JPH0812097B2 - 流速センサ - Google Patents
流速センサInfo
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- JPH0812097B2 JPH0812097B2 JP2218974A JP21897490A JPH0812097B2 JP H0812097 B2 JPH0812097 B2 JP H0812097B2 JP 2218974 A JP2218974 A JP 2218974A JP 21897490 A JP21897490 A JP 21897490A JP H0812097 B2 JPH0812097 B2 JP H0812097B2
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- Japan
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- temperature measuring
- temperature
- measuring resistance
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気体の流速を測定する流速センサに係わ
り、特にダイアフラム構造の流速センサに関するもので
ある。
り、特にダイアフラム構造の流速センサに関するもので
ある。
［従来の技術］ 一般に気体の流速測定には、各種の構造の流速センサ
が提案されており、その１つとして例えば特開昭60−14
2268号公報には、半導体製造技術を用いて製作された熱
式流速センサが提案されてる。この熱式流速センサは、
第４図に要部拡大平面図で示すように半導体基板１の表
面にこの半導体基板１と熱的に絶縁する空隙部２を介し
て薄膜状のブリッジ部３が形成されており、このブリッ
ジ部３上の表面中央部にはヒータエレメント４およびこ
のヒータエレメント４の両側に熱感知用の測温抵抗エレ
メント5,6が形成されて構成されている。なお、７は空
隙部２に連通された開口である。
が提案されており、その１つとして例えば特開昭60−14
2268号公報には、半導体製造技術を用いて製作された熱
式流速センサが提案されてる。この熱式流速センサは、
第４図に要部拡大平面図で示すように半導体基板１の表
面にこの半導体基板１と熱的に絶縁する空隙部２を介し
て薄膜状のブリッジ部３が形成されており、このブリッ
ジ部３上の表面中央部にはヒータエレメント４およびこ
のヒータエレメント４の両側に熱感知用の測温抵抗エレ
メント5,6が形成されて構成されている。なお、７は空
隙部２に連通された開口である。
このように構成される流速センサは、ヒータエレメン
ト４に電流を流して加熱し、気体の流れの中に置いたと
きに矢印方向８から気体が移動すると、上流側の測温抵
抗エレメント５は気体の流れよって冷却されて降温し、
一方、下流側の測温抵抗エレメント６は温度が上昇す
る。この結果、上流側の測温抵抗エレメント５と下流側
の測温抵抗エレメント６との間に温度差が生じ、抵抗値
が変化する。このため、上流側の測温抵抗エレメント５
と下流側の測温抵抗エレメント６とをホイートストンブ
リッジ回路に組み込み、その抵抗値の変化を電圧に変換
することにより、気体の流速に応じた電圧出力が得ら
れ、その結果、気体の流速を検出することができる。
ト４に電流を流して加熱し、気体の流れの中に置いたと
きに矢印方向８から気体が移動すると、上流側の測温抵
抗エレメント５は気体の流れよって冷却されて降温し、
一方、下流側の測温抵抗エレメント６は温度が上昇す
る。この結果、上流側の測温抵抗エレメント５と下流側
の測温抵抗エレメント６との間に温度差が生じ、抵抗値
が変化する。このため、上流側の測温抵抗エレメント５
と下流側の測温抵抗エレメント６とをホイートストンブ
リッジ回路に組み込み、その抵抗値の変化を電圧に変換
することにより、気体の流速に応じた電圧出力が得ら
れ、その結果、気体の流速を検出することができる。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の流速センサにおいて、ブリッジ
部３上の表面にはヒータエレメント４と測温抵抗エレメ
ント5,6とが近接して配置されるとともに薄膜部を介し
て熱的に結合されているので、気体の流れに対して上流
