JP2006038787A - Flow sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow sensor capable of measuring correctly flow rate of fluid flowing through conduits, which, preferably, is suitable for correct measurement of minute flow rate. <P>SOLUTION: In the flow sensor, having a base 10 and a sensor chip 100 adhered on the base, which has a concavity 100a on one side and is equipped with a heater 113 as well as an upstream-side temperature sensor 111 and a downstream-side temperature sensor 112 on the other lateral face, opposite to the concavity of the sensor chip concerned and also a first channel 11 and a second channel 12 configuring a channel of measured fluid together with the concavity of sensor chip adhered to the base, an aperture 11a at the sensor chip side of first conduit on the base is formed so as to correspond with the back side of the upstream-side temperature sensor in the concavity of the sensor chip or its vicinity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、流路中を流れる流体の流量を測定する流量センサに関し、特に微少流量の測定に優れた流量センサに関する。   The present invention relates to a flow sensor for measuring a flow rate of a fluid flowing in a flow path, and particularly to a flow sensor excellent in measuring a minute flow rate.

流体の流量を測定する流量センサとして、流体によりヒータの熱が奪われることによる電力の変化や抵抗の変化を検出して流体の流量を検出する熱式流量センサが公知である。そして、このような熱式流量センサであって腐食性の被測定流体の流量を測定するのに適した特別な構造の流量センサも知られている(例えば、特許文献1参照)。かかる特許文献1に記載の流量センサは、図8及び図9に示すように、ベース90と、ベース上に被着されかつ流路の一部をなす凹み部100aを有したセンサチップ100を備えている。そして、この流量センサ9のベース90にはセンサチップ100の凹み部100aと協働して被測定流体の流路をなす第1流路91と第2流路92がセンサチップ100の凹み部底面100bに対して垂直に形成されている。なお、センサチップ100は例えば板厚が20μm〜150μm程度の薄肉部を形成する凹み部を備えた板厚0.2〜3mm程度のステンレス板でできており、薄肉部の流路側と反対側面に電気絶縁膜を形成し、その上に流体の流量測定用の上流側温度センサ111及び下流側温度センサ112が形成されるとともに、これらの温度センサ111,112に挟まれた位置にヒータ113が形成されている。また、電極パッドや配線用金属薄膜(図8及び図9では図示せず)がこれらの温度センサ111,112やヒータ113の適所に形成されている。   As a flow rate sensor for measuring the flow rate of a fluid, a thermal flow rate sensor that detects a flow rate of a fluid by detecting a change in electric power or a change in resistance due to heat deprived by the fluid is known. A flow sensor having a special structure suitable for measuring the flow rate of a corrosive fluid to be measured is also known (see, for example, Patent Document 1). As shown in FIGS. 8 and 9, the flow sensor described in Patent Document 1 includes a base 90 and a sensor chip 100 having a recess 100 a that is attached on the base and forms a part of a flow path. ing. The first flow path 91 and the second flow path 92 that form the flow path of the fluid to be measured cooperate with the recessed portion 100 a of the sensor chip 100 on the base 90 of the flow rate sensor 9, and the bottom surface of the recessed portion of the sensor chip 100. It is formed perpendicular to 100b. The sensor chip 100 is made of, for example, a stainless steel plate having a thickness of about 0.2 to 3 mm provided with a recess that forms a thin portion having a thickness of about 20 μm to 150 μm. An electrical insulating film is formed, and an upstream temperature sensor 111 and a downstream temperature sensor 112 for measuring a fluid flow rate are formed thereon, and a heater 113 is formed at a position between the temperature sensors 111 and 112. Has been. Further, electrode pads and metal thin films for wiring (not shown in FIGS. 8 and 9) are formed at appropriate positions of these temperature sensors 111 and 112 and the heater 113.

そして、かかる流量センサ9においては、ヒータ113の発熱が主にセンサチップ100の薄肉部を伝わってセンサチップ100の上流側温度センサ形成領域と下流側温度センサ形成領域に熱伝導されるが、被測定流体が流路を流れることで流量に応じて上流側温度センサ111と下流側温度センサ112との間に温度差が生じ、この温度差を出力感度として取り出し、流量を測定するようになっている。なお、このようにセンサチップ100に薄肉部を形成する凹み部を備えたステンレス板を用いるとともにセンサ形成面の反対側を流路とすることで、被測定流体が腐食性流体であっても長期間にわたって流量測定ができるようにしている。   In such a flow sensor 9, the heat generated by the heater 113 is mainly transmitted through the thin part of the sensor chip 100 and is conducted to the upstream temperature sensor formation region and the downstream temperature sensor formation region of the sensor chip 100. As the measurement fluid flows through the flow path, a temperature difference is generated between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 according to the flow rate, and this temperature difference is taken out as output sensitivity to measure the flow rate. Yes. In addition, by using a stainless steel plate provided with a recessed portion that forms a thin portion in the sensor chip 100 and using a flow path on the opposite side of the sensor forming surface, it is long even if the fluid to be measured is a corrosive fluid. The flow rate can be measured over a period.

特開2002−122454号公報(3−4頁、図1)JP 2002-122454 A (page 3-4, FIG. 1)

特許文献1に記載された流量センサでは、図8及び図9に示すように、センサチップ100の上流側温度センサ111よりもさらに上流側に第1流路91のセンサチップ側開口部91aが形成されるとともに、センサチップ100の下流側温度センサ112よりもさらに下流側に第2流路92のセンサチップ側開口部92aが形成されている。そして、流路の一部をなすセンサチップ100の凹み部100aの上流側温度センサ裏側部分から下流側温度センサ裏側部分においては、被測定流体がセンサチップ凹み部底面(図中凹み部上面)100bに沿って平行に流れるようになっている(図8中、中央の矢印参照)。   In the flow sensor described in Patent Document 1, as shown in FIGS. 8 and 9, the sensor chip side opening 91 a of the first flow path 91 is formed further upstream than the upstream temperature sensor 111 of the sensor chip 100. In addition, the sensor chip side opening 92 a of the second flow path 92 is formed further downstream of the downstream temperature sensor 112 of the sensor chip 100. Then, from the upstream side temperature sensor back side part to the downstream side temperature sensor back side part of the recessed part 100a of the sensor chip 100 forming a part of the flow path, the fluid to be measured is the bottom surface of the sensor chip recessed part (upper surface of the recessed part in the figure) 100b. (Refer to the center arrow in FIG. 8).

しかしながら、このように被測定流体が流路のセンサチップ凹み部100aの上流側温度センサ111と下流側温度センサ112が形成された裏側部分に沿って平行に流れていると、上流側温度センサ111の温度が比較的低下しにくい一方、下流側温度センサの温度は一旦上昇するが再び低下しやすい傾向にある。すなわち、上流側温度センサ111の温度が流量の増減に応じて変化しにくく、下流側温度センサ112の温度も後述する極大温度に達しやすい。そのため、上流側温度センサ111と下流側温度センサ112との間に温度差が生じにくい。特に、被測定流体が微少流量の場合、このような流路構造では、上流側温度センサ111と下流側温度センサ112との温度差が生じにくく、正確な流量測定を行いにくい問題がある。   However, when the fluid to be measured flows in parallel along the back side portion where the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 of the sensor chip recess portion 100a of the flow path are formed in this way, the upstream temperature sensor 111. However, the temperature of the downstream temperature sensor once rises but tends to decrease again. That is, the temperature of the upstream temperature sensor 111 is unlikely to change according to the increase or decrease of the flow rate, and the temperature of the downstream temperature sensor 112 is likely to reach a maximum temperature described later. Therefore, a temperature difference is unlikely to occur between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112. In particular, when the fluid to be measured has a very small flow rate, such a flow path structure has a problem that a temperature difference between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 hardly occurs, and accurate flow rate measurement is difficult.

本発明の目的は、流路中を流れる流体の流量を正確に測定する流量センサであって、特に微少流量の測定を正確に行うのに適した流量センサを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a flow sensor that accurately measures the flow rate of a fluid flowing in a flow path, and particularly suitable for accurately measuring a minute flow rate.

