JPH11271120A

JPH11271120A - 感熱式流速センサ、感熱式流速検出装置

Info

Publication number: JPH11271120A
Application number: JP10071895A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nakayama; 義宣中山
Original assignee: Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-03-20
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 1999-10-05
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: JP3802222B2

Abstract

(57)【要約】【課題】広域での流量、流速の計測を可能にし、特
に、流体の流れ方向に対の発熱体を対向配置した２発熱
体方式の検出エレメントを用い、駆動電流に無関係に感
度を変えるようにする。【解決手段】流体を流す流体流通路３とブリッジ４ａ
とを基板１に形成し、ある一組の検出エレメント５ｂの
対をなす上流側の発熱体５１ｂと下流側の発熱体５２ｂ
との間に、他の組の検出エレメント５ａの上流側の発熱
体５１ａと下流側の発熱体５２ａとが位置する配置関係
をもって、複数組の検出エレメント５ａ，５ｂをブリッ
ジ４ａに配列する。これにより、ひとつの基板１上に感
度の異なる複数の検出エレメント５ａ，５ｂを形成し、
流体の流速、流量に応じて使用する検出エレメント５
ａ，５ｂを切り替えることにより、計測領域を増大させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流れ方向の
上流側と下流側とに発熱体を配置した検出エレメントを
備え、上流側の発熱体と下流側の発熱体との冷却量の違
いを電気信号の差として求めることにより、流体の流
速、流量を検出する感熱式流量センサ、感熱式流速検出
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、図８及び図９に基づいて、一般的
な感熱式流速センサＡの概略の構成を説明する。図８は
平面図、図９は図８におけるＸ−Ｘ線上で断面にした縦
断正面図である。図中、１はシリコン等の材料により形
成した基板である。この基板１は表面が絶縁膜２で覆わ
れ、中央部には矢印方向からガス等の流体を流すための
流体流通路としての堀３がエッチング等の方法により形
成されている。また、基板１には堀３の一部を流体の流
れ方向と直交してまたがるようにブリッジ４ａが形成さ
れている。このブリッジ４ａの表面には検出エレメント
５ａが金属薄膜により形成されている。この検出エレメ
ント５ａは、流体の流れ方向の上流側と下流側とに配列
した二つの発熱体（発熱抵抗体膜）５１ａ，５２ａによ
り形成されている。

【０００３】さらに、基板１の表面には、発熱体５１
ａ，５２ａに接続されたボンディングパッド５３ａ，５
４ａと、発熱体５１ａ，５２ａと基板１との間を熱的に
断絶するスリット６と、測温体７と、この測温体（発熱
抵抗体膜）７に接続されたボンディングパッド８とが形
成されている。検出エレメント５ａと測温体７とは絶縁
性の保護膜により覆われている。

【０００４】このような感熱式流速センサＡは、図１０
に示す管路本体９において管路１０の蓋１１の内面に取
り付けられて用いられる。図１０（ａ）は管路１０を開
放した状態の管路本体９を示す平面図である。同図
（ｂ）は図１０（ａ）におけるＹ−Ｙ線上で断面にした
縦断側面図、同図（ｃ）は図１０（ａ）におけるＸ−Ｘ
線上で断面にした縦断正面図で、それぞれ管路本体９を
蓋１１で閉塞した状態を示している。管路１０の上流側
には、ハニカム構造又は厚みのあるメッシュ構造の整流
器１９が配置されている。感熱式流速センサＡは管路１
０に配置されている。これにより、ガス等の流体は矢印
に示すように管路１０を流れ、整流器１９を通り、この
ときに流体の流速又は流量が検出される。

【０００５】ここで、図８を参照し、流体の流速を検出
する感熱式流速センサＡの動作を概略的に説明する。ガ
ス等の流体の流速がゼロのときは、発熱体５１ａ，５２
ａの抵抗値が等しいが、矢印方向に流体が流れると、上
流側の発熱体５１ａが流体により先に冷却され、下流側
の発熱体５２ａは上流側の発熱体５１ａから熱を奪った
流体晒されるため、発熱体５１ａ，５２ａの出力が異な
る。したがって、その出力差により流体の流速を求める
ことができる。なお、流速は、単位時間当たりの流量
と、図１０に示す管路１０の流路断面積により決まる。

【０００６】図１１は感熱式流速センサＡの駆動回路の
一例である。この例では、発熱体５１ａ，５２ａと定電
流電源１２とを直列に接続する例である。定電流を流す
と発熱体５１ａの両端には電圧Ｖｕが発生し、発熱体５
２ａの両端には電圧Ｖｄが発生する。発熱体５１ａ，５
２ａの電圧降下ＶｈｕとＶｈｄとを検出し、流量（或い
は流速）と関係する量として、Ｖｄｕ（Ｖｈｄ−Ｖｈ
ｕ）を求め、この値と予め決められた関係式によって単
位時間当たりの流量を求めることができる。

【０００７】感熱式流速センサＡの駆動方式は、上記の
定電流駆動方式の他に、定電圧駆動方式、定温度駆動方
式等があるが、何れも発熱体５１ａ，５２ａの出力の差
をとることは同様である。

