JPH09133563A - Thermal flowmeter - Google Patents

Thermal flowmeter

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Publication number
JPH09133563A
JPH09133563A JP7289826A JP28982695A JPH09133563A JP H09133563 A JPH09133563 A JP H09133563A JP 7289826 A JP7289826 A JP 7289826A JP 28982695 A JP28982695 A JP 28982695A JP H09133563 A JPH09133563 A JP H09133563A
Authority
JP
Japan
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diode
resistor
substrate
voltage
amplifier
Prior art date
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Pending
Application number
JP7289826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshiyuki Tonami
与之 戸波
Tomio Shibano
富雄 柴野
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
Priority to JP7289826A priority Critical patent/JPH09133563A/en
Publication of JPH09133563A publication Critical patent/JPH09133563A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high response thermal flow sensor in which the flow rate can be measured accurately while retarding the saturation of current flowing through a heater even in the region of high flow rate. SOLUTION: A heater, i.e., a first diode 31, and a temperature measuring element, i.e., a second diode 32, are formed on a same substrate 30. Since the first diode 31 is formed on the substrate 30 through a diaphragm (or a cross- linked structure part or a cantilever), it is insulated thermally from the substrate 30 and has low thermal capacity. On the other hand, the second diode 32 is coupled thermally with the substrate 30 and it is not heated easily. Voltage difference is detected across the heater, i.e., the first diode 31, and across the temperature measuring element, i.e., the second diode 32, and a current is fed forward through the first and second diodes 31, 32 at same current density. Since the current flowing through the first diode 31 is substantially proportional to the root of fluid, the saturation of current is retarded as compared with a conventional thermal flow sensor.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流速または
流量を計測するための、応答性の速い熱式流量センサお
よび熱式流量センサに用いる小型の検出素子に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal type flow sensor having a fast response for measuring a flow velocity or a flow rate of a fluid and a small detecting element used in the thermal type flow sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】電流を流して加熱した発熱体を流体中に
置いた場合、発熱体から単位時間に失われる熱量、すな
わち冷却量は流体の速度に依存する。熱式流量センサ
は、この原理を利用して流体の速度を検出するものであ
る。
2. Description of the Related Art When a heating element heated by applying an electric current is placed in a fluid, the amount of heat lost from the heating element in a unit time, that is, the amount of cooling depends on the velocity of the fluid. The thermal type flow sensor utilizes this principle to detect the velocity of the fluid.

【0003】図14および図15に、特開昭62−44
627号公報に記載された熱式流量センサを示す。
In FIGS. 14 and 15, Japanese Patent Laid-Open No. 62-44.
The thermal type flow sensor described in Japanese Patent No. 627 is shown.

【0004】まず、図14を用いて、熱式流量センサの
検出素子について説明する。
First, the detection element of the thermal type flow sensor will be described with reference to FIG.

【0005】流速検知用抵抗Rhを構成する発熱抵抗体
1および端子2A、2Bと、温度補償用抵抗Rtを構成
する測温抵抗体3および端子4A、8Bは、シリコン基
板5の表面に一体に設けられた絶縁層6の表面に形成さ
れる。発熱抵抗体1および測温抵抗体3は、例えば白金
あるいはニッケルのような抵抗温度係数が大きい同一の
金属薄膜で形成される。また、発熱抵抗体1の下部のシ
リコン基板5は異方性エッチング等の手段によって除去
され、空間部7が形成される。この結果、絶縁層6の裏
面が露出して、発熱抵抗体1とシリコン基板5は熱的に
絶縁される。従って、発熱抵抗体1は微小電流で発熱す
るとともに、発熱抵抗体1の温度が定常状態に達するま
での熱時定数が短くなる。一方、測温抵抗体3とシリコ
ン基板5の間の熱抵抗は小さく、両者は熱的に結合して
いる。このため、電流が流れて測温抵抗体3が発熱して
も熱はシリコン基板5に拡散して逃げる。従って、測温
抵抗体3の温度は上昇せず、流体の温度とほぼ同じに保
たれる。
The heating resistor 1 and the terminals 2A and 2B constituting the flow velocity detecting resistor Rh, and the temperature measuring resistor 3 and the terminals 4A and 8B constituting the temperature compensating resistor Rt are integrally formed on the surface of the silicon substrate 5. It is formed on the surface of the insulating layer 6 provided. The heating resistor 1 and the temperature measuring resistor 3 are formed of the same metal thin film having a large temperature coefficient of resistance such as platinum or nickel. Further, the silicon substrate 5 under the heating resistor 1 is removed by means such as anisotropic etching to form the space 7. As a result, the back surface of the insulating layer 6 is exposed, and the heating resistor 1 and the silicon substrate 5 are thermally insulated. Therefore, the heating resistor 1 generates heat with a minute current, and the thermal time constant until the temperature of the heating resistor 1 reaches a steady state becomes short. On the other hand, the thermal resistance between the resistance temperature detector 3 and the silicon substrate 5 is small, and both are thermally coupled. Therefore, even if a current flows and the resistance temperature detector 3 generates heat, the heat diffuses into the silicon substrate 5 and escapes. Therefore, the temperature of the resistance temperature detector 3 does not rise and is kept almost the same as the temperature of the fluid.

【0006】次に、図15により、上述した検出素子を
用いた熱式流量センサの回路構成について説明する。
Next, the circuit configuration of a thermal type flow sensor using the above-mentioned detection element will be described with reference to FIG.

【0007】4辺のブリッジ回路の第一の入力端T1に
はトランジスタ8を介して電源Vccが接続され、第二
の入力端T2は接地される。第一の入力端T1と第一の
出力端T3の間には温度補償用抵抗Rtが接続され、第
一の出力端T3と第二の入力端T2の間には抵抗9が接
続される。第一の入力端T1と第二の出力端T4の間に
は流速検知用抵抗Rhが接続され、第二の出力端T4と
第二の入力端T2の間には抵抗10が接続される。第一
の出力端T3と第二の出力端T4は、差動増幅器11に
接続される。なお、一般的に、差動増幅器11としては
OPアンプが用いられる。差動増幅器11の出力端T5
からは流速検出信号Voが取り出される。また、流速検
出信号Voは、トランジスタ8のべ−スに帰還して印加
される。
The power source Vcc is connected to the first input terminal T1 of the four-sided bridge circuit through the transistor 8 and the second input terminal T2 is grounded. A temperature compensation resistor Rt is connected between the first input terminal T1 and the first output terminal T3, and a resistor 9 is connected between the first output terminal T3 and the second input terminal T2. A flow velocity detecting resistor Rh is connected between the first input end T1 and the second output end T4, and a resistor 10 is connected between the second output end T4 and the second input end T2. The first output terminal T3 and the second output terminal T4 are connected to the differential amplifier 11. An OP amplifier is generally used as the differential amplifier 11. Output terminal T5 of the differential amplifier 11
The flow velocity detection signal Vo is taken out from. The flow velocity detection signal Vo is fed back to the base of the transistor 8 and applied.

【0008】温度補償用抵抗Rtと抵抗9との合成抵抗
値が、流速検知用抵抗Rhと抵抗10との合成抵抗値よ
りも充分大きな値となるようにする。この結果、流速検
知用抵抗Rhは電源Vccからの電流によって自己発熱
する発熱体の役割をする。一方、温度補償用抵抗Rtは
自己発熱せず、流体の温度を検出する。抵抗9と抵抗1
0のそれぞれの抵抗値は、流体検知用抵抗Rhと温度補
償用抵抗Rtとの温度差が所定の値となったときに第一
の出力端T3と第二の出力端T4の電圧が平衡するよう
に設定される。
The combined resistance value of the temperature compensating resistor Rt and the resistor 9 is made sufficiently larger than the combined resistance value of the flow velocity detecting resistor Rh and the resistor 10. As a result, the flow velocity detecting resistor Rh functions as a heating element that self-heats by the current from the power source Vcc. On the other hand, the temperature compensating resistor Rt does not generate heat by itself and detects the temperature of the fluid. Resistance 9 and resistance 1
With respect to the respective resistance values of 0, the voltages at the first output terminal T3 and the second output terminal T4 are balanced when the temperature difference between the fluid detection resistance Rh and the temperature compensation resistance Rt reaches a predetermined value. Is set as follows.

【0009】つぎに熱式流量センサの動作を説明する。Next, the operation of the thermal type flow sensor will be described.

【0010】流体が発熱した流速検知用抵抗Rhを通過
すると、流速検知用抵抗Rhは冷却される。流速検知用
抵抗Rhの冷却量は、流体の流速に応じて変化する。こ
の結果、流体の流速に応じて流速検知用抵抗Rhの抵抗
値が変化し、第二の出力端T4の電圧が変化する。ま
た、第一の出力端T3には、温度補償用抵抗Rtによっ
て流体の温度に応じた電圧が発生する。この2つの電圧
は差動増幅器11に入力され、差動増幅器11の出力端
T5からは温度補償され且つ流体の流速に応じた電圧が
流速検出信号Voとして取り出される。流速検出信号V
oはトランジスタ8のべ−スに印加される。電源Vcc
から流速検知用抵抗Rhには、トランジスタ8によって
増幅された電流が流れ、流速検知用抵抗Rhは発熱す
る。この結果、流体の流速に応じた流速検知用抵抗Rh
の冷却量が補なわれ、流速検知用抵抗Rhおよび温度補
償用抵抗Rtとの温度差はほぼ一定に保たれる。
When the fluid passes through the flow velocity detecting resistor Rh which has generated heat, the flow velocity detecting resistor Rh is cooled. The cooling amount of the flow velocity detecting resistor Rh changes according to the flow velocity of the fluid. As a result, the resistance value of the flow velocity detecting resistor Rh changes according to the flow velocity of the fluid, and the voltage of the second output terminal T4 changes. A voltage corresponding to the temperature of the fluid is generated at the first output end T3 by the temperature compensating resistor Rt. These two voltages are input to the differential amplifier 11, the temperature of which is compensated from the output terminal T5 of the differential amplifier 11 and a voltage corresponding to the flow velocity of the fluid is taken out as the flow velocity detection signal Vo. Flow velocity detection signal V
o is applied to the base of the transistor 8. Power supply Vcc
Therefore, the current amplified by the transistor 8 flows through the flow velocity detection resistor Rh, and the flow velocity detection resistor Rh generates heat. As a result, the flow velocity detecting resistance Rh corresponding to the flow velocity of the fluid
Is compensated for, and the temperature difference between the flow velocity detecting resistor Rh and the temperature compensating resistor Rt is kept substantially constant.

【0011】つぎに熱式流量センサを用いて、流体の流
速vfを求める方法について説明する。
Next, a method of determining the flow velocity vf of the fluid by using the thermal type flow sensor will be described.

【0012】流体の流速vfが定常状態にある場合、流
速検知用抵抗Rhから単位時間に失われる熱量Pはキン
グの式により、次式で求められる。 P=(A+B√vf)・(Th−Tt) (A、Bは定
数) 但し、Thは流速検知用抵抗Rhが発熱した定常状態で
の温度であり、Ttは流体の温度である。
When the flow velocity vf of the fluid is in a steady state, the amount P of heat lost from the flow velocity detecting resistance Rh in a unit time is obtained by the following equation according to King's equation. P = (A + B√vf)  (Th-Tt) (A and B are constants) where Th is the temperature in a steady state where the flow velocity detecting resistor Rh has generated heat, and Tt is the temperature of the fluid.

【0013】また、流速検知用抵抗Rhの抵抗値をr
h、流速検知用抵抗Rhに流れる電流をI、また流速検
知用抵抗Rhの両端の電圧差をVhとすると、流速検知
用抵抗Rhの発熱量Qは、次式で求められる。 Q=I・I・rh =Vh・Vh/rh 熱量Pと発熱量Qは等しいから、次式が成り立つ。 (A+B√vf)・(Th−Tt)=I・I・rh =Vh・Vh/rh …(1) (1)式において、温度差(Th−Tt)はほぼ一定で
あるので、電流Iまたは電圧差Vhをパラメ−タ−とし
て、流体の流速vfが求められる。
Further, the resistance value of the flow velocity detecting resistor Rh is r
Assuming that h is I, the current flowing through the flow velocity detection resistor Rh is V, and the voltage difference between both ends of the flow velocity detection resistor Rh is Vh, the heat generation amount Q of the flow velocity detection resistor Rh is calculated by the following equation. Q = I · I · rh = Vh · Vh / rh Since the calorific value P and the calorific value Q are equal, the following formula is established. (A + B√vf) · (Th−Tt) = I · I · rh = Vh · Vh / rh (1) In the equation (1), since the temperature difference (Th−Tt) is almost constant, the current I or The flow velocity vf of the fluid is obtained using the voltage difference Vh as a parameter.

【0014】この流体の流速vfを求める方法は、流速
検知用抵抗Rhと流体の温度差(Th−Tt)がほぼ一
定となるように電流Iまたは電圧差Vhを制御するの
で、定温度差法と呼ばれている。なお、流速検知用抵抗
Rhに一定の電流Iを流し、流速検知用抵抗Rhの温度
Thおよび温度補償用抵抗Rtの温度Ttを測定するこ
とにより、流体の流速vfを求める定電流法と呼ばれる
方法もある。しかしながら、応答速度が遅いため、一般
的には定温度差法が用いられる。
The method of determining the flow velocity vf of the fluid is to control the current I or the voltage difference Vh so that the temperature difference (Th-Tt) between the flow velocity detecting resistor Rh and the fluid is substantially constant. is called. A method called constant current method in which a constant current I is passed through the flow velocity detecting resistor Rh and the temperature Th of the flow velocity detecting resistor Rh and the temperature Tt of the temperature compensating resistor Rt are measured to obtain the flow velocity vf of the fluid. There is also. However, since the response speed is slow, the constant temperature difference method is generally used.

【0015】次に、図16に、特公平3−49374号
公報に記載された熱式流量センサの風量感知回路を示
す。
Next, FIG. 16 shows an air flow sensing circuit of a thermal type flow sensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-49374.

【0016】風量感知回路は、周囲温度ブランチ12
と、風量ブランチ13と、温度補償ブランチ14と、演
算増幅器15とから構成される。
The air flow sensing circuit includes an ambient temperature branch 12
, An air flow branch 13, a temperature compensation branch 14, and an operational amplifier 15.

【0017】周囲温度ブランチ12は、第一の半導体チ
ップ16と電流源17とから構成される。第一の半導体
チップ16の内部には、シリコンダイオ−ド18と加熱
抵抗19が電気的に絶縁された状態で形成される。シリ
コンダイオ−ド18のカソ−ド端には電流源17が接続
されて直列回路を形成する。直列回路のシリコンダイオ
−ド18側は電源Vccに接続され、他端側は接地され
る。なお、シリコンダイオ−ド18と加熱抵抗19は熱
的に結合されている。
The ambient temperature branch 12 comprises a first semiconductor chip 16 and a current source 17. Inside the first semiconductor chip 16, a silicon diode 18 and a heating resistor 19 are formed in an electrically insulated state. A current source 17 is connected to the cathode end of the silicon diode 18 to form a series circuit. The silicon diode 18 side of the series circuit is connected to the power supply Vcc, and the other end side is grounded. The silicon diode 18 and the heating resistor 19 are thermally coupled.

