JPH06341876A - 流体流量センサ - Google Patents

流体流量センサ

Info

Publication number
JPH06341876A
JPH06341876A JP3356112A JP35611291A JPH06341876A JP H06341876 A JPH06341876 A JP H06341876A JP 3356112 A JP3356112 A JP 3356112A JP 35611291 A JP35611291 A JP 35611291A JP H06341876 A JPH06341876 A JP H06341876A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sensor
fluid flow
diamond
flow sensor
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3356112A
Other languages
English (en)
Inventor
Barbara L Jones
リン ジョーンズ バーバラ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Original Assignee
De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd filed Critical De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Publication of JPH06341876A publication Critical patent/JPH06341876A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01C—RESISTORS
    • H01C7/00—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material
    • H01C7/04—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient
    • H01C7/042—Non-adjustable resistors formed as one or more layers or coatings; Non-adjustable resistors made from powdered conducting material or powdered semi-conducting material with or without insulating material having negative temperature coefficient mainly consisting of inorganic non-metallic substances
    • H01C7/048—Carbon or carbides

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
  • Paper (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Flow Control (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 苛酷な環境の下で使用することができる、物
理的に小形であるが機械的に丈夫な、固体ダイアモンド
流体流量センサを提供する。 【構成】 導電性または半導電性のダイアモンド結晶を
有し、および少なくとも２個の離れて配置された電気接
触体を有する。これらの電気接触体に電流を流すことに
より、ダイアモンド結晶の温度が雰囲気の温度よりも上
昇する。このダイアモンド結晶の側を流体が流れる時、
グイアモンド結晶の温度が変わるので、それを測定する
ことにより、流体の流れを検出することができる。ダイ
アモンド結晶の熱伝導率は極めて大きいので、このセン
サは大きな感度を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は流体流量センサに関す。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】気体流量の測定は、通常、
高温細線流体速度計で行われる。 この高温細線流体速
度計は、雰囲気気体温度よりもかなり高い温度にまで加
熱された細線を有し、この高温細線が気体流路の中に配
置される。 高温細線の側を流れる気体はそれを冷却
し、その結果生ずる温度降下を測定することにより、気
体流の速度を測定することができる。 この測定を実行
する通常の方法は、細線に一定の電流を流し、そして気
体の流速が変動した時の細線の両端の電圧降下の変化を
測定することである。
【０００３】適切な感度を有する装置を得るために、細
線はできるだけ細く、かつ、できるだけ小さな質量を有
するように作成される。 細線の典型的な寸法は、長さ
が約５ｍｍ，直径は５０μｍである。 この細線は非常
に壊れやすく、そして苛酷な環境では使用するのは容易
ではない。
【０００４】マイクロ波プラズマ化学蒸気沈着（ＣＶ
Ｄ）法により、シリコン基板の上に沈着された多結晶ダ
イアモンド膜を用いて、流体流量センサを作成すること
が提案されている。 このセンサでは、シリコン基板の
中央部分が薄い部分を残して除去され、そしてこの薄い
部分が保持されていないダイアモンド橋を構成する。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明により、導電性
または半導電性のダイアモンド結晶を有する物体と、こ
