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JP2010230601A - Sensing unit and thermal flow sensor mounted with the same - Google Patents

Sensing unit and thermal flow sensor mounted with the same Download PDF

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JP2010230601A
JP2010230601A JP2009080729A JP2009080729A JP2010230601A JP 2010230601 A JP2010230601 A JP 2010230601A JP 2009080729 A JP2009080729 A JP 2009080729A JP 2009080729 A JP2009080729 A JP 2009080729A JP 2010230601 A JP2010230601 A JP 2010230601A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an extremely inexpensive thermal flow sensor of a simple structure for responding to various applications considering fluid temperature, viscosity, flammability, chemical stability or the like in measuring flow (mainly flow rate and the flow velocity) of fluid to be measured of liquid or gas. <P>SOLUTION: The sensing unit of the thermal flow sensor including a substrate having a heater and temperature sensor different according to application, and a flow channel of an internal shape according to the application constituting the thermal type flow sensor are separately prepared. A structure without leakage of fluid where the sensing unit and the flow channel are selected, combined and attached according to the application is formed. In this structure, the electrical terminals from the heater and temperature sensor are electrically interconnected via the substrate from the outside of the flow channel. In this structure, the heater and temperature sensor directly come into contact with the fluid, and the response speed and sensitivity are increased. An electric circuit measuring unit having a control circuit, arithmetic circuit, or the like is attached as necessary. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、気体や液体である流体の流量、流速などの流れを計測する熱型フローセンサの部品であるセンシングユニットとこれを搭載した熱型フローセンサに関し、単純構造で安価なセンシングユニットとその熱型フローセンサを提供する。   The present invention relates to a sensing unit that is a part of a thermal flow sensor that measures the flow rate, flow rate, and the like of a fluid that is a gas or a liquid, and a thermal flow sensor equipped with the sensing unit. A thermal flow sensor is provided.

従来、本出願人は、これまで宙に浮いた薄膜に、白金薄膜などの抵抗体を形成してヒータとする「電熱器」(特許文献1)を発明し、現在では、フローセンサや真空センサなどのマイクロヒータとして応用されている。更に本出願人は、半導体ダイオードをヒータとする「加熱ダイオード温度測定装置とこれを用いた赤外線温度測定装置および流量測定装置ならびに流量センシング部の製作方法」(特許文献2)を発明した。そして、半導体ダイオードは温度センサとしても利用できるので、ヒータ兼温度センサとして利用することを提案した。その後、本出願人は、「温度差の検出方法、温度センサおよびこれを用いた赤外線センサ」(特許文献3)や「電流検出型熱電対等の校正方法、電流検出型熱電対、赤外線センサおよび赤外線検出装置」(特許文献4)を発明して、一対の熱電対を用いて、従来の開放電圧を計測して温度差を計測するのではなく、熱電対の熱起電力に基づく短絡電流を計測した方がサーモパイルよりも感度が大きくなることを理論的にも示し、電流検出型熱電対と名づけた。また、熱電対を温度差センサとして利用するばかりでなく、ヒータとしても利用できる熱電対ヒータも発明した(特願2007-248520)。   Conventionally, the present inventor has invented an “electric heater” (Patent Document 1) in which a resistor, such as a platinum thin film, is formed on a thin film that has been suspended in the air and is used as a heater. It is applied as a micro heater. Furthermore, the present inventor invented a “heating diode temperature measuring device, an infrared temperature measuring device using the same, a flow rate measuring device, and a method for manufacturing a flow rate sensing unit” (Patent Document 2). Since the semiconductor diode can also be used as a temperature sensor, it has been proposed to use it as a heater / temperature sensor. After that, the present applicants have found that “temperature detection method, temperature sensor and infrared sensor using the same” (Patent Document 3) and “calibration method such as current detection type thermocouple, current detection type thermocouple, infrared sensor and infrared ray”. Invented the “detector” (Patent Document 4) and measured the short-circuit current based on the thermoelectromotive force of the thermocouple, rather than measuring the temperature difference by measuring the open circuit voltage using a pair of thermocouples. Theoretically, it was shown that the sensitivity was higher than that of the thermopile, and was named a current detection type thermocouple. In addition, a thermocouple heater that can be used not only as a temperature difference sensor but also as a heater has been invented (Japanese Patent Application No. 2007-248520).

一般に、基板に形成しているが、その基板から宙に浮いた薄膜(基板から熱分離した薄膜)において、加熱された薄膜は、加熱を止めるとニュートンの冷却の法則により、周囲環境温度Tcである基板の温度(加熱される前の周囲温度)と加熱された薄膜の温度Tとの温度差(T-Tc)に比例して放熱・冷却され、最終的には基板の温度に等しくなる。このように、加熱された物体の温度が周囲媒体へ熱伝導して、周囲媒体のそのときの熱伝導率に関係して温度上昇したり、温度降下したりするときの温度センサの温度変化を計測して周囲媒体の被測定物理量、例えば、流速、真空度、不純物濃度、エンタルピ変化などを計測するために用いる熱伝導型センサでは、絶対温度センサよりも周囲環境温度Tcである基板の温度と加熱された薄膜の温度Tとの温度差が重要である。このように、温度差を計測するには温度差のみを出力する小型の温度差センサが、周囲温度の変化の影響をほとんど受けずに計測できるために、好適である。 In general, a thin film that is formed on a substrate but floats in the air (thin film that is thermally separated from the substrate). When the heated thin film is stopped, the ambient temperature Tc is determined by Newton's law of cooling. Heat is radiated and cooled in proportion to the temperature difference (T-Tc) between the temperature of a certain substrate (ambient temperature before heating) and the temperature T of the heated thin film, and finally becomes equal to the temperature of the substrate. Thus, the temperature change of the temperature sensor when the temperature of the heated object conducts heat to the surrounding medium and the temperature rises or falls in relation to the current thermal conductivity of the surrounding medium. In a thermal conductivity sensor used to measure and measure the physical quantity to be measured of the surrounding medium, such as flow velocity, degree of vacuum, impurity concentration, enthalpy change, etc., the ambient temperature Tc is higher than the absolute temperature sensor. The temperature difference from the temperature T of the heated thin film is important. Thus, in order to measure the temperature difference, a small temperature difference sensor that outputs only the temperature difference is preferable because it can be measured with almost no influence of changes in the ambient temperature.

本発明者は、先に、温度差センサである電流検出型熱電対を用いたガスフローセンサと不純物濃度センサを発明した(特願2007-305099)。しかし、そこでは、センサにマイクロバルブを有するために、製造のバラツキが伴い歩留まりが必ずしも良いものでなく、製造コストが嵩むものであった。フローセンサとして、もう少し単純な構造で安価なセンサが望まれていた。 The inventor previously invented a gas flow sensor and an impurity concentration sensor using a current detection type thermocouple which is a temperature difference sensor (Japanese Patent Application No. 2007-305099). However, in this case, since the sensor has a micro valve, the manufacturing variation is not necessarily good, and the manufacturing cost is high. As a flow sensor, an inexpensive sensor having a slightly simpler structure has been desired.

