KR20020057344A - 유량 및 유속 측정장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 제조가 용이하고 검출정밀도가 우수한 유량 및 유속 측정장치를 제공한다.

(해결수단) 검출대상인 주류관(1)내의 흐름(10)의 일부가 분류관(2)의 유로내로 도입되어 흐름(11)이 된다. 분류관(2)은 상기 흐름(11)의 방향을 크게 변경시키는 변곡부(2c)와 상기 흐름(11)이 변곡부(2c)의 상류측 및 하류측에 대칭적으로 형성된 융기부(2a,2b)에 의해서 반전 또는 변향되는 역아치부를 가진다. 주류관(1)의 관외에 있어서, 분류관(2)의 변곡부(2c)의 저부에는 그 근방의 유로면(2e,2f)에서 0.05∼0.3㎜ 돌출되도록 지지체(4)에 고착된 검출소자(5)가 배치된다. 검출소자 (5)에 대향하는 대향면(2d)은 검출소자(5) 근방에서의 유속을 가속화시키기 위해서 유로를 좁히도록 검출면을 향하여 돌출되어 있다. 이와 같이 함으로써, 상기 변곡부(2c)에 있어서 상기 흐름(11)에서 검출소자(5)의 검출면에 경사져서 부딪히는 다운플로(12)가 연속적으로 형성되기 때문에, 넓은 유속범위내에서 흐름에 관한 측정의 정확도를 향상시킨다.

Description

유량 및 유속 측정장치{Flow Measurement Device for Measuring Flow Rate and Flow Velocity}

본 발명은 흐름(flow)에 관한 제반 양(量)을 측정하기 위한 장치, 특히 온도에 의존하는 지지체 및/또는 온도감지 반도체칩 상에 일체로 형성된 검출소자를 이용한 유량 및 유속 측정장치에 관한 것으로서, 예를 들면 차량 또는 산업용 엔진의 연소제어용 질량유량센서, 혹은 산업용 공조시스템이나 컴프레서 압축공기 공급시스템용 질량유량센서, 또한 가정용 가스곤로의 공연비제어용 유량센서로서 매우 적합하게 적용되는 측정장치에 관한 것이다.

일본국 특표평9-503311호 공보에는 「내연기관의 흡기를 측정하는 장치를 위한 센서 지지체에 있어서, 센서 지지체와, 유량매체내에 삽입된 플레이트형상의 센서소자가 설치되어 있으며, 상기 센서소자가 온도와 관련된 적어도 하나의 측정저항기를 가지고 있으며, 센서소자가 센서 지지체의 절결부내에 이 센서 지지체와 거의 동일한 면을 이루면서 수용되어 있는 형식의 것」이 제안되어 있다.

또, 상기 공보의 실시예에서는 「센서소자는 플레이트형상으로 되어 있어, 그 최대 표면이 유입되는 매체에 대하여 거의 평행하게 정렬되어 있다」라 기재되어 있다.

또한, 상기 공보에는 「장치의 제조시에는 센서소자의 표면을 가능한 센서 지지체의 표면과 동일한 면이 되도록 절결부내에 접착하는 것이 중요하다. 왜냐하면, 예를 들어 균일하지 않게 도포된 접착층에 의거하는 최소의 어긋남이 존재하여도 와류 및 박리 영역이 발생하게 되며, 이 와류 및 박리 영역은 센서소자의 특히 표면에서 측정저항기의 열도출(熱導出)에 좋지 않은 영향을 주어 측정결과가 잘못나오게 되기 때문이다.」라 기재되어 있다.

그러나, 상기 특표평9-503311호 공보에 제안되어 있는 바와 같이 「센서소자의 표면을 센서 지지체의 표면과 동일한 면이 되도록 절결부내에 접착하기」위해서는 고도하고 정밀한 제조기술이 필요하고, 이것에 의해서 제조효율이 저하된다는 문제가 있다.

또, 센서소자의 표면과 센서 지지체의 표면이 동일한 면인 것을 보증하기 위해서는 정밀한 검사가 필요하다는 문제도 발생한다.

본 발명의 목적은 제조가 용이하고 검출정밀도가 우수한 흐름에 관한 측정장치를 제공하는 것에 있다.

도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, (A)는 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도, (B)는 (A)에 나타낸 검출부 부근의 확대도

도 2의 (A) 및 (B)는 검출소자의 설명도로서, (A)는 사시도, (B)는 (A)에 나타낸 검출소자에 형성되어 있는 박막 저항체를 설명하기 위한 단면도

도 3의 (A) 및 (B)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 측정장치에 사용되는 검출소자의 측정원리의 설명도로서, (A)는 유속이 0일 때의 온도분포 및 다이어프램부를 형성하는 히터를 사이에 둔 2개의 온도센서에 의해서 검출된 온도차(△T)를 나타내는 등온선도, (B)는 온도차(△T)가 2개의 온도센서 사이에서 나타나도록 검출소자면상에서 다운플로가 부딪칠 때의 온도분포를 나타내는 다른 등온선도

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 측정장치의 설명도

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 측정장치를 사용한 제 1 측정에 있어서의 단차량의 정의를 설명하기 위한 도면

도 6은 제 1 측정에서 사용된 비교예에 관한 측정장치의 설명도

도 7은 제 1 측정의 결과를 나타내는 그래프

도 8의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 본 발명의 측정장치에 적용되는 각종 검출소자의 설명도로서, 각각의 상측이 평면도, 하측이 평면 중앙부의 단면도

도 9는 본 발명의 제 4-1 실시예에 관한 분류관의 설명도

도 10의 (A)는 본 발명의 제 4-2 실시예에 관한 분류관의 설명도, 도 10의 (B)는 본 발명의 제 4-3 실시예에 관한 분류관의 설명도

도 11의 (A)는 본 발명의 제 4-4 실시예에 관한 분류관의 설명도, 도 11의 (B)는 본 발명의 제 4-5 실시예에 관한 분류관의 설명도, 도 11의 (C)는 본 발명의 제 4-6 실시예에 관한 분류관의 설명도

도 12의 (A)는 본 발명의 제 4-7 실시예에 관한 분류관의 설명도, 도 12의 (B)는 본 발명의 제 4-8 실시예에 관한 분류관의 설명도

도 13의 (A)는 본 발명의 제 4-9 실시예에 관한 분류관의 설명도, 도 13의 (B)는 본 발명의 제 4-10 실시예에 관한 분류관의 설명도

도 14의 (A) 및 (B)는 본 발명에 의한 측정장치의 제 1 적용예를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 전체 도면, (B)는 측정장치가 설치된 부분의 확대도

도 15의 (A) 및 (B)는 본 발명에 의한 측정장치의 제 2 적용예를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 전체 도면, (B)는 측정장치가 설치된 부분의 확대도

도 16의 (A)∼(C)는 다운플로에 의해서 와류 및/또는 박리가 소자의 검출면에 형성되는 것을 화살표로 나타낸 설명도로서, (A)는 그 근방면보다 더 높게 돌출된 검출소자를, (B)는 그 근방면과 동일한 위치에 있는 검출소자를, (C)는 그 근방면에 비해 낮은 위치에 있는 검출소자를 각각 나타낸 도면

* 도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 - 주류관2 - 분류관

2a,2b - 융기관2c - 변곡부(變曲部) 또는 역아치부

2d - 대향면2e,2f - 유로면

3 - 검출부4 - 지지체

5 - 검출소자6 - 접착층

10 - 주류관내의 흐름11 - 분류관에 도입된 흐름

12 - 검출소자에 대하여 경사져서 부딪치는 흐름(다운플로)

20 - 히터20 - 림부

22 - 다이어프램부23 - 상류 온도센서

24 - 하류 온도센서25 - 분위기 온도센서

30 - 반도체층31 - 제 1 SiN절연막

32 - 제 2 SiN절연막33 - 백금 저항체

34 - 패드

본 발명의 제 1 시점에 관한 측정장치는, 흐름(12)이 검출소자면에 대하여 기울어진 상부 화살표로 표시되어 있는 도 1의 (A)에서 볼 수 있는 바와 같이, 분류관(分流管)내의 흐름에 작용하도록 형성되어 검출소자의 검출면을 향하여 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 수단을 가진다. 검출소자에 대하여 흐름을 경사지게 부딪치게 하기 위하여, 분류관의 유로 또는 내부직경이 경로가 가장 좁은 부분을 형성하기 위하여 감소하고, 분류관은 검출소자가 위치하는 역아치부를 형성하기 위하여 경로가 가장 좁은 부부에서 굽어진다. 이 구조에서, 유속은 경로가 가장 좁은 부분에서 최대화되고 가스체등의 검출대상의 흐름이 소자상에서 경사지게 부딪힌다. 발명의 실시형태에 따르면 검출소자가 중간에 위치하여 역아치를 따라서 상부흐름 및 하부흐름이 역아치를 따라 대칭 형태일 때 흐름측정장치의 우수한 실행성이 유지된다.

