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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Flußratensensor, der ein Flußratendetektorgerät einsetzt, welches
mit einem Heizelement versehen ist, und welches zur Messung der
Flußgeschwindigkeit
oder Flußrate
eines Fluids auf der Grundlage eines Wärmeübertragungseffekts verwendet
wird, bei welchem Wärme
von dem Heizelement oder einem Teil, das von dem Heizelement erwärmt wird,
auf das Fluid übertragen
wird. Die vorliegende Erfindung wird beispielsweise bei einem Flußratensensor
zum Einsatz bei der Messung der Ansaugluftmenge einer Brennkraftmaschine
verwendet.
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Die
japanischen Veröffentlichungen
ungeprüfter
Patente mit den Nummern 62-43522 und 4-2967 beschreiben bekannte
Flußratendetektorgeräte, die
jeweils einen Membranaufbau aufweisen, und in einem derartigen Flußratensensor
verwendet werden.
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24 ist eine Aufsicht auf
ein Flußratendetektorgerät zur Verwendung
in einem herkömmlichen Flußratensensor. 25 ist eine Schnittansicht
in der Richtung von Pfeilen auf der Linie XXV-XXV von 24.
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Bei
dem in den 24 und 25 dargestellten Gerät wird ein
plattenförmiges
Substrat 1 durch ein Siliziumsubstrat mit einer Dicke von
etwa 0,4 mm gebildet. Ein isolierender Halterungsfilm 2 mit
einer Dicke von 1 μm,
der aus Siliziumnitrid besteht, wird auf einer Oberfläche des
plattenförmigen
Substrats 1 mittels Durchführung eines Verfahrens wie
etwa Sputtern oder CVD ausgebildet. Weiterhin wird ein Heizelement 4,
welches aus einem wärmeempfindlichen
Platinwiderstandsfilm besteht, auf dem Halterungsfilm 2 hergestellt.
Dieses Heizelement 4 wird in dem nachstehend geschilderten
Vorgang so ausgebildet, daß ein
Strompfad ausgebildet wird. Hierbei wird zuerst ein 0,2 μm dicker
wärmeempfindlicher Platinfilm
auf der Oberfläche
des plattenförmigen Substrats 1 durch
Dampfablagerung oder ein Sputterverfahren hergestellt. Dann wird
ein Muster auf diesem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm durch Einsatz eines photolithographischen Verfahrens
und eines Naß-
oder Trockenätzungsverfahrens
ausgebildet. Weiterhin wird ein Fluidtemperaturdetektorelement 5,
welches entsprechend durch einen wärmeempfindlichen Platinwiderstandsfilm
gebildet wird, auf dem Halterungsfilm 2 getrennt von dem
Heizelement 4 ausgebildet. Dieses Fluidtemperaturdetektorelement 5 wird
in einem ähnlichen
Vorgang wie dem Vorgang der Ausbildung des Heizelements 4 hergestellt.
Zuerst wird ein 0,2 μm
dicker wärmeempfindlicher
Platinfilm zur Oberfläche
des plattenförmigen Substrats 1 unter
Verwendung eines Dampfablagerungs- oder Sputterverfahrens ausgebildet.
Daraufhin wird dieser wärmeempfindliche
Widerstandsfilm mit einem Muster versehen, mittels Durchführung eines
photolithographischen Verfahrens und eines Naß- oder Trockenätzverfahrens.
Daher wird das Fluidtemperaturdetektorelement 5 so hergestellt,
daß ein
Strompfad ausgebildet wird. Dann wird eine isolierende Schutzschicht 3 auf
dem Heizelement 4 und dem Fluidtemperaturdetektorelement 5 durch
Erzeugung eines 1 μm
dicken Films aus Siliziumnitrid mit einem Sputter- oder CVD-Verfahren
ausgebildet.
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Dieses
Heizelement 4 wird über
Verbindungsmuster 9a und 9b und Leitungsmuster 7a und 7b mit
Elektroden 8a und 8b verbunden, damit das Flußratendetektorgerät mit einer
externen Schaltung verbunden werden kann. Weiterhin wird das Fluidtemperaturdetektorelement 5 über Leitungsmuster 7b und 7c mit
Elektroden 8a und 8d verbunden, um das Flußratendetektorgerät mit einer
externen Schaltung zu verbinden. Elektroden 8a bis 8d werden
elektrisch mit einer externen Schaltung durch ein Verfahren wie
beispielsweise Drahtbondieren verbunden. Daher wird die Schutzschicht 3 von
den Elektroden 8a bis 8d entfernt.
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Weiterhin
wird ein Hohlraum 13 unter einem Abschnitt ausgebildet,
in welchem das Heizelement 4 vorgesehen ist. Auf diese
Weise wird eine Membran 12 zum Detektieren einer Flußrate ausgebildet.
Hierbei wird zuerst eine Schutzschicht 10 für die rückwärtige Oberfläche auf
der rückwärtigen Oberfläche (also
der Oberfläche
entgegengesetzt zu jener Oberfläche,
auf welcher der Halterungsfilm 2 vorgesehen ist) des plattenförmigen Substrats 1 ausgebildet.
Daraufhin wird die Schutzschicht 10 für die rückwärtige Oberfläche zum
Teil an einem Ort auf der Rückseitenoberflächenseite
jenes Bereichs entfernt, auf welchem ein Heizelement 4 vorgesehen
ist, mit einem photolithographischen Verfahren. Auf diese Weise wird
ein Ätzloch 11 hergestellt.
Daraufhin wird ein Teil des plattenförmigen Substrats 1 entfernt,
beispielsweise mittels einer alkalischen Ätzung, auf dem plattenförmigen Substrat 1,
welches durch das Ätzloch 11 freigelegt
wird, so daß der
Hohlraum 13 ausgebildet wird. Auf diese Weise wird der
Membranabschnitt 12 zum Detektieren der Flußrate hergestellt.
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Ein
wie voranstehend geschildert ausgebildetes Flußratendetektorgerät 14 wird
so angeordnet, daß die
Membran 12 zum Detektieren der Flußrate dem Fluß eines
Fluids ausgesetzt wird, der gemessen werden soll. In den Figuren
bezeichnen Pfeile 6 die Flußrichtung des zu messenden
Fluids.
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Wie
voranstehend geschildert ist das Flußratendetektorgerät 14 plattenförmig ausgebildet.
Falls die Membran 12 so angeordnet wird, daß sie der Richtung
des zu messenden Fluids gegenüberliegt, wirkt
ein Winddruck auf die Membran 12 ein, so daß bei einer
hohen Flußrate
ein Ausfall der Membran 12 hervorgerufen wird. Darüber hinaus
lagert sich auf einem Membranabschnitt Staub ab, der in dem zu messenden
Fluid enthalten ist, was dazu führt,
daß ein
Drift der Flußratendetektoreigenschaften
auftritt. In derartigen Fällen
wird das plattenförmige
Flußratendetektorgerät 14 annähernd parallel
zur Flußrichtung
des zu messenden Fluids angeordnet, oder in einem vorbestimmten
Winkel in Bezug auf diese Richtung.
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Falls
das plattenförmige
Flußratendetektorgerät 14 annähernd parallel
oder in einem vorbestimmten Winkel zur Richtung des zu messenden Fluids
angeordnet wird, treten Störungen
des Flusses des zu messenden Fluids in der Nähe des Hohlraums 13 auf.
Weiterhin führen
Unregelmäßigkeiten in
der Form des Vorderkantenabschnitts des Flußratendetektorgerätes 14,
die durch Abspaltvorgänge hervorgerufen
werden, zu Variationen des Flusses des zu messenden Fluids. Diese
Variationen des Flusses des zu messenden Fluids, die in der Nähe des Heizelementes 4 hervorgerufen
werden, führen zu
einer Verringerung der Genauigkeit der Flußratendetektoreigenschaften.
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Daher
wurde bereits ein Flußratensensor vorgeschlagen,
bei welchem das Flußratendetektorgerät 14 in
einem Ausnehmungsabschnitt 18 angeordnet wird, der in einem
plattenförmigen
Halterungselement 16 vorgesehen ist, wie dies in 26 gezeigt ist, um so zu
verhindern, daß Störungen des Flusses
des zu messenden Fluids in der Nähe
des Hohlraums 13 auftreten, wobei der stromaufwärtige Seitenendabschnitt
des Heizelements 16 bogenförmig ausgebildet ist, wodurch
der Fluß des
zu messenden Fluids vergleichmäßigt wird,
und Variationen des Flusses des zu messenden Fluids verringert werden,
die infolge von Unregelmäßigkeiten
in Bezug auf die Form des Vorderrandabschnitts des Flußratendetektorgerätes 14 auftreten
könnten.
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26 ist eine Perspektivansicht
eines Hauptteils des herkömmlichen
Flußratendetektorgeräts.
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Bei
dem Gerät
gemäß 26 ist das Halterungselement 16 wie
eine Platte ausgebildet, und an einem Basisteil 20 angebracht.
Weiterhin ist der Ausnehmungsabschnitt 18, dessen Umfang
etwas länger ist
als jener des Flußratendetektorelements 14,
in einem Oberflächenabschnitt
des Halterungselements 16 vorgesehen. Das Flußratendetektorgerät 14 wird so
in dem Ausnehmungsabschnitt 18 angeordnet, daß die obere
Oberfläche
des Flußratendetektorgerätes 14 annähernd mit
der oberen Oberfläche
des Halterungselements 16 fluchtet. Weiterhin sind die Elektroden 8a bis 8d des
Flußratendetektorgerätes 14 elektrisch
mit Leitungen 17 verbunden, die in dem Basisteil 20 vorgesehen
sind, und zwar über
Drähte 19.
Darüber
hinaus ist ein Deckel 21 an dem Basisteil 20 angebracht,
so daß die
Elektroden 8a bis 8d und die Drähte 19 durch
den Deckel 21 geschützt
werden.
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In
einigen Fällen
fließt
das zu messende Fluid nur auf der Oberfläche des Flußratendetektorgerätes 14 im
Bereich niedriger Flußraten.
Im Bereich hoher Flußraten
tritt jedoch eine Bewegung des zu messenden Fluids zwischen dem
Ausnehmungsabschnitt 18, der in dem Halterungselement 16 vorgesehen
ist, und dem Flußratendetektorgerät 14 auf.
