JPH06230021A - 感熱式流速計及びこれを用いたフルイディック流量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い単位投入電力当りの放熱効率を保ちつ
つ、ゼロ点補正を可能として、全流量域に渡って流速の
計測精度を高めること。 【構成】 同一梁３上の上、下流側に予備測温体として
上、下流側梁温度測温体Ｒu 、Ｒd を形成し、主要な測
温体Ｒs と流体温度測温体Ｒf 側に関してはバランス調
整用抵抗体とともに第１の電気ブリッジ回路８を形成し
て発熱体Ｒh と流体温度測温体Ｒf との温度差を一定に
するために発熱体Ｒh に対して付与する発熱電力を可変
させるようにし、上、下流側梁温度測温体Ｒu ，Ｒd と
に関しては他のバランス調整用抵抗体とともに第２の電
気ブリッジ回路９を形成して微少な流れと流れのない状
態を検出し得るものとして、デジタルメモリ演算回路１
１でこれらの第１，２のブリッジ電気回路８，９の出力
ｆ₁ ，ｆ₂ を保持してゼロ点補正を伴い流速を求める演
算処理を行うように構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体、液体等の流体の
流速を計測するための感熱式流速計及びこれを用いたフ
ルイディック流量計に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の流速計として、従来より種々の
ものがあり、その一方式として感熱式のものがある。こ
の感熱式流速計にも種々のものがあるが、その基本は、
発熱抵抗体を流体中に設置し、発熱抵抗体の発熱量から
流体によって奪われる熱量の変化を検出し、流体の流速
を測定するものである。

【０００３】具体例として、例えば特開昭６０−１４２
２６８号公報や特開昭６１−２３５７２６号公報に示さ
れるように、Ｓｉ基板の一部に異方性エッチング技術を
用いて堀を形成するとともに、この堀上空を跨ぐように
梁を渡し、この梁上に感熱部を形成することで、感熱部
の熱容量を低減させ、基板及び基板支持部に対する熱損
を小さくするようにしたものがある。これによれば、発
熱・測温に要する投入電力を低減することができる。

【０００４】ここに、従来の第１の構成では、流体と梁
との温度差を一定にし、２つの梁を同一電力で熱し、流
体への放熱の不均衡さから生ずる梁上流、下流側の温度
差を検出することで、流速を計測する方法が採られる。
この方法では、流れがない場合には、温度差はないの
で、流量ゼロ点では常に出力がゼロになる。また、従来
の第２の構成では、１つの梁のみを熱し、梁と流体との
温度差を一定にするために投入された発熱体投入電力を
出力として検出することで流速を計測する方法が採られ
る。

【０００５】また、気体、液体等の流体の流量を計測す
る流量計として、特開昭５９−６８６２４号公報に示さ
れるような構成よりなるフルイディック流量計がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、梁が２つの
第１の構成例では、発熱体が２つの梁に跨り、２つの梁
を隔てる切れ目に寄るように、上流側と下流側とから離
れるように配置する。このため、流れのない無風時には
発熱体温度に比べ上流側測温体、下流側測温体の温度は
より低くなり、流れ（風）がある時には発熱体温度に比
べて上流側測温体の温度はより低くなり、下流側測温体
の温度はより高くなる。このため、流れの方向では、梁
の断面の温度格差が著しく、実効的な放熱領域は非常に
小さくなってしまう。

【０００７】一方、梁が１つの第２の構成例では、梁全
体を一様に熱するので、放熱領域は大きくなる。ここ
に、流速感度に大きく関わる特性である放熱効率は、梁
温度が一様に高く、特に上流側における温度が高いこと
が好ましい条件である点を考慮して、同一放熱面積を持
つ第１，２の構成を対比すると、単位投入電力当りの放
熱効率は第２の構成例のほうがよく、第１の構成例では
流速検出感度が第２の構成例より１桁程度悪いものとな
る。しかし、第２の構成例では、流体温度、室温変動、
自然対流変化などで出力にある幅を持った長期的な変動
が生じ得る。このため、何時の出力時に流量がゼロであ
ったかの判断が不明となり、全流量域で計測速度が悪く
なってしまう。

