KR100464768B1

KR100464768B1 - 유량센서

Info

Publication number: KR100464768B1
Application number: KR10-2002-0027848A
Authority: KR
Inventors: 야마가와도모야
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2001-05-24
Filing date: 2002-05-20
Publication date: 2005-01-06
Also published as: US6679114B2; DE10221615B4; US20020174718A1; JP3671393B2; JP2002350204A; KR20020090300A; DE10221615A1

Abstract

본 발명은, 유량검출신호에 악영향을 주지 않고, 계측유체의 온도가 변화해도 정확한 유량을 계측할 수 있는 감열식 유량센서가 얻어진다.

감열저항막으로 된 발열체(4) 및 유체온도검출체(5)가 평판기판의 표면에 서로 이간해서 형성된 검출소자(40)가 그 표면을 지지체(36)의 표면과 거의 같은 면 위치가 되도록, 또 발열체(4)와 유체온도검출체(5)와의 배열방향을 계측유체의 흐름방향(6)에 직교하도록 凹부(37)내에 수납되어서, 지지체(36)에 지지되어 있다. 그리고, 홈방향을 계측유체의 흐름방향(6)으로 하는 홈(38)이 검출소자(40)의 유체온도검출체(5)의 형성영역 하부를 통하도록 지지체(36)에 설치되어 있다.

Description

유량센서{THERMOSENSITIVE FLOW RATE SENSOR}

본 발명은 발열체를 구비하고, 발열체 또는 발열체에 의해 가열된 부분에서 유체에의 전열현상에 따라 유체의 유속, 또는 유량을 계측하는 감열식 유량센서에 관한 것으로, 예를 들면, 내연기관의 흡입 공기량을 계측하는 경우 등에 사용된다.

도 9는 종래의 감열식 유량센서에 사용되는 검출소자를 표시하는 평면도. 도 10은 도 9의 X - X 화살표방향 단면도이다.

도 9 및 도 10에서 평판상 기판(1)은 두께 약 0.4mm의 실리콘기판으로 되고 그 표면에 두께 1㎛의 질화실리콘 등으로 된 절연성의 지지막(2)이 스패터, CVD등의 방법으로 형성되고, 또 백금등의 감열저항막으로 된 발열체(4)가 지지막(2)상에 형성되어 있다. 이 발열체(4)는 두께 0.2㎛의 백금등의 감열저항막을 중착이나 스패터등의 방법으로 지지막(2)상에 착막하고, 사진제판, 웨트 또는 드라이애칭 등의 방법을 사용해서 이 감열저항막을 패터닝 함으로써, 전류로를 형성하도록 구성되어 있다. 또, 마찬가지로 백금 등의 감열저항막으로 된 유체온도검출체(5)가 발열체 (4)에서 이탈해서 지지막(2)상에 형성되어 있다. 이 유체온도검출체(5)는 두께 0.2㎛의 백금 등의 감열저항막을 증착이나 스패터 등의 방법으로 지지막(2)상에 착막하고, 사진제판, 웨트 또는, 드라이애칭 등의 방법을 사용해서 이 감염저항막을 패터닝 함으로써, 전류로를 형성하도록 구성되어 있다. 또, 발열체(4) 및 유체온도검출체(5) 위에는 두께 1㎛의 질화실리콘 등으로 된 절연성의 보호막(3)이 스패터, CVD 등의 방법으로 형성되어 있다.

발열체(4)는 접속패턴(9a),(9b), 리드패턴(7a),(7d)를 거쳐서 검출소자의 외부와의 전기적 접속을 하기 위한 전극(8a),(8d)과 연결되어 있다. 또, 유체온도검출체(5)는 리드패턴(7b),(7c)을 거쳐서 검출소자의 외부와의 전기적 접속을 하기 위한 전극(8b),(8c)와 연결되어 있다. 전극(8a∼8d)의 부분은 와이어본드 등의 방법으로 외부와 전기적으로 접속하기 위해 보호막(3)이 제거되어 있다.

또, 캐비티(13)가 발열체(4)의 형성영역 하부에 형성되어서, 유량검출용 다이어프램(12)이 구성되어 있다. 즉, 이면보호막(10)이 평판상 기판(1)의 이면(지지막 2가 형성되어 있는 면과는 반대의 면)에 형성되고, 계속해 발열체(4)의 형성영역의 뒤쪽 위치에서 사진제판등의 방법으로 이면보호막(10)을 부분적으로 제거해서 애칭홀(11)을 형성한다. 그후, 애칭홀(11)에서 노출되는 평판상 기판(1)에 예를 들어 알카리애칭을 하고, 평판상 기판(1)의 일부를 제거해서 캐버티(13)를 형성함으로써 유량검출용 다이어프램(12)이 구성되어 있다.

이와 같이, 구성된 검출소자(14)는 유량검출용 다이어프램(12)이 계측유체의 흐름에 노출되도록 배치된다. 또, 도면중 화살표(6)는 계측유체의 흐름의 방향을 표시하고 있다.

그런데, 검출소자(14)는 상술한 바와같이 평판상의 형상을 하고 있으나, 다이어프램(12)이 계측유체의 흐름의 방향으로 직교하도록 배치된 경우에는 다이어프램(12)에 풍압이 가해지고, 계측유체의 고속류시에 다이러프램(12)의 파손이 발생하거나, 또는 계측유체내의 더스트가 다이어프램부에 퇴적해서 발열체(4)에서 계측유체에의 전열량이 변화해서 검출유량의 드리포트가 발생한다.

