JP2008046143A - Thermal fluid sensor and flow sensor - Google Patents

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Kiyoshi Oda
清志 小田
Michiaki Yamaura
路明 山浦
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the flow rate of fluid to be measured with high accuracy, even by a flow sensor that causes changes in the output characteristics, when the type and composition of the fluid to be measured are changed. <P>SOLUTION: When a micro heater 4 heats the fluid with an external drive current, an upstream thermopile 8 detects the temperature of the fluid before being heated by the micro heater 4, in parallel with the heating of the micro heater 4, and outputs a first temperature detection signal. A downstream thermopile 5 detects the temperature of the fluid before being heated by the micro heater 4, outputs a second temperature detection signal, and calculates the flow rate, based on the differential signal of both the signals. In this case, the temperature of the fluid is detected by a right thermopile 11 and a left thermopile 13, arranged substantially orthogonal to the flow direction of the fluid to the micro heater 4, and right and left temperature detection signals are outputted, thus correcting the calculated flow rate, based on the calculated values of properties of the fluid. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、流体の種類の判別に用いることができる熱式流体センサ、及び、流量計測として用いることができる流速センサ(以下、フローセンサと称する。)に関し、特に、計測対象流体の種類や組成が変化した場合あるいは流量の計測範囲が広い場合であっても、精度良く流体の流量を計測することができる熱式流体センサ及びフローセンサに関する。   The present invention relates to a thermal fluid sensor that can be used to discriminate the type of fluid, and a flow rate sensor (hereinafter referred to as a flow sensor) that can be used as a flow rate measurement, and in particular, the type and composition of the fluid to be measured. The present invention relates to a thermal fluid sensor and a flow sensor that can accurately measure the flow rate of a fluid even when the flow rate changes or the flow rate measurement range is wide.

図9に従来の熱型のマイクロフローセンサの構成図を示す。マイクロフローセンサ101は、Si基板102、ダイアフラム103、ダイアフラム103上に形成されたマイクロヒー夕104、マイクロヒータ104の下端でダイアフラム103上に形成された下流側サーモパイル105、マイクロヒータ104に駆動電流を供給する電源端子106A,106B、マイクロヒータ104の上端でダイアフラム103上に形成された上流側サーモパイル108、上流側サーモパイル108から出力される第1温度検出信号を出力する第1出力端子109A,109B、下流側サーモパイル105から出力される第2温度検出信号を出力する第2出力端子107A,107Bを備える。   FIG. 9 shows a configuration diagram of a conventional thermal type microflow sensor. The microflow sensor 101 supplies a driving current to the Si substrate 102, the diaphragm 103, the microheater 104 formed on the diaphragm 103, the downstream thermopile 105 formed on the diaphragm 103 at the lower end of the microheater 104, and the microheater 104. Power supply terminals 106A and 106B to be supplied, an upstream thermopile 108 formed on the diaphragm 103 at the upper end of the microheater 104, and first output terminals 109A and 109B for outputting a first temperature detection signal output from the upstream thermopile 108, Second output terminals 107A and 107B for outputting a second temperature detection signal output from the downstream thermopile 105 are provided.

このように構成されたマイクロフローセンサ101によれば、外部からの駆動電流によりマイクロヒータ104が、マイクロヒータ104の回りに存在するガス等の計測対象流体を加熱して、マイクロヒータ104から下流側サーモパイル105にかけてと、マイクロヒータ104から上流側サーモパイル108にかけてとに、均等な温度分布を発生させる。   According to the microflow sensor 101 configured as described above, the microheater 104 heats the measurement target fluid such as gas existing around the microheater 104 by an external driving current, and the downstream side from the microheater 104. A uniform temperature distribution is generated over the thermopile 105 and between the microheater 104 and the upstream thermopile 108.

この状態で、ガス等の計測対象流体にPからQに向かう流れが生じると、マイクロヒータ104の回りの温度分布が計測対象流体の流れの下流側、即ち、下流側サーモパイル105に偏るので、上流側サーモパイル108は、計測対象流体に流れの発生していない流量=0時よりも低い温度を検出し、その検出温度に応じた値の第1温度検出信号を出力する。   In this state, when a flow from P to Q occurs in the measurement target fluid such as gas, the temperature distribution around the microheater 104 is biased to the downstream side of the flow of the measurement target fluid, that is, the downstream side thermopile 105. The side thermopile 108 detects a temperature lower than the flow rate = 0 when no flow is generated in the measurement target fluid, and outputs a first temperature detection signal having a value corresponding to the detected temperature.

これに対し、下流側サーモパイル105は、マイクロヒータ104の回りの温度分布が下流側に偏る分だけ、計測対象流体に流れの発生していない流量=0時よりも高い温度を検出し、その検出温度に応じた値の第2の温度検出信号を出力する。このため、図示しない流量計測装置は、上流側サーモパイル108からの第1温度検出信号と下流側サーモパイル105からの第2温度検出信号との差信号に基づいて計測対象流体の流量を算出することができる。   On the other hand, the downstream thermopile 105 detects a temperature higher than the flow rate = 0 when no flow is generated in the measurement target fluid by the amount that the temperature distribution around the micro heater 104 is biased to the downstream side, and the detection. A second temperature detection signal having a value corresponding to the temperature is output. For this reason, the flow rate measuring device (not shown) can calculate the flow rate of the measurement target fluid based on the difference signal between the first temperature detection signal from the upstream thermopile 108 and the second temperature detection signal from the downstream thermopile 105. it can.

しかしながら、図9に示すような従来のマイクロフローセンサにあっては、計測対象流体(以下、流体と略称する。)の種類や流体の組成が変わると、その出力特性も変化してしまうという問題点があった。   However, in the conventional microflow sensor as shown in FIG. 9, when the type of fluid to be measured (hereinafter abbreviated as fluid) and the composition of the fluid change, the output characteristics also change. There was a point.

すなわち、流体の種類や組成が変わると、熱伝導率や比熱、粘性、密度等の流体の物性値が変わるため、マイクロヒータで加熱された流体の温度分布が変化して、出力が変化してしまう。   That is, if the type and composition of the fluid changes, the physical properties of the fluid, such as thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density, change, so the temperature distribution of the fluid heated by the microheater changes and the output changes. End up.

そこで、このような問題点を解決するために、マイクロフローセンサとは別にガス分析センサを配置したり、あるいは、予め流体の特性値をマイクロフローセンサやそのマイクロフローセンサが搭載された装置に認識させておく等の方法が採用されている。   Therefore, in order to solve such problems, a gas analysis sensor is arranged separately from the microflow sensor, or the characteristic value of the fluid is recognized in advance by the microflow sensor or a device equipped with the microflow sensor. The method of letting it leave is adopted.

しかし、例えば、ガスメータにあっては、同じ規格のガスであってもロットにより原料ガスの組成が微妙に異なり、また、ガス生産工場で行う熱量コントロールのための組成調整の精度にも限界があるので、仮に規格が同じガスであってもその組成が変化してしまうことがあり、そのため、流体の特性値をマイクロフローセンサやその搭載装置に予め認識させておくには限界があった。   However, for example, in a gas meter, even if the gas has the same standard, the composition of the raw material gas differs slightly depending on the lot, and there is a limit to the accuracy of the composition adjustment for controlling the amount of heat performed in the gas production factory. Therefore, even if the gas has the same standard, its composition may change. For this reason, there is a limit to let the microflow sensor or its mounting device recognize the characteristic value of the fluid in advance.

また、ガス分析センサを別に配置した場合には、ガスメータが大型化してしまうばかりではなく、流量の補正の方法等の工夫や、ガス分析センサの置き場所等を工夫しなければならない点が多く、安価にガスメータを作製することができなかった。   In addition, when the gas analysis sensor is arranged separately, not only the gas meter will be enlarged, but there are many points that have to be devised, such as a method for correcting the flow rate, the location of the gas analysis sensor, A gas meter could not be manufactured at low cost.

本発明は前記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、計測対象流体の種類や組成が変化しても、計測対象流体の流量を小型で安価に精度良く計測することができるようにすることができる熱式流体センサ及びフローセンサを提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to make it possible to accurately measure the flow rate of a measurement target fluid in a small size and at low cost even if the type or composition of the measurement target fluid changes. It is an object of the present invention to provide a thermal fluid sensor and a flow sensor.

前記目的を達成する請求項1及び請求項2に各々記載した本発明は熱式流体センサに関するものであり、請求項3に記載した本発明はフローセンサに関するものである。   The present invention described in claim 1 and claim 2 that achieves the above object relates to a thermal fluid sensor, and the present invention described in claim 3 relates to a flow sensor.

そして、請求項1に記載した本発明の熱式流体センサは、外部からの駆動電流により流路を流れる計測対象流体を加熱するヒータと、このヒータから発生した熱が前記計測対象流体の流速の影響をほとんど受けずに前記計測対象流体の熱拡散効果のみによって伝達されるように、このヒータに対して前記計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置され、且つ、前記計測対象流体の温度を検出し、前記計測対象流体の物性値を算出するための温度検出信号を出力する横側温度センサと、周辺部分が固定されたダイアフラム部を有し且つこのダイアフラム部に形成されている前記ヒータ及び前記横側温度センサを支持する支持基板と、を備えることを特徴とする。   The thermal fluid sensor according to the first aspect of the present invention includes a heater that heats a measurement target fluid that flows through a flow path by an external drive current, and heat generated from the heater is a flow rate of the measurement target fluid. The temperature of the measurement target fluid is arranged in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid with respect to the heater so as to be transmitted only by the thermal diffusion effect of the measurement target fluid with almost no influence. The heater has a lateral temperature sensor that detects a temperature and outputs a temperature detection signal for calculating a physical property value of the measurement target fluid, and a diaphragm portion to which a peripheral portion is fixed, and is formed in the diaphragm portion And a support substrate for supporting the lateral temperature sensor.

