JPH0989620A - 熱式流量センサ - Google Patents
熱式流量センサInfo
- Publication number
- JPH0989620A JPH0989620A JP7239931A JP23993195A JPH0989620A JP H0989620 A JPH0989620 A JP H0989620A JP 7239931 A JP7239931 A JP 7239931A JP 23993195 A JP23993195 A JP 23993195A JP H0989620 A JPH0989620 A JP H0989620A
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- Japan
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- heating wire
- flow rate
- flow sensor
- switching means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低流速の流量に対しても高流速に対しても感
度が高い熱線式流量センサを提供する 【解決手段】 流体の流れの上流側と下流側に平行して
並べられた二つの熱線２１，２２と、この熱線とブリッ
ジを構成する抵抗３１，３２，３３と、演算手段４とか
らなり、二つの熱線２１，２２を直列または並列に接続
変更する切替手段５，６を設けた熱式流量センサ。
度が高い熱線式流量センサを提供する 【解決手段】 流体の流れの上流側と下流側に平行して
並べられた二つの熱線２１，２２と、この熱線とブリッ
ジを構成する抵抗３１，３２，３３と、演算手段４とか
らなり、二つの熱線２１，２２を直列または並列に接続
変更する切替手段５，６を設けた熱式流量センサ。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を検出
する流量センサに関し、詳しくは、熱線に接触して流れ
る流体が熱線を冷却する量によって流量を検出する熱式
の流量センサに関する。
する流量センサに関し、詳しくは、熱線に接触して流れ
る流体が熱線を冷却する量によって流量を検出する熱式
の流量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】流体の流量を検出する熱式の半導体流量
センサには、検出手段として用いる熱線の数によって、
単線型，２線型，３線型の各方式がある。単線型流量セ
ンサは、図４に示すように１本の熱線２１からなり、熱
線２１が流体によって冷却される効果を熱線の抵抗値Ｒ
ｈの低下として検出する、熱線２１と抵抗３１，３２，
３３からなるブリッジ回路と、増幅器４を用いて電気的
に検出する方式である。２線型流量センサは、図５に示
すように流れに直交する方向に距離を置いて並べた２本
の熱線２１，２２からなり、流れによって生ずる上流側
と下流側の熱線の温度差を熱線の抵抗値の差として、熱
線２１，２２と抵抗３１，３２からなるブリッジ回路と
増幅器４を用いて電気的に検出する方式である。３線型
流量センサは、発熱用の熱線とその両端に並べた温度検
出用の抵抗線からなり、流れによって生ずる上流側と下
流側の抵抗線の温度差を抵抗線の抵抗値の差として電気
的に検出する方式である。
センサには、検出手段として用いる熱線の数によって、
単線型，２線型，３線型の各方式がある。単線型流量セ
ンサは、図４に示すように１本の熱線２１からなり、熱
線２１が流体によって冷却される効果を熱線の抵抗値Ｒ
ｈの低下として検出する、熱線２１と抵抗３１，３２，
３３からなるブリッジ回路と、増幅器４を用いて電気的
に検出する方式である。２線型流量センサは、図５に示
すように流れに直交する方向に距離を置いて並べた２本
の熱線２１，２２からなり、流れによって生ずる上流側
と下流側の熱線の温度差を熱線の抵抗値の差として、熱
線２１，２２と抵抗３１，３２からなるブリッジ回路と
増幅器４を用いて電気的に検出する方式である。３線型
流量センサは、発熱用の熱線とその両端に並べた温度検
出用の抵抗線からなり、流れによって生ずる上流側と下
流側の抵抗線の温度差を抵抗線の抵抗値の差として電気
的に検出する方式である。
【０００３】しかしながら、上記従来の技術には、以下
の欠点がある。すなわち、２線型流量センサおよび３線
型流量センサの方式は、低流速の流量を検知する場合、
感度を高くすることができる点で有利であるが、高流速
の流量を検知する場合は、出力が飽和し易い傾向にあ
る。逆に、単線型流量センサの方式は、高流速を検知で