이런 경우에는, 평판상의 검출소자(14)는 계측유체의 흐름방향과 대략 평행하게 또는, 계측유체의 흐름방향에 대해 소정의 각도를 이루도록 배치된다.

또, 평판상의 검출소자(14)를 계속유체의 흐름방향의 대략 평행으로 또는, 계측유체의 흐름방향에 대해 소정의 각도를 이루도록 배치하는 경우에는 캐비티 (13) 근방에서의 계측유체의 흐름에 흐트러짐이 발생하거나, 또 티핑 등에 기인하는 검출소자(14)의 전면부의 형상 흐트러짐에 의해 발열체(4) 근방에서의 계측유체의 흐름에 흐트러짐이 발생해 버린다. 이 발열체(4) 근방에서의 계측유체의 흐름의 흐트러짐은 유량검출 특성의 정밀도를 저하시키는데 연결된다.

그래서, 평판상의 검출소자(14)를 계측유체의 흐름방향의 대략평행으로 또는, 계측유체의 흐름방향에 대해 소정의 각도를 이루도록 배치하는 경우의 상술한 불합리를 해결하기 위해 검출소자를 평판상의 지지체에 설치된 凹부내에 배치하는 것이 예를 들면 일본국 특개평 11-326000호 공보 등에 제안되어 있다.

도 11은 일본국 특개평 11-326000호 공보에 기재된 종래의 검출소자의 지지구조를 표시하는 요부 사시도이다.

도 11에서 지지체(16)는 평판상에 형성되고, 베이스부재(20)에 부착되어 있다. 그리고, 검출소자(14)보다도 약간 큰 외형형상을 갖는 凹부(18)가 지지체(16)의 표면에 설치되어 있다. 검출소자(14)는 그 표면이 지지체(16)의 표면과 거의 같은 면위치가 되도록 凹부(18)내에 배치되어 있다. 그리고, 검출소자(14)의 전극 (8a ∼ 8d)이 베이스부재(20)에 배치된 리드선(17)에 와이어(19)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 또, 커버(21)가 베이스부재(20)에 부착되어, 전극(8a ∼ 8d)과 와이어(19)가 커버(21)에 의해 보호되어 있다.

이로써, 캐비티(13) 근방에 발생하는 계측유체의 흐름의 난조가 억제되고 또, 지지체(16)의 상류단부의 원호형상에 의해 계측유체의 흐름이 정류되고, 검출소자(14)의 전연부의 형상 흐트러짐에 의해 발생하는 발열체(4) 근방에서의 계측유체의 흐트러짐이 저감된다.

다음 검출소자(14)를 사용한 계측유체의 유량검출방법에 대해 설명한다. 유체온도검출체(5)는 다이어프램부(12)에서 이간되어 있으므로, 발열체(4)에서 발생한 열은 유체온도검출체(5)까지 전도하지 않는다. 또, 유체온도검출체(5)는 발열체 (4)의 한류측에 위치하고 있지 않으므로, 유체온도검출체(5)는 발열체(4)로 부터의 전열에 의해 데워진 계측유체에 폭로되지 않는다. 그래서, 유체온도검출체(5)에서 검출되는 온도는 계측유체의 온도와 거의 같아진다.

그리고, 발열체(4)는 도 12에서 표시되는 검출회로에 의해 유체온도검출체 (5)에서 검출된 계측유체의 온도에 대해 소정온도(예를 들면 100°C)만큼 높은 평균 온도가 되는 저항치에 제어되어 있다. 검출회로는 유체온도검출체(5)와 발열체 (4)를 포함하는 브리치 회로로 구성되어 있다.

도면 중, 저항 R1, R2, R3, R4, R5는 고정저항 OP1, OP2는 연상증폭기, TR1, TR2는 트랜지스터, BATT는 전원이다. 그리고, 유체온도검출체(5)와 발열체(4)를 제외하는 검출회로는 검출회로기판(도시 않음)에 구성되어 있다.

이 검출회로는 도면중의 a점과 b점의 전위를 대략 같게 하도록 작용하고, 발열체(4)에의 통전전류 Ih를 제어한다. 계측유체의 유속이 빨라지면, 발열체(4)에서 계측유체에의 열전달량이 많아지므로 발열체(4)의 온도가 저하된다. 그래서, 발열체(4)의 평균 온도를 계측유체의 온도보다 소정온도 만큼 높은 값으로 보존할 때의 통전전류 Ih는 증가한다. 이 통전전류를 저항 R3의 양단에서 전압 Vout로서 검출하면 유속 또는 소정의 통로단면적을 갖는 통로내를 흐르는 유량신호가 얻어진다.

여기서, 발열체(4)의 온도를 Th, 계측유체의 온도를 Ta, 발열체(4)의 저항치를 Rh, 발열체(4)에의 통전전류를 Ih, 검출소자(14)가 배치된 통로를 흐르는 계측유체의 유량을 Qm이라고 하면, 식(1)이 성립한다.

Ih²ㆍ Rh = ( a + b ㆍ Qmⁿ) ㆍ ( Th - Ta ) .......(1)

단, a, b 및 n은 검출소자의 형태나 배치에 의해 결정되는 정수이다.

