CN113175962A - 差压式流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明的差压式流量计降低流量测量误差。差压式流量计具备：配管(1)；配置在配管(1)内的层流元件(2)；测量层流元件(2)上游侧的流体的绝对压力(P1)的绝对压力传感器(3)；测量层流元件(2)下游侧的流体的绝对压力(P2)的绝对压力传感器；测量绝对压力传感器(3、4)的周围温度(T)的温度传感器(5)；基于温度(T)校正绝对压力传感器(3)的输出信号并换算成绝对压力(P1)、并且基于温度(T)校正绝对压力传感器(4)的输出信号并换算成绝对压力(P2)的压力计算部(8)；以及基于由压力计算部(8)计算出的绝对压力(P1、P2)计算流体的流量的流量计算部(11)。承受绝对压力(P1)的绝对压力传感器(3)的膜片、承受绝对压力(P2)的绝对压力传感器(4)的膜片和温度传感器(5)集成在一个传感器芯片上。

Description

差压式流量计
技术领域
本发明涉及层流型流量计等差压式流量计。
背景技术
层流型流量计是利用了在流体在配管内以层流状态流动的情况下伴随流体的移动的压力下降与体积流量成比例的现象的流量计(参照专利文献1、专利文献2)。通过层流元件的流体与所产生的差压ΔP之间的关系通常由下式表示。
Qm＝ΔP×π×d4×ρ/(128×μ×L)···(1)
在式(1)中，Qm是质量流量，d是层流元件的流路直径，L是层流元件的流路长度，μ是流体的粘性系数，ρ是流体的密度。
如图15所示，在层流型流量计中，绝对压力传感器101、102配置在层流元件100的上游和下游，并且根据由绝对压力传感器101测量的绝对压力P1与由绝对压力传感器102测量的绝对压力P2之间的差值(P1-P2)计算流体通过层流元件100时的差压ΔP。
在图15所示的层流型流量计中，绝对压力传感器101、102的输出由于周围温度的影响而变动，因此，会因两个绝对压力传感器101、102的周围温度的不同而产生压力测量误差，结果，存在无法准确测量层流元件100内的差压的问题。
作为其他的构成，如图16所示，有在绝对压力传感器101、102的附近分别设置温度传感器103、104，根据由温度传感器103、104测量的温度T1、T2校正绝对压力传感器101、102的输出的方法。
图17是绝对压力传感器101的俯视图，图18是图17的A-A线截面图。绝对压力传感器101由平板状的传感器芯片110构成。传感器芯片110由以下部分构成：由玻璃构成的平板状的压力导入用基座111、与压力导入用基座111接合的由硅构成的平板状的感压构件112、以及与感压构件112接合的由硅构成的平板状的盖构件113。
在压力导入用基座111上形成有将压力导入用基座111从背面到表面贯通的成为压力导入路径的贯通孔114。
在感压构件112的与压力导入用基座111相对的背面，形成有以感压构件112的表面侧残留的方式去除背面侧而形成的凹陷部115(压力导入室)。残留在感压构件112的形成有凹陷部115的区域的表面侧的部分成为膜片116。
在盖构件113的与感压构件112相对的背面，在感压构件112与盖构件113接合时覆盖膜片116的位置处，形成有以盖构件113的表面侧残留的方式去除背面侧而形成的凹陷部117(压力基准室)。
压力导入用基座111和感压构件112以压力导入用基座111的贯通孔114和感压构件112的凹陷部115连通的方式接合。
感压构件112和盖构件113以盖构件113的凹陷部117覆盖感压构件112的膜片116的方式接合。
凹陷部117在真空状态下被密封。作为将膜片116的变形转换成压力值的方式，有半导体压电电阻式、静电电容式等。
这样，通过在传感器芯片110上形成压力检测用的膜片116和由金属薄膜的热敏电阻体构成的温度传感器103，能够在测量施加在膜片116的下表面上的绝对压力P1的同时，测量传感器芯片110的温度。绝对压力传感器102和温度传感器104的构成与绝对压力传感器101和温度传感器103的构成相同。
但是，在图16～图18所示的构成中，层流元件100的上下游的测量压力会受到温度传感器103、104的温度测量误差的影响，因此差压测量误差变大，其结果是，存在流量测量误差变大的可能性。
以上的问题不限于层流型流量计，在使用孔板、皮托管等作为差压生成机构的差压式流量计中也同样会产生。
现有技术文献
专利文献
[专利文献1]日本专利第4987977号公报
[专利文献2]日本专利特开2015-34762号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够降低流量测量误差的差压式流量计。
解决问题的技术手段
本发明的差压式流量计的特征在于，包括：使测量对象的流体流通的配管；差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；第一绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力；第二绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力；温度传感器，其构成为测量所述第一绝对压力传感器、所述第二绝对压力传感器的周围温度；压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第一绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第一绝对压力，并且基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第二绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第二绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的第一绝对压力、第二绝对压力来计算所述流体的流量，承受所述第一绝对压力的所述第一绝对压力传感器的膜片、承受所述第二绝对压力的所述第二绝对压力传感器的膜片以及所述温度传感器被集成在一个传感器芯片上。
