JP2002022512A - フローセンサ及び複合型流量計 - Google Patents
フローセンサ及び複合型流量計Info
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- JP2002022512A JP2002022512A JP2000210730A JP2000210730A JP2002022512A JP 2002022512 A JP2002022512 A JP 2002022512A JP 2000210730 A JP2000210730 A JP 2000210730A JP 2000210730 A JP2000210730 A JP 2000210730A JP 2002022512 A JP2002022512 A JP 2002022512A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/3227—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using fluidic oscillators
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 駆動エネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高
める。 【解決手段】 流体の流れ方向Ａと直交する方向におけ
る一対の測温抵抗素子４，５の長さをａ、流体の流れ方
向Ａにおける上流側の測温抵抗素子４の上流側の端縁か
ら下流側の測温抵抗素子５の下流側の端縁に至る距離を
ｂとしたとき、ａとｂとの関係を、０．３７≦ｂ／ａ≦
０．７５に設定した。これにより、測温抵抗素子４，５
を駆動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高める
ことができる。
める。 【解決手段】 流体の流れ方向Ａと直交する方向におけ
る一対の測温抵抗素子４，５の長さをａ、流体の流れ方
向Ａにおける上流側の測温抵抗素子４の上流側の端縁か
ら下流側の測温抵抗素子５の下流側の端縁に至る距離を
ｂとしたとき、ａとｂとの関係を、０．３７≦ｂ／ａ≦
０．７５に設定した。これにより、測温抵抗素子４，５
を駆動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高める
ことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を測定
するフローセンサ及び複合型流量計に関する。
するフローセンサ及び複合型流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、特開平２−２５９５２７号公報、
特開平９−８９６１９号公報、特開平１０−２３９１２
９号公報などに記載されているように、基板の表面に一
対の測温抵抗素子を配設し、これらの測温抵抗素子を通
電により発熱させたときに、流す流体の流量により変化
する一対の測温抵抗素子の温度差を基にして流体の流量
を測定するフローセンサが知られている。
特開平９−８９６１９号公報、特開平１０−２３９１２
９号公報などに記載されているように、基板の表面に一
対の測温抵抗素子を配設し、これらの測温抵抗素子を通
電により発熱させたときに、流す流体の流量により変化
する一対の測温抵抗素子の温度差を基にして流体の流量
を測定するフローセンサが知られている。
【０００３】このようなフローセンサは小流量域の流量
測定に適しているが、大流量域の流量領域までの測定に
は適していないので、大流量域の流量測定をするフルイ
ディック流量計とフローセンサとを備えた複合型流量計
も知られている。
測定に適しているが、大流量域の流量領域までの測定に
は適していないので、大流量域の流量測定をするフルイ
ディック流量計とフローセンサとを備えた複合型流量計
も知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のフローセンサ
は、感度を高くすることが強く求められている。この場
合、感度は、上流側の測温抵抗素子と下流側の測温抵抗
素子との温度差が大きい程高くなる。感度を高くするた
めには、流体の流れ方向と直交する方向における測温抵
抗素子の長さを増すことにより達成できるが、測温抵抗
素子の長さに比例して測温抵抗素子を駆動するエネルギ
ーが右上がりに増加してしまう。フローセンサは電池に
より駆動するため駆動エネルギーの上昇を抑えることが
求められている。
は、感度を高くすることが強く求められている。この場
合、感度は、上流側の測温抵抗素子と下流側の測温抵抗
素子との温度差が大きい程高くなる。感度を高くするた
めには、流体の流れ方向と直交する方向における測温抵
抗素子の長さを増すことにより達成できるが、測温抵抗
素子の長さに比例して測温抵抗素子を駆動するエネルギ
ーが右上がりに増加してしまう。フローセンサは電池に
より駆動するため駆動エネルギーの上昇を抑えることが
求められている。
【０００５】そこで本発明の目的は、駆動エネルギーを
低く抑えることを満足させた上で、感度を高めることで
ある。
低く抑えることを満足させた上で、感度を高めることで
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載のフローセ
ンサは、基板と、流体の流れ方向に沿って上流側と下流
側とに所定の間隔を開けて配設された一対の測温抵抗素
子とを備えたフローセンサにおいて、前記流体の流れ方
