JPH04145372A - 流速センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、気体の流速を測定する流速センサに係わり、
特にダイアフラム構造の流速センサに間するものである
。

［従来の技術］ 一般に気体の流速測定には、各種の構造の流速センサが
提案されており、その１つとして例えば特開昭６０−１
４２２６８号公報には、半導体製造技術を用いて製作さ
れた熱式流速センサが提案されている。この熱式流速セ
ンサは、第５図に要部拡大平面図で示すように半導体基
板１にこの半導体基板］と熱的に絶縁する空隙部２を介
して薄膜状のブリッジ部３が形成されており、このブリ
ッジ部３上の表面中央部にはヒータエレメント４および
このヒータエレメント４の両側に熱感知用の測温抵抗エ
レメント５．６が形成されて構成されている。なお、７
は空隙部２に連通された開口である。

このように構成される流速センサは、ヒータエレメント
４に電流を流して加熱し、気体の流れの中に置いたとき
に矢印方向８から気体が移動すると、上流側の測温抵抗
エレメント５は気体の流れよって冷却されて降温し、一
方、下流側の測温抵抗エレメント６は温度が上昇する。

この結果、上流側の測温抵抗エレメント５と下流側の測
温抵抗エレメント６との間に温度差が生じ、抵抗値が２
化する。このため、上流側の測温抵抗ニレメン５と下流
側の測温抵抗エレメント６とをホビー１ストンブリツジ
回路に組み込み、その抵抗値の２化を電圧に変換するこ
とにより、気体の流速にシした電圧出力が得られ、その
結果、気体の流速上検出することができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の流速センサにおいて、ヒータエレ
メント４の両側に配置された測温紙ｔエレメント５，６
はその全体形状がヒータニレ２ント４とほぼ同等の矩形
状を有して形状されてしるので、矢印方向８からの例え
ば秒速２ｃｍ程列の低流速の気体の流れに対して発生し
たヒータエレメント４を中心とする円弧状の温度分布状
態σ変化を効果的に検出できないという問題があ−た。

［課題を解決するための手段］ このような課題を解決するために本発明によ２流速セン
ナは、発熱体部を構成する抵抗体パターンの長さ方向端
部の抵抗値を抵抗体パターン中央部よりも大きくしたも
のである。

［作用］ 本発明による流速センサにおいては、ダイアフラム部に
形成された発熱体両側の温度分布状態が発熱パターンの
長さ方向にほぼ平行に形成される。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明による流速センサの一実施例による概略
構成を説明する平面図であり、前述の図と同一または相
当部分には同一符号を付しその説明は省略する。同図に
おいて、半導体基板１の表面中央部分には、この半導体
基板１に対して空隙部２を介して熱的に絶縁された薄肉
状のダイアフラム部３ａが形成されており、このダイア
フラム部３ａの中央部分には、ヒータエレメント４ａが
形成され、さらにこのヒータエレメント４ａの両側には
それぞれ独立した測温抵抗エレメント５゜６が形成され
ている。また、この半導体基板ｌ上の表面には、この半
導体基板１のエツチングのための多数のスリット１１が
開設され、ヒータエレメント４ａおよび測温抵抗エレメ
ント５．６の周辺部を、その半導体基板ｌの表面に開設
された多数の細かいスリット１１を介して例えば異方性
エツチングを行うことにより、内側に逆台形状の空気ス
ペースを有する空隙部２が形成されている。これによっ
てこの空隙部２の上部には、半導体基板１からダイアフ
ラム状に空間的に隔離され、この半導体基板１からヒー
タエレメント４ａおよび両側の測温抵抗エレメント５．
６が熱的に絶縁されて支持されたダイアフラム部３ａが
形成される構造となっている。なお、’ｌｌｘ、１ｌｚ
１１３．１１４．１１５はダイアプラム部３ａにおいて
、風上側から風下側に向かって各測温抵抗エレメント５
．ヒータエレメント４ａ、測温抵抗エレメント６の配列
前後に空隙部２と連通して連続的に開設されたスリット
部である。そして、ダイアフラム部３ａの上流側測温抵
抗エレメント５と下流側測温抵抗エレメント６との間に
配置されたヒータエレメント４ａは、第２図に要部拡大
平面図で示すようにその抵抗体パターンの中央部では直
線状に形成され、長手方向端部では複数回折り返されて
形成されるパターン形状を有して形成されている。また
、このダイアフラム部３ａに設けられた上流側測温抵抗
エレメント５および下流側測温抵抗エレメント６は、気
体の流れる矢印方向８と交差する長手方向の抵抗体パタ
ーンが風上側から風下方向に向かってほは等間隔で配置
して形成されおり、全体の外形形状がいずれも矩形状を
有し、ヒータエレメント４ａを中心として左右対称に配
置されている。

