JPH10500490A - 流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ヒーター（２）がダイヤフラム（１）上に配置されている流量センサが提案される。ヒーターの各側には温度センサ（３、４）が設けられている。さらにヒータ（２）の各側には別の温度センサ（５、６）が設けられており、この温度センサは接続抵抗（７）によって接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】 流量センサ 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念に記載された流量センサに関する。米国特許４ ４５８１９２８号明細書からすでにダイヤフラムを有する流量センサが公知であ る。ここではダイヤフラムにヒーターが配置され、ヒータの各側に温度センサが 配置されている。ヒーターと温度センサは抵抗層から切り出し成形される。評価 のために温度センサは他の抵抗とともに測定ブリッジ回路に配置されている。 発明の利点 請求項１の構成を有する本発明の流量センサは従来技術に対して、センサ素子 の信号の改善が達成されるという利点を有する。その際にわずかなコスト上昇が 必要なだけである。さらにセンサ素子は対象に構成され、これにより個々の温度 センサの信号が同じ経過をとるようになる。コストは非常に僅かである。という のは、すべての素子が１つの同じ抵抗層から切り出し成形されるからである。し たがって製造公差は測定素子に僅かな影響しか及ぼさない。 従属請求項に記載された手段によって、本発明の流量センサの有利な構成およ び改善が可能である。温度 センサと別の温度センサは相前後して、または並置して配置することができる。 付加コストなしで、ヒーター、温度センサおよび別の温度センサに対する線路を 抵抗層から形成することができる。とくに簡単で正確なセンサ信号の検出が、温 度センサと別の温度センサを１つの測定ブリッジに配置する構成によって達成さ れる。ここでは接続抵抗に並列に有利には調整抵抗が接続される。この調整抵抗 によってブリッジの調整を行うことができる。 接続抵抗の温度係数を除去するためには、調整抵抗を比較的に高抵抗に構成す ることができる。 図面 本発明の実施例が図面に示されており、以下詳細に説明する。図１は本発明の 測定素子の平面図、図２はと図３は別の実施例、図４は測定ブリッジの等価回路 を示す図である。 実施例の説明 図１には本発明の測定素子の平面図が示されている。この測定素子は基板２０ からなり、基板によってダイヤフラム１が保持されている。ダイヤフラム１はと くに小さな熱慣性ととくに小さな熱伝導率を有する。ダイヤフラム１には、ヒー ター２、温度センサ３と４、別の温度センサ５、６および接続抵抗７が設けられ ている。ヒーター２によってダイヤフラムは所定の温度に加熱される。矢印が示 すように、ダイヤフラムの 上側を媒体流が通流すると、ダイヤフラムはこの媒体流によって冷却される。こ こで通流方向で上流側にある抵抗３と５は、下流側にある抵抗４と６よりも比較 的に強く冷却される。この温度差を検出することにより、流れの強度を推定する ことができる。 ヒーター２は抵抗素子として構成されている。すなわち、ヒーター２を流れる 電流によってこのヒーターが加熱される。温度センサ３、４、５、６は抵抗サー モメータとして構成されている。すなわち、抵抗で降下する電圧を測定すること によって個々の測定素子の温度を検出することができる。 ヒーター２と温度センサ３、４と別の温度センサ５、６を接触接続するために 、導体路８とボンドパッド３１〜３８が設けられている。ボンドパッド３１〜３ ８にはワイヤが固定されており、このワイヤが評価回路との電気接続を行う。電 気信号の導通は基板２０上で導体路８によって行われる。 ここで米国特許第４５８１９２８号明細書の場合のように、基板２０に対して はシリコン基板が考えられる。