JP2014167459A - Flow rate detection sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow rate detection sensor capable of improving detection accuracy.SOLUTION: A flow rate detection sensor 10 comprises: a differential pressure detection element 20 that is deformable according to the flow of fluid and includes a cantilever part 22 having piezoresistance layers 221, 222; a resistance detection part 40 that detects an amount of resistance change dR of the piezoresistance layers 221, 222 associated with deformation of the cantilever part 22; a magnetic material 225 and a solenoid coil 30 that generate a force in a direction cancelling the deformation of the cantilever part 22; a current calculation part 50 that calculates current value Ifb flowing through the solenoid coil 30 on the basis of the amount of resistance change dR; and a flow rate calculation part 60 that calculates a volumetric flow rate of the fluid on the basis of the current value Ifb. The solenoid coil 30 cancels the deformation of the cantilever part 22 by generating a force Ffb according to the current value Ifb.

Description

本発明は、流路を流れる流体の体積流量を検出する流量検出センサに関するものである。   The present invention relates to a flow rate detection sensor for detecting a volume flow rate of a fluid flowing through a flow path.

流速を計測する技術として、カンチレバー部を有する流量検出センサを、主流路をバイパスするバイパス路に設置し、流路内の上流と下流の差圧により弾性変形するカンチレバー部にピエゾ抵抗層を設け、当該ピエゾ抵抗層の抵抗変化に基づいて主流路内の流体の流速を算出するものが知られている(例えば特許文献1参照)。   As a technique for measuring the flow velocity, a flow detection sensor having a cantilever part is installed in a bypass path that bypasses the main flow path, and a piezoresistive layer is provided in the cantilever part that is elastically deformed by the differential pressure between the upstream and downstream in the flow path, One that calculates the flow velocity of the fluid in the main flow path based on the resistance change of the piezoresistive layer is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2012−145356号公報JP 2012-145356 A

上記のカンチレバー部が弾性変形することにより流体が通過する流路断面積も変化すると、流量とピエゾ抵抗層の抵抗変化量との間の線形性が維持されなくなると共に、流体の流れ方を変えてしまうため、流量を精度良く検出することが難しくなる場合があるという問題がある。   If the channel cross-sectional area through which the fluid passes changes due to the elastic deformation of the cantilever, the linearity between the flow rate and the resistance change amount of the piezoresistive layer is not maintained, and the flow of the fluid is changed. Therefore, there is a problem that it may be difficult to accurately detect the flow rate.

本発明が解決しようとする課題は、検出精度の向上を図ることができる流量検出センサを提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a flow rate detection sensor capable of improving detection accuracy.

[1]本発明に係る流量検出センサは、流体の体積流量を検出する流量検出センサであって、前記流体の流れに応じて変形可能であると共にピエゾ抵抗層を有する梁部を備えた差圧検出素子と、前記梁部の変形に伴う前記ピエゾ抵抗層の抵抗変化量を検出する抵抗検出手段と、前記梁部の変形を打ち消す方向の力を発生させる相殺手段と、前記相殺手段に指示するフィードバック量を前記抵抗変化量に基づいて算出する第1の算出手段と、前記フィードバック量に基づいて前記流体の体積流量を算出する第2の算出手段と、を備えており、前記相殺手段は、前記フィードバック量に応じた大きさの力を発生させることで、前記梁部の変形を打ち消すことを特徴とする。   [1] A flow rate detection sensor according to the present invention is a flow rate detection sensor that detects a volume flow rate of a fluid, and is a differential pressure sensor that includes a beam portion that can be deformed according to the flow of the fluid and has a piezoresistive layer. Instructing the canceling means, a resistance detecting means for detecting a resistance change amount of the piezoresistive layer accompanying the deformation of the beam portion, a canceling means for generating a force in a direction to cancel the deformation of the beam portion, and the canceling means A first calculating means for calculating a feedback amount based on the resistance change amount; and a second calculating means for calculating a volume flow rate of the fluid based on the feedback amount; The deformation of the beam portion is canceled by generating a force having a magnitude corresponding to the feedback amount.

[2]上記発明において、前記差圧検出素子は、貫通孔を有すると共に、前記梁部を前記貫通孔に突出するように片持或いは両持支持する支持体を備えており、前記相殺手段は、前記梁部に設けられた磁性体と、前記磁性体を包含する領域に磁界を発生させるコイルと、を有し、前記フィードバック量は、前記コイルに流れる電流値であってもよい。   [2] In the above invention, the differential pressure detecting element has a through-hole and a support body that cantilevered or both-supports the beam portion so as to protrude into the through-hole. And a magnetic body provided in the beam portion and a coil that generates a magnetic field in a region including the magnetic body, and the feedback amount may be a current value flowing through the coil.

[3]上記発明において、前記磁性体は、前記コイルの軸心上に位置していてもよい。   [3] In the above invention, the magnetic body may be located on an axial center of the coil.

[4]上記発明において、前記差圧検出素子は、貫通孔を有すると共に、前記梁部を前記貫通孔に突出するように片持或いは両持支持する支持体を備えており、前記相殺手段は、前記梁部に設けられた導電体と、前記導電体を包含する領域に磁界を発生させる磁界発生部と、を有し、前記フィードバック量は、前記導電体に流れる電流値であってもよい。   [4] In the above invention, the differential pressure detecting element includes a support having a through-hole and cantilevering or supporting both of the beam portions so as to protrude into the through-hole. And an electric conductor provided in the beam portion, and a magnetic field generating unit that generates a magnetic field in a region including the electric conductor, and the feedback amount may be a value of a current flowing through the electric conductor. .

[5]上記発明において、前記第2の算出手段は、前記フィードバック量の補正を行う補正手段を備えており、前記補正手段は、第1の補正用抵抗変化量と第2の補正用抵抗変化量の変動比に基づいて前記補正値を算出する第3の算出手段と、前記フィードバック量を前記補正値で補正演算する第4の算出手段と、を有し、前記第2の補正用抵抗変化量を測定する第2の時期は、前記第1の補正用抵抗変化量を測定する第1の時期より、後であってもよい。   [5] In the above invention, the second calculation means includes a correction means for correcting the feedback amount, and the correction means includes a first correction resistance change amount and a second correction resistance change. Third correction means for calculating the correction value based on a variation ratio of the amount, and fourth calculation means for correcting the feedback amount with the correction value, and the second correction resistance change The second time for measuring the amount may be after the first time for measuring the first correction resistance change amount.

本発明によれば、フィードバック制御によってピエゾ抵抗層の抵抗変化量に基づいて梁部の変形を打ち消しつつ、そのフィードバック量に基づいて流量を算出するので、梁部を閉じた状態で流量を検出することができる。このため、流量とピエゾ抵抗層の抵抗変化量との間の線形性を維持することができると共に、梁部の変形が流量に与える影響を小さくすることができるので、流量検出の精度の向上を図ることができる。   According to the present invention, the flow rate is calculated based on the feedback amount while canceling the deformation of the beam portion based on the resistance change amount of the piezoresistive layer by feedback control, so the flow rate is detected with the beam portion closed. be able to. For this reason, the linearity between the flow rate and the resistance change amount of the piezoresistive layer can be maintained, and the influence of the deformation of the beam portion on the flow rate can be reduced, so that the accuracy of the flow rate detection is improved. Can be planned.

図1は、本発明の第1の実施形態における流量検出センサの全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a flow rate detection sensor according to a first embodiment of the present invention. 図2(a)は、本発明の第1の実施形態におけるバイパス路内の流量検出センサの断面図であり、図2(b)は、本発明の第1の実施形態におけるバイパス路内の流量検出センサの平面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view of the flow rate detection sensor in the bypass path in the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is the flow rate in the bypass path in the first embodiment of the present invention. It is a top view of a detection sensor. 図3(a)は、本発明の第1の実施形態における差圧検出素子の平面図であり、図3(b)は、図3(a)のIIIB-IIIB線に沿った断面図である。FIG. 3A is a plan view of the differential pressure detecting element according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line IIIB-IIIB in FIG. . 図4(a)は、本発明の第1の実施形態における差圧検出素子の変形例を示す平面図であり、図4(b)は、図4(a)のIVB-IVB線に沿った断面図である。FIG. 4A is a plan view showing a modification of the differential pressure detecting element in the first embodiment of the present invention, and FIG. 4B is along the line IVB-IVB in FIG. It is sectional drawing. 図5は、本発明の第1の実施形態における差圧検出素子の製造方法を示す工程図である。FIG. 5 is a process diagram showing the method for manufacturing the differential pressure detecting element in the first embodiment of the present invention. 図6(a)〜図6(h)は、図5の各ステップを示す断面図である。FIG. 6A to FIG. 6H are cross-sectional views showing the steps in FIG. 図7(a)〜図7(g)は、図5の各ステップを示す断面図である。FIG. 7A to FIG. 7G are cross-sectional views showing the steps in FIG. 図8は、本発明の第1の実施形態におけるフィードバック制御を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining feedback control in the first embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第1の実施形態の変形例における流量検出センサの構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a flow rate detection sensor according to a modification of the first embodiment of the present invention. 図10(a)は、本発明の第2の実施形態におけるバイパス路内の流量検出センサの断面図であり、図10(b)は、本発明の第2の実施形態におけるバイパス路内の流量検出センサの平面図である。FIG. 10A is a cross-sectional view of the flow rate detection sensor in the bypass path in the second embodiment of the present invention, and FIG. 10B is the flow rate in the bypass path in the second embodiment of the present invention. It is a top view of a detection sensor. 図11(a)は、本発明の第2の実施形態における差圧検出素子の平面図であり、図11(b)は、図11(a)のXIB-XIB線に沿った断面図である。FIG. 11A is a plan view of a differential pressure detection element according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line XIB-XIB in FIG. 11A. . 図12は、本発明の第2の実施形態の変形例における流量補正部の構成を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the flow rate correction unit in a modification of the second embodiment of the present invention. 図13は、本発明の第2の実施形態の変形例における運用時の流量補正のフローチャートを示す図である。FIG. 13 is a flowchart illustrating flow rate correction during operation according to the modification of the second embodiment of the present invention. 図14は、本発明の第2の実施形態の変形例における初期設定時の流量補正のフローチャートを示す図である。FIG. 14 is a view showing a flow chart of flow rate correction at the time of initial setting in a modification of the second embodiment of the present invention. 図15は、本発明の第2の実施形態の変形例における保守時の流量補正のフローチャートを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a flow chart of flow rate correction at the time of maintenance in a modification of the second embodiment of the present invention. 図16は、本発明の第3の実施形態における流量検出センサの構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram showing a configuration of a flow rate detection sensor according to the third embodiment of the present invention.

<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態を図面に基づいて説明する。
<First Embodiment>
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.

図1は本発明の第1の実施形態における流量検出センサの全体構成を示す図、図2(a)及び図2(b)は本発明の第1の実施形態におけるバイパス路内の流量センサの断面図及び平面図、図3(a)及び図3(b)は本発明の第1の実施形態における差圧検出素子の平面図及び断面図、図4(a)及び図4(b)は差圧検出素子の変形例を示す平面図及び断面図である。   FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a flow rate detection sensor according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are diagrams of the flow rate sensor in the bypass path according to the first embodiment of the present invention. 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of the differential pressure detecting element according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 4A and 4B are FIG. 4A and FIG. It is the top view and sectional drawing which show the modification of a differential pressure | voltage detection element.

