JPH10281835A - 流速検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、基板上のダイアフラム部材に形成さ
れるヒータエレメントと測温抵抗エレメントとで構成さ
れる流速センサを使って可燃性ガスの流速を検出すると
きに、高い安全性を実現できるようにすることを目的と
する。 【解決手段】ブリッジ回路に従ってヒータエレメントを
発熱する発熱回路を用意するときに、ヒータエレメント
に並列接続する形態でツェナーダイオードを備えるとと
もに、ブリッジ回路に従って測温抵抗エレメントの抵抗
値変化を検出する回路を用意するときに、測温抵抗エレ
メントに並列接続する形態でツェナーダイオードを備え
る。これらのツェナーダイオードは、対となるヒータエ
レメントや測温抵抗エレメントの発熱温度が可燃性ガス
の着火温度を超えないようにと、それらのエレメントに
印加される電圧をクランプすることで、それらのエレメ
ントの過熱を防止する。これにより、高い安全性を実現
できるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上のダイアフ
ラム部材に形成されるヒータエレメントと測温抵抗エレ
メントとで構成される流速センサや、基板上のダイアフ
ラム部材に形成される２つの測温抵抗エレメントで構成
される流速センサを使って流体の流速を検出する流速検
出装置に関し、特に、可燃性ガス等の危険な流体を測定
対象とするときにも高い安全性を実現できるようにする
流速検出装置に関する。

【０００２】可燃性ガスのような危険な流体の流速を検
出する要求がある。このときに用いられる流速検出装置
に対しては、不測の事態の発生に備えて、高い安全性を
実現する構成を構築していく必要がある。

【０００３】

【従来の技術】本出願人は、特願平３-106528 号で、ヒ
ータエレメントと、そのヒータエレメント上を移動する
気体により引き起こされる熱移動に応じて抵抗値を変化
させる測温抵抗エレメントとで構成される流速センサと
して、高精度かつ高速応答を実現する微細加工ダイアフ
ラム構成の流速センサを開示した。

【０００４】図９（ａ）に、この微細加工ダイアフラム
構成の流速センサの斜視図、図９（ｂ）に、その断面図
を図示する。この図において、１は例えば単結晶シリコ
ンからなる約１.7ミリ角、厚さ約０.5ミリの半導体基板
であり、この半導体基板１の中央部には、異方性エッチ
ングにより空隙部２が形成されており、この空隙部２の
上部は、半導体基板１から空間的に隔離され、結果的に
半導体基板１から熱的に絶縁されたダイアフラム部３が
形成されている。そして、このダイアフラム部３の表面
には、薄膜のヒータエレメント４と、それを挟む一対の
薄膜の測温抵抗エレメント５,6とが形成され、更に、空
隙部２の形成されていない半導体基板１の表面には、薄
膜の周囲温度測温抵抗エレメント７が形成されている。
ここで、８〜１３は、外部回路との接続用に用意される
パッドである。なお、ダイアフラム部３には、ヒータエ
レメント４や測温抵抗エレメント５,6の熱絶縁を図るた
めに、スリットが設けられている。

【０００５】このように構成される本出願人の開示した
微細加工ダイアフラム構成の流速センサでは、周囲温度
測温抵抗エレメント７の検出する周囲温度よりも、規定
温度だけ高く発熱されるヒータエレメント４の上を移動
する気体により引き起こされる熱移動を、測温抵抗エレ
メント５,6を使って検出することで、その気体の流速を
検出するものであり、熱絶縁された非常に薄いダイアフ
ラム部３の上に形成されていることから、極めて速い応
答速度で、かつ高精度に気体の流速を検出できるととも
に、非常に小さな流速を検出できるという特徴がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この本出願人の開示し
た微細加工ダイアフラム構成の流速センサは、極めて小
さな発熱で動作することから、可燃性ガスのような危険
な気体の流速も測定できるという特徴がある。

【０００７】しかるに、ヒータエレメント４や測温抵抗
エレメント５,6を組み込む駆動回路の能動素子が破壊さ
れたり、小さな半導体基板１に配置されるパッド８〜１
３がゴミ等により短絡したりするといった事故が想定さ
れる。これによって、ヒータエレメント４や測温抵抗エ
レメント５,6に過大な電流が流れたり、過大な電圧が印
加されることが起こるかもしれない。また、外部から供
給される電源線に過大電圧が乗ってくる恐れがある。

【０００８】このとき、ヒータエレメント４や測温抵抗
エレメント５,6は、熱絶縁された非常に薄いダイアフラ
ム部３の上に形成されていることから、可燃性ガスの雰
囲気にさらされているそれらのエレメントが高温に過熱
される恐れがある。

【０００９】この流速センサは、可燃性ガス１００％の
雰囲気に設置されるので、通常、エレメントの過熱によ
って、このガスに着火することはない。しかし、この流
速センサを使った流速検出装置を実装する際に、配管設
計のミスや施工のミスなどが生じて、流速センサが可燃
性ガスと空気との混合気中に置かれてしまうことがある
かもしれない。

