基于液滴喷射的流量传感器校准的制作方法

背景技术：

流量传感器(flowsensor)被用于监测流体的流量。这样的流量传感器的校准通常在制造时需要独立的校准。微流体装置中的流量传感器的实时校准是困难的。

附图说明

图1是示例性微流体传感器校准系统的示意图。

图2是用于基于流体微滴喷射来校准流量传感器的示例性方法的流程图。

图3是另一示例性微流体传感器校准系统的示意图。

图4是另一示例性微流体传感器校准系统的示意图。

图5是另一示例性微流体传感器校准系统的示意图。

图6是另一示例性微流体传感器校准系统的示意图。

图7是另一示例性微流体传感器校准系统的示意图。

图8是待用作微流体传感器校准系统的一部分的示例性微流体芯片的示意图。

图9是待用作微流体传感器校准系统的一部分的另一示例性微流体芯片的示意图。

具体实施方式

图1示意性地图示了示例性微流体传感器校准系统20。如下文中将描述的，微流体传感器校准系统20使用整合在相同的微流体通道中的液滴喷射器来校准位于微流体通道中的微流体传感器。因此，微流体传感器可以在没有单独的元件部分的情况下并且实时地进行校准。

微流体传感器校准系统20包括形成在微流体芯片或衬底26之内或之上的微流体通道24、液滴喷射器30、传感器34以及校准电子装置50。微流体通道24包括形成在衬底26内的通道。微流体通道24具有宽度和高度，其中每一个都处于亚毫米级。在一种实施方式中，微流体通道24具有宽度和高度，其中每一个在5μm和200μm之间，并且标称在5μm和50μm之间。尽管图示为是线性的，但是微流体通道24可以具有弯曲、蛇形、分支或其他形状。

液滴喷射器30包括整合到微流体通道24中的装置，该装置在被选择性地致动时通过喷嘴或其他喷射端口来喷射具有预定液滴重量或预定体积的液体或流体的微滴。为了本公开的目的，关于芯片、衬底或微流体通道的术语“整合(或集成)”意味着器件或部件与芯片或衬底是一体的，或者该器件或部件被构建到芯片或衬底中或者作为其一部分，原因在于器件或部件的一个或多个结构被形成或制造在芯片或衬底上，使得在不切割或切断部分的芯片或衬底的情况下它们无法被容易地分离。

液滴喷射器30包括热喷墨电阻器和相关联的喷射端口或喷嘴，其中，热喷墨电阻器的致动产生足够的热来蒸发相邻的液体或流体，以产生通过该端口或喷嘴排出具有预定体积或液滴重量的液体微滴的蒸气泡。在另一实施方式中，液滴喷射器30包括压阻液滴喷射器，其中，压阻构件的致动使膜或隔膜移动，以通过端口或喷嘴排出具有预定体积或液滴重量的液体微滴。在又其他的实施方式中，液滴喷射器30包括其他现有的或未来开发的液滴喷射器，其被整合为衬底26的一部分，并且其喷射预定的量、体积或液滴重量的液体。将液体微滴从微流体通道24中向外排出在微流体通道内产生低压区域或空隙，这导致相邻的流体被吸引以占据该低压区域或空隙。

传感器34包括在微流体通道24内、与微流体通道24相邻或沿微流体通道24整合到衬底26中的部件装置，以输出响应于微流体通道24内的流体流量而变化的电信号。例如，液体相对于传感器34的第一流率可以导致具有第一幅度的电信号，而液体相对传感器34的不同的第二流率可导致具有不同于第一幅度的第二幅度的电信号的输出。通过液滴喷射器30排出液体微滴在微流体通道24内相对于传感器34产生流体流。

校准电子装置50包括如下装置，其从传感器34接收信号，并且利用这样的信号(以原始格式或在这些信号通过电子装置50滤波、转换或处理之后)来基于通过液滴喷射器30的液滴喷射将来自传感器34的这样的电信号校准到流率。对于通过液滴喷射器30喷射的给定数量的液体微滴，电子装置50使用针对液滴喷射器30所喷射的单个液体微滴的量、体积或液滴重量的预定和存储的值(或者针对液滴喷射器30所喷射的多个液体微滴的量、体积或液滴重量的预定的存储值)，来确定液滴喷射器30所喷射的液体的量。使用被喷射的液体的确定的量，以及针对微流体通道24的几何形状的预定或存储的值，电子装置50确定微流体通道24内的液体或流体的流率。液体通过或相对于传感器34的流动导致通过传感器34的电信号的输出。作为通过液滴喷射器30的所述数量的微滴的喷射所引起的流体流动的结果，电子装置50将液体流率的预定值关联、联系或分配于从传感器34接收的传感器34所输出的特定电信号。以这种方式，电子装置50将不同的流率值分配给从传感器34接收的不同的电信号，以便校准传感器34。

在一种实施方式中，电子装置50通过模数转换器转换所接收的电信号，其中，电子装置50包括接收和利用数字信号的处理单元。在另一种实施方式中，电子装置50利用模拟信号。在一些实施方式中，电子装置50应用滤波器或各种滤波器来修改信号特性，例如降低信号噪声。

在所示示例中，电子装置50包括处理器54和存储器56。处理器54包括处理单元或多个处理单元，其遵循在存储器56中提供的指令来校准传感器34。为了本申请的目的，术语“处理单元”是指目前开发或未来开发的处理单元，其包括硬件，其执行包含在诸如存储器56的非暂时性计算机可读介质或存储器中的指令序列。指令序列的执行使得处理单元执行诸如产生控制信号之类的步骤。指令可以被加载到随机存取存储器(ram)中，以供处理单元从只读存储器(rom)、大容量存储设备或其他一些持久存储器执行。在其他实施方式中，可以使用硬连线电路代替或与软件指令组合以实现所描述的功能。例如，可以将电子装置50用作一个或多个专用集成电路(asic)的一部分。除非另有说明，否则控制器不限于硬件电路和软件的任何特定组合，也不限于由处理单元执行的指令的任何特定源。

