JPH07270442A - 風速センサ - Google Patents

風速センサ

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JPH07270442A
JPH07270442A JP6088031A JP8803194A JPH07270442A JP H07270442 A JPH07270442 A JP H07270442A JP 6088031 A JP6088031 A JP 6088031A JP 8803194 A JP8803194 A JP 8803194A JP H07270442 A JPH07270442 A JP H07270442A
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JP
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resistor
substrate
wind speed
speed sensor
hybrid
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JP6088031A
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Shinichi Osada
慎一 長田
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化が可能で、精度が高く、信頼性に優れ
た風速センサを提供する。 【構成】 熱伝導率の小さい基板1に、感温抵抗体
H,RTと、感温抵抗体RH,RTからの信号を処理して
風速を検出するための信号処理回路を配設する。また、
前記感温抵抗体RH,RTからの信号を処理して風速を検
出するための信号処理回路としてハイブリッドICを用
いるとともに、熱伝導率の小さい材料を用いてハイブリ
ッドICの基板(ハイブリッドIC基板)1を形成し、
該ハイブリッドIC基板1に感温抵抗体RH,RTを配設
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、風速センサに関し、
詳しくは、気体の流速に対応した発熱体の放熱を利用し
て風速を検知する風速センサに関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】気体の
流速(風速)を検知するための風速センサとしては、風
車(プロペラ)または風杯の回転数を発電機や回転計で
検出する風車式の風速センサ、カルマン渦の発生数を計
数する風速センサ、発熱体の放熱現象を利用する熱式の
風速センサなどがある。
【0003】上記風速センサのうち、風車式の風速セン
サは、最も直接的なものであり、従来より広く用いられ
ているが、回転という機械的ストレスが常に加わるため
特性劣化が早くメンテナンスが必要になるばかりでな
く、小型化が困難で、しかも高価であるという問題点が
ある。
【0004】また、カルマン渦式の風速センサは、カル
マン渦をカウントする装置が比較的大がかりになるとと
もに、コスト、応答性の点でも必ずしも満足なものが得
られていないのが実情である。
【0005】これらに対して、抵抗体を発熱させ、発熱
した抵抗体に対する気流の放熱作用の大きさから風速を
検出する熱式の風速センサがある。
【0006】この熱式の風速センサは、高精度、高信頼
性を低コストで実現することが可能であることから、近
年、特に注目されており、自動車の電子制御ガソリン噴
射装置用のエアフローセンサや空調システムの空気量セ
ンサなどに広く用いられている。
【0007】図10は、上記従来の熱式の風速センサの
回路構成の一例を示す図である。図10に示すように、
ヒータ用抵抗体RHの一方側の接続端子はグランド側に
接続され、他方側の接続端子は抵抗体R1と直列接続さ
れて第1の抵抗回路62が形成されている。また、温度
補償用抵抗体RTの一方側の接続端子はグランド側に接
続され、他方側の接続端子は可変抵抗VR1と直列接続
され、さらに、この可変抵抗VR1と抵抗体R2が直列接