本発明の第1の実施形態における流量検出センサ10は、図1に示すように、主流路1を流れる流体の体積流量を計測する装置である。この流量検出センサ10は、差圧検出素子20と、ソレノイドコイル30と、抵抗検出部40と、電流算出部50と、流量算出部60と、を備えている。主流路1内を流れる流体の一例としては、例えば、空気等の気体を例示することができるが液体であってもよい。   As shown in FIG. 1, the flow rate detection sensor 10 according to the first exemplary embodiment of the present invention is a device that measures the volume flow rate of the fluid flowing through the main flow path 1. The flow rate detection sensor 10 includes a differential pressure detection element 20, a solenoid coil 30, a resistance detection unit 40, a current calculation unit 50, and a flow rate calculation unit 60. As an example of the fluid flowing in the main flow path 1, for example, a gas such as air can be exemplified, but a liquid may be used.

なお、図1では、流体が主流路1内を左側から右側に向かって流れている状況を図示しているが、流体の流通方向は特にこれに限定されず、流体が主流路1内を右側から左側に向かって流れる場合もある。   1 illustrates a situation in which the fluid flows in the main channel 1 from the left side to the right side, but the flow direction of the fluid is not particularly limited to this, and the fluid flows in the main channel 1 on the right side. May flow from left to right.

この主流路1からはバイパス路2が分岐しており、主流路1とバイパス路2は、上流側開口3で連結されていると共に、下流側開口4でも連結されている。図2(a)及び図2(b)に示すように、バイパス路2内には取付部材35が設置されており、この取付部材35に差圧検出素子20とソレノイドコイル30が取り付けられている。   A bypass path 2 is branched from the main flow path 1, and the main flow path 1 and the bypass path 2 are connected by the upstream opening 3 and also by the downstream opening 4. As shown in FIGS. 2A and 2B, an attachment member 35 is installed in the bypass path 2, and the differential pressure detecting element 20 and the solenoid coil 30 are attached to the attachment member 35. .

従来の流量検出センサでは、差圧検出素子のカンチレバー部の弾性変形によってバイパス路の開口間の圧力差を検出し、当該圧力差に基づいて流量を算出する。これに対し、本発明の第1の実施形態では、後述するフィードバック制御によってソレノイドコイル30の磁力を利用して差圧検出素子20のカンチレバー部22の弾性変形を相殺しつつ、そのソレノイドコイル30に流す電流値に基づいて流体の体積流量を算出する。   In the conventional flow rate detection sensor, the pressure difference between the openings of the bypass passage is detected by elastic deformation of the cantilever portion of the differential pressure detection element, and the flow rate is calculated based on the pressure difference. In contrast, in the first embodiment of the present invention, the solenoid coil 30 is subjected to feedback control, which will be described later, while canceling the elastic deformation of the cantilever portion 22 of the differential pressure detecting element 20 using the magnetic force of the solenoid coil 30. The volume flow rate of the fluid is calculated based on the value of the current to flow.

差圧検出素子20は、図3(a)及び図3(b)に示すように、支持体21と、カンチレバー部22と、電極23,24と、を備えたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子である。   As shown in FIGS. 3A and 3B, the differential pressure detecting element 20 is a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) element including a support 21, a cantilever portion 22, and electrodes 23 and 24. It is.

後述するように、支持体21とカンチレバー部22は、SOI(Silicon on Insulator)ウェハ80を加工することで一体的に形成されており、支持体21は、第1のシリコン層81、酸化シリコン層82、及び、第2のシリコン層83からなる積層体で構成されている。この支持体21には、当該支持体21を貫通する貫通孔211が形成されている。   As will be described later, the support 21 and the cantilever portion 22 are integrally formed by processing an SOI (Silicon on Insulator) wafer 80, and the support 21 includes a first silicon layer 81, a silicon oxide layer. 82 and a laminated body composed of the second silicon layer 83. A through-hole 211 that penetrates the support 21 is formed in the support 21.

一方、カンチレバー部22は、第2のシリコン層83と、一対のピエゾ抵抗層221,222と、から構成されており、上記の貫通孔211の上側の開口に突出するように、支持体21に片持ち支持されている。このカンチレバー部22において、第2のシリコン層83は自由端側に位置しているのに対し、ピエゾ抵抗層221,222は固定端側に位置しており、カンチレバー部22の外縁と貫通孔211の開口との間には隙間(ギャップ)224が確保されている。この隙間224は、バイパス路2内を流体がほとんど流れない程度の狭い幅を有しており、特に限定されないが、例えば、0.1[μm]〜10[μm
]程度の幅を有することが好ましい。
On the other hand, the cantilever portion 22 includes a second silicon layer 83 and a pair of piezoresistive layers 221 and 222. The cantilever portion 22 is formed on the support 21 so as to protrude into the opening above the through hole 211. Cantilevered. In the cantilever portion 22, the second silicon layer 83 is located on the free end side, whereas the piezoresistive layers 221 and 222 are located on the fixed end side, and the outer edge of the cantilever portion 22 and the through hole 211. A gap (gap) 224 is secured between the two openings. The gap 224 has such a narrow width that almost no fluid flows in the bypass passage 2 and is not particularly limited. For example, the clearance 224 is 0.1 [μm] to 10 [μm].
It is preferable to have a width of about].

ピエゾ抵抗層221,222は、n型若しくはp型の不純物を第2のシリコン層83にドーピングすることで形成されており、カンチレバー部22の弾性変形に伴って当該ピエゾ抵抗層221,222の抵抗値が変化する。このため、本発明の第1の実施形態では、ピエゾ抵抗層221,222は、カンチレバー部22において最も歪みが大きくなる根元部分に設けられており、カンチレバー部22は、このピエゾ抵抗層221,222で貫通孔211の開口の周縁に連結されている。   The piezoresistive layers 221 and 222 are formed by doping the second silicon layer 83 with n-type or p-type impurities, and the resistance of the piezoresistive layers 221 and 222 with the elastic deformation of the cantilever portion 22. The value changes. For this reason, in the first embodiment of the present invention, the piezoresistive layers 221 and 222 are provided at the root portion where the strain is greatest in the cantilever portion 22, and the cantilever portion 22 is provided in the piezoresistive layers 221 and 222. And is connected to the periphery of the opening of the through hole 211.

このピエゾ抵抗層221,222同士は、カンチレバー部22上に設けられた接続リード223を介して電気的に直列接続されている。なお、カンチレバー部22全体をピエゾ抵抗層で形成してもよく、この場合には接続リード223は不要となる。   The piezoresistive layers 221 and 222 are electrically connected in series via connection leads 223 provided on the cantilever portion 22. Note that the entire cantilever portion 22 may be formed of a piezoresistive layer, and in this case, the connection lead 223 is unnecessary.

さらに、本発明の第1の実施形態では、カンチレバー部22の上面に磁性体225が設けられている。この磁性体225は、カンチレバー部22の自由端に位置している。この磁性体225を構成する材料としては、例えば、Ni−Fe(パーマロイ)等の強磁性金属材料を例示することができる。この磁性体225を磁化してもよく、これにより主流路1内における流体の両方向の流れにも対処することができる。また、磁性体225の設置位置はカンチレバー部22上であれば特に限定されないが、当該カンチレバー部22の自由端に近い方が好ましい。   Furthermore, in the first embodiment of the present invention, the magnetic body 225 is provided on the upper surface of the cantilever portion 22. The magnetic body 225 is located at the free end of the cantilever portion 22. Examples of the material constituting the magnetic body 225 include a ferromagnetic metal material such as Ni—Fe (permalloy). The magnetic body 225 may be magnetized so that the flow of the fluid in the main flow path 1 in both directions can be dealt with. Further, the installation position of the magnetic body 225 is not particularly limited as long as it is on the cantilever part 22, but it is preferable that the magnetic body 225 is closer to the free end of the cantilever part 22.

なお、カンチレバー部22に代えて、図4(a)及び図4(b)に示すように、貫通孔211の開口に突出するように梁部22Bを支持体21に両持支持させてもよい。この場合には、梁部22Bの略中央部分に磁性体225を設ける。本発明の第1の実施形態におけるカンチレバー部22や梁部22Bが、本発明における梁部の一例に相当する。   Instead of the cantilever part 22, as shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the beam part 22B may be supported by the support body 21 so as to protrude from the opening of the through hole 211. . In this case, the magnetic body 225 is provided at a substantially central portion of the beam portion 22B. The cantilever part 22 and the beam part 22B in the first embodiment of the present invention correspond to an example of the beam part in the present invention.

電極23,24は、支持体21の上面に設けられている。第1の電極23は、第1のリード231を介して第1のピエゾ抵抗層221に電気的に接続されている。第2の電極24も、第2のリード241を介して第2のピエゾ抵抗層222に電気的に接続されている。この電極23,24は、特に図示しない配線等を介して、上述の抵抗検出部40に電気的に接続されている。   The electrodes 23 and 24 are provided on the upper surface of the support 21. The first electrode 23 is electrically connected to the first piezoresistive layer 221 through the first lead 231. The second electrode 24 is also electrically connected to the second piezoresistive layer 222 via the second lead 241. The electrodes 23 and 24 are electrically connected to the above-described resistance detection unit 40 through a wiring or the like (not shown).

なお、上述の接続リード223が磁性を有する材料で構成されている場合には、上述の磁性体225を接続リード223と同じ材料で構成してもよい。この場合には、根元部分を除くカンチレバー部22の全面に導電層を設けて、接続リード223と磁性体225を一体的に形成してもよい。   When the connection lead 223 is made of a material having magnetism, the magnetic body 225 may be made of the same material as the connection lead 223. In this case, a conductive layer may be provided on the entire surface of the cantilever portion 22 excluding the root portion, and the connection lead 223 and the magnetic body 225 may be integrally formed.

以上に説明した磁性体225を有する差圧検出素子20の製造方法について、図5〜図7(g)を参照しながら説明する。   A method for manufacturing the differential pressure detecting element 20 having the magnetic body 225 described above will be described with reference to FIGS.

図5は本発明の第1の実施形態における差圧検出素子の製造方法を示す工程図、図6(a)〜図7(g)は図5の各ステップを示す断面図である。   FIG. 5 is a process diagram showing a method of manufacturing a differential pressure detecting element according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 6A to 7G are cross-sectional views showing steps in FIG.

先ず、図5のステップS11において、図6(a)に示すように、SOIウェハ80を準備する。このSOIウェハ80は、第1のシリコン層81(ハンドル層)と、酸化シリコン層82(BOX(Buried Oxide)層)と、第2のシリコン層83(活性層)と、を有しており、2つのシリコン層81,83の間に酸化シリコン層82を挟むように3つの層81〜83が積層されている。   First, in step S11 of FIG. 5, an SOI wafer 80 is prepared as shown in FIG. The SOI wafer 80 includes a first silicon layer 81 (handle layer), a silicon oxide layer 82 (BOX (Buried Oxide) layer), and a second silicon layer 83 (active layer). Three layers 81 to 83 are stacked so that the silicon oxide layer 82 is sandwiched between the two silicon layers 81 and 83.

特に限定されないが、第1のシリコン層81の厚みが300[μm]程度であり、酸化シリコン層82の厚みが0.4[μm]程度であり、第2のシリコン層83の厚みが0.3[μm]程度であることが好ましい。   Although not particularly limited, the thickness of the first silicon layer 81 is about 300 [μm], the thickness of the silicon oxide layer 82 is about 0.4 [μm], and the thickness of the second silicon layer 83 is about 0.2 μm. It is preferably about 3 [μm].

