JP2015049160A

JP2015049160A - Flow velocity sensor and flow velocity measurement method using the same

Info

Publication number: JP2015049160A
Application number: JP2013181578A
Authority: JP
Inventors: 力小島; Chikara Kojima
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-16

Abstract

【課題】高い検出感度を実現でき、かつ、小型化が容易な流速センサーを提供する。【解決手段】流体の流速を検出する流速センサー１であって、隔壁１１によって仕切られた流路１２と、隔壁１１によって仕切られていない拡張流路１３と、隔壁１１上に設けられ流路１２を画成する振動板１４と、振動板１４上の流路に対向する位置に設けられた圧電素子２０と、隔壁１１の振動に伴う圧電素子２０の変位により発生する電荷をもとに、隔壁１１の振動周波数を検出する検出回路３０と、を具備する。【選択図】図３PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow rate sensor that can realize high detection sensitivity and can be easily miniaturized. SOLUTION: A flow rate sensor 1 for detecting a flow rate of a fluid, a flow path 12 partitioned by a partition wall 11, an expansion flow path 13 not partitioned by the partition wall 11, and a flow path 12 provided on the partition wall 11. The diaphragm 14, the piezoelectric element 20 provided at a position facing the flow path on the diaphragm 14, and the charges generated by the displacement of the piezoelectric element 20 due to the vibration of the partition 11. And a detection circuit 30 for detecting 11 vibration frequencies. [Selection] Figure 3

Description

本発明は、流速センサー及び流速センサーを用いた流速の測定方法に関する。 The present invention relates to a flow rate sensor and a flow rate measurement method using the flow rate sensor.

従来より、流体が流れる管内に所定の渦発生体を配置したとき、所定条件下において流体の流れ方向と垂直な方向に交互にカルマン渦が発生することが知られている。あるレイノルズ数範囲では、カルマン渦の単位時間当たりの発生数（渦周波数）と流体の流速とが比例関係にあることが報告されており、このような関係を利用した検出器が提案されている。 Conventionally, it is known that when a predetermined vortex generator is disposed in a pipe through which a fluid flows, Karman vortices are alternately generated in a direction perpendicular to the fluid flow direction under a predetermined condition. In a range of Reynolds numbers, the number of Karman vortices per unit time (vortex frequency) and fluid flow velocity are reported to be in a proportional relationship, and detectors using such a relationship have been proposed. .

例えば、凹部の周囲に設けられた枠部と、該枠部内に設けられ貫通孔を通って外部から導かれてきた圧力を受ける受圧部と、該受圧部の両端と枠部との間に設けられ少なくとも一方にピエゾ抵抗が形成された複数の梁部と、を備えた層間構造体を具備する半導体マイクロセンサが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 For example, a frame portion provided around the recess, a pressure receiving portion provided in the frame portion for receiving pressure guided from the outside through a through hole, and provided between both ends of the pressure receiving portion and the frame portion There has been proposed a semiconductor microsensor including an interlayer structure including a plurality of beam portions each having a piezoresistor formed at least on one side (see, for example, Patent Document 1).

この従来の半導体マイクロセンサは、カルマン渦によって生じた周期的に変動する圧力差を、渦発生体の直後に設けた貫通孔（導圧孔）を通じてセンサチップ内部へと導圧するものである。これにより、受圧部が梁部（トーションバー）を回転軸として周期的に捻れ、この捻れの周波数をトーションバーに形成されたピエゾ抵抗で検出することによって、流体の流速を測定するようになっている。 In this conventional semiconductor microsensor, a periodically changing pressure difference generated by a Karman vortex is introduced into a sensor chip through a through hole (pressure guide hole) provided immediately after the vortex generator. As a result, the pressure receiving portion periodically twists about the beam portion (torsion bar) as a rotation axis, and the flow velocity of the fluid is measured by detecting the frequency of the twist with the piezoresistance formed on the torsion bar. Yes.

特開平０８−０７５５１７号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-075517

しかしながら、特許文献１は、流速の変化等によってカルマン渦の強度が小さくなると、受圧部の捻れ量が小さくなり、ピエゾ抵抗の検出信号も小さなものとなって、所望の検出感度が得られなくなるという問題があった。 However, in Patent Document 1, when the Karman vortex strength decreases due to a change in flow velocity, the amount of twist of the pressure receiving portion decreases, and the detection signal of the piezoresistance also decreases, making it impossible to obtain the desired detection sensitivity. There was a problem.

また、特許文献１では、カルマン渦によって生じる圧力差を捻れ量に変換するものであるため、圧力差を受ける受圧部や、回転軸となるトーションバー等の構成が実質的に必須となり、小型化が困難であるという問題もあった。 In Patent Document 1, since the pressure difference caused by the Karman vortex is converted into a twist amount, the configuration of a pressure receiving portion that receives the pressure difference, a torsion bar that becomes a rotating shaft, and the like is substantially essential, and the size is reduced. There was also a problem that it was difficult.

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、高い検出感度を実現でき、かつ、小型化が容易な流速センサー及び流速センサーを用いた流速の測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide a flow rate sensor that can achieve high detection sensitivity and can be easily downsized, and a flow rate measurement method using the flow rate sensor.

上記課題を解決する本発明の態様は、流体の流速を検出する流速センサーであって、隔壁によって仕切られた流路と、前記隔壁によって仕切られていない拡張流路と、前記隔壁上に設けられ前記流路を画成する振動板と、前記振動板上の前記流路に対向する位置に設けられた圧電素子と、前記隔壁の振動に伴う前記圧電素子の変位により発生する電荷をもとに、前記隔壁の振動周波数を検出する検出回路と、を具備することを特徴とする流速センサーにある。
かかる態様では、隔壁がその下流に発生するカルマン渦と共振することによって、隔壁の振動に伴う圧電素子の変位により発生する電荷を大きなものとして得ることができ、高い検出感度を実現できるようになる。また、上記電荷をもとに隔壁の振動周波数を検出する構成のため、小型化が容易になる。 An aspect of the present invention that solves the above problem is a flow rate sensor that detects a flow rate of a fluid, and is provided on a flow path partitioned by a partition, an expansion flow path not partitioned by the partition, and the partition. Based on a diaphragm that defines the flow path, a piezoelectric element provided at a position on the diaphragm facing the flow path, and a charge generated by displacement of the piezoelectric element due to vibration of the partition wall And a detection circuit for detecting a vibration frequency of the partition wall.
In such an embodiment, the partition wall resonates with Karman vortices generated downstream thereof, so that a large charge can be obtained due to the displacement of the piezoelectric element accompanying the vibration of the partition wall, and high detection sensitivity can be realized. . Further, since the vibration frequency of the partition wall is detected based on the charge, the size can be easily reduced.

ここで、前記隔壁及び前記圧電素子は、所定の共振振動周波数で共振可能に構成されており、前記振動周波数を検出することが好ましい。これによれば、隔壁の振動周波数が共振振動周波数に一致又は実質的に一致するような流速となったとき、隔壁及び圧電素子が共振し、圧電素子の変位が大きくなって、圧電素子に生じる電荷が大きなものとなる。よって、より優れた検出感度を得ることができるようになる。 Here, it is preferable that the partition wall and the piezoelectric element are configured to resonate at a predetermined resonance vibration frequency and detect the vibration frequency. According to this, when the vibration frequency of the partition wall coincides with or substantially coincides with the resonance vibration frequency, the partition wall and the piezoelectric element resonate, and the displacement of the piezoelectric element increases, resulting in the piezoelectric element. The charge becomes large. Therefore, more excellent detection sensitivity can be obtained.

また、前記流速センサーは、前記隔壁及び前記圧電素子が、共振振動周波数が異なることが好ましい。これによれば、流速に応じて変化する隔壁の振動周波数に対して、異なる共振振動周波数の何れかが一致又は実質的に一致するようになるため、隔壁及び圧電素子が共振する確実性を向上させることができる。よって、より優れた検出感度が得られる確実性を向上させることができるようになる。 In the flow rate sensor, it is preferable that the partition wall and the piezoelectric element have different resonance vibration frequencies. According to this, since any of the different resonant vibration frequencies coincides or substantially coincides with the vibration frequency of the partition wall that changes according to the flow velocity, the certainty that the partition wall and the piezoelectric element resonate is improved. Can be made. Therefore, the certainty that better detection sensitivity can be obtained can be improved.

また、前記隔壁は、前記流体の流れ方向と、前記流体の流れ方向に垂直な方向とに、所定の間隔をあけて配列されていることが好ましい。これによれば、隔壁及び圧電素子が共振する確実性を向上させることができる上記構成を容易に実現できるようになる。 Moreover, it is preferable that the said partition is arrange | positioned at predetermined intervals in the flow direction of the said fluid, and the direction perpendicular | vertical to the said fluid flow direction. According to this, it becomes possible to easily realize the above configuration that can improve the certainty that the partition wall and the piezoelectric element resonate.

