JPH0146010B2 - - Google Patents
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- JPH0146010B2 JPH0146010B2 JP57191701A JP19170182A JPH0146010B2 JP H0146010 B2 JPH0146010 B2 JP H0146010B2 JP 57191701 A JP57191701 A JP 57191701A JP 19170182 A JP19170182 A JP 19170182A JP H0146010 B2 JPH0146010 B2 JP H0146010B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は気体（以下被測定ガスという。）の
流量を測定するために用いられるマイクロフロ
ーセンサーに関する。
流量を測定するために用いられるマイクロフロ
ーセンサーに関する。
ニクロム線や白金線等の抵抗体に電流を通じ
発熱させた状態でこれらを被測定ガスに触れさ
せると抵抗体が冷やされ、抵抗値を減ずる。こ
の場合、抵抗体と接触する前の被測定ガスの温
度を一定とし、また流量以外の諸条件を一定と
しておけば、抵抗体の抵抗値の変化は被測定ガ
スの流量と対応する。従つて、抵抗値の変化を
検出することによつて被測定ガスの流量を間接
的に測定できる。現行のマイクロフローセンサ
ーはこのような原理に基づいている。実際の測
定に供されるマイクロフローセンサーは、性能
よく製造する点を考慮して第１図に示すように
被測定ガスを流す細管１の周面に白金線等の抵
抗線２を巻き付けるか、或いは電気メツキ若し
くは蒸着法で抵抗線２を被着して構成されてい
る。尚、抵抗線２に引出線３…が３本設けてあ
るのは、抵抗体の抵抗変化をより正確に計測す
るためにブリツジ回路に接続できるようにする
ためである。
発熱させた状態でこれらを被測定ガスに触れさ
せると抵抗体が冷やされ、抵抗値を減ずる。こ
の場合、抵抗体と接触する前の被測定ガスの温
度を一定とし、また流量以外の諸条件を一定と
しておけば、抵抗体の抵抗値の変化は被測定ガ
スの流量と対応する。従つて、抵抗値の変化を
検出することによつて被測定ガスの流量を間接
的に測定できる。現行のマイクロフローセンサ
ーはこのような原理に基づいている。実際の測
定に供されるマイクロフローセンサーは、性能
よく製造する点を考慮して第１図に示すように
被測定ガスを流す細管１の周面に白金線等の抵
抗線２を巻き付けるか、或いは電気メツキ若し
くは蒸着法で抵抗線２を被着して構成されてい
る。尚、抵抗線２に引出線３…が３本設けてあ
るのは、抵抗体の抵抗変化をより正確に計測す
るためにブリツジ回路に接続できるようにする
ためである。
ところで、現行のマイクロフローセンサーは
前述した如く製造面において工夫されているに
もかかわらず次のような欠点がある。即ち、抵
抗線は10〜50μｍの非常に細かい線であるため
に均一に巻くことが非常に難しく、そのため密
着度の異なりから発熱の状況が異なつて均質性
に欠け、かつ素子間のバラツキが大きく製品信
頼性に欠ける。また、このように極細線である
ために自動化が難しく、今日でも労働集約的で
あり、かつ熟練者によらねばならない（生産性
に欠ける。）。このような欠点のため、広範囲な
用途（ガス流量の混合装置、半導体製造分野、
内燃機関の流量制御etc）があるにも拘らず、
十分に利用されていないのが現状である。
前述した如く製造面において工夫されているに
もかかわらず次のような欠点がある。即ち、抵
抗線は10〜50μｍの非常に細かい線であるため
に均一に巻くことが非常に難しく、そのため密
着度の異なりから発熱の状況が異なつて均質性
に欠け、かつ素子間のバラツキが大きく製品信
頼性に欠ける。また、このように極細線である
ために自動化が難しく、今日でも労働集約的で
あり、かつ熟練者によらねばならない（生産性
に欠ける。）。このような欠点のため、広範囲な
用途（ガス流量の混合装置、半導体製造分野、
内燃機関の流量制御etc）があるにも拘らず、
十分に利用されていないのが現状である。
本発明は、このような現状にあつて均質性、
信頼性、生産性の問題の全てを一挙に解決し得
る極めて有用なマイクロフローセンサーを提供
するものである。
信頼性、生産性の問題の全てを一挙に解決し得
る極めて有用なマイクロフローセンサーを提供
するものである。
而して本発明に係るマイクロフローセンサー
は、抵抗性の基板上に或いは該基板中に２個以
上のPN接合を設け該基板に電流を通じて発熱
させると共に、この基板を被測定ガスと接触さ
せ、もつて、前記２つのPN接合に流れる電流