【０００８】感熱式流速センサは、高感度で消費電力も
少なく、ガスメータ等への応用が検討されている。湯沸
器の口火を点火状態に維持するガスの流量は毎時３リッ
トルの場合、流路断面積を１cm² 程度とするときに、流
速は毎秒数mm〜２cmと非常に低く、このような低速領域
の検出をする場合の応用として、感熱式流速センサは優
れた特性を発揮する。しかし、ガスメータとしての流量
は、最大で毎時３０００リットル以上、流速は毎秒１０
メートルを上回るという３桁以上の広い領域を検出する
必要がある。一方、単一の感熱式流速センサでは、低速
領域の感度が良くても高速領域での感度が低下する問題
があり、一つの感熱式流速センサで検出できるダイナミ
ックレンジは２桁位までが限度である。

【０００９】計測領域を増やすには何らかの方法で感度
の異なる複数の感熱式流速センサを用いる必要がある。
感度の異なる感熱式流速センサを用いた場合の検出エレ
メントの特性を図１２に示す。左のグラフは高感度の感
熱式流速センサの特性で、都市ガス３００リットル／時
で、感度の飽和が始まる。これに対し、高流量（高流
速）用の感熱式流速センサは、１００リットル／時位か
ら実用精度に達し、３０００リットル／時以上の計測に
使える。このように特性の異なる感熱式流速センサを組
み合わせ、計測領域に応じて感熱式流速センサを切り替
えることができるが、装置が大型化してしまう。

【００１０】単一の感熱式流速センサで広域の計測に対
応する従来例について説明する。第一に、特開平６−１
１３７４号公報に記載された提案について説明する。こ
れは、基板に形成した橋絡部（ブリッジ）に形成した四
個の薄膜熱感知体（発熱体）をホイートストンブリッジ
回路に組む構成である。

【００１１】第二に、特開平８−２９２２６号公報に記
載された提案は、計測する領域に応じて感度の異なる複
数の検出部分（検出エレメント）の出力を切り替えるこ
とで、広域の計測を可能にしようとするものである。こ
の場合、複数の検出部分は熱容量を変えることにより感
度が異なる。

【００１２】第三に、特開平４−３４３０２４号公報に
記載された提案は、計測する流量の多少に拘らず流量を
的確に計測するために、それぞれ加熱部を間にして対の
抵抗温度センサ部を対向配置した大流量計測部と小流量
計測部とを備えている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】特開平６−１１３７４
号公報に記載された提案は、感度を向上させることによ
り、或いは、出力特性の非直線性を改善することで計測
領域を広げようとするものである。しかし、ガスの流量
計測を例にすると、３００リットル／時以下の領域と、
１００〜３０００リットル／時の領域とを含む広域の計
測を満足する程の出力特性の非直線性を改善することが
できるとは思えない。

【００１４】特開平８−２９２２６号公報に記載された
提案は、検出部分を切り替えることで広域の計測が可能
であるが、低消費電力が要求されるガスメータ等に用い
る感熱式流速センサに使用する場合、検出部分の熱容量
を大きくすると、パルス駆動する際に応答時間が長くな
る。また、熱容量が大きい検出部分を駆動するために消
費電力が増える問題がある。

【００１５】特開平４−３４３０２４号公報に記載され
た提案は、加熱部を挾んで抵抗温度センサ部を配置して
流量計測部を形成しているため、流体の流れ方向に対の
発熱体を対向配置した構成に比して低量領域での感度が
低い。

【００１６】本発明は広域での流量、流速の計測を可能
にし、特に、流体の流れ方向に対の発熱体を対向配置し
た２発熱体方式の検出エレメントを用い、駆動電流に無
関係に感度を変えることができるようにすることを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
流体を流すための流体流通路と、この流体流通路の一部
を架橋するブリッジとを基板に形成し、流体の流れ方向
における上流側と下流側とに配置された対の発熱体より
なる検出エレメントを前記ブリッジに形成してなる感熱
式流速センサにおいて、前記検出エレメントは複数組設
けられ、ある一組の前記検出エレメントの対をなす上流
側の前記発熱体と下流側の前記発熱体との間に、他の組
の前記検出エレメントの上流側の前記発熱体と下流側の
発熱体とが位置する配置関係をもって複数組の前記検出
エレメントを前記ブリッジ上に配列した。

【００１８】したがって、ひとつの基板上に感度の異な
る複数の検出エレメントを形成することが可能となる。
これにより、流体の流速、流量に応じて使用する検出エ
レメントを切り替えることにより、計測領域を増大させ
ることが可能となる。

【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、複数組の検出エレメントは、流体流通路の
中央部とその流体流通路の側壁付近とに位置を変えてブ
リッジに配設されている。

【００２０】したがって、一つのブリッジ上に感度の異
なる複数の検出エレメントを形成することができる。

【００２１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、検出エレメントの上流側の発熱体と下流側
の発熱体の配列パターンは、流体の流線方向の中心線を
軸に線対称に配列されている。

