DE10001347B4 - Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor - Google Patents

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Abstract

Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit:
einer Durchsatzerfassungseinrichtung (10C) mit Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p), von denen jede einen Heizabschnitt (4o, 4p) und einen Temperaturerfassungsabschnitt (6o, 7p) aufweist,
wobei die Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) in einer zu messenden Strömungsrichtung (A) eines Fluids angeordnet sind,
wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids erstreckt, und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 μm beträgt,
wobei eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13o) den entsprechenden Heizabschnitt (4o) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (6o) aufweist, der an einer stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist,
wobei eine stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13p) den entsprechenden Heizabschnitt (4p) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (7p) aufweist, der an einer stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist,
wobei jeder...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Durchsatzerfassungseinrichtung, die ein Heizelement aufweist und zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit oder des Durchsatzes eines Fluids gemäß einem Wärmeübertragungsphänomen verwendet wird, bei dem Wärme auf das Fluid von dem Heizelement oder von einem Teil, das durch das Heizelement erwärmt wird, übertragen wird, und sie betrifft ferner einen Durchsatzsensor, der eine derartige Durchsatzerfassungseinrichtung verwendet. Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise auf einen Durchsatzsensor zur Verwendung beim Messen einer Einlassluftmenge eines Verbrennungsmotors verwendet.
  • In JP-A-03-137521 ist ein Mengenmesser offenbart mit zwei Flussbereichen, die Membranen aufweisen, Temperaturmesselementen, die auf der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite angeordnet sind, und Heizabschnitten, die zwischen den Temperaturelementen angeordnet sind. Die Membranen sind in einer Richtung senkrecht zu der Flussrichtung angeordnet. DE-A-43 38 891 beschreibt einen Massenflusssensor, der eine Siliziumplatte mit einer aufgebrachten Membranschicht aufweist, in die ausgehend von der Rückseite Ausnehmungen eingebracht sind. Durch die Ausnehmungen wird ein Rahmen gebildet, in dem zwei Membranen aufgespannt sind, wobei auf einer Membran ein Medientemperaturmesselement angeordnet ist.
  • In der DE-A-43 20 326 wird eine Vorrichtung zur Messung einer radialen Gas- oder Flüssigkeitsströmung beschrieben. Die Vorrichtung weist in eine Wheatstonesche-Brücke geschaltete Widerstandseinrichtungen auf, die auf einer Membran angeordnet sind. Die Membran hat typischerweise eine Dicke von 0,5 μm bis 3 μm.
  • JP-A-09-329480 offenbart einen Durchflusssensor mit zumindest einem Heizelement und einem Temperaturerfassungselement, wobei in einer Ausführungsform mehrere Temperaturerfassungselemente jeweils abwechselnd an einer stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Seite der Heizabschnitte angeordnet sind.
  • 15 und 16 sind eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Durchsatzerfassungseinrichtung, die beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr. 4-230808 beschrieben ist. Im übrigen beschreibt die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung mit der Nr. 4-230808 die Durchsatzerfassungseinrichtung als einen Membransensor.
  • In 15 und 16 bezeichnet die Referenznummer 101 ein plattenartiges Substrat, das durch einen Siliciumhalbleiter gebildet wird. In dem mittleren Teil des hinteren Oberflächenabschnitts dieses plattenartigen Substrats 101 ist ein Hohlraum 110 mit einem trapezförmigen Querschnitt, beispielsweise durch anisotropes Ätzen, auf derartige Weise ausgebildet, dass er nicht die Oberfläche desselben erreicht. In dem vorderen Oberflächenabschnitt des plattenartigen Substrats 101 ist eine dünne folienartige Durchsatzerfassungsmembran 102 (nachfolgend einfach als Membran bezeichnet) integral ausgebildet. Ferner ist ein dünnes Folien-Heizelement 103 in dem mittleren Teil des vorderen Oberflächenabschnitts dieser Membran 102 ausgebildet. Dünne Folientemperaturerfassungselemente 104 und 105 sind an beiden Seiten des Heizelements 103 derart ausgebildet, dass sie um einen vorbestimmten Abstand voneinander entfernt sind und symmetrisch bezüglich des Heizelements 103 angeordnet sind. Ferner ist eine jede von länglichen Öffnungen 106a und 106b, welche die Membran 102 durchdringen, in einem Abschnitt gebohrt, der zwischen dem Heizelement 103 und einem entsprechenden der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 entlang der Längsrichtung desselben liegt. Darüber hinaus sind zwei Reihen von mehreren rechtwinkligen Öffnungen 107a und 107b, welche die Membran durchdringen, entlang der Längsrichtung des Heizelements 103 außerhalb der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 gebohrt. In ähnlicher Weise sind Öffnungen 108c und 108d, welche die Membran durchdringen, in Abschnitten gebohrt, die an beiden Seiten in der Längsrichtung des Heizelements 103 vorgesehen sind. Ferner sind Öffnungen 109c und 109d, welche die Membran durchdringen, in Abschnitten gebohrt, die an beiden Seiten in der Längsrichtung eines jeden der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 vorgesehen sind. Diese Öffnungen sind unter Verwendung von Fotolithographie- und Nassätz- (oder Trockenätz-)Techniken ausgebildet.
  • Wenn ein Erregungsstrom für das Heizelement 103 unter Verwendung einer derartigen herkömmlichen Durchsatzerfassungseinrichtung so gesteuert wird, dass die Temperatur des Heizelements 103 höher ist als diejenige des zu messenden Fluids, und zwar um einen vorbestimmten Wert, sind die Temperaturen der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 zueinander in dem Fall gleich, dass keine Bewegung des zu messenden Fluids auftritt (d.h. die Strömungsgeschwindigkeit = 0).
  • Wenn sich eine Luftströmung in der Richtung eines Pfeils A bewegt, ist die Temperatur des Temperaturerfassungselements 104, das an einer stromaufwärtigen Stelle angeordnet ist, geringer als diejenige in dem Fall, dass die Strömungsgeschwindigkeit = 0 ist. Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, fällt die Temperatur desselben. Im Gegensatz dazu erniedrigt sich die Temperatur des Temperaturerfassungselements 105, das an der stromabwärtigen Seite angeordnet ist, nicht auf die Temperatur, die durch das Temperaturerfassungselement 104 an der stromaufwärtigen Seite bei der gleichen Strömungsgeschwindigkeit auftritt. Wenn somit ein Maß, das einem Temperaturunterschied zwischen den Temperaturerfassungselementen 104 und 105 entspricht, durch Einarbeiten der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 in eine Wheatstone-Brückenschaltung (die nicht gezeigt ist) erhalten wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Fluids gemessen werden.
  • Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung mit der Nr. 4-230808 beschreibt die folgenden Vorteile der herkömmlichen Durchsatzerfassungseinrichtung infolge des Vorsehens von Öffnungen in der Membran 102. Es wird nämlich eine Variation im Ausgang derselben infolge der Ablagerung von Staub als Folge der Tatsachen verringert, dass die Wärmeströmung von dem Heizelement 103 zu den Temperaturerfassungselementen 104 und 105 verringert wird, und dass somit die Temperaturen der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 erniedrigt werden. Darüber hinaus wird die Empfindlichkeit der herkömmlichen Durchsatzerfassungseinrichtung erhöht, weil Wärme, die in dem Heizelement 103 erzeugt wird und zu dem plattenartigen Substrat 101 übertragen wird, verringert wird.
  • Währenddessen tritt, wenn die zu messende Strömungsgeschwindigkeit des Fluids größer wird, oder wenn Druck auf die Durchsatzerfassungsmembran 102 aufgebracht wird, oder wenn die Durchsatzerfassungsmembran 102 Schwingungen großer Amplituden unterliegt, in der Membran 102 Belastung auf. Im schlimmsten Fall reißt die Membran 102.