Wie in den 27 und 28 dargestellt ist, wird
nämlich
ein Fluß 22 des
zu messenden Fluids, welches auf der Oberfläche des Flußratendetektorgerätes 14 fließt, sowie ein
entsprechender Fluß 23 zwischen
dem Ausnehmungsabschnitt 18 und dem Flußratendetektorgerät 14 im
Bereich hoher Flußraten
hervorgerufen. Darüber
hinaus ist der Fluß 23 des
zu messenden Fluids instabil, verglichen mit dem Fluß 22.
Die Genauigkeit der Feststellung der Flußrate wird daher im Bereich hoher
Flußraten
beeinträchtigt.
Das herkömmliche Flußratendetektorgerät 14 weist
daher den Nachteil auf, daß der
Flußratenmeßbereich
begrenzt ist.
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Um
dieses Problem zu überwinden
wurde eine Maßnahme
entwickelt, die rückwärtige Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 eng
und vollständig
mit dem Ausnehmungsabschnitt 18 zu verbinden, der in dem
Halterungselement 16 vorgesehen ist, um auf diese Weise
den voranstehend geschilderten, instabilen Fluß 23 des zu messenden Fluids
sicher auszuschalten.
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Allerdings
wird bei dieser Maßnahme
der Hohlraum 13 hermetisch abgedichtet. Diese Maßnahme ist
daher in der Hinsicht nachteilig, daß dann, wenn eine Druckänderung
in einem Flußpfad
des Fluids auftritt, eine Verformung und ein Bruch der Membran 12 hervorgerufen
werden, infolge der Differenz zwischen dem Innendruck in dem Hohlraum 13 und
dem Außendruck.
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Darüber hinaus
ist bei der Herstellung eines Flußratensensors der Schritt der
Verbindung und Befestigung des Flußratendetektorgeräts 14 an
dem Ausnehmungsabschnitt 18, der in dem Halterungselement 16 vorgesehen
ist, eine präzise
Operation, die so durchgeführt
werden muß,
daß verhindert
wird, daß ein
Kleber, der in den Hohlraum 13 eingedrungen ist, an der
Membran 12 anhaftet. Diese Maßnahme weist daher den zusätzlichen
Nachteil auf, daß die
Herstellungskosten des Flußratensensors
ansteigen.
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Darüber hinaus
erleichtert diese Maßnahme die Übertragung
von Wärme,
die von dem Heizelement 4 erzeugt wird, an das Halterungselement 16 über das
plattenförmige
Substrat 1. Dies führt
zu dem weiteren Nachteil, daß die
Flußratendetektionsempfindlichkeit
des Sensors beeinträchtigt
wird.
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Zum
Ausschalten der voranstehend geschilderten Nachteile wurde weiterhin
eine Halterungsanordnung vorgeschlagen, wie sie beispielsweise in
der japanischen Veröffentlichung
eines ungeprüften
Patents Nr. 9-26343 beschrieben ist.
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Bei
der Halterungsanordnung, die in der japanischen Veröffentlichung
des ungeprüften
Patents Nr. 9-26343 beschrieben wird, ist ein Ausnehmungsabschnitt 51 zum
Aufnehmen des Flußratendetektorgeräts 14 in
einem Oberflächenabschnitt
in einem Sensorhalterungselement 50 vorgesehen, wie dies
in 29 gezeigt ist. Weiterhin
ist ein nutförmiger Schlitz 52 in
dem Bodenteil des Ausnehmungsabschnitts 51 so vorgesehen,
daß er
entlang dem Umfang des Flußratendetektorgerätes 14 verläuft. Dieser
Schritt 52 ist so ausgebildet, daß er sich nach außerhalb
eines Sensorbereiches erstreckt (nämlich eines Flußratendetektormembranbereiches 13).
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Weiterhin
wird das Flußratendetektorgerät 14 in
dem Ausnehmungsabschnitt 51 so angeordnet, daß die obere
Oberfläche
des Gerätes 14 im
wesentlichen mit dem Sensorhalterungselement 50 fluchtet. Weiterhin
wird das Flußratendetektorgerät 14 an
der Bodenoberfläche
des Ausnehmungsabschnitts 51 außerhalb des Membranabschnitts 13 durch
einen Kleber 53 befestigt.
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Bei
dieser Halterungsanordnung fließt
das zu messenden Fluid in den Ausnehmungsabschnitt 51 von
der Vorderrandoberfläche
(nämlich
der stromaufwärtigen
Randoberfläche)
des Flußratendetektorgerätes 14 und
der stromaufwärtigen
Innenoberfläche
des Ausnehmungsabschnitts 51 hinein, gesehen in der Flußrichtung
des Fluids. Daraufhin bewegt sich dieses Fluid durch den Schlitz 52.
Dann strömt
dieses Fluid von zwischen der hinteren Randoberfläche (nämlich der
stromabwärtigen
Randoberfläche)
des Flußratendetektorgerätes 14 und
der stromabwärtigen
Innenoberfläche
des Ausnehmungsabschnitts 51 heraus, gesehen in der Flußrichtung
des Fluids.
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Daher
wird ein instabiler Fluß des
zu messenden Fluids, welches zwischen dem Bodenabschnitt des Ausnehmungsabschnitts 51 und
der rückwärtigen Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 fließt, verringert.
Daher wird die Beeinträchtigung der
Genauigkeit des Detektierens der Flußrate im Bereich hoher Flußraten unterdrückt.
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Die
Halterungsanordnung, die in der japanischen Veröffentlichung eines ungeprüften Patents Nr.
9-26343 beschrieben wird, ist wie voranstehend geschildert aufgebaut.
Das zu messenden Fluid, welches dem Schlitz 52 zugeführt wird,
bewegt sich daher manchmal um einen Spalt zwischen dem Bodenteil
des Ausnehmungsabschnitts 51 und dem Hohlraum 13 herum.
Daher wird bei dem zu messenden Fluid nicht ausreichend verhindert,
daß es
zwischen das Bodenteil des Ausnehmungsabschnitts 51 und die
rückwärtige Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 fließt.
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Weiterhin
wird die rückwärtige Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 nahe
an dem Bodenteil des Ausnehmungsabschnitts 51 angeordnet, mit
Ausnahme des Teils entsprechend dem Schlitz 52. Der überwiegende
Anteil der Wärme,
die von dem Heizelement 4 erzeugt wird, wird daher auf
das Sensorhalterungselement 50 übertragen. Der Sensor, der
diese Halterungsanordnung einsetzt, ist daher in der Hinsicht nachteilig,
daß die
Flußratendetektorempfindlichkeit
des Sensors beeinträchtigt wird.
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Darüber hinaus
ist in einem Fall, in welchem ein Fluidtemperaturdetektorgerät auf dem
Flußratendetektorgerät 14 mit
diesem vereinigt ausgebildet wird, die Wärmeisolierung zwischen dem
Flußratendetektorgerät 14 und
dem Sensorhalterungselement 50 unzureichend, da das Flußratendetektorgerät 14 nahe
an dem Bodenteil des Ausnehmungsabschnitts 51 angeordnet
wird. Der Sensor, der diese Halterungsanordnung verwendet, ist daher
in der Hinsicht nachteilig, daß eine
Detektionsreaktionsverzögerung bei
dem Fluidtemperaturdetektorgerät
auftritt.
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DE-A-195
24 634 beschreibt einen wärmeempfindlichen
Flußratensensor
gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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DE-A-198
01 484 beschreibt ein Meßelement
und einen damit ausgerüsteten
Luftmassenmesser mit einem dünnen,
plattenförmigen
Element, das an einer rückwärtigen Fläche eines
Substrats des Meßelements
angebracht ist.
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JP-A-04-002967
beschreibt einen ähnlichen Flußratensensor.
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Ausschaltung der voranstehend geschilderten
Nachteile entwickelt, die bei dem herkömmlichen Sensor auftreten.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Bereitstellung
eines Flußratensensors mit
einer hohen Flußratenmeßgenauigkeit
und guter Empfindlichkeit.
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Um
das voranstehend geschilderte Ziel zu erreichen, wird gemäß der vorliegenden
Erfindung ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
gemäß dem Anspruch
1, 8 oder 13 geschaffen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert, bei
welchen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen,
und aus denen weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden
Erfindung hervorgehen. Es zeigt:
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1 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung einer Halterungsanordnung
zum Haltern eines Flußratendetektorgeräts, welches
in einem Flußratensensor
gemäß einer
ersten Ausführungsform
vorgesehen ist;
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2 eine
Schnittansicht eines Hauptabschnitts einer Halterungsanordnung zum
Haltern des Flußratendetektorgeräts, das
in dem Flußratensensor
gemäß der ersten
Ausführungsform
vorgesehen ist;
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3 eine
Schnittansicht in der Richtung der Pfeile auf der Linie III-III
von 2;
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4 eine
Vorderansicht des Flußratensensors
gemäß der ersten
Ausführungsform;
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5 eine
Schnittansicht in der Richtung der Pfeile auf der Linie V-V von 4;
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6 ein
Schaltbild einer Detektorschaltung, die in dem Flußratensensor
gemäß der ersten Ausführungsform
vorgesehen ist;
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7 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung des Umfangs einer Halterungsanordnung zum
Haltern eines Flußratendetektorgeräts, welches in
einem Flußratensensor
gemäß einer
zweiten erfinderischen Ausführungsform
vorgesehen ist;
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8 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines Halterungselements,
welches in einem Flußratensensor
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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9 eine
Perspektivansicht zur Erläuterung
eines Zustands, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert wird;
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10 eine
Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung zum
Haltern des Flußratendetektorgeräts, das
in dem Flußratensensor
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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11 eine
Schnittansicht in der Richtung der Pfeile auf der Linie XI-XI von 10;
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12 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines Halterungselements,
welches in einem Flußratensensor
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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13 eine
Perspektivansicht zur Erläuterung
eines Zustands, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert wird;
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14 eine
Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung zum
Haltern des Flußratendetektorgerätes, das
in dem Flußratensensor
gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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15 eine
Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen auf der Linie XI-XI von 14;
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16 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung zur Erläuterung
eines Halterungselements, das in einem Flußratensensor gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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17 eine
Perspektivansicht zur Erläuterung
eines Zustands, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert wird;
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18 eine
Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung zum
Haltern des Flußratendetektorgeräts, das
in dem Flußratensensor
gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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19 eine
Schnittansicht in Richtung von Pfeilen auf der Linie XIX-XIX von 18;
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20 eine
Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines Halterungselements,
das in einem Flußratensensor
gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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21 eine
Perspektivansicht eines Zustands, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert wird;
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22 eine
Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung zum
Haltern des Flußratendetektorgeräts, welches
in dem Flußratensensor
gemäß der sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist;
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23 eine
Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen auf der Linie XXIII-XXIII
von 22;
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24 eine
Aufsicht auf ein Flußratendetektorgerät zur Verwendung
in einem herkömmlichen Flußratensensor;
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25 eine
Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen auf der Linie XXV-XXV
von 24;
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26 eine
Perspektivansicht eines Hauptteils des herkömmlichen Flußratendetektorgeräts;
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27 eine
Perspektivansicht zur Erläuterung
des Flusses eines zu messenden Fluids in einem Bereich hoher Flußraten in
dem herkömmlichen wärmeempfindlichen
Flußratensensor;
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28 eine
Schnittansicht zur Erläuterung des
Flusses eines zu messenden Fluids in dem Bereich hoher Flußraten in
dem herkömmlichen
wärmeempfindlichen
Flußratensensor;
und
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29 eine
Perspektivansicht eines Hauptabschnitts einer weiteren herkömmlichen
Halterungsanordnung zum Haltern eines Flußratendetektorgeräts.