また、前記検出回路は、前記圧電素子に周波数の異なる駆動信号を供給する駆動信号供給手段を具備し、前記隔壁の振動に伴う前記圧電素子の変位により発生する電荷をもとに、前記隔壁及び前記圧電素子が共振する前記駆動信号の駆動周波数を検出し、検出された前記駆動周波数をもとに、前記振動周波数を検出することが好ましい。これによれば、流速に応じて変化する隔壁の振動周波数に対して、圧電素子に供給する駆動信号の周波数を一致又は実質的に一致させることにより、隔壁及び圧電素子が確実に共振するようになるため、優れた検出感度を確実に得ることができるようになる。また、流速センサーの小型化がさらに容易になる。 Further, the detection circuit includes drive signal supply means for supplying drive signals having different frequencies to the piezoelectric element, and the partition and the partition are formed based on charges generated by displacement of the piezoelectric element due to vibration of the partition. It is preferable that a driving frequency of the driving signal at which the piezoelectric element resonates is detected, and the vibration frequency is detected based on the detected driving frequency. According to this, the partition wall and the piezoelectric element are surely resonated by matching or substantially matching the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element with the vibration frequency of the partition wall that changes according to the flow velocity. Therefore, excellent detection sensitivity can be obtained with certainty. Further, the flow rate sensor can be further reduced in size.

また、本発明の他の態様は、上記の何れかに記載の流速センサーを用いた流速の測定方法であって、前記隔壁の振動に伴う前記圧電素子の変位により発生する電荷を検出する第１工程と、前記電荷をもとに前記隔壁の振動周波数を検出する第２工程と、を有することを特徴とする流速センサーを用いた流速の測定方法にある。
かかる態様では、隔壁がその下流に発生するカルマン渦と共振することによって、隔壁の振動に伴う圧電素子の変位により発生する電荷を大きなものとして得ることができ、高い検出感度を実現できるようになる。また、上記方法により、流速センサーの小型化が容易になる。 According to another aspect of the present invention, there is provided a flow velocity measurement method using the flow velocity sensor according to any one of the above, wherein a first electric charge generated by displacement of the piezoelectric element due to vibration of the partition wall is detected. The method includes a step and a second step of detecting a vibration frequency of the partition wall based on the electric charge.
In such an embodiment, the partition wall resonates with Karman vortices generated downstream thereof, so that a large charge can be obtained due to the displacement of the piezoelectric element accompanying the vibration of the partition wall, and high detection sensitivity can be realized. . Further, the above method facilitates miniaturization of the flow rate sensor.

ここで、前記圧電素子に周波数の異なる駆動信号を供給する工程をさらに有し、前記第２工程において、前記電荷をもとに、前記隔壁及び前記圧電素子が共振する前記駆動信号の駆動周波数を検出し、検出された前記駆動周波数をもとに、前記振動周波数を検出することが好ましい。これによれば、流速に応じて変化する隔壁の振動周波数に対して、圧電素子に供給する駆動信号の周波数を一致又は実質的に一致させることにより、隔壁及び圧電素子が確実に共振するようになるため、優れた検出感度を確実に得ることができるようになる。 Here, the method further includes a step of supplying a drive signal having a different frequency to the piezoelectric element. In the second step, the drive frequency of the drive signal at which the partition and the piezoelectric element resonate is set based on the charge. It is preferable to detect and detect the vibration frequency based on the detected driving frequency. According to this, the partition wall and the piezoelectric element are surely resonated by matching or substantially matching the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element with the vibration frequency of the partition wall that changes according to the flow velocity. Therefore, excellent detection sensitivity can be obtained with certainty.

また、前記電荷に基づいてインピーダンス値を検出することが好ましい。これによれば、圧電素子に供給された駆動信号の周波数と、隔壁の振動周波数とが一致又は実質的に一致したとき、圧電素子の圧電効果に起因してインピーダンス値が急峻な変化をすることを利用して、隔壁の振動周波数を検出できるようになる。 Moreover, it is preferable to detect an impedance value based on the electric charge. According to this, when the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element matches the vibration frequency of the partition wall, the impedance value changes sharply due to the piezoelectric effect of the piezoelectric element. Can be used to detect the vibration frequency of the partition wall.

また、前記流速センサーに対して流速が既知である所定の流体を導入し、ストローハル数を求める工程をさらに有することが好ましい。これによれば、正確なストローハル数を用いて隔壁の振動周波数を検出できるので、優れた検出感度を有して得た情報をもとに、流体の流速を正確に検出することができるようになる。 Preferably, the method further includes a step of introducing a predetermined fluid having a known flow velocity into the flow velocity sensor to obtain a Strouhal number. According to this, since the vibration frequency of the partition wall can be detected using an accurate Strouhal number, it is possible to accurately detect the flow velocity of the fluid based on information obtained with excellent detection sensitivity. become.

実施形態１に係る流速センサーの概略構成を示す分解斜視図である。1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a flow velocity sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る流速センサーの概略構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a schematic configuration of a flow rate sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る流速センサーの概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a flow velocity sensor according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る流速センサーの概略構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a flow velocity sensor according to Embodiment 1. FIG. 隔壁の振動周波数と圧電素子の変位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the vibration frequency of a partition, and the displacement of a piezoelectric element. 実施形態１に係る流速センサーの製造例を示す図である。It is a figure which shows the manufacture example of the flow velocity sensor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態１に係る流速センサーの製造例を示す図である。It is a figure which shows the manufacture example of the flow velocity sensor which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施形態２に係る流速センサーの概略構成を示す分解斜視図である。6 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a flow velocity sensor according to Embodiment 2. FIG. 実施形態２に係る流速センサーの概略構成を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a flow velocity sensor according to a second embodiment. インピーダンス値と駆動信号の周波数との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between an impedance value and the frequency of a drive signal. 実施形態２に係る流速の測定方法を示すフローチャート図である。FIG. 6 is a flowchart showing a flow velocity measuring method according to the second embodiment.

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る流速センサー１の概略構成を示す分解斜視図であり、図２は流速センサー１の概略構成を示す平面図である。また、図３は図２をＡ−Ａ′線で切断した断面図であり、図４は図２をＢ−Ｂ′線で切断した断面図である。ここで、Ａ−Ａ′線は流体の流れ方向とは垂直な方向（以下「幅方向」とも称する。）に沿った切断線であり、Ｂ−Ｂ′線は流体の流れ方向に沿った切断線である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of a flow velocity sensor 1 according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing a schematic configuration of the flow velocity sensor 1. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG. Here, the AA ′ line is a cutting line along a direction perpendicular to the fluid flow direction (hereinafter also referred to as “width direction”), and the BB ′ line is a cutting line along the fluid flow direction. Is a line.

流速センサー１において、流路形成基板１０は、隔壁１１によって仕切られた流路１２と、隔壁１１によって仕切られていない拡張流路１３と、を具備するものである。 In the flow velocity sensor 1, the flow path forming substrate 10 includes a flow path 12 partitioned by a partition wall 11 and an extended flow path 13 not partitioned by the partition wall 11.

流路形成基板１０は、例えばシリコン単結晶基板からなるが、本発明の要旨を変更しない限りにおいて前記の材料に制限されない。流路形成基板１０の対向する一対の面は、流体が流入及び流出できるように開放して構成されている。 The flow path forming substrate 10 is made of, for example, a silicon single crystal substrate, but is not limited to the above materials unless the gist of the present invention is changed. A pair of opposing surfaces of the flow path forming substrate 10 are configured to be open so that fluid can flow in and out.

この流路形成基板１０には、複数の隔壁１１が設けられている。複数の隔壁１１は、流体の流れ方向と、幅方向とに、所定の間隔をあけて配列（アレイ状に配置）されている。本実施形態において、複数の隔壁１１は、流体の流れ方向に複数行（図１等では３行）、幅方向に複数列（図１等では３列）配置されている。そして、このような流路形成基板１０及び複数の隔壁１１によって、片側を隔壁１１によって仕切られた流路１２、すなわち、流路形成基板１０及び隔壁１１によって仕切られた流路１２と、両側を隔壁１１によって仕切られた流路１２とが形成されている。 The flow path forming substrate 10 is provided with a plurality of partition walls 11. The plurality of partition walls 11 are arranged (arranged in an array) at a predetermined interval in the fluid flow direction and the width direction. In the present embodiment, the plurality of partition walls 11 are arranged in a plurality of rows (three rows in FIG. 1 and the like) in the fluid flow direction and a plurality of columns (three rows in FIG. 1 and the like) in the width direction. And, by such a flow path forming substrate 10 and a plurality of partition walls 11, a flow path 12 partitioned on one side by the partition walls 11, that is, a flow path 12 partitioned by the flow path forming substrate 10 and the partition walls 11, and both sides A flow path 12 partitioned by a partition wall 11 is formed.