  • Ferner ist die herkömmliche Durchsatzerfassungseinrichtung derart aufgebaut, dass die Öffnungen in der Umgebung der stromaufwärtigen Seite des Heizelements 103 und der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 angeordnet sind, somit wird in dem Fall, dass die Durchsatzerfassungseinrichtung über eine lange Zeitdauer verwendet wird, Staub, der in dem zu messenden Fluid enthalten ist, an der Oberfläche in der Richtung der Dicke des Substrates an Endabschnitten der Öffnungen abgelagert. Dies führt zu einer Veränderung der Art und Weise, wie das zu messende Fluid strömt. Folglich weist die herkömmliche Durchsatzerfassungseinrichtung einen Nachteil dahingehend auf, dass deren Erfassungseigenschaften variieren.
  • Auch wenn die Öffnungen, die in die Membran 102 gebohrt sind, weggelassen werden, um Variationen bei den Erfassungseigenschaften zu verhindern, weist die Membran 102 manchmal eine nicht hinreichende Festigkeit auf.
  • Wenn eine derartige Durchsatzerfassungseinrichtung beispielsweise als ein Sensor zur Erfassung der Menge einer Einlassluft zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einem Verbrennungsmotor eines Automobils verwendet werden soll, treten die folgenden Probleme auf.
  • Der Verbrennungsmotor eines Automobils erzeugt Schwingungen, die einer Kraft von 40 G bis 50 G entsprechen. Ferner erreicht die Strömungsgeschwindigkeit der Einlassluft manchmal 200 m/s oder mehr. Darüber hinaus kann, wenn ein Rückschlag auftritt, ein Druck von nahezu 2 Atmosphären auf die Durchsatzerfassungseinrichtung aufgebracht werden. Wenn die herkömmliche Durchsatzerfassungseinrichtung einer derartigen mechanischen Belastung unterliegt, besteht für die Einrichtung die Gefahr, dass sie reißt.
  • Im Gegensatz dazu erhöht sich, wenn die Dicke der Membran vergrößert wird, um deren Festigkeit zu erhöhen, die Wärmekapazität der Membran. Darüber hinaus wird das Wärmeansprechverhalten der Membran verringert. Folglich kann die herkömmliche Durchsatzerfassungseinrichtung nicht den Veränderungen des Durchsatzes folgen.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 definiert, und wurde zur Lösung der vorangehenden Probleme gemacht. Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchsatzsensor mit einer hohen Verlässlichkeit zu schaffen, der eine Durchsatzerfassungseinrichtung aufweist, die mit Membranen versehen ist, die jeweils eine verbesserte Festigkeit aufweisen.
  • Es wird ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer Durchsatzerfassungseinrichtung beschrieben, die mehrere Durchsatzerfassungsmembranen aufweist, von denen jede mit Heizabschnitten und Temperaturerfassungsabschnitten versehen ist. Die mehreren Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Jede der Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, und dass sich die längere Seite derselben entlang der zu messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt. Jede der Durchsatzerfassungsmembranen weist wenigstens einen der Heizabschnitte und wenigstens einen der Temperaturerfassungsabschnitte auf, die in der zu messenden Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sind.
  • Um die genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer Durchsatzerfassungseinrichtung geschaffen, die Wärmeerfassungsmembranen aufweist, die jeweils einen Heizabschnitt und einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweisen. Die Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer zu messenden Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Jede der Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt, und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 μm beträgt. Eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist den entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Eine stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist den entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Jeder der Heizabschnitte weist wärmeempfindliche Widerstände auf. Die wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabschnitte sind in Reihe oder parallel verbunden sind. Dieser Sensor verwendet ein Signal, das ein Maß darstellt, das einem Temperaturunterschied zwischen dem Temperaturerfassungsabschnitt, der in der stromaufwärtigen Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, und dem Temperaturerfassungsabschnitt entspricht, der in der stromabwärtigen Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, als ein Durchsatzsignal.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Referenznummern gleiche oder entsprechende Teile in sämtlichen Ansichten bezeichnen. Im einzelnen:
  • 1 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer ersten Ausführungsform verwendet wird;
  • 2 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile von Linie II-II von 1;
  • 3 ist eine Vorderansicht des wärmeempfindlichen Durchsatzsensors, der die erste Ausführungsform ist;
  • 4 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der Linie IV-IV von 3;
  • 5 ist ein Schaltungsdiagramm zur Darstellung eines Stromkreises für eine konstante Temperaturdifferenz, der in dem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor vorgesehen ist, der eine erste Ausführungsform ist;
  • 6 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Durchsatz in dem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß der ersten Ausführungsform und der Temperatur des Temperaturerfassungselements;
  • 7 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Verhältnis der längeren Seite zu der kürzeren Seite der Membran und der maximalen Belastung, die in der Membran erzeugt wird;
  • 8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Verhältnis der längeren Seite zu der kürzeren Seite der Membran und der maximalen Auslenkung, die in der Membran erzeugt wird;
  • 9 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor verwendet wird, bei dem es sich um eine zweite Ausführungsform handelt;
  • 10 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der Linie X-X von 9;
  • 11 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer dritten Ausführungsform verwendet wird;
  • 12 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der Linie XII-XII von 11;
  • 13 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
  • 14 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der Linie XIV-XIV von 13;
  • 15 ist eine Draufsicht der herkömmlichen Durchsatzerfassungseinrichtung;
  • 16 ist eine Schnittansicht der herkömmlichen Durchsatzerfassungseinrichtung;
  • 17 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel; und
  • 18 ist eine Schnittansicht der Richtung der Pfeile auf der Linie XVIII-XVIII von 17.
  • Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen und die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Erste Ausführungsform
  • 1 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird.
  • 2 ist eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile auf der Linie II-II von 1.
  • Wie in 1 und 2 gezeigt ist, wird ein plattenartiges Substrat 1 durch ein Siliciumsubstrat mit einer Dicke von etwa 0,4 mm gebildet. Ferner ist ein 0,5 μm dicker isolierender Tragfilm 2 aus Siliciumnitrid an einer Oberfläche 1a des plattenartigen Substrats 1 durch Ausführung eines Verfahrens, wie z.B. Sputtern, Dampfablagerung oder CVD ausgebildet. Darüber hinaus sind Heizwiderstände 4a bis 4c, die jeweils durch einen wärmeempfindlichen Widerstandsfilm, wie z.B. einem Platinfilm gebildet werden, die als ein Heizabschnitt wirken, Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c, die als ein Temperaturerfassungsabschnitt wirken, und ein Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 an dem Tragfilm 2 ausgebildet. Diese Heizwiderstände 4a bis 4c, die Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c und der Fluidtemperaturerfassungswiderstand werden in dem folgenden Verfahren derart gestaltet, dass eine Strombahn ausgebildet wird. Zunächst wird ein wärmeempfindlicher Widerstandsfilm, wie z.B. ein Platinfilm mit einer Dicke von beispielsweise 0,1 μm an dem Tragfilm 2 unter Verwendung eines Dampfablagerungs- oder Sputterverfahrens ausgebildet. Dann wird auf diesem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm durch Verwendung eines fotolithographischen Verfahrens und einer Nass- (oder Trocken-)Ätzmethode ein Musterbilden durchgeführt. Zwei Gruppen der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c bzw. 7a bis 7c sind an beiden Seiten der Heizwiderstände 4a bis 4c vorgesehen. Der Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 ist von den Heizwiderständen 4a bis 4c getrennt vorgesehen.
  • Darüber hinaus ist ein isolierender Schutzüberzug 3, der durch einen 0,4 μm dicken Film aus Siliciumnitrid ausgebildet ist, an den Heizwiderständen 4a bis 4c, den Temperaturerfassungswiderständen 6a bis 6c, 7a bis 7c und dem Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 durch Durchführung des Sputter- oder CVD-Verfahrens ausgebildet.
