JP2004521330A - 超小型電子流量センサ - Google Patents
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Abstract
空気などの流体４３の運動を検知または測定するシステム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）。本システムは（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）は、内部流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）を含む、２つの部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、５３１、５３２）からなるプラスチック本体を典型的に有する。本体の部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、５３１、５３２）は、粘着剤でスナップ嵌合することができる。変換器または電子センサ（例えば、３８）が流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）中に典型的に位置し、そのセンサは質量流量を測定しかつ熱源（例えば、５２）の両側に位置する２つの抵抗性熱形装置（ＲＴＤ）（例えば、５４、５５）を有することができる。本体は、配管に付着するように構成された２つの細長いポートチューブ（例えば、３４、４３４、５３４、５３５）を有することができる。ポートチューブ（例えば、３４、４３４、５３４、５３５）はベンチュリ（例えば、６４、５６４、５６５）を含み、かつ実質的に直立かつ実質的に平行であり、Ｕ字形を形成することができる。金属リードフレーム（例えば、３３、２３３、３３３、４３３、５３３）をセンサ（例えば、３８）と電気的に連通して設けることができる。このリードフレーム（例えば、３３、２３３、３３３、５３３）は、本体と一体成形可能であり、かつ本体よりも小さい熱膨張係数を有することができる。内部流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）とセンサ（例えば、３８）は、実質的に対称でありかつどちらの流れ方向でも実質的に同等に流体４３の流量を測定することができる。本システム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）は表面装着またはスルーホール装着するように構成可能であり、かつデュアルインライン型であり得る。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、流体の運動を検知または測定し、そのような運動を示す電気信号を生成するシステムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の速度、圧力、または流量を検知または測定することが必要なまたは望ましい数多くの状況がある。このような状況には、液体および気体である流体が含まれ、また内部流および外部流が含まれる。例えば、そのようなシステムまたは装置を使用して、航空機の対気速度、運河、パイプライン、または河川の水流量、内燃エンジン内への空気流量、またはオフィスビルディングの暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムの換気ダクトを通る流量を測定することができる。このような数多くの応用例では、電子制御を使用する場合など、このような測定装置によって電子表示器に表示可能なまたは電子制御システムに直接インターフェース可能な電子出力を提供することが必要でありかつ望ましい。熱線システムおよび、圧力または圧力差を測定することによって間接的に速度または流量を測定するシステムおよび装置を含めて、数多くのこのようなシステムおよび装置が長年にわたって開発されてきた。圧力または圧力差を測定することによって間接的に速度または流量を測定するシステムおよび装置には、パイロットチューブなど、流動流中に延長する構造を使用するもの、およびベンチュリ計など、流動流側から測定するものが含まれる。
【０００３】
堰およびオリフィス板などの幾つかの流量測定システムまたは装置は、ある程度流れを妨害するが、パイロットチューブなどの他のシステムは、流れをそれほど妨害することはない。流れの流量を測定するために使用する堰壁などの幾つかの応用例では、流れをある程度妨害しても問題ではない。しかし、流れを生成するためにかなりのエネルギー量を要する応用例など、他の応用例では、流れを妨害する程度を極小化することが必要であるかまたは望ましい。流体の流量が測定するべき望ましいパラメータである場合は、数多くのシステムおよび装置が１箇所または複数箇所で速度を測定し、かつその速度を用いて流量を算出することによって流量を求める。流量は、体積流量または質量流量であり得る。
【０００４】
歴史的には、流量センサなど、流体の運動を測定するシステムはそれ自体の独立型システムであった。それらは嵩張り、高価であり、極めて大型であって、小型電子システムに組み込むには適切ではなかった。設計上でも柔軟性がなく、多様なサブシステムへの組込みを妨げるものであった。より近年では厚膜ハイブリッド型の空気流量検知製品を使用することによって、大幅に小型化しかつシングルインライン電気接続を使用して組込み可能性が増大した。それらはまた、典型的な電子製品により適合可能な電気出力および入力要件を備える。このような製品の幾つかは、システムスペース要件を軽減しかつ製品組立体の空気圧部分の半自動化を可能にするマニホルドに取付け可能であるという追加的な利点も備える。これらの例は従来技術を凌ぐ改良であるが、それらはコストが高くかつ処理能力の低い手作業による電子部品の組立てが依然として必要である。その上、それらのサイズは、依然として制御システム回路中の最大構成要素であるのが典型である。特に空気流に関して、他の電子構成要素のように自動装置による組立ておよび取扱いができるような小型センサが全くない。
【０００５】
従来の解決策には、典型的に正確度が低いという欠点を有する差圧センサのような代替感知技術があった。その他のセンサもそれ固有の問題があり、高価でありかつ標準的なパッケージ構成上の可用性に限定がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、最高の形状構成を有しかつ非常に小型の標準パッケージで製造可能な、流体の運動を測定するシステムを提供することである。本発明の他の目的は、制御システムを組み込み、低コスト化し、消費電力を低減し、かつ小型化すると共に、高度に自動化した大量組立生産を実現する改良システムを提供することである。本発明のさらに他の目的は、本製品が工場自動化に適合すること、その互換性が向上すること、その部品点数を最少にすること、およびマニホルドへの取付け、最少圧力降下または制御圧力降下の応用例に容易に変更可能であることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的を推進するために、本発明は、内部流路を備える本体と、その流路中に位置する電子センサと、そのセンサと電気的に連通しかつ本体と一体成形される金属リードフレームとを有する、流体の運動を検知するためのシステムを提供する。本体は、スナップ嵌合できるか、または粘着剤、ヒートステーキング、または超音波溶接で付着できる接合部によって接合される２つの部分から作製可能である。本体は、３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法をそれぞれ有することができるか、または約４．１０ｃｍ3（０．２５立方インチ）よりも小さい体積を有することができる。本体は、プラスチックまたは熱塑性プラスチックから作製可能であり、かつリードフレームの金属はプラスチックよりも小さい熱膨張係数を有しこれら２つの間の漏出を減少させることができる。特に、この金属は、摂氏１度当たり１００万分の１０よりも小さい熱膨張係数を有し、かつこのプラスチックは摂氏１度当たり１００万分の５０よりも大きい熱膨張係数を有することができる。本体は配管に付着するように構成された２つの細長いポートチューブを有し、かつこれらのポートチューブはそれぞれにベンチュリを有することができる。センサはＲＴＤ（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｖｉｃｅ 抵抗性熱形装置）と熱源を有することができる。１つの実施形態では、内部流路およびセンサが実質的に対称であり、かつシステムは、流れのどちらの方向でも実質的に同等に流体の流量を測定するように構成されている。この実施形態では、センサが熱源の両側に位置する２つのＲＴＤを備えることができる。本発明によって検知される流体は、空気などの気体であり得る。本システムを表面装着またはスルーホール装着するように構成することができる。検知される運動は、流量、すなわち特に質量流量であり得る。リードフレームは、実質的に両側にピンを有することができる。本体は、一方の側から突出するリードフレームからの、すべてが実質的に同一平面内にあるピンか、またはそれぞれの側からのピンが実質的に同一平面内にある２つの側から突出するリードフレームからのピンを有することができる。本システムはまた、暖房、換気、および空調システム用の制御システムまたは暖房、換気、および空調システム自体さえも含むことができる。
【０００８】
本発明はまた、流体の圧力または流量を検知するためのシステムに、内部流路を有しかつ一方の部分と一体になっているエラストマーシールを有する接合部によって接合される２つの部分から形成されている本体を提供する。流路内部に位置する変換器も備わる。本体の２つの部分は、スナップコネクタによって相互に付着可能であり、かつ本体は３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法をそれぞれ有することができる。本体は、ベンチュリを備え、ポートチューブを有することができ、かつ実質的に直立可能である。本システムはデュアルインラインパッケージであり得る。
【０００９】
本発明は、気体の流量を測定するためのシステムに、内部流路を有しかつスナップ嵌合するように構成されている２つの部分で構成される本体をさらに提供する。流路中に位置するセンサも備わる。本体は、幅×奥行き×高さが８．１９４ｃｍ3（０．５立方インチ）よりも小さいように、幅、奥行き、および高さの外側寸法を有することができる。
【００１０】
例を挙げて本発明を示すが、同じ参照符号が同じ要素を示す添付の図面に限定しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、流体の運動を感知または測定する装置またはシステムを提供する。例えば、本発明の実施形態を使用して流量を測定することができる。本発明は一般に、体積流量（単位時間当たりの体積ユニット）よりも直接的に質量流量（単位時間当たりの質量ユニット）を測定する。それは本発明が、質量流量により厳密に比例する熱伝達を直接測定するからである。しかし、本発明の実施形態を同様に使用して体積流量または圧力（単位面積当たりの力）を測定または算出することができる。例えば、圧力がほぼ一定の場合は、体積流量が質量流量に概ね比例する。さらに、一般に流量は差圧（すなわち、本発明における圧力降下）に関連付けられる。このようなパラメータを用いて、当業者が理解する他の値も算出することができる。
【００１２】
多くの応用例では、検知または測定する流体は気体であり、空気でよいが、あるいは別法として、窒素、酸素、二酸化炭素などまたはその混合気でもよい。本発明の幾つかの実施形態は、数多くの潜在的な応用例を有する汎用センサである。本発明の実施形態は、一例として、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムに使用可能である。特に、本発明の実施形態をＨＶＡＣシステム用の制御システム中に使用できる。しかし、本発明は、数多くの商業、工業、医療、軍事の、および当業者には明らかな他の応用例で使用される。さらに、多くの実施形態では、異なるユニット間の出力が一貫しているので、本発明は較正の必要がない。特定の一例として、幾つかの実施形態では、ユニット間のばらつきを４％程度に見込むことができる。
【００１３】
