JPH02259527A - 流体の流量検出センサー - Google Patents
流体の流量検出センサーInfo
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- JPH02259527A JPH02259527A JP1082875A JP8287589A JPH02259527A JP H02259527 A JPH02259527 A JP H02259527A JP 1082875 A JP1082875 A JP 1082875A JP 8287589 A JP8287589 A JP 8287589A JP H02259527 A JPH02259527 A JP H02259527A
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Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用技術分野〕
この発明は流体たとえばガス等の流体の流量を測定する
流量センサーに係り、とくにマイクロブリッジ流量セン
サーに関するものである。
流量センサーに係り、とくにマイクロブリッジ流量セン
サーに関するものである。
従来、高感度で応答性の高い流量測定装置として熱線式
流速センサーが知られている。これは第６図にその構成
を示すようにステンレスやセラミックなどの管体４０内
にステム４１，４１を挿入し、その端部を管体４０から
所定の寸法だけ突出させ、ステム４１，４１間にホット
ワイヤーと呼ばれる白金や夕／ゲステン等の極細線、ま
たはホットフィルム等からなるヒーターエレメントをロ
ウ付けすることによりセンサー４３を形成したものであ
る。このセンサーは第７図に示すように抵抗４４．４４
および可変抵抗４５とともにブリッジ回路を組み、その
出力端に増幅器４６を接続することにより定電流形のセ
ンサーを構成したり、第８図に示すようにセンサー４３
すなわちホットワイヤー４２と温度検出抵抗エレメント
４７との電圧が平衡するように、すなわち周囲温度に対
して一定の温度差になるように増幅器４６により駆動さ
れる一定温度差形のセンサーを構成するものがある。
流速センサーが知られている。これは第６図にその構成
を示すようにステンレスやセラミックなどの管体４０内
にステム４１，４１を挿入し、その端部を管体４０から
所定の寸法だけ突出させ、ステム４１，４１間にホット
ワイヤーと呼ばれる白金や夕／ゲステン等の極細線、ま
たはホットフィルム等からなるヒーターエレメントをロ
ウ付けすることによりセンサー４３を形成したものであ
る。このセンサーは第７図に示すように抵抗４４．４４
および可変抵抗４５とともにブリッジ回路を組み、その
出力端に増幅器４６を接続することにより定電流形のセ
ンサーを構成したり、第８図に示すようにセンサー４３
すなわちホットワイヤー４２と温度検出抵抗エレメント
４７との電圧が平衡するように、すなわち周囲温度に対
して一定の温度差になるように増幅器４６により駆動さ
れる一定温度差形のセンサーを構成するものがある。
このような熱線式流速センサーの欠点は流体温度が変わ
ると零点すなわち流量が零のときの出力が変わるだけで
なく、感度も変化してしまうため複雑な温度補正装置が
必要とされることである。
ると零点すなわち流量が零のときの出力が変わるだけで
なく、感度も変化してしまうため複雑な温度補正装置が
必要とされることである。
とくに零点のドリフトについては流体温度の変化がヒー
ターエレメント４２からの熱放散量の変化となり、定電
流形のばあい、ヒーターエレメント４２の温度変化は抵
抗値の変化として捉えられまた一定温度差形のばあいに
は電力変化が出力電圧の変化として得られる。
ターエレメント４２からの熱放散量の変化となり、定電
流形のばあい、ヒーターエレメント４２の温度変化は抵
抗値の変化として捉えられまた一定温度差形のばあいに
は電力変化が出力電圧の変化として得られる。
一方、感度の変化とし工は定電流形にあっては流体の温
度が低いばあい、ヒーターエレメント４２の抵抗値が小
さいために発熱量すなわちジュール熱が小さ（なり、温
度上昇が小さく、いきおい感度が落ちてしまう。また一
定温度差形では温度検出抵抗エレメント４７はヒーター
エレメント４２とは別個に設けるために正確な温度補正
が離かしく、かつ原価高になる欠点がある。しかも抵抗
値の小さいすなわち５０〔Ω〕以下のヒーターエレメン
ト４２を温度上昇させるために大きな電流が必要であり
、すなわち電力消費が太き（、したがって電池駆動が困
難となる。
度が低いばあい、ヒーターエレメント４２の抵抗値が小
さいために発熱量すなわちジュール熱が小さ（なり、温
度上昇が小さく、いきおい感度が落ちてしまう。また一
定温度差形では温度検出抵抗エレメント４７はヒーター
エレメント４２とは別個に設けるために正確な温度補正
