JP2000065616A

JP2000065616A - 流量センサー、温度センサー及び流量検出装置

Info

Publication number: JP2000065616A
Application number: JP10239111A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Inoue; 眞一井上; Kenji Tomonari; 健二友成; Toshiaki Kawanishi; 川西　　利明
Original assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Current assignee: Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】流量センサー、温度センサーの応答速度をよ
り高速化し、測定精度をより高精度とし、フィンプレー
トの腐食、変形という問題点をも解消した流量センサ
ー、温度センサー及び流量検出装置を提供する。【解決手段】熱伝導率が高く、しかも電気絶縁性に優
れた材料からなる基板と、基板の一端部に直接、発熱体
及び感温体を形成した流量検知部と、出力端子とを有
し、前記基板の一部及び出力端子の一部をモールディン
グによる被覆部材により被覆して流量センサーを構成す
る。熱伝導率が高く、しかも電気絶縁性に優れた材料か
らなる基板と、基板の一端部に直接、感温体を形成した
温度検知部と、出力端子とを有し、前記基板の一部及び
出力端子の一部をモールディングによる被覆部材により
被覆して温度センサーを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配管内を流れる気
体、液体等の流体の流量を測定するための流量センサ
ー、温度センサー及び流量検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種流体、特に液体の流量（又は
流速）を測定する流量センサー（又は流速センサー）と
しては、種々形式のものが使用されているが、低価格化
が容易であるという理由から、いわゆる熱式（特に傍熱
型）の流量センサーが幅広く使用されている。

【０００３】その中でも、熱応答性に優れ、測定精度が
高く、小型かつ安価な傍熱型流量センサーとして、特開
平８−１４６０２６号公報に開示される薄膜素子を用い
た傍熱型流量センサーが知られている。この流量センサ
ー１０１は、図１１に示すように、薄膜技術を利用して
基板１０２上に薄膜発熱体１０３と薄膜感温体１０４と
を絶縁層１０５を介して積層したものであり、図１２に
示すように、配管１０６の適宜位置に設置されて使用さ
れる。

【０００４】この流量センサー１０１では、発熱体１０
３に通電することにより感温体１０４を加熱し、感温体
１０４の電気抵抗値の変化を検出する。ここで、流量セ
ンサー１０１は配管１０６に設置されているため、発熱
体１０３の発熱量の一部は基板１０２を介して配管内を
流れる流体中へと放逸され、感温体１０４に伝達される
熱量はこの放逸熱量を差し引いたものとなる。そして、
この放逸熱量は流体の流量に対応して変化するから、供
給される熱量により変化する感温体１０４の電気抵抗値
の変化を検出することによって、配管１０６内を流れる
流体の流量を測定できるということになる。又、前記放
逸熱量は流体の温度によっても変化するから、図１２に
示すように、配管１０６の適宜位置に温度センサー１０
７を設置し、感温体１０４の電気抵抗値の変化を検出す
る流量検出回路中に温度補償回路を付加して、流体の温
度による流量測定値の誤差をできるだけ少なくすること
も行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の流量セ
ンサー１０１は、金属製配管１０６に直接設置されてお
り、しかも、その金属製配管１０６は外気に露出してい
た。よって、熱伝導性が高い金属製配管１０６を介して
流体の保有する熱量が外気へと放逸され、又は、外気か
ら流体へと熱量が供給されやすく、流量センサー１０１
の測定精度を低下させる要因となった。特に、流体の流
量が微小である場合には、測定精度に与える影響が大き
く、流体の温度と外気の温度との差が大きい場合、流体
の比熱が小さい場合にあっては、さらにその影響は顕著
であった。

【０００６】又、流体が比較的粘度の高い粘性流体であ
る場合には、配管１０６の横断面における流速は管壁近
傍部と中央部とで大きく異なり、その流速ベクトルは中
央部に極値を有する略放物線状を呈するようになる。よ
って、従来のように、管壁に基板１０２又はそれに接続
されたケーシング１０８を設置し、管壁近傍部のみの流
速を測定するのでは、中央部の流速が考慮されないた
め、流量の測定精度は低いものとならざるを得なかっ
た。尚、常温においては粘度が低い流体も温度が低下す
るにつれて粘度は上昇するため、上記のような問題を無
視することはできない。特に、流量が微小である場合に
は、粘度の影響は一層顕著であった。