本発明は従来技術よりも小型に構成または作製可能である（例えば、−２００標準立法センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から＋２００ｓｃｃｍまでの流量域に関して）。小型に作製可能でありかつ依然として高性能であることは、新規でありかつ本発明の数多くの実施形態の重要な１つの利点である。しかし、本発明は、例えば大流量の測定に関して、大型に作製することもできる。大流量を測定する別の方式は、流量の一部を本発明の小型タイプを介して分流させることである。例えば、ＨＶＡＣダクトの断面全体に分布された幾つかのパイロットチューブをマニホルドで併合しかつ配管によって本発明に連結することができる。このような配置では、本発明を通過する流れを、ダクトを通過する流れの平均速度圧に関連付け、その平均速度圧を平均速度に関連付け、次にその平均速度を流量に関連付けることができる。総流量（例えば、ダクトを通過する）が、本発明を通過する流量に実質的に比例するか、または別様に知られた数学的な関係で関連付けられることが好ましい。
【００１４】
図面を参照すると、図１〜１０が本発明の第１の典型的な実施形態３０、すなわち、スナップ嵌合式のエラストマーシールパッケージを例示する。この設計によって多様な製品をわずかな成形型の変更のみで作製可能であるが、その幾つかを図示の様々な実施形態で例示する。図１で分かるように、第１の典型的な実施形態３０が、２つの主要部分、すなわち、例えばスナップコネクタ３６によってスナップ嵌合またはスナップ付着可能なように構成できる、フローチューブ３１および基部３２を備える本体を有する。４つのスナップコネクタ３６を示すが、別の数のスナップコネクタ３６またはスナップ嵌合本体を形成する他の方法も使用することができる。第１の典型的な実施形態３０では、フローチューブ３１が２つのポートチューブ３４を有し、かつ基部３２がその中に典型的に成形されたリードフレーム３３を有する。第１の典型的な実施形態３０は、基部３２によって表面（図示せず）上に載置する、すなわち、表面装着が可能であるか、または表面（図示せず）中の穴を貫通するポートチューブ３４によって装着する、すなわち、スルーホール装着が可能である。
【００１５】
図２は、第１の典型的な実施形態３０の主要構成要素を分解図によって示す。図１を参照して論じた主要構成要素に加えて、図２はチップ３８およびガスケット３９を示す。典型的な装着では、パイプ、ホース、または配管などの幾つかのタイプの流体導管（図示せず）がポートチューブ３４に取り付く。例えば、５ｍｍすなわち０．２インチの可撓性の配管を使用することができる。ポートチューブ３４は、図示のように細長いのが典型でありかつ配管に取り付くように構成されている。例えば、ポートチューブ３４にテーパを付けるか、または外側にリブを付けて配管の取付けを容易にすることができる。このような配管に連結すると、典型的には漏出が１％よりも少なくなる。測定するべき流体は、１本の配管を通過して流れ、ポートチューブ３４の一方に流入し、チップ３８を横切って、他方のポートチューブ３４から流出し、別の１本の配管（図示せず）を通過して戻るのが典型である。換言すれば、測定するべき流体は、例えば、図６に例示する内部流路４１を通過して流れるのが典型である。この内部流路４１は基部３２およびフローチューブ３１によって構成可能であり、かつポートチューブ３４を具備することができる。チップ３８は内部流路４１中に位置するのが典型である。本発明の幾つかの実施形態は、内部流路４１が滑らかな表面仕上げを有しかつ鋭い半径方向の内側の角がなく、特により小型の構成で最も適切に機能することができる（例えば、流量の全域にわたって最も安定しかつ正確であり得る）。
【００１６】
本発明は典型的にセンサまたは変換器を有するが、それは内部流路中に位置するのが典型的でありかつ電気出力を生成するタイプの電子センサでよい。チップ３８は、このようなセンサまたは変換器の１つの典型な実施形態である。チップ３８は、電子変換器チップに対して熱形の微細機械加工シリコンなどの電子センサでよい。第１の典型的な実施形態３０では、図２に示すように、チップ３８は基部３２の溝４８中に実装されている。溝４８は、チップ３８が、実装されるとき、チップ３８の縁部における乱流の生成を最小限にするために基部３２の周囲の材料と同一平面になるように構成するのが好ましい。幾つかの構成では、チップ３８が熱源近くに位置する１つまたは複数の抵抗性熱形装置（ＲＴＤ）を備える。例えば、１つの構成では、チップ３８が熱源の両側に位置する２つのＲＴＤを備える。複数の熱源を使用することができる。ＲＴＤは典型的には通過する電気の流れに対して抵抗を有する電気導体を備えるが、その材料は電気抵抗が温度に伴って変動するように選択されている。したがって、ＲＴＤの温度は、例えば、ＲＴＤにほぼ一定の電流を通しかつその間の電圧を測定することによって感知可能である。内部流路４１を通過する両方向の流れに対して、２つのＲＴＤが熱源の両側に位置する１つの典型的な実施形態では、一方のＲＴＤが熱源の実質的に上流側にあり、かつ他方のＲＴＤが熱源の実質的に下流側にある。したがって、流体が内部流路４１を通って流れるとき、下流側のＲＴＤを通過して流れる流体は熱源によって加熱されるが、熱源の上流側のＲＴＤを通過して流れる流体は加熱されない。２つのＲＴＤ間の温度差から内部流路４１を通過する流量を求めることができる。
【００１７】
図１１は、チップ３８の１つの典型的な実施形態、すなわち質量流量を測定するために使用可能なマイクロブリッジを例示する。図示の実施形態では、チップ３８がシリコン基板５１上に形成され、かつ流体４３の流れの中に位置するブリッジ５８および５９を備える。ブリッジ５８はＲＴＤ５４を含み、ブリッジ５９はＲＴＤ５５を含む。ＲＴＤ５４および５５は、蒸着白金膜として付着させた薄膜白金でよい。シリコン基板５１上に１層の窒化ケイ素を蒸着し、白金膜を蒸着し、次いで白金膜の下から窒化ケイ素をエッチングすることによってブリッジ５８および５９を形成することができる。図１１に示す典型的な実施形態では、発熱体５２が２つの実質的に同等の部分を備え、一方がブリッジ５８上にありかつ他方がブリッジ５９上にある。１６０℃に設定可能なホイートストンブリッジを使用することができる。これらの構成要素は一般に小さいので、その反応時間が一般に短く、例えば、約１ｍｓｅｃである。チップ３８の典型的な実施形態は、直流１０Ｖで５０ｍＷ（プラスマイナス５％）の電力が使用可能であり、０から６０ｍＷまで出力することができる。１つの実施形態では次式を得る。
【００１８】
Ｖout＝１＋（０．０１８６）Ｍ−（５．１Ｅ−５）Ｍ2＋（８．４Ｅ−８）Ｍ3−（７Ｅ−１１）Ｍ4＋（２．３Ｅ−１４）Ｍ5
上式で、Ｍはｓｃｃｍで表した質量流量である。しかし、供給電圧が変化すると出力が比例して変化することになる。
【００１９】
例えば図２に示すように、リードフレーム３３は、通常は金属の導体であり、典型的にチップ３８の電気接続部となる。換言すれば、このリードフレーム３３は典型的に、電子センサまたはチップ３８に接続されているか、または電気的に連通している。リードフレーム３３を本体内部に（例えば、基部３２内部に）一体成形することができる。換言すれば、本体の一部（例えば、基部３２）を形成するとき、本体の材料（例えば、プラスチック）がリードフレーム３３部分を包囲するように、リードフレーム３３を金型内部に配置することができる。リードフレーム３３は複式であり得る、換言すれば、少なくとも２つのほぼ対向する側に接続用のピンを有することができる（図示）。別法としてリードフレーム３３が単式でもよい、すなわち、それが一方の側のみにピンを有してもよい（図示せず）。リードフレーム３３はインラインであり得る、すなわち、それぞれの側のピンがすべて実質的に１つの平面内にあってもよい（図示）。他方で、リードフレーム３３のピンを様々に、例えば、円形にまたは多平面内に、配置してもよい。したがって、ピンが両側に備わりかつピンがそれぞれの側で実質的に同一平面内に備わる、図示のリードフレーム３３を有する第１の典型的な実施形態３０は、ここでは複式インラインパッケージを実施するものである。
【００２０】
リードフレーム３３と基部３２の間の温度域全体にわたる適切な封止を実現するために、それは多くの応用例で望ましいが、それらの材料は、リードフレーム３３の熱膨張係数が周囲の本体（例えば、基部３２）の熱膨張係数を下回るように選択可能である。例えば、リードフレーム３３の熱膨張係数は、摂氏１度当たり１００万分の１０（ＰＰＭ／℃）を下回ることができる。一例として、リードフレーム３３は青銅またはニッケル鉄でもよい。基部３２は非導体材料、例えば、プラスチックから作製することができる。広範な温度域が望ましい場合は、基部３２を熱塑性プラスチック、すなわち、そのような望ましい温度域に適切なものでよい。例えば、本発明の実施形態は、９５％の最大相対湿度で、２０から６０℃の保管温度および０から６０℃の周囲動作温度域を有することができる。基部３２とリードフレーム３３の間に適切な封止を実現するために、５０ＰＰＭ／℃よりも大きな熱膨張係数を有する材料から基部３２を作製することができる。例えば、基部３２は、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、またはシンジオタクチックポリスチレンから作製可能である。下で他の図を参照して論じる適切な封止の形成を容易にするために、基部３２を作製する材料は一般に、滑らかな仕上げ加工を維持することができる。滑らかな表面仕上げはまた、使用時の流体流中の乱流を減少させる。図３に示すように、フローチューブ３１を基部３２と同じ材料からまたは好ましくは同様の特徴を有する別の材料から作製することができる。
【００２１】
上述のように、第１の典型的な実施形態３０は、スナップ嵌合するように構成されている２つの部分（フローチューブ３１および基部３２）から作製される。様々な機構によってこのスナップ嵌合形状構成を設けることができるが、その多くは当業で知られている。図示の典型的な実施形態のスナップ機構はスナップコネクタ３６を備え、図２、３、７および８に最も適切に示してある。換言すれば、図示の典型的な実施形態では、本体の２つの部分（例えば、フローチューブ３１および基部３２）がスナップコネクタ３６によって相互に付着可能であることが好ましい。図３で最も適切に分かるように、スナップコネクタ３６をループ４６によって構成することができる。これらのループ４６は、本体、例えば、図示のフローチューブ３１の部分の１つ（例えば、１つの連続部品中で一体成形したもの）の一部であることが好ましい。図２で最も適切に分かるように、図示の実施形態では、ループ４６は基部３２の穴４７に嵌入するように構成されている。図８で最も分かるように、フローチューブ３１を基部３２に取り付けるとき、それぞれのループ４６が穴４７に進入しかつ外側に撓んで変形して突起４５を乗り越え、パチンと戻って定位置に収まる。したがって、フローチューブ３１が、それぞれのスナップコネクタ３６の箇所で基部３２に典型的に付着される。フローチューブ３１および基部３２を組み立てるとき、それらの間の相対的移動を防止するために、例えば、突起４５とループ４６の間に干渉ばめを設けることができる。この箇所での干渉ばめは、チップ３８の上面とフローチューブ３１の間の一定かつ正確な距離の維持にも役立つが、その利点をより詳細に下に説明する。
【００２２】
図５および６に例示するように、フローチューブ３１と基部３２の間に接合部４２がある。換言すれば、フローチューブ３１および基部３２は接合部４２によって接合されている。フローチューブ３１および基部３２は内部流路４１の上面と下面を典型的に形成するので、接合部４２を封止して接合部４２からの漏出を減少させるかまたは理想的には排除することが好ましい。接合部４２を封止する幾つかの方式があるが、その１つを第１の典型的な実施形態３０において、特に図５、６、９、および１０に例示する。第１の典型的な実施形態３０では、接合部４２をシールまたはガスケット３９で封止する。このガスケット３９は、ゴム、またはより一般的な合成ゴムなどの滑らかな表面を有する圧縮性材料から作製することが好ましい。換言すれば、ガスケット３９は、エラストマーまたはエラストマーシールであることが好ましい。このような実施形態では、ガスケット３９の膨張を可能にするために、ガスケット３９の少なくとも一方の面上に空隙４９があることが好ましい（図９および１０に示す）。ガスケット３９は、別体の部品でもよいし、あるいは基部３２またはフローチューブ３１中に成形されてもよい。一例として、ガスケット３９を基部３２中に成形することによって、基部３２とガスケット３９の間の流体４３の漏出を防止する利点が備わり、かつ部品点数を減少させ、したがって典型的に製造を簡素化する。ガスケット３９を基部３２中に成形するこの例では、ガスケット３９をフローチューブ３１に対して圧縮することによって、ガスケット３９とフローチューブ３１の間にも適切な封止が典型的に実現することになる。したがって、ガスケット３９が接合部４２を封止する。適切な封止を実現するための他の方式には、Ｏリングの使用、ヒートステーキング、超音波溶接、および接着剤ないし粘着剤の使用が含まれる。このような方法の多くは当業で知られており、したがってフローチューブ３１を基部３２に連結するために、スナップ形状構成（例えば、スナップコネクタ３６）の必要性を排除することができる。特に、フローチューブ３１上、基部３２上、または両方の上で、粘着剤を調合液（ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄｓ）、Ｂ段階予成形品（ｂ−ｓｔａｇｅ ｐｒｅｆｏｒｍｅｓ）として使用可能であり、または予備調合（ｐｒｅｄｉｓｐｅｎｓｅｄ）しかつＢ段階にする（ｂ−ｓｔａｇｅｄ）ことができる。