在一种实施方式中，电子装置50使用流率来校准传感器34，该流率基于微流体通道24的几何形状和通过液滴喷射器30喷射的液体的预定或存储的体积或量来确定，以创建和存储(在存储器56或另一存储器中)查找表，该查找表将来自传感器34的不同电信号与不同的流体流率相关联。在另一种实施方式中，电子装置50使用流率来校准传感器34，该流率基于微流体通道24的几何形状和通过液滴喷射器30喷射的液体的预定或存储的体积或量来确定，以创建和存储(在存储器56或另一存储器中)校准曲线，该校准曲线使从传感器34接收的不同电信号与不同流率相关联。在一种实施方式中，校准曲线通过将接收电信号转换成流率估计的至少一个公式或代数表达式来定义。存储的查找表、校准曲线或公式有助于随后基于来自传感器34的信号确定通过微流体通道24的流率，其中，但是对于来自传感器34的信号，流率未知是不可确定的，即在没有使用液滴喷射器30喷射预定量的液体或流体的情况下。在某些情况下，存储的查找表或校准曲线有助于根据基本上类似于传感器34的传感器34以外的传感器的信号，随后确定通过微流体通道24或另一个但类似的微流体通道的流率。

在一种实施方式中，流量传感器22完全包含或集成在衬底26或包含微流体通道24的电路芯片上。例如，在一种实施方式中，电子装置50被集成为其中提供微流体通道24的芯片或衬底26的一部分。在又其他的实施方式中，部分的系统20分布在不同的基板或装置之间。例如，在一种实施方式中，电子装置50由与传感器34电连接的分离的设备和在衬底26上的液滴喷射器30提供。

图2是用于校准流量传感器34的示例性方法100的流程图。在一种实施方式中，方法100由上述系统20执行。如框102所示，液滴喷射器30从微流体通道(例如，微流体通道24)喷射具有预定液滴重量的液滴。在一种实施方式中，液滴喷射器30的致动响应于由电子装置50输出的控制信号。在另一种实施方式中，液滴喷射器30的致动响应于来自分离的或独立的电子装置的控制信号。

如框104所示，电子装置50从微流体通道24中的传感器34接收电信号。响应于或基于流体相对于传感器34的流动，信号随着液滴在框102中的喷射而变化。在一种实施方式中，在框102中，喷射多个单独的液体或液体液滴，其中电信号基于由被排除的多个液滴引起的流体流动。

如框106所示，传感器34通过校准来自传感器34的电信号到通过通道的相应流体流率来校准，该流率基于喷射的液滴的数量和每个单独液滴或液滴组的预定液滴重量确定。在一些实施方式中，微流体通道24的几何形状和/或其他因素进一步用于校准传感器34。

图3示意性地图示了微流体传感器校准系统220、微流体传感器校准系统20的另一示例性实施方式。微流体传感器校准系统220类似于微流体传感器校准系统20，除了系统220具体示出为分别包括液滴喷射器230和传感器234以代替液滴喷射器30和传感器34。系统220进一步被图示为具体包括流体相互作用部件246、248。那些其余部件是系统220的元件，其对应于组件，系统20的元件被类似地编号。

液滴喷射器230包括热喷墨电阻器252和相关联的喷射端口或喷嘴254，其中，热喷墨电阻器的致动产生足够的热来蒸发相邻的液体或流体，以产生通过该端口或喷嘴254排出具有预定体积或液滴重量的液体微滴的蒸气泡。在另一实施方式中，液滴喷射器230包括压阻液滴喷射器，其中，压阻构件的致动使膜或隔膜移动，以通过端口或喷嘴排出具有预定体积或液滴重量的液体微滴。在又其他的实施方式中，液滴喷射器230包括其他现有的或未来开发的液滴喷射器，其被整合为衬底26的一部分，并且其喷射预定的量、体积或液滴重量的液体。将液体微滴从微流体通道24中向外排出在微流体通道内产生低压区域或空隙，这导致相邻的流体被吸引以填充据该低压区域或空隙。

传感器234包括流量传感器，该流量传感器包括热源260，该热源260被定位成用作在微流体通道24内流动的流体的热源和与热源260间隔开的温度传感器262，以便感测微流体通道24内的温度流体。在这样的实施方式中，由热源产生的热量提供微流体通道24内的流体中的局部温度升高。微流体通道24内的流体的流动吸收并将产生的热量传递到温度传感器262。在一种实施方式中，热源包括靠近或在微流体通道24内的电阻器，其中电阻器在接收电流时输出热量。

温度传感器262感测流体流动所携带的热量。流体流过微流体通道的速率越大，从热源引出的热量被传送到温度传感器并由温度传感器从热源下游感测的速率越大。在这样的实施方式中，传感器34响应于温度传感器感测到的温度并输出电信号。校准电子装置50在液滴喷射器230启动时校准或关联由温度传感器262输出的电信号，以基于由液滴喷射器230喷射的液滴的预定液滴重量确定的特定流率。

在所示示例中，传感器234包括一对温度传感器，在热源的每一侧上一个温度传感器262，以便于感测流体流动方向以及大小。尽管示出为直接在微流体通道24内，但是热源260和温度传感器262也可以沿着通道24的一侧定位。在一些实施方式中，热源260和温度传感器262中的一个或两个与流过通道24的流体直接接触。在其他实施方式中，热源260和温度传感器262中的一个或两个不与流过通道24的流体直接接触，通过一个或多个中间间隔层与流体隔开，但足够接近以便施加到或从通道24内的流体接收热量。

流体相互作用部件246、248示意性地示出、包括集成在衬底26上或与衬底26相互作用的流体流过微流体通道24的部件。集成在芯片或衬底26上的流体相互作用部件246、248的示例包括但不限于来自微流体通道24的微流体分支通道和微流体泵，例如热喷墨电阻器流体泵或压电流体泵、微流体阀、微流体多用混合器和液滴喷射器，例如与喷嘴相对的热喷墨电阻器或压电膜片。尽管传感器234和液滴喷射器230被示出为夹在流体相互作用部件246、248之间，但是在其他实施方式中，流体流量传感器234可以在单个或多个流体相互作用部件246、248的上游或下游。在一些实施方式中，系统220可以包括多于两个流体相互作用部件246、248。

