DE19751101B4 - Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung und Flussratenmessvorrichtung mit einer wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtung - Google Patents

Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung und Flussratenmessvorrichtung mit einer wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtung Download PDF

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Abstract

Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung mit
– einem ebenen Substrat (1),
– einem isolierenden Trägerfilm (2) auf dem Substrat,
– einer bis auf den Trägerfilm durchgehenden Ausnehmung (8) im Substrat,
– ein auf dem isolierenden Trägerfilm über der Ausnehmung angeordneten Sensoreinheit (10), die ein Heizelement (4) und ein wärmeempfindliches Element (5, 6) aufweist, und
– einem Fluidtemperaturmesselement (7), welches in einem Abstand von der Sensoreinheit am Trägerfilm über dem Substrat angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine nicht durch die gesamte Substratdicke hindurchgehende Kerbe (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h) im Substrat in der Nähe des Fluidtemperaturmesselements vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Flussratenmessvorrichtung mit einer derartigen wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtung, vorzugsweise zur Messung von Ansaugluftmengen in einer Brennkraftmaschine.
  • Eine wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung der eingangs genannten Art ist aus US 5 291 781 bekannt.
  • Weitere Ausbildungen von wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtungen sind aus US 4 733 559 sowie aus einer Veröffentlichtung in "Sensors and Actuators", A54 (1996), Seiten 563–567, bekannt.
  • Eine weitere Ausbildung einer wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtung ist aus JP 6-249 683 A bekannt und wir im folgenden anhand von 26 und 27 der Zeichnungen näher beschrieben.
  • In 26 und 27 sind auf einer Oberfläche eines ebenen Substrats 1 aus Silizium isolierende Trägerfilme 23a und 23b getrennt vorgesehen. Ein Widerstandsheizelement 4 ist als Heizelement auf dem Trägerfilm 23a angeordnet. Ein Fluidtemperaturmeßelement 7 ist auf dem Trägerfilm 23b vorgesehen. Lufträume 27a und 27b sind auf dem ebenen Substrat 1 unter dem Widerstandsheizelement 4 bzw. dem Fluidtemperaturmeßelement 7 vorgesehen. Diese Lufträume 27a und 27b werden dadurch ausgebildet, daß eine Ätzung von der anderen Seite des ebenen Substrats 1 aus erfolgt, so daß die Trägerfilme 23a und 23b nicht beschädigt werden, und hierbei ein Teil des ebenen Substrats 1 bis zu den Trägerfilmen 23a und 23b entfernt wird. Elektrodenanschlüsse 28 sind auf einer Seite des ebenen Substrats 1 angeordnet, und das Widerstandsheizelement 4 und das Fluidtemperaturmeßelement 7 sind über eine leitfähige Rohrleitung 29 an die Elektrodenanschlüsse 28 angeschlossen.
  • Eine in 25 dargestellte Temperaturregelschaltung weist eine Wheatstone-Brückenschaltung auf, die dazu dient, die Temperatur des Widerstandsheizelements 4 auf einer bestimmten Temperatur zu halten, die höher als eine Umfangstemperatur ist, die von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt wird. Diese Wheatstone-Brückenschaltung weist eine Seite auf, die aus dem Widerstandsheizelement 4 und einem Widerstand 21b besteht, sowie eine andere Seite, die aus dem Fluidtemperaturmeßelement 7 und einem Widerstand 21a besteht. Ein Differenzverstärker 22 arbeitet so, daß er die Brückenschaltung dadurch im Gleichgewicht hält, daß er das Ausgangspotential ändert, so daß die von dem Widerstandsheizelement 4 verbrauchte Leistung auf einem bestimmten Pegel gehalten wird.
  • Es wird eine derartige Regelung durchgeführt, daß die Temperatur des Widerstandsheizelements 4 auf einem Pegel oder Niveau gehalten wird, der um 200°C höher ist als die Umfangstemperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt wird.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird das Widerstandsheizelement 4 durch den Strom erwärmt, der über den Anschluß 28 und die leitende Rohrleitung 29 angelegt wird. Das Widerstandsheizelement 4 ist so ausgebildet, daß sich sein Widerstandswert entsprechend der Temperatur ändert. Das Widerstandsheizelement 4 wird durch ein fließendes Fluid gekühlt. Das Ausmaß dieser Kühlung hängt von der fließenden Masse des Fluids ab. Die Intensität des Fließens des Fluids wird daher so festgestellt, daß der elektrische Widerstandswert des Widerstandsheizelementes gemessen wird.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugte Wärme über die Trägerfilme 23a und 23b und das ebene Substrat 1 dem Fluidtemperaturmeßelement 7 zugeleitet. Das Fluidtemperaturmeßelement 7 ist daher an einem Ort angeordnet, der keinen Beeinflussungen durch das Widerstandsheizelement 4 unterliegt.
  • Eine Membrananordnung wird dadurch erzielt, daß ein Luftraum 27a unter dem Widerstandsheizelement 4 vorgesehen wird. Daher ergibt sich eine schnelle Reaktion auf eine Änderung der Flußrate oder der Flußgeschwindigkeit des Fluids. Da der Luftraum 27b unter dem Fluidtemperaturmeßelement 7 vorgesehen ist, ist es möglich, schnell auf eine Änderung der Temperatur des zu messenden Fluids zu reagieren.
  • Das konventionelle wärmeempfindliche Flußratenmeßelement weist eine Sensoreinheit mit Membrananordnung auf, die aus einem Widerstandsheizelement 4 besteht, damit eine schnelle Reaktion auf eine Änderung der Flußrate oder der Flußgeschwindigkeit des zu messenden Fluids möglich ist. Weiterhin ist der Luftraum 27b, der bis zum Trägerfilm 23b reicht, auf dem ebenen Substrat 1 zu dem Zweck vorgesehen, die Wärmekapazität des Fluidtemperaturmeßelements 7 zu verringern, und eine schnelle Reaktion auf eine Änderung der Temperatur des zu messenden Fluids zu gestatten.
  • Allerdings tritt bei diesem konventionellen wärmeempfindlichen Flußratenmeßelement die Schwierigkeit auf, daß die Festigkeit des ebenen Substrats 1 in ernst zu nehmender Weise absinkt, infolge der Bereitstellung der beiden Lufträume 27a und 27b, welche bis zu den Trägerfilmen 23a und 23b auf dem ebenen Substrat reichen, was daher zu einer verringerten Verläßlichkeit des Flußratenmeßelements führt.
  • Wie voranstehend geschildert sind bei dem konventionellen Flußratenmeßelement die beiden Lufträume 27a und 27b, welche bis zu den Trägerfilmen 23a und 23b auf dem ebenen Substrat 1 reichen, zu dem Zweck vorgesehen, die Reaktion auf eine Änderung der Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des zu messenden Fluids zu verbessern, sowie die Reaktion auf eine Änderung der Temperatur des zu messenden Fluids. Daher ist es schwierig, ein Flußratenmeßelement zu konstruieren, welches bezüglich der Festigkeit eine hohe Verläßlichkeit aufweist.
  • Wenn der Luftraum 27b unter dem Fluidtemperaturmeßelement 7 weggelassen wird, um eine ausreichende Verläßlichkeit bezüglich der Festigkeit des Fluidtemperaturmeßelements sicherzustellen, so wird die Wärmekapazität des Fluidtemperaturmeßelements 7 größer, was zu einer Verringerung des Reaktionsvermögens des Fluidtemperaturmeßelements 7 in Bezug auf eine Änderung der Fluidtemperatur führt. Da das Widerstandsheizelement 4 so geregelt wird, daß seine Temperatur um 200°C höher ist als die Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 gemessen wird, führt eine Verzögerung der Reaktion des Fluidtemperaturmeßelements 7 auf die Fluidtemperatur auch zu einer Verzögerung der Temperaturregelung des Widerstandsheizelementes 4, und dies wiederum führt zu einer Verringerung des Reaktionsvermögens des Flußratensensors, welcher dieses Flußratenmeßelement einsetzt.
  • Die Entfernung zwischen dem Widerstandsheizelement 4 und einem Fluidtemperaturmeßelement 7 ist kurz. Daher wird das Fluidtemperaturmeßelement 7 durch die Wärme des Widerstandsheizelements 4 beeinflußt, so daß Wärme, die in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, zu einer Erhöhung der Temperatur des Fluidtemperaturmeßelements 7 führt. Die Temperatur des Widerstandsheizelementes 4 würde daher auf der Grundlage der erhöhten Temperatur des Fluidtemperaturmeßelementes 7 geregelt, was zu einem thermischen Hochlaufen des Widerstandsheizelementes 4 führt. Damit keine Beeinflussung durch Wärme von dem Widerstandsheizelement 4 erfolgt, ist es daher erforderlich, das Fluidtemperaturmeßelement 7 in einer vorbestimmten Entfernung von dem Widerstandsheizelement 4 anzuordnen, und dies läuft dem Vorhaben zuwider, die Vorrichtung zu verkleinern.
  • Wenn die Masse der Einlaßluft beispielsweise einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine gemessen wird, so ist es erforderlich, die Temperatur exakt selbst beim Fahren zu messen, beispielsweise bei der plötzlichen Änderung der Einlaßlufttemperatur am Eingang oder Ausgang eines Tunnels. Daher muß das Flußratenmeßelement ein gutes Reaktionsvermögen auf die Einlaßlufttemperatur aufweisen. Da die maximale Flußrate der Einlaßluft manchmal einen Wert in der Nähe von 200 m/s erreicht, muß darüber hinaus das Flußratenmeßelement eine vorbestimmte Festigkeit aufweisen.
