１１〜ｌＬ１ｍを取出す多
重線形回帰分析（ＭＬＲＡ）装置１７１と、Ｃ１及びｋ
の校正データを記憶するデータバンク１７２と、出力イ
ンタフェース装置１７３とを含む。

第１０図の実施例に関して、使用前に、単に試験ガスの
Ｐ、Ｃ及びｋの値をデータバンクに入力するという方法
により現場校正を実施しても良い。既にこのシステムで
センサとは無関係にＰを測定できないのであれば、Ｃ１
及びｋの再校正のときにその誤差を補正として取入れる
ことができる。その後、測定モードの場合と同様に、Ｕ
及びｄｔの測定値を使用して、ｋとＣ２のセンサ値を確
定する。それらが入力値と一致しない場合には、入力値
又は文献値と適合するように定数ａ３及び３５　　を変
更すれば良い。

この方法は現場での使用には実用的であろうが、第２の
試験ガスを使用することにより検査を実施すべきである
。それが一致すれば、再校正を完了して良い。一致しな
い場合には、全ての係数凰、〜亀、の完全な校正を実施
すべきである。

尚、以上の説明を通して、簡明を期するために、温度の
影響を述べなかった。しかしながら、温度がＣ１とｋの
双方に影響を与えることは良く知られておシ、必要に応
じて、下記の方法の１つによってこの問題に対処するこ
とができる。

１）　制御する（コスト高で、エネルギーを消費する）
、又は ２）　回路のアナログ部に特別の温度感知素子を設ける
ことにより補償する、又は ３）　たとえば、センサの数多くの利用可能な温度従属
抵抗器の中の１つを監視することにより感知される追加
のパラメータとしてセンサアルゴリズムに入力する。こ
れは、最高の精度を要求する感知システムには好ましい
方法である。

第１０図の装置の使用に関して、未知のガスについて得
られたＵ信号及びｄ　ｔ　”　ｔ２ｊｔ信号（及びＰ信
号）はこのモードで次のようにして処理される。

１）　校正後にセンサのメモリに記憶されて（すなワチ
、バーンされて）いた係数１４及びａ。

を使用して、式（３）からｋを計算する。

２）　式（６）からＣ７を計算する。尚、ガスの自由経
路が関連するセンサの特徴寸法と比べて狭い圧力である
大気圧か、又はそれを越える圧力でセンサを使用する場
合には、圧力に大きく影響されるｋとは異なり、Ｃはこ
こではガスの体積と関連さ せて使用されるので、基本パラメータとして圧力信号も
必要であることにさらに注意すべきである。

第１６図のグラフは、加熱時間（ミリ秒単位）と、圧力
及びガスの種類との関係を表わし、特にメタン、エタン
、空気及び酸素について曲線を示している。使用したの
は第７図Ｃの感知構成である。この例では、パルス波高
は１．７５ボルトであり、パルス幅は１００ｍ５であっ
た。また、ヒータとセンサの抵抗はそれぞれ約２０００
　ｏｈｍである。