上述の課題を解決するために、本発明による流量センサは、ベースと、前記ベース上に被着され一面に凹み部を有したセンサチップであって、当該センサチップの前記凹み部と反対側面にヒータを備えるとともに上流側温度センサと下流側温度センサを備えたセンサチップとを有し、前記センサチップの凹み部と協働して被測定流体の流路をなす第1流路と第2流路が前記ベースに形成された流量センサにおいて、前記センサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分又はその近傍領域に前記第1流路のセンサチップ側開口部が対応するように形成されていることを特徴としている。   In order to solve the above-mentioned problem, a flow sensor according to the present invention is a sensor chip having a base and a dent on one surface, which is attached on the base, on the side surface opposite to the dent of the sensor chip. A first flow path and a second flow path having a heater and a sensor chip including an upstream temperature sensor and a downstream temperature sensor and forming a flow path of the fluid to be measured in cooperation with the recess of the sensor chip. In the flow rate sensor in which the path is formed in the base, the sensor chip side opening of the first flow path is formed so as to correspond to the upstream side temperature sensor back side portion of the sensor chip recess or the vicinity thereof. It is characterized by.

第1流路のセンサチップ側開口部がこのように形成されることで、この開口部からの被測定流体の流れがセンサチップ凹み部底面の上流側温度センサ裏側部分又はその近傍領域にあたり、流量が増えるに応じてセンサチップの上流側温度センサを効率的に冷やすことができる。これによって、上流側温度センサの温度が流量の増減に応じて大きく変化するようになる。その結果、上流側温度センサと下流側温度センサの温度差が流量に応じて変化しやすくなり、流量に応じた出力感度が高まり、たとえ微少流量であっても流量に応じた測定を正確に行えるようになる。   By forming the sensor chip side opening of the first flow path in this way, the flow of the fluid to be measured from this opening hits the upstream side temperature sensor back side portion or the vicinity thereof on the bottom surface of the sensor chip recess, and the flow rate As the temperature increases, the temperature sensor upstream of the sensor chip can be efficiently cooled. As a result, the temperature of the upstream temperature sensor changes greatly according to the increase or decrease of the flow rate. As a result, the temperature difference between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor is likely to change according to the flow rate, the output sensitivity according to the flow rate is increased, and even if the flow rate is very small, the measurement according to the flow rate can be performed accurately. It becomes like this.

また、本発明の請求項2に記載の流量センサは、ベースと、前記ベース上に被着され一面に凹み部を有したセンサチップであって、当該センサチップの前記凹み部と反対側面にヒータを備えるとともに上流側温度センサと下流側温度センサを備えたセンサチップとを有し、前記センサチップの凹み部と協働して被測定流体の流路をなす第1流路と第2流路が前記ベースに形成された流量センサにおいて、前記第2流路のセンサチップ側開口部の上流側端面が前記下流側温度センサの形成領域よりも上流側となるように前記ベースに形成されたことを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a flow rate sensor comprising a base and a sensor chip attached on the base and having a concave portion on one surface, and a heater on a side surface opposite to the concave portion of the sensor chip. And a first flow path and a second flow path that form a flow path of the fluid to be measured in cooperation with the recess portion of the sensor chip. In the flow sensor formed in the base, the upstream end surface of the sensor chip side opening of the second flow path is formed in the base so that it is upstream from the formation region of the downstream temperature sensor. It is characterized by.

第2流路のセンサチップ側開口部がこのように形成されていることで、被測定流体の流速がセンサチップ凹み部底面の下流側温度センサ裏側部分やその近傍領域において急激に低下し、流量が増えてもセンサチップの下流側温度センサが冷やされにくくなる。これによって、下流側温度センサの形成領域が極大温度に達しにくくなるとともに、上流側温度センサと下流側温度センサの温度差が流量に応じて変化しやすくなり、流量に応じた出力感度を高め、たとえ微少流量であっても正確な流量測定を行えるようになる。   Since the sensor chip side opening of the second flow path is formed in this way, the flow velocity of the fluid to be measured is rapidly decreased in the downstream side temperature sensor back side portion of the bottom surface of the sensor chip recess and in the vicinity thereof. Even if the temperature increases, the temperature sensor on the downstream side of the sensor chip is hardly cooled. This makes it difficult for the downstream temperature sensor formation region to reach the maximum temperature, and the temperature difference between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor is likely to change according to the flow rate, increasing the output sensitivity according to the flow rate, Even if the flow rate is very small, accurate flow rate measurement can be performed.

また、本発明の請求項3に記載の流量センサは、請求項1に記載の流量センサにおいて、前記第1流路のセンサチップ側開口部の開口面積が前記上流側温度センサの形成面積とほぼ同等かそれ以下の大きさとすることを特徴としている。   The flow rate sensor according to claim 3 of the present invention is the flow rate sensor according to claim 1, wherein the opening area of the sensor chip side opening of the first flow path is substantially equal to the formation area of the upstream temperature sensor. It is characterized by having an equivalent or smaller size.

このような構成とすることで、被測定流体が第1流路の開口部からセンサチップ凹み部底面に向かって噴流となって噴き出し、センサチップの上流側温度センサに対応する凹み部底面又はその近傍領域に直接当たるようになる。そのため、流量が増えるに応じてセンサチップの上流側温度センサをより効率的に冷やすことができる。その結果、上流側温度センサと下流側温度センサの温度差が流量に応じてより変化しやすくなり、流量に応じた出力感度を高め、たとえ微少流量であってもより正確な流量測定を行えるようになる。   With such a configuration, the fluid to be measured is ejected as a jet from the opening of the first channel toward the bottom surface of the sensor chip recess, and the bottom surface of the recess corresponding to the upstream temperature sensor of the sensor chip or its It hits the neighboring area directly. Therefore, the upstream temperature sensor of the sensor chip can be cooled more efficiently as the flow rate increases. As a result, the temperature difference between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor is more likely to change according to the flow rate, increasing the output sensitivity according to the flow rate, so that even if the flow rate is very small, more accurate flow rate measurement can be performed. become.

また、本発明の請求項4に記載の流量センサは、請求項1又は請求項3に記載の流量センサにおいて、前記第1流路のセンサチップ側開口部には前記センサチップの凹み部底面近傍まで端面が突出した突き出し部が形成されていることを特徴としている。   The flow rate sensor according to claim 4 of the present invention is the flow rate sensor according to claim 1 or 3, wherein the sensor chip side opening of the first flow path is near the bottom of the recess of the sensor chip. The protrusion part which the end surface protruded to is formed.

第1流路のセンサチップ側開口部から流れ出す被測定流体をセンサチップの上流側温度センサに対応する凹み部底面に確実にあてることができ、流量が増えるに従って上流側温度センサを確実に冷やすことができるようになる。   The fluid to be measured flowing out from the sensor chip side opening of the first channel can be reliably applied to the bottom surface of the recess corresponding to the upstream temperature sensor of the sensor chip, and the upstream temperature sensor is reliably cooled as the flow rate increases. Will be able to.

また、本発明の請求項5に記載の流量センサは、請求項1、請求項3、請求項4の何れかに記載の流量センサにおいて、前記第1流路が当該第1流路のセンサチップ側開口部から前記センサチップ凹み部の流路上流方向に対して鋭角をなすように形成されるとともに、当該第1流路の中心軸線が前記センサチップの上流側温度センサの形成面又はその近傍領域と交差するように形成されていることを特徴としている。   A flow rate sensor according to a fifth aspect of the present invention is the flow rate sensor according to any one of the first, third, and fourth aspects, wherein the first flow path is a sensor chip of the first flow path. A side opening is formed so as to form an acute angle with respect to the upstream direction of the flow path of the sensor chip recess, and the central axis of the first flow path is formed on the upstream side of the sensor chip or in the vicinity thereof It is characterized by being formed so as to intersect the region.

