JPH04313027A - 熱式流量センサ - Google Patents
熱式流量センサInfo
- Publication number
- JPH04313027A JPH04313027A JP3062260A JP6226091A JPH04313027A JP H04313027 A JPH04313027 A JP H04313027A JP 3062260 A JP3062260 A JP 3062260A JP 6226091 A JP6226091 A JP 6226091A JP H04313027 A JPH04313027 A JP H04313027A
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- Japan
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- heat
- temperature
- substrate
- fluid
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、エンジンに吸入され
る空気の流量検出用感温抵抗素子を改良した熱式流量セ
ンサに関するものである。
る空気の流量検出用感温抵抗素子を改良した熱式流量セ
ンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に自動車のエンジンの電子制御式燃
料噴射装着においては、空燃比制御のため、エンジンへ
の吸入空気量を精度良く計測することが重要である。こ
の空気流量センサとして従来ベーン式のものが主流であ
ったが、最近、小型で質量流量が得られ、応答性の良い
熱式流量センサが普及しつつある。
料噴射装着においては、空燃比制御のため、エンジンへ
の吸入空気量を精度良く計測することが重要である。こ
の空気流量センサとして従来ベーン式のものが主流であ
ったが、最近、小型で質量流量が得られ、応答性の良い
熱式流量センサが普及しつつある。
【０００３】この熱式流量センサは吸入空気中に配設し
た感温抵抗体に電流を供給して発熱させ、この発熱体か
ら吸入空気中への伝熱現象を利用したもので、検出回路
として応答性に優れた定温度測定法が一般的に用いられ
ている。
た感温抵抗体に電流を供給して発熱させ、この発熱体か
ら吸入空気中への伝熱現象を利用したもので、検出回路
として応答性に優れた定温度測定法が一般的に用いられ
ている。
【０００４】この定温度測定法は発熱体の温度が常に吸
気温度より一定温度高くなるようにブリッジ回路と差動
増幅器とを構成し、発熱体から空気中への伝熱量を計測
する方法である。
気温度より一定温度高くなるようにブリッジ回路と差動
増幅器とを構成し、発熱体から空気中への伝熱量を計測
する方法である。
【０００５】従来の熱式流量センサの発熱用感温素子の
平面図を図１１に示し、図１１のＦ−Ｆ断面図を図１２
に示す。この図１１、図１２に図示した発熱用感温素子
は特開昭６０−２３５０２０号公報に示されたものであ
る。この図１１、図１２において、１０１は２０〜５０
μｍ 程度の腐食しにくい金属板、１０２は絶縁層１０
６上に蛇行形状に加工して形成された温度依存抵抗パタ
ーンである。この絶縁層１０６は金属板１上に形成され
た極めて薄い絶縁層である。
平面図を図１１に示し、図１１のＦ−Ｆ断面図を図１２
に示す。この図１１、図１２に図示した発熱用感温素子
は特開昭６０−２３５０２０号公報に示されたものであ
る。この図１１、図１２において、１０１は２０〜５０
μｍ 程度の腐食しにくい金属板、１０２は絶縁層１０
６上に蛇行形状に加工して形成された温度依存抵抗パタ
ーンである。この絶縁層１０６は金属板１上に形成され
た極めて薄い絶縁層である。
【０００６】以上のように構成された発熱用感温素子は
小型で、一枚基板から多くの素子を製作できるので、量
産性に優れている。
小型で、一枚基板から多くの素子を製作できるので、量
産性に優れている。
【０００７】以上のような構造の感温抵抗体と固定抵抗
により図１３に示すブリッジ回路を構成する。この図１
３において、１０７は発熱用感温抵抗、１０８は発熱用
感温抵抗１０７と同様な構造で抵抗値が発熱用感温抵抗
１０７に比べて５０倍以上大きい吸気温検出用感温抵抗
、１０９，１１０，１１１は固定抵抗である。
により図１３に示すブリッジ回路を構成する。この図１
３において、１０７は発熱用感温抵抗、１０８は発熱用
感温抵抗１０７と同様な構造で抵抗値が発熱用感温抵抗
１０７に比べて５０倍以上大きい吸気温検出用感温抵抗
、１０９，１１０，１１１は固定抵抗である。
