JPH042967A - フローセンサ - Google Patents
フローセンサInfo
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- JPH042967A JPH042967A JP10561690A JP10561690A JPH042967A JP H042967 A JPH042967 A JP H042967A JP 10561690 A JP10561690 A JP 10561690A JP 10561690 A JP10561690 A JP 10561690A JP H042967 A JPH042967 A JP H042967A
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- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 27
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Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
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。
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〕
この発明は、気体の流速や、さらにはそれから気体の流
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。
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、計測用また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。流速を計測する方法については
、これまで幾種類か発表されているが、その中でも発熱
体の抵抗値が気体の流速により変化することを利用して
、流速を計測する方法が計測器などで具体化されている
。
れるようになってきた。流速を計測する方法については
、これまで幾種類か発表されているが、その中でも発熱
体の抵抗値が気体の流速により変化することを利用して
、流速を計測する方法が計測器などで具体化されている
。
フローセンサには、定電流型と定温度型とがあるが、い
ずれもその出力電圧Ｖまたは出力電流Ｉは、流速をＶと
したとき、 ■または１．ｏｃ（α＋β×ｖ Ｉ ／ ２ ） ＋
／ Ｚとなる関係がある。なお、α、βは定数である。
ずれもその出力電圧Ｖまたは出力電流Ｉは、流速をＶと
したとき、 ■または１．ｏｃ（α＋β×ｖ Ｉ ／ ２ ） ＋
／ Ｚとなる関係がある。なお、α、βは定数である。
この原理に基づいた定温度型のフローセンサの一例を第
３図に示す。
３図に示す。
第３図（ａ）はセンサ素子２４を示す図である。センサ
素子２４は、短ざく状のガラス薄板２５の同一面状の一
方の端部側にヒータ２６およびヒータ温度モニタ２８が
配置され、他力の端部側に温度イにンザ２７が配置され
ているものである。これらヒータ２６．温度センサ２７
およびヒータ温度モニタ２８は、いずれも白金薄膜で構
成されている。
素子２４は、短ざく状のガラス薄板２５の同一面状の一
方の端部側にヒータ２６およびヒータ温度モニタ２８が
配置され、他力の端部側に温度イにンザ２７が配置され
ているものである。これらヒータ２６．温度センサ２７
およびヒータ温度モニタ２８は、いずれも白金薄膜で構
成されている。
センサ素子２４は、第３図（ｂ）に示すように、カラス
薄板２５の温度セン゛す２７が配置されている側端部で
、片持ち梁状にヘース２９により保持されている。
薄板２５の温度セン゛す２７が配置されている側端部で
、片持ち梁状にヘース２９により保持されている。
このフローセンザ番Δ−１温度センザ２７とヒータ温度
モニタ２８とで検出される温度の差を一定に保つ回路に
接続され、第３図（ｂ）に示す矢印Ｚ方向へ気体を流す
とともに、ヒータ２６に通電し、温度センサ２７とヒー
タ温度モニタ２８とによる検出温度差を一定に保持させ
たときのヒータ２６の消費電力から流速を求めている。
モニタ２８とで検出される温度の差を一定に保つ回路に
接続され、第３図（ｂ）に示す矢印Ｚ方向へ気体を流す
とともに、ヒータ２６に通電し、温度センサ２７とヒー
タ温度モニタ２８とによる検出温度差を一定に保持させ
たときのヒータ２６の消費電力から流速を求めている。
フローセンサの特性は、主に流速に対する感度と応答速
