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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, die in der Lage ist, zum Beispiel eine Windgeschwindigkeit zu messen.
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2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
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Es ist eine thermische Sensorvorrichtung bekannt, die ein beheiztes Widerstandselement zur Strömungserfassung einem Fluid aussetzt und die Strömung des Fluids auf der Grundlage der Wärmestrahlung zu diesem Zeitpunkt misst. Die Sensorvorrichtung enthält zusätzlich zu dem Widerstandselement für die Strömungserfassung ein Widerstandselement für die Temperaturkompensation, und das Widerstandselement für die Strömungserfassung und das Widerstandselement für die Temperaturkompensation sind in eine Brückenschaltung eingebunden. Wenn das Widerstandselement für die Strömungsmessung ein Fluid erhält, sinkt die Temperatur des Widerstandselements für die Strömungsmessung und sein Widerstand ändert sich, wodurch ein Differenzausgang in der Brückenschaltung erhalten werden kann. Auf der Grundlage dieses Differenzausgangs kann die Strömung des Fluids erfasst werden.
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Gemäß
JP 2019-215163 A werden beispielsweise Sensorelemente, die jeweils ein Widerstandselement zur Strömungsmessung und ein Widerstandselement zur Temperaturkompensation umfassen, über Leitungsdrähte von einem Substrat getragen, während sie von dem Substrat beabstandet sind.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Zunächst einmal wird jedes Sensorelement von einem Substrat getragen, und das Substrat ist in einem Gehäuse untergebracht. Das Substrat ist mit einer Steuereinheit versehen, die elektrisch mit jedem Widerstandselement verbunden ist, und die Steuereinheit stellt eine Wärmequelle dar.
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So ist das Problem aufgetreten, dass die Wärme der Steuereinheit durch das Innere des Gehäuses auf ein Sensorelement übertragen wird und die Messgenauigkeit abnimmt.
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme gemacht, und ein Ziel davon ist es, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, die den thermischen Einfluss auf ein Sensorelement reduzieren und die Erfassungsgenauigkeit verbessern kann.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat mit einem Wärmeerzeugungsabschnitt, ein Gehäuse mit einem Aufnahmeabschnitt, der das Substrat aufnimmt, und ein Sensorelement, das einen temperaturempfindlichen Widerstand umfasst und von dem Substrat getragen wird, wobei der Aufnahmeabschnitt auf einer Seite, die näher an dem Sensorelement liegt, in eine Vielzahl von Aufnahmeräumen unterteilt ist.
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In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein erster Aufnahmeraum und ein zweiter Aufnahmeraum in dem Aufnahmeabschnitt unter Verwendung einer Vielzahl von Trennplatten bereitgestellt werden, und der erste Aufnahmeraum auf einer Seite näher an dem Sensorelement als der zweite Aufnahmeraum gebildet ist, und weit ist im Vergleich zu dem zweiten Aufnahmeraum.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, dass das Substrat mit dem Gehäuse verschraubt ist.
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In der Sensorvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist es durch die Unterteilung eines Aufnahmeraums, der das Substrat aufnimmt, in mehrere Räume möglich, den thermischen Einfluss auf ein Sensorelement zu reduzieren und die Messgenauigkeit zu verbessern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- Die 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
- Die 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in der 1 dargestellten Sensorvorrichtung;
- Die 3 ist eine Schnittansicht eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
- Die 4 ist ein Schaltplan der Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform;
- Die 5 ist eine Vorderansicht eines Substrats, mit dem das Sensorelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbunden ist;
- Die 6 ist eine Vorderansicht, die das Innere eines ersten Gehäuseabschnitts gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt;
- Die 7 ist eine teilweise vergrößerte Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Substrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform in den ersten Gehäuseabschnitt eingebaut ist;
- Die 8A zeigt eine Thermografieaufnahme, die eine Wärmeverteilung in einer Sensorvorrichtung gemäß Versuchsbeispiel 1 anzeigt, und die 8B ist eine schematische Darstellung der 8A;
- Die 9A zeigt eine Thermografieaufnahme, die eine Wärmeverteilung in einer Sensorvorrichtung gemäß Versuchsbeispiel 2 anzeigt, und die 9B ist eine schematische Darstellung der 9A; und
- Die 10A zeigt eine Thermografieaufnahme, die eine Wärmeverteilung in einer Sensorvorrichtung gemäß Versuchsbeispiel 3 anzeigt, und die 10B ist eine schematische Darstellung der 10A.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (im Folgenden einfach als „Ausführungsform“ bezeichnet) im Detail beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die nachfolgend beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann verschiedenen Modifikationen unterzogen werden, um sie im Rahmen des Kerns der Erfindung zu implementieren.
