DE112022000792T5

DE112022000792T5 - Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE112022000792T5
Application number: DE112022000792.3T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Katase; Toshiya Yasue
Original assignee: Koa Corp
Current assignee: Koa Corp
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2022-01-20
Publication date: 2023-11-23
Also published as: WO2022163485A1; US20240077347A1; JP7445371B2; CN116762013A; JP2022114476A

Abstract

Ziel ist es, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Flussrate mit hoher Genauigkeit über 360 Grad in einer radialen Richtung in Bezug auf ein erstes Sensorelement zu detektieren, das ein Widerstandselement zur Flussratendetektion enthält. Eine Sensorvorrichtung (1) gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat (2), ein erstes Sensorelement (3), das ein Widerstandselement zur Flussratendetektion enthält, und ein zweites Sensorelement (4), das ein Widerstandselement zur Temperaturkompensation enthält. Sowohl das erste Sensorelement als auch das zweite Sensorelement sind so gelagert, dass sie über ein Paar von Zuleitungsdrähten (6, 8) von einer Oberfläche (2a) des Substrats beabstandet sind, und das erste Sensorelement an einer höheren Position als das zweite Sensorelement angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung, die in der Lage ist, zum Beispiel eine Windgeschwindigkeit zu messen.
Stand der Technik
Es ist eine thermische Sensorvorrichtung bekannt, die ein beheiztes Widerstandselement zur Flussratendetektion einem Fluid aussetzt und die Flussrate des Fluids anhand der aktuellen Wärmestrahlung ermittelt. Die Sensorvorrichtung enthält zusätzlich zu dem Widerstandselement zur Flussratendetektion ein Widerstandselement zur Temperaturkompensation, und das Widerstandselement zur Flussratendetektion und das Widerstandselement zur Temperaturkompensation sind in eine Brückenschaltung eingebunden. Wenn das Widerstandselement zur Flussratendetektion einem Fluid ausgesetzt wird, sinkt die Temperatur des Widerstandselements zur Flussratendetektion und der Widerstand des Widerstandselements zur Flussratendetektion ändert sich, wodurch eine Differenzausgabe in der Brückenschaltung erhalten werden kann. Auf der Grundlage dieser Differenzausgabe kann die Flussrate des Fluids ermittelt werden.
In der Patentliteratur 1 werden beispielsweise ein erstes Sensorelement, das ein Widerstandselement zur Flussratendetektion enthält, und ein zweites Sensorelement, das ein Widerstandselement zur Temperaturkompensation enthält, so angeordnet, dass sie über Zuleitungsdrähte von einem isolierenden Substrat getrennt sind. In der Patentliteratur 1 sind das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind (1 und dergleichen).
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: JP 2019-215163 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Wie oben in der Patentliteratur 1 beschrieben, sind das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement so angeordnet, dass sie einander zugewandt sind. Wenn Wind in der radialen Richtung des ersten Sensorelements, das das Widerstandselement zur Flussratendetektion enthält, auftrifft, wird die Flussratendetektion bei 360 Grad in der radialen Richtung beeinträchtigt.
Daher wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die oben genannte Aufgabe gemacht, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Flussrate bei 360 Grad in einer radialen Richtung in Bezug auf ein erstes Sensorelement, das ein Widerstandselement für die Flussratendetektion enthält, hochgenau zu detektieren.
Lösung der Aufgabe
Eine Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, ein erstes Sensorelement, das ein Widerstandselement zur Flussratendetektion enthält, und ein zweites Sensorelement, das ein Widerstandselement zur Temperaturkompensation enthält, wobei sowohl das erste Sensorelement als auch das zweite Sensorelement so angeordnet sind, dass sie über ein Paar von Zuleitungsdrähten von einer Oberfläche des Substrats getrennt sind, und das erste Sensorelement an einer höheren Position als das zweite Sensorelement angeordnet ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
In der Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine genaue Flussratendetektion bei 360 Grad in einer radialen Richtung in Bezug auf das erste Sensorelement einschließlich des Widerstandselements zur Flussratendetektion durchzuführen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die 1A ist eine Teilseitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die 1B ist eine partielle Draufsicht auf die Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
Die 2 ist eine Querschnittsansicht eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die 3 ist ein Schaltplan der Sensorvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Die 4 zeigt die Ergebnisse eines Experiments, das unter Verwendung der ersten Sensorvorrichtung durchgeführt wurde und die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeiten und Winkelrichtungseigenschaften aufzeigt.
