用于HPLC应用的压力测定

摘要

公开了一种被构造用于确定流体压力的压力确定单元(200)。压力确定单元(200)包括主体结构(210)和变形检测器(220)。主体结构(210)具有被构造用于传导流体的流体路径(240)，其中所述主体结构(210)具有在第一维和第二维上的第一表面(230)以及在第三维上的厚度(H)。变形检测器(220)被构造用于通过产生指示主体结构(210)中的流体压力的值的信号(SIG)以响应主体结构(210)的第一表面(230)在第二维上的伸长度。主体结构(210)的流体路径(240)包括一个或者更多个第一通道部段(250)，每个第一通道部段(250)均具有在所述第三维上的高度(h)，该高度(h)是该第一通道部段(250)在第二维上的宽度(w)的至少两倍。

说明书

技术领域

本发明涉及压力测定，特别是在高效液相色谱法应用中的压力测定。

背景技术

许多技术领域需要压力测量，例如如在US3,985,021、US5,645,684、 DE19832681、US7,252,006、WO2007/014336、US7,509,869、WO 2011/013111、M.J.Kohl,S.I.Abdel-Khalik、S.M.Jeter,D.L.Sadowski在 《SensorsandActuators(传感器和致动器)》发表的“Amicrofluidic experimentalplatformwithinternalpressuremeasurements(带有内压力测量的 微流实验平台)”A118(2005)，第212-221页，或者在US2009/238722中公 开的。

在高效液相色谱法(HPLC)中，液体通常必需以非常受控的流速(例 如，在微升到毫升/分钟的范围内)和液体压缩性变得显著的高压(典型地 20-100MPa、200-1000bar，并且超过直到目前的200MPa、2000bar)下提供。 对于HPLC系统中的液体分离，包括带有要分离化合物的样品流体(例如， 化学或者生物学混合物)的流动相被驱动通过固定相(诸如，色谱柱组合件)， 由此分离不同的样品流体化合物，然后可识别这些不同的样品流体化合物。 术语“化合物”，如本文使用的，应涵盖可包括一个或者更多个不同成分的 化合物。

流动相，例如溶剂，在高压下被典型地泵送过包含填料介质(也称为填 充料或者固定相)的色谱柱。随着样品被液体流载运通过柱管，对于填料介 质均具有不同亲合性的不同化合物以不同速度通过柱管。具有对固定相更大 亲合性的那些化合物与具有较小亲合性的那些相比，较缓慢地移动通过柱 子，并且该速度差导致化合物在穿过柱子时彼此分离。固定相承受特别地由 液压泵产生的机械力，该液压泵将流动相通常地从柱管的上游连接机构泵送 到柱管的下游连接机构。由于流动，依赖于固定相和流动相的物理性质，在 柱管两端产生较高的压降。

带有分离化合物的流动相退出柱子，并且通过检测器，检测器例如通过 分光光度法吸光率测量数据来记录和/或识别分子。形成的检测器测量数据- 洗脱时间或者体积的二维曲线图称为色谱图，并且根据该色谱图，可以识别 化合物。对于各化合物，色谱图显示单独的曲线特征(也称为“波峰”)。柱 管对化合物的有效分离是有利的，因为它允许测量以形成具有明显最大值拐 点和窄基区宽度的清晰波峰，从而允许关于混合物成份的最佳分辨和可靠识 别以及定量化。由不良柱性能导致的宽峰，通常所说的“内部谱带增宽”， 或者由不良系统性能导致的宽峰，通常所说的“外部谱带增宽”，是不希望 的，因为它们可使得混合物中的微量成分被主要成分掩蔽，变得不可识别。

另外在液相色谱中，可能希望例如通过应用压力检测器来进行流体的压 力测量。虽然压力检测实际上在流路中的任何位置会是有利的，仅有限数目 的压力检测器典型地应用在流路中的仅数个位置处，特别地不添加额外死体 积，而且由于额外费用以及大多数可用压力检测器的受限精度和适用压力范 围的原因。

WO2011/143268A1公开了在流体色谱分离法中在扩散结合平面器件中 的压力感测和流量控制。

同一申请人的WO2013/037414A1公开了用于处理流体的射流芯片器 件。射流芯片器件包括彼此层压的多个层。所述层中的至少一部分包括用于 在压力下传导流体的交替排列的杆件和射流通道的型式部段；型式部段被 构造用于响应于压力可移位。压力检波器通过产生指示压力值的检测器信号 而响应于型式部段的位移。

发明内容

本发明目的在于提供一种改进的压力测定，特别地用于HPLC应用。该 目的通过独立权利要求的方案解决。另外实施方式通过从属权利要求示出。

根据本发明实施方式，提供了被构造用于确定流体压力的压力确定单 元。压力确定单元包括主体结构和变形检测器。主体结构包括被构造用于传 导流体(典型地，在压力下的液体)的流体路径。主体结构具有在第一维上 以及在第二维上延伸的第一表面。主体结构的厚度在第三维上延伸。变形检 测器被构造用于响应主体结构的第一表面在第二维上的伸长，并响应于这些 伸长产生指示主体结构中的流体压力的值。