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Nunmehr
werden die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im einzelnen unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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1 ist
eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung zur Erläuterung
einer Halterungsanordnung zum Haltern eines Flußratendetektorgeräts, welches
in einem Flußratensensor
gemäß der ersten Ausführungsform
vorgesehen ist. 2 ist eine Schnittansicht eines
Hauptabschnitts einer Halterungsanordnung zum Haltern des Flußratendetektorgeräts, das
in dem Flußratensensor
gemäß der ersten
Ausführungsform
vorgesehen ist. 3 ist eine Schnittansicht in
der Richtung von Pfeilen auf der Linie III-III von 2.
In jeder dieser Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche
oder entsprechende Teile wie bei dem herkömmlichen Flußratensensor,
der in den 24 bis 29 dargestellt
ist. Darüber
hinaus erfolgt insoweit nicht unbedingt eine erneute Beschreibung.
In 1 ist die Darstellung eines Deckels 21 weggelassen.
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Wie
aus den 1 bis 3 hervorgeht,
ist ein dünnes,
plattenförmiges
Teil 24 an der rückwärtigen Oberfläche des
plattenförmigen
Substrats 1 eines Flußratendetektorgerätes 14 so
angebracht, daß es
einen Hohlraum 13 abdeckt. Ein Halterungselement 16 besteht
aus Harz, ist geformt wie eine Platte, und ist an einem Basisteil 20 befestigt.
Weiterhin ist ein Ausnehmungsabschnitt 18, dessen Umfang
etwas länger
ist als jener des Flußratendetektorelements 14,
in dem Oberflächenabschnitt
des Halterungselements 16 vorgesehen.
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Erste
Stirnflächen 25a, 25b und 25c sind
auf diesem Ausnehmungsabschnitt 18 angeordnet. Sämtliche
ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c liegen
nahezu in derselben Ebene. Weiterhin weist der Ausnehmungsabschnitt 18 eine
Bodenoberfläche 26 auf,
die tiefer ist als die ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c.
Darüber
hinaus ist ein Stegabschnitt 27 auf der Bodenoberfläche 26 des
Ausnehmungsabschnitts 18 so vorgesehen, dass er in der
Nähe der ersten
Stirnfläche 5c vorspringt.
Dieser Stegabschnitt 27 ist an einem Ort angeordnet, der
tiefer liegt als die ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c.
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Weiterhin
ist das Flussratendetektorgerät 14 in
dem Ausnehmungsabschnitt 18 aufgenommen, und ist an der
ersten Stirnfläche 25c mit
Hilfe eines Klebers befestigt. Hierbei verläuft die obere Oberfläche des
Flussratendetektorgerätes 14 annähernd fluchtend
zur oberen Oberfläche
des Halterungselements 16. Weiterhin ist ein Raum zwischen
der Bodenoberfläche 26 des
Ausnehmungsabschnitts 18 und dem Flussratendetektorgerät 14 vorhanden.
Der Stegabschnitt 27 verhindert, dass der Kleber in einen Sensorbereich
hineinfließt.
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Das
dünne,
plattenförmige
Teil 24 wird aus einem dünnen Metall, Glas oder Polyimidharz
hergestellt. Die Dicke und das Material dieses dünnen, plattenförmigen Teils 24 sind
so gewählt,
dass es flexibler ist als eine Membran 12. Dieses dünne, plattenförmige Teil 24 wird
mit der rückwärtigen Oberfläche des
Substrats 1 des Flussratendetektorgeräts 14 durch einen
Kleber auf Epoxygrundlage oder Silikongrundlage verbunden. Selbstverständlich kann
auch eine druckempfindliche Klebeplatte oder ein entsprechendes
Band, bei denen auf einer Seite ein derartiger Kleber als druckempfindliches
Material aufgebracht ist, als das dünne, plattenförmige Teil 24 verwendet
werden. Falls das dünne,
plattenförmige
Teil 24 aus einem Material auf Glasgrundlage besteht, kann
ein anodisches Bondieren dazu verwendet werden, das dünne, plattenförmige Teil 24 mit
dem plattenförmigen
Substrat 1 zu verbinden.
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4 ist
eine Vorderansicht des Flußratensensors
gemäß der ersten
Ausführungsform 5 ist
eine Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen auf der Linie V-V
von 4.
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Bei
diesem in den 4 und 5 dargestellten
Flußratensensor
ist ein zylindrischer Hauptkanal 101, der als Kanal für ein zu
messendes Fluid dient, koaxial in einem zylindrischen Detektorrohr 100 angeordnet.
Das Flußratendetektorgerät 14,
das durch das Halterungselement 14 gehaltert wird, ist
so in dem Hauptkanal 101 angeordnet, daß seine obere Oberfläche parallel
(oder in einem bestimmten Winkel) zur Richtung 6 des zu
messenden Fluids verläuft. Weiterhin
ist ein Gehäuse 102 auf
dem Umfangsabschnitt des Detektorrohrs 100 vorgesehen.
Eine Detektorschaltungsplatine 104 ist in diesem Gehäuse 102 aufgenommen.
Diese Detektorschaltungsplatine 104 ist elektrisch mit
dem Flußratendetektorgerät 14 über Leitungen 17 verbunden.
Weiterhin ist an dem Gehäuse 102 ein
Verbinder 103 zum Liefern elektrischer Energie an den Flußratensensor
und zur Aufnahme eines Ausgangssignals dieses Sensors angebracht.
Ein Abschirmteil 105 zum Schützen der Detektorschaltungsplatine 104 gegen
externe Störeinflüsse, beispielsweise
elektromagnetische Wellen, ist so in dem Gehäuse 102 angeordnet,
daß die
Detektorschaltungsplatine 104 abgedeckt wird.
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Die
Ausbildung jedes der Flußratensensoren gemäß den erfinderischen
anderen Ausführungsformen
(die später
beschrieben werden) ist ebenso wie bei dem Flußratensensor, der in den 4 und 5 gezeigt
ist.
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Bei
diesem Flußratensensor
wird ein Heizelement 4 durch die in 6 dargestellte
Detektorschaltung so gesteuert oder geregelt, daß es einen Widerstandswert
aufweist, durch welchen die mittlere Temperatur des Heizelements 4 dazu
veranlaßt
wird, einen vorbestimmten Wert aufzuweisen. Die Detektorschaltung
wird durch eine Brückenschaltung
gebildet, welche ein Fluidtemperaturdetektorelement 5 und
das Heizelement 4 enthält.
In dieser Figur bezeichnen die Bezugszeichen R1, R2, R3, R4 und
R5 Festwiderstände.
Die Bezugszeichen OP1 und OP2 bezeichnen Operationsverstärker. Die
Bezugszeichen TR1 und TR2 bezeichnen Transistoren, und BATT bezeichnet
eine Stromversorgung. Weiterhin sind die Bauteile der Detektorschaltung
mit Ausnahme des Fluidtemperaturdetektorelements 5 und
des Heizelements 4 auf der Detektorschaltungsplatine 104 vorgesehen.
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Diese
Detektorschaltung arbeitet so, daß die elektrischen Potentiale
an den Knoten "a" und "b", die in dieser Figur dargestellt sind,
annähernd
gleich sind. Darüber
hinaus steuert oder regelt diese Detektorschaltung einen Heizstrom
IH für
das Heizelement 4. Wenn die Flußgeschwindigkeit des zu messenden Fluids
zunimmt, nimmt die Wärmemenge
zu, die auf das zu messende Fluid von dem Heizelement 4 übertragen
wird. Ein Signal entsprechend der Flußgeschwindigkeit, oder ein
Signal entsprechend der Flußrate
des Fluids, welches durch einen Kanal fließt, der eine vorbestimmte Querschnittsfläche aufweist,
wird dadurch erhalten, daß dieser
Heizstrom in Form einer Spannung Vout detektiert wird, die über dem
Widerstand R3 abfällt.
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Bei
dem auf die voranstehend geschilderte Weise aufgebauten Flußratensensor
fließt
das zu messende Fluid in den Ausnehmungsabschnitt 18 hinein,
von dem Ort zwischen der Vorderrandoberfläche des Flußratendetektorgeräts 14 und
der stromaufwärtigen
Innenoberfläche
des Ausnehmungsabschnitts 18, gesehen in der Richtung des
Flusses des Fluids. Daraufhin fließt das Fluid zwischen dem Bodenabschnitt 26 und
der rückwärtigen Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 hindurch.
Dann strömt
dieses Fluid von dem Ort zwischen der hinteren Randoberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 und
der stromaufwärtigen
Innenoberfläche
des Ausnehmungsabschnitts 18 heraus, gesehen in der Richtung
des Flusses des Fluids. Hierbei wird ein Flußratendetektorhohlraum 13 durch
das dünne, plattenförmige Teil 24 verschlossen.
Daher tritt in dem Hohlraum 13 keine Bewegung eines instabilen Fluids
auf. Aus diesem Grund wird die Genauigkeit des Detektierens der
Flußrate
erhöht.
