JPH0194218A - 熱型流量検出装置 - Google Patents

熱型流量検出装置

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JPH0194218A
JPH0194218A JP62251350A JP25135087A JPH0194218A JP H0194218 A JPH0194218 A JP H0194218A JP 62251350 A JP62251350 A JP 62251350A JP 25135087 A JP25135087 A JP 25135087A JP H0194218 A JPH0194218 A JP H0194218A
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    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02Indicating direction only, e.g. by weather vane
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring 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
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/6888Thermoelectric elements, e.g. thermocouples, thermopiles
    • GPHYSICS
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    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
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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】 [産業上の利用分野コ この発明は、液体あるいは気体の流量を熱起電力を利用
することにより検出する熱型流量検出装置の改良に関す
る。
C従来の技術] 従来より公知の熱型流量検出装置は大別して2つの形式
に分けられる。第1の形式は、たとえば白金抵抗体より
なる検知部を加熱し、該検知部を流体中に配置し、流体
の冷却作用により生じる検知部の電気抵抗の変化を測定
することにより、流量を検出するものである。第2の形
式は、検知部と別個にヒータを配置し、該ヒータと検知
部との間に生じる流体による熱伝達により引き起こされ
る検知部の電気的特性の変化を測定することによリ、流
量を知るものである。この第2の形式において利用され
る電気的特性変化としては、抵抗値変化、あるいは起電
力変化あるいは焦電流変化等が用いられている。
[発明が解決しようとする問題点] 第]の形式、すなわち自己加熱タイプでは、白金抵抗体
よりなる検知部自体が加熱される。したがって、素子寿
命が短い。また、感度を向上させるためには、検知部す
なわち発熱する部分を小さくすることが求められるが、
その場合には機械的強度が低下する。したがって機械的
な衝撃が加わりやすい環境や、流体が高速で流れるよう
な環境のもとでは用いることができない。さらに、白金
等の貴金属を用いるためコストか高くつくという問題も
あった。
他方、第2の形式の熱槽流量検出装置では、ヒータとし
て抵抗加熱体を用いることが多く、検知部としてはサー
ミスタや金属抵抗体を用いるもの、あるいは熱電対を用
いるものなどがある。しかしながら、感度の改善や応答
速度を上げるために検知部を小形化することが難しい。
すなわち、抵抗体を用いたものでは薄膜化等により小形
化・薄形化を図り得るが、サーミスタや金属抵抗体を用
いたものについては、小形化によって製造工程が増加し
たり、抵抗値を高めた場合には素子および信号処理回路
の構成が複雑となりコストが高くつくおそれがある。
また、検知部として熱電対を用いた形式のものでは、金
属熱電対の起電力は小さく、したがって検出感度をさほ
ど高めることはできない。
よって、この発明の目的は、小形かつ高感度の熱槽流量
検出装置を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] この発明の熱槽流量検出装置は、セラミックス半導体よ
りなる基材とこの基材上において距離を隔てて形成され
た少なくとも1対の検知電極とを有し、それによって少
なくとも1つの熱雷素子が構成されている熱電検知素子