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<Übersicht über die Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform>
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Die 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in der 1 dargestellten Sensorvorrichtung. Die 3 ist eine Schnittdarstellung eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die 4 ist ein Schaltplan der Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die 5 ist eine Vorderansicht eines Substrats, mit dem das Sensorelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform verbunden ist. Die 6 ist eine Vorderansicht, die das Innere eines ersten Gehäuseabschnitts gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die 7 ist eine teilweise vergrößerte Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Substrat gemäß der vorliegenden Ausführungsform in den ersten Gehäuseabschnitt eingebaut ist.
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Eine X1-X2-Richtung und eine Y1-Y2-Richtung, die in den 1 und 2 dargestellt sind, bezeichnen zwei Richtungen, die in einer Ebene senkrecht zueinander stehen, und eine Z 1-Z2-Richtung, die in der 1 dargestellt ist, bezeichnet eine Höhenrichtung, die senkrecht zu der X1-X2-Richtung und zu der Y1-Y2-Richtung steht.
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Die in den 1 und 2 dargestellte Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Substrat 2 mit einem Wärmeerzeugungsabschnitt, ein Gehäuse 5, das das Substrat 2 aufnimmt, und Sensorelemente 3 und 4 mit temperaturempfindlichen Widerständen.
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Das Gehäuse 5 ist mit einer Schutzabdeckung 6 versehen, um die Sensorelemente 3 und 4 von außen zu schützen, aber die Schutzabdeckung 6 ist in der vorliegenden Ausführungsform kein wesentlicher Bestandteil. Nichtsdestotrotz können die Sensorelemente 3 und 4 durch die Schutzabdeckung 6 in geeigneter Weise von äußeren Einflüssen geschützt werden, was bevorzugt ist.
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In dieser Ausführungsform ist die Schutzabdeckung 6 einstückig mit dem Gehäuse 5 ausgebildet, sie kann aber auch getrennt von dem Gehäuse 5 vorgesehen werden.
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Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind die Sensorelemente 3 und 4 innerhalb der Schutzabdeckung 6 mit einer Netzstruktur angeordnet.
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Wie in den 1 bis 3 dargestellt, sind die Sensorelemente 3 und 4 jeweils in einer Form ausgebildet, die sich längs der Höhenrichtung (Zl-Z2-Richtung) erstreckt. Die Sensorelemente 3 und 4 sind also stabförmig und können insbesondere die Form einer Säule oder eines polygonalen Prismas haben. In der vorliegenden Ausführungsform haben die Sensorelemente 3 und 4 jeweils eine säulenartige Form, die sich entlang der Höhenrichtung lang erstreckt.
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Wie in der 2 dargestellt, sind die Leitungsdrähte 7a und 7b jeweils mit beiden Enden des Sensorelements 3 verbunden, die Leitungsdrähte 8a und 8b sind jeweils mit beiden Enden des Sensorelements 4 verbunden, und jeder Leitungsdraht ist mit dem Substrat 2 verbunden.
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Das Sensorelement 3 ist ein erstes Sensorelement mit einem Strömungsmesswiderstand 10, und das Sensorelement 4 ist ein zweites Sensorelement mit einem Temperaturkompensationswiderstand 38.
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Der innere Aufbau des ersten Sensorelements 3 wird unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben. Wie in der 3 dargestellt, umfasst das erste Sensorelement 3 den Strömungsmesswiderstand 10 als temperaturempfindlichen Widerstand, Elektrodenkappen 11, die auf beiden Seiten des Strömungsmesswiderstandes 10 angeordnet sind, und eine Isolierschicht 12, die den Strömungsmesswiderstand 10 und die Elektrodenkappen 11 bedeckt.
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Der Strömungsmesswiderstand 10 besteht aus einem säulenförmigen Substrat, zum Beispiel aus Keramik, auf dessen Oberfläche eine Widerstandsschicht aufgebracht ist. Der Strömungsmesswiderstand (temperaturempfindlicher Widerstand) 10 ist also so geformt, dass er sich entlang einer gesamten Umfangsrichtung erstreckt. Der Begriff „gesamte Umfangsrichtung“ bezeichnet hier eine Richtung um eine Achse, deren Mittelpunkt in der Höhenrichtung (Z1-Z2-Richtung) liegt, entlang derer sich das erste Sensorelement 3 erstreckt. Darüber hinaus wird die Oberfläche der Widerstandsschicht des Strömungsmesswiderstands 10 zur Einstellung des Widerstands angepasst, obwohl dies nicht dargestellt ist.
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Die Außenfläche des ersten Sensorelements 3 umfasst eine Elementfläche 3a, die als Strömungsmessfläche dient, sowie eine obere Fläche 3b und eine untere Fläche 3c, die oberhalb und unterhalb der Elementfläche 3a angeordnet sind.
