JP3710994B2 - Flow rate sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は流速センサに係わり、特に、少なくとも一部が流速を検出すべき流体が流れる流路を形成する支持基台に、流体を加熱するヒータと、2種類の導電性部材から構成されると共に、該導電性部材の接続点である温接点及び冷接点を有する熱電対とを設け、熱電対が両接点間の熱起電力を利用してそれぞれ検出した流体の温度によって流速を検出する流速センサに関する。
【0002】
【従来の技術】
上述した流速センサの一例として、一般に図4に示されたようなものが知られている。同図において、支持基台1aの中央部には異方性エッチングにより薄肉状に形成された薄肉状部1a−1が設けられている。そして、この薄肉状部1a−1の上に流路を設けると共に、薄肉状部1a−1の上面に矢印1b方向に流体が流れるようにする。
【0003】
また、同図において、薄膜のマイクロヒータ1cは、薄肉状部1a−1の上面又は下面に設けられ、このマイクロヒータ1cには、駆動電流を供給するための電源配線1dが接続される。この電源配線1dには、パルス電圧または電流を出力する図示しないマイクロヒータ駆動回路が接続されている。従って、マイクロヒータ1cは、マイクロヒータ駆動回路がパルスを出力するたびに、電源配線1dを介して通電され加熱する。薄肉状部1a−1の上面にはまた、このマイクロヒータ1cを挟んだ上流側及び下流側に上流側及び下流側サーモパイル1e、1fの温接点群Sogがそれぞれ設けられている。この上流側及び下流側サーモパイル1e、1fは、熱電対を直列に多数接続することにより、その感度の向上を図ったものである。
【0004】
上流側及び下流側サーモパイル1e、1fは、図5のサーモパイルの拡大図に示すように熱電対を構成する2種類の導電性部材、例えばアルミニウム(以下、Alとする)配線10と、P型シリコン(以下、P++−Siとする)配線20とが交互に直列接続して形成されている。そして、Al配線10の一端とP++−Si配線20との接点である温接点Soが熱伝導率の低い薄肉状部1a−1に、Al配線10の他端とP++−Si配線20との接点である冷接点Srが、薄肉状部1a−1以外の支持基台1aである肉厚状部1a−2にそれぞれ配置されている。肉厚状部1a−2は、その熱伝導率がAl配線10及びP++−Si配線20より高くなるように肉厚に形成されている。
【0005】
従って、上流側及び下流側サーモパイル1e、1fは、図4に示すように、複数の温接点Soからなる温接点群Sogが薄肉状部1a−1に、複数の冷接点Srからなる冷接点群Srgが肉厚状部1a−2にそれぞれ設けられることとなる。このため、マイクロヒータ1cが加熱を開始し、その上下流側の流体が周囲温度よりも上昇すると、その熱は熱伝導率の低い薄肉状部1a−1には伝導されずほとんどが温接点群Sogに伝導されるため、温接点群Sogはマイクロヒータ1cの上下流側の流体の温度とほぼ等しくなる。一方、冷接点群Srgは、冷接点群Srg上を通過する流体の温度が上昇しても、その熱はAl配線10及びP++−Si配線20より伝導率の高い肉厚状部1a−2に伝わり逃げるため、ほぼ周囲温度に保たれている。この結果、上流側及び下流側サーモパイル1e、1fの温接点群Sog−冷接点群Srgにはそれぞれ、マイクロヒータ1cの上下流側の流体の温度に応じた熱起電力が生じる。
【0006】
上述した構成の流速センサの動作について図6のタイムチャート及び図7の温度分布図を参照にして以下説明する。マイクロヒータ1cは、マイクロヒータ駆動回路が出力する矩形パルスの立ち上がりと同時に駆動電流が流れ、所定時間加熱を行う(図6(a))。この結果、流路に流体が流れていないときは、マイクロヒータ1c付近の気体に熱が伝わり、マイクロヒータ1c付近の上流側、下流側の温度分布は対称分布になる。つまり、両サーモパイル1e、1fの温接点群Sogは、等しい温度tに上昇する(図7)。従って、上流側及び下流側サーモパイル1e、1fは、等しいピーク電圧を有する熱起電力であるパルス電圧V1、V2を出力する(図6(b)、(c))。
【0007】
今、マイクロヒータ1cが通電している間、矢印1bの方向に流体が流れると、上流側は流体により冷却され、その流速に応じてΔTdだけ降温する(図7)。一方、下流側は気体の流れを媒体としてマイクロヒータ1cから熱伝導が促進され、その流速に応じてΔTuだけ昇温する(図7)。この結果、上流側サーモパイル1eは流体により降温されたピーク電圧を有するパルス電圧V1を、下流側サーモパイル1fは流体により昇温されたピーク電圧を有するパルス電圧V2をそれぞれ出力する(図6(d)、(e))。流速が増加すると、それに伴って、上述した降温分ΔTdと昇温分ΔTuも増加するので、パルス電圧V1、V2のピーク電圧の差は流速に応じた出力となる。
【0008】