ただし、複数の隔壁１１の配置は、本発明の要旨を変更しない限りにおいて前記の例に制限されない。流れ方向のみに隔壁１１を並設するようにしてもよいし、幅方向のみに隔壁１１を並設するようにしてもよい。隔壁１１の形状、数及び配置等は、流速センサー１の全体形状やサイズ等も変わってくるため、流速センサー１の用途等を考慮して、本発明の要旨に基づいて適宜設計すればよい。 However, arrangement | positioning of the some partition 11 is not restrict | limited to the said example, unless the summary of this invention is changed. The partition walls 11 may be juxtaposed only in the flow direction, or the partition walls 11 may be juxtaposed only in the width direction. The shape, number, arrangement, and the like of the partition walls 11 may be appropriately designed based on the gist of the present invention in consideration of the application of the flow rate sensor 1 and the like because the overall shape and size of the flow rate sensor 1 also change.

このような複数の隔壁１１は、同一の材料を用い、同一の形状に構成することができる。例えば、複数の隔壁１１は、流路形成基板１０と同一の材料を用い、同一の直方体形状に構成されている。これによれば、製造容易性を向上させることができる。ただし、隔壁１１の構成等は上記のように本発明の要旨に基づいて適宜設計が可能であり、可能であるならば、隔壁１１ごとに材料や形状を異ならせても構わない。これによれば、隔壁１１ごとに異なった振動特性を付与しやすくなる。 Such a plurality of partition walls 11 can be formed in the same shape using the same material. For example, the plurality of partition walls 11 are configured in the same rectangular parallelepiped shape using the same material as the flow path forming substrate 10. According to this, manufacturability can be improved. However, the configuration and the like of the partition wall 11 can be appropriately designed based on the gist of the present invention as described above. If possible, the material and shape of each partition wall 11 may be different. According to this, it becomes easy to provide different vibration characteristics for each partition 11.

拡張流路１３は、幅方向に並設された流路１２同士が連通するように構成されており、流路１２の入口領域や出口領域となっている。本実施形態において、拡張流路１３は、幅方向に並設されたすべての流路１２同士が連通する構成となっているが、本発明の要旨を変更しない限りにおいて前記の例に制限されない。例えば、アレイ状に設けられた隔壁１１のうち、所定の列の隔壁が流れ方向に連続して形成され、この流れ方向に連続して形成された隔壁をはさんで、幅方向に２以上の拡張流路が隣り合って形成されるような構成となっていてもよい。 The expansion flow path 13 is configured such that the flow paths 12 arranged in parallel in the width direction communicate with each other, and serves as an inlet region and an outlet region of the flow path 12. In this embodiment, the extended flow path 13 has a configuration in which all the flow paths 12 arranged in parallel in the width direction communicate with each other, but is not limited to the above example unless the gist of the present invention is changed. For example, among the partition walls 11 provided in an array, predetermined rows of partition walls are formed continuously in the flow direction, and two or more in the width direction are sandwiched across the partition walls formed continuously in the flow direction. The extended flow path may be formed adjacent to each other.

また、本実施形態の流速センサー１は、隔壁１１上に設けられ流路１２を画成する振動板１４と、振動板１４上の流路１２に対向する位置に設けられた圧電素子２０と、を具備するものである。 Further, the flow velocity sensor 1 of the present embodiment includes a diaphragm 14 provided on the partition wall 11 and defining a flow path 12, a piezoelectric element 20 provided at a position facing the flow path 12 on the vibration board 14, It comprises.

振動板１４は、流路形成基板１０の開口面側に設けられている。振動板１４は、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等からなる弾性膜１５と、弾性膜１５上に設けられた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）等からなる絶縁膜１６とが積層形成されている。振動板１４は、流路形成基板１０上に薄膜プロセスにより形成されたものでもよいし、別途形成した薄膜を流路形成基板１０に接合したものでもよい。 The diaphragm 14 is provided on the opening surface side of the flow path forming substrate 10. The diaphragm 14 is formed by laminating an elastic film 15 made of silicon oxide (SiO ₂ ) or the like and an insulating film 16 made of zirconium oxide (ZrO ₂ ) or the like provided on the elastic film 15. The diaphragm 14 may be formed on the flow path forming substrate 10 by a thin film process, or may be formed by bonding a separately formed thin film to the flow path forming substrate 10.

振動板１４上には、厚さ３０〜５０ｎｍ程度の酸化チタン等からなり、振動板１４及び圧電素子２０の密着性を向上させるための密着層１７が設けられている。ただし、密着層１７は省略することも可能である。 On the vibration plate 14, an adhesion layer 17 made of titanium oxide or the like having a thickness of about 30 to 50 nm is provided to improve the adhesion between the vibration plate 14 and the piezoelectric element 20. However, the adhesion layer 17 can be omitted.

密着層１７上には、圧電素子２０が設けられている。圧電素子２０は、第１電極２１と、厚さが３μｍ以下、好ましくは０．３〜１．５μｍの薄膜である圧電体層２２と、第２電極２３とが積層形成されている。以降、圧電素子２０は、第１電極２１、圧電体層２２及び第２電極２３を含む部分をいう。 A piezoelectric element 20 is provided on the adhesion layer 17. The piezoelectric element 20 is formed by laminating a first electrode 21, a piezoelectric layer 22 that is a thin film having a thickness of 3 μm or less, preferably 0.3 to 1.5 μm, and a second electrode 23. Hereinafter, the piezoelectric element 20 refers to a portion including the first electrode 21, the piezoelectric layer 22, and the second electrode 23.

上述した例では、弾性膜１５、絶縁膜１６、密着層１７、及び第１電極２１が振動板１４として作用し得るが、これに限定されるものではなく、弾性膜１５や密着層１７を設けなくても構わない。この場合、絶縁膜１６や第１電極２１が振動板１４として作用することとなる。また、圧電素子２０自体が実質的に振動板１４を兼ねるようにしてもよい。ただし、流路形成基板１０上に第１電極２１を直接設ける場合には、第１電極２１と流体とが導通しないように第１電極２１を絶縁性の保護膜等で保護するのが好ましい。 In the example described above, the elastic film 15, the insulating film 16, the adhesion layer 17, and the first electrode 21 can act as the diaphragm 14, but the invention is not limited to this, and the elastic film 15 and the adhesion layer 17 are provided. It doesn't matter. In this case, the insulating film 16 and the first electrode 21 act as the diaphragm 14. Further, the piezoelectric element 20 itself may substantially serve as the diaphragm 14. However, when the first electrode 21 is directly provided on the flow path forming substrate 10, it is preferable to protect the first electrode 21 with an insulating protective film or the like so that the first electrode 21 and the fluid are not electrically connected.

尚、流路形成基板１０の振動板１４とは反対側の面には、ガラスセラミックス、シリコン単結晶基板、ステンレス鋼等からなる固定板１８が、接着剤や熱溶着フィルム等によって固着されている。固定板１８の構成は、本発明の要旨を変更しない限りにおいて前記の例に制限されない。 A fixing plate 18 made of glass ceramics, a silicon single crystal substrate, stainless steel or the like is fixed to the surface of the flow path forming substrate 10 opposite to the vibration plate 14 with an adhesive, a heat welding film, or the like. . The configuration of the fixing plate 18 is not limited to the above example as long as the gist of the present invention is not changed.

密着層１７上の圧電素子２０は、第１電極２１を共通電極とし、この第１電極２１や、第２電極２３及び圧電体層２２を流路１２毎にパターニングして構成することができる。本実施形態では、配線の都合や製造容易性等の観点から、第１電極２１を共通電極とすることが好ましい。 The piezoelectric element 20 on the adhesion layer 17 can be configured by using the first electrode 21 as a common electrode and patterning the first electrode 21, the second electrode 23, and the piezoelectric layer 22 for each channel 12. In the present embodiment, it is preferable that the first electrode 21 is a common electrode from the viewpoint of the convenience of wiring, the ease of manufacturing, and the like.

一方、圧電体層２２は、流路１２ごとに個別に設けられることが好ましい。これによれば、例えば流路１２ごとに圧電体層２２の幅や長さを異なるものとし、異なった振動特性を有する圧電素子２０を形成しやすくなる。ただし、製造容易性等の観点から、圧電体層２２を共通化させて設けることも可能である。この場合、第２電極２３は、流路１２ごとに個別に設けられることが好ましい。 On the other hand, the piezoelectric layer 22 is preferably provided individually for each flow path 12. According to this, for example, the width and length of the piezoelectric layer 22 are different for each flow path 12, and the piezoelectric element 20 having different vibration characteristics can be easily formed. However, it is also possible to provide the piezoelectric layer 22 in common from the viewpoint of manufacturability and the like. In this case, the second electrode 23 is preferably provided individually for each flow path 12.

第１電極２１及び第２電極２３は、白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼等の金属元素や導電性ポリマー等を用いて構成することができる。ただし、第１電極２１及び第２電極２３は、導電性を有する材料であればよく、前記の材料に限定されない。 The first electrode 21 and the second electrode 23 are made of metal elements such as platinum (Pt), iridium (Ir), gold (Au), aluminum (Al), copper (Cu), titanium (Ti), stainless steel, and the like. A polymer or the like can be used. However, the 1st electrode 21 and the 2nd electrode 23 should just be a material which has electroconductivity, and are not limited to the said material.