另外，本发明的差压式流量计的一个构成例的特征在于，在所述传感器芯片的内部具有：承受所述第一绝对压力的所述第一绝对压力传感器的膜片；承受所述第二绝对压力的所述第二绝对压力传感器的膜片；所述温度传感器；向所述第一绝对压力传感器的膜片传递所述第一绝对压力的第一压力导入路径；以及向所述第二绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力的第二压力导入路径。
另外，本发明的差压式流量计的特征在于，包括：使测量对象的流体流通的配管；差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力与所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；温度传感器，其构成为测量所述差压传感器和所述绝对压力传感器的周围温度；压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度对所述差压传感器的输出信号进行校正而换算成差压，并且基于由所述温度传感器测量的温度对所述绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成第二绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的差压和第二绝对压力来计算所述流体的流量，承受所述第一绝对压力和所述第二绝对压力的所述差压传感器的膜片、承受所述第二绝对压力的所述绝对压力传感器的膜片以及所述温度传感器被集成在一个传感器芯片上。
另外，本发明的差压式流量计的一个构成例的特征在于，在所述传感器芯片的内部具有：承受所述第一绝对压力和所述第二绝对压力的所述差压传感器的膜片；承受所述第二绝对压力的所述绝对压力传感器的膜片；所述温度传感器；第一压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的第一面传递所述第一绝对压力；第二压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的与所述第一面相反一侧的第二面传递所述第二绝对压力；以及第三压力导入路径，其向所述绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力。
另外，本发明的差压式流量计的特征在于，包括：使测量对象的流体流通的配管；差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；第一绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力；第二绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力；温度传感器，其构成为测量所述第一绝对压力传感器、所述第二绝对压力传感器的周围温度；压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第一绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第一绝对压力，并且基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第二绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第二绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的第一绝对压力、第二绝对压力来计算所述流体的流量，所述第一绝对压力传感器的传感器芯片、所述第二绝对压力传感器的传感器芯片以及所述温度传感器容纳在一个封装体中。
另外，本发明的差压式流量计的一个构成例的特征在于，在所述第一绝对压力传感器的传感器芯片的内部具有：承受所述第一绝对压力的所述第一绝对压力传感器的膜片；以及向所述第一绝对压力传感器的膜片传递所述第一绝对压力的第一压力导入路径，在所述第二绝对压力传感器的传感器芯片的内部具有：承受所述第二绝对压力的所述第二绝对压力传感器的膜片；以及向所述第二绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力的第二压力导入路径。
另外，本发明的差压式流量计的特征在于，包括：使测量对象的流体流通的配管；差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力与所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；温度传感器，其构成为测量所述差压传感器和所述绝对压力传感器的周围温度；压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度对所述差压传感器的输出信号进行校正而换算成差压，并且基于由所述温度传感器测量的温度对所述绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成第二绝对压力；以及流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的差压和第二绝对压力来计算所述流体的流量，所述差压传感器的传感器芯片、所述绝对压力传感器的传感器芯片以及所述温度传感器被容纳在一个封装体内。
