JPH08219836A - Mass flow sensor - Google Patents

Mass flow sensor

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Publication number
JPH08219836A
JPH08219836A JP7026422A JP2642295A JPH08219836A JP H08219836 A JPH08219836 A JP H08219836A JP 7026422 A JP7026422 A JP 7026422A JP 2642295 A JP2642295 A JP 2642295A JP H08219836 A JPH08219836 A JP H08219836A
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JP
Japan
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thin film
film thermal
mass flow
sensor
thin
Prior art date
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Pending
Application number
JP7026422A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuru Oishi
満 大石
Satoshi Sakagami
智 坂上
Masahiro Uno
正裕 宇野
Shinichi Soma
伸一 相馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP7026422A priority Critical patent/JPH08219836A/en
Publication of JPH08219836A publication Critical patent/JPH08219836A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a mass flow sensor which has high sensitivity even in a minute flow and is suitable for mass production by improving the detection sensitivity. CONSTITUTION: A mass flow sensor comprises a substrate 7 formed by a material having a small thermal conductivity such as glass or ceramics, and thin film thermally-sensitive elements 1a, 2a, 1b, 2b which are formed on both surfaces of the substrate 7 and paired on the respective surfaces, wherein the paired thin film thermally-sensitive elements 1a, 2a, 1b, 2b include thin film thermally-sensitive elements 1a, 1b disposed on the upstream side with respect to the flow direction B of a fluid to be detected, and thin film thermally- sensitive elements 2a, 2b disposed on the downstream side, the thin film thermally-sensitive elements 1a, 2a, 1b, 2b are heating elements and temperature measuring resistors, and the thin film thermally-sensitive elements 1a, 1b of the same upstream side and the thin film thermally-sensitive elements 2a, 2b of the same downstream side are disposed on the opposite sides of a Wheatstone bridge.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜熱感知体により形
成されたホイートストンブリッジ回路の抵抗値が流体の
通過によって変化することから流体の流量を測定するマ
スフローセンサの構造および回路構成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a structure and a circuit configuration of a mass flow sensor for measuring the flow rate of a fluid because the resistance value of a Wheatstone bridge circuit formed by a thin film thermal sensor changes due to the passage of the fluid.

【0002】[0002]

【従来の技術】マスフローセンサは、発熱抵抗体により
加熱された測温抵抗体の抵抗値が流体の通過によりその
抵抗値が変化することを利用して流体の流量を検出する
ものである。図6は従来技術のマスフローセンサの構造
図である。図6において、マスフローセンサは、シリコ
ン基板4の上に熱絶縁用の酸化シリコン膜4Aを設け、こ
の酸化シリコン膜4Aの中心に発熱抵抗体3aを形成し、同
じ酸化シリコン膜4Aの上に対をなす第1測温抵抗体1aと
第2測温抵抗体2aを発熱抵抗体3aを中心として左右対称
に配置する。
2. Description of the Related Art A mass flow sensor detects the flow rate of a fluid by utilizing the fact that the resistance value of a resistance temperature detector heated by a heating resistor changes due to the passage of the fluid. FIG. 6 is a structural diagram of a conventional mass flow sensor. 6, in the mass flow sensor, a silicon oxide film 4A for heat insulation is provided on a silicon substrate 4, a heating resistor 3a is formed at the center of the silicon oxide film 4A, and a silicon oxide film 4A is formed on the same silicon oxide film 4A. The first resistance temperature detector 1a and the second resistance temperature sensor 2a are arranged symmetrically with respect to the heating resistor 3a.

【0003】かかる構成で、発熱抵抗体3aに電極6を介
して定電流を流すと、測温抵抗体1a、2aの温度が上昇す
る。この状態で流体を第1測温抵抗体1aの方向から発熱
抵抗体3a、第2測温抵抗体2aに向けて流す。流体は第1
測温抵抗体1aを冷却し、発熱抵抗体3aで加熱されて第2
測温抵抗体2aをさらに加熱する。この様にして第1測温
抵抗体1aは温度が低下し、第2測温抵抗体2aは温度が上
昇する。2つの測温抵抗体1a、2aは、図6の(C) に図示
される様に、ブリッジ回路に直列に接続されており、温
度変化によって生ずる抵抗値の変化から発生する不平衡
電圧と、ブリッジ回路の他の辺のバイアス電圧との差電
圧により流体の流量を検出する。
With such a structure, when a constant current is passed through the heating resistor 3a through the electrode 6, the temperature of the temperature measuring resistors 1a and 2a rises. In this state, the fluid is caused to flow from the direction of the first resistance temperature detector 1a toward the heat generation resistance body 3a and the second resistance temperature detector 2a. Fluid is first
After the resistance temperature detector 1a is cooled and heated by the heat generation resistor 3a, the second
The resistance temperature detector 2a is further heated. In this way, the temperature of the first resistance temperature detector 1a decreases and the temperature of the second resistance temperature detector 2a increases. As shown in FIG. 6C, the two resistance temperature detectors 1a and 2a are connected in series to a bridge circuit, and an unbalanced voltage generated from a change in resistance value caused by a temperature change, The flow rate of the fluid is detected by the voltage difference from the bias voltage on the other side of the bridge circuit.