こうしたSOIウェハ80を形成する手法としては、例えば、酸化膜が形成されたシリコン基板に別のシリコン基板を貼り合わせる方法や、SIMOX(Separation by Implanted Oxygen)法、スマートカット法等を例示することができる。   Examples of a method for forming such an SOI wafer 80 include a method in which another silicon substrate is bonded to a silicon substrate on which an oxide film is formed, a SIMOX (Separation by Implanted Oxygen) method, a smart cut method, and the like. it can.

次いで、図5のステップS12において、SOIウェハ80の第2のシリコン層83にピエゾ抵抗層221,222を形成する。   Next, in step S <b> 12 of FIG. 5, piezoresistive layers 221 and 222 are formed on the second silicon layer 83 of the SOI wafer 80.

具体的には、先ず、図6(b)に示すように、SOIウェハ80の第2のシリコン層83上に第1のレジスト層91を形成する。この第1のレジスト層91は、ピエゾ抵抗層221,222の形状に対応した開口を有している。   Specifically, first, as shown in FIG. 6B, a first resist layer 91 is formed on the second silicon layer 83 of the SOI wafer 80. The first resist layer 91 has an opening corresponding to the shape of the piezoresistive layers 221 and 222.

次いで、図6(c)に示すように、第1のレジスト層91の開口を介して、n型若しくはp型の不純物を第2のシリコン層83にドーピングすることで、ピエゾ抵抗層221,222を形成し、その後、第1のレジスト層91を除去する。第2のシリコン層83に不純物をドーピングする手法としては、熱拡散法(Thermal Diffusion)やイオン注入法(Ion Implantation)等を例示することができる。   6C, the n-type or p-type impurity is doped into the second silicon layer 83 through the opening of the first resist layer 91, so that the piezoresistive layers 221 and 222 are formed. After that, the first resist layer 91 is removed. Examples of a technique for doping the second silicon layer 83 with an impurity include a thermal diffusion method (Thermal Diffusion) and an ion implantation method (Ion Implantation).

なお、特に図示しないが、第1のレジスト層91を形成せずに、第2のシリコン層83全体に不純物をドーピングしてもよい。この場合には、上述のように、接続リード223を省略することができる。   Although not particularly shown, the entire second silicon layer 83 may be doped without forming the first resist layer 91. In this case, as described above, the connection lead 223 can be omitted.

次いで、図5のステップS13において、ピエゾ抵抗層221,222を形成したSOIウェハ80に磁性体225を形成する。   Next, in step S13 of FIG. 5, a magnetic body 225 is formed on the SOI wafer 80 on which the piezoresistive layers 221 and 222 are formed.

具体的には、先ず、図6(d)に示すように、SOIウェハ80の上面全体に磁性層84を形成する。この磁性層84を構成する材料としては、Ni−Fe(パーマロイ)等の強磁性金属材料を例示することができる。また、この磁性層84を形成する手法としては、例えば、スパッタリング、真空蒸着、めっき等の手法を例示することができる。   Specifically, first, as shown in FIG. 6D, the magnetic layer 84 is formed on the entire upper surface of the SOI wafer 80. As a material constituting the magnetic layer 84, a ferromagnetic metal material such as Ni-Fe (permalloy) can be exemplified. Examples of the method for forming the magnetic layer 84 include methods such as sputtering, vacuum deposition, and plating.

次いで、図6(e)に示すように、磁性層84上に第2のレジスト層92を形成する。この第2のレジスト層92は、上述した磁性体225に対応した形状を有している。次いで、図6(f)に示すように、ウェットエッチング或いはドライエッチングによって磁性層84を選択的に除去することで磁性体225を形成し、その後、第2のレジスト層92を磁性体225上から除去する。   Next, as shown in FIG. 6E, a second resist layer 92 is formed on the magnetic layer 84. The second resist layer 92 has a shape corresponding to the magnetic body 225 described above. Next, as shown in FIG. 6 (f), the magnetic body 225 is formed by selectively removing the magnetic layer 84 by wet etching or dry etching, and then the second resist layer 92 is formed on the magnetic body 225. Remove.

次いで、図5のステップS14において、図6(g)に示すように、ピエゾ抵抗層221,222及び磁性体225を形成したSOIウェハ80の上面全体に導電層85を形成する。この導電層85を構成する材料としては、例えば、銅、アルミニウム、金等の金属材料を例示することができる。また、この導電層85を形成する手法としては、例えば、スパッタリング、真空蒸着、めっき等の手法を例示することができる。   Next, in step S14 of FIG. 5, as shown in FIG. 6G, a conductive layer 85 is formed on the entire upper surface of the SOI wafer 80 on which the piezoresistive layers 221 and 222 and the magnetic body 225 are formed. Examples of the material constituting the conductive layer 85 include metal materials such as copper, aluminum, and gold. Examples of the method for forming the conductive layer 85 include methods such as sputtering, vacuum deposition, and plating.

なお、磁性層84と導電層85を形成する前に、SOIウェハ80の上面全体に下地層を形成してもよい。これにより、第2のシリコン層83に対する導電層85の密着性を向上させたり、導電層85を構成する金属材料が第2のシリコン層83に拡散するのを防止することができる。こうした下地層を構成する材料としては、例えば、クロム、ニッケル、チタン、或いは、チタン−タングステン等を例示することができる。   Note that a base layer may be formed on the entire upper surface of the SOI wafer 80 before the magnetic layer 84 and the conductive layer 85 are formed. Thereby, the adhesion of the conductive layer 85 to the second silicon layer 83 can be improved, and the metal material constituting the conductive layer 85 can be prevented from diffusing into the second silicon layer 83. Examples of the material constituting such an underlayer include chromium, nickel, titanium, titanium-tungsten, and the like.

次いで、図5のステップS15において、第2のシリコン層83に対してパターニングを行う。   Next, in step S15 of FIG. 5, the second silicon layer 83 is patterned.

具体的には、先ず、図6(h)に示すように、導電層85上に第3のレジスト層93を形成する。この第3のレジスト層93は、差圧検出素子20の隙間224の形状に対応した開口を有している。   Specifically, first, as shown in FIG. 6H, a third resist layer 93 is formed on the conductive layer 85. The third resist layer 93 has an opening corresponding to the shape of the gap 224 of the differential pressure detecting element 20.

次いで、図7(a)に示すように、第3のレジスト層93の開口を介して、ウェットエッチング或いはドライエッチングによって導電層85を選択的に除去し、その後、第3のレジスト層93を導電層85上から除去する。   Next, as shown in FIG. 7A, the conductive layer 85 is selectively removed by wet etching or dry etching through the opening of the third resist layer 93, and then the third resist layer 93 is made conductive. Remove from above layer 85.

次いで、図7(b)に示すように、上記のようにパターニングされた導電層85をマスクとして利用して、第2のシリコン層83をエッチングすることで、カンチレバー部22の外縁を規定する隙間224を形成する。この際、酸化シリコン層82がエッチングストッパとして機能する。この第2のシリコン層83に対する具体的なエッチング手法としては、例えば、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)等のドライエッチングを例示する
ことができる。
Next, as shown in FIG. 7B, by using the conductive layer 85 patterned as described above as a mask, the second silicon layer 83 is etched to define a gap that defines the outer edge of the cantilever portion 22. 224 is formed. At this time, the silicon oxide layer 82 functions as an etching stopper. As a specific etching method for the second silicon layer 83, for example, dry etching such as DRIE (Deep Reactive Ion Etching) can be exemplified.

次いで、図5のステップS16において、導電層85に対してパターニングを行うことで、電極23,24やリード223,231,241を形成する。   Next, in step S <b> 16 of FIG. 5, the electrodes 23 and 24 and the leads 223, 231, and 241 are formed by patterning the conductive layer 85.

具体的には、先ず、図7(c)に示すように、導電層85の上に第4のレジスト層94を形成する。この第4のレジスト層94は、電極23,24やリード223,231,2
41に対応した形状を有している。次いで、図7(d)に示すように、第4のレジスト層94が形成された導電層85をエッチングし、その後、導電層85の上から第4のレジスト層94を除去する。なお、導電層85において磁性体225を覆っている部分をエッチングせずに磁性体225上に残してもよい。
Specifically, first, as shown in FIG. 7C, a fourth resist layer 94 is formed on the conductive layer 85. The fourth resist layer 94 is composed of electrodes 23 and 24 and leads 223, 231 and 2.
41. Next, as illustrated in FIG. 7D, the conductive layer 85 on which the fourth resist layer 94 is formed is etched, and then the fourth resist layer 94 is removed from above the conductive layer 85. Note that a portion of the conductive layer 85 covering the magnetic body 225 may be left on the magnetic body 225 without being etched.

次いで、図5のステップS17において、図7(e)に示すように、SOIウェハ80の下面に第5のレジスト層95を形成する。この第5のレジスト層95は、上述の貫通孔211の形状に対応した開口を有している。   Next, in step S <b> 17 of FIG. 5, a fifth resist layer 95 is formed on the lower surface of the SOI wafer 80 as shown in FIG. The fifth resist layer 95 has an opening corresponding to the shape of the through hole 211 described above.

次いで、図7(f)に示すように、第1のシリコン層81を下方からエッチングする。この際、酸化シリコン層82がエッチングストッパとして機能する。この第1のシリコン層81に対する具体的なエッチング手法としては、例えば、DRIE等のドライエッチングを例示することができる。   Next, as shown in FIG. 7F, the first silicon layer 81 is etched from below. At this time, the silicon oxide layer 82 functions as an etching stopper. As a specific etching method for the first silicon layer 81, for example, dry etching such as DRIE can be exemplified.

次いで、図5のステップS18において、図7(g)に示すように、酸化シリコン層82を下方からエッチングすることで、貫通孔211を有する支持体21が形成される。この酸化シリコン層82に対する具体的なエッチング手法としては、例えば、フッ酸(HF)を用いたウェットエッチング等を例示することができる。   Next, in step S18 of FIG. 5, as shown in FIG. 7G, the silicon oxide layer 82 is etched from below to form the support 21 having the through holes 211. As a specific etching method for the silicon oxide layer 82, for example, wet etching using hydrofluoric acid (HF) can be exemplified.

以上に説明したステップS11〜S18を実行することで、一枚のSOIウェハ80に多数の差圧検出素子20が一括で形成される。このため、図5のステップS19において、当該多数の差圧検出素子20をダイシングによって個片化することで、個々の差圧検出素子20が完成する。   By executing Steps S11 to S18 described above, a large number of differential pressure detecting elements 20 are collectively formed on one SOI wafer 80. Therefore, in step S19 in FIG. 5, the individual differential pressure detection elements 20 are completed by dividing the multiple differential pressure detection elements 20 into pieces by dicing.

なお、差圧検出素子20の製造方法は、図5に示すものに限定されない。例えば、電極23,24を形成した後(図5のステップS16の後)に磁性体225を形成してもよい。   In addition, the manufacturing method of the differential pressure | voltage detection element 20 is not limited to what is shown in FIG. For example, the magnetic body 225 may be formed after the electrodes 23 and 24 are formed (after step S16 in FIG. 5).

以上のように作製された差圧検出素子20は、図1、図2(a)及び図2(b)に示すように、取付部材35を介してソレノイドコイル30と共にバイパス路2内に設置されている。この取付部材35は、同図に示すように、プレート部351と、フランジ部353と、支持突起354と、を有している。   The differential pressure detecting element 20 manufactured as described above is installed in the bypass path 2 together with the solenoid coil 30 via the mounting member 35 as shown in FIGS. 1, 2 (a) and 2 (b). ing. The mounting member 35 includes a plate portion 351, a flange portion 353, and a support protrusion 354, as shown in FIG.