第1流路がこのように形成されていることで、第1流路のセンサチップ側開口部から流れ出た被測定流体がセンサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分又はその近傍領域に吹き付けられた後にセンサチップ凹み部にとどまることなく流路の下流側に円滑に流れていく。これによって、センサチップの凹み部において流路の上流側に被測定流体の滞留が生じることもなくなる。その結果、上流側温度センサと下流側温度センサの温度差が流量に応じて変化しやすくなり、流量に応じた出力感度を高め、たとえ微少流量であっても正確な流量測定を行えるようになる。   Since the first flow path is formed in this way, the fluid to be measured flowing out from the sensor chip side opening of the first flow path is sprayed to the upstream side temperature sensor back side portion of the sensor chip recess or the vicinity thereof. After that, it flows smoothly downstream of the flow path without staying in the sensor chip recess. As a result, the fluid to be measured does not stay on the upstream side of the flow path in the recess of the sensor chip. As a result, the temperature difference between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor is likely to change according to the flow rate, increasing the output sensitivity according to the flow rate, and enabling accurate flow measurement even at very small flow rates. .

本発明の流量センサによると、流路中を流れる流体の流量を正確に測定でき、特に微少流量の測定を正確に行うことが可能となる。   According to the flow rate sensor of the present invention, it is possible to accurately measure the flow rate of the fluid flowing in the flow path, and in particular, it is possible to accurately measure a minute flow rate.

以下、本発明の一実施形態にかかる流量センサについて図面に基づいて説明する。本発明の一実施形態にかかる流量センサ1は、図1及び図2に示すようにベース10と、ベース上にレーザー溶接等によって被着されかつ流路の一部をなす凹み部100aを有したセンサチップ100を備えている。そして、ベース10にはセンサチップ100の凹み部100aと協働して被測定流体の流路をなす第1流路11と第2流路12がセンサチップの凹み部底面100b(図1においては凹み部上面)に対して垂直に形成されている。すなわち、センサチップ100をベース10に被着させることで、ベース10の第1流路11、センサチップ100の凹み部100a、ベース10の第2流路12の順に被測定流体が流れるようになっている(図1中、矢印参照)。なお、本実施形態及びその変形例においては、流量センサの流路を流れる被測定流体は、例えば半導体製造プロセスに使用するプロセスガスなどの気体とする。   Hereinafter, a flow sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 2, the flow sensor 1 according to an embodiment of the present invention has a base 10 and a recess 100a that is deposited on the base by laser welding or the like and forms a part of a flow path. A sensor chip 100 is provided. The base 10 includes a first channel 11 and a second channel 12 that form a channel for the fluid to be measured in cooperation with the recess 100a of the sensor chip 100. The bottom surface 100b of the recess of the sensor chip (in FIG. 1). It is formed perpendicular to the upper surface of the recess. That is, by attaching the sensor chip 100 to the base 10, the fluid to be measured flows in the order of the first flow path 11 of the base 10, the recess 100 a of the sensor chip 100, and the second flow path 12 of the base 10. (See arrows in FIG. 1). In the present embodiment and its modifications, the fluid to be measured flowing through the flow path of the flow sensor is a gas such as a process gas used in a semiconductor manufacturing process.

センサチップ100は板厚が20μm〜150μm程度の薄肉部を形成する凹み部を備えたステンレス板でできており、薄肉部の流路側とは反対側の面に電気絶縁膜を形成し、その上に流量測定用の上流側温度センサ111、下流側温度センサ112が形成されるとともに、これらの温度センサ111,112に挟まれた位置にヒータ113が形成されている。また、これらの温度センサ111,112やヒータ113の適所に電極パッド及び配線用金属薄膜(図示せず)が形成されている。   The sensor chip 100 is made of a stainless steel plate having a concave portion that forms a thin portion having a thickness of about 20 μm to 150 μm, and an electric insulating film is formed on the surface of the thin portion opposite to the flow path side. Further, an upstream temperature sensor 111 and a downstream temperature sensor 112 for flow rate measurement are formed, and a heater 113 is formed at a position sandwiched between the temperature sensors 111 and 112. In addition, electrode pads and wiring metal thin films (not shown) are formed at appropriate positions of the temperature sensors 111 and 112 and the heater 113.

センサチップ100の凹み部100aは図2に示すように、上面視で両端が半円弧状をなすいわゆるトラック形状を有しており、例えばフォトリソグラフィー技術とエッチング技術、エンドミルまたその複合技術によって形成されている。フォトリソグラフィー技術とエッチング技術による場合、まず、ステンレス製のウエハの裏面全体にレジストをスピンコートなどによって塗布するか、ドライフィルムレジストを貼り付け、紫外線又は、電子線を照射してレジストにマスクパターンを転写露光する。次いで、露光されたレジストを現像液で現像し、レジストの不要部分を除去する。そして、露光された部分を残すか除去するかでネガ型レジスト又はポジ型レジストを選択する。レジストが除去された部分はウエハが露出しており、この露出している部分をウエットエッチング又はドライエッチングによって厚さが20μm〜150μm程度になるまで除去する。そして、残ったレジストを剥離、除去して洗浄し、凹み部100aを形成する。ウエットエッチングの場合は、エッチング液に浸漬又はスプレーして少しずつ溶解させる。ドライエッチングの場合は、スパッタ、プラズマ等によってイオンや電子をウエハの裏面に照射し、少しずつ削っていくことで形成する。   As shown in FIG. 2, the recess 100a of the sensor chip 100 has a so-called track shape in which both ends form a semicircular arc when viewed from above, and is formed by, for example, a photolithography technique, an etching technique, an end mill, or a composite technique thereof. ing. In the case of photolithography and etching techniques, first, a resist is applied to the entire back surface of a stainless steel wafer by spin coating or the like, or a dry film resist is applied, and an ultraviolet ray or electron beam is irradiated to form a mask pattern on the resist. Transfer exposure. Next, the exposed resist is developed with a developer, and unnecessary portions of the resist are removed. Then, a negative resist or a positive resist is selected depending on whether the exposed part is left or removed. The portion where the resist has been removed exposes the wafer, and the exposed portion is removed by wet etching or dry etching until the thickness reaches about 20 μm to 150 μm. Then, the remaining resist is peeled off, removed and washed to form the recess 100a. In the case of wet etching, it is immersed or sprayed in an etching solution and gradually dissolved. In the case of dry etching, it is formed by irradiating the back surface of the wafer with ions or electrons by sputtering, plasma, or the like and scraping it little by little.

一方、凹み部100aの被測定流体と接しない反対側面(図1中、センサチップ100の上面)は鏡面研磨され、図示しない電気絶縁膜が所定の領域に形成されている。電気絶縁膜は、例えば厚さが数千オングストロームから数μm程度の薄い酸化シリコン(SiO)膜、窒化シリコン膜、アルミナ、ポリイミド膜等によって形成される。酸化シリコン膜は、例えばスパッタリング、CVDあるいはSOG(スピンオングラス)等により形成される。また、窒化シリコン膜は、スパッタリングやCVD等によって形成される。 On the other hand, the opposite side surface (the upper surface of the sensor chip 100 in FIG. 1) that is not in contact with the fluid to be measured of the recess 100a is mirror-polished, and an electric insulating film (not shown) is formed in a predetermined region. The electrical insulating film is formed of, for example, a thin silicon oxide (SiO 2 ) film, silicon nitride film, alumina, polyimide film or the like having a thickness of about several thousand angstroms to several μm. The silicon oxide film is formed by, for example, sputtering, CVD, or SOG (spin on glass). The silicon nitride film is formed by sputtering, CVD, or the like.