【０００７】さらに、流量センサー１０１は、地理的条
件、屋内外の別等種々異なった環境下で使用され、特
に、屋外では、季節的条件、昼夜の別等の要因も加わる
ため、外部環境による温度変化も考慮しなければならな
い。しかし、従来の流量センサー１０１は、このような
外部温度環境の影響を受けやすい構造であったため、流
量の測定値に誤差が大きく、幅広い外部温度環境下で精
度良く流量を検知することができる流量センサーが望ま
れていたのである。

【０００８】そこで、本発明者等は、かかる従来におけ
る問題点を解消すべく、図１３に示すように、基板２０
２上に薄膜発熱体２０３と薄膜感温体２０４とを絶縁層
２０５を介して積層した流量検知部２０６を、Ｌ字型に
折曲したフィンプレート２０７の水平板部２０７ａ上に
載置した流量センサー２０１を開発した。そして、ケー
シング２０８内において、フィンプレート２０７の垂直
板部２０７ｂと流通管２０９の開口部との間にガラス２
１０を充填して密封し、流量検知部２０６とフィンプレ
ート２０７の水平板部２０７ａ全体を合成樹脂２１１に
よって被覆し、密封するとともに固定する流量検出装置
２１２をも開発した。

【０００９】この流量センサー２０１及び流量検出装置
２１２によって、外気への熱量放逸又は供給、管路横断
面における流速変化、外部温度環境の影響等に起因する
流量の測定精度の低下という問題は大幅に改善された。

【００１０】しかし、流量検出装置２１２において、流
量センサー２０１の流量検知部２０６と合成樹脂２１１
とが直接接触しているため、感温体２０４の保有する熱
量が合成樹脂２１１へと流出又は流入されやすい。又、
流量検知部２０６は熱伝導性が良好な銀ペースト等の接
合材２１３によってフィンプレート２０７の水平板部２
０７ａに接合されているため、フィンプレート２０７を
伝達する熱量が接合材２１３を介して合成樹脂２１１へ
と流出又は流入されやすい。よって、流体の比熱が小さ
い場合、流量が少ない場合等にあっては、流量センサー
２０１の感度を低下させる虞れがある。

【００１１】一方、フィンプレート２０７の垂直板部２
０７ｂと流通管２０９の開口部との間はガラス２１０に
より熱伝達を遮断しているが、ガラス２１０を充填して
密封しているため、流体が流動することによりフィンプ
レート２０７が微小振動する等して、密封状態が不完全
となると、フィンプレート２０７を伝達する熱量が熱伝
達性の良好な金属製流通管２０９を介してケーシング２
０８へと流出又は流入されやすい。よって、同様に、流
体の比熱が小さい場合、流量が少ない場合等にあって
は、流量センサー２０１の感度を低下させる虞れがあ
る。

【００１２】さらに、上記流量センサー２０１は、流量
検知部２０６を接合材２１３によってフィンプレート２
０７の水平板部２０７ａに接合し、フィンプレート２０
７の垂直板部２０７ｂと流通管２０９の開口部との間に
ガラス２１０を充填して密封し、流量検知部２０６とフ
ィンプレート２０７の水平板部２０７ａ全体を合成樹脂
２１１によって被覆し、密封する作業を必要とするた
め、ケーシング２０８への組み込みが面倒であるととも
に、固定状態も不安定であって耐久性に問題がある。

【００１３】そこで、本発明者等は、さらに、上記問題
点を解消すべく、図１４に示すように、基板上に発熱体
と感温体とを形成した流量検知部３０２をフィンプレー
ト３０３の一端面に銀ペースト等の接合材を介して固着
し、流量検知部３０２と出力端子３０４とをボンディン
グワイヤー３０５によって接続し、流量検知部３０２、
フィンプレート３０３の一部及び出力端子３０４の一部
をモールディング３０６により被覆した流量センサー３
０１を開発した。

【００１４】又、図１５に示すように、基板上に感温体
を形成した温度検知部３１２をフィンプレート３１３の
一端面に銀ペースト等の接合材を介して固着し、温度検
知部３１２と出力端子３１４とをボンディングワイヤー
３１５によって接続し、温度検知部３１２、フィンプレ
ート３１３の一部及び出力端子３１４の一部をモールデ
ィング３１６により被覆した、前記流量センサー３０１
と同様の構成を有する流体温度補償用の温度センサー３
１１を開発した。そして、前記流量センサー３０１及び
温度センサー３１１をケーシングのセンサー挿入孔に挿
入し、フィンプレート３０３，３１３を被検知流体を流
通させる流通管内に垂下させた流量検出装置をも開発し
た。