プレート部351は、バイパス路2の内径よりも大きな外形を有する円板形状を有しており、その中央部分には開口352が形成されている。この開口352に差圧検出素子20が固定されており、差圧検出素子20は、カンチレバー部22が流体の流通方向に対して直交し、且つ、貫通孔211が流体の流通方向に沿うように、バイパス路2内に配置されている。   The plate portion 351 has a disk shape having an outer shape larger than the inner diameter of the bypass passage 2, and an opening 352 is formed in the central portion thereof. The differential pressure detection element 20 is fixed to the opening 352, and the differential pressure detection element 20 is configured such that the cantilever portion 22 is orthogonal to the fluid flow direction and the through hole 211 is along the fluid flow direction. It is arranged in the bypass 2.

フランジ部353は、バイパス路2の内径よりも僅かに小さな外径を有する筒状形状を有しており、プレート部351の外周近傍に立設されている。このフランジ部353がバイパス路2の内面に密着すると共にプレート部351の外周部分がバイパス路2の壁面に入り込むことで、取付部材35がバイパス路2に固定されている。   The flange portion 353 has a cylindrical shape having an outer diameter slightly smaller than the inner diameter of the bypass path 2, and is erected in the vicinity of the outer periphery of the plate portion 351. The flange member 353 is in close contact with the inner surface of the bypass passage 2 and the outer peripheral portion of the plate portion 351 enters the wall surface of the bypass passage 2, so that the attachment member 35 is fixed to the bypass passage 2.

一方、支持突起354は、プレート部351の開口352を囲むようにプレート部351に立設されている。この支持突起354は環状形状を有しており、当該支持突起354の外周面に導電線31が巻回されることで、ソレノイドコイル30が形成されている。当該ソレノイドコイル30の中心軸32(図3(b)参照)上に磁性体225が位置している。   On the other hand, the support protrusion 354 is erected on the plate portion 351 so as to surround the opening 352 of the plate portion 351. The support protrusion 354 has an annular shape, and the solenoid coil 30 is formed by winding the conductive wire 31 around the outer peripheral surface of the support protrusion 354. A magnetic body 225 is positioned on the central axis 32 (see FIG. 3B) of the solenoid coil 30.

なお、特に図示しないが、支持突起354を、プレート部351の両面に設けてソレノイドコイル30を差圧検出素子20の両側に配置してもよい。これにより、主流路1内における流体の両方向の流れにも対処することができる。   Although not particularly illustrated, support protrusions 354 may be provided on both surfaces of the plate portion 351, and the solenoid coils 30 may be disposed on both sides of the differential pressure detecting element 20. Thereby, it is possible to cope with the flow of the fluid in the main flow path 1 in both directions.

図1に示すように主流路1に流体が流れている場合、壁面との摩擦等に起因して圧力損失が生じ、下流側ほど圧力が低くなるので、バイパス路2の上流側開口3の圧力と比較して下流側開口4の圧力が低くなる。一方、上述のように差圧検出素子20の隙間224は流体がほとんど流れない程度に狭くなっている。このため、カンチレバー部22の上流側には上流側開口3の圧力が加わるのに対し、カンチレバー部22の下流側には下流側開口4の圧力が加わる。そして、この開口3,4間の圧力差によって差圧検出素子20のカンチレバー部22が弾性変形し、ピエゾ抵抗層221,222に歪みが生じる。   As shown in FIG. 1, when a fluid is flowing in the main flow path 1, pressure loss occurs due to friction with the wall surface and the pressure becomes lower toward the downstream side. The pressure in the downstream opening 4 is lower than On the other hand, as described above, the gap 224 of the differential pressure detecting element 20 is narrow to such an extent that fluid hardly flows. For this reason, the pressure of the upstream opening 3 is applied to the upstream side of the cantilever part 22, while the pressure of the downstream opening 4 is applied to the downstream side of the cantilever part 22. Then, the cantilever portion 22 of the differential pressure detecting element 20 is elastically deformed by the pressure difference between the openings 3 and 4, and the piezoresistive layers 221 and 222 are distorted.

抵抗検出部40は、このカンチレバー部22の弾性変形に伴うピエゾ抵抗層221,222の抵抗値を、電極23,24を介して検出し、当該抵抗値から抵抗変化量dR[Ω]を算出する。   The resistance detector 40 detects the resistance value of the piezoresistive layers 221 and 222 accompanying the elastic deformation of the cantilever part 22 via the electrodes 23 and 24, and calculates the resistance change amount dR [Ω] from the resistance value. .

一方、ソレノイドコイル30は、通電によりカンチレバー部22を包含する領域に磁界を形成することが可能となっている。当該カンチレバー部22に設けられた磁性体225は、このソレノイドコイル30により形成された磁界の磁気勾配によって、磁束密度の高い領域(すなわちソレノイドコイル30の中心軸)に向かって引き寄せられる。なお、本発明の第1の実施形態における磁性体225とソレノイドコイル30が、本発明における相殺手段の一例に相当する。   On the other hand, the solenoid coil 30 can form a magnetic field in a region including the cantilever portion 22 by energization. The magnetic body 225 provided in the cantilever portion 22 is attracted toward a region having a high magnetic flux density (that is, the central axis of the solenoid coil 30) by the magnetic gradient of the magnetic field formed by the solenoid coil 30. Note that the magnetic body 225 and the solenoid coil 30 in the first embodiment of the present invention correspond to an example of the canceling unit in the present invention.

電流算出部50は、下記の(1)式に従って、ソレノイドコイル30の電流値Ifb[A]を算出する。但し、Ifb_old[A]は、dR[Ω]の計測を行った時点で流れているフィードバック電流の値であり、kは比例定数である。その他の関係式として、下記の(2)〜(4)式がある。flowは流体の体積流量[m/s]であり、Fflowは流体の差圧によりカンチレバー部22に加わる力[N]であり、Ffbはソレノイドコイル30の磁力によりカンチレバー部22に加わる力[N]であり、m,nは比例定数である。 The current calculation unit 50 calculates the current value Ifb [A] of the solenoid coil 30 according to the following equation (1). However, Ifb_old [A] is the value of the feedback current flowing when dR [Ω] is measured, and k is a proportional constant. Other relational expressions include the following expressions (2) to (4). “flow” is a volume flow rate [m 3 / s] of the fluid, “Fflow” is a force [N] applied to the cantilever portion 22 by the differential pressure of the fluid, and “Ffb” is a force [N] applied to the cantilever portion 22 by the magnetic force of the solenoid coil 30. M and n are proportional constants.

Ifb=Ifb_old+k×dR … (1)
Fflow=m×flow … (2)
Ffb=Fflow … (3)
Ifb=n×Ffb … (4)
Ifb = Ifb_old + k × dR (1)
Fflow = m × flow (2)
Ffb = Fflow (3)
Ifb = n × Ffb (4)

なお、上記の(1)式は、一般的なフィードバック制御の方法に基づくものである。また、上記の(2)式はカンチレバーに加わる力が流量に比例することに基づくものであり、(3)式はdR[Ω]が0となった場合の釣り合いに基づくものであり、(4)式は、同じ位置での磁気勾配の大きさはソレノイドコイル30に流れる電流の大きさに比例することに基づくものである。   The above equation (1) is based on a general feedback control method. In addition, the above equation (2) is based on the fact that the force applied to the cantilever is proportional to the flow rate, and the equation (3) is based on the balance when dR [Ω] becomes 0, (4 ) Is based on the fact that the magnitude of the magnetic gradient at the same position is proportional to the magnitude of the current flowing through the solenoid coil 30.

電流算出部50は、上記の(2)〜(4)式に従って電流値Ifbを算出する。kが負の場合、抵抗変化量dR[Ω]が負の値である場合には電流値Ifbは増加する。一方、抵抗変化量dR[Ω]が正の値である場合には電流値Ifbは減少する。ただし、kは負に限定されるものではなく、抵抗変化量dR[Ω]を0に収束させるように決定される。   The current calculation unit 50 calculates the current value Ifb according to the above equations (2) to (4). When k is negative, the current value Ifb increases when the resistance change amount dR [Ω] is a negative value. On the other hand, when the resistance change amount dR [Ω] is a positive value, the current value Ifb decreases. However, k is not limited to negative and is determined so that the resistance change amount dR [Ω] converges to zero.

上記の(1)式により算出された大きさIfbの電流をソレノイドコイル30に流すことで、図8に示すように、流体の差圧による力Fflowと釣り合った大きさの力Ffbが、ソレノイドコイル30の磁力によってカンチレバー部22に対して加わり、カンチレバー部22の変形が打ち消されてその変形量がゼロとなる。なお、図8は本発明の第1の実施形態におけるフィードバック制御を説明するための図である。また、本発明の第1の実施形態における電流値Ifbが、本発明におけるフィードバック量の一例に相当する。   By causing the current Ifb calculated by the above equation (1) to flow through the solenoid coil 30, as shown in FIG. 8, a force Ffb having a magnitude commensurate with the force Fflow caused by the differential pressure of the fluid is generated. The cantilever portion 22 is applied to the cantilever portion 22 by the magnetic force of 30, and the deformation of the cantilever portion 22 is canceled and the amount of deformation becomes zero. FIG. 8 is a diagram for explaining feedback control in the first embodiment of the present invention. The current value Ifb in the first embodiment of the present invention corresponds to an example of the feedback amount in the present invention.

一方、流量算出部60は、電流算出部50により算出された電流値Ifb[A]に基づいて、以下の(5)式に従って、流体の体積流量flowを算出する。   On the other hand, the flow rate calculation unit 60 calculates the volume flow rate flow of the fluid according to the following equation (5) based on the current value Ifb [A] calculated by the current calculation unit 50.

flow=Ifb/(m×n) … (5)   flow = Ifb / (m × n) (5)

以上に説明した抵抗検出部40、電流算出部50、及び流量算出部60は、例えば、コンピュータやアナログ回路によって構成されている。本発明の第1の実施形態における電流算出部50が本発明における第1の算出手段の一例に相当し、本発明の第1の実施形態における流量算出部60が本発明における第2の算出手段の一例に相当する。   The resistance detection unit 40, current calculation unit 50, and flow rate calculation unit 60 described above are configured by, for example, a computer or an analog circuit. The current calculation unit 50 in the first embodiment of the present invention corresponds to an example of the first calculation unit in the present invention, and the flow rate calculation unit 60 in the first embodiment of the present invention is the second calculation unit in the present invention. It corresponds to an example.

以上のように、本発明の第1の実施形態では、フィードバック制御によってピエゾ抵抗層221,222の抵抗変化量dRに基づいてカンチレバー部22の変形を打ち消しつつ、そのフィードバック制御で用いた電流値Ifbを用いて流量を算出する。このため、カンチレバー部22を閉じた状態で流体の体積流量flowを検出することができるので、流量検出の精度が向上する。   As described above, in the first embodiment of the present invention, the current value Ifb used in the feedback control while canceling the deformation of the cantilever portion 22 based on the resistance change amount dR of the piezoresistive layers 221 and 222 by the feedback control. Is used to calculate the flow rate. For this reason, since the volume flow rate flow of the fluid can be detected in a state where the cantilever portion 22 is closed, the accuracy of the flow rate detection is improved.

