JPH07174600A - 流速センサ及び流速計測装置 - Google Patents
流速センサ及び流速計測装置Info
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- JPH07174600A JPH07174600A JP5320006A JP32000693A JPH07174600A JP H07174600 A JPH07174600 A JP H07174600A JP 5320006 A JP5320006 A JP 5320006A JP 32000693 A JP32000693 A JP 32000693A JP H07174600 A JPH07174600 A JP H07174600A
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- flow
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 大きな流速レンジにおいて直線性良く正確に
流速を計測する。 【構成】 基板７の上面に堀５を設け、該堀５に電気的
絶縁膜３の橋６を橋架し、この橋６に流路方向の下流側
に発熱体１、上流側に発熱体温度測温体２を隣接して設
置する。電気的絶縁膜３の一部に設置された流体温度測
温体４と発熱体温度測温体２との温度差を一定に保つよ
うに、発熱体１を駆動し、発熱体１の両端電位差から小
流速域での感度が優れ、大流速域で直線性の良い流速信
号を得る。
流速を計測する。 【構成】 基板７の上面に堀５を設け、該堀５に電気的
絶縁膜３の橋６を橋架し、この橋６に流路方向の下流側
に発熱体１、上流側に発熱体温度測温体２を隣接して設
置する。電気的絶縁膜３の一部に設置された流体温度測
温体４と発熱体温度測温体２との温度差を一定に保つよ
うに、発熱体１を駆動し、発熱体１の両端電位差から小
流速域での感度が優れ、大流速域で直線性の良い流速信
号を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流速センサ及び流速計
測装置に関し、より詳細には、発熱体、発熱体温度測温
体、流体温度測温体、及び、前記発熱体及び発熱体温度
測温体が配設された橋を有し、気体流による気体の温度
変化を利用して流量又は流速を計測する測定器に関する
ものであり、ガス流量計や、フローメータとして気体流
速又は流量を計測、或いは空調器・冷却器の流速制御の
流速検知用に使用して好適なものである。
測装置に関し、より詳細には、発熱体、発熱体温度測温
体、流体温度測温体、及び、前記発熱体及び発熱体温度
測温体が配設された橋を有し、気体流による気体の温度
変化を利用して流量又は流速を計測する測定器に関する
ものであり、ガス流量計や、フローメータとして気体流
速又は流量を計測、或いは空調器・冷却器の流速制御の
流速検知用に使用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】マイクロブリッジ型の流速センサは、低
電力で駆動することができ、高感度に流速の測定ができ
る測定器である。しかし、極微小流量の計測が困難であ
るとか、狭い流量レンジにおいて直線性が保たれない等
の問題点を抱えている。従来、この種の流速センサとし
ては、多くの提案がなされている。例えば、特開昭６０
−１４２２６８号公報には、図５に示す感熱式流速セン
サが開示されている。
電力で駆動することができ、高感度に流速の測定ができ
る測定器である。しかし、極微小流量の計測が困難であ
るとか、狭い流量レンジにおいて直線性が保たれない等
の問題点を抱えている。従来、この種の流速センサとし
ては、多くの提案がなされている。例えば、特開昭６０
−１４２２６８号公報には、図５に示す感熱式流速セン
サが開示されている。
【０００３】図５は、従来のマイクロブリッジ型の感熱
式流速センサの一例を説明するための図である。この感
熱式流速センサ２０は、シリコン等の半導体の基板を異
方性エッチングにより形成した堀（空洞）２５を架橋す
る電気的絶縁膜からなる２本の橋２６ａと２６ｂを有
し、流れの上流側が橋２６ａ、下流側が橋２６ｂとなっ
ている。２本の橋２６ａと２６ｂとの間の開口２５ａを
挾んで発熱体２１を配置し、これら橋２６ａ，２６ｂに
は発熱体２１の側部にそれぞれ測温体２２，２３が配置
され、さらに、電気的絶縁膜の堀２５の上流側の一部に
気体温度を測定する抵抗２４を配設している。
式流速センサの一例を説明するための図である。この感
熱式流速センサ２０は、シリコン等の半導体の基板を異
方性エッチングにより形成した堀（空洞）２５を架橋す
る電気的絶縁膜からなる２本の橋２６ａと２６ｂを有
し、流れの上流側が橋２６ａ、下流側が橋２６ｂとなっ
ている。２本の橋２６ａと２６ｂとの間の開口２５ａを
挾んで発熱体２１を配置し、これら橋２６ａ，２６ｂに
は発熱体２１の側部にそれぞれ測温体２２，２３が配置
され、さらに、電気的絶縁膜の堀２５の上流側の一部に
気体温度を測定する抵抗２４を配設している。
【０００４】この感熱式流速センサ２０は、抵抗２４に
より定められる流体温度よりも一定温度高い温度となる
ように発熱体２１が加熱駆動される。気体の流速は、気
体の熱運搬効果を利用して、流路の上流側測温体２２と
下流側測温体２３との間に生じる温度差から計測され
る。
より定められる流体温度よりも一定温度高い温度となる
ように発熱体２１が加熱駆動される。気体の流速は、気
体の熱運搬効果を利用して、流路の上流側測温体２２と
