JPH03261868A - フローセンサ - 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、気体の流速や、流量を求めるために使用され
るフローセンサに関するものである。

（従来の技術） 近年、計測用又は工業計測用にフローセンサが利用され
るようになってきた。

流速の計測方法は、これまでにも幾種類か発表されてい
るが、そのなかでも発熱体の抵抗値が気体の流速で変化
することを利用する方法が具体化されている。

この流速測定装置には、定電流形と定温度形があるが、
いずれもその出力電圧Ｖ又は出力電流工が、風速をＶと
したとき、 ■又はＩＣｃ　　（ｐ−＋　Ｂ　７ララなる関係を利用
したものである。なお、Ａ、Ｂは定数である。

この原理に基づいた定温度形フローセンサについて、第
４図（ａ）および（ｂ）により説明する。

第４図（ａ）および（ｂ）は、従来のフローセンサの斜
視図およびＥ−Ｅ′線の断面図である。

従来のフローセンサは、短冊状のシリコン基板１の表面
の端部に異方性エツチングによりＶ字形の凹み１ａが設
けられている。

上記のシリコン基板１の表面および裏面には、Ｓｉ、Ｎ
、又はＳｉＯ２の絶縁膜２および３が形成されており、
上記の異方性エツチングによって、形成されたＶ字形凹
み１ａの上に支持膜部２ａが橋架されている。

白金の薄膜からなる第１および第２測温抵抗体４および
５が、上記の支持膜部２ａの上にジグザグに並行して形
成され、それぞれシリコン基板１の他端部両側に配置さ
れた電極端子４ａ、４ｂおよび５ａ、５ｂに、リード配
線４ｃ、４ｄおよび５ｃ。

５ｄで接続されている。さらに、表面の絶縁膜２の表面
に、電極端子４ａ、４ｂ、５ａおよび５ｂを除き、上記
の第１および第２測温抵抗体４および５を覆う保護膜６
が形成されている。

以上のように構成されたフローセンサについて、その動
作を説明する。流速測定装置は、上記のフローセンサを
２個使用し、一方の第１Ｗ！Ｕ温抵抗体４をヒータ、第
２測温抵抗体５をヒータ温度モニタとし、他方の第２１
！Ｕ温抵抗体５を基板温度モニタとなる第３測温抵抗体
として使用する。さらに、ヒータ温度モニタと基板温度
モニタとで検出される温度を一定に保つ回路に接続し、
ヒータのないフローセンサの方向から気体を流すととも
に、ヒータに通電し、ヒータ温度モニタと基板温度モニ
タとによる検出温度差を一定に保持させた時のヒータの
消費電力から流速を求める。

（発明が解決しようとする課題） フローセンサの特性は、主に流速に対する感度と応答性
とで評価されるものであるが、上記の構成では、支持膜
部２ａの下およびＶ字形凹みｌａに気体が澱むために、
流速によってヒータの冷却が効率良く行われず、出力感
度が低下したり、また、気体の流れに対する角度が微妙
に影響するため、その調整がむずかしく、正確な流速の
測定がむずかしいという問題があった。

また、ヒータ、ヒータ温度モニタおよび基板温度モニタ
を構成するため、２個のフローセンサを必要とするため
、構造が複雑になるという問題もあった。

本発明は上記の問題を解決するもので、感度が良く、気
体の流れに対する角度の調整範囲も広く、正確な流速が
測定できるフローセンサを提供するものである。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するため、本発明は、上記のＶ字形凹
みをシリコン基板の両側面に達するＶ溝とするものであ
る。また、１個のフローセンサで済ますために、上記の
Ｖ溝の上に２箇所の支持膜部を設け、その一方に第１お
よび第２測温抵抗体を他方に第３測温抵抗体を形成する
ものである。

あるいは、上記のＶ溝と、これを除く位置にＶ字形凹み
を形成し、■溝の支持膜部には第１および第２測温抵抗
体を、Ｖ字形凹みの支持膜部には第３＠温抵抗体をそれ
ぞれ形成するものである。

