CN104053972A

CN104053972A - 热式流量计

Info

Publication number: CN104053972A
Application number: CN201280067577.3A
Authority: CN
Inventors: 中野洋; 松本昌大; 浅野哲; 半泽惠二
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JPWO2013108289A1; US9772208B2; US20140326064A1; JP5895006B2; WO2013108289A1; CN104053972B; DE112012005695T5; DE112012005695B4

Abstract

本发明提供减少了传感器元件的污损的热式流量计。该热式流量计具有：传感器元件，其在形成于基板的隔膜上设置有薄膜部，并具备形成于上述薄膜部的发热电阻体；用于设置上述传感器元件的支承部件；和副通路，在其中配置上述支承部件的一部分，将在吸气管路流动的吸入气体的一部分取入，该热式流量计具有引导部件，在令沿在上述副通路内流动的空气流从上述薄膜部上通过的直线为L时，该引导部件设置于上述L上的上述支承部件或上述传感器元件，使沿上述支承部件或上述传感器元件的表面与空气流一起飞来的微小颗粒流向远离上述L的方向。

Description

热式流量计

技术领域

本发明涉及在被测量流体中设置发热电阻体对流量进行测定的热式流量计，特别涉及适用于汽车的内燃机的吸入空气量和排气流量的测定的热式流量计。

背景技术

作为对汽车等的内燃机的吸入空气量进行测量的空气流量计，能够直接测定质量流量的热式的空气流量计成为主流。

作为热式的空气流量计，具有在硅(Si)等半导体基板设置将半导体基板的一部分除去后的几微米的薄膜部，在该薄膜部设置有形成有发热电阻体和感温电阻体的传感器元件的半导体类型的热式空气流量计。这样的半导体类型的热式流量计设置在内燃机的吸气管路，用于测定吸入空气的流量等流体的量。

虽然在上游侧设置有空气过滤器以捕获尘埃，但是在内燃机的吸气管路中会流动混入有在空气过滤器中不能够捕获的微小颗粒和从内燃机的燃烧室侧扩散来的碳、油等异物的吸入空气。因此，为了高精度地测定吸入空气量，需要保护传感器元件不受这样的异物影响。

一直以来，作为用于保护传感器元件不受流体中的异物影响的技术，具有专利文献1或专利文献2中记载的技术。专利文献1中记载的技术是，通过在流量测定装置或传感器元件的上游侧设置障碍物来防止尘埃的进入和对传感器元件的碰撞。专利文献2中记载的技术是，通过在副通路的内面设置槽或突起，利用该槽等捕获水滴等液状体来防止液状体附着于传感器元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-214915号公报

专利文献2：日本特开2006-162631号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在与装载传感器元件的一侧的面相对的副通路内壁面，设置有用于使流体的流速加速而提高传感器元件的检测灵敏度的节流部。专利文献1中记载的技术虽然通过在传感器元件的上游侧设置障碍物而避免尘埃与传感器元件碰撞，但是根据节流部的形状，本应该因障碍物而离开传感器元件的尘埃会由于节流部而转向至朝向传感器元件的方向，飞向传感器元件，与传感器元件碰撞并附着在传感器元件上。为了避免这种情况，需要形成和缓的节流部。但是，按这样的形状形成的话，节流部的形状失去自由度，而且，因为在某种程度上需要将节流部的距离设计得较长，所以在小型化方面存在极限。进一步，从障碍物至传感器元件的距离变长，由于障碍物而向从设置传感器元件的设置面离开的方向回避的尘埃扩散，不能充分地得到设置障碍物的效果。特别是粒径为几微米的微小颗粒容易扩散，更不能得到上述效果。

此外，专利文献2中记载的技术通过在副通路壁面设置槽等而使得水滴附着在该槽等，通过将水滴引导至槽等延伸设置的方向来抑制水滴在传感器元件的附着。即，在本技术中，对附着于副通路壁面的液体有效，对浮游于整个副通路的微小颗粒无效。

由此，现有技术中对于与节流部的关系和保护传感器元件不受容易扩散的尘埃等微小颗粒的影响方面未充分地进行研究，传感器元件被尘埃等污损，产生污损导致的测量误差。

本发明的目的在于提供减少传感器元件的污损的热式流量计。

用于解决技术问题的技术方案

为了达到上述目的，本发明的热式流量计具有：传感器元件，其在形成于基板的隔膜上设置有薄膜部，并具有形成于上述薄膜部的发热电阻体；用于设置上述传感器元件的支承部件；和副通路，在其中配置上述支承部件的一部分，将在吸气管路流动的吸入气体的一部分取入，该热式流量计具有引导部件，在令沿在上述副通路内流动的空气流从上述薄膜部上通过的直线为L时，该引导部件设置于上述L上的上述支承部件或上述传感器元件，使沿上述支承部件或上述传感器元件的表面与空气流一起飞来的微小颗粒流向远离上述L的方向。

发明的效果

根据本发明，能够提供减少传感器元件的污损的热式流量计。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的热式流量传感器的传感器元件的平面图。