【0018】風量ブランチ13は、第二の半導体チップ
20と、可変抵抗21および電流源22とから構成され
る。第二の半導体チップ20の内部には、シリコンダイ
オ−ド23と加熱抵抗24が電気的に絶縁された状態で
形成される。シリコンダイオ−ド23のカソ−ド端に
は、可変抵抗21の一端が接続され、可変抵抗21の他
端には電流源22が接続されて直列回路を形成する。直
列回路のシリコンダイオ−ド23側は電源Vccに接続
され、他端側は接地される。加熱抵抗24の一端は電源
Vccに接続される。
The air flow branch 13 comprises a second semiconductor chip 20, a variable resistor 21 and a current source 22. Inside the second semiconductor chip 20, a silicon diode 23 and a heating resistor 24 are formed in an electrically insulated state. One end of the variable resistor 21 is connected to the cathode end of the silicon diode 23, and the current source 22 is connected to the other end of the variable resistor 21 to form a series circuit. The silicon diode 23 side of the series circuit is connected to the power supply Vcc, and the other end side is grounded. One end of the heating resistor 24 is connected to the power supply Vcc.

【0019】シリコンダイオ−ド18と電流源17の接
続点T6と、可変抵抗21と電流源22の接続点T7
は、演算増幅器15に接続される。演算増幅器15の出
力端は、可変抵抗25を介して加熱抵抗24の他端に接
続される。
A connection point T6 between the silicon diode 18 and the current source 17, and a connection point T7 between the variable resistor 21 and the current source 22.
Is connected to the operational amplifier 15. The output end of the operational amplifier 15 is connected to the other end of the heating resistor 24 via the variable resistor 25.

【0020】温度補償ブランチ14は、可変抵抗26、
27と、電流源28およびジャンパ29とから構成され
る。可変抵抗26の一端には電流源28が接続されて直
列回路を形成する。直列回路の可変抵抗26側は電源V
ccに接続され、他端側は接地される。また、可変抵抗
26と電流源28の接続点と、周囲温度ブランチ12の
接続点T6の間には、可変抵抗27とジャンパ29とか
らなる直列回路が接続される。
The temperature compensation branch 14 includes a variable resistor 26,
27, a current source 28 and a jumper 29. A current source 28 is connected to one end of the variable resistor 26 to form a series circuit. The variable resistor 26 side of the series circuit is the power source V
cc, and the other end is grounded. Further, a series circuit including a variable resistor 27 and a jumper 29 is connected between the connection point of the variable resistor 26 and the current source 28 and the connection point T6 of the ambient temperature branch 12.

【0021】なお、第一の半導体チップ16と第二の半
導体チップ20の電気的特性はほぼ同一のものであり、
電流源17と22の電流定格は同じものである。
The electrical characteristics of the first semiconductor chip 16 and the second semiconductor chip 20 are almost the same,
The current ratings of the current sources 17 and 22 are the same.

【0022】次に、風量感知回路の動作を説明する。Next, the operation of the air volume sensing circuit will be described.

【0023】第一の半導体チップ16と第二の半導体チ
ップ20の温度が同じ場合は、シリコンダイオ−ド18
と23の両端電圧は等しくなる。このため、接続点T7
の電圧は、接続点T6の電圧よりも可変抵抗21の電圧
降下分だけ低くなる。演算増幅器15の出力端には、接
続点T6とT7の電圧差に比例した流速検出信号Voが
出力される。流速検出信号Voによって加熱抵抗24に
電流Iが流れるので加熱抵抗24は発熱し、シリコンダ
イオ−ド23は温められる。
When the temperatures of the first semiconductor chip 16 and the second semiconductor chip 20 are the same, the silicon diode 18 is used.
The voltage between both ends of and becomes equal. Therefore, the connection point T7
Is lower than the voltage at the connection point T6 by the voltage drop of the variable resistor 21. A flow velocity detection signal Vo proportional to the voltage difference between the connection points T6 and T7 is output to the output terminal of the operational amplifier 15. Since the current I flows through the heating resistor 24 by the flow velocity detection signal Vo, the heating resistor 24 generates heat and the silicon diode 23 is warmed.

【0024】一般的に、シリコンダイオ−ドの順方向の
立上がり電圧Vdは温度が上昇すると低くなり、温度の
関数として次のように表わされる。 Vd=Vd0−γ・(T−T0) 但し、Tは雰囲気温度、Vd0は温度T0でのシリコン
ダイオ−ドの順方向の立上がり電圧、γは定数で約2.
3mV/Kである。
In general, the forward voltage Vd of the silicon diode in the forward direction decreases as the temperature rises, and is expressed as a function of temperature as follows. Vd = Vd0−γ · (T−T0) where T is the ambient temperature, Vd0 is the forward voltage of the silicon diode in the forward direction at the temperature T0, and γ is a constant of about 2.
It is 3 mV / K.

【0025】従って、シリコンダイオ−ド23の両端電
圧は減少して接続点T6と接続点T7の電圧差が等しく
なり、風量感知回路は平衡状態となる。このとき、第二
の半導体チップ20の温度は、第一の半導体チップ16
の温度に比べて所定温度だけ高くなっている。この状態
において、流体が第二の半導体チップ20を通過すると
第二の半導体チップ20は流体の流速vfに応じて冷却
されるので、シリコンダイオ−ド23の両端電圧は大き
くなる。これにともない、流速検出信号Voは、加熱抵
抗24を流れる電流Iを増やすように変化するので、第
一の半導体チップ16と第二の半導体チップ20の温度
差はほぼ一定に保たれる。
Therefore, the voltage across the silicon diode 23 decreases, the voltage difference between the connection point T6 and the connection point T7 becomes equal, and the air flow sensing circuit is in a balanced state. At this time, the temperature of the second semiconductor chip 20 is the same as that of the first semiconductor chip 16
The temperature is higher than the temperature of 1 by a predetermined temperature. In this state, when the fluid passes through the second semiconductor chip 20, the second semiconductor chip 20 is cooled according to the flow velocity vf of the fluid, so that the voltage across the silicon diode 23 increases. Along with this, the flow velocity detection signal Vo changes so as to increase the current I flowing through the heating resistor 24, so that the temperature difference between the first semiconductor chip 16 and the second semiconductor chip 20 is kept substantially constant.

【0026】なお、温度補償ブランチ14を構成する可
変抵抗26と27の抵抗値を調整することによってシリ
コンダイオ−ド18を流れる電流が校正され、風量感知
回路の温度変動が補償される。
The current flowing through the silicon diode 18 is calibrated by adjusting the resistance values of the variable resistors 26 and 27 constituting the temperature compensating branch 14, and the temperature fluctuation of the air flow sensing circuit is compensated.

【0027】流体の流速vfは、流速検出信号Voに応
じて変化する加熱抵抗24を流れる電流Iをパラメ−タ
−として、上述の(1)式から求められる。
The flow velocity vf of the fluid is obtained from the above equation (1) using the current I flowing through the heating resistor 24 which changes according to the flow velocity detection signal Vo as a parameter.

【0028】[0028]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、(1)
式から明らかなように、発熱体に流れる電流または発熱
体の両端の電圧差は近似的に流体の流速の4乗根に比例
するという問題があった。すなわち、流体の流速が大き
くなると、発熱体に流れる電流または発熱体の両端の電
圧差が飽和していた。従って、流速の変化に対するセン
サ出力の変化率が小さくなり、熱式流量センサの精度が
著しく悪くなっていた。
However, (1)
As is clear from the equation, there is a problem that the current flowing through the heating element or the voltage difference across the heating element is approximately proportional to the fourth root of the flow velocity of the fluid. That is, when the flow velocity of the fluid increases, the current flowing through the heating element or the voltage difference across the heating element is saturated. Therefore, the rate of change of the sensor output with respect to the change of the flow velocity becomes small, and the accuracy of the thermal type flow sensor is remarkably deteriorated.

【0029】また、精度を向上させるために発熱体に流
れる電流を大きく設定すると発熱体の温度が高くなると
いう問題が生じ、爆発の危険性のある可燃性ガス等には
使用することができなかった。
Further, if the current flowing through the heating element is set to a large value in order to improve the accuracy, the temperature of the heating element becomes high, and it cannot be used for flammable gas or the like which has a risk of explosion. It was

【0030】また、一つの半導体チップの内部にシリコ
ンダイオ−ドと加熱抵抗を形成する場合は、シリコンダ
イオ−ドと加熱抵抗を別々の工程で形成するために製造
工程が複雑となっていた。このため、半導体チップの製
造コストが高くなり、ひいては半導体チップを用いた熱
式流量センサの価格が高くなっていた。
Further, when the silicon diode and the heating resistor are formed inside one semiconductor chip, the manufacturing process is complicated because the silicon diode and the heating resistor are formed in separate steps. For this reason, the manufacturing cost of the semiconductor chip has increased, and consequently the price of the thermal type flow sensor using the semiconductor chip has increased.

【0031】そこで、本発明は、上記目的を解決するた
めの熱式流量センサの提供を目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a thermal type flow sensor for solving the above object.

【0032】[0032]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため以下のように構成される。すなわち、第一
に、第一のダイオードと、第二のダイオードと、該第二
のダイオードと熱的に結合した基板とからなり、前記第
一のダイオードと該基板の間には空間部が形成されて前
記第一のダイオードと該基板は熱的に絶縁されるととも
に、前記第一のダイオードのpn接合部および該第二の
ダイオードのpn接合部にほぼ同じ電流密度の順方向電
流を流す回路手段を有するものである。
The present invention is configured as described below to achieve the above object. That is, firstly, it comprises a first diode, a second diode, and a substrate thermally coupled to the second diode, and a space is formed between the first diode and the substrate. The first diode and the substrate are thermally insulated, and a forward current having substantially the same current density is applied to the pn junction of the first diode and the pn junction of the second diode. It has a means.

【0033】回路手段によって供給される電流により、
基板と熱的に絶縁された第一のダイオードは発熱する。
一方、基板と熱的に結合された第二のダイオードは流体
の温度に保たれる。この結果、第一のダイオードと第二
のダイオードの温度差はほぼ一定に保たれる。
By the current supplied by the circuit means:
The first diode thermally insulated from the substrate generates heat.
On the other hand, the second diode thermally coupled to the substrate is kept at the fluid temperature. As a result, the temperature difference between the first diode and the second diode is kept substantially constant.

【0034】第二に、第一の発明において、第一のダイ
オ−ドおよび第二のダイオードのうち少なくとも一方を
複数の基本ダイオードを直列に接続したダイオードアレ
イとしたものである。
Secondly, in the first invention, at least one of the first diode and the second diode is a diode array in which a plurality of basic diodes are connected in series.

【0035】各基本ダイオードの両端の電圧差は等しい
ので、第一のダイオ−ドおよび第二のダイオードの両端
の電圧差はダイオードアレイの接続段数の比に比例す
る。
Since the voltage difference between both ends of each basic diode is equal, the voltage difference between the first diode and the second diode is proportional to the ratio of the number of connecting stages of the diode array.

【0036】第三に、第一または第二の発明において、
第一のダイオードのpn接合部の面積が第二のダイオー
ドのpn接合面積よりも小さいものである。
Thirdly, in the first or second invention,
The area of the pn junction of the first diode is smaller than the area of the pn junction of the second diode.

【0037】第一のダイオードには第二のダイオードと
比べて多くの電流が流れる。このため、第一のダイオー
ドと第二のダイオードの温度差はより正確に制御され
る。
A larger amount of current flows through the first diode as compared with the second diode. Therefore, the temperature difference between the first diode and the second diode is controlled more accurately.

【0038】第四に、第一または第二または第三の発明
において、第一のダイオードと第二のダイオードの温度
差がほぼ一定となるように該第一のダイオ−ドおよび第
二のダイオードの順方向電流を制御する回路手段を有
し、前記第一のダイオ−ドあるいは第二のダイオードの
順方向電流にほぼ比例する出力を流速信号として取り出
すものである。
Fourthly, in the first, second or third invention, the first diode and the second diode are arranged so that the temperature difference between the first diode and the second diode becomes substantially constant. The circuit means for controlling the forward current of (1) is provided, and an output substantially proportional to the forward current of the first diode or the second diode is taken out as a flow velocity signal.

【0039】流体の流速は、第一のダイオ−ドあるいは
第二のダイオードの順方向電流にほぼ比例する信号とし
て取り出される。
The flow velocity of the fluid is taken out as a signal which is approximately proportional to the forward current of the first diode or the second diode.

【0040】第五に、第一または第二または第三の発明
において、第一のダイオードの温度がほぼ一定となるよ
うに第一のダイオードおよび第二のダイオードの順方向
電流を制御する回路手段と、前記第一のダイオードある
いは第二のダイオードの順方向電流および前記第一のダ
イオ−ドと第二のダイオードの差電圧より流速を演算す
る手段とを有するものである。
Fifth, in the first, second or third invention, a circuit means for controlling the forward currents of the first diode and the second diode so that the temperature of the first diode is substantially constant. And a means for calculating the flow velocity from the forward current of the first diode or the second diode and the differential voltage between the first diode and the second diode.

【0041】第一のダイオードあるいは第二のダイオー
ドの順方向電流と、第一のダイオ−ドと第二のダイオー
ドの差電圧をパラメ−タ−として、流体の流速は演算出
力される。
The flow velocity of the fluid is calculated and output using the forward current of the first diode or the second diode and the voltage difference between the first diode and the second diode as parameters.

【0042】[0042]

【発明の実施の態様】DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

(実施例1)図1を用いて、本願に係る熱式流量センサ
に用いる第一の検出素子について説明する。
(Embodiment 1) The first detection element used in the thermal type flow sensor according to the present application will be described with reference to FIG.

【0043】第一の検出素子は、基板30と、第一のダ
イオ−ド31と、第二のダイオ−ド32とから形成され
る。
The first detecting element is composed of a substrate 30, a first diode 31, and a second diode 32.

【0044】基板30は、シリコン単結晶で形成された
長方形の板である。基板30の一方の長辺縁近傍の表面
には、一定厚の薄い四角状の下部絶縁層33A、33B
が設けられる。下部絶縁層33A、33Bは、所定の間
隔を設けて配置される。なお、下部絶縁層33A、33
Bは、二酸化ケイ素(SiO2)、窒化ケイ素(SiN
x)等の絶縁性物質で形成される。また、下部絶縁層3
3Aの下部の一部分の基板30には空間部34が設けら
れ、下部絶縁層33Aの裏面が露出している。この結
果、下部絶縁層33Aと基板30によってダイヤフラム
構造が形成される。
The substrate 30 is a rectangular plate made of silicon single crystal. On the surface near one long side edge of the substrate 30, thin rectangular lower insulating layers 33A, 33B having a constant thickness are formed.
Is provided. The lower insulating layers 33A and 33B are arranged with a predetermined gap. The lower insulating layers 33A, 33A
B is silicon dioxide (SiO2), silicon nitride (SiN
x) or another insulating material. In addition, the lower insulating layer 3
A space portion 34 is provided in a part of the substrate 30 in the lower portion of 3A, and the back surface of the lower insulating layer 33A is exposed. As a result, the lower insulating layer 33A and the substrate 30 form a diaphragm structure.

