DE112012005695B4 - Thermischer Durchflussmesser - Google Patents

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Abstract

Durchflussmesser des thermischen Typs, der umfasst:ein Sensorelement (1), das einen Heizwiderstand (5) enthält, der in einem Dünnschichtabschnitt ausgebildet ist, wobei der Dünnschichtabschnitt an einer an einem Substrat (2) ausgebildeten Membran (4) vorgesehen ist;ein Stützelement (23), um das Sensorelement (1) daran anzuordnen; undeinen sekundären Kanal (21), der einen Teil des Stützelements (23) enthält und einen Teil der durch eine Einlassluft-Rohrleitung (18) strömenden Einlassluft (20) aufnimmt; wobeider Durchflussmesser des thermischen Typs ein Führungselement umfasst, das an dem Stützelement (23) oder dem Sensorelement (1) vorgesehen ist und das auf einer Linie L liegt, wobei die Linie L entlang einer Luftströmung (6) in dem sekundären Kanal (21) verläuft und über den Dünnschichtabschnitt hinweggeht, wobei das Führungselement ermöglicht, dass in der Luftströmung (6) enthaltene feine Partikel (27, 27a) in einer Richtung weg von der Linie L geführt werden; wobeidas Führungselement ein Vorsprung (26a, 26b) in einer Form eines konvexen Abschnitts ist, der von dem Stützelement (23) oder dem Sensorelement (1) vorsteht;die Querschnittsform des Vorsprungs (26a, 26b) in einer Ebene parallel zu der Oberfläche, an der sich das Sensorelement (1) befindet, im Wesentlichen ein Viereck ist; undeine der beiden diagonalen Linien des Vierecks in einer Richtung entlang der Linie L verläuft.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Durchflussmesser des thermischen Typs zum Messen der Durchflussmenge eines Fluids unter Verwendung eines Heizwiderstands, der in dem Fluid als dem Gegenstand der Messung angeordnet ist. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Durchflussmesser des thermischen Typs, der zum Messen der Einlassluftströmung oder der Abgas-Durchflussmenge einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs geeignet ist.
  • Technischer Hintergrund
  • Die Luftdurchflussmesser des thermischen Typs, die eine Massendurchflussmenge direkt messen können, haben sich als Luftdurchflussmesser zum Detektieren der Einlassluftströmung einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen etabliert.
  • Die Luftdurchflussmesser des thermischen Typs enthalten jene des Halbleitertyps, die ein Sensorelement umfassen, das einen Heizwiderstand und einen Thermoabtastwiderstand enthält, die in einem (einige Mikrometer dicken) Dünnschichtabschnitt eines Halbleitersubstrats (z. B. Si) durch das Entfernen eines Teils des Halbleitersubstrats gebildet worden sind. Ein derartiger Durchflussmesser des thermischen Typs des Halbleitertyps ist in einer Lufteinlass-Rohrleitung einer Brennkraftmaschine installiert und wird für das Messen einer Menge eines Fluids, wie z. B. der Durchflussmenge der Einlassluft, verwendet.
  • Obwohl der Staub in der Luft durch einen auf der stromaufwärts gelegenen Seite angeordneten Luftfilter eingefangen wird, strömt Einlassluft, die Fremdstoffe, wie z. B. feine Partikel, die durch den Luftfilter nicht eingefangen werden können, und Kohlenstoff und Ö1, die von der Seite der Brennkammer der Brennkraftmaschine diffundieren, enthält, in die Lufteinlass-Rohrleitung der Brennkraftmaschine. Deshalb ist der Schutz des Sensorelements vor derartigen Fremdstoffen notwendig, um eine Messung der Einlassluftströmung in hoher Genauigkeit zu erreichen.
  • Herkömmliche Techniken zum Schützen des Sensorelements vor den Fremdstoffen, die in einem Fluid enthalten sind, enthalten jene, die in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben sind. In der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Technik werden das Eindringen von Staub und der Zusammenstoß des Staubs mit dem Sensorelement verhindert, indem ein Hindernis auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Durchflussmengen-Messvorrichtung oder des Sensorelements angeordnet wird. In der in dem Patentdokument 2 beschriebenen Technik wird das Anhaften von flüssigen Stoffen, wie z. B. Wassertropfen, an dem Sensorelement verhindert, indem Nuten und/oder Vorsprünge auf der Innenfläche eines sekundären Kanals gebildet werden und bewirkt wird, dass die Nuten usw. die flüssigen Stoffe einfangen.
  • Das Patentdokument 3 beschreibt eine Vorrichtung mit einem mikromechanischen Sensorelement bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Sensorelements. Das Sensorelement des Patentdokuments 3 hat eine Drainagestruktur, die vorteilhaft zur Abweisung von Partikeln ist und besteht beispielsweise aus einem Halbleiterbauelement, das dazu vorgesehen ist eine Zustandsgröße eines Mediums zu erfassen.
  • Das Patentdokument 4 zeigt einen Heißfilmluftmassenmesser, der insbesondere zur Messung von Luftmassenströmen im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden kann. Der Heißfilmluftmassenmesser des Patentdokuments 4 weist unter anderem einen Sensorchip mit einem Sensorrahmen und einer Sensormembran auf.
  • Das Patentdokument 5 zeigt ebenso einen Heißfilmluftmassenmesser zur Messung eines Luftmassenstroms, insbesondere im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine. Der Heißfilmluftmassenmesser des Patentdokuments 5 weist eine vom Luftmassenstrom überströmbare Sensoroberfläche auf.
  • Das Patentdokument 6 zeigt eine direkt-beheizte Gasströmungs-Messvorrichtung mit einem Messrohr, das im Gasstrom angeordnet ist. Das Patentdokument 6 zeigt weiterhin einen Schichtwiderstand zum Erzeugen von Wärme und zum Wahrnehmen einer Temperatur.
  • Das Patentdokument 7 zeigt einen Sensorchip mit zumindest einer Potentialfläche strömungsaufwärts des zumindest einen Sensorbereichs. Die Potentialfläche des Patentdokuments 7 verhindert durch elektrische Wechselwirkung Verschmutzungen im strömenden Medium.
  • Das Patentdokument 8 zeigt einen thermischen Durchflusssensor, wobei über einem Hohlraum, der in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, mindestens ein Heizwiderstand gebildet wird.
  • Das Patentdokument 9 zeigt ein Verfahren zur Messung eines mit einer Hauptströmungsrichtung strömenden Luftmassenstroms sowie einen Heißfilmluftmassenmesser.
  • Das Patentdokument 10 zeigt einen Sensorchip mit einem Zusatzheizer. Der Zusatzheizer des Patentdokuments 10 ist strömungsaufwärts und in einem deutlichen Abstand von dem Sensorbereich angeordnet.
  • Dokumente des Standes der Technik
  • Das durch die Erfindung zu lösende Problem
  • Eine Innenwandfläche des sekundären Kanals, die der Oberfläche zugewandt ist, an der das Sensorelement angebracht ist, ist mit einem Drosselungsabschnitt zum Beschleunigen der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids und zum Vergrößern der Detektionsempfindlichkeit des Sensorelements versehen. Während die in dem Patentdokument 1 beschriebene Technik den Zusammenstoß von Staub mit dem Sensorelement durch das Anordnen des Hindernisses auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Sensorelements verhindert, kann der Staub, der durch das Hindernis von dem Sensorelement erfolgreich getrennt worden sein sollte, durch den Drosselungsabschnitt in Abhängigkeit von der Form des Drosselungsabschnitts zu dem Sensorelement abgelenkt werden, wobei er mit dem Sensorelement zusammenstoßen/an dem Sensorelement anhaften kann. Um dieses Problem zu vermeiden, muss der Drosselungsabschnitt in einer mäßigen (weniger steilen) Form ausgebildet sein. In diesem Fall wird jedoch der Grad der Freiheit der Form des Drosselungsabschnitts gering, wobei der Drosselungsabschnitt in gewissem Maß lang gemacht werden muss, was eine bestimmte Einschränkung an die Verkleinerung des Durchflussmessers des thermischen Typs verursacht. Ferner ist es erforderlich, dass der Abstand von dem Hindernis zu dem Sensorelement lang ist, wobei die Wirkung des Installierens des Hindernisses nicht ausreichend erreicht werden kann, weil der durch das Hindernis in den Richtungen, die von der Installationsfläche des Sensorelements abgehen, abgelenkte Staub beträchtlich diffundiert. Insbesondere neigen die feinen Partikel mit einem Partikeldurchmesser in der Größenordnung von mehreren Mikrometern dazu, schnell zu diffundieren, wobei die Wirkung des Installierens des Hindernisses weiter verringert ist.
  • In der in dem Patentdokument 2 beschriebenen Technik wird das Anhaften von Wassertropfen an dem Sensorelement durch das Bilden von Nuten usw. auf der Wandfläche des sekundären Kanals unterdrückt, so dass die Wassertropfen an den Nuten usw. anhaften und in der Richtung der Erweiterung der Nuten usw. geführt werden. Selbst wenn die Technik für eine Flüssigkeit effektiv ist, die an der Wandfläche des sekundären Kanals anhaftet, kann folglich die beabsichtigte Wirkung für feine Partikel nicht erreicht werden, die im gesamten Raum innerhalb des sekundären Kanals schweben.
  • Wie oben in den herkömmlichen Techniken, in denen eine ausreichende Untersuchung bezüglich der Beziehung zwischen dem Drosselungsabschnitt und dem Schutz des Sensorelements vor feinen Partikeln, wie z. B. schnell diffundierendem Staub, nicht ausgeführt worden ist, wird das Sensorelement mit Staub usw. verunreinigt, wobei durch die Verunreinigung Messfehler verursacht werden.
  • Es ist deshalb die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Durchflussmesser des thermischen Typs zu schaffen, bei dem die Verunreinigung des Sensorelements verringert ist.
  • Die Mittel zum Lösen des Problems
  • Die obige Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung.
  • Die Wirkung der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Durchflussmesser des thermischen Typs mit geringerer Verunreinigung des Sensorelements geschaffen werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Draufsicht eines Sensorelements eines Durchflussmengensensors des thermischen Typs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine schematische graphische Darstellung, die den Querschnitt X-X' des in 1 gezeigten Sensorelements 1 und eine Temperaturverteilung zeigt.
    • 3 ist ein Stromlaufplan, der eine elektrische Schaltung zum Ansteuern des Sensorelements 1 nach 1 zeigt.
    • 4 ist eine schematische graphische Darstellung, die die Installationsstruktur des Sensorelements 1 des Durchflussmengensensors des thermischen Typs zeigt.
    • 5 ist eine Draufsicht eines Stützelements 23 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 6 ist eine entlang einer Linie L an dem in 5 gezeigten Stützelement 23 genommene Querschnittsansicht.
    • 7 ist eine Draufsicht, der Führungsmittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 8 ist eine schematische graphische Darstellung, die die Strömung der feinen Partikel im Stand der Technik zeigt.