度とで評価されるが、上記従来のフローセンサは、感度
と応答速度とを高めるため乙こセン→ノー素子２４を実
質的に中空に浮かせた状態になっている。このため、構
造上不安定であり、歩留りも非常に悪いというｌＬ’ｌ
ａかある。
度とで評価されるが、上記従来のフローセンサは、感度
と応答速度とを高めるため乙こセン→ノー素子２４を実
質的に中空に浮かせた状態になっている。このため、構
造上不安定であり、歩留りも非常に悪いというｌＬ’ｌ
ａかある。
この発明の目的は、上記従来の問題を解決し、特性の優
れたフローセンザ？ｉ、提供するごよである。
れたフローセンザ？ｉ、提供するごよである。
請求項（１）記載の゛ノローナンリ゛は、絶縁膜か表面
に形成され絶縁基板か裏面に貼着された゛１′：導体基
板と、この半導体基板の絶縁膜上に形成された第１およ
び第２の薄膜側／ｉ！ｌｉ抵抗体と、この第１お」ミび
第２の薄膜４）す温１１℃抗体の一トカ４こおＬＪる半
導体基板の１１．ｒｉ域に形成した第１の空洞部と、半
導体基板の絶縁膜上の第１および第２の薄膜側ｄ７．抵
抗体と別の位置に形成された第３の薄膜測温抵抗体と、
この第３の薄膜測温抵抗体の下方にお（）る゛１′−導
体基板の領域Ｃご形成した第２の空洞部とを備え、第］
および第２の空洞部を真空にしている。
に形成され絶縁基板か裏面に貼着された゛１′：導体基
板と、この半導体基板の絶縁膜上に形成された第１およ
び第２の薄膜側／ｉ！ｌｉ抵抗体と、この第１お」ミび
第２の薄膜４）す温１１℃抗体の一トカ４こおＬＪる半
導体基板の１１．ｒｉ域に形成した第１の空洞部と、半
導体基板の絶縁膜上の第１および第２の薄膜側ｄ７．抵
抗体と別の位置に形成された第３の薄膜測温抵抗体と、
この第３の薄膜測温抵抗体の下方にお（）る゛１′−導
体基板の領域Ｃご形成した第２の空洞部とを備え、第］
および第２の空洞部を真空にしている。
請求項（２）記載のフし１−センサは、請求項（１）記
載のフローセンサにおいて、第１および第２の空洞部を
共通の空洞部で形成したことを特徴とする。
載のフローセンサにおいて、第１および第２の空洞部を
共通の空洞部で形成したことを特徴とする。
この発明の構成によれば、半導体基板と一体の薄い絶縁
膜上に第１の薄膜測温抵抗体が形成され、しかも空洞部
を真空にしであるため断熱性に優れ、第１の薄膜測温抵
抗体が僅かな電力で容易に温度−に昇する。また、空洞
部か密閉され空洞部での乱流を防止できる。
膜上に第１の薄膜測温抵抗体が形成され、しかも空洞部
を真空にしであるため断熱性に優れ、第１の薄膜測温抵
抗体が僅かな電力で容易に温度−に昇する。また、空洞
部か密閉され空洞部での乱流を防止できる。
〔実施例］
実薯」殊↓
この発明の第１の実施例のフローセンサについて第１図
を参照しなから説明する。
を参照しなから説明する。
第１図（ａ）はこの発明の第１の実施例の定電流型のフ
ローセンサの斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）にお
いてＴ−Ｍ線に沿った断面図、第１図（Ｃ１は第１１ｍ
（ａ）においてｎ−ｎ’線に沿った断面図である。
ローセンサの斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）にお
いてＴ−Ｍ線に沿った断面図、第１図（Ｃ１は第１１ｍ
（ａ）においてｎ−ｎ’線に沿った断面図である。
１はシリコン基板、２はシリコン基板１を異方性エツチ
ングして形成した第１の空洞部、３，５Ｄｉ、’ Ｓ
ｉ ３ Ｎ ａまたは５１０２からなる絶縁膜、４は第
１の空洞部２を異方性エツチング形成する際に残留させ
た第１の空洞部２上の絶縁膜３からなる支持薄膜、６は
白金からなる第】の薄膜測温抵抗体で支持薄膜４−ト乙
こンクジ１グ状に形成されてよりす、その両端部分はり
一１条７．８によって電極端子９．１０に接続されてい
る。１１は白金からなる第２の薄膜測温抵抗体で支持薄
膜４斗に第１の薄膜測温抵抗体の近傍にソグザグ状に形
成されており、その両端部分はり−１−条７．Ｉ２によ
って電極端子９．１３に接続されている。
ングして形成した第１の空洞部、３，５Ｄｉ、’ Ｓ
ｉ ３ Ｎ ａまたは５１０２からなる絶縁膜、４は第
１の空洞部２を異方性エツチング形成する際に残留させ
た第１の空洞部２上の絶縁膜３からなる支持薄膜、６は
白金からなる第】の薄膜測温抵抗体で支持薄膜４−ト乙
こンクジ１グ状に形成されてよりす、その両端部分はり
一１条７．８によって電極端子９．１０に接続されてい
る。１１は白金からなる第２の薄膜測温抵抗体で支持薄
