JPH0192617A - 渦流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、測定流体が流れることによって渦発生体に発
生するカルマン渦に起因する交番力の変化の回数から測
定流体の流量を測定する渦流量計に係り、特に微少流量
を測定することが出来るように改良した渦流量計に関す
る。

〈従来の技術〉 第３図は従来の渦流量計の構成を示す縦断面図である。

１０は円筒状の金属製の流体管路であり、この中に測定
流体が紙面に直角方向に流される。１１はこの流体管路
１０に直角に設けられた円筒状のノズルである。

１２はノズル１１とは間隔を保って流体管路１０に直角
に挿入された台形断面を持つ柱状の渦発生体であり、そ
の一端は支持棒１３で流体管路１０に支持され、他端は
フランジ部１４でノズル１１にネジ或いは溶接により固
定されている。

１５は渦発生体１２の７ランジ部１４側に設けられた四
部である。この凹部１５の中にはその底部に台座１６が
、この上に圧電素子１７がそれぞれ配列され、これ等を
押圧棒１８で凹部１５の底部に抑圧固定している。

圧電素子１７はその厚みが０．５〜０．３ｍｍ程度であ
り、その上に流れの方向に対して左右に分割された一対
の電極が配置されている。

以上の構成において、測定流体が流体管路１０に流され
ると渦発生体１２はカルマン渦を発生し、これにより渦
発生体１２の長手方向に直角方向に交番力Ｆを発生する
。この交番力Ｆにより渦発生体１２の中立軸に対して長
手方向の左右にそれぞれ圧縮応力と引張応力がその軸方
向に交互に発生する。

圧電素子１７はこの圧縮応力と引張応力とを交互に受（
ブて圧電素子の表面に設（プられた一対の電極に交互に
極性の異なる電荷を発生する。

これ等の電荷は図示しないチャージコンバータで電圧に
変換されて測定流量に対応した周波数の流量信号として
出力される。

この様な渦流８甜は、原理的にゼロ変動がなく、出力が
周波数で取り出すことができ、かつ渦検出素子が測定流
体に直接触れないので信ｇＡ性が高く苛酷な条件の流体
にも適用できるなどの各種の利点を有している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、この様な従来の渦流量８１は以下に説明
する問題点がある。

この従来の渦流量計の渦発生体は金属を加工して製作す
るので口径が小さくなると必要な加工精度を得ることが
出来ず、また圧電素子それ自体も現在より小さくするこ
とは出来ず、その上に流体管路の内面の粗さの影響も口
径が小さくなると相対的に大きくなってあられれる。

従って、この従来の渦流量計はこの構成の延長線上で口
径を小さくして微少流量を測定することが出来るように
することが難しい、という問題がある。

く問題点を解決するための手段〉 この発明は、以上の問題点を解決するために、半導体チ
ップの内部に異方性エツチングで形成され少なくとも一
部に薄肉部を持つ流体通路と、この薄肉部に異方性エツ
チングで形成され流体通路の内部に突出する渦発生体と
、薄肉部の近傍であって半導体チップの外面側に形成さ
れた半導体ピエゾ抵抗ゲージとを有するようにしたもの
である。

く作　用〉 流体通路に測定流体が流されてこれにより流体通路の薄
肉部に形成されている渦発生体によりカルマン渦が発生
され、このカルマン渦により薄肉部が１辰動してこの薄
肉部に形成されたゲージの歪みの変化によりこの振動を
検出する。この振動の回数から測定流体の流量を知る。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例について図面に基づき説明する。

第１図は本発明の１実施例を示す側視図である。

１９はパイレックスガラスなどで出来た矩形状のガラス
基板である。このガラス基板１つの長手方向の長さｌは
１０〜２０ｍｍ程度、これに直角方向の幅Ｗは１Ｑｍｍ
程度、高さｈは２ｍｍ程度の長さである。

このガラス基板１９の上に長手方向ｌと幅Ｗはガラス基
板１つと同じであるがその高さが０．５ｍｍ程度の矩形
状の外形を持つシリコンチップ２０が陽極接合などによ
り接合されている。