下流側測温体２３との間に生じる温度差から計測され
る。
【０００５】図６は、従来のマイクロブリッジ型の感熱
式流速センサの他の例を説明するための図であり、感熱
式流速センサ３０には、半導体の基板３７に異方性エッ
チングにより堀３５が設けられ、堀３５上には電気的絶
縁膜３３の橋３６が架橋されている。橋３６上には流路
の上流側に発熱体３１が、下流側に発熱体温度測温体３
２が隣接して設置されており、更に上流側の電気的絶縁
膜３３上に気体温度測温度体３４が設置されている。
式流速センサの他の例を説明するための図であり、感熱
式流速センサ３０には、半導体の基板３７に異方性エッ
チングにより堀３５が設けられ、堀３５上には電気的絶
縁膜３３の橋３６が架橋されている。橋３６上には流路
の上流側に発熱体３１が、下流側に発熱体温度測温体３
２が隣接して設置されており、更に上流側の電気的絶縁
膜３３上に気体温度測温度体３４が設置されている。
【０００６】この流速センサ３０は、発熱体温度測温体
３２に隣接して発熱体３１が設けられており、この発熱
体３１を流体温度測温体３４で計測される流体温度と発
熱体温度測温体３２の温度との温度差を一定に保つよう
に駆動する、いわゆる傍熱式の駆動がなされ、発熱体３
１の両端電位差を流速信号として出力している。
３２に隣接して発熱体３１が設けられており、この発熱
体３１を流体温度測温体３４で計測される流体温度と発
熱体温度測温体３２の温度との温度差を一定に保つよう
に駆動する、いわゆる傍熱式の駆動がなされ、発熱体３
１の両端電位差を流速信号として出力している。
【０００７】図７は、図６に図示した流速センサの駆動
回路の一例を説明するための回路図で、駆動回路はホイ
ートストン・ブリッジ回路（単にブリッジ回路と呼ぶ）
４１を有している。ブリッジ回路４１の一辺（図の左
辺）には、固定抵抗Ｒ1と、該固定抵抗Ｒ1とＡ点で接続
された温度設定抵抗Ｒ3及び流体温度測温体３４が、他
辺（図の右辺）には、固定抵抗Ｒ2と、該固定抵抗Ｒ2と
Ｂ点で接続された発熱体温度測温体３２とが接続されて
いる。
回路の一例を説明するための回路図で、駆動回路はホイ
ートストン・ブリッジ回路（単にブリッジ回路と呼ぶ）
４１を有している。ブリッジ回路４１の一辺（図の左
辺）には、固定抵抗Ｒ1と、該固定抵抗Ｒ1とＡ点で接続
された温度設定抵抗Ｒ3及び流体温度測温体３４が、他
辺（図の右辺）には、固定抵抗Ｒ2と、該固定抵抗Ｒ2と
Ｂ点で接続された発熱体温度測温体３２とが接続されて
いる。
【０００８】温度設定抵抗Ｒ3にはスイッチＳＷが並列
接続され、スイッチＳＷを閉路して可変抵抗ＶＲ４を調
整してブリッジバランスをとり、調整後、開路される。
ブリッジ回路４１のＡ，Ｂ点は各々差動増幅器４２の非
反転入力、反転入力に接続され、差動増幅回路４２の出
力はダイオードＤ、抵抗Ｒ5を介してＮＰＮのトランジ
スタ４３のベースに入力され、該トランジスタ４３のエ
ミッタには、発熱体３１が接続される。駆動回路４０
は、流速センサ３０に気体が流れ、発熱体測温体３２が
冷却されるとブリッジ回路４１の平衡がくずれる。その
結果、発熱体３１に電流が流れて該発熱体３１が発熱
し、熱結合により発熱体温度測温体３２の抵抗値が増
し、ブリッジ回路４１は再びバランスする。この流体セ
ンサ３０は、橋３６の面積が広く、かつ堀３５が深い
程、高感度に流速を計測することが可能になる。
接続され、スイッチＳＷを閉路して可変抵抗ＶＲ４を調
整してブリッジバランスをとり、調整後、開路される。
ブリッジ回路４１のＡ，Ｂ点は各々差動増幅器４２の非
反転入力、反転入力に接続され、差動増幅回路４２の出
力はダイオードＤ、抵抗Ｒ5を介してＮＰＮのトランジ
スタ４３のベースに入力され、該トランジスタ４３のエ
ミッタには、発熱体３１が接続される。駆動回路４０
は、流速センサ３０に気体が流れ、発熱体測温体３２が
冷却されるとブリッジ回路４１の平衡がくずれる。その
結果、発熱体３１に電流が流れて該発熱体３１が発熱
し、熱結合により発熱体温度測温体３２の抵抗値が増
し、ブリッジ回路４１は再びバランスする。この流体セ
ンサ３０は、橋３６の面積が広く、かつ堀３５が深い
程、高感度に流速を計測することが可能になる。
【０００９】その他、本発明に係かる熱式流速計とし
て、例えば、特開昭５６−１８３８１号公報には、耐熱
・電気絶縁性物質からなる上層部と、該上部層と異なる
電気絶縁性物質からなる下層部とからなる基板を用い、
下層部の一部を除去して空洞を形成し、該空洞上に上層
部による橋を形成し、該橋部に発熱部を設けた熱式流速
計が開示され、特開昭６１−２７４２２２号公報には、
流量センサとして、流体の流れに対して上流側に流体温
度測温体を、下流側に発熱体、及び該発熱体の温度を測
定する測温体を設け、流体と発熱体との温度差を一定に
するために必要な発熱体への供給電力から、流速をもと
める流量センサが開示されている。
て、例えば、特開昭５６−１８３８１号公報には、耐熱
・電気絶縁性物質からなる上層部と、該上部層と異なる
電気絶縁性物質からなる下層部とからなる基板を用い、
下層部の一部を除去して空洞を形成し、該空洞上に上層
部による橋を形成し、該橋部に発熱部を設けた熱式流速
計が開示され、特開昭６１−２７４２２２号公報には、
流量センサとして、流体の流れに対して上流側に流体温
度測温体を、下流側に発熱体、及び該発熱体の温度を測
定する測温体を設け、流体と発熱体との温度差を一定に
するために必要な発熱体への供給電力から、流速をもと
