KR100343762B1 - 감열식 유량센서 - Google Patents

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KR100343762B1
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

온도계측저항의 온도를 확보하고 또한 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식유량센서를 얻는다.
기재(1)의 표면에 형성된 저열용량부(13A)와, 저열용량에 배설된 발열저항패턴(4)및 온도계측저항(14)과, 온도계측저항에 정전압을 인가하는 동시에 발열저항패턴에 가열전류를 공급하여 가열전류를 유량계측신호로서 출력하는 제어회로를 구비하고, 발열저항패턴 및 온도계측저항은, 유체의 흐름방향(G)에 따라서 평면적으로 배치되며, 온도계측조항은, 발열저항패턴내에 배치되는 동시에, 발열저항패턴의 발열에 의해 유체의 흐름방향에 생기는 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 배치된다.

Description

감열식 유량센서{THERMAL-TYPE FLOW SENSOR}
이 발명은 예컨대 내연기관의 흡입공기량을 계측하기 위한 감열식유량센서로서, 발열체(또는, 발열체에 의해 가열된 부분)로부터 유체로의 열전달현상에 따라서 유체의 유량(또는, 유속을 계측하는 감열식유량센서에 관한것으로, 특히 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서에 관한것이다.
도 18은 예컨대 일본국 특공평5-7659호 공보에 기재된 종래의 감열식유량센서에 사용되는 브리지타이프의 유량검출소자(18)를 보호막(3)을 제거한 상태로 표시하는 평면도이고, 도 19는 도 18내의 X-X선에 의한 측단면도이다.
도 18 및 도 19에서, 평판상의 기재(1)는 실리콘 반도체에 의해 구성되어있다.
기재(1)의 표면전체에 형성된 지지막(2)및 보호막(3)은, 각각, 절연성의 질화실리콘에 의해 구성되어있다.
기재(1)상에 형성된 발열저항패턴(4)은, 감열저항막(퍼멀로이 Permalloy)또는 백금등)에 의해 구성되어있다.
감열저항막이라는것은, 저항치가 온도의존성을 갖는 재로로 되는 저항막이다.
측온저항패턴(5)및 (6)은, 각각 발열저항패턴(4)과 같이 감열저항막에 의해 구성되어있고, 발열저항패턴(4)에 대하여 동일평면상의 양측에 배설되어있다.
각 측온저항패턴(5),(6)은 발열저항패턴(4)을 사이에두고, 계측유체의 흐름방향(화살표 G)에 따라서 평면적으로 병행되어있다.
비교저항패턴(7)은, 다른패턴과 같이 감열저항막에 의해 구성되어있고, 발열저항패턴(4)및 각 측온저항패턴(5),(6)과 같은 평면상에 배설되어있다.
또한, 여기에서는, 도시되어있지 않으나, 주지와같이 발열저항패턴(4), 측온저항패턴(5),(6)및 비교저항패턴(7)은 감열식유량센서의 제어회로내에 포함되어있다.
즉, 비교저항패턴(7)은, 측온저항패턴(5)및 (6)과 함께 브리지회로를 구성하고 있으며, 제어회로에 의해 정전압이 인가되어있다.
또, 발열저항패턴(4)은, 제어회로에 의해 가열전류가 공급되고, 이 가열전류에 대응한 전압치가 유량계측신호로서 출력된다.
기재(1)상에는, 발열저항패턴(4)및 각 측온저항패턴(5)및 (6)의 착막부의 근방에서, 한쌍의 개구부(8)및 각 개구부(8)를 연통하는 공기 스페이스(9)가 설치되어있다.
공기 스페이스(9)는, 질화실리콘에 손상을 주지않는 에칭액을 사용하여 개구부(8)로 부터 실리콘 반도체의 일부를 제거함으로써 형성되어있다.
이에따라, 발열저항패턴(4)및 각 측온저항패턴(5)및 (6)의 착막부는 브리지형상부(11)(저열용량부)를 형성하고 있다.
다음에, 도 18 및 도 19에 표시한 유량검출소자(18)를 사용한 종래의 감열식유량센서의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 제어회로(도시하지 않음)로 부터의 통전에 의해 발열저항패턴(4)에 공급되는 가열전류는, 예컨대 비교저항패턴(7)에서 검출된 기재(1)의 온도보다도 200℃만큼 높은 일정한 온도가 되도록 제어된다.
이에따라, 발열저항패턴(4)에서 발생한 열은, 지지막(2)이나 보호막(3)을 통하여, 또는, 다른 감열저항막을 통하여 측온저항패턴(5)및 (6)에 전달된다.
이때, 도 18에 표시하는 바와같이, 측온저항패턴(5)및 (6)은, 발열저항패턴 4)에 대하여 서로 대칭위치에 배치되어있으므로, 공기의 흐름이 없는 경우에는, 측온저항패턴(5)및 (6)의 각 저항치에 차가 생기는 일은 없다.
그러나, 측온저항패턴(5)및 (6)의 주변에서 공기의 흐름이 있는 경우에는, 한쪽의 상류측의 측온저항패턴은, 공기에 의해 냉각되고, 다른쪽의 하류측의 측온저항패턴은, 발열저항패턴(4)으로부터 공기로 전달된 열의 영향에 의해, 상류측의 측온저항패턴만큼은 냉각되지 않는다.
예컨대, 도 18 및 도 19내의 화살표 G로 표시하는 방향으로 공기의 흐름이 생긴 경우에는, 상류측의 측온저항패턴(5)은, 하류측의 측온저항패턴(6)보다도 저온으로되고, 양자의 저항치의 차는, 유체(공기)의 유속 또는 유량이 큰 만큼 크게된다.
따라서, 측온저항패턴(5)및(6)의 각 저항치의 차를 검출함으로써, 공기의 유속 또는 유량을 측정할 수 있다.
또, 공기의 흐름방향이 화살표 G와는 역의 경우에는, 상류측의 측온저항패턴 (6)쪽이 하류측의 측온저항패턴(5)보다도 저온으로 되므로, 공기의 흐름방향을 검출할 수 도 있다.
도 18 및 도 19에서는, 저열용량부로서 브리지형상부(11)를 사용한 유량검출소자(18)를 표시하였으나, 다른 저열용량부의 구성예로서, 예컨대 다이어프램을 사용한 유량검출소자도 넓게 제안되어있다.
도 20은, 종래의 감열식 유량센서에 사용되는 다이어프램타이프의 유량검출소자(18a)를 보호막(3)를 제거한 상태로 표시하는 평면도이고, 도21은 도 20내의 Y-Y선에 의한 측단면도이다.
도 20 및 도 21에서, 상술(도 18및 도 19참조)과 같은 구성요소에 대하여는, 각각, 상술과 동일부호를 붙여서 상세한 기술을 생략한다.
기재(1)의 캐비티(12)는, 기재(1)의 지지막(2)에 부착된 쪽의 표면과는 반대측의 표면으로부터, 기재(1)의 일부를 에칭등에 의해 제거함으로써 형성되어있다.
