JPS63201529A - フロ−センサの温度補償方法 - 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、熱式フローセンサの温度補償方法に関する。

〈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。辷の流量計は精度が良
く、半導体ガスのマスフローコントローラー等として広
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。

また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容量に関
係なく迅速な応答を得る仁とができる。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７０−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ｊ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シリコンプロセ
ス技術ヲ利用しているので量産性に優れるが、反面素子
間の温度特性のバラツキが大きく、また発熱温度を高く
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
膜を用いた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優れバラツキも小さい
、など多くの長所を有しており、近年開発がさかんであ
る。

本発明のフローセンサは、以上のうち熱膜式に属する。

〈発明が解決しようとする問題点〉 熱膜式７０−センサは、通常発熱抵抗体（ヒーター）、
ヒーター用測温抵抗体および温度補償用測温抵抗体の３
つの抵抗体より構成される。（ただし、ヒーターとヒー
ター用測温抵抗体とを兼用したタイプもある。） ２つの測温抵抗体材料としては、白金、ニッケル、鉄あ
るいはこれらの合金などの様に抵抗温度係数の大きい材
料を用いる方が測定精度が向上し好ましい。一方、ヒー
ター材料は逆に、ニクロムなどの様に抵抗温度係数の小
さい材料を用いる方が、センサ出力の温度依存性が小さ
く温度補償の点で有利である。しかし、一般てヒーター
材料も抵抗温度係数を有し、特に作製工程の簡略化のた
めにヒーターを測温抵抗体と同一材料で形成した場合に
は、ヒーターの抵抗温度係数も大きくなる。

これが原因となって、センサ出力にも温度依存性が現わ
れるので、温度補償回路が必要となる０〈発明の目的〉 本発明は、上述の問題点に鑑み、簡単で安価な温度補償
方法を提供することを目的とするものである。即ち、２
個の測温抵抗体の抵抗値を異ならせそれぞれの温度差に
温度依存性を付与して発熱抵抗体（ヒーター）の流体温
度依存性を相殺することにより、上述の問題点を解決し
ている。

〈実施例〉 第１図は、本発明の１実施例の説明に供する熱膜式フロ
ーセンサの代表的な回路例である。ブリッジ出力をオペ
アンプ１で増幅し、ヒーターＲｈにフィードバックをか
けることによって、ヒーター用測温抵抗体Ｒｍと温度補
償用測温抵抗体Ｒｔとの温度差ΔＴが一定に保たれる。

ただし、ヒーターＲｈとヒーター用測温抵抗体Ｒｍとは
近接して設けられ、等しい温度になっているが、温度補
償用測温抵抗体ａｔはこれらとは離れた位置に設けられ
ヒーターＲｈとは熱的に絶縁されているので、流体温度
に等しい。ＲｍとＲｔの温度差ΔＴは固定抵抗ｒによっ
て設定するが、ＲｍとＲｔの温度特性が等しい時、ΔＴ
は流体温度によらず一定となる。これを式で説明すると
以下の様になる。

測温抵抗体に金属を用いると、その抵抗温度特性は直線
で近似され、 Ｒ＝　Ｒｏ　（１＋αＴ）・・・・・・・・・・・−・
・　■と表わされる。ただしＲｏはＴ＝＝θ℃の抵抗値
、αは抵抗温度係数である。

流体温度Ｔのとき、ヒータ一温度はＴ十ΔＴであるから
、ブリッジの平衡を保つには、Ｒｍｏ（１＋αＴ＋αΔ
Ｔ　）　＝Ｒｔ　ｏ　（１＋　ａ　Ｔ　）＋　ｒ・−−
−−−−・■となる。

したがって、 となる。

一方、ヒーターの消費電力Ｐは下式の様に流速Ｕによっ
て定まる。

ただしＡ、Ｂは定数である。

０式より、流体温度によらず　ｉ’ｆ＝一定　であれば
、ヒーターの消費電力は流速によって決定され、流速の
平方根Ｆに比例する。しかし、−般にヒーター抵抗値が
温度依存性をもつために、消費電カ一定でもセンサ出力
Ｖｏｕｔは温度依存性をもつことになる。