なお、以上説明した発明の第1の実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の発明の第1の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The first embodiment of the invention described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Accordingly, each element disclosed in the first embodiment of the present invention is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

例えば、上述の実施形態では、カンチレバー部22の磁性体225とソレノイドコイル30との間に生じる磁力を利用することで、カンチレバー部22の変形を打ち消したが、特にこれに限定されず、図9に示すような構成としてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the deformation of the cantilever part 22 is canceled by using the magnetic force generated between the magnetic body 225 of the cantilever part 22 and the solenoid coil 30, but the present invention is not particularly limited thereto. A configuration as shown in FIG.

図9は本発明の他の実施形態における流量検出センサの構成を示す図である。同図に示すように、この実施形態では、カンチレバー部22の上面に導電層226を形成すると共に、当該カンチレバー部22の上下に電極33,34を配置する。そして、導電層226と一方の電極33,34との間に電圧を印加して、カンチレバー部22を当該電極33,34に引き寄せることで、カンチレバー部22の変形を打ち消す。本例では、導電層226と一方の電極33,34との間に印加する電圧値が、本発明におけるフィードバック量の一例に相当する。   FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a flow rate detection sensor according to another embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, a conductive layer 226 is formed on the upper surface of the cantilever part 22, and electrodes 33 and 34 are arranged above and below the cantilever part 22. Then, a voltage is applied between the conductive layer 226 and one of the electrodes 33 and 34 to draw the cantilever part 22 toward the electrodes 33 and 34, thereby canceling the deformation of the cantilever part 22. In this example, the voltage value applied between the conductive layer 226 and one of the electrodes 33 and 34 corresponds to an example of the feedback amount in the present invention.

なお、図9に示す例では、カンチレバー部22の上面のみに導電層226を設けているが、特にこれに限定されず、カンチレバー部22の下面にも導電層を設けてもよい。また、導電層226と接続リード223を別々に設けているが、特にこれに限定されず、導電層226と接続リード223を一体的に形成してもよい。   In the example shown in FIG. 9, the conductive layer 226 is provided only on the upper surface of the cantilever part 22. However, the present invention is not particularly limited thereto, and a conductive layer may be provided on the lower surface of the cantilever part 22. Further, although the conductive layer 226 and the connection lead 223 are provided separately, the present invention is not particularly limited to this, and the conductive layer 226 and the connection lead 223 may be integrally formed.

<第2の実施形態>
以下、本発明の第2の実施形態を図面に基づいて説明する。
<Second Embodiment>
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

流量検出センサは、第1の実施形態とほぼ同じ構成の図1で示すことができる。ただし、この流量検出センサは、ソレノイドコイル30を設けず、取付部材1035に磁界発生部1030を備える(図10(a)及び図10(b))。磁界発生部1030の一例としては、例えば、電磁石でもよいが、永久磁石を用いる方が、消費電力が小さくなり、より好ましい。   The flow rate detection sensor can be shown in FIG. 1 having substantially the same configuration as that of the first embodiment. However, this flow rate detection sensor is not provided with the solenoid coil 30 and includes a magnetic field generator 1030 on the mounting member 1035 (FIGS. 10A and 10B). As an example of the magnetic field generation unit 1030, for example, an electromagnet may be used, but using a permanent magnet is more preferable because power consumption is reduced.

従来の流量検出センサでは、差圧検出素子のカンチレバー部の弾性変形によってバイパス路の開口間の圧力差を検出し、当該圧力差に基づいて流量を算出する。これに対し、本発明の第2の実施形態では、図10(a)及び図10(b)に示すように、後述するフィードバック制御によって磁界発生部1030の磁力を利用して差圧検出素子1020のカンチレバー部1022(図11(a))の弾性変形を相殺しつつ、カンチレバー部1022に設けられた導電体1225に流す電流値に基づいて流体の体積流量を算出する。   In the conventional flow rate detection sensor, the pressure difference between the openings of the bypass passage is detected by elastic deformation of the cantilever portion of the differential pressure detection element, and the flow rate is calculated based on the pressure difference. On the other hand, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 10A and 10B, the differential pressure detecting element 1020 is utilized by using the magnetic force of the magnetic field generating unit 1030 by feedback control to be described later. The volume flow rate of the fluid is calculated based on the value of the current flowing through the conductor 1225 provided in the cantilever portion 1022 while canceling the elastic deformation of the cantilever portion 1022 (FIG. 11A).

さらに、本発明の第2の実施形態では、図11(a)に示すように、カンチレバー部1022の上面に導電体1225が設けられている。図示以外に、カンチレバー部1022の下面に導電体1225を設けてもよい。この導電体1225は、カンチレバー部1022の自由端に位置している。この導電体1225を構成する材料としては、例えば、金等の金属材料を例示することができる。抵抗値の小さい金を用いることにより、発熱が小さく、かつ低電力で駆動できる利点がある。この導電体1225をカンチレバーに蒸着、あるいは、半導体に不純物を高濃度でドープしてもよく、これにより主流路1001内における流体の両方向の流れにも対処することができる。また、導電体1225の設置位置はカンチレバー部1022上であれば特に限定されないが、当該カンチレバー部1022の自由端に近い方が好ましい。   Furthermore, in the second embodiment of the present invention, a conductor 1225 is provided on the upper surface of the cantilever portion 1022 as shown in FIG. In addition to the illustration, the conductor 1225 may be provided on the lower surface of the cantilever portion 1022. The conductor 1225 is located at the free end of the cantilever portion 1022. As a material constituting the conductor 1225, for example, a metal material such as gold can be exemplified. By using gold having a small resistance value, there is an advantage that it can be driven with low power and low heat generation. This conductor 1225 may be deposited on a cantilever, or a semiconductor may be doped with an impurity at a high concentration, whereby the flow of fluid in the main flow path 1001 can be dealt with in both directions. The installation position of the conductor 1225 is not particularly limited as long as it is on the cantilever portion 1022, but is preferably close to the free end of the cantilever portion 1022.

なお、図示しないが、カンチレバー部1022に代えて、第1の実施形態の図4(a)及び図4(b)に示す構成と同様に、貫通孔1211の開口に突出するように梁部を支持体に両持支持させてもよい。この場合には、梁部の略中央部分に導電体を設ける。   Although not shown, instead of the cantilever portion 1022, the beam portion is projected so as to protrude into the opening of the through hole 1211 in the same manner as the configuration shown in FIGS. 4A and 4B of the first embodiment. The support may be supported at both ends. In this case, a conductor is provided at a substantially central portion of the beam portion.

図11(a)に示すように、第1の電極1023と第2の電極1024は、支持体1021の上面に設けられている。第1の電極1023は、第1のリード1231を介して第1のピエゾ抵抗層1221に電気的に接続されている。第2の電極1024も、第2のリード1241を介して第2のピエゾ抵抗層1222に電気的に接続されている。第1のピエゾ抵抗層1221と第2のピエゾ抵抗層1222は、接続リード1223で接続されている。また、第1の電極1023と第2の電極1024は、特に図示しない配線等を介して、上述の抵抗検出部1040に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 11A, the first electrode 1023 and the second electrode 1024 are provided on the upper surface of the support body 1021. The first electrode 1023 is electrically connected to the first piezoresistive layer 1221 through the first lead 1231. The second electrode 1024 is also electrically connected to the second piezoresistive layer 1222 through the second lead 1241. The first piezoresistive layer 1221 and the second piezoresistive layer 1222 are connected by a connection lead 1223. In addition, the first electrode 1023 and the second electrode 1024 are electrically connected to the above-described resistance detection unit 1040 via a wiring or the like not particularly shown.

図11(a)に示すように、第3の電極2023と第4の電極2024は、支持体1021の上面に設けられている。第3の電極2023は、第3のリード2231と第1の導電体接続部2221を介して、導電体1225に電気的に接続されている。第4の電極2024は、第4のリード2241と第2の導電体接続部2222を介して、導電体1225に電気的に接続されている。この第3の電極2023と第4の電極2024は、特に図示しない配線等を介して、電流算出部1050に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 11A, the third electrode 2023 and the fourth electrode 2024 are provided on the upper surface of the support body 1021. The third electrode 2023 is electrically connected to the conductor 1225 through the third lead 2231 and the first conductor connecting portion 2221. The fourth electrode 2024 is electrically connected to the conductor 1225 through the fourth lead 2241 and the second conductor connecting portion 2222. The third electrode 2023 and the fourth electrode 2024 are electrically connected to the current calculation unit 1050 via a wiring or the like (not shown).

本発明の第2の実施形態における差圧検出素子の製造方法については、前述の磁性体225を導電体1225に置き換えての説明となるため省略する。   The manufacturing method of the differential pressure detecting element in the second embodiment of the present invention will be omitted because it will be described by replacing the magnetic body 225 with the conductor 1225.

図10(a)及び図10(b)に示すように、磁界発生部1030は、プレート部1351の開口1352を囲むようにプレート部1351に設けられている。この磁界発生部1030は半環状形状を有しており、図11(b)に示すように、中心軸1032上に導電体1225が位置している。   As shown in FIGS. 10A and 10B, the magnetic field generator 1030 is provided in the plate part 1351 so as to surround the opening 1352 of the plate part 1351. The magnetic field generator 1030 has a semi-annular shape, and the conductor 1225 is located on the central axis 1032 as shown in FIG.

第1の実施形態で示した図1と同様、第2の実施形態における抵抗検出部1040、電流算出部1050、流量算出部1060の構成は、第1の実施形態の抵抗検出部40、電流算出部50、流量算出部60による構成と同様である。抵抗検出部1040は、このカンチレバー部1022の弾性変形に伴うピエゾ抵抗層1221,1222の抵抗値を、電極1023,1024を介して検出し、抵抗変化量dR2[Ω]を算出する。   As in FIG. 1 shown in the first embodiment, the configuration of the resistance detection unit 1040, the current calculation unit 1050, and the flow rate calculation unit 1060 in the second embodiment is the same as that of the resistance detection unit 40 in the first embodiment. The configuration is the same as that of the unit 50 and the flow rate calculation unit 60. The resistance detection unit 1040 detects the resistance value of the piezoresistive layers 1221 and 1222 accompanying the elastic deformation of the cantilever unit 1022 via the electrodes 1023 and 1024, and calculates a resistance change amount dR2 [Ω].

一方、磁界発生部1030は、カンチレバー部1022を包含する領域に磁界を形成することが可能となっている。当該カンチレバー部1022に設けられた導電体1225は、この磁界発生部1030により形成された磁界の磁気勾配によって、磁束密度の高い領域(すなわち磁界発生部1030の中心軸)に向かって引き寄せられる。なお、本発明の第2の実施形態における導電体1225と磁界発生部1030が、本発明における相殺手段の一例に相当する。   On the other hand, the magnetic field generator 1030 can form a magnetic field in a region including the cantilever part 1022. The conductor 1225 provided in the cantilever portion 1022 is attracted toward a region having a high magnetic flux density (that is, the central axis of the magnetic field generating portion 1030) by the magnetic gradient of the magnetic field formed by the magnetic field generating portion 1030. The conductor 1225 and the magnetic field generator 1030 in the second embodiment of the present invention correspond to an example of the canceling unit in the present invention.

以上に説明した抵抗検出部1040、電流算出部1050、及び流量算出部1060は、例えば、コンピュータやアナログ回路によって構成されている。本発明の第2の実施形態における電流算出部1050が本発明における第1の算出手段の一例に相当し、流量算出部1060が本発明における第2の算出手段の一例に相当する。   The resistance detection unit 1040, current calculation unit 1050, and flow rate calculation unit 1060 described above are configured by, for example, a computer or an analog circuit. The current calculation unit 1050 in the second embodiment of the present invention corresponds to an example of a first calculation unit in the present invention, and the flow rate calculation unit 1060 corresponds to an example of a second calculation unit in the present invention.