根据本发明第一方面，主体结构的流体路径包括一个或者更多个第一通 道部段。每个第一通道部段具有在第三维上的高度，该高度是该第一通道部 段在第二维上的宽度的至少两倍。优选地，该高度可以是其在第二维上的宽 度的至少三倍，并且更优选地至少四倍。通过为相应的第一通道部段提供该 “修长”几何结构，通道在压力流体影响下的任何变形主要导致在第二维上 的(通道)变形，由此引起第一表面在第二维上的伸长，变形检测器可检测 到该伸长。将理解，通道中的压力可引起在任何方向上的变形，特别是主体 结构的相应通道几何结构以及特性，诸如材料性质以及例如因制造这些主体 结构形成的选择性。提供这些“修长”通道几何结构能够引起在第二维上的 变形，该变形明显大于在第三维上的任何变形。在这方面，将理解，在第三 维上(高度)的第一通道部段局部变形可以在相应通道以上和/或以下局部地 发生，该变形又引起在第二维上的变形(如由变形检测器测量的)，由此导 致压力检测误差。通过应用该修长的通道几何结构，可改进由变形检测器设 置的信号压力检测的信噪比。

根据本发明第二方面，主体结构的流体路径包括多个第一通道部段。每 个通道部段定向为以便流动方向大致在第一维上。第一通道部段中的至少两 个布置为沿着第一维的相应列。相应中间区域设置在布置在相应列中的相邻 通道部段之间，其中中间区域不是流体路径的部分。这可允许将变形型式 (即，沿着第一维在第二维上的变形型式)结构化或者定标，这可允许降低 对变形检测器响应于第一表面在第二维上伸长而产生的信号的非线性影响。 本发明人已经发现，在列的整个长度(在第一维上)上设置相应的第一通道 部段而不具有相应中间区域(其不属于流体路径的部分且不承受中间区域内 的变形)可导致(更)高的伸长，特别是在沿着主体结构前表面(在第二维 上)的中间区域中。特别地由于材料性质的非线性度，主体结构在第二维上 的该伸长也可变得受非线性影响，特别是随着流体压力增大(例如，超过500 或者1000bar)。通过在列中在相邻通道部段之间且优选地在这些列的中间或 中间附近提供该中间区域，能够减小非线性影响，并且变形检测器响应于在 第二维上伸长产生的信号可呈现较大线性度(或者，换句话说，略不非线性)。

相应中间区域能够设置或者因两个相邻通道部段形成，该两个相邻通道 部段彼此流体联接，但并非在相邻通道部段的整个通道横截面(在第一和第 三维上设置)上流体联接。这在相邻通道部段之间形成中间区域，该中间区 域并非是流体路径的部分。

在一个实施方式中，流体路径包括沿着第一维的多个相应列，优选地平 行的列。流体路径进一步包括多个第二通道部段，并且每个第二通道部段定 向为以便流动方向大致在第二维上。

第二通道部段中的至少一个可以穿过至少一个中间区域，或者换句话 说，可以由至少一个中间区域包围。

在优选实施方式，沿着第一维的每个列包括两个通道部段，并且具有在 两个通道部段之间的相应中间区域。沿着第一维的每个列由相应第二通道部 段联接。最终列(或者第一列-依赖于计数顺序)进一步联接到相应第二通 道部段，并且该第二通道部段由所述列中的一个或者更多个相应中间区域包 围。该结构则可以是沿着第一维由相应第二通道部段联接在一起的多个平行 列，其中流路(例如，第一通道部段的输送或返回通路)中的第一(或最后) 第二通道部段布置且被引入所述列中的相应中间区域。

根据本发明第三方面，压力确定单元进一步包括参考主体结构，该参考 主体结构包括被构造用于传导流体的参考流体路径。参考主体结构具有(类 似于主体结构或者根据主体结构)在第一维上以及在第二维上延伸的第一表 面，并且具有在第三维上的厚度(或者高度)。主体结构的参考主体结构和 第一、第二和第三维可不必具有相同的空间定向(例如，主体结构的第一维 不必要与参考主体结构的第一维相同，或与之平行)，而是仅关于主体结构 或者参考主体结构相关。

依照第三方面的压力确定单元进一步包括参考变形检测器，该参考变形 检测器被构造用于通过生成指示参考主体结构中的流体压力值的基准信号 而响应于参考主体结构第一表面在第二维上的伸长。流体路径和参考流体路 径彼此流体联接，例如流体路径和参考流体路径可以串行联接，以便串行方 式的流体流首先通过主体结构且然后通过参考主体结构(或反之)，或者在 并行方式下以便分流流过主体结构的流体路径，而另一分流流过参考主体结 构的参考流体路径。

