KR20010110978A

KR20010110978A - 열식 유량센서

Info

Publication number: KR20010110978A
Application number: KR1020010004846A
Authority: KR
Inventors: 다니모토코오지; 야마카와도모야; 아리요시유우지
Original assignee: 다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시; 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2000-06-08
Filing date: 2001-02-01
Publication date: 2001-12-15
Also published as: DE10063070A1; US6684693B2; US20020007673A1; JP2001349759A; DE10063070B4; KR100408199B1

Abstract

예를들어 자동차의 엔진 제어시스템에 사용되는 공기 유량센서등의 열식 유량센서의 출력감도를 향상 시킨다.

실리콘기판의 일부를 에칭에의해 제거함으로써 다이어프램을 형성하고, 상기 다이어프램상에 발열저항체를 형성한 유량검출소자를 상기 다이어프램 표면측이 피측정유체에 노출되고, 다이어프램 이면측의 공동부에는 피측정유체가 흐르기 힘든 구조가 되도록 유량검출소자 지지부재에 내장시키는 동시에 상기 발열저항체의 온도를 피측정유체의 온도보다 일정온도 높게 되도록 제어하고, 발열저항체의 가열전류에 상당하는 전기신호를 출력하는 정온도제어회로를 구비한 열식 유량센서에서, 상기 발열저항체의 폭을 상기 다이어프램의 폭에 대해 0.4 ~ 0.6 또 상기 발열저항체의 길이방향 길이를 상기 다이어프램의 길이방향 길이에 대해 0.4 ~ 0.6으로 규정하였다.

Description

열식 유량센서{HEAT GENERATION TYPE FLOW SENSOR}

본 발명은 예를들면 차량용 엔진의 공연비 제어를하기 위해 엔진에의 흡입 공기량의 계측이 필요한 장소에 사용되는 유량센서에 관해, 특히 그 검출감도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.

도 12는 예를들면 일본국 특개평 10-500490호 공보에 기재된 종래의 열식 유량센서의 측정소자의 일예를 표시하는 평면도, 도 13은 측정브리지의 등가회로를 표시하는 도면이다. 도 12에서 측정소자는 기판(120)으로 되고 기판(120)에 의해 다이어프램(110)이 보존되어 있다. 다이어프램(110)에는 발열저항체(112), 한쌍의 제 1 및 제 2 온도검출용 저항체(113),(114), 다른 한쌍의 제 3 및 제 4 온도검출용 저항체(115),(116), 제 3 및 제 4 온도검출용 저항체(115),(116)을 접속하는 접속저항(117)이 설치되어 있다. 발열저항체(112)에 의해 다이어프램(110)은 소정의 온도로 가열된다. 화살표가 표시하는 방향으로 공기등의 매체가 통과하면, 다이어프램(110)은 이 매체류에 의해 냉각된다.

여기서, 발열저항체(112)의 상류측에 있는 온도검출용 저항체(113),(115)는 하류측에 있는 온도검출용 저항체(114),(116)보다도 비교적 강하게 냉각되고, 이 온도차를 검출함으로 매체의 유량을 검출할 수가 있다.

이 종래의 열식 유량센서의 측정회로의 기본적인 동작에 대해 도 13을 참조해서 설명한다. 도 13에 표시한 바와같이 제 1 및 제 2 온도검출용 저항체(113),(114)는 중간탭(133)을 갖는 제 1의 측정브리지 분기로를 형성한다. 또 제 3 및 제 4 온도검출용 저항체(115),(116) 및 접속저항(117)은 2개의 탭(134),(135)을 갖는 제2의 측정브리지 분기로를 형성한다. 탭(134),(135)는 조정저항(145),(146)을 통해서 서로 직렬로 접속되어 이렇게해서 형성된 직렬로는 접속저항(117)의 양단에 접속되어 있고 조정저항(145),(146)중에서 탭(147)이 연장되어 있다.

제 1 온도검출용 저항체(113) 및 제 4 온도검출용 저항체(116)에 접속된 탭 (131)은 전원(공급전압측)에 접속되고, 또 제 2 온도검출용 저항체(114) 및 제 3 온도검출용 저항체(115)에 접속된 탭(132)는 어스에 접속되어 있다. 탭(131~135)는 후술하는 도 14의 측정소자의 평면도에 표시된 본딩패드에 상당한다. 조정저항 (145),(146)의 저항치를 조정함으로서 측정브리지의 제로점을 조정할 수가 있다.