图2是表示图1的传感器元件1的X-X’截面和温度分布的图。

图3是驱动图1的传感器元件1的电路。

图4是表示热式流量传感器的传感器元件1的安装结构的图。

图5是本发明的第一实施例的支承部件23的平面图。

图6是图5的支承部件23的沿L线的截面图。

图7是表示本发明的第一实施例的引导机构的平面图。

图8是表示现有技术中的微小颗粒的流动的图。

图9是表示本发明的第一实施例中的微小颗粒的流动的图。

图10是表示本发明的第一实施例的引导机构的另一形状的图。

图11是表示本发明的第一实施例的引导机构的另一配置的图。

图12是表示本发明的第一实施例的引导机构的另一配置的图。

图13是本发明的第二实施例的支承部件23的平面图。

图14是表示本发明的第二实施例的引导机构的平面图。

图15是表示本发明的第二实施例的引导机构的另一形状的平面图。

图16是表示本发明的第二实施例的引导机构的安装例的图。

图17是表示本发明的第三实施例的隔膜部的平面图。

图18是表示本发明的第三实施例的隔膜4的温度分布和引导机构的图。

图19是表示本发明的第三实施例的引导机构的另一形状的图。

图20是表示本发明的第三实施例的传感器元件1和引导机构的驱动方法的电路。

图21是表示作为本发明的第三实施例的引导机构的另一形状的图。

图22是表示本发明的第四实施例的引导机构的平面图。

图23是表示本发明的第四实施例的引导机构的安装例的图。

图24是表示本发明的第五实施例的支持部件23的平面图。

图25是表示本发明的第五实施例的引导机构的平面图。

图26是表示本发明的第五实施例中的微小颗粒的流动的图。

图27是表示本发明的第五实施例的支承部件23的另一形状的平面图。

具体实施方式

以下，对本发明的实施例进行说明。各实施例中，作为一个例子说明安装在发动机的吸气管路，对在吸气管路内流动的吸入空气进行流量测量的结构，但是例如还能够应用于测量排气流量和其它物理量的结构。另外，在以下各实施方式，对相同部分在图中标注相同附图标记。

实施例1

以下对本发明的第一实施例进行说明。

根据图1、图2说明本实施例的热式流量计的传感器元件1的结构。传感器元件1的基板2由硅或陶瓷等热传导率好的材料构成。而且，在基板2上形成电绝缘膜3a，通过从背面对基板2进行蚀刻而形成薄膜部，形成隔膜4。

在隔膜4上的电绝缘膜3a的中心附近的表面形成有发热电阻体5。在发热电阻体5的周围，以环绕发热电阻体5的方式形成有检测发热电阻体5的加热温度的加热温度传感器7。利用加热温度传感器7检测发热电阻体5的温度，进行加热控制，使得相比于空气流6的温度高一定温度。进一步，在加热温度传感器7的两侧形成有上游侧温度传感器8a、8b、下游侧温度传感器9a、9b。上游侧温度传感器8a、8b相对于发热电阻体5配置在空气流6的气流的上游侧，下游侧温度传感器9a、9b相对于发热电阻体5配置在空气流6的气流的下游侧。传感器元件1的最靠表面的部分被电绝缘膜3b覆盖。电绝缘膜3b除了进行电绝缘以外，还作为保护膜发挥作用。在隔膜4的外部的电绝缘膜3a上配置有电阻值根据空气流6的温度变化的感温电阻体10、11、12。

这些发热电阻体5、加热温度传感器7、上游侧温度传感器8a、8b、下游侧温度传感器9a、9b、感温电阻体10、11、12由电阻值根据温度变化的、电阻温度系数大的材料形成。例如可以利用掺杂有杂质的多晶硅、单晶硅等半导体材料、或铂、钼、钨、镍合金等金属材料等形成。此外，电绝缘膜3a、3b利用二氧化硅(SiO₂)、氮化硅(Si₃N₄)形成为约2微米厚的薄膜状，成为充分获得热绝缘效果的结构。

如上所述，发热电阻体5、加热温度传感器7、上游侧温度传感器8a、8b、下游侧温度传感器9a、9b也与感温电阻体10、11、12同样为具有温度依赖性的感温电阻体。

进一步，在传感器元件1的端部设置有电极垫部13，该电极垫部13形成有用于将构成发热电阻体5、加热温度传感器7、上游侧温度传感器8a、8b、下游侧温度传感器9a、9b、感温电阻体10、11、12的各电阻体与驱动/检测电路连接的电极。另外，电极由铝等形成。

图2的与传感器元件1的截面结构一起表示的温度分布14是传感器元件1的表面温度的分布。温度分布14的实线表示无风时的隔膜4的温度分布。发热电阻体5被加热至比空气流6的温度高ΔTh。温度分布14的虚线是产生空气流6时的隔膜4的温度分布。由于产生空气流6，发热电阻体5的上游侧被空气流6冷却，温度下降，下游侧流动通过发热电阻体5而被加热的空气，因此温度上升。由此，利用上游侧温度传感器8a、8b和下游侧温度传感器9a、9b对发热电阻体5的上下游的温度差ΔTs进行测定，由此测量流量。

接着，对传感器元件1的驱动/检测电路进行说明。

如图3所示那样，构成将包含电阻值根据发热电阻体5的温度变化的加热温度传感器7和感温电阻体10的串联电路与包含感温电阻体11和感温电阻体12的串联电路并联连接而得到的桥电路，对各串联电路施加基准电压Vref。取出这些串联电路的中间电压，与放大器15连接。放大器15的输出与晶体管16的基极连接。晶体管16的集电极与电源VB连接，发射极与发热电阻体5连接，构成反馈电路。由此，发热电阻体5的温度Th被控制为相比于空气流6的温度Ta高一定温度ΔTh(＝Th-Ta)。

而且，构成将包含上游侧温度传感器8a和下游侧温度传感器9a的串联电路与包含下游侧温度传感器9b和上游侧温度传感器8b的串联电路并联连接而得到的桥电路，对各串联电路施加基准电压Vref。当由于空气流而在上游侧温度传感器8a、8b与下游侧温度传感器9a、9b间产生温度差时，桥电路的电阻平衡发生变化，产生差电压。通过利用放大器17对该差电压进行检测，获得与空气流量相应的输出。

