JPS63241312A - フロ−センサ - Google Patents
フロ−センサInfo
- Publication number
- JPS63241312A JPS63241312A JP62075550A JP7555087A JPS63241312A JP S63241312 A JPS63241312 A JP S63241312A JP 62075550 A JP62075550 A JP 62075550A JP 7555087 A JP7555087 A JP 7555087A JP S63241312 A JPS63241312 A JP S63241312A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temp
- temperature
- resistance
- resistor
- heater
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- Pending
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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】
く技術分野〉
本発明はフローセンサに関し、特に熱式フローセンサの
ヒーターおよび測温抵抗体の材料に関するものである。
ヒーターおよび測温抵抗体の材料に関するものである。
〈発明の背景〉
従来より用いられている熱式フローセンサとして、流路
用主管にバイパス流路用の側路管を設け、この側路管へ
ヒーターを連結し、側路管を加熱した際の流体の流れに
より側路管の流れ方向に生じる温度分布から流量を検知
する方式を用いた流量計がある。この流量計は精度が良
く、半導体ガスの流量コントローラーとしてなど広く用
いられているが、構造上小型化や量産に不向きで、高価
であるため用途が限定されてしまうという欠点がある。
用主管にバイパス流路用の側路管を設け、この側路管へ
ヒーターを連結し、側路管を加熱した際の流体の流れに
より側路管の流れ方向に生じる温度分布から流量を検知
する方式を用いた流量計がある。この流量計は精度が良
く、半導体ガスの流量コントローラーとしてなど広く用
いられているが、構造上小型化や量産に不向きで、高価
であるため用途が限定されてしまうという欠点がある。
また他の熱式フローセンサとして、流体中に発熱抵抗体
と測温抵抗体を設け、上記発熱抵抗体を加熱し発熱抵抗
体から周囲の流体に伝達される熱量の変化を利用して流
速を測定する方式を用いたフローセンサもある。この方
式では測温抵抗体により流体の温度を検知し、流体と発
熱抵抗体の温度差を一定に保つことにより、流体温度の
影響を補償することができかつ発熱抵抗体の熱容量に関
係なく迅速な応答を得ることができる。また上記温度差
を大きく設定することにより、フローセンサの出力を増
大させることも可能となる。この方式を用いたフローセ
ンサには従来シリコンチップ上に形成された発熱用トラ
ンジスタと測温用トランジスタを利用して構成されたフ
ローセンサがある。このフローセンサはシリコンプロセ
ス技術ヲ利用しているので量産性に優れるが、反面素子
間の温度特性のバラツキが大きく、また発熱温度を高く
設定することができないなどの欠点を有している。上記
方式で、発熱抵抗体と測温抵抗体に白金やタングステン
などの抵抗線を用いたものがあるが、抵抗値が小さく素
子間のバラツキも大きいので発熱温度の制御性や温度測
定の精度が悪くなるのみならず細線を用いるため加工が
困難で量産性に欠けるなどの欠点を有する０ 抵抗線の代わりに絶縁基板上にパターン化された金属薄
膜を用いた熱膜式フローセンサは、パターンの微細化に
より小型化することができ、一枚の基板内に多数の素子
を並べて作製できるので量産性に優れバラツキも小さい
、など多くの長所を有しており、近年開発が盛んである
。
と測温抵抗体を設け、上記発熱抵抗体を加熱し発熱抵抗
体から周囲の流体に伝達される熱量の変化を利用して流
速を測定する方式を用いたフローセンサもある。この方
式では測温抵抗体により流体の温度を検知し、流体と発
熱抵抗体の温度差を一定に保つことにより、流体温度の
影響を補償することができかつ発熱抵抗体の熱容量に関
係なく迅速な応答を得ることができる。また上記温度差
を大きく設定することにより、フローセンサの出力を増
大させることも可能となる。この方式を用いたフローセ
ンサには従来シリコンチップ上に形成された発熱用トラ
ンジスタと測温用トランジスタを利用して構成されたフ
ローセンサがある。このフローセンサはシリコンプロセ
ス技術ヲ利用しているので量産性に優れるが、反面素子
間の温度特性のバラツキが大きく、また発熱温度を高く
設定することができないなどの欠点を有している。上記
方式で、発熱抵抗体と測温抵抗体に白金やタングステン
などの抵抗線を用いたものがあるが、抵抗値が小さく素
子間のバラツキも大きいので発熱温度の制御性や温度測
定の精度が悪くなるのみならず細線を用いるため加工が
困難で量産性に欠けるなどの欠点を有する０ 抵抗線の代わりに絶縁基板上にパターン化された金属薄
膜を用いた熱膜式フローセンサは、パターンの微細化に