また、従来、基板に形成した溝状流路を橋架する構造で、この基板から熱分離した薄膜橋(宙に浮いた薄膜の橋)を3個溝に沿って対称に形成し、それぞれには白金薄膜が形成してあり、中央の薄膜橋をヒータとして利用し、両側の薄膜橋を温度センサとして利用するガスフローセンサがあった(USP4478077)。これは、流路に沿ったガスの流れがないときには、中央のヒータを中心に対称にある両側の薄膜橋の温度は等しいが、ガスの流れがあると、上流側の薄膜橋では、冷たいガスが流れるので冷え、下流側では、中央のヒータ薄膜橋からの熱を受けて温度上昇する。このようにガスの流れにより、ヒータの両側の薄膜橋に温度差が生じるので、これを利用してガス流を計測する方法である。しかしながら、白金薄膜などの抵抗温度センサでは、絶対温度センサであるために抵抗そのものが、絶対温度に対応する。従って、温度差を計測するには絶対温度センサを2個用意し、これらの出力の差を求める必要があること、しかも周囲温度変化をそのまま反映することなどから、微細な温度差計測には、不向きであった。 In addition, conventionally, a groove-shaped channel formed on a substrate is bridged, and a thin film bridge (a thin film bridge floating in the air) thermally separated from this substrate is formed symmetrically along three grooves, There was a gas flow sensor in which a platinum thin film was formed, using the thin film bridge in the center as a heater and the thin film bridges on both sides as temperature sensors (USP4478077). This is because, when there is no gas flow along the flow path, the temperatures of the thin film bridges on both sides that are symmetrical about the central heater are equal, but if there is a gas flow, the upstream thin film bridge has a cold gas flow. As it flows, it cools, and on the downstream side, it receives heat from the central heater thin film bridge and rises in temperature. In this way, the gas flow causes a temperature difference between the thin film bridges on both sides of the heater, and this is a method for measuring the gas flow using this. However, since a resistance temperature sensor such as a platinum thin film is an absolute temperature sensor, the resistance itself corresponds to the absolute temperature. Therefore, in order to measure the temperature difference, it is necessary to prepare two absolute temperature sensors, and to calculate the difference between these outputs, and to reflect the ambient temperature change as it is. It was unsuitable.

従来の熱型フローセンサでは、多くの場合、白金ヒータなどの絶対温度センサを使用していたために、周囲温度補正が困難であり、それを達成するために、多くのセンサとそれによる温度制御系を必要とし、さらに特別の専用の流路を含むケーシングのために、高価なフローセンサにならざるを得なかった。 In the conventional thermal type flow sensor, since an absolute temperature sensor such as a platinum heater is used in many cases, it is difficult to compensate the ambient temperature. In addition, a casing including a special dedicated flow path has to be an expensive flow sensor.

特開昭55−119381広報(特許第1398241号)JP 55-111931 PR (Patent No. 1398241) 特開2006−250736公報JP 2006-250736 A 特開2005−221238公報JP-A-2005-221238 特開2008−107307公報JP 2008-107307 A

本発明は、上述の要望を満たすためになされたもので、液体や気体の被計測流体の流れ(主に流量と流速)を計測するに当り、流体温度、粘性、引火性、化学的安定性などを考慮した各種用途に応えられる極めて安価で単純構造の熱型フローセンサを提供することを目的としている。   The present invention has been made to satisfy the above-mentioned demands, and in measuring the flow (mainly flow rate and flow velocity) of a fluid to be measured such as liquid or gas, fluid temperature, viscosity, flammability, chemical stability. It is an object of the present invention to provide a thermal flow sensor having a very inexpensive and simple structure that can be used in various applications in consideration of the above.

上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係わるセンシングユニットは、流体の流れを計測する熱型フローセンサの1つの部品であり、少なくとも、ヒータと温度センサとを備えた基板を有すること、このセンシングユニットが、熱型フローセンサを構成する流路とは独立に構成されていること、被計測流体が漏れないようにシールされた構造で、流路に取り付けできる構造であること、流路に取り付け後は、前記ヒータと前記温度センサからの電気的端子が前記基板を介して前記流路の外部から電気的接続ができるような構造であり、前記ヒータと前記温度センサは、前記流体に直接接触するような構造であること、を特徴とするものである。   In order to achieve the above object, a sensing unit according to claim 1 of the present invention is a component of a thermal type flow sensor for measuring a fluid flow, and includes a substrate having at least a heater and a temperature sensor. This sensing unit is configured independently of the flow path that constitutes the thermal flow sensor, and has a structure that is sealed so that the fluid to be measured does not leak and can be attached to the flow path. After being attached to the flow path, the electrical terminals from the heater and the temperature sensor can be electrically connected from the outside of the flow path via the substrate, and the heater and the temperature sensor are The structure is such that it is in direct contact with the fluid.

熱型フローセンサの流路は、必ずしも特別の専用流路を開発するのではなく、商用の標準規格の流路、例えば、規格品のステンレスパイプを流路として用いることにより安価になる。この流路となるステンレスパイプにくり抜いた孔を開けた構造の流路と、少なくとも、熱型フローセンサの基本的な構成であるヒータと温度センサ(温度差センサ)とを有する基板を備えたセンシングユニットとを別々に用意して、これらを合体させて、1台の熱型フローセンサを構成できるようにすることで、各種用途に応えられる極めて安価で単純構造の熱型フローセンサを提供するものである。 The flow path of the thermal flow sensor does not necessarily develop a special dedicated flow path, but becomes inexpensive by using a commercial standard flow path, for example, a standard stainless steel pipe as the flow path. Sensing provided with a substrate having a flow path having a structure in which a hole is formed in a stainless steel pipe as a flow path, and at least a heater and a temperature sensor (temperature difference sensor) which are at least a basic configuration of a thermal flow sensor. Providing a thermal flow sensor with an extremely low cost and simple structure that can be used for various applications by preparing separate units and combining them so that a single thermal flow sensor can be configured. It is.