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Wie in der 3 dargestellt, erstreckt sich ein erster Leitungsdraht 7a in der Z2-Richtung von einer der Elektrodenkappen 11, die näher an der unteren Oberfläche 3c positioniert ist. Ferner erstreckt sich ein erster Leitungsdraht 7b in der Z1-Richtung von der anderen Elektrodenkappe 11, die näher an der oberen Fläche 3b positioniert ist, wird in einem Mittelpunkt gebogen und erstreckt sich dann in der Z2-Richtung. Wie in der 3 dargestellt, stehen sich die beiden Zuleitungsdrähte 7a und 7b mit einem vorbestimmten Abstand entlang der X1-X2-Richtung gegenüber und erstrecken sich beide in die Z2-Richtung. Dann werden die Enden des Paares von Leitungsdrähten 7a und 7b mit dem Substrat 2 verbunden.
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Das zweite Sensorelement 4 hat einen ähnlichen Aufbau wie in der 3, enthält aber anstelle des Strömungsmesswiderstandes 10 den Temperaturkompensationswiderstand 38 als temperatursensitiven Widerstand.
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Wie in der 4 dargestellt, bildet der Strömungsmesswiderstand 10 zusammen mit dem Temperaturkompensationswiderstand 38 eine Brückenschaltung. Wie in der 4 dargestellt, bilden der Strömungsmesswiderstand 10, der Temperaturkompensationswiderstand 38 und die Widerstände 16 und 17 eine Brückenschaltung 18. Wie in der 4 dargestellt, bilden der Strömungsmesswiderstand 10 und der Widerstand 16 eine erste Reihenschaltung 19, und der Temperaturkompensationswiderstand 38 und der Widerstand 17 bilden eine zweite Reihenschaltung 20. Dann werden die erste Reihenschaltung 19 und die zweite Reihenschaltung 20 parallel geschaltet, wodurch die Brückenschaltung 18 gebildet wird.
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Wie in der 4 dargestellt, sind eine Ausgangseinheit 21 der ersten Reihenschaltung 19 und eine Ausgangseinheit 22 der zweiten Reihenschaltung 20 jeweils mit einem Differenzverstärker (einem Verstärker) 23 verbunden. Eine Rückkopplungsschaltung 24, der den Differenzverstärker 23 enthält, ist mit der Brückenschaltung 18 verbunden. Der Rückkopplungskreis 24 umfasst einen Transistor (nicht abgebildet) und dergleichen.
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Die Widerstände 16 und 17 haben jeweils einen Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR), der niedriger ist als der des Strömungsmesswiderstands 10 und des Temperaturkompensationswiderstands 38. Der Strömungsmesswiderstand 10 hat einen vorbestimmten Widerstandswert Rs1 in einem beheizten Zustand, in dem der Strömungsmesswiderstand 10 so gesteuert wird, dass seine Temperatur beispielsweise um einen vorbestimmten Wert höher wird als eine vorbestimmte Umgebungstemperatur. Der Temperaturkompensationswiderstand 38 wird so gesteuert, dass er zum Beispiel bei der Umgebungstemperatur einen vorgegebenen Widerstandswert Rs2 aufweist. Darüber hinaus ist der Widerstandswert Rs1 niedriger als der Widerstandswert Rs2. Der Widerstand 16, der zusammen mit dem Strömungsmesswiderstand 10 die erste Reihenschaltung 19 bildet, ist ein Festwiderstand mit einem Widerstandswert R1, der beispielsweise dem Widerstandswert Rs1 des Strömungsmesswiderstands 10 entspricht. Ferner ist der Widerstand 17, der zusammen mit dem Temperaturkompensationswiderstand 38 die zweite Reihenschaltung 20 bildet, ein Festwiderstand mit einem Widerstandswert R2, der beispielsweise dem Widerstandswert Rs2 des Temperaturkompensationswiderstandes 38 entspricht.
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Da der Strömungsmesswiderstand 10 so eingestellt wird, dass er eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur hat, sinkt die Temperatur des als Heizwiderstand dienenden Strömungsmesswiderstands 10, wenn das erste Sensorelement 3 dem Wind ausgesetzt ist. Dies führt zu einer Änderung des Potenzials der Ausgangseinheit 21 der ersten Reihenschaltung 19, mit der der Strömungsmesswiderstand 10 verbunden ist. Infolgedessen wird ein Differenzausgang durch den Differenzverstärker 23 erhalten. Auf der Grundlage des Differenzausgangs legt die Rückkopplungsschaltung 24 eine Steuerspannung an den Strömungsmesswiderstand 10 an. Danach führt ein im Substrat 2 untergebrachter Mikrocomputer auf der Grundlage einer Änderung der für die Erwärmung des Strömungsmesswiderstandes 10 erforderlichen Spannung eine Umwandlung in eine Windgeschwindigkeit durch, um diese auszugeben. Darüber hinaus ist der Mikrocomputer über die Leitungsdrähte 7a, 7b, 8a und 8b elektrisch mit den Sensorelementen 3 und 4 verbunden.
