JP2000009509A - Flow sensor element - Google Patents

Flow sensor element

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JP2000009509A
JP2000009509A JP10175737A JP17573798A JP2000009509A JP 2000009509 A JP2000009509 A JP 2000009509A JP 10175737 A JP10175737 A JP 10175737A JP 17573798 A JP17573798 A JP 17573798A JP 2000009509 A JP2000009509 A JP 2000009509A
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fluid
heating element
flow
heating elements
heat
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JP10175737A
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Takayuki Yamaguchi
隆行 山口
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Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
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Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately and easily take a measurement in a low flow-rate range. SOLUTION: In the flow sensor element equipped with at least one substrate 1 and a thin-film heating element 3 formed on the substrate 1 while thermally insulated from the substrate 1 and extended at right angles to the flow direction of fluid, the width (a) of the heating element 3 in the flow direction of the fluid is so set that there is no effect of the conduction of heat in the heating element 3 due to the flow of the fluid. Consequently, when the heating body 3 is heated, the conduction of the heat in the heating element 3 is suppressed to make it easy to conduct the heat of the heating element 3 to the fluid. Consequently, the disorder of the linearity of the relation between the flow velocity of the fluid and output variation corresponding to the temperature variation of the heating element is improved to accurately and easily take a measurement in the low flow rate range.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、ガス等の
流体の流速や流量を測定し、或いは、自動車のエンジン
に吸入する空気量をコントロールする測定装置等に用い
るフローセンサ素子に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow sensor element used for a measuring device for measuring the flow velocity and flow rate of a fluid such as gas, or for controlling the amount of air taken into an automobile engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種のフローセンサ素子として、特開
平2−193019号公報、特開平4−72523号公
報、特開平4−93768号公報等に記載されているよ
うに、基板の表面に、流体の流れに沿って上流側から下
流側に向かって、第一の測温低抗体と、発熱体と、第二
の測温低抗体とを配列し、発熱体を加熱し、流体の流れ
により変化する第一、第二の測温低抗体の出力の差によ
り流体の流速や流量を求めるようにした構成がある。
2. Description of the Related Art As described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 2-1932019, Hei 4-72523, Hei 4-93768, and the like, a flow sensor element of this type is provided on the surface of a substrate. From the upstream side to the downstream side along the flow of the fluid, the first temperature measuring low antibody, the heating element, and the second temperature measuring low antibody are arranged, the heating element is heated, and the There is a configuration in which the flow velocity or flow rate of a fluid is determined based on the difference between the outputs of the first and second low-temperature measuring antibodies that change.

【0003】このような構成において、特開平4−72
523号公報に記載された発明は、発熱体を電気的に独
立した第一の発熱体と第二の発熱体とにより構成してい
る。また、特開平4−93768号公報に記載された発
明は、第一、第二の測温低抗体の配置について規定して
いる。
In such a configuration, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-72
In the invention described in JP-A-523-523, the heating element is constituted by a first heating element and a second heating element which are electrically independent. Further, the invention described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-93768 specifies the arrangement of the first and second low temperature measuring antibodies.

【0004】上記構成とは別な構成として、流体の流れ
の方向に沿って二つの発熱体を配列し、これらの発熱体
を加熱し、流体の流れにより変化する発熱体の電圧差に
より、流体の流速や流量を求めるようにしたフローセン
サ素子がある。
[0004] As another structure different from the above structure, two heating elements are arranged in the direction of the flow of the fluid, these heating elements are heated, and the voltage difference between the heating elements that changes with the flow of the fluid causes the fluid to flow. There is a flow sensor element for obtaining the flow velocity and flow rate of the flow sensor.

【0005】さらに、流体の流れの中に一つの発熱体を
設け、流体の流れにより変化する発熱体の温度変化に対
応する出力により、流体の流速や流量を求めるようにし
たフローセンサ素子がある。
Further, there is a flow sensor element in which one heating element is provided in the flow of the fluid, and the flow rate and the flow rate of the fluid are obtained by the output corresponding to the temperature change of the heating element which changes with the flow of the fluid. .

