JPH0367128A - サンプリングプローブフローセンサ - 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］ 本発明は流量感知装置に関し、特に脆弱なフローセンサ
の望ましい性能特性を維持しつつ、感知される流体内の
汚染物からセンサを保護する方法及びプローブの構成に
関する。

〔従来技術］ 近年の微細工作技術の発達により、半導体基体に形式さ
れた孔の上に懸垂された薄膜発熱体と少なくとも１つの
薄膜センサを有する形式のソリッドステートフローセン
サが開発された。このようなセンサはマイクロブリッジ
フローセンサと呼ばれ、大量生産が可能で小型軽量なた
め、非常に低価格で制作することができる。それに加え
て、マイクロブリッジセンサは非常に速い応答を得るこ
とができる。マイクロブリッジセンサの製造方法、構成
及び性能特性の詳細については、１９８４年１０月２３
日にイ寸与されたピー・ジェイ・ボアーのアメリカ合衆
国特許第４，４７８，０７６号（対応日本出願番号は特
開昭６０−１４２２６８、発明の名称は「流速センサ」
である）及びこの特許明細書の中で引用されている文献
を参照されたい。

上述の形式の基本センサは気体流量を感知するものであ
る。空気流量は、燃料制御システム、特に混合室即ち燃
焼室に送る空気流量を決定する必要のある内燃機関の燃
料空気混合気の制御を含む多くの応用分野で非常に重要
なパラメータである。

自動車分野でマイクロブリッジフローセンサを用いる場
合に起こる問題の一つに、空気流内の粒子、燃料油の小
滴及びその他の汚物の存在があげられる。マイクロブリ
ッジセンサは本質的に脆弱で、衝撃によって破壊されや
すい面がある。燃料空気を濾過して粒子や他の汚物を取
り除いても、センサを通過する空気流には汚物が混じっ
ていることがある。空気の内燃機関への体積流量は通常
非常に高く、１０００キログラム（ｋｇ）／時間位にも
なり得る。この空気流によって運ばれる汚物によってマ
イクロブリッジセンサが破壊されることがある。したが
って、汚染物がセンサに衝撃を与えないように注意しな
ければならない。

上述の問題を軽減するために、様々な方法やプローブの
構成が考えられている。例えば、センサ自身にフィルタ
を設けて保護したり、センサ素子を主空気流外に位置す
るように配置したりまたは構成したりしている。

このような方法及び構成は、センサの保護に多少効果は
あるが、他の問題を起こす。フィルタ型の構成は一般的
に流体の流れに対するインピーダンス、即ち抵抗を増加
させてしまい、したがってセンサの性能に影響を与え、
−船釣にセンサ位置を通過する全空気量に対する感度を
減少させてしまう。また、センサを主空気流の外に位置
させると、−船釣に流速を感知する能力を減少させてし
まう。

Ｃ本発明の概要〕 本発明は上述の問題を克服することのできるセンサを提
供することを目的とする。

本発明によれば、フローセンサ素子と、効果的に流体内
の汚染物を除去しなからセンサ素子に流体を導入するサ
ンプリングチャンネルが形式されたハウジングからなる
フローセンサが提供される。

本発明のフローセンサは基本的に、特定位置に最大径Ｎ
域とそこから下流側に小さい径の領域を有するハウジン
グ、即ち本体と、フローセンサ素子とからなる。本体は
、最大径領域と小さい径の６１Ｍにあるポートを接続す
るサンプリングチャンネルを有し、流体は流体の流れと
逆方向にサンプングチャンネルに流れる。サンプリング
チャンネルは長平方向部とポートを長手方向部に接続す
る横方向支流部とからなる。横方向支流部は、流れの方
向に対してポートから上流に少なくとも９０度の角度を
形成する。フローセンサ素子はサンプリングチャンネル
内に取り付けられる。

（実施例〕 第１図で、符号８は本発明によるフローセンサプローブ
全体を示す。センサプローブ８は、中央に形式され軸線
１３に沿って延びる孔１２を有する部材１１内に取り付
けられている。孔１２は矢印１４に示されるように、流
体が流れ込むように設けられている。

