JPH04295768A - 流体検出装置 - Google Patents
流体検出装置Info
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- JPH04295768A JPH04295768A JP13234591A JP13234591A JPH04295768A JP H04295768 A JPH04295768 A JP H04295768A JP 13234591 A JP13234591 A JP 13234591A JP 13234591 A JP13234591 A JP 13234591A JP H04295768 A JPH04295768 A JP H04295768A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は流体の流れる速度と流
れの方向とを同時に検出する流体検出装置に関するもの
である。
れの方向とを同時に検出する流体検出装置に関するもの
である。
【０００２】従来、この種の装置として図１２、図１３
に示すように、一対の流体案内板５、６が平行になるよ
うにスペーサ７を用いて構成し、その間に流体検出素子
１１を接着した取付け基体３３を設置して流体検出部２
を構成し、それらを支持管４で保持するようにしたもの
がある （オランダ，デルフト工科大学，ビー・ダブ
リュ・ヴアン オウドホイスデン， ジェ・エィチ
・ヒュジング著，“シリコン流体検出器を基本とした電
気式風量計”センサとアクチュエータ，Ａ２１−Ａ２３
１９９０年，４２０〜４２４頁， Ｂ．Ｗ．Ｖａ
ｎ Ｏｕｄｈｅｕｓｄｅｎａｎｄ Ｊ．Ｈ．Ｈｕｉ
ｊｓｉｎｇ， Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎｅｔｈｅｒｌａ
ｎｄｓ：”Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｗｉｎｄ
Ｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ Ｓｉ
ｌｉｃｏｎＦｌｏｗ Ｓｅｎｓｏｒ”，Ｓｅｎｓｏｒ
ｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ．Ａ２１−Ａ２３
（１９９０）４２０−４２４）。流体検出素子１１は、
約６ミリ角の基盤２１（ここではシリコン基盤）にヒー
タ用拡散抵抗４５とこの素子の平均温度測定用の測温ト
ランジスタ４６、および流れによる温度差検出用のサー
モパイル４４ａ、４４ｂ、４４ｃおよび４４ｄが図１４
に示すように配置されたものである。この流体検出素子
１１はセラミック製の取付け基体３３に接着され、この
取付け基体は素子１１の設けられていない面すなわち裏
面を流体にさらすようにして流体案内板５、６の間に設
置される。
に示すように、一対の流体案内板５、６が平行になるよ
うにスペーサ７を用いて構成し、その間に流体検出素子
１１を接着した取付け基体３３を設置して流体検出部２
を構成し、それらを支持管４で保持するようにしたもの
がある （オランダ，デルフト工科大学，ビー・ダブ
リュ・ヴアン オウドホイスデン， ジェ・エィチ
・ヒュジング著，“シリコン流体検出器を基本とした電
気式風量計”センサとアクチュエータ，Ａ２１−Ａ２３
１９９０年，４２０〜４２４頁， Ｂ．Ｗ．Ｖａ
ｎ Ｏｕｄｈｅｕｓｄｅｎａｎｄ Ｊ．Ｈ．Ｈｕｉ
ｊｓｉｎｇ， Ｄｅｌｆｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎｅｔｈｅｒｌａ
ｎｄｓ：”Ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｗｉｎｄ
Ｍｅｔｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ Ｓｉ
ｌｉｃｏｎＦｌｏｗ Ｓｅｎｓｏｒ”，Ｓｅｎｓｏｒ
ｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ．Ａ２１−Ａ２３
（１９９０）４２０−４２４）。流体検出素子１１は、
約６ミリ角の基盤２１（ここではシリコン基盤）にヒー
タ用拡散抵抗４５とこの素子の平均温度測定用の測温ト
ランジスタ４６、および流れによる温度差検出用のサー
モパイル４４ａ、４４ｂ、４４ｃおよび４４ｄが図１４
に示すように配置されたものである。この流体検出素子
１１はセラミック製の取付け基体３３に接着され、この
取付け基体は素子１１の設けられていない面すなわち裏
面を流体にさらすようにして流体案内板５、６の間に設
置される。
【０００３】この流体検出装置の動作は、測温トランジ
スタ４６を用いて素子の平均温度が一定温度高くなるよ
うにヒータ用拡散抵抗４５に電力を与えるとそこで発生