【００２２】したがって、流体流通路の側壁付近に配設
した検出エレメントの出力電圧の流量に対する変化を滑
らかにすることが可能となる。

【００２３】請求項４記載の発明は、流体を流すための
流体流通路と、この流体流通路の一部を架橋するブリッ
ジとを基板に形成し、流体の流れ方向における上流側と
下流側とに配置された対の発熱体よりなる検出エレメン
トを前記ブリッジに形成してなる感熱式流速センサにお
いて、前記ブリッジは流体の流れ方向の上流側から下流
側に向けて複数形成され、前記ブリッジのそれぞれに前
記検出エレメントが形成されている。

【００２４】したがって、ひとつの基板上に感度が異な
る複数の検出エレメントを形成することが可能となる。
これにより、流体の流速、流量に応じて使用する検出エ
レメントを切り替えることにより、計測領域を増大させ
ることが可能となる。また、検出エレメントの数に応じ
て複数のブリッジを設けることにより、ブリッジ上での
検出エレメントの配置に自由度を増すことが可能とな
る。さらに、複数の検出エレメントの熱的干渉を防止す
ることが可能となる。

【００２５】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、流体の流れの方向における発熱体のパター
ン幅が複数の検出エレメント毎に変えてある。

【００２６】したがって、流体流通路の幅が一定で、ブ
リッジの長さが一定の場合でも、発熱体のパターン幅
（ブリッジ幅に対応）の違いを利用して、感度差が大き
な複数の検出エレメントを形成することが可能となる。

【００２７】請求項６記載発明は、請求項５記載の発明
において、発熱体の抵抗値が複数の検出エレメント毎に
変えてある。

【００２８】したがって、発熱体の抵抗値の違いによ
り、検出エレメントの感度の違いをさらに大きくするこ
とが可能となる。

【００２９】請求項７記載の発明は、請求項５記載の発
明において、パターン幅が大きい方の検出エレメントの
発熱体の抵抗値は、パターン幅が小さい方の検出エレメ
ントの発熱体の抵抗値より大きな値に設定されている。

【００３０】したがって、検出エレメントのパターン幅
（ブリッジの幅に対応）を大きく変えることなく、検出
エレメントの感度の違いを得易くすることが可能とな
る。特に、検出エレメントの抵抗値と駆動方式とのパラ
メータを選択することで、検出エレメントの感度の違い
を得易くすることが可能となる。

【００３１】請求項８記載の発明は、請求項６記載の発
明において、複数のブリッジは、流体の流れ方向と直交
する方向の長さを違えて形成され、前記ブリッジのそれ
ぞれに検出エレメントが形成されている。

【００３２】したがって、ブリッジの長さの違いを利用
して検出エレメントの感度の違いを大きくすることが可
能となる。

【００３３】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、流体の流れ方向と直交する方向の長さを違
えて形成された複数のブリッジのそれぞれに形成された
検出エレメントの抵抗値は、流体の流れ方向と直交する
方向における発熱体の長さが長いほど高い値に設定され
ている。

【００３４】したがって、流体の流れ方向における検出
エレメントのパターン幅が一定でも、ブリッジの長さの
違いを利用して発熱体の抵抗値を異なる値に設定し、検
出エレメントの感度の違いを大きくすることが可能とな
る。

【００３５】請求項１０記載の発明は、流体を流すため
の流体流通路と、この流体流通路の一部を架橋するブリ
ッジとを基板に形成し、流体の流れ方向における上流側
と下流側とに配置された対の発熱体よりなる検出エレメ
ントを前記ブリッジに形成してなる複数の感熱式流速セ
ンサを設け、流体を流れ方向の上流側の流路断面積を下
流側の流路断面積より大きな値に設定した管路を設け、
この管路の流路断面積が異なる複数位置のそれぞれに前
記感熱式流速センサを配設した。

【００３６】したがって、複数の感熱式流速センサは配
置される流路断面積の違い（流体の流速の違い）により
感度が異なるため、使用する感熱式流速センサを切り替
えることにより、広域の計測が可能となる。また、管路
の流路断面積が上流側で大きく下流側で小さい値に設定
されていることにより、圧力損失を少なくするために整
流器で流体の流れを整流する場合に、上流側の流路断面
積が大きい位置に整流器を配置し、感熱式流速センサが
配置される下流側に向けて流路断面積を小さくすること
ができ、これにより、流路を小型化することが可能とな
る。

【００３７】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
の発明において、管路における流路断面積が大きい上流
側の位置に感度が低い感熱式流速センサを配設し、流路
断面積が小さい下流側の位置に感度が高い感熱式流速セ
ンサを配設した。

【００３８】したがって、上流側に配置した感熱式流速
センサは流速が遅い位置で流体に晒されるため感度がさ
らに低下し、下流側に配置した感熱式流速センサは流速
が速い位置で流体に晒されるため感度がさらに高くな
る。これにより、複数の感熱式流速センサの感度の差を
大きくすることが可能となる。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の第一の形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。本実施において、図８
及び図９において説明した部分と同一部分は同一符号を
用いて説明する。図１に示すように、シリコン等の材料
により形成した基板１は表面が絶縁膜２で覆われ、中央
部には矢印方向からガス等の流体を流すための流体流通
路としての堀３がエッチング等の方法により形成されて
いる。また、基板１には堀３の一部を流体の流れ方向と
直交してまたがるようにブリッジ４ａが形成されてい
る。このブリッジ４ａの表面には二つの検出エレメント
５ａ，５ｂが金属薄膜により形成されている。一方の検
出エレメント５ａは、流体の流れ方向の上流側と下流側
とに配列した二つの発熱体（発熱抵抗体膜）５１ａ，５
２ａにより形成され、他方の検出エレメント５ｂは、流
体の流れ方向の上流側と下流側とに配列した二つの発熱
体（発熱抵抗体膜）５１ｂ，５２ｂにより形成されてい
る。