【００１０】このような場合でも、ヒータエレメント４
や測温抵抗エレメント5,6 は、薄膜で作られていること
と、ダイアフラム部３の上に形成され熱容量が非常に小
さいことから、極めて小さな過大電流や過大電圧で簡単
に焼損し、これがために、混合気を着火させる可能性は
極めて小さなものである。

【００１１】しかしながら、流速センサの高感度、高速
応答という特徴を生かすためには流速センサを流れにさ
らす必要があり、可燃性ガスのような危険な気体を測定
対象とする場合には、安全に過ぎるということはない。

【００１２】また、本出願人は、特公平６-25684号で、
上述の流速センサの別構成として、ダイアフラム部３の
表面に、薄膜のヒータエレメント４を形成しないで、２
つの測温抵抗エレメント５,6のみを形成する流速センサ
を開示した。図１０（ａ）に、この流速センサの斜視
図、図１０（ｂ）に、その断面図を図示する。ここで、
図中、図９で説明したものと同じものついては同一の記
号で示してあり、８ａ，１０ａ，１０ｂは、外部回路と
の接続用に用意されるパッドである。

【００１３】この流速センサでは、２つの測温抵抗エレ
メント５,6が定電流により過熱されて、このときに、測
温抵抗エレメント５,6の上を移動する気体により引き起
こされる熱移動により、下流側の測温抵抗エレメントが
上流側の測温抵抗エレメントよりも加熱されることで、
２つの測温抵抗エレメント５,6の検出する温度に違いが
生じ、これにより気体の流速を検出する構成を採るもの
である。この構成を採る流速センサでも上述と同様の問
題がある。

【００１４】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、基板上のダイアフラム部材に形成されるヒー
タエレメントと測温抵抗エレメントとで構成される流速
センサや、基板上のダイアフラム部材に形成される２つ
の測温抵抗エレメントで構成される流速センサを使って
流体の流速を検出する構成を採るときにあって、危険な
流体を測定対象とするときにも高い安全性を実現できる
ようにする新たな流速検出装置の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明では、基板上のダイアフラム部材に形成され
るヒータエレメント手段と、ダイアフラム部材に形成さ
れ、ヒータエレメント手段の両側に設けられて、ヒータ
エレメント手段上を移動する流体により引き起こされる
熱移動に応じて抵抗値を変化させる２つの測温抵抗エレ
メント手段と、ヒータエレメント手段を構成要素に持つ
ブリッジ回路で構成されて、ヒータエレメント手段を発
熱するヒータ発熱回路と、測温抵抗エレメント手段を構
成要素に持つブリッジ回路で構成されて、ヒータエレメ
ント手段上を移動する流体の流速に応じた電圧を発生す
るセンサ検出回路とを備えることで流体の流速を検出す
る構成を採るときにあって、ヒータエレメント手段の過
熱を防止する第１の過熱防止回路と、測温抵抗エレメン
ト手段の過熱を防止する第２の過熱防止回路とを備える
構成を採る。

【００１６】この第１の過熱防止回路は、ヒータエレメ
ント手段に印加される電圧を制限するツェナーダイオー
ド等のような電圧制限回路や、ヒータエレメント手段に
流れる電流を制限する抵抗等のような電流制限回路で構
成される。

【００１７】また、この第２の過熱防止回路は、測温抵
抗エレメント手段に印加される電圧を制限するツェナー
ダイオード等のような電圧制限回路や、測温抵抗エレメ
ント手段に流れる電流を制限する抵抗等のような電流制
限回路で構成される。

【００１８】このように構成されることから、ヒータ発
熱回路の持つ能動電気回路素子が破壊されたり、ヒータ
エレメント手段とヒータ発熱回路との間の接続用に設け
られる流速センサ基板上のパッドやワイヤボンド等が別
のものと短絡することなどにより、ヒータエレメント手
段に過大な電流が流れる事態が発生したり、過大な電圧
が印加される事態が発生しても、ヒータエレメント手段
に過大な電流が流れたり、過大な電圧が印加されるのを
防止できるようになる。

【００１９】これにより、ヒータエレメント手段の過熱
を防止できるようになって、可燃性ガスを測定対象とす
るときの安全性を一層高めることができるようになる。
また、センサ検出回路の持つ能動電気回路素子が破壊さ
れたり、測温抵抗エレメント手段とセンサ検出回路との
間の接続用に設けられる流速センサ基板上のパッドやワ
イヤボンド等が別のものと短絡することなどにより、測
温抵抗エレメント手段に過大な電流が流れる事態が発生
したり、過大な電圧が印加される事態が発生しても、測
温抵抗エレメント手段に過大な電流が流れたり、過大な
電圧が印加されるのを防止できるようになる。