向と直交する方向における前記測温抵抗素子の長さを
ａ、前記流体の流れ方向における上流側の前記測温抵抗
素子の上流側の端縁から下流側の前記測温抵抗素子の下
流側の端縁に至る距離をｂとしたとき、前記長さａと前
記距離ｂとの関係は、０．３７≦ｂ／ａ≦０．７５に設
定されている。
ンサは、基板と、流体の流れ方向に沿って上流側と下流
側とに所定の間隔を開けて配設された一対の測温抵抗素
子とを備えたフローセンサにおいて、前記流体の流れ方
向と直交する方向における前記測温抵抗素子の長さを
ａ、前記流体の流れ方向における上流側の前記測温抵抗
素子の上流側の端縁から下流側の前記測温抵抗素子の下
流側の端縁に至る距離をｂとしたとき、前記長さａと前
記距離ｂとの関係は、０．３７≦ｂ／ａ≦０．７５に設
定されている。
【０００７】したがって、上流側の測温抵抗素子と下流
側の測温抵抗素子との温度差が高くなるように長さａと
距離ｂとの関係が設定されているため、測温抵抗素子を
駆動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高めるこ
とが可能となる。
側の測温抵抗素子との温度差が高くなるように長さａと
距離ｂとの関係が設定されているため、測温抵抗素子を
駆動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高めるこ
とが可能となる。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載のフ
ローセンサにおいて、前記長さａと前記距離ｂとの関係
は、０．４≦ｂ／ａ≦０．６に設定されている。
ローセンサにおいて、前記長さａと前記距離ｂとの関係
は、０．４≦ｂ／ａ≦０．６に設定されている。
【０００９】したがって、請求項１の場合よりもさらに
感度を高めることが可能となる。
感度を高めることが可能となる。
【００１０】請求項３記載のフローセンサは、基板と、
流体の流れ方向に沿って上流側と下流側とに所定の間隔
を開けて配設された一対の測温抵抗素子とを備えたフロ
ーセンサにおいて、前記流体の流れ方向における前記測
温抵抗素子の幅をｃ、流体の流れ方向における一対の前
記測温抵抗素子の間隔をｄとしたとき、前記幅ｃと前記
間隔ｄとの関係は、ｃ≦ｄに設定されている。
流体の流れ方向に沿って上流側と下流側とに所定の間隔
を開けて配設された一対の測温抵抗素子とを備えたフロ
ーセンサにおいて、前記流体の流れ方向における前記測
温抵抗素子の幅をｃ、流体の流れ方向における一対の前
記測温抵抗素子の間隔をｄとしたとき、前記幅ｃと前記
間隔ｄとの関係は、ｃ≦ｄに設定されている。
【００１１】したがって、上流側の測温抵抗素子と下流
側の測温抵抗素子との温度差が高くなるように幅ｃと間
隔ｄとの関係が設定されているため、測温抵抗素子を駆
動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高めること
が可能となる。
側の測温抵抗素子との温度差が高くなるように幅ｃと間
隔ｄとの関係が設定されているため、測温抵抗素子を駆
動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高めること
が可能となる。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載のフ
ローセンサにおいて、前記幅ｃと前記間隔ｄとの関係
は、ｃ／２≦ｄに設定されている。
ローセンサにおいて、前記幅ｃと前記間隔ｄとの関係
は、ｃ／２≦ｄに設定されている。
【００１３】したがって、請求項３の場合よりもさらに
感度を高めることが可能となる。
感度を高めることが可能となる。
【００１４】請求項５記載の複合型流量計は、流す流体
の流量に応じてフルイディック振動を発生させるフルイ
ディック発振素子と、前記フルイディック発振素子のフ
ルイディック振動を検出する流量検出センサと、前記フ
ルイディック発振素子の前記流路に配置された請求項１
ないし４の何れか一記載のフローセンサと、を備える。
の流量に応じてフルイディック振動を発生させるフルイ
ディック発振素子と、前記フルイディック発振素子のフ
ルイディック振動を検出する流量検出センサと、前記フ
ルイディック発振素子の前記流路に配置された請求項１
ないし４の何れか一記載のフローセンサと、を備える。
【００１５】したがって、フローセンサを駆動するエネ
ルギーの上昇を抑えるとともに、小流量域の流量測定の
感度を高めることができる複合型流量計を提供すること
が可能となる。
ルギーの上昇を抑えるとともに、小流量域の流量測定の
感度を高めることができる複合型流量計を提供すること
が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図１ない
し図４に基づいて説明する。図１はフローセンサ１の平
面図である。基板２の一面には、表面が絶縁膜により絶
縁された金属皮膜が形成され、その絶縁された金属皮膜
上には、流体の流れ方向（矢印Ａ方向）に沿って、流体
温度検出抵抗エレメント３と、測温抵抗素子である薄膜
ヒータ４，５と、これらの流体温度検出抵抗エレメント
３及び薄膜ヒータ４，５を制御回路(図示せず)に接続す
るボンディングパッド６〜１１が形成されている。すな
わち、流体温度検出抵抗エレメント３の両端はボンディ
ングパッド６，７に接続され、薄膜ヒータ４はボンディ
ングパッド８，９に接続され、薄膜ヒータ５はボンディ
ングパッド１０，１１に接続されている。基板２上の金
属皮膜には、薄膜ヒータ４の上流側と薄膜ヒータ５の下
