JP2022114477A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガード部材による検知精度の低下を抑制できるセンサ装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明におけるセンサ装置（１）は、基板（２）と、感温抵抗素子を備え、前記基板の表面から離間して配置されたセンサ素子（３、４）と、前記センサ素子の周囲に間隔を空けて配置された複数本のガード部材（１５）と、を有し、前記ガード部材は、平断面において、長手方向が、前記基板の内方向を向くように配置されることを特徴とする。このとき、前記ガード部材は、平断面において、前記基板の内方向に向けて徐々に細くなるように傾斜する傾斜面（１５ａ）を有することが好ましい。あるいは、前記ガード部材は、平断面において、流線形で形成されることを特徴とする。【選択図】図４

Description

この発明は、例えば、風速を計測可能なセンサ装置に関する。

加熱した流量検知用抵抗素子を流体に曝し、その際の放熱作用に基づいて流体の流量を検出する熱式のセンサ装置が知られている。センサ装置は、流量検知用抵抗素子の他に温度補償用抵抗素子を備えており、流量検知用抵抗素子と温度補償用抵抗素子が、ブリッジ回路に組み込まれている。流量検知用抵抗素子が流体を受けると、流量検知用抵抗素子の温度が低下して抵抗が変化し、これにより、ブリッジ回路より差動出力を得ることができる。この作動出力に基づいて、流体の流量を検出することができる。

例えば、特許文献１では、流量検知用抵抗素子及び温度補償用抵抗素子を備えた各センサ素子が、夫々、リード線を介して絶縁基板から離間して支持されている。

特開２０１９－２１５１６３号公報

ところで、特許文献１に示すセンサ装置では、センサ素子に対し、外部接触から保護するための保護部材が設けられておらず、センサ素子は、外部に曝されている。

そこで、センサ素子の周囲にガード部材を配置する構造が考えられる。しかしながら、流体の流れる方向によっては、流体が、センサ素子に到達するまでに、ガード部材の影響により、検知精度が低下する問題があった。

そこで本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、ガード部材による検知精度の低下を抑制できるセンサ装置を提供することを目的とする。

本発明におけるセンサ装置は、基板と、感温抵抗素子を備え、前記基板の表面から離間して配置されたセンサ素子と、前記センサ素子の周囲に配置されたガード部材と、を有し、前記ガード部材は、平断面において、長手方向が、前記基板の内方向を向くように配置されることを特徴とする。

或いは、本発明におけるセンサ装置は、基板と、感温抵抗素子を備え、前記基板の表面から離間して配置されたセンサ素子と、前記センサ素子の周囲に配置されたガード部材と、を有し、前記ガード部材は、平断面において、流線形で形成されることを特徴とする。

本発明のセンサ装置においては、ガード部材による検知精度の低下を抑制できる。

図１Ａは、第１の実施の形態におけるセンサ装置の部分側面図である。図１Ｂは、図１Ａに示すセンサ装置のＡ－Ａ線断面図である。図１Ｃは、第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子の拡大側面図である。 本実施の形態のセンサ素子の断面図である。 本実施の形態のセンサ装置の回路図である。 図４Ａ、図４Ｂは、本実施の形態のガード部材の一例を示す拡大断面図である。 第１のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。 図６Ａは、比較例におけるセンサ装置の部分側面図である。図６Ｂは、図６Ａに示すセンサ装置のＢ－Ｂ線断面図である。図６Ｃは、第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子の拡大側面図である。 比較例のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。 図８Ａは、第２の実施の形態におけるセンサ装置の部分側面図である。図８Ｂは、図８Ａに示すセンサ装置のＣ－Ｃ線断面図である。 第２の実施の形態のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。 図１０Ａは、第３の実施の形態におけるセンサ装置の部分側面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示すセンサ装置のＤ－Ｄ線断面図である。 第３の実施の形態のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。

以下、本発明の一実施の形態（以下、「実施の形態」と略記する。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

＜第１の実施の形態のセンサ装置の説明＞
図１Ａは、第１の実施の形態におけるセンサ装置の部分側面図である。図１Ｂは、図１Ａに示すセンサ装置のＡ－Ａ線断面図である。図１Ｃは、第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子の拡大側面図である。図２は、本実施の形態の第１のセンサ素子３の断面図である。図３は、本実施の形態のセンサ装置１の回路図である。図４Ａ～図４Ｃは、本実施の形態のガード部材の一例を示す断面図である。