    •
  • Allerdings muß bei. dem konventionellen Flußratenmeßelement die Festigkeit verringert werden, um das Reaktionsvermögen zu verbessern, und ist es daher sehr schwierig, eine Konstruktion zu erzielen, die zur Messung der Masse der Einlaßluft einer Brennkraftmaschine geeignet ist.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine warmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einer vergleichsweise kleinen Bauweise eine gute Reaktion auf Änderungen der Fluidtemperatur bei einer hohen Verlässlichkeit bezüglich der Festigkeit des Fluidtemperaturmesselements aufweist.
  • Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Flussratenmessvorrichtung mit einer derartigen wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtung zu schaffen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 8 bzw. 11 bzw. 12 bzw. mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
  • Insbesondere wird eine wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung vorgeschlagen, welche ein ebenes Substrat hat, das mit einem Spalt versehen ist, der zumindest an seiner einen Seite mit einer Öffnung für den Fluß eines Fluids versehen ist, einen isolierenden Trägerfilm, der auf der einen Seite des Substrats vorgesehen ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids und ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung auf dem isolierenden Trägerfilm vorgesehen ist, und ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der einen Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, zur Feststellung der Temperatur des Fluids; wobei das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement die Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage einer Temperatur mißt, die von dem wärmeempfindlichen Element festgestellt wird, durch Aufrechterhaltung der Heiztemperatur des Heizelements auf einem Pegel, der höher ist als eine Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement gemessen wird, und zwar um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz; wobei eine erste Kerbe oder Ausnehmung auf dem ebenen Substrat in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelementes vorgesehen ist, und dadurch ausgebildet wird, daß ein Teil des ebenen Substrats von dessen einer Seite aus weggenommen wird, so daß die andere Seite nicht erreicht wird.
  • Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, das mit einem Spalt versehen ist, bei dem zumindest auf einer Seite eine Öffnung vorgesehen ist, für den Fluß eines Fluids, einen isolierenden Trägerfilm, der auf der einen Seite des Substrats angeordnet ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids und ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung auf dem isolierenden Trägerfilm angeordnet ist, sowie ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der einen Seite des ebenen Substrats vorgesehen ist, um die Temperatur des Fluids festzustellen; wobei das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage einer Temperatur, die von dem wärmeempfindlichen Element festgestellt wird, mißt, und zwar dadurch, daß die Heiztemperatur des Heizelements um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz auf einem höheren Pegel gehalten wird als dem Temperaturpegel, der von dem Fluidtemperaturmeßelement festgestellt wird; wobei ein Dünnfilm, der aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht, in dem oberen Abschnitt des Fluidtemperaturmeßelementes so vorgesehen ist, daß er gegenüber dem Fluidtemperaturmeßelement isoliert ist.
  • Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, das mit einem Spalt versehen ist, auf dessen einer Seite eine Öffnung angeordnet ist, für den Fluß eines Fluids, einen isolierenden Trägerfilm, der auf der einen Seite des Substrats angeordnet ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids und ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung auf dem isolierenden Trägerfilm vorgesehen ist, sowie ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der einen Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, um die Temperatur des Fluids zu messen; wobei das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage einer Temperatur mißt, die von dem wärmeempfindlichen Element festgestellt wird, und zwar dadurch, daß die Heiztemperatur des Heizelements auf einem Pegel gehalten wird, der höher ist als eine Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement festgestellt wird, und zwar um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz; wobei eine zweite Kerbe oder Ausnehmung, die durch Entfernung eines Teils des ebenen Substrats ausgebildet wird, auf einem Abschnitt des ebenen Substrats zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement vorgesehen ist, und so angeordnet ist, daß sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement kreuzt.
  • Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, das mit einem Spalt versehen ist, der an zumindest einer seiner Seiten eine Öffnung aufweist, für den Fluß eines Fluids, einen isolierenden Trägerfilm, der auf der einen Seite des Substrats vorgesehen ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids sowie ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung auf dem isolierenden Trägerfilm vorgesehen ist, und ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf einer Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, um die Temperatur des Fluids festzustellen; wobei das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage einer Temperatur feststellt, die von dem wärmeempfindlichen Element gemessen wird, und zwar dadurch, daß die Heiztemperatur des Heizelements auf einem Pegel gehalten wird, der höher ist als eine Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement festgestellt wird, und zwar um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz; wobei die Wärmeleitung sperrende Teile, deren Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als jene des Trägerfilms und des Schutzfilms, an Abschnitten entsprechend dem Trägerfilm und dem Schutzfilm zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement vorgesehen sind, und zwar so, daß sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zu dem Fluidtemperaturmeßelement kreuzen.
  • Gemäß einer weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein Flußratensensor zur Verfügung gestellt, welcher aufweist: eine Meßrohrleitung, die zylinderförmig ausgebildet ist, und in einem Pfad eines zu messenden Fluids so angeordnet ist, daß ihre Axialrichtung im wesentlichen zur Flußrichtung des zu messenden Fluids ausgerichtet ist; ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement, welches ein ebenes Substrat aufweist, welches mit einem Spalt versehen ist, der an zumindest einer Seite eine Öffnung aufweist, einen isolierenden Trägerfilm, der auf einer Seite des Substrats angeordnet ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zum Erwärmen des Fluids und ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung auf dem isolierenden Trägerfilm angeordnet ist, sowie ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der einen Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, zur Feststellung der Temperatur des Fluids, und eine Kerbe oder Ausnehmung, die auf dem ebenen Substrat in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelementes vorgesehen ist, und dadurch ausgebildet wird, daß ein Teil des ebenen Substrats von einer der Seiten des ebenen Substrats aus entfernt wird, so daß die andere Seite nicht erreicht wird; wobei das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement in der Meßrohrleitung so angeordnet ist, daß die Anordnungsrichtung des Heizelementes und des wärmeempfindlichen Elements zur Axialrichtung der Meßrohrleitung ausgerichtet ist; und eine Steuereinheit zum Regeln des elektrischen Stroms, welcher dem Widerstandsheizelement zugeführt wird, auf solche Weise, daß die Temperatur des Widerstandsheizelementes auf einem vorbestimmten Wert gehalten wird, der höher ist als die Temperatur des Fluidtemperaturmeßelementes; wobei eine Flußrate oder eine Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage des Wärmeleitungseffekts von dem Abschnitt, der durch das Widerstandsheizelement erwärmt wird, zu dem zu messenden Fluid gemessen wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus. welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
  • 1 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Schnittansicht von 1 entlang der Linie II-II;
  • 3 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 eine Schnittansicht von 3 entlang der Linie IV-IV;
  • 5 eine Aufsicht auf einer wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 eine Schnittansicht von 5 entlang der Linie VI-VI;
  • 7 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
  • 8 eine Schnittansicht von 7 entlang der Linie VIII-VIII;
  • 9 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
  • 10 eine Schnittansicht von 9 entlang der Linie X-X;
  • 11 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
  • 12 eine Schnittansicht von 11 entlang der Linie XII-XII;
  • 13 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
  • 14 eine Schnittansicht von 13 entlang der Linie XIV-XIV;
  • 15 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
  • 16 eine Schnittansicht von 15 entlang der Linie XVI-XVI;
  • 17 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung;
  • 18 eine Schnittansicht von 17 entlang der Linie XVIII-XVIII;
  • 19 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung;
  • 20 eine Schnittansicht von 19 entlang der Linie XX-XX;
  • 21 eine Aufsicht auf ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung;
  • 22 eine Schnittansicht von 21 entlang der Linie XXII-XXII;
  • 23 eine Vorderansicht eines Flußratensensors gemäß der zwölften Ausführungsform der Erfindung;
  • 24 eine Schnittansicht eines Flußratensensors gemäß der zwölften Ausführungsform der Erfindung;
  • 25 eine Darstellung einer Regelschaltung für das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement;
  • 26 eine Aufsicht auf ein konventionelles wärmeempfindliches Flußratenmeßelement; und
  • 27 eine Schnittansicht von 26 entlang der Linie XXVII-XXVII.
  • ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 1 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und 2 ist eine Schnittansicht von 1 entlang der Linie II-II.
  • In den 1 und 2 wird ein isolierender Trägerfilm 2 auf der Oberfläche eines ebenen Substrats 1 ausgebildet, und wird ein gitterförmiges Widerstandsheizelement 4, welches als Heizelement dient, auf dem Trägerfilm 2 hergestellt. Gitterförmige Thermowiderstandselemente 5 und 6, die als wärmeempfindliche Bauteile dienen, werden auf dem Trägerfilm 2 so ausgebildet, daß sie sich an beiden Seiten des Widerstandsheizelements 4 befinden. Darüber hinaus wird ein isolierender Schutzfilm 3 so auf dem Trägerfilm 2 ausgebildet, daß er das Widerstandsheizelement 4 und die beiden Thermowiderstandselemente 5 und 6 abdeckt. Das Widerstandsheizelement 4 und die beiden Thermowiderstandselemente 5 und 6 bilden, eingehüllt durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3, eine Sensoreinheit 10. Die Sensoreinheit 10 ist symmetrisch in Bezug auf das Zentrum des Widerstandsheizelementes 4 ausgebildet.