する熱は基盤２１を通して取付け基体３３の流体にさら
されている面に及ぶ。ここで、流体が流れていると、取
付け基体３３の流れの上流側は冷やされ下流側は少し暖
められる。この現象は取付け基体３３、基盤２１を通し
て測温用サーモパイルに及び流れの上流側のサーモパイ
ルと下流側のサーモパイルとの間に起電力が生じる。な
お、図１４において流体検出素子の中で測温用サーモパ
イル４４ａ、ヒータ用抵抗２５、そして測温用サーモパ
イル４４ｂとが配設されている方向を方向Ａとし、流体
の流れ方向を方向Ｂとし、測温用サーモパイル４４ｃ、
ヒータ用抵抗４５、そして測温用サーモパイル４４ｄと
が配設されている方向を方向Ｃとし、方向Ａと方向Ｂが
なす角度をθとし、流体の主流の大きさをＶとすると、
この検出器の測温用サーモパイル４４ａと２４ｂの起電
力の差ｘからｆ（ｘ）＝Ｖ・ｃｏｓθが検出され、測温
用サーモパイル４４ｃと２４ｄの起電力の差ｙからｆ（
ｙ）＝Ｖ・ｓｉｎθが検出される。
スタ４６を用いて素子の平均温度が一定温度高くなるよ
うにヒータ用拡散抵抗４５に電力を与えるとそこで発生
する熱は基盤２１を通して取付け基体３３の流体にさら
されている面に及ぶ。ここで、流体が流れていると、取
付け基体３３の流れの上流側は冷やされ下流側は少し暖
められる。この現象は取付け基体３３、基盤２１を通し
て測温用サーモパイルに及び流れの上流側のサーモパイ
ルと下流側のサーモパイルとの間に起電力が生じる。な
お、図１４において流体検出素子の中で測温用サーモパ
イル４４ａ、ヒータ用抵抗２５、そして測温用サーモパ
イル４４ｂとが配設されている方向を方向Ａとし、流体
の流れ方向を方向Ｂとし、測温用サーモパイル４４ｃ、
ヒータ用抵抗４５、そして測温用サーモパイル４４ｄと
が配設されている方向を方向Ｃとし、方向Ａと方向Ｂが
なす角度をθとし、流体の主流の大きさをＶとすると、
この検出器の測温用サーモパイル４４ａと２４ｂの起電
力の差ｘからｆ（ｘ）＝Ｖ・ｃｏｓθが検出され、測温
用サーモパイル４４ｃと２４ｄの起電力の差ｙからｆ（
ｙ）＝Ｖ・ｓｉｎθが検出される。
【０００４】この従来の装置は、流れの方向Ｂの仰角φ
が約１５度以上の場合には流体案内板５、６の端部より
乱れ４０が発生しそれが検出部に及んでセンサ出力に影
響を与えていた。この乱れ４０の大きさは流体の主流の
速度の大きさや温度などの影響を受けるため、検出の再
現性が悪いという欠点があった。このため、流体の速度
と方向を安定して検出することは困難であった。また、
その素子の動作メカニズムから、比較的速い流れの流体
に対しては検出するものの、その微かな動きに対しては
感応しにくい。すなわち流体検出の感度が低く、かつ応
答性が低い。その上、動作のための消費電力が大きい欠
点がある。
が約１５度以上の場合には流体案内板５、６の端部より
乱れ４０が発生しそれが検出部に及んでセンサ出力に影
響を与えていた。この乱れ４０の大きさは流体の主流の
速度の大きさや温度などの影響を受けるため、検出の再
現性が悪いという欠点があった。このため、流体の速度
と方向を安定して検出することは困難であった。また、
その素子の動作メカニズムから、比較的速い流れの流体
に対しては検出するものの、その微かな動きに対しては
感応しにくい。すなわち流体検出の感度が低く、かつ応
答性が低い。その上、動作のための消費電力が大きい欠
点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、検出素子の感度・応答性の向上、消費電
力の削減等に加え、検出素子が受ける流体の乱れの影響
の排除、流体の流れの方向に対する特性の再現性の改善
である。
とする課題は、検出素子の感度・応答性の向上、消費電
力の削減等に加え、検出素子が受ける流体の乱れの影響
の排除、流体の流れの方向に対する特性の再現性の改善
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明における流体検
出装置は、基板の一部に所定の空間を設けてダイアフラ
ム部を形成し、このダイアフラム部に発熱部および測温
抵抗部を集積することにより流体検出部を形成した２つ
の流体検出素子を、対向面が曲面である一対の流体案内
板の曲面上にそれぞれの最大検出感度の方向がたがいに
交差するように設置したもので、２つの流体検出素子は
一方の流体検出素子を一方の流体案内板に、また他方の
流体検出素子を他方の流体案内板にそれぞれ配設するか
、または２つの流体検出素子を対にした状態で、少なく
とも一方の流体案内板に設けたものである。
出装置は、基板の一部に所定の空間を設けてダイアフラ
ム部を形成し、このダイアフラム部に発熱部および測温
抵抗部を集積することにより流体検出部を形成した２つ
の流体検出素子を、対向面が曲面である一対の流体案内
板の曲面上にそれぞれの最大検出感度の方向がたがいに