另外在根据第三方面的压力确定单元中，参考主体结构构造成在参考流 体路径的压力变化影响下在其第一表面上经历厚度变化型式(在第三维上)， 该厚度变化型式大致匹配主体结构在流体路径压力变化影响下在其第一表 面上的厚度变化型式(在第三维上)。换句话说，参考主体结构以及主体结 构两者均构造为使得因相应的流体路径中的压力变化引起的在它们各自第 一表面上的相应的厚度变化型式彼此大致匹配。因此，通过主体结构和参考 主体结构两者的流体流动的压力变化将在它们各自的第一表面上引起大致 相同的变形型式(在第三维上)。在相应的第一表面上的这些厚度变化型式 能够被理解为在相应主体结构的相应流路之上和/或以下局部地发生的三维 表面变形。该局部变形可以起因于相应流路在相应第三维(高度)上的变形 (例如，伸长)，且典型地(例如，依赖于相应的几何结构和材料)或多或 少地局部限制为在相应主体结构内的相应流路(例如，通道)之上和/或之下。

在相应第一表面上带有大致匹配型式的这种参考主体结构可以允许降 低这种厚度变化型式对于如变形检测器响应于在第二维上伸长设置的信号 的影响。如上所述，第一表面在高度(或厚度)上的这种局部变化还可以引 起在第二维上的变化且由此引起误差信号，或者换句话说因在主体结构上以 及在参考主体结构上具有大致匹配型式导致变形检测器设置的信号精度降 低，测量精度例如通过比较两个信号和/或联合分析形成的信号而得以提高。

在一个实施方式中，提供信号处理单元以通过联合分析信号和基准信号 得出流体压力的值。这可优选地通过将基准信号的至少一部分从信号中减去 (或者反之)或者通过另外地充分组合信号由此消除或至少减少因相应第一 表面上厚度变化引起的影响来完成。优选地，如本领域中熟知的惠斯通电桥 可用于对信号和基准信号进行联合分析。

在一个实施方式中，主体结构的流体路径包括一个或者更多个第一通道 部段，每个第一通道部段具有在第二维上的宽度。参考主体结构的参考流体 路径包括一个或者更多个第一参考通道部段，每个第一参考通道部段具有在 在第二维上的宽度和在第一维上的长度。第一通道部段的宽度第一参考通道 部段的宽度。这可允许大致匹配主体结构参考主体结构两者在第三维上的变 形。

在一个实施方式中，主体结构的流体路径包括一个或者更多个第一通道 部段，每个第一通道部段具有在第三维上的高度。参考主体结构的参考流体 路径包括一个或者更多个第一参考通道部段，每个第一参考通道部段具有在 第三维上的高度。第一通道部段的高度是第一参考通道部段的高度的至少两 倍(且优选地至少三倍，并且更优选地至少四倍)。这可允许主体结构在第 二维上的任何变形明显地大于参考主体结构。第一通道部段的宽度大致对应 于第一参考通道部段的宽度，以便形成的基准信号主要由在第三维上的(不 希望的)变形确定。将基准信号从信号减去(或反之)可明显降低因在第三 维上的这种变形引起的任何测量误差。

将清楚，相应方面的前述元件和实施方式也可组合并以任何组合一起应 用，以进一步改进特别地用于HPLC应用的压力测定。以下实施方式涉及各 个方面以及所述方面的每种组合。

在一个实施方式中，主体结构包括彼此层压的多个层。所述层可以在第 一维上以及在第二维上伸长，并且每个层可具有在第三维上的厚度。在第一 维上的膨胀优选地明显小于在第二维上的膨胀。相应通道可以例如通过切断 或者蚀刻一个或多个层中的部分来制成，以便在层变得彼此层压(例如，通 过扩散激光焊接)时，由切断或者蚀刻的部分提供通道。

在一个实施方式中，主体结构由包括金属(优选地钢，诸如不锈钢，例 如304L、306L、316L等等)、陶瓷、聚合物(优选地塑料材料)、复合材料 或者任何其它足够材料的一组材料中的一个或者更多个材料组成。如果主体 结构由多个层组成，则每个层可由上述组材料中的至少一个材料组成。