また、電気絶縁膜の表面には、複数の電極パット及び配線用金属薄膜を含む上流側温度センサ111、下流側温度センサ112、ヒータ113に加えて周囲温度センサ(図示せず)がセンサデバイス110として周知の薄膜成型技術によって形成されている。センサデバイス110は、例えば、白金等の材料を電気絶縁膜の表面に蒸着し、所定のパターンにエッチングすることにより形成される。また、上流側温度センサ111、下流側温度センサ112、ヒータ113及び周囲温度センサは、配線用金属薄膜を介して電極パットにそれぞれ電気的に接続されている。なお、各電極パットは、ここでは詳細には図示しないが、センサチップ100とベース10との当接部周囲を例えばレーザーなどで溶接した後、センサチップ100の近傍に設けたプリント配線板の電極端子にボンディングワイヤを介して接続されるようになっている。   In addition to the upstream temperature sensor 111, the downstream temperature sensor 112, and the heater 113 including a plurality of electrode pads and a metal thin film for wiring, an ambient temperature sensor (not shown) includes a sensor device 110 on the surface of the electrical insulating film. It is formed by a well-known thin film molding technique. The sensor device 110 is formed, for example, by depositing a material such as platinum on the surface of the electrical insulating film and etching it into a predetermined pattern. In addition, the upstream temperature sensor 111, the downstream temperature sensor 112, the heater 113, and the ambient temperature sensor are electrically connected to the electrode pads through the wiring metal thin film, respectively. Although not shown in detail here, each electrode pad is an electrode of a printed wiring board provided in the vicinity of the sensor chip 100 after the periphery of the contact portion between the sensor chip 100 and the base 10 is welded with, for example, a laser. The terminal is connected via a bonding wire.

ヒータ113は(周知の制御回路により)周囲温度センサで検出された温度よりも、ある一定温度高く制御されるようになっている。上流側温度センサ111及び下流側温度センサ112はブリッジ回路をなし、ヒータ113の発熱による熱が熱伝導によってセンサチップ100の薄肉部を介して温度センサ111,112に伝わり、被測定流体の流れに伴う強制対流(熱伝達)によって上流側温度センサ111の形成領域と下流側温度センサ112の形成領域とで両温度センサ111,112における熱バランスが崩れ、各温度センサ111,112の抵抗値が互いに異なって変化することで、この抵抗値変化量の差を上流側温度センサ111と下流側温度センサ112の温度差すなわち被測定流体の流量として検出するようになっている。   The heater 113 is controlled to be higher by a certain temperature than the temperature detected by the ambient temperature sensor (by a known control circuit). The upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 form a bridge circuit, and heat generated by the heater 113 is transmitted to the temperature sensors 111 and 112 through the thin portions of the sensor chip 100 by heat conduction, and flows into the fluid to be measured. Due to the accompanying forced convection (heat transfer), the heat balance in the temperature sensor 111, 112 is lost in the formation region of the upstream temperature sensor 111 and the formation region of the downstream temperature sensor 112, and the resistance values of the temperature sensors 111, 112 are mutually different. By changing differently, the difference in the resistance value change amount is detected as a temperature difference between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112, that is, a flow rate of the fluid to be measured.

一方、ベース10は、センサチップ100と同様にステンレスでできており、図1及び図2に示すように、厚さが例えば5mmの細長い上面視矩形の板体からなる。そして、上述したように流路の一部をなす2つの貫通孔である第1流路11及び第2流路12がセンサチップ凹み部裏面100bに垂直な向きで並行して穿設されている。なお、第1流路11及び第2流路12は、例えばドリルなどを用いた機械加工によって形成されている。また、第1流路11のセンサチップ側開口部11aはセンサチップ凹み部100aの上流側温度センサ裏側部分101b(図1参照)に対応する位置に形成されている。そして、第1流路11のセンサチップ側開口部11aは上面視で円形を有し(図2参照)、上流側温度センサ111及びその近傍領域を含む開口面積を有している。一方、第2流路12のセンサチップ側開口部12aは上面視で楕円に近いトラック形状をなし、その開口面積は第1流路11のセンサチップ側開口部11aの開口面積よりもかなり大きくなっている。そして、第2流路12のセンサチップ側開口部12aの上流側端面12b(図2参照)は下流側温度センサ112の形成領域よりも上流側に形成され、かつそのセンサチップ側開口部12aの下流側端面12c(図2参照)は下流側温度センサ112の形成領域よりもかなり下流側に形成されている。これによって、被測定流体は第1流路11のセンサチップ側開口部11aから上流側温度センサ111に向かって噴流となって勢い良く吹き出し、このセンサチップ側開口部11aからの噴流がセンサチップ凹み部100aの上流側温度センサ裏側部分101b又はその近傍領域に吹き付けられ、センサチップ凹み部100aのヒータ裏側部分103b(図1参照)に沿って流れ、一部が下流側温度センサ裏側部分102b(図1参照)に達するととともに、残りが第2流路12のセンサチップ側開口部12aから第2流路内に流れ込む。その結果、被測定流体の流れが下流側温度センサ裏側部分102bにおいて緩流となる。   On the other hand, the base 10 is made of stainless steel like the sensor chip 100, and is formed of a long and rectangular plate body with a thickness of 5 mm, for example, as shown in FIGS. As described above, the first flow path 11 and the second flow path 12 that are two through holes forming a part of the flow path are formed in parallel in a direction perpendicular to the back surface 100b of the sensor chip recess. . The first flow path 11 and the second flow path 12 are formed by machining using, for example, a drill. Further, the sensor chip side opening 11a of the first flow path 11 is formed at a position corresponding to the upstream temperature sensor back side portion 101b (see FIG. 1) of the sensor chip recess 100a. And the sensor chip side opening part 11a of the 1st flow path 11 has circular shape by upper surface view (refer FIG. 2), and has the opening area containing the upstream temperature sensor 111 and its vicinity area | region. On the other hand, the sensor chip side opening 12a of the second flow path 12 has a track shape close to an ellipse in a top view, and the opening area is considerably larger than the opening area of the sensor chip side opening 11a of the first flow path 11. ing. And the upstream end surface 12b (refer FIG. 2) of the sensor chip side opening part 12a of the 2nd flow path 12 is formed in the upstream rather than the formation area of the downstream temperature sensor 112, and the sensor chip side opening part 12a The downstream end face 12c (see FIG. 2) is formed on the downstream side considerably from the formation region of the downstream temperature sensor 112. As a result, the fluid to be measured is ejected vigorously as a jet from the sensor chip side opening 11a of the first flow path 11 toward the upstream temperature sensor 111, and the jet from the sensor chip side opening 11a is recessed in the sensor chip. Is blown to the upstream temperature sensor back side portion 101b of the portion 100a or the vicinity thereof, flows along the heater back side portion 103b (see FIG. 1) of the sensor chip recess portion 100a, and a part thereof is the downstream temperature sensor back side portion 102b (FIG. 1), and the remainder flows into the second channel from the sensor chip side opening 12a of the second channel 12. As a result, the flow of the fluid to be measured becomes a slow flow in the downstream side temperature sensor back portion 102b.

第1流路11のセンサチップ側開口部11aがこのように形成されていることで、被測定流体の流量が増えるに応じて上流側温度センサ111への噴流の吹き付け作用によって上流側温度センサ111を効率的に冷やすことができるようになる。   Since the sensor chip side opening 11a of the first flow path 11 is formed in this way, the upstream temperature sensor 111 is caused by the jetting action of the jet to the upstream temperature sensor 111 as the flow rate of the fluid to be measured increases. Can be cooled efficiently.

また、第2流路12のセンサチップ側開口部12aがこのように形成されていることで、センサチップ凹み部100aの下流側温度センサ裏側部分102bにおける被測定流体の流速が低下し、流量が増えても下流側温度センサ112が冷やされにくくなる。その結果、下流側温度センサ112の形成部分が極大温度に達しにくくなり、測定可能な流量域が従来に比べて広くなる。なお、ここでいう極大温度とは以下の温度、すなわち流量の増加に応じて下流側温度センサ112の温度はいったん上昇するが、さらに流量が増加することで、下流側温度センサ112も上流側温度センサと同様に被測定流体によって冷やされて温度上昇しなくなり、下降に転じる温度である。   In addition, since the sensor chip side opening 12a of the second flow path 12 is formed in this manner, the flow rate of the fluid to be measured in the downstream temperature sensor back side portion 102b of the sensor chip recess 100a is reduced, and the flow rate is reduced. Even if it increases, the downstream temperature sensor 112 becomes difficult to be cooled. As a result, the portion where the downstream temperature sensor 112 is formed is less likely to reach the maximum temperature, and the measurable flow rate range becomes wider than in the past. The maximum temperature referred to here is the following temperature, that is, the temperature of the downstream temperature sensor 112 rises as the flow rate increases, but the downstream temperature sensor 112 also increases the upstream temperature as the flow rate further increases. Similar to the sensor, it is cooled by the fluid to be measured and does not increase in temperature, but starts to decrease.

