JP2012032247A - 熱式流量計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】センサ素子1は、半導体基板2と、半導体基板に形成された空洞部4と、空洞部上に電気絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体5と、発熱抵抗体の加熱温度を検出する加熱温度センサ7と、加熱温度センサにより検出された温度により発熱抵抗体の加熱温度を制御する駆動回路22を備えており、加熱温度センサは、温度によって抵抗値が変化する感温抵抗体であり、発熱抵抗体に対して被計測流体の流れの上流側および下流側に配置し、かつ、被計測流体の流れの垂直方向の上部側と下部側に配置する。
【選択図】 図5
Description
ΔLs=Wh・tanθ (1)
である。ここでWhは、発熱抵抗体の領域35の幅であり、図9に示す発熱抵抗体の端部37aの長さである。前述したように、上記ΔLsの部分は他の下流側温度センサ36bの部分に比べΔTht高くなる。下流側温度センサの領域36bにおいて一部分(ΔLs)が高温(ΔTht)になると、下流側温度センサの領域36bの平均温度がΔTh′に上昇する。加熱温度センサの自己発熱が十分小さく下流側温度センサの領域36b全体がΔThである場合との比ΔTh′/ΔThは、
ΔTh′/ΔTh=1+ΔLsΔTht/(Ls ΔTh)
=1+Wh・ΔTht・tanθ/(Ls ΔTh) (2)
である。ここで、Lsは上流側温度センサの領域36aの紙面上下方向の全体の長さである。また、発熱抵抗体の領域35の紙面上下方向の長さもLsとしている。たとえば、Wh=200μm,Ls=900μm,ΔTh=100℃,ΔTht=20℃,θ=6度とすると、
ΔTh′/ΔTh=1.004 (3)
になり、平均温度が0.4%変化する。平均温度が0.4%変化すると、流量検出誤差に換算すると、およそ1.4%程度になる。
2 基板
3a,3b、3c 電気絶縁膜
4,27a,27b ダイアフラム
5,26a,26b 発熱抵抗体
6 空気流
7,7a,7b,7c,7d,7e,28a,28b 加熱温度センサ
8a,8b,29a,29c 上流側温度センサ
9a,9b 下流側温度センサ
10,11,12 感温抵抗体
13 電極パッド部
14 温度分布
15,17 増幅器
16 トランジスタ
18 吸気管路
19 ベース部材
20 吸気
21 副通路
22 回路基板
23 金線ボンディングワイヤー
24 端子
25 アルミボンディングワイヤー
29b,29d 従来の下流側温度センサ
30a〜n,33a,33b 配線部
31 高温部
32a,32b 空気流の方向
35 発熱抵抗体の領域
36a 上流側温度センサの領域
36b 下流側温度センサの領域
37a,37b,37c,37d 発熱抵抗体の端部
38a,38b 凹部
Claims (12)
- 被計測流体を取り込む開口部を有する副通路と、前記副通路内に配置され被計測流体の流量を計測するセンサ素子とを備えた熱式流量計において、
前記センサ素子は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された空洞部と、前記空洞部上に電気絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の加熱温度を検出する加熱温度センサと、前記加熱温度センサにより検出された温度により前記発熱抵抗体の加熱温度を制御する駆動回路を備え、
前記加熱温度センサは、温度によって抵抗値が変化する感温抵抗体であり、前記発熱抵抗体に対して前記被計測流体の流れの上流側および下流側に配置し、かつ、前記被計測流体の流れの垂直方向の上部側と下部側に配置したことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1記載の熱式流量計において、
前記発熱抵抗体に対して前記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側に位置する前記加熱温度センサは、折り返し形状を持つ複数本の抵抗パターンにより形成され、前記複数本の抵抗パターンは前記空洞部上の前記電気絶縁膜上で電気的に直列に接続されていることを特徴とする熱式流量計。 - 請求項2記載の熱式流量計において、
前記加熱温度センサの抵抗パターンは、前記発熱抵抗体に対して前記被計測流体の流れ方向の上流側および下流側に位置する部分の本数を、前記発熱抵抗体の上部側および下部側に位置する部分の本数よりも、多く設けたことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1記載の熱式流量計において、
前記発熱抵抗体の上部側または下部側から前記発熱抵抗体の電極を前記空洞部の外に取りだす配線を備え、
前記配線は、前記発熱抵抗体と接続される部位において前記配線の線幅が前記発熱抵抗体の短手方向の幅よりも狭く、前記空洞部の端部において前記発熱抵抗体と接続される部位の配線の線幅よりも広いことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項4の熱式流量計において、
前記発熱抵抗体の下部側に位置する前記加熱温度センサは、前記発熱抵抗体と前記配線に挟まれるように配置したことを特徴とする熱式流量計。 - 被計測流体を取り込む開口部を有する副通路と、前記副通路内に配置され被計測流体の流量を計測するセンサ素子とを備えた熱式流量計において、
前記センサ素子は、半導体基板と、前記半導体基板に形成された空洞部と、前記空洞部上に電気絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の加熱温度を検出する加熱温度センサと、前記加熱温度センサにより検出された温度により前記発熱抵抗体の加熱温度を制御する駆動回路と、前記発熱抵抗体と電気的に接続される配線部と、を有し、
前記発熱抵抗体と前記配線部との接続部に絞り部が設けられており、
前記加熱温度センサは前記絞り部に沿って配置され、前記発熱抵抗体の周囲を囲むように設けられたことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項6に記載の熱式流量計において、
前記絞り部は、前記発熱抵抗体と前記配線部によって形成された凹部であり、前記加熱温度センサは前記凹部に沿って配置されることを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1または6に記載の熱式流量計において、
前記発熱抵抗体に対して前記被計測流体の流れの上流側に第1の感温抵抗体と第2の感温抵抗体を配置し、前記発熱抵抗体に対して前記被計測流体の流れの下流側に前記発熱抵抗体の右側に第3の感温抵抗体と第4の感温抵抗体を配置し、前記第1乃至第4の感温抵抗体の温度差に応じた抵抗変化に基づいて被計測流体の流量を測定する熱式流量計。 - 請求項1または6に記載の熱式流量計において、
前記発熱抵抗体の上面に電気絶縁膜を形成し、前記電気絶縁膜の表面に、前記加熱温度センサが形成されることを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1または6に記載の熱式流量計において、
前記加熱温度センサを電気的に前記空洞部の外へ取りだす配線部を設け、前記配線部の空洞部上に位置する配線幅が、前記加熱温度センサの線幅よりも広く形成したことを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1または6に記載の熱式流量計において、
前記発熱抵抗体のパターンは、複数の折り返し部を有するパターンで形成され、
前記加熱温度センサは、前記発熱抵抗体の折り返し部に沿って配置することを特徴とする熱式流量計。 - 請求項1または6に記載の熱式流量計において、
前記副通路は、開口部近傍に徐々に通路面積が小さくなる絞り形状部を備え、前記センサ素子が設置される近傍の副通路の流路が直線となる直線部を備え、前記絞り形状部と前記直線部との間に流路が湾曲する湾曲部を備えたことを特徴とする熱式流量計。
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