の物体に電流を流してこの物体の温度を上昇させること
ができる少なくとも２個の相互に離れて配置された電気
接触体と、を有する流体流量センサが得られる。
【０００６】電気接触体は、ダイアモンド物体の中に開
けられた穴の形状のそれぞれの接触体位置の中に導電体
を挿入することによって、作成することができる。
【０００７】または、これらの接触体は、ダイアモンド
物体に金属接触体を、例えば、鑞付けによって作成する
ことができる。
【０００８】また別の実施例では、電気接触体はダイア
モンド物体に取り付けられた金属層のそれぞれの部分を
有し、そしてこれらのそれぞれの部分がこの金属層に渡
って作成された溝によって分離される。
【０００９】ダイアモンド物体の少なくとも一部分は、
酸化に対する耐性を大きくするために、ホウ素不純物が
添加されることが好ましい。
【００１０】ダイアモンド物体は、ダイアモンド合成工
程中に、ホウ素不純物を均一に添加することができる。
【００１１】または、ダイアモンド物体の表面の少なく
とも一部分を、化学蒸気沈着法により、ホウ素を含有す
るダイアモンド材料の層で被覆することができる、また
はホウ素イオンをイオン注入することにより、ホウ素を
含有するダイアモンド材料の層で被覆することができ
る。
【００１２】流体流の速度は、センサに一定の大きさの
電流を流した場合のセンサの抵抗値の変化を測定するこ
とによって、またはセンサの抵抗値を一定に保つために
必要な、したがって、センサの温度を一定に保つために
必要な、電流の大きさの変化を測定することによって、
測定することができる。
【００１３】本発明は、センサの温度を雰囲気の温度よ
り高い温度にまで加熱するのに十分に大きな電流を供給
するための定電流源と、およびセンサの両端の電圧をそ
の温度の関数として測定するための、したがって、測定
された電圧がセンサの側を流れる流体の速度に対応す
る、電圧検出装置と、を有する流体流量センサを備えた
流体速度計に拡張することができる。
【００１４】また別の実施例では、この流体速度計の回
路は、センサの温度を雰囲気の温度より高い温度にまで
加熱するのに十分に大きな電流を供給するために、セン
サの両端に接続することが可能な電圧源と、センサと並
列に接続することが可能な調整可能負荷と、センサと負
荷とを流れる相対的電流を測定するための電流検出装置
とを有し、負荷が調整されてセンサの温度が一定に保た
れるようにセンサを流れる電流が変化し、したがって、
電流検出装置によって測定されたセンサの中の電流の相
対的大きさが、センサの側を流れる流体の速度に対応す
る。
【００１５】
【実施例】本発明は、ダイアモンド結晶の熱伝導率が非
常に高いことに基づいている。このことにより、本発明
によって、非常に壊れやすい高温細線センサと同等なま
たはもっと良い応答特性を有する、丈夫な空気流量セン
サが得られる。 ダイアモンド結晶の熱伝導率は、高温
細線センサに通常用いられる白金の熱伝導率よりも、約
５０倍大きい。 したがって、等価な白金高温細線セン
サの質量よりも５０倍大きい質量を有するダイアモンド
・センサを用いることにより、同等な特性を得ることが
できる。 このことにより、前記で説明した種類の５０
μｍ細線センサは、例えば、底部の直径が２ｍｍ、高さ
が１ｍｍの円錐形固体ダイアモンド・センサによって置
き換えることができる。 薄くて壊れやすいダイアモン
ド膜を用いなくても、実用に供しうる応答特性が得られ
る。
【００１６】このような固体ダイアモンド・センサはな
お小形であり、しかし機械的には高温細線センサよりは
丈夫であり、そして例えば、磨耗性の環境の中にあるプ
ローブの端部に取り付けることができる。 例えば、こ
の種の空気流量センサは航空機の翼の先端に取り付ける
ことができるであろう。
【００１７】用いられるダイアモンドの種類は、合成ダ
イアモンド結晶または天然ダイアモンド結晶であること
ができる。 合成ダイアモンド結晶は高圧合成法で作成
することができ、そして高温度での酸化を防止するため
に、ホウ素を不純物として添加することができる。 ま
たは、ジボラン気体（Ｂ２Ｈ６）を用いた化学蒸気沈着
法によって、ダイアモンド結晶の上に、ホウ素が不純物
として添加されたダイアモンド結晶を保護被覆体として
沈着することができる。 ダイアモンド結晶の上に保護
層を作成するまた別の方法は、ホウ素イオンを注入する
ことによって、少なくとも苛酷な環境に晒されるであろ
うダイアモンド結晶の部分の上に、ホウ素イオンが注入
された層を作成する方法である。
【００１８】図１から図４までの図面は、本発明による
空気流量センサの種々の実施例の図面を示す。 図示さ
れているセンサは円錐形またはピラミッド形であるけれ
ども、多くの他のセンサ形状も可能である。 図示され
ている実施例は単に例を示したものである。
【００１９】図１に示された空気流量センサは、ダイア
モンド材料の固体円錐体（１０）を有する。 この固体
円錐体は平らな底面（１２）を有する。 この平らな底
面（１２）の中に、相互に離れて配置された２個の接触
体位置（１４）および（１６）が、底面（１２）に穴を
開けることによって作成される。 これらの開けられた
穴の中に導電体（１８）および（２０）が挿入されて固
定される。 これらの導電体は流体速度計の電子回路に
接続することができる。
【００２０】図２の実施例では、固体円錐体（１０）の
底面（１２）は、例えば、金をメッキすることによって
金属化され、そしてそれから溝（２２）がレーザによっ
て作成され、それにより底面が２個の半分体に分割され
て、それぞれのメッキされた部分が分離される。 レー
ザで作成された溝（２２）が化学的エッチングによって
清浄化され、それによって、残っている導電性グラフア
イト層はすべて除去される。 それから、底面のメッキ