ダイヤフラム１に対しては基板２０の上側に薄い 誘電層が設けられており、したがって基板２０はダイヤフラム１の下側に距離を おいて配置されている。このことは、米国特許第４５８１９２８号明細書に記載 されたのと同じようにダイヤフラムの開口部によって行われる。しかし択一的に 、基板２０の裏側からダイ ヤフラム層まで開口部をエッチングし、ダイヤフラムを形成することもできる。 シリコンの他にもちろん、別の材料を基板２０に対して使用することもできる。 ヒーター２、抵抗３、４、５、６、７、線路８およびボンドパッド３１〜３８ の作製は、最初は全く平坦に設けられた層を成形することにより行われる。導体 路８は格段に大きな横断面を有し、したがってその抵抗は抵抗２〜７に対して比 較的に小さい。センサの機能に対しては、上流側にある抵抗素子３、５と下流側 にある抵抗素子４と６がそれぞれヒーター２に対して対称に配置されていること が重要である。導体路８の無視できない残留抵抗のため、この残留抵抗も抵抗３ 、４、５、６に対して対称にすべきである。すべての素子がただ１つの層から切 り出し成形される場合には、導体路をジャンパ接続することはできない。したが って、別の抵抗５と６との間に接続抵抗７を配置し、この抵抗がこれら２つの抵 抗素子の間の接続を行うようにする。このことにより、導体路８を抵抗５と６に 対して対称に構成することが可能になる。 図４には、測定素子の評価回路の等価回路が示されている。温度センサ３、４ は、中間タップ３３を有する第１の測定ブリッジ分岐路を形成する。別の温度セ ンサ６、７と５は、２つのタップ３４、３５を有する第２の測定ブリッジ分岐路 を形成する。端子３１は供給電圧と、また端子３２はアースと接続されている。 タップ３１〜３５は、図１の測定素子の平面図に示されたボンドパッドに相当す る。 評価回路には別の調整抵抗１５と１６が設けられている。これらの抵抗は接続 抵抗７に対して並列に接続されている。調整抵抗１５と１６との間に補正された ブリッジタップ３６が設けられている。抵抗１５と１６の抵抗値を調整すること によって測定ブリッジのゼロ点を調整することができる。 図１からわかるように、測定ブリッジに配置されたすべての抵抗はダイヤフラ ムに載置されている。したがって、各ブリッジ抵抗の抵抗値は媒体流と共に変化 する。このように構成されたブリッジ回路はとくに強い信号を有する。しかし問 題なのは、導体路８を個々の抵抗に対して対称に構成することである。ブリッジ 構成であるため、導体路８が非対称に導かれた場合には、この導体路８の無視で きない残留抵抗によって使用時にすでに相応に歪んだ特性曲線を有する非対称の ブリッジ回路が形成されてしまう。したがってすべての導体路はダイヤフラム上 の抵抗に対して対称に構成されなければならない。抵抗３と４により形成される ブリッジ分岐路では、ただ１つの導体路がタップ３３に対して設けられている。 この種のタップは、抵抗５と６により形成されるブリッジ分岐路に対しても最適 であろう。すべての抵抗２〜７とすべての導体路８がただ１つの層から切り出し 成形されるならば、この種 のタップは不可能である。したがって対称構成を可能にするため、接続抵抗７が 設けられ、これによって２つのタップ３４と３５の対称構成を可能にする。この 場合、タップ３４と３５の２つの信号は調整抵抗１５と１６を介して補正された ブリッジタップ３６でまとめられる。抵抗値１５と１６を相応に調整することに よって、ブリッジの静止平衡状態を調整することができる。この場合、接続抵抗 ７がその抵抗値をお名用にダイヤフラムの温度によって変化することは問題であ る。抵抗１５と１６の全体抵抗値が接続抵抗７の抵抗値に対して比較的に高抵抗 であれば、接続抵抗７の温度経過はタップ３６の出力信号に僅かな影響しか及ぼ さない。 図１では、温度センサ３、４と別の温度センサ５、６が相互に接続されたメア ンダ状の抵抗路として構成されている。したがって温度センサ３は同じダイヤフ ラム面に載置されている。