【0045】第一のダイオ−ド31は、n型シリコン単
結晶層35Aと、p型シリコン導電層36と、n型シリ
コン導電層37とから構成される。四角状のn型シリコ
ン単結晶層35Aは、下部絶縁層33Aの表面中央部に
設けられる。p型シリコン導電層36は、n型シリコン
単結晶層35Aの表面層に不純物イオンとしてホウ素イ
オンが導入された領域である。また、n型シリコン導電
層37は、n型シリコン単結晶層35Aの表面層に不純
物イオンとしてリンイオンが導入された領域である。な
お、p型シリコン導電層36がアノ−ド端となり、n型
シリコン導電層37がカソ−ド端となる。
The first diode 31 is composed of an n-type silicon single crystal layer 35A, a p-type silicon conductive layer 36, and an n-type silicon conductive layer 37. The square-shaped n-type silicon single crystal layer 35A is provided at the center of the surface of the lower insulating layer 33A. The p-type silicon conductive layer 36 is a region in which boron ions are introduced as impurity ions into the surface layer of the n-type silicon single crystal layer 35A. The n-type silicon conductive layer 37 is a region where phosphorus ions are introduced as impurity ions into the surface layer of the n-type silicon single crystal layer 35A. The p-type silicon conductive layer 36 serves as an anode end, and the n-type silicon conductive layer 37 serves as a cathode end.

【0046】第二のダイオ−ド32は、n型シリコン単
結晶層35Bと、p型シリコン導電層38と、n型シリ
コン導電層39とから構成される。四角状のn型シリコ
ン単結晶層35Bは、下部絶縁層33Bの表面中央部に
設けられる。p型シリコン導電層38は、n型シリコン
単結晶層35Bの表面層に不純物イオンとしてホウ素イ
オンが導入された領域である。また、n型シリコン導電
層39は、n型シリコン単結晶層35Bの表面層に不純
物イオンとしてリンイオンが導入された領域である。な
お、p型シリコン導電層38がアノ−ド端となり、n型
シリコン導電層39がカソ−ド端となる。
The second diode 32 is composed of an n-type silicon single crystal layer 35B, a p-type silicon conductive layer 38, and an n-type silicon conductive layer 39. The square-shaped n-type silicon single crystal layer 35B is provided at the center of the surface of the lower insulating layer 33B. The p-type silicon conductive layer 38 is a region in which boron ions are introduced as impurity ions into the surface layer of the n-type silicon single crystal layer 35B. The n-type silicon conductive layer 39 is a region in which phosphorus ions are introduced as impurity ions into the surface layer of the n-type silicon single crystal layer 35B. The p-type silicon conductive layer 38 serves as an anode end, and the n-type silicon conductive layer 39 serves as a cathode end.

【0047】ダイオ−ドを構成するn型シリコン単結晶
層35Bとp型シリコン導電層38のpn接合部の面積
は、ダイオ−ドを構成するn型シリコン単結晶層35A
とp型シリコン導電層36のpn接合部の面積と同じに
される。また、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−
ド32は同一工程で形成される。この結果、第二のダイ
オ−ド32と第一のダイオ−ド31の電気的特性はほぼ
同じものとなる。
The area of the pn junction between the n-type silicon single crystal layer 35B constituting the diode and the p-type silicon conductive layer 38 is determined by the area of the n-type silicon single crystal layer 35A constituting the diode.
And the area of the pn junction of the p-type silicon conductive layer 36. Also, the first diode 31 and the second diode 31
The cord 32 is formed in the same process. As a result, the electrical characteristics of the second diode 32 and the first diode 31 become almost the same.

【0048】基板30と、下部絶縁層33Aと33B
と、第一のダイオ−ド31および第二のダイオ−ド32
の露出部分には、一定厚の薄い上部絶縁層40が設けら
れる。この結果、第一のダイオ−ド31および第二のダ
イオ−ド32の表面は保護される。上部絶縁層40は、
二酸化ケイ素、窒化ケイ素等の絶縁性物質で形成され
る。なお、上部絶縁層40の所定位置には、p型シリコ
ン導電層36と38と、n型シリコン導電層37と39
の表面をそれぞれ露出させるためのバイアホ−ル41が
形成される。
Substrate 30, lower insulating layers 33A and 33B
And a first diode 31 and a second diode 32
A thin upper insulating layer 40 having a constant thickness is provided on the exposed portion. As a result, the surfaces of the first diode 31 and the second diode 32 are protected. The upper insulating layer 40 is
It is formed of an insulating material such as silicon dioxide or silicon nitride. The p-type silicon conductive layers 36 and 38 and the n-type silicon conductive layers 37 and 39 are provided at predetermined positions on the upper insulating layer 40.
Via holes 41 are formed to expose the respective surfaces.

【0049】また、基板30の他方の長辺縁近傍の上部
絶縁層40の表面に、四角状の電極パッド42A、42
B、42C、42Dが四つ形成される。電極パッド42
は、基板30の長辺に沿って等間隔に配置される。電極
パッド42は、それぞれのバイアホ−ル41の内部およ
び上部絶縁層40の表面に一体に設けられた各々の配線
電極43を介して、p型シリコン導電層36と38、n
型シリコン導電層37と39の各々の表面と電気的に接
続される。なお、電極パッド42および配線電極43
は、抵抗率の低い、例えばアルミニウム等の薄膜で形成
される。
Further, on the surface of the upper insulating layer 40 near the other long side edge of the substrate 30, square electrode pads 42A, 42 are formed.
Four B, 42C, and 42D are formed. Electrode pad 42
Are arranged at equal intervals along the long side of the substrate 30. The electrode pads 42 are connected to the p-type silicon conductive layers 36 and 38, n via the wiring electrodes 43 integrally provided inside the via holes 41 and on the surface of the upper insulating layer 40.
The surface of each of the silicon conductive layers 37 and 39 is electrically connected. The electrode pad 42 and the wiring electrode 43
Is formed of a thin film having a low resistivity, such as aluminum.

【0050】第一の検出素子は上述のような構造のた
め、第一のダイオ−ド31は基板30と熱的に絶縁さ
れ,かつ熱容量が小さくなる。一方、第二のダイオ−ド
32は、基板30と熱的に結合されて熱容量が大きくな
る。
Since the first detection element has the above-described structure, the first diode 31 is thermally insulated from the substrate 30 and has a small heat capacity. On the other hand, the second diode 32 is thermally coupled to the substrate 30 and has a large heat capacity.

【0051】なお、第一のダイオ−ド31と第二のダイ
オ−ド32の両端の電圧差は、電極パッド42を介して
取り出される。
The voltage difference between both ends of the first diode 31 and the second diode 32 is taken out through the electrode pad 42.

【0052】次に、図2(a)乃至(j)を用いて、第
一の検出素子の製造方法の一例について説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the first detecting element will be described with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (j).

【0053】シリコン単結晶の基板30の表面に、下部
絶縁層33とn型シリコン単結晶層35が順次積層され
た、SOI(Silicon on Insulato
r)基板44を形成する。なお、近年は、SOI基板4
4が市販されているので、それを用いても良い。
An SOI (Silicon on Insulator) in which a lower insulating layer 33 and an n-type silicon single crystal layer 35 are sequentially laminated on the surface of a silicon single crystal substrate 30.
r) Form the substrate 44. In recent years, the SOI substrate 4
4 is commercially available, so it may be used.

【0054】次に、n型シリコン単結晶層35の表面層
の所定位置には、イオン注入あるいは熱拡散等の手段を
用いて不純物イオンとして高濃度のホウ素イオンが導入
される。この結果、p型シリコン導電層36と38が形
成される。
Next, high-concentration boron ions are introduced as impurity ions into predetermined positions on the surface layer of the n-type silicon single crystal layer 35 by means of ion implantation or thermal diffusion. As a result, p-type silicon conductive layers 36 and 38 are formed.

【0055】次に、n型シリコン単結晶層35の表面層
の所定位置には、イオン注入あるいは熱拡散等の手段を
用いて不純物イオンとしてリンイオンが導入される。こ
の結果、リンイオンを含む領域であるn型シリコン導電
層37と39が形成される。次に、RIE(React
ive Ion Etching)等の手段を用いてn
型シリコン単結晶層35の所定部分が除去され、四角状
のn型シリコン単結晶層35Aと35Bが分離される。
この結果、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド3
2が形成される。
Next, phosphorus ions are introduced as impurity ions into a predetermined position of the surface layer of the n-type silicon single crystal layer 35 by using a means such as ion implantation or thermal diffusion. As a result, n-type silicon conductive layers 37 and 39 which are regions containing phosphorus ions are formed. Next, RIE (React
iv Ion Etching)
A predetermined portion of the type silicon single crystal layer 35 is removed, and the square-shaped n-type silicon single crystal layers 35A and 35B are separated.
As a result, the first diode 31 and the second diode 3
2 are formed.

【0056】次に、湿式エッチングやRIE等の手段を
用いて、下部絶縁層33の所定部分が除去される。この
結果、四角状の下部絶縁層33Aと33Bが分離形成さ
れる。
Next, a predetermined portion of the lower insulating layer 33 is removed by using a method such as wet etching or RIE. As a result, the rectangular lower insulating layers 33A and 33B are formed separately.

【0057】次に、基板30と、第一のダイオ−ド31
と、第二のダイオ−ド32と、下部絶縁層33Aと33
Bの露出部分を覆うように上部絶縁層40が形成され
る。上部絶縁層40は、プラズマCVD(Chemic
al Vapour Deposition)等の手段
を用いて形成される。
Next, the substrate 30 and the first diode 31
And a second diode 32 and lower insulating layers 33A and 33A.
The upper insulating layer 40 is formed so as to cover the exposed portion of B. The upper insulating layer 40 is formed by plasma CVD (Chemic).
Al Vapor Deposition) or the like.

【0058】次に、p型シリコン導電層36と38と、
n型シリコン導電層37と39の表面をそれぞれ露出さ
せるため、RIE等の手段を用いてバイアホ−ル41が
形成される。
Next, the p-type silicon conductive layers 36 and 38,
A via hole 41 is formed by means of RIE or the like to expose the surfaces of the n-type silicon conductive layers 37 and 39, respectively.

【0059】次に、電極パッド42および配線電極43
が、蒸着あるいはスパッタリング等の手段を用いて形成
される。
Next, the electrode pad 42 and the wiring electrode 43.
Are formed using a method such as vapor deposition or sputtering.

【0060】次に、上部絶縁層40と、電極パッド42
および配線電極43を覆うように、薄い窒化ケイ素等の
保護層45Aが形成される。基板30の裏面には薄い窒
化ケイ素等の保護層45Bが形成される。保護層45A
と45Bは、プラズマCVDあるいはスパッタリング等
の手段を用いて形成される。なお、下部絶縁層33Aと
向かい合う保護層45Bには開口部46が設けられ、基
板30の裏面が露出している。
Next, the upper insulating layer 40 and the electrode pad 42.
A thin protective layer 45A of silicon nitride or the like is formed so as to cover the wiring electrodes 43. A protective layer 45B made of thin silicon nitride or the like is formed on the back surface of the substrate 30. Protective layer 45A
And 45B are formed by means of plasma CVD or sputtering. An opening 46 is provided in the protective layer 45B facing the lower insulating layer 33A, and the back surface of the substrate 30 is exposed.

【0061】次に、水酸化カリウム(KOH)等のアル
カリ水溶液を用いて基板30の化学的エッチングを行
う。開口部46を介して基板30は裏面から表面方向に
向かって異方性エッチングされ、下部絶縁層33Aの下
部には空間部34が形成される。
Next, the substrate 30 is chemically etched using an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide (KOH). The substrate 30 is anisotropically etched from the back surface to the surface direction through the opening 46, and the space portion 34 is formed below the lower insulating layer 33A.

【0062】この後、保護層45Aおよび45Bは、R
IE等の手段で除去される。
Thereafter, the protective layers 45A and 45B are
It is removed by means such as IE.

【0063】上述の方法によって第一の検出素子は形成
されるため、従来のダイオードを用いた熱式流速センサ
のように半導体チップの内部にシリコンダイオ−ドと加
熱抵抗を別々の工程で形成する必要がなくなり、検出素
子の製造工程は簡素化される。また、市販のSOI基板
44を用いた場合には、更に製造工程は簡素化される。
Since the first detecting element is formed by the above-mentioned method, the silicon diode and the heating resistor are formed in separate steps inside the semiconductor chip like a conventional thermal type flow sensor using a diode. There is no need, and the manufacturing process of the detection element is simplified. Moreover, when the commercially available SOI substrate 44 is used, the manufacturing process is further simplified.

【0064】図3に第一の検出素子を用いた熱式流量セ
ンサの第一の回路構成を示す。なお、この回路構成は、
第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド32の温度差
をほぼ一定に保つ定温度差型駆動回路である。
FIG. 3 shows a first circuit configuration of a thermal type flow sensor using the first detecting element. This circuit configuration is
This is a constant temperature difference type drive circuit for keeping the temperature difference between the first diode 31 and the second diode 32 substantially constant.

【0065】第一のダイオ−ド31のカソ−ド端は、第
二のダイオ−ド32のアノ−ド端と接続される。第一の
ダイオ−ド31のアノ−ド端は、抵抗47を介して電源
Vccに接続される。第二のダイオ−ド32のカソ−ド
端は、抵抗48を介して接地される。第二のダイオ−ド
32のカソ−ド端からは、流速検出信号Voが取り出さ
れる。なお、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド
32は、同じ電気的特性を有する。
The cathode end of the first diode 31 is connected to the anode end of the second diode 32. The anode end of the first diode 31 is connected to the power supply Vcc via the resistor 47. The cathode end of the second diode 32 is grounded via the resistor 48. The flow velocity detection signal Vo is taken out from the cathode end of the second diode 32. The first diode 31 and the second diode 32 have the same electrical characteristics.

【0066】第一のバッファ−回路49と、第二のバッ
ファ−回路50および第三のバッファ−回路51は、O
Pアンプにより形成される。第一のバッファ−回路49
のOPアンプの非反転入力端子は第一のダイオ−ド31
のアノ−ド端と接続され、出力端は反転入力端子に帰還
される。第二のバッファ−回路50のOPアンプの非反
転入力端子は第一のダイオ−ド31のカソ−ド端と接続
され、出力端は反転入力端子に帰還される。第三のバッ
ファ−回路51のOPアンプの非反転入力端子は第二の
ダイオ−ド32のカソ−ド端と接続され、出力端は反転
入力端子に帰還される。
The first buffer circuit 49, the second buffer circuit 50 and the third buffer circuit 51 are O
It is formed by a P amplifier. First buffer circuit 49
The non-inverting input terminal of the OP amplifier is a first diode 31.
Connected to the anodic end of the output terminal and the output terminal is fed back to the inverting input terminal. The non-inverting input terminal of the OP amplifier of the second buffer circuit 50 is connected to the cathode terminal of the first diode 31, and the output terminal is fed back to the inverting input terminal. The non-inverting input terminal of the OP amplifier of the third buffer circuit 51 is connected to the cathode terminal of the second diode 32, and the output terminal is fed back to the inverting input terminal.