（センサ装置の概要）
図１Ｂに示されるＸ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向は、平面内にて直交する２方向を示し、図１Ａに示すＺ１－Ｚ２方向は、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向に互いに直交する高さ方向を指す。

図１Ａ、図１Ｂに示す第１の実施の形態のセンサ装置１は、基板２と、流量検知用抵抗素子を備えた第１のセンサ素子３と、温度補償用抵抗素子を備えた第２のセンサ素子４と、を有して構成される。

基板２は、絶縁基板であり、特に限定するものではないが、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させた一般的なプリント基板であることが好ましく、例えば、ＦＲ４基板を提示することができる。

図１Ｂに示すように、例えば、基板２は円形状である。基板２の外周には、円筒状の支持体７が設けられる。支持体７の高さは、各センサ素子３、４よりも低い。また、基板２の下面には、スティック状の筐体９が接続されている。例えば、筐体９内には、各センサ素子３、４と電気的に接続され、風速を換算し出力するマイコン（図示しない）などが内蔵されている。

図１Ｃに示すように、第１のセンサ素子３は、一対の第１のリード線６ａ、６ｂを介して、基板２の表面２ａからＺ１方向に離間して支持される。

また、図１Ｃに示すように、第２のセンサ素子４は、一対の第２のリード線８ａ、８ｂを介して、基板２の表面２ａから第１のセンサ素子３と同じようにＺ１方向に離間して支持される。

図１Ａ、図１Ｃに示すように、第１のセンサ素子３及び第２のセンサ素子４は、基板２から見て同じ側（上方側）に配置されている。これにより、第１のセンサ素子３と第２のセンサ素子４に作用する環境温度を一致させることができ、検知精度の向上を図ることができるとともに、小型化に寄与することができる。

第１のセンサ素子３の内部構造について、図２を用いて説明する。図２に示すように、第１のセンサ素子３は、感温抵抗素子としての流量検知用抵抗素子１０と、流量検知用抵抗素子１０の両側に配置された電極キャップ１１と、流量検知用抵抗素子１０及び電極キャップ１１を被覆する絶縁膜１２と、を有して構成される。

流量検知用抵抗素子１０は、例えば、セラミック等の円柱基板の表面に抵抗被膜が形成されて成る。図示しないが、流量検知用抵抗素子１０の抵抗被膜の表面には、トリミングが施されて、抵抗調整がされている。

第１のセンサ素子３の外面は、流量検知面として機能する素子表面５ａと、素子表面５ａの上下に位置する上面５ｂ及び下面５ｃとを備える。

図２に示すように、下面５ｃ側に位置する電極キャップ１１から第１のリード線６ａがＺ２方向に延出している。また、上面５ｂ側に位置する電極キャップ１１から第１のリード線６ｂが一旦、Ｚ１方向に延び、途中で折り曲げられて、Ｚ２方向に向け延出している。このため、図２に示すように、一対のリード線６ａ、６ｂは、Ｘ１－Ｘ２方向に所定の間隔を空けて対向し、ともにＺ２方向に向けて延出している。そして、一対のリード線６ａ、６ｂの端部が基板２の表面２ａに接続されている。

第２のセンサ素子４に関しても図２と同様の構造であるが、流量検知用抵抗素子１０の代わりに、感温抵抗素子としての温度補償用抵抗素子１４が内蔵されている。

図１に示すように、第１のセンサ素子３及び第２のセンサ素子４は、一方向に長い形状となっている。ここで、「一方向に長い」とは、一方向に対して直交するどの方向の長さよりも長い状態を指す。具体的には、第１のセンサ素子３及び第２のセンサ素子４は、Ｘ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向よりもＺ１－Ｚ２方向に長く形成されている。限定するものではないが、第１のセンサ素子３及び第２のセンサ素子４は、縦長の円柱状で形成される。

図１Ｂに示すように、第１のセンサ素子３、第２のセンサ素子４、第１のセンサ素子３に対しＸ１側の側方に延出する第１のリード線６ｂ、及び、第２のセンサ素子４に対しＸ１側の側方に延出する第２のリード線８ｂは、Ｘ１－Ｘ２方向に一列に配列されている。