【００４０】さらに、基板１の表面には、発熱体５１
ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂに接続されたボンディング
パッド５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂと、測温体７
と、この測温体（発熱抵抗体膜）７に接続されたボンデ
ィングパッド８とが形成されている。検出エレメント５
ａと測温体７とは絶縁性の保護膜により覆われている。

【００４１】図２は二つの検出エレメント５ａ，５ｂの
パターンをシンボリックに表した説明図である。この図
で明らかなように、一方の検出エレメント５ａの発熱体
５１ａ，５２ａは、堀３の中央部において、流体の流線
方向の中心線を軸に線対称に配列されてブリッジ４ａ上
に形成され、他方の検出エレメント５ｂの発熱体５１
ｂ，５２ｂは、堀３の側壁１３付近において、流体の流
線方向の中心線を軸に線対称に配列されてブリッジ４ａ
上に形成されている。すなわち、検出エレメント５ａ，
５ｂは熱的に干渉しない位置に配設されている。

【００４２】一組の検出エレメント５ｂの対をなす上流
側の発熱体５１ｂと下流側の発熱体５２ｂとの間に、他
の組の検出エレメント５ａの上流側の発熱体５１ａと下
流側の発熱体５２ａとが位置する配置関係をもって複数
組の検出エレメント５ａ，５ｂがブリッジ４ａ上に配列
されている。

【００４３】図３はブリッジ４ａを、堀３（図１参照）
の中心を通る直線１４と、ブリッジ４ａの中心を通る直
線１５とで４分割したブリッジ４ａの４分の１の領域を
示すもので、発熱体５１ａ，５１ｂとが近接する部分に
は、さらに熱的干渉を避けるためにスリット６が形成さ
れている。図３では図示しないが、発熱体５２ａ，５２
ｂとが近接する部分にも熱的干渉をさらに避けるために
スリット６が形成されている。

【００４４】このような感熱式流速センサＢでは、ガス
等の流体の流速がゼロのときに、検出エレメント５ａの
発熱体５１ａ，５２ａの抵抗値を等しくするとともに、
検出エレメント５ｂの発熱体５１ｂ，５２ｂの抵抗値を
等しくすることが望ましい。いま、矢印方向に流体が流
れたとすると、上流側の発熱体５１ａ，５１ｂが流体に
より先に冷却され、下流側の発熱体５２ａ，５２ｂは上
流側の発熱体５１ａ，５１ｂから熱を奪った流体に晒さ
れるため、発熱体５１ａ，５２ａの出力、発熱体５１
ｂ，５２ｂの出力が異なる。したがって、その出力差に
より流体の流速、流量を求めることができる。

【００４５】この場合、一組の検出エレメント５ｂの対
をなす上流側の発熱体５１ｂと下流側の発熱体５２ｂと
の間に、他の組の検出エレメント５ａの上流側の発熱体
５１ａと下流側の発熱体５２ａとが位置する配置関係を
もって複数組の検出エレメント５ａ，５ｂをブリッジ４
ａ上に配列した構成（請求項１対応）のため、ひとつの
基板１上に感度が異なる複数の検出エレメント５ａ，５
ｂを形成することが可能となる。したがって、流体の流
速、流量に応じて使用する検出エレメント５ａ，５ｂを
切り替えることにより、計測領域を増大させることが可
能となる。

【００４６】さらに、複数組の検出エレメント５ａ，５
ｂを、堀３の中央部とその堀３の側壁１３付近とに位置
を変えてブリッジ４ａに配設した構成（請求項２対応）
のため、一つのブリッジ４ａ上に感度の異なる複数の検
出エレメント５ａ，５ｂを形成することができる。

【００４７】ここで、一方の検出エレメント５ｂの発熱
体５１ｂ，５２ｂは堀３の側壁１３付近（ブリッジ４ａ
のたもと付近）に配置されているが、流体の流線方向の
中心線を軸に線対称に配置されていない場合には、検出
エレメント５ｂの出力特性は図４に示すようになる。図
４（ａ）は上流側の発熱体５１ｂの出力と下流側の発
熱体５２ｂの出力とを示し、同図（ｂ）は発熱体５１
ｂ，５２ｂの出力の和を示すもので、この和を示す曲線
はイ及びロの部分で二度曲がり、滑らかな曲線にはなり
にくい。

【００４８】しかし、本実施の形態では、検出エレメン
ト５ｂの上流側の発熱体５１ｂと下流側の発熱体５２ｂ
の配列パターンを、流体の流線方向の中心線を軸に線対
称に配列した構成（請求項３対応）のため、堀３の側壁
１３付近に配設した検出エレメント５ｂの出力電圧の流
量に対する変化を滑らかにすることができる。