が離かしく、かつ原価高になる欠点がある。しかも抵抗
値の小さいすなわち５０〔Ω〕以下のヒーターエレメン
ト４２を温度上昇させるために大きな電流が必要であり
、すなわち電力消費が太き（、したがって電池駆動が困
難となる。
この発明はこのような従来の問題点にかんがみ、零点に
おける温度変化が起らないようにするとともに感度補正
の容易な、しかも消費電流が少なく、かつ精度の高い流
体の流電検出センサーを提供することを目的とする。
おける温度変化が起らないようにするとともに感度補正
の容易な、しかも消費電流が少なく、かつ精度の高い流
体の流電検出センサーを提供することを目的とする。
この発明はその目的を達成するために半導体基台上に薄
膜層を形成するとともに、その基台の一部に空間部を形
成し、かつこの空間部上におい１その薄膜層に一対の薄
膜の測温抵抗エレメントを並設し、かつ両抵抗エレメン
ト間にスリットを設けることによりこの両側に熱絶縁さ
れた測温部を形成し、さらにその薄膜層の半導体基台と
熱的に接触する部分に流体温度検出エレメントを設けた
もので、２つの測温抵抗エレメントを流体の流れ方向に
おいてその上流と下流の位置関係に置（ことにより両者
間に流体の流れによる温度差が生じ流れのないときには
両者は等しい温度に保たれ、周囲温度が変っても２つの
測温抵抗エレメント間には温度差は生ぜず、したがって
零点はシフトしない。
膜層を形成するとともに、その基台の一部に空間部を形
成し、かつこの空間部上におい１その薄膜層に一対の薄
膜の測温抵抗エレメントを並設し、かつ両抵抗エレメン
ト間にスリットを設けることによりこの両側に熱絶縁さ
れた測温部を形成し、さらにその薄膜層の半導体基台と
熱的に接触する部分に流体温度検出エレメントを設けた
もので、２つの測温抵抗エレメントを流体の流れ方向に
おいてその上流と下流の位置関係に置（ことにより両者
間に流体の流れによる温度差が生じ流れのないときには
両者は等しい温度に保たれ、周囲温度が変っても２つの
測温抵抗エレメント間には温度差は生ぜず、したがって
零点はシフトしない。
以下、図面を用いてこの発明の１実施例を説明する。
すなわち第１図およびｗｃ２図に示すマイクロブリッジ
センサー素子１０において、前述の図と同一部分には同
一符号が付しである。閤図忙おいて半導体基台１には薄
膜層１１が形成されるとともに、この薄膜層と対向する
半導体基台ｌのほぼ中央部には凹所からなる空間部４が
形成される。
センサー素子１０において、前述の図と同一部分には同
一符号が付しである。閤図忙おいて半導体基台１には薄
膜層１１が形成されるとともに、この薄膜層と対向する
半導体基台ｌのほぼ中央部には凹所からなる空間部４が
形成される。
また空間部４上において、薄膜層１１には流体の流れる
方向に沿って、かつ空間部４を介し二連通する実質的に
一対の開口部２．３がたがいに所定の間隔をおい箋設け
られる。これらの開口部間において、それぞれの開口部
から所定の間隔を隔てて、かつセンサー素子１０の軸心
Ｍｌ−園と交差する方向に延びるスリット１２が設けら
れ、このスリットにより、上記開口部２．３間に一対の
配役部５すなわち５ａ、５ｂが形成される。しかもこれ
らの配役部はスリン）１２によりたがいに熱的に絶縁さ
れる。そして各配設部５，５には薄膜の測温抵抗エレメ
ント８．９がそれぞれ薄膜成形技術により形成される。
方向に沿って、かつ空間部４を介し二連通する実質的に
一対の開口部２．３がたがいに所定の間隔をおい箋設け
られる。これらの開口部間において、それぞれの開口部
から所定の間隔を隔てて、かつセンサー素子１０の軸心
Ｍｌ−園と交差する方向に延びるスリット１２が設けら
れ、このスリットにより、上記開口部２．３間に一対の
配役部５すなわち５ａ、５ｂが形成される。しかもこれ
らの配役部はスリン）１２によりたがいに熱的に絶縁さ
れる。そして各配設部５，５には薄膜の測温抵抗エレメ
ント８．９がそれぞれ薄膜成形技術により形成される。
一方、薄膜層１１と半導体基台１とが熱的に接する部分
すなわち半導体基台ｌにおい１空間部４が設けられてな
い部分上に位置する部分には流体の温度を検出するため
の流体温度検出抵抗ニレメン）１３が薄膜成形技術に上
り形成される。
すなわち半導体基台ｌにおい１空間部４が設けられてな
い部分上に位置する部分には流体の温度を検出するため
の流体温度検出抵抗ニレメン）１３が薄膜成形技術に上
り形成される。
第１図ないし第３図に示すマイクロブリッジセンサー素
子１０を用いた流量検出回路が第４図に示されている。
子１０を用いた流量検出回路が第４図に示されている。
すなわち測温抵抗エレメント８゜９はこれらのエレメン
トに比しはるかに大きい抵抗値を有し、比較電位を得る
ための抵抗１５．１６とともにブリッジ回路を形成して
いる。そし℃このブリッジ回路の出力端には各測温抵抗
エレメント８．９の出力を増幅する増幅器１７．１８が