Die 5 ist eine Teilseitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel.
Die 6 zeigt die Ergebnisse eines Experiments, das mit der Sensorvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel durchgeführt wurde und die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeiten und Winkelrichtungseigenschaften aufzeigt.
Die 7 ist eine Teilseitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Die 8 zeigt die Ergebnisse eines Experiments, das mit der Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wurde und die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeiten und Winkelrichtungseigenschaften aufzeigt.
Die 9 ist eine Teilseitenansicht einer Sensorvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.
Die 10 zeigt die Ergebnisse eines Experiments, das mit der Sensorvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wurde, und das die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeiten und Winkelrichtungseigenschaften aufzeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (im Folgenden einfach als „Ausführungsform“ bezeichnet) wird im Folgenden ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt und kann verschiedenen Modifikationen unterzogen werden, um sie im Rahmen des Kerns der Erfindung zu implementieren.
<Beschreibung der Sensorvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform>
Die 1A ist eine Teilseitenansicht einer Sensorvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die 1B ist eine partielle Draufsicht auf die Sensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Die 2 ist eine Querschnittsansicht eines ersten Sensorelements 3 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die 3 ist ein Schaltplan der Sensorvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Eine X1-X2-Richtung und eine Y1-Y2-Richtung, die in der 1B dargestellt sind, bezeichnen zwei Richtungen, die senkrecht zueinander in einer Ebene liegen, und eine Z 1-Z2-Richtung, die in der 1A dargestellt ist, bezeichnet eine Höhenrichtung, die senkrecht auf der X1-X2-Richtung und der Y1-Y2-Richtung steht.
Die Sensorvorrichtung 1 gemäß der in der 1A dargestellten ersten Ausführungsform umfasst ein Substrat 2, das erste Sensorelement 3 mit einem Widerstandselement zur Flussratendetektion und ein zweites Sensorelement 4 mit einem Widerstandselement zur Temperaturkompensation.
Das Substrat 2 ist ein Isoliersubstrat und ist vorzugsweise, aber nicht besonders beschränkt auf ein allgemeines gedrucktes Substrat, bei dem Glasfasergewebe mit einem Epoxidharz imprägniert ist. Es kann zum Beispiel ein FR4-Substrat vorgeschlagen werden.
Wie in der 1A dargestellt, wird das erste Sensorelement 3 so gehalten, dass es von einer Oberfläche 2a des Substrats 2 über ein Paar erster Zuleitungsdrähte 6a und 6b in der Z1-Richtung beabstandet ist. Die ersten Zuleitungsdrähte 6a und 6b können im Folgenden ohne Unterscheidung gemeinsam als „erster Zuleitungsdraht 6“ bezeichnet werden.
Wie in der 1A dargestellt, wird das zweite Sensorelement 4 so gehalten, dass es von der Oberfläche 2a des Substrats 2 über ein Paar zweiter Zuleitungsdrähte 8a und 8b in der Z1-Richtung auf die gleiche Weise wie das erste Sensorelement 3 beabstandet ist. Die zweiten Zuleitungsdrähte 8a und 8b können im Folgenden ohne Unterscheidung gemeinsam als „zweiter Zuleitungsdraht 8“ bezeichnet werden. Wie oben beschrieben, sind das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 vom Substrat 2 aus gesehen auf der gleichen Seite angeordnet. Dadurch können die Umgebungstemperaturen, die auf das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 einwirken, einander angeglichen werden, was die Detektionsgenauigkeit verbessern und zur Miniaturisierung beitragen kann.
Der innere Aufbau des ersten Sensorelements 3 wird unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. Wie in der 2 dargestellt, umfasst das erste Sensorelement 3 das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion, Elektrodenkappen 11, die auf beiden Seiten des Widerstandselements 10 zur Flussratendetektion angeordnet sind, und einen Isolierfilm 12, der das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion und die Elektrodenkappen 11 bedeckt.
