CN108139255A

CN108139255A - 流量传感器

Info

Publication number: CN108139255A
Application number: CN201680057737.4A
Authority: CN
Inventors: 池野智; 池野智一
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2015-10-02
Filing date: 2016-09-30
Publication date: 2018-06-08
Also published as: WO2017057668A1; US20180283919A1; DE112016004466T5; JP2017067724A; JP6706871B2

Abstract

本发明提供一种即使将配置在绝缘基板面上的芯片电阻器用作发热用电阻和温度补偿用电阻，也能够抑制相对于流体的流动的响应性以及灵敏度的劣化的流量传感器。流量传感器(1)具有对来自发热用电阻(2)和温度补偿用电阻(3)的信号进行处理的信号处理部(4)。发热用电阻(2)为，被配置在树脂制的绝缘基板(5)的表面(5a)上的芯片电阻器，温度补偿用电阻(3)为，被配置在绝缘基板(5)的背面(5b)上的芯片电阻器。发热用电阻(2)经由绝缘基板(5)的放热的路径上配置有温度补偿用电阻(3)。相比发热用电阻(2)与流体的接触机会，绝缘基板(5)会减少温度补偿用电阻(3)与风的接触机会。

Description

流量传感器

技术领域

本发明涉及一种流量传感器。

背景技术

已知利用与流体的流量对应的发热体的放热来对流体的流量进行检测的流量传感器。这种的流量传感器中，发热用电阻(发热体)与温度补偿用电阻构成公知的电阻桥电路。并且，发热用电阻被加热控制为比流体的温度高一定温度。并且，温度补偿用电阻用于对流体本身的温度进行检测并对流体温度的变化的影响进行补偿。

基于这种技术而提出了如下的流量传感器，即，使均作为芯片电阻器的发热用电阻与温度补偿用电阻在绝缘基板面上靠近配置(参照专利文献1及2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-53967号公报

专利文献2：日本特开平8-35978号公报

发明内容

发明所要解决的课题

然而，采用上述专利文献中所记载的方式，使均作为芯片电阻器的发热用电阻与温度补偿用电阻在绝缘基板面上靠近配置的流量传感器通常相对于流体的流动的响应性以及灵敏度较差。

因此，本发明的目的在于，提供一种流量传感器，其即使使用被配置在绝缘基板面上的芯片电阻器作为发热用电阻与温度补偿用电阻，也能够抑制对于流体的流动的响应性以及灵敏度的劣化。

用于解决课题的方法

为了达成上述目的，本发明的流量传感器的特征在于，具有对来自发热用电阻和温度补偿用电阻的信号进行处理的信号处理部，并利用所述发热用电阻的放热对流体的流速进行检测，发热用电阻和温度补偿用电阻为被配置在绝缘基板面上的芯片电阻器，在发热用电阻经由绝缘基板的放热的路径上配置温度补偿用电阻，与发热用电阻与流体的接触机会相比，减少温度补偿用电阻与流体的接触机会。

在此，也可以采用如下方式，即，温度补偿用电阻，被配置在与用于配置发热用电阻的表面相反的绝缘基板面上。

此外，也可以采用如下方式，即，还具有对绝缘基板进行保持的保持部件，保持部件具有凹部，绝缘基板以配置有温度补偿用电阻的绝缘基板面与凹部对置的方式嵌合在凹部中。

此外，也可以采用如下方式，即，具有对温度补偿用电阻的一部分或全部进行覆盖的绝热材料。

发明效果

本发明能够提供一种流量传感器，其即使将配置在绝缘基板面上的芯片电阻器用作发热用电阻和温度补偿用电阻，也能够抑制相对于流体的流动的响应性以及灵敏度的劣化。

附图说明

图1为本发明的实施方式所涉及的流量传感器的俯视图。

图2为构成本发明的实施方式所涉及的流量传感器的电路的概要图。

图3A为本发明的实施方式所涉及的绝缘基板的图。

图3B为表示对本发明的实施方式所涉及的绝缘基板进行保持的保持部件的图。

图4为表示在使用风洞并通过来自其外部的控制向本发明的实施方式所涉及的流量传感器1a和比较流量传感器以及基准风速仪送出同一强度的风时的、流量传感器1a和比较流量传感器以及基准风速仪输出的风速的经时变化的图。