続されて第2の抵抗回路63が形成されている。
【0008】そして、第1の抵抗回路62の出力側が第
1のブリッジ出力平衡端Aとなり、第2の抵抗回路63
の出力側が第2のブリッジ出力平衡端Bとなるように構
成されており、第1のブリッジ出力平衡端Aには抵抗体
3が接続され、第2のブリッジ出力平衡端Bには抵抗
体R4、可変抵抗VR2が接続されて抵抗ブリッジ回路が
形成されている。
【0009】第1のブリッジ出力平衡端Aは差動演算回
路として機能する差動増幅器(演算増幅器)64のマイ
ナス側入力端子66に接続され、第2のブリッジ出力平
衡端Bは差動増幅器64のプラス側入力端子67と接続
されている。そして、差動増幅器64は電流増幅用のト
ランジスタ65と接続されている。なお、抵抗体R1
2、R3、R4としては、上記のヒータ用抵抗体RHや温
度補償用抵抗体RTと比べて1桁以上小さい抵抗温度係
数(±100ppm/℃)を有する抵抗体が用いられてお
り、これらの抵抗体R1、R2、R3、R4の抵抗値を適切
に選定することによりバランスのとれたブリッジ回路が
形成されている。したがって、周囲温度が変化したとき
に、ヒータ用抵抗体RHと温度補償用抵抗体RTによって
周囲温度の影響がキャンセルされるので、風速センサの
温度特性をフラットにすることが可能になる。また、第
2の抵抗回路63内の可変抵抗VR1は、温度特性の微
調整を行うために用いられ、第2の抵抗回路63に接続
された可変抵抗VR2は、風速センサの出力レベルを調
整するために用いられている。
【0010】そして、この風速センサにおいては、風速
センサに当たる風の速度(風速)が増大するとヒータ用
抵抗体RHの温度が低下する。一方、温度補償用抵抗体
Tは発熱していないので、温度変化を生じない。した
がって、前記A点電位は低下するが、B点電位は変化せ
ず、差動増幅器64の出力端子電圧Voutが増大し、風
速増大を示す信号が出力される。一方、風速センサに当
たる風の速度(風速)が低下すると、上記の風速センサ
に当たる風の速度(風速)が増大した場合とは逆のメカ
ニズムでヒータ用抵抗体RHの温度が上昇してA点電位
が上昇することにより、差動増幅器64の出力端子電圧
outが低下して風速減少を示す信号が出力される。
【0011】ところで、従来の熱式の風速センサは、通
常、図11に示すように、ヒータ用抵抗体RHや温度補
償用抵抗体RTなどをエポキシ樹脂などからなる基板
(プリント基板)54に取り付けるとともに、該基板5
4上に信号処理回路を構成するハイブリッドIC52や
半固定抵抗(ポテンショメータなど)53などを配設す
ることにより形成されており、ヒータ用抵抗体RH及び
温度補償用抵抗体RTを基板54に機械的に接続すると
ともに、ヒータ用抵抗体RH及び温度補償用抵抗体RT
基板54上の配線(図示せず)に電気的に接続すること
により電気信号を取り出し、ハイブリッドIC52など
からなる信号処理回路へ導いていた。
【0012】そのため、ヒータ用抵抗体RH及び温度補
償用抵抗体RTの機械的保持と電気信号の取出しが別工
程となり、製造工程が複雑になるばかりでなく、例え
ば、信号処理をハイブリッドICを用いて行う場合、少
なくともヒータ用抵抗体RH及び温度補償用抵抗体RT
らなるセンサ部、その保持部(基板)、ハイブリッドI
Cなどが必要となり、製品が大型化するとともに部品数
が多くなって製造コストが増大するという問題点があ
る。
【0013】そこで、上記問題点を解決し、風速センサ
の部品数を減らして、小型化及び低コスト化を図る方法
として、例えば、アルミナなどからなるハイブリッドI
C基板に直接ヒータ用抵抗体RHや温度補償用抵抗体RT
などを取り付ける方法が考えられる。
【0014】しかし、ハイブリッドIC基板の構成材料
としては、通常、アルミナなどの熱伝導率の大きい材料
が用いられているため、ハイブリッドIC基板上にヒー
タ用抵抗体や温度補償用抵抗体などを、半田付け、溶
接、ボンディング、接着などの方法により取り付けた場
合、信号処理回路(ハイブリッドIC)、ヒータ用抵抗
体、温度補償用抵抗体などの間の熱的な分離を行うこと
