JPH11505929A - 気流の方向及び速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２つの測定回路を間隔をもって互いに対向するように配置して測定回路対を形成するとともにこれら各対の測定回路を互いに直交するように配置して成る、複数の測定回路（１）と、オプションとして上記各測定回路と同じ位置に配置した、４つの加熱素子（２）と、制御回路とが設けられたチップ（１１）であって、該チップを基板（９）に固定して構成される、気流の方向及び速度を測定する装置において、上記チップと上記基板間の実装を実質的に均一に構成し、好ましくは膠着により構成したことを特徴とする。上記チップは、例えば、熱伝導性材料製のハウジング内に収容される。更に、上記装置は、上記測定チップに加えて、該測定チップと実質的に同様の方法で製造された、各素子の加熱を行わない、基準チップ（１２）を含むとともに絶縁部材（１７）により上記測定チップから遮蔽される。

Description

【発明の詳細な説明】 気流の方向及び速度測定装置 本発明は、気流の方向及び速度を測定する装置に関し、該装置は、２つの測定 回路を間隔をもって互いに対向するように配置して測定回路対を形成するととも にこれら各対の測定回路を互いに直交するように配置して成る、複数の測定回路 と、上記各測定回路と同じ位置に配置した、４つの加熱素子と、制御回路とが設 けられたチップであって、該チップを基板に固定して構成される。 上記チップの一例として、ヨーロッパ特許第０３１３１２０号が知られており 、該ヨーロッパ特許には、半導体基板に含まれ、各方向成分に対応して２つの熱 電対素子を配置して成る、気体又は流動媒体の流動方向及び流速の検出指示器が 記載されている。これら熱電対素子は、互いに並行状に配置された熱電対列とし て形成されるとともに各熱電対列間の表面部に、１つ又はそれ以上の加熱素子と 該各熱電対の出力信号を処理する電子回路とを配置して形成されたものである。 上記チップは、基板における気流の案内部に沿って装着されている。上記基板は 加熱素子、好ましくは、いわゆる、加熱レオスタット（加減抵抗器）を介して加 熱される。空気が上記基板上を流動するため、該基板全体にわたって温度勾配が 確立され、最低温度領域は基板と最初に接触する場所に生じる一方、最高温度領 域は気流が上記基板から離間する場所に生じる。上記温度勾配が熱電対を介して 測定され、この温度勾配経過が流速測定値を表す。上記チップは、好ましくは、 四角形状に配置された４つの熱電対を含むから、また、空気流の方向が上記装置 により測定可能とされる。 上記したようなチップは、例えば、ヨーロッパ特許第０４０２９７７号に記載 されるように、ハウジング内に収容される。このヨーロッパ特許は流動媒体の流 動方向及び流速を測定する装置を記載しており、該装置は、実質的に互いに同一 の上円板及び下円板を集合させ、その集合体の軸と垂直に予め定められた間隔を あけて固定して形成された構造体を支持する軸を有する。方向感知熱速度メータ （例えば、上述したようなチップ）は、上記２つの円板間に配置され、それらの 円板の直径よりも小さい直径を有する、第３円板に装着される。このチップは、 上記２つの円板の上面に向けられている。 上記公知の装置では、種々の問題が生じている。例えば、上記基板において、 常に、均一の温度分布を得難いことである。そのような変動により温度勾配が乱 れ、それにより測定誤差が生じることとなる。更に、上記基板における温度の変 動は該基板を包囲する物質にヒステリシス現象を発生させることとなる。更には 、外気温度が高い等の周辺ファクタが測定値に影響を及ぼすこととなる。 本発明は、気流の方向及び速度を測定する装置であって、上記従来公知のもの を改良した測定装置を提供することを目的とする。 このため、本発明は、２つの測定回路を間隔をもって互いに対向するように配 置して測定回路対を形成するとともにこれら各対の測定回路を互いに直交するよ うに配置して成る、複数の測定回路と、オプションとして上記各測定回路と同じ 位置に配置した、４つの加熱素子と、制御回路とが設けられたチップであって、 該チップを基板に固定して構成される、気流の方向及び速度を測定する装置にお いて、上記チップと上記基板間の実装を実質的に均一に構成したものである。