具体实施方式

以下，参照附图的同时对本发明的实施方式所涉及的流量传感器进行说明。

图1为本发明的实施方式所涉及的流量传感器的俯视图。图2为构成本发明的实施方式所涉及的流量传感器的电路的概要图。

本发明的实施方式所涉及的流量传感器1具有对来自发热用电阻2和温度补偿用电阻3的信号进行处理的信号处理部4。在图1中省略图示该信号处理部4。在此，发热用电阻2利用其放热来对流体的流量进行检测。此外，温度补偿用电阻3对流体本身的温度进行检测并对流体温度的变化的影响进行补偿。

发热用电阻2为，被配置在树脂制的绝缘基板5的表面5a上的芯片电阻器。此外，温度补偿用电阻3为，被配置在绝缘基板5的背面5b上的芯片电阻器。这样的发热用电阻2与温度补偿用电阻3的配置状态成为，在发热用电阻2经由绝缘基板5的放热的路径上配置有温度补偿用电阻3。另外，信号处理部4被配置在不同于绝缘基板5而另外设置的与绝缘基板5相同外形的绝缘基板5e(图示于后述的图3A)上。此外，在绝缘基板5上形成有狭缝5c、5c、5d、5d。该狭缝5c、5c、5d、5d用于将从发热用电阻2经由绝缘基板5向温度补偿用电阻3传递热的传递容易度(热电阻)调节为合适的值。

在发热用电阻2经由绝缘基板5的放热的路径上配置温度补偿用电阻3是由于将发热用电阻2与温度补偿用电阻3双方设为芯片状并配置在绝缘基板5上。作为这样的芯片电阻器，不仅通过周围的风来消散焦耳热，还有通过成对的端子电极向绝缘基板5进行放散的热。假设在温度补偿用电阻3的温度被设置成无关乎发热用电阻2的放热而与流体的温度相等的情况下，发热用电阻2的温度控制中完全包括起因于绝缘基板5的热容量的热时间常数，因此响应性显著劣化。当将温度补偿用电阻3配置在发热用电阻2的放热的路径上并使发热用电阻2与温度补偿用电阻3的端子部温度尽可能相同时，可降低起因于绝缘基板5的热容量的热时常数的影响，从而能够较高地维持以使发热用电阻2与温度补偿用电阻3的温度差成为恒定的方式进行控制的信号处理部4的控制的响应性。

在此，对流量传感器1中附加了保持部件6的本发明的实施方式所涉及的流量传感器1a进行说明。图3A及图3B为表示绝缘基板5以及绝缘基板5e、和对其进行保持的保持部件6的图。图3A中，绝缘基板5与图1同样地以俯视图的方式图示出。本发明的实施方式所涉及的流量传感器1a还具有对绝缘基板5进行保持的保持部件6。如图3B所示，保持部件6具有凹部7。并且，绝缘基板5以绝缘基板5的背面5b与凹部7对置的方式被嵌合并固定在凹部7中。

图3A中图示出使绝缘基板5及绝缘基板5e向箭头方向移动并嵌合在保持部件6的凹部7中的场景。此外，绝缘基板5及绝缘基板5e嵌合在凹部7之后的图3A的A-A剖视图为图3B。如图3B所示，配置有信号处理部4的绝缘基板5e以不从保持部件6露出的方式设置，且以与绝缘基板5重合的方式嵌合并固定在凹部7中。另外，图3B中省略了信号处理部4以及狭缝5c、5d的图示。

如此发热用电阻2不与凹部7对置，因此露出在外部空气中。因此，在相对于绝缘基板5的表面5a侧进行送风的情况下，绝缘基板5可作为障壁部件来发挥作用，所述障壁部件为，相比发热用电阻2与风(流体)的接触机会，而减少温度补偿用电阻3与风的接触机会的部件。即，在该情况下，绝缘基板5兼作障壁部件。这对于不具有保持部件6的流量传感器1也同样。

在此，在将发热用电阻2和温度补偿用电阻3分别配置在绝缘基板5的表背的情况下，绝缘基板5不一定会成为障壁部件。例如，上述的专利文献1中所记载的流量传感器中，绝缘基板的一部分被设为开口，并且发热用电阻与温度补偿用电阻隔着上述开口部而分别配置在绝缘基板的表背。这样的绝缘基板不会相比发热用电阻与流体的接触机会而减少温度补偿用电阻与流体的接触机会，因此并不能说是障壁部件。

