JPH04158263A - 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、気体の流速を測定する流速センサに係わり、
特にダイアフラム構造の流速センサに関するものである
。

［従来の技術］ 一般に気体の流速測定には、各種の構造の流速センサが
提案されており、その１つとして例えば特開昭６０−１
４２２６８号公報には、半導体製造技術を用いて製作さ
れた熱式流速センサが提案されている。この熱式流速セ
ンサは、第５図に要部拡大平面図で示すように半導体基
板１にこの半導体基板１と熱的に絶縁する空隙部２を介
して薄膜状のブリッジ部３が形成されており、このブリ
ッジ部３上の表面中央部にはヒータエレメント４および
このヒータエレメント４の両側に熱感知用の測温抵抗エ
レメント５，６が形成されて構成されている。なお、７
は空隙部２に連通された開口である。

このように構成される流速センサは、ヒータエレメント
４に電流を流して加熱し、気体の流れの中に置いたとき
に矢印方向８から気体が移動すると、上流側の測温抵抗
エレメント５は気体の流れよって冷却されて降温し、一
方、下流側の測温抵抗エレメント６は温度が上昇する。

この結果、上流側の測温抵抗エレメント５と下流側の測
温抵抗エレメント６との間に温度差が生じ、抵抗値が変
化する。このなめ、上流側の測温抵抗エレメント５と下
流側の測温抵抗エレメント６とをホイートストンブリッ
ジ回路に組み込み、その抵抗値の変化を電圧に変換する
ことにより、気体の流速に応じた電圧出力が得られ、そ
の結果、気体の流速を検出することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の流速センサにおいて、ブリッジ部
３上の表面に形成されたヒータエレメント４は、その抵
抗体パターンのパターン形状がその長さ方向に垂直な中
心線に対して対称となって形成されていなかったので、
発熱時にその温度分布に片寄りが生じ、さらに測温抵抗
エレメント５．６上でも同様にその長さ方向に垂直な中
心線の両側で温度差が生じ、これに矢印方向８から気体
の流れが加わると、温度分布状態が複雑となって安定し
た流量検出ができないという問題があった。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために本発明による流速セン
サは、発熱体部の抵抗体パターンをその長さ方向と垂直
となる中心線に対して対称となるように配置したもので
ある。

本発明による第２の流速センサは、第１の流速センサに
おいて、抵抗体パターンは一部にダミー抵抗を用いて対
称となるように配置したものである。

本発明による第３の流速センサは、測温抵抗体部の抵抗
体パターンをその長さ方向と垂直となる中心線に対して
対称となるように配置したしたものである。

本発明による第４の流速センサは、第３の流速センサに
おいて、抵抗体パターンは一部にダミー抵抗を用いて対
称となるように配置したものである。

［作用コ 本発明による流速センサにおいては、発熱体部の形成す
る温度分布状態がその抵抗体パターンの長さ方向に垂直
な中心線に対して対称に形成される。

本発明による他の流速センサにおいては、測温抵抗体部
の温度分布状態がその抵抗体パターンの長さ方向に垂直
な中心線に対して対称に形成される。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明による流速センサの一実施例による概略
構成を説明する平面図であり、前述の図と同一または相
当部分には同一符号を付しその説明は省略する。同図に
おいて、半導体基板１の表面中央部分には、この半導体
基板１に対して空隙部２を介して熱的に絶縁された薄肉
状のダイアフラム部３ａが形成されており、このダイア
プラム部３ａの中央部分には、ヒータエレメント４が形
成され、さらにこのヒータエレメント４の両側にはそれ
ぞれ独立した測温抵抗エレメント５，６が形成されてい
る。また、この半導体基板１上の表面には、この半導体
基板１のエツチングのための多数のスリット１１が開設
され、ヒータエレメント４および測温抵抗エレメント５
．６の周辺部を、その半導体基板１の表面に開設された
多数の細かいスリット１１を介して例えば異方性エツチ
ングを行うことにより、内側に逆台形状の空気スペース
を有する空隙部２が形成されている。これによってこの
空隙部２の上部には、半導体基板１からダイアフラム状
に空間的に隔離され、この半導体基板ｌからヒータエレ
メント４および両側の測温抵抗エレメント５，６が熱的
に絶縁されて支持されたダイアフラム部３ａが形成され
る構造となっている。なお、１１□、１１２，１１３，
１１４．１１５はダイアフラム部３ａにおいて、風上側
から風下側に向かって各測温抵抗エレメント５、ヒータ
エレメント４．測温抵抗エレメント６の配列前後に空隙
部２と連通して連続的に開設されたスリット部である。