交差するように設置したもので、２つの流体検出素子は
一方の流体検出素子を一方の流体案内板に、また他方の
流体検出素子を他方の流体案内板にそれぞれ配設するか
、または２つの流体検出素子を対にした状態で、少なく
とも一方の流体案内板に設けたものである。
【０００７】
【作用】この発明における流体検出装置は、流体を曲面
を持つ案内板により流れを乱すことなく流体検出素子に
導くことで乱れの影響を排除し流体の流れ方向に対する
特性の再現性が改善され、流体検出部においてはその流
体の流速およびその方向を高い感度と速い応答性により
精度良く検出し、しかも小さい消費電力で動作する。
を持つ案内板により流れを乱すことなく流体検出素子に
導くことで乱れの影響を排除し流体の流れ方向に対する
特性の再現性が改善され、流体検出部においてはその流
体の流速およびその方向を高い感度と速い応答性により
精度良く検出し、しかも小さい消費電力で動作する。
【０００８】
【実施例】図１、図２、および図３はこの発明における
流体検出装置１の一実施例を示し、この流体検出装置は
検出部２および制御部３とから構成される。
流体検出装置１の一実施例を示し、この流体検出装置は
検出部２および制御部３とから構成される。
【０００９】そこで流体検出部２の構成について説明す
る。図１、図２または図３において、支持管４の一端は
制御部３に固定され、その他端側すなわち自由端部側に
は一対の流体案内板５、６が設けられる。そして第１の
流体案内板５は支持管４に固定され、また第１の流体案
内板の前方には流れを乱さない様に考慮して太さと本数
が決められた複数のスペーサ７、７によって第２の流体
案内板６が固定される。これによってその一対の流体案
内板はたがいに所定の間隔をおいて平行に固定される。 そして両流体案内板のたがいに対向する面はそれぞれの
周辺から中央部に向かうにしたがってたがいに接近する
ように山形の曲面８、９が形成される。これによって流
体検出部２が構成される。なお、流体案内板５、６の曲
面８、９は必要に応じて球面、非球面曲面、あるいは円
錐状に形成することが可能である。また、この曲面の曲
率は同一である必要はなく、適宜調整が可能である。な
お、その曲面はできるだけ滑らかに製作されることが望
ましい。そして、一対の流体案内板５または６のうちの
いずれか一方の流体案内板、例えば第１の流体案内板５
の他方の流体案内板６と対向する曲面８に一対の流体検
出素子１１と１２が設置される。
る。図１、図２または図３において、支持管４の一端は
制御部３に固定され、その他端側すなわち自由端部側に
は一対の流体案内板５、６が設けられる。そして第１の
流体案内板５は支持管４に固定され、また第１の流体案
内板の前方には流れを乱さない様に考慮して太さと本数
が決められた複数のスペーサ７、７によって第２の流体
案内板６が固定される。これによってその一対の流体案
内板はたがいに所定の間隔をおいて平行に固定される。 そして両流体案内板のたがいに対向する面はそれぞれの
周辺から中央部に向かうにしたがってたがいに接近する
ように山形の曲面８、９が形成される。これによって流
体検出部２が構成される。なお、流体案内板５、６の曲
面８、９は必要に応じて球面、非球面曲面、あるいは円
錐状に形成することが可能である。また、この曲面の曲
率は同一である必要はなく、適宜調整が可能である。な
お、その曲面はできるだけ滑らかに製作されることが望
ましい。そして、一対の流体案内板５または６のうちの
いずれか一方の流体案内板、例えば第１の流体案内板５
の他方の流体案内板６と対向する曲面８に一対の流体検
出素子１１と１２が設置される。
【００１０】つぎにこの流体検出装置１に用いられる流
体検出素子１１と１２の構成について説明する。なお流
体検出素子１１と１２は同一の構成を有するものである
。すなわち図４において、基板２１は例えば単結晶シリ
コンからなる約１．７ミリ角、厚さ約０．７ミリの基板
であり、この基板２１の中央部には空隙部２２が形成さ
れており、この空隙部２２の上部には基板２１から空間
をもって隔離され、結果的に基板２１から熱的に絶縁さ
れたダイアフラム部２３が形成されている。そして、こ
のダイアフラム部２３の表面には薄膜のヒータエレメン
ト２４とそれを鋏むように薄膜の測温抵抗エレメント２
５、２６とが配列されている。また、空隙部２２の形成
されてない基板２１上の表面には薄膜の測温抵抗エレメ
ント２７、および電気配線取り出しのためのボンディン
グパッド２８が形成されている。
体検出素子１１と１２の構成について説明する。なお流
体検出素子１１と１２は同一の構成を有するものである
。すなわち図４において、基板２１は例えば単結晶シリ
コンからなる約１．７ミリ角、厚さ約０．７ミリの基板
であり、この基板２１の中央部には空隙部２２が形成さ
れており、この空隙部２２の上部には基板２１から空間
