JP2002310757A - 微少流量測定装置 - Google Patents

微少流量測定装置

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JP2002310757A
JP2002310757A JP2001114013A JP2001114013A JP2002310757A JP 2002310757 A JP2002310757 A JP 2002310757A JP 2001114013 A JP2001114013 A JP 2001114013A JP 2001114013 A JP2001114013 A JP 2001114013A JP 2002310757 A JP2002310757 A JP 2002310757A
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flow
fluid
temperature
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flow rate
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JP2001114013A
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Morimasa Uenishi
盛聖 上西
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Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】流体の温度が高い環境においても、フローセン
サの出力が低下しないようにする。 【解決手段】流路Pは、その全体が冷却器1の中に入っ
ており、全体を一定温度に冷却できる。さらにフローセ
ンサ取りつけ部10の上流部分に温度交換用の流路P
が設けられていて流体を意図した温度に冷却できる。フ
ローセンサ11は、Si単結晶基板上に異方性エッチン
グ技術で形成した凹部上の絶縁体薄膜のマイクロブリッ
ジ15の上に、流れに対して垂直な2本の発熱体16を
金属薄膜で形成してなる。この2本の発熱体16に一定
の電流を流して発熱させ、その時の発熱体16の抵抗値
差を流量に対応する出力として利用する。フローセンサ
11は金属製のソリッドステム12などの上に固定さ
れ、ワイヤボンディング等でリードピン13に接続され
て外部に出力を取れるようにしてあり、このソリッドス
テム12を流路に適当な方法を用いて設置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、微少流量測定装
置、より詳細には、微少流量の流量コントローラのセン
サ部、あるいは各種流体の微少流量計として応用できる
微少流量測定装置であって、フローセンサを用いた微少
流量測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】フローセンサとしては、例えば特開平2
−259527号公報に示されているように、抵抗体を
流体の流れの方向にそって配列し、抵抗体自体の抵抗値
で温度を測定するものや、特開平4−58111号公報
に示されるように、発熱用抵抗体をはさんで2つの温度
測定用の抵抗体を設け、流れに沿って配したものがあ
る。これらフローセンサは抵抗体に通電することによっ
て発生する熱が流体の流れによって移動し、マイクロヒ
ータ近傍の熱の分布が変化することを利用している。
【0003】これらのフローセンサは、比較的微少な流
速(例えば線速で秒速1cm程度)を測定することが可
能であり、たとえばガスメータなどの低流量域を測定す
るために用いられている。また、各種の微少な流量測定
手段としても応用が図られている。
【0004】しかしながら、これら従来のフローセンサ
では流体への熱の移動で生じる抵抗体の電気特性の変化
を出力として利用しているため、原理的に流体の温度が
上昇していくと、その出力が低くなってしまうという問
題が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述のごとき
実情に鑑みてなされたもので、フローセンサを用いた微
少流量測定装置であって、流体の温度が高い環境におい
ても、フローセンサの出力が低下しないようにした微少
流量測定装置を提供することを目的とするものでであ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、フロ
ーセンサと、該フローセンサに上に流れ込む被測定流体
を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴としたもので
ある。
【0007】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、前記フローセンサは、表面が絶縁体で一部に開口部
を有する空間が形成された基台上に形成され、該開口部
上に設けた薄膜状のブリッジ部またはダイアフラム部
と、該ブリッジ部またはダイアフラム部の上に形成した
発熱体とにより構成されることを特徴としたものであ
る。
【0008】請求項3の発明は、請求項1または2の発
明において、前記冷却手段は、前記フローセンサに上に
流れ込む被測定流体を一定温度に冷却する機能を有する
ことを特徴としたものである。
【0009】請求項4の発明は、請求項2または3の発
明において、被測定流体の温度を測定する測温体を前記