如图2所示，流量传感器1、1a的发热用电阻2和温度补偿用电阻3与芯片状的电阻器8a、8b一起构成公知的分压电路。信号处理部4具有电阻器8a、8b、运算放大器9、晶体管10等(其他的信号处理部4的构成要素的图示省略)。在此，发热用电阻2与温度补偿用电阻3的电阻温度系数(TCR)大于电阻器8a、8b的TCR。

例如用扇扇子的方式将风送至流量传感器1、1a的绝缘基板5的表面5a侧。这样一来，发热用电阻2的温度下降。信号处理部4向发热用电阻2施加驱动电压，以使发热用电阻2与温度补偿用电阻3的温度差成为恒定。流量传感器1a利用此次加热所需的电压的变化对流体的流速(风速)进行换算并进行输出。所输出的流速(风速)例如通过LED(LightEmitting Diode)的光量或发光色等来表示其强度等。例如风的风速越快，越表现出LED的光量大(亮)，风的风速越慢，越表现出LED的光量小(暗)，或者，由具体的数值来表示风速。

(实验)

除了本发明的实施方式所涉及的流量传感器1a、和温度补偿用电阻2被配置在绝缘基板5的表面5a上以外，还准备与流量传感器1a同一结构的比较流量传感器。该比较流量传感器与流量传感器1a同样地，在发热用电阻2经由绝缘基板5的放热的路径上，配置有温度补偿用电阻3。

图4为表示以下内容的图，即：在使用风洞并通过来自其外部的控制向流量传感器1a和比较流量传感器以及基准风速仪送出同一强度的风时，流量传感器1a和比较流量传感器以及基准风速仪输出的风速的经时变化。

在此，基准风速仪使用校正了的风速仪(日本加野麦克斯(Kanomax)株式会社制System6244)。图4中，由虚线(S)示出基准风速仪输出的成为基准的风速。成为该基准的风速，在使用上述的风洞并以相同条件进行两次送风的情况下，输出与图4的虚线(S)几乎相同的风速，从而可获得再现性。

从图4可知，比较流量传感器所输出的风速(由实线B表示)与流量传感器1a所输出的风速(由实线A表示)相比，响应性以及灵敏度较差。尤其在风速开始稳定的送风开始10秒之后，该倾向明显。其理由起因于，由于在发热用电阻2经由绝缘基板5的放热的路径配置温度补偿用电阻3，因而温度补偿用电阻3的温度高于室温。

即，假如能够将温度补偿用电阻3放置在与室温同等的温度环境下，在不容易与风接触而发生较大的温度变化时，将温度补偿用电阻3放置在高温环境下，因此在容易与风接触时会导致较大的温度变化。这样一来，会在为了使信号处理部4所实施的、发热用电阻2与温度补偿用电阻3的温度差成为恒定而向发热用电阻2施加驱动电压时，施加错误的电压。这是比较流量传感器的响应性以及灵敏度差的原因。

图4的流量传感器1a的结果与如下方式的结果几乎相同，即，使用以作为绝热材料的聚酰亚胺薄膜作为主要的构成要素的、所谓的Captan(注册商标)粘合带，将比较流量传感器的温度补偿用电阻卷绕3周来进行覆盖。即，可认为减少温度补偿用电阻与风的接触机会来使本发明的实施方式所涉及的流量传感器1a的响应性以及灵敏度变好。

(通过本发明的实施方式所获得的主要效果)

作为本发明的实施方式所涉及的流量传感器1以及1a，即使将配置在绝缘基板5表面上的芯片电阻器用作发热用电阻2和温度补偿用电阻3，也能够抑制相对于风(流体)的流动的响应性以及灵敏度的劣化。

此外，本发明的实施方式所涉及的流量传感器1以及1a将配置在绝缘基板5表面上的芯片电阻器用作发热用电阻2和温度补偿用电阻3。作为流量传感器中所使用的发热用电阻和温度补偿用电阻，主流采用带引线电阻器而并非芯片电阻器。然而，由于带引线电阻器的机械性强度较弱而且使用铂作为主要的材料，因此价格较高。这一点上，芯片电阻器具有机械性强度优异且价廉可量产的优点。

此外，作为流量传感器1以及1a，在发热用电阻2经由绝缘基板5的放热的路径配置温度补偿用电阻3。因此，能够使发热用电阻2与温度补偿用电阻3的温度、特别是端子部分的温度一致，从而能够在对风速进行测量时、尤其在无风的情况下提高发热用电阻2的温度控制时的控制响应性。