在一种实施方式中，在校准流体流量传感器234时，控制器251利用指示微流体通道24内的当前流体流量的流体流量传感器234的输出来控制或改变一个或多个流体相互作用部件246、248的操作。例如，在一种实施方式中，由流体流量传感器234输出的指示微流体通道24内的流体流量的信号由电子装置50或其他电子装置提供的控制器利用，以控制使流体流过微流体通道24的泵的操作的定时。因此，系统220有助于关于通过微流体通道24以期望的速率泵送或移动流体的闭环反馈系统。在其他实施方式中，控制器251可利用来自电子装置34的指示流体流率的信号来控制微流体阀、液滴喷射、微流体混合器等。

图4示意性地图示了微流体传感器校准系统320、微流体传感器校准系统20的另一示例性实施方式。微流体传感器校准系统320类似于微流体传感器校准系统220，除了系统320被具体示出为包括代替传感器34的传感器334。与系统220的部件或元件相对应的系统320的其余部件或元件被类似地编号。

传感器334包括发热电阻器340和电参数传感器342。发热电阻器340具有响应于温度而变化的电阻。发热电阻器靠近微流体通道24或处于微流体通道24内。发热电阻器可以包括形成材料或材料的结构，该材料或材料具有电阻，使得当电流通过该结构时由结构产生和发射热量。发热电阻器340的电阻响应于温度而变化。发热电阻器将连接到电流源348，该电流源348向发热电阻器提供电流并使电流循环。在一种实施方式中，电流源向发热电阻器340提供连续的直流(dc)。在另一种实施方式中，电流源提供直流电的时间间隔脉冲。在另一种实施方式中，电流源348将交流电提供给发热电阻器。使用交流电流或电流脉冲可以降低功耗和传感器热冲击，同时增加灵敏度，抗噪声性和信噪比。

当液体或流体流过发热电阻器340时，并且当电流通过发热电阻器340时，由发热电阻器340产生的热量被流体流除去。流体流量越大，热量从发热电阻器340移出的速率越大。热量携带的速度可能会受到诸如密度、热导率和热容之类的流体性能的影响。发热电阻器340的热量越高，发热电阻器340的温度就越低。这种较低的温度又将影响发热电阻器340的电阻，从而进一步影响电流通过发热电阻器340的速率。结果，发热电阻器340提供可以整合到微流体通道24中的单一结构，其产生热量并且响应于所产生的热被流体流动所带走的速率而呈现变化的电阻。

在一种实施方式中，发热电阻器340包括完全延伸通过微流体通道24的一种或多种发射电阻材料的细长的线。发热电阻器340可以具有正或负的高热阻系数(tcr)，以对温度刺激(1/k(开尔文))提供高响应。在一种实施方式中，发热电阻器340具有至少1e-41/c的热阻系数(tcr)，即电阻相对于温度变化的相对变化。用于发热电阻器330的各种材料的tcr由公式r＝r(t_0)＝exp[tcr(t-t_0)]来表示，其中，ta-al的tcr为-100ppm/c＝-1e-41/c；wsin的tcr为-450ppm/c＝-4.5e-41/c；并且al的tcr为4e-31/c。在一种实施方式中，发热和热感测电阻器340包括或者为铂，并且具有至少0.0035-0.00391/k的热阻系数。在其他实施方式中，由wsin金属陶瓷制成的热感测电阻器330具有-0.000451/k的热阻系数。多种其他高热敏材料可被用于发热和感测元件340。半导体材料由于其高的负tcr(对于si而言为-0.071/k)也可用作热敏元件。

在一种实施方式中，发热电阻器340包括延伸穿过微流体通道24并与微流体通道24的底板接触的迹线或电线。在一种实施方式中，发热电阻器340直接制造或沉积在形成微流体通道24的底板的衬底上。在一种实施方式中，发热电阻器340具有至少为5比1的长宽比。在一种实施方式中，发热电阻器340由具有10至1000欧姆/平方的薄层电阻的材料形成。在一种实施方式中，发热电阻器340包括铝、铂、铑、铜、镍、钽、钨、钌、镍铬、氮化铜、硅、多晶硅、锗、碳、石墨(graphing)、氧化锡、氧化锡锌、氮化钽、氮化钛、氧化镁、氧化铷、氧化钒和钨-氮化硅(wsixny)中的至少一种。

电参数传感器342包括电连接或电耦接到发热电阻器340的电组件，以便感测基于发热电阻器340的电阻的发热电阻器340的电参数。在一种实施方式中，该参数可以包括跨越发热电阻器340的电压。在另一种实施方式中，电参数可以包括通过发热电阻器340的电流。传感器342的示例包括但不限于场效应晶体管、热电偶、双极结型晶体管、其他p-n结感测装置。电参数传感器342基于感测的电参数输出电信号。这样的电信号通过电子装置50与不同流率相关联或校准。在这种校准和生成查找表或校准曲线之后，随后利用来自传感器334的信号，以基于来自传感器334的信号来确定微流体通道24内的流体流率，其中，但是对于来自传感器34的信号，流率未知是不可确定的，即在没有使用液滴喷射器340喷射预定量的液体或流体的情况下。在某些情况下，存储的查找表或校准曲线有助于根据基本上类似于传感器334的传感器334以外的传感器的信号，随后确定通过微流体通道24或另一个但类似的微流体通道的流率。

图5示意性地图示了微流体传感器校准系统320、微流体传感器校准系统20的另一示例性实施方式。微流体传感器校准系统520类似于微流体传感器校准系统320，除了系统520分别包括微流体通道524、传感器534和校准电子装置550以代替通道24、传感器334和校准电子装置50。系统520还包括微流体阀536和538。与系统320的部件或元件相对应的系统520的其余部件或元件被类似地编号。

微流体通道524类似于微流体通道24，除了微流体通道524包括主通道部分542、第一分支部分544和次级分支部分546。主通道部分522延伸到流体相互作用部件246、248并且包含传感器534。分支部分544、546从主通道542分支或源自主通道542。分支部分544从主通道部分542继续流到流体相互作用部件248。在所示示例中，次级分支部分546包括盲通道或死端通道。次级分支部分546包含液滴喷射器230。尽管示出为从主通道部分542垂直延伸，但是在其他实施方式中，分支部分546以其他方式从部分542引出。尽管示出为与部分542具有基本上相同的宽度，但是在其他实施方式中，与部分542相比，次级分支部分546可以具有不同的宽度。

