JP4859107B2

JP4859107B2 - Thermal flow meter

Info

Publication number: JP4859107B2
Application number: JP2006071107A
Authority: JP
Inventors: 靖江林; 安治大石; 滋青島
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2012-01-25
Anticipated expiration: 2026-03-15
Also published as: JP2007248221A

Description

本発明は、気体の通流空間におけるヒータから発せられた熱の移動現象から上記気体の流量を計測する熱式流量計に関する。 The present invention relates to a thermal flow meter that measures the flow rate of the gas from a movement phenomenon of heat generated from a heater in a gas flow space.

気体の通流空間に設けられて、ヒータから発せられた熱の移動現象や温度分布から上記気体の流量を計測する熱式流量計として、従来より種々のタイプのものが提唱されている（例えば特許文献１,２を参照）。これらの熱式流量計の多くは、例えば温度センサを用いてその周囲温度を検出し、ヒータの発熱温度（ヒータ温度）を上記周囲温度から一定温度だけ高くなるように制御したり、或いは周囲温度に関係なくそのヒータ温度を一定化制御するようにしている。また周囲温度に応じてヒータ温度を上昇させるための温度閾値を変更することも提唱されている。 Various types of thermal flow meters that have been proposed in the past have been proposed as thermal flow meters that are provided in a gas flow space and measure the flow rate of the gas from the movement of heat generated from a heater and the temperature distribution (for example, (See Patent Documents 1 and 2). Many of these thermal flow meters detect the ambient temperature by using, for example, a temperature sensor, and control the heater heat generation temperature (heater temperature) to be higher than the ambient temperature by a fixed temperature, or Regardless of whether the heater temperature is controlled to be constant. It has also been proposed to change the temperature threshold for raising the heater temperature according to the ambient temperature.

またこの種の熱式流量計において、外部環境の温度変化に起因する熱的影響を除去して計測精度を高めるべく、ピン等の熱絶縁体（台座）を介して流量センサを支持することも提唱されている（例えば特許文献３を参照）。
特開２００４−８５４９０号公報特開２００３−３１５１２８号公報特開２００２−２９６０８８号公報 In this type of thermal flow meter, it is also possible to support the flow sensor via a thermal insulator (pedestal) such as a pin in order to remove the thermal effect caused by temperature changes in the external environment and increase the measurement accuracy. Has been proposed (see, for example, Patent Document 3).
JP 2004-85490 A JP 2003-315128 A JP 2002-296088 A

しかしながら従来の熱式流量計においては、例えば計測対象とする流体（気体）の温度が、その配管系等の周囲温度によって変化した場合、流量計のゼロ点がドリフトしたり、その感度が変化する等の不具合があった。ちなみにゼロ点がドリフトするとその最低流量検出レベルに制限が加わり、例えば配管系の漏れに起因する微少な流量を検出することが困難となると言う問題が生じる。また感度変化に対しては、専ら、周囲温度センサ等を用いて温度特性を補正するようにしている。しかし温度特性自体が流体の種類によって変化するので、流体の種類に応じてその都度、補正係数等を調整しなければならないと言う問題があった。 However, in the conventional thermal type flow meter, for example, when the temperature of the fluid (gas) to be measured changes depending on the ambient temperature of the piping system or the like, the zero point of the flow meter drifts or its sensitivity changes. There were problems such as. Incidentally, if the zero point drifts, the minimum flow rate detection level is limited, and for example, it becomes difficult to detect a minute flow rate due to leakage in the piping system. For sensitivity changes, temperature characteristics are corrected exclusively using an ambient temperature sensor or the like. However, since the temperature characteristic itself changes depending on the type of fluid, there is a problem that the correction coefficient and the like must be adjusted each time according to the type of fluid.

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、周囲温度の変化に拘わることなく流体の流量を精度良く計測することができ、しかもゼロ点のドリフトを抑えて微少な流量を確実に検出することのできる熱式流量計を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and the purpose of the present invention is to accurately measure the flow rate of the fluid regardless of changes in the ambient temperature, and to suppress the drift of the zero point to a minute. An object of the present invention is to provide a thermal type flow meter that can reliably detect a flow rate.

上述した目的を達成するべく本発明に係る熱式流量計は、
<ａ> 基体部に形成された凹部を橋架して設けられて、その両面を外気に開放した薄膜部を有するセンサチップと、
<ｂ> このセンサチップの前記基体部に設けられた第１のヒータおよび前記薄膜部に設けられた第２のヒータと、
<ｃ> 前記センサチップをその支持体から熱絶縁して該センサチップを前記雰囲気ガスの流路に位置付ける熱絶縁性の台座と、
<ｄ> 前記第１のヒータを前記雰囲気ガスの温度よりも高い第１の一定温度で発熱駆動する第１の電源と、
<ｅ> 前記第２のヒータを前記第１のヒータの発熱温度よりも高い第２の一定温度で発熱駆動する第２の電源と、
<ｆ> 前記第２のヒータの駆動電気信号、例えば駆動電力、印加電圧および通電電流の少なくとも１つを前記雰囲気ガスの流量信号として出力する出力回路と
を備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above-mentioned object, the thermal flow meter according to the present invention is
<a> a sensor chip having a thin film portion provided by bridging a recess formed in the base portion and having both surfaces thereof open to the outside;
<b> a first heater provided on the base portion of the sensor chip and a second heater provided on the thin film portion;
<c> a thermally insulating pedestal that thermally insulates the sensor chip from its support and positions the sensor chip in the atmosphere gas flow path;
<d> a first power source that drives the first heater to generate heat at a first constant temperature higher than the temperature of the ambient gas;
<e> a second power source that drives the second heater to generate heat at a second constant temperature that is higher than the heat generation temperature of the first heater;
<f> A drive electric signal of the second heater, for example, an output circuit that outputs at least one of drive power, applied voltage, and energization current as a flow signal of the atmospheric gas is provided.

好ましくは前記第１および第２の電源は、それぞれその発熱駆動対象とする前記第１または第２のヒータを１つのブリッジ辺とする抵抗ブリッジ回路のブリッジ間電圧に応じて上記抵抗ブリッジ回路に加える駆動電圧をフィードバック制御して前記第１および第２のヒータの抵抗値をそれぞれ一定化するものとして構成される。また前記センサチップについては、前記基体部に熱結合され、且つ前記薄膜部に対峙させて設けられて、前記薄膜部に沿う前記雰囲気ガスの通流路を形成した流路構造体を備えることが好ましい。尚、前記センサチップおよび前記流路構造体は、それぞれ熱伝導性の高い半導体、例えばシリコン等を用いて実現され、また前記熱絶縁性の台座は、ガラスやセラミック等を用いて実現される。 Preferably, the first and second power supplies are applied to the resistance bridge circuit according to a voltage between the bridges of the resistance bridge circuit having the first or second heater as a bridge side as one bridge side. The driving voltage is feedback-controlled to make the resistance values of the first and second heaters constant. Further, the sensor chip includes a flow path structure that is thermally coupled to the base portion and is provided to face the thin film portion so as to form a flow path for the atmospheric gas along the thin film portion. preferable. The sensor chip and the flow channel structure are each realized by using a semiconductor having high thermal conductivity, such as silicon, and the thermally insulating pedestal is realized by using glass, ceramic, or the like.

また本発明に係る別の熱式流量計は、上述した構成の熱式流量計に加えて、更に前記センサチップの薄膜部上に前記第２のヒータを間にして雰囲気ガスの通流方向に並べて設けられた第１および第２の温度センサと、これらの第１および第２の温度センサによりそれぞれ検出される温度を、例えばその温度差を前記雰囲気ガスの流量信号として出力する第２の出力回路とを備えることを特徴としている。 In addition to the thermal flow meter having the above-described configuration, another thermal flow meter according to the present invention further includes a second heater on the thin film portion of the sensor chip in the direction of the atmospheric gas flow. First and second temperature sensors provided side by side, and a second output for outputting the temperature detected by each of the first and second temperature sensors, for example, the temperature difference as a flow signal of the atmospheric gas And a circuit.

この場合、好ましくは前記第２の出力回路としては、例えば前記第２のヒータが発熱駆動されているときの前記第１および第２の温度センサによりそれぞれ検出される温度と、前記第２のヒータの発熱駆動を停止させたときの前記第１および第２の温度センサによりそれぞれ検出される温度との差を出力するものとして構成するようにすれば良い。
また本発明の別の態様は、前記第２のヒータとして流体の通流方向に並べて設けられた２つの発熱抵抗体、具体的には上述した第１および第２の温度センサに相当する発熱抵抗体を備え、前記第２の電源としては、これらの２つの発熱抵抗体をそれぞれ独立に一定温度で発熱駆動するものとして実現される。この場合、前記出力回路は前記２つの発熱抵抗体を個別に発熱駆動する駆動電気信号の差を前記雰囲気ガスの流量信号として出力するように構成される。 In this case, preferably, the second output circuit includes, for example, temperatures detected by the first and second temperature sensors when the second heater is driven to generate heat, and the second heater. What is necessary is just to comprise so that the difference with the temperature each detected by the said 1st and 2nd temperature sensor when stopping the heat_generation | fever drive may be output.
According to another aspect of the present invention, there are provided two heating resistors arranged in the fluid flow direction as the second heater, specifically, heating resistors corresponding to the first and second temperature sensors described above. The second power source is realized by driving these two heating resistors independently at a constant temperature. In this case, the output circuit is configured to output a difference between driving electric signals for individually heating the two heating resistors as the flow signal of the atmospheric gas.