在一个优选实施方式中，主体结构由多个金属层提供，这些金属层优选 地通过扩散或者激光焊接连接一起。所述层(例如，金属片材)优选地在结 合步骤之间被冲压和蚀刻成形。

在一个实施方式中，(第一和/或第二通道部段的)至少一个通道部段由 多个子通道组成，其中所述子通道以平行构造(优选地在第三维上)布置， 并且每两个相邻的子通道具有在子通道之间的相应隔离物(优选地膜片)。 这种布置关于主体结构在第二维上伸长可允许实现相同或类似的影响。隔离 物优选地设计成在第三维上相当薄，特别是与通道尺寸对比。隔离物可以是 非浸透性的、半透性或者渗透性的。隔离物应该优选地具有与主体结构相同 或更高的弹性。子通道的隔离物分离布置依赖于应用于主体结构的制造过程 而会是有利的，特别是在使用多层结构时，以便相应隔离物可因层中的锥形 区域而形成，或者甚至通过相应的层提供。子通道优选地在第三维上以相邻 子通道之间设有相应的隔离物的方式一个布置在另一个之上。子通道优选地 在第一和第二维上具有大致相同区域，且在第一和第二维上的相应区域优选 地彼此对准。

压力确定单元可以被构造用于确定其中流体压缩性变得显著的范围中 的压力和/或超过200bar、优选地超过500bar并且更优选地超过1000bar的 范围中的压力。

在一个实施方式中，第三维大致垂直于第一维以及大致垂直于第二维。 优选地，第一维、第二维和第三维均大致垂直于彼此。

在一个实施方式中，变形检测器是或包括应变仪和/或应变仪压力传感 器，这些应变仪和/或应变仪压力传感器是如本领域中已知的市售部件。

在一个实施方式中，主体结构构造为使得流体路径蜿蜒通过主体结构。 这可允许增大用于主体结构在第二维上的延伸的有效路程长度。

在一个实施方式中，主体结构的流体路径包括多个第一通道部段和联接 在连续的第一通道部段之间的多个中间或者第二通道。

优选地，每个第一通道部段定向为以便流动方向在第一维上。

根据本发明的压力确定单元的实施方式能够应用在用于分离流动相中 的样品流体化合物的分离系统中。该流体分离系统至少包括流动相驱动器和 分离单元流动相驱动器、优选地泵送系统构造成驱动流动相通过流体分离系 统。分离单元、优选地色谱柱被构造用于分离流动相中的样品流体的化合物。 压力确定单元则构造和用于确定流动相的压力。压力确定单元可以施加在流 动相的流体路径中的任何部分中。

分离系统可以另外包括适于将样品流体引入流动相中的样品分配器、适 于检测分离的样品流体化合物的检测器、适于收集分离的样品流体化合物的 收集单元、适于处理从流体分离系统接收的数据的数据处理单元和用于对流 动相除气的除气设备中的至少一个。

本发明实施方式可以基于大多数常规可得到的HPLC系统实现，诸如 Agilent1220、1260和1290InfinityLC系列或者Agilent1100HPLC系列(全 部由申请人AgilentTechnologies提供—见www.agilent.com—应通过引用合 并入本文)。

HPLC系统的一个实施方式包括泵送设备，该泵送设备具有活塞，活塞 用于在泵工作室中往复运动以将泵工作室中的液体压到液体压缩性变得显 著的高压。

HPLC系统的一个实施方式包括以串行或并行方式联接的两个泵送设 备。在串行方式下，如在EP309596A1中公开的，第一泵送设备的出口联接 到第二泵送设备的进口，且第二泵送设备的出口提供了泵的出口。在并行方 式下，第一泵送设备的进口联接到第二泵送设备的进口，且第一泵送设备的 出口联接到第二泵送设备的出口，由此提供泵的出口。在任一情形中，第一 泵送设备的液体出口相对于第二泵送设备相移，优选地基本上相移180°， 以便仅一个泵送设备对系统供给，而另一个泵送设备摄取液体(例如，从供 给摄取)，从而允许设置在输出处的连续流。但是，显然两个泵送设备也可 以至少在一些过渡相期间并行(即，同时地)操作，例如用以提供泵送设备 之间泵送循环的(更)平滑过渡。相移可以变化，以补偿因液体压缩性引起 的在液体流动中的脉动。另外已知使用具有大约120°相移的三个活塞泵。 另外已知其它类型的可结合本发明操作的泵。

分离装置优选地包括提供固定相的色谱柱。柱管可以是玻璃、金属、陶 瓷或者复合材料管道(例如，具有从50m至5mm的直径和1cm至1m的 长度)或者是微流柱(如例如在EP1577012A1中公开的或者由申请人Agilent Technologies设置的Agilent1200SeriesHPLC-Chip/MSSystem)。各个成分由 固定相彼此不同地且分离地保持，同时它们以不同速度随传送通过柱管。在 柱管末端，它们至少部分地彼此分离地洗出。在整个色谱分离法过程期间， 洗脱剂也可被收集在一系列馏分中。柱色谱法中的固定相或者吸附剂通常是 固体材料。最用于柱色谱法的最常见固定相是硅胶，然后是矾士。过去，经 常使用纤维素粉。另外可能的是离子交换色谱法、反相色谱分离法(RP)、亲 合色谱法或者松散床吸附法(EBA)。固定相是通常磨得很细的粉未或者凝 胶和/或是微孔性的用于加大表面，其能够特别地被化学改性，但在EBA中， 使用流化床。

