JPH0264417A - 流速センサ - Google Patents
流速センサInfo
- Publication number
- JPH0264417A JPH0264417A JP63216743A JP21674388A JPH0264417A JP H0264417 A JPH0264417 A JP H0264417A JP 63216743 A JP63216743 A JP 63216743A JP 21674388 A JP21674388 A JP 21674388A JP H0264417 A JPH0264417 A JP H0264417A
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- JP
- Japan
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- sensor
- heat
- output
- air
- flow
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6845—Micromachined devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/10—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
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- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔技術分野〕
本発明は流速センサに関し、詳しくは、空気の流れ速度
を測定するためのセンサに関する。
を測定するためのセンサに関する。
流体（殊に空気）の流速センサは、従来、空気の流れの
なかに熱線かサーミスタを配置させ、その空気の流れに
よる温度低下から引き起こされる抵抗変化を測定し利用
する手段が採られている。だが、このタイプの流速セン
サは応答性に問題があるうえ、製造コストが高く量産性
に適さないといった欠点がある。
なかに熱線かサーミスタを配置させ、その空気の流れに
よる温度低下から引き起こされる抵抗変化を測定し利用
する手段が採られている。だが、このタイプの流速セン
サは応答性に問題があるうえ、製造コストが高く量産性
に適さないといった欠点がある。
そうした実情を配慮して、空気中に保持された薄膜ヒー
ターと、空気中に保持されるとともに前記ヒーターの対
向する両側面に配置される一対の薄膜熱感知センサとか
らなる流速センサが提案されている（特開昭６０−１４
２２６８号公報）。
ターと、空気中に保持されるとともに前記ヒーターの対
向する両側面に配置される一対の薄膜熱感知センサとか
らなる流速センサが提案されている（特開昭６０−１４
２２６８号公報）。
この流速センサによれば、二つの熱感知センサの温度差
が大きくとれ、かつ、低消費電力、高速応答であり、し
かも量産性に優れたものとなっている。しかしながら、
ここでの熱感知センサにはパーマロイが使用されており
、このパーマロイの抵抗温度係数は３０００〜４０００
ｐｐｍ／ ’Ｃ程度であるため、流速センサは本発明者
らが意図する程度の高性能なものとはなっていない。な
お、前記の「抵抗温度係数」はその値が大きいほど精度
及び分解能が向上する。即ち、熱感知センサの「抵抗温
度係数」が大きいほど流速センサとしての精度は向上す
る。
が大きくとれ、かつ、低消費電力、高速応答であり、し
かも量産性に優れたものとなっている。しかしながら、
ここでの熱感知センサにはパーマロイが使用されており
、このパーマロイの抵抗温度係数は３０００〜４０００
ｐｐｍ／ ’Ｃ程度であるため、流速センサは本発明者
らが意図する程度の高性能なものとはなっていない。な
お、前記の「抵抗温度係数」はその値が大きいほど精度
及び分解能が向上する。即ち、熱感知センサの「抵抗温
度係数」が大きいほど流速センサとしての精度は向上す
る。
本発明の目的は、分解能にすぐれかつ高性能な流速セン
サを提供するものである。本発明の他の目的は、消費電
力が少なく小型化された流速センサを提供するものであ
る。
サを提供するものである。本発明の他の目的は、消費電
力が少なく小型化された流速センサを提供するものであ
る。
本発明の流速センサは基板、その基板上に空中に張出し
て設けられ電気的絶縁性材料からなる一対の張出し部、
前記各々の張出し部上に設けられたヒーターリード、及
び、前記各々の張出し部上であって前記ヒーターリード
の側面に配置された金属酸化物の熱感知センサよりなる
ことを特徴としている。
て設けられ電気的絶縁性材料からなる一対の張出し部、
前記各々の張出し部上に設けられたヒーターリード、及
び、前記各々の張出し部上であって前記ヒーターリード
の側面に配置された金属酸化物の熱感知センサよりなる
ことを特徴としている。
本発明者らは熱感知センサとして金属酸化物を使用すれ
ばパーマロイより約１桁大きい抵抗温度係数が得られる
ことを見出し、そして、この熱感知センサと本願出願人
会社が既に提案しであるマイクロヒーター（特公昭６１
−１６９３０号公報）とを組合わせてつくられた流速セ
ンサは前記目的を充分満足しうるものであることを確か
めた。本発明はこれに基づいてなされたものである。
ばパーマロイより約１桁大きい抵抗温度係数が得られる
ことを見出し、そして、この熱感知センサと本願出願人
会社が既に提案しであるマイクロヒーター（特公昭６１
−１６９３０号公報）とを組合わせてつくられた流速セ
