JPH10197306A - 流量センサ - Google Patents

流量センサ

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JPH10197306A
JPH10197306A JP9000499A JP49997A JPH10197306A JP H10197306 A JPH10197306 A JP H10197306A JP 9000499 A JP9000499 A JP 9000499A JP 49997 A JP49997 A JP 49997A JP H10197306 A JPH10197306 A JP H10197306A
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JP
Japan
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resistor
fluid
resistors
flow
insulating film
Prior art date
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Pending
Application number
JP9000499A
Other languages
English (en)
Inventor
Morimasa Uenishi
盛聖 上西
Takayuki Yamaguchi
隆行 山口
Yukito Sato
幸人 佐藤
Hiroyoshi Shoji
浩義 庄子
Junichi Azumi
純一 安住
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の流量を感度よく測定する。 【解決手段】 基板1に形成したブリッジ11上に絶縁
膜3を介して第一、第二の抵抗体4,5を形成する。流
体の流れの上流側に配列される第一の抵抗体4は下流側
に配列される第二の抵抗体5よりも放熱特性を高くす
る。また、抵抗体4,5は流体の流れに曝され易いよう
に流れに対して略垂直に延出させて配置する。従って、
上流側の第一の抵抗体4の流体への放熱が促進され、下
流側の第二の抵抗体5の熱の奪われ方が少なくなる。こ
のため、第一、第二の抵抗体4,5の温度が一定になる
条件では第一、第二の抵抗体4,5に与える電力の差を
大きくすることができ、その大きな電力差は流体の温度
が変化しても変わりないため、流体の流量を感度よく測
定することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を測定
するもので、例えば、ガスメータ、空調用の流量計等に
利用される流量センサに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の流量センサとしてはマイクロブ
リッジフローセンサと称せられる流量センサが知られて
いる。これは、基板の表面に所定長さの凹部とこの凹部
の中間部を横切るブリッジとを形成し、このブリッジの
表面に絶縁膜を介して対をなす抵抗体を形成し、これら
の抵抗体の表面を絶縁性の保護膜により被覆した構造を
基本としている。このような流量センサは、一対の抵抗
体が流量測定の対象となる流体の流れる方向に沿って並
ぶように設置され、一対の抵抗体のそれぞれに電力を供
給して流体との温度差が一定になるように抵抗体を加熱
し、流体の流速が変化した際の電力を流量値の信号とし
て読み取るものである。このような流量センサは流体の
温度が変化すると、流量0のときの出力が変化してしま
う欠点をもっている。
【0003】そこで、上記欠点をなくすための方法が幾
つか提案されている。例えば、特開昭60−14226
8号公報に記載されているように、流体の流れ方向の上
流側と下流側とに発熱体である対の抵抗体を配置し、こ
れらの抵抗体の温度差を出力する方法が提案されてい
る。また、特開平2−259527号公報に記載されて
いるように、基板に形成されたブリッジ上に2本の発熱
体を流体の流れる方向に対して垂直に配置し、2本の発
熱体の出力差を出力して流体の流量を測定する方法が示
されている。さらに、特開平7−190822号公報に
記載されているように、基板に形成されたブリッジ上
に、流量0のときの静特性が等しい2本の発熱体を配置
し、これらの発熱体のそれぞれを流体の流れに対する熱
の奪われ方が異なるように配置し、2本の発熱体の出力
差により流体の流量を測定する方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載された方法では、何れも2つの抵抗体の出力の