另外，本发明的差压式流量计的一个构成例的特征在于，在所述差压传感器的传感器芯片的内部具有：承受所述第一绝对压力和所述第二绝对压力的所述差压传感器的膜片；第一压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的第一面传递所述第一绝对压力；以及第二压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的与所述第一面相反一侧的第二面传递所述第二绝对压力，在所述绝对压力传感器的传感器芯片的内部具有：承受所述第二绝对压力的所述绝对压力传感器的膜片；以及第三压力导入路径，其向所述绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力。
发明的效果
根据本发明，通过将第一绝对压力传感器的膜片、第二绝对压力传感器的膜片和温度传感器集成在一个传感器芯片上，能够降低由温度影响引起的压力测量误差，降低流量测量误差。
另外，在本发明中，通过将差压传感器的膜片、绝对压力传感器的膜片和温度传感器集成在一个传感器芯片上，能够降低由温度影响引起的压力测量误差，降低流量测量误差。
另外，在本发明中，通过将第一绝对压力传感器的传感器芯片、第二绝对压力传感器的传感器芯片和温度传感器容纳在一个封装体内，能够降低由温度影响引起的压力测量误差，降低流量测量误差。
另外，在本发明中，通过将差压传感器的传感器芯片、绝对压力传感器的传感器芯片和温度传感器容纳在一个封装体内，能够降低由温度影响引起的压力测量误差，降低流量测量误差。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施例的层流型流量计的构成的图。
图2是搭载了本发明的第一实施例的层流型流量计的绝对压力传感器和温度传感器的传感器芯片的俯视图。
图3是搭载了本发明的第一实施例的层流型流量计的绝对压力传感器和温度传感器的传感器芯片的截面图。
图4是表示将本发明的第一实施例的层流型流量计的传感器芯片搭载在膜片基座上的状态的截面图。
图5是本发明的第一实施例的绝对压力传感器的惠斯通电桥电路的电路图。
图6是表示本发明的第二实施例的层流型流量计的构成的图。
图7是搭载了本发明的第二实施例的层流型流量计的差压传感器、绝对压力传感器和温度传感器的传感器芯片的俯视图。
图8是搭载了本发明的第二实施例的层流型流量计的差压传感器、绝对压力传感器和温度传感器的传感器芯片的截面图。
图9是表示将本发明的第二实施例的层流型流量计的传感器芯片搭载在膜片基座上的状态的截面图。
图10是本发明的第三实施例的层流型流量计的传感器封装体的俯视图。
图11是本发明的第三实施例的层流型流量计的传感器封装体的截面图。
图12是本发明的第四实施例的层流型流量计的传感器封装体的俯视图。
图13是本发明的第四实施例的层流型流量计的传感器封装体的截面图。
图14是表示实现本发明的第一～第四实施例的层流型流量计的计算机的构成例的框图。
图15是表示现有的层流型流量计的构成的图。
图16是表示现有的层流型流量计的另一个构成的图。
图17是绝对压力传感器的俯视图。
图18是绝对压力传感器的截面图。
具体实施方式
[第一实施例]
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是表示本发明的第一实施例的层流型流量计(差压式流量计)的构成的图。层流型流量计包括：配管1，其使测量对象的流体流通；层流元件2，其设置在配管1内，是使上游侧的流体和下游侧的流体产生差压的差压生成机构；绝对压力传感器3，其测量层流元件2上游侧的流体的绝对压力P1；绝对压力传感器4，其测量层流元件2下游侧的流体的绝对压力P2；温度传感器5，其测量绝对压力传感器3、4的周围温度；导管6、7，其将流体导入绝对压力传感器3、4；压力计算部8，其基于由温度传感器5测量的温度T，对绝对压力传感器3的输出信号进行校正换算成绝对压力P1，并且基于温度T，对绝对压力传感器4的输出信号进行校正而换算成绝对压力P2；以及流量计算部11，其基于由压力计算部8计算出的绝对压力P1、P2来计算流体的流量。
图2是搭载有绝对压力传感器3、4和温度传感器5的传感器芯片的俯视图，图3是图2的I-I线截面图。
传感器芯片10由以下部分构成：由玻璃构成的平板状的基座20、与基座20接合的由硅构成的平板状的感压构件30、以及与感压构件30接合的由硅构成的平板状的盖构件40。
在基座20上形成有将基座20从背面(下表面)到表面(上表面)贯通的成为压力导入路径的两个贯通孔21、22。
在感压构件30的与基座20相对的背面，形成有以感压构件30的表面侧残留的方式去除背面侧而形成的俯视正方形的两个凹陷部31、32。在感压构件30的形成有凹陷部31、32的区域的表面侧残留的部分成为绝对压力传感器3的膜片33和绝对压力传感器4的膜片34。
另外，在感压构件30的与盖构件40相对的表面中，在凹陷部31、32的区域的表面侧形成的膜片33、34的周缘部，例如通过杂质扩散或离子注入的技术形成有作为压电电阻元件发挥作用的应变计35-1～35-4、36-1～36-4。
而且，在感压构件30的与盖构件40相对的表面上，形成有由金属薄膜的热敏电阻体构成的温度传感器5。
在盖构件40的与感压构件30相对的背面，在感压构件30与盖构件40接合时覆盖膜片33、34的位置处，形成有以盖构件40的表面侧残留的方式去除背面侧而形成的俯视为正方形的两个凹陷部41、42(压力基准室)。
当然，贯通孔21、22和凹陷部31、32、41、42能够通过蚀刻技术容易地形成。对于以后的实施例的贯通孔和凹陷部也同样能够通过蚀刻技术容易地形成。
