CN103542908A

CN103542908A - 流量传感器

Info

Publication number: CN103542908A
Application number: CN201310283112.8A
Authority: CN
Inventors: 池信一
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2013-07-05
Publication date: 2014-01-29
Also published as: JP2014016238A; US20140007671A1; EP2685224A1

Abstract

提供一种具有耐腐蚀性的流量传感器。该流量传感器包括：流路主体（3），其设有气体或者液体等流体流经的流路（1）、以及从外表面与流路（1）连通的插入孔（2）；被插入流路主体（3）的所述插入孔（2）中的玻璃制的基座（11）；被配置在插入孔（2）和基座（11）之间的弹性垫圈（5）；和被配置在基座（11）的上表面上的芯片（20）。芯片（20）具有玻璃制的基体；流速检测部，其被配置在基体的上表面上，位于流路（1）的内部，且包含电阻元件；以及贯通基体，与电阻元件电连接的电极。

Description

流量传感器

技术领域

本发明涉及一种计测技术，尤其涉及一种流量传感器。

背景技术

在工业炉、锅炉、以及空调热源设备等中，要求气体或者液体等流体以适当的流量被供给。因此，开发了各种用于正确地计测流量的流量传感器。又，流量传感器有时也用于计测硫氧化物（SO_X）、氮氧化物（NO_X）、氯分子（Cl₂）、以及三氟化硼（BCl₃）等腐食性气体的流量。因此，提出了以具有耐腐蚀性的玻璃来制作流量传感器的芯片的基体，并将用于取出来自芯片的电信号的电极设置在基体的背面的方案（例如，参见专利文献1。）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011－185869号公报

发明内容

发明要解决的课题

希望能进一步提高流量传感器的耐腐蚀性。因此，本发明的目的之一在于提供一种具有耐腐蚀性的流量传感器。

用于解决课题的手段

根据本发明的形态，提供一种流量传感器，其包括：（a）流路主体，其设有流路、以及从外表面与流路连通的插入孔；（b）玻璃制的基座，其被插入流路主体的插入孔中；（c）弹性垫圈，其被配置在插入孔和基座之间；（d）玻璃制的基体，其被配置在基座的上表面上；（e）流速检测部，其被配置在基体的上表面上，位于流路的内部，且包含电阻元件；以及（f）电极，其贯通基体，与电阻元件电连接。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种具有耐腐蚀性的流量传感器。

附图说明

图1是本发明的第一实施形态所涉及的流量传感器的截面图。

图2是本发明的第一实施形态所涉及的流量传感器的基座未被插入的流路主体的截面图。

图3是本发明的第一实施形态所涉及的流量传感器的基座未被插入的流路主体和弹性垫圈的截面图。

图4是本发明的第一实施形态所涉及的流量传感器的芯片和基座的立体图。

图5是本发明的第一实施形态所涉及的流量传感器的芯片和基座的从图4所示的V－V方向观察到的截面图。

图6是本发明的第一实施形态的比较例所涉及的流量传感器的截面图。

图7是本发明的第二实施形态所涉及的流量传感器的截面图。

图8是本发明的第二实施形态所涉及的流量传感器的基座未被插入的流路主体的截面图。

图9是本发明的第二实施形态所涉及的流量传感器的基座未被插入的流路主体和弹性垫圈的截面图。

图10是本发明的第二实施形态所涉及的流量传感器的基座未被插入的流路主体、弹性垫圈、以及垫圈按压构件的截面图。

具体实施方式

以下对本发明的实施形态进行说明。在以下的附图的记载中，以相同或者类似的符号来表示相同或者类似的部分。但是，附图是示意性的图。因此，具体的尺寸等应该对照以下的说明来进行判断。又，附图相互之间含有相互的尺寸关系、比率不同的部分是当然的。

（第一实施形态）

如图1所示，第一实施形态所涉及的流量传感器包括：设有气体或者液体等流体流经的流路1以及从外表面与流路1连通的图2所示的插入孔2的流路主体3；被插入流路主体3的插入孔2中的图1所示的玻璃制的基座11；配置在插入孔2和基座11之间的、对基座11进行紧固的弹性垫圈5；和配置在基座11的上表面的、位于流路1内部的芯片20。

