JP2017219402A - Thermal flow rate sensor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、配管にセンサチップが貼り付けられた熱式流量センサに関するものである。 The present invention relates to a thermal flow sensor in which a sensor chip is attached to a pipe.
従来から、ヒータを用いて、配管内を流れる流体の流量を測定する熱式流量センサが知られている(例えば特許文献1参照)。この熱式流量センサでは、ヒータが設けられたセンサチップと、温度センサが設けられたセンサチップとが、配管に貼り付けられている。そして、ヒータが、温度センサにより測定された温度よりも一定温度高くなるように加熱を行う。 2. Description of the Related Art Conventionally, a thermal flow sensor that measures the flow rate of a fluid flowing in a pipe using a heater is known (see, for example, Patent Document 1). In this thermal flow sensor, a sensor chip provided with a heater and a sensor chip provided with a temperature sensor are attached to a pipe. And a heater heats so that it may become fixed temperature higher than the temperature measured by the temperature sensor.
しかしながら、従来の熱式流量センサでは、ヒータと温度センサとが同一配管に接着されており、ヒータにより発生された熱が配管を介して温度センサまで伝わってしまい、温度センサによる測定に影響し、ヒータでの加熱温度に誤差が生じるという課題がある。その結果、熱式流量センサにおいて、微小流量域での流量測定精度が低下し、特に最大計測流量が小さくなると精度保証流量範囲が狭くなる。一方、熱式流量センサは、流量を測定する様々な分野で利用されており、測定環境において安定した計測が求められている。
また、伝熱を抑えるために、配管全体を熱伝導率が低い材料から構成すると、ヒータから発生した熱が配管内の流体にも伝わらなくなってしまうため、十分な感度が得られなくなってしまう。また、温度センサによる測定も正しく行えなくなってしまう。
However, in the conventional thermal flow sensor, the heater and the temperature sensor are bonded to the same pipe, and the heat generated by the heater is transmitted to the temperature sensor through the pipe, affecting the measurement by the temperature sensor, There is a problem that an error occurs in the heating temperature of the heater. As a result, in the thermal flow sensor, the flow measurement accuracy in a minute flow rate range is lowered, and particularly when the maximum measured flow rate is reduced, the accuracy guaranteed flow range is narrowed. On the other hand, thermal flow sensors are used in various fields for measuring flow rate, and stable measurement is required in a measurement environment.
In addition, if the entire pipe is made of a material having low thermal conductivity in order to suppress heat transfer, heat generated from the heater will not be transferred to the fluid in the pipe, so that sufficient sensitivity cannot be obtained. In addition, measurement by the temperature sensor cannot be performed correctly.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ヒータにより生じた熱が温度センサに伝わることを抑制できる熱式流量センサを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a thermal flow sensor that can suppress the heat generated by the heater from being transmitted to the temperature sensor.
この発明に係る熱式流量センサは、流体が流れる配管と、ヒータを有し、配管に貼り付けられた第1のセンサチップと、温度センサを有し、第1のセンサチップに対して間隙を設けて配管に貼り付けられた第2のセンサチップとを備え、配管は、第1のセンサチップが貼り付けられた第1の配管部と、第2のセンサチップが貼り付けられた第2の配管部と、第1の配管部と第2の配管部との間に接続され、当該第1,2の配管部を構成する部材に対して熱伝導率が低い部材から構成された第3の配管部とを有することを特徴とする。 A thermal flow sensor according to the present invention includes a pipe through which a fluid flows, a heater, a first sensor chip attached to the pipe, a temperature sensor, and a gap with respect to the first sensor chip. A second sensor chip provided and attached to the pipe, and the pipe includes a first pipe part to which the first sensor chip is attached and a second sensor chip to which the second sensor chip is attached. A third pipe is connected between the pipe section, the first pipe section and the second pipe section, and is composed of a member having low thermal conductivity with respect to the members constituting the first and second pipe sections. And a piping part.