接続され、さらにこれらの増幅器の出力端は抵抗２１．
２２を介して出力段の増幅器２３の入力端にそれぞれ接
続される。これによつ℃温度差検出回路２５が構成され
る。また流体温度検出抵抗エレメント１３はトランジス
タ２７．２８および抵抗２９とともに定電流回路３１を
形成する。さらにこの定電流回路にはトランジスタ３３
および抵抗３４により温度差検出回路２５を間欠的に駆
動するスイッチング回路３５が接続される。
トに比しはるかに大きい抵抗値を有し、比較電位を得る
ための抵抗１５．１６とともにブリッジ回路を形成して
いる。そし℃このブリッジ回路の出力端には各測温抵抗
エレメント８．９の出力を増幅する増幅器１７．１８が
接続され、さらにこれらの増幅器の出力端は抵抗２１．
２２を介して出力段の増幅器２３の入力端にそれぞれ接
続される。これによつ℃温度差検出回路２５が構成され
る。また流体温度検出抵抗エレメント１３はトランジス
タ２７．２８および抵抗２９とともに定電流回路３１を
形成する。さらにこの定電流回路にはトランジスタ３３
および抵抗３４により温度差検出回路２５を間欠的に駆
動するスイッチング回路３５が接続される。
上記構成におい℃、定電流回路３１からの電流によって
測温抵抗エレメント８．９は発熱する。
測温抵抗エレメント８．９は発熱する。
ここで抵抗１５．１６は測温抵抗エレメント８゜９に比
しかなり大きい値を有するためにその測温抵抗エレメン
トは一定電流で駆動されるものとみなすことができる。
しかなり大きい値を有するためにその測温抵抗エレメン
トは一定電流で駆動されるものとみなすことができる。
マイクロブリッジセンサー素子１００表面において流体
が流速をもつと、その上流側に位置する測温抵抗エレメ
ントたとえば８はその下流側に位置する測温抵抗エレメ
ントたとえば９に比し、より強（冷される。換言すれば
下流側の測温抵抗エレメント９は上流側の測温抵抗エレ
メント８に比べほとんど流体の影響を受けないので、両
エレメント８．９間に温度差が現われる。するとこの温
度差は抵抗変化となり、ブリッジ回路はその平衡を失う
。このためその出力は各増幅器１７．１８により増幅さ
れ、さらに増幅器２３により増幅器１７．１８の出力の
差分が増幅される。
が流速をもつと、その上流側に位置する測温抵抗エレメ
ントたとえば８はその下流側に位置する測温抵抗エレメ
ントたとえば９に比し、より強（冷される。換言すれば
下流側の測温抵抗エレメント９は上流側の測温抵抗エレ
メント８に比べほとんど流体の影響を受けないので、両
エレメント８．９間に温度差が現われる。するとこの温
度差は抵抗変化となり、ブリッジ回路はその平衡を失う
。このためその出力は各増幅器１７．１８により増幅さ
れ、さらに増幅器２３により増幅器１７．１８の出力の
差分が増幅される。
なお周囲温度によって半導体基台ｌの温度が変化したと
きにはその変化は流体温度検出抵抗エレメント１３によ
って補償される。
きにはその変化は流体温度検出抵抗エレメント１３によ
って補償される。
第５図に両測温抵抗エレメント８，９の抵抗変化とその
差が示される。すなわち流体の流量が多くなるにつれ、
上流側に位置する測温抵抗エレメント８の抵抗値Ｒ８は
低下する。これに対し下流側に位置する測温抵抗エレメ
ント９の抵抗値Ｒ９の変化は小さい。このため両抵抗値
の差ＲＯは流量の増加とともに増大することが分る。
差が示される。すなわち流体の流量が多くなるにつれ、
上流側に位置する測温抵抗エレメント８の抵抗値Ｒ８は
低下する。これに対し下流側に位置する測温抵抗エレメ
ント９の抵抗値Ｒ９の変化は小さい。このため両抵抗値
の差ＲＯは流量の増加とともに増大することが分る。
この発明は上述のように半導体基台ｌの空間部４上に設
けた薄膜層１１に薄膜の測温抵抗エレメント８．９をそ
れぞれ配設し、一方、半導体基台ｌと熱的に接触する部
分に流体温度検出エレメント１３を設けているので、周
囲温度の変化によって簿膜層１１の温度が変化したばあ
いにも流体温度検出エレメント１３によって補正される
。また測温抵抗エレメント８，９および流体温度検出エ
レメント１３は薄膜形成技術およびマイクロマシニング
技術により１つの基板上に集積することができるので、
製造が容易であり、したかつ℃安価に供給できる。さら
に薄膜抵抗は熱線抵抗に比し大きい抵抗値が得られるの
で、消費電流を小さ（することができ、しかも測温抵抗
エレメント８゜９が配設される配役部５．５は薄膜構造
をとることができることから、熱時定数が短（、それゆ
え間欠駆動が可能となる。
けた薄膜層１１に薄膜の測温抵抗エレメント８．９をそ
れぞれ配設し、一方、半導体基台ｌと熱的に接触する部
分に流体温度検出エレメント１３を設けているので、周
囲温度の変化によって簿膜層１１の温度が変化したばあ
いにも流体温度検出エレメント１３によって補正される
。また測温抵抗エレメント８，９および流体温度検出エ