  • Ein Ätzloch 18, welches als Spalt dient, ist unterhalb der Sensoreinheit 10 des ebenen Substrats 1 vorgesehen. Das Ätzloch 18 wird dadurch ausgebildet, daß eine Alkaliätzung beispielsweise bei einem Photolack (nicht dargestellt) eingesetzt wird, der auf der Rückseite des ebenen Substrats 1 als Maske vorgesehen ist, und so ein Teil des ebenen Substrats 1 so entfernt wird, daß der Trägerfilm 2 erreicht wird. Die Sensoreinheit 10, die an ihrem Gesamtumfang durch das ebene Substrat 1 gehaltert wird, bildet eine Membran, und steht nicht in Berührung mit dem ebenen Substrat 1.
  • Ein gitterförmiges Fluidtemperaturmeßelement 7 ist auf dem Trägerfilm 2 in einer bestimmten Entfernung von der Sensoreinheit 10 vorgesehen, und wird oben durch den Schutzfilm 3 abgedeckt. Eine Kerbe 9a, die als eine erste Kerbe dient, ist auf dem ebenen Substrat 1 in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelements 7 angeordnet, nämlich unterhalb des Fluidtemperaturmeßelementes 7. Die Kerbe 9a wird dadurch ausgebildet, daß eine Alkaliätzung beispielsweise bei einem Photolack (nicht gezeigt) eingesetzt wird, der auf der Rückseite des ebenen Substrats als Maske vorgesehen ist, und ein Teil des ebenen Substrats so entfernt wird, daß der Schutzfilm 2 nicht erreicht wird. Weiterhin gehen leitfähige Rohrleitungen 29 von einzelnen Enden gitterförmiger Muster des Fluidtemperaturmeßelementes 7 aus, des Widerstandsheizelementes 4 und der beiden Thermowiderstandselemente 5 und 6, und wird eine Elektrodenanschlußklemme 28 dadurch ausgebildet, daß der Schutzfilm 3 am Ende jeder leitenden Rohrleitung 29 entfernt wird.
  • Das ebene Substrat 1 besteht aus einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, welches den Einsatz der sehr exakten Ätztechnik gestattet, und einen hohen Chipproduktionswirkungsgrad sicherstellt. Der Trägerfilm 2 und der Schutzfilm 3 bestehen aus Siliziumnitrid, das ein hervorragender Wärmeisolator ist. Das Widerstandsheizelement 4, die Thermowiderstandselemente 5 und 6 sowie das Fluidtemperaturmeßelement 7 bestehen aus Platin.
  • Die Herstellung dieses Flußratenmeßelements umfaßt folgende Schritte: Zuerst wird ein 2 μm dicker Film aus Siliziumnitrid durch ein Filmherstellungsverfahren wie beispielsweise Sputtern, Vakuumdampfablagerung oder CVD bei einer gesamten Oberfläche des ebenen Substrats 1 aus Silizium hergestellt, wodurch der Trägerfilm 2 ausgebildet wird. Daraufhin wird ein 0,2 μm dicker Platinfilm durch Sputtern oder Vakuumdampfablagerung auf der gesamten Oberfläche des Trägerfilms 2 ausgebildet, der Platinfilm durch photolithographische und Ätzverfahren mit einem Muster versehen, wodurch ein gitterförmiges Widerstandsheizelement 4, Thermowiderstandselemente 5 und 6 ein Fluidtemperaturmeßelement 7 hergestellt werden, mit einer Musterbreite von 8 μm und einem Musterintervall von 5 μm. Dann wird ein 2 μm dicker Film aus Siliziumnitrid auf der gesamten Oberfläche des Trägerfilms 2 durch ein Filmherstellungsverfahren wie beispielsweise Sputtern, Vakuumdampfablagerung oder CVD ausgebildet, wodurch ein Schutzfilm 3 hergestellt wird. Daraufhin wird der Schutzfilm 3 von Enden der leitfähigen Rohrleitungen 29 des Widerstandsheizelementes 4, der Thermowiderstandselemente 5 und 6 und des Fluidtemperaturmeßelementes 7 entfernt, durch Einsatz photolithographischer und Ätzverfahren, um Elektrodenanschlußklemmen 28 auszubilden.
  • Eine rechteckige Öffnung wird dadurch hergestellt, daß ein Photolack auf die gesamte Oberfläche der anderen Seite (rückwärtige Oberfläche) des ebenen Substrats 1 aufgebracht wird, und der Photolack so entfernt wird, daß die Bereiche zur Anbringung der Sensoreinheit 10 und des Fluidtemperaturmeßelementes 7 durch photolithographische und Ätzverfahren abgedeckt sind. Nach Ausbildung eines Ätzloches 8 und einer Kerbe 9a durch Ätzen des ebenen Substrats 1 von dieser Öffnung aus wird dann der Photolack entfernt, was zu einem Flußratenmeßelement führt, wie es in den 1 und 2 gezeigt ist.
  • Die Ätztiefe kann mit Hilfe der Abmessungen der rechteckigen Öffnung gesteuert werden, die in dem Photolack ausgebildet wird. Da die Öffnung, die unterhalb des Anordnungsbereiches für das Fluidtemperaturmeßelement 7 vorgesehen ist, geringere Abmessungen aufweist als die Öffnung, die unterhalb des Anordnungsbereiches für die Sensoreinheit 10 vorgesehen ist, wird die Kerbe 9a, die den Trägerfilm 2 nicht erreicht, gleichzeitig mit der Ausbildung des Ätzloches 8 hergestellt, welches den Trägerfilm 2 erreicht.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau wird der Heizstrom, welcher dem Widerstandsheizelement 4 zugeführt wird, durch eine in 25 dargestellte Regelschaltung so geregelt, daß die Temperatur des Widerstandsheizelementes 4 um beispielsweise 200°C höher gehalten wird als die Temperatur des ebenen Substrats, die von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt wird. Infolge des Vorhandenseins des Ätzloches 8 unterhalb der Sensoreinheit 10 wird Wärme, die an dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, nicht auf das Fluidtemperaturmeßelement 7 übertragen. Die Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt wird, wird daher im wesentlichen gleich der Umgebungstemperatur (der Temperatur des Fluids, welches gemessen werden soll, und welches an dem Fluidtemperaturmeßelement 7 vorbeigeht). Eine höhere Flußgeschwindigkeit des gemessenen Fluids, welches auf der Seite des Schutzfilms 4 fließt, führt zu einer Änderung der Temperaturverteilung, nämlich zu einer niedrigeren Temperatur stromaufwärts, und einer höheren Temperatur stromabwärts.
  • Eine bestimmte Spannung wird vorher an jedes der Thermowiderstandselemente 5 und 6 über die Elektrodeanschlußklemmen 28 mit Hilfe einer (nicht gezeigten) Schaltung angelegt, und es wird jeweils der Stromwert des Stroms gemessen, der zu dem Thermowiderstandselement 5 bzw. 6 fließt. Die Flußrichtung, die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit von Luft kann daher durch Vergleich dieser Stromwerte gemessen werden. Größen, welche der Temperatur des Thermowiderstandselements 5 bzw. 6 entsprechen, werden durch ein Verfahren gemessen, bei welchem vorher ein bestimmter Strom jedem der Thermowiderstandselemente 5 und 6 zugeführt wird, und die Spannung zwischen den Elektrodenanschlußklemmen 28 gemessen wird, oder durch ein Verfahren, bei welchem der Leistungsverbrauch jedes der Thermowiderstandselemente 5 und 6 ermittelt wird. Es ist möglich, durch Vergleich dieser Größen die Flußrichtung, die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit von Luft zu messen.
  • Wie voranstehend geschildert wird bei der ersten Ausführungsform die Kerbe 9a dadurch zur Verfügung gestellt, daß ein Teil des ebenen Substrats 1 von der Rückseite aus zum Trägerfilm 2 hin so entfernt wird, daß der Trägerfilm 2 auf dem ebenen Substrat 1 unter dem Anordnungsbereich für das Fluidtemperaturmeßelement 7 nicht erreicht wird.
  • Dies verringert die Wärmekapazität des Anbringungsabschnitts für das Fluidtemperaturmeßelement 7, und führt so zu einer Verbesserung des Reaktionsvermögens oder der Ansprechzeit des Fluidtemperaturmeßelements 7 auf eine Änderung der Fluidtemperatur. Daher ist es möglich, eine Verzögerung der Temperaturregelung des Widerstandsheizelementes 4 zu verhindern, die durch eine Verzögerung des Reaktionsvermögens in Bezug auf eine Änderung der Fluidtemperatur des Fluidtemperaturmeßelementes 7 hervorgerufen wird.
  • Selbst bei einer plötzlichen Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids wird daher die Temperatur des gemessenen Fluids schnell von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt, und ist es möglich, die Temperatur des Widerstandsheizelementes 4 schnell auf einen Pegel zu regeln, der 200 °C höher liegt als die Temperatur des gemessenen Fluids, und so ein Flußratenmeßelement mit hohem Reaktionsvermögen (kurzer Ansprechzeit) zu erhalten.
  • Weiterhin wird eine hohe mechanische Festigkeit des Anordnungsabschnitts für ds Fluidtemperaturmeßelement 7 und daher ein Flußratenmeßelement erhalten, welches eine hervorragende Verläßlichkeit aufweist.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 3 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und 4 ist eine Schnittansicht von 3 entlang der Linie IV-IV.