上述した如く構成された熱式流量計によれば、第１のヒータによってセンサチップ全体が第１の温度に一定化制御されるので、配管系に導かれた雰囲気ガスの温度に拘わりなく、前記センサチップの周囲近傍における上記雰囲気ガスの温度を上記第１の温度に一定化することができる。その上で、第２のヒータが上記第１の温度よりも高い第２の温度に一定化制御されるので、この第２のヒータの近傍においては、雰囲気ガスとの間で常に一定の条件で熱の移動が生じることになる。この結果、配管系に導かれた雰囲気ガスの温度が変化しても、第２のヒータの近傍における熱の移動条件が一定なので熱式流量センサのゼロ点変動が生じることがなくなる。従って常に安定にその流量計測を精度良く行うことが可能となる。またゼロ点変動がないので、配管系の漏れ等に起因する微少な流量を確実に検出することが可能となる。 According to the thermal flow meter configured as described above, since the entire sensor chip is controlled to be constant at the first temperature by the first heater, the above-mentioned temperature is controlled regardless of the temperature of the ambient gas led to the piping system. The temperature of the atmospheric gas in the vicinity of the periphery of the sensor chip can be made constant at the first temperature. In addition, since the second heater is controlled to be constant at a second temperature higher than the first temperature, in the vicinity of the second heater, it is always in a constant condition with the atmospheric gas. Heat transfer will occur. As a result, even if the temperature of the atmospheric gas led to the piping system changes, the heat transfer condition in the vicinity of the second heater is constant, so that the zero point fluctuation of the thermal flow sensor does not occur. Accordingly, it is possible to always stably and accurately measure the flow rate. Further, since there is no zero point fluctuation, it is possible to reliably detect a minute flow rate due to leakage of the piping system.

またセンサチップが前述した流路構造体を備えれば、この流路構造体によってセンサチップとその周囲近傍を外部環境から熱的に隔離することができるので、その流路を通流する雰囲気ガスの温度を安定的に第１の温度に一定化することが可能となる。この結果、配管系に導かれた雰囲気ガスの温度変化に拘わることなく、そのゼロ点と検出感度を一定に保って高精度な流量検出を行うことが可能となる。しかもその計測範囲を広くし、雰囲気ガスの通流方向に拘わりなく流量検出を行うことが可能となる。 If the sensor chip includes the above-described flow path structure, the flow path structure can thermally isolate the sensor chip and the vicinity thereof from the external environment. It is possible to stably stabilize the temperature of the first temperature to the first temperature. As a result, it becomes possible to detect the flow rate with high accuracy while keeping the zero point and detection sensitivity constant, regardless of the temperature change of the atmospheric gas guided to the piping system. In addition, the measurement range can be widened, and the flow rate can be detected regardless of the flow direction of the atmospheric gas.

更に前記第２のヒータを挟んで流体の通流方向に第１および第２の温度センサを備えた熱式流量計によれば、雰囲気ガスの温度が変化しても第２のヒータの近傍における温度分布が変化することがないので、第１および第２の温度センサの抵抗温度係数が異なる場合であっても、そのゼロ点が変化することがない。従って上述した構造の熱式流量センサと同様に微少な流量であっても、これを確実に検出することができる。また流体の振動（流速の揺らぎ）が生じても、これを平均化して検出することができるので、上述した微少な流量を確実に検出することができる。 Furthermore, according to the thermal type flow meter provided with the first and second temperature sensors in the fluid flow direction with the second heater interposed therebetween, even in the vicinity of the second heater even if the temperature of the atmospheric gas changes. Since the temperature distribution does not change, the zero point does not change even when the resistance temperature coefficients of the first and second temperature sensors are different. Therefore, even if the flow rate is very small as in the case of the thermal flow sensor having the structure described above, this can be reliably detected. Even if fluid vibration (flow rate fluctuation) occurs, it can be detected by averaging it, so that the minute flow rate described above can be detected reliably.

更には第２のヒータが発熱駆動されているときの前記第１および第２の温度センサによりそれぞれ検出される温度と、第２のヒータの発熱駆動を停止させたときの前記第１および第２の温度センサによりそれぞれ検出される温度との差を雰囲気ガスの流量信号として出力するようにすれば、出力回路自体の温度に起因するドリフトを除去することが可能となる。この結果、前述した流路構造体を設けたことによる効果と相俟って、更にゼロ点のドリフトを確実に抑えることが可能となる。 Further, the temperatures detected by the first and second temperature sensors when the second heater is driven to generate heat, and the first and second temperatures when the second heater is stopped from generating heat. If the difference from the temperature detected by each of the temperature sensors is output as a flow signal of the atmospheric gas, drift due to the temperature of the output circuit itself can be eliminated. As a result, combined with the effect obtained by providing the flow channel structure described above, it is possible to further reliably suppress the zero point drift.

更には前記第２のヒータが、流体の通流方向に並べて設けられた２つの発熱抵抗体からなるときには、これらの２つの発熱抵抗体をそれぞれ独立に一定温度で発熱駆動するように前記第２の電源を構成すれば良い。この場合、流体の流量に応じて上記２つの発熱抵抗体と流体との熱的平衡条件が変化するので、前記２つの発熱抵抗体を個別に発熱駆動する駆動電気信号の差を前記雰囲気ガスの流量信号として求めることで、上述した構成の熱式流量センサと同様にその検出感度を一定に保って高精度な流量検出を行うことが可能となる。 Further, when the second heater is composed of two heating resistors arranged side by side in the fluid flow direction, the second heating resistor is independently driven to generate heat at a constant temperature. What is necessary is just to comprise the power supply. In this case, since the thermal equilibrium condition between the two heating resistors and the fluid changes according to the flow rate of the fluid, the difference between the drive electric signals for driving the two heating resistors individually is generated. By obtaining the flow rate signal, it is possible to detect the flow rate with high accuracy while keeping the detection sensitivity constant as in the thermal flow rate sensor having the above-described configuration.

以下、図面を参照して本発明に係る熱式流量計について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る熱式流量計で用いられるセンサチップ１の概略構成を示している。このセンサチップ１は、例えば厚み０.５ｍｍで縦横の寸法がそれぞれ１.５ｍｍ程度のシリコン製のものからなり、その基体１ａの上面の略中央部にＭＥＭＳ（マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム）技術を用いて舟形凹状のキャビティ（凹部）１ｂを形成すると共に、このキャビティ１ｂを架橋して薄膜ダイヤフラム（薄膜部）１ｃを形成した構造を有する。またこの薄膜ダイヤフラム１ｃには、その中央領域を除いて多数の透孔１ｄが設けられており、これらの透孔１ｄを介して上記薄膜ダイヤフラム１ｃの両面が外気に開放されている。そして白金等からなる微小な発熱抵抗体である第１のヒータ（Ｒr）２は、センサチップ１におけるキャビティ１ｂの周辺の基台部１ａ上に形成されており、また同様な発熱抵抗体である第２のヒータ３は前記ダイヤフラム１ｃ上に形成されている。 Hereinafter, a thermal flow meter according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a sensor chip 1 used in a thermal flow meter according to an embodiment of the present invention. The sensor chip 1 is made of, for example, silicon having a thickness of 0.5 mm and vertical and horizontal dimensions of about 1.5 mm, respectively, and a MEMS (micro electro mechanical system) technology is provided at a substantially central portion of the upper surface of the substrate 1a. Is used to form a boat-shaped concave cavity (recess) 1b, and the cavity 1b is bridged to form a thin film diaphragm (thin film portion) 1c. The thin film diaphragm 1c is provided with a large number of through holes 1d except for the central region thereof, and both surfaces of the thin film diaphragm 1c are open to the outside air through the through holes 1d. The first heater (Rr) 2 which is a minute heating resistor made of platinum or the like is formed on the base portion 1a around the cavity 1b in the sensor chip 1 and is a similar heating resistor. The second heater 3 is formed on the diaphragm 1c.

更に上記ダイヤフラム１ｃ上には、流体の通流方向Ｆに第２のヒータ（Ｒh）３を挟んで一対の温度センサＲu,Ｒdが形成されている。これらの一対の温度センサＲu,Ｒdも白金等の発熱抵抗体からなる。このような構造のセンサチップ１は、図２にその概略的な断面構造を示すように、第２のヒータ（Ｒh）３および一対の温度センサＲu,Ｒdを薄膜のダイヤフラム１ｃ上に形成することで実質的に空中に浮かした状態で支持し、ダイヤフラム１ｃの両面（表裏面）に沿って通流する雰囲気ガスに接するようになっている。 Further, a pair of temperature sensors Ru and Rd are formed on the diaphragm 1c with the second heater (Rh) 3 sandwiched in the fluid flow direction F. The pair of temperature sensors Ru and Rd are also made of a heating resistor such as platinum. The sensor chip 1 having such a structure has a second heater (Rh) 3 and a pair of temperature sensors Ru and Rd formed on a thin film diaphragm 1c as shown in a schematic cross-sectional structure in FIG. Thus, it is supported in a state of floating substantially in the air, and comes into contact with the atmospheric gas flowing along both surfaces (front and back surfaces) of the diaphragm 1c.

また上述したセンサチップ１は、例えばガラス製またはセラミック製等の熱絶縁性の台座（熱絶縁体）４を介して雰囲気ガス中に支持されている。この台座４は、例えばセンサチップ１の四隅をそれぞれ支持する４つの脚部を有して該センサチップ１を空中に浮かして保持する、いわゆる逆テーブル型のものからなる。このような台座（熱絶縁体）４を介してセンサチップ１を支持し、ガス配管内等における雰囲気ガス中に位置付けることで、センサチップ１は外部から熱的に遮断されて周囲温度等の影響が及ぶことがないようになってい。 The sensor chip 1 described above is supported in the atmospheric gas via a thermally insulating base (thermal insulator) 4 made of, for example, glass or ceramic. The pedestal 4 is, for example, a so-called inverted table type that has four legs that respectively support the four corners of the sensor chip 1 and holds the sensor chip 1 in the air. By supporting the sensor chip 1 through such a pedestal (thermal insulator) 4 and positioning the sensor chip 1 in the atmospheric gas in the gas pipe or the like, the sensor chip 1 is thermally shut off from the outside and influenced by the ambient temperature or the like. Is not to reach.

