JPH02138824A - 流速センサ - 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、気体の速さや、さらにはそれから気体の流量
を求めるために使用される流速センサに関するものであ
る。

従来の技術 近年、計測用または工業計測用に流速センサが利用され
るようになってきた。

流速を計測する方法については、これまでにも幾種類か
発表されているが、その中でも発熱体の抵抗値が気体の
流速で変化することを利用して、流速を計測する方法が
計測器などで具体化されている。

この流速測定装置には定電流型と定温度型があるが、い
ずれもその出力電圧Ｖまたは出力電流Ｉは、風速をＶと
したとき、 ■またはＩ　ｃｘ　（Ａ＋Ｂ５） なる関係にある。なお、Ａ、Ｂは定数である。

この原理にもとづいた定温度型流速センサの一例を第４
図に示す。

そのセンサ素子４１は、第４図（Ａ）に示すトオりであ
り、短冊状のガラス薄板４２の同一面上の一方の端部側
にヒータ４３が、また他方の端部側に温度センサ４４が
それぞれ配置され、さらにヒータ４３の近傍にはその温
度を検出するためのヒータ温度モニター４５が配置され
ているものである。

これらヒータ４３、温度センサ４４およびヒータ温度モ
ニター４５は、いずれも白金薄膜で構成されている。セ
ンサ素子４１は、同図（Ｂ）に示すように、そのガラス
基板４１の温度センサ４４側端部で、片持ち梁状にベー
ス４６に保持されている。

このセンサは、ヒータ温度モニター４５と温度センサ４
４とで検出される温度の差を一定に保つ回路に接続され
、同図（Ｂ）の矢印Ｚ方向へ気体を流すとともに、ヒー
タ４２に通電し、ヒータ温度モニター４４と温度センサ
４３とによる検出温度差を一定に保持させたときの、ヒ
ータ４２の消費電力から流速を求めている。

発明が解決しようとする課題 流速センサの特性、主に流速に対する感度と応答速度と
で評価されるが、上述のようなセンサでは、感度と応答
速度とを高めるためにガラス板を実質的に中空に浮かし
た状態としている。

このため、構造上堅牢さが十分とは言えず、その製造が
非常にむずかしい。

本発明はこのような問題を解決し、特性的にも優れた流
速センサを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明の流速センサは、半導体基板の一部分に異方性エ
ツチングによって形成された薄い支持体上に第１の薄膜
測温抵抗体が配置されるとともに、半導体基板の、支持
体形成部分を除く他の部分上に、第２の薄膜測温抵抗体
が配置されているものである。

作　　用 この構成によって、第１の薄膜測温抵抗体は、半導体基
板と一体の薄い支持体上に配置されているので、流速感
応部分の強度が高められる。そして、この支持体を薄膜
状とすることで、第１の薄膜測温抵抗体が微小な消費電
力で高温度となり、感度、応答速度ともに高められる。

実　　施　　例 以下本発明の流速センサについて、その実施例に基づい
て説明する。

〔実施例１〕 第１図（Ａ）は本発明の一実施例である定電流型流速セ
ンサの斜視図、同図（Ｂ）はそのＸ−Ｙ線に沿った断面
図である。

図において、１は短冊状のシリコン基板で、その第１の
主面側でその一方の端部側には凹部２が異方性エツチン
グによって穿たれて設けられている。３は支持薄膜で、
凹部２の異方性エツチング形成の際に、その凹部２上を
橋絡するよう残留して形成されたシリコン膜からなる。

４．５は絶縁膜で、Ｓｉ２Ｎ３またはＳｉＯ２からなり
、それぞれシリコン基板１の第１．第２の主面上に形成
されている。６は白金からなる第１の薄膜測温抵抗体で
、支持薄膜３上にジグザグ状に形成されており、その両
端部分はリード条７，８によって第１の主面上を他方の
端部側に設けられている電極端子９゜１０に接続されて
いる。１１は白金からなる第２の薄膜測温抵抗体で、第
１の主面上の中央部分から他方の端部寄りにジグザグ状
に形成されており、その両端部分はリード条１２．１３
によって第１の主面上の他方の端部側に形成されている
電極端子１４．１５と接続されている。なお、同図（Ｂ
）において、１６は保護膜で、Ｓｉ２Ｎ３またはＳｉｎ
、。

からなり、少なくとも薄膜測温抵抗体６を覆っている。

そし、て、上記凹部２の開口部分に位置する、支持薄膜
３、絶縁膜４、第１の薄膜測温抵抗体６および保護膜１
６の積層部分は、流速感応部１７を構成し、その厚さが
数μｍから数十μｍというきわめて薄い膜状をなしてい
る。

本実施例において、電極端子９．１０間に電圧を印加し
て第１の薄膜測温抵抗体６に通電すると、それが発熱す
る。流速感応部１３は薄膜状であるので、わずかな電力
でその温度が上昇し、シリコン基板１の温度より高くな
る。この流速感応部１３の温度変化に応じて、第１の薄
膜測温抵抗体６が抵抗値変化を生じる。それに伴って、
電極端子９゜１０間の電圧が変化する。