【００１５】この流量センサー、温度センサー及び流量
検出装置によって、流量センサー及び温度センサー各部
からケーシング及び外部へ放逸する熱量を極力少なくす
ることができ、流体の比熱が小さい場合、流量が少ない
場合等にあっても、流量を高精度に測定できるようにな
った。又、流量センサー及び温度センサーのケーシング
への組み込み作業は簡易となり、固定状態も安定とな
り、十分に耐久性を有する流量検出装置を実現化するこ
とができた。

【００１６】しかし、上記流量センサー３０１、温度セ
ンサー３１１では、銀ペースト等の接合材を介して流量
検知部３０２、温度検知部３１２に熱が伝達されるの
で、応答速度が若干遅かった。又、銀ペースト等の接合
材の層厚も製造ロット毎に変動するため、測定精度も若
干悪かった。さらに、フィンプレート３０３，３１３
は、銅、銅−タングステン合金等からなり、厚さ２００
μｍ、幅２ｍｍ程度の矩形薄板であるから、腐食した
り、変形し易かった。

【００１７】本発明は、かかる問題点をも解消し、本発
明者等らが開発した流量センサー３０１、温度センサー
３１１及び流量検出装置をさらに改良し、流量センサ
ー、温度センサーの応答速度をより高速化し、測定精度
もより高精度とし、しかも、フィンプレートの腐食、変
形という問題点を解消した流量センサー、温度センサー
及び流量検出装置を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の流量センサーは、熱伝導率が高く、しかも
電気絶縁性に優れた材料からなる基板と、基板の一端部
に直接、発熱体及び感温体を形成した流量検知部と、出
力端子とを有し、前記基板の一部及び出力端子の一部を
モールディングによる被覆部材により被覆してなるもの
である。

【００１９】ここで、前記基板に代えて、熱伝導率が高
い材料からなり、絶縁性被膜を形成した基板を採用して
もよい。

【００２０】又、本発明の温度センサーは、熱伝導率が
高く、しかも電気絶縁性に優れた材料からなる基板と、
基板の一端部に直接、感温体を形成した温度検知部と、
出力端子とを有し、前記基板の一部及び出力端子の一部
をモールディングによる被覆部材により被覆してなるも
のである。

【００２１】ここで、前記基板に代えて、熱伝導率が高
い材料からなり、絶縁性被膜を形成した基板を採用して
もよい。

【００２２】本発明の流量検出装置は、上記流量センサ
ーと、この流量センサーを収容するセンサー挿入孔を穿
設したケーシングと、前記センサー挿入孔に対応する位
置に開口部を形成した被検知流体を流通させる流通管と
を有するものである。さらに、上記温度センサーと、こ
の温度センサーを収容するセンサー挿入孔をケーシング
に穿設すれば、流体温度補償をすることができ、より好
ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の流量センサー、温
度センサー及び流量検出装置の好適な実施形態につい
て、図面を参照しつつ説明する。

【００２４】流量センサー１は、図１に示すように、流
量検知部２、基板３、出力端子４及び被覆部材５よりな
る。

【００２５】流量検知部２は、図２及び図３に示すよう
に、基板３の上端部の一側面に直接、絶縁層６、薄膜発
熱体７、電極層８，９、絶縁層１０、薄膜感温体１１、
絶縁層１２を順次積層、形成したものである。

【００２６】発熱体７は、膜厚１μｍ程度で所望形状に
パターニングしたサーメットからなり、電極層８，９
は、膜厚０．５μｍ程度のニッケル、又はこれに膜厚
０．５μｍ程度の金を積層してなる。感温体１１は、膜
厚０．５〜１μｍ程度で所望形状、例えば蛇行状にパタ
ーニングした白金、ニッケル等の温度係数が大きく安定
な金属抵抗膜、又は酸化マンガン系のＮＴＣサーミスタ
ーからなる。絶縁層６，１０，１２は、膜厚１μｍ程度
のＳｉＯ₂からなる。

【００２７】基板３は、炭化珪素、ベリリア等の熱伝導
率が高く、しかも電気絶縁性に優れた材料からなる厚さ
６００μｍ、幅２ｍｍ程度の矩形板である。

【００２８】流量検知部２と出力端子４は、ボンディン
グワイヤー１３によって接続してあり、基板３の上半部
及び出力端子４の下半部は、モールディングによる被覆
部材５により被覆してある。