Das Widerstandselement 10 zur Detektion der Flussrate besteht aus einem säulenförmigen Substrat aus Keramik oder dergleichen, auf dessen Oberfläche beispielsweise eine Widerstandsbeschichtung aufgebracht ist. Obwohl nicht dargestellt, wird die Oberfläche der Widerstandsbeschichtung des Widerstandselements 10 zur Flussratendetektion beschnitten, um den Widerstand einzustellen.
Die Außenfläche des ersten Sensorelements 3 umfasst eine Elementfläche 5a, die als Flussratendetektionsfläche dient, sowie eine obere Fläche 5b und eine untere Fläche 5c, die oberhalb und unterhalb der Elementfläche 5a angeordnet sind.
Wie in der 2 dargestellt, erstreckt sich der erste Zuleitungsdraht 6a in der Z2-Richtung von der Elektrodenkappe 11, die sich auf der Seite der unteren Oberfläche 5c befindet. Darüber hinaus erstreckt sich der erste Zuleitungsdraht 6b in der Z1-Richtung von der Elektrodenkappe 11, die sich auf der oberen Oberfläche 5b befindet, ist in der Mitte gebogen und erstreckt sich in der Z2-Richtung. Wie in der 2 dargestellt, stehen sich daher die ersten Zuleitungsdrähte 6a und 6b mit einem vorbestimmten Abstand in der X1-X2-Richtung gegenüber und erstrecken sich beide in der Z2-Richtung. Wie in der 1 dargestellt, sind die Enden des Paares der ersten Zuleitungsdrähte 6a und 6b mit der Oberfläche 2a des Substrats 2 verbunden.
Das zweite Sensorelement 4 hat den gleichen Aufbau wie das in der 2 dargestellte, enthält jedoch anstelle des Widerstandselements 10 zur Flussratendetektion ein Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation.
Wie in der 1 dargestellt, haben sowohl das erste Sensorelement 3 als auch das zweite Sensorelement 4 eine in eine Richtung verlängerte Form. In diesem Fall bezieht sich „in eine Richtung verlängert" auf einen Zustand, in dem es länger ist als eine Länge in jeder Richtung orthogonal zu der einen Richtung. Insbesondere sind das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 so geformt, dass sie in der Z1-Z2-Richtung länger sind als in der X1-X2-Richtung und in der Y1-Y2-Richtung. Obwohl nicht darauf beschränkt, sind das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 jeweils in einer zylindrischen Form ausgebildet.
Wie in der 1B dargestellt, sind das erste Sensorelement 3, das zweite Sensorelement 4, der erste Zuleitungsdraht 6b, der sich seitlich auf der X1-Seite in Bezug auf das erste Sensorelement 3 erstreckt, und der zweite Zuleitungsdraht 8b, der sich seitlich auf der X1-Seite in Bezug auf das zweite Sensorelement 4 erstreckt, in einer Reihe in der X1-X2-Richtung angeordnet.
Wie in der 3 dargestellt, bilden das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion und das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation eine Brückenschaltung. Wie in der 3 dargestellt, bilden das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion, das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation und die Widerstände 16 und 17 eine Brückenschaltung 18. Wie in der 3 dargestellt, bilden das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion und der Widerstand 16 eine erste Reihenschaltung 19, und das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation und der Widerstand 17 bilden eine zweite Reihenschaltung 20. Dann werden die erste Reihenschaltung 19 und die zweite Reihenschaltung 20 parallel geschaltet und bilden so die Brückenschaltung 18.
Wie in der 3 dargestellt, sind eine Ausgangseinheit 21 der ersten Reihenschaltung 19 und eine Ausgangseinheit 22 der zweiten Reihenschaltung 20 jeweils mit einem Differenzverstärker (Verstärker) 23 verbunden. Die Brückenschaltung 18 ist mit einer Rückkopplungsschaltung 24 verbunden, die den Differenzverstärker 23 enthält. Die Rückkopplungsschaltung 24 umfasst einen Transistor (nicht dargestellt) und dergleichen.