或いは発生する電圧の差から被測定ガスの流量
を測定するようにしたことを要旨としている。
は、抵抗性の基板上に或いは該基板中に２個以
上のPN接合を設け該基板に電流を通じて発熱
させると共に、この基板を被測定ガスと接触さ
せ、もつて、前記２つのPN接合に流れる電流
或いは発生する電圧の差から被測定ガスの流量
を測定するようにしたことを要旨としている。
以下に本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。第２図はマイクロフローセンサーの全体斜
視図、第３図は第２図の断面図を示す。図中、
１０は筐形ケーシングで、その中にガラス又は
セラミツクスのように電気的、熱的絶縁物質１
１が設けられている。この物質１１の上面中央
には一本の細溝１２が形成され、その両端に被
測定ガスを流入・流出させるために異形キヤピ
ラリ１３，１３が挿入されている。また細溝１
２の上部は本発明マイクロフローセンサーの心
臓ともいうべき基板１４によつて閉塞されてい
て、前記異形径キヤピラリ１３から導入された
被測定ガスが基板１４と接触するようにしてあ
る。この基板１４上は発泡断熱材１５等を充填
して断熱処理され、ケーシング１０の上部を蓋
体１６で閉塞して組立てられている。図中１７
…は基板１４の各端子１８…とワイヤー１９に
て接続された接続ピンである。
る。第２図はマイクロフローセンサーの全体斜
視図、第３図は第２図の断面図を示す。図中、
１０は筐形ケーシングで、その中にガラス又は
セラミツクスのように電気的、熱的絶縁物質１
１が設けられている。この物質１１の上面中央
には一本の細溝１２が形成され、その両端に被
測定ガスを流入・流出させるために異形キヤピ
ラリ１３，１３が挿入されている。また細溝１
２の上部は本発明マイクロフローセンサーの心
臓ともいうべき基板１４によつて閉塞されてい
て、前記異形径キヤピラリ１３から導入された
被測定ガスが基板１４と接触するようにしてあ
る。この基板１４上は発泡断熱材１５等を充填
して断熱処理され、ケーシング１０の上部を蓋
体１６で閉塞して組立てられている。図中１７
…は基板１４の各端子１８…とワイヤー１９に
て接続された接続ピンである。
前記基板１４は抵抗性を有する材料、例えば
比抵抗1.5〜25Ω−cmのＮ形或いはＰ形半導体
で構成され、両端には電流を通じるための電流
端子１８ａ，１８ｂが設けられ、また内部には
第４図に示すようにホーリングによつて２個の
PN接合２０，２１が形成されている。各PN
接合２０，２１のＰ領域・Ｎ領域にはリード端
子１８ｃ〜１８ｆが設けられている。図中２２
はSiO2又はSiO2＋Si3N4等の電気絶縁及び防湿
被膜、２３はアルミ又は金等のメタルコンダク
ト部である。
比抵抗1.5〜25Ω−cmのＮ形或いはＰ形半導体
で構成され、両端には電流を通じるための電流
端子１８ａ，１８ｂが設けられ、また内部には
第４図に示すようにホーリングによつて２個の
PN接合２０，２１が形成されている。各PN
接合２０，２１のＰ領域・Ｎ領域にはリード端
子１８ｃ〜１８ｆが設けられている。図中２２
はSiO2又はSiO2＋Si3N4等の電気絶縁及び防湿
被膜、２３はアルミ又は金等のメタルコンダク
ト部である。
而して、この基板１４に電流端子１８ａ，１
８ｂを通じて電流Ｉを通じると、基板１４は自
己のもつ抵抗RaによつてRaI2のジユール熱を
発生し、これによつてT0Kに加熱される。ま
たこの温度によつて２個のPN接合２０，２１
も加熱される。そこで各PN接合２０，２１に
端子１８ｃ〜１８ｆから順次方向電流Ifを流し
ておくと端子１８ｃ，１８ｄ間及び１８ｅ，１
８ｆ間に次式で示すような絶対温度T0Kに比
例した電圧Vdを生じる。
８ｂを通じて電流Ｉを通じると、基板１４は自
己のもつ抵抗RaによつてRaI2のジユール熱を
発生し、これによつてT0Kに加熱される。ま
たこの温度によつて２個のPN接合２０，２１
も加熱される。そこで各PN接合２０，２１に
端子１８ｃ〜１８ｆから順次方向電流Ifを流し
ておくと端子１８ｃ，１８ｄ間及び１８ｅ，１
８ｆ間に次式で示すような絶対温度T0Kに比
例した電圧Vdを生じる。
Vd＝α×β×Ｔ
但し、αはボルツマン定数Ｋと電子の電気量
ｑとの比（Ｋ／ｑ）、βは順方向電流Ifと逆方
向電流Irの和の自然対数ln（If＋Ir）である。
ｑとの比（Ｋ／ｑ）、βは順方向電流Ifと逆方
向電流Irの和の自然対数ln（If＋Ir）である。
ところで、今、キヤピラリ１３，１３を通じ
て被測定ガスを流したとすると、上流側に位置
する基板のＡ点では被測定ガスに大きく熱をう
ばわれてガスを加熱し、下流側のＢ点では加熱
されたガスの温度とＢ点における基板１４の温
度との差に応じた比較的小量の熱をうばわれ
