JPH04295768A - Fluid detector - Google Patents

Fluid detector

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Publication number
JPH04295768A
JPH04295768A JP13234591A JP13234591A JPH04295768A JP H04295768 A JPH04295768 A JP H04295768A JP 13234591 A JP13234591 A JP 13234591A JP 13234591 A JP13234591 A JP 13234591A JP H04295768 A JPH04295768 A JP H04295768A
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JP
Japan
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fluid
fluid detection
detection
guide plate
detection element
Prior art date
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Application number
JP13234591A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Aoshima
滋 青島
Shoji Jounten
昭司 上運天
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
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Publication of JPH04295768A publication Critical patent/JPH04295768A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve the fluid detection sensitivity and responsibeness of a detection element by the use of small power consumption, eliminate the influence of fluid turbulence received by the detection element and contrive the improvement of a characteristic in the direction of fluid flow. CONSTITUTION:A specified space is provided on part of a board 21, a diaphragm part 23 is formed and two fluid detection elements 11, 12 forming a fluid detection part 2 are provided by integrating a heat generation part and a resistance bulb part in the diaphragm part 23. The directions of respective maximum detection sensitivities are crossed to provide the fluid detection elements 11, 12 on the curvature faces of a pair of fluid guide plates 5, 6 whose opposed faces are curvature faces. The fluid detection element is provided on the fluid guide plate, the other fluid detection element on the other fluid guide plate respectively or the two fluid detection elements 11, 12 are provided on at least the fluid guide plate in a condition in which they are paired.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】この発明は流体の流れる速度と流
れの方向とを同時に検出する流体検出装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to a fluid detection device that simultaneously detects the velocity and direction of fluid flow.

【0002】従来、この種の装置として図12、図13
に示すように、一対の流体案内板5、6が平行になるよ
うにスペーサ7を用いて構成し、その間に流体検出素子
11を接着した取付け基体33を設置して流体検出部2
を構成し、それらを支持管4で保持するようにしたもの
がある  (オランダ,デルフト工科大学,ビー・ダブ
リュ・ヴアン  オウドホイスデン,  ジェ・エィチ
・ヒュジング著,“シリコン流体検出器を基本とした電
気式風量計”センサとアクチュエータ,A21−A23
  1990年,420〜424頁,  B.W.Va
n  Oudheusdenand  J.H.Hui
jsing,  Delft  University
of  Technology,  Netherla
nds:”An  Electronic  Wind
  Meter  Based  on  a  Si
liconFlow  Sensor”,Sensor
s  and  Actuators.A21−A23
(1990)420−424)。流体検出素子11は、
約6ミリ角の基盤21(ここではシリコン基盤)にヒー
タ用拡散抵抗45とこの素子の平均温度測定用の測温ト
ランジスタ46、および流れによる温度差検出用のサー
モパイル44a、44b、44cおよび44dが図14
に示すように配置されたものである。この流体検出素子
11はセラミック製の取付け基体33に接着され、この
取付け基体は素子11の設けられていない面すなわち裏
面を流体にさらすようにして流体案内板5、6の間に設
置される。
Conventionally, as this type of device, FIGS. 12 and 13
As shown in FIG. 2, a pair of fluid guide plates 5 and 6 are configured using a spacer 7 so as to be parallel to each other, and a mounting base 33 to which a fluid detection element 11 is bonded is installed between them.
and hold them with a support tube 4 (Delft University of Technology, Netherlands, B.W. van Oudhuisden, J.H. Air flow meter” sensor and actuator, A21-A23
1990, pp. 420-424, B. W. Va
n Oudheusdenand J. H. Hui
jsing, Delft University
of Technology, Netherla
nds:”An Electronic Wind
Meter Based on a Si
liconFlow Sensor”,Sensor
s and Actuators. A21-A23
(1990) 420-424). The fluid detection element 11 is
A diffused resistor 45 for a heater, a temperature measuring transistor 46 for measuring the average temperature of this element, and thermopiles 44a, 44b, 44c and 44d for detecting a temperature difference due to flow are mounted on a substrate 21 (here, a silicon substrate) of about 6 mm square. Figure 14
It is arranged as shown in . This fluid detection element 11 is bonded to a ceramic mounting base 33, and this mounting base is installed between the fluid guide plates 5 and 6 so that the surface on which the element 11 is not provided, that is, the back surface thereof, is exposed to the fluid.