請求項1に記載した本発明の熱式流体センサによれば、支持基板に支持された状態でヒータは、外部からの駆動電流により計測対象流体を加熱する。このヒータの加熱と並行して、ヒータに対して計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置された横側温度センサは、計測対象流体の熱伝導度を検出し、温度検出信号を出力するので、この温度検出信号に基づき流体の物性値(温度分布のパラメータ)を算出することができる。また、ダイアフラム部上に、ヒータ及び横側温度センサを形成することにより、ヒータ、温度センサの熱容量を小さくして、消費電力を低減することができる。   According to the thermal fluid sensor of the first aspect of the present invention, the heater heats the measurement target fluid by a driving current from the outside while being supported by the support substrate. In parallel with the heating of the heater, the lateral temperature sensor arranged in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid detects the thermal conductivity of the measurement target fluid and outputs a temperature detection signal. Therefore, the physical property value (temperature distribution parameter) of the fluid can be calculated based on the temperature detection signal. Further, by forming the heater and the lateral temperature sensor on the diaphragm part, the heat capacity of the heater and the temperature sensor can be reduced, and the power consumption can be reduced.

請求項2に記載した本発明の熱式流体センサは、請求項1に記載した本発明の熱式流体センサにおいて、前記横側温度センサは、前記計測対象流体の流れ方向と略直交して前記ヒータを通る略直線上に配置されていることを特徴とする。   The thermal fluid sensor of the present invention described in claim 2 is the thermal fluid sensor of the present invention described in claim 1, wherein the lateral temperature sensor is substantially orthogonal to the flow direction of the fluid to be measured. It arrange | positions on the substantially straight line which passes along a heater, It is characterized by the above-mentioned.

なお、熱式流体センサは、前記計測対象流体の流れ方向と略直交方向における前記ヒータの両側に前記横側温度センサを各々配置することもできる。このようにすれば、計測対象流体の熱伝導度の検出を、計測対象流体の流れ方向と略直交方向におけるヒータの両側に各々配置した2つの横側温度センサにより行うことで、流れ方向と略直交方向における流路内の計測対象流体の流れにばらつきがあっても、両横側温度センサからの温度検出信号に基づき流体の物性値を正確に算出することができる。   In the thermal fluid sensor, the lateral temperature sensors can be arranged on both sides of the heater in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid. In this way, the thermal conductivity of the measurement target fluid is detected by the two lateral temperature sensors respectively disposed on both sides of the heater in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid, so that the flow direction is substantially the same. Even if there is variation in the flow of the measurement target fluid in the flow path in the orthogonal direction, the physical property value of the fluid can be accurately calculated based on the temperature detection signals from the lateral temperature sensors.

また、熱式流体センサは、横側温度センサをサーモパイルとすることで、温度検出信号の温度に依存する特性変化が小さくなり、正確な流量の計測がしやすくなる。また、自己発熱が発生しないので、補正する必要がない。また、自己起電力による出力信号なので、電流を消費しない。   Further, in the thermal fluid sensor, when the lateral temperature sensor is a thermopile, the characteristic change depending on the temperature of the temperature detection signal is reduced, and accurate flow rate measurement is facilitated. Further, since no self-heating occurs, there is no need for correction. Moreover, since it is an output signal by self-electromotive force, no current is consumed.

さらに、熱式流体センサは、横側温度センサを焦電体とすることで、温度検出信号の出力に対する応答速度、感度が高くなり、流量の計測が迅速になる。また、自己起電力による出力信号なので、電流を消費しない。   Furthermore, in the thermal fluid sensor, the lateral temperature sensor is a pyroelectric body, so that the response speed and sensitivity to the output of the temperature detection signal are increased, and the flow rate is quickly measured. Moreover, since it is an output signal by self-electromotive force, no current is consumed.

請求項3に記載した本発明のフローセンサは、外部からの駆動電流により流路を流れる計測対象流体を加熱するヒータと、このヒータに対して前記計測対象流体の上流側に配置され、前記計測対象流体の温度を検出し、第1温度検出信号を出力する上流側温度センサと、前記ヒータに対して前記計測対象流体の下流側に配置され、前記計測対象流体の温度を検出し、第2温度検出信号を出力する下流側温度センサと、前記ヒータから発生した熱が前記計測対象流体の流速の影響をほとんど受けずに前記計測対象流体の熱拡散効果のみによって伝達されるように、前記ヒータに対して前記計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置され、且つ、前記計測対象流体の温度を検出し、前記計測対象流体の物性値を算出するための第3温度検出信号を出力する横側温度センサと、周辺部分が固定されたダイアフラム部を有し且つこのダイアフラム部に形成されている前記ヒータ、前記上流側温度センサ、前記下流側温度センサ及び前記横側温度センサを支持する支持基板と、を備えることを特徴とする。   A flow sensor according to a third aspect of the present invention includes a heater that heats a fluid to be measured that flows through a flow path by an external drive current, and is disposed upstream of the fluid to be measured with respect to the heater. An upstream temperature sensor that detects the temperature of the target fluid and outputs a first temperature detection signal; and is disposed downstream of the measurement target fluid with respect to the heater, detects the temperature of the measurement target fluid, and second A downstream temperature sensor for outputting a temperature detection signal, and the heater so that heat generated from the heater is transmitted only by a thermal diffusion effect of the measurement target fluid without being affected by the flow velocity of the measurement target fluid. A third temperature detection signal which is arranged in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid and which detects the temperature of the measurement target fluid and calculates a physical property value of the measurement target fluid A lateral temperature sensor for output and a diaphragm portion having a fixed peripheral portion and supporting the heater, the upstream temperature sensor, the downstream temperature sensor, and the lateral temperature sensor formed in the diaphragm portion And a supporting substrate.

請求項3に記載した本発明のフローセンサによれば、支持基板に支持された状態でヒータは、外部からの駆動電流により計測対象流体を加熱して、ヒータから下流側温度センサにかけてと、ヒータから上流側温度センサにかけてとに、均等な温度分布を発生させる。この状態で、計測対象流体に上流側温度センサから下流側温度センサに向かう流れが生じると、ヒータの回りの温度分布が計測対象流体の流れの下流側、即ち、下流側温度センサに偏るので、上流側温度センサは、計測対象流体に流れの発生していない流量=0時よりも低い温度を検出し、その検出温度に応じた値の第1温度検出信号を出力する。   According to the flow sensor of the present invention described in claim 3, the heater is heated by the driving current from the outside while being supported by the support substrate, and is heated from the heater to the downstream temperature sensor. A uniform temperature distribution is generated from to the upstream temperature sensor. In this state, when a flow from the upstream temperature sensor to the downstream temperature sensor occurs in the measurement target fluid, the temperature distribution around the heater is biased toward the downstream side of the flow of the measurement target fluid, that is, the downstream temperature sensor. The upstream temperature sensor detects a temperature lower than the flow rate = 0 when no flow is generated in the measurement target fluid, and outputs a first temperature detection signal having a value corresponding to the detected temperature.

また、下流側温度センサは、ヒータの回りの温度分布が下流側に偏る分だけ、計測対象流体に流れの発生していない流量=0時よりも高い温度を検出し、その検出温度に応じた値の第2の温度検出信号を出力するので、第1温度検出信号と第2温度検出信号との差信号に基づき流量を算出することができる。また、ヒータに対して計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置された横側温度センサは、計測対象流体の熱伝導度を検出し、第3温度検出信号を出力するので、この第3温度検出信号に基づき流体の物性値を算出することができる。   In addition, the downstream temperature sensor detects a temperature higher than the flow rate = 0 when no flow is generated in the measurement target fluid by the amount that the temperature distribution around the heater is biased toward the downstream side, and according to the detected temperature Since the value of the second temperature detection signal is output, the flow rate can be calculated based on the difference signal between the first temperature detection signal and the second temperature detection signal. Further, the lateral temperature sensor arranged in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid with respect to the heater detects the thermal conductivity of the measurement target fluid and outputs a third temperature detection signal. The physical property value of the fluid can be calculated based on the temperature detection signal.

さらに、ダイアフラム部上に、ヒータ、上流側温度センサ、下流側温度センサ及び横側温度センサを形成することにより、ヒータ、温度センサの熱容量を小さくして、消費電力を低減することができる。   Furthermore, by forming the heater, the upstream temperature sensor, the downstream temperature sensor, and the lateral temperature sensor on the diaphragm portion, the heat capacity of the heater and the temperature sensor can be reduced, and the power consumption can be reduced.

なお、フローセンサは、前記計測対象流体の流れ方向と略直交方向における前記ヒータの両側に前記横側温度センサを各々配置することができる。このようにすれば、計測対象流体の熱伝導度の検出を、計測対象流体の流れ方向と略直交方向におけるヒータの両側に各々配置した2つの横側温度センサにより行うことで、流れ方向と略直交方向における流路内の計測対象流体の流れにばらつきがあっても、両横側温度センサからの第3温度検出信号に基づき流体の物性値を正確に算出することができる。   In the flow sensor, the lateral temperature sensors can be arranged on both sides of the heater in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid. In this way, the thermal conductivity of the measurement target fluid is detected by the two lateral temperature sensors respectively disposed on both sides of the heater in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid, so that the flow direction is substantially the same. Even if there is a variation in the flow of the measurement target fluid in the flow path in the orthogonal direction, the physical property value of the fluid can be accurately calculated based on the third temperature detection signals from both lateral temperature sensors.