差をとるために、抵抗体単体の出力変化をとる場合より
出力が極めて小さくなってしまい、測定感度が悪くな
る。出力を上げるためには発熱体の温度を高める方法も
あるが、そうすることで消費電力が上昇し、さらには熱
による抵抗体の劣化が起き易くなり好ましくない。
【0005】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
で、感度を高め、且つ抵抗体の温度を低めに抑えること
が可能な流量センサを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の流量セン
サは、半導体の表面に所定長さの凹部とこの凹部の中間
部を横切るブリッジとが形成され、前記ブリッジの表面
を含む前記基板の表面に絶縁膜が形成され、前記凹部に
より前記絶縁体基板から熱的に絶縁された前記ブリッジ
上の前記絶縁膜の表面に、流量測定の対象となる流体の
流れる方向と略垂直な方向に延出された第一の抵抗体
と、この第一の抵抗体の下流側に所定の間隔をおいて平
行に配置されるとともに流体に対する放熱特性が前記第
一の抵抗体よりも低い第二の抵抗体とが形成され、前記
第一、第二の抵抗体の表面が絶縁性の保護膜により被覆
されている。
【0007】従って、第一、第二の抵抗体は流体の流れ
る方向と略直交する状態で平行に配置されているため流
体に曝され易くなる。そして、流体の流れの上流側に配
置された第一の抵抗体は放熱特性が高いため流体への放
熱が促進され、下流側に配置された第二の抵抗体は放熱
特性が低く且つ比較的高温の流体に曝されるため熱の奪
われ方が少なくなる。これにより、第一、第二の抵抗体
の温度が一定になる条件では第一、第二の抵抗体に与え
る電力の差が大きくなる。この大きな電力差は流体の温
度が変化しても変わらないため流体の流量が感度よく測
定される。
【0008】請求項2記載の流量センサは、請求項1記
載の流量センサであって、保護膜と絶縁膜との少なくと
も何れか一方に、金属膜が第一の抵抗体と対向する位置
に近接配置されて形成されている。従って、上流側の第
一の抵抗体の近傍の熱は金属膜の存在により高くなる。
また、この金属膜が設けられたブリッジと流体との界面
では温度差に比例して熱流束が大きくなるので、第一の
抵抗体の放熱作用がさらに促進される。
【0009】請求項3記載の流量センサは、請求項2記
載の流量センサであって、第一、第二の抵抗体及び金属
膜はPtにより形成されている。従って、Ptは抵抗温
度係数が大きく、また、温度特性が直線性に優れている
ため、高性能の抵抗体が得られる。また、抵抗体と金属
膜とは同一の成膜装置で形成することが可能となる。
【0010】請求項4記載の流量センサは、請求項3記
載の流量センサであって、絶縁膜及び保護膜はTa20
5により形成されている。従って、絶縁膜及び保護膜に
対する抵抗体や金属膜の密着性が向上する。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態における構
成を、図面を参照して製造工程順に説明する。図1
(a)は平面図、図1(b)は同図(a)におけるA−
A線部の縦断側面図である。図2ないし図5のそれぞれ
は図1(a)におけるA−A線部において製造過程を示
す縦断側面図である。
【0012】1はSi(100)により形成された基板
である。図1(a)におけるA−A方向は<100>方
向である。まず、基板1の表面全面にPtの金属膜をス
パッタリングにより成膜し、その上にTa205をスパ
ッタリングにより成膜し、フォトリソグラフィとドライ
エッチングによりTa205をPt金属膜のエッチング
マスクとなるように加工し、その後スパッタエッチャー
によりPt金属膜をエッチングする。このようにして図
2に示すように、基板1の所望の位置にPtの金属膜2
を形成する。
【0013】次に、図3に示すように、金属膜2を含む
基板1の表面にTa205の絶縁膜3を形成し、その表
面に金属膜2の真上に位置する第一の抵抗体4と第二の
抵抗体5とを所定の間隔を開けて形成する。これらの抵
抗体4,5はPtの薄膜であるが、流量測定の対象とな
る流体に対する放熱特性は第二の抵抗体5より第一の抵
抗体4の方が高く定められている。さらに、図4に示す
ように、抵抗体4,5を含めて基板1の表面にTa20
5の保護膜6を形成し、この保護膜6の上にPtの金属
膜7を第一の抵抗体4の真上に配置して形成する。
【0014】次に、フォトリソグラフィとドライエッチ