【0067】第一の引算回路52は、OPアンプ53
と、抵抗54、55、56、57とから構成される。抵
抗54と55は直列に接続され、直列接続回路の抵抗5
5側は接地され、抵抗54側は第一のバッファ−回路4
9の出力端と接続される。OPアンプ53の非反転入力
端子は、抵抗54と55の分圧点に接続される。OPア
ンプ53の出力端は、抵抗56を介して反転入力端子に
帰還される。また、OPアンプ53の反転入力端子は、
抵抗57を介して、第二のバッファ−回路50の出力端
と接続される。
The first subtraction circuit 52 is an OP amplifier 53.
And resistors 54, 55, 56 and 57. The resistors 54 and 55 are connected in series, and the resistor 5 of the series connection circuit is connected.
The 5 side is grounded and the resistor 54 side is the first buffer circuit 4
9 is connected to the output terminal. The non-inverting input terminal of the OP amplifier 53 is connected to the voltage dividing point of the resistors 54 and 55. The output terminal of the OP amplifier 53 is fed back to the inverting input terminal via the resistor 56. The inverting input terminal of the OP amplifier 53 is
It is connected to the output terminal of the second buffer circuit 50 via the resistor 57.

【0068】第二の引算回路58は、OPアンプ59
と、抵抗60、61、62、63とから構成される。抵
抗60と61は直列に接続され、直列接続回路の抵抗6
1側は接地され、抵抗60側は第二のバッファ−回路5
0の出力端と接続される。OPアンプ59の非反転入力
端子は、抵抗60と61の分圧点に接続される。OPア
ンプ59の出力端は、抵抗62を介して反転入力端子に
帰還される。また、OPアンプ59の反転入力端子は、
抵抗63を介して、第三のバッファ−回路51の出力端
と接続される。
The second subtraction circuit 58 has an OP amplifier 59.
And resistors 60, 61, 62 and 63. The resistors 60 and 61 are connected in series, and the resistor 6 of the series connection circuit is connected.
One side is grounded, and the resistor 60 side is the second buffer circuit 5
It is connected to the output terminal of 0. The non-inverting input terminal of the OP amplifier 59 is connected to the voltage dividing point of the resistors 60 and 61. The output terminal of the OP amplifier 59 is fed back to the inverting input terminal via the resistor 62. The inverting input terminal of the OP amplifier 59 is
It is connected to the output terminal of the third buffer circuit 51 via the resistor 63.

【0069】第二の引算回路58の出力端は、抵抗64
と65からなる分圧回路66の抵抗64側に接続され
る。分圧回路66の抵抗65側は接地される。
The output terminal of the second subtraction circuit 58 is a resistor 64.
And 65 connected to the resistor 64 side of the voltage dividing circuit 66. The resistor 65 side of the voltage dividing circuit 66 is grounded.

【0070】第一の引算回路52の出力端は、差動増幅
回路であるOPアンプ67の非反転入力端子に接続され
る。OPアンプ67の反転入力端子は、分圧回路66の
分圧点に接続される。OPアンプ67の出力端は、第一
のダイオ−ド31のアノ−ド端に接続される。
The output terminal of the first subtraction circuit 52 is connected to the non-inverting input terminal of the OP amplifier 67 which is a differential amplifier circuit. The inverting input terminal of the OP amplifier 67 is connected to the voltage dividing point of the voltage dividing circuit 66. The output terminal of the OP amplifier 67 is connected to the anode terminal of the first diode 31.

【0071】次に、第一の回路構成の回路動作を説明す
る。
Next, the circuit operation of the first circuit configuration will be described.

【0072】抵抗47は、第一のダイオ−ド31と第二
のダイオ−ド32の順方向に、第一のダイオ−ド31と
第二のダイオ−ド32が発熱しない程度の微小電流を流
すための電圧を与えるために設けられた抵抗である。
The resistor 47 supplies a minute current in the forward direction of the first diode 31 and the second diode 32 to the extent that the first diode 31 and the second diode 32 do not generate heat. It is a resistor provided to give a voltage for flowing.

【0073】第一のダイオ−ド31のアノ−ド端に電圧
が印加されると、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ
−ド32を構成するpn接合の障壁電位差が引き下げら
れ、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド32には
電流が流れる。この結果、第一のダイオ−ド31と第二
のダイオ−ド32の両端には電圧差Vd1、Vd2が生
じる。このとき、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ
−ド32には微小電流しか流れないため、両者はほとん
ど発熱せず、同じ温度に保たれる。従って、この時点で
は、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド32の両
端の電圧差Vd1とVd2は等しい。
When a voltage is applied to the anodic end of the first diode 31, the barrier potential difference between the pn junctions forming the first diode 31 and the second diode 32 is lowered, A current flows through the first diode 31 and the second diode 32. As a result, voltage differences Vd1 and Vd2 occur across the first diode 31 and the second diode 32. At this time, since only a minute current flows through the first diode 31 and the second diode 32, they hardly generate heat and are kept at the same temperature. Therefore, at this time point, the voltage differences Vd1 and Vd2 across the first diode 31 and the second diode 32 are equal.

【0074】第一のバッファ−回路49と、第二のバッ
ファ−回路50および第三のバッファ−回路51の入力
インピ−ダンスは非常に大きいため、電流はほとんど流
れない。このため、第一のダイオ−ド31のアノ−ド端
の電圧は、抵抗54を介してOPアンプ53の非反転入
力端子にそのまま供給される。第一のダイオ−ド31の
カソ−ド端の電圧は、抵抗57を介してOPアンプ53
の反転入力端子に供給され、また抵抗60を介してOP
アンプ59の非反転入力端子にそのまま供給される。第
二のダイオ−ド32のカソ−ド端の電圧は、抵抗63を
介してOPアンプ59の反転入力端子にそのまま供給さ
れる。
Since the input impedances of the first buffer circuit 49 and the second buffer circuit 50 and the third buffer circuit 51 are very large, almost no current flows. Therefore, the voltage at the anode end of the first diode 31 is directly supplied to the non-inverting input terminal of the OP amplifier 53 via the resistor 54. The voltage at the cathode terminal of the first diode 31 is supplied to the OP amplifier 53 via the resistor 57.
Is supplied to the inverting input terminal of the
It is directly supplied to the non-inverting input terminal of the amplifier 59. The voltage at the cathode terminal of the second diode 32 is directly supplied to the inverting input terminal of the OP amplifier 59 via the resistor 63.

【0075】第一の引算回路52の抵抗54、55、5
6、57の抵抗値をそれぞれr54、r55、r56、
r57とする。抵抗54、55、56、57の抵抗値
を、rr54=r55=r56=r57となるように設
定する。また、第一のバッファ−回路49の出力端の電
圧をV1、第二のバッファ−回路50の出力端の電圧を
V2、第一の引算回路52の出力端の電圧V3とする。
このとき、V3は次式で求められる。 V3=V1−V2 (V1−V2)は、第一のダイオ−ド31の両端の電圧
差Vd1であるから、第一の引算回路52の出力端の電
圧V3はVd1となる。
Resistances 54, 55, 5 of the first subtraction circuit 52
The resistance values of 6, 57 are r54, r55, r56,
r57. The resistance values of the resistors 54, 55, 56 and 57 are set so that rr54 = r55 = r56 = r57. The voltage at the output end of the first buffer circuit 49 is V1, the voltage at the output end of the second buffer circuit 50 is V2, and the voltage at the output end of the first subtraction circuit 52 is V3.
At this time, V3 is calculated by the following equation. Since V3 = V1-V2 (V1-V2) is the voltage difference Vd1 across the first diode 31, the voltage V3 at the output end of the first subtraction circuit 52 is Vd1.

【0076】第二の引算回路58の抵抗60、61、6
2、63の抵抗値をそれぞれr60、r61、r62、
r63とする。抵抗60、61、62、63の抵抗値
を、r60=r61=r62=r63となるように設定
すると、第二の引算回路58の出力端の電圧はVd2と
なる。
The resistors 60, 61, 6 of the second subtraction circuit 58
The resistance values of 2, 63 are r60, r61, r62,
r63. When the resistance values of the resistors 60, 61, 62, 63 are set so that r60 = r61 = r62 = r63, the voltage at the output end of the second subtraction circuit 58 becomes Vd2.

【0077】第二の引算回路58の出力端の電圧Vd2
は、分圧回路66によって分圧される。抵抗64、65
の抵抗値をr64、r65とすると、分圧点の電圧はV
d2・{r65/(r64+r65)}となる。
The voltage Vd2 at the output end of the second subtraction circuit 58
Is divided by the voltage dividing circuit 66. Resistors 64, 65
Let r64 and r65 be the resistance values of, the voltage at the voltage dividing point is V
It becomes d2 · {r65 / (r64 + r65)}.

【0078】OPアンプ67は、第一の引算回路52の
出力端の電圧Vd1と、分圧回路66の分圧点の電圧V
d2・{r65/(r64+r65)}を差動出力す
る。
The OP amplifier 67 has a voltage Vd1 at the output end of the first subtraction circuit 52 and a voltage Vv at the voltage dividing point of the voltage dividing circuit 66.
Differentially output d2 · {r65 / (r64 + r65)}.

【0079】電圧Vd1が、電圧Vd2・{r65/
(r64+r65)}よりも大きい場合、OPアンプ6
7の出力端からは第一のダイオ−ド31のアノ−ド端に
電流Iが供給される。熱容量が小さく形成された第一の
ダイオ−ド31は、電流Iが流れると発熱する。この結
果、第一のダイオ−ド31の両端の電圧差Vd1は減少
する。一方、熱容量が大きく形成された第二のダイオ−
ド32は電流Iが流れても発熱せず、流体の温度とほぼ
同じ温度に保たれる。
The voltage Vd1 is equal to the voltage Vd2 {r65 /
If it is larger than (r64 + r65)}, the OP amplifier 6
A current I is supplied from the output terminal of 7 to the anode terminal of the first diode 31. The first diode 31 having a small heat capacity generates heat when the current I flows. As a result, the voltage difference Vd1 across the first diode 31 decreases. On the other hand, a second diode with a large heat capacity is formed.
The current 32 does not generate heat even when the current I flows, and is maintained at a temperature substantially the same as the temperature of the fluid.

【0080】電圧Vd1と、電圧Vd2・{r65/
(r64+r65)}が同じ場合、OPアンプ67の出
力端から第一のダイオ−ド31のアノ−ド端に供給され
る電流Iは定常状態となる。この結果、第一のダイオ−
ド31の温度Thと第二のダイオ−ド32の温度Ttの
温度差(Th−Tt)はほぼ一定となる。即ち、 Vd1=Vd2・{r65/(r64+r65)} Vd1=Vd0−γ・(Th−T0) Vd2=Vd0−γ・(Tt−T0) の関係から、温度差(Th−Tt)は次式で求められ
る。 Th−Tt=Vd2・(1/γ)・{r64/(r64+r66)} =Vd1・(1/γ)・(r64/r65) 従って、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド32
の温度差(Th−Tt)は、抵抗値r64とr65の値
によって決定される。
The voltage Vd1 and the voltage Vd2 · {r65 /
When (r64 + r65)} are the same, the current I supplied from the output terminal of the OP amplifier 67 to the anodic terminal of the first diode 31 is in a steady state. As a result, the first dio-
The temperature difference (Th-Tt) between the temperature Th of the gate 31 and the temperature Tt of the second diode 32 is substantially constant. That is, Vd1 = Vd2 * {r65 / (r64 + r65)} Vd1 = Vd0- [gamma] * (Th-T0) Vd2 = Vd0- [gamma] * (Tt-T0) The temperature difference (Th-Tt) is calculated by the following equation. Desired. Th-Tt = Vd2 (1 / γ)  {r64 / (r64 + r66)} = Vd1 (1 / γ)  (r64 / r65) Therefore, the first diode 31 and the second diode 32
The temperature difference (Th-Tt) is determined by the resistance values r64 and r65.

【0081】また、第一のダイオ−ド31と、第二のダ
イオ−ド32および抵抗48には同じ電流Iが流れるた
め、温度差(Th−Tt)は正確に制御される。
Since the same current I flows through the first diode 31, the second diode 32 and the resistor 48, the temperature difference (Th-Tt) is accurately controlled.

【0082】第一のダイオ−ド31における発熱量Q
は、次式で表わされる。 Q=Vd1・I =(A+B・√vf)・(Th−Tt) 抵抗48の抵抗値をr48とすると、流速検出信号Vo
は、次式で表わされる。Vo=r48・Iこれらの関係
から、流速検出信号Voは、次式で表わされる。 Vo=r48・(A+B・√vf)・(Th−Tt)/Vd1 =r48・(A+B・√vf)・(1/γ)・(r64/r65) この式より、流体の流速vfは、流速検出信号Voをパ
ラメ−タ−として求められる。なお、流速検出信号Vo
は、近似的に流体の流速vfの平方根に比例する。この
ため、流速検出信号Voの飽和が生じにくく、流体の流
速vfが大きい場合にも熱式流速センサの精度が悪くな
らない。
Heat value Q in the first diode 31
Is represented by the following equation. Q = Vd1 · I = (A + B · √vf) · (Th−Tt) If the resistance value of the resistor 48 is r48, the flow velocity detection signal Vo
Is represented by the following equation. Vo = r48 · I From these relationships, the flow velocity detection signal Vo is expressed by the following equation. Vo = r48 · (A + B · √vf) · (Th−Tt) / Vd1 = r48 · (A + B · √vf) · (1 / γ) · (r64 / r65) From this equation, the flow velocity vf is The detection signal Vo is obtained as a parameter. The flow velocity detection signal Vo
Is approximately proportional to the square root of the fluid flow velocity vf. Therefore, saturation of the flow velocity detection signal Vo is unlikely to occur, and the accuracy of the thermal flow velocity sensor does not deteriorate even when the flow velocity vf of the fluid is large.

【0083】図4に第一の検出素子を用いた熱式流量セ
ンサの第二の回路構成を示す。なお、この回路構成は、
第一のダイオ−ド31の温度を一定に保つ定温度型駆動
回路である。
FIG. 4 shows a second circuit configuration of the thermal type flow sensor using the first detecting element. This circuit configuration is
This is a constant temperature drive circuit that keeps the temperature of the first diode 31 constant.

【0084】第一のダイオ−ド31のアノ−ド端は第二
のダイオ−ド32のカソ−ド端と接続され、カソ−ド端
は接地される。第二のダイオ−ド32のアノ−ド端は、
抵抗68を介して電源Vccに接続される。
The anode end of the first diode 31 is connected to the cathode end of the second diode 32, and the cathode end is grounded. The anode end of the second diode 32 is
It is connected to the power supply Vcc via the resistor 68.

【0085】第二のダイオ−ド32のカソ−ド端は、O
Pアンプ69の非反転入力端子に接続される。OPアン
プ69の反転入力端子は、抵抗70と71とから構成さ
れる分圧回路72の分圧点に接続される。分圧回路72
の抵抗70側は電圧源Vaに接続され、抵抗71側は接
地される。OPアンプ69の出力端は、抵抗73を介し
て第二のダイオ−ド32のアノ−ド端に接続される。
The cathode end of the second diode 32 is O
It is connected to the non-inverting input terminal of the P amplifier 69. The inverting input terminal of the OP amplifier 69 is connected to the voltage dividing point of the voltage dividing circuit 72 including the resistors 70 and 71. Voltage dividing circuit 72
The resistor 70 side is connected to the voltage source Va, and the resistor 71 side is grounded. The output terminal of the OP amplifier 69 is connected to the anode terminal of the second diode 32 via the resistor 73.