  • Bei dieser zweiten Ausführungsform sind Kerben 9b, 9c, 9d und 9e, die als die ersten Kerben dienen, so von der Rückseite des ebenen Substrats 1 ausgehend ausgebildet, daß sie nicht den Trägerfilm 2 erreichen, der in dem ebenen Substrat 1 so angeordnet ist, daß er das Fluidtemperaturmeßelement 7 in dessen Nähe umgibt, also am Außenumfang des Anordnungsbereiches für das Fluidtemperaturmeßelement 7.
  • Die zweite Ausführungsform ist grundsätzlich ebenso wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform aufgebaut, mit Ausnahme der Tatsache, daß statt der Kerbe, welche direkt unter dem Anordnungsbereich des Fluidtemperaturmeßelementes 7 angeordnet ist, die vier Kerben 9b, 9c, 9d und 9e so angeordnet sind, daß sie das Fluidtemperaturmeßelement 7 am Außenumfang des Anordnungsbereiches für das Fluidtemperaturmeßelement 7 umgeben.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau sind die vier Kerben 9b, 9c, 9d und 9e um das Fluidtemperaturmeßelement 7 herum so angeordnet, daß sie dieses umgeben. Die Dicke des Abschnitts des ebenen Substrates 1, der mit diesen Kerben 9b, 9c, 9d und 9e versehen ist, ist verringert, und der Wärmewiderstand in diesem Abschnitt steigt an, wodurch eine thermische Trennung des Fluidtemperaturmeßelementes 7 gegenüber dem Außenumfang erzielt wird. Dies führt dazu, daß die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts für das Fluidtemperaturmeßelement verringert wird.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird Wärme, die dem Fluidtemperaturmeßelement 7 zugeführt wird, durch das ebene Substrat 1 beeinflußt, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Da jedoch die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts für das Fluidtemperaturmeßelement 7 verringert ist, ist es möglich, das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelementes 7 auf eine Änderung der Fluidtemperatur zu verbessern.
  • Wie voranstehend geschildert ist bei der zweiten Ausführungsform, bei welcher die vier Kerben 9b, 9c, 9d und 9e von der rückwärtigen Oberfläche des ebenen Substrats 1. aus so ausgebildet werden, daß sie nicht den Trägerfilm 2 erreichen, und so angeordnet sind, daß sie das Fluidtemperaturmeßelement 7 umgeben, die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts für das Fluidtemperaturmeßelement 7 verringert, wodurch das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelementes 7 auf eine Änderung der Fluidtemperatur verbessert wird.
  • Daher wird selbst bei einer plötzlichen Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids die Temperatur des gemessenen Fluids schnell von dem Fluidtemperaturelement 7 festgestellt, und wird die Temperatur des Widerstandsheizelementes 4 auf einen Pegel geregelt, der um 200 °C höher liegt als die Temperatur des gemessenen Fluids, wodurch ein Flußratenmeßelement mit gutem Ansprechverhalten oder kurzer Reaktionszeit erzielt wird.
  • Verglichen mit dem konventionellen Flußratenmeßelement weist der Anordnungsabschnitt des Fluidtemperaturmeßelementes 7 eine höhere Festigkeit auf, wodurch es ermöglicht wird, ein Flußratenmeßelement mit hervorragender Verläßlichkeit zu erhalten.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 5 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und 6 ist eine Schnittansicht von 5 entlang der Linie VI-VI.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform sind drei Kerben 9f, 9g und 9h als die ersten Kerben, die von der Hauptoberfläche des ebenen Substrats 1 so ausgehen, daß sie durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 hindurchgehen, und nicht die rückwärtige Oberfläche des ebenen Substrats 1 erreichen, in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelementes 7 vorgesehen, also am Außenumfang des Anordnungsbereiches für das Fluidtemperaturmeßelement 7, wobei sie das Fluidtemperaturmeßelement 7 umgeben.
  • Die dritte Ausführungsform ist im übrigen ebenso ausgebildet, wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau sind die drei Kerben 9f, 9g und 9h, die von der Oberfläche des ebenen Substrats 1 ausgehen, so ausgebildet, daß sie nicht die rückwärtige Oberfläche erreichen, und. befinden sich am Außenumfang des Fluidtemperaturmeßelementes 7, so daß sie dieses umgeben. Daher ist die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts für das Fluidtemperaturmeßelement 7 verringert, und wird das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelementes 7 auf eine Änderung der Fluidtemperatur verbessert.
  • Auch bei dieser dritten Ausführungsform sind daher dieselben vorteilhaften Wirkungen erzielbar, wie sie bei der voranstehenden zweiten Ausführungsform geschildert wurden.
  • VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 7 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und 8 ist eine Schnittansicht von 7 entlang der Linie VIII-VIII.
  • Bei dieser vierten Ausführungsform ist eine Kerbe 9a von der rückwärtigen Oberfläche des ebenen Substrats 1 aus ausgehend so ausgebildet, daß sie nicht den Trägerfilm 2 erreicht, und unter dem Anordnungsbereich für das Fluidtemperaturmeßelement 7 angeordnet, und sind darüber hinaus drei Kerben 9f, 9g und 9h, die von der Oberfläche des ebenen Substrats 1 ausgehen, durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 hindurchgehen, und nicht die Rückseite des ebenen Substrats 1 erreichen, um den Anordnungsbereich des Fluidtemperaturmeßelements 7 herum vorgesehen.
  • Bei der vierten Ausführungsform ist, verglichen mit der voranstehend geschilderten ersten oder dritten Ausführungsform, die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements 7 noch weiter verringert, wodurch es ermöglicht wird, entsprechend das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelements 7 auf eine Änderung der Fluidtemperatur noch weiter zu verbssern.
  • Während die Bereitstellung mehrerer Kerben zu einer Verringerung der Festigkeit führen kann, gestattet eine Steuerung der Ätztiefe eine Begrenzung der Abnahme der Festigkeit, und sichert eine ausreichende Verläßlichkeit bezüglich der Festigkeit.
  • Bei der vierten Ausführungsform stellt der Aufbau eine Kombination der voranstehend geschilderten ersten und dritten Ausführungsform dar. Auch eine Anordnung, die auf einer Kombination der voranstehenden ersten und zweiten Ausführungsformen beruht, kann ähnliche Auswirkungen zur Verfügung stellen.
  • FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 9 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und 10 ist eine Schnittansicht von 9 entlang der X-X.
  • Bei der fünften Ausführungsform ist ein Metallfilm 11, der als Dünnfilm dient, der aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht, auf dem Fluidtemperaturmeßelement 7 so angeordnet, daß er gegenüber diesem elektrisch isoliert ist.
  • Die fünfte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß. eine Kerbe 9a nicht vorgesehen ist, und daß der Metallfilm 11 auf dem Fluidtemperaturmeßelement 7 angeordnet ist.
  • Die Herstellung des Flußratenmeßelements gemäß der fünften Ausführungsform umfaßt folgende Schritte: Zuerst wird ein Fluidtemperaturmeßelement 7 auf einem Trägerfilm 2 hergestellt, dann werden hintereinander darauf ein Siliziumnitridfilm und ein Al-Film hergestellt, der Al-Film wird rechteckförmig geätzt, so daß er das Fluidtemperaturmeßelement 7 abdeckt, durch Einsatz photolithographischer und Ätzverfahren, so daß ein Metallfilm 11 ausgebildet wird, und dann wird der Photolack entfernt, der als Maske zur Ätzung des Al-Films dient, und wird darauf ein Siliziumnitridfilm zur Ausbildung eines Schutzfilms 3 hergestellt. Daher wird ein Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, bei welchem der Metallfilm 11 das Fluidtemperaturmeßelement 7 abdeckt, und diesem gegenüber elektrisch isoliert ist, und in den Schutzfilm 3 eingebaut ist.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist der Metallfilm 11, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, auf dem Fluidtemperaturmeßelement 7 vorgesehen, wodurch eine Verringerung des Wärmewiderstands des Fluidtemperaturmeßelements 7 erreicht wird. Daher ist es möglich, das Reaktionsvermögen des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements 7 in Bezug auf eine Änderung der Fluidtemperatur zu verbessern.
  • Da keine Kerbe in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelements 7 vorgesehen ist, ist es möglich, die Festigkeit des Fluidtemperaturmeßelements 7 zu erhöhen.
  • Bei der fünften Ausführungsform wird, wie voranstehend erläutert, selbst bei einer plötzlichen Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids die Temperatur des gemessenen Fluids schnell von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt, und wird die Temperatur des Widerstandsheizelements 4 auf einen Pegel geregelt, der um 200 °C höher liegt als die Temperatur des gemessenen Fluids. Daher wird ein Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches eine hervorragende Reaktionsfähigkeit und Verläßlichkeit aufweist.
  • Bei dem Flußratenmeßelement gemäß der fünften Ausführungsform kann eine Kerbe in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelements 7 vorgesehen sein. Das Vorhandensein einer Kerbe gestattet die Verringerung der Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements 7, und daher eine Verbesserung von dessen Wärmereaktionsvermögen.
  • Bei der fünften Ausführungsform wird der Metallfilm 11, der Aluminium enthält, als Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Das Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist allerdings nicht auf A1 beschränkt, sondern es kann ein Material verwendet werden, welches eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Material des Trägerfilms 2 und des Schutzfilms 3, einschließlich beispielsweise Cu, Ag, Pt, AlSi, und TiN.
  • SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 11 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 12 ist eine Schnittansicht von 11 entlang der Linie XII-XII.