【0004】このようなマスフローセンサはシリコン半
導体基板4の表面に熱酸化により酸化シリコン膜4Aを形
成し、スパッタリング法によりNi膜を基板表面(4A)に成
膜し、フォトリソグラフィの方法により第1測温抵抗体
1a、発熱体3a、第2測温抵抗体2aのパターニングを行
う。その後、基板4の裏面からプラズマエッチングによ
り第1測温抵抗体1a、発熱抵抗体3a、第2測温抵抗体2a
の下方に空洞部4Bを設け酸化シリコン膜4Aからなるダイ
アフラムを形成する。
In such a mass flow sensor, a silicon oxide film 4A is formed on the surface of a silicon semiconductor substrate 4 by thermal oxidation, a Ni film is formed on the substrate surface (4A) by a sputtering method, and a first photolithographic method is used. Resistance temperature detector
Patterning of 1a, the heating element 3a, and the second resistance temperature detector 2a is performed. After that, the first RTD 1a, the heating resistor 3a, and the second RTD 2a are plasma-etched from the back surface of the substrate 4.
A cavity 4B is provided below the substrate to form a diaphragm made of a silicon oxide film 4A.

【0005】空洞部4Bを設けることにより第1測温抵抗
体1aと発熱抵抗体3aと第2測温抵抗体2aの下部が酸化シ
リコン膜4Aのみとなり、第1測温抵抗体1aと第2測温抵
抗体2aの温度変化を鋭敏にすることができる。今、この
空洞部4Bが形成されていないとすると、酸化シリコン膜
4A自身は熱伝導率が小さく熱絶縁性が良いが、酸化シリ
コン膜4Aの膜厚さが薄いため、第1測温抵抗体1aおよび
第2測温抵抗体2aが検出した温度差はこの酸化シリコン
膜4Aを介して比較的熱良導体性であるシリコン半導体基
板4に流れ、検出感度の低下をまねく。このため、上述
のごとく、空洞部4Bを設けることにより、第1測温抵抗
体1aと発熱抵抗体3aと第2測温抵抗体2aの下部は酸化シ
リコン膜4Aのみとなり、第1測温抵抗体1aと第2測温抵
抗体2aの間の比熱の減少とともに熱絶縁性が改善され、
微小な流体変化に対して高感度に、鋭敏に温度変化を検
出することができる。
By providing the hollow portion 4B, the lower portion of the first resistance temperature detector 1a, the heating resistance resistor 3a, and the second resistance temperature detector 2a becomes only the silicon oxide film 4A, and the first resistance temperature detector 1a and the second resistance temperature detector 1a The temperature change of the resistance temperature detector 2a can be made sensitive. Now, assuming that the cavity 4B is not formed, the silicon oxide film
4A itself has low thermal conductivity and good thermal insulation, but since the silicon oxide film 4A is thin, the temperature difference detected by the first resistance temperature detector 1a and the second resistance temperature detector 2a is due to this oxidation. It flows through the silicon film 4A to the silicon semiconductor substrate 4, which has a relatively good thermal conductivity, and causes a decrease in detection sensitivity. Therefore, as described above, by providing the cavity portion 4B, the lower portion of the first resistance temperature detector 1a, the heating resistance resistor 3a, and the second resistance temperature detector 2a becomes only the silicon oxide film 4A, and the first resistance temperature detector With the decrease of the specific heat between the body 1a and the second resistance temperature detector 2a, the thermal insulation is improved,
It is possible to detect temperature changes with high sensitivity and sensitivity to minute changes in fluid.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
様な従来技術のマスフローセンサでは、測温抵抗体から
なる感熱体はセンサ基板平面上に配置されるため、この
マスフローセンサによる流体の検出は、被測定流体と感
熱体との接触状況に依存し、センサ基板表面上を流れる
表面流の検出を行っている。このため、被測定流体の微
小流を検出するとき、センサの配置の仕方、位置によっ
ては流体と感熱体との接触が十分に行われず、十分な感
度が得られない場合がある。また、被測定流体の検出感
度を上げる方法として、ヒータなどの補助加熱手段を用
いて流体検出特性を改善する方法が行われているが、こ
のような場合、独立したヒータ駆動回路を必要とし、構
成が複雑になっていた。
However, in the mass flow sensor of the prior art as described above, since the thermosensitive element composed of the resistance temperature detector is arranged on the plane of the sensor substrate, the detection of the fluid by this mass flow sensor is The surface flow flowing on the surface of the sensor substrate is detected depending on the contact state between the fluid to be measured and the heat sensitive body. Therefore, when a minute flow of the fluid to be measured is detected, the fluid and the heat sensitive body may not be sufficiently contacted with each other depending on the arrangement and position of the sensor, and sufficient sensitivity may not be obtained. Further, as a method of increasing the detection sensitivity of the fluid to be measured, a method of improving the fluid detection characteristic by using an auxiliary heating means such as a heater is performed, but in such a case, an independent heater drive circuit is required, The configuration was complicated.

【0007】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、マスフ
ローセンサとしての検出感度を向上させ、微小流におい
ても高感度な量産に適したマスフローセンサを提供する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above points, and its purpose is to solve the above-mentioned problems, improve the detection sensitivity as a mass flow sensor, and be suitable for mass production with high sensitivity even in a minute flow. It is to provide a mass flow sensor.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明によれば、ガラスまたはセラッミクの熱
伝導率が小さい材料からなる基板と、この基板の両面に
形成され各面に対をなす薄膜熱感知体と、からなり、対
をなす薄膜熱感知体は検知すべき流体の流れ方向に対し
て上流側に配置される薄膜熱感知体と下流側に配置され
る薄膜熱感知体とを備え、薄膜熱感知体は加熱体である
とともに測温抵抗体であり、上流側同士および下流側同
士の薄膜熱感知体をホイートストンブリッジの対辺に配
備するものとする。
In order to achieve the above object, according to the first invention, a substrate made of glass or a material having a small thermal conductivity of ceramics, and a substrate formed on both sides of each substrate A pair of thin-film thermal sensors, the pair of thin-film thermal sensors being arranged on the upstream side with respect to the flow direction of the fluid to be detected and the thin-film thermal sensor arranged on the downstream side. And the body, the thin film thermal sensor is a heating element and a resistance temperature detector, and the thin film thermal sensors on the upstream side and the downstream side are arranged on opposite sides of the Wheatstone bridge.

