JPH0625684B2 - 流体の流量検出センサー - Google Patents
流体の流量検出センサーInfo
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- JPH0625684B2 JPH0625684B2 JP1082875A JP8287589A JPH0625684B2 JP H0625684 B2 JPH0625684 B2 JP H0625684B2 JP 1082875 A JP1082875 A JP 1082875A JP 8287589 A JP8287589 A JP 8287589A JP H0625684 B2 JPH0625684 B2 JP H0625684B2
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- Japan
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- thin film
- film layer
- temperature
- fluid
- temperature measuring
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用技術分野〕 この発明は流体たとえばガス等の流体の流量を測定する
流量センサーに係り、とくにマイクロブリツジ流量セン
サーに関するものである。
流量センサーに係り、とくにマイクロブリツジ流量セン
サーに関するものである。
従来、高感度で応答性の高い流量測定装置として熱線式
流速センサーが知られている。これは第６図にその構成
を示すようにステンレスやセラミツクなどの管体４０内
にステム４１，４１を挿入し、その端部を管体４０から
所定の寸法だけ突出させ、ステム４１，４１間にホツト
ワイヤーと呼ばれる白金やタングステン等の極細線、ま
たはホツトフイルム等からなるヒーターエレメントをロ
ウ付けすることによりセンサー４３を形成したものであ
る。このセンサーは第７図に示すように抵抗４４，４４
および可変抵抗４５とともにブリツジ回路を組み、その
出力端に増幅器４６を接続することにより定電流形のセ
ンサーを構成したり、第８図に示すようにセンサー４３
すなわちホツトワイヤー４２と温度検出抵抗エレメント
４７との電圧が平衡するように、すなわち周囲温度に対
して一定の温度差になるように増幅器４６により駆動さ
れる一定温度差形のセンサーを構成するものがある。
流速センサーが知られている。これは第６図にその構成
を示すようにステンレスやセラミツクなどの管体４０内
にステム４１，４１を挿入し、その端部を管体４０から
所定の寸法だけ突出させ、ステム４１，４１間にホツト
ワイヤーと呼ばれる白金やタングステン等の極細線、ま
たはホツトフイルム等からなるヒーターエレメントをロ
ウ付けすることによりセンサー４３を形成したものであ
る。このセンサーは第７図に示すように抵抗４４，４４
および可変抵抗４５とともにブリツジ回路を組み、その
出力端に増幅器４６を接続することにより定電流形のセ
ンサーを構成したり、第８図に示すようにセンサー４３
すなわちホツトワイヤー４２と温度検出抵抗エレメント
４７との電圧が平衡するように、すなわち周囲温度に対
して一定の温度差になるように増幅器４６により駆動さ
れる一定温度差形のセンサーを構成するものがある。
このような熱線式流速センサーの欠点は流体温度が変わ
ると零点すなわち流量が零のときの出力が変わるだけで
なく、感度も変化してしまうため複雑な温度補正装置が
必要とされることである。
ると零点すなわち流量が零のときの出力が変わるだけで
なく、感度も変化してしまうため複雑な温度補正装置が
必要とされることである。
とくに零点のドリフトについては流体温度の変化がヒー
ターエレメント４２からの熱放散量の変化となり、定電
流形のばあい、ヒーターエレメント４２の温度変化は抵
抗値の変化として捉えられ、また一定温度差形のばあい
には電力変化が出力電圧の変化として得られる。
ターエレメント４２からの熱放散量の変化となり、定電
流形のばあい、ヒーターエレメント４２の温度変化は抵
抗値の変化として捉えられ、また一定温度差形のばあい
には電力変化が出力電圧の変化として得られる。
一方、感度の変化としては定電流形にあつては流体の温
度が低いばあい、ヒーターエレメント42の抵抗値が小さ
いために発熱量すなわちジュール熱が小さくなり、温度
上昇が小さく、いきおい感度が落ちてしまう。また一定
温度差形では温度検出抵抗エレメント４７はヒーターエ
レメント４２とは別個に設けるために正確な温度補正が
難かしく、かつ原価高になる欠点がある。しかも抵抗値
の小さいすなわち５０〔Ω〕以下のヒーターエレメント
４２を温度上昇させるために大きな電流が必要であり、
すなわち電力消費が大きく、したがつて電池駆動が困難
となる。
度が低いばあい、ヒーターエレメント42の抵抗値が小さ