【0006】ここで、図5に示すフローセンサ素子10
0について説明する。この例は、基板101に発熱体1
02とその上流側に位置する測温低抗体103と下流側
に位置する測温低抗体104とを配設した例である。こ
れらの発熱体102と、測温低抗体103,104と
は、基板101の表面に薄膜技術よって形成した後に、
異方性エッチングにより基板101に堀105を形成す
ることにより、基板101に対して熱的に絶縁されてい
る。
Here, a flow sensor element 10 shown in FIG.
0 will be described. In this example, a heating element 1 is
In this example, a low-temperature measuring antibody 103 located on the upstream side and a low-temperature measuring antibody 104 located on the downstream side are provided. These heating elements 102 and the temperature-measuring low antibodies 103 and 104 are formed on the surface of the substrate 101 by a thin film technique,
By forming the moat 105 on the substrate 101 by anisotropic etching, it is thermally insulated from the substrate 101.

【0007】このようなフローセンサ素子100は流体
の流れの中に配置されて使用される。そして、発熱体1
02に通電しthの温度に加熱すると、測温低抗体10
3はt1の温度に、測温低抗体104はt2の温度に上
昇する。この状態で流体が流れると発熱体102、測温
低抗体103,104は流体に熱を奪われる。このとき
に流体により奪われる熱量が流体の流速に比例するの
で、奪われる熱量を測定することにより、流体の流速及
び流量を求める。
[0007] Such a flow sensor element 100 is used by being arranged in a flow of a fluid. And the heating element 1
02 and heated to the temperature of th, the temperature measurement low antibody 10
3 rises to the temperature of t1, and the temperature measurement low antibody 104 rises to the temperature of t2. When the fluid flows in this state, the heating element 102 and the temperature-measuring low antibodies 103 and 104 lose heat to the fluid. At this time, the amount of heat deprived by the fluid is proportional to the flow velocity of the fluid. Therefore, the flow velocity and flow rate of the fluid are obtained by measuring the deprived heat quantity.

【0008】実際の測定は、下記の値の何れかを計測す
ることにより行うことができる。
The actual measurement can be performed by measuring any of the following values.

【0009】(1)第一の測温低抗体103の温度変化
ΔT1 (2)第二の測温低抗体104の温度変化ΔT2 (3)定温度駆動した場合の発熱体102の温度thを
一定に保つための駆動エネルギーの変化 (4)駆動エネルギーを一定にして発熱体102を駆動
した場合における発熱体102の温度thの変化ΔTh (5)測温低抗体103,104の温度変化ΔT1,Δ
T2の差 上記の計測に際し、測温低抗体103,104の温度変
化ΔT1,ΔT2は、測温低抗体103,104にPt
等の所定の抵抗温度係数をもつ材料を用い、その抵抗変
化を測定することにより求めることができる。また、発
熱体102を定温度駆動するためには、所定の抵抗温度
係数をもつpt等の材料により形成した発熱体102を
用い、抵抗値が一定になるように発熱体102を駆動す
る方法がある。
(1) Temperature change ΔT1 of the first temperature-measuring low antibody 103 (2) Temperature change ΔT2 of the second temperature-measuring low antibody 104 (3) Constant temperature th of the heating element 102 when driven at a constant temperature (4) Change in temperature th of heating element 102 when driving element 102 is driven with fixed driving energy ΔTh (5) Temperature change ΔT1, Δ of temperature measuring low antibodies 103 and 104
Difference in T2 In the above measurement, the temperature changes ΔT1 and ΔT2 of the low temperature measuring antibodies 103 and 104 are Pt
It can be determined by using a material having a predetermined temperature coefficient of resistance, such as, and measuring the change in resistance. Further, in order to drive the heating element 102 at a constant temperature, there is a method of driving the heating element 102 using a heating element 102 formed of a material such as pt having a predetermined resistance temperature coefficient so that the resistance value is constant. is there.

【0010】上記の(1)〜(5)の計測方法は、測温
低抗体、発熱体をどのように配列したフローセンサ素子
を用いるかにより選択される。
The measurement methods (1) to (5) are selected depending on how the flow sensor element in which the temperature-measuring low antibody and the heating element are arranged is used.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ここで、流体の流量計
測に際し、上記の(1)〜(4)の計測方法により計測
した結果を図6(a)に示す。この結果によれば、低流
量域では流量変化に対し発熱体(測温低抗体も含む)の
出力が変化しないので、低流量域の測定ができないこと
が分かる。これは、発熱体を加熱した熱が発熱体の内部
を伝わり易く、計測の対象となる流体に伝わりにくいた
め、発熱体の出力が流す流体の流速に応じて感度よく変
化しないことに基因するものと考えられる。
FIG. 6 (a) shows the result of measurement of the flow rate of the fluid by the measurement methods (1) to (4) described above. According to this result, it can be seen that the measurement of the low flow rate region cannot be performed because the output of the heating element (including the temperature measurement low antibody) does not change with the flow rate change in the low flow rate range. This is due to the fact that the heat generated by the heating element is not easily transmitted through the inside of the heating element and is not easily transmitted to the fluid to be measured, so that the output of the heating element does not change with high sensitivity according to the flow velocity of the flowing fluid. it is conceivable that.