側の測温抵抗エレメント５と下流側の測温抵抗エレメン
ト６との温度変化を大きくとることができず、気体の流
れの検出感度が低くなるという問題があった。この検出
感度の低下は、特に秒速100cm程度以下の低流速域で顕
著であった。
部３上の表面にはヒータエレメント４と測温抵抗エレメ
ント5,6とが近接して配置されるとともに薄膜部を介し
て熱的に結合されているので、気体の流れに対して上流
側の測温抵抗エレメント５と下流側の測温抵抗エレメン
ト６との温度変化を大きくとることができず、気体の流
れの検出感度が低くなるという問題があった。この検出
感度の低下は、特に秒速100cm程度以下の低流速域で顕
著であった。
［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために本発明による流速セ
ンサは、発熱体と両側の測温抵抗体との間を一定の距離
離間して形成される平面領域部を設けたものである。本
発明による他の流速センサは、発熱体と両側の測温抵抗
体との間に少なくとも１本のダミー抵抗体を設たもので
ある。
ンサは、発熱体と両側の測温抵抗体との間を一定の距離
離間して形成される平面領域部を設けたものである。本
発明による他の流速センサは、発熱体と両側の測温抵抗
体との間に少なくとも１本のダミー抵抗体を設たもので
ある。
［作用］ 本発明による流速センサにおいては、発熱体と上流側
測温抵抗体および下流側測温抵抗体との間の熱的結合が
例えば秒速１〜100cm程度の低流速計測用として最適化
される。
測温抵抗体および下流側測温抵抗体との間の熱的結合が
例えば秒速１〜100cm程度の低流速計測用として最適化
される。
［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明による流速センサの一実施例による構
成を示す平面図であり、前述の図と同一または相当部分
には同一符号を付しその説明は省略する。同図におい
て、半導体基板１の表面中央部分には、この半導体基板
１に対して空隙部２を介して熱的に絶縁された薄膜状の
ダイアフラム部3aが形成されており、このダイアフラム
部3aの中央部分には、ヒータエレメント４が形成され、
さらにこのヒータエレメント４の両側にはそれぞれ独立
した測温抵抗エレメント5,6が形成されている。また、
この半導体基板１上の表面には、この半導体基板１のエ
ッチングのための多数のスリット11が開設され、ヒータ
エレメント４および測温抵抗エレメント5,6の周辺部
を、その半導体基板１の表面に開設された多数の細かい
スリット11を介して例えば異方性エッチングすることに
より、内側に逆台形状の空気スペースを有する空隙部２
が形成されている。これによってこの空隙部２の上部に
は、半導体基板１からダイアフラム状に空間的に隔離さ
れ、この半導体基板１からヒータエレメント４および両
側の測温抵抗エレメント5,6が熱的に絶縁されて支持さ
れたダイアフラム部3aが形成される構造となっている。
なお、111,112,113,114はダイアフラム部3aにおいて、
風上側から風下側に向かって各測温抵抗エレメント5,ヒ
ータエレメント4,測温抵抗エレメント６の配列前後に空
隙部２と連通して連続的に開設されたスリット部であ
る。また、第２図に要部拡大平面図で示すようにこのダ
イアフラム部3aに設けられた上流側の測温抵抗エレメン
ト５は、気体の流れる矢印方向８と交差する長手方向の
抵抗体パターン長が風上側から風下方向に向かって順次
長くなるように形成され、さらに上記同様に下流側の測
温抵抗エレメント６は、その長手方向の抵抗体パターン
長が風上側から風下方向に向かって順次短くなるように
形成されている。つまり上流側の測温抵抗エレメント５
および下流側の測温抵抗エレメント６の外形形状がヒー
タエレメント４を中心として半円ないしは台形状を有し
て形成されている。さらにこれらの測温抵抗エレメント
５および測温抵抗エレメント６は、その抵抗体パターン
のヒータエレメント４と近接する側の中央部には抵抗体
パターンが形成されておらず、さらに抵抗体パターンが
ヒータエレメント４から一定の距離離間されて形成され
ている。つまり上流側の測温抵抗エレメント５は風上側
に寄せて形成配置され、下流側の測温抵抗エレメント６
は風下側に寄せて形成配置されてヒータエレメント４の
両側に比較的広い矩形状の平面領域12が形成されてい
