JP3770369B2

JP3770369B2 - Flow rate and flow rate measuring device

Info

Publication number: JP3770369B2
Application number: JP17450999A
Authority: JP
Inventors: 由彦幸村; 俊介前田; 多喜男小島; 康寿葛谷; 正憲須田; 崇文大島
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: JP2001004420A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流れに関する諸量を測定するための装置に関し、中でも温度に依存する検出素子及び／又は半導体チップ上に一体形成された検出素子を用いた流量及び流速測定装置に関し、例えば、車両又は産業用エンジンの燃焼制御用質量流量センサ、或いは、産業用空調システムやコンプレッサ圧空供給システム用の質量流量センサ、更には家庭用ガスコンロの空燃比制御用流量センサとして好適に適用される測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特表平９−５０３３１１号公報には、「内燃機関の吸気を測定する装置のためのセンサ支持体であって、センサ支持体と、流量媒体内に挿入されたプレート上のセンサ素子とが設けられており、該センサ素子が、温度に関連した少なくとも一つの測定抵抗器を有しており、センサ素子が、センサ支持体の切欠内にこのセンサ支持体とほぼ同一面を成して収容されている型式のもの」が提案されている。また、同公報の実施例において、「センサ素子はプレート状の形状を有していて、その最大の表面が、流れ込む媒体に対してほぼ平行に整列されている。」
【０００３】
さらに、同公報には、「装置の製造時には、センサ素子の表面を、できるだけセンサ支持体の表面と同一面になるように切欠内に接着することが重要である。何故ならば、例えば非均一に塗布された接着層に基づく最小のずれが存在しても、渦流及び剥離領域が発生することになり、この渦流及び剥離領域は、センサ素子の特に表面において測定抵抗器の熱導出に不都合な影響を与え、測定結果を誤らせることになるからである。」と記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特表平９−５０３３１１号公報に提案されているように、「センサ素子の表面を、センサ支持体の表面と同一面になるように切欠内に接着する」ためには高度で精密な製造技術を要し、これによって製造効率が低下するという問題がある。
【０００５】
また、センサ素子の表面とセンサ支持体の表面とが同一面であることを保証するためには、精密な検査が必要であるという更なる問題が生じる。
【０００６】
本発明の目的は、製造が容易であって検出精度が優れている流れに関する測定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の視点に係る測定装置は、検出対象である主流管内の流れが導入される分流管と、前記分流管内の流れに曝され、流れに関する量を検出する検出素子と、前記分流管内に設けられ、該分流管内の流れを前記検出素子の検出面に斜めに当たるように形成する流れ制御手段と、を有し、前記検出素子の上流及び／又は下流において、前記分流管の流れ断面径を拡大及び／又は縮小し、前記流れ制御手段として、前記検出素子の少なくとも上流側において、該検出素子の検出面より隆起している流路面が形成されており、前記検出面と該検出面近傍の流路面との間に段差があることを特徴とする流れに関する測定装置である。この流れ制御手段によって、定常的に検出素子の検出面に検出すべき流れが供給され、確実に該検出面上を検出すべき流れが流れるようになると考えられる。加えて、検出面近傍における渦流及び剥離の発生が抑制されるため、検出精度及び再現性が向上されると考えられる。また、本発明の第１の視点に係る測定装置は、前記検出素子の上流及び／又は下流において、前記分流管の流れ断面径を拡大及び／又は縮小した部分を有することにより、微粒子や粉塵等による検出素子の汚染が高度に防止され、或いは、順流測定時、逆流の影響が抑制される。
【０００８】
また、この測定装置においては検出面上における流れが安定化されていると考えられるから、この検出面と該検出面（検出部）両側の流路面とを必ずしも同一面上に位置させなくともよい。換言すれば、この測定装置は、検出面と該検出面近傍の流路面との間の段差を許容し、又流路面に対する検出素子検出面の相対的な位置精度の許容幅を拡大する。
【０００９】
ゆえに、本発明の第１の視点に係る測定装置によれば、上述した特表平９−５０３３１１号公報に記載されているように、検出素子をその支持体の切欠内に、検出素子表面と支持体表面とが厳密に同一面となるよう接着する必要がなくされる。すなわち、この測定装置は、接着厚み誤差によって生じる、検出面と該検出部両側の流路面との間の段差を許容する。この結果、装置の製造が容易化され、寸法検査の精度を低くすることができる。
【００１０】
このように本発明の第１の視点に係る測定装置は、上記段差を許容するから、検出素子とその支持体を別体に構成して、或いは、検出素子及びその支持体と分流管とを別体に構成して、検出素子を主流管に対して固着された分流管に対して脱着可能に取付けることが可能となる。この結果、長期間の使用により劣化ないし汚染した検出素子を交換することが可能とされる。
【００１１】
ここで、本発明の第１の視点に係る測定装置による効果を下記に例示する。
(１) 検出素子の検出面に向かって斜めに当たる流れ（ダウンフロー）を形成することによって、検出面近傍において渦流及び剥離の発生が抑制され、この結果、安定した検出性と再現性を得ることが出来る。
(２) 検出面と検出素子支持体表面とが非同一面であっても検出が可能である。これによって、検出素子の組み付けが容易となる。
(３) 上記ダウンフローが形成されていることによって、流路壁部において流れに関する量、例えば流量及び流速の正確で安定した検出が可能となる。この場合には、検出素子表面ないし検出面のみが流路内に露出していれば十分である。
(４) 流路壁部での流量及び流速等の検出が可能であるため、検出素子と分流管を別体とすることができ、分流管及び検出素子の構造がそれぞれ簡素化され、両者の製造が容易となる。
(５) 順流及び逆流の両方を測定できるよう、或いは順流及び逆流のいずれか一方を選択的に測定し他方の流れの影響を受け難いよう、要求に応じて分流管の流路形状を構成することができる。
(６) 分流路を形成するため、耐汚染性と機械的取扱性の向上が図られる。
【００１２】
本発明の第２の視点に係る測定装置は、分流管の壁部ないし管壁において分流管内の流れに曝され、流れに関する量を検出する検出素子と、分流管内に設けられ、該分流管内の流れを検出素子の検出面に向かって斜めに当たるように形成する手段を有する。この測定装置によれば、検出素子と分流管を別体とすることができ、分流管及び検出素子の構造がそれぞれ簡素化され、両者の製造が容易となる。
【００１３】
本発明の第３の視点に係る測定装置は、分流管において主流管外へ突出している部分に配置され、流れに関する量を検出する検出素子を有する。この測定装置によれば、検出素子の組み付けが容易とされ、又主流管及びその管外近傍の設計自由度が向上される。
【００１４】
本発明の第４の視点に係る測定装置は、検出素子の検出面が検出面近傍ないし隣接する流路面より突出している。また、本発明の第５の視点に係る測定装置は、検出素子の検出面が検出素子支持体表面より突出している。
【００１５】
本発明の第６の視点に係る測定装置は、測定対象管（主流管）内の流れを検出管（分流管）内に取り出し、検出管内に取り入れた流れをこの検出管内で大きく変向ないし反転させ、この変向部ないし反転部或いはこれらの下流側近傍において検出管内に取り入れられた流れが斜めに当たるよう検出素子が配置されている。本発明の第７の視点に係る測定装置は、変曲部に窓が形成されている分流管と、検出素子を駆動ないし制御するための回路基板を含み、分流管に対して脱着可能な検出素子支持体と、を有している。
【００１６】
なお、従属項はそれぞれ、各独立項に記載された発明の原理に反しない限り、各独立項に適用されうる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を説明する。
【００１８】
本発明の好ましい実施の形態においては、分流管（検出管）の変曲部において、検出素子の検出面が該分流管内に曝されている。更に好ましくは、主流管（測定対象管）に直交する方向に変曲管（分流管）が取り付けられ、この変曲管の変曲部（折曲部、流路が曲がる部分）に検出素子（検出部）が設けられる。或いは、分流管の流れが反転する部分又は流れの向きが大きく変更される部分ないし近傍に、検出素子ないし検出部が配置される。また好ましくは、分流管内の流れが速い部分に、検出面が曝される。また好ましくは、分流管内において流れが絞られ、続いて流れが変向する部分ないしその近傍に検出面が曝される。
【００１９】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出面に斜めに当たる流れ（ダウンフロー）を発生させるために、検出素子を流路内の変曲部に配置する。変曲部では必ず流体の方向が変化するために、このダウンフローを定常的に得ることが容易である。また、この変曲部又はその少なくとも上流側の流路面が、凹曲面又は凸曲面、或いは検出部に向かって延在する傾斜面を含んでいる場合、このダウンフローを発生させる上で更に効果的である。
【００２０】
本発明の好ましい実施の形態においては、分流管内の分流路に導入された流体から、隆起部と変曲部によって、検出面に対するダウンフローを定常的に形成する。
【００２１】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出管（分流管となる）の中央にセパレータ（隔壁）が設けられ、このセパレータによって検出管に導入された流れが反転ないし大きく変向される。
【００２２】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子の検出面に斜めに当たる流れ（ダウンフロー）乃至検出面に対し斜めに流れる流れを形成するための流れ制御手段として、検出素子の少なくとも上流、或いは上流及び／又は下流において、検出面より隆起している流路面がある。
【００２３】
上記隆起の形態としては、検出面に斜めに当たる流れを形成できるものであればよく、好ましくは、凹状又は凸状に隆起したり、隆起表面が直線的、多角形状又は凹曲面状の傾斜面とされる。
【００２４】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子の検出面の高さと、流れ方向に沿って該検出面近傍の流路面の高さの差、すなわち段差を、±０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは±０．４ｍｍ以下、より好ましくは±０．３ｍｍ以下とする。なお、プラスは検出面の方が高い場合、マイナスは低い場合である。より好ましくは、検出面を該検出面近傍の流路面より突出させ、上記段差を０．０５〜０．５ｍｍの範囲、さらに好ましくは０．０５〜０．４ｍｍの範囲、或いは０．０５〜０．３ｍｍの範囲とする。
【００２５】
特に、隆起部と検出部（検出素子がある領域）の境界域において、隆起部流路面よりも検出面が凸側にある構造は、検出面上における渦流の発生を防止する上で有利な構造である。
【００２６】
また、上記境界域において、隆起部流路面と検出部の間に隙間を設けることにより、乱れた流れを効果的に封じることが可能となる。
【００２７】
本発明の好ましい実施の形態においては、分流管の変曲部がベンチュリ管の一部を構成する。
【００２８】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子の支持体として、回路基板ないし回路を含むプレートを用いる。更には、この回路基板の裏面ないし回路部品の搭載されていない面において、検出素子を、回路基板面より突出した状態で形成ないし支持することにより、検出素子の流路ないし分流管への組み付けが容易となる。これによって、検出素子の検出面が回路基板面と同一平面上に厳密に位置するよう、高密度配置された回路部品の間に検出素子を接着するというような、高度な製造技術を用いず、通常の実装回路基板の裏面に印刷配線を施し、同基板上の所定位置に検出素子を突出させたまま設置でき、斯くして製造が容易となるという利点が生じる。
【００２９】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子を検出素子支持体又は回路基板支持体に実装して使用することができる。検出素子支持体や回路基板支持体は、検出素子とともに流路内に露出される必要はなく、分流管の流路壁ないし隆起部によって隔てられた分流管外空間の方に、位置することができる。この形態によれば、検出素子の交換が容易である。好ましくは、分流管が、分流管と検出素子又は検出素子の支持体間の隙間をシールするシール部を備える。
【００３０】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子と分流管とが別体とされ、、検出素子が前記分流管に対して脱着可能に取り付けられる。さらに好ましくは、分流管と、検出素子を保持する回路基板支持体とを別体とし、測定時にはこれらを互いに組み付けて用いる。検出素子は回路基板支持体に直接接着することもでき、位置合わせのため、この支持体に若干の凹みを設けてもよい。
【００３１】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子が、分流管内の流壁ないし管壁、中でも外壁に配置されている。場合によっては、検出素子が、分流管内の流れの中に配置される。
【００３２】
本発明の好ましい実施の形態において、検出素子は、主流路からバイパスされた分流路内に曝されるよう、或いは主流路からバイパスされた分流路のさらに分流路内に曝されるよう設置される。
【００３３】
本発明の好ましい実施の形態においては、分流管の導入口及び／又は導出口の近傍に、溜まりが形成される。これによって、微粒子や粉塵等による検出素子の汚染が高度に防止される。
【００３４】
本発明の好ましい実施の形態においては、分流管の上流部に縮径部が形成される。これによって、微粒子や粉塵等による検出素子の汚染が高度に防止される。また、分流管の下流部に、導入口から導出口に向かう順流方向に沿って拡径部、換言すれば、導出口から導入口に向かう逆流方向に沿って縮径部を有する測定装置によれば、順流測定時、逆流の影響が抑制される。
【００３５】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子を中心として、検出素子の上流側と下流側の流路が基本的に対称に形成されている。このような装置によれば、基本的に導入口から導出口に向かって流れる順流及び基本的にその反対方向に流れる逆流の両方を好適に測定できる。
【００３６】
本発明の好ましい実施の形態においては、分流管の流れ方向に直交する方向に沿って切断した断面形状が、円状、半円状、楕円状及び矩形状から選択される形状のいずれか一種以上である。
【００３７】
本発明の好ましい実施の形態においては、検出素子が温度に基づいて、流量及び／又は流速を少なくとも含む流れに関する量を測定するものである。
【００３８】
【実施例】
以上説明した本発明の好ましい実施の形態をさらに明確化するために、以下図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００３９】
［実施例１（但し、実施例１は参考例であって、実施例２の測定装置の基本的構成を説明するための例である。）］
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本発明の実施例１に係る測定装置の説明図であり、図１（Ａ）は分流管の縦断面を概略的に示す説明図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示した検出部付近の拡大図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照すると、この測定装置においては、分流管２が主流管１に基本的に直交するよう取り付けられている。分流管２内には、検出対象である主流管１内の流れが導入される。
【００４０】
分流管２は、分流管２内に取り込んだ流れを反転できるよう曲折されている。分流管２は、主流管１に取り付けられた状態で主流管１内の流れ１０と略直交する方向に延在する互いに平行な２つの直流部と、これら２つの直流部（直流路）を接続する変曲部２ｃと、一方の直流部の側面（流れ１０と直交する面）に設けられた導入口と、他方の直流部の端面（流れ１０に平行な面）に設けられた導出口と、を有している。変曲部２ｃ近傍において、流路面２ｅ，２ｆは所定の曲率を有し、変曲部２ｃ近傍において流れが大きく変向ないし概略反転される。この変曲部２ｃにおいて分流管２底壁に検出部３が設けられている。この検出部３は主流管１の管外に位置され、交換可能とされている。
【００４１】
また、分流管２内において、検出部３の上流及び下流には、管壁が流れ断面中心方向に向かって凹状に隆起したような、隆起部２ａ，２ｂが形成されている。隆起部２ａ，２ｂ上の流路面２ｅ，２ｆは凹曲面に形成されている。変曲部２ｃにおいて、検出部３に対向する流路面である対向面２ｄは、検出部３に向かって凸な凸曲面に形成されている。
【００４２】
次に、検出部３近傍の詳細な構造を説明する。図１（Ｂ）を参照して、検出素子５が、接着層６を介して支持体４の凹部底面に、支持体４表面より突出した状態で固着されている。支持体４は、検出素子５の検出面（図１（Ｂ）中左側面）が分流管２底壁に形成された窓を介して分流管２内に曝されるよう分流管２底面に取り付けられている。検出素子５と隆起部２ａ，２ｂの間には、それぞれ僅かな隙間が形成されている。検出素子５の検出面は、検出素子５に隙間をもって隣接する流路面２ｅ，２ｆと、概略同一高さにあるか、或いはそれらより分流管２内へ突出され又は逆に後退した位置にある。
【００４３】
また、変曲部２ｃにおいて、検出素子５のある側の流れが速くなり、対向面２ｄ側の流れは遅くなっていると考えられる。
【００４４】
引き続き、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照して、分流管２内の流れを説明する。すなわち、主流管１内の流れ１０が分流管２内に導入され、流れ１０と略直交する方向に流れる流れ１１が生じる。変曲部２ｃにおいて、流れ１１から、検出部３に向かって斜めに流れ、検出素子５の検出面に概略斜めに当たるダウンフロー１２が発生する。その後、分流管２内の流れは流れ１０と合流する。
【００４５】
なお、図１（Ａ）を参照すると、分流管２の流路は、変曲部３を中心として概略対称に形成されているため、流れ１１，１２の方向に流れる順流及びそれと略反対方向に流れる逆流の両方を好適に測定可能である。また、分流管２の導入口が主流管１内の流れ１０と直交する平面で開口していることにより、分流管２の導入口奥部に流速の低い部分が形成され、ここに粉塵が滞留すると考えられる。これによって、検出素子５の汚染が防止される。
【００４６】
ここで、図１（Ｂ）に示した検出素子５を詳細に説明する。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は検出素子の説明図であって、図２（Ａ）は斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）に示した検出素子に形成されている薄膜抵抗体を説明するための断面図である。
【００４７】
図２（Ａ）を参照して、この検出素子５は、基本的に半導体チップに４つの薄膜抵抗体が設けられたものである。より具体的には、半導体層３０上にダイヤフラム部２２とリム部２１が設けられている。ダイヤフラム部２２には、(１)上流温度センサ２３及び(２)下流温度センサ２４と、上流温度センサ２３，２４の間に配置された(３)ヒータ２０が設けられいる。一方、リム部２１には(４)雰囲気温度センサ２５が設けられている。ダイヤフラム部２２は、極薄化され熱絶縁が図られている。
【００４８】
次に、ヒータ２０，雰囲気温度センサ２５，上流温度センサ２３及び下流温度センサ２４をそれぞれ構成する各薄膜抵抗体の構造について説明する。図２（Ｂ）を参照して、半導体層３０上に第１のＳｉＮ絶縁膜３１が形成されている。第１のＳｉＮ絶縁膜上３１上には、白金抵抗体３３がパターン形成されている。白金抵抗体３３の所定部分上には、白金抵抗体３３に電気的に接続されたパッド３４が形成されている。第１のＳｉＮ絶縁膜上３１上の残りの部分には、白金抵抗体３３を覆うように第２のＳｉＮ絶縁膜３２が形成されている。パッド３４が外部回路に電気的に接続されて白金抵抗体３３を介しヒータ２０に電力が供給されることにより、ヒータ２０が発熱する。
【００４９】
次に、この検出素子を用いた流速や流量等の流れに関する諸量の検出原理を説明する。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は検出素子の測定原理の説明図であり、図３（Ａ）は検出素子上のダイヤフラム位置による温度分布を示す等温線図であり、図３（Ｂ）は同グラフである。
【００５０】
図２（Ａ）〜図３（Ｂ）を参照して、上記検出原理を下記に説明する。
(１)ヒータ２０が雰囲気温度に対して常に一定の温度差をもつよう、ヒータ２０に供給する電力を制御する。
(２)したがって、流れがない場合には、上流温度センサ２３と下流温度センサ２４の温度はほぼ等しくなっている。
(３)しかし、流れがある場合には、上流温度センサ２３の温度はその表面から熱が逃げるため低下する。下流温度センサ２４の温度はヒータ２０からの熱入力が増加するため、温度変化は上流温度センサ２３のそれよりも小さい。なお、下流温度センサ２４の温度は上昇する場合もある。
(４)上流温度センサ２３と下流温度センサ２４の温度差に基づき流量や流速等を検出し、この温度差の符号から流れ方向を検出する。なお、上記温度差は、温度による電気抵抗の変化に基づき検出することができる。
【００５１】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２に係る測定装置として、前記実施例１の分流管が有する構造に加えて、流れ断面径が変化する構造を備えた分流管を用いた例を説明する。よって、下記の説明においては重複を避けるため、主として、実施例２に係る装置が、前記実施例１と異なる部分について説明し、同様の部分については適宜前記実施例１の記載を参照することができるものとする。
【００５２】
図４は、本発明の実施例２に係る測定装置の説明図であって、分流管の縦断面を概略的に示している。図４を参照すると、この流量測定装置の分流管４２は、上流側の直流部に流れ断面径を流れ方向に沿って縮小ないし絞られた部分（これを以下「縮径部」４２ｇという）を有し、下流側の直流部に流れ断面径を流れ方向に沿って拡径した部分（これを以下「拡径部」４２ｈという）を有する。これによって、分流管４２の上流部及び下流部にそれぞれ、流速が遅い部分、すなわち溜まり４２Ｉ，４２Ｊが形成されている。
【００５３】
また、検出素子４５が、接着層４６を介して支持体４４の凹部底面に、支持体４４表面より突出した状態で固着されている。支持体４４は、検出素子４５の検出面が分流管４２内に曝されるよう分流管４２の底面に取り付けられている。詳細には、変曲部４２ｃの底側において、検出素子４５の検出面が分流管４２内に曝されている。検出素子４５の両側には、管壁が内側に向かって凹曲面状に隆起した隆起部４２ａ，４２ｂが形成されている。隆起部４２ａ，４２ｂの流路面４２ｅ，４２ｆは曲面状に形成されている。変曲部４２ｃにおいて、検出素子４５に対向する流路面である対向面４２ｄは、検出素子４５に向かって凸な凸曲面に形成されている。
【００５４】
ここで、分流管４２内の流れを説明する。主流管１の流れ１０から分流管４２に流れ４３が導入される。変曲部４２ｃにおいて、検出素子４５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー４４が発生する。その後、分流管２内の流れは主流管１の流れ１０と再び合流する。
