CN104395705B - 热式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提高热式流量计的测量精度。电路封装体(401)的测量用流路面(430)和其背面的测量用流路面背面(431)位于副通路内,副通路构成为,被测量气体(30)分开流入电路封装体的测量用流路面(430)侧的流路(386)和其背面的测量用流路面背面(431)侧的流路(387),电路封装体的用于分开被测量气体(30)的流入侧的端面的形状在测量用流路面和测量用流路面背面不同。在电路封装体的用于分开被测量气体(30)的流入侧的端面形成有基准线(700),基准线的测量用流路面侧的端面(701a)和测量用流路面背面侧的端面(701b)形成为非对称。

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具有用于测量流量的流量检测部,通过在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。热式流量计所测量的流量作为各种装置的重要控制参数被广泛使用。热式流量计的特征是,与其它方式的流量计相比,能够以相对高的精度测量气体的流量例如质量流量。
不过,人们期望进一步提高气体流量的测量精度。例如,对于搭载了内燃机的车辆而言,节省燃料的需求、尾气净化的需求非常高。为了满足这样的需求,需要以高精度测量作为内燃机的主要参数的空气进气量。
在现有的热式流量传感器中,覆盖传感器芯片的密封树脂在与传感器芯片的发热体形成面垂直的侧面,至少相对于流体的流动与流量检测部的上游侧部位相接触地进行覆盖,传感器芯片的发热体形成面与密封树脂的侧面覆盖部在与发热体形成面垂直的方向上为相同面(例如,参照专利文献1)
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-175780号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了利用热式流量计以高精度测量气体的流量,要求设置于用来取入在主通路中流动的气体的热式流量计的副通路,以高精度定位并固定热式流量计的流量检测部。专利文献1记载的热式流量计,形成通过流量检测部的空气流,检测由传感器芯片的空气流引起的温度变化从而检测流量,但是存在如下课题:难以使通过流量检测部时的空气均匀地分流至传感器芯片面及其相反面,由于搭载传感器芯片的封装体等部件的流入侧的端面形状的微小的差而使得在同一产品产生传感器芯片面的流量多的情况和少的情况。由于这种情况,在现有技术中难以进一步提高热式流量计的测量精度。
本发明就是鉴于这样的问题而完成的,其目的是提供测量精度高的热式流量计热式流量计。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的,本发明的热式流量计,包括用于使从主通路取入的被测量气体流动的副通路;在与所述副通路中流动的被测量气体之间进行热传递来测量被测量气体的流量的流量检测部;和具有所述流量测量部的电路封装体,该热式流量计的特征在于:在所述电路封装体中,测量用流路面和其背面的测量用流路面背面位于所述副通路内,所述副通路构成为,被测量气体分开流入到所述电路封装体的测量用流路面侧的流路和其背面的测量用流路面背面侧的流路,所述电路封装体的用于分开被测量气体的流入侧的端面的形状,在所述测量用流路面侧和测量用流路面背面侧不同。而且,优选在所述电路封装体的用于分开被测量气体的流入侧的端面形成有分开被测量气体的基准线,该基准线的测量用流路面侧的端面与测量用流路面背面侧的端面形成为非对称的倾斜面和/或圆弧截面、垂直面。
发明的效果
根据本发明,能够获得高测量精度的热式流量计。
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)是左视图,图2(B)是正视图。
图3是表示热式流量计的外观的图,图3(A)是右视图,图3(B)是后视图。
图4是表示热式流量计的外观的图,图4(A)是俯视图,图4(B)是仰视图。
图5是表示热式流量计的壳体的图,图5(A)是壳体的左视图,图5(B)是壳体的正视图。
图6是表示热式流量计的壳体的图,图6(A)是壳体的右视图,图6(B)是壳体的后视图。
图7是表示配置于副通路中的流路面的状态的局部放大图。
图8是用于对隔膜和将隔膜内部的空隙与开口连接的连通孔进行说明的说明图。
图9是表示热式流量计的制造工序的概要的图,是表示电路封装体的生产工序的图。
图10是表示热式流量计的制造工序的概要的图,是表示热式流量计的生产工序的图。
图11是表示热式流量计的流量检测电路的电路图。
图12是对流量检测电路的流量检测部进行说明的说明图。
图13是表示本发明的热式流量计的电路封装体的流量检测部的流入侧的端面与被测量气体的关系的示意图,图13(A)是第一实施例的示意图,图13(B)是第二实施例的示意图,图13(C)是第三实施例的示意图。
图14(A)是第四实施例的示意图,图14(B)是表示第四实施例的动作的主要部位示意图。
图15(A)是第五实施例的示意图,图15(B)是第六实施例的示意图。
具体实施方式
以下说明的用于实施发明的方式(以下称为实施例),解决了作为实际产品所期望解决的各种问题,特别是解决了作为测量车辆的空气进气量的测量装置使用时期望解决的各种问题,实现了各种效果。下述实施例所解决的各种问题中,其之一记载在上述发明要解决的问题部分,下述实施例实现的各种效果中,其之一记载在发明效果部分。关于下述实施例所解决的各种问题,以及通过下述实施例实现的各种效果,在下述实施例的说明中叙述。下述实施例中叙述的实施例所解决的问题和效果,也记载了发明要解决的问题、发明效果部分的内容以外的内容。
在以下的实施例中,相同附图标记在不同的附图中表示相同的结构,实现相同的作用效果。对于已经说明的结构,有时仅在图中标注附图标记,省略其说明。
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。基于包括发动机汽缸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从空气滤清器122被吸入,经由作为主通路124的例如吸气体、节流体126、进气岐管128被引导至发动机汽缸112的燃烧室。上述被引导至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30一同以混合气体的状态被引导至燃烧室。在本实施例中,燃料喷射阀152设置于内燃机的进气口,喷射至进气口的燃料与作为吸入空气的被测量气体30一同形成混合气体,经由进气阀116导入燃烧室,燃烧而产生机械能。
近年来,作为净化尾气和提高燃油效率的方式,众多车辆采用了将燃料喷射阀152安装在内燃机的汽缸头上,从燃料喷射阀152向各燃烧室直接喷射燃料的方式。除了图1所示的在内燃机的进气口喷射燃料的方式之外,向各燃烧室直接喷射燃料的方式也能够同样使用热式流量计300。在两种方式中,包括热式流量计300的使用方法在内的控制参数的测量方法以及包括燃料供给量、点火时间在内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,图1中表示了向进气口喷射燃料的方式。
导入到燃烧室的燃料和空气成为燃料与空气的混合状态,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,作为排气(exhaust gas)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,通过基于加速踏板的操作而改变开度的节流阀132进行控制。燃料供给量基于导入上述燃烧室的吸入空气的流量而被控制,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
从空气滤清器122吸入并在主通路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被输入控制装置200。此外,测量节流阀132的开度的节流角度传感器144的输出被输入控制装置200,进一步,为了测量内燃机的发动机活塞114、进气阀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的输出也被输入控制装置200。为了根据排气24的状态测量燃料量与空气量的混合比的状态,氧传感器148的输出被输入控制装置200。
控制装置200根据热式流量计300输出的吸入空气的流量和基于旋转角度传感器146的输出而测量出的内燃机的旋转速度,来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供给的燃料量和利用火花塞154点火的点火时间。燃料供给量、点火时间实际上还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测量的空燃比的状态而精细地控制。控制装置200还在内燃机的空转状态下利用空转空气控制阀156控制旁通节流阀132的空气量,控制空转状态下的内燃机的旋转速度。
1.2提高热式流量计测量精度的重要性和热式流量计的搭载环境
作为内燃机的主要控制量的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、经时变化的抑制、可靠性的提高,对于车辆提高控制精度和确保可靠性来说是很重要的。特别是,近年来,节省车辆燃料消耗的需求非常高,并且净化尾气的需求也非常高。为了满足这些需求,提高由热式流量计300测量的吸入空气即被测量气体30的流量的测量精度是极为重要的。此外,维持热式流量计300的高可靠性也非常重要。
搭载热式流量计300的车辆在温度变化较大的环境中使用,并且也会在风雨、雪中使用。在车辆要行驶于雪道的情况下,将会行驶在撒放了防冻剂的道路上。热式流量计300优选也考虑了应对其使用环境中的温度变化、尘埃、污染物质等。另外,热式流量计300设置在会受到内燃机振动的环境中。也要求对于振动维持高可靠性。
此外,热式流量计300安装于会受到来自内燃机的发热的影响的进气管中。因此,内燃机的发热经由作为主通路124的进气管传递至热式流量计300。由于热式流量计300是通过与被测量气体30进行热传递而测量被测量气体30的流量的,因此尽可能地抑制来自外部的热的影响是很重要的。
搭载于车辆的热式流量计300,如下文所说明的那样,不仅能够解决发明要解决的技术问题部分记载的问题,实现发明效果部分记载的效果,如以下所说明的那样,其充分考虑到上述各种问题,能够解决作为产品而需要解决的各种问题,实现各种效果。热式流量计300所解决的具体问题和实现的具体效果将在以下实施例的记载中进行说明。
2.热式流量计300的结构
2.1热式流量计300的外观构造
图2和图3、图4是表示热式流量计300的外观的图,图2(A)是热式流量计300的左视图,图2(B)是正视图,图3(A)是右视图,图3(B)是后视图,图4(A)是俯视图,图4(B)是仰视图。热式流量计300具有壳体302、正面罩303和背面罩304。壳体302包括用于将热式流量计300固定在作为主通路124的吸气体上的凸缘312,具有用于与外部设备进行电连接的外部端子306的外部连接部305,和用于测量流量等的测量部310。在测量部310的内部设置有用于形成副通路的副通路槽,并且在测量部310的内部还设置有电路封装体400,包括用于测量主通路124中流动的被测量气体30的流量的流量检测部602(参照图11)和用于测量主通路124中流动的被测量气体30的温度的温度检测部452。
2.2热式流量计300的外观构造带来的效果