基台表面の絶縁体上に設け、前記冷却手段は、前記測温
体からの測定温度の情報に基づいて前記被測定流体の冷
却を行うことを特徴としたものである。
【0010】請求項5の発明は、請求項1ないし4のい
ずれか1の発明において、前記被測定流体を流動せしめ
る流路を構成する流路構成部材の少なくとも一部を熱伝
導性の良い材料で形成し、前記冷却手段は、該流路構成
部材を冷却することにより被測定流体を冷却するように
したことを特徴としたものである。
【0011】請求項6の発明は、請求項5の発明におい
て、前記流路構成部材の材料として銅を用いたことを特
徴としたものである。
【0012】請求項7の発明は、請求項5の発明におい
て、前記流路構成部材の材料としてアルミニウムを用い
たことを特徴としたものである。
【0013】請求項8の発明は、請求項1ないし7のい
ずれか1の発明において、前記冷却手段としてペルチェ
素子を用いたことを特徴としたものである。
【0014】
【発明の実施の形態】(実施例1(請求項1ないし3に
対応))まず、本発明に係わる原理について説明する。
上述したごとくにフローセンサでは流体への熱の移動で
生じる抵抗体の電気特性の変化を出力として利用してい
るため、原理的に流体の温度が上昇していくと、その出
力が低くなってしまう。抵抗体を流体の流れの方向にそ
って配列し、抵抗体自体の抵抗値で温度を測定するフロ
ーセンサを用いて、流体の温度を変化させたときの流量
に対する出力の変化を測定したところ、図1に示すよう
に、流体の温度が低いときのほうが出力が高くなってい
る。このときには流体の温度が60℃の時と−10℃の
ときでは約1.5倍の出力になっている。このことか
ら、流体の温度を低くしてやることで、出力を高くし、
特に微少流量における感度を高めることができる。
【0015】図2は、本発明の微少流量測定装置の一実
施例について説明するための図で、フローセンサによる
流量測定を行う装置の概念を図2(A)に、図2(A)
のセンサ取り付け部の上面図及び側面図をそれぞれ図2
(B)、図2(C)に示すものである。図2において、
1は冷却器、10はセンサ取り付け部、11はマイクロ
フローセンサ(フローセンサ)、12はソリッドステ
ム、13はリードピン、14はワイヤボンド、15はマ
イクロブリッジ、16は発熱体、Pは流路、Pは温度
交換用流路である。
【0016】図2に示す例は、流路Pにフローセンサ1
1を取りつけ、微少流量を測定する構成になっている。
この流路Pは、その全体が冷却器1の中に入っており、
全体を一定温度に冷却できるようになっている。さらに
フローセンサ取りつけ部10の上流部分に温度交換用の
流路Pが設けられていて流体を意図した温度に冷却で
きるようになっている。
【0017】フローセンサ11は、Si単結晶基板上に
異方性エッチング技術で凹部を形成し、その凹部の上に
絶縁体薄膜のマイクロブリッジ15を形成し、さらにマ
イクロブリッジ15の上には流れに対して垂直な2本の
発熱体16を金属薄膜で形成することにより作製してあ
る。この2本の発熱体16に一定の電流を流して発熱さ
せ、その時の発熱体16の抵抗値差を流量に対応する出
力として利用する。
【0018】フローセンサ11は金属製のソリッドステ
ム12などの上に固定され、ワイヤボンディング等でリ
ードピン13に接続されて外部に出力を取れるようにし
てあり、このソリッドステム12を流路に適当な方法
(たとえば接着)を用いて設置する。
【0019】(実施例2(請求項4に対応))図3は、
本発明の微少流量測定装置の他の実施例について説明す
るための図で、流路におけるセンサ取り付け部の部分上
面図である。本実施例は、実施例1とほぼ同様の構成で
あるが、フローセンサ11の上に温度測定用抵抗体(測
温体)17を設け、この抵抗体により得られる温度情報
を用いて流体の温度を一定に冷却するようにしてある点
が異なる。このような構成を取ることで、流体の温度を
一定に保つことが容易になり、より精密に微少流量を測
定することが可能になる。
【0020】(実施例3(請求項5ないし8に対応))
図4は、本発明の微少流量測定装置の更に他の実施例に
ついて説明するための図で、装置の概略上面図を図4
(A)に、図4(A)の流路構成部材の概略側面図を図
4(B)に示すもので、図中、11はフローセンサ、2
0は蓋部、21はペルチェ素子、22は流路構成部材、
Pは流路、Fは流体である。本実施例は、フローセンサ
11を取りつける前後の流路Pを形成する流路構成部材
22を熱伝導の良いたとえばアルミニウム等の材質で作
ってある。この様に熱伝導性の良い材質で流路構成部材
22を作製することで容易に流体Fを冷却することがで
きる。なお、熱伝導の良い材料であれば、流路構成部材
22の材質は特にアルミニウムに限定する必要は無く、
たとえば銅を用いた場合、より熱伝導性が良いためさら
に好ましい結果を得られる。
【0021】冷却用の手段としては流路の蓋部20(こ
れも熱伝導の良い材質)にペルチエ素子21を取りつけ
ている。ペルチェ素子21は冷却手段として比較的小型
化しやすいため、フローセンサ11と組み合わせれば、
比較的小型の系で微少流量測定装置を構成できる。
【0022】
【発明の効果】請求項1及び2の発明によれば、フロー
センサに上に流れ込む被測定流体を冷却する手段を備え
たことにより、流体の温度が高い場合でもフローセンサ
の出力を比較的高く保つことができる。
【0023】請求項3の発明によれば、フローセンサに
上に流れ込む被測定流体を一定の温度に冷却する手段を
備えたことにより、流体の温度が高い場合でもフローセ