【００２３】
センサチップ３８の上面から対合するフローチューブ３１の表面までの垂直距離は、一貫した断面積を実現しかつ精度の向上および異なるユニット（例えば、典型的な実施形態３０）間の互換性を実現するために制御可能である。この距離を制御する１つの方法は、接合部４２の成形部分に（すなわち、フローチューブ３１および基部３２に）に滑らかで水平な対合表面を備えることである。封止剤または粘着剤を使用して本体部分を付着する実施形態では、接着剤を接合部４２の水平表面ではなくて垂直表面に塗布することが好ましい。封止剤または粘着剤を接合部４２の水平表面上に使用すると、垂直寸法の一貫性が低下することになるのが典型である。例えば、垂直方向の膨張間隙は、封止剤が垂直許容誤差に影響するのを防止する効果がある。第１の典型的な実施形態３０では、本体（フローチューブ３１および基部３２）の組立てに干渉ばめを用いることによって、対合表面内の表面不良による垂直距離のばらつき量を最小限にすることができる。他の実施形態では、溶接または粘着による接着時に締め付け力を制御して同じ効果を実現する。
【００２４】
本発明の１つの特徴または新規性は、それを従来技術よりも典型的に小型に製造できることである。特に従来技術による装置は、それぞれの辺が３．８１０ｃｍ（１ １／２インチ）以上であるのが典型であり、したがって少なくとも５５．３０６ｃｍ3（３．３７５立方インチ）の体積を占める。それとは異なり、本発明の実施形態は、３．８１０ｃｍ（１．５インチ）より小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法の本体（例えば、フローチューブ３１および基部３２）をそれぞれ有することができる。一例として、本発明は、幅×（掛ける）奥行き×高さが（＜）８．１９４ｃｍ3（０．５立方インチ）よりも小さくなるように、幅、奥行き、および高さの外側寸法を有することができる。本発明は、例えば、約２．５４ｃｍ（１インチ）×１．２７ｃｍ（１／２インチ）×１．２７ｃｍ（１／２インチ）ほどの小型にもなり、約４．１０ｃｍ3（０．２５立方インチ）の体積を占める。それをさらに小型化することさえ可能である。したがって本発明の実施形態は、４．１０ｃｍ3（０．２５立方インチ）よりも小さい体積の本体（例えば、フローチューブ３１および基部３２）を有することができる。
【００２５】
図１２〜１４は、第２の典型的な実施形態２３０を例示する。第２の典型的な実施形態２３０は、ここで図示しまたは述べるような点を除けば第１の典型的な実施形態３０と概ね同様であり、上述のように内部流路中に配置可能なチップ３８を典型的に有する。特に、第２典型例２３０はスナップコネクタ３６を備えないのが典型である。第２の典型的な実施形態２３０は、２つの主要部分、すなわち、間に接合部２４２があるフローチューブ２３１および基部２３２からなる本体を典型的に有する。換言すれば、フローチューブ２３１および基部２３２が接合部２４２によって接合されている。この接合部２４２は、封止剤または粘着剤で固着または付着され得る。別法としてまたは追加的に、フローチューブ２３１および基部２３２の間に干渉ばめまたはスナップばめを設けてもよい。接合部２４２は、チューブ２３１または基部２３２と一体化したエラストマーシールを含むことができる。
【００２６】
リードフレーム２３３は、リードフレーム２３３のピンが図示のように下方に曲げられていることを除けば、上で説明したリードフレーム３３と同様である。どちらの実施形態でも他のピン角度を使用できる。図１４は、リードフレーム２３３をどのように基部２３２内部に埋込みまたは成形可能であるかを例示する。リードフレーム２３３は、複数の、図に典型的に示すように例えば８本の、ピンまたは導体を典型的に備える。図１４で最も適切に示すように、リードフレーム２３３のそれぞれの導体は、チップ３８に近接して終端し、チップ３８が容易にリードフレーム２３３に電気接続できるようになっている。チップ３８は当業で知られた方式でリードフレーム２３３に典型的に電気接続される。リードフレーム２３３の複数の導体は、製造完了時に一般的に電気的に隔離されているが（すなわち、相互に電気的に絶縁されている）、基部２３２中に成形される前に、１枚のプレートまたはシートから形成可能である。このような製造工程では、金属薄板の一部を基部２３２の成形後に切り落として、電気的に隔離した導体またはピンを残す。リードフレーム２３３のピンは一般に、当業で知られた方式で、外部装置またはコネクタに電気的に接続するように構成されている。
【００２７】
ポートチューブ３４の１つの典型的な実施形態を、例えば、図１４に例示する。第２の典型的な実施形態２３０として図１４に例示するが、図１４に示すポートチューブ３４の典型的な実施形態は、上で説明した第１の典型的な実施形態３０、下で説明する第４実施形態４３０、または図示はしないが多くの実施形態を典型的に含めて他の実施形態で使用可能である。ポートチューブ３４は、図示のように実質的に直立可能であり、２つのポートチューブ３４は実質的に平行である（すなわち、実質的に平行な中心線を有する）。これによって、図示のように内部流路４１が実質的にＵ字形になり得る。ポートチューブ３４は中空でありかつ相対的に薄い壁を備えることができる。このように構成すると、典型的には約１標準リットル毎分（ｓｌｐｍ）の最大流量での圧力降下を極小化できる。しかし、乱流が、例えば、チップ３８の近傍で生成され、それによって確度が低下する恐れがある。別法として、ポートチューブ３４が、流れを制限しかつ乱流を抑制する形状構成を含むことができる。例えば、ポートチューブ３４の内側にフィルタ、オリフィス板またはベンチュリ６４（図示）を設けることができる。ベンチュリ６４は、それによってチップ３８での乱流が典型的に減少するという、オリフィス板（図示せず）を凌ぐ利点をもたらす。流れを制限する形状構成（例えば、ベンチュリ６４）をチップ３８から遠隔に配置しかつ内部流路４１中の滑らかな表面仕上げを維持することによっても、チップ３８での乱流が一般的に抑制される。ベンチュリ６４は、ポートチューブ３４およびフローチューブ３１と一体成形可能である。乱流の抑制に加えて、流れを制限する形状構成（例えば、ベンチュリ６４）によって、所与の流量における制御および規定の圧力降下が典型的に生成される。例えば、本発明の構成は典型的に、１０ミリバールで約０．５ｓｃｐｍ（０．２ｓｌｐｍ）通過可能であるか、または空気約２００ｓｃｃｍの質量流量で約８７２Ｐａの圧力降下を得ることができる。
【００２８】
本発明は、どちらの方向の流れに関しても実質的に同等の性能が備わるように構成可能である。このような実施形態では、フローチューブ３１、基部３２、およびチップ３８は、内部流路４１がどちらの方向でも同じ形状を有するように構成可能である。換言すれば、このような構成では、内部流路４１が対称的である。さらに、チップ３８が典型的に流路に対して平行であり、かつ２つのポートチューブ３４の内部形状または幾可学的配置が実質的に同一である。このような実施形態では、ポートチューブ３４がベンチュリ６４を内蔵する場合は、２つのベンチュリ６４が実質的に同じ形状でありかつチップ３８からの距離が実質的に同じであるのが典型である。他の実施形態では、本発明が一方の方向のみで流れを測定するか、または他方に比べて、一方の方向の流れに関して異なる出力を有するように設計可能である。例えば、下に詳細に説明する図１９を参照されたい。このような実施形態では、内部流路４１が対称でなくてもよい。一例として、ポートチューブ３４が同じでなくてもよい。例えば、ベンチュリ６４が異なる形状または幾何学的配置を有するか、またはチップ３８からの距離が異なり得る。このような他の非対称的な実施形態では、１つのポートチューブ３４のみを設けるだけもよい。さらには、非対称的な実施形態では、乱流の抑制または汚れによる汚染の可能性を低減するために、例えば、図１９に示すように、チップ３８を回転させて水平面の外に出して流れの中に置くことができる。換言すれば、チップ３８は、流れに対して一定の角度をつけて配向可能である。このような角度は小さく、例えば、流路（例えば、図１９の内部流路５４１）に対して平行な位置から約１５度である。
【００２９】
図１５は、マニホルドに取り付けるように構成されている第３の典型的な実施形態３３０を例示する。第３の典型的な実施形態３３０は、この第３の典型的な実施形態３３０が典型的にポートチューブ３４を備えていないことを除けば、第１の典型的な実施形態３０または第２実施形態２３０と概ね同様である。典型的には第３の典型的な実施形態３３０は、２つの主要部分、すなわち、接合部３４２によって典型的に接合されるフローチューブ３３１および基部３３２からなる本体を有する。接合部３４２は、上で説明した接合部４２または２４２と同じでよい。接合部３４２は、フローチューブ３３１または基部３３２と一体化可能なエラストマーシールを含むことができる。第３の典型的な実施形態３３０は、内部流路３４１中に配置可能な、上で説明したもの（例えば、チップ３８）でよい変換器またはチップ（図示せず）を典型的に有する。図１５には示さないが、フローチューブ３３１および基部３３２は、スナップコネクタ３６、または上で説明した他のスナップ形状構成によって接合可能である。第３の典型的な実施形態３３０は、フローチューブ３３１の表面３５１内にポート３３４を典型的に有する。マニホルドと表面３５１の間に、例えば、ガスケット、Ｏリング、封止剤、または当業で知られた他の手段によって封止体を形成することができる。図１５はまた、リードフレームの、ここではリードフレーム３３３のピンに別の形状を例示する。ピンを有するリードフレーム、すなわち、リードフレーム３３３の形状は、本発明の実施形態の多くに使用可能である。リードフレーム３３３は、図示のピン形状に関する点を除けば、上で説明したリードフレーム３３または２３３と同じでよい。
【００３０】
図１６から１８は、本発明の第４の典型的な実施形態４３０を例示する。この第４の典型的な実施形態４３０は、ここで注目しまたは図で示す点を除けば、上で説明した典型的な実施形態と概ね同様である。典型的には第４の典型的な実施形態４３０は、２つの主要部分、すなわち、接合部４３２によって典型的に接合されるフローチューブ４３１および基部４３２からなる本体を有する。フローチューブ４３１および基部４３２は、例えば、粘着剤によって接合または付着され、典型的にフローチューブ４３１と基部４３２の間に封止を形成するように内部流路４４１を形成する。接合部４４２は、フローチューブ４３１または基部４３２と一体化可能なエラストマーシールを含むことができるか、または接合部４４２は、粘着剤としても役立ち得る封止剤を含むことができる。フローチューブ４３１は、上で説明した第１の典型的な実施形態３０および第２の典型的な実施形態２３０のポートチューブ３４と概ね同様の、図示のポートチューブ４３４を備えることができるし、あるいはフローチューブ４３１が、上で説明した第３の典型的な実施形態３３０と同様に、マニホルドに取り付けるように構成することもできる（図示せず）。他方で、ポートチューブ４３４は、図１９を参照して下で説明するポートチューブ５３４および５３５と同様に非対称であり得る。図示の典型的な実施形態４３０では、チップ３８およびリードフレーム４３３が基部４３２に付着されている。リードフレーム４３３は、通常では基部４３２内部の導体を介してチップ３８と典型的に電気的に連通している。例えば、基部４３２が厚膜回路網であり得る。チップ３８は、他の実施形態に関して上で説明した通りでよく、一般的には内部流路４４１中に位置する。
【００３１】