【0003】この流体検出装置の動作は、測温トランジ
スタ46を用いて素子の平均温度が一定温度高くなるよ
うにヒータ用拡散抵抗45に電力を与えるとそこで発生
する熱は基盤21を通して取付け基体33の流体にさら
されている面に及ぶ。ここで、流体が流れていると、取
付け基体33の流れの上流側は冷やされ下流側は少し暖
められる。この現象は取付け基体33、基盤21を通し
て測温用サーモパイルに及び流れの上流側のサーモパイ
ルと下流側のサーモパイルとの間に起電力が生じる。な
お、図14において流体検出素子の中で測温用サーモパ
イル44a、ヒータ用抵抗25、そして測温用サーモパ
イル44bとが配設されている方向を方向Aとし、流体
の流れ方向を方向Bとし、測温用サーモパイル44c、
ヒータ用抵抗45、そして測温用サーモパイル44dと
が配設されている方向を方向Cとし、方向Aと方向Bが
なす角度をθとし、流体の主流の大きさをVとすると、
この検出器の測温用サーモパイル44aと24bの起電
力の差xからf(x)=V・cosθが検出され、測温
用サーモパイル44cと24dの起電力の差yからf(
y)=V・sinθが検出される。
The operation of this fluid detection device is as follows: When power is applied to the heater diffusion resistor 45 using the temperature measuring transistor 46 so that the average temperature of the element becomes a certain high temperature, the heat generated there is transferred to the mounting base 33 through the base 21. Covers surfaces exposed to fluid. Here, when the fluid is flowing, the upstream side of the flow of the mounting base 33 is cooled and the downstream side is slightly warmed. This phenomenon occurs in the temperature measuring thermopile through the mounting base 33 and the base 21, and an electromotive force is generated between the thermopile on the upstream side of the flow and the thermopile on the downstream side of the flow. In addition, in FIG. 14, the direction in which the temperature measuring thermopile 44a, the heater resistor 25, and the temperature measuring thermopile 44b are arranged in the fluid detection element is referred to as direction A, and the flow direction of the fluid is referred to as direction B. Temperature measuring thermopile 44c,
Assuming that the direction in which the heater resistor 45 and the temperature measuring thermopile 44d are arranged is direction C, the angle between direction A and direction B is θ, and the size of the mainstream of the fluid is V,
From the difference x in the electromotive force between temperature measuring thermopiles 44a and 24b of this detector, f (
y)=V·sinθ is detected.

【0004】この従来の装置は、流れの方向Bの仰角φ
が約15度以上の場合には流体案内板5、6の端部より
乱れ40が発生しそれが検出部に及んでセンサ出力に影
響を与えていた。この乱れ40の大きさは流体の主流の
速度の大きさや温度などの影響を受けるため、検出の再
現性が悪いという欠点があった。このため、流体の速度
と方向を安定して検出することは困難であった。また、
その素子の動作メカニズムから、比較的速い流れの流体
に対しては検出するものの、その微かな動きに対しては
感応しにくい。すなわち流体検出の感度が低く、かつ応
答性が低い。その上、動作のための消費電力が大きい欠
点がある。
[0004] This conventional device has an elevation angle φ in the flow direction B.
When the angle is about 15 degrees or more, turbulence 40 occurs from the ends of the fluid guide plates 5 and 6, which reaches the detection section and affects the sensor output. Since the magnitude of this turbulence 40 is affected by the velocity of the mainstream fluid, temperature, etc., there is a drawback that the reproducibility of detection is poor. For this reason, it has been difficult to stably detect the velocity and direction of the fluid. Also,
Due to the operating mechanism of the element, although it can detect relatively fast flowing fluid, it is not sensitive to minute movements. That is, the sensitivity of fluid detection is low and the responsiveness is low. Moreover, it has the disadvantage of high power consumption for operation.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、検出素子の感度・応答性の向上、消費電
力の削減等に加え、検出素子が受ける流体の乱れの影響
の排除、流体の流れの方向に対する特性の再現性の改善
である。
Problems to be solved by the present invention In addition to improving the sensitivity and responsiveness of the detection element and reducing power consumption, the problems to be solved by the present invention are to eliminate the influence of fluid turbulence on the detection element, and to improve the sensitivity and response of the detection element. This is an improvement in the reproducibility of the characteristics with respect to the direction of flow.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この発明における流体検
出装置は、基板の一部に所定の空間を設けてダイアフラ
ム部を形成し、このダイアフラム部に発熱部および測温
抵抗部を集積することにより流体検出部を形成した2つ
の流体検出素子を、対向面が曲面である一対の流体案内
板の曲面上にそれぞれの最大検出感度の方向がたがいに
交差するように設置したもので、2つの流体検出素子は
一方の流体検出素子を一方の流体案内板に、また他方の
流体検出素子を他方の流体案内板にそれぞれ配設するか
、または2つの流体検出素子を対にした状態で、少なく
とも一方の流体案内板に設けたものである。
[Means for Solving the Problems] The fluid detection device of the present invention includes a diaphragm portion formed by providing a predetermined space in a part of a substrate, and a heat generating portion and a temperature measuring resistor portion integrated in this diaphragm portion. Two fluid detection elements forming a fluid detection section are installed on the curved surfaces of a pair of fluid guide plates whose opposing surfaces are curved so that the directions of their maximum detection sensitivities intersect with each other. The detection elements may be arranged such that one fluid detection element is arranged on one fluid guide plate and the other fluid detection element is arranged on the other fluid guide plate, or two fluid detection elements are arranged in a pair and at least one of them is arranged. This is installed on the fluid guide plate.