【００５５】
［測定１］
以上説明した本発明の実施例２に係る測定装置を用い、さらに、検出素子検出面の同近傍流路面に対する高さＨ（これを「段差量Ｈ」という）、及び測定対象である主流管内の流速を変えて、検出素子の流速に関する検出出力を測定した。図５は、測定１における段差量の定義を説明するための図である。図５を参照して、流路面４２ｅ，４２ｆ（流路面４２ｆは図４参照）より、検出素子５の検出面が突出している場合（凸の場合）の高さの符号を「＋」とし、後退している場合（凹の場合）の高さの符号を「−」とする。
【００５６】
また、比較のため、比較例に係る測定装置を用いて、前記実施例２に係る測定装置と同様に測定を行った。図６は比較例に係る測定装置の説明図であって、その主流管の縦断面を概略的に示している。図６を参照すると、この比較例に係る測定装置は、主流管１内の流れ断面方向に沿ってほぼ中央に、検出素子２０５が配置されている。検出素子２０５は、接着層２０６を介して支持体２０４の凹部底面に固着されている。より詳細には、検出素子２０５の検出面が、主流管１０の流れ１０方向に向かう管軸方向に対して１０度傾斜するよう、支持体２０４が主流管１内に保持され、流れ１０がこの検出面によく当たるようにされている。
【００５７】
［測定１の測定条件］
ここで、測定１の測定条件を下記に記す。
主流管の管径：５０ｍｍ、
分流管の外形寸法：Ｌ４０×Ｗ７×Ｈ１４ｍｍ、
分流管の導入口：５×１０ｍｍ、
分流管の導出口：５×５ｍｍ、
分流管の径大部：５×５ｍｍ、
分流管の径小部：５×２．５ｍｍ、
分流管の隆起部の曲率：４ｍｍ、
対向面の曲率：３．５ｍｍ、
検出素子（半導体チップ）の外形寸法：３×３×ｔ０．４ｍｍ、
検出素子のダイヤフラム部：１ｍｍ×１ｍｍ×ｔ１μｍ、
検出素子の白金抵抗体：Ｐｔ／Ｔｉ＝膜厚比５／１、
検出素子のパッド：Ａｕ。
【００５８】
図７は測定１の結果を示すグラフである。ここで、同図中、出力変化率(％)とは、段差量Ｈ（図５参照）が実質的に０の場合、すなわち、検出素子の検出面とその近傍の流路面とが同一平面上にある場合の出力を１００％として、各出力を換算したものである。
【００５９】
図７を参照すると、実施例２の装置の方が比較例の装置より、段差量による流速検出出力の変化が格段に小さくなっていることが分かる。また、図７より、実施例２の装置によれば、広い流速範囲にわたって流速を正確に検出できることがわかる。また別に、実施例２の装置は逆流を検出することができるが、比較例の装置はそれが困難である。
【００６０】
［実施例３］
本発明の実施例３として、本発明による測定装置に適用される検出素子の種々の形状を説明する。図８（Ａ）〜図８（Ｃ）は、本発明の実施例３に係り、本発明による流量測定装置に適用される種々の検出素子の説明図であり、それぞれ上図が平面図、下図が平面中央部の断面図である。
【００６１】
図８（Ａ）に示した検出素子は、前記実施例１及び２で用いた検出素子と同様に、正方形タイプであり、正方形の中央部にダイヤフラム部５０が設けられている。図８（Ｂ）に示した検出素子は長方形タイプであり、長方形の端部にダイヤフラム部５１が設けられている。また、図８（Ｃ）に示した検出素子も長方形タイプであり、長方形の中央部にダイヤフラム部５２が設けられている。
【００６２】
［実施例４］
本発明の実施例４として、本発明による測定装置に用いられる分流管の種々の形態を示す。なお、本発明の実施例４に係る測定装置が、前記実施例２に係る測定装置と同様な点については、適宜前記実施例１又は前記実施例２の記載を参照するものとする。
【００６３】
［実施例４−１］
図９は、本発明の実施例４−１に係る分流管の縦断面を概略的に示す説明図である。図９を参照して、この分流管１６２は、流路面１６２ｅ，１６２ｆ及び対向面１６２ｄが多角形状の面に形成されている以外は、前記実施例２に係る分流管４２（図４参照）と同様の構成を有している。すなわち、この分流管１６２は、上流側の直流部に縮径部１６２ｇ及び溜まり１６２Ｉを備え、下流側の直流部に拡径部１６２ｈ及び溜まり１６２Ｊを備えている。そして、検出素子１６５が、接着層１６６を介して支持体１６４の凹部底面に、支持体１６４表面より突出した状態で固着されている。支持体１６４は、検出素子１６５の検出面が分流管１６２内に曝されるよう分流管１６２の底面に取り付けられている。詳細には、変曲部１６２ｃの底側において、検出素子１６５の検出面が分流管１６２内に曝されている。検出素子１６５の両側には、管壁が内側に向かって凹状に隆起した隆起部１６２ａ，１６２ｂが形成されている。隆起部１６２ａ，１６２ｂの流路面１６２ｅ，１６２ｆは多角形状の面に形成されている。対向面１６２ｄは、検出素子１６５に向かって凸な多角形状に形成されている。
【００６４】
ここで、分流管１６２内の流れを説明する。主流管１の流れ１０から分流管１６２に流れ１６３が導入される。変曲部１６２ｃにおいて、検出素子１６５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー１６４が発生する。その後、分流管１６２内の流れは主流管１の流れ１０と再び合流する。
【００６５】
［実施例４−２］
図１０（Ａ）は本発明の実施例４−２に係る分流管の縦断面を概略的に示す説明図である。この分流管６２においては、変曲部６２ｃの両側に隆起部６２ａ，６２ｂが設けられている。変曲部６２ｃの両側すなわち隆起部６２ａ，６２ｂの流路面６２ｅ，６２ｆは多角形状に形成されている。支持体６４に固着された検出素子６５に対向する対向面６２ｄは検出素子６５に向かって突出する多角形状に形成されている。流れ１０の一部が分流管６２に導入されてなる流れ６６から、検出素子６５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー６７が生じる。
【００６６】
［実施例４−３］
図１０（Ｂ）は本発明の実施例４−３に係る分流管の縦断面を概略的に示す説明図である。この分流管７２においては、変曲部７２ｃの両側に隆起部７２ａ，７２ｂが設けられている。変曲部７２ｃの両側すなわち隆起部７２ａ，７２ｂの流路面７２ｅ，７２ｆは多角形状に形成されている。支持体７４に固着された検出素子７５に対向する対向面７２ｄは検出素子７５に向かって凸曲面状に形成されている。流れ１０の一部が分流管７２に導入されてなる流れ７６から、検出素子７５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー７７が生じる。
【００６７】
［実施例４−４］
図１１（Ａ）は本発明の実施例４−４に係る分流管の縦断面を概略的に示す説明図である。この分流管８２内の流れの中には、変曲部８２ｃの流れ断面方向中央部において、両側に隆起部の一種である弧状部をそれぞれ備えた、支持体８４が位置されている。これら弧状部の検出素子８５側の流路面８４ｅ，８４ｆは凹曲面状に形成されている。検出素子８５の背後において、分流管８２の隆起部８２ａ，８２ｂの流路面も凹曲面状に形成されている。検出素子８５は、支持体８４に形成された凹部底面に固着され、その検出面は流れ断面方向略中央部の流れに曝されている。検出素子８５に対向する対向面８２ｄは検出素子８５に向かって突出する凸曲面状に形成されている。測定対象である流れ１０の一部が分流管８２内に導入されてなる流れ８６から、検出素子８５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー８７が生じる。
【００６８】
［実施例４−５］
図１１（Ｂ）は本発明の実施例４−５に係る分流管の縦断面の一部を概略的に示す説明図である。この分流管は、図１１（Ａ）に示した分流管８２と、検出素子８５の支持形態が異なっている。すなわち、支持体８４内の一側面及び他側面にそれぞれ開口する二つの切欠き（窓）が形成されている。二つの切欠きは、段差をもって互いに連通している。幅の大きな切欠きに回路基板８４ａが嵌合され、幅の小さな切欠きの方に検出素子８５が嵌合されている。
【００６９】
［実施例４−６］
図１１（Ｃ）は本発明の実施例４−６に係る分流管の縦断面の一部を概略的に示す説明図である。この分流管９２内の流れの中には、変曲部９２ｃの流れ断面方向中央部において、両側に隆起部の一種である三角コーナ部をそれぞれ備えた、支持体９４が位置されている。これら三角コーナ部の検出素子９５側の流路面９４ｅ，９４ｆは凹曲面状に形成されている。検出素子９５の背後において、分流管９２の流路面は矩形状に形成されている。検出素子９５は、支持体９４に形成された凹部底面に固着され、その検出面は流れ断面方向略中央部の流れに曝されている。検出素子９５に対向する一方の対向面９２ｄは検出素子９５に向かって突出する凸曲面状に形成されている。測定対象である流れ１０の一部が分流管９２内に導入されてなる流れ９６から、検出素子９５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー９７が生じる。
【００７０】
［実施例４−７］
図１２（Ａ）は本発明の実施例４−７に係る分流管の縦断面の一部を概略的に示す説明図である。この分流管１０２内の流れの中には、変曲部１０２ｃの流れ断面方向中央部において、両側に隆起部の一種であって上流側及び下流側に向かってそれぞれ延在する延在部を備えた、支持体１０４が位置されている。これら延在部の検出素子１０５側の流路面１０４ｅ，１０４ｆは検出素子１０５に向かって傾斜していく傾斜面とされている。変曲部１０２ｃの両側であって検出素子１０５の背後には、隆起部１０２ａ，１０２ｂが形成されている。隆起部１０２ａ，１０２ｂの流路面は、支持体１０４側に向かって突出し、かつ、流路面１０４ｅ，１０４ｆと略平行な傾斜面とされている。検出素子１０５は、支持体１０４に形成された凹部底面に固着され、その検出面は流れ断面方向略中央部の流れに曝されている。検出素子１０５に対向する一方の対向面１０２ｄは検出素子１０５に向かって突出した多角形状に形成されている。測定対象である流れ１０の一部が分流管１０２内に導入されてなる流れ１０６から、検出素子１０５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー１０７が生じる。
【００７１】
［実施例４−８］
図１２（Ｂ）は本発明の実施例４−８に係る分流管の縦断面の一部を概略的に示す説明図である。この分流管１１２内の流れの中には、変曲部１１２ｃの流れ断面方向中央部において、両側に隆起部の一種であって上流側及び下流側に向かってそれぞれ延在する三角コーナ部を備えた、支持体１１４が位置されている。これら三角コーナ部の検出素子１１５側の流路面１１４ｅ，１１４ｆは検出素子１１５に向かって傾斜していく傾斜面とされている。変曲部１１２ｃの両側であって検出素子１１５の背後には、矩形状の流路面が形成されている。検出素子１１５は、支持体１１４に形成された凹部底面に固着され、その検出面は流れ断面方向略中央部の流れに曝されている。検出素子１１５に対向する対向面１１２ｄは検出素子１１５に向かって突出した多角形状に形成されている。測定対象である流れ１０の一部が分流管１１２内に導入されてなる流れ１１６から、検出素子１１５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー１１７が生じる。
【００７２】
［実施例４−９］
図１３（Ａ）は本発明の実施例４−９に係る分流管の縦断面の一部を概略的に示す説明図である。この分流管１２２内には、その上流側直流部に縮径部１２２ｇ及び溜まり１２２Ｉ、その下流側直流部に拡径部１２２ｈ及び溜まり１２２Ｊが、互いに対称的に形成されている。そして、分流管１２２内には、変曲部１２２ｃの両側に隆起部１２４ａ，１２４ｂが設けられている。変曲部１２２ｃの両側すなわち隆起部１２４ａ，１２４ｂの流路面１２４ｅ，１２４ｆは凹曲面状に形成されている。支持体１２４に固着された検出素子１２５に対向する対向面１２２ｄは検出素子１２５に向かって突出する凸曲面状に形成されている。測定対象である流れ１０の一部が分流管１２２内に導入されてなる流れ１２６から、検出素子１２５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー１２７が生じる。
【００７３】
［実施例４−１０］
図１３（Ｂ）は本発明の実施例４−１０に係る分流管の縦断面の一部を概略的に示す説明図である。この実施例４−１０に係る分流管１７２は、前記実施例４−９に係る分流管１２２（図１３（Ａ）参照）に対して、流路面が多角形である点で相違し、その他の構成は同様である。詳細には、この分流管１７２内には、その上流側直流部に縮径部１７２ｇ及び溜まり１７２Ｉ、その下流側直流部に拡径部１７２ｈ及び溜まり１７２Ｊが、互いに対称的に形成されている。そして、分流管１７２内には、変曲部１７２ｃの両側に隆起部１７４ａ，１７４ｂが設けられている。変曲部１７２ｃの両側すなわち隆起部１７４ａ，１７４ｂの流路面１２４ｅ，１２４ｆは多角形状（全体としては凹状）に形成されている。支持体１７４に固着された検出素子１７５に対向する対向面１７２ｄは検出素子１７５に向かって突出する多角形状（全体としては凸状）に形成されている。測定対象である流れ１０の一部が分流管１７２内に導入されてなる流れ１７６から、検出素子１７５の検出面に対して斜めに当たるダウンフロー１７７が生じる。
【００７４】
以上説明した実施例４に係る測定装置らにおいて、分流管が検出素子が位置する変曲部を中心としておおよそ対称な流路形状を有するものは、順流及び逆流の両方の測定に好適に用いることができる。また、分流管の上流部に縮径部を有する測定装置によれば、微粒子や粉塵等による検出素子の汚染が高度に防止される。また、分流管の下流部に縮径部を有する測定装置によれば、順流測定時、逆流の影響が抑制される。
【００７５】
次に、本発明による測定装置を、種々の車両のエンジンの吸気系に取り付けた適用例を説明する。
【００７６】
［適用例１］
適用例１は、本発明による測定装置を、主として４輪の車両に搭載されるエンジンの吸気系に取り付けた例である。図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）は、本発明による測定装置の適用例１を説明するための図であって、図１４（Ａ）は全体図、図１４（Ｂ）は本発明による測定装置が設置された部分の拡大図である。
【００７７】
図１４（Ａ）を参照して、この吸気系ないし燃料噴射制御系の概略を説明すると、この系には、上流から下流に向かって、吸気が導入されるエアクリーナ１３０、吸気の流量ないし流速測定部１３１、スロットルバルブ１３２、インジェクタ１３３から燃料が噴射されスパークプラグによって点火され、バルブを備えたシリンダ１３７、シリンダ１３７の下流側排気管内に設けられた酸素センサ１３５、及び３元触媒１３６が、配管を介し互いに連通可能とされて設けられている。
【００７８】
本発明による測定装置は、エアクリーナ１３０とスロットルバルブ１３２間に位置する測定部１３１に設置される。特に、図１４（Ｂ）を参照して、この測定装置は、図１や図４などに示したような形状の分流管１４２が、図１４（Ａ）に示した吸気管に直交した状態で接続されるよう、ケース１３９を介して吸気管に取り付けられている。分流管１４２の変曲部底面には、シリコン素子と一体的に形成された検出素子１４５が配置され、検出素子１４５はその裏面の素子一体型回路１４１と電気的に接続されている。素子一体型回路１４１はコネクタ１４０を介して、エンジンコントロールユニット１３８等に電気的に接続される。検出素子１４５及び素子一体型回路１４１はケース１３９に対して脱着可能に或いはケース１３９が上記吸気管に対して脱着可能に取り付けられ、これによって検出素子１４５が交換可能とされている。
【００７９】
エンジンコントロールユニット１３８は、この素子一体型回路１４１からの測定信号及び酸素センサ１３５から出力される排気ガス中の酸素濃度信号を受信し、これらの信号及びその他の受信信号に基づいて、インジェクタ１３３の燃料噴射量及びタイミング、スパークプラグ１３４の点火タイミングを制御する。なお、エンジンコントロールユニット１３８は、エンジン回転数、スロットル開度及びクランク角度等も演算している。
【００８０】
［適用例２］
適用例２は、本発明による測定装置を、主として２輪の車両に搭載されるエンジンの吸気系に取り付けた例である。図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）は、本発明による測定装置の適用例２を説明するための図であって、図１５（Ａ）は全体図、図１５（Ｂ）は本発明による測定装置が設置された部分の拡大図である。
【００８１】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を参照すると、シリンダ１５１に接続する二輪車用吸気管（エアファンネル）１５４に、吸気の流量ないし流速等を測定するため、本発明による測定装置が付設されている。この測定装置は、二輪車用吸気管１５４の管外に位置するケース１５２と、二輪車用吸気管１５４の管内に突出している分流路部１５３を有し、ケース１５２と分流路部１５３は一体化されている。分流路部１５３にはこれに導入される吸気に曝されるよう検出素子が設けられ、ケース１５２にはこの検出素子を制御するための回路基板が内蔵されている。
【００８２】
このように、本発明による測定装置は、特に、２輪用の流量及び流速等測定装置、特に２輪用エンジンの吸気を測定する装置として、好適に用いることができる。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、製造が容易であって検出精度が優れている、流量ないし流速等の流れに関する量を測定する装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例１（参考例１）に係る装置の説明図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示した検出部付近の拡大図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は検出素子の説明図であって、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は（Ａ）に示した検出素子に形成されている薄膜抵抗体を説明するための断面図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の実施例１に係る装置で用いられる検出素子の測定原理の説明図であり、図３（Ａ）は検出素子上のダイヤフラム位置による温度分布を示す等温線図であり、図３（Ｂ）は同グラフである。
【図４】本発明の実施例２に係る流量測定装置の説明図である。
【図５】本発明の実施例２に係る流量測定装置を用いた測定１における、段差量の定義を説明するための図である。
【図６】測定１で用いた、比較例に係る流量測定装置の説明図である。
【図７】測定１の結果を示すグラフである。
【図８】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施例３に係り、本発明による流量測定装置に適用される種々の検出素子の説明図であり、それぞれ上図が平面図、下図が平面中央部の断面図である。
【図９】本発明の実施例４−１に係る分流管の説明図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の実施例４−２及び（Ｂ）は同４−３に係る分流管の説明図である。
【図１１】（Ａ）は本発明の実施例４−４に係る分流管、（Ｂ）は同４−５に係る分流管の部分、及び（Ｃ）は同４−６に係る分流管のそれぞれ説明図である。
【図１２】（Ａ）は本発明の実施例４−７及び（Ｂ）は同４−８に係る分流管の説明図である。
【図１３】（Ａ）は本発明の実施例４−９及び（Ｂ）は同４−１０に係る分流管の説明図である。
【図１４】本発明による測定装置の適用例１を説明するための図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は測定装置が設置された部分の拡大図である。
【図１５】本発明による測定装置の適用例２を説明するための図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は測定装置が設置された部分の拡大図である。
【符号の説明】
１主流管
２分流管
２ａ，２ｂ隆起部
２ｃ変曲部
２ｄ対向面
２ｅ，２ｆ流路面
３検出部
４支持体
５検出素子
６接着層
１０主流管内の流れ
１１分流管へ導入された流れ
１２検出素子に対して斜めに当たる流れ（ダウンフロー）
２０ヒータ
２１リム部
２２ダイヤフラム部
２３上流温度センサ
２４下流温度センサ
２５雰囲気温度センサ
３０半導体層
３１第１のＳｉＮ絶縁膜
３２第２のＳｉＮ絶縁膜
３３白金抵抗体
３４パッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a device for measuring various quantities relating to a flow, and more particularly to a flow rate and flow velocity measuring device using a temperature-dependent detection element and / or a detection element integrally formed on a semiconductor chip, for example, a vehicle or The present invention relates to a mass flow sensor for combustion control of an industrial engine, a mass flow sensor for an industrial air conditioning system or a compressor compressed air supply system, and a measuring device suitably applied as an air-fuel ratio control flow sensor for a household gas stove.
[0002]
[Prior art]
In Japanese Patent Publication No. 9-503111, “a sensor support for an apparatus for measuring intake air of an internal combustion engine, comprising a sensor support and a sensor element on a plate inserted in a flow medium. The sensor element has at least one measuring resistor relating to temperature, the sensor element being accommodated in a notch of the sensor support substantially flush with the sensor support. "Of the type that is" has been proposed. In the example of the publication, “the sensor element has a plate shape, and its maximum surface is aligned substantially parallel to the flowing medium”.
[0003]
