KR100444004B1

KR100444004B1 - 유량센서

Info

Publication number: KR100444004B1
Application number: KR1019960705993A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 로크; 우베 콘쨀만
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 1995-03-16
Filing date: 1996-03-09
Publication date: 2004-11-03
Also published as: DE19509555B4; EP0763191A1; EP0763191B1; DE59610882D1; JPH10500490A; KR970702478A; JP3839052B2; DE19509555A1; US5765432A; WO1996028712A1

Abstract

히터(2)가 다이어프램(1) 상에 배치되어 있는 유량 센서가 제안된다. 히터의 각 측에는 온도 센서(3, 4)가 설치되어 있다. 또한 히터(2)의 각 측에는 별도의 온도 센서(5, 6)가 설치되어 있고, 이 온도 센서는 접속 저항(7)에 의해 접속되어 있다.

Description

유량 센서

미국 특허 제 4,581,928호 명세서에 다이어프램을 가지는 유량 센서가 이미 공지되어 있다. 상기 특허에서는 다이어프램에 히터가 배치되고, 히터의 양 측면에 온도 센서가 배치되어 있다. 히터와 온도 센서는 저항층으로부터 패터닝된다. 평가를 위해 온도 센서는 다른 저항과 함께 측정 브리지 회로에 배치되어 있다.

본 발명은 청구항 1의 전제부에 기재된 유량 센서에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 소자의 평면도.

도 2 및 도 3은 다른 실시예의 도면.

도 4는 측정 브리지의 등가 회로를 나타내는 도면.

청구항 1의 구성을 가지는 본 발명의 유량 센서는 종래 기술에 대하여, 센서 소자의 신호의 개선이 달성된다고 하는 이점을 가진다. 그 때에 약간의 비용상승이 필요할 뿐이다. 또한 센서 소자는 대칭으로 구성되고, 이에 의해 개개의 온도 센서의 신호가 동기화된다. 이 비용(outlay)은 매우 낮다. 그 이유는 모든 소자가 1개의 같은 저항층으로부터 패터닝되기 때문이다. 따라서 제조 공차는 측정 소자에 약간의 영향밖에 미치지 않는다.

청구범위 종속항에 기재된 수단에 의해, 본 발명의 유량 센서의 유리한 구성 및 개선이 가능하다. 온도 센서와 별도의 온도 센서는 앞뒤로, 또는 나란히 배치할 수 있다. 추가 비용없이 히터, 온도 센서 및 별도의 온도 센서에 대한 선로를 저항층으로부터 형성할 수 있다. 특히 간단하고 정확한 센서 신호의 검출이 온도 센서와 별도의 온도 센서를 1개의 측정 브리지로 배치하는 구성에 의해 달성된다. 여기에서는 접속 저항(interconnect resistor)에 병렬로, 유리하게는 조정 저항(adjustable resistor)이 접속된다. 이 조정 저항에 의해 브리지의 조정을 행할 수 있다. 접속 저항의 온도 계수를 제거하기 위해서는 설계시 조정 저항을 비교적 큰 저항으로 구성할 수 있다.

도 1에는 본 발명의 측정 소자의 평면도가 도시되어 있다. 이 측정 소자는 기판(20)으로 구성되며, 기판에 의해 다이어프램(1)이 유지되어 있다. 다이어프램(1)은 특히 작은 열 관성(thermal inertia)과 특히 작은 열전도율을 가진다. 다이어프램(1)에는 히터(2), 온도 센서(3, 4), 별도의 온도 센서(5, 6) 및 접속 저항(7)이 설치되어 있다. 히터(2)에 의해 다이어프램은 소정의 온도로 가열된다. 화살표가 나타내는 바와 같이, 다이어프램의 상측(上側)을 매체류(fluid flow)가 통과하면 다이어프램은 이 매체류에 의해 냉각된다. 여기에서 통과 방향에서 상류측에 있는 저항(3, 5)은 하류측에 있는 저항(4, 6)보다도 비교적 강하게 냉각된다. 이 온도차를 검출함으로써 흐름의 강도를 추정할 수 있다.

히터(2)는 저항소자로서 구성되어 있다. 즉, 히터(2)를 흐르는 전류에 의해 이 히터가 가열된다. 온도 센서(3, 4, 5, 6)는 저항 서모미터(thermometer resistor)로서 구성되어 있다. 즉, 저항으로 강하하는 전압을 측정함으로써 개개의 측정 소자의 온도를 검출할 수 있다.

히터(2)와 온도 센서(3, 4)와 별도의 온도 센서(5, 6)를 접촉 접속하기 위해, 도체로(8)와 본드 패드(31 내지 38)가 설치되어 있다. 본드 패드(31 내지 38)에는 와이어가 고정되어 있고, 이 와이어가 평가 회로와의 전기 접속을 행한다. 전기 신호의 통전(routing)은 기판(20) 상에서 도체로(8; printed conductor)에 의해 행해진다.