【0009】また、第2の発明によれば、対をなす薄膜
熱感知体の外側の側端面を基板の側端面の近傍に配置す
るものとする。また、第3の発明によれば、対をなす薄
膜熱感知体の中間位置に第3薄膜熱感知体を形成し、第
3薄膜熱感知体への給電は対をなす薄膜熱感知体が構成
するホイートストンブリッジ回路と同一電源から行うも
のとする。
According to the second aspect of the invention, the outer side end faces of the pair of thin film heat sensing elements are arranged in the vicinity of the side end face of the substrate. Further, according to the third invention, a third thin film thermal sensor is formed at an intermediate position between the paired thin film thermal sensors, and power is supplied to the third thin film thermal sensor by the paired thin film thermal sensors. The same power source as the Wheatstone bridge circuit is used.

【0010】また、対をなす薄膜熱感知体が構成するホ
イートストンブリッジ回路と第3薄膜熱感知体とを直列
に接続するものとする。また、対をなす薄膜熱感知体が
構成するホイートストンブリッジ回路と第3薄膜熱感知
体とを並列に接続するものとする。また、対をなす薄膜
熱感知体が有する個々の抵抗値と、第3薄膜熱感知体の
抵抗値とを異なる値に選択するものとする。
Further, it is assumed that the Wheatstone bridge circuit formed by a pair of thin film thermal sensors and the third thin film thermal sensor are connected in series. Further, the Wheatstone bridge circuit formed by the pair of thin film thermal sensors and the third thin film thermal sensor are connected in parallel. Further, it is assumed that the individual resistance values of the pair of thin film thermal sensors and the resistance value of the third thin film thermal sensor are selected to be different values.

【0011】[0011]

【作用】上記構成により、第1の発明によれば、マスフ
ローセンサの基板の表裏両面に薄膜熱感知体をパターニ
ングするため、従来技術の片面に薄膜熱感知体を構成・
配備したものと較べ、被測定流体と薄膜熱感知体との流
体接触面積を約2倍に増加することができ、対をなす薄
膜熱感知体でホイートストンブリッジ回路を構成したと
きの出力電圧を従来技術の約2倍に大きくすることがで
き、検出感度の増加を図ることができる。
With the above structure, according to the first aspect of the invention, the thin film thermal sensor is patterned on both front and back surfaces of the substrate of the mass flow sensor.
Compared to the deployed one, the fluid contact area between the measured fluid and the thin film thermal sensor can be doubled, and the output voltage when the Wheatstone bridge circuit is composed of the paired thin film thermal sensors has been increased. The size can be increased to about twice that of the technology, and the detection sensitivity can be increased.

【0012】また、第2の発明によれば、薄膜熱感知体
の側端面を基板の側端面の近傍に配置することにより、
センサ基板の上流側エッジ部の冷却効果を利用すること
ができ、薄膜熱感知体の温度変化を鋭敏にすることがで
きる。また、第3の発明によれば、上流側薄膜熱感知体
と下流側薄膜熱感知体との間に補助加熱体としての機能
を有する第3薄膜熱感知体を配備することにより、下流
側薄膜熱感知体の加熱効果を高めることができ、さら
に、この第3薄膜熱感知体への給電はホイートストンブ
リッジ回路と同一電源に接続することができ、必要とす
る安定化電源回路の数を削減できる。
Further, according to the second aspect of the present invention, by disposing the side end face of the thin film thermal sensor near the side end face of the substrate,
The cooling effect of the upstream edge portion of the sensor substrate can be utilized, and the temperature change of the thin film thermal sensor can be made sensitive. According to the third aspect of the invention, the third thin-film thermal sensor having a function as an auxiliary heating element is provided between the upstream thin-film thermal sensor and the downstream thin-film thermal sensor to provide the downstream thin film. The heating effect of the thermal sensor can be enhanced, and further, the power supply to the third thin film thermal sensor can be connected to the same power source as the Wheatstone bridge circuit, and the number of stabilizing power source circuits required can be reduced. .

【0013】さらに、対をなす薄膜熱感知体の抵抗値
と、第3薄膜熱感知体の抵抗値とを変えることにより、
流体検出に必要な最適な温度場を形成することができ
る。
Further, by changing the resistance value of the pair of thin film thermal sensors and the resistance value of the third thin film thermal sensor,
The optimum temperature field required for fluid detection can be formed.