（作　用） 上記の構成により、気体はＶ溝の中を澱まずに流れるの
で、冷却効率が向上し感度が良くなる。

また、■溝は、シリコン基板の両側面に開口しているた
め、気流方向との角度調整範囲が広くなり、取付は調整
が簡単となる。

また、第１．第２および第３測温抵抗体を１個のフロー
センサ上に構成したものでは、１個のフローセンサで済
むため、構造が簡単となる。

（実施例） 本発明の実施例３例を第１図ないし第３図により説明す
る。

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の第工の実施例であ
る定電流形フローセンサの斜視図、およびそのＡ−Ａ’
線に沿った断面図である。

同図において、本実施例が第４図に示した従来例と異な
る点は、シリコン基板１の後端部に、その両側面に抜け
るＶ溝１ｂを形成した点である。

その他は従来例と変わらないので、同し構成部品には同
一符号を付して、その説明を省略する。なお、支持膜部
２ａの厚さは、保護膜６を含め数μないし数十μである
。

このように構成されたフローセンサを２個用いた流速測
定装置の動作について説明する。その使用方法は従来例
と同様に、２個のフローセンサを使用する。

第工のフローセンサの電極端子４ａおよび４ｂ間に電圧
を印加して第１測温抵抗体４に通電して。

発熱する。支持膜部２ａは薄膜のため、わずかな電力で
あってもその温度が上昇し、シリコン基板ｌの温度より
高くなる。この温度変化に応じて、第２測温抵抗体５の
抵抗値に変化が生じ、電極端子５ａおよび５ｂ間の電圧
が変化する。

流速を測定すべき流体中に置くと、その流速に応じて支
持膜部２ａからの単位時間当たり熱散逸量が変化する。

すなわち、流速の増減に従って、熱散逸量が増減し、そ
の温度が低下あるいは上昇する。これにより第１測温抵
抗体４の抵抗値は、温度の変化に応じて増減し、電極端
子４ａおよび４ｂ間の電圧値の増減として出力される。

一方、第２のフローセンサを用いた第３測温抵抗体５は
、シリコン基板１の温度または周囲温度を検出するもの
で、無風状態においては第１のフローセンサの第２測温
抵抗体５との差が常に一定に保たれるように第３測温抵
抗体５に一定電流を流しておく。このときの第１測温抵
抗体４の電圧を基準とすると、前述の式から明らかなよ
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、支持膜部２ａの下を両
側に貫通するＶ溝１ｂによって、感度が高く、応答速度
が速く、安定した高精度なフローセンサが得られる。

次に、本発明の第２の実施例について第２図（ａ）およ
び（ｂ）により説明する。

第２図（ａ）および（ｂ）は第２の実施例である定温度
形のフローセンサの斜視図およびそのＢ−Ｂ′線に沿っ
た断面図である。

本実施例が第上図に示した第１の実施例と異なる点は、
■溝１ｂの上に２箇所の支持膜部２ｂおよび２ｃを設け
、一方の支持膜部２ｂに第１および第２測温抵抗体４お
よび５を他方の支持膜部２ｃに第３測温抵抗体７をそれ
ぞれ形成した点と、第Ｉおよび第２Ｗ４温抵抗体４およ
び５の一端は、共通リード配線８ａを介して共通電極端
子８に、他端はそれぞれリード配、ｉ！４ｄおよび５ｄ
を介して別個の電極端子４ｂおよび５ｂにそれぞれ接続
し、第３測温抵抗体７の両端は、それぞれリード配線７
ｃおよび７ｄを介して電極端子７ａおよび７ｂに接続し
た点である。

その他は第１の実施例と変わらないので、同じ構成部品
には同一符号を付してその説明を省略する。

このように構成されたフローセンサの動作について説明
する。

第１測温抵抗体４の温度を第２測温抵抗体５で検出して
、それと基板温度を検出する第３Ｗｓ温抵抗体７との温
度差が常に一定に保たれるように、第１測温抵抗体４の
電流源を制御する。支持膜部２ｂから散逸する熱は流速
の平方根に比例し、その分だけ第（測温抵抗体４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。