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,所以能够将远离内壁面的接近中央部的部分的气体获取到副通路中,而不是主通路124的内壁面附近的气体。因此,热式流量计300能够测量远离主通路124的内壁面的部分的气体的流量和温度,能够抑制由于热等的影响而导致测量精度降低。在主通路124的内壁面附近,容易受到主通路124的温度的影响,被测量气体30的温度成为与气体本来温度不同的状态,变得与主通路124内的主要气体的平均状态不同。特别是,在主通路124是发动机的吸气体的情况下,受到来自发动机的热的影响,多会维持为高温。因此主通路124的内壁面附近的气体的温度与主通路124的本来的气温相比高出很多,成为导致测量精度下降的主要原因。
在主通路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,流速会变低。因此当将主通路124的内壁面附近的气体作为被测量气体30获取到副通路中时,流速相对于主通路124的平均流速的降低可能会导致测量误差。在图2到图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,能够减少与内壁面附近的流速下降有关的测量误差。此外,图2到图4所示的热式流量计300中,不仅是入口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于测量部310的前端部,因此能够进一步减少测量误差。
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,在其前端部设置用于将吸入空气等被测量气体30的一部分获取到副通路中的入口350和用于使被测量气体30从副通路返回主通路124的出口352。测量部310形成为从主通路124的外壁沿着向中央去的轴而较长地延伸的形状,宽度方向上如图2(A)和图3(A)所记载的那样,形成为狭窄的形状。即热式流量计300的测量部310形成为侧面的宽度很薄而正面为大致长方形的形状。由此,热式流量计300能够具有充分长的副通路,对于被测量气体30能够将流体阻力抑制为较小的值。因此,热式流量计300能够在将流体阻力抑制为较小的值的同时,以高精度测量被测量气体30的流量。
2.3温度检测部452的构造
如图2和图3所示,相比于设置在测量部310前端侧的副通路,在更靠凸缘312一侧的位置形成有朝向被测量气体30的流动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(即,作为壳体的一部分)的测量部310内的上游侧外壁向着下游侧凹陷,温度检测部452形成为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的上游侧端部形成为比上述凹陷形状的外壁更向上游侧突出的形状。因此,利用上述凹陷形状的外壁及其两侧的正面罩303和背面罩304,形成用于获取被测量气体30的入口343。从入口343取入的被测量气体30与设置于入口343内部的温度检测部452接触,由此利用温度检测部452测量温度。进而,被测量气体30沿着支承从形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344和背面侧出口345排出至主通路124。
2.4与温度检测部452相关的效果
从被测量气体30的流动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,进而,该气体向支承温度检测部452的部分也就是温度检测部452的根部流动,由此实现将支承温度检测部452的部分的温度在接近被测量气体30的温度的方向上冷却的作用。作为主通路124的进气管的温度通常较高,热量会从凸缘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,可能对温度的测量精度产生影响。如上所述,被测量气体30在由温度检测部452测量之后,沿着温度检测部452的支承部分流动,由此冷却上述支承部分。从而能够抑制热量从凸缘312或热绝缘部315通过测量部310内的上游侧外壁传递到支承温度检测部452的部分。
特别是,温度检测部452的支承部分中,测量部310内的上游侧外壁形成为向下游侧凹陷的形状(以下使用图5和图6进行说明),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。在热传导距离变长的同时,由被测量气体30冷却的部分的距离变长。由此能够减少由凸缘312或热绝缘部315带来的热的影响。这些都会带来测量精度的提高。上述上游侧外壁形成为向下游侧凹陷的形状(以下使用图5和图6进行说明),因此以下说明的电路封装体400(仅参照图5和图6)的固定变得容易。
2.5测量部310的上游侧侧面和下游侧侧面的构造和效果
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形成为随着相对于根部向前端去而变细的形状,能够减少在主通路124内流动的吸入空气30的流体阻力。上游侧突起317设置在热绝缘部315与入口343之间。上游侧突起317的截面积较大,来自凸缘312或热绝缘部315的热传导较大,但上游侧突起317中断在入口343的跟前,而且,从上游侧突起317的温度检测部452一侧到温度检测部452的距离,由于如后所述的壳体302的上游侧外壁的凹陷,形成为较长。因此,从热绝缘部315向温度检测部452的支承部分的热传导被抑制。
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之间变得较长,在该较长的部分设置正面罩303、背面罩304,该部分作为冷却面起作用。由此,能够减少主通路124的壁面的温度对温度检测部452造成影响。此外,通过使凸缘312或热绝缘部315与温度检测部452之间较长,能够使导入副通路的被测量气体30的取入部分接近主通路124的中央。能够抑制来自主通路124壁面的传热引起测量精度下降。
如图2(B)、图3(B)所示,插入主通路124内的测量部310其两侧面非常窄,而且下游侧突起318、上游侧突起317形成为减少空气阻力的前端相对于根部变窄的形状。因此,能够抑制由于将热式流量计300插入主通路124而导致流体阻力增大。此外,在设置有下游侧突起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。上游侧突起317和下游侧突起318由树脂模塑制作,因此容易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具有能够降低空气阻力,而且容易被主通路124中流动的被测量气体冷却的效果。
2.6凸缘312的构造和效果
在凸缘312的下表面的与主通路124相对的部分,设置有多个凹陷314,从而减少与主通路124之间的热传递面,热式流量计300不易受到热的影响。凸缘312的螺纹孔313用于将热式流量计300固定于主通路124,在各螺纹孔313周围的与主通路124相对的面与主通路124之间形成有空间,使得这些螺纹孔313周围的与主通路124相对的面离开主通路124。通过形成这样的结构,能够降低从主通路124到热式流量计300的热传递,防止由热量引起的测量精度的下降。进一步,上述凹陷314不仅能够起到降低热传导的效果,也起到在壳体302成形时降低构成凸缘312的树脂的收缩的影响的作用。
在凸缘312的测量部310一侧设置有热绝缘部315。热式流量计300的测量部310从设置在主通路124上的安装孔被插入内部,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例如是吸气体,主通路124多维持在高温。但反过来,还能够考虑到在寒冷地点起动时主通路124处于极低温度的情况。若主通路124的这种高温或低温的状态对温度检测部452和后述的流量测量产生影响,则测量精度将会下降。因此,在接近主通路124的孔内表面的热绝缘部315上,排列设置有多个凹陷316,邻接的凹陷316间的接近上述孔内表面的热绝缘部315的宽度极薄,为凹陷316的流体流动方向上的宽度的3分之1以下。由此能够减少温度的影响。此外,热绝缘部315部分的树脂较厚。在壳体302的树脂模塑时,树脂从高温状态冷却到低温而固化时发生体积收缩,产生应力而导致发生变形。通过在热绝缘部315形成凹陷316,能够使体积收缩更加均匀,减少应力集中。
热式流量计300的测量部310从设置在主通路124上的安装孔被插入到内部,利用热式流量计300的凸缘312由螺纹件固定于主通路124。热式流量计300优选以规定的位置关系固定在设置于主通路124的安装孔上。能够将设置于凸缘312的凹陷314用于主通路124与热式流量计300的定位。通过在主通路124上形成凸部,能够形成为上述凸部和凹陷314具有嵌合关系的形状,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的构造和效果
图4(A)是热式流量计300的俯视图。在外部连接部305的内部设置有4个外部端子306和校正(修正)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,和供给用于使热式流量计300动作的直流电力的电源端子。校正用端子307是用于进行制造出的热式流量计300的测量,求取关于各个热式流量计300的校正値,并将校正值存储在热式流量计300内部的存储器中的端子,在之后的热式流量计300的测量动作中使用存储在上述存储器中的表示校正値的校正数据,但不使用该校正用端子307。因此,校正用端子307形成为与外部端子306不同的形状,使得在外部端子306与其它外部设备连接时校正用端子307不会造成妨碍。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,即使与外部端子306连接的外部设备的连接端子插入到外部连接部305中,也不会对连接造成阻碍。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用于在凸缘312的材料即树脂冷却而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之外,通过还设置校正用端子307,能够在热式流量计300出厂前进行各种特性的测量,测量产品的偏差,将用于减少偏差的校正值存储在热式流量计300内部的存储器中。校正用端子307被形成为与外部端子306不同的形状,使得上述校正值的设定工序之后,校正用端子307不会对外部端子306与外部设备的连接造成妨碍。于是,热式流量计300能够在出厂前减少个体偏差,达到测量精度的提高。
3.壳体302的整体构造及其效果
3.1副通路和流量检测部的构造和效果
图5和图6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的左视图,图5(B)是壳体302的正视图,图6(A)是壳体302的右视图,图6(B)是壳体302的后视图。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形成副通路的副通路槽。在该实施例中副通路槽设置在壳体302的正背两面,图5(B)中表示了正面侧副通路槽332,图6(B)中表示了背面侧副通路槽334。用于形成副通路的入口350的入口槽351和用于形成出口352的出口槽353设置在壳体302的前端部,因此能够将远离主通路124的内壁面之部分的气体,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获取。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中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,多会表现出比在主通路124中流动的气体的平均流速慢的流速。实施例的热式流量计300不容易受到这样的影响,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相连。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利用凸缘312固定于主通路124,由此具有电路封装体400的测量部310被维持高可靠性地固定于主通路124。