図12に、本発明の第2の実施形態の変形例における流量補正部2001の構成を示す。   FIG. 12 shows the configuration of the flow rate correction unit 2001 in a modification of the second embodiment of the present invention.

流量補正部2001は、第1の補正用抵抗変化量dR2aと第2の補正用抵抗変化量dR2b基づいて補正値を算出する補正値算出部2002と、補正値に基づいて流量の補正を行う補正流量算出部2003を備える。   The flow rate correction unit 2001 includes a correction value calculation unit 2002 that calculates a correction value based on the first correction resistance change amount dR2a and the second correction resistance change amount dR2b, and a correction that corrects the flow rate based on the correction value. A flow rate calculation unit 2003 is provided.

磁界発生部1030として永久磁石を用いた場合、経年劣化により永久磁石の磁力が弱まることが考えられる。磁力が弱まると、導電体を包含する領域に発生させる磁界が変化し、相殺手段に指示するフィードバック量が変化するため、流量算出部1060の算出結果に誤差が生じる可能性がある。   When a permanent magnet is used as the magnetic field generator 1030, it is conceivable that the magnetic force of the permanent magnet is weakened due to deterioration over time. When the magnetic force is weakened, the magnetic field generated in the region including the conductor is changed, and the feedback amount instructed to the canceling unit is changed, so that an error may occur in the calculation result of the flow rate calculation unit 1060.

永久磁石の磁力の弱まりによる流量の算出誤差を抑えるため、流量補正部2001を用いて流量を補正する。これにより、磁界発生部1030による前記導電体を包含する前記領域に発生させる磁界の強さに変化が生じても、最適な流量を算出することができる。   In order to suppress a flow rate calculation error due to weakening of the magnetic force of the permanent magnet, the flow rate correction unit 2001 is used to correct the flow rate. Thereby, even if a change occurs in the strength of the magnetic field generated in the region including the conductor by the magnetic field generation unit 1030, the optimum flow rate can be calculated.

さらに、流量補正部2001は、第1の補正用抵抗変化量dR2aを書き込み、記憶する第1の記憶部2004を備える。また、流量補正部2001は、第2の補正用抵抗変化量dR2bを書き込み、記憶する第2の記憶部2005を備える。第1の補正用抵抗変化量dR2aは、例えば、流量センサの出荷時の測定値としてもよいし、あるいは設置時といった運用初期の測定値としてもよい。一方、第2の補正用抵抗変化量dR2bは、運用後における最新の測定値であることが好ましい。この場合、第2の補正用抵抗変化量を測定する第2の時期は、第1の補正用抵抗変化量を測定する第1の時期より、後になる。   Furthermore, the flow rate correction unit 2001 includes a first storage unit 2004 that writes and stores the first correction resistance change amount dR2a. The flow rate correction unit 2001 includes a second storage unit 2005 that writes and stores the second correction resistance change amount dR2b. The first correction resistance change amount dR2a may be, for example, a measurement value at the time of shipment of the flow sensor, or may be a measurement value at the initial stage of operation such as at the time of installation. On the other hand, the second correction resistance change amount dR2b is preferably the latest measured value after operation. In this case, the second time when the second correction resistance change amount is measured is later than the first time when the first correction resistance change amount is measured.

本発明の第2の実施形態における流量補正部2001が、本発明における補正手段の一例に相当する。また、本発明の第2の実施形態における補正値算出部2002が本発明における第3の算出手段の一例に相当し、補正流量算出部2003が本発明における第4の算出手段の一例に相当する。   The flow rate correction unit 2001 according to the second embodiment of the present invention corresponds to an example of a correction unit according to the present invention. In addition, the correction value calculation unit 2002 in the second embodiment of the present invention corresponds to an example of a third calculation unit in the present invention, and the correction flow rate calculation unit 2003 corresponds to an example of a fourth calculation unit in the present invention. .

補正値算出部2002は、第1の記憶部2004に予め書き込まれて記憶された第1の補正用抵抗変化量dR2aと、第2の記憶部2005に予め書き込まれて記憶された第2の補正用抵抗変化量dR2bの変動比を補正値aとして算出する。この場合、補正流量算出部2003は、算出された補正値aをもとに、流量を補正する。   The correction value calculation unit 2002 includes the first correction resistance change amount dR2a that is written and stored in the first storage unit 2004 in advance, and the second correction that is written and stored in the second storage unit 2005 in advance. The variation ratio of the resistance change amount dR2b is calculated as the correction value a. In this case, the corrected flow rate calculation unit 2003 corrects the flow rate based on the calculated correction value a.

あるいは、第2の補正用抵抗変化量dR2bの代わりに、補正値算出部2002で算出した補正値aを第2の記憶部2005に書き込み、記憶してもよい。   Alternatively, the correction value a calculated by the correction value calculation unit 2002 may be written and stored in the second storage unit 2005 instead of the second correction resistance change amount dR2b.

補正値算出部2002が算出した補正値aを、第2の記憶部2005に予め書き込まれて記憶した場合は、補正流量算出部2003は、第2の記憶部2005に記憶された補正値aを読み出し、その補正値aをもとに流量を補正する。   When the correction value a calculated by the correction value calculation unit 2002 is written and stored in the second storage unit 2005 in advance, the correction flow rate calculation unit 2003 stores the correction value a stored in the second storage unit 2005. Read and correct the flow rate based on the correction value a.

本発明の第2の実施形態の変形例において、第1の記憶部2004が本発明における第1の記憶手段の一例に相当し、第2の記憶部2005が本発明における第2の記憶手段の一例に相当する。   In the modification of the second embodiment of the present invention, the first storage unit 2004 corresponds to an example of the first storage unit in the present invention, and the second storage unit 2005 is the second storage unit in the present invention. It corresponds to an example.

図13に本発明の第2の実施形態の変形例として、運用時のフローチャートを示す。   FIG. 13 shows a flowchart during operation as a modification of the second embodiment of the present invention.

最初に、抵抗検出部1040により、抵抗変化量dR2を検出する(S1)。   First, the resistance change amount dR2 is detected by the resistance detector 1040 (S1).

次に、電流算出部1050により、検出した抵抗変化量dR2をもとに、フィードバック量を算出し、そのフィードバック量をもとに導電体1225に流す電流を設定する(S2)。   Next, the current calculation unit 1050 calculates a feedback amount based on the detected resistance change amount dR2, and sets a current to flow through the conductor 1225 based on the feedback amount (S2).

続いて、流量算出部1060により、フィードバック量をもとに流量を算出する(S3)。この電流の出力部としては、電流算出部1050が備えていてもよい。   Subsequently, the flow rate calculation unit 1060 calculates the flow rate based on the feedback amount (S3). The current calculation unit 1050 may be provided as the current output unit.

さらに、補正値算出部2002は、第1の記憶部2004に予め書き込まれた第1の補正用抵抗変化量dR2aと、第2の記憶部2005に予め書き込まれた第2の補正用抵抗変化量dR2bをもとに、補正値aを算出する(S4)。補正値aとは、例えば、第1の補正用抵抗変化量dR2aと第2の補正用抵抗変化量dR2bの変動比とすることができる。第2の補正用抵抗変化量dR2bを測定する第2の時期は、第1の補正用抵抗変化量dR2aを測定する第1の時期より、後となる。また、第2の記憶部2005に書き込むデータは、適宜、更新されるのが好ましい。   Further, the correction value calculation unit 2002 includes a first correction resistance change amount dR2a written in advance in the first storage unit 2004 and a second correction resistance change amount written in advance in the second storage unit 2005. A correction value a is calculated based on dR2b (S4). The correction value a can be, for example, a variation ratio between the first correction resistance change amount dR2a and the second correction resistance change amount dR2b. The second time when the second correction resistance change amount dR2b is measured is later than the first time when the first correction resistance change amount dR2a is measured. Further, it is preferable that the data written to the second storage unit 2005 is updated as appropriate.

最後に、補正流量算出部2003により、補正値aをもとに流量を補正する(S5)。   Finally, the corrected flow rate calculation unit 2003 corrects the flow rate based on the correction value a (S5).

図14に本発明の第2の実施形態の変形例として、初期設定時のフローチャートを示す。初期設定時は、流量がない状態が好ましい。初期設定時とは、例えば、流量センサの出荷時あるいは設置時があげられる。また、流量がない状態とは、カンチレバー部1022の変形がなく、フィードバック電流が0の状態である。   FIG. 14 shows a flowchart at the time of initial setting as a modification of the second embodiment of the present invention. At the initial setting, it is preferable that there is no flow rate. The initial setting time is, for example, the shipment time or the installation time of the flow sensor. The state where there is no flow rate is a state where the cantilever portion 1022 is not deformed and the feedback current is zero.

最初に、補正値算出用電流を導電体1225に流す(S11)。図示しない補正値算出用電流の出力部としては、電流算出部1050が備えていてもよい。補正値算出用電流は抵抗変化量dR2を測定することができる必要十分な微小電流でよい。   First, a correction value calculation current is passed through the conductor 1225 (S11). A current calculation unit 1050 may be provided as a correction value calculation current output unit (not shown). The correction value calculation current may be a necessary and sufficient minute current capable of measuring the resistance change amount dR2.

次に、抵抗検出部1040により、抵抗変化量dR2を検出する(S12)。   Next, the resistance detection unit 1040 detects the resistance change amount dR2 (S12).

最後に、第1の記憶部2004に、第1の補正用抵抗変化量dR2aとして抵抗変化量dR2を書き込んで記憶させる(S13)。   Finally, the resistance change amount dR2 is written and stored in the first storage unit 2004 as the first correction resistance change amount dR2a (S13).

図15に本発明の第2の実施形態の変形例として、保守時のフローチャートを示す。保守を行う際は、流量がない状態が好ましい。流量がない状態とは、カンチレバー部1022の変形がなく、フィードバック電流が0の状態である。   FIG. 15 shows a flowchart at the time of maintenance as a modification of the second embodiment of the present invention. When performing maintenance, it is preferable that there is no flow rate. The state where there is no flow rate is a state where the cantilever portion 1022 is not deformed and the feedback current is zero.

最初に、補正値算出用電流を導電体1225に流す(S21)。図示しない補正値算出用電流の出力部としては、電流算出部1050が備えていてもよい。補正値算出用電流は抵抗変化量dR2を測定することができる必要十分な微小電流でよい。   First, a correction value calculation current is passed through the conductor 1225 (S21). A current calculation unit 1050 may be provided as a correction value calculation current output unit (not shown). The correction value calculation current may be a necessary and sufficient minute current capable of measuring the resistance change amount dR2.

次に、抵抗検出部1040により、抵抗変化量dR2を検出する(S22)。   Next, the resistance detection unit 1040 detects the resistance change amount dR2 (S22).

最後に、第2の記憶部2005に、補正用抵抗変化量dR2bとして抵抗変化量dR2を書き込んで記憶させる(S23)。第2の記憶部2005に書き込むデータは、適宜、更新されるのが好ましい。   Finally, the resistance change amount dR2 is written and stored in the second storage unit 2005 as the correction resistance change amount dR2b (S23). It is preferable that the data to be written in the second storage unit 2005 is updated as appropriate.