また、このダイアフラム部３ａに設けられた上流側の測
温抵抗エレメント５は、気体の流れる矢印方向８と交差
する長手方向の抵抗体パターン長が風上側から風下方向
に向かって順次長くなるように形成され、さらに上記同
様に下流側の測温抵抗エレメント６は、その長手方向の
抵抗体パターン長が風上側から風下方向に向かって順次
短くなるように形成されている。

つまり第２図に要部拡大平面図で示すように上流側の測
温抵抗エレメント５および下流側の測温抵抗エレメント
６の全体の外形形状がヒータエレメント４を中心として
左右対称にほぼ台形状を有して形成されている。さらに
これらの測温抵抗エレメント５および測温抵抗エレメン
ト６は、その抵抗体パターンがヒータエレメント４と近
接する側の中央部には抵抗体パターンが形成されておら
ず、さらに抵抗体パターンがヒータエレメント４から一
定の距離難問されて形成されている。つまり上流側の測
温抵抗エレメント５は風上側に寄せて形成配置され、下
流側の測温抵抗エレメント６は風下側に寄せて形成配置
されてヒータエレメント４の両側に比較的広い平面領域
１２が形成されている。この場合、測温抵抗エレメント
５，６は例えば半導体基板１の寸法を１４００μｍ角、
ダイアフラム部３ａの長手方向を１２００μｍ２幅６０
０μｍとしたとき、ヒータエレメント４のエツジからの
長さで８０〜３００μｍの範囲内に形成されることが好
ましい。さらにこれらの上流側測温抵抗エレメント５お
よび下流［測温抵抗エレメント６のその長さ方向両端部
には、その長さ方向に沿って電気的に接続されない複数
本の棒状パターンの集合体からなるダミー抵抗体パター
ン１４が形成配置されている。これらの抵抗体パターン
１４は、測温抵抗エレメント５．６の形成と同一工程で
例えばパーマロイや白金などの金属膜により形成され、
表面に部分的に例えば金薄膜などが形成されている。そ
して、これらの上流側測温抵抗エレメント５．下流側測
温抵抗エレメント６およびこれらの外側の抵抗体パター
ン１４もそれらの抵抗体パターンの長さ方向に垂直な中
心線ｃ−ｃ’　に対して線対称となるように形成配置さ
れている。

このような構成によると、ヒータエレメント４は、その
抵抗体パターン４□、４２のエツジ部から各上流側測温
抵抗エレメント５．下流側測温抵抗エレメント６の中心
部までの距離１．、　、１，２は、第３図（ａ＞に示す
ように第３図（ｂ）の従来構成に対してほぼ等しくなる
。したがってヒータエレメント４の加熱による温度分布
状態が中心線Ｃ−Ｃ’　に対して対称となるとともにヒ
ータエレメント４から上流側測温抵抗エレメント５およ
び下流側測温抵抗エレメント６への熱伝導がそれぞれ中
心線ｃ−ｃ’に対して均一となるので、上流側測温抵抗
エレメント５．下流側測温抵抗エレメント６上での温度
分布状態もその中心線Ｃ−Ｃ′に対して対称となり、上
流側測温抵抗エレメント５および下流側測温抵抗エレメ
ント６内に余計な温度勾配が形成されなくなることにな
る。また、第４図に示すようなヒータエレメント４およ
び測温抵抗エレメント５，６の構成において、ヒータエ
レメント４の電源入力端子側と反対側にヒータエレメン
ト４の長さ方向と垂直な中心線Ｃ−Ｃ′に対して線対称
となるダミー抵抗パターン１３が形成配置されてもヒー
タエレメント４が対称に熱拡散できるとともにダイアフ
ラム部３ａの機械的強度を保持することができる。さら
に第３図（Ｃ）に示すように構成しても同様の効果が得
られることはいうまでもない。