より小型化することができ、一枚の基板内に多数の素子
を並べて作製できるので量産性に優れバラツキも小さい
、など多くの長所を有しており、近年開発が盛んである
。
本発明に係るフローセンサは以上のうち熱膜式第１図は
、熱膜式７０−センサの代表的な回路図である０ブリツ
ジ出力をオペアンプ１で増幅し、ヒーター（発熱抵抗体
）Ｒｈにフィードバックをかけることによってヒーター
用測温抵抗体Ｒｍと温度補償用測温抵抗体Ｒｔ との温
度差ΔＴが一定に保たれる。ただしヒーターＲｈ とヒ
ーター用測温抵抗体Ｒｍとは等しい温度になるように近
接して設けられているが、温度補償用測温抵抗体Ｒｔは
これらとは離れた位置に設けられ、ヒーターＲｈとは熱
的に絶縁されているので、流体温度に等しい◇ＲｍとＲ
ｔの温度差ΔＴは固定抵抗ｒによって設定するが、Ｒｍ
とＲ【の温度特性が等しいとき、ΔＴは流体の温度によ
らず一定となる。これを式で説明すると以下の様になる
。
、熱膜式７０−センサの代表的な回路図である０ブリツ
ジ出力をオペアンプ１で増幅し、ヒーター（発熱抵抗体
）Ｒｈにフィードバックをかけることによってヒーター
用測温抵抗体Ｒｍと温度補償用測温抵抗体Ｒｔ との温
度差ΔＴが一定に保たれる。ただしヒーターＲｈ とヒ
ーター用測温抵抗体Ｒｍとは等しい温度になるように近
接して設けられているが、温度補償用測温抵抗体Ｒｔは
これらとは離れた位置に設けられ、ヒーターＲｈとは熱
的に絶縁されているので、流体温度に等しい◇ＲｍとＲ
ｔの温度差ΔＴは固定抵抗ｒによって設定するが、Ｒｍ
とＲ【の温度特性が等しいとき、ΔＴは流体の温度によ
らず一定となる。これを式で説明すると以下の様になる
。
測温抵抗体に金属を用いると、その抵抗温度特性は直線
で近似され Ｒ＝Ｒｏ（１＋αＴ） ・・・■ と表わされる。ここでＲＯはＴ＝０℃の抵抗値。
で近似され Ｒ＝Ｒｏ（１＋αＴ） ・・・■ と表わされる。ここでＲＯはＴ＝０℃の抵抗値。
αは抵抗温度係数である。
流体温度がＴのとき、ヒータ一温度はＴ＋ΔＴであるか
ら、ブリッジの平衡を保つＫはＲｍｏ （１＋α（Ｔ＋
ΔＴ））＝Ｒｔｏ（１＋αＴ）＋ ｒ−■となる。従っ
て Ｒｍｏ＝ＲｔｏのときΔ””ａＲｍｏ ＝一定となる。
ら、ブリッジの平衡を保つＫはＲｍｏ （１＋α（Ｔ＋
ΔＴ））＝Ｒｔｏ（１＋αＴ）＋ ｒ−■となる。従っ
て Ｒｍｏ＝ＲｔｏのときΔ””ａＲｍｏ ＝一定となる。
一方、ヒーターの消費電力Ｐは下式の様に流速Ｖによっ
て決まる◇ ここでＶｏｕｔｔｉヒーター電圧（出力電圧）、Ａ。
て決まる◇ ここでＶｏｕｔｔｉヒーター電圧（出力電圧）、Ａ。
Ｂは定数である・０式より流体温度によらずΔＴが一定
であればヒーターの消費電力は流速によって決まり、流
速の平方根６に比例する。しかし、一般にヒーター抵抗
値が温度依存性をもつために、消費電力が一定でも出力
電圧Ｖｏｕｔ（Ｉｉ温度依存性を持つことになる。すな
わち、 Ｖｏｕｔ２＝ Ｐ 書Ｒｈ ＝ Ｐ ＠ Ｒｈｏ（１＋
αｈＴ） −■ここでＲｈｏは０℃でのヒーターの抵抗
値である０本発明は、ヒーターに抵抗温度係数ａｈの小
さい材料を用いることにより、出力Ｖｏｕｔの温度依存
性を本質的に持たない熱式フローセンサを構成するもの
である。
であればヒーターの消費電力は流速によって決まり、流
速の平方根６に比例する。しかし、一般にヒーター抵抗
値が温度依存性をもつために、消費電力が一定でも出力
電圧Ｖｏｕｔ（Ｉｉ温度依存性を持つことになる。すな
わち、 Ｖｏｕｔ２＝ Ｐ 書Ｒｈ ＝ Ｐ ＠ Ｒｈｏ（１＋
αｈＴ） −■ここでＲｈｏは０℃でのヒーターの抵抗
値である０本発明は、ヒーターに抵抗温度係数ａｈの小
さい材料を用いることにより、出力Ｖｏｕｔの温度依存
性を本質的に持たない熱式フローセンサを構成するもの
である。
〈実施例〉
ヒーターおよび測温抵抗体がすべて白金で構成されてい
る従来例Ａとヒーターのみがニクロムで測温抵抗体が白
金で構成されている本発明の１実施例Ｂの比較を第２図
に示す。従来例Ａでは白金の抵抗温度係数が大きいので
、■式で表わされるように出力Ｖｏｕｔは温度依存性を
持つため、図に示されるような急勾配の直線になる。一
方、本実施例Ｂではニクロムの抵抗温度係数が非常に小
さく、■式において温度の項が無視できるので、図に示
されるようなほとんど傾きのないすなわち温度依存性の
ない特性が得られる。
る従来例Ａとヒーターのみがニクロムで測温抵抗体が白
金で構成されている本発明の１実施例Ｂの比較を第２図
に示す。従来例Ａでは白金の抵抗温度係数が大きいので
、■式で表わされるように出力Ｖｏｕｔは温度依存性を
持つため、図に示されるような急勾配の直線になる。一
方、本実施例Ｂではニクロムの抵抗温度係数が非常に小
さく、■式において温度の項が無視できるので、図に示
されるようなほとんど傾きのないすなわち温度依存性の
ない特性が得られる。
測温抵抗体の材料としては温度補償をより正確に行うた
めに抵抗温度係数が大きく、できるだけ抵抗温度特性の
直線性が良好な材料が好壕しく、白金が最適であるが、
他にニッケル等を用いてもよい・あるいは並列抵抗等に
よって特性を直線化したサーミスタ等の測温抵抗体を用
いることも可能である。またヒーター材料としては、抵
抗温度係数の小さいコンスタンタン、或はマンガニンヲ