圧電体層２２は、例えばビスマス（Ｂｉ）、ランタン（Ｌａ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含むペロブスカイト構造を有する複合酸化物として構成することができる。これによれば、鉛を含まない圧電素子２０を構成できるようになり、環境への負荷を低減できる。このような複合酸化物は、鉄酸マンガン酸ビスマスランタン（ＢＬＦＭ）と称され、組成式（Ｂｉ，Ｌａ）（Ｆｅ，Ｍｎ）Ｏ_３で表される。 The piezoelectric layer 22 can be configured as a composite oxide having a perovskite structure including, for example, bismuth (Bi), lanthanum (La), iron (Fe), and manganese (Mn). According to this, the piezoelectric element 20 containing no lead can be configured, and the load on the environment can be reduced. Such a complex oxide is referred to as bismuth lanthanum iron manganate (BLFM) and is represented by a composition formula (Bi, La) (Fe, Mn) O ₃ .

ただし、圧電体層２２は、圧電性を有する材料であれば前記の材料に限定されず、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ_３）、タンタル酸ナトリウム（ＮａＴａＯ_３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、タンタル酸カリウム（ＫＴａＯ_３）、チタン酸ビスマスナトリウム（（Ｂｉ_１／２Ｎａ_１／２）ＴｉＯ_３）、チタン酸ビスマスカリウム（（Ｂｉ_１／２Ｋ_１／２）ＴｉＯ_３）、鉄酸ビスマス（ＢｉＦｅＯ_３）、タンタル酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ_２Ｔａ_２Ｏ_９）、ニオブ酸ストロンチウムビスマス（ＳｒＢｉ_２Ｎｂ_２Ｏ_９）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２）及びこれらのうち少なくとも一つを成分として有する固溶体を用いることもできる。 However, the piezoelectric layer 22 is not limited to the above material as long as it has a piezoelectric property. For example, lead titanate (PbTiO ₃ ), lead zirconate titanate (Pb (Zr, Ti) O ₃ ), titanium barium (BaTiO _3), potassium niobate lithium (LiNbO _3), lithium tantalate (LiTaO _3), sodium niobate (NaNbO _3), sodium tantalate (NaTaO _3), potassium niobate (KNbO _3), tantalate (KTaO ₃ ), sodium bismuth titanate ((Bi _1/2 Na _1/2 ) TiO ₃ ), potassium bismuth titanate ((Bi _1/2 K _1/2 ) TiO ₃ ), bismuth ferrate (BiFeO ₃ ) , strontium bismuth tantalate _{_{_{(SrBi 2 Ta 2 O 9)}}} , strontium niobate bismuth _{_{_{(SrBi 2 Nb 2 O 9)}}} , bismuth titanate _(Bi ₄ Ti _{3 O 12)} and can be used a solid solution with at least one of these as a component.

また、流速センサー１は、隔壁１１の振動に伴う圧電素子２０の変位により発生する電荷をもとに、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出する検出回路３０を具備するものである。本実施形態において、検出回路３０は、第１電極２１及び第２電極２３のそれぞれに一方が接続された配線３１、３２と、それぞれの配線３１、３２の他方が接続された検出装置３３と、を含んで構成されているが、本発明の要旨を変更しない限りにおいて前記の例に制限されない。 Further, the flow velocity sensor 1, on the basis of the charge generated by the displacement of the piezoelectric element 20 due to the vibration of the partition wall 11, and comprises a detection circuit 30 for detecting the vibration frequency f _W of the partition 11. In the present embodiment, the detection circuit 30 includes wirings 31 and 32, one of which is connected to each of the first electrode 21 and the second electrode 23, and a detection device 33 to which the other of the wirings 31 and 32 is connected, However, the present invention is not limited to the above examples unless the gist of the present invention is changed.

検出装置３３は、隔壁１１の振動に伴う圧電素子２０の変位により発生する電荷をもとに、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出することができるものであればよく、公知のものを用いることができる。本実施形態では、圧電素子２０の変位により発生する電荷を検出する機能と、検出された電荷をもとに、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出する機能とを兼ね備えた検出装置３３が構成されているが、各機能を有する装置を別個に設けるように構成されていてもよい。 Detector 33, based on charges generated by the displacement of the piezoelectric element 20 due to vibration of the partition wall 11, as long as it can detect the vibration frequency f _W of the partition 11, be a known one Can do. In the present embodiment, a function of detecting the electric charge generated by the displacement of the piezoelectric element 20, based on the detected charge detector 33 having both a function of detecting the vibration frequency f _W of the partition wall 11 is formed However, the apparatus having each function may be provided separately.

次に、本実施形態の流速センサー１の構成について、その動作や流速の測定原理とともに、さらに詳述する。 Next, the configuration of the flow rate sensor 1 of the present embodiment will be described in further detail along with the operation and the measurement principle of the flow rate.

隔壁１１は、流速センサー１に導入される流体の流れに対する障害物となるものである。流体が流れる流路に所定の障害物を配置したとき、所定条件下においてカルマン渦が発生することが知られており、本実施形態においても、流速センサー１に流体が導入されると、所定条件下においてカルマン渦が発生する。 The partition wall 11 serves as an obstacle to the flow of fluid introduced into the flow velocity sensor 1. It is known that a Karman vortex is generated under a predetermined condition when a predetermined obstacle is arranged in a flow path through which the fluid flows. Also in this embodiment, when a fluid is introduced into the flow velocity sensor 1, the predetermined condition is satisfied. A Karman vortex is generated below.

カルマン渦は、隔壁１１の下流の拡張流路１３に発生する。言い換えれば、カルマン渦が発生し得る領域が、隔壁１１の下流の拡張流路１３によって確保されている。カルマン渦は、所定の渦周波数ｆ_Ｋに基づいて発生し、この渦周波数ｆ_Ｋに従った圧力変動よって、隔壁１１が所定の振動力を受ける。 Karman vortices are generated in the expansion channel 13 downstream of the partition wall 11. In other words, a region where Karman vortices can occur is secured by the extended flow path 13 downstream of the partition wall 11. A Karman vortex is generated based on a predetermined vortex frequency f _K, pressure variations thus in accordance with the vortex frequency f _K, partition 11 is subjected to predetermined vibration force.

流体は、流速の測定対象となるものであり、例えば気体や液体が挙げられる。 The fluid is a target for measuring the flow velocity, and examples thereof include gas and liquid.

隔壁１１は、カルマン渦の発生のしやすさ、振動のしやすさ、振動に耐え得る強度、及び流体の圧力損失等を考慮して、その形状、数及び配置等が本発明の要旨に基づいて設計されており、圧力変動によって振動力を受けると所定の振動周波数ｆ_Ｗで振動する。圧力変動は、カルマン渦の渦周波数ｆ_Ｋに従って生じているため、下式（１）で表されるように、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗはカルマン渦の渦周波数ｆ_Ｋに近似したものとなる。 The shape, number, and arrangement of the partition wall 11 are based on the gist of the present invention in consideration of the ease of generation of Karman vortices, the ease of vibration, the strength that can withstand vibration, the pressure loss of fluid, and the like. designed Te, vibrates at a predetermined vibrational frequency f _W receives the vibration force by the pressure fluctuations. Since the pressure fluctuation occurs according to the Karman vortex frequency f _K , the vibration frequency f _W of the partition wall 11 approximates the Karman vortex vortex frequency f _K as represented by the following equation (1). .

〔式１〕
ｆ_Ｗ≒ｆ_Ｋ（１）
（式中、ｆ_Ｗは隔壁１１の振動周波数、ｆ_Ｋはカルマン渦の渦振動数） [Formula 1]
f _W ≒ f _K (1)
(Where f _W is the vibration frequency of the partition wall 11 and f _K is the vortex frequency of the Karman vortex)

上記のように、流速センサー１は、隔壁１１上に設けられ流路１２を画成する振動板１４と、振動板１４上の流路１２に対向する位置に設けられた圧電素子２０と、を具備するため、カルマン渦による隔壁１１の振動が、振動板１４を介して圧電素子２０に伝達する。そうすると、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗに従って、圧電素子２０が例えばたわみ変形するようになる。 As described above, the flow rate sensor 1 includes the vibration plate 14 provided on the partition wall 11 and defining the flow path 12, and the piezoelectric element 20 provided at a position facing the flow path 12 on the vibration plate 14. Therefore, the vibration of the partition wall 11 due to the Karman vortex is transmitted to the piezoelectric element 20 through the diaphragm 14. Then, in accordance with the vibration frequency f _W of the partition 11, so that the piezoelectric element 20, for example, to bending deformation.

圧電素子２０の振動モードは前記に制限されない。ただし、圧電素子２０がたわみ変形する振動モードであれば、振動板１４上に圧電素子２０が設けられる構成上、圧電素子２０が変位抵抗を受けにくくなるため、他の振動モードと比較して大きな変位を得ることができるようになる。 The vibration mode of the piezoelectric element 20 is not limited to the above. However, in the vibration mode in which the piezoelectric element 20 is flexibly deformed, the piezoelectric element 20 is less likely to be subjected to displacement resistance due to the configuration in which the piezoelectric element 20 is provided on the vibration plate 14, and thus is large compared to other vibration modes. Displacement can be obtained.