る。この場合、この平面領域12は、ヒータエレメント４
を周囲温度ToからTh℃高く温度上昇させたとき、測定抵
抗エレメント5,6の温度がTo＋（Th/2）以下となるよう
にヒータエメント４と測温抵抗エレメント5,6との間の
距離を離間させて形成されている。なお、ここでの温度
とは、それぞれのエレメントの抵抗値から求めた温度
（そのエレメントの抵抗体パターン全体の平均的な温
度）のことである。この場合、測温抵抗エレメント5,6
は、例えば半導体基板１の寸法を1400μｍ角，ダイアフ
ラム部3aの四方角を500μｍとしたとき、ヒータエレメ
ント４のエッジからの長さで80〜300μｍの範囲に形成
されることが望ましい。
成を示す平面図であり、前述の図と同一または相当部分
には同一符号を付しその説明は省略する。同図におい
て、半導体基板１の表面中央部分には、この半導体基板
１に対して空隙部２を介して熱的に絶縁された薄膜状の
ダイアフラム部3aが形成されており、このダイアフラム
部3aの中央部分には、ヒータエレメント４が形成され、
さらにこのヒータエレメント４の両側にはそれぞれ独立
した測温抵抗エレメント5,6が形成されている。また、
この半導体基板１上の表面には、この半導体基板１のエ
ッチングのための多数のスリット11が開設され、ヒータ
エレメント４および測温抵抗エレメント5,6の周辺部
を、その半導体基板１の表面に開設された多数の細かい
スリット11を介して例えば異方性エッチングすることに
より、内側に逆台形状の空気スペースを有する空隙部２
が形成されている。これによってこの空隙部２の上部に
は、半導体基板１からダイアフラム状に空間的に隔離さ
れ、この半導体基板１からヒータエレメント４および両
側の測温抵抗エレメント5,6が熱的に絶縁されて支持さ
れたダイアフラム部3aが形成される構造となっている。
なお、111,112,113,114はダイアフラム部3aにおいて、
風上側から風下側に向かって各測温抵抗エレメント5,ヒ
ータエレメント4,測温抵抗エレメント６の配列前後に空
隙部２と連通して連続的に開設されたスリット部であ
る。また、第２図に要部拡大平面図で示すようにこのダ
イアフラム部3aに設けられた上流側の測温抵抗エレメン
ト５は、気体の流れる矢印方向８と交差する長手方向の
抵抗体パターン長が風上側から風下方向に向かって順次
長くなるように形成され、さらに上記同様に下流側の測
温抵抗エレメント６は、その長手方向の抵抗体パターン
長が風上側から風下方向に向かって順次短くなるように
形成されている。つまり上流側の測温抵抗エレメント５
および下流側の測温抵抗エレメント６の外形形状がヒー
タエレメント４を中心として半円ないしは台形状を有し
て形成されている。さらにこれらの測温抵抗エレメント
５および測温抵抗エレメント６は、その抵抗体パターン
のヒータエレメント４と近接する側の中央部には抵抗体
パターンが形成されておらず、さらに抵抗体パターンが
ヒータエレメント４から一定の距離離間されて形成され
ている。つまり上流側の測温抵抗エレメント５は風上側
に寄せて形成配置され、下流側の測温抵抗エレメント６
は風下側に寄せて形成配置されてヒータエレメント４の
両側に比較的広い矩形状の平面領域12が形成されてい
る。この場合、この平面領域12は、ヒータエレメント４
を周囲温度ToからTh℃高く温度上昇させたとき、測定抵
抗エレメント5,6の温度がTo＋（Th/2）以下となるよう
にヒータエメント４と測温抵抗エレメント5,6との間の
距離を離間させて形成されている。なお、ここでの温度
とは、それぞれのエレメントの抵抗値から求めた温度
（そのエレメントの抵抗体パターン全体の平均的な温
度）のことである。この場合、測温抵抗エレメント5,6
は、例えば半導体基板１の寸法を1400μｍ角，ダイアフ
ラム部3aの四方角を500μｍとしたとき、ヒータエレメ
ント４のエッジからの長さで80〜300μｍの範囲に形成
されることが望ましい。
このように構成された流速センサは、ヒータエレメン
ト４と測温抵抗エレメント5,6との間に矩形状の平面領
域12を設けたことにより、ヒータエレメント４の発熱が
測温抵抗エレメント5,6へ過剰に伝導しなくなるので、
気体の流れに対する温度変化を大きくとることができ、
特に例えば秒速100cm程度以下の低流量域での検出感度
を大幅に向上させることができる。また、測温抵抗エレ