如图2所示，流路主体3的插入孔2与流路1连接，其设有：具有与图1所示的基座11的外周大致相同的内周的第一部分201，与第一部分201连接、且具有比第一部分201的内周大的内周的第二部分202，和与第二部分202连接、且具有与第一部分201相同的内周的第三部分203。因此，在流路主体3中，插入孔2的第二部分202相对于第一部分201以及第三部分203凹陷而形成凹槽。例如，插入孔2的第一部分201、第二部分202以及第三部分203的截面形状为圆形。

图1所示的弹性垫圈5例如由具有耐腐蚀性的弹性体构成。作为弹性垫圈5，例如可以使用O型环（O-ring）。如图3所示，弹性垫圈5嵌入插入孔2的第二部分202而配置。例如，未配置于插入孔2中的状态下的弹性垫圈5的外周比插入孔2的第二部分202的内周大，以使得在弹性垫圈5被配置于插入孔2中的状态下具有充分的气密性。又，弹性垫圈5的内周比图1所示的基座11的外周小。进一步地，弹性垫圈5的厚度比插入孔2的深度方向上的第二部分202的宽度大。

基座11被插入插入孔2中时，弹性垫圈5被夹在基座11的侧壁和插入孔2的第二部分202的内壁之间，由此弹性垫圈5被推压向基座11的侧壁的法线方向而变形。变形了的弹性垫圈5与基座11的侧壁紧密贴合，在垂直方向上对基座11的侧壁施加压力。又，弹性垫圈5也与插入孔2的第二部分202的内壁紧密贴合，在垂直方向上对第二部分202的内壁施加压力。由此，弹性垫圈5防止了流经流路1的流体通过流路主体3的插入孔2的内壁和基座11的侧壁之间而漏出流路主体3的外部。

如作为立体图的图4以及作为从V－V方向观察的截面图的图5所示，配置在基座11的上表面的芯片20具有：玻璃制的基体21，配置在基体21的上表面的、位于流路1的内部的包含电阻元件23的流速检测部22，以及贯通基体21与电阻元件23电连接的电极24A、24B。

在配置在基座11的上表面的基体21上设有空腔25。空腔25通过蚀刻法或者喷砂法等而形成。作为基体21的材料，例如可以使用石英玻璃、以及TEMPAX（注册商标）等硼硅酸盐玻璃。在流速检测部22中，电阻元件23例如被包含于绝缘膜中。作为绝缘膜的材料，可以使用氧化硅（SiO₂）等。流速检测部22被配置为覆盖基体21的空腔25。又，在流速检测部22的两端设有空腔25的开口。

在流速检测部22中，设置在具有耐腐蚀性的绝缘膜的内部的电阻元件23包含平行地配置的第一测温元件32、发热元件31、以及第二测温元件33。发热元件31被赋予电力而发热，对流经流速检测部22表面的流体进行加热。第一测温元件32以及第二测温元件33输出依存于流经流速检测部22表面的流体的温度的电信号。第一测温元件32用来检测发热元件31的例如上游侧的流体的温度，第二测温元件33用于检测发热元件31的例如下游侧的流体的温度。发热元件31、第一测温元件32、以及第二测温元件33各自的材料可以使用铂（Pt）等导电性材料。

图5所示的电极24A、24B通过设置在流速检测部22内的电路与第一测温元件32、发热元件31、以及第二测温元件33中的至少一个电连接。另外，在图5中，虽然示出了贯通基体21的两个电极24A、24B，但贯通基体21的电极的数量并不限定于此。在基体21的背面，配置有与电极24A电连接的导电衬垫35A、和与电极24B电连接的导电衬垫35B。作为电极24A、24B的材料，可以使用铜（Cu）、以及铜合金等。电极24A、24B通过采用使用蚀刻法或者钻孔法的微细加工法在基体21上形成孔，将导电物质埋入孔中而形成的。作为导电衬垫35A、35B的材料，可以使用金（Au）等。

作为筒状的基座11的材料，可以使用例如石英玻璃、以及TEMPAX（注册商标）等硼硅酸盐玻璃。芯片20配置在基座11的上表面上。由于基座11和芯片20的基体21由玻璃构成，所以基座11的上表面和基体21的背面可以通过具有耐腐蚀性的粘接剂来粘接。作为粘接剂，可以使用氟树脂类粘接剂。或者，基座11的上表面和基体21的背面可以通过稀氢氟酸（HF）接合法、常温活性化接合法、或者扩散接合法而接合。