ンサは前記目的を充分満足しうるものであることを確か
めた。本発明はこれに基づいてなされたものである。
以下に本発明をさらに詳細に説明すると１本発明流速セ
ンサは、その使用に際して、基本的に空気の流れの方向
に２個のヒーター及び熱感知センサを配置し、ヒーター
に電流を印加し熱感知センサを適当な温度に加熱してお
き、その２個の熱感知センサがホイートストンブリッジ
回路の隣合う２辺に入るように電気的に接続するように
しておく。空気流が無い状態ではブリッジバランスをと
っておき、空気の流れがあるとこの流れにより上流側の
ヒーターは冷え、下流側のヒーターは熱伝達により温度
が上昇し。
ンサは、その使用に際して、基本的に空気の流れの方向
に２個のヒーター及び熱感知センサを配置し、ヒーター
に電流を印加し熱感知センサを適当な温度に加熱してお
き、その２個の熱感知センサがホイートストンブリッジ
回路の隣合う２辺に入るように電気的に接続するように
しておく。空気流が無い状態ではブリッジバランスをと
っておき、空気の流れがあるとこの流れにより上流側の
ヒーターは冷え、下流側のヒーターは熱伝達により温度
が上昇し。
熱感知センサの抵抗値が変化し、ブリッジバランスが崩
れ出力が現れるというものである。当然のことながら、
熱感知センサとしては抵抗温度係数が大きいほどブリッ
ジ出力は大きくなり、微小流量の計測が可能となり１分
解能及び精度が向上する。
れ出力が現れるというものである。当然のことながら、
熱感知センサとしては抵抗温度係数が大きいほどブリッ
ジ出力は大きくなり、微小流量の計測が可能となり１分
解能及び精度が向上する。
ところで、先に触れたように、本発明流速センサのごと
く、熱感知センサを利用するタイプのものは、熱感知セ
ンサとともにヒーターが組合せられている。ここでの前
記熱感知センサには抵抗温度係数が非常に大きい金属酸
化物が用いられている。
く、熱感知センサを利用するタイプのものは、熱感知セ
ンサとともにヒーターが組合せられている。ここでの前
記熱感知センサには抵抗温度係数が非常に大きい金属酸
化物が用いられている。
熱感知センサとしての金属酸化物は、マイクロヒーター
上に配置されるため、薄膜であることが望ましい。
上に配置されるため、薄膜であることが望ましい。
金属酸化物薄膜の成膜方法としては、スパッタリング、
真空蒸着法などいろいろ考えられるが、本発明者らの一
人である太田が先に提案した「薄膜蒸着装置」（特開昭
５９−８９７６３号公報）を用いて行なうこともできる
。そこで今、この薄膜蒸着装置を用いて酸素圧力０．５
Ｐａの、成膜速度１５人／秒で成膜した酸化スズ薄膜の
空気中での抵抗の温度依存性をみると第１図のようしこ
表わされる。
真空蒸着法などいろいろ考えられるが、本発明者らの一
人である太田が先に提案した「薄膜蒸着装置」（特開昭
５９−８９７６３号公報）を用いて行なうこともできる
。そこで今、この薄膜蒸着装置を用いて酸素圧力０．５
Ｐａの、成膜速度１５人／秒で成膜した酸化スズ薄膜の
空気中での抵抗の温度依存性をみると第１図のようしこ
表わされる。
第１図から判るとおり、酸化スズ薄膜は室温から２００
℃までの間でほぼ直線的に約１桁の抵抗変化が認められ
る。この間の抵抗温度係数は４００００−５００００ｐ
ｐｍ／’Ｃであって、パーマロイのそれよりも１桁以上
大きな値となっている。このことは、酸化スズ薄膜を熱
感知センサとして使用することにより、流速センサの性
能を格段に向上させることが可能となることを意味して
いる。
℃までの間でほぼ直線的に約１桁の抵抗変化が認められ
る。この間の抵抗温度係数は４００００−５００００ｐ
ｐｍ／’Ｃであって、パーマロイのそれよりも１桁以上
大きな値となっている。このことは、酸化スズ薄膜を熱
感知センサとして使用することにより、流速センサの性
能を格段に向上させることが可能となることを意味して
いる。
前記の大きな抵抗の温度依存性は、実は空気中の酸素の
吸脱着が関与しているためと思われる。即ち、酸化スズ
薄膜上へ酸素が吸着した場合（負電荷吸着となる。）は
酸化スズ膜中のキャリアである電子が酸素により捕獲さ
れ抵抗が増加し、逆に、酸素が離脱すると捕獲されてい
た電子が酸化スズ膜中に戻され抵抗は減少する。
吸脱着が関与しているためと思われる。即ち、酸化スズ
薄膜上へ酸素が吸着した場合（負電荷吸着となる。）は
酸化スズ膜中のキャリアである電子が酸素により捕獲さ
れ抵抗が増加し、逆に、酸素が離脱すると捕獲されてい
た電子が酸化スズ膜中に戻され抵抗は減少する。
つまり、この抵抗温度係数は膜質と深い関係があり、従
って、前記「薄膜蒸着装置」により成膜する場合は、酸
素圧力が０．５Ｐａの場合は、成膜速度が５〜１５人／
ｓｅｅが望ましい。膜厚としては、 ０．０５〜３μｍ
が望ましい。
って、前記「薄膜蒸着装置」により成膜する場合は、酸
素圧力が０．５Ｐａの場合は、成膜速度が５〜１５人／
ｓｅｅが望ましい。膜厚としては、 ０．０５〜３μｍ
が望ましい。
ここでは金属酸化物として酸化スズについて述へたが、
このように酸素の吸脱着により抵抗が大きく変化する亜
鉛、鉄、チタン、インジウム、ニッケル、タングステン
、カドミウム等の酸化物についても同様である。但し、
これらの金属酸化物の中でも酸化スズの使用が最も望ま
しい。
このように酸素の吸脱着により抵抗が大きく変化する亜
鉛、鉄、チタン、インジウム、ニッケル、タングステン
、カドミウム等の酸化物についても同様である。但し、
これらの金属酸化物の中でも酸化スズの使用が最も望ま
しい。
第２図は本発明に係る流速センサのうち架橋構造が採用