図３に示すように、流量検知用抵抗素子１０は、温度補償用抵抗素子１４とともに、ブリッジ回路を構成する。図３に示すように、流量検知用抵抗素子１０と、温度補償用抵抗素子１４と、抵抗器１６、１７とでブリッジ回路１８を構成している。図３に示すように、流量検知用抵抗素子１０と抵抗器１６とで第１の直列回路１９を構成し、温度補償用抵抗素子１４と抵抗器１７とで第２の直列回路２０を構成している。そして、第１の直列回路１９と第２の直列回路２０とが、並列に接続されてブリッジ回路１８を構成している。

図３に示すように、第１の直列回路１９の出力部２１と、第２の直列回路２０の出力部２２とが、夫々、差動増幅器（アンプ）２３に接続されている。ブリッジ回路１８には、差動増幅器２３を含めたフィードバック回路２４が接続されている。フィードバック回路２４には、トランジスタ（図示せず）等が含まれる。

抵抗器１６、１７は、流量検知用抵抗素子１０、及び温度補償用抵抗素子１４よりも抵抗温度係数（ＴＣＲ）が小さい。流量検知用抵抗素子１０は、例えば、所定の周囲温度よりも所定値だけ高くなるように制御された加熱状態で、所定の抵抗値Ｒｓ１を有し、また、温度補償用抵抗素子１４は、例えば、前記の周囲温度にて、所定の抵抗値Ｒｓ２を有するように制御されている。なお、抵抗値Ｒｓ１は、抵抗値Ｒｓ２よりも小さい。流量検知用抵抗素子１０と第１の直列回路１９を構成する抵抗器１６は、例えば、流量検知用抵抗素子１０の抵抗値Ｒｓ１と同様の抵抗値Ｒ１を有する固定抵抗器である。また、温度補償用抵抗素子１４と第２の直列回路２０を構成する抵抗器１７は、例えば、温度補償用抵抗素子１４の抵抗値Ｒｓ２と同様の抵抗値Ｒ２を有する固定抵抗器である。

流量検知用抵抗素子１０は、周囲温度よりも高い温度となるように調整されており、第１のセンサ素子３が風を受けると、発熱抵抗である流量検知用抵抗素子１０の温度は低下する。このため、流量検知用抵抗素子１０が接続された第１の直列回路１９の出力部２１の電位が変動する。これにより、差動増幅器２３により差動出力が得られる。そして、フィードバック回路２４では、差動出力に基づいて、流量検知用抵抗素子１０に駆動電圧を印加する。そして、流量検知用抵抗素子１０の加熱に要する電圧の変化に基づき、筐体９内に配置されたマイコンにて風速を換算し出力することができる。なお、マイコンは、各センサ素子３、４と、各リード線６ａ、６ｂ、８ａ、８ｂを介して電気的に接続されている。

また、温度補償用抵抗素子１４は、流体そのものの温度を検知し、流体の温度変化の影響を補償する。このように、温度補償用抵抗素子１４を備えることで、流体の温度変化が流量検知に影響するのを低減でき、流量検知を精度よく行うことができる。上記したように、温度補償用抵抗素子１４は、流量検知用抵抗素子１０よりも十分に抵抗が高く、且つ、温度が周囲温度付近に設定されている。このため、温度補償用抵抗素子１４が風を受けても、温度補償用抵抗素子１４が接続された第２の直列回路２０の出力部２２の電位は、ほとんど変化しない。したがって、出力部２２の電位を基準電位として、流量検知用抵抗素子１０の抵抗変化に基づく差動出力を精度よく得ることができる。
なお、図３に示す回路構成は、一例であり、これに限定されるものではない。

第１の実施の形態のセンサ装置１においては、図１Ａや図１Ｂに示すように、各センサ素子３、４の周囲に間隔を空けて、複数本のガード部材１５が設けられている。

各ガード部材１５の下端は、基板２の外周を囲む支持体７の上端部に固定支持されている。各ガード部材１５は、各センサ素子３、４の周囲に、等間隔で配置されることが好ましい。図１に示す第１の実施の形態では、ガード部材１５は、円筒状の支持体７の周囲に沿って４本設けられているため、各ガード部材は、９０度間隔で配置されることが好適である。