在该实施例中,在壳体302上设置有用于形成副通路的副通路槽,通过将罩覆盖在壳体302的正面和背面,来利用副通路槽和罩实现副通路。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的一部分来成形所有的副通路槽。此外,壳体302成形时在壳体302的两面设置有模具,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这两者全都作为壳体302的一部分来成形。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的两面形成正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334,能够以高精度形成副通路。而且能够提高生产效率。
在图6(B)中,主通路124中流动的被测量气体30的一部分从构成入口350的入口槽351被取入到背面侧副通路槽334内,并在背面侧副通路槽334内流动。背面侧副通路槽334形成为随着前进而变深的形状,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在电路封装体400的上游部342设置有急剧变深的陡倾斜部347,质量小的空气的一部分沿着陡急倾斜部347移动,在电路封装体400的上游部342处,在图5(B)中记载的测量用流路面430流动。另一方面,质量大的异物由于惯性力很难实现急剧的路线(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。之后通过电路封装体400的下游部341,在图5(B)中记载的测量用流路面430流动。
使用图7说明热传递面露出部436附近的被测量气体30的流动。在图5(B)中记载的正面侧副通路槽332中,从上述的电路封装体400的上游部342向正面侧副通路槽332一侧移动的作为被测量气体30的空气,沿测量用流路面430流动,经由设置于测量用流路面430的热传递面露出部436在与用于测量流量的流量检测部602之间进行热传递,以进行流量的测量。通过测量用流路面430后的被测量气体30、从电路封装体400的下游部341流动到正面侧副通路槽332的空气,一起沿正面侧副通路槽332流动,从用于形成出口352的出口槽353向主通路124排出。
混入被测量气体30中的杂质等质量大的物质的惯性力大,很难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处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。在该实施例中采用了使得气体以外的质量大的异物大部分通过测量用流路面430的背面即测量用流路面背面431的结构,因此,能够减少由油、碳、杂质等异物造成的污染影响,能够抑制测量精度的下降。即,具有使被测量气体30的路线沿着横穿主通路124的流动轴的轴而急剧变化的形状,因此能够减少混入被测量气体30中的异物的影响。
在该实施例中,由背面侧副通路槽334构成的流路沿着曲线从壳体302的前端部向着凸缘方向去,在最靠凸缘一侧的位置,副通路中流动的气体相对于主通路124的流动成为反方向的流动,在该反方向流动的部分,一侧即背面侧的副通路与形成在另一侧即正面侧的副通路连接。通过采用这样的结构,电路封装体400的热传递面露出部436变得容易固定在副通路中,而且容易在接近主通路124的中央部的位置上获取被测量气体30。
在该实施例中,采用了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背面侧副通路槽334和正面侧副通路槽332的结构,而且,电路封装体400的前端侧不采用被壳体302支承的结构,而采用具有空洞部382,且电路封装体400的上游部342的空间与电路封装体400的下游部341的空间相连的结构。作为使该电路封装体400的上游部342和电路封装体400的下游部341贯通的结构,以被测量气体30从形成于壳体302的一面的背面侧副通路槽334向形成于壳体302的另一面的正面侧副通路槽332移动的形状形成副通路。通过采用这样的结构,能够由一次树脂模塑工序在壳体302的两面形成副通路槽,而且能够一并形成使两面的副通路槽相连的构造。
在壳体302成形时,通过使用成形模具来夹持形成在电路封装体400上的测量用流路面430的两侧,能够形成使电路封装体400的上游部342与电路封装体400的下游部341都贯通的结构,而且,能够在壳体302的树脂模塑成形的同时,将电路封装体400安装在壳体302上。通过像这样通过将电路封装体400插入壳体302的成形模具中进行成形,能够高精度地在副通路中安装电路封装体400和热传递面露出部436。
在该实施例中,采用使该电路封装体400的上游部342和电路封装体400的下游部341都贯通的结构。但是,通过采用使电路封装体400的上游部342和下游部341中任一方贯通的结构,也能够以一次树脂模塑工序形成连接背面侧副通路槽334和正面侧副通路槽332的副通路形状。
另外,在背面侧副通路槽334的两侧设置有背面侧副通路外周壁391和背面侧副通路内周壁392,这些背面侧副通路外周壁391和背面侧副通路内周壁392各自的高度方向的前端部紧贴背面罩304的内侧面,从而形成壳体302的背面侧副通路。另外,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,这些正面侧副通路内周壁393和正面侧副通路外周壁394的高度方向的前端部紧贴正面罩303的内侧面,从而形成壳体302的正面侧副通路。
在该实施例中,被测量气体30被分成测量用流路面430及其背面这两路而流动,并在一侧设置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,而是使之仅通过测量用流路面430的正面一侧。令主通路124的流动方向为第一轴,通过使副通路以沿着横穿该第一轴方向的第二轴的方式弯曲,能够使混入被测量气体30的异物偏向第二轴的弯曲程度较小的一侧,通过在第二轴的弯曲程度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的相连部分设置测量用流路面430和热传递面露出部436。但是,也可以不设置在正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334的相连部分,而是设置在正面侧副通路槽332或背面侧副通路槽334。
在设置于测量用流路面430上的用于测量流量的热传递面露出部436的部分形成有节流形状(以下使用图7进行说明),由于该节流效果,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具有在温度检测部452的根部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,使得温度检测部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。
并且,此处通过由固定部372包围(包裹、包覆)电路封装体400来固定电路封装体400,但通过利用外壁凹陷部366进一步固定电路封装体400,能够增大固定电路封装体400的力。固定部372在沿着被测量气体30的流动轴的方向上包围电路封装体400。而外壁凹陷部366在横穿被测量气体30的流动轴的方向上包围电路封装体400。即,以包围的方向与固定部372不同的方式包围电路封装体400。由于在两个不同的方向上包围电路封装体400,因此固定力增大。外壁凹陷部366是上游侧外壁335的一部分,但若是为了增大固定力,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不同的方向上包围电路封装体400。例如,可以由下游侧外壁336包围电路封装体400的板部,或者,在下游侧外壁336设置向上游方向凹陷的凹陷部或者向上游方向突出的突出部来包围电路封装体400。之所以在上游侧外壁335设置外壁凹陷部366来包围电路封装体400是因为,除了进行电路封装体400的固定之外,还具有增大温度检测部452与上游侧外壁335之间的热阻的作用。
在温度检测部452的根部设置外壁凹陷部366,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。进而,在上游侧突起317与温度检测部452之间设置有通过切口而形成的测温用凹陷368。利用该测温用凹陷368能够减少热量经由上游侧突起317传递到温度检测部452。由此能够提高温度检测部452的检测精度。特别是上游侧突起317的截面积较大,热传递容易发生,阻止热传递的测温用凹陷368的作用很重要。
3.2副通路的流量检测部的结构和效果
图7是表示电路封装体400的测量用流路面430配置在副通路槽的内部的状态的局部放大图,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中省略并简化了细节,细节部分存在少许变形。图7的左侧部分是背面侧副通路槽334的末端部,右侧部分是正面侧副通路槽332的始端部分。图7中,在具有测量用流路面430的电路封装体400的左右两侧设置有贯通部,即,在具有测量用流路面430的电路封装体400的左右两侧,背面侧副通路槽334和正面侧副通路槽332相连,不过关于这一点在图中并未明确记载。
从入口350被获取、并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体400的上游部342的贯通部,在由电路封装体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中流动,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中流动。之后,流路387中流动的被测量气体30经由电路封装体400的下游部341的贯通部移动至正面侧副通路槽332,与流路386中流动的被测量气体30合流,在正面侧副通路槽332中流动,从出口352向主通路124排出。
由于副通路槽形成为使得从背面侧副通路槽334经由电路封装体400的上游部342的贯通部引导至流路386的被测量气体30,比引导至流路387的流路弯曲程度更大,因此包含于被测量气体30中的杂质等质量大的物质聚集于弯曲程度较小的流路387。因此,几乎不会有异物流入流路386。
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430一侧缓缓突出,由此成为形成节流部的构造。测量用流路面430被配置在流路386的节流部的一侧,在测量用流路面430上设置有流量检测部602用于在其与被测量气体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,优选热传递面露出部436的部分的被测量气体30为涡流较少的层流。此外,流速越快测量精度越高。因此,使与测量用流路面430相对地设置在正面罩303上的突起部356向着测量用流路面430平滑突出而形成节流部。该节流部起到使被测量气体30的涡流减少而接近层流的作用。而且,节流部的流速变快,而用于测量流量的热传递面露出部436配置在该节流部,因此流量的测量精度提高。
以与设置于测量用流路面430上的热传递面露出部436相对的方式使突起部356向副通路槽内突出而形成节流部,从而能够提高测量精度。用于形成节流部的突起部356被设置在与设置于测量用流路面430上的热传递面露出部436相对的罩上。图7中与设置于测量用流路面430上的热传递面露出部436相对的罩为正面罩303,因此突起部356设置在正面罩303上,但只要是设置在正面罩303或背面罩304中的与设置于测量用流路面430上的热传递面露出部436相对的罩上即可。根据电路封装体400上设置测量用流路面430和热传递面露出部436的面是哪一个面,与热传递面露出部436相对的罩是哪一个罩会相应改变。
