Meerdere meetinstrumenten op 1 chip

Bronkhorst werkt op dit moment aan een op MEMS gebaseerde chip, waarin diverse meetinstrumenten worden gecombineerd. Het voordeel ten opzichte van (gecombineerde) verschillende losse conventionele meetinstrumenten: een kleinere footprint, lagere kosten, betrouwbare metingen bij extreem kleine samplevolumes en een snelle responstijd.

MEMS is, zoals u weet, een veelbelovende techniek op het gebied van meetapparatuur en het is niet verwonderlijk dat deze techniek een belangrijke trend inluidt. In een tijdperk waarin de kosten onder druk staan en er meer, sneller en nauwkeuriger gemeten moet kunnen worden, lijkt MEMS uitkomst te bieden. Bij Bronkhorst wordt op dit moment gewerkt aan een volgende stap: het combineren van diverse sensoren op één chip.

Een voorbeeld: de bekende coriolis flowmeter meet massaflow, onafhankelijk van de mediumeigenschappen. Een thermische meter meet het product van warmtecapaciteit en massaflow. Door die twee verschillende instrumenten te combineren in één meetunit, kunnen de genoemde twee variabelen worden gemeten. Een gecombineerde meetunit samenstellen uit conventionele meetapparatuur is weliswaar mogelijk, maar niet bijzonder interessant vanuit economisch oogpunt.

Maar door de introductie van MEMS-technologie (Micro Electro Mechanical System), verandert het bovenstaande ineens rigoureus. Miniaturisatie van meetinstrumenten maakt het mogelijk om meerdere meetinstrumenten te combineren in één apparaat, in dit geval een chip.

Aan de basis van de Toolbox met MEMS-technologie staat de zogenaamde Surface Channel Technologie. “Met deze technologie kunnen we in het materiaal van de chip uitermate smalle kanalen uitetsen”, legt Van der Wouden van Bronkhorst uit. “En daar overheen kunnen we weer heel nauwkeurig elektrodenstructuren aanbrengen. Die structuren kunnen voor zowel actuatie als detectie worden gebruikt, voor een hele range van verschillende sensoren. Voor een coriolissensor gebruiken we bijvoorbeeld een stroom om in combinatie met een magnetisch veld via een lorentz kracht een sensor te actueren. Voor thermische sensoren kunnen we over een elektrode wat vermogen dissiperen, we kunnen druksensoren maken door capacitief te meten hoe ver een membraan bolt op het moment dat die onder druk komt te staan, enzovoorts. Wat er naast de daadwerkelijke meetinstrumenten op de chip zit, kun je min of meer standaardiseren. De basis voor al die verschillende meetinstrumenten hoef je dus niet per instrument opnieuw aan te leggen.”

Lees het complete verhaal in Process Control 3 van 2018 (verschijnt rond 20 mei)