JPS61280576A - フロ−メ−タ - Google Patents
フロ−メ−タInfo
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- JPS61280576A JPS61280576A JP12053785A JP12053785A JPS61280576A JP S61280576 A JPS61280576 A JP S61280576A JP 12053785 A JP12053785 A JP 12053785A JP 12053785 A JP12053785 A JP 12053785A JP S61280576 A JPS61280576 A JP S61280576A
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- Japan
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- temp
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
源泉よＬ皿里旦１
この発明はフローメータに関し、ざらに詳しく゛は、流
体の流れの方向と速度とを同時に測定することができる
フローメータに関する。
体の流れの方向と速度とを同時に測定することができる
フローメータに関する。
従来の技術
フローメータは、気体などの流体の流れの方向と速度と
を同時に測定することができるものである。そのような
フローメータとしては、従来、たとえば雑誌「日経エレ
クトロニクスＪ、１９８１年１０月１２日号、第１４６
〜１５１百（日本経済新聞社刊）に記載されているよう
なものが知られている。この従来のフローメータは、シ
リコン基板上に形成した発熱用トランジスタと、そのシ
リコン基板上で、かつ上記発熱用トランジスタの両側等
距離の位置にそれぞれ形成した温度測定用トランジスタ
とを有し、いずれか一方の温度測定用トランジスタ側か
ら他方の温度測定用トランジスタ側に向かって流体を流
したときに上記２個の温度測定用トランジスタで測定さ
れる温度の差から、流体の、その流れの方向に応じた正
、負の符号をもつ速度を測定するようにしたものでおる
。
を同時に測定することができるものである。そのような
フローメータとしては、従来、たとえば雑誌「日経エレ
クトロニクスＪ、１９８１年１０月１２日号、第１４６
〜１５１百（日本経済新聞社刊）に記載されているよう
なものが知られている。この従来のフローメータは、シ
リコン基板上に形成した発熱用トランジスタと、そのシ
リコン基板上で、かつ上記発熱用トランジスタの両側等
距離の位置にそれぞれ形成した温度測定用トランジスタ
とを有し、いずれか一方の温度測定用トランジスタ側か
ら他方の温度測定用トランジスタ側に向かって流体を流
したときに上記２個の温度測定用トランジスタで測定さ
れる温度の差から、流体の、その流れの方向に応じた正
、負の符号をもつ速度を測定するようにしたものでおる
。
しかしながら、かかる従来のフローメータは、以下に説
明するような欠点を有している。
明するような欠点を有している。
すなわち、上記従来のフローメータは、流体の速度を２
個の温度測定用トランジスタによって測定される温度の
差から求めるようにしているが、流体の速度に対して特
性が全く同一である２個の温度測定用トランジスタを用
意することはほとんど不可能であるから、流体の速度に
対するフローメータとしての特性が流れの方向に対して
非対称となり、そのため流体の流れの方向を知ることに
ついては全く問題ないものの、速度の測定については誤
差が大きく、測定精度が低い。
個の温度測定用トランジスタによって測定される温度の
差から求めるようにしているが、流体の速度に対して特
性が全く同一である２個の温度測定用トランジスタを用
意することはほとんど不可能であるから、流体の速度に
対するフローメータとしての特性が流れの方向に対して
非対称となり、そのため流体の流れの方向を知ることに
ついては全く問題ないものの、速度の測定については誤
差が大きく、測定精度が低い。
明が解決しようとする問題点
この発明の目的は、従来のフローメータの上記欠点を解
決し、流体の流れの方向を知ることができるのはもちろ
ん、その速度を高精度で測定することができるフローメ
ータを提供するにある。
決し、流体の流れの方向を知ることができるのはもちろ
ん、その速度を高精度で測定することができるフローメ
ータを提供するにある。
間 点を解決するための手段
上記目的を達成するために、この発明においては、半導
体基板上に形成した発熱素子と、前記半導体基板上で、
