CN116762013A - 传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种能够对具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件高精度地进行径向360度的流量检测的传感器装置。本发明的传感器装置(1)具有基板(2)、具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件(3)以及具备温度补偿用电阻元件的第二传感器元件(4)，所述第一传感器元件及所述第二传感器元件分别经由一对导线(6、8)被支撑为远离所述基板的表面(2a)，所述第一传感器元件配置在比所述第二传感器元件高的位置。

Description

传感器装置

技术领域

本发明涉及一种例如能够测量风速的传感器装置。

背景技术

已知一种热传感器装置，其将加热了的流量检测用电阻元件暴露于流体，根据此时的散热作用来检测流体的流量。传感器装置除了流量检测用电阻元件以外还具备温度补偿用电阻元件，流量检测用电阻元件和温度补偿用电阻元件组装在桥接电路中。当流量检测用电阻元件接收到流体时，流量检测用电阻元件的温度降低，电阻变化，由此，能够通过桥接电路得到差动输出。基于该差动输出，能够检测流体的流量。

例如，在专利文献1中，具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件和具备温度补偿用电阻元件的第二传感器元件分别经由导线从绝缘基板分离地被支撑。在专利文献1中，第一传感器元件和第二传感器元件对置配置(图1等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2019-215163号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

这样，在专利文献1中，由于第一传感器元件和第二传感器元件对置配置，因此在风朝向具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件的径向作用时，径向360度的流量检测会降低。

因此，本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够对具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件高精度地进行径向360度的流量检测的传感器装置。

用于解决技术问题的方案

本发明的传感器装置的特征在于，具有：基板、具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件以及具备温度补偿用电阻元件的第二传感器元件，所述第一传感器元件及所述第二传感器元件分别经由一对导线被支撑为远离所述基板的表面，所述第一传感器元件配置在比所述第二传感器元件高的位置。

发明的效果

在本发明的传感器装置中，能够对具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件高精度地进行径向360度的流量检测。

附图说明

图1A是第一实施方式的传感器装置的局部侧视图。

图1B是第一实施方式的传感器装置的局部俯视图。

图2是本实施方式的传感器元件的剖面图。

图3是本实施方式的传感器装置的电路图。

图4是使用第一传感器装置进行的用于表示风速与角度指向特性的关系的实验结果。

图5是比较例中的传感器装置的局部侧视图。

图6是使用比较例的传感器装置进行的用于表示风速与角度指向特性的关系的实验结果。

图7是第二实施方式的传感器装置的局部侧视图。

图8是使用第二实施方式的传感器装置进行的用于表示风速与角度指向特性的关系的实验结果。

图9是第三实施方式的传感器装置的局部侧视图。

图10是使用第三实施方式的传感器装置进行的用于表示风速与角度指向特性的关系的实验结果。

具体实施方式

以下，将详细说明本发明的一个实施的方式(以下简称为“实施方式”)。此外，本发明并不限于以下的实施方式，可以在其主旨的范围内进行各种变形来实施。

<第一实施方式的传感器装置的说明>

图1A是第一实施方式的传感器装置1的局部侧视图。图1B是第一实施方式的传感器装置1的局部俯视图。图2是本实施方式的第一传感器元件3的剖面图。图3是本实施方式的传感器装置1的电路图。

图1B所示的X1-X2方向及Y1-Y2方向表示在平面内垂直的两个方向，图1A所示的Z1-Z2方向是指在X1-X2方向及Y1-Y2方向上相互垂直的高度方向。

图1A所示的第一实施方式的传感器装置1具有基板2、具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件3以及具备温度补偿用电阻元件的第二传感器元件4。

基板2是绝缘基板，没有特别限定，但优选是在玻璃布中浸渍环氧树脂的通常的印刷基板，例如可以提出FR4基板。

如图1A所示，第一传感器元件3经由一对第一导线6a、6b，从基板2的表面2a向Z1方向分离地被支撑。此外，以下，有时不区分第一导线6a、6b而总表示为“第一导线6”。

此外，如图1A所示，第二传感器元件4经由一对第二导线8a、8b，与第一传感器元件3同样地在Z1方向上远离基板2的表面2a而被支撑。此外，以下有时不区分第二导线8a、8b而总表示为“第二导线8”。这样，第一传感器元件3和第二传感器元件4从基板2观察，配置在同一侧。由此，能够使作用于第一传感器元件3和第二传感器元件4的环境温度一致，从而能够实现检测精度的提高，并且能够有助于小型化。

使用图2说明第一传感器元件3的内部结构。如图2所示，第一传感器元件3具有流量检测用电阻元件10、配置在流量检测用电阻元件10两侧的电极帽11、覆盖流量检测用电阻元件10及电极帽11的绝缘膜12。