基座20和感压构件30以基座20的贯通孔21、22与感压构件30的凹陷部31、32连通的方式通过直接接合而接合。
感压构件30和盖构件40以盖构件40的凹陷部41、42覆盖感压构件30的膜片33、34的方式通过直接接合而接合。
传感器芯片10搭载在膜片基座上。图4表示将传感器芯片10搭载在膜片基座上的状态的截面图。
膜片基座50由用于将测量对象的流体的压力引导至传感器芯片10的金属材料构成。作为金属材料，可以例示不锈钢(SUS)。如图4所示，膜片基座50具有主面50-1和其相反侧的主面50-2。在膜片基座50上形成有贯通主面50-1和主面50-2的贯通孔51、52。在贯通孔51、52的主面50-1侧的开口部形成有两个凹陷部53、54。凹陷部53由阻挡膜片55覆盖，阻挡膜片55直接承受层流元件2上游的流体。同样地，凹陷部54由阻挡膜片56覆盖，阻挡膜片56直接承受层流元件2下游的流体。阻挡膜片55、56例如由不锈钢(SUS)制成。
传感器芯片10和膜片基座50以使传感器芯片10的贯通孔21、22与膜片基座50的贯通孔51、52连通的方式，通过粘接剂接合。
层流元件2上游的流体通过导管6被引导到阻挡膜片55。层流元件2下游的流体通过导管7被引导到阻挡膜片56。膜片基座50的凹陷部53、贯通孔51、传感器芯片10的贯通孔21和凹陷部31构成第一压力导入路径。在第一压力导入路径中封入有第一封入液。膜片基座50的凹陷部54、贯通孔52、传感器芯片10的贯通孔22和凹陷部32构成第二压力导入路径。在第二压力导入路径中封入有第二封入液。第一封入液将施加在阻挡膜片55上的压力P1传递到绝对压力传感器3的膜片33的下表面。第二封入液将施加在阻挡膜片56上的压力P2传递到绝对压力传感器4的膜片34的下表面。传感器芯片10的凹陷部41、42在真空状态下被密封。
虽然在图2、图3中未图示，但通过在感压构件30的露出的表面上形成分别与各应变计35-1～35-4、36-1～36-4电连接的8个电极焊盘，能够将应变计35-1～35-4、36-1～36-4与外部的电路接线。
绝对压力传感器3的应变计35-1～35-4与外部的电路一起构成图5那样的第一绝对压力测量用的惠斯通电桥电路。图5的惠斯通电桥电路将第一应变计35-1和位于与第一应变计35-1相邻的位置的第二应变计35-2串联连接以构成第一串联电路350，并且将位于与第一应变计35-1相邻的位置的第三应变计35-3和位于与第一应变计35-1相对的位置的第四应变计35-4串联连接以构成第二串联电路351，通过电源352对第一串联电路350的两端和第二串联电路351的两端施加惠斯通电桥驱动电压E。表示与施加于膜片33的下表面的绝对压力P1相应的膜片33的位移的输出信号Vout从应变计35-1、35-2的连接点与应变计35-3、35-4的连接点之间输出。
绝对压力传感器4的应变计36-1～36-4与外部的电路一起构成第二绝对压力测量用的惠斯通电桥电路。第二绝对压力测量用的惠斯通电桥电路相当于将图5中的应变计35-1～35-4置换成应变计36-1～36-4而得的电路。即，表示与施加在膜片34的下表面上的绝对压力P2相应的膜片34的位移的输出信号Vout从应变计36-1、36-2的连接点(相当于图5的应变计35-1、35-2的连接点)和应变计36-3、36-4的连接点(相当于图5的应变计35-3、35-4的连接点)之间输出。
应变计35-1～35-4、36-1～36-4的电阻值根据温度而变化。因此，压力计算部8基于由温度传感器5测量的温度T对绝对压力传感器3的输出信号(绝对压力传感器3的惠斯通电桥电路的输出信号)进行校正而换算成绝对压力P1，并且基于温度T对绝对压力传感器4的输出信号(绝对压力传感器4的惠斯通电桥电路的输出信号)进行校正而换算成绝对压力P2。在压力计算部8中预先设定有以温度T为变量的校正式、或者将温度T、绝对压力传感器3、4的输出信号和绝对压力P1、P2对应起来存储的表。压力计算部8根据校正式或表格，将绝对压力传感器3的输出信号换算为绝对压力P1，并且将绝对压力传感器4的输出信号换算为绝对压力P2。这样，能够进行绝对压力传感器3、4的输出信号的校正和向绝对压力P1、P2的换算。
流量计算部11基于由压力计算部8计算出的绝对压力P1、P2，计算测量对象的流体的流量Q。
Q＝K×(P12-P22)···式(2)
在式(2)中，K是与测量对象的流体的物性或流路形状有关的常数。另外，式(2)是以使用层流元件2作为差压生成机构为前提的式子。
如上所述，在本实施例中，通过将检测两个绝对压力P1、P2的压力检测用的膜片33、34和温度传感器5集成在一个芯片上，能够降低各个绝对压力传感器3、4的温度的差异。另外，在本实施例中，通过将两个压力检测用的膜片33、34集成在一个芯片上，也能够降低膜片33、34的特性的偏差。其结果，在本实施例中，能够降低层流型流量计的流量测量误差。
[第二实施例]
接着，对本发明的第二实施例进行说明。图6是表示本发明的第二实施例的层流型流量计(差压式流量计)的构成的图。本实施例的层流型流量计具备：配管1、层流元件2、测量层流元件2的上游侧和下游侧的流体的差压ΔP的差压传感器9、测量层流元件2的下游侧的流体的绝对压力P2的绝对压力传感器4、温度传感器5、导管6、7、基于由温度传感器5测量的温度T对差压传感器9的输出信号进行校正而换算成差压ΔP、并且基于温度T对绝对压力传感器4的输出信号进行校正而换算成绝对压力P2的压力计算部8a、以及基于由压力计算部8a计算出的差压ΔP和绝对压力P2计算流体的流量的流量计算部11a。
图7是搭载有差压传感器9、绝对压力传感器4和温度传感器5的传感器芯片的俯视图，图8是图7的I-I线截面图。