されたそれぞれの半分体に、導電体（１８）および（２
０）が鑞付けされる。
【００２１】図３の実施例では、１個の中央接触体が、
例えば前記方法のいずれかによって、円錐体（１０）の
底面（１２）に取り付けられる。 それから、金属体リ
ング（２４）が円錐体の下端の回りに沈着され、そして
再び、それぞれの接触体に導電体（１８）および（２
０）が取り付けられる。 この実施例では、金属層（２
４）により、ダイアモンド・センサを物理的に保持する
保持装置としての役割とそれへの電気的接触という役割
との両方が効果的に得られる。
【００２２】図４には、空気流量センサのまた別の実施
例が示されている。 ピラミッド形ダイアモンド角錐体
（１０）の底面からやや細い角柱体（２５）が延長され
ている。この角柱延長体（２５）の対向する側面に、導
電体（１８）および（２０）が取り付けられる。 それ
により、導電体（１８）および（２０）の接触点の間の
延長体（２５）の中に、センサの「活性抵抗体」が存在
する。 ダイアモンドの熱伝導率が大きいので、熱はこ
の「活性抵抗体」領域に急速に伝達される。この実施例
では、角錐体（１０）はピラミッド形である代わりに円
錐形であることができ、およびやや細くなった角柱体
（２５）は角柱形である代わりに円柱形であることがで
きる。
【００２３】前記で説明された接触体を作成する方法は
例として示したものであって、ダイアモンド円錐体に対
し受け入れることのできる接触体を作成するまた別の方
法を用いることもできる。 例えば、Ｐ形イオンをイオ
ン注入することによってダイアモンド円錐体の上に導電
率の大きな接触体領域を作成し、それに金属導電体を取
り付けることができる。
【００２４】酸化に対して大きな耐性を有するダイアモ
ンド結晶を得るために、ダイアモンド材料にホウ素不純
物を添加することが好ましい。 本発明によって試作さ
れたセンサでは、ホウ素不純物が添加されたダイアモン
ド結晶が、従来の高圧力／高温度ダイアモンド合成装置
の中で、合成された。 ４０／４５メッシュのダイアモ
ンド種結晶が、タンタル反応カプセルの中の種パッドの
上に置かれた。 この種パッドの上に、コバルトおよび
鉄の触媒材料の層が配置された。 この触媒材料層の上
に、３２５メッシュのダイアモンド粉末と、コバルトお
よび鉄の粉末と、および不純物としての少量のＦｅ２Ｂ
とで構成される炭素源材料の層が配置される。 この炭
素源層の上に、また別の触媒の層が配置される。 その
後、このカプセルが密封され、そして１４５０°Ｃの温
度と５５キロバールの圧力の下で、１０時間保たれる。
約０．１カラットの結晶が反応カプセルの中から回収
された。 この結晶を研磨すると、この結晶は直ぐに使
うことができる。 もちろん、従来の方法を用いて、こ
れらの結晶を必要な形状にカットすることができる。
【００２５】前記方法によって作成されたダイアモンド
はホウ素不純物を均一に含有し、そしてそのホウ素濃度
は１０００ｐｐｍまたはそれ以上である。 均一に不純
物を含有する結晶を作成する代わりに、ＣＶＤ法におい
てホウ素不純物を含有する気体を用いることにより、ダ
イアモンド結晶の上を、ホウ素不純物が添加されたダイ
アモンド材料で被覆することができる。 好ましい気体
はジボラン（Ｂ２Ｈ６）である。 また別の方法とし
て、ダイアモンド結晶の表面の中に、ホウ素イオンを注
入することができる。 この場合、イオンの注入エネル
ギおよび照射量は、ダイアモンド結晶がアモルフアスに
なる閾値以下に選定されることが好ましい。ダイアモン
ド結晶の全体に対し、前記の被覆またはイオン注入を行
うことは必ずしも必要ではない。 苛酷な環境に晒され
る結晶の選定された部分だけに被覆またはイオン注入を
行い、一方、結晶の残りの部分は、電気接触体を取り付
ける部分を除いて、未処理のままに残される。
【００２６】図５は、本発明の流体流量センサを用いた
流体速度計を、非常に単純化した形式で示した図面であ
る。 ダイアモンド円錐体（１０）が、それに取り付け
られた導電体（１８）および（２０）によって、定電流
源（２６）に接続される。定電流源（２６）は、雰囲気
温度よりもダイアモンド円錐体（１０）を１０°Ｃ以上
高い温度まで加熱するのに十分な電流を、ダイアモンド
円錐体（１０）に供給する。 電圧計（２８）は導電体
の両端の電圧降下を測定する。 この電圧降下はセンサ
の電気抵抗によって定まり、そしてセンサの電気抵抗は
温度の関数である。 （図５の矢印で示されているよう
に）空気または他の気体の流れがダイアモンド円錐体
（１０）の側を流れる時、円錐体は冷却され、それによ
り、その温度、したがってその電気抵抗値が変化する。
電圧計（２８）の目盛を適切に検定することによっ
て、空気流速度または気体流速度を読み出すことができ
る。
【００２７】図６は、流体速度計の回路の１つの実施例
の図面である。 この流体速度計回路により、センサ
（１０）の温度を一定のレベルに保つように、電気抵抗
値を保持しかつ電流の大きさを変えることによって、空
気流の速度を測定することができる。 この温度一定の
実施例は、好ましい実施例である。 それは、この方式
の実施例は、雑音レベル特性と周波数応答特性が優れて
いるからである。
【００２８】図６において、センサ（１０）および可変
抵抗器（３０）が、電圧源（３２）の両端に並列に接続
される。 第１電流計（Ａ１）は可変抵抗器（３０）を
流れる電流Ｉを測定し、そして第２電流計（Ａ２）は，
可変抵抗器（３０）とセンサ（１０）との両方を流れる
電流の合計を測定する。 可変抵抗器（３０）はセンサ
（１０）を流れる電流を常時調整して、センサの温度を
一定に保つようにする。電流計（Ａ２）は、回路を流れ
る電流が一定に保たれていることを確認するのに用いら
れる。感度を大きくするために、電流計（Ａ１）および