流路386和流路387的被测量气体30的分配等也与高精度的测量相关,也可以通过在背面罩304上也设置突起部并使该突起部向流路387突出,从而调整流路386和流路387的被测量气体30的分配等。此外,通过在流路387设置节流部而使流速快,能够期待将垃圾等异物引入流路387的作用。作为流路386和流路387的各种调整单元中的一个而利用基于突起部的节流部,但是也可以通过调整测量用流路面背面431和背面罩304之间的宽度等而调整上述的流路386和流路387的流量的分配等。这种情况下,如图7所示,不需要在正面罩303设置的突起部。
在图5和图6中,在设置于测量用流路面430上的热传递面露出部436的背面也就是测量用流路面背面431,会残留有电路封装体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特别的阻碍,就算原样保留按压印迹442也没有问题。此外,如后文所述,在通过树脂模塑来成形电路封装体400时,流量检测部602所具有的半导体隔膜(semiconductor diaphram)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,使得包覆电路封装体400的树脂不会流入到热传递面露出部436是很关键的。从这样的观点出发,需要用模具将包含热传递面露出部436在内的测量用流路面430包围,并使用其它模具按压热传递面露出部436的背面,阻止树脂的流入。电路封装体400通过传递模塑而制成,因此树脂的压力高,从热传递面露出部436的背面进行按压是很重要的。此外,优选在流量检测部602使用半导体隔膜,形成由半导体隔膜产生的空隙式的通气用通路。为了保持并固定用于形成通气用通路的板(plate)等,从热传递面露出部436的背面进行按压是重要的。
3.3正面罩303和背面罩304的形状和效果
正面罩303、背面罩304通过堵塞壳体302的副通路槽,用于形成副通路。此外,设置突起部356,用于在流路设置节流部。因此,优选成形精度高。正面罩303、背面罩304通过向模具注入热可塑性树脂的树脂模塑工序而被形成,因此能够以高的精度制作。此外,在正面罩303和背面罩304上,按照需要形成有突起部(图7的正面罩的突起部356),在壳体302嵌合时成为如下结构:即,填埋图5(B)和图6(B)所示的电路封装400的前端侧的空洞部382的间隙,与此同时覆盖电路封装400的前端部的结构。
在正面罩303、背面罩304上,成形有正面保护部322、背面保护部325。如图2、图3所示,在入口343的正面侧侧面配置有设置在正面罩303上的正面保护部322,此外,在入口343的背面侧侧面配置有设置在背面罩304上的背面保护部325。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,能够防止在生产中以及搭载到车辆上时、温度检测部452与什么碰撞等而导致温度检测部452的机械的损伤。
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,形成为沿着副通路的流路的轴的方向较长地延伸的形状。突起部356的截面形状也可以是,如图7所示那样,以突起部的顶点为界朝向下游侧倾斜。利用测量用流路面430和突起部356在上述的流路386成形节流部,发挥使在被测量气体30产生的涡流减少,使得产生层流的作用。在该实施例中,将具有节流部分的副通路分为:槽的部分;和堵塞槽而完成具备节流部的流路的盖的部分,在用于成形壳体302的第二树脂模塑工序成形槽的部分,接着在另一树脂模塑工序成形具有突起部356的正面罩303,将正面罩303作为槽的盖而覆盖槽,由此形成副通路。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。通过这样利用树脂模塑工序成形形状复杂的槽,在正面罩303上设置用于形成节流部的突起部356,能够以高的精度成形图7所示的流路386。此外,由于能够以高的精度维持槽与测量用流路面430、热传递面露出部436的配置关系,因此能够使量产品中的偏差小,结果获得精度高的测量结果。
此外,生产效率也提高。
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,利用成形壳体302的第二树脂模塑工序形成槽部分,利用背面罩304覆盖槽,由此成形流路387。通过这样形成流路387,能够以高精度形成流路387,生产效率也提高。另外,在该实施例中,在正面罩303侧的流路386设置有节流部,虽然没有图示,但是也能够在背面罩304侧设置突起部,使用具有节流部的流路387。
3.4电路封装体400在壳体302上的固定构造和效果
接着再次参照图5和图6,说明电路封装体400怎样通过树脂模塑工序固定于壳体302。以使形成在电路封装体400的正面的测量用流路面430被配置在形成副通路的副通路槽的规定位置——例如在图5和图6所示的实施例中被配置在正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334的相连的部分——的方式,将电路封装体400配置并固定在壳体302上。通过树脂模塑而将电路封装体400埋设固定于壳体302中的部分,在比副通路槽稍靠凸缘312一侧的位置,作为用于将电路封装体400埋设固定于壳体302中的固定部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体400的外周的方式埋设。
如图5(B)所示,电路封装体400由固定部372固定。固定部372利用与正面罩303相接触的高度的面和薄壁部376包围电路封装体400。通过使覆盖376的部位的树脂的厚度较薄,具有能够缓和固定部372成形时树脂在温度冷却时的收缩,并且能够减少施加在电路封装体400上的应力的集中的效果。若如图6(B)所示,电路封装体400的背面侧也采用上述形状,则能够得到更好的效果。
此外,并不将电路封装体400的整个面利用成形壳体302的树脂覆盖,而是在固定部372的凸缘312一侧设置有电路封装体400的外壁露出的部分。在该图5和图6的实施例中,相比于电路封装体400的外周面中的被壳体302的树脂包围的部分的面积,没有被壳体302的树脂包围而从壳体302的树脂露出的面积更大。此外,电路封装体400的测量用流路面430的部分也从形成壳体302的树脂中露出。
通过使带状地绕整个一周覆盖电路封装体400的外壁的固定部372的一部分为薄壁,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体400的周围的方式形成的固定部372在固化过程中因体积收缩引起应力过度集中。过度的应力集中可能对电路封装体400造成不良影响。
此外,为了减小电路封装体400的外周面中的被壳体302的树脂包围的部分的面积,以较小的面积更牢固地固定电路封装体400,最好提高固定部372与电路封装体400的外壁的密接度(粘附强度)。在为了形成壳体302而使用热塑性树脂的情况下,热塑性树脂在粘性低的状态下会进入到电路封装体400的外壁的细小凹凸中,优选在进入了上述外壁的细小凹凸中的状态下固化热塑性树脂。在形成壳体302的树脂模塑工序中,优选将热塑性树脂的入口设置在固定部372或其附近。热塑性树脂随温度下降而粘性增大进而固化。由此,通过使高温状态的热塑性树脂从固定部372或其附近流入,能够使粘性低的状态的热塑性树脂与电路封装体400的外壁密接进而使其固化。由此,能够抑制热塑性树脂的温度下降,延长低粘性状态,提高电路封装体400与固定部372的密接度。
通过使电路封装体400的外壁面粗糙,能够提高电路封装体400与固定部372的密接度。作为使电路封装体400的外壁面粗糙的方法,包括利用第一树脂模塑工序成形电路封装体400之后,例如以暗光处理(pear-skin process)等处理方法,在电路封装体400的表面形成细小的凹凸的粗化方法。作为对电路封装体400的表面施以细小的凹凸加工的粗化方法,例如能够通过喷砂进行粗化。并且也能够利用激光加工进行粗化。
此外,作为其它的粗化方法,在第一树脂模塑工序所使用模具的内表面粘贴带有凹凸的片材,将树脂压入表面设有片材的模具中。像这样,也能够在电路封装体400的表面形成细小的凹凸而实现粗化。另外,能够在用于成形电路封装体400的模具的内部形成凹凸而使电路封装体400的表面粗化。进行这样的粗化的电路封装体400的表面部分,至少是设置固定部372的部分。进而,通过使设置外壁凹陷部366的电路封装体400的表面部分也粗化,能够进一步增强密接度。
此外,槽的深度在利用上述片材对电路封装体400的表面进行凹凸加工的情况下依赖于上述片材的厚度。当上述片材的厚度较厚时,第一树脂模塑工序中的模塑将变得困难,因此上述片材的厚度存在极限,而当上述片材的厚度较薄时,预先设置于上述片材的凹凸的深度存在极限。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深度为10μm以上20μm以下。若深度小于10μm则粘附的效果小。大于20μm的深度从上述片材的厚度来考虑是难以实现的。
在上述片材以外的粗化方法的情况下,考虑到成形电路封装体400的第一树脂模塑工序中的树脂的厚度优选为2mm以下,凹凸的底与顶点之间的凹凸深度不易为1mm以上。从概念上来讲,当电路封装体400的表面的凹凸的底与顶点之间的凹凸深度增大时,覆盖电路封装体400的树脂与形成壳体302的树脂之间的密接度会增加,但根据上述理由,凹凸的底与顶点之间即凹凸深度优选为1mm以下。即,优选通过在电路封装体400的表面设置10μm以上1mm以下范围的凹凸,来增加覆盖电路封装体400的树脂与形成壳体302的树脂之间的密接度。
成形电路封装体400的热固性树脂和成形包括固定部372的壳体302的热塑性树脂存在热膨胀系数的差异,需要使得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体400。
进一步,通过使包围电路封装体400的外周的固定部372的形状为带状,并使带的宽度较窄,能够减少施加于电路封装体400的由热膨胀系数差引起的应力。最好使固定部372的带状的宽度为10mm以下,优选为8mm以下。在本实施例中,不仅由固定部372固定电路封装体400,作为壳体302的上游侧外壁335的一部分的外壁凹陷部366也包围电路封装体400而固定该电路封装体400,因此能够使固定部372的带状的宽度更小。例如只要宽度为3mm以上就能够固定电路封装体400。
在电路封装体400的表面,出于减少由热膨胀系数差引起的应力等的目的,设置了由成形壳体302的树脂所覆盖的部分和没有覆盖而露出的部分。电路封装体400的表面从壳体302的树脂露出的部分设置多个,其中之一是前文已说明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312一侧的部分还设置有露出的部分。进而,形成外壁凹陷部366,使比该外壁凹陷部366靠上游侧的部分露出,使该露出部作为支承温度检测部452的支承部。电路封装体400的外表面的比固定部372更靠凸缘312一侧的部分,在其外周,特别是从电路封装体400的下游侧到与凸缘312相对的一侧,进而到接近电路封装体400的端子的部分的上游侧,以围绕电路封装体400的方式形成了空隙。像这样,通过在电路封装体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向电路封装体400传递的热量,抑制由热的影响导致测量精度下降。
