JP6026963B2 - Flow sensor and flow detection system - Google Patents
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Description
本発明は、流路を流れる流体の流量を検出するために用いられる差圧式の流量センサ、及びそれを備えた流量検出システムに関するものである。 The present invention relates to a differential pressure type flow rate sensor used for detecting a flow rate of a fluid flowing in a flow path, and a flow rate detection system including the same.
カンチレバー部を有する検知部をバイパス路に設けて、流路内の差圧によってカンチレバー部を弾性変形させて、当該カンチレバー部に設けられたピエゾ抵抗層の抵抗変化に基づいて流速を計測する流速センサが知られている(例えば特許文献1参照)。 A flow velocity sensor that measures a flow velocity based on a change in resistance of a piezoresistive layer provided in the cantilever portion by providing a detection portion having a cantilever portion in a bypass passage, elastically deforming the cantilever portion by a differential pressure in the flow passage Is known (see, for example, Patent Document 1).
上記の流速センサは、カンチレバー部に加わる流体の圧力が大きくなると、圧力とピエゾ抵抗層の抵抗変化量との間の線形性を失ってしまうという問題がある。 The flow velocity sensor has a problem that when the pressure of the fluid applied to the cantilever portion increases, the linearity between the pressure and the resistance change amount of the piezoresistive layer is lost.
また、上記の流速センサの検知部は上下非対称な形状を有しているため、同じ圧力であっても流体の流れる方向によってカンチレバー部の感度が異なってしまうという問題もある。 Moreover, since the detection part of said flow-velocity sensor has an up-and-down asymmetric shape, there exists a problem that the sensitivity of a cantilever part will change with the directions through which the fluid flows even if it is the same pressure.
本発明が解決しようとする課題は、流量を正確に検出可能な領域が拡大すると共に、流体の流れる方向に対する感度の対称性の向上を図ることができる流量センサ及び流量検出システムを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a flow rate sensor and a flow rate detection system capable of enlarging the area where the flow rate can be accurately detected and improving the symmetry of sensitivity with respect to the direction of fluid flow. is there.
[1]本発明に係る流量センサは、主流路を流れる流体の流量を検出するために用いられる流量センサであって、一対の差圧検出素子から構成された素子群を少なくとも一つ有するブリッジ回路と、一対の連通口を介して前記主流路に連通可能であると共に、前記差圧検出素子が設けられた分流路と、を備え、一対の前記差圧検出素子は、前記流体の流れに応じて変形可能であると共にピエゾ抵抗層を有する梁部をそれぞれ備え、一対の前記差圧検出素子の前記梁部は、前記流体を相反する面で受けるように、前記分流路内に相互に逆向きに配置されており、前記ブリッジ回路の出力に基づいて前記流体の流量が検出されることを特徴とする。 [1] A flow sensor according to the present invention is a flow sensor used for detecting a flow rate of a fluid flowing through a main flow path, and has at least one element group including a pair of differential pressure detection elements. And a branch channel provided with the differential pressure detection element, the pair of differential pressure detection elements according to the flow of the fluid. The beam portions of the pair of differential pressure detecting elements are opposite to each other in the branch flow path so as to receive the fluid at opposite surfaces. The flow rate of the fluid is detected based on the output of the bridge circuit.
[2]上記発明において、一方の前記差圧検出素子は、前記分流路内において、他方の前記差圧検出素子よりも一方の前記連通口の側に配置されていてもよい。 [2] In the above invention, one of the differential pressure detection elements may be disposed closer to the one communication port than the other differential pressure detection element in the branch flow path.
[3]上記発明において、前記流量センサは、貫通孔を有すると共に前記連通口に対向するように前記分流路内に設けられた支持基板を備え、前記差圧検出素子は、前記貫通孔に重なるように前記支持基板に実装されており、前記差圧検出素子は、前記支持基板において前記連通口に対向する面とは反対側の面に設けられていてもよい。 [3] In the above invention, the flow sensor includes a support substrate provided in the branch channel so as to have a through hole and to face the communication port, and the differential pressure detecting element overlaps the through hole. As described above, the differential pressure detection element may be provided on a surface of the support substrate opposite to the surface facing the communication port.
