JPH0372934B2 - - Google Patents

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JPH0372934B2
JPH0372934B2 JP58199092A JP19909283A JPH0372934B2 JP H0372934 B2 JPH0372934 B2 JP H0372934B2 JP 58199092 A JP58199092 A JP 58199092A JP 19909283 A JP19909283 A JP 19909283A JP H0372934 B2 JPH0372934 B2 JP H0372934B2
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JP
Japan
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resistor
platinum
thermal air
grain boundaries
platinum wire
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JP58199092A
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JPS6091212A (ja
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Kanemasa Sato
Sadayasu Ueno
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、内燃機関の吸入空気量を測定するた
めに用いる熱線式空気流量計用発熱抵抗体に関す
るものである。
〔発明の背景〕
従来、この種の発熱抵抗体には、特開55−
48613号に記載のように白金がもちいられている
が、この白金は、99.995%(以下、純白金)の純
度の白金線が用いられている。
ところが、純白金抵抗体は不純物が入つていな
いために抵抗の温度係数が3870ppm/℃(0−
100℃)と大きく安定であり、また抵抗値のばら
つきがほとんどない等の利点がある反面、高価で
あるという欠点を有している。
また、純白金抵抗体の場合、抵抗体を横断する
ような大きな結晶粒界(100μ×100μ)が表面に
形成され、冷熱サイクルが繰り返されると結晶粒
界に沿つて抵抗体を横断する破断層が生じ抵抗値
が大幅に変化する欠点もある。
さらに、表面をガラスコートした場合でもこの
ガラスコートが剥離した後白金抵抗体が割れると
いう現象が生じ、耐久性に問題があつた。
これに対し、特開昭56−160659号公報には、抵
抗体の機械強度と耐久性を向上させるため、白金
に不純物としてニツケル、ロジウム、イリジウ
ム、バドニウム、ルチニウムなどの少なくとも一
種の他の金属を3乃至10%の範囲で添加した白金
合金で抵抗体を形成する技術が記載されている。
しかし不純物の量が多すぎて抵抗体が脆くなり過
ぎ、成形し難く、また物理特性が純白金と大幅に
違つた値となり、特に抵抗値のばらつきが大きく
実用的でないという問題があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、安価でしかも耐久性に優れた
熱線式空気流量計用感熱抵抗体を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明は、その表面に極めて微細な多数の結晶
粒界と窪み(たとえば平均的な大きさが6μ×0.5μ
の結晶粒界と、それらの間に形成される深さ
0.3μ、幅0.3μ程度の窪みから成る)とを有する白
金抵抗体を用いて感熱抵抗体を構成したものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下実施例を基に本発明の原理を説明する。一
般に、白金は高温に曝すと結晶粒が析出し、熱処
理温度が高い程その結晶粒界は大きく成長する。
しかし、不純物が0.1%程度分散混在すると、結
晶粒の析出状況が変わつてくる。即ち、不純物の
介在により粒成長が緩和され、大きくなりにくく
なる。例えば、不純物としてZrO(ジルコニア)
0.06〜0.08%を添加した場合、焼成温度800℃で
は結晶粒の大きさが6μ×0.5μ程度であり、純白金
の100μ×100μ程度に比し、非常に細かい。従つ
て、直径20μmの白金線の表面には粒界が網状に
多数形成される。なお、粒界は巾0.3μ、深さ0.3μ
程度の窪みになりここに不純物のZrOが集中す
る。このような網状の窪みは、白金線の表面積を
約30%増加させている。不純物が分散混在した白
金線が連続冷熱サイクル試験や水滴下試験でガラ
スコートの剥離や割れが軽減できる理由として、
第1にガラスコート焼成(800℃)時に白金線表
面に形成された細かい網状の突起や窪みにガラス
が入り込むため機械的に結合が強化されること、
第2に白金線の粒界に存在する不純物、例えば