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Darüber hinaus erfasst der Temperaturkompensationswiderstand 38 die Temperatur eines Fluids selbst und kompensiert den Einfluss einer Temperaturänderung des Fluids. Durch die Einbeziehung des Temperaturkompensationswiderstandes 38 ist es möglich, den Einfluss einer Temperaturänderung der Flüssigkeit auf die Strömungsmessung zu reduzieren, was eine genaue Strömungsmessung ermöglicht. Wie oben beschrieben, hat der Temperaturkompensationswiderstand 38 einen viel höheren Widerstand als der Strömungsmesswiderstand 10, und seine Temperatur ist ungefähr auf die Umgebungstemperatur eingestellt. Wenn der Temperaturkompensationswiderstand 38 dem Wind ausgesetzt ist, gibt es daher nur eine geringe Änderung des Potentials der Ausgangseinheit 22 der zweiten Reihenschaltung 20, mit der der Temperaturkompensationswiderstand 38 verbunden ist. Daher ist es möglich, einen genauen Differenzausgang zu erhalten, der auf einer Änderung des Widerstands des Strömungsmesswiderstands 10 basiert, während das Potenzial der Ausgangseinheit 22 als Referenzpotenzial verwendet wird. Darüber hinaus ist die in der 4 dargestellte Schaltungskonfiguration nur ein Beispiel, und die vorliegende Ausführungsform ist nicht darauf beschränkt.
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<Substrat 2>
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Das Substrat 2, das die Sensorelemente 3 und 4 trägt, wird unter Bezugnahme auf die 2 und 5 beschrieben. Das Substrat 2 ist ein isolierendes Substrat und, obwohl nicht auf ein bestimmtes Substrat beschränkt, vorzugsweise ein allgemeines gedrucktes Substrat, bei dem Glasfasergewebe mit einem Epoxidharz imprägniert ist. Ein FR4-Substrat kann zum Beispiel vorgeschlagen werden.
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Wie in den 2 und 5 dargestellt, ist das Substrat 2 in Form einer Platte ausgebildet, die sich in der Richtung Z1-Z2 erstreckt. Wie in der 5 dargestellt, enthält das Substrat 2 einen Sensor 2a auf der Z1-Seite, die die Sensorelemente 3 und 4 trägt, eine Ansteuerplatine 2b, die eine Steuereinheit wie den Mikrocomputer enthält, und einen Verbindungsabschnitt 2c, der den Sensor 2a und die Ansteuerplatine 2b koppelt.
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Die Steuereinheit ist elektrisch mit den Sensorelementen 3 und 4 verbunden und bildet auf der Grundlage der von den Sensorelementen 3 und 4 erfassten Informationen eine elektrische Schaltung, die unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben ist. Als Steuereinheit sind aktive Elemente wie verschiedene Widerstände, passive Elemente und darüber hinaus Anschlüsse 36 und 37 und dergleichen enthalten.
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Wie inden 2 und 5 dargestellt, ist in der Ansteuerplatine 2b ein Schraubenloch 2d ausgebildet. Das Schraubenloch 2d ist vorzugsweise näher an der Oberseite (Seite Z1) als der Wärmeerzeugungsabschnitt ausgebildet.
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Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform eine lichtemittierende Einheit 9, wie zum Beispiel eine Leuchtdiode (LED), in der Nähe des Verbindungsabschnitts 2c der Ansteuerplatine 2b vorgesehen. Beispielsweise kann die lichtemittierende Einheit 9 aufleuchten, wenn Wind mit einer Stärke, die gleich oder größer als die vorgegebene Stärke ist, wahrgenommen wird, oder die lichtemittierende Einheit 9 kann in Übereinstimmung mit der Windstärke blinken, und Windinformationen können visuell durch die Betriebssteuerung der Steuereinheit erkannt werden. Darüber hinaus ist es optional, ob die lichtemittierende Einheit 9 vorgesehen werden soll oder nicht.
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Wie in der 5 dargestellt, ist eine Vielzahl von Befestigungslöchern 14 in einer Reihe (X1-X2-Richtung) in dem Sensor 2a ausgebildet, und die mit den Sensorelementen 3 und 4 verbundenen Leitungsdrähte 7a, 7b, 8a und 8b werden jeweils in die Befestigungslöcher 14 eingeführt und festgehalten. Infolgedessen sind die Sensorelemente 3 und 4 näher an der Oberseite (Z1-Richtung) als das Substrat 2 platziert, während sie voneinander beabstandet sind.
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Außerdem ist in dem Sensor 2a in der Nähe des Verbindungsabschnitts 2c ein Langloch 15 ausgebildet, das sich in Querrichtung erstreckt.
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Eine Breitenabmessung (Länge in X1-X2-Richtung) des Sensors 2a ist größer als eine Breitenabmessung der Ansteurplatine 2b.
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Wie in den 2 und 5 dargestellt, ist eine Breitenabmessung (Länge in der X1-X2-Richtung) des Verbindungsabschnitts 2c kleiner als die Breitenabmessungen des Sensors 2a und der Ansteuerplatine 2b, und es wird eine an der Position des Verbindungsabschnitts 2c eingeschnürte Form gebildet. Darüber hinaus ist eine Vielzahl von extrem kleinen Löchern 25 in dem Verbindungsabschnitt 2c ausgebildet.