流体の流れを計測する熱型フローセンサの部品としてのセンシングユニットの電気的端子は、例えば、ハーメチックシールのような構造にして、流路は上述のように、規格品のステンレスパイプをくり抜いた孔を有するようにしておき、センシングユニットのヒータと温度センサとを備えた基板の部分を、流路のくり抜いた孔に差し込み、センシングユニットの周囲が流路のステンレスパイプの外形にぴったり重なり、接合されるような構造にする。このような極めて単純な構造のために、安価でありながら高精度で、各種用途に応じて流路の寸法や形状の種類が選択できるようにすると共に、センシングユニットの種類も用意して、これらの組み合わせが選択できるようにすることにより、種々の用途に応える熱型フローセンサを提供するものである。 The electrical terminals of the sensing unit as a part of the thermal type flow sensor that measures the flow of fluid, for example, have a structure like a hermetic seal, and the flow path is a hole made by hollowing out a standard stainless steel pipe as described above. Insert the part of the board with the heater and temperature sensor of the sensing unit into the hole that is hollowed in the flow path, and the periphery of the sensing unit exactly overlaps the outer shape of the stainless steel pipe of the flow path and is joined Make the structure as follows. Because of this extremely simple structure, it is inexpensive and highly accurate, and allows the selection of flow path dimensions and shape types according to various applications. Therefore, it is possible to provide a thermal type flow sensor that can meet various applications.

本発明の請求項2に係わるセンシングユニットは、温度センサが温度差センサであるようにした場合である。このことにより、単純で周囲温度に依存しない安定で高精度な熱型フローセンサが提供できる。 The sensing unit according to claim 2 of the present invention is a case where the temperature sensor is a temperature difference sensor. This makes it possible to provide a stable and highly accurate thermal flow sensor that is simple and does not depend on the ambient temperature.

本発明の請求項3に係わるセンシングユニットは、温度差センサが電流検出型熱電対であるようにした場合である。電流検出型熱電対は、1対の熱電対で済むので、極めて小型で高感度であり、しかも高精度な熱型フローセンサが提供できる。 The sensing unit according to claim 3 of the present invention is a case where the temperature difference sensor is a current detection type thermocouple. Since the current detection type thermocouple is only required to be a pair of thermocouples, it is possible to provide an extremely small and highly sensitive thermal type flow sensor.

温度差センサを熱電対とした場合、シリコン(Si)のSOI基板のn型高濃度SOI層を熱電対の一方の導体として用い、シリコン(Si)の熱酸化絶縁層(SiO2膜)を挟んで、ニッケル(Ni)薄膜などを他方の導体として一対の熱電対を構成し、カンチレバ、ダイアフラムや架橋構造の上に形成することができる。この場合、ヒータも同様に形成した熱電対を使用することもできるし、ダイオード、金属薄膜やSOI層の抵抗体をヒータとすることもできる。これらは、半導体の微細加工技術、MEMS技術により容易に形成できる。 When the temperature difference sensor is a thermocouple, the n-type high-concentration SOI layer of the silicon (Si) SOI substrate is used as one conductor of the thermocouple, and the silicon (Si) thermal oxide insulating layer (SiO 2 film) is sandwiched between them. Thus, a pair of thermocouples can be formed using a nickel (Ni) thin film or the like as the other conductor, and can be formed on a cantilever, a diaphragm, or a crosslinked structure. In this case, a thermocouple formed in the same manner can be used as the heater, and a diode, a metal thin film, or an SOI layer resistor can be used as the heater. These can be easily formed by semiconductor microfabrication technology and MEMS technology.

また、熱電対材料として、BiTe(Sb)系などの熱電材料をスパッタリングや真空蒸着で、薄膜熱電対としてプラスチックやガラス薄膜などのダイアフラムやカンチレバ上に形成することもできる。 Also, a thermoelectric material such as BiTe (Sb) can be formed as a thermocouple material by sputtering or vacuum deposition, and a thin film thermocouple can be formed on a diaphragm or cantilever such as a plastic or glass thin film.

また、熱電対材料からなる熱電対の一方の導体としての金属薄膜(例えば、Ni薄膜)の上に絶縁層を介して、他方の熱電対導体としての金属薄膜((例えば、Au薄膜)をスパッタリングなどで形成して、宙に浮いた形状にして熱容量を小さくさせて、高感度、かつ高速応答の熱電対を作成することもできる。特に液体などの質量が大きい流体の流速等の計測には、壊れがたいので好適である。電流検出型熱電対では、内部抵抗が小さい方が、出力が大きくなるので、リード線の抵抗が無視できる程度であれば、小さくなるようにした方が良い。従って、金属薄膜の熱電対も好適となる。実際には、熱電材料の性能指数Zが大きい材料の組み合わせが、このような熱電対には最適になる。 Moreover, a metal thin film (for example, Au thin film) as the other thermocouple conductor is sputtered on a metal thin film (for example, Ni thin film) as one conductor of a thermocouple made of a thermocouple material via an insulating layer. It is also possible to create a thermocouple with high sensitivity and high speed response by reducing the heat capacity by forming it in the shape of floating in the air, especially for measuring the flow velocity of fluids with large mass such as liquids. In the current detection type thermocouple, the smaller the internal resistance, the larger the output, so that the resistance of the lead wire should be reduced if the resistance is negligible. Therefore, a thin film thermocouple is also suitable, and in practice, a combination of materials having a large figure of merit Z of the thermoelectric material is optimal for such a thermocouple.

本発明の請求項4に係わるセンシングユニットは、ヒータと温度センサとを兼用して用いたとした場合である。温度センサとして1対の熱電対を用いた場合でも、熱電対は抵抗体であるので、電流を流せば発熱して、ヒータとして利用することができる。このように熱電対をヒータと温度センサとを兼用にして用いることにより、一度、電流を流してヒータとして動作させた後に、今度は、冷却時の温度変化を計測するために、電流検出型熱電対として、基板に対しての温度差を計測するようにすることができる。非常に、コンパクトなセンシングユニットを提供すると共に、これを搭載した熱型フローセンサが提供できる。 The sensing unit according to claim 4 of the present invention is a case where the heater and the temperature sensor are used in combination. Even when a pair of thermocouples is used as the temperature sensor, since the thermocouple is a resistor, it generates heat when a current is passed and can be used as a heater. By using the thermocouple as a heater and a temperature sensor in this way, once the current is made to flow and operate as a heater, this time, in order to measure the temperature change during cooling, a current detection type thermocouple is used. As a pair, a temperature difference with respect to the substrate can be measured. In addition to providing a very compact sensing unit, it is possible to provide a thermal flow sensor equipped with the sensing unit.

本発明の請求項5に係わる熱型フローセンサは、熱型フローセンサを構成する流路に、上述のセンシングユニットを接合して、流路を流れる流体の流れを計測できるように構成したことを特徴とするものである。 The thermal flow sensor according to claim 5 of the present invention is configured so that the above-mentioned sensing unit is joined to the flow path constituting the thermal flow sensor so that the flow of the fluid flowing through the flow path can be measured. It is a feature.