【０００８】上記の発熱用感温抵抗７、吸気温検出用感
温抵抗１０８、固定抵抗１０９〜１１０よりブリッジ回
路を構成し、ブリッジに接続されている。またパワート
ランジスタ１１３のエミッタはバッテリ電源に接続され
ている。
温抵抗１０８、固定抵抗１０９〜１１０よりブリッジ回
路を構成し、ブリッジに接続されている。またパワート
ランジスタ１１３のエミッタはバッテリ電源に接続され
ている。
【０００９】次に動作について説明する。ブリッジ回路
が平衡状態にある時、各ブリッジ抵抗は次式を満たす。 ＲＨ・Ｒ２ ＝（ＲＫ ＋Ｒ１ ）・Ｒ３ ただしＲＨ
は発熱用感温抵抗７の抵抗値、ＲＫ は吸気温検出用感
温抵抗１０８の抵抗値、Ｒ１ ，Ｒ２ ，Ｒ３ はそれ
ぞれ固定抵抗１０９，１１０，１１１の抵抗値を示す。
が平衡状態にある時、各ブリッジ抵抗は次式を満たす。 ＲＨ・Ｒ２ ＝（ＲＫ ＋Ｒ１ ）・Ｒ３ ただしＲＨ
は発熱用感温抵抗７の抵抗値、ＲＫ は吸気温検出用感
温抵抗１０８の抵抗値、Ｒ１ ，Ｒ２ ，Ｒ３ はそれ
ぞれ固定抵抗１０９，１１０，１１１の抵抗値を示す。
【００１０】つまり、ブリッジの不平衡電圧がほぼゼロ
になるように、パワートランジスタ１１３から発熱用感
温抵抗１０７に加熱電流Ｉを供給することにより、発熱
用感温抵抗１０７の抵抗値、つまり温度が一定に保たれ
る。
になるように、パワートランジスタ１１３から発熱用感
温抵抗１０７に加熱電流Ｉを供給することにより、発熱
用感温抵抗１０７の抵抗値、つまり温度が一定に保たれ
る。
【００１１】この熱平衡状態において、加熱電流Ｉは流
体の質量流量Ｑｍだけの関数となる。したがって、加熱
電流Ｉをブリッジ抵抗Ｒ３ における電圧降下として出
力端子１１４において測定することにより、質量流量が
検出できる。
体の質量流量Ｑｍだけの関数となる。したがって、加熱
電流Ｉをブリッジ抵抗Ｒ３ における電圧降下として出
力端子１１４において測定することにより、質量流量が
検出できる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】従来の熱式流量センサ
の原理は発熱体と流体との間の対流熱伝達を利用してい
るので、その他の熱伝達（保持部材への熱伝導や熱放射
）はできる限り小さい方がセンサの感度は向上する。 逆に言えば、発熱体からの全熱伝達量に占める対流熱伝
達量の割合が大きいほど、センサの出力感度は向上する
ことになる。
の原理は発熱体と流体との間の対流熱伝達を利用してい
るので、その他の熱伝達（保持部材への熱伝導や熱放射
）はできる限り小さい方がセンサの感度は向上する。 逆に言えば、発熱体からの全熱伝達量に占める対流熱伝
達量の割合が大きいほど、センサの出力感度は向上する
ことになる。
【００１３】しかしながら、従来の熱式流量センサは、
その発熱用感温素子の両面が平坦な構造であるため、伝
熱面積がかせげず、伝熱面積に比例する対流熱伝達量を
大きくすることができない。そのため、センサの出力感
度が比較的低いという問題があった。
その発熱用感温素子の両面が平坦な構造であるため、伝
熱面積がかせげず、伝熱面積に比例する対流熱伝達量を
大きくすることができない。そのため、センサの出力感
度が比較的低いという問題があった。
【００１４】また、保持部材への熱伝導損失は応答性に
も影響を与えるので、保持部材への熱伝導損失の全熱伝
達量に占める割合を小さくすることは、応答性改善の一
つの課題でもある。
も影響を与えるので、保持部材への熱伝導損失の全熱伝
達量に占める割合を小さくすることは、応答性改善の一
つの課題でもある。
【００１５】この発明は上記のような課題を解消するた
めになされたもので、出力感度を向上させ、応答性も改
善された熱式流量センサを得ることを目的とする。
めになされたもので、出力感度を向上させ、応答性も改
善された熱式流量センサを得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる熱式流
量センサは、発熱用感温素子の両面の流体に接する部分
の一部、または全部を凹凸構造にしたものである。
量センサは、発熱用感温素子の両面の流体に接する部分
の一部、または全部を凹凸構造にしたものである。
【００１７】
【作用】この発明における熱式流量センサは、発熱用感
温素子の両面の流体に接する部分の一部、または全部を
凹凸構造にしたので、伝熱面積が大きくなり、発熱体か
ら流体への対流による熱伝達量が増加する。
温素子の両面の流体に接する部分の一部、または全部を
凹凸構造にしたので、伝熱面積が大きくなり、発熱体か
ら流体への対流による熱伝達量が増加する。
【００１８】
【実施例】以下、この発明の熱式流量センサの実施例を