Jeder der Widerstände 16 und 17 hat einen niedrigeren Widerstands-Temperaturkoeffizienten (TCR) als das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion und das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation. Beispielsweise wird das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion so gesteuert, dass es sich in einem beheizten Zustand befindet, so dass es sich auf einer Temperatur befindet, die um einen vorbestimmten Wert höher ist als eine vorbestimmte Umgebungstemperatur, und dass es einen vorbestimmten Widerstandswert Rs1 aufweist. Außerdem wird das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation so gesteuert, dass es bei der Umgebungstemperatur einen vorbestimmten Widerstandswert Rs2 aufweist. Es ist zu beachten, dass der Widerstandswert Rs1 kleiner ist als der Widerstandswert Rs2. Der Widerstand 16, der zusammen mit dem Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion die erste Reihenschaltung 19 bildet, ist beispielsweise ein Festwiderstand mit einem Widerstandswert R1, der dem Widerstandswert Rs1 des Widerstandselements 10 zur Flussratendetektion entspricht. Außerdem ist der Widerstand 17, der zusammen mit dem Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation die zweite Reihenschaltung 20 bildet, beispielsweise ein Festwiderstand mit einem Widerstandswert R2, der dem Widerstandswert Rs2 des Widerstandselements 14 zur Temperaturkompensation entspricht.
Da das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion so gesteuert ist, dass es eine höhere Temperatur als die Umgebungstemperatur hat, sinkt die Temperatur des Widerstandselements 10 zur Flussratendetektion, das als Heizwiderstand dient, wenn das erste Sensorelement 3 Wind ausgesetzt wird. Daher ändert sich das Potenzial der Ausgangseinheit 21 der ersten Reihenschaltung 19, an die das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion angeschlossen ist. Infolgedessen erhält der Differenzverstärker 23 einen Differenzausgang. Dann legt die Rückkopplungsschaltung 24 eine Ansteuerspannung an das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion an, die auf dem Differenzausgang basiert. Dann führt ein Mikrocomputer (nicht abgebildet) eine Umrechnung auf der Grundlage einer Spannungsänderung durch, die für die Erwärmung des Widerstandselements 10 zur Flussratendetektion erforderlich ist, um eine Windgeschwindigkeit zu erhalten, und kann somit die Windgeschwindigkeit ausgeben. Der Mikrocomputer ist zum Beispiel auf der Oberfläche des Substrats 2 angebracht und über die Zuleitungen 6 und 8 elektrisch mit den Sensorelementen 3 und 4 verbunden.
Ferner detektiert das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation die Temperatur eines Fluids selbst und kompensiert eine Auswirkung einer Änderung der Temperatur des Fluids. Das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation, das wie oben beschrieben angeordnet wird, kann die Auswirkung einer Änderung der Temperatur des Fluids auf die Flussratendetektion reduzieren, was zu einer genauen Flussratendetektion führt. Wie oben beschrieben, hat das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation einen ausreichend höheren Widerstand als das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion und seine Temperatur ist nahe der Umgebungstemperatur eingestellt. Daher ändert sich das Potenzial der Ausgangseinheit 22 der zweiten Reihenschaltung 20, die mit dem Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation verbunden ist, kaum, selbst wenn das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation Wind ausgesetzt wird. Daher ist es möglich, den Differenzausgang auf der Grundlage einer Änderung des Widerstands des Widerstandselements 10 zur Flussratendetektion in Bezug auf das Potenzial der Ausgangseinheit 22 als Referenzpotenzial genau zu erhalten.
Die in der 3 dargestellte Schaltungskonfiguration ist nur ein Beispiel, und die vorliegende Ausführungsform ist nicht darauf beschränkt.
Wie in der 1A dargestellt, ist in der Sensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform das erste Sensorelement 3, das das Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion enthält, an einer höheren Position angeordnet als das zweite Sensorelement 4, das das Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation enthält. Das heißt, dass das erste Sensorelement 3 in der Z1-Richtung weiter von der Oberfläche 2a des Substrats 2 entfernt ist als das zweite Sensorelement 4.
Andererseits sind in einer Sensorvorrichtung 30 gemäß einem in der 5 dargestellten Vergleichsbeispiel ein erstes Sensorelement 3 mit einem Widerstandselement 10 zur Flussratendetektion und ein zweites Sensorelement 4 mit einem Widerstandselement 14 zur Temperaturkompensation auf der gleichen Höhe angeordnet. Das heißt, in der 5 sind das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 einander in der X1-X2-Richtung zugewandt, die die horizontale Richtung orthogonal zu der Höhenrichtung ist.