図１Ａに示すように、各ガード部材１５の上端には、リング状の固定部材２６が設けられる。固定部材２６はなくてもよいが、固定部材２６を設けることで、各ガード部材１５を外部接触などに対し、安定して支持することができる。固定部材２６をＺ１－Ｚ２方向に切断して現れる断面は、円形或いは楕円形である。これにより、斜め上方からの気流に対し、水平３６０度の検知精度に及ぼす影響を弱めることができると考えられる。「水平３６０度」とは、第１のセンサ素子３の軸中心に向かう平面内の全方向を指す。

（ガード部材１５）
ガード部材１５の形状について、詳しく説明する。図１Ａに示すように、ガード部材１５は、高さ方向であるＺ１－Ｚ２方向に長く延びる柱状である。ガード部材１５は、第１のセンサ素子３よりも高い位置にまで形成される。これにより、固定部材２６を、第１のセンサ素子３よりも高い位置に設置することができる。

図４Ａは、図１Ｂに示すガード部材１５の一つを拡大した断面図である。図１Ｂ及び図４Ａに示すように、ガード部材１５は、平断面において、長手方向が、基板２の内方向を向くように配置される。ここで、「平断面」とは、図１Ａのように、水平方向のＡ―Ａ線から平面方向に向けて切断して現れる切断面を指す。また、「基板２の内方向」とは、基板２の略中心Ｏ（図１Ｂ参照）に向かう方向である。あるいは、「基板２の内方向」とは、基板２内に設けられた第１のセンサ素子３に向かう方向である。「基板２の外方向」とは、基板２の内方向とは逆方向であり、基板２の中心Ｏから離れる方向である。また、「長手方向」とは、ガード部材１５の平断面において、長さの最も長い方向である。このように、ガード部材１５の平断面は、細長い形状であり、長手方向を基板２の内方向に向けることで、長手方向に直交するガード部材１５の幅Ｔを、支持体７の略円周方向に一致させることができる。ここで、「幅Ｔ」は、長手方向に直交する幅寸法のうち最大幅を指すが、最大幅は、長手方向の長さより十分短い。また、図４Ａに示すように、幅寸法が、場所によって異なる形状では、最大幅（幅Ｔ）は、基板２の外方向寄りに形成されることが好ましい。このように、ガード部材１５の長手方向を基板２の内方向に向けることで、基板２の外方向から内方向に向けて吹く風が、ガード部材１５により、遮断されにくくなり、換言すれば、ガード部材１５に直接当たる風向範囲を小さくでき、水平３６０度からの検知精度を向上させることができる。なお、各ガード部材１５は、同じ形状であることが、水平３６０度からの検知精度を向上させるうえで、好ましい。

図４Ａに示すように、ガード部材１５は、平断面において、基板２の内方向に向けて、徐々に細くなるように傾斜する傾斜面１５ａ、１５ａを備えることが好ましい。図４Ａに示すように、ガード部材１５は、平断面にて、基板２の外方向を向く外面１５ｂと、傾斜面１５ａとが連続して形成されている。外面１５ｂは、基板２の外方向に向けて突出する凸曲面で形成されていることが好ましい。また、外面１５ｂと反対側の内面１５ｃも、基板２の内方向に向けて突出する凸曲面で形成されることが好ましい。図４Ａに示すように、ガード部材１５は、内面１５ｃ側のほうが、外面１５ｂ側より細くなっている。

換言すれば、図４Ａに示すガード部材１５の平断面が、流線形で形成される。「流線形」とは、流れの中に置いたときに、周囲で渦の発生を抑制でき、圧力抵抗を最大限小さくできる形状を指す。

したがって、図４Ａに示すように、センサ装置１の外部からガード部材１５の外面１５ｂに向けて略水平に吹く風Ｗは、ガード部材１５の外面１５ｂから内面１５ｃに向けて、渦を生じることなく、スムースに流れる。