이에따라, 지지막(2)및 보호막(3)은, 발열저항패턴(4)및 각 측온저항패턴(5)및 (6)을 사이에두고, 도 21에 표시하는 바와같이 다이어프램(13)을 형성하는것으로된다.
도 20및 도 21과 같이 다이어프램타이프의 유량검출소자(18a)에 의하면, 상술(도 18및 도 19참조)의 브리지타이프의 유량검출소자(18)에 비하여 높은 강도를 얻을 수 있다.
따라서, 예컨대 자동차용엔진의 흡입공기량을 검출하는 경우등과 같이, 혹독한 환경하에서 사용되는 감열식 유량센서의 유량검출소자에 적합하다.
또한, 공기의 유량(또는, 유속)의 검출원리는, 상술의 브리지타이프의 유량검출소자(18)의 경우와 같다.
또, 다른 종래예로서, 예컨대 일본국 특개평 7-174600호 공보에 참조되는 바와같이, 유속에 대하여 직선성이 좋은 출력특성을 얻기위하여, 유체의 상류측에 측온체를 배설하여 하류측에 발열체를 배설한 방열방식(indirect)의 감열식 유량센서도 제안되어있다.
그런데, 상기 감열식 유량센서중, 브리지타이프의 유량검출소자(18)(도 18, 도 19참조)를 사용한 경우에는, 다이어프램타이프의 유량검출소자(도 20, 도 21참조)를 사용한 경우와 비교하여, 브리지형상부(11)가 기재(1)의 보존되는 개소가 적으므로, 충분한 강도를 확보할 수 없다.
또, 브리지타이프의 유량검출소자(18)에서, 충분한 강도를 확보하기 위하여는, 브리지형상부(11)를 포함하는 막두께 전체의 치수를 크게하던가, 또는, 브리지형상부(11)와 기재(1)와의 접촉부를 크게 구성할 필요가 있고, 감열식유량센서전체가 대형화하여 버린다.
한편, 다이어프램타이프의 유량검출소자(18a)를 사용한 경우에는, 브리지타이프의 유량검출소자(18)보다도 강도상 유리한 반면, 다이어프램(13)의 전주(全周)가 기재(1)와 접촉하고 있으므로, 발열저항패턴(4)에서 발생하는 열 중, 다이어프램(13)을 통하여 기재(1)로 전도하는 열량이 많고, 유량검출감도가 저하하여 버리게 된다.
또, 다이어프램(13)의 전주가 기재(1)과 접촉하고 있는 유량검출소자(18a)에서는, 발열저항패턴(4)의 면적을 확대하는것이 곤란하므로, 열전달량을 크게할 수없고, 유량검출감도가 저하하여버린다.
또, 다이어프램(13)을 가급적 크게 또한 얇게 형성하면, 유량검출소자(18a)의 검출감도저하를 어느 정도 억제할 수 있으나, 다이어프램(13)의 강도가 저하하여버리므로 현실성이 없다.
또, 예컨대 내연기관의 흡입공기량을 계측하는 경우, 감열식 유량센서의 상류측에 방진용의 필터가 배설되나, 미소한 먼지나 수분등은 필터를 통과하여 유량검출소자부에 부착하는것이 알려져 있다.
이와같이, 먼지나 수분의 부착에 의해 유량검출소자부가 오손되면, 유량검출소자부와 기류와의 사이의 열전도특성이 변화하여 유량검출특성이 드리프트하여 버린다.
따라서, 종래보다, 유량검출소자부가 오손된 경우에는, 유량건출특성의 드리프트를 억제하기 위하여, 유량검출소자부의 온도를 상승시켜서 먼지를 소각하거나 수분을 증발시키고 있다.
그러나, 발열저항패턴(4)의 주위의 온도는, 발열저항패턴(4)으로부터 떨어질수록 저하하는데 더하여, 특히 상기 일본국 특개평 7-174600호 공보에 참조되는 바와같이, 검출감도를 개선하기 위하여 발열체의 상류측에 촉온저항을 배치하면, 발열체의 발열온도보다도 측온저항의 온도가 내려가므로, 측온저항에 부착된 먼지나 수분을 제거할 수 없게되고, 내 오염성이 저하하여 버린다.
또, 상기 내오염성의 저하를 억제하기 위하여, 예컨대, 발열체의 온도를 높게하여 측온저항의 온도를 높게 설정하면, 측온저항보다도 하류측에 위치하는 발열체의 온도는, 특히 유량이 큰 경우에 높게 설정할 필요성이 생기므로, 다이어프램 (13)의 가열손상등에 의해 열적 신뢰성이 저하하여 버린다.
왜냐하면, 발열체의 온도를 오손방지용의 소정레벨에 설정하면, 측온저항의 온도가 소정레벨보다도 낮게되어 측온저항이 오손되어 버리고, 측온저항의 온도를 소정레벨에 설정하기 위하여는, 발열체의 온도를 소정레벨보다도 높게하지 않으면 안되기때문이다.
한편, 감열식 유량센서를 차량탑재의 내연기관의 연료제어용의 흡기유량센서로서 사용한 경우, 스로틀개도가 큰 운전영역(「밸브오버랩」이라한다)에서의 역류를 수반하는 맥동류현상하에서는, 역류방향의 유량과 정방향의 유량과의 합이 흡입공기량으로서 검출되므로, 역 방향의 유량의 2배에 상당하는 유량검출오차가 생기게된다.
종래의 감열식유량센서는 이상과같이, 브리지타이프의 유량검출소자(18)를 사용한 경우에는, 브리지형상부(11)가 기재(1)에 보존되는 개소가 적으므로, 충분한 강도를 확보할 수 없다는 문제점이 있었다.
또, 다이어프램타이프의 유량검출소자(18a)를 사용한 경우에는, 다이어프램 (13)의 전주가 기재(1)와 접촉하고 있으므로, 발열저항패턴(4)으로부터 다이어프램 (13)을 통하여 기재(1)로 전도하는 열량이 많은데 더하여 발열저항패턴(4)의 면적을 확대하는것이 곤란하게되고, 유량검출감도가 저하하여 버린다는 문제점이 있었다.
또, 일본국특개평7-174600호 공보와 같이, 발열체(발열저항패턴)의 상류측에 측온저항을 배치한 경우에는, 발열체의 온도보다도 측온저항의 온도가 내려가므로, 측온저항에 부착한 먼지나 수분을 제거할 수 없게되고, 내오손성이 저하하여 버린다는 문제점이 있었다.
또, 상기 내오염성의 저하를 방지하기위하여, 측온저항의 온도를 고레벨에 서정하려고 하면, 측온저항보다도 하류측의 발열체의 온도가 너무 높게되어버리고 열적신뢰성이 저하하여 버린다는 문제점이 있었다.