이상의 구성으로 된 온도차 검출형의 열식 유량센서는 매체의 소유량 영역에서는 발열저항체(112)의 상류측의 온도저하가 크고, 유량감도가 높은 반면, 매체가 대유량이 될수록 발열저항체(112)의 상류와 하류 사이의 온도차가 작아져 감도가 저하한다. 유량감도와 발열저항체 사이즈나 다이어프램 사이즈와의 관계에서는 현저한 의존성은 없고 일반적으로는 소비전력을 작게하기 위해 발열저항체 폭은 다이어프램 폭의 ⅓이하로 설계되는 일이 많다.

또, 매체의 유량변동에 대해 발열저항체(112)의 온도가 일정하게 되도록 피드백제어 되므로 가열전류는 고속에 응답하나, 온도검출저항체(113),(114),(115) ,(116)는 유량변동에 대해 열적 지연이 원인으로 검출유량 오차가 생긴다.

도 14는 일본국 특개평 10 - 311750호 공보에 표시된 종래의 열식 유량센서의 측정소자(201)의 평면도를 표시한다. 측정소자(201)은 기판(220)으로 되고 다이어프램(210)상에는 히터(202a),(202b) 및 온도검출저항(204)이 형성되어 공기온도 검출용 저항(207)이 기판(220)상에 설치되어 있다. 이들의 저항소자는 본딩패드 (330a),(330b),(330c),(330d),(330e),(330f),(330g)를 통해서 외부회로(214)(도15참조)와 접속되어 있다.

도 15에 표시한 바와같이 측정소자(201)는 지지부재(213b)상에 공기온도측정용 저항체(207)의 표리면이 공기류에 직접 노출되도록 고정되고, 또 외부회로 (214)가 지지부재(213b)상에 고정되어서 측정소자(201)에 본딩와이어(216)를 통해서 전기적으로 접속되어 있다. 또 외부회로(214) 및 와이어 본딩부(본딩 와이어 (216)와 측정소자(201) 및 외부회로(214)와의 접속부)를 보호하기 위해 이들을 뚜껑체(213a)에 의해 밀봉보호 된다.

도 14에서 온도검출저항체(204)는 유체온도검출용 저항체(207)보다도 일정온도 높은 온도가 되도록 발열저항체(202a),(202b)에 가열전류를 공급한다. 이때의 발열저항체(202a),(202b)에 흐르는 가열전류로 부터 공기의 매체의 유량을 검출하는 것이 가능해진다. 발열저항체(202a),(202b)는 직렬 접속되어 있고, 같은 가열전류가 흐르는 구성이므로 상류측의 발열저항체(202a)와, 하류측의 발열저항체(202b)의 전압차를 비교함으로써 공기류의 방향이 검출된다.

이상의 구성으로 된 가열전류검출형의 열식 유량센서는 유량변동에 대한 응답성이 양호한 반면 발열저항체(202a),(202b)로 부터 매체류에의 열전달 손실에 비해 다이어프램(210)을 통해서 기판(220)에 흐르는 열전도 손실이나 공동부(211)에의 열전도 손실이 무시할 수 없는 레벌이 되므로 소유량 영역에서의 감도가 낮다는 문제점이 있다.

또, 도 14에 표시한 유량검출소자(201)는 다이어프램(210)상에 온도검출용 저항체(204)를 끼고 발열저항체(202a),(202b)를 형성하는 구조이고, 발열저항체 (202a),(202b) 및 다이어프램 사이즈의 관계에 관해서는 고려되어 있지 않다. 이 결과 발열저항체(202a),(202b)의 발열량에 대해 매체류에의 열전달 손실이 작아지고 유량감도가 저하한다.

이상과 같이 기판의 일부를 제거해서 다이어프램을 형성하고, 다이어프램상에 설치한 발열저항체로 부터 기류에의 열전달을 이용한 열식 유량센서는 발열저항체의 상류와 하류의 온도검출저항체의 온도차로 부터 유량을 검출하는 온도차검출형(도12,13)와, 발열저항체의 가열전류로 부터 유량을 검출하는 가열전류검출형(도

14,15)로 나눌수가 있다.