また、フローセンサは、上流側温度センサ及び下流側温度センサをサーモパイルとすることで、第1温度検出信号と第2温度検出信号との差値の温度特性が小さくなり、正確な流量の計測がしやすくなる。また、自己発熱が発生しないので、補正する必要がない。また、自己起電力による出力信号なので、電流を消費しない。   In addition, the flow sensor uses a thermopile for the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor, so that the temperature characteristic of the difference value between the first temperature detection signal and the second temperature detection signal is reduced, and accurate flow rate measurement is possible. It becomes easy to do. Further, since no self-heating occurs, there is no need for correction. Moreover, since it is an output signal by self-electromotive force, no current is consumed.

さらに、フローセンサは、上流側温度センサ及び下流側温度センサを焦電体とすることで、第1温度検出信号や第2温度検出信号の出力に対する応答速度、感度が高くなり、流量の計測が迅速になる。また、自己起電力による出力信号なので、電流を消費しない。   Furthermore, the flow sensor uses a pyroelectric body as the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor, so that the response speed and sensitivity to the output of the first temperature detection signal and the second temperature detection signal are increased, and the flow rate can be measured. Become quick. Moreover, since it is an output signal by self-electromotive force, no current is consumed.

また、フローセンサは、横側温度センサをサーモパイルとすることで、第3温度検出信号の温度特性が小さくなり、正確な流体の物性値の算出がしやすくなる。また、自己発熱が発生しないので、補正する必要がない。また、自己起電力による出力信号なので、電流を消費しない。   Further, in the flow sensor, when the lateral temperature sensor is a thermopile, the temperature characteristic of the third temperature detection signal is reduced, and it is easy to calculate the physical property value of the fluid accurately. Further, since no self-heating occurs, there is no need for correction. Moreover, since it is an output signal by self-electromotive force, no current is consumed.

さらに、フローセンサは、横側温度センサを焦電体とすることで、第3温度検出信号の出力に対する応答速度、感度が高くなり、流量の計測が迅速になる。また、自己起電力による出力信号なので、電流を消費しない。   Further, the flow sensor uses a pyroelectric body as the lateral temperature sensor, so that the response speed and sensitivity to the output of the third temperature detection signal are increased, and the flow rate is quickly measured. Moreover, since it is an output signal by self-electromotive force, no current is consumed.

請求項1に記載した本発明の熱式流体センサによれば、支持基板に支持された状態でヒータは、外部からの駆動電流により計測対象流体を加熱する。このヒータの加熱と並行して、ヒータに対して計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置された横側温度センサは、計測対象流体の熱伝導度を検出し、温度検出信号を出力するので、この温度検出信号に基づき流体の物性値を算出することができる。また、ダイアフラム部上に、ヒータ及び横側温度センサを形成することにより、ヒータ、温度センサの熱容量を小さくして、消費電力を低減することができる。   According to the thermal fluid sensor of the first aspect of the present invention, the heater heats the measurement target fluid by a driving current from the outside while being supported by the support substrate. In parallel with the heating of the heater, the lateral temperature sensor arranged in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid detects the thermal conductivity of the measurement target fluid and outputs a temperature detection signal. Therefore, the physical property value of the fluid can be calculated based on this temperature detection signal. Further, by forming the heater and the lateral temperature sensor on the diaphragm part, the heat capacity of the heater and the temperature sensor can be reduced, and the power consumption can be reduced.

請求項3に記載した本発明のフローセンサによれば、支持基板に支持された状態でヒータは、外部からの駆動電流により計測対象流体を加熱する。このヒータの加熱と並行して、上流側温度センサは、ヒータによる加熱される前の計測対象流体の温度を検出し、第1の温度検出信号を出力する。下流側温度センサは、ヒータによる加熱された後の計測対象流体の温度を検出し、第2の温度検出信号を出力するので、第1温度検出信号と第2温度検出信号との差信号に基づき流量を算出することができる。また、ヒータに対して計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置された横側温度センサは、計測対象流体の温度を検出し、第3温度検出信号を出力するので、この第3温度検出信号に基づき流体の物性値を算出することができる。また、ダイアフラム部上に、ヒータ、上流側温度センサ、下流側温度センサ及び横側温度センサを形成することにより、ヒータ、温度センサの熱容量を小さくして、消費電力を低減することができる。   According to the flow sensor of the present invention described in claim 3, the heater heats the fluid to be measured by a driving current from the outside while being supported by the support substrate. In parallel with the heating of the heater, the upstream temperature sensor detects the temperature of the measurement target fluid before being heated by the heater, and outputs a first temperature detection signal. Since the downstream temperature sensor detects the temperature of the fluid to be measured after being heated by the heater and outputs a second temperature detection signal, the downstream temperature sensor is based on the difference signal between the first temperature detection signal and the second temperature detection signal. The flow rate can be calculated. Further, the lateral temperature sensor arranged in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the measurement target fluid with respect to the heater detects the temperature of the measurement target fluid and outputs a third temperature detection signal. The physical property value of the fluid can be calculated based on the signal. Further, by forming the heater, the upstream temperature sensor, the downstream temperature sensor, and the lateral temperature sensor on the diaphragm portion, the heat capacity of the heater and the temperature sensor can be reduced, and the power consumption can be reduced.

以下、本発明のフローセンサを用いた流量計測装置及びその方法の実施の形態を、本発明の熱式流体センサを用いた流体判別装置及びその方法の実施の形態と共に、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, a flow measuring device using the flow sensor of the present invention and an embodiment of the method thereof will be described in detail with reference to the drawings together with an embodiment of the fluid discrimination device using the thermal fluid sensor of the present invention and the method thereof. Explained.

<第1の実施の形態>
図1は第1の実施の形態のマイクロフローセンサの構成図である。図2は第1の実施の形態のマイクロフローセンサの断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a configuration diagram of the microflow sensor according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view of the microflow sensor according to the first embodiment.

マイクロフローセンサ1は、Si基板2、ダイアフラム3、ダイアフラム3上に形成された白金等からなるマイクロヒータ4、マイクロヒータ4の下流側でダイアフラム3上に形成された下流側サーモパイル5、マイクロヒータ4に図示しない電源から駆動電流を供給する電源端子6A,6B、マイクロヒータ4の上流側でダイアフラム3上に形成された上流側サーモパイル8、上流側サーモパイル8から出力される第1温度検出信号を出力する第1出力端子9A,9B、下流側サーモパイル5から出力される第2温度検出信号を出力する第2出力端子7A,7B、を備える。   The microflow sensor 1 includes an Si substrate 2, a diaphragm 3, a microheater 4 made of platinum or the like formed on the diaphragm 3, a downstream thermopile 5 formed on the diaphragm 3 on the downstream side of the microheater 4, and the microheater 4. The power supply terminals 6A and 6B for supplying drive current from a power source (not shown), the upstream thermopile 8 formed on the diaphragm 3 on the upstream side of the microheater 4, and the first temperature detection signal output from the upstream thermopile 8 are output. First output terminals 9A and 9B, and second output terminals 7A and 7B for outputting a second temperature detection signal output from the downstream thermopile 5.

また、マイクロフローセンサ1は、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向(PからQへの方向)と略直交方向に配置され、流体の物性値を検出し、右側温度検出信号(第3温度検出信号に対応)を出力する右側サーモパイル11、この右側サーモパイル11から出力される右側温度検出信号を出力する第3出力端子12A,12B、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置され、流体の物性値を検出し、左側温度検出信号(第3温度検出信号に対応)を出力する左側サーモパイル13、この左側サーモパイル13から出力される左側温度検出信号を出力する第4出力端子14A,14Bと、流体温度を得るための抵抗15,16、この抵抗15,16からの流体温度信号を出力する出力端子17A,17Bを備える。右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13は、温度センサを構成する。   The microflow sensor 1 is arranged in a direction substantially orthogonal to the flow direction of the fluid (direction from P to Q) with respect to the microheater 4, detects the physical property value of the fluid, and detects the right side temperature detection signal (third temperature). The right thermopile 11 that outputs the detection signal), the third output terminals 12A and 12B that output the right temperature detection signal output from the right thermopile 11, and the micro heater 4 in a direction substantially perpendicular to the fluid flow direction. A left thermopile 13 that detects the physical property value of the fluid and outputs a left temperature detection signal (corresponding to the third temperature detection signal), and a fourth output terminal that outputs a left temperature detection signal output from the left thermopile 13 14A and 14B, resistors 15 and 16 for obtaining a fluid temperature, and output terminals 17A and 17B for outputting a fluid temperature signal from the resistors 15 and 16 are provided.The right thermopile 11 and the left thermopile 13 constitute a temperature sensor.

上流側サーモパイル8、下流側サーモパイル5、右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13は、熱電対から構成されている。この熱電対は、p++−Si及びAlにより構成され、冷接点と温接点とを有し、熱を検出し、冷接点と温接点との温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。   The upstream thermopile 8, the downstream thermopile 5, the right thermopile 11, and the left thermopile 13 are composed of thermocouples. This thermocouple is composed of p ++-Si and Al, has a cold junction and a hot junction, detects heat, and generates a thermoelectromotive force from a temperature difference between the cold junction and the hot junction, A temperature detection signal is output.

また、図2に示すように、Si基板2には、ダイアフラム3が形成されており、このダイアフラム3には、マイクロヒータ4、上流側サーモパイル8、下流側サーモパイル5、右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13のそれぞれの温接点が形成されている。   As shown in FIG. 2, a diaphragm 3 is formed on the Si substrate 2. The diaphragm 3 includes a microheater 4, an upstream thermopile 8, a downstream thermopile 5, a right thermopile 11, and a left thermopile 13. The respective hot junctions are formed.