上述したように、例えば、熱型フローセンサを構成する流路も商用の標準規格ステンレスパイプの一部を利用し、くり抜いた孔を形成しておき、この部分に、センシングユニットの接合部もステンレスパイプの一部として、その内径と、流路のステンレスパイプの外形とが、一致するように選択しておくことで、ピッタリと接合することができる。このとき、例えば、ガスの出ない安定な接着材を用いて流路とセンシングユニットのステンレスパイプの部分同士を被測定流体が漏れないように密着して貼り付ける(取り付ける)ことができる。このとき、センシングユニットの電気的端子は、熱型フローセンサの流路の外側に顔を出すようにして、センシングユニットのヒータと温度センサへの電力の供給、ヒータと温度センサからの信号のやり取りやそれらの制御ができるようにする。 As described above, for example, the flow path constituting the thermal type flow sensor also uses a part of a commercial standard stainless steel pipe to form a hollowed hole, in which the sensing unit joint is also made of stainless steel. As a part of the pipe, the inner diameter of the pipe and the outer shape of the stainless steel pipe of the flow path are selected so as to match each other, so that the pipe can be joined perfectly. At this time, for example, using a stable adhesive that does not emit gas, the flow path and the stainless steel pipe portion of the sensing unit can be adhered and attached (attached) so that the fluid to be measured does not leak. At this time, the electrical terminal of the sensing unit faces the outside of the flow path of the thermal type flow sensor, supplies power to the heater and temperature sensor of the sensing unit, and exchanges signals from the heater and temperature sensor. And be able to control them.

熱型フローセンサのセンシングユニットは、熱型フローセンサの用途により異なる所定の形状の流路に取り付けられるように、取り付け部の寸法や形状など、種々種類を揃えるようにしても良いし、流路の孔の形状を固定し、それに合うようにセンシングユニットの接合部の形状を特定しておくこともできる。 The sensing unit of the thermal type flow sensor may be arranged in various types such as the size and shape of the mounting part so that it can be attached to the channel having a predetermined shape that varies depending on the application of the thermal type flow sensor. It is also possible to fix the shape of the hole of the sensor unit and specify the shape of the joint of the sensing unit so as to match it.

本発明の請求項6に係わる熱型フローセンサは、被計測流体の配管に接続できるようにした場合である。例えば、熱型フローセンサを装着する箇所の被測定流体が流入・流出する配管が、所定の外形寸法のステンレスパイプであった場合、熱型フローセンサの流路も同一形状のステンレスパイプを用意して、これに孔を開けて、流路とすると、単純な安価なジョイントを用いることにより外部配管に用意に熱型フローセンサを装着できるので便利である。 The thermal type flow sensor according to claim 6 of the present invention is a case where it can be connected to the pipe of the fluid to be measured. For example, if the pipe into which the fluid to be measured flows in / out at the location where the thermal flow sensor is attached is a stainless steel pipe with a predetermined external dimension, prepare a stainless steel pipe with the same shape for the flow path of the thermal flow sensor. If a hole is made in this and used as a flow path, a thermal type flow sensor can be easily attached to the external piping by using a simple and inexpensive joint, which is convenient.

また、熱型フローセンサの流路の先端に、所定のジョイントを取り付けておき、これを含んだ形で熱型フローセンサとすることもできる。 Further, a predetermined joint may be attached to the end of the flow path of the thermal type flow sensor, and a thermal type flow sensor including this can be obtained.

本発明の請求項7に係わる熱型フローセンサは、少なくとも、前記電気的端子に被計測の流体の流れを計測するに必要な電気回路を有する計測ユニットを装着した場合である。 The thermal type flow sensor according to claim 7 of the present invention is a case where a measurement unit having an electric circuit necessary for measuring the flow of the fluid to be measured is mounted at least on the electrical terminal.

熱型フローセンサのセンシングユニットの基板に備えてあるヒータと温度センサには、電力供給や信号のやり取りが必要で、センシングユニットの電気的端子を通して行われる。そのためには、電気回路(電子回路も含む)が必要であり、そこには、電源や増幅器、メモリや演算回路、更には、温度や計測などの制御回路、表示回路などが要求される。このような電気回路を少なくとも一部を含むユニットを、上述の電気的端子に接続して計測や制御を行う。これをここでは、計測ユニットと呼ぶことにする。 The heater and temperature sensor provided on the substrate of the sensing unit of the thermal flow sensor require power supply and signal exchange, and are performed through electrical terminals of the sensing unit. For this purpose, an electric circuit (including an electronic circuit) is necessary, and a power supply, an amplifier, a memory, an arithmetic circuit, a control circuit for temperature and measurement, a display circuit, and the like are required. A unit including at least a part of such an electric circuit is connected to the above-described electrical terminal for measurement and control. Here, this is called a measurement unit.

この計測ユニットには、出力の表示機能を持たせたり、外部との無線送受信ができる機能を持たせたり、また、必要に応じて、所定のプログラムに沿って制御や計測をするようにしたり、外部電源を導入したり、さらに、電池を搭載できるようにすることもできる。 This measurement unit has an output display function, a function that allows wireless transmission and reception with the outside, and if necessary, controls and measures according to a predetermined program, An external power supply can be introduced, and a battery can be installed.

本発明のセンシングユニットは、熱型フローセンサの一部の部品としての役割なので、交換することもできるし、さらに種々の流体に適合する流路とは独立に用意することができるので、単純構造で、安価な熱型フローセンサを提供できるという利点がある。 Since the sensing unit of the present invention plays a role as a part of the thermal type flow sensor, it can be exchanged and can be prepared independently from a flow path suitable for various fluids. Thus, there is an advantage that an inexpensive thermal flow sensor can be provided.

本発明のセンシングユニットは、やはり、熱型フローセンサの一部の部品である別に用意した流路との組み合わせでできるが、この流路も商用の標準規格のパイプなどを利用することができるので、安価な熱型フローセンサを提供できるという利点がある。 The sensing unit of the present invention can also be combined with a separately prepared flow path which is a part of the thermal flow sensor, but this flow path can also use a commercial standard pipe or the like. There is an advantage that an inexpensive thermal type flow sensor can be provided.

本発明のセンシングユニットは、そこに備えたヒータと温度センサとを兼用して用いることができるので、極めてコンパクトな熱型フローセンサを提供できるという利点がある。 Since the sensing unit of the present invention can be used in combination with a heater and a temperature sensor provided therein, there is an advantage that an extremely compact thermal type flow sensor can be provided.