    • 9 ist eine schematische graphische Darstellung, die die Strömung der feinen Partikel in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 10 ist eine schematische graphische Darstellung, die andere Formen der Führungsmittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 11 ist eine schematische graphische Darstellung, die eine weitere Anordnung der Führungsmittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 12 ist eine schematische graphische Darstellung, die eine weitere Anordnung der Führungsmittel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 13 ist eine Draufsicht eines Stützelements 23 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
    • 14 ist eine Draufsicht, die die Führungsmittel gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 15 ist eine Draufsicht, die andere Formen der Führungsmittel gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 16 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Beispiel der Installation der Führungsmittel gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 17 ist eine Draufsicht, die einen Membranabschnitt gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 18 ist eine schematische graphische Darstellung, die die Führungsmittel und eine Temperaturverteilung an einer Membran 4 in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 19 ist eine schematische graphische Darstellung, die eine weitere Form der Führungsmittel in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 20 ist ein elektrischer Stromlaufplan, der ein Verfahren zum Ansteuern der Führungsmittel und des Sensorelements 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 21 ist eine Draufsicht, die andere Formen der Führungsmittel gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 22 ist eine Draufsicht, die die Führungsmittel gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 23 ist eine schematische graphische Darstellung, die ein Beispiel der Installation der Führungsmittel gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 24 ist eine Draufsicht, die ein Stützelement 23 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 25 ist eine Draufsicht, die die Führungsmittel gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 26 ist eine schematische graphische Darstellung, die die Strömung der feinen Partikel in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 27 ist eine Draufsicht, die eine weitere Form des Stützelements 23 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Art der Ausführung der Erfindung
  • Nun wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich gegeben. Während die Erklärung jeder Ausführungsform gegeben wird, indem ein Beispiel eines Durchflussmessers des thermischen Typs genommen wird, der an der Lufteinlass-Rohrleitung einer Kraftmaschine befestigt ist, um die Durchflussmenge der Einlassluft durch die Einlassluft-Rohrleitung zu messen, ist jede Ausführungsform außerdem auf Durchflussmesser des thermischen Typs zum Messen anderer physikalischer Größen, wie z. B. der Abgas-Durchflussmenge, anwendbar. In den folgenden Ausführungsformen sind völlig gleichen Komponenten/Teilen die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen zugewiesen.
  • <Erste Ausführungsform>
  • Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Die Konfiguration eines Sensorelements 1 eines Durchflussmessers des thermischen Typs gemäß dieser Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 und 2 erklärt. Das Substrat 2 des Sensorelements 1 ist aus einem Material ausgebildet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, wie z. B. Silicium oder eine Keramik. Eine Membran 4 ist durch das Bilden einer elektrisch isolierenden Schicht 3a auf dem Substrat 2 und dann das Bilden eines Dünnschichtabschnitts durch das Ätzen des Substrats 2 von der Rückseite konfiguriert.
  • Ein Heizwiderstand 5 ist in einem Mittenabschnitt der Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht 3a auf der Membran 4 ausgebildet. Ein Heiztemperatursensor 7 zum Detektieren der Heiztemperatur des Heizwiderstands 5 ist so ausgebildet, dass er den Heizwiderstand 5 umgibt. Die Temperatur des Heizwiderstands 5 wird mit dem Heiztemperatursensor 7 detektiert und wird gesteuert, damit sie um einen bestimmten Temperaturunterschied höher als die Temperatur der Luftströmung 6 ist (Heizsteuerung). Die stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b und die stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b sind auf gegenüberliegenden Seiten des Heiztemperatursensors 7 ausgebildet. Die stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b sind auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands 5 bezüglich der Luftströmung 6 angeordnet, während die stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b auf der stromabwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands 5 bezüglich der Luftströmung 6 angeordnet sind. Die äußerste Oberfläche des Sensorelements 1 ist mit einer elektrisch isolierenden Schicht 3b abgedeckt. Die elektrisch isolierende Schicht 3b dient nicht nur für die elektrische Isolierung, sondern außerdem als eine Schutzschicht. Auf einem Teil der elektrisch isolierenden Schicht 3a außerhalb der Membran 4 sind die Thermoabtastwiderstände 10, 11 und 12 angeordnet, deren Widerstandswerte sich in Abhängigkeit von der Temperatur der Luftströmung 6 ändern.
  • Der Heizwiderstand 5, der Heiztemperatursensor 7, die stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b, die stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b und die Thermoabtastwiderstände 10, 11 und 12 sind aus Materialien ausgebildet, die relative große Temperaturkoeffizienten des Widerstandswerts aufweisen (d. h., Materialien, deren Widerstandswerte sich in Abhängigkeit von der Temperatur in hohem Maße ändern). Halbleitermaterialien (z. B. polykristallines oder monokristallines Silicium, das mit Störstellen dotiert ist), Metallmaterialien (wie z. B. Platin-, Molybdän-, Wolfram- und Nickellegierungen) usw. sind z. B. für die Bildung der Widerstände und Sensoren erwünscht. Jede der elektrisch isolierenden Schichten 3a und 3b ist aus Siliciumdioxid (SiO2) oder Siliciumnitrid (Si3N4) in einer (etwa 2 µm dicken) Dünnschichtform ausgebildet, so dass die Wärmeisolationswirkung ausreichend erreicht wird.
  • Wie oben erklärt worden ist, sind der Heizwiderstand 5, der Heiztemperatursensor 7, die stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b und die stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b außerdem Thermoabtastwiderstände, die eine Temperaturabhängigkeit ähnlich zu den Thermoabtastwiderständen 10, 11 und 12 aufweisen.
  • Ein Elektrodenkontaktstellenabschnitt 13 ist an einem Randabschnitt des Sensorelements 1 ausgebildet. Die Elektroden zum Verbinden der Widerstände (die den Heizwiderstand 5, den Heiztemperatursensor 7, die stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b, die stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b und die Thermoabtastwiderstände 10, 11 und 12 bilden) mit einer Ansteuer-/Detektionsschaltung sind in dem Elektrodenkontaktstellenabschnitt 13 ausgebildet. Die Elektroden sind z. B. aus Aluminium ausgebildet.
  • Die Temperaturverteilung 14 in 2, die zusammen mit der Schnittkonfiguration des Sensorelements 1 gezeigt ist, ist die Verteilung der Oberflächentemperatur des Sensorelements 1. Die durchgezogene Linie der Temperaturverteilung 14 gibt die Temperaturverteilung der Membran 4 in einem windfreien Zustand an. Der Heizwiderstand 5 heizt auf, so dass seine Temperatur um ΔTh höher als die Temperatur der Luftströmung 6 ist. Die gestrichelte Linie der Temperaturverteilung 14 gibt die Temperaturverteilung der Membran 4 an, wenn die Luftströmung 6 aufgetreten ist. Mit dem Auftreten der Luftströmung 6 fällt die Temperatur auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands 5, weil die stromaufwärts gelegene Seite durch die Luftströmung 6 abgekühlt wird. Die Temperatur auf der stromabwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands 5 steigt, weil die Luft, nachdem sie an dem Heizwiderstand 5 vorbeigegangen ist und durch den Heizwiderstand 5 erwärmt worden ist, in die stromabwärts gelegene Seite strömt. Folglich wird die Messung der Durchflussmenge durch das Messen des Temperaturunterschieds ΔTs zwischen den Temperaturen auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands 5 unter Verwendung der stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b und der stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b ausgeführt.
  • Als Nächstes wird im Folgenden eine Ansteuer-/Detektionsschaltung des Sensorelements 1 erklärt.
  • Wie in 3 gezeigt ist, ist durch die Parallelschaltung einer Reihenschaltung, die aus dem Heiztemperatursensor 7 und dem Thermoabtastwiderstand 10 (deren Widerstandswerte sich in Abhängigkeit von der Temperatur des Heizwiderstands 5 ändern) hergestellt ist, und einer Reihenschaltung, die aus den Thermoabtastwiderständen 11 und 12 hergestellt ist, eine Brückenschaltung gebildet. Eine Bezugsspannung Vref ist an jede Reihenschaltung angelegt. Die Zwischenspannungen der Reihenschaltungen werden extrahiert und in einen Verstärker 15 eingegeben. Die Ausgabe des Verstärkers 15 wird in die Basis eines Transistors 16 eingegeben. Eine Rückkopplungsschaltung ist durch das Verbinden des Kollektors und des Emitters des Transistors 16 mit der Leistungsquelle VB bzw. dem Heizwiderstand 5 ausgebildet. Bei dieser Konfiguration wird die Temperatur Th des Heizwiderstands 5 so gesteuert, dass sie um einen bestimmten Temperaturunterschied ΔTh (= Th - Ta) höher als die Temperatur Ta der Luftströmung 6 ist.
  • Unterdessen ist durch die Parallelschaltung einer Reihenschaltung, die aus dem stromaufwärts gelegenen Temperatursensor 8a und dem stromabwärts gelegenen Temperatursensor 9a hergestellt ist, und einer Reihenschaltung, die aus dem stromabwärts gelegenen Temperatursensor 9b und dem stromaufwärts gelegenen Temperatursensor 8b hergestellt ist, eine weitere Brückenschaltung gebildet. Die Bezugsspannung Vref ist an jede Reihenschaltung angelegt. Wenn zwischen den stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b und den stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b aufgrund der Luftströmung ein Temperaturunterschied auftritt, ändert sich der Widerstandsabgleich in der Brückenschaltung, wobei eine Differentialspannung auftritt. Eine Ausgabe, die der Luftdurchflussmenge entspricht, kann durch die Detektion der Differentialspannung über einen Verstärker 17 erfasst werden.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel der Installation des Sensorelements 1 und der Ansteuer-/ Detektiönsschaltung im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
  • In 4 ist ein Basiselement 19 so angeordnet, dass es von der Wandfläche einer Lufteinlass-Rohrleitung 18 nach innen vorsteht. Ein sekundärer Kanal 21 zum Aufnehmen eines Teils der Einlassluft 20, die durch die Einlassluft-Rohrleitung 18 strömt, ist in dem Basiselement 19 ausgebildet. Während der sekundäre Kanal 21 in einer Form ausgebildet ist, die gekrümmte Abschnitte aufweist, ist die Form des Kanals in der Umgebung des Sensorelements 1 gerade. Ein Teil des Stützelements 23 zum Stützen des Sensorelements 1 ist zum Inneren des sekundären Kanals 21 freigelegt. Das Sensorelement 1 befindet sich in einem rechteckigen konkaven Abschnitt, der in dem Stützelement 23 ausgebildet ist. Der sekundäre Kanal 21 ist in einer geraden Form in dem Abschnitt, in dem das Sensorelement 1 angeordnet ist, und stromaufwärts und stromabwärts des geraden Abschnitts in gekrümmten Formen ausgebildet. Ein Schaltungs-Chip 22, der die Ansteuer-/Detektionsschaltung des Sensorelements 1 enthält, ist an dem Stützelement 23 angebracht. Das Sensorelement 1 und der Schaltungs-Chip 22 sind unter Verwendung von Gold-Bonddrähten 24a oder dergleichen elektrisch miteinander verbunden. Der Schaltungs-Chip 22 ist unter Verwendung von Gold-Bonddrähten oder dergleichen mit den Anschlussleitungselementen 31 elektrisch verbunden. Ferner sind die Anschlüsse 25 zum Zuführen von elektrischer Leistung zu der Ansteuerschaltung und zum Extrahieren von Ausgangssignalen ausgebildet. Die Anschlüsse 25 und die (mit dem Schaltungs-Chip 22 elektrisch verbundenen) Anschlussleitungselemente 31 sind unter Verwendung von Aluminium-Bonddrähten 24c und Gold-Bonddrähten 24b miteinander verbunden.