Mit der Sensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform und der Sensorvorrichtung 30 gemäß dem Vergleichsbeispiel wurden Experimente zur Flussratendetektion bei Windeinwirkung aus der Horizontalen über 360 Grad durchgeführt. Das mit der Sensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführte Experiment wird als „Beispiel 1“ bezeichnet.
In diesem Fall ist die „horizontale Richtung“ eine Richtung, die in einer Ebene liegt, die durch die in der 1B dargestellte X1-X2-Richtung und die Y1-Y2-Richtung definiert ist. Wie in den 1 und 5 dargestellt, ist die horizontale Richtung eine radiale Richtung des ersten Sensorelements 3, das in der Z1-Z2-Richtung aufrecht steht. Wenn der Querschnitt des ersten Sensorelements 3 beispielsweise ein Kreis ist, bedeutet die horizontale Richtung eine senkrechte Richtung, die durch den axialen Mittelpunkt des ersten Sensorelements 3 verläuft. Die „horizontalen 360 Grad“ beziehen sich auf alle Richtungen in einer Ebene in Richtung des axialen Mittelpunkts des ersten Sensorelements 3 und haben die gleiche Bedeutung wie „360 Grad in radialer Richtung“ in Bezug auf das erste Sensorelement 3.
In dem Experiment wirkte der Wind aus der Horizontalen über 360 Grad auf die Sensorvorrichtung 1 ein. Für die Windgeschwindigkeiten wurde die Bewegungsfrequenz eines Wechselrichters in vier Stufen von 3 Hz, 7 Hz, 10 Hz und 14 Hz gesteuert. Je höher die Bewegungsfrequenz, desto höher die Windgeschwindigkeiten. Die Windgeschwindigkeiten wurden von der Sensorvorrichtung 1 gemessen.
Die 4 zeigt die experimentellen Ergebnisse von Beispiel 1, und die 6 zeigt die experimentellen Ergebnisse des Vergleichsbeispiels. Wie in den 4 und 6 dargestellt, zeigen die Zahlenwerte auf den äußeren Umfängen der kreisförmigen Graphen, die Windrosen-Plots imitieren, die Richtung des Windes zu den Sensorvorrichtungen 1 und 30 an, die sich in den Zentren befinden.
Die Zahlenwerte 0, 2, 6, 8, 10 und 12 in den Kreisdiagrammen sind die Werte der Windgeschwindigkeiten. Darüber hinaus zeigen mehrere fettgedruckte Kurven in jedem der kreisförmigen Diagramme die gemessenen Werte der Windgeschwindigkeiten an, die erhalten wurden, als die Bewegungsfrequenz des Wechselrichters auf 3 Hz, 7 Hz, 10 Hz und 14 Hz eingestellt wurde und der Wind von den Sensorvorrichtungen 1 und 30 aus jedem der horizontalen 360 Grad gemessen wurde. In den 4 und 6 sind auch Idealwerte als ideale Messwerte dargestellt, wenn die Bewegungsfrequenz des Wechselrichters auf 14 Hz eingestellt ist.
Wie in den 4 und 6 dargestellt, wurde festgestellt, dass bei einer Bewegungsfrequenz des Wechselrichters von 3 Hz in dem Vergleichsbeispiel die Flussratendetektion für Wind aus Richtungen von etwa 72 Grad bis etwa 100 Grad und Wind aus Richtungen von etwa 250 Grad bis etwa 290 Grad im Vergleich zu dem Beispiel 1 deutlich verschlechtert war. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass bei einer Bewegungsfrequenz des Wechselrichters von 7 Hz im Vergleichsbeispiel die Flussdetektion für Wind aus Richtungen von etwa 72 Grad bis etwa 102 Grad und Wind aus Richtungen von etwa 250 Grad bis etwa 285 Grad im Vergleich zu dem Beispiel 1 signifikant verschlechtert war. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass bei einer Bewegungsfrequenz des Wechselrichters von 10 Hz in dem Vergleichsbeispiel die Flussratendetektion für Wind aus Richtungen von etwa 72 Grad bis etwa 105 Grad und Wind aus Richtungen von etwa 250 Grad bis etwa 288 Grad im Vergleich zu dem Beispiel 1 signifikant verschlechtert war. Darüber hinaus wurde in dem Vergleichsbeispiel im Vergleich zu dem Beispiel 1 festgestellt, dass bei einer Bewegungsfrequenz des Wechselrichters von 14 Hz die Messwerte bei Winkeln von etwa 65 Grad bis 86 Grad und bei Winkeln von etwa 245 Grad bis 270 Grad erheblich von den Idealwerten abweichen.