【0007】[0007]

【作用】この発明における流体検出装置は、流体を曲面
を持つ案内板により流れを乱すことなく流体検出素子に
導くことで乱れの影響を排除し流体の流れ方向に対する
特性の再現性が改善され、流体検出部においてはその流
体の流速およびその方向を高い感度と速い応答性により
精度良く検出し、しかも小さい消費電力で動作する。
[Operation] The fluid detection device according to the present invention guides the fluid to the fluid detection element without disturbing the flow by a guide plate having a curved surface, thereby eliminating the influence of turbulence and improving the reproducibility of the characteristics in the flow direction of the fluid. The fluid detection section accurately detects the flow velocity and direction of the fluid with high sensitivity and quick response, and operates with low power consumption.

【0008】[0008]

【実施例】図1、図2、および図3はこの発明における
流体検出装置1の一実施例を示し、この流体検出装置は
検出部2および制御部3とから構成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1, 2, and 3 show an embodiment of a fluid detection device 1 according to the present invention, and this fluid detection device is composed of a detection section 2 and a control section 3.

【0009】そこで流体検出部2の構成について説明す
る。図1、図2または図3において、支持管4の一端は
制御部3に固定され、その他端側すなわち自由端部側に
は一対の流体案内板5、6が設けられる。そして第1の
流体案内板5は支持管4に固定され、また第1の流体案
内板の前方には流れを乱さない様に考慮して太さと本数
が決められた複数のスペーサ7、7によって第2の流体
案内板6が固定される。これによってその一対の流体案
内板はたがいに所定の間隔をおいて平行に固定される。 そして両流体案内板のたがいに対向する面はそれぞれの
周辺から中央部に向かうにしたがってたがいに接近する
ように山形の曲面8、9が形成される。これによって流
体検出部2が構成される。なお、流体案内板5、6の曲
面8、9は必要に応じて球面、非球面曲面、あるいは円
錐状に形成することが可能である。また、この曲面の曲
率は同一である必要はなく、適宜調整が可能である。な
お、その曲面はできるだけ滑らかに製作されることが望
ましい。そして、一対の流体案内板5または6のうちの
いずれか一方の流体案内板、例えば第1の流体案内板5
の他方の流体案内板6と対向する曲面8に一対の流体検
出素子11と12が設置される。
The configuration of the fluid detection section 2 will now be explained. In FIG. 1, FIG. 2, or FIG. 3, one end of the support tube 4 is fixed to the control unit 3, and a pair of fluid guide plates 5, 6 are provided at the other end, that is, the free end. The first fluid guide plate 5 is fixed to the support tube 4, and in front of the first fluid guide plate there are a plurality of spacers 7, 7 whose thickness and number are determined so as not to disturb the flow. The second fluid guide plate 6 is fixed. As a result, the pair of fluid guide plates are fixed in parallel with each other with a predetermined distance therebetween. The opposing surfaces of both fluid guide plates are formed with chevron-shaped curved surfaces 8 and 9 that approach each other as they move from their respective peripheries toward the center. This constitutes the fluid detection section 2. Note that the curved surfaces 8 and 9 of the fluid guide plates 5 and 6 can be formed into a spherical surface, an aspherical curved surface, or a conical shape as required. Further, the curvature of this curved surface does not need to be the same, and can be adjusted as appropriate. Note that it is desirable that the curved surface be made as smooth as possible. Then, one of the pair of fluid guide plates 5 or 6, for example, the first fluid guide plate 5
A pair of fluid detection elements 11 and 12 are installed on the curved surface 8 facing the other fluid guide plate 6 .