電流計（Ａ２）を流れる電流は比較器に送ることができ
る。 この比較器は、差動増幅器とその後に接続された
比例増幅器とを有する。
【００２９】センサから流体の流れに与えられる熱量は
Ｉ２Ｒによって与えられ、そして次の方程式によって表
すことができる。
【００３０】
【数１】Ｉ２Ｒ ∝ （ｔｓ−ｔｆ）［Ｋｆ＋（ＡｓＳ
ｆρｆｖｆ）］１／２
【００３１】ここでｓ はセンサ、ｆ は流体、ｔ は
温度、Ａ は表面積、Ｓ は比熱、ρ は密度、ｖ は
速度、Ｋ は定数である。
【００３２】ΔＩと気体の速度との間の関係は線形でな
いことは明らかである。
【００３３】前記で説明されたセンサは、航空機の翼の
先端のような、比較的に苛酷な環境の下で用いることが
できる。 このような苛酷な環境の下では、壊れやすい
高温細線センサを用いるのは適切ではないであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
１実施例の概要図。
【図２】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
２実施例の概要図。
【図３】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
３実施例の概要図。
【図４】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
４実施例の概要図。
【図５】このセンサを用いた電子式流体速度計の単純化
された概要図。
【図６】このセンサを用いたまた別の電子式流体速度計
の概要図。
【符号の説明】
１０ ダイアモンド結晶 １４、１６ 電気接触体 ２２ 溝 ２６ 定電流源 ２８ 電圧検出装置 ３２ 電圧源 Ａ１、Ａ２ 電流検出装置
【手続補正書】
【提出日】平成３年１２月２５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名祢】 流体流量センサ
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は流体流量センサに関す。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】気体流量の測定は、通常、
高温細線流体速度計で行われる。この高温細線流体速度
計は、雰囲気気体温度よりもかなり高い温度にまで加熱
された細線を有し、この高温細線が気体流路の中に配置
される。高温細線の側を流れる気体はそれを冷却し、そ
の結果生ずる温度降下を測定することにより、気体流の
速度を測定することができる。この測定を実行する通常
の方法は、細線に一定の電流を流し、そして気体の流速
が変動した時の細線の両端の電圧降下の変化を測定する
ことである。
【０００３】適切な感度を有する装置を得るために、細
線はできるだけ細く、かつ、できるだけ小さな質量を有
するように作成される。細線の典型的な寸法は、長さが
約５ｍｍ，直径は５０μｍである。この細線は非常に壊
れやすく、そして苛酷な環境では使用するのは容易では
ない。
【０００４】マイクロ波プラズマ化学蒸気沈着（ＣＶ
Ｄ）法により、シリコン基板の上に沈着された多結晶ダ
イアモンド膜を用いて、流体流量センサを作成すること
が提案されている。このセンサでは、シリコン基板の中
央部分が薄い部分を残して除去され、そしてこの薄い部
分が保持されていないダイアモンド橋を構成する。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】本発明により、導電性
または半導電性のダイアモンド結晶を有する物体と、こ
の物体に電流を流してこの物体の温度を上昇させること
ができる少なくとも２個の相互に離れて配置された電気
接触体と、を有する流体流量センサが得られる。
【０００６】電気接触体は、ダイアモンド物体の中に開
けられた穴の形状のそれぞれの接触体位置の中に導電体
を挿入することによって、作成することができる。
【０００７】または、これらの接触体は、ダイアモンド
物体に金属接触体を、例えば、鑞付けによって作成する
ことができる。
【０００８】また別の実施例では、電気接触体はダイア
モンド物体に取り付けられた金属層のそれぞれの部分を
有し、そしてこれらのそれぞれの部分がこの金属層に渡
って作成された溝によって分離される。
【０００９】ダイアモンド物体の少なくとも一部分は、
酸化に対する耐性を大きくするために、ホウ素不純物が
添加されることが好ましい。
【００１０】ダイアモンド物体は、ダイアモンド合成工
程中に、ホウ素不純物を均一に添加することができる。
【００１１】または、ダイアモンド物体の表面の少なく
とも一部分を、化学蒸気沈着法により、ホウ素を含有す
るダイアモンド材料の層で被覆することができる、また
はホウ素イオンをイオン注入することにより、ホウ素を
含有するダイアモンド材料の層で被覆することができ
る。
【００１２】流体流の速度は、センサに一定の大きさの
電流を流した場合のセンサの抵抗値の変化を測定するこ
とによって、またはセンサの抵抗値を一定に保つために
必要な、したがって、センサの温度を一定に保つために
必要な、電流の大きさの変化を測定することによって、
測定することができる。
【００１３】本発明は、センサの温度を雰囲気の温度よ
り高い温度にまで加熱するのに十分に大きな電流を供給
するための定電流源と、およびセンサの両端の電圧をそ
の温度の関数として測定するための、したがって、測定
された電圧がセンサの側を流れる流体の速度に対応す
る、電圧検出装置と、を有する流体流量センサを備えた
流体速度計に拡張することができる
【００１４】また別の実施例では、この流体速度計の回
路は、センサの温度を雰囲気の温度より高い温度にまで
加熱するのに十分に大きな電流を供給するために、セン