여기에서 미국 특허 제 4,581,928 호 명세서의 경우와 같이 기판(20)으로 실리콘 기판을 생각할 수 있다. 다이어프램(1)에 대해서는 기판(20)의 상측에 얇은 유전층이 설치되고, 그 다음에 기판(20)은 다이어프램(1)의 하측에서 제거된다. 이것은 미국 특허 제4,581,928호 명세서에 기재된 것과 마찬가지로 다이어프램의 개구부를 통해 이루어질 수 있다. 다르게는, 선택적으로 기판(20)의 뒷쪽으로부터 다이어프램층까지 개구부를 에칭하여, 다이어프램(1)을 이런 식으로 형성할 수도 있다. 실리콘 이외에 물론, 다른 재료를 기판(20)에 대해 사용할 수 있다.

히터(2), 저항(3, 4, 5, 6 및 7), 선로(8) 및 본딩 패드(31 내지 38)의 제조는 초기에 전체 표면에 설치된 층을 패터닝하여 행해진다. 도체로(8)는 매우 큰 횡단면을 가지고, 따라서 그 저항은 저항(2 내지 7)에 대해 비교적 작다. 상류측에 있는 저항 소자(3, 5)와 하류측에 있는 저항 소자(4, 6)가 각각 히터(2)에 대해 대칭으로 배치되어 있는 것이 센서의 기능에 대해 중요하다. 무시할 수 없는 잔류 저항 때문에, 도체로(8)는 저항(3, 4, 5, 6)에 대하여 대칭으로 노선이 형성되어야 한다. 모든 소자가 단 1개의 층으로부터 패터닝되는 경우에는 도체로를 교차식으로 구성(cross-over configuration)할 수 없다. 따라서, 별도의 저항(5, 6) 사이에 접속 저항(7)을 배치하고, 이 접속 저항은 이들 2개의 저항 소자 간을 전기적으로 접속한다. 이에 의해, 도체로(8)를 저항(5, 6)까지 대칭으로 구성하는 것이 가능하게 된다.

도 4에는 측정 소자의 평가 회로의 등가 회로가 나타나 있다. 온도 센서(3, 4)는 중간 탭(33; center tab)을 가지는 제 1 측정 브리지 분기로를 형성한다. 별도의 온도 센서(6, 7, 5)는 2개의 탭(34, 35)을 가지는 제 2 측정 브리지 분기로를 형성한다. 단자(31; connection)는 공급 전압과 접속되며, 단자(32)는 접지된다. 탭(31 내지 35)은 도 1의 측정 소자의 평면도에서 보이는 본딩 패드에 대응한다.

평가 회로에는 조정 저항(15, 16)이 또한 설치되며, 이들 저항은 접속 저항(7)에 대해 병렬로 접속되어 있다. 조정 저항(15, 16) 사이에 보정된 브리지 탭(36)이 설치되어 있다. 저항(15, 16)의 저항값을 조정함으로써 측정 브리지의 영점(zero point)을 조정할 수 있다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 측정 브리지에 배치된 모든 저항은 다이어프램에 놓여져 있다. 따라서, 각 브리지 저항의 저항값은 매체류와 함께 변화한다. 이와 같이 구성된 브리지 회로는 특히 강한신호를 가진다. 그러나, 도체로(8)는 상당한 잔류 저항을 갖기 때문에, 도체로(8)가 각각의 저항들에 비대칭 연결(link-up)되면 이에 따라 변형된 브리지 회로 특성을 형성한다. 따라서, 모든 도체로는 다이어프램 위의 저항에 대하여 대칭으로 구성되어야 한다. 저항(3, 4)에 의해 형성되는 브리지 분기로에서는 단 1개의 도체로가 탭(33)에 대하여 설치되어 있다. 이런 종류의 탭은 저항(5, 6)으로 형성되는 브리지 분기로에 대해서도 최적이다. 그러나, 모든 저항(2 내지 7)과 모든 도체로(8)가 단 1개의 층으로부터 패터닝된다면, 이런 종류의 탭은 불가능하다. 따라서 대칭 구성을 가능하게 하기 위해 접속 저항(7)이 설치되고, 이것에 의해 2개의 탭(34, 35)의 대칭 구성을 가능하게 한다. 상기 경우, 2개의 신호는 조정 저항(15, 16)을 통해 탭(34, 35)에서 합쳐져 보정된 브리지 탭(36)을 형성한다. 저항값(15, 16)을 적절히 조정함으로써, 브리지의 특정한 잔류 불균형(residual imbalance)이 보상될 수 있다. 이 경우, 접속 저항(7)에서의 그 저항 값이 다이어프램의 온도에 따라 변화할 때 문제가 될 수 있다. 저항(15, 16)의 전체 저항값이 접속 저항(7)의 저항값에 대하여 비교적 높으면, 접속 저항(7)의 온도 감도(sensitivity)는 탭(36)의 출력 신호에 약간의 영향밖에 미치지 않는다.