【0010】つぎにこの流体検出装置1に用いられる流
体検出素子11と12の構成について説明する。なお流
体検出素子11と12は同一の構成を有するものである
。すなわち図4において、基板21は例えば単結晶シリ
コンからなる約1.7ミリ角、厚さ約0.7ミリの基板
であり、この基板21の中央部には空隙部22が形成さ
れており、この空隙部22の上部には基板21から空間
をもって隔離され、結果的に基板21から熱的に絶縁さ
れたダイアフラム部23が形成されている。そして、こ
のダイアフラム部23の表面には薄膜のヒータエレメン
ト24とそれを鋏むように薄膜の測温抵抗エレメント2
5、26とが配列されている。また、空隙部22の形成
されてない基板21上の表面には薄膜の測温抵抗エレメ
ント27、および電気配線取り出しのためのボンディン
グパッド28が形成されている。
Next, the configuration of fluid detection elements 11 and 12 used in this fluid detection device 1 will be explained. Note that the fluid detection elements 11 and 12 have the same configuration. That is, in FIG. 4, the substrate 21 is made of, for example, single crystal silicon and is about 1.7 mm square and about 0.7 mm thick, and a cavity 22 is formed in the center of the substrate 21. A diaphragm part 23 is formed above the cavity 22, which is separated from the substrate 21 by a space and is thermally insulated from the substrate 21 as a result. On the surface of this diaphragm portion 23 is a thin film heater element 24 and a thin film temperature sensing resistance element 2 sandwiching it.
5 and 26 are arranged. Further, on the surface of the substrate 21 where the void portion 22 is not formed, a thin film temperature measuring resistance element 27 and a bonding pad 28 for taking out electrical wiring are formed.

【0011】この素子の製造方法は例えば、基板21上
に通常の薄膜形成技術を用いて、例えば酸化シリコンま
たは窒化シリコンなどの絶縁膜層、例えば白金、ニッケ
ル、ニッケル鉄合金などの抵抗体膜層を形成し、フォト
リソグラフィによって抵抗体膜層を所定の抵抗体のパタ
ーンに形成し、さらに保護膜として例えば酸化シリコン
または窒化シリコンなどの絶縁膜層を形成し、その後絶
縁膜層にエッチングのためのスリット29を開ける。こ
れを例えば水酸化カリウム溶液などを用いて異方性エッ
チングを行なうと、スリット29を通じて空隙部22が
形成されるとともにその空隙部22によって基板21か
らヒータエレメント24および測温抵抗エレメント25
、26が熱的に絶縁されたダイアフラム部23が形成さ
れる。これによって流体検出素子11または12が構成
される。
[0011] The manufacturing method of this element is, for example, by using an ordinary thin film forming technique on the substrate 21 to form an insulating film layer such as silicon oxide or silicon nitride, and a resistor film layer such as platinum, nickel, or nickel-iron alloy. A resistor film layer is formed into a predetermined resistor pattern by photolithography, an insulating film layer such as silicon oxide or silicon nitride is formed as a protective film, and then a resistor film layer for etching is formed on the insulating film layer. Open slit 29. When this is subjected to anisotropic etching using, for example, a potassium hydroxide solution, a void 22 is formed through the slit 29, and the heater element 24 and the temperature sensing resistor element 25 are separated from the substrate 21 by the void 22.
, 26 are formed into a diaphragm portion 23 that is thermally insulated. This constitutes the fluid detection element 11 or 12.

【0012】また図5は図4に示す流体検出素子11ま
たは12のV−V断面を示している。なお、図5中、符
号30は基板21上に形成されるヒータエレメント24
などの素子を保護するための保護膜である。ダイアフラ
ム部23は保護膜30を含めて例えば厚さ1ミクロン程
度に形成されており、端部からの熱伝導による損失は極
めて小さく、流体検出部の熱絶縁が実現されている。
Further, FIG. 5 shows a V-V cross section of the fluid detection element 11 or 12 shown in FIG. Note that in FIG. 5, reference numeral 30 indicates the heater element 24 formed on the substrate 21.
This is a protective film for protecting devices such as. The diaphragm section 23, including the protective film 30, is formed to have a thickness of about 1 micron, for example, and loss due to heat conduction from the end is extremely small, realizing thermal insulation of the fluid detection section.