  • Als Nächstes wird die Verwendung der Führungsmittel, die die (an Abschnitten des Stützelements 23 stromaufwärts und stromabwärts des Sensorelements 1 angeordneten) Hindernisse 26a und 26b enthalten, für den Durchflussmesser des thermischen Typs, der das Sensorelement zum Messen der Durchflussmenge an einer derartigen flachen plattenförmigen Oberfläche umfasst, im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5 und 6 ausführlich erklärt.
  • Die Hindernisse 26a und 26b in dieser Ausführungsform sind prismenförmige Vorsprünge (Prismen, wobei jedes eine im Wesentlichen viereckige Querschnittsform aufweist), die von dem Stützelement 23 vorstehen. Die Hindernisse 26a und 26b befinden sich auf einer Linie L, die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht. Ferner ist die Querschnittsform jedes Hindernisses 26a, 26b im Wesentlichen ein Viereck, wobei eine der beiden diagonalen Linien des Vierecks entlang der Linie L verläuft. Außerdem ist die Querschnittsform jedes Hindernisses 26a, 26b im Wesentlichen ein Viereck, wobei sich die beiden diagonalen Linien des Vierecks in der Länge unterscheiden, wobei die längere (die diagonale Linie X) der beiden diagonalen Linien in einer Richtung entlang der Linie L verläuft, wie in 7 gezeigt ist. Außerdem ist die Länge der kürzeren (der diagonalen Linie Y) der beiden diagonalen Linien größer als die Länge der Membran 4 des Sensorelements 1. Außerdem befindet sich der Schnittpunkt der beiden diagonalen Linien auf der stromaufwärts gelegenen Seite der Mitte der diagonalen Linie, die entlang der Linie L verläuft.
  • Die Funktion der Führungsmittel, die durch die Hindernisse 26a und 26b implementiert sind, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 erklärt.
  • Die Oberfläche des Stützelements 23, an dem sich das Sensorelement 1 befindet, befindet sich im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Detektionsfläche des Sensorelements 1, oder die Oberfläche über dem Sensorelement 1 ist so konfiguriert, dass sie etwas konkav oder konvex ist. Folglich sind das Stützelement 23 und das Sensorelement 1 so konfiguriert, dass wenigstens die an der Oberfläche des Stützelements 23 strömende Luft über die Oberfläche des Sensorelements hinweggeht. Die Hindernisse 26a und 26b in dieser Ausführungsform sind prismenförmige Vorsprünge, die von dem Stützelement 23 vorstehen und sich auf der Linie L befinden, die entlang der Luftströmung 6 verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht. Deshalb stoßen die feinen Partikel 27, die zusammen mit der Luftströmung 6 ankommen, mit dem Hindernis 26a zusammen. Die feinen Partikel 27 gehen nach dem Zusammenstoß in Richtungen, die von der Linie L abgehen, entlang der Oberfläche des Stützelements 23. Mit anderen Worten, die feinen Partikel 27 nach dem Zusammenstoß kommen entlang von Wegen an, die den Bereich über der Oberfläche des Sensorelements 1 vermeiden.
  • Ferner ist die Querschnittsform jedes Hindernisses 26a, 26b im Wesentlichen ein Viereck, wobei eine der beiden diagonalen Linien X und Y des Vierecks in der Richtung entlang der Linie L verläuft. Bei dieser Konfiguration sind die Seitenflächen jedes Hindernisses 26a, 26b, mit denen die ankommenden feinen Partikel 27 zusammenstoßen, bezüglich der Richtung des Ankommens der feinen Partikel 27 geneigt, was die Reflexion (das Abprallen) der feinen Partikel in den Neigungsrichtungen fördert. Ferner verringert das Neigen die Energie des Zusammenstoßes der Partikel mit dem Hindernis 26a, was zur Verringerung der Partikel beiträgt, die an dem Hindernis 26a anhaften.
  • Außerdem ist die Querschnittsform jedes Hindernisses 26a, 26b im Wesentlichen ein Viereck, wobei sich die beiden diagonalen Linien des Vierecks in der Länge unterscheiden, wobei die längere (die diagonale Linie X) der beiden diagonalen Linien in der Richtung entlang der Linie L verläuft. Bei dieser Konfiguration wird verhindert, dass jedes Hindernis 26a, 26b, das die Form aufweist, die sich entlang der Luftströmung 6 erstreckt, die Luftströmung 6 übermäßig stört, die über das Sensorelement 1 strömt.
  • Außerdem ist die Länge Y der kürzeren der beiden diagonalen Linien größer als die Länge Yd der Membran 4 des Sensorelements 1, gemessen in der Richtung orthogonal zu der Linie L. Bei dieser Konfiguration können die feinen Partikel, nachdem sie durch das Hindernis 26a geführt worden sind, zur stromabwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1 zugeführt werden, während verhindert wird, dass die feinen Partikel über die Membran 4 hinweggehen. Die feinen Partikel, die an dem Sensorelement 1 anhaften (insbesondere jene, die an der Membran 4 anhaften) neigen dazu, Detektionsfehler für das Sensorelement 1 aus dem folgenden Grund zu verursachen: Die Membran 4 ist eine dünne Schicht, die einige Mikrometer dick ist, wobei folglich die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der Membran 4 gering sind. Das Anhaften von feinen Partikeln (von einigen Mikrometern bis einigen Zehn Mikrometern) an der Membran 4 ändert die Temperaturverteilung an der Membran 4, wobei dies die Detektionsgenauigkeit verschlechtert (d. h., Fehler verursacht). Das Anhaften von feinen Partikeln an Abschnitten des Sensorelements 1 außer der Membran 4 ändert die Temperatur des Substrats 2 des Sensorelements 1 nicht und besitzt im Wesentlichen keine schlechte Wirkung auf die Detektionseigenschaften, weil die Dicke des Substrats 2 einige Hundert Mikrometer beträgt und die Temperatur des Substrats 2 gleich der Umgebungstemperatur ist. Deshalb kann eine größere Wirkung erreicht werden, falls jedes Hindernis 26a, 26b so geformt ist, dass die Länge Y der kürzeren der beiden diagonalen Linien größer als die Länge Yd der Membran 4 des Sensorelements 1 ist.
  • Außerdem befindet sich der Schnittpunkt der beiden diagonalen Linien auf der stromaufwärts gelegenen Seite (in der Richtung, die von dem Sensorelement 1 abgeht) der Mitte der diagonalen Linie, die entlang der Linie L verläuft. Bei dieser Konfiguration wird die Querschnittsform des Hindernisses 26a im Wesentlichen stromlinienförmig, wobei die Störung (die Turbulenz) der Luftströmung stromabwärts des Hindernisses 26a verringert werden kann. Die Störung der Luft, die über das Sensorelement 1 strömt, vergrößert das Detektionsrauschen und verursacht Detektionsfehler der Durchflussmenge. Folglich kann mit der im Wesentlichen stromlinienförmigen Querschnittsform des Hindernisses 26a ein Strömungsmesser des thermischen Typs mit hoher Genauigkeit, der das Anhaften von feinen Partikeln verringert, ohne das Detektionsrauschen aufgrund der Störung der Luftströmung zu vergrößern, erreicht werden.
  • Als Nächstes werden die feinen Partikel, die über die Oberfläche des Sensorelements 1 in einem Beispiel einer Konfiguration, die die Hinderniselemente 26c und 26d enthält, im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 erklärt. Das Sensorelement 1 befindet sich in einem konkaven Abschnitt, der an dem Stützelement 23 ausgebildet ist. Die Hinderniselemente 26c und 26d gemäß einer herkömmlichen Technik sind an Abschnitten des Stützelements 23 stromaufwärts und stromabwärts des Sensorelements 1 angeordnet. Ein Drosselungsabschnitt 29 ist an einer Wand 28 eines sekundären Kanals ausgebildet, die der Oberfläche des Sensorelements 1 zugewandt ist. Wenn feine Partikel durch eine derartige Konfiguration strömen, wird eine Wirkung, dass die feinen Partikel 27a von der Oberfläche des Stützelements 23 abgehen, als ob sie vom Hinderniselement 26c nach oben abprallen, erreicht. Die Luftströmung über das Sensorelement 1 wird jedoch durch den Drosselungsabschnitt 29 komprimiert, wobei dann die feinen Partikel 27a auf die Oberfläche des Sensorelements 1 zugehen und mit der Oberfläche des Sensorelements zusammenstoßen/an der Oberfläche des Sensorelements anhaften. Die Menge der feinen Partikel 27a, die an dem Sensorelement 1 anhaften, nimmt insbesondere in den Fällen zu, in denen das Niveau des Vorsprungs des Drosselungsabschnitts 29 von der Wand des sekundären Kanals vergrößert ist oder sich der Drosselungsabschnitt 29 in einem steilen Winkel verengt, um die Wirkung des Drosselungsabschnitts 29 zu erhöhen.
  • Das in 7 gezeigte Hindernis 26a unterscheidet sich von der herkömmlichen Technik hinsichtlich der Richtung der Führung der feinen Partikel 27a. Spezifisch ist das in 7 gezeigte Hindernis 26a als ein Führungsmittel ausgebildet, das die feinen Partikel 27 allmählich von der Linie L entlang der Oberfläche des Stützelements 23 wegführt. Weil die geführten feinen Partikel nicht über die Membran 4 an dem Sensorelement 1 hinweggehen, gibt es keinen Einfluss der Form des Drosselungsabschnitts an der Wand des sekundären Kanals, die dem Sensorelement 1 zugewandt ist.
  • Als Nächstes werden im Folgenden effektivere Konfigurationen der Hindernisse 26a und 26b erklärt. 9 ist eine entlang der Linie L (siehe 5), die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht, genommene Querschnittsansicht. 9(a) zeigt die Strömung der feinen Partikel unter einer Bedingung H < T (H: die Höhe der Hindernisse 26a und 26b von der Oberfläche des Stützelements 23, T: das Vorsprungsniveau des Drosselungsabschnitts 29 von der Oberfläche der Wand 28 des sekundären Kanals). Die feinen Partikel 27a, die in der Umgebung der Oberfläche des Stützelements 23 in 9(a) strömen, werden durch das Hindernis 26a behindert, wobei sie folglich nicht über das Sensorelement 1 hinweggehen. Die feinen Partikel 27b, die in einem Abstand H von der Oberfläche des Stützelements 23 strömen, strömen über das Hindernis 26a und gehen dann über das Sensorelement 1 hinweg. Aufgrund des Zusammenstoßes mit den feinen Partikeln 27c, deren Richtung des Ankommens durch den Drosselungsabschnitt 29 geändert worden ist, neigen die feinen Partikel 27b dazu, auf die Oberfläche des Sensorelements 1 zuzugehen und mit der Oberfläche des Sensorelements zusammenzustoßen oder an der Oberfläche des Sensorelements anzuhaften.
