JP2568766B2 - 質量流量センサ - Google Patents
質量流量センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造プロセス
で用いられるガスやその他の流体の質量流量計測に用い
られる質量流量センサに関するものである。
で用いられるガスやその他の流体の質量流量計測に用い
られる質量流量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の質量流量センサとしては、例えば
ＵＳＰ3938384号に代表される定電流タイプのセンサ
と、ＵＳＰ4484932 号、特公昭58−16128 号、特開昭62
−132120号に示される定温度タイプのセンサとが知られ
ている。
ＵＳＰ3938384号に代表される定電流タイプのセンサ
と、ＵＳＰ4484932 号、特公昭58−16128 号、特開昭62
−132120号に示される定温度タイプのセンサとが知られ
ている。
【０００３】上記の定電流タイプのセンサは図８に示さ
れるようにパイプに矢印Ｘで示される如く流体が流れる
ときに、パイプにおける上流側と下流側とに発熱抵抗体
Ｒ1 ，Ｒ2 が巻回され、定電流源901 から定電流Ｉが与
えられる。ここで、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に電圧Ｖ1 ，
Ｖ2 が生じるから、この電圧差（Ｖ1 −Ｖ2 ）を図のブ
リッジ回路を介して差動増幅器902 にて取り出し、質量
流量を検出する。つまり、質量流量Ｑは、流体が流れる
ときに生ずる発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 における電力変位に
相当するため
れるようにパイプに矢印Ｘで示される如く流体が流れる
ときに、パイプにおける上流側と下流側とに発熱抵抗体
Ｒ1 ，Ｒ2 が巻回され、定電流源901 から定電流Ｉが与
えられる。ここで、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に電圧Ｖ1 ，
Ｖ2 が生じるから、この電圧差（Ｖ1 −Ｖ2 ）を図のブ
リッジ回路を介して差動増幅器902 にて取り出し、質量
流量を検出する。つまり、質量流量Ｑは、流体が流れる
ときに生ずる発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 における電力変位に
相当するため
【０００４】
【数１】 となり、質量流量を直接検出できることが判る。
【０００５】これに対し、定温度タイプのセンサは図９
に示されるように、パイプに矢印Ｘで示される如く流体
が流れるときに、パイプにおける上流側と下流側とに発
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bが巻回され、それぞれトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 を介して電流が流される。発熱抵抗体Ｒ1a，
Ｒ1bはそれぞれ、抵抗Ｒ2a，Ｒ3a，Ｒ4aとＲ2b，Ｒ3b，
Ｒ4bとブリッジ回路を構成する。各ブリッジ回路の２点
から取り出した電圧からコンパレータ911 ，912 で差を
得て、ブリッジ回路が平衡するようにトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 のベース電流を制御する。即ち、発熱抵抗体
Ｒ1a，Ｒ1bの抵抗値が一定となるように制御が行われ
る。この結果、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bの温度は流体の流
れに無関係に予め定められた温度に維持される。ここ
で、質量流量Ｑは、流体が流れたときに生ずる発熱抵抗
体Ｒ1a，Ｒ1bにおける電力変位に相当し、
に示されるように、パイプに矢印Ｘで示される如く流体
が流れるときに、パイプにおける上流側と下流側とに発
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bが巻回され、それぞれトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 を介して電流が流される。発熱抵抗体Ｒ1a，
Ｒ1bはそれぞれ、抵抗Ｒ2a，Ｒ3a，Ｒ4aとＲ2b，Ｒ3b，
Ｒ4bとブリッジ回路を構成する。各ブリッジ回路の２点
から取り出した電圧からコンパレータ911 ，912 で差を
得て、ブリッジ回路が平衡するようにトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 のベース電流を制御する。即ち、発熱抵抗体
Ｒ1a，Ｒ1bの抵抗値が一定となるように制御が行われ
る。この結果、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bの温度は流体の流
れに無関係に予め定められた温度に維持される。ここ
で、質量流量Ｑは、流体が流れたときに生ずる発熱抵抗
体Ｒ1a，Ｒ1bにおける電力変位に相当し、
【０００６】
【数２】 となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記２タイプの質量流
量センサのうち、定電流タイプのセンサは、第１に、発
熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に流れる電流が一定であるため周囲
温度の変化に応じて発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 の発熱温度が
自動的に変化する。従って、特別に温度補正回路を用い
ることなく広い温度範囲で安定した動作が確保される。
第２に、上記とも関係して回路構成が簡単である特徴を
有する。しかしながら、この定電流タイプのセンサは、
流体の流れに応じた温度へと発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 が温
