NL8702229A - Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter. - Google Patents

Description

>

RICHTINGSGEVOELIGE STROOMSNELHEIDSMETER

De uitvinding heeft betrekking op een richtingsgevoelige stroomsnel-heidsmeter voor gassen of vloeistoffen, welke een halfgeleidersubstraat bevat, waarop tenminste één thermokoppel is aangebracht, waarbij de verbindingslijn van de uiteinden van elk thermokoppel zich in de 5 richting van een snelheidscomponent van de stroom uitstrekt, en een verwarmingsorgaan voor het opwekken van een snelheidsafhankelijk temperatuursverschil in het stromingsmedium in de lengterichting van genoemd(e) thermokoppel(s) en dientengevolge van een snelheidsafhankelijke thermospanning tussen de uiteinden van het (de) thermo-10 koppel(s).

Een dergelijke stroomsnelheidsmeter is bekend uit het amerikaanse octrooischrift nr. 4.373.386. Hier bestaat het thermokoppel uit twee geleidende strippen welke verbonden zijn met telkens het ene uiteinde van twee evenwijdig verlopende onderling geïsoleerde stroken, waarvan 15 de ene strook een halfgeleider van het P-type is en de andere strook van het N-type, terwijl beide stroken aan hun andere uiteinden door middel van een metaallaag met elkaar verbonden zijn. Ten weerszijden van deze stroken is een verwarmingsorgaan aangebracht, dat zijn warmte afstaat aan het over het thermokoppel gevoerde stromingsmedium. Hierdoor 20 ontstaat een temperatuursverschil tussen de beide uiteinden van de halfgeleidende stroken, waardoor de spanningssprongen tussen de half-geleidende stroken en de metaallaag resp. de metalen strippen verschillend zijn, zodat tussen de metalen strippen een thermospanning optreedt, die afhankelijk is van de snelheid van het stromingsmedium. Door het 25 passieve karakter van het thermokoppel is de spanning bij gelijke temperatuur van de uiteinden altijd gelijk aan nul, d.w.z. dat er geen "offset" kan optreden. Voor een snelheidsmeting in richtingen afwijkend van de lengterichting van het thermokoppel worden hier twee afzonderlijke substraten toegepast.

30 Volgens een kenmerk van de uitvinding is in een tweedimensionale uitvoering voor elke dimensie tenminste één thermokoppel aanwezig en staan de verbindingslijnen van de uiteinden van elk thermokoppel, 8702228 ------ _ > 2 althans ten naaste bij, loodrecht op elkaar. Het voordeel hiervan is, dat slechts één substraat nodig is, waardoor de uitvoering zeer eenvoudig wordt. Tevens is het aanbrengen van geleidende sporen voor het verbinden van de thermokoppels en andere componenten aanzienlijk 5 gemakkelijker geworden, daar ze zich nu op één substraat bevinden.

De vorm van het thermokoppel tussen de twee uiteinden kan elke willekeurige zijn, daar de uitgangsspanning van het thermokoppel slechts bepaald wordt door het temperatuursverschil tussen deze uiteinden. Zo kunnen deze thermokoppels bijvoorbeeld halfcirkelvormig zijn uitgevoerd, 10 waarbij de cirkelbogen althans gedeeltelijk concentrisch zijn, mits het temperatuursverschil tussen de uiteinden bij een snelheid van het stromingsmedium gelijk aan nul eveneens gelijk nul is. Ook is het mogelijk de thermokoppels elk langs één van twee loodrecht op elkaar staande randen van een bij voorkeur vierkant substraat aan te brengen.

15 Volgens een verder kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnel-heidsmeter volgens de uitvinding bevinden de uiteinden van elk thermokoppel zich bij de rand van het halfgeleidersubstraat. Daar het stromingsmedium de rand van het halfgeleiderssubstraat het sterkst afkoelt, wordt daardoor het temperatuursverschil tussen de uiteinden van 20 de thermokoppels het grootst, en daardoor de Spanning van de thermokoppels.

Volgens een ander kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnelheids-meter is voor elke dimensie tenminste één thermokoppel aanwezig, waarbij elk thermokoppel uit twee delen bestaat, welke in eikaars verlengde 25 liggen en in serie geschakeld kunnen zijn, waarbij de voor beide dimensies bij voorkeur gelijke thermokoppels kruisvormig op het halfgeleidersubstraat zijn aangebracht. Hiermede wordt een tweezijdig symmetrische opstelling verkregen met gelijke eigenschappen voor beide snelheidscomponenten.