をもって隔離され、結果的に基板２１から熱的に絶縁さ
れたダイアフラム部２３が形成されている。そして、こ
のダイアフラム部２３の表面には薄膜のヒータエレメン
ト２４とそれを鋏むように薄膜の測温抵抗エレメント２
５、２６とが配列されている。また、空隙部２２の形成
されてない基板２１上の表面には薄膜の測温抵抗エレメ
ント２７、および電気配線取り出しのためのボンディン
グパッド２８が形成されている。
【００１１】この素子の製造方法は例えば、基板２１上
に通常の薄膜形成技術を用いて、例えば酸化シリコンま
たは窒化シリコンなどの絶縁膜層、例えば白金、ニッケ
ル、ニッケル鉄合金などの抵抗体膜層を形成し、フォト
リソグラフィによって抵抗体膜層を所定の抵抗体のパタ
ーンに形成し、さらに保護膜として例えば酸化シリコン
または窒化シリコンなどの絶縁膜層を形成し、その後絶
縁膜層にエッチングのためのスリット２９を開ける。こ
れを例えば水酸化カリウム溶液などを用いて異方性エッ
チングを行なうと、スリット２９を通じて空隙部２２が
形成されるとともにその空隙部２２によって基板２１か
らヒータエレメント２４および測温抵抗エレメント２５
、２６が熱的に絶縁されたダイアフラム部２３が形成さ
れる。これによって流体検出素子１１または１２が構成
される。
に通常の薄膜形成技術を用いて、例えば酸化シリコンま
たは窒化シリコンなどの絶縁膜層、例えば白金、ニッケ
ル、ニッケル鉄合金などの抵抗体膜層を形成し、フォト
リソグラフィによって抵抗体膜層を所定の抵抗体のパタ
ーンに形成し、さらに保護膜として例えば酸化シリコン
または窒化シリコンなどの絶縁膜層を形成し、その後絶
縁膜層にエッチングのためのスリット２９を開ける。こ
れを例えば水酸化カリウム溶液などを用いて異方性エッ
チングを行なうと、スリット２９を通じて空隙部２２が
形成されるとともにその空隙部２２によって基板２１か
らヒータエレメント２４および測温抵抗エレメント２５
、２６が熱的に絶縁されたダイアフラム部２３が形成さ
れる。これによって流体検出素子１１または１２が構成
される。
【００１２】また図５は図４に示す流体検出素子１１ま
たは１２のＶ−Ｖ断面を示している。なお、図５中、符
号３０は基板２１上に形成されるヒータエレメント２４
などの素子を保護するための保護膜である。ダイアフラ
ム部２３は保護膜３０を含めて例えば厚さ１ミクロン程
度に形成されており、端部からの熱伝導による損失は極
めて小さく、流体検出部の熱絶縁が実現されている。
たは１２のＶ−Ｖ断面を示している。なお、図５中、符
号３０は基板２１上に形成されるヒータエレメント２４
などの素子を保護するための保護膜である。ダイアフラ
ム部２３は保護膜３０を含めて例えば厚さ１ミクロン程
度に形成されており、端部からの熱伝導による損失は極
めて小さく、流体検出部の熱絶縁が実現されている。
【００１３】また図６は図５におけるヒータエレメント
および測温抵抗エレメントの温度分布を示している。こ
こで、ヒータエレメント２４を、周囲温度にある測温抵
抗エレメント２７を用いて周囲温度よりもある一定の高
い温度ｔｈ（例えば６０℃：周囲温度基準）に制御する
と、測温抵抗エレメント２５、２６の温度ｔ１、ｔ２は
図６に示すようにほぼ等しくなる。このとき、例えば図
４に示す測温抵抗エレメント２５、ヒータエレメント２
４、および測温抵抗エレメント２６の配設方向、すなわ
ち矢印Ａ方向に流体が移動すると、上流側の測温抵抗エ
レメント２５は冷却されΔｔ１だけ温度が下がる。一方
下流側の測温抵抗エレメント２６は温度がΔｔ２だけ上
昇する、この結果、上流側の測温抵抗エレメント２５と
下流側の測温抵抗エレメント２６との間に温度差が生じ
る。これにより、測温抵抗エレメント２５、２６をホイ
ートストンブリッジ回路に組み込みその温度差を電圧に
変換することにより、流体の流速に応じた電圧が得られ
、これによって流体の流速を検出することができる。 この素子の流体の流れ方向Ｂに対する特性は、方向Ａと
方向Ｂとのなす角度をθ、流体の主流の大きさをＶとす
ると、この流体検出素子はＶ・ｃｏｓθを検出する。し
たがって、測温抵抗エレメント２５、ヒータエレメント
２４、および測温抵抗エレメント２６の配設方向、すな
わち矢印Ａ方向は流体検出素子１１および１２の検出感
度が最大となる方向であり、この明細書においては、こ
れを流体検出素子の最大検出感度の方向とする。なお、
この流体検出素子１１または１２の特徴は、熱絶縁され
た非常に薄いダイアフラム状の検出部を持つため、高感
度、応答速度が速い、かつ非常に低消費電力で動作する
ことである。
および測温抵抗エレメントの温度分布を示している。こ
こで、ヒータエレメント２４を、周囲温度にある測温抵
抗エレメント２７を用いて周囲温度よりもある一定の高
い温度ｔｈ（例えば６０℃：周囲温度基準）に制御する
と、測温抵抗エレメント２５、２６の温度ｔ１、ｔ２は