きるという利点を持つ反面低流速の流量を検知する場合
には、２線型，３線型流量センサの方式ほど感度を高く
できないという欠点を持つ。
の欠点がある。すなわち、２線型流量センサおよび３線
型流量センサの方式は、低流速の流量を検知する場合、
感度を高くすることができる点で有利であるが、高流速
の流量を検知する場合は、出力が飽和し易い傾向にあ
る。逆に、単線型流量センサの方式は、高流速を検知で
きるという利点を持つ反面低流速の流量を検知する場合
には、２線型，３線型流量センサの方式ほど感度を高く
できないという欠点を持つ。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記問題に鑑み、本発
明は、低流速の流量に対して感度が高い２線型熱線式流
量センサと、高流速に対して感度が高い単線型熱線式流
量センサの両方の特長を兼ね備えた新しい方式の熱線式
流量センサを提供することを目的とする。
明は、低流速の流量に対して感度が高い２線型熱線式流
量センサと、高流速に対して感度が高い単線型熱線式流
量センサの両方の特長を兼ね備えた新しい方式の熱線式
流量センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る熱式流量センサは、流れの上流側に配
置された熱線２１と下流側に配置された熱線２２と、抵
抗３１，３２，３３からなるブリッジ回路１と、増幅器
４と、高流速側と低流速側を切り替える二つの切替手段
５，６から構成し、高流速の流量検知に適した回路とし
て、熱線２１と熱線２２の直列接続体を１辺とし、抵抗
３１，３２，３３をそれぞれ残りの３辺としてブリッジ
回路を構成し、抵抗３１と熱線２１の接続点Ｐ１と、抵
抗３２と抵抗３３の接続点Ｐ４の不平衡の程度を検出す
ることによって流量を検出するようにした。
に、本発明に係る熱式流量センサは、流れの上流側に配
置された熱線２１と下流側に配置された熱線２２と、抵
抗３１，３２，３３からなるブリッジ回路１と、増幅器
４と、高流速側と低流速側を切り替える二つの切替手段
５，６から構成し、高流速の流量検知に適した回路とし
て、熱線２１と熱線２２の直列接続体を１辺とし、抵抗
３１，３２，３３をそれぞれ残りの３辺としてブリッジ
回路を構成し、抵抗３１と熱線２１の接続点Ｐ１と、抵
抗３２と抵抗３３の接続点Ｐ４の不平衡の程度を検出す
ることによって流量を検出するようにした。
【０００６】さらに、本発明は、低流速の流量検知に適
した回路として、熱線２１と熱線２２をそれぞれ１辺と
し、抵抗３１と抵抗３２を残りの２辺としてブリッジ回
路を構成し、抵抗３１と熱線２１の接続点Ｐ１と、抵抗
３２と熱線２２の接続点Ｐ４の不平衡の程度を検出する
ことによって流量を検出するようにした。このとき、熱
線２１の抵抗値をＲｕとし熱線２２の抵抗値をＲｄと
し、抵抗３１，３２，３３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ
２，Ｒ３としたときに、各抵抗値をブリッジ回路の平衡
条件を考えて、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒｕ＝Ｒｄ＝０．５Ｒ３と
する。
した回路として、熱線２１と熱線２２をそれぞれ１辺と
し、抵抗３１と抵抗３２を残りの２辺としてブリッジ回
路を構成し、抵抗３１と熱線２１の接続点Ｐ１と、抵抗
３２と熱線２２の接続点Ｐ４の不平衡の程度を検出する
ことによって流量を検出するようにした。このとき、熱
線２１の抵抗値をＲｕとし熱線２２の抵抗値をＲｄと
し、抵抗３１，３２，３３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ
２，Ｒ３としたときに、各抵抗値をブリッジ回路の平衡
条件を考えて、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒｕ＝Ｒｄ＝０．５Ｒ３と
する。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１に本発明に係る熱式流量セン
サの回路構成を示す。本発明の熱式流量センサは、熱線
２１および熱線２２と抵抗３１，３２，３３とからなる
ブリッジ回路１と、演算増幅器からなる演算手段４と、
ブリッジ回路の構成を変更する二つの切替手段５，６
と、制御手段７とから構成される。切替手段５，６を、
高流速検知時には、高速側に切り替え、低流速検知時に
は低流速側に切り替えることによって、単線型または２
線型の熱式流量センサとして働かせることができる。
サの回路構成を示す。本発明の熱式流量センサは、熱線
２１および熱線２２と抵抗３１，３２，３３とからなる