이중, 온도차 검출형의 열식 유량센서는 소유량 영역에서 감도가 높은 반면, 대유량 영역에서 상류와 하류 사이의 온도차가 작아져 감도가 저하한다는 문제점이 있다. 또 유량변동에 대해 발열저항체의 온도는 일정하게 되도록 피드백제어 되므로 가열전류는 고속에 응답하나, 온도 검출저항체의 응답지연이 원인으로 검출유량 오차가 생긴다는 문제점도 있다.

한편, 가열전류검출형의 열식 유량센서는 유량변동에 대한 응답성이 양호한반면, 발열저항체로 부터 매체류에의 전열량에 비해 다이어프램 지지부나 공동부 에의 열전도 손실이 무시할 수 없는 레벨이 되므로, 일반적으로는 소유량 영역에서의 감도가 낮고 넓은 검출유량범위를 얻는것이 곤란하다.

또, 다이어프램의 두께를 얇게함으로써 감도를 향상시킬 수 있는 반면, 기계적강도가 저하 한다는 문제점이 있다. 즉, 다이어프램의 사이즈에 관해 유량센서의 유량감도와 강도는 트레이드오프의 관계에 있다.

본 발명은 상술한 바와같은 문제점을 해결하기 위해 된것으로 기계적강도와 감도의 양면을 고려해서 최적으로 설계된 가열 전류검출형의 유량검출소자를 얻는것을 목적으로 하는 것이다.

본 발명에 관한 열식 유량센서는 실리콘기판과, 상기 실리콘기판에 설치되고 이면측에 공동부가 형성된 다이어프램과, 상기 다이어프램상에 설치되고 발열저항체를 갖는 유량검출소자로서 상기 발열저항체의 가열전류에 상당하는 전기신호를 출력하는 유량검출소자와, 상기 유량검출소자를 상기 다이어프램의 표면측을 피측정유체에 노출시키는 동시에 이 다이어프램의 이면측의 상기 공동부에는 피측정유체가 흐르기 힘들게 상기 다이어프램상에 지지하는 지지부재와, 상기 발열저항체의 온도를 피측정유체의 온도보다 일정온도 높게되도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 발열저항체의 폭을 상기 다이어프램의 폭에 대해, 0.4에서 0.6으로 하고, 또 상기 발열저항체의 길이방향 길이를 상기 다이어프램의 길이방향 길이에 대해 0.4에서 0.6으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 상기 다이어프램의 길이방향 길이는 상기 다이어프램 폭의 2배 이상으로하는것이 바람직하다.

도 1은 본 발명의 실시의 형태1에 관한 유량검출소자를 표시하는 평면도,

도 2는 본 발명의 실시의 형태1에 관한 유량검출소자의 단면도,

도 3은 본 발명의 실시의 형태1에 관한 유량검출소자의 실장구조 평면도,

도 4는 본 발명의 실시의 형태1에 관한 유량검출소자의 실장구조 단면도,

도 5는 본 발명의 실시의 형태1에 관한 유량검출소자의 실장구조 단면도,

도 6은 본 발명의 실시의 형태1에 관한 검출회로,

도 7은 본 발명의 실시의 형태1에 관한 유량검출소자의 발열저항체 폭과 다이어프램폭의 비와 열손실의 관계를 표시하는 그래프,

도 8은 본 발명의 실시의 형태1에 관한 유량검출소자의 발열저항체 폭과 다 이어프램폭의 비와 열손실의 관계를 표시하는 그래프,

도 9는 본 발명의 실시의 형태1에 관한 열식 유량센서의 유량특성을 표시하는 도면,

도 10은 본 발명의 실시의 형태2에 관한 유량검출소자를 표시하는 평면도,

도 11은 본 발명의 실시의 형태2에 관한 검출회로,

도 12는 종래의 열식 유량센서의 유량검출소자,

도 13은 종래의 열식 유량센서의 검출회로,

도 14는 종래의 열식 유량센서의 유량검출소자,

도 15는 종래의 열식 유량센서의 유량검출소자의 실장 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 1A 유량검출소자 2 : 발열저항체

4 : 발열온도검출용 저항체 7 : 유체온도검출용 저항체

10a, 10b : 다이어프램 11a,11b : 공동부

12a, 12b : 절연층 13 : 지지부재

16 : 본딩와이어 17 : 리드프레임

18 : 캡 19 : 겔

20 : 실리콘기판 22~25 : 고정저항

30a,30b,30e,30g : 본딩패드 41,42 : 차동 증폭기

43 : 트랜지스터.