流动相(或者洗脱剂)-作为流体-能够是纯溶剂或者不同溶剂的混合物。 它还可以包含添加剂，即是所述添加剂在溶剂或者溶剂混合物中的溶液。能 够选择例如以调节运行色谱分离法的有关化合物固位和/或流动相量。流动相 也可选择为使得不同化合物能够被有效地分离。流动相可包括通常以水稀释 的有机溶剂，如例如甲醇或者乙腈。对于梯度操作，水和有机物在单独的容 器中传送，梯度泵从瓶中传送规划好的混合物至系统。其它常用溶剂可以是 异丙醇、THF、己烷、酒精和/或它们的任何组合，或者是这些与上述溶剂的 任意组合。

样品流体可包括任何类型的过程液体、天然样品(如体液)、体液(如 血浆)，或者它可以是反应产物，如来自发酵肉汤。

流体优选地是液体，但是也可以是或者包括气体和/或超临界流体(如例 如在超临界流体色谱法-SFC-中使用的，如例如在US4,982,597A中公开的)。

流动相中的压力可以在2-200MPa(20至2000bar)的范围内，特别地 10-150MPa(100到1500bar)，更特别地50-120MPa(500到1200bar)。

HPLC系统可另外包括用于检测分离的样品流体化合物的检测器、用于 输出分离的样品流体化合物的分馏单元或者其任何组合。HPLC系统的更多 细节关于上述AgilentHPLC系列公开，该系列由申请人AgilentTechnologies 提供，参见www.agilent.com(应通过引用合并入本文)。

本发明实施方式能够由一个或者更多个合适软件程序支持，该软件程序 可存储在任何种类的数据载体上或者另外地由任何种类的数据载体提供，并 且可以在任何合适数据处理单元中执行或由该数据处理单元执行。软件程序 或者例程能够优选地应用在控制单元中或者由控制单元应用。

附图说明

参考以下结合附图关于实施方式的更详细说明，本发明实施方式的其它 目的和许多附带优点将容易清楚且更好地理解。大致地或功能上等同或类似 的特征将以相同附图标记引用。附图中的例示是示意性的。

图1示出了按照本发明实施方式的液体分离系统10，例如用在高效液相 色谱法(HPLC)中。

图2A和2B以示意性三维图示出了根据本发明的变形检测器200。

图3A-3G例示了如集成在压力传感器200的主体结构210中的流路240 的实施方式。

图4示出了以层布置设置的第一通道部段250的示例性实施方式的横截 面图。

图5示出了具有基准测量的压力传感器200的实施方式。

图6示出了其中由多个第一子通道600提供每个第一通道部段250的实 施方式的示意性横截面图。

具体实施方式

现在更详细地参考附图，图1描绘了液体分离系统10的总体示意图。 泵20典型经由脱气器27从溶剂源25接收流动相，脱气器27对流动相脱气， 且由此减少流动相中的溶解气体的量。泵20-作为流动相驱动器-驱动流动相 通过包括固定相的分离装置30(诸如，色谱柱)。样品分配器40(也称为进 样设备、进样器等等)设置在泵20和分离装置30之间，以呈送或者增加(经 常称为进样)一个或者更多个样品流体中的部分进入到流动相流(以附图标 记200指示，另见图2)。分离装置30的固定相被适配，以用于分离样品流 体化合物，例如，液体。检测器50被设置用于检测分离的样品流体化合物。 分馏单元60能够被设置用于输出分离的样品流体化合物。

虽然流动相能够由仅仅一种溶剂组成，它也可由多种溶剂混合成。这种 混合可以是低压混合且设置在泵20上游，以便泵20已经接收且泵送混合溶 剂作为流动相。替代地，泵20可以由多个单独泵送单元组成，其中多个泵 送单元均接收和泵送不同溶剂或者混合物，以便在高压下且在泵20(或其部 分)下游发生流动相(如分离装置30接收的)的混合。流动相的成分(混 合物)可随时间保持恒定，所称的等浓度模式，或者随时间改变，所称的梯 度模式。