これによって、上流側温度センサ111と下流側温度センサ112の温度差が流量に応じて変化しやすくなり、流量に応じた出力感度を高め、たとえ微少流量であっても流量に応じた正確な測定が可能となる。   As a result, the temperature difference between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 is likely to change according to the flow rate, and the output sensitivity according to the flow rate is increased. Even if the flow rate is very small, accurate measurement according to the flow rate is achieved. Is possible.

続いて、上述した実施形態の様々な変形例について説明する。まず、上述した実施形態の第1の変形例について図3に基づいて説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成は対応する符号を付して詳細な説明を省略する。   Subsequently, various modifications of the above-described embodiment will be described. First, a first modification of the above-described embodiment will be described with reference to FIG. In addition, the structure similar to embodiment mentioned above attaches | subjects a corresponding code | symbol, and abbreviate | omits detailed description.

第1の変形例にかかる流量センサ2は、上述の実施形態とは異なり、第1流路21にステンレスでできた細長円筒体25を圧入し、細長円筒体25のセンサチップ側端部をセンサチップ側開口部21aから若干突出させて突き出し部25aを形成させている。そして、突き出し部25aの先端はセンサチップ凹み部100aの上流側温度センサ裏側部分101bに当接することなくわずかな隙間をあけて位置している。なお、この突き出し部25aを、ベース20の第1流路21に細長円筒体25をそのセンサチップ側端面を上述した位置まで圧入することによって形成する代わりに、ベース20のセンサチップ側接合面を例えばエンドミルなどを用いて機械加工により円筒状の突き出し部のみを残すように形成しても良い。   Unlike the above-described embodiment, the flow rate sensor 2 according to the first modified example press-fits an elongated cylindrical body 25 made of stainless steel into the first flow path 21, and the sensor chip side end of the elongated cylindrical body 25 is a sensor. A protruding portion 25a is formed by slightly protruding from the chip side opening 21a. And the front-end | tip of the protrusion part 25a is located in a slight gap, without contacting the upstream temperature sensor back side part 101b of the sensor chip | tip recessed part 100a. Instead of forming the protruding portion 25a in the first flow path 21 of the base 20 by press-fitting the elongated cylindrical body 25 to the position described above, the sensor chip side joint surface of the base 20 is formed. For example, it may be formed so as to leave only a cylindrical protrusion by machining using an end mill or the like.

このような構造を有することによって、第1流路21から流れ出る噴流をセンサチップ凹み部100aの上流側温度センサ裏側部分101bに効率的に吹き付けることができ、流量の増加に応じて上流側温度センサ111を効果的に冷やすことができるようになる。その結果、流量の増加に応じて上流側温度センサ111と下流側温度センサ112の温度差を大きくすることができ、これによってたとえ微少流量であっても正確な流量測定を可能とする。   By having such a structure, the jet flow flowing out from the first flow path 21 can be efficiently blown to the upstream side temperature sensor back side portion 101b of the sensor chip recess 100a, and the upstream side temperature sensor is increased according to the increase in the flow rate. 111 can be cooled effectively. As a result, the temperature difference between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 can be increased in accordance with the increase in the flow rate, thereby enabling accurate flow measurement even at a very small flow rate.

続いて、上述した本実施形態の第2の変形例について図4に基づいて説明する。第2の変形例にかかる流量センサ3は第1流路31が当該第1流路31の開口部31aより上流側に向けてセンサチップ凹み部100aの流路上流方向に対して鋭角をなすように形成されるとともに(図4中、90°より小さい鋭角である角度α参照)、第1流路31の中心軸線がセンサチップ100の上流側温度センサ111の形成位置(上流側温度センサ裏側部分101b)と交差するように形成されている(図4中の中心軸線CL参照)。   Next, a second modification of the present embodiment described above will be described with reference to FIG. In the flow rate sensor 3 according to the second modified example, the first flow path 31 forms an acute angle with respect to the upstream direction of the flow path of the sensor chip recess 100a toward the upstream side of the opening 31a of the first flow path 31. 4 (see angle α, which is an acute angle smaller than 90 ° in FIG. 4), and the central axis of the first flow path 31 is the formation position of the upstream temperature sensor 111 of the sensor chip 100 (upstream temperature sensor back side portion) 101b) (see the central axis CL in FIG. 4).

第1流路31がこのように形成されていることで、第1流路31のセンサチップ側開口部31aから流れ出る被測定流体がセンサチップ凹み部底面100bの上流側温度センサ裏側部分101bにあたった後にその場にとどまることなく下流側に円滑に流れていく。これによって、センサチップの凹み部100aの上流側に被測定流体の滞留が生じることがなくなる。その結果、上流側温度センサ111と下流側温度センサ112の温度差が流量に応じて変化しやすくなり、流量に応じた出力感度を高め、たとえ微少流量であっても正確な流量測定を行えるようになる。   By forming the first flow path 31 in this way, the fluid to be measured flowing out from the sensor chip side opening 31a of the first flow path 31 hits the upstream temperature sensor back side portion 101b of the bottom surface 100b of the sensor chip recess. After that, it flows smoothly downstream without staying there. As a result, the fluid to be measured does not stay on the upstream side of the recess 100a of the sensor chip. As a result, the temperature difference between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 is likely to change according to the flow rate, and the output sensitivity according to the flow rate is enhanced, so that accurate flow measurement can be performed even with a minute flow rate. become.

続いて、上述した実施形態の第3の変形例について図5に基づいて説明する。第3の変形例にかかる流量センサ4は、ベース40に形成された第2流路42が、上述の実施形態及びその変形例とは異なりセンサチップ100の凹み部底面100bに沿って延在形成されている。そして、下流側温度センサ112とヒータ113との間に段部42sを設けることによって、この第2流路42の流路断面積が段部42sから下流側に急激に大きくなっている。これによって、被測定流体が同一流量であってもその流速がこの段部から下流側において急激に低下し、センサチップ凹み部底面100bの下流側温度センサ裏側部分102bにおける被測定流体の流速も低下し、下流側温度センサ112が冷やされにくくなる。また、ベース40の第1流路41は上述の実施形態と同様にそのセンサチップ側開口部41aの開口面積が上流側温度センサ111の形成面積とほぼ同等の大きさに形成されているので、第1流路41のセンサチップ側開口部41aから流れ出る被測定流体が噴流となってセンサチップ凹み部底面100bの上流側温度センサ裏側部分101bに吹き付けられ、上流側温度センサ111を効果的に冷やすことができる。これらによって、下流側温度センサ112の形成部分が極大温度に達しにくくなるとともに、上流側温度センサ111と下流側温度センサ112の温度差が流量に応じて変化しやすくなり、流量に応じた出力感度を高め、たとえ微少流量であっても正確な流量測定を行えるようになる。   Then, the 3rd modification of embodiment mentioned above is demonstrated based on FIG. In the flow rate sensor 4 according to the third modified example, the second flow path 42 formed in the base 40 is formed so as to extend along the bottom surface 100b of the recessed portion of the sensor chip 100 unlike the above-described embodiment and the modified example. Has been. And by providing the step part 42s between the downstream temperature sensor 112 and the heater 113, the flow path cross-sectional area of this 2nd flow path 42 is rapidly increased downstream from the step part 42s. As a result, even if the fluid to be measured has the same flow rate, the flow velocity rapidly decreases downstream from this step portion, and the flow velocity of the fluid to be measured in the downstream temperature sensor back side portion 102b of the bottom surface 100b of the sensor chip recess also decreases. In addition, the downstream temperature sensor 112 is less likely to be cooled. In addition, the first channel 41 of the base 40 is formed so that the opening area of the sensor chip side opening 41a is substantially the same as the formation area of the upstream temperature sensor 111, as in the above-described embodiment. The fluid to be measured flowing out from the sensor chip side opening 41a of the first flow path 41 is jetted and sprayed to the upstream temperature sensor back side portion 101b of the bottom surface 100b of the sensor chip recess, thereby effectively cooling the upstream temperature sensor 111. be able to. These make it difficult for the downstream temperature sensor 112 to reach the maximum temperature, and the temperature difference between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 easily changes according to the flow rate, and the output sensitivity according to the flow rate. This makes it possible to accurately measure the flow rate even at a minute flow rate.

