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2015年5月28日 (木)

センシリオン微少流量液体センサー  その2

今回のEZ-Japan ここでもう一押し!で取り上げるのは、スイスのユニークなCMOSセンサーメーカーのセンシリオン株式会社さんの微少流量液体センサーです。

実は連載記事として「マスフロー千夜一夜物語~質量流量計の基礎」を毎月執筆させて頂いている計測技術誌6月号に、液体用質量流量計としてご紹介させて頂いていますので、詳しくはそちらの連載をお読み下さいね、と宣伝させて頂きます。

センシリオンの液体流量センサーの特徴は、その微少流量測定アビリティです。
数ml/min、はおろかμl(マイクロリッター)/min、nl(ナノリッター)/minレベルまでの極微少流量レンジを測定できます。
「こんな微少流量を測定できる流量センサーは見たことがない!」と、驚かれるレンジですし、正直Decoもかなり驚きました。

これを実現するために、センシリオンは自社特許である独創的な構造をとっています。
下図にありますように流量センサーであるCMOSセンサーがガラス、セラミックやプラスチックから成る流路壁によって、流体に直接触れない構造をとっており、 流路はシール、デッドボリュームや制限のないシンプル構造のストレートチューブになっているのです。

150528_02


 チューブの内径は流量のレンジに合わせて数mmからμmまで選択できます。
液体にMEMSセンサーを調節触れさせること無く測定するやり方は、今までの熱式MEMSセンサーではチップの構造とセンサーが間接的にチューブを介して得られる流量信号の感度上の問題から難しかった技術なのです。

 センシリオン独自開発のMEMSセンサー技術はCMOSens®技術と総称されています。
熱 式流量センサーとして、半世紀近くの実績がある巻線型分流計測タイプという、巻線を流路であるステンレス管に巻き付けるやり方ではなく、MEMS技術で小 型化されたヒーターと温度センサーと高精度の信号処理回路一式とともにCMOSワンチップ上に集積して流量センサーとしているのが特徴です。

150528_01

マイクロチップ上にあるヒーターは、測定の対象の流体へ最小量の熱を加え温め、その前後に配置された温度センサーがわずかな温度差を検出し、周辺の熱分布の変化を流量に換算しています。
つまり一般的な巻線式センサーをそのままMEMS技術で小型化したのであり、特殊な原理を用いているわけではないのです。
違うのはここからで、従来のセンサーはそれをアナログ回路で処理したり.デジタル回路で処理するにしてもセンサーからの微弱なアナログ信号を基板まで引き回して処理をしていました。
ところがセンシリオンはその処理を全てチップの中で終えてしまいます。
どういうことかというと、チップ内でAD変換し最大毎秒1000サンプルの速さでサンプリングした信号を線形出力、校正、温度補償された流量測定信号にして出力しているのです。
つまりチップが既に流量センサーとして完結しているのですね。

  他のMEMSセンサー方式の流量センサーの場合、あくまでも前段のヒーターと温度センサーを半導体チップ上に構成し、そこで検出されたアナログ信号をワイ ヤボンディングして、後段にある基板上のADコンバーターに送り、そこからデジタル処理するものが多いので、センシリオンのワンチップで処理することの意 味は非常に大きいです。
なぜなら上流と下流の温度差をブリッジ回路で取り出した流量出力は、数mVレベルの微弱なアナログ電圧信号なので、ADコ ンバーターにたどり着くまでの経路での減衰、ノイズ影響により、決してSN比の良くない信号として扱われることは、今まで本ブログでもご説明してきまし た。つまり、マスフローの流量センサー出力は、「センサー信号」としてはあまりよい状態では使われていなかったということです。

 

CMOSens®流量センサーでは、CMOS内の最短経路で信号を伝えることでロスを軽減し、アナログ信号接点、特に半田付け箇所を無くすことでノイズ影響を大幅に軽減できるメリットを実現しているところが素晴らしいとDecoは考えます。
このことがダイナミックレンジの広い流量測定を可能にしたり、液体計測に用いても流体に非接触で良好な測定結果を得ることが出来る秘密なのですね。

【EZ-Japan ここでもう一押し!】by Deco EZ-Japan

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