이 흐름제어수단에 의해서 정상적으로 검출해야 할 흐름이 검출소자의 검출면에 공급되기 때문에, 검출해야 할 흐름이 확실하게 상기 검출면상을 흐르게 된다고 생각된다. 또한, 흐름검출정밀도 및 흐름검출 재현성(再現性)을 향상시키기 위하여 검출면 근방에 있어서의 와류 및 박리의 발생이 억제되는 것은 장점으로 생각된다.

또, 본 측정장치에서는 검출면상에서의 흐름이 안정화된다고 생각되기 때문에, 검출면과 이 검출면 양측의 유로면을 반드시 동일한 면상에 위치시키지 않아도 된다. 환언하면, 상기 측정장치는 검출면과 이 검출면 근방의 유로면간의 단차(段差)를 허용하며, 또 유로면에 대한 검출면의 상대적인 위치정밀도의 허용폭을 확대한다.

따라서, 본 발명의 제 1 시점에 관한 측정장치에 의하면, 상기한 특표평9-503311호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 검출소자를 그 지지체의 절결부내에 검출소자의 표면과 지지체의 표면이 그 사이의 단차없이 엄밀하게 동일한 면이 되도록 접착할 필요가 없게 된다. 즉, 본 측정장치는 접착두께오차에 의해서 발생하는, 검출면과 이 검출면 양측의 유로면간의 단차를 형성하는 것을 허용하는데, 이 단차는 실수로 자주 발생되는 것이다. 이 결과, 장치의 제조가 용이화되고, 흐름측정기에 있는 소자의 위치검사가 흐름측정기의 실행성을 저하시키지 않고 낮아질 수 있다.

이와 같이 본 발명의 제 1 시점에 관한 흐름측정장치는 이러한 단차를 허용하기 때문에, 검출소자와 그 지지체를 별체로 구성하거나 혹은 검출소자 및 그 지지체와 분류관을 별체로 구성할 수 있게 됨으로써, 검출소자를 주류관(主流管)에 고착된 분류관에 대하여 착탈가능하게 부착하는 것이 가능하게 된다. 이 결과, 소자가 장기간의 사용에 의해서 열화 내지 오염된다면 검출소자를 교환하는 것이 가능하게 된다.

여기서, 본 발명의 최적한 제 1 실시예에 관한 측정장치에 의한 효과를 하기에 예시한다.

(1) 본 발명에 따라서 검출소자의 검출면을 향하여 경사져서 부딪치는 흐름(또는 약간의 다운플로(down flow))을 형성함으로써, 검출면 근방에서의 와류 및 박리의 발생이 억제되며, 이 결과 안정한 검출성과 재현성을 얻을 수 있다.

(2) 검출면이 검출소자 지지체의 표면과 동일면상에 있지 않더라도 검출이 가능하다. 이 결과, 검출소자의 조립이 용이하게 된다.

(3) 상기 다운플로가 형성되기 때문에, 유로벽부에서의 흐름에 관한 양, 예를 들면 유량 및 유속의 정확하고 안정한 검출이 가능하게 된다. 이 경우에는 검출소자의 표면 내지 검출면만이 유로내로 노출되어 있으면 충분하다.

(4) 유로벽부에서의 유량 및 유속 등의 검출이 검출소자의 대략적인 위치정밀도로 가능하기 때문에 검출소자와 분류관을 별체로 구성할 수 있으며, 분류관 및검출소자의 구조가 각각 간소화됨으로써 양자의 제조가 용이하게 된다.

(5) 순류 및 역류를 모두 측정하기 위한 요건에 부합하는, 혹은 순류 및 역류 중 어느 일측을 선택적으로 측정하되 타측 흐름에 대한 영향을 받기 어렵도록, 상류와 하류 사이에 검출소자가 위치하는 유로를 대칭 형성함으로써, 분류관의 유로형상을 구성할 수 있다.

(6) 다른 분류로(分流路)가 분류로내에 형성될 수 있기 때문에 내오염성(耐汚染性)과 기계적 취급성의 향상이 예상된다.

본 발명의 제 2 시점에 관한 흐름측정장치는, 분류관의 벽부 내지 관벽에서 분류관내의 흐름에 더욱 쐬이어 흐름에 관한 흐름량을 검출하는 검출소자와, 분류관내에 형성되어 검출소자의 검출면을 향하여 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 수단을 가진다. 본 측정장치에 의하면, 검출소자와 분류관을 별체로 구성할 수 있으며, 분류관 및 검출소자의 구조가 각각 간소화되어 양자의 제조가 용이하게 된다.

본 발명의 제 3 시점에 관한 측정장치는, 분류관에 있어서의 주류관 외부로 돌출되어 있는 부분에 배치되어 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자를 가진다. 본 측정장치에 의하면, 검출소자의 조립이 용이하게 되며, 또 주류관 및 이 주류관 근방의 설계의 자유도가 향상된다.

본 발명의 제 4 시점에 관한 측정장치는, 검출소자의 검출면은 인접 검출면 또는 검출소자 지지체 표면에서 돌출되어 있다. 이 돌출은 상기 효과를 개선시키고, 본 발명의 제 5 시점에 최적화된다.

본 발명의 제 5 시점에 따른 측정장치에서, 검출소자의 검출면은 유로 또는 검출소자 지지체의 인접 역아치측 벽면보다 0.05㎜ 내지 0.3㎜ 돌출되어 있다. 0.05∼0.3의 돌출범위는 제 1 내지 제 5 시점이 조합될 때 이전에 설명된 효과들을 최적화시키는데, 그 이유는 도 16의 (A),(B),(C)에 나타나 있다. 도 16의 (A)에 나타낸 돌출높이만큼 검출소자가 돌출될 때, 검출소자면에서 나타나는 와류 또는 박리의 흐름은, 분류관 또는 지지체상에 형성된 인접 역아치측벽면의 에지로 동일한 레벨(H=0) 또는 더 낮은 레벨(H<0)에서 형성된 소자면에 비해, 경사지게 부딪치는 흐름 아래에서 감소 또는 제거된다.

본 발명의 제 6 시점에 관한 흐름측정장치는, 측정대상관(주류관)내의 흐름을 검출관(분류관)내에 배치되고, 이 검출관내에서 그 흐름의 방향이 크게 변경되거나 또는 검출소자의 하류 근방을 포함한 하류에서 또는 역방향부의 중간 또는 저면에서 위치된 검출소자의 표면을 검출관으로 유입하는 흐름이 경사지게 부딪치게 하기 위하여 검출관에서 형성된 역흐름방향부에서 반전된다.

본 발명의 제 7 시점에 관한 측정장치는, 분류관벽의 역방향부에서 개구 또는 창부(窓部)가 형성되어 있는 분류관을 가지고 있고, 검출소자를 구동 내지 제어하기 위한 회로기판을 포함하며 분류관에 대하여 착탈가능한 검출소자 지지체는 개구에 있다. 검출소자는 개구내에 배치되는데, 검출소자의 면은 개구의 에지로부터 0.05∼0.3㎜ 돌출된다.

또한, 각 종속항은 각 독립항에 기재된 발명의 원리에 반하지 않는 한 각 독립항에 적용될 수 있다.