  • Die Heizwiderstände 4a bis 4c sind in Reihe verbunden und durch Leitungsmuster 8c und 8f mit Elektroden 9c und 9f für eine elektrische Verbindung der Durchsatzerfassungseinrichtung 10 mit einem äußeren Stromkreis verbunden. Darüber hinaus ist der Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 durch Leitungsmuster 8d und 8e mit Elektroden 9d und 9e für eine elektrische Verbindung der Durchsatzerfassungseinrichtung 10 mit einem äußeren Stromkreis verbunden. Darüber hinaus sind in ähnlicher Weise die Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c in Reihe verbunden und ferner durch Leitungsmuster 8a und 8b mit Elektroden 9a und 9b verbunden. Ferner sind die Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c in Reihe verbunden und ferner durch Leitungsmuster 8g und 8h mit Elektroden 9g und 9h verbunden.
  • Diese Leitungsmuster 8a bis 8h werden gleichzeitig ausgebildet, wenn die Musterbildung durchgeführt wird, um die Heizwiderstände bis 4a bis 4c, die Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c und der Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 auszubilden. Ferner werden die Schutzfilme 3, die an den Elektroden 9a und 9d ausgebildet sind, entfernt, so dass sie mit einem äußeren Stromkreis durch Drahtverbindung verbunden werden können.
  • Ferner sind Hohlräume 14a bis 14c ausgebildet, indem das plattenartige Substrat, das unter den Heizwiderständen 4a bis 4c und den Temperaturerfassungswiderständen 6a bis 6c und 7a bis 7c vorhanden ist, entfernt wird, so dass die Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c gebildet werden. Die Membranen 13a bis 13c werden wie folgt ausgebildet. Zunächst wird ein Rückflächenschutzfilm 11, der durch einen Oxidfilm gebildet wird, an der entgegengesetzten Seite des plattenartigen Substrats 1 ausgebildet, die entgegengesetzt zu der Oberfläche desselben ist, an welcher der Tragfilm 2 ausgebildet ist. Nachfolgend werden Ätzöffnungen 12 ausgebildet, indem der Rückflächenschutzfilm 11 beispielsweise durch ein fotolithographisches Verfahren entfernt wird. Nachfolgend werden Hohlräume 14a bis 14c ausgebildet, indem freigelegte Abschnitte des plattenartigen Substrats entfernt werden, die trapezförmige Querschnitte aufweisen und sich von der entgegengesetzten Fläche zu dem Tragfilm 2 erstrecken, beispielsweise durch alkalisches Ätzen.
  • In 1 bezeichnet ein Pfeil A eine positive Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids. Drei Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c sind derart angeordnet, dass deren Abschnitte an der Seite des Schutzfilmes 3 zu dem zu messenden Fluid freigelegt sind, dass sich eine längere Seite einer jeden der Membranen 13a bis 13c entlang der Strömungsrichtung des messenden Fluids A erstreckt, und dass die Membranen 13a bis 13c in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids angeordnet sind. Die Größe einer jeden der drei Membranen 13a bis 13c beträgt 1500 μm × 200 μm. Die Dicke eines Abschnitts, in dem keine Widerstände ausgebildet sind, einer jeden der Membranen 13a bis 13c beträgt 0,9 μm. Ferner sind an jeder der Membranen 13a bis 13c die Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c jeweils an der stromaufwärtigen Seite der Heizwiderstände 4a bis 4c angeordnet. Darüber hinaus sind die Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c jeweils an der stromabwärtigen Seite der Heizwiderstände 4a bis 4c angeordnet.
  • 3 und 4 sind eine Vorderansicht und eine Längsschnittansicht des wärmeempfindlichen Durchsatzes unter Verwendung der Durchsatzerfassungseinrichtung 10.
  • Wie in 3 und 4 gezeigt ist, weist dieser Durchsatzsensor einen zylindrischen Hauptdurchgang 16, der als ein Durchgang dient, durch den ein zu messendes Fluid strömt, und eine zylindrische Erfassungsröhre 15 auf, die koaxial in diesem Hauptdurchgang 16 angeordnet ist. Die Durchsatzerfassungseinrichtung 10, die in 1 und 2 gezeigt ist, ist an die Oberfläche des plattenartigen Trageelements 19 angebracht, das in der Erfassungsröhre 15 derart angeordnet ist, dass die Oberfläche der Durchsatzerfassungseinrichtung 10 nahezu parallel zu der Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids ist. Diese Durchsatzerfassungseinrichtung 10 ist derart angeordnet, dass der Abschnitt derselben, der an der Seite des Schutzfilmes 3 vorgesehen ist, zu dem zu messenden Fluid freigelegt ist, und dass eine längere Seite einer jeden der Membranen 13a bis 13c sich in der Strömungsrichtung A des Fluids erstreckt.
  • Ferner ist eine Erfassungsleiterplatte 21, die als eine Erfassungsschaltung dient, in einem Gehäuse 17 untergebracht. Die Durchsatzerfassungseinrichtung 10 ist elektrisch mit der Erfassungsleiterplatte 21 durch einen Bleidraht 20 verbunden. Darüber hinaus ist ein Verbinder 18 zur Zuführung von Energie zu dem Durchsatzsensor und zum Aufnehmen eines Ausgangssignals zu einer äußeren Schaltung in dem Gehäuse 17 vorgesehen. Ein Schirmelement 22 ist derart angeordnet, dass es die Erfassungsleiterplatte 21 derart abdeckt, dass die Erfassungsleiterplatte 21 vor Störungen von außen, wie z.B. elektromagnetischen Wellen, geschützt wird.
  • Im übrigen ist der Aufbau des Durchsatzsensors, der in den 3 und 4 dargestellt ist, der gleiche wie derjenige von Durchsatzsensoren weiterer Ausführungsformen, die nachfolgend beschrieben sind.
  • In dieser Durchsatzerfassungseinrichtung 10 und dem zugehörigen Sensor werden die Heizwiderstände 4a bis 4c durch den Antriebsschaltkreis für eine konstante Temperaturdifferenz, der in 5 gezeigt ist, derart gesteuert, dass sie einen Widerstandswert aufweisen, bei dem die Durchschnittstemperatur der Heizwiderstände einen vorbestimmten Wert aufweist. Die Erfassungsschaltung wird durch eine Brückenschaltung gebildet, welche den Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 und den Heizwiderstand 4 aufweist (in diesem Fall sind die Heizwiderstände 4a bis 4c in Reihe verbunden und somit aus Gründen der Einfachheit als ein einziger Heizwiderstand 4 gezeigt). In dieser Figur bezeichnen die Referenzzeichen R1, R2, R3, R4 und R5 feste Widerstände. Die Referenzzeichen OP1 und OP2 bezeichnen Operationsverstärker. Die Referenzzeichen TR1 und TR2 bezeichnen Transistoren, und BATT bezeichnet eine Energiequelle. Darüber hinaus sind die Aufbauelemente dieser Schaltung mit Ausnahme des Fluidtemperaturerfassungswiderstands 5 und des Heizwiderstands 4 an der Erfassungsleiterplatte 21 ausgebildet.
  • Die Erfassungsschaltung wirkt derart, dass das elektrische Potential an den Punkten a und b, die in 5 gezeigt sind, nahezu zueinander gleich ist. Darüber hinaus sind die Aufbauwiderstände der Brückenschaltung derart eingestellt, dass die Temperatur des Heizwiderstands 4 höher ist als die Temperatur des Fluidtemperaturerfassungswiderstands 5, und zwar um einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 100°C), und diese Erfassungsschaltung steuert einen Heizstrom IH für den Heizwiderstand 4. Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit des zu messenden Fluids erhöht, erhöht sich ein Ausmaß an Wärme, das auf dieses Fluid von dem Heizwiderstand 4 übertragen wird. Wenn somit die Durchschnittstemperatur des Heizwiderstandes 4 bei einem vorbestimmten Wert gehalten wird, erhöht sich der Heizstrom IH.