또, 종래의 유량검출소자를 예컨대 차량탑재한 내연기관의 연료제어용의 흡기류량센서에 사용한 경우에는, 맥동류현상하에서의 역류방향의 유량을 그대로 순방향유량으로서 검출하여 버리므로, 역방향의 유량의 2배에 상당하는 유량검출오차가 생긴다는 문제점이 있었다.
이 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 하게된것으로, 다이어프램타이프의 유량검출소자를 사용하는 동시에, 발열저항패턴내에서, 또한 발열저항패턴의 발열에의해 흐름방향이 생기는 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 온도계측저항을 배치함으로써, 온도계측저항의 온도를 확보하면서 역류방향보다도 순류방향으 검출감도를 높게 설정하고, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서를 얻는것을 목적으로 한다.
도 1은 이 발명의 실시의 형태 1에 사용되는 유량검출소자를 보호막을 제거한 상태로 표시하는 평면도.
도 2는 도 1내의 A-A선에 의한 측단면도.
도 3은 이 발명의 실시의 형태1의 구성을 표시하는 정면도.
도 4는 도 3내의 B-B선에 의한 측단면도.
도 5는 이 발명의 실시의 형태 1의 제어회로를 표시하는 회로도.
도 6은 이 발명의 실시의 형태 1에 사용되는 유량검출소자상의 흐름방향에 대한 측단면의 표면온도분포를 표시하는 설명도.
도 7은 이 발명의 실시의 형태 1에서의 유량과 동작온도와의 관계를 표시하는 특성도.
도 8은 이 발명의 실시의 형태 1에서의 유량과 출력전압과의 관계를 표시하는 특성도.
도 9는 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 맥동류현성시의 출력파형을 표시하는 설명도.
도 10은 이 발명의 실시의 형태 2에 사용되는 유량검출소자를 보호막을 제거한 상태로 표시하는 평면도.
도 11은 도 10내의 C-C선에 의한 측단면도.
도 12는 이 발명의 실시의 형태 3에 사용되는 유량검출소자를 보호막을 제거한 상대로 표시하는 평면도.
도 13은 도 12내의 D-D선에 의한 측단면도.
도 14는 이 발명의 실시의 형태 4에 사용되는 유량검출소자를 보호막을 제거한 상태로 표시하는 평면도.
도 15는 도 14내의 E-E선에 의한 측단면도.
도 16은 이 발명의 실시의 형태 5에 사용되는 유량검출소자를 보호막을 제거한 상태로 표시하는 평면도.
도 17은 도 16내의 F-F선에 의한 측단면도.
도 18은 종래의 감열식유량센서에 사용되는 브리지타이프의 유량검출소자를 보호막을 제거한 상태로 표시하는 평면도.
도 19는 도 18내의 X-X선에 의한 측단면도.
도 20은 종래의 감열식 유량센서에 사용되는 다이어프램타이프의 유량검출소자를 보호막을 제거한 상태로 표시하는 평면도.
도 21은 도 20내의 Y-Y선에 의한 측단면도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1. 기재, 4,4B,4C,4D. 발열저항패턴,
7. 비교저항패턴, 12. 캐비티,
13A. 다이어프램(저열용량부), 14. 온도계측저항,
14E. 더미패턴, 18A~18E. 유량검출소자,
25. 브리지회로, 40. 제어회로기판,
50. 제어회로, 100. 감열식유량센서,
d1,d2. 패턴폭, G. 유체의 흐름방향(순류방향),
i. 가열전류, t1,t2. 패턴두께,
Vcc. 정전압, Vovf. 출력전압.
이 발명에 관한 감열식유량센서는, 평판상의 기재와, 기재의 표면에 형성된 저열용량부와, 저열용량부에 배설된 감열저항막으로되는 발열저항패턴 및 온도계측저항과, 온도계측저항에 정전압을 인가하는 동시에 발열저항패턴에 가열전류를 공급하여 가열전류를 유량계측신호로서 출력하는 제어회로를 구비하고, 발열저항패턴 및 온도계측저항은, 계측대상으로되는 유체의 흐름방향에 따라서 평면적으로 배치된 감열식 유량센서에 있어서, 온도계측저항은, 발열저항패턴내에 배치되는 동시에, 발열저항패턴의 발열에 의해 유체의 흐름방향에 생기는 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 배치된 것이다.
또, 이 발명에 관한 감열식유량센서는, 온도계측저항은 유체의 흐름방향에 대하여, 발열저항패턴내의 중앙부보다도 상류측에 배치된것이다.
또, 이 발명에 관한 감열식유량센서는, 저열용량부는 온도계측저항과 거의 대칭을 이루는 위치에, 통전에 기여하지 않는 더미패턴이 배설된것이다.
또, 이 발명에 관한 감열식유량센서는, 발열저항패턴의 발열온도분포는, 유체의 하류측으로 편향하도록 설정된것이다.
또, 이 발명에 관한 감열식 유량센서는, 발열저항패턴은, 유체의 상류측의 저항치보다도 하류측의 저항치쪽이 높게 설정된것이다.
또, 이 발명에 관한 감열식유량센서는, 발열저항패턴은 패턴폭이 다른 희박한 부분과 조밀부분이 형성되어있고, 유체의 흐름방향에 대하여, 온도계측저항의 상류측보다도 하류측의 패턴폭이 조밀하게 설정된것이다.
또, 이 발명에 관한 감열식유량센서는, 발열저항패턴은, 패턴두께가 다른 두꺼운 부분과 얇은 부분이 형성되어있고, 유체의 흐름방향에 대하여, 온도계측저항의 상류측보다도 하류측의 패턴두께가 얇게 설정된 것이다.
또, 이 발명에 관한 감열식유량센서는, 발열저항패턴은, 유체의 흐름방향에 대하여, 저열용량부의 중앙부보다도 상류측에 배치된것이다.
또, 발명에 관한 감열식유량센서는, 온도계측저항은 유체의 흐름방향에 대하여 발열저항패턴내의 중앙부에 배치된것이다.
또, 이 발명의 관한 감열식유량센서는, 온도계측저항에 인가되는 정전압은 온도계측저항이 자기발열하기위한 최소한의 전압치에 설정된것이다.
[발명의 실시의 형태]
실시의 형태 1
이하, 이 발명의 실시의 형태 1에 대하여, 도1~도9를 참조하면서 상세하게 설명한다.
도 1은, 이 발명의 실시의 형태 1에 사용되는 유량검출소자(18A)를 보호막 (3)을 제거한 상태로 표시하는 평면도, 도 2는 도 1내의 A-A선에 의한 측단면도이다.
도 1및 도2에서, 상술(도 20 및 도 21참조)과 같은것에 대하여는 동일부호를 붙여서, 각각 상세한 설명을 생략한다.
이 경우, 유량검출소자(18A)는 다이어프램타이프의 구성을 갖는다.
또한, 도 1및 도 2에서, 유량검출소자(18A)내의 각부의 크기는, 구성을 알기쉽게 하기위하여, 실제의 치수비와는 다른 크기로 표시되어 있다. 이것은 다른 모든 도면에서도 같다.