ングによりエッチング用ホール8(図5参照)とボンデ
ィングパッド9(図1(a)参照)を形成し、異方性エ
ッチングにより凹部10(図1(a)(b)参照)を形
成する。この凹部10は、その中央部にブリッジ11が
形成されるようにトンネル状に形成する。
【0015】このようにして形成された流量センサS
は、流量測定の対象となる流体の流れに対して第一の抵
抗体4が上流側に、第二の抵抗体5が下流側に位置する
ように配置して用いる。そして、抵抗体4,5は電力を
供給することにより発熱するが、流体の流れの上流側に
配置された第一の抵抗体4は放熱特性が高いため流体へ
の放熱が促進され、下流側に配置された第二の抵抗体5
は放熱特性が低く且つ比較的高温の流体に曝されるため
熱の奪われ方が少なくなる。流量が0の場合、上流側と
下流側の抵抗体4,5は放熱特性が異なるため、両抵抗
体4,5を同じ温度に保つためには異なる電力を投入す
ることになる。このことから、抵抗体4,5の出力差は
0にならないので流量が0のときにオフセットが生ず
る。このオフセットは抵抗体4,5の出力差をとること
で、流体の温度が変化しても変化しない。そして、流量
に対する一定温度に抵抗体4,5を保つためには、上流
側の第一の抵抗体4への投入電力が大きくなり、下流側
の第二の抵抗体5への投入電力は小さくなる。すなわ
ち、流量に対する抵抗体4,5間の投入電力差が大きく
なるため感度が向上する。
【0016】また、抵抗体4,5は流体の流れに対して
略垂直な方向に延出するので流体の流れに曝され易くな
る。これにより、上流側の第一の抵抗体4は流体により
熱が奪われ易くなり、下流側の第二の抵抗体5は高温の
流体に曝され易くなることで熱が奪われにくくなる。こ
のため感度がさらに向上する。
【0017】また、絶縁膜3と保護膜6との少なくとも
何れか一方(本実施の形態では両方)に、金属膜2,7
が第一の抵抗体4と対向する位置に近接配置されて形成
されているので、上流側の第一の抵抗体4の近傍の熱
は、金属膜2,7が存在しない場合より存在する場合の
方が高くなる。このことは赤外線顕微鏡を用いた測定に
より確認された。この金属膜2,7が設けられたブリッ
ジ11と流体との界面では温度差に比例して熱流束が大
きくなるので、第一の抵抗体4の放熱作用がさらに促進
される。また、金属膜2,7は様々な方法で容易に形成
することができ、フォトリソグラフィを利用して比較的
容易にエッチングし、任意の形状を得ることができる。
【0018】さらに、第一、第二の抵抗体4,5及び金
属膜2,7はPtにより形成されているので、Ptは抵
抗温度係数が大きく、また、温度特性が直線性に優れて
いるため、高性能の抵抗体4,5が得られる。また、抵
抗体4,5と金属膜2,7とは同一の成膜装置で形成す
ることが可能となるので、製造コストを低減することが
できる。
【0019】さらに、絶縁膜3及び保護膜6はTa20
5により形成されているので、絶縁膜3及び保護膜6に
対する抵抗体4,5や金属膜2,7の密着性を向上させ
ることができ、また、これらをフォトリソグラフィとド
ライエッチングにより所望の形状に加工して薄膜として
容易に成膜することができる。さらに、PtもTa20
5も同じスパッタリング装置で成膜すれば、製造コスト
をさらに低減することができる。
【0020】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、第一、第二の
抵抗体は流体の流れる方向と略直交する状態で平行に配
置されているため流体に曝され易くすることができる。
そして、流体の流れの上流側に配置される第一の抵抗体
は放熱特性が高いため流体への放熱が促進され、下流側
に配置された第二の抵抗体は放熱特性が低く且つ比較的
高温の流体に曝されるため熱の奪われ方が少なくなるの
で、第一、第二の抵抗体の温度が一定になる条件では第
一、第二の抵抗体に与える電力の差を大きくすることが
でき、その大きな電力差は流体の温度が変化しても変わ
りないため、流体の流量を感度よく測定することができ
る。
【0021】請求項2の発明によれば、絶縁膜と保護膜
との少なくとも何れか一方に、金属膜が第一の抵抗体4
と対向する位置に近接配置されて形成されているので、
上流側の第一の抵抗体4の近傍の熱は、金属膜が存在し
ない場合より存在する場合の方が高くなる。この金属膜
が設けられたブリッジと流体との界面では温度差に比例
して熱流束が大きくなるので、第一の抵抗体の放熱作用
をさらに促進することができる。
【0022】請求項3の発明によれば、第一、第二の抵