流側とに多数の溝１２が形成され、これらの溝１２から
エッチング液を注入するという異方性エッチング法によ
り空隙部１３が形成されている。この空隙部１３の輪郭
は点線で囲った領域である。前述の薄膜ヒータ４，５
は、空隙部１３の上面をなす金属皮膜の中央部に配設さ
れ、空隙部１３によって基板２とは熱的に絶縁されてい
る。これらの薄膜ヒータ４，５は、例えばＰｔなどのよ
うに抵抗温度係数の大きい材料により形成されている。
し図４に基づいて説明する。図１はフローセンサ１の平
面図である。基板２の一面には、表面が絶縁膜により絶
縁された金属皮膜が形成され、その絶縁された金属皮膜
上には、流体の流れ方向（矢印Ａ方向）に沿って、流体
温度検出抵抗エレメント３と、測温抵抗素子である薄膜
ヒータ４，５と、これらの流体温度検出抵抗エレメント
３及び薄膜ヒータ４，５を制御回路(図示せず)に接続す
るボンディングパッド６〜１１が形成されている。すな
わち、流体温度検出抵抗エレメント３の両端はボンディ
ングパッド６，７に接続され、薄膜ヒータ４はボンディ
ングパッド８，９に接続され、薄膜ヒータ５はボンディ
ングパッド１０，１１に接続されている。基板２上の金
属皮膜には、薄膜ヒータ４の上流側と薄膜ヒータ５の下
流側とに多数の溝１２が形成され、これらの溝１２から
エッチング液を注入するという異方性エッチング法によ
り空隙部１３が形成されている。この空隙部１３の輪郭
は点線で囲った領域である。前述の薄膜ヒータ４，５
は、空隙部１３の上面をなす金属皮膜の中央部に配設さ
れ、空隙部１３によって基板２とは熱的に絶縁されてい
る。これらの薄膜ヒータ４，５は、例えばＰｔなどのよ
うに抵抗温度係数の大きい材料により形成されている。
【００１７】ここで、流体の流れ方向Ａと直交する方向
における薄膜ヒータ４，５の長さをａ、流体の流れ方向
Ａにおける上流側の薄膜ヒータ４の上流側の端縁から下
流側の薄膜ヒータ５の下流側の端縁に至る距離をｂとし
たとき、長さａと距離ｂとの関係は、０．３７≦ｂ／ａ
≦０．７５に設定されている。一対の薄膜ヒータ４，５
は空隙部１３を横切るブリッジを形成するので、実施の
形態では距離ｂをブリッジ幅ｂとして説明する。
における薄膜ヒータ４，５の長さをａ、流体の流れ方向
Ａにおける上流側の薄膜ヒータ４の上流側の端縁から下
流側の薄膜ヒータ５の下流側の端縁に至る距離をｂとし
たとき、長さａと距離ｂとの関係は、０．３７≦ｂ／ａ
≦０．７５に設定されている。一対の薄膜ヒータ４，５
は空隙部１３を横切るブリッジを形成するので、実施の
形態では距離ｂをブリッジ幅ｂとして説明する。
【００１８】さらに、流体の流れ方向Ａにおける薄膜ヒ
ータ４，５の幅をｃ、流体の流れ方向Ａにおける一対の
薄膜ヒータ４，５の間隔をｄとしたとき、幅ｃと間隔ｄ
との関係は、ｃ≦ｄに設定されている。
ータ４，５の幅をｃ、流体の流れ方向Ａにおける一対の
薄膜ヒータ４，５の間隔をｄとしたとき、幅ｃと間隔ｄ
との関係は、ｃ≦ｄに設定されている。
【００１９】次に、図２を参照して流体の流量測定につ
いて説明する。図２は、流体の流れ方向Ａにおける上流
側の薄膜ヒータ４と下流側との薄膜ヒータ５との配設状
態（下段の図）と、これらの薄膜ヒータ４，５の温度変
化（上段の図）の関係を示す説明図である。この図２を
参照して流量測定の原理について説明する。
いて説明する。図２は、流体の流れ方向Ａにおける上流
側の薄膜ヒータ４と下流側との薄膜ヒータ５との配設状
態（下段の図）と、これらの薄膜ヒータ４，５の温度変
化（上段の図）の関係を示す説明図である。この図２を
参照して流量測定の原理について説明する。
【００２０】一対の薄膜ヒータ４，５は同一の電流を流
すとジュール熱により発熱する。流速ゼロ時の両者の温
度ｔ1 ，ｔ2 は等しいが、流速が上がると、上流側の薄
膜ヒータ４は流体により熱を奪われるためΔＴ1 だけ温
度が低下し、下流側の薄膜ヒータ５は上流側の薄膜ヒー
タ４の熱を奪った流体に触れるためΔＴ2 だけ温度が上
昇する。このときの両者の温度差は抵抗値の変化により
差動出力電圧として出力されるため、その出力をホイー
トストーンブリッジ回路に取り込み、抵抗値の変化を電
圧に変換することで、その電圧に対応する流体の流速が
測定される。流体が上流側の薄膜ヒータ４から奪う熱は
流体の流速に比例するため、ΔＴ1 ＋ΔＴ2 ＝ΔＴｈを
算出することにより流速を求めることができる。流速が
分かれば、流路断面積が既知であるため流量を求めるこ
とができる。この場合、ΔＴｈを大きくすると感度が高
くなる。この感度を高めるためには、流体の流れ方向Ａ
と直交する方向における薄膜ヒータ４，５の長さを長く
することが知られているが、この場合には薄膜ヒータ
４，５を駆動するエネルネギーが大きくなってしまう。
すとジュール熱により発熱する。流速ゼロ時の両者の温
度ｔ1 ，ｔ2 は等しいが、流速が上がると、上流側の薄
膜ヒータ４は流体により熱を奪われるためΔＴ1 だけ温
度が低下し、下流側の薄膜ヒータ５は上流側の薄膜ヒー
タ４の熱を奪った流体に触れるためΔＴ2 だけ温度が上
昇する。このときの両者の温度差は抵抗値の変化により
差動出力電圧として出力されるため、その出力をホイー
トストーンブリッジ回路に取り込み、抵抗値の変化を電
圧に変換することで、その電圧に対応する流体の流速が
測定される。流体が上流側の薄膜ヒータ４から奪う熱は
流体の流速に比例するため、ΔＴ1 ＋ΔＴ2 ＝ΔＴｈを
算出することにより流速を求めることができる。流速が
分かれば、流路断面積が既知であるため流量を求めるこ