【0014】[0014]

【実施例】図1は本発明の一実施例であり第1の発明に
よるマスフローセンサの構成図、図2はこのマスフロー
センサのホイートストンブリッジ回路図、図3は他の実
施例であり第2の発明によるマスフローセンサの構成
図、図4は第3の発明によるマスフローセンサの構成
図、図5はこの第3の発明によるマスフローセンサの回
路構成図であり、図6に対応する同一部材には同じ符号
が付してある。
1 is a block diagram of a mass flow sensor according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a Wheatstone bridge circuit diagram of the mass flow sensor, and FIG. 3 is a second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of a mass flow sensor according to the invention, FIG. 4 is a block diagram of a mass flow sensor according to the third invention, and FIG. 5 is a circuit configuration diagram of the mass flow sensor according to the third invention. The same members corresponding to FIG. 6 are the same. The reference numeral is attached.

【0015】実施例1 図1は、第1の発明に係わる一実施例のマスフローセン
サの構成図であり、図1の(A) は正面図とその A-A断面
からみた断面図を、図1の(B) は側面図を示す。図1に
おいて、マスフローセンサは、ガラスまたはセラッミク
の熱伝導率の小さい材料からなる基板7と、この基板7
の両面に形成され、一方の面上に対をなす薄膜熱感知体
(1a,2a) と、他方の面上に対をなす薄膜熱感知体(1b,2
b) とが電極パターン部6を介して形成される。この対
をなす薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b) は、検知すべき流
体の流れ方向Bに対して上流側に配置される薄膜熱感知
体(以下、上流側薄膜熱感知体を1a,1b とする)と、下
流側に配置される薄膜熱感知体(2a,2b) と、を備える。
また、薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b) は、加熱体である
とともに測温抵抗体であり、上流側同士の薄膜熱感知体
(1a,1b) および下流側同士の薄膜熱感知体(2a,2b) を図
2に図示するホイートストンブリッジ回路の対辺に接続
する。
Embodiment 1 FIG. 1 is a constitutional view of a mass flow sensor of one embodiment according to the first invention. (A) of FIG. 1 is a front view and a sectional view taken along the line AA of FIG. (B) shows a side view. In FIG. 1, the mass flow sensor includes a substrate 7 made of glass or a ceramic material having a low thermal conductivity, and the substrate 7
Thin-film thermal sensor formed on both sides of the surface and paired on one side
(1a, 2a) and a pair of thin-film thermal sensors (1b, 2a) on the other surface.
b) and are formed via the electrode pattern portion 6. The pair of thin-film thermal sensors (1a, 2a), (1b, 2b) are thin-film thermal sensors (hereinafter referred to as upstream thin-film thermal sensors) arranged on the upstream side with respect to the flow direction B of the fluid to be detected. 1a and 1b) and a thin film thermal sensor (2a, 2b) arranged on the downstream side.
The thin film thermal sensors (1a, 2a), (1b, 2b) are both heating elements and resistance temperature detectors.
(1a, 1b) and the downstream thin-film thermal sensors (2a, 2b) are connected to opposite sides of the Wheatstone bridge circuit shown in FIG.

【0016】かかる構成で、加熱体であるとともに測温
抵抗体である薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b) に電極パタ
ーン部6を介して電流を流すと、薄膜熱感知体(1a,2a),
(1b,2b) の周辺温度が上昇する。この状態で流体を矢視
Bの方向に流す。流体通路にある高温の流体の分布が移
動することにより、流体は、上流側の薄膜熱感知体(1a,
1b) を冷却し、下流側の薄膜熱感知体(2a,2b) を加熱す
る。この様にして、薄膜熱感知体(1a,1b) は温度が低下
し、薄膜熱感知体(2a,2b) は温度が上昇する。上流側お
よび下流側の薄膜熱感知体(1a,1b),(2a,2b) がブリッジ
回路の対辺に配置されているので、上述の温度差でブリ
ッジに不平衡が発生し、ブリッジ不平衡電圧より流体の
流量を検出することができる。
With such a structure, when a current is applied to the thin film heat sensing elements (1a, 2a), (1b, 2b), which are both heating elements and resistance temperature detectors, through the electrode pattern portion 6, the thin film heat sensing elements are detected. (1a, 2a),
Ambient temperature of (1b, 2b) rises. In this state, the fluid flows in the direction of arrow B. Due to the movement of the distribution of the high temperature fluid in the fluid passage, the fluid moves to the thin film thermal sensor (1a, 1a,
Cool 1b) and heat the downstream thin-film thermal sensor (2a, 2b). In this way, the temperature of the thin film thermal sensor (1a, 1b) decreases and the temperature of the thin film thermal sensor (2a, 2b) increases. Since the upstream and downstream thin-film thermal sensors (1a, 1b), (2a, 2b) are placed on opposite sides of the bridge circuit, an imbalance occurs in the bridge due to the above-mentioned temperature difference, and the bridge unbalance voltage is generated. The flow rate of the fluid can be detected more.

【0017】本マスフローセンサと図6による従来技術
のマスフローセンサと異なる主な点は、センサ基板の両
面に薄膜熱感知体をパターニングして構成される点であ
る。この様な構成にすることにより,従来の片面型に比
べ感熱体の面積を2倍にでき、図2の様にホイートスト
ンブリッジを組むことにより出力電圧を約2倍にするこ
とができ、検出感度の増加を図ることができる。
The main difference between the present mass flow sensor and the conventional mass flow sensor shown in FIG. 6 is that thin film thermal sensors are patterned on both sides of the sensor substrate. With this configuration, the area of the heat sensitive element can be doubled compared to the conventional single-sided type, and the output voltage can be approximately doubled by constructing the Wheatstone bridge as shown in Fig. 2 and the detection sensitivity can be increased. Can be increased.