第2の記憶部2005に書き込むデータとしては、前述の補正用抵抗変化量dR2bに代えて、補正値算出部2002で算出する補正値aでもよい。補正値算出部2002は、測定した補正用抵抗変化量dR2bと、第1の記憶部2004に予め記憶された第1の補正用抵抗変化量dR2aをもとに補正値aを算出する。補正値aとは、例えば、第1の補正用抵抗変化量dR2aと第2の補正用抵抗変化量dR2bの変動比とすることができる。第2の補正用抵抗変化量dR2bを測定する第2の時期は、第1の補正用抵抗変化量dR2aを測定する第1の時期より、後となる。また、第2の記憶部2005に書き込むデータは、適宜、更新されるのが好ましい。補正流量算出部2003は、第2の記憶部2005に予め書き込まれた補正値aをもとに流量を補正する。   The data to be written in the second storage unit 2005 may be the correction value a calculated by the correction value calculation unit 2002 instead of the correction resistance change amount dR2b described above. The correction value calculation unit 2002 calculates the correction value a based on the measured correction resistance change amount dR2b and the first correction resistance change amount dR2a stored in advance in the first storage unit 2004. The correction value a can be, for example, a variation ratio between the first correction resistance change amount dR2a and the second correction resistance change amount dR2b. The second time when the second correction resistance change amount dR2b is measured is later than the first time when the first correction resistance change amount dR2a is measured. Further, it is preferable that the data written to the second storage unit 2005 is updated as appropriate. The corrected flow rate calculation unit 2003 corrects the flow rate based on the correction value a written in advance in the second storage unit 2005.

電流算出部1050は、下記の(6)式に従って、導電体1225の電流値Ifb2[A]を算出する。但し、Ifb2_old[A]は、dR2[Ω]の計測を行った時点で流れているフィードバック電流の値であり、k2は比例定数である。その他の関係式として、下記の(7)〜(9)式がある。flow2は流体の体積流量[m/s]であり、Fflow2は流体の差圧によりカンチレバー部1022に加わる力[N]であり、Ffb2は導電体1225と磁界発生部1030の磁力によりカンチレバー部1022に加わる力[N]であり、m2,n2は比例定数である。 The current calculation unit 1050 calculates the current value Ifb2 [A] of the conductor 1225 according to the following equation (6). However, Ifb2_old [A] is the value of the feedback current flowing when dR2 [Ω] is measured, and k2 is a proportionality constant. Other relational expressions include the following expressions (7) to (9). flow2 is the volume flow rate [m 3 / s] of the fluid, Fflow2 is the force [N] applied to the cantilever part 1022 by the differential pressure of the fluid, and Ffb2 is the cantilever part 1022 by the magnetic force of the conductor 1225 and the magnetic field generation part 1030. [N], and m2 and n2 are proportional constants.

Ifb2=Ifb2_old+k2×dR2 … (6)
Fflow2=m2×flow2 … (7)
Ffb2=Fflow2 … (8)
Ifb2=n2×Ffb2 … (9)
Ifb2 = Ifb2_old + k2 × dR2 (6)
Fflow2 = m2 × flow2 (7)
Ffb2 = Fflow2 (8)
Ifb2 = n2 × Ffb2 (9)

なお、上記の(6)式は、一般的なフィードバック制御の方法に基づくものである。また、上記の(7)式はカンチレバーに加わる力が流量に比例することに基づくものであり、(8)式はdR[Ω]が0となった場合の釣り合いに基づくものであり、(9)式は、同じ位置での磁気勾配の大きさは導電体1225に流れる電流の大きさに比例することに基づくものである。   The above equation (6) is based on a general feedback control method. Further, the above expression (7) is based on the fact that the force applied to the cantilever is proportional to the flow rate, and the expression (8) is based on the balance when dR [Ω] becomes 0, (9 ) Is based on the fact that the magnitude of the magnetic gradient at the same position is proportional to the magnitude of the current flowing through the conductor 1225.

電流算出部1050は、上記の(6)〜(9)式に従って電流値Ifb2を算出する。k2が負の場合、抵抗変化量dR2[Ω]が負の値である場合には電流値Ifb2は増加する。一方、抵抗変化量dR2[Ω]が正の値である場合には電流値Ifb2は減少する。ただし、k2は負に限定されるものではなく、抵抗変化量dR2[Ω]を0に収束させるように決定される。   The current calculation unit 1050 calculates the current value Ifb2 according to the above equations (6) to (9). When k2 is negative, the current value Ifb2 increases when the resistance change amount dR2 [Ω] is a negative value. On the other hand, when the resistance change amount dR2 [Ω] is a positive value, the current value Ifb2 decreases. However, k2 is not limited to negative and is determined so that the resistance change amount dR2 [Ω] converges to zero.

図8は、本発明の第1の実施形態におけるフィードバック制御を説明するための図であるが、本発明の第2の実施形態においても同様に説明することができる。上記の(6)式により算出された大きさIfb2の電流を導電体1225に流すことで、流体の差圧による力Fflow2と釣り合った大きさの力Ffb2が、導電体1225と磁界発生部1030の磁力によってカンチレバー部1022に対して加わり、カンチレバー部1022の変形が打ち消されてその変形量がゼロとなる。また、本発明の第2の実施形態における電流値Ifb2が、本発明におけるフィードバック量の一例に相当する。   FIG. 8 is a diagram for explaining the feedback control in the first embodiment of the present invention, but it can be similarly described in the second embodiment of the present invention. By causing the current Ifb2 calculated by the above equation (6) to flow through the conductor 1225, the force Ffb2 having a magnitude commensurate with the force Fflow2 due to the differential pressure of the fluid is generated between the conductor 1225 and the magnetic field generator 1030. The magnetic force is applied to the cantilever portion 1022, the deformation of the cantilever portion 1022 is canceled out, and the amount of deformation becomes zero. The current value Ifb2 in the second embodiment of the present invention corresponds to an example of the feedback amount in the present invention.

一方、流量算出部1060は、電流算出部1050により算出された電流値Ifb2[A]に基づいて、以下の(10)式に従って、流体の体積流量flow2を算出する。   On the other hand, the flow rate calculation unit 1060 calculates the volume flow rate flow2 of the fluid according to the following equation (10) based on the current value Ifb2 [A] calculated by the current calculation unit 1050.

flow2=Ifb2/(m2×n2) … (10)   flow2 = Ifb2 / (m2 × n2) (10)

また、導電体1225と磁界発生部1030の磁界の強さにより、カンチレバー部1022に加わる力Ffb2は、導電体に流れる電流値Ifb2と長さLbと磁界発生部1030の磁界密度Bをもとに(11)式で決定される。   Further, the force Ffb2 applied to the cantilever 1022 due to the magnetic field strength of the conductor 1225 and the magnetic field generator 1030 is based on the current value Ifb2 and length Lb flowing through the conductor and the magnetic field density B of the magnetic field generator 1030. It is determined by equation (11).

Ffb2=Ifb2×B×Lb … (11)   Ffb2 = Ifb2 × B × Lb (11)

流体の体積流量flow2の補正方法について述べる。流体の補正体積流量flow2'は、補正前の流体の体積流量flow2と補正値aをもとに(12)式により算出される。aは、補正値算出部2002により算出された補正値である。   A method for correcting the fluid volume flow rate flow2 will be described. The corrected volume flow rate flow2 ′ of the fluid is calculated by the equation (12) based on the volume flow rate flow2 of the fluid before correction and the correction value a. “a” is a correction value calculated by the correction value calculation unit 2002.

flow2'=a×flow2 … (12)   flow2 ′ = a × flow2 (12)

以上に説明した抵抗検出部1040、電流算出部1050、及び流量算出部1060は、例えば、コンピュータやアナログ回路によって構成されている。本発明の第2の実施形態における電流算出部1050が本発明における第1の算出手段の一例に相当し、本発明の第2の実施形態における流量算出部1060が本発明における第2の算出手段の一例に相当する。   The resistance detection unit 1040, current calculation unit 1050, and flow rate calculation unit 1060 described above are configured by, for example, a computer or an analog circuit. The current calculation unit 1050 in the second embodiment of the present invention corresponds to an example of the first calculation unit in the present invention, and the flow rate calculation unit 1060 in the second embodiment of the present invention is the second calculation unit in the present invention. It corresponds to an example.

以上のように、本発明の第2の実施形態では、フィードバック制御によってピエゾ抵抗層1221,1222の抵抗変化量dR2に基づいてカンチレバー部1022の変形を打ち消しつつ、そのフィードバック制御で用いた電流値Ifb2を用いて流量を算出する。このため、カンチレバー部1022を閉じた状態で流体の体積流量flow2を検出することができる。さらに、本発明の第2の実施形態の変形例では、補正流量算出部2003により、磁界発生部1030の磁力の変化に伴う流量の算出誤差を補正することができるので、流量検出の精度が向上する。   As described above, in the second embodiment of the present invention, the current value Ifb2 used in the feedback control while canceling the deformation of the cantilever portion 1022 based on the resistance change amount dR2 of the piezoresistive layers 1221 and 1222 by the feedback control. Is used to calculate the flow rate. For this reason, it is possible to detect the volume flow rate flow2 of the fluid with the cantilever portion 1022 closed. Furthermore, in the modification of the second embodiment of the present invention, the correction flow rate calculation unit 2003 can correct the calculation error of the flow rate due to the change in the magnetic force of the magnetic field generation unit 1030, so the accuracy of flow rate detection is improved. To do.

なお、以上説明した発明の第2の実施形態およびその変形例は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の発明の第2の実施形態およびその変形例に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The above-described second embodiment of the invention and its modifications are described for easy understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the second embodiment of the present invention and its modifications is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

<第3の実施形態>
以下、本発明の第3の実施形態を図面に基づいて説明する。
<Third Embodiment>
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

差圧検出素子の実施例を図16に示す。図16によれば、接続リード1223aに流れる電流と、接続リード1223bに流れる電流と、磁界発生部1030の磁力との作用により、カンチレバー部1022に働く力を相殺することが可能である。以下、相殺方法について説明する。   An embodiment of the differential pressure detecting element is shown in FIG. According to FIG. 16, the force acting on the cantilever portion 1022 can be offset by the action of the current flowing through the connection lead 1223 a, the current flowing through the connection lead 1223 b, and the magnetic force of the magnetic field generation unit 1030. Hereinafter, the offset method will be described.

力Ff3は、(13)式に従って、決定される。例えば、lpはピエゾ抵抗層1221bに流れる電流、Bpは接続リード1223aにおける磁界の強さ、Lbpは接続リード1223aの長さである。   The force Ff3 is determined according to the equation (13). For example, lp is the current flowing in the piezoresistive layer 1221b, Bp is the magnetic field strength in the connection lead 1223a, and Lbp is the length of the connection lead 1223a.

Ff3=Ip×Bp×Lbp … (13)   Ff3 = Ip × Bp × Lbp (13)

カンチレバー部1022aは,接続リード1223aで接続されるピエゾ抵抗層1221aとピエゾ抵抗層1222aを備え、かつ、接続リード1223bで接続されるピエゾ抵抗層1221bとピエゾ抵抗層1222bを備える。   The cantilever portion 1022a includes a piezoresistive layer 1221a and a piezoresistive layer 1222a connected by a connection lead 1223a, and a piezoresistive layer 1221b and a piezoresistive layer 1222b connected by a connection lead 1223b.