在电路封装体400与凸缘312之间形成了空隙,该空隙部分作为端子连接部320起作用。在该端子连接部320,电路封装体400的连接端子412与外部端子306的位于壳体302一侧的外部端子内端361分别通过点焊或激光焊等电连接。端子连接部320的空隙如上所述起到抑制从壳体302到电路封装体400的热传递的效果,并且确保了可用于电路封装体400的连接端子412与外部端子306的外部端子内端361的连接作业的空间。
3.5壳体302内部的空隙与热式流量计300外部的连通结构
如图4(A)所示,在外部连接部305的内部设置的开口309与设置于壳体302的孔(未图示)连接。在实施例中,壳体302的两面被正面罩303和背面罩304密封。如果没有设置与开口309连通的孔,则由于包含端子连接部302的空隙内的空气的温度变化,在上述空隙内的气压与外部气压之间产生差。优选使这样的差尽量小。因此,在壳体302的空隙内设置有与设置在外部连接部305内的开口309连接的孔。为了提高电连接的可靠性,外部连接部305形成为不受到水等的坏影响的结构,在外部连接部305内设置开口309,由此能够防止水从开口309浸入,进一步还能够防止垃圾、尘埃等异物的侵入。
3.6基于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、处理部604的电路封装体400,接着,由第二树脂模塑工序制造形成供被测量气体30流动的副通路的例如具有正面侧副通路槽332和背面侧副通路槽334的壳体302。在该第二树脂模塑工序中,将上述电路封装体400内置于壳体302的树脂内,利用树脂模塑法固定于壳体302内。通过这样做,能够以极高的精度维持用于流量检测部602在其与被测量气体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体400产生的误差或个体偏差抑制为非常小的值。结果能够大幅改善电路封装体400的测量精度。例如与现有的使用粘接剂进行固定的方式相比,能够使测量精度提高2倍以上。热式流量计300多是通过量产而制成的,在进行严格的测量的同时由粘接剂进行粘接的方法,对于测量精度的提高存在极限。但是,通过像本实施例这样由第一树脂模塑工序制造电路封装体400,之后由用于成形供被测量气体30流通的副通路的第二树脂模塑工序形成副通路,并同时固定电路封装体400与上述副通路,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。关于这一点,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,能够以使得正面侧副通路槽332与背面侧副通路槽334以及热传递面露出部436之间的关系成为规定的关系的方式,以高精度将电路封装体400固定于壳体302。通过这样做,在量产的各热式流量计300中,能够稳定地以非常高的精度得到各电路封装体400的热传递面露出部436与副通路的位置关系和形状等的关系。能够以非常高的精度成形固定了电路封装体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使用正面罩303和背面罩304覆盖壳体302的两面的操作。该操作非常简单,是导致测量精度下降的因素较少的操作工序。此外,正面罩303和背面罩304由成形精度高的树脂模塑工序制造。由此,能够高精度地完成与电路封装体400的热传递面露出部436以规定关系设置的副通路。通过采用这样的方法,除了提高测量精度之外,还能够得到高生产效率。
与此不同的是,在现有技术中首先制造副通路,接着在副通路上使用粘接剂粘接测量部来生产热式流量计。这样的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对于每个产品都不同。因此在提高测量精度方面存在极限。并且,在由量产工序进行这些操作时,测量精度的提高变得非常难。
在本发明的实施例中,首先,利用第一树脂模塑工序生产具有流量检测部602的电路封装体400,接着利用树脂模塑工序固定电路封装体400,并且同时利用第二树脂模塑工序成形用于通过上述树脂模塑工序形成副通路的副通路槽。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中以极高的精度固定流量检测部602。
将与流量测量有关的部分——例如流量检测部602的热传递面露出部436和安装有热传递面露出部436的测量用流路面430——形成在电路封装体400的正面。之后,使测量用流路面430和热传递面露出部436从形成壳体302的树脂中露出。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不被形成壳体302的树脂所覆盖。使由电路封装体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或者温度检测部452,保持原样地在壳体302的树脂模塑之后也使用,用于热式流量计300的流量测量和温度测量。通过这样做能够提高测量精度。
在本发明的实施例中,通过使电路封装体400与壳体302一体成形,来将电路封装体400固定在具有副通路的壳体302中,因此能够以较少的固定面积将电路封装体400固定于壳体302。即,能够使电路封装体400的不与壳体302接触的表面积较大。上述电路封装体400的不与壳体302接触的表面,例如从空隙露出。进气管的热传递至壳体302,从壳体302传递至电路封装体400。即使不用壳体302包围电路封装体400的整个面或大部分,而是使壳体302与电路封装体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体400固定于壳体302。因此,能够将从壳体302到电路封装体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,能够使电路封装体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到电路封装体400的热传递。此外,能够减少由形成电路封装体400的热固性树脂的热膨胀系数与形成壳体302的热塑性树脂的膨胀系数的差引起的应力。
4.电路封装400的结构
4.1具备热传递面露出部436的测量用流路面430的成形
为了使得内置在电路封装400中的流量检测部602(参照图11)以高精度测量被测量气体30的状态,优选流过热传递面露出部436的附近的气体为层流,紊乱少。为此,优选热传递面露出部436的流路侧面与引导气体的测量用流路面430的面之间没有阶差。通过采用这样的结构,能够高精度地保持流量测量精度,并且能够抑制不均匀的应力和变形作用于流量检测部602。另外,如果上述阶差是不会对流量测量精度施加影响的程度的阶差,则也可以设置该阶差。
在具有热传递面露出部436的测量用流路面430的背面,如图8所示,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之间进行热量的交换而被使用的场所,为了正确地测量被测量气体30的状态,优选是流量检测部602与被测量气体30之间良好地进行热传递。为此,必须避免热传递面露出部436的部分被第一树脂模塑工序中的树脂覆盖。将模具抵在热传递面露出部436以及作为其背面的测量用流路面背面431这两面,利用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的背面成形有凹部形状的按压印迹442。该部分优选为,构成流量检测部602等的元件配置在附近,尽量将这些元件的发热散热到外部。所成形的凹部受到树脂的影响少,发挥容易散热的效果。
在由半导体元件构成的流量检测部(流量检测元件)602,形成有相当于热传递面露出部436的半导体隔膜,通过在流量检测元件602的背面成形空隙能够获得半导体隔膜。当密封上述空隙时,温度变化会导致上述空隙内的压力的变化,由此会使得半导体隔膜变形,测量精度下降。因此,在该实施例中,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的内部设置有将半导体隔膜背面的空隙与开口438连接的连通孔。其中,上述开口438,为了使得在第二树脂模塑工序中不被树脂堵塞,设置于图14所示的没有记载斜线的部分。
需要在第一树脂模塑工序成形上述开口438,将模具抵在开口438的部分及其背面,通过以模具按压表面和背面这两面,阻止树脂流入开口438的部分,成形开口438。关于开口438以及将半导体隔膜的背面的空隙与开口438连接的连通孔的成形,在后面叙述。
4.2温度检测部452和突出部424的成形与效果
设置于电路封装体400的温度检测部452,也设置于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出部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,希望尽可能地减少与被测量气体30以外部分的热传递。支承温度检测部452的突出部424形成为其前端部分相比其根部较细的形状,温度检测部452设置在其前端部分。通过采用这样的形状,能够减少来自突出部424的根部的热对温度检测部452的影响。
此外,在由温度检测部452检测了被测量气体30的温度之后,被测量气体30沿突出部424流动,起到了使突出部424的温度接近被测量气体30的温度的作用。由此,能够抑制突出部424的根部的温度对温度检测部452造成的影响。特别是在该实施例中,设置有温度检测部452的突出部424的附近较细,随着向突出部424的根部去而逐渐变粗。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。
4.3电路封装400的端子
在电路封装400,为了供给用于使内置的流量检测部602和处理部604动作的电力、以及为了输出流量的检测值和温度的检测值,设置有连接端子412。而且,为了检查电路封装400是否正确地动作、电路部件及其连接是否产生了异常,检查端子与连接端子412并排设置。在该实施例中,通过在第一树脂模塑工序使用热固化性树脂对流量检测部602、处理部604进行传递模,制作电路封装400。通过进行传递模成形,能够提高电路封装400的尺寸精度,但是在传递模工序中,加压的高温的树脂被压入到内置流量检测部602和处理部604的密封的模具的内部,因此优选对制作的电路封装400,检查流量检测部602、处理部604以及它们的配线关系是否存在损伤。在该实施例中,设置用于进行检查的检查端子,对所生产的各个电路封装400分别实施检查。由于检查端子不被用于测量,因此,如上所述,检查端子与外部端子内端361不连接。另外,为了增加机械弹性力,在各个连接端子412设置有弯曲部416。通过使各个连接端子412具有机械弹性力,能够吸收由于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的不同而产生的应力。即,各个连接端子412受到第一树脂模塑工序的热膨胀的影响,而且与各个连接端子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。能够吸收由于这些树脂的不同而产生的应力。
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
由图5(B)、6(B)等表示的电路封装400的中央部分,为了在第二树脂模塑工序中将电路封装400固定于壳体302,成为用于利用在第二树脂模塑工序使用的热可塑性树脂覆盖电路封装400的固定部372、薄壁部376。如使用图5和图6所说明的那样,测量用流路面430以及设置在测量用流路面430的热传递面露出部436与副通路的形状的关系被以高精度维持为规定的关系很重要。由于在第二树脂模塑工序中,在成形副通路的同时将电路封装400固定于成形副通路的壳体302,因此能够以极高的精度维持上述副通路与测量用流路面430以及热传递面露出部436的关系。即,由于在第二树脂模塑工序中将电路封装400固定于壳体302,所以能够以高精度将电路封装400定位固定于用于成形具备副通路的壳体302的模具内。通过将高温的热可塑性树脂注入该模具内,以高精度成形副通路,并且电路封装400被以高精度固定。
