JPS61139723A - 空気流量計の感温抵抗体及びその製造方法 - Google Patents

空気流量計の感温抵抗体及びその製造方法

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JPS61139723A
JPS61139723A JP59261995A JP26199584A JPS61139723A JP S61139723 A JPS61139723 A JP S61139723A JP 59261995 A JP59261995 A JP 59261995A JP 26199584 A JP26199584 A JP 26199584A JP S61139723 A JPS61139723 A JP S61139723A
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佐藤 金正
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、空気流量計、特に内燃機関の吸入空気流量測
定装置の空気流量針の感温抵抗体及びその製造方法に関
するものである。
〔発明の背景〕
高馬力、低燃費、排ガス等の制御に高精度で即応できる
燃料噴射装置を有する内燃機関の制御に用いられる感温
抵抗体を用いた空気流量針(以下AFMと称する)には
、例えば、特開昭55−43448号公報にテされてい
るようにφ0.5sgのアルミナボビンにφ20μmの
白金細線を捲きその上にガラスをオーバコートした巻線
抵抗体を発熱抵抗体とする感温抵抗体(以下HWと称す
る)を用いていた。第4図及び第5図は従来のHWの構
造を示すもので第4図は斜視図、第5図は第4図のX部
の断面図を示している。これらの図で、lばアルミナ円
筒体、2はリード、3は白金細線、4はガラスを示して
いる。しかしHW!fi、捲線が細線であるため、捲線
途中におけるテンションの変動やアルミナボビン端部の
巻上げ、巻下し時の摩擦力により断線することがしばし
ばあり量産性を著しく阻害し、高価であった。
t+、近年ターボチャージャ車の需要が高まるのに伴っ
て、自動車の吸入空気流量範囲も増加し、。
人FMの流量測定精度を上げる必要が生じてきた。
〔発明の目的〕
本発明は、このような実状に対して、安価で高精度な空
気流量計の感温抵抗体及びその製造方法を提供可能とす
るものである。
〔発明の概要〕
本発明の空気流量計の感温抵抗体は、円筒体の両端にそ
れぞれリードが挿嵌され、該リードのそれぞれKその両
端が接続する発熱抵抗体が前記円筒体上に配設され、該
発熱抵抗体をガラスで被覆してなる空気流量計の感温抵
抗体において、前記発熱抵抗体か前記円筒体にスパイラ
ル状に被着した白金薄膜よシなシ、その表面積が′L5
−以下で、前記リードを除いた発熱抵抗体の配設されて
いる部分の熱容量が1.3 X 1 o−”ml/C以
下、前記円筒体の外径がd4I111長さがtIIII
であるときt/dが55以上であることを特徴とするも
ので、本発明の空気it計の感温抵抗体の製造方法は、
円筒体の両端にそれぞれリードが挿嵌され、該リードの
それぞれにその両肩が接続され前記円筒体上に発熱抵抗
体が配設され、該発熱抵抗体をガラスで被覆してなる空
気流量針の感温抵抗体の製造方法において、前記円筒体
の内側中央部を除いた部分に白金薄膜を被着させ、つい
で白金薄膜が被着された該円筒体の両端部内周及び断面
に白金ペーストを存在させた状態で前記リードを挿嵌し
た後加熱して、前記リードの前記円筒体への固定及び前
記白金薄膜の熱処理を行ない、次に該円筒体上の白金薄
膜をレーザ光を用いてスパイラル状にトリミングして前
記発熱抵抗体を形成し、トリミングされた該発熱抵抗体
の設けられた前記円筒体及び該発熱抵抗体と前記リード
との接続部をガラスで被覆することを第一の特徴とし、
前記円筒体の両端部内周、及び断面に白金ペーストを存