【0012】次に、上記(5)の計測方法により計測し
た結果を図6(b)に示す。この結果によれば、高流速
域での線形性が崩れている。このため、高次曲線で近似
させるか、流量範囲を区切って計測する等、他の複雑な
計測方法を用いなければならない。
Next, FIG. 6B shows the result measured by the measuring method of (5). According to this result, the linearity in the high flow velocity region is broken. For this reason, it is necessary to use another complicated measurement method such as approximation by a higher-order curve or measurement by dividing the flow rate range.

【0013】本発明は、上記(3)又は(4)の計測方法
により低流量域での線形性の崩れを改良しうるフローセ
ンサ素子を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a flow sensor element capable of improving linearity collapse in a low flow rate region by the measurement method of (3) or (4).

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
少なくとも基板と、前記基板に対して熱的に絶縁される
とともに流体の流れ方向と直交方向に延出されて前記基
板に形成された薄膜の発熱体とを備えたフローセンサ素
子において、流体の流れ方向における前記発熱体の幅
は、流体の流れによる前記発熱体内での熱の移動の影響
を受けない幅に設定されている。
According to the first aspect of the present invention,
A flow sensor element comprising at least a substrate and a thin-film heating element that is thermally insulated from the substrate and extends in a direction perpendicular to the direction of flow of the fluid and is formed on the substrate. The width of the heating element in the direction is set to a width that is not affected by heat transfer in the heating element due to the flow of fluid.

【0015】したがって、発熱体を加熱したときに、発
熱体内部での熱の伝わりを抑制し発熱体の熱を流体に伝
え易くすることが可能となる。これにより、流体の流速
と、発熱体の温度変化に対応する出力変化との関係の線
形性の崩れを改良することが可能となる。
Therefore, when the heating element is heated, it is possible to suppress the transmission of heat inside the heating element and to easily transfer the heat of the heating element to the fluid. This makes it possible to improve the linearity of the relationship between the flow velocity of the fluid and the output change corresponding to the temperature change of the heating element.

【0016】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記発熱体は、それぞれ流体の流れ方向と
直交方向に複数本平行に配列され、流体の流れ方向にお
ける複数本の前記発熱体の間隔は、流体の流れによる前
記発熱体の間での熱の移動の影響を受けない間隔に設定
されている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a plurality of the heating elements are arranged in parallel in a direction orthogonal to a flow direction of the fluid, and a plurality of the heating elements are arranged in the flow direction of the fluid. The intervals between the bodies are set so as not to be affected by heat transfer between the heating elements due to the flow of the fluid.

【0017】したがって、発熱体を加熱したときに、発
熱体内部での熱の伝わり、及び、流体の流れ方向に沿っ
て隣接する発熱体の間での熱の伝わりを抑制し、発熱体
の熱を流体に伝え易くすることが可能となる。これによ
り、流体の流速と、発熱体の温度変化に対応する出力変
化との関係の線形性の崩れを改良することが可能とな
る。
Therefore, when the heating element is heated, the transmission of heat inside the heating element and the transmission of heat between adjacent heating elements along the flow direction of the fluid are suppressed, and the heat of the heating element is reduced. Can be easily transmitted to the fluid. This makes it possible to improve the linearity of the relationship between the flow velocity of the fluid and the output change corresponding to the temperature change of the heating element.