メント5,6の初期温度を低下させることができるので、
測温抵抗エレメント5,6の初期温度に比例して大きくな
るダストの付着による出力誤差が小さくなるとともに上
流側測温抵抗エレメント５と下流側測温抵抗エレメント
６との間のTCRミスマッチドリフトによる出力誤差が小
さくなる。
ト４と測温抵抗エレメント5,6との間に矩形状の平面領
域12を設けたことにより、ヒータエレメント４の発熱が
測温抵抗エレメント5,6へ過剰に伝導しなくなるので、
気体の流れに対する温度変化を大きくとることができ、
特に例えば秒速100cm程度以下の低流量域での検出感度
を大幅に向上させることができる。また、測温抵抗エレ
メント5,6の初期温度を低下させることができるので、
測温抵抗エレメント5,6の初期温度に比例して大きくな
るダストの付着による出力誤差が小さくなるとともに上
流側測温抵抗エレメント５と下流側測温抵抗エレメント
６との間のTCRミスマッチドリフトによる出力誤差が小
さくなる。
第３図は本発明による流速センサの他の実施例による
構成を示す要部平面図であり、前述の図と同一または相
当部分には同一符号を付しその説明は省略する。同図に
おいて、第１図と異なる点は、ヒータエレメント４と両
側の測温抵抗エレメント5,6との間、つまりヒータエレ
メント４の両側には、それぞれヒータエレメント４の抵
抗体パターンの長さ方向に沿って電気的に接続されない
棒状の抵抗体パターン13が形成されて配置されている。
なお、これらの抵抗体パターン13はヒータエレメント４
の形成工程と同一工程で同一部材で形成される。
構成を示す要部平面図であり、前述の図と同一または相
当部分には同一符号を付しその説明は省略する。同図に
おいて、第１図と異なる点は、ヒータエレメント４と両
側の測温抵抗エレメント5,6との間、つまりヒータエレ
メント４の両側には、それぞれヒータエレメント４の抵
抗体パターンの長さ方向に沿って電気的に接続されない
棒状の抵抗体パターン13が形成されて配置されている。
なお、これらの抵抗体パターン13はヒータエレメント４
の形成工程と同一工程で同一部材で形成される。
このような構成によると、ヒータエレメント４と両側
の測温抵抗エレメント5,6との間にその抵抗体パターン
の長さ方向に沿って電気的に接続されない棒状の抵抗体
パターン13を設けたことにより、冷却フィンとしての放
熱機能が得られるので、ヒータエレメント４とそ両側の
測温抵抗エレメント5,6との間の温度分布が気体の流れ
により積極的に変化するようになり、上流側の測温抵抗
エレメント５と下流側の測温抵抗エレメント６との間の
温度変化がさらに大きくなるので、検出感度を大幅に向
上させるこができる。さらにヒータエレメント４と両側
の測温抵抗エレメント5,6との間にその抵抗体パターン
の長さ方向に沿って棒状の抵抗体パターン13を設けたこ
とにより、ダイアフラム部3aを構成する薄膜部に生じる
内部応力を緩和させ、例えば反りなどの発生を防ぐなど
の補強効果を向上させることができる。また、ヒータエ
レメント４と測温抵抗エレメント5,6との間に棒状の抵
抗体パターン13に加えて抵抗体パターン13の長さ方向に
沿って一定の間隔を有してスリット部112,113を配列し
て設けたことにより、ヒータエレメント４から測温抵抗
エレメント5,6へのダイアフラム部3aを通しての熱伝導
が極小となるので、上流側測温抵抗エレメント５および
下流側測温抵抗エレメント６の初期温度が低くなり、測
温抵抗エレメント5,6の温度に比例して大きくなるダス
トの付着による出力誤差が小さくなるとともに上流側測
温抵抗エレメント５と下流側測温抵抗エレメント６との
間のTCRミスマッチのドリフトによる出力誤差が小さく
なる。特に熱伝導率の小さい気体の場合、測温抵抗エレ
メント5,6の温度をより低く設定することができる。ま
た、上流側測温抵抗エレメント５と下流側測温抵抗エレ
メント６との間の温度差が小さくなるように動作させる
ヒータエレメント４からの余分な熱供給がなくなるの
で、低流量域での感度も向上できる。さらにヒータエレ
メント４は、通電時に若干変形するが、その応力による
影響が測温抵抗エレメント5,6に伝導されず、誤差の要
因を大幅に減らすことができる。
の測温抵抗エレメント5,6との間にその抵抗体パターン
の長さ方向に沿って電気的に接続されない棒状の抵抗体
パターン13を設けたことにより、冷却フィンとしての放