圧電素子２０が例えばたわみ変形すると、この変位に応じて圧電素子２０に電荷が生じ、この電荷が、上記検出回路３０によって検出される。また、カルマン渦の渦周波数ｆ_Ｋと流体の流速Ｕとは、あるレイノルズ数範囲において比例関係にあることが知られており、その比例定数はストローハル数Ｓｔと呼ばれる。ここで、流体の流速Ｕは下式（２）で表される。 For example, when the piezoelectric element 20 is bent and deformed, an electric charge is generated in the piezoelectric element 20 according to the displacement, and the electric charge is detected by the detection circuit 30. Further, the vortex frequency f _K and the fluid flow velocity U of the Karman vortex, it is known that a proportional relationship in a certain Reynolds number range, the proportionality constant is called the Strouhal number St. Here, the flow velocity U of the fluid is expressed by the following equation (2).

〔式２〕
Ｕ＝（ｆ_Ｋ・ｄ）／Ｓｔ（２）
（式中、Ｕは流体の流速、ｆ_Ｋは渦周波数、ｄは隔壁幅、Ｓｔはストローハル数） [Formula 2]
U = (f _K · d) / St (2)
(Where U is the fluid flow velocity, f _K is the vortex frequency, d is the partition wall width, and St is the Strouhal number)

レイノルズ数Ｒｅが５．０×１０^２〜２．０×１０^５程度の範囲であれば、ストローハル数Ｓｔは０．２に近似できることが知られている。そして、隔壁幅ｄも既知のため、上記式（１）及び（２）に基づいて、検出回路３０によって検出された隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗに基づけば、流体の流速Ｕを検出することができるようになる。 It is known that the Strouhal number St can be approximated to 0.2 when the Reynolds number Re is in the range of about 5.0 × 10 ^{2 to} 2.0 × 10 ⁵ . Since the partition wall width d is also known, based on the equation (1) and (2), based on the oscillation frequency f _W of the partition 11 which is detected by the detection circuit 30, to detect the flow velocity U of the fluid become able to.

流速センサー１に対して流速が既知である流体を導入し、予めストローハル数Ｓｔを求めるようにしてもよい。これによれば、上記式（２）の比例定数であるストローハル数を正確に得た上で隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出できるので、目的の流速を正確に検出することができるようになる。また、流速によって変化するストローハル数Ｓｔを所定間隔で測定するようにし、その値を校正するようにしてもよい。 A fluid having a known flow velocity may be introduced into the flow velocity sensor 1 to obtain the Strouhal number St in advance. According to this, it is possible to detect the vibration frequency f _W in the formula (2) of the proportionality constant partition wall 11 a Strouhal number after having correctly obtained is, to be able to accurately detect the flow velocity of the object Become. Further, the Strouhal number St that changes depending on the flow velocity may be measured at a predetermined interval, and the value may be calibrated.

このような流速センサー１において、隔壁１１の振動に伴う圧電素子２０の変位により発生する電荷が大きいことは、優れた検出感度を得ることができる条件の一つとなる。本実施形態の流速センサー１によれば、隔壁１１がその下流に発生するカルマン渦と共振し、隔壁１１が自励的に振動するようになる。よって、検出回路３０において、圧電素子２０の電荷を大きなものとして得ることができ、高い検出感度を実現できるようになる。 In such a flow velocity sensor 1, a large charge generated by the displacement of the piezoelectric element 20 due to the vibration of the partition wall 11 is one of the conditions for obtaining excellent detection sensitivity. According to the flow velocity sensor 1 of the present embodiment, the partition wall 11 resonates with the Karman vortex generated downstream thereof, and the partition wall 11 vibrates self-excited. Therefore, in the detection circuit 30, the charge of the piezoelectric element 20 can be obtained as a large charge, and high detection sensitivity can be realized.

また、上記電荷をもとに隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出する構成のため、小型化が容易になる。よって、微小空間を流れる流体の流速を検出したり、高密度に配置したりすることも容易となる。 Moreover, because of the configuration for detecting the vibration frequency f _W of the partition 11 on the basis of the charge, size reduction is facilitated. Therefore, it becomes easy to detect the flow velocity of the fluid flowing through the minute space or to arrange the fluid at a high density.

ここで、本実施形態において、隔壁１１及び圧電素子２０は、所定の共振振動周波数ｆ_Ｃで共振可能に構成されており、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出することが好ましい。 Here, in the present embodiment, the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 are configured to be able to resonate at a predetermined resonance vibration frequency f _C , and it is preferable to detect the vibration frequency f _W of the partition wall 11.

図５（ａ）は、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗと圧電素子２０の変位との関係を示す図である。流体の流速によって隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗが変化するなかで、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗが共振振動周波数ｆ_Ｃに一致するような流速となったとき、隔壁１１及び圧電素子２０が共振し、圧電素子２０の変位が極大値をとることが分かる。このとき、圧電素子２０に発生する電荷が大きなものとなり、より優れた検出感度を得ることができるようになる。 FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the vibration frequency f _W of the partition wall 11 and the displacement of the piezoelectric element 20. The flow rate of the fluid among the vibration frequency f _W of the partition 11 is changed, when the vibration frequency f _W of the partition wall 11 becomes a flow rate such as to match the resonance frequency f _C, the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 resonates It can be seen that the displacement of the piezoelectric element 20 takes a maximum value. At this time, the electric charge generated in the piezoelectric element 20 becomes large, and more excellent detection sensitivity can be obtained.

尚、隔壁１１及び圧電素子２０の共振は、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗと隔壁１１及び圧電素子２０の共振振動周波数ｆ_Ｃとが完全に一致せずとも、共振しうる程度に実質的に一致していれば起こり得る。 The resonance of the partition wall 11 and the piezoelectric element 20, without the resonance vibration frequency f _C and completely matches vibration frequency f _W and the partition walls 11 and the piezoelectric element 20 of the partition wall 11, substantially one to the extent that can resonate If it does, it can happen.

隔壁１１及び圧電素子２０が共振振動周波数ｆ_Ｃで共振可能に構成するには、隔壁１１及び圧電素子２０が共振振動周波数ｆ_Ｃを有するように、隔壁１１や圧電素子２０の固有振動数を調節するようにすればよい。固有振動数は、隔壁１１や圧電素子２０の形状、厚さ、材料等を変更することにより調節することができる。ここでも、隔壁１１及び圧電素子２０の固有振動数は、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗと完全に一致せずとも、共振振動周波数ｆ_Ｃにおいて共振し得る程度に実質的に一致するようにすればよい。 In order to make the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 resonate at the resonance vibration frequency f _C , the natural frequency of the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 is adjusted so that the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 have the resonance vibration frequency f _C. You just have to do it. The natural frequency can be adjusted by changing the shape, thickness, material, and the like of the partition wall 11 and the piezoelectric element 20. Here, the natural frequency of the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 may be substantially matched to such an extent that it can resonate at the resonance vibration frequency f _C even if it does not completely match the vibration frequency f _W of the partition wall 11. Good.

また、本実施形態において、隔壁１１及び圧電素子２０が、共振振動周波数ｆ_Ｃが異なることが好ましい。これによれば、図５（ｂ）に示すように、共振可能な周波数空間を広く確保することができるようになる。 In the present embodiment, it is preferable that the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 have different resonance vibration frequencies f _C. According to this, as shown in FIG. 5B, it is possible to ensure a wide frequency space capable of resonance.

例えば、本実施形態では、複数（図１〜４では１２個）の圧電素子２０の幅方向の長さが、互いに異なるように形成されている。これにより、１２個の隔壁１１及び圧電素子２０が、互いに異なる共振振動周波数ｆ_Ｃ１〜ｆ_Ｃ１２で共振可能となっている。 For example, in the present embodiment, a plurality of (12 in FIGS. 1 to 4) piezoelectric elements 20 are formed such that the lengths in the width direction are different from each other. Thereby, the twelve partition walls 11 and the piezoelectric element 20 can resonate at different resonance vibration frequencies f _{C1 to} f _C12 .

その結果、流速に応じて変化する隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗに対して、共振振動周波数ｆ_Ｃ１〜ｆ_Ｃ１２の何れかが一致又は実質的に一致するようになる。よって、検出回路３０において隔壁１１及び圧電素子２０が共振する確実性を向上させることができる。 As a result, any of the resonance vibration frequencies f _{C1 to} f _C12 matches or substantially matches the vibration frequency f _W of the partition wall 11 that changes according to the flow velocity. Therefore, it is possible to improve the certainty that the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 resonate in the detection circuit 30.

さらに、本実施形態では、複数の隔壁１１がアレイ状に配置されているため、隔壁１１及び圧電素子２０が共振する確実性を向上させることができる上記構成を実現しやすくなっている。 Furthermore, in this embodiment, since the plurality of partition walls 11 are arranged in an array, it is easy to realize the above configuration that can improve the certainty that the partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 resonate.