在させ良状態で前記リードを挿嵌して焼付固定し、次に
前記円筒体及び前記リード外面に白金薄膜を被着させ熱
処理した後、該円筒体上の白金薄膜をレーザ光を用いて
スパイラル状にトリミングして前記発熱抵抗体を形成し
、トリミングされた該発熱抵抗体の設けられた前記円筒
体及び該発熱抵抗体と前記リードとの接続部をガラスで
被覆することを第二の特徴とするものである。
゛〔発明の実施例〕 以下、実施例について説明する。
第1図及び第2図は一実施例の感温抵抗体の構造を示す
もので、第1図は斜視図、I/c2図はjX1図のY部
の断面図を示しており、第3図は第1図の感温抵抗体と
温度補償用抵抗体(以下CFと称する)とを流路に設置
したAFMの構造の説明図である。これらの図で第1図
及び第2図と同一部分には同一符号が付しである。これ
らの図で、5は薄膜を発熱抵抗体とする感温抵抗体(以
下HFと称する)、6は発熱抵抗体を構成する白金薄膜
、7は白金ペーストを示し、8は主通路、9はバイパス
通路、10はCFを示している。
主通路8は冷間圧延鋼板を板金絞り成形した上流側ダク
ト11と下流側ダクト12を中央部でロー付によシ結合
してなる。上流ダクト11の下流側にはリング状のコ形
突部13が形成され、下流ダクト12と組合わされ走時
、主通路8の外周にリング状の通路を形成する。このリ
ング状の通路の外周には流入口14がめシ内周部には流
入口14に対して210°#Iれた位置に主通路8の最
狭部15と合流する開口部16を有する。主通路8の上
流にはメツシュ17が固定されている。バイパス通路9
とHF5.CFIOを駆動する回路を収納するモジュー
ル部18を一体にしたバイパスモジュール19Fi薄肉
のアルミダイカストによシ成形される。バイパス入口部
20は突出しHF5の上流部の長さを長くして整流効果
を得ることができる。HF5とCFIOは樹脂部21に
埋設され九リードビン22,22,23.23のバイパ
ス側突出部にそれぞれ点溶接して固定する。これらのリ
ードピンの他端はモジュールケースの中に人!5、f(
F駆動回路23にリードフレーム(図示せず)などを介
して連結される。また、バイパスモジュール19のバイ
パスの下流側外周はパイプが連結できる直管部25を有
する。バイパスモジュール19は主通路8の上流部で流
路に垂直な面に穿った孔にバイパス上流部を差し込みO
IJング26を介して上方から4本のネジ(図示せず)
で固定する。バイパスの下流側と前記主通路側リング状
通路入口14間はL形ゴムホース26で連結する。向、
7ランジ27はAFMをエアクリーナに直結するための
ものである。
次に、HFの装造方法について説明する。
第1図及び第2図に示すような外径φ0.3511J内
径φ0.2m、長さ2mのアルミナパイプIK白金薄1
26をバレルスパッタによシ膜厚2μmへ4μm着膜す
る。スパッタ後の抵抗値は目標最終抵抗値の1150〜
1 / 100であシ抵抗値のばらつきは±15%以内
である。アルミナパイプlにバレルスパッタする時には
アルミナパイプ1内径に対する長さが8倍以上でないと
アルミナパイプ1内径部に導体が人プ導通してしまうこ
とがある。
次にアルミナパイプlの内側両端及び両断面にフイラ入
シの白金ペースト7を塗布したものに先端部にフイラ入
りの白金ペーストを塗布したリードを嵌挿し1oooc
〜1200Cで・奥付は固定すると同時に白金薄膜も熱
処理して結晶化し耐久的に安定な薄膜にする。この熱処
理で抵抗値はスパッタ後の値の約1/2になシ、その抵
抗値のばらつきは±15%でめった。次にレーザによる
抵抗スパイラルトリミングを行うが、白金抵抗体は通常
の抵抗トリミングを行うと白金の温度係数が大きいため
トリミング中のレーザの熱で抵抗値は数百〜数千gの直
を示し大きくばらつくため、予測法トリミングを採用す
る。たとえば、スパイラルトリセングを途中で一旦停止
してトリミング長とトリミング後の抵抗値をもとに残シ
のトリミング長を目標抵抗値かられり出す方法をとれば