流量检测用电阻元件10例如在陶瓷等圆柱基板的表面形成有电阻覆膜。虽然未图示，但对流量检测用电阻元件10的电阻覆膜的表面实施修整以进行电阻调整。

第一传感器元件3的外表面具备作为流量检测面发挥功能的元件表面5a、位于元件表面5a的上下的上表面5b及下表面5c。

如图2所示，第一导线6a从位于下表面5c侧的电极帽11向Z2方向延伸。此外，第一导线6b从位于上表面5b侧的电极帽11先是向Z1方向延伸，在中途被折弯而向Z2方向延伸。因此，如图2所示，一对第一导线6a、6b在X1-X2方向上隔开规定的间隔对置，并且向Z2方向延伸。并且，如图1所示，一对第一导线6a、6b的端部与基板2的表面2a连接。

尽管第二传感器元件4也具有与图2相同的结构，但内置有温度补偿用电阻元件14来代替流量检测用电阻元件10。

如图1所示，第一传感器元件3和第二传感器元件4为沿一个方向较长的形状。这里，“沿一个方向较长”是指比与一个方向垂直的任何方向的长度都长的状态。具体而言，第一传感器元件3和第二传感器元件4形成为在Z1-Z2方向上比X1-X2方向和Y1-Y2方向长。虽然未限定，但第一传感器元件3及第二传感器元件4以圆柱状形成。

如图1B所示，第一传感器元件3、第二传感器元件4、相对于第一传感器元件3向X1侧的侧方延伸的第一导线6b以及相对于第二传感器元件4向X1侧的侧方延伸的第二导线8b在X1-X2方向上排列成一列。

如图3所示，流量检测用电阻元件10与温度补偿用电阻元件14一起构成桥接电路。如图3所示，由流量检测用电阻元件10、温度补偿用电阻元件14、电阻器16、17构成桥接电路18。如图3所示，由流量检测用电阻元件10和电阻器16构成第一串联电路19，由温度补偿用电阻元件14和电阻器17构成第二串联电路20。而且，第一串联电路19和第二串联电路20并联连接而构成桥接电路18。

如图3所示，第一串联电路19的输出部21和第二串联电路20的输出部22分别与差动放大器(放大器)23连接。桥接电路18连接有包括差动放大器23的反馈电路24。反馈电路24包括晶体管(未示出)等。

电阻器16、17的电阻温度系数(TCR)比流量检测用电阻元件10及温度补偿用电阻元件14小。流量检测用电阻元件10例如在被控制为比规定的周围温度仅高规定值的加热状态下具有规定的电阻值Rs1，此外，温度补偿用电阻元件14例如被控制为在上述周围温度下具有规定的电阻值Rs2。此外，电阻值Rs1小于电阻值Rs2。构成流量检测用电阻元件10和第一串联电路19的电阻器16例如是具有与流量检测用电阻元件10的电阻值Rs1相同的电阻值R1的固定电阻器。此外，构成温度补偿用电阻元件14和第二串联电路20的电阻器17例如是具有与温度补偿用电阻元件14的电阻值Rs2同样的电阻值R2的固定电阻器。

流量检测用电阻元件10被调整为比周围温度高的温度，当第一传感器元件3受到风时，作为发热电阻的流量检测用电阻元件10的温度降低。因此，连接有流量检测用电阻元件10的第一串联电路19的输出部21的电位变动。由此，由差动放大器23得到差动输出。然后，在反馈电路24中，基于差动输出，对流量检测用电阻元件10施加驱动电压。并且，能够根据流量检测用电阻元件10的加热所需的电压的变化，用微型计算机(未图示)换算风速并输出。此外，微机例如设置在基板2的表面，通过各导线6、8与各传感器元件3、4电连接。

此外，温度补偿用电阻元件14检测流体本身的温度，并补偿流体的温度变化的影响。这样，通过具备温度补偿用电阻元件14，能够降低流体的温度变化对流量检测的影响，从而能够高精度地进行流量检测。如上所述，温度补偿用电阻元件14的电阻比流量检测用电阻元件10的电阻高得多，而且温度设定在周围温度附近。因此，即使温度补偿用电阻元件14受到风，连接有温度补偿用电阻元件14的第二串联电路20的输出部22的电位也几乎不变化。因此，将输出部22的电位作为基准电位，能够高精度地得到基于流量检测用电阻元件10的电阻变化的差动输出。

此外，图3所示的电路结构是一例，并不限于此。

如图1A所示，在第一实施方式的传感器装置1中，具备流量检测用电阻元件10的第一传感器元件3配置在比具备温度补偿用电阻元件14的第二传感器元件4高的位置。即，第一传感器元件3在Z1方向上比第二传感器元件4更远离基板2的表面2a。