このように構成されたマイクロフローセンサ1によれば、マイクロヒータ4が、外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ4から発生した熱は、流体を媒体として、下流側サーモパイル5と上流側サーモパイル8のそれぞれの温接点に伝達される。それぞれのサーモパイルの冷接点は、Si基体(Si基板)上にあるので、基体温度になっており、それぞれの温接点は、ダイアフラム上にあるので、伝達された熱により加熱され、Si基体温度より温度が上昇する。そして、それぞれのサーモパイルは、温接点と冷接点の温度差より熱起電カを発生し、温度検出信号を出力する。   According to the microflow sensor 1 configured as described above, when the microheater 4 starts to be heated by an external driving current, the heat generated from the microheater 4 is transferred from the downstream thermopile 5 and the upstream using the fluid as a medium. It is transmitted to each hot junction of the side thermopile 8. Since the cold junction of each thermopile is on the Si substrate (Si substrate), it is at the substrate temperature, and since each hot junction is on the diaphragm, it is heated by the transferred heat, and from the Si substrate temperature The temperature rises. Each thermopile generates a thermoelectric power from the temperature difference between the hot junction and the cold junction, and outputs a temperature detection signal.

流体を媒体として伝達される熱は、流体の熱拡散効果とPからQに向かって流れる流体の流速との相乗効果によって、それぞれのサーモパイルに伝達される。すなわち、流速がない場合には、熱拡散によって上流側サーモパイル8と下流側サーモパイル5に均等に伝達され、上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号と下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号の差信号は、零になる。   The heat transferred by using the fluid as a medium is transferred to each thermopile by a synergistic effect of the heat diffusion effect of the fluid and the flow velocity of the fluid flowing from P to Q. That is, when there is no flow velocity, the heat is diffused evenly to the upstream thermopile 8 and the downstream thermopile 5, and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 and the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 are transmitted. The difference signal becomes zero.

一方、流体に流速が発生すると、流速によって下流側サーモパイル5の温接点に伝達される熱量が多くなり、前記第2温度検出信号と前記第1温度検出信号との差信号は流速に応じた正値になる。   On the other hand, when a flow velocity is generated in the fluid, the amount of heat transferred to the hot junction of the downstream thermopile 5 increases due to the flow velocity, and the difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal is a positive signal corresponding to the flow velocity. Value.

一方、マイクロヒータ4が外部からの駆動電流により加熱を開始すると、マイクロヒータ4から発生した熱は、流体の流速の影響をほとんど受けずに流体の熱拡散効果のみによって、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された右側サーモパイル11に伝達される。また、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された左側サーモパイル13にも、同様な熱が伝達される。このため、右側サーモパイル11の起電力により第3出力端子12A,12Bから出力される右側温度検出信号、及び/または左側サーモパイル13の起電力により第4出力端子14A,14Bから出力される左側温度検出信号に基づき、熱伝導と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数等の流体の物性値を算出することができるようになる。   On the other hand, when the microheater 4 starts to be heated by an external drive current, the heat generated from the microheater 4 is hardly affected by the flow velocity of the fluid and is only affected by the thermal diffusion effect of the fluid. It is transmitted to the right thermopile 11 arranged in a direction substantially orthogonal to the fluid flow direction. In addition, similar heat is transmitted to the left thermopile 13 disposed in a direction substantially orthogonal to the fluid flow direction with respect to the microheater 4. Therefore, the right temperature detection signal output from the third output terminals 12A and 12B by the electromotive force of the right thermopile 11 and / or the left temperature detection output from the fourth output terminals 14A and 14B by the electromotive force of the left thermopile 13 Based on the signal, it becomes possible to calculate a physical property value of the fluid such as a thermal diffusion constant determined by heat conduction, thermal diffusion, specific heat, and the like.

さらに、マイクロフローセンサ1によれば、ダイアフラム3上に、マイクロヒータ4、上流側サーモパイル8、下流側サーモパイル5、右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13を形成したので、これらの熱容量を小さくして、消費電力を低減することができる。また、マイクロフローセンサ1の構成が簡単であるので、安価に作製することができるという効果がある。   Furthermore, according to the microflow sensor 1, since the micro heater 4, the upstream thermopile 8, the downstream thermopile 5, the right thermopile 11 and the left thermopile 13 are formed on the diaphragm 3, the heat capacity is reduced and consumed. Electric power can be reduced. Further, since the configuration of the microflow sensor 1 is simple, there is an effect that it can be manufactured at low cost.

次に、前述したマイクロフローセンサ1を用い、流体の種類や組成が変化した場合であっても、これに関係なく常に流体の流量を精度良く計測することができる流量計測装置について説明する。   Next, a description will be given of a flow rate measuring apparatus that uses the above-described microflow sensor 1 and can always accurately measure the flow rate of the fluid regardless of the change in the type and composition of the fluid.

図3は第1の実施の形態のマイクロフローセンサを用いた流量計測装置の構成ブロック図である。この流量計測装置は、例えば、ガス等の流体の流量を計測するものであり、マイクロフローセンサ1内の下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と、マイクロフローセンサ1内の上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号を増幅する差動アンプ33と、マイクロフローセンサ1内の右側サーモパイル11からの右側温度検出信号を増幅するアンプ35aと、マイクロフローセンサ1内の左側サーモパイル13からの左側温度検出信号を増幅するアンプ35bと、マイクロコンピュータ40とを備えて構成される。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the flow rate measuring apparatus using the microflow sensor according to the first embodiment. This flow rate measuring device measures, for example, the flow rate of a fluid such as gas, the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 in the microflow sensor 1, and the upstream thermopile 8 in the microflow sensor 1. A differential amplifier 33 for amplifying a difference signal from the first temperature detection signal from the first temperature detection signal, an amplifier 35a for amplifying a right temperature detection signal from the right thermopile 11 in the microflow sensor 1, and a left thermopile in the microflow sensor 1. 13 includes an amplifier 35b for amplifying the left side temperature detection signal from 13 and a microcomputer 40.

マイクロコンピュータ40は、アンプ35aからの右側温度検出信号とアンプ35bからの左側温度検出信号とを加算する加算部45と、差動アンプ33で得られた第2温度検出信号と第1温度検出信号との差信号を加算部45の出力する加算信号により除する除算部47と、この除算部47の出力する除算信号に基づき流体の流量を算出する流量算出部41と、加算部45の出力する加算信号に基づき流体の熱伝導率や比熱、粘性、密度等の物性値を算出する流体物性値算出部43とを備えて構成される。   The microcomputer 40 adds the right side temperature detection signal from the amplifier 35a and the left side temperature detection signal from the amplifier 35b, and the second temperature detection signal and the first temperature detection signal obtained by the differential amplifier 33. The division unit 47 that divides the difference signal by the addition signal output from the addition unit 45, the flow rate calculation unit 41 that calculates the flow rate of the fluid based on the division signal output from the division unit 47, and the output from the addition unit 45 And a fluid property value calculation unit 43 that calculates a property value such as thermal conductivity, specific heat, viscosity, density, etc. of the fluid based on the addition signal.

次に、図4に示すフローチャートを参照して、第1の実施の形態の流量計測装置により実現される流量計測方法を説明する。   Next, a flow rate measuring method realized by the flow rate measuring apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

まず、外部からのパルス信号による駆動電流によりマイクロヒータ4を加熱すると(ステップS11)、下流側サーモパイル5から第2温度検出信号が出力され、上流側サーモパイル8から第1温度検出信号が出力される(ステップS13)。第2温度検出信号は差動アンプ33に出力され、第1温度検出信号は差動アンプ33に出力される。なお、図5に第1温度検出信号及び第2温度検出信号のパルス信号に対する応答を示した。   First, when the microheater 4 is heated by a driving current generated by an external pulse signal (step S11), a second temperature detection signal is output from the downstream thermopile 5 and a first temperature detection signal is output from the upstream thermopile 8. (Step S13). The second temperature detection signal is output to the differential amplifier 33, and the first temperature detection signal is output to the differential amplifier 33. FIG. 5 shows responses of the first temperature detection signal and the second temperature detection signal to the pulse signal.

次に、差動アンプ33は、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号を増幅する(ステップS15)。   Next, the differential amplifier 33 amplifies the difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 (step S15).

そして、加算部45は、アンプ35aからの右側温度検出信号とアンプ35bからの左側温度検出信号とを加算して加算信号を得る(ステップS17)。図6に右側温度検出信号、左側温度検出信号及び加算信号のタイミングチャートを示した。次に、除算部47は、ステップS15で得られた増幅後の差信号をステップS17で得られた加算信号で除して除算信号を得る(ステップS19)。   Then, the adding unit 45 adds the right side temperature detection signal from the amplifier 35a and the left side temperature detection signal from the amplifier 35b to obtain an addition signal (step S17). FIG. 6 shows a timing chart of the right side temperature detection signal, the left side temperature detection signal, and the addition signal. Next, the division unit 47 divides the amplified difference signal obtained in step S15 by the addition signal obtained in step S17 to obtain a division signal (step S19).

続いて、流量算出部41は、ステップS19で得られた除算信号に基づき流体の正確な流量を算出する(ステップS21)。さらに、流体物性値算出部43は、ステップS17で得られた加算信号とステップS21で算出した流体の正確な流量に基づき、流体の熱伝導率や比熱、粘性、密度等の流体の物性値を算出する(ステップS23)。   Subsequently, the flow rate calculation unit 41 calculates an accurate flow rate of the fluid based on the division signal obtained in step S19 (step S21). Further, the fluid property value calculation unit 43 calculates the fluid property values such as the thermal conductivity, specific heat, viscosity, density, etc. of the fluid based on the addition signal obtained in step S17 and the accurate flow rate of the fluid calculated in step S21. Calculate (step S23).