(발명의 실시형태)

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관(검출관)의 역부 또는 변곡부(變曲部)에서 검출소자의 검출면이 이 분류관내의 흐름에 쐬이도록 한다. 더 바람직하게는, 가스와 같은 검출대상물을 측정하기 위한 주류관에 직교하는 방향으로 변곡관(분류관)이 부착되며, 이 분류관의 변곡부(절곡부, 또는 유로가 굽어지는 역부분)에 검출소자(검출부)가 설치된다. 혹은, 분류관의 흐름이 반전되는 부분 또는 흐름의 방향이 크게 변경되는 부분 내지 그 하부 근방을 포함하는 역부분의 하류위치에서 검출소자 내지 검출부가 배치된다. 또, 바람직하게는, 분류관내의 흐름이 가장 빠른 부분에서 검출면이 쐬이도록 한다. 또, 바람직하게는, 분류관내에 있어서 흐름이 좁아지고 부가하여 계속해서 흐름의 방향이 변경되는 부분 내지 그 근방에서 검출면이 쐬이도록 한다. 유속은 분류관벽에 의한 분류경로가 가장 좁고 반전되는 부분에서 가장 빠르게 된다. 외부로 회전하는 유속은 내부에서 회전하는 흐름의 것보다 더 높다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름(다운플로)을 발생시키기 위해서, 가스 등의 흐름측정대상물이 그 흐름방향을 최고 속도로 반전시키는 지점에서 검출소자가 유로의 변곡부에 배치한다. 변곡부에서는 반드시 유체의 방향이 변화되기 때문에, 검출소자상에서 경사지게 부딪치게 하는 다운플로를 정상적으로 얻는 것이 용이하다. 또, 상기 변곡부 또는 적어도 그 상류측의 유로면이 오목곡면 또는 볼록곡면, 혹은 검출부를 향하여 연장되는 경사면을 포함하고 있는 경우, 상기 다운로드를 발생시키는데 더욱 효과적이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관내의 분류로에 도입된 유체에서 융기부와 변곡부에 의해서 검출면에 대한 다운플로를 정상적으로 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출관(분류관)의 중앙에 세퍼레이터(칸막이벽)가 형성되며, 상기 세퍼레이터에 의해서 검출관에 도입된 흐름이 반전 내지 크게 변향된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름(다운플로) 내지 검출면에 대하여 경사져서 흐르는 흐름을 형성하기 위한 흐름제어수단으로서, 검출소자의 적어도 상류, 혹은 상류 및/또는 하류에 검출면보다 융기되어 있는 유로면이 있다.

상기 융기의 형태로서는 검출면에 경사져서 부딪치는 흐름을 형성할 수 있는 것이면 되며, 바람직하게는 오목형상 또는 볼록형상으로 융기되거나, 융기의 표면이 직선적, 다각형상 또는 오목곡면형상의 경사면으로 된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서는, 검출소자의 검출면의 높이와 흐름방향을 따르는 상기 검출면 근방의 유로면의 높이의 차(H), 즉 단차(段差)를 ±0.5㎜ 이하, 바람직하게는 ±0.4㎜ 이하, 더 바람직하게는 ±0.3㎜ 이하로 한다. 또한, 플러스는 검출면측이 높은 경우, 마이너스는 검출면측이 낮은 경우를 말한다. 상기 차(H)는 다운플로의 각도, 유속, 유량, 분류관의 형태 등에 근거하여 결정된다. 흐름측정장치의 신뢰할 수 있는 실행성은 검출면이 검출면의 근방에 유로내부면의 레벨로부터 돌출할 때, 유지되고, 상기 단차는 0.05∼0.5㎜의 범위내에 있는데, 바람직하게는 0.05∼0.4㎜(50∼400㎛), 더욱 바람직하게는 0.05∼0.3㎜범위에 있다. 검출소자면의 표면경도(JIS B0601에 의한 Ra)가 2㎛ 이하이거나 그보다 작을 때와 같다.

특히, 융기부와 검출부(검출소자가 있는 영역)의 경계영역에 있어서, 검출면이 융기부의 유로면보다도 볼록측에 있는 구조는 검출면상에 있어서의 와류의 발생을 방지하는데 유익한 구조이다. 이 구조는, 검출소자상에서 경사지게 부딪치는 흐름에 의해 흐름각도와 검출소자면의 표면경도를 고려하여 검출면에서 와류를 최소화시킨다.

또, 상기 경계영역에 있어서, 융기부의 유로면과 검출부 사이에 간격을 형성함으로써 그 간격에 있는 난류(亂流)를 효과적으로 봉쇄하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관의 변곡부가 벤투리관의 일부를 구성한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자의 지지체로서 회로기판 내지 회로를 포함하는 플레이트를 이용한다. 또한, 이 회로기판의 이면 내지 회로부품이 탑재되어 있지 않은 면에, 검출소자를 회로기판의 면보다 돌출된 상태로 형성 내지 지지함으로써, 검출소자의 유로 내지 분류관에 대한 조립이 용이하게 된다. 이것은, 검출소자의 검출면이 회로기판의 면과 동일한 평면상에 엄밀하게 위치하도록 고밀도로 배치된 회로부품 사이에 검출소자를 접착하는 것과 같은 고도한 제조기술을 이용하지 않고서도, 통상의 실장회로기판의 이면에 인쇄배선을 실시하여 상기 기판상의 소정위치에 검출소자를 돌출시킨 채로 설치할 수 있으며, 이와 같이 함으로써 제조가 용이하게 된다는 이점이 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자를 검출소자 지지체 또는 회로기판 지지체에 실장하여 사용할 수 있다. 검출소자 지지체나 회로기판 지지체는 검출소자와 함께 유로내로 노출시킬 필요가 없으며, 분류관의 유로벽 내지 융기부에 의해서 차단된 분류관의 외부 공간측에 위치시킬 수 있다. 이 형태에 의하면, 검출소자의 교환이 용이하게 된다. 바람직하게는, 분류관이 분류관과 검출소자 또는 검출소자의 지지체간의 간격을 실(seal)하는 실부를 구비한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자와 분류관이 별체로 구성되며, 검출소자가 상기 분류관에 대하여 착탈가능하게 부착된다. 더 바람직하게는 분류관과 검출소자를 지지하는 회로기판 지지체를 별체로 구성하고, 측정시에 이것들을 서로 조립하여 사용한다. 검출소자는 회로기판 지지체에 직접 접착할 수도 있고, 위치맞춤을 위해서 상기 지지체에 약간의 오목부를 형성하여도 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자가 분류관내의 유로벽 내지 관벽, 특히 외벽에 배치되어 있다. 경우에 따라서는 검출소자가 분류관내의 흐름 중에 배치된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자는 주류로(主流路)에서 바이패스된 분류로내에서 쐬이도록, 혹은 주류로에서 바이패스된 분류로에서 더 분류된 분류로내에서 쐬이도록 설치된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관의 도입구 및/또는 도출구 근방에 체류부가 형성된다. 이것에 의해서 미립자나 분진 등에 의한 검출소자의 오염이고도하게 방지된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관의 상류부에 축경부(縮徑部)가 형성된다. 이것에 의해서 미립자나 분진 등에 의한 검출소자의 오염이 고도하게 방지된다. 또, 분류관의 하류부에 도입구에서 도출구를 향하는 순류방향을 따라서 형성되는 확경부(擴徑部)를 가지는 측정장치, 환언하면, 도출구에서 도입구를 향하는 역류방향을 따라서 형성되는 축경부를 가지는 측정장치에 의하면, 순류측정시 역류의 영향이 억제된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자를 중심으로 하여 검출소자의 상류측과 하류측의 유로가 기본적으로 대칭으로 형성되어 있다. 이와 같은 측정장치에 의하면, 기본적으로 도입구에서 도출구를 향하여 흐르는 순류 및 기본적으로 그 반대방향으로 흐르는 역류를 모두 매우 적합하게 측정할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 분류관의 흐름방향에 직교하는 방향을 따라서 절단한 단면형상이 원형상, 반원형상, 타원형상 및 장방형상에서 선택되는 형상 중 어느 1종 이상이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서는, 검출소자가 온도에 의거하여 유량 및/또는 유속을 적어도 포함하는 흐름에 관한 양을 측정하는 것이다.

