JPH0521018Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、空気をはじめとする各種流体の速度
を検出するための熱線流速計に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

微少な流体速度を測定すための手段として、定
温度型熱線流速計が従来から知られている。これ
は、流体中に置かれるヒータエレメントをホイー
トストンブリツジ回路の一辺に挿入し、ヒータエ
レメントの抵抗値が一定となるように、すなわち
ヒータエレメントの温度が一定となるようにホイ
ートストンブリツジ回路への電流供給を制御する
ものである。この流速計によれば、流速に応じて
被測定流体がヒータエレメントから奪う熱量が異
なるため、ホイートストンブリツジ回路への電流
供給量を測定することによつて流速を知ることが
できる。そして、この従来の定温度型熱線流速計
において、ヒータエレメントを薄膜プレート上に
薄膜で形成することにより、被測定流体以外の媒
体を介して為される放熱を最小限に抑え、極めて
微少な流速の測定を行おうとする工夫がなされて
いる。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかし、上記従来の熱線流速計ではホイートス
トンブリツジ回路への電流供給量というアナログ
値に基づいて流速を算出するものであるため、ノ
イズの影響を受けやすいという欠点があつた。ま
た、ヒータエレメントを遠隔地に配置した場合に
は、流速を示すものが電流供給量というアナログ
値であるため、データ伝送に対して困難を伴うと
いう欠点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案の流速計は上記問題点に鑑みてなされた
ものであり、基板上に薄膜状プレートによる架橋
部が形成されこの架橋部上にヒータエレメントで
ある第１の抵抗体が形成され非架橋部上に周囲温
度センサエレメントである第２の抵抗体が形成さ
れたセンサチツプと、第１の抵抗体および第２の
抵抗体がそれぞれ互いに隣接する一辺を構成する
と共に電源に対して並列に接続されているブリツ
ジ回路と、ブリツジ回路への電圧印加を一定時間
毎に開始すると共に第１の抵抗体に生じている電
位差と第２の抵抗体に生じている電位差が所定の
関係になつたときに前記電圧印加を停止するスイ
ツチング回路とを備えたものである。

〔作用〕

ブリツジ回路に電圧印加がなされると、ヒータ
エレメントの温度が上昇して抵抗値が変化し、ヒ
ータエレメントに生じている電位差と周囲温度セ
ンサエレメントに生じている電位差が所定の関係
になつたときに電圧印加が停止する。このときの
ヒータエレメントの温度上昇の速さは被測定流体
がヒータエレメントから奪う熱量によつて異なる
ため、被測定流体の速度に応じてブリツジ回路へ
の電圧印加時間が変化する。

〔実施例〕

以下、実施例と共に本考案を詳細に説明する。

第１図は本考案の一実施例を示すブロツク図で
あり、第２図および第３図はいずれも被測定流体
中に配置されるセンサチツプ１０の一例を示す斜
視図である。初めにセンサチツプ１０の構成につ
いて説明する。シリコン基台４上には異方性エツ
チング技術を用いて窒化シリコン膜５による架橋
部３が形成されている。この架橋部３の上にはパ
ーマロイ等の薄膜パターンによるヒータエレメン
ト１が形成されている。また、シリコン基台４に
接している窒化シリコン膜５上には同じくパーマ
ロイ等の薄膜パターンによる周囲温度センサエレ
メント２が設けられている。これら各エレメント
は、耐環境性向上のために、さらに薄い窒化シリ
コンの保護膜で覆われている。ヒータエレメント
１はシリコン基台４とは熱的に絶縁された架橋部
３に形勢されているので、極めて微少な電流でヒ
ータエレメント１を加熱できる。また、周囲温度
センサエレメント２は窒化シリコン膜５を介して
シリコン基台４上に設けられているので、シリコ
ン基台とほぼ同じ温度すなわち周囲温度とほぼ同
じ温度に保たれる。なお、６は電極パツドであ
る。

このように構成されたヒータエレメント１およ
び周囲温度センサエレメント２は、第１図に示す
ようにそれぞれホイートストンブリツジ回路１１
の一辺を構成している。ホイートストンブリツジ
回路１１にはスイツチング回路１２を介して入力
端子１６から電圧V_Sが供給されるようになつて
おり、スイツチング回路１２はオシレータ１３の
出力パルスにより「オン」し、比較器１４の出力
パルスにより「オフ」するように動作する。第４
図はスイツチング回路１２の具体例を示すブロツ
ク図であり、同図において、２１はフリツプフロ
ツプ回路、２２はトランジスタである。フリツプ
フロツプ回路２１のＤ端子にはV_DDが与えられて
おり、クロツク端子にはオシレータ１３の出力端
子が、クリア端子には比較器１４の出力端子が、
Ｑ出力端子にはトランジスタ２２のベースがそれ
ぞれ接続されている。また、トランジスタ２２の
コレクタには電源電圧V_Sを入力する入力端子１
６が、エミツタにはホイートストンブリツジ回路
１１の入力端子がそれぞれ接続されている。比較
器１４はスイツチング回路１２が「オン」状態の
ときのヒータエレメント１に生じる電位差と周囲
温度センサエレメント２に生じる電位差とを比較
し、ヒータエレメント１に生じる電位差が周囲温
度センサエレメント２に生じる電位差よりも大と
なつたときに「ハイレベル」となるようになつて
いる。なお、出力端子１５はスイツチング回路１
２とホイートストンブリツジ回路１１との接続点
に接続されている。