いために発熱量すなわちジュール熱が小さくなり、温度
上昇が小さく、いきおい感度が落ちてしまう。また一定
温度差形では温度検出抵抗エレメント４７はヒーターエ
レメント４２とは別個に設けるために正確な温度補正が
難かしく、かつ原価高になる欠点がある。しかも抵抗値
の小さいすなわち５０〔Ω〕以下のヒーターエレメント
４２を温度上昇させるために大きな電流が必要であり、
すなわち電力消費が大きく、したがつて電池駆動が困難
となる。
この発明はこのような従来の問題点にかんがみ、零点に
おける温度変化が起らないようにするとともに感度補正
の容易な、しかも消費電流が少なく、かつ精度の高い流
体の流量検出センサーを提供することを目的とする。
おける温度変化が起らないようにするとともに感度補正
の容易な、しかも消費電流が少なく、かつ精度の高い流
体の流量検出センサーを提供することを目的とする。
この発明はその目的を達成するために半導体基台上に薄
膜層を形成するとともに、その基台の一部に空間部を形
成し、かつこの空間部上においてその薄膜層に一対の薄
膜の側温抵抗エレメントを並設し、かつ両抵抗エレメン
ト間にスリツトを設けることによりこの両側に熱絶縁さ
れた側温部を形成し、さらにその薄膜層の半導体基台と
熱的に接触する部分に流体温度検出エレメントを設けた
もので、２つの側温抵抗エレメントを流体の流れ方向に
おいてその上流と下流の位置関係に置くことにより両者
間に流体の流れによる温度差が生じ、流れのないときに
は両者は等しい温度に保たれ、周囲温度が変つても２つ
の側温抵抗エレメント間には温度差は生ぜず、したがつ
て零点はシフトしない。
膜層を形成するとともに、その基台の一部に空間部を形
成し、かつこの空間部上においてその薄膜層に一対の薄
膜の側温抵抗エレメントを並設し、かつ両抵抗エレメン
ト間にスリツトを設けることによりこの両側に熱絶縁さ
れた側温部を形成し、さらにその薄膜層の半導体基台と
熱的に接触する部分に流体温度検出エレメントを設けた
もので、２つの側温抵抗エレメントを流体の流れ方向に
おいてその上流と下流の位置関係に置くことにより両者
間に流体の流れによる温度差が生じ、流れのないときに
は両者は等しい温度に保たれ、周囲温度が変つても２つ
の側温抵抗エレメント間には温度差は生ぜず、したがつ
て零点はシフトしない。
以下、図面を用いてこの発明の１実施例を説明する。
すなわち第１図および第２図に示すマイクロブリツジセ
ンサー素子１０において、前述の図と同一部分には同一
符号が付してある。同図において、半導体基台１には薄
膜層１１が形成されるとともに、この薄膜層と対向する
半導体基台１のほぼ中央部には凹所からなる空間部４が
形成される。また空間部４上において、薄膜層１１には
流体の流れる方向に沿つて、かつ空間部４を介して連通
する実質的に一対の開口部２，３がたがいに所定の間隔
をおいて設けられる。これらの開口部間において、それ
ぞれの開口部から所定の間隔を隔てて、かつセンサー素
子１０の軸心線III−IIIと交差する方法に延びるスリツ
ト１２が設けられ、このスリツトにより、上記開口部
２，３間に一対の配設部５すなわち５ａ，５ｂが形成さ
れる。しかもこれらの配設部はスリツト１２によりたが
いに熱的に絶縁される。そして各配設部５，５には薄膜
の測温抵抗エレメント８，９がそれぞれ薄膜成形技術に
より形成される。一方、薄膜層１１と半導体基台１とが
熱的に接する部分すなわち半導体基台１において空間部
４が設けられていない部分上に位置する部分には流体の
温度を検出するための流体温度検出抵抗エレメント１３
が薄膜成形技術により形成される。
ンサー素子１０において、前述の図と同一部分には同一
符号が付してある。同図において、半導体基台１には薄
膜層１１が形成されるとともに、この薄膜層と対向する
半導体基台１のほぼ中央部には凹所からなる空間部４が
形成される。また空間部４上において、薄膜層１１には
流体の流れる方向に沿つて、かつ空間部４を介して連通
する実質的に一対の開口部２，３がたがいに所定の間隔
をおいて設けられる。これらの開口部間において、それ
ぞれの開口部から所定の間隔を隔てて、かつセンサー素
子１０の軸心線III−IIIと交差する方法に延びるスリツ
ト１２が設けられ、このスリツトにより、上記開口部
２，３間に一対の配設部５すなわち５ａ，５ｂが形成さ
れる。しかもこれらの配設部はスリツト１２によりたが
いに熱的に絶縁される。そして各配設部５，５には薄膜
の測温抵抗エレメント８，９がそれぞれ薄膜成形技術に
より形成される。一方、薄膜層１１と半導体基台１とが
熱的に接する部分すなわち半導体基台１において空間部
４が設けられていない部分上に位置する部分には流体の
温度を検出するための流体温度検出抵抗エレメント１３
が薄膜成形技術により形成される。
第１図ないし第３図に示すマイクロブリツジセンサー素
子１０を用いた流量検出回路が第４図に示されている。
すなわち測温抵抗エレメント８，９はこれらのエレメン