【0018】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記発熱体は、流体の流れに沿う複数個所
においてその流れの方向と直交方向に延出されるように
複数本平行に設けられ、これらの発熱体は互いに電気的
に直列に接続され、流体の流れ方向における複数の前記
発熱体の間隔は、流体の流れによる前記発熱体の間での
熱の移動の影響を受けない間隔に設定されている。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a plurality of the heating elements are provided in parallel at a plurality of locations along the flow of the fluid so as to extend in a direction perpendicular to the direction of the flow. These heating elements are electrically connected in series with each other, and the interval between the plurality of heating elements in the fluid flow direction is an interval that is not affected by heat transfer between the heating elements due to the fluid flow. Is set to

【0019】したがって、発熱体を加熱したときに、発
熱体内部での熱の伝わり、及び、流体の流れ方向に沿っ
て隣接する発熱体の間での熱の伝わりを抑制し、発熱体
の熱を流体に伝え易くすることが可能となる。これによ
り、流体の流速と、発熱体の温度変化に対応する出力変
化との関係の線形性の崩れを改良することが可能とな
る。さらに、複数本の発熱体は直列に接続されているた
め抵抗値を高くすることが可能となる。
Therefore, when the heating element is heated, transmission of heat inside the heating element and between adjacent heating elements along the flow direction of the fluid are suppressed, and the heat of the heating element is suppressed. Can be easily transmitted to the fluid. This makes it possible to improve the linearity of the relationship between the flow velocity of the fluid and the output change corresponding to the temperature change of the heating element. Further, since the plurality of heating elements are connected in series, the resistance value can be increased.

【0020】請求項4記載の発明は、請求項3記載の発
明において、複数本の前記発熱体を直列に接続する接続
線は前記発熱体の材料と同一の材料により形成され、前
記接続線の幅は流体の流れ方向における前記発熱体の幅
より広い幅に設定されている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a connecting line for connecting a plurality of the heating elements in series is formed of the same material as a material of the heating element. The width is set wider than the width of the heating element in the flow direction of the fluid.

【0021】したがって、流体の温度を感知する測定部
分以外の接続線の部分でのエネルギー消費を低減するこ
とが可能となる。
Therefore, it is possible to reduce the energy consumption in the portion of the connection line other than the measurement portion for sensing the temperature of the fluid.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】本発明の実施の第一の形態を図1
及び図2に基づいて説明する。図1(a)は基板上の発
熱体を示す平面図、図1(b)は基板の縦断側面図であ
る。図1(b)において、1はシリコンウエハにより形
成された基板で、この基板1の表面には絶縁膜2が形成
され、その上にPt(白金)により形成された発熱体3
と、この発熱体3の両端に連続するボンディングパッド
4(図1(a)参照)とが形成されている。これらの発熱
体3とボンディングパッド4は、Ptの薄膜を絶縁膜2
の全面に形成した後にエッチングすることにより所望の
パターンをもって形成されている。そして、発熱体3が
配置された部分に橋絡部5を残して絶縁膜2側から異方
性エッチングにより基板1に堀5を形成することによ
り、発熱体3が基板1から熱的に絶縁されている。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
A description will be given based on FIG. FIG. 1A is a plan view showing a heating element on a substrate, and FIG. 1B is a vertical side view of the substrate. In FIG. 1B, reference numeral 1 denotes a substrate formed of a silicon wafer. An insulating film 2 is formed on the surface of the substrate 1, and a heating element 3 formed of Pt (platinum) thereon.
And bonding pads 4 (see FIG. 1A) continuous to both ends of the heating element 3. The heating element 3 and the bonding pad 4 are formed by forming a thin film of Pt on the insulating film 2.
Is formed with a desired pattern by etching after forming the entire surface of the substrate. The moat 5 is formed on the substrate 1 by anisotropic etching from the side of the insulating film 2 while leaving the bridging portion 5 at the portion where the heating element 3 is arranged, so that the heating element 3 is thermally insulated from the substrate 1. Have been.

【0023】橋絡部5と発熱体3とは流体の流れ方向
(図1における矢印方向)と直交方向に延出され、流体
の流れ方向における発熱体3の幅aは、流体の流れによ
る発熱体3内での熱の移動の影響を受けない幅に設定さ
れている。具体的にaは10μmである。また、発熱体
3の両端のボンディングパッド4はボンディングワイヤ
(図示せず)を介して外部の制御回路に接続される。さら
に、発熱体3とボンディングパッド4とは、抵抗温度係
数(TCR)が1000ppm/℃以上となる材料によ
り形成されている。
The bridging portion 5 and the heating element 3 are in the flow direction of the fluid.
The width a of the heating element 3 extends in a direction orthogonal to the direction of the arrow in FIG. 1 and is set to a width that is not affected by the movement of heat in the heating element 3 due to the flow of the fluid. ing. Specifically, a is 10 μm. The bonding pads 4 at both ends of the heating element 3 are bonding wires.
(Not shown) and connected to an external control circuit. Further, the heating element 3 and the bonding pad 4 are formed of a material having a temperature coefficient of resistance (TCR) of 1000 ppm / ° C. or more.