在该实施例中,不是利用成形壳体302的树脂覆盖电路封装400的整个面,在电路封装400的连接端子412侧设置有表面露出的、即没有被壳体302用树脂覆盖的部分。在该实施例中,与电路封装400的表面中被壳体302用树脂包含的固定部372和薄壁部376的面积相比,没有被壳体302的树脂包含的从壳体302用树脂露出的面积更宽广。
成形电路封装400的热固化性树脂与成形具备固定部372的壳体302的热可塑性树脂之间,热膨胀系数存在差,优选使得基于该热膨胀系数差的应力尽量不施加到电路封装400。通过减少电路封装400的表面的固定部372和薄壁部376,能够降低基于热膨胀系数的差的影响。例如,通过使固定部372和薄壁部376的宽度为带状,能够减少电路封装400的表面的固定面。
此外,通过在温度检测部452的突出部的根部设置固定部372和薄壁部376,能够增强温度检测部452的机械强度。通过在电路封装400的表面设置在沿着被测量气体30流动的轴的方向为带状的固定面,进一步设置与被测量气体30流动的轴交差的方向的固定面,能够更牢固地将电路封装400与壳体302相互固定。在固定部372和薄壁部376中,沿着测量用流路面430以规定的宽度呈带状地包围电路封装400的部分,是沿着上述的被测量气体30的气流的轴的方向的固定面,覆盖温度检测部452的根部的部分是横穿被测量气体30的气流的轴的方向的固定面。
5.电路封装上的电路部件的搭载
5.1电路封装的框架
如图8所示,在电路封装400的框架的中央搭载有板532,板532上搭载有电路部件等的芯片。引线与搭载有板532的框架机械连接,在搭载于框架的中央的板532搭载有芯片状的流量检测部602和作为LSI被制作的处理部604。在流量检测部602设置有隔膜672,这相当于通过上述的模塑成形上述的热传递面437露出的热传递面露出部436。此外,以下说明的流量检测部602的各个端子与处理部604由导线542电连接。而且处理部604的各端子与对应的引线514由导线543连接。此外,位于电路封装400的连接端子的部分与板532之间的未图示的引线,在它们之间连接有芯片状的电路部件等。
在这样作为电路封装400完成的情况下的最前端侧,配置具有隔膜672的流量检测部602,处理部604以LSI的状态配置在相对于上述流量检测部602成为连接端子的一方,而且在处理部604的端子侧配置有连接用的导线543。通过这样从电路封装400的前端侧起在连接端子的方向依次配置流量检测部602、处理部604、导线543、电路部件516、连接用的引线514,使得整体简单,整体成为简洁的配置。
为了支承板532,设置有多个引线,该引线固定在框架上。其中,在板532的下表面设置有与连接上述引线的板532相同的面积的未图示的引线面,板532搭载在该引线面上。这些引线面接地。由此,能够使上述流量检测部602和处理部604的电路内的接地共同地仅经由上述引线面进行,从而能够抑制噪声,提高被测量气体30的测量精度。此外,从板532朝向流路的上游侧,即按照使得沿着横穿上述流量检测部602、处理部604、电路部件516的轴的方向的轴突出的方式,朝向温度检测部452的方向设置有引线,作为构成温度检测部的温度检测元件,例如芯片状的热敏电阻与引线连接。而且,在与作为温度检测部452的根部的处理部604接近的位置也设置有引线,该引线与上述的突出的引线由Au导线等细线电连接。如果使引线彼此直接连接,则热量经这些引线传递至热敏电阻等温度检测元件,不能正确地测量被测量气体30的温度。因此,通过利用截面积小的热阻大的线进行连接,能够增大引线彼此之间的热阻。由此,使得热量不会影响到温度检测部452的温度检测元件,提高被测量气体30的温度的测量精度。
5.2将隔膜背面的空隙与开口连接的结构
图8是表示图5(B)的C-C截面的一部分的图,是对于将设置在隔膜672和流量检测部(流量检测元件)602的内部的空隙674和孔520连接的连通孔676进行说明的说明图。
如后所述,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,隔膜672的背面设置有空隙674。在隔膜672上设置有未图示的与被测量气体30进行热交换来测量流量的元件。若在形成于隔膜672上的元件间,除了与被测量气体30的热交换之外,还经由隔膜672在元件间发生热传递,则很难准确地测量流量。因此,必须使隔膜672的热阻较大,将隔膜672尽可能地形成得较薄。
流量检测部(流量检测元件)602以使隔膜672的热传递面437露出的方式,埋设并固定在由第一树脂模塑工序成形的电路封装体400的第一树脂中。隔膜672的正面设置有未图示的上述元件(图12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隔着元件表面的热传递面437与未图示的被测量气体30相互进行热传递。热传递面437可以由各元件的正面构成,也可以在其上设置薄的保护膜。期望元件与被测量气体30的热传递顺利地进行,并且元件间的直接热传递尽可能地少。
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从成形测量用流路面430的树脂中露出。流量检测元件602的外周部由成形测量用流路面430的第一树脂模塑工序中使用的热固性树脂覆盖。假设仅流量检测元件602的侧面被上述热固性树脂覆盖,而流量检测元件602的外周部的正面侧(即隔膜672的周围的区域)不被热固性树脂覆盖,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,隔膜672可能会发生变形,导致特性劣化。通过如图8所示采用使流量检测元件602的正面侧外周部也由上述热固性树脂覆盖的状态,能够减少隔膜672的变形。另一方面,当热传递面437与流通着被测量气体30的测量用流路面430的阶差较大时,被测量气体30的流动紊乱,测量精度下降。因此,优选热传递面437与流动被测量气体30的测量用流路面430的阶差W较小。
为了抑制各元件间的热传递,隔膜672形成得非常薄,通过在流量检测元件602的背面形成空隙674而使其厚度变薄。若该空隙674密封,则由于温度变化,形成在隔膜672的背面的空隙674的压力会随温度而变化。当空隙674与隔膜672的正面的压力差变大时,隔膜672会因受到压力而发生变形,难以进行高精度的测量。因此,在板532上设置与向外部开口的开口438相连的孔520,并设置连接该孔520与空隙674的连通孔676。该连通孔676例如由第一板532和第二板536这2个板形成。在第一板532设置孔520和孔521,进而设置用于形成连通孔676的槽。通过使用第二板536盖住槽和孔520、孔521来制成连通孔676。利用该连通孔676和孔520,使得对隔膜672的正面和背面作用的气压大致相等,提高测量精度。
如上所述,通过在第二板536堵塞槽、孔520和孔521,制作连通孔676,但是作为其他方法,能够使用引线框作为第二板536。在图5(B)记载的电路封装400的内部,在板532之上设置有隔膜672和作为处理部604动作的LSI。在它们的下侧,设置有引线框,该引线框用于支承搭载有隔膜672和处理部604的板532。因此,通过利用该引线框,使得结构变得简单。此外,能够将上述引线框作为接地电极使用。这样,使上述引线框具有第二板536的功能,使用该引线框堵塞在第一板532成形的孔520和孔521,并且利用上述引线框以覆盖在第一板532成形的槽的方式堵塞该槽从而形成连通孔676,由此使得整体结构变得简单,除此之外,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。
在电路封装体400中,在形成有热传递面露出部436的电路封装体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,例如模具镶块,并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流入热传递面露出部436。通过采用这样的方式成形热传递面露出部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9、图10表示热式流量计300的生产工序,图9表示电路封装400的生产工序,图10表示热式流量计的生产工序。在图9中,步骤1表示生产在电路封装400中使用的框架的工序。该框架例如通过冲压加工被加工。
步骤2首先将板532搭载在步骤1中制作的框架上,进一步将流量检测部602、处理部604搭载在板532上,进一步搭载温度检测元件518、芯片电容器等电路部件。此外,在步骤2中,在电路部件之间、以及电路部件与引线之间、引线彼此之间进行电配线。在该步骤2中,利用用于增大热阻的连接线(未图示)将引线544与引线548之间连接。连接线从在温度检测部452使用的温度检测元件取出电信号。在步骤2中,电路部件搭载在框架上,进一步制作已被电连接的电路。
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。此状态是模塑树脂覆盖安装在框架上的电路部件。此外,在步骤3中,将连接着的引线分别从框架512切断,进一步将引线间也切断,完成电路封装400。虽然没有图示,在该电路封装400成形有测量用流路面430和热传递面露出部436。
在步骤4中,进行制作成的电路封装400的外观检查、动作的检查。在步骤3的第一树脂模塑工序中,将在步骤2制作成的电路固定在模具内,将高温的树脂以高的压力注入到模具内,因此优选检查电气部件、电气配线是否产生了异常。为了进行该检查,使用图5(B)、图6(B)所示的连接端子412等。
6.2热式流量计300的生产工序和特性的校正
在图10所示的工序中,使用根据图9生产的电路封装400和外部端子306,在步骤5通过第二树脂模塑工序制作壳体302。该壳体302被制作树脂制的副通路槽、凸缘312、外部连接部305,并且电路封装400的一部分被第二树脂模塑工序的树脂覆盖,电路封装400被固定在壳体302。通过组合基于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,流量检测精度被大幅改善。在步骤6切断各个外部端子内端361,在步骤7将连接端子412与外部端子内端361连接。
当通过步骤7完成壳体302时,接着在步骤8将正面罩303和背面罩304安装在壳体302上,壳体302的内部被正面罩303和背面罩304密封,并且完成用于流动被测量气体30的副通路。进一步,在图7说明过的节流结构通过设置在正面罩303上的突起部356而被制作。根据需要,也能够在背面罩304设置突起部。其中,该正面罩303在步骤10通过模塑成形被制作,背面罩304在步骤11通过模塑成形被制作。此外,这些正面罩303和背面罩304分别在不同工序制作,分别通过不同的模具被成形而制作。
在步骤9中,气体被实际上导入副通路,进行特性的试验。如上所述,由于副通路和流量检测部的关系被以高精度维持,所以通过特性试验进行特性校正,由此得到非常高的测量精度。此外,由于在第一树脂模塑工序和第二树脂模塑工序进行左右幅通路与流量检测部的关系的定位、形状关系的成形,所以即使长期使用特性的变化也少,不仅确保高精度,而且确保高可靠性。
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11是表示热式流量计300的流量检测电路601的电路图。另外,之前在实施例中说明的关于温度检测部452的测量电路虽然也设置在热式流量计300中,但在图11将其省略。热式流量计300的流量检测电路601包括具有发热体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包括Central ProcessingUnit(中央处理器,以下简称为CPU)612,输入电路614,输出电路616,保持表示校正値、测量値与流量的关系的数据的存储器618,和将一定的电压分别供给至必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对电源电路622供给直流电力。
