JP3163558B2 - Flow velocity detector - Google Patents

Flow velocity detector

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JP3163558B2
JP3163558B2 JP17072597A JP17072597A JP3163558B2 JP 3163558 B2 JP3163558 B2 JP 3163558B2 JP 17072597 A JP17072597 A JP 17072597A JP 17072597 A JP17072597 A JP 17072597A JP 3163558 B2 JP3163558 B2 JP 3163558B2
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resistance
temperature measuring
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flow velocity
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光彦 長田
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、極めて微小な気
体の流速を検出する流速検出装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow rate detecting device for detecting a flow rate of an extremely small gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は従来のマイクロブリッジフローセ
ンサを示す斜視図である。図において、半導体基台1の
中央部には異方性エッチングにより左右の開口2,3を
連通する貫通孔4が形成されており、この貫通孔4の上
部には半導体基台1からブリッジ状に空間的に隔離さ
れ、結果的に半導体基台1から熱的に絶縁された橋絡部
5が形成されている。この橋絡部5の表面には、薄膜の
ヒータエレメント7とそれを挟む薄膜の測温抵抗エレメ
ント8,9とが配列して形成されている。また、半導体
基台1上の角部には薄膜の周囲測温抵抗エレメント10
が形成されている。また、図8(a),(b)は図7に
示すマイクロブリッジフローセンサの動作を示す説明図
である。ここで、同図(a)は各エレメントの温度分布
を示し、同図(b)は図7のVIIIB−VIIIB線断面を示
している。なお、6は熱伝導率の低い材料からなる保護
膜である。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a perspective view showing a conventional microbridge flow sensor. In the figure, a through hole 4 communicating the left and right openings 2 and 3 is formed at the center of the semiconductor base 1 by anisotropic etching, and a bridge-like shape is formed above the through hole 4 from the semiconductor base 1. Thus, a bridging portion 5 is formed which is spatially isolated from the semiconductor base 1 and is thermally insulated from the semiconductor base 1 as a result. On the surface of the bridging portion 5, thin-film heater elements 7 and thin-film temperature-measuring resistance elements 8, 9 sandwiching the heater elements 7 are arranged. In the corners on the semiconductor base 1, a temperature measuring resistance element 10 around the thin film is provided.
Are formed. FIGS. 8A and 8B are explanatory diagrams showing the operation of the microbridge flow sensor shown in FIG. 7A shows a temperature distribution of each element, and FIG. 7B shows a cross section taken along line VIIIB-VIIIB in FIG. Reference numeral 6 denotes a protective film made of a material having low thermal conductivity.

【0003】さて、ヒータエレメント7を周囲温度より
もある一定の高い温度th4,th5(例えば、63
℃:周囲温度基準)で制御すると、測温抵抗エレメント
8,9の温度t6,t7(例えば、35℃:周囲温度基
準)は図8(a)に示すようにヒータエレメント7の温
度th4,th5を中心としてほゞ対称となる。このと
き、例えば図7に示す矢印11の方向からの気体が移動
すると、上流側の測温抵抗エレメント8は冷却されΔT
6だけ降温する。一方、下流側の測温抵抗エレメント9
は気体の流れを媒体としてヒータエレメント7からの熱
伝導が促進され、温度がΔT7だけ昇温するために温度
差が生じる。そこで、測温抵抗エレメント8,9をホイ
ートストンブリッジの2辺に組込み、このホイートスト
ンブリッジの出力をセンサ出力とすることにより、温度
差を電圧に変換でき、流速に応じた電圧出力が得られ、
図9に示すように気体の流速を検出することができる。
The heater element 7 is heated to a certain temperature th4, th5 (for example, 63) higher than the ambient temperature.
8C, the temperatures t6 and t7 of the temperature-measuring resistance elements 8 and 9 (for example, 35 ° C .: ambient temperature reference) become the temperatures th4 and th5 of the heater element 7 as shown in FIG. It is almost symmetric about. At this time, for example, when the gas moves from the direction of arrow 11 shown in FIG.
Lower the temperature by 6. On the other hand, the downstream temperature measuring resistance element 9
The heat conduction from the heater element 7 is promoted using the gas flow as a medium, and the temperature rises by ΔT7, so that a temperature difference occurs. Therefore, by incorporating the temperature measuring resistance elements 8 and 9 on the two sides of the Wheatstone bridge and using the output of this Wheatstone bridge as the sensor output, the temperature difference can be converted into a voltage, and a voltage output according to the flow velocity can be obtained.
As shown in FIG. 9, the flow velocity of the gas can be detected.

【0004】このように、従来のマイクロブリッジフロ
ーセンサは、薄膜技術および異方性エッチング技術によ
り形成された極めて熱容量の小さい薄膜橋絡構造を有す
るもので、応答速度が極めて速く、高感度,低消費電力
であり、しかも量産性が良いなどの優れた特徴を有して
いる。
As described above, the conventional micro-bridge flow sensor has a thin-film bridging structure having an extremely small heat capacity formed by a thin-film technique and an anisotropic etching technique, and has a very high response speed, high sensitivity, and low sensitivity. It has excellent features such as power consumption and good mass productivity.