[4]上記発明において、前記差圧検出素子は、開口を有すると共に前記梁部を支持するベース部を備え、前記梁部は、前記開口に突出するように前記ベース部に片持ち支持されていてもよい。 [4] In the above invention, the differential pressure detecting element includes an opening and a base portion that supports the beam portion, and the beam portion is cantilevered by the base portion so as to protrude into the opening. May be.
[5]上記発明において、前記流量センサは、前記ブリッジ回路の出力に基づいて前記流体の流量を演算する流量演算手段をさらに備えてもよい。 [5] In the above invention, the flow rate sensor may further include a flow rate calculation means for calculating the flow rate of the fluid based on an output of the bridge circuit.
[6]本発明に係る流量検出システムは、上記の流量センサと、前記ブリッジ回路の出力に基づいて前記流体の流量を演算する流量演算手段と、を備えたことを特徴とする。 [6] A flow rate detection system according to the present invention includes the flow rate sensor and flow rate calculation means for calculating the flow rate of the fluid based on an output of the bridge circuit.
本発明によれば、一対の差圧検出素子から構成された素子群を少なくとも一つ有しており、その一対の差圧検出素子の梁部は、流体を相反する面で受けるように、分流路内に相互に逆向きに配置されている。 According to the present invention, at least one element group composed of a pair of differential pressure detection elements is provided, and the beam portion of the pair of differential pressure detection elements is divided so as to receive the fluid on opposite surfaces. They are placed in opposite directions in the road.
このため、一つ当たりの差圧検出素子が受ける圧力を減少し、圧力とピエゾ抵抗層の抵抗変化量との間の線形性が維持される領域が相対的に拡大するので、流量を正確に検出可能な領域が拡大する。 For this reason, the pressure received by each differential pressure detection element is reduced, and the area where the linearity between the pressure and the resistance change amount of the piezoresistive layer is relatively expanded relatively increases, so that the flow rate can be accurately set. The detectable area is enlarged.
また、流体の流れる方向に対する梁部の形状の非対称性も相殺されるので、流量センサの感度の対称性も向上する。 In addition, since the asymmetry of the shape of the beam portion with respect to the direction in which the fluid flows is offset, the symmetry of the sensitivity of the flow sensor is also improved.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本実施形態における流量検出システムの全体構成を示す断面図、図2は本実施形態における流量検出システムの等価回路を示す回路図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an overall configuration of a flow rate detection system in the present embodiment, and FIG. 2 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the flow rate detection system in the present embodiment.
本実施形態における流量検出システム1は、図1に示すように、主流路90を流れる流体の流量を計測するシステムであり、主流路90に装着された流量センサ10と、この流量センサ10の出力に基づいて流体の流量を演算する流量演算装置60と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the flow
主流路90を流れる流体の一例としては、例えば、空気等の気体を例示することができるが、液体であってもよい。なお、図1では、流体が主流路90内を左側から右側に向かって流れている状況を図示しているが、流体の流れる方向Fは特にこれに限定されず、流体が主流路90内を右側から左側に向かって流れる場合もある。