図において説明する。図１はその一実施例を示す発熱用
感温素子の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。 図１、図２の両図において、１はシリコン単結晶基板（
以下、基板という）、１ａは基板１の表面に形成された
表面凹凸部、１ｂは基板１の裏面に形成された裏面凹凸
部、２は基板１上に蒸着などにより形成された温度依存
性抵抗体となる感温抵抗膜をエッチングにより蛇行形状
に加工した感温抵抗パターン、３は感温抵抗パターンの
端部に設けられた電極取り出し部である。
図において説明する。図１はその一実施例を示す発熱用
感温素子の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。 図１、図２の両図において、１はシリコン単結晶基板（
以下、基板という）、１ａは基板１の表面に形成された
表面凹凸部、１ｂは基板１の裏面に形成された裏面凹凸
部、２は基板１上に蒸着などにより形成された温度依存
性抵抗体となる感温抵抗膜をエッチングにより蛇行形状
に加工した感温抵抗パターン、３は感温抵抗パターンの
端部に設けられた電極取り出し部である。
【００１９】次に、動作について説明する。この実施例
では、図１、図２に示されるように、基板１の両面に凹
凸構造を施しているので、発熱用感温素子から流体への
伝達面積が大きくなる。基板１の表面側の表面凹凸部１
ａは凸部が感温抵抗パターン２と同じ蛇行形状に、基板
１の裏面側の裏面凹凸部１ｂは凹部凸部とも流体の流れ
に対して平行に形成されており、基板１を異方性エッチ
ングすることにより得られる。
では、図１、図２に示されるように、基板１の両面に凹
凸構造を施しているので、発熱用感温素子から流体への
伝達面積が大きくなる。基板１の表面側の表面凹凸部１
ａは凸部が感温抵抗パターン２と同じ蛇行形状に、基板
１の裏面側の裏面凹凸部１ｂは凹部凸部とも流体の流れ
に対して平行に形成されており、基板１を異方性エッチ
ングすることにより得られる。
【００２０】この実施例では、感温抵抗パターン２が基
板１の表面凹凸部１ａのうち凸部に形成されている。
板１の表面凹凸部１ａのうち凸部に形成されている。
【００２１】また、図１には基板１に対して垂直な壁面
を持つ凹凸部を示してあるが、基板１の等方性エッチン
グにより得られる曲面をその壁面に持つ凹凸部であって
もかまわない。このように、伝熱面積を大きくすること
により、発熱用感温素子から流体への対流熱伝達量が増
加し、センサの出力感度、および応答性が向上される。
を持つ凹凸部を示してあるが、基板１の等方性エッチン
グにより得られる曲面をその壁面に持つ凹凸部であって
もかまわない。このように、伝熱面積を大きくすること
により、発熱用感温素子から流体への対流熱伝達量が増
加し、センサの出力感度、および応答性が向上される。
【００２２】次に、この発明の熱式流量センサの第２の
実施例について説明する。図３はこの第２の実施例にお
ける発熱用感温素子の平面図であり、図４は図３のＢ−
Ｂ線の断面図である。上記第１の実施例では基板１の表
面側の表面凹凸部１ａのうち凸部に感温パターン２を形
成しているが、この第２の実施例では、逆に凹部に感温
抵抗パターン２を形成したものであり、この場合も同様
に効果を期待できる。この場合、基板１の表面側の凹部
が感温抵抗パターン２と同じ蛇行形状となる。
実施例について説明する。図３はこの第２の実施例にお
ける発熱用感温素子の平面図であり、図４は図３のＢ−
Ｂ線の断面図である。上記第１の実施例では基板１の表
面側の表面凹凸部１ａのうち凸部に感温パターン２を形
成しているが、この第２の実施例では、逆に凹部に感温
抵抗パターン２を形成したものであり、この場合も同様
に効果を期待できる。この場合、基板１の表面側の凹部
が感温抵抗パターン２と同じ蛇行形状となる。
【００２３】次に、この発明の第３の実施例について説
明する。図５はこの発明の熱式流量センサにおける発熱
用感温素子の平面図であり、図６は図５のＣ−Ｃ線に沿
って切断して示す断面図である。この図５、図６の両図
において、基板１、感温抵抗パターン２は上記図１、図
２で示した第１の実施例と全く同一のものを示すが、こ
の第３の実施例では、基板１の裏面に裏面凹凸部１ｂを
形成することは、上記第１、第２の二つの実施例と同じ
であるが、基板１の表面側に直接凹凸を施すことはせず
、平坦なままの表面に感温抵抗膜を成膜し、エッチング
により感温抵抗パターン２を形成する。そして、感温抵
抗パターン２の上からエッチング可能な良熱伝導膜４を
被覆し、この良熱伝導膜４をエッチングして凹凸部４ａ
を形成する。