、ならびに基材の対をなす検知電極間部分を部分的に加
熱する加熱手段を備える。
加熱手段は、上記基材を自己加熱するために、基材上に
形成された対をなす電極間部分において、基材を挾んで
対向するように形成された加熱用電極を用いて構成して
もよく、あるいは基材に固定された発熱抵抗体により構
成してもよい。
[作用] セラミックス半導体よりなる基材上に距離を隔てて少な
くとも1対の検知電極が形成されて少なくとも1つの熱
電素子が構成されている。そして、この対をなす検知電
極間が加熱手段により部分的に加熱されるため、流体が
流れていない場合と流れている場合とでは、セラミック
ス半導体を介して両検知電極に伝えられる加熱手段から
の熱量が異なる。したかって、両検知電極が対向してい
る方向に流体を流した場合、両検知電極の温度に差が生
じるため、該温度差を利用して流速を検出することがで
きる。セラミックス半導体よりなる基材上に少なくとも
1対の検知電極を構成し、加熱手段を設けただけで構成
されるため、小形化が容易であり、したがって感度およ
び応答速度を容易に改善することができる。
[実施例の説明コ 第1図は、この発明の一実施例の熱槽流量検出装置を示
す斜視図である。たとえば半導体化されたチタン酸バリ
ウムを用いて構成されたセラミックス半導体よりなる基
材1の一方主面において、所定距離を隔てて検知電極2
,3が形成されている。ここでは、後述する加熱用電極
4との間の距離を長くすることによって感度を向上させ
るために、両検知電極2,3は基材1の主面上において
長手方向両端部近傍に配置されている。また、検知電極
2,3間の中心部において基材1の両面に加熱用の電極
4が基材1を挾んで対向するように形成されている。加
熱用電極4は、基材]を自己加熱するために設けられて
いるものである。
上記した検知電極2,3および加熱用電極4は、半導体
セラミックスよりなる基材1とオーミックな接触を形成
する材料で構成することが好ましく、たとえばNjを蒸
着することにより形成することができる。好ましくは、
Ni層の上に、さらに補強用にAgを蒸着することによ
り、電極強度を高めることができる。
セラミックス半導体よりなる基材1は正特性ザーミスタ
としての特性をも示すものであり、したがって中心部に
形成された加熱用電極4に通電した場合、該加熱用電極
4の形成されている部分の温度は一定温度で安定する。
たとえば、上記したチタン酸バリウムからなり、2X1
0XO,5mmの大きさの基材1において、2×1m1
1の加熱用電極4を形成した場合、該加熱用電極4が形
成されている部分の温度は約120°Cで安定する。
次に、第1図実施例の動作を説明する。流体が流れてい
ない状態における流量検出装置内の温度分布を第2図(
a)に示す。流体が流れていないので、検知電極2,3
への熱伝達は同等となり、したがって加熱用電極4を中
心として対称な温度勾配が基材1Fノ旧こ生じる。この
場合検知電極2゜3間には温度差が生じない。したがっ
て、熱起電力出力は生じない。
他方、流体が両検知電極2,3と交差する方向に流れて
いる場合には、第2図(b)示すように、流体による熱
伝達が影響し、温度勾配は加熱用電極4の上流側と下流
側とで異なることになる。したがって、検知電極2.3
間には温度差が生じ、該温度差により熱起電力が生じる
。この両検知電極2,3間の温度差により生じる熱起電
力に基づいて、流体の流速を検出することができる。す
なわち、第3図に示すように、両検知電極2.3間の温
度差に基づく熱起電力出力は、流速と相関しており、特
に低流速域では、はぼ線形な出力特性を示すことがわか
る。なお、第3図は、流体として25℃の温度の空気を
用いた場合の特性である。
ところで、第1図実施例では単一の基材1上に検知電極
2,3および加熱用電極4を形成したため、検知電極2
.3が正確に等価な位置に形成されていない場合や、基
材]の均質性が十分でない場合には、両検知電極2,3
間にオフセット電圧が発生する。これは、熱的および電
気的なバランスが、両検知電極2.3間において同一で
ないために生じるためである。すなわち、第1図実施例
の等価回路を示す第4図において、抵抗R1〜R8は、
基材]上の各電極の位置により決まり、起電力e 1 
+ 82は両検知電極間の熱的なバランスで決定される
ものである。
したがって、上述した両検知電極間のオフセット電圧を
軽減するためには、両検知電極2.3間の熱的及び電気
的なバランスを調整する必要がある。第5図は、このよ
うなオフセット電圧を軽減する手段が講じられた実施例
を示す。ここでは、検知電極2.3と基準電圧との間に
抵抗部月11゜]2が接続されており、第3図において
二点鎖線で示す位置に抵抗R9,RIOが挿入されてい