上述した図1に示す実施形態にかかる流量センサ1と従来例として記載した流量センサとの流量検出特性を比較する評価試験シミュレーションを行ったので、このシミュレーション結果について説明する。図6はかかるシミュレーション結果を示した流量検出特性図であり、この検出特性図において横軸は各流量センサの流路を流れる流量を示し、縦軸は下流側温度センサの測定温度と上流側温度センサの測定温度の温度差を示している。なお、この温度差が全流量域において大きければ大きいほど、流量の増減に応じた検出感度が優れていることを表している。   Since the evaluation test simulation for comparing the flow rate detection characteristics of the flow rate sensor 1 according to the embodiment shown in FIG. 1 and the flow rate sensor described as the conventional example was performed, the simulation result will be described. FIG. 6 is a flow rate detection characteristic diagram showing the simulation results. In this detection characteristic diagram, the horizontal axis indicates the flow rate flowing through the flow path of each flow sensor, and the vertical axis indicates the measured temperature and upstream temperature of the downstream temperature sensor. The temperature difference of the measured temperature of the sensor is shown. In addition, it shows that the detection sensitivity according to the increase / decrease in flow volume is excellent, so that this temperature difference is large in the whole flow area.

かかるシミュレーション結果から明らかなように、従来例の流量センサに較べて本実施形態にかかる流量センサの方が全ての流量域において2倍以上の検出感度を有することが分かった。そして、特に微少流量においては両者の間でこの検出感度が大きく異なり、被測定流体が微少流量の場合には、本実施形態における流量センサを用いれば極めて高感度な測定が可能であることが分かった。   As is apparent from the simulation results, it was found that the flow rate sensor according to the present embodiment has a detection sensitivity that is twice or more higher in all flow ranges than the conventional flow rate sensor. The detection sensitivity differs greatly between the two, especially at a very small flow rate. When the fluid to be measured has a very small flow rate, it can be seen that the flow sensor in this embodiment can be used for extremely high sensitivity measurement. It was.

なお、上述の実施形態及びその変形例においては、第1流路のセンサチップ側開口面積がセンサチップの上流側温度センサの形成面積より若干大きい程度となる構成であったが、必ずしもこのように限定されず、第1流路のセンサチップ側開口面積が例えば上流側温度センサの形成面積と同等の開口面積を有するようにしても良く、若しくは図7に示すようにセンサチップ100の上流側温度センサ111及びその近傍領域を十分含む程度まで大きくても良い。このような構成であっても、第1流路51のセンサチップ側開口部51aから流れ出る被測定流体がセンサチップ凹み部100aの上流側温度センサ裏側部分101b及びその近傍領域に吹き付けられ、図8及び図9に示す従来の流量センサ9よりも上流側温度センサ111をより冷やすことが可能となる。これによって、上流側温度センサ111と下流側温度センサ112の温度差をいかなる流量域においても十分に生じさせることができ、正確な流量測定を可能とする。   In the above-described embodiment and its modification, the sensor chip side opening area of the first flow path is slightly larger than the formation area of the upstream side temperature sensor of the sensor chip. Without limitation, the sensor chip side opening area of the first flow path may have, for example, an opening area equivalent to the formation area of the upstream temperature sensor, or the upstream temperature of the sensor chip 100 as shown in FIG. It may be large enough to include the sensor 111 and its vicinity. Even in such a configuration, the fluid to be measured flowing out from the sensor chip side opening 51a of the first flow channel 51 is sprayed to the upstream temperature sensor back side portion 101b of the sensor chip recess portion 100a and the vicinity thereof, as shown in FIG. And it becomes possible to cool the upstream temperature sensor 111 more than the conventional flow sensor 9 shown in FIG. As a result, a temperature difference between the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 can be sufficiently generated in any flow rate range, and accurate flow rate measurement is possible.

なお、図7に示す構成は、第1流路51と第2流路52がセンサチップ100のヒータ形成部に関して図中左右対称に形成されている。また、センサチップ上の上流側温度センサ111と下流側温度センサ112もセンサチップ100のヒータ形成部に関して図中左右対称に形成されている。このような対称構造を有することで、被測定流体が逆流した場合(図中矢印の逆方向から被測定流体が流れた場合)であっても、逆流した被測定流体の流量を測定可能である。   In the configuration shown in FIG. 7, the first flow path 51 and the second flow path 52 are formed symmetrically in the drawing with respect to the heater forming portion of the sensor chip 100. Further, the upstream temperature sensor 111 and the downstream temperature sensor 112 on the sensor chip are also formed symmetrically with respect to the heater forming portion of the sensor chip 100 in the drawing. By having such a symmetric structure, even when the fluid under measurement flows backward (when the fluid under measurement flows from the opposite direction of the arrow in the figure), the flow rate of the fluid under measurement flowing back can be measured. .

以上説明したように、本発明にかかる流量センサの基本原理はセンサチップの上流側温度センサ形成領域に対応するセンサチップ凹み部底面に被測定流体の流れを積極的にあてるとともに、下流側温度センサ形成領域に対応するセンサチップ凹み部底面では流速を低くしたことにある。また、ベースの流路断面積を変えることで、センサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分にあたる被測定流体の流速をセンサチップ凹み部の下流側温度センサ裏側部分における流速よりも高くした。このように上流側温度センサにおける流速が高くなることで上流側温度センサにおける強制対流伝達が大きくなり、下流側温度センサにおける流速が低くなることで下流側温度センサにおける強制対流伝達が小さくなる。   As described above, the basic principle of the flow sensor according to the present invention is that the flow of the fluid to be measured is positively applied to the bottom surface of the sensor chip recess corresponding to the upstream temperature sensor formation region of the sensor chip, and the downstream temperature sensor This is because the flow velocity is lowered at the bottom surface of the sensor chip recess corresponding to the formation region. In addition, by changing the cross-sectional area of the flow path of the base, the flow rate of the fluid to be measured corresponding to the upstream side temperature sensor back side portion of the sensor chip recess is made higher than the flow rate of the downstream temperature sensor back side portion of the sensor chip recess. Thus, the forced convection transmission in the upstream temperature sensor increases as the flow velocity in the upstream temperature sensor increases, and the forced convection transmission in the downstream temperature sensor decreases as the flow velocity in the downstream temperature sensor decreases.

これによって、上流側温度センサは冷やされやすく、下流側温度センサが冷やされにくくなり、下流側温度センサの形成領域が極大温度に達しにくくするとともに、上流側温度センサと下流側温度センサとの流量に応じた検出温度差を大きくとれるようになった。   As a result, the upstream temperature sensor is easily cooled, the downstream temperature sensor is less likely to be cooled, the downstream temperature sensor formation region is less likely to reach the maximum temperature, and the flow rate between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor is low. The detected temperature difference according to the value can be increased.