明する。図５はこの発明の熱式流量センサにおける発熱
用感温素子の平面図であり、図６は図５のＣ−Ｃ線に沿
って切断して示す断面図である。この図５、図６の両図
において、基板１、感温抵抗パターン２は上記図１、図
２で示した第１の実施例と全く同一のものを示すが、こ
の第３の実施例では、基板１の裏面に裏面凹凸部１ｂを
形成することは、上記第１、第２の二つの実施例と同じ
であるが、基板１の表面側に直接凹凸を施すことはせず
、平坦なままの表面に感温抵抗膜を成膜し、エッチング
により感温抵抗パターン２を形成する。そして、感温抵
抗パターン２の上からエッチング可能な良熱伝導膜４を
被覆し、この良熱伝導膜４をエッチングして凹凸部４ａ
を形成する。
【００２４】このようにして、伝熱面積を大きくするこ
とによっても、発熱用感温素子から流体への対流熱伝達
量が増加し、センサの出力感度、および応答性が向上さ
れる。
とによっても、発熱用感温素子から流体への対流熱伝達
量が増加し、センサの出力感度、および応答性が向上さ
れる。
【００２５】なお、この第３の実施例では、基板１上に
成膜された感温抵抗膜をエッチングして感温抵抗パター
ン２を形成したが、この発明の第４の実施例として、図
７の平面図および図７のＤ−Ｄ線に沿って切断して示す
図８の断面図に示すように、基板１上の感温抵抗膜を、
レーザトリミングを用いて形成したパターン溝５により
、蛇行形状の抵抗パターン２に加工してもかまわない。
成膜された感温抵抗膜をエッチングして感温抵抗パター
ン２を形成したが、この発明の第４の実施例として、図
７の平面図および図７のＤ−Ｄ線に沿って切断して示す
図８の断面図に示すように、基板１上の感温抵抗膜を、
レーザトリミングを用いて形成したパターン溝５により
、蛇行形状の抵抗パターン２に加工してもかまわない。
【００２６】次に、この発明の第５の実施例について説
明する。この第５の実施例における発熱用感温素子の平
面図を図９に示し、図９のＥ−Ｅ線に沿って切断して示
す断面図を図１０に示す。
明する。この第５の実施例における発熱用感温素子の平
面図を図９に示し、図９のＥ−Ｅ線に沿って切断して示
す断面図を図１０に示す。
【００２７】この図９、図１０における１〜３は上記図
１、図２で示した第１の実施例と同等あるいは相当部分
を示す。この第５の実施例では、基板１の平坦なままの
表面上に蒸着などにより感温抵抗膜を成膜し、この感温
抵抗膜４をエッチング、またはレーザトリミングにより
加工して蛇行形状の感温抵抗パターン２を形成した後、
基板１の両面にエッチング可能な良熱伝導膜４を被覆し
、その良熱伝導膜４に凹凸部４ａ，４ｂを形成している
。
１、図２で示した第１の実施例と同等あるいは相当部分
を示す。この第５の実施例では、基板１の平坦なままの
表面上に蒸着などにより感温抵抗膜を成膜し、この感温
抵抗膜４をエッチング、またはレーザトリミングにより
加工して蛇行形状の感温抵抗パターン２を形成した後、
基板１の両面にエッチング可能な良熱伝導膜４を被覆し
、その良熱伝導膜４に凹凸部４ａ，４ｂを形成している
。
【００２８】このようにして、伝熱面積を大きくするこ
とによっても、発熱用感温素子から流体への対流熱伝達
量が増加し、センサの出力感度および応答性が向上する
。この実施例においては、基板１はシリコン単結晶基板
である必要はなく、アルミナ、ポリイミドなどからなる
絶縁性基板、あるいはエッチングのできない絶縁性基板
であってもかまわない。
とによっても、発熱用感温素子から流体への対流熱伝達
量が増加し、センサの出力感度および応答性が向上する
。この実施例においては、基板１はシリコン単結晶基板
である必要はなく、アルミナ、ポリイミドなどからなる
絶縁性基板、あるいはエッチングのできない絶縁性基板
であってもかまわない。
【００２９】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、発熱
用感温素子の両面の流体に接する部分の一部、または全
部を凹凸構造にしたので、伝熱面積が大きくなり、発熱
体から流体への対流熱伝達量が増加する。その結果、セ
ンサの出力感度が向上し、応答性も改善される効果があ
る。
用感温素子の両面の流体に接する部分の一部、または全
部を凹凸構造にしたので、伝熱面積が大きくなり、発熱
体から流体への対流熱伝達量が増加する。その結果、セ
ンサの出力感度が向上し、応答性も改善される効果があ
る。
【図１】この発明の第１の実施例による熱式流量センサ
における発熱用感温素子の平面図である。
における発熱用感温素子の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿って切断して示す断面図で