度変化するまで時間を要し、応答速度が遅いという問題
点がある。
量センサのうち、定電流タイプのセンサは、第１に、発
熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に流れる電流が一定であるため周囲
温度の変化に応じて発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 の発熱温度が
自動的に変化する。従って、特別に温度補正回路を用い
ることなく広い温度範囲で安定した動作が確保される。
第２に、上記とも関係して回路構成が簡単である特徴を
有する。しかしながら、この定電流タイプのセンサは、
流体の流れに応じた温度へと発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 が温
度変化するまで時間を要し、応答速度が遅いという問題
点がある。
【０００８】上記に対し、定温度タイプのセンサは、発
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bを常に強制的に一定温度に保つ制御
をしているため、応答時間が早く、一般的には、定電流
タイプのものに比べて10倍以上の高速で応答がなされ
る。しかしながら、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bについて設定
された発熱温度と周囲温度とが近づくと、発熱抵抗体Ｒ
1a，Ｒ1bに印加される電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が低下し測定が困
難となり、周囲温度が設定温度を越えると使用不可とな
り必ず何らかの補正回路が必要となる。
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bを常に強制的に一定温度に保つ制御
をしているため、応答時間が早く、一般的には、定電流
タイプのものに比べて10倍以上の高速で応答がなされ
る。しかしながら、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bについて設定
された発熱温度と周囲温度とが近づくと、発熱抵抗体Ｒ
1a，Ｒ1bに印加される電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が低下し測定が困
難となり、周囲温度が設定温度を越えると使用不可とな
り必ず何らかの補正回路が必要となる。
【０００９】即ち、上記(1) 式は、周囲温度及びガス温
度Ｔａが一定であるという条件成立時に成り立つだけで
ある。このため、特開昭62−132120号においては、ガス
温度Ｔａが（１／（Ｖ1 ＋Ｖ2））に比例し、感度はガ
ス温度Ｔａの上昇によりまたは上記（１／（Ｖ1 ＋
Ｖ2 ））の増大につれて低下するものとし、流量Ｑを、
度Ｔａが一定であるという条件成立時に成り立つだけで
ある。このため、特開昭62−132120号においては、ガス
温度Ｔａが（１／（Ｖ1 ＋Ｖ2））に比例し、感度はガ
ス温度Ｔａの上昇によりまたは上記（１／（Ｖ1 ＋
Ｖ2 ））の増大につれて低下するものとし、流量Ｑを、
【００１０】 Ｑ＝△Ｖ／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ） …(2) より求めている。しかし、この手法により感度低下を補
ったとしても(2)式が使用できる範囲は定電流タイプの
ものに比して狭いものである。
ったとしても(2)式が使用できる範囲は定電流タイプの
ものに比して狭いものである。
【００１１】そこで、特開平１−150817号公報において
は、原理を図10に示す回路によって感度低下を防止す
る。つまり、発熱抵抗体Ｒ1bが含まれ抵抗Ｒ5b，Ｒ7b，
Ｒ9bを構成要素とするブリッジ回路の発熱抵抗体Ｒ1bに
周囲温度検出抵抗Ｒ3bを直列に接続し、発熱抵抗体Ｒ2b
が含まれ抵抗Ｒ6b，Ｒ8b，Ｒ10b を構成要素とするブリ
ッジ回路の発熱抵抗体Ｒ2bに周囲温度検出抵抗Ｒ4bを直
列に接続する。これによって、周囲温度が上昇したとき
周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4bの抵抗値が増加するから、
この増加分に応じて発熱抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bの温度を高く
するように制御を行い、感度低下を防止するものであ
る。ここにおいて、発熱抵抗体Ｒ1bの温度は、周囲温度
検出抵抗Ｒ3bの温度より抵抗Ｒ5bの割合だけ高く設定さ
れている。
は、原理を図10に示す回路によって感度低下を防止す
る。つまり、発熱抵抗体Ｒ1bが含まれ抵抗Ｒ5b，Ｒ7b，
Ｒ9bを構成要素とするブリッジ回路の発熱抵抗体Ｒ1bに
周囲温度検出抵抗Ｒ3bを直列に接続し、発熱抵抗体Ｒ2b
が含まれ抵抗Ｒ6b，Ｒ8b，Ｒ10b を構成要素とするブリ
ッジ回路の発熱抵抗体Ｒ2bに周囲温度検出抵抗Ｒ4bを直
列に接続する。これによって、周囲温度が上昇したとき
周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4bの抵抗値が増加するから、
この増加分に応じて発熱抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bの温度を高く
するように制御を行い、感度低下を防止するものであ
る。ここにおいて、発熱抵抗体Ｒ1bの温度は、周囲温度
検出抵抗Ｒ3bの温度より抵抗Ｒ5bの割合だけ高く設定さ
れている。
【００１２】ところが、周囲温度検出抵抗Ｒ3bの抵抗値
に対する抵抗Ｒ5bの抵抗値の割合は、周囲温度が高くな
るにつれて徐々に小さくなり、これによって周囲温度に
対する発熱抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bの温度差も徐々に小さくな