  • Andererseits erhält ein jeder der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c einen Ausgang, der einer Temperatur desselben entspricht, und zwar durch eine (nicht gezeigte) Schaltung. Ferner wird ein Signal, das den Unterschied zwischen den Ausgängen dieser Widerstände repräsentiert, als ein Ausgang des Durchsatzsensors verwendet. Wenn sich nämlich das Fluid in der Richtung des Pfeils A (in der positiven Richtung) gemäß 1 bewegt, ist die Temperatur der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c geringer als diejenige der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c. Wenn sich im Gegensatz dazu das Fluid in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung des Pfeils A bewegt (d.h. in einer negativen Richtung), ist die Temperatur der Widerstände 6a bis 6c höher als diejenige der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c.
  • 6 zeigt die Durchschnittstemperatur der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c entsprechend dem Durchsatz. Somit werden der Durchsatz des Fluids und die Strömungsrichtung desselben unter Verwendung des Unterschieds zwischen den Ausgangssignalen erfasst, die der Temperatur der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und der Temperatur der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c als einem Ausgang des Durchsatzsensors entsprechen.
  • Im übrigen werden die Temperaturen der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c durch Verfahren mit Aufbringen einer vorbestimmten konstanten Spannung oder eines Stromes auf eine Gruppe der Widerstände 6a bis 6c und einer anderen Gruppe der Widerstände 7a bis 7c erfasst.
  • In diesem Zusammenhang werden nachfolgend die maximale Belastung und die Auslenkung, die in den Membranen zum Zeitpunkt der Aufbringung einer gleichmäßigen Last, wie z.B. eines Druckes, auf die Membranen verursacht werden, untersucht.
  • 7 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Längenverhältnis einer jeden der Membranen und der darin in dem Fall, dass die Länge der kürzeren Seite einer jeden der Membranen konstant ist, erzeugten maximalen Belastung. Die Abszisse dieses Diagramms zeigt das Verhältnis der Länge der längeren Seite einer jeden Membran zu derjenigen der kürzeren Seite derselben in dem Fall an, dass die Länge der kürzeren Seite konstant ist, und die Länge der längeren Seite verändert wird. Die Ordinaten dieses Diagramms zeigen die maximale Belastung an, die erzeugt wird, wenn eine gleichmäßige Last auf die Oberfläche einer jeden Membran aufgebracht wird, indem die maximale Belastung auf 1 eingestellt wird, wenn das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite = 2 ist.
  • Wie aus 7 deutlich wird, verringert sich die Vergrößerungsrate der maximalen Belastung in dem Fall, dass das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite nicht weniger als 2 ist, verglichen mit dem Fall, dass dieses Verhältnis geringer als 2 ist. Demzufolge wird in dem Fall, dass eine Fläche der Membran vergrößert wird, wenn die Festigkeit der Membran nicht umfangreich verringert wird, bevorzugt, dass die Länge der längeren Seite vergrößert wird, verglichen mit dem Fall, dass die Länge der kürzeren Seite vergrößert wird. Ferner kann, wenn das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite ≥ 2 ist, eine Verringerung in der Festigkeit der Membran bezüglich einer Vergrößerung der Fläche derselben verringert werden.
  • 8 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses zwischen dem Längenverhältnis einer jeden der Membranen und der maximalen Auslenkung, die darin in dem Fall erzeugt wird, dass die Länge der kürzeren Seite einer jeden der Membranen konstant ist. Die Abszisse dieses Diagramms zeigt das Verhältnis der Länge der längeren Seite einer jeden Membran zu derjenigen der kürzeren Seite derselben unter den gleichen Bedingungen, ähnlich wie in 7, an. Die Ordinaten dieses Diagramms zeigen die maximale Auslenkung an, die erzeugt wird, wenn eine gleichmäßige Last auf die Oberfläche einer jeden Membran aufgebracht wird, und indem die maximale Belastung auf 1 eingestellt wird, wenn das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite = 2 ist.
  • Wie aus 8 ersichtlich ist, verringert sich die Vergrößerungsrate der maximalen Auslenkung in dem Fall, dass das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite nicht weniger als 2 ist, verglichen mit dem Fall, dass ein derartiges Verhältnis geringer als 2 ist. Deshalb wird in dem Fall, dass die Fläche der Membran vergrößert wird, wenn die Auslenkung der Membran nicht umfangreich vergrößert wird, bevorzugt, die Länge der längeren Seite derselben zu vergrößern, verglichen mit dem Fall, dass die Länge der kürzeren Seite derselben vergrößert wird. Ferner kann, wenn das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite ≥ 2 ist, eine Vergrößerung der Auslenkung der Membran bezüglich einer Vergrößerung der Fläche derselben verringert werden.
  • Wie aus der vorangehenden Beschreibung dieser Ausführungsform deutlich wird, wird, wenn eine vorbestimmte Fläche einer jeden der Membranen sichergestellt wird, die Festigkeit derselben gegen äußere Kräfte vergrößert, und die Auslenkung derselben wird verringert, indem die Länge der längeren Seite derselben derart eingestellt wird, dass sie zweimal die Länge der kürzeren Seite derselben oder mehr beträgt.
  • Ferner ist es für die Sicherstellung einer hohen Dauerhaftigkeit der Membran vorteilhaft, dass die darin erzeugte Belastung und Auslenkung klein sind. Somit wird ein höchstverlässlicher Durchsatzsensor erhalten, indem rechtwinklige Membranen vorgesehen werden, von denen jede eine längere Seite aufweist, deren Länge zweimal die Länge einer kürzeren Seite oder länger beträgt.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform sind die Membranen 13a bis 13c derart angeordnet, dass sich deren längere Seite entlang der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids erstrecken. Somit werden der Abstand L1 zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Endabschnitt eines jeden der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c und der Abstand L2 zwischen dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Endabschnitt der Membranen 13a bis 13c auf große Werte eingestellt. Deshalb wird eine breite Temperaturverteilung in der Richtung parallel zu der Strömung des zu messenden Fluids, das auf den Membranen 13a bis 13c strömt, erhalten. Folglich wird die große Temperaturdifferenz zwischen einer Gruppe der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und einer weiteren Gruppe der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c erhalten. Die Durchsatzerfassungsempfindlichkeit des Sensors wird verbessert. Im übrigen ist auch in dem Fall, dass eine einzige Durchsatzerfassungsmembran in dem Sensor vorgesehen ist, ein Durchsatzerfassungsbereich in der Richtung zu der Strömung des zu messenden Fluids (d.h. in der Richtung der kürzeren Seite der Membran) schmal. Somit sind im Fall der ersten Ausführungsform drei Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids angeordnet, so dass die durchschnittliche radiale Strömungsgeschwindigkeit in dem Durchgang gemessen wird. Folglich wird die Durchsatzerfassungsgenauigkeit verbessert.
  • Ferner ist in jeder der Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c ein entsprechender der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c an der stromaufwärtigen Seite eines entsprechenden der Heizwiderstände 4a bis 4c vorgesehen. Ferner ist ein entsprechender der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c an der stromabwärtigen Seite desselben vorgesehen. Somit werden ein Signal, das die Temperatur an der stromaufwärtigen Seite der Heizwiderstände repräsentiert, und ein Signal, das die Temperatur an der stromabwärtigen Seite derselben repräsentiert, anhand der Durchsatzerfassungsmembran 13a bis 13c erhalten. Folglich wird die Empfindlichkeit des Durchsatzsensors vergrößert.
  • Darüber hinaus werden, weil die Membran aus drei Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c besteht, die Abmessungen einer jeden der drei Membranen verringert. Folglich wird die Festigkeit der Membranen vergrößert.