める流量センサが開示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図５に示した従来の感
熱式流速センサ２０は、流路の上流側測温体２２と下流
側測温体２３との間に生じる温度差から流速が計測され
るが、このときの流速特性は上流側測温体２２と下流側
測温体２３との各々の流速−温度特性により定められ
る。
熱式流速センサ２０は、流路の上流側測温体２２と下流
側測温体２３との間に生じる温度差から流速が計測され
るが、このときの流速特性は上流側測温体２２と下流側
測温体２３との各々の流速−温度特性により定められ
る。
【００１１】図８は、図５の感熱式流速センサの特性を
説明するための図で、感熱式流速センサ２０を気体の流
れの中に配置したとき、下流側測温体２３には気体流を
介して発熱体２１の熱が伝えられる。一方、上流側測温
体２２は気体流により熱を奪われ、図８（ａ）に示すよ
うに、流速の変化に対し、下流側測温体２３の温度は曲
線ＴD、上流側測温体２２の温度は曲線ＴUに従って変化
する。
説明するための図で、感熱式流速センサ２０を気体の流
れの中に配置したとき、下流側測温体２３には気体流を
介して発熱体２１の熱が伝えられる。一方、上流側測温
体２２は気体流により熱を奪われ、図８（ａ）に示すよ
うに、流速の変化に対し、下流側測温体２３の温度は曲
線ＴD、上流側測温体２２の温度は曲線ＴUに従って変化
する。
【００１２】従って、下流側測温体２３の温度曲線ＴD
から、上流側温度の曲線ＴUをひき算して得られた出力
は、図８（ｂ）の曲線ＶFで示すように大流速域で出力
変化が小さく、直線性が悪くなり、計測可能な流速レン
ジが狭くなる。図９は、図６に示した従来の感熱式流速
センサの流速−出力特性を示す図で、図６に示した感熱
式流速センサ３０は、特性曲線ＶFで示すように、極小
流速域では、出力特性が平坦になり流速計測が不可能と
なるので、極小流速域の計測に限界があることが、本出
願人の実験により確かめられた。この実験によると、図
６に示した従来の感熱式流速センサ３０の発熱体３１と
発熱体温度測温体３２との温度差が、図１０の発熱体と
発熱体温度測温体との温度差特性図に示すように、温度
差曲線ΔＴVは小流速域では大きく、大流速域では小さ
くなっていることによるものであることが判明した。
から、上流側温度の曲線ＴUをひき算して得られた出力
は、図８（ｂ）の曲線ＶFで示すように大流速域で出力
変化が小さく、直線性が悪くなり、計測可能な流速レン
ジが狭くなる。図９は、図６に示した従来の感熱式流速
センサの流速−出力特性を示す図で、図６に示した感熱
式流速センサ３０は、特性曲線ＶFで示すように、極小
流速域では、出力特性が平坦になり流速計測が不可能と
なるので、極小流速域の計測に限界があることが、本出
願人の実験により確かめられた。この実験によると、図
６に示した従来の感熱式流速センサ３０の発熱体３１と
発熱体温度測温体３２との温度差が、図１０の発熱体と
発熱体温度測温体との温度差特性図に示すように、温度
差曲線ΔＴVは小流速域では大きく、大流速域では小さ
くなっていることによるものであることが判明した。
【００１３】この現象は、小流速域においては、発熱体
３１から発熱体温度測温体３２に伝わる熱の効果が、発
熱体温度測温体３２が気体流により奪われる熱の効果よ
りも大きく、大流速域においては、これらの熱移動の効
果が逆転することによる、と考えられている。また、特
に大流速域における出力のバラツキが比較的大きいこと
から、気体の流れが不安定である可能性もある。感熱式
流速センサは微小な半導体の基板からなる微小なチップ
であり、多くはセラミック等の支持基板の先端に固着さ
れて流速計測装置として使用される。図１１は、従来の
流速計測装置であり、流速計測装置５０の感熱式流速セ
ンサ５２は、図１１（ａ）に示すように、短冊状の支持
基板５１の上流側端面５１ａから内側の位置に、流れ方
向と流路軸とが一致するように、固着されている。
３１から発熱体温度測温体３２に伝わる熱の効果が、発
熱体温度測温体３２が気体流により奪われる熱の効果よ
りも大きく、大流速域においては、これらの熱移動の効
果が逆転することによる、と考えられている。また、特
に大流速域における出力のバラツキが比較的大きいこと
から、気体の流れが不安定である可能性もある。感熱式
流速センサは微小な半導体の基板からなる微小なチップ
であり、多くはセラミック等の支持基板の先端に固着さ
れて流速計測装置として使用される。図１１は、従来の
流速計測装置であり、流速計測装置５０の感熱式流速セ
ンサ５２は、図１１（ａ）に示すように、短冊状の支持
基板５１の上流側端面５１ａから内側の位置に、流れ方
向と流路軸とが一致するように、固着されている。
【００１４】しかし、図１１（ａ）に示す従来の流速計
測装置５０では、図１１（ｂ）に示すように、気体流は
上流側端面５１ａにより乱されて渦流となり、境界層を
乱すため感熱式流速センサ５２の上面近傍の気体流は不
安定になるので、出力される流速信号も不安定となる。
また、前記公知の熱式流速計や流量センサには、本発明
が解決しようとする流速−出力の特性の改善に関しての
開示はなされていない。
測装置５０では、図１１（ｂ）に示すように、気体流は
上流側端面５１ａにより乱されて渦流となり、境界層を
乱すため感熱式流速センサ５２の上面近傍の気体流は不
安定になるので、出力される流速信号も不安定となる。
また、前記公知の熱式流速計や流量センサには、本発明
が解決しようとする流速−出力の特性の改善に関しての