る。
抵抗部材11..1.2の抵抗値を調整することにより
、両検知電極2,3の出力を基準電圧に対して等しくす
ることができる。好ましくは、抵抗部材11.12とし
て可変抵抗素子を用いれば、両検知電極2.3間のバラ
ンスを容易にとることができる。
上述した実施例では、単一のセラミックス半導体よりな
る基材を用いて熱電検知素子を構成したが、熱雷素子の
構成されたセラミックス半導体層を積層した積層型のも
のを用い、各熱電素子を直列に接続すれば、より大きな
熱起電力出力を得ることができる。したがって、より高
感度の熱型流量検出装置を得ることができる。この場合
、半導体セラミックスよりなるシート間に絶縁層を介在
させて積層した形式のものでは、上述したような加熱用
電極4を形成することができない。よって、第6図に示
すように、積層型のセラミック半導体よりなる基材31
の一方主面に、絶縁層32を介してたとえば厚膜抵抗体
よりなるヒータ33を形成すればよい。
なお、上述した両検知電極間のオフセラ!・電圧を軽減
するには、加熱用電極4あるいはヒータ33等に印加す
る電圧を直流電圧に代えてパルス電圧とすることによっ
ても可能である。
第1図実施例では、単一の基板上に1対の検知電極2,
3が形成されており、それによって1つの熱電素子か構
成されていたか、複数対の検知電極を形成して複数の熱
電素子を構成してもよい。
−10= その場合には複数の熱雷素子を直列に接続することによ
り、より大きな熱起電力出力を得ることができる。した
がって、より一層高感度の熱雷流量検出装置を得ること
ができる。
さらに、セラミックス半導体よりなる基Hの形状につい
ても、図示例のような平板型とする必要は必ずしもなく
、筒状体等の任意の形状にすることかできる。
また、両検知電極は、加熱部分に対して熱的に等価な位
置に形成される必要は必ずしもない。すなわち、流体が
流れない状態において、両検知電極の温度に差があって
もよい。その場合であっても、流体が両検知電極の対向
する方向と交差する方向に流れた場合には、初期状態と
異なる温度勾配が基材に生じるため、両検知電極間の温
度差は流体の流速に従って変化するからである。
[発明の効果コ セラミックス半導体よりなる基材を用いた熱雷検知素子
において、対をなす検知電極間に部分的に加熱手段を設
けるだけで熱雷の流量検出装置を構成することができる
ので、従来の熱雷流量検出装置に比べて小形化が容易で
あり、したがってより高感度の熱雷流量検出装置を得る
ことができる。
しかも、白金抵抗体を用いたもののように、コストが高
くつくこともない。
さらに、複数対の検知電極を構成し相互に直列に接続す
れば、より高感度の熱雷流量検出装置を得ることも容易
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の一実施例の斜視図、第2図は第1
図実施例において流体が流れていない場合および流体が
流れている場合の温度勾配を示す図、第3図は第1図実
施例の熱起電力出力−流速の関係を示す図、第4図は第
1図実施例の等価回路を示す図、第5図はこの発明の第
2の実施例を示す斜視図、第6図はこの発明の第3の実
施例を示す斜視図である。 図において、1はセラミックス半導体よりなる基材、2
.3は検知電極、4は加熱手段としての加熱用電極を示
す。 −C’、1

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)セラミックス半導体よりなる基材および前記基材
    上において距離を隔てて形成された少なくとも1対の検
    知電極を有し、それによって少なくとも1つの熱電素子
    が構成されている熱電検知素子と、 前記基材の対をなす検知電極間を部分的に加熱する加熱
    手段とを備える熱型流量検出装置。
  2. (2)前記加熱手段は、基材の対をなす電極間部分にお
    いて基材を挾んで対向するように形成された前記基材を
    自己加熱するための加熱用電極を有する、特許請求の範
    囲第1項記載の熱型流量検出装置。
  3. (3)前記加熱手段は、前記基材に絶縁部材を経て固定
    された発熱抵抗体である、特許請求の範囲第1項記載の
    熱型流量検出装置。
  4. (4)少なくとも1つの前記検知電極に、検知電極間の
    電気的平衡をとるために、抵抗部材が接続されており、
    該抵抗部材の他端は基準電圧に接続されており、1対の
    検知電極との間で出力が取出される、特許請求の範囲第
    1項〜第3項のいずれかに記載の熱型流量検出装置。
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