与此相对，在图5的比较例的传感器装置30中，具备流量检测用电阻元件10的第一传感器元件3和具备温度补偿用电阻元件14的第二传感器元件4配置在相同的高度。即，在图5中，第一传感器元件3和第二传感器元件4在与高度方向垂直的水平方向即X1-X2方向上对置。

使用第一实施方式的传感器装置1和比较例的传感器装置30，对从水平360度作用风时的流量检测进行了实验。此外，以下，将使用第一实施方式的传感器装置1的实验作为“实施例1”进行说明。

这里，“水平方向”是在由图1B所示的X1-X2方向及Y1-Y2方向构成的平面内形成的方向。如图1、5所示，该水平方向是在Z1-Z2方向直立的第一传感器元件3的径向，例如，如果第一传感器元件3的截面为圆，则是指通过第一传感器元件3的轴中心的垂线方向。并且，“水平360”度是指朝向第一传感器元件3的轴中心的平面内的全部方向，与相对于第一传感器元件3的“径向360度”同义。

在实验中，从水平360度对传感器装置1作用风。风速将逆变器的运动频率控制在3Hz、7Hz、10Hz和14Hz的4个阶段。运动频率越高，则风速越大。这些风速由传感器装置1测定。

实施例1的实验结果示于图4，比较例的实验结果示于图6。如图4、图6所示，模拟风配图的圆形图表的外周的数值表示朝向位于中心的传感器装置1、30的风的方向。

圆形图表内的0、2、6、8、10、12的数值为风速值。此外，在圆形图表内较粗地表示的多个曲线是将逆变器的运动频率调整为3Hz、7Hz、10Hz以及14Hz，并由各传感器装置1、30测定来自水平360度的风时所计测的风速的实测值。在图4、图6中还示出了作为在将逆变器的运动频率调整为14Hz时理想的测定值的理想值。

如图4、图6所示，可知当逆变器的运动频率为3Hz时，与实施例1相比，在比较例中，对于来自约72度～约100度的方向的风以及来自约250度～约290度的方向的风，流量检测大幅降低。此外，可知当逆变器的运动频率为7Hz时，与实施例1相比，在比较例中，对于来自约72度～约102度的方向的风以及来自约250度～约285度的方向的风，流量检测大幅降低。此外，可知当逆变器的运动频率为10Hz时，与实施例1相比，在比较例中，对于来自约72度～约105度的方向的风以及来自约250度～约288度的方向的风，流量检测大幅降低。此外，可知与实施例1相比，在比较例中，将逆变器的运动频率设为14Hz时的实测值在65度～86度附近及245度～270度附近大幅偏离理想值。

来自90度附近及270度附近的风是来自约X1-X2方向的风，但这与第一传感器元件3和第二传感器元件4的排列方向大致一致。在比较例中，由于第一传感器元件3和第二传感器元件4在高度方向上一致，所以认为特别是对于作为排列方向的X1-X2方向附近的风的检测受到强烈影响，并且检测精度大幅降低。

与此相对，在实施例1中，如图1A所示，第一传感器元件3配置在比第二传感器元件4高的位置。因此，第二传感器元件4的影响比比较例小，如图4所示，可知与比较例相比，能够改善对于从90度及270度的方向附近作用的风的检测精度。

如上所述，根据第一实施方式的传感器装置1，能够提高水平360度的风量检测精度。

在第一实施方式中，优选第一传感器元件3配置在比与第二传感器元件4连接的第二导线8b高的位置。如图1A所示，第二导线8b延伸至高于第二传感器元件4的位置。因此，第一传感器元件3配置在比第二导线8b高的位置，使得第一传感器元件3在X1-X2方向上不与第二传感器元件4和第二导线8b对置。由此，能够进一步提高水平360度的风量检测精度。

在第一实施方式中，如图1A和图1B所示，第一传感器元件3在X1-X2方向上隔开间隔而在沿Z1-Z2方向延伸的一对第一导线6a、6b的X2侧连接。同样地，第二传感器元件4在X1-X2方向上隔开间隔而在沿Z1-Z2方向延伸的一对第二导线8a、8b的X2侧连接。这样，第一传感器元件3和第二传感器元件4都在一对导线6、8的相同侧连接。由此，能够形成第一传感器元件3和第二传感器元件4不离得太远的结构。虽然未图示，但认为在对各传感器元件3、4使用保护结构时，通过将各传感器元件3、4靠近配置，能够减弱保护结构对各传感器元件3、4的影响，或者能够减小影响的偏差。