が困難になる。そして、熱式の風速センサは、気流によ
るヒータ用抵抗体の放熱量から風速を検出するものであ
ることから、ヒータ用抵抗体が信号処理回路からの熱影
響を受けた場合や、温度補償用抵抗体がヒータ用抵抗体
や信号処理回路からの熱影響を受けた場合、測定誤差が
生じるという問題点がある。
【0015】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、小型化が可能で、精度が高く、信頼性に優れた風
速センサを提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の風速センサは、気体の流速に対応した発
熱体の放熱を利用して風速を検知する風速センサにおい
て、熱伝導率の小さい基板と、前記基板に配設された少
なくとも一つの感温抵抗体と、前記基板に配設された、
前記感温抵抗体からの信号を処理して風速を検出するた
めの信号処理回路とを具備することを特徴とする。
【0017】また、ハイブリッドICを用いて前記信号
処理回路を形成するとともに、熱伝導率の小さい材料を
用いて前記ハイブリッドICの基板(ハイブリッドIC
基板)を形成し、前記ハイブリッドIC基板に前記感温
抵抗体を配設したことを特徴とする。
【0018】
【作用】この発明の風速センサにおいては、感温抵抗体
が配設される基板として、熱伝導率の小さい基板が用い
られているため、感温抵抗体と信号処理回路の間の、あ
るいは、感温抵抗体として、ヒータ用抵抗体と温度補償
用抵抗体とを用いる場合には、ヒータ用抵抗体、温度補
償用抵抗体及び信号処理回路の三者間の熱的な分離を確
実に行うことが可能になる。
【0019】また、ハイブリッドICを用いて信号処理
回路を形成するとともに、熱伝導率の小さい材料を用い
てハイブリッドICの基板(ハイブリッドIC基板)を
形成し、感温抵抗体をこのハイブリッドIC基板に配設
することにより、感温抵抗体を配設するための別の基板
や該基板上への配線などを不要にして、小型で精度の高
い風速センサを得ることができるようになる。
【0020】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。
【0021】[実施例1]図1は、この発明の一実施例
にかかる風速センサを示す図である。この実施例の風速
センサは、基板上に感温抵抗体及び信号処理回路(ハイ
ブリッドIC)を配設することにより形成されている。
すなわち、この風速センサは、熱伝導率の小さいエポキ
シ樹脂からなる基板(ハイブリッドIC基板)1と、該
基板1上に配設されたオペアンプ2、電流増幅用トラン
ジスタ3、温度特性調整用及びオフセット調整用のトリ
マブルチップ抵抗4,5、固定抵抗(チップ固定抵抗)
6、ヒータ用抵抗体RH及び温度補償用抵抗体RT、及び
信号引出リード線9を備えて構成されている。
【0022】この実施例では、ヒータ用抵抗体RH及び
温度補償用抵抗体RTとして、表面実装型の白金温度セ
ンサが用いられている。この白金温度センサは、図2に
示すように、アルミナ基板21にくし歯状の回路(電
極)22を配設するとともに、アルミナ基板21の端部
に、回路22と導通する接続用パッド(電極)23を配
設することにより形成されている。なお、くし歯状の回
路22は、例えば、アルミナ基板21上にPt膜を形成
し、これを、例えばレーザーエッチングなどの方法によ
りエッチングすることにより形成される。
【0023】また、ヒータ用抵抗体RHと温度補償用抵
抗体RTとは、周囲温度が急激に変化した場合における
風速センサとしての温度補償遅れを最小限とするため
に、同一形状、同一寸法に形成されている。
【0024】また、この実施例では、基板1として、エ
ポキシ樹脂からなる基板が用いられているが、基板1を
構成する材料は、エポキシ樹脂に限られるものではな
く、フェノール樹脂その他、熱伝導率が1.0W/m℃
より小さい種々の材料を用いることが可能である。
【0025】そして、ヒータ用抵抗体RH及び温度補償
用抵抗体RTは、その接続用パッド23(図2)を、基
板1に形成された、信号処理回路と導通するパッド(電