とができる。この場合、ΔＴｈを大きくすると感度が高
くなる。この感度を高めるためには、流体の流れ方向Ａ
と直交する方向における薄膜ヒータ４，５の長さを長く
することが知られているが、この場合には薄膜ヒータ
４，５を駆動するエネルネギーが大きくなってしまう。
【００２１】しかし、本発明では上記のように、流体の
流れ方向Ａと直交する方向における薄膜ヒータ４，５の
長さａと、ブリッジ幅ｂとの関係が、０．３７≦ｂ／ａ
≦０．７５に設定されているので、流体が流れている場
合における上流側の薄膜ヒータ４と下流側の薄膜ヒータ
５との温度差ΔＴｈ、すなわち、感度を高くすることが
できる。
流れ方向Ａと直交する方向における薄膜ヒータ４，５の
長さａと、ブリッジ幅ｂとの関係が、０．３７≦ｂ／ａ
≦０．７５に設定されているので、流体が流れている場
合における上流側の薄膜ヒータ４と下流側の薄膜ヒータ
５との温度差ΔＴｈ、すなわち、感度を高くすることが
できる。
【００２２】以下、その実験の結果を図３に示す。図３
は、流体の流れ方向Ａにおける薄膜ヒータ４，５の長さ
ａを、３２０μｍ及び６００μｍの二通りに設定し、こ
れに対して変化させたブリッジ幅ｂを横軸にとり、感度
及びエネルギーを縦軸にとり、ａに対してｂのパラメー
タを変化させた場合の感度とエネルギーとを測定した結
果である。詳細にいえば、◇印で示すプロットは薄膜ヒ
ータ４，５の長さａを３２０μｍとしたときのエネルギ
ーの測定結果、□印で示すプロットは薄膜ヒータ４，５
の長さａを３２０μｍとしたときの感度の測定結果、○
印で示すプロットは薄膜ヒータ４，５の長さａを６００
μｍとしたときのエネルギーの測定結果、＊印で示すプ
ロットは薄膜ヒータ４，５の長さａを６００μｍとした
ときの感度の測定結果である。
は、流体の流れ方向Ａにおける薄膜ヒータ４，５の長さ
ａを、３２０μｍ及び６００μｍの二通りに設定し、こ
れに対して変化させたブリッジ幅ｂを横軸にとり、感度
及びエネルギーを縦軸にとり、ａに対してｂのパラメー
タを変化させた場合の感度とエネルギーとを測定した結
果である。詳細にいえば、◇印で示すプロットは薄膜ヒ
ータ４，５の長さａを３２０μｍとしたときのエネルギ
ーの測定結果、□印で示すプロットは薄膜ヒータ４，５
の長さａを３２０μｍとしたときの感度の測定結果、○
印で示すプロットは薄膜ヒータ４，５の長さａを６００
μｍとしたときのエネルギーの測定結果、＊印で示すプ
ロットは薄膜ヒータ４，５の長さａを６００μｍとした
ときの感度の測定結果である。
【００２３】この実験において、エネルギーとは、流速
ゼロの状態で、薄膜ヒータ４，５を環境温度より１００
℃上昇させるのに必要な電力（ｍＷ）である。感度は、
幅４ｍｍ、深さ２５ｍｍの流路の幅４ｍｍの上面にフロ
ーセンサ１を設置し、流体として乾燥した空気を毎時４
００リットル流したときの薄膜ヒータ４，５の温度差Δ
Ｔｈ（℃）である。
ゼロの状態で、薄膜ヒータ４，５を環境温度より１００
℃上昇させるのに必要な電力（ｍＷ）である。感度は、
幅４ｍｍ、深さ２５ｍｍの流路の幅４ｍｍの上面にフロ
ーセンサ１を設置し、流体として乾燥した空気を毎時４
００リットル流したときの薄膜ヒータ４，５の温度差Δ
Ｔｈ（℃）である。
【００２４】図３の実験結果によれば、エネルギーは、
ブリッジ幅ｂの増加とともに増加し、ｂがある値に達し
た後に飽和するが、その上昇のカーブは緩く低く抑えら
れていることが判る。これは、薄膜ヒータ４，５の長さ
ａとブリッジ幅ｂとの上記の比の設定によるものであ
る。
ブリッジ幅ｂの増加とともに増加し、ｂがある値に達し
た後に飽和するが、その上昇のカーブは緩く低く抑えら
れていることが判る。これは、薄膜ヒータ４，５の長さ
ａとブリッジ幅ｂとの上記の比の設定によるものであ
る。
【００２５】感度については、ブリッジ幅ｂの増加とと
もに高まり、ｂがある値に達した後は下がる蒲鉾形のカ
ーブを示すので、薄膜ヒータ４，５の長さａとブリッジ
幅ｂとの関係があることが判る。小さなエネルギーで高
い感度を得るための、感度／エネルギーの値が最大にな
る薄膜ヒータ４，５の長さａとブリッジ幅ｂとの比ｂ／
ａは、ａ＝３２０μｍ、ａ＝６００μｍともに略０．５
となる。
もに高まり、ｂがある値に達した後は下がる蒲鉾形のカ
ーブを示すので、薄膜ヒータ４，５の長さａとブリッジ
幅ｂとの関係があることが判る。小さなエネルギーで高
い感度を得るための、感度／エネルギーの値が最大にな
る薄膜ヒータ４，５の長さａとブリッジ幅ｂとの比ｂ／
ａは、ａ＝３２０μｍ、ａ＝６００μｍともに略０．５
となる。
【００２６】すなわち、ａ＝３２０μｍの場合、感度の
ピークは約１０．５℃であり、ｂ／ａ＝０．５としたと
きのブリッジ幅ｂは約１６０μｍである。また、ａ＝６
００μｍの場合、感度のピークは約１６．５℃であり、
ｂ／ａ＝０．５としたときのブリッジ幅ｂは約３００μ
ｍである。
ピークは約１０．５℃であり、ｂ／ａ＝０．５としたと
きのブリッジ幅ｂは約１６０μｍである。また、ａ＝６
００μｍの場合、感度のピークは約１６．５℃であり、
ｂ／ａ＝０．５としたときのブリッジ幅ｂは約３００μ
ｍである。
【００２７】以上のように、ｂ／ａの比は０．５が最善
であるが、製作上の許容範囲を考慮すると、０．４≦ｂ
／ａ≦０．６の設定がベターである。このように設定し
た場合は、ａ＝３２０μmでは、ブリッジ幅ｂは１２８
μm〜１９２μmとなり、ｂ＝６００μmでは、ブリッジ
幅ｂは２４０μm〜３６０μｍとなる。この設定でも、
エネルギーの低減、感度の向上を図ることができる。こ
の製作上の許容範囲を考慮したｂ／ａ比の設定は、性能