ちなみに熱絶縁性の台座（熱絶縁体）４としては、本出願人が先に提唱した、例えば特許第３７４００２６号公報、特許第３７４００２７号公報、特開２００２−２９６８８号公報、特開２００２−３１８１４８号公報、特開２００２−３１８１４９号公報等にそれぞれ記載されている技術を適宜採用したものであれば、この発明において望む断熱効果が得られる。またセンサチップ１を保持する台座４としては、好ましくは熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の部材が望ましい。このような部材としては、例えば多孔性部材などがある。熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上となると、センサチップ１全体を第１の温度に一定化制御するために必要となる電流が大きくなるので、容量の大きい電源を準備することが必要となり実用的ではない。従ってセンサチップ１を保持する台座４としては、上述したように熱伝導率が１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の部材が望ましい。 Incidentally, as the thermally insulating pedestal (thermal insulator) 4, for example, Japanese Patent No. 3740026, Japanese Patent No. 3740027, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-29688, and Japanese Patent Laid-Open No. 2002-318148 previously proposed by the present applicant. As long as the techniques described in Japanese Patent Laid-Open No. 2002-318149 and the like are appropriately employed, the desired heat insulation effect can be obtained in the present invention. The base 4 for holding the sensor chip 1 is preferably a member having a thermal conductivity of 10 W / (m · K) or less. Examples of such a member include a porous member. When the thermal conductivity is 10 W / (m · K) or more, the current required for constant control of the entire sensor chip 1 to the first temperature increases, so it is necessary to prepare a power supply with a large capacity. It is not practical. Therefore, as the pedestal 4 for holding the sensor chip 1, a member having a thermal conductivity of 10 W / (m · K) or less is desirable as described above.

本発明に係る熱式流量計は、例えば上述した構造のセンサチップ１を用いて構築されるものであって、特にセンサチップ１の基台部１ａに設けられた第１のヒータ２の発熱温度を雰囲気ガスの温度よりも高い第１の温度Ｔh1に一定化制御すると共に、薄膜部１ｃに設けられた第２のヒータ３の発熱温度を前記第１のヒータ２の発熱温度Ｔh1よりも更に高い第２の発熱温度Ｔh2（＞Ｔh1）に一定化制御し、この状態において前記第２のヒータ３の駆動電気量、具体的にはその放熱係数Ｃ、駆動電力Ｐh、駆動電圧Ｖh、または通電電流Ｉhを前記雰囲気ガスの流量信号として出力することを特徴としている。 The thermal flow meter according to the present invention is constructed using, for example, the sensor chip 1 having the above-described structure, and in particular, the heat generation temperature of the first heater 2 provided on the base portion 1a of the sensor chip 1. Is controlled to be constant at the first temperature Th1 higher than the temperature of the atmospheric gas, and the heat generation temperature of the second heater 3 provided in the thin film portion 1c is further higher than the heat generation temperature Th1 of the first heater 2. The second heat generation temperature Th2 (> Th1) is controlled to be constant, and in this state, the driving electric quantity of the second heater 3, specifically, its heat dissipation coefficient C, driving power Ph, driving voltage Vh, or energization current Ih is output as a flow signal of the atmospheric gas.

尚、センサチップ１が上述したように第２のヒータ３を挟んで一対の温度センサＲu,Ｒdを備えている場合には、これらの温度センサＲu,Ｒdによりそれぞれ検出される温度から、特にその温度差を前記雰囲気ガスの流量信号として出力することも勿論可能である。上記温度センサＲu,Ｒdは、例えば温度に応じて電気抵抗値が変化する温度センサ、或いは温度に応じて起電力が生じる温度センサ等である。 In the case where the sensor chip 1 includes a pair of temperature sensors Ru and Rd with the second heater 3 interposed therebetween as described above, in particular from the temperatures detected by these temperature sensors Ru and Rd, respectively. It is of course possible to output the temperature difference as a flow signal of the atmospheric gas. The temperature sensors Ru and Rd are, for example, temperature sensors whose electric resistance values change according to temperature, temperature sensors that generate electromotive force according to temperature, and the like.

また上記一対の温度センサＲu,Ｒdを前述した第２のヒータと看做し、これらの温度センサＲu,Ｒdの各発熱温度を前記第１のヒータ２の発熱温度Ｔh1よりも更に高い第２の発熱温度Ｔh2にそれぞれ一定化制御し、この状態において前記各温度センサＲu,Ｒdの駆動電気量の差、具体的にはその放熱係数Ｃ、駆動電力Ｐh、駆動電圧Ｖh、または通電電流Ｉhの差を前記雰囲気ガスの流量信号として出力するようにしても良い。 Further, the pair of temperature sensors Ru and Rd are regarded as the second heater described above, and a second heat generation temperature of each of the temperature sensors Ru and Rd is higher than the heat generation temperature Th1 of the first heater 2. The heat generation temperature Th2 is controlled to be constant, and in this state, the difference in driving electricity between the temperature sensors Ru and Rd, specifically, the difference in heat dissipation coefficient C, driving power Ph, driving voltage Vh, or energizing current Ih. May be output as a flow rate signal of the atmospheric gas.

即ち、本発明は概念的には図３(ａ)(ｂ)(ｃ)にそれぞれ示すように、センサチップ１の基体部１ａに設けられた第１のヒータ２と、薄膜部１ｃに設けられた第２のヒータ３とをそれぞれ一定の温度Ｔh1,Ｔh2に発熱駆動し、そのときの第２のヒータ３の駆動電気量を求めたり［図３(ａ)］、または前記第１および第２のヒータ２,３の上述した発熱駆動条件下において一対の温度センサＲu,Ｒdにより検出される温度差を求めたり［図３(ｂ)］、或いは更に一対の温度センサＲu,Ｒdをそれぞれ一定の温度Ｔh2に発熱駆動し、そのときの温度センサＲu,Ｒdの駆動電気量の差を求める［図３(ｃ)］ことで、雰囲気ガスの流量Ｑを検出するように構成される。 That is, the present invention is conceptually provided in the first heater 2 provided in the base portion 1a of the sensor chip 1 and the thin film portion 1c as shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c). Further, the second heater 3 is driven to generate heat at constant temperatures Th1 and Th2, respectively, and the driving electric quantity of the second heater 3 at that time is obtained [FIG. 3 (a)], or the first and second The temperature difference detected by the pair of temperature sensors Ru and Rd under the above-described heat generation driving conditions of the heaters 2 and 3 is obtained [FIG. 3 (b)], or the pair of temperature sensors Ru and Rd are fixed to each other. The apparatus is configured to detect the flow rate Q of the atmospheric gas by driving the heat generation to the temperature Th2 and obtaining the difference in the drive electric quantity of the temperature sensors Ru and Rd at that time [FIG. 3 (c)].

図４は、第２のヒータ３の駆動電気量から流量を求める本発明の第１の実施形態を示す概略的なブロック構成図である。この熱式流量計は、前述した第１および第２のヒータ２,３をそれぞれ一定抵抗駆動してその発熱温度Ｔh1,Ｔh2に一定化制御するヒータ電源５Ａ,５Ｂを備える。そして第１および第２のヒータ２,３の上記駆動条件下において第２のヒータ３の駆動電力Ｐhを検出し（出力手段）、例えばこの駆動電力Ｐhから第２のヒータ３の放熱係数Ｃを求めるように構成される（放熱係数算出手段１１）。そして予め求められて流量テーブル１２に登録されている放熱係数Ｃと流量Ｑとの関係（Ｃ-Ｑ特性）に従って、上記放熱係数Ｃに相当する流量Ｑを求めるように構成される（流量算出手段１３）。 FIG. 4 is a schematic block diagram showing a first embodiment of the present invention in which the flow rate is obtained from the driving electric quantity of the second heater 3. This thermal flow meter is provided with heater power supplies 5A and 5B for controlling the first and second heaters 2 and 3 described above to constant resistance control to their heat generation temperatures Th1 and Th2, respectively. Then, the driving power Ph of the second heater 3 is detected under the above driving conditions of the first and second heaters 2 and 3 (output means), and for example, the heat dissipation coefficient C of the second heater 3 is determined from this driving power Ph. It is comprised so that it may obtain | require (heat dissipation coefficient calculation means 11). Then, the flow rate Q corresponding to the heat dissipation coefficient C is determined according to the relationship (CQ characteristics) between the heat dissipation coefficient C and the flow rate Q that is obtained in advance and registered in the flow rate table 12 (flow rate calculation means). 13).

尚、第２のヒータ３の駆動電力Ｐhを検出することに代えて、第２のヒータ３に対する印加電圧Ｖhやその通電電流Ｉhを検出し、これらの印加電圧Ｖhや通電電流Ｉhに基づいて第２のヒータ３の流量Ｑを求めることも勿論可能である。また流量テーブル１２にヒータの駆動電力Ｐhと流量Ｑとの関係を直接記述しておくことも勿論可能である。更にはテーブル１２に登録する上記特性は、計測対象とする雰囲気ガスの種類に応じて予め求めたものであることは言うまでもない。 Instead of detecting the driving power Ph of the second heater 3, the applied voltage Vh and its energizing current Ih to the second heater 3 are detected, and the first voltage is determined based on these applied voltage Vh and energizing current Ih. It is of course possible to obtain the flow rate Q of the second heater 3. It is of course possible to directly describe the relationship between the heater driving power Ph and the flow rate Q in the flow rate table 12. Furthermore, it goes without saying that the above characteristics registered in the table 12 are obtained in advance according to the type of atmospheric gas to be measured.

ちなみに上記第１および第２の温度Ｔh1,Ｔh2は、例えば６０℃および１２０℃としてそれぞれ設定される。上記第１および第２のヒータ２,３の発熱温度を上述したように一定化制御するヒータ電源５Ａ,５Ｂは、例えば図５に示すように、それぞれその発熱制御対象である前記第１または第２のヒータ（発熱抵抗体）２,３を１つのブリッジ辺とし、抵抗値が既知の３つの固定抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3を他のブリッジ辺として構築された抵抗ブリッジ回路５ａと、この抵抗ブリッジ回路５ａのブリッジ電圧Ｖ2に応じて上記抵抗ブリッジ回路５ａに加える駆動電圧Ｖ1をフィードバック制御する電圧制御回路５ｂとを備えて構成される。 Incidentally, the first and second temperatures Th1 and Th2 are set, for example, as 60 ° C. and 120 ° C., respectively. As shown in FIG. 5, for example, as shown in FIG. 5, the heater power supplies 5A and 5B that control the heat generation temperatures of the first and second heaters 2 and 3 to be constant are respectively the first and second heaters. Resistance bridge circuit 5a constructed with two heaters (heating resistors) 2, 3 as one bridge side and three fixed resistors R1, R2, R3 with known resistance values as other bridge sides, and this resistance bridge A voltage control circuit 5b that feedback-controls the drive voltage V1 applied to the resistance bridge circuit 5a in accordance with the bridge voltage V2 of the circuit 5a.