接着，使用图4对安装有传感器元件1、驱动/检测电路的一个例子进行说明。

在图4中，以从吸气管路18的壁面突出的方式设置有基体部件19。在基体部件19形成有将在吸气管路18流动的吸入气体20的一部分取入的副通路21。副通路21为具有弯曲部的通路形状，传感器元件1附近的通路形状为直线形状。在副通路21内，支承传感器元件1的支承部件23的一部分露出。在形成于支承部件23的矩形状的凹部设置传感器元件1。设置传感器元件1的部分的副通路21的流路为直线状，在其上游侧和下游侧，流路为弯曲的形状。此外，在支承部件23设置有装载有传感器元件1的驱动/检测电路的电路芯片22，利用金线结合线24a等将传感器元件1和电路芯片22电连接。而且，电路芯片22通过金线结合线等与引线部件31电连接。进一步，设置有用于驱动电路的电源供给、输出信号的取出的端子25，通过铝结合线24c、金线结合线24b，将与电路芯片22电连接的引线部件31和端子25电连接。

接着，使用图5、图6，对在这样的平板状的表面设置有测量流量的传感器元件的热式流量计中，采用包括在传感器元件1的上游侧和下游侧的支承部件23设置的障碍物26a、26b的引导机构的内容进行详细说明。

障碍物26a、26b在本实施例中是从支承部件23突出的柱状的突起物，是其截面为大致四边形的角柱。障碍物26a、26b位于沿副通路内的空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L上。此外，障碍物26a、26b的截面为大致四边形，该四边形的两个对角线中的任一对角线朝向沿着线L的方向。此外，障碍物26a、26b的截面为大致四边形，该四边形的两个对角线的长度不同，如图7所示，两个对角线中较长的对角线X朝向沿着线L的方向。此外，形成为两个对角线中较短的对角线Y的长度比传感器元件1的隔膜4的长度长的形状。此外，两个对角线相交的点与沿线L的一侧的对角线的中心相比位于上游侧。

关于包括该障碍物26a、26b的引导机构的作用，参照图7进行说明。

设置传感器元件1的一侧的支承部件23的表面与传感器元件1的检测面为大致同一面，或者构成为虽然微小但是传感器元件1的表面凹陷或凸起。构成为至少在支承部件23的表面流动的空气从传感器元件1的表面通过。在本实施方式中，障碍物26a、26b为从支承部件23突出的柱状的突起物，并且位于沿空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L上。因此，与空气流6一起飞来的微小颗粒27与障碍物26a碰撞。碰撞后的微小颗粒27沿支承部件23的表面向远离线L的方向去。即成为避开传感器元件1的表面上的轨迹。

此外，障碍物26a、26b的截面为大致四边形，该四边形的两个对角线X、Y中的任一对角线朝向沿线L的方向。由此，微小颗粒27飞来而碰撞的一侧的侧面成为相对于飞来方向倾斜的形状，由此容易使微小颗粒向倾斜方向反射。此外，通过倾斜，颗粒对障碍物26a的碰撞能量降低，能够减少微小颗粒在障碍物26a的附着。

此外，障碍物26a、26b的截面为大致四边形，该四边形的两个对角线X、Y的长度不同，两个对角线中较长的对角线X朝向沿着线L的方向。由此成为沿着空气流6的形状，不会过度扰乱在传感器元件1上流动的空气流。

此外，形成为两个对角线中较短的对角线的长度Y比传感器元件1的隔膜4的与线L垂直的方向上的长度Yd长的形状。由此，能够使被障碍物26a引导的微小颗粒不从隔膜4上通过地流向传感器元件1的下游侧。在微小颗粒附着在传感器元件1的情况下，特别当附着在隔膜4部时容易产生传感器元件1的检测误差。这是因为，隔膜4为几微米的薄膜，热容量和热传导率小，如果附着几微米至几十微米的微小颗粒，则隔膜4上的温度分布发生变化，在检测精度上产生误差。在附着于传感器元件1的隔膜4以外的部分的情况下，由于传感器元件1的基板2的厚度为几百微米，基板2的温度也为周围温度，因此即使附着微小颗粒，基板的温度也不发生变化，对特性几乎没有影响。因此，如果形成为障碍物26a、26b的两个对角线中较短的对角线的长度Y比传感器元件1的隔膜4的长度Yd长的形状，则能够获得更好的效果。

此外，两个对角线相交的点与沿着线L的一侧的对角线的中心相比位于上游侧(远离传感器元件1的方向)。由此，障碍物26a的截面成为大致流线型，能够减少障碍物26a的下游的空气流的紊乱。如果在从传感器元件1上流过的空气中存在紊乱，则检测噪声增加，成为流量检测误差的主要原因。因此，通过使障碍物26a的截面为大致流线型，使空气的紊乱导致的检测噪声不会恶化，减少微小颗粒的附着，得到高精度的热式流量计。

接着，使用图8，对在具有障碍部件26c、26d的结构的一个例子中的传感器元件1的表面流动的微小颗粒进行说明。传感器元件1在设置于支承部件23的凹部中设置。在传感器元件1的上游侧和下游侧的支承部件23上设置有现有技术的障碍部件26c、26d。在与传感器元件1的表面相对的副通路壁28，设置有节流部29。在这样的结构中，当微小颗粒流动时，由于障碍部件26c，得到微小颗粒27a以弹起的方式从支承部件23的表面远离的效果。但是，传感器元件1上的空气流由于节流部29被压缩。这样，微小颗粒27a向传感器元件1的表面去，发生碰撞、附着。特别是在为了提高节流部29的效果而采用增加从副通路壁面起的节流部29的突出量的形状、以陡峭的角度进行节流的情况下，在传感器元件1的附着量增加。

在图7所示的障碍物26a的情况下，引导微小颗粒27a的方向与现有技术不同。即，图7所示的障碍物26a成为使微小颗粒27沿着支承部件23的表面从线L逐渐远离的引导机构。被引导的微小颗粒不从传感器元件1上的隔膜4上通过，因此在传感器元件1的相对侧的副通路壁不受节流部的形状的影响。

接着，对更加有效的障碍物26a、26b的结构进行说明。图9是沿线L的截面图，该线L沿着图5的副通路内的空气流6通过传感器元件1的隔膜4。图9(a)是表示从支承部件23的表面起的障碍物26a、26b的高度H与从副通路壁28的表面起的突出的节流部29的突出量T的关系为H＜T的条件下的微小颗粒的流动的图。图中的在支承部件23的表面附近流动的微小颗粒27a被障碍物26a引导，因此不从传感器元件1上通过。在从支承部件23的表面起距离为H的位置流动的微小颗粒27b在障碍物26a上流动，从传感器元件1上通过。微小颗粒27b与由于节流部29而导致飞来方向发生变化的微小颗粒27c碰撞，由此朝向传感器元件1表面去，容易碰撞或附着。

图9(b)是表示上述H与T的关系为H＞T的条件下的微小颗粒的流动的图。图中的在支承部件23的表面附近流动的微小颗粒27a被障碍物26a引导，因此不从传感器元件1上通过。从支承部件23的表面起距离为H的位置流动的微小颗粒27b在障碍物26a上流过，从传感器元件1上通过。微小颗粒27b与由于节流部29而导致飞来方向发生变化的微小颗粒27c碰撞，由此接近传感器元件1表面，但是因为能够确保与传感器元件1的距离，所以不至于碰撞或附着。

如上所述，微小颗粒向传感器元件1的附着量随着节流部29的突出量T变化。通过至少使节流部29的高度H比突出量T大，能够得到能够进一步减少在传感器元件1的附着的效果。

图9(c)是表示将H增大至障碍物26a、26b到达副通路壁28附近或与副通路壁28接触的条件下的微小颗粒的流动的图。几乎所有朝向传感器元件1去的微小颗粒27由于被障碍物26a引导而不从传感器元件1上通过。因此是几乎不受节流部29的突出量T影响的结构。

在本实施例中，采用相对于传感器元件1在空气流6的气流的上游侧和下游侧的两侧设置有障碍物26a和障碍物26b的结构，仅设置上游侧的障碍物26a也能够获得效果。

在相对于传感器元件1在空气流6的气流的上游侧和下游侧的两侧设置有障碍物26a和障碍物26b的情况下，作为其它效果，即使在发生逆流的情况下也能够减少微小颗粒的附着。此外，通过在两侧设置，在空气流向顺流方向流动的情况下和在向逆流方向流动的情况下，在传感器元件1流动的空气流成为同一空气流，因此，例如能够对在空气流中产生伴随逆流的高振幅的脉动时的传感器元件的检测精度没有损害地减少微小颗粒的附着。

在本实施方式中，障碍物26a、26b为大致四角柱形，也可以为前端逐渐变细的形状。此时，只要至少在障碍物26a的根部具有本实施方式所示的形状，就能够获得效果。

另外，在本实施例中对障碍物26a的截面为四边形的结构进行了说明，但是也可以为具有图10(a)所示那样的曲线的截面。在这种情况下，相当于图7所示的对角线X的线为沿着空气气流的方向上的长度。此外，相当于对角线Y的线为与空气气流垂直的方向上的最大宽度。

另外，在本实施例中对障碍物26a为一个结构物的结构进行了说明，但是也可以如图10(b)(c)所示那样为将多个板组合而成的结构。在这种情况下，相当于图7所示的对角线X的线为设置有多个板的区域中的沿着空气气流的方向上的长度。此外，相当于对角线Y的线为设置有多个板的区域中的与空气气流垂直的方向上的最大宽度。

另外，在本实施例中，对将障碍物26a、26b设置于支承部件23上的结构进行了说明，但是也可以为图11所示那样延伸设置在支承部件23和传感器元件1的表面上的结构。此外，也可以为图12所示那样将障碍物26a、26b形成于传感器元件1上的结构。

实施例2

接着，以下对本发明的第二实施例进行说明。

在本实施例中，如图13所示，在将测量流量的传感器元件设置于平板状的表面的热式流量计中，采用引导机构，该引导机构利用相对于传感器元件1在空气流6的上游侧和下游侧的支承部件23设置的发热体30a、30b的温度分布。

在本实施例中，将发热体30a、30b设置在支承部件23。而且，发热体30a、30b在支承部件23的平面方向延伸设置。

如图14所示，作为发热体30a、30b的形状，为空气流6的气流方向的宽度X与垂直于空气流6的垂直方向的宽度Y的关系满足X＞Y的形状。此外，发热体30a、30b位于沿副通路内的空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L上。

关于包括该发热体30a、30b的引导机构的作用，参照图14进行说明。

设置传感器元件1的一侧的支承部件23的表面与传感器元件1的检测面为大致同一面，或者构成为虽然微小但是传感器元件1的表面凹陷或凸起。构成为至少在支承部件23的表面流动的空气从传感器元件1的表面通过。在本实施方式中，发热体30a、30b设置在支承部件23并且位于沿空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L上。发热体30a的附近的空气的温度高，空气的分子运动活跃。因此，与空气流6一起飞来的微小颗粒27与发热体30a附近的分子运动活跃的空气碰撞，在远离发热体30a的方向受到力。只要发热体30a的宽度X与宽度Y的关系满足X＞Y的关系，与发热体30a附近的空气的分子碰撞后的微小颗粒27就容易沿支承部件23的表面被向远离线L的方向引导。即成为避开传感器元件1的表面上的轨迹。

图15是说明表示使发热体30a的纵横比变化时的温度分布的形状的等温线和微小颗粒的流动的图。图15(a)是使X＜Y的条件下的微小颗粒的流动的图。发热体30a的温度分布成为在与空气流6的气流方向垂直的方向上较长的椭圆形状。当微小颗粒被空气流运送至具有这样的形状的发热体30a时，由于发热体30a的发热，周边的空气的热运动变得活跃，形成热壁垒，沿发热体30a的上游侧的隔膜4的端部产生微小颗粒的附着。(热泳效果)进一步，当发热体30a的加热温度上升时，热泳效果变强，促进微小颗粒的附着。

另一方面，图15(b)是表示X＞Y的条件下的微小颗粒的流动的图。发热体30a的温度分布成为在空气流6的气流方向上较长的椭圆形状。当微小颗粒被空气流运送至具有这样的形状的发热体30a时，微小颗粒碰到由于发热体30a的发热而形成的热壁垒，之后容易以避开发热体30a的方式流动。

如图14所示，形成为发热体30a的宽度Y比传感器元件1的隔膜4的与线L垂直的方向上的长度Yd长的形状。由此，能够使被发热体30a引导的微小颗粒不从隔膜4上通过地流向传感器元件1的下游侧。在微小颗粒附着在传感器元件1的情况下，特别当附着在隔膜4部时，容易产生传感器元件1的检测误差。这是因为，隔膜4为几微米的薄膜，热容量和热传导率小，如果附着几微米至几十微米的微小颗粒，则隔膜4上的温度分布发生变化，在检测精度上产生误差。在附着于传感器元件1的隔膜4以外的部分的情况下，由于传感器元件1的基板2的厚度为几百微米，基板2的温度也为周围温度，因此即使附着微小颗粒，基板2的温度也不发生变化，对特性几乎没有影响。因此，如果采用发热体30a、30b的宽度Y比传感器元件1的隔膜4的长度Yd长的形状，则能够获得更好的效果。

接着，对发热体30a、30b的安装方法进行说明。图16表示本实施例中的支承部件23的内部结构。传感器元件1和电路芯片22被粘接、固定在引线部件31a。传感器元件1和电路芯片22通过金线结合线24a被电连接。引线部件31a的一部分从支承部件23露出，成为接地(GND)端子34。此外，引线部件31b的一部分从支承部件23露出，成为电源端子32。发热体30a、30b通过与引线部件31a和引线部件31b连接而从电源端子32被供给电流。此外，引线部件31c的一部分从支承部件23露出，成为输出所检测到的流量信号的输出端子33。电路芯片22通过金线结合线24b与电源端子32、接地端子34、输出端子33连接。

上述的传感器元件1、电路芯片22、发热体30a、30b、引线部件31a～31c能够利用树脂模塑一体形成，由此能够以低成本简单地制造。在这种情况下，树脂模塑部件能够作为支承部件23使用。

作为发热体30a、30b，使用碳纤维、镍合金、氧化铝、氮化硅等加热材料。此外，作为引线部件31a～31c，使用铜、铜合金等Cu类原材料、铁等Fe类原材料。此外，作为用作支承部件23的模塑部件，使用环氧类的密封材料。

作为支承部件23，还能够使用陶瓷基板。在这种情况下，在陶瓷基板上设置用于安装发热体30a、30b的电极，通过焊接或锡焊等进行电连接。因为电极部为金属，所以为了提高耐腐蚀性，需要进行电极部的保护。在本实施方式的树脂模塑的情况下，利用模塑部件保护发热体30a、30b，因此不需要另外采取这样的应对腐蚀的措施，能够以低成本进行制造。

实施例3

以下对本发明的实施例3进行说明。

在本实施例中，如图17所示，在将测量流量的传感器元件设置于平板状的表面的热式流量计中，在传感器元件1的隔膜4内的上游侧温度传感器8a、8b的上游侧和下游侧温度传感器9a、9b的下游侧采用利用发热体30a、30b的温度分布的引导机构。

作为发热体30a、30b的形状，为垂直于空气流6的方向的宽度Y与发热电阻体5的垂直于空气流6的方向的宽度Yh的关系满足Y＜Yh的形状。此外，发热体30a、30b位于沿副通路内的空气流6通过传感器元件1的发热电阻体5的线L上。

与现有结构进行比较，以说明包括该发热体30a、30b的引导机构的作用。

图18(a)是表示现有结构中的隔膜4上的温度分布的等温线和微小颗粒27的流动的图。非常靠近发热电阻体5的附近的空气的温度高、空气的分子运动活跃。当产生空气流6时，发热电阻体5的上游侧的温度降低。与空气流6一起飞来的微小颗粒27与发热电阻体5附近的分子运动活跃的空气碰撞，在远离发热电阻体5的方向受到力。微小颗粒27侵入隔膜4上，被引导至发热电阻体5的附近，因此微小颗粒到达隔膜4内的上游侧而附着。

图18(b)是表示本发明的设置有发热体30a、30b的结构的隔膜4上的温度分布的等温线和微小颗粒的流动的图。当产生空气流6时，在发热电阻体5附近的上游侧与下游侧产生温度差。在本实施例中，由于将发热体30a设置在隔膜4内的上游侧，因此即使产生空气流6，在隔膜4的上游侧的端部附近也成为温度高的状态。因此，非常靠近发热体30a的附近的空气的温度高，空气的分子运动活跃。与空气流6一起飞来的微小颗粒27与发热体30a的附近的分子运动活跃的空气碰撞，在远离发热体30的方向受到力。与现有结构相比较，能够减少侵入隔膜4上的微小颗粒的量，能够减少微小颗粒向隔膜4的附着。

作为发热体30a、30b的形状，为垂直于空气流6的方向的宽度Y与发热电阻体5的垂直于空气流6的方向的宽度Yh的关系满足Y＜Yh的形状。参照图18(b)和图19对该效果进行说明。

图19是Y＞Yh的情况下的温度分布。发热体30a的温度分布成为在与空气流6的气流方向垂直的方向上较长的椭圆形状。当微小颗粒被空气流运送至具有这样的形状的发热体30a时，由于发热电阻体26的发热，周边的空气的热运动变得活跃，形成热壁垒，沿上游侧的隔膜4的端部产生微小颗粒的附着。(热泳效果)进一步，当发热体30a的加热温度上升时，热泳效果变强，促进微小颗粒的附着。当微小颗粒附着在传感器元件1时，形成所附着的微小颗粒导致的台阶差，由于该台阶差，空气流紊乱，在检测精度上产生误差。