ZrO、CaOがオーバーコートガラス焼成(800℃)
の時、ガラス中のSnO、B2O3、CaO、SiO2など
と拡散融合することにより、白金とガラスコート
との密着力が強固になるためと考えられる。一
方、純白金線は前述のように結晶粒が大きく白金
線を横断して粒界が成長するため、前述の冷熱サ
イクル試験107回で白金線に加わる繰り返し伸縮
力が粒界に断層を生じさせて破断する現象がみら
れるのに対し、不純物が0.1%混在した白金線に
ついては、前述のように粒界が細かいため粒界に
断層が生じ、破断につながる心配は全くない。ま
た、不純物混在の白金線はガラスコートの熱処理
によつて表面に突起や窪みが生じ表面積が増加す
るため熱の伝達特性が向上し、応答特性が改善で
きるという利点が生まれる。特に、白金素線を流
体通路に直接張りめぐらす場合、前述の表面積増
加による熱伝達特性向上の効果は非常に大きい。
また、価格は純白金線に対して、不純物が0.1%
混在した白金線は30%程度安価になる。
以下、図により本発明の一実施例を説明する。
第1図は熱線エレメント(以下、HW)と温度補
償エレメント(以下、CW)の構造図であり、第
2図に熱線式流量計のHWを駆動する回路図を示
す。第3図にはHW流量計の構造図を示す。第4
図は白金線表面に析出した結晶粒の分布の状況を
示す写真で、Aは従来の純白金線の場合を、Bは
本実施例の純度99.9%の白金線の場合をそれぞれ
示す。第5図は耐久試験後のガラスコートの剥
離、割れの状況を示す写真で、Aは従来の純白金
線の場合を、Bは本実施例の純度99.9%の白金線
の場合をそれぞれ示す。
これらの図において、1はHW、2はパイプ、
3はリード、4は接着剤、5は巻線、6はガラス
コート、11および12は抵抗、13はCW、1
4はアンプ、15はトランジスタ、20はハウジ
ング、21〜24はターミナル、25は4端子ホ
ルダ、30は入口部、31は主通路、32は静圧
取り込み口、33はバイパス通路、34は中央直
管部、35はベンチユリ部、36は吐出口であ
る。
HW1は第2図に示すように他の抵抗11,1
2、CW13と共にブリツジ回路を構成してお
り、このブリツジ回路におけるHW1とCW13
とに生じる差電圧がアンプ14を介して差動増幅
されてトランジスタ15を駆動する。トランジス
タ15の出力はブリツジ回路にフイードバツクさ
れる。
HW1とCW2は共にバイパス通路33に配置
され、HW1の発熱温度はCW13で検知される
空気の流れの温度との温度差が170℃〜200℃一定
になるように制御される。第2図に示す駆動回路
はハウジング20内に収納され、HW1、CW1
3を支持するターミナル21,22,23,24
をインサートした4端子ホルダ25と一体にし
て、空気通路を形成するチヤンバに組み付けられ
る。空気通路は、主通路31に並設したバイパス
通路33を有する構造である。バイパス通路33
の入り口32は静圧取り込みとして塵埃の侵入を
慣性効果により防止できる構造とされ、バイパス
通路33の中央直管部34にHW1、CW13が
配置される。バイパス通路33の下流は主通路3
1の外周を所定距離進んで主通路31のベンチユ
リ部35で合流している。吐出口36はダクト、
スロツトルチヤンバを中継して吸気管(図示せ
ず)に連結される。
ここで、HW1の構造を詳述する。第1図に示
すように、外径0.5mmのアルミナパイプ2の両端
に外径0.2mmのリード3を接着剤4を用いて接着
したボビンの表面に白金の素線5を巻線し、巻線
の端末は両端の各リードにそれぞれ溶接する。さ
らに、低融点ガラス6を塗布し、例えば800℃の
雰囲気で1時間焼成する。この焼成により、白金
線は熱処理されその結果、白金線引き出し成形時
の加工硬化や、巻線時の捩りなどによる歪みが除
去される。また、素線5としては不純物0.1%の
主成分としてZrOを分散混在せしめた99.9%純度
の白金線を用いている。これにより、白金素線5
の表面には第4図Bに示すように平均的な大きさ
が6μ×0.5μの結晶粒界と、深さ0.3μ、幅0.3μ程度
の溝とが網状に形成される。
その結果白金線の表面積が50%程度増加し、ガ
ラスコートとの密着性が向上する。
ところで、このような構造の熱線式流量計に要
求される耐久項目の一つとして、耐熱性は−40℃
〜130℃であるがHWエレメントの耐熱性は−40
℃〜350%の範囲でなければならない。そこで信
頼性評価試験の一環として、−40℃中に放置して
HWを瞬間的に300℃に加熱し、再び−40℃に戻
す冷熱試験を行う。また、他の冷熱試験では、
HWエレメントは予め350℃に加熱しておき、水
滴を滴下する、所謂水滴下試験で評価する。純白
金線と99.9%白金線を使用した場合について、両
者の過酷破壊試験を行つて優劣を比較した結果、
純白金線を用いた方が第5図に示すように破壊の
進行が速いことがわかつた。即ち、第5図Aに示
すように純白金線を使用した場合、水滴下試験で
は300回前後でガラスコートの剥離や割れが発生
していることが確認された。この過酷試験で、純