【００２０】これにより、測温抵抗エレメント手段の過
熱を防止できるようになって、可燃性ガスを測定対象と
するときの安全性を一層高めることができるようにな
る。また、この目的を達成するために、本発明では、基
板上のダイアフラム部材に並列に形成されて、温度に応
じて抵抗値を変化させる２つの測温抵抗エレメント手段
と、測温抵抗エレメント手段を構成要素に持つブリッジ
回路と、ブリッジ回路に電流を供給することで測温抵抗
エレメント手段を発熱する発熱回路と、ブリッジ回路の
電圧バランスを検出することで、測温抵抗エレメント手
段上を移動する流体の流速に応じた電圧を発生する検出
回路とを備えることで流体の流速を検出する構成を採る
ときにあって、測温抵抗エレメント手段の過熱を防止す
る過熱防止回路を備える構成を採る。

【００２１】この過熱防止回路は、測温抵抗エレメント
手段に印加される電圧を制限するツェナーダイオード等
のような測温抵抗エレメント手段に印加される電圧を制
限するツェナーダイオード等のような電圧制限回路や、
測温抵抗エレメント手段に流れる電流を制限する抵抗等
のような電流制限回路で構成される。

【００２２】このように構成されることから、発熱回路
や検出回路の持つ能動電気回路素子が破壊されたり、測
温抵抗エレメント手段と発熱回路との間の接続用に設け
られる流速センサ基板上のパッドやワイヤボンド等や、
測温抵抗エレメント手段と検出回路との間の接続用に設
けられるパッドやワイヤボンド等が別のものと短絡する
ことなどにより、測温抵抗エレメント手段に過大な電流
が流れる事態が発生したり、過大な電圧が印加される事
態が発生しても、測温抵抗エレメント手段に過大な電流
が流れたり、過大な電圧が印加されるのを防止できるよ
うになる。

【００２３】これにより、測温抵抗エレメント手段の過
熱を防止できるようになって、可燃性ガスを測定対象と
するときの安全性を一層高めることができるようにな
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に従って本発明
を詳細に説明する。図１及び図２に、本発明を具備する
流速検出装置２０の一実施例を図示する。図中、図９で
説明したものと同じものについては同一の記号で示して
ある。

【００２５】この流速検出装置２０は、図９で説明した
流速センサを用いて可燃性ガスの流速を検出するもので
あり、電源入力回路３０と、ヒータ発熱回路４０と、測
温抵抗増幅回路５０と、表示出力回路６０とを備える。

【００２６】この電源入力回路３０は、外部の直流電圧
源Ｖ_SUP から供給される直流電圧を入力として、逆接続
保護用のダイオードＤ１と、過大な入力電流で断線する
ヒューズＦ１と、過大な入力電圧を所定の電圧以下にク
ランプするツェナーダイオードＺ１と、直流電圧安定化
回路Ｖ_Reg とを備えて、この直流電圧安定化回路Ｖ_{Re g}
で安定化させた直流電圧をヒータ発熱回路４０／測温抵
抗増幅回路５０に供給する。

【００２７】ヒータ発熱回路４０は、ヒータエレメント
４と固定抵抗Ｒ１の直列接続と、周囲温度測温抵抗エレ
メント７と固定抵抗Ｒ２の直列接続とを並列に接続する
ことで構成されるホイートストンブリッジ回路を備える
とともに、過大な入力電流で断線するヒューズＦ２と、
過大な入力電圧を所定の電圧以下にクランプするツェナ
ーダイオードＺ２と、ホイートストンブリッジ回路の持
つ前者の直列接続の中間点の電位を固定抵抗Ｒ３を介し
て入力するとともに、後者の直列接続の中間点の電位を
固定抵抗Ｒ４を介して入力するオペアンプＵ１と、オペ
アンプＵ１の出力に応じてホイートストンブリッジ回路
に供給する電流量を制御するトランジスタＱ１とを備え
る。

【００２８】ここで、ツェナーダイオードＺ２として
は、その降伏電圧がヒータエレメント４や測温抵抗エレ
メント５，６に直接印加されたときの各エレメントの発
熱温度が、可燃性ガス混合気（空気との混合気）の着火
温度を超えないような特性を持つものが用いられる。ま
た、ヒューズＦ２としては、ツェナーダイオードＺ２の
定格電力時の電流よりも小さい電流で断線する特性を持
つものが用いられる。

【００２９】測温抵抗増幅回路５０は、測温抵抗エレメ
ント５と測温抵抗エレメント６の直列接続と、固定抵抗
Ｒ５と固定抵抗Ｒ６の直列接続とを並列に接続されるこ
とで構成されるホイートストンブリッジ回路を備えると
ともに、ホイートストンブリッジ回路の持つ前者の直列
接続の中間点の電位を固定抵抗Ｒ７を介して入力すると
ともに、後者の直列接続の中間点の電位を固定抵抗Ｒ８
を介して入力する計測アンプＵ２と、ホイートストンブ
リッジ回路に対して、固定抵抗Ｒ９と固定抵抗Ｒ１０の
抵抗分割で規定される直流電圧を印加するオペアンプＵ
３と、ホイートストンブリッジ回路に供給される過大な
電流で断線するヒューズＦ３と、ホイートストンブリッ
ジ回路とアースとの間に設けられるツェナーダイオード
Ｚ３と、計測アンプＵ２の出力とアースとの間に設けら
れるツェナーダイオードＺ４と、計測アンプＵ２の出力
口に設けられて過大な電流で断線するヒューズＦ４とを
備える。