かつ前記発熱素子の両側等距離の位置にそれぞれ形成し
た温度検出素子と、前記発熱素子に接続した、前記発熱
素子を被測定流体の温度よりも高い一定値に制御するた
めの温度制御回路と、２個の前記温度検出素子に接続し
た、それら２個の温度検出素子の出力を比較するための
比較回路と、前記温度制御回路および比較回路に接続し
た信号処理回路とを備えていることを特徴とするフロー
メータが提供される。
体基板上に形成した発熱素子と、前記半導体基板上で、
かつ前記発熱素子の両側等距離の位置にそれぞれ形成し
た温度検出素子と、前記発熱素子に接続した、前記発熱
素子を被測定流体の温度よりも高い一定値に制御するた
めの温度制御回路と、２個の前記温度検出素子に接続し
た、それら２個の温度検出素子の出力を比較するための
比較回路と、前記温度制御回路および比較回路に接続し
た信号処理回路とを備えていることを特徴とするフロー
メータが提供される。
作用
この発明に係るフローメータは、発熱素子と、その発熱
素子の両側等距離の位置にある温度検出素子とを有する
基板のいずれか一方の側から流体を流す。発熱素子は、
温度制御回路によってその温度が測定しようとする流体
の温度よりも高い一定値になるように制御しておく。す
ると、いわゆる風上側の温度検出素子と風下側の温度検
出素子ではその検出値が異なってくる。すなわち、風上
側の温度検出素子は、流体に熱を与えてその温度が低く
なるが、風下側の温度検出素子は、発熱素子により加熱
された流体から熱を受けてその温度が上昇する。したが
って、２個の温度検出素子の出力を比較回路で比較し、
いずれの側の温度検出素子による検出値が高いかを信号
処理回路で調べ、基板に対してどちらの方向から流体が
流れたかを知る。
素子の両側等距離の位置にある温度検出素子とを有する
基板のいずれか一方の側から流体を流す。発熱素子は、
温度制御回路によってその温度が測定しようとする流体
の温度よりも高い一定値になるように制御しておく。す
ると、いわゆる風上側の温度検出素子と風下側の温度検
出素子ではその検出値が異なってくる。すなわち、風上
側の温度検出素子は、流体に熱を与えてその温度が低く
なるが、風下側の温度検出素子は、発熱素子により加熱
された流体から熱を受けてその温度が上昇する。したが
って、２個の温度検出素子の出力を比較回路で比較し、
いずれの側の温度検出素子による検出値が高いかを信号
処理回路で調べ、基板に対してどちらの方向から流体が
流れたかを知る。
また、流体によって発熱素子から持ち去られる熱量は流
体の速度と相関がある。すなわち、流体の速度が大きい
ほど多くの熱量が持ち去られる。
体の速度と相関がある。すなわち、流体の速度が大きい
ほど多くの熱量が持ち去られる。
したがって、発熱素子の温度を一定に保つためには、流
体の速度が大きいほど発熱素子により大きなエネルギー
を供給してやらねばならなくなる。
体の速度が大きいほど発熱素子により大きなエネルギー
を供給してやらねばならなくなる。
だから、発熱素子の温度を一定に維持するために必要な
温度制御回路の制御信号の大きさを信号処理回路で調べ
、そのときの流体の速度を測定する。
温度制御回路の制御信号の大きさを信号処理回路で調べ
、そのときの流体の速度を測定する。
実施例
以下、この発明を実施例に基いてざらに詳細に説明する
。
。
第１図において、シリコン半導体からなる基板１上には
、たとえば化学的気相成長法によってその基板１上に成
膜した窒化ボロンの膜からボロンを選択的に熱拡散させ
る方法等により、逆導電型の抵抗領域からなる発熱素子
２が形成されている。
、たとえば化学的気相成長法によってその基板１上に成
膜した窒化ボロンの膜からボロンを選択的に熱拡散させ
る方法等により、逆導電型の抵抗領域からなる発熱素子
２が形成されている。
また、この発熱素子２の両側等距離の位置には、同様の
方法によって逆導電型の抵抗領域からなる温度検出素子
３．４が形成されている。これら発熱素子２および温度
検出素子３．４は、いわゆるセンサ部９を構成している
。上記発熱素子２は、温度制御回路５に接続されている
。また、２個の温度検出素子３．４は、いずれも比較回
路６に接続されている。ざらに、基板１の近傍には、熱
電対７が配置されている。ざらにまた、上記温度制御回
路５、比較回路６および熱電対７は、マイクロコンピュ
ータなどの信号処理回路８に接続されている。
方法によって逆導電型の抵抗領域からなる温度検出素子
３．４が形成されている。これら発熱素子２および温度
検出素子３．４は、いわゆるセンサ部９を構成している
。上記発熱素子２は、温度制御回路５に接続されている