微流体流量传感器534类似于传感器334，除了系统520附加地包括第二发热电阻器552和第二参数传感器554。系统520附加地包括代替电子装置50的电子装置550，其将从发热电阻器340、552接收的流量测量信号校准为基于在校准过程期间由液滴喷射器230喷射的液体的预定量、体积或液滴重量而确定的不同流率。

发热电阻器552类似于发热电阻器340。与发热电阻器340一样，发射电阻器552整合到衬底26中，延伸穿过微流体通道24并且电连接或耦接到其相关联的电参数传感器554。发热电阻器552在沿微流体通道24的纵向长度的方向上与发热电阻器340隔开。在一种实施方式中，基于热串扰，发热电阻器552与发射电阻器340隔开。在一种实施方式中，发热电阻器552以距离d与发热电阻器340隔开，该距离d在10μm和20μm之间的较低值和500μm和1000μm之间的较高值之间，并且通过标称在50μm和100μm之间的距离d隔开。如将在下文中描述的，附加的发射电阻器552除了流量大小之外还有助于指示流动方向的差分信号。

在一种实施方式中，发热电阻器552相对于发热电阻器340热隔离或热绝缘，使得除了通过流体的例如穿过或越过衬底26的流动来散热之外，从电阻器340、552中的一个到电阻器340、552中的另一个的热传递减少。换句话说，通过基板26的固态热传导与通过流体流的对流热传递隔离。例如，在一种实施方式中，在电阻器340、552之间和之间延伸的衬底26的部分由与在通道24内循环的流体相比具有较低热导率的材料或材料的组合形成。在一种实施方式中，与衬底26的其余材料相比，衬底26的部分由具有较低热连接性的材料或组合材料形成。例如，在一种实施方式中，否则将与电阻器340、552接触的衬底26的部分被覆盖、分层或涂覆有氧化物层。结果，通过衬底26从电阻器340、552中的一个到另一个电阻器340、552的热传递被减少以有利于更大的感测精度。在一种实施方式中，在电阻器340和552之间和周围延伸的一种或多种材料具有小于或等于0.01cm²/s的热扩散率(热导率/热容(cm²/s))。

在另一种实施方式中，通过衬底26的固态导热通过电流源348隔离通过流体流体的对流热传递，该电流源348以交流脉冲方式模式在电阻器340、552上传输电流。例如，在一种实施方式中，通过电阻器340、552的电流传输设有相对于彼此异相的时空电脉冲，由此传感器342、552的电参数的感测也相对于彼此在时间上偏移。在这样的实施方式中，交流电脉冲的使用进一步有利于更大的温度差，从而产生更大的电阻变化，这允许增强传感器522的灵敏度。

在一种实施方式中，0.1μs-10ms的电流脉冲以120khz和10hz之间并且标称为在1khz和100khz之间的频率通过电阻器340、552传输。在由wsin形成电阻器340、552的一种实施方式中，电流以0.1ma和50ma之间的电流强度以及48khz和10hz之间的频率供应给每个电阻器。在电阻器340、552包括ta-al合金的一种实施方式中，电流以0.1ma和500ma之间的电流强度以及12khz和1hz之间的频率供应给每个电阻器。在由铂形成电阻器340、552的一种实施方式中，电流以0.1ma和50ma之间的电流强度以及0和15khz之间的频率供应给每个电阻器。

电参数传感器554类似于电参数传感器342。电参数传感器554包括电连接或电耦接到发热电阻器552的电组件，以便感测基于发热电阻器552的电阻的发热电阻器552的电参数。在一种实施方式中，该参数可以包括跨越发热电阻器552的电压。在另一种实施方式中，电参数可以包括通过发热电阻器552的电流。每个传感器554的示例包括但不限于场效应晶体管、热电偶、双极结型晶体管和/或其他p-n结感测装置。每个电参数传感器554基于感测的电参数输出电信号。这样的电信号通过电子装置550与不同的流体流动值相联系或相关联，以校准传感器534。

微流体阀536、538包括微流体通道524内的微流体装置，其有助于选择性地打开和关闭微流体通道524的选定部分。在所示示例中，微流体阀536选择性地打开和关闭分支部分544，从而将流体从主通道部分542引导到分支部分546。阀538选择性地打开和关闭分支部分546，从而将流体从主通道部分542引导到分支部分544。阀538在液滴喷射器30和主通道部分542与分支部分546的连接处之间延伸。

电子装置550类似于上述电子装置50。电子装置550从每个电参数传感器342、554接收信号。校准电子装置550包括一个装置，该装置根据液滴喷射器230的液滴喷射将来自传感器534的这种电信号校准到流率。对于通过液滴喷射器230喷射的给定数量的液体微滴，电子装置550使用针对液滴喷射器230所喷射的单个液体微滴的量、体积或液滴重量的预定和存储的值(或者针对液滴喷射器230所喷射的多个液体微滴的量、体积或液滴重量的预定的存储值)，来确定液滴喷射器230所喷射的液体的量。使用被喷射的液体的确定的量，以及针对微流体通道524的几何形状的预定或存储的值，电子装置550确定微流体通道524内的液体或流体的流率。液体通过或相对于发热电阻器340、552的流动导致由传感器534输出的电信号。作为通过液滴喷射器230的所述数量的微滴的喷射所引起的流体流动的结果，电子装置550将液体流率的预定值关联、联系或分配于从传感器534接收并且由传感器534输出的特定电信号。以这种方式，电子装置550将不同的流率值分配给从传感器534接收的不同的电信号，以便校准传感器534。

在一种实施方式中，电子装置550通过模数转换器转换所接收的电信号，其中，电子装置550包括接收和利用数字信号的处理单元。在另一种实施方式中，电子装置550利用模拟信号。在一些实施方式中，电子装置550应用滤波器或各种滤波器来修改信号特性，例如降低信号噪声。