-
Weiterhin
wird das dünne,
plattenförmige
Teil 24 aus einem flexiblen Material hergestellt. Selbst wenn
ein Unterschied zwischen dem Innendruck des Hohlraums 13 und
dem Außendruck
hervorgerufen wird, infolge von Änderungen
des Atmosphärendrucks,
verhindert eine Verformung des dünnen,
plattenförmigen
Teils 24 eine Verformung und einen Bruch der Membran 12.
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Je
größer der
Anteil der Wärmemenge
ist, die durch die Bewegung des zu messenden Fluids verlorengeht,
im Vergleich zur gesamten Joul'schen Wärme, die
in dem Heizelement 4 erzeugt wird, desto höher ist
die Empfindlichkeit des Flußratensensors. Anders
ausgedrückt
ist die Empfindlichkeit des Flußratensensors
desto höher,
je kleiner die Wärmemenge
ist, die über
den Hohlraum 13 auf das Halterungselement 16 übertragen
wird. Dieser Flußratensensor stellt
einen ausreichenden Raum zwischen dem Flußratendetektorgerät und der
Bodenoberfläche 26 des
Halterungselements 16 sicher. Von dem Heizelement 4 an
das plattenförmige
Substrat 1 übertragene Wärme kann
daher nur schwer auf das Halterungselement 16 übertragen
werden. Daher wird die Empfindlichkeit des Detektierens der Flußrate verbessert.
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Falls
ein metallisches Material als das Material des dünnen, plattenförmigen Teils 24 verwendet wird,
so weist ein derartiges Teil 24 einen hohen Wärmewiderstand
auf. Daher wird das Teil 24 durch von dem Heizelement 4 erzeugte
Wärme weder
verformt noch beeinträchtigt.
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Wenn
ein Material auf Glasgrundlage als das Material des dünnen, plattenförmigen Teils 24 verwendet
wird, so weist ein derartiges Teil 24 einen hohen Wärmewiderstand
und ein niedriges Wärmeleitvermögen auf.
Die Wärmemenge,
die von dem Heizelement 4 an das Halterungselement 16 übertragen wird,
wird daher verringert. Daher wird die Empfindlichkeit des Sensors
erhöht.
Falls das plattenförmige Substrat 1,
das aus Silizium besteht, anodisch mit dem dünnen, plattenförmigen Teil 24,
das aus einem Material auf Glasgrundlage besteht, durch Bondieren verbunden
wird, so wird die Verbindung mit hoher Haftfähigkeit und Verläßlichkeit
hergestellt.
-
Falls
ein Material auf Polyimidgrundlage als Material des dünnen, plattenförmigen Teils 24 verwendet
wird, so weist ein derartiges Teil 24 einen hohen Wärmewiderstand
auf. Darüber
hinaus wird die Flexibilität
des Teils 24 noch weiter vergrößert. In diesem Fall kann ein
derartiges Teil 24 bei einem Flußratensensor mit hohem Reaktionsvermögen eingesetzt werden,
der einen dünneren
Halterungsfilm 2 und eine dünnere Schutzschicht 3 aufweist.
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Falls
ein Kleber auf Epoxygrundlage als der Kleber verwendet wird, der
für die
Verbindung zwischen dem dünnen,
plattenförmigen
Teil 24 und dem plattenförmigen Substrat 1 eingesetzt
wird, so wird hierdurch eine Verbindung mit hohem Wärmewiderstand
erzielt. Im Falle der Verwendung eines Klebers auf Silikongrundlage
als Kleber für
die Verbindung zwischen diesen Teilen, wird die Verbindung mit hohem
Wärmewiderstand
und hermetisch abgedichtet erzielt.
-
Wenn
das dünne,
plattenförmige
Teil 24 vorläufig
an dem Flußratendetektorgerät 14 angebracht wird,
wenn das Flußratendetektorgerät 14 mit
dem Halterungselement 16 verbunden und an diesem befestigt
wird, so wird darüber
hinaus verhindert, daß der
Kleber zum Hohlraum 13 gelangt, und im schlimmsten Falle
an der Membran 12 anhaftet, wodurch verhindert werden kann,
daß die
Flußratendetektorleistung
des Sensors beeinträchtigt
wird.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
-
7 ist
eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung des Umfangs einer
Halterungsanordnung zum Haltern eines Flußratendetektorgerätes welches
in einem Flußratensensor
gemäß einer
erfinderischen zweiten Ausführungsform
vorgesehen ist.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsform
ist ein Hohlraum 13 von einem dünnen, plattenförmigen Teil 24 verschlossen,
in welchem ein kleines Loch 24a geöffnet ist. Die übrigen Bauteile
bei der zweiten Ausführungsform
sind ebenso wie bei der voranstehend geschilderten ersten Ausführungsform
ausgebildet.
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Bei
dem wie geschildert aufgebauten Flußratensensor wird selbst dann,
wenn sich der Druck der Umgebungsatmosphäre ändert, der Druck in dem Hohlraum 13 mit
dem Atmosphärendruck
abgeglichen, mit Hilfe des Lochs 24a, welches die Atmosphäre mit dem
Hohlraum 13 verbindet, so daß eine Membran 12 nicht
beschädigt
wird. Daher ist diese Ausführungsform
bei einem Flußratensensor
einsetzbar, dessen dünnes,
plattenförmiges
Teil 24 keine ausreichende Flexibilität aufweist.
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Weiterhin
ist das Loch 24a ein kleines Loch, welches in das dünne, plattenförmige Teil 24 gebohrt ist,
und so aufgebaut ist, daß die
Fläche
des Lochs 24a kleiner als die Fläche des Hohlraumabschnitts ist.
Weiterhin öffnet
sich das Loch 24a in eine Richtung senkrecht zur Oberfläche des
dünnen,
plattenförmigen
Teils 24. Das zu messende Fluid, welches durch den Spalt
zwischen dem Bodenabschnitt 26 des Ausnehmungsabschnitts 18 und
der rückwärtigen Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 fließt, kann
daher nur schwer in den Hohlraum 13 fließen. Das
Loch 24a weist nämlich
einen geringen Durchmesser auf. Daher ist der Druckverlust des Gerätes hoch.
Weiterhin verläuft
die Richtung des Lochs 24a senkrecht zum Fluß des zu
messenden Fluids. Daher müßte das
zu messende Fluid seine Flußrichtung
um 90 ° ändern, um
von dem Loch 24a in den Hohlraum 13 hineinzufließen. Daher
kann das zu messende Fluid nur schwer in den Hohlraum 13 hineinfließen. Die
Bewegung des zu messenden Fluids, welches durch den Spalt zwischen
der rückwärtigen Oberfläche des
Rückwärtsdrehungsgeräts 14 und der
Bodenoberfläche 26 des
Ausnehmungsabschnitts 18 fließt, beeinflußt daher
nicht die Oberfläche
der Membran 12, die auf der Seite des Hohlraums 13 vorhanden
ist. Daher wird die Genauigkeit der Messung der Flußrate erhöht.
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DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
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8 ist
eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung, welche ein Halterungselement
erläutert,
das in einem Flußratensensor
gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist. 9 ist eine
Perspektivansicht, die einen Zustand zeigt, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert ist. 10 ist
eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung
zum Haltern des Flußratendetektorgeräts, welches
in dem Flußratensensor
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist. 11 ist
eine Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen auf der Linie XI-XI
von 10. In den 8 und 9 ist
die Darstellung des Deckels 21 weggelassen.
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Wie
aus den 8 bis 11 hervorgeht, weist
ein Flußratendetektorgerät 14 eine
Fluidtemperaturdetektormembran 30 auf, die dadurch ausgebildet
wird, daß ein
unterer Abschnitt eines Fluidtemperaturdetektorelements 5 des
plattenförmigen
Substrats 1 entfernt wird, wobei die Membran 30 zusätzlich zu
einer Flußratendetektormembran 12 vorgesehen ist.
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Das
Halterungselement 16 besteht aus Harz, ist plattenförmig ausgebildet,
und an einem Basisteil 20 angebracht. Weiterhin ist ein
Ausnehmungsabschnitt 18, dessen Umfang etwas länger ist
als jener des Flußratendetektorelements 14,
in einem Oberflächenabschnitt
des Halterungselements 16 vorgesehen.
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In
diesem Ausnehmungsabschnitt 18 sind erste Stirnflächen 25a, 25b und 25c vorgesehen,
die voneinander beabstandet sind, und zum Haltern des Flußratendetektorgerätes 14 verwendet
werden. Diese ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c sind
im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet. Weiterhin weist der
Ausnehmungsabschnitt 18 eine zweite Stirnfläche 28 auf,
die an einem Ort vorgesehen ist, der tiefer liegt als die ersten
Stirnflächen 25a, 25b und 25c.
Weiterhin weist der Ausnehmungsabschnitt 18 eine dritte
Stirnfläche 29 auf,
die an einem Ort vorgesehen ist, der tiefer liegt als die zweite
Stirnfläche 28.
Darüber
hinaus ist die dritte Stirnfläche 29 so
ausgebildet, daß die
Stirnfläche 29 einem
Hohlraum 31 der Fluidtemperaturdetektormembran 30 gegenüberliegt,
und dem Umfangsabschnitt des Hohlraums 31, und daß ihre Breite
in der Richtung des Flusses des zu messenden Fluids geringer ist
als die Breite des Flußratendetektorgerätes 14.
Weiterhin ist die zweite Stirnfläche 28 auf
der gesamten Bodenoberfläche des
Ausnehmungsabschnitts 18 vorgesehen, abgesehen von den
ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c und
der dritten Stirnfläche 29.
Daher liegt die zweite Stirnfläche 28 dem
Hohlraum 13 der Flußratendetektormembran 12 und
dem Umfangsabschnitt des Hohlraums 13 gegenüber. Die
dritte Stirnfläche 29 liegt
dem Hohlraum 31 der Fluidtemperaturdetektormembran 30 und
dem Umfangsabschnitt des Hohlraums 31 gegenüber.
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Hierbei
sind die zweite Stirnfläche 28 und
die ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c so
eingestellt, daß die
Positionsdifferenz in Richtung der Tiefe zwischen der zweiten Stirnfläche 28 und
jeder der ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c nicht
größer ist
als 50 μm.