次に本発明の第３の実施例について第３図（ａ）。

（ｂ）および（ｃ）により説明する。

第３図（ａ）、　（ｂ）および（ｃ）は第３の実施例に
おけるフローセンサの斜視図、ｃ−ｃ′線およびＤ−Ｄ
”線に沿った断面図である。

本実施例が第２の実施例と異なる点は、Ｖ溝ｌｂと別の
位置に異方性エツチングによりＶ字形凹み１ｃの上に支
持膜部２ｄを形成し、その上に第３測温抵抗体７を設け
た点である。その他は第２の実施例と変わらないので、
同じ構成部品には同一符号を付して、その説明を省略す
る。また、このように構成されたフローセンサの動作も
、第２の実施例と変わらないので、その説明も省略する
。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、第１および第２
測温抵抗体が５半導体基板の両側面に貫通するＶ溝に橋
架する支持膜部に形成されているため、第２測温抵抗体
はわずかな電力で温度が上昇するので感度・応答性がと
もに高く、また、支持膜部の下で気体の澱みがないこと
から、さらに感度が高く、安定した出力が得られる６さ
らに。

１個の基板上に第３８！！温抵抗体を設けることにより
、構造が簡単で小形のフローセンサを得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明による第１の実施例
のフローセンサの斜視図およびそのＡ−Ａ’線に沿った
断面図、第２図（ａ）および（ｂ）は本発明による第２
の実施例のフローセンサの斜視図およびそのＢ−Ｂ’線
に沿った断面図、第３図（ａ）、　（ｂ）および（ｃ）
は本発明による第３の実施例のフローセンサの斜視図、
そのｃ−ｃ’線およびＤ−Ｄ’線に沿った断面図、第４
図（ａ）および（ｂ）は従来のフローセンサの斜視図お
よびそのＥ−Ｅ’線に沿った断面図である。 ｌ　・・・シリコン基板、　ｌａ、ｌｃ・・・Ｖ字形凹
み、　１ｂ・・・Ｖ溝、　２，３・・・絶縁率 図 ６　係棧朦 膜、　　２ａ、　２ｂ、　２ｃ、　２ｄ−支持膜部。 ４　・・・第１測温抵抗体、　４ａ、　４ｂ、　５ａ。 ５ｂ、　７ａ、　７ｂ　−電極端子、　４ｃ、　４ｄ。 ５ｃ、　　５ｄ、　７ｃ、　　７ｄ　・＝　　リード配
線。 ５　・・・第２測温抵抗体（第３測温抵抗体）、６・・
・保護膜、７・・　第３測温抵抗体、８・・・共通電極
端子、　　８ａ・・・共通リード配線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁膜が表裏両面に形成されている半導体基板の
   表面に、上記の絶縁膜を支持体として残すように、上記
   の半導体基板の両側面に貫通する溝を設け、上記の支持
   体上に薄膜からなる第１および第２測温抵抗体を並行し
   て形成したことを特徴とするフローセンサ。
2. （２）絶縁膜が表裏両面に形成されている半導体基板の
   表面に、上記の絶縁膜を支持体として２箇所残すように
   、上記の半導体基板の両側面に貫通する溝を設け、一方
   の支持体に第１および第２測温抵抗体を他方の支持体に
   第３測温抵抗体をそれぞれ形成したことを特徴とするフ
   ローセンサ。
3. （３）絶縁膜が表裏両面に形成されている半導体基板の
   表面に、上記の絶縁膜を支持体として残すように、上記
   の半導体基板の両側面に貫通する溝と、上記の溝を除く
   位置に凹みとをそれぞれ形成し、上記の溝の支持体には
   第１および第２測温抵抗体を、上記の支持体には第３測
   温抵抗体をそれぞれ形成したことを特徴とするフローセ
   ンサ。