曳い。最後にガラス4をオーバコートする。このように
して得られた感温抵抗体には、過電流を流してエージン
グを行い薄膜の継時変化をおさえる。このようにして製
造され&HF、CFを支持ターミナル22.22,23
.23に溶接固定してga図に示すようにAF’Mに組
上げる。、電気的にはこれらHli”、CPtge図に
示す電子回路に組込み駆動する。即ち)IF5.CFI
Oは他の抵抗28゜29とブリッジを構成する。このブ
リッジの差電圧をアンプ30を介して差動増幅し、トラ
ンジスタ31を駆動するフィードバック回路を構成する
そして)IF5はCFIOと共にバイパス通路9の中に
配置し、周囲温度に対して常に一定の温度差Tm−20
0C1に保持するように制御する。出力電圧fi第6図
におけるv2をゼロ、スパン調整回路(図示せず)によ
シ調整しvoとして取出す。
流量出力Qは Qw a Vo’+ b V6j+ c VO”+ d
 V+e  −(1)としてvoの4乗根関数として表
わされる。ここでa、b、c、d、et:を定数を表わ
す。
AFMに電源電圧Vi−14Vを供給し駆動するとQ−
100Kf/h (D場合11CVo =4.oiov
出力電圧が得られるが、そのVop−p = 83 m
Vで、N/8 =ΔQ/Q=IL28チ変動していた。
その主要な原因は颯子回呻そのものから発生するのでは
なく、HFの空気の流れへの熱伝達量の変化によるもの
である。すなわち、空気の流れはバイパス径Dtつ大小
や、バイパス人力からHF取付位置1.までの距離の大
小によって微妙な変化を示すが、ここでは最適値として
Dt=10mtt=30m+とじ九。第7図はHFの出
力変動、所d1、ノイズをHWと比較して示したもので
、横軸、縦軸にはそれぞれ流量(Kf/h)、ノイズΔ
Q/Q(チ)、すなわち、実測の最大ノイズ分を出力の
平均値に対する割合で示したもので、ΔV/V値をω式
をもとにしてΔQ/Q値に変換して示してあυ、p、w
#iそれぞれHF、HWを示している。
グラフ上で40〜80Kf/h付近にピーク値が61)
、HWの最大ノイズは約91であるが、これに対して)
fFは最大3チ低減されて最大値でlとなってい゛る。
現行のエミッションコントロール用コンピュータのテン
プリングFi20 m s −800μs毎に行なわれ
ているため、その取込は全くランダムで、lその時々に
よる誤差が問題となる。
ノイズ成分は小さくしないと必要空気流量の測定精度が
向上しな!ため)fFにしたことによるノイズ低減の精
度に対する効果は大である。
この他の精度に対する要因として応答性がある。
第8図は高圧のエアを吹付ける方式でHFとHWとの応
答性を比較測定したもので、図の横軸には時間(m m
 )、縦軸には空気流量(Kf/h)、すなやち、電圧
VO値をU)式を用いてコンピュータによシ流量Q値に
変換した値がセつてめシ、FpWはそれぞれHF(φ0
.36閣、2t)、)(W(φ0.55m、24)の場
合を示している。この図から明らかなように、HF、)
(Wの場合の立上り応答はそれぞれ約10Qms、 1
liel)以上であるので、HFにすることによシ、応
答時間は1/10以下に短縮でき九ことになる9応答特
性の改善に0第9図艷示す1うに始動時間が短縮され・
自動車の加速時の突気流量急変時の追従性が向上し、運
転性が大幅に向上することができる。M9図は横軸に時
間T(m(6))、縦軸、に出力電圧Vo(V)がとつ
”C;hD、Vm =14.5V、Q−13Kf/h。
Th−T’−7−200Cの場合を示し、F、W竺それ
ぞれHF(φ0.35m、2t)、1(W(φ0.50
m、2t)の場合を示している。
410図はi(Fの消費′電力を1−IWと比較して示
したものでTh −T−=20QCの場合で、横軸には
V回(K4/ h)”” 、縦軸にはI h” (XI
O−”A”)がとってあり、H,Wはそれぞれ)IF’
(φ0.35鴎、2t)、HW(φ0.5間、2t)の