数据处理单元70可以是常规的PC或者工作站，可以联接(如虚线箭头 指示的)到液体分离系统10中的一个或多个装置，以接收信息和/或控制操 作。例如，数据处理单元70可控制泵20的操作(例如，设定控制参数)， 并从其接收关于实际工作状态的信息(诸如，泵出口处的输出压力、流率等 等)。数据处理单元70也可控制溶剂源25的操作(例如，监测可用溶剂的 水平或者量)和/或脱气器27的操作(例如，设定控制参数，诸如真空度)， 并且可以从其接收关于实际工作状态的信息(诸如，随时间供给的溶剂成分、 流率、真空度等等)。数据处理单元70还可控制样品分配器40的操作(例 如，控制进样或者进样与泵20操作条件的同步)。分离装置30也可以由数 据处理单元70控制(例如，选择具体流路或者柱管，设定工作温度等等)， 并作为回复发送信息(例如，操作状态)至数据处理单元70。因此，检测器 50可由数据处理单元70控制(例如，关于频谱或者波长设定、设定时间常 数、启/停数据采集)，以及发送信息(例如，关于检测的样品化合物)至数 据处理单元70。数据处理单元70也可控制分馏单元60的操作(例如，结合 从检测器50接收的数据)并且提供回数据。最后，数据处理单元也可以处 理从系统或者其部件接收的数据，并评估数据以以适当形式表现数据以准备 用于进一步说明。

当流动相从溶剂源25下游朝向分馏单元60传送时，流动相将沿着流路 经历不同的压力值。在现代HPLC系统10中，为实现性能要求，监测以及 控制压力变得日益重要。为此，压力传感器(也称为压力确定单元)可用在 沿着流动相流路的各种位置处。

图2A示出了根据本发明的变形检测器200的示意性三维图。压力传感 器200由主体结构210提供，主体结构210将应变仪220支承在第一表面230 上(在此示出为主体结构210的顶侧)。如图2所示坐标系指示的，压力传 感器200的第一表面230在第一方向以及第二方向上延伸。压力传感器200 具有在第三维上延伸的厚度(或高度)T。

应变仪压力传感器220被设置并且构造为使得主体结构210第一表面 230在第二维上的伸长引起对应于这种伸长的信号(在此指示为电信号 SIG)。

如将在图3中同样更详细地示出的，主体结构210提供了用于传导流体 (诸如，图1所示的HPLC系统10的流动相)的流体路径。流路240在图 2A中以相应的箭头240指示，并且在本示例中，将设置在进口242和出口 244之间。在流路240流体压力的影响下，主体结构210典型地在各第一、 第二和第三维上经历变形，由此在每个相应维上的变形程度特别地受主体结 构210的具体几何结构、材料性质以及制造过程的影响。因此，主体结构210 中流体路径240内的流体压力引起第一表面230在第二维上伸长，这又导致 进入信号SIG，如由应变仪220提供的。因此，信号SIG指示主体结构210 的流体路径中的流体压力的值，如本领域中熟知的。

图2B示出了沿着如图2A指示的线A-A截取的示意性横截面图。图2B 的横截面图示出了多个第一通道部段250，该多个第一通道部段250设置在 主体结构210中且为其中的流体路径240的部分。每个第一通道部段250定 向为以便定向流大致在第一维上。另外，每个第一通道部段250具有在第三 维上的高度h和在第二维上的宽度w。每个第一通道部段的高度h设计成其 宽度w的至少两倍。虽然在图2B实施方式的示例中，第一通道部段250均 显示为具有基本上相同的几何结构，具有不同几何结构的其它设计也是可以 的，只要保持具有修长第一通道部段250(即，高度h是宽度w的至少两倍， 优选地至少三倍，并且更优选地至少四倍)的总体设计规则。这一设计规则 稍后将更详细地描述。第一通道部段250如在图2B中指示的彼此联接，如 将在图3中显示的。

图3A和3B示出了如集成在压力传感器200的主体结构210中的流路 240的实施方式。在图3的三维图中，为了简化起见，仅示出了流路240， 而主体结构210的其它部分被省略。虽然流路240这里示出为固体通道结构， 显然流体路径240可以通过本领域中已知的任何技术设置在主体结构210 中，以便流体路径240可以由主体结构210内的缺口或者空腔提供。

在图3A的实施方式中，流体路径240包括多个第一通道部段250，每 个第一通道部段250由相应第二通道部段300互连。进口242联接到第一通 道部段250中的第一个250A，并且第一通道部段250的最后一个250B经由 第二通道部段300联接到出口244的延伸的一个300A。显然术语“进口” 和“出口”取决于相应的流动方向，并且也可以倒置。

在流体路径240中的流体压力影响下，第一和第二通道部段250、300 将变形，由此变形程度典型地特别依赖于第一和第二通道部段250、300以 及主体结构210的相应几何结构、材料性质以及相应制造过程。但是，当遵 从具有修长第一通道部段250的前述设计要求(见图2B)时，流体路径240 趋于在第二维上最大程度地变形，如在图3A中以箭头320A和320B在第一 主体结构210的相反侧上指示的。虽然还存在在第一和第三维上的变形，在 图3实施方式中，这种变形小于变形320A和320B，并且为了简化起见这里 应忽略。