。また、２個の温度検出素子３．４は、いずれも比較回
路６に接続されている。ざらに、基板１の近傍には、熱
電対７が配置されている。ざらにまた、上記温度制御回
路５、比較回路６および熱電対７は、マイクロコンピュ
ータなどの信号処理回路８に接続されている。
上記において、発熱素子および温度検出素子を抵抗領域
とせず、ダイオードやトランジスタとすることもできる
。また、熱電対は、後述するように流体の温度を測定す
るものであるが、流体の温度が既知の一定値であれば設
ける必要はない。なお、熱電対に代えて、サーミスタ、
ダイオード、トランジスタなどの周知の温度検出素子を
使用することもできる。
とせず、ダイオードやトランジスタとすることもできる
。また、熱電対は、後述するように流体の温度を測定す
るものであるが、流体の温度が既知の一定値であれば設
ける必要はない。なお、熱電対に代えて、サーミスタ、
ダイオード、トランジスタなどの周知の温度検出素子を
使用することもできる。
上述したフローメータの作用を、まず流体の流れの方向
の測定について説明する。
の測定について説明する。
第１図において、まず発熱素子２を所望の一定温度に加
熱する。この加熱により、温度検出素子３が温度Ｔ に
、また温度検出素子４が温度Ｔ４になる。流体が流れて
いない状態ではＴ３＝Ｔ４である。この状態で、矢印へ
方向から基板１上に流体が流れたとする。すると、温度
検出素子３は流体に熱を与えてその温度が低くなるが、
温度検出素子４は発熱素子２によって加熱された流体か
ら熱を受（プてその温度が上昇し、Ｔ３くＴｉとなる。
熱する。この加熱により、温度検出素子３が温度Ｔ に
、また温度検出素子４が温度Ｔ４になる。流体が流れて
いない状態ではＴ３＝Ｔ４である。この状態で、矢印へ
方向から基板１上に流体が流れたとする。すると、温度
検出素子３は流体に熱を与えてその温度が低くなるが、
温度検出素子４は発熱素子２によって加熱された流体か
ら熱を受（プてその温度が上昇し、Ｔ３くＴｉとなる。
逆に、流れの方向が矢印Ｂ方向であればＴ３〉Ｔｉとな
る。すなわち、流体の流れの方向に応じて、２個の温度
検出素子３．４のいずれか一方の温度が他方のそれより
も高くなるのである。したがって、温度がＴ３の温度検
出素子３の抵抗値Ｒ温度が丁 の温度検出素子４の抵抗
値Ｒ４３・ ４ を比較回路５で比較し、その大小関係に応じた判定信号
を信号処理回路８に出力すれば、その信号処理回路８の
出力から流体の流れの方向を知ることができる。
る。すなわち、流体の流れの方向に応じて、２個の温度
検出素子３．４のいずれか一方の温度が他方のそれより
も高くなるのである。したがって、温度がＴ３の温度検
出素子３の抵抗値Ｒ温度が丁 の温度検出素子４の抵抗
値Ｒ４３・ ４ を比較回路５で比較し、その大小関係に応じた判定信号
を信号処理回路８に出力すれば、その信号処理回路８の
出力から流体の流れの方向を知ることができる。
次に、速度の測定であるが、一般に、流体の温度を丁ｆ
、流速を■ｆ、発熱素子２の温度（一定）をＴｉ（ただ
し、Ｔｈ＞Ｔｆ）としたとき、発熱素子２が流体に与え
る熱量Ｑは、。
、流速を■ｆ、発熱素子２の温度（一定）をＴｉ（ただ
し、Ｔｈ＞Ｔｆ）としたとき、発熱素子２が流体に与え
る熱量Ｑは、。
Ｑ＝（Ａ＋Ｂ・ｖ ｔ １ ’ ２ ＞・（Ｔｆｉ−Ｔ
ｆ＞で表わされる。ここにおいて、Ａ、Ｂは流体の性質
と発熱素子２の性質によって決まる定数でおる。
ｆ＞で表わされる。ここにおいて、Ａ、Ｂは流体の性質
と発熱素子２の性質によって決まる定数でおる。
しかして、Ｖ −ｒ ＝ Ｏのときに温度制御回路５に
よって発熱素子２を温度Ｔｈになるように制御すると、
発熱素子２に流れる電流を■ｏ、その両端の電圧をＶ□
として、式、 Ｖｏ−ＩＯ＝Ａ・（Ｔｈ−Ｔｆ） が成立する。一方、流体が速度ｖｆで流れた場合には、
温度制御回路５によって発熱素子２の温度がＴｈに制御
されるから、発熱素子２に流れる電流を１１端子電圧を
■して、式、 ■・Ｉ＝（Ａ＋Ｂ・■ｆ１／２） ・（Ｔｉ−Ｔｆ） が成立し、結局、流速ｖｆは、 となる。したがって、流体が流速ｖｆで流れたときに発
熱素子２に流れる電流Ｉと端子電圧■を温度制御回路５
から信号処理回路８に出力すれば、その信号処理回路８
により、熱電対７から信号処理回路８に出力される温度
Ｔｆと、前もって知った上記Ｖ□、Ｉ Ｏ，Ｂ、Ｔｈか
ら流体の速度■ｆを算出することができる。
よって発熱素子２を温度Ｔｈになるように制御すると、
発熱素子２に流れる電流を■ｏ、その両端の電圧をＶ□
として、式、 Ｖｏ−ＩＯ＝Ａ・（Ｔｈ−Ｔｆ） が成立する。一方、流体が速度ｖｆで流れた場合には、
温度制御回路５によって発熱素子２の温度がＴｈに制御