このように、流体の流れ方向に対して直交する方向に配置された右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13が、流体の物性値を検出することにより、流体の熱伝導性を計測することになる。流体の流速が零であるときには、流体により熱の伝わる速度は、熱伝導率と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数(流体の物性値の一つ)による。流速が零であるときには、右側サーモパイル11、左側サーモパイル13とマイクロヒータ4との温度差によって熱拡散定数が求められる。この温度差が大きいほど熱拡散定数が小さい。   As described above, the right thermopile 11 and the left thermopile 13 arranged in the direction orthogonal to the fluid flow direction measure the thermal conductivity of the fluid by detecting the physical property value of the fluid. When the flow velocity of the fluid is zero, the speed at which heat is transferred by the fluid depends on the thermal diffusion constant (one of the physical properties of the fluid) determined by thermal conductivity, thermal diffusion, specific heat, and the like. When the flow velocity is zero, the thermal diffusion constant is obtained from the temperature difference between the right thermopile 11, the left thermopile 13, and the micro heater 4. The larger this temperature difference, the smaller the thermal diffusion constant.

この熱拡散定数の大小は、上流側サーモパイル8が出力する第1温度検出信号と下流側サーモパイル5が出力する第2温度検出信号にも影響し、これらの値が熱拡散定数の大小に応じて変化する。したがって、原理的には、第1温度検出信号や第2温度検出信号を、あるいは、これらの差を、熱拡散定数によって除することで、熱拡散定数の異なる流体であっても、即ち、いかなる種類の流体であっても、正確な流量を算出することができることになる。   The magnitude of this thermal diffusion constant also affects the first temperature detection signal output from the upstream thermopile 8 and the second temperature detection signal output from the downstream thermopile 5, and these values depend on the magnitude of the thermal diffusion constant. Change. Therefore, in principle, the first temperature detection signal and the second temperature detection signal, or the difference between them can be divided by the heat diffusion constant, so that fluids having different heat diffusion constants can be used. Even if it is a kind of fluid, an accurate flow rate can be calculated.

これに対して流量が零でないときには、流体の流れによって熱は下流に運ばれて、右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13に到達する熱量は、それに伴って減少する。即ち、右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13の回りの熱拡散が、流体の流れによって大きくなる。ここで、その熱拡散の増加率は流体の流速の平方根に比例することが一般に知られているため、原理的には、流体の熱拡散定数は、その流体の流量が何らかの方法で解りさえすれば、いかなる流量のときでも見積もることができることになる。   On the other hand, when the flow rate is not zero, heat is carried downstream by the fluid flow, and the amount of heat reaching the right thermopile 11 and the left thermopile 13 decreases accordingly. That is, the thermal diffusion around the right thermopile 11 and the left thermopile 13 is increased by the flow of the fluid. Here, it is generally known that the rate of increase of the thermal diffusion is proportional to the square root of the flow velocity of the fluid, so in principle, the thermal diffusion constant of the fluid can even be solved in some way. For example, it can be estimated at any flow rate.

一方で、上流側サーモパイル8及び下流側サーモパイル5の回りでも、流体の流れによって右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13の回りと同様な熱拡散の増加(マイクロヒータ4から移動する熱量の減少)が発生するので、流体の流量が大きくなると、それに伴う熱拡散の増加のために、下流側サーモパイル5の回りの流体の温度と上流側サーモパイル8の回りの流体の温度との差が小さくなる。   On the other hand, the increase in thermal diffusion (decrease in the amount of heat transferred from the microheater 4) occurs around the upstream side thermopile 8 and the downstream side thermopile 5 as well as around the right side thermopile 11 and the left side thermopile 13 due to the fluid flow. Therefore, as the flow rate of the fluid increases, the difference between the temperature of the fluid around the downstream thermopile 5 and the temperature of the fluid around the upstream thermopile 8 decreases due to the accompanying increase in thermal diffusion.

このため、本来ならば、流体の流速の増加に比例して大きくなるはずの、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号が、熱拡散の増加の影響で小さくなり、流体の流量があまりに大きくなると、流速の増加による増加分を熱拡散の増加による減少分が上回って、流量が増加しているにも拘わらず第2温度検出信号と第1温度検出信号との差信号が減少してしまうこともある。   For this reason, the difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 that should be increased in proportion to the increase in the flow velocity of the fluid, If the fluid flow rate becomes too large due to an increase in the thermal diffusion, the increase due to the increase in the flow rate exceeds the decrease due to the increase in the thermal diffusion, and the second temperature detection is performed despite the increase in the flow rate. The difference signal between the signal and the first temperature detection signal may decrease.

そこで、流量が零であるときの、右側サーモパイル11が出力する右側温度検出信号と左側サーモパイル13が出力する左側温度検出信号との加算値を「1」と考えて、これに対する、流量がある場合の右側温度検出信号と左側温度検出信号との加算値の比を、移動する熱量の変化率を表す係数と見倣し、この係数を、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号に乗じる操作をする。   Therefore, when the flow rate is zero, the addition value of the right temperature detection signal output by the right thermopile 11 and the left temperature detection signal output by the left thermopile 13 is considered as “1”, and there is a flow rate for this. The ratio of the added value of the right side temperature detection signal and the left side temperature detection signal is regarded as a coefficient representing the rate of change of the amount of heat to be moved, and this coefficient is used as the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the upstream side. An operation of multiplying the difference signal from the first temperature detection signal from the thermopile 8 is performed.

つまり、第2温度検出信号と第1温度検出信号との差信号を右側温度検出信号と左側温度検出信号との加算値で除することで、熱拡散の変化の影響を排除した流量算出が可能となり、正確で分解能の高い流量を求めることができるようになる。   In other words, by dividing the difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal by the added value of the right temperature detection signal and the left temperature detection signal, it is possible to calculate the flow rate without the influence of changes in thermal diffusion. Thus, it is possible to obtain an accurate and high-resolution flow rate.

なお、上述した実施形態では、差動アンプ33から得られる下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との増幅後の差信号を、除算部47において、アンプ35aからの右側温度検出信号とアンプ35bからの左側温度検出信号とを加算部45で加算して得られる加算信号により除することで、熱拡散の変化の影響を排除した流量算出を可能としている。   In the above-described embodiment, the difference signal obtained by amplifying the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 obtained from the differential amplifier 33 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 is used as the division unit 47. , The flow rate calculation is performed by eliminating the influence of the change in thermal diffusion by dividing the right side temperature detection signal from the amplifier 35a and the left side temperature detection signal from the amplifier 35b by the addition signal obtained by adding by the addition unit 45. It is possible.

そして、上述した実施形態では、除算部47における除算信号の取得を流量算出部41による流量の算出よりも先に行っているが、これは、第2温度検出信号と第1温度検出信号との増幅後の差信号に現れる熱拡散の変化の影響を排除するためには、流体の物性値を熱伝導率や比熱、粘性、密度といった厳密な精度の値として把握する必要がないためである。   In the above-described embodiment, the division signal is obtained by the division unit 47 prior to the flow rate calculation by the flow rate calculation unit 41. This is because the second temperature detection signal and the first temperature detection signal are different from each other. This is because it is not necessary to grasp the physical property value of the fluid as strictly accurate values such as thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density in order to eliminate the influence of the thermal diffusion change that appears in the difference signal after amplification.

即ち、上述した実施形態では、熱拡散の状態を高精度で把握しないと特定できない流体の熱伝導率や比熱、粘性、密度を、物性値として流体物性値算出部43で算出するために、熱拡散の変化の影響を排除した流体の正確な流量を流量算出部41により事前に算出しておいて、これを、流体物性値算出部43による物性値の算出に反映させている。   That is, in the above-described embodiment, in order to calculate the thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density of a fluid that cannot be specified unless the state of thermal diffusion is grasped with high accuracy, An accurate flow rate of the fluid excluding the influence of the change in diffusion is calculated in advance by the flow rate calculation unit 41, and this is reflected in the calculation of the physical property value by the fluid physical property value calculation unit 43.

しかし、物性値として流体物性値算出部43で算出するファクタの種類によっては、流体物性値算出部43による物性値の算出を事前に行っておいて、これと、差動アンプ33からの、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との増幅された差信号とに基づいて、熱拡散の変化の影響を排除した流体の正確な流量を後から算出するようにしてもよい。   However, depending on the type of factor calculated by the fluid property value calculation unit 43 as the physical property value, the physical property value is calculated in advance by the fluid property value calculation unit 43, and the downstream from the differential amplifier 33. Based on the amplified difference signal between the second temperature detection signal from the side thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream side thermopile 8, the accurate flow rate of the fluid excluding the influence of the change in thermal diffusion is reduced. You may make it calculate from.

このように第1の実施の形態の流量計測装置によれば、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向と略直交方向に右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13を配置し、右側温度検出信号及び左側温度検出信号を出力するように構成したので、流体の流れ方向の影響を受けずに、右側温度検出信号及び左側温度検出信号に基づき熱拡散定数等の流体の物性値を正確に算出することができる。   As described above, according to the flow rate measuring apparatus of the first embodiment, the right thermopile 11 and the left thermopile 13 are arranged in the direction substantially perpendicular to the fluid flow direction with respect to the microheater 4, and the right temperature detection signal and the left temperature are detected. Since the detection signal is output, the physical property value of the fluid such as the thermal diffusion constant can be accurately calculated based on the right temperature detection signal and the left temperature detection signal without being affected by the flow direction of the fluid. .