이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 첨부도면을 참조해서 설명한다.

실시의 형태 1.

도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열식 유량센서의 유량검출소자(1)를 표시하는 평면도, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다. 이들의 도면에 표시한 바와같이, 유량검출소자(1)은 다음과 같이 구성되어 있다. 구형의 실리콘기판(20)의 표면에는 SiO₂및 SiN등의 유전막으로 된 제1절연층(12a) 및 제2절연층(12b)가 적층되어 형성된다.

실리콘기판(20)의 이면측에는 에칭에 의해 실리콘기판(20)의 일부를 제거해서 공동부(11a),(11b)가 길이 방향으로 이격해서 형성되고, 이들의 공동부(11a), (11b)의 표면측에는 절연층(12a) 및 절연층(12b)로 구성한 제 1 및 제 2 다이어프램부(10a),(10b)가 형성되어 있다.

제1다이어프램부(10a)의 제 1 및 제 2 절연층 (12a),(12b)간에는 저항치가 온도 의존성을 표시하는 백금,니켈로된 발열저항체(2)가 설치되고, 또 마찬가지로 제2다이어프램부(10b)의 제 1 및 제 2 절연층(12a),(12b)사이에는 발열저항체(2)와 같은 재료의 저항막으로 되고, 유체의 온도를 측정하는 유체온도검출용 저항체(7)가 설치되어 있다.

발열저항체(2) 및 유체온도검출용 저항체(7)의 양단은 배선(8)에 의해 본딩패드(30a),(30g),(30b),(30e)에 각각 접속되어 있다.

유량검출소자(1)은 아래의 수법으로 제작된다. 밑바닥이 되는 절연층(12a)를 표면에 갖는 실리콘기판(28)에 백금,니켈 등의 저항치가 온도 의존성을 표시하는 금속 저항막을 스패터 또는 증착의 성막기술에 의해 형성한 후 사진제판에 의해 소망의 형성 및 저항치가 되도록 패터닝 한다.

그후, 절연층(12b)을 보호막으로 해서 전체를 피복 하도록 형성하고, 본딩패드(30a),(30b),(30e),(30g)를 개구시킨다.

또, 기판(20)의 이면에서 절연층(12a)을 마스크로 하고 발열저항체(2)와, 그 주변부의 이면측에 실리콘기판(20)이 잔류하지 않도록 에칭에 의해 실리콘을 일부제거하고 다이어프램(10a),(10b)를 형성한다.

도 3은 유량검출소자(1)의 지지부재(13)에의 실장구조를 표시하는 평면도, 도 4는 도 3의 B-B선 단면도이고, 도 5는 도 3의 A-A선 단면도이다. 도 3에서 유량소자(1)은 그 다이어프램 표면측에서 매체류에 접하는 동시에 다이어프램 이면측에서 매체류가 드러가기 힘들게 지지부재(13)에 고정되어 있다.

유량검출소자(1)의 본딩패드(30a),(30b),(30e),(30g)는 본딩와이어(16)를 통해서 외부회로(도시하지 않음)에 접속되는 리드프래임(17)에 접속되어 있다. 본딩 와이어(16) 및 그 주위는 캡(18)에 의해 외부로부터 보호되어 있고 캡(18)의 내면측에는 켈(19)이 본딩부를 피복하도록 형성되어 있다.

도 5에 표시하는 바와같이 지지부(13)는 그 표면을 흐르는 유체의 박리가 생기지 않도록 유선형에 가까운 단면형상을 나타내고 있고, 유량검출소자(1)은 다이어프램(10a),(10b)의 표면이 지지부재(13)의 표면과 면이 같게 되도록 지지부재 (13)에 매립되어 있다.

또, 다이어프램(10a),(10b)의 이면측에는 공동부(11a),(11b)가 설치되고, 다이어프램(10a),(10b)의 발열저항체(2) 및 유체온도검출용 저항체(7)과, 지지부재 (13)과의 열절연을 도모하고 있다.

발열저항체(2)는 유체온도검출용 저항체(7)에 의해 측정되는 공기의 온도 보다도 일정온도 만큼 높게되도록 정온도차 제어되어 있다. 도 6에 그 구동회로를 간략화한 회로도를 표시한다. 발열저항체(2), 유체온도검출용 저항체(7) 및 복수의 고정저항(22~25)에 의해 브리지회로가 구성되고, 이들의 요소와 차동증폭기(41) (42) 및 트랜지스터(43)가 도시하는 바와 같이 접속되어 있다.