されるから、発熱素子２に流れる電流を１１端子電圧を
■して、式、 ■・Ｉ＝（Ａ＋Ｂ・■ｆ１／２） ・（Ｔｉ−Ｔｆ） が成立し、結局、流速ｖｆは、 となる。したがって、流体が流速ｖｆで流れたときに発
熱素子２に流れる電流Ｉと端子電圧■を温度制御回路５
から信号処理回路８に出力すれば、その信号処理回路８
により、熱電対７から信号処理回路８に出力される温度
Ｔｆと、前もって知った上記Ｖ□、Ｉ Ｏ，Ｂ、Ｔｈか
ら流体の速度■ｆを算出することができる。
この発明に係るフローメータは、配管中を流れろ気体や
液体の流れの方向や速度、風速風向計、人や生物の呼吸
状態の測定など、いろいろな用途に使用することができ
るが、以下において、人の、いわゆる摂取量モニタに適
用した場合について説明する。
液体の流れの方向や速度、風速風向計、人や生物の呼吸
状態の測定など、いろいろな用途に使用することができ
るが、以下において、人の、いわゆる摂取量モニタに適
用した場合について説明する。
第２図および第３図において、マスク１０内に、ポリイ
ミド基板１１に支持された、上述したセンサ部９が収容
されている。また、上記マスク１０内には、センサ部９
の近傍に熱電対７が取り付けられ、ざらに配管１２が開
口している。配管１２は、第２図に示すにうにポンプ１
３を介して周知の固体電解質酸素計１４に接続され、そ
の固体電解質酸素計の出力は上述した信＠処理回路８に
入力されるようになっている。なお、センサ部９の発熱
素子が温度制御回路５に接続され、また２個の温度検出
素子が比較回路６に接続されていること、またこれら温
度制御回路５と比較回路６が信＠処理回路８に接続され
ていることは上述した実施例と変わらない。
ミド基板１１に支持された、上述したセンサ部９が収容
されている。また、上記マスク１０内には、センサ部９
の近傍に熱電対７が取り付けられ、ざらに配管１２が開
口している。配管１２は、第２図に示すにうにポンプ１
３を介して周知の固体電解質酸素計１４に接続され、そ
の固体電解質酸素計の出力は上述した信＠処理回路８に
入力されるようになっている。なお、センサ部９の発熱
素子が温度制御回路５に接続され、また２個の温度検出
素子が比較回路６に接続されていること、またこれら温
度制御回路５と比較回路６が信＠処理回路８に接続され
ていることは上述した実施例と変わらない。
さて、このにうな摂取量モニタによれば、以下に説明す
るように、人の呼気向と吸気量、および呼気中と吸気中
の酸素＠度を測定することができる。
るように、人の呼気向と吸気量、および呼気中と吸気中
の酸素＠度を測定することができる。
呼気量や吸気向の測定は、呼気と吸気の識別と、呼気や
吸気の際の流量（速度）を測定することによって行う。
吸気の際の流量（速度）を測定することによって行う。
すなわち、マスク１０内に流れているのが呼気であるか
吸気であるかの判定は、上述した実施例と同様、マスク
１０内の流れの方向を２個の温度検出素子による検出値
を比較することによって行う。また、呼気や吸気の際の
流量は、同様に、発熱素子を一定の温度に維持するため
に必要な温度制御回路５の制御信号と、マスク１０内の
熱電対７の出力から知る。
吸気であるかの判定は、上述した実施例と同様、マスク
１０内の流れの方向を２個の温度検出素子による検出値
を比較することによって行う。また、呼気や吸気の際の
流量は、同様に、発熱素子を一定の温度に維持するため
に必要な温度制御回路５の制御信号と、マスク１０内の
熱電対７の出力から知る。
呼気中および吸気中における酸素濃度は、ポンプ１３を
運転し、呼気や吸気の一部を配管１２を介して固体電解
質酸素計１４に導き、その出力を信号処理回路８に導き
、ネルンストの式に基く固体電解質酸素計１４の起電力
から算出する。
運転し、呼気や吸気の一部を配管１２を介して固体電解
質酸素計１４に導き、その出力を信号処理回路８に導き
、ネルンストの式に基く固体電解質酸素計１４の起電力
から算出する。
及旦五四３
この発明のフローメータは、発熱素子の両側等距離の位
置にそれぞれ形成した温度検出素子と、発熱素子に接続
した、上記発熱素子を被測定流体の温度よりも高い一定
値に制御するための温度制御回路とを有しており、発熱
素子を上記一定の温度に制御するために必要な温度制御
回路の制御信号から流体の速度を測定するから、上述し
た従来のフローメータのように、２個の温度測定用トラ
ンジスタ、つまり温度検出素子の特性が同一でなくても
流体の流れの方向に対する対称性を確保することができ
、高い測定精度が得られる。そのため、流体の流れの方
向が、ひんばんに、しかも高サイクルで変わる摂取量モ
ニタ等に好適に応用できる。また、２個の温度検出素子