このような構成によると、上流側の測温抵抗エレメント
５および下流側の測温抵抗エレメント６がそれぞれ全体
形状が矩形状に形成され、各上流側測温抵抗エレメント
５と下流側測温抵抗エレメント６との間に、長手方向両
端部が複数回折り返して形成された１字状のヒータエレ
メント４ａを配置したことにより、ヒータエレメント４
ａの両端側で中央部よりも抵抗値が太き・くなる、−と
によって発熱値が増大１−１、第３図（ａ）に示すよう
（、＝　シータ、工）／プント４ａの抵抗体パターンに
平行となる矩形状の温度分布■へが得られる。つまり従
来のし一タ工１／メン斗・１では、その形状が第３図（
［））に不ずようにほぼ直線状を有Ｉ７ていｌ：のて、
その両端側の発熱暇の一部が半導体基板１の厚内部に近
接している１−とから、吸熱され易くなり、第３図（ｂ
）に示すような湾曲状の温度分布ｌ〕２となる。したが
って第３図（ａ、　）に示すような１−一−タエレメン
ト４ａの抵抗体パターン長とほぼ平行となる矩形状の温
度分布Ｐ、が得られることにより、矢印方向８からの気
体の流れに対１〜て両側の測温抵抗工１／メン１−・５
゜６に温度が高い部分と低い部分との差が少なくなり、
ダイアフラム部３ａ上において均一な温度分布が形成さ
れることになる。したがって温度変化の小さい低流速域
において温度変化を効率良く検出できるｊ−、め、検出
感度を向トさぜることができる。まｔ：５温度の高い部
分における測温抵抗工１・・メン）−５，６の初期温度
が低く抑えられ、ダストの付着による検出誤差および測
温抵抗子」／メツ１〜５，６間のＴＣＲミスマツチドリ
フ）−による出力誤差の発生などがなくなる。：ｔｆ、
ヒー・りＪルメン□＃４ａのダイアフラム部３　ａ、−
ｉＩに形成される温度分布が均一となるので、測温抵抗
エレメント５．６の全体形状を温度分布に対応しノ；、
。半円状も１−７＜は台形状Ｃ＝影形成る必要がなくな
り、所定の抵抗値が得られ易い、つまり抵抗値の設定が
容易でかつシンプルな矩形状で高感度の流速検出が可能
となる。さらに第１図に示すようにヒータエレメント４
ａと周囲測温抵抗ニレメンｌ＝　９の’Ｖモンとを半導
体基板１−１で共通接続し、］個の電極端子と［７てｍ
成することＧ、−よ′す、流速センサから取り出される
配線リードを１本減らすことができる。まｆ：：、第１
図に示ずし一タエレメン）−４ａの中央部にスリ７（−
部１１３を設けたり、もしくは間隔を広げたりする、二
とにより、ピータエレメント４ａを」二流側と下流側と
に均等に２分割することによつ−て気体の流れによるヒ
ータニレメン１〜４ａの」−流部分と下流部分とて゛温
度差が人きくなり、これに伴って上流ｆｓ測温抵抗工１
．メント５と下流側測温抵抗エレメント６との温度差が
大きくなり、流速検出の感度向上効果が得られる。また
、ヒータエレメント・４ａの温度を低く１−でもノーマ
ルヒータとは、ぼ同等の感度が得られるので、ヒータニ
レメン１〜４ａの封合を長くすることができる。