本発明の記載を簡略化するために、部材１１を内＠機関
の較正器の一部または空気取り入れ口と考えることにす
る。孔１２は較正器または空気取り入れ口の通路と考え
てもよい。しかしながら、本発明のフローセンサプロー
ブの応用範囲は自動車に限られず、フローを感知する様
々な分野に適用可能である。

第１図に示すように、センサプローブ８は孔１２内に配
置され、孔１２を横切って延びる支柱１５によって本体
１１に取り付けられている。センサプローブ８は、軸線
１３周囲の回転面に拘束されたエアロダイナミック状本
体１０を備えている。

本体１０は、最大径部２１まで達する丸い先端縁２０と
、そこからティーバー状に径が減少し後端縁２３に到る
部分を有する。

第２及び３図に示されるように、本体１０は支柱１５の
下表面を含む水平面の両側に位置する２つの分割部１０
Ａ、ＩＯＢで構成されている。上部本体分割部１０Ａは
、最大径領域の表面に一対の第１ポート２４と、ポート
２４より小さい断面の領域に一対の第２のポート２５を
有する。ポート２４及び２５は長手方向チャンネル２６
と横方向支流チャンネル２７．２８によって接続されて
いる。第２図に示されるように、支流チャンネル２７．
２８は本体ｌＯを通過する流体に関してポート２４．２
５が下流側になるように角度が付けられている。

チャンネル部２６は、マイクロブリッジフローセンサ素
子４２（第３図に示す）とこれに関連する電気接続線と
を収容するための広い部分３０を有する。チャンネル２
６の断面積を一定に保持するために、部分３０の床は３
１に示されるように持ち上げられ、チャンネルの深さを
減少させている。

本体１０及び部材１１は共に、本体ｌＯの最大径領域２
１で最小の断面積を有する通路を孔１２内に備えており
、通路の有効な断面積は下流側で増加している。ベルヌ
ーイ効果のために、ポート２４において最大流速及び最
小圧力となる。また、ポート２５では流速は減少し圧力
は増加する。この圧力差によって、矢印３４．３５及び
３６で示すように、孔１２を通る流れの方向とは逆に流
れがポート２５に入ってチャンネル２６を通りポート２
４から出る。ポート２４及び２５の圧力差、したがって
チャンネル２６を通る流速及び流量は、本体１０を通過
する流体の流量に比例する。

したがって、チャンネル２６内のセンサ素子４２は孔１
２を通過する流量を示す出力を発生する。

センサ素子４２は、しかしながら、本体１０を通過する
空気内に漂う大きなまたは重い粒子や汚染物から保護さ
れている。出力ポート２４を介しての、素子４２の位置
に直接通じる通路はない。

したがって、粒子に出力ポート２４を介して流れに抵抗
しセンサ素子の位置に達するだけの十分な力学的エネル
ギがあっても、このような粒子はまず２回にわたって各
々９０度以上の角度の方向変化をせねばならず、これは
不可能である。人力ポート２５を介してセンサ素子位置
に達するには、粒子は全体で約１８０度の方向変化のあ
る２つの曲がり角を含む経路に従わなければならない。

検出器に損傷を与える程大きな粒子は、本体１０を通過
する流れに沿った十分な力学的エネルギを有し、そのた
め人力ポート２５に入るのを阻止される可能性が大きい
。

第３図に示すように、一方の支柱の下表面には浅い溝４
０が形成され、フローセンサ素子４２を一端に取り付け
られた基板４１を収容するようになっている。基板４１
上には、素子４２と外部利用装置の間に信号及び電力を
送る導体４３が形成されている。外部利用装置は、例え
ば内燃機関の燃料制御システムがあげられる。素子４２
の適切な実施例が第４図に示され、符号５０は薄膜素子
のパターンが形成されたシリコンダイの一部を示す。薄
膜素子は、中央に位置する発熱体５１と発熱体の両側に
ある一対の熱感知センサ５２．５３を含む。薄膜素子を
ダイ５０上に形成した後発熱体５１と熱感知センサ５２
．５３の下に延びる凹部５４がダイ５０にエソチングで
形成され、薄膜素子は凹部上に懸垂される。このような
検出器は、既知の半導体製造方法によって安価に大量生
産することができる。