こ の均一な実装により、加熱素子によりチップに発生した熱は一様にかつ均一に基 板に伝達される。そこで、再び、該基板は均一かつ一様に加熱され、信頼性のあ る測定を行うことができる。 上記チップと基板間の実装は、好ましくは、膠着により行われる。膠着は、均 一な実装を妨害する気泡とかその他の不均質物が封入されることのないように行 われる。気泡により良好な熱伝達ができなくなる。 チップを装着した基板は、好ましくは、ハウジング内に収容される。このハウ ジングは任意のものであってよいが、本発明によれば、例えば、ヨーロッパ特許 第０４０２９７７号に記載されるような構成とされ、上記基板とチップは、２つ の大形円板間に順番に配置された円板に収容される。上記基板内においては、該 基板の連続加熱及び不均一な冷却により、ヒステリシス現象が生じることとなる 。したがって、好ましくは、本発明の円板は熱伝導性材料により形成され、その 熱伝導率は、好ましくは、最小限２００ｗ／（ｍ・Ｋ）のものとされる。非常に 好適な材料は、例えば、アルミニュームとされる。更には、アルミニュームは、 処 理後に耐食性を有する。 本発明の好ましい実施例において、装置は、測定チップに加えて、実質的に同 様の方法で製造され、各素子を加熱することのない基準チップを有する。この基 準チップは、周辺温度を測定して、確実に、測定チップが基板をその周辺温度以 上の予め定められた値に加熱するようにされる。このようにして、常に、基板の 温度と周辺温度間に明瞭な差異が無くなるため、周辺温度は、最早、当該測定に 影響を及ぼさない。周辺との温度差は、好ましくは、１０〜２０Ｋ（ケルビン） 、より好ましくは、約１６Ｋ（ケルビン）とされる。 基準チップは、好ましくは、絶縁材料により測定チップから遮蔽される。測定 チップは、単に、周辺温度を測定するだけの基準チップよりも顕著に温められる ため、前者の測定チップは、放射により基準チップの温度測定に影響を及ぼすこ ととなる。該測定回路は、基板温度が基準チップの温度に依存するようにしたか ら、この温度の増大は、測定チップにより基板内に生じた温度を増大させ、よっ て、該基準チップの温度を増大させることとなる。このようにして、測定は信頼 性のあるものとなるばかりでなく、基板が不必要に加熱されることがなくなる。 上記絶縁材料は、好ましくは、最小限、２００ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有 する熱伝導性物質、好ましくは、アルミニュームにより形成される。 光及び電磁放射に対しチップを保護するために、例えば、セラミック材料製の 基板のチップ装着面に、銀蒸着層及びガラス層が設けられる。光及び電磁放射は 温度測定に悪影響を及ぼす。 それ自体知られた装置と同様に、本発明の装置は、実質的に平行状に間隔をあ けて２つの円板を配置するとともに該両円板間に、より小さな直径を有する測定 円板を介在させて形成されたハウジングにより構成される。本発明によれば、上 記２つの円板のうちの一方の円板と対面する、測定円板の面に、測定チップを備 えた基板が装着される一方、上記２つの円板のうちの他方の円板と対面する側の 面に、基準チップを備えた基板が装着される。 基準チップが確実に測定チップと実質的に同一の気流を検出するようにするた めに、２つの円板間に複数の細いロッドを介在させて該２つの円板のうちの一方 の円板上に、測定円板が固定される。これら円板自体は、メッシュ幅、好ましく は、１〜１０ｍｍ、より好ましくは、２〜５ｍｍ、最も好ましくは、２.４８ｍ ｍを有するとともに、厚さ０.１〜２ｍｍ、好ましくは、０.２〜１ｍｍ、最も好 ましくは、０.７ｍｍのワイヤにより形成された、シリンダゲージを介して間隔 をあけて保持されるようにするのが好ましい。測定円板は上記シリンダゲージの 内部に設けられる。上記ゲージは、確実に、空気流が測定表面の外側で既に乱流 となるようにする。そのようなシリンダを設けないと、気流が層流から上記チッ プの上部の乱流に転送される可能性がある。これは、また、当該測定に悪影響を 及ぼすこととなる。 好ましい実施例において、測定円板の上面に、測定チップを備えた基板を収容 する凹部が設けられるとともに、上記測定円板の下面に、基準チップを備えた基 板を収容する凹部が設けられる。