上まだ余裕がある設定である。
であるが、製作上の許容範囲を考慮すると、０．４≦ｂ
／ａ≦０．６の設定がベターである。このように設定し
た場合は、ａ＝３２０μmでは、ブリッジ幅ｂは１２８
μm〜１９２μmとなり、ｂ＝６００μmでは、ブリッジ
幅ｂは２４０μm〜３６０μｍとなる。この設定でも、
エネルギーの低減、感度の向上を図ることができる。こ
の製作上の許容範囲を考慮したｂ／ａ比の設定は、性能
上まだ余裕がある設定である。
【００２８】すなわち、図３から、エネルギーの低減、
感度の向上を実用上満足できるｂ／ａ比の範囲は、０．
３７≦ｂ／ａ≦０．７５である。この比によれば、ａ＝
３２０μｍの場合、ブリッジ幅ｂは約１２０〜２４０μ
ｍであり、ａ＝６００μｍの場合、ブリッジ幅ｂは約２
２０〜４５０μｍとなる。
感度の向上を実用上満足できるｂ／ａ比の範囲は、０．
３７≦ｂ／ａ≦０．７５である。この比によれば、ａ＝
３２０μｍの場合、ブリッジ幅ｂは約１２０〜２４０μ
ｍであり、ａ＝６００μｍの場合、ブリッジ幅ｂは約２
２０〜４５０μｍとなる。
【００２９】以上の結果から、０．３７≦ｂ／ａ≦０．
７５に設定することにより、感度を満足し得ることが確
認された。また、０．３７≦ｂ／ａ≦０．７５の設定範
囲では、薄膜ヒータ４，５を駆動するエネルギーの上昇
が極めて低く抑えられることが確認された。
７５に設定することにより、感度を満足し得ることが確
認された。また、０．３７≦ｂ／ａ≦０．７５の設定範
囲では、薄膜ヒータ４，５を駆動するエネルギーの上昇
が極めて低く抑えられることが確認された。
【００３０】さらに、本発明においては、流体の流れ方
向Ａにおける薄膜ヒータ４，５の幅をｃ、流体の流れ方
向Ａにおける一対の薄膜ヒータ４，５の間隔をｄとした
とき、幅ｃと間隔ｄとの関係が、ｃ≦ｄに設定されてい
るので、流体の流速がある場合における上流側の薄膜ヒ
ータ４と下流側の薄膜ヒータ５との温度差ΔＴｈ、すな
わち、感度をさらに高くすることができる。
向Ａにおける薄膜ヒータ４，５の幅をｃ、流体の流れ方
向Ａにおける一対の薄膜ヒータ４，５の間隔をｄとした
とき、幅ｃと間隔ｄとの関係が、ｃ≦ｄに設定されてい
るので、流体の流速がある場合における上流側の薄膜ヒ
ータ４と下流側の薄膜ヒータ５との温度差ΔＴｈ、すな
わち、感度をさらに高くすることができる。
【００３１】以下、その実験の結果を図４に示す。図４
は、薄膜ヒータ４，５の長さａ＝３２０μｍ、上記のブ
リッジ幅ｂ＝１６０μｍに設定し、これに対して変化さ
せた薄膜ヒータ４，５の幅ｃを横軸にとり、感度及びエ
ネルギーを縦軸にとり、幅ｃのパラメータを変化させた
場合の感度とエネルギーとを測定した結果である。□印
で示すプロットはエネルギーの測定結果、◇印で示すプ
ロットは感度の測定結果である。感度とエネルギーの定
義は図３の場合と同様である。
は、薄膜ヒータ４，５の長さａ＝３２０μｍ、上記のブ
リッジ幅ｂ＝１６０μｍに設定し、これに対して変化さ
せた薄膜ヒータ４，５の幅ｃを横軸にとり、感度及びエ
ネルギーを縦軸にとり、幅ｃのパラメータを変化させた
場合の感度とエネルギーとを測定した結果である。□印
で示すプロットはエネルギーの測定結果、◇印で示すプ
ロットは感度の測定結果である。感度とエネルギーの定
義は図３の場合と同様である。
【００３２】図４の実験結果によれば、エネルギーは薄
膜ヒータ４，５の幅ｃの変化の影響をほとんど受けない
が、感度は薄膜ヒータ４，５の幅ｃが高くなるに従い低
下することが判る。すなわち、幅ｃが５０μｍ以下の範
囲では、感度は幅ｃの増加に比例して僅かづつ下がる
が、幅ｃが５０μｍ以上になると感度の低下は大きくな
る。つまり、幅ｃの許容範囲の最大は５０μｍとなる。
ブリッジ幅ｂは１６０μｍ、５０μm幅の薄膜ヒータ
４，５は２本分（２×ｃ）であるから、薄膜ヒータ４，
５の間隔ｄは、 ｄ＝ｂ−２ｃ＝１６０μｍ−２×５０μｍ＝６０μｍ となる。すなわち、ｃ≦ｄとすることにより、エネルギ
ーの上昇を抑え、かつ感度を高めることができることが
確認された。
膜ヒータ４，５の幅ｃの変化の影響をほとんど受けない
が、感度は薄膜ヒータ４，５の幅ｃが高くなるに従い低
下することが判る。すなわち、幅ｃが５０μｍ以下の範
囲では、感度は幅ｃの増加に比例して僅かづつ下がる
が、幅ｃが５０μｍ以上になると感度の低下は大きくな
る。つまり、幅ｃの許容範囲の最大は５０μｍとなる。
ブリッジ幅ｂは１６０μｍ、５０μm幅の薄膜ヒータ
４，５は２本分（２×ｃ）であるから、薄膜ヒータ４，
５の間隔ｄは、 ｄ＝ｂ−２ｃ＝１６０μｍ−２×５０μｍ＝６０μｍ となる。すなわち、ｃ≦ｄとすることにより、エネルギ
ーの上昇を抑え、かつ感度を高めることができることが
確認された。
【００３３】また、図４において、薄膜ヒータ４，５の
幅ｃが４０μｍ以下の場合は、高めの感度を得ることが
できる。この場合、薄膜ヒータ４，５の間隔ｄは、 ｄ＝ｂ−２ｃ＝１６０μｍ−２×４０μｍ＝８０μｍ となる。すなわち、２ｃ≦ｄに設定することにより、さ
らに感度を高めることができる。
幅ｃが４０μｍ以下の場合は、高めの感度を得ることが
できる。この場合、薄膜ヒータ４，５の間隔ｄは、 ｄ＝ｂ−２ｃ＝１６０μｍ−２×４０μｍ＝８０μｍ となる。すなわち、２ｃ≦ｄに設定することにより、さ
らに感度を高めることができる。
【００３４】なお、薄膜ヒータ４，５のリード線を基板
２の片側（図１では上方）に向けて導出させた状態で説
明したが、薄膜ヒータ４，５を図５に示すようなパター
ンで形成した場合には、リード線を上下方向に分けて配