この発明によれば、上記のように構成したので、ヒータにより生じた熱が温度センサに伝わることを抑制できる。 According to this invention, since it comprised as mentioned above, it can suppress that the heat generated by the heater is transmitted to the temperature sensor.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る熱式流量センサの構成例を示す図である。なお図1ではセンサチップ2,3と基板4とを接続する信号線の図示を省略している。
熱式流量センサは、ヒータ22を用いて、配管(キャピラリ)1内を流れる流体(液体又は気体)の流量を測定するセンサである。この熱式流量センサは、図1に示すように、流体が流れる配管1と、配管1の座繰り面11に貼り付けられたセンサチップ(第1,2のセンサチップ)2,3と、センサチップ2,3に接続され、信号の入出力を行う基板4とを備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 is a diagram showing a configuration example of a thermal flow sensor according to
The thermal flow sensor is a sensor that measures the flow rate of a fluid (liquid or gas) flowing through the pipe (capillary) 1 using the
配管1は、配管部(第1〜3の配管部)12〜14を有する。配管部12には、センサチップ2が貼り付けられる。また、配管部13には、センサチップ3が貼り付けられる。また、配管部14は、配管部12と配管部13との間に接続される。また、配管部14は、配管部12,13を構成する部材に対し、熱伝導率が低い部材から構成される。例えば、配管部12,13を石英ガラスから構成し、配管部14をPTFE等の樹脂等のように石英ガラスより熱伝導率が低い部材から構成する。
The
センサチップ2には、配管1に貼り付けられる薄膜であるダイヤフラム部21に、配管1内の流体に熱を加えるヒータ22が設けられている。
センサチップ3には、配管1内の流体の温度を測定する温度センサ31が設けられている。なお、センサチップ2とセンサチップ3との間には間隙が設けられている。
The
The
基板4には、一辺から突設された接続部41が設けられている。この接続部41が座繰り面11に貼り付けられる。
そして、基板4は、温度センサ31により測定された温度を示す信号を取得し、当該温度よりも一定温度高くなるようにヒータ22を制御する。そして、基板4は、ヒータ22におけるパワーを示す信号を取得することで、流体の流量を測定する。すなわち、熱式流量センサでは、配管1内の流体が静止している場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ22により熱を加えた際の熱量と、配管1内の流体が上流側から下流側へ流れている場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ22により熱を加えた際の熱量とに、差が生じる。この熱量の差は、配管1内の流体の流量と相関関係がある。よって、熱式流量センサでは、この熱量の差から配管1内を流れる流体の流量を測定できる。
The
And the board |
このように、配管1において、センサチップ2とセンサチップ3との間の部分(配管部14)を、熱伝導率が低い部材から構成することで、センサチップ2に設けられたヒータ22により生じた熱が、センサチップ3に設けられた温度センサ31に伝わることを抑制できる。
As described above, in the
次に、配管部12,13と配管部14との接続方法について説明する。
配管部12,13と配管部14との接続方法としては、例えば図2に示すように、ネジにより接続する方法が挙げられる。図2の例では、配管部14の両端に雄ネジ141,142が形成され、配管部12の一端に雄ネジ141と螺合する雌ネジ121が形成され、配管部13の一端に雄ネジ142と螺合する雌ネジ131が形成されている。なお図2に示す構成の場合、センサチップ2,3は、配管部14の雄ネジ141,142よりも外側に貼り付けられる。このように、ネジにより配管部12,13と配管部14とを接続することで、簡易な構成で、配管1の小型化を図ることができる。
なお、図2とは逆に、配管部14の両端に雌ネジを形成し、配管部12,13の一端に雄ネジを形成してもよい。
Next, the connection method of the
As a method of connecting the
In contrast to FIG. 2, a female screw may be formed at both ends of the
また、配管部12,13と配管部14との接続方法としては、例えば図3に示すように、接着剤5により接続する方法も挙げられる。なお図3Cでは接着剤5の図示を省略している。また、図3の例では、配管部14の両端に凸状のテーパ143,144が形成され、配管部12の一端にテーパ143に沿った凹状のテーパ122が形成され、配管部13の一端にテーパ144に沿った凹状のテーパ132が形成されている。このように、配管部12〜14の接続面にテーパ122,132,143,144を設けることで、配管部12〜14の軸ずれを解消できる。
また、図3とは逆に、配管部14の両端に凹状のテーパを形成し、配管部12,13の一端に凸状のテーパを形成してもよい。また、接着剤5としてフッ素系のものを用いることで、配管1内を流れる流体が薬液等の腐食性の流体であっても対応可能である。
Moreover, as a connection method of the
In contrast to FIG. 3, a concave taper may be formed at both ends of the
次に、実施の形態1に係る熱式流量センサの効果について、図4を参照しながら説明する。図4では、従来構成(配管1全体を石英ガラスから構成した場合)における座繰り面11での温度分布の解析結果を破線で示している。また、実施の形態1に係る構成(配管部12,13を石英ガラスから構成し、配管部14をPTFEから構成した場合)における座繰り面11での温度分布の解析結果を実線で示している。
Next, the effect of the thermal flow sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the analysis result of the temperature distribution on the