Further, in the publication, “when manufacturing the device, it is important that the surface of the sensor element is adhered in the notch so as to be as flush as possible with the surface of the sensor support. Even if there is a minimum deviation based on the adhesive layer applied to the substrate, eddy currents and delamination areas will occur, which are inconvenient for heat derivation of the measuring resistor, especially at the surface of the sensor element. It will affect the measurement results and cause the measurement results to be wrong. ”
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, as proposed in the above-mentioned Japanese National Publication No. 9-503111, it is highly accurate to “adhere the surface of the sensor element in the notch so that it is flush with the surface of the sensor support”. Manufacturing techniques are required, which results in a reduction in manufacturing efficiency.
[0005]
Moreover, in order to ensure that the surface of the sensor element and the surface of the sensor support are the same surface, there arises a further problem that a precise inspection is required.
[0006]
An object of the present invention is to provide a measuring apparatus relating to a flow that is easy to manufacture and has excellent detection accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The measuring apparatus according to the first aspect of the present invention is: A flow dividing pipe into which a flow in the main flow pipe to be detected is introduced, a detection element that detects an amount related to the flow that is exposed to the flow in the flow dividing pipe, and a flow that is provided in the flow dividing pipe, and detects the flow in the flow dividing pipe Flow control means formed so as to strike the detection surface of the element obliquely, and the flow control means expands and / or reduces the flow cross-sectional diameter of the flow dividing pipe upstream and / or downstream of the detection element. As described above, a flow path surface protruding from the detection surface of the detection element is formed at least upstream of the detection element, and there is a step between the detection surface and the flow path surface in the vicinity of the detection surface. It is a measuring device relating to the characteristic flow. It is considered that the flow to be detected is constantly supplied to the detection surface of the detection element by the flow control means, and the flow to be detected surely flows on the detection surface. In addition, it is considered that the detection accuracy and reproducibility are improved because the occurrence of eddy currents and separation near the detection surface is suppressed. In addition, the measuring apparatus according to the first aspect of the present invention has a portion in which the flow cross-sectional diameter of the flow dividing pipe is enlarged and / or reduced upstream and / or downstream of the detection element, so that fine particles, dust, etc. Contamination of the detection element due to the above is highly prevented, or the influence of backflow is suppressed during forward flow measurement.
[0008]
Further, in this measuring apparatus, it is considered that the flow on the detection surface is stabilized. Detection surface ( Detection unit ) The flow path surfaces on both sides are not necessarily located on the same plane. In other words, the measuring device includes a detection surface and the detection surface A step between the adjacent flow path surface is allowed, and an allowable range of relative positional accuracy of the detection element detection surface with respect to the flow path surface is increased.
[0009]
Therefore, according to the measuring apparatus according to the first aspect of the present invention, as described in the above-mentioned Japanese Translation of PCT Publication No. 9-503111, the detection element is placed in the notch of the support, and the surface of the detection element. It is not necessary to bond so that the surface of the support is exactly the same surface. That is, this measuring apparatus allows a step between the detection surface and the flow path surfaces on both sides of the detection unit, which is caused by an adhesion thickness error. As a result, the manufacture of the device is facilitated, and the accuracy of dimensional inspection can be lowered.
[0010]
As described above, since the measuring apparatus according to the first aspect of the present invention allows the step, the detection element and its support are configured separately, or the detection element and its support and shunt pipe are provided. It is possible to detachably attach the detection element to the shunt pipe fixed to the main flow pipe by configuring separately. As a result, it is possible to replace a detection element that has deteriorated or become contaminated by long-term use.
[0011]
Here, effects of the measuring apparatus according to the first aspect of the present invention are exemplified below.
(1) By forming a flow (down flow) that strikes the detection element at an angle toward the detection surface, the generation of eddy currents and separation near the detection surface is suppressed. As a result, stable detection and reproducibility can be obtained. I can do it.
(2) Detection is possible even if the detection surface and the detection element support surface are non-coplanar. This facilitates assembly of the detection element.
(3) Since the downflow is formed, it is possible to accurately and stably detect a flow-related amount, for example, a flow rate and a flow velocity, in the channel wall portion. In this case, it is sufficient that only the detection element surface or the detection surface is exposed in the flow path.
(4) Since it is possible to detect the flow rate and the flow velocity at the flow path wall, the detection element and the flow dividing tube can be separated, and the structure of the flow dividing tube and the detection element is simplified. Manufacturing is easy.
(5) The flow path shape of the shunt pipe is configured as required so that both the forward flow and the reverse flow can be measured, or either the forward flow and the reverse flow are selectively measured and are not easily influenced by the other flow. be able to.
(6) Since the shunt channel is formed, the contamination resistance and the mechanical handling are improved.
[0012]
A measuring apparatus according to a second aspect of the present invention is provided in a flow dividing tube, a detection element that detects an amount related to the flow by being exposed to the flow in the flow dividing tube at the wall portion or wall of the flow dividing tube, The flow in the shunt pipe To hit the detection element diagonally toward the detection surface In Having means to form. According to this measuring apparatus, the detection element and the flow dividing tube can be made separate, the structures of the flow dividing tube and the detection element are simplified, and both can be easily manufactured.
[0013]
A measuring apparatus according to a third aspect of the present invention includes a detection element that is disposed in a portion of the shunt pipe that protrudes outside the main pipe and detects an amount related to the flow. According to this measuring apparatus, assembly of the detection element is facilitated, and the degree of freedom in designing the mainstream pipe and the vicinity of the outside of the pipe is improved.
[0014]
In the measuring apparatus according to the fourth aspect of the present invention, the detection surface of the detection element protrudes from the vicinity of the detection surface or from the adjacent flow path surface. In the measuring apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the detection surface of the detection element protrudes from the detection element support surface.
[0015]
In the measuring apparatus according to the sixth aspect of the present invention, the flow in the measurement target pipe (main flow pipe) is taken out into the detection pipe (diversion pipe), and the flow taken into the detection pipe is largely changed or reversed in the detection pipe. In addition, the detection element is arranged so that the flow taken into the detection tube strikes obliquely in the direction of change or inversion or in the vicinity of the downstream side thereof. A measuring apparatus according to a seventh aspect of the present invention includes a shunt tube in which a window is formed in an inflection portion, and a circuit board for driving or controlling a detection element, and is detachable from the shunt tube. And an element support.
[0016]
Each dependent claim can be applied to each independent claim as long as it does not violate the principle of the invention described in each independent claim.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
[0018]
In a preferred embodiment of the present invention, the detection surface of the detection element is exposed in the flow dividing section of the flow dividing pipe (detection pipe). More preferably, an inflection pipe (a shunt pipe) is attached in a direction orthogonal to the main flow pipe (measurement target pipe), and a detection element (a bent portion, a portion where the flow path bends) A detection unit) is provided. Alternatively, the detection element or the detection unit is disposed in a part where the flow of the shunt pipe is reversed or a part where the flow direction is largely changed or in the vicinity thereof. Preferably, the detection surface is exposed to a portion where the flow in the shunt pipe is fast. Preferably, the flow is throttled in the flow dividing pipe, and the detection surface is exposed to a portion where the flow is subsequently changed or in the vicinity thereof.
[0019]
In a preferred embodiment of the present invention, in order to generate a flow (down flow) that strikes the detection surface at an angle, the detection element is arranged at an inflection portion in the flow path. Since the direction of the fluid always changes at the inflection part, it is easy to obtain this downflow constantly. Further, when the inflection part or at least the upstream flow path surface includes a concave curved surface, a convex curved surface, or an inclined surface extending toward the detection unit, it is more effective in generating this downflow. It is.
[0020]
In a preferred embodiment of the present invention, a downflow with respect to the detection surface is steadily formed from the fluid introduced into the branch flow path in the branch pipe by the raised portion and the inflection portion.
[0021]
In a preferred embodiment of the present invention, a separator (partition wall) is provided at the center of the detection tube (which becomes a branch flow tube), and the flow introduced into the detection tube is reversed or greatly changed by the separator.