ブリッジ回路１と、演算増幅器からなる演算手段４と、
ブリッジ回路の構成を変更する二つの切替手段５，６
と、制御手段７とから構成される。切替手段５，６を、
高流速検知時には、高速側に切り替え、低流速検知時に
は低流速側に切り替えることによって、単線型または２
線型の熱式流量センサとして働かせることができる。
【０００８】ブリッジ回路１は、抵抗３１と熱線２１と
の直列接続体と、抵抗３２と抵抗３３と熱線２２との直
列接続体が並列に接続されて構成される。ここで、抵抗
３２と抵抗３３は、第１の切替スイッチ５の接点５ａと
高流速側接点５ｈを介して直列に接続され、抵抗３３と
熱線２２の接続点Ｐ３は、第１の切替手段５の低流速側
接点５ｌと、第２の切替手段６の高流速側接点６ｈに接
続されており、高流速検知時には接地され、低流速検知
時には抵抗３２に接続されて抵抗３３は回路から切り離
される。抵抗３１と熱線２１の接続点Ｐ１と、抵抗３２
と第１の切替手段５の接点５ａの接続点Ｐ４が、増幅器
４の二つの入力端子に接続される。熱線２１と熱線２２
の接続点Ｐ２は、第２の切替手段６の低流速側接点６ｌ
に接続され、低流速検知時には接地される。
の直列接続体と、抵抗３２と抵抗３３と熱線２２との直
列接続体が並列に接続されて構成される。ここで、抵抗
３２と抵抗３３は、第１の切替スイッチ５の接点５ａと
高流速側接点５ｈを介して直列に接続され、抵抗３３と
熱線２２の接続点Ｐ３は、第１の切替手段５の低流速側
接点５ｌと、第２の切替手段６の高流速側接点６ｈに接
続されており、高流速検知時には接地され、低流速検知
時には抵抗３２に接続されて抵抗３３は回路から切り離
される。抵抗３１と熱線２１の接続点Ｐ１と、抵抗３２
と第１の切替手段５の接点５ａの接続点Ｐ４が、増幅器
４の二つの入力端子に接続される。熱線２１と熱線２２
の接続点Ｐ２は、第２の切替手段６の低流速側接点６ｌ
に接続され、低流速検知時には接地される。
【０００９】第１の切替手段５と第２の切替手段６は、
制御手段７によって同時に高流速側または低流速側に切
り替えられる。さらに、これらの切替手段５，６は、機
械的なスイッチであっても良く、電気的スイッチ（半導
体スイッチ等）とすることもできる。
制御手段７によって同時に高流速側または低流速側に切
り替えられる。さらに、これらの切替手段５，６は、機
械的なスイッチであっても良く、電気的スイッチ（半導
体スイッチ等）とすることもできる。
【００１０】
【作用】以上のように、本発明によれば、高流速時に
は、熱線２１と熱線２２とが直列に接続されてブリッジ
回路１の１辺を構成するので、流速の検知感度を高くす
ることができ、低流速時には、２本の熱線がそれぞれブ
リッジ回路１の各１辺を構成するので、流速の検知感度
を高くすることができる。
は、熱線２１と熱線２２とが直列に接続されてブリッジ
回路１の１辺を構成するので、流速の検知感度を高くす
ることができ、低流速時には、２本の熱線がそれぞれブ
リッジ回路１の各１辺を構成するので、流速の検知感度
を高くすることができる。
【００１１】
【実施例】以下、流速検知素子１の概略構成の１例を図
２を用いて説明する。図２は流速検知素子２を上面から
見た概念図である。流速検知素子２では、２本の熱線２
１，２２が、流体の流れの上流側と下流側にそれぞれ位
置するように配置されるとともに、直列に接続されてシ
リコンなどからなる半導体基板２８の上に多結晶シリコ
ンなどの材質を用いて製作されている。それぞれの熱線
２１，２２の一端２１ａ，２２ｂには電極パッド２３，
２５が構成されており、熱線２１，２２の他端２１ｂ，
２２ａは共通に接続されて引出用の電極パッド２４が設
けられている。それぞれの熱線２１，２２の下には、熱
絶縁用の凹部２６が設けられるとともに、流速検知素子
２の上面は、電極パッド２３，２４，２５の部分を除い
て酸化シリコンなどの保護膜によって、被われている。
電極パッド２３，２４，２５は、それぞれ図１に示した
接続点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に該当する。
２を用いて説明する。図２は流速検知素子２を上面から
見た概念図である。流速検知素子２では、２本の熱線２
１，２２が、流体の流れの上流側と下流側にそれぞれ位
置するように配置されるとともに、直列に接続されてシ
リコンなどからなる半導体基板２８の上に多結晶シリコ
ンなどの材質を用いて製作されている。それぞれの熱線
２１，２２の一端２１ａ，２２ｂには電極パッド２３，
２５が構成されており、熱線２１，２２の他端２１ｂ，
２２ａは共通に接続されて引出用の電極パッド２４が設
けられている。それぞれの熱線２１，２２の下には、熱