本実施の形態では、図４Ａに示すガード部材１５の平断面において、基板２の内方向に向けての外周形状が、傾斜面１５ａで形成されることが好ましい。傾斜面１５ａは、ガード部材１５の外面１５ｂの中心から内面１５ｃの中心に向けて、ガード部材１５を二等分する中心線Ｌに対し、内面１５ｃに向かうほど一対の傾斜面１５ａ同士が近づくように、傾斜している。傾斜面１５ａは、直線状であっても曲面状であってもよい。このように、ガード部材１５が傾斜面１５ａを有することで、風Ｗは、傾斜面１５ａに沿って、基板２の内方向に流れやすくなる。基板２の内方向の略延長線上に、第１のセンサ素子３が設けられており（図１Ｂ参照）、したがって、風Ｗは適切に第１のセンサ素子３に作用する。これにより、センサ装置１の外部からガード部材１５の外面１５ｂ方向に向けて略水平に吹く風Ｗを、適切に第１のセンサ素子３まで導くことができ、検知精度の向上を図ることができる。

また、ガード部材１５の外面１５ｂが、凸曲面で形成されることで、外面１５ｂから傾斜面１５ａにかけて流線形に形成でき、風Ｗを、外面１５ｂから傾斜面１５ａに沿って、基板２の内方向に向けて、スムースに流すことができる。また、ガード部材１５の内面１５ｃも凸曲面であることが好ましく、これにより、内面１５ｃ付近で渦の発生を抑制できる。

ガード部材１５の形状は、図４Ａに限定されるものでなく、例えば、図４Ｂのように、外面１５ｂが直線状に突出した形状とすることができる。このとき、外面１５ｂを、三角形の２辺を有して構成することができる。また、２辺が交わる外面頂点は丸みを帯びた形状とすることができる。ただし、外面１５ｂを凸曲面で形成し、傾斜面１５ａに連続した外周形状で形成することで、流線形にできる。その結果、ガード部材１５の周囲で渦の発生を効果的に抑制することができ、風Ｗをスムースに基板２の内方向に流すことができる。これにより、風Ｗが、センサ装置１の外部からガード部材１５の外面１５ｂ方向に略水平に流れる際、図４Ａに示すように、風Ｗがガード部材１５の傾斜面１５ａである側面を通り抜けて、基板２の内方向にスムースに移動でき、検知精度の低下を抑制できる。また、別の形状としては、例えば、平断面が細長い矩形状のガード部材１５であって、長手方向を基板２の内方向に向けた構成であってもよい。幅Ｔを細くすることで、上記の渦の発生を極力、抑制することができる。ただし、矩形状の場合、幅寸法はどの場所でも略同じであり、全体的に幅が細くなることでガード部材１５の強度が低下しやすい。このため、例えば、図４Ａのようにガード部材１５の平断面を流線形にして、幅の広い箇所を設けることで、ガード部材１５の強度を上げることができる。

（比較例との対比）
これに対し、図６Ａ～図６Ｃに示す比較例のセンサ装置３０では、各センサ素子３、４のＸ１－Ｘ２方向の両側に、ガード部材３１が設けられている。図６Ｂに示すように、ガード部材３１の平断面は、略矩形状である。

図６Ｂに示すように、比較例では、ガード部材３１の平断面は、基板２の中心Ｏに向けての内方向に向く内面３１ｃと、内面３１ｃとは逆側の外面３１ｂと、内面３１ｃと外面３１ｂとの間を繋ぐ一対の側面３１ａ、３１ａとを備える。外面３１ｂと内面３１ｃはほ同じ幅寸法で直線状に形成されており、また、側面３１ａは凸曲面で形成されている。あるいは、側面３１ａは、Ｘ１－Ｘ２方向に略平行な直線状で形成されている。図６Ｂに示す比較例では、内面３１ｃ及び外面３１ｂは、側面３１ａに比べて長さが長い。図６Ｂに示すように、比較例では、ガード部材３１の長手方向が、基板２の内方向（中心Ｏに向かう方向）とは直交する方向に向いている。換言すれば、ガード部材３１の短手方向が、基板２の内方向に向けられている。また、比較例における第１のガード部材３１は、図４Ａの実施の形態のガード部材１５と異なって、基板２の内方向に向けて徐々に細くなる形状とはなっていない。あるいは、第１のガード部材３１は流線形で形成されていない。