为了校准传感器534，处理器54遵循包含存储器56的指令，输出关闭阀536和打开阀538的控制信号。处理器54遵循包含存储器56的指令，进一步输出启动液滴喷射器230的控制信号。结果，液滴或多个液滴由液滴喷射器230喷射，从而在分支部分546内产生空隙或负压区域。通过将液体或流体抽吸到分支部分546中来填充该空隙，其中被抽吸的液体通过或相对于传感器534流动通过所示示例中的发热电阻器340、542。

在液体穿过传感器534流动之前或期间，遵循存储器56包含的指令的处理器54输出控制信号以致动传感器534。在所示示例中，处理器54输出控制信号，使得电流源向这些发射电阻340、542中的一个或两个提供电流。结果，电阻器340、542输出热。随着电阻器340、542的加热，它们产生传递到周围流体的热。当液体或流体通过或相对于电阻器340、552流动时，产生的热被传导到液体并被流带走。基于流体的流率，热量被液体流引起或吸走的速率变化。通过液体流动吸入或吸走热量的速率进一步影响电阻器340、542的温度及其电阻。电参数传感器342、554输出根据电阻器340、552的变化的电阻而变化的电信号。遵循包含在存储器56中的指令的处理器54将从电参数传感器342、554接收到的电信号与基于先前确定的液滴喷射速率确定的流率、被拒绝的液滴的数量及其相应的液滴重量相关联，该液滴重量导致由电参数传感器342、554输出的电信号。例如在查找表或校准曲线中存储这样的关联。

在使用微流体通道524将流体传输到流体相互作用部件246和/或流体相互作用部件248(处理器54)时，遵循包含在存储器56中的指令的处理器54输出关闭阀538和分支部分546以及打开阀536和分支部分544的控制信号。结果，允许流体在独立于液滴喷射器230的泵或其他装置的影响下流过主通道部分542和分支部分544和在二者之间流动。当液体或流体通过或相对于电阻器340、552流动时，产生的热被传导到液体并被流带走。基于流体的流率，热量被液体流引起或吸走的速率变化。通过液体流动吸入或吸走热量的速率进一步影响电阻器340、542的温度及其电阻。电参数传感器342、554输出根据电阻器340、552的变化的电阻而变化的电信号。为了确定或估计流体流动的速率，处理器54检索并查询查找表、校准曲线等，并且识别与从传感器534接收的信号相关的流率值。

在一个实施方式中，遵循存储器56包含的指令的处理器54利用通道524内和传感器534之间的确定或估计的流体流率来控制其他装置，例如流体相互作用部件246或流体相互作用部件248。例如，在一种实施方式中，如果所确定的流体流率对于正在执行的特定过程是不够的，则处理器54输出使泵(其可以是流体相互作用部件246、248中的一个)或附加的泵增加流体流动的速率的控制信号。在另一种实施方式中，基于所识别的流体流率，处理器54改变流体混合的速率，改变例如流体内的细胞之类的成分被感测或提取的速率和/或改变将材料或组分添加到流过通道524的液体或流体中的速率。因为系统520利用整合为衬底26的一部分来校准传感器534的液滴喷射器230，所以系统520有助于传感器534的实时频繁校准或重新校准，而传感器534必须被连接到单独的校准装置并与之断开。系统520便于最终用户在现场对传感器534的重复校准。

图6示意性地图示了微流体传感器校准系统620、微流体传感器校准系统20的另一示例性实施方式。微流体传感器校准系统620类似于微流体传感器校准系统520，除了系统520省略阀536、538，另外包括流量传感器634，并且包括校准电子装置650代替校准电子装置550。对应于先前描述的元件或部件的微流体传感器校准系统620的那些其余元件或部件被类似地编号。

微流体流量传感器634类似于微流体流量传感器534，除了微流体流量传感器634位于分支部分546内，该分支部分546是包含液滴喷射器230的相同分支部分。对应于微流体流量传感器534的部件的微流体流量传感器634的那些部件被类似地编号。

校准电子装置650类似于校准电子装置550，除了校准电子装置650基于液滴喷射使用分支部分546内的微流体流量传感器634的校准，以基于从不同流量传感器、微流体流量传感器534接收的信号来估计或确定流体流率。校准电子装置650将来自传感器634的信号校准、联系或关联到基于由液滴喷射器230喷射的预定量的液体来确定的不同流率，从而导致来自传感器634的这种信号的输出。存储预定流率和从传感器634接收的信号之间的关系或相关性，例如存储在校准曲线、公式或查找表中，以便随后用于基于在非校准操作期间从传感器534接收的信号或使用芯片或衬底26执行的处理来估计或确定主通道部分542和/或分支部分544内的流体流动。

在一种实施方式中，基于液滴喷射(存储的关系)和来自传感器634的信号之间的确定和存储的关系直接以未修改的方式被使用，以随后基于来自传感器534的信号来确定或估计流率。在又一种实施方式中，遵循存储器56包含的指令的处理器54在基于从传感器534接收到的信号计算和估计流体流量时，基于液滴喷射和来自传感器634的信号，对存储的流率之间的关系应用各种补偿或调整。例如，在一种实施方式中，校准电子装置650的处理器54基于或适应传感器534和634的功能或特性之间的预定差异(如果存在)对所存储的关系应用补偿或调整。在一种实施方式中，校准电子装置650的处理器54附加地或替代地基于传感器534、634的相对位置之间的差异(例如，其各自的通道内的电阻器340、552的位置的差异等)来应用补偿或调整。在一种实施方式中，校准电子装置650的处理器54附加地或替代地基于不同传感器534、634的包含感测元件(示出的示例中的发射电阻器340、552)的微流体通道524的相应部分的形状或尺寸的差异，对所存储的关系进行补偿或调整。

在校准期间，电子650将从传感器634接收的信号校准、联系或关联到基于由液滴喷射器230注入的液体或流体的预定液滴重量、量或体积确定的流率。所存储的关系最终由电子装置650使用以随后基于来自传感器534的信号来确定流体流率。在这样的后续使用期间，液滴喷射器230不被激发或致动，使得通过分支部分546很少或没有发生流体流动。虽然未图示，但在一些实施方式中，在由芯片或衬底26执行的随后的非校准过程期间，可以附加地使用一个或多个阀来关闭分支部分546。