【0086】第一のバッファ−回路74、第二のバッフ
ァ−回路75、第三のバッファ−回路76および第四の
バッファ−回路77は、出力端が非反転入力端子に帰還
接続されたOPアンプにより形成される。第一のバッフ
ァ−回路74のOPアンプの非反転入力端子は第二のダ
イオ−ド32のアノ−ド端と接続される。また、第二の
バッファ−回路75のOPアンプの非反転入力端子はO
Pアンプ69の出力端と接続される。更に、第三のバッ
ファ−回路76のOPアンプの非反転入力端子は第二の
ダイオ−ド32のアノ−ド端と接続される。更にまた、
第四のバッファ−回路77のOPアンプの非反転入力端
子は第二のダイオ−ド32のカソ−ド端と接続される。
The first buffer circuit 74, the second buffer circuit 75, the third buffer circuit 76, and the fourth buffer circuit 77 are OP amplifiers whose output ends are feedback-connected to the non-inverting input terminal. Is formed by. The non-inverting input terminal of the OP amplifier of the first buffer circuit 74 is connected to the anodic end of the second diode 32. The non-inverting input terminal of the OP amplifier of the second buffer circuit 75 is O.
It is connected to the output terminal of the P amplifier 69. Further, the non-inverting input terminal of the OP amplifier of the third buffer circuit 76 is connected to the anodic end of the second diode 32. Furthermore,
The non-inverting input terminal of the OP amplifier of the fourth buffer circuit 77 is connected to the cathode terminal of the second diode 32.

【0087】第一の引算回路78は、OPアンプ79
と、抵抗80、81、82、83とから構成される。抵
抗80と81は直列に接続され、直列接続回路の抵抗8
1側は接地され、抵抗80側は第二のバッファ−回路7
5の出力端に接続される。OPアンプ79の出力端は、
抵抗82を介して反転入力端子に帰還されるとともに、
演算回路84に接続される。また、OPアンプ79の反
転入力端子は、抵抗83を介して第一のバッファ−回路
74の出力端と接続される。
The first subtraction circuit 78 is an OP amplifier 79.
And resistors 80, 81, 82, and 83. The resistors 80 and 81 are connected in series, and the resistor 8 of the series connection circuit is connected.
One side is grounded and the resistor 80 side is the second buffer circuit 7
5 is connected to the output terminal. The output terminal of the OP amplifier 79 is
While being fed back to the inverting input terminal through the resistor 82,
It is connected to the arithmetic circuit 84. The inverting input terminal of the OP amplifier 79 is connected to the output terminal of the first buffer circuit 74 via the resistor 83.

【0088】第二の引算回路85は、OPアンプ86
と、抵抗87、88、89、90とから構成される。抵
抗87と88は直列に接続され、直列接続回路の抵抗8
8側は接地され、抵抗87側は第三のバッファ−回路7
6の出力端に接続される。OPアンプ86の出力端は、
抵抗89を介して反転入力端子に帰還されるとともに、
演算回路84に接続される。また、OPアンプ86の反
転入力端子は、抵抗90を介して第四のバッファ−回路
77の出力端と接続される。
The second subtraction circuit 85 is an OP amplifier 86.
And resistors 87, 88, 89, 90. The resistors 87 and 88 are connected in series, and the resistor 8 of the series connection circuit is connected.
The 8 side is grounded and the resistor 87 side is the third buffer circuit 7
6 is connected to the output end. The output terminal of the OP amplifier 86 is
It is fed back to the inverting input terminal via the resistor 89,
It is connected to the arithmetic circuit 84. The inverting input terminal of the OP amplifier 86 is connected to the output terminal of the fourth buffer circuit 77 via the resistor 90.

【0089】演算回路84出力端からは、流体の流速v
fに相当する信号が出力される。
From the output end of the arithmetic circuit 84, the fluid velocity v
A signal corresponding to f is output.

【0090】次に、第二の回路構成の回路動作を説明す
る。
Next, the circuit operation of the second circuit configuration will be described.

【0091】抵抗68は、第一のダイオ−ド31と第二
のダイオ−ド32の順方向に、第一のダイオ−ド31と
第二のダイオ−ド32が発熱しない程度の微小電流を流
すための電圧を与えるために設けられた抵抗である。
The resistor 68 supplies a minute current in the forward direction of the first diode 31 and the second diode 32 to the extent that the first diode 31 and the second diode 32 do not generate heat. It is a resistor provided to give a voltage for flowing.

【0092】第二のダイオ−ド32のアノ−ド端に電圧
が印加されると、第一のダイオ−ド31と第二のダイオ
−ド32の両端には電圧差Vd1、Vd2が生じる。抵
抗70と71の抵抗値をr70、r71とする。分圧回
路72の分圧点の電圧は、Va・{r71/(r70+
r71)}となる。
When a voltage is applied to the anodic end of the second diode 32, voltage differences Vd1 and Vd2 occur between the first diode 31 and the second diode 32. The resistance values of the resistors 70 and 71 are r70 and r71. The voltage at the voltage dividing point of the voltage dividing circuit 72 is Va · {r71 / (r70 +
r71)}.

【0093】OPアンプ69の反転入力端子には電圧V
a・{r71/(r70+r71)}が、非反転入力端
子には電圧Vd1が供給される。OPアンプ69は、非
反転入力端子と反転入力端子の電圧が等しくなるように
するために、OPアンプ69の出力端から第二のダイオ
−ド32のアノ−ド端に電流Iが供給される。熱容量が
小さく形成された第一のダイオ−ド31は発熱して、第
一のダイオ−ド31の両端の電圧差Vd1は減少する。
この結果、OPアンプ69の反転入力端子と非反転入力
端子の電圧が等しくなり、OPアンプ69の出力端から
供給される電流Iは定常状態となる。従って、第一のダ
イオ−ド31の両端の電圧差Vd1は一定となり、第一
のダイオ−ド31の温度は一定となる。
The voltage V is applied to the inverting input terminal of the OP amplifier 69.
a · {r71 / (r70 + r71)}, and the voltage Vd1 is supplied to the non-inverting input terminal. The OP amplifier 69 is supplied with a current I from the output terminal of the OP amplifier 69 to the anodic terminal of the second diode 32 so that the voltages at the non-inverting input terminal and the inverting input terminal become equal. . The first diode 31 having a small heat capacity generates heat, and the voltage difference Vd1 across the first diode 31 decreases.
As a result, the voltages at the inverting input terminal and the non-inverting input terminal of the OP amplifier 69 become equal, and the current I supplied from the output terminal of the OP amplifier 69 becomes a steady state. Therefore, the voltage difference Vd1 across the first diode 31 becomes constant, and the temperature of the first diode 31 becomes constant.

【0094】第一のバッファ−回路74を介して、第二
のダイオ−ド32のアノ−ド端の電圧が、抵抗83を介
して第一の引算回路78のOPアンプ79の反転入力端
子にそのまま供給される。また、第二のバッファ−回路
75を介して、OPアンプ69の出力端の電圧が、抵抗
80を介して第一の引算回路78のOPアンプ79の非
反転入力端子にそのまま供給される。
The voltage at the anodic end of the second diode 32 is applied via the first buffer circuit 74 to the inverting input terminal of the OP amplifier 79 of the first subtraction circuit 78 via the resistor 83. Will be supplied as is. Further, the voltage at the output end of the OP amplifier 69 is directly supplied to the non-inverting input terminal of the OP amplifier 79 of the first subtraction circuit 78 via the resistor 80 via the second buffer circuit 75.

【0095】第三のバッファ−回路76を介して、第二
のダイオ−ド32のアノ−ド端の電圧が、抵抗87を介
して第二の引算回路85のOPアンプ86の非反転入力
端子にそのまま供給される。また、第四のバッファ−回
路77を介して、第二のダイオ−ド32のカソ−ド端の
電圧が、抵抗90を介してOPアンプ86の反転入力端
子にそのまま供給される。
The voltage at the anode end of the second diode 32 is supplied via the third buffer circuit 76 to the non-inverting input of the OP amplifier 86 of the second subtraction circuit 85 via the resistor 87. It is directly supplied to the terminal. Further, the voltage at the cathode terminal of the second diode 32 is directly supplied to the inverting input terminal of the OP amplifier 86 via the resistor 90 via the fourth buffer circuit 77.

【0096】第一の引算回路78の抵抗80、81、8
2、83の抵抗値をそれぞれr80、r81、r82、
r83とする。抵抗80、81、82、83の抵抗値
を、r80=r81=r82=r83となるように設定
する。また、抵抗73の抵抗値をr73とする。このと
き、第一の引算回路78の出力端の電圧は、I・r73
となる。
Resistances 80, 81, 8 of the first subtraction circuit 78
The resistance values of 2, 83 are r80, r81, r82,
r83. The resistance values of the resistors 80, 81, 82 and 83 are set so that r80 = r81 = r82 = r83. The resistance value of the resistor 73 is r73. At this time, the voltage at the output end of the first subtraction circuit 78 is I · r73
Becomes

【0097】第二の引算回路85の抵抗87、88、8
9、90の抵抗値をそれぞれr87、r88、r89、
r90とする。抵抗87、88、89、90の抵抗値
を、r87=2・r88、r89=2・r90となるよ
うに設定する。このとき、第二の引算回路85の出力端
の電圧は(Vd1−Vd2)となる。なお、(Vd1−
Vd2)は、第一のダイオ−ド31の温度Thと第二の
ダイオ−ド32の温度Ttの温度差(Th−Tt)に比
例する。
Resistances 87, 88, 8 of the second subtraction circuit 85
The resistance values of 9, 90 are r87, r88, r89,
r90. The resistance values of the resistors 87, 88, 89 and 90 are set so that r87 = 2 · r88 and r89 = 2 · r90. At this time, the voltage at the output end of the second subtraction circuit 85 becomes (Vd1-Vd2). Note that (Vd1-
Vd2) is proportional to the temperature difference (Th-Tt) between the temperature Th of the first diode 31 and the temperature Tt of the second diode 32.

【0098】演算回路84には、第一のダイオ−ド31
を流れる電流Iに比例するI・r73および第一のダイ
オ−ド31と第二のダイオ−ド32の温度差(Th−T
t)に比例する(Vd1−Vd2)が入力される。
The arithmetic circuit 84 has a first diode 31.
Current proportional to the current I flowing through r73 and the temperature difference between the first diode 31 and the second diode 32 (Th-T
(Vd1-Vd2) proportional to t) is input.

【0099】次に、流体の流速vfを求める方法につい
て説明する。
Next, a method of obtaining the fluid flow velocity vf will be described.

【0100】 Vd1・I=(A+B・√vf)・(Th−Tt) Vd1=Va・{r71/(r70+r71)} の関係から、第一のダイオ−ド31に流れる電流Iは、
次式で求まる。 I=(A+B・√vf)・(Th−Tt)・(1/V
a)・{(r70+r71)/r70} 従って、演算回路84は、この式において電流Iおよび
第一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド32の温度差
(Th−Tt)に比例する(Vd1−Vd2)をパラメ
−タ−として流体の流速vfを演算し、流体の流速vf
に相当する信号を出力する。
Vd1 · I = (A + B · √vf) · (Th−Tt) From the relationship of Vd1 = Va · {r71 / (r70 + r71)}, the current I flowing in the first diode 31 is
It is obtained by the following equation. I = (A + B ・ √vf) ・ (Th-Tt) ・ (1 / V
a) · {(r70 + r71) / r70} Therefore, the arithmetic circuit 84 is proportional to the current I and the temperature difference (Th-Tt) between the first diode 31 and the second diode 32 in this equation (( Vd1-Vd2) is used as a parameter to calculate the flow velocity vf of the fluid, and the flow velocity vf of the fluid is calculated.
The signal corresponding to is output.

【0101】本願に係る熱式流量センサに用いる検出素
子は、図1の他に様々な形態を取りうる。図5を用い
て、第二の検出素子について説明する。なお、第一の検
出素子と対応する部分は同じ番号を用いて、説明は省略
する。
The detection element used in the thermal type flow sensor according to the present application can take various forms other than FIG. The second detection element will be described with reference to FIG. Note that the portions corresponding to those of the first detection element have the same numbers, and the description thereof will be omitted.

【0102】基板30は、シリコン単結晶で形成された
長方形の板である。基板30の一方の長辺縁近傍の表面
には、一定の厚みを有する薄い四角状の下部絶縁層33
B、33Cが設けられる。下部絶縁層33Cの下部の基
板30には、表面から裏面に向かってせばまる四角錐台
の凹部91が設けられる。なお、凹部91によって基板
30には空間部が形成される。
The substrate 30 is a rectangular plate made of silicon single crystal. A thin rectangular lower insulating layer 33 having a constant thickness is formed on a surface of the substrate 30 near one long side edge.
B and 33C are provided. The substrate 30 below the lower insulating layer 33C is provided with a quadrangular pyramid-shaped recessed portion 91 that extends from the front surface to the back surface. A space is formed in the substrate 30 by the recess 91.

【0103】下部絶縁層33B、33Cは、所定の間隔
を設けて配置される。なお、下部絶縁層33B、33C
は、二酸化ケイ素、窒化ケイ素等の絶縁性物質で形成さ
れる。
The lower insulating layers 33B and 33C are arranged with a predetermined interval. The lower insulating layers 33B and 33C
Is formed of an insulating material such as silicon dioxide or silicon nitride.

【0104】下部絶縁層33Cの各周縁の近傍には、下
部絶縁層33Cの表裏面を貫通する開口形が等脚台形の
開口部92が4つ設けられる。開口部92は、等脚台形
の平行する辺の長辺を、凹部91の開口縁の中央部に一
致させ、短辺が下部絶縁層33Cの中心側となるように
配置される。このため、下部絶縁層33Cは、係止部9
3と、ダイオ−ド形成部94と、梁部95とから一体に
形成される。すなわち、係止部93は、下部絶縁層33
Cの外周縁に形成された一定幅の四角い枠状の部分であ
る。また、ダイオ−ド形成部94は、凹部91に配設さ
れた下部絶縁層33Cよりも一回り小さい四角形状の部
分である。また、梁部95は、開口部92の間に形成さ
れた、ダイオ−ド形成部94の四つの角部から、凹部9
1の角部の開口縁の係止部93に向かって伸びる細い板
状の部分である。従って、係止部93と、ダイオ−ド形
成部94および梁部95によって、下部絶縁層33Cは
架橋構造を形成する。
In the vicinity of each peripheral edge of the lower insulating layer 33C, four openings 92 having an isosceles trapezoidal shape are provided to penetrate the front and back surfaces of the lower insulating layer 33C. The opening 92 is arranged such that the long sides of the parallel sides of the isosceles trapezoid are aligned with the center of the opening edge of the recess 91 and the short side is on the center side of the lower insulating layer 33C. Therefore, the lower insulating layer 33C has the locking portion 9
3, the diode forming portion 94, and the beam portion 95 are integrally formed. That is, the locking portion 93 is formed in the lower insulating layer 33.
It is a rectangular frame-shaped portion having a constant width formed on the outer peripheral edge of C. Further, the diode forming portion 94 is a rectangular portion that is slightly smaller than the lower insulating layer 33C disposed in the recess 91. Further, the beam portion 95 is formed from the four corners of the diode forming portion 94 formed between the opening portions 92 to the concave portion 9.
It is a thin plate-shaped portion extending toward the locking portion 93 at the opening edge of the first corner portion. Therefore, the lower insulating layer 33C forms a bridge structure by the locking portion 93, the diode forming portion 94, and the beam portion 95.