すなわち　Ｖｏｕｔ　−ＰｅＲｈ＝Ｐ−Ｒｈｏ（１＋ａ
Ｔ）Ｒｈｏは０℃でのヒーター抵抗 ２個の測温抵抗体ＲｍとＲｔの抵抗値を異ならせ、また
これらの値及び固定抵抗ｒの値を適正に選定することに
より、ＲｍとＲｔの温度差ｉＴに温度依存性を付与して
、ヒーター抵抗による流体温度依存性を相殺し、フロー
センサ出力の温度補償が行なわれることになる。

ヒーターの抵抗温度係数αが正のときは、ヒーター抵抗
Ｒｈは温度とともに高くなるので、ノＴが一定すなわち
ヒーターの消費電力が一定であっても、センサ出力Ｖｏ
ｕｔは、温度とともに大きくなる。そこで、温度上昇と
ともにΔＴが小さくなる様にすれば、０式よりヒーター
の消費電力が小さくなり、上記のＶｏｕｔの増大を相殺
することが可能になる。このためには、■式を変形して
より、Ｒｔｏ＜Ｒｍｏ　　とすればよい。ただし、Ｒｔ
　ｏ　＋Ｒｍｏ＋ｒの値は適正値に調整されなければな
らない０ なお、抵抗温度係数αが負の場合は、大小関係を逆にす
ればよい。

測温抵抗体として白金を用いた場合の従来例と本実施例
を比較して第２図に示す。従来例である直線Ａは、Ｒｍ
ｏ＝Ｒｔｏ＝１００Ｏｎ、ｒ＝５７ｎとした場合の特性
であり温度依存性の大きい急勾配の直線になる。本実施
例である曲線ＢばＲｔｏ−１００００，Ｒｍｏ−１０４
９，５０。

ｒ−１１４０とした場合の特性でありほとんど傾きのな
い、すなわち温度依存性のない特性が得られている。た
だし、白金の抵抗温度係数はα吋３８００　ｐｐｍ／’
Ｃであった。

測温抵抗体材料としては、温度補償をより正確に行なう
ためには、できるだけ抵抗温度特性の直線性が良好な材
料が好ましく、この点から白金が最適である。あるいは
、並列抵抗等によって特性を直線化したサーミスタ等の
測温抵抗体を用いることも可能である。

基板材料としては、ヒーター及び２個の測温抵抗体を一
体化して、かつヒーターと温度補償用側温抵抗体とを熱
絶縁化する必要上熱伝導度の非常に低いガラス基板ある
いは石英基板等が好ましい。

〈発明の効果〉 本発明によれば、ヒーターの抵抗温度係数が大きくても
よくなり、ヒーター及び測温抵抗体をすべて同一材料で
同一基板内に一体形成することができるため、製造工程
が簡単化され、量産性にすぐれた安価なフローセンサを
提供することが可能となる。

また、回路部品数を増やすことなく、抵抗値を適正値に
調整することのみで簡単に温度補償を行なうことができ
、安価で高精度のフローセンサが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の１実施例の説明に供する熱膜式フロ
ーセンサの代表的な回路図である。 第２図は、従来例と本発明の１実施例の白金測温抵抗体
を用いた構造における出力の温度依存性を示す特性図で
ある。 １・・・オペアンプ、　　　２・・・トランジスタ、Ｒ
ｈ・・・ヒーター抵抗、　　Ｒｍ・・・ヒーター用測温
抵抗体、　　Ｒｔ・・・温度補償用測温抵抗体、Ｒａ、
γ・・・固定抵抗。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、発熱抵抗体、該発熱抵抗体の温度検知用測温抵抗体
   および温度補償用測温抵抗体の少なくとも３種の抵抗体
   より成るフローセンサの温度補償方法において、前記温
   度検知用測温抵抗体と前記温度補償用測温抵抗体との間
   に抵抗差を設けて双方の温度差に流体温度依存性を付与
   することにより、前記発熱抵抗体の流体温度依存性を相
   殺することを特徴とするフローセンサの温度補償方法。