As an example of the fluid flowing through the
流量センサ10は、図1及び図2に示すように、主流路90から分岐する分流路26を形成する筐体20と、この分流路26内に設けられた一対の差圧検出素子50A,50Bから構成された素子群を有するブリッジ回路40と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
流量センサ10の筐体20は、図1に示すように、上下の箱状部21,25と、当該箱状部21,25の間に介装された配線基板30と、から構成されている。
As shown in FIG. 1, the
第1の箱状部21は、内部空間を有する本体部22と、一対のポート23,24と、を有している。第1のポート23は、第1の開口221を介して本体部22の内部空間に連通している。第2のポート24も、第2の開口222を介して本体部22の内部空間に連通している。この2つのポート23,24が主流路90に連結されることで、ポート23,24を介して本体部22の内部空間が主流路90に連通する。なお、本実施形態における一対のポート23,24が、本発明における一対の連通口の一例に相当する。
The first box-
また、本体部22は、その底部に第3の開口223を有していると共に、第1の開口221と第2の開口222との間に設けられた隔壁224を有している。この隔壁224によって本体部22の内部空間が2つに仕切られており、第1の空間225と第2の空間226が形成されている。
The
第2の箱状部25も、第1の箱状部21の第3の開口223に対応するように、その上部に開口251を有している。そして、この第2の箱状部25は、開口223,251の間に配線基板30を介在させた状態で、第1の箱状部21に連結されている。
The second box-
この配線基板30には、2つの貫通孔31,32が形成されている。第1の貫通孔31は、第1の箱状部21の第1の開口221に対向するように、配線基板30に設けられている。一方、第2の貫通孔32は、第1の箱状部21の第2の開口222に対向するように設けられている。
Two through
従って、配線基板30を介して2つの箱状部21,25を連結すると、主流路90から分岐して、第1のポート23→第1の空間225→第1の貫通孔31→第2の箱状部25の内部空間252→第2の貫通孔32→第2の空間226→第2のポート24を経て主流路90に戻る、という分流路26が形成される。
Therefore, when the two box-
また、配線基板30には、一対の差圧検出素子50A,50Bが実装されている。第1の差圧検出素子50Aは、第1の貫通孔31に重なるように配線基板30上に配置されており、第1の箱状部21の第1の空間225に収容されている。一方、第2の差圧検出素子50Bは、第2の貫通孔32に重なるように配線基板30上に配置されており、第1の箱状部21の第2の空間226に収容されている。
In addition, a pair of differential
図3(a)及び図3(b)は本実施形態における差圧検出素子の平面図及び断面図であり、図4(a)及び図4(b)は本実施形態における差圧検出素子の変形例を示す平面図及び断面図である。 3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of the differential pressure detecting element in the present embodiment, and FIGS. 4A and 4B are diagrams of the differential pressure detecting element in the present embodiment. It is the top view and sectional drawing which show a modification.
以下に、図3(a)及び図3(b)を参照しながら、差圧検出素子50A,50Bの構成について説明する。なお、一対の差圧検出素子50A,50Bは、いずれも同一の構成を有しているので、以下において、2つの差圧検出素子50A,50Bを「差圧検出素子50」と総称する。
The configuration of the differential
この差圧検出素子50は、図3(a)及び図3(b)に示すように、ベース部51と、カンチレバー部52と、電極53,54と、を備えたMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子である。なお、本実施形態におけるカンチレバー部52が、本発明における梁部の一例に相当する。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the differential
ベース部51とカンチレバー部52は、SOI(Silicon on Insulator)ウェハを加工することで一体的に形成されており、ベース部51は、第1のシリコン層551、酸化シリコン層552、及び、第2のシリコン層553からなる積層体で構成されている。このベース部51には、当該ベース部51を貫通する開口511が形成されている。
The
一方、カンチレバー部52は、第2のシリコン層553と、一対のピエゾ抵抗層521,522と、から構成されており、開口511に突出するようにベース部51に片持ち支持されている。このカンチレバー部52において、第2のシリコン層553は自由端側に位置しているのに対し、ピエゾ抵抗層521,522は固定端側に位置しており、カンチレバー部52の外縁と開口511の内壁面との間には隙間(ギャップ)524が確保されている。この隙間524は、分流路26内を流体がほとんど流れない程度の狭い幅を有しており、特に限定されないが、例えば、0.1[μm]〜10[μm]程度の幅を有することが好ましい。
On the other hand, the