本实施例的传感器芯片10a由以下部分构成：由玻璃构成的平板状的基座20a、与基座20a接合的由硅构成的平板状的感压构件30a、与感压构件30a接合的由硅构成的平板状的盖构件40a、以及与盖构件40a接合的由硅构成的平板状的流路构件60。
在基座20a上形成有将基座20从背面(下表面)到表面(上表面)贯通的成为压力导入路径的两个贯通孔21、22。
在感压构件30a上，在基座20a和感压构件30a接合时与贯通孔23连通的位置处，形成有将感压构件30a从背面到表面贯通的成为压力导入路径的贯通孔37。与第一实施例同样地，在感压构件30a的与基座20a相对的背面形成有俯视为正方形的两个凹陷部31、32。残留在感压构件30a的形成有凹陷部31、32的区域的表面侧的部分成为差压传感器9的膜片33和绝对压力传感器4的膜片34。
与第一实施例同样地，在感压构件30a的与盖构件40a相对的表面中的、在凹陷部31、32的区域的表面侧形成的膜片33、34的周缘部形成有应变计35-1～35-4、36-1～36-4。而且，在感压构件30a的与盖构件40a相对的表面上形成有温度传感器5。
在盖构件40a上，在感压构件30a与盖构件40a接合时与贯通孔37连通的位置上，形成有将盖构件40a从背面到表面贯通的成为压力导入路径的贯通孔43。与第一实施例同样地，在盖构件40a的与感压构件30a相对的背面，在感压构件30a与盖构件40a接合时覆盖膜片33、34的位置处形成有俯视为正方形的两个凹陷部41、42。凹陷部41成为差压传感器9的压力导入室，凹陷部42成为绝对压力传感器4的压力基准室。进而，在盖构件40a上形成有将盖构件40a从表面到凹陷部41贯通的成为压力导入路径的贯通孔44。
在流路构件60的与盖构件40a相对的背面形成有成为压力导入路径的槽61，当盖构件40a与流路构件60接合时，该槽61的一端与贯通孔43连通，另一端与贯通孔44连通。
基座20a和感压构件30a以基座20a的贯通孔21、22与感压构件30a的凹陷部31、32连通、基座20a的贯通孔23与感压构件30a的贯通孔37连通的方式，通过直接接合而接合。
感压构件30a和盖构件40a以盖构件40a的凹陷部41、42覆盖感压构件30a的膜片33、34、且感压构件30a的贯通孔37与盖构件40a的贯通孔43连通的方式，通过直接接合而接合。
盖构件40a和流路构件60以流路构件60的槽61的一端与盖构件40a的贯通孔43连通、且槽61的另一端与盖构件40a的贯通孔44连通的方式，通过直接接合而接合。
贯通孔21和凹陷部31构成向膜片33的下表面传递压力P1的第一压力导入路径。贯通孔23、37、43、槽61、贯通孔44和凹陷部41构成向膜片33的上表面传递压力P2的第二压力导入路径。贯通孔22和凹陷部32构成向膜片34的下表面传递压力P2的第三压力导入路径。
传感器芯片10a搭载在膜片基座上。图9表示将传感器芯片10a搭载在膜片基座上的状态的截面图。膜片基座50a具有与第一实施例的膜片基座50相同的结构。进而，在膜片基座50a的主面50-2上形成有一端与贯通孔52连通的槽57。
传感器芯片10a和膜片基座50a以传感器芯片10a的贯通孔21、22与膜片基座50a的贯通孔51、52连通、且传感器芯片10a的贯通孔23与膜片基座50a的槽57连通的方式，通过粘接剂接合。
与第一实施例同样地，层流元件2上游的流体通过管道6被引导到阻挡膜片55。层流元件2下游的流体通过导管7被引导到阻挡膜片56。在膜片基座50a的凹陷部53、贯通孔51、传感器芯片10a的贯通孔21和凹陷部31中封入有第一封入液。在膜片基座50a的凹陷部54、贯通孔52、槽57、传感器芯片10a的贯通孔22、23、凹陷部32、贯通孔37、43、槽61、贯通孔44和凹陷部41中封入有第二封入液。第一封入液将施加在阻挡膜片55上的压力P1传递到差压传感器9的膜片33的下表面。第二封入液将施加在阻挡膜片56上的压力P2传递到差压传感器9的膜片33的上表面和绝对压力传感器4的膜片34的下表面。传感器芯片10a的凹陷部42在真空状态下被密封。
差压传感器9的应变计35-1～35-4与外部的电路一起构成差压测量用的惠斯通电桥电路。差压测量用的惠斯通电桥电路与图5所示的电路相同。即，表示与差压ΔP(＝P1-P2)相应的膜片33的位移的输出信号Vout从应变计35-1、35-2的连接点与应变计35-3、35-4的连接点之间输出。
压力计算部8a使用以温度T为变量的校正式、或者将温度T、差压传感器9的输出信号和差压ΔP对应起来存储的表，基于由温度传感器5测量到的温度T，对差压传感器9的输出信号(差压传感器9的惠斯通电桥电路的输出信号)进行校正而换算为差压ΔP。另外，与第一实施例的压力计算部8同样地，压力计算部8a基于温度T对绝对压力传感器4的输出信号进行校正而换算为绝对压力P2。
流量计算部11a基于由压力计算部8a计算出的差压ΔP和绝对压力P2，计算出测量对象的流体的流量Q。
Q＝K×(ΔP+2×P2)×ΔP· · · (3)
在式(3)中，K是与测量对象的流体的物性或流路形状有关的常数。与式(2)相同地，式(3)是以使用层流元件2作为差压生成机构为前提的公式。
如上所述，在本实施例中，通过将检测差压ΔP和绝对压力P2的压力检测用的膜片33、34和温度传感器5集成在一个芯片上，能够得到与第一实施例同样的效果。
[第三实施例]
在第一、第二实施例中，将两个压力检测用的膜片和温度传感器集成在一个芯片上，但也可以将两个传感器芯片和温度传感器容纳在同一封装体中。图10是本发明的第三实施例的层流型流量计(差压式流量计)的传感器封装体的俯视图，图11是图10的I-I线截面图。另外，在图10中，为了容易观察结构，透视记载了传感器封装体的内部。
关于配管1、层流元件2、导管6、7、压力计算部8和流量计算部11，与第1实施例中说明的相同，本实施例的层流型流量计相当于在图1中将温度传感器5置换成温度传感器5b而得的装置。