レメント１３は薄膜形成技術およびマイクロマシニング
技術により１つの基板上に集積することができるので、
製造が容易であり、したかつ℃安価に供給できる。さら
に薄膜抵抗は熱線抵抗に比し大きい抵抗値が得られるの
で、消費電流を小さ（することができ、しかも測温抵抗
エレメント８゜９が配設される配役部５．５は薄膜構造
をとることができることから、熱時定数が短（、それゆ
え間欠駆動が可能となる。
第１図〜第５図はこの発明の１実施例を示すもので、第
１図はマイクロブリッジセンサー素子の平面図、第２図
は同斜視図、第３図は第２図の■−Ｉ線に沿って切断し
、これを矢印方向に見た縦断面図、第４図は流量検出セ
ンサーの電気回路図、第５図は測温抵抗エレメントの抵
抗特性図、第６図〜第８図は従来装置を示すもので、第
６図は熱線式流量センサーの斜視図、第７図および第８
図は電気回路図である。 ｌ・・・半導体基台、２・・・開口部、３・・・開口部
、４・・・空間部、５・・・配設部、８・・・測温抵抗
エレメント９・・・測温抵抗エレメント、１０・・・マ
イクロブリッジセンサー素子、１１・・・薄膜層、１２
・・・スリット、１３・・・流体温度検出抵抗エレメン
ト、１５・・・抵抗、１６・・・抵抗、１７・・・増幅
器、１８・・・増幅器２１・・・抵抗、２２・・・抵抗
、２３・・・増幅器、２５・・・温度差検出回路、２７
・・・トランジスタ、２８・・・トランジスタ、２９・
・・抵抗、３１・・・定電流回路、３３・・・トランジ
スタ、３４・・・抵抗、３５・・・スイッチング回路。 特 許 出 願 人 山武ハネウェル株式会社第３
図 第４図 ｄＲｕ／ＲｕＯ（％〕 ｄＲｄ／ＲｄＯｃ％〕 ｄＲｄ／Ｒｄ−ｄＲｕ／Ｒｕ
１図はマイクロブリッジセンサー素子の平面図、第２図
は同斜視図、第３図は第２図の■−Ｉ線に沿って切断し
、これを矢印方向に見た縦断面図、第４図は流量検出セ
ンサーの電気回路図、第５図は測温抵抗エレメントの抵
抗特性図、第６図〜第８図は従来装置を示すもので、第
６図は熱線式流量センサーの斜視図、第７図および第８
図は電気回路図である。 ｌ・・・半導体基台、２・・・開口部、３・・・開口部
、４・・・空間部、５・・・配設部、８・・・測温抵抗
エレメント９・・・測温抵抗エレメント、１０・・・マ
イクロブリッジセンサー素子、１１・・・薄膜層、１２
・・・スリット、１３・・・流体温度検出抵抗エレメン
ト、１５・・・抵抗、１６・・・抵抗、１７・・・増幅
器、１８・・・増幅器２１・・・抵抗、２２・・・抵抗
、２３・・・増幅器、２５・・・温度差検出回路、２７
・・・トランジスタ、２８・・・トランジスタ、２９・
・・抵抗、３１・・・定電流回路、３３・・・トランジ
スタ、３４・・・抵抗、３５・・・スイッチング回路。 特 許 出 願 人 山武ハネウェル株式会社第３
図 第４図 ｄＲｕ／ＲｕＯ（％〕 ｄＲｄ／ＲｄＯｃ％〕 ｄＲｄ／Ｒｄ−ｄＲｕ／Ｒｕ
Claims (3)
- （１）半導体基台（１）上に薄膜層（１１）を形成する
とともに、上記基台（１）の上記薄膜層（１１）と対向
する部分に空間部（４）を形成し、かつこの空間部上に
おいて、上記薄膜層（１１）には流体の流れる方向と交
差する方向に沿つて、かつ電流によつて発熱する一対の
薄膜の測温抵抗エレメント（８）（９）をたがいに所定
の間隔をおいて並設し、さらにこれら両測温抵抗エレメ
ント間において、上記薄膜層（１１）にはその両測温抵
抗エレメントをたがいに熱的に絶するスリット（１２）
を設け、一方上記薄膜層（１１）の上記基台（１）と熱
的に接する部分には薄膜の流体温度検出抵抗エレメント
（１３）を設けたことを特徴とする流体の流量検出セン
サー。 - （２）半導体基台（１）上に薄膜層（１１）を形成する
とともに、上記基台（１）の上記薄膜層（１１）と対向
する部分に空間部（４）を形成し、かつこの空間部上に
おいて、上記薄膜層（１１）には流体の流れる方向と交
差する方向に沿つて、かつ電流によつて発熱する一対の
薄膜の測温抵抗エレメント（８）（９）をたがいに所定
の間隔をおいて並設し、さらにこれら両測温抵抗エレメ
ント間において、上記薄膜層（１１）にはその両測温抵
抗エレメントをたがいに熱的に絶縁するスリット（１２
）を設け、一方上記薄膜層（１１）の上記基台（１）と
熱的に接する部分には薄膜の流体温度検出抵抗エレメン
ト（１３）を設け、さらに上記測温抵抗エレメント（８
）（９）と抵抗（１５）（１６）により形成されるブリ
ッジ回路と、このブリッジ回路に接続される増幅器によ
り温度差検出回路（２５）を形成し、かつこの温度差検
出回路を定電流回路に接続するとともに、この定電流回
路に上記流体温度検出抵抗エレメント（１３）を接続し
たことを特徴とする流体の流量検出センサー。 - （３）上記薄膜層（１１）において、かつ流体の流れる
方向において、上記両測温抵抗エレメント（８）（９）
の外側に上記空間部（４）を介してたがいに連通する開