開示はなされていない。
【００１５】本発明は、これらの点を鑑みてなされたも
ので、流速レンジにおいて直線性良く、正確に流速を測
定することを可能にする手段を有する感熱式流速センサ
を提供することを第１の目的とし、更には、感熱式流速
センサ上を通る気体流を整流する手段を有する流速計測
装置を提供することを第２の目的とする。
ので、流速レンジにおいて直線性良く、正確に流速を測
定することを可能にする手段を有する感熱式流速センサ
を提供することを第１の目的とし、更には、感熱式流速
センサ上を通る気体流を整流する手段を有する流速計測
装置を提供することを第２の目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、（１）上面に電気的絶縁膜を有する基板
上面に設けられた堀と、前記電気的絶縁膜により形成さ
れ、前記堀を架橋する橋と、該橋上に配設された発熱体
及び発熱体測温体と、前記電気的絶縁膜上の一部に設け
られ流体の流れ方向に対し前記堀の上流側に設置された
流体温度測温体とを有し、前記橋上に配設された前記発
熱体測温体と発熱体との配置を、流路の上流側が発熱体
温度測温体、下流側が発熱体とした感熱式流速センサ
と、前記発熱体を傍熱駆動し前記流体温度測温体と発熱
体との温度差を一定に保つ駆動手段とからなり、前記発
熱体の両端電位差又は消費電力から流速を測定するこ
と、或いは、（２）上面に電気的絶縁膜を有する基板上
面に設けられた堀と、前記電気的絶縁膜により形成さ
れ、前記堀を架橋する橋と、該橋上に設置された発熱体
及び発熱体温度測温体と、前記電気的絶縁膜上の一部に
設けられ流体の流れ方向に対し前記堀の上流側に設置さ
れた流体温度測温体とを有し、前記基板の厚さを０.５
ｍｍ以下にした感熱式流速センサの流速センサと、該流
速センサを支持固着する支持基板とからなり、前記流速
センサを前記支持基板の上流側端面から、流路の上流側
に突出させて固着したこと、或いは、（３）上面に電気
的絶縁膜を有する基板上面に設けられた堀と、前記電気
的絶縁膜により形成され、前記堀を架橋する橋と、該橋
上に設置された発熱体及び発熱体温度測温体と、前記電
気的絶縁膜上の一部に設けられ流体の流れ方向に対し前
記堀の上流側に設置された流体温度測温体とを有し、前
記基板の厚さを０.５ｍｍ以下にした感熱式流速センサ
の流速センサと、該流速センサを支持固着する支持基板
の上流側端部がエッジ状である支持基板とから成り、前
記流速センサを該流速センサの流入側端部と前記支持基
板の上流側端部のエッジとを略一致させて固着したこと
を特徴とするものである。
成するために、（１）上面に電気的絶縁膜を有する基板
上面に設けられた堀と、前記電気的絶縁膜により形成さ
れ、前記堀を架橋する橋と、該橋上に配設された発熱体
及び発熱体測温体と、前記電気的絶縁膜上の一部に設け
られ流体の流れ方向に対し前記堀の上流側に設置された
流体温度測温体とを有し、前記橋上に配設された前記発
熱体測温体と発熱体との配置を、流路の上流側が発熱体
温度測温体、下流側が発熱体とした感熱式流速センサ
と、前記発熱体を傍熱駆動し前記流体温度測温体と発熱
体との温度差を一定に保つ駆動手段とからなり、前記発
熱体の両端電位差又は消費電力から流速を測定するこ
と、或いは、（２）上面に電気的絶縁膜を有する基板上
面に設けられた堀と、前記電気的絶縁膜により形成さ
れ、前記堀を架橋する橋と、該橋上に設置された発熱体
及び発熱体温度測温体と、前記電気的絶縁膜上の一部に
設けられ流体の流れ方向に対し前記堀の上流側に設置さ
れた流体温度測温体とを有し、前記基板の厚さを０.５
ｍｍ以下にした感熱式流速センサの流速センサと、該流
速センサを支持固着する支持基板とからなり、前記流速
センサを前記支持基板の上流側端面から、流路の上流側
に突出させて固着したこと、或いは、（３）上面に電気
的絶縁膜を有する基板上面に設けられた堀と、前記電気
的絶縁膜により形成され、前記堀を架橋する橋と、該橋
上に設置された発熱体及び発熱体温度測温体と、前記電
気的絶縁膜上の一部に設けられ流体の流れ方向に対し前
記堀の上流側に設置された流体温度測温体とを有し、前
記基板の厚さを０.５ｍｍ以下にした感熱式流速センサ
の流速センサと、該流速センサを支持固着する支持基板
の上流側端部がエッジ状である支持基板とから成り、前
記流速センサを該流速センサの流入側端部と前記支持基
板の上流側端部のエッジとを略一致させて固着したこと
を特徴とするものである。
【００１７】
【作用】絶縁膜を有する半導体等の基板上面に設けられ
た堀上に架橋された絶縁膜による橋に、流路の下流側に
発熱体を、上流側に発熱体測温体を隣接して設置し、更
に、絶縁膜の一部に流体温度測温体を設置した感熱式流
速センサを、流体温度測温体と発熱体温度測温体との温
度差を一定に保つように発熱体を傍熱式に駆動すること
により、小流速域での発熱体と発熱体温度測温体との温
度差が大流速域での温度差よりも大きくなるという現像
をなくして、極小流速域まで流速の計測を可能とし、更
に、大流速域の直線性を改善する。また、感熱式流速セ
ンサの流速センサチップを支持基板に固着した流速計測
装置において、流速センサチップの上面の流れの中に渦
流がないように整流して、特に大流速での流れの不安定
による流速信号の乱れを防ぐ。
た堀上に架橋された絶縁膜による橋に、流路の下流側に
発熱体を、上流側に発熱体測温体を隣接して設置し、更
に、絶縁膜の一部に流体温度測温体を設置した感熱式流
速センサを、流体温度測温体と発熱体温度測温体との温