シリコンチップ２０の内部は異方性エツチングにより凹
部２１が形成されて矩形状の通路を持つ流体通路２２と
され、この凹部２１の土壁は薄肉部２３として形成され
ている。

この薄肉部２３の中央には、凹部２１に伸長する台形断
面を持つ柱状の渦発生体２４が薄肉部２３と一体に異方
性エツチングにより形成されている。

薄肉部２３の近傍の外面には渦発生体２４による渦放出
に伴なう圧力変化を検出する半導体のピエゾゲージ２５
が例えば不純物の拡散などにより形成されている。この
薄肉部２３の厚さはピエゾゲージ２５が圧力の変化を検
出するのに必要な厚さであれば良い。

次に、以上のように構成された渦流量計の動作について
第２図を参照して説明する。

測定流体Ｑが流体通路２２に流入すると、渦発生体２４
でカルマン渦が第２図く口）に示ずように発生し、これ
に伴ない渦発生体２４に第２図〈イ）に示すように力Ｆ
が渦発生体２４の長手方向に直角に交互に作用する。

この結果、薄肉部２３は第２図（ハ）に示すように左右
に交互に変形する。このため、ビエゾグ−ジ２５は、薄
肉部２３の歪みがカルマン渦に対応して伸び縮みを交互
に繰り返すのに対応して、引張と圧縮の応力を交互に受
けてその抵抗が変化する。

ピエゾゲージ２５の出力変化の周波数は流速に比例して
いるので、この周波数を検出することにより流速あるい
は流量を検出することが出来る。

第１図の構成によれば、流れを２次元的に構成している
ので、流速と渦周波数の比例関係が良く、このため良い
精度を得ることができる。また、薄肉部２３の厚さは容
易に薄くできるので、高感度の渦流量計を得ることが出
来る。

さらに、第１図に示す構成では渦発生体２４の一端だけ
固定したが、他の一端をガラス基板１つに固定するよう
にしても良い。このようにすると、固有振動数を充分に
太き（することができ、外乱振動の影響を受けず、Ｓ／
Ｎの良い（ｇ号がえられる。

なお、ピエゾゲージ２５の位置を第１図に示寸実施例で
は渦発生体２４の横に配置しているが、渦放出の圧力変
化を検出できる位置であればどこでも良い。

またピエゾゲージの位置、個数、方式は何でも良い。例
えば、剪断形ゲージでも或いは通常形ゲージをハーフブ
リッジとして構成してもフルブリッジとして構成しても
いずれでも良い。

〈発明の効果〉 以上、実施例と共に具体的に説明したように本発明によ
れば、渦発生体、薄肉部、流体通路などを半導体チップ
をエツチングすることにより形成するのでこれ等の寸法
を精度良くしかち小形に構成することができ、またこれ
等を半導体技術で一体的に形成できるので大量生産が可
能であり、このため安価にできる。さらに、本発明によ
れば全体として小形にできるので相対的に上流、下流の
直管長が長くとれ、従って流れを安定化することができ
るので微少流量まで安定に測定できる。

４・図Ｉ簡単′説明　　　　　　　　　針箱１図は本発
明の１実施例の構成を示す旬視図、第２図は第１図に示
す実施例の動作を説明する説明図、第３図は従来の渦流
量計の構成を示す縦断面図である。

１０１２２・・・流体通路、１１・・・ノスル、１２．
２４・・・渦発生体、１７・・・圧電素子、１９・・・
ガラス基板、２０・・・シリコンチップ、２１・・・凹
部、２３・・・薄肉部１．２５・・・ピエゾゲージ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 半導体チップの内部に異方性エッチングで形成され少な
   くとも一部に薄肉部を持つ流体通路と、この薄肉部に異
   方性エッチングで形成され前記流体通路の内部に突出す
   る渦発生体と、前記薄肉部の近傍であって前記半導体チ
   ップの外面側に形成された半導体ピエゾ抵抗ゲージとを
   有することを特徴とする渦流量計。