基座11的材料以及基体21的材料采用相同的玻璃的话，基座11的热膨胀率和基体21的热膨胀率相同。因此，有可能在热膨胀率不同的物体彼此间的界面产生的变形，在第一实施形态所涉及的流量传感器中难以发生。

在筒状的基座11的内部配置有用于从芯片20的背面的电极24A、24B向外部取出电信号的导电构件45A、45B。电极24A、24B分别与导电构件45A、45B电连接。引脚等可以作为导电构件45A、45B使用。

基座11通过图1所示的板状构件6固定在流路主体3上。板状构件6例如由金属构成。由于弹性垫圈5，流经流路1的流体不会到达板状构件6，因此板状构件6的材料可不必具有耐腐蚀性。板状构件6通过螺栓7固定在流路主体3上。

在此，参照图1以及图4，在与流速检测部22表面接触的流体为静止的情况下，从发热元件31施加给流体的热向流路1的上游方向和下游方向对称地传播。因此，第一测温元件32以及第二测温元件33的温度相等，第一测温元件32以及第二测温元件33的电阻相等。相对于此，在流体从配置有第一测温元件32的一侧向配置有第二测温元件33的一侧流动的情况下，从发热元件31施加给流体的热被运送到配置有第二测温元件33的一侧。因此，第二测温元件33的温度比第一测温元件32的温度高。因此，第一测温元件32的电阻与第二测温元件33的电阻产生差值。第二测温元件33的电阻与第一测温元件32的电阻之差和与流速检测部22表面接触的流体的速度相关。因此，根据第二测温元件33的电阻与第一测温元件32的电阻之差求出流经流路1的流体的流量。

在以往的流量传感器中，基座的材料采用哈司特镍合金（HASTELLOY）（注册商标）以及因科耐尔合金(INCONEL)（注册商标）等耐腐蚀性金属。但是，即使是耐腐蚀性金属，对于高浓度的盐酸、硫酸、王水、以及氯化铁等腐食性液体也不具有耐腐蚀性。又，基座的材料采用耐腐蚀性金属的话，就不能在基座与由石英玻璃构成的芯片的基体之间进行阳极接合。

相对于此，第一实施形态所涉及的流量传感器中，不仅芯片20的基体21采用玻璃，而且基座11的材料也采用玻璃，因此可以测定高浓度的盐酸、硫酸、王水、以及氯化铁等腐食性液体的流量。又，在第一实施形态所涉及的流量传感器中，如图1所示，弹性垫圈5将流路主体3的插入孔2的内壁和基座11的侧壁之间密封。因此，可以防止流经流路1的流体通过流路主体3的插入孔2的内壁和基座11的侧壁之间而漏出到流路主体3的外部。另外，如图6所示，如果将弹性垫圈5配置为与流路主体3的外表面接触的话，流经流路1的流体有可能会进入流路主体3的外表面附近。流进流路主体3的外表面附近的流体可能滞留。在真空清除时除去滞留的流体有时比较困难。又，在发生了将基座11从流路主体3拆卸的操作之时，滞留的流体有时会对操作者有害。因此，流体可能滞留的部分较小者为优选，如图1所示，在插入孔2的中间或者相比中间更靠近芯片20一侧设置凹陷的第二部分202，在第二部分202配置弹性垫圈5较为理想。

（第二实施形态）

在第二实施形态所涉及的流量传感器中，如图7以及图8所示，流路主体3的插入孔2与流路1连接，其设有：具有与基座11的外周大致相同的内周的第一部分211，和与第一部分211连接、且具有比第一部分211的内周大的内周的第二部分212。例如，插入孔2的第二部分212与流路主体3的外表面连接。因此，在插入孔2的内部，具有第一部分211和第二部分212所形成的台阶。

如图9所示，弹性垫圈5配置在由插入孔2的内部的第一部分211和第二部分212所形成的台阶处。例如，在第二实施形态中，未配置在插入孔2中的状态下的弹性垫圈5的外周比插入孔2的第二部分212的内周大。又，弹性垫圈5的内周比图7所示的基座11的外周小。

如图10所示，弹性垫圈5通过垫圈按压构件8被按压至插入孔2的第一部分211和第二部分212所形成的台阶处。垫圈按压构件8例如由金属或者玻璃等构成。垫圈按压构件8例如是筒状的。垫圈按压构件8的外周例如与插入孔2的第二部分212的内周相同。垫圈按压构件8的内周例如与图7所示的基座11的外周相同。垫圈按压构件8被插入基座11的侧壁和插入孔2的第二部分212的内壁之间。