抗体及び金属膜はPtにより形成されているので、Pt
は抵抗温度係数が大きく、また、温度特性が直線性に優
れているため、高性能の抵抗体を得ることができる。ま
た、抵抗体と金属膜とを同一の成膜装置で形成すること
ができるので、製造コストを低減することができる。
【0023】請求項4の発明によれば、絶縁膜及び保護
膜はTa205により形成されているので、絶縁膜及び
保護膜に対する抵抗体や金属膜の密着性を向上させるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示すもので、(a)は
平面図、(b)は(a)におけるA−A線部の縦断側面
図である。
【図2】図1(a)におけるA−A線部において流量セ
ンサの製造過程を示す縦断側面図である。
【図3】図1(a)におけるA−A線部において流量セ
ンサの製造過程を示す縦断側面図である。
【図4】図1(a)におけるA−A線部において流量セ
ンサの製造過程を示す縦断側面図である。
【図5】図1(a)におけるA−A線部において流量セ
ンサの製造過程を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
1 基板 2,7 金属膜 3 絶縁膜 4 第一の抵抗体 5 第二の抵抗体 6 保護膜 10 凹部 11 ブリッジ
フロントページの続き (72)発明者 山口 隆行 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 佐藤 幸人 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 庄子 浩義 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 安住 純一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に凹部とこの凹部の中間部を横切る
    ブリッジとが形成された基板と、 前記ブリッジの表面を含む前記基板の表面に形成された
    絶縁膜と、 前記凹部により前記基板から熱的に絶縁された前記ブリ
    ッジ上の前記絶縁膜の表面に形成されるとともに、流量
    測定の対象となる流体の流れる方向と略垂直な方向に延
    出された第一の抵抗体と、 前記ブリッジ上の前記絶縁膜の表面において前記第一の
    抵抗体の下流側に所定の間隔をおいて平行に配置されて
    形成されるとともに、流体に対する放熱特性が前記第一
    の抵抗体よりも低い第二の抵抗体と、 前記第一、第二の抵抗体の表面を被覆する絶縁性の保護
    膜と、を具備することを特徴とする流量センサ。
  2. 【請求項2】 保護膜と絶縁膜との少なくとも何れか一
    方に、金属膜が第一の抵抗体と対向する位置に近接配置
    されて形成されていることを特徴とする請求項1記載の
    流量センサ。
  3. 【請求項3】 第一、第二の抵抗体及び金属膜はPtに
    より形成されていることを特徴とする請求項2記載の流
    量センサ。
  4. 【請求項4】 絶縁膜及び保護膜はTa205により形
    成されていることを特徴とする請求項3記載の流量セン
    サ。
JP9000499A 1997-01-07 1997-01-07 流量センサ Pending JPH10197306A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6239183B1 (en) 1997-12-19 2001-05-29 Akzo Nobel Nv Method for controlling the rheology of an aqueous fluid and gelling agent therefor
US6506710B1 (en) 1997-12-19 2003-01-14 Akzo Nobel N.V. Viscoelastic surfactants and compositions containing same
US7216709B2 (en) 1999-09-22 2007-05-15 Akzo Nobel N.V. Hydraulic fracturing using non-ionic surfactant gelling agent
CN109115275A (zh) * 2018-09-30 2019-01-01 清华大学 风速风向计

Cited By (5)

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