[0022]
In a preferred embodiment of the present invention, the flow control means for forming a flow that strikes the detection surface of the detection element obliquely (down flow) or a flow that flows obliquely with respect to the detection surface is at least upstream or upstream of the detection element. And / or downstream, there is a channel surface that is raised above the detection surface.
[0023]
As the form of the bulge, any form may be used as long as it can form a flow that strikes the detection surface at an angle. Preferably, the bulge is bulged in a concave or convex shape, or the bulging surface is a linear, polygonal or concave curved inclined surface. Is done.
[0024]
In a preferred embodiment of the present invention, the difference between the height of the detection surface of the detection element and the height of the flow path surface in the vicinity of the detection surface along the flow direction, that is, the step is ± 0.5 mm or less, more preferably ± 0.4 mm or less, more preferably ± 0.3 mm or less. Note that positive is when the detection surface is higher, and negative is lower. More preferably, the detection surface protrudes from the flow path surface in the vicinity of the detection surface, and the step is in the range of 0.05 to 0.5 mm, more preferably in the range of 0.05 to 0.4 mm, or 0.05 to 0. The range is 3 mm.
[0025]
In particular, the structure in which the detection surface is on the convex side of the flow path surface of the raised portion in the boundary region between the raised portion and the detection portion (the region where the detection element is present) is advantageous in preventing the generation of eddy currents on the detection surface. It is.
[0026]
In the boundary area, a turbulent flow can be effectively sealed by providing a gap between the flow path surface of the raised portion and the detection portion.
[0027]
In a preferred embodiment of the present invention, the inflection part of the shunt pipe constitutes a part of the venturi pipe.
[0028]
In a preferred embodiment of the present invention, a circuit board or a plate including a circuit is used as a support for the detection element. Furthermore, by forming or supporting the detection element in a state of protruding from the circuit board surface on the back surface of the circuit board or the surface where no circuit components are mounted, the detection element can be assembled to the flow path or the shunt tube. It becomes easy. Thereby, without using a high-level manufacturing technique such as bonding the detection elements between circuit components arranged at high density so that the detection surface of the detection elements is strictly located on the same plane as the circuit board surface, The printed circuit board is printed on the back surface of a normal mounting circuit board, and the detection element can be installed in a predetermined position on the board, thus providing the advantage of easy manufacture.
[0029]
In a preferred embodiment of the present invention, the detection element can be used by being mounted on a detection element support or a circuit board support. The detection element support and the circuit board support do not need to be exposed in the flow path together with the detection element, and may be located in the outer space of the flow dividing pipe separated by the flow path wall or the protruding portion of the flow dividing pipe. it can. According to this embodiment, the detection element can be easily replaced. Preferably, the shunt pipe includes a seal portion that seals a gap between the shunt pipe and the detection element or the support of the detection element.
[0030]
In a preferred embodiment of the present invention, the detection element and the flow dividing pipe are separated, and the detection element is detachably attached to the flow dividing pipe. More preferably, the shunt tube and the circuit board support holding the detection element are separated from each other, and these are assembled and used for measurement. The detection element can be directly bonded to the circuit board support, and the support may be provided with a slight depression for alignment.
[0031]
In a preferred embodiment of the invention, the detection element is arranged on the flow wall or tube wall in the shunt pipe, in particular on the outer wall. In some cases, the sensing element is disposed in the flow in the shunt tube.
[0032]
In a preferred embodiment of the present invention, the detection element is installed so as to be exposed in the branch channel bypassed from the main channel, or to be further exposed in the branch channel bypassed from the main channel. .
[0033]
In a preferred embodiment of the present invention, a reservoir is formed in the vicinity of the inlet and / or outlet of the branch pipe. This highly prevents contamination of the detection element due to fine particles, dust, and the like.
[0034]
In a preferred embodiment of the present invention, a reduced diameter portion is formed in the upstream portion of the shunt pipe. This highly prevents contamination of the detection element due to fine particles, dust, and the like. In addition, according to the measuring device having a diameter-expanded portion along the forward flow direction from the inlet port to the outlet port, in other words, a diameter-reduced portion along the backward flow direction from the outlet port to the inlet port, in the downstream portion of the branch pipe. For example, the influence of backflow is suppressed during forward flow measurement.
[0035]
In a preferred embodiment of the present invention, the upstream and downstream flow paths of the detection element are basically formed symmetrically with the detection element as the center. According to such an apparatus, it is possible to suitably measure both the forward flow that basically flows from the inlet to the outlet and the reverse flow that basically flows in the opposite direction.
[0036]
In a preferred embodiment of the present invention, the cross-sectional shape cut along the direction orthogonal to the flow direction of the flow dividing tube is at least one of a shape selected from a circular shape, a semicircular shape, an elliptical shape, and a rectangular shape. It is.
[0037]
In a preferred embodiment of the present invention, the sensing element measures a quantity relating to the flow at least including a flow rate and / or a flow rate based on the temperature.
[0038]
【Example】
In order to further clarify the preferred embodiment of the present invention described above, an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0039]
Example 1 (However, Example 1 is a reference example, and is an example for explaining the basic configuration of the measuring apparatus of Example 2.) ]
1 (A) and 1 (B) are explanatory views of a measuring apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 1 (A) is an explanatory view schematically showing a longitudinal section of a shunt pipe. 1 (B) is an enlarged view of the vicinity of the detection unit shown in FIG. 1 (A). Referring to FIGS. 1 (A) and 1 (B), in this measuring apparatus, a branch pipe 2 is attached to the main flow pipe 1 so as to be basically orthogonal. A flow in the main flow pipe 1 that is a detection target is introduced into the diversion pipe 2.
[0040]
The flow dividing pipe 2 is bent so that the flow taken into the flow dividing pipe 2 can be reversed. The shunt pipe 2 is connected to the two DC sections (DC paths) parallel to each other and extending in a direction substantially orthogonal to the flow 10 in the main stream pipe 1 in a state of being attached to the main stream pipe 1. An inflection portion 2c, an introduction port provided on a side surface (a surface orthogonal to the flow 10) of one DC unit, and a lead-out port provided on an end surface of the other DC unit (a surface parallel to the flow 10). ,have. In the vicinity of the inflection part 2c, the flow path surfaces 2e and 2f have a predetermined curvature, and the flow is greatly changed or substantially reversed in the vicinity of the inflection part 2c. In this inflection part 2c, the detection part 3 is provided on the bottom wall of the flow dividing pipe 2. This detector 3 is located outside the mainstream pipe 1 and is replaceable.
[0041]
Further, in the diverter tube 2, raised portions 2 a and 2 b are formed upstream and downstream of the detecting portion 3, such that the tube wall is raised in a concave shape toward the flow cross-sectional center direction. The flow path surfaces 2e and 2f on the raised portions 2a and 2b are formed in a concave curved surface. In the inflection part 2 c, the facing surface 2 d, which is a flow path surface facing the detection unit 3, is formed in a convex curved surface that is convex toward the detection unit 3.
[0042]
Next, a detailed structure near the detection unit 3 will be described. Referring to FIG. 1B, the detection element 5 is fixed to the bottom surface of the concave portion of the support body 4 through the adhesive layer 6 so as to protrude from the surface of the support body 4. The support 4 is attached to the bottom surface of the flow dividing tube 2 so that the detection surface of the detection element 5 (the left side surface in FIG. 1B) is exposed to the flow dividing tube 2 through a window formed on the bottom wall of the flow dividing tube 2. It has been. A slight gap is formed between the detection element 5 and the raised portions 2a and 2b. The detection surface of the detection element 5 is substantially at the same height as the flow path surfaces 2e and 2f adjacent to the detection element 5 with a gap, or is protruded into the flow dividing pipe 2 or retreated from them.
[0043]
Moreover, in the inflection part 2c, it is thought that the flow by the side with the detection element 5 becomes quick, and the flow by the opposing surface 2d side becomes slow.
[0044]
Subsequently, the flow in the branch pipe 2 will be described with reference to FIGS. 1 (A) and 1 (B). That is, the flow 10 in the main flow pipe 1 is introduced into the diversion pipe 2, and a flow 11 flowing in a direction substantially orthogonal to the flow 10 is generated. In the inflection portion 2 c, a downflow 12 is generated that flows obliquely from the flow 11 toward the detection portion 3 and substantially strikes the detection surface of the detection element 5. Thereafter, the flow in the branch pipe 2 merges with the flow 10.
[0045]