上記両凹部間の隔壁部は絶縁部材として作用す る。 本発明は、更に、各構成部分に対応する参照符号が付された添付図面に基づい て説明する。これらの添付図面において： 図１は、本発明に係る測定チップの略平面図を示し； 図２は、本発明の好ましい実施例の概略図を示し； 図３は、測定円板の部分断面図を示す。 図１は、チップ（集積回路又はＩＣとして知られている）の構造を示し、該チ ップに、４つの熱電対列１、４つの加熱レオスタット（加熱加減抵抗器）２及び １つのトランジスタ３が集積されている。上記ＩＣは、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃セラミ ック基板上に膠着され、このようにして、このチップと基板間に気泡とかその他 の不均一物質が実質的に存在しないようにされる。また、上記基板にチップを取 り付けた後、該基板上に、銀蒸着層とかガラス層とかの特殊な層が装着される。 図２は、本発明の好ましい実施例を示す。ここに示す装置は、上円板４及び下 円板５により形成され、これら円板はシリンダゲージ６を介して相互に間隔をあ けて保持される。測定円板８は上記シリンダ内で細いロッド７上に設けられる。 これら全ての円板の縁部に丸みが付けられ、空気流が容易に接近し易いようにさ れる。測定円板８の上面に、測定チップを備えた基板９が装着される。該測定円 板の底面に、基準チップを備えた基板１０が装着される。 図３は、測定円板８の拡大詳細図を示す。基板９上に測定チップ１１が装着さ れる。上記チップ１１は上記測定円板の凹部１５内に収容され、したがって、該 測定円板における上記チップから遠隔した面とのみ接触する空気流から遮蔽され る。 同様にして、基準チップ１２が凹部１６内に収容される。空気流を混乱させる ことのないように、上記両基板は測定円板と面一状に装着される。基板９は凹部 １３内に装着される一方、基板１０は凹部１４内に装着される。両凹部１５及び １６は、隔壁部１７を介して隔離され、該隔壁部１７は上記測定円板の他の部分 と同一材料にて形成されており、上記基準チップの上記測定チップに対する熱絶 縁体として作用する。 本発明の改良事項により、チップと基板、及び、基板と周辺部間に良好な熱伝 達が行われ、これにより基板が均一に加熱されてヒステリシスの発生が防止され る。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年６月１１日 【補正内容】 上記２つの円板の上面に向けられている。 上記公知の装置では、種々の問題が生じている。例えば、上記基板において、 常に、均一の温度分布を得難いことである。そのような変動により温度勾配が乱 れ、それにより測定誤差が生じることとなる。更に、上記基板における温度の変 動は該基板を包囲する物質にヒステリシス現象を発生させることとなる。更には 、外気温度が高い等の周辺ファクタが測定値に影響を及ぼすこととなる。 本発明は、気流の方向及び速度を測定する装置であって、上記従来公知のもの を改良した測定装置を提供することを目的とする。 このため、本発明は、２つの測定回路を間隔をもって互いに対向するように配 置して測定回路対を形成するとともにこれら各対の測定回路を互いに直交するよ うに配置して成る、複数の測定回路と、上記各測定回路と同じ位置に配置した、 １つ又はそれ以上の、好ましくは、４つの加熱素子と、制御回路とが設けられた チップであって、該チップを基板に固定して構成される、気流の方向及び速度を 測定する装置において、上記チップと上記基板間の実装を実質的に均一に構成し たものである。この均一な実装により、加熱素子によりチップに発生した熱は一 様にかつ均一に基板に伝達される。そこで、再び、該基板は均一かつ一様に加熱 され、信頼性のある測定を行うことができる。 上記チップと基板間の実装は、好ましくは、膠着により行われる。膠着は、均 一な実装を妨害する気泡とかその他の不均質物が封入されることのないように行 われる。気泡により良好な熱伝達ができなくなる。 チップを装着した基板は、好ましくは、ハウジング内に収容される。このハウ ジングは任意のものであってよいが、本発明によれば、例えば、ヨーロッパ特許 第０４０２９７７号に記載されるような構成とされ、上記基板とチップは、２つ の大形円板間に順番に配置された円板に収容される。