箭头320A和320B在图3A中显示为沿着第一维的分配型式。这将指示 变形320A和320B典型地沿着第一维不均一，而是趋于在第一通道部段250 的中间区域较大。这种变形型式320A、320B能够受通道的相应几何结构和 布置的影响，这也将稍后描述。在图3A的实施方式中，高度h-宽度w的比 率选择为至少四倍，以增强在第二方向上比在第一和第三方向任一者上具有 更强变形320A、320B的作用。本发明人已经发现，这种比率能够提高压力 传感器200的性能。

显然，如流路240经历的，变形320A、320B则也传递到主体结构210， 引起主体结构210在第二维上上的变形，这然后可由应变仪220检测到(见 图2A)。

图3B示出了流体路径240的布置，该布置大致类似于图3A的实施方 式，但差异在于从第一部段250中的最后一个250B到出口244的(例如， 返回)路径300A在中间且通过在其他第一通道部段250的开口370引入。 这也可通过沿着如图3C指示的线B-B截取的横截面图看出。

虽然在图3A的实施方式中在第一维上的每个列由仅一个第一通道部段 250提供，在图3B和3C实施方式中的每个列由以串行方式布置和联接的两 个第一通道部段250提供，相应的开口或者中间区域370设置在列中的这些 第一通道部段250之间。中间区域370不是流体路径240的部分，或者换句 话说，是相应列中在相邻第一通道部段250之间的切除部。为流体联接相应 列中的相应相邻第一通道部段250，在图3C实施方式中提供了中间通道部 段380A和380B。图3C还示出第一通道部段300A引入相应中间区域370。

显然，中间通道380A和380B以及相应列中的第一通道部段250不必 要是不同的物理实体，但也可以设置或制造为一个单元或者在一个步骤或处 理中设置或制造。但是，为更好理解，那些元件在图3C的图示中示出为不 同单元。

图3B另外再次以示意图显示形成的变形型式，该变形型式由两个子型 式350A和350B组成。子型式350A和350B在此显示为-为简洁起见-仅在 右手侧，但显然的是，类似的型式也将在相反的左手侧延伸。

每个变形子型式350A和350B对应于相应列中第一通道250中的相应 一个，或者更好地说，对应于沿着第二维一个挨一个布置的全部多个第一通 道250。变形子型式350A和350B旨在沿着该第一维均匀分布，以使在中间 的最大变形(示出为350C)旨在低于例如在如图3A中实施方式中的中间的 相应最大变形，图3A所示实施方式不具有相应中间区域370。虽然这会限 制在主体结构210的第一表面230上形成的最大伸长，且由此限制为信号 SIG的减小幅值，本发明人已经发现，通过提供这种中间区域370(且由此 有效地限制这种中间区域370的突出部中的变形)，压力表220的结果信号 SIG的非线性影响可被降低。

虽然存在其中这种中间区域370的位置不同且分布不同的许多不同实施 方式(例如，其不必要求如图3B那样对准)，图3B的实施方式已被发现是 有利的，且形成信号SIG在不同的流体压力值上的明显更线性趋向。

为更好观察，图3D-3G示出了用于图3A和3B的额外图。图3D是图 3B实施方式的三维底视图，而图3E是图3A实施方式的三维底视图。图3F 是图3A实施方式的顶视图，且图3G是图3B实施方式的顶视图。

图4示出了以层布置设置的第一通道部段250的示例性实施方式的横截 面图(例如，沿着图2A的线A-A截取的)。在本实施方式中，主体结构210 由多个层400组成，例如金属片材，在本示例中，七个层400A-400F。第一 通道部段250能够通过去除层400B-400E中的相应区域提供，例如通过切割、 激光磨削或者蚀刻，如本领域中熟知的。外层400A和400F则沿着第三轴线 限制第一通道部段250。虽然在图案中示出仅一个第一通道部段250，显然 依赖于相应应用，可以相同方式提供多个这种第一通道部段250以及相应的 第二通道部段300。

当应用光电化学机加工以从相应层400去除材料时，会发生的典型处理 限制在于：通道宽度无法降到这种层的厚度的大约1.4(在一些应用中，可 降至1.2)倍以下。因此，为实现第一通道部段250的修长几何结构，均具 有相应通道的多个层400堆叠在彼此之上，从而形成如在图4示出的修长通 道几何结构。

为提高信号SIG的信号品质，可提供基准测量，特别地为了消除表面变 形对于第一表面230的影响，特别在相应第一通道部段250上方和/或下方的 区域。显然通过适当的基准测量，也可解决和补偿其它影响，诸如弹性模量 的温度依赖性、结构内的非线性变形、应变仪220和/或主体结构210的材料 漂移。

图5A示出了具有基准测量的压力传感器200的实施方式的三维图。压 力传感器200包括主体结构210，其中应变仪220设置在其第一表面230上。 另外设置了参考主体结构510，具有设置在参考主体结构510的第一表面530 上的基准应变仪520。在图5A的实施方式中，主体结构210及其相应应变 仪220以与参考主体结构510及其基准应变仪520相同的方式定向。虽然这 特别地关于制造过程会是有利的(例如，允许在一个制造步骤中或步骤序列 中提供)，显然主体结构210和参考主体结构510也可提供为完全独立的部 件，且彼此完全独立地定向。