【００３０】ここで、ツェナーダイオードＺ３として
は、オペアンプＵ３が故障するときに測温抵抗エレメン
ト５，６に印加される過大な直流電圧をクランプするこ
とで、測温抵抗エレメント５，６の発熱温度が可燃性ガ
ス混合気の着火温度を超えないようにする降伏電圧を持
つものが用いられる。

【００３１】また、ツェナーダイオードＺ４としては、
計測アンプＵ２が故障するときに測温抵抗エレメント５
に印加される過大な直流電圧をクランプすることで、測
温抵抗エレメント５の発熱温度が可燃性ガス混合気の着
火温度を超えないようにする降伏電圧を持つものが用い
られる。

【００３２】また、ヒューズＦ３としては、例えば、ツ
ェナーダイオードＺ３の降伏電圧Ｖ _a3と定格電力Ｐ₃ と
から求まる電流Ｉ₃(＝Ｐ₃ ／Ｖ_a3）よりも小さな電流で
断線する特性を持つものが用いられる。

【００３３】またヒューズＦ４としては、例えば、ツェ
ナーダイオードＺ４の降伏電圧Ｖ_a4と定格電力Ｐ₄ とか
ら求まる電流Ｉ₄(＝Ｐ₄ ／Ｖ_a4）よりも小さな電流で断
線する特性を持つものが用いられる。

【００３４】表示出力回路６０は、測温抵抗増幅回路５
０の出力する電圧値を受け取るオペアンプＵ４と、オペ
アンプＵ４の受け取る電圧値を信号処理することで流体
の流速を算出するマイクロコンピュータ６１と、マイク
ロコンピュータ６１の算出する流速値を表示するディス
プレイ６２とを備える。

【００３５】ここで、この実施例の表示出力回路６０の
持つ入力段のオペアンプＵ４は、図に示すように、外部
電源から供給される直流電圧をヒューズＦ１を介して直
接受け取り、それを駆動源として動作する構成を採って
いる。これは、通常、マイクロコンピュータ６１の持つ
ＡＤ変換器の入力電圧範囲（０〜Ｖ_Reg ）を有効に利用
するために、Ｖ_Reg の電位よりも高い電圧でオペアンプ
Ｕ４を駆動して、その出力電圧がＶ_Reg の電位まで出力
できるようにするためである。これから、この表示出力
回路６０の持つオペアンプＵ４が故障すると、測温抵抗
増幅回路５０の持つ計測アンプＵ２に対して過大な電圧
が印加され、これにより、その計測アンプＵ２が故障す
る可能性がある。

【００３６】このように構成される本発明の流速検出装
置２０では、ヒータ発熱回路４０は、トランジスタＱ１
を介して、自回路のホイートストンブリッジ回路に電流
を供給する。この電流供給に従って、半導体基板１から
熱的に絶縁されているヒータエレメント４は、温度上昇
することでその抵抗値Ｒh を増加させる。これに対し
て、ヒータエレメント４から熱的に絶縁されている半導
体基板１は温度上昇せず、これから、半導体基板１に接
している周囲温度測温抵抗エレメント７は、その抵抗値
Ｒr を変化させない。従って、このホイートストンブリ
ッジ回路は、「Ｒh ×Ｒ２＝Ｒr ×Ｒ１」になるところ
で安定する。

【００３７】このようにして、ヒータ発熱回路４０は、
ヒータエレメント４の抵抗値Ｒh と、周囲温度測温抵抗
エレメント７の抵抗値Ｒr との比“Ｒh ／Ｒr ”が一
定、すなわち、周囲温度に対するヒータエレメント４の
温度上昇が一定になるようにと、ヒータエレメント４の
発熱を制御するよう処理する。

【００３８】この構成を採るときに、オペアンプＵ１に
故障することが起きたと想定する。この故障が起こる
と、オペアンプＵ１を介してヒータエレメント４に過大
な直流電圧が印加されることで、ヒータエレメント４の
発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度以上になる可能
性がある。

【００３９】このオペアンプＵ１の故障発生に対処する
ために、本発明のヒータ発熱回路４０では、ヒータエレ
メント４と固定抵抗Ｒ１の直列接続の中間点と、オペア
ンプＵ１の入力端子との間に、固定抵抗Ｒ３を設ける構
成を採っている。

【００４０】この固定抵抗Ｒ３は、オペアンプＵ１を介
してヒータエレメント４に流れる電流を抑制する機能を
持つので、オペアンプＵ１が故障することで、ヒータエ
レメント４に過大な直流電圧が印加されることが起きて
も、そのときにヒータエレメント４に流れる電流を抑制
できる。これから、固定抵抗Ｒ３の抵抗値を適切に選択
することで、ヒータエレメント４の発熱温度が可燃性ガ
ス混合気の着火温度以上になることを防止できるように
なる。