图7示意性地图示了微流体传感器校准系统720、微流体传感器校准系统20的另一示例性实施方式。微流体传感器校准系统720类似于微流体传感器校准系统620，除了系统720包括两个独立或隔离的微流体通道，初级微流体通道744和校准微流体通道746。对应于先前描述的部件或元件的系统720的其余部件或元件被类似地编号。

与系统620不同，系统720将来自传感器634的信号校准、联系或关联到基于液滴喷射器230的液滴喷射的预定流率，其中，来自流体输入747的流体不同于供应流体或液体流过传感器534的流体源或流体输入。电子装置650的操作类似于上面关于系统620所述的操作。尽管系统620和720被示为共用电子装置650，该电子装置650进行：(1)将传感器634校准到基于液滴喷射的流量；(2)使用存储的关系和来自传感器534的信号来估计传感器534的流率；以及(3)基于来自传感器534的确定的流率来控制流体相互作用部件246、248，但在其他实施方式中，使用单独的电子装置，例如单独的处理器和/或存储器，来执行传感器634的校准、基于来自传感器534的信号的流率估计和/或基于流率估计的流体相互作用部件的控制。在图6和图7中所示的示例中，通道744、746二者及它们的电子装置550、650(无论是否共用)都被设置在单个芯片或衬底26上。在另一实施方式中，通道744、746及其相关联的电子装置被设置在不同的芯片或衬底上。

图8示意性地图示了可用作例如上述系统之类的微流体传感器校准系统的一部分的示例性微流控芯片810。芯片810支撑两个微流体传感器校准子系统820和822。除了微流体传感器校准子系统820、822之外，微流体芯片810还包括设置在衬底826上的微流体通道824、825、流体供应装置828、流体相互作用部件830、832以及用于系统820、822的各种电接触件或接触垫。衬底826包括例如硅之类的介电材料，在其上形成芯片810的部件。

微流体通道824、825形成在衬底26内或衬底26上。微流体通道824从流体源828延伸到流体相互作用部件830。微流体通道825从流体源828延伸并且包括连接到流体相互作用部件832的分支部分836和连接到微流体传感器校准系统822的液滴喷射器的另一分支部分838。每个通道824、825具有宽度和高度，其中的每一个均为亚毫米级。在一种实施方式中，微流体通道824、825各自具有宽度和高度，其中每一个在5μm和200μm之间，并且标称在5μm和50μm之间。尽管图示为基本上线性的，但微流体通道824、825可以具有弯曲、蛇形、分支或其他形状。

流体相互作用部件830、832示意性地示出、包括整合在衬底826上或衬底826中的部件，其与流过微流体通道824、825的流体相互作用。整合在衬底26上的流体相互作用部件830、832的示例包括但不限于源自微流体通道824、825的微流体分支通道、例如惯性泵、压电流体泵之类的微流体泵、微流体阀、微流体多用混合器以及液滴喷射器，例如与喷嘴相对的热喷墨电阻器或压电膜片。

微流体传感器校准子系统824类似于上述微流体传感器校准系统220，除了子系统824适于连接到独立或单独提供的电流源、电参数传感器和独立或单独的校准电子装置。校准子系统824包括热源860、温度传感器862和液滴喷射器230(如上所述)。热源860包括延伸穿过通道824并且由材料形成的导线或迹线，使得当从电流源接收电流时，导线盘提供热量以加热周围的流体。在所示示例中，热源860将电连接到要电连接到电流源的接触焊盘850和852，例如上述的电流源348。

温度传感器862包括感测或检测周围流体的温度变化的装置。如同上述温度传感器262，温度传感器862与热源860隔开，并且便于检测流体流动的大小以及其方向。在所示示例中，温度传感器862包括延伸穿过通道824并由具有响应于温度变化而变化的电阻的材料形成的导线或迹线。温度传感器862不会在很大程度上发热，而是冷电阻。温度传感器862可能连接到电连接到例如上述电流源348之类的电流源的电流的源(正极和负极)的接触焊盘850、854、856和858。

温度传感器862与热源860协作以检测通过通道824的流体流率。传感器862和热源864形成类似于上述流量传感器234的流量传感器868。热源860的电阻器发出热量，该热量被带走并且通过用作温度传感器262的电阻中的一个。热量被传送和传导到形成温度传感器262的电阻器的速率影响电阻器的周围温度，该温度影响电阻器的电阻。通过电参数传感器感测电阻两端的电阻，该电参数传感器通过接触焊盘850、854、856和858连接到电阻器，从而形成温度传感器862。

上面描述了液滴喷射器230。液滴喷射器230包括热喷墨电阻器252和喷嘴254。热喷墨电阻器252电连接到待连接到电流源的接触焊盘860和862。

在操作中，来自流体源828的液体或流体流入到通道824中。为了校准流体传感器868，包括处理单元和存储器的外部定位控制器输出控制信号，该控制信号使电流经由接触焊盘860和862传输通过热喷墨电阻器252。结果，热喷墨电阻器252被加热到一定温度，以便使相邻的流体蒸发，以通过喷嘴254排出流体微滴。在纸泡塌缩时，流体填充空的空隙并流过流量传感器868的电阻器。在液滴喷射器230的致动之前或期间，外部定位的处理单元输出使电流在电阻器860和862上传输的控制信号。通过热源860的电阻器传输的电流足以加热相邻的流体。通过温度传感器862的一个或两个电阻器传输的电流通常不足以产生大幅的热量，但足以检测由温度变化引起的温度传感器862的电阻器的电阻变化。当流体流过热源860时，流体流将温度传递给温度传感器862中的一个的电阻器(取决于方向流动)，由此产生电信号，该电信号对应于温度传感器862的电阻器两端的电阻的变化。