本発明の熱型フローセンサでは、センシングユニットや流路に対して、別に用意した被計測の流体の流れを計測するに必要な電気回路を有する計測ユニットを、センシングユニットの電気的端子に装着して構成するので、種々の計測目的にあった計測ユニットを用意して、種々のセンシングユニットや流路との組み合わせができる。従って、それぞれ少ない種類の部品であっても、それらの組み合わせにより、数多くの流体やそれらの測定領域に適するフローセンサの選択が可能となるという利点がある。 In the thermal type flow sensor of the present invention, a measurement unit having an electrical circuit necessary for measuring the flow of the fluid to be measured separately attached to the sensing unit and the flow path is attached to the electrical terminal of the sensing unit. Therefore, a measurement unit suitable for various measurement purposes can be prepared and combined with various sensing units and flow paths. Therefore, even if there are few kinds of parts, there is an advantage that a combination of them makes it possible to select a flow sensor suitable for many fluids and their measurement regions.

本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット10の基板1の一実施例を示す平面概略図である。(実施例1)1 is a schematic plan view showing an embodiment of a substrate 1 of a sensing unit 10 which is a part of a thermal flow sensor of the present invention. (Example 1) 本発明の熱型フローセンサの部品の一つであるセンシングユニット10の一実施例の構造を示す断面概略図である。(実施例1)It is the cross-sectional schematic which shows the structure of one Example of the sensing unit 10 which is one of the components of the thermal type flow sensor of this invention. (Example 1) 本発明の熱型フローセンサの一実施例を示す横断面概略図である。(実施例2)It is a cross-sectional schematic diagram which shows one Example of the thermal type flow sensor of this invention. (Example 2) 図3に示した本発明の熱型フローセンサの一実施例の斜視概略図である。(実施例2)FIG. 4 is a schematic perspective view of an embodiment of the thermal type flow sensor of the present invention shown in FIG. 3. (Example 2) 本発明の熱型フローセンサの他の一実施例を示す横断面概略図である。(実施例3)It is a cross-sectional schematic diagram which shows another Example of the thermal type flow sensor of this invention. (Example 3) 本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット10の基板1の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例4)It is the plane schematic which shows another Example of the board | substrate 1 of the sensing unit 10 which is a component of the thermal type flow sensor of this invention. Example 4 図6におけるX−X’線に沿う横断面概略図である。(実施例4)FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 6. Example 4 本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット10の基板1の他の一実施例を示す平面概略図である。(実施例5)It is the plane schematic which shows another Example of the board | substrate 1 of the sensing unit 10 which is a component of the thermal type flow sensor of this invention. (Example 5) 図8のX−X’線に沿う横断面概略図である。(実施例5)FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 8. (Example 5)

以下、本発明の熱型フローセンサのセンシングユニットは、成熟した半導体集積化技術とMEMS技術を用いて、シリコン(Si)基板で形成できる。このシリコン(Si)基板を用いて製作した場合を中心に、図面を参照して、実施例に基づきその概要を説明する。   Hereinafter, the sensing unit of the thermal flow sensor of the present invention can be formed of a silicon (Si) substrate using mature semiconductor integration technology and MEMS technology. The outline will be described based on an embodiment with reference to the drawings, centering on the case of manufacturing using this silicon (Si) substrate.

図1は、本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット10の基板1の一実施例を示す平面概略図である。基板1はSOI基板で製作した場合で、このSOI基板のn型のSOI層11を利用してセンシングとなるカンチレバ15を形成している。基板1のSOI層11にn型不純物であるリンを拡散するなどして、高濃度のn型拡散領域21を形成している。この領域は抵抗率が極めて小さくなるので、熱電対導体A151として利用するのに好都合である。本実施例では、SOI層11を利用したカンチレバ15を3本並べて形成し、全て温度センサ20でありながら温度差センサ120としての熱電対150を形成した場合である。そして、中央のカンチレバ15は、ヒータ25として兼用に用いることができるようにしてある。これらの熱電対150は、高濃度のn型拡散領域21を熱電対導体A151として用い、絶縁膜であるシリコン酸化膜50を介して、熱電対導体B152として、ニッケル(Ni)薄膜などの金属膜を利用している例である。カンチレバ15の先端部にあるオーム性コンタクト160を用いて、熱電対導体A151と熱電対導体B152とが電気的に接合して熱電対150を形成している。外部には、熱電対150の熱電対導体B用電極パッド72b、73bと熱電対導体A用共通電極パッド70を経由して、電気的端子370(図2参照)に接続される。中央の熱電対150はヒータ25としても用いることができるようにした場合であるので、特別に、基板1のSOI層11に絶縁用溝60を形成して、ヒータ25として動作したときの電流の一部が両側のカンチレバ15に形成された熱電対150に流れ込んでしまうなど、悪影響を及ぼさないように配慮している。ここでは、基板1の絶対温度を計測できるように、絶対温度センサ200をpn接合ダイオードで形成してある場合を示している。pn接合ダイオードを形成するには、n型のSOI層11を用いているので、p型拡散領域22を不純物熱拡散により容易に形成することができる。   FIG. 1 is a schematic plan view showing an embodiment of a substrate 1 of a sensing unit 10 which is a component of a thermal type flow sensor of the present invention. The substrate 1 is manufactured by an SOI substrate, and a cantilever 15 for sensing is formed by using an n-type SOI layer 11 of the SOI substrate. A high concentration n-type diffusion region 21 is formed by diffusing phosphorus, which is an n-type impurity, in the SOI layer 11 of the substrate 1. Since this region has a very low resistivity, it is convenient to use it as the thermocouple conductor A151. In the present embodiment, three cantilevers 15 using the SOI layer 11 are formed side by side, and the thermocouple 150 as the temperature difference sensor 120 is formed while all are temperature sensors 20. The central cantilever 15 can be used also as the heater 25. These thermocouples 150 use a high-concentration n-type diffusion region 21 as a thermocouple conductor A151, a silicon oxide film 50 as an insulating film, and a thermocouple conductor B152 as a metal film such as a nickel (Ni) thin film. This is an example using. The thermocouple conductor A 151 and the thermocouple conductor B 152 are electrically joined to form a thermocouple 150 using an ohmic contact 160 at the tip of the cantilever 15. Externally, the thermocouple conductor B electrode pads 72b and 73b of the thermocouple 150 and the thermocouple conductor A common electrode pad 70 are connected to an electrical terminal 370 (see FIG. 2). Since the center thermocouple 150 can also be used as the heater 25, the insulation groove 60 is formed in the SOI layer 11 of the substrate 1 and the current when operating as the heater 25 is specially formed. Consideration is given so as not to adversely affect a part of the thermocouple 150 formed in the cantilever 15 on both sides. Here, a case is shown in which the absolute temperature sensor 200 is formed of a pn junction diode so that the absolute temperature of the substrate 1 can be measured. Since the n-type SOI layer 11 is used to form the pn junction diode, the p-type diffusion region 22 can be easily formed by impurity thermal diffusion.