白金線の場合、巻線を横断して発生した白金の粒
界に断層を生じ、抵抗値が大巾に変化する現象が
みられたが99.9%純度の白金線の場合結晶粒が細
かいためこのような現象が発生せず、耐久性のあ
ることが確認できた。
また0.1%ZrO分散混在の結晶粒成長は750℃で
は顕著でなく、800℃近辺より急激に発達するが
粒界の平均的な大きさは6μ×0.5μ、粒界溝巾
0.3μ、深さ0.3μ程度であり、表面積の増加は約50
%になる。従つて、ガラスコート焼成が800℃以
上でできる材質を選定することにより、ガラスコ
ートの熱処理と白金線の熱処理が同時にできる長
所がある。また、粒界の窪みには不純物のZrOが
集中しており、ガラス焼成時にガラス中の酸化物
と互いに拡散融合することにより、白金とガラス
コートの密着力をさらに強固にしている。
同様にして0.1%不純物の分散混在せる白金線
はガラスコートを施さない素線を通路に張りめぐ
らしたHWエレメントとして使用しても有効であ
り断線を回避して耐久性を向上せしめることがで
き、表面積が増加したことによる熱伝達特性を向
上せしめる効果がある。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように本発明によれ
ば、99.9%純度の白金線を用いることにより白金
線とガラスコートとの密着力を向上せしめ耐久性
を向上させることができる。また、粒界からの断
線を回避して耐久性を向上させることができる。
さらに、白金線の表面積を増加して熱伝達率を向
上せしめ、応答特性を改善し、空気の流れに対す
る熱伝達特性を改善できる。また、安価に構成で
きるなどの優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す熱線エレメン
トと温度補償エレメントの構造図、第2図は熱線
エレメントの駆動回路を示す図、第3図は熱線式
空気流量計の構造図、第4図は白金線表面に析出
した結晶粒の分布を示す写真で、Aは従来の純白
金線の場合を、Bは本実施例の純度99.9%の白金
線の場合をそれぞれ示す写真、第5図はガラスコ
ートの剥離、割れの状況を示す写真で、Aは従来
の純白金線の場合を、Bは本実施例の純度99.9%
の白金線の場合をそれぞれ示す写真である。 1…HW、2…パイプ、3…リード、4…接着
剤、5…巻線、6…ガラスコート、11,12…
抵抗、13…CW、14…アンプ、15…トラン
ジスタ、20…ハウジング、21,22,23,
24…ターミナル、25…4端子ホルダ、30…
入口部、31…主通路、32…静圧取り込み口、
33…バイパス通路、34…中央直管部、35…
ベンチユリ部、36…吐出口。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 内燃機関の吸入空気量の測定に用いる発熱抵
    抗体を有する熱式空気流量計において、前記発熱
    抵抗体として、その表面に極めて微細な多数の結
    晶粒界と窪みとを有する白金抵抗体を用いること
    を特徴とする熱式空気流量計。 2 上記微細な多数の結晶粒界と窪みとが、平均
    的な大きさが6μ×0.5μの結晶粒界と、それらの間
    に形成される深さ0.3μ、幅0.3μ程度の窪みから成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    熱式空気流量計。 3 前記発熱抵抗体として、不純物を0.1%程度
    添加した白金を用いることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項または第2項のいずれかに記載の熱
    式空気流量計。 4 上記不純物の主成分が0.06乃至0.08%のジル
    コニアであることを特徴とする特許請求の範囲第
    3項記載の熱式空気流量計。 5 内燃機関の吸入空気量の測定に用いる発熱抵
    抗体を有する熱式空気流量計において、前記発熱
    抵抗体として、不純物を添加した、純度が99.995
    %以下の白金抵抗体を用いると共に、その表面を
    焼成温度が800度以上のガラスで被覆したことを
    特徴とする熱式空気流量計。 6 内燃機関の吸入空気量の測定に用いる発熱抵
    抗体を有する熱式空気流量計において、前記発熱
    抵抗体として、純度が99.995%以下の不純物が添
    加され且つ、その表面が800度以上の温度で熱処
    理された白金抵抗体を用いることを特徴とする熱
    式空気流量計。
JP58199092A 1983-10-26 1983-10-26 熱式空気流量計 Granted JPS6091212A (ja)

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JPS6091212A JPS6091212A (ja) 1985-05-22
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