設し、これに接続されるボンディングパッド８〜１１も
上下に分けて配設すればよい。
２の片側（図１では上方）に向けて導出させた状態で説
明したが、薄膜ヒータ４，５を図５に示すようなパター
ンで形成した場合には、リード線を上下方向に分けて配
設し、これに接続されるボンディングパッド８〜１１も
上下に分けて配設すればよい。
【００３５】また、流体の流れ方向Ａと直交する方向に
おける薄膜ヒータ４，５の長さａについては、０．３７
≦ｂ／ａ≦０．７５の条件を守る限りは、図６に示すよ
うに、ａの値を異なるａ1 とａ2 とに分けて定めてもよ
い。
おける薄膜ヒータ４，５の長さａについては、０．３７
≦ｂ／ａ≦０．７５の条件を守る限りは、図６に示すよ
うに、ａの値を異なるａ1 とａ2 とに分けて定めてもよ
い。
【００３６】次に、図７を参照して複合型流量計につい
て説明する。本実施の形態における複合型流量計２０
は、フルイディック流量計２１と、図１に示したフロー
センサ１とにより形成されている。
て説明する。本実施の形態における複合型流量計２０
は、フルイディック流量計２１と、図１に示したフロー
センサ１とにより形成されている。
【００３７】フルイディック型流量計２１の主要な構成
部材をなすフルイディック発振素子２２の上面の開口面
は図示しない上カバーにより閉塞されるものである。フ
ルイディック発振素子２２には流体を矢印Ａ方向に流す
流路２３が形成されている。この流路２３には、流体の
流れ方向Ａの上流側から下流側に向けて、入口部２４、
複数の整流用網２５及び整流格子２６が所定の間隔をお
いて配置された整流流路部２７、下流側に向けて流路が
絞られたフローセンサ流路部２８、ノズル２９、流路拡
大部３０、出口部３１が形成されている。流路拡大部３
０にはノズル２９の出口に対向する誘振子３２と、この
誘振子３２の下流側に配置されたエンドブロック３３と
が形成されている。
部材をなすフルイディック発振素子２２の上面の開口面
は図示しない上カバーにより閉塞されるものである。フ
ルイディック発振素子２２には流体を矢印Ａ方向に流す
流路２３が形成されている。この流路２３には、流体の
流れ方向Ａの上流側から下流側に向けて、入口部２４、
複数の整流用網２５及び整流格子２６が所定の間隔をお
いて配置された整流流路部２７、下流側に向けて流路が
絞られたフローセンサ流路部２８、ノズル２９、流路拡
大部３０、出口部３１が形成されている。流路拡大部３
０にはノズル２９の出口に対向する誘振子３２と、この
誘振子３２の下流側に配置されたエンドブロック３３と
が形成されている。
【００３８】なお、流路２３の上面開口を閉塞する上カ
バーには、ノズル２９の出口付近の両側に通孔（図示せ
ず）が形成されているとともに、これらの通孔からの圧
力を検出する流量検出センサとしての圧力センサ（図示
せず）が設けられている。
バーには、ノズル２９の出口付近の両側に通孔（図示せ
ず）が形成されているとともに、これらの通孔からの圧
力を検出する流量検出センサとしての圧力センサ（図示
せず）が設けられている。
【００３９】このような構成において、複合型流量計２
０の流量測定について説明する。入口部２４ら流路２３
に流れる流体は、上流側の整流用網２５により緩衝さ
れ、次段の整流用網２５との隙間でミキシングされ周期
的な振動の変動が緩和されて流路２３内で略均一な流速
分布にされた後に、格子状の整流格子２６により二次元
流となり非圧縮性の定常的な一様な流れとなる。これに
より、小流量域測定用のフローセンサ１の出力を安定さ
せることができる。フローセンサ１の測定については前
述の通りであるので、説明を省略する。
０の流量測定について説明する。入口部２４ら流路２３
に流れる流体は、上流側の整流用網２５により緩衝さ
れ、次段の整流用網２５との隙間でミキシングされ周期
的な振動の変動が緩和されて流路２３内で略均一な流速
分布にされた後に、格子状の整流格子２６により二次元
流となり非圧縮性の定常的な一様な流れとなる。これに
より、小流量域測定用のフローセンサ１の出力を安定さ
せることができる。フローセンサ１の測定については前
述の通りであるので、説明を省略する。
【００４０】次に、フルイディック流量計２１により大
流量域の流量測定について説明する。ノズル２９から下
流側に向かって噴出された流体は誘振子３２の外側に沿
って左右に振り分けられる。図７において誘振子３２の
下側に流体が流れる状態説明すると、ノズル２９から噴
出する流体の主噴流は流路拡大部３０から出口部３１に
向けて流れるが、一部はエンドブロック３３にぶつかり
流路拡大部３０の下側の側壁に沿って帰還流体となり、
新たにノズル２９から噴出する流体の噴流に直角方向か
らぶつかる。この帰還流体のエネルギーにより、新たに
ノズル２９から噴出する流体の主噴流の向きは誘振子３
２の上側に変わり、一部はエンドブロック３３にぶつか
り流路拡大部３０の上側の側壁に沿って帰還流体とな
り、新たにノズル２９から噴出する流体の主噴流に直角
方向からぶつかる。この帰還流体のエネルギーにより、
新たにノズル２９から噴出する流体の噴流の向きは誘振
子３２の下側に変わる。ノズル２９から噴出する主噴流
の流れの振り分けはこのようにして繰り返される。
流量域の流量測定について説明する。ノズル２９から下
流側に向かって噴出された流体は誘振子３２の外側に沿
って左右に振り分けられる。図７において誘振子３２の
下側に流体が流れる状態説明すると、ノズル２９から噴
出する流体の主噴流は流路拡大部３０から出口部３１に
向けて流れるが、一部はエンドブロック３３にぶつかり