【0024】このような構成において、発熱体3を一定
のエネルギーによって駆動すると、発熱体3は温度上昇
する。この温度上昇値は計測する流体の流速により変化
するが、発熱体3は温度の変化に対応して抵抗値が変化
するので、この発熱体3の温度に対応する出力(抵抗
値)を計測することにより(前述した(4)の計測方
法)、流体の流量を計測することができる。
In such a configuration, when the heating element 3 is driven by constant energy, the temperature of the heating element 3 rises. This temperature rise value changes depending on the flow rate of the fluid to be measured. However, since the resistance of the heating element 3 changes in accordance with the change in temperature, an output (resistance value) corresponding to the temperature of the heating element 3 is measured. Thus (the measurement method (4) described above), the flow rate of the fluid can be measured.

【0025】この場合、流体の流れ方向における発熱体
3の幅aは、流体の流れによる発熱体3内での熱の移動
の影響を受けない幅(10μm)に設定されているの
で、発熱体3を加熱したときに、発熱体3内部での熱の
伝わりを抑制し発熱体3の熱を流体に伝え易くすること
ができる。以上の測定結果を図2に示す。図2の結果に
よれば、流体の流速と、発熱体3の温度変化よる出力変
化との関係の線形性が改良されていることが分かる。
In this case, the width a of the heating element 3 in the flow direction of the fluid is set to a width (10 μm) which is not affected by the movement of heat in the heating element 3 due to the flow of the fluid. When the heating element 3 is heated, the transmission of heat inside the heating element 3 can be suppressed, and the heat of the heating element 3 can be easily transmitted to the fluid. FIG. 2 shows the above measurement results. According to the results of FIG. 2, it is understood that the linearity of the relationship between the flow rate of the fluid and the output change due to the temperature change of the heating element 3 is improved.

【0026】このような効果は、図3に示すように、橋
絡部5上でジグザグ状に屈曲する発熱体3を用いても同
様に得ることができる。図3は基板1(図1(b)参照)
上の発熱体3を示す平面図である。
Such an effect can be obtained similarly by using the heating element 3 which is bent in a zigzag manner on the bridging portion 5 as shown in FIG. FIG. 3 shows the substrate 1 (see FIG. 1B).
It is a top view which shows the upper heating element 3. FIG.

【0027】次に、本発明の実施の第二の形態を図4に
基づいて説明する。前実施の形態と同一部分は同一符号
を用い説明も省略する。図3は基板1(図1(b)参照)
上の発熱体3を示す平面図である。本実施の形態では、
堀6を横切る橋絡部5が複数本形成され、これらの橋絡
部5のそれぞれに、流体の流れの方向と直交方向に延出
された発熱体3が形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The same parts as those in the previous embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. FIG. 3 shows the substrate 1 (see FIG. 1B).
It is a top view which shows the upper heating element 3. FIG. In the present embodiment,
A plurality of bridging portions 5 crossing the moat 6 are formed, and each of these bridging portions 5 is formed with a heating element 3 extending in a direction orthogonal to the direction of fluid flow.

【0028】これらの発熱体3は接続線7により互いに
電気的に直列に接続されている。この複数本の発熱体3
を接続線7により直列に接続した1本の帯と、この帯の
両端連続するボンディングパッド4とはPtにより一体
に形成されている。これらの発熱体3の流体の流れ方向
(矢印方向)における幅aは、流体の流れによる発熱体
3内での熱の移動の影響を受けない幅に定められ、流体
の流れ方向における複数本の発熱体3の間隔cは、流体
の流れによる発熱体3の間での熱の移動の影響を受けな
い間隔に設定されている。具体的には、aは前実施の形
態と同様に10μmに定められ、cは300μmに定め
られている。
These heating elements 3 are electrically connected to each other in series by connection lines 7. These plural heating elements 3
Are connected in series by a connection line 7, and a bonding pad 4 continuous at both ends of the band is integrally formed of Pt. Fluid flow direction of these heating elements 3
The width a (in the direction of the arrow) is determined to be a width that is not affected by the movement of heat in the heating element 3 due to the flow of the fluid, and the interval c between the plurality of heating elements 3 in the flow direction of the fluid is The interval is set so as not to be affected by the movement of heat between the heating elements 3 due to the flow. Specifically, a is set to 10 μm as in the previous embodiment, and c is set to 300 μm.