Wind aus etwa 90 Grad und etwa 270 Grad ist Wind aus der Richtung X1-X2, die im Wesentlichen mit der Anordnungsrichtung des ersten Sensorelements 3 und des zweiten Sensorelements 4 übereinstimmt. In dem Vergleichsbeispiel wird, da das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 insbesondere in der Höhenrichtung übereinstimmen, davon ausgegangen, dass die Detektion von Wind aus einer Richtung nahe der X1-X2-Richtung, die die Anordnungsrichtung ist, stark beeinträchtigt wird und dass die Genauigkeit der Detektion deutlich verringert wird.
Andererseits ist in dem Beispiel 1, wie in der 1A dargestellt, das erste Sensorelement 3 an einer höheren Position als das zweite Sensorelement 4 angeordnet. Daher ist die Wirkung des zweiten Sensorelements 4 geringer als in dem Vergleichsbeispiel, und wie in der 4 dargestellt, wurde festgestellt, dass die Genauigkeit der Detektion von Wind, der aus Richtungen nahe den Richtungen von 90 Grad und 270 Grad wirkt, im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel verbessert werden konnte.
Wie oben beschrieben, ist es mit der Sensorvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform möglich, die Genauigkeit der Detektion des Luftvolumens bei den horizontalen 360 Grad zu verbessern.
In der ersten Ausführungsform ist das erste Sensorelement 3 vorzugsweise an einer Position angeordnet, die höher liegt als der zweite Zuleitungsdraht 8b, der mit dem zweiten Sensorelement 4 verbunden ist. Wie in der 1A dargestellt, erstreckt sich der zweite Zuleitungsdraht 8b bis zu einer Position, die höher liegt als das zweite Sensorelement 4. Daher ist das erste Sensorelement 3 an einer höheren Position als der zweite Zuleitungsdraht 8b angeordnet, so dass das erste Sensorelement 3 dem zweiten Sensorelement 4 und dem zweiten Zuleitungsdraht 8b in der X1-X2-Richtung nicht gegenüberliegt. Dadurch ist es möglich, die Genauigkeit der Luftvolumendetektion über die horizontalen 360 Grad zu verbessern.
In der ersten Ausführungsform, wie in den 1A und 1B dargestellt, ist das erste Sensorelement 3 an der X2-Seite des Paares der ersten Zuleitungsdrähte 6a und 6b angeschlossen, die sich in der Z 1-Z2-Richtung mit dem Spalt in der X1-X2-Richtung erstrecken. In ähnlicher Weise ist das zweite Sensorelement 4 an der X2-Seite des Paares der zweiten Zuleitungsdrähte 8a und 8b angeschlossen, die sich in der Z1-Z2-Richtung erstrecken, mit einer Lücke in der X1-X2-Richtung. Wie oben beschrieben, sind sowohl das erste Sensorelement 3 als auch das zweite Sensorelement 4 auf der gleichen Seite des Paares von Zuleitungsdrähten 6 und 8 angeschlossen. Dadurch kann eine Struktur erreicht werden, bei der das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 nicht übermäßig voneinander getrennt sind. Obwohl nicht dargestellt, wird davon ausgegangen, dass, wenn eine Schutzstruktur für jedes der Sensorelemente 3 und 4 verwendet wird, die Wirkung der Schutzstruktur auf jedes der Sensorelemente 3 und 4 abgeschwächt werden kann oder die Variation der Wirkung reduziert werden kann, indem die Sensorelemente 3 und 4 nahe beieinander angeordnet werden.
<Beschreibung der Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform>
Die 7 ist eine Teilseitenansicht einer Sensorvorrichtung 40 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Um den Unterschied zu der in der 1A dargestellten Sensorvorrichtung 1 zu beschreiben, hat das Paar von Zuleitungsdrähten 6 und 8, die mit den Sensorelementen 3 und 4 verbunden sind, in der ersten Ausführungsform denselben Drahtdurchmesser. Andererseits ist in der zweiten Ausführungsform ein Drahtdurchmesser eines Paares von ersten Zuleitungsdrähten 6, die mit einem ersten Sensorelement 3 verbunden sind, kleiner als ein Drahtdurchmesser eines Paares von zweiten Zuleitungsdrähten 8, die mit einem zweiten Sensorelement 4 verbunden sind.