【0105】第一のダイオ−ド31は、ダイオ−ド形成
部94の表面に形成される。このため、第一のダイオ−
ド31は基板30と熱的に絶縁される。
The first diode 31 is formed on the surface of the diode forming portion 94. Therefore, the first dio-
The board 31 is thermally insulated from the substrate 30.

【0106】基板30と、第一のダイオ−ド31と、第
二のダイオ−ド32と、係止部93と、ダイオ−ド形成
部94および梁部95の露出部分を覆うように、一定厚
の上部絶縁層40が設けられる。
The substrate 30, the first diode 31, the second diode 32, the locking portion 93, the diode forming portion 94, and the exposed portion of the beam portion 95 are uniformly covered. A thick upper insulating layer 40 is provided.

【0107】なお、p型シリコン導電層36およびn型
シリコン導電層37の表面を電極パッド42C、42D
と接続するための配線電極43は、梁部95の上部の上
部絶縁層40を経由するように形成される。
The surfaces of the p-type silicon conductive layer 36 and the n-type silicon conductive layer 37 are covered with electrode pads 42C and 42D.
The wiring electrode 43 for connecting with is formed so as to pass through the upper insulating layer 40 above the beam portion 95.

【0108】図6(a)乃至(d)を用いて、第二の検
出素子の製造方法の概略を説明する。なお、第一の検出
素子の製造方法と同じ工程の説明は省略し、同じ番号を
用いる。
An outline of the method for manufacturing the second detection element will be described with reference to FIGS. 6 (a) to 6 (d). It should be noted that description of the same steps as those in the method of manufacturing the first detection element is omitted, and the same numbers are used.

【0109】図2(a)乃至(h)で説明した第一の検
出素子の製造方法と同じ工程を用いて、第一のダイオ−
ド31と、第二のダイオ−ド32と、下部絶縁層33A
と33Bと、上部絶縁層40と、バイアホ−ル41と、
電極パッド42および配線電極43が形成される。
Using the same steps as the method for manufacturing the first detecting element described in FIGS. 2A to 2H, the first diode is used.
Mode 31, second diode 32, and lower insulating layer 33A
And 33B, the upper insulating layer 40, the via hole 41,
The electrode pad 42 and the wiring electrode 43 are formed.

【0110】この後、上部絶縁層40と、電極パッド4
2および配線電極43を覆うように保護層45Aが形成
される。また、基板30の裏面には、保護層45Cが形
成される。保護層45Aと45Cは、二酸化ケイ素、窒
化ケイ素等で形成された薄い層である。なお、保護層4
5Aと45Cは、プラズマCVD等の手段を用いて形成
される。
After that, the upper insulating layer 40 and the electrode pad 4
45 A of protective layers are formed so that 2 and the wiring electrode 43 may be covered. A protective layer 45C is formed on the back surface of the substrate 30. The protective layers 45A and 45C are thin layers formed of silicon dioxide, silicon nitride, or the like. The protective layer 4
5A and 45C are formed by means of plasma CVD or the like.

【0111】下部絶縁層33Aの裏面と接する基板30
の表面を露出させるため、保護層45Aと、上部絶縁層
40および下部絶縁層33Aには開口形が等脚台形の開
口部92が形成される。なお、開口部92は、RIE等
の手段を用いて形成される。次に、水酸化カリウム等の
アルカリ水溶液を用いて、基板30は化学的エッチング
される。開口部92を介して基板30は表面から裏面方
向に向かって異方性エッチングされるので、下部絶縁層
33Cの下部には凹部91が形成される。この後、保護
膜45A、45CはRIE等の手段を用いて除去され
る。
The substrate 30 in contact with the back surface of the lower insulating layer 33A
In order to expose the surface of the protective layer 45A and the upper insulating layer 40 and the lower insulating layer 33A, an opening 92 having an isosceles trapezoidal opening is formed. The opening 92 is formed using a means such as RIE. Next, the substrate 30 is chemically etched using an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide. Since the substrate 30 is anisotropically etched from the front surface toward the rear surface through the opening 92, the recess 91 is formed in the lower portion of the lower insulating layer 33C. After that, the protective films 45A and 45C are removed by using a method such as RIE.

【0112】このような製造工程により、第二の検出素
子が形成される。
The second detecting element is formed by the manufacturing process as described above.

【0113】図7を用いて、第三の検出素子の構造を説
明する。なお、第二の検出素子と同じ部分は同じ番号を
用いて、説明は省略する。
The structure of the third detection element will be described with reference to FIG. The same parts as those of the second detecting element are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0114】下部絶縁層33Bは、基板30の表面に重
なり合うように形成された四角状の第一の絶縁層96A
と第二の絶縁層97Aとから形成される。なお、第一の
絶縁層96Aは二酸化ケイ素によって形成され、第二の
絶縁層97Aは窒化ケイ素によって形成される。
The lower insulating layer 33B is a square-shaped first insulating layer 96A formed so as to overlap the surface of the substrate 30.
And the second insulating layer 97A. The first insulating layer 96A is made of silicon dioxide, and the second insulating layer 97A is made of silicon nitride.

【0115】下部絶縁層33Dは、第二の絶縁層97B
から構成される。第二の絶縁層97Bは上部絶縁層40
によって、基板30から離れて保持される。このため、
第二の絶縁層97Bと、基板30および上部絶縁層40
によって囲まれて空間部98が形成される。第二の絶縁
層97Bの各周縁近傍には、図5と同様に、4つの開口
部92が形成されている。なお、開口部92は、開口形
が長方形あるいは等脚台形のいずれでもよい。
The lower insulating layer 33D is the second insulating layer 97B.
Consists of The second insulating layer 97B is the upper insulating layer 40.
Is held away from the substrate 30. For this reason,
Second insulating layer 97B, substrate 30 and upper insulating layer 40
A space 98 is formed by being surrounded by. Similar to FIG. 5, four openings 92 are formed near each peripheral edge of the second insulating layer 97B. The opening 92 may have a rectangular shape or an isosceles trapezoidal shape.

【0116】次に、第三の検出素子の製造方法の概略に
ついて説明する。なお、下部絶縁層33と空間部98以
外は、第二の検出素子の製造方法と同じなため、説明は
簡略化する。
Next, an outline of the method of manufacturing the third detecting element will be described. The method other than the lower insulating layer 33 and the space 98 is the same as the method for manufacturing the second detection element, and therefore the description is simplified.

【0117】下部絶縁層33は、第一の絶縁層96と第
二の絶縁層97とから構成される。なお、第一の絶縁層
96と第二の絶縁層97は、基板30の表面にプラズマ
CVD等の手段を用いて積層形成される。
The lower insulating layer 33 is composed of a first insulating layer 96 and a second insulating layer 97. The first insulating layer 96 and the second insulating layer 97 are laminated and formed on the surface of the substrate 30 by means of plasma CVD or the like.

【0118】この後、第二の検出素子の製造方法と同じ
工程を用いて、基板30の表面には第一の絶縁層96A
と第二の絶縁層97Aとから構成される一対の下部絶縁
層33Bと、それぞれの下部絶縁層33Bの表面には第
一のダイオ−ド31と第二のダイオ−ド32と、上部絶
縁層40と、バイアホ−ル41と、電極パッド42およ
び配線電極43が形成される。さらに、上部絶縁層40
と、電極パッド42と、配線電極43を覆うように保護
層45Aが形成される。また、基板30の裏面には、保
護層45Cが形成される。
After that, the first insulating layer 96A is formed on the surface of the substrate 30 by using the same steps as in the method of manufacturing the second detecting element.
And a second insulating layer 97A, a pair of lower insulating layers 33B, a first diode 31, a second diode 32, and an upper insulating layer on the surface of each lower insulating layer 33B. 40, via holes 41, electrode pads 42 and wiring electrodes 43 are formed. Further, the upper insulating layer 40
Then, the protective layer 45A is formed so as to cover the electrode pad 42 and the wiring electrode 43. A protective layer 45C is formed on the back surface of the substrate 30.

【0119】次に、第一のダイオ−ド31が形成された
下部絶縁層33Bを構成する第一の絶縁層96Aの表面
を露出させるため、保護層45Aと、上部絶縁層40お
よび第二の絶縁層97Aを貫通する開口部92が形成さ
れる。開口部92は、RIE等の手段を用いて形成され
る。
Next, in order to expose the surface of the first insulating layer 96A which constitutes the lower insulating layer 33B on which the first diode 31 is formed, the protective layer 45A, the upper insulating layer 40 and the second insulating layer 96A are exposed. An opening 92 is formed to penetrate the insulating layer 97A. The opening 92 is formed using a means such as RIE.

【0120】次に、開口部92を介してフッ酸(HF)
あるいは緩衝フッ酸(HFとNH4Fの混合液)を第一
の絶縁層96Aと反応させる。第一の絶縁層96Aは化
学エッチングによって除去され、第一の絶縁層96Aが
存在していた部分には空間部98が形成される。この
後、保護膜45A、45CはRIE等の手段を用いて除
去される。
Then, hydrofluoric acid (HF) is passed through the opening 92.
Alternatively, buffer hydrofluoric acid (mixture of HF and NH4F) is reacted with the first insulating layer 96A. The first insulating layer 96A is removed by chemical etching, and a space 98 is formed in the portion where the first insulating layer 96A was present. After that, the protective films 45A and 45C are removed by using a method such as RIE.

【0121】このような製造工程により、第三の検出素
子が形成される。
The third detecting element is formed by the manufacturing process as described above.

【0122】図8を用いて、第四の検出素子について説
明する。なお、基板30の表面層に形成された高濃度p
型領域99A、99Bの表面に第一のダイオ−ド31と
第二のダイオ−ド32がそれぞれ形成され、高濃度p型
領域99Aの下部の一部分の基板30が取り除かれて、
高濃度p型領域99Aの裏面が露出している以外は、第
一の検出素子と同じなため、高濃度p型領域99Aと9
9B以外の説明は省略する。
The fourth detection element will be described with reference to FIG. The high concentration p formed on the surface layer of the substrate 30
A first diode 31 and a second diode 32 are formed on the surfaces of the mold regions 99A and 99B, respectively, and a part of the substrate 30 under the high concentration p-type region 99A is removed,
It is the same as the first detection element except that the back surface of the high-concentration p-type region 99A is exposed.
Descriptions other than 9B are omitted.

【0123】基板30は、シリコン単結晶で形成された
長方形の板である。基板30の一方の長辺縁近傍の表面
には、キャリア濃度が1×1019/cm3以上と高い一対
の高濃度p型領域99Aと99Bが設けられる。なお、
高濃度p型領域99Aと99Bは、所定の間隔を設けて
形成される。
The substrate 30 is a rectangular plate made of silicon single crystal. A pair of high-concentration p-type regions 99A and 99B having a high carrier concentration of 1 × 10 19 / cm 3 or more are provided on the surface of the substrate 30 near one long side edge. In addition,
The high-concentration p-type regions 99A and 99B are formed with a predetermined interval.

【0124】高濃度p型領域99Aの下部の基板30に
は凹部100が設けられ、高濃度p型領域99Aの裏面
が露出している。この結果、高濃度p型領域99Aと基
板30によってダイヤフラム構造が形成される。
A recess 100 is provided in the substrate 30 below the high-concentration p-type region 99A, and the back surface of the high-concentration p-type region 99A is exposed. As a result, the high-concentration p-type region 99A and the substrate 30 form a diaphragm structure.

【0125】第一のダイオ−ド31は、高濃度p型領域
99Aの表面に形成される。このため、第一のダイオ−
ド31は、基板30と熱的に絶縁される。
The first diode 31 is formed on the surface of the high concentration p-type region 99A. Therefore, the first dio-
The board 31 is thermally insulated from the substrate 30.

【0126】次に、図9(a)乃至(d)を用いて、第
四の検出素子の製造方法の概略を説明する。なお、第一
の検出素子の製造方法と同じ工程の説明は省略し、同じ
番号を用いる。
Next, with reference to FIGS. 9A to 9D, an outline of the method for manufacturing the fourth detection element will be described. It should be noted that description of the same steps as those in the method of manufacturing the first detection element is omitted, and the same numbers are used.

【0127】基板30の表面層には不純物イオンとして
ホウ素イオンが導入され、高濃度p型領域99Aと99
Bが形成される。なお、ホウ素イオンは、イオン注入あ
るいは熱拡散等の手段を用いて基板30に導入される。
Boron ions are introduced into the surface layer of the substrate 30 as impurity ions, and the high concentration p-type regions 99A and 99 are formed.
B is formed. The boron ions are introduced into the substrate 30 by using a means such as ion implantation or thermal diffusion.

【0128】次に、高濃度p型領域99Aと99Bの表
面には、エピタキシャル成長によって、n型シリコン単
結晶層35Aと35Bが形成される。
Next, n-type silicon single crystal layers 35A and 35B are formed on the surfaces of the high-concentration p-type regions 99A and 99B by epitaxial growth.

【0129】この後、第一の検出素子の製造方法と同じ
工程を用いて、第一のダイオ−ド31と、第二のダイオ
−ド32と、上部絶縁層40と、バイアホ−ル41と、
電極パッド42および配線電極43が形成される。
After that, the first diode 31, the second diode 32, the upper insulating layer 40, and the via hole 41 are formed by using the same steps as in the method of manufacturing the first detecting element. ,
The electrode pad 42 and the wiring electrode 43 are formed.

【0130】次に、上部絶縁層40と、電極パッド42
と、配線電極43を覆うように薄い保護層45Aが形成
される。また、基板30の裏面には薄い保護層45Bが
形成される。なお、高濃度p型領域99Aと向かい合う
保護層45Bには開口部46が設けられ、高濃度p型領
域99Aの裏面が露出している。保護層45Aと45B
は、プラズマCVDあるいはスパッタリング等の手段を
用いて形成される。
Next, the upper insulating layer 40 and the electrode pad 42.
Then, a thin protective layer 45A is formed so as to cover the wiring electrode 43. Further, a thin protective layer 45B is formed on the back surface of the substrate 30. An opening 46 is provided in the protective layer 45B facing the high concentration p-type region 99A, and the back surface of the high concentration p-type region 99A is exposed. Protective layers 45A and 45B
Are formed by means of plasma CVD or sputtering.

【0131】次に、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液
を用いて基板30の化学的エッチングを行う。開口部4
6を介して基板30は裏面から表面方向に向かって異方
性エッチングされ、高濃度p型領域99Aの下部には凹
部100が形成される。この後、保護膜45A、45B
はRIE等の手段を用いて除去される。
Next, the substrate 30 is chemically etched using an alkaline aqueous solution such as potassium hydroxide. Opening 4
The substrate 30 is anisotropically etched from the back surface to the surface direction through the groove 6, and the recess 100 is formed in the lower portion of the high-concentration p-type region 99A. After this, protective films 45A, 45B
Are removed using means such as RIE.