図６に示すようにほぼ等しくなる。このとき、例えば図
４に示す測温抵抗エレメント２５、ヒータエレメント２
４、および測温抵抗エレメント２６の配設方向、すなわ
ち矢印Ａ方向に流体が移動すると、上流側の測温抵抗エ
レメント２５は冷却されΔｔ１だけ温度が下がる。一方
下流側の測温抵抗エレメント２６は温度がΔｔ２だけ上
昇する、この結果、上流側の測温抵抗エレメント２５と
下流側の測温抵抗エレメント２６との間に温度差が生じ
る。これにより、測温抵抗エレメント２５、２６をホイ
ートストンブリッジ回路に組み込みその温度差を電圧に
変換することにより、流体の流速に応じた電圧が得られ
、これによって流体の流速を検出することができる。 この素子の流体の流れ方向Ｂに対する特性は、方向Ａと
方向Ｂとのなす角度をθ、流体の主流の大きさをＶとす
ると、この流体検出素子はＶ・ｃｏｓθを検出する。し
たがって、測温抵抗エレメント２５、ヒータエレメント
２４、および測温抵抗エレメント２６の配設方向、すな
わち矢印Ａ方向は流体検出素子１１および１２の検出感
度が最大となる方向であり、この明細書においては、こ
れを流体検出素子の最大検出感度の方向とする。なお、
この流体検出素子１１または１２の特徴は、熱絶縁され
た非常に薄いダイアフラム状の検出部を持つため、高感
度、応答速度が速い、かつ非常に低消費電力で動作する
ことである。
【０００４】このようにして構成された流体検出素子１
１と１２を搭載し電気接続をワイアボンド３１によって
行なった例えばセラミック製の取付け基体３３を、図２
に示すように流体案内板５または６の山形の曲面８また
は９の頂部付近に設置する。この際取付け基体３３の端
部と曲面８との間に段差ができないように配慮する。ま
た２つの流体検出素子１１、１２は図７に示すように、
測温抵抗エレメント２５、ヒータエレメント２４、およ
び測温抵抗エレメント２６の配列方向、すなわち最大検
出感度の方向がたがいに交差するように配設される。こ
の図においてはほぼ９０度の角度をもって交差している
。
１と１２を搭載し電気接続をワイアボンド３１によって
行なった例えばセラミック製の取付け基体３３を、図２
に示すように流体案内板５または６の山形の曲面８また
は９の頂部付近に設置する。この際取付け基体３３の端
部と曲面８との間に段差ができないように配慮する。ま
た２つの流体検出素子１１、１２は図７に示すように、
測温抵抗エレメント２５、ヒータエレメント２４、およ
び測温抵抗エレメント２６の配列方向、すなわち最大検
出感度の方向がたがいに交差するように配設される。こ
の図においてはほぼ９０度の角度をもって交差している
。
【００１５】さて、流体検出素子１１の最大検出感度の
方向を方向Ａとし、流体検出素子１２の検出部の配設方
向を方向Ｃとし、方向Ａと方向Ｃとのなす角をψとし、
流体の流れの方向を方向Ｂとしたとき、方向Ａと方向Ｂ
とのなす角をθとし、流体の主流の速度をＶとすると、
流体検出素子１１の測温エレメント２５、２６を含むホ
イートストンブリッジの出力ｘからｆ（ｘ）＝Ｖ・ｃｏ
ｓθが検出され、流体検出素子１２の測温エレメント２
５、２６を含むホイートストンブリッジの出力ｙからｆ
（ｙ）＝Ｖ・ｃｏｓ（θ−ψ）が検出される。これより
下記の計算式によってＶとθが求まる。
方向を方向Ａとし、流体検出素子１２の検出部の配設方
向を方向Ｃとし、方向Ａと方向Ｃとのなす角をψとし、
流体の流れの方向を方向Ｂとしたとき、方向Ａと方向Ｂ
とのなす角をθとし、流体の主流の速度をＶとすると、
流体検出素子１１の測温エレメント２５、２６を含むホ
イートストンブリッジの出力ｘからｆ（ｘ）＝Ｖ・ｃｏ
ｓθが検出され、流体検出素子１２の測温エレメント２
５、２６を含むホイートストンブリッジの出力ｙからｆ
（ｙ）＝Ｖ・ｃｏｓ（θ−ψ）が検出される。これより
下記の計算式によってＶとθが求まる。
【００１６】
【数１】
【００１７】
【数２】
なおψ＝９０°のときには上式は単純化されて
【００１
８】
８】
【数３】
【００１９】
【数４】
【００２０】流体検出部２をこのように構成することで
、流体の流れの方向Ｂの仰角φが１５度以上、約３０度
程度までは流体案内板は流れの乱れ４０を発生させない
ので、流体検出素子１１または１２の角度特性に影響を
与えることがなく再現性良く流体の速度の大きさＶと方
向θを検出することができる。さらに、この流体検出部
の構造は外部からの接触による流体検出素子の破損を防
止する役目もしている。
、流体の流れの方向Ｂの仰角φが１５度以上、約３０度
程度までは流体案内板は流れの乱れ４０を発生させない
ので、流体検出素子１１または１２の角度特性に影響を
与えることがなく再現性良く流体の速度の大きさＶと方
向θを検出することができる。さらに、この流体検出部
の構造は外部からの接触による流体検出素子の破損を防