  • Zusätzlich ist eine jede der Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c derart ausgebildet, dass sie eine Größe von 1500 μm × 200 μm aufweist. Somit wird die Festigkeit der Membranen gegen eine äußere Kraft vergrößert.
  • Folglich wird die Festigkeit der Membran der Durchsatzerfassungseinrichtung 10 vergrößert, so dass ein höchstverlässlicher Durchsatzsensor erhalten wird.
  • Das Erreichen einer Verbesserung der Festigkeit der Durchsatzerfassungsmembranen bedeutet, dass dünnere Membranen in dem Fall erhalten werden, dass eine vorbestimmte Festigkeit der Membranen erhalten wird.
  • Die Wärmeträgheit einer Membran wird gemäß der Wärmekapazität, der Dichte und des Volumens des Materials der Membran bestimmt. Wenn somit die Dicke der Membran verringert wird, wird die Wärmeträgheit verringert. Folglich wird das Ansprechverhalten des Durchsatzsensors verbessert. Wenn beispielsweise dieser Durchsatzsensor als ein Sensor zur Messung der Einlassluftmenge zur Verwendung in dem einem Automobil verwendet wird, ist die Einlassluft eine pulsierende Strömung mit einer Frequenz von zig bis hundert Hertz und weist manchmal eine Rückwärtsströmung auf. In dem Fall einer derartigen Verwendung sollte der Durchsatzsensor ein schnelles Ansprechverhalten aufweisen, um eine Einlassluftmenge genau zu erfassen. Ergebnisse von Versuchen, die durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurden, offenbaren, dass, wenn die Dicke der Membran nicht mehr als 1 μm beträgt, ein Ausgangssignal des Sensors erhalten wird, das einer Einlassluftpulsation folgt, die dem Motor entspricht.
  • Bei der ersten Ausführungsform können dünnere Membranen verglichen mit der Membran des herkömmlichen Durchsatzsensors verwendet werden. Darüber hinaus wird die Wärmekapazität der Membran verringert. Somit realisiert die vorliegende Erfindung einen Durchsatzsensor, der auf einen Einlassluftmengensensor zur Verwendung in einem Motor eines Automobils angewendet werden kann.
  • Ferner sind die Heizwiderstände 4a bis 4c in Reihe verbunden. Somit ist es ausreichend, dass der Sensor nur eine Steuerungsschaltung zur Steuerung der Heizströme aufweist, die den Heizwiderständen 4a bis 4c zugeführt werden. Der Sensor weist nämlich nur eine Antriebsschaltung für eine konstante Temperaturdifferenz auf, die in 5 gezeigt ist. Somit wird die Anzahl der Elektroden nicht vergrößert. Folglich wird, verglichen mit dem herkömmlichen Durchsatzsensor, die Anzahl der Mannstunden, die zur Durchführung der Leitungsverbindungen usw. erforderlich ist, nicht vergrößert.
  • In ähnlicher Weise sind die Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c in Reihe verbunden, und die Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c sind in Reihe verbunden, so dass der Sensor nur ein Paar von stromaufwärtigen und stromabwärtigen Temperaturerfassungsschaltungen zur Erfassung der Temperatur der Temperaturerfassungswiderstände aufweist. Somit wird verglichen mit dem herkömmlichen Durchsatzsensor die Anzahl der Temperaturunterschieds-Erfassungsschaltungen nicht vergrößert.
  • Ferner werden bei einem Herstellungsverfahren der Durchsatzerfassungseinrichtung 10 gemäß der ersten Ausführungsform mehrere Membranen gleichzeitig mit dem gleichen Ätzschritt ausgebildet, und zwar auch in dem Fall, dass die mehreren Membranen an der Durchsatzerfassungseinrichtung 10 vorgesehen sind. Somit wird die Anzahl der Schritte nicht vergrößert, verglichen mit dem Fall, dass ein herkömmlicher Sensor mit einer einzigen Membran verwendet wird. Folglich weist die erste Ausführungsform einen Vorteil dahingehend auf, dass die Herstellungskosten verglichen mit einem herkömmlichen Durchsatzsensor nicht vergrößert werden.
  • Im übrigen werden, obwohl die erste Ausführungsform derart aufgebaut ist, dass die längeren Seiten der Membranen 13a bis 13c sich parallel mit der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids erstrecken, ähnliche Wirkungen erhalten, auch wenn die Membranen derart angeordnet sind, dass sie ein wenig bezüglich der Strömungsrichtung geneigt sind.
  • Darüber hinaus können, obwohl die erste Ausführungsform derart aufgebaut ist, dass die Heizwiderstände 4a bis 4c in Reihe verbunden sind, die Heizwiderstände 4a bis 4c parallel verbunden sein. Darüber hinaus kann in ähnlicher Weise eine jede der Gruppen der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c parallel verbunden sein.
  • Zusätzlich ist, obwohl beschrieben wurde, dass die drei Durchsatzerfassungsmembranen bei der ersten Ausführungsform in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids angeordnet sind, die Anzahl derartiger Membranen nicht auf drei beschränkt. Ähnliche Wirkungen werden erhalten, wenn mehrere derartiger Membranen in der Erfassungseinrichtung angeordnet sind.
  • Zweite Ausführungsform
  • 9 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer zweiten Ausführungsform verwendet wird. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der Linie X-X von 9. Im übrigen bezeichnen die Referenznummern 2, 3, 5, 8a bis 8h, 9a bis 9h und 11 die entsprechenden Aufbauelemente wie bei der ersten Ausführungsform.
  • In dem Fall der zweiten Ausführungsform ist ein plattenartiges Substrat 1A ein Siliciumsubstrat, dessen ebene Oberfläche eine Kristallorientierung gemäß (110) aufweist, und die Oberfläche in der Dickenrichtung eine Kristallorientierung gemäß (111) aufweist.
  • Ferner werden zunächst ein Tragfilm 2, Heizwiderstände 4d bis 4j, die als Heizabschnitte dienen, stromaufwärtige Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j, die als Temperaturerfassungsabschnitte dienen, stromabwärtige Temperaturerfassungswiderstände 7d bis 7j, die als die Temperaturerfassungsabschnitte dienen, ein Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5, Leitungsmuster 8a bis 8h und ein Schutzfilm 3 an dem plattenartigen Substrat 1A durch Verfahren ähnlich zu dem Verfahren ausgebildet, das in der Beschreibung der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Nachfolgend wird ein Rückflächenschutzfilm 11, der durch einen Oxidfilm gebildet wird, an einer Oberfläche ausgebildet, die entgegengesetzt zu einer Oberfläche ist, an welcher der Tragfilm 2 des plattenartigen Substrats 1A ausgebildet ist. Dann werden Ätzöffnungen 12d bis 12j ausgebildet, indem der Rückflächenschutzfilm 11 durch ein fotolithographisches Verfahren teilweise entfernt wird. Nachfolgend wird ein Ätzen auf diesem Substrat durch Verwendung eines Ätzmittels durchgeführt, wie z.B. durch Verwendung von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). Dann werden Hohlräume 14d bis 14j durch Entfernen von Teilen des plattenartigen Substrats 1A ausgebildet, die von den Ätzöffnungen 12d bis 12j freigelegt werden, und zwar derart, dass sie den Tragfilm 2 erreichen. Folglich sind sechs Durchsatzerfassungsmembranen 14d bis 14j gebildet.
  • Die Heizwiderstände 4d bis 4j sind in Reihe verbunden. Beide Enden eines jeden dieser Widerstände sind durch Leitungsmuster 8c und 8f mit den Elektroden 9c und 9f und somit mit der Antriebsschaltung für eine konstante Temperaturdifferenz verbunden. Andererseits sind die stromaufwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j in Reihe verbunden. Beide Enden dieser Temperaturerfassungswiderstände sind durch Leitungsmuster 8a und 8b mit den Elektroden 9a und 9b und somit mit der Temperaturerfassungsschaltung verbunden. In ähnlicher Weise sind die stromabwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 7d bis 7j in Reihe verbunden. Beide Enden dieser Temperaturerfassungswiderstände sind mit den Leitungsmustern 8g und 8h mit den Elektroden 9g und 9h und somit mit der Temperaturerfassungsschaltung verbunden.