第５図の分解図に示すセンサプローブの実施例は、入力
及び出力ポートから長手方向チャンネルに導（横方向支
流チャンネルの形状及び構成を除いて、第１〜３図の実
施例と大体類似している。

第１〜３図で用いられた符号を第５図の同−素子及び特
徴を識別するために用いる。横方向支流チャンネルに関
して、第５図の実施例は、本体１０を通過する流体に関
してポート２４．２５が下流側になるような角度を有す
るのではなく、本体の長平方向軸に対して直角に延びる
チャンネルを有することが示されている。第５図では、
入力ポートは５６、入力ポートをチャンネル部２６に接
続する支流チャンネルは５７、出力ポートは５８、出力
ポート５８をチャンネル部２６に接続する支流チャンネ
ルは５９で識別される。

第５図の構成では、フローセンサ素子に汚染物が衝突す
るのを防止するための通路が幾分単純化されているが、
このような簡素化された構成でも十分な防護が得られる
と思われる。同様に、第５図の実施例にはチャンネル部
２６の部分３０の持ち上げられた床も省略されている。

この持ち上げられた床は、チャンネルに適切な寸法及び
均整を選択することにより省略可能であることがわかっ
た。

本発明の２つの実施例を、内燃機関の制御システムに適
用した場合について説明した。しかしながら、本発明の
範囲及び教示から逸脱せずに種々の変更や特徴が得られ
ることは、当業者には明白であろう。したがって、本発
明の範囲は上述の実施例によって限定されるものではな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、管部材の孔の中に取り付けられた本発明によ
るフローセンサプローブの一実施例を一部切り欠いて示
した斜視図、 第２図は、第１図のプローブ本体の半分を水平面で割っ
て内部サンプリングチャンネルを示す斜視図、 第３図は、第１図のプローブ本体の分割された他の半分
の反転した斜視図であり、取り付は支柱とフローセンサ
素子の位置を示す図、 第４図は、本発明のフローセンサ装置に用いて好適なマ
イクロブリッジフローセンサの平面図、第５図は、本発
明のフローセンサプローブの第２実施例の斜視分解図で
ある。 １０、、、本体、１５．、、支柱、 ２４．２５．、、　　ポート、２６．２７．２８０．。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、最大径部まで達する丸い先端縁と、そこから径が減
   少する部分とからなり、最大径部の表面に第１のポート
   と、より小さい直径の部分に第２のポートと、第１及び
   第２のポートを接続するサンプリングチャンネルを有し
   、チャンネルを通る流体の流れの方向は孔を通る流体の
   流れの方向とは反対になるようにし、軸に対してほぼ対
   称で流線型の本体と、前記本体のサンプリングチャンネ
   ル内に取り付けられるフローセンサ素子とからなる、サ
   ンプリングプローブフローセンサ。 ２、前記サンプリングチャンネルは前記本体の軸線と整
   合された長手方向部と横方向支流部とからなり、前記本
   体の表面にある第１及び第２のポートは前記長手方向部
   の両端に接続する横方向支流部に接続され、横方向支流
   部からポートに向かう方向はポートが孔内を通過する流
   体の下流側になるように方向づけられ、サンプリングチ
   ャンネルに入る流体は少なくとも９０度の方向変換を行
   わなければならないようにしたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載のサンプリングプローブフローセ
   ンサ。 ３、前記フローセンサ素子は、前記本体のサンプリング
   チャンネルの長手方向部を通過する流体内に懸垂された
   薄膜発熱体と少なくとも１つの薄膜発熱感知センサを有
   する形式の素子であることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項に記載のサンプリングプローブフローセンサ。