第１の実施の形態のセンサ装置１と、比較例のセンサ装置３０を用いて、水平３６０度から風を作用させたときの流量検知について実験を行った。なお、以下では、第１の実施の形態のセンサ装置１を用いた実験を「実施例１」として説明する。

ここで、「水平方向」とは、図１Ｂに示すＸ１－Ｘ２方向及びＹ１－Ｙ２方向からなる平面内にて形成される方向である。この水平方向は、図２に示すように、Ｚ１－Ｚ２方向に直立した第１のセンサ素子３の径方向であり、例えば、第１のセンサ素子３の断面が円であれば、第１のセンサ素子３の軸中心を通る垂線方向を意味する。「水平３６０度」は、第１のセンサ素子３に対する「径方向３６０度」と同義である。

実験では、センサ装置１、３０に対し、水平３６０度から風を作用させた。実施例１に対する実験では、風速は、インバータの運動周波数を３Ｈｚ、１０Ｈｚ、及び１５Ｈｚの３段階に制御した。また、比較例に対する実験では、風速は、インバータの運動周波数を３Ｈｚ、７Ｈｚ、１０Ｈｚ、及び１４Ｈｚの４段階に制御した。運動周波数が高いほど風速が大きくなる。これら風速を、センサ装置１、３０で測定した。

実施例１の実験結果は図５に、比較例の実験結果は図７に示されている。図５、図７に示すように、風配図を模した円形グラフの外周の数値は、中心に位置するセンサ装置１、３０に向けての風の方向を示している。

円グラフ内の０、２、６、８、１０、１２の数値は風速値である。また、円グラフ内に太く表示された複数の曲線は、図５では、インバータの運動周波数を３Ｈｚ、１０Ｈｚ、及び１５Ｈｚに調整し、水平３６０度からの風をセンサ装置１にて測定した際に計測された風速の実測値である。また、図７では、インバータの運動周波数を３Ｈｚ、７Ｈｚ、１０Ｈｚ、及び１４Ｈｚに調整し、水平３６０度からの風をセンサ装置３０にて測定した際に計測された風速の実測値である。図５には、インバータの運動周波数を１５Ｈｚに調整した際に理想的な測定値としての理想値も示した。また、図７には、インバータの運動周波数を１４Ｈｚに調整した際に理想的な測定値としての理想値も示した。

図７に示す比較例では、約５７度～約１１０度、及び約２１０度～２７３度方向に対する風量検知精度が極端に低下することがわかった。このうち、９０度方向及び２７０度方向は、図６Ｂに示すＸ１－Ｘ２方向である。Ｘ１－Ｘ２方向は、図６Ｂに示すように、第１のガード部材３１が配置された方向である。このため、Ｘ１－Ｘ２方向近辺に流れる風は、第１のガード部材３１の影響を強く受けてしまい、第１のセンサ素子３まで適切に到達しない。その結果、極端な風量検知精度の低下につながる。

一方、図５に示す実施例１では、ガード部材１５が配置された方向は、４５度、１３５度、２２５度、３１５度であるが、これら方向に対する風量測定値は、比較例のように極端に低下せず、十分に高い風量検知精度を維持できることがわかった。実施例１では、図４Ａに示すように、平断面にて、ガード部材１５を流線形で形成した。これにより、ガード部材１５付近の気流中に渦が発生するのを抑制でき、風Ｗを、スムースに第１のセンサ素子３まで導くことができる。この結果、比較例と比べて、優れた風量検知精度を得ることができた。
以上より、第１の実施の形態のセンサ装置１によれば、水平３６０度の風量検知精度を向上できるとわかった。

また、図６Ｃに示すように、比較例では、各センサ素子３、４の高さが一致している。このため、第１のガード部材３１の配置とともに、第１のセンサ素子及び第２のセンサ素子４の並び方向であるＸ１－Ｘ２方向近辺の風量検知に対しては、更に、第１のセンサ素子３に風が作用しにくくなり、検知精度が大幅に低下する。