また、マイクロヒータ1cを常時通電することにより連続的に駆動して、流速に応じた上下流側サーモパイル1e、1fの電圧差を出力する流速センサも知られている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以前より流速センサの感度を向上させたいという要望があった。このような要望に答えるため、上述したように従来の流速センサでは、より多数の熱電対を直列に接続して上流側及び下流側サーモパイル1e、1fを構成することにより、サーモパイル1e、1fの感度を向上させて、流速センサの感度向上を図っている。しかしながら、支持基台1aのスペースの関係上、直列接続する熱電対の数にも限界があり、すなわちその感度の向上にも限界がある。そこで、より一層の感度向上を図るために、パルス電圧V1及びV2やピーク差(V1−V2)を増幅回路により増幅させることも考えられるが、回路規模も消費電力も大きくなるという問題が生じる。
【0010】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、回路規模や消費電力を大きくすることなく、感度の向上を図った流速センサを提供することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項1記載の発明は、少なくとも一部が流速を検出すべき流体が流れる流路を形成する支持基台に、前記流体を加熱するヒータと、2種類の導電性部材から構成されると共に、該導電性部材の接続点である温接点及び冷接点を有する熱電対とを搭載し、前記熱電対が前記両接点間の熱起電力を利用してそれぞれ検出した流体の温度によって流速を検出する流速センサにおいて、前記支持基台の前記ヒータ及び前記熱電対が搭載される搭載面に凸起部を設け、前記温接点及び前記冷接点のうち、前記冷接点のみを該凸起部上に搭載することを特徴とする流速センサに存する。
【0012】
請求項1記載の発明によれば、支持基台のヒータ及び熱電対が搭載される搭載面に凸起部を設け、温接点及び冷接点のうち、冷接点のみを凸起部上に搭載する。従って、ヒータが流速を検出すべき流体を加熱すると、ヒータが設けられている支持基台を介してヒータからの熱が冷接点に伝わるが、上記凸起部により支持基台を介してのヒータから冷接点への熱伝導は阻止されるため、ヒータから支持基台を介して伝導される熱を冷接点が吸収して、冷接点の温度が上昇することがない。このため、温接点−冷接点間の温度差が増大するので、その温度差に応じた熱電対の熱起電力を増幅することができる。すなわち、増幅回路により熱電対の熱起電力である出力電圧を増幅することなく、熱電対の出力電圧を増幅することができる。
【0013】
請求項2記載の発明は、前記凸起部は前記支持基台と同一部材で形成されていることを特徴とする請求項1記載の流速センサに存する。
【0014】
請求項2記載の発明によれば、凸起部は支持基台と同一部材で形成されている。従って、支持基台を凸起させるだけで別の材料を用いる必要がない。
【0015】
請求項3記載の発明は、前記熱電対の温接点及び冷接点のうち、前記冷接点のみの流路側を覆う部材を設けたことを特徴とする請求項1又は2記載の流速センサに存する。
【0016】
請求項3記載の発明によれば、熱電対の温接点及び冷接点のうち、冷接点のみの流路側を覆う部材を設けた。従って、ヒータが流速を検出すべき流体を加熱すると、流体を介してヒータからの熱が冷接点に伝わるが、上記冷接点のみの流路側を覆う部材により流体を介してのヒータから冷接点への熱伝導が阻止されるため、ヒータから流体を介して伝導される熱を冷接点が吸収して、冷接点の温度が上昇することがない。このため、温接点−冷接点間の温度差が増大するので、その温度差に応じた熱電対の熱起電力をより一層増幅することができる。
【0017】
請求項4記載の発明は、少なくとも一部が流速を検出すべき流体が流れる流路を形成する支持基台に、前記流体を加熱するヒータと、2種類の導電性部材から構成されると共に、該導電性部材の接続点である温接点及び冷接点を有する熱電対とを搭載し、前記熱電対が前記両接点間の熱起電力を利用してそれぞれ検出した流体の温度によって流速を検出する流速センサにおいて、前記熱電対の温接点及び冷接点のうち、前記冷接点のみの流路側を覆う部材を設けたことを特徴とする流速センサに存する。
【0018】
請求項4記載の発明によれば、熱電対の温接点及び冷接点のうち、冷接点のみの流路側を覆う部材を設けた。従って、ヒータが流速を検出すべき流体を加熱すると、流体を介してヒータからの熱が冷接点に伝わるが、上記冷接点のみの流路側を覆う部材により流路を介してのヒータから冷接点への熱伝導が阻止されるため、ヒータから流体を介して伝導される熱を冷接点が吸収して、冷接点の温度が上昇することがない。このため、温接点−冷接点間の温度差が増大するために、その温度差に応じた熱電対の熱起電力を増幅することができる。すなわち、増幅回路により熱電対の熱起電力である出力電圧を増幅することなく、熱電対の出力電圧を増幅することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