絶縁用の凹部２６が設けられるとともに、流速検知素子
２の上面は、電極パッド２３，２４，２５の部分を除い
て酸化シリコンなどの保護膜によって、被われている。
電極パッド２３，２４，２５は、それぞれ図１に示した
接続点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に該当する。
【００１２】図３を用いて、流路内に設置されるセンサ
チップ１０の概略構成を説明する。センサチップ１０
は、ガラス基板１３上に流量検出素子２が貼付けられて
おり、該検出素子２の電極パッド２３，２４，２５がガ
ラス板１３上に設けた三つの金配線１４にそれぞれアル
ミニウムのボンディング１５によって接続されている。
金配線１４には、導線１６が接続されて、流量検出手段
のブリッジ回路１に接続される。
チップ１０の概略構成を説明する。センサチップ１０
は、ガラス基板１３上に流量検出素子２が貼付けられて
おり、該検出素子２の電極パッド２３，２４，２５がガ
ラス板１３上に設けた三つの金配線１４にそれぞれアル
ミニウムのボンディング１５によって接続されている。
金配線１４には、導線１６が接続されて、流量検出手段
のブリッジ回路１に接続される。
【００１３】このようなセンサチップ１０を備えた、流
量検知手段を用いて、流量を検知するときの動作を説明
する。まず、流速が遅いすなわち流量が少ない場合の流
量検知について説明する。この場合、第１の切替手段５
および第２の切替手段６は、制御手段７によってそれぞ
れ低流速側に切り替えられる。したがって、ブリッジ
は、抵抗３１と熱線２１の直列接続体と、抵抗３２と熱
線２２の直列接続体が並列に接続された形態となり、接
続点Ｐ２が接地される。したがって、流量検知手段は２
線型として働き、低流速の場合も検知感度を高くするこ
とができる。次に、流速が速いすなわち流量が多い場合
の流量検知について説明する。この場合、第１の切替手
段５および第２の切替手段６は、制御手段７によってそ
れぞれ高流速側に切り替えられる。したがって、ブリッ
ジは、抵抗３１と熱線２１と熱線２２の直列接続体と、
抵抗３２と抵抗３３直列接続体が並列に接続された形態
となり、接続点Ｐ３が接地される。したがって、流量検
知手段は単線型として働き、高流速の場合も検知感度を
高くすることができる。このとき、熱線２１の抵抗値を
Ｒｕとし熱線２２の抵抗値をＲｄとし、抵抗３１，３
２，３３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３としたと
きに、各抵抗値をブリッジ回路の平衡条件を考えて、Ｒ
１＝Ｒ２、Ｒｕ＝Ｒｄ＝０．５Ｒ３とすることによっ
て、流速の変化に対応して接続を変更しても、平衡条件
が大きく変化することがなく、増幅器４の入力信号に大
きな変化を生じることがない。
量検知手段を用いて、流量を検知するときの動作を説明
する。まず、流速が遅いすなわち流量が少ない場合の流
量検知について説明する。この場合、第１の切替手段５
および第２の切替手段６は、制御手段７によってそれぞ
れ低流速側に切り替えられる。したがって、ブリッジ
は、抵抗３１と熱線２１の直列接続体と、抵抗３２と熱
線２２の直列接続体が並列に接続された形態となり、接
続点Ｐ２が接地される。したがって、流量検知手段は２
線型として働き、低流速の場合も検知感度を高くするこ
とができる。次に、流速が速いすなわち流量が多い場合
の流量検知について説明する。この場合、第１の切替手
段５および第２の切替手段６は、制御手段７によってそ
れぞれ高流速側に切り替えられる。したがって、ブリッ
ジは、抵抗３１と熱線２１と熱線２２の直列接続体と、
抵抗３２と抵抗３３直列接続体が並列に接続された形態
となり、接続点Ｐ３が接地される。したがって、流量検
知手段は単線型として働き、高流速の場合も検知感度を
高くすることができる。このとき、熱線２１の抵抗値を
Ｒｕとし熱線２２の抵抗値をＲｄとし、抵抗３１，３
２，３３の抵抗値をそれぞれＲ１，Ｒ２，Ｒ３としたと
きに、各抵抗値をブリッジ回路の平衡条件を考えて、Ｒ
１＝Ｒ２、Ｒｕ＝Ｒｄ＝０．５Ｒ３とすることによっ
て、流速の変化に対応して接続を変更しても、平衡条件
が大きく変化することがなく、増幅器４の入力信号に大
きな変化を生じることがない。
【００１４】以上の説明では、切替手段５，６の切り替
えは、流速に応じて切り替える例を説明したが、所定の
時間間隔で切り替え手段を切り替えるように制御手段７
を構成して、一定間隔ごとに低流速用の検出値と高流速
用の検出値とを取り出し、高いセンサ検出値を正しい検
出値として採用するように構成することもできる。
えは、流速に応じて切り替える例を説明したが、所定の