(실시예)

이상 설명한 본 발명의 바람직한 실시형태를 더 명확하게 하기 위해서, 이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

(제 1 실시예)

도 1의 (A) 및 (B)는 본 발명의 제 1 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, (A)는 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이고, (B)는 (A)에 나타낸 검출부 부근의 확대도이다. 이 측정장치에서는 도 1에 나타낸 바와 같이 분류관(2)이 주류관(1)에 기본적으로 직교하도록 부착되어 있다. 분류관(2)내에는 검출대상인 주류관(1)내의 흐름(10)의 일부가 도입된다.

분류관(2)은, 분류관(2)내에 도입된 흐름(11)을 반전시킬 수 있도록 절곡(折曲)되어 있다. 분류관(2)은 주류관(1)에 부착된 상태에서 주류관(1)내의 흐름(10)과 거의 직교하는 방향으로 연장되는 서로 평행한 2개의 직류부{직류로(直流路)}와, 이들 2개의 직류부를 접속하는 변곡부(2c)와, 일측 직류부의 측면{흐름(10)과 직교하는 면}에 형성된 도입구와, 타측 직류부의 단면{흐름(10)에 평행한 면}에 형성된 도출구를 가지고 있다. 변곡부(2c) 근방에 있어서, 유로면(2e,2f)은 소정의 곡률을 가지므로 변곡부(2c) 근방에서 흐름(11)이 크게 변향(變向) 내지 개략 반전된다. 상기 변곡부(2c)에 있어서, 분류관(2)의 저벽에 검출부(3)가 설치되어 있다. 이 검출부(3)는 주류관(1)의 관외에 위치하며, 교환가능하게 되어 있다.

또, 분류관(2)내에 있어서의 검출부(3)의 상류 및 하류에는, 관벽이 흐름의 단면 중심방향을 향하여 오목형상으로 융기된 융기부(2a,2b)가 형성되어 있다. 융기부(2a,2b)상의 유로면(2e,2f)은 오목곡면으로 형성되어 있다. 변곡부(2c)에 있어서, 검출부(3)에 대향하는 유로면인 대향면(2d)은 검출부(3)를 향하여 볼록한 볼록곡면으로 형성되어 있다.

이어서, 검출부(3) 근방의 상세한 구조를 도 1의 (B)에 의거하여 설명한다.검출소자(5)가 접착층(6)을 통해서 지지체(4)에 형성된 오목부의 저면에 이 지지체 (4)의 표면보다 돌출된 상태로 고착되어 있다. 지지체(4)는 검출소자(5)의 검출면{도 1의 (B)에 있어서의 좌측면}이 분류관(2)의 저벽에 형성된 창부(窓部)를 통해서 분류관(2)내의 흐름에 쐬이도록 분류관(2)의 저면에 부착되어 있다. 검출소자(5)와 융기부(2a,2b) 사이에는 각각 약간의 간격이 형성되어 있다. 검출소자(5)의 검출면은, 이 검출소자(5)와 간격을 두고서 인접하는 유로면(2e,2f)과 거의 동일한 높이로 되어 있거나, 혹은 이것보다 분류관(2)내로 돌출된 위치 또는 반대로 후퇴한 위치에 있다.

또, 변곡부(2c)에 있어서, 검출소자(5)가 있는 측의 흐름이 빠르게 이동되고, 대향면(2d)측의 흐름이 느리게 이동된다고 생각된다.

계속해서, 도 1의 (A) 및 (B)에 의거하여 분류관(2)내의 흐름에 대하여 설명한다. 즉, 주류관(1)내의 흐름(10)이 분류관(2)내로 도입되면, 흐름(10)과 거의 직교하는 방향으로 흐르는 흐름(11)이 발생한다. 변곡부(2c)에 있어서, 이 흐름(11)이 검출부(3)를 향하여 경사져서 흐르게 됨으로써 검출소자(5)의 검출면에 대략 경사져서 부딪치는 다운플로(12)가 발생한다. 그 후, 분류관(2)내의 흐름은 흐름(10)과 합류한다.

또한, 도 1의 (A)를 참조하면, 분류관(2)의 유로는 검출부(3)를 중심으로 하여 대략 대칭으로 형성되어 있기 때문에, 흐름(11,12)의 방향으로 흐르는 순류 및 이것의 반대방향으로 흐르는 역류를 모두 매우 적합하게 측정할 수 있다. 또, 분류관(2)의 도입구가 주류관(1)내의 흐름(10)과 직교하는 평면에 개구되어 있기 때문에, 분류관(2)의 도입구 내부에 유속이 느린 부분이 형성되며, 그 부분에 분진이 체류한다고 생각된다. 이것에 의해서 검출소자(5)의 오염이 방지된다.

여기서, 도 1의 (B)에 나타낸 검출소자(5)를 상세하게 설명한다. 도 2의 (A) 및 (B)는 검출소자의 설명도로서, (A)는 사시도, (B)는 (A)에 나타낸 검출소자에 형성되어 있는 박막 저항체를 설명하기 위한 단면도이다.

이 검출소자(5)는 도 2의 (A)에 나타낸 바와 같이 기본적으로 반도체 칩에 4개의 박막 저항체가 형성된 것이다. 더 구체적으로는, 반도체층(30)상에 다이어프램부(22)와 림(rim)부(21)가 형성되어 있다. 다이어프램부(22)에는 상류 온도센서 (23) 및 하류 온도센서(24)와, 상류 온도센서(23)와 하류 온도센서(24) 사이에 배치된 히터(20)가 형성되어 있다. 한편, 림부(21)에는 분위기 온도센서(25)가 형성되어 있다. 다이어프램부(22)는 ㎛로 극히 박막화되어 열절연이 도모되어 있다.

이어서, 히터(20), 분위기 온도센서(25), 상류 온도센서(23) 및 하류 온도센서(24)를 각각 구성하는 각 박막 저항체의 구조에 대하여 설명한다. 도 2의 (B)에 나타낸 바와 같이, 반도체층(30)상에 제 1 SiN절연막(31)이 형성되어 있다. 제 1 SiN절연막(31)상에는 백금 저항체(33)가 패턴 형성되어 있다. 백금 저항체(33)의 소정 부분의 위에는 이 백금 저항체(33)에 전기적으로 접속된 패드(34)가 형성되어 있다. 제 1 SiN절연막(31) 위의 나머지 부분에는 백금 저항체(33)를 덮도록 제 2 SiN절연막(32)이 형성되어 있다. 패드(34)가 외부회로에 전기적으로 접촉되어 백금 저항체(33)를 통해서 히터(20)에 전력이 공급됨으로써 히터(20)가 발열된다.

이어서, 상기 검출소자를 이용한 유속이나 유량 등의 흐름에 관한 제반 양을검출하는 원리에 대해서 설명한다. 도 3의 (A) 및 (B)는 검출소자의 측정원리의 설명도로서, (A)는 검출소자상의 다이어프램부의 위치에 따른 온도분포를 나타내는 등온선도(等溫線圖)이고, (B)는 다른 등온선도이다.

도 3의 (A) 및 (B)를 참조하여 상기 검출원리를 하기에 설명한다.

① 히터(20)가 분위기 온도에 대하여 항상 일정한 온도차를 갖도록 히터 (20)에 공급하는 전력을 제어한다.

② 따라서, 흐름이 없는 경우에는 상류 온도센서(23)와 하류 온도센서(24)의 온도가 거의 같게 된다.

③ 그러나, 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이, 흐름이 있는 경우에는 상류 온도센서(23)의 온도는 그 표면에서 열이 달아나기 때문에 저하된다. 하류 온도센서 (24)의 온도는 히터(20)의 하류에 위치함으로써 히터로부터의 열의 입력이 증가하기 때문에, 온도저하는 상류 온도센서(23)의 그것보다도 작다. 또한, 유속, 측정장치의 구조 등에 따라서 하류 온도센서(24)의 온도는 상승하는 경우도 있다.

④ 상류 온도센서(23)와 하류 온도센서(24) 사이에서 측정된 온도차에 의거하여 유량이나 유속 등을 검출하고, 이 온도차의 부호(符號)에서 흐름방향을 검출한다. 또한, 상기 온도차는 온도변화에 의한 전기저항의 변화에 의거하여 검출할 수 있다.