カンチレバー部1022aは、導電体1225aで接続される接続リード2221aと接続リード2222aを備え、かつ、導電体1225bで接続される接続リード2221bと接続リード2222bを備える。   The cantilever portion 1022a includes a connection lead 2221a and a connection lead 2222a connected by the conductor 1225a, and also includes a connection lead 2221b and a connection lead 2222b connected by the conductor 1225b.

導電体1225aは接続リード1223aを囲むように形成される。また、導電体1225bは接続リード1223bを囲むように形成される。   The conductor 1225a is formed so as to surround the connection lead 1223a. The conductor 1225b is formed so as to surround the connection lead 1223b.

電極1023aは支持体1021a上面に配置され、接続リード1231aを介して、ピエゾ抵抗層1221aに接続される。また、電極1024aは支持体1021a上面に配置され、接続リード1241aを介して、ピエゾ抵抗層1222aに接続される。   The electrode 1023a is disposed on the upper surface of the support 1021a, and is connected to the piezoresistive layer 1221a through a connection lead 1231a. The electrode 1024a is disposed on the upper surface of the support 1021a and connected to the piezoresistive layer 1222a through the connection lead 1241a.

電極1023bは支持体1021a上面に配置され、接続リード1231bを介して、ピエゾ抵抗層1221bに接続される。また、電極1024bは支持体1021a上面に配置され、接続リード1241bを介して、ピエゾ抵抗層1222bに接続される。   The electrode 1023b is disposed on the upper surface of the support 1021a, and is connected to the piezoresistive layer 1221b through a connection lead 1231b. The electrode 1024b is disposed on the upper surface of the support 1021a and connected to the piezoresistive layer 1222b through the connection lead 1241b.

電極2023aは支持体1021a上面に配置され、接続リード2231aを介して、接続リード2221aに接続される。また、電極2024aは支持体1021a上面に配置され、接続リード2241aを介して、接続リード2222aに接続される。   The electrode 2023a is disposed on the upper surface of the support 1021a and connected to the connection lead 2221a through the connection lead 2231a. The electrode 2024a is disposed on the upper surface of the support 1021a and connected to the connection lead 2222a via the connection lead 2241a.

電極2023bは支持体1021a上面に配置され、接続リード2231bを介して、接続リード2221bに接続される。また、電極2024bは支持体1021a上面に配置され、接続リード2241bを介して、接続リード2222bに接続される。   The electrode 2023b is disposed on the upper surface of the support 1021a and is connected to the connection lead 2221b through the connection lead 2231b. The electrode 2024b is disposed on the upper surface of the support 1021a and connected to the connection lead 2222b through the connection lead 2241b.

図16における電極1023a、1023b、1024a、1024b、2023a、2023b、2024a、2024bは、支持体1021aの上面に配置されているが、支持体1021aの下面に配置してもよい。また、電極1023a、1023b、1024a、1024bは、特に図示しない配線等を介して、図1の抵抗検出部1040に電気的に接続されている。また、電極2023a、2023b、2024a、2024bは、特に図示しない配線等を介して、図1の電流算出部1050に電気的に接続されている。   The electrodes 1023a, 1023b, 1024a, 1024b, 2023a, 2023b, 2024a, and 2024b in FIG. 16 are disposed on the upper surface of the support body 1021a, but may be disposed on the lower surface of the support body 1021a. Further, the electrodes 1023a, 1023b, 1024a, and 1024b are electrically connected to the resistance detection unit 1040 in FIG. In addition, the electrodes 2023a, 2023b, 2024a, and 2024b are electrically connected to the current calculation unit 1050 in FIG.

接続リード1223aに流れる電流と磁界発生部1030の磁界との作用により、カンチレバー部1022aに図示しない微小な力Ff3aを及ぼす。   A small force Ff3a (not shown) is exerted on the cantilever portion 1022a by the action of the current flowing through the connection lead 1223a and the magnetic field of the magnetic field generation portion 1030.

また、接続リード1223bに流れる電流と磁界発生部1030の磁界との作用により、カンチレバー部1022aに図示しない微小な力Ff3bを及ぼす。   Further, a small force Ff3b (not shown) is exerted on the cantilever portion 1022a by the action of the current flowing through the connection lead 1223b and the magnetic field of the magnetic field generation portion 1030.

接続リード1223aに流れる電流と接続リード1223bに流れる電流の各電流軸の延長線が一致するように、かつ互いに反対方向に電流が流れるように、接続リード1223aと接続リード1223bを配置する。これにより、磁界発生部1030の磁力によって接続リード1223aに及ぼす力Ff3aと接続リード1223bに及ぼす力Ff3bの発生モーメントは互いに打ち消し合う方向に発生するため、Ff3aとFf3bの合成力は0となり、カンチレバー部1022aへの影響がなくなる。   The connection lead 1223a and the connection lead 1223b are arranged so that the extension lines of the current axes of the current flowing in the connection lead 1223a and the current flowing in the connection lead 1223b coincide with each other and the currents flow in opposite directions. As a result, the generated force of the force Ff3a exerted on the connecting lead 1223a and the force Ff3b exerted on the connecting lead 1223b by the magnetic force of the magnetic field generating unit 1030 is generated in a direction that cancels each other. No effect on 1022a.

以上のように、本発明の第3の実施形態では、カンチレバー部1022aに発生する力への影響を受けることなく、流体の体積流量を検出することができるので、流量検出の精度が向上する。   As described above, in the third embodiment of the present invention, the volume flow rate of the fluid can be detected without being affected by the force generated in the cantilever portion 1022a, so the accuracy of flow rate detection is improved.

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。   The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

1,1001…主流路
2,1002…バイパス路
10,1010…流量検出センサ
20,1020…差圧検出素子
21,1021…支持体
211,1211…貫通孔
22,1022…カンチレバー部
221,222,1221,1221a,1221b,1222,1222a,1222b…ピエゾ抵抗層
225…磁性体
1225…導電体
2221,2222…導電体接続部
23,1023…第1の電極
24,1024…第2の電極
30…ソレノイドコイル
33,34,1023a,1023b,1024,1024a,1024b,2023,2023a,2023b,2024,2024a,2024b…電極
35,1035…取付部材
40,1040…抵抗検出部
50,1050…電流算出部
60,1060…流量算出部
1030…磁界発生部
2004…第1の記憶部
2005…第2の記憶部
2221…第1の導電体接続部
2222…第2の導電体接続部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,1001 ... Main flow path 2, 1002 ... Bypass path 10, 1010 ... Flow rate detection sensor 20, 1020 ... Differential pressure detection element 21, 1021 ... Support body 211, 1211 ... Through-hole 22, 1022 ... Cantilever part 221, 222, 1221 , 1221a, 1221b, 1222, 1222a, 1222b ... piezoresistive layer 225 ... magnetic material 1225 ... conductor 2221,2222 ... conductor connection 23,1023 ... first electrode 24,1024 ... second electrode 30 ... solenoid coil 33, 34, 1023a, 1023b, 1024, 1024a, 1024b, 2023, 2023a, 2023b, 2024, 2024a, 2024b ... Electrode 35, 1035 ... Mounting member 40, 1040 ... Resistance detection part 50, 1050 ... Current calculation part 60, 1060 ... Flow rate calculation unit 030 ... magnetic field generator 2004 ... first storage unit 2005: second storage unit 2221 ... first conductor connecting portion 2222 ... second conductor connecting portion

Claims (5)

流体の体積流量を検出する流量検出センサであって、
前記流体の流れに応じて変形可能であると共にピエゾ抵抗層を有する梁部を備えた差圧検出素子と、
前記梁部の変形に伴う前記ピエゾ抵抗層の抵抗変化量を検出する抵抗検出手段と、
前記梁部の変形を打ち消す方向の力を発生させる相殺手段と、
前記相殺手段に指示するフィードバック量を前記抵抗変化量に基づいて算出する第1の算出手段と、
前記フィードバック量に基づいて前記流体の体積流量を算出する第2の算出手段と、を備えており、
前記相殺手段は、前記フィードバック量に応じた大きさの力を発生させることで、前記梁部の変形を打ち消すことを特徴とする流量検出センサ。
A flow rate detection sensor for detecting a volume flow rate of a fluid,
A differential pressure detecting element comprising a beam part that is deformable according to the flow of the fluid and has a piezoresistive layer;
Resistance detecting means for detecting a resistance change amount of the piezoresistive layer accompanying deformation of the beam portion;
Canceling means for generating a force in a direction to cancel the deformation of the beam portion;
First calculating means for calculating a feedback amount instructing the canceling means based on the resistance change amount;
Second calculating means for calculating a volumetric flow rate of the fluid based on the feedback amount,
The flow rate detection sensor, wherein the canceling means cancels the deformation of the beam portion by generating a force having a magnitude corresponding to the feedback amount.
請求項1に記載の流量検出センサであって、
前記差圧検出素子は、貫通孔を有すると共に、前記梁部を前記貫通孔に突出するように片持或いは両持支持する支持体を備えており、
前記相殺手段は、
前記梁部に設けられた磁性体と、
前記磁性体を包含する領域に磁界を発生させるコイルと、を有し、
前記フィードバック量は、前記コイルに流れる電流値であることを特徴とする流量検出センサ。
The flow rate detection sensor according to claim 1,
The differential pressure detection element includes a support body that has a through-hole and cantilevered or both-supports the beam portion so as to protrude into the through-hole.
The offset means is
A magnetic body provided in the beam portion;
A coil for generating a magnetic field in a region including the magnetic body,
The flow rate detection sensor, wherein the feedback amount is a value of a current flowing through the coil.
請求項2に記載の流量検出センサであって、
前記磁性体は、前記コイルの軸心上に位置していることを特徴とする流量検出センサ。
The flow rate detection sensor according to claim 2,
The flow rate detection sensor, wherein the magnetic body is located on an axis of the coil.
請求項1に記載の流量検出センサであって、
前記差圧検出素子は、貫通孔を有すると共に、前記梁部を前記貫通孔に突出するように片持或いは両持支持する支持体を備えており、
前記相殺手段は、
前記梁部に設けられた導電体と、
前記導電体を包含する領域に磁界を発生させる磁界発生部と、を有し、
前記フィードバック量は、前記導電体に流れる電流値であることを特徴とする流量検出センサ。
The flow rate detection sensor according to claim 1,
The differential pressure detection element includes a support body that has a through-hole and cantilevered or both-supports the beam portion so as to protrude into the through-hole.
The offset means is
A conductor provided in the beam portion;
A magnetic field generator for generating a magnetic field in a region including the conductor,
The flow rate detection sensor, wherein the feedback amount is a value of a current flowing through the conductor.
請求項4に記載の流量検出センサであって、
前記第2の算出手段は、補正値に基づいて前記フィードバック量の補正を行う補正手段を備えており、
前記補正手段は、
第1の補正用抵抗変化量と第2の補正用抵抗変化量の変動比に基づいて前記補正値を算出する第3の算出手段と、
前記フィードバック量を前記補正値で補正演算する第4の算出手段と、を有し、
前記第2の補正用抵抗変化量を測定する第2の時期は、前記第1の補正用抵抗変化量を測定する第1の時期より、後であることを特徴とする流量検出センサ。
The flow rate detection sensor according to claim 4,
The second calculation means includes correction means for correcting the feedback amount based on a correction value,
The correction means includes
Third calculation means for calculating the correction value based on a variation ratio of the first correction resistance change amount and the second correction resistance change amount;
Fourth calculating means for correcting the feedback amount with the correction value;
2. The flow rate detection sensor according to claim 1, wherein the second time for measuring the second correction resistance change amount is later than the first time for measuring the first correction resistance change amount.
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