ンサの出力を比較的高く保ちつつ、測定の精度を上げる
ことができる。
【0024】請求項4の発明によれば、フローセンサ上
に被測定流体の温度を測定する測温体を基台上の絶縁体
膜上に設け、測温体の温度情報を用いて一定温度に冷却
することで、さらに測定の精度を上げることができる。
【0025】請求項5の発明によれば、請求項1ないし
4の発明においてフローセンサを取りつける部分とその
前後の流路構成部材を熱伝導性の良い材料で形成し、こ
の流路を冷却することにより被測定流体を冷却すること
で、流体の冷却を容易にできる。
【0026】請求項6の発明によれば、請求項5の発明
において流路の材料としてアルミニウムを用いたことに
より、比較的安価で容易に加工できる、熱伝導性の良い
流路構成部材を作ることができる。
【0027】請求項7の発明によれば、請求項5の発明
において流路構成部材の材料として銅を用いたことによ
り、きわめて熱伝導性の良い流路構成部材を作ることが
できる。
【0028】請求項8の発明によれば、請求項1ないし
7の発明において冷却手段としてペルチェ素子を用いた
ことにより、比較的冷却機構を小型化でき、測定系の小
型化を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 フローセンサを用いて流体の温度を変化させ
たときの流量に対する出力の変化を測定した結果を示す
グラフである。
【図2】 本発明の微少流量測定装置の一実施例につい
て説明するための図である。
【図3】 本発明の微少流量測定装置の他の実施例につ
いて説明するための図である。
【図4】 本発明の微少流量測定装置の更に他の実施例
について説明するための図である。
【符号の説明】
1…冷却器、10…センサ取り付け部、11…マイクロ
フローセンサ(フローセンサ)、12…ソリッドステ
ム、13…リードピン、14…ワイヤボンド、15…マ
イクロブリッジ、16…発熱体、17…温度測定用抵抗
体、20…蓋部、21…ペルチェ素子、22…流路構成
部材、F…流体、P…流路、P…温度交換用流路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F035 EA08

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フローセンサと、該フローセンサに上に
    流れ込む被測定流体を冷却する冷却手段とを備えたこと
    を特徴とする微少流量測定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の微少流量測定装置にお
    いて、前記フローセンサは、表面が絶縁体で一部に開口
    部を有する空間が設けられた基台上に形成され、該開口
    部上に設けた薄膜状のブリッジ部またはダイアフラム部
    と、該ブリッジ部またはダイアフラム部の上に形成した
    発熱体とにより構成されることを特徴とする微少流量測
    定装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2に記載の微少流量測定
    装置において、前記冷却手段は、前記フローセンサに上
    に流れ込む被測定流体を一定温度に冷却する機能を有す
    ることを特徴とする微少流量測定装置。
  4. 【請求項4】 請求項2または3に記載の微少流量測定
    装置において、被測定流体の温度を測定する測温体を前
    記基台表面の絶縁体上に設け、前記冷却手段は、前記測
    温体からの測定温度の情報に基づいて前記被測定流体の
    冷却を行うことを特徴とする微少流量測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項1ないし4のいずれか1に記載の
    微少流量測定装置において、前記被測定流体を流動せし
    める流路を構成する流路構成部材の少なくとも一部を熱
    伝導性の良い材料で形成し、前記冷却手段は、該流路構
    成部材を冷却することにより被測定流体を冷却するよう
    にしたことを特徴とする微少流量測定装置。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の微少流量測定装置にお
    いて、前記流路構成部材の材料として銅を用いたことを
    特徴とする微少流量測定装置。
  7. 【請求項7】 請求項5に記載の微少流量測定装置にお
    いて、前記流路構成部材の材料としてアルミニウムを用
    いたことを特徴とする微少流量測定装置。
  8. 【請求項8】 請求項1ないし7のいずれか1に記載の
    微少流量測定装置において、前記冷却手段としてペルチ
    ェ素子を用いたことを特徴とする微少流量測定装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008090839A1 (ja) * 2007-01-26 2008-07-31 Horiba Stec, Co., Ltd. 流量計
RU177514U1 (ru) * 2017-12-20 2018-02-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" Термоанемометрический датчик расхода жидкостей и газов

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