図１９は、第５の典型的な実施形態５３０を例示する。この第５の典型的な実施形態５３０は、ここで注目するような点を除けば上で説明した典型的な実施形態と同様である。第５の典型的な実施形態５３０は、接合部５４２で接合されて（例えば、上で説明した方式の１つで）内部流路５４１を形成することができる２つの部分、すなわちフローチューブ５３１および基部５３２から典型的になる本体を有する。この接合部５４２は、フローチューブ５３１または基部５３２と一体化可能なエラストマーシールまたはガスケットを含むことができる。フローチューブ５３１は、図示しかつ注目する点を除けば、上で説明した第１の典型的な実施形態３０および第２の典型的な実施形態２３０のポートチューブ３４と概ね同様の、図示のポートチューブ５３４および５３５を有することができる。ポートチューブ５３４および５３５は、流れを制限する装置、例えば、図示のベンチュリ５６４および５６５を備えることができる。第５の典型的な実施形態５３０では、リードフレーム５３３が、長い方の両側面ではなく両端すなわち短い方の両側面で基部５３２中に成形して示されている。このような構成は、上で説明した実施形態を含めて、本発明の多くの実施形態で使用可能である。さらに、典型的な実施形態５３０では、リードフレーム５３３が、他の典型な実施形態を参照して上で説明したリードフレームと同様であり得る。第５の典型的な実施形態５３０は非対称であり、したがって２つの異なる方向の流れに対して異なる出力を典型的に提供する。特に、ベンチュリ５６４および５６５は、異なる形状になり得るか、またはチップ３８からの距離が異なり得るが、このような状態が共に図示してある。さらに、図示のようにまた上で説明したように、チップ３８を流れに対して一定の角度をつけて取り付けることができる。チップ３８は、他の実施形態に関して上で説明した通りでよく、また内部流路５４１中に典型的に位置する。第５の典型的な実施形態５３０は、一方の方向のみの、例えば、表示した方向の流れに使用するのに適切であり得る。
【００３２】
以上の本明細書では、特定の典型な実施形態を参照して本発明を説明してきた。しかし、以下の特許請求の範囲において記載した本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更が可能であることを当業者なら理解する。したがって本明細書および図を限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮するべきであり、かつそのような変更を本発明の範囲内に包含しようとするものである。さらに、利益、他の利点、および問題の解決策を特定の実施形態に関して以上に説明してきた。しかし、これらの利益、利点、問題の解決策および何らかの利益、利点、または解決策をもたらすか、またはそれらをより明白にする要素（または複数の要素）はいずれも、特許請求の範囲のいずれかのまたはすべての決定的な、必須の、または本質的な形状構成もしくは要素として解釈するべきではない。本明細書で用いたように、「含む」、「備える」という用語またはそれに類するいずれの用語であっても、それらは非排他的に含むことを包括しようとするものであり、したがって要素の列挙を含むプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素のみを含むものではなく、明示的には列挙されていないか、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有な他の要素をも包含し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の典型的な実施形態の組立体を示す等角図である。
【図２】本発明の第１の典型的な実施形態の主要構成要素を示す分解等角図である。
【図３】本発明の第１の典型的な実施形態のフローチューブ構成要素を示す等角底面図である。
【図４】本発明の第１の典型的な実施形態を示す上面図であり、図５、６、および７を取った箇所も示す。
【図５】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体およびフローチューブと基部の間の接合部の典型的な実施形態を示す端部断面図であり、図９を取った箇所も示す。
【図６】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体、フローチューブと基部の間の接合部、内部流路、および本システムの内部構造を示す側部断面図であり、図１０を取った箇所も示す。
【図７】本発明の第１の典型的な実施形態における、スナップ嵌め形状構成の１つの典型な実施形態を示す上面詳細図であり、図８を取った箇所も示す。
【図８】本発明の第１の典型的な実施形態における、スナップ嵌め形状構成の１つの典型的な実施形態を示す側部断面詳細図である。
【図９】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体の１つの典型的な実施形態を示す端部断面詳細図である。
【図１０】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体の１つの典型的な実施形態を示す側部断面図である。
【図１１】１つの代表的な電子センサチップの１つの典型的な実施形態を示す側部断面図である。
【図１２】本発明の第２の典型的な実施形態の組立体およびポートチューブ中のベンチュリの１つの典型的な実施形態を示す等角図である。
【図１３】本発明の第２の典型的な実施形態およびポートチューブ中のベンチュリの１つの典型的な実施形態における、フローチューブと基部の嵌合方式の１つの典型的な実施形態を示す部分分解等角図である。
【図１４】本発明の第２の典型的な実施形態およびポートチューブ中のベンチュリの１つの典型的な実施形態における、ベンチュリおよびリードフレームの１つの典型的な実施形態を切り取って示す部分分解図である。
【図１５】マニホルドに装着するように構成された本発明の第３の典型的な実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の第４の典型的な実施形態の主要構成要素の１つの典型的な実施形態を示す分解等角図である。
【図１７】本発明の第４の典型的な実施形態の主要構成要素を示す上面図である。
【図１８】本発明の第４の典型的な実施形態の主要構成要素を示す端面図である。
【図１９】本発明の第５の典型的な実施形態を示す側部断面図であり、ポートチューブ中の異なるベンチュリがチップから異なる距離にありかつチップが流路に対して一定の角度をつけて装着されている非対称的な内部流路の１つの典型的な実施形態を特に示す。
【０００１】
本発明は一般に、流体の運動を検知または測定し、そのような運動を示す電気信号を生成するシステムおよび装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の速度、圧力、または流量を検知または測定することが必要なまたは望ましい数多くの状況がある。このような状況には、液体および気体である流体が含まれ、また内部流および外部流が含まれる。例えば、そのようなシステムまたは装置を使用して、航空機の対気速度、運河、パイプライン、または河川の水流量、内燃エンジン内への空気流量、またはオフィスビルディングの暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムの換気ダクトを通る流量を測定することができる。このような数多くの応用例では、電子制御を使用する場合など、このような測定装置によって電子表示器に表示可能なまたは電子制御システムに直接インターフェース可能な電子出力を提供することが必要でありかつ望ましい。熱線システムおよび、圧力または圧力差を測定することによって間接的に速度または流量を測定するシステムおよび装置を含めて、数多くのこのようなシステムおよび装置が長年にわたって開発されてきた。圧力または圧力差を測定することによって間接的に速度または流量を測定するシステムおよび装置には、パイロットチューブなど、流動流中に延長する構造を使用するもの、およびベンチュリ計など、流動流側から測定するものが含まれる。
【０００３】
堰およびオリフィス板などの幾つかの流量測定システムまたは装置は、ある程度流れを妨害するが、パイロットチューブなどの他のシステムは、流れをそれほど妨害することはない。流れの流量を測定するために使用する堰壁などの幾つかの応用例では、流れをある程度妨害しても問題ではない。しかし、流れを生成するためにかなりのエネルギー量を要する応用例など、他の応用例では、流れを妨害する程度を極小化することが必要であるかまたは望ましい。流体の流量が測定するべき望ましいパラメータである場合は、数多くのシステムおよび装置が１箇所または複数箇所で速度を測定し、かつその速度を用いて流量を算出することによって流量を求める。流量は、体積流量または質量流量であり得る。
【０００４】
歴史的には、流量センサなど、流体の運動を測定するシステムはそれ自体の独立型システムであった。それらは嵩張り、高価であり、極めて大型であって、小型電子システムに組み込むには適切ではなかった。設計上でも柔軟性がなく、多様なサブシステムへの組込みを妨げるものであった。より近年では厚膜ハイブリッド型の空気流量検知製品を使用することによって、大幅に小型化しかつシングルインライン電気接続を使用して組込み可能性が増大した。それらはまた、典型的な電子製品により適合可能な電気出力および入力要件を備える。このような製品の幾つかは、システムスペース要件を軽減しかつ製品組立体の空気圧部分の半自動化を可能にするマニホルドに取付け可能であるという追加的な利点も備える。これらの例は従来技術を凌ぐ改良であるが、それらはコストが高くかつ処理能力の低い手作業による電子部品の組立てが依然として必要である。その上、それらのサイズは、依然として制御システム回路中の最大構成要素であるのが典型である。特に空気流に関して、他の電子構成要素のように自動装置による組立ておよび取扱いができるような小型センサが全くない。
【０００５】
従来の解決策には、典型的に正確度が低いという欠点を有する差圧センサのような代替感知技術があった。その他のセンサもそれ固有の問題があり、高価でありかつ標準的なパッケージ構成上の可用性に限定がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、最高の形状構成を有しかつ非常に小型の標準パッケージで製造可能な、流体の運動を測定するシステムを提供することである。本発明の他の目的は、制御システムを組み込み、低コスト化し、消費電力を低減し、かつ小型化すると共に、高度に自動化した大量組立生産を実現する改良システムを提供することである。本発明のさらに他の目的は、本製品が工場自動化に適合すること、その互換性が向上すること、その部品点数を最少にすること、およびマニホルドへの取付け、最少圧力降下または制御圧力降下の応用例に容易に変更可能であることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的を推進するために、本発明は、内部流路を備える本体と、その流路中に位置する電子センサと、そのセンサと電気的に連通しかつ本体と一体成形される金属リードフレームとを有する、流体の運動を検知するためのシステムを提供する。本体は、スナップ嵌合できるか、または粘着剤、ヒートステーキング、または超音波溶接で付着できる接合部によって接合される２つの部分から作製可能である。本体は、３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法をそれぞれ有することができるか、または約４．１０ｃｍ3（０．２５立方インチ）よりも小さい体積を有することができる。本体は、プラスチックまたは熱塑性プラスチックから作製可能であり、かつリードフレームの金属はプラスチックよりも小さい熱膨張係数を有しこれら２つの間の漏出を減少させることができる。特に、この金属は、摂氏１度当たり１００万分の１０よりも小さい熱膨張係数を有し、かつこのプラスチックは摂氏１度当たり１００万分の５０よりも大きい熱膨張係数を有することができる。本体は配管に付着するように構成された２つの細長いポートチューブを有し、かつこれらのポートチューブはそれぞれにベンチュリを有することができる。センサはＲＴＤ（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｖｉｃｅ 抵抗性熱形装置）と熱源を有することができる。１つの実施形態では、内部流路およびセンサが実質的に対称であり、かつシステムは、流れのどちらの方向でも実質的に同等に流体の流量を測定するように構成されている。この実施形態では、センサが熱源の両側に位置する２つのＲＴＤを備えることができる。本発明によって検知される流体は、空気などの気体であり得る。本システムを表面装着またはスルーホール装着するように構成することができる。検知される運動は、流量、すなわち特に質量流量であり得る。リードフレームは、実質的に両側にピンを有することができる。本体は、一方の側から突出するリードフレームからの、すべてが実質的に同一平面内にあるピンか、またはそれぞれの側からのピンが実質的に同一平面内にある２つの側から突出するリードフレームからのピンを有することができる。本システムはまた、暖房、換気、および空調システム用の制御システムまたは暖房、換気、および空調システム自体さえも含むことができる。