【0029】したがって、発熱体3を加熱したときに、
個々の橋絡部5上での発熱体3内部での熱の伝わり、及
び、流体の流れ方向に沿って隣接する発熱体3間での熱
の伝わりを抑制し、発熱体3の熱を流体に伝え易くする
ことが可能となった。これにより、図2で説明した計測
結果と同様に、流体の流速と、発熱体3の温度変化に対
応する出力変化との関係の線形性の崩れを改良できるこ
とが確認された。このような効果は、複数本の発熱体3
を独立的に分離して設けた構成においても同様に得るこ
とができる。
Therefore, when the heating element 3 is heated,
The transmission of heat inside the heating element 3 on each bridge portion 5 and the transmission of heat between the adjacent heating elements 3 along the flow direction of the fluid are suppressed, and the heat of the heating element 3 is transferred to the fluid. It became possible to make it easy to convey to. Thus, it was confirmed that the linearity of the relationship between the flow rate of the fluid and the output change corresponding to the temperature change of the heating element 3 can be improved as in the measurement result described with reference to FIG. Such an effect is achieved by the plurality of heating elements 3.
Can also be obtained in a configuration in which are separately provided separately.

【0030】さらに、複数本の発熱体3は直列に接続さ
れて1本の帯として形成されているため全長が長くなり
抵抗値を高くすることができる。これにより、流体の流
速、流量を計測する場合に感度を高めることができる。
Further, since the plurality of heating elements 3 are connected in series and formed as one band, the overall length is increased and the resistance value can be increased. Thereby, the sensitivity can be increased when measuring the flow velocity and the flow rate of the fluid.

【0031】さらに、複数本の発熱体3を直列に接続す
る接続線7を発熱体3の材料と同一のPt等の材料によ
り形成し、この接続線7の幅bを流体の流れ方向におけ
る発熱体3の幅aより広い幅に設定することにより、流
体の温度を感知する測定部分以外の接続線7の部分での
エネルギー消費を低減することができる。
Further, a connecting line 7 for connecting the plurality of heating elements 3 in series is formed of the same material as the heating element 3 such as Pt, and the width b of the connection line 7 is determined by the heat generation in the flow direction of the fluid. By setting the width to be wider than the width a of the body 3, the energy consumption in the portion of the connection line 7 other than the measurement portion for sensing the temperature of the fluid can be reduced.

【0032】さらに、上記のように、発熱体3の幅aを
流体の流れによる発熱体3内での熱の移動の影響を受け
ない幅に設定する構成、及び隣接する発熱体3の間隔c
を流体の流れによる発熱体3の間での熱の移動の影響を
受けない間隔に設定する構成では、発熱体3を定温度駆
動し,発熱体3の温度を一定に維持するための駆動エネ
ルギーの変動を計測する計測方法(上記(3)の計測方
法)により計測しても、発熱体3の出力(駆動エネルギ
ーの変動値)と流量との関係に線形性をもたせることが
できる。
Further, as described above, the width a of the heating element 3 is set to a width which is not affected by the movement of heat in the heating element 3 due to the flow of the fluid, and the distance c between the adjacent heating elements 3
Is set at an interval that is not affected by heat transfer between the heating elements 3 due to the flow of the fluid, the driving energy for driving the heating element 3 at a constant temperature and maintaining the temperature of the heating element 3 constant. Even if the measurement is performed by the measurement method for measuring the fluctuation of the heat generation (the measurement method of (3) above), the relationship between the output of the heating element 3 (the fluctuation value of the driving energy) and the flow rate can be given.