도 1및 도2에서, 기재(1)의 표면(1a)의 지지막(2)상에는, 감열저항막(예컨대, 백금)으로되는 발열저항패턴(4), 비교저항패턴(7), 온도계측저항(14)및 리드패턴(15a)~(15f)이 형성되어있고, 이들의 패턴은 보호막(3)에 의해 덮혀져 있다.
각 리드패턴(15a)~(15f)은, 발열저항패턴(4), 비교저항패턴(7)및 발열검출용의 온도계측저항(14)의 각 양단자를 형성하고 있다.
발열저항패턴(4), 비교저항패턴(7)및 온도계측저항(14)은, 감열식유량센서의 제어회로(50)(후술한다)내에 포함되어있고, 발열저항패턴(4)에는 가열전류(i)가 공급된다.
또, 브리지회로(25)를 구성하는 비교저항패턴(7)및 온도계측저항(14)에는, 예컨대, 온도계측저항(14)이 자기발열하지 않는 정도의 정전압(Vcc)(미소전압)이 인가된다.
각 리드패턴(15a)~(15f)의 단부에는, 전극(16a)~(16f)이 형성되어있고, 전극(16a)~(16f)에서는, 각 리드패턴상의 보호막(3)이 제거되어 각 리드패턴의 일부가 노출되어있다.
전극(16a)~(16f)은, 외이어본드등의 주지의 방법에 의해 외부회로(도시하지않음)와 전기적으로 접속되고, 이에따라, 발열저항패턴(4), 비교저항패턴(7)및 온도계측저항(14)은, 리드패턴(15a)~(15f)및 적극(16a)~(16f)을 통하여 외부회로에 전기적으로 접속된다.
기재(1)의 일부에는, 이면(1b)측으로부터 지지막(2)에 이르도록 대형상으로 제거된 공간 즉 캐비티(12)가 형성되어있고, 캐비티(12)에서는, 기재(1)와 일체구조의 얇은 다이어프램(13A)(저열용량부)가 형성되어있다.
다이어프램(13A)에서, 지지막(2)및 보호막(3)에 의해 끼워진 발열저항패턴
(4)의 부위는 전주가 기재(1)에 보존되어있다.
비교저항패턴(7)은 다이어프램(13A)으로부터 이간한 기재(1)상에 위치되어있다. 또, 온도계측저항(14)은, 발열저항패턴(4)내에서, 중앙부보다도 상류측의 패턴간에 위치하고 있다.
기재(1)의 이면(1b)에는 이면보호막(19)이 형성되어있고, 이면보호막(19)에는, 캐비티(12)를 형성하기 위한 에칭홀(20)이 형성되어있다.
여기서, 도 1및 도 2와 같이 유량검출소자(18A)를 구성하기 위한 제조공정에 대하여 설명한다.
우선, 두께 0.4㎜의 기재(1)의 표면(1a)의 전면에, 스퍼터(sputter)또는 CVD등의 방법을 사용하여 질화실리콘을 1㎛두께로 성막하여 지지막(2)을 형성한다.
다음에, 지지막(2)이 형성된 기재(1)의 표면(1a)의 전면에, 증착 또는 스퍼터등의 방법을 사용하여 백금을 0.2㎛두께로 성막한 후, 사진제판, 윗 에칭(wet stching)또는 드라이에칭등의 방법을 사용하여 백금막을 패터닝하고, 발열저항패턴 (4), 비교저항패턴(7), 온도계측저항(14)및 리드패턴(15a)~(15f)을 형성한다.
다음에, 기재(1)의 표면(1a)의 전면에, 스파터 또는 CVD등의 방법을 사용하여 질화실리콘을 1㎛두께로 성막하여 보호막(3)을 형성한다.
그 후, 사진제판, 웽 에칭또는 드라이에칭등의 방법을 사용하여 리드패턴 (15a)~(15f)의 단부상의 보호막(3)을 제거하여 전극(16a)~(16f)을 형성한다.
다음에, 기재(1)의 이면(1b)의 전면에, 이면보호막(19)으로서 레지스트를 도포하고, 사진제판등을 사용하여 에칭홀(20)을 형성한다. 최후에, 예컨대 알카리에칭을 하여, 기재(1)의 일부를 이면(1b)측으로부터 지지막(2)에 이르도록 제거하여 다이어프램(13A)을 형성한다.
이때의 에칭에 사용되는 에찬트(efchant)로서는, KOH, TMAH(Tetra MEthyl Ammonium Hydroxide)NaOH등을 들 수 있다.
또한, 다이어프램(13A)의 크기는, 1.5㎜ X 2㎜정도이고, 또, 발열저항패턴 (4)의 발열부는, 다이어프램(13A)의 중앙부에서, 0.8㎜ X 1㎜정도의 크기로 형성된다.
또, 온도계측저항(14)은, 발열저항패턴(4)의 상류측의 패턴간에 0.02㎜ X 1㎜정도의 크기로 형성된다.
다음에, 도 3~도 5를 참조하면서, 상기와 같이 구성된 유량검출소자(18A)를 사용한 감열식 유량센서(100)의 구성에 대하여 설명한다.
도 3은 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 감열식 유량센서(100)를 표시하는 정면도, 도 4는 도 3내의 B-B선에 의한 측단면도, 도 5는 감열식 유량센서(100)의 제어회로(50)를 표시하는 회로도이다.
도 3및 도 4에서, 감열식 유량센서(100)는, 계측유체의 통로로 되는 주통로 (21)와, 주통로(21)내에 동축적으로 배설된 검출관로(22)와, 검출관로(22)내의 배설된 유량검출소자(18A)와, 주통로(21)에 일체형성된 케이스(23)와 감열식유량센서 (100)에 전력을 공급하고, 또한 출력을 빼내기 위한 커넥터(24)와, 케이스(23)내에 수용된 제어회로기판(40)과 유량검출소자(18A)와 제어회로기판(40)을 도통하는 리드선(41)에 의해 구성되어있다.
리드선(41)은, 유량검출소자(18A)의 전극(16a)~(16f)(도 1참조)과, 제어회로기판(40)을 전기적으로 접속하고 있다.
유량검출소자(18A)는, 기재(1)의 표면이 계측유체의 흐름방향(G)과 평행이되도록, 또한, 기재(1)의 표면이 계측유체에 노출되도록 검출관로(22)내에 배설되어있다.
또한, 유량검출소자(18A)는, 주위의 유체의 흐름을 안정화하기위하여, 검출관로(22)내에서, 판상부재(도시하지않음)의 표면부분에 매설되어도 된다.
한편, 감열식유량센서(100)의 제어회로(50)는, 유량검출소자(18A)및 제어회로기판(40)상의 회로요소에 의해 구성되어있다.
도 5에 표시하는 제어회로(50)에서, 발열저항패턴(4), 비교저항패턴(7)및 온도계측저항(14)을 제외한 다른 회로요소는, 제어회로기판(40)상에 실장되어있다.