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的集电极供给电压V1,从CPU612经输出电路616对上述晶体管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的电流量由从上述CPU612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上的控制信号所控制。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电桥640和用于测量流量的流量检测电桥650。一定的电压V3从电源电路622经端子626被供给到发热控制电桥640的一端,发热控制电桥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经端子625被供给到流量检测电桥650的一端,流量检测电桥650的另一端与接地端子630连接。
发热控制电桥640具有电阻值随被加热的被测量气体30的温度而发生变化的测温电阻体即电阻642,电阻642和电阻644、电阻646、电阻648构成电桥电路。电阻642和电阻646的交点A与电阻644和电阻648的交点B的电位差经端子627和端子628被输入到输入电路614,CPU612以使得交点A与交点B间的电位差成为规定値——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,从而控制发热体608的发热量。图11中记载的流量检测电路601,以与被测量气体30的原来的温度相比高出一定温度——例如始终高出100℃——的方式由发热体608加热被测量气体30。为了高精度地进行该加热控制,构成发热控制电桥640的各电阻的电阻値被设定为,使得在由发热体608加热的被测量气体30的温度与初始的温度相比高出一定温度——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。由此,在图11记载的流量检测电路601中,CPU612以使交点A与交点B间的电位差成为零伏特的方式控制向发热体608供给的电流。
流量检测电桥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的流动的方向配置,电阻652和电阻654相对于发热体608被配置在被测量气体30的流路的上游一侧,电阻656和电阻658相对于发热体608被配置在被测量气体30的流路的下游侧。此外,为了提高测量精度,电阻652和电阻654以与发热体608的距离彼此大致相同的方式配置,电阻656和电阻658以与发热体608的距离彼此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之间的电位差经端子631和端子632被输入到输入电路614。为了提高测量精度,流量检测电桥650的各电阻被设定为,例如在被测量气体30的流动为零的状态下,使得上述交点C与交点D之间的电位差为0。由此,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,将表示主通路124的流量为零的电信号从端子662输出。
在被测量气体30沿图11的箭头方向流动的情况下,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,在流量检测电桥650的交点C与交点D之间产生电位差,该电位差经端子631和端子632被输入到输入电路614。CPU612基于流量检测电桥650的交点C与交点D之间的电位差,检索存储于存储器618中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。将像这样求出的表示主通路124的流量的电信号经端子662输出。另外,图11所示的端子664和端子662是新的附图标记,但包含于先前说明的图5、图6等所示的连接端子412中。
在上述存储器618中,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,还存储有在电路封装体400制造后基于气体的实测値求取的、用于减少偏差等测定误差的校正数据。另外,电路封装体400制造后的气体的实测和基于此的校正値向存储器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,电路封装体400是在流通被测量气体30的副通路与测量用流路面430的配置关系、流通被测量气体30的副通路与热传递面露出部436的配置关系高精度且偏差非常小的状态下制造的,因此通过基于上述校正値校正后,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12是表示上述图11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成,被测量气体30从图12所示的流量检测电路601的左侧向右侧按箭头方向流动。
在由半导体芯片构成的流量检测部(流量检测元件)602中,形成有使半导体芯片的厚度变薄而得的矩形形状的隔膜672,在该隔膜672,设置有虚线所示的薄厚度区域(即上述的热传递面)603。在该薄厚度区域603的背面侧形成上述空隙,上述空隙与图8、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。
通过使隔膜672的厚度较薄,热传导率降低,能够抑制经由隔膜672向设置在隔膜672的薄厚度区域(热传递面)603上的电阻652、电阻654、电阻658、电阻656的热传递,通过与被测量气体30进行热传递,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电桥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电桥640的电阻644、646、648。利用这样形成的电阻642、644、646、648构成发热控制电桥640。
此外,以隔着发热体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,作为上游测温电阻体的电阻652、电阻654被配置在相对于发热体608位于被测量气体30所流动的箭头方向的上游侧的位置,作为下游测温电阻体的电阻656、电阻658被配置在相对于发热体608位于被测量气体30所流动的箭头方向的下游侧的位置。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形成流量检测电桥650。
此外,上述发热体608的两个端部与图12的下侧记载的端子624和629分别连接。此处,如图11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作为接地端子被接地。
构成发热控制电桥640的电阻642、电阻644、电阻646、电阻648分别连接,进而与端子626和630连接。如图11所示,对端子626从电源电路622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12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11所示,对端子625从电源电路622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与电阻658的连接点被连接到端子631,端子631输出图11的点B的电位。电阻652与电阻656的连接点被连接到端子632,端子632输出图11所示的交点C的电位。
如图12所示,构成发热控制电桥640的电阻642在发热体608的附近形成,因此能够高精度地测量被来自发热体608的热量加热的气体的温度。另一方面,构成发热控制电桥640的电阻644、646、648从发热体608离开配置,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加热的气体的温度敏感地响应,电阻644、电阻646、电阻648构成为不易受到发热体608的影响。因此,发热控制电桥640对被测量气体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出规定温度的控制。
在该实施例中,在隔膜672的背面侧形成有空隙,该空隙与图8、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。这样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。由此,流量检测电桥650、发热控制电桥640中,经由隔膜672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。
7.3电路封装的副通路内的结构和效果
在本发明的热式流量计300中,如上所述,为了测量被测量气体30的流量,电路封装400的流量检测部602位于与主通路124连通的副通路内。而且,如图7所述,在热式流量计300的测量部310中,在正面罩303的突起部356与背面罩304之间形成有测量用流路,在该流路内,电路封装400的下部沿着面方向设置。
即,电路封装400的测量用流路面430和其背面的测量用流路面背面431位于副通路内,副通路构成为:被测量气体30分开流入到位于该副通路内的电路封装400的测量用流路面430一侧和其背面的测量用流路面背面431一侧。通过该结构,从构成副通路的入口槽351进入的被测量气体30通过正面侧副通路槽332,分开流入到电路封装400的测量用流路面430侧的流路386和其背面的测量用流路面背面431侧的流路387,通过背面侧副通路槽334,被从出口槽353排出。
在本发明的热式流量计300中,构成为被测量气体30分开流入到电路封装400的测量用流路面430一侧和测量用流路面背面431一侧,特征在于将电路封装400的流入侧的气体分开的截面的形状。具体而言,将被测量的被测量气体30分开的电路封装400的流入侧的端面,为了使被测量气体30稳定地分流至测量用流路面430一侧和测量用流路面背面431一侧,形状在测量用流路面430一侧的端面和测量用流路面背面431一侧的端面不同。
在图13(A)所示的实施例1的电路封装401中,在流入侧的端面形成有基准线700,该基准线700具有分开被测量气体30的前端边,基准线700的测量用流路面430一侧的倾斜的端面701a和测量用流路面背面431一侧的倾斜的端面701b,为了使被测量气体30稳定地分流至测量用流路面430和测量用流路面背面431而形状不同,相对于基准线700非对称地形成。当基准线700的测量用流路面430侧的倾斜的端面701a和测量用流路面背面431侧的倾斜的端面701b为对称的形状时,流入副通路内的被测量气体30在分流时不一定能够以相同比率分开,分流比不稳定,存在影响测量精度的问题。另一方面,关于电路封装401的流出侧的端面,考虑到对从副通路的出口流入来的逆流的影响,流入侧的端面大致相同,相对于基准线700为非对称的前端逐渐变细的形状。
流入侧的端面701a是从基准线700起的高度h1大、倾斜角度θ1大的倾斜面,端面701b是从基准线700起的高度h2小、倾斜角度θ2与θ1相同或比θ1小的倾斜面。从基准线700的前端边起、测量用流路面430一侧的端面701a是倾斜角度为20~45度的倾斜面,从前端边起、测量用流路面背面431一侧的端面701b是倾斜角度为0~45度的倾斜面,端面701a侧的倾斜角度θ1更大,形成为相对于气流阻力小的形状,当形成为这样的结构时,能够将多的被测量气体30导入至测量用流路面430一侧,因此从微小流量测量的观点出发优选。而且,测量用流路面430的水平方向的长度L1形成为比测量用流路面背面431的水平方向的长度小。