これに対し、第１の実施の形態では、図１Ｃに示すように、第１のセンサ素子３が、第２のセンサ素子４よりも高い位置にある。また、第１のセンサ素子３は、第２のセンサ素子４に接続された第２のリード線８ｂよりも高い位置に配置されている。したがって、第１の実施の形態では、第１のセンサ素子３と第２のセンサ素子４の並び方向であるＸ１－Ｘ２方向からの気流は、第１のセンサ素子３に適切に作用し、良好な風量検知精度を取得することができる。図５では、９０度及び２７０度の方向からの気流に該当する。図５に示すように、９０度方向からの風量検知精度は優れていることがわかった。図５に示すように、約２６０度～約２７３度方向からの風量検知は、第１のリード線６ｂの影響で多少精度が劣るものの、十分に高い検知精度を維持できるとわかった。

＜第２の実施の形態のセンサ装置、及び第３の実施の形態のセンサ装置の説明＞
図８Ａは、第２の実施の形態におけるセンサ装置の部分側面図である。図８Ｂは、図８Ａに示すセンサ装置のＣ－Ｃ線断面図である。図１０Ａは、第３の実施の形態におけるセンサ装置の部分側面図である。図１０Ｂは、図１０Ａに示すセンサ装置のＤ－Ｄ線断面図である。

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第２の実施の形態では、ガード部材１５が、各センサ素子３、４の周囲に６本配置されている。各ガード部材１５は、６０度間隔の等間隔で配置される。

また、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、第３の実施の形態では、ガード部材１５が、各センサ素子３、４の周囲に８本配置されている。各ガード部材１５は、４５度間隔の等間隔で配置される。

第２の実施の形態、及び、第３の実施の形態に設けられたガード部材１５は、図４Ａで示したガード部材１５と同じ形状である。すなわち、図８Ｂ及び図１０Ｂに示すガード部材１５は、平断面において、長手方向が、基板２の中心Ｏの方向（基板２の内方向）を向くように配置されている。また、ガード部材１５の平断面は、徐々に細くなる傾斜面１５ａを備えることが好ましい。また、基板２の外方向を向く外面１５ｂは、凸曲面であることが好ましい。換言すれば、図８Ｂ及び図１０Ｂに示すガード部材１５の平断面は、流線形で形成されることが好ましい。

図９は、第２の実施の形態のセンサ装置を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。ここで、第２の実施の形態のセンサ装置４０を用いて行った実験を「実施例２」とする。図１１は、第３の実施の形態のセンサ装置５０を用いて行った、風速と角度指向特性との関係を示す実験結果である。ここで、第３の実施の形態のセンサ装置５０を用いて行った実験を「実施例３」とする。

図９に示す実施例２、及び図１１に示す実施例３では、図７に示す比較例に比べて飛躍的に、水平３６０度の風量検知精度が向上したことがわかった。また、図５に示す実施例１、図９に示す実施例２、及び図１１に示す実施例３を対比すると、ガード部材１５を４本とした実施例１が、理想値により近い検知精度を有していることがわかった。

また、図６Ａに示すガード部材３１を、平断面において、長手方向が基板２の内方向を向くように配置できる。このとき、ガード部材３１を、図４Ａで示したように、基板２の内方向に向けて徐々に細くなるように傾斜する傾斜面１５ａを有するように形成することができる。このように、本実施の形態では、ガード部材の数を２本にできるが、係る場合、補強の意味もかねて、各ガード部材３１の上端には、各ガード部材３１間を繋ぐ固定部材２６が設けられることが好ましい。これにより、各ガード部材３１を外部接触などに対し、安定して支持することができる。

また、センサ素子３、４の周囲に、ガード部材１５を１本だけ設け、更に、ガード部材１５の上端に庇部等を接続して、センサ素子３、４を保護する構造も考えられる。ただし、係る構造では、ガード部材１５が１本だけであるため、保護機能が低く、且つ強度も弱い。また、ガード部材１５の上端に設ける庇部等の構造によっては、水平３６０度の検知精度に影響を及ぼす可能性がある。そこで、ガード部材１５は、センサ素子３、４の周囲に複数本配置することが好ましい。

ガード部材１５の本数は多いほど、センサ素子３、４に対する保護強化を図ることができるが、多すぎると水平３６０度の検知精度が低下しやすい。そこで、上記の実験結果から、ガード部材１５の本数は、４本から８本の間で調整することが好ましく、特に、４本に設定することが好ましいとした。