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<Gehäuse 5>
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Das Gehäuse 5 ist unterteilt in ein vorderseitiges Gehäuse 5a, das das Substrat 2 auf der Seite der Sensorelemente 3 und 4 aufnimmt, und ein rückseitiges Gehäuse 5b, das an der Rückseite des vorderseitigen Gehäuses 5a angeordnet ist und die Ansteuerplatine 2b des Substrats 2 aufnimmt.
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(Vorderseitengehäuse 5a)
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Wie in der 2 dargestellt, ist das Vorderseitengehäuse 5a in einen ersten Gehäuseabschnitt 31 und einen zweiten Gehäuseabschnitt 32 unterteilt. Da der erste Gehäuseabschnitt 31 und der zweite Gehäuseabschnitt 32 im Wesentlichen die gleiche Form haben, wird im Folgenden der Aufbau des ersten Gehäuseabschnitts 31 beschrieben.
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Wie in den 2 und 6 dargestellt, ist im Inneren des ersten Gehäuseabschnitts 31 ein hohler Aufnahmeabschnitt 27 ausgebildet.
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Der Aufnahmeabschnitt 27 ist in der Höhenrichtung (Z1-Z2-Richtung) in einen ersten Aufnahmeraum 27a und einen zweiten Aufnahmeraum 27b durch eine Vielzahl von Trennplatten 35, 40 und 43 unterteilt. Der erste Aufnahmeraum 27a ist ein Raum zum Aufnehmen des Sensors 2a in einem Zustand, in dem der erste Gehäuseabschnitt 31 und der zweite Gehäuseabschnitt 32 zusammengebaut sind, und der zweite Aufnahmeraum 27b ist ein Raum zum Aufnehmen der Ansteuerplatine 2b. Die Trennplatte 40, die an der Deckenseite des ersten Aufnahmeraums 27a angeordnet ist, ist mit einer Vielzahl von kleinen Löchern 29 versehen, und die kleinen Löcher 29 führen zu dem Aufnahmeteil 27.
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Wie in der 6 dargestellt, ist eine Breitenabmessung (Länge in der X1-X2-Richtung) T1 des ersten Aufnahmeraums 27a größer als eine Breitenabmessung T2 des zweiten Aufnahmeraums 27b. Infolgedessen können in einem Zustand, in dem der erste Gehäuseabschnitt 31 und der zweite Gehäuseabschnitt 32 zusammengebaut sind, der Sensor 2a und die Ansteuerplatine 2b in geeigneter Weise in den Aufnahmeräumen 27a bzw. 27b untergebracht werden. Darüber hinaus ist der erste Aufnahmeraum 27a so ausgebildet, dass er eine Breitenabmessung T1 aufweist, die größer ist als die Breitenabmessung des Sensors 2a, und der zweite Aufnahmeraum 27b ist so ausgebildet, dass er eine Breitenabmessung T2 aufweist, die größer ist als die Breitenabmessung der Ansteuerplatine 2b.
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Ferner ist eine Tiefenlänge (Länge in der Y2-Richtung) des ersten Aufnahmeraums 27a größer als eine Tiefenlänge des zweiten Aufnahmeraums 27b. Daher hat, wie in der 1 dargestellt, in dem Vorderseitengehäuse 5a, in dem der erste Gehäuseabschnitt 31 und der zweite Gehäuseabschnitt 32 zusammengebaut sind, eine Außenfläche eines Abschnitts, in dem der erste Aufnahmeraum 27a vorgesehen ist, eine Form, die in einer ebenen Richtung (in der X1-X2-Richtung und der Y1-Y2-Richtung gebildete Oberfläche) mehr nach außen vorsteht als eine Außenfläche eines Abschnitts, in dem der zweite Aufnahmeraum 27b vorgesehen ist.
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Ferner ist in der Mitte der Trennplatte 35 ein Ausschnitt 35a ausgebildet. Der Ausschnitt 35a ist ein Abschnitt, durch den der Verbindungsabschnitt 2c des Substrats 2 hindurchgeführt wird, und der Ausschnitt 35a ist so ausgebildet, dass er eine Breitenabmessung T3 hat, die kleiner ist als die jeweiligen Breitenabmessungen T1 und T2 des ersten Aufnahmeraums und des zweiten Aufnahmeraums. Die Breitenabmessung T3 des Ausschnitts 35a ist ungefähr die gleiche wie die Breitenabmessung des Verbindungsabschnitts 2c. Außerdem ist die Tiefenabmessung des Ausschnitts 35a ungefähr gleich der Dicke des Verbindungsabschnitts 2c.
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Der erste Aufnahmeraum 27a, der zweite Aufnahmeraum 27b und der Ausschnitt 35a sind miteinander verbunden.