の出力を比較する比較回路を備えているから、従来のフ
ローメータと同様、流体の流れの方向をも同時に測定す
ることができる。
置にそれぞれ形成した温度検出素子と、発熱素子に接続
した、上記発熱素子を被測定流体の温度よりも高い一定
値に制御するための温度制御回路とを有しており、発熱
素子を上記一定の温度に制御するために必要な温度制御
回路の制御信号から流体の速度を測定するから、上述し
た従来のフローメータのように、２個の温度測定用トラ
ンジスタ、つまり温度検出素子の特性が同一でなくても
流体の流れの方向に対する対称性を確保することができ
、高い測定精度が得られる。そのため、流体の流れの方
向が、ひんばんに、しかも高サイクルで変わる摂取量モ
ニタ等に好適に応用できる。また、２個の温度検出素子
の出力を比較する比較回路を備えているから、従来のフ
ローメータと同様、流体の流れの方向をも同時に測定す
ることができる。
第１図はこの発明に係るフローメータの一例を示す概略
ブロック図、第２図は上記第１図に示したフローメータ
を応用した摂取量モニタを示す概略ブロック図、第３図
は上記第２図のＡ−Ａ断面を示す概略斜視図である。 １：シリコン基板（半導体基板） ２：発熱素子 ３：温度検出素子 ４：温度検出素子 ５：温度制御回路 ６：比較回路 ７：熱電対 ８：信号処理回路 ９：センサ部 １０：マスク １１：ポリイミド基板 １２：配管 １３：ポンプ ゛ １４：固体電解質酸素計
ブロック図、第２図は上記第１図に示したフローメータ
を応用した摂取量モニタを示す概略ブロック図、第３図
は上記第２図のＡ−Ａ断面を示す概略斜視図である。 １：シリコン基板（半導体基板） ２：発熱素子 ３：温度検出素子 ４：温度検出素子 ５：温度制御回路 ６：比較回路 ７：熱電対 ８：信号処理回路 ９：センサ部 １０：マスク １１：ポリイミド基板 １２：配管 １３：ポンプ ゛ １４：固体電解質酸素計
Claims (1)
- 半導体基板上に形成した発熱素子と、前記半導体基板上
で、かつ前記発熱素子の両側等距離の位置にそれぞれ形
成した温度検出素子と、前記発熱素子に接続した、前記
発熱素子を被測定流体の温度よりも高い一定値に制御す
るための温度制御回路と、２個の前記温度検出素子に接
続した、それら２個の温度検出素子の出力を比較するた
めの比較回路と、前記温度制御回路および比較回路に接
続した信号処理回路とを備えていることを特徴とするフ
ローメータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12053785A JPS61280576A (ja) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | フロ−メ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12053785A JPS61280576A (ja) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | フロ−メ−タ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61280576A true JPS61280576A (ja) | 1986-12-11 |
Family
ID=14788739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12053785A Pending JPS61280576A (ja) | 1985-06-05 | 1985-06-05 | フロ−メ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61280576A (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60247170A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-06 | Toshiba Corp | 半導体流速検出器 |
-
1985
- 1985-06-05 JP JP12053785A patent/JPS61280576A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60247170A (ja) * | 1984-05-22 | 1985-12-06 | Toshiba Corp | 半導体流速検出器 |
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