SOI層11を利用したカンチレバ15を3本並べて形成し、全て温度センサ20を熱電対150とし、中央のカンチレバ15は、ヒータ25として用いる場合の被計測流体の流れを計測する原理は、次のようである。流れが無い時には、中央のヒータ25からほぼ等間隔に並んだ両側のカンチレバ15は、ヒータ25からの流体を通した熱伝導により、等しい温度上昇をしている。しかし、一方向に流があると、上流側のカンチレバ15は、冷やされるが、下流側のカンチレバ15は、ヒータ25からの熱を受けて、温度上昇する。これらの上流側と下流側との温度差は、流速に関係する(キングの法則)ので、校正曲線と両側のカンチレバ15に搭載してある熱電対150により流体の流れを計測することができる。もちろん、中央のカンチレバ15の熱電対150をヒータ兼温度差センサとして利用して、これ1本だけでも、後述のように、流体の流れを計測することができる。 Three cantilevers 15 using the SOI layer 11 are formed side by side, all of the temperature sensors 20 are thermocouples 150, and the central cantilever 15 measures the flow of the fluid to be measured when used as the heater 25. It seems. When there is no flow, the cantilevers 15 on both sides, which are arranged at almost equal intervals from the central heater 25, have the same temperature rise due to heat conduction through the fluid from the heater 25. However, if there is a flow in one direction, the upstream cantilever 15 is cooled, but the downstream cantilever 15 receives heat from the heater 25 and rises in temperature. Since the temperature difference between the upstream side and the downstream side is related to the flow velocity (King's law), the fluid flow can be measured by the calibration curve and the thermocouple 150 mounted on the cantilever 15 on both sides. Of course, by using the thermocouple 150 of the central cantilever 15 as a heater / temperature difference sensor, the flow of the fluid can be measured as described later by using only this one.

上述のSOI層11を利用してセンシングとなるカンチレバ15を形成するには、半導体の微細加工技術を利用するMEMS技術で容易に作製することができる。 In order to form the cantilever 15 serving as sensing using the SOI layer 11 described above, the cantilever 15 can be easily manufactured by a MEMS technique using a semiconductor microfabrication technique.

上述では、温度差センサ120である熱電対150を有するカンチレバ15を3本の並べて配置して、中央のカンチレバ15は、ヒータ25として動作させるようにした例であったが、例えば、中央のカンチレバ15の1本だけのカンチレバ15だけを形成し、そこにある熱電対150をヒータ25兼温度差センサ120として利用することができる。このようにすることにより、さらにコンパクトなセンシングユニット10が提供できるので、熱型フローセンサも更に、コンパクトになる。この場合、熱電対150をヒータ25として動作させるには、たとえば、10℃程度の温度上昇があれば良く、10mW程度の電力供給ですむ。その後、ヒータ25としての役目を止めて、熱電対150を温度差センサ120として、電流検出型熱電対(OPアンプの仮想短絡を利用して、熱起電力による短絡電流を計測する)として、カンチレバ15の冷却過程による所定の時間経過後の出力を計測する。被計測流体の流れが速い時には、冷却が速まるので、出力が小さくなるが、流れが遅い時には、冷却され難いので、OPアンプの出力は大きいままである。これらの出力の違いから流速または流量を、校正曲線を利用して算出する。 In the above example, the three cantilevers 15 having the thermocouples 150 that are the temperature difference sensors 120 are arranged side by side, and the central cantilever 15 is operated as the heater 25. Only one cantilever 15 of 15 is formed, and the thermocouple 150 there is used as the heater 25 and the temperature difference sensor 120. By doing in this way, since the more compact sensing unit 10 can be provided, a thermal type flow sensor becomes further compact. In this case, in order to operate the thermocouple 150 as the heater 25, for example, a temperature rise of about 10 ° C. is sufficient, and power supply of about 10 mW is sufficient. After that, the role as the heater 25 is stopped, the thermocouple 150 is used as the temperature difference sensor 120, and the current detection type thermocouple (measures the short-circuit current due to the thermoelectromotive force using the virtual short circuit of the OP amplifier). The output after a predetermined time elapses due to the cooling process of 15 is measured. When the flow of the fluid to be measured is fast, the cooling is fast and the output is small. However, when the flow is slow, it is difficult to cool, so the output of the OP amplifier remains large. The flow rate or flow rate is calculated from the difference between these outputs using a calibration curve.

図2は、本発明の熱型フローセンサの部品の一つであるセンシングユニット10の一実施例の構造を示す断面概略図である。ここでは、ステンレスのパイプの一部を利用したセンシングユニット支持部360に基板支持板350が取り付けられ、更にそこには図1で説明した基板1が接合され、熱的に安定になるようにしている。そこからギャップ301を経て、ピン390を利用してギャップ390が調整できるギャップ調整板320が取り付けられている。また、センシングユニット10が流路300(図3参照)に取り付けられたときに、電気的端子370が流路300とは反対側で外側になるように配置されており、ハーメチックシールなどのシール材380で流体が漏れないようにセンシングユニット支持部360に取り付けられている。本実施例では、Oリング330を利用して、センシングユニット10が流路300(図3参照)に取り付けられたときに、気密性が保たれるようにした場合を示している。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an embodiment of the sensing unit 10 which is one of the components of the thermal type flow sensor of the present invention. Here, a substrate support plate 350 is attached to a sensing unit support portion 360 using a part of a stainless steel pipe, and the substrate 1 described in FIG. Yes. A gap adjusting plate 320 that can adjust the gap 390 using the pin 390 is attached through the gap 301. Further, when the sensing unit 10 is attached to the flow path 300 (see FIG. 3), the electrical terminal 370 is disposed on the opposite side to the flow path 300 so as to be outside, and a sealing material such as a hermetic seal is provided. The sensing unit support 360 is attached so that fluid does not leak at 380. In the present embodiment, the O-ring 330 is used to show that the airtightness is maintained when the sensing unit 10 is attached to the flow path 300 (see FIG. 3).

図3は、本発明の熱型フローセンサの一実施例を示す横断面概略図を示している。ここでは、上述の実施例1の図2に示した本発明の熱型フローセンサのセンシングユニット10をパイプ状の流路300に気密性を保つように、Oリング330を利用して、取り付けた場合の横断面概略図を示している。もちろん、Oリング330を用いずに接着剤を利用して流路300に取り付けても差し支えない。流れ制限板310を利用して、基板支持板350やギャップ調整板320が動き難いように固定できるようにしている。ギャップ調整板320は、流れの所望の計測流量に応じて、流れ制限板310の厚みを予め決定しておくと良い。被計測流体は、主に流路中のギャップ301を通ることになる。 FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an embodiment of the thermal type flow sensor of the present invention. Here, the sensing unit 10 of the thermal type flow sensor of the present invention shown in FIG. 2 of the first embodiment is attached to the pipe-shaped flow path 300 by using the O-ring 330 so as to keep airtightness. The cross-sectional schematic of the case is shown. Of course, the O-ring 330 may be attached to the flow path 300 using an adhesive without using the O-ring 330. By using the flow restricting plate 310, the substrate support plate 350 and the gap adjusting plate 320 can be fixed so as not to move easily. The gap adjusting plate 320 may determine the thickness of the flow restricting plate 310 in advance according to the desired flow rate of the flow. The fluid to be measured mainly passes through the gap 301 in the flow path.