此外，本发明的实施方式所涉及的流量传感器1a具有对绝缘基板5进行保持的保持部件6，保持部件6具有凹部7。并且，绝缘基板5以绝缘基板5的背面5b与凹部7对置的方式被嵌合并固定在凹部7中。因此，发热用电阻2露出于外部空气中，从而使发热用电阻2与风的接触机会增多。

(其他方式)

上述的本发明的实施方式所涉及的流量传感器1以及1a是本发明优选的方式的一个示例，但并不局限于此，在不变更本发明的主旨的范围内可实施各种的变形。

例如，作为本发明的实施方式所涉及的流量传感器1以及1a，发热用电阻2被配置在绝缘基板5的表面5a上，温度补偿用电阻3被配置在绝缘基板5的背面5b上。但是，发热用电阻2与温度补偿用电阻3也可以如比较流量传感器那样，配置在绝缘基板5的同一面上。

此外，信号处理部4还可配置在不同于配置有发热用电阻2以及温度补偿用电阻3的绝缘基板5的另外的绝缘基板e上。但是，信号处理部4也可以配置在配置有发热用电阻2以及温度补偿用电阻3的绝缘基板5。

此外，作为流量传感器1以及1a，发热用电阻2经由绝缘基板5的放热的路径上配置温度补偿用电阻3。这是由于，容易使发热用电阻2与温度补偿用电阻3的端子部的温度差相等。因此，只要能够维持在该状态，则无需在发热用电阻2经由绝缘基板5的放热的路径上配置温度补偿用电阻3。例如，也可以在配置有信号处理部4的绝缘基板5e上配置温度补偿用电阻3等。

此外，只要从发热用电阻2经由绝缘基板5向温度补偿用电阻3传递热的传递容易度(热电阻)合适，则有时无需设置形成在绝缘基板5上的狭缝5c、5c、5d、5d。

此外，本发明的实施方式所涉及的流量传感器1a具有对绝缘基板5、5e进行保持的保持部件6。但是，由于保持部件6并非是必要的构成要素，因此可省略。但，作为流量传感器1a，由于采用将绝缘基板5嵌合在保持部件6中的结构，因此绝缘基板5兼作障壁部件。假如省略保持部件6则需要设计使温度补偿用电阻3与风的接触机会少于发热用电阻2与风的接触机会。

此外，虽然在本发明的实施方式中障壁部件采用绝缘基板5，但并不局限于此。例如，也可以将对温度补偿用电阻3的一部分或全部进行覆盖的绝热材料作为障壁部件。该绝热材料可使用例如、粘合带、接着剂、聚氨酯泡沫那样的发泡材料等。

此外，本发明的实施方式所涉及的流量传感器1以及1a是设想为以作为流体的风(气体、空气、大气)为对象的风速传感器而构成的。但是，本发明也可应用于以风以外的流体、例如水等液体等作为对象的流量传感器。

此外，本发明的实施方式所涉及的流量传感器1以及1a具有障壁部件。但是，也可以采用如下方式，即，根据流量传感器1的结构，通过不依赖于障壁部件的设计，从而使温度补偿用电阻3与风的接触机会少于发热用电阻2与风的接触机会。该设计例如为发热用电阻2与温度补偿用电阻3的配置位置等的设计。

本申请基于2015年10月2日提出的日本专利申请2015-196674。其内容全部包含于此。

Claims

1.一种流量传感器，其特征在于，具有对来自发热用电阻和温度补偿用电阻的信号进行处理的信号处理部，并利用所述发热用电阻的放热对流体的流速进行检测，

所述发热用电阻和所述温度补偿用电阻为被配置在绝缘基板面上的芯片电阻器，

在所述发热用电阻的经由所述绝缘基板的放热的路径上配置所述温度补偿用电阻，

与所述发热用电阻与所述流体的接触机会相比，减少所述温度补偿用电阻与所述流体的接触机会。

2.如权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，

所述温度补偿用电阻，被配置在与用于配置所述发热用电阻的表面相反的所述绝缘基板面上。

3.如权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，

还具有对所述绝缘基板进行保持的保持部件，

所述保持部件具有凹部，

所述绝缘基板以用于配置所述温度补偿用电阻的所述绝缘基板面与所述凹部对置的方式嵌合在所述凹部中。

4.如权利要求1至3中任一项所述的流量传感器，其特征在于，

具有对所述温度补偿用电阻的一部分或全部进行覆盖的绝热材料。