ピエゾ抵抗層521,522は、n型若しくはp型の不純物を第2のシリコン層553にドーピングすることで形成されており、カンチレバー部52の弾性変形に伴って当該ピエゾ抵抗層521,522の抵抗値が変化する。このため、本実施形態では、ピエゾ抵抗層521,522は、カンチレバー部52において歪みが最も大きくなる根元部分に設けられており、カンチレバー部52は、このピエゾ抵抗層521,522を介してベース部51の開口511の周縁に連結されている。
The
このピエゾ抵抗層521,522同士は、カンチレバー部52上に設けられた接続リード523を介して電気的に直列接続されている。なお、カンチレバー部52全体にピエゾ抵抗層を形成してもよく、この場合には接続リード523は不要となる。
The
電極53,54は、ベース部51上に設けられている。第1の電極53は、第1のリード531を介して第1のピエゾ抵抗層521に電気的に接続されている。第2の電極54も、第2のリード541を介して第2のピエゾ抵抗層522に電気的に接続されている。この電極53,54は、後述するように、ワイヤボンディング34を介して、配線基板30上の配線パターン33に接続されている。
The
なお、カンチレバー部52に代えて、図4(a)及び図4(b)に示すように、ベース部51の開口511に突出するように両持梁52Bをベース部51に両持ち支持させてもよい。本例における両持梁52Bが、本発明における本発明における梁部の一例に相当する。
Instead of the
以上に説明した一対の差圧検出素子50A,50Bは、図1に示すように、カンチレバー部52が流体を相反する面で受けるように、分流路26内に相互に逆向きに配置されている。
As shown in FIG. 1, the pair of differential
具体的には、本実施形態では、第1の差圧検出素子50Aは、主流路90内を図1に示す方向に流体が流れている場合に、当該流体をカンチレバー部52の上側の第1の面525(図3(b)参照)で受けるような姿勢で、分流路26内に配置されている。また、この第1の差圧検出素子50Aは、分流路26内において第2の差圧検出素子50Bよりも第1のポート23に相対的に近い位置に設けられている。
Specifically, in the present embodiment, the first differential
これに対し、第2の差圧検出素子50Bは、図1に示す方向に流体が流れている場合に、当該流体をカンチレバー部52の下側の第2の面526(図3(b)参照)で受けるような姿勢で、分流路26内に配置されている。また、この第2の差圧検出素子50Bは、分流路26内において第1の差圧検出素子50Aよりも第2のポート24に相対的に近い位置に設けられている。
On the other hand, the second differential
主流路90を流体が流れている場合、壁面との摩擦等に起因して圧力損失が生じ、下流側ほど圧力が低くなる。このため、図1に示す方向に流体が流れていると、第1のポート23の開口231での圧力と比較して、第2のポート24の開口241での圧力が相対的に低くなる。一方、図1に示す方向とは反対の方向に流体が流れていると、第2のポート24の開口241での圧力と比較して、第1のポート23の開口231での圧力が相対的に低くなる。
When a fluid flows through the
こうしたポート間23,24の圧力差によって一対の差圧検出素子50A,50Bのカンチレバー部52が弾性変形し、ピエゾ抵抗層521,522に歪みが生じる。具体的には、図1に示す方向に流体が流れている場合には、同図に示すように、第1の差圧検出素子50Aのカンチレバー部52は、第1の面525(図3(b)参照)で圧力を受けて図中下向きに撓むのに対し、第2の差圧検出素子50Bのカンチレバー部52は、第2の面526(図3(b)参照)で圧力を受けて図中上向きに撓む。
Due to the pressure difference between the
これに対し、図1に示す方向とは反対の方向に流体が流れている場合には、第2の差圧検出素子50Bのカンチレバー部52は、第1の面525(図3(b)参照)で圧力を受けて図中下向きに撓むのに対し、第1の差圧検出素子50Aのカンチレバー部52は、第2の面526(図3(b)参照)で圧力を受けて図中上向きに撓む。
On the other hand, when the fluid is flowing in the direction opposite to the direction shown in FIG. 1, the
この際、本実施形態では、分流路26内に差圧検出素子50を2つ設けているので、一つ当たりの差圧検出素子50に印加される圧力(δp/2)が、第1のポート23と第2のポート24との間に生じている差圧(δp)の半分になる。このため、図5(a)に示すように、差圧検出素子を一つのみ用いた従来構造(図5(b)参照)と比較して、圧力とピエゾ抵抗層521,522の抵抗変化量(すなわちブリッジ回路40の出力)との間の線形性が維持される領域(図5(a)における「線形領域」)が相対的に広がるので、流量を正確に検出可能な領域が拡大する。
At this time, in the present embodiment, since two differential
なお、図5(a)は本実施形態における流量センサの圧力と出力の関係を示すグラフであり、図5(b)は従来構造における流量センサの圧力と出力の関係を示すグラフである。 FIG. 5A is a graph showing the relationship between the pressure and output of the flow sensor in this embodiment, and FIG. 5B is a graph showing the relationship between the pressure and output of the flow sensor in the conventional structure.