【0018】実施例2 図3は、第2の発明に係わる他の実施例のマスフローセ
ンサの構成図であり、図3の(A) は正面図とその A-A断
面からみた断面図を、図3の(B) は側面図を示す。図3
において、図1と異なる点は、図1の基板7を流体が流
れる方向と直交する基板7の側面の一部を台形状7Aに除
去し、対をなす薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b) の外側の
側端面が基板7の側端面の近傍に配置される様に構成す
る。
Embodiment 2 FIG. 3 is a block diagram of a mass flow sensor of another embodiment according to the second invention. FIG. 3 (A) is a front view and a sectional view taken along the line AA. (B) shows a side view. FIG.
1 is different from FIG. 1 in that a part of the side surface of the substrate 7 of FIG. 1 which is orthogonal to the direction of fluid flow is removed into a trapezoidal shape 7A to form a pair of thin film thermal sensors (1a, 2a), The outer side end face of (1b, 2b) is arranged near the side end face of the substrate 7.

【0019】かかる構成で、マスフローセンサを被検出
流体の流路の中心に配置する。被検出流体は基板7の両
面の表面を通過する。この様な構成にすることにより、
薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b) と被検出流体との接触
が、図1に図示される基板7の側端面と薄膜熱感知体(1
a,2a),(1b,2b) の外側の側端面との間に距離を有する構
成と較べて、結合が密になり、基板7のエッジ部の冷却
効果により上流側の薄膜熱感知体(1a,1b) の温度変化が
鋭敏になり、マスフローセンサの検出感度の向上を図る
ことができる。
With this structure, the mass flow sensor is arranged at the center of the flow path of the fluid to be detected. The fluid to be detected passes through both surfaces of the substrate 7. With this configuration,
The contact between the thin film thermal sensors (1a, 2a), (1b, 2b) and the fluid to be detected is such that the side end surface of the substrate 7 shown in FIG.
a, 2a), (1b, 2b) has a tighter coupling than the structure having a distance between the outer side end faces of the a, 2a) and (1b, 2b), and the thin film heat sensing element ( The temperature change of 1a, 1b) becomes sharp, and the detection sensitivity of the mass flow sensor can be improved.

【0020】尚、本発明の実施例で電極パターン部6の
構成・配置を配慮することにより、基板7の側面の一部
を台形状7Aに除去する必要は必ずしもなく、図1に図示
される様な矩形状であり、対をなす薄膜熱感知体(1a,2
a),(1b,2b) の外側の側端面が基板7の側端面の近傍に
配置される様に構成してもよい。 実施例3 図4は、第3の発明に係わる他の実施例のマスフローセ
ンサの構成図であり、図4の(A) は正面図とその A-A断
面からみた断面図を、図4の(B) は側面図を示す。図4
において、図1および図3と異なる点は、対をなす薄膜
熱感知体(1a,2a),(1b,2b) の中間位置に配置される第3
薄膜熱感知体(3a,3b) を形成し、第3薄膜熱感知体(3a,
3b) への給電は、この対をなす薄膜熱感知体(1a,2a),(1
b,2b) が構成するホイートストンブリッジ回路と同一電
源から行う様に構成するところにある。図4に図示した
実施例では図3の実施例に上記第3薄膜熱感知体(3a,3
b)を形成した場合を示す。尚、電極パターン部6は、図
5に図示する接続例の端子位置を明示するため、61a 〜
64a, 61b〜64b と細分化した。
In consideration of the structure and arrangement of the electrode pattern portion 6 in the embodiment of the present invention, it is not always necessary to remove a part of the side surface of the substrate 7 into the trapezoidal shape 7A, as shown in FIG. It has a rectangular shape like a pair of thin film thermal sensors (1a, 2
The outer side end faces of a) and (1b, 2b) may be arranged near the side end face of the substrate 7. Embodiment 3 FIG. 4 is a configuration diagram of a mass flow sensor of another embodiment according to the third invention. (A) of FIG. 4 is a front view and a sectional view taken along the line AA of FIG. ) Indicates a side view. FIG.
1 and 3 is different from that of FIG. 1 in that the third thin film thermal sensor (1a, 2a), (1b, 2b) is arranged at the intermediate position of the third.
The thin film thermal sensor (3a, 3b) is formed, and the third thin film thermal sensor (3a, 3b) is formed.
3b) is supplied to this pair of thin-film thermal sensors (1a, 2a), (1
The Wheatstone bridge circuit constructed by b, 2b) is configured to be operated from the same power source. In the embodiment shown in FIG. 4, the third thin film thermal sensor (3a, 3a) is used in the embodiment of FIG.
The case where b) is formed is shown. Note that the electrode pattern portion 6 includes 61a to 61c in order to clearly show the terminal position of the connection example shown in FIG.
It was subdivided into 64a, 61b to 64b.