-
Weiterhin
wird das Flußratendetektorgerät 14 durch
die ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c gehaltert,
ist in dem Ausnehmungsabschnitt 28 aufgenommen, und ist
an der ersten Stirnfläche 25c durch
einen Kleber befestigt. Hierbei verläuft die obere Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 annähernd fluchtend
mit jener des Halterungselements 16. Weiterhin ist die
zweite Stirnfläche 28 nahe
an der rückwärtigen Oberfläche des
plattenförmigen
Substrats 1 des Flußratendetektorgerätes 14 angeordnet. Im
Gegensatz hierzu ist die dritte Stirnfläche 29 getrennt von
der rückwärtigen Oberfläche des
plattenförmigen
Substrats des Flußratendetektorgerätes 14 vorgesehen.
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Bei
dem wie voranstehend geschildert aufgebauten Flußratensensor liegt die zweite
Stirnfläche 28 nahe
an der rückwärtigen Oberfläche des
plattenförmigen
Substrats 1. Weiterhin erstreckt sich in der Nähe des Hohlraums 13 der
Flußratendetektormembran
die zweite Stirnfläche 28 über die
Breite des Ausnehmungsabschnitts in der Richtung des Flusses des
zu messenden Fluids. Darüber
hinaus ist, wie durch diagonal schraffierte Bereiche in 8 angedeutet,
gesehen in der Richtung des Flusses des zu messenden Fluids, der
vordere Randabschnitt der zweiten Stirnfläche 28 so ausgebildet,
daß er
sich über
die Breite des gesamten Bodenteils des Ausnehmungsabschnitts 18 in
der Richtung erstreckt, die im rechten Winkel zur Richtung des Flusses
des zu messenden Fluids liegt. Das zu messende Fluid fließt daher
in den Ausnehmungsabschnitt 18 von dem Raum zwischen dem
vorderen Randabschnitt des Flußratendetektorgerätes 14 und
der Innenoberfläche
des Ausnehmungsabschnitts 18 aus. Der Bewegungsweg des
zu messenden Fluids, welches dazu veranlaßt wird, in den Raum zwischen
der zweiten Stirnfläche 28 und
der rückwärtigen Oberfläche des Flußratendetektorgerätes 14 zu fließen, wird
daraufhin über
die gesamte stromaufwärtige
Fläche
des Flußratendetektorgerätes 14 verengt.
Daher kann das Fluid nur schwer in den Raum zwischen der zweiten
Stirnfläche 28 und
der rückwärtigen Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 fließen. Es
ist daher schwierig, das zu messenden Fluid in den Hohlraum 13 hineingelangen
zu lassen. Daher wird der Fluß 23 des
zu messenden Fluids, der in 27 dargestellt
ist, wesentlich verringert, so daß in dem Hohlraum 13 praktisch
kein instabiler Fluß auftreten kann.
Daher wird die Genauigkeit des Detektierens der Flußrate auf
ein ausreichend hohes Niveau angehoben.
-
Darüber hinaus
sollte die Positionsdifferenz in Richtung der Tiefe zwischen der
zweiten Stirnfläche 28 und
jeder der ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c gering
sein, um zu verhindern, daß das
zu messende Fluid in den Hohlraum 13 eindringt. Selbst falls
das Halterungselement 16 aus Kunstharz ausgeformt wird,
und das Halterungselement aus einem Metallmaterial besteht und durch
Preßformen
ausgebildet wird, kann eine derartig geringe Entfernung zwischen
diesen Zeilen mit hoher Genauigkeit dadurch sichergestellt werden,
daß die
ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c sowie
die zweite Stirnfläche 28 mit
Hilfe einer Preßform
hergestellt werden. Wenn die Positionsdifferenz in Richtung der
Tiefe zwischen der zweiten Stirnfläche 28 und jeder der
ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c nicht
größer ist
als 50 μm, werden
Verengungseffekte (nämlich
Drosseleffekte) erzielt. Wenn die Differenz zwischen diesen Teilen nicht
größer ist
als einige μm,
wird darüber
hinaus noch verläßlicher
verhindert, daß das
zu messende Fluid in den Raum zwischen der zweiten Stirnfläche 28 und
der rückwärtigen Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 eindringt.
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Von
dem Heizelement 4 erzeugte Wärme wird an das zu messende
Fluid übertragen.
Darüber hinaus
wird diese Wärme
auch an das plattenförmige Substrat 1 über die
Flußratendetektormembran 12 übertragen.
Daher ist die Temperatur des plattenförmigen Substrats 1 etwas
höher als
jene des zu messenden Fluids. Wenn der Hauptanteil der Wärme von dem
Substrat 1 an das Halterungselement 16 übertragen
wird, wird die Flußratendetektorempfindlichkeit
beeinträchtigt.
Bei der dritten Ausführungsform ist
die dritte Stirnfläche 29 getrennt
von der rückwärtigen Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 vorgesehen.
Daher kann von dem Heizelement an das plattenförmige Substrat 1 übertragene
Wärme nur
schwer zum Halterungselement 16 entweichen. Daher wird
in Bezug auf die von dem Heizelement 4 erzeugte Wärme der
Fluß der
Wärme mit
Ausnahme der an das zu messende Fluid übertragenen Wärme verringert.
Hierdurch wird die Empfindlichkeit des Flußsensors erhöht.
-
Darüber hinaus
weist die dritte Stirnfläche 29 eine
Breite in Richtung des Flusses des zu messenden Fluids auf, die
geringer ist als die Breite des Flußratendetektorgerätes 14.
Weiterhin ist die dritte Stirnfläche 29 innerhalb
des Flußratendetektorgerätes 14 angeordnet.
Aus diesem Grund ist die Entfernung zwischen dem Halterungselement 16 (oder
der zweiten Stirnfläche 28)
und dem Flußratendetektorgerät 14 auf
der stromaufwärtigen
oder stromabwärtigen
Seite des Gerätes 14 klein.
Daher wird in dem Flußratendetektorgerät 14 das
zu messende Fluid daran gehindert, in den Raum einzudringen, der
unter der rückwärtigen Oberfläche des
Geräts 14 über der
Fläche
vorgesehen ist, die in der Richtung senkrecht zum Fluß des zu
messenden Fluids verläuft
(bei den vorliegenden Figuren: Längsrichtung
des Gerätes 14).
Daher ist der Fluß 23 des
instabilen, zu messenden Fluids, der in 27 dargestellt
ist, ausgeschaltet, und wird die Genauigkeit des Detektierens der
Flußrate
erhöht.
-
Weiterhin
ist ein Teil des Flußratendetektorgerätes 14,
welches das Fluidtemperaturdetektorelement 5 enthält, getrennt
von dem Halterungselement 16 (oder der dritten Stirnfläche 29)
angeordnet. Daher wird der Wärmewiderstand
zwischen dem Fluidtemperaturdetektorelement 5 und dem Halterungselement 16 erhöht. Dies
führt dazu,
daß das
Fluidtemperaturdetektorelement 5 die Nachlaufeigenschaften in
Bezug auf eine Änderung
der Fluidtemperatur verbessert.
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Weiterhin
ist die Fluidtemperaturdetektormembran 30 in dem Teil des
Flußratendetektorgerätes 14 vorgesehen,
in welchem das Fluidtemperaturdetektorelement 5 angeordnet
ist. Daher wird der Wärmewiderstand
zwischen dem Fluidtemperaturdetektorelement 5 und dem Halterungselement 16 noch weiter
erhöht.
Weiterhin wird die Wärmekapazität des Nachbarbereichs
des Fluidtemperaturdetektorelements 5 verringert. Daher
weist das Gerät 14 extrem exakte
Nachlaufeigenschaften in Bezug auf eine Änderung der Temperatur des
zu messenden Fluids auf. Weiterhin ist das Fluidtemperaturdetektorelement 5 thermisch
gegenüber
dem plattenförmigen
Substrat 1 durch die Fluidtemperaturdetektormembran 30 isoliert.
Selbst wenn Wärme
von dem Heizelement 4 an das plattenförmige Substrat 1 übertragen
wird, und die Temperatur des Substrats 1 geringfügig höher ist als
jene des zu messenden Fluids, wie dies voranstehend geschildert
wurde, ermöglicht
es die Bereitstellung dieser Fluidtemperaturdetektormembran 30 in dem
Gerät 14,
daß das
Fluidtemperaturdetektorelement 5 die exakte Temperatur
des zu messenden Fluids detektiert.
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Wenn
das zu messende Fluid in den Hohlraum 31 der Fluidtemperaturdetektormembran 30 eindringt,
und ein instabiler Fluß in
dem Hohlraum 31 auftritt, so werden die Flußratendetektoreigenschaften
des Sensors nicht instabil, da das Fluidtemperaturdetektorelement 5 keine
Flußrate
detektiert.
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VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
-
12 ist
eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung eines Halterungselements,
welches in einem Flußratensensor
gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. 13 ist
eine Perspektivansicht eines Zustands, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert wird. 14 ist
eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung
zum Haltern des Flußratendetektorgerätes, welches
in dem Flußratensensor gemäß der vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist. 15 ist
eine Schnittansicht in der Richtung der Pfeile auf der Linie XI-XI von 14.
Weiterhin wird darauf hingewiesen, daß in den 12 und 13 die
Darstellung eines Deckels 21 weggelassen ist.
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Wie
aus den 12 bis 15 hervorgeht, weist
diese vierte Ausführungsform
Fluidkanalnuten 32a und 32b auf, die in Teilen
der stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
Seitenwandoberflächenabschnitte
eines Ausnehmungsabschnitts 18 so vorgesehen sind, daß die Fluidkanalnuten 32a und 32b als Fluidkanäle dienen,
durch welche das zu messende Fluid zwischen einem unteren Bereich
in dem Teil, in welchem ein Fluidtemperaturdetektorelement 5 vorgesehen
ist, und dem Ausnehmungsabschnitt 18 fließt.
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Die übrigen Bauteile
bei der vierten Ausführungsform
sind ähnlich
oder entsprechend wie die entsprechenden Bauteile der voranstehend
geschilderten dritten Ausführungsform
ausgebildet.
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Der
auf die voranstehend geschilderte Art und Weise aufgebaute Flußratensensor
weist die zweite Stirnfläche 28 auf,
die einen Abschnitt einengt oder drosselt, in welchen das zu messende
Fluid fließen
könnte.