即ち、ヒータ駆動電源５Ａは、抵抗値が既知の固定抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3と抵抗値がＲrの第１のヒータ２とを用いた抵抗ブリッジ回路５ａのブリッジ電圧Ｖ2a,Ｖ2bを差動増幅器（電圧制御回路）５ｂに入力し、第１のヒータ２側のブリッジ電圧Ｖ2aが常に固定抵抗Ｒ2,Ｒ3側のブリッジ電圧Ｖ2bとなるように、そのブリッジ駆動電圧Ｖ1をフィードバック制御することで、前記ヒータ２の抵抗値Ｒrを一定化するように構成される。従って前述したヒータ２の抵抗値Ｒrとその発熱温度（ヒータ温度）との関係に従って予め上記固定抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3の各抵抗値をそれぞれ選定することにより、第１のヒータ２の発熱温度（ヒータ温度）を６０℃（第１の温度Ｔh1）に一定化制御することが可能となる。 That is, the heater driving power source 5A uses the differential amplifier (the bridge voltages V2a and V2b of the resistance bridge circuit 5a using the fixed resistors R1, R2, and R3 whose resistance values are known and the first heater 2 whose resistance value is Rr. Voltage control circuit) 5b, and the bridge drive voltage V1 is feedback-controlled so that the bridge voltage V2a on the first heater 2 side always becomes the bridge voltage V2b on the fixed resistors R2 and R3 side. The resistance value Rr of 2 is configured to be constant. Accordingly, by selecting the resistance values of the fixed resistors R1, R2, and R3 in advance according to the relationship between the resistance value Rr of the heater 2 and the heat generation temperature (heater temperature), the heat generation temperature ( It becomes possible to make the heater temperature) constant at 60 ° C. (first temperature Th1).

同様にヒータ駆動電源５Ｂは、抵抗値が既知の固定抵抗Ｒ1,Ｒ2,Ｒ3と抵抗値がＲhの第２のヒータ３とを用いた抵抗ブリッジ回路５ａのブリッジ電圧Ｖ2a,Ｖ2bを差動増幅器（電圧制御回路）５ｂに入力し、第１のヒータ２側のブリッジ電圧Ｖ2aが常に固定抵抗Ｒ2,Ｒ3側のブリッジ電圧Ｖ2bとなるように、そのブリッジ駆動電圧Ｖ1をフィードバック制御することで、前記ヒータ３の抵抗値Ｒhを一定化するように構成される。これによって第２のヒータ３の発熱温度（ヒータ温度）が１２０℃（第２の温度Ｔh2）に一定化制御される。 Similarly, the heater drive power supply 5B uses a differential amplifier (a bridge voltage V2a, V2b of a resistance bridge circuit 5a using fixed resistors R1, R2, R3 with known resistance values and a second heater 3 with a resistance value Rh. Voltage control circuit) 5b, and the bridge drive voltage V1 is feedback-controlled so that the bridge voltage V2a on the first heater 2 side always becomes the bridge voltage V2b on the fixed resistors R2 and R3 side. 3 is configured to make the resistance value Rh constant. Thus, the heat generation temperature (heater temperature) of the second heater 3 is controlled to be constant at 120 ° C. (second temperature Th2).

尚、このとき、第２のヒータ３に流れる電流Ｉhは、
Ｉh＝（Ｖ1−Ｖ2a）÷Ｒ1
となる。またヒータ３側のブリッジ電圧Ｖ2aは
Ｖ2a＝Ｖ2b＝Ｖ1・Ｒ3／（Ｒ2＋Ｒ3）
として与えられる。そしてこのときにヒータ３に加えられる電力Ｐhは
Ｐh＝Ｉh・Ｖ2a
として求めることができる。更にはヒータ抵抗Ｒhは前述したように
Ｒh＝Ｖh÷Ｉh
となる。 At this time, the current Ih flowing through the second heater 3 is
Ih = (V1−V2a) ÷ R1
It becomes. The bridge voltage V2a on the heater 3 side is V2a = V2b = V1 · R3 / (R2 + R3)
As given. At this time, the electric power Ph applied to the heater 3 is Ph = Ih · V2a
Can be obtained as Furthermore, the heater resistance Rh is Rh = Vh ÷ Ih as described above.
It becomes.

ここで上述した第２のヒータ３の駆動電気量（駆動電力Ｐh、印加電圧Ｖh、または通電電流Ｉh）に基づく流量Ｑの検出について説明する。
白金等の発熱抵抗体からなる第１および第２のヒータ２,３は、温度によってその抵抗値が変化する性質を有する。例えば２０℃なる標準温度Ｔstdでの第１のヒータ２の抵抗値がＲstd1である場合、１次の抵抗温度係数をα、２次の抵抗温度係数をβとしたとき、温度Ｔh1での上記第１のヒータ２の抵抗値Ｒrは
Ｒr＝Ｒstd1・［１＋α(Ｔh1−Ｔstd)＋β(Ｔh1−Ｔstd)^２］
として与えられる。同様に標準温度Ｔstdでの第２のヒータ３の抵抗値がＲstd2である場合、温度Ｔh2での前記第２のヒータ３の抵抗値Ｒhは
Ｒh＝Ｒstd2・［１＋α(Ｔh2−Ｔstd)＋β(Ｔh2−Ｔstd)^２］
として与えられる。従ってヒータ２,３の各抵抗値Ｒr,Ｒhが判れば、逆にこれらの抵抗値Ｒr,Ｒhから第１および第２のヒータ２,３の各発熱温度（ヒータ温度）Ｔh1,Ｔh2をそれぞれ求めることが可能となる。 Here, the detection of the flow rate Q based on the drive electric quantity (drive power Ph, applied voltage Vh, or energization current Ih) of the second heater 3 described above will be described.
The first and second heaters 2 and 3 made of a heating resistor such as platinum have a property that their resistance values change with temperature. For example, when the resistance value of the first heater 2 at the standard temperature Tstd of 20 ° C. is Rstd1, the first resistance temperature coefficient is α, and the second resistance temperature coefficient is β, the above-mentioned first temperature at the temperature Th1. The resistance value Rr of the heater 2 is Rr = Rstd1 [1 + α (Th1−Tstd) + β (Th1−Tstd) ² ]
As given. Similarly, when the resistance value of the second heater 3 at the standard temperature Tstd is Rstd2, the resistance value Rh of the second heater 3 at the temperature Th2 is Rh = Rstd2 · [1 + α (Th2−Tstd) + β (Th2). −Tstd) ² ]
As given. Therefore, if the resistance values Rr and Rh of the heaters 2 and 3 are known, the heating temperatures (heater temperatures) Th1 and Th2 of the first and second heaters 2 and 3 are obtained from the resistance values Rr and Rh, respectively. It becomes possible.

また第１のヒータ２の発熱温度（ヒータ温度）Ｔh1は、第２のヒータ３の発熱と、この第２のヒータ３から雰囲気ガスへの放熱とが釣り合ったところで、つまり雰囲気ガスとの間で熱的に平衡状態となったときに安定する。特に第１のヒータ２は、熱伝導性の高いシリコンからなるセンサチップ１の基体部１ａに設けられており、またセンサチップ１自体が熱絶縁性の台座３を介して外部から熱絶縁されて空中に支持されているので、第１のヒータ２の発熱に伴ってセンサチップ１全体が第１のヒータ２の発熱温度まで加熱される。そして第１のヒータ２の発熱に伴うシリコンチップ１からの放熱は、専ら、その周囲近傍のシリコンチップ１を取り巻く雰囲気ガスに対してだけとなる。この結果、シリコンチップ１の周囲近傍の雰囲気ガスは、その周囲温度に拘わることなく上記センサチップ１全体の発熱温度（第１のヒータ２の発熱温度）Ｔh1まで加熱されて安定化する。 Further, the heat generation temperature (heater temperature) Th1 of the first heater 2 is a balance between the heat generation of the second heater 3 and the heat release from the second heater 3 to the atmosphere gas, that is, between the atmosphere gas and the first heater 2. Stable when in thermal equilibrium. In particular, the first heater 2 is provided on the base portion 1a of the sensor chip 1 made of silicon having high thermal conductivity, and the sensor chip 1 itself is thermally insulated from the outside via a thermally insulating base 3. Since it is supported in the air, the entire sensor chip 1 is heated to the heat generation temperature of the first heater 2 as the first heater 2 generates heat. The heat release from the silicon chip 1 accompanying the heat generation of the first heater 2 is exclusively for the ambient gas surrounding the silicon chip 1 in the vicinity of the periphery. As a result, the ambient gas in the vicinity of the periphery of the silicon chip 1 is heated and stabilized to the heat generation temperature Th1 of the entire sensor chip 1 (the heat generation temperature of the first heater 2) regardless of the ambient temperature.