그래서, (Th -Ta)/Rh를 Ta에 불구하고 일정하게 함으로써, Ih는 Qm의 함수가 된다. 그리고, Ih에 상당하는 출력이 감열식 유량센서의 검출유량출력이 된다.

도 11에 표시된 종래의 검출소자의 지지구조에서는 아래의 과제가 있다. 계측유체의 온도가 변화하는 경우, 유체온도검출체(5)의 검출온도가 계측유체의 참다운 온도에 조속히 추종해서 발열체(4)의 온도를 계측유체의 온도변화에 따라 변화시키지 않으면, 감열식 유량센서의 유량검출치에 오차가 발생하게 된다. 예를 들면, 계측유체의 온도가 상승한 경우 유체온도검출체(5)의 검출온도에 지연이 발생하면 유체온도검출체(5)의 검출온도가 계측유체의 참다운 온도보다 낮아져, 발열체의 온도는 본래 제어되어야 할 소정온도보다 낮아져 버린다. 즉, 발열체(4)에의 통전전류가 본래 제어될 전류치보다 작아져 버린다. 그래서, 발열체(4)에의 통전전류에 따른 유량검출치는 실제의 계측유체의 유량보다 낮은 값을 표시하게 된다.

그러나, 유체온도검출체(5)의 검출온도는 지지체(16)가 갖는 열용량에 의해 계측유체의 참다운 온도에 즉시 추종이 안되므로, 이 지지구조에서는 감열식 유량센서의 유량검출치의 오차를 억제할 수가 없다.

그래서, 유체온도검출체(5)의 온도검출의 추종성에 대한 지지체(16)가 갖는 열용량의 영향을 억제하기 위해 유체온도검출체가 형성된 검출소자의 일단측을 지지체로 부터 연출시켜서 검출소자를 지지체에 지지시키는 검출소자의 지지구조가, 예를 들면 일본국 특개평 10-2773호 공보에 제안되어 있다. 그러나, 이 검출소자의 지지구조에서는 지지체가 발열체 근방에서 없어졌으므로, 계측유체의 흐름이 지지체 선단부나 검출소자 선단부에서 흐트러지게 된다. 그리고, 발열체가 이 계측유체의 흐름에 흐트러짐의 영향을 받고, 유량검출치가 흐트러진다는 과제가 생겨 버린다.

특히, 자동차용 내연기관의 흡기유량을 계측하는 감열식 유량센서에서는 터널의 출입구 등에서 흡기온도가 급변하는 경우가 있고, 이 흡기온도의 변화에 심속하게 추종하는 것이 필요하게 된다.

또, 자동차용 내연기관의 흡기유량을 계측하는 감열식 유량센서는 에어클리너케이스와 스로틀벨브를 연결하는 배관에 설치된다. 일반적으로는, 이와 같은 배관은 감열식 유량센서의 상한류에서 이상적인 직관이 아니기 때문에 유속분포나 흐름의 방향이 불균일 한 것이 된다. 이와 같은, 자동차용 내연기관의 흡기유량을 계측하는 용도에서는 발열체(유량검출부) 근방에서 계측유체의 흐름의 박리나 소용돌이가 발생하기 쉬운 검출소자의 지지구조에서는 안정된 유량계측이 곤란해진다.

본 발명은, 상술한 바와같은 과제를 해결하기 위해 된 것으로, 계측유체를 유체온도검출체의 형성영역하로 유도해 강제 대류 열전달에 의해 유체온도검출체의 형성영역을 계측유체온도에 신속하게 친숙해 지도록 하고, 유량검출신호에 악영향을 주지 않고, 계측유체의 온도가 변화해도 정확한 유량을 계측할 수 있는 감열식 유량센서를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 감열식 유량센서는 감열저항막으로 된 발열체 및 유체온도 검출체가 평판상 기판의 표면에 서로 이간해서 형성되고, 유량검출용 다이어프램이 발열체의 형성영역 하부에 있는 이 평판상 기판을 이면측에서 부분적으로 제거해서 형성되어 있는 검출소자와 상기 검출소자를 수납하는 凹부가 표면에 형성되고, 이 표면이 계측유체의 흐름방향에 대해 소정의 각도를 이루어 배치되는 지지체를 구비하고, 상기 검출소자가 그 표면을 상기 지지체의 표면과 거의 같은 면위치가 되도록, 또 상기 발열체와 상기 유체온도검출체와의 배열방향을 상기 계측유체의 흐름방향에 대해 직교하도록 상기 凹부내에 수납되어 상기 지지체에 지지되어 있는 감열식 유량센서로 홈방향을 상기 계측유체의 흐름방향으로 하는 홈이 상기 검출소자의 상기 유체온도검출체의 형성영역 하부를 통과하도록 상기 지지체에 설치되어 있는 것이다.

또, 상기 유체온도검출체가 상기 평판상기판의 일단측에 형성되고, 상기 검출소자가 상기 유체온도검출체의 형성영역을 포함하는 상기 검출소자의 일단부를 상기 홈내에 연출하도록 상기 지지체에 한쪽 지지의 형태에 지지되어 있는 것이다.

또, 상기 홈이 상기 지지체의 상기 계측유체의 흐름방향의 상류측 단부까지 연재해 있는 것이다.

또, 상기 홈이 상기 지지체의 상기 계측유체의 하류측 단부까지 연재해 있는 것이다.