【００４１】ここで、周囲温度測温抵抗エレメント７
は、半導体基板１に接しているので、オペアンプＵ１が
故障しても、その発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温
度以上になることは通常起こらないが、オペアンプＵ１
を介して周囲温度測温抵抗エレメント７に流れる電流を
抑制する機能を持つ固定抵抗Ｒ４を設ける構成を採って
いるので、固定抵抗Ｒ４の抵抗値を適切に選択すること
で、この可能性を完全に排除できるようになる。

【００４２】なお、オペアンプＵ１はハイインピーダン
スの入力特性を持つので、固定抵抗Ｒ３，Ｒ４を設ける
構成を採っても何ら支障は起こらない。一方、測温抵抗
増幅回路５０は、測温抵抗エレメント５，６と、固定抵
抗Ｒ５，Ｒ６とで構成されるホイートストンブリッジ回
路を使って、流体の流速に応じた温度上昇に伴う測温抵
抗エレメント５，６の抵抗変化を電圧として取り出し
て、それを差動アンプとして動作する計測アンプＵ２で
増幅することで、流体の流速に応じた電圧値を出力する
よう処理する。

【００４３】この構成を採るときに、計測アンプＵ２に
故障することが起きたと想定する。この故障が起こる
と、計測アンプＵ２を介して測温抵抗エレメント５に過
大な直流電圧が印加されることで、測温抵抗エレメント
５の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度以上になる
可能性がある。

【００４４】そして、この構成を採るときに、オペアン
プＵ３に故障することが起きたと想定する。この故障が
起こると、オペアンプＵ３を介して測温抵抗エレメント
５，６に過大な直流電圧が印加されることで、測温抵抗
エレメント５，６の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火
温度以上になる可能性がある。

【００４５】そして、この構成を採るときに、表示出力
回路６０の持つオペアンプＵ４に故障することが起きた
と想定する。この故障が起こると、表示出力回路６０か
ら過大な電圧が印加されることで計測アンプＵ２が故障
し、これにより、計測アンプＵ２を介して測温抵抗エレ
メント５に過大な直流電圧が印加されることで、測温抵
抗エレメント５の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温
度以上になる可能性がある。

【００４６】この計測アンプＵ２の故障発生に対処する
ために、本発明の測温抵抗増幅回路５０では、測温抵抗
エレメント５，６の直列接続の中間点と、計測アンプＵ
２の入力端子との間に、固定抵抗Ｒ７を設ける構成を採
っている。

【００４７】なお、計測アンプＵ２はハイインピーダン
スの入力特性を持つので、固定抵抗Ｒ７，Ｒ８を設ける
構成を採っても何ら支障は起こらない。この固定抵抗Ｒ
７は、計測アンプＵ２を介して測温抵抗エレメント５に
流れる電流を抑制する機能を持つので、計測アンプＵ２
が故障することで、測温抵抗エレメント５に過大な直流
電圧が印加されることが起きても、そのときに測温抵抗
エレメント５に流れる電流を抑制できる。これから、固
定抵抗Ｒ７の抵抗値を適切に選択することで、測温抵抗
エレメント５の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度
以上になることを防止できるようになる。

【００４８】また、オペアンプＵ３の故障発生に対処す
るために、本発明の測温抵抗増幅回路５０では、ホイー
トストンブリッジ回路とアースとの間にツェナーダイオ
ードＺ３を設ける構成を採っている。

【００４９】このツェナーダイオードＺ３は、測温抵抗
エレメント５，６の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火
温度を超えないようにと、ホイートストンブリッジ回路
に印加される直流電圧をクランプする機能を持つので、
オペアンプＵ３が故障することで、オペアンプＵ３を介
して測温抵抗エレメント５，６に過大な直流電圧が印加
されることが起きても、その印加電圧は可燃性ガス混合
気の着火温度を超えないものにクランプされる。これか
ら、測温抵抗エレメント５，６の発熱温度が可燃性ガス
混合気の着火温度以上になることを防止できるようにな
る。

【００５０】また、表示出力回路６０の持つオペアンプ
Ｕ４の故障発生に対処するために、本発明の測温抵抗増
幅回路５０では、計測アンプＵ２の出力とアースとの間
にツェナーダイオードＺ４を設ける構成を採っている。

【００５１】このツェナーダイオードＺ４は、測温抵抗
エレメント５の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度
を超えないようにと、表示出力回路６０を介して測温抵
抗エレメント５に印加される直流電圧をクランプする機
能を持つので、オペアンプＵ４，計測アンプＵ２が故障
することで、表示出力回路６０を介して測温抵抗エレメ
ント５に過大な直流電圧が印加されることが起きても、
その印加電圧は可燃性ガス混合気の着火温度を超えない
ものにクランプされる。これから、測温抵抗エレメント
５の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度以上になる
ことを防止できるようになる。

【００５２】図３に、本発明の流速検出装置２０の他の
実施例を図示する。この実施例では、図１の実施例で備
えた固定抵抗Ｒ３，Ｒ４，Ｒ７，Ｒ８と、ツェナーダイ
オードＺ２，Ｚ３，Ｚ４を省略する構成（省略しなくも
よい）を採って、ヒータ発熱回路４０の持つヒータエレ
メント４にツェナーダイオードＺ７を並列接続し、測温
抵抗増幅回路５０の持つ測温抵抗エレメント５にツェナ
ーダイオードＺ５を並列接続し、測温抵抗増幅回路５０
の持つ測温抵抗エレメント６にツェナーダイオードＺ６
を並列接続する構成を採っている。

