JPH0829227A - マイクロブリッジ型感熱式流速検出素子および該素子を用いた機器 - Google Patents
マイクロブリッジ型感熱式流速検出素子および該素子を用いた機器Info
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- JPH0829227A JPH0829227A JP6182880A JP18288094A JPH0829227A JP H0829227 A JPH0829227 A JP H0829227A JP 6182880 A JP6182880 A JP 6182880A JP 18288094 A JP18288094 A JP 18288094A JP H0829227 A JPH0829227 A JP H0829227A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 マイクロブリッジ型感熱式流速検出素子およ
び該素子を用いた機器の提供。 【構成】 基板上に形成された堀部と、梁部と、梁部上
に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体を備えた感熱素
子と、発熱抵抗体への電力投入の連続的・間欠的駆動を
制御する駆動回路と、流速信号となる発熱体出力の取り
出し回路、もしくは流速信号となる橋の上流と下流の温
度差に比例した出力を発生する橋上流と下流に設けられ
た２つの測温抵抗体ならびに温度差信号の取り出し回路
と、周囲温度の測温を行う周囲温度測温素子と、周囲温
度測温素子によって得られた周囲温度測温信号の取り出
し回路と、周囲温度変動成分を除去する補正処理と流速
換算処理をおこなう回路から構成されるマイクロブリッ
ジ型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素子を
感熱素子を有しない基板上に設けたことを特徴とする。
び該素子を用いた機器の提供。 【構成】 基板上に形成された堀部と、梁部と、梁部上
に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体を備えた感熱素
子と、発熱抵抗体への電力投入の連続的・間欠的駆動を
制御する駆動回路と、流速信号となる発熱体出力の取り
出し回路、もしくは流速信号となる橋の上流と下流の温
度差に比例した出力を発生する橋上流と下流に設けられ
た２つの測温抵抗体ならびに温度差信号の取り出し回路
と、周囲温度の測温を行う周囲温度測温素子と、周囲温
度測温素子によって得られた周囲温度測温信号の取り出
し回路と、周囲温度変動成分を除去する補正処理と流速
換算処理をおこなう回路から構成されるマイクロブリッ
ジ型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素子を
感熱素子を有しない基板上に設けたことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、流速・流量を測定する
機器およびガスメーターにかかわる。
機器およびガスメーターにかかわる。
【０００２】
【従来の技術】従来の流量計構成において、エッチング
技術により、Ｓｉ等の数ミリ角の小基板に堀を形成し、
その堀上空に微小な梁を渡し、梁上部に感熱部を形成す
ることにより、感熱部の熱容量を低減せしめ、基板及び
基板支持体への熱損を小さくすることが可能になる。こ
のため発熱・測温に要する投入電力の低減が図れる。流
量検出の方法としては、梁を熱し、梁と流体の温度差を
一定にするために投入された発熱体投入電力を出力とし
て検出することで流速を計測する方法がとられる。ま
た、２つの測温抵抗体を梁の上流と下流に設け、流速に
対応した上流と下流の温度差を検出する方法もとられ
る。例えば、特開昭６１−２３５７２６号および特開平
３−５２０２８号公報等に提案されている構成がある。
技術により、Ｓｉ等の数ミリ角の小基板に堀を形成し、
その堀上空に微小な梁を渡し、梁上部に感熱部を形成す
ることにより、感熱部の熱容量を低減せしめ、基板及び
基板支持体への熱損を小さくすることが可能になる。こ
のため発熱・測温に要する投入電力の低減が図れる。流
量検出の方法としては、梁を熱し、梁と流体の温度差を
一定にするために投入された発熱体投入電力を出力とし
て検出することで流速を計測する方法がとられる。ま
た、２つの測温抵抗体を梁の上流と下流に設け、流速に
対応した上流と下流の温度差を検出する方法もとられ
る。例えば、特開昭６１−２３５７２６号および特開平
３−５２０２８号公報等に提案されている構成がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の構成に
おいては、次の問題がある。梁と流体（室温）間の温度
差を一定にするように梁上の発熱体に電力供給を調整す
るが、室温（Ｔｒ）が変動すると、その変化分（δＴ