【0005】ところで、気体の流速検出において精度の
高い数値を得るためには、流速検出の前に測温抵抗エレ
メント8,9の初期値を確認して初期化(補正処理)す
る必要がある。即ち、測温抵抗エレメント8,9は、ホ
トリソグラフィ技術,成膜技術およびエッチング技術を
駆使して形成されるが、双方の特性値(例えば、抵抗温
度係数等)を同一にすることは極めて難しい。このた
め、予め測温抵抗エレメント8,9が接続される電気回
路を調整して、2つの値を同一(ゼロ点調整)にするこ
とが必要である。
Incidentally, in order to obtain a high-precision numerical value in the detection of the gas flow velocity, it is necessary to confirm and initialize (correction processing) the initial values of the temperature measuring resistance elements 8 and 9 before the flow velocity detection. That is, the temperature measuring resistance elements 8 and 9 are formed by making full use of a photolithography technique, a film forming technique, and an etching technique, but it is extremely difficult to make the two characteristic values (for example, resistance temperature coefficient and the like) the same. . For this reason, it is necessary to adjust the electric circuit to which the temperature measuring resistance elements 8 and 9 are connected in advance to make the two values the same (zero point adjustment).

【0006】通常、この調整はヒータエレメント7を加
熱すると共に、気体の流れを止めて(ゼロ点)測温抵抗
エレメント8,9の値を調整することが理想的である。
しかし、フローセンサの実際の使用状況において流れて
いる気体を測定毎に止めるのは現実的には難しく、気体
を流したままで測温抵抗エレメント8,9を補正しなく
てはならない。この場合、ヒータエレメント7の発熱を
止めた状態での測温抵抗エレメント8,9の抵抗値の差
から得られる値をセンサ出力から差し引くことによりゼ
ロ点調整(代用ゼロ点調整)を行うことが行われてい
る。従って、ゼロ点調整と代用ゼロ点調整との間に差が
生じる。
Normally, it is ideal to adjust the values of the temperature measuring resistance elements 8 and 9 by heating the heater element 7 and stopping the flow of gas (zero point).
However, it is actually difficult to stop the gas flowing in the actual use condition of the flow sensor at every measurement, and it is necessary to correct the temperature measurement resistance elements 8 and 9 while the gas is flowing. In this case, the zero point adjustment (substitute zero point adjustment) can be performed by subtracting from the sensor output a value obtained from the difference between the resistance values of the temperature measuring resistance elements 8 and 9 in a state where the heating of the heater element 7 is stopped. Is being done. Thus, there is a difference between the zero adjustment and the substitute zero adjustment.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のマイクロブリッジフローセンサは、図10に
要部拡大平面図で示すように1つの橋絡部5上にヒータ
エレメント7を形成するか、もしくは図11に示すよう
にスリット状の中央開口12を有して2つの橋絡部5
a,5bを形成し、この中央開口12を挟んでヒータエ
レメント7を形成するとともにその外側部に測温抵抗エ
レメント8,9を形成する構造を有しているので、中央
部のヒータエレメント7を加熱すると、空気中を通して
伝わる熱の他に橋絡部5a,5bの母材を通して熱が伝
わり、流速検出の感度を低下させるという欠点がある。
However, in such a conventional microbridge flow sensor, a heater element 7 is formed on one bridge 5 as shown in an enlarged plan view of a main part in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 11, two bridge portions 5 having a slit-shaped central opening 12 are provided.
a and 5b are formed, and the heater element 7 is formed with the center opening 12 interposed therebetween, and the temperature measuring resistance elements 8 and 9 are formed outside the heater element 7. When heated, heat is transmitted through the base material of the bridging portions 5a and 5b in addition to the heat transmitted through the air, which has the disadvantage that the sensitivity of flow velocity detection is reduced.

【0008】また、実際の流速検出で使用する測温抵抗
エレメント8,9の温度t6,t7は、図8(a)に示
すようにヒータエレメント7の温度th4,th5(6
3℃:周囲温度基準)に近い値(例えば、35℃:周囲
温度基準)達してしまい、ゼロ点調整と代用ゼロ点調整
の差が大きくなり、正確な検出値が得られないという欠
点があった。さらに、測温抵抗エレメント8,9に塵な
どが付着すると、塵の表面がヒートシンク或いは放熱フ
ィンとなるため、測温抵抗エレメント8,9の温度が変
化して正確な流速検出ができないという欠点があった。
Further, as shown in FIG. 8A, the temperatures t6 and t7 of the temperature measuring resistance elements 8 and 9 used in the actual flow velocity detection are the temperature th4 and th5 (6) of the heater element 7, respectively.
3 ° C .: based on the ambient temperature) (for example, 35 ° C .: based on the ambient temperature), the difference between the zero point adjustment and the substitute zero point adjustment becomes large, and there is a disadvantage that an accurate detected value cannot be obtained. Was. Further, if dust or the like adheres to the temperature measuring resistance elements 8 and 9, the surface of the dust becomes a heat sink or a radiation fin, so that the temperature of the temperature measuring resistance elements 8 and 9 changes and accurate flow velocity cannot be detected. there were.

