JP2599319B2 - Gas rate sensor - Google Patents
Gas rate sensorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、センサ本体に角速度が
作用したときのセンサ本体のノズル孔からガス流路内に
噴出されているガス流の偏向状態を、一対の感熱抵抗素
子からなるヒートワイヤに生じた各抵抗値の変化によっ
て検出するガスレートセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heating device comprising a pair of heat-sensitive resistance elements, which determines the deflection state of a gas flow ejected from a nozzle hole of a sensor body into a gas flow path when an angular velocity acts on the sensor body. The present invention relates to a gas rate sensor that detects a change in each resistance value generated in a wire.
【0002】[0002]
【0003】この種のガスレートセンサにあっては、そ
れがセンサ本体に角速度が作用したときのガス流の偏向
状態を一対のヒートワイヤによってガス流量の変化とし
てとらえるものであるため、常にノズル孔から一定流量
のガスを噴出させて、ガス流路内に安定したガス流を生
じさせておく必要があるものとなっている。In this type of gas rate sensor, the deflection state of the gas flow when the angular velocity acts on the sensor body is detected as a change in the gas flow by a pair of heat wires. It is necessary to eject a gas at a constant flow rate from the gas flow to generate a stable gas flow in the gas flow path.
【0004】そのため、従来では、電源電圧の変動およ
び温度ドリフトに対して安定な駆動回路を用いて、ポン
プを所定の周期で安定に駆動させるようにしている。Therefore, conventionally, a pump is stably driven at a predetermined cycle by using a drive circuit which is stable against fluctuations in power supply voltage and temperature drift.
【0005】しかし、このような手段をとるのでは、ガ
スレートセンサのガス流路内に実際に流れているガスの
流量がわからないものとなっており、何らかの原因によ
ってノズル孔からガス流路内に噴出されるガスの流量が
変動する場合には、その変動分が検出誤差となってセン
サ精度が低下してしまう。[0005] However, when such a means is employed, the flow rate of the gas actually flowing in the gas flow path of the gas rate sensor cannot be known. When the flow rate of the gas to be ejected fluctuates, the fluctuation results in a detection error, and the sensor accuracy is reduced.
【0006】また、最近、ノズル孔、ガス流路およびそ
のガス流路内に設けられるヒートワイヤ対からなるセン
サ本体が、半導体基板を用いたIC製造技術によるマイ
クロマシニング加工によって形成されたガスレートセン
サが開発されているが(特開平3−29858号公報参
照)、このようなセンサ本体が超小形のものにあって
は、特に、ノズル孔からガス流路内に噴出されるガスの
流量の微少な変化によっても大きな検出誤差を生じてし
まう。[0006] Recently, a gas rate sensor in which a sensor main body comprising a nozzle hole, a gas flow path and a heat wire pair provided in the gas flow path is formed by micromachining using an IC manufacturing technique using a semiconductor substrate. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-29858), however, when such a sensor body is of a very small size, the flow rate of gas ejected from the nozzle hole into the gas flow path is particularly small. Even a large change causes a large detection error.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、ポンプの駆動によってノズル孔からガス流路内に
噴出されるガスの流量が変動すると、そのガス流量の変
動分が検出誤差となってセンサ精度が低下してしまうこ
とである。The problem to be solved is that when the flow rate of the gas ejected from the nozzle hole into the gas flow path by the driving of the pump fluctuates, the fluctuation in the gas flow rate becomes a detection error. The sensor accuracy is reduced.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、ガスレートセ
ンサにあって、特に、センサ本体に設けられたフローセ
ンサによってガス流路内に噴出されるガスの流量を検出
する手段と、その検出されたガスの流量が予め設定され
た流量になるようにポンプの駆動制御を行う手段とを設
けるようにしている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a gas rate sensor, and more particularly, to means for detecting the flow rate of gas injected into a gas flow path by a flow sensor provided on a sensor body, and detecting the flow rate. Means for controlling the driving of the pump so that the flow rate of the supplied gas becomes a preset flow rate.
【0009】その際、半導体基板を用いたIC製造技術
によるマイクロマシニング加工によってセンサ本体を形
成するものにあって、センサ本体にフローセンサをマイ
クロマシニング加工によって形成したことを特徴として
いる。In this case, the sensor body is formed by micromachining using an IC manufacturing technique using a semiconductor substrate, and the flow sensor is formed on the sensor body by micromachining.
【0010】[0010]
【実施例】図1ないし図4に、半導体基板を用いたマイ
クロマシニング加工によって形成されたガスレートセン
サにおけるセンサ本体8を示している。1 to 4 show a sensor body 8 in a gas rate sensor formed by micromachining using a semiconductor substrate.