度差を一定に保つように発熱体を傍熱式に駆動すること
により、小流速域での発熱体と発熱体温度測温体との温
度差が大流速域での温度差よりも大きくなるという現像
をなくして、極小流速域まで流速の計測を可能とし、更
に、大流速域の直線性を改善する。また、感熱式流速セ
ンサの流速センサチップを支持基板に固着した流速計測
装置において、流速センサチップの上面の流れの中に渦
流がないように整流して、特に大流速での流れの不安定
による流速信号の乱れを防ぐ。
【００１８】
［実施例１］（請求項１および請求項２に対応） 図１は、本発明に係る感熱式流速センサの一実施例を説
明するための平面図で、図中、１は発熱体、２は発熱体
温度測温体、３は電気的絶縁膜（単に絶縁膜と呼ぶ）、
４は流体温度測温体、５は堀（空洞）、６は橋、７は基
板、１０は感熱式流速センサである。
明するための平面図で、図中、１は発熱体、２は発熱体
温度測温体、３は電気的絶縁膜（単に絶縁膜と呼ぶ）、
４は流体温度測温体、５は堀（空洞）、６は橋、７は基
板、１０は感熱式流速センサである。
【００１９】感熱式流速センサ１０は、シリコン等から
なる半導体の基板７上に異方性のエッチングを施して形
成された堀５と、基板７上に製膜した絶縁膜３によって
堀５をまたぐ橋６を形成して、該橋６上に、矢印方向に
気体が流れるとして、上流側に発熱体温度測温体２を、
下流側に発熱体１を隣接させて設置し、絶縁膜３上の堀
上流側に流体温度測温体４を設置したものである。
なる半導体の基板７上に異方性のエッチングを施して形
成された堀５と、基板７上に製膜した絶縁膜３によって
堀５をまたぐ橋６を形成して、該橋６上に、矢印方向に
気体が流れるとして、上流側に発熱体温度測温体２を、
下流側に発熱体１を隣接させて設置し、絶縁膜３上の堀
上流側に流体温度測温体４を設置したものである。
【００２０】発熱体１が駆動されて発生する熱は、上流
側の発熱体温度測温体２に伝達されるが、熱伝達媒体は
絶縁膜および気体であるから、熱応答を速くするために
は、発熱体１と発熱体温度測温体２との距離を小さくす
ることが好ましい。
側の発熱体温度測温体２に伝達されるが、熱伝達媒体は
絶縁膜および気体であるから、熱応答を速くするために
は、発熱体１と発熱体温度測温体２との距離を小さくす
ることが好ましい。
【００２１】感熱式速度センサ１０を図７に示した駆動
回路により、傍熱式に駆動すると、図６に示した発熱体
１を上流側、発熱体温度測温体２を下流側に設置した従
来例とは異なり、気体流が生じた場合、気体流による発
熱体温度測温体２への熱運搬効果がなくなり、発熱体温
度測温体２から熱を持ち去られる効果のみ生じる。従っ
て、発熱体温度測温体２の温度が下がるため、発熱体１
及び発熱体温度測温体２の温度を上げるように回路の制
御が働く。そして、発熱体１の両端電位差または消費電
力を流速信号として出力する。
回路により、傍熱式に駆動すると、図６に示した発熱体
１を上流側、発熱体温度測温体２を下流側に設置した従
来例とは異なり、気体流が生じた場合、気体流による発
熱体温度測温体２への熱運搬効果がなくなり、発熱体温
度測温体２から熱を持ち去られる効果のみ生じる。従っ
て、発熱体温度測温体２の温度が下がるため、発熱体１
及び発熱体温度測温体２の温度を上げるように回路の制
御が働く。そして、発熱体１の両端電位差または消費電
力を流速信号として出力する。
【００２２】図２は、図１に示した感熱式流速センサの
駆動方式の違いによる発熱体と発熱体測温体との流速−
温度差特性を示す図であり、曲線Ｃ1は感熱式流速セン
サ１０を発熱体１と流体温度測温体４との温度差が一定
となるように発熱体１を駆動するいわゆる直熱式で駆動
したときの流速−温度差曲線であり、流速の平方根に比
例している。
駆動方式の違いによる発熱体と発熱体測温体との流速−
温度差特性を示す図であり、曲線Ｃ1は感熱式流速セン
サ１０を発熱体１と流体温度測温体４との温度差が一定
となるように発熱体１を駆動するいわゆる直熱式で駆動
したときの流速−温度差曲線であり、流速の平方根に比
例している。
【００２３】曲線Ｃ2は、感熱式流速センサ１０を流体
温度測温体４と発熱体温度測温体２との温度差が一定と
なるように発熱体１を駆動するいわゆる傍熱式で駆動し
たときの流速−温度差特性で、傍熱式で駆動すると、流
速が大きくなるに従い、発熱体１と流体との温度の差が
大きくなるため、発熱体１と発熱体温度測温体２（流体
と一定の温度差を保つ）の温度差は曲線Ｃ2のようにな
る。直熱駆動方式の場合の温度差の曲線Ｃ1と傍熱式の
場合の温度差の曲線Ｃ2と比較すると、大流速域では曲
線Ｃ1よりも曲線Ｃ2の方が温度差が大きくなる傾向にあ
る。即ち、傍熱駆動時には、直熱駆動時よりも流速に対
する出力の変化が直線的に増加すると共に、より広い流
速レンジでの流速計測が可能となる。
温度測温体４と発熱体温度測温体２との温度差が一定と
なるように発熱体１を駆動するいわゆる傍熱式で駆動し
たときの流速−温度差特性で、傍熱式で駆動すると、流
速が大きくなるに従い、発熱体１と流体との温度の差が
大きくなるため、発熱体１と発熱体温度測温体２（流体
と一定の温度差を保つ）の温度差は曲線Ｃ2のようにな
る。直熱駆動方式の場合の温度差の曲線Ｃ1と傍熱式の
場合の温度差の曲線Ｃ2と比較すると、大流速域では曲
線Ｃ1よりも曲線Ｃ2の方が温度差が大きくなる傾向にあ
る。即ち、傍熱駆動時には、直熱駆動時よりも流速に対
する出力の変化が直線的に増加すると共に、より広い流
