KR0171974B1 - 풍속 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히터용 저항체 및 온도 보상용 저항체를 동일 기판 상에 설치하여, 그 양자를 확실하게 열분리하는 것이 가능하고, 풍속을 고정확도로 측정하는 것이 가능한 풍속 센서를 제공한다.

모기판 2에 하나 이상의 윈도우부 1 또는 컷아웃부 1c를 형성하고 윈도우부 1 또는 컷아웃부 1c에 그 주요부가 윈도우부 1 또는 컷아웃부 1c의 공간 3과 대향하는 형태로 칩형 감온 저항체를 실장한다. 그 모기판 2에 신호처리회로 11를 형성한다. 그 신호처리회로 11 중의 발열소자의 열을 신호처리회로 11를 구성하는 회로 패턴 11b, 및 모기판 2에 취부된 회로 패턴 11b과 전기적으로 연결한 신호 추출 핀 8의 적어도 하나를 거쳐 방열시킨다.

Description

풍속 센서

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 센서(air flow sensor)를 나타낸 것으로, (a)는 정면도이고, (b)는 측면도이다.

제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 센서의 요부를 나타낸 확대도이다.

제3도는 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 센서에 사용한 칩형 감온 저항체(히터용 저항체 및 온도 보상용 저항체)를 나타낸 도면이다.

제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 풍속 센서의 요부를 나타낸 것으로서, (a)는 정면도이고, (b)는 측면도이다.

제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 풍속 센서를 나타낸 도면이다.

제6도는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 풍속 센서를 나타낸 도면이다.

제7도는 본 발명의 풍속 센서를 닥트 방식의 유량센서(duct-type flow rate sensor)에 적용한 상태를 나타낸 도면이다.

제8도는 종래의 풍속 센서의 회로 구성을 나타낸 도면이다.

제9도는 종래의 풍속 센서의 구조를 나타낸 도면이다.

제10도는 종래의 다른 풍속 센서를 나타낸 도면이다.

제11도는 종래의 또다른 풍속 센서를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,1a,1b : 윈도우부 1c : 컷아웃부

2 : 모기판 3,3a,3b,3c : 공간

4 : 연산 증폭기(operational amplifier)

5 : 전류 증폭용 트랜지스터(current amplifying transistor)

6 : 트리마블 저항(기)(trimable resistor(device))

7 : 고정 저항(칩 고정저항) 8 : 신호 추출 핀

9 : 알루미나 기판 10 : 저항 패턴

11 : 신호 처리 회로 11a : 전극

11b : 회로 패턴 12 : 접속용 패드(전극)

13 : 닥트(duct)

R_H: 히터용 저항체(칩형 감온 저항체)

R_T: 온도 보상용 저항체(칩형 감온 저항체)

본 발명은 풍속 센서(air flow sensor)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체의 유속에 상응하는 발열체의 방열을 이용한 풍속을 감지하기 위한 풍속 센서에 관한 것이다.

기체의 유속(풍속)을 측정하기 위한 유속 센서의 하나로서, 발열된 저항체를 기류에 노출하여 그 방열작용(放熱作用)의 크기로부터 풍속을 감지하도록 한 방식의 열식 풍속 센서가 알려져 있다. 이 열식 풍속 센서는 높은 정밀도와 높은 신뢰성을 적은 비용으로 실현하는 것이 가능하므로, 최근에 특별히 주목받고 있고, 자동차의 전자 제어 가솔린 분사 장치와 공조 시스템의 공기량 센서 등에 널리 이용되고 있다.

제8도는 종래의 열식 풍속 센서의 회로 구성의 일례를 나타낸 도면이다. 이 풍속 센서에 있어서, 히터(heater)용 저항체 R_H는 일정한 온도로 가열되어(보통 실온보다 20에서 200℃ 높은 온도로 되도록 제어된다) 기류의 크기에 의한 방열량의 변화를 감지한다.

또한, 온도 보상용 저항체 R_T는 온도의 영향을 보상하기 위하여 사용되고, 기류 그 자체의 온도를 탐지한다.

따라서, 히터 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T사이의 열절연이 불충분하면, 히터용 저항체 R_H의 발열량의 변화에 에러가 발생하게 될 뿐만 아니라 온도 보상을 확실하게 실행하는 것이 불가능하게 되어 측정의 정확도의 저하하는 문제점이 있다.