  • 9(b) zeigt die Strömung der feinen Partikel unter einer Bedingung H > T. Die feinen Partikel 27a, die in der Umgebung der Oberfläche des Stützelements 23 in 9(b) strömen, werden durch das Hindernis 26b behindert, wobei sie folglich nicht über das Sensorelement 1 hinweggehen. Die feinen Partikel 27b, die in einem Abstand H von der Oberfläche des Stützelements 23 strömen, strömen über das Hindernis 26b und gehen dann über das Sensorelement 1 hinweg. Obwohl sich die feinen Partikel 27b der Oberfläche des Sensorelements 1 aufgrund des Zusammenstoßes mit den feinen Partikeln 27c, deren Richtung des Ankommens durch den Drosselungsabschnitt 29 geändert worden ist, nähern, geraten die feinen Partikel 27b nicht in einen Zusammenstoß oder ein Anhaften, weil ein ausreichender Abstand von dem Sensorelement 1 sichergestellt werden kann.
  • Die Menge der feinen Partikel, die an dem Sensorelement 1 anhaften, ändert sich in Abhängigkeit von dem Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts 29, wie oben erklärt worden ist. Eine Wirkung des weiteren Verringerns des Anhaftens der feinen Partikel an dem Sensorelement 1 kann erreicht werden, indem wenigstens die Höhe H eingestellt wird, damit sie größer als das Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts 29 ist.
  • 9(c) zeigt die Strömung der feinen Partikel unter einer Bedingung, bei der die Höhe H vergrößert wird, bis die Hindernisse 26a und 26b mit der Wand 28 des sekundären Kanals in Kontakt gelangen oder sich zur Umgebung der Wand 28 des sekundären Kanals erstrecken. Die meisten der feinen Partikel 27, die auf das Sensorelement 1 zugehen, werden durch das Hindernis 26a behindert, wobei sie folglich nicht über das Sensorelement 1 hinweggehen. Folglich besitzt in dieser Konfiguration das Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts 29 im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Menge des Anhaftens.
  • Während in dieser Ausführungsform die Hindernisse 26a und 26b auf beiden Seiten (der stromaufwärts gelegenen Seite, der stromabwärts gelegenen Seite) des Sensorelements 1 bezüglich der Luftströmung 6 angeordnet sind, können übrigens ähnliche Wirkungen sogar erreicht werden, indem nur das stromaufwärts gelegene Hindernis 26a angeordnet wird.
  • In dem Fall, in dem die Hindernisse 26a und 26b auf beiden Seiten (der stromaufwärts gelegenen Seite, der stromabwärts gelegenen Seite) des Sensorelements 1 bezüglich der Luftströmung 6 angeordnet sind, kann eine weitere Wirkung insofern erreicht werden, als das Anhaften von feinen Partikeln außerdem verringert werden kann, wenn eine Gegenströmung aufgetreten ist. Ferner ermöglicht das Anordnen der Hindernisse 26a und 26b auf beiden Seiten des Sensorelements 1, dass die Luftströmung in das Sensorelement 1 zwischen dem Fall, in dem die Luft in der normalen Strömungsrichtung strömt, und dem Fall, in dem die Luft in der entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt, völlig gleich ist. Folglich kann das Anhaften von feinen Partikeln verringert werden, ohne die Detektionsgenauigkeit des Sensorelements z. B. in den Fällen eines Pulsierens mit hoher Amplitude (wobei die Luftströmung Gegenströmungen umfasst) zu verschlechtern.
  • Während jedes Hindernis 26a, 26b in dieser Ausführungsform in einer Form wie ein viereckiges Prisma vorliegt, kann das Hindernis außerdem in einer kegelförmigen Form mit einem sich allmählich verjüngenden spitzen Ende ausgebildet sein. In diesem Fall können ähnliche Wirkungen erreicht werden, falls wenigstens der Wurzelabschnitt des Hindernisses 26a die in dieser Ausführungsform beschriebene Form aufweist.
  • Während in dieser Ausführungsform Konfigurationen, in denen das Hindernis 26a eine viereckige Querschnittsform aufweist, beschrieben worden sind, kann das Hindernis 26a außerdem so ausgebildet sein, dass es eine Querschnittsform mit gekrümmten Linien aufweist, wie in 10(a) gezeigt ist. In diesem Fall repräsentiert die Linie, die der in 7 gezeigten diagonalen Linie X entspricht, die Länge des Hindernisses 26a in der Richtung der Luftströmung, während die Linie, die der in 7 gezeigten diagonalen Linie Y entspricht, die maximale Breite des Hindernisses 26a in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung repräsentiert.
  • Während das in dieser Ausführungsform veranschaulichte Hindernis 26a eine monolithische Struktur ist, kann das Hindernis 26a außerdem durch das Kombinieren mehrerer Platten gebildet werden, wie in den 10(b) und 10(c) gezeigt ist. In diesem Fall repräsentiert die Linie, die der in 7 gezeigten diagonalen Linie X entspricht, die Länge des Bereichs des Hindernisses 26a (wo die Platten angeordnet sind) in der Richtung der Luftströmung, während die Linie, die der in 7 gezeigten diagonalen Linie Y entspricht, die maximale Breite des Bereichs des Hindernisses 26a (wo die Platten angeordnet sind) in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung repräsentiert.
  • Während in dieser Ausführungsform Konfigurationen, in denen die Hindernisse 26a und 26b an dem Stützelement 23 angeordnet sind, beschrieben worden sind, können die Hindernisse 26a und 26b außerdem angeordnet sein, um sich vom Stützelement 23 zu der Oberfläche des Sensorelements 1 zu erstrecken, wie in 11 gezeigt ist. Ferner können die Hindernisse 26a und 26b außerdem an dem Sensorelement 1 ausgebildet sein, wie in 12 gezeigt ist.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben.
  • In dieser Ausführungsform ist der Durchflussmesser des thermischen Typs, der ein Sensorelement zum Messen der Durchflussmenge an einer flachen plattenförmigen Oberfläche umfasst, mit Führungsmitteln ausgerüstet, die die Temperaturverteilung verwenden, die durch die Heizelemente 30a und 30b, die an Abschnitten des Stützelements 23 stromaufwärts und stromabwärts des Sensorelements 1 bezüglich der Luftströmung 6 angeordnet sind, wie in 13 gezeigt ist, verursacht wird.
  • In dieser Ausführungsform sind die Heizelemente 30a und 30b an dem Stützelement 23 vorgesehen. Die Heizelemente 30a und 30b sind so angeordnet, dass sie sich in den Richtungen der Ebene des Stützelements 23 erstrecken.
  • Wie in 14 gezeigt ist, erfüllt die Form jedes Heizelements 30a, 30b eine Beziehung X > Y (X: die Breite des Heizelements in der Strömungsrichtung der Luftströmung 6, Y: die Breite des Heizelements in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung 6). Die Heizelemente 30a und 30b befinden sich auf einer Linie L, die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht.
  • Die Funktion der durch die Heizelemente 30a und 30b implementierten Führungsmittel wird im Folgenden abermals unter Bezugnahme auf 14 erklärt.
  • Die Oberfläche des Stützelements 23, an der sich das Sensorelement 1 befindet, liegt im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Detektionsfläche des Sensorelements 1, oder die Oberfläche über dem Sensorelement 1 ist so konfiguriert, dass sie etwas konkav oder konvex ist. Folglich sind das Stützelement 23 und das Sensorelement 1 so konfiguriert, dass wenigstens die Luft, die an der Oberfläche des Stützelements 23 strömt, über die Oberfläche des Sensorelements 1 hinweggeht. Die Heizelemente 30a und 30b in dieser Ausführungsform sind an dem Stützelement 23 vorgesehen und befinden sich auf der Linie L, die entlang der Luftströmung 6 verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht. Die Luft in der Umgebung des Heizelements 30a befindet sich auf einer hohen Temperatur, wobei folglich die Molekularbewegung der Luft im hohen Grade aktiv ist. Deshalb stoßen die feinen Partikel 27, die zusammen mit der Luftströmung 6 ankommen, mit der Luft (den sich aktiv bewegenden Luftmolekülen) in der Umgebung des Heizelements 30a zusammen, wobei sie eine Kraft in den Richtungen empfangen, die von dem Heizelement 30a abgehen. Falls das Heizelement 30a eine Form aufweist, die die Beziehung X > Y zwischen den Breiten X und Y erfüllt, können die feinen Partikel 27 nach dem Zusammenstoß mit den Luftmolekülen in der Umgebung des Heizelements 30a leicht in den Richtungen, die von der Linie L abgehen, und entlang der Oberfläche des Stützelements 23 geführt werden. Mit anderen Worten, die feinen Partikel 27 nach dem Zusammenstoß kommen entlang von Wegen an, die den Bereich über der Oberfläche des Sensorelements 1 vermeiden.
  • 15 ist eine schematische graphische Darstellung zum Erklären der isothermen Linien (die die Form der Temperaturverteilung angeben) und der Strömung der feinen Partikel, wenn das Seitenverhältnis des Heizelements 30a geändert wird. 15(a) zeigt die Strömung der feinen Partikel unter einer Bedingung X < Y. In diesem Fall weist die durch das Heizelement 30a verursachte Temperaturverteilung eine elliptische Form auf, die in der Richtung orthogonal zur Strömungsrichtung der Luftströmung 6 verlängert ist. Wenn die feinen Partikel durch die Luftströmung zu dem Heizelement 30a in einer derartigen Form befördert werden, wird die Wärmebewegung der Luft in der Umgebung des Heizelements 30a aufgrund des Heizens des Heizelements 30a aktiv, wobei eine Wärmebarriere gebildet wird. Dementsprechend tritt das Anhaften von feinen Partikeln entlang des Randes der Membran 4 auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Heizelements 30a auf (Thermophoreseeffekt). Ferner führt das Erhöhen der Heiztemperatur des Heizelements 30a zur Vergrößerung des Thermophoreseeffekts und zur Förderung des Anhaftens von feinen Partikeln.
  • Im Gegensatz zeigt 15(b) die Strömung der feinen Partikel unter der Bedingung X > Y. In diesem Fall weist die durch das Heizelement 30a verursachte Temperaturverteilung eine elliptische Form auf, die in der Strömungsrichtung der Luftströmung 6 verlängert ist. Wenn feine Partikel durch die Luftströmung zu dem Heizelement 30a in einer derartigen Form befördert werden, treffen die feinen Partikel auf der durch das Heizen des Heizelements 30a verursachten Wärmebarriere auf, wobei sie danach stromabwärts strömen, während sie das Heizelement 30a leicht vermeiden.