されたものの例である。ここでは。
されたものの例である。ここでは。
はぼ正方形の形状をした基板１の上に電気的絶縁材料か
らなる二本の張出し部２，３が空中に浮いた格好の架橋
構造として設けられている。
らなる二本の張出し部２，３が空中に浮いた格好の架橋
構造として設けられている。
基板１はアンダーカットエツチングが容易で。
高温でも変形しない材料、例えば”’ ｌ ｒ Ａ Ｑ
ｇ Ｃｕ 。
ｇ Ｃｕ 。
Ｎｉ、Ｃｒ等が使用され、好ましくはＳｉ （１００）
が用いられる。（１００）面を使用する理由は、アンダ
ーカットエツチングする際に公知の異方性エツチング液
を使用するためである。基板の外形寸法は１〜４ｎｎ角
程度で、その厚さは０．１〜１ｍが適当である。
が用いられる。（１００）面を使用する理由は、アンダ
ーカットエツチングする際に公知の異方性エツチング液
を使用するためである。基板の外形寸法は１〜４ｎｎ角
程度で、その厚さは０．１〜１ｍが適当である。
この基板１のアンダーカットエツチングにより形成され
た二本の張出し部２，３上には各々ヒーターリード４，
５と熱感知センサである金属酸化物薄膜６，７と、その
検出用リード８゜９とが形成されている。ヒーターリー
ド及び検出用リードの材料としてはｐｔが好ましい、こ
のヒーターリードに数ｍＡ程度の電流を流すと、熱感知
センサ部は１５０℃程度に加熱される。２つの熱感知セ
ンサを同温度にし、抵抗値を等しくさせておく、このよ
うな状態では、ホイートストンブリッジ回路の出力はゼ
ロである。
た二本の張出し部２，３上には各々ヒーターリード４，
５と熱感知センサである金属酸化物薄膜６，７と、その
検出用リード８゜９とが形成されている。ヒーターリー
ド及び検出用リードの材料としてはｐｔが好ましい、こ
のヒーターリードに数ｍＡ程度の電流を流すと、熱感知
センサ部は１５０℃程度に加熱される。２つの熱感知セ
ンサを同温度にし、抵抗値を等しくさせておく、このよ
うな状態では、ホイートストンブリッジ回路の出力はゼ
ロである。
第２図に示された流速センサにおいて、矢印方向（金属
酸化物薄膜６，７を横切る方向）に空気が流されると、
上流側の熱感知センサ６は冷され抵抗値が増加し、下流
側の熱感知センサ７は温度上昇し抵抗値は減少するｅ
１０００ｃｍ／ｓｅｅの空気流の場合、面熱熱感知セン
サの温度差は約５０℃程度となり、ＩＩｍＡのブリッジ
電流を印加した場合、増幅無しで約１ｖの出力を得るこ
とが可能である。
酸化物薄膜６，７を横切る方向）に空気が流されると、
上流側の熱感知センサ６は冷され抵抗値が増加し、下流
側の熱感知センサ７は温度上昇し抵抗値は減少するｅ
１０００ｃｍ／ｓｅｅの空気流の場合、面熱熱感知セン
サの温度差は約５０℃程度となり、ＩＩｍＡのブリッジ
電流を印加した場合、増幅無しで約１ｖの出力を得るこ
とが可能である。
第３図は、一対の張出し部２，３が片持ち梁構造となっ
ている以外は第２図のものと同様な構成が採られている
。
ている以外は第２図のものと同様な構成が採られている
。
本発明によれば、熱感知セッサとしてパーマロイを使用
した場合よりも１桁大きな出力を得ることができ、高分
解能及び高精度の流速センサが実現できる。
した場合よりも１桁大きな出力を得ることができ、高分
解能及び高精度の流速センサが実現できる。
第１図は５ｎ０２薄膜の温度変化に対する抵抗値の変化
を表わしたグラフである。 第２図は本発明に係る流速センサの一例で、（イ）はそ
の平面図、（ロ）は第２図（イ）のｘ−ｘ’線の断面図
である。 第３図は本発明に係る流速センサの他の一例で、（イ）
はその平面図、（ロ）は第３図（イ）のＸ−ｘ’線断面
図である。 １・・・基 板 ２，３・・・張出し部４．１
・・ヒーターリード ６．７・・・金属酸化物薄膜（熱感知センサ）８．９・
・・検出リード １０・・・絶縁膜０・・・空 洞 帛１図 温度（０Ｃ）
を表わしたグラフである。 第２図は本発明に係る流速センサの一例で、（イ）はそ
の平面図、（ロ）は第２図（イ）のｘ−ｘ’線の断面図
である。 第３図は本発明に係る流速センサの他の一例で、（イ）
はその平面図、（ロ）は第３図（イ）のＸ−ｘ’線断面
図である。 １・・・基 板 ２，３・・・張出し部４．１
・・ヒーターリード ６．７・・・金属酸化物薄膜（熱感知センサ）８．９・
・・検出リード １０・・・絶縁膜０・・・空 洞 帛１図 温度（０Ｃ）
Claims (1)
- １、基板、その基板上に空中に張出して設けられ電気的
絶縁性材料からなる一対の張出し部、前記各々の張出し
部上に設けられたヒーターリード、及び、前記各々の張
出し部上であって前記ヒーターリードの側面に配置され
た金属酸化物の熱感知センサよりなることを特徴とする
流速センサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63216743A JPH0264417A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 流速センサ |
| US07/394,415 US4947688A (en) | 1988-08-31 | 1989-08-15 | Flow velocity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63216743A JPH0264417A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 流速センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264417A true JPH0264417A (ja) | 1990-03-05 |