【００４９】次に、本実施の第二の形態を図５に基づい
て説明する。本実施の形態及びこれに続く他の実施の形
態において、第一の実施の形態と同一部分は同一符号を
用い説明も省略する。

【００５０】本実施の形態における感熱式流速センサＣ
は、矢印で示す流体の流れ方向の上流側から下流側に向
けて複数のブリッジ４ａ，４ｂを形成し、これらのブリ
ッジ４ａ，４ｂのそれぞれに検出エレメント５ａ，５ｂ
を形成した構成（請求項４対応）である。

【００５１】したがって、第一の形態と同様に、ひとつ
の基板１上に感度が異なる複数の検出エレメント５ａ，
５ｂを形成することが可能となる。これにより、流体の
流速、流量に応じて使用する検出エレメント５ａ，５ｂ
を切り替えることにより、計測領域を増大させることが
可能となる。また、ブリッジ４ａ，４ｂのそれぞれに検
出エレメント５ａ又は５ｂを一つだけ形成することによ
り、第一の形態の構成に比して検出エレメント５ａ，５
ｂの配置に自由度を増すことが可能となる。さらに、ブ
リッジ４ａ，４ｂは離れ、両者の間には堀３が形成され
ているため、複数の検出エレメント５ａ，５ｂの熱的干
渉をより効果的に防止することが可能となる。

【００５２】さらに、図５に示すように、流体の流れの
方向における発熱体５１ａ，５２ａ及び発熱体５１ｂ，
５２ｂのパターン幅（流体の流れ方向における幅）を複
数の検出エレメント５ａ，５ｂ毎に変えた構成（請求項
５対応）とすることにより、堀３の幅が一定で、ブリッ
ジ４ａ，４ｂの長さが一定の場合でも、感度が異なる複
数の検出エレメント５ａ，５ｂを形成することが可能と
なる。この例では、上流側のブリッジ４ｂの幅及びその
上に配置された検出エレメント５ｂのパターン幅を広く
している。

【００５３】さらに、検出エレメント５ａの発熱体５１
ａ，５２ａの抵抗値と、検出エレメント５ｂの発熱体５
１ｂ，５２ｂの抵抗値とを変えた構成（請求項６対応）
とすることにより、検出エレメント５ａ，５ｂの感度の
違いをさらに大きくすることが可能となる。これによ
り、さらに計測する領域を広域にすることができる。

【００５４】さらに、パターン幅が大きい方の検出エレ
メント５ｂの発熱体５１ｂ，５２ｂの抵抗値を、パター
ン幅が小さい方の検出エレメント５ａの発熱体５１ａ，
５２ａの抵抗値より大きな値に設定した構成（請求項７
対応）とすることにより、検出エレメント５ａ，５ｂの
パターン幅を大きく変えることなく、パターン幅の広い
方の検出エレメント５ｂの感度をさらに高くして、二つ
の検出エレメント５ａ，５ｂの感度が大きく違いをさら
に大きくすることが可能となる。この場合、発熱体５１
ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂの抵抗値と、駆動方式との
パラメータを選択して組み合わせることにより、検出エ
レメント５ａ，５ｂの感度の違いをさらに得易くするこ
とが可能となる。この場合の得失については表１，２，
３を参照して説明する。

【００５５】

【表１】

【００５６】定電流駆動方式の場合は、表１に示すよう
に、感度の高い検出エレメントの発熱体は、抵抗値を抵
抗値を高くし、検出エレメントの発熱体サイズ（ブリッ
ジのサイズ）を小さくする。したがって、駆動により発
熱体の温度は高い設定になる。もちろん、駆動電流は、
高いほど感度が上がる。

【００５７】

【表２】

【００５８】定電圧駆動方式の場合は、表２に示すよう
に、発熱体の抵抗値を高くすると、電流値の減少に伴い
消費電力は低くなる。したがって、感度も減少する。も
ちろん、電圧は高い方が感度は高い。

【００５９】

【表３】

【００６０】定温度駆動方式の場合は、表３に示すよう
に、発熱体の抵抗値は消費電力に影響せず、発熱体の抵
抗の増加は、駆動電流の減少分より大きい電圧の増加に
より感度は高くなる。発熱体サイズ（ブリッジのサイ
ズ）は、消費電力の増加に略比例し、その分感度も高く
なる。駆動温度は、高いほど感度が高くなる。

【００６１】さらに、本発明の実施の第三の形態を図６
に基づいて説明する。本実施の形態は、複数のブリッジ
４ａ，４ｂを、矢印に示す流体の流れ方向と直交する方
向の長さを違えて形成し、そのブリッジ４ａ，４ｂのそ
れぞれに検出エレメント５ａ，５ｂを形成した構成（請
求項８）である。この例では、上流側のブリッジ４ｂの
方の長さを長く設定している。

【００６２】したがって、長い方のブリッジ４ｂの検出
エレメント５ａの長さを増して抵抗値を高め、感度をよ
り高くすることができる。これにより、二つの検出セン
サ５ａ，５ｂの感度の違いを大きくすることが可能とな
る。