이 브리지회로에서 발열저항체(2)의 저항치 Rh는 다음식으로 표시된다. 또 도 6의 저항에 붙인번호는 아래식의 R의 첨자와 대응한다.

Rh=(R7+R24)(R22+R23)R21/{R23 ·R25-R21(R7+R24)} (1)

≒(R7+r24)(R22+R23)R21/(R23 ·R5) (2)

공기의 유량의 변동에 의해 발열저항체(2)의 온도가 변화하거나 공기의 온도가 변화해서 유체온도검출용 저항체(7)의 온도가 변화하거나 해서 브리지회로의 밸런스가 붕괴되면 차동증폭기(41),(42) 및 트랜지스터(43)에 의해 발열저항체(2)에 흐르는 가열전류가 제어되어서 브리지회로의 밸런스상태가 회복된다.

이 결과, 발열저항체(2)의 저항치는 항상 상기(1)식 및 (2)식으로 표시되고발열저항체(2)와 유체온도검출용 저항체(7)과의 온도차는 일정하게 유지된다.

이때, 발열저항체(2)로 부터 공기에의 열전도량 Hf는 열전도율을 h, 발열저항체(5)와 매체류의 온도차를 △T, 발열저항체의 표면적을 S라고 하면 다음식으로 표시된다.

Hf = h ·S ·△T (3)

또, 발열저항체(2)에서 발생하는 쥴열 W는 발열저항체(2)의 저항치 Rh, 발열저항체(2)를 흐르는 전류 Ih를 사용해서 다음식에 의해 표시된다.

W = Rh ·Ih² (4)

정상상태에서(3)식과 (4)식은 같아지므로 다음식이 성립한다.

h ·S ·△T = Rh ·Ih² (5)

따라서

Ih =(h ·S ·△T/Rh)^1/2(6)

h = aQmⁿ + b

열전도율 h는 공기의 질량유량 Qm의 함수로 표시되므로 가열전류 Ih를 검출 함으로서 공기유량 Q를 검지하는 것이 가능해진다.

그러나, 실제로는 발열저항체(2)로 부터 매체류에 전달되는 열량은 쥴열 W의 일부이고, 기타 발열저항체(2)로부터 실리콘기판(20)이나 공동부(11a)에의 열전도 손실도 포함되므로 실제의 가열전류는 다음식으로 표시된다.

Ih ={(Pf + Ps + Pc)/Rh}^1/2(7)

여기서, Ps는 실리콘기판(20)에의 열전도 손실, Pc는 공동부(11a)에의 열전도 손실이다.

열전달 손실 Pf(= h ·S ·△T)에 비해 열전도 손실 Ps와 Pc의 비율이 클수록 가열전류 Ih의 유량 의존성은 작아지고 감도가 저하한다. 즉 유량감도를 개선하는데는 다이어프램(10a)상에 형성하는 발열저항체(2)의 사이즈를 최적화하고, 열전달 손실 Pf와 열전도 손실(Ps + Pc)의 비를 가능한 한 크게되도록 설정할 필요가 있다.

도 1에 표시하는 바와 같이 다이어프램(10a)의 폭을 Xd, 다이어프램(10a)의 흐름방향에 대해 수직방향이 되는 길이방향 길이를 Yd, 및 다이어프램(10a)의 두께를 t로 표시하면 다이어프램(10a)의 상,하에 입력차가 생겼을때의 응력은 다이어프램 에지부에서 최대가 된다.

또, Yd가 Xd의 2배 이상이고, 또 Xd/t = 일정한 조건에서는 다이어프램 사이즈를 변경해도 최대 구부림 응력은 거의 변화하지 않는 특성을 표시한다.

발열저항체(2)의 폭 Xh와 다이어프램(10a)의 폭 Xd 와의 비와 발열저항체(2)로 부터의 열손실과의 관계를 모식적으로 도 7에 표시한다. 도면중 45는 발열저항체(2)로부터 실리콘기판(20)에의 열전도 손실, 46은 발열저항체(2)로 부터 공기의 매체 흐름에의 열전도 손실과, 발열저항체(2)로부터 공동부(11a)에의 열전도 손실과의 합계를 표시한다.