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Außerdem ist die Trennplatte 43 auch an der Unterseite des zweiten Aufnahmeraums 27b vorgesehen, und in der Mitte der Trennplatte 43 ist ein Ausschnitt 43a ausgebildet. Die Breitenabmessung T4 des Ausschnitts 43a entspricht in etwa derjenigen der Antriebsplatine 2b.
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(Rückseitenggehäuse 5b)
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Wie in der 2 dargestellt, wird das Rückseitengehäuse 5b durch Zusammenfügen eines dritten Gehäuseabschnitts 33 und eines vierten Gehäuseabschnitts 34 gebildet.
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Im dritten Gehäuseabschnitt 33 befindet sich ein Schraubenloch 33a an der gleichen Stelle wie das Schraubenloch 2d in der Ansteuerplatine 2b. Der dritte Gehäuseabschnitt 33 ist mit einem Fenster 33b versehen, durch das der Anschluss 36 nach außen freigelegt werden kann.
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Darüber hinaus ist im Inneren des dritten Gehäuseabschnitts 33 ein Aufnahmeraum vorgesehen, der die Ansteuerplatine 2b aufnehmen kann, obwohl er nicht dargestellt ist.
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Ein Aufnahmeraum 34a, der die Ansteuerplatine 2b aufnehmen kann, ist innerhalb des vierten Gehäuseabschnitts 34 vorgesehen. Ferner sind an der Deckenseite des Aufnahmeraums 34a Trennplatten 44 und 45 vorgesehen. Wenn das Vorderseitengehäuse 5a und das Rückseitengehäuse 5b zusammengebaut werden, kommen die Trennplatten 43 und 44 miteinander in Kontakt, und der zweite Aufnahmeraum 27b und der Aufnahmeraum 34a werden durch die Trennplatten 43, 44 und 45 unterteilt. Darüber hinaus ist die Trennplatte 45 nicht in dem dritten Gehäuseabschnitt 33 vorgesehen.
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Außerdem ist in dem Aufnahmeraum 34a eine zylindrische Schraubenhalterung 34b an der gleichen Stelle wie das in der Antriebsplatte 2b ausgebildete Schraubenloch 2d ausgebildet. Darüber hinaus ist die zylindrische Schraubenhalterung 34b nicht in dem dritten Gehäuseabschnitt 33 vorgesehen. Darüber hinaus ist der vierte Gehäuseabschnitt 34 mit einem Fenster versehen, durch das der Anschluss 37 nach außen freigelegt werden kann, obwohl dies nicht dargestellt ist.
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<Zusammenbau des Gehäuses 5 und des Substrats 2>
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Der erste Gehäuseabschnitt 31 und der vierte Gehäuseabschnitt 34 sowie der zweite Gehäuseabschnitt 32 und der dritte Gehäuseabschnitt 33, die in der 2 dargestellt sind, werden zusammengesetzt, das Substrat 2 wird in einem dazwischen vorgesehenen Aufnahmeraum eingeschlossen, und der erste Gehäuseabschnitt 31 und der zweite Gehäuseabschnitt 32 sowie der dritte Gehäuseabschnitt 33 und der vierte Gehäuseabschnitt 34 werden miteinander verbunden.
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Ferner wird eine Schraube 39 in das Schraubenloch 33a eingeführt, und das Substrat 2 und das Gehäuse 5 werden mit der Schraube 39 befestigt. Darüber hinaus kann die Schraube 39 aus Kunststoff bestehen, vorzugsweise ist die Schraube 39 jedoch aus Metall gefertigt.
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Die 7 ist eine Vorderansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Substrat 2 in dem ersten Gehäuseabschnitt 31 untergebracht ist, der das Vorderseitengehäuse 5a bildet. Wie in der 7 dargestellt, ist der Sensor 2a in dem ersten Aufnahmeraum 27a des ersten Gehäuseabschnitts 31 untergebracht, und die Ansteuerplatine 2b ist in dem zweiten Aufnahmeraum 27b des ersten Gehäuseabschnitts 31 untergebracht. Zu diesem Zeitpunkt können die Leitungsdrähte 7a, 7b, 8a und 8b, die die Sensorelemente 3 und 4 befestigen, durch die Vielzahl von kleinen Löchern 29 geführt werden, die in der Trennplatte 40 vorgesehen sind. Infolgedessen werden die Sensorelemente 3 und 4 in einem Zustand gehalten, in dem sie von der Trennplatte 40 des Gehäuses 5 nach oben herausragen. Darüber hinaus wird der Verbindungsabschnitt 2c des Substrats 2 an der Position des in der Trennplatte 35 ausgebildeten Ausschnitts 35a hindurchgeführt. Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann das Substrat 2 in geeigneter Weise in dem Aufnahmeabschnitt 27 des ersten Gehäuseabschnitts 31 untergebracht werden. Obwohl nicht dargestellt, ist der Aufnahmeabschnitt 27, der dem des ersten Gehäuseabschnitts 31 ähnlich ist, auch in dem zweiten Gehäuseabschnitt 32 ausgebildet, und das Substrat 2 in der Nähe der Sensorelemente 3 und 4 kann in dem Aufnahmeabschnitt 27 des Vorderseitengehäuses 5a in einem Zustand aufgenommen werden, in dem der erste Gehäuseabschnitt 31 und der zweite Gehäuseabschnitt 32 zusammengebaut sind.