【０００８】
本発明はまた、流体の圧力または流量を検知するためのシステムに、内部流路を有しかつ一方の部分と一体になっているエラストマーシールを有する接合部によって接合される２つの部分から形成されている本体を提供する。流路内部に位置する変換器も備わる。本体の２つの部分は、スナップコネクタによって相互に付着可能であり、かつ本体は３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法をそれぞれ有することができる。本体は、ベンチュリを備え、ポートチューブを有することができ、かつ実質的に直立可能である。本システムはデュアルインラインパッケージであり得る。
【０００９】
本発明は、気体の流量を測定するためのシステムに、内部流路を有しかつスナップ嵌合するように構成されている２つの部分で構成される本体をさらに提供する。流路中に位置するセンサも備わる。本体は、幅×奥行き×高さが８．１９４ｃｍ3（０．５立方インチ）よりも小さいように、幅、奥行き、および高さの外側寸法を有することができる。
【００１０】
例を挙げて本発明を示すが、同じ参照符号が同じ要素を示す添付の図面に限定しない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、流体の運動を感知または測定する装置またはシステムを提供する。例えば、本発明の実施形態を使用して流量を測定することができる。本発明は一般に、体積流量（単位時間当たりの体積ユニット）よりも直接的に質量流量（単位時間当たりの質量ユニット）を測定する。それは本発明が、質量流量により厳密に比例する熱伝達を直接測定するからである。しかし、本発明の実施形態を同様に使用して体積流量または圧力（単位面積当たりの力）を測定または算出することができる。例えば、圧力がほぼ一定の場合は、体積流量が質量流量に概ね比例する。さらに、一般に流量は差圧（すなわち、本発明における圧力降下）に関連付けられる。このようなパラメータを用いて、当業者が理解する他の値も算出することができる。
【００１２】
多くの応用例では、検知または測定する流体は気体であり、空気でよいが、あるいは別法として、窒素、酸素、二酸化炭素などまたはその混合気でもよい。本発明の幾つかの実施形態は、数多くの潜在的な応用例を有する汎用センサである。本発明の実施形態は、一例として、暖房、換気、および空調（ＨＶＡＣ）システムに使用可能である。特に、本発明の実施形態をＨＶＡＣシステム用の制御システム中に使用できる。しかし、本発明は、数多くの商業、工業、医療、軍事の、および当業者には明らかな他の応用例で使用される。さらに、多くの実施形態では、異なるユニット間の出力が一貫しているので、本発明は較正の必要がない。特定の一例として、幾つかの実施形態では、ユニット間のばらつきを４％程度に見込むことができる。
【００１３】
本発明は従来技術よりも小型に構成または作製可能である（例えば、−２００標準立法センチメートル毎分（ｓｃｃｍ）から＋２００ｓｃｃｍまでの流量域に関して）。小型に作製可能でありかつ依然として高性能であることは、新規でありかつ本発明の数多くの実施形態の重要な１つの利点である。しかし、本発明は、例えば大流量の測定に関して、大型に作製することもできる。大流量を測定する別の方式は、流量の一部を本発明の小型タイプを介して分流させることである。例えば、ＨＶＡＣダクトの断面全体に分布された幾つかのパイロットチューブをマニホルドで併合しかつ配管によって本発明に連結することができる。このような配置では、本発明を通過する流れを、ダクトを通過する流れの平均速度圧に関連付け、その平均速度圧を平均速度に関連付け、次にその平均速度を流量に関連付けることができる。総流量（例えば、ダクトを通過する）が、本発明を通過する流量に実質的に比例するか、または別様に知られた数学的な関係で関連付けられることが好ましい。
【００１４】
図面を参照すると、図１〜１０が本発明の第１の典型的な実施形態３０、すなわち、スナップ嵌合式のエラストマーシールパッケージを例示する。この設計によって多様な製品をわずかな成形型の変更のみで作製可能であるが、その幾つかを図示の様々な実施形態で例示する。図１で分かるように、第１の典型的な実施形態３０が、２つの主要部分、すなわち、例えばスナップコネクタ３６によってスナップ嵌合またはスナップ付着可能なように構成できる、フローチューブ３１および基部３２を備える本体を有する。４つのスナップコネクタ３６を示すが、別の数のスナップコネクタ３６またはスナップ嵌合本体を形成する他の方法も使用することができる。第１の典型的な実施形態３０では、フローチューブ３１が２つのポートチューブ３４を有し、かつ基部３２がその中に典型的に成形されたリードフレーム３３を有する。第１の典型的な実施形態３０は、基部３２によって表面（図示せず）上に載置する、すなわち、表面装着が可能であるか、または表面（図示せず）中の穴を貫通するポートチューブ３４によって装着する、すなわち、スルーホール装着が可能である。
【００１５】
図２は、第１の典型的な実施形態３０の主要構成要素を分解図によって示す。図１を参照して論じた主要構成要素に加えて、図２はチップ３８およびガスケット３９を示す。典型的な装着では、パイプ、ホース、または配管などの幾つかのタイプの流体導管（図示せず）がポートチューブ３４に取り付く。例えば、５ｍｍすなわち０．２インチの可撓性の配管を使用することができる。ポートチューブ３４は、図示のように細長いのが典型でありかつ配管に取り付くように構成されている。例えば、ポートチューブ３４にテーパを付けるか、または外側にリブを付けて配管の取付けを容易にすることができる。このような配管に連結すると、典型的には漏出が１％よりも少なくなる。測定するべき流体は、１本の配管を通過して流れ、ポートチューブ３４の一方に流入し、チップ３８を横切って、他方のポートチューブ３４から流出し、別の１本の配管（図示せず）を通過して戻るのが典型である。換言すれば、測定するべき流体は、例えば、図６に例示する内部流路４１を通過して流れるのが典型である。この内部流路４１は基部３２およびフローチューブ３１によって構成可能であり、かつポートチューブ３４を具備することができる。チップ３８は内部流路４１中に位置するのが典型である。本発明の幾つかの実施形態は、内部流路４１が滑らかな表面仕上げを有しかつ鋭い半径方向の内側の角がなく、特により小型の構成で最も適切に機能することができる（例えば、流量の全域にわたって最も安定しかつ正確であり得る）。
【００１６】
本発明は典型的にセンサまたは変換器を有するが、それは内部流路中に位置するのが典型的でありかつ電気出力を生成するタイプの電子センサでよい。チップ３８は、このようなセンサまたは変換器の１つの典型な実施形態である。チップ３８は、電子変換器チップに対して熱形の微細機械加工シリコンなどの電子センサでよい。第１の典型的な実施形態３０では、図２に示すように、チップ３８は基部３２の溝４８中に実装されている。溝４８は、チップ３８が、実装されるとき、チップ３８の縁部における乱流の生成を最小限にするために基部３２の周囲の材料と同一平面になるように構成するのが好ましい。幾つかの構成では、チップ３８が熱源近くに位置する１つまたは複数の抵抗性熱形装置（ＲＴＤ）を備える。例えば、１つの構成では、チップ３８が熱源の両側に位置する２つのＲＴＤを備える。複数の熱源を使用することができる。ＲＴＤは典型的には通過する電気の流れに対して抵抗を有する電気導体を備えるが、その材料は電気抵抗が温度に伴って変動するように選択されている。したがって、ＲＴＤの温度は、例えば、ＲＴＤにほぼ一定の電流を通しかつその間の電圧を測定することによって感知可能である。内部流路４１を通過する両方向の流れに対して、２つのＲＴＤが熱源の両側に位置する１つの典型的な実施形態では、一方のＲＴＤが熱源の実質的に上流側にあり、かつ他方のＲＴＤが熱源の実質的に下流側にある。したがって、流体が内部流路４１を通って流れるとき、下流側のＲＴＤを通過して流れる流体は熱源によって加熱されるが、熱源の上流側のＲＴＤを通過して流れる流体は加熱されない。２つのＲＴＤ間の温度差から内部流路４１を通過する流量を求めることができる。
【００１７】
図１１は、チップ３８の１つの典型的な実施形態、すなわち質量流量を測定するために使用可能なマイクロブリッジを例示する。図示の実施形態では、チップ３８がシリコン基板５１上に形成され、かつ流体４３の流れの中に位置するブリッジ５８および５９を備える。ブリッジ５８はＲＴＤ５４を含み、ブリッジ５９はＲＴＤ５５を含む。ＲＴＤ５４および５５は、蒸着白金膜として付着させた薄膜白金でよい。シリコン基板５１上に１層の窒化ケイ素を蒸着し、白金膜を蒸着し、次いで白金膜の下から窒化ケイ素をエッチングすることによってブリッジ５８および５９を形成することができる。図１１に示す典型的な実施形態では、発熱体５２が２つの実質的に同等の部分を備え、一方がブリッジ５８上にありかつ他方がブリッジ５９上にある。１６０℃に設定可能なホイートストンブリッジを使用することができる。これらの構成要素は一般に小さいので、その反応時間が一般に短く、例えば、約１ｍｓｅｃである。チップ３８の典型的な実施形態は、直流１０Ｖで５０ｍＷ（プラスマイナス５％）の電力が使用可能であり、０から６０ｍＷまで出力することができる。１つの実施形態では次式を得る。
【００１８】
Ｖout＝１＋（０．０１８６）Ｍ−（５．１Ｅ−５）Ｍ2＋（８．４Ｅ−８）Ｍ3−（７Ｅ−１１）Ｍ4＋（２．３Ｅ−１４）Ｍ5
上式で、Ｍはｓｃｃｍで表した質量流量である。しかし、供給電圧が変化すると出力が比例して変化することになる。
【００１９】
例えば図２に示すように、リードフレーム３３は、通常は金属の導体であり、典型的にチップ３８の電気接続部となる。換言すれば、このリードフレーム３３は典型的に、電子センサまたはチップ３８に接続されているか、または電気的に連通している。リードフレーム３３を本体内部に（例えば、基部３２内部に）一体成形することができる。換言すれば、本体の一部（例えば、基部３２）を形成するとき、本体の材料（例えば、プラスチック）がリードフレーム３３部分を包囲するように、リードフレーム３３を金型内部に配置することができる。リードフレーム３３は複式であり得る、換言すれば、少なくとも２つのほぼ対向する側に接続用のピンを有することができる（図示）。別法としてリードフレーム３３が単式でもよい、すなわち、それが一方の側のみにピンを有してもよい（図示せず）。リードフレーム３３はインラインであり得る、すなわち、それぞれの側のピンがすべて実質的に１つの平面内にあってもよい（図示）。他方で、リードフレーム３３のピンを様々に、例えば、円形にまたは多平面内に、配置してもよい。したがって、ピンが両側に備わりかつピンがそれぞれの側で実質的に同一平面内に備わる、図示のリードフレーム３３を有する第１の典型的な実施形態３０は、ここでは複式インラインパッケージを実施するものである。
【００２０】
リードフレーム３３と基部３２の間の温度域全体にわたる適切な封止を実現するために、それは多くの応用例で望ましいが、それらの材料は、リードフレーム３３の熱膨張係数が周囲の本体（例えば、基部３２）の熱膨張係数を下回るように選択可能である。例えば、リードフレーム３３の熱膨張係数は、摂氏１度当たり１００万分の１０（ＰＰＭ／℃）を下回ることができる。一例として、リードフレーム３３は青銅またはニッケル鉄でもよい。基部３２は非導体材料、例えば、プラスチックから作製することができる。広範な温度域が望ましい場合は、基部３２を熱塑性プラスチック、すなわち、そのような望ましい温度域に適切なものでよい。例えば、本発明の実施形態は、９５％の最大相対湿度で、２０から６０℃の保管温度および０から６０℃の周囲動作温度域を有することができる。基部３２とリードフレーム３３の間に適切な封止を実現するために、５０ＰＰＭ／℃よりも大きな熱膨張係数を有する材料から基部３２を作製することができる。例えば、基部３２は、ポリエーテルイミド、ポリスルホン、またはシンジオタクチックポリスチレンから作製可能である。下で他の図を参照して論じる適切な封止の形成を容易にするために、基部３２を作製する材料は一般に、滑らかな仕上げ加工を維持することができる。滑らかな表面仕上げはまた、使用時の流体流中の乱流を減少させる。図３に示すように、フローチューブ３１を基部３２と同じ材料からまたは好ましくは同様の特徴を有する別の材料から作製することができる。