【0011】そして、ここでは、ポンプの駆動によって
センサ本体8のノズル孔3からガスを噴出してガス流路
4内にガス流を生じさせる際、ポンプの駆動に起因する
ガス流の脈動を緩衝させてセンサ本体8に安定したガス
流を生じさせるためのガス溜室9を、センサ本体8と一
体的に形成するようにしている。In this case, when the gas is ejected from the nozzle hole 3 of the sensor main body 8 by driving the pump to generate a gas flow in the gas flow path 4, the pulsation of the gas flow caused by the driving of the pump is buffered. In this way, the gas reservoir 9 for generating a stable gas flow in the sensor body 8 is formed integrally with the sensor body 8.
【0012】センサ本体8およびガス溜室9は、ノズル
孔3を形成するための半孔31、ガス流路4を形成する
ための半溝41、ノズル孔3側にガス溜室9を形成する
ための半溝91およびガス流入孔10を形成するための
半孔101とがエッチングによってそれぞれ形成された
下側半導体基板1と上側半導体基板2とを、それぞれの
半孔31、半溝41、半溝91および半孔101をつき
合せるように重ねて、両者を接着させることによって構
成されている。The sensor body 8 and the gas reservoir 9 have a half hole 31 for forming the nozzle hole 3, a half groove 41 for forming the gas flow path 4, and the gas reservoir 9 on the nozzle hole 3 side. The lower semiconductor substrate 1 and the upper semiconductor substrate 2 in which a half groove 91 for forming the gas inlet hole 10 and a half hole 101 for forming the gas inflow hole 10 are formed by etching, respectively, are connected to the respective half holes 31, half grooves 41, and half. The groove 91 and the half hole 101 are overlapped so as to abut each other, and the two are bonded to each other.
【0013】そして、下側半導体基板1にはガス通路4
にかかるブリッジ部6が形成され、そのブリッジ部6の
上面に、白金などのヒートワイヤ材料を蒸着し、それを
エッチングすることによって一対のヒートワイヤ51,
52がパターン成形されており、その両側には同様に電
極部7がパターン成形されている。A gas passage 4 is formed in the lower semiconductor substrate 1.
Is formed, and a heat wire material such as platinum is vapor-deposited on the upper surface of the bridge portion 6 and is etched to form a pair of heat wires 51,
52 is pattern-formed, and electrode portions 7 are similarly pattern-formed on both sides thereof.
【0014】このようにセンサ本体8とガス溜室9とが
一体的に形成されたものにあっては、図5に示すよう
に、そのガス溜室9のガス流入孔10側にマイクロポン
プ11が接続され、ヘリウムなどのガスの雰囲気中でそ
のマイクロポンプ11を駆動することによりガス溜室9
内にガスが送り込まれ、そこでポンプによって送り込ま
れたガスの脈動分が有効に除去されたうえで、センサ本
体8におけるノズル孔3からガス流路4内にガス流が噴
出されることになる。In the case where the sensor body 8 and the gas reservoir 9 are integrally formed as described above, as shown in FIG. Is connected, and the micropump 11 is driven in an atmosphere of a gas such as helium, so that the gas reservoir 9 is
The gas is sent into the inside, the pulsating portion of the gas sent by the pump is effectively removed, and then the gas flow is ejected from the nozzle hole 3 in the sensor body 8 into the gas flow path 4.
【0015】その際、本発明では、センサ本体8におけ
るノズル孔3内にガス流量を検出するための感熱抵抗素
子からなるフローセンサ12を設けて、ノズル孔3から
ガス流路4内に噴出されるガスの流量に応じたフローセ
ンサ12の検出信号をポンプ駆動制御回路15が読み込
んで、その検出されたガス流量が常に規定の流量となる
ようにマイクロポンプ11の駆動制御を行わせるように
したことを特徴としている。At this time, in the present invention, a flow sensor 12 composed of a heat-sensitive resistance element for detecting a gas flow rate is provided in the nozzle hole 3 of the sensor body 8, and the flow sensor 12 is ejected from the nozzle hole 3 into the gas flow path 4. The pump drive control circuit 15 reads a detection signal of the flow sensor 12 according to the flow rate of the gas to be supplied, and controls the drive of the micro pump 11 so that the detected gas flow rate always becomes a specified flow rate. It is characterized by:
【0016】そのフローセンサ12は、図2および図4
に示すように、下側半導体基板1におけるノズル孔3を
形成する半孔31の部分にブリッジ部13をエッチング
によって形成し、そのブリッジ部13の上面に、白金な
どの感熱抵抗材料を蒸着し、それをエッチングすること
によってパターン成形されている。The flow sensor 12 is shown in FIGS.
As shown in FIG. 5, a bridge portion 13 is formed by etching in a portion of the half hole 31 forming the nozzle hole 3 in the lower semiconductor substrate 1, and a heat-sensitive resistance material such as platinum is deposited on the upper surface of the bridge portion 13, It is patterned by etching it.
【0017】または、ブリッジ部13を設けることな
く、白金などのワイヤをノズル孔3を形成する半孔31
にまたがるように下側半導体基板1にボンディングさせ
るようにしてもよい。Alternatively, a wire made of platinum or the like may be formed in the half hole 31 for forming the nozzle hole 3 without providing the bridge portion 13.
May be bonded to the lower semiconductor substrate 1 so as to straddle.
【0018】そのフローセンサ12の両側には、同様
に、電極部14がパターン成形されている。Similarly, on both sides of the flow sensor 12, electrode portions 14 are formed by patterning.
【0019】また、ポンプ駆動制御回路15としては、
それが具体的に、図5に示すように、センサ本体8のノ
ズル孔3部分に設けられたフローセンサ12にバイアス
電圧を印加しておき、ノズル孔3を通るガス流量が変化
したときのフローセンサ12の抵抗値の変化にもとづく
センサ信号を読み込み、それを所定に増幅して得られた
ガス流量の検出値と予め設定された基準値とを比較し
て、両者が等しくなるような電力制御信号WSを出力す
る制御部151と、マイクロポンプ11の実際の消費電
力を検出して、その検出された消費電力の信号と制御部
151から送られてくる電力制御信号WSとを比較し
て、両者が等しくなるようなポンプ駆動の周波数制御信
号FSを出力する電力検出部152と、その周波数制御
信号FSに応じて所定の周波数によるパルス信号を発生
するパルス信号発生部153と、そのパルス信号を波形
整形して、マイクロポンプ11に駆動パルスを与える波
形整形部154とによって構成されている。The pump drive control circuit 15 includes:
Specifically, as shown in FIG. 5, a bias voltage is applied to the flow sensor 12 provided in the nozzle hole 3 portion of the sensor body 8 so that the flow when the gas flow rate passing through the nozzle hole 3 changes. A sensor signal based on a change in the resistance value of the sensor 12 is read, and a detected value of a gas flow rate obtained by amplifying the signal in a predetermined manner is compared with a preset reference value, and power control is performed so that the two become equal. The control unit 151 that outputs the signal WS and the actual power consumption of the micro pump 11 are detected, and the detected power consumption signal is compared with the power control signal WS transmitted from the control unit 151, A power detection unit 152 for outputting a pump drive frequency control signal FS such that both are equal, and a pulse signal generation unit for generating a pulse signal with a predetermined frequency in accordance with the frequency control signal FS 53, the pulse signal waveform shaping is constituted by a waveform shaping section 154 applying a driving pulse to the micro pump 11.
【0020】ここではマイクロポンプ11として、ダイ
アフラム式のパルス信号によって駆動されるものが用い
られている。Here, a micropump driven by a diaphragm type pulse signal is used as the micropump 11.
【0021】以上説明した実施例では、ガス流路4内に
噴出されるガスの流量を正確に検出するべくフローセン
サ12をノズル孔3の内部に設けるようにしているが、
フローセンサ12をノズル孔3の入口側または出口側の
近傍に設けるようにしてもよい。あるいは、検出精度は
多少低下するが、フローセンサ12をガス流路4内の下
流側に設けるようにしてもよい。In the embodiment described above, the flow sensor 12 is provided inside the nozzle hole 3 in order to accurately detect the flow rate of the gas ejected into the gas flow path 4.
The flow sensor 12 may be provided near the inlet side or the outlet side of the nozzle hole 3. Alternatively, the flow sensor 12 may be provided on the downstream side in the gas flow path 4 although the detection accuracy is slightly lowered.