(제 2 실시예)

이어서, 본 발명의 제 2 실시예에 관한 측정장치로서, 상기 제 1 실시예의 분류관이 가지는 구조에 부가하여 흐름의 단면 지름이 변화하는 구조를 구비한 분류관을 사용한 예를 설명한다. 따라서, 하기의 설명에서는 중복을 피하기 위해서 주로 제 2 실시예에 관한 측정장치가 상기 제 1 실시예와 다른 부분에 대해서만 설명하고, 동일한 부분에 대해서는 상기 제 1 실시예를 참조할 수 있는 것으로 한다.

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 관한 측정장치의 설명도로서, 분류관의 종단면도를 개략적으로 나타내고 있다. 이 측정장치의 분류관(42)은 도 4에 나타낸 바와 같이 상류측의 직류관에 흐름의 단면 지름을 흐름방향을 따라서 축소 내지 좁힌 부분{이것을 이하 "축경부(縮徑部)"(42g)라 한다}을 가지며, 하류측의 직류부에 흐름의 단면 지름을 흐름방향을 따라서 확대한 부분{이것을 이하 "확경부 (擴徑部)"(42h)라 한다}을 가진다. 이것에 의해서, 분류관(42)의 상류부 및 하류부에 각각 유속이 느린 부분, 즉 도 4에 나타낸 바와 같이 경로를 확대한 체류부 (42I,42J)가 형성된다. 체류부(42I)는 검출소자(45)를 향하여 흐르는 대상물에 포함되는 분진 또는 이물질을 검출소자(45)를 향하여 흐르기 전에 떨어뜨려서 모음으로써, 검출소자(45)를 보호하는 것이다.

또, 검출소자(45)가 접착층(46)을 통해서 지지체(44)에 형성된 오목부의 저면에 이 지지체(44)에서 돌출된 상태로 고착되어 있다. 지지체(44)는 검출소자(45)의 검출면이 분류관(42)내의 흐름에 쐬이도록 분류관(42)의 저면에 부착되어 있다. 더 상세하게는, 변곡부(42c)의 저부측에서 검출소자(45)의 검출면이 분류관(42)내의 흐름에 쐬이도록 되어 있다. 검출소자(45)의 상류측과 하류측에는 관벽이 검출소자(45)를 향하는 오목곡면을 형성하도록 융기부(42a,42b)가 형성되어 있다. 융기부(42a,42b)상의 유로면(42e,42f)은 곡면형상으로 형성되어 있다. 변곡부(42c)에있어서, 검출소자(45)에 대향하는 유로면인 대향면(42d)은 검출소자(45)를 향하여 볼록한 볼록곡면으로 형성되어 있다.

여기서, 분류관(42)내의 흐름에 대해서 설명한다. 주류관(1)내의 흐름(10)의 일부가 분류관(42)내로 도입되어 흐름(43)이 된다. 변곡부(42c)에서 검출소자(45)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(47)가 발생한다. 그 후, 분류관 (2)내의 흐름은 주류관(1)의 흐름(10)과 다시 합류한다.

(제 1 측정)

이상 설명한 본 발명의 제 2 실시예에 관한 측정장치를 이용하여, 검출소자의 검출면의 그 근방의 유로면에 대한 높이(H){이것을 "단차량(段差量)(H)"이라 한다} 및 측정대상인 주류관내의 유속을 변경하여 검출소자의 유속에 관한 검출출력을 측정하였다.

도 5는 제 1 측정에 있어서의 단차량의 정의를 설명하기 위한 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 검출소자(45)의 검출면이 유로면(42e,42f){유로면(42f)은 도 4를 참조}에서 돌출되어 있는 경우(凸의 경우)의 높이의 부호를 「+」로 하고, 후퇴되어 있는 경우(凹의 경우)의 높이의 부호를 「-」로 한다.

또, 비교를 위해서, 비교예에 관한 측정장치를 이용하여 상기 제 2 실시예에 관한 측정장치와 마찬가지로 측정하였다. 도 6은 비교예에 관한 측정장치의 설명도로서, 그 주류관의 종단면을 개략적으로 나타내고 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 이 비교예에 관한 측정장치는 주류관(1)내의 흐름의 단면방향에 있어서의 거의 중앙에 검출소자(205)가 배치되어 있다. 검출소자(205)는 접착층(206)을 통해서 지지체(204)에 형성된 오목부의 저면에 고착되어 있다. 더 상세하게는, 검출소자(205)의 검출면이 주류관(1)의 흐름(10)방향을 향하는 관축(管軸)방향에 대하여 10도 경사지도록 지지체(204)가 주류관(1)내에 지지되며, 흐름(10)이 이 검출면에 잘 부딪치도록 되어 있다.

〔제 1 측정의 측정조건〕

여기서, 제 1 측정의 측정조건을 하기한다.

주류관의 관경(管徑) : 50mm,

분류관의 외형치수 : L40×W7×H14mm,

분류관의 도입구 : 5×10mm,

분류관의 도출구 : 5×5mm,

분류관의 대경부(大徑部) : 5×5mm,

분류관의 소경부(小徑部) : 5×2.5mm,

분류관의 융기부의 곡률 : 4mm,

대향면의 곡률 : 3.5mm,

검출소자(반도체 칩)의 외형치수 : 3×3×0.4 mm,

검출소자의 다이어프램부 : 1mm×1mm×1㎛,

검출소자의 백금 저항체 : Pt/Ti = 막두께 비율 5/1,

검출소자의 패드 : Au;패드 또는 레지스터의 두께는 0.1um이고, 보호커버는 0.3um.

도 7은 제 1 측정의 결과를 나타내는 그래프이다. 도 7에 있어서, 출력변화비율(%)이란 단차량(H)(도 5 참조)이 실질적으로 '0'인 경우, 즉 출력소자의 검출면과 그 근방의 유로면이 동일한 평면상에 있는 경우의 출력을 100%로 하여 각 출력을 연산한 것이다.

도 7를 참조하면, 제 2 실시예의 측정장치가 비교예의 측정장치보다 단차량에 의한 유속검출출력의 변화가 극히 적은 것을 알 수 있다. 또, 제 2 실시예의 측정장치에 의하면, 넓은 유속범위에 걸쳐서 유속을 정확하게 검출할 수 있는 것을 알 수 있다. 또, 별도로 제 2 실시예의 측정장치는 역류를 검출할 수 있으나, 비교예의 측정장치는 이것이 곤란하다. 인접근방면으로부터 소자의 돌출높이(H) 또는 단차량이 플러스값으로 된다면, 유속차에 의한 출력변화 퍼센트의 변화는 마이너스값으로 변화되는 것보다 훨씬 작은데, 넓은 범위 흐름측정장치를 만드는 것 뿐 아니라 흐름측정장치의 대량생산에 질제어에 매우 중요하다.

(제 3 실시예)

본 발명의 제 3 실시예로서, 본 발명에 의한 측정장치에 적용되는 검출소자의 각종 형상에 대해서 설명한다. 도 8의 (A) 내지 (C)는 본 발명의 제 3 실시예에 관한 본 발명의 측정장치에 적용되는 각종 검출소자의 설명도로서, 각각의 상측이 평면도, 하측이 평면 중앙부의 단면도이다.

도 8의 (A)에 나타낸 검출소자는 상기한 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 사용한 검출소자와 같은 정방형 타입이고, 이 정방형의 중앙부에 다이어프램부(50)가 형성되어 있다. 도 8의 (B)에 나타낸 검출소자는 장방형 타입이고, 이 장방형의 단부에 다이어프램부(51)가 형성되어 있다. 도 8의 (C)에 나타낸 검출소자도 장방형타입이고, 이 장방형의 중앙부에 다이어프램부(52)가 형성되어 있다.

(제 4 실시예)

본 발명의 제 4 실시예로서, 본 발명에 의한 측정장치에 사용되는 분류관의 각종 형태를 나타낸다. 또한, 본 발명의 제 4 실시예에 관한 측정장치가 상기 제 1 실시예에 관한 측정장치와 같은 점에 대해서는 상기 제 1 실시예 또는 상기 제 2 실시예의 기재는 제 4 실시예에 적용된다.