발열저항체(2)에서 매체류에의 열전도 손실과 발열저항체(2)로 부터 공동부 (11a)에의 열전도 손실과는 발열저항체와의 면적에 비례해서 증대하는데 대해, 발열저항체(2)로 부터 실리콘기판(20)에의 열전도 손실은 Xh/Xd가 커짐에 따라 급격하게 증대한다.

따라서, 열전달 손실과 열전도 손실과의 비율을 표시하는 도트곡선(47)은 Xh/Xd = 0.5에서 최대가 되는 특성을 표시한다.

도 8에 최소 유량하에서 다이어프램 사이즈를 변경했을때의 발열저항체 폭과 다이어프램폭의 비 Xh/Xd와, 열전달 손실과 열전도 손실의 비의 관계를 표시한다.

도면중 50은 다이어프램 폭이 300μmm(0.3mm)인 경우의 열손실 비를 표시하고, 이하 51은 다이어프램 폭이 600μmm(0.6mm), 52는 900μmm(0.9mm)일때의 열손실비를 각각 표시한다.

단, 어느 것이나 다이어프램(10a)의 길이 Ya는 다이어프램 폭 Xd의 2배이고, 다이어프램 폭과 다이어프램 두께의 비는 100이 일정하게하고 있다. 즉 다이어프램 강도가 일정 조건하에서는 다이어프램 사이즈가 크고, 또 발열저항체 폭과 다이어프램 폭의 비 0.4 ~ 0.6으로 함으로써 최대 감도가 얻어지는 것을 알 수 있다.

다이어프램 사이즈를 크게 할 수록 감도가 높아지는 반면, 응답성이 나빠지므로, 응답특성으로 허용 가능한 다이어프램 사이즈로 발열저항체의 사이즈를 최적화하는 것이 중요하게 된다.

도 9는 도 8의 특성곡선(50),(51),(52)상의 Xh/xd = 0.5사이즈로 된 유량검출소자를 사용했을때의 유량특성을 표시 한다. 도 9에서 종축은 최소유량시의 출력을 1로 해서 정규화하고 있다. 도 9에서 아는 바와 같이 열전달 손실과 열전도 손실의 비가 큰 유량검출소자 만큼 큰 유량감도가 얻어진다.

또, 도시하지 않었으나 다이어프램의 길이 Yd와, 발열저항 길이Yh의 비와, 유량감도의 관계에 관해서도 다이어프램의 폭 방향과 발열저항 길이Yh의 비와 같은 특성을 갖고 있고, 발열저항체 길이와 다이어프램 길이의 비가 0.4 ~ 0.6으로 함으로써 최대 감도가 얻어지는 것을 알았다.

이상과 같이 본 실시의 형태 1 에서는 다이어프램(10a)의 길이와, 폭의 비를 2이상이고, 또 발열저항체(2)의 폭과 길이를 다이어프램(10a)의 폭과 길이에 대해 각각 0.4 ~ 0.6이라고 설정하였으므로 기계적강도, 감도의 양면에서 생각해 최적한 유량검출소자 구조가 얻어진다.

실시의 형태 2.

도 10은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 유량검출소자 1A의 평면도이다. 도 10에서, 이 실시의 형태 2의 유량검출소자 1A의 구성은 상기 실시의 형태 1의 유량검출소자 1의 구성과 거의 같으나 발열저항체(2)의 평균온도를 검출하는 발열온도검출용 저항체(4)를 설치한 점에서 상위하고 있다.

또, 본 실시의 형태 2에서 상기 실시의 형태 1과 동일 혹은 대응하는 부분에는 동일한 부호를 붙였다.

발열온도검출용 저항체(4)는 발열저항체(2)와 거의 같은 온도가 되도록 이 발열저항체(2)에 접근해서 패터닝되어 발열저항체(2)와 같이 다이어프램(10a)를 형성하는 절연층(12a),(12b)(도 2참조)간에 설치되어 있고 본딩패드(30h),(30i)를 통해서 기술한 것과 같은 구동회로에 접속되어 있다.

발열저항체(2)의 폭은, 다이어프램 폭에 대해 약 0.5가 되도록 설정되어있고, 또 발열저항체 2의 길이는 다이어프램 길이의 약 0.5가 되어있다. 유량검출소자 1A의 제작방법 및 실장방법은 실시의 형태 1과 같다.