膜４斗に第１の薄膜測温抵抗体の近傍にソグザグ状に形
成されており、その両端部分はり−１−条７．Ｉ２によ
って電極端子９．１３に接続されている。
１４はシリコン基十反１をｂｙブフ１生コニノチンクし
て形成した第２の空洞部、１５は第２の空洞部１４を異
方性エンチング形成する際に残留させた第２の空洞部］
４上の絶縁膜３からなる支持薄膜、１６は白金からなる
第３の薄膜測温抵抗体で支持′ａｌ膜１膜上５上グザグ
４ノｅ ？こ形成されており、その両端部分はり一ト条
］、７．１８によって電極端子１９．２０に接続されて
いる。
て形成した第２の空洞部、１５は第２の空洞部１４を異
方性エンチング形成する際に残留させた第２の空洞部］
４上の絶縁膜３からなる支持薄膜、１６は白金からなる
第３の薄膜測温抵抗体で支持′ａｌ膜１膜上５上グザグ
４ノｅ ？こ形成されており、その両端部分はり一ト条
］、７．１８によって電極端子１９．２０に接続されて
いる。
２１は第１の空洞部２および第２の空洞部が真空状態に
なるようにシリコン基板１に静電？１等で貼り合わせた
耐熱ガラス、２２ＬｉＳｉｒＮ、またはＳｉＯ２からな
る保護膜である。
なるようにシリコン基板１に静電？１等で貼り合わせた
耐熱ガラス、２２ＬｉＳｉｒＮ、またはＳｉＯ２からな
る保護膜である。
第１の空洞部２−にの支持薄膜４．第１の薄膜測温抵抗
体６．第２の薄ｊ１ψ測温抵抗体１１および保護膜２２
からなる積層部分は、流速感応部Ａを構成しその厚さは
数μｍから数十μｍという極めて薄い膜状をなしている
。
体６．第２の薄ｊ１ψ測温抵抗体１１および保護膜２２
からなる積層部分は、流速感応部Ａを構成しその厚さは
数μｍから数十μｍという極めて薄い膜状をなしている
。
以下、この実施例のフローセンサの動作について説明す
る。
る。
第１図において、流速感応部Ａの構成要素である第１の
薄膜測温抵抗体６は、電極端子９，１０間に電圧を印加
して通電すると発熱する。流速感応部Ａは薄膜状である
ので、僅かな電力で温度か上昇し、シリコン基板１の温
度より高くなる。この流速感応部への温度変化に応して
、第１の薄膜測温抵抗体６の抵抗値が変化する。それに
伴い電極端子９，１０間の電圧が変化する。
薄膜測温抵抗体６は、電極端子９，１０間に電圧を印加
して通電すると発熱する。流速感応部Ａは薄膜状である
ので、僅かな電力で温度か上昇し、シリコン基板１の温
度より高くなる。この流速感応部への温度変化に応して
、第１の薄膜測温抵抗体６の抵抗値が変化する。それに
伴い電極端子９，１０間の電圧が変化する。
この実施例のフローセンサを測定すべき流体中に置くと
その流速に応じて流速感応部Ａからの単位時間当たりの
熱散逸量が変化する。すなわち、流速が増減することに
より、流速感応部Ａの温度か上昇または低下する。そし
て流速感応部Ａを構成する第１の薄膜測温抵抗体６の抵
抗値は温度の変化に応して増減するので、電極端子９，
１０間の電圧が増減する。
その流速に応じて流速感応部Ａからの単位時間当たりの
熱散逸量が変化する。すなわち、流速が増減することに
より、流速感応部Ａの温度か上昇または低下する。そし
て流速感応部Ａを構成する第１の薄膜測温抵抗体６の抵
抗値は温度の変化に応して増減するので、電極端子９，
１０間の電圧が増減する。
一方、シリコン基板１の温度捷たば周囲温度は、第３の
′７ｊｊ膜ｆｆ１ｌｌ温抵抗体１６で検出される。無風
状態で検出される温度と、第１の薄膜測温抵抗体６によ
る温度との差が常に一定に保たれるように、第２の薄膜
測温抵抗体１１に一定電流を流し７ておく。このときの
第１の薄膜／Ｉｔｌｌ温抵抗体６の電圧を基準とすると
、出力電圧■または出力電流■ば、流速をＶとしたとき
、 ■またはｌ ｏＣ（α十βＸ Ｖ ｌ／２ ） ｌ／２
となる関係式（α、βは定数）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Ｖか得られる。
′７ｊｊ膜ｆｆ１ｌｌ温抵抗体１６で検出される。無風
状態で検出される温度と、第１の薄膜測温抵抗体６によ
る温度との差が常に一定に保たれるように、第２の薄膜
測温抵抗体１１に一定電流を流し７ておく。このときの
第１の薄膜／Ｉｔｌｌ温抵抗体６の電圧を基準とすると
、出力電圧■または出力電流■ば、流速をＶとしたとき
、 ■またはｌ ｏＣ（α十βＸ Ｖ ｌ／２ ） ｌ／２
となる関係式（α、βは定数）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Ｖか得られる。
以上のようにこの実施例によれば、シリコン基十反１上