そして、算出された流体の物性値に基づき、流量算出部41で算出された流体の流量を補正するようにしたので、特別な工夫をせずに、流体の種類や組成が変化した場合であっても、正確に流量を計測することができる。   Since the fluid flow rate calculated by the flow rate calculation unit 41 is corrected based on the calculated physical property value of the fluid, the type and composition of the fluid change without any special contrivance. However, the flow rate can be accurately measured.

また、マイクロフローセンサ1の出力を右側サーモパイル11及び/または左側サーモパイル13の出力で割った値を新たな出力とすることで、例えば、燃料ガスの微妙な成分の変化に対して、より簡単に流量−出力特性を流体成分に依存しないようにすることが十分にでき、正確に流量を計測することができる。   In addition, by dividing the output of the microflow sensor 1 by the output of the right thermopile 11 and / or the left thermopile 13 as a new output, for example, it is easier to cope with subtle changes in fuel gas. The flow rate-output characteristic can be made sufficiently independent of the fluid component, and the flow rate can be accurately measured.

<第2の実施の形態>
次に、本発明のフローセンサを用いた流量計測装置及びその方法の第2の実施の形態の形態を、本発明の熱式流体センサを用いた流体判別装置及びその方法の第2の実施の形態と共に、図面を参照して詳細に説明する。図7は第2の実施の形態のマイクロフローセンサの構成図である。図8は第2の実施の形態のマイクロフローセンサを用いた流量計測装置の構成ブロック図である。
<Second Embodiment>
Next, a flow rate measuring device using the flow sensor of the present invention and a method of the second embodiment of the method will be described. A fluid discrimination device using the thermal fluid sensor of the present invention and a method of the second embodiment of the method will be described. Along with the form, it will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 7 is a configuration diagram of the microflow sensor according to the second embodiment. FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a flow rate measuring apparatus using the microflow sensor according to the second embodiment.

マイクロフローセンサ1aは、Si基板2、ダイアフラム3、マイクロヒータ4、下流側サーモパイル5、電源端子6A,6B、第1出力端子7A,7B、上流側サーモパイル8、第2出力端子9A,9Bを備える。   The microflow sensor 1a includes a Si substrate 2, a diaphragm 3, a micro heater 4, a downstream thermopile 5, power supply terminals 6A and 6B, first output terminals 7A and 7B, an upstream thermopile 8, and second output terminals 9A and 9B. .

また、マイクロフローセンサ1aは、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向(PからQへの方向)と略直交方向に配置され、流体の温度を検出し、右側温度検出信号を出力する右側測温抵抗21、この右側測温抵抗21から出力される右側温度検出信号を出力する第3出力端子12A,12B、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置され、流体の温度を検出し、左側温度検出信号を出力する左側測温抵抗23、この左側測温抵抗23から出力される左側温度検出信号を出力する第4出力端子14A,14Bと、抵抗15,16、出力端子17A,17Bを備える。右側測温抵抗21及び左側測温抵抗23は、温度センサを構成し、マイクロヒータ4と同様に白金等からなる。   The microflow sensor 1a is arranged in a direction substantially perpendicular to the fluid flow direction (direction from P to Q) with respect to the microheater 4, detects the temperature of the fluid, and outputs a right side temperature detection signal. The temperature resistor 21, the third output terminals 12 A and 12 B that output the right temperature detection signal output from the right temperature measuring resistor 21, and the micro heater 4 are arranged in a direction substantially orthogonal to the fluid flow direction, and the temperature of the fluid The left temperature measuring resistor 23 that outputs the left temperature detection signal, the fourth output terminals 14A and 14B that output the left temperature detection signal output from the left temperature measuring resistor 23, the resistors 15 and 16, and the output terminal 17A and 17B are provided. The right temperature measuring resistor 21 and the left temperature measuring resistor 23 constitute a temperature sensor, and are made of platinum or the like, like the micro heater 4.

このように、第2の実施の形態のマイクロフローセンサ1aによれば、図1に示す第1の実施の形態の右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13に代えて、右側測温抵抗21及び左側測温抵抗23を配置し、右側測温抵抗21は、流体の温度を検出し、右側温度検出信号を第3出力端子12A,12Bに出力する。また、マイクロヒータ4に対して流体の流れ方向と略直交方向に配置された左側測温抵抗23は、流体の温度を検出し、左側温度検出信号を第4出力端子14A,14Bに出力する。   Thus, according to the microflow sensor 1a of the second embodiment, instead of the right thermopile 11 and the left thermopile 13 of the first embodiment shown in FIG. The resistor 23 is disposed, the right temperature measuring resistor 21 detects the temperature of the fluid, and outputs a right temperature detection signal to the third output terminals 12A and 12B. Further, the left temperature measuring resistor 23 arranged in a direction substantially orthogonal to the fluid flow direction with respect to the microheater 4 detects the temperature of the fluid and outputs a left temperature detection signal to the fourth output terminals 14A and 14B.

このため、右側温度検出信号及び左側温度検出信号に基づき、熱伝導率と熱拡散、比熱等によって決定される熱拡散定数等の流体の物性値を算出することができるようになる。   For this reason, based on the right side temperature detection signal and the left side temperature detection signal, it becomes possible to calculate the physical property value of the fluid such as the thermal diffusion constant determined by the thermal conductivity, thermal diffusion, specific heat and the like.

また、このマイクロフローセンサ1aを用いて流量を計測する流量計測装置は、図8に示すように、マイクロフローセンサ1a内の下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と、マイクロフローセンサ1a内の上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号を増幅する差動アンプ33と、マイクロフローセンサ1a内の右側測温抵抗21及び左側測温抵抗23を抵抗値の等しい2つの固定抵抗38a,38bにより対向させてブリッジ接続したブリッジ回路39とを備えて構成される。   Further, as shown in FIG. 8, the flow measuring device for measuring the flow rate using the microflow sensor 1a includes the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 in the microflow sensor 1a, and the microflow sensor 1a. The differential amplifier 33 that amplifies the difference signal from the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 and the right temperature measuring resistor 21 and the left temperature measuring resistor 23 in the microflow sensor 1a are fixed to two equal in resistance value. And a bridge circuit 39 that is bridge-connected by resistors 38a and 38b.

さらに、この流量計測装置は、ブリッジ回路39の右側測温抵抗21と固定抵抗38bとの接続点、及び、左側測温抵抗23と固定抵抗38aとの接続点間に定電圧を印加する定電圧源37と、ブリッジ回路39の右側測温抵抗21と固定抵抗38aとの接続点A、及び、左側測温抵抗23と固定抵抗38bとの接続点B間の電位を差動増幅する差動アンプ36と、マイクロコンピュータ40とを備えて構成される。マイクロコンピュータ40は、除算部(又はパラメータ選定部)49と、流量算出部41と、流体物性値算出部43とを備えて構成される。   Further, the flow rate measuring device applies a constant voltage between the connection point between the right temperature measuring resistor 21 and the fixed resistor 38b of the bridge circuit 39 and the connection point between the left temperature measuring resistor 23 and the fixed resistor 38a. A differential amplifier that differentially amplifies the potential between the connection point A of the source 37 and the right temperature measuring resistor 21 and the fixed resistor 38a of the bridge circuit 39 and the connection point B of the left temperature measuring resistor 23 and the fixed resistor 38b. 36 and a microcomputer 40. The microcomputer 40 includes a division unit (or parameter selection unit) 49, a flow rate calculation unit 41, and a fluid property value calculation unit 43.

このような構成の第2の実施の形態の流量計測装置によれば、右側測温抵抗21の温度が上昇すると、右側測温抵抗21及び固定抵抗38aの接続点Aの電位が上がり、左側測温抵抗23の温度が上昇すると、左側測温抵抗23及び固定抵抗38bの接続点Bの電位が上がる。そこで、接続点Bの電位から接続点Aの電位を減じるように差動アンプ36で差動増幅を行うと、右側測温抵抗21からの右側温度検出信号と左側測温抵抗23からの左側温度検出信号との加算値を増幅した増幅後の加算信号が差動アンプ36で得られる。   According to the flow rate measuring apparatus of the second embodiment having such a configuration, when the temperature of the right temperature measuring resistor 21 rises, the potential at the connection point A between the right temperature measuring resistor 21 and the fixed resistor 38a rises, and the left side measuring resistor 21 When the temperature of the temperature resistor 23 increases, the potential at the connection point B between the left temperature measuring resistor 23 and the fixed resistor 38b increases. Therefore, when differential amplification is performed by the differential amplifier 36 so that the potential at the connection point A is subtracted from the potential at the connection point B, the right temperature detection signal from the right temperature measurement resistor 21 and the left temperature from the left temperature measurement resistor 23 are obtained. An amplified addition signal obtained by amplifying the addition value with the detection signal is obtained by the differential amplifier 36.

そこで、除算部(又はパラメータ選定部)49において、差動アンプ33からの、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との増幅された差信号を、差動アンプ36からの増幅後の加算信号により除して除算信号を得て、この除算信号に基づき流量算出部41が流体の正確な流量を算出すると共に、この流量算出部41が算出した流体の正確な流量と、差動アンプ36からの増幅後の加算信号とに基づき、流体物性値算出部43が、流体の熱伝導率や比熱、粘性、密度等の流体の物性値を算出する。   Therefore, in the division unit (or parameter selection unit) 49, an amplified difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 from the differential amplifier 33. Is divided by the added signal after amplification from the differential amplifier 36 to obtain a division signal. Based on the division signal, the flow rate calculation unit 41 calculates an accurate flow rate of the fluid, and the flow rate calculation unit 41 calculates Based on the correct flow rate of the fluid and the amplified signal from the differential amplifier 36, the fluid property value calculation unit 43 calculates the fluid property values such as the thermal conductivity, specific heat, viscosity, and density of the fluid. To do.