流路拡大部３０の下側の側壁に沿って帰還流体となり、
新たにノズル２９から噴出する流体の噴流に直角方向か
らぶつかる。この帰還流体のエネルギーにより、新たに
ノズル２９から噴出する流体の主噴流の向きは誘振子３
２の上側に変わり、一部はエンドブロック３３にぶつか
り流路拡大部３０の上側の側壁に沿って帰還流体とな
り、新たにノズル２９から噴出する流体の主噴流に直角
方向からぶつかる。この帰還流体のエネルギーにより、
新たにノズル２９から噴出する流体の噴流の向きは誘振
子３２の下側に変わる。ノズル２９から噴出する主噴流
の流れの振り分けはこのようにして繰り返される。
【００４１】この主噴流の振り分けによる交番圧力波の
周波数は通孔を通して圧力センサにより検出される。そ
の検出値は流量に比例するので、圧力センサの出力によ
り大流量域の流量を求めることができる。
周波数は通孔を通して圧力センサにより検出される。そ
の検出値は流量に比例するので、圧力センサの出力によ
り大流量域の流量を求めることができる。
【００４２】
【発明の効果】請求項１記載のフローセンサは、流体の
流れ方向と直交する方向における一対の測温抵抗素子の
長さをａ、流体の流れ方向における上流側の測温抵抗素
子の上流側の端縁から下流側の測温抵抗素子の下流側の
端縁に至る距離をｂとしたとき、前記長さａと前記距離
ｂとの関係を、０．３７≦ｂ／ａ≦０．７５に設定した
ので、測温抵抗素子を駆動するエネルギーの上昇を抑
え、かつ感度を高めることができる。
流れ方向と直交する方向における一対の測温抵抗素子の
長さをａ、流体の流れ方向における上流側の測温抵抗素
子の上流側の端縁から下流側の測温抵抗素子の下流側の
端縁に至る距離をｂとしたとき、前記長さａと前記距離
ｂとの関係を、０．３７≦ｂ／ａ≦０．７５に設定した
ので、測温抵抗素子を駆動するエネルギーの上昇を抑
え、かつ感度を高めることができる。
【００４３】請求項２記載のフローセンサは、０．４≦
ｂ／ａ≦０．６に設定したので、請求項１記載の場合よ
りさらに感度を高めることができる。
ｂ／ａ≦０．６に設定したので、請求項１記載の場合よ
りさらに感度を高めることができる。
【００４４】請求項３記載のフローセンサは、流体の流
れ方向における測温抵抗素子の幅をｃ、流体の流れ方向
における一対の測温抵抗素子の間隔をｄとしたとき、ｃ
とｄとの関係を、ｃ≦ｄに設定したので、測温抵抗素子
を駆動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高める
ことができる。
れ方向における測温抵抗素子の幅をｃ、流体の流れ方向
における一対の測温抵抗素子の間隔をｄとしたとき、ｃ
とｄとの関係を、ｃ≦ｄに設定したので、測温抵抗素子
を駆動するエネルギーの上昇を抑え、かつ感度を高める
ことができる。
【００４５】請求項４記載のフローセンサは、ｃとｄと
の関係を、ｃ／２≦ｄに設定したので、請求項３の場合
よりさらに感度を高めることができる。
の関係を、ｃ／２≦ｄに設定したので、請求項３の場合
よりさらに感度を高めることができる。
【００４６】請求項５記載の複合型流量計は、請求項１
ないし４のいずれか一記載のフローセンサを備えるの
で、フローセンサを駆動するエネルギーの上昇を抑える
とともに、小流量域の流量測定の感度を高めることがで
きる複合型流量計を提供することができる。
ないし４のいずれか一記載のフローセンサを備えるの
で、フローセンサを駆動するエネルギーの上昇を抑える
とともに、小流量域の流量測定の感度を高めることがで
きる複合型流量計を提供することができる。
【図１】本発明の一実施の形態におけるフローセンサの
平面図である。
平面図である。
【図２】流体の流れ方向における上流側の測温抵抗素子
と下流側の測温抵抗素子との配設状態と、これらの測温
抵抗素子の温度変化を示す説明図である。
と下流側の測温抵抗素子との配設状態と、これらの測温
抵抗素子の温度変化を示す説明図である。
【図３】測温抵抗素子を駆動するエネルギーと感度の測
定結果を実験により示すグラフである。
定結果を実験により示すグラフである。
【図４】測温抵抗素子を駆動するエネルギーと感度の測
定結果を実験により示すグラフである。
定結果を実験により示すグラフである。
【図５】測温抵抗素子の変形例を示す平面図である。
【図６】測温抵抗素子の変形例を示す平面図である。
【図７】複合型流量計の内部構造を示す平面図である。
１ フローセンサ ２ 基板 ４，５ 測温抵抗素子 ａ 流体の流れ方向と直交する方向における測温抵抗素
子の長さ ｂ 流体の流れ方向における上流側の測温抵抗素子の上
流側の端縁から下流側の測温抵抗素子の下流側の端縁に
至る距離 ｃ 流体の流れ方向における測温抵抗素子の幅 ｄ 流体の流れ方向における一対の測温抵抗素子の間隔 ２２ フルイディック発振素子
子の長さ ｂ 流体の流れ方向における上流側の測温抵抗素子の上
流側の端縁から下流側の測温抵抗素子の下流側の端縁に
至る距離 ｃ 流体の流れ方向における測温抵抗素子の幅 ｄ 流体の流れ方向における一対の測温抵抗素子の間隔 ２２ フルイディック発振素子
Claims (5)
- 【請求項１】 基板と、流体の流れ方向に沿って上流側
と下流側とに所定の間隔を開けて配設された一対の測温
抵抗素子とを備えたフローセンサにおいて、 前記流体の流れ方向と直交する方向における前記測温抵
抗素子の長さをａ、前記流体の流れ方向における上流側
の前記測温抵抗素子の上流側の端縁から下流側の前記測
温抵抗素子の下流側の端縁に至る距離をｂとしたとき、 前記長さａと前記距離ｂとの関係は、０．３７≦ｂ／ａ