る。即ち、感度低下は温度上昇とともに生じる程度が抑
制されるだけであり、完全な温度補正を行うことができ
ず、実用となる温度範囲が大きく改善されるものではな
かった。また、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4bとして発熱
抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bと同じ温度係数、同一抵抗値を採用し
たところで、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4bのそれぞれに
は、発熱抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bのそれぞれに流れる電流値と
同じ電流が流れることから、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ
4bも発熱する。この場合、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4b
の抵抗値は周囲の放熱バランスで微妙に変化するため、
ブリッジ回路の零点が不安定となる問題点がある。
に対する抵抗Ｒ5bの抵抗値の割合は、周囲温度が高くな
るにつれて徐々に小さくなり、これによって周囲温度に
対する発熱抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bの温度差も徐々に小さくな
る。即ち、感度低下は温度上昇とともに生じる程度が抑
制されるだけであり、完全な温度補正を行うことができ
ず、実用となる温度範囲が大きく改善されるものではな
かった。また、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4bとして発熱
抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bと同じ温度係数、同一抵抗値を採用し
たところで、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4bのそれぞれに
は、発熱抵抗体Ｒ1b，Ｒ2bのそれぞれに流れる電流値と
同じ電流が流れることから、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ
4bも発熱する。この場合、周囲温度検出抵抗Ｒ3b，Ｒ4b
の抵抗値は周囲の放熱バランスで微妙に変化するため、
ブリッジ回路の零点が不安定となる問題点がある。
【００１３】本発明は上記の従来の質量流量センサの問
題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、周
囲の放熱バランスに係わりなく的確な計測を行い得る質
量流量センサを提供することである。
題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、周
囲の放熱バランスに係わりなく的確な計測を行い得る質
量流量センサを提供することである。
【００１４】また、発明では上記に加えて応答速度が早
く、周囲温度に係わりなく的確な計測を行い得る質量流
量センサを提供することを目的とする。
く、周囲温度に係わりなく的確な計測を行い得る質量流
量センサを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明に係る質量流量セ
ンサは、少なくとも１個以上の発熱抵抗体を流体を流れ
るセンサ管の一部に設けて質量流量を検出する質量流量
センサにおいて、前記発熱抵抗体及び温度検出を行う温
度センサ抵抗を含むブリッジ回路と、前記センサ管を収
容する室とともに、前記温度センサ抵抗が収容される室
が設けられたハウジングを備えるとともに、前記ハウジ
ングには、前記温度センサ抵抗が設けられており、 前記
発熱抵抗体は、前記センサ管の上流に設けた第１の発熱
抵抗体と、前記センサ管の下流に設けた第２の発熱抵抗
体とからなり、 前記ブリッジ回路は、前記第１の抵抗体
を含む第１のブリッジ回路と、前記第２の発熱抵抗体を
含む第２のブリッジ回路とからなり、該第１、第２のブ
リッジ回路の各一辺は夫々、前記温度センサ抵抗として
同一基材に構成された等温度係数の測温マッチング抵抗
を含むことを特徴とする。
ンサは、少なくとも１個以上の発熱抵抗体を流体を流れ
るセンサ管の一部に設けて質量流量を検出する質量流量
センサにおいて、前記発熱抵抗体及び温度検出を行う温
度センサ抵抗を含むブリッジ回路と、前記センサ管を収
容する室とともに、前記温度センサ抵抗が収容される室
が設けられたハウジングを備えるとともに、前記ハウジ
ングには、前記温度センサ抵抗が設けられており、 前記
発熱抵抗体は、前記センサ管の上流に設けた第１の発熱
抵抗体と、前記センサ管の下流に設けた第２の発熱抵抗
体とからなり、 前記ブリッジ回路は、前記第１の抵抗体
を含む第１のブリッジ回路と、前記第２の発熱抵抗体を
含む第２のブリッジ回路とからなり、該第１、第２のブ
リッジ回路の各一辺は夫々、前記温度センサ抵抗として
同一基材に構成された等温度係数の測温マッチング抵抗
を含むことを特徴とする。
【００１６】 ハウジングには、センサ管が収容される
室が設けられ、 この室に１点で取り付けられるととも
に、前記センサ管の発熱抵抗体の上流側及び下流側でセ
ンサ管と接触し、熱伝導路となる熱伝導体が備えられて
いることを特徴とする。
室が設けられ、 この室に１点で取り付けられるととも
に、前記センサ管の発熱抵抗体の上流側及び下流側でセ
ンサ管と接触し、熱伝導路となる熱伝導体が備えられて
いることを特徴とする。
【００１７】 ハウジングは、センサ管を収容する室の
下側を構成する下側ケースと、前記室の上側を構成する
上側ケースからなり、 センサ管の端部は、流体の導入あ
るいは導出を行なう穴を設けた筒状連絡部材に結合さ
れ、 前記上側ケース及び下側ケースには、前記筒状連絡
部材を位置決めする位置決め部が設けられていることを
特徴とする。