時間間隔で切り替え手段を切り替えるように制御手段７
を構成して、一定間隔ごとに低流速用の検出値と高流速
用の検出値とを取り出し、高いセンサ検出値を正しい検
出値として採用するように構成することもできる。
【００１５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、一つの
流速センサを用いて、低流速から高流速まで高感度な流
速測定が可能になる。
流速センサを用いて、低流速から高流速まで高感度な流
速測定が可能になる。
【図１】本発明に係る流量センサの概要を示す回路図。
【図２】本発明の流量センサに用いる流速検知素子の構
造の概要を示す概念平面図。
造の概要を示す概念平面図。
【図３】本発明の流量センサに用いるセンサチップの構
成の概要を示す概念図。
成の概要を示す概念図。
【図４】従来の単線型流量センサの回路構成を示す図。
【図５】従来の２線型流量センサの回路構成を示す図。
１ ブリッジ回路 ２ 流量検出素子 ４ 増幅器 ５，６ 切替手段 ７ 制御手段 １０ センサチップ ２１，２２ 熱線 ２３，２４，２５ 電極パッド ２６ 断熱空間 ２８ シリコン基板 ３１，３２，３３ 抵抗
Claims (4)
- 【請求項１】 流体の流れの上流側と下流側に平行して
並べられた二つの熱線と、この熱線とブリッジを構成す
る三つの抵抗と、演算手段とからなる熱式流量センサに
おいて、二つの熱線を直列または並列に接続変更する切
替手段を設けたことを特徴とする熱式流量センサ。 - 【請求項２】 ブリッジは、第１の抵抗と第１の熱線の
直列接続体と、第２の抵抗と第１の切替手段と第３の抵
抗と第２の熱線の直列接続体とから構成され、第２の抵
抗と第３の抵抗を直列に接続するか第２の抵抗と第２の
熱線を直列に接続するかを選択する第１の切替手段と、
第１の熱線と第２の熱線を直列に接続して接地するか第
１の熱線と第２の熱線を並列に接続してその接続点を接
地するかを選択する第２の切替手段を設けた請求項１記
載の熱式流量センサ。 - 【請求項３】 第１の熱線と第２の熱線は、同一の半導
体基板の上に設けられた請求項１または請求項２記載の
熱式流量センサ。 - 【請求項４】 第１の切替手段と第２の切替手段を、所
定の時間間隔で同時に切り替えるようにした請求項１な
いし請求項３のいずれか記載の熱式流量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239931A JPH0989620A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 熱式流量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239931A JPH0989620A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 熱式流量センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989620A true JPH0989620A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17051967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7239931A Pending JPH0989620A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 熱式流量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989620A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009115829A (ja) * | 2002-07-23 | 2009-05-28 | Hitachi Metals Ltd | 流量センサ、流量測定器及び流量制御器 |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP7239931A patent/JPH0989620A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009115829A (ja) * | 2002-07-23 | 2009-05-28 | Hitachi Metals Ltd | 流量センサ、流量測定器及び流量制御器 |
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