サの両端に接続することが可能な電圧源と、センサと並
列に接続することが可能な調整可能負荷と、センサと負
荷とを流れる相対的電流を測定するための電流検出装置
とを有し、負荷が調整されてセンサの温度が一定に保た
れるようにセンサを流れる電流が変化し、したがって、
電流検出装置によって測定されたセンサの中の電流の相
対的大きさが、センサの側を流れる流体の速度に対応す
る。
【００１５】
【実施例】本発明は、ダイアモンド結晶の熱伝導率が非
常に高いことに基づいている。このことにより、本発明
によって、非常に壊れやすい高温細線センサと同等なま
たはもっと良い応答特性を有する、丈夫な空気流量セン
サが得られる。ダイアモンド結晶の熱伝導率は、高温細
線センサに通常用いられる白金の熱伝導率よりも、約５
０倍大きい。したがって、等価な白金高温細線センサの
質量よりも５０倍大きい質量を有するダイアモンド・セ
ンサを用いることにより、同等な特性を得ることができ
る。このことにより、前記で説明した種類の５０μｍ細
線センサは、例えば、底部の直径が２ｍｍ、高さが１ｍ
ｍ円錐形固体ダイアモンド・センサによって置き換える
ことができる。薄くて壊れやすいダイアモンド膜を用い
なくても、実用に供しうる応答特性が得られる。
【００１６】このような固体ダイアモンド・センサはな
お小形であり、しかし機械的には高温細線センサよりは
丈夫であり、そして例えば、磨耗性の環境の中にあるプ
ローブの端部に取り付けることができる。例えば、この
種の空気流量センサは航空機の翼の先端に取り付けるこ
とができるであろう。
【００１７】用いられるダイアモンドの種類は、合成ダ
イアモンド結晶または天然ダイアモンド結晶であること
ができる。合成ダイアモンド結晶は高圧合成法で作成す
ることができ、そして高温度での酸化を防止するため
に、ホウ素を不純物として添加することができる。また
は、ジボラン気体（Ｂ２Ｈ６）を用いた化学蒸気沈着法
によって、ダイアモンド結晶の上に、ホウ素が不純物と
して添加されたダイアモンド結晶を保護被覆体として沈
着することができる。ダイアモンド結晶の上に保護層を
作成するまた別の方法は、ホウ素イオンを注入すること
によって、少なくとも苛酷な環境に晒されるであろうダ
イアモンド結晶の部分の上に、ホウ素イオンが注入され
た層を作成する方法である。
【００１８】図１から図４までの図面は、本発明による
空気流量センサの種々の実施例の図面を示す。図示され
ているセンサは円錐形またはピラミッド形であるけれど
も、多くの他のセンサ形状も可能である。図示されてい
る実施例は単に例を示したものである。
【００１９】図１に示された空気流量センサは、ダイア
モンド材料の固体円錐体１０を有する。この固体円錐体
は平らな底面１２を有する。この平らな底面１２の中
に、相互に離れて配置された２個の接触体位置１４およ
び１６が、底面１２に穴を開けることによって作成され
る。これらの開けられた穴の中に導電体１８および２０
が挿入されて固定される。これらの導電体は流体速度計
の電子回路に接続することができる。
【００２０】図２の実施例では、固体円錐体１０の底面
１２は、例えば、金をメッキすることによって金属化さ
れ、そしてそれから溝２２がレーザによって作成され、
それにより底面が２個の半分体に分割されて、それぞれ
のメッキされた部分が分離される。レーザで作成された
溝２２が化学的エッチングによって清浄化され、それに
よって、残っている導電性グラファイト層はすべて除去
される。それから、底面のメッキされたそれぞれの半分
体に、導電体１８および２０が鑞付けされる。
【００２１】図３の実施例では、１個の中央接触体が、
例えば前記方法のいずれかによって、円錐体１０の底面
１２に取り付けられる。それから、金属体リング２４が
円錐体の下端の回りに沈着され、そして再び、それぞれ
の接触体に導電体１８および２０が取り付けられる。こ
の実施例では、金属層２４により、ダイアモンド・セン
サを物理的に保持する保持装置としての役割とそれへの
電気的接触という役割との両方が効果的に得られる。
【００２２】図４には、空気流量センサのまた別の実施
例が示されている。プラミッド形ダイアモンド角錐体１
０の底面からやや細い角柱体２５が延長されている。こ
の角柱延長体２５の対向する側面に、導電体１８および
２０が取り付けられる。それにより、導電体１８および
２０の接触点の間の延長体２５の中に、センサの「活性
抵抗体」が存在する。ダイアモンドの熱伝導率が大きい
ので、熱はこの「活性抵抗体」領域に急速に伝達され
る。この実施例では、角錐体１０はピラミッド形である
代わりに円錐形であることができ、およびやや細くなっ
た角柱体２５は角柱形である代わりに円柱形であること
ができる。
【００２３】前記で説明された接触体を作成する方法は
例として示したものであって、ダイアモンド円錐体に対
し受け入れることのできる接触体を作成するまた別の方
法を用いることもできる。例えば、Ｐ形イオンをイオン
注入することによってダイアモンド円錐体の上に導電率
の大きな接触体領域を作成し、それに金属導電体を取り
付けることができる。
【００２４】酸化に対して大きな耐性を有するダイアモ
ンド結晶を得るために、ダイアモンド材料にホウ素不純
物を添加することが好ましい。本発明によって試作され
たセンサでは、ホウ素不純物が添加されたダイアモンド
結晶が、従来の高圧力／高温度ダイアモンド合成装置の
中で、合成された。４０／４５メッシュのダイアモンド
種結晶が、タンタル反応カプセルの中の種パッドの上に
置かれた。この種パッドの上に、コバルトおよび鉄の触
媒材料の層が配置された。この触媒材料層の上に、３２
５メッシュのダイアモンド粉末と、コバルトおよび鉄の
粉末と、および不純物としての少量Ｆｅ２Ｂとで構成さ
れる炭素源材料の層が配置される。この炭素源層の上