제어회로(50)는, 유량검출용의 브리지회로(25)와 브리지회로(25)의 출력단자에 접속된 연산증폭기(26)와, 연산증폭기(26)의 출력전압에 의해 구동되는 트랜지스터(27)와, 트랜지스터(27)의 이미터단자와 그라운드사이에 삽입된 발열저항패턴 (4)및 고정저항기(R4)와 브리지회로(25)의 출력단자와 트랜지스터(27)의 출력단자사이에 삽입된 콘덴서(C1)을 구비하고 있다.
브리지회로(25)는, 온도계측저항(14)및 비교저항패턴(7)과, 고정저항기(R1)
~(R3)를 포함한다.
브리지회로(25)에서, 정전압(Vcc)와 그라운드사이에는, 온도계측저항(14)과 고정저항기(R2)로 되는 직렬회로와, 비교저항패턴(7)과 고정저항(R1)및 (R3)로 되는 직렬회로가 병렬로 삽입되어있다.
브리지회로(25)내의 각 직렬회로의 접속점(P1) 및 (P2)의 전위는, 연산증폭기 (26)에 대한 한쌍의 입력신호로 되어있다.
트랜지스터(27)는, 콜렉터에 전원(51)의 정극전압이 인가되고, 베이스에 연산증폭기 (26)의 출력전압이 인가되어있으며, 발열저항패턴(4)에 공급하는 가열전류(i)를 조정하도록 되어있다.
또, 트랜지스터(27)의 이미터에 접속된 발열저항패턴(4)및 고정저항기(R4)의 접속점은, 제어회로(50)의 출력단자(52)를 구성하고 있다.
다음에, 도 1~도 5와 함께 도6~도 9에 표시하는 설명도 및 특성도를 참조하면서, 이 발명의 실시의 형태 1에 의한 유량검출동작에 대하여 설명한다.
도 6~ 도 9는 이 발명의 실시의 형태1의 동작을 표시하고 있으며, 도 6은 흐름방향(G)에 대한 측단면의 표면온도분포를 표시하는 설명도, 도 7은 유량 Q[g/s]와 동작온도의 평균온도차 △T[deg]와의 관계를 표시하는 특성도, 도 8은 정역방향의 유량(Q)과 출력전압 Vout[V]과의 관계를 표시하는 특성도, 도 9는 맥동류현상시의 출력파형을 표시하는 설명도이다.
우선, 유량검출소자(18A)에서, 기재(1)상의 비교저항패턴(7)은, 다이어프램 (13A)으로부터 이간한 위치에 설치되어있으므로, 발열저항패턴(4)에서 발생한 열이 비교저항패턴(7)까지 전도하는일은 없다.
따라서, 비교저항패턴(7)에서 검출되는 온도는, 검출관로(22)내에 유입하는 유체(계측대상)의 온도와 거의 같게된다.
한편, 브리지회로(25)내의 온도계측저항(14)은, 제어회로(50)에 의해 조정되는 발열저항패턴(4)의 온도에 관련하여, 비교저항패턴(7)의 온도보다도 소정온도만큼 높은 평균온도로 되는 저항치로 제어된다.
이때, 제어회로(50)내의 연산증폭기(26)는, 접속점(P1) 및 (P2)의 전위를 거의 같게하도록 트랜지스터(27)를 구동하고, 발열저항패턴(4)에 흐르는 가열전류(i)를 제어한다.
또한, 도 5에서는, 브리지회로(25)에 대하여 정전압(Vcc)이 인가되어 있으나, 정전류가 공급되어도 된다.
다음에, 다이어프램(13A)에서의 흐름방향(G)에 대한 측단면의 표면온도분포에 대하여 설명한다.
도 6에서 다이어프램(13A)의 배치영역(L1)과, 발열저항패턴(4)의 배치영역 (L2)과 온도계측저항(14)의 배치영역(L3)에서의 각 표면온도 Ts[deg]의 분포가 표시되어있다.
흐름방향(G)에 대한 측단면의 표면온도(Ts)는, 무풍시(유량 U=O[m/s])에서는 도 6내의 실선과 같이, 발열저항패턴(4)의 배치영역(L2)의 중심(일점쇄선)에 대하여 대칭인 분포로 된다.
한편, 유체의 유속이 순류방향(G)에 관하여 크게된 경우 (예컨대, 유량 U=17[m/s])에서는, 도 6내의 파선과 같이, 온도분포의 피크레벨이 상승하는 동시에, 온도분포의 피크위치가 발열저항패턴(4)의 중심으로부터 하류측으로 치우친다.
이때, 온도계측저항(14)의 배치영역(L3)의 온도는, 일정하게 제어되고 있으며, 평균온도와 비교하여 상대적으로 저하하므로, 발열저항패턴(4)에 공급되는 가열전류(i)가 증가되고, 온도계측저항(14)은, 비교저항패턴(7)의 유체온도에 대하여 일정온도만큼 높은 온도에 유지된다.
따라서, 출력단자(52)에서, 고정저항기(R3)의 양단전압(Vout)으로서 가열전류(i)의 크기를 검출함으로써, 이 검출신호(유량계측신호)에 따라서 유체의 유속 또는 소정의 측단면적을 갖는 통로내를 흐르는 유량을 계측할 수 있다.
여기서, 발열저항패턴(4)(발열체)의 저항치 RH, 발열저항패턴(4)의 평균온도를 TH, 유체의 온도를 TA, 소정의 측단면적을 갖는 통로내를 흐르는 유량을 Q로 하면 아래의 (1)식의 관계가 성립한다.
i2x RH =(a+b+Qn)x(TH-TA)............(1)
단, (1)식에서, a,b,n는 유량검출소자(18A)의 형상이나 배치등에 의해 결정되는 계수이다.
계수 a는, 유량(Q)에 의존하지 않는 열량에 상당하는 치이고 계수 a의 대부분은 발열저항패턴(4)으로부터 기재(1)로의 열전도손실이다.
또, 계수 b는, 강제대류열전달에 상당하는 치이고, 발열저항패턴(4)의 근처에서의 유체의 흐름의 양상에 따라서, 예컨대 0.5정도에 설정된다.
다음에, 유체의 흐름방향(G)의 상이(相異)및 유량증감의 상이에 대한 동작에 대하여 설명한다.
도 7에서, 정역양방향의 유량(Q)의 상이에 대한 비교저항패턴(7)과 발열저항패턴(4)과의 평균온도차(△T)가 표시되어 있다.
도 7에 표시하는바와같이 평균온도차 △T(=TH-TA)는 순류방향(G)의 유량증가에 대하여는 정의기울기로 되고, 역류방향의 유량증가에 대하여는 부의 기울기를 되도록 동작한다.
이에따라, 방열저항패턴(4)의 평균온도(TA)와, 유체온도(TA)와의 평균온도차 (△T)는 유량(Q)에 대하여 의존성을 갖는것으로 된다.