类似于上述校准电子装置50的外部校准电子装置接收来自外部电参数传感器的信号，并且将这些信号校准、联系或关联到产生这种信号的流体流率，该流率基于由液滴喷射器230喷射的预定数量的微滴以及微滴或一组微滴的预定液滴重量。存储来自流量传感器868的这种信号与预定喷射的基于微滴的流率之间的关系。该存储的关系随后由外部处理器用于基于来自传感器868的信号估计流过流量传感器868至流体相互作用部件830的流体流率。然后由外部处理器使用估计的流率来控制流体供应或泵送到流体相互作用部件830的速率。

微流体传感器校准子系统822类似于上述微流体传感器校准系统320，除了子系统822适于连接到独立或单独提供的电流源、电参数传感器和独立或单独的校准电子装置。校准子系统822包括发热电阻器880和液滴喷射器230。发热电阻器880用作流量传感器870，并且类似于上述发热电阻器340，不同之处在于，发热电阻器340电连接到将被电连接到外部或分离的电流源以及外部或单独的电参数传感器的电接触焊盘884、886。液滴喷射器230类似于上述关于系统320所描述的液滴喷射器230，除了液滴喷射器230电连接到将被电连接到外部或单独的电流源的电接触焊盘888和890。

为了校准传感器836，外部处理器控制器输出控制信号，该控制信号使电流被供应给热喷墨电阻器252，从而致动液滴喷射器230。结果，微滴或多个微滴由液滴喷射器230喷射，从而在通道824内产生空隙或负压区域。通过将液体或流体从流体源828抽吸到通道854中来填充该空隙，其中，被抽吸的液体通过或相对于电阻器880流动。

在液体流过电阻器880之前或期间，外部处理器输出控制信号以致动由发热电阻器880形成的流量传感器。在所示示例中，外部处理器输出使电流被提供给电阻器880的控制信号。结果，电阻器880输出热。随着电阻器880的加热，所产生的热被传递给周围的流体。当液体或流体通过或相对于电阻器80流动时，所产生的热被传导到液体并被流带走。根据流体的流率，热量被液体流引起或吸走的速率变化。通过液体流吸取或带走热的速率进一步影响电阻器880的温度及其电阻。外部或单独的电气参数传感器检测由温度变化引起的电阻880的电阻变化以及根据电阻880的电阻变化而变化的输出电信号。外部处理器将从电参数传感器接收的电信号与基于导致电参数传感器输出的电信号的先前确定的液滴喷射速率、喷射的液滴的数量及其相应的液滴重量来确定的流率相关联。例如在查找表或校准曲线中存储这样的关联。该存储的关系或关联随后由外部处理器用于基于来自电阻器880的信号来确定或估计通过电阻器880的流体流动的速率。在一种实施方式中，确定的流体流的速率被进一步用于提供泵或例如流体相互作用部件832之类的其他流体相互作用部件的闭环反馈控制。

由于用于校准流量传感器868和870的部件被整合到衬底826中或衬底826上，所以这种流量传感器868和870的校准不利用外部校准部件，而是用于电参数传感器和处理器。因此，流量传感器868和870可以在使用时和在现场更容易地实时校准，以适应环境、温度和液体或流体的变化。同时，由于芯片810利用外部或单独的电参数传感器和校准电路，所以芯片810的成本和尺寸减小。在一些实施方式中，由于低成本，芯片810更易于一次性使用，例如在对血液或其他生物危险液体的样品进行分析或相互作用之后。

图9示意性地图示了微流体芯片910。微流体芯片910类似于上面关于图6描述的系统620，除了微流控芯片910包括各种电接触垫，从而有利于使用外部或单独的电参数传感器和校准电子装置，从而促进小、成本更低且可能一次性使用的微流体芯片。对应于上述部件的微流体芯片910的那些部件被类似地编号。

与上述实施方式一样，微流体芯片910利用包括热喷墨电阻器252和相关联的喷嘴254的液滴喷射器230来喷射具有预定量、体积或液滴重量的液体或液体的微滴，其中，预定的量、体积或液滴重量对应于限定的流率值，该流率值则与流量传感器的信号相关联，以校准流量传感器。在所示示例中，热喷墨电阻器252被电连接到将被电连接到外部电流源以及控制液滴喷射器230的致动的外部电子装置的电接触焊盘937、938。图9附加地图示了还包括惯性泵922的微流体芯片910。

微流体芯片910包括形成在衬底926内或衬底926上的微流体通道924。衬底826用作电路的机械支撑件。在一种实施方式中，衬底26包括单晶硅，其中的部分被选择性地掺杂以形成芯片910的电路或部件。微流体通道824包括主分支930和校准分支932。主分支930从流体源928延伸到流体相互作用部件936。校准分支930从流体源928延伸到液滴喷射器。分支930、932中的每一个具有宽度和高度，其中每一个都是亚毫米级。在一种实施方式中，分支930、932中的每一个具有在10μm和200μm之间的宽度和高度，并且具有标称为在10μm和50μm之间的宽度和高度。尽管图示为基本上线性的，但这样的分支930、932可以具有弯曲、蛇形、分支或其他形状。

如图9所示，微流体芯片910包括用于两个不同流量传感器的部件，包括发热电阻器942、944的第一流量传感器940和包括发热电阻器952和954的第二流量传感器946。在所示示例中，用于每个流量传感器940、946的发热电阻器对彼此相似。发热电阻器942、944和发热电阻器952、954中的每一个被整合到衬底26中，延伸穿过它们相应的通道。每对发热电阻器在沿微流体通道924的纵向长度的方向上彼此隔开。在一种实施方式中，发热电阻器942和952与它们相应的发热电阻器944和946隔开介于10um和1000um之间并且标称为100um的距离。

在一种实施方式中，发热电阻器942、952相应地相对于发热电阻器944、946热隔离或热绝缘，使得除了通过流体的例如穿过或越过衬底926的流动的散热之外的每对电阻器之间的热传递减少。换句话说，通过基板926的固态热传导与通过流体流的对流热传递隔离。在一种实施方式中，在每对电阻器的电阻器之间和周围延伸的衬底926的部分由与通过通道924移动的流体相比具有较低热导率的材料或材料的组合形成。例如，在一种实施方式中，否则将与电阻器接触的衬底26的部分被覆盖、分层或涂覆有氧化物层。结果，减少了每对电阻器之间通过衬底926的热传递，以有利于更高的感测精度。