【0009】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、流速検出の
感度が低下することがなく、ゼロ点調整と代用零点調整
との差を抑えることができ、かつ塵などが付着した場合
においても正確な流速検出を行うことができる流速検出
装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to suppress the difference between zero point adjustment and substitute zero point adjustment without lowering the sensitivity of flow velocity detection. An object of the present invention is to provide a flow velocity detecting device capable of accurately detecting a flow velocity even when dust or the like adheres.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、第1発明(請求項1に係る発明)は、気体が
流れる上流から下流に向かって第1の測温抵抗体、発熱
体、第2の測温抵抗体を順次設け、第1の測温抵抗体と
第2の測温抵抗体との抵抗値の差から得られる値を気体
の流速に応じたセンサ出力とする流速検出装置におい
て、第1の測温抵抗体と発熱体との間および発熱体と第
2の測温抵抗体との間にそれぞれ熱伝導率の低い断熱材
を設け、発熱体への電力供給を停止した状態での前記抵
抗値の差から得られる値をセンサ出力から差し引くこと
により代用ゼロ点補正を行う手段を設けたものである。
この発明によれば、第1の測温抵抗体と発熱体との間お
よび発熱体と第2の測温抵抗体との間がそれぞれ熱的に
絶縁され、発熱体への電力供給を停止した状態での前記
抵抗値の差から得られる値がセンサ出力から差し引かれ
ることによって代用ゼロ点補正が行われる。
In order to achieve the above object, a first invention (an invention according to claim 1) includes a first temperature measuring resistor, a heat generating element, and a heat generating element. Body and a second resistance temperature detector are sequentially provided, and a value obtained from a difference in resistance between the first resistance temperature detector and the second resistance temperature detector is set as a sensor output corresponding to the gas flow rate. In the detection device, a heat insulating material having a low thermal conductivity is provided between the first temperature measuring resistor and the heating element and between the heating element and the second temperature measuring resistor to supply power to the heating element. Means is provided for performing a substitute zero point correction by subtracting a value obtained from the difference between the resistance values in the stopped state from the sensor output.
According to the present invention, the space between the first temperature measuring resistor and the heating element and the space between the heating element and the second temperature measuring resistor are thermally insulated, and power supply to the heating element is stopped. The substitute zero point correction is performed by subtracting the value obtained from the difference between the resistance values in the state from the sensor output.

【0011】第2発明(請求項2に係る発明)は、気体
が流れる上流から下流に向かって第1の測温抵抗体、第
1の発熱体、第2の発熱体および第2の測温抵抗体を順
次設け、第1の測温抵抗体と第2の測温抵抗体との抵抗
値の差から得られる値を気体の流速に応じたセンサ出力
とする流速検出装置において、第1の測温抵抗体と第1
の発熱体との間、第1の発熱体と第2の発熱体との間お
よび第2の発熱体と第2の測温抵抗体との間にそれぞれ
熱伝導率の低い断熱材を設け、第1および第2の発熱体
への電力供給を停止した状態での前記抵抗値の差から得
られる値をセンサ出力から差し引くことにより代用ゼロ
点補正を行う手段を設けたものである。この発明によれ
ば、第1の測温抵抗体と第1の発熱体との間、第1の発
熱体と第2の発熱体との間および第2の発熱体と第2の
測温抵抗体との間がそれぞれ熱的に絶縁され、第1およ
び第2の発熱体への電力供給を停止した状態での前記抵
抗値の差から得られる値がセンサ出力から差し引かれる
ことによって代用ゼロ点補正が行われる。
The second invention (the invention according to claim 2) provides a first temperature measuring resistor, a first heating element, a second heating element, and a second temperature measuring element from upstream to downstream in which gas flows. In a flow rate detecting device, a resistor is sequentially provided, and a value obtained from a difference between resistance values of the first and second temperature measuring resistors is set as a sensor output according to a gas flow rate. RTD and 1st
A heat-insulating material having a low thermal conductivity is provided between the first heating element and the second heating element, and between the second heating element and the second resistance thermometer. Means is provided for performing a substitute zero point correction by subtracting from the sensor output a value obtained from the difference between the resistance values when power supply to the first and second heating elements is stopped. According to the present invention, between the first temperature measuring resistor and the first heating element, between the first heating element and the second heating element, and between the second heating element and the second temperature measuring resistor. The value obtained from the difference between the resistance values when the power supply to the first and second heating elements is stopped is subtracted from the sensor output, thereby providing a substitute zero point. Correction is performed.