【0022】[0022]
【発明の効果】以上、本発明によるガスレートセンサに
あっては、ノズル孔またはその近傍にフローセンサを設
けて、ノズル孔からガス流路内に噴出されるガスの流量
を実際に検出しながら、その検出されたガスの流量が予
め設定された流量になるようにポンプの駆動制御を行う
ようにしたもので、ガス流路内を流れるガスの流量が変
動することなく常に一定に保持されて、センサ本体に作
用する角速度によってガス流が偏向する状態をヒートワ
イヤ対によって精度良く検出することができるようにな
り、特に、半導体基板を用いたIC製造技術によるマイ
クロマシニング加工によりセンサ本体が形成される超小
形のガスレートセンサにおいて有利となる。As described above, in the gas rate sensor according to the present invention, the flow sensor is provided at or near the nozzle hole and the flow rate of the gas ejected from the nozzle hole into the gas flow path is actually detected. The drive control of the pump is performed so that the flow rate of the detected gas becomes a preset flow rate, and the flow rate of the gas flowing in the gas flow path is always kept constant without fluctuation. The state in which the gas flow is deflected by the angular velocity acting on the sensor body can be accurately detected by the heat wire pair. In particular, the sensor body is formed by micromachining processing using IC manufacturing technology using a semiconductor substrate. This is advantageous in a very small gas rate sensor.
【図1】半導体基板を用いたIC製造技術によるマイク
ロマシニング加工により形成されたガス溜室が一体に設
けられたセンサ本体の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a sensor main body integrally provided with a gas reservoir formed by micromachining using an IC manufacturing technique using a semiconductor substrate.
【図2】センサ本体における下側半導体基板の平面図で
ある。FIG. 2 is a plan view of a lower semiconductor substrate in the sensor body.
【図3】図1のA−A線に沿う正断面図である。FIG. 3 is a front sectional view taken along line AA of FIG. 1;
【図4】図1のB−B線に沿う正断面図である。FIG. 4 is a front sectional view taken along the line BB of FIG. 1;
【図5】本発明の一実施例によるガスレートセンサの簡
略構成を示すブロック図である。FIG. 5 is a block diagram showing a simplified configuration of a gas rate sensor according to one embodiment of the present invention.
1 下側半導体基板 2 上側半導体基板 3 ノズル孔 4 ガス流路 51 ヒートワイヤ 52 ヒートワイヤ 8 センサ本体 9 ガス溜室 11 マイクロポンプ 12 フローセンサ 15 ポンプ駆動制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower semiconductor substrate 2 Upper semiconductor substrate 3 Nozzle hole 4 Gas flow path 51 Heat wire 52 Heat wire 8 Sensor main body 9 Gas reservoir 11 Micro pump 12 Flow sensor 15 Pump drive control circuit
Claims (3)
ノズル孔からガスを噴出させてガス流路内にガス流を生
じさせておき、センサ本体に角速度が作用したときのガ
ス流の偏向の状態を、そのガス流路内に並設された一対
の感熱抵抗素子からなるヒートワイヤに生じた各抵抗値
の変化によって検出するガスレートセンサにおいて、セ
ンサ本体に設けられたフローセンサによってガス流路内
に噴出されるガスの流量を検出する手段と、その検出さ
れたガスの流量が予め設定された流量になるようにポン
プの駆動制御を行う手段とを設けたことを特徴とするガ
スレートセンサ。A gas is ejected from a nozzle hole in a sensor main body by driving a pump to generate a gas flow in a gas flow path, and a state of deflection of the gas flow when an angular velocity acts on the sensor main body. In a gas rate sensor that detects a change in each resistance value generated in a heat wire composed of a pair of heat-sensitive resistance elements juxtaposed in the gas flow path, the gas is ejected into the gas flow path by a flow sensor provided in the sensor body. A gas rate sensor comprising: means for detecting a flow rate of a gas to be detected; and means for controlling driving of a pump so that the flow rate of the detected gas becomes a preset flow rate.
マイクロマシニング加工によりノズル孔、ガス流路およ
びそのガス流路内に設けられるヒートワイヤ対からなる
センサ本体を形成するとともに、そのセンサ本体にマイ
クロマシニング加工によってフローセンサを形成したこ
とを特徴とする前記第1項の記載によるガスレートセン
サ。2. A sensor body consisting of a nozzle hole, a gas flow path and a heat wire pair provided in the gas flow path is formed by micro-machining processing by an IC manufacturing technique using a semiconductor substrate. 2. The gas rate sensor according to claim 1, wherein the flow sensor is formed by machining.
ル孔またはその近傍に設けたことを特徴とする前記第1
項の記載によるガスレートセンサ。3. The method according to claim 1, wherein the flow sensor is provided at or near a nozzle hole in the sensor body.
Gas rate sensor according to the description of the section.
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JPH052026A JPH052026A (en) | 1993-01-08 |
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Families Citing this family (1)
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-
1991
- 1991-06-26 JP JP25015191A patent/JP2599319B2/en not_active Expired - Fee Related
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JPH052026A (en) | 1993-01-08 |
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