図4は、図3に示した本発明の熱型フローセンサの一実施例の斜視概略図であり、分かりやすくするために、流れ制限板310を取り外した場合を示している。流路300に形成してある孔45を通して、センシングユニット10に備えた基板1やこれを固定している基板支持板350、ギャップ調整板320などが流路300に挿入されて、センシングユニット10のセンシングユニット支持部360の内径が丁度、パイプ状の流路300の外形と一致するように選択してあり、ここでは、脱着可能なように、Oリング330を用いてシールしてある。センシングユニット10と流路300とが外れないように、金属バンド等で固定するが、ここ図では煩雑さを避けるために省略している。なお、接着剤等で互いに接合しても良い。また、外に飛び出した電気的端子370に、計測ユニット400を取り付けることができるようにしている。 FIG. 4 is a schematic perspective view of an embodiment of the thermal type flow sensor of the present invention shown in FIG. 3, and shows a case where the flow restricting plate 310 is removed for easy understanding. Through the hole 45 formed in the flow path 300, the substrate 1 provided in the sensing unit 10, the substrate support plate 350 that fixes the substrate 1, the gap adjustment plate 320, and the like are inserted into the flow path 300. The inner diameter of the sensing unit support 360 is selected to be exactly the same as the outer shape of the pipe-shaped flow path 300, and here, it is sealed using an O-ring 330 so as to be removable. The sensing unit 10 and the flow path 300 are fixed with a metal band or the like so as not to be detached, but are omitted in this figure in order to avoid complexity. In addition, you may mutually join with an adhesive agent etc. In addition, the measurement unit 400 can be attached to the electrical terminal 370 jumping out.

図5は、本発明の熱型フローセンサの他の一実施例を示す横断面概略図を示している。ここでは、熱型フローセンサとして、上述の実施例2に示した本発明の熱型フローセンサのパイプ状流路300の両端に、ジョイント600を取り付けて、被計測流体が流入し、流出する配管500のパイプと同一の外径寸法のパイプ状流路300を採用してあり、配管300に、直結できるようにした場合である。更に、少なくともヒータ25や温度センサ20と信号や電力のやり取りができるようにした電気回路を内蔵した計測ユニット400をセンシングユニット10の電気的端子370に装着した様子を示している。 FIG. 5: has shown the cross-sectional schematic which shows another Example of the thermal type flow sensor of this invention. Here, as a thermal type flow sensor, a pipe 600 in which joints 600 are attached to both ends of the pipe-shaped flow path 300 of the thermal type flow sensor of the present invention shown in the above-described embodiment 2 and the fluid to be measured flows in and out flows. This is a case where a pipe-like flow path 300 having the same outer diameter as 500 pipes is employed and can be directly connected to the pipe 300. Further, a state in which a measurement unit 400 including an electric circuit capable of exchanging signals and power with at least the heater 25 and the temperature sensor 20 is attached to the electrical terminal 370 of the sensing unit 10 is shown.

図6は本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット10の基板1の他の一実施例を示す平面概略図である。ここでは、下地基板12の上に、例えば、プラスチックやガラス薄膜のような電気絶縁性で、しかも熱伝導率の小さい材料の薄膜が形成されて架橋構造薄膜16として形成してある場合で、この上にBiTe(Sb)系などの熱電対導体A151や熱電対導体B152が中心部で重なり、熱電対150の接合部165を形成している場合である。ここでは、この薄膜の温度差センサ120である熱電対150が温度センサ20でありながら、ヒータ25としても動作するように、温度センサ20とヒータ25とが兼用にしている場合である。なお、下地基板12の一部をエッチング除去して空洞40を形成して、宙に浮いた架橋構造となるようにしている。図7には、上述の図6におけるX−X’線に沿う横断面概略図を示している。 FIG. 6 is a schematic plan view showing another embodiment of the substrate 1 of the sensing unit 10 which is a part of the thermal type flow sensor of the present invention. In this example, a thin film made of a material having a low thermal conductivity and an electrical insulating property such as a plastic or glass thin film is formed on the base substrate 12 as a crosslinked structure thin film 16. This is a case where a thermocouple conductor A151 such as a BiTe (Sb) system and a thermocouple conductor B152 are overlapped at the center to form a junction 165 of the thermocouple 150. Here, this is a case where the temperature sensor 20 and the heater 25 are combined so that the thermocouple 150 which is the thin film temperature difference sensor 120 operates as the heater 25 while being the temperature sensor 20. Note that a part of the base substrate 12 is removed by etching to form a cavity 40 so that a bridge structure floating in the air is obtained. FIG. 7 is a schematic cross-sectional view taken along line X-X ′ in FIG. 6 described above.

図8は本発明の熱型フローセンサの部品であるセンシングユニット10の基板1の他の一実施例を示す平面概略図である。上述の実施例4の図6との違いは、架橋構造薄膜16を形成せずに、基板1に直接、熱電対導体A151と熱電対導体B152とを、それぞれスパッタリング堆積などで、形成して所定の形状にパターン化して、基板1の下部の一部を除去して、熱電対導体A151と熱電対導体B152のみからなる架橋構造となるように空洞40を形成した場合を示している。このような場合、熱電対導体A151と熱電対導体B152の材料として、展性があり破壊され難い金属薄膜が適する。特に計測する流体が液体である場合は、このような金属薄膜を用いた熱電対150が好適である。ここでは、架橋構造薄膜16を無くした場合の例にしたが、金属薄膜の熱電対であっても、特に薄い場合などは、熱と電気の絶縁性のある架橋構造薄膜16を形成しても良いし、その方が良い場合もある。図9には、図8のX−X’線に沿う横断面概略図を示している。 FIG. 8 is a schematic plan view showing another embodiment of the substrate 1 of the sensing unit 10 which is a component of the thermal type flow sensor of the present invention. The difference from FIG. 6 of the above-described fourth embodiment is that the thermocouple conductor A151 and the thermocouple conductor B152 are formed directly on the substrate 1 by sputtering deposition or the like without forming the bridged structure thin film 16, respectively. In this case, a part of the lower portion of the substrate 1 is removed, and the cavity 40 is formed so as to have a bridge structure composed of only the thermocouple conductor A151 and the thermocouple conductor B152. In such a case, a metal thin film that is malleable and hardly broken is suitable as the material of the thermocouple conductor A151 and the thermocouple conductor B152. In particular, when the fluid to be measured is a liquid, the thermocouple 150 using such a metal thin film is suitable. Here, the example in which the cross-linked thin film 16 is eliminated has been described. However, even if the thermocouple is a metal thin film, the cross-linked thin film 16 having heat and electricity insulation may be formed even if the thermocouple is particularly thin. Good and sometimes better. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along line X-X ′ of FIG.