【0012】第3発明(請求項3に係る発明)は、第1
発明および第2発明において、第1の測温抵抗体と第2
の測温抵抗体とをホイートストンブリッジの2辺に組込
み、このホイートストンブリッジの出力をセンサ出力と
するようにしたものである。この発明によれば、第1の
測温抵抗体と第2の測温抵抗体とがその2辺に組込まれ
たホイートストンブリッジの出力が、気体の流速に応じ
たセンサ出力とされる。
The third invention (the invention according to claim 3) is the first invention.
In the invention and the second invention, the first temperature measuring resistor and the second
Are mounted on two sides of a Wheatstone bridge, and the output of the Wheatstone bridge is used as a sensor output. According to the present invention, the output of the Wheatstone bridge in which the first resistance temperature detector and the second resistance temperature detector are incorporated on two sides thereof is a sensor output corresponding to the gas flow rate.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
き詳細に説明する。 〔実施の形態1〕図1はこの発明の一実施の形態(第1
の実施の形態)を示すフローセンサの要部拡大平面図で
ある。同図において、図7と同一又は相当部分に同一符
号を付する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments. [Embodiment 1] FIG. 1 shows an embodiment (first embodiment) of the present invention.
2 is an enlarged plan view of a main part of a flow sensor according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same or corresponding parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.

【0014】さて、半導体基台1に形成された貫通孔4
上には、半導体基台1からブリッジ状に空間的に隔離さ
れ、結果的に半導体基台1から熱的に絶縁されたメンブ
レン部5’が形成されている。メンブレン部5’は、中
央部に貫通孔4上に連通するスリット状の2つの開口1
3,14により離間された第1のメンブレン部5c,第
2のメンブレン部5dおよび第3のメンブレン部5eか
らなる。第1のメンブレン部5cの表面には測温抵抗エ
レメント(第1の測温抵抗体)8が、第2のメンブレン
部5dの表面にはヒータエレメント(発熱体)7が、第
3のメンブレン部5eの表面には測温抵抗エレメント
(第2の測温抵抗体)9がそれぞれ形成されている。
Now, a through hole 4 formed in the semiconductor base 1 will be described.
On the upper side, a membrane portion 5 ′ is formed, which is spatially isolated from the semiconductor base 1 in a bridge shape, and is consequently thermally insulated from the semiconductor base 1. The membrane portion 5 ′ has two slit-shaped openings 1 communicating with the through holes 4 at the center.
It comprises a first membrane part 5c, a second membrane part 5d and a third membrane part 5e separated by 3 and 14. A temperature-measuring resistance element (first temperature-measuring resistor) 8 is provided on the surface of the first membrane portion 5c, a heater element (heating element) 7 is provided on the surface of the second membrane portion 5d, and a third membrane portion is provided. A resistance temperature element (second resistance temperature detector) 9 is formed on the surface of 5e.

【0015】また、図3(a),(b)は図1に示すフ
ローセンサの動作を示す説明図である。ここで、同図
(a)は各エレメントの周囲温度基準における温度分布
を示し、同図(b)は図8に対応した実施の形態1の断
面を示している。
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams showing the operation of the flow sensor shown in FIG. Here, FIG. 7A shows a temperature distribution of each element based on the ambient temperature, and FIG. 7B shows a cross section of the first embodiment corresponding to FIG.

【0016】さて、図8と同様に、ヒータエレメント7
を周囲温度よりもある一定の高い温度th1(例えば、
63℃:周囲温度基準)で制御すると、測温抵抗エレメ
ント8,9の温度t1,t2は図3(a)に示すように
ヒータエレメント7の温度th1を中心として図8
(a)に示す温度t6,t7に比べて低い温度(例え
ば、20℃:周囲温度基準)で対称となる。
Now, as in FIG. 8, the heater element 7
At a certain higher temperature th1 than the ambient temperature (for example,
63 (C: ambient temperature reference), the temperatures t1 and t2 of the temperature-measuring resistance elements 8 and 9 are centered on the temperature th1 of the heater element 7 as shown in FIG.
It is symmetric at a lower temperature (for example, 20 ° C .: ambient temperature reference) than the temperatures t6 and t7 shown in FIG.

【0017】これは、第1のメンブレン部5c上に形成
された測温抵抗エレメント8および第3のメンブレン部
5e上に形成された測温抵抗エレメント9が、第2のメ
ンブレン部5d上に形成されたヒータエレメント7に対
してスリット状の開口13,14を介して熱的に絶縁
(空気が断熱材となる)され、図10または図11のよ
うにヒータエレメント7の加熱された熱が第1及び第2
のメンブレン部に直接伝導されることがないためであ
る。
This is because the temperature-measuring resistance element 8 formed on the first membrane part 5c and the temperature-measuring resistance element 9 formed on the third membrane part 5e are formed on the second membrane part 5d. The heater element 7 is thermally insulated (air serves as a heat insulating material) through the slit-shaped openings 13 and 14, and the heated heat of the heater element 7 is reduced to the second as shown in FIG. 10 or 11. 1st and 2nd
This is because there is no direct conduction to the membrane part.