例如，绝对压力传感器3的传感器芯片10b和绝对压力传感器4的传感器芯片10c容纳在陶瓷制的传感器封装体70中。
绝对压力传感器3的传感器芯片10b由以下部分构成：由玻璃构成的平板状的基座20b、与基座20b接合的硅构成的平板状的感压构件30b、以及与感压构件30b接合的由硅构成的平板状的盖构件40b。
在基座20b上形成有将基座20b从背面到表面贯通的成为压力导入路径的贯通孔21。
在感压构件30b的与基座20b相对的背面，形成有俯视为正方形的凹陷部31(压力导入室)。在感压构件30b的形成有凹陷部31的区域的表面侧残留的部分成为绝对压力传感器3的膜片33。
另外，在感压构件30b的与盖构件40b相对的表面中，在凹陷部31的区域的表面侧形成的膜片33的周缘部形成有应变计35-1～35-4。
在盖构件40b的与感压构件30b相对的背面，在感压构件30b与盖构件40b接合时覆盖膜片33的位置处，形成有俯视为正方形的凹陷部41(压力基准室)。
基座20b和感压构件30b以基座20b的贯通孔21与感压构件30b的凹陷部31连通的方式通过直接接合而接合。感压构件30b和盖构件40b以盖构件40b的凹陷部41覆盖感压构件30b的膜片33的方式通过直接接合而接合。
贯通孔21和凹陷部31构成向膜片33的下表面传递压力P1的第一压力导入路径。
另一方面，绝对压力传感器4的传感器芯片10c由以下部分构成：由玻璃构成的平板状的基座20c、与基座20c接合的由硅构成的平板状的感压构件30c、以及与感压构件30c接合的由硅构成的平板状的盖构件40c。
在基座20c上，形成有将基座20c从背面到表面贯通的成为压力导入路径的贯通孔22。
在感压构件30c的与基座20c相对的背面，形成有俯视为正方形的凹陷部32(压力导入室)。残留在感压构件30c的形成有凹陷部32的区域的表面侧的部分成为绝对压力传感器4的膜片34。
另外，在感压构件30c的与盖构件40c相对的表面中，在凹陷部32的区域的表面侧形成的膜片34的周缘部形成有应变计36-1～36-4。
在盖构件40c的与感压构件30c相对的背面，在感压构件30c与盖构件40c接合时覆盖膜片34的位置处，形成有俯视为正方形的凹陷部42(压力基准室)。
基座20c和感压构件30c以基座20c的贯通孔22与感压构件30c的凹陷部32连通的方式通过直接接合而接合。感压构件30c和盖构件40c以盖构件40c的凹陷部42覆盖感压构件30c的膜片34的方式通过直接接合而接合。
贯通孔22和凹陷部32构成向膜片34的下表面传递压力P2的第二压力导入路径。
在传感器封装体70的底面形成有贯通孔71和72。传感器芯片10b、10c和传感器封装体70以使传感器芯片10b、10c的贯通孔21、22与传感器封装体70的贯通孔71、72连通的方式，通过粘接剂接合。
温度传感器5b例如在金属制的盖子80与传感器封装体70接合时，以温度的检测部(图11的温度传感器5b的下端)容纳在传感器封装体70内的方式安装在盖子80上。
在传感器封装体70的贯通孔71、传感器芯片10b的贯通孔21和凹陷部31中封入有第一封入液。在传感器封装体70的贯通孔72、传感器芯片10c的贯通孔22和凹陷部32中封入有第二封入液。第一封入液将层流元件2上游的流体压力P1传递到绝对压力传感器3的膜片33的下表面。第二封入液将层流元件2下游的流体压力P2传递到绝对压力传感器4的膜片34的下表面。传感器芯片10b的凹陷部41、42在真空状态下被密封。与第一实施例同样地，也可以将传感器封装体70搭载在膜片基座上。
关于测量绝对压力P1、P2的绝对压力传感器3、4的惠斯通电桥电路，与第一实施例中说明的相同。
这样，在本实施例中，通过将两个传感器芯片10b、10c和温度传感器5b容纳在同一封装体中，能够得到与第一实施例同样的效果。
[第四实施例]
接着，对本发明的第四实施例进行说明。图12是本发明的第四实施例的层流型流量计(差压式流量计)的传感器封装件的俯视图，图13是图12的I-I线截面图。另外，在图12中，为了容易观察结构，透视记载了传感器封装的内部。
关于配管1、层流元件2、导管6、7、压力计算部8a和流量计算部11a，与第二实施例中说明的相同，本实施例的层流型流量计相当于在图6中将温度传感器5置换成温度传感器5b而得的装置。
例如在陶瓷制的传感器封装体70a中容纳有差压传感器9的传感器芯片10d和绝对压力传感器4的传感器芯片10c。
差压传感器9的传感器芯片10d由以下部分构成：由玻璃构成的平板状的基座20d、与基座20d接合的由硅构成的平板状的感压构件30d、与感压构件30d接合的由硅构成的平板状的盖构件40d。
在基座20d上形成有将基座20d从背面到表面贯通的成为压力导入路径的贯通孔21、23。
在感压构件30d的与基座20d相对的背面形成有俯视为正方形的凹陷部31(压力导入室)。在感压构件30d的形成有凹陷部31的区域的表面侧残留的部分成为差压传感器9的膜片33。
另外，在感压构件30d的与盖构件40d相对的表面中，在凹陷部31的区域的表面侧形成的膜片33的周缘部形成有应变计35-1～35-4。进而，在感压构件30d上，在基座20d和感压构件30d接合时与贯通孔23连通的位置处，形成有将感压构件30d从背面到表面贯通的成为压力导入路径的贯通孔37。
在盖构件40d的与感压构件30d相对的背面，在感压构件30d与盖构件40d接合时覆盖膜片33的位置处，形成有俯视为正方形的凹陷部41(压力基准室)。进而，在盖构件40d的背面形成有一端与凹陷部41连通、在感压构件30d和盖构件40d接合时与贯通孔37连通的成为压力导入路径的槽45。