Die 8 veranschaulicht die Ergebnisse eines Experiments, das mit der Sensorvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wurde, welche die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeiten und Winkelrichtungseigenschaften zeigen. Das Experiment, das mit der Sensorvorrichtung 40 gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wurde, wird als „Beispiel 2“ beschrieben.
Wie in der 8 dargestellt, wurde in dem Beispiel 2 festgestellt, dass die Genauigkeit der Luftvolumendetektion bei horizontalen 360 Grad im Vergleich zu dem in der 4 dargestellten Beispiel 1 weiter verbessert wurde. Insbesondere wurde die Genauigkeit der Luftvolumendetektion für Wind aus Richtungen von etwa 72 Grad bis etwa 150 Grad stark verbessert und entsprach im Wesentlichen den Idealwerten. Dies liegt daran, dass die Wirkung der ersten Zuleitungsdrähte 6 auf das erste Sensorelement 3 abgeschwächt wird. Wie in der 7 dargestellt, sind das erste Sensorelement 3 und der erste Zuleitungsdraht 6b in X1-X2-Richtung einander zugewandt. Daher wird insbesondere der Wind, der in der Zeichnung von der rechten Seite auf die linke Seite wirkt, durch den ersten Zuleitungsdraht 6b beeinflusst, bevor er das erste Sensorelement 3 erreicht. Indem die ersten Zuleitungsdrähte 6 dünner sind als die zweiten Zuleitungsdrähte 8, kann die Wirkung der ersten Zuleitungsdrähte 6 auf das erste Sensorelement 3 zum Zeitpunkt der Luftvolumenmessung abgeschwächt werden. Infolgedessen kann, verglichen mit der 4, die Genauigkeit der Detektion von Wind, der aus einer Richtung nahe der X1-X2-Richtung wirkt, weiter verbessert werden, und darüber hinaus kann die Genauigkeit der Detektion über die horizontalen 360 Grad effektiver verbessert werden.
<Beschreibung der Sensorvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform>
Die 9 ist eine Teilseitenansicht einer Sensorvorrichtung 50 gemäß einer dritten Ausführungsform. Um den Unterschied zu der in der 1A dargestellten Sensorvorrichtung 1 in der ersten Ausführungsform zu beschreiben, sind die Sensorelemente 3 und 4 mit dem Paar von Zuleitungsdrähten 6 und 8 so verbunden, dass sie zu der gleichen Seite weisen. Das heißt, dass das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement sind mit dem ersten Zuleitungsdraht 6a und dem zweiten Zuleitungsdraht 8a verbunden sind, die sich auf der Seite X2 befinden. Bei der dritten Ausführungsform hingegen sind die Sensorelemente 3 und 4 mit einem Paar von Zuleitungsdrähten 6 und 8 so verbunden, dass sie nach innen zeigen. Das heißt, dass das erste Sensorelement 3 mit dem ersten Zuleitungsdraht 6a verbunden ist, der sich auf der Seite X2 befindet, und das zweite Sensorelement 4 mit dem zweiten Zuleitungsdraht 8b verbunden ist, der sich auf der Seite X1 befindet.
Darüber hinaus ist ein Abstand T1 zwischen dem Paar erster Zuleitungsdrähte 6a und 6b, die mit dem ersten Sensorelement 3 verbunden sind, größer als ein Abstand T2 zwischen dem Paar zweiter Zuleitungsdrähte 8a und 8b, die mit dem zweiten Sensorelement 4 verbunden sind. Zum Beispiel kann das erste Sensorelement 3, das mit dem ersten Zuleitungsdraht 6a verbunden ist, in einer mittleren Position zwischen dem ersten Zuleitungsdraht 6b und dem zweiten Zuleitungsdraht 8a an der Außenseite angeordnet werden. Zum Beispiel kann das erste Sensorelement 3 oberhalb des Zentrums O des Substrats 2 angeordnet sein, und der erste Zuleitungsdraht 6b und der zweite Zuleitungsdraht 8a können auf der Seite X1 und der Seite X2 an Positionen angeordnet sein, die um den gleichen Abstand von dem ersten Sensorelement 3 entfernt sind.