【0018】この状態において、図1に示す矢印11の
方向からの気体が移動すると、上流側の測温抵抗エレメ
ント8は冷却されΔT1だけ降温する。一方、下流側の
測温抵抗エレメント9は気体の流れを媒体としてヒータ
エレメント7からの熱伝導が促進され、温度がΔT2だ
け昇温するために温度差が生じる。そこで、測温抵抗エ
レメント8,9をホイートストンブリッジの2辺に組込
み、このホイートストンブリッジの出力をセンサ出力と
することにより、温度差を電圧に変換でき、流速に応じ
た電圧出力が得られ、気体の流速を検出することができ
る。また、ヒータエレメント7の発熱を止めた状態での
測温抵抗エレメント8,9の抵抗値の差から得られる値
を、センサ出力から差し引くことにより代用ゼロ点調整
を行う。
In this state, when the gas moves from the direction of arrow 11 shown in FIG. 1, the upstream temperature measuring resistance element 8 is cooled and its temperature is decreased by ΔT1. On the other hand, in the downstream temperature-measuring resistance element 9, heat conduction from the heater element 7 is promoted using the gas flow as a medium, and the temperature rises by ΔT2, so that a temperature difference occurs. Therefore, by incorporating the temperature-measuring resistance elements 8 and 9 on two sides of the Wheatstone bridge and using the output of this Wheatstone bridge as a sensor output, the temperature difference can be converted into a voltage, and a voltage output according to the flow velocity can be obtained. Can be detected. Further, a substitute zero point adjustment is performed by subtracting from the sensor output a value obtained from the difference between the resistance values of the resistance temperature elements 8 and 9 in a state where the heat generation of the heater element 7 is stopped.

【0019】このように実施の形態1では、ヒータエレ
メント7の熱が気体を媒体にしてのみ測温抵抗エレメン
ト8,9に伝導され、図7に示すように気体の流れによ
らずメンブレン部の母材を通して伝わる熱がないため、
流速検出の感度を向上させることができる。
As described above, in the first embodiment, the heat of the heater element 7 is conducted to the temperature measuring resistance elements 8 and 9 only by using the gas as a medium, and as shown in FIG. Because there is no heat transmitted through the base material,
The sensitivity of the flow velocity detection can be improved.

【0020】また、測温抵抗エレメント8,9の温度t
1,t2を周囲温度からの上昇を20℃程度に低くする
ことができるため、温度上昇に伴うゼロ点調整と代用ゼ
ロ点調整との差を抑制することができる。
Further, the temperature t of the temperature measuring resistance elements 8 and 9
Since the rise of 1, t2 from the ambient temperature can be reduced to about 20 ° C., the difference between the zero point adjustment and the substitute zero point adjustment accompanying the temperature rise can be suppressed.

【0021】さらに、測温抵抗エレメント8,9に塵が
付着したとしても、温度が低いために塵の付着によって
生じる温度変化量が小さく抑えられ、塵の付着による検
出誤差の影響を抑えることができる。
Further, even if dust adheres to the temperature measuring resistance elements 8 and 9, the amount of temperature change caused by the adherence of the dust is suppressed to be small due to the low temperature, and the influence of the detection error due to the adherence of the dust can be suppressed. it can.

【0022】〔実施の形態2〕図2は本発明に係る第2
の実施の形態を示したフローセンサの要部拡大平面図で
ある。同図において、図1と同一又は相当部分には同一
符号を付する。ここで、実施の形態1と異なる部分は、
メンブレン部5”にスリット状の3つの開口13〜15
を設け、第1のメンブレン部5f,第2のメンブレン部
5g,第3のメンブレン部5hおよび第4のメンブレン
部5iを形成したことである。そして、第1のメンブレ
ン部5fの表面には測温抵抗エレメント8が、第2およ
び第3のメンブレン部5gの表面には一方のヒータエレ
メント(第1の発熱体)7が、メンブレン部5hには他
方のヒータエレメント(第2の発熱体)7が、第4のメ
ンブレン部5iには測温抵抗エレメント9がそれぞれ形
成されている。
[Embodiment 2] FIG. 2 shows a second embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged plan view of a main part of the flow sensor showing the embodiment. In the figure, the same or corresponding parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. Here, the differences from the first embodiment are as follows.
Three slit-like openings 13 to 15 in the membrane part 5 ″
To form a first membrane 5f, a second membrane 5g, a third membrane 5h, and a fourth membrane 5i. Then, a temperature-measuring resistance element 8 is provided on the surface of the first membrane portion 5f, and one heater element (first heating element) 7 is provided on the surface of the second and third membrane portions 5g. In the figure, the other heater element (second heating element) 7 is formed, and in the fourth membrane portion 5i, a resistance temperature measuring element 9 is formed.