に異方性コ：ノチングによって熱的に敏感な支持薄膜４
と支持薄膜１５とを形成し、支持薄膜４の上に第１．第
２の薄膜測温抵抗体６ １１を形成し、支持薄膜１５の
上に第３の薄膜測温抵抗体１６とを形成することで、感
度が高く、応答速、８ 度の速い高精度なフローセンサが得られる。
に異方性コ：ノチングによって熱的に敏感な支持薄膜４
と支持薄膜１５とを形成し、支持薄膜４の上に第１．第
２の薄膜測温抵抗体６ １１を形成し、支持薄膜１５の
上に第３の薄膜測温抵抗体１６とを形成することで、感
度が高く、応答速、８ 度の速い高精度なフローセンサが得られる。
Ｘ１華（
この発明の第２の実施例のフローセンサについて第２図
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
第２図（ａ）はこの発明の第２の実施例の定温度型のフ
ローセンサの斜視図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）にお
いてＩＩＩ −ＩＩＩ”線に沿った断面図である。なお
、第１図に対応するものには同一の符号を付しである。
ローセンサの斜視図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）にお
いてＩＩＩ −ＩＩＩ”線に沿った断面図である。なお
、第１図に対応するものには同一の符号を付しである。
この実施例では第１の実施例における２つの空洞部２，
１４を１つの空洞部２ａとしたことに特徴がある。第２
図に示すように、空洞部２ ａ ｐｉ域の絶縁膜３から
なる支持薄膜４ａ上に、第１．第２の薄膜測温抵抗体６
，１１を設け、その近傍に第３の薄膜測温抵抗体１６を
設りている。
１４を１つの空洞部２ａとしたことに特徴がある。第２
図に示すように、空洞部２ ａ ｐｉ域の絶縁膜３から
なる支持薄膜４ａ上に、第１．第２の薄膜測温抵抗体６
，１１を設け、その近傍に第３の薄膜測温抵抗体１６を
設りている。
空洞部２ａ上の支持薄膜４ａ、第１の薄膜測温抵抗体６
．第２の薄膜測温抵抗体１１および保護膜２２からなる
積層部分は、流速感応部Ｂを構成しその厚さは数μｍか
ら数十μｍという極めて薄い膜状をなしている。
．第２の薄膜測温抵抗体１１および保護膜２２からなる
積層部分は、流速感応部Ｂを構成しその厚さは数μｍか
ら数十μｍという極めて薄い膜状をなしている。
以下、この実施例のフローセンサの動作について説明す
る。
る。
第２の薄膜θす温抵抗体１１で検出した第１の薄膜測温
抵抗体６の温度と、第３の薄膜測温抵抗体１６で検出し
たシリコン基板１の温度との差か常に一定に保たれるよ
うに第１の薄膜測温抵抗体６の電流源を制御する。
抵抗体６の温度と、第３の薄膜測温抵抗体１６で検出し
たシリコン基板１の温度との差か常に一定に保たれるよ
うに第１の薄膜測温抵抗体６の電流源を制御する。
流速感応部Ｂから散逸する熱は流速の平方根に比例し、
その分だけ第１の薄膜測温抵抗体６に流ず電流が増えて
温度差が一定に保たれる。第２の薄膜測温抵抗体１１と
第３の薄膜測温抵抗体１６とによる検出温度差を一定に
保持させたときの第１の薄膜測温抵抗体６の消費電力か
ら流速が求められる。
その分だけ第１の薄膜測温抵抗体６に流ず電流が増えて
温度差が一定に保たれる。第２の薄膜測温抵抗体１１と
第３の薄膜測温抵抗体１６とによる検出温度差を一定に
保持させたときの第１の薄膜測温抵抗体６の消費電力か
ら流速が求められる。
この発明のフローセンサは、半導体基板と一体の薄い絶
縁膜上に第１の薄膜測温抵抗体が形成され、しかも空洞
部を真空にしであるため断熱性に優れ、第１の薄膜測温
抵抗体か僅かな電力で容易に温度上昇するので、感度と
応答速度がともに高められる。また、空洞部が密閉され
空洞部での乱゛疏を防止できるため、装置を配置する方
向性も必要なく、電力消費量が少なく、効率良く流体の
流速を検出することができる。
縁膜上に第１の薄膜測温抵抗体が形成され、しかも空洞
部を真空にしであるため断熱性に優れ、第１の薄膜測温
抵抗体か僅かな電力で容易に温度上昇するので、感度と
応答速度がともに高められる。また、空洞部が密閉され
空洞部での乱゛疏を防止できるため、装置を配置する方
向性も必要なく、電力消費量が少なく、効率良く流体の
流速を検出することができる。
第１図（ａ）はごの発明の第１の実施例のフローセンサ
の斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）における■■゛
線に沿った断面図、第１図（Ｃ）は第１図（ａ）におけ