따라서, 순류방향(G)의 용량(Q)의 변화에 대한 가열전류(i)의 변화량은 크게되고, 종래와 같이 온도차(TH-TA)를 일정제어하는 경우와 비교하여 감열식유량센서 (100)의 검출감도를 향상시킬 수 있다.
한편, 역류방향의 유량(Q)의 변화에 대한 가열전류(i)의 변화량은 작게되므로, 감열식 유량센서(100)의 검출감도가 저하되고, 종래 제어와 비교하여 검출오차를 억제할 수 있다.
도 8은, 순류방향 및 역류방향의 유량(Q)의 변화에 대한 출력전압(Vout)(가열전류(i))의 변화를 표시하고 있다.
도 8에서, 순류방향의 유량(Q)에서의 출력전압(Vout)의 변화량은 크고, 역류방향의 유량(Q)에서의 출력전압(Vout)의 변화량은 작게되어있다.
다음에, 자동차등에 탑재되는 내연기관에 있어서, 역류를 수반하는 맥동류현상이 생긴 경우의 유량검출동작에 대하여 설명한다.
도 9에서, 파선으로 표시하는 파형(W1)은 실제의 역류성분의 유량파형, 일점쇄선으로 표시하는 파형(W2)은 종래의 검출제어에 의한 유량파형, 실선으로 표시하는 파형(W3)은 이 발명의 실시의 형태1에 의해 검출되는 유량파형이다.
상술과 같이, 종래의 감열식유량센서의 경우에는, 역류방향의 유량(Q)과 순류방향(G)과의 합이 흡입공기량으로서 검출되므로, 역류방향의 실제의 유량파형 (W1)(도 9내의 파선)에 대하여, 극성만이 정방향으로 반전된 유량파형(W2)(일점쇄선)으로되고, 실제의 역방향유량의 2배의 상당하는 유량검출오차가 생긴다.
이에대하여, 이 발명의 실시의 형태 1에 의하면, 순류방향(G)과, 역류방향과의 검출감도가 다르므로(도 8참조)순류방향(G)의 유량(Q)과 출력전압(Vout)과의 관계를 맵핑하여두면, 유량파형(W3)(도 9내의 실선)과 같이, 역류가 생김으로 인한 유량검출오차가 저감된다.
따라서, 예컨대, 내연기관의 흡입공기량을 검출하는 유량센서로서 사용한 경우에는, 흡입공기량에 따라서 내연기관을 제어할때의 연료제어정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 유체의 흐름중에서, 온도계측저항(14)은, 발열저항패턴(4)의 발열에 의해 흐름방향(G)에 생기는 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 또한 발열저항패턴 (4)내에 배치되어있으므로, 순류방향(G)에 대하여 감열식유량센서(100)의 검출감도를 향상시킬 수 있다.
또, 유량검출소자(18A)에서, 온도계측저항(14)이 발열저항패턴(4)내에 배치되어있으므로, 온도계측저항(14)이 배치되는 부분의 온도는, 순류방향(G)에 관하여, 상류측의 위치라도, 발열저항패턴(4)의 발열평균온도보다도 낮게 동작하는 일은 없다.
따라서, 충분히 소정온도를 확보할 수 있으므로, 물이나 먼지등의 부착에 의한 오손을 방지할 수 있고 오손에 의해 생기는 특성변화의 드리프트를 저감하여 유량검출정밀도를 향상시킬 수 있다.
또, 다이어프램(13A)에서, 열전도율이 높은 감열저항막으로되는 온도계측저항(14)은 그 주위가 발열저항패턴(4)에 의해 포위되어 있고 (도 1참조) 발열저항패턴(4)와 기재(1)사이에 개재되어있지 않으므로, 기재(1)로의 열전도량증가에 의한 감도저하를 방지할 수 있다.
즉, 발열저항패턴(4)으로부터 다이어프램(13A)을 통하여 기재(1)로 전도되여, 손실되는 열량은, 유량의 계측에 관여하고 있지않은 열량이므로, 도 1과 같이, 온도계측저항(14)을 기재(1)로부터 격리배치하여 기재(1)로의 전도손실열량을 억제하는것은, 유량검출감도를 향상시키기 위하여 유효하게 된다.
실시의 형태 2
또한, 상기 실시의 형태 1에서는, 유체의 흐름방향(G)에 관하여, 온도계측저항(14)을 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 배치시키기 위하여, 온도계측저항 (14)을 발열저항패턴(4)의 중심위치보다도 상류측에 배치하였으나, 온도계측저항 (14)의 양측의 발열저항패턴폭에 조밀(粗密)변화를 가지게하여도 된다.
이하, 온도계측저항(14)의 양측의 발열저항패턴폭에 소밀변화를 설정한 이 발명의 실시의 형태 2를 도면에 대하여 설명한다.
도 10은, 이 발명의 실시의 형태 2에 사용되는 유량검출소자(18B)를 보호막(3)를 제거한 상대로 표시하는 평면도, 도 11은 도 10내의 C-C선에 의한 측단면도이다.
도 10및 도 11에서, 상술(도 1및 도2)와 같은 것에 대하여는 동일부호를 붙여서 상세한 설명을 생략한다.
이 경우, 유량검출소자(18B)내의 온도계측저항(14)은, 유체의 흐름방향(G)에 대하여, 발열저항패턴(4B)의 대략 중앙부에 배치되어있다.
또, 발열저항패턴(4B)은, 온도계측저항(14)의 상류측의 패턴폭(d1)보다도 하류측의 패턴폭(d2)쪽이 촘촘하게 (조밀하게)설정되어 있다.
또한, 도 10에서, 온도계측저항(14)의 배치에 관련하여, 리드패턴(15a)및 (15b)과의 위치, 리드패턴(15e)및 (15f)과의 위치, 전극(16a) 및 (16b)과의 위치, 전극(16e)및 (16f)과의 위치가, 각각 도 1과 다른 점을 제외하면, 다른 구성은 상술과 같다.
도 10 및 도 11과 같이 발열저항패턴(4B)에 소밀변화를 설정하고, 온도계측저항(14)의 위치(중앙부)를 경계로하여, 상류측의 패턴폭(d1)보다도 하류측에 패턴폭(d2)쪽을 촘촘하게 설정함으로써, 발열저항패턴(4B)내의 중앙부에 배치된 온도계측저항(14)은, 실질적으로 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 배치되는것으로 된다.
왜냐하면, 흐름방향(G)에 대한 온도계측저항(14)의 양측의 온도분포를 고려한 경우, 무풍시(유량 Q=O)에서, 발열저항패턴(4B)의 발열온도는, 상류측보다도 패턴이 조밀한 (저항치가 높다)하류측에서 높게되고, 피크온도위치가 하류측으로 시프트되기때문이다.
이와같이, 온도계측저항(14)의 양측의 발열저항패턴폭(d1),(d2)의 관계를 d1〉d2로 설정함으로써, 흐름방향(G)에 대하여 온도계측저항(14)을 발열저항패턴(4B)내의 중앙부보다도 상류측에 배치할 필요가 없어진다.