【0023】また、図4(a),(b)は図2に示すフ
ローセンサの動作を示す説明図である。ここで、同図
(a)は各エレメントの周囲温度基準における温度分布
を示し、同図(b)は図8に対応した実施の形態2の断
面を示している。
FIGS. 4A and 4B are explanatory diagrams showing the operation of the flow sensor shown in FIG. Here, FIG. 7A shows a temperature distribution of each element on the basis of the ambient temperature, and FIG. 7B shows a cross section of the second embodiment corresponding to FIG.

【0024】この実施の形態2では、前述した実施の形
態1とほゞ同様の動作を行うが、特筆すべきはヒータエ
レメント7が形成されているメンブレン部が2つ形成さ
れていることである。
In the second embodiment, substantially the same operation as that of the first embodiment is performed, but it should be noted that two membrane portions on which the heater elements 7 are formed are formed. .

【0025】すなわち、図4(a)において、ヒータエ
レメント7を形成した2つのメンブレン部5g,5hは
互いに熱的に絶縁されているため、図2に示す矢印11
の方向からの気体が移動すると、ヒータエレメント7の
温度th2とヒータエレメント7の温度th3との間に
ΔT0+ΔT5の温度勾配が生じる。
That is, in FIG. 4A, since the two membrane portions 5g and 5h forming the heater element 7 are thermally insulated from each other, an arrow 11 shown in FIG.
When the gas moves from the direction of, a temperature gradient of ΔT0 + ΔT5 is generated between the temperature th2 of the heater element 7 and the temperature th3 of the heater element 7.

【0026】従って、上流側の測温抵抗エレメント8は
図3(a)に示す温度差ΔT1以上に冷却され、ΔT3
だけ降温し、下流側の測温抵抗エレメント9はヒータエ
レメント7の温度勾配により、気体を媒体として従来よ
りさらに熱伝導が促進され、図3(a)に示す温度差Δ
T2に比べて大きな温度差ΔT4を生じることになる。
これにより、測温抵抗エレメント8と測温抵抗エレメン
ト9との間に大きな電圧出力差を得ることができる。
Therefore, the temperature measuring resistance element 8 on the upstream side is cooled to a temperature difference ΔT1 or more shown in FIG.
The temperature of the downstream temperature measuring resistance element 9 is further promoted by the temperature gradient of the heater element 7 using gas as a medium, and the temperature difference Δ shown in FIG.
As a result, a large temperature difference ΔT4 is generated as compared with T2.
Thereby, a large voltage output difference can be obtained between the resistance temperature element 8 and the resistance element 9.

【0027】〔実施の形態3〕図5は本発明に係る第3
の実施の形態を示したフローセンサの要部拡大平面図で
ある。図において、図1と同一または相当部分には同一
符号を付する。ここで、前述の実施の形態1,2と異な
る部分は、半導体基台1が熱的に絶縁されたメンブレン
部が形成されていないことである。
Third Embodiment FIG. 5 shows a third embodiment according to the present invention.
FIG. 4 is an enlarged plan view of a main part of the flow sensor showing the embodiment. In the figure, the same or corresponding parts as those in FIG. Here, the difference from the first and second embodiments is that the semiconductor base 1 is not provided with a thermally insulated membrane portion.

【0028】すなわち、前述の実施例はメンブレン部に
2つの測温抵抗エレメントとヒータエレメントとを形成
して、空気を断熱材として利用したものである。これに
対して、実施の形態3では、同一半導体基台1上に測温
抵抗エレメント8とヒータエレメント7を熱的に絶縁す
る断熱材16aおよびヒータエレメント7と測温抵抗エ
レメント9とを熱的に絶縁する断熱材16bを設けてい
る。これにより、前述の実施の形態1,2と同様にヒー
タエレメント8,9への熱伝導を阻止することができ
る。
That is, in the above-described embodiment, two temperature-measuring resistance elements and a heater element are formed in the membrane portion, and air is used as a heat insulating material. On the other hand, in the third embodiment, the heat insulating material 16a that thermally insulates the temperature measuring resistance element 8 and the heater element 7 and the heater element 7 and the temperature measuring resistance element 9 are formed on the same semiconductor base 1. Is provided with a heat insulating material 16b. Thus, heat conduction to the heater elements 8 and 9 can be prevented as in the first and second embodiments.