基座11以及垫圈按压构件8通过板状构件6被固定在流路主体3上。板状构件6通过螺栓7被固定在流路主体3上。另外，垫圈按压构件8和板状构件6可以一体化。即使流经流路1的流体压力上升，由于弹性垫圈5通过垫圈按压构件8来固定，因此弹性垫圈5的活动受到约束，确保了弹性垫圈5的密封性。在第二实施形态所涉及的流量传感器中，不需要在插入孔2的侧壁形成配置弹性垫圈5的凹槽。又，能够容易地将弹性垫圈5配置在插入孔2的内部。

（其他实施形态）

如上所述，通过实施形态对本发明进行了记载，但不应该理解为构成该揭示的一部分的记述以及附图是对本发明的限定。根据该揭示，各种代替实施形态、实施形态以及运用技术对本领域技术人员来说应该是显而易见的。例如，实施形态所涉及的流量传感器具有耐腐蚀性，但当然也可以用于没有腐食性的流体的流量的测定。这样，应该理解为本发明包含在此没有记载的各种实施形态等。

产业上的可利用性

实施形态所涉及的流量传感器可以适用于处理腐食性液体的物理化学领域、医疗领域、生物领域、以及半导体领域等，但能够适用的领域并不限定于此。

符号说明

1 流路

2 插入孔

3 流路主体

5 弹性垫圈

6 板状构件

7 螺栓

8 垫圈按压构件

11 基座

20 芯片

21 基体

22 流速检测部

23 电阻元件

24A、24B 电极

25 空腔

31 发热元件

32 第一测温元件

33 第二测温元件

35A、35B 导电衬垫

45A、45B 导电构件

201、211 第一部分

202、212 第二部分

203 第三部分。

Claims

1.一种流量传感器，其特征在于，包括：

流路主体，其设有流路、以及从外表面与所述流路连通的插入孔；

玻璃制的基座，其被插入所述流路主体的所述插入孔中；

弹性垫圈，其被配置在所述插入孔和所述基座之间；

玻璃制的基体，其被配置在所述基座的上表面上；

流速检测部，其被配置在所述基体的上表面上，位于所述流路的内部，且包含电阻元件；以及

电极，其贯通所述基体，与所述电阻元件电连接。

2.如权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，

所述插入孔具有：与所述流路连接的、具有与所述基座的外周大致相同的内周的第一部分，以及与所述第一部分连接的、具有比所述第一部分的内周大的内周的第二部分，

所述弹性垫圈被配置在所述插入孔的所述第一部分和所述第二部分所形成的台阶处。

3.如权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，

所述插入孔的所述第二部分与所述流路主体的外表面连接，

还具有被插入所述基座和所述插入孔的所述第二部分的侧壁之间的垫圈按压构件。

4.如权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，

所述插入孔具有：与所述流路连接的、具有与所述基座的外周大致相同的内周的第一部分，与所述第一部分连接的、具有比所述第一部分的内周大的内周的第二部分，以及与所述第二部分连接的、具有与所述第一部分相同的内周的第三部分，

所述弹性垫圈被配置在所述插入孔的所述第二部分。

5.如权利要求1～4中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述弹性垫圈通过被夹在所述基座的侧壁和所述插入孔的内壁之间而发生变形。

6.如权利要求1～5中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述弹性垫圈在垂直方向上对所述基座的侧壁施加压力。

7.如权利要求1～6中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述弹性垫圈为O型环。

8.如权利要求1～7中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

还具有配置在所述基座的内部的、与所述电极电连接的导电构件。

9.如权利要求1～8中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述基座的上表面和所述基体的背面通过粘接剂来粘接。

10.如权利要求9中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述粘接剂为氟树脂类粘接剂。

11.如权利要求1～8中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述基座的上表面和所述基体的背面通过稀释氢氟酸接合、常温活性化接合、或者扩散接合而接合。

12.如权利要求1～11中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述基座的热膨胀率和所述基体的热膨胀率相同。

13.如权利要求1～12中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述基座由石英玻璃或者硼硅酸盐玻璃构成。

14.如权利要求1～13中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述基体由石英玻璃或者硼硅酸盐玻璃构成。

15.如权利要求1～14中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

所述基座为筒状的。