第1実施例
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の流速センサの一実施の形態を示す断面図である。従来で説明したように、下流側サーモパイル1fは複数の熱電対を直列に接続して構成されているものであるが、断面図を簡単にするために、図1は、下流側サーモパイル1fが単一の熱電対により構成されたときの断面図を示す。同図において、図4で上述した従来と同等の部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
【0020】
図中、支持基台1aは、シリコン基板(以下、Si基板)30と、該Si基板30の両面に形成された4窒化3ケイ素/2酸化ケイ素層(以下、Si3N4/SiO2層)41及び42とからなる。そして、この支持基台1aに、流速を検出すべき流体を加熱するマイクロヒータ1cと、該マイクロヒータ1cを挟んで流体の上流側及び下流側にそれぞれ配置された上流側サーモパイル1e及び下流側サーモパイル1fとが設けられている。上流側及び下流側サーモパイル1e、1fは、上述した従来と同様に、2種類の導電性部材、すなわちアルミニウム配線(以下、Al配線)10と、P型シリコン配線(以下、P++−Si)配線20とから構成されている。これらの導電性部材は、温接点So及び冷接点Sr部分のみが接続され、それ以外の部分は互いにSi3N4/SiO2層41により絶縁されている。
【0021】
また、マイクロヒータ1cと両サーモパイル1e、1fの温接点Soとが設けられている中央部分の支持基台1aは、異方性エッチングにより、Si3N4/SiO2層42とSi基板30とが除去され、薄肉状に形成されている。この薄肉状に形成された部分が薄肉状部1a−1であり、該薄肉状部1a−1以外の支持基台1aが肉厚状部1a−2である。
【0022】
さらに、支持基台1a上面が流路となっており、矢印1b方向に流速を検出すべき流体が流れるようになっている。そして、この流路と両サーモパイル1e、1fの冷接点Srとの間には、第2の熱絶縁部材1g−2(=冷接点のみの流路側を覆う部材)が設けられており、この第2の熱絶縁部材1g−2により流路と両サーモパイル1e、1fとの冷接点Srとは熱的に絶縁されている。このように流路と冷接点Srとの間に第2の熱絶縁部材1g−2を設けると、図2に示すように流路と冷接点群Srgとの間に、第2の熱絶縁部材1g−2が設けられることとなる。
【0023】
上述したような構成の流速センサの熱の移動について以下説明する。まず、マイクロヒータ1cが駆動して加熱が行われると、マイクロヒータ1c付近の上下流側の流体の温度分布は図7で上述したように、周囲温度より高くなる。従って、マイクロヒータ1cを挟んで流体の上下流側に配置された上流側及び下流側サーモパイル1e、1fの温接点群Sogは、マイクロヒータ1cにより加熱された流体からの熱を吸収して、温接点群Sog上面を通過する流体の温度に応じた温度に上昇する。
【0024】
一方、上流側及び下流側サーモパイル1e、1fの冷接点群Srgも、マイクロヒータ1cを挟んだ流体の上下流側にそれぞれ配置されているが、冷接点群Srg上面を通過する流体からの熱は、冷接点群Srgが設けられている熱伝導率の高い肉厚状部1a−2を介して逃げるため、冷接点群Srgは周囲温度に保たれる。しかも、流路と冷接点群Srgとは、第2の熱絶縁部材1g−2により熱的に絶縁されているため、流体を介してのマイクロヒータ1cから冷接点群Srgへの熱伝導が阻止されている。従って、冷接点群Srgが、マイクロヒータ1cにより加熱された流体の影響を受けることはなく、温度が上昇することがない。すなわち第2の熱絶縁部材1g−2により、冷接点群Srgはより一層周囲温度に保たれるようになる。
【0025】
このため、温接点群Sog−冷接点群Srg間の温度差が増大し、その温度差に応じた上流側及び下流側サーモパイル1e、1fの熱起電力を増幅することができる。すなわち、増幅回路により上流側又は下流側サーモパイル1e、1fの熱起電力である出力電圧を増幅することなく、上流側及び下流側サーモパイル1e、1fの出力電圧を増幅することができるので、回路規模や消費電力を大きくすることなく、感度の向上を図ることができる。
【0026】
第2実施例
ところで、上述した第1実施例では、第2の熱絶縁部材1g−2により、冷接点群Srg上面を通過する流体を介して伝わってくるマイクロヒータ1cからの熱を絶縁して、冷接点群Srgの温度上昇を防止していたが、この流体を介して伝わってくる熱の他に、図1に示すマイクロヒータ1cが設けられているSi3N4/SiO2層41から伝わってくる熱によって冷接点群Srgの温度が上昇することも考えられる。
【0027】
