JPS62203019A - フロ−センサ - Google Patents

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】 く技術分野〉 本発明は、熱絶縁基板の両端に発熱抵抗体と測温抵抗体
を設は一体化した熱式フローセンサに関し、特にその基
板材料に関するものである。

〈発明の背景〉 従来より用いられている熱式フローセンサとして、流路
用主管にバイパス流路用の側路管を設け、この側路管へ
ヒーターを連結し、側路管を加熱した際の流体の流れに
より側路管の流れ方向に生じる温度分布から流量を検知
する方式を用いた流量計がある。この流量計は精度が良
く、半導体ガスの流量コントローラーとしてなど広く用
いられているが、構造上小型化や量産に不向きで、高価
であるため用途が限定されてしまうという欠点がある。

まだ他の熱式フローセンサとして、流体中に発熱抵抗体
と測温抵抗体を設け、上記発熱抵抗体を加熱し発熱抵抗
体から周囲の流体に伝達される熱量の変化を利用して流
速を測定する方式を用いたフローセンサもある。この方
式では測温抵抗体により流体の温度を検知し、流体と発
熱抵抗体の温度差を一定に保つことにより、流体温度の
影響を補償することができかつ発熱抵抗体の熱量１に関
係なく迅速な応答を得ることができる。また上記温度差
を大きく設定することにより、７０−センサの出力を増
大させることも可能となる。この方式を用いたフローセ
ンサには従来シリコンチップ上に形成された発熱用トラ
ンジスタと測温用トランジスタを利用して構成されたフ
ローセンサがある。このフローセンサはンリコンプロセ
ス技術を利用しているので量産性に侵れるが、反面素子
間の温度特性のバラツキが大きく、まだ発熱温度を高く
設定することができないなどの欠点を有している。上記
方式で、発熱抵抗体と測温抵抗体に白金やタングステン
などの抵抗線を用いたものがあるが、抵抗値が小さく素
子間のバラツキも大きいので発熱温度の制御性や温度測
定の精度が悪くなるのみならず細線を用いるため加工が
困難で量産性に欠けるなどの欠点を有する。

抵抗線の代わりに絶縁基板上にパターン化された金属薄
、嘆を用いだ熱膜式フローセンサは、パターンの微細化
により小型化することができ、一枚の基板内に多数の素
子を並べて作製できるので量産性に侵れバラツキも小さ
い、など多くの長所を有している。ところが、流量計測
を行なうだめには、測温抵抗体によって流体温度を検知
する必要がちり、温度検知を精度良く行うだめには、測
温抵抗体は発熱抵抗体と熱的に絶縁されている必要があ
る。従って従来の熱式フローセンサは発熱抵抗体と測温
抵抗体の双方が別々に支持された構造にせざるを得ない
という制約が生じ、寸法が大きい、量産性が悪いなどの
欠点を有していた６３発熱抵抗体と測温抵抗体の双方を
一体化するためには熱伝導の小さい材料を用いて発熱抵
抗体の熱が測温抵抗体まで伝わらないようにしなければ
ならない０ 〈発明の目的〉 本発明は、上述の問題点を有効に解決するものであり、
ガラス基板を利用することによって、発熱抵抗体と測温
抵抗体とを熱的に絶縁すると同時に双方を同一素子内に
一体化して配置したことを特徴とする。ガラスは熱伝導
率が小さい、薄板化し易い、表面が滑らかで薄膜用基板
として優れている、安価である等の特徴を有しており、
上記問題点を解決する手段として最適の材料である。ま
た、発熱抵抗体及び測温抵抗体に用いる材料のうち、例
えば白金等の貴金属類はガラスとの密着性がやや弱く、
信頼性という点で問題があるが、ガラス上にアルミナを
コーティングした基板を使用すれば、基板と発熱抵抗体
及び測温抵抗体との間に充分強い密着力を付与すること
ができる。以上の如く本発明は、発熱抵抗体と測温抵抗
体とを同一素子内に一体化した信頼性の高いフローセン
サを提供することを目的とするものである。

