JP2014016237A

JP2014016237A - フローセンサ

Info

Publication number: JP2014016237A
Application number: JP2012153606A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ike; 信一池; Masashi Nakano; 正志中野
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-30
Also published as: EP2685223A1; US20140007670A1; CN103542902A

Abstract

【課題】耐食性のあるフローセンサを提供する。
【解決手段】ガラス製の台座１１と、台座１１の上面に配置されたガラス製の基体２１と、基体２１の上面に配置された、電気抵抗素子２３を含む流速検出部２２と、基体２１を貫通し、電気抵抗素子２３と電気的に接続された電極と、を備える、フローセンサ。
【選択図】図１

Description

本発明は計測技術に関し、特にフローセンサに関する。

工業炉、ボイラ、及び空調熱源機器等においては、気体又は液体等の流体が適切な流量で供給されることが求められている。そのため、流量を正確に計測するためのフローセンサが種々開発されている。また、フローセンサは、硫黄酸化物（ＳＯ_X）、窒素酸化物（ＮＯ_X）、塩素分子（Ｃｌ₂）、及び三塩化ホウ素（ＢＣｌ₃）等の腐食性ガスの流量を計測するために用いられることもある。そこで、フローセンサのチップの基体を耐食性のあるガラスで作製し、チップからの電気信号を取り出すための電極を基体の裏面に設けることが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−１８５８６９号公報

フローセンサのさらなる耐食性の向上が望まれている。そこで、本発明は、耐食性のあるフローセンサを提供することを目的の一つとする。

本発明の態様によれば、（ａ）ガラス製の台座と、（ｂ）台座の上面に配置されたガラス製の基体と、（ｃ）基体の上面に配置された、電気抵抗素子を含む流速検出部と、（ｄ）基体を貫通し、電気抵抗素子と電気的に接続された電極と、を備える、フローセンサが提供される。

本発明によれば、耐食性のあるフローセンサを提供可能である。

本発明の実施の形態に係るフローセンサの斜視図である。本発明の実施の形態に係るフローセンサの図１に示したＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。

以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

実施の形態に係るフローセンサは、斜視図である図１及びＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である図２に示すように、ガラス製の台座１１と、台座１１上に配置されたチップ２０と、を備える。チップ２０は、台座１１の上面に配置されたガラス製の基体２１と、基体２１の上面に配置された、電気抵抗素子２３を含む流速検出部２２と、基体２１を貫通し、電気抵抗素子２３と電気的に接続された電極２４Ａ、２４Ｂと、を備える。

基体２１にはキャビティ２５が設けられている。キャビティ２５は、エッチング法やサンドブラスト法等により形成される。基体２１の材料としては、例えば、石英ガラス、及びテンパックス（登録商標）等のホウケイ酸ガラスが使用可能である。流速検出部２２において、電気抵抗素子２３は、例えば絶縁膜に含まれている。絶縁膜の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）等が使用可能である。流速検出部２２は、基体２１のキャビティ２５を覆うように配置されている。また、流速検出部２２の両端にはキャビティ２５の開口が設けられている。

流速検出部２２において、耐食性のある絶縁膜の内部に設けられた電気抵抗素子２３は、平行に配置された第１の測温素子３２、発熱素子３１、及び第２の測温素子３３を含む。発熱素子３１は、電力を与えられて発熱し、流速検出部２２表面を流れる流体を加熱する。第１の測温素子３２及び第２の測温素子３３は、流速検出部２２表面を流れる流体の温度に依存した電気信号を出力する。第１の測温素子３２は発熱素子３１より例えば上流側の流体の温度を検出するために用いられ、第２の測温素子３３は発熱素子３１より例えば下流側の流体の温度を検出するために用いられる。発熱素子３１、第１の測温素子３２、及び第２の測温素子３３のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等の導電性材料が使用可能である。

図２に示す電極２４Ａ、２４Ｂは、流速検出部２２内に設けられた回路を介して第１の測温素子３２、発熱素子３１、及び第２の測温素子３３の少なくとも一つと電気的に接続されている。なお、図２においては、基体２１を貫通する２つの電極２４Ａ、２４Ｂを示したが、基体２１を貫通する電極の数はこれに限定されない。基体２１の裏面には、電極２４Ａに電気的に接続された電導パッド３５Ａと、電極２４Ｂに電気的に接続された電導パッド３５Ｂと、が配置されている。電極２４Ａ、２４Ｂの材料としては、銅（Ｃｕ）、及び銅合金等が使用可能である。電極２４Ａ、２４Ｂは、基体２１にエッチング法やドリルを用いる微細加工法を用いて孔を形成し、孔を電導物質で埋めることにより形成可能である。電導パッド３５Ａ、３５Ｂの材料としては、金（Ａｕ）等が使用可能である。