【００６３】さらに、長い方のブリッジ４ｂ上の検出エ
レメント５ｂの長い発熱体５１ｂ，５２ｂの抵抗値を、
短い方のブリッジ４ａ上の検出エレメント５ｂの短い発
熱体５１ａ，５２ａの抵抗値より高く設定する構成（請
求項９）とすることにより、流体の流れ方向における検
出エレメント５ａ，５ｂのパターン幅が一定でも、ブリ
ッジ４ｂの長さを利用して発熱体５１ｂ，５２ｂの抵抗
値を高い値に設定し、これにより、検出エレメント５ｂ
の感度を高め、二つの検出エレメント５ａ，５ｂの感度
の違いを大きくすることが可能となる。

【００６４】次に、本発明の実施の第四の形態を図７に
基づいて説明する。まず、本実施の形態（請求項１０）
は、複数の感熱式流速センサを管路本体に取り付けた感
熱式流速検出装置の例である。まず、図７に管路本体１
６の構成を示す。図７（ａ）は管路１７を開放した状態
の管路本体１６を示す平面図である。同図（ｂ）は図７
（ａ）におけるＹ−Ｙ線上で断面にした縦断側面図、同
図（ｃ）は図７（ａ）におけるＸ−Ｘ線上で断面にした
縦断正面図で、同図（ｃ）は管路本体１６を蓋１８で閉
塞した状態を示している。管路１７は、矢印で示す流体
の流れ方向において、上流側から下流側に向けて、流路
断面積が小さくなるように三つの部分１７ａ，１７ｂ，
１７ｃを有する。

【００６５】そして、流路断面積が最も大きな部分１７
ａと次に大きな部分１７ｂとには、流体の流れを直線的
にする整流器１９ａ，１９ｂが設けられている。これら
の整流器１９ａ，１９ｂは、例えば、多数の仕切壁によ
り空間部が細かく仕切られ、上流側及び下流側の両端が
開口するハニカム構造のもの、或いは厚みのあるメッシ
ュ構造のものが用いられている。また、管路１７の次の
部分１７ｂ，１７ｃには、例えば、図８及び図９で説明
したような感熱式流速センサＡが配置されているが、感
熱式流速センサＡとは異なる感熱式流速センサを用いて
もよい。

【００６６】これらの感熱式流速センサＡによる流体の
流速や流量計測の原理はこれまで説明した通りである
が、二つの感熱式流速センサＡの感度が同一の場合で
も、これらの感熱式流速センサＡは配置される流路断面
積の違い（流体の流速の違い）により感度が異なるた
め、使用する感熱式流速センサＡを切り替えることによ
り、広域の計測が可能となる。

【００６７】また、管路の流路断面積が上流側で大きく
下流側で小さい値に設定されていることにより、圧力損
失を少なくするために整流器１９で流体の流れを整流す
る場合に、上流側の流路断面積が大きい位置に整流器を
配置し、感熱式流速センサＡが配置される下流側に向け
て流路断面積を小さくすることができ、これにより、流
路を小型化することが可能となる。

【００６８】さらに、感度が同じならば、流体の流速が
遅くなる流路断面積が小さい部分１７ａに配置した感熱
式流速センサＡの感度の方が、それよりも流路断面積が
大きい部分１７ｂに配置した感熱式流速センサＡの感度
よりも高くなることから、管路１７における流路断面積
が大きい上流側の部分１７ｂに感度が低い感熱式流速セ
ンサＡを配設し、流路断面積が小さい下流側の部分１７
ｃに感度が高い感熱式流速センサＡを配設する構成（請
求項１１）とすることにより、上流側の部分１７ｂに配
置した感熱式流速センサＡは流速が遅い位置で流体に晒
されるため感度がさらに低下し、下流側の部分１７ｃに
配置した感熱式流速センサＡは流速が速い位置で流体に
晒されるため感度がさらに高くなる。これにより、複数
の感熱式流速センサＡの感度の差をさらに大きくし、よ
り広域の計測が可能となる。

【００６９】

【発明の効果】請求項１記載の発明は、流体を流すため
の流体流通路と、この流体流通路の一部を架橋するブリ
ッジとを基板に形成し、流体の流れ方向における上流側
と下流側とに配置された対の発熱体よりなる検出エレメ
ントを前記ブリッジに形成してなる感熱式流速センサに
おいて、前記検出エレメントは複数組設けられ、ある一
組の前記検出エレメントの対をなす上流側の前記発熱体
と下流側の前記発熱体との間に、他の組の前記検出エレ
メントの上流側の前記発熱体と下流側の発熱体とが位置
する配置関係をもって複数組の前記検出エレメントを前
記ブリッジ上に配列したので、ひとつの基板上に感度の
異なる複数の検出エレメントを形成することができる。
これにより、流体の流速、流量に応じて使用する検出エ
レメントを切り替えることにより、計測領域を増大させ
ることができる。

【００７０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、複数組の検出エレメントは、流体流通路の
中央部とその流体流通路の側壁付近とに位置を変えてブ
リッジに配設されているので、一つのブリッジ上に感度
の異なる複数の検出エレメントを形成することができ
る。