下側を構成する下側ケースと、前記室の上側を構成する
上側ケースからなり、 センサ管の端部は、流体の導入あ
るいは導出を行なう穴を設けた筒状連絡部材に結合さ
れ、 前記上側ケース及び下側ケースには、前記筒状連絡
部材を位置決めする位置決め部が設けられていることを
特徴とする。
【００１８】 発熱抵抗体は、内径がセンサ管の外径と
略等しいセラミックパイプの外周面に白金を蒸着しレー
ザ加工・トリミングを行って螺旋状に白金を剥がして地
のセラミックを露出させて構成したものであることを特
徴とする。
略等しいセラミックパイプの外周面に白金を蒸着しレー
ザ加工・トリミングを行って螺旋状に白金を剥がして地
のセラミックを露出させて構成したものであることを特
徴とする。
【００１９】 発熱抵抗体は、セラミックにより構成さ
れる平板状の基材上に白金を蒸着し、それぞれの抵抗が
等しく、等温度係数となるようにレーザ加工・トリミン
グを行って白金を剥がし、地のセラミックを露出させて
ジグザグパターンの端部にリード線を接続した構成を有
することを特徴とする。
れる平板状の基材上に白金を蒸着し、それぞれの抵抗が
等しく、等温度係数となるようにレーザ加工・トリミン
グを行って白金を剥がし、地のセラミックを露出させて
ジグザグパターンの端部にリード線を接続した構成を有
することを特徴とする。
【００２０】
【作用】本発明に係る質量流量センサは以上の通りに構
成されるので、ハウジングに、ブリッジ回路において周
囲の放熱バランスの適切な位置に設ける必要のある温度
センサ抵抗を設け適切な質量流量計測を行うことが可能
である。
成されるので、ハウジングに、ブリッジ回路において周
囲の放熱バランスの適切な位置に設ける必要のある温度
センサ抵抗を設け適切な質量流量計測を行うことが可能
である。
【００２１】特に、ブリッジ回路の温度センサ抵抗が測
温マッチング抵抗であり、これがハウジングの室に収容
されることで温度変化を的確に検出して高精度の計測を
可能とする。
温マッチング抵抗であり、これがハウジングの室に収容
されることで温度変化を的確に検出して高精度の計測を
可能とする。
【００２２】また、熱伝導体により両端のセンサ管が熱
的に接続され、かつハウジングに１点で放熱されるため
の周囲温度の偏りによる測定誤差を少なくする。
的に接続され、かつハウジングに１点で放熱されるため
の周囲温度の偏りによる測定誤差を少なくする。
【００２３】また、筒状連絡部材が結合されたセンサ管
が、上側ケース及び下側ケースにより簡単に的確に位置
決めされ、取り付けられる。
が、上側ケース及び下側ケースにより簡単に的確に位置
決めされ、取り付けられる。
【実施例】以下、添付図面の図１乃至図７を参照して本
発明に係る質量流量センサを説明する。本発明の一実施
例に係る質量流量センサの分解斜視図を図１に、断面図
を図２に示す。
発明に係る質量流量センサを説明する。本発明の一実施
例に係る質量流量センサの分解斜視図を図１に、断面図
を図２に示す。
【００２４】流体源から流体の供給先へ到る通路11が形
成されたベース１がハウジングの底部に位置するとな
る。このベース１に下側ケース２が積層され、この下側
ケース２の通孔21Ａ，21Ｂに、センサ管32と結合された
筒状連絡部材31Ａ，31Ｂが嵌入される。更に、上記の上
から傘状の熱伝導部材41が結合された上側ケース４が被
せられる。ベース１には通路11に通じる穴12Ａ，12Ｂが
縦方向に形成され、更に、ねじ穴13が四箇所に形成され
ている。下側ケース２には上記ねじ穴13と合致する貫通
穴22が穿設されるとともに、上面中央部にはセンサ管32
の収容室となる有底円筒孔23が形成されている。有底円
筒穴23は通孔21Ａ，21Ｂと溝24Ａ， 24Ｂによりつなが
っている。
成されたベース１がハウジングの底部に位置するとな
る。このベース１に下側ケース２が積層され、この下側
ケース２の通孔21Ａ，21Ｂに、センサ管32と結合された
筒状連絡部材31Ａ，31Ｂが嵌入される。更に、上記の上
から傘状の熱伝導部材41が結合された上側ケース４が被
せられる。ベース１には通路11に通じる穴12Ａ，12Ｂが
縦方向に形成され、更に、ねじ穴13が四箇所に形成され
ている。下側ケース２には上記ねじ穴13と合致する貫通
穴22が穿設されるとともに、上面中央部にはセンサ管32
の収容室となる有底円筒孔23が形成されている。有底円
筒穴23は通孔21Ａ，21Ｂと溝24Ａ， 24Ｂによりつなが
っている。
【００２５】筒状連絡部材31Ａ，31Ｂは円筒状で、上面
から底面近くまで、すり割り33Ａ，33Ｂが形成され、す
り割り33Ａ，33Ｂの底部から筒状連絡部材31の底面中央
部に穴34Ａ，34Ｂが形成されている。この穴34Ａ，34Ｂ
にセンサ管32の端部が嵌入され筒状連絡部材31の底面と
センサ管32の端面とが位置合せられ、センサ管32の端面
周縁において筒状連絡部材31との溶接による結合がなさ
れる。センサ管32の中央部から左右両側には発熱抵抗体
35Ａ，35Ｂが設けられている。
から底面近くまで、すり割り33Ａ，33Ｂが形成され、す
り割り33Ａ，33Ｂの底部から筒状連絡部材31の底面中央
部に穴34Ａ，34Ｂが形成されている。この穴34Ａ，34Ｂ
にセンサ管32の端部が嵌入され筒状連絡部材31の底面と
センサ管32の端面とが位置合せられ、センサ管32の端面
周縁において筒状連絡部材31との溶接による結合がなさ
れる。センサ管32の中央部から左右両側には発熱抵抗体
35Ａ，35Ｂが設けられている。
【００２６】発熱抵抗体35Ａ，35Ｂは図３に示される如
く内径がセンサ管32の外径と略等しいセラミックパイプ
36の外周面に白金（Ｐｔ）を蒸着しレーザ加工・トリミ
ングを行って螺旋状に白金を剥がして地のセラミック37
を露出させ、所定の抵抗値を持った発熱抵抗体35を得
る。このようにして形成された発熱抵抗体の両端に金属
性リング38を矢印Ｙの如く嵌合し、金属性リング38の外
周面に幅が0.5 mm程度の白金（Ｐｔ）箔39を巻き抵抗溶
接により固定し、リード線とする。このようにして作ら