  • Die Breite Y des Heizelements 30a ist größer als die Länge Yd des Sensorelements 1 in der Richtung orthogonal zu der Linie L der Membran 4, wie in 14 gezeigt ist. Bei dieser Konfiguration können die feinen Partikel, nachdem sie durch das Heizelement 30a geführt worden sind, der stromabwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1 zugeführt werden, während verhindert wird, dass die feinen Partikel über die Membran 4 hinweggehen. Die feinen Partikel, die an dem Sensorelement 1 anhaften (insbesondere jene, die an der Membran 4 anhaften) neigen dazu, Detektionsfehler an dem Sensorelement 1 zu verursachen. Die Membran 4 ist eine dünne Schicht, die einige Mikrometer dick ist, wobei folglich die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der Membran 4 gering sind. Das Anhaften von feinen Partikeln (von einigen Mikrometern bis einigen Zehn Mikrometern) an der Membran 4 ändert die Temperaturverteilung an der Membran 4, wobei dies die Detektionsgenauigkeit verschlechtert (d. h., Fehler verursacht). Das Anhaften von feinen Partikeln an Abschnitten des Sensorelements 1 außer der Membran 4 ändert die Temperatur des Substrats 2 des Sensorelements 1 nicht und weist im Wesentlichen keine schlechte Wirkung auf die Detektionseigenschaften auf, weil die Dicke des Substrats 2 einige Hundert Mikrometer beträgt und die Temperatur des Substrats 2 gleich der Umgebungstemperatur ist. Deshalb kann eine größere Wirkung erreicht werden, falls die Breite Y der Heizelemente 30a und 30b größer als die Länge Yd der Membran 4 des Sensorelements 1 ist.
  • Als Nächstes wird im Folgenden ein Verfahren für die Installation der Heizelemente 30a und 30b erklärt. 16 zeigt die innere Struktur des Stützelements 23 in dieser Ausführungsform. Das Sensorelement 1 und der Schaltungs-Chip 22 sind mit einem Anschlussleitungselement 31a verbunden und an diesem befestigt worden. Das Sensorelement 1 und der Schaltungs-Chip 22 werden unter Verwendung von Gold-Bonddrähten 24a elektrisch miteinander verbunden. Ein Abschnitt des Anschlussleitungselements 31a wird von dem Stützelement 23 freigelegt, um als ein Masseanschluss (GND-Anschluss) 34 zu dienen. Ein Abschnitt eines weiteren Anschlussleitungselements 31b wird von dem Stützelement 23 freigelegt, um als ein Leistungsversorgungsanschluss 32 zu dienen. Die Heizelemente 30a und 30b werden mit den Anschlussleitungselementen 31a und 31b verbunden. Durch die Verbindung wird ein elektrischer Strom von dem Leistungsversorgungsanschluss 32 den Heizelementen 30a und 30b zugeführt. Ein Abschnitt eines weiteren Anschlussleitungselements 31c wird von dem Stützelement 23 freigelegt, um als ein Ausgangsanschluss 33 zum Ausgeben eines Durchflussmengensignals als das Ergebnis der Detektion zu dienen. Der Schaltungs-Chip 22 wird unter Verwendung von Gold-Bonddrähten 24b mit dem Leistungsversorgungsanschluss 32, dem Masseanschluss 34 und dem Ausgangsanschluss 33 verbunden.
  • Das Sensorelement 1, der Schaltungs-Chip 22, die Heizelemente 30a und 30b und die Anschlussleitungselemente 31a-31c, die oben beschrieben worden sind, können bei geringeren Kosten und mit Leichtigkeit hergestellt werden, indem sie mittels Harzformung einteilig gebildet werden. In diesem Fall kann das Harzformmaterial als das Stützelement 23 verwendet werden.
  • Die Heizmaterialien, wie z. B. Kohlefaser, eine Nickellegierung, Aluminiumoxid und Siliciumnitrid, sind für die Heizelemente 30a und 30b verwendbar. Cu-basierte Materialien (Kupfer, eine Kupferlegierung, usw.) und Fe-basierte Materialien (z. B. Eisen) sind für die Anschlussleitungselemente 31a-31c verwendbar. Ein epoxidbasiertes Dichtungsmaterial wird als das Formmaterial verwendet, das als das Stützelement 23 verwendet wird.
  • Es ist außerdem möglich, ein Keramiksubstrat als das Stützelement 23 zu verwenden. In diesem Fall werden die Elektroden für die Installation (das Anbringen) der Heizelemente 30a und 30b auf dem Keramiksubstrat gebildet, wobei die elektrische Verbindung mittels Schweißen, Löten oder dergleichen hergestellt wird. Weil die Elektrodenabschnitte aus Metall hergestellt sind, ist der Schutz der Elektrodenabschnitte notwendig, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. In dem Fall der Harzformung gemäß dieser Ausführungsform sind die Heizelemente 30a und 30b durch das Formmaterial geschützt. Deshalb kann der Durchflussmesser des thermischen Typs bei geringeren Kosten ohne die Notwendigkeit, Gegenmaßnahmen gegen eine derartige Korrosion speziell zu ergreifen, hergestellt werden.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • In dieser Ausführungsform ist der Durchflussmesser des thermischen Typs, der ein Sensorelement zum Messen der Durchflussmenge an einer flachen plattenförmigen Oberfläche umfasst, mit Führungsmitteln ausgerüstet, die die durch die Heizelemente 30a und 30b verursachte Temperaturverteilung für die stromaufwärts gelegene Seite der stromaufwärts gelegenen Temperatursensoren 8a und 8b und die stromabwärts gelegene Seite der stromabwärts gelegenen Temperatursensoren 9a und 9b in der Membran 4 des Sensorelements 1 verwenden, wie in 17 gezeigt ist.
  • Die Form jedes Heizelements 30a, 30b erfüllt die Beziehung Y < Yh (Y: die Breite des Heizelements in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung 6, Yh: die Breite des Heizwiderstands 5 in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung 6). Die Heizelemente 30a und 30b befinden sich auf einer Linie L, die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch den Heizwiderstand 5 des Sensorelements 1 hindurchgeht.
  • Die Funktion der durch die Heizelemente 30a und 30b implementierten Führungsmittel wird im Folgenden im Gegensatz zu einer herkömmlichen Konfiguration erklärt.
  • 18(a) ist eine schematische graphische Darstellung, die die isothermen Linien der Temperaturverteilung an der Membran 4 und die Strömung der feinen Partikel 27 in der herkömmlichen Konfiguration zeigt. Die Luft in der näheren Umgebung des Heizwiderstands 5 befindet sich auf einer hohen Temperatur, wobei folglich die Molekularbewegung der Luft in hohem Grade aktiv ist. Wenn eine Luftströmung 6 auftritt, fällt die Temperatur auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands 5. Die feinen Partikel 27, die zusammen mit der Luftströmung 6 ankommen, stoßen mit der Luft (den sich aktiv bewegenden Luftmolekülen) in der Umgebung des Heizwiderstands 5 zusammen und empfangen eine Kraft in Richtungen, die von dem Heizwiderstand 5 abgehen. Die feinen Partikel 27 treten in den Bereich über der Membran 4 ein und werden behindert, wenn sie die Umgebung des Heizwiderstands 5 erreichen. Deshalb erreichen die feinen Partikel den stromaufwärts gelegenen Abschnitt der Membran 4 und haften an diesem an.
  • 18(b) ist eine schematische graphische Darstellung, die die isothermen Linien der Temperaturverteilung an der Membran 4 und die Strömung der feinen Partikel in der Konfiguration, die mit den Heizelementen 30a und 30b ausgerüstet ist, gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen. Wenn eine Luftströmung 6 auftritt, tritt ein Temperaturunterschied in der Umgebung des Heizwiderstands 5 zwischen der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands 5 auf. Weil das Heizelement 30a im stromaufwärts gelegenen Abschnitt der Membran 4 angeordnet ist, wird die Temperatur in der Umgebung des stromaufwärts gelegenen Randes der Membran 4 hoch, selbst wenn die Luftströmung 6 auftritt. Folglich befindet sich die Luft in der näheren Umgebung des Heizelements 30a auf einer hohen Temperatur, wobei die Molekularbewegung der Luft in hohem Grade aktiv ist. Die feinen Partikel 27, die zusammen mit der Luftströmung 6 ankommen, stoßen mit der Luft (den sich aktiv bewegenden Luftmolekülen) in der Umgebung des Heizelements 30a zusammen und empfangen eine Kraft in Richtungen, die von dem Heizelement 30a abgehen. Im Vergleich mit der obigen herkömmlichen Konfiguration kann die Menge der feinen Partikel, die in den Bereich über der Membran 4 eintreten, verringert werden und kann das Anhaften von feinen Partikeln an der Membran 4 unterdrückt werden.
  • Die Form jedes Heizelements 30a, 30b erfüllt die Beziehung Y < Yh (Y: die Breite des Heizelements in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung 6, Yh: die Breite des Heizwiderstands 5 in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung 6). Die Wirkung dieser Bedingung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 18(b) und 19 erklärt.
  • 19 zeigt die Temperaturverteilung gemäß einer Bedingung Y > Yh. In diesem Fall weist die durch das Heizelement 30a verursachte Temperaturverteilung eine elliptische Form auf, die in der Richtung orthogonal zur Strömungsrichtung der Luftströmung 6 verlängert ist. Wenn feine Partikel durch die Luftströmung zu dem Heizelement 30a in einer derartigen Form befördert werden, wird die Wärmebewegung der Luft in der Umgebung des Heizelements 30a aufgrund des Heizens des Heizwiderstands 26 aktiv, wobei eine Wärmebarriere gebildet wird. Dementsprechend tritt das Anhaften von feinen Partikeln entlang dem stromaufwärts gelegenen Rand der Membran 4 auf (Thermophoreseeffekt). Ferner führt das Erhöhen der Heiztemperatur des Heizelements 30a zur Vergrößerung des Thermophoreseeffekts und zur Förderung des Anhaftens von feinen Partikeln. Die feinen Partikel, die an dem Sensorelement 1 anhaften, bilden einen Niveauunterschied (eine Unebenheit) an dem Sensorelement 1. Der Niveauunterschied stört die Luftströmung und verschlechtert die Detektionsgenauigkeit (d. h., verursacht Fehler).
  • 18(b) zeigt die Temperaturverteilung, wenn die Form jedes Heizelements 30a, 30b die obenerwähnte Bedingung Y < Yh erfüllt. Selbst wenn die Luftströmung 6 auftritt, kann die durch die Heizelemente 30a und 30b und den Heizwiderstand 5 gebildete Temperaturverteilung die elliptische Form, die in der Strömungsrichtung der Luftströmung 6 verlängert ist, aufrechterhalten. Wenn durch die Luftströmung zu dem Heizelement 30a in einer derartigen Form feine Partikel befördert werden, treffen die feinen Partikel auf die durch das Heizen des Heizelements 30 verursachte Wärmebarriere auf, wobei sie danach stromabwärts strömen, während sie das Heizelement 30a leicht vermeiden. Folglich können die feinen Partikel 27 nach dem Zusammenstoß mit den Luftmolekülen in der Umgebung des Heizelements 30a leicht in Richtungen, die von der Linie L abgehen, und entlang der Oberfläche des Stützelements 23 geführt werden, selbst wenn die Beziehung zwischen Y und Yh die Bedingung Y < Yh erfüllt. Folglich kann das Anhaften von feinen Partikeln an dem Sensorelement 1 verringert werden.