Daher wird kein instabiler Fluß in
einem Hohlraum 13 hervorgerufen, der in dem rückwärtigen Oberflächenabschnitt
der Fluidtemperaturdetektormembran 12 vorgesehen ist. Weiterhin
kann in jenem Teil, in welchem das Fluidtemperaturdetektorelement 5 vorgesehen
ist, das zu messende Fluid wirksam nicht nur der oberen Oberfläche des
Flußratendetektorgeräts 14 zugeführt werden,
sondern auch dessen rückwärtiger Oberfläche. Ein
Pfeil 33 gibt den Fluß des
zu messenden Fluids an, welches der rückwärtigen Oberflächenseite
des Flußratendetektorelements 5 zugeführt wird.
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Selbst
wenn eine Änderung
der Fluidtemperatur auftritt, folgt die von dem Fluidtemperaturdetektorelement 5 detektierte
Temperatur sofort der Fluidtemperatur. Daher wird die Flußratendetektorgenauigkeit
des Flußratensensors
verbessert.
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FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
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16 ist
eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung, die ein Halterungselement
zeigt, welches in einem Flußratensensor
gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist. 17 zeigt
als Perspektivansicht einen Zustand, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert wird. 18 ist
eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung
zum Haltern des Flußratendetektorgerätes, das
in dem Flußratensensor
gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist. 19 ist
eine Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen auf der Linie XIX-XIX
von 18. Hierbei ist in den 16 und 17 die
Darstellung eines Deckels 21 weggelassen.
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Wie
in den 16 bis 19 gezeigt
ist, besteht ein Halterungselement 16 aus Harz, weist die Form
einer Platte auf, und ist an einem Basisteil 20 angebracht.
Darüber
hinaus ist der Ausnehmungsabschnitt 18, dessen Umfang etwas
länger
ist als jener eines Flußratendetektorelements 14,
in einem Oberflächenabschnitt
des Halterungselements 16 vorgesehen.
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In
diesem Ausnehmungsabschnitt 18 sind erste Stirnflächen 25a, 25b und 25c vorgesehen,
die voneinander beabstandet sind, und zum Haltern des Flußratendetektorgerätes 14 verwendet
werden. Diese ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c sind
im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet. Weiterhin weist der
Ausnehmungsabschnitt 18 eine zweite Stirnfläche 28 auf,
die an einem Ort vorhanden ist, der tiefer liegt als die ersten
Stirnflächen 25a, 25b und 25c.
Darüber
weist der Ausnehmungsabschnitt 18 eine dritte Stirnfläche 29 und
eine vierte Stirnfläche 34 auf,
die an Orten vorgesehen sind, die tiefer liegen als die zweite Stirnfläche 28.
Weiterhin ist die dritte Stirnfläche 29 so
ausgebildet, daß sie
dem Hohlraum 31 der Fluidtemperaturdetektormembran 30 und
dem Umfangsabschnitt des Hohlraums 31 gegenüberliegt,
und daß ihre
Breite in Richtung des Flusses des zu messenden Fluids geringer
ist als die Breite des Flußratendetektorgerätes 14.
Weiterhin liegt die vierte Stirnfläche 34 dem Hohlraum 13 gegenüber. Darüber hinaus
ist die zweite Stirnfläche 28 auf
der gesamten Bodenoberfläche
des Ausnehmungsabschnitts 18 mit Ausnahme der ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c,
der dritten Stirnfläche 29 und
der vierten Stirnfläche 34 vorgesehen.
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Daher
liegt die zweite Stirnfläche 28 dem Umfangsabschnitt
des Hohlraums 13 der Flußratendetektormembran 12 gegenüber. Die
dritte Stirnfläche 29 liegt
einem Hohlraum 31 der Fluidtemperaturdetektormembran 30 und
dem Umfangsabschnitt des Hohlraums 31 gegenüber. Die
vierte Stirnfläche 34 liegt
dem Hohlraum 13 gegenüber.
Weiterhin ist in Richtung der Tiefe des Ausnehmungsabschnitts des Halterungselements 16 die
zweite Stirnfläche 28 an einem
Ort vorgesehen, der tiefer liegt als die ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c.
Darüber
hinaus sind die dritte Stirnfläche 29 und
die vierte Stirnfläche 34 an
einem Ort vorgesehen, der tiefer liegt als die zweite Stirnfläche 28.
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Die übrigen Bauteile
bei der fünften
Ausführungsform
sind ähnlich
wie bei der voranstehend geschilderten dritten Ausführungsform.
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Bei
dem Flußratensensor
mit dem voranstehend geschilderten Aufbau dringt kein zu messendes Fluid
in den Hohlraum 13 der Flußratendetektormembran 12 ein,
infolge der Tatsache, daß das
plattenförmige
Substrat 1 nahe an der zweiten Stirnfläche 28 angeordnet
ist. Daher wird ein Flußratensensor
mit hoher Genauigkeit bezüglich
der Detektion einer Flußrate
erhalten.
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Darüber hinaus
ist die Flußratendetektormembran 12,
auf welcher das Heizelement 4 angeordnet ist, getrennt
von einem Teil des Halterungsabschnitts 16 angeordnet,
nämlich
getrennt von der vierten Stirnfläche 34.
Daher ist das auf der Flußratendetektormembran 12 angeordnete
Heizelement 4 getrennt von dem Halterungselement 16 angeordnet, welches
dem Heizelement 4 gegenüberliegt.
Dies führt
dazu, daß das
Heizelement 4 gegenüber
dem Halterungselement 16 thermisch isoliert ist. Daher wird
der Wärmefluß verringert,
der in Richtung der Tiefe des Ausnehmungsabschnitts von dem Heizelement 4 zu
dem Halterungselement 16 fließt. Der Anteil der Wärme, die
durch die Bewegung des zu messenden Fluids verlorengeht, in Bezug
auf die Joul'sche
Wärme,
die in dem Heizelement 4 erzeugt wird, wird daher erhöht. Dies
führt dazu,
daß die Meßgenauigkeit
des Flußratensensors
erhöht
wird.
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Falls
das Halterungselement 16 aus Harz besteht, kann darüber hinaus
das Halterungselement 16 getrennt von dem Heizelement 4 angeordnet
werden. Dies schaltet das Erfordernis aus, ein Material mit hoher
Wärmebeständigkeit
zu verwenden. Dies erhöht
die Freiheit bei der Auswahl eines Harzmaterials. Entsprechend wird,
selbst wenn die Temperatur des Heizelements 4 hoch ist,
ein Temperaturanstieg beim Halterungselement 16 eingeschränkt. Selbst wenn
das Halterungselement 16 aus Harz besteht, kann man daher
einen Flußratensensor
erhalten, der in einer Atmosphäre
auf hoher Temperatur eingesetzt werden kann.
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Darüber hinaus
ist die dritte Stirnfläche 29 getrennt
von der rückwärtigen Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 angeordnet.
Selbst wenn Wärme
von dem Heizelement 4 an das plattenförmige Substrat 1 übertragen
wird, wird der Wärmefluß verringert,
der von dort aus an das Halterungselement 16 übertragen
wird. Daher wird die Empfindlichkeit des Flußratensensors erhöht.
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SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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20 ist
eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung, welche ein Halterungselement
zeigt, das in einem Flußratensensor
gemäß der sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist. 21 ist
eine Perspektivansicht eines Zustands, in welchem ein Flußratendetektorgerät in dem
Flußratensensor
gemäß der sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gehaltert ist. 22 ist
eine Schnittansicht eines Hauptabschnitts der Halterungsanordnung
zum Haltern des Flußratendetektorgerätes, das
in dem Flußratensensor
gemäß der sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung vorhanden ist. 23 ist
eine Schnittansicht in der Richtung von Pfeilen auf der Linie XXIII-XIII
von 22. Hierbei ist in den 20 und 21 die
Darstellung eines Deckels 21 weggelassen.
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Wie
in den 20 bis 23 gezeigt,
besteht ein Halterungselement 16 aus Harz, weist die Form
einer Platte auf, und ist an einem Basisteil 20 angebracht.
Darüber
hinaus ist ein Ausnehmungsabschnitt 18, dessen Umfang etwas
länger
ist als jener eines Flußratendetektorelements 14,
in einem Oberflächenabschnitt
des Halterungselements 16 vorgesehen.
-
In
diesem Ausnehmungsabschnitt 18 sind erste Stirnflächen 25a, 25b und 25c vorgesehen,
die voneinander beabstandet sind, und zum Haltern des Flußratendetektorgerätes 14 verwendet
werden. Diese ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c sind
im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet. Darüber hinaus
weist der Ausnehmungsabschnitt 18 eine Bodenoberfläche 26 auf,
die an einem Ort vorgesehen ist, der tiefer liegt als die ersten
Stirnflächen 25a, 25b und 25c.
Weiterhin weist der Ausnehmungsabschnitt 18 fünfte Stirnflächen 36 auf,
die jeweils entlang einer Seite des Ausnehmungsabschnitts senkrecht
zum Fluß eines
zu messenden Fluids an einem Ort angeordnet sind, der tiefer liegt
als die ersten Stirnflächen 25a, 25b und 25c,
und weniger tief ist als die Bodenoberfläche 26. Weiterhin
ist ein Dichtungsteil 35, welches durch einen Kleber gebildet
wird, auf den fünften
Stirnflächen 36 vorgesehen,
die an der stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Seite des Ausnehmungsabschnitts 18 über dem gesamten Bereich senkrecht
zur Richtung des Flusses des zu messenden Fluids vorgesehen sind.
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Weiterhin
ist das Flußratendetektorgerät 14 in
dem Ausnehmungsabschnitt 18 aufgenommen und an der ersten
Stirnfläche 25c mit
Hilfe eines Klebers befestigt. Gleichzeitig werden die stromaufwärtigen und
stromabwärtigen,
rückwärtigen Oberflächen des
Flußratendetektorgerätes 14 mit
dem Ausnehmungsabschnitt 18 durch das Dichtungsmaterial 35 über den
gesamten Bereich senkrecht zur Richtung des Flusses des zu messenden
Fluids verbunden. Zu diesem Zeitpunkt verläuft die obere Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes 14 im
wesentlichen fluchtend zur oberen Oberfläche des Halterungselements 16.