極)8(図3)に半田付けなどの方法により接続するこ
とにより、基板1の端部に機械的に保持されるとともに
電気的に接続されている。
【0026】なお、上記の風速センサの回路構成は、前
述した従来の風速センサの回路構成(図10)と同等で
あるため、従来の風速センサの回路構成についての説明
を援用してその説明を省略する。
【0027】この実施例の風速センサにおいては、ヒー
タ用抵抗体RH及び温度補償用抵抗体RTが配設される基
板1として、熱伝導率の小さい材料(エポキシ樹脂)か
らなる基板1が用いられているため、ヒータ用抵抗体R
H、温度補償用抵抗体RT及び信号処理回路の三者間の熱
的な分離が確実に行われ、風速の検出精度が向上する。
すなわち、信号処理回路を構成する電流増幅用トランジ
スタ3などにおいて発生した熱が、ヒータ用抵抗体RH
や温度補償用抵抗体RTに伝わったり、ヒータ用抵抗体
Hと温度補償用抵抗体RTとが互に熱的に影響し合った
りすることを抑制して、精度が高く信頼性に優れた風速
センサを得ることが可能になる。
【0028】また、信号処理回路としてハイブリッドI
Cを用いるとともに、ハイブリッドICを構成する基板
(ハイブリッドIC基板)1を熱伝導率の小さい材料か
ら形成し、基板1上に配設されたパッド(電極)8にヒ
ータ用抵抗体RH及び温度補償用抵抗体RTを接続するよ
うにしているので、ヒータ用抵抗体RH及び温度補償用
抵抗体RTを保持するための別の基板や該基板上への配
線などが不要になり、小型で精度の高い風速センサを得
ることができる。
【0029】なお、この実施例の風速センサにおいて
は、従来の風速センサでは、例えばポテンショメータ
(半固定抵抗)で行っていた調整をトリマブルチップ抵
抗によって行うように構成されている。このトリマブル
チップ抵抗は、例えば、チップ抵抗器のオーバーコート
ガラスを透明にすることにより、製品の完成後や実装後
に、レーザートリミングを行うことを可能にして、自由
に抵抗値を設定できるようにした抵抗器であり、ポテン
ショメータのシャフトを回転させて抵抗の調整を行うよ
うにした従来の風速センサに比べて、トリマ抵抗が不要
になることによるコストの削減、トリミング作業の効率
化、抵抗の長期安定性向上などを図ることが可能にな
る。
【0030】なお、トリマブルチップ抵抗は、通常、下
限値が100Ω程度であるが、回路中のトリマブルチッ
プ抵抗(温度特性調整用やオフセット調整用のトリマブ
ルチップ抵抗4,5)の調整は、0.1〜20Ω程度の
微調整が必要である。そのため、この実施例では、トリ
マブルチップ抵抗4,5と固定抵抗(チップ固定抵抗)
6を並列に挿入して可変範囲を狭くする方法が用いられ
ている。なお、図4は、トリマブルチップ抵抗RV(4
または5)と固定抵抗RU(6)を並列に挿入した状態
を示す回路図である。
【0031】例えば、図4に示すように、抵抗値の変化
幅が100〜200Ωのトリマブルチップ抵抗RVと、
抵抗値が10Ωの固定抵抗RUを並列に配置することに
より、トリマブルチップ抵抗の変化幅100〜200Ω
が合成抵抗Rとして9.09〜9.52Ωの変化幅に縮
小される。
【0032】また、図5に示すように、2個のトリマブ
ルチップ抵抗RV1,RV2と固定抵抗RUを用い、RV2
より粗調整を行い、RV1により微調整を行うことによっ
て、抵抗のトリミングをさらに容易かつ高精度に行うこ
とが可能になる。
【0033】[実施例2]図6は、この発明の他の実施
例を示す図である。この実施例の風速センサは、上記の
実施例1の風速センサと同様に、熱伝導率の小さい基板
1にヒータ用抵抗体RH及び温度補償用抵抗体RTを配設
することにより形成されている。そして、ヒータ用抵抗
体RH及び温度補償用抵抗体RTとしては、上記実施例1
と同様に、表面実装型の白金温度センサが使用されてお
り、かつ、基板1の、白金温度センサ(RH,RT)が配
設される部分には、伝熱を抑制するための凹部12が形
成されており、白金温度センサ(RH,RT)が他からの
熱の影響を受けにくいように構成されている。なお、図
6において符号が付された各部分は、図1の風速センサ
において同一符号が付された部分と同一または相当する