【００２９】温度センサー２１は、図４に示すように、
温度検知部２２、基板２３、出力端子２４及び被覆部材
２５よりなる。

【００３０】温度検知部２２は、図５及び図６に示すよ
うに、基板２３の上端部の一側面に直接、絶縁層２６、
薄膜感温体２７、絶縁層２８を順次積層、形成したもの
であり、絶縁層２６，２８及び感温体２７の形状、材質
は、流量検知部２におけると同様である。基板２３の形
状、材質も、流量センサー１におけると同様である。

【００３１】温度検知部２２の上端部と出力端子２４
も、同様にボンディングワイヤー２９によって接続して
あり、基板２３の上半部及び出力端子２４の下半部は、
モールディングによる被覆部材２５により被覆してあ
る。

【００３２】本発明の流量センサー１及び温度センサー
２１は、流量検知部２、温度検知部２２を基板３，２３
の下端部の一側面に直接形成したから、銀ペースト等の
接合材は不要となり、被検知流体から基板３，２３を介
して直ちに流量検知部２、温度検知部２２に熱が伝達さ
れるので、応答速度はより高速となる。

【００３３】又、銀ペースト等の接合材は不要であり、
製造ロット毎の変動もないため、測定精度も極めて高精
度となる。

【００３４】さらに、フィンプレートは不要であるか
ら、勿論のこと、この腐食、変形を考慮する必要もな
い。

【００３５】尚、上記実施例においては、流量センサー
１の基板３を炭化珪素、ベリリア等の熱伝導率が高く、
しかも電気絶縁性に優れた材料からなるものとしたが、
図７に示すように、熱伝導率が高いアルミニウム、銅等
の金属材料からなり、絶縁性被膜１４を形成したものと
してもよい。

【００３６】又、温度センサー２１の基板２３も、熱伝
導率が高いアルミニウム、銅等の金属材料からなり、絶
縁性被膜１４を形成したものとしてもよい。

【００３７】流量検出装置３１は、図８、図９及び図１
０に示すように、ケーシング３２、流通管３３、前記流
量センサー１、温度センサー２１及び流量検出回路基板
３４等よりなる。

【００３８】ケーシング３２は、塩化ビニル樹脂（ＰＶ
Ｃ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフ
ェニレンスルフィド（ＰＰＳ）等の合成樹脂製で、本体
部３５及びこれに着脱自在な蓋体部３６からなり、本体
部３５の両端部は外部配管と接続するための接続部３
７，３７とし、本体部３５内には流通管３３を貫通させ
てある。本体部３５の上部にはセンサー挿入空間３８を
画成してあり、このセンサー挿入空間３８から前記流通
管３３に向かってセンサー挿入孔３９，４０を穿設して
ある。

【００３９】流通管３３は、銅、鉄、ステンス鋼等の金
属からなる円管であり、前記センサー挿入孔３９，４０
に対応する位置に開口部４１，４２を形成してある。

【００４０】流量センサー１、温度センサー２１は、ケ
ーシング３２のセンサー挿入空間３８からセンサー挿入
孔３９，４０に嵌挿され、基板３，２３の下半部は、流
通管３３の開口部４１，４２を挿通して流通管３３内に
位置し、嵌挿時に、基板３，２３の下端は、流通管３３
の軸線より下方まで到達するようにしてある。尚、流量
センサー１、温度センサー２１とセンサー挿入孔３９，
４０との間にはＯリング４３，４４を介在させ、これら
間隙より流体が漏洩するのを防止している。

【００４１】流量センサー１、温度センサー２１を嵌挿
した後、センサー挿入空間３８にセンサー押圧板４５を
挿入して流量センサー１、温度センサー２１の被覆部材
５，２５の上面を押圧し、さらに、流量検路基板３４を
装着する。

【００４２】流量検出回路基板３４は、流量センサー１
と温度センサー２１の出力端子４，２４と電気的に接続
されており（図示しない）、全体として、図１０に示す
ような流量検出回路が構成されている。直流電源４６か
ら供給される電圧が並列接続された発熱体７とブリッジ
回路４７に印加され、ブリッジ回路４７中に配設された
差動増幅器４８の出力として、流量を示す出力が得られ
るようになっている。すなわち、流量センサー１におい
ては、基板３を介して流体に放逸された熱量を発熱体７
の発熱量から差し引いた熱量を感温体１１が検知し、一
方、温度センサー２１においては、基板２３を介して流
体の保有する熱量を感温体２７が検知し、流体温度補償
が実行されて、流体の流量が精度良く検知されるのであ
る。