また、本実施形態では、カンチレバー部52の姿勢を逆向きにしていることで、流体の流れる方向Fに対する差圧検出素子52の形状の非対称性も相殺されるので、図5(a)に示すように、差圧検出素子を一つのみ用いた従来構造(図5(b)参照)と比較して流量センサ10の感度の対称性も向上する。
Further, in the present embodiment, since the
なお、図6に示すように、第1及び第2の差圧検出素子50A,50Bを、配線基板30においてポート23,24に対向する面30aとは反対側の面30bに設けてもよい。このように、差圧検出素子50A,50Bを、配線基板30の下面30bに設けることで、流体にダストが混入している場合に、当該ダストが差圧検出素子50A,50Bに付着するのを抑制することができる。図6は本実施形態における流量センサの変形例を示す断面図である。
As shown in FIG. 6, the first and second differential
また、1つの素子群において一対の差圧検出素子50A,50Bが相互に逆向きに配置されていれば、流量センサが備える素子群の数は特に限定されず、例えば、2組の素子群を分流路26内に設けてもよい。この場合には、2つの第1の貫通孔31と、2つの第2の貫通孔32を配線基板30に設ける。そして、例えば、2つの第1の貫通孔31に第1の差圧検出素子50Aをそれぞれ配置すると共に、2つの第2の貫通孔32に第2の差圧検出素子50Bをそれぞれ配置する。このように素子群の数を増やすことで、流量を正確に検出可能な領域をさらに拡大させることができる。
In addition, if the pair of differential
上述した差圧検出素子50A,50Bはブリッジ回路40に組み込まれている。このブリッジ回路40は、図2に示すように、第1の直列回路41と第2の直列回路42を電気的に並列接続することで構成されている。第1の直列回路41は、第1の固定抵抗体411と第1の差圧検出素子50Aを電気的に直列接続して構成されている。また、第2の直列回路42は、第2の固定抵抗体421と第2の差圧検出素子50Bを電気的に直列接続して構成されている。
The above-described differential
なお、ブリッジ回路40の構成は、図2に示すものに限定されず、例えば、図7や図8に示すような構成にしてもよい。図7及び図8は本実施形態におけるブリッジ回路の変形例を示す回路図である。
Note that the configuration of the
例えば、図7に示すように、第1の固定抵抗体411と第2の固定抵抗体421を電気的に直列接続することで第1の直列回路41Bを構成し、第1の差圧検出素子50Aと第2の差圧検出素子50Bを電気的に直列接続することで第2の直列回路42Bを構成してもよい。
For example, as shown in FIG. 7, a
或いは、上述のように分流路26内に素子群を2組設けた場合には、例えば、図8に示すように、第1の差圧検出素子50A同士を電気的に直列接続することで第1の直列回路41Cを構成し、第2の差圧検出素子50B同士を電気的に直列接続することで第2の直列回路42Cを構成してもよい。
Alternatively, when two sets of element groups are provided in the
上述のように第1及び第2の差圧検出素子50A,50Bは配線基板30に実装されている。特に図示しないが、第1及び第2の固定抵抗体411,421も配線基板30上に実装されている。また、図1に示すように、この配線基板30上には配線パターン33が形成されている。そして、この配線パターン33と差圧検出素子50A,50Bがワイヤボンディング34を介して接続され、固定抵抗体411,421が配線パターン33に半田接続されることで、図2に示すブリッジ回路40が配線基板30上に形成されている。なお、図1では配線基板30の構造を分かりやすく図示しているため、図1における配線パターン33やワイヤボンディング34の配置は、図2に示す等価回路と一致していない。
As described above, the first and second differential
さらに、この配線基板30には、配線パターン33に電気的に接続された外部端子35が設けられており、この外部端子35は筐体20から外部に導出している。なお、図1に示す例では、1つの外部端子35のみが図示されているが、実際には、図2に示すように、4つの外部端子35A〜35Dが配線基板30に設けられている。
Further, the
上述した流量センサ10の外部端子35A〜35Dは、流量演算装置60に接続されている。この流量演算装置60は、上述したブリッジ回路40の出力に基づいて流体の流量を演算する装置であり、図2に示すように、電源61と、電圧計62と、流量演算部63と、を備えている。
The
電源61は、第1及び第2の直列回路41,42に電圧Viを印加する直流電源である。この電源61は、ブリッジ回路40の第1の外部端子35Aと第2の外部端子35Bに接続されている。
The
電圧計62は、ブリッジ回路40の第3の外部端子35Cと第4の外部端子35Dに接続されており、第1の直列回路41の第1の接続点412と、第1の直列回路42の第2の接続点422と間の電位差Vを検出することが可能となっている。なお、第1の接続点412は、第1の直列回路41における第1の固定抵抗体411と第1の差圧検出素子50Aとの間に位置しており、第2の接続点422は第2の直列回路42における第2の固定抵抗体421と第2の差圧検出素子50Bとの間に位置している。
The
この電圧計62は、下記(1)式に基づいて電位差Vを検出する。なお、下記の(1)式において、R1は第1の固定抵抗体411の抵抗値であり、R2は第2の固定抵抗体421の抵抗値であり、R3は第1の差圧検出素子50Aのピエゾ抵抗層521,522の抵抗値であり、R4は第2の差圧検出素子50Bのピエゾ抵抗層521,522の抵抗値である。
The