<第二实施方式的传感器装置的说明>

图7是第二实施方式的传感器装置40的局部侧视图。以与图1A所示的传感器装置1的不同点为中心进行记载，在第一实施方式中，与各传感器元件3、4连接的一对导线6、8为相同的线径。与此相对，在第二实施方式中，与第一传感器元件3连接的一对第一导线6的线径比与第二传感器元件4连接的一对第二导线8的线径细。

图8是使用第二实施方式的传感器装置进行的用于表示风速与角度指向特性的关系的实验结果。在此，将使用第二实施方式的传感器装置40进行的实验作为“实施例2”。

如图8所示，可知在实施例2中，与图4所示的实施例1相比，水平360度的风量检测精度进一步提高。特别是，对来自约72度～约150度方向的风的风量检测精度大幅改善，大致与理想值一致。这是因为第一导线6对第一传感器元件3的影响减弱。即，如图7所示，第一传感器元件3和第一导线6b在X1-X2方向上对置。因此，特别是从图示右侧向左方向作用的风在到达第一传感器元件3之前受到第一导线6b的影响。因此，通过使第一导线6比第二导线8细，在风量检测时，能够减弱第一导线6对第一传感器元件3的影响。其结果，与图4相比，能够进一步提高从X1-X2方向附近作用的风的检测精度，进而能够更有效地提高水平360度的检测精度。

<第三实施方式的传感器装置的说明>

图9是第三实施方式的传感器装置50的局部侧视图。以与图1A所示的传感器装置1的不同点为中心进行记载，在第一实施方式中，各传感器元件3、4以朝向相同侧的方式与一对导线6、8连接。即，第一传感器元件3和第二传感器元件彼此与位于X2侧的第一导线6a和第二导线8a连接。与此相对，在第三实施方式中，各传感器元件3、4以相互朝向内侧的方式与一对导线6、8连接。即，第一传感器元件3与位于X2侧的第一导线6a连接，第二传感器元件4与位于X1侧的第二导线8b连接。

此外，连接有第一传感器元件3的一对第一导线6a、6b的间隔T1比连接于第二传感器元件4的一对第二导线8a、8b的间隔T2宽。例如，可以将连接到第一导线6a的第一传感器元件3配置在位于外侧的第一导线6b和第二导线8a之间的中心位置。例如，可以在基板2的中心O配置第一传感器元件3，并在从第一传感器元件3到X1侧以及X2侧等间隔的位置配置第一导线6b以及第二导线8a。

图10是使用第三实施方式的传感器装置进行的用于表示风速与角度指向特性的关系的实验结果。在此，将使用第三实施方式的传感器装置50进行的实验作为“实施例3”。

如图10所示，可知在实施例3中，与图4所示的实施例1相比，水平360度的风量检测精度进一步提高。可知虽然在80度～90度附近有少许的下降，但与实施例1相比，能够大幅度改善对来自约43度～约140度方向的风的风量检测精度。这是由于第一传感器元件3和第一导线6b之间的间隔T2变宽，以及通过将第一传感器元件3配置在基板2的中心O，来自水平360度的风适当地作用在第一传感器元件3上。此外，能够将第一传感器元件3和第二传感器元件4尽可能地靠近配置。其结果，与图4相比，能够进一步提高从X1-X2方向附近作用的风的检测精度，进而能够更有效地提高水平360度的检测精度。

在上述中，说明了传感器装置1检测风，但作为检测的流体除了风以外，还可以是气体、液体。

产业上的可利用性

在本发明中，能够高精度地进行水平360度检测，并能够适用于各种应用。例如，能够适用于空调设备、风的控制系统、分析用等。

本申请基于2021年1月27日申请的日本特愿2021-010735。其内容全部包含在此。

Claims (6)

1.一种传感器装置，其特征在于，具有：

基板；

具备流量检测用电阻元件的第一传感器元件；以及

具备温度补偿用电阻元件的第二传感器元件，

所述第一传感器元件和所述第二传感器元件分别经由一对导线被支撑为远离所述基板的表面，

所述第一传感器元件配置在比所述第二传感器元件高的位置。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

所述第一传感器元件配置在比与所述第二传感器元件连接的所述导线高的位置。

3.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，

所述第一传感器元件和所述第二传感器元件以朝向相同侧的方式与所述一对导线连接。

4.根据权利要求1或2所述的传感器装置，其特征在于，

所述第一传感器元件及所述第二传感器元件以相互朝向内侧方式与所述一对导线连接，

与所述第一传感器元件连接的所述一对导线的间隔比与所述第二传感器元件连接的所述一对导线的间隔宽。

5.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

连接于所述第一传感器元件的第一导线的线径等于或者小于连接于所述第二传感器元件的第二导线的线径。

6.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，

所述第一传感器元件和所述第二传感器元件在高度方向上为长形状。