部分を示す。
【0034】この実施例の風速センサにおいても、上記
実施例1の風速センサと同様の効果が得られる。
【0035】[実施例3]図7は、この発明のさらに他
の実施例にかかる風速センサを示す図である。この実施
例の風速センサも上記の実施例1の風速センサと同様
に、熱伝導率の小さい基板1にヒータ用抵抗体RH及び
温度補償用抵抗体RTを配設することにより形成されて
いる。なお、図7において符号が付された各部分は、図
1の風速センサにおいて同一符号が付された部分と同一
または相当する部分を示す。
【0036】この実施例では、ヒータ用抵抗体RHとし
て、円筒形状で両端側にリード線10を備えたアキシャ
ルリード型の抵抗体が、また、温度補償用抵抗体RT
しては、同じく円筒形状で両端側にリード線11を備え
たアキシャルリード型の抵抗体がそれぞれ用いられてい
る。
【0037】また、基板(ハイブリッドIC基板)1と
しては、エポキシ樹脂からなり、上端部に2つの突出部
1a,1bを設けた形状の基板が用いられている。そし
て、ヒータ用抵抗体RH及び温度補償用抵抗体RTを接続
するためのパッド(電極)8がこの突出部1a,1bの
先端側に配設されており、ヒータ用抵抗体RHと温度補
償用抵抗体RTは、それぞれのリード線10及び11
を、空間13を介してパッド(電極)8に半田付けなど
の方法で接続することにより、基板1に機械的に保持さ
れるとともに信号処理回路に電気的に接続されている。
【0038】この実施例の風速センサにおいては、基板
1として熱伝導率の小さい基板を用い、かつ、ヒータ用
抵抗体RHと温度補償用抵抗体RTのリード線10及び1
1を、空間13を介してパッド(電極)8に半田付けな
どの方法で接続するようにしているため、ヒータ用抵抗
体RH、温度補償用抵抗体RT及び信号処理回路の間の熱
的な分離をより確実に行うことが可能になり、風速の測
定精度及び信頼性をさらに向上させることができる。
【0039】[実施例4]図8は、この発明のさらに他
の実施例を示す図である。この実施例の風速センサも上
記の実施例3の風速センサと同様に、エポキシ樹脂から
なる熱伝導率の小さい基板1に、ヒータ用抵抗体RH
び温度補償用抵抗体RTを配設することにより形成され
ている。なお、図8において符号が付された各部分は、
図7の風速センサにおいて同一符号が付された部分と同
一または相当する部分を示す。
【0040】この実施例においては、ヒータ用抵抗体R
H及び温度補償用抵抗体RTとして、上記実施例3と同様
に、円筒形状で両端側にリード線10,11を備えたア
キシャルリード型の抵抗体が用いられており、また、基
板1として、中央上部に略正方形の穴14が形成された
基板が用いられている。そして、ヒータ用抵抗体RH
び温度補償用抵抗体RTのリード線10,11は、穴1
4を介してその両側に配設されたパッド(電極)8に接
続されている。
【0041】この実施例の風速センサにおいても、上記
実施例3の風速センサと同様の効果が得られる。
【0042】[実施例5]図9は、この発明のさらに他
の実施例を示す図である。この実施例の風速センサも上
記の実施例3の風速センサと同様に、エポキシ樹脂から
なる熱伝導率の小さい基板1に、ヒータ用抵抗体RH
び温度補償用抵抗体RTを配設することにより形成され
ている。なお、図9において符号が付された各部分は、
図7の風速センサにおいて同一符号が付された部分と同
一または相当する部分を示す。
【0043】この実施例においては、ヒータ用抵抗体R
H及び温度補償用抵抗体RTとして、上記実施例3,4と
同様に、円筒形状で両端側にリード線10,11を備え
たアキシャルリード型の抵抗体が用いられている。ま
た、基板1として、上下の両端側にそれぞれ2つの突出
部1a,1b、及び1c,1dが形成された基板が用い
られており、ヒータ用抵抗体RHと温度補償用抵抗体RT
は上下に分離して配設されている。そして、ヒータ用抵
抗体RH及び温度補償用抵抗体RTのリード線10,11
は、空間15を介してその両側に配設されたパッド(電
極)8に機械的、電気的に接続されている。