Referring to FIG. 1 (A), since the flow path of the flow dividing pipe 2 is formed substantially symmetrically around the inflection part 3, the forward flow flowing in the direction of the flows 11 and 12 and the direction substantially opposite thereto. Both the flowing backflows can be suitably measured. In addition, since the inlet of the branch pipe 2 is opened in a plane perpendicular to the flow 10 in the main pipe 1, a portion with a low flow velocity is formed at the back of the inlet of the branch pipe 2, and dust stays there. I think that. Thereby, contamination of the detection element 5 is prevented.
[0046]
Here, the detection element 5 shown in FIG. 1B will be described in detail. 2A and 2B are explanatory diagrams of the detection element, in which FIG. 2A is a perspective view and FIG. 2B is formed on the detection element shown in FIG. It is sectional drawing for demonstrating the thin film resistor which is.
[0047]
Referring to FIG. 2A, this detection element 5 is basically a semiconductor chip provided with four thin film resistors. More specifically, a diaphragm portion 22 and a rim portion 21 are provided on the semiconductor layer 30. The diaphragm portion 22 is provided with (1) an upstream temperature sensor 23 and (2) a downstream temperature sensor 24 and (3) a heater 20 disposed between the upstream temperature sensors 23 and 24. On the other hand, the rim portion 21 is provided with (4) an ambient temperature sensor 25. The diaphragm portion 22 is extremely thin and is thermally insulated.
[0048]
Next, the structure of each thin film resistor constituting the heater 20, the ambient temperature sensor 25, the upstream temperature sensor 23, and the downstream temperature sensor 24 will be described. Referring to FIG. 2B, a first SiN insulating film 31 is formed on the semiconductor layer 30. A platinum resistor 33 is formed on the first SiN insulating film 31 by patterning. A pad 34 electrically connected to the platinum resistor 33 is formed on a predetermined portion of the platinum resistor 33. A second SiN insulating film 32 is formed on the remaining portion on the first SiN insulating film 31 so as to cover the platinum resistor 33. When the pad 34 is electrically connected to an external circuit and electric power is supplied to the heater 20 via the platinum resistor 33, the heater 20 generates heat.
[0049]
Next, the principle of detection of various quantities relating to the flow such as flow velocity and flow rate using the detection element will be described. 3A and 3B are explanatory views of the measurement principle of the detection element, and FIG. 3A is an isotherm diagram showing the temperature distribution according to the diaphragm position on the detection element. ) Is the same graph.
[0050]
The detection principle will be described below with reference to FIGS. 2 (A) to 3 (B).
(1) The electric power supplied to the heater 20 is controlled so that the heater 20 always has a constant temperature difference with respect to the ambient temperature.
(2) Therefore, when there is no flow, the temperatures of the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24 are substantially equal.
(3) However, when there is a flow, the temperature of the upstream temperature sensor 23 decreases because heat escapes from the surface. The temperature change of the downstream temperature sensor 24 is smaller than that of the upstream temperature sensor 23 because the heat input from the heater 20 increases. Note that the temperature of the downstream temperature sensor 24 may rise.
(4) The flow rate and flow velocity are detected based on the temperature difference between the upstream temperature sensor 23 and the downstream temperature sensor 24, and the flow direction is detected from the sign of this temperature difference. The temperature difference can be detected based on a change in electrical resistance due to temperature.
[0051]
[Example 2]
Next, as a measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention, an example in which a shunt pipe having a structure in which the flow cross-sectional diameter is changed in addition to the structure of the shunt pipe of the first embodiment will be described. Therefore, in the following description, in order to avoid duplication, the apparatus according to the second embodiment will mainly describe parts different from the first embodiment, and refer to the description of the first embodiment as appropriate for the same parts. It shall be possible.
[0052]
FIG. 4 is an explanatory view of a measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention, and schematically shows a longitudinal section of a flow dividing tube. Referring to FIG. 4, the flow dividing pipe 42 of the flow rate measuring device has a portion (hereinafter referred to as a “reduced diameter portion 42 g”) in which the flow cross-sectional diameter is reduced or narrowed along the flow direction in the direct current portion on the upstream side. And having a portion (hereinafter referred to as an “expanded diameter portion” 42 h) in which the flow cross-sectional diameter is expanded along the flow direction in the direct current portion on the downstream side. As a result, portions where the flow velocity is low, that is, the reservoirs 42I and 42J are formed in the upstream portion and the downstream portion of the branch pipe 42, respectively.
[0053]
Further, the detection element 45 is fixed to the bottom surface of the concave portion of the support body 44 through the adhesive layer 46 in a state of protruding from the surface of the support body 44. The support 44 is attached to the bottom surface of the flow dividing tube 42 so that the detection surface of the detection element 45 is exposed in the flow dividing tube 42. Specifically, the detection surface of the detection element 45 is exposed in the shunt pipe 42 on the bottom side of the inflection portion 42 c. On both sides of the detection element 45, raised portions 42a and 42b are formed in which the tube wall rises in a concave curved shape toward the inside. The channel surfaces 42e and 42f of the raised portions 42a and 42b are formed in a curved surface shape. In the inflection portion 42 c, a facing surface 42 d that is a flow path surface facing the detection element 45 is formed in a convex curved surface that is convex toward the detection element 45.
[0054]
Here, the flow in the branch pipe 42 will be described. A flow 43 is introduced from the flow 10 of the main flow pipe 1 into the diversion pipe 42. In the inflection part 42c, a downflow 44 that strikes the detection surface of the detection element 45 obliquely occurs. Thereafter, the flow in the flow dividing pipe 2 merges with the flow 10 in the main flow pipe 1 again.
[0055]
[Measurement 1]
The measurement apparatus according to the second embodiment of the present invention described above is used, and the height H of the detection element detection surface with respect to the adjacent flow path surface (this is referred to as “step height H”), and the mainstream pipe as the measurement target The detection output related to the flow rate of the detection element was measured by changing the flow rate. FIG. 5 is a diagram for explaining the definition of the step amount in the measurement 1. With reference to FIG. 5, the sign of the height when the detection surface of the detection element 5 protrudes from the flow path surfaces 42e and 42f (refer to FIG. 4 for the flow path surface 42f) is “+”. The sign of the height when retreating (when concave) is set to “−”.
[0056]
For comparison, measurement was performed in the same manner as the measurement apparatus according to Example 2 using the measurement apparatus according to the comparative example. FIG. 6 is an explanatory view of a measuring apparatus according to a comparative example, and schematically shows a longitudinal section of the mainstream pipe. Referring to FIG. 6, in the measuring apparatus according to this comparative example, a detection element 205 is disposed substantially at the center along the flow cross-sectional direction in the main flow tube 1. The detection element 205 is fixed to the bottom surface of the concave portion of the support 204 through an adhesive layer 206. More specifically, the support 204 is held in the main flow tube 1 so that the detection surface of the detection element 205 is inclined by 10 degrees with respect to the tube axis direction toward the flow 10 direction of the main flow tube 10. It is designed to hit the detection surface well.
[0057]
[Measurement conditions for Measurement 1]
Here, the measurement conditions of Measurement 1 are described below.
Diameter of mainstream pipe: 50mm,
External dimensions of shunt tube: L40 × W7 × H14mm
Split pipe inlet: 5 × 10 mm,
Divider outlet: 5 x 5 mm,
Large diameter part of the diversion tube: 5 × 5 mm,
Small diameter part of the branch pipe: 5 × 2.5 mm,
Curvature of the raised part of the shunt pipe: 4 mm,
Curvature of facing surface: 3.5mm,
External dimensions of detection element (semiconductor chip): 3 × 3 × t 0.4 mm,
Diaphragm portion of detection element: 1 mm × 1 mm × t1 μm,
Platinum resistor of detection element: Pt / Ti = film thickness ratio 5/1
Detection element pad: Au.
[0058]
FIG. 7 is a graph showing the results of Measurement 1. In this figure, the rate of change in output (%) means that the level difference H (see FIG. 5) is substantially 0, that is, the detection surface of the detection element and the flow path surface in the vicinity thereof are on the same plane. In this case, the output is converted to 100%, assuming that the output is 100%.
[0059]
Referring to FIG. 7, it can be seen that the change in the flow velocity detection output due to the step amount is much smaller in the apparatus of Example 2 than in the apparatus of the comparative example. Moreover, it can be seen from FIG. 7 that according to the apparatus of Example 2, the flow velocity can be accurately detected over a wide flow velocity range. Separately, the apparatus of Example 2 can detect backflow, but the apparatus of the comparative example is difficult to do so.
[0060]
[Example 3]
As Example 3 of the present invention, various shapes of detection elements applied to the measuring apparatus according to the present invention will be described. 8 (A) to 8 (C) relate to the third embodiment of the present invention and are explanatory diagrams of various detection elements applied to the flow rate measuring device according to the present invention. Is a cross-sectional view of the central portion of the plane.
[0061]