【0013】また図6は図5におけるヒータエレメント
および測温抵抗エレメントの温度分布を示している。こ
こで、ヒータエレメント24を、周囲温度にある測温抵
抗エレメント27を用いて周囲温度よりもある一定の高
い温度th(例えば60℃:周囲温度基準)に制御する
と、測温抵抗エレメント25、26の温度t1、t2は
図6に示すようにほぼ等しくなる。このとき、例えば図
4に示す測温抵抗エレメント25、ヒータエレメント2
4、および測温抵抗エレメント26の配設方向、すなわ
ち矢印A方向に流体が移動すると、上流側の測温抵抗エ
レメント25は冷却されΔt1だけ温度が下がる。一方
下流側の測温抵抗エレメント26は温度がΔt2だけ上
昇する、この結果、上流側の測温抵抗エレメント25と
下流側の測温抵抗エレメント26との間に温度差が生じ
る。これにより、測温抵抗エレメント25、26をホイ
ートストンブリッジ回路に組み込みその温度差を電圧に
変換することにより、流体の流速に応じた電圧が得られ
、これによって流体の流速を検出することができる。 この素子の流体の流れ方向Bに対する特性は、方向Aと
方向Bとのなす角度をθ、流体の主流の大きさをVとす
ると、この流体検出素子はV・cosθを検出する。し
たがって、測温抵抗エレメント25、ヒータエレメント
24、および測温抵抗エレメント26の配設方向、すな
わち矢印A方向は流体検出素子11および12の検出感
度が最大となる方向であり、この明細書においては、こ
れを流体検出素子の最大検出感度の方向とする。なお、
この流体検出素子11または12の特徴は、熱絶縁され
た非常に薄いダイアフラム状の検出部を持つため、高感
度、応答速度が速い、かつ非常に低消費電力で動作する
ことである。
Further, FIG. 6 shows the temperature distribution of the heater element and the temperature-measuring resistance element in FIG. Here, when the heater element 24 is controlled to a certain higher temperature th (for example, 60° C.: ambient temperature reference) than the ambient temperature using the temperature-measuring resistance element 27 at the ambient temperature, the temperature-measuring resistance elements 25, 26 The temperatures t1 and t2 become almost equal as shown in FIG. At this time, for example, the temperature measuring resistance element 25 and the heater element 2 shown in FIG.
4 and the direction in which the temperature-measuring resistance element 26 is disposed, that is, in the direction of arrow A, the temperature-measuring resistance element 25 on the upstream side is cooled and its temperature decreases by Δt1. On the other hand, the temperature of the temperature-measuring resistance element 26 on the downstream side increases by Δt2. As a result, a temperature difference occurs between the temperature-measuring resistance element 25 on the upstream side and the temperature-measuring resistance element 26 on the downstream side. Thereby, by incorporating the temperature measuring resistance elements 25 and 26 into a Wheatstone bridge circuit and converting the temperature difference into voltage, a voltage corresponding to the flow rate of the fluid can be obtained, thereby making it possible to detect the flow rate of the fluid. Assuming that the angle between direction A and direction B is θ and the size of the main flow of fluid is V, this fluid detection element detects V·cos θ. Therefore, the direction in which the temperature-measuring resistance element 25, heater element 24, and temperature-measuring resistance element 26 are arranged, that is, the direction of arrow A, is the direction in which the detection sensitivity of the fluid detection elements 11 and 12 is maximized, and in this specification, , this is the direction of maximum detection sensitivity of the fluid detection element. In addition,
The fluid detection element 11 or 12 is characterized by having a very thin, thermally insulated diaphragm-shaped detection part, so that it has high sensitivity, fast response speed, and operates with very low power consumption.

【0004】このようにして構成された流体検出素子1
1と12を搭載し電気接続をワイアボンド31によって
行なった例えばセラミック製の取付け基体33を、図2
に示すように流体案内板5または6の山形の曲面8また
は9の頂部付近に設置する。この際取付け基体33の端
部と曲面8との間に段差ができないように配慮する。ま
た2つの流体検出素子11、12は図7に示すように、
測温抵抗エレメント25、ヒータエレメント24、およ
び測温抵抗エレメント26の配列方向、すなわち最大検
出感度の方向がたがいに交差するように配設される。こ
の図においてはほぼ90度の角度をもって交差している
Fluid detection element 1 constructed in this way
FIG.
It is installed near the top of the chevron-shaped curved surface 8 or 9 of the fluid guide plate 5 or 6 as shown in FIG. At this time, care must be taken to avoid creating a step between the end of the mounting base 33 and the curved surface 8. In addition, the two fluid detection elements 11 and 12 are as shown in FIG.
The temperature-measuring resistance element 25, the heater element 24, and the temperature-measuring resistance element 26 are arranged so that their arrangement directions, that is, the directions of maximum detection sensitivity, intersect with each other. In this figure, they intersect at an angle of approximately 90 degrees.

【0015】さて、流体検出素子11の最大検出感度の
方向を方向Aとし、流体検出素子12の検出部の配設方
向を方向Cとし、方向Aと方向Cとのなす角をψとし、
流体の流れの方向を方向Bとしたとき、方向Aと方向B
とのなす角をθとし、流体の主流の速度をVとすると、
流体検出素子11の測温エレメント25、26を含むホ
イートストンブリッジの出力xからf(x)=V・co
sθが検出され、流体検出素子12の測温エレメント2
5、26を含むホイートストンブリッジの出力yからf
(y)=V・cos(θ−ψ)が検出される。これより
下記の計算式によってVとθが求まる。
Now, the direction of the maximum detection sensitivity of the fluid detection element 11 is defined as direction A, the direction in which the detection section of the fluid detection element 12 is arranged is defined as direction C, the angle formed by direction A and direction C is defined as ψ,
When the direction of fluid flow is direction B, direction A and direction B
Let θ be the angle between the
From the output x of the Wheatstone bridge including the temperature measuring elements 25 and 26 of the fluid detection element 11, f(x)=V・co
sθ is detected, and the temperature measuring element 2 of the fluid detection element 12
Wheatstone bridge output y to f including 5, 26
(y)=V·cos(θ−ψ) is detected. From this, V and θ can be determined using the following calculation formula.