≦０．７５に設定されているフローセンサ。 - 【請求項２】 前記長さａと前記距離ｂとの関係は、
０．４≦ｂ／ａ≦０．６に設定されている請求項１記載
のフローセンサ。 - 【請求項３】 基板と、流体の流れ方向に沿って上流側
と下流側とに所定の間隔を開けて配設された一対の測温
抵抗素子とを備えたフローセンサにおいて、 前記流体の流れ方向における前記測温抵抗素子の幅を
ｃ、流体の流れ方向における一対の前記測温抵抗素子の
間隔をｄとしたとき、 前記幅ｃと前記間隔ｄとの関係は、ｃ≦ｄに設定されて
いるフローセンサ。 - 【請求項４】 前記幅ｃと前記間隔ｄとの関係は、ｃ／
２≦ｄに設定されている請求項３記載のフローセンサ。 - 【請求項５】 流す流体の流量に応じてフルイディック
振動を発生させるフルイディック発振素子と、 前記フルイディック発振素子のフルイディック振動を検
出する流量検出センサと、 前記フルイディック発振素子の流路に配置された請求項
１ないし４の何れか一記載のフローセンサと、を備える
複合型流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000210730A JP4980510B2 (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | フローセンサ及び複合型流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000210730A JP4980510B2 (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | フローセンサ及び複合型流量計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002022512A true JP2002022512A (ja) | 2002-01-23 |
| JP4980510B2 JP4980510B2 (ja) | 2012-07-18 |
Family
ID=18706955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000210730A Expired - Fee Related JP4980510B2 (ja) | 2000-07-12 | 2000-07-12 | フローセンサ及び複合型流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4980510B2 (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60142268A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-27 | 株式会社山武 | 流速センサ |
| JPH06230021A (ja) * | 1993-02-01 | 1994-08-19 | Ricoh Co Ltd | 感熱式流速計及びこれを用いたフルイディック流量計 |
| JPH08210885A (ja) * | 1995-02-07 | 1996-08-20 | Tokyo Gas Co Ltd | フルイディック流量計 |
| JPH1183582A (ja) * | 1997-09-03 | 1999-03-26 | Ricoh Co Ltd | 熱式フローセンサおよびその製造方法 |
| JPH11281445A (ja) * | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Mitsubishi Electric Corp | 流量検出素子及び流量センサ |
| JP2000088623A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Ricoh Co Ltd | マイクロブリッジセンサ |
-
2000
- 2000-07-12 JP JP2000210730A patent/JP4980510B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60142268A (ja) * | 1983-12-27 | 1985-07-27 | 株式会社山武 | 流速センサ |
| JPH06230021A (ja) * | 1993-02-01 | 1994-08-19 | Ricoh Co Ltd | 感熱式流速計及びこれを用いたフルイディック流量計 |
| JPH08210885A (ja) * | 1995-02-07 | 1996-08-20 | Tokyo Gas Co Ltd | フルイディック流量計 |
| JPH1183582A (ja) * | 1997-09-03 | 1999-03-26 | Ricoh Co Ltd | 熱式フローセンサおよびその製造方法 |
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| JP2000088623A (ja) * | 1998-09-11 | 2000-03-31 | Ricoh Co Ltd | マイクロブリッジセンサ |
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|---|---|
| JP4980510B2 (ja) | 2012-07-18 |
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