基准应变仪520产生指示参考主体结构510中流体压力的值的基准信号 RSIG(图中未示出)。

图5B示出了通过主体结构210和参考主体结构510两者的流体路径(呈 三维图，类似于图3A和3B)。在图5B的实施方式中，通过主体结构210 的流体路径240大致对应于图3B所示的实施方式，其然后串联联接到参考 主体结构510的流体路径560。

图5C示意性地示出第一表面230(及相应地参考主体结构510的第一 表面)的三维变形的影响(例如，沿着图2A中的线A-A截取的)。在流体 路径240中的射流压力的影响下，第一通道部段250也呈现在第三维上的变 形，这又可导致第一表面230的变形580(即，厚度T的变化ΔT)。该变形 580也引起在第二维上的变形，导致信号SIG的误差。显然，如在图5C中 示出的类型的表面变形也用于参考主体结构510及其第一表面530。图5C 仅示出了在第三维上的变形，而为了简化起见，省略了任何其它变形。

为除去或者至少降低对第一表面230的表面变形的影响，参考主体结构 510构造为使得参考主体结构510的第一表面530的厚度T的变化ΔT的(三 维)型式，大致匹配主体结构210在流体路径中的压力变化的影响下在其第 一表面230上的厚度变化的(三维)型式。这可通过将参考主体结构510的通 道几何结构设计为使得对应于第一通道部段250的通道的相应宽度w以及它 们在第二维上的空间分布大致匹配主体结构210来实现。同时，参考主体结 构510中的通道的相应高度设计为尽可能地小，以便在参考主体结构510的 压力影响下，主要地呈现厚度ΔT的变形580，而不是在第二维上伸长。

图5D示出了相对主体结构210的在参考主体结构510中的相关通道的 设计的示意图(例如，沿着图2A中的线A-A截取的)。参考主体结构510 包括多个通道590，就相应主体结构210和510中的空间分布而言，所述多 个通道590对应于第一通道部段250。另外，第一通道部段250和通道部段 590两者的宽度w设计成大致相同。但是，参考通道部段590的高度hR设 计成明显小于第一通道部段250的高度h。在图5D的示例中，高度hR大致 对应于宽度w。利用这种设计，参考主体结构510与主体结构210相比在其 第一表面530上在第三维上呈现大致相同的变形型式，而参考主体结构510 在第二维上的任何变形设计成在相同的流体施加压力下明显小于主体结构 210在第二维上的任何变形。

信号SIG和基准信号RSIG然后一起分析，优选地在适当的数据处理单 元(诸如，如图1所示的数据处理单元70)中将两个信号相减，或者例如在 诸如本领域熟知的惠斯通电桥的适当电子线路中将两者相减。

图6示出了其中每个第一通道部段250由多个第一子通道600设置的实 施方式的示意性横截面图(例如，沿着图2A中的线A-A截取的)，在此处 的实施方式中，通过四个第一子通道600A-600D。第一子通道600A-600D 以平行构造(相对第三维)布置，并且每两个相邻的第一子通道600之间具 有相应的隔离物610。在图6的实施方式中，隔离物610A设置在第一子通 道600A和600B之间，隔离物610B设置在第一子通道600B和600C之间， 并且隔离物610C设置在第一子通道600C和600D之间。每个隔离物610可 以是膜片，以提供相邻第一子通道600之间的一定压力传递度，或者任何其 它类型的或多或少地刚性分离。如果第一主体结构210以层结构提供，则每 个相应隔离物610可因层中的锥形区域形成，或甚至由相应的层提供。在图 6的实施方式中，提供相应第一通道部段250的相应第一子通道600A-600D 优选地在第三维上一个布置在另一个上，其中相应的隔离物610在相邻第一 子通道600之间。另外，在图6的实施方式中，第一子通道600设计成具有 在第一和第二维上的大致相同区域。

虽然前述实施方式中的第一通道部段250显示为均具有相同的几何结构 (即，高度和宽度)，但显然几何结构也可在第一通道部段250之间变化。 另外，全部第一通道部段250均符合修长通道几何结构是不必要的。但是， 增大满足修长通道几何结构的第一通道部段250的数目可允许增大第一表面 230在第二维上的变形度。另外，虽然前述实施方式中的第一通道部段250 均定向为在第一方向上直线延伸，且由此均定向为彼此大致平行，显然并非 所有第一通道部段250必需具有相同定向，并且一个或多个第一通道部段 250也沿着第二和/或第三维延伸。使用和显示前述实施方式的直线矩形几何 结构仅为简化和易于理解的目的。