【0132】このような製造工程により、第四の検出素
子が形成される。
The fourth detection element is formed by the manufacturing process as described above.

【0133】さらに、熱式流量センサに用いる検出素子
において、第一のダイオード31と基板30を熱的に絶
縁する構造は上述した構造に限られず、例えば第一のダ
イオード31を構成するn型シリコン単結晶層35Aを
カンチレバー(片持ち梁)構造にして、基板30との間
に隙間を設けても良い。
Further, in the detection element used for the thermal type flow sensor, the structure for thermally insulating the first diode 31 and the substrate 30 is not limited to the above-mentioned structure, and for example, the n-type silicon forming the first diode 31 is used. The single crystal layer 35A may have a cantilever (cantilever) structure and a gap may be provided between the single crystal layer 35A and the substrate 30.

【0134】(実施例2)図10を用いて、本願に係る
熱式流量センサに用いる第五の検出素子について説明す
る。
(Embodiment 2) A fifth detection element used in the thermal type flow sensor according to the present application will be described with reference to FIG.

【0135】第一のダイオ−ド31はm個の基本ダイオ
−ド31Aから構成され、第二のダイオ−ド32はn個
の基本ダイオ−ド32Aから構成される。なお、基本ダ
イオ−ド31Aと32Aは、同じ電気的特性を有する。
第一のダイオ−ド31および第二のダイオ−ド32がダ
イオ−ドアレイを構成する以外は第一の検出素子と同じ
なため、第一の検出素子と同じ構成部分は同じ番号を用
い、第一のダイオ−ド31および第二のダイオ−ド32
について説明する。
The first diode 31 is composed of m basic diodes 31A, and the second diode 32 is composed of n basic diodes 32A. The basic diodes 31A and 32A have the same electrical characteristics.
Since the first detection element is the same as the first detection element except that the first diode 31 and the second diode 32 form a diode array, the same components as those of the first detection element use the same numbers. One diode 31 and second diode 32
Will be described.

【0136】下部絶縁層33Aの表面には、n型シリコ
ン単結晶35Aがm個形成される。それぞれのn型シリ
コン単結晶35Aの表面層には、p型シリコン導電層3
6およびn型シリコン導電層37が形成され、基本ダイ
オ−ド31Aが形成される。m個の基本ダイオ−ド31
Aは、順方向が同一となるように接続導体層101を介
して直列に接続される。
On the surface of the lower insulating layer 33A, m n-type silicon single crystals 35A are formed. The p-type silicon conductive layer 3 is formed on the surface layer of each n-type silicon single crystal 35A.
6 and the n-type silicon conductive layer 37 are formed to form the basic diode 31A. m basic diodes 31
A is connected in series via the connection conductor layer 101 so that the forward directions are the same.

【0137】下部絶縁層33Bの表面には、n型シリコ
ン単結晶35Bがn個形成される。それぞれのn型シリ
コン単結晶35Bの表面層には、p型シリコン導電層3
8およびn型シリコン導電層39が形成され、基本ダイ
オ−ド32Aが形成される。n個の基本ダイオ−ド32
Aは、順方向が同一となるように接続導体層101を介
して直列に接続される。
On the surface of the lower insulating layer 33B, n n-type silicon single crystals 35B are formed. The p-type silicon conductive layer 3 is formed on the surface layer of each n-type silicon single crystal 35B.
8 and the n-type silicon conductive layer 39 are formed to form the basic diode 32A. n basic diodes 32
A is connected in series via the connection conductor layer 101 so that the forward directions are the same.

【0138】基板30と、下部絶縁層33Aと33B
と、第一のダイオ−ド31と、第二のダイオ−ド32お
よび接続導体層101の露出部分には、一定厚の薄い上
部絶縁層40が設けられる。第一のダイオ−ド31の一
端T1の基本ダイオ−ド31Aにおけるp型シリコン導
電層36の表面を露出させるため、バイアホ−ル41が
形成される。また、他端T2の基本ダイオ−ド31Aに
おけるn型シリコン導電層37の表面を露出させるた
め、バイアホ−ル41が形成される。それぞれのバイア
ホ−ル41の内部および上部絶縁層40の表面に一体に
設けられた各々の配線電極43を介して、バイアホ−ル
41によって露出したp型シリコン導電層36とn型シ
リコン導電層37の表面は、それぞれ電極パッド42と
接続される。また、第二のダイオ−ド32の一端T3の
基本ダイオ−ド32Aにおけるp型シリコン導電層38
の表面を露出させるため、バイアホ−ル41が形成され
る。また、他端T4の基本ダイオ−ド32Aにおけるn
型シリコン導電層39の表面を露出させるため、バイア
ホ−ル41が形成される。それぞれのバイアホ−ル41
の内部および上部絶縁層40の表面に一体に設けられた
各々の配線電極43を介して、バイアホ−ル41によっ
て露出したp型シリコン導電層38とn型シリコン導電
層39の表面は、それぞれ電極パッド42と接続され
る。
Substrate 30, lower insulating layers 33A and 33B
On the exposed portions of the first diode 31, the second diode 32 and the connection conductor layer 101, a thin upper insulating layer 40 having a constant thickness is provided. A via hole 41 is formed to expose the surface of the p-type silicon conductive layer 36 in the basic diode 31A at one end T1 of the first diode 31. Further, a via hole 41 is formed to expose the surface of the n-type silicon conductive layer 37 in the basic diode 31A at the other end T2. The p-type silicon conductive layer 36 and the n-type silicon conductive layer 37 exposed by the via holes 41 are interposed through the wiring electrodes 43 integrally provided inside the via holes 41 and on the surface of the upper insulating layer 40. The surfaces of are connected to the electrode pads 42, respectively. Further, the p-type silicon conductive layer 38 in the basic diode 32A at the end T3 of the second diode 32 is
A via hole 41 is formed to expose the surface of the. N in the basic diode 32A of the other end T4
A via hole 41 is formed to expose the surface of the type silicon conductive layer 39. Each via hole 41
Of the p-type silicon conductive layer 38 and the surface of the n-type silicon conductive layer 39 exposed by the via hole 41 through the respective wiring electrodes 43 integrally provided on the inside and the surface of the upper insulating layer 40. It is connected to the pad 42.

【0139】第一のダイオ−ド31および第二のダイオ
−ド32の両端電圧は、電極パッド42を介して取り出
される。
The voltage across the first diode 31 and the second diode 32 is taken out via the electrode pad 42.

【0140】図11に第五の検出素子を用いた熱式流量
センサの第三の回路構成を示す。分圧回路66が省かれ
ている点以外は図1の回路構成と同じなため、これ以外
の構成の説明は省略する。なお、図1の回路構成と同じ
構成部分は、同じ番号を用いる。
FIG. 11 shows a third circuit configuration of the thermal type flow sensor using the fifth detecting element. Since the circuit configuration is the same as that of FIG. 1 except that the voltage dividing circuit 66 is omitted, the description of the other configurations will be omitted. Note that the same numbers are used for the same components as the circuit configuration of FIG.

【0141】第一のダイオ−ド31の両端の電圧差Vd
1は、基本ダイオ−ド31Aのpn接合の障壁電位差の
m倍に比例する。また、第二のダイオ−ド32の両端の
電圧差Vd2は、基本ダイオ−ド32Aのpn接合の障
壁電位差のn倍に比例する。また、第一のダイオ−ド3
1が発熱していない場合は基本ダイオ−ド31Aと32
Aの障壁電位差は同じであるから、第一のダイオ−ド3
1の両端の電圧差Vd1と第二のダイオ−ド32の両端
の電圧差Vd2の比(Vd1/Vd2)は、ダイオ−ド
アレイの接続段数比(n/m)に等しくなる。従って、
第一の引算回路52の出力端の電圧はVd1となり、第
二の引算回路58の出力端の電圧はVd2、即ち{Vd
1・(n/m)}となる。このため、ダイオ−ドの段数
比(n/m)を所定の値に設定すると、分圧回路66を
省略することができる。この結果、第一の回路構成が簡
略化する。
Voltage difference Vd across the first diode 31
1 is proportional to m times the barrier potential difference of the pn junction of the basic diode 31A. The voltage difference Vd2 across the second diode 32 is proportional to n times the barrier potential difference of the pn junction of the basic diode 32A. Also, the first diode 3
When 1 does not generate heat, basic diodes 31A and 32
Since the barrier potential difference of A is the same, the first diode 3
The ratio (Vd1 / Vd2) of the voltage difference Vd1 between both ends of 1 and the voltage difference Vd2 between both ends of the second diode 32 becomes equal to the ratio (n / m) of the number of connection stages of the diode array. Therefore,
The voltage at the output end of the first subtraction circuit 52 is Vd1, and the voltage at the output end of the second subtraction circuit 58 is Vd2, that is, {Vd.
1 · (n / m)}. Therefore, if the stage number ratio (n / m) of the diode is set to a predetermined value, the voltage dividing circuit 66 can be omitted. As a result, the first circuit configuration is simplified.

【0142】なお、第一のダイオードアレイ31を構成
する基本ダイオ−ド31Aの数と、第二のダイオードア
レイ32を構成する基本ダイオ−ド32Aの数が同じ場
合には、図1の回路構成を用いる。
When the number of basic diodes 31A forming the first diode array 31 and the number of basic diodes 32A forming the second diode array 32 are the same, the circuit configuration of FIG. To use.

【0143】(実施例3)図12を用いて、本願に係る
熱式流量センサに用いる第六の検出素子について説明す
る。
(Embodiment 3) A sixth detecting element used in the thermal type flow sensor according to the present application will be described with reference to FIG.

【0144】第一のダイオ−ド31のn型シリコン単結
晶層35Aとp型シリコン導電層36とのpn接合部の
面積は、第二のダイオ−ド32のn型シリコン単結晶層
35Bとp型シリコン導電層38とのpn接合部の面積
のk倍に形成される。pn接合部の面積以外は第一の検
出素子と同じなため、第一の検出素子と同じ構成部分は
同じ番号を用い、説明は省略する。
The area of the pn junction between the n-type silicon single crystal layer 35A of the first diode 31 and the p-type silicon conductive layer 36 is the same as that of the n-type silicon single crystal layer 35B of the second diode 32. It is formed to be k times the area of the pn junction with the p-type silicon conductive layer 38. Since the elements other than the area of the pn junction are the same as those of the first detection element, the same components as those of the first detection element are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

【0145】図13に第六の検出素子を用いた熱式流量
センサの第四の回路構成を示す。
FIG. 13 shows a fourth circuit configuration of the thermal type flow sensor using the sixth detecting element.

【0146】第一のダイオ−ド31のアノ−ド端は抵抗
102を介して電源Vccに接続され、カソ−ド端は抵
抗103を介して接地される。なお、第一のダイオ−ド
31のカソ−ド端からは、流速検出信号Voが取り出さ
れる。
The anode end of the first diode 31 is connected to the power supply Vcc via the resistor 102, and the cathode end is grounded via the resistor 103. The flow velocity detection signal Vo is taken out from the cathode end of the first diode 31.

【0147】第二のダイオ−ド32のアノ−ド端は第一
のダイオ−ド31のアノ−ド端に接続され、カソ−ド端
はJFET(Junction Field Effe
ctTransistor)104のソ−ス端子Sに接
続される。
The anodic end of the second diode 32 is connected to the anodic end of the first diode 31, and the cathode end of the second diode 32 is a JFET (junction field effect).
It is connected to the source terminal S of the ctTransistor) 104.

【0148】JFET104のドレイン端子Dは抵抗1
05を介して接地されるとともに、OPアンプ106の
反転入力端子に接続される。JFET104のゲ−ト端
子Gは、抵抗107を介してOPアンプ106の出力端
に接続される。OPアンプ106の非反転入力端子は、
第一のダイオ−ド31のカソ−ド端に接続される。
The drain terminal D of the JFET 104 has a resistance of 1
It is grounded via 05 and is also connected to the inverting input terminal of the OP amplifier 106. The gate terminal G of the JFET 104 is connected to the output terminal of the OP amplifier 106 via the resistor 107. The non-inverting input terminal of the OP amplifier 106 is
It is connected to the cathode end of the first diode 31.

【0149】第一のバッファ−回路108および第二の
バッファ−回路109は、OPアンプにより形成され
る。第一のバッファ−回路108のOPアンプの非反転
入力端子は第二のダイオ−ド32のアノ−ド端と接続さ
れ、出力端は反転入力端子に帰還される。第二のバッフ
ァ−回路109のOPアンプの非反転入力端子は第二の
ダイオ−ド32のカソ−ド端と接続され、出力端は反転
入力端子に帰還される。
The first buffer circuit 108 and the second buffer circuit 109 are formed by OP amplifiers. The non-inverting input terminal of the OP amplifier of the first buffer circuit 108 is connected to the anode terminal of the second diode 32, and the output terminal is fed back to the inverting input terminal. The non-inverting input terminal of the OP amplifier of the second buffer circuit 109 is connected to the cathode terminal of the second diode 32, and the output terminal is fed back to the inverting input terminal.

【0150】第一のバッファ−回路108の出力端は、
抵抗110と抵抗111が直列に接続された分圧回路1
12の抵抗110側に接続される。第二のバッファ−回
路109の出力端は、分圧回路112の抵抗111側に
接続される。
The output terminal of the first buffer circuit 108 is
Voltage dividing circuit 1 in which a resistor 110 and a resistor 111 are connected in series
The resistor 12 is connected to the resistor 110 side. The output terminal of the second buffer circuit 109 is connected to the resistor 111 side of the voltage dividing circuit 112.

【0151】分圧回路112の分圧点は、差動増幅回路
であるOPアンプ113の非反転入力端子に接続され
る。OPアンプ113の反転入力端子は第一のダイオ−
ド31のカソ−ド端に接続される。OPアンプ113の
出力端は第一のダイオ−ド31のアノ−ド端に接続され
る。
The voltage dividing point of the voltage dividing circuit 112 is connected to the non-inverting input terminal of the OP amplifier 113 which is a differential amplifier circuit. The inverting input terminal of the OP amplifier 113 is the first diode.
It is connected to the cathode end of the terminal 31. The output terminal of the OP amplifier 113 is connected to the anode terminal of the first diode 31.

【0152】次に、第四の回路構成の回路動作を説明す
る。
Next, the circuit operation of the fourth circuit configuration will be described.

【0153】抵抗102は、第一のダイオ−ド31の順
方向に、第一のダイオ−ド31が発熱しない程度の微小
電流を流すための電圧を与えるために設けられた抵抗で
ある。第一のダイオ−ド31のアノ−ド端に電圧が印加
されると、第一のダイオ−ド31の両端には電圧差Vd
1が生じる。
The resistor 102 is a resistor provided in the forward direction of the first diode 31 for applying a voltage for passing a minute current to the extent that the first diode 31 does not generate heat. When a voltage is applied to the anode end of the first diode 31, a voltage difference Vd is applied across the first diode 31.
1 results.