또, 유체온도검출용 다이어프램이 상기 유체온도검출체의 형성영역 하부에 있는 이 평판상 기판을 이면측에서 부분적으로 제거해서 형성되어 있는 것이다.

또, 상기 계측체를 유통시키는 통상의 검출통로를 구비하고, 상기 지지체가 상기 계측유체의 흐름방향과 직교하는 상기 검출통로의 통로단면을 2분하도록 상기 검출통로내에 배치되어 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 감열식 유량센서를 표시하는 정면도.

도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 감열식 유량센서를 표시하는 종단면도.

도 3은 도 2의 Ⅲ - Ⅲ 화살표 방향에서 본 단면도.

도 4는 도 2의 Ⅳ - Ⅳ 화살표 방향에서 본 단면도.

도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 감열식 유량센서에 적용되는 검출소자를 표시하는 평면도.

도 6은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 감열식 유량센서를 표시하는 정면도.

도 7은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 감열식 유량센서를 표시하는 종단면도.

도 8은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 감열식 센서에 적용되는 검출소자를 표시하는 평면도.

도 9는 종래의 감열식 유량센서에 사용되는 검출소자를 표시하는 평면도.

도 10은 도 9의 X - X 화살표방향 단면도.

도 11은 종래의 검출소자의 지지구조를 표시하는 요부 사시도.

도 12는 감열식 유량센서에 사용되는 검출소자의 제어회로를 표시하는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 평판상 기판, 4 : 발열체,

5 : 유체온도검출체, 6 : 계측유체의 흐름방향,

12 : 유량검출용 다이어프램, 33 : 검출통로,

36, 36A : 지지체, 37 : 凹부,

38 : 홈, 40, 40A : 검출소자,

42 : 유체온도검출용 다이어프램, 100, 101 : 감열식 유량센서.

실시의 형태 1.

도 1 및 도 2는 본 발명의 형태 1에 관한 감열식 유량센서를 표시하는 정면도 및 종단면도이다. 도 3은 도 2의 Ⅲ - Ⅲ 화살표 단면도, 도 4는 도 2의 Ⅳ - Ⅳ 화살표방향 단면도, 도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 감열식 유량센서에 적용되는 검출소자를 표하는 평면도이다.

또, 각 도면에서 도 9 ∼ 도 11에 표시한 종래 장치와 동일 또는, 상당부분에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 4에서 감열식 유량센서(100)는 도 12에 표시되는 검출회로가 구성된 회로기판(30)과 이 회로기판(30)이 수납되는 회로케이스(31)와 감열식 유량센서(100)에 전력을 공급하거나 감열식 유량센서(100)의 유량검출신호를 외부로 인출하기 위한 커넥터(32)와 계측유체가 유통하는 검출통로(33)가 형성되고, 이 회로케이스(31)에서 한쪽에 연설된 삽입부재(34)와 삽입부재(34)이 내부에 배치되고, 리드선(17)이 형성된 베이스부재(35)와 검출통로(33)내에 연출하도록 베이스부재 (35)에 부착된 지지체(36)와 지지체(36)에 부착된 검출소자(40)에서 구성되어 있다.

회로케이스(31), 커넥터(32) 및 삽입부재(34)는, 예를 들면 폴리부틸렌 텔레프탈레이트 등의 수지를 사용해서 일체로 성형되어 있다. 그리고, 삽입부재(34)에는 베이스부재(35)를 수납하기 위한 홈(34a)이 검출통로(33)와 회로케이스(31)를 연통하도록 형성되어 있다.

지지체(36)는 폴리부틸렌 텔레프탈레이트 등의 수지로 평판상으로 형성되어 있고, 검출통로(33)내에 연출하도록 베이스부재(35)에 부착되고 있다. 이 지지체 (36)는 검출통로(33)의 축심(도 1 중 지면과 수직인 방향에서 계측유체의 흐름방향 6에 일치한다)을 통과하고, 이 축심과 직교하는 검출통로(33)의 통로단면을 2분하도록 배치되어 있다. 그리고, 지지체(36)이 주면은 도 3 및 도 4에 표시된 바와같이 검출통로(33)의 축심에 대해 각도 θ를 가지고 있다. 이 실시의 형태 1에서는 각도 θ가 7도가 되어 있다. 또, 검출소자(40) 보다도 큰 외형형상을 갖는 凹부 (37)가 지지체(36)의 주면에 근원측(베이스부재(35)에의 부착측)에서 선단측으로뻗도록 설치되어 있다.

또, 검출소자(40)의 유체온도검출체(5)의 이면측을 통과하고, 홈방향을 검출통로(33)의 축심과 평행으로 하는 홈(38)이 지지체(36)의 근원측의 주면에 지지체 (36)의 상류측 단부에서 하류측 단부에 이르도록 연설되어 있다.

검출소자(40)는 도 5에 표시된 바와같이, 캐비티(41)가 유체온도검출체(5)의 형성영역 하부에 형성되어서 유체온도검출용 다이어프램(42)이 구성되어있다.

이 검출소자(40)는 그 표면을 지지체(36)의 주면과 거의 같은 면위치가 되도록 凹부(37)내에 배치되어 있다. 이때, 홈(38)이 유체온도검출용 다이어프램(42)의 하부에 위치하고 있다. 그리고, 검출소자(40)의 전극(8a ∼ 8d)이 베이스부재 (35)에 배치된 리드선(17)에 와이어(19)에 의해 전기적으로 접속되고, 또 커버(도시 않음)가 삽입부재(34)에 부착되어 전극(8a ∼ 8d)이나 와이어(19)가 커버에 의해 보호되어 있다. 또, 리드선(17)이 회로기간(30)에 접속되어서 도 12에 표시되는 검출회로가 구성되어 있다.