場合を示しておシ、A、Bをそれぞれv’Q=0の場合
のIh”  の値、曲線の勾配を示すとすれば、L−=
A+aV可で表わされる。この図から明らかなように、
HPの場合には、全熱容量が少ないこととリードを介し
てターミナルへ伝導する熱量が少なくなったことによシ
ミ力消費量は減少している。
以上の如く、トの実施例のHFは従来のHWに対してこ
のような特性上のメリットがある他、半/トのコストが
HWk対し約1/2に低減できる利点がある。なお、耐
熱性は450C以上でありHWと同等で=る。−40C
中でTi−300C14V通電オン4(6)、オフ49
41Gの10万サイクルの耐久テスト結果でも出力の変
化はΔQ/Q≦±2−で1、耐振性450 G、  1
0 Hz 〜I KHz2m掃引、XYZ軸各3時間で
出力の変化ΔQ/Q≦±1−以下である。以上の実施例
によれば小形の)(Fを空気流量針のセンサエレメント
として採用することによシフイズをΔQ/Qで最大30
チ低減できる。応答時間は熱容量が小さくなりリードが
細くなるたため、3τ(95チ応答)で1/10以下に
短縮できる。また、センナエレメントの製造原画は半導
体a造波術が応用でき約1/2に低減できる。本発明に
よれば安価で高精度のAFM用のセンサエレメントが提
供できる。
すなわち、本発明の感温抵抗体はアルミナパイプを押出
し成形し焼成して切断後、パイプの表面に白金をバレル
スパッタによシ着膜形成する。そしてリードをパイプの
両端に白金ペーストを用いて焼付けると同時に白金薄膜
も熱処理し、その後レーザでスパイラル状にトリミング
して、ガラスをオーバコートしている。従って、HWの
線を捲く約2鴎間の作業に相当するレーザのスパイラル
トリミング作業は約211eO間で完了する。また、−
膜抵抗体には外力を全くかけずに抵抗体を形成でき、大
葉生産が可能である。レーザのトリミングスポットは最
小でφ30μmであり導体幅はほぼこの幅以上であれば
1(Fとしての機能を保持できる。トリミングはボビン
の外径に偏心がなければφ0.1 mの極細のボビンま
で抵抗トリミングが可能である。従って、このように径
の小さいアルミナパイプや棒ができれば、HWでは作る
ことのできなかった非常に小形状のHFも容易に作るこ
とが可能である。すなわち、HWでは従来外径φ0.5
箇、長さ2鵡のボビンにφ20μmの白金線を37巻巻
いて20gの抵抗値を得ていた。ところが外径φ0.3
5 fi、長さ2麿にすると同じ抵抗値にするためには
線の太さをφ16timにする必要がある。このように
線が細くなると捲線時の断線の頻度が上昇し、HWの価
格はさらに高価なものになる。これに対して、HFの外
径を細くした場合には膜厚3μmを2μmに薄くするこ
とにより容易に対応が可能である。
すなわち、従来のHWに比して小形状のHF’を採用す
ることによシ、第7図に示すように出力電圧ノイズの影
響は最大30%低減することが可能である。その原因は
エレメント形状が小さくなったためにリードやターミナ
ルなどの支持部の温度分布が低くなり壁面流によって生
ずる乱売の影響度が低減されたことによる。また、5p
c9図に示すように応答時間は立上り3τの応答で従来
のHWがl5B3でめったのに対し、HFは100m(
6)前後と約1/10に低減する。その原因としてはエ
レメントの熱容量がHW外径φ0.55IIIIIに対
しHF外径φ0.37 mでは約1/2に減少し九こと
とリード線径が)(Wφ0.2 raiに対しHFφ0
.15麿と細くなってターミナルへの熱伝導量が減少し
、それにHWは白金層線が熱伝導率(λa −0,64
k cnl / m h C)の悪いオーバコートガラ
スに包まれてアルミナパイプに対して線接触していたの
に対しHFでは熱伝導率(λA = 15.8 k m
/mhC)の良いアルミナパイプに白金薄膜が密着して
いることなどによる。また、熱容量が小さくなった念め
、消費電力も第10−1に示すように低減する。