  • Als Nächstes wird im Folgenden ein Verfahren zum Ansteuern der Heizelemente 30a und 30b beschrieben. 20 zeigt eine Ansteuerschaltung für das Sensorelement 1 in dieser Ausführungsform. Die Heizelemente 30a und 30b sind mit dem Heizwiderstand 5 in Reihe geschaltet. Aufgrund der Reihenschaltung ändert sich die durch jedes Heizelement 30a, 30b erzeugte Wärmemenge in Übereinstimmung mit dem Strom/der Spannung des Heizwiderstands 5. Der Heizwiderstand 5 wird so gesteuert, dass sein Strom/ seine Spannung zunimmt (um die Temperatur aufrechtzuerhalten), wenn die Durchflussmenge der Luftströmung 6 zunimmt. Solange wie die Verbindung hergestellt ist, so dass der in den Heizwiderstand 5 eingespeiste Strom/die an den Heizwiderstand 5 angelegte Spannung in/an die Heizelemente 30a und 30b eingespeist wird/angelegt ist, kann die Zunahme der Wärmemengenerzeugung mit der Zunahme der Durchflussmenge der Luftströmung 6 außerdem für die Heizelemente 30a und 30b erreicht werden. Bei einer derartigen Konfiguration fällt die Temperatur jedes Heizelements 30a, 30b nicht, selbst wenn die Durchflussmenge der Luftströmung 6 zunimmt. Folglich können die Wirkungen dieser Ausführungsform mit einer einfachen Konfiguration erreicht werden.
  • Während die Heizelemente 30a und 30b in der obigen Erklärung dieser Ausführungsform mit dem Heizwiderstand 5 in Reihe geschaltet sind, kann übrigens eine ähnliche Wirkung sogar durch die Parallelschaltung der Heizelemente 30a und 30b mit dem Heizwiderstand 5 erreicht werden. Eine ähnliche Wirkung wird erreicht, solange wie die Verbindung hergestellt ist, so dass sich die an jedes Heizelement 30a, 30b angelegte Spannung oder der in jedes Heizelement 30a, 30b eingespeiste Strom in Übereinstimmung mit dem in den Heizwiderstand 5 eingespeisten Strom oder der an den Heizwiderstand 5 angelegten Spannung ändert.
  • Es ist möglich, die Heizelemente 30a und 30b unter Verwendung des gleichen Materials/der gleichen Schichten wie jenen des Heizwiderstands 5 zu bilden. In diesem Fall können die Heizelemente 30a und 30b gleichzeitig mit dem Heizwiderstand 5 ohne die Notwendigkeit des Hinzufügens eines neuen Prozesses gebildet werden. Weil ferner die Verbindung der Heizelemente 30a und 30b mit dem Heizwiderstand 5 an dem Sensorelement hergestellt werden kann, ist es überflüssig, zusätzliche Elektrodenkontaktstellen oder dergleichen anzuordnen. Deshalb kann ein Durchflussmesser des thermischen Typs, der zur Verringerung des Anhaftens von feinen Partikeln imstande ist, bei geringeren Kosten erhalten werden.
  • Während das Heizelement 30a, 30b in dieser Ausführungsform in einer im Wesentlichen dreieckigen Form ausgebildet ist, wobei die Breite Y mit der Annäherung an den Heizwiderstand 5 zunimmt, kann das Heizelement außerdem in einer im Wesentlichen viereckigen Form, einer im Wesentlichen elliptischen Form, einer gebogenen Form usw. ausgebildet sein, wie in 21 gezeigt ist.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • Im Folgenden wird eine vierte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 22 gezeigt ist, ist der Durchflussmesser des thermischen Typs, der ein Sensorelement zum Messen der Durchflussmenge an einer flachen plattenförmigen Oberfläche umfasst, mit Führungsmitteln ausgerüstet, die eine durch die Elektroden 35a und 35b, die an Abschnitten des Stützelements 23 stromaufwärts und stromabwärts des Sensorelements 1 angeordnet sind (wobei die stromabwärts gelegene Seite in 22 nicht gezeigt ist), verursachte elektrostatische Kraft verwenden.
  • Die Elektroden 35a und 35b in dieser Ausführungsform sind an dem Stützelement 32 vorgesehen. Die Elektroden 35a und 35b sind so angeordnet, dass sie in den Richtungen der Ebene des Stützelements 23 verlaufen. Die Elektroden 35a und 35b sind so angeordnet, dass der Abstand Y zwischen den Elektroden 35a und 35b und die Breite Yd der (in dem Sensorelement 1 ausgebildeten) Membran 4 in der Richtung orthogonal zu der Strömungsrichtung der Luftströmung 6 Y > Yd erfüllen. Ferner sind die Elektroden 35a und 35b so angeordnet, dass sie über eine Linie L, die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht, einander zugewandt sind.
  • Die Funktionen der durch die Elektroden 35a und 35b implementierten Führungsmittel wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 22 erklärt.
  • Die Oberfläche des Stützelements 23, an dem sich das Sensorelement 1 befindet, befindet sich im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Detektionsfläche des Sensorelements 1, oder die Oberfläche über dem Sensorelement 1 ist so konfiguriert, dass sie etwas konkav oder konvex ist. Folglich sind das Stützelement 23 und das Sensorelement 1 so konfiguriert, dass wenigstens die Luft, die an der Oberfläche der Stützelements 23 strömt, über die Oberfläche des Sensorelements 1 hinweggeht. Die Elektroden 35a und 35b in dieser Ausführungsform sind an dem Stützelement 23 vorgesehen und entlang der Linie L angeordnet, die entlang der Luftströmung 6 verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht. Ein elektrisches Feld E tritt in dem Bereich auf, der sich zwischen den Elektroden 35a und 35b befindet. Die feinen Partikel 27, die zusammen mit der Luftströmung 6 ankommen, sind aufgrund der Reibung zwischen den feinen Partikeln und der Reibung mit den Wandoberflächen elektrisch geladen worden. Deshalb empfängt jedes feine Partikel 27 eine elektrostatische Kraft von dem durch die Elektroden 35a und 35b gebildeten elektrischen Feld E, wobei es zu der Elektrode 35a oder der Elektrode 36b geführt wird. Mit anderen Worten, jedes feine Partikel 27 wird in einer Richtung, die von der Linie L abgeht, und entlang der Oberfläche des Stützelements 23 geführt. Die Richtung, in der jedes feine Partikel 27 geführt wird, ist durch die Polarität (positiv oder negativ) der elektrischen Ladung des feinen Partikels 27 bestimmt.
  • Die Elektroden 35a und 35b sind so angeordnet, dass der Abstand Y zwischen den Elektroden 35a und 35b und die Breite Yd der (in dem Sensorelement 1 ausgebildeten) Membran 4 in der Richtung orthogonal zu der Strömungsrichtung der Luftströmung 6 die Bedingung Y > Yd erfüllen. Ferner sind die Elektroden 35a und 35b so angeordnet, dass sie über die Linie L, die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht, einander zugewandt sind. Bei dieser Anordnung strömen die geführten feinen Partikel zur stromabwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1, ohne über die Membran 4 des Sensorelements 1 hinwegzugehen.
  • Ferner kann durch das Erfüllen der Bedingung Y > Yd die folgende Wirkung erreicht werden. Während die elektrisch geladenen feinen Partikel zu der Elektrode 35a oder der Elektrode 35b geführt werden, können die feinen Partikel in Abhängigkeit von den Typen der feinen Partikel an der Elektrode 35a oder 35b adsorbiert und angesammelt werden. Die Ansammlung von feinen Partikeln bildet einen konvexen Niveauunterschied in der Position der Ansammlung. Der Niveauunterschied stört die Luftströmung. In dieser Ausführungsform geht die über die Elektrode 35a oder 35b strömende Luft nicht über die Membran 4 hinweg, selbst wenn ein derartiger Niveauunterschied durch die Ansammlung von feinen Partikeln an der Elektrode 35a oder 35b verursacht wird. Die durch den Niveauunterschied, der durch die Ansammlung von feinen Partikeln verursacht wird, gestörte Luftströmung geht nicht über die Membran 4 hinweg. Deshalb kann der durch Rauschen usw. verursachte Detektionsfehler der Durchflussmenge verringert werden. Folglich kann selbst bei einer langfristigen Verwendung des Durchflussmessers des thermischen Typs eine hohe Messgenauigkeit aufrechterhalten werden.
  • Als Nächstes wird im Folgenden ein Verfahren für die Installation der Elektroden 35a und 35b erklärt. 23 zeigt die innere Struktur des Stützelements 23 in dieser Ausführungsform. Das Sensorelement 1 und der Schaltungs-Chip 22 sind mit einem Anschlussleitungselement 31a verbunden und an diesem befestigt worden. Das Sensorelement 1 und der Schaltungs-Chip 22 werden unter Verwendung von Gold-Bonddrähten 24a elektrisch miteinander verbunden. Ein Abschnitt des Anschlussleitungselements 31a wird von dem Stützelement 23 freigelegt, um als ein Masseanschluss (GND-Anschluss) 34 zu dienen. Ein Abschnitt eines weiteren Anschlussleitungselements 31b wird von dem Stützelement 23 freigelegt, um als ein Leistungsversorgungsanschluss 32 zu dienen. Die Elektrode 35a wird gebildet, indem das Anschlussleitungselement 31a (das mit dem Masseanschluss 34 verbunden ist) zur stromaufwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1 verlängert wird. Außerdem wird auf der stromabwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1 eine Elektrode 35c durch das Verlängern des Anschlussleitungselements 31a, das mit dem Masseanschluss 34 verbunden ist, gebildet. Unterdessen wird die Elektrode 35b durch das Verlängern des Anschlussleitungselements 31b (das mit dem Leistungsversorgungsanschluss 32 verbunden ist) zur stromaufwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1 gebildet. Außerdem wird auf der stromabwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1 eine Elektrode 35d durch das Verlängern des Anschlussleitungselements 31b, das mit dem Leistungsversorgungsanschluss 32 verbunden ist, gebildet.
  • Das Sensorelement 1, der Schaltungs-Chip 22, die Anschlussleitungselemente 31a-31c (die als der Masseanschluss 34 und der Leistungsversorgungsanschluss 32 dienen) und die Elektroden 35a-35d, die oben beschrieben worden sind, können bei geringeren Kosten und mit Leichtigkeit hergestellt werden, indem sie mittels Harzformung einteilig gebildet werden. Die Elektroden 35a-35d, die mit den Anschlussleitungselementen, die als der Masseanschluss 34 und der Leistungsversorgungsanschluss 32 dienen, einteilig ausgebildet sind, können implementiert werden, indem lediglich das Muster der Anschlussleitungselemente modifiziert wird, wobei sie folglich die Herstellungskosten nicht erhöhen. In diesem Fall kann das Harzformmaterial als das Stützelement 23 verwendet werden.