  • Bei dieser sechsten Ausführungsform ist eine Kerbe 9a unter. dem Anordnungsbereich des Fluidtemperaturmeßelements 7, ausgehend von der Rückseite des ebenen Substrats 1, vorgesehen, und zwar so, daß der Trägerfilm 2 nicht erreicht wird. Weiterhin sind drei Kerben 9f, 9g und 9h von der Oberfläche des ebenen Substrats 1 ausgehend so vorgesehen, daß sie so durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 hindurchgehen, daß sie nicht die Rückseite des ebenen Substrats 1 am Außenumfang des Anordnungsbereiches des Fluidtemperaturmeßelementes 7 erreichen, wobei sie das Fluidtemperaturmeßelement 7 umgeben. Weiterhin ist ein Metallfilm 11, der A1 enthält, auf dem Fluidtemperaturmeßelement 7 so vorgesehen, daß er gegenüber diesem elektrisch isoliert ist.
  • Die sechste Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend beschriebene fünfte Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Kerben 9a, 9f, 9g und 9h in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelementes 7 angeordnet sind.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau, bei welchem der Metallfilm 11 mit hoher Wärmeleitfähigkeit auf dem Fluidtemperaturmeßelement 7 vorgesehen ist, ist es möglich, den Wärmewiderstand des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements 7 zu verringern. Da die Kerben 9a, 9f, 9g und 9h in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelements 7 angeordnet sind, kann darüber hinaus die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements 7 verringert werden. Daher kann das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelements 7 auf eine Änderung der Fluidtemperatur verbessert werden.
  • Wie voranstehend geschildert wird bei der sechsten Ausführungsform selbst bei einer plötzlichen Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids die Temperatur des gemessenen Fluids schnell von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt, und wird die Temperatur des Widerstandsheizelementes 4 auf einen Pegel geregelt, der um 200 °C höher ist als die Temperatur des gemessenen Fluids. Daher wird ein Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein hervorragendes Reaktionsvermögen und eine hervorragende Verläßlichkeit aufweist.
  • SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 13 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 14 ist eine Schnittansicht von 13 entlang der Linie XIV-XIV.
  • Bei dieser siebten Ausführungsform ist eine Kerbe 12a, die als eine zweite Kerbe dient, an einem Ort zwischen der Sensoreinheit 10 und einem Fluidtemperaturmeßelement 7 so angeordnet, daß sie von der Rückseite des Substrats 1 ausgeht und nicht den Trägerfilm 2 erreicht. Die Kerbe 12a ist so ausgebildet, daß sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzt.
  • Die siebte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß eine Kerbe 12a statt der Kerbe 9a vorgesehen ist.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dein voranstehend geschilderten Aufbau ist die Kerbe 12a so angeordnet, daß sie den Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzt. Die Dicke des ebenen Substrats 1 an dem Abschnitt, in welchem die Kerbe 12a vorhanden ist, wird daher geringer, so daß sich der Wärmewiderstand erhöht. Der Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 weist eine vergrößerte Oberfläche auf, so daß die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 weitergeleitete Wärme von der Oberfläche der Kerbe 12a freigegeben wird. Daher wird die Wärme, die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 an das Fluidtemperaturmeßelement 7 übertragen wird,. verringert.
  • Wie voranstehend geschildert wird bei der siebten Ausführungsform, bei welcher die Kerbe 12a in dem Wärmeleitungspfad vorhanden ist, die Temperatur des Fluidtemperaturmeßelements 7 nicht durch Wärme beeinflußt, die in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, und ist es daher möglich, das Fluidtemperaturmeßelement 7 näher an der Sensoreinheit 10 anzuordnen. Daher wird ein verkleinertes Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt.
  • ACHTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 15 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und 16 ist eine Schnittansicht von 15 entlang der Linie XVI-XIV.
  • Bei dieser achten Ausführungsform ist eine Kerbe 12b, die als eine zweite Kerbe dient, an einem Ort zwischen einer Sensoreinheit 10 und einem Fluidtemperaturmeßelement 7 vorgesehen, und zwar so, daß sie von der Oberfläche eines ebenen Substrats 1 ausgeht, durch einen Trägerfilm 2 und einen Schutzfilm 3 hindurchgeht, und nicht die rückwärtige Oberfläche erreicht. Diese Kerbe 12b ist so angeordnet, daß sie den Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzt.
  • Die achte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte siebte Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Kerbe 12b statt der Kerbe 12a vorgesehen ist.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist die Kerbe 12b so angeordnet, daß sie den Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzt. Die Dicke des ebenen Substrats 1 an dem Abschnitt, der mit der Kerbe 12b versehen ist, wird daher geringer, wodurch sich der Wärmewiderstand erhöht. Die Oberfläche des Wärmeleitungspfades von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 nimmt zu, und Wärme, die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 weitergeleitet wird, wird von der Oberfläche der Kerbe 12b freigegeben. Da die Kerbe 12b so ausgebildet ist, daß sie von der Oberflächenseite des ebenen Substrats 1 ausgeht, umgeht daher Wärme, die von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geleitet wird, die Kerbe 12b, was zu einem längeren Wärmeleitungspfad führt. Im Ergebnis wird die Wärme, die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geleitet wird, verringert.
  • Wie voranstehend geschildert wird bei der achten Ausführungsform, bei welcher die Kerbe 12b in dem Wärmeleitungspfad vorgesehen ist, die Temperatur des Fluidtemperaturmeßelements 7 nicht durch die Wärme beeinflußt, die in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, und ist es daher möglich; das Fluidtemperaturmeßelement 7 näher an der Sensoreinheit 10 anzuordnen. Daher wird ein verkleinertes Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt.
  • NEUNTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 17 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung; und 18 ist eine Schnittansicht von 17 entlang der Linie XVIII-XVIII.
  • Bei dieser neunten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung sperrendes Teil 13, welches in einem Isolierfilm vorgesehen ist, der einen Trägerfilm 2 und einen Schutzfilm 3 umfaßt, an einem Ort zwischen einer Sensoreinheit 10 und einem Fluidtemperaturmeßelement 7 angeordnet. Das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 ist so angeordnet, daß es einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum
  • Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzt. Das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 besteht aus einem Material, dessen Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als jene des Trägerfilms 2 und des Schutzfilms 3, also aus einem Material wie beispielsweise einem Photolack, Polyimid oder Glas (PSG, BPSG), wobei ein Film durch Schleuderbeschichtung oder CVD ausgebildet wird.
  • Die neunte Ausführungsform ist ebenso ausgebildet wie die voranstehend geschilderte siebte Ausführungsform, mit der Ausnahme, daß das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 statt der Kerbe 12a vorgesehen ist.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 so angeordnet, daß es den Wärmeleitungspfad des Isolierfilms kreuzt, der aus dem Trägerfilm 2 und dem Schutzfilm 3 besteht, und der von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geht. Daher ist der Wärmewiderstand des Wärmeleitungspfdes des Isolierfilms vergrößert, der den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 umfaßt, und wird die Wärme verringert, die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geleitet wird.
  • Wie voranstehend geschildert wird bei der neunten Ausführungsform, bei welcher das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 in dem Wärmeleitungspfad des Isolierfilms vorgesehen ist, der den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 umfaßt, die Temperatur des Fluidtemperaturmeßelementes 7 nicht durch die Wärme beeinflußt, die in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, so daß das Fluidtemperaturmeßelement 7 näher an der Sensoreinheit 10 angeordnet werden kann. Daher wird ein verkleinertes Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt.
  • ZEHNTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 19 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung; und 20 ist eine Schnittansicht von 19 entlang der XX-XX.
  • Bei der zehnten Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung sperrendes Teil 13, welches in einem Isolierfilm vorgesehen ist, der einen Trägerfilm 2 und einen Schutzfilm 3 umfaßt, an einem Ort zwischen einer Sensoreinheit 10 und einem Fluidtemperaturmeßelement 7 angeordnet. Eine Kerbe 12a ist an einem Ort zwischen der Sensoreinheit 10 und dem Fluidtemperaturmeßelement 7 so angeordnet, daß sie von der Rückseite des ebenen Substrats 1 ausgeht, jedoch nicht den Trägerfilm 2 erreicht. Weiterhin sind zwei Kerben 12b und 12c an Orten zwischen der Sensoreinheit 10 und dem Fluidtemperaturmeßelement 7 so angeordnet, daß sie von der Oberfläche des ebenen Substrats 1 ausgehen, durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 hindurchgehen, und nicht die Rückseite des ebenen Substrats 1 erreichen.
  • Das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 und die Kerben 12a, 12b und 12c sind So angeordnet, daß sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzen.
  • Die zehnte Ausführungsform ist ebenso aufgebaut wie die voranstehend geschilderte neunte Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß die Kerben 12a, 12b und 12c vorhanden sind.
  • Bei dem Flußratemeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 so angeordnet, daß es den Wärmeleitungspfad eines Isolierfilms kreuzt, der den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 umfaßt, und von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geht. Der Wärmeleitungspfad des Isolierfilms, der den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 umfaßt, weist daher einen erhöhten Wärmewiderstand auf, so daß die Wärme verringert wird, die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geleitet wird.