ｒ）と発熱体抵抗材料の温度係数（α）から算出される
抵抗値変化分（αとδＴｒの積）が発熱体投入電力の出
力に含まれてしまう。さらに、発熱部の放熱特性も周囲
温度依存を持ってしまう。このことから、流速ゼロ点に
おける信号強度である出力オフセットが変化してしま
う。また、各流速において周囲温度依存率が違うことか
ら、流速対出力強度の特性曲線における傾きも周囲温度
に依存し変化してしまう。このため、室温が変化するご
とに出力が変化し正確な流速の検出ができなくなってし
まう。そこで、周囲温度を監視し、流速信号を補正する
策がとられる。しかし、発熱部を持つ基板の縁に周囲温
度測温抵抗体を持たす従来構造では発熱による基板全体
の温度上昇がある。このため、流れの強さに応じ基板全
体から放熱がおこり、その結果、周囲温度測温体の信号
に流速依存があらわれてしまう。このため、補正信号の
精度が低下し、正確な流速の検出ができなくなってしま
う。本発明は、以上の問題点を改善することを目的とす
るものである。
おいては、次の問題がある。梁と流体（室温）間の温度
差を一定にするように梁上の発熱体に電力供給を調整す
るが、室温（Ｔｒ）が変動すると、その変化分（δＴ
ｒ）と発熱体抵抗材料の温度係数（α）から算出される
抵抗値変化分（αとδＴｒの積）が発熱体投入電力の出
力に含まれてしまう。さらに、発熱部の放熱特性も周囲
温度依存を持ってしまう。このことから、流速ゼロ点に
おける信号強度である出力オフセットが変化してしま
う。また、各流速において周囲温度依存率が違うことか
ら、流速対出力強度の特性曲線における傾きも周囲温度
に依存し変化してしまう。このため、室温が変化するご
とに出力が変化し正確な流速の検出ができなくなってし
まう。そこで、周囲温度を監視し、流速信号を補正する
策がとられる。しかし、発熱部を持つ基板の縁に周囲温
度測温抵抗体を持たす従来構造では発熱による基板全体
の温度上昇がある。このため、流れの強さに応じ基板全
体から放熱がおこり、その結果、周囲温度測温体の信号
に流速依存があらわれてしまう。このため、補正信号の
精度が低下し、正確な流速の検出ができなくなってしま
う。本発明は、以上の問題点を改善することを目的とす
るものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下の手段を採用した。 （手段１）基板上に形成された堀部と、梁部と、該梁部
上に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体を備えた感熱
素子と、該発熱抵抗体への電力投入の連続的・間欠的駆
動を制御する駆動回路と、流速信号となる前記発熱体出
力の取り出し回路、もしくは流速信号となる橋の上流と
下流の温度差に比例した出力を発生する橋上流と下流に
設けられた２つの測温抵抗体ならびに該測温抵抗体によ
って得られた温度差信号の取り出し回路と、周囲温度の
測温を行う周囲温度測温素子と、該周囲温度測温素子に
よって得られた周囲温度測温信号の取り出し回路と、周
囲温度変動成分を除去する補正処理と流速換算処理をお
こなう回路から少なくとも構成されるマイクロブリッジ
型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素子を感
熱素子を有しない基板上に設けたことを特徴とするマイ
クロブリッジ型感熱式流速検出素子。
に、以下の手段を採用した。 （手段１）基板上に形成された堀部と、梁部と、該梁部
上に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体を備えた感熱
素子と、該発熱抵抗体への電力投入の連続的・間欠的駆
動を制御する駆動回路と、流速信号となる前記発熱体出
力の取り出し回路、もしくは流速信号となる橋の上流と
下流の温度差に比例した出力を発生する橋上流と下流に
設けられた２つの測温抵抗体ならびに該測温抵抗体によ
って得られた温度差信号の取り出し回路と、周囲温度の
測温を行う周囲温度測温素子と、該周囲温度測温素子に
よって得られた周囲温度測温信号の取り出し回路と、周
囲温度変動成分を除去する補正処理と流速換算処理をお
こなう回路から少なくとも構成されるマイクロブリッジ
型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素子を感
熱素子を有しない基板上に設けたことを特徴とするマイ
クロブリッジ型感熱式流速検出素子。
【０００５】（手段２）基板上に形成された堀部と、梁
部と、該梁部上に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体
を備えた感熱素子と、該発熱抵抗体への電力投入の連続
的・間欠的駆動を制御する駆動回路と、流速信号となる
前記発熱体出力の取り出し回路、もしくは流速信号とな
る橋の上流と下流の温度差に比例した出力を発生する橋