なお、このHFは、表面積がλ25−以下、熱容fit
カ0.13 x 10−’ ”/ C以下、!−/ d
 2>15.5以上のとき良い結果が得られる。以下そ
の根拠についてdXll−413図を用いて説明する。
測定に用いたAFMFi主通路に開口並設したバイパス
通路を有するもので、バイパスの直管部にHF5゜CF
IOをそれぞれリードビン22.23で溶接固定した構
造で第11図はその部分の斜視図、第12図は第11図
の2方向視図である。その測定結果を示したのが413
図で、横軸には、表面積(−)、熱容量(x 1 g 
−a m /c >、t/dがとってあシ、縦軸には3
τ(ms)がとってあり、L = 2 mの場合を示し
である。HF’、CFは製品の価格や重量軽減のためバ
イパス通路径はできるだけ小形にすることが望まれ、従
って、)IP。
CFの長さは可能な限シ短かくすることが必要である。
一方、信号出力を得るための回路構成からエレメントの
抵抗値が10〜20Ωとなるが、この抵抗値をトリミン
グで得るためには、レーザト票タ リミングスポット最小径φ30μであること、電流密度
10,0OOA/−以下で使用しなければならないため
薄膜厚さは1μm〜4μmにする必要があること、アル
ミナパイプの両端にリードを固定するための接着代0.
5 tmが必要であること、などを総合するとボビン全
長は2ws以上が必要となる。
外径寸法はアルミナパイプの成形技術によって左右され
、現状の技術ではφ0.35+az以下は成形困禰であ
る。第13図には、ボビン全長2鵡として、外径を変え
たボビンに白金薄膜を形成し7’tHFの応答特性の比
較が示しであるが、応答特性の評価の目標値は次のよう
な実車のデータがベースになっている。すなわち、多点
燃料噴射システムを搭載した自動車の吸気管にAFMを
取付けて運転動作させた時の加速応答のフィーリングテ
ストで立上シ3τ180m5以下のものが合格し、それ
以上のものでは、加速時に遅れが生じ、運転上のフィー
リングが悪いかめるいは悪い場合がめるという評価にな
っている。
このような制約から前述のHFエレメントの表面積、熱
容量、t/dの限界籠が決定され、また一方、捲線形で
はボビン径φ0.4m、+7−ド径φ0、2 wm以下
になると巻線作−が困膳になシ製品化が不可能になる。
この感温抵抗体を用いた空気流量針は、内燃機関、特に
高馬力、低燃費、排ガス等の制御に高精度で即応できる
燃料噴射装置を有する内燃機関の制御に好適である。
な訃、前述の実施例では、f(Ft−製造する際、アル
ミナパイプに白金薄膜を着膜した後、アルミナパイプ内
側両端及び両断面にフイラ入シの白金ペーストを塗布し
たものに先端部に白金ペーストを塗布したリードを嵌挿
し、熱処理して焼付は固定と白金薄膜を結晶化した後レ
ーザによる抵抗スパイラルトリミングを行なったが、次
のようにしても良い。すなわち、最初、アルミナパイプ
の内側両端及び両断面にフイラ人シの白金ペーストを塗
布したものに、先端にフイラ入りの白金ペーストを塗布
したリードを嵌挿し、熱処理してリードをアルミナパイ
プに焼付は固定する。このリードの固定されたアルミナ
パイプにバレルスパッタにより白金薄膜を着膜する。次
に白金薄膜を熱処理して結晶化し耐久的に安定な雫膜に
する。この後の処理は前述の実施例と同様に行なわれる
。この方法は前述の方法よシも工数が増加するが、同様
の作用効果を有するHFt−製造することができる。
〔発明の効果〕
本発明は、以上の如く、安価で高精度な空気流量計用の
感温抵抗体及びその製造方法を提供可能とするもので、
産業上の効果の大なるものである。
【図面の簡単な説明】
は51!1図の感温抵抗体を1度補償用抵抗体とともに
流路に設置した空気流量計の説明図、第4図は従来の空
気流量計の感温抵抗体の斜視図、45図は第4図のX部
の断面図、第6図は感温抵抗体駆動用の電子回路の説明
図、第7図は実施例の感温抵抗体の出力変動を従来の感