【００７１】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明において、検出エレメントの上流側の発熱体と下流側
の発熱体の配列パターンは、流体の流線方向の中心線を
軸に線対称に配列されているので、流体流通路の側壁付
近に配設した検出エレメントの出力電圧の流量に対する
変化を滑らかにすることができる。

【００７２】請求項４記載の発明は、流体を流すための
流体流通路と、この流体流通路の一部を架橋するブリッ
ジとを基板に形成し、流体の流れ方向における上流側と
下流側とに配置された対の発熱体よりなる検出エレメン
トを前記ブリッジに形成してなる感熱式流速センサにお
いて、前記ブリッジは流体の流れ方向の上流側から下流
側に向けて複数形成され、前記ブリッジのそれぞれに前
記検出エレメントが形成されているので、ひとつの基板
上に感度が異なる複数の検出エレメントを形成すること
ができる。これにより、流体の流速、流量に応じて使用
する検出エレメントを切り替えることにより、計測領域
を増大させることができる。また、検出エレメントの数
に応じて複数のブリッジを設けることにより、ブリッジ
上での検出エレメントの配置に自由度を増すことができ
る。さらに、複数の検出エレメントを離間させて両者の
熱的干渉を防止することができる。

【００７３】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、流体の流れの方向における発熱体のパター
ン幅が複数の検出エレメント毎に変えてあるので、流体
流通路の幅が一定で、ブリッジの長さが一定の場合で
も、発熱体のパターン幅（ブリッジ幅に対応）の違いを
利用して、感度差が大きな複数の検出エレメントを形成
することができる。これにより、計測範囲をさらに広域
にすることができる。

【００７４】請求項６記載発明は、請求項５記載の発明
において、発熱体の抵抗値が複数の検出エレメント毎に
変えてあるので、発熱体の抵抗値の違いにより、検出エ
レメントの感度の違いをさらに大きくすることができ
る。

【００７５】請求項７記載の発明は、請求項５記載の発
明において、パターン幅が大きい方の検出エレメントの
発熱体の抵抗値は、パターン幅が小さい方の検出エレメ
ントの発熱体の抵抗値より大きな値に設定されているの
で、検出エレメントのパターン幅（ブリッジの幅に対
応）を大きく変えることなく、検出エレメントの感度の
違いを得易くすることができる。特に、検出エレメント
の抵抗値と駆動方式とのパラメータを選択して組み合わ
せることで、検出エレメントの感度の違いを得易くする
ことが可能となる。

【００７６】請求項８記載の発明は、請求項６記載の発
明において、複数のブリッジは、流体の流れ方向と直交
する方向の長さを違えて形成され、前記ブリッジのそれ
ぞれに検出エレメントが形成されているので、ブリッジ
の長さの違いを利用して検出エレメントの感度の違いを
大きくすることができる。

【００７７】請求項９記載の発明は、請求項８記載の発
明において、流体の流れ方向と直交する方向の長さを違
えて形成された複数のブリッジのそれぞれに形成された
検出エレメントの抵抗値は、流体の流れ方向と直交する
方向における発熱体の長さが長いほど高い値に設定され
ているので、流体の流れ方向における検出エレメントの
パターン幅が一定でも、ブリッジの長さの違いを利用し
て発熱体の抵抗値を異なる値に設定し、検出エレメント
の感度の違いを大きくすることができる。

【００７８】請求項１０記載の発明は、流体を流すため
の流体流通路と、この流体流通路の一部を架橋するブリ
ッジとを基板に形成し、流体の流れ方向における上流側
と下流側とに配置された対の発熱体よりなる検出エレメ
ントを前記ブリッジに形成してなる複数の感熱式流速セ
ンサを設け、流体を流れ方向の上流側の流路断面積を下
流側の流路断面積より大きな値に設定した管路を設け、
この管路の流路断面積が異なる複数位置のそれぞれに前
記感熱式流速センサを配設したので、複数の感熱式流速
センサは配置される流路断面積の違い（流体の流速の違
い）により感度が異なるため、使用する感熱式流速セン
サを切り替えることにより、広域の計測が可能となる。
また、管路の流路断面積が上流側で大きく下流側で小さ
い値に設定されていることにより、圧力損失を少なくす
るために整流器で流体の流れを整流する場合に、上流側
の流路断面積が大きい位置に整流器を配置し、感熱式流
速センサが配置される下流側に向けて流路断面積を小さ
くすることができ、これにより、流路を小型化すること
が可能できる。

【００７９】請求項１１記載の発明は、請求項１０記載
の管路発明において、管路における流路断面積が大きい
上流側の位置に感度が低い感熱式流速センサを配設し、
流路断面積が小さい下流側の位置に感度が高い感熱式流
速センサを配設したので、上流側に配置した感熱式流速
センサは流速が遅い位置で流体に晒されるため感度がさ
らに低下し、下流側に配置した感熱式流速センサは流速
が速い位置で流体に晒されるため感度がさらに高くな
る。これにより、複数の感熱式流速センサの感度の差を
大きくし、計測範囲をさらに広域にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の第一の形態における感熱式流速
センサの平面図である。