【0029】図6は図5におけるVI−VI線断面を示した
断面図である。同図に示すように、断熱材16a,16
bは矢印17のヒータエレメント7からの熱伝導を防ぐ
ため、半導体基台1の上面から十分に深く形成されてい
る。なお、実施の形態3において、断熱材16a,16
bを半導体基台1の中に設けたが、半導体基台1を断熱
材としてもよい。
FIG. 6 is a sectional view showing a section taken along line VI-VI in FIG. As shown in FIG.
b is formed sufficiently deep from the upper surface of the semiconductor base 1 to prevent heat conduction from the heater element 7 indicated by the arrow 17. In the third embodiment, the heat insulating materials 16a and 16a
Although b is provided in the semiconductor base 1, the semiconductor base 1 may be used as a heat insulating material.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、第1発明では、第1の測温抵抗体と発熱
体との間および発熱体と第2の測温抵抗体との間がそれ
ぞれ熱的に絶縁され、発熱体への電力供給を停止した状
態での第1の測温抵抗体と第2の測温抵抗体との抵抗値
の差から得られる値がセンサ出力から差し引かれること
によって代用ゼロ点補正が行われるものとなり、下記の
ような優れた効果を有する。 (1)発熱体と第1および第2の測温抵抗体とが熱的に
絶縁されているため、流速検出時における第1および第
2の測温抵抗体の温度を低く抑えることができる。この
ため、ゼロ点調整と代用ゼロ点調整との差を抑えること
ができる。 (2)測温抵抗体に塵が付着した場合においても、表面
温度が低いため、熱放散による誤差の影響を抑制でき、
正確な流速検出を行うことができる。 (3)気体以外の部分(例えば、半導体基台)を通して
の発熱体から測温抵抗体への熱伝導が殆ど無くなり、実
際に流れとなって測温抵抗体の温度を変化させる気体に
よってのみ測温抵抗体へ熱伝導が行われるため、気体の
流れにより敏感になる。従って、特に低流速での流速検
出の感度を向上させることができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, according to the first invention, the distance between the first temperature measuring resistor and the heating element and the distance between the heating element and the second temperature measuring resistor are increased. Are electrically insulated from each other, and a value obtained from a difference between the resistance values of the first and second temperature measuring resistors in a state where power supply to the heating element is stopped is a sensor output. , The substitute zero point correction is performed, and the following excellent effects are obtained. (1) Since the heating element is thermally insulated from the first and second resistance temperature detectors, the temperatures of the first and second resistance temperature detectors at the time of detecting the flow velocity can be kept low. Therefore, the difference between the zero point adjustment and the substitute zero point adjustment can be suppressed. (2) Even if dust adheres to the resistance temperature detector, the influence of errors due to heat dissipation can be suppressed because the surface temperature is low,
Accurate flow rate detection can be performed. (3) There is almost no heat conduction from the heating element to the RTD through a portion other than the gas (for example, a semiconductor base), and the flow is measured only by the gas that actually flows and changes the temperature of the RTD. Since heat is conducted to the thermal resistor, it becomes more sensitive to gas flow. Therefore, it is possible to improve the sensitivity of the flow velocity detection particularly at a low flow velocity.

【0031】また、第2発明では、第1の測温抵抗体と
第1の発熱体との間、第1の発熱体と第2の発熱体との
間および第2の発熱体と第2の測温抵抗体との間がそれ
ぞれ熱的に絶縁され、第1および第2の発熱体への電力
供給を停止した状態での第1の測温抵抗体と第2の測温
抵抗体との抵抗値の差から得られる値がセンサ出力から
差し引かれることによって代用ゼロ点補正が行われるも
のとなり、第1発明の効果に加えて、次のような優れた
効果を有する。流れにより第1と第2の発熱体の間にも
温度差ができ、第1の測温抵抗体と第2の測温抵抗体の
間の温度差をより大きくすることができる。このため、
第1の測温抵抗体と第2の測温抵抗体との間に大きな電
圧出力差を得ることができる。
Further, in the second invention, between the first heating element and the first heating element, between the first heating element and the second heating element, and between the second heating element and the second heating element. Are electrically insulated from each other with respect to the first and second temperature measuring resistors in a state where power supply to the first and second heating elements is stopped. By subtracting the value obtained from the difference between the resistance values from the sensor output, the substitute zero point correction is performed, and has the following excellent effects in addition to the effects of the first invention. The flow causes a temperature difference between the first and second heating elements, and the temperature difference between the first and second temperature measuring resistors can be further increased. For this reason,
A large voltage output difference can be obtained between the first resistance temperature detector and the second resistance temperature detector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る実施の形態1を示すフローセン
サの要部拡大平面図である。
FIG. 1 is an enlarged plan view of a main part of a flow sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明に係る実施の形態2を示すフローセン
サの要部拡大平面図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view of a main part of a flow sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図3】 図1に示したフローセンサの動作を示す説明
図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an operation of the flow sensor shown in FIG.

【図4】 図2に示したフローセンサの動作を示す説明
図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an operation of the flow sensor shown in FIG.

【図5】 本発明に係る実施の形態3を示すフローセン
サの要部拡大平面図である。
FIG. 5 is an enlarged plan view of a main part of a flow sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図6】 図5におけるVI−VI線断面を示した断面図で
ある。
6 is a sectional view showing a section taken along line VI-VI in FIG. 5;

【図7】 従来のマイクロブリッジフローセンサを示す
斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a conventional microbridge flow sensor.

【図8】 図7に示したマイクロブリッジフローセンサ
の動作を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the operation of the microbridge flow sensor shown in FIG.