つぎに、本実施例の動作を第５図の波形図と共
に説明する。第５図Ａに示すようにオシレータ１
３は一定周期でパルスを出力しており、フリツプ
フロツプ回路２１にその立ち上がりが入力される
と、Ｑ出力が「ハイ」となり、同図Ｂに示すよう
にトランジスタ２２が「オン」する。トランジス
タ２２が「オン」すると、直流電圧V_Sがホイー
トストンブリツジ回路１２に印加され、ヒータエ
レメント１が加熱され始めると、ヒータエレメン
ト１の抵抗値は徐々に増加していき、ヒータエレ
メント１に生じる電位差が周囲温度センサエレメ
ント２に生じる電位差よりも大となつたとき、す
なわち、ヒータエレメント１の温度が周囲温度セ
ンサエレメント２の検出する温度値よりも所定値
だけ高くなつたときに比較器１４は第５図Ｃに示
すように「ハイレベル」となる。この比較器１４
の立ち上がりはスイツチング回路１２内のフリツ
プフロツプ回路２１のクリア端子に入力され、そ
の信号によつてフリツプフロツプ回路１２のＱ出
力が「ロー」となり、さらに、トランジスタ２２
が「オフ」する。トランジスタ２２の「オフ」に
よつて、ホイートストンブリツジ回路１１への電
圧V_Sの印加が停止し、ヒータエレメント１の冷
却が始まる。そして、オシレータ１３のつぎの出
力パルスによつて上述した動作が再び行われ、以
後同様の動作か順次繰り返される。

ところで、直流電圧V_Sがホイートストンブリ
ツジ回路１２に印加されている時間は、被測定流
体の速度に応じて変化する。すなわち、流速が大
であれば、被測定流体がヒータエレメント１から
奪う熱量が大きくなるため、ヒータエレメント１
の温度が周囲温度センサエレメント２の検出する
温度値よりも所定値だけ高くなるのに要する時間
が長くなるのである。したがつて、直流電圧V_S
がホイートストンブリツジ回路１２に印加されて
いる時間、すなわち、トランジスタ２２が「オ
ン」している時間から流体速度を知ることができ
る。出力端子１６には、トランジスタ２２が「オ
ン」していればV_Sという電圧が「オフ」してい
れば接地電位がそれぞれ出力されるので、出力端
子１６に電圧V_Sが出力されている時間がまさに
流体速度を示す信号となる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案の流速計によれば、
被測定流体の速度に応じてブリツジ回路への電圧
印加時間が変化するので、この印加電圧パルス幅
から被測定流体の移動速度を知ることができる。
このように、本考案の流速計はパルス出力型であ
るので、ノイズに強く、デイジタル化が容易であ
ることからデータ伝送上も都合がよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示すブロツク図、
第２図および第３図は本実施例におけるセンサチ
ツプの具体例を示す斜視図、第４図は本実施例に
おけるスイツチング回路を示すブロツク図、第５
図は本実施例の動作を示す波形図である。 １……ヒータエレメント、２……周囲温度セン
サエレメント、３……架橋部、４……シリコン基
台、１０……センサチツプ、１１……ホイートス
トンブリツジ回路、１２……スイツチング回路、
１３……オシレータ、１４……比較器、１５……
出力端子、１６……電圧入力端子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 基板上に薄膜状プレートによる架橋部が形成さ
   れこの架橋部上にヒータエレメントである第１の
   抵抗体が形成され非架橋部上に周囲温度センサエ
   レメントである第２の抵抗体が形成されたセンサ
   チツプと、第１の抵抗体および第２の抵抗体がそ
   れぞれ互いに隣接する一辺を構成すると共に電源
   に対して並列に接続されているブリツジ回路と、
   ブリツジ回路への電圧印加を一定時間毎に開始す
   ると共に電圧印加開始後第１の抵抗体に生じてい
   る電位差と第２の抵抗体に生じている電位差が所
   定の関係になつたときに前記電圧印加を停止する
   スイツチング回路とを具備する流速計。