【0044】この実施例の風速センサにおいても、上記
実施例3,4の風速センサと同様の効果が得られる。
【0045】なお、この発明は、上記実施例に限定され
るものではなく、基板の形状、基板へのパッド(電極)
の配設位置、基板の材質、信号処理回路の構成などに関
し、発明の要旨の範囲において、種々の応用、変形を加
えることができる。
【0046】
【発明の効果】上述のように、この発明の風速センサに
おいては、感温抵抗体が配設される基板として、熱伝導
率の小さい基板が用いられているため、感温抵抗体と信
号処理回路の間、あるいは、感温抵抗体としてヒータ用
抵抗体と温度補償用抵抗体とを用いる場合には、ヒータ
用抵抗体、温度補償用抵抗体及び信号処理回路の三者間
の熱的な分離を確実に行うことが可能になり、風速の測
定精度を向上させることができる。
【0047】また、信号処理回路としてハイブリッドI
Cを用い、かつ、このハイブリッドICの基板(ハイブ
リッドIC基板)を熱伝導率の小さい材料から形成し、
感温抵抗体を該基板に配設することにより、小型で精度
の高い風速センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例にかかる風速センサを示す
図である。
【図2】この発明の一実施例にかかる風速センサにおい
て、感温抵抗体として用いられている白金温度センサを
示す斜視図である。
【図3】この発明の一実施例にかかる風速センサにおい
て用いられている基板を示す斜視図である。
【図4】トリマブルチップ抵抗と固定抵抗を組み合わせ
て抵抗の微調整を行う方法を示す図である。
【図5】トリマブルチップ抵抗と固定抵抗を組み合わせ
て抵抗の微調整を行う方法を示す図である。
【図6】この発明の他の実施例にかかる風速センサを示
す図である。
【図7】この発明のさらに他の実施例にかかる風速セン
サを示す図である。
【図8】この発明のさらに他の実施例にかかる風速セン
サを示す図である。
【図9】この発明のさらに他の実施例にかかる風速セン
サを示す図である。
【図10】風速センサの回路構成を示す図である。
【図11】従来の風速センサの構成を示す斜視図であ
る。
【符号の説明】
1 基板(ハイブリッドI
C基板) 1a,1b,1c,1d 突出部 2 オペアンプ 3 電流増幅用トランジス
タ 4 温度特性調整用トリマ
ブルチップ抵抗 5 オフセット調整用トリ
マブルチップ抵抗 6 固定抵抗(チップ固定
抵抗) 8 パッド(電極) 9 信号引出リード線 10,11 抵抗体のリード線 12 凹部 13,15 空間 14 穴 RH ヒータ用抵抗体 RT 温度補償用抵抗体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 気体の流速に対応した発熱体の放熱を利
    用して風速を検知する風速センサにおいて、 熱伝導率の小さい基板と、 前記基板に配設された少なくとも一つの感温抵抗体と、 前記基板に配設された、前記感温抵抗体からの信号を処
    理して風速を検出するための信号処理回路とを具備する
    ことを特徴とする風速センサ。
  2. 【請求項2】 ハイブリッドICを用いて前記信号処理
    回路を形成するとともに、 熱伝導率の小さい材料を用いて前記ハイブリッドICの
    基板(ハイブリッドIC基板)を形成し、 前記ハイブリッドIC基板に前記感温抵抗体を配設した
    ことを特徴とする請求項1記載の風速センサ。
JP6088031A 1994-03-31 1994-03-31 風速センサ Withdrawn JPH07270442A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008111668A (ja) * 2006-10-27 2008-05-15 Denso Corp 流量センサおよびその製造方法
CN104061967A (zh) * 2014-07-09 2014-09-24 东南大学 基于衬底转移工艺的热式风速风向传感器及其封装方法

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