  • Im übrigen ist, wie in 9 und 10 dargestellt ist, eine jede dieser sechs Durchsatzerfassungsmembranen 13d bis 13j wie ein Parallelogramm derart ausgebildet, dass sie eine längere Seite aufweist, die sich parallel mit der Strömungsrichtung A erstreckt. Ferner ist eine jede dieser sechs Durchsatzerfassungsmembranen in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A derart angeordnet, dass sich benachbarte dieser sechs Durchsatzerfassungsmembranen nahe zueinander befinden. Ferner weist eine jede der Membranen den Heizwiderstand und die Temperaturerfassungswiderstände auf, die an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Heizwiderstands ausgebildet sind.
  • Ferner sind als ein Ergebnis der Tatsache, dass ein Siliciumsubstrat, dessen Oberfläche in der Dickenrichtung derselben eine Kristallorientierung gemäß (111) aufweist, als das plattenartige Substrat 1 verwendet wird, und dass die Hohlräume 14d bis 14j durch Verwendung des Ätzmittels, wie z.B. TMAH und durch Durchführung des Ätzens ausgebildet werden, die längeren Seitenabschnitte der Hohlräume 14d bis 14j derart ausgebildet, dass sie nahezu senkrecht zu der Oberfläche des plattenartigen Substrats 1 sind.
  • Ferner wird der Tragfilm 2 durch einen 0,5 μm dicken Siliciumnitridfilm gebildet, während der Schutzfilm 3 durch einen 0,4 μm dicken Siliciumnitridfilm gebildet wird. Ein Abschnitt, in dem keine Widerstände ausgebildet sind, einer jeden der Durchsatzerfassungsmembranen 13d bis 13j beträgt 0,9 μm in der Dicke.
  • Der Durchsatzsensor unter Verwendung der Durchsatzerfassungseinrichtung 10A, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, weist zusätzlich zu den Wirkungen der ersten Ausführungsform folgende Wirkungen auf. Im einzelnen ist der längere Seitenabschnitt einer jeden der Membranen 13d bis 13j senkrecht zu dem plattenartigen Substrat 1 geätzt. Somit sind viele Membranen in einer Richtung angeordnet, die sich mit der Richtung A der Strömung des zu messenden Fluids schneidet (oder zu dieser senkrecht ist), so dass benachbarte derartige Membranen näher zueinander angeordnet sind. Folglich wird der Durchsatzerfassungsbereich in der Richtung, welche die Strömungsrichtung A schneidet, verbreitert. Somit wird ein höchstgenauer Durchsatzsensor erhalten.
  • Ferner sind die Heizwiderstände 4d bis 4j in Reihe verbunden, so dass nur zwei Elektroden erforderlich sind, ähnlich wie dies beim herkömmlichen Durchsatzsensor der Fall ist. Somit wird die Anzahl der Schritte bei einem Verbindungsvorgang nicht vergrößert. Zusätzlich benötigt der Durchsatzsensor dieser Ausführungsform nur eine einzige Antriebsschaltung für eine konstante Temperaturdifferenz.
  • Darüber hinaus sind die stromaufwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j in Reihe verbunden, so dass nur zwei Elektroden erforderlich sind, ähnlich wie dies bei dem herkömmlichen Durchsatzsensor der Fall ist. Somit wird die Anzahl der Schritte eines Verbindungsvorgangs nicht vergrößert. Zusätzlich benötigt der Durchsatzsensor dieser Ausführungsform nur eine Temperaturerfassungsschaltung.
  • In ähnlicher Weise sind die stromabwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 7d bis 7j in Reihe verbunden, so dass nur zwei Elektroden erforderlich sind, ähnlich wie dies bei dem herkömmlichen Durchsatzsensor der Fall ist. Somit wird die Anzahl der Schritte bei einem Verbindungsvorgang nicht vergrößert. Zusätzlich benötigt der Durchsatzsensor dieser Ausführungsform nur eine Temperaturerfassungsschaltung.
  • Im übrigen ist, obwohl ein Siliciumsubstrat, dessen Oberfläche in der Dickenrichtung eine Kristallorientierung gemäß (111) aufweist, als das plattenartige Substrat verwendet wird, und dann ein Nassätzen an dem Siliciumsubstrat verwendet wird, um dadurch die Hohlräume 14d bis 14j auszubilden, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrats gemäß der zweiten Ausführungsform geätzt werden, das Verfahren zur Ausbildung derartiger Hohlräume 14d bis 14j, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrats geätzt werden, nicht darauf beschränkt. Ein Verfahren der teilweisen Entfernung des Siliciumsubstrats durch Durchführung eines Trockenätzens kann ebenso verwendet werden.
  • Ferner können, obwohl die Heizwiderstände 4d bis 4j bei der zweiten Ausführungsform in Reihe verbunden sind, die Heizwiderstände 4d bis 4j parallel verbunden sein. Darüber hinaus kann eine jede der Gruppen der Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j und 7d bis 7j parallel verbunden sein.
  • Dritte Ausführungsform
  • 11 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer dritten Ausführungsform verwendet wird. 12 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der Linie XII-XII von 11. Im übrigen bezeichnen die Referenznummern 1 bis 3, 5, 8a bis 8h, 9a bis 9h und 11 die entsprechenden Aufbauelemente wie bei der ersten Ausführungsform.
  • Im Fall der dritten Ausführungsform werden zunächst ein Tragfilm 2, Heizwiderstände 4k bis 4n, die als Heizabschnitte dienen, Temperaturerfassungswiderstände 6k, 6m, 7l und 7n, die als die Temperaturerfassungsabschnitte dienen, ein Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5, Leitungsmuster 8a bis 8h und ein Schutzfilm 3 an dem plattenartigen Substrat 1 durch ein Verfahren ähnlich zu dem Verfahren, das bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ausgebildet. Folglich wird ein Rückflächenschutzfilm 11, der durch einen Oxidfilm gebildet wird, an einer Oberfläche ausgebildet, die zu einer Oberfläche, an welcher der Tragfilm 2 des plattenartigen Substrats 1 ausgebildet ist, entgegengesetzt ist. Dann werden Ätzöffnungen 12 ausgebildet, indem der Rückseitenschutzfilm 11 durch ein fotolithographisches Verfahren teilweise entfernt wird. Nachfolgend wird auf diesem Substrat ein alkalisches Ätzen durchgeführt. Dann werden Hohlräume 14k bis 14n ausgebildet, indem Teile des plattenartigen Substrats 1 entfernt werden, die von den Ätzöffnungen 12 freigelegt sind, und zwar derart, dass der Tragfilm 2 erreicht wird. Folglich sind vier Durchsatzerfassungsmembranen 13k bis 13n derart aufgebaut, dass sie in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids angeordnet sind.
  • Ferner werden die Heizwiderstände 4k und 4m, die als die Heizabschnitte dienen, und die Temperaturerfassungswiderstände 6k und 6m, die als die Temperaturerfassungsabschnitte dienen, die an der stromaufwärtigen Seite der Heizwiderstände 4k und 4m ausgebildet sind, in den Membranen 13k und 13m jeweils vorgesehen. Währenddessen werden die Heizwiderstände 4l und 4n, die als die Heizabschnitte dienen, und die Temperaturerfassungswiderstände 7l und 7n, die als die Temperaturerfassungsabschnitte dienen, die an der stromabwärtigen Seite der Heizwiderstände 4l und 4n ausgebildet sind, in den Membranen 13l bis 13n vorgesehen.