(제 4-1 실시예)

도 9는 본 발명의 제 4-1 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(162)은 도 9에 나타낸 바와 같이 유로면(162e,162f) 및 대향면(162d)이 다각형상의 면으로 형성되어 있는 것 이외에는 상기 제 2 실시예에 관한 분류관(42)(도 4 참조)과 같은 구성을 가지고 있다. 즉, 이 분류관(162)은 상류측의 직류부에 축경부(162g) 및 체류부(162I)를 구비하며, 하류측의 직류부에 확경부(162h) 및 체류부(162J)를 구비하고 있다. 그리고, 검출소자(165)가 접착층(166)을 통해서 지지체(164)에 형성된 오목부의 저면에 이 지지체(164)의 표면보다 돌출된 상태로 고착되어 있다. 지지체(164)는 검출소자(165)의 검출면이 분류관 (162)내의 흐름에 쐬이도록 분류관(162)의 저면에 부착되어 있다. 상세하게는, 변곡부(162c)의 저부측에서 검출소자(165)의 검출면이 분류관(162)내의 흐름에 쐬이도록 되어 있다. 검출소자(165)의 양측에는 관벽이 내측을 향하여 오목형상으로 융기된 융기부(162a,162b)가 형성되어 있다. 융기부(162a,162b)상의 유로면(162e, 162f)은 다각형상의 면으로 형성되어 있다. 대향면(162d)은 검출소자(165)를 향하여 볼록한 다각형상으로 형성되어 있다.

여기서, 분류관(162)내의 흐름에 대해서 설명한다. 주류관(1)내의 흐름(10)의 일부가 분류관(162)내로 도입되어 흐름(163)이 된다. 변곡부(162c)에서 검출소자(165)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(167)가 발생한다. 그 후, 분류관(162)내의 흐름은 주류관(1)의 흐름(10)과 다시 합류한다.

(제 4-2 실시예)

도 10의 (A)는 본 발명의 제 4-2 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(62)에 있어서는 변곡부(62c)의 양측에 융기부 (62a,62b)가 형성되어 있다. 변곡부(62c)의 양측, 즉 융기부(62a,62b)상의 유로면 (62e,62f)은 다각형상으로 형성되어 있다. 지지체(64)에 고착된 검출소자(65)에 대향하는 대향면(62d)은 검출소자(65)를 향하여 돌출되는 다각형상으로 형성되어 있다. 흐름(10)의 일부가 분류관(62)내로 도입된 흐름(66)에서 검출소자(65)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(67)가 발생한다.

(제 4-3 실시예)

도 10의 (B)는 본 발명의 제 4-3 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(72)에 있어서는 변곡부(72c)의 양측에 융기부 (72a,72b)가 형성되어 있다. 변곡부(72c)의 양측, 즉 융기부(72a,72b)상의 유로면 (72e,72f)은 다각형상으로 형성되어 있다. 지지체(74)에 고착된 검출소자(75)에 대향하는 대향면(72d)은 검출소자(75)를 향하여 돌출되는 볼록곡면형상으로 형성되어 있다. 흐름(10)의 일부가 분류관(72)내로 도입된 흐름(76)에서 검출소자(75)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(77)가 발생한다.

(제 4-4 실시예)

도 11의 (A)는 본 발명의 제 4-4 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(82)내의 흐름의 도중에는, 변곡부(82c)의 흐름의 단면방향 중앙부에 있어서, 양측에 융기부의 일종인 원호형상부를 각각 구비한 지지체(84)가 위치되어 있다. 이들 원호형상부의 검출소자(85)측의 유로면(84e, 84f)은 오목곡면형상으로 형성되어 있다. 검출소자(85)의 배후(背後)에 있어서, 분류관(82)의 융기부(82a,82b)상의 유로면도 오목곡면형상으로 형성되어 있다. 검출소자(85)는 지지체(84)에 형성된 오목부의 저면에 고착되며, 그 검출면은 흐름의 단면방향 대략 중앙부의 흐름에 쐬이도록 되어 있다. 검출소자(85)에 대향하는 대향면(82d)은 검출소자(85)를 향하여 돌출되는 볼록곡면형상으로 형성되어 있다. 측정대상인 흐름(10)의 일부가 분류관(82)내로 도입된 흐름(86)에서 검출소자(85)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(87)가 발생한다.

(제 4-5 실시예)

도 11의 (B)는 본 발명의 제 4-5 실시예에 관한 분류관의 종단면의 일부를 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관은 도 11의 (A)에 나타낸 분류관(82)에 있어서의 검출소자(85)에 대한 지지형태가 다르게 되어 있다. 즉, 지지체(84)내의 일측면 및 타측면에 각각 개구된 2개의 절결부(창부)가 형성되어 있다. 2개의 절결부는 단차를 가지고 서로 연통되어 있다. 폭이 큰 절결부측에 회로기판(84a)이 끼워지고, 폭이 작은 절결부측에 검출소자(85)가 끼워져 있다.

(제4-6 실시예)

도 11의 (C)는 본 발명의 제 4-6 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(92)내의 흐름의 도중에는, 변곡부(92c)의 흐름의 단면방향 중앙부에 있어서, 양측에 융기부의 일종인 3각 코너부를 각각 구비한 지지체(94)가 위치되어 있다. 이들 3각 코너부의 검출소자(95)측의 유로면(94e, 94f)은 오목곡면형상으로 형성되어 있다. 검출소자(95)의 배후에 있어서, 분류관 (92)의 유로면은 장방형상으로 형성되어 있다. 검출소자(95)는 지지체(94)에 형성된 오목부의 저면에 고착되며, 그 검출면은 흐름의 단면방향 대략 중앙부의 흐름에 쐬이도록 되어 있다. 검출소자(95)에 대향하는 대향면(92d)은 검출소자(95)를 향하여 돌출되는 볼록곡면형상으로 형성되어 있다. 측정대상인 흐름(10)의 일부가 분류관(92)내로 도입된 흐름(96)에서 검출소자(95)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(97)가 발생한다.

(제 4-7 실시예)

도 12의 (A)는 본 발명의 제 4-7 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(102)내의 흐름의 도중에는, 변곡부(102c)의 흐름의 단면방향 중앙부에 있어서, 양측에 융기부의 일종인 상류측 및 하류측을 향하여 각각 연장되어 있는 연장부를 구비한 지지체(104)가 위치되어 있다. 이들 연장부의 검출소자(105)측의 유로면(104e,104f)은 검출소자(105)를 향하여 경사지는 경사면으로 되어 있다. 변곡부(102c)의 양측에 있어서, 검출소자(105)의 배후에는 융기부(102a,102b)가 형성되어 있다. 융기부(102a,102b)의 유로면은 지지체(104)측을향하여 돌출되며 또한 유로면(104e,104f)과 거의 평행한 경사면으로 되어 있다. 검출소자(105)는 지지체(104)에 형성된 오목부의 저면에 고착되며, 그 검출면은 흐름의 단면방향 대략 중앙부의 흐름에 쐬이도록 되어 있다. 검출소자(105)에 대향하는 대향면(102d)은 검출소자(105)를 향하여 돌출되는 다각형상으로 형성되어 있다. 측정대상인 흐름(10)의 일부가 분류관(102)내로 도입된 흐름(106)에서 검출소자(105)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(107)가 발생한다.

(제 4-8 실시예)

도 12의 (B)는 본 발명의 제 4-8 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(112)내의 흐름의 도중에는, 변곡부(112c)의 흐름의 단면방향 중앙부에 있어서, 양측에 융기부의 일종인 상류측 및 하류측을 향하여 각각 연장되어 있는 3각 코너부(114a,114b)를 구비한 지지체(114)가 위치되어 있다. 이들 3각 코너부의 검출소자(115)측의 유로면(114e,114f)은 검출소자(115)를 향하여 경사지는 경사면으로 되어 있다. 변곡부(112c)의 양측에 있어서, 검출소자(115)의 배후에는 장방형상의 유로면이 형성되어 있다. 검출소자(115)는 지지체(114)에 형성된 오목부의 저면에 고착되며, 그 검출면은 흐름의 단면방향 대략 중앙부의 흐름에 쐬이도록 되어 있다. 검출소자(115)에 대향하는 대향면(112d)은 검출소자(115)를 향하여 돌출되는 다각형상으로 형성되어 있다. 측정대상인 흐름(10)의 일부가 분류관 (112)내로 도입된 흐름(116)에서 검출소자(115)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(117)가 발생한다.