上流と下流に設けられた２つの測温抵抗体ならびに該測
温抵抗体によって得られた温度差信号の取り出し回路
と、周囲温度の測温を行う周囲温度測温素子と、該周囲
温度測温素子によって得られた周囲温度測温信号の取り
出し回路と、周囲温度変動成分を除去する補正処理と流
速換算処理をおこなう回路から少なくとも構成されるマ
イクロブリッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温
度測温素子を感熱素子を有する梁部上に設けたことを特
徴とするマイクロブリッジ型感熱式流速検出素子。
部と、該梁部上に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体
を備えた感熱素子と、該発熱抵抗体への電力投入の連続
的・間欠的駆動を制御する駆動回路と、流速信号となる
前記発熱体出力の取り出し回路、もしくは流速信号とな
る橋の上流と下流の温度差に比例した出力を発生する橋
上流と下流に設けられた２つの測温抵抗体ならびに該測
温抵抗体によって得られた温度差信号の取り出し回路
と、周囲温度の測温を行う周囲温度測温素子と、該周囲
温度測温素子によって得られた周囲温度測温信号の取り
出し回路と、周囲温度変動成分を除去する補正処理と流
速換算処理をおこなう回路から少なくとも構成されるマ
イクロブリッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温
度測温素子を感熱素子を有する梁部上に設けたことを特
徴とするマイクロブリッジ型感熱式流速検出素子。
【０００６】（手段３）前記手段２のマイクロブリッジ
型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素子を基
板縁部に形成した梁部上に設けたマイクロブリッジ型感
熱式流速検出素子。
型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素子を基
板縁部に形成した梁部上に設けたマイクロブリッジ型感
熱式流速検出素子。
【０００７】（手段４）前記手段１、２または３のマイ
クロブリッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温度
測温素子のサンプリングを感熱素子の発熱停止区間内で
行う回路を有するマイクロブリッジ型感熱式流速検出素
子。この素子は発熱電力投入を間欠制御し、周囲温度を
監視するための周囲温度測温抵抗体の両端電圧測定を間
欠サイクルの非発熱時に行う。
クロブリッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温度
測温素子のサンプリングを感熱素子の発熱停止区間内で
行う回路を有するマイクロブリッジ型感熱式流速検出素
子。この素子は発熱電力投入を間欠制御し、周囲温度を
監視するための周囲温度測温抵抗体の両端電圧測定を間
欠サイクルの非発熱時に行う。
【０００８】（手段５）前記手段１、２、３または４記
載のマイクロブリッジ型感熱式流速検出素子において、
周囲温度変動成分を除去する補正処理を行う回路が、流
速対信号強度の特性の曲線の切片と傾きを含めた線形補
正を行うものであるマイクロブリッジ型感熱式流速検出
素子。すなわち前記素子により、発熱体の流速信号もし
くは上流・下流測温体の流速信号の周囲温度補正におい
て、対流速特性曲線の温度依存は１次とみなし、オフセ
ットと傾きの両方を式（１）を使い周囲温度信号で補正
する。
載のマイクロブリッジ型感熱式流速検出素子において、
周囲温度変動成分を除去する補正処理を行う回路が、流
速対信号強度の特性の曲線の切片と傾きを含めた線形補
正を行うものであるマイクロブリッジ型感熱式流速検出
素子。すなわち前記素子により、発熱体の流速信号もし
くは上流・下流測温体の流速信号の周囲温度補正におい
て、対流速特性曲線の温度依存は１次とみなし、オフセ
ットと傾きの両方を式（１）を使い周囲温度信号で補正
する。
【数１】 ここで、ΔＶ’は補正済み出力信号の強度で、Ｖはサン
プリングされた温度変化成分を含む流速信号で、Ｖ0 *は
校正温度における流速信号のオフセット値であり、周囲
温度測温体出力から換算されるδＴｆは校正温度から周
囲温度の上昇分をあらわす。また、ｋ0とｋ1は線形処理
の係数で次の関係からあらかじめ決定しておく。
プリングされた温度変化成分を含む流速信号で、Ｖ0 *は
校正温度における流速信号のオフセット値であり、周囲
温度測温体出力から換算されるδＴｆは校正温度から周
囲温度の上昇分をあらわす。また、ｋ0とｋ1は線形処理
の係数で次の関係からあらかじめ決定しておく。
【数２】 ここで、∂Ｖ0／∂Ｔｆは１℃あたりのオフセットの変
動分であり、∂ΔＶ／∂Ｔfは計測すべく流速全域にお
ける最大有効信号幅ΔＶの１℃あたりの変動分である
（ΔＶ*は校正温度における最大有効信号幅）。つま