従って、特別な工夫をせずに、流体の種類や組成に依らずに正確に流量を計測することができ、第1の実施の形態の効果と同様な効果が得られる。   Therefore, it is possible to accurately measure the flow rate without depending on the type and composition of the fluid without special measures, and the same effect as the effect of the first embodiment can be obtained.

なお、本発明は第1の実施の形態及び第2の実施の形態のマイクロフローセンサ並びに流量計測装置及びその方法に限定されるものではない。第1の実施の形態では、温度センサとしてサーモパイルを例示し、第2の実施の形態では、温度センサとして白金抵抗等からなる測温抵抗を例示したが、これらに限定されるものではなく、温度センサとしては、例えば、焦電体、サーミスタ等、通常用いられる温度センサであれば何でもよい。   Note that the present invention is not limited to the microflow sensor, the flow rate measuring device, and the method thereof according to the first and second embodiments. In the first embodiment, a thermopile is exemplified as the temperature sensor, and in the second embodiment, a temperature measuring resistor made of platinum resistance or the like is exemplified as the temperature sensor. However, the temperature sensor is not limited to this. Any sensor may be used as long as it is a commonly used temperature sensor such as a pyroelectric material or a thermistor.

また、第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13とマイクロヒータ4とからなる流体の物性値を検出するための熱式流体センサを、下流側サーモパイル5及び上流側サーモパイル8ととマイクロヒータ4とからなる流体の流速(流量)を計測するマイクロフローセンサ1,1aに一体化した場合を例に取って説明したが、このマイクロフローセンサ1,1aとは分離して、右側サーモパイル11及び左側サーモパイル13とマイクロヒータ4とからなる熱式流体センサを構成してもよい。   In the first embodiment and the second embodiment, the thermal fluid sensor for detecting the physical property value of the fluid composed of the right thermopile 11, the left thermopile 13, and the microheater 4 is used as the downstream thermopile 5. In the above description, the microflow sensor 1, 1a that measures the flow velocity (flow rate) of the fluid composed of the upstream thermopile 8 and the micro heater 4 is described as an example. May be separated to constitute a thermal fluid sensor including the right thermopile 11, the left thermopile 13, and the micro heater 4.

そして、そのように構成する場合、右側サーモパイル11の起電力により第3出力端子12A,12Bから出力される右側温度検出信号、及び/または左側サーモパイル13の起電力により第4出力端子14A,14Bから出力される左側温度検出信号に基づき、マイクロコンピュータ40の流体物性値算出部43により算出される流体の物性値から、さらにその流体の種類をマイクロコンピュータ40で割り出すように構成してもよい。   In such a configuration, the right temperature detection signal output from the third output terminals 12A and 12B by the electromotive force of the right thermopile 11 and / or the fourth output terminals 14A and 14B by the electromotive force of the left thermopile 13 are used. The microcomputer 40 may further determine the type of the fluid from the physical property value of the fluid calculated by the fluid property value calculation unit 43 of the microcomputer 40 based on the output left temperature detection signal.

また、第1の実施の形態の最後に説明したように、流体物性値算出部43による物性値の算出を事前に行っておいて、これと、差動アンプ33からの、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との増幅された差信号とに基づいて、熱拡散の変化の影響を排除した流体の正確な流量を後から算出するようにする場合には、マイクロコンピュータ40で割り出した流体の種類に応じた補正係数を予め定めておき、この補正係数により、差動アンプ33からの増幅された差信号を補正して流量を算出するように構成してもよい。   In addition, as described at the end of the first embodiment, the physical property value is calculated in advance by the fluid physical property value calculation unit 43, and from the downstream thermopile 5 from the differential amplifier 33. Based on the amplified difference signal between the second temperature detection signal and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8, the accurate flow rate of the fluid excluding the influence of the change in thermal diffusion is calculated later. In this case, a correction coefficient corresponding to the type of fluid determined by the microcomputer 40 is determined in advance, and the amplified difference signal from the differential amplifier 33 is corrected by this correction coefficient to calculate the flow rate. You may comprise as follows.

仮にそうすれば、流体の種類と補正係数等とをリンク付けたテーブルを、マイクロコンピュータ40の内部メモリ(ROM)やマイクロコンピュータ40につながる外部メモリ(不揮発性が好ましい)に格納しておき、割り出した流体の種類に対応する補正係数等を内部メモリ(ROM)または外部メモリから読み出して、差動アンプ33からの増幅された差信号に乗じる等すれば、流量算出が完了するようになることから、処理上の負担を軽くすることができる。   If so, a table in which the type of fluid and the correction coefficient are linked is stored in an internal memory (ROM) of the microcomputer 40 or an external memory (preferably non-volatile) connected to the microcomputer 40. If the correction coefficient corresponding to the type of fluid is read from the internal memory (ROM) or external memory and multiplied by the amplified difference signal from the differential amplifier 33, the flow rate calculation is completed. , Processing burden can be reduced.

また、流体物性値算出部43による物性値の算出を事前に行い、熱拡散の変化の影響を排除した流体の正確な流量を後から算出するようにする場合、補正係数に代えて、流体の物性値やこの物性値から割り出される種類と、これら物性値又は種類に対応する、差動アンプ33からの増幅された差信号から流体の流量を求めるのに用いる流量換算式とをリンク付けたテーブルを、マイクロコンピュータ40の内部メモリ(ROM)やマイクロコンピュータ40につながる外部メモリ(不揮発性が好ましい)に格納しておくようにしてもよい。   In addition, when the physical property value is calculated in advance by the fluid physical property value calculation unit 43 and the accurate flow rate of the fluid excluding the influence of the change in thermal diffusion is calculated later, instead of the correction coefficient, The physical property value and the type calculated from the physical property value are linked to the flow rate conversion formula used to obtain the flow rate of the fluid from the amplified difference signal from the differential amplifier 33 corresponding to the physical property value or type. The table may be stored in an internal memory (ROM) of the microcomputer 40 or an external memory (preferably non-volatile) connected to the microcomputer 40.

さらに、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号を増幅した差動アンプ33の出力に基づき流量算出部41で算出される流体の流量と、その流量に対応する右側サーモパイル11や左側サーモパイル13からの第3温度検出信号の基準値とをリンク付けたテーブルを、マイクロコンピュータ40の内部メモリ(ROM)やマイクロコンピュータ40につながる外部メモリ(不揮発性が好ましい)に格納しておくようにしてもよい。   Furthermore, the fluid flow calculated by the flow rate calculation unit 41 based on the output of the differential amplifier 33 that amplifies the difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8. A table in which the flow rate and the reference value of the third temperature detection signal from the right thermopile 11 and the left thermopile 13 corresponding to the flow rate are linked to an internal memory (ROM) of the microcomputer 40 or an external memory connected to the microcomputer 40 You may make it store in (nonvolatility is preferable).

その場合には、マイクロコンピュータ40の流体物性値算出部43は、流量算出部41で算出される流体の流量をアドレスポインタとして外部メモリから取り出した、その流量に対応する第3温度検出信号の基準値と、実際に右側サーモパイル11や左側サーモパイル13から取得される第3温度検出信号との比から、流体の物性値を算出することになる。   In that case, the fluid property value calculation unit 43 of the microcomputer 40 takes out the flow rate of the fluid calculated by the flow rate calculation unit 41 from the external memory as an address pointer, and the reference of the third temperature detection signal corresponding to the flow rate The physical property value of the fluid is calculated from the ratio between the value and the third temperature detection signal actually acquired from the right thermopile 11 or the left thermopile 13.

そして、この場合の流体の物性値の算出は、実際に右側サーモパイル11や左側サーモパイル13から取得される第3温度検出信号と、外部メモリから取り出される第3温度検出信号の基準値との比を、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号を増幅した差動アンプ33の出力に乗じることで、行うことができる。   The physical property value of the fluid in this case is calculated by calculating the ratio between the third temperature detection signal actually acquired from the right thermopile 11 or the left thermopile 13 and the reference value of the third temperature detection signal extracted from the external memory. The difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 is multiplied by the output of the amplified differential amplifier 33.

また、第1の実施の形態及び第2の実施の形態では、流体の物性値を検出するための温度センサをマイクロヒータ4に対して右側と左側とに設けたが、例えば、温度センサをマイクロヒータ4に対して右側または左側の一方に設けて、流体の温度を検出して流体の物性値を算出してもよい。   Further, in the first embodiment and the second embodiment, the temperature sensors for detecting the physical property value of the fluid are provided on the right side and the left side with respect to the micro heater 4. It may be provided on one of the right side and the left side with respect to the heater 4 to detect the temperature of the fluid and calculate the physical property value of the fluid.

そして、第1の実施の形態及び第2の実施の形態のように温度センサをマイクロヒータ4に対して右側と左側とに設ける場合は、それら両温度センサからの出力信号の平均値を、また、片方の温度センサのみを設ける場合にはその温度センサからの出力信号の値を、流体の物性値を検出する基とすればよい。   When the temperature sensors are provided on the right side and the left side of the microheater 4 as in the first embodiment and the second embodiment, the average value of the output signals from both temperature sensors is When only one temperature sensor is provided, the value of the output signal from the temperature sensor may be used as a basis for detecting the physical property value of the fluid.