トに比しはるかに大きい抵抗値を有し、比較電位を得る
ための抵抗１５，１６とともにブリツジ回路を形成して
いる。そしてこのブリツジ回路の出力端には各測温抵抗
エレメント８，９の出力を増幅する増幅器１７，１８が
接続され、さらにこれらの増幅器の出力端は抵抗２１，
２２を介して出力段の増幅器２３の入力端にそれぞれ接
続される。これによつて温度差検出回路２５が構成され
る。また流体温度検出抵抗エレメント１３はトランジス
タ２７，２８および抵抗２９とともに定電流回路３１を
形成する。さらにこの定電流回路にはトランジスタ３３
および抵抗３４により温度差検出回路２５を間欠的に駆
動するスイツチング回路３５が接続される。
子１０を用いた流量検出回路が第４図に示されている。
すなわち測温抵抗エレメント８，９はこれらのエレメン
トに比しはるかに大きい抵抗値を有し、比較電位を得る
ための抵抗１５，１６とともにブリツジ回路を形成して
いる。そしてこのブリツジ回路の出力端には各測温抵抗
エレメント８，９の出力を増幅する増幅器１７，１８が
接続され、さらにこれらの増幅器の出力端は抵抗２１，
２２を介して出力段の増幅器２３の入力端にそれぞれ接
続される。これによつて温度差検出回路２５が構成され
る。また流体温度検出抵抗エレメント１３はトランジス
タ２７，２８および抵抗２９とともに定電流回路３１を
形成する。さらにこの定電流回路にはトランジスタ３３
および抵抗３４により温度差検出回路２５を間欠的に駆
動するスイツチング回路３５が接続される。
上記構成において、定電流回路３１からの電流によつて
側温抵抗エレメント８，９は発熱する。ここで抵抗１
５，１６は測温抵抗エレメント８，９に比しかなり大き
い値を有するためにその測温抵抗エレメントは一定電流
で駆動されるものとみなすことができる。マイクロブリ
ツジセンサー素子１０の表面において流体が流速をもつ
と、その上流側に位置する側温抵抗エレメントたとえば
８はその下流側に位置する測温抵抗エレメントたとえば
９に比し、より強く冷される。換言すれば下流側の側温
抵抗エレメント９は上流側の側温抵抗エレメント８に比
べほとんど流体の影響を受けないので、両エレメント
８，９間に温度差が現われる。するとこの温度差は抵抗
変化となり、ブリツジ回路はその平衡を失う。このため
その出力は各増幅器１７，１８により増幅され、さらに
増幅器２３により増幅器１７，１８の出力の差分が増幅
される。
側温抵抗エレメント８，９は発熱する。ここで抵抗１
５，１６は測温抵抗エレメント８，９に比しかなり大き
い値を有するためにその測温抵抗エレメントは一定電流
で駆動されるものとみなすことができる。マイクロブリ
ツジセンサー素子１０の表面において流体が流速をもつ
と、その上流側に位置する側温抵抗エレメントたとえば
８はその下流側に位置する測温抵抗エレメントたとえば
９に比し、より強く冷される。換言すれば下流側の側温
抵抗エレメント９は上流側の側温抵抗エレメント８に比
べほとんど流体の影響を受けないので、両エレメント
８，９間に温度差が現われる。するとこの温度差は抵抗
変化となり、ブリツジ回路はその平衡を失う。このため
その出力は各増幅器１７，１８により増幅され、さらに
増幅器２３により増幅器１７，１８の出力の差分が増幅
される。
なお周囲温度によつて半導体基台１の温度が変化したと
きにはその変化は流体温度検出抵抗エレメント１３によ
つて補償される。
きにはその変化は流体温度検出抵抗エレメント１３によ
つて補償される。
第５図に両側温抵抗エレメント８，９の抵抗変化とその
差が示される。すなわち流体の流量が多くなるにつれ、
上流側に位置する測温抵抗エレメント８の抵抗値Ｒ８は
低下する。これに対し下流側に位置する測温抵抗エレメ
ント９の抵抗値Ｒ９の変化は小さい。このため両抵抗値
の差Ｒ０は流量の増加とともに増大することが分る。
差が示される。すなわち流体の流量が多くなるにつれ、
上流側に位置する測温抵抗エレメント８の抵抗値Ｒ８は
低下する。これに対し下流側に位置する測温抵抗エレメ
ント９の抵抗値Ｒ９の変化は小さい。このため両抵抗値
の差Ｒ０は流量の増加とともに増大することが分る。
この発明は上述のように半導体基台１の空間部４上に設
けた薄膜層１１に薄膜の側温抵抗エレメント８，９をそ
れぞれ配設し、一方、半導体基台１と熱的に接触する部
分に流体温度検出エレメント１３を設けているので、周
囲温度の変化によつて薄膜層１１の温度が変化したばあ
いにも流体温度検出エレメント１３によつて補正され
る。また測温抵抗エレメント８，９および流体温度検出
エレメント１３は薄膜形成技術およびマイクロマシニン
グ技術により１つの基板上に集積することができるの
で、製造が容易であり、したがつて安価に供給できる。
さらに薄膜抵抗は熱線抵抗に比し大きい抵抗値が得られ
るので、消費電流を小さくすることができ、しかも測温
抵抗エレメント８，９が配設される配設部５，５は薄膜
構造をとることができることから、熱時定数が短く、そ
れゆえ間欠駆動が可能となる。