熱機能が得られるので、ヒータエレメント４とそ両側の
測温抵抗エレメント5,6との間の温度分布が気体の流れ
により積極的に変化するようになり、上流側の測温抵抗
エレメント５と下流側の測温抵抗エレメント６との間の
温度変化がさらに大きくなるので、検出感度を大幅に向
上させるこができる。さらにヒータエレメント４と両側
の測温抵抗エレメント5,6との間にその抵抗体パターン
の長さ方向に沿って棒状の抵抗体パターン13を設けたこ
とにより、ダイアフラム部3aを構成する薄膜部に生じる
内部応力を緩和させ、例えば反りなどの発生を防ぐなど
の補強効果を向上させることができる。また、ヒータエ
レメント４と測温抵抗エレメント5,6との間に棒状の抵
抗体パターン13に加えて抵抗体パターン13の長さ方向に
沿って一定の間隔を有してスリット部112,113を配列し
て設けたことにより、ヒータエレメント４から測温抵抗
エレメント5,6へのダイアフラム部3aを通しての熱伝導
が極小となるので、上流側測温抵抗エレメント５および
下流側測温抵抗エレメント６の初期温度が低くなり、測
温抵抗エレメント5,6の温度に比例して大きくなるダス
トの付着による出力誤差が小さくなるとともに上流側測
温抵抗エレメント５と下流側測温抵抗エレメント６との
間のTCRミスマッチのドリフトによる出力誤差が小さく
なる。特に熱伝導率の小さい気体の場合、測温抵抗エレ
メント5,6の温度をより低く設定することができる。ま
た、上流側測温抵抗エレメント５と下流側測温抵抗エレ
メント６との間の温度差が小さくなるように動作させる
ヒータエレメント４からの余分な熱供給がなくなるの
で、低流量域での感度も向上できる。さらにヒータエレ
メント４は、通電時に若干変形するが、その応力による
影響が測温抵抗エレメント5,6に伝導されず、誤差の要
因を大幅に減らすことができる。
なお、前述した実施例においては、半導体基板の一部
に空隙部を設けて形成した薄膜部構造を、ダイアフラム
構造とした場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、マイクロブリッジ構造に適用し
ても前述とほぼ同等の効果が得られることは言うまでも
ない。
に空隙部を設けて形成した薄膜部構造を、ダイアフラム
構造とした場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、マイクロブリッジ構造に適用し
ても前述とほぼ同等の効果が得られることは言うまでも
ない。
［発明の効果］ 以上、説明したように本発明による流速センサによれ
ば、発熱体と測温抵抗体との間を一定の距離離間して平
面領域部を設けたことにより、発熱体から測温抵抗体へ
の熱伝導が軽減され、発熱体からの必要以上の熱の供給
が押えられるので、両側の測温抵抗体間の温度変化が大
きくなり、高感度の流量検出が可能となるとともに低流
量域における検出感度を著しく向上させることができ
る。また、発熱体と両側の測温抵抗体との間に少なくと
も１本のダミー抵抗体を設けたことにより、冷却フィン
としての放熱効果が得られ、気体の流れによる両側の測
温抵抗体間の温度変化をさらに大きくすることができ、
より高感度の流量検出が可能となる。さらにダミー抵抗
体を設けたことにより、薄膜部材に生じる内部応力を緩
和させ、機械的な強度を向上させることができるどの極
めて優れた効果が得られる。
ば、発熱体と測温抵抗体との間を一定の距離離間して平
面領域部を設けたことにより、発熱体から測温抵抗体へ
の熱伝導が軽減され、発熱体からの必要以上の熱の供給
が押えられるので、両側の測温抵抗体間の温度変化が大
きくなり、高感度の流量検出が可能となるとともに低流
量域における検出感度を著しく向上させることができ
る。また、発熱体と両側の測温抵抗体との間に少なくと
も１本のダミー抵抗体を設けたことにより、冷却フィン
としての放熱効果が得られ、気体の流れによる両側の測
温抵抗体間の温度変化をさらに大きくすることができ、
より高感度の流量検出が可能となる。さらにダミー抵抗
体を設けたことにより、薄膜部材に生じる内部応力を緩
和させ、機械的な強度を向上させることができるどの極
めて優れた効果が得られる。
第１図は本発明による流速センサの一実施例による構成
を示す平面図、第２図は第１図の要部拡大平面図、第３
図は本発明による流速センサ他の実施例による構成を示