そこで、図1では、マイクロヒータ1cが設けられているSi3N4/SiO2層と、Al配線10及びP++−Si配線20を電気的に絶縁するSi3N4/SiO2層41とを一体にして形成していたが、第2実施例では図3の流速センサの断面図に示すように、マイクロヒータ1cが設けられるSi3N4/SiO2層41と、Al配線10及びP++−Si配線20を電気的に絶縁するSiO2層43とを別々に形成して、さらに、マイクロヒータ1cが設けられている支持基台1aを構成するSi3N4/SiO2層41と、冷接点群Srgとの間に第1の熱絶縁部材1g−1(=凸起部)を設けてある。この第1の熱絶縁部材1g−1により、マイクロヒータ1cが設けられている支持基台1aを構成するSi3N4/SiO2層41と、冷接点群Srgとが熱的に絶縁される。
【0028】
上述した構成の第2実施例における流速センサの熱の移動について以下説明する。まず、マイクロヒータ1cが駆動して加熱が行われると、マイクロヒータ1cが設けられているSi3N4/SiO2層41を介してマイクロヒータ1cからの熱が矢印50の方向に伝導する。上記構成で説明したように、Si3N4/SiO2層41と冷接点群Srgとは第1の熱絶縁部材1g−1により熱的に絶縁され、Si3N4/SiO2層41を介してのマイクロヒータ1cから冷接点群Srgへの熱伝導が阻止されているため、Si3N4/SiO2層41を介して伝導されたマイクロヒータ1cからの熱は冷接点群Srgに伝導されず、Si3N4/SiO2層41から伝導される熱により冷接点群Srgの温度が周囲温度より上昇することはない。従って、より一層温接点群Sog−冷接点群Srgの温度差が増大するので、流速センサの感度を向上することができる。
【0029】
なお、第1の熱絶縁部材1g−1は、Si3N4/SiO2層41より熱伝導率の低い別材料により形成してもよいが、例えば、支持基台1aを構成するSi3N4/SiO2層41を凸起させることにより、Si3N4/SiO2層41と同一材料で形成してもよい。この場合は、マイクロヒータ1cから冷接点郡Srgへの熱の伝導経路がSi3N4/SiO2層41の凸起部を介す分長くなり、マイクロヒータ1cから支持基台1aを介して冷接点郡Srgに伝わる熱を、阻止することができる。
【0030】
このため、マイクロヒータ1cから冷接点郡Srgへの熱を伝わりにくくすることができる。すなわち、支持基台1aを構成するSi3N4/SiO2層41を凸起させるだけでも、支持基台1aと冷接点群Srgとを熱的に絶縁することができるので、支持基台を凸起させるだけで別途の材料用いることなく第1の熱絶縁部材1g−1を形成することができ、構成が簡単となりコストダウンを図ることができる。
【0031】
なお、上述した第1〜第2実施例では、上流側及び下流側サーモパイル1e、1f両方の冷接点群Srgに対して第2の熱絶縁部材1g−2又は第1の熱絶縁部材1g−1とを設けていたが、例えば、そんなに感度を向上させる必要がなければ、上流側及び下流側サーモパイル1e、1fの何れか一方の冷接点群Srgに対して設けるようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1及び4記載の発明によれば、増幅回路により熱電対の熱起電力である出力電圧を増幅することなく、熱電対の出力電圧を増幅することができるので、回路規模や消費電力を大きくすることなく、感度の向上を図った流速センサを得ることができる。
【0033】
請求項2記載の発明によれば、支持基台を凸起させるだけで別の材料を用いる必要がないので、構成が簡単となりコストダウンを図ることができる流速センサを得ることができる。
【0034】
請求項3記載の発明によれば、温接点−冷接点間の温度差が増大するので、その温度差に応じた熱電対の熱起電力をより一層増幅することができるので、感度のより一層の向上を図った流速センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の流速センサの一実施の形態を示す断面図である。
【図2】図1の流速センサの平面図である。
【図3】本発明の流速センサの一実施の形態を示す断面図である。
【図4】従来の流速センサの一例を示す図である。
【図5】図4の流速センサを構成するサーモパイルの拡大天面図である。
【図6】図4の流速センサの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図7】図4のマイクロヒータの上下流側の温度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
1a 支持基台
1c マイクロヒータ(ヒータ)
1e 上流側サーモパイル(熱電対)
1f 下流側サーモパイル(熱電対)
10 Al配線(導電性部材)
20 P++−Si配線(導電性部材)
So 温接点
Sr 冷接点
1g−2 第2の熱絶縁部材(第2の熱伝導阻止手段)