【0016】[0016]

【数1】[Math 1]

【0017】[0017]

【数2】 なおψ=90°のときには上式は単純化されて[Math 2] Note that when ψ=90°, the above equation is simplified as

【001
8】
001
8]

【数3】[Math 3]

【0019】[0019]

【数4】[Math 4]

【0020】流体検出部2をこのように構成することで
、流体の流れの方向Bの仰角φが15度以上、約30度
程度までは流体案内板は流れの乱れ40を発生させない
ので、流体検出素子11または12の角度特性に影響を
与えることがなく再現性良く流体の速度の大きさVと方
向θを検出することができる。さらに、この流体検出部
の構造は外部からの接触による流体検出素子の破損を防
止する役目もしている。
By configuring the fluid detection unit 2 in this way, the fluid guide plate does not generate flow turbulence 40 until the elevation angle φ in the fluid flow direction B is 15 degrees or more and about 30 degrees. The magnitude V and direction θ of the velocity of the fluid can be detected with good reproducibility without affecting the angular characteristics of the detection element 11 or 12. Furthermore, the structure of the fluid detection section also serves to prevent damage to the fluid detection element due to contact from the outside.

【0021】制御部3には、流体検出素子のヒータエレ
メント24の制御回路、測温抵抗エレメント25、26
と接続されるホイートストンブリッジ回路とその増幅回
路、および出力回路等が収められている。制御部からの
出力は例えばパソコン41やFAコントローラなどの表
示、演算、制御装置に接続することができる。
The control unit 3 includes a control circuit for the heater element 24 of the fluid detection element, and temperature measuring resistance elements 25 and 26.
Contains a Wheatstone bridge circuit, its amplifier circuit, and output circuit. The output from the control section can be connected to a display, calculation, and control device such as a personal computer 41 or an FA controller.

【0022】この発明における流体検出装置1は例えば
図8に示すように、自動車42の塗装ブース43におい
て主流(上から下に向かう流れ)の中で流速の大きさと
風向を検出する目的で使用される。この応用では、主流
の速度の大きさは30〜40cm/秒であり、検出すべ
き風向の分解能は約2度であり高感度の流体検出装置が
必要とされる。
The fluid detection device 1 according to the present invention is used, for example, as shown in FIG. 8, in a paint booth 43 of an automobile 42 for the purpose of detecting the magnitude of the flow velocity and the wind direction in the main stream (flow from top to bottom). Ru. In this application, the magnitude of the velocity of the mainstream is 30 to 40 cm/sec, the resolution of the wind direction to be detected is about 2 degrees, and a highly sensitive fluid detection device is required.

【0023】また図9ないし図11はこの発明の他の実
施例を示すもので、図9および図10では、一対の流体
案内板5と6の両方の曲面8と9にそれぞれ流体検出素
子11と12が設置される。より具体的には、図11に
示すそれぞれ流体検出素子11または12を搭載し電気
接続をワイアボンド31によって行なった例えばセラミ
ック製の取付け基体33または34を、図10に示すよ
うに流体案内板5または6の山形の曲面8または9の頂
部付近に設置する。この際取付け基体33の端部と曲面
8との間、および取付け基体34の端部と曲面9との間
に段差ができないように配慮する。
9 to 11 show other embodiments of the present invention. In FIGS. 9 and 10, fluid detection elements 11 are provided on curved surfaces 8 and 9 of a pair of fluid guide plates 5 and 6, respectively. and 12 will be installed. More specifically, a mounting base 33 or 34 made of ceramic, for example, on which the fluid detection element 11 or 12 shown in FIG. Install it near the top of the chevron-shaped curved surface 8 or 9 of 6. At this time, care is taken to avoid creating a step between the end of the mounting base 33 and the curved surface 8 and between the end of the mounting base 34 and the curved surface 9.