用いても同様の効果が得られる◇ 表Ｉに各種ヒーター材料の抵抗温度係数を示す。
めに抵抗温度係数が大きく、できるだけ抵抗温度特性の
直線性が良好な材料が好壕しく、白金が最適であるが、
他にニッケル等を用いてもよい・あるいは並列抵抗等に
よって特性を直線化したサーミスタ等の測温抵抗体を用
いることも可能である。またヒーター材料としては、抵
抗温度係数の小さいコンスタンタン、或はマンガニンヲ
用いても同様の効果が得られる◇ 表Ｉに各種ヒーター材料の抵抗温度係数を示す。
表１
〈発明の効果〉
フローセンサの出力自体が本質的に流体温度依存性を持
たないので、温度補償が不必要なため、安価で高精度な
フローセンサを得ることができる。
たないので、温度補償が不必要なため、安価で高精度な
フローセンサを得ることができる。
第１図は熱式フローセンサの代表的な回路例を示す。第
２図は、従来例と本発明の１’実施例によるフローセン
サ出力の温度依存性の比較を示す特性図である。 １：オペアンプ、２：トランジスタ、Ｒｏ、ｒ：固定抵
抗 Ｒｈ：ヒーター抵抗、Ｒｍ：ヒーター用測温抵抗体
、Ｒｔ：温度補償用測温抵抗体、Ｖｏｕｔ ：出力電圧
（ヒーター電圧）。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至（他１名）第１図 一／Ｑ Ｏ／Ｑ ２０ ３０ ４０
５０ ６０ン１不４ 、ノ！ＥＣ’Ｃ） 第２図
２図は、従来例と本発明の１’実施例によるフローセン
サ出力の温度依存性の比較を示す特性図である。 １：オペアンプ、２：トランジスタ、Ｒｏ、ｒ：固定抵
抗 Ｒｈ：ヒーター抵抗、Ｒｍ：ヒーター用測温抵抗体
、Ｒｔ：温度補償用測温抵抗体、Ｖｏｕｔ ：出力電圧
（ヒーター電圧）。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至（他１名）第１図 一／Ｑ Ｏ／Ｑ ２０ ３０ ４０
５０ ６０ン１不４ 、ノ！ＥＣ’Ｃ） 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、被検出流体と熱伝導関係にある発熱抵抗体と、該発
熱抵抗体の発熱温度を検出する第１測温抵抗体と、温度
補償用の第２測温抵抗体と、を具備して成るフローセン
サにおいて、前記第１及び第２測温抵抗体がともに同一
材料で形成されかつ前記発熱抵抗体が抵抗温度係数の絶
対値２００ｐｐｍ／℃以下の材料で形成されていること
を特徴とするフローセンサ。 ２、発熱抵抗体がニクロム、コンスタンタン又はマンガ
ニンのいずれかより成る特許請求の範囲第１項記載のフ
ローセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075550A JPS63241312A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | フロ−センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62075550A JPS63241312A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | フロ−センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63241312A true JPS63241312A (ja) | 1988-10-06 |
Family
ID=13579407
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62075550A Pending JPS63241312A (ja) | 1987-03-27 | 1987-03-27 | フロ−センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63241312A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023523676A (ja) * | 2021-03-29 | 2023-06-07 | ケーティー アンド ジー コーポレイション | エアロゾル発生装置用ヒーターおよびこれを含むエアロゾル発生装置 |
-
1987
- 1987-03-27 JP JP62075550A patent/JPS63241312A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023523676A (ja) * | 2021-03-29 | 2023-06-07 | ケーティー アンド ジー コーポレイション | エアロゾル発生装置用ヒーターおよびこれを含むエアロゾル発生装置 |
| EP4133954A4 (en) * | 2021-03-29 | 2023-10-11 | KT&G Corporation | HEATING DEVICE FOR AEROSOL GENERATION DEVICE AND AEROSOL GENERATION DEVICE COMPRISING SAME |
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