上記基板内においては、該 基板の連続加熱及び不均一な冷却により、ヒステリシス現象が生じることとなる 。したがって、好ましくは、本発明の円板は熱伝導性材料により形成され、その 熱伝導率は、好ましくは、最小限２００ｗ／（ｍ・Ｋ）のものとされる。非常に 好適な材料は、例えば、アルミニュームとされる。更には、アルミニュームは、 処 理後に耐食性を有する。 本発明の好ましい実施例において、装置は、測定チップに加えて、実質的に測 定チップと同様の方法で製造された、各素子を加熱することのない基準チップを 有する。この基準チップは、周辺温度を測定して、確実に、測定チップが基板を その周辺温度以上の予め定められた値に加熱するようにされる。このようにして 、常に、基板の温度と周辺温度間に明瞭な差異が無くなるため、周辺温度は、最 早、当該測定に影響を及ぼさない。周辺との温度差は、好ましくは、１０〜２０ Ｋ（ケルビン）、より好ましくは、約１６Ｋ（ケルビン）とされる。 基準チップは、好ましくは、絶縁材料により測定チップから遮蔽される。測定 チップは、単に、周辺温度を測定するだけの基準チップよりも顕著に温められる ため、前者の測定チップは、放射により基準チップの温度測定に影響を及ぼすこ ととなる。該測定回路は、基板温度が基準チップの温度に依存するようにしたか ら、この温度の増大は、測定チップにより基板内に生じた温度を増大させ、よっ て、該基準チップの温度を増大させることとなる。このようにして、測定は信頼 性のあるものとなるばかりでなく、基板が不必要に加熱されることがなくなる。 上記絶縁材料は、好ましくは、最小限、２００ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有 する熱伝導性物質、好ましくは、アルミニュームにより形成される。 光及び電磁放射に対しチップを保護するために、例えば、セラミック材料製の 基板のチップ装着面に、銀蒸着層及びガラス層が設けられる。光及び電磁放射は 温度測定に悪影響を及ぼす。 それ自体知られた装置と同様に、本発明の装置は、実質的に平行状に間隔をあ けて２つの円板を配置するとともに該両円板間に、より小さな直径を有する測定 円板を介在させて形成されたハウジングにより構成される。本発明によれば、上 記２つの円板のうちの一方の平行な円板と対面する、測定円板の面に、測定チッ プを備えた基板が装着される一方、上記２つの円板のうちの他方の円板と対面す る、上記測定円板のもう１つの面に、基準チップを備えた基板が装着される。 基準チップが確実に測定チップと実質的に同一の気流を検出するようにするた めに、２つの円板間に複数の細いロッドを介在させて該２つの円板のうちの一方 訂正請求の範囲 １．２つの測定回路を間隔をもって互いに対向するように配置して測定回路対を 形成するとともにこれら各対の測定回路を互いに直交するように配置して成る、 複数の測定回路と、上記各測定回路と同じ位置に配置した、１つ又はそれ以上の 、好ましくは、４つの加熱素子と、制御回路とが設けられたチップであって、該 チップを基板に固定して構成される、気流の方向及び速度を測定する装置におい て 上記チップと上記基板間の実装を実質的に均一に構成したことを特徴とする、 装置。 ２．チップと基板間の実装を膠着により行った、第１項記載の装置。 ３．チップを装着した基板が熱伝導性材料製のハウジング内に収容された、第１ 項又は第２項記載の装置。 ４．熱伝導性材料の熱伝達係数が最小限２００ｗ／（ｍ・Ｋ）を有するものであ る、第３項記載の装置。 ５．熱伝導性材料がアルミニュームである、第３項又は第４項記載の装置。 ６．更に、測定チップに加えて、該測定チップと実質的に同様の方法で製造され た、各素子を加熱することのない基準チップを有する、第１項〜第５項のいずれ かに記載の装置。 ７．基準チップが絶縁部材により測定チップから遮蔽された、第６項記載の装置 。 ８．絶縁部材が、好ましくは、最小限２００ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する ものであり、好ましくは、アルミニュームで形成された、第７項記載の装置。 ９．基板がセラミック材料製とされ、該基板におけるチップを装着した面に銀蒸 着層及びガラス層を設けて光及び電磁放射から保護するようにした、第１項〜第 ８項のいずれかに記載の装置。 １０．実質的に平行状に間隔をあけて２つの円板を配置するとともに該両円板間 に、より小さな直径を有する測定円板を介在させて形成されたハウジングを含む 、第２項〜第９項のいずれかに記載の装置において、 上記２つの円板のうちの一方の円板と平行に対面する、測定円板の面に、測定 チップを備えた基板を装着し、上記２つの円板のうちの他方の円板と対面する、 上記測定円板のもう１つの面に、基準チップを備えた基板を装着したことを特徴 とする、装置。 １１．２つの円板が、約２.４８ｍｍのメッシュ幅を有するとともに約０.７ｍｍ の細いワイヤにより形成されたシリンダゲージにより間隔をあけて保持された、 第１０項記載の装置。 １２．２つの円板間に複数の細いロッドを介在させて該２つの円板のうちの一方 の円板上に、測定円板を固定した、第１０項又は第１１項に記載の装置。 １３．測定円板の上面に、測定チップを備えた基板を収容する凹部を設けるとと もに、上記測定円板の下面に、基準チップを備えた基板を収容する凹部を設けた 、第１０項〜第１２項のいずれかに記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 ファン・オウトヒョースデン，バスティア ーン・ウィレム オランダ、エヌエル−2624セーエス・デル フト、アー・ファン・スヘンデルプレイン 76番 (72)発明者 ヴェルフーフェン，ヒューベルト・ヤン アメリカ合衆国95008カリフォルニア州キ ャンベル、ウエスト・リンコン・アベニュ ー・ナンバー４、195番

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．２つの測定回路を間隔をもって互いに対向するように配置して測定回路対を 形成するとともにこれら各対の測定回路を互いに直交するように配置して成る、 複数の測定回路と、オプションとして上記各測定回路と同じ位置に配置した、４ つの加熱素子と、制御回路とが設けられたチップであって、該チップを基板に固 定して構成される、気流の方向及び速度を測定する装置において 上記チップと上記基板間の実装を実質的に均一に構成したことを特徴とする、 装置。 ２．チップと基板間の実装を膠着により行った、第１項記載の装置。 ３．チップを装着した基板が熱伝導性材料製のハウジング内に収容された、第１ 項又は第２項記載の装置。 ４．熱伝導性材料の熱伝達係数が最小限２００ｗ／（ｍ・Ｋ）を有するものであ る、第３項記載の装置。 ５．熱伝導性材料がアルミニュームである、第３項又は第４項記載の装置。 ６．更に、測定チップに加えて、実質的に同様の方法で製造され、各素子を加熱 することのない基準チップを有する、第１項〜第５項のいずれかに記載の装置。 ７．基準チップが絶縁部材により測定チップから遮蔽された、第６項記載の装置 。 ８．絶縁部材が、好ましくは、最小限２００ｗ／（ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する ものであり、好ましくは、アルミニュームで形成された、第７項記載の装置。 ９．基板がセラミック材料製とされ、該基板におけるチップを装着した面に銀蒸 着層及びガラス層を設けて光及び電磁放射から保護するようにした、第１項〜第 ８項のいずれかに記載の装置。 １０．実質的に平行状に間隔をあけて２つの円板を配置するとともに該両円板間 に、より小さな直径を有する測定円板を介在させて形成されたハウジングを含む 、第２項〜第９項のいずれかに記載の装置において、 上記２つの円板のうちの一方の円板と対面する、測定円板の面に、測定チップ を備えた基板を装着し、上記２つの円板のうちの他方の円板と対面する側の面に 、基準チップを備えた基板を装着したことを特徴とする、装置。 １１．２つの円板が、約２.４８ｍｍのメッシュ幅を有するとともに約０.７ｍｍ の細いワイヤにより形成されたシリンダゲージにより間隔をあけて保持された、 第１０項記載の装置。 １２．２つの円板間に複数の細いロッドを介在させて該２つの円板のうちの一方 の円板上に、測定円板を固定した、第１０項又は第１１項記載の装置。 １３．測定円板の上面に、測定チップを備えた基板を収容する凹部を設けるとと もに、上記測定円板の下面に、基準チップを備えた基板を収容する凹部を設けた 、第１０項〜第１２項のいずれかに記載の装置。