れた発熱抵抗体35Ａ，35Ｂにセンサ管32を通し、所要位
置において接着剤等を用いて固定する。
く内径がセンサ管32の外径と略等しいセラミックパイプ
36の外周面に白金（Ｐｔ）を蒸着しレーザ加工・トリミ
ングを行って螺旋状に白金を剥がして地のセラミック37
を露出させ、所定の抵抗値を持った発熱抵抗体35を得
る。このようにして形成された発熱抵抗体の両端に金属
性リング38を矢印Ｙの如く嵌合し、金属性リング38の外
周面に幅が0.5 mm程度の白金（Ｐｔ）箔39を巻き抵抗溶
接により固定し、リード線とする。このようにして作ら
れた発熱抵抗体35Ａ，35Ｂにセンサ管32を通し、所要位
置において接着剤等を用いて固定する。
【００２７】円板の周縁部に脚部42が設けられ、中央部
に穴が形成された突部43が設けられた熱伝導部材41は、
上記脚部の直径で結ばれる対向位置に切欠部44Ａ，44Ｂ
が形成されるともとに、円盤部の所定位置に発熱抵抗体
35Ａ，35Ｂのリード線が通るる孔45が形成されている。
上側ケース４の底面図が図４に示されている。その中央
部には下側ケース２の有底円筒穴23と相俟ってセンサ管
32の収容室を形成する穴部46が形成され、また、下側ケ
ース２の通孔21Ａ，21Ｂに対向する位置には筒状連絡部
材31Ａ，31Ｂの頭部が嵌入される穴47Ａ，47Ｂが形成さ
れ、更に四隅にはねじ穴13に対応した穴48が穿設されて
いる。また、穴部46の中央部には熱伝導部材41がねじ止
めされるねじ穴49が形成され、穴部46の外周所定位置に
は発熱抵抗体35Ａ，35Ｂのリード線が通る孔51が穿設さ
れている。一方、上側ケースの上面は十字状に肉厚に形
成され、その中央部には等温度係数マッチング抵抗52が
収容される有底穴53が形成され、リード線の抜け穴54を
有する蓋54により封入される。
に穴が形成された突部43が設けられた熱伝導部材41は、
上記脚部の直径で結ばれる対向位置に切欠部44Ａ，44Ｂ
が形成されるともとに、円盤部の所定位置に発熱抵抗体
35Ａ，35Ｂのリード線が通るる孔45が形成されている。
上側ケース４の底面図が図４に示されている。その中央
部には下側ケース２の有底円筒穴23と相俟ってセンサ管
32の収容室を形成する穴部46が形成され、また、下側ケ
ース２の通孔21Ａ，21Ｂに対向する位置には筒状連絡部
材31Ａ，31Ｂの頭部が嵌入される穴47Ａ，47Ｂが形成さ
れ、更に四隅にはねじ穴13に対応した穴48が穿設されて
いる。また、穴部46の中央部には熱伝導部材41がねじ止
めされるねじ穴49が形成され、穴部46の外周所定位置に
は発熱抵抗体35Ａ，35Ｂのリード線が通る孔51が穿設さ
れている。一方、上側ケースの上面は十字状に肉厚に形
成され、その中央部には等温度係数マッチング抵抗52が
収容される有底穴53が形成され、リード線の抜け穴54を
有する蓋54により封入される。
【００２８】以上のようなハウジングの構成は、以下の
ようにして組み立てられる。まず、センサ管32に発熱抵
抗体35Ａ，35Ｂを設け固定し、筒状連絡部材31Ａ，31Ｂ
にセンサ管の端部を嵌入して溶接により固着し、図１の
状態とする。上側ケース４の有底穴53に等温度係数マッ
チング抵抗52を入れ、リード線を抜け穴54から外部へ引
き出し蓋55を例えば接着剤で上側ケースに固定する。熱
伝導部材41をその切欠部44Ａ，44Ｂが上側ケース４の横
側面に直角に向く状態のままねじ61にて上側ケース４に
ねじ止めする。更に、筒状連絡部材31Ａ，31Ｂの頭部を
すり割り33Ａ，33Ｂで狭ばめながら穴47Ａ，47Ｂに嵌入
する。このとき、センサ管32の発熱抵抗体35Ａの上流側
端部及び発熱抵抗体35Ｂの下流側端部が熱伝導部材41の
切欠部44Ａ，44Ｂで熱伝導部材41に接触する。この接触
部分を、例えば無機接着剤で固定する。このように、セ
ンサ管付の筒状連絡部材31Ａ，31Ｂが嵌入された上側ケ
ース４を筒状連絡部材31Ａ，31Ｂの底部が下側ケースの
透孔21Ａ，21Ｂに入るように位置合せを行って嵌入す
る。穴48, 22，ねじ穴13の位置合せを行って、透孔21
Ａ，21Ｂがベース１と接する部分にＯリング63を介装さ
せて、ねじ62でねじ止めを行って、ハウジングは完成す
る。尚、発熱抵抗体35Ａ，35Ｂのリード線は穴45，51を
介して外部へ導出しておく。
ようにして組み立てられる。まず、センサ管32に発熱抵
抗体35Ａ，35Ｂを設け固定し、筒状連絡部材31Ａ，31Ｂ
にセンサ管の端部を嵌入して溶接により固着し、図１の
状態とする。上側ケース４の有底穴53に等温度係数マッ
チング抵抗52を入れ、リード線を抜け穴54から外部へ引
き出し蓋55を例えば接着剤で上側ケースに固定する。熱
伝導部材41をその切欠部44Ａ，44Ｂが上側ケース４の横
側面に直角に向く状態のままねじ61にて上側ケース４に
ねじ止めする。更に、筒状連絡部材31Ａ，31Ｂの頭部を
すり割り33Ａ，33Ｂで狭ばめながら穴47Ａ，47Ｂに嵌入
する。このとき、センサ管32の発熱抵抗体35Ａの上流側
端部及び発熱抵抗体35Ｂの下流側端部が熱伝導部材41の
切欠部44Ａ，44Ｂで熱伝導部材41に接触する。この接触
部分を、例えば無機接着剤で固定する。このように、セ
ンサ管付の筒状連絡部材31Ａ，31Ｂが嵌入された上側ケ
ース４を筒状連絡部材31Ａ，31Ｂの底部が下側ケースの
透孔21Ａ，21Ｂに入るように位置合せを行って嵌入す
る。穴48, 22，ねじ穴13の位置合せを行って、透孔21
Ａ，21Ｂがベース１と接する部分にＯリング63を介装さ
せて、ねじ62でねじ止めを行って、ハウジングは完成す
る。尚、発熱抵抗体35Ａ，35Ｂのリード線は穴45，51を
介して外部へ導出しておく。
【００２９】図５に本発明の一実施例に係る質量流量セ
ンサの回路構成を示す。この実施例においては、発熱抵
抗体Ｒ1 ，Ｒ2 をセンサ管32に設け矢印Ｘ方向へ流体を
流す、図示せぬ電源から電圧・電流がトランジスタ112
を介して、発熱抵抗体Ｒ1 を含む側のブリッジ回路へ与
えられ、同じく電源から電圧・電流がトランジスタ113