〈実施例〉 第１図（Ａ）（Ｂ）は本発明の１実施例を示すフローセ
ンサの模式断面及び平面図である。ガラス基板１の上に
アルミナ薄膜２を真空蒸着法、スパンタリング法、プラ
ズマＣＶＤ法等の薄膜生成技術を適宜利用して堆積させ
る。アルミナ薄膜２上に例えば白金等の抵抗温度係数の
大きな金属薄膜を同様に真空蒸着法、スパッタリング法
あるいはプラズマＣＶＤ法等により堆積させた後、エツ
チング技術によりパターン化し、必要な距離だけ隔てて
発熱抵抗体３と測温抵抗体４を熱的に絶縁して配置する
０このようにして作製した発熱抵抗体３及び測温抵抗体
４はガラス基板１に対する密着性に優れ、超音波洗浄を
長時間性なってもビールが生じたりすることはなくきわ
めて信頼性の高い構造となる。次に発熱抵抗体３と測温
抵抗体４を１組としてガラス基板１を切断し、個々のセ
ッサ素子とする。得られたセンサ素子はガラス基板１の
両端に発熱抵抗体３と測温抵抗体４が配置された構造と
なる。またその大きさは数ミリ程度と微小であり、一枚
の基板上に多数個並べて同時に作製するいわゆるウェハ
ー処理を行なうことにより、特注の均一なセンサ素子を
量産することができる。得られたセンサ素子を支持台（
図示せず）に接着し、発熱抵抗体３及び測温抵抗体４の
リード接続を行ない本実施例のフローセンサとする。発
熱抵抗体３と測温抵抗体４はガラス基板１とアルミナ薄
膜２によって一体的に連結され、ガラスとアルミナは熱
伝導率がきわめて小さいため、熱的に完全に絶縁された
状態で配置される。

なお、金属薄膜の材料としては、白金以外に抵抗温度係
数が大きいニッケル若しくはニッケル合金あるいは金属
薄膜の代わりにサーミスタ等の感温抵抗体材料を用いて
もよい。

このようにして作製した発熱抵抗体３と測温抵抗体４を
用いたフローセンサの要部模式図を第２図に示す。流体
が通過する流路７内に上記製法により作製された１対の
測温抵抗体４と発熱抵抗体３が設置されることとなる。

測温抵抗体４および発熱抵抗体３はそれぞれ他の電気抵
抗素子５．６と連結されており、ブリッジを構成してい
る。電気抵抗素子５．６の中間接続点はアースされてい
る。これらのブリッジはブリッジ抵抗の差電圧を増幅器
８で差動増幅し、測温抵抗体４と発熱抵抗体３にエミッ
タ端子が共通接続されるスイッチング用トランジスタ９
のベース電位を制御してトランジスタ９を駆動するフィ
ードバック回路に接続されている。尚１０はトランジス
タ９のコレクタ端子と電流源を接続する入力端子である
。

以下、上記フローセンサの駆動原理について説明する。

トランジスタ９をオンにして入力端子１０より供給され
る電流を発熱抵抗体３に通電し、発熱させる。流体の速
度が速い場合には、発熱抵抗体３から大量の熱が流体に
奪われる。逆に、流速が遅い場合には発熱抵抗体３から
奪われる熱量も少ない。従って、測温抵抗体４で流体の
温度を測定し、流体に対する発熱抵抗体３の温度差を求
めてこの温度差を一定に保つようにフィードバック回路
を介して発熱抵抗体３に流す電流値を制御することによ
り電流値の変化に対応して流体の流速（流量）が求めら
れる。発熱抵抗体３の発熱は測温抵抗体４の流体測温に
影響を与えないため、測温抵抗体４の測温動作は非常に
正確なものとなる。

〈発明の効果〉 以上詳述したように、本発明の熱式フローセンサは、次
のような実用上極めて有利な利点を有する。

（１）ガラス基板を用いるので、熱絶縁効果に優れ測定
精度が向上する。

（２）ガラス基板上にアルミナ薄膜をコーナイング、７
すれば、発熱抵抗体及び測温抵抗体との密着が強固にな
り信頼性が向上する。

（３）測温抵抗体と発熱抵抗体を同一素子内に配置する
ことができ、小型化が達成される。

（４）低消費電力化が可能となる。

（５）　　量産に適する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）（Ｂ）は本発明の１実施例を示す熱式フロ
ーセンサの模式断面図及び平面図である。第２図は第１
図に示す熱式フローセンサの動作説明に供する要部模式
構成図である。 １・・ガラス基板　２・・・アルミナ膜　３・・・発熱
抵抗体　４・・・測温抵抗体　５，６・・・電気抵抗素
子７・・・流路　８・・・増幅器　９・・・トランジス
タ１０・・・入力端子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱絶縁基板の両端に発熱抵抗体と流体温度測定用測
   温抵抗体をそれぞれ設け、前記発熱抵抗体の発熱量に対
   する流体で奪われる熱量に基いて流速を求めるフローセ
   ンサにおいて、前記熱絶縁基板としてガラスを用いたこ
   とを特徴とするフローセンサ。 ２、熱絶縁基板として用いるガラスにはアルミナ膜がコ
   ーティングされている特許請求の範囲第１項記載のフロ
   ーセンサ。