【００５３】ここで、ツェナーダイオードＺ７として
は、ヒータエレメント４の発熱温度が可燃性ガス混合気
の着火温度を超えないようにする降伏電圧を持つものが
用いられる。また、ツェナーダイオードＺ５としては、
測温抵抗エレメント５の発熱温度が可燃性ガス混合気の
着火温度を超えないようにする降伏電圧を持つものが用
いられる。ツェナーダイオードＺ６としては、測温抵抗
エレメント６の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度
を超えないようにする降伏電圧を持つものが用いられ
る。

【００５４】この構成に従って、オペアンプＵ１が故障
することで、ヒータエレメント４に過大な直流電圧が印
加されることが起きたり、ヒータエレメント４と外部回
路との接続用のパッド（図９のパッド９）と、測温抵抗
エレメント６と外部回路との接続用のパッド（図９のパ
ッド１１）とが短絡し、これにより、ヒータエレメント
４と固定抵抗Ｒ１の接続点と、測温抵抗エレメント６と
オペアンプＵ３の接続点とが短絡することで、ヒータエ
レメント４に過大な直流電圧が印加されることが起きて
も、ツェナーダイオードＺ７によりその印加電圧がクラ
ンプされ、これによりヒータエレメント４の発熱温度が
可燃性ガス混合気の着火温度以上になることを防止でき
るようになる。

【００５５】そして、この構成に従って、計測アンプＵ
２が故障することで、測温抵抗エレメント５に過大な直
流電圧が印加されることが起きたり、測温抵抗エレメン
ト５と外部回路との接続用のパッド（図９のパッド１
０）と、測温抵抗エレメント６と外部回路との接続用の
パッド（図９のパッド１１）とが短絡し、これにより、
測温抵抗エレメント５，６の接続点と、測温抵抗エレメ
ント６とオペアンプＵ３の接続点とが短絡することで、
測温抵抗エレメント５に過大な直流電圧が印加されるこ
とが起きても、ツェナーダイオードＺ５によりその印加
電圧がクランプされ、これにより測温抵抗エレメント５
の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度以上になるこ
とを防止できるようになる。

【００５６】そして、この構成に従って、オペアンプＵ
３が故障することで、測温抵抗エレメント５，６に過大
な直流電圧が印加されることが起きても、ツェナーダイ
オードＺ５により測温抵抗エレメント５に印加される印
加電圧がクランプされ、これにより測温抵抗エレメント
５の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度以上になる
ことを防止できるようになるとともに、ツェナーダイオ
ードＺ６により測温抵抗エレメント６に印加される印加
電圧がクランプされ、これにより測温抵抗エレメント６
の発熱温度が可燃性ガス混合気の着火温度以上になるこ
とを防止できるようになる。

【００５７】そして、この構成に従って、オペアンプＵ
４と計測アンプＵ２が故障することで、測温抵抗エレメ
ント５に過大な直流電圧が印加されることが起きても、
ツェナーダイオードＺ５によりその印加電圧がクランプ
され、これにより測温抵抗エレメント５の発熱温度が可
燃性ガス混合気の着火温度以上になることを防止できる
ようになる。

【００５８】なお、ヒータ発熱回路４０のホイートスト
ンブリッジ回路が、ヒータエレメント４と周囲温度測温
抵抗エレメント７と固定抵抗Ｒ１，Ｒ２とを別形式で接
続したり、測温抵抗増幅回路５０のホイートストンブリ
ッジ回路が、測温抵抗エレメント５，６と固定抵抗Ｒ
５，Ｒ６とを別形式で接続する構成を採ってもよい。

【００５９】図４に、本発明を具備する流速検出装置２
０の一実施例を図示する。図中、図１０で説明したもの
と同じものについては同一の記号で示してある。この流
速検出装置２０は、図１０で説明した流速センサを用い
て可燃性ガスの流速を検出するものであり、測温抵抗エ
レメント５と測温抵抗エレメント６の直列接続と、固定
抵抗Ｒ１０と固定抵抗Ｒ１１の直列接続とを並列に接続
することで構成されるホイートストンブリッジ回路を備
えるとともに、周囲温度測温抵抗エレメント７とトラン
ジスタＱ１０とトランジスタＱ１１と固定抵抗Ｒ１２と
で構成されて、ホイートストンブリッジ回路に定電流を
供給する定電流回路と、ホイートストンブリッジ回路に
流れる過大な電流で断線するヒューズＦ１０と、ホイー
トストンブリッジ回路に印加される過大な電圧を所定の
電圧以下にクランプするツェナーダイオードＺ１０と、
ホイートストンブリッジ回路の持つ前者の直列接続の中
間点の電位を固定抵抗Ｒ１３を介して入力するオペアン
プＵ１０と、後者の直列接続の中間点の電位を固定抵抗
Ｒ１４を介して入力するオペアンプＵ１１と、オペアン
プＵ１０の出力値とオペアンプＵ１１の出力値との差分
値を増幅するオペアンプＵ１２と、トランジスタＱ１２
と抵抗Ｒ１５とで構成されて、定電流回路を間欠的に駆
動するスイッチング回路とを備える。