を介して発熱抵抗体Ｒ2 を含む側のブリッジ回路へ与え
られる。トランジスタ112 から電流は抵抗Ｒ3 と抵抗Ｒ
7 とに分岐する。本実施例では、抵抗Ｒ7 に直列にアー
スとの間に等温度係数の測温マッチング抵抗Ｒ5 を接続
する。同様にトランジスタ113 から電流は抵抗Ｒ4 と抵
抗Ｒ8 とに分岐する。抵抗Ｒ8に直列にアースとの間に
等温度係数マッチング抵抗Ｒ5 と同特性の等温度係数マ
ッチング抵抗Ｒ6 を接続する。抵抗Ｒ3 と発熱抵抗体Ｒ
1 との接続点及び抵抗Ｒ7 と等温度係数マッチング抵抗
Ｒ5 との接続点とから取り出した電圧をコンパレータ11
4 へ導き、これらの差を得てブリッジ回路が平衡するよ
うにトランジスタ112 のベース電流を制御する。同様
に、抵抗Ｒ4 と発熱抵抗体Ｒ2 との接続点及び抵抗Ｒ8
と等温度係数マッチング抵抗Ｒ6 との接続点とから取り
出した電圧をコンパレータ115 へ導き、これらの差を得
てブリッジ回路が平衡するようにトランジスタ112のベ
ース電流を制御する。
ンサの回路構成を示す。この実施例においては、発熱抵
抗体Ｒ1 ，Ｒ2 をセンサ管32に設け矢印Ｘ方向へ流体を
流す、図示せぬ電源から電圧・電流がトランジスタ112
を介して、発熱抵抗体Ｒ1 を含む側のブリッジ回路へ与
えられ、同じく電源から電圧・電流がトランジスタ113
を介して発熱抵抗体Ｒ2 を含む側のブリッジ回路へ与え
られる。トランジスタ112 から電流は抵抗Ｒ3 と抵抗Ｒ
7 とに分岐する。本実施例では、抵抗Ｒ7 に直列にアー
スとの間に等温度係数の測温マッチング抵抗Ｒ5 を接続
する。同様にトランジスタ113 から電流は抵抗Ｒ4 と抵
抗Ｒ8 とに分岐する。抵抗Ｒ8に直列にアースとの間に
等温度係数マッチング抵抗Ｒ5 と同特性の等温度係数マ
ッチング抵抗Ｒ6 を接続する。抵抗Ｒ3 と発熱抵抗体Ｒ
1 との接続点及び抵抗Ｒ7 と等温度係数マッチング抵抗
Ｒ5 との接続点とから取り出した電圧をコンパレータ11
4 へ導き、これらの差を得てブリッジ回路が平衡するよ
うにトランジスタ112 のベース電流を制御する。同様
に、抵抗Ｒ4 と発熱抵抗体Ｒ2 との接続点及び抵抗Ｒ8
と等温度係数マッチング抵抗Ｒ6 との接続点とから取り
出した電圧をコンパレータ115 へ導き、これらの差を得
てブリッジ回路が平衡するようにトランジスタ112のベ
ース電流を制御する。
【００３０】ここで、等温度係数の測温マッチング抵抗
Ｒ5 ，Ｒ6 は、例えば、図６に示されるように構成され
る。即ち、セラミック等により構成される平板状の基材
130上に白金（Ｐｔ）を蒸着し、それぞれの抵抗が等し
く、等温度係数となるようにレーザ加工・トリミングを
行って白金を剥し、地のセラミック131 を露出させる。
そして、ジグザグパターンのそれぞれの端部 1321 ， 1
322 ， 1331， 1332 にリード線を接続する。端部 132
1 ， 1322 はマッング抵抗Ｒ5 に対応し、端部1331 ，
1332 はマッング抵抗Ｒ6 に対応する。なお、斜線が引
かれている部分は予め、マスクをして白金が蒸着されぬ
ようにする。この構成の等温度係数測温マッチング抵抗
は図１の52として示されている。
Ｒ5 ，Ｒ6 は、例えば、図６に示されるように構成され
る。即ち、セラミック等により構成される平板状の基材
130上に白金（Ｐｔ）を蒸着し、それぞれの抵抗が等し
く、等温度係数となるようにレーザ加工・トリミングを
行って白金を剥し、地のセラミック131 を露出させる。
そして、ジグザグパターンのそれぞれの端部 1321 ， 1
322 ， 1331， 1332 にリード線を接続する。端部 132
1 ， 1322 はマッング抵抗Ｒ5 に対応し、端部1331 ，
1332 はマッング抵抗Ｒ6 に対応する。なお、斜線が引
かれている部分は予め、マスクをして白金が蒸着されぬ
ようにする。この構成の等温度係数測温マッチング抵抗
は図１の52として示されている。
【００３１】上記構成の実施例では、発熱抵抗体Ｒ1 ，
Ｒ2 の温度はマッチング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 の温度より常に
数十度高くなるように設定されて制御が行われている。
また、ブリッジ回路の各構成要素の符号Ｒ1 〜Ｒ8 をそ
の抵抗値に通融させたとき、Ｒ1 ＝Ｒ2 ，Ｒ3 ＝Ｒ4 ，
Ｒ5 ＝Ｒ6 ，Ｒ7 ＝Ｒ8 と構成される。また、例えばＲ
5 ＝Ｒ6 ＝５ＫΩ，Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝200 Ω（25°Ｃ）で、
Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ5 ，Ｒ6 の温度係数は3600ppm に構成さ
れる。
Ｒ2 の温度はマッチング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 の温度より常に
数十度高くなるように設定されて制御が行われている。
また、ブリッジ回路の各構成要素の符号Ｒ1 〜Ｒ8 をそ
の抵抗値に通融させたとき、Ｒ1 ＝Ｒ2 ，Ｒ3 ＝Ｒ4 ，
Ｒ5 ＝Ｒ6 ，Ｒ7 ＝Ｒ8 と構成される。また、例えばＲ
5 ＝Ｒ6 ＝５ＫΩ，Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝200 Ω（25°Ｃ）で、
Ｒ1 ，Ｒ2 ，Ｒ5 ，Ｒ6 の温度係数は3600ppm に構成さ
れる。
【００３２】今、実施例の質量流量センサにおいて、マ
ッチング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 が25°Ｃで発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ
2 が60°Ｃであるとき、Ｒ1 ・Ｒ7 ＝Ｒ3 ・Ｒ5 となっ
てブリッジ回路が平衡状態となっていたとする。次に、