速レンジでの流速計測が可能となる。
【００２４】更に、図１０に示した、従来の流速センサ
（図６）による発熱体３１が発熱体温度測温体３２の上
流に配置されたときの発熱体３１と発熱体温度測温体３
２との温度差曲線△ＴVと、図２に示した、本発明によ
る流速センサ（図１）による発熱体１が発熱体温度測温
体２の下流に配置されたときの温度差曲線Ｃ2を比較す
ると、本発明による流速センサは、極小流速域で温度差
が大きくなる現象を防ぐことができ、極小流速域まで流
速−出力の比例関係が保持される。
（図６）による発熱体３１が発熱体温度測温体３２の上
流に配置されたときの発熱体３１と発熱体温度測温体３
２との温度差曲線△ＴVと、図２に示した、本発明によ
る流速センサ（図１）による発熱体１が発熱体温度測温
体２の下流に配置されたときの温度差曲線Ｃ2を比較す
ると、本発明による流速センサは、極小流速域で温度差
が大きくなる現象を防ぐことができ、極小流速域まで流
速−出力の比例関係が保持される。
【００２５】図３は、本発明による流速測定装置の一実
施例を説明するための図で、図３（ａ）に示すように、
本実施例においては、流速センサ１０は支持基板１１の
上流側端面１１ａから流路の上流側に突出して固着され
ている。この結果、図３（ｂ）に示すように、支持基板
１１の上流側端面１１ａに当接した気体流Ｌに含まれる
渦流が、支持基板１１の下方に流れて流速センサ１０の
上面に流れることがないので、境界層および流速センサ
１０上面を流れる気体流を安定化することができる。特
に、大流速域で流れの乱れがなく、安定するので、流速
特性の直線性を改善することができる。
施例を説明するための図で、図３（ａ）に示すように、
本実施例においては、流速センサ１０は支持基板１１の
上流側端面１１ａから流路の上流側に突出して固着され
ている。この結果、図３（ｂ）に示すように、支持基板
１１の上流側端面１１ａに当接した気体流Ｌに含まれる
渦流が、支持基板１１の下方に流れて流速センサ１０の
上面に流れることがないので、境界層および流速センサ
１０上面を流れる気体流を安定化することができる。特
に、大流速域で流れの乱れがなく、安定するので、流速
特性の直線性を改善することができる。
【００２６】［実施例３］（請求項３に対応） 図４は、本発明による流速側定装置の他の実施例を説明
するための図で、図３に示した支持基板の上流側端面の
断面形状が流れ方向に鋭角なエッジとなるように、上流
側端面から下流側に向けて傾斜面１１ｂに形成され、流
速センサ１０は、流速センサ１０の上流側端部が支持基
板１１の上流側端部と略一致するように支持基板１１上
面に固着されている。
するための図で、図３に示した支持基板の上流側端面の
断面形状が流れ方向に鋭角なエッジとなるように、上流
側端面から下流側に向けて傾斜面１１ｂに形成され、流
速センサ１０は、流速センサ１０の上流側端部が支持基
板１１の上流側端部と略一致するように支持基板１１上
面に固着されている。
【００２７】而して、この実施例によると、支持基板１
１の上流側端面をエッジ状としたので、気体の流れＬが
整流されて流速センサチップ１０の上部面に気体の乱れ
が発生することはなく、実施例２の場合と同様に、流速
特性の直線性が改善され、安定した流速の計測が可能と
なる。
１の上流側端面をエッジ状としたので、気体の流れＬが
整流されて流速センサチップ１０の上部面に気体の乱れ
が発生することはなく、実施例２の場合と同様に、流速
特性の直線性が改善され、安定した流速の計測が可能と
なる。
【００２８】［具体例］次に、本発明による流速センサ
及び流速計測装置の具体例について、図１と参照して説
明する。まず、Ｓｉ基板７上にＴa2Ｏ5の絶縁膜３を膜
厚１μｍ（マイクロメータ）で製膜して、幅２００μ
ｍ，長さ1000μｍの橋６を形成し、Ｓｉ基板７をエッチ
ングして深さ２００μｍ以上の堀５を形成し、該橋６上
に流路の上流側にＰｔ薄膜よりなる発熱体温度測温体
２、下流側にＰｔ薄膜よりなる発熱体１を、膜厚1600Å
で５μｍの間隔で設置した３ｍｍ角のマイクロブリッジ
型の感熱式流速センサ（フローセンサ）１０を作製し
た。
及び流速計測装置の具体例について、図１と参照して説
明する。まず、Ｓｉ基板７上にＴa2Ｏ5の絶縁膜３を膜
厚１μｍ（マイクロメータ）で製膜して、幅２００μ
ｍ，長さ1000μｍの橋６を形成し、Ｓｉ基板７をエッチ
ングして深さ２００μｍ以上の堀５を形成し、該橋６上
に流路の上流側にＰｔ薄膜よりなる発熱体温度測温体
２、下流側にＰｔ薄膜よりなる発熱体１を、膜厚1600Å
で５μｍの間隔で設置した３ｍｍ角のマイクロブリッジ
型の感熱式流速センサ（フローセンサ）１０を作製し
た。
【００２９】上述のようにして作成した感熱式流速セン
サ１０を、図７に示したような傍熱方式の回路により間
欠駆動し、流体温度測温体４と発熱体温度測温体２との
温度差を４０℃に設定して、流速−出力特性をとった。
その結果、大流速域まで出力が直線的に増加し、かつ極
微小流速域まで計測することが可能となった。
サ１０を、図７に示したような傍熱方式の回路により間
欠駆動し、流体温度測温体４と発熱体温度測温体２との
温度差を４０℃に設定して、流速−出力特性をとった。
その結果、大流速域まで出力が直線的に増加し、かつ極
微小流速域まで計測することが可能となった。
【００３０】また、感熱式流速センサ１０の流速センサ
を、図３のように、セラミックの支持基板１１の上流側
端面１１ａに対し突出させた時、或いは、図４のよう
に、セラミックの支持基板１１の上流側端面をエッジ状
