JPH0830709B2 - 流速センサ - Google Patents
流速センサInfo
- Publication number
- JPH0830709B2 JPH0830709B2 JP2268497A JP26849790A JPH0830709B2 JP H0830709 B2 JPH0830709 B2 JP H0830709B2 JP 2268497 A JP2268497 A JP 2268497A JP 26849790 A JP26849790 A JP 26849790A JP H0830709 B2 JPH0830709 B2 JP H0830709B2
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- JP
- Japan
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- temperature
- velocity sensor
- temperature measuring
- measuring resistance
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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関するもので
ある。
り、特にダイアフラム構造の流速センサに関するもので
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60-142
268号公報には、半導体製造技術を用いて制作された熱
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１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。
が提案されており、その１つとして例えば特開昭60-142
268号公報には、半導体製造技術を用いて制作された熱
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１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
が変化する。このため、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とをホイートストンブ
リッジ回路に組み込み、その抵抗値の変化を電圧に変換
することにより、気体の流速に応じた電圧出力が得ら
れ、その結果、気体の流速を検出することができる。
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
が変化する。このため、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とをホイートストンブ
リッジ回路に組み込み、その抵抗値の変化を電圧に変換
することにより、気体の流速に応じた電圧出力が得ら
れ、その結果、気体の流速を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抵抗エレメント5,6
はその全体形状がヒータエレメント４とほぼ同等の矩形
状を有して形状されているので、矢印方向８からの例え
ば秒速2cm程度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
の変化を効果的に検出できないという問題があった。
レメント４の両側に配置された測温抵抗エレメント5,6
はその全体形状がヒータエレメント４とほぼ同等の矩形
状を有して形状されているので、矢印方向８からの例え
ば秒速2cm程度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
の変化を効果的に検出できないという問題があった。
［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る流速セ
ンサは、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。
ンサは、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。
また、本願発明による他の流速センサは、抵抗体パタ
ーンの長さ方向端部を測温抵抗体に近接配置したもので
ある。
ーンの長さ方向端部を測温抵抗体に近接配置したもので
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。
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。
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て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１上の表面には、この半導体
基板１のエッ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１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ッチングを
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、111,112,113,114,115はダイアフラム
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ぼ等間隔で配
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。
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て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１上の表面には、この半導体
基板１のエッ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１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ッチングを
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、111,112,113,114,115はダイアフラム
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ぼ等間隔で配
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Ｉ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4a
の両端側で中央部よりも抵抗値が大きくなることによっ
て発熱量が増大し、第３図（ａ）に示すようにヒータエ
レメント4aの抵抗体パターンに平行となる矩形状の温度
分布P1が得られる。つまり従来のヒータエレメント４で
は、その形状が第３図（ｂ）に示すようにほぼ直線状を
有していたので、その両端側の発熱量の一部が半導体基
板１の厚肉部に近接していることから、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P2とな
る。したがって第３図（ａ）に示すようなうにヒータエ
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P1が得られることにより、矢印方向８からの
気体の流れに対して両側の測温抵抗エレメント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ため、検出感度を向上させ
ることができる。また、温度の高い部分における測温抵
抗エレメント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エレメント5,6間のT
CRミスマッチドリフトによる出力誤差の発生などがなく
なる。また、ヒータエレメント4aのダイアフラム部3a上
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た半円状もし
くは台形状に形成する必要がなくなり、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4aと周囲測温抵抗エレ
メント９のコモンとを半導体基板１上で共通接続し、１
個の電極端子として構成することにより、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。
また、第１図に示すヒータエレメント4aの中央部にスリ
ット部113を設けたり、もしくは間隔を広げたりするこ
とにより、ヒータエレメント4aを上流側と下流側とに均
等に２分割することによって気体の流れによるヒータエ
レメント4aの上流部分と下流部分とで温度差が大きくな
り、これに伴って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の温度を低くしてもノーマルヒータとほぼ同等の感度
が得られるので、ヒータエレメント4aの寿命を長くする
ことができる。
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Ｉ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4a
の両端側で中央部よりも抵抗値が大きくなることによっ
て発熱量が増大し、第３図（ａ）に示すようにヒータエ