1g−1 第1の熱絶縁部材(第1の熱伝導阻止手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow rate sensor, and in particular, a support base that forms a flow path through which a fluid whose flow rate is to be detected is formed, a heater that heats the fluid, and two types of conductive members. And a thermocouple having a hot junction and a cold junction that are connection points of the conductive member, and a thermocouple that detects the flow velocity according to the temperature of the fluid respectively detected using the thermoelectromotive force between the two contacts About.
[0002]
[Prior art]
As an example of the flow velocity sensor described above, one shown in FIG. 4 is generally known. In the figure, a thin-
[0003]
Also, in the figure, a thin-film microheater 1c is provided on the upper or lower surface of the thin-walled
[0004]
As shown in the enlarged view of the thermopile in FIG. 5, the upstream side and downstream side thermopile 1e, 1f are two kinds of conductive members constituting a thermocouple, for example, aluminum (hereinafter referred to as Al)
[0005]
Therefore, as shown in FIG. 4, the upstream and downstream side thermopile 1 e, 1 f includes a cold junction group consisting of a plurality of cold junctions Sr and a hot junction group Sog consisting of a plurality of hot junctions So. Srg is provided in each of the
[0006]
The operation of the flow velocity sensor configured as described above will be described below with reference to the time chart of FIG. 6 and the temperature distribution diagram of FIG. In the microheater 1c, a driving current flows simultaneously with the rise of the rectangular pulse output from the microheater driving circuit, and heating is performed for a predetermined time (FIG. 6A). As a result, when no fluid is flowing through the flow path, heat is transferred to the gas near the microheater 1c, and the upstream and downstream temperature distributions near the microheater 1c are symmetrical. That is, the hot junction groups Sog of both thermopile 1e and 1f rise to the same temperature t (FIG. 7). Therefore, the upstream and downstream thermopiles 1e and 1f output pulse voltages V1 and V2 that are thermoelectromotive forces having equal peak voltages (FIGS. 6B and 6C).