따라서, 온도계측저항(14)의 배치에 관한 제한이 없어지고, 설계상의 자유도가 확대된다.
또, 발열저항패턴(4B)의 소밀에 따라서 온도분포를 바꿀 수 있으므로, 발열저항패턴(4B)과 온도계측저항(14)과의 위치관계에 따라 결정되는 발열온도의 변화에 대하여도, 소망의 특성을 얻을 수 있다.
따라서, 발열저항패턴(4B)와 온도계측저항(14)과의 배치에 관한 자유도가 더욱 향상된다.
또, 도시한바와같이, 온도계측저항(14)을 발열저항패턴(4B)의 중심부에 배치하면, 다이어프램(13A)에서의 전체의 패턴배치가 평면적으로 거의 대칭형상으로되므로, 가열시의 다이어프램(13A)의 기계적변형을 억제할 수 있다.
또한, 여기에서는, 온도계측저항(14)을 발열저항패턴(4B)의 중심부에 배치하였으나, 온도계측저항(14)의 위치는 특히 한정되는것은 아니고, 발열온도분포의 피크위치에서 상류측이면, 발열저항패턴(4B)내의 임의의 위치에 배치될 수 있는 것은 말할 나위도 없다.
실시의 형태 3
또한, 상기 실시의 형태 2에서는, 발열온도분포의 피크위치를 유체의 흐름방향(G)에 대하여 하류측에 시프트하기위하여, 온도계측저항(14)의 위치보다도 하류측의 발열저항패턴(4B)을 조밀하게(저항치를 높게)설정하였으나, 패턴의 소밀을 변화시키지 않고, 하류측에서 패턴막을 얇게(저항치를 높게)설정하여도 된다.
이하, 온도계측저항(14)의 양측의 발열저항패턴의 두께를 변화시킨 이 발명의 실시의 형태 3을 도면에 대하여 설명한다.
도 12는 이 발명의 실시의 형태 3에 사용되는 유량검출소자(18c)를 보호막(3)을 제거한 상태로 표시하는 평면도, 도 13은 도 12내의 D-D선에 의한 측단면도이다.
도 12 및 도 13에서, 유량검출소자(18c)내의 온도계측저항(14)은, 상술(도10, 도 11)과 같이 발열저항패턴(4c)내의 중앙부에 배치되어있다.
한편, 발열저항패턴(4c)은, 온도계측저항(14)의 위치보다도 상류측의 패턴두께(t1)에 비하여, 하류측의 패턴두께(t2)쪽이 얇게 설정되어 있다.
이에 따라, 상술(도 10,도 11참조)과 같이, 발열저항패턴(4C)의 저항치는, 온도계측저항(14)에 관하여, 상류측보다도 하류측쪽이 높게되도록 구성되어 있다.
이와같이, 온도계측저항(14)의 양측의 발열저항패턴두께(t1),(t2)의 관계를 t1t2로 함으로써, 온도계측저항(14)의 상류측의 발열온도에 비하여 하류측쪽이 발열온도가 높게되고, 무풍시에서, 발열저항패턴(4C)의 온도분포의 피크위치는 하류측으로 편향한다.
따라서, 상술과 같이, 온도계측저항(14)을 발열저항패턴(4C)내의 중앙부에 배치하여도, 온도계측저항(14)은, 실질적으로 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 배치되는 것으로 되고, 온도계측저항(14)의 배치에 관한 제한이 없어진다.
또, 발열저항패턴두께(t1),(t2)에 따라서 온도분포를 바꿈으로써 소망의 특성을 얻을수 있다.
실시의 형태 4
또한 상기 실시의 형태 2,3에서는 발열온도분포의 피크위치를 하류측으로 시프트하기 위하여, 발열저항패턴의 하류측의 저항치를 높게 설정하였으나, 다이어프램(13A)에 대한 발열저항패턴의 위치를 시프트시켜도 된다.
이하, 다이어프램(13A)에 대한 발열저항패턴위치를 시프트시킨 이 발명의 실시의 형태 4를 도면에 대하여 설명한다.
도 14는 이 발명의 실시의 형태 4에 사용되는 유량검출소자(18D)를 보호막 (3)을 제거한 상태로 표시하는 평면도, 도 15는 도 14내의 E-E선에 따른 측단면도이다.
도 14 및 도 15에서 온도계측저항(14)은, 상술(도 12,도 13)과 같이 발열저항패턴(4D)내의 중앙부에 배치되어 있다.
한편, 발열저항패턴(4D)는, 흐름방향(G)에 관하여, 다이어프램(13A)의 중앙부보다도 상류측에 편향배치되어 있다.
이와같이, 다이어프램(13A)에 대하여, 발열저항패턴(4D)은 상류측에 편향배치함으로써, 발열저항패턴(4D)으로부터 기재(1)까지의 거리는 하류측에 비하여 상류측의 쪽이 짧게 된다.
즉, 발열저항패턴(4D)에서 발생하는 열은, 하류측보다도 상류측에서, 기재(1)측에 전도손실하기 쉽게 된다.
즉, 발열저항패턴(4D)에 의한 발열온도분포는 상류측에서 낮게 되는 것으로 된다.
따라서, 무풍시에서의 발열저항패턴(4D)의 온도분포의 피크위치는 하류측으로 시프트하므로, 상술과 같이, 흐름방향(G)에 관하여 온도계측저항(14)의 배치제한이 불필요하게 된다.
또, 발열저항패턴(4D)의 위치에 따라서 온도분포를 바꿀수 있고, 소망의 특성을 얻을수 있다.
실시의 형태 5
또한, 상기 실시의 형태에서는, 발열저항패턴(4)내의 중앙부보다도 상류측에 온도계측저항(14)만을 설치하였으나, 온도계측저항(14)의 대칭위치가 되도록 발열저항패턴(4)의 하류측에 더미패턴을 추가 배치하고, 발열시의 기계적 변형을 억제하도록 구성하여도 된다.
이하, 온도계측저항(14)의 대칭위치에 더미패턴을 추가한 이 발명의 실시의 형태5를 도면에 대하여 설명한다.
도 16은 이 발명의 실시의 형태5에 사용되는 유량검출소자(18E)를 보호막(3)을 제거한 상태로 표시하는 평면도, 도 17은 도 16내의 F-F선에 따른 측단면도이다.
도 16및 도 17에서, 유량검출소자(18E)내의 온도계측저항(14)은, 상술(도1,도2 참조)과 같이 발열저항패턴(4)의 상류측에 배치되어 있다.
한편, 통전에 기여하지 않는 더미패턴(14E)은, 다이어프램(13A)상의 평면방향에서 온도계측저항(14)의 대칭위치가 되도록 배치되어 있다.
더미패턴(14E)은, 리드패턴 및 전극등을 가지고 있지 않으며, 발열저항패턴 (4)내의 하류측에 배설되어 있다.