ま１．：、第４図に示すようなパターン形状にヒータエ
し・メン１−４ｂを構成ｌ−ても前述と全く同様の効果
が得られる。

なお、前述した実施例においては、半導体基板の一部に
空隙部を設けて形成した薄膜部構造を、ダイアフラム構
造とした場合について説明１−なか、本発明はこれに限
定されるものではなく、マイクロブリッジ構造に適用し
ても前述とほぼ同等の効果が得られることは言うまでも
ない。

また、前述した実施例においては、基台と［−で半導体
基板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えばアルミニウム７スデン
レスなどの金属基板を用い、ダイアフラム部をＳ　ｉ　
Ｏ２、Ｓ　１３Ｎ　４などの絶縁膜を形成しても上述と
同様に効果が得られることは言つまでもない９ さらに前述した実施例において、薄膜部構造は、エツチ
ングにより形成ＬＱ場合について説明したが、本発明は
、これに限られるものではなく、エンドミルレーザなど
による加工形成した構造でも良く、また、基板とダイア
フラム部とを別々に製作し、両者を張り合わせて形成し
た構成でも同様な効果が得られることはことは言うまで
もない。

［発明の効果］ 以」二、説明ｊ−たように本発明による流速センサによ
れば、測温抵抗体間に配置される発熱体の抵抗体パター
ンの長さ方向端部の抵抗値を中央部よりも大きく１〜た
ことにより、薄膜部に形成される温度分布が発熱体の抵
抗パターン長どほぼ平行に形成されるので、両側の測温
抵抗体の全体形４ｋがほぼ矩形状に形成でき、これによ
って抵抗値の設定が容易となるので、高感度の流速検出
が可能となる、また、測温抵抗体の長手方向の温度分布
が均一となるので、測温抵抗体が「＜」の字型であって
も全ての部分おいて気体の流れによる温度変化が起こる
ため、低流速域における検出感度を大幅に向上させるこ
とができる。さらに測温抵抗部のヒータに近い部分の極
端な温度上昇が防止できるため、ダストの付着による影
響および測温抵抗体間の温度係数（ＴＣＲ）ミスマツチ
ドリフトなどの影響を受けにくくなり、検出感度をさら
に向上させることができるなどの極めて優れた効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による流速センサの一実施例による構成
を示す概略平面図、第２図は第１図の要部拡大平面図、
第３図は従来および本発明による流速センサの効果を説
明する平面図、第４図は本発明による流速センナの他の
実施例による構成を示すダイアフラム部分の拡大平面図
、第５図は従来の流速センサの構成を示す要部平面図で
ある。 １・・・・半導体基板、２・・・・空隙部、３ａ・・・
・ダイアフラム部、４ａ、４ｂ・・・・ヒータエレメン
ト、５・・・・上流側測温抵抗エレメント、６・・・・
下流側測温抵抗エレメント、８・・・・矢印方向、９・
・・・周囲測温抵抗エレメント、１１・・・・スリット
、１１１゜１１２．１１３．１１４．１１５　・・・・
スリット部。 特　許　出　願　人　　山武ハネウェル株式会社代　理
　人　山川政樹

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄肉状に
   形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に気
   体の流れる方向と交差して形成された発熱体と、前記発
   熱体の両側にそれぞれ形成された測温抵抗体とを備え、
   前記発熱体部を構成する抵抗体パターンの長さ方向端部
   の抵抗値を中央部よりも大きくしたことを特徴とする流
   速センサ。
2. （２）請求項１において、前記抵抗体パターンの長さ方
   向端部を前記測温抵抗体に近接配置したことを特徴とす
   る流速センサ。