[0007]
Now, when the fluid flows in the direction of the arrow 1b while the microheater 1c is energized, the upstream side is cooled by the fluid, and the temperature is lowered by ΔTd according to the flow rate (FIG. 7). On the other hand, on the downstream side, heat conduction is promoted from the microheater 1c using a gas flow as a medium, and the temperature is increased by ΔTu according to the flow rate (FIG. 7). As a result, the upstream thermopile 1e outputs a pulse voltage V1 having a peak voltage lowered by the fluid, and the downstream thermopile 1f outputs a pulse voltage V2 having a peak voltage raised by the fluid (FIG. 6D). (E)). As the flow velocity increases, the temperature drop ΔTd and the temperature rise ΔTu described above also increase accordingly, so that the difference between the peak voltages of the pulse voltages V1 and V2 becomes an output corresponding to the flow velocity.
[0008]
There is also known a flow rate sensor that continuously drives the microheater 1c to energize it and outputs the voltage difference between the upstream and downstream thermopiles 1e and 1f according to the flow rate.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, there has been a demand for improving the sensitivity of the flow rate sensor. In order to meet such a demand, in the conventional flow rate sensor as described above, the sensitivity of the thermopile 1e, 1f is established by connecting a larger number of thermocouples in series to form the upstream and downstream thermopiles 1e, 1f. To improve the sensitivity of the flow velocity sensor. However, due to the space of the
[0010]
Therefore, the present invention pays attention to the above problems, and an object of the present invention is to provide a flow rate sensor with improved sensitivity without increasing the circuit scale and power consumption.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
[0012]
According to the first aspect of the present invention, the protruding portion is provided on the mounting surface on which the heater and the thermocouple of the support base are mounted, and only the cold junction is mounted on the protruding portion among the hot junction and the cold junction. . Therefore, when the heater heats the fluid whose flow rate is to be detected, the heat from the heater is transmitted to the cold junction through the support base on which the heater is provided, but the heater through the support base by the protruding portion. Therefore, heat conduction from the heater to the cold junction is prevented, so that the cold junction absorbs heat conducted from the heater through the support base, and the temperature of the cold junction does not increase. For this reason, since the temperature difference between the hot junction and the cold junction increases, the thermoelectromotive force of the thermocouple corresponding to the temperature difference can be amplified. That is, the output voltage of the thermocouple can be amplified without amplifying the output voltage that is the thermoelectromotive force of the thermocouple by the amplifier circuit.
[0013]
The invention according to
[0014]
According to the invention described in
[0015]
A third aspect of the present invention resides in the flow velocity sensor according to the first or second aspect , wherein a member that covers a flow path side of only the cold junction is provided among the hot junction and the cold junction of the thermocouple .
[0016]
According to invention of
[0017]
The invention according to
[0018]
According to invention of
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First Embodiment Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a flow rate sensor of the present invention. As described above, the downstream side thermopile 1f is configured by connecting a plurality of thermocouples in series. However, in order to simplify the cross-sectional view, FIG. Sectional drawing when comprised with one thermocouple is shown. In this figure, the same reference numerals are given to the same parts as those in the prior art described with reference to FIG.
[0020]
In the figure, a
[0021]
Further, the
[0022]
Furthermore, the upper surface of the
[0023]
The heat transfer of the flow rate sensor configured as described above will be described below. First, when the microheater 1c is driven and heated, the temperature distribution of the upstream and downstream fluids near the microheater 1c becomes higher than the ambient temperature as described above with reference to FIG. Accordingly, the upstream and downstream thermopile 1e, 1f arranged on the upstream and downstream sides of the fluid with the microheater 1c interposed therebetween absorbs heat from the fluid heated by the microheater 1c, thereby The temperature rises according to the temperature of the fluid passing through the upper surface of the contact group Sog.