더욱이, 상기 문제점을 제거하는 것으로서,

(1) 제9도에 도시한 바와 같이, 원통의 센서 본체 51내에 설치된 독립된 지지체 52, 53에 의해서 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T를 소정의 거리만큼 이격되어 설치된 풍속센서(특원평 3-81440),

(2) 제10도에 개략적으로 도시된 바와 같이, 슬리트(slit) 61가 형성된 기판 62상에 슬리트 61을 개재하여 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T를 설치하여 이들 양자의 열분리를 도모한 풍속 센서(특개소 63-134919),

(3) 제11도에 도시된 바와 같이, 긴 구멍(또는 홈) 71이 형성된 기판 72상에 상기 긴 구멍(또는 홈) 71에 의해 분리되도록 히터용 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T를 설치하여 이들 양자의 열분리를 도모한 풍속 센서(실개소 63-134919) 등이 제안되어 있다.

그러나, 상기 (1)의 풍속 센서에 있어서는 히터용 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T를 지지하기 위한 두개의 지지체 52, 53를 설치할 필요가 있고, 히터용 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T및 회로부를 포함한 전체의 구조가 복잡하게 되어 비용의 증가와 설비의 대형화를 초래하는 문제가 있다.

또한, (2)와 (3) 풍속 센서에 있어서는, 화살표 A로 도시된 바와 같은 경로로 열이 우회하기 때문에 히터용 저항체 및 온도 보상용 저항체의 일측 주면(즉 표면 또는 이면) 전체가 기판(62 또는 72)에 접촉한 구조로 되어 있고, 슬리트 61(제10도)나 긴 구멍(또는 홈) 71(제11도)의 주위의 기판(62 또는 72)을 개재하여 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T를 충분하게 열분리하는 것이 곤란하게 되고 측정 정확도의 저하를 초래하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동일 기판상에 히터용 저항체 및 온도 보상용 저항체를 설치하여 이들 양자를 확실하게 열분리하는 것이 가능하고, 정도 좋게 측정하는 것이 가능한 풍속 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 풍속 센서는, 기체의 유속에 상응한 가열기의 방열을 이용하여 풍속을 감지하는 풍속 센서에 있어서, 하나이상의 윈도우부 또는 컷아웃부가 형성된 모기판과, 그 주요부가 상기 윈도우부(window portion) 또는 컷아웃부(cutout portion)의 공간과 대향하는 것과 같은 형태로 상기 모기판에 실장된 하나 이상의 칩형 감온(heat-sensitive) 저항체를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 풍속 센서는 신호 처리 회로가 모기판에 형성되어지는 것을 특징으로 한다.

더우기, 본 풍속 센서는 신호 처리 회로중의 발열 소자의 열을, 상기 신호 처리 회로를 구성하는 회로 패턴, 및 모기판에 취부된 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결하는 신호 추출핀(signal-extraction pin)의 적어도 하나를 거쳐 방열시키도록 구성한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 풍속 센서에 있어서는, 칩형 감온 저항체가 모기판의 윈도우부 또는 컷아웃부의 공간과 대향하는 형태로 모기판에 실장되어 있어, 칩형 감온 저항체와 모기판의 열적 결합이 약해지고, 예를 들면 모기판에 설치된 발열소자 등으로부터의 열영향을 억제하기도 하고 혹은 히터용 저항체와 온도 보상용 저항체인 두 개의 칩형 감온 저항체 사이의 열분리를 효율좋게 하기도 하는 것이 가능하게 되어 풍속의 검출 정확도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

상기 모기판에 신호 처리 회로를 형성하는 것에 의해, 회로 소자(기판)를 별도로 분비하는 것이 불필요하게 되고, 부품수를 줄여 소형화, 저비용화를 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 모기판과 칩형 감온 저항체의 열분리가 효율좋게 행하여지는 것으로부터 모기판에 신호 처리 회로를 형성하여도 회로 소자 등으로부터의 열 영향을 방지하는 것이 가능하고 특별한 폐해의 발생을 초래하는 것이 없다.

더우기, 신호 처리 회로중의 발열 소자에 의해서 공급되어진 열은, 신호 처리 회로를 구성하는 회로 패턴, 및 모기판에 취부된 상기 회로 패턴과 전기적으로 연결하는 신호 추출 핀의 적어도 하나를 거쳐서 발열시키는 것에 의해 발열소자로부터 발생하는 열을 효율좋게 외부로 배출하는 것이 가능하게 되고, 칩형 감온 저항체에 열이 전해지는 것을 효율좋게 방지하여 측정 정확도를 향상시키는 것이 가능하게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

제1(a)도, 제1(b)도는 본 발명의 일실시예에 의한 풍속센서를 나타내는 도면이고, 제2도는 그것의 주요부분을 나타낸 도면이다. 본 실시예의 풍속센서는, 하나의 윈도우부 1가 형성된 모기판 2, 그 주요부가 윈도우부 1의 프레임 내의 공간 3과 대향하는 형태로 모기판 2에 실장된 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T, 모기판 2상에 설치된 오퍼레이셔날 증폭기 4(operational amplifier), 전류 증폭용 트랜지스터 5, 온도특성 조정용 출력 오프셋(offset), 조정용의 트리마블 저항(trimable resistor) 6, 고정 저항(칩 고정 저항) 7, 및 신호 추출 핀 8을 구비하여 구성되어 있다.