Family
ID=16693237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63216743A Pending JPH0264417A (ja) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | 流速センサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4947688A (ja) |
| JP (1) | JPH0264417A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0472523A (ja) * | 1990-07-13 | 1992-03-06 | Yamatake Honeywell Co Ltd | フローセンサ |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9401051A (nl) * | 1994-06-24 | 1996-02-01 | Stichting Tech Wetenschapp | Microfoon op basis van fluidum-stroommeting en akoestische generator gebaseerd daarop. |
| DE19524634B4 (de) * | 1995-07-06 | 2006-03-30 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums |
| US6032527A (en) * | 1998-07-01 | 2000-03-07 | Memsys, Inc. | Solid state microanemometer |
| DE10118781B4 (de) * | 2001-04-18 | 2005-04-21 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Vermeidung von Verschmutzungen auf einem Sensorchip und Verwendung einer Potentialfläche auf einem Sensorchip |
| EP1439933B1 (en) | 2001-11-02 | 2010-04-07 | The Boeing Company | Apparatus and method for forming weld joints having compressive residual stress patterns |
| KR100805581B1 (ko) * | 2006-08-14 | 2008-02-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 켄트리버 속도 센서를 구비한 연료전지 시스템 |
| US20080081208A1 (en) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | Prevey Paul S | Method and apparatus for improving the distribution of compressive stress |
| US20100078753A1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-01 | Flowmems, Inc. | Flow Sensor and Method of Fabrication |
| CN101980026B (zh) * | 2010-09-29 | 2012-05-23 | 东南大学 | 圆形硅膜二维风速风向传感器 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5618750A (en) * | 1979-07-25 | 1981-02-21 | Ricoh Co Ltd | Gas detector |
| US4624137A (en) * | 1981-10-09 | 1986-11-25 | Honeywell Inc. | Semiconductor device |
| US4696188A (en) * | 1981-10-09 | 1987-09-29 | Honeywell Inc. | Semiconductor device microstructure |
-
1988
- 1988-08-31 JP JP63216743A patent/JPH0264417A/ja active Pending
-
1989
- 1989-08-15 US US07/394,415 patent/US4947688A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0472523A (ja) * | 1990-07-13 | 1992-03-06 | Yamatake Honeywell Co Ltd | フローセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4947688A (en) | 1990-08-14 |
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