隔壁１１や圧電素子２０の数が多いほど、共振振動周波数ｆ_Ｃが異なる隔壁１１及び圧電素子２０を多くすることができ、隔壁１１及び圧電素子２０が共振する確実性を向上させることができる。一方、隔壁１１や圧電素子２０の数が多すぎると、流速センサー１の小型化を実現しにくくなる。よって、隔壁１１や圧電素子２０の形状、数及び配置等は、上記のように本発明の要旨に基づいて設計すればよい。 As the number of the partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 increases, the partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 having different resonance vibration frequencies f _C can be increased, and the certainty that the partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 resonate can be improved. On the other hand, when the number of the partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 is too large, it is difficult to realize downsizing of the flow velocity sensor 1. Therefore, the shape, number, arrangement, and the like of the partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 may be designed based on the gist of the present invention as described above.

次に、流速センサー１の製造方法の一例について、図６〜図７を参照して説明する。図６〜図７は、幅方向の切断線で切断した断面図、すなわち、図２に示すＡ−Ａ′線で切断した断面図である。図６〜図７において、検出回路３０の図示は省略されている。 Next, an example of the manufacturing method of the flow velocity sensor 1 will be described with reference to FIGS. 6 to 7 are cross-sectional views taken along a cutting line in the width direction, that is, cross-sectional views taken along the line AA ′ shown in FIG. 6 to 7, the detection circuit 30 is not shown.

まず、図６（ａ）に示すように、流路形成基板１０を構成する基板形成材２４上に、弾性膜１５を熱酸化等で形成後、弾性膜１５上に、ジルコニウムを成膜した後、例えば５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して酸化ジルコニウムからなる絶縁膜１６を形成する。そして、図６（ｂ）に示すように、絶縁膜１６上に、密着層１７をスパッタリング法や熱酸化等で形成する。その後、密着層１７上に、第１電極２１をスパッタリング法や蒸着法等により形成し、この密着層１７及び第１電極２１が所定の形状となるように同時にパターニングする。 First, as shown in FIG. 6A, after the elastic film 15 is formed by thermal oxidation or the like on the substrate forming material 24 constituting the flow path forming substrate 10, and after zirconium is formed on the elastic film 15. For example, the insulating film 16 made of zirconium oxide is formed by thermal oxidation in a diffusion furnace at 500 to 1200 ° C., for example. Then, as shown in FIG. 6B, an adhesion layer 17 is formed on the insulating film 16 by sputtering or thermal oxidation. Thereafter, the first electrode 21 is formed on the adhesion layer 17 by sputtering, vapor deposition, or the like, and is patterned simultaneously so that the adhesion layer 17 and the first electrode 21 have a predetermined shape.

次いで、図６（ｃ）に示すように、第１電極２１上に圧電体層２２を積層する。圧電体層２２は、例えば金属錯体を溶媒に溶解・分散した溶液を塗布乾燥し、さらに高温で焼成することで金属酸化物からなる圧電材料を得る、ＣＳＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｌｕｔｉｏｎＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて形成できる。尚、ＣＳＤ法に限定されず、例えば、ゾル−ゲル法や、レーザーアブレーション法、スパッタリング法、パルス・レーザー・デポジション法（ＰＬＤ法）、ＣＶＤ法、エアロゾル・デポジション法等を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 6C, the piezoelectric layer 22 is laminated on the first electrode 21. The piezoelectric layer 22 is formed using, for example, a CSD (Chemical Solution Deposition) method in which a solution in which a metal complex is dissolved / dispersed in a solvent is applied, dried, and then baked at a high temperature to obtain a piezoelectric material made of a metal oxide. it can. The method is not limited to the CSD method, and for example, a sol-gel method, a laser ablation method, a sputtering method, a pulse laser deposition method (PLD method), a CVD method, an aerosol deposition method, or the like may be used. .

具体的には、第１電極２１上に、例えばビスマス（Ｂｉ）、リチウム（Ｌｉ）、鉄（Ｆｅ）及びマンガン（Ｍｎ）を含有する金属錯体を、目的とする組成比になる割合で含むゾルやＣＳＤ溶液（前駆体溶液）をスピンコート法等を用いて、塗布して前駆体膜を形成する。次いで、この前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間乾燥させ、乾燥した前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって脱脂する。その後、前駆体膜を所定温度に加熱して一定時間保持することによって結晶化させ、圧電体層２２を形成する。 Specifically, a sol containing a metal complex containing, for example, bismuth (Bi), lithium (Li), iron (Fe), and manganese (Mn) on the first electrode 21 at a ratio that makes a target composition ratio. Or a CSD solution (precursor solution) is applied by spin coating or the like to form a precursor film. Next, the precursor film is heated to a predetermined temperature and dried for a predetermined time, and the dried precursor film is degreased by heating to a predetermined temperature and holding for a predetermined time. Thereafter, the precursor film is heated to a predetermined temperature and held for a certain period of time to crystallize to form the piezoelectric layer 22.

その後、図６（ｄ）に示すように、圧電体層２２に、第２電極２３をスパッタリング法や熱酸化等により形成する。これにより、密着層１７上に、第１電極２１、圧電体層２２及び第２電極２３からなる圧電素子２０が形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 6D, the second electrode 23 is formed on the piezoelectric layer 22 by a sputtering method, thermal oxidation, or the like. Thereby, the piezoelectric element 20 including the first electrode 21, the piezoelectric layer 22, and the second electrode 23 is formed on the adhesion layer 17.

次に、図７（ａ）に示すように、基板形成材２４上の所定箇所に、マスク膜２５を新たに形成する。そして、図７（ｂ）に示すように、基板形成材２４を、マスク膜２５を介してＫＯＨ等のアルカリ溶液を用いた異方性エッチング（ウェットエッチング）することにより、基板形成材２４の一部を除去して、流路形成基板１０及び隔壁１１を形成する。その後、図７（ｃ）に示すように、流路形成基板１０及び隔壁１１と固定板１８とを接着剤等により接合する。以上のように、流速センサー１を製造することができる。 Next, as shown in FIG. 7A, a mask film 25 is newly formed at a predetermined location on the substrate forming material 24. Then, as shown in FIG. 7B, the substrate forming material 24 is subjected to anisotropic etching (wet etching) using an alkaline solution such as KOH through the mask film 25, thereby providing one of the substrate forming materials 24. The flow path forming substrate 10 and the partition wall 11 are formed by removing the portion. Thereafter, as shown in FIG. 7C, the flow path forming substrate 10 and the partition wall 11 and the fixing plate 18 are joined with an adhesive or the like. As described above, the flow rate sensor 1 can be manufactured.

以上説明した流速センサー１を用いた流速の測定方法の一例について説明する。本実施形態の流速センサー１を用いた流速の測定方法は、隔壁１１の振動に伴う圧電素子２０の変位により発生する電荷を検出する第１工程と、この電荷をもとに隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出する第２工程と、を有するものである。 An example of a flow rate measurement method using the flow rate sensor 1 described above will be described. The flow velocity measuring method using the flow velocity sensor 1 of the present embodiment includes a first step of detecting a charge generated by displacement of the piezoelectric element 20 due to vibration of the partition wall 11, and a vibration frequency of the partition wall 11 based on this charge. a second step of detecting the f _W, and has a.

かかる態様において、共振振動周波数ｆ_Ｃが異なる複数の隔壁１１及び圧電素子２０を具備する流速センサー１を用いれば、流速に応じて変化する隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗに対して、異なる共振振動周波数ｆ_Ｃの何れかが一致又は実質的に一致するようになり、隔壁１１及び圧電素子２０が共振する確実性を向上させることができる。 In such an embodiment, when the flow velocity sensor 1 including the plurality of partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 having different resonance vibration frequencies f _C is used, the resonance vibration frequencies different from the vibration frequency f _W of the partition walls 11 that change according to the flow velocity. Any of f _C matches or substantially matches, and the certainty that the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 resonate can be improved.

また、隔壁１１の振動に伴う圧電素子２０の変位により発生する電荷をもとに隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出する方法のため、流速センサー１の小型化が容易になり、微小空間を流れる流体の流速を検出したり、高密度に配置したりすることも容易となる。 Further, since the vibration frequency f _W of the partition wall 11 is detected based on the electric charge generated by the displacement of the piezoelectric element 20 due to the vibration of the partition wall 11, the flow velocity sensor 1 can be easily downsized and flows through a minute space. It is also easy to detect the flow rate of the fluid and arrange it at high density.

さらに、本実施形態の流速の測定方法によれば、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出するために比較的複雑な制御工程等を要することがないため、大きな制御負荷がかかることを回避することもできるようになる。 Furthermore, according to the flow velocity measurement method of the present embodiment, it is not necessary to use a relatively complicated control process or the like in order to detect the vibration frequency f _W of the partition wall 11, thereby avoiding a large control load. You will also be able to.

（実施形態２）
図８は本発明の実施形態２に係る流速センサー４０の概略構成を示す分解斜視図であり、図９は図８を幅方向（流路形成基板１０の長手方向）に沿った切断線で切断した断面図である。 (Embodiment 2)
FIG. 8 is an exploded perspective view showing a schematic configuration of the flow velocity sensor 40 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a sectional view taken along the width direction (longitudinal direction of the flow path forming substrate 10) in FIG. FIG.