  • Die Heizwiderstände 4k bis 4n sind in Reihe verbunden. Ferner sind die stromaufwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 6k bis 6m in Reihe verbunden. Darüber hinaus sind die stromabwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 7l bis 7n in Reihe verbunden.
  • Im übrigen ist der Tragfilm 2 durch einen 0,5 μm dicken Siliciumnitridfilm gebildet, während der Schutzfilm 3 durch einen 0,4 μm dicken Siliciumnitridfilm gebildet wird. Ein Abschnitt, in dem keine Widerstände ausgebildet sind, einer jeden der Durchsatzerfassungsmembranen 13k bis 13n beträgt 0,9 μm in der Dicke.
  • Der Durchsatzsensor unter Verwendung der Durchsatzerfassungseinrichtung 10B, die wie oben beschrieben aufgebaut ist, weist die folgenden Wirkungen auf. Im einzelnen sind die Heizwiderstände 4k und 4m und die Temperaturerfassungswiderstände 6k und 6m, die an der stromaufwärtigen Seite der Heizwiderstände 4k und 4m ausgebildet sind, jeweils in den Membranen 13k und 13m vorgesehen. Andererseits sind die Heizwiderstände 4l und 4n und die Temperaturerfassungswiderstände 7l und 7n, die an der stromabwärtigen Seite der Heizwiderstände 4l und 4n ausgebildet sind, jeweils in den Membranen 13l und 13n vorgesehen. Somit ist die Länge der längeren Seite einer jeden der Membranen 13k bis 13n verringert. Folglich wird die Festigkeit einer jeden der Membranen noch weiter vergrößert. Somit wird ein höchstverlässlicher Durchsatzsensor erhalten.
  • Zusätzlich wird auch in dem Fall, dass jede der Membranen die Festigkeit aufweist, die gleich zu derjenigen der Membran des herkömmlichen Durchsatzsensors ist, die Dicke einer jeden der Membranen verringert. Folglich weist der beschriebene Durchsatzsensor ein hervorragendes Ansprechverhalten auf.
  • Ausführungsform I der Erfindung
  • 13 ist eine Draufsicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer Ausführungsform I der vorliegenden Erfindung verwendet wird. 14 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der Linie XIV-XIV von 13. Im übrigen bezeichnen die Referenznummer 1 bis 3, 5, 8a bis 8h und 9a bis 9h die entsprechenden Aufbauelemente gemäß der ersten Ausführungsform.
  • In dem Fall der Ausführungsform I werden zunächst ein Tragfilm 2, Heizwiderstände 4o und 4p, die als Heizabschnitte dienen, Temperaturerfassungswiderstände 6o und 6p, die als die Temperaturerfassungsabschnitte dienen, ein Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5, Leitungsmuster 8a bis 8h und ein Schutzfilm 3 an dem plattenartigen Substrat 1 durch ein Verfahren ausgebildet, das dem Verfahren, das im Rahmen der Beschreibung der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ähnlich ist. Nachfolgend wird ein Rückseitenschutzfilm 11, der durch einen Oxidfilm gebildet wird, an einer Fläche ausgebildet, die zu der Fläche entgegengesetzt ist, an welcher der Tragfilm 2 des plattenartigen Substrats 1 ausgebildet ist. Dann werden Ätzöffnungen 12o und 12p ausgebildet, indem der Rückseitenschutzfilm 11 teilweise durch ein fotolithographisches Verfahren entfernt wird. Nachfolgend wird auf diesem Substrat ein alkalisches Ätzen durchgeführt. Dann werden Hohlräume 14a bis 14p ausgebildet, indem Teile des plattenartigen Substrats 1 entfernt werden, die von den Ätzöffnungen 12 freigelegt sind, und zwar derart, dass der Tragfilm 2 erreicht wird. Folglich erstreckt sich eine längere Seite einer jeden der Durchsatzerfassungsmembranen 13o und 13p entlang der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids, und die Membranen 13o und 13p sind in der Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids angeordnet. Im übrigen ist die Membran 13o an der stromaufwärtigen Seite der Membran 13p angeordnet.
  • Ferner weist die Membran 13o den Heizwiderstand 4o, der als der Heizabschnitt dient, und den Temperaturerfassungswiderstand 6o auf, der als der Temperaturerfassungsabschnitt dient, der an der stromaufwärtigen Seite des Heizwiderstandes 4o ausgebildet ist. Die Membran 13p weist den Heizwiderstand 4p, der als der Heizabschnitt dient, und den Temperaturerfassungswiderstand 6p auf, der als der Temperaturerfassungsabschnitt dient, der an der stromabwärtigen Seite des Heizwiderstandes 4p ausgebildet ist. Ferner sind die Heizwiderstände 4o und 4p in Reihe verbunden.
  • Darüber hinaus sind die Durchsatzerfassungsmembranen 13o und 13p derart ausgebildet, dass die Länge der längeren Seite einer jeden dieser Membranen zweimal die Länge der kürzeren Seiten derselben oder länger ist, und dass die Dicke einer jeden dieser Membranen nicht mehr als 1 μm beträgt.
  • 17 und 18 sind eine Draufsicht und eine seitliche Schnittansicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die ein Vergleichsbeispiel gemäß einer Ausführungsform I sind. In 17 und 18 bezeichnen Referenznummern 1 bis 3, 5, 8a bis 8h und 9a bis 9h die entsprechenden Aufbauelemente gemäß der ersten Ausführungsform.
  • In dem Fall dieses Vergleichsbeispiels erstreckt sich die längere Seite der Membran 13 in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids. Somit weist dieses Vergleichsbeispiel einen Vorteil dahingehend auf, dass der Durchsatz eines Fluids in einem breiten Bereich in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A des Fluids gemessen wird. Jedoch sind drei Widerstandsmuster des Heizwiderstands 4, des stromaufwärtigen Temperaturerfassungswiderstands 6 und des stromabwärtigen Temperaturerfassungswiderstands 7 an einer einzigen Membran 13 in der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids angeordnet. Somit ist die Breite der Membran in Richtung der Strömung des zu messenden Fluids breit. Somit ist es zur Sicherstellung der Festigkeit der Membran 13 erforderlich, deren Dicke zu erhöhen. Folglich wird ein hinreichendes Ansprechverhalten nicht erhalten.
  • Im Fall der Ausführungsform I ist es zur Sicherstellung der Festigkeit einer Membran hinreichend, dass zwei wärmeempfindliche Widerstände, nämlich der Heizabschnitt und der Temperaturerfassungsabschnitt an einer einzigen Membran angeordnet sind. Somit wird die Festigkeit der Membran durch Verkleinern der Breite derselben vergrößert.
  • Im übrigen sind das Verhältnis zwischen der Festigkeit der Membran und dem Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite der Membran und das Verhältnis zwischen der Ablenkung, die in der Membran erzeugt wird, und einem derartigen Verhältnis gleich zu den Beziehungen, die im Rahmen der Beschreibung der ersten Ausführungsform beschrieben wurden.
  • Die Dicke der Membran wird verringert, weil deren Festigkeit erhöht werden kann. Wenn die Dicke der Membran nicht mehr als 1 μm beträgt, erreicht der Durchsatzsensor eine Wärmeantwort, durch welche der Sensor der Pulsation einer Luftströmung eines Verbrennungsmotors eines Automobils folgen kann.
  • Ferner sind die Heizwiderstände 4o in 4p in Reihe verbunden. Somit erfordert, auch wenn mehrere Heizwiderstände in der Einrichtung vorgesehen sind, der Sensor nur eine Schaltung zur Steuerung des Heizstromes. Ferner sind die Heizwiderstände 4o und 4p in Reihe verbunden. Somit neigt, wenn eine positive Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids erzeugt wird, die Temperatur des Heizwiderstandes 4o dazu, niedriger zu werden als die Temperatur des Heizwiderstandes 4p. Deshalb ist verglichen mit dem Fall, dass die Heizwiderstände 4o und 4p parallel verbunden sind, der Temperaturunterschied zwischen den Heizwiderständen 6o und 6p groß. Folglich weist die Ausführungsform I einen Vorteil dahingehend auf, dass die Empfindlichkeit des Durchsatzsensors hoch ist.