【００４３】さらに、本発明の流量センサー１及び温度
センサー２１は、流量検知部２、温度検知部２２、基板
３，２３の上半部及び出力端子４，２４の下半部をモー
ルディングによる被覆部材５，２５により被覆して一体
化してあり、ケーシング３２に形成したセンサー挿入孔
３９，４０に嵌挿するだけであるから、ケーシング３２
への組み込みは極めて簡単であり、しかも、固定状態も
安定であって耐久性の高いものである。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流量セン
サー及び温度センサーは、銀ペースト等の接合材を不要
としたから、被検知流体から基板を介して直ちに流量検
知部、温度検知部に熱が伝達され、応答速度はより高速
となる。

【００４５】又、銀ペースト等の接合材を不要としたか
ら、製造ロット毎の変動もなく、測定精度も極めて高精
度となる。

【００４６】さらに、本発明の流量センサー及び温度セ
ンサーは、腐食、変形を考慮する必要もなく、被覆部材
により一体化し、センサー挿入孔に嵌挿するだけである
から、ケーシングへの組み込みは極めて簡単であり、固
定状態も安定であって耐久性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の流量センサーの一実施例の（Ａ）は正
面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図２】本発明の流量センサーの流量検知部の分解斜視
図である。

【図３】本発明の流量センサーの流量検知部の縦断面図
である。

【図４】本発明の温度センサーの一実施例の（Ａ）は正
面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図５】本発明の温度センサーの温度検知部の分解斜視
図である。

【図６】本発明の温度センサーの温度検知部の縦断面図
である。

【図７】本発明の流量センサーの他実施例の（Ａ）は正
面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図８】本発明の流量検出装置の正面断面図である。

【図９】本発明の流量検出装置の側面断面図である。

【図１０】本発明の流量検出装置の流量検出回路図であ
る。

【図１１】従来の流量センサーの流量検知部の（Ａ）は
斜視図、（Ｂ）は断面図である。

【図１２】従来の流量センサーを配管に設置した状態を
示す断面図である。

【図１３】本発明者等が開発した流量検知部をフィンプ
レートに載置した流量センサー及びそれを設置した流量
検出装置の概略説明図である。

【図１４】本発明者等が開発した流量センサーの（Ａ）
は正面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【図１５】本発明者等が開発した温度センサーの（Ａ）
は正面断面図、（Ｂ）は側面断面図である。

【符号の説明】

１流量センサー２流量検知部３基板４出力端子５被覆部材７発熱体１１感温体１４絶縁性被膜２１温度センサー２２温度検知部２３基板２４出力端子２５被覆部材２７感温体３１流量検出装置３２ケーシング３３流通管３９センサー挿入孔４０センサー挿入孔４１開口部４２開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川西利明埼玉県上尾市原市1333−２三井金属鉱業株式会社総合研究所内Ｆターム(参考） 2F035 EA04 EA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導率が高く、しかも電気絶縁性に優
れた材料からなる基板と、基板の一端部に直接、発熱体
及び感温体を形成した流量検知部と、出力端子とを有
し、前記基板の一部及び出力端子の一部をモールディン
グによる被覆部材により被覆したことを特徴とする流量
センサー。
【請求項２】熱伝導率が高い材料からなり、絶縁性被
膜を形成した基板と、基板の一端部に直接、発熱体及び
感温体を形成した流量検知部と、出力端子とを有し、前
記基板の一部及び出力端子の一部をモールディングによ
る被覆部材により被覆したことを特徴とする流量センサ
ー。
【請求項３】熱伝導率が高く、しかも電気絶縁性に優
れた材料からなる基板と、基板の一端部に直接、感温体
を形成した温度検知部と、出力端子とを有し、前記基板
の一部及び出力端子の一部をモールディングによる被覆
部材により被覆したことを特徴とする温度センサー。
【請求項４】熱伝導率が高い材料からなり、絶縁性被
膜を形成した基板と、基板の一端部に直接、感温体を形
成した温度検知部と、出力端子とを有し、前記基板の一
部及び出力端子の一部をモールディングによる被覆部材
により被覆したことを特徴とする温度センサー。
【請求項５】請求項１又は２に記載の流量センサー
と、この流量センサーを収容するセンサー挿入孔を穿設
したケーシングと、前記センサー挿入孔に対応する位置
に開口部を形成した被検知流体を流通させる流通管とを
有する流量検出装置。
【請求項６】請求項１又は２に記載の流量センサー
と、請求項３又は４に記載の温度センサーと、この流量
センサー及び温度センサーを収容するセンサー挿入孔を
穿設したケーシングと、前記センサー挿入孔に対応する
位置に開口部を形成した被検知流体を流通させる流通管
とを有する流量検出装置。