温抵抗体と比較して)示す線図、第8図は同じく応答特
性を比較して示す線図、第9図は同じく出力の始動応答
を比較して示す線図、slO図は同じく消費電力を比較
して示す線図、第11図は感温抵抗体及び温度補償用抵
抗体の取り付は状態を示す斜視図、第12図は第11図
の2方向大視断面図、第11図は本発明の空気流量計の
感温抵抗体の有効使用範囲を示す特性線図である。 l・・・アルミナディプ、2・・・リード、暴−咄→補
軸ト4・・・ガラス、5・・・(4gを発熱抵抗体とす
る)感温抵抗体、6・・・白金薄膜、7・・・白金ペー
スト、8・・・主通路、9・・・バイパス通路、lO・
・・温度補償用抵抗体。 茅 1 囲 茅 2 困 43 口 茅4 固 茅 、5′″ 囚 第6 困 茅7 目 液量 (にり/(〕 茶 δ 目 !!r  m   (asec、) 茅  デ  凹 θ      46θ    δσσ    12σ0
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、円筒体の両端にそれぞれリードが挿嵌され、該リー
    ドのそれぞれにその両端が接続する発熱抵抗体が前記円
    筒体上に配設され、該発熱抵抗体をガラスで被覆してな
    る空気流量計の感温抵抗体において、前記発熱抵抗体が
    アルミナよりなる前記円筒体にスパイラル状に被着した
    白金薄膜よりなり、その表面積が2.5mm^3以下で
    、前記発熱抵抗体の配設されている部分の熱容量が1.
    3×10^−^3cal/℃以下、前記円筒体の外径が
    dmm、長さがlmmであるときl/dが5.5以上で
    あることを特徴とする空気流量計の感温抵抗体。 2、円筒体の両端にそれぞれリードが挿嵌され、該リー
    ドのそれぞれにその両端が接続され前記円筒体上に発熱
    抵抗体が配設され、該発熱抵抗体をガラスで被覆してな
    る空気流量計の感温抵抗体の製造方法において、前記円
    筒体の内側中央部を除いた部分に白金薄膜を被着させ、
    ついで白金薄膜が被着された該円筒体の両端部内周及び
    断面に白金ペーストを存在させた状態で前記リードを挿
    嵌した後加熱して、前記リードの前記円筒体への固定及
    び前記白金薄膜の熱処理を行ない、次に該円筒体上の白
    金薄膜をレーザ光を用いてパイラル状にトリミングして
    前記発熱抵抗体を形成し、トリミングされた該発熱抵抗
    体の設けられた前記円筒体及び該発熱抵抗体と前記リー
    ドとの接続部をガラスで被覆することを特徴とする空気
    流量計の感温抵抗体の製造方法。 3、前記円筒体がアルミナよりなる特許請求の範囲第2
    項記載の空気流量計の感温抵抗体の製造方法。 4、円筒体の両端にそれぞれリードが挿嵌され、該リー
    ドのそれぞれにその両端が接続され前記円筒体上に発熱
    抵抗体が配設され、該発熱抵抗体をガラスで被覆してな
    る空気流量計の感温抵抗体の製造方法において、前記円
    筒体の両端部内周及び断面に白金ペーストを存在させた
    状態で前記リードを挿嵌して焼付固定し、次に前記円筒
    体及び前記リード外面に白金薄膜を被着させ熱処理した
    後、該円筒体上の白金薄膜をレーザ光を用いてスパイラ
    ル状にトリミングして前記発熱抵抗体を形成し、トリミ
    ングされた該発熱抵抗体の設けられた前記円筒体及び該
    発熱抵抗体と前記リードとの接続部をガラスで被覆する
    ことを特徴とする空気流量計の感温抵抗体の製造方法。 5、前記円筒体がアルミナよりなる特許請求の範囲第4
    項記載の空気流量計の感温抵抗体の製造方法。
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Citations (6)

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