り、ｋ0は対流速特性曲線のオフセットの変動率で、ｋ1
は傾きの変動率をあらわす。補正されたΔＶ’をつかい
あらかじめ計測され保持してある流速換算式と係数を使
い流速に変換処理を行う。
動分であり、∂ΔＶ／∂Ｔfは計測すべく流速全域にお
ける最大有効信号幅ΔＶの１℃あたりの変動分である
（ΔＶ*は校正温度における最大有効信号幅）。つま
り、ｋ0は対流速特性曲線のオフセットの変動率で、ｋ1
は傾きの変動率をあらわす。補正されたΔＶ’をつかい
あらかじめ計測され保持してある流速換算式と係数を使
い流速に変換処理を行う。
【０００９】（手段６）前記手段５のマイクロブリッジ
型感熱式流速検出素子において、周囲温度信号において
０次以上の物理値である温度信号の時間変化率と加速率
を監視し、その変化の度合から線形補正を行うマイクロ
ブリッジ型感熱式流速検出素子。すなわち、マイクロブ
リッジ型感熱式流速検出素子は、急激な周囲温度変化が
ある場合は、流速信号の温度変化の度合（時間変化率）
と周囲温度信号の変化率が必ずしも一致しなく、周囲温
度信号そのものでは流速信号の温度変化を除去するに足
りなくなってしまう。このことから、周囲温度信号にお
いて０次以上の物理値（温度信号の変化速度、加速度
等）を監視しその変化の度合を加味し線形補正を行う。
式（３）を使い過去の温度信号をもとに差分値（近似微
分値）を算出し周囲温度信号の足りない分の補足処理を
おこなう。
型感熱式流速検出素子において、周囲温度信号において
０次以上の物理値である温度信号の時間変化率と加速率
を監視し、その変化の度合から線形補正を行うマイクロ
ブリッジ型感熱式流速検出素子。すなわち、マイクロブ
リッジ型感熱式流速検出素子は、急激な周囲温度変化が
ある場合は、流速信号の温度変化の度合（時間変化率）
と周囲温度信号の変化率が必ずしも一致しなく、周囲温
度信号そのものでは流速信号の温度変化を除去するに足
りなくなってしまう。このことから、周囲温度信号にお
いて０次以上の物理値（温度信号の変化速度、加速度
等）を監視しその変化の度合を加味し線形補正を行う。
式（３）を使い過去の温度信号をもとに差分値（近似微
分値）を算出し周囲温度信号の足りない分の補足処理を
おこなう。
【数３】 ここで、ｋ2は流速信号Ｖの変化速度と周囲温度信号Ｔf
の変化速度の割合から算出される係数である。ΔδＴf
／Δｔは随時測定される温度変化速度である。また、ｋ
3は加速の補正係数であるが、ｋ3以降の高次項は補足処
理の精度をかえって落とすことがあるので状況に応じ使
用する。ｉは最新の平均化済標本で、ｉ−１は１回前の
平均化済標本を意味する。
の変化速度の割合から算出される係数である。ΔδＴf
／Δｔは随時測定される温度変化速度である。また、ｋ
3は加速の補正係数であるが、ｋ3以降の高次項は補足処
理の精度をかえって落とすことがあるので状況に応じ使
用する。ｉは最新の平均化済標本で、ｉ−１は１回前の
平均化済標本を意味する。
【００１０】
（作用１）手段１に対する作用（効果）である。従来構
造である同一基板に発熱部と周囲温度測温部を持つ素子
においては、発熱部から流出する熱により基板全体が暖
められてしまい、流れにたいし基板全体からの放熱効果
が生じてしまう。このため、基板縁に設けられた周囲温
度測温体の出力は図１に示すように流速依存を持ってし
まう。流量依存幅がこの測温信号の誤差幅になる。本発
明者の研究からこの流速依存による誤差幅は時間的電気
的変動の幅に比べ桁違いに大きいことが判明した。手段
１に示したとおり、発熱体を搭載するマイクロブリッジ
素子とは別の基板上に周囲温度監視用の測温抵抗体を形
成することで、発熱体からの熱的な絶縁を強化できる。
こうすることで、周囲温度信号の流速依存は著しく低減
せしめることが可能になる。この流速依存のない信号で
主流速信号から温度依存成分を除去することで流速計測
精度を向上させることが可能になる。 （作用２）手段２に対応する作用（効果）である。発熱
体と同一梁上に周囲温度測温体を配備することで、加熱
素子を設けた加熱梁部の上流と下流の温度差を流速信号
とする際には、上流測温体もしくは下流測温体のいずれ
かをこの周囲温度測温体として併用できるので、素子設
計をも簡易化できる。 （作用３）手段３に対応する作用（効果）である。基板
縁の梁であるので熱容量は著しく低減されることから発
熱体と同一基板上に有っても伝導した熱はすばやく放熱
してしまい周囲温度のより正確な測温が可能になる。 （作用４）手段４に対応する作用（効果）である。図２
に示すように発熱駆動を間欠化し周囲温度の測温を十分
放熱が進んだ後、つまり、非発熱時に行うことで、基板
伝導熱による周囲温度信号の流量依存をなくすことが可
能となる。 （作用５）手段５に対応する作用（効果）である。発熱
体流速信号と温度差流速信号の周囲温度依存の補正にお
いて、式（１）による流量ゼロにおけるオフセット値と
流量依存である傾き値の両方を補正することでより大き