さらに、除算部47による除算は、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差信号を増幅した差動アンプ33の出力の値に応じて、選択的に行ってもよい。   Further, the division by the division unit 47 is performed according to the output value of the differential amplifier 33 that amplifies the difference signal between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8. Alternatively, this may be done selectively.

特に、本発明の発明者らが行った実験によれば、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号は、比較的流量の低い領域では流量に比例して出力信号値が上昇するものの、比較低流量の高い領域では流量に比例して出力信号値が上昇せず、出力が飽和に向かう傾向がある。   In particular, according to an experiment conducted by the inventors of the present invention, the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 have a flow rate in a relatively low flow rate region. Although the output signal value increases in proportion, the output signal value does not increase in proportion to the flow rate in a region where the comparatively low flow rate is high, and the output tends to be saturated.

そこで、出力信号値が流量に比例して上昇する比較的低流量の領域においては、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差動アンプ33により増幅された差信号を、そのまま流量信号として扱い、出力信号値が流量に比例して上昇せず鈍化する比較的高流量の領域においては、蒸散部49において、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差動アンプ33により増幅された差信号を、右側サーモパイル11や左側サーモパイル13からの第3温度検出信号の平均値、或は、これらのうちどちらか片方の第3温度検出信号の値により除して、温度検出信号の飽和の影響を除去し、これを流量信号として扱うようにしてもよい。   Therefore, in a relatively low flow rate region where the output signal value rises in proportion to the flow rate, a differential amplifier between the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8. In the region of relatively high flow rate in which the difference signal amplified by 33 is treated as a flow rate signal as it is and the output signal value does not increase in proportion to the flow rate but slows down, in the transpiration unit 49, the output from the downstream thermopile 5 is increased. The difference signal amplified by the differential amplifier 33 between the two temperature detection signals and the first temperature detection signal from the upstream thermopile 8 is the average value of the third temperature detection signals from the right thermopile 11 and the left thermopile 13, or By dividing by the value of the third temperature detection signal of one of these, the influence of saturation of the temperature detection signal may be removed, and this may be handled as a flow signal.

仮にそのように構成すれば、出力の飽和により信頼性が低くなるため比較的高流量の領域での流量計測には利用できなかった、下流側サーモパイル5からの第2温度検出信号と上流側サーモパイル8からの第1温度検出信号との差動アンプ33により増幅された差信号を、右側サーモパイル11や左側サーモパイル13からの第3温度検出信号の平均値、或は、これらのうちどちらか片方の第3温度検出信号の値と共に、比較的高流量の領域での流量計測に利用できるようにして、正確に流量を計測できる流量計測範囲(レンジ)を、従来の100倍単位から10000倍単位にまで拡大し、例えばガスメータにおける各種の漏洩状態を、1つのセンサにより検出できるようにすることができる。   If configured as such, the second temperature detection signal from the downstream thermopile 5 and the upstream thermopile that could not be used for flow rate measurement in a relatively high flow rate region due to low reliability due to output saturation. 8, the difference signal amplified by the differential amplifier 33 with the first temperature detection signal from the average temperature of the third temperature detection signal from the right thermopile 11 or the left thermopile 13, or one of these. Along with the value of the third temperature detection signal, it can be used for flow rate measurement in a relatively high flow rate region, and the flow rate measurement range (range) where the flow rate can be measured accurately has been increased from the conventional 100 times unit to 10,000 times unit. For example, various leak states in the gas meter can be detected by one sensor.

このほか、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、種々変形して実施可能であるのは勿論である。   In addition, it is needless to say that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.

第1の実施の形態のマイクロフローセンサの構成図である。It is a block diagram of the microflow sensor of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のマイクロフローセンサの断面図である。It is sectional drawing of the microflow sensor of 1st Embodiment. 第1の実施の形態のマイクロフローセンサを用いた流量計測装置の構成プロック図である。It is a block diagram of the flow rate measuring device using the microflow sensor of the first embodiment. 第1の実施の形態の流量計測装置により実現される流量計測方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow measuring method implement | achieved by the flow measuring device of 1st Embodiment. 第1温度検出信号及び第2温度検出信号を示す図である。It is a figure which shows a 1st temperature detection signal and a 2nd temperature detection signal. 右側温度検出信号及び左側温度検出信号を示す図である。It is a figure which shows a right side temperature detection signal and a left side temperature detection signal. 第2の実施の形態のマイクロフローセンサの構成図である。It is a block diagram of the microflow sensor of 2nd Embodiment. 第2の実施の形態のマイクロフローセンサを用いた流量計測装置の構成ブロック図である。It is a block diagram of the configuration of a flow rate measuring device using the microflow sensor of the second embodiment. 従来の熱型のマイクロフローセンサの構成図である。It is a block diagram of the conventional thermal type micro flow sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1,1a マイクロフローセンサ
2 Si基板
3 ダイアフラム
4 マイクロヒータ
5 下流側サーモパイル
8 上流側サーモパイル
11 右側サーモパイル
13 左側サーモパイル
21 右側測温抵抗
23 左側測温抵抗
33 差動アンプ
35a,35b アンプ
40 マイクロコンピュータ
41 流量算出部
43 流体物性値算出部
45 加算部
47 除算部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1a Micro flow sensor 2 Si substrate 3 Diaphragm 4 Micro heater 5 Downstream thermopile 8 Upstream thermopile 11 Right side thermopile 13 Left side thermopile 21 Right side resistance thermometer 23 Left side resistance thermometer resistor 33 Differential amplifier 35a, 35b Amplifier 40 Microcomputer 41 Flow rate calculation unit 43 Fluid property value calculation unit 45 Addition unit 47 Division unit

Claims (3)

外部からの駆動電流により流路を流れる計測対象流体を加熱するヒータと、
このヒータから発生した熱が前記計測対象流体の流速の影響をほとんど受けずに前記計測対象流体の熱拡散効果のみによって伝達されるように、このヒータに対して前記計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置され、且つ、前記計測対象流体の温度を検出し、前記計測対象流体の物性値を算出するための温度検出信号を出力する横側温度センサと、
周辺部分が固定されたダイアフラム部を有し且つこのダイアフラム部に形成されている前記ヒータ及び前記横側温度センサを支持する支持基板と、
を備えることを特徴とする熱式流体センサ。
A heater for heating the fluid to be measured that flows through the flow path by an external drive current;
The direction of flow of the measurement target fluid is substantially the same as the flow direction of the measurement target fluid so that the heat generated from the heater is transmitted only by the thermal diffusion effect of the measurement target fluid without being affected by the flow velocity of the measurement target fluid. A lateral temperature sensor that is arranged in an orthogonal direction, detects a temperature of the measurement target fluid, and outputs a temperature detection signal for calculating a physical property value of the measurement target fluid;
A support substrate that has a diaphragm portion with a fixed peripheral portion and supports the heater and the lateral temperature sensor formed in the diaphragm portion;
A thermal fluid sensor comprising:
前記横側温度センサは、前記計測対象流体の流れ方向と略直交して前記ヒータを通る略直線上に配置されていることを特徴とする請求項1記載の熱式流体センサ。   2. The thermal fluid sensor according to claim 1, wherein the lateral temperature sensor is disposed on a substantially straight line passing through the heater substantially orthogonal to a flow direction of the fluid to be measured. 外部からの駆動電流により流路を流れる計測対象流体を加熱するヒータと、
このヒータに対して前記計測対象流体の上流側に配置され、前記計測対象流体の温度を検出し、第1温度検出信号を出力する上流側温度センサと、
前記ヒータに対して前記計測対象流体の下流側に配置され、前記計測対象流体の温度を検出し、第2温度検出信号を出力する下流側温度センサと、
前記ヒータから発生した熱が前記計測対象流体の流速の影響をほとんど受けずに前記計測対象流体の熱拡散効果のみによって伝達されるように、前記ヒータに対して前記計測対象流体の流れ方向と略直交方向に配置され、且つ、前記計測対象流体の温度を検出し、前記計測対象流体の物性値を算出するための第3温度検出信号を出力する横側温度センサと、
周辺部分が固定されたダイアフラム部を有し且つこのダイアフラム部に形成されている前記ヒータ、前記上流側温度センサ、前記下流側温度センサ及び前記横側温度センサを支持する支持基板と、
を備えることを特徴とするフローセンサ。
A heater for heating the fluid to be measured that flows through the flow path by an external drive current;
An upstream temperature sensor that is disposed upstream of the measurement target fluid with respect to the heater, detects the temperature of the measurement target fluid, and outputs a first temperature detection signal;
A downstream temperature sensor that is disposed downstream of the measurement target fluid with respect to the heater, detects a temperature of the measurement target fluid, and outputs a second temperature detection signal;
The flow direction of the measurement target fluid is substantially the same as the flow direction of the measurement target fluid to the heater so that the heat generated from the heater is transmitted only by the thermal diffusion effect of the measurement target fluid without being affected by the flow velocity of the measurement target fluid. A lateral temperature sensor that is arranged in an orthogonal direction, detects a temperature of the measurement target fluid, and outputs a third temperature detection signal for calculating a physical property value of the measurement target fluid;
A support substrate for supporting the heater, the upstream temperature sensor, the downstream temperature sensor, and the lateral temperature sensor having a diaphragm portion with a fixed peripheral portion and formed in the diaphragm portion;
A flow sensor comprising:
JP2007280579A 1999-04-27 2007-10-29 Thermal fluid sensor and flow sensor Abandoned JP2008046143A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021127992A (en) * 2020-02-10 2021-09-02 オムロン株式会社 Flow rate measuring device, flow rate measuring method, and flow rate measuring program

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