30 Volgens een ander kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnelheids-meter volgens de uitvinding zijn voor elke dimensie tenminste twee, bij voorkeur gelijke thermokoppels aanwezig, welke zich evenwijdig aan elkaar uitstrekken en in serie geschakeld kunnen zijn, waarbij de thermokoppels tesamen een rechthoek insluiten. Het voordeel hiervan is, 35 dat een tweezijdig symmetrische opstelling verkregen wordt met gelijke 8702229 ί 3 = eigenschappen voor beide snelheidscomponenten met één grote vrije ruimte voor het aanbrengen van geleidende sporen en andere componenten.

Volgens een ander kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnelheids-meter volgens de uitvinding zijn op de door de thermokoppels vrijgelaten 5 opppervlakken van het halfgeleidersubstraat verwarmingsorganen aangebracht. Een dergelijk verwarmingsorgaan kan bijvoorbeeld bestaan Uit een transistor of uit een geïntegreerde passieve weerstand.

Volgens een verder kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnel-heidsmeter volgens de uitvinding zijn de verwarmingsorganen symmetrisch 10 ten opzichte van het middelpunt van het halfgeleidersubstraat aangebracht. Hiermede wordt bereikt, dat bij een stroomsnelheid gelijk aan nul de warmteverdeling over het halgeleidersubstraat tweezijdig symmetrisch is, waardoor de uitgangsspanningen van de thermokoppels nul worden.

15 Volgens weer een kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnelheids-meter, volgens de uitvinding is in minstens twee der door de kruisvormig opgestelde thermokoppels ingesloten quadranten een verwarmingsorgaan aangebracht.

Volgens weer een ander kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnel-20 heidsmeter volgens de uitvinding is in de ingesloten rechthoek minstens één verwarmingsorgaan aangebracht. Als gevolg hiervan wordt de symmetrie voor de beide snelheidscomponenten nog verder verbeterd en de verbindingen van de componenten nog eenvoudiger.

Volgens nog een verder kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnel-25 heidsmeter volgens de uitvinding is elk thermokoppel als thermozuil uitgevoerd. Daar de thermozuil uit een aantal in serie geschakelde thermokoppels bestaat wordt het uitgangssignaal een gelijk aantal malen groter en dus de gevoeligheid van de meter.

Volgens nog een ander kenmerk van een richtingsgevoelige stroomsnel-30 heidsmeter volgens de uitvinding is de electronische schakeling o.a. voor de verwerking van de thermokoppelspanningen en/of de voeding van de verwarmingsorganen geheel of gedeeltelijk op de tussen de thermokoppels vrijgelaten oppervlakken van het substraat aangebracht. Het resultaat is een zeer compacte stroomsnelheidsmeter, die in massa vervaardigd kan 35 worden en met een uitgangssignaal dat, indien gewenst, van een standaardtype interface kan worden voorzien.

8702229 ί · 4

Een en ander zal nu bij wijze van voorbeeld nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuurbeschrijving waarin:

Fig.1. een halfgeleidersubstraat met een willekeurige vorm van de 5 thermokoppels»

Fig.2. een halfgeleidersubstraat met rechte thermokoppels langs de randen van het substraat»

Fig.3. een halfgeleidersubstraat met kruisvormig opgestelde thermokoppels, 10 Fig.4. een halfgeleidersubstraat met thermokoppels als zijden van een rechthoek en

Fig.5. de opbouw van een thermozuil toont.

In figuur 1 zijn op het halfgeleidersubstraat 1 twee thermokoppels 15 2 resp. 3 aangebracht voor de stromingscomponenten 4 resp. 5, waarvan de verbindingslijnen van de uiteinden 6 en 7 loodrecht op elkaar staan, terwijl de uiteinden 8, 9, 10 en 11 van elk thermokoppel zich bij de rand van het halfgeleidersubstraat 1 bevinden. De vorm van deze thermokoppels is hier vrijwel die van een halve cirkel, doch kan in wezen elke 20 willekeurige vorm zijn, daar de uiteindelijke spanning slechts bepaald wordt door het temperatuursverschil tussen de uiteinden 8 en 9, resp. 10 en 11, Deze thermokoppels worden bij voorkeur in het halfgeleidersubstraat 1 geïntegreerd als P- of N-gedoteerde stroken, welke aan weerszijden verbonden zijn met metalen geleiders van bijvoorbeeld 25 opgedampt aluminium. Het verwarmingsorgaan 12 is hier in het midden van het halfgeleidersubstraat 1 aangebracht terwijl de resterende ruimte voor de electronische schakeling voor het verwerken van de thermokoppel-spanningen beschikbaar is. De geleidende sporen, die de componenten verbinden zijn eveneens op het substraat aangebracht in de overblijvende 30 ruimte, terwijl één of meer randen zijn voorzien van de nodige aansluitingen.