이와 같이, 구성된 감열식 유량센서(100)는 검출통로(33)의 축심이 계측유체의 통로가 되는 원통상의 주통로(39)의 축심과 일치하도록 삽입부재(34)를 주통로 (39)내에 연출되고, 나사(29)에 의해 주통로(39)에 체결고정되어 부착된다. 그리고, 지지체(36)에 지지된 검출소자(40)의 표면이 계측유체의 흐름방향(6)과 소정의 각도 θ를 이루고 있다. 또, O링(28)이 감열식 유량센서(100)와 주통로(39)사이에 개장되고, 계측유체의 누설이 방지되어 있다.

이 감열식 유량센서(100)에서는 주통로(39)내를 흐르는 계측유체는 검출통로(33)내에 유도된다. 그리고, 검출통로(33)내의 축심근방을 흐르는 계측유체는 지지체(36)의 주면을 따라 흘러서 발열체(4)상에 유도되고, 여기서, 발열체(4)에서 발생하는 열이 전열되어서 더워지고, 하류측으로 흐른다. 또 도 1 중 검출통로 (33)내의 상부측을 흐르는 계측유체는 유체온도검출체(5)의 상부측을 흐르는 동시에 홈 (38)내로 인도되어 유체온도검출체(5)의 하부측을 흐른다.

그리고, 먼저 설명한 바와같이, 발열체(4)가 유체온도검출체(5)에서 검출된 계측유체의 온도에 대해 소정온도(예를 들면 100°c)만큼 높은 온도가 되도록 발열체(4)에의 통전전류가 검출회로에 의해 제어된다. 이 통전전류를 유량검출신호로서 인출되고, 유속, 또는 소정의 통로단면적을 갖는 통로내를 흐르는 유량이 검출된다.

이 실시의 형태 1에 의하면, 홈(38)이 유체온도검출체(5)의 하부측을 통과하도록 지지체(36)에 형성되어 있으므로, 계측유체가 검출소자(40)의 유체온도검출체 (5)의 형성영역의 표면측 및 이면측을 흐른다. 그리고, 유체온도검출체(5)의 형성영역은 홈(38)을 통해서 유체온도검출체(5)의 형성영역의 이면측에 유도된 계측유체와의 강제 대류열 전달에 의해 계측유체의 온도에 신속히 따를수 있다. 또, 검출소자(40)의 유체온도검출체(5)의 형성영역이 지지체(36)에서 떨어져 있으므로, 지지체(36)의 열용량의 영량이 저감된다. 그래서, 유체온도검출체(5)의 검출온도가 계측유체의 온도변화에 신속히 추종되게 되어 계측유체의 온도가 변화해도 발열체 (4)의 온도를 계측유체의 온도에 대해 소정온도만큼 높은 평균온도로 제어할 수가 있다. 이로써, 계측유체의 정확한 유속 및 유량을 검출할 수 있는 감열식 유량센서가 얻어진다.

또, 유체온도검출체(5)의 형성영역이 유체온도검출용 다이어프램(42)을 구성하고 있으므로, 유체온도검출체(5)의 형성영역의 열용량이 작아지는 동시에 유체온도검출체(5)가 주위의 평판상 기판(1)에서 열절연된다. 이로써, 유체온도검출체 (5)에 의한 계측유체의 온도검출이 신속하게, 또 정확하게 실시하게 된다.

또, 홈(38)이 상류측단에서 하류측단에 이르도록 지지체(36)에 형성되어 있으므로, 계측유체가 지지체(36)의 상류측단에서 홈(38)내에 원활하게 유도되고, 지지체(36)의 하류측단의 홈(38)에서 원활하게 유출된다. 그래서, 계측유체가 유체온도검출체(5)의 이면측에 거침없이, 또 다량으로 공급할 수 있으므로, 계측유체의 온도가 변화해도 계측유체의 진의 온도를 유체온도검출체(5)에 의해 신속하게 검출할 수 있게 된다.

여기서, 계측유체가 검출소자(40)의 유체온도검출체(5)의 형성영역의 표면측과 이면측으로 나누어져 흐름으로써 계측유체의 흐름에 난맥이 일어난다. 그러나, 유체온도검출체(5)는 계측유체의 온도를 검출하는 기능만을 가지고 있는 것으로 부터 이 계측유체의 흐름에 난맥이 유체온도검출체(40)에 의한 온도검출에 영향하는 일은 없다. 한편, 검출소자(40)의 발열체(4)에 형성영역은 유체온도검출체(5)의 형성영역에서 계측유체의 흐름방향(6)과 직교하는 방향으로 이반하고 있으므로, 발열체(4)의 근방을 흐르는 계측유체의 흐름은, 홈(38)을 형성하는 것에 기인하는 계측유체의 흐름에 난맥의 영향을 받고 안정한 것이 된다. 따라서, 홈(38)을 형성해도 유량검출신호의 난맥을 발생하는 일은 없고, 안정한 유량검출신호가 얻어진다.