ある。
ある。
【図３】この発明の第２の実施例による熱式流量センサ
における発熱用感温素子の平面図である。
における発熱用感温素子の平面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿って切断して示す断面図で
ある。
ある。
【図５】この発明の第３の実施例による熱式流量センサ
における発熱用感熱抵抗素子の平面図である。
における発熱用感熱抵抗素子の平面図である。
【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿って切断して示す断面図で
ある。
ある。
【図７】この発明の第４の実施例による熱式流量センサ
における発熱用感熱抵抗素子の平面図である。
における発熱用感熱抵抗素子の平面図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿って切断して示す断面図で
ある。
ある。
【図９】この発明の第５の実施例による熱式流量センサ
における発熱用感熱抵抗素子の平面図である。
における発熱用感熱抵抗素子の平面図である。
【図１０】図９のＥ−Ｅ線に沿って切断して示す断面図
である。
である。
【図１１】従来の熱式流量センサにおける発熱用感熱抵
抗素子の平面図である。
抗素子の平面図である。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ線に沿って切断して示す断面
図である。
図である。
【図１３】従来の熱式流量センサにおける定温度測定法
に使用されるブリッジ回路を示す回路図である。
に使用されるブリッジ回路を示す回路図である。
１ 基板
１ａ 基板１の表面側の凹凸構造
１ｂ 基板１の裏面側の凹凸構造
２ 感温抵抗パターン
３ 電極取り出し部
４ 良熱伝導膜
４ａ，４ｂ 良熱伝導膜の凹凸部
５ パターン溝
６ 絶縁層
Claims (1)
- 【請求項１】 流通する流体に接するように基板上に
蛇行状に形成された温度依存性抵抗体と、この温度依存
性抵抗体の上記流体の接する部分の少なくとも一部に形
成された凹凸部とを備えた熱式流量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062260A JPH04313027A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 熱式流量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3062260A JPH04313027A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 熱式流量センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04313027A true JPH04313027A (ja) | 1992-11-05 |
Family
ID=13195001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3062260A Pending JPH04313027A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 熱式流量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04313027A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110058046A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-26 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院 | 一种基于对流传热的流体流速测量方法及装置 |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3062260A patent/JPH04313027A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110058046A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-07-26 | 中国大唐集团科学技术研究院有限公司华东电力试验研究院 | 一种基于对流传热的流体流速测量方法及装置 |
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