【0033】[0033]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、少なくとも基板
と、前記基板に対して熱的に絶縁されるとともに流体の
流れ方向と直交方向に延出されて前記基板に形成された
薄膜の発熱体とを備えたフローセンサ素子において、流
体の流れ方向における前記発熱体の幅は、流体の流れに
よる前記発熱体内での熱の移動の影響を受けない幅に設
定されているので、発熱体を加熱したときに、発熱体内
部での熱の伝わりを抑制し発熱体の熱を流体に伝え易く
することができる。これにより、流体の流速と、発熱体
の温度変化よる出力変化との関係の線形性の崩れを改良
し、低流量域での計測を正確かつ容易に行うことができ
る。
According to the first aspect of the present invention, at least a substrate and a thin film formed on the substrate are thermally insulated from the substrate and extend in the direction perpendicular to the flow direction of the fluid. Body, the width of the heating element in the flow direction of the fluid is set to a width that is not affected by the movement of heat in the heating element due to the flow of the fluid. When heated, the transfer of heat inside the heating element can be suppressed, and the heat of the heating element can be easily transmitted to the fluid. Thus, the linearity of the relationship between the flow rate of the fluid and the output change due to the temperature change of the heating element is improved, and the measurement in the low flow rate region can be performed accurately and easily.

【0034】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記発熱体は、それぞれ流体の流れ方向と
直交方向に複数本平行に配列され、流体の流れ方向にお
ける複数本の前記発熱体の間隔は、流体の流れによる前
記発熱体の間での熱の移動の影響を受けない間隔に設定
されているので、発熱体を加熱したときに、発熱体内部
での熱の伝わり、及び、流体の流れ方向に沿って隣接す
る発熱体の間での熱の伝わりを抑制し、発熱体の熱を流
体に伝え易くすることができる。これにより、流体の流
速と、発熱体の温度変化に対応する出力変化との関係の
線形性の崩れを改良し、低流量域での計測を正確かつ容
易に行うことができる。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a plurality of the heating elements are arranged in parallel in a direction orthogonal to the flow direction of the fluid, and a plurality of the heating elements are arranged in the flow direction of the fluid. Since the intervals between the bodies are set so as not to be affected by the movement of heat between the heating elements due to the flow of the fluid, when the heating elements are heated, the transfer of heat inside the heating elements, and In addition, it is possible to suppress the transfer of heat between the heating elements adjacent to each other along the flow direction of the fluid, and to easily transfer the heat of the heating elements to the fluid. This improves the linearity of the relationship between the flow rate of the fluid and the output change corresponding to the temperature change of the heating element, and enables accurate and easy measurement in the low flow rate range.

【0035】請求項3記載の発明は、請求項1記載の発
明において、前記発熱体は、流体の流れに沿う複数個所
においてその流れの方向と直交方向に延出されるように
複数本平行に設けられ、これらの発熱体は互いに電気的
に直列に接続され、流体の流れ方向における複数の前記
発熱体の間隔は、流体の流れによる前記発熱体の間での
熱の移動の影響を受けない間隔に設定されている。発熱
体を加熱したときに、発熱体内部での熱の伝わり、及
び、流体の流れ方向に沿って隣接する発熱体の間での熱
の伝わりを抑制し、発熱体の熱を流体に伝え易くするこ
とが可能となる。これにより、流体の流速と、発熱体の
温度変化に対応する出力変化との関係の線形性の崩れを
改良し、低流量域での計測を正確かつ容易に行うことが
できる。さらに、複数本の発熱体は直列に接続されてい
るため抵抗値を高くすることができ、これにより、計測
の感度を高めることができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the plurality of heating elements are provided in parallel at a plurality of locations along the flow of the fluid so as to extend in a direction orthogonal to the direction of the flow. These heating elements are electrically connected in series with each other, and the interval between the plurality of heating elements in the fluid flow direction is an interval that is not affected by heat transfer between the heating elements due to the fluid flow. Is set to When the heating element is heated, transmission of heat inside the heating element and between adjacent heating elements along the flow direction of the fluid are suppressed, and heat of the heating element is easily transmitted to the fluid. It is possible to do. This improves the linearity of the relationship between the flow rate of the fluid and the output change corresponding to the temperature change of the heating element, and enables accurate and easy measurement in the low flow rate range. Further, since the plurality of heating elements are connected in series, the resistance value can be increased, thereby increasing the measurement sensitivity.