The detection element shown in FIG. 8A is of a square type like the detection elements used in Examples 1 and 2, and a diaphragm portion 50 is provided at the center of the square. The detection element shown in FIG. 8B is a rectangular type, and a diaphragm 51 is provided at the end of the rectangle. Further, the detection element shown in FIG. 8C is also of a rectangular type, and a diaphragm portion 52 is provided at the center of the rectangle.
[0062]
[Example 4]
As Embodiment 4 of the present invention, various forms of the shunt pipe used in the measuring apparatus according to the present invention will be shown. Note that the measurement apparatus according to Example 4 of the present invention is the same as the example. 2 For the same points as the measurement apparatus according to the above, the description of the first embodiment or the second embodiment is referred to as appropriate.
[0063]
[Example 4-1]
FIG. 9 is an explanatory view schematically showing a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-1 of the present invention. Referring to FIG. 9, the flow dividing pipe 162 is similar to the flow dividing pipe 42 (see FIG. 4) according to the second embodiment, except that the flow path surfaces 162e and 162f and the facing surface 162d are formed into polygonal surfaces. It has the same configuration. That is, the shunt pipe 162 includes a diameter-reduced portion 162g and a reservoir 162I at the upstream DC portion, and a diameter-enlarged portion 162h and a reservoir 162J at the downstream DC portion. The detection element 165 is fixed to the bottom surface of the concave portion of the support body 164 through the adhesive layer 166 in a state of protruding from the surface of the support body 164. The support 164 is attached to the bottom surface of the flow dividing tube 162 so that the detection surface of the detection element 165 is exposed in the flow dividing tube 162. Specifically, the detection surface of the detection element 165 is exposed in the shunt pipe 162 on the bottom side of the inflection portion 162c. On both sides of the detection element 165, ridges 162a and 162b are formed in which the tube wall bulges inwardly. The flow path surfaces 162e and 162f of the raised portions 162a and 162b are formed in polygonal surfaces. The opposing surface 162d is formed in a polygonal shape that is convex toward the detection element 165.
[0064]
Here, the flow in the branch pipe 162 will be described. A flow 163 is introduced from the flow 10 of the main flow pipe 1 into the diversion pipe 162. In the inflection part 162c, a downflow 164 that strikes the detection surface of the detection element 165 obliquely occurs. Thereafter, the flow in the diversion pipe 162 merges with the flow 10 in the main flow pipe 1 again.
[0065]
[Example 4-2]
FIG. 10A is an explanatory view schematically showing a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-2 of the present invention. In the branch pipe 62, raised portions 62a and 62b are provided on both sides of the inflection portion 62c. Both sides of the inflection portion 62c, that is, the flow passage surfaces 62e and 62f of the raised portions 62a and 62b are formed in a polygonal shape. A facing surface 62 d facing the detection element 65 fixed to the support 64 is formed in a polygonal shape protruding toward the detection element 65. From the flow 66 in which a part of the flow 10 is introduced into the flow dividing pipe 62, a downflow 67 is generated that strikes the detection surface of the detection element 65 obliquely.
[0066]
[Example 4-3]
FIG. 10B is an explanatory view schematically showing a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-3 of the present invention. In the branch pipe 72, raised portions 72a and 72b are provided on both sides of the inflection portion 72c. Both sides of the inflection 72c, that is, the flow path surfaces 72e and 72f of the raised portions 72a and 72b are formed in a polygonal shape. A facing surface 72 d facing the detection element 75 fixed to the support 74 is formed in a convex curved shape toward the detection element 75. From the flow 76 in which a part of the flow 10 is introduced into the flow dividing pipe 72, a downflow 77 that strikes obliquely with respect to the detection surface of the detection element 75 is generated.
[0067]
[Example 4-4]
FIG. 11A is an explanatory view schematically showing a longitudinal section of a flow dividing pipe according to Embodiment 4-4 of the present invention. In the flow in the diversion pipe 82, supports 84 each having arcuate portions, which are a kind of raised portions, are positioned on both sides in the central portion in the flow section direction of the inflection portion 82c. The flow path surfaces 84e and 84f on the detection element 85 side of these arc-shaped portions are formed in a concave curved surface shape. Behind the detection element 85, the flow path surfaces of the raised portions 82a and 82b of the flow dividing pipe 82 are also formed in a concave curved surface shape. The detection element 85 is fixed to the bottom surface of the recess formed in the support body 84, and the detection surface is exposed to the flow at the substantially central portion in the flow cross-sectional direction. The facing surface 82d facing the detection element 85 is formed in a convex curved shape that protrudes toward the detection element 85. From the flow 86 in which a part of the flow 10 to be measured is introduced into the flow dividing pipe 82, a down flow 87 that strikes the detection surface of the detection element 85 obliquely occurs.
[0068]
[Example 4-5]
FIG. 11B is an explanatory view schematically showing a part of a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-5 of the present invention. This shunt tube is different from the shunt tube 82 shown in FIG. 11A in the support form of the detection element 85. That is, two notches (windows) are formed in the support body 84 so as to open on one side surface and the other side surface, respectively. The two notches communicate with each other with a step. The circuit board 84a is fitted into the notch with the large width, and the detection element 85 is fitted into the notch with the small width.
[0069]
[Example 4-6]
FIG. 11C is an explanatory view schematically showing a part of a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-6 of the present invention. In the flow in the diversion pipe 92, support bodies 94 each having a triangular corner portion, which is a kind of raised portion, are positioned on both sides in the central portion in the flow sectional direction of the inflection portion 92c. The flow path surfaces 94e and 94f on the detection element 95 side of these triangular corner portions are formed in a concave curved surface shape. Behind the detection element 95, the flow path surface of the flow dividing tube 92 is formed in a rectangular shape. The detection element 95 is fixed to the bottom surface of the recess formed in the support 94, and the detection surface is exposed to the flow at the substantially central portion in the flow cross-sectional direction. One facing surface 92 d facing the detection element 95 is formed in a convex curved shape that protrudes toward the detection element 95. A down flow 97 that strikes at an angle with respect to the detection surface of the detection element 95 is generated from the flow 96 in which a part of the flow 10 to be measured is introduced into the branch pipe 92.
[0070]
[Example 4-7]
FIG. 12A is an explanatory view schematically showing a part of a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-7 of the present invention. In the flow in the diversion pipe 102, at the central portion of the inflection portion 102c in the cross-sectional direction of the flow, there are provided extending portions on both sides that extend toward the upstream side and the downstream side. Also, the support 104 is positioned. The flow passage surfaces 104 e and 104 f on the detection element 105 side of these extending portions are inclined surfaces that are inclined toward the detection element 105. Raised portions 102 a and 102 b are formed on both sides of the inflection portion 102 c and behind the detection element 105. The flow path surfaces of the raised portions 102a and 102b protrude toward the support 104 and are inclined surfaces substantially parallel to the flow path surfaces 104e and 104f. The detection element 105 is fixed to the bottom surface of the recess formed in the support 104, and the detection surface is exposed to the flow at the substantially central portion in the flow cross-sectional direction. One facing surface 102 d facing the detection element 105 is formed in a polygonal shape protruding toward the detection element 105. A downflow 107 that strikes obliquely with respect to the detection surface of the detection element 105 is generated from the flow 106 in which a part of the flow 10 to be measured is introduced into the flow dividing tube 102.
[0071]
[Example 4-8]
FIG. 12B is an explanatory view schematically showing a part of the longitudinal section of the flow dividing pipe according to Embodiment 4-8 of the present invention. The flow in the diversion pipe 112 includes a triangular corner portion that is a kind of raised portion on both sides and extends toward the upstream side and the downstream side at the central portion in the flow sectional direction of the inflection portion 112c. In addition, the support 114 is located. The flow path surfaces 114e and 114f on the detection element 115 side of these triangular corner portions are inclined surfaces that incline toward the detection element 115. Rectangular flow path surfaces are formed on both sides of the inflection portion 112c and behind the detection element 115. The detection element 115 is fixed to the bottom surface of the recess formed in the support 114, and the detection surface is exposed to the flow at the substantially central portion in the flow cross-sectional direction. The facing surface 112d facing the detection element 115 is formed in a polygonal shape protruding toward the detection element 115. A down flow 117 that strikes at an angle with respect to the detection surface of the detection element 115 is generated from the flow 116 in which a part of the flow 10 to be measured is introduced into the branch pipe 112.
[0072]
[Example 4-9]