Darüber
hinaus ist ein Raum zwischen der Bodenoberfläche 26 des Ausnehmungsabschnitts 18 und
dem Flußratendetektorgerät 14 vorhanden.
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Die übrigen Bauteile
bei der sechsten Ausführungsform
sind wie die entsprechenden Bauteile der voranstehend geschilderten
dritten Ausführungsform
ausgebildet.
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Bei
dem wie voranstehend geschildert aufgebauten Flußratensensor wird das zu messende Fluid
in Bezug auf die Bewegung von stromaufwärts nach stromabwärts zwischen
dem Flußratendetektorgerät 14 und
dem Halterungselement 16 eingeschränkt. Auf diese Weise wird ein
Flußratensensor erhalten,
der eine hervorragende Genauigkeit bezüglich der Messung der Flußrate aufweist.
Ein Dichtungsteil ist zumindest nicht auf Teilen von Seiten, die parallel
zum Fluß des
zu messenden Fluids verlaufen, des Ausnehmungsabschnitts 18 und
des Flußratendetektorgerätes 14 vorhanden.
Daher steht der Hohlraum 13 mit der Außenumgebung in Verbindung.
Selbst wenn eine Änderung
des Drucks der Atmosphäre
auftritt, kann daher die Membran weder verformt werden noch brechen.
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Weiterhin
wird bei der Herstellung des Sensors, falls das Dichtungsmaterial 35 in
den Ausnehmungsabschnitt 18 hineinfließt, der Fluß des Dichtungsmaterials 35 in
einem großen
Raum zwischen dem Flußratendetektorgerät 14 und
der Bodenoberfläche 26 gestoppt.
Daher besteht keine Befürchtung, daß das Dichtungsmaterial 35 an
dem Umgebungsbereich der Membran 12 anhaftet. Daher werden
die Detektoreigenschaften des Sensors nicht beeinträchtigt.
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In
diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, daß die voranstehend geschilderten
Dichtungsteile 35 nicht immer auf der stromaufwärtigen und
stromabwärtigen
Seite des Gerätes 14 vorgesehen
werden müssen.
Es ist ausreichend, den Flußweg
des zu messenden Fluids zwischen dem Flußratendetektorgerät 14 und
dem Ausnehmungsabschnitt 18 zu blockieren. Das Dichtungsteil 35 kann
entweder auf der stromaufwärtigen
oder auf der stromabwärtigen
Seite des Geräts 14 vorhanden
sein. Darüber
hinaus muß sich
das Dichtungsteil 35 nicht notwendigerweise über den
gesamten Bereich senkrecht zur Richtung des Flusses des zu messenden Fluids
erstrecken. Das Dichtungsteil 35 kann nämlich auch auf einem Teil entweder
des stromaufwärtigen oder
des stromabwärtigen
Seitenbereichs des Gerätes 14 vorhanden
sein. Es reicht nämlich
aus, daß das
Dichtungsteil 35 zumindest in einem Bereich vorhanden ist,
der den Hohlraum 13 in Richtung senkrecht zur Richtung
des Flusses des zu messenden Fluids abdeckt.
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Insoweit
ein Teil, welches aus einem bestimmten Material besteht, den Fluß des zu
messenden Fluids blockiert, kann ein derartiges Material als das
Material für
das Dichtungsteil 35 eingesetzt werden. Es kann beispielsweise
ein Kleber auf Epoxygrundlage oder ein Kleber auf Silikongrundlage
verwendet werden.
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Bei
der voranstehenden Beschreibung jeder der voranstehend geschilderten
Ausführungsformen wurde
ein Flußratensensor
beschrieben, der ein Heizelement 4 aufweist, das in der
Flußratenmeßmembran 12 vorhanden
ist, und die Flußrate
des zu messenden Fluids auf der Grundlage des Heizstroms für das Heizelement 4 detektiert.
Allerdings kann die vorliegende Erfindung auch mit Flußratensensoren
anderer Arten verwirklicht werden, soweit derartige Flußraten dazu
ausgebildet sind, eine Flußrate
und eine Flußgeschwindigkeit
auf der Grundlage des Effekts der Wärmeübertragung auf ein zu messendes Fluid
zu messen.
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Beispielsweise
kann die vorliegende Erfindung durch einen Flußratensensor jener Art verwirklicht
werden, der Temperaturmeßwiderstandselemente
aufweist, die stromaufwärts
oder stromabwärts
von einem Heizelement angeordnet sind, und der dazu ausgebildet
ist, Temperaturunterschiede zwischen den Temperaturmeßwiderstandselementen
zu detektieren, sowie durch einen Flußsensor jener Art, der mehrere
Heizelemente an stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Abschnitten verwendet, und dazu ausgebildet ist, den Unterschied
zwischen zugehörigen
Heizströmen
für die
Heizelemente zu detektieren.
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Die
Flußratensensoren
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind wie voranstehend geschildert aufgebaut. Daher führt die
vorliegende Erfindung zu folgenden Auswirkungen.
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Gemäß einer
Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
zur Verfügung
gestellt, welcher aufweist: ein Flußratendetektorgerät mit einem
plattenförmigen Substrat,
einem Heizelement, das aus einem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm
besteht und auf einer Oberfläche
des plattenförmigen
Substrats vorgesehen ist, und einem Hohlraum, der durch Entfernen
eines Teils des plattenförmigen
Substrats ausgebildet wird, das unter dem Heizelement vorhanden
ist, um eine Membran zum Detektieren einer Flußrate auszubilden; und ein
Halterungselement, welches einen Ausnehmungsabschnitt zur Aufnahme
des Flußratendetektorgerätes aufweist,
das auf seiner oberen Oberfläche
vorgesehen ist, wobei das Halterungselement so angeordnet ist, daß seine
obere Oberfläche parallel
zur Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids verläuft, oder
in einem vorbestimmten Winkel zu dieser Richtung. Bei diesem wärmeempfindlichen
Flußratensensor
ist eine Halterungsstirnfläche
zum Haltern des Flußratendetektorgerätes in dem
Ausnehmungsabschnitt vorgesehen. Weiterhin ist das Flußratendetektorgerät in dem
Ausnehmungsabschnitt aufgenommen, und wird durch die Halterungsstirnfläche gehaltert,
und ist an dieser befestigt, so daß die obere Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes annähernd mit
der oberen Oberfläche
des Halterungselements fluchtet. Weiterhin ist ein dünnes, plattenförmiges Teil
an einer rückwärtigen Oberfläche des
plattenförmigen
Substrats des Flußratendetektorgeräts so angebracht,
daß es
den Hohlraum verschließt.
Daher tritt keine Bewegung eines instabilen, zu messenden Fluids
in dem Hohlraum zum Detektieren der Flußrate auf. Daher wird ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
mit hoher Genauigkeit bezüglich
der Detektion der Flußrate
erhalten.
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Weiterhin
ist bei einer Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
das dünne,
plattenförmige
Teil flexibel ausgebildet. Selbst wenn eine Änderung des Drucks der Atmosphäre auftritt,
bricht daher die Membran nicht. Dadurch wird die Verläßlichkeit
des Sensors erhöht.
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Weiterhin
ist bei einer anderen Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors ein
Loch, welches das Innere des Hohlraums mit dem Außenraum
verbindet, in dem dünnen,
plattenförmigen
Teil vorgesehen. Wenn eine Änderung
des Drucks der Atmosphäre
auftritt, bricht daher die Membran nicht. Daher wird die Verläßlichkeit
des Sensors verbessert.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
besteht das dünne,
plattenförmige
Teil aus einem Metallmaterial. Die Verläßlichkeit in Bezug auf den
Wärmewiderstand
dieses Teils wird daher erhöht.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
besteht das dünne,
plattenförmige
Teil aus einem Material auf Glasgrundlage. Daher werden die Genauigkeit
bezüglich
der Detektion einer Flußrate
und die Verläßlichkeit
in Bezug auf die Wärmebeständigkeit
dieses Teils erhöht.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
ist das dünne,
plattenförmige
Teil anodisch mit dem plattenförmigen
Substrat verbunden. Hierdurch wird die Verläßlichkeit der Verbindung erhöht. Dies
führt zu
einer erhöhten
Verläßlichkeit
des Sensors.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
besteht das dünne,
plattenförmige
Teil aus einem Material auf Polyimidgrundlage. Hierdurch wird die
Verläßlichkeit
in Bezug auf die Wärmebeständigkeit
dieses Teils erhöht.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
wird das dünne,
plattenförmige
Teil an dem plattenförmigen
Substrat unter Verwendung eines Klebers auf Epoxygrundlage befestigt.
Daher wird die Verläßlichkeit
bezüglich
der Wärmebeständigkeit
dieses Teils erhöht.
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Weiterhin
wird bei einer weiteren Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
das dünne,
plattenförmige
Teil an dem plattenförmigen
Substrat unter Verwendung eines Klebers auf Silikongrundlage befestigt.
Daher wird die Verläßlichkeit
in Bezug auf die Wärmebeständigkeit dieses
Teils verbessert.
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Gemäß einer
weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung wird ein wärmeempfindlicher Flußratensensor
zur Verfügung
gestellt, welcher aufweist: ein Flußratendetektorgerät, das ein
plattenförmiges
Substrat aufweist, ein Heizelement, das aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm besteht und auf einer Oberfläche des plattenförmigen Substrats
vorgesehen ist, und einen Hohlraum, der durch Entfernen eines Teils
des plattenförmigen
Substrats unter dem Heizelement ausgebildet wird, um so eine Membran
zum Detektieren einer Flußrate
auszubilden; und ein Halterungselement, welches einen Ausnehmungsabschnitt
zur Aufnahme des Flußratendetektorgerätes auf
seiner oberen Oberfläche
aufweist, wobei das Halterungselement so angeordnet ist, daß seine
obere Oberfläche
parallel zur Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids verläuft, oder
in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf diese Richtung. Bei diesem
wärmeempfindlichen
Flußratensensor
sind mehrere erste Stirnflächen
zum Haltern des Flußratendetektorgerätes voneinander
beabstandet in dem Ausnehmungsabschnitt vorgesehen, ist eine zweite
Stirnfläche,
die einem Umfangsabschnitt des Hohlraums gegenüberliegt, und eine Breite aufweist,
die größer ist
als jene des Flußratendetektorgeräts in der
Richtung des Flusses des zu messenden Fluids, in dem Ausnehmungsabschnitt vorgesehen,
und ist eine dritte Stirnfläche,
die nicht dem Hohlraum gegenüberliegt,
in dem Ausnehmungsabschnitt vorgesehen. Weiterhin ist die zweite Stirnfläche an einem
Ort angeordnet, der tiefer in Richtung der Tiefe des Ausnehmungsabschnitts
liegt als die mehreren ersten Stirnflächen, und ist die dritte Stirnfläche an einem
Ort angeordnet, der tiefer in Richtung der Tiefe des Ausnehmungsabschnitts
liegt als die zweite Stirnfläche.