い流速域にわたり、より大きい温度格差のある状況で正
確な流速を検出することが可能になる。 （作用６）手段６に対応する作用（効果）である。急激
な周囲温度変化がある場合でも、正確な温度補正がで
き、流量測定精度を向上させることが可能になる。
造である同一基板に発熱部と周囲温度測温部を持つ素子
においては、発熱部から流出する熱により基板全体が暖
められてしまい、流れにたいし基板全体からの放熱効果
が生じてしまう。このため、基板縁に設けられた周囲温
度測温体の出力は図１に示すように流速依存を持ってし
まう。流量依存幅がこの測温信号の誤差幅になる。本発
明者の研究からこの流速依存による誤差幅は時間的電気
的変動の幅に比べ桁違いに大きいことが判明した。手段
１に示したとおり、発熱体を搭載するマイクロブリッジ
素子とは別の基板上に周囲温度監視用の測温抵抗体を形
成することで、発熱体からの熱的な絶縁を強化できる。
こうすることで、周囲温度信号の流速依存は著しく低減
せしめることが可能になる。この流速依存のない信号で
主流速信号から温度依存成分を除去することで流速計測
精度を向上させることが可能になる。 （作用２）手段２に対応する作用（効果）である。発熱
体と同一梁上に周囲温度測温体を配備することで、加熱
素子を設けた加熱梁部の上流と下流の温度差を流速信号
とする際には、上流測温体もしくは下流測温体のいずれ
かをこの周囲温度測温体として併用できるので、素子設
計をも簡易化できる。 （作用３）手段３に対応する作用（効果）である。基板
縁の梁であるので熱容量は著しく低減されることから発
熱体と同一基板上に有っても伝導した熱はすばやく放熱
してしまい周囲温度のより正確な測温が可能になる。 （作用４）手段４に対応する作用（効果）である。図２
に示すように発熱駆動を間欠化し周囲温度の測温を十分
放熱が進んだ後、つまり、非発熱時に行うことで、基板
伝導熱による周囲温度信号の流量依存をなくすことが可
能となる。 （作用５）手段５に対応する作用（効果）である。発熱
体流速信号と温度差流速信号の周囲温度依存の補正にお
いて、式（１）による流量ゼロにおけるオフセット値と
流量依存である傾き値の両方を補正することでより大き
い流速域にわたり、より大きい温度格差のある状況で正
確な流速を検出することが可能になる。 （作用６）手段６に対応する作用（効果）である。急激
な周囲温度変化がある場合でも、正確な温度補正がで
き、流量測定精度を向上させることが可能になる。
【００１１】
実施例１ 図３は本実施例の感熱式流速検出素子の感熱部を形成す
る感熱素子構成、図４は周囲温度測温部を形成する周囲
温度測温素子構成を示す。また、図５は本実施例におけ
る素子構成と駆動・検出用電気回路と演算回路の構成を
示す。流速検出部は感熱素子と周囲温度測温素子および
支持体から構成される。図３の感熱素子の作成に関し説
明する。Ｓｉ基板上面に酸化処理法、スパッター真空製
膜法等を使い熱絶縁材であるＳｉＯ2層を形成する。膜
厚は０．５〜２μｍである。エッチング法により、流体
進入を促す形状を持つ堀部１及び梁部２を形成する。堀
部１の深さは測定する最少流速でできる熱境界層以上に
する必要があり、本実施例では１５０μｍ以上とした。
図３の感熱素子および図４の温度測温素子の梁部２及び
発熱体Ｒｈ、周囲温度測温体Ｒｆまたは発熱体温度制御
用測温体Ｒｔの抵抗体構成は以下のとおりである。発熱
体Ｒｈ、周囲温度測温体Ｒｆまたは発熱体温度制御用測
温体Ｒｔを形成する前に、発熱体層と基板間の密着性を
向上させるためＴａ2Ｏ5層を形成する。Ｔａ2Ｏ5層上
部、梁部２の中央部に抵抗率の高い金属であるＰｔから
なる発熱体Ｒｈと基板縁部に測温体Ｒｔを形成する。前
記Ｐｔ抵抗層の厚みは臨界密度を十分下回る様にする条
件と、抵抗値設定の条件から５００〜５０００Ａがよ
い。さらに発熱体上部に保護層との接合を向上させるた
めに密着強度層、例えばＴａ2Ｏ5層を形成する。該Ｔａ
2Ｏ5層で保護層を兼ねてもよい。このとき、密着強度補
強層と抵抗層は蒸着法、ＥＢ蒸着法、またはスパッター
法等の真空製膜法で形成する。形状切り出しは、リフト
オフ法、Ａｒスパッターエッチング法等で行う。下部お
よび／または上部密着強度補強層であるＴａ2Ｏ5層は薄
いほどよいが、ＳｉＯ2保護層を形成する場合は、Ｐｔ
との整合性を確保するため１００〜７００Ａがよい。保
護層は、測温体感度向上のためには熱容量を減少させる
という目的と量産性を向上させる目的から薄いほうがよ
いが、保護膜としては厚いほうが好ましい。このため、
８００〜５０００Ａの範囲に膜厚をおさえるとよい。保
護層としては、例えばＴａ2Ｏ5、Ｓｉ3Ｎ4等が挙げられ
る。基板材はエッチングしやすい材料であれば前記Ｓｉ
でなくともよい。また、熱絶縁層はＳｉＯ2の外にＳｉ3
Ｎ4や、金属酸化物であるＴａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3でもよ