周囲温度が変化してマッチング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 が45°Ｃ
となったとするとブリッジ回路の平衡が崩れ、コンパレ
ータ114 ，115 の出力がブリッジ回路へより大くの電流
を供給するように変化する。この結果、発熱抵抗体
Ｒ1 ，Ｒ2 の温度が80°Ｃとなったとき、つまり、マッ
チング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 との温度差が35°Ｃへ戻ったとき
ブリッジ回路は平衡状態へ戻る。
ッチング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 が25°Ｃで発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ
2 が60°Ｃであるとき、Ｒ1 ・Ｒ7 ＝Ｒ3 ・Ｒ5 となっ
てブリッジ回路が平衡状態となっていたとする。次に、
周囲温度が変化してマッチング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 が45°Ｃ
となったとするとブリッジ回路の平衡が崩れ、コンパレ
ータ114 ，115 の出力がブリッジ回路へより大くの電流
を供給するように変化する。この結果、発熱抵抗体
Ｒ1 ，Ｒ2 の温度が80°Ｃとなったとき、つまり、マッ
チング抵抗Ｒ5 ，Ｒ6 との温度差が35°Ｃへ戻ったとき
ブリッジ回路は平衡状態へ戻る。
【００３３】発熱抵抗体Ｒ2 を含むブリッジ回路でも同
様な動作が行われる。
様な動作が行われる。
【００３４】上記の場合、ある物質の温度をＴ1 からＴ
1 ＋△Ｔとするために要するエネルギーと、Ｔ2 からＴ
2 ＋△Ｔとするために要するエネルギーとは等しいこと
から、周囲温度変化によってもマッチング抵抗による温
度検出の感度に変化は生じない。しかして、本実施例で
は発熱抵抗体の温度が周囲温度またはガス温度に対し所
定値だけ常に高くなるように制御がなされることになる
ことから、周囲温度に係りなく適切に質量流量の検出を
行い得ることになる。この結果、出力端子を発熱抵抗体
Ｒ・Ｒ2 の両端に設けるだけで、補正回路は不要とな
る。
1 ＋△Ｔとするために要するエネルギーと、Ｔ2 からＴ
2 ＋△Ｔとするために要するエネルギーとは等しいこと
から、周囲温度変化によってもマッチング抵抗による温
度検出の感度に変化は生じない。しかして、本実施例で
は発熱抵抗体の温度が周囲温度またはガス温度に対し所
定値だけ常に高くなるように制御がなされることになる
ことから、周囲温度に係りなく適切に質量流量の検出を
行い得ることになる。この結果、出力端子を発熱抵抗体
Ｒ・Ｒ2 の両端に設けるだけで、補正回路は不要とな
る。
【００３５】上記の場合、マッチング抵抗52はハウジン
グのほぼ中央部に位置することになり、放熱バランスの
偏りがある場合においても、当ハウジングの平均的温度
を感知して動作を行うため、適切な動作が確保される。
グのほぼ中央部に位置することになり、放熱バランスの
偏りがある場合においても、当ハウジングの平均的温度
を感知して動作を行うため、適切な動作が確保される。
【００３６】なお、本実施例では定温タイプの質量流量
センサを改良し、マッチング抵抗を設けたものを示した
が、温度補正に係る素子を設ける場合においては、本発
明が適用される。この場合、素子をセンサ管と同じ室に
設けてもよい。
センサを改良し、マッチング抵抗を設けたものを示した
が、温度補正に係る素子を設ける場合においては、本発
明が適用される。この場合、素子をセンサ管と同じ室に
設けてもよい。
【００３７】また、筒状連絡部材は上記実施例のものに
限らず、図７に示されるように円筒状部材150 であっ
て、底部から穴151 が穿設され該穴151 が上面に到る前
で横側に折れて形成されたものであってもよい。この筒
状連絡部材では、側面の穴口152 において、センサ管32
の端部が例えば真空ニッケルロウ付けされる。このよう
にすると、センサ管32を折り曲げる必要がなく好適であ
る。
限らず、図７に示されるように円筒状部材150 であっ
て、底部から穴151 が穿設され該穴151 が上面に到る前
で横側に折れて形成されたものであってもよい。この筒
状連絡部材では、側面の穴口152 において、センサ管32
の端部が例えば真空ニッケルロウ付けされる。このよう
にすると、センサ管32を折り曲げる必要がなく好適であ
る。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、質
量流量センサのブリッジ回路における温度センサ抵抗
を、ハウジングに設けるため、ハウジングの温度変化に
対応して当該センサ抵抗の特性が変化し、発熱抵抗体の
変化を捕えて的確な計測を可能とする。
量流量センサのブリッジ回路における温度センサ抵抗
を、ハウジングに設けるため、ハウジングの温度変化に
対応して当該センサ抵抗の特性が変化し、発熱抵抗体の
変化を捕えて的確な計測を可能とする。
【００３９】また、温度センサ抵抗である等温度係数の
測温マッチング抵抗が第１，第２のブリッジ回路に設け
られ、それぞれのブリッジ回路で同様に温度変化により
平衡が崩れ、これを再平衡させるように働くので各ブリ
ッジ回路のハウジングが良い。
測温マッチング抵抗が第１，第２のブリッジ回路に設け
られ、それぞれのブリッジ回路で同様に温度変化により
平衡が崩れ、これを再平衡させるように働くので各ブリ
ッジ回路のハウジングが良い。
【００４０】また、熱伝導体により第１の発熱抵抗体か
ら第２の発熱抵抗体までの間のセンサ管が熱的に接続さ
れ、かつハウジングに１点で放熱されるため周囲温度の
偏りによる測定誤差をなくする。
ら第２の発熱抵抗体までの間のセンサ管が熱的に接続さ
れ、かつハウジングに１点で放熱されるため周囲温度の
偏りによる測定誤差をなくする。
【００４１】更に、センサ管が筒状連絡部材に結合さ
れ、上側ケース、下側ケースの位置決め部に位置決めさ
れて組合せられ極めて簡単に製作を可能とする。