【0021】かかる構成で、ホイートストンブリッジ回
路を構成する対をなす薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b) お
よび第3薄膜熱感知体(3a,3b) に給電することにより、
薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b) および第3薄膜熱感知体
(3a,3b) の温度が上昇する。この状態で流体を矢視B方
向に向けて流す。流体は薄膜熱感知体(1a,1b) を冷却
し、第3薄膜熱感知体(3a,3b) で加熱されて、薄膜熱感
知体(2a,2b) をさらに加熱する。この様にして薄膜熱感
知体(1a,1b) は温度が低下し、薄膜熱感知体(2a,2b) は
温度が上昇する。第3薄膜熱感知体(3a,3b) で加熱され
た被測定流体は微小流においても、下流側の薄膜熱感知
体(2a,2b) の加熱効果を増すことができ、下流側の薄膜
熱感知体(2a,2b) の感熱特性を向上することができる。
図4の図示例では、実施例2で既に説明した様に、対を
なす薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b)の外側の側端面が基
板7の側端面の近傍に配置されているので、基板7のエ
ッジ部の冷却効果による上流側の薄膜熱感知体(1a,1b)
の感熱特性の向上を図るとともに、第3薄膜熱感知体(3
a,3b) による下流側の薄膜熱感知体(2a,2b) の感熱特性
の向上と併せて相乗効果を発揮することができ、マスフ
ローセンサの検出感度の向上を図ることができる。
With such a configuration, by supplying power to the thin film thermal sensors (1a, 2a), (1b, 2b) and the third thin film thermal sensor (3a, 3b) forming the Wheatstone bridge circuit,
Thin film thermal sensor (1a, 2a), (1b, 2b) and third thin film thermal sensor
The temperature of (3a, 3b) rises. In this state, the fluid flows in the direction of arrow B. The fluid cools the thin film thermal sensor (1a, 1b) and is heated by the third thin film thermal sensor (3a, 3b) to further heat the thin film thermal sensor (2a, 2b). In this way, the temperature of the thin film thermal sensor (1a, 1b) decreases and the temperature of the thin film thermal sensor (2a, 2b) increases. The fluid to be measured heated by the third thin-film thermal sensor (3a, 3b) can increase the heating effect of the downstream thin-film thermal sensor (2a, 2b) even in a minute flow, and the downstream thin-film thermal sensor (2a, 2b) can be heated. It is possible to improve the heat-sensitive characteristics of the sensor (2a, 2b).
In the illustrated example of FIG. 4, as already described in the second embodiment, the outer side end faces of the pair of thin film thermal sensors (1a, 2a), (1b, 2b) are arranged near the side end face of the substrate 7. Therefore, the thin film thermal sensor (1a, 1b) on the upstream side due to the cooling effect of the edge portion of the substrate 7
In addition to improving the heat-sensitive characteristics of the
Along with the improvement of the heat-sensitive characteristics of the thin film thermal sensor (2a, 2b) on the downstream side by a, 3b), a synergistic effect can be exhibited, and the detection sensitivity of the mass flow sensor can be improved.

【0022】図5は、第3薄膜熱感知体(3a,3b) を補助
加熱体としてホイートストンブリッジ回路と同一電源か
ら給電する接続例を図示したものであり、図5の(A) は
ホイートストンブリッジ回路と第3薄膜熱感知体(3a,3
b) とを直列に接続したものであり、図5の(B),(C) は
並列に接続したものである。図5の(A) において、ホイ
ートストンブリッジ回路は図4に図示される端子(61a,6
2b) 間および(61b,62a)間を接続する。安定化電源8へ
の接続は端子64a,64b をそれぞれ電源端子に接続するこ
とにより、直列接続を行うことができる。この接続方法
では、第3薄膜熱感知体(3a,3b) に流れる電流は2倍で
あるので、薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b)の抵抗値と第
3薄膜熱感知体(3a,3b) の抵抗値が等しいとき、第3薄
膜熱感知体(3a,3b) の温度上昇は薄膜熱感知体(1a,2a),
(1b,2b) の温度上昇のほぼ4倍となる。第3薄膜熱感知
体(3a,3b) の抵抗値を小さくすることにより、この温度
上昇率を下げることができる。即ち、薄膜熱感知体(1a,
2a),(1b,2b) と第3薄膜熱感知体(3a,3b) の抵抗値の比
率を適切に選ぶことにより、基板7上に流体検出に最適
な温度分布をつくることができる。
FIG. 5 shows an example of connection in which the third thin film thermal sensor (3a, 3b) is used as an auxiliary heating element to supply power from the same power source as the Wheatstone bridge circuit. FIG. 5A shows the Wheatstone bridge. Circuit and third thin film thermal sensor (3a, 3
b) is connected in series, and (B) and (C) in FIG. 5 are connected in parallel. In FIG. 5 (A), the Wheatstone bridge circuit has terminals (61a, 6a) shown in FIG.
Connect between 2b) and (61b, 62a). The connection to the stabilized power supply 8 can be made in series by connecting the terminals 64a and 64b to the power supply terminals. In this connection method, since the current flowing through the third thin film thermal sensor (3a, 3b) is twice, the resistance value of the thin film thermal sensor (1a, 2a), (1b, 2b) and the third thin film thermal sensor When the resistance values of the bodies (3a, 3b) are equal, the temperature rise of the third thin film thermal sensor (3a, 3b) is caused by the thin film thermal sensor (1a, 2a),
It is almost four times the temperature rise of (1b, 2b). By decreasing the resistance value of the third thin film thermal sensor (3a, 3b), this temperature rise rate can be reduced. That is, the thin film thermal sensor (1a,
By appropriately selecting the ratio of the resistance values of 2a), (1b, 2b) and the third thin film thermal sensor (3a, 3b), it is possible to create an optimum temperature distribution on the substrate 7 for fluid detection.