[0024]
On the other hand, the cold junction groups Srg of the upstream and downstream thermopiles 1e and 1f are also arranged on the upstream and downstream sides of the fluid sandwiching the microheater 1c, but the heat from the fluid passing through the upper surface of the cold junction group Srg is The cold junction group Srg is kept at the ambient temperature because the cold junction group Srg escapes through the
[0025]
For this reason, the temperature difference between the hot junction group Sog and the cold junction group Srg increases, and the thermoelectromotive forces of the upstream and downstream thermopiles 1e and 1f according to the temperature difference can be amplified. In other words, the output scale of the upstream and downstream thermopile 1e, 1f can be amplified without amplifying the output voltage, which is the thermoelectromotive force of the upstream or downstream thermopile 1e, 1f, by the amplifier circuit. The sensitivity can be improved without increasing the power consumption.
[0026]
Second embodiment By the way, in the first embodiment described above, the heat from the microheater 1c transmitted by the second
[0027]
Therefore, in FIG. 1, a Si 3 N 4 / SiO 2 layer micro heater 1c is provided, Si 3 N 4 / SiO 2 layer to electrically insulate the
[0028]
The heat transfer of the flow rate sensor in the second embodiment having the above-described configuration will be described below. First, when the microheater 1c is driven and heated, heat from the microheater 1c is conducted in the direction of the
[0029]
The first thermal insulating
[0030]
For this reason, it is possible to make it difficult to transfer heat from the micro heater 1c to the cold junction group Srg. In other words, the
[0031]
In the first to second embodiments described above, the second
[0032]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and fourth aspects of the invention, the output voltage of the thermocouple can be amplified without amplifying the output voltage that is the thermoelectromotive force of the thermocouple by the amplifier circuit. A flow rate sensor with improved sensitivity can be obtained without increasing the circuit scale and power consumption.
[0033]
According to the second aspect of the present invention, since it is not necessary to use another material simply by projecting the support base , it is possible to obtain a flow rate sensor that can be simplified in structure and reduced in cost .
[0034]
According to the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a flow rate sensor of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the flow velocity sensor of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a flow rate sensor of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a conventional flow velocity sensor.
FIG. 5 is an enlarged top view of a thermopile constituting the flow velocity sensor of FIG. 4;
6 is a time chart for explaining the operation of the flow rate sensor of FIG. 4;
7 is a graph showing temperature distribution on the upstream and downstream sides of the micro heater in FIG.
[Explanation of symbols]
1a Support base 1c Micro heater (heater)
1e Upstream thermopile (thermocouple)
1f Downstream thermopile (thermocouple)
10 Al wiring (conductive member)
20P ++- Si wiring (conductive member)
So Hot junction
1g-1 1st heat insulation member (1st heat conduction prevention means)
Claims (4)
前記支持基台の前記ヒータ及び前記熱電対が搭載される搭載面に凸起部を設け、前記温接点及び前記冷接点のうち、前記冷接点のみを該凸起部上に搭載することを特徴とする流速センサ。 At least a part of the support base that forms the flow path through which the fluid whose flow rate should be detected flows is composed of a heater for heating the fluid and two types of conductive members, and at the connection point of the conductive members. at a flow rate sensor in hot junction and mounting a thermocouple having a cold junction, the thermocouple detects the flow rate by the temperature of the fluid detected respectively by using the thermoelectromotive force between the two contact points,
A protruding portion is provided on a mounting surface on which the heater and the thermocouple of the support base are mounted, and of the hot junction and the cold junction, only the cold junction is mounted on the protruding portion. A flow rate sensor.
前記熱電対の温接点及び冷接点のうち、前記冷接点のみの流路側を覆う部材を設けたことを特徴とする流速センサ。 At least a part of the support base that forms the flow path through which the fluid whose flow rate should be detected flows is composed of a heater for heating the fluid and two types of conductive members, and at the connection point of the conductive members. at a flow rate sensor in hot junction and mounting a thermocouple having a cold junction, the thermocouple detects the flow rate by the temperature of the fluid detected respectively by using the thermoelectromotive force between the two contact points,
A flow rate sensor comprising a member that covers a flow path side of only the cold junction among the hot junction and the cold junction of the thermocouple.
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