本実施例を流速を測定すべき流体中に置くと、その流速
に応して流速感応部１３からの単位時間当たりの熱散逸
量が変化する。すなわち、流速が増減すると、流速感応
部１３からの熱散逸量が増減し、その温度が上昇しまた
は低下する。薄膜白金抵抗体６の抵抗値は温度の変化に
応して増減し、電極端子９．１０間の電圧値が増減する
。

一方、シリコン基板１の温度または周囲温度は第２の薄
膜測温抵抗体１１で検出され、無風状態ではそれで検出
される温度と薄膜測温抵抗体６による温度との差がつね
に一定に保たれるように、第２の薄膜測温抵抗体１１に
一定電流を流しておく。このときの薄膜測温抵抗体６の
電圧を基準とすると、上式から明らかなように流速Ｖの
値の４乗根に比例した出力電圧が得られる。

以上のように本実施例によれば、シリコン基板１上に、
異方性エツチングによって、熱的に敏感な支持薄膜３を
形成し、その部分上とシリコン基板１の他の部分上にそ
れぞれ薄膜測温抵抗体６゜１１を形成することで、感度
が高く、応答速度の速い流速センサが得られる。

〔実施例２〕 第２図は本発明の第２の実施例である定温度型の流速セ
ンサの平面図である。

この実施例が第１の実施例ともっとも異なっているとこ
ろは、第１の薄膜測温抵抗体６の近傍に、それに並行さ
せて、第３の薄膜測温抵抗体１８を設けていることであ
る。この薄膜測温抵抗体１８によって第１の薄膜測温抵
抗体６の温度を第３の薄膜測温抵抗体１８で検出して、
それと基板温度を検出する第２の薄膜測温抵抗体１１と
の温度差がつねに一定に保たれるよう、第１の薄膜測温
抵抗体６の電流源（図示せず）を制御する。

これはリード条１９．２０によって電極端子２１゜２２
にそれぞれ接続されている。他の構成要素については、
第１の実施例と実質的に同じである。

流速感応部１３から散逸する熱は流速の平方根に比例し
、その分だけ第１の薄膜測温抵抗体６に流す電流が増え
て、温度差が一定に保たれる。この温度差から流速が求
められる。

〔実施例３〕 第３図は本発明の第３の実施例における流速センサの断
面図である。

本実施例が第１の実施例ともっとも異なるところは、流
速感応部１３のブリッジ状支持薄膜３が、シリコン基板
１の裏面からの異方性エツチングによって形成されてい
ることである。

その動作は第１の実施例と同じである。無論、第２の実
施例と同じく、第１の薄膜測温抵抗体６の近傍に、その
温度を検出するための第３の薄膜測温抵抗体を設けるこ
とで、定温度型流体センサとして使用することができる
。

発明の効果 本発明の流速センサによれば、第１の薄膜測温抵抗体が
、半導体基板の一部分に異方性エツチングによって形成
されたそれと一体の薄い支持体上に配置されているので
、流速感応部分の強度が高められ、その取扱いが従来品
に比べて非常に容易になる。さらに、この支持体を薄膜
状とすることで、第１の薄膜測温抵抗体がわずかな電力
で容易に温度上昇するので、感度、応答性がともに高め
られる。そして、電力消費量が少なくてすみ、効率よく
流体の流速を検出することができる。

図

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明における一実施例の流速センサの
平面図、同図（Ｂ）はそのＸ−Ｙ線に沿った断面図、第
２図は本発明における第２の実施例の流速センサの平面
図、第３図は本発明における第３の実施例の流速センサ
の断面図である。第４図（Ａ）は従来の流速センサにお
ける素子の平面図、同図（Ｂ）はその斜視図である。 １・・・・・・シリコン基板、２・・・・・・凹部、３
・・・・・・支持薄膜、４，５・・・・・・絶縁膜、６
・・・・・・第１の薄膜測温抵抗体、１１・・・・・・
第２の薄膜測温抵抗体、１７・・・・・・流速感応部、
１８・・・・・・第３の薄膜測温抵抗体。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　半導体基板と、前記半導体基板の一部分に異方
   性エッチングにより形成された、前記半導体基板の厚さ
   より薄い支持体と、前記支持体上に形成されている第１
   の薄膜測温抵抗体と、前記半導体基板の、前記支持体形
   成部分を除く他の部分上に形成されている第２の薄膜測
   温抵抗体とを備えていることを特徴とする流速センサ。
2. （２）　半導体基板の表面が絶縁体で被覆されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の流速センサ。
3. （３）　支持体上であって第１の薄膜測温抵抗体の近傍
   に第３の薄膜測温抵抗体が形成されていることを特徴と
   する請求項１に記載の流速センサ。
4. （４）　支持体が薄膜状であることを特徴とする請求項
   １に記載の流速センサ。