(제 4-9 실시예)

도 13의 (A)는 본 발명의 제 4-9 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 분류관(122)내에는 그 상류측 직류부에 축경부(122g) 및 체류부(112I)가 그 하류측 직류부에 확경부(122h) 및 체류부(122J)가 서로 대칭적으로 형성되어 있다. 그리고, 분류관(122)내에는 변곡부(122c)의 양측에 융기부(124a,124b)가 형성되어 있다. 변곡부(122c)의 양측, 즉 융기부(124a,124b)의 유로면(124e,124f)은 오목곡면형상으로 형성되어 있다. 지지체(124)에 고착된 검출소자(125)에 대향하는 대향면(122d)은 검출소자(125)를 향하여 돌출되는 볼록곡면형상으로 형성되어 있다. 측정대상인 흐름(10)의 일부가 분류관(122)내로 도입된 흐름(126)에서 검출소자(125)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(127)가 발생한다. 흐름검출소자에 이 부딪히는 효과를 용이하게 달성하기 위해서는, 그 아웃플로방향을 소자 부근 또는 소자에서 회전시키는 것에 반향하기 위하여 인플로는 그 플로방향을 역변경한 것이다.

(제 4-10 실시예)

도 13의 (B)는 본 발명의 제 4-10 실시예에 관한 분류관의 종단면을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 이 제 4-10 실시예에 관한 분류관(172)은 상기 제 4-9 실시예에 관한 분류관(122){도 13의 (A)참조}에 대하여 유로면이 다각형인 점만이 다르고, 그 외의 구조적인 특징은 같다. 상세하게는, 이 분류관(172)내에는 그 상류측 직류부에 축경부(172g) 및 체류부(172I)가, 그 하류측 직류부에 확경부(172h) 및 체류부(172J)가 서로 대칭적으로 형성되어 있다. 그리고, 분류관(172)내에는 변곡부 (172c)의 양측에 융기부(174a,174b)가 형성되어 있다. 변곡부(172c)의 양측,즉 융기부(174a,174b)의 유로면(174e,174f)은 다각형상(전체로서는 오목형상)으로 형성되어 있다. 지지체(174)에 고착된 검출소자(175)에 대향하는 대향면(172d)은 검출소자(175)를 향하여 돌출되는 다각형상(전체로서는 볼록형상)으로 형성되어 있다. 측정대상인 흐름(10)의 일부가 분류관(172)내로 도입된 흐름(176)에서 검출소자 (175)의 검출면에 대하여 경사져서 부딪치는 다운플로(177)가 발생한다.

이상 설명한 제 4 실시예에 관한 각 측정장치에 있어서, 분류관이 검출소자가 위치하는 변곡부를 중심으로 하여 대략 대칭인 유로형상을 가지는 것은 순류 및 역류의 양 측정에 매우 적합하게 이용할 수 있다. 또, 분류관의 상류부에 축경부를 가지는 측정장치에 의하면, 미립자나 분진 등에 의한 검출소자의 오염이 고도하게 방지된다. 또, 분류관의 하류부에 축경부를 가지는 측정장치에 의하면, 순류의 측정시에 역류의 영향이 억제된다.

이어서, 본 발명에 의한 측정장치를 각종 차량에 있어서의 엔진의 흡기계통에 부착한 적용예에 대해서 설명한다. 그러나, 본 발명은 상기 설명에 한정되지 않는다.

(제 1 적용예)

제 1 적용예는 본 발명에 의한 측정장치를 주로 4륜 차량에 탑재되는 엔진의 흡기계통에 부착한 예이다. 도 14의 (A) 및 (B)는 본 발명에 의한 측정장치의 제 1 적용예를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 전체 도면, (B)는 본 발명에 의한 측정장치가 설치된 부분의 확대도이다.

도 14의 (A)를 참조하여 상기 흡기계통 내지 연료분사 제어계통의 개략 구성을 설명하면, 이 계통에는 상류측에서 하류측을 향하는 순서로, 흡기가 도입되는 에어 클리너(130), 흡기의 유량 내지 유속 측정부(131), 스로틀 밸브(132), 인젝터 (133)에서 연료가 분사되어 스파크 플러그(134)에 의해서 점화되며 밸브를 구비하는 실린더(137), 실린더(137)의 하류측 배기관내에 설치된 산소센서(135) 및 삼원 촉매(136)가 배관을 통해서 서로 연통가능하게 형성되어 있다.

본 발명에 의한 측정장치는 에어 클리너(130)와 스로틀 밸브(132)와의 사이에 위치하는 측정부(131)에 설치된다. 특히, 도 14의 (B)에 나타낸 바와 같이, 이 측정장치는 도 1이나 도 4 등에 나타낸 바와 같은 형상의 분류관(142)이 도 14의 (A)에 나타낸 흡기관에 직교한 상태로 접속되도록 케이스(139)를 통해서 흡기관에 부착되어 있다. 분류관(142)의 변곡부의 저면에는 실리콘소자와 일체적으로 형성된 검출소자(145)가 배치되며, 검출소자(145)는 검출소자(145)를 구동 및 제어하기 위하여 그 이면에서 집적회로를 가지는 제어회로(141)와 전기적으로 접속되어 있다. 제어회로(141)는 커넥터(140)를 통해서 엔진 컨트롤 유닛(138)등에 전기적으로 접속된다. 검출소자(145) 및 제어회로(141)는 케이스(139)에 대하여 착탈가능하게 혹은 케이스(139)가 상기 흡기관에 대하여 착탈가능하게 부착되며, 이것에 의해서 검출소자(145)가 교환가능하게 된다.

엔진 컨트롤 유닛(138)은 상기 제어회로(141)에서의 측정신호 및 산소센서 (135)에서 출력되는 배기가스 중의 산소농도신호를 수신하고, 이들 신호 및 그 외의 수신신호에 의거하여 인젝터(133)의 연료분사량 및 타이밍, 스파크 플러그 (134)의 점화타임밍을 제어한다. 또한, 엔진 컨트롤 유닛(138)은 엔진의 회전수,스로틀 밸브의 개방도 및 크랭크의 각도 등도 연산한다.

(제 2 적용예)

제 2 적용예는 본 발명에 의한 측정장치를 주로 2륜 차량에 탑재되는 엔진의 흡기계통에 부착한 예이다. 도 15의 (A) 및 (B)는 본 발명에 의한 측정장치의 제 2 적용예를 설명하기 위한 도면으로서, (A)는 전체 도면, (B)는 본 발명에 의한 측정장치가 설치된 부분의 확대도이다.

도 15의 (A) 및 (B)에 나타낸 바와 같이, 실린더(151)에 접속되는 2륜 차량용 흡기관(에어퍼늘)(154)에는 흡기의 유량 내지 유속 등을 측정하기 위해서 본 발명에 의한 측정장치가 설치된다. 이 측정장치는 2륜 차량용 흡기관(154)의 관외에 위치하는 케이스(152)와, 2륜 차량용 흡기관(154)의 관내로 돌출되어 있는 분류로 (153)를 가지며, 케이스(152)와 분류로(153)는 일체화되어 있다. 분류로(153)에는 이 분류로(153)내로 도입되는 흡기에 쐬이도록 검출소자가 설치되며, 케이스(152)에는 상기 검출소자를 제어하기 위한 회로기판이 내장되어 있다.

이와 같이 본 발명에 의한 측정장치는 특히 2륜 차량용의 유량 및 유속 등의 측정장치, 즉 2륜 차량용 엔진의 흡기를 측정하는 장치로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.

본 발명의 기술적사상의 범주내에서 실시형태 및 상세를 변경하여 다양한 변경이 이루어질 수 있다는 것은 당해 분야의 전문가에게 명백하며, 이러한 변경은 첨부된 청구범위에서 청구하는 기술적사상 및 범위에 포함된다.