レメント4aの抵抗体パターンに平行となる矩形状の温度
分布P1が得られる。つまり従来のヒータエレメント４で
は、その形状が第３図（ｂ）に示すようにほぼ直線状を
有していたので、その両端側の発熱量の一部が半導体基
板１の厚肉部に近接していることから、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P2とな
る。したがって第３図（ａ）に示すようなうにヒータエ
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P1が得られることにより、矢印方向８からの
気体の流れに対して両側の測温抵抗エレメント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ため、検出感度を向上させ
ることができる。また、温度の高い部分における測温抵
抗エレメント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エレメント5,6間のT
CRミスマッチドリフトによる出力誤差の発生などがなく
なる。また、ヒータエレメント4aのダイアフラム部3a上
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た半円状もし
くは台形状に形成する必要がなくなり、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4aと周囲測温抵抗エレ
メント９のコモンとを半導体基板１上で共通接続し、１
個の電極端子として構成することにより、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。
また、第１図に示すヒータエレメント4aの中央部にスリ
ット部113を設けたり、もしくは間隔を広げたりするこ
とにより、ヒータエレメント4aを上流側と下流側とに均
等に２分割することによって気体の流れによるヒータエ
レメント4aの上流部分と下流部分とで温度差が大きくな
り、これに伴って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の温度を低くしてもノーマルヒータとほぼ同等の感度
が得られるので、ヒータエレメント4aの寿命を長くする
ことができる。
また、第４図に示すようなパターン形状にヒータエレ
メント4bを構成しても前述と全く同様の効果が得られ
る。
メント4bを構成し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したが、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。
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したが、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、基台として半導体
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，ステン
レスなどの金属基板を用い、ダイアフラム部をSiO2,Si3
N4などの絶縁膜で形成しても上述と同様に効果が得られ
ることは言うまでもない。
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，ステン
レスなどの金属基板を用い、ダイアフラム部をSiO2,Si3
N4などの絶縁膜で形成しても上述と同様に効果が得られ
ることは言うまでもない。
さらに前述した実施例において、薄膜部構造は、エッ
チングにより形成した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。
チングにより形成した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］ 以上、説明し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したこと
により、薄膜部に形成される温度分布が発熱体の抵抗パ
ターン長とほぼ平行に形成されるので、両側の測温抵抗
体の全体形状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、測温抵抗体が矩形状であってもその全ての
部分に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）ミスマッチドリフト
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。
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したこと
により、薄膜部に形成される温度分布が発熱体の抵抗パ
ターン長とほぼ平行に形成されるので、両側の測温抵抗
体の全体形状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、測温抵抗体が矩形状であってもその全ての
部分に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）ミスマッチドリフト
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。
また、本願発明による他の流速センサによれば、抵抗
体パターンの長さ方向端部を測温抵抗体に近接配置した
ことにより、測温抵抗体部分の温度分布が発熱体の抵抗
体パターンの長手方向とほぼ平行になり、ダイアフラム
部上において均一な温度分布が得られ、高感度の流速検
出が可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
体パターンの長さ方向端部を測温抵抗体に近接配置した
ことにより、測温抵抗体部分の温度分布が発熱体の抵抗
体パターンの長手方向とほぼ平行になり、ダイアフラム
部上において均一な温度分布が得られ、高感度の流速検
出が可能となるなどの極めて優れた効果が得られる。
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サの他の
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。
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サの他の
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。
Claims (2)
- 【請求項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。 - 【請求項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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268497A JPH0830709B2 (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | 流速センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2268497A JPH0830709B2 (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | 流速センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04145372A JPH04145372A (ja) | 1992-05-19 |
| JPH0830709B2 true JPH0830709B2 (ja) | 1996-03-27 |
Family
ID=17459322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2268497A Expired - Fee Related JPH0830709B2 (ja) | 1990-10-08 | 1990-10-08 | 流速センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0830709B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63298120A (ja) * | 1987-05-29 | 1988-12-05 | Sharp Corp | フロ−センサ |
-
1990
- 1990-10-08 JP JP2268497A patent/JPH0830709B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04145372A (ja) | 1992-05-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080327 Year of fee payment: 12 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090327 Year of fee payment: 13 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100327 Year of fee payment: 14 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |