CN104380056A - 热式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种热式流量计,该热式流量计能够避免因离心力而被引导到副通路外周侧的污染物质和难以被离心分离的颗粒状或液体状的污染物质到达流量检测部的热传递面,能够获得高测量精度,该热式流量计中,副通路具有:至少在被测量气体30的流动方向上在流量检测部602的上游侧沿固有平面形成为曲线状的上游侧弯曲路径390;和从上游侧弯曲路径390的下游侧形成至流量检测部602的下游侧的分支壁378,上游侧弯曲路径390的下游侧的副通路通过分支壁378分支为:与上游侧弯曲路径390的外周壁侧流体连通的主流路377;和与上游侧弯曲路径390的内周壁侧流体连通的分支路径388,流量检测部602以其热传递面露出部436与上游侧弯曲路径390的上述固有平面平行的姿态配置在主流路377内。

Description

热式流量计
技术领域
本发明涉及热式流量计。
背景技术
测量气体流量的热式流量计构成如下:设置用于测量流量的流量检测部,通过上述流量检测部与作为测量对象的上述气体之间进行热传递来测量上述气体的流量。热式流量计测得的流量作为各种装置的重要控制参数被广泛使用。热式流量计的特征为,与其它方式的流量计相比能够以相对更高的精度测量气体的流量,例如质量流量。
但仍期望进一步地提高气体流量的测量精度。例如,在安装有内燃机的车辆中,节省车辆燃料的期望和排出气体(即,废气)净化的期望非常高。为了满足这些期望,要求高精度地测量作为内燃机的主要参数的吸入空气量。测量导入内燃机的吸入空气量的热式流量计,设置有取入(即,导入)吸入空气量的一部分的副通路、和配置在上述副通路中的流量检测部,上述流量检测部通过与被测量气体之间进行热传递,来测量在上述副通路流动的被测量气体的状态,输出表示导入上述内燃机的吸入空气量的电信号。这种技术例如在日本特开2011-252796号公报(专利文献1)中公开。
然而,已知内燃机的进气管内会混入该内燃机或其它车辆排出的排出气体等污染物,该污染物附着到配置在副通路内的流量检测部,污染流量检测部的热传递面,或者在雨天或降雪时等的驾驶时会吸入由前方行驶的车辆卷起的水滴等,该水滴飞到流量检测部并附着到流量检测部的热传递面。
如果上述污染物等对流量检测部的热传递面造成污损,则热传递面的热传导率发生变化,无法得到初始状态(出厂时)的散热特性,即使相同流量的被测量气体接触热传递面,其输出值也偏离初始状态的输出值,产生误差。此外,如果水滴附着到流量检测部的热传递面,由于其气化热(即,汽化热),输出波形成为尖峰(spike)状,在水滴从热传递面蒸发或者通过后消失之前都无法获得精密的输出。
对于这种问题,例如在日本特开2009-109368号公报(专利文献2)中公开了避免难以被离心分离的细微的碳等颗粒状的污染物或油、水滴等液体状的污染物到达流量检测部的热传递面的技术。
专利文献2中公开的装置为一种具有在板状传感器元件的上游侧的副通路部分形成90°以上的曲线的副通路的装置,上述副通路在与板状传感器元件的传感器形成面正交且与流向平行的虚拟平面上形成90°以上的曲线,在板状传感器元件的传感器形成面侧及背面侧与副通路的壁面之间设有间隙。
上述油或水滴等液体状的污染物一旦附着在副通路的内壁面,就会以离心力不发挥作用的程度的缓慢速度在副通路内移动。即,在飞入进气管内的水滴等污染物侵入副到通路内时,该污染物在到达流量检测部之前几乎都附着在副通路的壁面,由于附着在壁面的污染物与副通路内的空气的流动相比前进速度十分慢,因此被引导到形成曲线的副通路的内周侧的流速快的地方。
根据专利文献2公开的装置,由于上述副通路在与板状传感器元件的传感器形成面正交且与流向平行的虚拟平面上形成(或称为“描绘”)90°以上的曲线,并且在板状传感器元件的传感器形成面侧及背面侧与副通路的壁面之间设有间隙,因此能够避免被引导到副通路的内周侧的颗粒状或液体状污染物到达传感器元件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-252796号公报
专利文献2:日本特开2009-109368号公报
发明内容
发明要解决的课题
另一方面,还已知搭载有内燃机的车辆的进气管中混入大气中所含的废物(例如沙子)等污染物质。虽然混入进气管中的这种污染物质的大部分(例如沙子等粒径较大的颗粒)被设置在该进气管上的滤气器除去,但例如15μm以下的微小颗粒等污染物质通过滤气器,侵入到副通路。此外,由于滤气器的老化,堆积在滤气器中的污染物质侵入到副通路内的情况也会发生。
例如在专利文献2公开的具有副通路的装置中,该副通路在板状传感器元件的上游侧的副通路部分描出90°以上曲线,当上述板状传感器元件的传感器形成面以与流向平行且与副通路形成的虚拟平面正交的姿态配置在副通路内时,侵入到副通路的废物等污染物质因作用于该污染物质的离心力而被引导到副通路的外周侧,该污染物质被副通路的外周侧壁面上形成的楔形突起反射而到达上述板状传感器元件的传感器形成面。
对于该问题,虽然可以考虑将上述板状传感器元件的传感器形成面以与流向平行(即,与气流平行)且沿着形成副通路的虚拟平面的姿态配置在副通路内,但是在这种情况下,产生如上所述地被引导到副通路的内周侧的颗粒状或液体状的污染物到达板状传感器元件部的课题。
这样,配置在内燃机等中的热式流量计需要抑制各种形态的污染物质到达流量检测部的热传递面,上述各种形态的污染物质包括被引导到副通路的内周侧的颗粒状或液体状的污染物质和因离心力而被引导到副通路的外周侧的废物等污染物质,开发可应对上述多种形态的污染物质而获得高测量精度的热式流量计成为本技术领域所追求的课题。
本发明的目的为提供如下热式流量计,其为一种具有副通路的装置,该副通路在与流量检测部的热传递面相比靠上游侧的副通路部分描绘曲线,能够避免因离心力而被引导到副通路的外周侧的污染物质和难以被离心分离的颗粒状或液体状的污染物质到达流量检测部的热传递面,获得高测量精度。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题,本发明的热式流量计设置有:用于使从主通路取入的被测量气体流动的副通路;和通过与在该副通路流动的被测量气体之间经由热传递面进行热传递来测量流量的流量检测部,该热式流量计的特征在于:上述副通路具有:至少在被测量气体的流动方向上与上述流量检测部相比在上游侧沿固有平面形成为曲线状的上游侧弯曲路径;和从该上游侧弯曲路径的下游侧遍及上述流量检测部的下游侧地形成的分支壁,上述上游侧弯曲路径的下游侧的副通路由该分支壁分支为与该上游侧弯曲路径的外周壁侧流体连通的外周路径、和与上述上游侧弯曲路径的内周壁侧流体连通且在上述流量检测部的下游侧与上述外周路径合流的内周路径,上述流量检测部以其热传递面与上述上游侧弯曲路径的上述固有平面平行的姿态配置在上述上游侧弯曲路径的下游侧的上述外周路径内。
发明效果
通过本发明,能够获得高测量精度的热式流量计。
上述之外的问题、结构和效果通过以下实施方式的说明变得明确。
附图说明
图1是表示在内燃机控制系统中使用本发明的热式流量计的一个实施例的系统图。
图2是表示热式流量计的外观的图,图2(A)为左侧面图(即,左视图),图2(B)为正面图(即,正视图)。
图3是表示热式流量计的外观的图,图3(A)为右侧面图(即,右视图),图3(B)为背面图(即,后视图)。
图4是表示热式流量计的外观的图,图4(A)为平面图(即,俯视图),图4(B)为下面图(即,仰视图)。
图5是表示热式流量计的壳体的图,图5(A)为壳体的左侧面图,图5(B)为壳体的正面图。
图6是表示热式流量计的壳体的图,图6(A)为壳体的右侧面图,图6(B)为壳体的背面图。
图7是表示配置在副通路的流路面的状态的部分放大图。
图8是表示正面罩(即,前罩)的外观的图,图8(A)为左侧面图,图8(B)为正面图,图8(C)为平面图。
图9是表示背面罩(即,后罩)304的外观的图,图9(A)为左侧面图,图9(B)为正面图,图9(C)为平面图。
图10(A)是表示热式流量计的壳体与背面罩组装后的状态的一部分的部分放大图,图10(B)是表示图10(A)的B-B截面的一部分的部分放大图。
图11是表示配置在副通路内的电路封装的前端部附近的状态的放大立体图。
图12是表示图10所示的实施例的另一实施例的部分放大图。
图13是表示图10所示的实施例的又一实施例的部分放大图。
图14是表示图10和图11所示的实施例的又一实施例的部分放大图,为表示热式流量计的壳体与背面罩组装后的状态的一部分的部分放大图。
图15是表示配置在图14所示的副通路内的电路封装的前端部附近的状态的放大立体图。
图16是表示图10和图11所示的实施例的又一实施例的部分放大图,图16(A)是表示热式流量计的壳体与背面罩组装后的状态的一部分的部分放大图,图16(B)是表示图16(A)的B-B截面的一部分的部分放大图。
图17是表示配置在图16所示的副通路内的电路封装的前端部附近的状态的放大立体图。
图18是表示图10和图11所示的实施例的又一实施例的部分放大图。
图19是表示图10和图11所示的实施例的又一实施例的部分放大图。
图20是表示图16(A)所示的实施例的另一实施例的部分放大图。
图21是电路封装的外观图,图21(A)为左侧面图,图21(B)为正面图,图21(C)为背面图。
图22是说明隔膜(即,膜片)及连接隔膜内部的空隙与开口的连通孔的说明图。
图23是表示热式流量计的制造工序的概要的图,为表示电路封装的生产工序的图。
图24是表示热式流量计的制造工序的概要的图,为表示热式流量计的生产工序的图。
图25是表示热式流量计的流量检测电路的电路图。
图26是说明流量检测电路的流量检测部的说明图。
具体实施方式
以下说明的用于实施发明的方式(以下记为实施例),解决了作为实际产品期望解决的各种课题,特别是解决了作为测量车辆的吸入空气量的测量装置使用时期望解决的各种课题,达到了各种效果。下述实施例所解决的各种课题中的一个是记载在上述的发明要解决的课题的栏中的内容,此外,下述实施例达到的各种效果中的一个是记载在发明效果栏中的效果。关于下述实施例所解决的各种课题,进一步关于利用下述实施例达到的各种效果,在下述实施例的说明中叙述。因此,在下述实施例中叙述的实施例所解决的课题和效果,也记载了发明要解决的课题栏、和发明效果栏的内容以外的内容。
在以下的实施例中,相同的参照用的附图标记在不同的附图中表示相同的结构,达到相同的作用效果。对于已经说明的结构,存在仅在图中标注参照用的附图标记,而省略说明的情况。
1.在内燃机控制系统中使用本发明的热式流量计的一实施例
图1是表示在电子燃料喷射方式的内燃机控制系统中应用本发明的热式流量计的一实施例的系统图。基于具有发动机汽缸112和发动机活塞114的内燃机110的动作,吸入空气作为被测量气体30从滤气器122吸入,经由作为主通路124的例如吸气体、节流体126、吸气岐管128被引导至发动机汽缸112的燃烧室。被导入上述燃烧室的吸入空气即被测量气体30的流量由本发明的热式流量计300测量,基于测量出的流量从燃料喷射阀152供给燃料,与作为吸入空气的被测量气体30一同以混合气的状态被导入燃烧室。另外,在本实施例中,燃料喷射阀152设置于内燃机的吸气口,喷射至吸气口的燃料与作为吸入空气的被测量气体30一同形成混合气,经由吸气阀116导入燃烧室,燃烧而产生机械能。
近年来,在众多的车辆中作为在净化排气和提高燃烧率方面优秀的方式,采用在内燃机的汽缸头安装燃料喷射阀152,从燃料喷射阀152向各燃烧室直接喷射燃料的方式。热式流量计300除了在图1所示的将燃料喷射至内燃机的吸气口的方式中使用之外,也能够同样使用于向各燃烧室直接喷射燃料的方式。在两种方式中,包括热式流量计300的使用方法的控制参数的测量方法和包括燃料供给量、点火时间的内燃机的控制方法的基本概念大致相同,作为两种方式的代表例,在图1中表示向吸气口喷射燃料的方式。
导入燃烧室的燃料和空气,成为燃料和空气的混合状态,通过火花塞154的火花点火而爆发性地燃烧,产生机械能。燃烧后的气体从排气阀118被引导至排气管,作为排出气体24从排气管向车外排出。被导入上述燃烧室的吸入空气即被测量气体30的流量,通过开度基于加速踏板的操作而变化的节流阀132进行控制。基于被导入上述燃烧室的吸入空气的流量控制燃料供给量,驾驶员控制节流阀132的开度,而控制导入上述燃烧室的吸入空气的流量,由此能够控制内燃机产生的机械能。
1.1内燃机控制系统的控制的概要
从滤气器122吸入在主通路124中流动的吸入空气即被测量气体30的流量和温度,由热式流量计300测量,表示吸入空气的流量和温度的电信号从热式流量计300输入至控制装置200。此外,测量节流阀132的开度的节流角度传感器144的输出被输入至控制装置200,进一步,为了测量内燃机的发动机活塞114、吸气阀116、排气阀118的位置、状态以及内燃机的旋转速度,旋转角度传感器146的输出被输入至控制装置200。为了根据排出气体24的状态测量燃料量和空气量的混合比的状态,氧传感器148的输出被输入至控制装置200。
控制装置200基于作为热式流量计300的输出的吸入空气的流量和基于旋转角度传感器146的输出测量出的内燃机的旋转速度,运算燃料喷射量和点火时间。基于这些运算结果,控制从燃料喷射阀152供给的燃料量、以及由火花塞154点火的点火时间。燃料供给量、点火时间实际上进一步基于由热式流量计300测量的吸气温度、节流角度的变化状态、发动机旋转速度的变化状态、由氧传感器148测量出的空燃比的状态而被精细(精确)地控制。控制装置200进一步在内燃机的空转状态中通过空转空气控制阀156控制旁通节流阀132的空气量,控制空转状态中的内燃机的旋转速度。
1.2提高热式流量计的测量精度的重要性和热式流量计的安装环境
内燃机的主要控制量即燃料供给量和点火时间均是以热式流量计300的输出为主参数而运算得出的。因此,热式流量计300的测量精度的提高、老化的抑制和可靠性的提高对于车辆的控制精度的提高和可靠性的保证很重要。特别是,近年来对车辆节省车辆燃料的需求非常高,并且对排出气体净化的需求非常高。为了满足这些需求,由热式流量计300测量的作为吸入空气的被测量气体30的流量的测量精度的提高极为重要。此外,热式流量计300维持高可靠性也很重要。
搭载热式流量计300的车辆在温度变化大的环境中使用,或者在风雨和雪中使用。在车辆在雪路上行驶的情况下,会在撒布了防冻剂的道路上行驶。优选热式流量计300考虑到针对该使用环境中的温度变化的应对和针对尘埃、污染物质等的应对。进一步地,热式流量计300被设置在受到内燃机的振动的环境中。对于振动也要求维持高可靠性。
此外,热式流量计300安装在受到来自内燃机的发热的影响的吸气管(即,进气管)中。因此,内燃机的发热经过作为主通路124的吸气管传递到热式流量计300。热式流量计300由于通过与被测量气体进行热传递来测量被测量气体的流量,因此尽可能地抑制来自外部的热量的影响很重要。
如下所述,搭载在车辆上的热式流量计300不仅解决记载在发明要解决的课题的栏中的课题和达到记载在发明效果的栏中的效果,如下所述,还充分地考虑到上述种种课题,解决作为产品所要求的各种课题,达到各种效果。热式流量计300所解决的具体课题和达到的具体效果在以下实施例的记载中加以说明。
2.热式流量计300的结构
2.1热式流量计300的外观结构
图2、图3和图4是表示热式流量计300的外观的图,图2(A)为热式流量计300的左侧面图,图2(B)为正面图,图3(A)为右侧面图,图3(B)为背面图,图4(A)为平面图,图4(B)为下面图。热式流量计300设置有壳体302、正面罩303和背面罩304。壳体302设置有用于将热式流量计300固定在作为主通路124的吸气体上的凸缘312、具有用于进行与外部机器的电连接的外部端子306的外部连接部305、和用于测量流量等的测量部310。测量部310的内部设有用于形成副通路的副通路槽,进一步,测量部310的内部设有电路封装400,该电路封装400设置有用于测量在主通路124流动的被测量气体30的流量的流量检测部602(参考图25)和用于测量在主通路124流动的被测量气体30的温度的温度检测部452。
2.2基于热式流量计300的外观结构的效果
由于热式流量计300的入口350设置在从凸缘312向主通路124的中心方向延伸的测量部310的前端侧,因此并非将主通路124的内壁面附近的气体取入副通路内,而是将从内壁面离开的接近中央部的部分的气体取入副通路内。因此,热式流量计300能够测量从主通路124的内壁面离开的部分的气体的流量和温度,能够抑制热量等的影响导致测量精度降低。在主通路124的内壁面附近易于受主通路124的温度的影响,称为被测量气体30的温度与气体本来的温度不同的状态,与主通路124内的主气体的平均状态不同。特别是主通路124为发动机的吸气体的情况下,受到来自发动机的热量的影响,多维持在高温。因此,主通路124的内壁面附近的气体相对于主通路124本来的气温变高的情况较多,成为使测量精度降低的原因。
主通路124的内壁面附近流体阻力较大,与主通路124的平均流速相比流速较低。因此,如果将主通路124的内壁面附近的气体作为被测量气体30取入副通路内,则存在如下问题:即,流速相对于主通路124的平均流速的降低导致产生测量误差的问题。图2至图4所示的热式流量计300中,入口350设置在从凸缘312向主通路124的中央延伸的薄且长的测量部310的前端部,因此能够降低与内表面附近的流速降低相关的测量误差。此外,图2至图4所示的热式流量计300中,不仅入口350设置在从凸缘312向主通路124的中央延伸的测量部310的前端部,副通路的出口也设置在测量部310的前端部,因此能够进一步地降低测量误差。
热式流量计300的测量部310形成为从凸缘312向主通路124的中心方向较长地延伸的形状,在其前端部设置有用于将吸入空气等被测量气体30的一部分取入副通路内的入口350和用于将被测量气体30从副通路送回主通路124的出口352。测量部310形成为沿从主通路124的外壁向中央的轴较长地延伸的形状,宽度如图2(A)和图3(A)所示,成为狭窄的形状。即,热式流量计300的测量部310形成为侧面宽度薄、正面为大致长方形的形状。由此,热式流量计300能够具备长度足够的副通路,并且能够将对被测量气体30的流体阻力抑制为小的值。因此,热式流量计300能够将流体阻力抑制为小的值并且以高精度测量被测量气体30的流量。
2.3温度检测部452的结构
如图2和图3所示,在与设置于测量部310的前端侧的副通路相比更靠凸缘312侧的位置,设置有朝向被测量气体30的气流的上游侧开口的入口343,在入口343的内部配置有用于测量被测量气体30的温度的温度检测部452。在设置有入口343的测量部310的中央部,构成壳体302的测量部310内的上游侧外壁朝向下游侧凹陷,成为温度检测部452从上述凹陷形状的上游侧外壁向上游侧突出的形状。此外,在上述凹陷形状的外壁的两侧部设置有正面罩303和背面罩304,上述正面罩303和背面罩304的上游侧端部成为相比于上述凹陷形状的外壁向上游侧突出的形状。因此,通过上述凹陷形状的外壁及其两侧的正面罩303和背面罩304,形成用于取入被测量气体30的入口343。从入口343取入的被测量气体30通过与设置于入口343内部的温度检测部452接触,由温度检测部452测量温度。进一步,被测量气体30沿着支承从成为凹陷形状的壳体302的外壁向上游侧突出的温度检测部452的部分流动,从设置于正面罩303和背面罩304的正面侧出口(即,前侧出口)344和背面侧出口(即,后侧出口)345排出到主通路124。
2.4与温度检测部452相关的效果
从沿着被测量气体30的流动的方向的上游侧流入到入口343的气体的温度由温度检测部452测量,进一步,该气体朝向着作为支承温度检测部452的部分的温度检测部452根部流动,由此起到使支承温度检测部452的部分的温度向接近被测量气体30的温度的方向冷却的作用。作为主通路124的吸气管的温度通常较高,热量从凸缘312或热绝缘部315通过测量部310内的上游侧外壁传递到支承温度检测部452的部分,存在对温度的测量精度造成影响的问题。如上所述,通过使被测量气体30被温度检测部452测量后沿着支承温度检测部452的部分流动,冷却上述支承的部分。因此,能够抑制热量从凸缘312或热绝缘部315通过测量部310内的上游侧外壁向支承温度检测部452的部分传递。
特别地,在支承温度检测部452的部分,由于测量部310内的上游侧外壁形成为朝向下游侧凹陷的形状(利用图5和图6在后面说明),因此能够使测量部310内的上游侧外壁与温度检测部452之间的距离较长。热传导距离变长,并且被测量气体30的冷却部分的距离变长。因此,能够降低从凸缘312或热绝缘部315带来的热量的影响。通过这样提高测量精度。由于上述上游侧外壁形成为朝向下游侧凹陷的形状(利用图5和图6在后面说明),因此以下说明的电路封装400(参考图5和图6)的固定变得容易。
2.5测量部310的上游侧侧面与下游侧侧面的结构和效果
在构成热式流量计300的测量部310的上游侧侧面和下游侧侧面,分别设置有上游侧突起317和下游侧突起318。上游侧突起317和下游侧突起318形成为相对于根部随着往前端去逐渐变细的形状,能够降低在主通路124内流动的吸入空气30的流体阻力。在热绝缘部315与入口343之间设置有上游侧突起317。虽然上游侧突起317截面积较大,来自凸缘312或热绝缘部315的热传导较大,但上游侧突起317在入口343的跟前中断,并且如下所述,从上游侧突起317的温度检测部452侧到温度检测部452的距离,通过壳体302的上游侧外壁的凹陷,形成为长的形状。因此,抑制了热从热绝缘部315向支承温度检测部452的部分的传递。
此外,在凸缘312或热绝缘部315与温度检测部452之间,形成有后述的端子连接部320和包含端子连接部320的空隙。因此,凸缘312或热绝缘部315与温度检测部452之间变长,在该长的部分设置有正面罩303和背面罩304,该部分起到冷却面的作用。因此,能够降低主通路124的壁面的温度对温度检测部452产生的影响。此外,通过使凸缘312或热绝缘部315与温度检测部452之间变长,能够使被测量气体30被引导至副通路的取入部分靠近主通路124的中央。能够抑制主通路124的壁面的导热导致的测量精度的降低。
如图2(B)和图3(B)所示,插入主通路124内的测量部310,其两侧面非常窄,并且下游侧突起318和上游侧突起317形成为降低空气阻力的前端比根部窄的形状。因此,能够抑制热式流量计300插入主通路124导致的流体阻力的增大。此外,在设置下游侧突起318和上游侧突起317的部分,形成为上游侧突起317和下游侧突起318从正面罩303和背面罩304的两侧部向两侧突出的形状。由于上游侧突起317和下游侧突起318利用树脂模塑制作,易于形成为空气阻力小的形状,另一方面,正面罩303和背面罩304形成为具有大冷却面的形状。因此,热式流量计300降低了空气阻力,并且具有易于被流过主通路124的被测量气体冷却的效果。
2.6凸缘312的结构和效果
在凸缘312,在其下表面的与主通路124相对的部分设置有多个凹陷314,减小与主通路124之间的热传递面,使热式流量计300不易受热量的影响。凸缘312的螺纹孔313用于将热式流量计300固定在主通路124,在各螺纹孔313周围的与主通路124相对的面与主通路124之间成形有空间,使得这些螺纹孔313周围的与主通路124相对的面远离主通路124。通过这样,降低从主通路124到热式流量计300的热传递,形成可防止因热量而导致测量精度降低的结构。进一步,上述凹陷314不仅有降低热传递的效果,还有在壳体302的成形时减少构成凸缘312的树脂的收缩的影响的作用。
在凸缘312的测量部310侧设置有热绝缘部315。热式流量计300的测量部310从设置于主通路124的安装孔插入内部,热绝缘部315与主通路124的上述安装孔的内表面相对。主通路124例如为吸气体,主通路124被维持为高温的情况较多。反之,在寒冷地区起动时,可预想到主通路124为极低的温度。若主通路124的这种高温或低温的状态对温度检测部452和后述的流量测量造成影响,则测量精度降低。因此,在与主通路124的孔的内表面接近的热绝缘部315并排地设置多个凹陷316,相邻的凹陷316之间靠近上述孔的内表面的热绝缘部315的宽度极薄,为凹陷316的流体的流动方向的宽度的三分之一以下。由此能够减少温度的影响。此外,热绝缘部315的部分的树脂变厚。在壳体302的树脂模塑时,树脂从高温状态冷却到低温并固化时产生体积收缩,产生应力进而导致产生变形。通过在热绝缘部315形成凹陷316,能够使体积收缩更加均匀,能够减少应力集中。
热式流量计300的测量部310从设置于主通路124的安装孔插入内部,利用螺钉通过热式流量计300的凸缘312固定在主通路124。优选热式流量计300按照规定的位置关系固定于设置于主通路124的安装孔。凸缘312上设置的凹陷314能够用于主通路124与热式流量计300的定位。通过在主通路124形成凸部,能够形成为上述凸部和凹陷314具有嵌入的关系的形状,能够将热式流量计300在正确的位置固定于主通路124。
2.7外部连接部305和凸缘312的结构和效果
图4(A)是热式流量计300的平面图。在外部连接部305的内部设置有4个外部端子306和校正用端子307。外部端子306是用于将热式流量计300的测量结果即流量和温度输出的端子、和用于供给用于热式流量计300进行动作的直流电力的电源端子。校正用端子307是用于进行生产出的热式流量计300的测量,求取关于各个热式流量计300的校正值,将校正值存储于热式流量计300内部的存储器中的端子,在之后的热式流量计300的测量动作中使用表示存储于上述存储器中的校正值的校正数据,而不使用该校正用端子307。由此,在外部端子306与其它外部设备的连接中,校正用端子307形成为与外部端子306不同的形状,使得校正用端子307不会造成阻碍。在该实施例中,校正用端子307形成为比外部端子306短的形状,即使向与外部端子306连接的外部设备进行连接的连接端子插入外部连接部305,也不会成为连接的阻碍。此外,在外部连接部305的内部沿着外部端子306设置有多个凹陷308,这些凹陷308用于在作为凸缘312的材料的树脂冷却固化时减少由树脂收缩导致的应力集中。
除了在热式流量计300的测量动作中使用的外部端子306,还设置校正用端子307,由此能够在热式流量计300出厂前针对各个热式流量计300进行特性测量,测量产品的偏差,将用于减少偏差的校正值存储于热式流量计300内部的存储器。上述校正值的设定工序之后,校正用端子307被形成为与外部端子306不同的形状,使得校正用端子307不会对外部端子306与外部设备的连接造成阻碍。像这样,热式流量计300在出厂前能够减少各自的偏差,实现测量精度的提高。
3.壳体302的整体结构及其效果
3.1副通路和流量检测部的结构和效果
在图5和图6中表示从热式流量计300取下正面罩303和背面罩304后的壳体302的状态。图5(A)是壳体302的左侧面图,图5(B)是壳体302的正面图,图6(A)是壳体302的右侧面图,图6(B)是壳体302的背面图。
壳体302形成为测量部310从凸缘312向主通路124的中心方向延伸的构造,在其前端侧设置有用于成形副通路的副通路槽。在该实施例中在壳体302的正背两面设置有副通路槽,在图5(B)中表示正面侧副通路槽332,在图6(B)中表示背面侧副通路槽334。用于成形副通路的入口350的入口槽351和用于成形出口352的出口槽353设置在壳体302的前端部,因此能够将从主通路124的内壁面离开的部分气体,换言之,能够将在接近主通路124的中央部分的部分流动的气体,作为被测量气体30从入口350取入。在主通路124的内壁面附近流动的气体,受到主通路124的壁面温度的影响,多会具有与吸入空气等在主通路124流动的气体的平均温度不同的温度。此外,在主通路124的内壁面附近流动的气体,多会显示出比在主通路124流动的气体的平均流速慢的流速。实施例的热式流量计300难以受到这样的影响,因此能够抑制测量精度的下降。
由上述正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334形成的副通路通过外壁凹陷部366、上游侧外壁335、下游侧外壁336与热绝缘部315连接。此外,在上游侧外壁335设置有上游侧突起317,在下游侧外壁336设置有下游侧突起318。根据这样的构造,热式流量计300在凸缘312固定于主通路124,由此,具有电路封装400的测量部310维持高可靠性固定于主通路124。
在该实施例中在壳体302设置有用于成形(即,形成)副通路的副通路槽,将罩覆盖壳体302的正面和背面,由此形成为利用副通路槽和罩完成副通路的结构。通过采用这样的构造,能够在壳体302的树脂模塑工序中作为壳体302的一部成形所有的副通路槽。此外,在壳体302成形时在壳体302的两面设置模具,因此通过使用该两个模具,能够将正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334这两方作为壳体302的一部分全部成形。通过在壳体302的两面设置正面罩303和背面罩304,能够形成壳体302的两面的副通路。通过利用模具在壳体302的两面成形正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334,能够以高精度成形副通路。而且能够提高生产率。
在图6(B)中在主通路124流动的被测量气体30的一部分从成形入口350的入口槽351被取入背面侧副通路槽334内,在背面侧副通路槽334内流动。背面侧副通路槽334形成为随着进入而变深的形状,随着沿槽流动,被测量气体30向正面侧的方向缓缓移动。特别是背面侧副通路槽334在电路封装400的上游部342设置有急剧变深的陡倾斜部(急倾斜部)347,质量小的空气的一部分沿着陡倾斜部347移动,在电路封装400的上游部342向图5(B)中记载的测量用流路面430流动。另一方面,质量大的异物不易由于惯性力而进行急剧的前进路线变更,因此在图6(B)所示的测量用流路面背面431移动。之后通过电路封装400的下游部341,在图5(B)中记载的测量用流路面430流动。
利用图7对热传递面露出部436附近的被测量气体30的流动进行说明。在图5(B)记载的正面侧副通路槽(即,前侧副通路槽)332中,从上述电路封装400的上游部342向正面侧副通路槽332侧移动的作为被测量气体30的空气,沿着测量用流路面430流动,经测量用流路面430上设置的热传递面露出部436与用于测量流量的流量检测部602之间进行热传递,进行流量测量。通过测量用流路面430后的被测量气体30与从电路封装400的下游部341流到正面侧副通路槽332的空气一起沿着正面侧副通路槽332流动,从用于形成出口352的出口槽353排出到主通路124。
混入被测量气体30中的杂质(或,垃圾)等质量大的物质的惯性力大,难以沿槽的深度急剧变深的图6(B)所示的陡倾斜部347的部分的表面,向槽的深方向(即,进深方向)急剧地改变路线。因此,质量大的异物在测量用流路面背面431移动,能够抑制异物通过热传递面露出部436的附近。在该实施例中采用气体以外的质量大的异物较多通过作为测量用流路面430的背面的测量用流路面背面431的结构,因此,能够减少由油、碳、杂质等异物造成的污染的影响,能够抑制测量精度的下降。即,由于具有沿着横穿主通路124的气流的轴(即,流动的轴)的轴使被测量气体30的前进路径急剧变化的形状,因此能够减少混入被测量气体30的异物的影响。
在该实施例中,由背面侧副通路槽334构成的流路描绘出曲线地从壳体302的前端部向着凸缘方向去,在最靠凸缘侧的位置,在副通路流动的气体相对于主通路124的流动成为反方向的流动,在该反方向的流动的部分,一侧即背面侧的副通路与在另一侧即正面侧成形的副通路连接。通过采用这样的结构,电路封装400的热传递面露出部436向副通路的固定变得容易,而且容易在接近主通路124的中央部的位置取入被测量气体30。
在该实施例中,具有在用于测量流量的测量用流路面430的流动方向的前后、贯通至背面侧副通路槽(即,后侧副通路槽)334和正面侧副通路槽332的结构,并且,电路封装400的前端侧并非由壳体302支承的结构,而是具有空洞部382,电路封装400的上游部342的空间与电路封装400的下游部341的空间被连接的结构。作为贯通该电路封装400的上游部342和电路封装400的下游部341的结构,副通路成形为使被测量气体30从在壳体302的一个面形成的背面侧副通路槽334向在壳体302的另一个面形成的正面侧副通路槽332移动的形状。通过采用这种结构,能够在一次树脂模塑工序中在壳体302的两个面成形副通路槽,并且能够一并成形将两面的副通路槽连接的结构。
在壳体302的成形(成型)时,能够利用成型模具以覆盖电路封装400的前端侧的方式夹住在电路封装400上形成的测量用流路面430的两侧,从而形成贯通电路封装400的上游部342和电路封装400的下游部341的结构和空洞部382,并且,在壳体302的树脂模塑成形的同时,能够将电路封装400安装到壳体302。这样,通过将电路封装400插入壳体302的成型模具进行成形,能够相对于副通路高精度地安装电路封装400和热传递面露出部436。
在本实施例中,采用贯通该电路封装400的上游部342和电路封装400的下游部341的结构。但也能够通过采用贯通电路封装400的上游部342和下游部341其中一方的结构,在一次树脂模塑工序中形成连接背面侧副通路槽334与正面侧副通路槽332的副通路形状。
此外,在背面侧副通路槽334的两侧设置有背面侧副通路内周壁391和背面侧副通路外周壁392,通过使该背面侧副通路内周壁391和背面侧副通路外周壁392各自的高度方向的前端部与背面罩304的内侧面紧密接触,来形成壳体302的背面侧副通路。此外,在正面侧副通路槽332的两侧设置有正面侧副通路内周壁393和正面侧副通路外周壁394,通过使该正面侧副通路内周壁393和正面侧副通路外周壁394各自的高度方向的前端部与正面罩303的内侧面紧密接触,形成壳体302的正面侧副通路。
在该实施例中,被测量气体30分开流动至测量用流路面430和其背面这两方,在一方一侧设置有测量流量的热传递面露出部436,但也可以不将被测量气体30分至两个通路,使得仅通过测量用流路面430的表面侧。通过相对于主通路124的流动方向的第一轴,以沿横穿该第一轴的方向的第二轴的方式使副通路弯曲,能够使混入被测量气体30的异物靠近第二轴的弯曲较小的一侧,通过在第二轴的弯曲较大的一方设置测量用流路面430和热传递面露出部436,能够减少异物的影响。
此外,在该实施例中,在正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334的连接部分设置有测量用流路面430和热传递面露出部436。但是,也可以不在正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334的连接部分设置,而在正面侧副通路槽332或背面侧副通路槽334设置。
在设置于测量用流路面430的用于测量流量的热传递面露出部436的部分形成有缩细形状(即,断面缩小形状),以下使用图7进行说明。由于该缩细部(也称为“节流部”)的效果,流速变快,测量精度提高。此外,即使假设在热传递面露出部436的上游侧在气体的流动中产生涡流,也能够利用上述节流部(也称为“缩细部”)去除或减少涡流,提高测量精度。
在图5和图6中,上游侧外壁335在温度检测部452的根部具有形成为向下游侧凹陷的形状的外壁凹陷部366。利用该外壁凹陷部366,温度检测部452与外壁凹陷部366之间的距离变长,能够减少经由上游侧外壁335传递来的热的影响。
此外,虽然通过由固定部372包围电路封装400来固定电路封装400,但通过利用外壁凹陷部366进一步固定电路封装400,能够增大固定电路封装400的力量。固定部372在沿着被测量气体30的流动的轴的方向包围电路封装400。另一方面,外壁凹陷部366在横穿被测量气体30的流动的轴的方向包围电路封装400。即,以相对于固定部372进行包围的方向不同的方式包围电路封装400。由于在两个不同的方向包围电路封装400,因此固定力增大。外壁凹陷部366虽然是上游侧外壁335的一部分,但为了增大固定力,也可以代替上游侧外壁335而由下游侧外壁336在与固定部372不同的方向包围电路封装400。例如,也可以由下游侧外壁336包围电路封装400的板部,或者,在下游侧外壁336设置向上游方向凹的凹陷部或者向上游方向突出的突出部来包围电路封装400。之所以在上游侧外壁335设置外壁凹陷部366来包围电路封装400,是为了除了进行电路封装400的固定之外,还使得具有使温度检测部452与上游侧外壁335之间的热阻增大的作用。
在温度检测部452的根部设置外壁凹陷部366,由此能够减少从凸缘312或者热绝缘部315经由上游侧外壁335传递来的热的影响。还设置有通过上游侧突起317与温度检测部452之间的切口成形的测温用凹陷368。利用该测温用凹陷368能够减少经由上游侧突起317向温度检测部452的热传递。由此提高温度检测部452的检测精度。特别是上游侧突起317的截面积大,因此热容易传递,阻止热传递的测温用凹陷368的作用很重要。
此外,在本实施例中,上述入口350和出口352分别向滤气器侧和燃烧室侧开口地设置,用于流动被测量气体30的副通路描出曲线地从入口350向凸缘312的方向设置,在其最靠近凸缘312的位置形成与主通路214的流动为相反方向的流动,并再次描出曲线地形成从凸缘312侧到出口352的流动。即,如图5和图6所示,上述副通路以沿着通过热式流量计300的正反面的中心的平面PL描出180度的环(loop)的方式形成。由固定部372固定的矩形状的电路封装400,以使测量用流路面430(特别是流量检测部602的热传递面露出部436)以及测量用流路面431与副通路内的被测量气体30的流动大致平行、使得不阻碍副通路内的被测量气体30的流动的姿态配置。
此外,例如内燃机的吸气管中有时混入大气中所含的尘埃(例如沙子)等污染物质,经过吸气管侵入副通路内的尘埃等污染物质按照副通路的环形状通过作用于该污染物质的离心力而被引导到副通路的外周侧,并且该污染物质在副通路的外周侧壁面(例如顺流的情况下为背面侧副通路外周壁392)反射而朝向副通路的内周侧去,因此为了使被引导到副通路的外周侧的污染物质和在副通路的外周侧壁面反射的污染物质不到达流量检测部602的热传递面露出部436,由固定部372固定的电路封装400以其测量用流路面430(特别是流量检测部602的热传递面露出部436)与用于形成环状副通路的上述平面PL大致平行的姿态配置。
3.2副通路的流量检测部的结构和效果
图7是表示电路封装400的测量用流路面430配置在副通路槽的内部的状态的部分放大图,是图6的A-A截面图。另外,该图是概念图,与图5和图6所示的详细形状相比,图7中进行了细微部分的省略和简化,细微部分存在少许变形。图7的左部分是背面侧副通路槽334的终端部,右侧部分是正面侧副通路槽332的始端部分。图7中虽然没有明确记载,但在具有测量用流路面430的电路封装400的左右两侧设置有贯通部,在具有测量用流路面430的电路封装400的左右两侧背面侧副通路槽334和正面侧副通路槽332连接。
从入口350取入、在由背面侧副通路槽334构成的背面侧副通路流动的被测量气体30,从图7的左侧被引导,被测量气体30的一部分经由电路封装400的上游部342的贯通部,在由电路封装400的测量用流路面430的正面和设置于正面罩303的突起部356形成的流路386流动,其它的被测量气体30在由测量用流路面背面431和背面罩304形成的流路387流动。之后,在流路387流动的被测量气体30经由电路封装400的下游部341的贯通部向正面侧副通路槽332移动,与在流路386流动的被测量气体30合流,在正面侧副通路槽332流动,从出口352排出到主通路124。
以从背面侧副通路槽334经由电路封装400的上游部342的贯通部被导向流路386的被测量气体30,与导向流路387的流路相比弯曲更大的方式,形成副通路槽,因此,包含于被测量气体30的杂质等质量大的物质聚集于弯曲较少的流路387。因此,几乎没有异物向流路386流入。
在流路386中,与正面侧副通路槽332的最前端部相连地,设置于正面罩303的突起部356向测量用流路面430缓缓突出,由此成为形成缩细部(即,节流部)的构造。在流路386的缩细部的一侧配置测量用流路面430,在测量用流路面430设置有用于在流量检测部602与被测量气体30之间进行热传递的热传递面露出部436。为了高精度地进行流量检测部602的测量,优选在热传递面露出部436的部分,被测量气体30为涡流较少的层流。此外,流速较快时,测量精度提高。因此,与测量用流路面430相对地设置于正面罩303的突起部356通过向测量用流路面430平滑突出而成形缩细部。该缩细部起到使被测量气体30的涡流减少,使其接近层流的作用。而且,缩细部分的流速变快,在该缩细部分配置有用于测量流量的热传递面露出部436,因此,流量的测量精度提高。
以与设置于测量用流路面430的热传递面露出部436相对的方式使突起部356在副通路槽内突出,由此形成缩细部,从而能够提高测量精度。用于成形缩细部的突起部356,设置在与设置于测量用流路面430的热传递面露出部436相对的罩。图7中与设置于测量用流路面430的热传递面露出部436相对的罩为正面罩303,因此在正面罩303设置有突起部356,但只要是在正面罩303和背面罩304中的与设置于测量用流路面430的热传递面露出部436相对的罩设置即可。根据电路封装400中的设置测量用流路面430和热传递面露出部436的面是哪一个,与热传递面露出部436相对的罩是哪一个会相应改变。
在图5和图6中,在设置于测量用流路面430的热传递面露出部436的背面即测量用流路面背面431,残留有在电路封装400的树脂模塑工序中使用的模具的按压印迹442。按压印迹442并不会对流量的测量造成阻碍,就算原样保留按压印迹442也没有问题。此外,在后面会叙述,在将电路封装400由树脂模塑成形时,流量检测部602所具有的半导体隔膜的保护是重要的。因此,热传递面露出部436的背面的按压是重要的。此外,使得覆盖电路封装400的树脂不会流入热传递面露出部436是很重要的。从这样的观点出发,将包含热传递面露出部436的测量用流路面430以模具包围,而且以其它模具按压热传递面露出部436的背面,阻止树脂的流入。电路封装400由传递模塑(transfer mold,传递模)制作,因此树脂的压力高,从热传递面露出部436的背面进行的按压是很重要的。此外,优选在流量检测部602使用半导体隔膜,成形通过半导体隔膜形成的空隙的通气用通路。为了保持固定用于成形通气用通路的板等,从热传递面露出部436的背面进行的按压是重要的。
3.3正面罩303和背面罩304的形状和效果
图8是表示正面罩303的外观的图,图8(A)为左侧面图,图8(B)为正面图,图8(C)为平面图。图9是表示背面罩304的外观的图,图9(A)为左侧面图,图9(B)为正面图,图9(C)为平面图。
在图8和图9中,正面罩303和背面罩304用于通过堵住壳体302的副通路槽的一部分来形成副通路。此外,如图8所示,设置突起部356,用于在流路中设置缩细部。因此,优选成形精度高。正面罩303和背面罩304由于通过在模具中注入热可塑性树脂的树脂模塑工序制造,因此能够以高成形精度制造。此外,在正面罩303和背面罩304形成有突起部380和突起部381,成为如下结构:在与壳体302嵌合时填满图5(B)和图6(B)所示的电路封装400的前端部的空洞部382的间隙并且覆盖电路封装400的前端部。
具体地,如图8和图9所示,在形成于正面罩303的突起部380,在前端部中电路封装400侧的角部形成有凹陷379,在背面罩304形成的突起部381成大致矩形状。上述突起部380、381分别形成在与电路封装400的前端部401对应的位置,如图10所示,将正面罩303和背面罩304组装到壳体302上时,正面罩303和背面罩304的突起部380、381的前端部的端面彼此之间相对齐,利用在前端角部具有凹陷379的突起部380和截面为大致长方形状的突起部381形成凹部383,在将正面罩303和背面罩304组装到到壳体302的同时,将电路封装400的前端部401收纳在该凹部383内。
通过这样的结构,通过在壳体302成形时、利用成型模具覆盖电路封装400的前端侧,能够利用正面罩303和背面罩304的突起部380、381填满在该电路封装400的前端侧形成的空洞部382,能够减少电路封装400的区域、特别是在电路封装400搭载的流量检测部602的热传递面露出部436附近的副通路的流路截面,因此使在流量检测部602的热传递面露出部436流动的被测量气体30的流速加快,能够提高被测量气体30的流量测量精度。
而如图10(A)所示,通向副通路的入口350和出口352分别向滤气器侧和燃烧室侧开口地设置,用于流动被测量气体30的副通路描绘曲线地从入口350朝向凸缘312的方向设置,在最靠近凸缘312侧的位置形成与主通路124的流动为相反方向的流动,并再次描绘曲线(即,成为曲线形状)地形成从凸缘312侧到出口352的流动,即,上述副通路以沿着通过热式流量计300的正反面的中心的平面PL描绘180度的环的方式形成,在这种情况下,在被测量气体30的流动方向上与流量检测部602的热传递面露出部436相比位于上游侧的上游侧弯曲路径390(背面侧副通路槽334)和下游侧的下游侧弯曲路径389(正面侧副通路槽332)中流动的被测量气体30,分别具有在副通路内周壁侧相对地变快的流速分布。
因此,侵入副通路内的难以被离心分离的细微的碳等颗粒状的污染物质或油、水滴等液体状的污染物质的大部分在到达流量检测部602的热传递面露出部436前附着到副通路的上游侧弯曲路径390的壁面,由于附着在该壁面上的污染物质与副通路内的被测量气体30的流动相比前进速度足够地低,因此被引导到副通路的上游侧弯曲路径390的内周壁侧。
本实施例中,如上所述,为了避免大气中所含的尘埃(例如沙子)等污染物质到达流量检测部602的热传递面露出部436,以测量用流路面430(特别是流量检测部602的热传递面露出部436)与用于形成环状副通路的平面PL大致平行的姿态配置电路封装400,为了减小搭载在电路封装400上的流量检测部602的热传递面露出部436附近的副通路的流路截面,在由正面罩303和背面罩304的突起部380、381构成的凹部383内收纳有电路封装400的前端部401。因此,存在如下可能性:被引导到副通路的上游侧弯曲路径390的内周壁侧的污染物质,向突起部380、381表面流动,之后到达到达电路封装400,污损该电路封装400。
在本实施例中,如图10和图11所示,配置在副通路的电路封装400的前端侧、填埋上述空洞部382的间隙的突起部380、381与和副通路的固定部372相对的内周壁373分离地配置,在突起部380、381与内周壁373之间形成有间隙384,在突起部380、381的上游侧端部与副通路的内周壁373之间形成有用于使被引导到副通路的上游侧弯曲路径390的内周壁侧的污染物质分支的上游侧分支口370。此外,考虑到波动和逆流(波动变大而从内燃机向吸气管的滤气器的方向流动的空气流)等的发生,在突起部380、381的下游侧端部与副通路的内周壁373之间形成有用于使被引导到副通路的下游侧弯曲路径389的内周壁侧的污染物质分支的下游侧分支口369。
即,通过正面罩303和背面罩304的突起部380、381,在副通路内形成从构成环状副通路的上游侧弯曲路径390的下游侧延伸到流量检测部602的下游侧的分支壁378,通过该分支壁378,将上游侧弯曲路径390的下游侧的副通路分支为:与上游侧弯曲路径390的外周壁(背面侧副通路外周壁392)侧的流路流体连通的主流路(外周路径)377;和与上游侧弯曲路径390的内周壁(背面侧副通路内周壁391)侧的流路流体连通且在流量检测部602的热传递面露出部436的下游侧与上述主流路377合流的分支路径(内周路径)388。并且,具有热传递面露出部436的流量检测部602配置在与配置在副通路的内周壁373侧的分支路径388分离的上述主流路377侧。
通过这种结构,由于附着在副通路的壁面并被引导到副通路的弯曲路径内周侧的细微的碳等颗粒状的污染物质或油、水滴等液体状的污染物质,经上述上游侧分支口370、下游侧分支口369被引导到上述分支路径388内,因此能够可靠地避免侵入副通路内的污染物质到达电路封装400特别是流量检测部602的热传递面露出部436,能够可靠地抑制油、水滴等导致的电路封装400的污损。此外,通过使上述正面罩303和背面罩304的突起部380、381与和副通路的固定部372相对的内周壁373(由壳体302形成)分离地配置,在将正面罩303和背面罩304组装到壳体302时,能够避免突起部380、突起部381与内周壁373相互干扰,因此具有能够提高正面罩303以及背面罩304与壳体302的组装性的优点。
即,在本实施例的热式流量计300中,通过电路封装400上安装的流量检测部602的热传递面露出部436的配置姿态,能够避免大气中所含的尘埃(例如沙子)等因离心力而被引导到曲线状(环状)的副通路的外周侧的污染物质到达流量检测部602的热传递面露出部436,通过在由突起部380、381构成的分支壁378与内周壁373之间形成的分支路径388,能够可靠地避免被引导到曲线状(环状)的副通路的内周侧的污染物质到达流量检测部602的热传递面露出部436,能够长时间抑制流量检测部602的热传递面露出部436被各种形态的污损物质污损,因此能够有效地提高被测量气体30的流量测量精度。
此外,在本实施例中,从电路封装400的上游侧端部遍及至下游侧端部地形成正面罩303和背面罩304的突起部380、381,在将电路封装400一体地成形固定在壳体302的固定部372的状态下将正面罩303和背面罩304组装到壳体302时,通过将电路封装400的前端部401、特别是电路封装400的前端部401的上游侧和下游侧的角部收纳在由上述突起部380、381形成的凹部383的内部,能够抑制在副通路流动的被测量气体30与电路封装400的前端部401的冲撞,能够抑制在电路封装400的前端部401产生被测量气体30的涡流,能够有效地提高被测量气体30的流量测量精度。
以下,对在由突起部380、381构成的分支壁378与内周壁373之间形成的分支路径388详细地进行说明。
如上所述,在壳体302的成形时由于利用成型模具覆盖电路封装400的前端侧的几乎整体,因此如图10(A)和图11所示,与副通路的固定部372相对的内周壁373(电路封装400的前端部401附近的内周壁373)的与电路封装400对应的部分呈凹陷形状。即,在上述上游侧弯曲路径390的下游侧的副通路,通过上述空洞部382形成有具有相对地比上述上游侧弯曲路径390的下游侧的流路截面更大的流路截面的加宽部375。
构成上述分支路径388的正面罩303和背面罩304的突起部380、381的与内周壁373相对的表面,呈与上述呈凹陷形状的内周壁373互补的形状,因此,在形成于上述上游侧弯曲路径390的下游侧的副通路的上述加宽部375中、从上游侧弯曲路径390的下游侧向副通路的内周壁侧加宽的部分,沿着上述内周壁373的形状形成上述分支路径388。
通过这种结构,在本实施例中,由于在形成于由突起部380、381构成的分支壁378与内周壁373之间的上述分支路径388、形成有与上述凹陷对应的4个弯曲部385,所以例如即使在细微的碳等颗粒状污染物质被引导到分支路径388的情况下,也能够通过上述弯曲部385使分支路径388内的流动弯曲,使污染物质与弯曲部385的壁面冲撞,或者降低分支路径388内的流速,能够在分支路径388内捕获更多的污染物质。此外,上述弯曲部385的数目、配置及其形状等可适宜地设定。
并且,例如在上述分支路径388具有弯曲部385的情况下,可认为与在主流路377流动的被测量气体30的流速相比,包含在分支路径388内流动的被测量气体30和污染物质的气体的流速下降。
在本实施例中,如图10(A)所示,以连接上游侧弯曲路径390的内周壁与下游侧弯曲路径389的内周壁的方式形成上述分支路径388,由此使分支路径388的路径长度比从分支处到合流处的主流路377的路径长度相对地更短,其中该分支处是该分支路径388和主流路377从副通路分支的部位(分支壁378的上游侧端部),上述合流处是分支路径388与主流路377合流的部位(分支壁378的下游侧端部)。
通过这种结构,能够使在主流路377流动的被测量气体30从上游侧弯曲路径390侧的分支处到达下游侧弯曲路径389侧合流处的时间、与分支路径388的被测量气体30等从分支处到达合流处的时间大概一致,能够使在副通路的主流路377内测量了流量的气体与在合流处合流到主流路377的气体的特性大致一致,因此能够提高热式流量计300对被测量气体30的流量测量精度。
进一步,在本实施例中,如图10(A)和图11所示,由于上述分支路径388在主流路377与分支路径388的分支处(分支口370)从上游侧弯曲路径390的内周壁(背面侧副通路内周壁391)向相对于被测量气体30的流动方向以小于90度的角度倾斜的方向分支,因此能够将被引导到副通路的上游侧弯曲路径390的内周侧的颗粒状和/或液体状的污损物质(即,污染物质)顺利地引导到分支路径388内。此外,通过使上述分支路径388在主流路377与分支路径388的合流处(分支口369)从下游侧弯曲路径389的内周壁(正面侧副通路内周壁393)且从相对于被测量气体30的流动方向以小于90度的角度倾斜的方向合流到主流路377,能够使在分支路径388内流动的被测量气体30等顺利地合流到主流路377。此外,即使在发生波动或逆流的状态下,也能够将被引导到副通路的下游侧弯曲路径389的内周侧的颗粒状和/或液体状的污染物质顺利地引导到分支路径388内。
此外,在本实施例中,上述分支路径388,在主流路377与分支路径388的分支处从上游侧弯曲路径390的内周壁向相对于被测量气体30的流动方向以小于90度的角度倾斜的方向分支后,成为向被测量气体30的流动方向的相反方向分支去的形状,因此形成为如下结构:一旦被捕获在分支路径388内的颗粒状或液体状的污染物质被保持在该分支路径388内,不易再次回到主流路377。
此外,如图所示,通过使分支路径388相对于与该分支路径388的路径方向正交的平面中通过流量检测部602的热传递面露出部436的中心的平面具有对称的形状,即使在发生波动或逆流的状态下,以能够与顺流同样地维持流量测量精度。
此外,在例如上游侧弯曲路径390侧的分支口370和下游侧弯曲路径389侧的分支口369的其中之一被细微的碳等颗粒状的污染物质或油、水滴等液体状的污染物质封住的情况下,认为:如果分支路径388仅通过分支口369、370与主流路377连通,则难以通过密封在分支路径388内的气体从分支口369、370的另一侧将污染物质引导到上述分支路径388内。此外,在分支口369、370两者都被颗粒状或液体状的污染物质封住的情况下,即使分支路径388内存在空间,也难以将污染物质进一步引导到分支路径388内。
在本实施例中,如图10(B)所示,在构成分支壁378的突起部380、381彼此之间设置间隙374,并且在由突起部380、381构成的凹部383与电路封装400的前端部401之间也设置间隙371。这样,通过在由突起部380、381构成的分支壁378的分支口369、370之外的部位形成将分支路径388与主流路377流体连通的连通部,使分支路径388的内部空间与主流路377流体连通,能够根据需要将分支路径388内的气体排出到主流路377,能够将被引导到上游侧弯曲路径390的内周侧的颗粒状和/或液体状的污染物质顺利地引导到分支路径388内。
此外,通过在由突起部380、381构成的凹部383与电路封装400的前端部401之间设置间隙371,即使被引导到上游侧弯曲路径390的内周侧的颗粒状和/或液体状的污染物质的一部分侵入到突起部380或突起部381的电路封装400侧,也能够将上述污染物质捕获在上述间隙371中,因此能够抑制上述污染物质到达电路封装400、特别是安装在电路封装400上的流量检测部602的热传递面露出部436。
此外,如上所述,通过在突起部380、381彼此之间设置间隙374,在将正面罩303和背面罩304组装到壳体302时,能够抑制在壳体302与正面罩303、壳体302与背面罩304抵接之前突起部380、381相互抵接,能够利用正面罩303和背面罩304密封壳体302的两面,因此能够形成气密性优良的副通路。
此外,通过在由突起部380、381构成的凹部383与电路封装400的前端部401之间设置间隙371,具有以下优点:在将正面罩303和背面罩304组装到壳体302时,能够抑制电路封装400的前端部401与凹部383抵接、过度的应力作用于流量检测部602的热传递面露出部436(相当于薄隔膜),还具有如下优点:在使用中电路封装400因内燃机的辐射热等而发生热变形时,能够抑制电路封装400的前端部401与凹部383抵接、过度的应力作用于流量检测部602的热传递面露出部436。
此外,如图11所示,上述突起部380、381彼此之间的间隙374在突起部380、381的上游侧端部(相当于分支口370)与下游侧端部(相对于分支口369)之间连续地形成。因此,能够使比分支路径388的内部空间在更大范围与主流路377流体连通。
进一步,如图10(B)所示,突起部380、381彼此之间的间隙374设置在电路封装400的测量用流路面430的相反侧的测量用流路面背面431侧,使得主流路377中电路封装400的测量用流路面背面431侧的流路387(参考图7)与分支路径388流体连通。通过这种结构,假设即使分支路径388内捕获的污染物质的量增加,也能够更可靠地避免该污染物质到达流量检测部602的热传递面露出部436,因此能够有效地抑制油和/或水滴等对热传递面露出部436的污损。此外,即使在包含被测量气体30、污染物的气体等经突起部380、381之间的间隙374从分支路径388流入主流路377的情况下,也由于能够抑制电路封装400的测量用流路面430侧的流体的紊流,因此能够有效地提高主流路377中被测量气体30的流量测量精度。
此外,在图8和图9所示的正面罩303和背面罩304形成有正面保护部322和背面保护部325。如图2和图3所示,设置于正面罩303的正面保护部322配置在入口343的正面侧侧面,并且设置于背面罩304的背面保护部325配置在入口343的背面侧侧面。配置在入口343内部的温度检测部452被正面保护部322和背面保护部325保护,能够防止生产中或搭载到车辆上时温度检测部452与其它物体碰撞而导致温度检测部452发生机械损伤。
在正面罩303的内侧面设置有突起部356,如图7的例子所示,突起部356与测量用流路面430相对地配置,形成为在沿副通路的流路的轴的方向较长地地延伸的形状。如图8(C)所示,突起部356的截面形状以突起部的顶点为界向下游侧倾斜。通过测量用流路面430和突起部356在上述流路386中形成缩细部,起到减少被测量气体30中产生的涡流而产生层流的作用。在本实施例中,具有缩细部分的副通路,分为槽的部分和堵住槽而完成具有缩细部的流路的盖的部分,槽的部分在用于形成壳体302的第二树脂模塑工序中制作,接着在其它树脂模塑工序中形成具有突起部356的正面罩303,通过将正面罩303作为槽的盖来覆盖槽,形成副通路。在成形壳体302的第二树脂模塑工序中,还将具有测量用流路面430的电路封装400固定到壳体302。通过这样在树脂模塑工序中进行形状复杂的槽的成形,将用于形成缩细部的突起部356设置在正面罩303,能够高精度地形成图7所示的流路386。此外,能够高精度地维持槽与测量用流路面430及热传递面露出部436的配置关系,因此能够减少量产品中的偏差,结果是获得高精度的测量结果。并且提高了生产效率。
利用背面罩304和测量用流路面背面431成形流路387的情况也相同。分为流路387的槽部分和盖部分,在形成壳体302的第二树脂模塑工序中制作槽部分,通过利用背面罩304覆盖槽来形成流路387。通过这样形成流路387,能够高精度地形成流路387,也提高了生产效率。
3.4图10所示的实施例的其它实施例
图12和图13分别为表示图10所示的分支路径的其它实施例的放大图。图10所示的分支路径的形状和截面积等可根据使用热式流量计300的环境和安装到吸气管的结构等适宜地变更。
例如,如图12所示,既可以将上述分支路径388偏向副通路中的使电路封装400的流量检测部602的热传递面露出部436露出的测量用流路面430侧地形成,或者如图13所示,也可以偏向上述测量用流路面430的相反侧的测量用流路面背面431而设置。
在上述分支路径388偏向测量用流路面430侧而形成的情况下,能够将被引导到上游侧弯曲路径390的内周侧的颗粒状和/或液体状的污染物质中、特别是被引导到测量用流路面430侧的污染物质,引导到上述分支路径388内。此外,由于能够减小分支路径388的流路截面,减小副通路整体的流路截面,因此能够加快在流量检测部602的热传递面露出部436流动的被测量气体30的流速,提高被测量气体30的流量的测量精度。
此外,在上述分支路径388偏向测量用流路面背面431侧形成的情况下,能够提高正面罩303上形成的突起部380的刚性,能够抑制测量时上述突起部380、以及与流量检测部602的热传递面露出部436相对地配置的突起部356等的移动,因此能够抑制被测量气体30的流量测量的偏差。此外,与图12所示的实施例同样地能够减小分支路径388的流路截面,减小副通路整体的流路截面,因此能够加快在流量检测部602的热传递面露出部436流动的被测量气体30的流速,进一步地提高被测量气体30的流量的测量精度。并且,在这种情况下,通过以使测量用流路面背面431侧为铅垂下方的方式将该热式流量计300安装到吸气管,能够将被引导到上游侧弯曲路径390的内周侧的颗粒状和/或液体状的污染物质引导到在测量用流路面背面431侧形成的分支路径388。
3.5图10和图11所示的实施例的又一实施例
图14和图15为表示图10和图11所示的实施例的又一实施例的部分放大图,图14是表示热式流量计的壳体与背面罩组装后的状态的一部分的部分放大图,图15是表示配置在图14所示的副通路内的电路封装的前端部附近的状态的放大立体图。
如图所示,本实施例中,由正面罩303和背面罩304的突起部380、381形成的分支壁378的上游侧端部,与上游侧弯曲路径390的内周壁(背面侧副通路内周壁391)的延长线LU相比相对地更向外侧(副通路侧)突出,分支壁378的下游侧端部,与下游侧弯曲路径389的内周壁(正面侧副通路内周壁393)的延长线LD相比相对地更向外侧(副通路侧)突出。
通过这种结构,例如在被测量气体30为顺流的状态下,能够将被引导到上游侧弯曲路径390的内周侧的颗粒状和/或液体状的污染物质经分支口370更有效地引导到分支路径388内,因此能够更进一步地抑制上述污染物质向由突起部380、381形成的分支壁378的电路封装400侧的移动,能够更有效地抑制上述污染物质导致的电路封装400的污损。此外,与例如图10和图11的实施例相比,能够从上游侧使被测量气体30缩流(即,使被测量气体30的气流的断面收缩),因此能够使在流量检测部602的热传递面露出部436流动的被测量气体30的流动稳定化,能够进一步地提高被测量气体30的流量测量精度。
此外,例如在被测量气体30的波动或逆流的状态下,也能够与顺流的情况相同地更进一步地抑制上述污染物质向分支壁378的电路封装400侧移动,能够更有效地抑制上述污染物质导致的电路封装400的污损,并且能够使在流量检测部602的热传递面露出部436流动的被测量气体30的流动稳定化,能够进一步地提高被测量气体30的流量测量精度。
3.6图10和图11所示的实施例的又一实施例
上述实施例中对分支壁378和构成副通路的内周壁373由不同部件构成的方式进行了说明。即,对如下方式进行了说明:在具有用于固定电路封装400的固定部372的壳体302上形成内周壁373,在在由与上述壳体302不同的部件构成的正面罩303和背面罩304上形成向副通路突出的突起部380、381,在将正面罩303和背面罩304组装到壳体302的同时,在电路封装400的前端部401由上述突起部380、381形成分支壁378。
以下,对分支壁378和构成副通路的内周壁373由相同部件构成的实施例进行说明。
在图16和图17所示的实施例中,从构成副通路的内周壁373向该副通路侧延伸设置连结部367,在该连结部367的副通路侧的端部形成分支壁378。形成在副通路内的分支壁378以在内部埋设被壳体302的固定部372固定的电路封装400的前端部401的方式形成,电路封装400的前端部401被与内周壁373一体地形成的分支壁378支承。
在此,如图16(B)所示,上述连结部367形成在由内周壁373和分支壁378形成的分支路径(内周路径)388的内部,并且在沿着形成副通路的平面PL的方向上形成,因此分支路径388被该连结部367分为正面罩303侧的流路和背面罩304侧的流路。
这样,通过从上述内周壁373延伸形成上述分支壁378,能够与壳体302同时地形成上述分支壁378,能够省略例如图8和图9所示的正面罩303和背面罩304的向副通路侧突出的突起部。此外,通过在壳体302的成形时同时形成的固定部372和分支壁378,能够划定副通路的主流路377沿上述平面PL的方向的宽度,并且通过内周壁373和分支壁378,能够划定副通路的分支路径388沿上述平面PL的方向的宽度,因此能够更精致地形成副通路的主流路377和分支路径388,能够进一步地提高被测量气体30的流量测量精度。
进一步,如图16(B)和图17所示,通过将上述连结部367形成在上述分支路径388的内部,优选形成在其中央部附近,能够使壳体302成形时分支壁378的融化树脂的流动均匀化,因此能够提高分支壁378的成形性能。
此外,在图16和图17的实施例中,对于将电路封装400的前端部401埋设在分支壁378的内部并一体地成形的方式进行了说明,但也可如图10(B)所示,在电路封装400的前端部401与分支壁378之间设置间隙。此外,也可在分支壁378的所希望的部位(例如电路封装400的测量用流路面背面431侧)形成贯通孔,使分支路径388与主流路377流体连通。
此外,在分支路径388形成的连结部367,也可形成在与形成副通路的平面PL正交的方向上的分支路径388的端部。
例如,如图18所示,在上述分支路径388的一个端部形成有连结部367的情况下,由于能够使正面罩303和背面罩304(图18中为正面罩303)的尺寸小型化,因此能够抑制构成副通路的正面罩303和背面罩304因热量而变形或组装时的变形等,能够更高精度地测量被测量气体30的流量。
此外,例如如图19所示,在上述分支路径388的两端部形成有连结部367的情况下,由于能够与图18所示的实施例同样地使正面罩303和背面罩304的尺寸小型化,因此能够抑制构成副通路的正面罩303和背面罩304因热量而变形或组装时的变形等。此外,由于能够将上述分支路径388形成为由壳体302的内周壁373、分支壁378和两端部的连结部367形成的密闭空间,因此能够提高壳体302的刚性,特别是提高分支路径388附近的刚性,能够抑制壳体302由于热量而变形以及组装时的变形等,能够进一步地提高被测量气体30的流量测量精度。此外,如上所述,由于上述分支路径388由内周壁373、分支壁378和两端部的连结部367所构成的密闭空间形成,因此能够可靠地抑制分支路径388内捕获的污染物质向外部的泄漏。
图20是表示图16(A)所示的实施例的另一实施例的结构图。在如图16(A)所示的实施例中,设置有用于形成热式流量计300的壳体302的正面(也可称为“表面”)和背面两方的副通路的副通路槽。图20为在壳体302的正面和背面的其中一面设置副通路的结构,具有简单的结构。即使在壳体302的正面和背面的任一方设置副通路,技术内容也都大致相同,图20为在正面设置副通路的例子,以图20为代表例子进行说明。
在设置副通路的正面侧(使流量检测部602的热传递面露出部436露出的测量用流路面430侧)设置盖,由于在背面侧不形成通路,因此未设置盖。即,壳体302的背面侧利用成形壳体302的树脂覆盖背面,代替盖。此外,盖与图16(A)的实施例同样地通过树脂模塑工序利用热可塑性树脂形成。
副通路利用副通路槽和覆盖上述槽的树脂制的盖形成,在被测量气体30的流动方向的上游侧形成有用于构成入口350的入口槽351,在下游侧形成有用于构成出口352的出口槽353。在本实施例中,从入口槽351取入的被测量气体30被引导到形成上游侧弯曲路径390的正面侧副通路槽332,接近电路封装400,进一步沿着测量用流路面430的面向与主通路相同的方向流动,通过在测量用流路面430设置的热传递面露出部436测量流量。测量流量后,经下游侧弯曲路径389从出口槽353排出到主通路124。
在第二树脂模塑工序中将第一树脂模塑工序中制作的电路封装400固定在壳体302,与此同时,在第二树脂模塑工序成形具有正面侧副通路槽332、外壁凹陷部366、上游侧外壁335、下游侧外壁336、未图示的凸缘312、和外部连接部305的壳体302。此时,从电路封装400附近的副通路的内周壁373向副通路延伸设置连结部367,在该连结部367的端部形成分支壁378,电路封装400的前端侧埋设固定在该分支壁378。在本实施例中,由内周壁373和分支壁378形成的分支路径388沿着主通路方向直线状地形成,具有简单的结构。
3.7电路封装400在壳体302的固定结构和效果
接着再次参照图5和图6,说明通过树脂模塑工序将电路封装400固定到壳体302的情况。以在形成副通路的副通路槽的规定位置,例如在图5和图6所示的实施例中,在正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334的连接部分,配置在电路封装400的正面形成的测量用流路面430的方式,电路封装400配置固定于壳体302。将电路封装400通过树脂模塑埋设固定于壳体302的部分,在比副通路槽稍靠凸缘312侧的位置,作为用于将电路封装400埋设固定于壳体302的固定部372设置。固定部372以覆盖通过第一树脂模塑工序成形的电路封装400的外周的方式埋设。
如图5(B)所示,电路封装400被固定部372固定。固定部372通过与正面罩303接触的高度的面和薄壁部376包围电路封装400。通过使覆盖376的部位的树脂的厚度薄,具有如下效果:能够缓和固定部372成形时树脂在温度冷却时的收缩,并且减少施加到电路封装400的应力的集中。如图6(b)所示,如果使电路封装400的背面侧也形成为上述形状,可获得更好的效果。
此外,不是将电路封装400的整面由成形壳体302的树脂覆盖,而是在固定部372的凸缘312侧设置有电路封装400的外壁露出的部分。在该图5和图6的实施例中,相比于电路封装400的外周面中的被壳体302的树脂包覆的部分的面积,没有被壳体302的树脂包覆而从壳体302的树脂露出的面积更大。此外,电路封装400的测量用流路面430的部分也从形成壳体302的树脂露出。
通过使带状地遍及全周地覆盖电路封装400的外壁的固定部372的一部分的厚度薄,在用于形成壳体302的第二树脂模塑工序中,能够减少以包围电路封装400的周围的方式形成并使固定部372固化的过程中的体积收缩引起的过度的应力集中。过度的应力集中可能对电路封装400造成不良影响。
此外,为了使电路封装400的外周面中的被壳体302的树脂包围的部分的面积较少,以较少的面积更牢固地固定电路封装400,优选提高固定部372与电路封装400的外壁的紧贴性。在为了形成壳体302而使用热可塑性树脂的情况下,在热可塑性树脂的粘性低的状态下,会进入电路封装400的外壁的细小凹凸,优选热可塑性树脂在进入上述外壁的细小凹凸的状态下固化。在成形壳体302的树脂模塑工序中,优选将热可塑性树脂的入口设置在固定部372或其附近。热可塑性树脂基于温度的下降,粘性增大而固化。因此,通过使高温状态的热可塑性树脂从固定部372或其附近流入,能够使粘性低的状态的热可塑性树脂与电路封装400的外壁紧贴而固化。由此,能够抑制热可塑性树脂的温度下降,延长低粘性状态,提高电路封装400和固定部372的紧贴性。
通过使电路封装400的外壁面粗糙,能够提高电路封装400和固定部372的紧贴性。作为使电路封装400的外壁面粗糙的方法,有在第一树脂模塑工序成形电路封装400之后,例如按被称为梨皮面处理(也称为“梨皮状处理”)的处理方法那样,在电路封装400的表面形成细小的凹凸的粗糙化方法。作为对电路封装400的表面实施细小的凹凸加工的粗糙化方法,例如能够通过喷砂进行粗糙化(即,粗化)。进而能够利用激光加工进行粗糙化。
此外,作为其它的粗糙化方法,在使用于第一树脂模塑工序的模具的内表面粘贴带有凹凸的片材,将树脂压入在表面设置有片材的模具。像这样,也能够在电路封装400的表面形成细小的凹凸而进行粗糙化。进一步,能够在成形电路封装400的模具的内部直接形成凹凸,而使电路封装400的表面粗糙化。进行这样的粗糙化的电路封装400的表面部分,至少是设置固定部372的部分。进而,通过将设置外壁凹陷部366的电路封装400的表面部分粗糙化,能够进一步增强紧贴度。
此外,槽的深度,在利用上述片材对电路封装400的表面进行凹凸加工的情况下依赖于上述片材的厚度。当使上述片材的厚度较厚时,第一树脂模塑工序中的模塑变得困难,因此上述片材的厚度存在限度(也称为“极限”),当上述片材的厚度较薄时,在上述片材预先设置的凹凸的深度存在限度。因此,在使用上述片材的情况下,优选凹凸的底与顶点之间即凹凸的深度为10μm以上20μm以下。当深度少于10μm时,紧贴的效果小。从上述片材的厚度考虑,难以实现大于20μm的深度。
在采用上述片材以外的粗糙化方法的情况下,基于形成电路封装400的第一树脂模塑工序中的树脂的厚度优选为2mm以下的理由,凹凸的底与顶点之间即凹凸的深度不易为1mm以上。概念上来说,当电路封装400的表面的凹凸的底与顶点之间即凹凸的深度较大时,认为覆盖电路封装400的树脂与形成壳体302的树脂之间的紧贴度增加,但根据上述理由,凹凸的底与顶点之间即凹凸的深度为1mm以下即可。即,优选通过在电路封装400的表面设置10μm以上且1mm以下的范围的凹凸,来增加覆盖电路封装400的树脂与形成壳体302的树脂之间的紧贴度。
成形电路封装400的热固化性树脂和成形具有固定部372的壳体302的热可塑性树脂,热膨胀系数存在差异,希望基于该热膨胀系数差而产生的过度的应力不会施加于电路封装400。
进一步,使包围电路封装400的外周的固定部372的形状为带状,使带的宽度较窄,由此能够减少施加于电路封装400的由热膨胀系数差引起的应力。优选使固定部372的带的宽度为10mm以下,优选为8mm以下。在本实施例中,不仅由固定部372固定电路封装400,而且在壳体302的上游侧外壁335的一部分即外壁凹陷部366也包围电路封装400而固定电路封装400,因此能够使固定部372的带的宽度更小。例如只要为3mm以上的宽度就能够固定电路封装400。
在电路封装400的表面,为了实现减少由热膨胀系数差引起的应力等的目的,设置有由成形壳体302的树脂覆盖的部分和不覆盖而露出的部分。设置多个电路封装400的表面从壳体302的树脂露出的部分,其中的一个是前面说明过的具有热传递面露出部436的测量用流路面430,此外,在比固定部372更靠凸缘312侧的部分设置有露出的部分。进而成形外壁凹陷部366,使比该外壁凹陷部366更靠上游侧的部分露出,使该露出部为支承温度检测部452的支承部。与电路封装400的外表面的固定部372相比更靠凸缘312侧的部分,在其外周,特别是从电路封装400的下游侧到与凸缘312相对的一侧,进而到与电路封装400的端子接近的部分的上游侧,以包围电路封装400的方式成形有空隙。像这样通过在电路封装400的表面露出的部分的周围形成空隙,能够减少从主通路124经由凸缘312向电路封装400传递的热量,抑制由热的影响导致的测量精度的下降。
在电路封装400与凸缘312之间形成空隙,该空隙部分作为端子连接部320起作用。在该端子连接部320,电路封装400的连接端子412和外部端子306的位于壳体302侧的外部端子内端361分别通过点焊接(点熔接)或激光焊接(激光熔接)等电连接。端子连接部320的空隙如上所述达到抑制热从壳体302向电路封装400传递的效果,并且作为为了电路封装400的连接端子412和外部端子306的外部端子内端361的连接作业而能够使用的空间得到确保。
3.8第二树脂模塑工序的壳体302成形和效果
在上述图5和图6所示的壳体302中,通过第一树脂模塑工序制造具有流量检测部602和处理部604的电路封装400,接着,通过第二树脂模塑工序制造壳体302,该壳体302具有成形流动被测量气体30的副通路的例如正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334。由该第二树脂模塑工序,将上述电路封装400内置于壳体302的树脂内,通过树脂模塑固定于壳体302内。通过这样做,能够以极高的精度维持用于使流量检测部602与被测量气体30之间进行热传递而测量流量的热传递面露出部436、与副通路例如正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334的形状的关系,例如位置关系和方向的关系。能够将在每个电路封装400产生的误差和偏差抑制为非常小的值。结果能够大幅改善电路封装400的测量精度。例如与使用现有的粘接剂进行固定的方式相比,能够以2倍以上的程度提高测量精度。热式流量计300多是通过量产而生产得到,在进行严格的测量的同时利用粘接剂进行粘接的方法,对于测量精度的提高存在限度。但是,通过像本实施例这样通过第一树脂模塑工序制造电路封装400,之后通过形成流动被测量气体30的副通路的第二树脂模塑工序形成副通路,同时固定电路封装400和上述副通路,由此能够大幅减少测量精度的偏差,能够大幅提高各热式流量计300的测量精度。不仅在图5和图6所示的实施例中是这样,在图7所示的实施例中也是同样的。
例如进一步以图5和图6所示的实施例进行说明,能够以高精度将电路封装400固定于壳体302,使得正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334与热传递面露出部436之间的关系成为规定的关系。通过这样做,在量产的热式流量计300中,能够分别总以非常高的精度得到各电路封装400的热传递面露出部436与副通路的位置关系、以及形状等的关系。能够以非常高的精度形成固定电路封装400的热传递面露出部436的副通路槽、例如正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334,因此由该副通路槽形成副通路的操作是利用正面罩303和背面罩304覆盖壳体302的两面的操作(即,作业)。如图8和图9所示,虽然在正面罩303和背面罩304设置有突起部380、381,但在该突起部380、381相互之间设置有空隙,成为在利用正面罩303和背面罩304覆盖壳体302的两面时该突起部380、381相互之间不妨碍的结构,该作业为非常简单,是导致测量精度下降的因素少的操作工序。此外,正面罩303和背面罩304由成形精度高的树脂模塑工序生产。因此,能够高精度地完成以与电路封装400的热传递面露出部436为规定关系的方式设置的副通路。通过采用该方法,在提高测量精度之外,还能够得到高生产率。
与此不同,在现有技术中,通过制造副通路,接着在副通路上利用粘接剂粘接测量部来生产热式流量计。这样使用粘接剂的方法中,粘接剂的厚度的偏差大,而且粘接位置和粘接角度在每个产品中都存在偏差。因此在提高测量精度方面存在限度。进而,在量产工序中进行这些操作时,测量精度的提高变得非常难。
在本发明的实施例中,首先,通过第一树脂模塑生产具有流量检测部602的电路封装400,接着通过树脂模塑固定电路封装400,并且同时通过第二树脂模塑成形用于通过上述树脂模塑成形副通路的副通路槽。通过这样做,能够形成副通路槽的形状,并且在上述副通路槽以极高的精度固定流量检测部602。
将与流量的测量有关的部分,例如流量检测部602的热传递面露出部436和安装热传递面露出部436的测量用流路面430,形成在电路封装400的表面(正面)。之后,使测量用流路面430和热传递面露出部436从成形壳体302的树脂露出。即,使得热传递面露出部436和热传递面露出部436周边的测量用流路面430不被成形壳体302的树脂覆盖。将由电路封装400的树脂模塑成形的测量用流路面430和热传递面露出部436或者将温度检测部452,直接在壳体302的树脂模塑之后使用,在热式流量计300的流量测量和温度测量中使用。通过这样做能够提高测量精度。
在本发明的实施例中,通过将电路封装400与壳体302一体成形,在具有副通路的壳体302固定电路封装400,因此能够以少的固定面积将电路封装400固定于壳体302。即,能够使不与壳体302接触的电路封装400的表面积较多。上述不与壳体302接触的电路封装400的表面,例如从空隙露出。吸气管的热传递至壳体302,从壳体302传递至电路封装400。即使不是由壳体302包覆电路封装400的整面或大部分,而是使得壳体302与电路封装400的接触面积较小,也能够维持高精度和高可靠性地将电路封装400固定于壳体302。因此,能够将从壳体302向电路封装400的热传递抑制得较低,能够抑制测量精度的下降。
在图5和图6所示的实施例中,能够使电路封装400的露出面的面积A与被壳体302的成形用模塑材料覆盖的面积B同等,或者使面积A比面积B大。在实施例中,面积A大于面积B。通过这样做,能够抑制从壳体302向电路封装400的热传递。此外,能够减少由形成电路封装400的热固化性树脂的热膨胀系数与形成壳体302的热可塑性树脂的膨胀系数的差引起的应力。
4.电路封装400的外观
4.1设置有热传递面露出部436的测量用流路面430的成形
图21表示通过第一树脂模塑工序制造的电路封装400的外观。其中,电路封装400的外观上记载的斜线部分表示在通过第一树脂模塑工序制造电路封装400后通过第二树脂模塑工序形成壳体302时、利用在第二树脂模塑工序使用的树脂覆盖电路封装400的固定面432。图21(A)为电路封装400的左侧面图,图21(B)为电路封装400的正面图,图21(C)为电路封装400的背面图。电路封装400内置有下述的流量检测部602和处理部604,利用热固化性树脂对它们进行模塑,并一体成形。其中,设置有流量检测部602的部分为配置在副通路内的通路部605。
在图21(B)所示的电路封装400的表面,作为用于使被测量气体30流动的面起作用的测量用流路面430形成为在被测量气体30的流动方向上较长地延伸的形状。在本实施例中,测量用流路面430形成在被测量气体30的流动方向较长地延伸的长方形。如图21(A)所示,该测量用流路面430制作得比其它部分更薄,在其一部分设置有热传递面露出部436。内置的流量检测部602经热传递面露出部436与被测量气体30进行热传递,测量被测量气体30的状态,例如被测量气体30的流速,输出表示在主通路124流动的流量的电信号。
为了使内置的流量检测部602(参考图25)高精度地测量被测量气体30的状态,优选流过热传递面露出部436附近的气体为层流,紊流(即,乱流)少。因此,优选在热传递面露出部436的流路侧面与引导气体的测量用流路面430之间没有阶差。通过这种结构,能够将流量测量精度保持在高精度,并且抑制不均匀的应力和变形作用于流量检测部602。此外,如果上述阶差为对流量测量精度不造成影响的程度的阶差,则也可设置。
如图21(C)所示,在具有热传递面露出部436的测量用流路面430的背面,残留有在电路封装400的树脂模塑成形时支承内部基板或板的模具的按压部件的按压印迹442。热传递面露出部436是为了与被测量气体30之间进行热交换而被使用的部位,为了正确地测量被测量气体30的状态,优选流量检测部602与被测量气体30之间的热传递良好地进行。因此,热传递面露出部436的部分必须避免被第一树脂模塑工序的树脂覆盖。将模具抵住热传递面露出部436及作为其背面的测量用流路面背面431这两面,通过该模具防止树脂流入热传递面露出部436。在热传递面露出部436的背面形成有凹部形状的按压印迹(即,按压痕迹)442。该部分配置在构成流量检测部602等的元件附近,优选尽可能地将这些元件的发热散发到外部。形成的凹部受树脂的影响较少,达到易于散热的效果。
在由半导体元件构成的流量检测部(流量检测元件)602形成有与热传递面露出部436相当的半导体隔膜,半导体隔膜能够通过在流量检测部602的背面形成空隙而获得。如果密闭(即,密封)上述空隙,则由于温度变化导致的上述空隙内的压力变化,半导体隔膜变形,测量精度降低。因此,在本实施例中,在电路封装400的表面设置有与半导体隔膜背面的空隙连通的开口438,在电路封装400内部设置有连接半导体隔膜背面的空隙与开口438的连通路。其中,上述开口438设置在图21所示的没有记载斜线的部分,使得在第二树脂模塑工序中不会被树脂堵塞。
需要在第一树脂模塑工序中形成上述开口438,通过使模具抵住开口438的部分及其背面,利用模具按压正面和背面这两面,阻止树脂流入开口438的部分,成形开口438。关于开口438以及连接半导体隔膜背面的空隙与开口438的连通路的成形,在后面说明。
4.2温度检测部452和突出部424的成形和效果
设置在电路封装400的温度检测部452,也设置在为了支承温度检测部452而向被测量气体30的上游方向延伸的突起部424的前端,具有检测被测量气体30的温度的功能。为了高精度地检测被测量气体30的温度,优选尽可能地减少与被测量气体30以外的部分的热传递。支承温度检测部452的突出部424,其前端部分形成为比根部细的形状,在其前端部分设置有温度检测部452。通过这种形状,减少了从突出部424的根部到温度检测部452的热量的影响。
此外,在利用温度检测部452检测出被测量气体30的温度后,被测量气体30沿着突出部424流动,起到使突出部424的温度接近被测量气体30的温度的作用。由此,抑制了突出部424的根部的温度对温度检测部452的影响。特别地,在本实施例中,设置温度检测部452的突出部424的附近较细,随着向突出部424的根部去而变粗。因此,被测量气体30沿着该突出部424的形状流动,高效地冷却突出部424。
在突出部424的根部的斜线部为被在第二树脂模塑工序中成形壳体302的树脂覆盖的固定面432。在突出部424的根部的斜线部设置有凹陷。这表示设置有不被壳体302的树脂覆盖的凹陷形状的部分。通过这样在突出部424的根部形成不被壳体302的树脂覆盖的凹陷形状的部分,突出部424进一步易于被被测量气体30冷却。
4.3电路封装400的端子
在电路封装400设置有连接端子412,用于供应用于使内置的流量检测部602和处理部604工作的电力、以及输出流量测量值和温度测量值。进一步地,设置有端子414,用于检查电路封装400是否正确地工作,以及电路部件及其连接是否发生异常。在本实施例中,在第一树脂模塑工序中通过利用热固化性树脂对流量检测部602和处理部604进行传递模塑来制造电路封装400。通过进行传递模塑成形,能够提高电路封装400的尺寸精度,但由于在传递模塑工序中将加压后的高温树脂压入内置有流量检测部602和处理部604的密闭的模具内部,因此优选对制成的电路封装400进行流量检测部602和处理部604以及它们的配线关系是否有损伤的检查。在本实施例中,设置有用于检查的端子414,对生产的各电路封装400分别进行检查。由于检查用的端子414不被用于测量,因此如上所述,端子414不与外部端子内端361连接。此外,为了增加机械弹性力,在各连接端子412设置有弯曲部416。通过使各连接端子412具有机械弹性力,能够吸收第一树脂模塑工序的树脂与第二树脂模塑工序的树脂的热膨胀系数差异导致产生的应力。即,各连接端子412受到第一树脂模塑工序的热膨胀的影响,进一步,与各连接端子412连接的外部端子内端361受到第二树脂模塑工序的树脂的影响。能够吸收这些树脂的不同而导致产生的应力。
4.4基于第二树脂模塑工序的电路封装400的固定及其效果
图21所示的斜线部表示,为了在第二树脂模塑工序中将电路封装400固定在壳体302而利用第二树脂模塑工序中使用的热可塑性树脂覆盖电路封装400用的固定面432。如利用图5和图6所说明的那样,测量用流路面430以及设置于测量用流路面430的热传递面露出部436与副通路的形状的关系被高精度地维持为规定的关系是重要的。在第二树脂模塑工序中,由于在形成副通路的同时将电路封装400固定在形成副通路的壳体302,因此能够以极高精度维持上述副通路与测量用流路面430及热传递面露出部436的关系。即,由于在第二树脂模塑工序中将电路封装400固定在壳体302,因此能够高精度地将电路封装400定位并固定在用于成形具备副通路的壳体302的模具内。通过在该模具内注入高温的热可塑性树脂,能够高精度地形成副通路,并高精度地固定电路封装400。
在该实施例中,并非使电路封装400的整个表面成为被形成壳体302的树脂覆盖的固定面432,而是设置了在电路封装400的连接端子412侧露出表面的、即不被壳体302用树脂覆盖的部分。在图21所示的实施例中,电路封装400的表面中未被壳体302的树脂包围而从壳体302用树脂露出的面积,比被壳体302用树脂包围的固定面432的面积更大。
形成电路封装400的热固化性树脂与形成具有固定部372的壳体302的热可塑性树脂之间热膨胀系数存在差,优选该热膨胀系数的差导致的应力尽可能不施加到电路封装400。通过减小电路封装400的表面的固定面432,能够减轻热膨胀系数之差导致的影响。例如通过使其为宽度L的带状,能够减小电路封装400的表面的固定面432。
此外,通过在突出部424的根部设置固定面432,能够增加突出部424的机械强度。通过在电路封装400的表面,在沿被测量气体30流动的轴的方向设置带状的固定面,进一步地设置与被测量气体30流动的轴交差的方向的固定面,由此能够更稳固地相互固定电路封装400与壳体302。在固定面432,沿着测量用流路面430以宽度L带状地围绕电路封装400的部分为上述沿被测量气体30流动的轴的方向的固定面,覆盖突出部424的根部的部分为横穿被测量气体30流动的轴的方向的固定面。
5.电路封装上的电路部件的搭载
图22是对隔膜672以及将在流量检测部(流量检测元件)602的内部设置的空隙674与孔520连接的连通孔676进行说明的说明图。
如下所述,在测量被测量气体30的流量的流量检测部602设置有隔膜672,在隔膜672的背面设置有空隙674。虽然未图示,在隔膜672设置有通过与被测量气体30进行热交换而测量流量的元件。如果在形成在隔膜672上的元件之间,除了与被测量气体30进行热交换,还经隔膜672在元件之间进行热传递,则难以正确地测量流量。因此,隔膜672需要增大热阻,隔膜672制作得尽可能地薄。
流量检测部(流量检测元件)602以露出隔膜672的热传递面437的方式,埋设固定在通过第一树脂模塑工序形成的电路封装400的第一树脂中。隔膜672的表面设置有未图示的上述元件(图26所示的发热体608,作为上游测温电阻体的电阻652、电阻654和作为下游测温电阻体的电阻656、电阻658等)。上述元件在相当于隔膜672的热传递面露出部436经元件表面的热传递面437与未图示的被测量气体30相互地进行热传递。热传递面437既可以由各元件的表面构成,也可在其之上设置薄保护膜。优选元件与被测量气体30的热传递顺利进行,另一方面元件之间的直接热传递尽可能地小。
流量检测部(流量检测元件)602的设置有上述元件的部分,配置在测量用流路面430的热传递面露出部436,热传递面437从形成测量用流路面430的树脂露出。流量检测元件602的外周部由形成测量用流路面430的第一树脂模塑工序中使用的热固化性树脂覆盖。假如仅流量检测元件602的侧面被上述热固化性树脂覆盖、而流量检测元件602的外周部的表面侧(即隔膜672周围的区域)没有被热固化性树脂覆盖,则形成测量用流路面430的树脂所产生的应力仅由流量检测元件602的侧面承受,存在隔膜672发生变形、特性劣化的可能。如图22所示,通过形成为流量检测元件602的正面侧外周部也被上述热固化性树脂覆盖的状态,减轻隔膜672的变形。另一方面,如果热传递面437与流动被测量气体30的测量用流路面430的阶差大,则被测量气体30的流动紊乱,测量精度降低。因此,优选热传递面437与流过被测量气体30的测量用流路面430的阶差W小。
为了抑制各元件之间的热传递,隔膜672制作得非常薄,通过在流量检测元件602的背面形成空隙674而实现薄壁化。如果密闭该空隙674,则由于温度变化,形成在隔膜672的背面的空隙674的压力根据温度而变化。如果空隙674与隔膜672的表面的压力差变大,则隔膜672受到压力,发生变形,难以进行高精度的测量。因此,在板532设置有与向外部开口的开口438连接的孔520,并设置有连接该孔520与空隙674的连通孔676。该连通孔676例如由第一板532与第二板536两块板形成。在第一板532设置有孔520和孔521,进一步设置有用于形成连通孔676的槽。通过利用第二板536堵住(或,覆盖)槽以及孔520和孔521,形成连通孔676。通过该连通孔676和孔520,作用于隔膜672的表面和背面的气压大致相等,提高了测量精度。
如上所述,通过利用第二板536堵住槽以及孔520和孔521,能够形成连通孔676,而作为其它方法,能够将引线框作为第二板536使用。如图15所示,在板532之上设置有隔膜672和作为处理部604工作的LSI。在它们下侧设置有用于支承搭载了隔膜672和处理部604的板532的引线框。因此通过利用该引线框,结构变得更简单。此外,上述引线框可作为接地电极使用。这样,通过使上述引线框具有第二板536的功能,使用该引线框堵住在第一板532形成的孔520和孔521,并且以利用上述引线框覆盖形成于第一板532的槽的方式堵住而形成连通孔676,整体结构变得简单,而且通过引线框作为接地电极的作用,能够降低来自外部的噪声对隔膜672和处理部604的影响。
在电路封装400中,在形成有热传递面露出部436的电路封装400的背面残留有按压印迹442。在第一树脂模塑工序中,为了防止树脂流入热传递面露出部436,在热传递面露出部436的部分抵接模具,例如抵接模具插件,而且在其相反面的按压印迹442的部分抵接模具,利用两个模具阻止树脂向热传递面露出部436流入。通过这样形成热传递面露出部436的部分,能够以极高的精度测量被测量气体30的流量。
6.热式流量计300的生产工序
6.1电路封装400的生产工序
图23、图24表示热式流量计300的生产工序,图23表示电路封装400的生产工序,图24表示热式流量计的生产工序。在图23中,步骤1表示生产框架的工序。该框架例如通过冲压加工制造。
步骤2中首先在步骤1制造的框架搭载板532,进一步地在板532搭载流量检测部602和处理部604,进一步地搭载温度检测元件、芯片电容器等电路部件。并且在步骤2中进行电路部件之间、电路部件与引线之间、及引线彼此之间的电气配线。在步骤2中,制作电路部件被搭载在框架上,并且进行了电连接的电路。
接着,在步骤3中通过第一树脂模塑工序利用热固化性树脂进行模塑成形。此外,在步骤3中将连接的引线分别从框架切断,并且引线之间也切断,完成图21所示的电路封装400。如图21所示,在该电路封装400形成有测量用流路面430和热传递面露出部436。
在步骤4中进行完成后的电路封装400的外观检查和动作的检查。由于在步骤3的第一树脂模塑工序中将在步骤2制造的电路固定在模具内并以高压将高温树脂注入模具,因此优选检查电气部件和电气配线是否发生异常。为了进行该检查,除了图21所示的连接端子412,还使用端子414。此外,由于端子414在之后不被使用,因此也可以在该检查后从根部切断。
6.2热式流量计300的生产工序和特性的校正
在图24的工序中使用根据图23生产的电路封装400以及外部端子306,在步骤5中通过第二树脂模塑工序制造壳体302。该壳体302被制作树脂制的副通路槽、凸缘312和外部连接部305,并且图21所示的电路封装400的斜线部分被第二树脂模塑工序的树脂覆盖,电路封装400被固定于壳体302。通过组合基于上述第一树脂模塑工序的电路封装400的生产(步骤3)和基于第二树脂模塑工序的热式流量计300的壳体302的成形,大幅改善流量检测精度。在步骤6中进行图5、6所示的各外部端子内端361的切断,在步骤7中进行连接端子412与外部端子内端361的连接。
当通过步骤7完成壳体302时,接着在步骤8中将正面罩303和背面罩304安装到壳体302,利用正面罩303和背面罩304密封壳体302的内部并且完成用于使被测量气体30流动的副通路。此时,利用正面罩303的突起部380和背面罩304的突起部381填满电路封装400的前端侧的空洞部382的间隙,与此同时将电路封装400的前端部401收纳在由突起部380、381构成的凹部383内,在突起部380、381与内周壁373之间设置间隙384,形成用于捕获被引导到副通路的内周侧的颗粒状和/或液体状的污染物质的分支路径388。进一步,图7中说明的缩细结构通过设置于正面罩303或背面罩304的突起部356形成,相对于电路封装400被配置在规定位置。此外,该正面罩303在步骤10中通过塑模成形制造,该背面罩304在步骤11中通过塑模成形制造。并且,该正面罩303和背面罩304分别在不同工序中制造,分别利用不同的模具被成形制造。
在步骤9中,实际地在副通路中导入气体,进行特性的实验。如上所述,由于高精度地维持副通路与流量检测部的关系,因此通过进行基于特性实验的特性校正,可获得非常高的测量精度。此外,由于在第一树脂模塑工序和第二树脂模塑工序中进行了影响副通路与流量检测部的关系的定位和形状关系的成形,因此即使长时间使用,特性的变化也较少,在高精度的基础上可确保高可靠性。
7.热式流量计300的电路结构
7.1热式流量计300的电路结构的整体
图25是表示热式流量计的流量检测电路601的电路图。此外,虽然以上实施例中说明的与温度检测部452相关的测量电路也设置在热式流量计300中,但在图25中省略。
热式流量计300的流量检测电路601设置有具有发热体608的流量检测部602和处理部604。处理部604控制流量检测部602的发热体608的发热量,并且基于流量检测部602的输出将表示流量的信号经端子662输出。为了进行上述处理,处理部604具备:中央处理器(CentralProcessing Unit,以下记为CPU)612、输入电路614、输出电路616、保存表示校正值以及测量值与流量的关系的数据的存储器618、和将一定电压供给到各自需要的电路的电源电路622。从车载电池等外部电源经端子664和未图示的接地端子向电源电路622供应直流电力。
在流量检测部602设置有用于加热被测量气体30的发热体608。从电源电路622向构成发热体608的电流供给电路的晶体管606的集电极供应电压V1,从CPU 612经输出电路616向上述晶体管606的基极施加控制信号,基于该控制信号从上述晶体管606经端子624向发热体608供给电流。供给到发热体608的电流量通过从上述CPU 612经输出电路616施加到构成发热体608的电流供给电路的晶体管606的控制信号被控制。处理部604控制发热体608的发热量,使得通过由发热体608加热,被测量气体30的温度比初始的温度高规定温度例如100℃。
流量检测部602具有用于控制发热体608的发热量的发热控制桥640和用于测量流量的流量检测桥650。一定(或,固定)的电压V3从电源电路622经由端子626供给到发热控制桥640的一端,发热控制桥640的另一端与接地端子630连接。此外,一定的电压V2从电源电路622经由端子625供给到流量检测桥650的一端,流量检测桥650的另一端与接地端子630连接。
发热控制桥640具有:电阻值基于被加热的被测量气体30的温度发生变化的测温电阻体即电阻642,电阻642、电阻644、电阻646和电阻648构成桥电路。电阻642和电阻646的交点A、与电阻644和电阻648的交点B的电位差,经由端子627和端子628输入到输入电路614,CPU612以使得交点A与交点B间的电位差成为规定值,在该实施例中为零伏特的方式,控制从晶体管606供给的电流,控制发热体608的发热量。图25中记载的流量检测电路601利用发热体608加热被测量气体30,以使得与被测量气体30的原来的温度相比高出一定温度,例如总是高出100℃。以使得在被发热体608加热的被测量气体30的温度与初始的温度相比高一定温度,例如总是高出100℃时,上述交点A与交点B间的电位差成为零伏特的方式设定构成发热控制桥640的各电阻的电阻值,使得能够高精度地进行该加热控制。因此,在图25记载的流量检测电路601中,CPU612控制向发热体608供给的电流,使得交点A与交点B间的电位差成为零伏特。
流量检测桥650由电阻652、电阻654、电阻656、电阻658这4个测温电阻体构成。这4个测温电阻体沿被测量气体30的流动配置,电阻652和电阻654相对于发热体608配置在被测量气体30的流路中的上游侧,电阻656和电阻658相对于发热体608配置在被测量气体30的流路中的下游侧。此外,为了提高测量精度,电阻652和电阻654以与发热体608的距离相互间大致相同的方式配置,电阻656和电阻658以与发热体608的距离相互间大致相同的方式配置。
电阻652和电阻656的交点C、与电阻654和电阻658的交点D之间的电位差,经由端子631和端子632输入到输入电路614。为了提高测量精度,例如在被测量气体30的流动为零的状态下设定流量检测桥650的各电阻,使得上述交点C与交点D之间的电位差为0。因此,在上述交点C与交点D之间的电位差例如为零伏特的状态下,CPU612基于被测量气体30的流量为零的测量结果,将意味着主通路124的流量为零的电信号从端子662输出。
在被测量气体30在图25的箭形符号方向流动的情况下,配置于上游侧的电阻652和电阻654由被测量气体30冷却,配置于被测量气体30的下游侧的电阻656和电阻658,被由发热体608加热后的被测量气体30加热,这些电阻656和电阻658的温度上升。因此,在流量检测桥650的交点C与交点D之间产生电位差,该电位差经由端子631和端子632输入到输入电路614。CPU612基于流量检测桥650的交点C与交点D之间的电位差,检索存储于存储器618的表示上述电位差与主通路124的流量的关系的数据,求取主通路124的流量。将表示像这样求取得到的主通路124的流量的电信号经由端子662输出。另外,图25所示的端子664和端子662记载了新的附图标记,但包含于先前说明的图5和图6所示的连接端子412。
在上述存储器618,存储有表示上述交点C与交点D的电位差与主通路124的流量的关系的数据,还存储有在生产电路封装400之后基于气体的实测值求取的、用于减少偏差等测定误差的校正数据。另外,电路封装400生产后的气体的实测和基于此进行的校正值向存储器618的写入,使用图4所示的外部端子306和校正用端子307进行。在本实施例中,以流过被测量气体30的副通路与测量用流路面430的配置关系、流过被测量气体30的副通路与热传递面露出部436的配置关系为高精度且偏差非常少的状态,生产电路封装400,因此通过基于上述校正值的校正,能够得到极高精度的测量结果。
7.2流量检测电路601的结构
图26是表示上述图25的流量检测电路601的电路配置的电路结构图。流量检测电路601作为矩形形状的半导体芯片制作得到,从图26所示的流量检测电路601的左侧向右侧,在箭形符号方向上流动被测量气体30。
在由半导体芯片构成的流量检测部(流量检测元件)602形成有使半导体芯片的厚度薄的矩形形状的隔膜672,在该隔膜672设置有由虚线表示的薄厚度区域(即上述热传递面)603。在该薄厚度区域603的背面侧形成有上述空隙,上述空隙与图21、图5所示的开口438连通,上述空隙内的气压依赖于从开口438导入的气压。
隔膜672的薄厚度区域603的厚度形成得薄,由此使得热传导率降低,经由隔膜672向设置于隔膜672的薄厚度区域(热传递面)603的电阻652、电阻654、电阻658、电阻656进行的热传递得到抑制,通过与被测量气体30的热传递,这些电阻的温度大致一定。
在隔膜672的薄厚度区域603的中央部,设置有发热体608,在该发热体608的周围设置有构成发热控制桥640的电阻642。而且,在薄厚度区域603的外侧设置有构成发热控制桥640的电阻644、646、648。利用这样形成的电阻642、644、646、648构成发热控制桥640。
此外,以夹着发热体608的方式,配置有作为上游测温电阻体的电阻652、电阻654和作为下游测温电阻体的电阻656、电阻658,在相比于发热体608位于被测量气体30所流动的箭形符号方向的上游侧的位置,配置有作为上游测温电阻体的电阻652、电阻654,在相比于发热体608位于被测量气体30所流动的箭形符号方向的下游侧的位置,配置有作为下游测温电阻体的电阻656、电阻658。这样,利用薄厚度区域603中配置的电阻652、电阻654和电阻656、电阻658形成流量检测桥650。
此外,上述发热体608的双方的端部与图26的下侧中记载的端子624和629分别连接。此处,如图25所示,对端子624施加从晶体管606供给到发热体608的电流,端子629作为接地端子接地。
构成发热控制桥640的电阻642、电阻644、电阻646、电阻648分别连接,与端子626和630连接。如图25所示,从电源电路622对端子626供给一定的电压V3,端子630作为接地端子被接地。此外,上述电阻642与电阻646之间、电阻646与电阻648之间的连接点与端子627和端子628连接。如图26所记载的那样,端子627输出电阻642与电阻646的交点A的电位,端子627输出电阻644与电阻648的交点B的电位。如图25所示,从电源电路622对端子625供给一定的电压V2,端子630作为接地端子被接地。此外,上述电阻654和电阻658的连接点与端子631连接,端子631输出图25的点B的电位。电阻652和电阻656的连接点与端子632连接,端子632输出图25所示的交点C的电位。
如图26所示,构成发热控制桥640的电阻642在发热体608的附近形成,因此能够精度良好地测量被来自发热体608的热量加热后的气体的温度。另一方面,构成发热控制桥640的电阻644、646、648从发热体608离开地配置,因此,形成不易受到来自发热体608的热的影响的结构。电阻642构成为对由发热体608加热后的气体的温度敏感地进行响应(即,反应),电阻644、电阻646、电阻648构成为难以受到发热体608的影响。因此,利用发热控制桥640进行的被测量气体30的检测精度高,能够高精度地进行使被测量气体30与其初始温度相比高规定温度的控制。
在该实施例中,在隔膜672的背面侧形成有空隙,该空隙与图21、图5记载的开口438连通,使得隔膜672的背面侧空隙的压力与隔膜672的正面侧的压力的差不会变大。能够抑制由该压力差引起的隔膜672的变形。这会带来流量测量精度的提高。
如上所述,隔膜672形成有薄厚度区域603,使包含薄厚度区域603的部分的厚度非常薄,极力抑制经由隔膜672的热传导。因此,流量检测桥650和发热控制桥640中,经由隔膜672进行的热传导的影响得到抑制,依赖于被测量气体30的温度而动作的倾向性更强,测量动作得到改善。因此能够得到高的测量精度。
此外,本发明并不限定于上述的实施方式,而是包含了各种变形方式。例如,上述实施方式是为了对本发明简单易懂地进行说明而详细说明的,并非限定于必须具备所说明的全部的结构。此外,能够将某实施方式的结构的一部分替换成其它实施方式的结构,或者能够在某实施方式中添加其它实施方式的结构。另外,对于实施方式的结构的一部分,能够进行其它结构的追加、删除、替换。
此外,控制线和信息线表示了说明中所需的部分,并不一定表示出产品中所有的控制线和信息线。实际上可以认为几乎全部的结构互相连接。
工业上的可利用性
本发明能够适用于用于测量上述气体流量的测量装置。
附图标记的说明
300……热式流量计
302……壳体
303……正面罩
304……背面罩
305……外部连接部
306……外部端子
307……校正用端子
310……测量部
320……端子连接部
332……正面侧副通路槽
334……背面侧副通路槽
356……突起部
358……突起部
359……树脂部
361……外部端子内端
365……连接部
369……分支口
370……分支口
371……间隙
372……固定部
374……间隙
375……加宽部
377……主流路(外周路径)
378……分支壁
379……凹陷
380……正面罩的突起部
381……背面罩的突起部
382……空洞部
383……凹部
384……间隙
385……弯曲部
388……分支路径(内周路径)
389……下游侧弯曲路径
390……上游侧弯曲路径
400……电路封装(支承体)
412……连接端子
414……端子
424……突起部
430……测量用流路面
431……测量用流路面背面
432……固定面
436……热传递面露出部
438……开口
452……温度检测部
601……流量检测电路
602……流量检测部
604……处理部
608……发热体
640……发热控制桥
650……流量检测桥
672……隔膜

Claims (29)

1.一种热式流量计,其设置有:用于使从主通路取入的被测量气体流动的副通路;和通过经由热传递面与在该副通路流动的被测量气体之间进行热传递来测量流量的流量检测部,该热式流量计的特征在于:
所述副通路具有:至少在被测量气体的流动方向上在所述流量检测部的上游侧沿固有平面形成为曲线状的上游侧弯曲路径;和从该上游侧弯曲路径的下游侧形成至所述流量检测部的下游侧的分支壁,
所述上游侧弯曲路径的下游侧的副通路由该分支壁分支为:与该上游侧弯曲路径的外周壁侧流体连通的外周路径;和与所述上游侧弯曲路径的内周壁侧流体连通且在所述流量检测部的下游侧与所述外周路径合流的内周路径,
所述流量检测部以其热传递面与所述上游侧弯曲路径的所述固有平面平行的姿态配置在所述上游侧弯曲路径的下游侧的所述外周路径内。
2.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支壁和构成所述副通路的内周壁由不同部件构成。
3.如权利要求2所述的热式流量计,其特征在,具有:
按照至少使热传递面露出的方式将所述流量检测部支承在所述外周路径内的支承体;和罩结构部件,其通过将外周壁和内周壁的端部中的所述支承体的使流量检测部的热传递面露出的测量用流路面侧的端部彼此连接、并将外周壁和内周壁的端部中的与所述测量用流路面相反一侧的测量用流路面背面侧的端部彼此连接,构成所述副通路,
所述分支壁由按照从所述罩结构部件向所述副通路突出的方式形成在该罩结构部件的突起部构成。
4.如权利要求3所述的热式流量计,其特征在于:
所述罩结构部件具有:将外周壁和内周壁的端部中的所述支承体的使流量检测部的热传递面露出的测量用流路面侧的端部彼此连接的正面罩;和将外周壁和内周壁的端部中的与所述测量用流路面相反一侧的测量用流路面背面侧的端部彼此连接的背面罩,
所述分支壁由正面罩突起部和背面罩突起部构成,该正面罩突起部和背面罩突起部分别按照从所述正面罩和背面罩向所述副通路突出的方式分别形成在该正面罩和背面罩。
5.如权利要求4所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支壁在所述外周路径侧具有凹部,所述支承体的一部分收纳在所述凹部内。
6.如权利要求5所述的热式流量计,其特征在于:
所述正面罩突起部和背面罩突起部中的至少一者,在向所述副通路突起的突起部的前端部的所述支承体侧的角部形成有凹陷,通过使所述正面罩突起部与所述背面罩突起部的前端部端面彼此对齐而形成有所述凹部。
7.如权利要求5所述的热式流量计,其特征在于:
在收纳在所述凹部内的所述支承体的一部分与所述凹部之间设置有间隙。
8.如权利要求6所述的热式流量计,其特征在于:
在所述正面罩突起部与所述背面罩突起部的前端部端面彼此之间设置有间隙。
9.如权利要求3所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支路径偏向所述副通路中所述支承体的使流量检测部的热传递面露出的测量用流路面侧地设置,或者偏向所述测量用流路面的相反侧的所述测量用流路面背面侧地设置。
10.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支壁的上游侧端部与所述上游侧弯曲路径的内周壁的延长线相比,相对地更向外侧突出。
11.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支壁与构成所述副通路的内周壁由相同部件构成,该分支壁与内周壁通过连结部一体地成形。
12.如权利要求11所述的热式流量计,其特征在于:
所述连结部在沿着所述副通路的所述固有平面的方向形成在所述内周路径内,所述内周路径被所述连结部分为多个流路。
13.如权利要求11所述的热式流量计,其特征在于:
所述连结部形成在与所述副通路的所述固有平面正交的方向上的所述内周路径的端部。
14.如权利要求11所述的热式流量计,其特征在于,具有:
按照至少使热传递面露出的方式将所述流量检测部支承在所述外周路径内的支承体,该支承体的一部分埋设在所述分支壁内。
15.如权利要求14所述的热式流量计,其特征在于:
所述外周路径设置在所述副通路中所述支承体的使流量检测部的热传递面露出的测量用流路面侧。
16.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述上游侧弯曲路径的下游侧的副通路具有与所述上游侧弯曲路径的下游侧端部相比向该上游侧弯曲路径的内周壁侧加宽的加宽部,
通过在该加宽部形成所述分支壁,所述内周路径设置在所述加宽部中与所述上游侧弯曲路径的下游侧端部相比相对地向内周壁侧加宽的部分,并且所述外周路径的流路截面与所述上游侧弯曲路径的下游侧端部的流路截面相比相对地变得更小。
17.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支路径具有弯曲部。
18.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述副通路具有下游侧弯曲路径,该下游侧弯曲路径在被测量气体的流动方向上在所述分支壁的下游侧沿着所述上游侧弯曲路径的所述固有平面形成为曲线状。
19.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述内周路径的路径长度与所述外周路径的路径长度相比,相对地较短。
20.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述内周路径从所述上游侧弯曲路径的内周壁向以相对于被测量气体的流动方向小于90度的角度倾斜的方向分支。
21.如权利要求20所述的热式流量计,其特征在于:
所述内周路径在从所述上游侧弯曲路径的内周壁向以相对于被测量气体的流动方向小于90度的角度倾斜的方向分支后,向被测量气体的流动方向的相反方向分支。
22.如权利要求18所述的热式流量计,其特征在于:
所述内周路径从由所述下游侧弯曲路径的内周壁以相对于被测量气体的流动方向小于90度的角度倾斜的方向合流到主流路。
23.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述内周路径关于与所述内周路径的路径方向正交的平面中的通过所述热传递面的中心的平面对称。
24.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支壁具有将所述外周路径与所述内周路径流体连通的连通部。
25.如权利要求24所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支壁由多个部件构成,通过该多个部件分离地配置而形成所述连通部。
26.如权利要求25所述的热式流量计,其特征在于:
所述连通部在被测量气体的流动方向上从所述分支壁的上游侧端部形成至下游侧端部。
27.如权利要求24所述的热式流量计,其特征在于:
设置有按照使所述热传递面露出的方式将所述流量检测部支承在所述外周路径内的支承体,
所述连通部将所述外周路径中的使所述流量检测部的热传递面露出的测量用流路面的相反侧的测量用流路面背面侧的流路与所述内周路径流体连通。
28.如权利要求27所述的热式流量计,其特征在于:
所述分支壁在所述外周路径侧具有凹部,所述支承体的一部分收纳在所述凹部内。
29.如权利要求27所述的热式流量计,其特征在于:
在收纳在所述凹部内的所述支承体的一部分与所述凹部之间设置有间隙。
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