なお図4に示す解析では、配管1内の流体温度を25℃とし、ヒータ22の駆動温度を35℃(流体温度+10℃)としている。また、石英ガラスの熱伝導率は1.38W/m・Kであり、PTFEの熱伝導率は0.12W/m・Kである。また図4において、符号401は座繰り面11上におけるヒータ22の設置位置を示し、符号402は座繰り面11上における温度センサ31の設置位置を示している。また、符号403〜405は、実施の形態1に係る構成における配管部12〜14の設置位置を示している。
In the analysis shown in FIG. 4, the fluid temperature in the
この図4に示すように、従来構成では、温度センサ31による測定結果が、流体温度(25℃)に対して0.92℃高くなっている。一方、実施の形態1に係る構成では、温度センサ31による測定結果が、流体温度(25℃)に対して0.37℃高くなっている。すなわち、実施の形態1に係る構成では、従来構成に対し、ヒータ22により生じた熱が温度センサ31側に伝わり難くなっている。
As shown in FIG. 4, in the conventional configuration, the measurement result by the
以上のように、この実施の形態1によれば、流体が流れる配管1と、ヒータ22を有し、配管1に貼り付けられたセンサチップ2と、温度センサ31を有し、センサチップ2に対して間隙を設けて配管1に貼り付けられたセンサチップ3とを備え、配管1は、センサチップ2が貼り付けられた配管部12と、センサチップ3が貼り付けられた配管部13と、配管部12と配管部13との間に接続され、当該配管部12,13を構成する部材に対して熱伝導率が低い部材から構成された配管部14とを有するように構成したので、ヒータ22により生じた熱が温度センサ31に伝わることを抑制できる。
As described above, according to the first embodiment, the
なお上記では、配管部12,13を石英ガラスから構成した場合を示したが、これに限らず、ヒータ22による伝熱及び温度センサ31による測定が妨げられない部材であればよい。
In addition, although the case where the
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.
1 配管
2 センサチップ(第1のセンサチップ)
3 センサチップ(第2のセンサチップ)
4 基板
5 接着剤
11 座繰り面
12 配管部(第1の配管部)
13 配管部(第2の配管部)
14 配管部(第3の配管部)
21 ダイヤフラム部
22 ヒータ
31 温度センサ
41 接続部
121 雌ネジ
122 テーパ
131 雌ネジ
132 テーパ
141,142 雄ネジ
143,144 テーパ
1 Piping 2 Sensor chip (first sensor chip)
3 Sensor chip (second sensor chip)
4
13 Piping section (second piping section)
14 Piping section (third piping section)
21
Claims (5)
ヒータを有し、前記配管に貼り付けられた第1のセンサチップと、
温度センサを有し、前記第1のセンサチップに対して間隙を設けて前記配管に貼り付けられた第2のセンサチップとを備え、
前記配管は、
前記第1のセンサチップが貼り付けられた第1の配管部と、
前記第2のセンサチップが貼り付けられた第2の配管部と、
前記第1の配管部と前記第2の配管部との間に接続され、当該第1,2の配管部を構成する部材に対して熱伝導率が低い部材から構成された第3の配管部とを有する
ことを特徴とする熱式流量センサ。 Piping through which fluid flows;
A first sensor chip having a heater and affixed to the pipe;
A temperature sensor, and a second sensor chip attached to the pipe with a gap with respect to the first sensor chip,
The piping is
A first piping part to which the first sensor chip is attached;
A second piping part to which the second sensor chip is attached;
The 3rd piping part comprised between the member connected between the said 1st piping part and the said 2nd piping part, and having low heat conductivity with respect to the member which comprises the said 1st, 2nd piping part A thermal flow sensor characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1記載の熱式流量センサ。 The thermal flow sensor according to claim 1, wherein the first and second piping parts and the third piping part are connected by screws.
ことを特徴とする請求項1記載の熱式流量センサ。 The thermal flow sensor according to claim 1, wherein the first and second piping parts and the third piping part are connected by an adhesive.
ことを特徴とする請求項3記載の熱式流量センサ。 The thermal flow sensor according to claim 3, wherein the first and second piping parts and the third piping part have a tapered connection surface.
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の熱式流量センサ。 The thermal flow sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the third piping portion is made of resin.
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