けた薄膜層１１に薄膜の側温抵抗エレメント８，９をそ
れぞれ配設し、一方、半導体基台１と熱的に接触する部
分に流体温度検出エレメント１３を設けているので、周
囲温度の変化によつて薄膜層１１の温度が変化したばあ
いにも流体温度検出エレメント１３によつて補正され
る。また測温抵抗エレメント８，９および流体温度検出
エレメント１３は薄膜形成技術およびマイクロマシニン
グ技術により１つの基板上に集積することができるの
で、製造が容易であり、したがつて安価に供給できる。
さらに薄膜抵抗は熱線抵抗に比し大きい抵抗値が得られ
るので、消費電流を小さくすることができ、しかも測温
抵抗エレメント８，９が配設される配設部５，５は薄膜
構造をとることができることから、熱時定数が短く、そ
れゆえ間欠駆動が可能となる。
第１図〜第５図はこの発明の１実施例を示すもので、第
１図はマイクロブリツジセンサー素子の平面図、第２図
は同斜視図、第３図は第２図のIII−III線に沿つて切断
し、これを矢印方向に見た縦断面図、第４図は流量検出
センサーの電気回路図、第５図は測温抵抗エレメントの
抵抗特性図、第６図〜第８図は従来装置を示すもので、
第６図は熱線式流量センサーの斜視図、第７図および第
８図は電気回路図である。 １……半導体基台、２……開口部、３……開口部、４…
…空間部、５……配設部、８……測温抵抗エレメント、
９……測温抵抗エレメント、１０……マイクロブリツジ
センサー素子、１１……薄膜層、１２……スリツト、１
３……流体温度検出抵抗エレメント、１５……抵抗、１
６……抵抗、１７……増幅器、１８……増幅器、２１…
…抵抗、２２……抵抗、２３……増幅器、２５……温度
差検出回路、２７……トランジスタ、２８……トランジ
スタ、２９……抵抗、３１……定電流回路、３３……ト
ランジスタ、３４……抵抗、３５……スイツチング回
路。
１図はマイクロブリツジセンサー素子の平面図、第２図
は同斜視図、第３図は第２図のIII−III線に沿つて切断
し、これを矢印方向に見た縦断面図、第４図は流量検出
センサーの電気回路図、第５図は測温抵抗エレメントの
抵抗特性図、第６図〜第８図は従来装置を示すもので、
第６図は熱線式流量センサーの斜視図、第７図および第
８図は電気回路図である。 １……半導体基台、２……開口部、３……開口部、４…
…空間部、５……配設部、８……測温抵抗エレメント、
９……測温抵抗エレメント、１０……マイクロブリツジ
センサー素子、１１……薄膜層、１２……スリツト、１
３……流体温度検出抵抗エレメント、１５……抵抗、１
６……抵抗、１７……増幅器、１８……増幅器、２１…
…抵抗、２２……抵抗、２３……増幅器、２５……温度
差検出回路、２７……トランジスタ、２８……トランジ
スタ、２９……抵抗、３１……定電流回路、３３……ト
ランジスタ、３４……抵抗、３５……スイツチング回
路。
Claims (3)
- 【請求項１】半導体基台（１）上に薄膜層（１１）を形
成するとともに、上記基台（１）の上記薄膜層（１１）
と対向する部分に空間部（４）を形成し、かつこの空間
部上において、上記薄膜層（１１）には流体の流れる方
向と交差する方向に沿つて、かつ電流によつて発熱する
一対の薄膜の測温抵抗エレメント（８）（９）をたがい
に所定の間隔をおいて並設し、さらにこれら両測温抵抗
エレメント間において、上記薄膜層（１１）にはその両
測温抵抗エレメントをたがいに熱的に絶するスリツト
（１２）を設け、一方上記薄膜層（１１）の上記基台
（１）と熱的に接する部分には薄膜の流体温度検出抵抗
エレメント（１３）を設けたことを特徴とする流体の流
量検出センサー。 - 【請求項２】半導体基台（１）上に薄膜層（１１）を形
成するとともに、上記基台（１）の上記薄膜層（１１）
と対向する部分に空間部（４）を形成し、かつこの空間
部上において、上記薄膜層（１１）には流体の流れる方
向と交差する方向に沿つて、かつ電流によつて発熱する
一対の薄膜の測温抵抗エレメント（８）（９）をたがい
に所定の間隔をおいて並設し、さらにこれら両側温抵抗
エレメント間において、上記薄膜層（１１）にはその両
測温抵抗エレメントをたがいに熱的に絶縁するスリツト
（１２）を設け、一方上記薄膜層（１１）の上記基台
（１）と熱的に接する部分には薄膜の流体温度検出抵抗
エレメント（１３）を設け、さらに上記測温抵抗エレメ
ント（８）（９）と抵抗（１５）（１６）により形成さ
れるブリツジ回路と、このブリツジ回路に接続される増
幅器により温度差検出回路（２５）を形成し、かつこの
温度差検出回路を定電流回路に接続するとともに、この
定電流回路に上記流体温度検出抵抗エレメント（１３）
を接続したことを特徴とする流体の流量検出センサー。 - 【請求項３】上記薄膜層（１１）において、かつ流体の
流れる方向において、上記両測温抵抗エレメント（８）
（９）の外側に上記空間部（４）を介してたがいに連通
する開口部（２）（３）をそれぞれ形成した特許請求の