上述では、基板1の下部をエッチング除去して空洞40を形成する例を示してあるが、基板1の上に犠牲層を形成して、その上に熱電対を形成する材料を形成した後、所定の形状のパターン化を行った後、犠牲層のエッチング除去により、そこに空洞40を形成して基板1から熱電対150のなどの温度センサ20やヒータ25の薄膜を熱分離することができる。 In the above, an example in which the lower portion of the substrate 1 is etched away to form the cavity 40 is shown. However, after a sacrificial layer is formed on the substrate 1 and a material for forming a thermocouple is formed thereon, After patterning in a predetermined shape, the sacrificial layer is etched away to form a cavity 40 in which the temperature sensor 20 such as the thermocouple 150 and the thin film of the heater 25 can be thermally separated from the substrate 1. .

本発明の熱型フローセンサの部品としてのセンシングユニットおよび熱型フローセンサは、本実施例に限定されることはなく、本発明の主旨、作用および効果が同一でありながら、当然、種々の変形がありうる。 The sensing unit and the thermal flow sensor as parts of the thermal flow sensor of the present invention are not limited to the present embodiment, and naturally, various modifications can be made while the gist, operation and effect of the present invention are the same. There can be.

本発明の熱型フローセンサの部品としてのセンシングユニットおよび熱型フローセンサは、単純な構造であり、しかも、センシングユニット、流路、計測ユニットなどの部品を使用目的に合わせて選択して組み合わせるので、ニーズに合う安価な熱型フローセンサが提供できる。 The sensing unit and the thermal flow sensor as components of the thermal flow sensor of the present invention have a simple structure, and furthermore, components such as the sensing unit, the flow path, and the measurement unit are selected and combined according to the purpose of use. An inexpensive thermal flow sensor that meets your needs can be provided.

1 基板
10 センシングユニット
11 SOI層
12 下地基板
15 カンチレバ
16 架橋構造薄膜
20 温度センサ
21 n型拡散領域
22 p型拡散領域
25 ヒータ
40 空洞
45 孔
50 シリコン酸化膜
60 絶縁用溝
70 熱電対導体A用共通電極パッド
71a、71b ヒータ用電極パッド
72a 熱電対導体A用電極パッド
72b 熱電対導体B用電極パッド
73b 熱電対導体B用電極パッド
74a、74b 温度差センサ用電極パッド
80 パイプ
90 配管
120 温度差センサ
150 熱電対
151 熱電対導体A
152 熱電対導体B
160 オーム性コンタクト
165 接合部
200 絶対温度センサ
300 流路
301 ギャップ
310 流れ制限板
320 ギャップ調整板
330 Oリング
350 基板支持板
360 センシングユニット支持部
370 電気的端子
380 シール材
390 ピン
400 計測ユニット
500 配線
600 ジョイント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 10 Sensing unit 11 SOI layer 12 Base substrate 15 Cantilever 16 Bridged structure thin film 20 Temperature sensor 21 n-type diffusion region 22 p-type diffusion region 25 heater 40 cavity 45 hole 50 silicon oxide film 60 insulating groove 70 for thermocouple conductor A Common electrode pads 71a, 71b Heater electrode pad 72a Thermocouple conductor A electrode pad 72b Thermocouple conductor B electrode pad 73b Thermocouple conductor B electrode pad 74a, 74b Temperature difference sensor electrode pad 80 Pipe 90 Pipe 120 Temperature difference Sensor 150 Thermocouple 151 Thermocouple conductor A
152 Thermocouple conductor B
160 Ohmic contact 165 Junction 200 Absolute temperature sensor 300 Flow path 301 Gap 310 Flow restriction plate 320 Gap adjustment plate 330 O-ring 350 Substrate support plate 360 Sensing unit support 370 Electrical terminal 380 Sealing material 390 Pin 400 Measurement unit 500 Wiring 600 joints

Claims (7)

流体の流れを計測する熱型フローセンサのセンシングユニットは、少なくとも、ヒータと温度センサとを備えた基板を有すること、該センシングユニットが、熱型フローセンサを構成する流路とは独立に構成されていること、被計測流体が漏れないようにシールされた構造で、該流路に取り付けできる構造であること、該流路に取り付け後は、前記ヒータと前記温度センサからの電気的端子が前記基板を介して前記流路の外部から電気的接続ができるような構造であり、前記ヒータと前記温度センサは、前記流体に直接接触するような構造であること、を特徴とするセンシングユニット。 The sensing unit of the thermal type flow sensor for measuring the flow of the fluid has at least a substrate including a heater and a temperature sensor, and the sensing unit is configured independently of the flow path constituting the thermal type flow sensor. A structure that is sealed so that the fluid to be measured does not leak and can be attached to the flow path; after being attached to the flow path, the electrical terminals from the heater and the temperature sensor are connected to the flow path; A sensing unit having a structure in which electrical connection can be made from the outside of the flow path via a substrate, and the heater and the temperature sensor are in direct contact with the fluid. 温度センサが温度差センサである請求項1記載のセンシングユニット。 The sensing unit according to claim 1, wherein the temperature sensor is a temperature difference sensor. 温度差センサが電流検出型熱電対である請求項2記載のセンシングユニット。 The sensing unit according to claim 2, wherein the temperature difference sensor is a current detection type thermocouple. ヒータと温度センサとを兼用して用いた請求項1から3のいずれかに記載のセンシングユニット。 The sensing unit according to claim 1, wherein both the heater and the temperature sensor are used. 請求項1から4のいずれかに記載のセンシングユニットを前記流路に接合して、該流路を流れる流体の流れを計測できるように構成したことを特徴とする熱型フローセンサ。 A thermal flow sensor, wherein the sensing unit according to any one of claims 1 to 4 is joined to the flow path so that the flow of fluid flowing through the flow path can be measured. 流路が商用標準規格のパイプとし、被計測流体の配管に接続できるようにした請求項5記載の熱型フローセンサ。 6. The thermal flow sensor according to claim 5, wherein the flow path is a commercial standard pipe and can be connected to a pipe of a fluid to be measured. 少なくとも、前記電気的端子に被計測の流体の流れを計測するに必要な電気回路を有する計測ユニットを装着した請求項5もしくは6のいずれかに記載の熱型フローセンサ。 The thermal type flow sensor according to any one of claims 5 and 6, wherein at least a measurement unit having an electric circuit necessary for measuring a flow of a fluid to be measured is attached to the electrical terminal.
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