す平面図、第４図は従来の流速センサの構成を示す平面
図である。 １……半導体基板、２……空隙部、3a……ダイアフラム
部、４……ヒータエレメント、５……上流側測温抵抗エ
レメント、６……下流側測温抵抗エレメント、８……矢
印方向、11……スリット、111,112,113,114……スリッ
ト部、12……平面領域、13……抵抗体パターン。
を示す平面図、第２図は第１図の要部拡大平面図、第３
図は本発明による流速センサ他の実施例による構成を示
す平面図、第４図は従来の流速センサの構成を示す平面
図である。 １……半導体基板、２……空隙部、3a……ダイアフラム
部、４……ヒータエレメント、５……上流側測温抵抗エ
レメント、６……下流側測温抵抗エレメント、８……矢
印方向、11……スリット、111,112,113,114……スリッ
ト部、12……平面領域、13……抵抗体パターン。
Claims (2)
- 【請求項１】基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄
肉状に形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム
部に形成された発熱体と、前記発熱体の両側に形成され
た測温抵抗体と、前記発熱体と前記両側の測温抵抗体と
の間を一定の距離離間して形成された平面領域部とを設
けたことを特徴とする流速センサ。 - 【請求項２】基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄
肉状に形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム
部に形成された発熱体と、前記発熱体の両側に形成され
た測温抵抗体と、前記発熱体と前記両側の測温抵抗体と
の間に形成された少なくとも１本のダミー抵抗体とを設
けたことを特徴とする流速センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2218974A JPH0812097B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 流速センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2218974A JPH0812097B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 流速センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04102023A JPH04102023A (ja) | 1992-04-03 |
| JPH0812097B2 true JPH0812097B2 (ja) | 1996-02-07 |
Family
ID=16728281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2218974A Expired - Fee Related JPH0812097B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 流速センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0812097B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5109777B2 (ja) * | 2002-12-13 | 2012-12-26 | 株式会社デンソー | フローセンサ |
| JP5630821B2 (ja) * | 2010-11-05 | 2014-11-26 | フィガロ技研株式会社 | ガスセンサ |
| JP2020085463A (ja) | 2018-11-15 | 2020-06-04 | 株式会社デンソー | 流量計測装置 |
-
1990
- 1990-08-22 JP JP2218974A patent/JPH0812097B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04102023A (ja) | 1992-04-03 |
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