此外,在图13(A)中,在上侧的倾斜的端面701a与上表面的测量用流路面430的交差部形成有圆弧部R,端面701a与测量用流路面430平滑地连接,以不会形成紊流的方式形成。在图13(A)中,在下侧的倾斜的端面701b与下表面的测量用流路面背面431的交差部形成有圆弧部R,端面701b与测量用流路面背面431平滑地连接,以不会形成紊流的方式形成。流出侧的端面也与流入侧的端面701a、701b同样在圆弧部与上表面和下表面连接,构成为在被测量气体30流出时不会产生紊流。
在实施例1的电路封装401中,构成用于固定对被测量气体30的流量进行测量的元件等的引线框的金属制基板501在模塑工序中被内置,构成流量检测部602。金属制基板501相当于第一板532或第二板536。在金属制基板501的上表面设置有构成流量检测部602的上述隔膜672,在其背面设置有上述空隙674。而且,金属制基板501的上表面和构成上述的前端边的基准线700在同一面上一致地成为模塑成形的模具的分型线(Parting Line)PL。因此,模具没有下挖(under cut)部分,能够使模具结构简单,并且在模塑成形时能够容易地分割模具。流量检测部602具有隔膜672,在该隔膜672与被测量气体30之间进行热传递,隔膜672的表面与测量用流路面430形成为处于同一面上,形成为被测量气体30平滑地流动而不会产生紊流。
这样,在图13(A)的电路封装401中形成为,大量的被测量气体30从基准线700稳定地流入上方的端面701a侧的流路386,在端面701a侧和端面701b侧形成为,吸入空气流一起与端面冲撞而不会产生紊流,形成为稳定地进行分流,流动层流。此外,由于构成为被测量气体30积极地大量地流入测量用流路面430侧,因此能够防止2值化,能够高精度地进行测量。而且,构成为混入到被测量气体30中的垃圾等质量大的物质在端面701b侧的测量用流路面背面431侧的流路387流动,垃圾等不会流入流量检测元件602所处的测量用流路面430侧,因此能够进行精度高的流量测量。
此外,在图13(B)所示的实施例2的电路封装402中,如图13(A)所示的实施例1的电路封装401那样,在流入侧的端面形成有分开被测量气体30的基准线700,基准线700的测量用流路面一侧的端面702a和测量用流路面背面一侧的端面702b,为了使被测量气体30稳定地分流至测量用流路面430和测量用流路面背面431,形状不同,相对于基准线700非对称地形成。此外,电路封装402的流出侧的端面也与流入侧的端面为同一形状。倾斜角度θ1、θ2、端面702a、702b的高度、测量用流路面430的长度L1、测量用流路面背面431的长度L2与实施例1同等地形成。
在实施例2的电路封装402中,构成引线框的金属制基板502通过折曲形成有上层部位502a和下层部位502b,构成流量检测元件602的隔膜672和空隙674安装在金属制基板502的上层部位502a。而且,金属制基板502的下层部位502b的下表面与电路封装402的下表面在相同面露出。在该电路封装402中,构成前端边的基准线700也在模塑工序时成为模具的分型线。
在该实施例2的电路封装402中,获得与上述实施例1的电路封装401同等的作用效果,并且金属制基板502的上层部位502a和下层部位502b的阶差被树脂模塑形成,因此金属制基板与模塑树脂的密接性优异,能够提高电路封装402的品质。此外,由于金属制基板502的下层部位502b从模塑树脂露出,所以能够提高安装在金属制基板502上的半导体芯片等的散热性,能够使性能稳定。
在图13(C)所示的实施例3的电路封装403中,与上述的实施例1、2同样,从构成前端边的基准线700向上倾斜的端面703a、和从基准线700向下倾斜的端面703b的形状不同,相对于基准线700为非对称的形状。而且,构成为端面703a的高度h3大于端面703b的高度h4,以使得在测量用流路流动的被测量气体30中的大量的气体流入流路386侧的与端面703a连接的测量用流路面430侧;并且构成为垃圾等质量大的物质在端面703b侧的测量用流路面背面431侧流动,垃圾等不会流入流量检测元件602所处的测量用流路面430侧。而且,利用电路封装403的流入侧的端面的形状能够抑制紊流,能够以高精度测量稳定的层流。
在该实施例3的电路封装403中,构成引线框的金属制基板503是平板状,其整个下表面从构成电路封装体的模塑树脂露出,模塑树脂的底面与金属制基板的底面一致地构成同一底面。在实施例3的电路封装403中,能够使安装在金属制基板503上的元件等发出的热量效率良好地散热,并且能够构成为薄型,能够降低被测量气体30的气流的阻力。因此,能够抑制在电路封装403部分产生紊流,能够以高精度进行流量测量。
在图14(A)所示的实施例4的电路封装404中,被测量气体30的流入侧的端面由位于基准线700的上方且沿着长边方向延伸的一个倾斜的端面704a、和位于基准线700的下方的一个垂直面704b构成。即,测量用流路面430侧的端面704a成为倾斜角度为20~45度的倾斜面,测量用流路面背面431侧的端面成为与平行于流动方向的测量用流路面430成直角的垂直面704b,倾斜面704a与垂直面704b夹着基准线700连接。
上方的测量用流路面430的水平方向长度L3被设定为短于下方的测量用流路面背面431的水平方向长度L4。此外,倾斜的端面704a的高度h5被设定为大于垂直的端面704b的高度h6,并且构成为,上方的倾斜的端面侧平缓,大量的被测量气体30流入流路386侧。在该例中,引线框的金属制基板504形成得平坦,安装流量测量元件的上表面、与倾斜面和垂直面交差的基准线的角部一致,该角部成为模塑成形时的分型线。
实施例4的电路封装404,如图14(B)所示,当配置在测量用流路内时,在基准线700的上方部分被测量气体30沿着倾斜的端面704a大量流入测量用流路面430侧的流路386,在基准线700的下方部分被测量气体30少量流入测量用流路面背面431侧的流路387。即,在电路封装404的下方侧的流路387中在垂直面704b侧如虚线所示产生涡流,能够形成不流动空气的区域S,流路面积减少(通气阻力增加),因此流速下降。因此,能够使更多的被测量气体30流入电路封装404的上方的测量用流路面430侧的流路386侧,并且能够减少测量用流路面背面431侧的流路387的流量。
在图15(A)所示的实施例5的电路封装405中,被测量气体30的流入侧的端面,由位于基准线700的上方的形成有曲率半径大的圆弧截面的端面705a、和位于基准线700的下方的形成有曲率半径小的圆弧截面的端面705b构成。圆弧面由圆的4分之1形成,上方的端面705a与下方的端面705b以及测量用流路面430连接。此外,下方的端面705b与测量用流路面背面431连接,均平缓地连接。上方的测量用流路面430的水平方向长度L5被设定为短于下方的测量用流路面背面431的水平方向长度L6。此外,端面705a的高度h7被设定为大于端面705b的高度h8,并且构成为上方的端面侧平缓,大量的被测量气体30流动。在电路封装405的模塑树脂内,内置有平板状的金属制基板505,在基板上设置有流量检测部602。
当采用这样构成的实施例5的电路封装405,且配置在副通路内时,沿着基准线700的上方的弯曲大的端面705a在流路386侧产生大量的空气流,沿着弯曲小的端面705b在下方的流路387侧产生少量的空气流。此外,由于垃圾等流入下方的流路387侧,所以能够提高流量测量的精度。其中,在该实施例5中,由于端面705a和端面705b平缓地连接,所以在两圆弧面连接的基准线700部分,不形成前端边等明确的线。
在图15(B)所示的实施例6的电路封装406中,被测量气体30的流入侧的端面,由向分开被测量气体30的基准线700的上方的流出侧后退并倾斜的端面706a、和由此向流入侧突出的倾斜的端面706b构成。端面706b的倾斜角度大于端面706a的倾斜角度,端面706b成为与基准线700相比向前方突出的形状。端面706a侧的测量用流路面430的水平方向长度被设定为L7,端面706b侧的测量用流路面背面431的水平方向长度L8被设定为大于L7。此外,端面706a的高度h7被设定为大于端面706b的高度h8。在电路封装406的模塑树脂内,内置有平板状的金属制基板506,在基板上设置有流量检测部602。
在该实施例6的电路封装406中,被测量气体30的流入侧的端面由2个倾斜面706a、706b构成,与一个端面706a相比,另一个端面706b突出,因此防止被测量气体30流入流路387侧,大量的被测量气体30流向设置有构成流量检测元件602的隔膜672和空隙674的流路386侧。而且,由于垃圾等流向流路387侧,所以能够进行高精度的流量测量。其中,虽然实施例6的电路封装406在流入侧的端面和流出侧的端面形状不同,但是也可以是下方部位同样突出的形状。此外,在该实施例6中,优选使将电路封装406模塑成形的模具的分型线为测量用流路面背面431。
以上,对本发明的实施方式进行了详细说明,但是本发明并不限定于上述的实施方式,在不脱离权利要求的范围所记载的本发明的精神的范围内,能够进行各种设计变更。例如,上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而被详细说明的,并不一定限定于具备所说明的全部的结构。此外,也能够将某实施例的结构的一部分置换成其它实施例的结构,此外,也能够在某实施例的结构中增加其它实施例的结构。此外,对于各个实施例的结构的一部分,能够进行其它结构的追加、删除、置换。
此外,控制线、信息线表示进行说明时认为必需的,产品上并不一定表现全部的控制线、信息线。也可以认为,实际上几乎全部的结构被相互连接。
工业上的利用可能性
本发明能够应用与用于测量上述的气体的流量的测量装置。
附图标记的说明
30 被测量气体(吸入空气)
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
372 固定部
400、401~406 电路封装体
412 连接端子
414 端子
424 突出部
430 测量用流路面
432 固定面
436 热传递面露出部
438 开口
452 温度检测部
501~505 金属制基板
502a 上层部位
502b 下层部位
590 压入孔
594 倾斜部
596 倾斜部
601 流量检测电路
602 流量检测部
604 处理部
608 发热体
640 发热控制电桥
650 流量检测电桥
672 隔膜
700 基准线
701a~706a 测量用流路面侧的端面
701b~706b 测量用流路面背面侧的端面。

Claims (2)

1.一种热式流量计,包括用于使从主通路取入的被测量气体流动的副通路;在与所述副通路中流动的被测量气体之间进行热传递来测量被测量气体的流量的流量检测部;和具有所述流量检测部的电路封装体,该热式流量计的特征在于:
在所述电路封装体中,测量用流路面和其背面的测量用流路面背面位于所述副通路内,
所述副通路构成为,被测量气体分开流入到所述电路封装体的测量用流路面侧的流路和其背面的测量用流路面背面侧的流路,
所述电路封装体的用于分开被测量气体的流入侧的端面的形状,在所述测量用流路面侧和测量用流路面背面侧不同,
在所述电路封装体的用于分开被测量气体的流入侧的端面形成有分开被测量气体的基准线,该基准线的测量用流路面侧的端面与测量用流路面背面侧的端面形成为非对称,
所述端面,在分开被测量气体的所述基准线的靠测量用流路面侧为向流出侧后退的倾斜面,在所述基准线的靠测量用流路面背面侧为向流入侧突出的倾斜面。
2.如权利要求1所述的热式流量计,其特征在于:
所述流量检测部具有在与所述被测量气体之间进行热传递的隔膜,该隔膜的表面和所述测量用流路面形成在同一个面上。
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