또, 지지체(36)가 검출통로(33)의 유로단면을 2분하도록 배치되어 있으므로, 검출통로(33)는 검출통로(33)의 축심을 중심으로 해서 도 1의 상하방향에 관해 대충의 형상을 이루고 있다. 그래서, 계측유체에 흐름의 편류가 있어도, 유속분포가 균일화되고, 유량검출정밀도가 향상된다.

또, 지지체(36)의 선단면(도 1 중 아래방향의 단면)이 검출통로(33)내에 노출되어 있지 않으므로, 계측유체가 흐름의 난맥이 생기지 않고, 발열체(5)에 유도되게 되어 혼란이 적은 안정된 유량검출신호가 얻어진다. 또, 지지체(36)의 선단면이 검출통로(33)내에 노출되어 있으면, 계측유체가 지지체(36)의 선단면에서 박리되고 계측유체의 흐름에 난맥이 발생하게 된다.

실시의 형태 2.

도 6 및 도 7은 발명의 실시의 형태 2에 관한 감열식 유량센서를 표시하는 정면도 및 종단면도, 도 8은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 감열식 유량센서에 적용되는 검출소자를 표시하는 평면도.

이 실시의 형태 2에 의한 감열식 유량센서(101)에 적용되는 검출소자(40A)는 도 8에 표시된 바와같이 발열체(4)가 평판상 기판(1)의 중앙부에 형성된 유량검출용 다이어프램(12)에 배치되고, 유체온도검출체(5)가 평판상 기판(1)의 선단부에 형성된 유체온도검출용 다이어프램(42)에 배치되어 있다.

또, 홈방향을 검출통로(33)의 축심과 평행하는 홈(38)이 지지체(36A)의 선단측에 하류측단에서 상류측단에 이르도록 연설되고, 凹부(37)가 지지체(36A)의 근원측에서 홈(38)에 이르도록 형성되어 있다.

또, 검출소자(40A)는 발열체(4)와 유체온도검출체(5)와의 형성위치가 다른 점을 제외하고, 실시의 형태 1에 의한 검출소자(40)와 같이 구성되어 있다. 또, 지지체(36A)는 凹부(37) 및 홈(38)의 형성위치가 다른점을 제외하고, 실시의 형태 1에 의한 지지체(36)와 같이 구성되어 있다.

이 지지체(36A)는, 검출통로(33)내에 연출되도록 베이스부재(35)에 부착되고, 검출통로(33)의 축심(도 6 중 지면과 수직인 방향이고, 계측유체의 흐름방향 (6)이 일치한다.)을 통과하고, 이 축심과 직교하는 검출통로(33)의 통로단면을 2분하도록 배치되어 있다. 그리고, 검출소자(40A)가 이 표면을 지지체(36A)의 주면과 거의 같은 면 위치가 되도록 凹부(37)내에 배치되어 있다. 이때, 검출소자(40A)의 선단부는 홈(38)상에 위치하고 있다. 즉, 검출소자(40A)의 선단부는 지지체(36A)에 지지되지 않고, 한쪽 지지의 형태를 이루고 있다. 그리고, 유체온도검출용 다이어프램 (42)이 홈(38)상에 위치하고 있다.

또, 다른 구성은 상기 실시의 형태 1과 같이 구성되어 있다.

이 실시의 형태 2에서도 홈(38)이 유체온도검출체(5)의 하부측을 통과하도록 지지체(36A)에 형성되어 있으므로, 상기 실시의 형태 1과 같이 유체온도검출체(5)의 검출온도가 계측유체의 온도변화에 신속하게 추종하게 되어 계측유체의 온도가 변화해도 발열체(4)의 온도를 계측유체의 온도에 대해 소정온도만큼 높은 평균온도로 제어할 수가 있다.

또, 유체온도검출체(5)의 형성영역이 유체온도검출용 다이어프램(42)을 구성하고 있으므로, 유체온도검출체(5)의 형성영역의 열용량이 작아지는 동시에 유체온도검출체(5)가 주위의 평판상 기판(1)과 열절연된다.

또, 홈(38)이 상류측단에서 하류측단에 이르도록 지지체(36A)에 형성되어 있으므로, 계측유체를 유체온도검출체(5)의 이면측에 거리킴없이 다량으로 공급할 수 있고, 계측유체의 온도가 변화해도 계측유체의 진(眞)의 온도를 유체온도검출체 (5)에 의해 검출할 수 있게 된다.

또, 지지체(36A)가 검출통로(33)의 유로단면을 2분하도록 배치되어 있으므로, 계측유체의 흐름에 편류가 있어도 유속분포가 균일화되고, 유량검출정밀도가 향상된다. 또, 지지체 36A의 선단면(도 6 중 하방향의 단면)이 검출통로(33)내에 노출하고 있지 않으므로, 계측유체가 흐름의 난맥을 발생하지 않고 발열체(5)에 유도되게 되어, 난맥이 적은 안정된 유량검출신호가 얻어진다.