FIG. 13A is an explanatory view schematically showing a part of a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-9 of the present invention. Within the shunt pipe 122, a diameter-reduced portion 122g and a reservoir 122I are formed at the upstream DC portion, and a diameter-expanded portion 122h and a reservoir 122J are formed symmetrically with respect to the downstream DC portion. In the branch pipe 122, raised portions 124a and 124b are provided on both sides of the inflection portion 122c. Both sides of the inflection portion 122c, that is, the flow passage surfaces 124e and 124f of the raised portions 124a and 124b are formed in a concave curved surface shape. A facing surface 122 d that faces the detection element 125 fixed to the support 124 is formed in a convex curved shape that protrudes toward the detection element 125. A downflow 127 that strikes at an angle with respect to the detection surface of the detection element 125 is generated from the flow 126 in which a part of the flow 10 to be measured is introduced into the branch pipe 122.
[0073]
[Example 4-10]
FIG. 13B is an explanatory view schematically showing a part of a longitudinal section of a flow dividing tube according to Example 4-10 of the present invention. The flow dividing pipe 172 according to Example 4-10 is different from the flow dividing pipe 122 according to Example 4-9 (see FIG. 13A) in that the flow path surface is a polygon. The configuration is the same. Specifically, in the shunt pipe 172, a reduced diameter portion 172g and a reservoir 172I are formed in the upstream DC portion, and a enlarged diameter portion 172h and a reservoir 172J are formed symmetrically in the downstream DC portion. In the branch pipe 172, raised portions 174a and 174b are provided on both sides of the inflection portion 172c. Both sides of the inflection portion 172c, that is, the flow path surfaces 124e and 124f of the raised portions 174a and 174b are formed in a polygonal shape (as a whole, a concave shape). A facing surface 172d facing the detection element 175 fixed to the support 174 is formed in a polygonal shape (convex as a whole) protruding toward the detection element 175. A downflow 177 that strikes at an angle with respect to the detection surface of the detection element 175 is generated from the flow 176 formed by introducing a part of the flow 10 to be measured into the flow dividing pipe 172.
[0074]
In the measuring apparatus according to the fourth embodiment described above, the one in which the shunt tube has a substantially symmetrical flow path centering on the inflection portion where the detection element is located should be preferably used for both forward flow and reverse flow measurement. Can do. In addition, according to the measuring device having the reduced diameter portion in the upstream portion of the shunt pipe, contamination of the detection element due to fine particles or dust is highly prevented. In addition, according to the measuring device having the reduced diameter portion in the downstream portion of the branch pipe, the influence of the backflow is suppressed during the forward flow measurement.
[0075]
Next, an application example in which the measuring device according to the present invention is attached to an intake system of an engine of various vehicles will be described.
[0076]
[Application Example 1]
Application Example 1 is an example in which the measuring device according to the present invention is attached to an intake system of an engine mainly mounted on a four-wheel vehicle. 14A and 14B are diagrams for explaining an application example 1 of the measuring apparatus according to the present invention, in which FIG. 14A is an overall view and FIG. 14B is according to the present invention. It is an enlarged view of the part in which the measuring apparatus was installed.
[0077]
Referring to FIG. 14A, the outline of this intake system or fuel injection control system will be described. This system includes an air cleaner 130 into which intake air is introduced from upstream to downstream, and measurement of the flow rate or flow velocity of intake air. Fuel is injected from the part 131, the throttle valve 132, and the injector 133, and is ignited by a spark plug. A cylinder 137 provided with a valve, an oxygen sensor 135 provided in an exhaust pipe downstream of the cylinder 137, and a three-way catalyst 136 are connected to a pipe. Are provided so as to be able to communicate with each other.
[0078]
The measuring device according to the present invention is installed in a measuring unit 131 located between the air cleaner 130 and the throttle valve 132. In particular, referring to FIG. 14 (B), this measuring apparatus has a flow dividing pipe 142 having a shape as shown in FIG. 1 or 4 or the like orthogonal to the intake pipe shown in FIG. 14 (A). It is attached to the intake pipe via a case 139 so as to be connected. A detection element 145 formed integrally with the silicon element is disposed on the bottom of the inflection portion of the shunt pipe 142, and the detection element 145 is electrically connected to the element integrated circuit 141 on the back surface thereof. The element integrated circuit 141 is electrically connected to the engine control unit 138 and the like via the connector 140. The detection element 145 and the element integrated circuit 141 are detachably attached to the case 139 or the case 139 is detachably attached to the intake pipe, whereby the detection element 145 can be replaced.
[0079]
The engine control unit 138 receives the measurement signal from the element-integrated circuit 141 and the oxygen concentration signal in the exhaust gas output from the oxygen sensor 135, and based on these signals and other received signals, the injector 133 The fuel injection amount and timing, and the ignition timing of the spark plug 134 are controlled. The engine control unit 138 also calculates the engine speed, throttle opening, crank angle, and the like.
[0080]
[Application Example 2]
Application Example 2 is an example in which the measurement device according to the present invention is attached to an intake system of an engine mainly mounted on a two-wheel vehicle. 15A and 15B are diagrams for explaining an application example 2 of the measuring apparatus according to the present invention, in which FIG. 15A is an overall view and FIG. 15B is according to the present invention. It is an enlarged view of the part in which the measuring apparatus was installed.
[0081]
15A and 15B, a measuring device according to the present invention is attached to a motorcycle intake pipe (air funnel) 154 connected to the cylinder 151 in order to measure the flow rate or flow velocity of intake air. ing. This measuring device has a case 152 located outside the intake pipe 154 for a motorcycle and a branch passage 153 protruding into the pipe of the motorcycle intake pipe 154. The case 152 and the branch passage 153 are integrated. ing. The shunting portion 153 is provided with a detection element so as to be exposed to the intake air introduced therein, and the case 152 has a built-in circuit board for controlling the detection element.
[0082]
As described above, the measuring device according to the present invention can be suitably used particularly as a measuring device for flow rate and flow velocity for two wheels, particularly a device for measuring intake air of a two-wheeled engine.
[0083]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the apparatus which measures the quantity regarding flows, such as a flow volume thru | or flow velocity, which is easy to manufacture and excellent in detection accuracy is provided.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B show a first embodiment of the present invention. (Reference Example 1) It is explanatory drawing of the apparatus which concerns on this, (B) is an enlarged view of the detection part vicinity shown to (A).
FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of a detection element, where FIG. 2A is a perspective view, and FIG. 2B is a description of a thin film resistor formed on the detection element shown in FIG. It is sectional drawing for doing.
FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams of the measurement principle of the detection element used in the apparatus according to Example 1 of the present invention, and FIG. FIG. 3B is an isotherm diagram showing the temperature distribution according to the diaphragm position, and FIG. 3B is the same graph.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a flow rate measuring device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a definition of a step amount in measurement 1 using a flow rate measuring device according to Embodiment 2 of the present invention.
6 is an explanatory diagram of a flow rate measuring device according to a comparative example used in measurement 1. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the results of measurement 1.
FIGS. 8A to 8C are explanatory views of various detection elements applied to the flow rate measuring device according to the present invention, according to the third embodiment of the present invention. It is sectional drawing of a plane center part.
FIG. 9 is an explanatory diagram of a shunt pipe according to Example 4-1 of the present invention.
10A is an explanatory diagram of a flow dividing pipe according to Embodiment 4-2 and FIG.
11A is a flow-dividing tube according to Embodiment 4-4 of the present invention, FIG. 11B is a flow-dividing tube portion according to 4-5, and FIG. 11C is a flow-dividing tube according to Embodiment 4-6. Each is an explanatory diagram.
12A is an explanatory diagram of a flow dividing pipe according to Embodiment 4-7 of the present invention and FIG.
FIGS. 13A and 13B are explanatory views of a flow dividing pipe according to Embodiment 4-9 and FIG.
14A and 14B are diagrams for explaining an application example 1 of the measuring apparatus according to the present invention, in which FIG. 14A is an overall view, and FIG. 14B is an enlarged view of a portion where the measuring apparatus is installed.
15A and 15B are diagrams for explaining an application example 2 of the measuring apparatus according to the present invention, in which FIG. 15A is an overall view, and FIG. 15B is an enlarged view of a portion where the measuring apparatus is installed.
[Explanation of symbols]
1 Mainstream pipe
2 Shunt pipe
2a, 2b ridge
2c Inflection part
2d facing surface
2e, 2f Channel surface
3 detector
4 Support
5 detector elements
6 Adhesive layer
10 Flow in the main pipe
11 Flow introduced into the diversion pipe
12 Flow that strikes the detector element at an angle (down flow)
20 Heater
21 Rim part
22 Diaphragm part
23 Upstream temperature sensor
24 Downstream temperature sensor
25 Ambient temperature sensor
30 Semiconductor layer
31 First SiN insulating film
32 Second SiN insulating film
33 Platinum resistor
34 pads