【0023】また、図5の(B),(C) はホイートストンブ
リッジ回路と第3薄膜熱感知体(3a,3b) を並列に接続し
たものである。図5の(B),(C) において、ホイートスト
ンブリッジ回路は端子(61a,62b) 間および(61b,62a) 間
を接続する。安定化電源8への接続は端子63a,63b をそ
れぞれ電源端子に接続し、残りの端子64a,64b の接続場
所により、図5の(B) あるいは図5の(C) の並列接続を
行うことができる。図5の(B) の接続方法では、ホイー
トストンブリッジの各辺に流れる電流と第3薄膜熱感知
体(3a,3b) に流れる電流とは等しいので、各薄膜熱感知
体1a,2a,1b,2b,3a,3b の抵抗値が等しいとき、各薄膜熱
感知体1a,2a,1b,2b,3a,3b の温度上昇はほぼ等しくな
る。また、図5の(C) の接続方法では、第3薄膜熱感知
体(3a,3b)の温度上昇は薄膜熱感知体(1a,2a),(1b,2b)
の温度上昇のほぼ4倍となる。第3薄膜熱感知体(3a,3
b) の抵抗値を大きくすることにより、この温度上昇率
を下げることができる。即ち、薄膜熱感知体(1a,2a),(1
b,2b) と第3薄膜熱感知体(3a,3b) の抵抗値の比率を適
切に選ぶことにより、基板7上に流体検出に最適な温度
分布をつくることができる。
Further, FIGS. 5B and 5C show the Wheatstone bridge circuit and the third thin film thermal sensor (3a, 3b) connected in parallel. In FIGS. 5B and 5C, the Wheatstone bridge circuit connects terminals (61a, 62b) and (61b, 62a). To connect to the stabilized power supply 8, connect the terminals 63a and 63b to the power supply terminals respectively, and perform the parallel connection of Fig. 5 (B) or Fig. 5 (C) depending on the connection location of the remaining terminals 64a and 64b. You can In the connection method of FIG. 5 (B), the current flowing through each side of the Wheatstone bridge is equal to the current flowing through the third thin film thermal sensor (3a, 3b), so that each thin film thermal sensor 1a, 2a, 1b, When the resistance values of 2b, 3a and 3b are equal, the temperature rises of the thin film thermal sensors 1a, 2a, 1b, 2b, 3a and 3b are almost equal. Also, in the connection method of FIG. 5C, the temperature rise of the third thin film thermal sensor (3a, 3b) is caused by the thin film thermal sensor (1a, 2a), (1b, 2b).
It is almost four times the temperature rise. Third thin film thermal sensor (3a, 3
This temperature rise rate can be reduced by increasing the resistance of b). That is, the thin film thermal sensor (1a, 2a), (1
By appropriately selecting the ratio of the resistance values of b, 2b) and the third thin film thermal sensor (3a, 3b), an optimal temperature distribution for fluid detection can be created on the substrate 7.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上述べたように第1の発明によれば、
薄膜熱感知体を基板の両面に形成するため、従来技術の
片面に薄膜熱感知体を構成・配備したものと較べ、流体
と薄膜熱感知体との流体接触面積を約2倍に増加するこ
とができ、対をなす薄膜熱感知体でホイートストンブリ
ッジ回路を構成したときの出力電圧を従来技術の約2倍
に大きくすることができ、検出感度の増加を図ることが
できる。
As described above, according to the first invention,
Since the thin film thermal sensor is formed on both sides of the substrate, the fluid contact area between the fluid and the thin film thermal sensor is approximately doubled as compared with the prior art in which the thin film thermal sensor is constructed and arranged on one side. It is possible to increase the output voltage when the Wheatstone bridge circuit is composed of the pair of thin film thermal sensors to about twice as much as that of the conventional technique, and to increase the detection sensitivity.

【0025】また、第2の発明によれば、薄膜熱感知体
の側端面を基板の側端面の近傍に配置することにより、
流体と薄膜熱感知体との接触が従来構成に比べて密する
ことができ、センサ基板エッジ部の冷却効果により上流
側感熱体の温度変化が鋭敏に検出することができる。ま
た、第3の発明によれば、上流側薄膜熱感知体と下流側
薄膜熱感知体との間に補助加熱体としての機能を有する
第3薄膜熱感知体を配備することにより、下流側薄膜熱
感知体の加熱効果を高めることができる。さらに、この
第3薄膜熱感知体への給電はホイートストンブリッジ回
路と同一電源に接続することができ、補助加熱体を駆動
する特別な回路が不要となる。
Further, according to the second aspect of the present invention, by disposing the side end face of the thin film thermal sensor near the side end face of the substrate,
The contact between the fluid and the thin film thermal sensor can be made denser than in the conventional configuration, and the temperature change of the upstream thermal sensor can be detected sensitively due to the cooling effect of the edge portion of the sensor substrate. According to the third aspect of the invention, the third thin-film thermal sensor having a function as an auxiliary heating element is provided between the upstream thin-film thermal sensor and the downstream thin-film thermal sensor to provide the downstream thin film. The heating effect of the heat sensor can be enhanced. Further, the power supply to the third thin film thermal sensor can be connected to the same power source as the Wheatstone bridge circuit, and a special circuit for driving the auxiliary heating element is unnecessary.

【0026】さらに、対をなす薄膜熱感知体の抵抗値と
第3薄膜熱感知体の抵抗値との比率を適切に選ぶことに
より、センサ基板上に流体検出に最適な温度分布を形成
することができる。
Further, by appropriately selecting the ratio of the resistance value of the pair of thin film thermal sensors to the resistance value of the third thin film thermal sensor, an optimum temperature distribution for fluid detection can be formed on the sensor substrate. You can

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例であり第1の発明によるマス
フローセンサの構成図
FIG. 1 is a configuration diagram of a mass flow sensor according to a first invention, which is an embodiment of the present invention.