本実施形態の流速センサー４０は、基本的には実施形態１の流速センサー１と同様の構成を有しているが、検出回路５０の構成が異なる。すなわち、検出回路５０は、圧電素子２０に周波数の異なる駆動信号を供給する駆動信号供給手段５１を具備し、隔壁１１の振動に伴う圧電素子２０の変位により発生する電荷をもとに、隔壁１１及び圧電素子２０が共振する駆動信号の駆動周波数ｆ_Ｐを検出し、検出された駆動周波数ｆ_Ｐをもとに、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出するように構成されている。 The flow rate sensor 40 of the present embodiment basically has the same configuration as the flow rate sensor 1 of the first embodiment, but the configuration of the detection circuit 50 is different. That is, the detection circuit 50 includes drive signal supply means 51 for supplying drive signals having different frequencies to the piezoelectric element 20, and the partition wall 11 is based on the electric charges generated by the displacement of the piezoelectric element 20 due to the vibration of the partition wall 11. and detecting the drive frequency f _P of the drive signal the piezoelectric element 20 resonates on the basis of the detected driving frequency f _P, and is configured to detect the vibration frequency f _W of the partition 11.

これによれば、流速に応じて変化する隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗに対して、圧電素子２０に供給する駆動信号の駆動周波数ｆ_Ｐを一致又は実質的に一致させることにより、隔壁１１及び圧電素子２０が確実に共振するようになる。 According to this, with respect to the vibration frequency f _W of the partition 11 which changes according to the flow rate, by matching or substantially matching the driving frequency f _P of the drive signal supplied to the piezoelectric element 20, the partition wall 11 and the piezoelectric The element 20 surely resonates.

つまり、流速センサー４０では、隔壁１１が複数でなくても、隔壁１１及び圧電素子２０の共振を利用して優れた検出感度を確実に得ることができるようになっている。このため、流速センサー４０は、カルマン渦の発生し得る隔壁１１の数が最小となる構成、すなわち、片側を１つの隔壁１１によって仕切られた２つの流路１２を具備する構成となっており、小型化に極めて有利な態様となっている。以下、本実施形態の流速センサー４０について詳述する。 That is, the flow velocity sensor 40 can reliably obtain excellent detection sensitivity by utilizing the resonance of the partition walls 11 and the piezoelectric elements 20 even if there are not a plurality of partition walls 11. For this reason, the flow velocity sensor 40 has a configuration in which the number of partition walls 11 in which Karman vortices can be generated is minimized, that is, a structure including two flow paths 12 partitioned on one side by one partition wall 11. This is a very advantageous aspect for downsizing. Hereinafter, the flow rate sensor 40 of this embodiment will be described in detail.

検出回路５０では、図９に示すように、第１電極２１に接続された配線５２が分岐しており、一方が電源５３に接続され、他方が抵抗５４を介して検出装置３３及び第２電極２３を接続する配線３２に接続されている。また、電源５３は、配線５５によって検出装置３３に接続されている。ただし、抵抗５４は省略が可能であり、検出回路５０の接続態様も、本発明の要旨を変更しない限りにおいて前記の例に制限されない。 In the detection circuit 50, as shown in FIG. 9, the wiring 52 connected to the first electrode 21 is branched, one is connected to the power supply 53, and the other is connected to the detection device 33 and the second electrode via the resistor 54. 23 is connected to a wiring 32 for connecting 23. The power supply 53 is connected to the detection device 33 by a wiring 55. However, the resistor 54 can be omitted, and the connection mode of the detection circuit 50 is not limited to the above example as long as the gist of the present invention is not changed.

また、駆動信号供給手段５１は、公知の構成からなるマイクロコンピューターを中心に構成されており、検出装置３３及び電源５３等に接続され、各部はマイクロコンピューターによるプログラムの実行によって実現されるようになっている。 The drive signal supply means 51 is mainly composed of a microcomputer having a known configuration, and is connected to the detection device 33, the power source 53 and the like, and each part is realized by execution of a program by the microcomputer. ing.

この駆動信号供給手段５１は、電源５３に対し制御信号を送信し、圧電素子２０に所定の周波数を有する駆動信号を供給するようになっている。また、駆動信号の周波数を所定範囲内で掃引するとともに、検出装置３３によって検出される圧電素子２０の電荷に関する情報を受け取って、隔壁１１及び圧電素子２０が共振する駆動信号の駆動周波数ｆ_Ｐを検出するようになっている。 The drive signal supply means 51 transmits a control signal to the power source 53 and supplies a drive signal having a predetermined frequency to the piezoelectric element 20. In addition, the frequency of the drive signal is swept within a predetermined range, information on the electric charge of the piezoelectric element 20 detected by the detection device 33 is received, and the drive frequency f _P of the drive signal at which the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 resonate is obtained. It comes to detect.

圧電素子２０の電荷に関する情報としては、例えば圧電素子２０のインピーダンス値Ｚが挙げられる。これは、図１０に示すように、圧電素子２０に供給された駆動信号の周波数と、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗとが一致又は実質的に一致して、隔壁１１及び圧電素子２０が共振するようになったとき、圧電素子２０の圧電効果に起因して、圧電素子２０の電荷に基づいて検出されるインピーダンス値Ｚが急峻に変化することを利用したものである。 As information regarding the charge of the piezoelectric element 20, for example, the impedance value Z of the piezoelectric element 20 can be cited. This is because, as shown in FIG. 10, the frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric device 20, and the oscillation frequency f _W partition 11 matches or substantially matches, the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 resonates In this case, the fact that the impedance value Z detected based on the electric charge of the piezoelectric element 20 changes sharply due to the piezoelectric effect of the piezoelectric element 20 is utilized.

ただし、圧電素子２０の電荷に関する情報は、本発明の要旨を変更しない限りにおいて前記の例に制限されない。圧電素子２０に供給される駆動信号の周波数と、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗとが一致又は実質的に一致して、隔壁１１及び圧電素子２０が共振するようになったことが検出可能な情報であればよく、例えば、圧電素子２０に流れる電流量を検出してもよい。 However, the information regarding the charge of the piezoelectric element 20 is not limited to the above example unless the gist of the present invention is changed. The frequency of the drive signal supplied to the piezoelectric element 20, the vibration frequency f _W and coincide or substantially coincide, the partition wall 11 and the detectable information that the piezoelectric element 20 is adapted to the resonance of the partition wall 11 For example, the amount of current flowing through the piezoelectric element 20 may be detected.

掃引する周波数範囲は、予め実験等により定めておくことが可能である。周波数範囲として、固定された範囲を用いてもよく、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗの検出結果等に基づいて、適宜調節するようにしてもよい。 The frequency range to be swept can be determined in advance by experiments or the like. A fixed range may be used as the frequency range, and the frequency range may be appropriately adjusted based on the detection result of the vibration frequency f _W of the partition wall 11.

また、駆動信号供給手段５１には、各部での検出結果等が記憶されるＲＡＭ５６が設けられている。ＲＡＭ５６は、駆動信号供給手段５１と別個に設けられていても構わない。 Further, the drive signal supply means 51 is provided with a RAM 56 in which detection results and the like at each unit are stored. The RAM 56 may be provided separately from the drive signal supply means 51.

駆動信号供給手段５１は、圧電素子２０に周波数の異なる駆動信号を供給するための機能と、駆動信号の周波数を所定範囲内で掃引するための機能と、隔壁１１の振動に伴って圧電素子２０が共振する駆動周波数ｆ_Ｐを検出するための機能と、駆動周波数ｆ_Ｐをもとに、隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出する機能と、を兼ね備えている。ただし、これらの機能を有するそれぞれの手段を別個に設けても構わない。 The drive signal supply means 51 has a function for supplying drive signals having different frequencies to the piezoelectric element 20, a function for sweeping the frequency of the drive signal within a predetermined range, and the piezoelectric element 20 as the partition wall 11 vibrates. There has both a function for detecting the drive frequency f _P resonating on the basis of the driving frequency f _P, the function of detecting the vibration frequency f _W of the partition wall 11. However, each means having these functions may be provided separately.

次に、本実施形態の流速センサー４０を用いた流速の測定方法について説明する。本実施形態の流速センサー４０を用いた流速の測定方法は、圧電素子２０に周波数の異なる駆動信号を供給する工程をさらに有し、実施形態１で説明した第２工程において、電荷をもとに、隔壁１１及び圧電素子２０が共振する駆動信号の駆動周波数ｆ_Ｐを検出し、検出された駆動周波数ｆ_Ｐをもとに隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出するものである。 Next, a method for measuring a flow rate using the flow rate sensor 40 of the present embodiment will be described. The flow velocity measurement method using the flow velocity sensor 40 of the present embodiment further includes a step of supplying drive signals having different frequencies to the piezoelectric element 20, and in the second step described in the first embodiment, based on the charge. , in which the partition wall 11 and the piezoelectric element 20 detects the driving frequency f _P of the driving signal to resonate, to detect the vibration frequency f _W of the partition 11 on the basis of the detected driving frequency f _P.