にした時には、全体的に出力のバラツキが従来より減少
していることが確認された。
を、図３のように、セラミックの支持基板１１の上流側
端面１１ａに対し突出させた時、或いは、図４のよう
に、セラミックの支持基板１１の上流側端面をエッジ状
にした時には、全体的に出力のバラツキが従来より減少
していることが確認された。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、下記の効果がある。 請求項１に対応する効果：感熱式流速センサを、基板上
面に設けられた堀上に橋架された電気的絶縁膜の橋に、
流路の下流側に発熱体を、上流側に発熱体測温体を互い
に隣接して設置したので、極小流速域での流速も計測で
きるようになり、更に、基板の電気的絶縁体の一部に設
置された流体温度測温体と発熱体温度測温体の温度差を
一定に保つ傍熱方式で発熱体を駆動するようにしたの
で、大流量域での感度が高く、しかも直線性が改善され
たので、流速の測定レンジが広くなり、直線性の優れた
流速センサを提供することができる。 請求項２に対応する効果：流速センサを支持基板の上流
側端面から流路の上流側に吐出して固着したので、流速
センサには支持基板上流側端面から発生した渦流が流れ
ることなく、層性も乱されることがないので、安定した
流速信号が得られる。特に大流速域で安定した流速の計
測ができる。 請求項３に対応する効果：支持基板の上流側端面をエッ
ジ状としてエッジ端と流速センサの端部を略一致するよ
うに固着したので流体の乱れがなく、請求項２と同様の
効果が得られる。
によれば、下記の効果がある。 請求項１に対応する効果：感熱式流速センサを、基板上
面に設けられた堀上に橋架された電気的絶縁膜の橋に、
流路の下流側に発熱体を、上流側に発熱体測温体を互い
に隣接して設置したので、極小流速域での流速も計測で
きるようになり、更に、基板の電気的絶縁体の一部に設
置された流体温度測温体と発熱体温度測温体の温度差を
一定に保つ傍熱方式で発熱体を駆動するようにしたの
で、大流量域での感度が高く、しかも直線性が改善され
たので、流速の測定レンジが広くなり、直線性の優れた
流速センサを提供することができる。 請求項２に対応する効果：流速センサを支持基板の上流
側端面から流路の上流側に吐出して固着したので、流速
センサには支持基板上流側端面から発生した渦流が流れ
ることなく、層性も乱されることがないので、安定した
流速信号が得られる。特に大流速域で安定した流速の計
測ができる。 請求項３に対応する効果：支持基板の上流側端面をエッ
ジ状としてエッジ端と流速センサの端部を略一致するよ
うに固着したので流体の乱れがなく、請求項２と同様の
効果が得られる。
【図１】 本発明に係る感熱式流速センサの一実施例を
説明するための平面図である。
説明するための平面図である。
【図２】 図１に示した感熱式流速センサの駆動方式の
違いによる発熱体と発熱体測温体との流速−温度差特性
を示す図である。
違いによる発熱体と発熱体測温体との流速−温度差特性
を示す図である。
【図３】 本発明による流速測定装置の一実施例を説明
するための図である。
するための図である。
【図４】 本発明による流速測定装置の他の実施例を説
明するための図である。
明するための図である。
【図５】 従来のマイクロブリッジ型の感熱式流速セン
サの一例を説明するための図である。
サの一例を説明するための図である。
【図６】 従来のマイクロブリッジ型の感熱式流速セン
サの他の例を説明するための図である。
サの他の例を説明するための図である。
【図７】 図６に図示した感熱式流速センサを傍熱方式
に駆動する駆動回路の一例を説明するための回路図であ
る。
に駆動する駆動回路の一例を説明するための回路図であ
る。
【図８】 図５のに示した従来の流速センサの特性を説
明するための図である。
明するための図である。
【図９】 図６に示した従来の感熱式流速センサの流速
−出力特性を示す図である。
−出力特性を示す図である。
【図１０】 図６に示した従来の感熱式流速センサの流
速に対する発熱体と発熱体温度測温体との温度差を示す
図である。
速に対する発熱体と発熱体温度測温体との温度差を示す
図である。
【図１１】 従来の感熱式流速計測装置の一例を説明す
るための図である。
るための図である。
１…発熱体、２…発熱体温度測温体、３…電気的絶縁
膜、４…流体温度測温体、５…堀（空洞）、６…橋、７
…基板、１０…感熱式流速センサ、１１…支持基板。
膜、４…流体温度測温体、５…堀（空洞）、６…橋、７
…基板、１０…感熱式流速センサ、１１…支持基板。
フロントページの続き (72)発明者 村田 憲彦 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内
Claims (3)
- 【請求項１】 上面に電気的絶縁膜を有する基板上面に
設けられた堀と、前記電気的絶縁膜により形成され、前
記堀を架橋する橋と、該橋上に配設された発熱体及び発
熱体測温体と、前記電気的絶縁膜上の一部に設けられ流
体の流れ方向に対し前記堀の上流側に設置された流体温
度測温体とを有し、前記橋上に配設された前記発熱体測
温体と発熱体との配置を、流路の上流側が発熱体温度測
温体、下流側が発熱体とした感熱式流速センサと、前記
発熱体を傍熱駆動し前記流体温度測温体と発熱体との温
度差を一定に保つ駆動手段とからなり、前記発熱体の両
端電位差又は消費電力から流速を測定することを特徴と
する流速センサ。 - 【請求項２】 上面に電気的絶縁膜を有する基板上面に