본 실시예의 풍속 센서에 있어서는 제2도에 도시된 바와 같이, 윈도우부 1의 양단부측에 신호 처리 회로 11을 구성하는 회로 패턴 11b과 전기적으로 연결하는 전극 11a가 형성되고 있고, 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T는 상기 중앙부(주요부)가 윈도우부 1의 프레임 내의 공간 3과 대향하는 형태로 모기판 2상에 설치되어, 그의 양단측의 전극 12(제3도)이 신호 처리 회로 11의 전극 11a에 접속, 고정되어 있다.

또한, 본 실시예에서는, 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T로서, 제3도에 도시된 바와 같이, 빗살형 저항 패턴 10을 알루미나 기판 9의 중앙부에 설치하고 또, 양단측에 모기판 2상에 형성된 신호 처리 회로 11(제2도)의 전극 11a(제2도)에 접속되는 접속용 패드(전극) 12을 형성하여 이루어지는 칩형 감온 저항체(박막 온도 센서)가 사용되고 있다. 즉, 칩형 감온 저항체는, 히터용 저항체 R_H로서 사용하는 경우에는 중앙부에 가열부를 가지며, 또 온도 보상용 저항체 R_T로서 사용하는 경우에는 중앙부에 감열부를 갖도록 구성되어 있다.

또한, 모기판 2로서는 에폭시, 페놀, 폴리미드 등의 도금 가능한 수지계의 재료로 이루어지는 기판 또는 비슷한 재료로 만들어진 성형품이 이용되고 있다.

더욱이, 수지계 재료로 이루어지는 기판 또는 성형품은 알루미나 등의 무기계 재료로 이루어진 기판 또는 성형품에 비교하여 열 전도율이 약 1/100로 낮기 때문에 실장된 각 소자 간의 열분리를 도모하는데 유리하다.

또, 성형품을 이용하는 것에 의해, 3차원적 구조의 풍속 센서를 매우 용이하게 제조하는 것이 가능하다.

상기와 같이 구성된 풍속 센서에 있어서, 히터용 저항체 R_H에 발생하는 열이 대류 및 방사에 의해서 공기중으로 달아나기 때문에, 열전도에 의해 모기판 2를 경유해서 다른 소자등에 전해지는 열량은 극도로 작아진다. 이를테면, 모기판 2와의 접촉 부분을 전극 12가 형성된 부분만으로 하고, 칩형 감온 저항체(히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T)의 저항패턴 10 전체가 모기판 2의 윈도우부 1의 공간 3에 대향하여 해방(release)되도록 한 경우에는, 윈도우부를 설치하지 않은 경우에 비하여 히터용 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T사이의 공간(거리)을 대략 1/10 정도로 저감할 수 있는 것이 실험에 의해 확인되어 있다.

이것에 대해 제10도 및 제11도에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 종래의 풍속센서에 있어서는, 히터용 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T사이의 간격(거리)이 윈도우부를 설치하지 않은 경우의 1/5까지 저감될 수 있다.

또한, 온도 보상용 저항체 R_T에 있어서도, 감열부(중앙부)가 모기판 2과 접촉하지 않고, 전극 12가 형성된 부분을 제외한 대부분이 온도측정을 하려는 분위기중에 직접 노출되므로 모기판 2를 통한 열의 간섭이 적어지게 된다.

그러므로, 상기와 같이 구성된 구성의 풍속에 의하면 히터용 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T사이의 열분리를 확실하게 함과 동시에 모기판 2에 설치된 발열소자(전류 증폭용 트랜지스터 5)등으로부터의 열영향을 억제하여 풍속을 정확도 좋게 검출할 수가 있다.

제4도는 본 발명의 다른 제2실시예에 관한 풍속 센서의 주요부를 나타낸 도면이다. 이 실시예의 풍속 센서에 있어서는 제4도에 도시된 바와 같이, 신호 처리 회로 11를 구성하는 회로 패턴 11b의 폭이 넓게 구성되어 있기 때문에, 이 회로 패턴 11b로부터 효율적으로 방열을 시킬 수 있음과 동시에 상기 신호 처리 11을 구성하는 전류 증폭용 트랜지스터 5 등으로부터의 열을 상기 신호 패턴 11b를 거쳐서 신호 추출 핀 8로 인도하여 효율적으로 발산시킬 수 있다. 따라서, 신호 처리 회로에 발생한 열을 효율적으로 외부로 배출하여 칩형 감온 저항체에 열이 전해지는 것을 방지하고 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한 제5도는 본 발명의 또다른 실시예에 관한 풍속 센서를 나타낸 도면이다. 본 실시예의 풍속 센서에 있어서는, 모기판 2에 두 개의 윈도우 1a,1b가 형성되어 있고, 히터용 저항체 R_H와 온도 보상용 저항체 R_T는 두 개의 윈도우 1a,1b의 공간 3a,3b에 그 주요부(중앙부)가 대향하는 형태로 실장되어 있다.