또, 검출소자(40A)가 유체온도검출체(5)의 형성영역을 포함하는 선단측을 홈(38)상에 위치해서, 한쪽 잡기의 형태를 이루어 지지체(36A)에 지지되어 있으므로, 유체온도검출체(5) 근방과 지지체(36A) 사이에 공간이 형성되고, 유체온도검출체(5)에 의한 온도검출에 대한 지지체(36A)의 열용량의 영향을 현저하게 저감시킨다. 그래서, 계측유체의 온도가 변화해도 신속하게, 또 정확한 유량검출신호를 얻을 수가 있다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 홈(38)이 지지체(36),(36A)의 상류측단에서 하류측단에 이르도록 형성되어 있는 것으로 하고 있으나, 홈(38)은 반드시 지지체 (36),(36A)의 계측유체의 흐름방향의 전역에 걸쳐 형성될 필요는 없고, 예를 들면,유채온도검출용 다이어프램(42)의 하부를 통과하고 유체온도검출용 다이어프램(42)의 계측유체의 흐름의 방향에 상류측 및 하류측에 개구하도록 홈을 설치해도 된다. 이 경우, 계측유체는 유체온도검출용 다이어프램(42)의 상류측의 홈 개구로 부터 유입하고, 유체온도검출용 다이어프램(42)의 하부로 유도되어서, 강제 대류 열전달에 의해 유체온도검출용 다이어프램(42)을 계측유체의 온도에 익숙하게 하고, 그후, 유체온도검출용 다이어프램(42)의 하류측에 홈 개구에서 유출하게 된다.

또, 홈(38)의 계측유체의 흐름방향에 하류측이 지지체(36)(36A)의 하류측단에 이르도록 형성되어 있지 않아도 홈(38)의 계측유체의 흐름방향에 상류측이 지지체 (36),(36A)의 상류측단에 이르도록 형성되어 있으면, 계측유체가 원활하게 홈안으로 유도되므로, 유체온도검출용 다이어프램(42)의 하류측의 홈 개구로 부터 계측유체의 유출이 촉진되고, 홈내의 계측유체의 흐름에 거치러짐이 방지된다. 이로써, 주통로(29)내를 유통하는 계측유체의 온도가 변화해도 홈내를 유통하는 계측유체의 온도가 시간차 없이 변화하게 된다.

또, 홈(38)의 계측유체의 흐름방향에 상류측이 지지체(36),(36A)의 상류측단에 이르도록 형성되어 있지 않아도, 홈(38)의 계측유체에 흐름방향의 하류측이 지지체(36),(36A)의 하류측단에 이르도록 형성되어 있으면 계측유체가 원활하게 홈에서 유출되므로 유출온도검출용 다이어프램(42)의 상류측에 홈 개구에서 계측유체의 홈내로의 흐름이 촉진되고, 홈내의 계측유체의 거슬림이 방지된다. 이로써, 주통로 (29)내를 유통하는 계측유체의 온도가 변화해도 홈내를 유통하는 계측유체의 온도가 시간차 없이 변화하게 된다.

본 발명은, 홈(38)을 사용해서 계측유체를 유체온도검출체(5)의 형성영역 하부에 유도하고, 강제 대류 열전달에 의해 유체온도검출체(5)의 형성영역을 계측유체의 온도로 신속히 도달하게 하는 것이다. 따라서, 상기 각 실시의 형태에서는 지지체(36),(36A)의 주변과 검출통로(33)의 축심과의 사이에 각도 θ가 7도가 되도록 지지체(36),(36A)를 배치하는 것으로 하고 있으나, 계측유체가 홈(38)내를 유통되면 되고, 각도 θ는 7도로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각도 θ를 45도로 하면, 각도 θ가 90도인 경우(지지체의 주면을 계측유체의 흐름에 직교시킨 경우)에 비해, 계측유체의 풍압에 기인하는 다이어프램의 손상 및 발열체 형성영역에서의 더스트 퇴적에 기인하는 검출유량의 드리프트를 현저하게 억제할 수가 있다. 또, 다이어프램의 장수명화와 검출정밀도의 고정밀도화가 소망되는 유량센서에서는 O도θ30도로 하는 것이 바람직하다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 유체온도검출체(5)가 유체온도검출용 다이어프램(42)에 형성되어 있는 것으로 되어 있으나, 감열식 유량센서의 용도에 의해서는 홈(38)에 의해 유체온도검출체(5)의 형성영역의 이면측에도 계측유체가 유동할 수 있도록 구성되어 있으면, 유체온도검출용 다이어프램(42)을 형성하지 않아도 된다. 즉, 유체온도검출용 다이어프램(42)이 없을 때는 평판상 기판(1)의 열용량이 영향해서 계측유체의 온도변화에 대한 유체온도검출체(5)에 의한 온도검출의 추종성을 저하시키게 되나, 계측유체가 홈(38)을 통과해 유체온도검출체(5)의 형성영역의 이면측에 흘려줌으로써, 온도검출의 추종성의 저하가 억제하게 된다.

또, 상기 각 실시의 형태에서는 유량검출용 다이어프램(12)에 하나의 발열체(4)를 형성하고, 발열체(4)에의 통전전류에 의해 계측유체의 유량을 검출하는 감열식 유량센서에 대해 설명하였으나, 계측유체의 전열현상에 의해 유량이나, 유속을 계측하는 다이어프램 형식의 감열식 유량센서이면, 다른 형식의 것도 된다.

예를 들면, 발열체의 상류나 하류에 측온저항체를 배치하고, 측온저항체의 온도차를 검출하는 형식이라도 되고, 상하류에 다수의 발열체를 배치하고, 각 발열체에의 통전전류의 차를 검출하는 형식의 것도 무방하다.

본 발명은, 이상 설명한 바와같이 구성되어 있으므로, 아래에 표시된 바와같은 효과를 나타낸다.