【0036】請求項4記載の発明は、請求項3記載の発
明において、複数本の前記発熱体を直列に接続する接続
線は前記発熱体の材料と同一の材料により形成され、前
記接続線の幅は流体の流れ方向における前記発熱体の幅
より広い幅に設定されているので、流体の温度を感知す
る測定部分以外の接続線の部分でのエネルギー消費を低
減することができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, a connection line connecting a plurality of the heating elements in series is formed of the same material as a material of the heating element. Since the width is set to be wider than the width of the heating element in the flow direction of the fluid, it is possible to reduce energy consumption in a portion of the connection line other than the measurement portion for sensing the temperature of the fluid.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明の実施の第一の形態における基
板上の発熱体を示す平面図、(b)は基板の縦断側面図
である。
FIG. 1A is a plan view showing a heating element on a substrate according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a vertical sectional side view of the substrate.

【図2】本実施形態におけるフローセンサ素子を用いた
計測結果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing measurement results using a flow sensor element according to the embodiment.

【図3】基板上の発熱体のパターンの変形例を示す平面
図である。
FIG. 3 is a plan view showing a modification of the pattern of the heating element on the substrate.

【図4】本発明の実施の第二の形態における基板上の発
熱体を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a heating element on a substrate according to a second embodiment of the present invention.

【図5】従来のフローセンサ素子を計測方法とともに示
す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a conventional flow sensor element together with a measuring method.

【図6】従来の計測方法による計測結果を示すグラフで
ある。
FIG. 6 is a graph showing measurement results obtained by a conventional measurement method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 3 発熱体 7 接続線 a 発熱体の幅 c 発熱体の間隔 b 接続線の幅 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 3 Heating element 7 Connection line a Width of heating element c Interval of heating element b Width of connection line

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも基板と、前記基板に対して熱
的に絶縁されるとともに流体の流れ方向と直交方向に延
出されて前記基板に形成された薄膜の発熱体とを備えた
フローセンサ素子において、 流体の流れ方向における前記発熱体の幅は、流体の流れ
による前記発熱体内での熱の移動の影響を受けない幅に
設定されていることを特徴とするフローセンサ素子。
1. A flow sensor element comprising at least a substrate, and a thin-film heating element that is thermally insulated from the substrate and extends in a direction perpendicular to the direction of fluid flow and formed on the substrate. 5. The flow sensor element according to claim 1, wherein a width of the heating element in a flow direction of the fluid is set to a width which is not affected by a movement of heat in the heating element due to a flow of the fluid.
【請求項2】 前記発熱体は、それぞれ流体の流れ方向
と直交方向に複数本平行に配列され、流体の流れ方向に
おける複数本の前記発熱体の間隔は、流体の流れによる
前記発熱体の間での熱の移動の影響を受けない間隔に設
定されている請求項1記載のフローセンサ素子。
2. A plurality of the heating elements are arranged in parallel in a direction orthogonal to a flow direction of a fluid, and an interval between the plurality of heating elements in a flow direction of the fluid is a distance between the heating elements due to a flow of the fluid. 2. The flow sensor element according to claim 1, wherein the interval is set so as not to be affected by the movement of heat in the flow sensor.
【請求項3】 前記発熱体は、流体の流れに沿う複数個
所においてその流れの方向と直交方向に延出されるよう
に複数本平行に設けられ、これらの発熱体は互いに電気
的に直列に接続され、流体の流れ方向における複数の前
記発熱体の間隔は、流体の流れによる前記発熱体の間で
の熱の移動の影響を受けない間隔に設定されている請求
項1記載のフローセンサ素子。
3. A plurality of heating elements are provided in parallel at a plurality of locations along the flow of the fluid so as to extend in a direction orthogonal to the direction of the flow, and these heating elements are electrically connected to each other in series. The flow sensor element according to claim 1, wherein an interval between the plurality of heating elements in a flow direction of the fluid is set so as not to be affected by heat transfer between the heating elements due to the flow of the fluid.
【請求項4】 複数本の前記発熱体を直列に接続する接
続線は前記発熱体の材料と同一の材料により形成され、
前記接続線の幅は流体の流れ方向における前記発熱体の
幅より広い幅に設定されている請求項3記載のフローセ
ンサ素子。
4. A connection line for connecting a plurality of the heating elements in series is formed of the same material as that of the heating elements.
The flow sensor element according to claim 3, wherein a width of the connection line is set to be wider than a width of the heating element in a flow direction of the fluid.
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