る。この場合、Ａ点でうばわれる熱量を基準と
してＢ点でうばわれる熱量の相対的変化をみる
と、被測定ガスの流量が少ないとＢ点でうばわ
れる熱量も少なく、ガス流量が多いとＢ点でう
ばわれる熱量も多くなるという如くガス流量に
依存して変化する。これは、ガス流量が少ない
とＡ点を通過する際にガスが基板の温度により
近い温度まで加熱されてしまうのでＢ点でうば
う熱量が少なくなり、一方ガス流量が多いと、
Ａ点を通過する際に加熱されても流量が多いた
めにガス全体としては温度があまり上がらず、
そのためＢ点でも大きな熱量をうばつてしまう
こととなるという理由によるものと考えられ
る。
て被測定ガスを流したとすると、上流側に位置
する基板のＡ点では被測定ガスに大きく熱をう
ばわれてガスを加熱し、下流側のＢ点では加熱
されたガスの温度とＢ点における基板１４の温
度との差に応じた比較的小量の熱をうばわれ
る。この場合、Ａ点でうばわれる熱量を基準と
してＢ点でうばわれる熱量の相対的変化をみる
と、被測定ガスの流量が少ないとＢ点でうばわ
れる熱量も少なく、ガス流量が多いとＢ点でう
ばわれる熱量も多くなるという如くガス流量に
依存して変化する。これは、ガス流量が少ない
とＡ点を通過する際にガスが基板の温度により
近い温度まで加熱されてしまうのでＢ点でうば
う熱量が少なくなり、一方ガス流量が多いと、
Ａ点を通過する際に加熱されても流量が多いた
めにガス全体としては温度があまり上がらず、
そのためＢ点でも大きな熱量をうばつてしまう
こととなるという理由によるものと考えられ
る。
この結果、基板のＡ点とＢ点の温度の差は流
量に依存して変化するため、その温度を反映し
た両PN接合の電圧Vdを計測することによりガ
ス流量を測定することができるのである。但
し、この電圧にかえて、電流を計測することに
よつても同様にガス流量の測定ができる。
量に依存して変化するため、その温度を反映し
た両PN接合の電圧Vdを計測することによりガ
ス流量を測定することができるのである。但
し、この電圧にかえて、電流を計測することに
よつても同様にガス流量の測定ができる。
ガス流量を測定する回路、即ち、基板１４の
各端子１８ｃ〜１８ｆの出力電圧Vdを処理す
る外部回路は第７図に示すように、端子１８
ｃ，１８ｄ間の出力電圧Vd1を増幅するアンプ
A1、端子１８ｅ，１８ｆ間の出力電圧Vd2を増
幅するアンプA2、及び両アンプA1，A2の出力
の差をとる差動増幅器A3で構成される。図中、
E1は基板１４に電流を流すための電源電圧、
E2はPN接合２０，２１に順方向電流Ifを流す
ための電源電圧、Tr1，Tr2は定電流回路であ
る。
各端子１８ｃ〜１８ｆの出力電圧Vdを処理す
る外部回路は第７図に示すように、端子１８
ｃ，１８ｄ間の出力電圧Vd1を増幅するアンプ
A1、端子１８ｅ，１８ｆ間の出力電圧Vd2を増
幅するアンプA2、及び両アンプA1，A2の出力
の差をとる差動増幅器A3で構成される。図中、
E1は基板１４に電流を流すための電源電圧、
E2はPN接合２０，２１に順方向電流Ifを流す
ための電源電圧、Tr1，Tr2は定電流回路であ
る。
尚、上記実施例では基板１４の中にPN接合
を２個しか形成していないが、３個以上形成し
ても良いことは勿論である。また前記実施例で
はPN接合２０，２１を基板１４の中に形成し
ているが、第５図に示すように基板１４の上に
マウントしてもよい。或いは第６図に示すよう
に基板１４をＰ型半導体１４ａとＮ型半導体１
４ｂとを複数個縦続接続した構成とし、その中
に２対のＰ型半導体とＮ型半導体との接合を
PN接合２０，２１として用いることもでき
る。この場合は、PN接合２０，２１に流す順
方向電流Ifと基板１４を加熱するための電流と
を兼用でき、従つて基板１４の各端子１８ａ〜
１８ｄに接続すべき外部回路も第８図に示すよ
うに簡素化できる利点がある。
を２個しか形成していないが、３個以上形成し
ても良いことは勿論である。また前記実施例で
はPN接合２０，２１を基板１４の中に形成し
ているが、第５図に示すように基板１４の上に
マウントしてもよい。或いは第６図に示すよう
に基板１４をＰ型半導体１４ａとＮ型半導体１
４ｂとを複数個縦続接続した構成とし、その中
に２対のＰ型半導体とＮ型半導体との接合を
PN接合２０，２１として用いることもでき
る。この場合は、PN接合２０，２１に流す順
方向電流Ifと基板１４を加熱するための電流と
を兼用でき、従つて基板１４の各端子１８ａ〜
１８ｄに接続すべき外部回路も第８図に示すよ
うに簡素化できる利点がある。
本発明に係るマイクロフローセンサーは以上
説明した如く構成したため次のような効果があ
る。即ち、２個以上のPN接合２０，２１は基
板１４の中にホーリングによつて、或いは基板