に、また別の触媒の層が配置される。その後、このカプ
セルが密封され、そして１４５０℃の温度と５５キロバ
ールの圧力の下で、１０時間保たれる。約０．１カラッ
トの結晶が反応カプセルの中から回収された。この結晶
を研磨すると、この結晶は直ぐに使うことができる。も
ちろん、従来の方法を用いて、これらの結晶を必要な形
状にカットすることができる。
【００２５】前記方法によって作成されたダイアモンド
はホウ素不純物を均一に含有し、そしてそのホウ素温度
は１０００ｐｐｍまたはそれ以上である。均一に不純物
を含有する結晶を作成する代わりに、ＣＶＤ法において
ホウ素不純物を含有する気体を用いることにより、ダイ
アモンド結晶の上を、ホウ素不純物が添加されたダイア
モンド材料で被覆することができる。好ましい気体はジ
ボラン（Ｂ２Ｈ６）である。また別の方法として、ダイ
アモンド結晶の表面の中に、ホウ素イオンを注入するこ
とができる。この場合、イオンの注入エネルギおよび照
射量は、ダイアモンド結晶がアモルファスになる閾値以
下に選定されることが好ましい。ダイアモンド結晶の全
体に対し、前記の被覆またはイオン注入を行うことは必
ずしも必要ではない。苛酷な環境に晒される結晶の選定
された部分だけに被覆またはイオン注入を行い、一方、
結晶の残りの部分は、電気接触体を取り付ける部分を除
いて、未処理のままに残される。
【００２６】図５は、本発明の流体流量センサを用いた
流体速度形を、非常に単純化した形式で示した図面であ
る。ダイアモンド円錐体１０が、それに取り付けられた
導電体１８およひ２０によって、定電流源２６に接続さ
れる。定電流源２６は、雰囲気温度よりもダイアモンド
円錐体１０を１０℃以上高い温度まで加熱するのに十分
な電流を、ダイアモンド円錐体１０に供給する。電圧計
２８は導電体の両端の電圧降下を測定する。この電圧降
下はセンサの電気抵抗によって定まり、そしてセンサの
電気抵抗は温度の関数である。（図５の矢印で示されて
いるように）空気または他の気体の流れがダイアモンド
円錐体１０の側を流れる時、円錐体は冷却され、それに
より、その温度、したがってその電気抵抗値が変化す
る。電圧計２８の目盛を適切に検定することによって、
空気流速度または気体流速度を読み出すことができる。
【００２７】図６は、流体速度計の回路の１つの実施例
の図面である。この流体速度計回路により、センサ１０
の温度を一定のレベルに保つように、電気抵抗値を保持
しかつ電流の大きさを変えることによって、空気流の速
度を測定することができる。この温度一定の実施例は、
好ましい実施例である。それは、この方式の実施例は、
雑音レベル特性と周波数応答特性が優れているからであ
る。
【００２８】図６において、センサ１０および可変抵抗
器３０が、電圧源３２の両端に並列に接続される。第１
電流計Ａ１は可変抵抗器３０を流れる電流Ｉを測定し、
そして第２電流計Ａ２は、可変抵抗器３０とセンサ１０
との両方を流れる電流の合計を測定する。可変抵抗器３
０はセンサ１０を流れる電流を常時調整して、センサの
温度を一定に保つようにする。電流計Ａ２は、回路を流
れる電流が一定に保たれていることを確認するのに用い
られる。感度を大きくするために、電流計Ａ１および電
流計Ａ２を流れる電流は比較器に送ることができる。こ
の比較器は、差動増幅器とその後に接続された比例増幅
器とを有する。
【００２９】センサから流体の流れに与えられる熱量は
Ｉ２Ｒによって与えられ、そして次の方程式によって表
すことができる。
【００３０】
【数１】
【００３１】ここでｓ はセンサ、ｆ は流体、ｔ は
温度、Ａ は表面積、Ｓ は比熱、ρ は密度、ｖ は
速度、Ｋ は定数である。
【００３２】△Ｉと気体の速度との間の関係は線形でな
いことは明らかである。
【００３３】前記で説明されたセンサは、航空機の翼の
先端のような、比較的に苛酷な環境の下で用いることが
できる。このような苛酷な環境の下では、壊れやすい高
温細線センサを用いるのは適切ではないであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
１実施例の概要図。
【図２】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
２実施例の概要図。
【図３】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
３実施例の概要図。
【図４】本発明によるダイアモンド空気流量センサの第
４実施例の概要図。
【図５】このセンサを用いた電子式流体速度計の単純化
された概要図。
【図６】このセンサを用いたまた別の電子式流体速度計
の概要図。
【符号の説明】 １０ ダイアモンド結晶 １４，１６ 電気接触体 ２２ 溝 ２６ 定電流源 ２８ 電圧検出装置 ３２ 電圧源 Ａ１，Ａ２ 電流検出装置

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 導電性または半導電性のダイアモンド結
    晶を有する物体と、前記物体に電流を流して前記物体の
    温度を上昇させることができる少なくとも２個の相互に
    離れて配置された電気接触体と、を有する流体流量セン
    サ。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記電気接触体が前
    記物体の中に開けられた穴を有する接触位置に取り付け
    られる、流体流量センサ。
  3. 【請求項３】 請求項１において、前記電気接触体が前
    記物体に鑞付けされた金属導電体を有する、流体流量セ
    ンサ。
  4. 【請求項４】 請求項１において、前記電気接触体が前
    記物体の上にイオン注入によって作成されたそれぞれの