止する役目もしている。
【００２１】制御部３には、流体検出素子のヒータエレ
メント２４の制御回路、測温抵抗エレメント２５、２６
と接続されるホイートストンブリッジ回路とその増幅回
路、および出力回路等が収められている。制御部からの
出力は例えばパソコン４１やＦＡコントローラなどの表
示、演算、制御装置に接続することができる。
メント２４の制御回路、測温抵抗エレメント２５、２６
と接続されるホイートストンブリッジ回路とその増幅回
路、および出力回路等が収められている。制御部からの
出力は例えばパソコン４１やＦＡコントローラなどの表
示、演算、制御装置に接続することができる。
【００２２】この発明における流体検出装置１は例えば
図８に示すように、自動車４２の塗装ブース４３におい
て主流（上から下に向かう流れ）の中で流速の大きさと
風向を検出する目的で使用される。この応用では、主流
の速度の大きさは３０〜４０ｃｍ／秒であり、検出すべ
き風向の分解能は約２度であり高感度の流体検出装置が
必要とされる。
図８に示すように、自動車４２の塗装ブース４３におい
て主流（上から下に向かう流れ）の中で流速の大きさと
風向を検出する目的で使用される。この応用では、主流
の速度の大きさは３０〜４０ｃｍ／秒であり、検出すべ
き風向の分解能は約２度であり高感度の流体検出装置が
必要とされる。
【００２３】また図９ないし図１１はこの発明の他の実
施例を示すもので、図９および図１０では、一対の流体
案内板５と６の両方の曲面８と９にそれぞれ流体検出素
子１１と１２が設置される。より具体的には、図１１に
示すそれぞれ流体検出素子１１または１２を搭載し電気
接続をワイアボンド３１によって行なった例えばセラミ
ック製の取付け基体３３または３４を、図１０に示すよ
うに流体案内板５または６の山形の曲面８または９の頂
部付近に設置する。この際取付け基体３３の端部と曲面
８との間、および取付け基体３４の端部と曲面９との間
に段差ができないように配慮する。
施例を示すもので、図９および図１０では、一対の流体
案内板５と６の両方の曲面８と９にそれぞれ流体検出素
子１１と１２が設置される。より具体的には、図１１に
示すそれぞれ流体検出素子１１または１２を搭載し電気
接続をワイアボンド３１によって行なった例えばセラミ
ック製の取付け基体３３または３４を、図１０に示すよ
うに流体案内板５または６の山形の曲面８または９の頂
部付近に設置する。この際取付け基体３３の端部と曲面
８との間、および取付け基体３４の端部と曲面９との間
に段差ができないように配慮する。
【００２４】この実施例では、流体検出素子１１または
１２は取付け基体３３または３４から流体中に流体検出
素子１１または１２の厚さだけ突出する形で設置される
。通常はこの突出構造は検出特性に悪影響を与えると考
えられるが、本発明者のおこなった突出構造と非突出構
造との比較実験によれば、本発明の流体検出部２の中に
流体検出素子１１または１２をこのように設置した場合
には検出特性に悪影響がなかったうえに、突出構造の方
が感度が高く、かつ塵埃などの検出部ヘの付着が少ない
という好ましい特性が得られた。また突出構造の方が製
作が容易であり、製作物の間の特性の再現性も良好であ
る。
１２は取付け基体３３または３４から流体中に流体検出
素子１１または１２の厚さだけ突出する形で設置される
。通常はこの突出構造は検出特性に悪影響を与えると考
えられるが、本発明者のおこなった突出構造と非突出構
造との比較実験によれば、本発明の流体検出部２の中に
流体検出素子１１または１２をこのように設置した場合
には検出特性に悪影響がなかったうえに、突出構造の方
が感度が高く、かつ塵埃などの検出部ヘの付着が少ない
という好ましい特性が得られた。また突出構造の方が製
作が容易であり、製作物の間の特性の再現性も良好であ
る。
【００２５】取付け基体３３と３４にはその表面から裏
面につながる電気配線がなされている。裏面から出たリ
ード線３５は図２に示すように支持管４を通して制御部
３に導かれる。また図９、図１０に示すようにスペーサ
７は中空のパイプにより構成され、第２の流体案内板６
側から出たリード線３６は、スペーサ７の中空部を通っ
て、支持管４に入り制御部３に導かれる。なお第１の流
体検出素子１１と第２の流体検出素子１２とは図１１に
示すように、それぞれの最大検出感度の方向ＡおよびＣ
がたがいに交差するように配設される。
面につながる電気配線がなされている。裏面から出たリ
ード線３５は図２に示すように支持管４を通して制御部
３に導かれる。また図９、図１０に示すようにスペーサ
７は中空のパイプにより構成され、第２の流体案内板６
側から出たリード線３６は、スペーサ７の中空部を通っ
て、支持管４に入り制御部３に導かれる。なお第１の流
体検出素子１１と第２の流体検出素子１２とは図１１に
示すように、それぞれの最大検出感度の方向ＡおよびＣ