上にマウントすることによつてという如く半導
体プロセスで形成することができるため、現在
の半導体技術によることによつて均質で信頼性
の高い素子を製造でき、かつ生産性も従来のも
のに比べて格別に向上する。従つて、半導体装
置、ガス流量の混合装置、内燃機関の流量制御
等々広範な分野での利用を可能ならしめるもの
である。
説明した如く構成したため次のような効果があ
る。即ち、２個以上のPN接合２０，２１は基
板１４の中にホーリングによつて、或いは基板
上にマウントすることによつてという如く半導
体プロセスで形成することができるため、現在
の半導体技術によることによつて均質で信頼性
の高い素子を製造でき、かつ生産性も従来のも
のに比べて格別に向上する。従つて、半導体装
置、ガス流量の混合装置、内燃機関の流量制御
等々広範な分野での利用を可能ならしめるもの
である。
第１図は従来のマイクロフローセンサーを示
す図、第２図は本発明の一実施例としてのマイ
クロフローセンサーの全体斜視図、第３図は第
２図の断面図、第４図は基板及びそれに形成さ
れたPN接合を示す断面図、第５図、第６図は
夫々、基板及びそれに形成したPN接合の他の
実施例を示す断面図、第７図、第８図は、第
４，５図又は第６図に示した基板に接続すべき
外部回路を示す図である。 １４……基板、２０，２１……PN接合。
す図、第２図は本発明の一実施例としてのマイ
クロフローセンサーの全体斜視図、第３図は第
２図の断面図、第４図は基板及びそれに形成さ
れたPN接合を示す断面図、第５図、第６図は
夫々、基板及びそれに形成したPN接合の他の
実施例を示す断面図、第７図、第８図は、第
４，５図又は第６図に示した基板に接続すべき
外部回路を示す図である。 １４……基板、２０，２１……PN接合。
Claims (1)
- １ 抵抗性の基板上に或いは該基板中に２個以
上のPN接合を設け該基板に電流を通じて発熱
させると共に、この基板を被測定ガスと接触さ
せ、もつて、前記２つのPN接合に流れる電流
或いは発生する電圧の差から被測定ガスの流量
を測定するようにしたことを特徴とするマイク
ロフローセンサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57191701A JPS5981516A (ja) | 1982-10-30 | 1982-10-30 | マイクロフロ−センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57191701A JPS5981516A (ja) | 1982-10-30 | 1982-10-30 | マイクロフロ−センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5981516A JPS5981516A (ja) | 1984-05-11 |
| JPH0146010B2 true JPH0146010B2 (ja) | 1989-10-05 |
Family
ID=16279034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57191701A Granted JPS5981516A (ja) | 1982-10-30 | 1982-10-30 | マイクロフロ−センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5981516A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4829818A (en) * | 1983-12-27 | 1989-05-16 | Honeywell Inc. | Flow sensor housing |
| JPS61138168A (ja) * | 1984-12-10 | 1986-06-25 | Tokyo Keiso Kk | 熱電式流速計 |
| US4744246A (en) * | 1986-05-01 | 1988-05-17 | Busta Heinz H | Flow sensor on insulator |
| JP3969564B2 (ja) * | 2001-10-19 | 2007-09-05 | 株式会社山武 | フローセンサ |
-
1982
- 1982-10-30 JP JP57191701A patent/JPS5981516A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5981516A (ja) | 1984-05-11 |
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