第１７図は、第１６図と同じ構成に関する冷却油ａを示
す。パルス波高が４０ボルトである点を除き、条件は同
一であった。

値が得られた後、装置の出力がアナログ信号又はデジタ
ル信号、印刷記録などを含む所望のどのような形態をも
とれることは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、流量を感知するために使
用される従来のマイクロブリッジ形センサの１例を様々
に示す図、第４図から第１８図は、本発明の理解を助け
るための図であシ、第４図及び第５図は、第１図から第
３図のセンサと共に使用するための典型的な回路を示す
図、第６図は、膜ヒータ素子に電気パルスを印加するこ
とにより得られるセンサ時間／温度応答曲線を示す概略
図、第７図畠、第７図す及び第７図Ｃは、本発明による
マイクロブリッジシステムのいくつかのヒータ／センサ
構成を示す図、第８図は、典型的なマイクロブリッジセ
ンサのマイクロ構造の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、
第９図は、本発明に従って第７図すに示すようなセンサ
と共に一使用するための回路の部分概略回路図／ブロッ
ク線図。 第９図１は、第７図Ｃに関連するさらに詳細が回路図、 第１０図は、校正機能及び使用機能を含む本発明のシス
テムの概略ブロック線図、 第１１図は、第７図Ｃの構成について、大気圧の乾燥空
気の中に配置されたマイクロブリッジのヒータにヒータ
パルスを印加することにより得られる温度信号の上昇と
時間の関係を表わすオシロスコープのトレースを示す図
、 第１２図は、第７図Ｃの構成について、指示するような
大気圧の様々なガスに対し、ヒータパルスを印加するこ
とにより得られる温度信号の上昇と時間の関係を表わす
グラフ、 第１３図は、第９図ａのブリッジ出力に基づく熱伝導率
の確定を表わすグラフ、 第１４図は、第７図すのセンサを使用したときの様々な
ガスについてのセンサ加熱時間と圧力との関係を示す理
論的なグラフ、 第１５図は、第７図すに示す種類のセンナにより得られ
、本発明に従って計算されたデータに基づく第１４図に
似たグラフ、 第１６図は、第７図Ｃのセンサ構成を使用したときの様
々なガスについてのセンサ加熱時間と圧力との関係を表
わすグラフ、 第１７図は、第７図Ｃのセンサ構成を使用したときの様
々なガスについてのセンサ冷却時間と圧力との関係を表
わすグラフ、 第１８図は、本発明に従った加熱時間と圧力及びガスの
種類との関係を表わすグラフ、第１９図は、いくつかの
ガスの比熱と熱伝導率の関係を表わすグラフ、 第２０図は、ｃｐｋ　　及びに、を感知するたｐ　　　
　　ｅ めに使用される標準形マイクロブリッジセンサの出力か
らの圧力の確定を示すグラフ、 第２１図は、７８の天然ガスといくつかのガス温度（μ
Ｂは１５℃寓い）についての、１気圧。 １５．６℃のときのｋ　及びＣ□によるガス圧力と熱伝
導率の関係を表わすグラフ、 第２２図は、７８の天然ガスといくつかのガス温度（μ
Ｂ＃ｉ１５℃高い）についての、１気圧、−１２，２℃
のときのｋ　及びｅ　ｐ　ｍによるガス圧力慕 と熱伝導率の関係を表わすグラフ、 第２３図は、７８の天然ガスといくつかのガス温度（μ
Ｂは１５℃高い）についての、１気圧。 １５．６℃のときのに、及びｅ　ｐ　ｓによる、反復を
伴なうガス圧力と熱伝導率の関係を表わすグラフ、第２
４図は、いくつかの圧力（１，２，４及び８気圧）にお
ける比熱と熱伝導率の関係を表わすグラフである。 ２０・・・・基板、１２２．１２４−・・・センサ素子
、１２６−−・・ヒータ素子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガス用非膜系マイクロセンサを使用して燃料ガス
   の圧力を測定する方法において、基板により支持され、
   電気的に付勢されるヒータ膜を上に乗せ、ヒータ膜に近
   接して配置される抵抗センサ膜を有する非膜マイクロブ
   リッジ構造を設ける過程と； ガス圧力を測定するために、マイクロブリッジ構造を感
   知すべき燃料ガスと接触する状態に配置する過程と； 前記センサ膜に、まず、過渡温度信号を発生させ、続い
   て定常状態温度信号を発生させる結果を得るのに十分な
   持続時間を電力の電気エネルギーパルスを前記ヒータ膜
   に供給する過程と； 室温より高い一定のｄＴを得るためにヒータ出力Ｗ＿ｈ
   ＿ｃを測定する過程と； 過渡温度信号Ｓの積分を求める過程と； センサ定常状態温度信号ｄＵを測定する過程と；構造基
   板におけるガス温度Ｔ＿ｇを測定する過程と； ｄＵ、Ｗ＿ｈ＿ｃ及びＴ＿ｇ（ガス温度）の関数として
   熱伝導率Ｋを計算する過程と； ｄＵ、Ｗ＿ｈ＿ｃ、Ｓ（又はｄＴ）及びＴ＿ｇの関数と
   して比熱ｃ＿ｐを計算する過程と； ｃ＿ｐ＝比熱（モル又は重量に基づく計算値）ｃ＿ｐ＿
   ｖ＝体積比熱（測定値） Ｖ＿ｍ＿ｏ＝０℃及び１気圧のときの理想のガスのモル
   体積＝２２４１５ｃｍ＾３／ｍｏｌ Ｔ＝感知されたガス温度（単位：゜Ｋ） Ｔｏ＝０゜（２７３．１５゜Ｋ）の基準条件の下でのガ
   ス温度 Ｐｏ＝１気圧の基準条件の下でのガス圧力とするとき、 Ｐ＝Ｖ＿ｍ＿ｏ（Ｔ／Ｔｏ）（Ｐｏ）ｃ＿ｐ＿ｖ／ｃ＿
   ｐの関係に従つて圧力Ｐを確定する過程とから成る方法
   。
2. （２）ガス用非膜系マイクロセンサを使用して燃料ガス
   の圧力を測定する方法において、基板により支持され、
   電気的に付勢されるヒータ膜を上に乗せ、ヒータ膜に近
   接して配置される抵抗センサ膜を有する非膜マイクロブ
   リッジ構造を設ける過程と； ガス圧力を測定するために、マイクロブリッジ構造を感
   知すべき燃料ガスと接触する状態に配置する過程と； 前記センサ膜に、まず、過渡温度信号を発生させ、続い
   て定常状態温度信号を発生させる結果を得るのに十分な
   持続時間と電力の電気エネルギーパルスを前記ヒータ膜
   に供給する過程と； 室温より高い一定のｄＴを得るためにヒータ出力Ｗ＿ｈ
   ＿ｃを測定する過程と； ２つの温度マーカーの間の温度上昇時間ｄＴを一定する
   過程と； センサ定常状態温度信号ｄＵを測定する過程と；構造基
   板におけるガス温度Ｔ＿ｇを測定する過程と； ｄＵ、Ｗ＿ｈ＿ｃ及びＴ＿ｇ（ガス温度）の関数として
   熱伝導率Ｋを計算する過程と； ｄＵ、Ｗ＿ｈ＿ｃ、Ｓ（又はｄＴ）及びＴ＿ｇの関数と
   して比熱ｃ＿ｐを計算する過程と； ｃ＿ｐ＝比熱（モル又は重量に基づく計算値）ｃ＿ｐ＿
   ｖ＝体積比熱（測定値） Ｖ＿ｍ＿ｏ＝０°及び１気圧のときの理想のガスのモル
   体積＝２２４１５ｃｍ＾３／ｍｏｌ Ｔ＝感知されたガス温度（単位：゜Ｋ） Ｔｏ＝０゜（２７３．１５゜Ｋ）の基準条件の下でのガ
   ス温度 Ｐｏ＝１気圧の基準条件の下でのガス圧力とするとき、 Ｐ＝Ｖ＿ｍ＿ｏ（Ｔ／Ｔ＿ｏ）（Ｐ＿ｏ）ｃ＿ｐ＿ｖ／
   ｃ＿ｐの関係に従つて圧力Ｐを確定する過程とから成る
   方法。