本実施の形態では、第１のセンサ素子３及び第２のセンサ素子４の形状や配置を限定するものではない。すなわち、図６Ｃのように、第１のセンサ素子３と第２のセンサ素子４とがＸ１－Ｘ２方向で対向する形態も、本実施の形態に含まれる。ただし、第１のセンサ素子３及び第２のセンサ素子４の並び方向であるＸ１－Ｘ２方向の風量検知精度を向上させるためには、図１Ｃに示すように、第１のセンサ素子３を第２のセンサ素子４より高い位置に形成することが好ましい。また、第１のセンサ素子３を、第２のセンサ素子４に接続された第２のリード線８ｂよりも高い位置に配置することが好ましい。

また、本実施の形態では、第１のセンサ素子３と第２のセンサ素子４の並び方向であるＸ１－Ｘ２方向にガード部材１５が配置されないように、ガード部材１５を、第１のセンサ素子３と第２のセンサ素子４の並び方向から、ずらすことが好ましい。これにより、第１のセンサ素子３と第２のセンサ素子４の並び方向からの風量検知精度を向上させることができる。

また、各ガード部材１５は、第２のセンサ素子４に比して、第１のセンサ素子３から略等距離に配置されることが好ましい。図１Ｂに示すように、各ガード部材１５は、基板２の基準点としての中心Ｏから等距離に配置されている。そして、第１のセンサ素子３は、第２のセンサ素子４に比べて、基板２の中心Ｏに近い位置に配置される。このため、各ガード部材１５は、第１のセンサ素子３から略等距離に配置される。この結果、水平３６０度からの気流が第１のセンサ素子３に均一に作用し、検知精度を向上させることができる。
上記では、センサ装置１は、風を検知するものとして説明したが、検知する流体としては、風以外にガスや、液体であってもよい。

本発明では、水平３６０度検知を高精度に行うことができ、様々なアプリケーションに適用することができる。例えば、空調設備や、風の制御系、分析用などに適用することが可能である。

１、３０、４０、５０ センサ装置
２ 基板
３ 第１のセンサ素子
４ 第２のセンサ素子
６ リード線
６ａ、６ｂ 第１のリード線
７ 支持体
８ａ、８ｂ 第２のリード線
９ 筐体
１０ 流量検知用抵抗素子
１１ 電極キャップ
１２ 絶縁膜
１４ 温度補償用抵抗素子
１５ ガード部材
１５ａ 傾斜面
１５ｂ 外面
１５ｃ 内面
１８ ブリッジ回路
１９ 第１の直列回路
２０ 第２の直列回路
２３ 差動増幅器
２４ フィードバック回路
２６ 固定部材
３１ 第１のガード部材
３２ 第２のガード部材
Ｌ 中心線
Ｏ 中心
Ｗ 風

Claims (7)

1. 基板と、
   感温抵抗素子を備え、前記基板の表面から離間して配置されたセンサ素子と、
   前記センサ素子の周囲に配置されたガード部材と、を有し、
   前記ガード部材は、平断面において、長手方向が、前記基板の内方向を向くように配置されることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記ガード部材は、平断面において、前記基板の内方向に向けて徐々に細くなるように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記ガード部材は、前記傾斜面と連続し、前記基板の外方向を向く外面を有し、前記外面は、前記外方向に突出する凸曲面で形成されることを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。
4. 基板と、
   感温抵抗素子を備え、前記基板の表面から離間して配置されたセンサ素子と、
   前記センサ素子の周囲に配置されたガード部材と、を有し、
   前記ガード部材は、平断面において、流線形で形成されることを特徴とするセンサ装置。
5. 前記ガード部材は、前記センサ素子の周囲に間隔を空けて複数本設けられ、互いに、等間隔で配置されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のセンサ装置。
6. 前記ガード部材は、４本から８本、配置されることを特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
7. 前記感温抵抗素子として流量検知用抵抗素子を備えた第１のセンサ素子と、
   前記感温抵抗素子として温度補償用抵抗素子を備えた第２のセンサ素子と、を有し、
   複数本の前記ガード部材は、前記基板の基準点から等距離に配置され、
   前記第１のセンサ素子は、前記第２のセンサ素子に比べて、前記基準点に近い位置に配置されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のセンサ装置。
   

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