    接触体領域に取り付けられる、流体流量センサ。
  5. 【請求項５】 請求項１において、前記電気接触体が前
    記物体に取り付けられた金属層のそれぞれの部分を有
    し、かつ、それぞれの前記部分が前記金属層に渡って作
    成された溝によって分離された、流体流量センサ。
  6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までのいずれかに
    おいて、前記物体の形状が全体的に円錐形であり、か
    つ、少なくとも１個の電気接触体が前記物体の底面に取
    り付けられた、流体流量センサ。
  7. 【請求項７】 請求項６において、第１電気接触体が前
    記物体の底面に取り付けられ、かつ、リング形状の第２
    電気接触体が前記底面近くの前記物体の円錐面部分に取
    り付けられた、流体流量センサ。
  8. 【請求項８】 請求項１から請求項５までのいずれかに
    おいて、前記物体がピラミッド形または円錐形であり、
    かつ、前記物体の前記底面からやや細い延長体が延長さ
    れ、かつ、前記延長体に電気接触体が取り付けられた、
    流体流量センサ。
  9. 【請求項９】 請求項１から請求項８までのいずれかに
    おいて、前記物体の少なくとも一部分が酸化に対する前
    記センサの耐性を高めるためにホウ素不純物が添加され
    た、流体流量センサ。
  10. 【請求項１０】 請求項９において、前記物体はダイア
    モンド合成工程中にホウ素不純物が均一に添加されて作
    成された、流体流量センサ。
  11. 【請求項１１】 請求項９において、前記物体の表面の
    少なくとも一部分が化学蒸気沈着法によりホウ素を含有
    するダイアモンド材料の層で被覆された、流体流量セン
    サ。
  12. 【請求項１２】 請求項９において、前記物体の表面の
    少なくとも一部分がホウ素イオンがイオン注入された、
    流体流量センサ。
  13. 【請求項１３】 請求項１から請求項１２までのいずれ
    かによる流体流量センサを有し、かつ、前記センサの温
    度を雰囲気温度以上にまで加熱するために前記センサに
    十分に大きな電流を供給するための定電流源と、前記セ
    ンサの温度の関数として前記センサの両端の電圧を測定
    するための電圧検出装置とをさらに有し、および前記測
    定された電圧が前記センサの側を通過する流体の速度に
    対応する、流体速度計。
  14. 【請求項１４】 請求項１から請求項１２までのいずれ
    かによる流体流量センサを有し、かつ、前記センサの温
    度を雰囲気温度以上にまで加熱するために前記センサの
    両端に接続することが可能な前記センサに十分に大きな
    電流を供給するための定電流源と、前記センサと並列に
    接続することが可能な調整可能負荷と、前記センサおよ
    び前記負荷の中の相対的電流を測定するための電流検出
    装置とをさらに有し、および前記負荷を調整することに
    より前記センサの温度が一定温度に保たれるように前記
    センサの中を流れる電流を変えることができ、それによ
    り前記電流検出装置によって測定された前記センサの中
    を流れる電流の相対的大きさが前記センサの側を通過す
    る流体の速度に対応する、流体速度計。
JP3356112A 1990-11-28 1991-11-28 流体流量センサ Pending JPH06341876A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9025798.1 1990-11-28
GB909025798A GB9025798D0 (en) 1990-11-28 1990-11-28 Diamond fluid flow sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06341876A true JPH06341876A (ja) 1994-12-13

Family

ID=10686077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3356112A Pending JPH06341876A (ja) 1990-11-28 1991-11-28 流体流量センサ

Country Status (7)

Country Link
EP (1) EP0488754B1 (ja)
JP (1) JPH06341876A (ja)
AT (1) ATE122457T1 (ja)
AU (1) AU654157B2 (ja)
DE (1) DE69109633T2 (ja)
GB (1) GB9025798D0 (ja)
ZA (1) ZA919406B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005019418B4 (de) * 2005-04-25 2007-03-15 Krohne Messtechnik Gmbh & Co. Kg Magnetisch-induktives Durchflußmeßgerät und Verfahren zur Herstellung eines magnetisch-induktiven Durchflußmeßgeräts
DE102006023916A1 (de) * 2006-05-19 2007-11-22 Endress + Hauser Flowtec Ag Magnetisch-induktives Durchflussmessgerät