  • Ähnlich zu den Anschlussleitungselementen 31a und 31b sind nicht nur Cu-basierte Materialien, sondern außerdem Fe-basierte Materialien für die Elektroden 35a-35d verwendbar. Ein epoxid-basiertes Dichtungsmaterial wird als das Formmaterial verwendet, das als das Stützelement 23 verwendet wird. Weil die Elektroden 35a-35d aus Metall hergestellt sind, ist der Schutz der Elektrodenabschnitte notwendig, um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. In dem Fall der Harzformung gemäß dieser Ausführungsform sind die Elektroden 35a-35d durch das Formmaterial geschützt. Deshalb kann der Durchflussmesser des thermischen Typs bei geringeren Kosten ohne die Notwendigkeit, Gegenmaßnahmen gegen eine derartige Korrosion speziell zu ergreifen, hergestellt werden.
  • < Fünfte Ausführungsform>
  • Im Folgenden wird eine fünfte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
  • Wie in 24 gezeigt ist, ist in dieser Ausführungsform der Durchflussmesser des thermischen Typs, der ein Sensorelement zum Messen der Durchflussmenge an einer flachen plattenförmigen Oberfläche umfasst, mit Führungsmitteln ausgerüstet, die die durch die Vorsprünge 36a-36d verursachte Strömungsgeschwindigkeitsverteilung durch das Anordnen der Vorsprünge 36a-36d an Abschnitten des Stützelements 23 stromaufwärts und stromabwärts des Sensorelements 1 verwenden.
  • Die Vorsprünge 36a und 36b in dieser Ausführungsform sind prismenförmige Vorsprünge, die von dem Stützelement 23 vorstehen. Die Vorsprünge 36a und 36b sind so angeordnet, dass sie in den Richtungen der Ebene des Stützelements 23 verlaufen. Die Vorsprünge 36a und 36b sind so angeordnet, dass der Abstand Y zwischen den Vorsprüngen 36a und 36b und die Breite Yd der (in dem Sensorelement 1 ausgebildeten) Membran 4 in der Richtung orthogonal zur Strömungsrichtung der Luftströmung 6 Y > Yd erfüllen (siehe 25). Ferner sind die Vorsprünge 36a und 36b so angeordnet, dass sie über eine Linie L, die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht, einander zugewandt sind. Dasselbe gilt für die Vorsprünge 36c und 36d, die sich auf der stromabwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1 befinden.
  • Im Folgenden wird die Funktion der durch die Vorsprünge 36a und 36b implementierten Führungsmittel unter Bezugnahme auf 25 erklärt.
  • Die Oberfläche des Stützelements 23, an der sich das Sensorelement 1 befindet, befindet sich im Wesentlichen in derselben Ebene wie die Detektionsfläche des Sensorelements 1, oder die Oberfläche über dem Sensorelement 1 ist so konfiguriert, dass sie etwas konkav oder konvex ist. Folglich sind das Stützelement 23 und das Sensorelement 1 so konfiguriert, dass wenigstens die an der Oberfläche des Stützelements 23 strömende Luft über die Oberfläche des Sensorelements 1 hinweggeht. Die Vorsprünge 36a und 36b in dieser Ausführungsform sind an dem Stützelement 23 vorgesehen und entlang der Linie L, die entlang der Luftströmung 6 verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht, angeordnet. In der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung 37 der Luft, die durch den Bereich strömt, der sich zwischen den Vorsprüngen 36a und 36b befindet, ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Umgebung jedes Vorsprungs 36a, 36b langsam, wobei sie mit dem Abstand von jedem Vorsprung 36a, 36b allmählich zunimmt. Dieser Strömungsgeschwindigkeitsunterschied, der durch die Viskosität der Luft verursacht wird, wird in den Fällen von laminaren Strömungen bei einer relativ geringen Strömungsgeschwindigkeit signifikant. Jedes feine Partikel 27, das zusammen mit der Luftströmung 6 ankommt, wird durch die (durch die Vorsprünge 36a und 36b gebildete) Strömungsgeschwindigkeitsverteilung 37 von einem Abschnitt mit hoher Strömungsgeschwindigkeit zu einem Abschnitt mit geringer Strömungsgeschwindigkeit geführt. Mit anderen Worten, jedes feine Partikel 27 wird in einer Richtung geführt, die von der Linie L abgeht und sich dem Vorsprung 36a oder 36b entlang der Oberfläche des Stützelements 23 nähert.
  • Die Vorsprünge 36a und 36b sind so angeordnet, dass der Abstand Y zwischen den Vorsprüngen 36a und 36b und die Breite Yd der (in dem Sensorelement 1 ausgebildeten) Membran 4 in der Richtung orthogonal zu der Strömungsrichtung der Luftströmung 6 die Bedingung Y > Yd erfüllen. Ferner sind die Vorsprünge 36a und 36b so angeordnet, dass sie über die Linie L, die entlang der Luftströmung 6 in dem sekundären Kanal verläuft und durch die Membran 4 des Sensorelements 1 hindurchgeht, einander zugewandt sind. Bei dieser Anordnung strömen die geführten feinen Partikel zur stromabwärts gelegenen Seite des Sensorelements 1, ohne über die Membran 4 des Sensorelements 1 hinwegzugehen.
  • Ferner kann durch das Erfüllen der Bedingung Y > Yd die folgende Wirkung erreicht werden. Während die feinen Partikel zu dem Vorsprung 36a oder dem Vorsprung 36b geführt werden, können die feinen Partikel in Abhängigkeit von den Typen der feinen Partikel an dem Vorsprung 36a oder 36b adsorbiert und angesammelt werden. Die Ansammlung von feinen Partikeln bildet einen konvexen Niveauunterschied in der Position der Ansammlung. Der Niveauunterschied stört die Luftströmung. In dieser Ausführungsform geht die über den Vorsprung 36a oder 36b strömende Luft nicht über die Membran 4 hinweg, selbst wenn ein derartiger Niveauunterschied durch die Ansammlung von feinen Partikeln an dem Vorsprung 36a oder 36b verursacht wird. Die durch den Niveauunterschied, der durch die Ansammlung von feinen Partikeln verursacht wird, gestörte Luftströmung geht nicht über die Membran 4 hinweg. Deshalb kann der durch Rauschen usw. verursachte Detektionsfehler der Durchflussmenge verringert werden. Folglich kann selbst bei einer langfristigen Verwendung des Durchflussmessers des thermischen Typs eine hohe Messgenauigkeit aufrechterhalten werden.
  • Als Nächstes werden effektivere Konfigurationen der Vorsprünge 36a und 36b in dieser Ausführungsform im Folgenden erklärt. 26 ist eine entlang der Linie L in 24 genommene Querschnittsansicht. 26(a) zeigt die Strömung der feinen Partikel unter einer Bedingung H < T (H: die Höhe der Vorsprünge 36a und 36b von der Oberfläche des Stützelements 23, T: das Vorsprungsniveau des Drosselungsabschnitts 29 von der Oberfläche der Wand 28 des sekundären Kanals). Die feinen Partikel 27a, die in der Umgebung der Oberfläche des Stützelements 23 in 26(a) strömen, werden durch die Vorsprünge 36a und 36b geführt und gehen folglich nicht über das Sensorelement 1 hinweg. Die feinen Partikel 27b, die in einem Abstand H von der Oberfläche des Stützelements 23 strömen, strömen über die Vorsprünge 36a und 36b und gehen dann über das Sensorelement 1 hinweg. Aufgrund des Zusammenstoßes mit den feinen Partikeln 27c, deren Richtung des Ankommens durch den Drosselungsabschnitts 29 geändert worden ist, neigen die feinen Partikel 27b dazu, auf die Oberfläche des Sensorelements 1 zuzugehen und mit der Oberfläche des Sensorelements zusammenzustoßen oder an dieser anzuhaften.
  • 26(b) zeigt die Strömung der feinen Partikel unter einer Bedingung H > T. Die feinen Partikel 27a, die in der Umgebung der Oberfläche des Stützelements 23 in 26(b) strömen, werden durch die Vorsprünge 36a und 36b behindert, wobei sie folglich nicht über das Sensorelement 1 hinweggehen. Die feinen Partikel 27b, die in einem Abstand H von der Oberfläche des Stützelements 23 strömen, strömen über die Vorsprünge 36a und 36b und gehen dann über das Sensorelement 1 hinweg. Obwohl sich die feinen Partikel 27b der Oberfläche des Sensorelements 1 aufgrund des Zusammenstoßes mit den feinen Partikeln 27c, deren Richtung des Ankommens durch den Drosselungsabschnitt 29 geändert worden ist, nähern, geraten die feinen Partikel 27b nicht in einen Zusammenstoß oder ein Anhaften, weil ein ausreichender Abstand von dem Sensorelement 1 sichergestellt werden kann.
  • Die Menge der feinen Partikel, die an dem Sensorelement 1 anhaften, ändert sich in Abhängigkeit von dem Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts 29, wie oben erklärt worden ist. Eine Wirkung des weiteren Verringerns des Anhaftens der feinen Partikel an dem Sensorelement 1 kann erreicht werden, indem wenigstens die Höhe H eingestellt wird, damit sie größer als das Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts 29 ist.
  • 26(c) zeigt die Strömung der feinen Partikel unter einer Bedingung, bei der die Höhe H vergrößert wird, bis die Vorsprünge 36a und 36b mit der Wand 28 des sekundären Kanals in Kontakt gelangen oder sich zur Umgebung der Wand 28 des sekundären Kanals erstrecken. Die meisten der feinen Partikel 27, die auf das Sensorelement 1 zugehen, werden durch die Vorsprünge 36a und 36b behindert, wobei sie folglich nicht über das Sensorelement 1 hinweggehen. Folglich besitzt in dieser Konfiguration das Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts 29 im Wesentlichen keinen Einfluss auf die Menge des Anhaftens.
  • Während in dieser Ausführungsform die Vorsprünge 36a und 36b und die Vorsprünge 36c und 36d auf beiden Seiten (der stromaufwärts gelegenen Seite, der stromabwärts gelegenen Seite) des Sensorelements 1 angeordnet sind, können übrigens ähnliche Wirkungen sogar erreicht werden, indem nur die stromaufwärts gelegenen Vorsprünge 36a und 36b angeordnet werden. Falls die Vorsprünge auf beiden Seiten (der stromaufwärts gelegenen Seite, der stromabwärts gelegenen Seite) des Sensorelements 1 angeordnet sind, kann das Anhaften von feinen Partikeln außerdem verringert werden, wenn eine Gegenströmung aufgetreten ist. Ferner ermöglicht das Anordnen der Vorsprünge auf beiden Seiten des Sensorelements 1, dass die Luftströmung in das Sensorelement 1 zwischen dem Fall, in dem die Luft in der normalen Strömungsrichtung strömt, und dem Fall, in dem die Luft in der entgegengesetzten Strömungsrichtung strömt, völlig gleich ist. Folglich kann das Anhaften von feinen Partikeln verringert werden, ohne die Detektionsgenauigkeit des Sensorelements z. B. in den Fällen eines Pulsierens mit hoher Amplitude (wobei die Luftströmung Gegenströmungen umfasst) zu verschlechtern.