【図２】検出エレメントをシンボリックに示す説明図で
ある。

【図３】ブリッジ及び検出エレメントの一部を示す平面
図である。

【図４】（ａ）は上流側の発熱体の出力と下流側の発熱
体の出力とを示す特性図、（ｂ）は上流側と下流側との
発熱体の出力の和を示す特性図である。

【図５】本発明の実施の第二の形態における感熱式流速
センサの平面図である。

【図６】本発明の実施の第三の形態における感熱式流速
センサの平面図である。

【図７】（ａ）は本発明の実施の第四の形態における感
熱式流速検出装置の管路本体を示す平面図、（ｂ）は
（ａ）におけるＹ−Ｙ線上で断面にした縦断側面図、同
図（ｃ）は（ａ）におけるＸ−Ｘ線上で断面にした縦断
正面図である。

【図８】一般的な感熱式流速センサの概略の構成を示す
平面図である。

【図９】図８におけるＸ−Ｘ線上で断面にした縦断正面
図

【図１０】（ａ）は従来の感熱式流速検出装置の管路本
体を示す平面図で、（ｂ）は（ａ）におけるＹ−Ｙ線上
で断面にした縦断側面図、（ｃ）は（ａ）におけるＸ−
Ｘ線上で断面にした縦断正面図である。

【図１１】感熱式流速センサの駆動回路の一例を示す回
路図である。

【図１２】感度の異なる感熱式流速センサを用いた場合
の検出エレメントの出力を示す特性図である。

【符号の説明】

１基板３流体流通路４ａ，４ｂブリッジ５ａ，５ｂ検出エレメント５１ａ，５２ｂ，５１ａ，５２ｂ発熱体１３流体流通路の側壁１７管路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体を流すための流体流通路と、この流
体流通路の一部を架橋するブリッジとを基板に形成し、
流体の流れ方向における上流側と下流側とに配置された
対の発熱体よりなる検出エレメントを前記ブリッジに形
成してなる感熱式流速センサにおいて、前記検出エレメ
ントは複数組設けられ、ある一組の前記検出エレメント
の対をなす上流側の前記発熱体と下流側の前記発熱体と
の間に、他の組の前記検出エレメントの上流側の前記発
熱体と下流側の発熱体とが位置する配置関係をもって複
数組の前記検出エレメントを前記ブリッジ上に配列した
ことを特徴とする感熱式流速検出センサ。
【請求項２】複数組の検出エレメントは、流体流通路
の中央部とその流体流通路の側壁付近とに位置を変えて
ブリッジに配設されている請求項１記載の感熱式流速セ
ンサ。
【請求項３】検出エレメントの上流側の発熱体と下流
側の発熱体の配列パターンは、流体の流線方向の中心線
を軸に線対称に配列されている請求項２記載の感熱式流
速センサ。
【請求項４】流体を流すための流体流通路と、この流
体流通路の一部を架橋するブリッジとを基板に形成し、
流体の流れ方向における上流側と下流側とに配置された
対の発熱体よりなる検出エレメントを前記ブリッジに形
成してなる感熱式流速センサにおいて、前記ブリッジは
流体の流れ方向の上流側から下流側に向けて複数形成さ
れ、前記ブリッジのそれぞれに前記検出エレメントが形
成されていることを特徴とする感熱式流速検出センサ。
【請求項５】流体の流れの方向における発熱体のパタ
ーン幅が複数の検出エレメント毎に変えてある請求項４
記載の感熱式流速センサ。
【請求項６】発熱体の抵抗値が複数の検出エレメント
毎に変えてある請求項５記載の感熱式流速センサ。
【請求項７】パターン幅が大きい方の検出エレメント
の発熱体の抵抗値は、パターン幅が小さい方の検出エレ
メントの発熱体の抵抗値より大きな値に設定されている
請求項５記載の感熱式流速センサ。
【請求項８】複数のブリッジは、流体の流れ方向と直
交する方向の長さを違えて形成され、前記ブリッジのそ
れぞれに検出エレメントが形成されている請求項６記載
の感熱式流速検出センサ。
【請求項９】流体の流れ方向と直交する方向の長さを
違えて形成された複数のブリッジのそれぞれに形成され
た検出エレメントの抵抗値は、流体の流れ方向と直交す
る方向における発熱体の長さが長いほど高い値に設定さ
れている請求項８記載の感熱式流速センサ。
【請求項１０】流体を流すための流体流通路と、この
流体流通路の一部を架橋するブリッジとを基板に形成
し、流体の流れ方向における上流側と下流側とに配置さ
れた対の発熱体よりなる検出エレメントを前記ブリッジ
に形成してなる複数の感熱式流速センサを設け、流体を
流れ方向の上流側の流路断面積を下流側の流路断面積よ
り大きな値に設定した管路を設け、この管路の流路断面
積が異なる複数位置のそれぞれに前記感熱式流速センサ
を配設したことを特徴とする感熱式流速検出装置。
【請求項１１】管路における流路断面積が大きい上流
側の位置に感度が低い感熱式流速センサを配設し、流路
断面積が小さい下流側の位置に感度が高い感熱式流速セ
ンサを配設した請求項１０記載の感熱式流速検出装置。