なお、前述した実施例においては、半導体基板の一部に
空隙部を設けて形成した薄膜部構造を、ダイアフラム構
造とした場合について説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、マイクロブリッジ構造に適用して
も前述とほぼ同等の効果が得られることは言うまでもな
い。

また、前述した実施例においては、基台として半導体基
板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えばアルミニウム、ステンレ
スなどの金属基板を用い、ダイアフラム部をＳｉ　０２
　、Ｓｉ３Ｎ４などの絶縁膜を形成しても上述と同様に
効果が得られることは言うまでもない。

さらに前述した実施例において、ダイアフラム部の構造
は、エツチングにより形成した場合について説明したが
、本発明は、これに限られるものではなく、エンドミル
、レーザなどによる加工形成した構造でも良く、また、
基板とダイアプラム部とを別々に製作し、両者を張り合
わせて形成した構成でも同様な効果が得られることはこ
とは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上、説明したように本発明による流速センサは、発熱
体部の抵抗体パターンをその長さ方向と垂直となる中心
線に対して対称となるように配置したことにより、発熱
体部の形成する温度分布状態がその抵抗体パターンに垂
直な中心線に対して対称に形成されるので、測温抵抗体
内に余計な温度勾配が形成されることがなくなり、安定
した流速検出が可能となる。

本発明による他の流速センサは、測温抵抗体部の抵抗体
パターンをその長さ方向と垂直となる中心線に対して対
称となるように配置したことにより、測温抵抗体部の温
度分布状態がその抵抗体パターンに垂直な中心線に対し
て対称に形成されるので、各測温抵抗体内に良好な温度
分布状態が形成され、安定した流速検出が可能となるな
どの極めて優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流速センサの一実施例による構成
を示す概略平面図、第２図は第１図の要部拡大平面図、
第３図は従来および本発明による流速センサの効果を説
明する平面図、第４図は第１図の他の実施例による構成
を示す要部拡大平面図、第５図は従来の流速センサの構
成を示す要部平面図である。 １・・・−半導体基板、２・・・・空隙部、３ａ・・・
−ダイアフラム部、４・・・・ヒータエレメント、５・
・・・上流側測温抵抗エレメント、６・・・・下流側測
温抵抗エレメント、８・・・・矢印方向、１１・・・・
スリット、１１ｔ　、　１１２　、１１３　、１１４　
、　ｌｌｓ・・・・スリット部、１２・・・・平面領域
、１３．１４・−・・抵抗体パターン。 特　許　出　願　人　　山武ハネウェル株式会社代　　
　理　　　人　　山　川　政　樹第３図 （ａ）　　　　　　（ｂ） （Ｃ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄肉状に
   形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に気
   体の流れる方向と交差して形成された発熱体と、前記発
   熱体の両側にそれぞれ形成された測温抵抗体とを備え、
   前記発熱体躯の抵抗体パターンをその長さ方向と垂直と
   なる中心線に対して対称となるように配置したことを特
   徴とする流速センサ。
2. （２）請求項１において、前記抵抗体パターンは一部に
   ダミー抵抗を用いて対称となるように配置したことを特
   徴とする流速センサ。
3. （３）基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄肉状に
   形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に気
   体の流れる方向と交差して形成された発熱体と、前記発
   熱体の両側にそれぞれ形成された測温抵抗体とを備え、
   前記測温抵抗体部の抵抗体パターンをその長さ方向と垂
   直となる中心線に対して対称となるように配置したこと
   を特徴とする流速センサ。
4. （４）請求項３において、前記抵抗体パターンは一部に
   ダミー抵抗を用いて対称となるように配置したことを特
   徴とする流速センサ。