れ、上側ケース、下側ケースの位置決め部に位置決めさ
れて組合せられ極めて簡単に製作を可能とする。
【図１】本発明の一実施例の組立斜視図。
【図２】本発明の一実施例の断面図。
【図３】本発明の一実施例の要部斜視図。
【図４】本発明の一実施例の要部底面図。
【図５】本発明の一実施例の回路構成図。
【図６】本発明の一実施例の要部斜視図。
【図７】本発明の一実施例の要部斜視図。
【図８】本発明の従来例の構成図。
【図９】本発明の従来例の構成図。
【図10】本発明の従来例の構成図。
１ ベース ２ 下側ケース ４ 上側ケース 11 通路 12Ａ，12Ｂ 穴 31Ａ，31Ｂ 筒状連
絡部材 32 センサ管 35，35Ａ，35Ｂ 発
熱抵抗体 41 熱伝導部材 52 等温度係数マッ
チング抵抗 Ｒ1 ，Ｒ2 発熱抵抗体 Ｒ5 ，Ｒ6 等温度
係数マッチング抵抗
絡部材 32 センサ管 35，35Ａ，35Ｂ 発
熱抵抗体 41 熱伝導部材 52 等温度係数マッ
チング抵抗 Ｒ1 ，Ｒ2 発熱抵抗体 Ｒ5 ，Ｒ6 等温度
係数マッチング抵抗
Claims (5)
- 【請求項１】 少なくとも１個以上の発熱抵抗体を流体
を流れるセンサ管の一部に設けて質量流量を検出する質
量流量センサにおいて、 前記発熱抵抗体及び温度検出を行う温度センサ抵抗を含
むブリッジ回路と、 前記センサ管を収容する室とともに、前記温度センサ抵
抗が収容される室が設けられたハウジングを備えるとと
もに、 前記ハウジングには、前記温度センサ抵抗が設けられて
おり、 前記発熱抵抗体は、前記センサ管の上流に設けた第１の
発熱抵抗体と、前記センサ管の下流に設けた第２の発熱
抵抗体とからなり、 前記ブリッジ回路は、前記第１の抵抗体を含む第１のブ
リッジ回路と、前記第２の発熱抵抗体を含む第２のブリ
ッジ回路とからなり、該第１、第２のブリッジ回路の各
一辺は夫々、前記温度センサ抵抗として同一基材に構成
された等温度係数の測温マッチング抵抗を含むことを 特
徴とする質量流量センサ。 - 【請求項２】 ハウジングには、センサ管が収容される
室が設けられ、 この室に１点で取り付けられるとともに、前記センサ管
の発熱抵抗体の上流側及び下流側でセンサ管と接触し、
熱伝導路となる熱伝導体が備えられている ことを特徴と
する請求項１に記載の質量流量センサ。 - 【請求項３】 ハウジングは、センサ管を収容する室の
下側を構成する下側ケースと、前記室の上側を構成する
上側ケースからなり、 センサ管の端部は、流体の導入あるいは導出を行なう穴
を設けた筒状連絡部材に結合され、 前記上側ケース及び下側ケースには、前記筒状連絡部材
を位置決めする位置決め部が設けられていることを 特徴
とする請求項１または２に記載の質量流量センサ。 - 【請求項４】 発熱抵抗体は、内径がセンサ管の外径と
略等しいセラミックパイプの外周面に白金を蒸着しレー
ザ加工・トリミングを行って螺旋状に白金を剥がして地
のセラミックを露出させて構成したものであることを特
徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の
質量流量センサ。 - 【請求項５】 発熱抵抗体は、セラミックにより構成さ
れる平板状の基材上に白金を蒸着し、それぞれの抵抗が
等しく、等温度係数となるようにレーザ加工・トリミン
グを行って白金を剥がし、地のセラミックを露出させて
ジグザグパターンの端部にリード線を接続した構成を有
することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に
記載の質量流量センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181515A JP2568766B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 質量流量センサ |
| DE4219551A DE4219551C2 (de) | 1991-06-13 | 1992-06-15 | Massenströmungssensor |
| US08/227,983 US5410912A (en) | 1991-06-13 | 1994-04-15 | Mass flow sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3181515A JP2568766B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 質量流量センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04366726A JPH04366726A (ja) | 1992-12-18 |
| JP2568766B2 true JP2568766B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=16102110
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3181515A Expired - Fee Related JP2568766B2 (ja) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | 質量流量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2568766B2 (ja) |
-
1991
- 1991-06-13 JP JP3181515A patent/JP2568766B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04366726A (ja) | 1992-12-18 |
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|---|---|---|---|
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