かかる方法によれば、流速に応じて変化する隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗに対し、圧電素子２０に供給する駆動信号の駆動周波数ｆ_Ｐを一致又は実質的に一致させることにより、隔壁１１及び圧電素子２０が確実に共振するようになる。 According to such a method, the drive frequency f _P of the drive signal supplied to the piezoelectric element 20 is matched or substantially matched with the vibration frequency f _W of the partition wall 11 that changes in accordance with the flow velocity, whereby the partition wall 11 and the piezoelectric film. The element 20 surely resonates.

このような本実施形態の測定方法について、図１１を用いてさらに詳述する。図１１は、本実施形態に係る流速センサー４０を用いた流速の測定方法を説明するフローチャート図である。 Such a measurement method of the present embodiment will be further described in detail with reference to FIG. FIG. 11 is a flowchart for explaining a flow velocity measuring method using the flow velocity sensor 40 according to the present embodiment.

図示するように、本実施形態では、ステップＳ１で圧電素子２０に対して所定の周波数を有する駆動信号を供給する。ステップＳ２で圧電素子２０の電荷に基づいてインピーダンス値Ｚを検出し、記憶する。 As shown in the figure, in the present embodiment, a drive signal having a predetermined frequency is supplied to the piezoelectric element 20 in step S1. In step S2, the impedance value Z is detected based on the electric charge of the piezoelectric element 20, and stored.

その後、ステップＳ３で、周波数の掃引が終了したか否かを判断する。ステップＳ３において周波数の掃引が終了していないと判断されたとき（ステップＳ３；Ｎｏ）は、ステップＳ４において、ステップＳ１において供給された駆動信号の周波数とは異なる周波数に変更し、ステップＳ１に戻る。 Thereafter, in step S3, it is determined whether or not the frequency sweep is completed. When it is determined in step S3 that the frequency sweep has not ended (step S3; No), in step S4, the frequency is changed to a frequency different from the frequency of the drive signal supplied in step S1, and the process returns to step S1. .

一方、ステップＳ３において周波数の掃引が終了したと判断されたとき（ステップＳ３；Ｙｅｓ）は、ステップＳ５に進み、記憶された最も小さいインピーダンス値Ｚを与える駆動周波数ｆ_Ｐを決定する。その後のステップＳ６で、ステップＳ５において決定された駆動周波数ｆ_Ｐを隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗとして取り扱い、上記式（１）及び（２）から流体の流速Ｕを検出する。 On the other hand, when the sweep frequency is determined to have ended in step S3 (step S3; Yes), the process proceeds to step S5, determines the driving frequency f _P giving the smallest impedance value Z stored. In subsequent step S6, detects the flow velocity U of the fluid from handling the driving frequency f _P determined in step S5 as a vibration frequency f _W of the partition 11, the equation (1) and (2).

尚、流速センサー４０に対して流速が既知である流体を導入することにより、予めストローハル数を求める工程を実施してもよい。これによれば、ストローハル数を正確に得た上で隔壁１１の振動周波数ｆ_Ｗを検出できるので、目的の流速を正確に検出することができるようになる。また、流速によって変化するストローハル数Ｓｔを所定間隔で測定するようにし、その値を校正するようにしてもよい。 In addition, you may implement the process of calculating | requiring a Strouhal number previously by introduce | transducing the fluid whose flow velocity is known with respect to the flow velocity sensor 40. FIG. According to this, it is possible to detect the vibration frequency f _W of the partition wall 11 on which accurately obtain the Strouhal number, it is possible to accurately detect the flow velocity of the object. Further, the Strouhal number St that changes depending on the flow velocity may be measured at a predetermined interval, and the value may be calibrated.

（他の実施形態）
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明の基本的構成は上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した実施形態では、流路形成基板１０としてシリコン単結晶基板を例示したが、これに限定されず、例えば、ＳＯＩ基板、ガラス等の材料を用いてもよい。 (Other embodiments)
As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the basic composition of this invention is not limited to what was mentioned above. For example, in the above-described embodiment, the silicon single crystal substrate is exemplified as the flow path forming substrate 10, but the present invention is not limited to this. For example, a material such as an SOI substrate or glass may be used.

さらに、上述した実施形態では、第１電極２１、圧電体層２２及び第２電極２３を順次積層した圧電素子２０を例示したが、これに限定されず、例えば、圧電材料と電極形成材料とを交互に積層させて軸方向に伸縮させる縦振動型の圧電素子にも本発明を適用することができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the piezoelectric element 20 in which the first electrode 21, the piezoelectric layer 22, and the second electrode 23 are sequentially stacked has been illustrated. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a piezoelectric material and an electrode forming material are used. The present invention can also be applied to a longitudinal vibration type piezoelectric element that is alternately stacked and expands and contracts in the axial direction.

また、例えば図３〜図４や図９では、流速センサー１、４０が水平にして図示されているが、実際の流速の測定に際しては水平に限られず、垂直に近い状態にしても測定が可能である。 Also, for example, in FIGS. 3 to 4 and FIG. 9, the flow velocity sensors 1 and 40 are shown horizontally, but the actual flow velocity measurement is not limited to the horizontal, and can be measured even in a nearly vertical state. It is.

本発明は、流速センサー及び流速センサーを用いた流速の測定方法の産業分野で利用することができる。本発明によれば、優れた検出感度を実現できる。また、小型化が容易となるため、微小空間を流れる流体の流速の測定に好適に適用することができる。鉛を含有しない圧電材料を用いれば、環境への負荷を低減することができる。 The present invention can be used in the industrial field of a flow rate sensor and a method of measuring a flow rate using the flow rate sensor. According to the present invention, excellent detection sensitivity can be realized. In addition, since the size can be easily reduced, it can be suitably applied to the measurement of the flow velocity of the fluid flowing through the minute space. If a piezoelectric material not containing lead is used, the burden on the environment can be reduced.

１，４０流速センサー、１０流路形成基板、１１隔壁、１２流路、１３、拡張流路、１４振動板、１５弾性膜、１６絶縁膜、１７密着層、１８固定板、２０圧電素子、２１第１電極、２２圧電体層、２３第２電極、２４基板形成材、２５マスク膜、３０，５０検出回路、３１，３２，５２，５５配線、３３検出装置、５１駆動信号供給手段、５３電源、５４抵抗、５６ＲＡＭ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,40 Flow velocity sensor, 10 Flow path formation board, 11 Bulkhead, 12 Flow path, 13, Expansion flow path, 14 Diaphragm, 15 Elastic film, 16 Insulating film, 17 Adhesion layer, 18 Fixed plate, 20 Piezoelectric element, 21 First electrode, 22 Piezoelectric layer, 23 Second electrode, 24 Substrate forming material, 25 Mask film, 30, 50 Detection circuit, 31, 32, 52, 55 Wiring, 33 Detection device, 51 Drive signal supply means, 53 Power supply , 54 resistors, 56 RAM

Claims

A flow rate sensor for detecting a flow rate of fluid,
A flow path partitioned by a partition;
An expansion channel not partitioned by the partition;
A diaphragm provided on the partition wall and defining the flow path;
A piezoelectric element provided at a position facing the flow path on the diaphragm;
A flow rate sensor comprising: a detection circuit configured to detect a vibration frequency of the partition wall based on an electric charge generated by displacement of the piezoelectric element accompanying the vibration of the partition wall.

The flow velocity sensor according to claim 1, wherein the partition wall and the piezoelectric element are configured to be able to resonate at a predetermined resonance vibration frequency and detect the vibration frequency.

The flow velocity sensor according to claim 2, wherein the partition wall and the piezoelectric element have different resonance vibration frequencies.

The flow rate sensor according to claim 3, wherein the partition walls are arranged at a predetermined interval in a flow direction of the fluid and a direction perpendicular to the flow direction of the fluid.

The detection circuit includes drive signal supply means for supplying drive signals having different frequencies to the piezoelectric element,
Based on the electric charge generated by the displacement of the piezoelectric element due to the vibration of the partition wall, the drive frequency of the drive signal at which the partition wall and the piezoelectric element resonate is detected, and based on the detected drive frequency, The flow velocity sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the vibration frequency is detected.

A flow rate measurement method using the flow rate sensor according to any one of claims 1 to 5,
A flow rate comprising: a first step of detecting charges generated by displacement of the piezoelectric element due to vibration of the partition walls; and a second step of detecting vibration frequencies of the partition walls based on the charges. Measurement method of flow rate using a sensor.

A step of supplying drive signals having different frequencies to the piezoelectric element;
In the second step, detecting a driving frequency of the driving signal at which the partition and the piezoelectric element resonate based on the electric charge, and detecting the vibration frequency based on the detected driving frequency. A method for measuring a flow rate using the flow rate sensor according to claim 6.

The method for measuring a flow rate using a flow rate sensor according to claim 6 or 7, wherein an impedance value is detected based on the charge.

The flow rate using the flow rate sensor according to any one of claims 6 to 8, further comprising a step of introducing a predetermined fluid having a known flow rate to the flow rate sensor to obtain a Strouhal number. Measuring method.