【0154】OPアンプ106の出力端には、OPアン
プ106の非反転入力端子と反転入力端子の電圧を等し
くするための電圧が発生し、その電圧は抵抗107を介
してJFET104のゲ−ト端子Gに印加される。この
結果、JFET104は導通して第二のダイオ−ド32
に電流が流れ、第二のダイオ−ド31の両端には電圧差
Vd2が生じる。なお、抵抗107は、JFET104
のゲ−ト端子Gに過電圧が印加されるのを防ぐために設
けられる。
A voltage for equalizing the voltages of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the OP amplifier 106 is generated at the output terminal of the OP amplifier 106, and the voltage is passed through the resistor 107 to the gate terminal of the JFET 104. Applied to G. As a result, the JFET 104 becomes conductive and the second diode 32 is turned on.
A current flows through the second diode 31, and a voltage difference Vd2 is generated across the second diode 31. The resistor 107 is the JFET 104.
It is provided in order to prevent an overvoltage from being applied to the gate terminal G of.

【0155】第一のバッファ−回路108を介して、第
二のダイオ−ド32のアノ−ド端の電圧が、分圧回路1
12の抵抗110側にそのまま供給される。また、第二
のバッファ−回路109を介して、第二のダイオ−ド3
2のカソ−ド端の電圧が、分圧回路112の抵抗111
側にそのまま供給される。抵抗110、111の抵抗値
をそれぞれr110、r111とし、第二のダイオ−ド
32のアノ−ド端の電圧をV4とすると、OPアンプ1
13の非反転入力端子の電圧V5は、次式で求められ
る。
Through the first buffer circuit 108, the voltage at the anodic end of the second diode 32 is divided by the voltage dividing circuit 1
It is directly supplied to the 12 resistor 110 side. In addition, the second diode 3 is connected via the second buffer circuit 109.
The voltage at the cathode terminal of 2 is the resistance 111 of the voltage dividing circuit 112.
It is supplied to the side as it is. Assuming that the resistance values of the resistors 110 and 111 are r110 and r111, respectively, and the voltage at the anode end of the second diode 32 is V4, the OP amplifier 1
The voltage V5 of the non-inverting input terminal of 13 is calculated by the following equation.

【0156】 V5=V4−Vd2+Vd2・{r111/(r110+r111)} =V4−Vd2・{r110/(r110+r111)} また、OPアンプ106の反転入力端子の電圧V6は、
次式で求められる。 V6=V4−Vd1 この結果、OPアンプ113の出力端の電圧V7は、次
式で求められる。 V7=V5−V6 =Vd1−Vd2・{r110/(r110+r111)} この時点では、第一のダイオ−ド31はほとんど発熱し
ていないため、第一のダイオ−ド31の両端の電圧差V
d1と、第二のダイオ−ド32の両端の電圧差Vd2は
ほぼ等しい。従って、OPアンプ113の出力端から
は、第一のダイオ−ド31および第二のダイオ−ド32
のアノ−ド端に電流が供給される。第一のダイオ−ド3
1は発熱して、両端の電圧差Vd1は減少する。この結
果、OPアンプ113の非反転入力端子と反転入力端子
の電圧が等しくなり、OPアンプ113の出力端から供
給される電流は定常状態となる。
V5 = V4-Vd2 + Vd2 · {r111 / (r110 + r111)} = V4-Vd2 · {r110 / (r110 + r111)} Further, the voltage V6 of the inverting input terminal of the OP amplifier 106 is
It is obtained by the following equation. V6 = V4-Vd1 As a result, the voltage V7 at the output end of the OP amplifier 113 is obtained by the following equation. V7 = V5-V6 = Vd1-Vd2. {R110 / (r110 + r111)} At this point, the first diode 31 hardly generates heat, so the voltage difference V across the first diode 31
The voltage difference Vd2 across the second diode 32 is substantially equal to d1. Therefore, the first diode 31 and the second diode 32 are output from the output terminal of the OP amplifier 113.
A current is supplied to the anode end of the. First diode 3
1 heats up and the voltage difference Vd1 across both ends decreases. As a result, the voltages at the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the OP amplifier 113 become equal, and the current supplied from the output terminal of the OP amplifier 113 becomes a steady state.

【0157】抵抗105の抵抗値は、抵抗103の抵抗
値のk倍に設定される。このため、第一のダイオ−ド3
1を流れる電流は、第二のダイオ−ド32を流れる電流
のk倍となる。すなわち、第一のダイオード31のpn
接合部と第二のダイオード32のpn接合部を流れる順
方向電流の電流密度は等しくなる。従って、熱容量が小
さく形成された第一のダイオ−ド31は発熱体の働きを
する一方、熱容量が大きく形成された第二のダイオ−ド
32はほとんど発熱しない。さらに、第一のダイオ−ド
31のpn接合部の面積は第二のダイオ−ド32のpn
接合部の面積のk倍であることから、第一のダイオ−ド
31の温度Thと第二のダイオ−ド32の温度Ttの温
度差(Th−Tt)は正確に制御される。
The resistance value of the resistor 105 is set to be k times the resistance value of the resistor 103. Therefore, the first diode 3
The current flowing through 1 is k times the current flowing through the second diode 32. That is, the pn of the first diode 31
The current densities of the forward currents flowing through the junction and the pn junction of the second diode 32 are equal. Therefore, the first diode 31 having a small heat capacity acts as a heating element, while the second diode 32 having a large heat capacity hardly generates heat. Further, the area of the pn junction of the first diode 31 is equal to the area of the pn junction of the second diode 32.
Since it is k times the area of the junction, the temperature difference (Th-Tt) between the temperature Th of the first diode 31 and the temperature Tt of the second diode 32 is accurately controlled.

【0158】次に、流体の流速vfを求める方法につい
て説明する。第一のダイオ−ド31に流れる電流をI、
抵抗103の抵抗値をr103とする。
Next, a method for obtaining the fluid flow velocity vf will be described. The current flowing through the first diode 31 is I,
The resistance value of the resistor 103 is r103.

【0159】Vo=r103・I Vd1・I=(A+B√vf)・(Th−Tt) Vd1=Vd2・{r110/(r110+r11
1)} Vd1=Vd0−γ・(Th−T0) Vd2=Vd0−γ・(Tt−T0) の関係から、流速検出信号Voは次式で求められる。 Vo=r103・(A+B√vf)・(Th−Tt)/Vd1 =r103・(A+B√vf)・(1/γ)・(r111/r110) この式から、流速検出信号Voをパラメ−タ−として、
流体の流速vfが求められる。
Vo = r103 · I Vd1 · I = (A + B√vf) · (Th−Tt) Vd1 = Vd2 · {r110 / (r110 + r11)
1)} Vd1 = Vd0−γ · (Th−T0) Vd2 = Vd0−γ · (Tt−T0) The flow velocity detection signal Vo is obtained by the following equation. Vo = r103 (A + B√vf)  (Th-Tt) / Vd1 = r103 (A + B√vf)  (1 / γ)  (r111 / r110) From this equation, the flow velocity detection signal Vo is a parameter. As
The flow velocity vf of the fluid is obtained.

【0160】[0160]

【発明の効果】本発明は、上述のような構成であるから
次のような効果を有する。
The present invention having the above-mentioned structure has the following effects.

【0161】(1)発熱体の第一のダイオ−ドは基板と
熱的に絶縁されているため、熱容量が小さい。このた
め、流体の流速変化に対する応答性が高くなる。
(1) Since the first diode of the heating element is thermally insulated from the substrate, it has a small heat capacity. Therefore, the responsiveness to changes in the flow velocity of the fluid becomes high.

【0162】(2)発熱体の第一のダイオ−ドおよび測
温体の第二のダイオ−ドの両端の電圧差を検知し、第一
のダイオ−ドおよび第二のダイオ−ドの順方向に等しい
電流密度の電流を流す。第一のダイオ−ドに流れる電流
は流体の平方根にほぼ比例するため、従来の熱式流量セ
ンサよりも電流が飽和しにくい。従って、流体の流速が
大きい場合にも、流速の検出精度が高く、広い範囲の流
体の流速を精度良く検出することができる。
(2) The voltage difference between the first diode of the heating element and the second diode of the temperature sensing element is detected, and the first diode and the second diode are sequentially detected. A current having a current density equal to the direction is applied. Since the current flowing through the first diode is almost proportional to the square root of the fluid, the current is less likely to be saturated than the conventional thermal type flow sensor. Therefore, even when the flow velocity of the fluid is high, the flow velocity detection accuracy is high, and the flow velocity of the fluid in a wide range can be accurately detected.

【0163】(3)発熱体の第一のダイオ−ドと、測温
体の第二のダイオ−ドを同一工程で形成することができ
るため、従来のシリコンダイオ−ドと加熱抵抗体を同一
の半導体チップの内部に形成する場合に比べて、安価に
製造される。
(3) Since the first diode of the heating element and the second diode of the temperature measuring element can be formed in the same step, the conventional silicon diode and the heating resistor are the same. The manufacturing cost is lower than that in the case where the semiconductor chip is formed inside the semiconductor chip.

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

【図1】本発明に係る熱式流量センサの第一の検出素子
を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a first detection element of a thermal type flow sensor according to the present invention.

【図2】本発明に係る熱式流量センサの第一の検出素子
の製造工程概略図である。
FIG. 2 is a schematic view of the manufacturing process of the first detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図3】本発明に係る熱式流量センサの第一の回路構成
を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a first circuit configuration of a thermal type flow sensor according to the present invention.

【図4】本発明に係る熱式流量センサの第二の回路構成
を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a second circuit configuration of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図5】本発明に係る熱式流量センサの第二の検出素子
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a second detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図6】本発明に係る熱式流量センサの第二の検出素子
の製造工程概略図である。
FIG. 6 is a schematic manufacturing process diagram of a second detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図7】本発明に係る熱式流量センサの第三の検出素子
を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a third detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図8】本発明に係る熱式流量センサの第四の検出素子
を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a fourth detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図9】本発明に係る熱式流量センサの第四の検出素子
の製造工程概略図である。
FIG. 9 is a schematic manufacturing process diagram of a fourth detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図10】本発明に係る熱式流量センサの第五の検出素
子を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a fifth detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図11】本発明に係る熱式流量センサの第三の回路構
成を示す図である。
FIG. 11 is a diagram showing a third circuit configuration of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図12】本発明に係る熱式流量センサの第六の検出素
子を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing a sixth detection element of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図13】本発明に係る熱式流量センサの第四の回路構
成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a fourth circuit configuration of the thermal type flow sensor according to the present invention.

【図14】従来の発明に係る熱式流量センサの検出素子
を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a detection element of a thermal type flow sensor according to a conventional invention.

【図15】従来の発明に係る熱式流量センサの回路構成
を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a circuit configuration of a thermal type flow sensor according to a conventional invention.

【図16】従来の発明に係る風量感知回路を示す図であ
る。
FIG. 16 is a diagram showing an air volume sensing circuit according to a conventional invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 第一のダイオ−ド 32 第二のダイオ−ド 30 基板 33A、33B 下部絶縁層 34 空間部 35A、35B n型シリコン単結晶層 36、38 p型シリコン導電層 37、39 n型シリコン導電層 40 上部絶縁層 41 バイアホ−ル 42 電極パッド 43 配線電極 49 第一のバッファ−回路 50 第二のバッファ−回路 51 第三のバッファ−回路 52 第一の引き算回路 58 第二の引き算回路 66 分圧回路 67 OPアンプ(差動増幅回路) 31 First diode 32 Second diode 30 Substrate 33A, 33B Lower insulating layer 34 Space 35A, 35B n-type silicon single crystal layer 36, 38 p-type silicon conductive layer 37, 39 n-type silicon conductive layer 40 Upper Insulating Layer 41 Via Hole 42 Electrode Pad 43 Wiring Electrode 49 First Buffer Circuit 50 Second Buffer Circuit 51 Third Buffer Circuit 52 First Subtraction Circuit 58 Second Subtraction Circuit 66 Voltage Dividing Circuit 67 OP amplifier (differential amplifier circuit)

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第一のダイオードと、第二のダイオード
と、該第二のダイオードと熱的に結合した基板とからな
り、前記第一のダイオードと該基板の間には空間部が形
成されて前記第一のダイオードと該基板は熱的に絶縁さ
れるとともに、前記第一のダイオードのpn接合部およ
び該第二のダイオードのpn接合部にほぼ同じ電流密度
の順方向電流を流す回路手段を有することを特徴とする
熱式流量センサ。
1. A first diode, a second diode, and a substrate thermally coupled to the second diode, wherein a space is formed between the first diode and the substrate. Circuit means for electrically insulating the first diode and the substrate from each other, and for supplying a forward current having substantially the same current density to the pn junction of the first diode and the pn junction of the second diode. A thermal type flow sensor having:
【請求項2】 第一のダイオ−ドおよび第二のダイオー
ドのうち少なくとも一方を複数の基本ダイオードを直列
に接続したダイオードアレイとしたことを特徴とする請
求項1記載の熱式流量センサ。
2. The thermal type flow sensor according to claim 1, wherein at least one of the first diode and the second diode is a diode array in which a plurality of basic diodes are connected in series.
【請求項3】 第一のダイオードのpn接合部の面積が
第二のダイオードのpn接合面積よりも小さいことを特
徴とする請求項1または請求項2記載の熱式流量セン
サ。
3. The thermal type flow sensor according to claim 1, wherein the area of the pn junction of the first diode is smaller than the area of the pn junction of the second diode.
【請求項4】 第一のダイオードと第二のダイオードの
温度差がほぼ一定となるように該第一のダイオ−ドおよ
び第二のダイオードの順方向電流を制御する回路手段を
有し、前記第一のダイオ−ドあるいは第二のダイオード
の順方向電流にほぼ比例する出力を流速信号として取り
出すことを特徴とする請求項1または請求項2または請
求項3に記載の熱式流量センサ。
4. A circuit means for controlling the forward currents of the first diode and the second diode so that the temperature difference between the first diode and the second diode is substantially constant, The thermal type flow sensor according to claim 1, 2 or 3, wherein an output substantially proportional to the forward current of the first diode or the second diode is taken out as a flow velocity signal.
【請求項5】 第一のダイオードの温度がほぼ一定とな
るように第一のダイオードおよび第二のダイオードの順
方向電流を制御する回路手段と、前記第一のダイオード
あるいは第二のダイオードの順方向電流および前記第一
のダイオ−ドと第二のダイオードの差電圧より流速を演
算する手段とを有する請求項1または請求項2または請
求項3記載の熱式流量センサ。
5. A circuit means for controlling the forward current of the first diode and the second diode so that the temperature of the first diode is substantially constant, and the order of the first diode or the second diode. 4. The thermal type flow sensor according to claim 1, wherein the flow rate is calculated from a directional current and a voltage difference between the first diode and the second diode.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006250736A (en) * 2005-03-10 2006-09-21 Mitsuteru Kimura Thermal diode temperature measuring device, infrared temperature measuring apparatus and flow rate measuring apparatus using the same, and manufacturing method for flow rate sensing section
US7600422B2 (en) 2006-07-28 2009-10-13 Shimadzu Corporation Electronic components packaging structure
US7617724B2 (en) 2006-10-18 2009-11-17 Shimadzu Corporation Thermal mass flow meter having a heater and paired temperature sensor chips separately formed and mounted on the flow pipe

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