Die 10 zeigt Ergebnisse eines Experiments, das mit der Sensorvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wurde, welche die Beziehungen zwischen Windgeschwindigkeiten und Winkelrichtungseigenschaften anzeigen. Das Experiment, das mit der Sensorvorrichtung 50 gemäß der dritten Ausführungsform durchgeführt wurde, wird als „Beispiel 3“ beschrieben.
Wie in der 10 dargestellt, wurde in dem Beispiel 3 festgestellt, dass die Genauigkeit der Luftvolumendetektion über die horizontalen 360 Grad im Vergleich zu dem in der 4 dargestellten Beispiel 1 weiter verbessert wurde. Obwohl bei Winkeln um 80 Grad bis 90 Grad leichte Einbußen zu beobachten waren, wurde festgestellt, dass die Genauigkeit der Luftvolumendetektion für Wind aus Richtungen von etwa 43 Grad bis etwa 140 Grad im Vergleich zu dem Beispiel 1 stark verbessert werden konnte. Dies liegt daran, dass der Abstand T2 zwischen dem ersten Sensorelement 3 und dem ersten Zuleitungsdraht 6b vergrößert ist und das erste Sensorelement 3 oberhalb der Mitte O des Substrats 2 angeordnet werden kann, so dass Wind über die horizontalen 360 Grad angemessen auf das erste Sensorelement 3 trifft. Darüber hinaus können das erste Sensorelement 3 und das zweite Sensorelement 4 so nah wie möglich angeordnet werden. Infolgedessen kann im Vergleich zu der 4 die Genauigkeit der Detektion von Wind, der aus einer Richtung nahe der X1-X2-Richtung eintrifft, weiter verbessert werden, und darüber hinaus kann die Genauigkeit der Detektion bei den horizontalen 360 Grad effektiver verbessert werden.
Obwohl die Sensorvorrichtung 1 oben als eine Vorrichtung zur Detektion von Wind beschrieben wurde, kann das zu detektierende Fluid auch ein anderes Gas oder eine andere Flüssigkeit als Wind sein.
Industrielle Anwendbarkeit
In der vorliegenden Erfindung kann die Detektion über die horizontalen 360 Grad mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, und kann auf verschiedene Anwendungen angewendet werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf Klimaanlagen, ein Windkontrollsystem, Analysen und dergleichen angewendet werden.
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-010735 , die am 27. Januar 2021 eingereicht wurde. Der gesamte Inhalt dieser Anmeldung wird hier durch Bezugnahme aufgenommen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019215163 A [0004]
JP 2021010735 [0051]

Claims

Eine Sensorvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein Substrat; ein erstes Sensorelement mit einem Widerstandselement zur Flussratendetektion; und ein zweites Sensorelement, das ein Widerstandselement zur Temperaturkompensation enthält, wobei sowohl das erste Sensorelement als auch das zweite Sensorelement so angeordnet wird, dass es über ein Paar von Zuleitungsdrähten von einer Oberfläche des Substrats beabstandet ist, und das erste Sensorelement an einer höheren Position als das zweite Sensorelement angeordnet ist.
Die Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Sensorelement an einer Position angeordnet ist, die höher liegt als die mit dem zweiten Sensorelement verbundenen Zuleitungsdrähte.
die Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement mit den Paaren von Zuleitungsdrähten so verbunden sind, dass sie der gleichen Seite zugewandt sind.
Die Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Sensorelement und das zweite Sensorelement mit den Paaren von Zuleitungsdrähten so verbunden sind, dass sie nach innen gerichtet sind, und ein Abstand zwischen dem Paar von Zuleitungsdrähten, die mit dem ersten Sensorelement verbunden sind, größer ist als ein Abstand zwischen dem Paar von Zuleitungsdrähten, die mit dem zweiten Sensorelement verbunden sind.
Die Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Drahtdurchmesser eines ersten Zuleitungsdrahtes, der mit dem ersten Sensorelement verbunden ist, gleich oder kleiner ist als ein Drahtdurchmesser eines zweiten Zuleitungsdrahtes, der mit dem zweiten Sensorelement verbunden ist.
Die Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Sensorelement als auch das zweite Sensorelement eine in Höhenrichtung verlängerte Form aufweist.