Claims

A shunt pipe into which the flow in the main pipe to be detected is introduced;
A sensing element that is exposed to the flow in the shunt tube and detects a quantity related to the flow;
A flow control means provided in the flow dividing pipe, and forming the flow in the flow dividing pipe so as to strike the detection surface of the detection element obliquely;
Have
Expanding and / or reducing the flow cross-sectional diameter of the shunt pipe upstream and / or downstream of the detection element ;
As the flow control means, at least on the upstream side of the detection element, a flow path surface that is raised from the detection surface of the detection element is formed,
An apparatus for measuring a flow, characterized in that there is a step between the detection surface and a flow path surface in the vicinity of the detection surface .

The flow detection device according to claim 1, wherein the detection element is arranged at an inflection portion in which a flow direction in the shunt pipe changes.

3. The flow measuring device according to claim 2, wherein the flow control means is formed at least in the upstream part of the inflection part or in the vicinity of the upstream part.

At least the upstream side of the flow path surface along the flow direction of the detecting element, according to claim 1 to 3 of any one, which is a slope or a concave surface is inclined towards the basically the detection surface Measuring device for the described flow.

In the shunt tube, at least on the upstream side of the detecting element, according to claim 4, wherein the corner portion of the inclined surface or a triangular shape having a concavely curved surface, arc-shaped portion, or arranged linear extending portion Measuring device for the described flow.

The detecting element is measured on the Flow according to any one of claims 1-5, characterized in that disposed on the tube wall of the distribution pipe system.

The detecting element, measuring device according to the flow according to any one of claims 1-6, characterized in that it is arranged in the flow of the shunt tube.

The detection surface of the detection element, the measuring device on the Flow according to any one of claims 1-7, characterized in that not on detection plane near the channel surface and the same plane.

Detection surface measuring device according to the flow of any one of claims 1-8, characterized in that protrudes from the flow path surface of the detection surface vicinity of the detecting element.

A support for attaching the detection element to the shunt tube;
The detecting element measuring device according to the flow of any one of claims 1-9, characterized in that projects are supported to the support than the support surface.

The flow-path surface facing the said detection element of the said shunt pipe protrudes toward this detection element, The measuring apparatus regarding the flow as described in any one of Claims 1-10 characterized by the above-mentioned.

12. The flow measuring device according to claim 11 , wherein a flow path surface of the shunt pipe facing the detection element protrudes in a curved shape or a polygonal shape toward the detection element.

The flow measuring device according to any one of claims 1 to 12 , wherein a pool is formed in the vicinity of the inlet and / or outlet of the branch pipe.

The measurement device for flow according to any one of claims 1 to 13 , wherein a detection surface of the detection element is exposed to a portion where the flow in the shunt pipe is fast.

The flow-related measuring device according to any one of claims 1 to 14 , wherein the upstream and downstream flow paths of the detection element are basically formed symmetrically with the detection element as a center.

The flow according to any one of claims 1 to 15 , wherein the detection element and the diversion pipe are formed separately, and the detection element and the diversion pipe are detachably attached to each other. Measuring device.

A through window is formed in the pipe wall of the flow dividing pipe,
The detection element is supported by protruding from the surface of the support on a support separate from the flow dividing pipe;
The flow measurement apparatus according to any one of claims 1 to 16 , wherein the support and the flow dividing pipe are attached to each other so that the detection element protrudes from the through window into the flow dividing pipe.

A portion in which the flow is throttled in the branch pipe and a portion in which the flow is changed are formed,
A downstream portion in which the flow is throttled, either Claim 1-17 wherein the detection element in the vicinity of the downstream side of the portion where the flow is partially or said alteration countercurrent to diverting is characterized in that it is arranged A measuring device relating to the flow according to any one of the above.

The detecting element based on a temperature measuring device on the Flow according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the flow rate and / or flow rate is to measure the amount for at least comprises flow.

The flow control means is provided upstream and downstream of the detection element,
For both reverse flow flowing from the forward flow flowing from the inlet of the distribution pipe towards the outlet and the outlet toward the inlet, on the Flow according to any one of claims 1 to 19, characterized by detecting the amount of the Flow measuring device.

Measuring device according to the flow of any one of claims 1 to 20, characterized in that a measuring device according to flow is applied to an internal combustion engine mounted on a two-wheel vehicle.