い。さらにこれら各材料を組合せた多層膜、例えばＳｉ
Ｏ2層とＳｉ3Ｎ4層を組み合せた多層膜でもよい。ま
た、密着強度補強層としては、Ｔａ2Ｏ5の外にＴｉ、Ｃ
ｒ、Ｔａ、ＮｉＣｒ、ＴｉＮでもよい。発熱体Ｒｈと測
温体Ｒｔは、Ｐｔの外に、例えばＮｉ、Ｗ、Ｔａも挙げ
られるが、これらの材料に限定されるものではなく、抵
抗率に温度依存性を持つ材料であれば適用するし、これ
ら各材料の組合せであってもよい。上記構成の感熱素子
Ａと測温素子Ｂを支持体、例えばセラミック材からなる
支持体に搭載し、電極を介し制御・信号検出回路に接続
する。素子支持体は電気的、熱的に絶縁性が高い材料で
あればセラミック材である必要はない。次に、加熱・流
速計測・周囲温度計測を制御する駆動回路および該駆動
回路より得られる流速出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ
回路（図示せず）を設ける。該回路から得られたデジタ
ル信号にＲｆ抵抗測定回路から得られる信号をＡ／Ｄ回
路（図示せず）でデジタル化した周囲温度信号をもとに
温度補正処理をおこなう補正処理回路、さらに該補正処
理回路からの信号を流速および／または流量に変換する
換算処理をおこなうデジタル信号処理回路を設ける。
る感熱素子構成、図４は周囲温度測温部を形成する周囲
温度測温素子構成を示す。また、図５は本実施例におけ
る素子構成と駆動・検出用電気回路と演算回路の構成を
示す。流速検出部は感熱素子と周囲温度測温素子および
支持体から構成される。図３の感熱素子の作成に関し説
明する。Ｓｉ基板上面に酸化処理法、スパッター真空製
膜法等を使い熱絶縁材であるＳｉＯ2層を形成する。膜
厚は０．５〜２μｍである。エッチング法により、流体
進入を促す形状を持つ堀部１及び梁部２を形成する。堀
部１の深さは測定する最少流速でできる熱境界層以上に
する必要があり、本実施例では１５０μｍ以上とした。
図３の感熱素子および図４の温度測温素子の梁部２及び
発熱体Ｒｈ、周囲温度測温体Ｒｆまたは発熱体温度制御
用測温体Ｒｔの抵抗体構成は以下のとおりである。発熱
体Ｒｈ、周囲温度測温体Ｒｆまたは発熱体温度制御用測
温体Ｒｔを形成する前に、発熱体層と基板間の密着性を
向上させるためＴａ2Ｏ5層を形成する。Ｔａ2Ｏ5層上
部、梁部２の中央部に抵抗率の高い金属であるＰｔから
なる発熱体Ｒｈと基板縁部に測温体Ｒｔを形成する。前
記Ｐｔ抵抗層の厚みは臨界密度を十分下回る様にする条
件と、抵抗値設定の条件から５００〜５０００Ａがよ
い。さらに発熱体上部に保護層との接合を向上させるた
めに密着強度層、例えばＴａ2Ｏ5層を形成する。該Ｔａ
2Ｏ5層で保護層を兼ねてもよい。このとき、密着強度補
強層と抵抗層は蒸着法、ＥＢ蒸着法、またはスパッター
法等の真空製膜法で形成する。形状切り出しは、リフト
オフ法、Ａｒスパッターエッチング法等で行う。下部お
よび／または上部密着強度補強層であるＴａ2Ｏ5層は薄
いほどよいが、ＳｉＯ2保護層を形成する場合は、Ｐｔ
との整合性を確保するため１００〜７００Ａがよい。保
護層は、測温体感度向上のためには熱容量を減少させる
という目的と量産性を向上させる目的から薄いほうがよ
いが、保護膜としては厚いほうが好ましい。このため、
８００〜５０００Ａの範囲に膜厚をおさえるとよい。保
護層としては、例えばＴａ2Ｏ5、Ｓｉ3Ｎ4等が挙げられ
る。基板材はエッチングしやすい材料であれば前記Ｓｉ
でなくともよい。また、熱絶縁層はＳｉＯ2の外にＳｉ3
Ｎ4や、金属酸化物であるＴａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3でもよ
い。さらにこれら各材料を組合せた多層膜、例えばＳｉ
Ｏ2層とＳｉ3Ｎ4層を組み合せた多層膜でもよい。ま
た、密着強度補強層としては、Ｔａ2Ｏ5の外にＴｉ、Ｃ
ｒ、Ｔａ、ＮｉＣｒ、ＴｉＮでもよい。発熱体Ｒｈと測
温体Ｒｔは、Ｐｔの外に、例えばＮｉ、Ｗ、Ｔａも挙げ
られるが、これらの材料に限定されるものではなく、抵
抗率に温度依存性を持つ材料であれば適用するし、これ
ら各材料の組合せであってもよい。上記構成の感熱素子
Ａと測温素子Ｂを支持体、例えばセラミック材からなる
支持体に搭載し、電極を介し制御・信号検出回路に接続
する。素子支持体は電気的、熱的に絶縁性が高い材料で
あればセラミック材である必要はない。次に、加熱・流
速計測・周囲温度計測を制御する駆動回路および該駆動
回路より得られる流速出力信号をデジタル化するＡ／Ｄ
回路（図示せず）を設ける。該回路から得られたデジタ
ル信号にＲｆ抵抗測定回路から得られる信号をＡ／Ｄ回
路（図示せず）でデジタル化した周囲温度信号をもとに
温度補正処理をおこなう補正処理回路、さらに該補正処
理回路からの信号を流速および／または流量に変換する
換算処理をおこなうデジタル信号処理回路を設ける。
【００１２】実施例２ 図６は本実施例における感熱体および周囲温度測温体を