도 1에서, 온도 센서(3, 4)와 별도의 온도 센서(5, 6)가 서로 중첩된 구불구불한 형상(meander shape)의 저항로(resistor run)로 구성되어 있다. 따라서 온도 센서(3)는 같은 다이어프램 면에 놓여져 있으며, 이는 다른 온도 센서(5)도 마찬가지이다. 온도 센서(4)는 다이어프램의 같은 면에 배치되어 있고, 이것은 다른 온도 센서(6)도 동일하다. 이 구성에 의해, 온도 센서(3, 4)는 같은 다이어프램 영역의 온도를 측정한다. 이것은 다른 2개의 온도 센서(5, 6)도 마찬가지이다.

도 2와 도 3에서는 온도 센서(3, 4)와 별도의 온도 센서(5, 6)의 다른 구성이 나타나 있다. 간단히 하기 위해, 다이어프램, 도체로 및 기판(20)은 생략되어 있다. 도 1에서는 온도 센서(3, 4)와 별도의 온도 센서(5, 6)가 다이어프램의 같은 영역을 커버하여, 이들이 서로 중첩되어 비교적 큰 면적을 커버한다. 도 2에서는 온도 센서(3, 4, 5, 6)에 대한 개개의 저항 소자가 서로 중첩되지 않아 훨씬 컴팩트한 디자인을 가질 수 있는 배치가 도시되어 있다. 중앙에 배치된 히터(2)에서 발생하는 온도 구배로 인해, 각각의 온도 센서는 저항 소자(3, 4, 5, 6)의 매우 컴팩트한 구성 및 이에 관련하여 작은 다이어프램 영역만을 커버함으로 인해 비교적 적은 온도 구배에 노출된다. 도 2에는 온도 센서(3, 4)가 내부에, 즉 히터(2) 부근에 배치되어 있고, 별도의 온도 센서(5, 6)가 외측에 배치되어 있음이 도시되어 있다. 도 3에는 별도의 온도 센서(5, 6)가 내부에, 즉 히터(2)의 근방에 배치되고, 온도 센서(3, 4)가 외측에 즉 히터로부터 더 떨어져 배치되어 있는 구성이 나타나 있다.

Claims

측정 소자가 다이어프램(1)과 다이어프램(1) 위의 저항층을 가지고, 상기 저항층으로부터 1 개 이상의 히터(2)와, 이 히터(2)의 양측에 온도 센서(3, 4)가 패터닝된 측정 소자를 가지는 유량 센서에 있어서,

히터의 양측에 별도의 온도 센서(5, 6)를 가지며,

접속 저항(7)이 설치되어 있고, 상기 접속 저항은 2 개의 별도의 온도 센서(3, 4)를 서로 접속하고,

상기 별도의 온도 센서(3, 4)와 접속 저항(7)은 다이어프램에 배치되고,

상기 별도의 온도 센서(3, 4)와 접속 저항(7)은 저항층으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항에 있어서, 온도 센서(3, 4)와 별도의 온도 센서(5, 6)는 구불구불한 형상으로 서로 접속된 저항 소자로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항에 있어서, 온도 센서(3, 4)는 별도의 온도 센서(5, 6)보다 히터(2)에 가깝게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항에 있어서, 별도의 온도 센서(5, 6)는 온도 센서(3, 4)보다 히터(2)에 가깝게 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 히터(2), 온도 센서(3, 4), 별도의 온도 센서(5, 6) 및 접속 저항(7)을 접촉 접속(contacting)하기 위한 도체로(8)가 설치되어 있고, 상기 도체로(8)는 저항층으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 브리지가 형성되고, 온도 센서(3, 4)는 측정 브리지의 제 1 분기로를 형성하고, 제 2 분기로는 해당 2 개의 온도 센서 사이에 중간 탭(33)을 가지고 있고, 별도의 온도 센서(5, 6)는 접속 저항(7)과 함께 측정 브리지의 제 2 분기로를 형성하고, 상기 접속 저항은 2 개의 별도의 온도 센서(5, 6) 사이에 배치되며, 측정 브리지의 제 2 분기로는 2 개의 탭(34, 35)을 가지며, 해당 탭은 각각, 접속 저항(7)과 2 개의 별도의 온도 센서(5, 6) 각각의 한쪽 사이에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 6 항에 있어서, 2 개의 조정 저항(15, 16)이 설치되며, 해당 2 개의 조정 저항(15, 16)은 제 2 브리지 분기로의 2 개의 탭(34, 35) 사이에 직렬로 배치되어 있고, 조정 저항(15, 16) 사이에 조정된 탭(36)이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 센서.
제 7 항에 있어서, 조정 저항(15, 16)은 접속 저항(7)과 비교하여 고저항인 것을 특징으로 하는 유량 센서.