一方、第２のヒータ３の発熱温度（ヒータ温度）Ｔh2は、第２のヒータ３の発熱と、この第２のヒータ３から雰囲気ガスへの放熱とが釣り合ったところで、つまり雰囲気ガスとの間で熱的に平衡状態となったときに安定する。特に第２のヒータ３は肉薄のダイヤフラム（薄膜部）３ｃに形成されているので、専ら、第２のヒータ３だけが局部的に発熱すると看做し得る。そしてこの熱的平衡状態における上記第２のヒータ３の駆動電力Ｐhは、第２のヒータ３から雰囲気ガスへの放熱係数をＣとしたとき、そのヒータ温度Ｔh2と周囲温度Ｔoとの間で
Ｃ・(Ｔh2−Ｔo)＝Ｐh
なる関係を有する。従って第２のヒータ３から雰囲気ガスへの放熱係数Ｃを、上記熱的平衡状態の条件から
Ｃ＝Ｐh÷(Ｔh2−Ｔo)
として求めることが可能となる。特にセンサチップ１の周囲近傍においては雰囲気ガスの温度が第１の温度Ｔh1に一定化されているので、第２のヒータ３から雰囲気ガスへの放熱係数Ｃを
Ｃ＝Ｐh÷(Ｔh2−Ｔh1)
として求めることが可能となる。 On the other hand, the heat generation temperature (heater temperature) Th2 of the second heater 3 is between the heat generation of the second heater 3 and the heat release from the second heater 3 to the atmosphere gas, that is, between the atmosphere gas and the second heater 3. It stabilizes when it is in a thermal equilibrium state. In particular, since the second heater 3 is formed on a thin diaphragm (thin film portion) 3c, it can be considered that only the second heater 3 generates heat locally. The driving power Ph of the second heater 3 in this thermal equilibrium state is C between the heater temperature Th2 and the ambient temperature To, where C is the heat dissipation coefficient from the second heater 3 to the atmospheric gas.・ (Th2-To) = Ph
Have the relationship Therefore, the heat radiation coefficient C from the second heater 3 to the atmospheric gas is calculated from the above thermal equilibrium condition C = Ph ÷ (Th2−To)
Can be obtained as In particular, in the vicinity of the periphery of the sensor chip 1, the temperature of the atmospheric gas is constant at the first temperature Th1, so the heat dissipation coefficient C from the second heater 3 to the atmospheric gas is C = Ph / (Th2-Th1).
Can be obtained as

尚、第２のヒータ３の駆動電力Ｐhについては、前述したように第２のヒータ２の両端間に印加される電圧Ｖhと、そのときにヒータ３に流れる電流Ｉhとから
Ｐh＝Ｖh・Ｉh
として求めることができる。またそのときの第２のヒータ２の抵抗値Ｒhは、
Ｒh＝Ｖh÷Ｉh＝Ｐh÷Ｉh^２
として求めることができる。故に、第２のヒータ３の駆動電力Ｐhを求め、更に第２のヒータ３の抵抗値Ｒhに従って第２のヒータ３の発熱温度Ｔh2を求めれば、第２のヒータ３から雰囲気ガスへの放熱係数Ｃを容易に算出することが可能となる。 Note that the driving power Ph of the second heater 3 is calculated as follows from the voltage Vh applied across the second heater 2 and the current Ih flowing through the heater 3 at that time: Ph = Vh · Ih
Can be obtained as The resistance value Rh of the second heater 2 at that time is
Rh = Vh ÷ Ih = Ph ÷ Ih ²
Can be obtained as Therefore, if the driving power Ph of the second heater 3 is obtained, and further the heat generation temperature Th2 of the second heater 3 is obtained according to the resistance value Rh of the second heater 3, the heat dissipation coefficient from the second heater 3 to the ambient gas. C can be easily calculated.

尚、上述した放熱係数Ｃは、第２のヒータ３から雰囲気ガスへの平均熱伝達係数をｈとし、第２のヒータ３の放熱面積をＳとしたとき、一般的には
Ｃ＝２・ｈ・Ｓ
として表すことができる。但し、上記平均熱伝達係数ｈは、一般的には雰囲気ガスの自然対流の状況や第２のヒータ３の表面状態によって変化し、更に雰囲気ガスの流量（流速）によっても変化する。また上記係数［２］は、第２のヒータ３から雰囲気ガスへの熱伝達が、図６にその概念を模式的に示すように第２のヒータ３の表裏の２面でそれぞれ行われることを考慮したものである。 The heat dissipation coefficient C described above is generally C = 2 · h, where h is the average heat transfer coefficient from the second heater 3 to the atmospheric gas and S is the heat dissipation area of the second heater 3.・ S
Can be expressed as However, the average heat transfer coefficient h generally varies depending on the natural convection state of the atmospheric gas and the surface state of the second heater 3, and also varies depending on the flow rate (flow velocity) of the atmospheric gas. The coefficient [2] indicates that heat transfer from the second heater 3 to the atmospheric gas is performed on the two front and back surfaces of the second heater 3 as schematically shown in FIG. It is taken into consideration.

しかし第２のヒータ３の素子面積（発熱面積）が微小であり、この第２のヒータ３の発熱によって生じる温度変化の範囲が微小であってスポット的な温度変位しか生じることがなく、また雰囲気ガスの流量（流速）が零［０］であって自然対流もないものとすると、第２のヒータ３の周囲の温度分布は、専ら図６に示すように第２のヒータ３から離れるに従って次第に低くなる。特に第２のヒータ３に接する部位での温度はそのヒータ温度Ｔh2まで高められ、第２のヒータ３から離れるに従ってその温度は次第に周囲温度Ｔh1まで低下する。 However, the element area (heat generation area) of the second heater 3 is very small, the range of temperature change caused by the heat generation of the second heater 3 is very small, and only a spot temperature displacement occurs, and the atmosphere Assuming that the gas flow rate (flow velocity) is zero [0] and there is no natural convection, the temperature distribution around the second heater 3 gradually increases as the distance from the second heater 3 increases as shown in FIG. Lower. In particular, the temperature at the portion in contact with the second heater 3 is increased to the heater temperature Th2, and the temperature gradually decreases to the ambient temperature Th1 as the distance from the second heater 3 increases.

このような温度分布をなす雰囲気ガスの温度が、上記ヒータ温度Ｔhから周囲温度Ｔh1まで低下するまでの領域を温度境界層と定義し、その厚みｄとすると、前述した平均熱伝達係数ｈは雰囲気ガスの熱伝導率λに比例し、且つ温度境界層の厚みｄに反比例すると考えられる。即ち、平均熱伝達係数ｈは
ｈ＝λ÷ｄ
として決定される。 A region where the temperature of the atmospheric gas having such a temperature distribution is lowered from the heater temperature Th to the ambient temperature Th1 is defined as a temperature boundary layer, and the thickness d is defined as the above average heat transfer coefficient h. It is considered to be proportional to the thermal conductivity λ of the gas and inversely proportional to the thickness d of the temperature boundary layer. That is, the average heat transfer coefficient h is h = λ ÷ d
As determined.

また雰囲気ガスの熱伝導率λは、一般的に温度が高くなるに従って大きくなる傾向にあり、温度Ｔにおける雰囲気ガスの熱伝導率λ_（Ｔ）は
λ_（Ｔ）＝λo（１＋γ・Ｔ）
として与えられる。但し、上記λoは、基準温度（例えば０℃）における雰囲気ガスの熱伝導率であり、γは１次の温度係数である。 The thermal conductivity λ of the atmospheric gas generally tends to increase as the temperature increases, and the thermal conductivity λ _(T) of the atmospheric gas at the temperature T is λ _(T) = λo (1 + γ · T)
As given. Where λo is the thermal conductivity of the atmospheric gas at a reference temperature (for example, 0 ° C.), and γ is a first-order temperature coefficient.

また前記温度境界層の厚みｄは雰囲気ガスの熱伝導率λによって変化し、熱伝導率λが大きくなる程、熱伝達が早いのでその厚みｄが薄くなる。逆に雰囲気ガスの熱伝導率λが小さい場合には、熱伝達が遅い分、その温度変化の勾配が緩やかとなって温度境界層の厚みｄが厚くなる。つまり境界層の厚みｄは雰囲気ガスの熱伝導率λによって変化し、また雰囲気ガスの熱伝導率λは温度によって変化するので、温度Ｔにおける上記温度境界層の厚みｄ_（Ｔ）は
ｄ_（Ｔ）＝ｆ［λ_（Ｔ）］
として、温度Ｔにより変化する雰囲気ガスの熱伝導率λ_（Ｔ）をパラメータαとする関数ｆ［α］を用いて表すことができる。 Further, the thickness d of the temperature boundary layer varies depending on the thermal conductivity λ of the atmospheric gas, and the larger the thermal conductivity λ, the faster the heat transfer, so the thickness d becomes thinner. On the contrary, when the thermal conductivity λ of the atmospheric gas is small, the temperature change gradient becomes gentle and the thickness d of the temperature boundary layer becomes thick because heat transfer is slow. That is, the boundary layer thickness d varies with the thermal conductivity λ of the ambient gas, and the thermal conductivity λ of the ambient gas varies with temperature, so the temperature boundary layer thickness d _{(T) at} temperature _T is d _{(T _{) = f [λ (T)}} ]
Can be expressed using a function f [α] with the parameter α as the thermal conductivity λ _(T) of the atmospheric gas that varies with the temperature T.

また第２のヒータ３の放熱面積Ｓは、一般的には前述した発熱抵抗体（ヒータ）１ｄを形成したダイヤフラム１ｃの全体の面積を指すことが多く、第２のヒータ３の近傍における雰囲気ガスの温度分布はダイヤフラム１ｃ上での温度分布に依存して変化する。しかし雰囲気ガスの熱伝導率λが大きい場合には、その温度分布がシャープな形状となる。そしてその実効的な第２のヒータ３の放熱面積Ｓは雰囲気ガスの熱伝導率λに応じて小さくなるので、ダイヤフラム１ｃの面積Ｓoよりも十分小さい面積として捉えることができる。特に第２のヒータ３自体が微小であることと相俟って、第２のヒータ３の放熱面積Ｓはスポット状であり、実質的に点熱源をなしていると看做すことができる。従ってその実効的な放熱面積Ｓを
Ｓ_（Ｔ）＝ｇ［λ_（Ｔ）］
として、温度Ｔにより変化する雰囲気ガスの熱伝導率λ_（Ｔ）をパラメータαとする関数ｇ［α］を用いて表すことが可能となる。 Further, the heat radiation area S of the second heater 3 generally indicates the entire area of the diaphragm 1c on which the heating resistor (heater) 1d described above is formed, and the atmospheric gas in the vicinity of the second heater 3 is often indicated. The temperature distribution varies depending on the temperature distribution on the diaphragm 1c. However, when the thermal conductivity λ of the atmospheric gas is large, the temperature distribution has a sharp shape. Since the effective heat radiation area S of the second heater 3 becomes smaller according to the thermal conductivity λ of the atmospheric gas, it can be regarded as an area sufficiently smaller than the area So of the diaphragm 1c. In particular, coupled with the fact that the second heater 3 itself is very small, the heat radiation area S of the second heater 3 is spot-like, and can be regarded as substantially forming a point heat source. Therefore, the effective heat radiation area S is defined as S _(T) = g [λ _(T) ]
Can be expressed using a function g [α] having the parameter α as the thermal conductivity λ _(T) of the atmospheric gas that varies with the temperature T.