본 발명에 의하면, 감열저항막으로 된 발열체 및 유체온도검출체가 평판상 기판의 표면에 서로 이간해서 형성되고, 유량검출용 다이어프램이 이 발열체 형성영역 하부에 있는 이 평판상 기판을 이면측에서 부분적으로 제거해서 형성되어 있는 검출소자와 상기 검출소자를 수납하는 凹부가 표면에 형성되고, 이 표면이 계측유체의 흐름방향에 대해 소정의 각도를 이루고 배치되는 지지체를 구비하고 상기 검출소자가 그 표면을 상기 지지체의 표면과 거의 같은 면위치가 되도록, 또 상기 발열체와 상기 유체온도검출체와의 배열방향을 상기 계측유체의 흐름방향에 대해 직교하는 바와같이 상기 凹부내에 수납되어 상기 지지체에 지지되어 있는 감열식 유량센서로 홈 방향을 상기 계측유체의 흐름방향으로 하는 홈이 상기 검출소자의 상기 유체온도검출체의 형성 영역하부를 통과하도록 상기 지지체에 설치되어 있다.

이로 인해, 계측유체가 유체온도검출체의 형성영역 하부에 유도되고, 강제 대류 열전달에 의해 유체온도검출체의 형성영역이 계측유체온도에 신속하게 순응하므로, 유량검출신호에 악영향을 주지않고, 계측유체의 온도가 변화해도 정확한 유량을 계측 가능한 감열식 유량센서가 얻어진다.

상기 유체온도검출체가 상기 평판상 기판의일단측에 형성되고, 상기 검출소자가 상기 유체온도검출체의 형성영역을 포함하는 상기 검출소자의 일단부를 상기 홈내에 연출하도록 상기 지지체에 한쪽을 지지한 형태로 지지되어 있으므로, 유체온도검출체에 의한 계측유체온도검출이 지지체의 열용량의 영향을 받기 어렵게 되고 계측유체의 온도변화에 대한 계측유체온도검출의 추종성이 향상된다.

또, 상기 홈이 상기 지지체의 상기 계측유체의 흐름방향의 상류측 단부까지 연재해 있으므로, 계측유체가 원활하게, 또 다량으로 유체온도검출체의 형성영역 하부에 유도되고, 계측유체의 온도변화에 대한 계측유체온도검출의 추종성이 향상된다.

또, 상기홈이 상기 지지체의 상기 계측유체의 흐름방향의 하류측 단부까지 연재해 있으므로, 계측유체가 원활하게 또, 다량으로 유체온도검출체의 형성영역 하부에 유도되고, 계측유체의 온도변화에 대한 계측유체온도검출의 추종성이 향상된다.

또, 유체온도검출용 다이어프램이 상기 유체온도검출체의 형성영역 하부에 있는 이 평판상 기판을 이면측에서 부분적으로 제거해서 형성되어 있으므로, 유체온도검출체의 형성영역의 열용량이 작아지고, 또 유체온도검출체가 주위의 평판상기판에서 열절연되고 계측유체의 온도변화에 대한 계측유체온도검출의 추종성이 향상된다.

또, 상기 계측유체를 유통시키는 통상의 검출통로를 구비하고, 상기 지지체가 상기 계측유체이 흐름방향과 직교하는 상기 검출통로의 통로단면을 2분하도록 상기 검출통로내에 배치되어 있으므로, 검출 통로내를 유통하는 계측유체의 유속분포가 균일화되고, 유량검출정밀도가 향상된다. 또, 계측유체의 흐름방향과 직교하는 방향의 지지체의 단면이 노출하고 있지 않으므로, 계측유체를 교란시키지 않고 발열체로 유도할 수 있어, 안정된 유량검출신호가 얻어진다.

Claims

감열저항막으로 된 발열체 및 유체온도검출체가 평판상 기판의 표면에 서로 이간해서 형성되고, 유량검출용 다이어프램이 이 발열체의 형성영역 하부에 있는 이 평판상 기판을 이면측에서 부분적으로 제거해서 형성되어 있는 검출소자와 상기 검출소자를 수납하는 凹부가 표면에 형성되고 이 표면이 계측유체의 흐름방향에 대해 소정의 각도를 이루어 배치되는 지지체를 구비하고, 상기 검출소자가 그 표면을 상기 지지체의 표면과 거의 같은면 위치가 되도록, 또 상기 발열체와 상기 유체온도검출체와의 배열방향을 상기 계측유체의 흐름방향에 대해 직교하도록 상기 凹부내에 수납되어서 상기 지지체에 지지되어 있는 감열식 유량센서로 홈방향을 상기 계측유체의 흐름방향으로 하는 홈이 상기 검출소자의 상기 유체온도검출체의 형성영역 하부를 통과하도록 상기 지지체에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 감열식 유량센서.
제 1항에 있어서, 상기 유체온도검출체가 상기 평판상 기판의 일단측에 형성되고, 상기 검출소자가 상기 유체온도검출체의 형성영역을 포함하는 상기 검출소자의 일단부를 상기 홈내에 연출하도록 상기 지지체에 한쪽 잡기의 형태에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 감열식 유량센서.
제 1항에 있어서, 상기 홈이 상기 지지체의 상기 계측유체의 흐름방향의 상류측 단부까지 연재해 있는 것을 특징으로 하는 감열식 유량센서.