图18(b)是发热体30a、30b的形状满足上述Y＜Yh的情况下的温度分布。由发热体30a、30b、发热电阻体5形成的温度分布，即使产生空气流6也能够维持为在空气流6的气流方向上较长的椭圆形状。当微小颗粒被空气流运送至具有这样的形状的发热体30a时，微小颗粒碰到由于发热体30a的发热而形成的热壁垒，之后，容易以避开发热体30a的方式流动。即，只要为Y与Yh的关系满足Y＜Yh的形状，与发热体30a附近的空气的分子碰撞后的微小颗粒27就容易沿支承部件23的表面被向远离线L的方向引导。因此，能够减少微小颗粒向传感器元件1的附着。

接着，对发热体30a、30b的驱动方法进行说明。图20表示本实施例中的传感器元件1的驱动电路。发热体30a、30b与发热电阻体5串联连接。通过串联连接，发热体30a、30b的发热量根据发热电阻体5的电流、电压变化。发热电阻体5以空气流6的流量增加，为了维持温度而增加电流、电压的方式被控制。如果以使得施加到发热电阻体5的电流、电压被施加至发热体30a、30b的方式进行连接，则发热体30a、30b也能够与空气流6的流量的增加相应地使发热量增加。这样，即使空气流6的流量增加，发热体30a、30b的温度也不降低，能够以简单的结构获得本实施例中的效果。

另外，在本实施方式中，对将发热体30a、30b与发热电阻体5串联连接的结构进行了说明，但是将发热体30a、30b与发热电阻体5并联连接也能够获得同样的效果。只要以使得施加至发热体30a、30b的电压或电流与被施加至发热电阻体5的电流或电压相应地进行变化的方式来连接，就能够获得同样的效果。

此外，作为发热体30a、30b的材料，通过使用与发热电阻体5相同的材料、相同的膜，能够与发热电阻体5同时形成发热体30a、30b，不需要追加新的工序。此外，因为发热体30a、30b能够在传感器元件上与发热电阻体5连接，所以不需要设置多余的电极垫等，能够以低成本获得减少微小颗粒的附着的热式流量计。

此外，在本实施方式中，对发热体30a、30b的形状为随着接近发热电阻体5而宽度Y变大的大致三角形形状的结构进行了说明，也可以如图21所示那样为大致四边形、大致椭圆形、<字形。

实施例4

以下对本发明的第四实施例进行说明。

如图22所示，在将测量流量的传感器元件设置于平板状的表面的热式流量计中，采用引导机构，该引导机构利用在传感器元件1的上游侧和下游侧的支承部件23设置的电极35a、35b的静电力(下游侧未图示)。

在本实施例中，电极35a、35b设置在支承部件23。电极35a、35b在支承部件23的平面方向上延伸设置。作为电极35a、35b的配置，电极35a与电极35b的间隔Y与在传感器元件1形成的隔膜4的与空气流6的气流方向垂直的方向上的宽度Yd的关系满足Y＞Yd。此外，电极35a、35b以夹着沿副通路内的空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L的方式设置。

参照图22对包括该电极35a、35b的引导机构的作用进行说明。

设置传感器元件1的一侧的支承部件23的表面与传感器元件1的检测面为大致同一面，或者构成为虽然微小但是传感器元件1的表面凹陷或凸起。构成为至少在支承部件23的表面流动的空气从传感器元件1的表面通过。在本实施方式中，电极35a、35b设置在支承部件23并且沿线L延伸设置，该线L沿空气流6通过传感器元件1的隔膜4。在被电极35a和电极35b夹着的区域产生电场E。与空气流6一起飞来的微小颗粒27由于微小颗粒彼此的摩擦和在壁面的摩擦而带电荷。因此，微小颗粒27由于由电极35a和电极35b形成的电场E而受到静电力，被引导向电极35a和电极35b中的任一电极的方向。即，沿支承部件23的表面向远离线L的方向被引导。被引导的方向由微小颗粒27所带的电荷是正还是负来决定。

电极35a与电极35b的间隔Y与在传感器元件1形成的隔膜4的与空气流6的气流方向垂直的方向上的宽度Yd的关系满足Y＞Yd。此外，电极35a、35b以夹着沿副通路内的空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L的方式设置。由此，被引导的微小颗粒不从传感器元件1的隔膜4上通过，而流向传感器元件1的下游侧。

此外，通过满足Y＞Yd，能够得到以下的效果。带电荷的微小颗粒被向电极35a或电极35b的方向引导，根据微小颗粒的种类而吸附、沉积在电极35a或电极35b。沉积有微小颗粒的部位成为凸状的台阶，扰乱流动的空气。在本实施例中，即使在电极35a或电极35b沉积微小颗粒而产生台阶，从电极35a、电极35b上通过的空气也不从隔膜4上通过。因此，被由于微小颗粒的沉积而产生的台阶扰乱的空气不会从隔膜4上通过，因此能够减少噪声等导致的流量检测误差。因此，即使长时间使用，也能够维持测量精度。

接着，对电极35a、35b的安装方法进行说明。图23表示本实施例中的支承部件23的内部结构。传感器元件1和电路芯片22被粘接、固定在引线部件31a。传感器元件1和电路芯片22通过金线结合线24a电连接。引线部件31a的一部分从支承部件23露出，成为接地(GND)端子34。此外，引线部件31b的一部分从支承部件23露出，成为电源端子32。电极35a通过将与接地端子34连接的引线部件31a延伸设置至传感器元件1的上游侧而形成。此外，在传感器元件1的下游侧也通过将与接地端子34连接的引线部件31a延伸设置而形成有电极35c。此外，电极35b通过将与电源端子32连接的引线部件31b延伸设置至传感器元件1的上游侧而形成。此外，在传感器元件1的下游侧也通过将与电源端子32连接的引线部件31b延伸设置而形成电极35d。