발열온도검출용 저항체(4)는 유체온도검출용 저항체(7)에 의해 측정되는 공기의 온도 보다도 항상 일정 온도만큼 높게 되도록 정온도차 제어되어 있다.

도 11은 본 실시의 형태 2의 구동회로도 이다. 도 11에 표시한 바와같이 구동회로는 유체온도검출용 저항체(7)과 저항(24),(25)가 전원과, 어스간에 직렬로 접속되고, 또 발열온도검출용 저항체(4)와 저항(22)이 전원과 어스간에 직렬로 접속되고, 저항(24),(25)간의 접속점이 차동증폭기(41)의 한쪽의 입력에 접속되는 동시에 발열온도검출용 저항체(4)와 저항(22)간의 접속점이 차동증폭기(41)의 다른쪽의 입력에 접속된다.

차동증폭기(41)의 출력은 트랜지스터(43)의 베이스에 접속되고, 트랜지스터 (43)의 이미터는 전원에 접속되고 콜렉터는 저항(2),(21)을 통해서 어스에 접속되어 있고, 저항(2),(21)간의 접속점에서 중간탭이 연장되어 있다.

이 같은 회로구성에 의해 발열저항체(2)를 흐르는 가열전류를 그것에 상당하는 저항(21)의 양단 전압으로 측정함으로서 유량이 검출가능해 진다.

본 실시의 형태 2에서 유량감도와 다이어프램 사이즈와, 발열저항 사이즈와의 관계는 상기의 실시의 형태 1과 꼭같고 다이어프램(10)의 길이와, 폭의 비를 2이상이고, 또 발열저항체(2)의 폭과 길이를 다이어프램 폭과 길이에 대해 각각 0.4 ~ 0.6에 설정하므로 기계적강도, 감도의 양면에서 생각해 최적한 유량검출소자 구조가 얻어진다.

본 발명에 의한 열식 유량센서는 실리콘기판과, 상기 실리콘기판에 설치되고 이면측에 공동부를 형성한 다이어프램과, 상기 다이어프램상에 설치되고 발열저항체를 갖는 유량검출소자로서 상기 발열저항체의 가열전류에 상당하는 전기신호를 출력하는 유량검출소자와, 상기 유량검출소자를 상기 다이어프램의 표면측을 피측정유체에 노출시키는 동시에 이 다이어프램의 이면측의 상기 공동부에는 피측정유체가 흐르기 어렵게 하도록 상기 다이어프램상에 지지하는 지지부재와 상기 발열저항체의 온도를 피측정유체의 온도보다 일정온도 높아지도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 발열저항체의 폭을 상기 다이어프램의 폭에 대해 0.4에서 0.6으로하고, 또 상기 발열저항체의 길이방향 길이를 상기 다이어프램의 길이방향 길이에 대해 0.4에서 0.6으로 함으로써 다이어프램 사이즈를 증대하지 않고 유량감도를 향상시킬 수가 있다.

또, 상기 다이어프램의 길이방향 길이를 상기 다이어프램 폭의 2배이상으로 함으로써 다이어프램의 기계적강도를 유지하면서 유량감도를 향상시킬 수가 있다.

Claims

실리콘기판과 이 실리콘기판에 설치되고 이면측에 공동부를 형성한 다이어프램과, 상기 다이어프램상에 설치되고, 발열저항체를 갖는 유량검출소자로 상기 발열저항체의 가열전류에 상당하는 전기신호를 출력하는 유량검출소자와, 상기 유량검출소자를 상기 다이어프램의 표면측을 피측정유체에 노출시키는 동시에, 이 다이어프램의 이면측의 상기 공동부에는 피측정유체가 흐르기 힘들게 상기 다이어프램상에 지지하는 지지부재와, 상기 발열저항체의 온도를 피측정유체의 온도로 부터 일정온도 높게 되도록 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 발열저항체의 폭을 상기 다이어프램의 폭에 대해 0.4에서 0.6으로 하고, 또 상기 발열저항체의 길이방향 길이를 상기 다이어프램의 길이방향 길이에 대해 0.4에서 0.6으로 하는것을 특징으로 하는 열식 유량센서.
제 1 항에 있어서, 상기 다이어프램의 길이방향 길이는 상기 다이어프램 폭의 2배 이상인 것을 특징으로 하는 열식 유량센서.