また、その変形例として、薄肉部を形成する凹み部を備えたセンサチップにヒータや温度センサを備え、上流側温度センサに流速の高い被測定流体が直接あたるようにベースのセンサチップ側開口部を細く絞り、この開口部をセンサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分に対応するように配置した。   Further, as a modification, a sensor chip having a hollow part forming a thin part is provided with a heater or a temperature sensor, and the sensor chip side opening of the base so that the fluid to be measured having a high flow rate directly hits the upstream temperature sensor The opening was arranged so as to correspond to the upstream side temperature sensor back side portion of the sensor chip recess.

また、更なる変形例としてセンサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分に被測定流体をあてるために、ベースの第1流路のセンサチップ側開口部に突き出し部を備え、被測定流体の流出部を温度センサにより接近させた形状にすることで、上流側温度センサの強制対流による熱伝達を促進するようにした。   Further, as a further modification, in order to apply the fluid to be measured to the upstream side temperature sensor back side portion of the sensor chip recess, a protruding portion is provided at the sensor chip side opening of the first flow path of the base, and the fluid to be measured flows out. The heat transfer by forced convection of the upstream temperature sensor is promoted by making the part closer to the temperature sensor.

また、ベースの下流側流路である第2流路の流路構造を変えることで、下流側温度センサ近傍の被測定流体の流速を低くするようにした。   Further, the flow rate of the fluid to be measured in the vicinity of the downstream temperature sensor is lowered by changing the flow channel structure of the second flow channel that is the downstream flow channel of the base.

これらの変形例によってもセンサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分における強制対流による熱伝達が促進されるとともに、センサチップ凹み部の下流側温度センサ裏側部分における強制対流による熱伝達が低減され、上流側温度センサと下流側温度センサの流量変化に対する温度差を大きくして出力感度を向上できるようになった。   These modifications also promote heat transfer by forced convection in the upstream temperature sensor backside portion of the sensor chip recess, and reduce heat transfer by forced convection in the downstream temperature sensor backside portion of the sensor chip recess, The output sensitivity can be improved by increasing the temperature difference with respect to the flow rate change between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor.

なお、上述した実施形態及びその第1の変形例、第3の変形例においては、第1流路をセンサチップ凹み部や第2流路に比べて全体的に絞った構成となっていたが、このように第1流路を全体的に絞る代わりに、センサチップ側開口部である吹き出し口のみを絞っても良い。いずれの絞り方でもセンサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分やその近傍領域に噴流を吹き付けることができる。   In the above-described embodiment and the first and third modifications thereof, the first flow path is configured to be generally reduced as compared with the sensor chip recess and the second flow path. Instead of restricting the first flow path as a whole in this way, only the outlet that is the sensor chip side opening may be restricted. In any way, it is possible to spray a jet on the upstream side temperature sensor rear side portion of the sensor chip recess and the vicinity thereof.

また、ベースやセンサチップの材質はステンレスには限定されず、サファイア、セラミックスなどの耐腐食性材料、流体が非腐食性の場合であればシリコン、ガラスなど、いずれの材質でも良い。   The material of the base and the sensor chip is not limited to stainless steel, and any material such as a corrosion-resistant material such as sapphire or ceramics, or silicon or glass may be used if the fluid is non-corrosive.

また、センサチップ上に形成されたヒータ(発熱部)は、白金薄膜部等の金属薄膜抵抗体に限定されるものではなく、ポリシリコンやサーミスタ等の発熱が可能な素子であれば何れでもかまわない。また、上流側温度センサや下流側温度センサ、周囲温度センサをなす温度センサも白金薄膜抵抗体限定されるものではなく、ポリシリコン、サーミスタ、サーモパイル、表面弾性波デバイス(Surface Acoustic Wave Device)等の電気的に温度情報を出力できる感温体であればどのようなものでもかまわない。   The heater (heat generating part) formed on the sensor chip is not limited to a metal thin film resistor such as a platinum thin film part, and any element capable of generating heat such as polysilicon or thermistor may be used. Absent. Also, the temperature sensors that form the upstream temperature sensor, downstream temperature sensor, and ambient temperature sensor are not limited to platinum thin film resistors, but include polysilicon, thermistors, thermopiles, and surface acoustic wave devices. Any temperature sensor that can output temperature information electrically can be used.

また、センサチップに形成されるヒータと温度センサとは、上述のように3エレメントタイプの代わりに2エレメントタイプであっても良い。具体的には、上述のように、ヒータを上流側温度センサと下流側温度センサとの間に3エレメントタイプとして独立して形成しても良く、2つの温度センサをそれぞれヒータとして自己発熱させる2エレメントタイプとして形成しても良い。   Further, the heater and the temperature sensor formed on the sensor chip may be a two-element type instead of the three-element type as described above. Specifically, as described above, the heater may be formed independently as a three-element type between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor, and each of the two temperature sensors may self-heat as a heater 2. It may be formed as an element type.

また、センサチップの凹み部の形状は、細長矩形形状であっても良く、又は上述したようにいわゆるトラック形状と呼ばれる両端が半円状をなす異形楕円形状であっても良い。   In addition, the shape of the recess of the sensor chip may be an elongated rectangular shape, or may be a deformed elliptical shape having a semicircular shape at both ends, which is called a track shape as described above.

また、上述の実施形態及びその変形例において被測定流体は気体として記載したが、必ずしもこれに限定されず、液体であってもかまわない。被測定流体が液体であっても、センサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分やその近傍領域に液体を積極的にあてることでこの部分を十分に冷やすことができるととともに、ベースの第2流路の形状や配置を工夫することでセンサチップ凹み部の下流側温度センサ裏側部分が冷やされにくくでき、上述した本発明の作用を十分発揮することが可能となる。   Moreover, although the fluid to be measured has been described as a gas in the above-described embodiment and its modifications, the fluid to be measured is not necessarily limited to this and may be a liquid. Even if the fluid to be measured is a liquid, the liquid can be sufficiently cooled by positively applying the liquid to the upstream side temperature sensor back side part of the sensor chip recess part and the vicinity thereof, and the second of the base By devising the shape and arrangement of the flow path, the downstream side temperature sensor back portion of the sensor chip recess can be hardly cooled, and the above-described effects of the present invention can be sufficiently exhibited.

本実施形態に関するフローセンサは、上述のとおり、微少流量の測定に優れるが、必ずしもこれに限定されることなく様々な流量域の流量測定が可能である。また、その構造上腐食性流体の流量測定に適するが、必ずしもこのような流体の流量測定に限定されるものではない。   As described above, the flow sensor according to the present embodiment is excellent in measuring minute flow rates, but is not necessarily limited to this, and can measure flow rates in various flow ranges. Moreover, although it is suitable for the flow measurement of corrosive fluid because of its structure, it is not necessarily limited to such fluid flow measurement.

本発明の一実施形態にかかる流量センサの部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view of the flow sensor concerning one embodiment of the present invention. 図1に示した流量センサをセンサチップ上面側から見た平面図である。It is the top view which looked at the flow sensor shown in FIG. 1 from the sensor chip upper surface side. 図1に示した流量センサの第1の変形例を示す部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the 1st modification of the flow rate sensor shown in Drawing 1. 図1に示した流量センサの第2の変形例を示す部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the 2nd modification of a flow sensor shown in Drawing 1. 図1に示した流量センサの第3の変形例を示す部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view showing the 3rd modification of a flow sensor shown in Drawing 1. 本発明の実施例において本実施形態の流量センサと従来の流量センサとの検出特性をシミュレーションによって比較した流量検出特性図である。In the Example of this invention, it is a flow rate detection characteristic view which compared the detection characteristic of the flow sensor of this embodiment with the conventional flow sensor by simulation. 本発明の範囲に含まれる流量センサの部分的断面図である。It is a fragmentary sectional view of the flow sensor included in the scope of the present invention. 従来の流量センサを示した部分的断面図である。It is the fragmentary sectional view which showed the conventional flow sensor. 図8に示した従来の流量センサをセンサチップ上面側から見た平面図である。It is the top view which looked at the conventional flow sensor shown in FIG. 8 from the sensor chip upper surface side.