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<Wirkung der vorliegenden Ausführungsform>
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Die Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum des Vorderseitengehäuses 5a in der Nähe der Sensorelemente 3 und 4 durch mehrere Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 in mehrere Aufnahmeräume 27a und 27b unterteilt ist und der Sensor 2a und die Ansteuerplatine 2b jeweils in den Aufnahmeräumen 27a und 27b angeordnet sind.
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Wenn die Steuereinheit, die als Wärmequelle der Ansteuerplatine 2b dient, Wärme erzeugt und die Wärme durch Aufwind in Richtung der Sensorelemente 3 und 4 übertragen wird, kann die Wärme durch die Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 abgegrenzt werden, und die auf die Sensorelemente 3 und 4 übertragene Wärmemenge kann reduziert werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Substrat 2 und das Gehäuse 5 verschraubt. Die Schraube 39 wird in den Schraubenträger 34b des vierten Gehäuseabschnitts 34 durch die Schraubenlöcher 2d und 33a in dem Substrat 2 beziehungsweise in dem dritten Gehäuseabschnitt 33 eingeführt.
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Obwohl die Position der Schraube 39 nicht begrenzt ist, kann dadurch, dass die Schraube 39 näher an der Oberseite als der wärmeerzeugende Abschnitt des Substrats 2 (in der Richtung näher zu den Sensorelementen 3 und 4) positioniert ist, Wärme über die Schraube 39 nach außen abgegeben werden, und eine auf die Sensorelemente 3 und 4 übertragene Wärmemenge kann vorzugsweise reduziert werden. Die Schraube 39 ist vorzugsweise aus Metall gefertigt, da der Wärmeabgabeeffekt dadurch weiter verbessert werden kann.
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Da der erste Aufnahmeraum 27a des Aufnahmeabschnitts 27, der näher an den Sensorelementen 3 und 4 liegt, breiter ausgebildet ist als der zweite Aufnahmeraum 27b, der weiter von den Sensorelementen 3 und 4 entfernt ist, kann der thermische Einfluss auf die Sensorelemente 3 und 4, der durch die in die Luft vor der Trennplatte 35 diffundierte Wärme verursacht wird, die von der Außenseite des Gehäuses durch Aufwind zurückgeführt wird, stärker reduziert werden, wie es in den 6 und 7 dargestellt ist.
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Ferner kann durch die Verwendung einer Struktur, bei der die Breite des Verbindungsabschnitts 2c, der den Sensor 2a und die Ansteuerplatine 2b koppelt, reduziert ist und der Verbindungsabschnitt 2c durch den in der Trennplatte 35 ausgebildeten Ausschnitt 35a geführt wird, eine Wärmemenge, die von der Ansteuerplatine 2b über den Verbindungsabschnitt 2c in Richtung der Sensorelemente 3 und 4 übertragen wird, reduziert werden, und der thermische Einfluss auf die Sensorelemente 3 und 4 kann effektiver reduziert werden.
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Des Weiteren ist das Langloch 15 in dem Sensor 2a ausgebildet und die Vielzahl von Löchern 25 sind in dem Verbindungsabschnitt 2c ausgebildet, wodurch die Wärmetrennung effektiver gefördert werden kann.
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Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es entsprechend der Struktur der Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen Wärmetrennungseffekt zu erzielen, den thermischen Einfluss auf die Sensorelemente 3 und 4 zu reduzieren und eine gute Messgenauigkeit beizubehalten.
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<Andere>
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Wie in der 1 dargestellt, ist die Trennplatte 40, die sich an der Deckenseite des Vorderseitengehäuses 5a befindet, mit einer Schutzabdeckung 41 versehen, und die Sensorelemente 3 und 4 sind innerhalb der Schutzabdeckung 41 untergebracht.
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Die Schutzabdeckung 41 umgibt die Umfänge der Sensorelemente 3 und 4 mit einer Vielzahl von Stützpfeilern 42, die sich schräg zu der Längsrichtung der Sensorelemente 3 und 4 (Z 1-Z2-Richtung) erstrecken, wobei sich in der vorliegenden Ausführungsform die Vielzahl der Stützpfeiler 42 gitterförmig überschneiden.