がたがいに交差するように配設される。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したようにこの発明における流
体検出装置は、流体検出素子がその基板から熱的に絶縁
された微小なダイアフラム部を有することから高感度、
高速応答、かつ低消費電力という特徴を持つ。また、一
対の流体案内板が流体検出素子の取付け面を果たすとと
もに、その上部の空間の乱れ成分の影響を排除し、広い
範囲の流れの仰角φに対して流れを乱すことなく流体検
出素子へ流れを導いて安定した検出を可能にするととも
に、流体検出素子を外部から保護する働きもしている。
体検出装置は、流体検出素子がその基板から熱的に絶縁
された微小なダイアフラム部を有することから高感度、
高速応答、かつ低消費電力という特徴を持つ。また、一
対の流体案内板が流体検出素子の取付け面を果たすとと
もに、その上部の空間の乱れ成分の影響を排除し、広い
範囲の流れの仰角φに対して流れを乱すことなく流体検
出素子へ流れを導いて安定した検出を可能にするととも
に、流体検出素子を外部から保護する働きもしている。
【図１】第１の発明における流体検出装置の検出部の外
観斜視図である。
観斜視図である。
【図２】第１の発明における流体検出装置の検出部の断
面図である。
面図である。
【図３】この発明における流体検出装置を一部断面をも
って示す構成図である。
って示す構成図である。
【図４】この発明における流体検出装置に用いられる流
体検出素子の斜視図である。
体検出素子の斜視図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿って切断し、これを矢印方
向に見た断面図である。
向に見た断面図である。
【図６】第５図に示す流体検出素子のヒータエレメント
および測温抵抗エレメントの温度分布を示す動作説明図
である。
および測温抵抗エレメントの温度分布を示す動作説明図
である。
【図７】図２に示す流体検出部における一対の流体検出
素子の配置を示した平面図である。
素子の配置を示した平面図である。
【図８】この発明における流体検出装置を自動車の塗装
ラインにて使用した状態の構成図である。
ラインにて使用した状態の構成図である。
【図９】この発明における流体検出装置の検出部の他の
実施例を示す外観斜視図である。
実施例を示す外観斜視図である。
【図１０】図９に示す検出部の断面図である。
【図１１】図１９および図１０に示す流体検出部におけ
る流体検出素子の配置を示す正面図である。
る流体検出素子の配置を示す正面図である。
【図１２】従来の流体検出装置の検出部の外観斜視図で
ある。
ある。
【図１３】図１２に示す流体検出装置のの検出部の断面
図である。
図である。
【図１４】図１２および図１３に示す流体検出部に用い
られる流体検出素子の平面図である。なお図中、同一符
号は同一または相当部分を示す。
られる流体検出素子の平面図である。なお図中、同一符
号は同一または相当部分を示す。
１ 流体検出装置
２ 流体検出部
３ 制御部
４ 支持管
５ 流体案内板
６ 流体案内板
７ スペーサ
８ 曲面
９ 曲面
１１ 流体検出素子
１２ 流体検出素子
２１ 基板
２２ 空隙部
２３ ダイアフラム部
２４ ヒータエレメント
２５ 測温抵抗エレメント
２６ 測温抵抗エレメント
２７ 測温抵抗エレメント
２８ ボンディングパッド
２９ スリット
３０ 保護膜
３１ ボンディングワイア
３３ 取付け基体
３４ 取付け基体
３５ リード線
３６ リード線
４１ パソコン
４２ 自動車
４３ 塗装ブース
Ａ 第１の検出素子の最大検出感度の方向Ｂ 流体
の流れ方向
の流れ方向
Claims (2)
- 【請求項１】 基板の−部に所定の空間を設けて薄肉
状に形成されたダイアフラム部を形成するとともに、こ
のダイアフラム部に発熱部と測温抵抗部とを設けること
により流体検出素子を構成し、一方、一対の流体案内板
をたがいにに所定の間隔をおいて対向させ、この流体案
内板の中、少なくともいずれか一方の流体案内板におい
て、他方の案内板と対向する面をこの他方の案内板に向
かって突出する曲面とし、この曲面に上記流体検出素子
を一対を単位としてそれぞれの検出方向がたがいに交差
するように配設したことを特徴とする流体検出装置。 - 【請求項２】基板の一部に所定の空間を設けて薄肉状に
形成されたダイアフラム部を形成するとともに、このダ
イアフラム部に発熱部と測温抵抗部とを設けることによ
り流体検出素子を構成し、一方、一対の流体案内板をた
がいに所定の間隔をおいて対向させ、この流体案内板の
他方の案内板と対向する面をこの他方の案内板に向かっ
て突出する曲面とし、この両曲面にそれぞれ上記流体検
出素子を配設し、その際それぞれの検出方向がたがいに
交差するように配設したことたことを特徴とする流体検