본 발명에 의하면, 제조가 용이하고 검출정밀도가 우수한 유량 및 유속 측정장치가 제공된다.

Claims (32)

1. 검출대상인 주류관내의 흐름의 일부가 도입되는 분류관과,

   상기 분류관내의 흐름에 쐬어어 유속 및 유량을 검출하는 검출소자와,

   상기 분류관내에 형성되며, 상기 검출대상의 흐름이 상기 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치도록 분류관내에 흐르는 검출대상의 흐름방향을 변화시키는 방향전환부를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 방향전환부는 분류관에 형성된 오목형상의 변곡부를 가지며,

   상기 검출소자가 상기 분류관내의 흐름방향이 반전되는 상기 변곡부의 중심에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 분류관내에 형성되는 유로가 변곡부의 저면에서 스로틀되거나 좁아지게 되어 분류관내에 흐르는 검출대상의 유속이 변곡부의 저면에서 가장 빠르게 되며,

   상기 검출소자가 변곡부의 저면에 배치되는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 방향전환부는 상기 검출소자의 상류측에 형성된 분류관의 내벽에서 검출소자를 향하여 경사져 있으며,

   검출대상이 경사벽을 따라 흘러서 검출소자에 부딪치는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 방향전환부는, 검출소자의 적어도 상류측에 형성된 분류관의 역아치형상을 가지며,

   검출대상이 경사벽을 따라 흘러서 검출소자에 부딪치는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   경사진 내벽은 검출대상의 흐름방향을 반전시키는 오목곡면의 일부인 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
7. 청구항 1에 있어서,

   흐름분리부는 분류관의 유로의 중간에 배치되며 검출소자의 상류측에서 형성되고,

   상기 흐름분리부는 흐름을 분리시키는 에지가 있어 경사면, 오목곡면 또는 검출소자를 향하여 에지로부터 연장된 평면을 형성하는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
8. 청구항 1에 있어서,

   상기 검출소자가 상기 분류관의 관벽내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
9. 청구항 1에 있어서

   상기 검출소자가 상기 분류관내의 흐름 중에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
10. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자의 검출면이, 상기 검출면 근방의 유로면과 동일한 평면상에 있지 않는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
11. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자의 검출면이 상기 검출면 근방의 유로면에서 0.05∼0.5㎜ 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
12. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자를 상기 분류관에 부착하기 위한 지지체를 가지며,

    상기 검출소자가 상기 지지체의 표면에서 0.05∼0.5㎜ 돌출되게 상기 지지체에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
13. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자는 검출소자 근방의 인접면에서 돌출되는 검출소자의 1/25 높이 이하 및 2㎛ 이하의 표면경도를 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
14. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자에 대향하는 상기 분류관의 유로면이 분류관의 유로를 좁히도록 상기 검출소자를 향하여 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
15. 청구항 14에 있어서,

    상기 검출소자에 대향하는 상기 분류관의 유로면이 상기 검출소자를 향하여 곡면형상 또는 다각형상으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
16. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자의 상류에 위치한 분류관의 유로의 직경이 상류측에서 검출소자의 위치를 향하여 점차 축소되고, 상기 검출소자의 하류에 위치한 분류관의 유로 직경이 검출소자의 위치에서 검출소자의 하류측을 향하여 점차 확대되는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
17. 청구항 16에 있어서,

    상기 분류관의 도출구 및/또는 상기 검출소자의 상류에 위치한 도입구 근방방에, 분류관의 유로직경을 확대시킴ㅇ로써 분류관내로 흐르는 측정대상물과 함께 유입되는 이물질 등을 모으는 체류부가 형성된 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
18. 청구항 1에 있어서,

    상기 분류관내의 흐름이, 유속을 증가시키기 위해서 좁게 형성한 부분에서 상기 검출소자의 검출면이 쐬이도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
19. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자의 상류측과 하류측의 유로가 기본적으로 중앙에서 대칭으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
20. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자와 상기 분류관이 별체로 형성되며, 상기 검출소자와 상기 분류관이 서로 착탈가능하게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
21. 청구항 1에 있어서,

    상기 분류관의 관벽에 관통된 창부가 형성되어 있는 것,

    상기 검출소자가 상기 분류관과 별체로 형성된 지지체에 이 지지체의 표면보다 돌출되게 지지되어 있는 것,

    상기 관통된 창부를 통해서 상기 검출소자가 상기 분류관내로 돌출되도록, 상기 지지체와 상기 분류관이 서로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
22. 청구항 1에 있어서,

    상기 분류관내에 흐름이 좁아지는 부분과 흐름이 변향되는 부분이 형성되며,

    상기 흐름이 좁아지는 부분의 하류에 있어서, 상기 흐름이 변향되는 부분 또는 상기 흐름이 변향되는 부분의 하류측 근방에 상기 검출소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
23. 청구항 1에 있어서,

    상기 흐름에 관한 양은 적어도 유량 및/또는 유속을 포함하며, 상기 검출소자의 온도에 의거하여 검출되는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
24. 청구항 1에 있어서,

    상기 검출소자의 상류측 및 하류측에 상기 흐름제어수단이 형성되며,

    상기 분류관의 도입구에서 도출구를 향하여 흐르는 순류 및 상기 도출구에서 도입구를 향하여 흐르는 역류 모두에 대하여 흐름에 관한 양을 검출하는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
25. 청구항 1에 있어서,

    도입된 흐름은, 분류관내의 검출소자 주변을 순환하여 그 도출흐름방향에 반향되기 위하여 그 흐름방향을 반전시키는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
26. 청구항 1에 있어서,

    2륜 차량에 탑재되는 내연기관에 적용시키는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
27. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는 분류관과,

    상기 분류관의 벽부에서 상기 분류관내의 흐름에 쐬이어 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와,

    상기 분류관내에 형성되어 상기 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 흐름제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
28. 검출대상인 주류관내의 흐름을 도입하여 이 흐름을 상기 주류관 외부로 빼내는 분류관과,

    상기 분류관의 상기 주류관 외부로 돌출되어 있는 부분에 배치되어 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와,

    상기 분류관내에 형성되어 상기 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 흐름제어수단을 가지는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
29. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는 분류관과,

    상기 분류관내의 흐름에 쐬이어 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와,

    상기 분류관내에 형성되어 상기 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 흐름제어수단을 가지며,

    상기 검출면이 이 검출면 근방의 유로면보다 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
30. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되는 분류관과,

    상기 분류관내의 흐름에 쐬이도록 지지체를 통해서 상기 분류관에 부착되어 흐름에 관한 양을 검출하는 검출소자와,

    상기 분류관내에 형성되어 상기 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 흐름제어수단을 가지며,

    상기 검출면이 상기 검출소자의 지지체의 표면보다 돌출되도록, 상기 검출소자가 상기 지지체에 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
31. 검출면을 포함하는 검출소자 및 검출관과,

    상기 검출관으로 측정대상관의 흐름의 일부를 도입하는 수단과,

    상기 검출관내에 도입된 흐름을 상기 검출관내에서 변향시키는 수단으로 구성되며,

    상기 검출관내의 상기 흐름이 변향되는 부분에, 상기 검출관내에 도입된 흐름이 그 검출면에 대하여 경사져서 부딪치도록 검출소자가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 및 유속 측정장치.
32. 검출대상인 주류관내의 흐름이 도입되며, 상기 도입된 흐름을 변향시키는 변곡부를 구비하며, 상기 변곡부에 창부가 형성되어 있는 분류관과,

    상기 창부내에서 상기 분류관내의 흐름에 쐬이도록 지지체를 통해서 상기 분류관에 부착되며, 흐름에 관한 양을 검출하기 위한 검출소자와,

    상기 분류관내에 형성되어 상기 검출소자의 검출면에 경사져서 부딪치는 것 같은 흐름을 형성하는 흐름제어수단을 가지며,

    상기 지지체가 상기 검출소자를 구동 내지 제어하기 위한 회로기판을 포함하는 것,

    상기 지지체와 상기 분류관이 서로 착탈가능하게 부착되어 있는 것을 특징으로 하는유량 및 유속 측정장치.