これは別の温度センサ５も同じである。温度センサ４ はダイヤフラムの同じ面に配置されており、これは別の温度センサ６も同じであ る。この構成によって、温度センサ３と４は同じダイヤフラム領域の温度を測定 する。これは別の２つの温度センサ５と６も同じである。 図２と図３には、温度センサ３、４と別の温度センサ５、６の別の構成が示さ れている。簡単にするため、ダイヤフラム、導体路および基板２０は省略してあ る。図１では、温度センサ３、４と別の温度センサ５、６がダイヤフラムの同じ 領域を覆っている。ここで温度センサはメアンダ状の接続によって比較的大きな 面積を覆っている。図２では、温度センサ３、４、５、６に対する個々の抵抗素 子がメアンダ状に接続されていない構成が示されている。この配置構成は格段に 小型に組み立てることができる。中央に配置されたヒーター２から発する温度勾 配がダイヤフラムに生じるので、抵抗素子３、４、５、６の小型の構成により、 ひいては１つの小さなダイヤフラム領域だけが網羅されることにより、各温度セ ンサは１つの比較的小さな温度勾配に曝されるだけである。図２では、温度セン サ３、４が内部に、すなわちヒーター２の近傍に配置されており、別の温度セン サ５、６はさらに外部に、すなわち外側に配置されている。図３には、別の温度 センサ５、６が内部に、すなわちヒーター２の近傍に配置され、温度センサ３、 ４が外側にすなわちヒーターからさらに離れて配置されている構成が示されてい る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 測定素子を有する流量センサであって、前記測定素子がダイヤフラム（ １）と、ダイヤフラム（１）上に抵抗層を有し、該抵抗層から少なくとも１つの ヒータ（２）と、該ヒーター（２）の両側に温度センサ（３、４）が切り出し成 形される形式の流量センサにおいて、 接続抵抗（７）が設けられており、該接続抵抗は別の２つの温度センサ（３， ４）を相互に接続し、 前記別の温度センサ（３，４）と接続抵抗（７）とはダイヤフラムに載置され ており、 前記別の温度センサ（３，４）と接続抵抗（７）とは抵抗層から切り出し成形 されている、ことを特徴とする流量センサ。 ２． 温度センサ（３，４）と別の温度センサ（５，６）とはメアンダ状に相 互に接続された抵抗素子として構成されている、請求項１記載の流量センサ。 ３． 温度センサ（３、４）は、別の温度センサ（４、６）よりもヒーター（ ２）の近傍に配置されている、請求項１記載の流量センサ。 ４． 別の温度センサ（５、６）は、温度センサ（３、４）よりもヒーター（ ２）の近傍に配置されている、請求項１記載の流量センサ。 ５． ヒータ（２）、温度センサ（３、４）、別の 温度センサおよび接続抵抗（７）を接触接続するための導体路（８）が設けられ ており、 該導体路（８）は抵抗層から切り出し成形される、請求項１から４までのいず れか１項記載の流量センサ。 ６． 測定ブリッジが形成され、 温度センサ（３、４）は、測定ブリッジの第１の分岐路を形成し、該第２の分 岐路は当該２つの温度センサの間に中間タップ（３３）を有しており、 別の温度センサ（５、６）は接続抵抗（７）と共に測定ブリッジの第２の分岐 路を形成し、該接続抵抗は２つの別の温度センサ（５、６）の間に配置されてお り、 測定ブリッジの第２の分岐路は２つのタップ（３４、３５）を有し、 当該タップはそれぞれ、接続抵抗（７）と２つの別の温度センサ（５、６）の それぞれ一方との間に配置されている、請求項１から５までのいずれか１項記載 の流量センサ。 ７． ２つの調整抵抗（１５、１６）が設けられており、 当該２つの調整抵抗（１５、１６）は、第２のブリッジ分岐路の２つのタップ （３４、３５）の間に直列に配置されており、 調整抵抗（１５、１６）の間に調整されたタップ（ ３６）が設けられている、請求項６記載の流量センサ。 ８． 調整抵抗（１５、１６）は接続抵抗（７）と比較して高抵抗である、請 求項７記載の流量センサ。