符号の説明Explanation of symbols

1,2,3,4 流量センサ
9 流量センサ
10 ベース
11 第1流路
11a センサチップ側開口部
12 第2流路
12a センサチップ側開口部
12b 上流側端面
12c 下流側端面
20 ベース
21 第1流路
21a センサチップ側開口部
25 細長円筒体
25a 突き出し部
31 第1流路
31a 開口部
40 ベース
41 第1流路
41a センサチップ側開口部
42 第2流路
42s 段部
51 第1流路
51a センサチップ側開口部
52 第2流路
52a センサチップ側開口部
90 ベース
91 第1流路
91a センサチップ側開口部
92 第2流路
92a センサチップ側開口部
100 センサチップ
100a (センサチップ)凹み部
100b (センサチップ)凹み部底面
101b 上流側温度センサ裏側部分
102b 下流側温度センサ裏側部分
103b ヒータ裏側部分
110 センサデバイス
111 上流側温度センサ
112 下流側温度センサ
113 ヒータ
1, 2, 3, 4 Flow rate sensor 9 Flow rate sensor 10 Base 11 First flow path 11a Sensor chip side opening 12 Second flow path 12a Sensor chip side opening 12b Upstream end face 12c Downstream end face 20 Base 21 First flow Path 21a Sensor chip side opening 25 Elongated cylindrical body 25a Protruding part 31 First flow path 31a Opening 40 Base 41 First flow path 41a Sensor chip side opening 42 Second flow path 42s Step section 51 First flow path 51a Sensor Chip side opening 52 Second flow path 52a Sensor chip side opening 90 Base 91 First flow path 91a Sensor chip side opening 92 Second flow path 92a Sensor chip side opening 100 Sensor chip 100a (sensor chip) recess 100b (Sensor chip) Recessed portion bottom surface 101b Upstream temperature sensor backside portion 102b Downstream temperature Capacitors rear portion 103b heater rear portion 110 sensor device 111 upstream temperature sensor 112 downstream temperature sensor 113 heater

Claims (5)

ベースと、
前記ベース上に被着され一面に凹み部を有したセンサチップであって、当該センサチップの前記凹み部と反対側面にヒータを備えるとともに上流側温度センサと下流側温度センサを備えたセンサチップとを有し、
前記センサチップの凹み部と協働して被測定流体の流路をなす第1流路と第2流路が前記ベースに形成された流量センサにおいて、
前記センサチップ凹み部の上流側温度センサ裏側部分又はその近傍領域に前記第1流路のセンサチップ側開口部が対応するように形成されていることを特徴とする流量センサ。
Base and
A sensor chip deposited on the base and having a recess on one surface, the sensor chip including a heater on the opposite side of the sensor chip from the recess and an upstream temperature sensor and a downstream temperature sensor; Have
In the flow sensor in which the first flow path and the second flow path that form the flow path of the fluid to be measured in cooperation with the recess of the sensor chip are formed in the base,
The flow rate sensor, wherein the sensor chip side opening of the first flow path is formed to correspond to the upstream side temperature sensor back side portion of the sensor chip recess or the vicinity thereof.
ベースと、
前記ベース上に被着され一面に凹み部を有したセンサチップであって、当該センサチップの前記凹み部と反対側面にヒータを備えるとともに上流側温度センサと下流側温度センサを備えたセンサチップとを有し、
前記センサチップの凹み部と協働して被測定流体の流路をなす第1流路と第2流路が前記ベースに形成された流量センサにおいて、
前記第2流路のセンサチップ側開口部の上流側端面が前記下流側温度センサの形成領域よりも上流側となるように前記ベースに形成されていることを特徴とする流量センサ。
Base and
A sensor chip deposited on the base and having a recess on one surface, the sensor chip including a heater on the opposite side of the sensor chip from the recess and an upstream temperature sensor and a downstream temperature sensor; Have
In the flow sensor in which the first flow path and the second flow path that form the flow path of the fluid to be measured in cooperation with the recess of the sensor chip are formed in the base,
The flow rate sensor according to claim 1, wherein the upstream end surface of the sensor chip side opening of the second flow path is formed on the base so as to be on the upstream side of the formation region of the downstream temperature sensor.
前記第1流路のセンサチップ側開口部の開口面積が前記上流側温度センサの形成面積とほぼ同等かそれ以下の大きさとすることを特徴とする、請求項1に記載の流量センサ。   2. The flow sensor according to claim 1, wherein an opening area of the sensor chip side opening of the first flow path is approximately equal to or smaller than a formation area of the upstream temperature sensor. 前記第1流路のセンサチップ側開口部には前記センサチップの凹み部底面近傍まで端面が突出した突き出し部が形成されていることを特徴とする、請求項1又は請求項3に記載の流量センサ。   4. The flow rate according to claim 1, wherein a projecting portion whose end surface protrudes to the vicinity of the bottom surface of the recess of the sensor chip is formed in the sensor chip side opening of the first flow path. Sensor. 前記第1流路が当該第1流路のセンサチップ側開口部から前記センサチップの凹み部の流路上流方向に対して鋭角をなすように形成されるとともに、当該第1流路の中心軸線が前記センサチップの上流側温度センサの形成面又はその近傍領域と交差するように形成されていることを特徴とする、請求項1、請求項3、請求項4の何れかに記載の流量センサ。
The first flow path is formed so as to form an acute angle from the sensor chip side opening of the first flow path to the flow path upstream direction of the recess of the sensor chip, and the central axis of the first flow path 5. The flow rate sensor according to claim 1, wherein the flow rate sensor is formed so as to intersect with a formation surface of the upstream side temperature sensor of the sensor chip or a region in the vicinity thereof. .
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010281809A (en) * 2009-05-01 2010-12-16 Denso Corp Air flow rate measuring device
JP2012093174A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Yamatake Corp Flow sensor
JP2012202818A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Azbil Corp Flow sensor
JP2013015543A (en) * 2009-05-01 2013-01-24 Denso Corp Air flow rate measuring device
CN110646017A (en) * 2018-06-26 2020-01-03 美蓓亚三美株式会社 Fluid sensor device and method for detecting failure of fluid sensor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60171420A (en) * 1984-02-17 1985-09-04 Mitsubishi Electric Corp Thermosensitive type flow rate detector
JPH08145751A (en) * 1994-11-26 1996-06-07 Stec Kk Mass flowmeter
JPH0989621A (en) * 1995-09-21 1997-04-04 Tokyo Gas Co Ltd Flow detector
JPH09329473A (en) * 1996-06-12 1997-12-22 Unisia Jecs Corp Gas flow measuring device
JP2001255188A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Ngk Spark Plug Co Ltd Flow rate and flowing velocity measuring apparatus
JP2003240618A (en) * 2002-02-20 2003-08-27 Yamatake Corp Flow sensor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60171420A (en) * 1984-02-17 1985-09-04 Mitsubishi Electric Corp Thermosensitive type flow rate detector
JPH08145751A (en) * 1994-11-26 1996-06-07 Stec Kk Mass flowmeter
JPH0989621A (en) * 1995-09-21 1997-04-04 Tokyo Gas Co Ltd Flow detector
JPH09329473A (en) * 1996-06-12 1997-12-22 Unisia Jecs Corp Gas flow measuring device
JP2001255188A (en) * 2000-03-13 2001-09-21 Ngk Spark Plug Co Ltd Flow rate and flowing velocity measuring apparatus
JP2003240618A (en) * 2002-02-20 2003-08-27 Yamatake Corp Flow sensor

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010281809A (en) * 2009-05-01 2010-12-16 Denso Corp Air flow rate measuring device
JP2013015543A (en) * 2009-05-01 2013-01-24 Denso Corp Air flow rate measuring device
JP2012093174A (en) * 2010-10-26 2012-05-17 Yamatake Corp Flow sensor
JP2012202818A (en) * 2011-03-25 2012-10-22 Azbil Corp Flow sensor
CN110646017A (en) * 2018-06-26 2020-01-03 美蓓亚三美株式会社 Fluid sensor device and method for detecting failure of fluid sensor

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