有する素子構成の平面図を示す。図７は前記素子の断面
を示す。感熱体を持つ素子の基板縁の一部をエッチング
処理し流体に突出した梁を形成する。同梁上にＰｔで形
成される周囲温度測温体を形成する。駆動回路と信号処
理回路に関しては実施例１と同じである。
有する素子構成の平面図を示す。図７は前記素子の断面
を示す。感熱体を持つ素子の基板縁の一部をエッチング
処理し流体に突出した梁を形成する。同梁上にＰｔで形
成される周囲温度測温体を形成する。駆動回路と信号処
理回路に関しては実施例１と同じである。
【００１３】実施例３ 図８は本実施例における発熱体両端電圧検出方式にもと
づいた素子構成の平面図を示す。発熱体の上流側および
下流側の双方に周囲温度測温用の抵抗体を形成する。発
熱体の駆動時間と周囲温度測温用の抵抗体の駆動時間を
図２に示すようにずらし検出制御をおこなう。
づいた素子構成の平面図を示す。発熱体の上流側および
下流側の双方に周囲温度測温用の抵抗体を形成する。発
熱体の駆動時間と周囲温度測温用の抵抗体の駆動時間を
図２に示すようにずらし検出制御をおこなう。
【００１４】実施例４ 図９は本実施例における温度差検出方式にもとづいた素
子構成の平面図を示す。温度差検出用の測温抵抗体Ｒ
ｕ、Ｒｄを２つ発熱橋の上流と下流に形成する。同抵抗
体の１つ（上流測温体Ｒｕが好ましい）を周囲温度測温
体Ｒｆとして併用する。つまり、発熱体の駆動時間と周
囲温度の駆動時間を図２に示すようにずらし、発熱時に
は２つの測温体の電圧出力差（温度差）を流量信号とし
出力し、非発熱時に１つの測温体の電圧出力を周囲温度
に対応した出力とする。
子構成の平面図を示す。温度差検出用の測温抵抗体Ｒ
ｕ、Ｒｄを２つ発熱橋の上流と下流に形成する。同抵抗
体の１つ（上流測温体Ｒｕが好ましい）を周囲温度測温
体Ｒｆとして併用する。つまり、発熱体の駆動時間と周
囲温度の駆動時間を図２に示すようにずらし、発熱時に
は２つの測温体の電圧出力差（温度差）を流量信号とし
出力し、非発熱時に１つの測温体の電圧出力を周囲温度
に対応した出力とする。
【００１５】実施例５ 式（１）を処理するためのソフトウェアーを搭載したデ
ジタル信号補正処理回路を設け流速全域において有効な
流速信号の補正を行う。
ジタル信号補正処理回路を設け流速全域において有効な
流速信号の補正を行う。
【００１６】実施例６ 式（３）にもとづき加速補正処理をおこなうためのソフ
トウェアーを搭載した前段処理回路を設ける。さらに、
実施例５のデジタル信号補正処理回路を併用し流速信号
の補正を行う。
トウェアーを搭載した前段処理回路を設ける。さらに、
実施例５のデジタル信号補正処理回路を併用し流速信号
の補正を行う。
【図１】従来型の感熱式流速検出機器の周囲温度測温信
号の流速依存を示す図である。
号の流速依存を示す図である。
【図２】発熱体駆動と周囲温度測温のタイミング関係を
示す図である。
示す図である。
【図３】実施例１の感熱式流速検出素子の感熱部を形成
する素子構成を示す図である。
する素子構成を示す図である。
【図４】実施例１の感熱式流速検出素子の周囲温度測温
部を形成する素子構成を示す図である。
部を形成する素子構成を示す図である。
【図５】実施例１の感熱素子と駆動・演算回路の構成を
示す図である。
示す図である。
【図６】実施例２の感熱・測温素子の構成を示す平面図
である。
である。
【図７】図６の感熱・測温素子の断面を示す図である。
【図８】実施例３における感熱・測温素子の構成を示す
平面図である。
平面図である。
【図９】実施例４における感熱・測温素子の構成を示す
平面図である。
平面図である。
Ｒｈ 発熱体 Ｒｔ 発熱体温度制御用測温体 Ｒｆ 周囲温度測温体 Ｒｕ 上流側測温体（兼周囲温度測温体） Ｒｄ 下流側測温体 Ａ 感熱素子 Ｂ 周囲温度測温素子 １ 堀部 ２ 梁部 ３ リード線 ４ 支持体 ５ Ｓｉ基板
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に形成された堀部と、梁部と、該
梁部上に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体を備えた
感熱素子と、該発熱抵抗体への電力投入の連続的・間欠
的駆動を制御する駆動回路と、流速信号となる前記発熱
体出力の取り出し回路、もしくは流速信号となる橋の上
流と下流の温度差に比例した出力を発生する橋上流と下
流に設けられた２つの測温抵抗体ならびに該測温抵抗体
によって得られた温度差信号の取り出し回路と、周囲温
度の測温を行う周囲温度測温素子と、該周囲温度測温素
子によって得られた周囲温度測温信号の取り出し回路
と、周囲温度変動成分を除去する補正処理と流速換算処
理をおこなう回路から少なくとも構成されるマイクロブ
リッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素