In figuur 2 zijn op het halfgeleidersubstraat 21 de twee thermokoppels 22 resp. 23 voor de stromingscomponenten 24 resp. 25, welke thermokoppels hier recht zijn uitgevoerd, langs de randen van het 35 halfgeleidersubstraat 21 aangebracht, terwijl de uiteinden 28, 29 resp. 30, 31 zich uiteraard ook bij de rand bevinden. Het verwarmingsorgaan 32 8702228 5 Ί is wederom in het midden van het halfgeleidersubstraat 21 aangebracht, terwijl de overblijvende ruimte weer beschikbaar is voor het aanbrengen van een electronische schakeling.

In figuur 3 zijn op het halfgeleidersubstraat 41 twee delen van een 5 thermokoppel 42 resp. 43 aangebracht welke in eikaars verlengde liggen en behoren bij de snelheidscomponent 44 en twee delen van een thermokoppel 45 resp. 46 die eveneens in eikaars verlengde liggen, behorende bij de snelheidcomponent 47. Ter weerszijden van de thermokoppels 42, 43, 45 en 46 zijn verwarmingsorganen in de quadranten 48, 49, 50 en 51 10 aangebracht ter verwarming van het stromingsmedium, terwijl de benodigde electronische schakeling zich hier eveneens kan bevinden.

Figuur 4 toont een halfgeleidersubstraat 61, waarop zich voor elke dimensie of richtingscomponent 64 resp. 67 twee zich evenwijdig aan elkaar uitstrekkende als thermozuilen uitgevoerde thermokoppels 62 en 63 15 resp. 65 en 66 bevinden, terwijl het gebied 68 tussen de thermokoppels 62, 63, 65 en 66 kan worden gebruikt voor het aanbrengen van één of meer verwarmingsorganen en voor een electronische schakeling voor de verwerking van de uitgangssignalen van de thermokoppels, waarbij de warmte ontwikkeld door deze schakeling de warmte van de verwarmingsorganen 20 eventueel geheel of gedeeltelijk kan vervangen.

Tn figuur 5 tenslotte is aangegeven hoe een aantal thermokoppels tot een thermozuil wordt verenigd. De thermokoppels worden hier gevormd door een aantal in een Si-laag geïntegreerde van elkaar elektrisch gescheiden stroken 71 en 72 te verbinden door middel van aluminium banen 73, 74 en 25 75.

8702229

Claims (10)

1. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter voor gassen of vloeistoffen, welke een halfgeleidersubstraat bevat, waarop tenminste één thermokoppel is aangebracht, waarbij de verbindingslijn van de uiteinden van elk thermokoppel zich in de richting van een snelheidscomponent van de 5 stroom uitstrekt, en een verwarmingsorgaan voor het opwekken van een snelheidsafhankelijk temperatuursverschil in het stromingsmedium in de lengterichting van genoemd(e)thermokoppel(s) en dientengevolge van een snelheidsafhankelijke thermospanning tussen de uiteinden van het (de) thermokoppel(s) met het kenmerk, dat in een tweedimensionale uitvoering 10 voor elke dimensie tenminste één thermokoppel aanwezig is en de verbindingslijnen van de uiteinden van elk thermokoppel, althans ten naaste bij, loodrecht op elkaar staan.

2. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de uiteinden van elk thermokoppel zich bij de rand van 15 het halfgeleidersubstraat bevinden.

3. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor elke dimensie tenminste één thermokoppels aanwezig is, waarbij elk thermokoppel uit twee delen bestaat, welke in eikaars verlengde liggen en in serie kunnen zijn geschakeld, waarbij de voor 20 beide dimensies bij voorkeur gelijke thermokoppels kruisvormig op het halfgeleidersubstraat zijn aangebracht.

4. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voor elke dimensie tenminste twee, bij voorkeur gelijke, thermokoppels aanwezig zijn, welke zich evenwijdig aan elkaar 25 uitstrekken en in serie geschakeld kunnen zijn, waarbij de thermokoppels tesamen een rechthoek insluiten.

5. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat op de door de thermokoppels vrijgelaten oppervlakken van het halfgeleidersubstraat verwarmingsorganen zijn 30 aangebracht.

6. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de verwarmingsorganen symmetrisch ten opzichte van het middelpunt van het halfgeleidersubstraat zijn aangebracht. 8702229 7 » t

7. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat in minstens twee der door de kruisvormig opgestelde thermokoppels ingesloten quadranten een verwarmingsorgaan is aangebracht.

8. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat in de ingesloten rechthoek minstens één verwarmingsorgaan is aangebracht.

9. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens een der voorgaande conclusies, roet het kenmerk, dat elk thermokoppel als thermozuil is 10 uitgevoerd.

10. Richtingsgevoelige stroomsnelheidsmeter volgens een der voorgaande conclusies, roet het kenmerk, dat de elektronische schakeling voor de verwerking van de thermokoppelspanningen en/of de voeding van de verwarmingsorganen geheel of gedeeltelijk op de tussen de thermokoppels 15 vrijgelaten oppervlakken van het substraat is aangebracht. 8702.229