  • Die Kerben 12a, 12b und 12c sind so angeordnet, daß sie den Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzen. Die Dicke des ebenen Substrats an dem Abschnitt, welcher die Kerben 12a, 12b und 12c aufweist, wird daher geringer, so daß der Wärmewiderstand zunimmt. Die Oberfläche des Wärmeleitungspfades von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 wird größer, und die Wärme, die von der Sensoreinheit 10 durch das ebene Substrat 1 geleitet wird, wird von den Kerben 12a, 12b und 12c freigegeben. Darüber hinaus umgeht die Wärme, die von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geleitet wird, die Kerben 12a, 12b und 12c, was zu einem längeren Wärmeleitungspfad führt.
  • Daher wird die Wärme, die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 geleitet wird, noch weiter verringert.
  • Wie voranstehend geschildert wird bei der zehnten Ausführungsform, bei welcher die Kerben 12a, 12b und 12c sowie das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 in dem Wärmeleitungspfad vorgesehen sind, die Temperatur des Fluidtemperaturmeßelementes 7 nicht durch die Wärme beeinflußt, die in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, und ist es daher möglich, das Fluidtemperaturmeßelement 7 näher an der Sensoreinheit 10 anzuordnen. Daher kann ein verkleinertes Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt werden.
  • ELFTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • 21 ist eine Aufsicht auf ein Flußratenmeßelement gemäß einer elften Ausführungsform der Erfindung; und 22 ist eine Schnittansicht von 21 entlang der Linie XXII-XXII.
  • Bei der elften Ausführungsform ist ein die Wärmeleitung sperrendes Teil 13, welches in einem Isolierfilm angeordnet ist, der einen Trägerfilm 2 und einen Schutzfilm 3 umfaßt, an einem Ort zwischen einer Sensoreinheit 10 und einem Fluidtemperaturmeßelement 7 vorgesehen. Eine Kerbe 12a ist an einem Ort zwischen der Sensoreinheit 10 und dem Fluidtemperaturmeßelement 7 so angeordnet, daß sie von der Rückseite eines ebenen Substrats 1 ausgeht, jedoch nicht den Trägerfilm 2 erreicht. Eine Kerbe 12c ist an einem Ort zwischen der Sensoreinheit 10 und dem Fluidtemperaturmeßelement 7 so angeordnet, daß sie von der Oberfläche des ebenen Substrats 1 ausgeht, durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 hindurchgeht, jedoch nicht die Rückseite des ebenen Substrates 1 erreicht. Eine weitere Kerbe 9a ist unter dem Fluidtemperaturmeßelement 7 so angeordnet, daß sie von der Rückseite des ebenen Substrats 1 ausgeht, jedoch nicht den Trägerfilm 2 erreicht. Darüber hinaus sind drei Kerben 9f, 9g und 9h so angeordnet, daß sie das Fluidtemperaturmeßelement umgeben, und von der Oberfläche des ebenen Substrats 1 ausgehen, durch den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 hindurchgehen, und nicht die Rückseite des ebenen Substrats 1 erreichen.
  • Bei dem Flußratenmeßelement mit dem voranstehend geschilderten Aufbau, bei welchem die Kerben 12a und 12c sowie das die Wärmeleitung sperrende Teil 13 so angeordnet sind, daß sie den Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit 10 zum Fluidtemperaturmeßelement 7 kreuzen, wird die Wärme verringert, die von der Sensoreinheit 10 über das ebene Substrat 1 an das Fluidtemperaturmeßelement 7 geleitet wird. Daher wird die Temperatur des Fluidtemperaturmeßelementes 7 nicht durch die Wärme beeinflußt, die in dem Widerstandsheizelement 4 erzeugt wird, so daß es möglich ist, das Fluidtemperaturmeßelement 7 näher an der Sensoreinheit 10 anzuordnen.
  • Da die Kerben 9a, 9f, 9g und 9h in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelementes 7 vorgesehen sind, verringert sich die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements 7, wodurch das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelements 7 auf eine Änderung der Fluidtemperatur verbessert wird. Selbst bei einer plötzlichen Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids wird daher die Temperatur des gemessenen Fluids schnell von dem Fluidtemperaturmeßelement 7 festgestellt, und die Temperatur des Widerstandsheizelements 4 wird auf einen Pegel geregelt, der um 200 °C höher ist als die Temperatur des gemessenen Fluids.
  • Wie voranstehend geschildert wird gemäß der elften Ausführungsform ein kompaktes Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein hervorragendes Reaktionsvermögen aufweist.
  • Bei sämtlichen voranstehenden Ausführungsformen sind die Wärmewiderstandselemente, die an den beiden Seiten des Widerstandsheizelementes 4 vorgesehen sind, so ausgebildet, daß sie identische gitterartige Muster aufweisen, jedoch können sie auch unterschiedliche gitterförmige Muster haben.
  • In diesem Fall ist es ausreichend, beim Vorgang der Messung der Flußrate und der Flußgeschwindigkeit des Fluids, die Größe zu kompensieren, welche der zu messenden Temperatur entspricht, die von den Wärmewiderstandselementen 5 und 6 gemessen werden soll, in Bezug auf den Unterschied des Gittermusters zwischen den Wärmewiderstandselementen 5 und 6, und dann einen Vergleich durchzuführen.
  • Die voranstehenden Ausführungsformen wurden so beschrieben, daß sie bei einem Flußratenmeßelement des Membrantyps eingesetzt werden, jedoch sind dieselben Auswirkungen auch dann erzielbar, wenn ein Einsatz bei einem Flußratenmeßelement des Brückentyps erfolgt.
  • Bei den voranstehenden Ausführungsformen wird Siliziumnitrid als Material für den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 verwendet. Das Material für den Trägerfilm 2 und den Schutzfilm 3 ist jedoch nicht auf Siliziumnitrid beschränkt, sondern es kann jedes Material mit isolierenden Eigenschaften eingesetzt werden, einschließlich beispielsweise Tantalpentoxid (Ta2O5) und Siliziumdioxid (SiO2). Platin wird für das Widerstandsheizelement 4, die Thermowiderstandselemente 5 und 6 und das Fluidtemperaturmeßelement 7 eingesetzt. Jedoch ist das Material für das Widerstandsheizelement 4, die Thermowiderstandselemente 5 und 6 und das Fluidtemperaturmeßelement 7 nicht auf Platin beschränkt, sondern es kann jedes Widerstandsmaterial verwendet werden, welches eine Temperaturabhängigkeit aufweist, einschließlich beispielsweise Permalloy, welches eine Legierung aus Eisen und Nickel ist.
  • Bei den voranstehenden Ausführungsform weist das Flußratenmeßelement eine Sensoreinheit 10 auf, die ein Widerstandsheizelement 4 und zwei Thermowiderstandselemente 5 und 6 umfaßt, die von einem Trägerfilm 2 und einem Schutzfilm 3 umgeben sind. Allerdings ist das Flußratenmeßelement, bei welchem die vorliegende Erfindung einsetzbar ist, nicht auf einen derartigen Aufbau beschränkt, da die Erfindung auch bei einem konventionellen Flußratenmeßelement einsetzbar ist, welches eine Sensoreinheit aufweist, die ein Widerstandsheizelement 4 enthält, welches auf einem Trägerfilm 2 vorgesehen ist, wie in den 26 und 27 gezeigt. In diesem Fall dient das Widerstandsheizelement 4 als Heizelement und als wärmeempfindliches Element.
  • Die Erfindung ist nicht auf die voranstehenden Ausführungsformen beschränkt, sondern ist auch bei jeder Kombination dieser Ausführungsformen einsetzbar.
  • ZWÖLFTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Die 23 und 24 sind eine Vorderansicht bzw. Schnittansicht eines Flußratensensors gemäß einer zwölften Ausführungsform der Erfindung.
  • In den 23 und 24 ist ein Hauptrohr 31 zylinderförmig und bildet einen Pfad für ein gemessenes Fluid. Ein zylindrisches Meßrohr 32 wird von einem Trägerarm 33 gehaltert, der in Radialrichtung von einer Innenwandoberfläche des Hauptrohrs 31 ausgeht, und ist koaxial angeordnet. In dieser Meßrohrleitung 32 ist ein Flußratenmeßelement 34 der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform angeordnet, wobei die Anordnungsrichtung eines Widerstandsheizelementes und zweier Thermowiderstandselemente zur Axialzentrumsrichtung der Meßrohrleitung 32 ausgerichtet ist.
  • Eine gitterförmige Vergleichmäßigungsvorrichtung 35 zum Vergleichmäßigen des Flusses des gemessenen Fluids ist an einer Endseite des Hauptrohrs 31 angebracht. Eine Regelschaltung 36, die als Regelung dient, und eine Temperaturmeßeinheit sind in einem Gehäuse 37 aufgenommen, welches am Außenumfang des Hauptrohrs 31 vorgesehen ist. Die Regelschaltung 36 ist über Elektrodenanschlußflächen elektrisch an das Widerstandsheizelement, das Thermowiderstandselement und das Fluidtemperaturmeßelement des Flußratenmeßelements 34 angeschlossen. Das Gehäuse 37 weist einen Verbinder 38 zum Liefern von Strom an das Flußratenmeßelement 34 und zum Abführen eines Ausgangssignals auf.
  • Der Flußratenmeßelement 30 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ist beispielsweise an einem Einlaßrohr einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung angebracht, und wird zur Messung der Menge an Ansaugluft verwendet. In diesem Fall entspricht das Einlaßrohr dem Hauptrohr 31.