出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13234591A JPH04295768A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 流体検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13234591A JPH04295768A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 流体検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04295768A true JPH04295768A (ja) | 1992-10-20 |
Family
ID=15079175
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13234591A Pending JPH04295768A (ja) | 1991-03-25 | 1991-03-25 | 流体検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04295768A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0720141A (ja) * | 1993-06-30 | 1995-01-24 | Chiyoda Corp | 風向風速計 |
| WO2008116644A3 (en) * | 2007-03-28 | 2009-01-15 | Irdam Inst De Rech S Et Dev Ae | Wind speed and direction measuring apparatus |
| WO2013133048A1 (ja) | 2012-03-07 | 2013-09-12 | オムロン株式会社 | 流体測定装置 |
| JP2018054528A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-05 | ミツミ電機株式会社 | 流向流速測定装置 |
| JP2019215171A (ja) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | ミネベアミツミ株式会社 | センサユニット及び気流測定装置 |
| JP2020008370A (ja) * | 2018-07-05 | 2020-01-16 | 株式会社Ｓｏｋｅｎ | 風状態検出装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5872059A (ja) * | 1981-10-09 | 1983-04-28 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 半導体装置、流量計及びその製造方法 |
| JPS63243885A (ja) * | 1987-03-31 | 1988-10-11 | Sharp Corp | 流速検知装置 |
| JPH01147322A (ja) * | 1987-09-18 | 1989-06-09 | Bronkhorst High Tech Bv | 方向感知型流速指示器 |
| JPH022625B2 (ja) * | 1983-12-07 | 1990-01-18 | Aichi Electric Co Ltd | |
| JPH0257027B2 (ja) * | 1984-05-10 | 1990-12-03 | Goyo Shiko Kk |
-
1991
- 1991-03-25 JP JP13234591A patent/JPH04295768A/ja active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS5872059A (ja) * | 1981-10-09 | 1983-04-28 | ハネウエル・インコ−ポレ−テツド | 半導体装置、流量計及びその製造方法 |
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| KR101313225B1 (ko) * | 2007-03-28 | 2013-09-30 | 이르담 앵스티튀 드 르쉐르슈 에 데블럽망 아에로로지끄 마켓팅 에스 아 | 풍속 및 풍향 측정 장치 |
| WO2013133048A1 (ja) | 2012-03-07 | 2013-09-12 | オムロン株式会社 | 流体測定装置 |
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