範囲第１項または第２項記載の流体の流量検出センサ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1082875A JPH0625684B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 流体の流量検出センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1082875A JPH0625684B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 流体の流量検出センサー |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02259527A JPH02259527A (ja) | 1990-10-22 |
| JPH0625684B2 true JPH0625684B2 (ja) | 1994-04-06 |
Family
ID=13786468
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1082875A Expired - Lifetime JPH0625684B2 (ja) | 1989-03-31 | 1989-03-31 | 流体の流量検出センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0625684B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003121226A (ja) * | 2001-10-19 | 2003-04-23 | Yamatake Corp | フローセンサ |
| CN100405066C (zh) * | 2002-05-02 | 2008-07-23 | 株式会社山武 | 流速传感器 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0972763A (ja) * | 1995-09-07 | 1997-03-18 | Ricoh Co Ltd | マイクロセンサ |
| US5852239A (en) * | 1996-06-12 | 1998-12-22 | Ricoh Company, Ltd. | Flow sensor having an intermediate heater between two temperature-sensing heating portions |
| EP0974817A4 (en) * | 1997-04-03 | 2006-09-13 | Yamatake Corp | CIRCUIT BOARD AND SENSOR, AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME |
| JP3433124B2 (ja) | 1998-12-15 | 2003-08-04 | 株式会社日立製作所 | 熱式空気流量センサ |
| US7082825B2 (en) | 2002-12-27 | 2006-08-01 | Yamatake Corporation | Smoking device including a flowmeter |
| US7417601B2 (en) | 2003-05-20 | 2008-08-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Projector systems |
| JP5209232B2 (ja) | 2007-05-24 | 2013-06-12 | アズビル株式会社 | 熱式流量計 |
| JP5481454B2 (ja) | 2011-09-22 | 2014-04-23 | 株式会社東芝 | 流量センサ、マスフローコントローラ、および流量センサの製造方法 |
| CN114034349B (zh) * | 2021-11-10 | 2023-04-14 | 内蒙古自治区林业科学研究院 | 一种坡面薄层水流的流量检测装置 |
-
1989
- 1989-03-31 JP JP1082875A patent/JPH0625684B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003121226A (ja) * | 2001-10-19 | 2003-04-23 | Yamatake Corp | フローセンサ |
| CN100405066C (zh) * | 2002-05-02 | 2008-07-23 | 株式会社山武 | 流速传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02259527A (ja) | 1990-10-22 |
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