従って第２のヒータ３の放熱係数Ｃと雰囲気ガスの熱伝導率λ_（Ｔ）との関係をまとめると、前述した各式から
Ｃ＝２・ｈ・Ｓ
＝２・(λ_（Ｔ）÷ｄ_（Ｔ）)・Ｓ_（Ｔ）
＝２・（λ_（Ｔ）÷ｆ［λ_（Ｔ）］)・ｇ［λ_（Ｔ）］
なる関係を導くことができる。 Therefore, the relationship between the heat dissipation coefficient C of the second heater 3 and the thermal conductivity λ _(T) of the atmospheric gas is summarized as follows: From the above-described equations, C = 2 · h · S
= 2 ・ (λ _(T) ÷ d _(T) ) ・ S _(T)
= 2 · (λ _(T) ÷ f [λ _(T) ]) · g [λ _(T) ]
Can lead to a relationship.

しかしセンサチップ１の周囲近傍の雰囲気ガスは、前述したようにセンサチップ１全体からの放熱を受けて加熱され、センサチップ１との間で熱的に平衡状態となった状態で安定する。またセンサチップ１の周囲近傍においては、雰囲気ガスはその温度に拘わりなく上記センサチップ１の温度Ｔh1に保たれる。そしてこの温度が一定化された前記センサチップ１の周囲近傍における雰囲気ガスが、前述したように第２のヒータ３からの放熱を受けて温度境界層を形成することになる。 However, the ambient gas in the vicinity of the periphery of the sensor chip 1 is heated by receiving heat from the entire sensor chip 1 as described above, and is stabilized in a state of being in thermal equilibrium with the sensor chip 1. Further, in the vicinity of the periphery of the sensor chip 1, the atmospheric gas is maintained at the temperature Th1 of the sensor chip 1 regardless of the temperature. Then, the ambient gas in the vicinity of the periphery of the sensor chip 1 with the temperature kept constant receives heat from the second heater 3 to form a temperature boundary layer as described above.

従ってそのときの温度境界層の厚みｄは、一定化された温度Ｔh1における雰囲気ガスの熱伝導率をλとしたとき、
ｄ＝ｆ［λ］
として一意に決定される。また第２のヒータ３の実効的な放熱面積Ｓも
Ｓ＝ｇ［λ］
として、一定化された温度Ｔh1における雰囲気ガスの熱伝導率λに依存して一意に決定される。故に、第２のヒータ３の放熱係数Ｃと上記一定温度Ｔh1における雰囲気ガスの熱伝導率λとの関係は
Ｃ＝２・（λ÷ｆ［λ］)・ｇ［λ］
となり、これらは雰囲気ガスの温度特性に依存することなく１対１に対応付けられることになる。特に雰囲気ガスの成分が既知であり、自然対流がなく、その流量が零［０］の場合における熱伝導率λが明らかである場合には、上述した第２のヒータ３の放熱係数Ｃ、ひいてはその駆動電力Ｐhは雰囲気ガスの温度に関係なく一定となる。 Therefore, the thickness d of the temperature boundary layer at that time is λ when the thermal conductivity of the atmospheric gas at the constant temperature Th1 is λ.
d = f [λ]
Is uniquely determined. The effective heat radiation area S of the second heater 3 is also S = g [λ]
Is uniquely determined depending on the thermal conductivity λ of the atmospheric gas at the constant temperature Th1. Therefore, the relationship between the heat dissipation coefficient C of the second heater 3 and the thermal conductivity λ of the atmospheric gas at the constant temperature Th1 is C = 2 · (λ ÷ f [λ]) · g [λ]
Thus, these are associated one-to-one without depending on the temperature characteristics of the atmospheric gas. In particular, when the components of the atmospheric gas are known, there is no natural convection, and the thermal conductivity λ is clear when the flow rate is zero [0], the heat dissipation coefficient C of the second heater 3 described above, and thus The driving power Ph is constant regardless of the temperature of the atmospheric gas.

また雰囲気ガスの流量が零［０］でない場合、上記雰囲気ガスの見かけ上の放熱係数Ｃはその流量（流速）に比例して変化する。換言すれば雰囲気ガスが流れている場合、その流量（流速）に応じた強制対流により熱の移動が行われるので、放熱係数Cはその流量（流速）に比例して増大する。従って、例えば前述したように第２のヒータ３の駆動電力Ｐhからその放熱係数Ｃを求めれば上記雰囲気ガスの流量（流速）を求めることが可能となる。 When the flow rate of the atmospheric gas is not zero [0], the apparent heat radiation coefficient C of the atmospheric gas changes in proportion to the flow rate (flow velocity). In other words, when atmospheric gas is flowing, heat is transferred by forced convection according to the flow rate (flow velocity), so the heat dissipation coefficient C increases in proportion to the flow rate (flow velocity). Therefore, for example, if the heat dissipation coefficient C is obtained from the driving power Ph of the second heater 3 as described above, the flow rate (flow velocity) of the atmospheric gas can be obtained.

ここでセンサチップ１の面に直交する方向における雰囲気ガスの温度分布について考察してみると、従来一般的に行われている、雰囲気ガスの温度Ｔoを基準として第２のヒータ３の発熱温度を一定温度ΔＴだけ高くするヒータ制御を行った場合、雰囲気ガスの温度変化に伴ってセンサチップ１の周囲の温度分布は、図７(ｂ)に示すように変化する。即ち、雰囲気ガスの温度変化に伴って第２のヒータ３の発熱温度自体が変化するので、センサチップ１の周囲における温度分布が全体的にシフトする。従って従来のように第２のヒータ３の発熱温度を雰囲気ガスの温度よりも一定温度ΔＴだけ高くして流量測定を行った場合、図８(ｂ)に示すように雰囲気ガスの温度に依存して第２のヒータ３の駆動電力Ｐhとその流量との比例関係が変化し、しかもその零点が変化することが否めない。 Here, considering the temperature distribution of the atmospheric gas in the direction orthogonal to the surface of the sensor chip 1, the heat generation temperature of the second heater 3, which is generally performed conventionally, is based on the temperature To of the atmospheric gas. When the heater control is performed to increase the temperature by a certain temperature ΔT, the temperature distribution around the sensor chip 1 changes as shown in FIG. That is, since the heat generation temperature of the second heater 3 itself changes with the temperature change of the atmospheric gas, the temperature distribution around the sensor chip 1 shifts as a whole. Therefore, when the flow rate measurement is performed with the exothermic temperature of the second heater 3 higher than the ambient gas temperature by a constant temperature ΔT as in the prior art, it depends on the ambient gas temperature as shown in FIG. Therefore, it cannot be denied that the proportional relationship between the driving power Ph of the second heater 3 and its flow rate changes, and the zero point changes.

この点、本発明に係る熱式流量計においては、前述したようにセンサチップ１の周囲近傍の領域における雰囲気ガスの温度を第１の温度Ｔh1に一定に保ち、且つ第２のヒータ３の温度を上記第１の温度Ｔh1よりも高い第２の温度Ｔh2に保っている。従って第２のヒータ３の直上における雰囲気ガスの温度分布は、第２のヒータ３からの距離Ｌが離れるに従って図８(ａ)に示すように変化する。 In this regard, in the thermal type flow meter according to the present invention, as described above, the temperature of the atmospheric gas in the region near the periphery of the sensor chip 1 is kept constant at the first temperature Th1, and the temperature of the second heater 3 is maintained. Is maintained at a second temperature Th2 higher than the first temperature Th1. Accordingly, the temperature distribution of the atmospheric gas immediately above the second heater 3 changes as shown in FIG. 8A as the distance L from the second heater 3 increases.

即ち、第２のヒータ３に接する距離においては雰囲気ガスは第２のヒータ３の発熱温度（第２の温度Ｔh2）まで加熱され、前述した温度境界層の厚みｄに亘ってその周囲温度である第１の温度Ｔh1まで徐々に低下する。そして温度境界層を超えた領域においては、前述した第１のヒータ２の発熱に伴って加熱されたセンサチップ１からの熱を受ける温度層に亘ってその温度が第１の温度Ｔh1に保たれており、この温度層を超えた領域において雰囲気ガスの温度が、それ自体の温度Ｔoまで徐々に低下する。そして雰囲気ガス自体の温度Ｔoが変化しても、上述したセンサチップ１からの熱を受ける温度層の温度Ｔh1が変化することがないので、図７(ａ)に示すように雰囲気ガスの温度Ｔoに拘わることなく、センサチップ１の周囲における温度分布が一定に保たれる。 That is, at a distance in contact with the second heater 3, the atmospheric gas is heated to the heat generation temperature (second temperature Th2) of the second heater 3, and is the ambient temperature over the thickness d of the temperature boundary layer described above. The temperature gradually decreases to the first temperature Th1. In the region beyond the temperature boundary layer, the temperature is maintained at the first temperature Th1 over the temperature layer that receives heat from the sensor chip 1 heated with the heat generation of the first heater 2 described above. In the region beyond this temperature layer, the temperature of the atmospheric gas gradually decreases to its own temperature To. Even if the temperature To of the ambient gas itself changes, the temperature Th1 of the temperature layer that receives the heat from the sensor chip 1 does not change. Therefore, as shown in FIG. Regardless of the above, the temperature distribution around the sensor chip 1 is kept constant.

故にこのようなヒータの駆動条件で流量測定を行った場合には、前述したように流量が零［０］の場合における雰囲気ガスの熱伝導率λを一定に保つことができるので、図８(ａ)に示すようにそのゼロ点変動を抑えることができる。但し、雰囲気ガスの温度Ｔoによって、同じ流量（流速）であってもその放熱係数Ｃが若干変化するので、第２のヒータ３の駆動電力Ｐhとその流量との比例関係（比例係数）が多少変化ことは否めない。 Therefore, when the flow rate is measured under such heater driving conditions, the thermal conductivity λ of the atmospheric gas can be kept constant when the flow rate is zero [0] as described above. As shown in a), the zero point fluctuation can be suppressed. However, since the heat radiation coefficient C slightly changes depending on the temperature To of the atmospheric gas even at the same flow rate (flow velocity), the proportional relationship (proportional coefficient) between the driving power Ph of the second heater 3 and the flow rate is somewhat. I cannot deny that it changes.