設けられた堀と、前記電気的絶縁膜により形成され、前
記堀を架橋する橋と、該橋上に設置された発熱体及び発
熱体温度測温体と、前記電気的絶縁膜上の一部に設けら
れ流体の流れ方向に対し前記堀の上流側に設置された流
体温度測温体とを有し、前記基板の厚さを０.５ｍｍ以
下にした感熱式流速センサの流速センサと、該流速セン
サを支持固着する支持基板とからなり、前記流速センサ
を前記支持基板の上流側端面から、流路の上流側に突出
させて固着したことを特徴とする流速計測装置。 - 【請求項３】 上面に電気的絶縁膜を有する基板上面に
設けられた堀と、前記電気的絶縁膜により形成され、前
記堀を架橋する橋と、該橋上に設置された発熱体及び発
熱体温度測温体と、前記電気的絶縁膜上の一部に設けら
れ流体の流れ方向に対し前記堀の上流側に設置された流
体温度測温体とを有し、前記基板の厚さを０.５ｍｍ以
下にした感熱式流速センサの流速センサと、該流速セン
サを支持固着する支持基板の上流側端部がエッジ状であ
る支持基板とから成り、前記流速センサを該流速センサ
の流入側端部と前記支持基板の上流側端部のエッジとを
略一致させて固着したことを特徴とする流速計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5320006A JPH07174600A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 流速センサ及び流速計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5320006A JPH07174600A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 流速センサ及び流速計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07174600A true JPH07174600A (ja) | 1995-07-14 |
Family
ID=18116702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5320006A Pending JPH07174600A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 流速センサ及び流速計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07174600A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2798194A1 (fr) * | 1999-09-03 | 2001-03-09 | Denso Corp | Capteur de debit et son procede de fabrication |
| US6314807B1 (en) | 1999-07-14 | 2001-11-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thermal-type flow sensor |
| US6450025B1 (en) | 1998-03-20 | 2002-09-17 | Denso Corporation | Micro-heater and airflow sensor using the same |
| JP2007101561A (ja) * | 1999-06-14 | 2007-04-19 | Yamatake Corp | 流速検出器 |
-
1993
- 1993-12-20 JP JP5320006A patent/JPH07174600A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6450025B1 (en) | 1998-03-20 | 2002-09-17 | Denso Corporation | Micro-heater and airflow sensor using the same |
| JP2007101561A (ja) * | 1999-06-14 | 2007-04-19 | Yamatake Corp | 流速検出器 |
| US6314807B1 (en) | 1999-07-14 | 2001-11-13 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thermal-type flow sensor |
| DE19961129B4 (de) * | 1999-07-14 | 2006-07-06 | Mitsubishi Denki K.K. | Flusssensor eines thermischen Typs |
| FR2798194A1 (fr) * | 1999-09-03 | 2001-03-09 | Denso Corp | Capteur de debit et son procede de fabrication |
| US6626037B1 (en) | 1999-09-03 | 2003-09-30 | Denso Corporation | Thermal flow sensor having improved sensing range |
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