  • Der Durchsatzsensor der vorliegenden Erfindung ist wie oben beschrieben gestaltet und weist die folgenden vorteilhaften Wirkungen auf.
  • Im einzelnen wird ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer Durchsatzerfassungseinrichtung beschrieben, die mehrere Durchsatzerfassungsmembranen aufweist, von denen jede mit Heizabschnitten und Temperaturerfassungsabschnitten versehen ist. Die mehreren Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Jede der Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, und dass sich die längere Seite derselben entlang der zu messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt. Jede der Durchsatzerfassungsmembranen weist wenigstens einen der Heizabschnitte und wenigstens einen der Temperaturerfassungsabschnitte auf, die in der zu messenden Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sind.
  • Somit wird die Größe einer jeden der Membranen verringert, so dass deren Festigkeit erhöht wird. Ferner ist, auch wenn die längere Seite der Membran ausgedehnt wird, eine Verringerung in der Festigkeit derselben gering. Folglich wird die Festigkeit der Membran noch weiter erhöht. Darüber hinaus wird ein höchstverlässlicher wärmeempfindlicher Durchsatzsensor erhalten.
  • Ferner kann die Membran eine vergleichsweise breite Breite in der Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids aufweisen. Somit erlaubt der Sensor eine vergleichsweise große Temperaturdifferenz zwischen den stromaufwärtigen und den stromabwärtigen Temperaturerfassungsabschnitten. Folglich wird ein höchstwärmeempfindlicher Durchsatzsensor erhalten.
  • Ferner sind mehrere Membranen derart vorgesehen, dass sie in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids angeordnet sind. Somit kann die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids gemessen werden. Somit wird ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer hohen Strömungsraten-Erfassungsgenauigkeit erhalten.
  • Darüber hinaus sind der Heizabschnitt und die Temperaturerfassungsabschnitte, die jeweils an der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des Heizabschnitts angeordnet sind, in jeder der Durchsatzerfassungsmembranen vorgesehen. Somit werden Signale, die jeweils die Temperaturen in Teilen an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des Heizabschnitts anzeigen, erhalten. Folglich wird die Erfassungsempfindlichkeit des Sensors vergrößert.
  • Ferner beträgt die Dicke der Durchsatzerfassungsmembran nicht mehr als 1 μm. Somit erreicht der Sensor ein Ansprechverhalten, durch das der Sensor einer Pulsation einer Luftströmung zu einem Verbrennungsmotor eines Automobils folgen kann.
  • Darüber hinaus wird der Heizabschnitt, der an der Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, durch einen wärmeempfindlichen Widerstand gebildet. Ferner sind die wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabstände in Reihe oder parallel verbunden. Somit besteht keine Notwendigkeit, mehrere Steuerungsschaltungen für den Heizstrom in dem Sensor vorzusehen. Folglich werden die Herstellungskosten des Sensors verringert.
  • Zusätzlich wird jeder der Temperaturerfassungsabschnitte, der an den Durchsatzerfassungsmembranen vorgesehen ist, durch wärmeempfindliche Widerstände gebildet. Die wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Temperaturerfassungsabschnitte sind in Reihe oder parallel verbunden. Somit benötigt der Sensor nur zwei stromaufwärtige und stromabwärtige Temperatursignalerfassungsschaltungen des Temperaturerfassungsabschnitts. Folglich werden die Herstellungskosten des Sensors verringert.
  • Darüber hinaus weisen die Durchsatzerfassungsmembranen Membranen auf, die jeweils einen Heizabschnitt und einen Temperaturerfassungsabschnitt, der an der stromaufwärtigen Seite des Heizabschnitts angeordnet ist, aufweisen, und sie weisen Membranen auf, von denen jede einen Heizabschnitt und einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweist, der an der stromabwärtigen Seite dieses Heizabschnitts angeordnet ist. Somit wird die Länge der längeren Seite einer jeden der Membranen verringert. Folglich wird die Festigkeit einer jeden der Membranen erhöht.
  • Ferner wird in jeder der Durchsatzerfassungsmembranen der längere Seitenabschnitt dadurch gebildet, dass das plattenartige Substrat in der Richtung senkrecht zu der Oberfläche des Substrats entfernt wird. Somit werden viele Membranen derart angeordnet, dass diese Membranen in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids angeordnet sind, und dass benachbarte Membranen nahe zueinander angeordnet sind. Folglich wird ein Erfassungsbereich vergrößert, und die Erfassungsgenauigkeit und -empfindlichkeit des Sensors werden vergrößert.
  • Ferner wird gemäß einem Aspekt der Erfindung ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer Durchsatzerfassungseinrichtung geschaffen, die Wärmeerfassungsmembranen aufweist, die jeweils einen Heizabschnitt und einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweisen. Die Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer zu messenden Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Jede der Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt, und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 μm beträgt. Eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist den entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Eine stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist den entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Jeder der Heizabschnitte weist wärmeempfindliche Widerstände auf. Die wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabschnitte sind in Reihe oder parallel verbunden sind. Dieser Sensor verwendet ein Signal, das ein Maß darstellt, das einem Temperaturunterschied zwischen dem Temperaturerfassungsabschnitt, der in der stromaufwärtigen Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, und dem Temperaturerfassungsabschnitt entspricht, der in der stromabwärtigen Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, als ein Durchsatzsignal.
  • Somit benötigt jede der Membranen nur zwei wärmeempfindliche Widerstände, nämlich den Heizabschnitt und den Temperaturerfassungsabschnitt. Folglich wird die Breite einer jeden der Membranen verringert. Darüber hinaus wird die Festigkeit einer jeden der Membranen vergrößert. Somit wird ein höchstverlässlicher wärmeempfindlicher Durchsatzsensor erhalten.
  • Ferner beträgt die Dicke einer jeden der Membranen nicht mehr als 1 μm. Somit schafft die vorliegende Erfindung einen wärmeempfindlichen Durchsatzsensor mit einem Ansprechverhalten, durch das der Sensor einer Pulsation einer Luftströmung zu einem Verbrennungsmotor eines Automobils folgen kann.
  • Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorangehend beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, und dass den Fachleuten weitere Modifikationen, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, geläufig sind.
  • Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist deshalb lediglich durch den beigefügten Anspruch beschränkt.

Claims (1)

  1. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit: einer Durchsatzerfassungseinrichtung (10C) mit Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p), von denen jede einen Heizabschnitt (4o, 4p) und einen Temperaturerfassungsabschnitt (6o, 7p) aufweist, wobei die Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) in einer zu messenden Strömungsrichtung (A) eines Fluids angeordnet sind, wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids erstreckt, und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 μm beträgt, wobei eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13o) den entsprechenden Heizabschnitt (4o) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (6o) aufweist, der an einer stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist, wobei eine stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13p) den entsprechenden Heizabschnitt (4p) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (7p) aufweist, der an einer stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist, wobei jeder der Heizabschnitte (4o, 4p) wärmeempfindliche Widerstände aufweist, wobei die wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabschnitte (4o, 4p) in Reihe oder parallel verbunden sind, und wobei ein Signal, das ein Maß repräsentiert, das einem Temperaturunterschied zwischen dem Temperaturerfassungsabschnitt (6o), der in der stromaufwärtigen Durchsatzerfassungsmembran (13o) vorgesehen ist, und dem Temperaturerfassungsabschnitt (7p), der in der stromabwärtigen Durchsatzerfassungsmembran (13p) vorgesehen ist, entspricht, als ein Durchsatzsignal verwendet wird.
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