【００６０】ここで、ツェナーダイオードＺ１０として
は、定電流回路が故障するときに測温抵抗エレメント
５，６に印加される過大な直流電圧をクランプすること
で、測温抵抗エレメント５，６の発熱温度が可燃性ガス
混合気の着火温度を超えないようにする降伏電圧を持つ
ものが用いられる。

【００６１】また、ヒューズＦ１０としては、例えば、
ツェナーダイオードＺ１０の降伏電圧Ｖ_a10 と定格電力
Ｐ₁₀とから求まる電流Ｉ₁₀（＝Ｐ₁₀／Ｖ_a10)よりも小さ
な電流で断線する特性を持つものが用いられる。

【００６２】このように構成される本発明の流速検出装
置２０では、測温抵抗エレメント５，６に定電流が供給
されることで、測温抵抗エレメント５，６が加熱され、
このとき、測温抵抗エレメント５,6の上を移動する気体
により引き起こされる熱移動により、下流側の測温抵抗
エレメントが上流側の測温抵抗エレメントよりも加熱さ
れることで、２つの測温抵抗エレメント５,6の検出する
温度に違いが生じ、これによりオペアンプＵ１２がガス
の流速に応じた電圧を出力することになる。

【００６３】このとき、上述した図９の流速センサを用
いるときの実施例と同様に、ツェナーダイオードＺ１０
やヒューズＦ１０や固定抵抗Ｒ１３が備えられること
で、回路等に故障が発生しても、測温抵抗エレメント
５，６に流れる電流が抑制されて、その発熱温度が可燃
性ガス混合気の着火温度以上になることを防止できるよ
うになる。

【００６４】図５に、本発明の流速検出装置２０の他の
実施例を図示する。この実施例では、図６の実施例で備
えた固定抵抗Ｒ１３，Ｒ１４と、ツェナーダイオードＺ
１０を省略する構成（省略しなくもよい）を採って、測
温抵抗エレメント５にツェナーダイオードＺ１１を並列
接続し、測温抵抗エレメント６にツェナーダイオードＺ
１２を並列接続する構成を採っている。

【００６５】この構成に従って、上述した図９の流速セ
ンサを用いるときの実施例と同様に、ツェナーダイオー
ドＺ１１，１２が備えられることで、回路等に故障が発
生しても、測温抵抗エレメント５，６に印加される電圧
が抑制されて、その発熱温度が可燃性ガス混合気の着火
温度以上になることを防止できるようになる。

【００６６】以上に説明した実施例では、エレメントに
印加される電圧を制限するものとしてツェナーダイオー
ドを用いたが、定電圧放電管等のような別の電圧制限手
段を用いることも可能である。

【００６７】また、エレメントに流れる電流を制限する
ものとして、抵抗を用いたが、温度が上がると抵抗値が
増えることで電流を制限するＰＴＣ素子（特に、高性能
を発揮するポリマー系ＰＴＣ素子が好ましい）を用いた
り、図６（ａ）に示す回路構成に従って、過大電圧の印
加時に図６（ｂ）に示すような電流制限機能を発揮する
回路を用いたり、図７（ａ)(ｂ)(ｃ）に示す回路構成に
従って、過大電圧の印加時に図７（ｄ）に示すような電
流制限機能を発揮する回路のような別の電流制限手段を
用いることも可能である。

【００６８】なお、ガス流路の外の環境も危険区域とな
る場合には、流速センサの周辺回路を構成する上述のヒ
ューズや抵抗やツェナーダイオード等が可燃性ガス混合
気の着火温度を上回る可能性があるので、これらが着火
源となってもそれが外部に伝搬しないようにするため
に、例えば図８に示すような耐圧防爆構造を用いること
で安全性を確保する構成を採ることになる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の流速検出
装置によれば、基板上のダイアフラム部材に形成される
ヒータエレメントと測温抵抗エレメントとで構成される
流速センサを使って流体の流速を検出する構成を採ると
きにあって、ヒータエレメントの過熱を防止できるよう
になるとともに、測温抵抗エレメントの過熱を防止でき
るようになり、これにより、可燃性ガスを測定対象とす
るときの安全性を一層高めることができるようになる。

【００７０】また、本発明の流速検出装置によれば、基
板上のダイアフラム部材に形成される２つの測温抵抗エ
レメントで構成される流速センサを使って流体の流速を
検出する構成を採るときにあって、測温抵抗エレメント
の過熱を防止できるようになり、これにより、可燃性ガ
スを測定対象とするときの安全性を一層高めることがで
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である。