Darüber
hinaus ist das Flußratendetektorgerät in dem
Ausnehmungsabschnitt aufgenommen, wird durch die mehreren ersten
Stirnflächen
gehaltert, und ist an zumindest einer der ersten Stirnflächen so
befestigt, daß die
obere Oberfläche
des Flußratendetektorgeräts annähernd mit
der oberen Oberfläche
des Halterungselements fluchtet. Auf diese Weise wird ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
mit hoher Genauigkeit in Bezug auf das Detektieren einer Flußrate sowie
mit hoher Empfindlichkeit erhalten.
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Weiterhin
ist bei einer Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
die Breite der dritten Stirnfläche
in der Richtung des Flusses des zu messenden Fluids geringer als
jene des Flußratendetektorgerätes in der
Richtung des Flusses des zu messenden Fluids. Hierdurch wird der
Effekt verstärkt,
zu verhindern, daß das
zu messende Fluid in einen Raum zwischen dem Flußratendetektorgerät und dem
Ausnehmungsabschnitt des Halterungselements eindringt. Dies führt dazu,
daß die
Meßgenauigkeit
erhöht
wird.
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Weiterhin
ist bei einer anderen Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors ein
Fluidtemperaturdetektorelement auf der oberen Oberfläche des
plattenförmigen
Substrats so vorgesehen, daß es
von einem Bereich getrennt ist, in welchem die Flußratendetektormembran
vorgesehen ist, und der dritten Stirnfläche gegenüberliegt. Selbst wenn sich
die Temperatur des zu messenden Fluids ändert, wird dessen Flußrate mit
hoher Genauigkeit detektiert.
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Weiterhin
wird bei einer weiteren Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
die Fluidtemperaturdetektormembran dadurch ausgebildet, daß zumindest
ein Teil des plattenförmigen
Substrats entfernt wird, das unter dem Fluidtemperaturdetektorelement
vorhanden ist. Selbst wenn die Temperatur des zu messenden Fluids
variiert, wird dessen Flußrate
mit hoher Genauigkeit detektiert.
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Zusätzlich sind
bei einer anderen Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
Fluidkanalnuten vorgesehen, die durch Schneiden sowohl stromaufwärtiger als
auch stromabwärtiger
Seitenoberflächen
des Ausnehmungsabschnitts des Halterungselements so ausgebildet
werden, daß sie
die dritte Stirnfläche
erreichen. Darüber hinaus
wird ein Fluidkanal, durch welchen das zu messende Fluid fließt, zwischen
einer rückwärtigen Oberfläche eines
Bereiches, in welchem das Fluidtemperaturdetektorelement des Flußratendetektorgerätes vorgesehen
ist, und dem Ausnehmungsabschnitt ausgebildet. Selbst wenn die Temperatur
des zu messenden Fluids sich ändert,
wird daher dessen Flußrate
mit hoher Genauigkeit detektiert.
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Weiterhin
wird gemäß einer
anderen Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
zur Verfügung
gestellt, welcher aufweist: ein Flußratendetektorgerät, welches
ein plattenförmiges
Substrat aufweist, ein Heizelement, das aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm besteht und auf einer Oberfläche des plattenförmigen Substrats
vorgesehen ist, und einen Hohlraum, der durch Entfernen eines Teils
des plattenförmigen
Substrats unter dem Heizelement ausgebildet wird, so daß eine Membran
zum Detektieren einer Flußrate entsteht;
und ein Halterungselement, das einen Ausnehmungsabschnitt zur Aufnahme
des Flußratendetektorgerätes aufweist,
das auf seiner oberen Oberfläche
vorgesehen ist, wobei das Halterungselement so angeordnet ist, daß seine
obere Oberfläche
parallel zur Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids verläuft, oder
in einem vorbestimmten Winkel zu dieser Richtung. Bei diesem wärmeempfindlichen Flußratensensor
sind mehrere erste Stirnflächen zum
Haltern des Flußratendetektorgerätes voneinander
beabstandet in dem Ausnehmungsabschnitt vorgesehen, ist eine zweite
Stirnfläche,
die einem Umfangsabschnitt des Hohlraums gegenüberliegt, und eine Breite aufweist,
die größer ist
als jene des Flußratendetektorgeräts, in der
Richtung des Flusses des zu messenden Fluids, in dem Ausnehmungsabschnitt
vorgesehen, und ist in dem Ausnehmungsabschnitt eine vierte Stirnfläche vorgesehen,
die zumindest einem Teil des Hohlraums gegenüberliegt. Weiterhin ist die
zweite Stirnfläche
an einem Ort vorgesehen, der tiefer in der Richtung der Tiefe des
Ausnehmungsabschnitts liegt als die mehreren ersten Stirnflächen, und
ist die vierte Stirnfläche
an einem Ort vorgesehen, der tiefer in Richtung der Tiefe des Ausnehmungsabschnitts
liegt als die zweite Stirnfläche. Darüber hinaus
ist das Flußratendetektorgerät in dem
Ausnehmungsabschnitt aufgenommen, wird durch die mehreren ersten
Stirnflächen
gehaltert, und ist zumindest an einer der ersten Stirnflächen so befestigt,
daß die
obere Endoberfläche
des Flußratendetektorgerätes annähernd mit
der oberen Oberfläche
des Halterungselements fluchtet. Daher wird ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
erhalten, der eine hohe Empfindlichkeit für das Detektieren einer Flußrate aufweist.
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Weiterhin
ist bei einer Ausführungsform
dieses wärmeempfindlichen
Flußratensensors
eine dritte Stirnfläche
in dem Ausnehmungsabschnitt des Halterungselements so vorgesehen,
daß sie
nicht zumindest dem Hohlraum der Flußratendetektormembran gegenüberliegt.
Darüber
hinaus ist die dritte Stirnfläche
an einem Ort angeordnet, der tiefer in Richtung der Tiefe des Ausnehmungsabschnitts
liegt als die zweite Stirnfläche.
Hierdurch wird die Flußratendetektionsempfindlichkeit
des Sensors erhöht.
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Weiterhin
ist bei anderen Ausführungsform dieses
wärmeempfindlichen
Flußratensensors
die Breite der dritten Stirnfläche
in der Richtung des Flusses des zu messenden Fluids geringer als
jene des Flußratendetektorgerätes in der
Richtung des Flusses des zu messenden Fluids. Hierdurch wird die
Genauigkeit der Messung erhöht.
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Weiterhin
wird gemäß einer
weiteren Zielrichtung der vorliegenden Erfindung ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
zur Verfügung
gestellt, welcher aufweist: ein Flußratendetektorgerät, das ein plattenförmiges Substrat
aufweist, ein Heizelement aus einem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm, welches
auf einer Oberfläche
des plattenförmigen Substrats
vorgesehen ist, und einen Hohlraum, der dadurch ausgebildet wird,
daß ein
Teil des plattenförmigen
Substrats unter dem Heizelement entfernt wird, um eine Membran zum
Detektieren einer Flußrate
auszubilden; und ein Halterungselement, welches einen Ausnehmungsabschnitt
zur Aufnahme des Flußratendetektorgerätes auf
seiner oberen Oberfläche
aufweist, wobei das Halterungselement so angeordnet ist, daß seine
obere Oberfläche
parallel zur Richtung des Flusses eines zu messenden Fluids verläuft, oder
in einem vorbestimmten Winkel zu dieser Richtung. Bei diesem wärmeempfindlichen Flußratensensor
ist das Flußratendetektorgerät in dem
Ausnehmungsabschnitt so aufgenommen, daß die obere Oberfläche des
Flußratendetektorgerätes annähernd mit
der oberen Oberfläche
des Halterungselements fluchtet. Weiterhin ist ein Dichtungsteil
so ausgebildet, daß es
nicht zwischen dem Ausnehmungsabschnitt und zumindest einem Teil
eines Endabschnitts vorhanden ist, der nahezu parallel zur Richtung
des Flusses des zu messenden Fluids verläuft, des Flußratendetektorelements,
und darüber hinaus
so, daß zumindest
ein Teil eines Spaltes zwischen dem Ausnehmungsabschnitt und jedem
von stromaufwärtigen
und stromabwärtigen
Endabschnitten ausgefüllt
wird, die in der Richtung des Flusses des zu messenden Fluids angeordnet
sind, des Flußratendetektorgeräts. Hierdurch
wird ein wärmeempfindlicher
Flußratensensor
mit hoher Genauigkeit in Bezug auf das Detektieren einer Flußrate erhalten.
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Weiterhin
weist bei einer Ausführungsform dieses
wärmeempfindlichen
Flußratensensors
der Ausnehmungsabschnitt des Halterungselements eine erste Stirnfläche zum
Haltern des Flußratendetektorgerätes auf,
eine Bodenoberfläche,
und eine fünfte
Stirnfläche,
die entlang einem Teil von Seiten vorgesehen ist, die nicht parallel
zum Fluß des
zu messenden Fluids verlaufen. Darüber hinaus ist die fünfte Stirnfläche an einem
Ort angeordnet, der tiefer liegt als die erste Stirnfläche, und
weniger tief als die Bodenoberfläche,
wobei das Dichtungsteil auf der fünften Stirnfläche vorgesehen
ist.
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Zwar
wurden voranstehend die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben, jedoch wird darauf hingewiesen, daß die vorliegende
Erfindung nicht hierauf beschränkt
ist, und daß Fachleuten
auf diesem Gebiet andere Abänderungen
auffallen werden, die sich ohne Abweichung vom Wesen der Erfindung
ergeben.
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Der
Umfang der vorliegenden Erfindung ergibt sich daher aus der Gesamtheit
der vorliegenden Anmeldeunterlagen und soll von den beigefügten Patentansprüchen umfaßt sein.