일반적으로, 다이어프램(13A)은, 막층방향에서 패턴이 존재하는 부분과 패턴이 존재하지 않는 부분을 갖고, 발열에 의해 기계적 변형을 발생할 우려가 있다.
그러나, 도 16및 도 17과 같이, 다이어프램(13A)의 면내에서, 온도계측저항 (14)과 대칭위치에 더미패턴(14E)를 형성함으로써, 지지막(2)이나, 보호막(3)을 구성하는 질화실리콘막과, 패턴을 구성하는 감열저항막(백금막)과의 사이의 내부응력이나, 기계적 또는 열적인 물성의 차에 기인하는 다이어프램(13A)의 막변형을 억제할 수 있다.
즉, 발열저항패턴(4)으로의 비통전시 또는 통전시에 관계없이 다이어프램 (13A)의 변형량은 작게하는 동시에 변형형상은 대칭화하여 단순화할 수 있으므로, 재현성 및 신뢰성이 높은 감열식 유량센서가 얻어진다.
또, 기계적 변형이 생기는 경우라도, 그 변형형상이 대칭화(단순화)되므로, 기계적 변형에 의해 각 막간에 발생하는 응력은 저감되고, 막간의 박리등의 발생을 방지할 수 있다.
또, 기계적변형량이 억제되고, 또한 변형형상이 대칭화되어, 발열저항패턴 (4)으로의 통전시에서의 변형량의 흐트러짐이 억제되므로, 감열식 유량센서(100)로서의 유량검출특성이 갖추어지고, 검출정밀도가 향상하는데 더하여 장기간사용시의 신뢰성도 향상된다.
실시의 형태 6
또한, 상기 실시의 형태 1~5에서는, 브리지회로(도 5참조)내에서 인가되는 정전압(Vcc)을, 온도계측저항(14)이 자기발열하지 않을정도의 미소전압치에 설정하였으나, 온도계측저항(14)이 자기발열할정도의 필요최소한의 전압치에 설정하여도된다.
이 경우, 제어회로(50)에서, 브리지회로(25)내의 정전압(Vcc)(또는 정전류)은, 온도계측저항(14)이 자기 발열할 정도로 설정되고, 온도계측저항(14)은, 필요 최소한의 고온(예컨대 무풍시에서 50℃)으로 가열된다.
이와같이 온도계측저항(14)을 자기발열시킴으로써, 발열저항패턴(4)에서의 기재(1)로의 열전도손실분이 보상되고, 또 발열저항패턴(4)의 전열량에 대한 강제대류의 열전달의 비율이 크게되며, 감열식 유량센서(100)의 유량 검출감도를 향상할 수 있다.
또한, 도 5에서는, 브리지회로(25)에 대하여 정전압(Vcc)이 인가되어 있으나, 정전류가 공급되어도 된다.
이 경우, 온도계측저항(14)을 자기발열시키기 위하여는, 정전류를 필요 최소한으로 크게 설정하면 된다.
이상과 같이, 이 발명에 의하면, 평판상의 기재와, 기재의 표면에 형성된 저열용량부와, 저열용량부에 배설된 감열저항막으로 되는 발열저항 패턴 및 온도계측저항과 온도계측저항에 정전압을 인가하는 동시에, 발열저항패턴에 강려전류를 공급하여 가열전류를 유량계측신호로서 출력하는 제어회로를 구비하고, 발열저항패턴 및 온도계측저항은, 계측대상으로 되는 유체의 흐름방향에 따라서 평면적으로 배치된 감열식 유량센서에 있어서, 온도계측저항은 발열저항패턴내에 배치되는 동시에,발열저항패턴의 발열에 의해 유체의 흐름방향에 생기는 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 배치되므로, 온도계측저항의 온도를 확보하면서 역류방향보다도 순류방향의 검출감도를 높게 설정할 수 있고, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면, 온도계측저항은, 유체의 흐름방향에 대하여, 발열저항패턴내의 중앙부보다도 상류측에 배치되었으므로, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면, 저열용량부는, 온도계측저항과 거의 대칭을 이루는 위치에 통전에 기여하지 않은 더미패턴이 배설되었으므로, 저열용량부의 기계적 변형을 억제하는 동시에, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면, 발열저항패턴의 발열온도분포는, 유체의 하류측으로 편향하도록 설정되었으므로, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또 이 발명에 의하면, 발열저항패턴을 유체의 상류측의 저항치보다도 하류측의 저항치쪽이 높게 설정되었으므로, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면, 발열저항패턴은, 패턴폭이 다른 소밀부분이 형성되어 있고, 유체의 흐름방향에 대하여, 온도계측저항의 상류측보다도 하류측의 패턴폭이 조밀하게 설정되었으므로, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면, 발열저항패턴은 패턴두께가 다른 두꺼운 부분과 얇은 부분이 형성되어 있고, 유체의 흐름방향에 대하여 온도계측저항의 상류측보다도 하류측의 패턴두께가 얇게 설정되었으므로 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또 이 발명에 의하면, 발열저항패턴은, 유체의 흐름방향에 대하여, 저열용량부의 중앙부보다도 상류측에 배치되었으므로, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면, 온도계측저항은, 유체의 흐름방향에 대하여, 발열저항패턴내의 중앙부에 배치되었으므로, 저열용량부의 기계적변형을 억제하는 동시에, 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.
또, 이 발명에 의하면, 온도계층저항에 인가되는 정전압은, 온도계측저항이 자기발열하기 위한 최소한의 전압치에 설정되었으므로, 발열저항패턴으로부터 기재로의 열전도.손실을 보상할 수 있고, 더욱 검출감도 및 신뢰성을 향상시킨 감열식 유량센서가 얻어지는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 평판상의 기재와, 상기 기재의 표면에 형성된 저열용량부와, 상기 저열용량부에 배설된 감열저항막으로 되는 발열저항패턴 및 온도계측저항과, 상기 온도계측저항에 정전압을 인가하는 동시에, 상기 발열저항패턴에 가열전류를 공급하여 상기 가열전류를 유량계측신호로서 출력하는 제어회로를 구비하고, 상기 발열저항패턴 및 상기 온도계측저항은, 계측대상으로 되는 유체의 흐름방향에 따라서 평면적으로 배치된 감열식 유량센서에 있어서, 상기 온도계측저항은, 상기 발열저항패턴내에 배치되는 동시에, 상기 발열저항패턴의 발열에 의해 상기 유체의 흐름방향에 생기는 온도분포의 피크위치보다도 상류측에 배치된 것을 특징으로 하는 감열식 유량센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 온도계층저항은, 상기 유체의 흐름방향에 대하여, 상기 발열저항패턴내의 중앙부보다도 상류측에 배치된 것을 특징으로 하는 감열식 유량센서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 발열저항패턴의 발열온도분포는, 상기 유체의 하류측에 편향하도록 설정된 것을 특징으로 하는 감열식 유량센서.
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