基座20d和感压构件30d以基座20d的贯通孔21与感压构件30d的凹陷部31连通、且基座20d的贯通孔23与感压构件30d的贯通孔37连通的方式，通过直接接合而接合。感压构件30d和盖构件40d以感压构件30d的贯通孔37与盖构件40d的槽45连通、且盖构件40d的凹陷部41覆盖感压构件30d的膜片33的方式，通过直接接合而接合。
贯通孔21和凹陷部31构成向膜片33的下表面传递压力P1的第一压力导入路径。贯通孔23、37、43、槽45和凹陷部41构成向膜片33的上表面传递压力P2的第二压力导入路径。
关于绝对压力传感器4的传感器芯片10c，与在第三实施例中说明的相同。
在传感器封装体70a的底面形成有贯通孔71～73。传感器芯片10c、10d和传感器封装体70a以使得传感器芯片10d的贯通孔21、23与传感器封装体70a的贯通孔71、73连通、且传感器芯片10c的贯通孔22与传感器封装体70a的贯通孔72连通的方式，通过粘接剂接合。
如在第三实施例中说明的那样，温度传感器5b安装在盖子80上。
在传感器封装体70a的贯通孔71、传感器芯片10d的贯通孔21和凹陷部31中封入有第一封入液。在传感器封装体70a的贯通孔72、73、传感器芯片10c的贯通孔22、凹陷部32、传感器芯片10d的贯通孔23、37、槽45和凹陷部41中封入有第二封入液。第一封入液将层流元件2上游的流体的压力P1传递到差压传感器9的膜片33的下表面。第二封入液将层流元件2下游的流体的压力P2传递到差压传感器9的膜片33的上表面和绝对压力传感器4的膜片34的下表面。传感器芯片10c的凹陷部42在真空状态下被密封。与第二实施例同样地，传感器封装体70a也可以搭载在膜片基座上。
关于测量差压ΔP的差压传感器9的惠斯通电桥电路和测量绝对压力P2的绝对压力传感器4的惠斯通电桥电路，如在第二实施例中说明的那样。
这样，在本实施例中，通过将两个传感器芯片10c、10d和温度传感器5b容纳在同一封装体中，能够得到与第二实施例同样的效果。
在第一～第四实施例中，使用层流元件2作为差压生成机构，但也可以使用孔板、皮托管等其他差压生成机构。
另外，在第一～第四实施例中，使用了半导体压电电阻式的压力传感器，但不限于此，也可以使用将膜片33、34的位移量作为静电电容的变化进行测量并换算为压力的静电电容式的压力传感器。
在第一～第四实施例中说明的压力计算部8、8a和流量计算部11、11a能够通过具备CPU(Central Processing Unit)、存储装置和接口的计算机和控制这些硬件资源的程序来实现。图14表示该计算机的构成例。计算机具备CPU 200、存储装置201以及接口装置(I/F)202。在I/F202上连接有传感器3、4、9的电路和温度传感器5、5b等。在这样的计算机中，用于实现本发明的流量测量方法的程序存储在存储装置201中。CPU 200按照存储在存储装置201中的程序执行在第一～第四实施例中说明的处理。
[产业上的利用可能性]
本发明可应用于差压式流量计。
符号说明
1…配管，2…层流元件，3、4…绝对压力传感器，5、5b…温度传感器，6、7…导管，8、8a…压力计算部，9…差压传感器，10、10a～10d…传感器芯片，11、11a…流量计算部，20、20a～20d…基座，21～23、37、43、44、51、52、71、72…贯通孔，30、30a～30d…感压构件，31、32、41、42、53、54…凹陷部，33、34…膜片，35-1～35-4、36-1～36-4…应变计，38、45、57、61…槽，40、40a～40d…盖构件，50、50a…膜片基座，55、56…阻挡膜片，60…流路构件，70、70a…传感器封装体，80…盖子。

Claims (8)

1.一种差压式流量计，其特征在于，包括：
使测量对象的流体流通的配管；
差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；
第一绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力；
第二绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力；
温度传感器，其构成为测量所述第一绝对压力传感器、所述第二绝对压力传感器的周围温度；
压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第一绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第一绝对压力，并且基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第二绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第二绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的第一绝对压力、第二绝对压力来计算所述流体的流量，
承受所述第一绝对压力的所述第一绝对压力传感器的膜片、承受所述第二绝对压力的所述第二绝对压力传感器的膜片以及所述温度传感器被集成在一个传感器芯片上。
2.根据权利要求1所述的差压式流量计，其特征在于，
在所述传感器芯片的内部具有：
承受所述第一绝对压力的所述第一绝对压力传感器的膜片；
承受所述第二绝对压力的所述第二绝对压力传感器的膜片；
所述温度传感器；
向所述第一绝对压力传感器的膜片传递所述第一绝对压力的第一压力导入路径；以及
向所述第二绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力的第二压力导入路径。
3.一种差压式流量计，其特征在于，包括：
使测量对象的流体流通的配管；