【図２】本発明の一実施例である。

【図３】本発明の他の実施例である。

【図４】本発明の一実施例である。

【図５】本発明の他の実施例である。

【図６】電流制限回路の説明図である。

【図７】電流制限回路の説明図である。

【図８】流速センサの実装方法の説明図である。

【図９】微細加工ダイアフラム構成の流速センサの説明
図である。

【図１０】微細加工ダイアフラム構成の流速センサの説
明図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板 ２ 空隙部 ３ ダイアフラム部 ４ ヒータエレメント ５ 測温抵抗エレメント ６ 測温抵抗エレメント ７ 周囲温度測温抵抗エレメント ２０ 流速検出装置 ３０ 電源入力回路 ４０ ヒータ発熱回路 ５０ 測温抵抗増幅回路 ６０ 表示出力回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上のダイアフラム部材に形成される
   ヒータエレメント手段と、 上記ダイアフラム部材に形成され、上記ヒータエレメン
   ト手段の両側に設けられて、上記ヒータエレメント手段
   上を移動する流体により引き起こされる熱移動に応じて
   抵抗値を変化させる２つの測温抵抗エレメント手段と、 上記ヒータエレメント手段を構成要素に持つブリッジ回
   路で構成されて、上記ヒータエレメント手段を発熱する
   ヒータ発熱回路と、 上記測温抵抗エレメント手段を構成要素に持つブリッジ
   回路で構成されて、上記ヒータエレメント手段上を移動
   する流体の流速に応じた電圧を発生するセンサ検出回路
   と、 上記ヒータエレメント手段の過熱を防止する第１の過熱
   防止回路と、 上記測温抵抗エレメント手段の過熱を防止する第２の過
   熱防止回路とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の流速検出装置において、 第１の過熱防止回路は、ヒータエレメント手段に印加さ
   れる電圧を制限するか、ヒータエレメント手段に流れる
   電流を制限することで、ヒータエレメント手段の過熱を
   防止し、 第２の過熱防止回路は、測温抵抗エレメント手段に印加
   される電圧を制限するか、測温抵抗エレメント手段に流
   れる電流を制限することで、測温抵抗エレメント手段の
   過熱を防止することを、 特徴とする流速検出装置。
3. 【請求項３】 基板上のダイアフラム部材に形成される
   ヒータエレメント手段手段と、 上記ダイアフラム部材に形成され、上記ヒータエレメン
   ト手段の両側に設けられて、上記ヒータエレメント手段
   上を移動する流体により引き起こされる熱移動に応じて
   抵抗値を変化させる２つの測温抵抗エレメント手段と、 上記ヒータエレメント手段を構成要素に持つブリッジ回
   路で構成されて、上記ヒータエレメント手段を発熱する
   ヒータ発熱回路と、 上記測温抵抗エレメント手段を構成要素に持つブリッジ
   回路で構成されて、上記ヒータエレメント手段上を移動
   する流体の流速に応じた電圧を発生するセンサ検出回路
   と、 上記ヒータエレメント手段に並列接続する形態で設けら
   れて、上記ヒータエレメント手段の発熱温度が流体の着
   火温度を越えないようにと、上記ヒータエレメント手段
   に印加される電圧を制限するツェナーダイオード手段
   と、 上記測温抵抗エレメント手段の各々に並列接続する形態
   で設けられて、上記測温抵抗エレメント手段の発熱温度
   が流体の着火温度を越えないようにと、上記測温抵抗エ
   レメント手段に印加される電圧を制限する２つのツェナ
   ーダイオード手段とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。
4. 【請求項４】 基板上のダイアフラム部材に並列に形成
   されて、温度に応じて抵抗値を変化させる２つの測温抵
   抗エレメント手段と、 上記測温抵抗エレメント手段を構成要素に持つブリッジ
   回路と、 上記ブリッジ回路に電流を供給することで上記測温抵抗
   エレメント手段を発熱する発熱回路と、 上記ブリッジ回路の電圧バランスを検出することで、上
   記測温抵抗エレメント手段上を移動する流体の流速に応
   じた電圧を発生する検出回路と、 上記測温抵抗エレメント手段の過熱を防止する過熱防止
   回路とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の流速検出装置において、 過熱防止回路は、測温抵抗エレメント手段に印加される
   電圧を制限するか、測温抵抗エレメント手段に流れる電
   流を制限することで、測温抵抗エレメント手段の過熱を
   防止することを、 特徴とする流速検出装置。
6. 【請求項６】 基板上のダイアフラム部材に並列に形成
   されて、温度に応じて抵抗値を変化させる２つの測温抵
   抗エレメント手段と、 上記測温抵抗エレメント手段を構成要素に持つブリッジ
   回路と、 上記ブリッジ回路に電流を供給することで上記測温抵抗
   エレメント手段を発熱する発熱回路と、 上記ブリッジ回路の電圧バランスを検出することで、上
   記測温抵抗エレメント手段上を移動する流体の流速に応
   じた電圧を発生する検出回路と、 上記測温抵抗エレメント手段の各々に並列接続する形態
   で設けられて、上記測温抵抗エレメント手段の発熱温度
   が流体の着火温度を越えないようにと、上記測温抵抗エ
   レメント手段に印加される電圧を制限する２つのツェナ
   ーダイオード手段とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。