【0024】この実施例では、流体検出素子11または
12は取付け基体33または34から流体中に流体検出
素子11または12の厚さだけ突出する形で設置される
。通常はこの突出構造は検出特性に悪影響を与えると考
えられるが、本発明者のおこなった突出構造と非突出構
造との比較実験によれば、本発明の流体検出部2の中に
流体検出素子11または12をこのように設置した場合
には検出特性に悪影響がなかったうえに、突出構造の方
が感度が高く、かつ塵埃などの検出部ヘの付着が少ない
という好ましい特性が得られた。また突出構造の方が製
作が容易であり、製作物の間の特性の再現性も良好であ
る。
In this embodiment, the fluid detection element 11 or 12 is installed so as to protrude from the mounting base 33 or 34 into the fluid by the thickness of the fluid detection element 11 or 12. Normally, this protruding structure is considered to have an adverse effect on detection characteristics, but according to a comparative experiment between a protruding structure and a non-protruding structure conducted by the present inventor, it was found that a fluid detection element is included in the fluid detection section 2 of the present invention. When 11 or 12 was installed in this way, the detection characteristics were not adversely affected, and the protruding structure had favorable characteristics such as higher sensitivity and less adhesion of dust and the like to the detection part. Furthermore, the protruding structure is easier to manufacture and has good reproducibility of characteristics between manufactured products.

【0025】取付け基体33と34にはその表面から裏
面につながる電気配線がなされている。裏面から出たリ
ード線35は図2に示すように支持管4を通して制御部
3に導かれる。また図9、図10に示すようにスペーサ
7は中空のパイプにより構成され、第2の流体案内板6
側から出たリード線36は、スペーサ7の中空部を通っ
て、支持管4に入り制御部3に導かれる。なお第1の流
体検出素子11と第2の流体検出素子12とは図11に
示すように、それぞれの最大検出感度の方向AおよびC
がたがいに交差するように配設される。
The mounting bases 33 and 34 have electrical wiring connected from the front surface to the back surface thereof. The lead wire 35 coming out from the back surface is guided to the control section 3 through the support tube 4 as shown in FIG. Further, as shown in FIGS. 9 and 10, the spacer 7 is constituted by a hollow pipe, and the second fluid guide plate 6
The lead wire 36 coming out from the side passes through the hollow part of the spacer 7, enters the support tube 4, and is guided to the control section 3. As shown in FIG. 11, the first fluid detection element 11 and the second fluid detection element 12 are arranged in directions A and C of their respective maximum detection sensitivities.
They are arranged so that they cross each other.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したようにこの発明における流
体検出装置は、流体検出素子がその基板から熱的に絶縁
された微小なダイアフラム部を有することから高感度、
高速応答、かつ低消費電力という特徴を持つ。また、一
対の流体案内板が流体検出素子の取付け面を果たすとと
もに、その上部の空間の乱れ成分の影響を排除し、広い
範囲の流れの仰角φに対して流れを乱すことなく流体検
出素子へ流れを導いて安定した検出を可能にするととも
に、流体検出素子を外部から保護する働きもしている。
As explained above, the fluid detection device of the present invention has high sensitivity and high sensitivity because the fluid detection element has a minute diaphragm portion that is thermally insulated from its substrate.
It features high-speed response and low power consumption. In addition, the pair of fluid guide plates serve as mounting surfaces for the fluid detection element, and also eliminate the influence of turbulent components in the space above them, allowing the fluid to flow to the fluid detection element without disturbing the flow over a wide range of elevation angles φ. It not only guides the flow and enables stable detection, but also protects the fluid detection element from the outside.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】第1の発明における流体検出装置の検出部の外
観斜視図である。
FIG. 1 is an external perspective view of a detection section of a fluid detection device according to a first invention.

【図2】第1の発明における流体検出装置の検出部の断
面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a detection section of the fluid detection device in the first invention.

【図3】この発明における流体検出装置を一部断面をも
って示す構成図である。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a fluid detection device according to the present invention, partially in cross section.

【図4】この発明における流体検出装置に用いられる流
体検出素子の斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view of a fluid detection element used in the fluid detection device according to the present invention.

【図5】図4のV−V線に沿って切断し、これを矢印方
向に見た断面図である。
5 is a sectional view taken along line V-V in FIG. 4 and viewed in the direction of the arrow.

【図6】第5図に示す流体検出素子のヒータエレメント
および測温抵抗エレメントの温度分布を示す動作説明図
である。
6 is an operation explanatory diagram showing temperature distribution of a heater element and a temperature measuring resistance element of the fluid detection element shown in FIG. 5; FIG.

【図7】図2に示す流体検出部における一対の流体検出
素子の配置を示した平面図である。
7 is a plan view showing the arrangement of a pair of fluid detection elements in the fluid detection section shown in FIG. 2. FIG.

【図8】この発明における流体検出装置を自動車の塗装
ラインにて使用した状態の構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram of the fluid detection device according to the present invention used in an automobile painting line.