筒状の台座１１は、下端に外向きフランジ部１３を有する。台座１１の材料としては、例えば、石英ガラス、及びテンパックス（登録商標）等のホウケイ酸ガラスが使用可能である。チップ２０は、台座１１の上面に配置されている。台座１１と、チップ２０の基体２１と、が、ガラスからなるため、台座１１の上面と、基体２１の裏面と、は、耐食性のある接着剤により接着されることが可能である。接着剤としては、フッ素樹脂系接着剤が使用可能である。あるいは、台座１１の上面と、基体２１の裏面と、は、希フッ化水素酸（ＨＦ）接合法、常温活性化接合法、又は拡散接合法により接合されていてもよい。

台座１１の材料及び基体２１の材料に、同じガラスを用いると、台座１１の熱膨張率と、基体２１の熱膨張率と、は、同じになる。そのため、熱膨張率の異なる物同士の界面で生じ得る歪みが、実施の形態に係るフローセンサでは生じにくくなる。

筒状の台座１１の内部には、チップ２０の裏面の電極２４Ａ、２４Ｂから電気信号を外部に取り出すための電導部材４５Ａ、４５Ｂが配置される。電極２４Ａ、２４Ｂと、電導部材４５Ａ、４５Ｂと、は、それぞれ電気的に接続されている。リードピン等が、電導部材４５Ａ、４５Ｂとして使用可能である。

実施の形態に係るフローセンサは、流体が供給される流路に配置される。ここで、流速検出部２２表面に接する流体が静止している場合、発熱素子３１から流体に加えられた熱は、流路の上流方向と下流方向へ対称的に伝播する。したがって、第１の測温素子３２及び第２の測温素子３３の温度は等しくなり、第１の測温素子３２及び第２の測温素子３３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、第１の測温素子３２が配置された側から第２の測温素子３３が配置された側に向かって流体に流れている場合、発熱素子３１から流体に加えられた熱は、第２の測温素子３３が配置された側に運ばれる。したがって、第１の測温素子３２の温度よりも、第２の測温素子３３の温度が高くなる。そのため、第１の測温素子３２の電気抵抗と、第２の測温素子３３の電気抵抗と、に差が生じる。第２の測温素子３３の電気抵抗と、第１の測温素子３２の電気抵抗と、の差は、流速検出部２２表面に接する流体の速度と相関する。そのため、第２の測温素子３３の電気抵抗と、第１の測温素子３２の電気抵抗と、の差から、流速検出部２２表面に接する流体の流量が求められる。

従来のフローセンサにおいては、台座の材料に、ハステロイ（登録商標）及びインコネル（登録商標）等の耐食性金属を用いている。しかし、耐食性金属であっても、高濃度の塩酸、硫酸、王水、及び塩化第二鉄等の腐食性液体に対しては、耐性を有しない。また、台座の材料に耐食性金属を用いると、石英ガラスからなるチップの基体との間で陽極接合をすることが不可能である。

これに対し、実施の形態に係るフローセンサは、チップ２０の基体２１のみならず、台座１１の材料にもガラスを用いているため、高濃度の塩酸、硫酸、王水、及び塩化第二鉄等の腐食性液体の流量を測定することも可能である。したがって、実施の形態に係るフローセンサは、このような腐食性液体を扱う理化学分野、医療分野、バイオ分野、及び半導体分野等にも適用可能である。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明を実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、実施の形態に係るフローセンサは耐食性を有するが、腐食性のない流体の流量の測定に用いてもよいことはもちろんである。この様に、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。

１１台座
１３外向きフランジ部
２０チップ
２１基体
２２流速検出部
２３電気抵抗素子
２４Ａ、２４Ｂ電極
２５キャビティ
３１発熱素子
３２第１の測温素子
３３第２の測温素子
３５Ａ、３５Ｂ電導パッド
４５Ａ、４５Ｂ電導部材

Claims

ガラス製の台座と、
前記台座の上面に配置されたガラス製の基体と、
前記基体の上面に配置された、電気抵抗素子を含む流速検出部と、
前記基体を貫通し、前記電気抵抗素子と電気的に接続された電極と、
を備える、フローセンサ。
前記台座の内部に配置され、前記電極と電気的に接続された電導部材を更に備える、請求項１に記載のフローセンサ。
前記台座の上面と、前記基体の裏面と、が、接着剤により接着されている、請求項１又は２に記載のフローセンサ。
前記接着剤がフッ素樹脂系接着剤である、請求項３に記載のフローセンサ。
前記台座の上面と、前記基体の裏面と、が、希フッ化水素酸接合、常温活性化接合、又は拡散接合により接合されている、請求項１又は２に記載のフローセンサ。
前記台座の熱膨張率と、前記基体の熱膨張率と、が、同じである、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフローセンサ。
前記台座が、石英ガラス又はホウケイ酸ガラスからなる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフローセンサ。
前記基体が、石英ガラス又はホウケイ酸ガラスからなる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフローセンサ。
前記台座が筒状である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のフローセンサ。