  • Bei dem Flußratensensor 30 wird Strom über den Verbinder 38 dem Flußratenmeßelement 34 zugeführt, und wird die Temperatur des Widerstandsheizelementes durch die Regelschaltung 36 auf einen Pegel geregelt, der um 200 °C höher liegt als die Lufttemperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement gemessen wird. Die Temperatur der beiden Thermowiderstandselemente wird von der Regelschaltung 36 gemessen, und als Ausgangssignal über den Verbinder 38 ausgegeben.
  • Die Einlaßluft wird durch die Vergleichmäßigungsvorrichtung 35 vergleichmäßigt, und fließt in das Hauptrohr 31 hinein, wie in der Zeichnung durch einen Pfeil 39 angedeutet ist. Ein Teil der Luft, die in das Hauptrohr 31 fließt, fließt dann in die Meßrohrleitung 32, bewegt sich entlang der Sensoroberfläche des Flußratenmeßelementes 34, und fließt von dem Thermowiderstandselement an einer Seite zu dem Thermowiderstandselement an der anderen Seite.
  • Der Fluß der Luft 39 führt zu einer Verringerung der Temperatur des Thermowiderstandselements stromaufwärts und zu einer Erhöhung der Temperatur des Thermowiderstandselements stromabwärts. Die Temperatur der beiden Thermowiderstandselemente wird durch die Regelschaltung 36 gemessen. Wie bezüglich der voranstehenden ersten Ausführungsform erläutert wurde, wird eine Luftflußrate, eine Flußrichtung oder eine Flußgeschwindigkeit auf der Grundlage der Temperaturdifferenz zwischen den beiden Thermowiderstandselementen bestimmt, und für die Regelung der Menge der Einlaßluft der Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung zur Verfügung gestellt.
  • Bei der zwölften Ausführungsform weist daher das Flußratenmeßelement 34 denselben Aufbau wie die voranstehend geschilderte erste Ausführungsform auf. Daher kann ein Flußratensensor mit guter Reaktionsfähigkeit und ausreichender Festigkeit zur Verfügung gestellt werden.
  • Der Flußratensensor 30 ist daher selbst für die Messung der Menge der Einlaßluft einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung eines Kraftfahrzeugs geeignet, bei welcher häufig eine plötzliche Änderung der Temperatur der Einlaßluft auftritt.
  • Der Flußratensensor 30 hält gut die Messung der Masse der Einlaßluft bei einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung aus, bei welcher das Maximum der Flußgeschwindigkeit der Einlaßluft einen Wert von 200 m/Sekunde erreichen kann.
  • Bei der voranstehend geschilderten zwölften Ausführungsform wird das Flußratenmeßelement der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform als der Flußratensensor 30 verwendet. Allerdings lassen sich dieselben vorteilhaften Auswirkungen auch dann erzielen, wenn ein Flußratenmeßelement gemäß einer anderen Ausführungsform verwendet wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung mit dem voranstehend geschilderten Aufbau können folgende vorteilhafte Auswirkungen erzielt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, das mit einem Spalt versehen ist, der zumindest an einer Seite eine Öffnung aufweist, für den Fluß eines Fluids, einen isolierenden Trägerfilm, der auf dieser Seite des Substrats angeordnet ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids und ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben an der Öffnung des isolierenden Trägerfilms angeordnet ist, sowie ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der genannten Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, zur Feststellung der Temperatur des Fluids; das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement mißt die Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage der Temperatur, die von dem wärmeempfindlichen Element festgestellt wird, und zwar dadurch, daß die Erwärmungstemperatur des Heizelements auf einem Pegel gehalten wird, der höher ist als die Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement festgestellt wird, und zwar um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz; wobei eine erste Kerbe auf dem ebenen Substrat in der Nähe des Fluidtemperaturmeßelements vorgesehen ist, und so hergestellt wird, daß ein Teil des ebenen Substrats von einer von dessen Seiten aus entfernt wird, so daß die andere Seite nicht erreicht wird. Dies führt dazu, daß die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelementes kleiner wird, wodurch das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelements in Bezug auf eine Änderung der Fluidtemperatur verbessert wird, und infolge der Tatsache, daß die erste Kerbe nicht vollständig durch das ebene Substrat hindurchgeht, weist das Fluidtemperaturmeßelement eine höhere Festigkeit auf. Daher wird ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein hervorragendes Reaktionsvermögen und eine hervorragende Verläßlichkeit aufweist.
  • Da die erste Kerbe unter dem Abschnitt des Anordnungsbereichs des Fluidtemperaturmeßelements auf der anderen Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, kann die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements verringert werden, und wird die Reaktion des Fluidtemperaturmeßelements auf eine Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids verbessert.
  • Da die ersten Kerben am Außenumfang des Fluidtemperaturmeßelements auf einer Seite des ebenen Substrats vorhanden sind, kann die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements verringert werden, und wird die Reaktion des Fluidtemperaturmeßelements auf eine Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids verbessert.
  • Da die ersten Kerben am Außenumfang des Fluidtemperaturmeßelements an der anderen Seite des ebenen Substrats vorgesehen sind, kann die Wärmekapazität des Anordnungsabschnitts des Fluidtemperaturmeßelements verringert werden, und wird das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelements auf eine Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids verbessert.
  • Ein Dünnfilm, der aus einem gut wärmeleitenden Material besteht, ist auf dem oberen Abschnitt des Fluidtemperaturmeßelements so vorgesehen, daß er gegen das Fluidtemperaturmeßelement isoliert ist. Daher kann der Wärmewiderstand des Fluidtemperaturmeßelements verringert werden, und das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelements auf eine Änderung der Temperatur des gemessenen Fluids verbessert werden.
  • Weiterhin ist eine zweite Kerbe, die durch Entfernen eines Teils des ebenen Substrats ausgebildet wird, auf einem Abschnitt des ebenen Substrats zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement vorgesehen, und zwar so, daß sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement kreuzt. Dies führt dazu, daß der Wärmewiderstand des Wärmeleitungspfades von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement größer wird, und daß die Wärme, die von der Sensoreinheit über den Wärmeleitungspfad zum Fluidtemperaturmeßelement geleitet wird, von der Oberfläche der zweiten Kerbe aus freigegeben wird. Die Wärmeleitung von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement wird daher gesperrt oder behindert, so daß die Entfernung zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement verringert werden kann, und daher die gesamte Vorrichtung verkleinert werden kann.
  • Da die zweite Kerbe auf der anderen Seite des ebenen Substrats vorgesehen ist, wird der Wärmewiderstand des Wärmeleitungspfades von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement größer, und wird die Wärme, die von der Sensoreinheit über den Wärmeleitunqspfad zum Fluidtemperaturmeßelement geleitet wird, von der Oberfläche der zweiten Kerbe freigegeben. Daher kann die Wärmeleitung von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement verhindert werden.
  • Die zweite Kerbe ist auf einer Seite des ebenen Substrats vorgesehen. Daher wird der Wärmewiderstand des Wärmeleitungspfades von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement größer, und wird die Wärme, die von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement über den Wärmeleitunqspfad geleitet wird, von der Oberfläche der zweiten Kerbe freigegeben. Darüber hinaus umgeht die von der Sensoreinheit über den Wärmeleitungspfad weitergeleitete Wärme die zweite Kerbe und wird zum Fluidtemperaturmeßelement geleitet. Daher kann die Länge des Wärmeleitungspfades vergrößert werden. Daher ist es möglich, die Wärmeleitung von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement noch stärker zu unterdrücken.
  • Eine Wärmeleitung sperrendes oder hinderndes Teil, welches ein Material mit niedriger Wärmeleitfähigkeit aufweist, ist zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement so angeordnet, daß es einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement kreuzt. Der Wärmewiderstand des Wärmeleitungspfades von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement wird daher größer, und daher ist es möglich, die Wärmeleitung von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement zu unterdrücken.
  • Gemäß der Erfindung wird ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, das mit einem Spalt versehen ist, der an zumindest seiner einen Seite eine Öffnung für den Fluß eines Fluids aufweist, einen isolierenden Trägerfilm, der auf dieser Seite des Substrats angeordnet ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids und ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung des isolierenden Trägerfilms angeordnet ist, sowie ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der genannten Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, zur Feststellung der Temperatur des Fluids das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement mißt die Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage einer Temperatur, die von dem wärmeempfindlichen Element festgestellt wird, und zwar dadurch, daß die Heiztemperatur des Heizelements auf einem Pegel gehalten wird, der um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz höher ist als die Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement festgestellt wird wobei ein Dünnfilm, der ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit aufweist, in dem oberen Abschnitt des Fluidtemperaturmeßelements so vorgesehen ist, daß er gegenüber dem Fluidtemperaturmeßelement elektrisch isoliert ist. Daher kann der Wärmewiderstand des Fluidtemperaturmeßelements verringert werden, und das Reaktionsvermögen des Fluidtemperaturmeßelements auf eine Änderung der Fluidtemperatur verbessert werden. Da keine Kerbe auf dem ebenen Substrat vorgesehen ist, weist das Fluidtemperaturmeßelement eine erhöhte Festigkeit auf, und daher kann ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt werden, welches ein hervorragendes Reaktionsvermögen und eine hervorragende Verläßlichkeit aufweist.
  • Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, das mit einem Spalt versehen ist, der zumindest an einer Seite eine Öffnung für den Fluß eines Fluids aufweist, einen isolierenden Trägerfilm, der auf dieser Seite des Substrats angeordnet ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids und ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung auf dem isolierenden Trägerfilm angeordnet ist, und ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der genannten Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, um die Temperatur des Fluids festzustellen; das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement mißt die Flußrate oder Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage der Temperatur, die von dem wärmeempfindlichen Element festgestellt wird, und zwar dadurch, daß die Heiztemperatur des Heizelements auf einem Pegel gehalten wird, der um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz höher ist als die Temperatur, die von dem Fluidtemperaturmeßelement gemessen wird; wobei eine zweite Kerbe, die durch Entfernung eines Teils des ebenen Substrats ausgebildet wird, auf einem Abschnitt des ebenen Substrats zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement vorgesehen ist, und zwar so, daß sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement kreuzt. Der Wärmewiderstand des Wärmeleitungspfades von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement wird daher größer, und die Wärme, die von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement über den Wärmeleitungspfad geleitet wird, wird von der Oberfläche der Kerbe freigegeben, so daß die Wärmeleitung von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement unterbunden werden kann. Daher kann die Entfernung zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement verringert werden, und ein kompaktes wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt werden.
  • Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung gestellt, welches ein ebenes Substrat aufweist, das mit einem Spalt versehen ist, der eine Öffnung auf zumindest einer seiner Seiten aufweist, für den Fluß eines Fluids, einen isolierenden Trägerfilm, der auf der genannten Seite des Substrats angeordnet ist, eine Sensoreinheit, die ein Heizelement zur Erwärmung des Fluids sowie ein wärmeempfindliches Element zur Feststellung der Temperatur des Fluids aufweist, welches oben in der Öffnung auf dem isolierenden Trägerfilm angeordnet ist, und ein Fluidtemperaturmeßelement, welches in einer Entfernung von der Sensoreinheit auf der genannten Seite des ebenen Substrats angeordnet ist, um die Temperatur des Fluids festzustellen; das wärmeempfindliche Flußratenmeßelement mißt die Flußrate oder die Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage der Temperatur, die von dem wärmeempfindlichen Element festgestellt wird, und zwar dadurch, daß die Heiztemperatur des Heizelements auf einem Pegel gehalten wird, der um eine vorbestimmte Temperaturdifferenz höher als die Temperatur ist, die von dem Fluidtemperaturmeßelement festgestellt wird; wobei die Wärmeleitung hindernde Teile, deren Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als jene des Trägerfilms und des Schutzfilms, an Abschnitten entsprechend dem Trägerfilm und dem Schutzfilm zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement vorgesehen sind, und zwar so, daß sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zu dem Fluidtemperaturmeßelement kreuzen. Der Wärmewiderstand des Wärmeleitungpfades von der Sensoreinheit zu dem Fluidtemperaturmeßelement wird daher größer, und daher kann die Wärmeleitung von der Sensoreinheit zum Fluidtemperaturmeßelement unterbunden werden. Daher ist es möglich, die Entfernung zwischen der Sensoreinheit und dem Fluidtemperaturmeßelement zu verringern, und daher ein verkleinertes wärmeempfindliches Flußratenmeßelement zur Verfügung zu stellen.
  • Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Flußratensensor zur Verfügung gestellt, der eine zylindrische Meßrohrleitung aufweist, die innerhalb eines Pfades eines zu messenden Fluids so angeordnet ist, daß ihre Axialrichtung im wesentlichen zur Flußrichtung des zu messenden Fluids ausgerichtet ist; irgendeines der voranstehend erwähnten wärmeempfindlichen Flußratenmeßelemente; und eine Regeleinheit zum Regeln des Stroms, der dem Wärmewiderstandsheizelement zugeführt wird, und zwar so, daß eine vorbestimmte Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur des Widerstandsheizelementes und der Temperatur des Fluidtemperaturmeßelements aufrechterhalten wird; wobei eine Flußrate oder eine Flußgeschwindigkeit des Fluids auf der Grundlage des Wärmeleitungseffekts von dem Abschnitt, der von dem Widerstandsheizelement erwärmt wird, zu dem zu messenden Fluid gemessen wird.

Claims (13)

  1. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung mit – einem ebenen Substrat (1), – einem isolierenden Trägerfilm (2) auf dem Substrat, – einer bis auf den Trägerfilm durchgehenden Ausnehmung (8) im Substrat, – ein auf dem isolierenden Trägerfilm über der Ausnehmung angeordneten Sensoreinheit (10), die ein Heizelement (4) und ein wärmeempfindliches Element (5, 6) aufweist, und – einem Fluidtemperaturmesselement (7), welches in einem Abstand von der Sensoreinheit am Trägerfilm über dem Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine nicht durch die gesamte Substratdicke hindurchgehende Kerbe (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h) im Substrat in der Nähe des Fluidtemperaturmesselements vorgesehen ist.
  2. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerbe (9a) im Substrat (1) auf der zum Fluidtemperaturmesselement (7) entgegengesetzten Seite und unter dem Fluidtemperaturmesselement ausgebildet ist.
  3. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kerben (9f, 9g, 9h) im Substrat (1) auf der gleichen Seite wie das Fluidtemperaturmesselement (7) an einem äußeren Umfang desselben ausgebildet sind.
  4. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Kerben (9b, 9c, 9d, 9e) im Substrat (1) auf der zum Fluidtemperaturmesselement (7) entgegengesetzten Seite an einem äußeren Umfang desselben ausgebildet sind.
  5. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kerbe (9a, 9f, 9g) eine erste Kerbe bildet und mindestens eine zweite Kerbe (12a, 12b, 12c) in einem Bereich des Substrats (1) zwischen der Sensoreinheit (10) und dem Fluidtemperaturmesselement (7) in der Weise vorgesehen ist, dass die mindestens eine zweite Kerbe einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zu dem Fluidtemperaturmesselement kreuzt, jedoch nicht durch die gesamte Substratdicke hindurchgeht.
  6. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Kerbe (12a) im Substrat (1) auf der zum Fluidtemperaturmesselement (7) entgegengesetzten Seite ausgebildet ist.
  7. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine zweite Kerbe (12b, 12c) im Substrat (1) auf der gleichen Seite wie das Fluidtemperaturmesselement (7) ausgebildet ist.
  8. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung mit – einem ebenen Substrat (1), – einem isolierenden Trägerfilm (2) auf dem Substrat, – einer bis auf den Trägerfilm durchgehenden Ausnehmung (8) im Substrat, – ein auf dem isolierenden Trägerfilm über der Ausnehmung angeordneten Sensoreinheit (10), die ein Heizelement (4) und ein wärmeempfindliches Element (5, 6) aufweist, und – einem Fluidtemperaturmesselement (7), welches in einem Abstand von der Sensoreinheit am Trägerfilm über dem Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine nicht durch die gesamte Substratdicke hindurchgehende Kerbe (12a, 12b, 12c) im Substrat derart vorgesehen ist, dass sie einen Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zu dem Fluidtemperaturmesselement kreuzt.
  9. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen in einem oberen Bereich des Fluidtemperaturmesselements (7) vorgesehenen, jedoch von ihm isolierten dünnen Film (11) hoher Leitfähigkeit.
  10. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Wärmeleitung minderndes Element (13) geringer Wärmeleitfähigkeit zwischen der Sensoreinheit (10) und dem Fluidtemperaturmesselement (7) so vorgesehen ist, dass es eine Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zu dem Fluidtemperaturmesselement kreuzt.
  11. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung mit – einem ebenen Substrat (1), – einem isolierenden Trägerfilm (2) auf dem Substrat, – einer bis auf den Trägerfilm durchgehenden Ausnehmung (8) im Substrat, – ein auf dem isolierenden Trägerfilm über der Ausnehmung angeordneten Sensoreinheit (10), die ein Heizelement (4) und ein wärmeempfindliches Element (5, 6) aufweist, und – einem Fluidtemperaturmesselement (7), welches in einem Abstand von der Sensoreinheit am Trägerfilm über dem Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein dünner Film (11) hoher Leitfähigkeit in einem oberen Bereich des Fluidtemperaturmesselements (7) ihm gegenüber isoliert angeordnet ist.
  12. Wärmeempfindliche Flussratenmesseinrichtung mit – einem ebenen Substrat (1), – einem isolierenden Trägerfilm (2) auf dem Substrat, – einer bis auf den Trägerfilm durchgehenden Ausnehmung (8) im Substrat, – einer auf dem isolierenden Trägerfilm über der Ausnehmung angeordneten Sensoreinheit (10), die ein Heizelement (4) und ein wärmeempfindliches Element (5, 6) aufweist, und – einem Fluidtemperaturmesselement (7), welches in einem Abstand von der Sensoreinheit am Trägerfilm über dem Substrat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass dass ein die Wärmeleitung minderndes Element (13) geringer Wärmeleitfähigkeit zwischen der Sensoreinheit (10) und dem Fluidtemperaturmesselement (7) so vorgesehen ist, dass es eine Wärmeleitungspfad von der Sensoreinheit zu dem Fluidtemperaturmesselement kreuzt.
  13. Flussratenmessvorrichtung mit – einer Messrohrleitung (32), die im Strömungsweg eines zu messenden Fluids mit ihrer Längsachse im wesentlichen in Fließrichtung des Fluids angeordnet ist, – einer in der Messrohrleitung vorgesehenen wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtung (34) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (4) und das wärmeempfindliche Element (5, 6) der wärmeempfindlichen Flussratenmesseinrichtung in Richtung der Längsachse der Messrohrleitung angeordnet sind, und – einer Steuereinrichtung (36) zur Steuerung des dem Heizelement zugeführten elektrischen Stroms.
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