口部（２）（３）をそれぞれ形成した特許請求の範囲第
１項または第２項記載の流体の流量検出センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1082875A JPH0625684B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 流体の流量検出センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1082875A JPH0625684B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 流体の流量検出センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02259527A true JPH02259527A (ja) | 1990-10-22 |
| JPH0625684B2 JPH0625684B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=13786468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1082875A Expired - Lifetime JPH0625684B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 流体の流量検出センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0625684B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5804720A (en) * | 1995-09-07 | 1998-09-08 | Ricoh Company, Ltd. | Flow sensor apparatus including a thin film sensor |
| WO1998044319A1 (en) * | 1997-04-03 | 1998-10-08 | Yamatake Corporation | Circuit board and detector, and method for manufacturing the same |
| US5852239A (en) * | 1996-06-12 | 1998-12-22 | Ricoh Company, Ltd. | Flow sensor having an intermediate heater between two temperature-sensing heating portions |
| US6349596B1 (en) | 1998-12-15 | 2002-02-26 | Hitachi, Ltd. | Thermal type air flow sensor |
| WO2003093838A1 (fr) * | 2002-05-02 | 2003-11-13 | Yamatake Corporation | Capteur de vitesse d'ecoulement |
| US7082825B2 (en) | 2002-12-27 | 2006-08-01 | Yamatake Corporation | Smoking device including a flowmeter |
| US7417601B2 (en) | 2003-05-20 | 2008-08-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Projector systems |
| WO2008142941A1 (ja) * | 2007-05-24 | 2008-11-27 | Yamatake Corporation | 熱流量計 |
| US8689623B2 (en) | 2011-09-22 | 2014-04-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Flow sensor, mass flow controller, and method for manufacturing flow sensor |
| CN114034349A (zh) * | 2021-11-10 | 2022-02-11 | 内蒙古自治区林业科学研究院 | 一种坡面薄层水流的流量检测装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3969564B2 (ja) * | 2001-10-19 | 2007-09-05 | 株式会社山武 | フローセンサ |
-
1989
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