본 실시예의 풍속센서는 상기 실시예의 풍속센서(제1도)로서의 경우와 같은 효과를 얻을 수 있다.

더욱이, 제6도는 본 발명의 또 다른 실시예에 관한 풍속센서를 나타낸 도면이다. 본 실시예의 풍속센서에 있어서는 모기판 2의 상단측으로부터 수직으로 컷아웃부 1c가 형성되어 있고, 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T는 컷아웃부 1c의 공간 3c에 그의 주요부(중앙부)가 대향하는 형태로 실장되어 있다.

본 실시예의 풍속센서에 있어서도 상기 실시예(제1도)의 경우와 동일한 효과를 얻을 수가 있다.

더욱이, 상기 각 실시예에서는 히터용 저항체 R_H를 상측, 온도 보상용 저항체 R_T를 하측에 설치하도록 한 경우에 대하여 설명하였지만 양자의 위치가 역으로 되도록 설치되어도 좋다.

또한, 본 발명의 풍속 센서는 닥트 방식(duct-type)의 유량센서에 적용하는 것이 가능하고, 그 경우에는 예를 들어, 제7도에 도시된 바와 같이 풍속센서의 일부를 닥트 13에 삽입하여 히터용 저항체 R_H및 온도 보상용 저항체 R_T를 닥트 13내에 놓게 한다.

본 발명은 그 외의 점에 있어서도 상기 실시예에 제한되어지지 않고, 칩형 감온 저항체의 구체적인 구성, 모기판 위에 형성되는 윈도우부나 컷아웃부의 구체적인 형상, 모기판 상의 칩형 감온 저항체의 실장형태, 신호 처리 회로의 구성 등에 관련하고, 본 발명의 요지의 범위내에 있어서 모든 응용과 변형을 추가하는 것이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 풍속센서는 하나 이상의 윈도우부 또는 컷아웃부를 형성하고 그 주요부가 윈도우부 또는 컷아웃부의 공간과 대향하는 형태로, 칩형 감온 저항체를 모기판에 실장하도록 하고 있으므로 히터용 저항체와 온도 보상용 저항체인 두 개의 칩형 감온 저항체 사이의 열분리를 효율좋게 하기도 하고, 모기판에 설치된 발열 소자로부터의 열영향을 억제하기도 하는 것이 가능하게 되어 측정 정확도를 향상시킬 수가 있다.

또한, 모기판에 신호 처리 회로를 형성하는 것에 의해 부품 수를 줄여 소형화, 저비용화를 도모할 수가 있다.

더우기, 신호 처리 회로중의 발열 소자의 열을 신호 처리 회로를 구성하는 회로 패턴 및 모기판에 취부된 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결되는 신호 추출 핀의, 적어도 하나를 거쳐 방사시키는 것에 의해 발열 소자로부터 발생하는 열을 효율좋게 외부로 배출하는 것이 가능하게 되어 칩형 감온 저항체에 열이 전해지는 것을 확실하게 방지하여서 측정 정확도를 향상시킬 수가 있다.

Claims (3)

1. 기체의 유속에 상응하는 발열체의 방열을 이용해서 풍속을 감지하는 풍속 센서에 있어서, 하나이상의 윈도우부(window portion) 또는 컷아웃부(cutout portion)를 갖는 모기판과, 칩형 감온 저항체로서, 상기 열감지 저항체의 주요부가 상기 윈도우부 또는 상기 컷아웃부의 공간과 대향하도록 상기 모기판에 실장된 하나 이상의 칩형 열감지 저항체를 포함함을 특징으로 하는 풍속 센서.
2. 제1항에 있어서, 상기 모기판상에 형성된 신호 처리 회로로서, 상기 적어도 하나의 칩형 열감지 저항체의 저항 변화에 따른 신호가 입력되는 입력부와, 상기 입력부로부터의 신호를 증폭하는 증폭부를 구비하는 신호 처리 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍속 센서.
3. 제2항에 있어서, 상기 신호 처리 회로의 발열 소자에 의해서 생성된 열이, 상기 신호 처리 회로를 회로패턴, 및 상기 모기판에 취부되어 있으며 상기 회로 패턴에 전기적으로 연결된 신호 추출 핀(signal-extracting pin) 중의 적어도 하나를 통해 방사됨을 특징으로 하는 풍속 센서.