しかし、例えば図９に示すようにセンサチップ１の表面を、熱伝導性の高い蓋状の流路構造体６にて覆い、センサチップ１の表面近傍に周囲からの熱の影響を阻止する流路を形成するようにする。このような流路構造体６を用いてセンサチップ１の表面近傍をその周囲から熱的に隔離すれば、雰囲気ガスの温度Ｔoに拘わりなく上記流路を通流する雰囲気ガスの温度を安定的に第１の温度Ｔh1に設定することができるので、雰囲気ガスの温度に拘わりなくその流量（流速）を精度良く計測することが可能となる。尚、上記流路構造体６については、センサチップ１と同じ素材であるシリコン製のものとし、これらを互いに密着させて半導体接合するようにすれば良い。このようにセンサチップ１と上記流路構造体６とを熱伝導率が同じ素材で形成することにより、異種素材で形成するに比べて製造が容易になる効果があり、またセンサチップ１の温度分布が一様になるので計測精度の向上効果がある。 However, for example, as shown in FIG. 9, the surface of the sensor chip 1 is covered with a lid-like flow channel structure 6 having high thermal conductivity, and the flow near the surface of the sensor chip 1 is prevented from the influence of heat from the surroundings. Try to form a path. If such a flow path structure 6 is used to thermally isolate the vicinity of the surface of the sensor chip 1 from its surroundings, the temperature of the ambient gas flowing through the flow path can be stabilized regardless of the ambient gas temperature To. In addition, since the first temperature Th1 can be set, the flow rate (flow velocity) can be accurately measured regardless of the temperature of the atmospheric gas. The flow path structure 6 may be made of silicon, which is the same material as the sensor chip 1, and these may be brought into close contact with each other to be bonded to the semiconductor. As described above, forming the sensor chip 1 and the flow path structure 6 with a material having the same thermal conductivity has an effect of facilitating manufacture as compared with forming with a different material, and the temperature of the sensor chip 1. Since the distribution is uniform, there is an effect of improving measurement accuracy.

次に前述した一対の温度センサＲu,Ｒdを用いて検出される温度差から流量を求める本発明の第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態に係る熱式流量計は、図１０にその概略的なブロック構成図を示すように、先に説明した実施形態と同様に第１および第２のヒータ２,３をそれぞれ一定抵抗駆動してその発熱温度Ｔh1,Ｔh2に一定化制御する電源５Ａ,５Ｂを備える。そして第１および第２のヒータ２,３の上記駆動条件下において、第１および第２の温度センサＲu,Ｒdにより検出される温度の差を求め、この温度差を流量信号として求め（温度差検出手段２０）、流量テーブル２１に予め登録した温度差と流量との関係（ΔＴ-Ｑ特性）を参照して、上記温度差に相当する流量を求める（流量算出手段２２）ように構成される。 Next, a second embodiment of the present invention for obtaining a flow rate from a temperature difference detected using the pair of temperature sensors Ru and Rd described above will be described. As shown in the schematic block diagram of FIG. 10, the thermal flow meter according to the second embodiment includes the first and second heaters 2 and 3 as in the previously described embodiment. Power supplies 5A and 5B are provided which are driven with a constant resistance and are controlled to be constant at the heat generation temperatures Th1 and Th2. Then, under the driving conditions of the first and second heaters 2 and 3, the difference between the temperatures detected by the first and second temperature sensors Ru and Rd is obtained, and this temperature difference is obtained as a flow signal (temperature difference). The detection means 20) is configured to obtain a flow rate corresponding to the temperature difference (flow rate calculation means 22) with reference to the relationship between the temperature difference and the flow rate (ΔTQ characteristic) registered in advance in the flow rate table 21. .

このように構成された熱式流量計においても、センサチップ１の周囲近傍の雰囲気ガスを該センサチップ１全体からの放熱により加熱し、センサチップ１との間で熱的に平衡状態となった状態で安定化して上記センサチップ１の温度Ｔh1に保つことができる。そして第２のヒータ３により加熱された上記雰囲気ガスは、その通流方向に流量Ｑに応じた温度分布を呈するので、第２のヒータ３を挟んで設けられた一対の温度センサＲu,Ｒdにて第２のヒータ２の雰囲気ガスの通流方向における温度差を求めることにより、その温度差から雰囲気ガスの流量Ｑを求めることが可能となる。 Also in the thermal type flow meter configured as described above, the atmospheric gas in the vicinity of the sensor chip 1 is heated by heat radiation from the entire sensor chip 1 and is in thermal equilibrium with the sensor chip 1. It can be stabilized in the state and kept at the temperature Th1 of the sensor chip 1. Since the atmospheric gas heated by the second heater 3 exhibits a temperature distribution corresponding to the flow rate Q in the flow direction, the pair of temperature sensors Ru and Rd provided with the second heater 3 interposed therebetween. Thus, by obtaining the temperature difference in the flow direction of the atmospheric gas in the second heater 2, it is possible to obtain the flow rate Q of the atmospheric gas from the temperature difference.

この際、予め第２のヒータ３を通電加熱する前（ヒータ・オフ時）の温度差を求めておき、第２のヒータ３を通電加熱した際（ヒータ・オン時）の温度差を検出して、その温度差変化を流量信号として出力することも有用である。このようにすれば温度検出回路の温度ドリフトを除去して流量信号を求めることが可能となるので、その計測精度を高めることが可能となる。 At this time, the temperature difference before the second heater 3 is energized and heated (when the heater is turned off) is obtained in advance, and the temperature difference when the second heater 3 is energized and heated (when the heater is turned on) is detected. It is also useful to output the change in temperature difference as a flow rate signal. In this way, the flow rate signal can be obtained by removing the temperature drift of the temperature detection circuit, so that the measurement accuracy can be improved.

またダイヤフラム１ｃを局部的に加熱した場合、上述したようにその周囲近傍の雰囲気ガスは流量に応じた温度分布を呈するので、前述したように一対の温度センサＲu,Ｒdを第２のヒータと看做して、これらの温度センサＲu,Ｒdをそれぞれ一定の温度Ｔh2に発熱駆動し、そのときの温度センサＲu,Ｒdの駆動電気量の差から雰囲気ガスの流量Ｑを検出するようしても良い。 When the diaphragm 1c is locally heated, the ambient gas in the vicinity of the diaphragm 1 exhibits a temperature distribution corresponding to the flow rate as described above. Therefore, as described above, the pair of temperature sensors Ru and Rd are regarded as the second heater. Then, these temperature sensors Ru and Rd may be driven to generate heat at a certain temperature Th2, and the flow rate Q of the atmospheric gas may be detected from the difference in the amount of drive electric power of the temperature sensors Ru and Rd at that time. .

図１１は、このようにして一対の温度センサＲu,Ｒdをそれぞれ一定の温度Ｔh2に発熱駆動して流量検出を行う本発明の第３の実施形態を示す概略的なブロック構成図である。この熱式流量計においても、前述したようにチップセンサ１の基体部１ａに設けた第１のヒータ２を一定温度Ｔh1に発熱駆動する。そして前述した図５に示したヒータ電源５Ａ（５Ｂ）と同様に構成されるヒータ電源５Ｃ,５Ｄを用いて図１１に示すように一対の温度センサＲu,Ｒdをそれぞれ一定温度Ｔh2に発熱駆動し、このときの各温度センサＲu,Ｒdの駆動電気量、例えば駆動電圧Ｖu,Ｖdをそれぞれ検出し、その電圧差を流量信号として求める（電圧差検出手段３０）。そして予め求められて流量テーブル３１に登録されている電圧差Ｖと流量Ｑとの関係（Ｖ-Ｑ特性）に従って、上記電圧差Ｖに相当する流量Ｑを求めるように構成される（流量算出手段３３）。 FIG. 11 is a schematic block diagram showing a third embodiment of the present invention in which a pair of temperature sensors Ru and Rd are driven to generate heat at a constant temperature Th2 to detect the flow rate. Also in this thermal flow meter, as described above, the first heater 2 provided on the base portion 1a of the chip sensor 1 is driven to generate heat at a constant temperature Th1. Then, using the heater power supplies 5C and 5D configured in the same manner as the heater power supply 5A (5B) shown in FIG. 5, the pair of temperature sensors Ru and Rd are driven to generate heat at a constant temperature Th2 as shown in FIG. At this time, the driving electric quantity of each temperature sensor Ru, Rd, for example, driving voltage Vu, Vd is detected, and the voltage difference is obtained as a flow signal (voltage difference detecting means 30). Then, the flow rate Q corresponding to the voltage difference V is determined according to the relationship (VQ characteristic) between the voltage difference V and the flow rate Q that is obtained in advance and registered in the flow rate table 31 (flow rate calculation means). 33).

このように構成された熱式流量計によれば、第１のヒータ２によるセンサチップ１の周囲近傍の雰囲気ガスの温度を一定温度Ｔh1にした状態で、雰囲気ガスの通流方向に所定の距離を隔てて設けられた一対の温度センサ（ヒータ）Ｒu,Ｒdをそれぞれ一定の抵抗値（温度）で発熱駆動すると、これらの温度センサＲu,Ｒdは雰囲気ガスとの間でそれぞれ熱的に平衡状態となって安定化する。この際、下流側の温度センサＲdは、上流側の温度センサＲuにて加熱された雰囲気ガスとの間で熱的な平衡状態に達し、その平衡条件は温度センサＲu,Ｒd近傍の雰囲気ガスの温度分布、つまりその流量Ｑによって変化する。 According to the thermal type flow meter configured in this way, a predetermined distance in the flowing direction of the atmospheric gas in a state where the temperature of the atmospheric gas in the vicinity of the sensor chip 1 by the first heater 2 is set to the constant temperature Th1. When a pair of temperature sensors (heaters) Ru and Rd provided with a gap between them are driven to generate heat with a certain resistance value (temperature), these temperature sensors Ru and Rd are in thermal equilibrium with the ambient gas, respectively. And stabilize. At this time, the downstream temperature sensor Rd reaches a thermal equilibrium state with the atmospheric gas heated by the upstream temperature sensor Ru, and the equilibrium condition is that of the atmospheric gas in the vicinity of the temperature sensors Ru and Rd. It varies depending on the temperature distribution, that is, its flow rate Q.