在另一种实施方式中，通过衬底26的固态导热通过施加无论是直流还是交流的时间间隔的电流脉冲与通过流体流的对流传热隔离。例如，在一种实施方式中，通过每对电阻器的电流传输设有相对于彼此异相的时间间隔的电脉冲，由此通过电参数传感器对电参数的感测也相对于彼此在时间上偏移。在这样的实施方式中，脉冲的使用进一步促进更大的温差，从而产生更大的电阻变化，这允许增强传感器940、946的灵敏度。

在一种实施方式中，0.1μs-10ms的电流脉冲以120khz和10hz之间并且标称为在1khz和100khz之间的频率传输通过电阻器942、944、952、954。在电阻器942、944、952、954由wsin形成的一种实施方式中，电流以0.1ma和50ma之间的电流强度以及

48khz和10hz之间的频率供应给每个电阻器。在电阻器942、944、952、954由ta-al合金形成的一种实施方式中，电流以0.1ma和500ma之间的电流强度以及12khz和1hz之间的频率供应给每个电阻器。在电阻器942、944、952、954由铂形成的一种实施方式中，电流以0.1ma和50ma之间的电流强度以及0和15khz之间的频率供应给每个电阻器。

发热电阻器942、944设置在分支通道932内，并响应不同流体流率引起的不同温度而呈现不同程度的电阻。发热电阻器942、944相应地电连接到两对电接触焊盘，即接触焊盘958、960和接触焊盘962和964，以便电连接到外部定位或分离的电参数传感器和校准电子装置。每个发热电阻器942、944上的电阻变化由外部电参数传感器感测并由外部校准电子装置用于识别不同电阻水平(由外部电参数传感器输出的信号所表示)与使用喷射以引起流体流量的变化、每个电阻器942、944的温度变化和电阻变化的流体的预定体积、量或液滴重量来确定的不同流率之间的关系。

发热电阻器952、954被设置在微流体分支930内并且响应于由不同流体流率引起的不同温度而呈现不同程度的电阻。发热电阻器952、954相应地电连接到两对电接触焊盘，即接触焊盘966、968和接触焊盘970和972，以便电连接到外部定位或分离的电参数传感器和校准电子装置。每个发热电阻器952、954上的电阻变化由外部电参数传感器感测并被外部校准电子装置用于使用不同水平的电阻(由来自椭圆参数传感器的信号表示)和流率之间的预定关系来确定或估计流率。尽管流量传感器940、946中的每一个被示出为包括一对发热电阻器以提供大小和方向值二者，但在其他实施方式中，流量传感器940、946中的一个或两个可以包括单发热电阻器。

在一种实施方式中，基于液滴喷射(存储的关系)和来自传感器940的信号之间的确定和存储的关系直接以未修改的方式被使用，以随后基于来自传感器946的信号来确定或估计流率。在又一种实施方式中，外部独立校准电子装置在基于从传感器946接收的信号来计算或估计流体流量时对基于液滴喷射的流率和来自传感器940的信号之间的存储的关系施加各种补偿或调整。例如，在一种实施方式中，外部校准电子装置基于传感器940和946的功能或特性之间的预定差异(如果存在)对所存储的关系应用补偿或调整，或对所存储的关系应用补偿或调整以适应上述差异。在一种实施方式中，外部校准电子装置根据传感器940、946的相对位置之间的差异(例如，其各自通道内的电阻器942、944和952、954的位置的差异)附加地或替代地应用补偿或调整。在一种实施方式中，外部校准电子装置附加地或替代地基于不同传感器940、946的包含感测元件(所示示例中的发射电阻器942、944、952、954)的微流体通道924的相应部分的形状或尺寸的差异，对所存储的关系进行补偿或调整。

惯性泵922位于分支通道930内并电连接到电接触垫976、978。惯性泵922包括沿通道930定位的靠近储存器或流体供应装置928并且远离流体相互作用部件936的泵送装置。换句话说，惯性泵928与储存器流体供应装置928隔开一定距离，该距离小于流体源928与流体相互作用部件936之间的总流体路径的长度的一半。惯性泵922利用通道内的惯性和动量，该通道与其连接以产生流体流动的装置相比相对较窄。为了本公开的目的，术语“惯性泵”是指一种泵送装置，其初始地在相对于其连接的储存器相对较窄的通道内沿两个方向驱动流体，但是其中，泵送装置不对称地定位在流体供应装置和流体相互作用部件之间，使得最终结果是流体沿朝向两个装置中最远的方向被驱动。

在一种实施方式中，惯性泵922包括气泡喷射泵。气泡喷射泵是产生最初膨胀的气泡以移动或驱动相邻流体远离气泡的泵。气泡喷射泵的一个示例包括微加热器，例如热喷墨(tij)泵等。tij泵利用电流通过的一个或多个电阻器。由该一个或多个电阻器产生为通过该一个或多个电阻器的电流的热使靠近电阻器的流体气化以产生气泡。当该泡沫最初产生和膨胀时，泡沫最初驱动相邻的流体远离气泡。

在一种实施方式中，来自流量传感器940的信号和基于通过液滴喷射器230喷射的流体的预定量来确定的流率之间的存储的关系被用于估计对应于由于惯性泵922的致动而从流量传感器946接收到的信号的流率。在这样的实施方式中，外部校准电子装置还用作控制电子装置，其基于根据所存储的关系来估计的分支通道930内的流体的流率来调整惯性泵922的操作。结果，微流体芯片910提供了在现场和实时校准流量传感器946的能力，同时还提供惯性泵922的闭环反馈控制。

尽管已参照示例性实施方式描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离所要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。例如，虽然不同的示例性实施方式可被描述为包括提供一个或多个益处的一个或多个特征，但是预期的是，所述特征可以彼此互换，或者替代地在所描述的示例性实施方式中或在其他替代实施方式中彼此组合。由于本公开的技术相对复杂，并非技术上的所有变化都可预见。参照示例性实施方式描述并在下面的权利要求中阐述的本公开显然意在尽可能地广泛。例如，除非另有特别说明，否则引用单个特定元件的权利要求也涵盖多个这样的特定元件。