【図9】 電圧出力に対する流速の関係を示す特性図で
ある。
FIG. 9 is a characteristic diagram showing a relationship between a voltage output and a flow velocity.

【図10】 従来のマイクロブリッジフローセンサの検
出部の構成を示す要部拡大平面図である。
FIG. 10 is an enlarged plan view of a main part showing a configuration of a detection unit of a conventional microbridge flow sensor.

【図11】 従来のマイクロブリッジフローセンサの検
出部の構成を示す要部拡大平面図である。
FIG. 11 is an enlarged plan view of a main part showing a configuration of a detection unit of a conventional microbridge flow sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半導体基台、2,3…開口、4…貫通孔、5c,5
f…第1のメンブレン部、5d,5g…第2のメンブレ
ン部、5e,5h…第3のメンブレン部、5i…第4の
メンブレン部、6…保護膜、7…ヒータエレメント、
8,9…測温抵抗エレメント、13,14…開口、16
a,16b…断熱材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor base, 2, 3 ... Opening, 4 ... Through-hole, 5c, 5
f: first membrane portion, 5d, 5g: second membrane portion, 5e, 5h: third membrane portion, 5i: fourth membrane portion, 6: protective film, 7: heater element,
8, 9 ... resistance temperature element, 13, 14 ... opening, 16
a, 16b: heat insulating material.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/68 - 1/68 203 G01P 5/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 1/68-1/68 203 G01P 5/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 気体が流れる上流から下流に向かって第
1の測温抵抗体、発熱体、第2の測温抵抗体を順次設
け、前記第1の測温抵抗体と前記第2の測温抵抗体との
抵抗値の差から得られる値を前記気体の流速に応じたセ
ンサ出力とする流速検出装置において、 前記第1の測温抵抗体と前記発熱体との間および前記発
熱体と前記第2の測温抵抗体との間にそれぞれ熱伝導率
の低い断熱材を設け、 前記発熱体への電力供給を停止した状態での前記抵抗値
の差から得られる値を前記センサ出力から差し引くこと
により代用ゼロ点補正を行う手段を設けたことを特徴と
する流速検出装置。
1. A first temperature measuring resistor, a heating element, and a second temperature measuring resistor are sequentially provided from upstream to downstream of a gas flow, and the first temperature measuring resistor and the second temperature measuring resistor are provided. In a flow velocity detecting device that sets a value obtained from a difference in resistance between the temperature measuring element and a sensor output according to a flow velocity of the gas, between the first temperature measuring resistor and the heating element and the heating element. A heat insulating material having a low thermal conductivity is provided between each of the second temperature measuring resistors, and a value obtained from the difference between the resistance values in a state where power supply to the heating elements is stopped is calculated from the sensor output. A flow velocity detecting device comprising means for performing a substitute zero point correction by subtraction.
【請求項2】 気体が流れる上流から下流に向かって第
1の測温抵抗体、第1の発熱体、第2の発熱体および第
2の測温抵抗体を順次設け、前記第1の測温抵抗体と前
記第2の測温抵抗体との抵抗値の差から得られる値を前
記気体の流速に応じたセンサ出力とする流速検出装置に
おいて、 前記第1の測温抵抗体と前記第1の発熱体との間、前記
第1の発熱体と前記第2の発熱体との間および前記第2
の発熱体と前記第2の測温抵抗体との間にそれぞれ熱伝
導率の低い断熱材を設け、 前記第1および第2の発熱体への電力供給を停止した状
態での前記抵抗値の差から得られる値を前記センサ出力
から差し引くことにより代用ゼロ点補正を行う手段を設
けたことを特徴とする流速検出装置。
2. A first temperature measuring element, a first heating element, a second heating element, and a second temperature measuring element are sequentially provided from an upstream to a downstream where gas flows, and the first temperature measuring element is provided. In a flow velocity detecting device, a value obtained from a difference between resistance values of a temperature resistance element and the second resistance temperature element is set as a sensor output according to a flow velocity of the gas, wherein the first resistance temperature element and the second 1 heating element, between the first heating element and the second heating element, and between the first heating element and the second heating element.
A heat insulating material having a low thermal conductivity is provided between each of the heating elements and the second resistance thermometer, and the resistance value in a state where power supply to the first and second heating elements is stopped. A flow velocity detecting device comprising means for performing a substitute zero point correction by subtracting a value obtained from the difference from the sensor output.
【請求項3】 請求項1又は2において、前記第1の測
温抵抗体と前記第2の測温抵抗体とをホイートストンブ
リッジの2辺に組込み、このホイートストンブリッジの
出力をセンサ出力とすることを特徴とする流速検出装
置。
3. The Wheatstone bridge according to claim 1, wherein the first resistance temperature detector and the second resistance temperature detector are incorporated into two sides of a Wheatstone bridge, and the output of the Wheatstone bridge is used as a sensor output. A flow velocity detector characterized by the above-mentioned.
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