従って熱的に平衡状態となった一対の温度センサ（ヒータ）Ｒu,Ｒdの駆動電気量をそれぞれ求めれば、それらの電気量の差は雰囲気ガスの流量Ｑに相当することになる。故に、一対の温度センサＲu,Ｒdの駆動電圧Ｖu,Ｖdの差を求めれば、この電圧差Ｖから前述した各実施形態と同様に雰囲気ガスの流量Ｑを計測することが可能となる。そしてこの場合においてもときの各実施形態と同様な効果が奏せられる。 Therefore, if the driving electric quantities of the pair of temperature sensors (heaters) Ru and Rd in thermal equilibrium are obtained, the difference between the electric quantities corresponds to the flow rate Q of the atmospheric gas. Therefore, if the difference between the drive voltages Vu and Vd of the pair of temperature sensors Ru and Rd is obtained, the flow rate Q of the atmospheric gas can be measured from the voltage difference V in the same manner as in the above-described embodiments. In this case, the same effects as those of the respective embodiments can be obtained.

以上説明したように本発明によれば、雰囲気ガスの温度が変化しても、或いはその周囲環境の変化に伴って周囲温度が変化しても、第２のヒータ３の周囲近傍における雰囲気ガスの温度を一定に保って流量計測を行うので、そのゼロ点変動を抑えて精度の高い流量計測を行うことができる。しかもゼロ点変動がないので、例えば雰囲気ガスの漏れに起因する微少な流れが生じても、これを確実に検出することが可能となる。 As described above, according to the present invention, even if the temperature of the atmospheric gas changes or the ambient temperature changes with the change of the surrounding environment, the atmospheric gas in the vicinity of the second heater 3 is changed. Since the flow rate is measured while keeping the temperature constant, the flow rate can be measured with high accuracy while suppressing the zero point fluctuation. In addition, since there is no zero point fluctuation, for example, even if a minute flow caused by leakage of the atmospheric gas occurs, this can be reliably detected.

また第２のヒータの通量方向の前後に設けられた温度センサＲu,Ｒdを用いて流量計測を行う場合であっても、周囲温度の変化に拘わることなく高精度な測定を行うことができる。しかも上記温度センサＲu,Ｒdの抵抗温度係数が異なる場合であっても、ゼロ点変動が生じないので、微少な流量であっても確実に検出することができる。更には流体の揺らぎにより正方向および逆方向の流れが生じても、これを平均化して流量検出することができ、例えば流体の微少な漏れを確実に検出することができる。更には前述した流路構造体を用いて第２のヒータ３の近傍に流路を形成し、その周囲から熱的に絶縁した測定環境を形成するようにすれば、ゼロ点変動のみならず、流量計測感度の変動も効果的に抑えることが可能となる等の効果が奏せられる。 Even when the flow rate is measured using the temperature sensors Ru and Rd provided before and after the flow rate of the second heater, high-precision measurement can be performed regardless of the change in the ambient temperature. . In addition, even if the temperature sensors Ru and Rd have different resistance temperature coefficients, zero point fluctuation does not occur, so even a very small flow rate can be detected reliably. Furthermore, even if flow in the forward direction and in the reverse direction occurs due to fluid fluctuations, this can be averaged to detect the flow rate. For example, a minute leak of fluid can be reliably detected. Furthermore, if a flow path is formed in the vicinity of the second heater 3 using the flow path structure described above and a measurement environment thermally insulated from the surroundings is formed, not only the zero point fluctuation, Effects such as the ability to effectively suppress fluctuations in flow rate measurement sensitivity can be achieved.

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば前述した各演算機能については、マイクロコンピュータにおけるソフトウェアにより実現することも可能である。またマイクロヒータの構造も特に限定されるものではなく、既存の熱式流量センサに設けられたヒータ素子をそのまま流用することも可能である。また第２のヒータ３の発熱駆動手段についても上述した抵抗ブリッジ回路３ａと、そのブリッジ電圧をフィードバック制御する作動増幅器３ｂを用いた例に限定されないことは言うまでもない。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, each arithmetic function described above can be realized by software in a microcomputer. Further, the structure of the microheater is not particularly limited, and the heater element provided in the existing thermal flow sensor can be used as it is. Needless to say, the heat generation driving means of the second heater 3 is not limited to the example using the above-described resistance bridge circuit 3a and the operational amplifier 3b that feedback-controls the bridge voltage.

またセンサチップ１としては、例えば図９に示すように基体部１ａの上面中央部に設けたキャビティ（凹部）１ｂの上を跨いで橋状のマイクロブリッジ（薄膜部）１ｄを設け、このマイクロブリッジ１ｄ上に第２のヒータ３等を形成したものであっても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。 As the sensor chip 1, for example, as shown in FIG. 9, a bridge-shaped microbridge (thin film portion) 1d is provided across a cavity (concave portion) 1b provided at the center of the upper surface of the base portion 1a. The second heater 3 or the like may be formed on 1d. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

本発明で用いられるセンサチップの概略的な素子構造を示す図。The figure which shows the rough element structure of the sensor chip used by this invention. センサチップの概略的な断面構造を示す図。The figure which shows schematic sectional structure of a sensor chip. 本発明に係る熱式流量計におけるヒータ駆動形態の態様を示す図。The figure which shows the aspect of the heater drive form in the thermal type flow meter which concerns on this invention. 本発明の第１の実施形態に係る熱式流量計の概略的なブロック構成図。1 is a schematic block configuration diagram of a thermal flow meter according to a first embodiment of the present invention. ヒータの抵抗値を一定化制御するヒータ電源の構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the heater power supply which carries out constant control of the resistance value of a heater. 第２のヒータを発熱駆動したときの第２のヒータ近傍における雰囲気ガスの温度分布を模式的に示す図。The figure which shows typically the temperature distribution of atmospheric gas in the 2nd heater vicinity when the 2nd heater is heat-driven. 第１および第２のヒータをそれぞれ一定温度で発熱駆動したときのセンサチップからの距離に対する雰囲気ガスの温度の分布を、第２のヒータを雰囲気ガスの温度から一定温度高くして駆動した場合と対比して示す図。The distribution of the temperature of the atmospheric gas with respect to the distance from the sensor chip when the first and second heaters are driven to generate heat at a constant temperature, and the case where the second heater is driven at a certain temperature higher than the temperature of the atmospheric gas. The figure shown in contrast. 第１および第２のヒータをそれぞれ一定温度で発熱駆動したときのヒータ駆動電力と流量との関係を、第２のヒータを雰囲気ガスの温度から一定温度高くして駆動した場合と対比して示す図。The relationship between the heater driving power and the flow rate when the first and second heaters are driven to generate heat at a constant temperature is shown in comparison with the case where the second heater is driven at a constant temperature higher than the ambient gas temperature. Figure. センサチップの表面に、流路構造体を設ける場合の例を示す図。The figure which shows the example in the case of providing a flow-path structure in the surface of a sensor chip. 本発明の第２の実施形態に係る熱式流量計を示す概略的なブロック構成図。The schematic block block diagram which shows the thermal type flow meter which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態に係る熱式流量計を示す概略的なブロック構成図。The schematic block block diagram which shows the thermal type flow meter which concerns on the 3rd Embodiment of this invention.

Explanation of symbols

１センサチップ
１ａ基体部
１ｂキャビティ（凹部）
１ｃダイヤフラム（薄膜部）
２第１のヒータ
３第２のヒータ
４台座（熱絶縁体）
５Ａ,５Ｂヒータ電源
６流路構造体
１０出力回路
１１放熱係数算出手段
１２流量テーブル
１３流量算出手段
２０温度差検出手段（出力回路）
２１流量テーブル
２２流量算出手段
Ｒu,Ｒd 温度センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor chip 1a Base part 1b Cavity (recessed part)
1c Diaphragm (thin film part)
2 First heater 3 Second heater 4 Pedestal (thermal insulator)
5A, 5B Heater power supply 6 Flow path structure 10 Output circuit 11 Heat dissipation coefficient calculation means 12 Flow rate table 13 Flow rate calculation means 20 Temperature difference detection means (output circuit)
21 Flow rate table 22 Flow rate calculation means Ru, Rd Temperature sensor

Claims

A sensor chip having a thin film portion that is provided by bridging a recess formed in the base portion and whose both surfaces are open to the outside; and
A first heater provided on the base portion of the sensor chip and a second heater provided on the thin film portion;
And thermal insulation of the base to position the sensor chip in a flow path of atmosphere gas is thermally insulate the sensor chip from the support,
A first power source that heat-drives the first heater at a first constant temperature higher than the temperature of the ambient gas;
A second power supply for driving the second heater to generate heat at a second constant temperature higher than the heat generation temperature of the first heater;
An output circuit that outputs a drive electric signal of the second heater as a flow rate signal of the atmospheric gas ,
The sensor chip includes a flow path structure that is thermally coupled to the base portion and is provided to face the thin film portion, and forms a flow path for the atmospheric gas along the thin film portion,
Each of the sensor chip and the flow channel structure is made of a semiconductor, and is a thermal flow meter.

The thermal flow meter according to claim 1 ,
Further, the first and a second temperature sensor, the first and second temperature sensors of which was between the thin film portion of the sensor chip the second heater disposed side by side in the flow direction of the ambient gas And a second output circuit that outputs the temperature detected by each of the above as a flow signal of the atmospheric gas.

The second output circuit stops the temperature detected by the first and second temperature sensors when the second heater is driven to generate heat and the heat generation driving of the second heater. The thermal flow meter according to claim 2 , which outputs a difference from the temperature detected by the first and second temperature sensors.