るｎ−ｎ’ 線に沿った断面図、第２図（５））はこの
発明の第２の実施例のフに１−センサの斜視図、第２圓
（ｂ）は第２図（ａ）におｉＪるｍ−ｍ’線に沿った１
す「面図、第３図（ａ）は従来のフローセンサにおける
素子の平面図、第３図（ｂ）は従来のノロ−センサの斜
視図である。
の斜視図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）における■■゛
線に沿った断面図、第１図（Ｃ）は第１図（ａ）におけ
るｎ−ｎ’ 線に沿った断面図、第２図（５））はこの
発明の第２の実施例のフに１−センサの斜視図、第２圓
（ｂ）は第２図（ａ）におｉＪるｍ−ｍ’線に沿った１
す「面図、第３図（ａ）は従来のフローセンサにおける
素子の平面図、第３図（ｂ）は従来のノロ−センサの斜
視図である。
Claims (2)
- （１）絶縁膜が表面に形成され絶縁基板が裏面に貼着さ
れた半導体基板と、この半導体基板の絶縁膜上に形成さ
れた第１および第２の薄膜測温抵抗体と、この第１およ
び第２の薄膜測温抵抗体の下方における前記半導体基板
の領域に形成した第１の空洞部と、前記半導体基板の絶
縁膜上の前記第１および第２の薄膜測温抵抗体と別の位
置に形成された第３の薄膜測温抵抗体と、この第３の薄
膜測温抵抗体の下方における前記半導体基板の領域に形
成した第２の空洞部とを備え、第１および第２の空洞部
を真空にしたフローセンサ。 - （２）第１および第２の空洞部を共通の空洞部で形成し
たことを特徴とする請求項（１）記載のフローセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10561690A JPH042967A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | フローセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10561690A JPH042967A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | フローセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH042967A true JPH042967A (ja) | 1992-01-07 |
Family
ID=14412433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10561690A Pending JPH042967A (ja) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | フローセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH042967A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6393907B1 (en) | 1999-03-24 | 2002-05-28 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thermo-sensitive flow rate sensor |
| US6470743B2 (en) | 2000-10-31 | 2002-10-29 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heat-sensitive flow rate sensor |
| WO2003102974A1 (fr) * | 2002-06-03 | 2003-12-11 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Pellicule fine de platine et capteur thermique |
| US6762672B2 (en) | 2002-11-06 | 2004-07-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thermal sensor |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP10561690A patent/JPH042967A/ja active Pending
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