【００２１】
上述のように、第１の典型的な実施形態３０は、スナップ嵌合するように構成されている２つの部分（フローチューブ３１および基部３２）から作製される。様々な機構によってこのスナップ嵌合形状構成を設けることができるが、その多くは当業で知られている。図示の典型的な実施形態のスナップ機構はスナップコネクタ３６を備え、図２、３、７および８に最も適切に示してある。換言すれば、図示の典型的な実施形態では、本体の２つの部分（例えば、フローチューブ３１および基部３２）がスナップコネクタ３６によって相互に付着可能であることが好ましい。図３で最も適切に分かるように、スナップコネクタ３６をループ４６によって構成することができる。これらのループ４６は、本体、例えば、図示のフローチューブ３１の部分の１つ（例えば、１つの連続部品中で一体成形したもの）の一部であることが好ましい。図２で最も適切に分かるように、図示の実施形態では、ループ４６は基部３２の穴４７に嵌入するように構成されている。図８で最も分かるように、フローチューブ３１を基部３２に取り付けるとき、それぞれのループ４６が穴４７に進入しかつ外側に撓んで変形して突起４５を乗り越え、パチンと戻って定位置に収まる。したがって、フローチューブ３１が、それぞれのスナップコネクタ３６の箇所で基部３２に典型的に付着される。フローチューブ３１および基部３２を組み立てるとき、それらの間の相対的移動を防止するために、例えば、突起４５とループ４６の間に干渉ばめを設けることができる。この箇所での干渉ばめは、チップ３８の上面とフローチューブ３１の間の一定かつ正確な距離の維持にも役立つが、その利点をより詳細に下に説明する。
【００２２】
図５および６に例示するように、フローチューブ３１と基部３２の間に接合部４２がある。換言すれば、フローチューブ３１および基部３２は接合部４２によって接合されている。フローチューブ３１および基部３２は内部流路４１の上面と下面を典型的に形成するので、接合部４２を封止して接合部４２からの漏出を減少させるかまたは理想的には排除することが好ましい。接合部４２を封止する幾つかの方式があるが、その１つを第１の典型的な実施形態３０において、特に図５、６、９、および１０に例示する。第１の典型的な実施形態３０では、接合部４２をシールまたはガスケット３９で封止する。このガスケット３９は、ゴム、またはより一般的な合成ゴムなどの滑らかな表面を有する圧縮性材料から作製することが好ましい。換言すれば、ガスケット３９は、エラストマーまたはエラストマーシールであることが好ましい。このような実施形態では、ガスケット３９の膨張を可能にするために、ガスケット３９の少なくとも一方の面上に空隙４９があることが好ましい（図９および１０に示す）。ガスケット３９は、別体の部品でもよいし、あるいは基部３２またはフローチューブ３１中に成形されてもよい。一例として、ガスケット３９を基部３２中に成形することによって、基部３２とガスケット３９の間の流体４３の漏出を防止する利点が備わり、かつ部品点数を減少させ、したがって典型的に製造を簡素化する。ガスケット３９を基部３２中に成形するこの例では、ガスケット３９をフローチューブ３１に対して圧縮することによって、ガスケット３９とフローチューブ３１の間にも適切な封止が典型的に実現することになる。したがって、ガスケット３９が接合部４２を封止する。適切な封止を実現するための他の方式には、Ｏリングの使用、ヒートステーキング、超音波溶接、および接着剤ないし粘着剤の使用が含まれる。このような方法の多くは当業で知られており、したがってフローチューブ３１を基部３２に連結するために、スナップ形状構成（例えば、スナップコネクタ３６）の必要性を排除することができる。特に、フローチューブ３１上、基部３２上、または両方の上で、粘着剤を調合液（ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄｓ）、Ｂ段階予成形品（ｂ−ｓｔａｇｅ ｐｒｅｆｏｒｍｅｓ）として使用可能であり、または予備調合（ｐｒｅｄｉｓｐｅｎｓｅｄ）しかつＢ段階にする（ｂ−ｓｔａｇｅｄ）ことができる。
【００２３】
センサチップ３８の上面から対合するフローチューブ３１の表面までの垂直距離は、一貫した断面積を実現しかつ精度の向上および異なるユニット（例えば、典型的な実施形態３０）間の互換性を実現するために制御可能である。この距離を制御する１つの方法は、接合部４２の成形部分に（すなわち、フローチューブ３１および基部３２に）に滑らかで水平な対合表面を備えることである。封止剤または粘着剤を使用して本体部分を付着する実施形態では、接着剤を接合部４２の水平表面ではなくて垂直表面に塗布することが好ましい。封止剤または粘着剤を接合部４２の水平表面上に使用すると、垂直寸法の一貫性が低下することになるのが典型である。例えば、垂直方向の膨張間隙は、封止剤が垂直許容誤差に影響するのを防止する効果がある。第１の典型的な実施形態３０では、本体（フローチューブ３１および基部３２）の組立てに干渉ばめを用いることによって、対合表面内の表面不良による垂直距離のばらつき量を最小限にすることができる。他の実施形態では、溶接または粘着による接着時に締め付け力を制御して同じ効果を実現する。
【００２４】
本発明の１つの特徴または新規性は、それを従来技術よりも典型的に小型に製造できることである。特に従来技術による装置は、それぞれの辺が３．８１０ｃｍ（１ １／２インチ）以上であるのが典型であり、したがって少なくとも５５．３０６ｃｍ3（３．３７５立方インチ）の体積を占める。それとは異なり、本発明の実施形態は、３．８１０ｃｍ（１．５インチ）より小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法の本体（例えば、フローチューブ３１および基部３２）をそれぞれ有することができる。一例として、本発明は、幅×（掛ける）奥行き×高さが（＜）８．１９４ｃｍ3（０．５立方インチ）よりも小さくなるように、幅、奥行き、および高さの外側寸法を有することができる。本発明は、例えば、約２．５４ｃｍ（１インチ）×１．２７ｃｍ（１／２インチ）×１．２７ｃｍ（１／２インチ）ほどの小型にもなり、約４．１０ｃｍ3（０．２５立方インチ）の体積を占める。それをさらに小型化することさえ可能である。したがって本発明の実施形態は、４．１０ｃｍ3（０．２５立方インチ）よりも小さい体積の本体（例えば、フローチューブ３１および基部３２）を有することができる。
【００２５】
図１２〜１４は、第２の典型的な実施形態２３０を例示する。第２の典型的な実施形態２３０は、ここで図示しまたは述べるような点を除けば第１の典型的な実施形態３０と概ね同様であり、上述のように内部流路中に配置可能なチップ３８を典型的に有する。特に、第２典型例２３０はスナップコネクタ３６を備えないのが典型である。第２の典型的な実施形態２３０は、２つの主要部分、すなわち、間に接合部２４２があるフローチューブ２３１および基部２３２からなる本体を典型的に有する。換言すれば、フローチューブ２３１および基部２３２が接合部２４２によって接合されている。この接合部２４２は、封止剤または粘着剤で固着または付着され得る。別法としてまたは追加的に、フローチューブ２３１および基部２３２の間に干渉ばめまたはスナップばめを設けてもよい。接合部２４２は、チューブ２３１または基部２３２と一体化したエラストマーシールを含むことができる。
【００２６】
リードフレーム２３３は、リードフレーム２３３のピンが図示のように下方に曲げられていることを除けば、上で説明したリードフレーム３３と同様である。どちらの実施形態でも他のピン角度を使用できる。図１４は、リードフレーム２３３をどのように基部２３２内部に埋込みまたは成形可能であるかを例示する。リードフレーム２３３は、複数の、図に典型的に示すように例えば８本の、ピンまたは導体を典型的に備える。図１４で最も適切に示すように、リードフレーム２３３のそれぞれの導体は、チップ３８に近接して終端し、チップ３８が容易にリードフレーム２３３に電気接続できるようになっている。チップ３８は当業で知られた方式でリードフレーム２３３に典型的に電気接続される。リードフレーム２３３の複数の導体は、製造完了時に一般的に電気的に隔離されているが（すなわち、相互に電気的に絶縁されている）、基部２３２中に成形される前に、１枚のプレートまたはシートから形成可能である。このような製造工程では、金属薄板の一部を基部２３２の成形後に切り落として、電気的に隔離した導体またはピンを残す。リードフレーム２３３のピンは一般に、当業で知られた方式で、外部装置またはコネクタに電気的に接続するように構成されている。
【００２７】
ポートチューブ３４の１つの典型的な実施形態を、例えば、図１４に例示する。第２の典型的な実施形態２３０として図１４に例示するが、図１４に示すポートチューブ３４の典型的な実施形態は、上で説明した第１の典型的な実施形態３０、下で説明する第４実施形態４３０、または図示はしないが多くの実施形態を典型的に含めて他の実施形態で使用可能である。ポートチューブ３４は、図示のように実質的に直立可能であり、２つのポートチューブ３４は実質的に平行である（すなわち、実質的に平行な中心線を有する）。これによって、図示のように内部流路４１が実質的にＵ字形になり得る。ポートチューブ３４は中空でありかつ相対的に薄い壁を備えることができる。このように構成すると、典型的には約１標準リットル毎分（ｓｌｐｍ）の最大流量での圧力降下を極小化できる。しかし、乱流が、例えば、チップ３８の近傍で生成され、それによって確度が低下する恐れがある。別法として、ポートチューブ３４が、流れを制限しかつ乱流を抑制する形状構成を含むことができる。例えば、ポートチューブ３４の内側にフィルタ、オリフィス板またはベンチュリ６４（図示）を設けることができる。ベンチュリ６４は、それによってチップ３８での乱流が典型的に減少するという、オリフィス板（図示せず）を凌ぐ利点をもたらす。流れを制限する形状構成（例えば、ベンチュリ６４）をチップ３８から遠隔に配置しかつ内部流路４１中の滑らかな表面仕上げを維持することによっても、チップ３８での乱流が一般的に抑制される。ベンチュリ６４は、ポートチューブ３４およびフローチューブ３１と一体成形可能である。乱流の抑制に加えて、流れを制限する形状構成（例えば、ベンチュリ６４）によって、所与の流量における制御および規定の圧力降下が典型的に生成される。例えば、本発明の構成は典型的に、１０ミリバールで約０．５ｓｃｐｍ（０．２ｓｌｐｍ）通過可能であるか、または空気約２００ｓｃｃｍの質量流量で約８７２Ｐａの圧力降下を得ることができる。
【００２８】
本発明は、どちらの方向の流れに関しても実質的に同等の性能が備わるように構成可能である。このような実施形態では、フローチューブ３１、基部３２、およびチップ３８は、内部流路４１がどちらの方向でも同じ形状を有するように構成可能である。換言すれば、このような構成では、内部流路４１が対称的である。さらに、チップ３８が典型的に流路に対して平行であり、かつ２つのポートチューブ３４の内部形状または幾可学的配置が実質的に同一である。このような実施形態では、ポートチューブ３４がベンチュリ６４を内蔵する場合は、２つのベンチュリ６４が実質的に同じ形状でありかつチップ３８からの距離が実質的に同じであるのが典型である。他の実施形態では、本発明が一方の方向のみで流れを測定するか、または他方に比べて、一方の方向の流れに関して異なる出力を有するように設計可能である。例えば、下に詳細に説明する図１９を参照されたい。このような実施形態では、内部流路４１が対称でなくてもよい。一例として、ポートチューブ３４が同じでなくてもよい。例えば、ベンチュリ６４が異なる形状または幾何学的配置を有するか、またはチップ３８からの距離が異なり得る。このような他の非対称的な実施形態では、１つのポートチューブ３４のみを設けるだけもよい。さらには、非対称的な実施形態では、乱流の抑制または汚れによる汚染の可能性を低減するために、例えば、図１９に示すように、チップ３８を回転させて水平面の外に出して流れの中に置くことができる。換言すれば、チップ３８は、流れに対して一定の角度をつけて配向可能である。このような角度は小さく、例えば、流路（例えば、図１９の内部流路５４１）に対して平行な位置から約１５度である。
【００２９】
図１５は、マニホルドに取り付けるように構成されている第３の典型的な実施形態３３０を例示する。第３の典型的な実施形態３３０は、この第３の典型的な実施形態３３０が典型的にポートチューブ３４を備えていないことを除けば、第１の典型的な実施形態３０または第２実施形態２３０と概ね同様である。典型的には第３の典型的な実施形態３３０は、２つの主要部分、すなわち、接合部３４２によって典型的に接合されるフローチューブ３３１および基部３３２からなる本体を有する。接合部３４２は、上で説明した接合部４２または２４２と同じでよい。接合部３４２は、フローチューブ３３１または基部３３２と一体化可能なエラストマーシールを含むことができる。第３の典型的な実施形態３３０は、内部流路３４１中に配置可能な、上で説明したもの（例えば、チップ３８）でよい変換器またはチップ（図示せず）を典型的に有する。図１５には示さないが、フローチューブ３３１および基部３３２は、スナップコネクタ３６、または上で説明した他のスナップ形状構成によって接合可能である。第３の典型的な実施形態３３０は、フローチューブ３３１の表面３５１内にポート３３４を典型的に有する。マニホルドと表面３５１の間に、例えば、ガスケット、Ｏリング、封止剤、または当業で知られた他の手段によって封止体を形成することができる。図１５はまた、リードフレームの、ここではリードフレーム３３３のピンに別の形状を例示する。ピンを有するリードフレーム、すなわち、リードフレーム３３３の形状は、本発明の実施形態の多くに使用可能である。リードフレーム３３３は、図示のピン形状に関する点を除けば、上で説明したリードフレーム３３または２３３と同じでよい。
【００３０】
図１６から１８は、本発明の第４の典型的な実施形態４３０を例示する。この第４の典型的な実施形態４３０は、ここで注目しまたは図で示す点を除けば、上で説明した典型的な実施形態と概ね同様である。典型的には第４の典型的な実施形態４３０は、２つの主要部分、すなわち、接合部４３２によって典型的に接合されるフローチューブ４３１および基部４３２からなる本体を有する。フローチューブ４３１および基部４３２は、例えば、粘着剤によって接合または付着され、典型的にフローチューブ４３１と基部４３２の間に封止を形成するように内部流路４４１を形成する。接合部４４２は、フローチューブ４３１または基部４３２と一体化可能なエラストマーシールを含むことができるか、または接合部４４２は、粘着剤としても役立ち得る封止剤を含むことができる。フローチューブ４３１は、上で説明した第１の典型的な実施形態３０および第２の典型的な実施形態２３０のポートチューブ３４と概ね同様の、図示のポートチューブ４３４を備えることができるし、あるいはフローチューブ４３１が、上で説明した第３の典型的な実施形態３３０と同様に、マニホルドに取り付けるように構成することもできる（図示せず）。他方で、ポートチューブ４３４は、図１９を参照して下で説明するポートチューブ５３４および５３５と同様に非対称であり得る。図示の典型的な実施形態４３０では、チップ３８およびリードフレーム４３３が基部４３２に付着されている。リードフレーム４３３は、通常では基部４３２内部の導体を介してチップ３８と典型的に電気的に連通している。例えば、基部４３２が厚膜回路網であり得る。チップ３８は、他の実施形態に関して上で説明した通りでよく、一般的には内部流路４４１中に位置する。
【００３１】
図１９は、第５の典型的な実施形態５３０を例示する。この第５の典型的な実施形態５３０は、ここで注目するような点を除けば上で説明した典型的な実施形態と同様である。第５の典型的な実施形態５３０は、接合部５４２で接合されて（例えば、上で説明した方式の１つで）内部流路５４１を形成することができる２つの部分、すなわちフローチューブ５３１および基部５３２から典型的になる本体を有する。この接合部５４２は、フローチューブ５３１または基部５３２と一体化可能なエラストマーシールまたはガスケットを含むことができる。フローチューブ５３１は、図示しかつ注目する点を除けば、上で説明した第１の典型的な実施形態３０および第２の典型的な実施形態２３０のポートチューブ３４と概ね同様の、図示のポートチューブ５３４および５３５を有することができる。ポートチューブ５３４および５３５は、流れを制限する装置、例えば、図示のベンチュリ５６４および５６５を備えることができる。第５の典型的な実施形態５３０では、リードフレーム５３３が、長い方の両側面ではなく両端すなわち短い方の両側面で基部５３２中に成形して示されている。このような構成は、上で説明した実施形態を含めて、本発明の多くの実施形態で使用可能である。さらに、典型的な実施形態５３０では、リードフレーム５３３が、他の典型な実施形態を参照して上で説明したリードフレームと同様であり得る。第５の典型的な実施形態５３０は非対称であり、したがって２つの異なる方向の流れに対して異なる出力を典型的に提供する。特に、ベンチュリ５６４および５６５は、異なる形状になり得るか、またはチップ３８からの距離が異なり得るが、このような状態が共に図示してある。さらに、図示のようにまた上で説明したように、チップ３８を流れに対して一定の角度をつけて取り付けることができる。チップ３８は、他の実施形態に関して上で説明した通りでよく、また内部流路５４１中に典型的に位置する。第５の典型的な実施形態５３０は、一方の方向のみの、例えば、表示した方向の流れに使用するのに適切であり得る。
【００３２】
以上の本明細書では、特定の典型な実施形態を参照して本発明を説明してきた。しかし、以下の特許請求の範囲において記載した本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形および変更が可能であることを当業者なら理解する。したがって本明細書および図を限定的な意味ではなく例示的な意味で考慮するべきであり、かつそのような変更を本発明の範囲内に包含しようとするものである。さらに、利益、他の利点、および問題の解決策を特定の実施形態に関して以上に説明してきた。しかし、これらの利益、利点、問題の解決策および何らかの利益、利点、または解決策をもたらすか、またはそれらをより明白にする要素（または複数の要素）はいずれも、特許請求の範囲のいずれかのまたはすべての決定的な、必須の、または本質的な形状構成もしくは要素として解釈するべきではない。本明細書で用いたように、「含む」、「備える」という用語またはそれに類するいずれの用語であっても、それらは非排他的に含むことを包括しようとするものであり、したがって要素の列挙を含むプロセス、方法、物品、または装置は、それらの要素のみを含むものではなく、明示的には列挙されていないか、またはそのようなプロセス、方法、物品、または装置に固有な他の要素をも包含し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の典型的な実施形態の組立体を示す等角図である。
【図２】本発明の第１の典型的な実施形態の主要構成要素を示す分解等角図である。
【図３】本発明の第１の典型的な実施形態のフローチューブ構成要素を示す等角底面図である。
【図４】本発明の第１の典型的な実施形態を示す上面図であり、図５、６、および７を取った箇所も示す。
【図５】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体およびフローチューブと基部の間の接合部の典型的な実施形態を示す端部断面図であり、図９を取った箇所も示す。
【図６】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体、フローチューブと基部の間の接合部、内部流路、および本システムの内部構造を示す側部断面図であり、図１０を取った箇所も示す。
【図７】本発明の第１の典型的な実施形態における、スナップ嵌め形状構成の１つの典型な実施形態を示す上面詳細図であり、図８を取った箇所も示す。
【図８】本発明の第１の典型的な実施形態における、スナップ嵌め形状構成の１つの典型的な実施形態を示す側部断面詳細図である。
【図９】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体の１つの典型的な実施形態を示す端部断面詳細図である。
【図１０】本発明の第１の典型的な実施形態における、封止体の１つの典型的な実施形態を示す側部断面図である。
【図１１】１つの代表的な電子センサチップの１つの典型的な実施形態を示す側部断面図である。
【図１２】本発明の第２の典型的な実施形態の組立体およびポートチューブ中のベンチュリの１つの典型的な実施形態を示す等角図である。
【図１３】本発明の第２の典型的な実施形態およびポートチューブ中のベンチュリの１つの典型的な実施形態における、フローチューブと基部の嵌合方式の１つの典型的な実施形態を示す部分分解等角図である。
【図１４】本発明の第２の典型的な実施形態およびポートチューブ中のベンチュリの１つの典型的な実施形態における、ベンチュリおよびリードフレームの１つの典型的な実施形態を切り取って示す部分分解図である。
【図１５】マニホルドに装着するように構成された本発明の第３の典型的な実施形態を示す図である。
【図１６】本発明の第４の典型的な実施形態の主要構成要素の１つの典型的な実施形態を示す分解等角図である。
【図１７】本発明の第４の典型的な実施形態の主要構成要素を示す上面図である。
【図１８】本発明の第４の典型的な実施形態の主要構成要素を示す端面図である。
【図１９】本発明の第５の典型的な実施形態を示す側部断面図であり、ポートチューブ中の異なるベンチュリがチップから異なる距離にありかつチップが流路に対して一定の角度をつけて装着されている非対称的な内部流路の１つの典型的な実施形態を特に示す。
Claims (41)
- 流体４３の運動を検知するシステム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）であって、
内部流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）を有する本体と、
前記内部流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）中に位置する電子センサ（例えば、３８）と、
金属リードフレーム（例えば、３３、２３３、３３３、５３３）であって、前記センサ（例えば、３８）と電気的に連通し、前記本体と一体成形される金属リードフレーム（例えば、３３、２３３、３３３、５３３）とを備えるシステム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）。 - 前記本体が、第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）と第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）を備え、前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）と前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）が、接合部（例えば、４２、２４２、３４２、５４２）によって接合される、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）と前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）が、スナップ嵌合するように構成される、請求項２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）が、粘着剤で前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）に付着される、請求項２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）が、ヒートステーキングで前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）に付着される、請求項２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）が、超音波溶接で前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）に付着される、請求項２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が、３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法をそれぞれ有する、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が、４．１０ｃｍ3（０．２５立方インチ）よりも小さい体積を有する、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が、実質的にプラスチックからなる、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記プラスチックが、熱塑性プラスチックからなる、請求項９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記金属が、前記プラスチックよりも小さい熱膨張係数を有する、請求項９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記金属が、摂氏１度当たり１００万分の１０よりも小さい熱膨張係数を有する、請求項９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記プラスチックが、摂氏１度当たり１００万分の５０よりも大きい熱膨張係数を有する、請求項９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記金属が、摂氏１度当たり１００万分の１０よりも小さい熱膨張係数を有し、前記プラスチックが、摂氏１度当たり１００万分の５０よりも大きい熱膨張係数を有する、請求項９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が、２つの細長いポートチューブ（例えば、３４、５３４、５３５）を備え、前記ポートチューブ（例えば、３４、５３４、５３５）が配管に付着するように構成される、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、５３０）。
- 前記ポートチューブ（例えば、３４、５３４、５３５）がそれぞれベンチュリ（例えば、６４、５６４、５６５）を備える、請求項１５に記載のシステム（例えば、３０、２３０、５３０）。
- 前記センサ（例えば、３８）が、ＲＴＤ（例えば、５４、５５）と熱源（例えば、５２）を備える、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記内部流路（例えば、４１、３４１、４４１）と前記センサ（例えば、３８）が、前記システム（例えば、３０、２３０、３３０）がどちらの流れ方向にも実質的に同等に流体４３の流量を測定するように構成される、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０）。
- 前記センサ（例えば、３８）が、少なくとも１つの熱源（例えば、５２）の両側に位置する２つのＲＴＤ（例えば、５４、５５）を備える、請求項１８に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０）。
- 流体４３が気体である、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 気体が空気である、請求項２０に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記システム（例えば、３０、２３０、５３０）が表面装着するために構成される、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、５３０）。
- 前記システム（例えば、３０、２３０、５３０）がスルーホール装着するように構成される、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、５３０）。
- 運動が流量である、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 流量が質量流量である、請求項２４に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- リードフレーム（例えば、３３、２３３、３３３、５３３）が、実質的に両側にピンを有する、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が第１側を有し、リードフレーム（例えば、３３、２３３、３３３、５３３）が前記第１側から突出する第１の１組の複数のピンを有し、前記第１の１組の複数のピンがすべて実質的に同一平面内にある、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が第２側を有し、リードフレーム（例えば、３３、２３３、３３３、５３３）が前記第２側から突出する第２の１組の複数のピンを有し、前記第２の１組の複数のピンがすべて実質的に同一平面内にある、請求項２７に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- システム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）が、暖房、換気、および空調システム用の制御システムをさらに備える、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- システム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）が、暖房、換気、および空調システムをさらに備える、請求項２９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が、第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、５３１、５３２）と第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、５３１、５３２）を備え、前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、５３１、５３２）と前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、５３１、５３２）がスナップ嵌合するように構成され、前記本体が２つのポートチューブ（例えば、３４、５３４、５３５）を備え、前記ポートチューブ（例えば、３４、５３４、５３５）がそれぞれ流れを制限する形状構成を備え、前記本体が実質的にプラスチックからなり、前記本体が３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、高さの外側寸法をそれぞれ有し、前記流体４３が空気であり、前記運動が流量である、請求項１に記載のシステム（例えば、３０、２３０、５３０）。
- 流体４３の圧力または流量を検知するシステム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）であって、
内部流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）を有する本体であって、前記本体が、第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、５３１、５３２）と第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、５３１、５３２）を備え、前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、５３１、５３２）と前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、５３１、５３２）が接合部（例えば、４２、２４２、３４２、４４２、５４２）によって接合される本体を備え、
前記接合部（例えば、４２）がエラストマーシール（例えば、３９）を備え、前記エアラストマーシール（例えば、３９）が前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、４３１、４３２、５３１、５３２）と一体であり、さらに
前記流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）中に位置する変換器（例えば、３８）を備えるシステム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）。 - 前記第１部分（例えば、３１、３２）が、スナップコネクタ（例えば、３６）によって前記第２部分（例えば、３１、３２）に付着可能である、請求項３２に記載のシステム（例えば、３０）。
- 前記本体が、３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、高さの外側寸法をそれぞれ有する、請求項３２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）。
- 前記本体がポートチューブ（例えば、３４、４３４、５３４、５３５）を備え、前記ポートチューブ（例えば、３４、４３４、５３４、５３５）がベンチュリ（例えば、６４、５６４、５６５）を備える、請求項３２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、４３０、５３０）。
- 前記ポートチューブ（例えば、３４、４３４、５３４、５３５）が実質的に直立である、請求項３５に記載のシステム（例えば、３０、２３０、４３０、５３０）。
- 前記システム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）がデュアルインラインパッケージである、請求項３２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、４３０、５３０）。
- 前記第１部分（例えば、３１、３２）が前記第２部分（例えば、３１、３２）にスナップ付着可能であり、前記本体が、３．８１０ｃｍ（１．５インチ）よりも小さい幅、奥行き、および高さの外側寸法をそれぞれ有し、さらに前記本体が、実質的に直立しかつ実質的に平行なポートチューブ（例えば、３４、４３４、５３４、５３５）を備える、請求項３２に記載のシステム（例えば、３０、２３０、５３０）。
- 気体の流量を測定するシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）であって、
内部流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）を有する本体であって、第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）と第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）を備え、前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）と前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）が、接合部（例えば、４２、２４２、３４２、５４２）によって接合され、前記第１部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）と前記第２部分（例えば、３１、３２、２３１、２３２、３３１、３３２、５３１、５３２）がスナップ嵌合するように構成される本体と、
前記流路（例えば、４１、３４１、４４１、５４１）中に位置するセンサ（例えば、３８）とを備える、システム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。 - 前記本体が、幅×奥行き×高さが８．１９４ｃｍ3（０．５立方インチ）よりも小さいように、幅、奥行き、および高さの外側寸法を有する、請求項３９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０、５３０）。
- 前記本体が、幅×奥行き×高さが８．１９４ｃｍ3（０．５立方インチ）よりも小さいように、幅、奥行き、および高さの外側寸法を有し、前記内部流路（例えば、４１、３４１、４４１）と前記センサ（例えば、３８）が、Ｕ字形であり、かつ前記システムがどちらの流れ方向でも実質的に同等に気体の流量を測定するように構成するために実質的に対称であり、前記センサ（例えば、３８）が、少なくとも１つの熱源（例えば、５２）の両側に位置する２つのＲＴＤ（例えば、５４、５５）を備え、気体が空気である、請求項３９に記載のシステム（例えば、３０、２３０、３３０）。
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