【図2】第1または第2の実施例におけるホイートスト
ンブリッジ回路図
FIG. 2 is a Wheatstone bridge circuit diagram in the first or second embodiment.

【図3】第2の実施例におけるマスフローセンサの構成
FIG. 3 is a configuration diagram of a mass flow sensor according to a second embodiment.

【図4】第3の実施例におけるマスフローセンサの構成
FIG. 4 is a configuration diagram of a mass flow sensor according to a third embodiment.

【図5】第3の実施例におけるマスフローセンサの回路
構成図
FIG. 5 is a circuit configuration diagram of a mass flow sensor according to a third embodiment.

【図6】従来技術によるマスフローセンサの構成図FIG. 6 is a block diagram of a conventional mass flow sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1a,2a,1b,2b 薄膜熱感知体 3a,3b 第3薄膜熱感知体 4 シリコン半導体基板 4A 酸化シリコン膜 4B 空洞部 6,61a〜64a,61b 〜64b 電極パターン部 7 ガラスまたはセラッミク基板 8 安定化電源 B 流体の流れ方向 1a, 2a, 1b, 2b Thin film thermal sensor 3a, 3b Third thin film thermal sensor 4 Silicon semiconductor substrate 4A Silicon oxide film 4B Cavity part 6,61a ~ 64a, 61b ~ 64b Electrode pattern part 7 Glass or ceramic substrate 8 Stable Power source B Fluid flow direction

フロントページの続き (72)発明者 相馬 伸一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内Front page continuation (72) Inventor Shinichi Soma 1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ガラスまたはセラッミクの熱伝導率が小さ
い材料からなる基板と、 この基板の両面に形成され、各面に対をなす薄膜熱感知
体と、からなり、 対をなす薄膜熱感知体は、検知すべき流体の流れ方向に
対して、上流側に配置される薄膜熱感知体と、下流側に
配置される薄膜熱感知体と、を備え、 薄膜熱感知体は、加熱体であるとともに測温抵抗体であ
り、上流側同士および下流側同士の薄膜熱感知体をホイ
ートストンブリッジの対辺に配備する、 ことを特徴とするマスフローセンサ。
1. A pair of thin-film thermal sensors comprising a substrate made of glass or ceramic material having a low thermal conductivity, and thin-film thermal sensors formed on both surfaces of the substrate and forming a pair on each surface. Includes a thin-film heat sensor arranged upstream and a thin-film heat sensor arranged downstream with respect to the flow direction of the fluid to be detected. The thin film heat sensor is a heating element. A mass flow sensor, which is also a resistance temperature detector, wherein thin-film heat sensors on the upstream side and on the downstream side are provided on opposite sides of the Wheatstone bridge.
【請求項2】請求項1に記載のマスフローセンサにおい
て、対をなす薄膜熱感知体の外側の側端面を基板の側端
面の近傍に配置する、ことを特徴とするマスフローセン
サ。
2. The mass flow sensor according to claim 1, wherein the outer side end faces of the pair of thin film thermal sensors are arranged near the side end face of the substrate.
【請求項3】請求項1または請求項2に記載のマスフロ
ーセンサにおいて、対をなす薄膜熱感知体の中間位置に
第3薄膜熱感知体を形成し、第3薄膜熱感知体への給電
は、前記対をなす薄膜熱感知体が構成するホイートスト
ンブリッジ回路と同一電源から行う、ことを特徴とする
マスフローセンサ。
3. The mass flow sensor according to claim 1 or 2, wherein a third thin film thermal sensor is formed at an intermediate position of a pair of thin film thermal sensors, and power is supplied to the third thin film thermal sensor. A mass flow sensor, wherein the Wheatstone bridge circuit constituted by the pair of thin-film thermal sensors is operated from the same power source.
【請求項4】請求項3に記載のマスフローセンサにおい
て、対をなす薄膜熱感知体が構成するホイートストンブ
リッジ回路と第3薄膜熱感知体とを直列に接続する、こ
とを特徴とするマスフローセンサ。
4. The mass flow sensor according to claim 3, wherein a Wheatstone bridge circuit formed by a pair of thin film thermal sensors and a third thin film thermal sensor are connected in series.
【請求項5】請求項3に記載のマスフローセンサにおい
て、対をなす薄膜熱感知体が構成するホイートストンブ
リッジ回路と第3薄膜熱感知体とを並列に接続する、こ
とを特徴とするマスフローセンサ。
5. The mass flow sensor according to claim 3, wherein a Wheatstone bridge circuit formed by a pair of thin film thermal sensors and a third thin film thermal sensor are connected in parallel.
【請求項6】請求項3ないし請求項5のいずれかの項に
記載のマスフローセンサにおいて、対をなす薄膜熱感知
体が有する個々の抵抗値と、第3薄膜熱感知体の抵抗値
とを異なる値に選択する、ことを特徴とするマスフロー
センサ。
6. The mass flow sensor according to claim 3, wherein the resistance value of each of the pair of thin film thermal sensors and the resistance value of the third thin film thermal sensor are set to each other. A mass flow sensor characterized in that different values are selected.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2008215946A (en) * 2007-03-01 2008-09-18 Shimadzu Corp Thermal mass flowmeter
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EP3671195A1 (en) 2018-12-17 2020-06-24 Siemens Aktiengesellschaft Thermoresistive gas sensor

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