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In der vorliegenden Ausführungsform, wenn der Wind aus Richtungen in einem Winkel von 360 Grad um die Sensorelemente 3 und 4 herum wirkt, dringt der Wind, wenn er aus einer beliebigen Richtung weht, durch die Schutzabdeckung 41 und wirkt auf das erste Sensorelement 3 einschließlich des Strömungsmesswiderstands 10. Daher kann das erste Sensorelement 3 bei Einwirkung von Wind aus der Umgebung in einem Umkreis von 360 Grad eine Strömungserfassung erreichen. Mit der oben beschriebenen Konfiguration ist es durch die Schutzabdeckung 41 möglich, die Sensorelemente 3 und 4 in geeigneter Weise vor der Außenseite zu schützen und die Omnidirektionalität der Sensorelemente 3 und 4 zur Umgebung um 360 Grad zu erhalten.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist das Gehäuse 5 in vier Teile geteilt, kann aber auch in zwei Teile geteilt werden oder ein integriertes Gehäuse ohne Teilung sein.
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Obwohl die Sensorvorrichtung 1 oben als Windsensor beschrieben wurde, kann das zu erfassende Fluid auch ein anderes Gas oder eine andere Flüssigkeit als Wind sein.
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[Beispiel]
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Die Wirkung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung nicht durch die folgenden Beispiele beschränkt.
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In Experimenten wurden eine Sensorvorrichtung mit der in der 1 dargestellten Struktur (Versuchsbeispiel 1), ein Versuchsbeispiel 2, bei dem die Schraube 39 aus der in der 1 dargestellten Struktur entfernt wird, und ein Versuchsbeispiel 3, bei dem die Schraube 39 und die Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 aus der in der 1 dargestellten Struktur entfernt werden, hergestellt.
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Zur Bestätigung des Wärmetrennungseffekts jedes Versuchsbeispiels wurde eine Temperaturänderung auf einer Substratoberfläche mit Hilfe eines Thermographen (hergestellt von Nippon Avionics Co., Ltd.) beobachtet.
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Die 8A und 8B zeigen die Ergebnisse von Versuchsbeispiel 1, die 9A und 9B zeigen die Ergebnisse von Versuchsbeispiel 2 und die 10A und 10B zeigen die Ergebnisse von Versuchsbeispiel 3. Die 8A, 9A und 10A zeigen jeweils eine Thermografieaufnahme, die eine Wärmeverteilung anzeigt, und die 8B, 9B und 10B sind schematische Darstellungen der 8A, 9A beziehungsweise 10A. Darüber hinaus ist in den 8A, 9A und 10A auf der rechten Seite ein Index eines Temperaturniveaus dargestellt, und in den 8B, 9B und 10B ist der Index verformt dargestellt, um das Verständnis des Index zu erleichtern.
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In jedem Diagramm zeigt P1 eine Position in der Nähe einer lichtemittierenden Einheit an, P2 zeigt eine Position in der Nähe eines Mikrocomputers an, P3 zeigt eine Position in der Nähe einer Wärmequelle an, P4 zeigt eine Position an, die etwas näher an einem zweiten Aufnahmeraum liegt als eine Trennplatte, und P5 zeigt eine Position in der Nähe eines unteren Teils des ersten Sensorelements an.
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Ein Wärmetrennungseffekt wird erzielt, wenn die Temperatur an der Position in der Nähe des unteren Teils des ersten Sensorelements, die durch P5 angezeigt wird, niedriger wird, und es wurde gesehen, dass die Temperatur in dem Versuchsbeispiel 1 am niedrigsten gemacht werden kann, weil die Temperatur an P5 in dem Versuchsbeispiel 127, 1°C war, die Temperatur an P5 in dem Versuchsbeispiel 2 28,6°C war und die Temperatur an P5 in dem Versuchsbeispiel 3 29,2°C war.
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Da der Wärmetrennungseffekt in dem Versuchsbeispiel 3, in dem die Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 und die Schraube 39 entfernt werden, geringer ist als in dem Versuchsbeispiel 2, in dem die Schraube 39 entfernt wird, obwohl die Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 vorhanden sind, und in dem Versuchsbeispiel 1, das sowohl die Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 als auch die Schraube 39 enthält, wurde ein Wärmetrennungseffekt nachgewiesen, der durch die Bereitstellung der Trennplatte 35 erzielt wurde.
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Da der Wärmetrennungseffekt in dem Versuchsbeispiel 2, in dem die Schraube 39 entfernt wird, obwohl die Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 vorhanden sind, geringer ist als in dem Versuchsbeispiel 1, in dem sowohl die Trennplatten 35, 40, 43, 44 und 45 als auch die Schraube 39 vorhanden sind, wurde ein Wärmetrennungseffekt durch die Bereitstellung der Schraube 39 nachgewiesen.
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In der vorliegenden Erfindung kann ein Wärmetrennungseffekt verbessert werden, eine genaue Sensoreigenschaft kann erhalten werden, und die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Anwendungen angewendet werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung für Klimaanlagen, ein Windsteuerungssystem, Analyse und dergleichen angewendet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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