流量演算部63は、電圧計62の出力に基づいて流体の流量を演算する。具体的には、ポート23,24間の差圧に応じた電圧値Vが電圧計62から出力されるので、流量演算部63は、下記の(2)式に示すハーゲン・ポアズイユの法則を利用して、この電圧値Vに基づいて、主流路90内を流れる流体の流量を演算する。こうした流量演算部63は、例えば、コンピュータ、デジタル回路、或いは、アナログ回路等で構成することができる。
The flow
一例として、図1の主流路90が円筒管であり、かつ、管内流体のレイノルズ数が2000以下の層流である場合の、流量と差圧との関係について示す。このような場合において、上記の(2)式のQは単位時間当たりに流れる流体の流量であり、aは主流路90の半径であり、μは流体の粘性率であり、lは第1のポート23の開口231と第2のポート24の開口241との間の距離であり、δpは流量センサ10によって検出された圧力差である。なお、主流路90に、差圧を積極的に発生させるためのオリフィス構造のような絞り機構を設けたり、整流ガイドを設けたりしてもよい。
As an example, the relationship between the flow rate and the differential pressure when the
なお、図6に示すように、流量演算装置60に代えて、流量センサ10内に電子部品36を設けてもよい。
As shown in FIG. 6, an
この電子部品36は、配線基板40において差圧検出素子50の近傍に実装されており、ボンディングワイヤ34や配線パターン33を介してブリッジ回路40と電気的に接続されている。この電子部品36は、上記の(2)式を利用してブリッジ回路40の出力から流体の流量を演算して、その演算結果を外部に出力する流量演算回路を有している。
The
また、上述のカンチレバー部52のピエゾ抵抗層521,522は、流体の温度によって抵抗値が変化するため、電子部品36が、流体の温度に応じて差圧検出素子50の出力を校正する温度補償回路を有してもよい。この温度補償回路は流体の温度を高精度に検出する必要があるので、電子部品36が流体の流れに直接接触するように、当該電子部品36を配線基板30の下面30bにおいて2つの貫通孔31,32の間に配置することが好ましい。
Further, since the resistance values of the
上述の構成に代えて、電子部品36が、ブリッジ回路40の出力から差圧を計測し、当該計測結果をデジタル信号やアナログ信号として流量演算装置60に出力してもよい。或いは、電子部品36が、流体の温度に応じて計測結果を校正した後に、当該計測結果を流量演算装置60に出力してもよい。
Instead of the above-described configuration, the
以上のように、本実施形態では、カンチレバー部52の姿勢が逆向きになるように一対の差圧検出素子50A,50Bが分流路26内に配置されているので、流量を正確に検出可能な領域が拡大する。また、流体の流れる方向Fに対する差圧検出素子52の形状の非対称性も相殺されるので、流量センサ10の感度の対称性も向上する。
As described above, in the present embodiment, since the pair of differential
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、流量センサ10の構造は上記のものに限定されず、図9や図10に示すような構造としてもよい。図9及び図10は実施形態における流量センサの変形例をそれぞれ示す断面図である。
For example, the structure of the
例えば、図9に示す流量センサ10Bのように、2つのポート23,24を配管27で直線的に連結し、この配管27内に2枚の配線基板30を設けて、一方の配線基板30に第1の差圧検出素子50Aを実装すると共に、他方の配線基板30に第2の差圧検出素子50Bを実装してもよい。
For example, like the
或いは、図10に示す流量センサ10Cのように、2つのポート23,24を配管28で直線的に連結し、この配管28内に1枚の配線基板30を設けて、当該配線基板30上に一対の差圧検出素子50A,50Bを実装してもよい。
Alternatively, as in the
図9及び図10のいずれの場合にも、第1の差圧検出素子50Aは、流体をカンチレバー部52の第1の面525(図3(b)参照)で受けるような姿勢で、分流路26内に配置されている。一方、第2の差圧検出素子50Bは、当該流体をカンチレバー部52の第2の面526(図3(b)参照)で受けるような姿勢で、分流路26内に配置されている。
9 and 10, the first differential
すなわち、一対の差圧検出素子50A,50Bは、カンチレバー部52が流体を相反する面で受けるように、分流路26内に相互に逆向きに配置されている。このため、流量を正確に検出可能な領域が拡大すると共に、流量センサ10の感度の対称性も向上する。
In other words, the pair of differential
1…流量検出システム
10…流量センサ
20…筐体
21…第1の箱状部
23…第1のポート
24…第2のポート
25…第2の箱状部
26…分流路
30…配線基板
31…第1の貫通孔
32…第2の貫通孔
40…ブリッジ回路
50,50A,50B…差圧検出素子
51…ベース部
511…開口
52…カンチレバー部
521,522…ピエゾ抵抗層
525…第1の面
526…第2の面
60…流量演算装置
90…主流路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
一対の差圧検出素子から構成された素子群を少なくとも一つ有するブリッジ回路と、
一対の連通口を介して前記主流路に連通可能であると共に、前記差圧検出素子が設けられた分流路と、を備え、
一対の前記差圧検出素子は、前記流体の流れに応じて変形可能であると共にピエゾ抵抗層を有する梁部をそれぞれ備え、
一対の前記差圧検出素子の前記梁部は、前記流体を相反する面で受けるように、前記分流路内に相互に逆向きに配置されており、