  • Während in dieser Ausführungsform Konfigurationen, in denen die Vorsprünge 36a und 36b an dem Stützelement 23 angeordnet sind, beschrieben worden sind, können die Vorsprünge 36a und 36b außerdem so angeordnet sein, dass die entlang des Stützelements 23 durch das Sensorelement 1 verlaufen, wie in 27 gezeigt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Sensorelement
    2
    Substrat
    3a-3c
    elektrisch isolierende Schicht
    4
    Membran
    5
    Heizwiderstand
    6
    Luftströmung
    7
    Heiztemperatursensor
    8a, 8b
    stromaufwärts gelegener Temperatursensor
    9a, 9b
    stromabwärts gelegener Temperatursensor
    10, 11, 12
    Thermoabtastwiderstand
    13
    Elektrodenkontaktstellenabschnitt
    14
    Temperaturverteilung
    15, 17
    Verstärker
    16
    Transistor
    18
    Lufteinlass-Rohrleitung
    19
    Basiselement
    20
    Einlassluft
    21
    sekundärer Kanal
    22
    Schaltungs-Chip
    23
    Stützelement
    24a, 24b
    Gold-Bonddraht
    24c
    Aluminium-Bonddraht,
    25
    Anschluss
    26a, 26b
    Hindernis
    27, 27a
    feines Partikel
    28
    Wand des sekundären Kanals
    29
    Drosselungsabschnitt
    30a, 30b
    Heizelement
    31a
    Anschlussleitungselement
    32
    Leistungsversorgungsanschluss
    33
    Ausgangsanschluss
    34
    GND-Anschluss
    35a-35d
    Elektrode
    36a-36d
    Vorsprung
    37
    Strömungsgeschwindigkeitsverteilung

Claims (13)

  1. Durchflussmesser des thermischen Typs, der umfasst: ein Sensorelement (1), das einen Heizwiderstand (5) enthält, der in einem Dünnschichtabschnitt ausgebildet ist, wobei der Dünnschichtabschnitt an einer an einem Substrat (2) ausgebildeten Membran (4) vorgesehen ist; ein Stützelement (23), um das Sensorelement (1) daran anzuordnen; und einen sekundären Kanal (21), der einen Teil des Stützelements (23) enthält und einen Teil der durch eine Einlassluft-Rohrleitung (18) strömenden Einlassluft (20) aufnimmt; wobei der Durchflussmesser des thermischen Typs ein Führungselement umfasst, das an dem Stützelement (23) oder dem Sensorelement (1) vorgesehen ist und das auf einer Linie L liegt, wobei die Linie L entlang einer Luftströmung (6) in dem sekundären Kanal (21) verläuft und über den Dünnschichtabschnitt hinweggeht, wobei das Führungselement ermöglicht, dass in der Luftströmung (6) enthaltene feine Partikel (27, 27a) in einer Richtung weg von der Linie L geführt werden; wobei das Führungselement ein Vorsprung (26a, 26b) in einer Form eines konvexen Abschnitts ist, der von dem Stützelement (23) oder dem Sensorelement (1) vorsteht; die Querschnittsform des Vorsprungs (26a, 26b) in einer Ebene parallel zu der Oberfläche, an der sich das Sensorelement (1) befindet, im Wesentlichen ein Viereck ist; und eine der beiden diagonalen Linien des Vierecks in einer Richtung entlang der Linie L verläuft.
  2. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 1, wobei das Führungselement auf der stromaufwärts gelegenen Seite und der stromabwärts gelegenen Seite des Heizwiderstands (5) bezüglich der Strömung der Luftströmung (6) vorgesehen ist.
  3. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 1, wobei: sich die beiden diagonalen Linien in der Länge unterscheiden und die längere der beiden diagonalen Linien in der Richtung entlang der Linie L verläuft.
  4. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 1 oder 3, wobei sich der Schnittpunkt der beiden diagonalen Linien bei Betrachtung von der Mitte der diagonalen Linie, die entlang der Linie L verläuft, in Richtung stromaufwärts von dem Sensorelement (1) befindet.
  5. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Länge der kürzeren der beiden diagonalen Linien größer als die Länge des Dünnschichtabschnitts in der Richtung orthogonal zu der Linie L ist.
  6. Durchflussmesser des thermischen Typs nach einem der Ansprüche 3-5, wobei: eine Wandfläche des sekundären Kanals (21), die der Oberfläche des Stützelements (23), an der sich das Sensorelement (1) befindet, zugewandt ist, mit einem Drosselungsabschnitt (29) versehen ist, der von der Wandfläche vorsteht, und eine Höhe H des konvexen Abschnitts von der Oberfläche des Stützelements (23) und ein Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts (29) eine Beziehung H > T erfüllen.
  7. Durchflussmesser des thermischen Typs, der umfasst: ein Sensorelement (1), das einen Heizwiderstand (5) enthält, der in einem Dünnschichtabschnitt ausgebildet ist, wobei der Dünnschichtabschnitt an einer an einem Substrat (2) ausgebildeten Membran (4) vorgesehen ist; ein Stützelement (23), um das Sensorelement (1) daran anzuordnen; und einen sekundären Kanal (21), der einen Teil des Stützelements (23) enthält und einen Teil der durch eine Einlassluft-Rohrleitung (18) strömenden Einlassluft (20) aufnimmt; wobei der Durchflussmesser des thermischen Typs ein Führungselement umfasst, das an dem Stützelement (23) vorgesehen ist und das auf einer Linie L liegt, wobei die Linie L entlang einer Luftströmung (6) in dem sekundären Kanal (21) verläuft und über den Dünnschichtabschnitt hinweggeht, wobei das Führungselement ermöglicht, dass in der Luftströmung (6) enthaltene feine Partikel (27, 27a) in einer Richtung weg von der Linie L geführt werden; wobei das Führungselement ein an dem Stützelement (23) vorgesehenes Heizelement (30a, 30b) ist, und wobei das Heizelement (30a, 30b) so geformt ist, dass eine Breite X des Heizelements (30a, 30b) in der Strömungsrichtung der Luftströmung (6) und eine Breite Y des Heizelements (30a, 30b) in der Richtung orthogonal zu der Luftströmung (6) X > Y erfüllen.
  8. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 7, wobei das Heizelement (30a, 30b) so geformt ist, dass die Breite Y und eine Länge Yd des Dünnschichtabschnitts in der Richtung orthogonal zu der Linie L eine Beziehung Y > Yd erfüllen.
  9. Durchflussmesser des thermischen Typs, der umfasst: ein Sensorelement (1), das einen Heizwiderstand (5) enthält, der in einem Dünnschichtabschnitt ausgebildet ist, wobei der Dünnschichtabschnitt an einer an einem Substrat (2) ausgebildeten Membran (4) vorgesehen ist; ein Stützelement (23), um das Sensorelement (1) daran anzuordnen; und einen sekundären Kanal (21), der einen Teil des Stützelements (23) enthält und einen Teil der durch eine Einlassluft-Rohrleitung (18) strömenden Einlassluft (20) aufnimmt; wobei der Durchflussmesser des thermischen Typs ein Führungselement umfasst, das an dem Stützelement (23) vorgesehen ist und das auf einer Linie L liegt, wobei die Linie L entlang einer Luftströmung (6) in dem sekundären Kanal (21) verläuft und über den Dünnschichtabschnitt hinweggeht, wobei das Führungselement ermöglicht, dass in der Luftströmung (6) enthaltene feine Partikel (27, 27a) in einer Richtung weg von der Linie L geführt werden; wobei das Führungselement durch ein elektrisches Feld (E) implementiert ist, das durch einen an dem Stützelement (23) vorgesehenen Elektrodenabschnitt gebildet wird, und wobei der Elektrodenabschnitt eine erste Elektrode (35a, 35c) und eine zweite Elektrode (35b und 35d) enthält und die erste Elektrode (35a, 35c) und die zweite Elektrode (35b und 35d) so angeordnet sind, dass sie über die Linie L einander zugewandt sind.
  10. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 9, wobei ein Abstand Y zwischen der ersten Elektrode (35a, 35c) und der zweiten Elektrode (35b, 35d) und eine Breite Yd des Dünnschichtabschnitts in der Richtung orthogonal zu der Strömungsrichtung der Luftströmung (6) Y > Yd erfüllen.
  11. Durchflussmesser des thermischen Typs, der umfasst: ein Sensorelement (1), das einen Heizwiderstand (5) enthält, der in einem Dünnschichtabschnitt ausgebildet ist, wobei der Dünnschichtabschnitt an einer an einem Substrat (2) ausgebildeten Membran (4) vorgesehen ist; ein Stützelement (23), um das Sensorelement (1) daran anzuordnen; und einen sekundären Kanal (21), der einen Teil des Stützelements (23) enthält und einen Teil der durch eine Einlassluft-Rohrleitung (18) strömenden Einlassluft (20) aufnimmt; wobei der Durchflussmesser des thermischen Typs ein Führungselement umfasst, das an dem Stützelement (23) vorgesehen ist und das auf einer Linie L liegt, wobei die Linie L entlang einer Luftströmung (6) in dem sekundären Kanal (21) verläuft und über den Dünnschichtabschnitt hinweggeht, wobei das Führungselement ermöglicht, dass in der Luftströmung (6) enthaltene feine Partikel (27, 27a) in einer Richtung weg von der Linie L geführt werden; wobei das Führungselement einen ersten vorstehenden Abschnitt (36a, 36c) und einen zweiten vorstehenden Abschnitt (36b, 36d), die an dem Stützelement (23) vorgesehen sind, enthält und der erste vorstehende Abschnitt (36a, 36c) und der zweite vorstehende Abschnitt (36b, 36d) so angeordnet sind, dass sie über die Linie L einander zugewandt sind.
  12. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 11, wobei ein der Abstand Y zwischen dem ersten vorstehenden Abschnitt (36a, 36c) und dem zweiten vorstehenden Abschnitt (36b, 36d) und eine Breite Yd des Dünnschichtabschnitts in der Richtung orthogonal zu der Strömungsrichtung der Luftströmung (6) Y > Yd erfüllen.
  13. Durchflussmesser des thermischen Typs nach Anspruch 11 oder 12 wobei eine Wandfläche des sekundären Kanals (21), die der Oberfläche des Stützelements (23), an der sich das Sensorelement (1) befindet, zugewandt ist, mit einem Drosselungsabschnitt (29) versehen ist, der von der Wandfläche vorsteht, und die Höhe H des ersten und des zweiten vorstehenden Abschnitts (36a, 36b, 36c, 36d) von der Oberfläche des Stützelements (23) und ein Vorsprungsniveau T des Drosselungsabschnitts (29) eine Beziehung H > T erfüllen.
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