上述的传感器元件1、电路芯片22、成为电源端子32和接地端子34的引线部件31a、31b、电极35a～35d能够通过树脂模塑一体成形，由此能够以低成本简单地制造。此外，电极35a～35d通过与成为电源端子32和接地端子34的引线部件共用，能够仅通过引线部件的图案变更来实现，不会引起成本上升。另外，在这种情况下，树脂模塑部件能够作为支承部件23使用。

作为电极35a～35d，与引线部件31a、31b一样，除了Cu类原材料以外还使用Fe类原材料。此外，作为用作支承部件23的模塑部件，使用环氧类的密封材料。电极35a～35d是金属，因此为了提高耐腐蚀性而需要进行电极部的保护。在本实施方式的树脂模塑的情况下，能够利用模塑部件保护电极35a～35d，因此不需要另外采取这样的应对腐蚀的措施，能够以低成本进行制造。

实施例5

以下对本发明的实施例5进行说明。

如图24所示，本实施例通过在将测量流量的传感器元件设置于平板状的表面的热式流量计的传感器元件1的上游侧和下游侧的支承部件23设置突起物36a～36d，采用使用由突起物36a～36d产生的流速分布的引导机构。

在本实施例中，突起物36a、36b是从支承部件23突出的柱状的突起物。突起物36a、36b在支承部件23的平面方向上延伸设置。作为突起物36a、36b的配置，突起物36a与突起物36b的间隔Y与在传感器元件1形成的隔膜4的与空气流6的气流方向垂直的方向上的宽度Yd的关系满足Y＞Yd(参照图25)。此外，突起物36a、36b以夹着沿副通路内的空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L的方式设置。位于传感器元件1的下游侧的突起物36c、36d也相同。

参照图25对包括该突起物36a、36b的引导机构的作用进行说明。

设置传感器元件1的一侧的支承部件23的表面与传感器元件1的检测面为大致同一面，或者构成为虽然微小但是传感器元件1的表面凹陷或凸起。构成为至少在支承部件23的表面流动的空气从传感器元件1的表面通过。在本实施方式中，突起物36a、36b设置在支承部件23并且沿线L延伸设置，该线L沿空气流6通过传感器元件1的隔膜4。在被突起物36a和突起物36b夹着的区域流动的空气的流速分布37，在突起物36a和突起物36b的附近流速变慢，随着离开突起物36a和突起物36b而流速逐渐变快。该流速差是由空气的粘性引起的，在流速比较低的层流时变得显著。与空气流6一起飞来的微小颗粒27由于由突起物36a和突起物36b形成的流速分布37，从流速快的一方向流速慢的一方被引导。即，朝向突起物36a或突起物36b、沿支承部件23的表面向远离线L的方向被引导。

突起物36a与突起物36b的间隔Y与在传感器元件1形成的隔膜4的与空气流6的气流方向垂直的方向上的宽度Yd的关系满足Y＞Yd。此外，突起物36a、36b以夹着沿副通路内的空气流6通过传感器元件1的隔膜4的线L的方式设置。由此，被引导的微小颗粒不从传感器元件1的隔膜4上通过，而流向传感器元件1的下游侧。

此外，通过满足Y＞Yd能够得到以下的效果。微小颗粒被向突起物36a或突起物36b的方向引导，根据微小颗粒的种类而吸附、沉积在突起物36a或突起物36b。沉积有微小颗粒的部位成为凸状的台阶，扰乱流动的空气。在本实施例中，即使在突起物36a或突起物36b沉积微小颗粒、产生台阶，从突起物36a、突起物36b上通过的空气也不从隔膜4上通过。因此，被由于微小颗粒的沉积而产生的台阶扰乱的空气不从隔膜4上通过，因此能够减少噪声等导致的流量检测误差。因此，即使长时间使用，也能够维持测量精度。

对本实施例中更加有效的突起物36a、36b的结构进行说明。图26是从沿着图24的线L的截面方向看时的图。图26(a)是表示从支承部件23的表面起的突起物36a、36b的高度H与从副通路壁28的表面起的节流部29的突出量T的关系成为H＜T的条件下的微小颗粒的流动的图。图中的在支承部件23的表面附近流动的微小颗粒27a被突起物36a、36b引导，因此不从传感器元件1上通过。在从支承部件23的表面起距离为H的位置流动的微小颗粒27b在突起物36a、36b上流动，从传感器元件1上通过。微小颗粒27b与由于节流部29导致飞来方向发生变化的微小颗粒27c碰撞，由此朝向传感器元件1表面去，容易碰撞或附着。

图26(b)是表示上述H与T的关系成为H＞T的条件下的微小颗粒的流动的图。图中的在支承部件23的表面附近流动的微小颗粒27a被突起物36a、36b引导，因此不从传感器元件1上通过。在从支承部件23的表面起距离为H的位置流动的微小颗粒27b在突起物36a、36b上流动，从传感器元件1上通过。微小颗粒27b与由于节流部29而导致飞来方向发生变化的微小颗粒27c碰撞，由此接近传感器元件1表面，但是由于能够确保与传感器元件1的距离，不至于碰撞或附着。

如上所述，微小颗粒在传感器元件1的附着量根据节流部29的突出量T而变化。通过至少使节流部29的高度H比突出量T大，能够得到能够进一步减少向传感器元件1的附着的效果。

图26(c)是表示将H增加至突起物36a、36b到达副通路壁28附近或与副通路壁28接触的条件下的微小颗粒的流动的图。几乎所有向传感器元件1去的微小颗粒27由于被突起物36a、36b引导而不从传感器元件1上通过。因此是几乎不受节流部29的突出量T影响的结构。