【図9】この発明における流体検出装置の検出部の他の
実施例を示す外観斜視図である。
FIG. 9 is an external perspective view showing another embodiment of the detection section of the fluid detection device according to the present invention.

【図10】図9に示す検出部の断面図である。10 is a sectional view of the detection section shown in FIG. 9. FIG.

【図11】図19および図10に示す流体検出部におけ
る流体検出素子の配置を示す正面図である。
11 is a front view showing the arrangement of fluid detection elements in the fluid detection section shown in FIGS. 19 and 10. FIG.

【図12】従来の流体検出装置の検出部の外観斜視図で
ある。
FIG. 12 is an external perspective view of a detection section of a conventional fluid detection device.

【図13】図12に示す流体検出装置のの検出部の断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view of the detection section of the fluid detection device shown in FIG. 12.

【図14】図12および図13に示す流体検出部に用い
られる流体検出素子の平面図である。なお図中、同一符
号は同一または相当部分を示す。
14 is a plan view of a fluid detection element used in the fluid detection section shown in FIGS. 12 and 13. FIG. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1  流体検出装置 2  流体検出部 3  制御部 4  支持管 5  流体案内板 6  流体案内板 7  スペーサ 8  曲面 9  曲面 11  流体検出素子 12  流体検出素子 21  基板 22  空隙部 23  ダイアフラム部 24  ヒータエレメント 25  測温抵抗エレメント 26  測温抵抗エレメント 27  測温抵抗エレメント 28  ボンディングパッド 29  スリット 30  保護膜 31  ボンディングワイア 33  取付け基体 34  取付け基体 35  リード線 36  リード線 41  パソコン 42  自動車 43  塗装ブース A  第1の検出素子の最大検出感度の方向B  流体
の流れ方向
1 Fluid detection device 2 Fluid detection section 3 Control section 4 Support tube 5 Fluid guide plate 6 Fluid guide plate 7 Spacer 8 Curved surface 9 Curved surface 11 Fluid detection element 12 Fluid detection element 21 Substrate 22 Cavity 23 Diaphragm 24 Heater element 25 Temperature measurement Resistance element 26 Temperature-measuring resistance element 27 Temperature-measuring resistance element 28 Bonding pad 29 Slit 30 Protective film 31 Bonding wire 33 Mounting base 34 Mounting base 35 Lead wire 36 Lead wire 41 Computer 42 Car 43 Paint booth A Maximum of the first detection element Direction of detection sensitivity B Fluid flow direction

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  基板の−部に所定の空間を設けて薄肉
状に形成されたダイアフラム部を形成するとともに、こ
のダイアフラム部に発熱部と測温抵抗部とを設けること
により流体検出素子を構成し、一方、一対の流体案内板
をたがいにに所定の間隔をおいて対向させ、この流体案
内板の中、少なくともいずれか一方の流体案内板におい
て、他方の案内板と対向する面をこの他方の案内板に向
かって突出する曲面とし、この曲面に上記流体検出素子
を一対を単位としてそれぞれの検出方向がたがいに交差
するように配設したことを特徴とする流体検出装置。
Claim 1: A fluid detection element is constructed by forming a thin diaphragm part with a predetermined space in the negative part of the substrate, and providing a heat generating part and a temperature measuring resistor part in this diaphragm part. On the other hand, a pair of fluid guide plates are arranged to face each other with a predetermined interval, and in at least one of the fluid guide plates, the surface facing the other guide plate is 1. A fluid detection device comprising: a curved surface protruding toward a guide plate; and a pair of the fluid detection elements are disposed on the curved surface so that their respective detection directions intersect with each other.
【請求項2】基板の一部に所定の空間を設けて薄肉状に
形成されたダイアフラム部を形成するとともに、このダ
イアフラム部に発熱部と測温抵抗部とを設けることによ
り流体検出素子を構成し、一方、一対の流体案内板をた
がいに所定の間隔をおいて対向させ、この流体案内板の
他方の案内板と対向する面をこの他方の案内板に向かっ
て突出する曲面とし、この両曲面にそれぞれ上記流体検
出素子を配設し、その際それぞれの検出方向がたがいに
交差するように配設したことたことを特徴とする流体検
出装置。
2. A fluid detection element is constructed by providing a predetermined space in a part of the substrate to form a thin diaphragm part, and providing a heat generating part and a temperature measuring resistance part in this diaphragm part. On the other hand, a pair of fluid guide plates are arranged to face each other with a predetermined interval, and the surface of the fluid guide plate facing the other guide plate is a curved surface that protrudes toward the other guide plate. A fluid detection device characterized in that the fluid detection elements are disposed on each curved surface so that their respective detection directions intersect with each other.
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