差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；
差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力与所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；
绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；
温度传感器，其构成为测量所述差压传感器和所述绝对压力传感器的周围温度；
压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度对所述差压传感器的输出信号进行校正而换算成差压，并且基于由所述温度传感器测量的温度对所述绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成第二绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的差压和第二绝对压力来计算所述流体的流量，
承受所述第一绝对压力和所述第二绝对压力的所述差压传感器的膜片、承受所述第二绝对压力的所述绝对压力传感器的膜片以及所述温度传感器被集成在一个传感器芯片上。
4.根据权利要求3所述的差压式流量计，其特征在于，
在所述传感器芯片的内部具有：
承受所述第一绝对压力和所述第二绝对压力的所述差压传感器的膜片；
承受所述第二绝对压力的所述绝对压力传感器的膜片；
所述温度传感器；
第一压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的第一面传递所述第一绝对压力；
第二压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的与所述第一面相反一侧的第二面传递所述第二绝对压力；以及
第三压力导入路径，其向所述绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力。
5.一种差压式流量计，其特征在于，包括：
使测量对象的流体流通的配管；
差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；
第一绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力；
第二绝对压力传感器，其构成为测量所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力；
温度传感器，其构成为测量所述第一绝对压力传感器、所述第二绝对压力传感器的周围温度；
压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第一绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第一绝对压力，并且基于由所述温度传感器测量的温度，对所述第二绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成所述第二绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的第一绝对压力、第二绝对压力来计算所述流体的流量，
所述第一绝对压力传感器的传感器芯片、所述第二绝对压力传感器的传感器芯片以及所述温度传感器容纳在一个封装体中。
6.根据权利要求5所述的差压式流量计，其特征在于，
在所述第一绝对压力传感器的传感器芯片的内部具有：
承受所述第一绝对压力的所述第一绝对压力传感器的膜片；以及
向所述第一绝对压力传感器的膜片传递所述第一绝对压力的第一压力导入路径，
在所述第二绝对压力传感器的传感器芯片的内部具有：
承受所述第二绝对压力的所述第二绝对压力传感器的膜片；以及
向所述第二绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力的第二压力导入路径。
7.一种差压式流量计，其特征在于，包括：
使测量对象的流体流通的配管；
差压生成机构，其设置在所述配管内，使上游侧的所述流体和下游侧的所述流体之间产生差压；
差压传感器，其构成为测量所述差压生成机构上游侧的所述流体的第一绝对压力与所述差压生成机构下游侧的所述流体的第二绝对压力的差压；
绝对压力传感器，其构成为测量所述第二绝对压力；
温度传感器，其构成为测量所述差压传感器和所述绝对压力传感器的周围温度；
压力计算部，其构成为基于由所述温度传感器测量的温度对所述差压传感器的输出信号进行校正而换算成差压，并且基于由所述温度传感器测量的温度对所述绝对压力传感器的输出信号进行校正而换算成第二绝对压力；以及
流量计算部，其构成为基于由所述压力计算部计算出的差压和第二绝对压力来计算所述流体的流量，
所述差压传感器的传感器芯片、所述绝对压力传感器的传感器芯片以及所述温度传感器被容纳在一个封装体内。
8.根据权利要求7所述的差压式流量计，其特征在于，
在所述差压传感器的传感器芯片的内部具有：
承受所述第一绝对压力和所述第二绝对压力的所述差压传感器的膜片；
第一压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的第一面传递所述第一绝对压力；以及
第二压力导入路径，其向所述差压传感器的膜片的与所述第一面相反一侧的第二面传递所述第二绝对压力，
在所述绝对压力传感器的传感器芯片的内部具有：
承受所述第二绝对压力的所述绝对压力传感器的膜片；以及
第三压力导入路径，其向所述绝对压力传感器的膜片传递所述第二绝对压力。
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