前記ブリッジ回路の出力に基づいて前記流体の流量が検出されることを特徴とする流量センサ。 A flow sensor used to detect a flow rate of a fluid flowing through a main flow path,
A bridge circuit having at least one element group composed of a pair of differential pressure detection elements;
A communication channel capable of communicating with the main channel through a pair of communication ports, and provided with the differential pressure detection element,
The pair of differential pressure detection elements each include a beam portion that is deformable according to the flow of the fluid and has a piezoresistive layer,
The beam portions of the pair of differential pressure detection elements are disposed in opposite directions in the branch flow path so as to receive the fluid at opposite surfaces.
A flow rate sensor, wherein the flow rate of the fluid is detected based on an output of the bridge circuit.
一方の前記差圧検出素子は、前記分流路内において、他方の前記差圧検出素子よりも一方の前記連通口の側に配置されていることを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to claim 1,
One said differential pressure detection element is arrange | positioned in the said branch flow path at the one said communicating port side rather than the said other said differential pressure detection element.
前記流量センサは、貫通孔を有すると共に前記連通口に対向するように前記分流路内に設けられた支持基板を備え、
前記差圧検出素子は、前記貫通孔に重なるように前記支持基板に実装されており、
前記差圧検出素子は、前記支持基板において前記連通口に対向する面とは反対側の面に設けられていることを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to claim 2,
The flow sensor includes a support substrate provided in the branch channel so as to have a through hole and face the communication port.
The differential pressure detection element is mounted on the support substrate so as to overlap the through hole,
The flow rate sensor, wherein the differential pressure detecting element is provided on a surface of the support substrate opposite to a surface facing the communication port.
前記差圧検出素子は、開口を有すると共に前記梁部を支持するベース部を備え、
前記梁部は、前記開口に突出するように前記ベース部に片持ち支持されていることを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to any one of claims 1 to 3,
The differential pressure detection element includes a base portion having an opening and supporting the beam portion,
The beam sensor is cantilevered by the base so as to protrude into the opening.
前記流量センサは、前記ブリッジ回路の出力に基づいて前記流体の流量を演算する流量演算手段をさらに備えたことを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to any one of claims 1 to 4,
The flow sensor further comprises a flow rate calculation means for calculating a flow rate of the fluid based on an output of the bridge circuit.
前記ブリッジ回路の出力に基づいて前記流体の流量を演算する流量演算手段と、を備えたことを特徴とする流量検出システム。 A flow sensor according to any one of claims 1 to 4,
And a flow rate calculation means for calculating the flow rate of the fluid based on the output of the bridge circuit.
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