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3352154A (en) * 1965-06-16 1967-11-14 Robert S Djorup Heated element fluid flow sensor
US3435399A (en) * 1966-04-19 1969-03-25 Gen Electric Thermistor device and method of producing said device
EP0262601B1 (en) * 1986-09-26 1993-03-10 Sumitomo Electric Industries Limited Thermistor and method for producing the same
JPH0664080B2 (ja) * 1989-03-10 1994-08-22 山武ハネウエル株式会社 フローセンサ用の温度補償回路
JP2695000B2 (ja) * 1989-04-11 1997-12-24 住友電気工業株式会社 サーミスタ及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP0488754A1 (en) 1992-06-03
AU654157B2 (en) 1994-10-27
DE69109633D1 (de) 1995-06-14
ATE122457T1 (de) 1995-05-15
ZA919406B (en) 1992-08-26
GB9025798D0 (en) 1991-01-09
EP0488754B1 (en) 1995-05-10
DE69109633T2 (de) 1995-09-07
AU8821191A (en) 1992-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108398456B (zh) 纳米尺度材料热导率的测试方法及装置
KR101336119B1 (ko) 유기 재료용 압력 게이지
US4648271A (en) Anemometer having a graphite fiber hot wire
Sakao Constant temperature hot wires for determining velocity fluctuations in an air flow accompanied by temperature fluctuations
JP2010261957A (ja) 一次元材料の熱伝導率測定装置及び測定方法
Plevachuk et al. Electrophysical measurements for strongly aggressive liquid semiconductors
US4795498A (en) Low cost thermocouple apparatus and methods for fabricating the same
US10393598B1 (en) Heat flux gage
EP0488754B1 (en) Diamond fluid flow sensor
US4631350A (en) Low cost thermocouple apparatus and methods for fabricating the same
US3051895A (en) Gas detection
JPH11505929A (ja) 気流の方向及び速度測定装置
Potocký et al. Coating of Self‐Sensing Atomic Force Microscopy Cantilevers with Boron‐Doped Nanocrystalline Diamond at Low Temperatures
Shapira et al. Segmented metal nanowires as nanoscale thermocouples
Friehe Fine-scale measurements of velocity, temperature, and humidity in the atmospheric boundary layer
US20020163345A1 (en) Vacuum gauge using peltier tip
F Zhou et al. Nitrogen-doped diamond nanowire gas sensor for the detection of methane
KR100334131B1 (ko) 펠티어 검침을 이용한 시료 표면의 열특성 측정 및 열성형장치
Cronin et al. Thermoelectric investigation of bismuth nanowires
Werner et al. Gauge to simultaneously determine the electrical conductivity, the Hall constant, and the Seebeck coefficient up to 800∘ C
Seki et al. Characteristics of germanium thin film thermometers for use at low temperatures
JP2619735B2 (ja) 熱流量センサ
de Josselin de Jong Verification of use of peak area for quantitative differential thermal analysis
SU934390A1 (ru) Термоанемометр
Lefkowitz et al. A device for taking X-ray photographs of single crystals at high temperatures