子を感熱素子を有しない基板上に設けたことを特徴とす
るマイクロブリッジ型感熱式流速検出素子。 - 【請求項２】 基板上に形成された堀部と、梁部と、該
梁部上に通電により発熱をおこなう発熱抵抗体を備えた
感熱素子と、該発熱抵抗体への電力投入の連続的・間欠
的駆動を制御する駆動回路と、流速信号となる前記発熱
体出力の取り出し回路、もしくは流速信号となる橋の上
流と下流の温度差に比例した出力を発生する橋上流と下
流に設けられた２つの測温抵抗体ならびに該測温抵抗体
によって得られた温度差信号の取り出し回路と、周囲温
度の測温を行う周囲温度測温素子と、該周囲温度測温素
子によって得られた周囲温度測温信号の取り出し回路
と、周囲温度変動成分を除去する補正処理と流速換算処
理をおこなう回路から少なくとも構成されるマイクロブ
リッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素
子を感熱素子を有する梁部上に設けたことを特徴とする
マイクロブリッジ型感熱式流速検出素子。 - 【請求項３】 請求項２記載のマイクロブリッジ型感熱
式流速検出素子において、周囲温度測温素子を基板縁部
に形成した梁部上に設けたマイクロブリッジ型感熱式流
速検出素子。 - 【請求項４】 請求項１、２または３記載のマイクロブ
リッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温度測温素
子の測温サンプリングを感熱素子の発熱停止区間内で行
う回路を有するマイクロブリッジ型感熱式流速検出素
子。 - 【請求項５】 請求項１、２、３、４または５記載のマ
イクロブリッジ型感熱式流速検出素子において、周囲温
度変動成分を除去する補正処理を行う回路が、流速対信
号強度の特性の曲線の切片と傾きを含めた線形補正を行
うものであるマイクロブリッジ型感熱式流速検出素子。 - 【請求項６】 請求項５記載のマイクロブリッジ型感熱
式流速検出素子において、周囲温度信号において０次以
上の物理値である温度信号の時間変化率と加速率を監視
し、その変化の度合から線形補正を行うマイクロブリッ
ジ型感熱式流速検出素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182880A JPH0829227A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | マイクロブリッジ型感熱式流速検出素子および該素子を用いた機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6182880A JPH0829227A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | マイクロブリッジ型感熱式流速検出素子および該素子を用いた機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0829227A true JPH0829227A (ja) | 1996-02-02 |
Family
ID=16126034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6182880A Pending JPH0829227A (ja) | 1994-07-12 | 1994-07-12 | マイクロブリッジ型感熱式流速検出素子および該素子を用いた機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0829227A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139674A (ja) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Yazaki Corp | 流量計測装置及び流体判別装置 |
| CN109141559A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-04 | 杭州电子科技大学 | 一种大量程双模热感桥式微流量计 |
-
1994
- 1994-07-12 JP JP6182880A patent/JPH0829227A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007139674A (ja) * | 2005-11-21 | 2007-06-07 | Yazaki Corp | 流量計測装置及び流体判別装置 |
| CN109141559A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-04 | 杭州电子科技大学 | 一种大量程双模热感桥式微流量计 |
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