在本实施方式中，采用在传感器元件1的上游侧和下游侧两侧设置有突起物36a、36b和突起物36c、36d的结构，但仅设置上游侧的突起物36a、36b也能够获得效果。如果在传感器元件1的上游侧和下游侧的两侧设置，则即使在发生逆流的情况下也能够减少微小颗粒的附着。此外，通过在两侧设置，在空气流向顺流方向流动时和向逆流方向流动时，在传感器元件1中流动的空气流成为同一空气流，因此，例如能够不对在空气流产生伴随逆流的高振幅的脉动时的传感器元件的检测精度造成损害地减少微小颗粒的附着。

在本实施方式中，说明了将突起物36a、36b设置于支承部件23上的结构，也可以为如27所示那样延伸设置至支承部件23和传感器元件1的结构。

附图标记的说明

1 传感器元件

2 基板

3a～3c 电绝缘膜

4 隔膜

5 发热电阻体

6 空气流

7 加热温度传感器

8a、8b 上游侧温度传感器

9a、9b 下游侧温度传感器

10、11、12 感温电阻体

13 电极垫部

14 温度分布

15、17 放大器

16 晶体管

18 吸气管路

19 基体部件

20 吸气

21 副通路

22 电路芯片

23 支承部件

24a、24b 金线结合线

24c 铝结合线

25 端子

26a、26b 障碍物

27、27a 微小颗粒

28 副通路壁

29 节流部

30a、30b 发热体

31a 引线部件

32 电源端子

33 输出端子

34 GND端子

35a～35d 电极

36a～36d 突起物

37 流速分布

Claims

1.一种热式流量计，其特征在于，包括：

传感器元件，其在形成于基板的隔膜上设置有薄膜部，并具有形成于所述薄膜部的发热电阻体；

用于设置所述传感器元件的支承部件；和

副通路，在其中配置所述支承部件的一部分，将在吸气管路流动的吸入气体的一部分取入，

该热式流量计具有引导部件，

在令沿在所述副通路内流动的空气流从所述薄膜部上通过的直线为L时，该引导部件设置于所述L上的所述支承部件或所述传感器元件，使沿所述支承部件或所述传感器元件的表面与空气流一起飞来的微小颗粒流向远离所述L的方向。

2.如权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：

所述引导部件相对于所述发热电阻体设置在所述空气流的流动的上游侧和下游侧。

3.如权利要求1或2所述的热式流量计，其特征在于：

所述引导部件是包含从所述支承部件突出的凸部形状的突起物。

4.如权利要求3所述的热式流量计，其特征在于：

在与设置所述传感器元件的面平行的面截断的所述突起物的截面为大致四边形，所述四边形的两个对角线中的任一个对角线朝向沿着所述L的方向。

5.如权利要求4所述的热式流量计，其特征在于：

所述两个对角线的长度不同，所述两个对角线中较长的对角线朝向沿着所述L的方向。

6.如权利要求4或5所述的热式流量计，其特征在于：

所述两个对角线相交的点与沿着所述L的一侧的对角线的中心相比位于远离所述传感器元件的方向。

7.如权利要求5或6所述的热式流量计，其特征在于：

形成为所述两个对角线中较短的对角线的长度比所述薄膜部的与所述L垂直的方向上的长度长的形状。

8.如权利要求3～7中任一项所述的热式流量计，其特征在于：

在与所述支承部件的设置所述传感器元件的面相对的所述副通路的壁面，设置有从所述壁面突出的节流部，

从所述支承部件的表面起的所述凸部的高度H与所述节流部的突出量T的关系为H＞T。

9.如权利要求1或2所述的热式流量计，其特征在于：

所述引导部件为设置于所述支承部件的发热体。

10.如权利要求9所述的热式流量计，其特征在于：

所述发热体的形状为：在令所述发热体的空气流的流动方向上的宽度为X、与空气流垂直的方向上的宽度为Y时，满足X＞Y。

11.如权利要求10所述的热式流量计，其特征在于：

所述发热体的形状为：在令所述薄膜部的与所述L垂直的方向上的长度为Yd时，与所述宽度Y的关系满足Y＞Yd。

12.如权利要求1或2所述的热式流量计，其特征在于：

所述引导部件为设置于所述传感器元件的发热体。

13.如权利要求12所述的热式流量计，其特征在于：

所述发热体的形状为：在令所述发热体的与空气流垂直的方向上的宽度为Y、令所述发热电阻体的与空气流垂直的方向上的宽度为Yh时，满足Y＜Yh。

14.如权利要求12或13所述的热式流量计，其特征在于：

所述发热体与所述发热电阻体串联或并联地电连接。

15.如权利要求1或2所述的热式流量计，其特征在于：

所述引导部件为由设置于所述支承部件的电极部产生的电场。

16.如权利要求15所述的热式流量计，其特征在于：

所述电极部包括第一电极部和第二电极部，所述第一电极部和所述第二电极部以隔着所述L的方式配置。

17.如权利要求16所述的热式流量计，其特征在于：

在令所述第一电极与所述第二电极的间隔为Y、令所述薄膜部的与空气流的流动方向垂直的方向上的宽度为Yd时，满足Y＞Yd。

18.如权利要求1或2所述的热式流量计，其特征在于：

所述引导部件包括设置于所述支承部件的第一突出部和第二突出部，

以隔着所述线L的方式配置所述第一突出部和所述第二突出部。

19.如权利要求18所述的热式流量计，其特征在于：

在令所述第一突出部与所述第二突出部的间隔为Y、令所述薄膜部的与空气流的流动方向垂直的方向上的宽度为Yd时，满足Y＞Yd。

20.如权利要求18或19所述的热式流量计，其特征在于：

与所述支承部件的设置所述传感器元件的面相对的所述副通路的壁面，设置有从所述壁面突出的节流部，

所述第一突出部和所述第二突出部的从所述支承部件的表面起的高度H与所述节流部的突出量T的关系为H＞T。