【０００８】一方、フルイディック流量計を例えば家庭
用ガスメータに使用する場合、毎時３〜３０００リット
ルの流量を計測する必要があるが、特開昭５９−６８６
２４号公報に示されるような従来のフルイディック流量
計では毎時３〜３００リットル程度の低流量域ではフル
イディック振動が起らず、流量を検出できないものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、基板と、この基板の一部に異方性エッチングにより
形成された堀と、この堀を跨いで形成された梁と、電気
抵抗体による発熱体とこの発熱体と一体又は別体とされ
て前記発熱体の温度を計測する測温体とを前記梁上に形
成した感熱部と、前記発熱体及び測温体に重ならずに前
記梁上上流側に形成された電気抵抗体による上流側梁温
度測温体と、前記発熱体及び測温体に重ならずに前記上
流側梁温度測温体と平行で同一長さ及び同一幅で前記梁
上下流側に形成された電気抵抗体による下流側梁温度測
温体と、前記基板上又は基板外部に配設されて流体温度
を計測する流体温度測温体と、前記測温体とこの流体温
度測温体とバランス調整用抵抗体とにより形成されて前
記発熱体と前記流体温度測温体との温度差を一定にする
ために前記発熱体に対して付与する発熱電力を可変させ
る第１の電気ブリッジ回路と、前記上流側梁温度測温体
と前記下流側梁温度測温体と他のバランス調整用抵抗体
とにより形成された第２の電気ブリッジ回路と、これら
の第１，２の電気ブリッジ回路の出力を保持するととも
に流速を求める演算処理を行うデジタルメモリ演算回路
とにより構成した。

【００１０】この際、請求項２記載の発明では、梁を、
発熱体と測温体とが形成される中央梁部と、この中央梁
部に対して補助的な複数の細い橋で接続されて上流側梁
温度測温体が形成される小面積な上流梁部と、前記中央
梁部に対して補助的な複数の細い橋で接続されて下流側
梁温度測温体が形成される小面積な下流梁部とに３分割
して形成した。

【００１１】また、請求項３記載の発明では、第１，２
の電気ブリッジ回路の出力を保持するとともに流速がゼ
ロ又はゼロ近傍の範囲内の時に流速対発熱体出力の関係
のゼロ点補正をし流速を求める演算処理を行うための参
照データ及び演算プログラムを組込んだＲＯＭ及びＲＡ
Ｍ回路を有するデジタルメモリ演算回路とし、請求項４
記載の発明では、第１，２の電気ブリッジ回路の出力を
保持するとともに逐次流速対発熱体出力の関係のゼロ点
補正をし流速を求める演算処理を行うための参照データ
及び演算プログラムを組込んだＲＯＭ及びＲＡＭ回路を
有するデジタルメモリ演算回路とした。

【００１２】請求項５記載の発明では、フルイディック
振動子のノズル中央、ノズル内壁下部又は天井部の何れ
かの個所に請求項１，２，３又は４記載の感熱式流速計
の基板を設けたフルイディック流量計とした。

【００１３】

【作用】請求項１記載の発明においては、同一梁上の上
流側と下流側とに予備測温体として上流側梁温度測温
体、下流側梁温度測温体を形成し、主要な測温体と流体
温度測温体側に関してはバランス調整用抵抗体とともに
第１の電気ブリッジ回路を形成して発熱体と流体温度測
温体との温度差を一定にするために発熱体に対して付与
する発熱電力を可変させるようにし、上流側梁温度測温
体と下流側梁温度測温体とに関しては他のバランス調整
用抵抗体とともに第２の電気ブリッジ回路を形成して微
少な流れと流れのない状態を検出し得るものとして、デ
ジタルメモリ演算回路でこれらの第１，２の電気ブリッ
ジ回路の出力を保持するとともに流速を求める演算処理
を行うので、主出力である発熱体の電圧降下出力の室温
変化、流体温度変化、自然対流等の要素による変動幅を
逐次検出し得るものとなり、高い単位投入電力当りの放
熱効果を保ちつつ、いわゆるゼロ点補正を行うことがで
き、流速測定精度のよいものとなる。

【００１４】特に、請求項２記載の発明においては、上
流側梁温度測温体や下流側梁温度測温体を形成する梁部
を小面積の上流側梁部、下流側梁部として梁の主要部を
なす中央梁部から分割させて形成し、中央梁部に対して
は補助的な細い橋で接続するようにしたので、中央梁部
における放熱特性を保ちつつゼロ点検出の精度が向上す
るものとなる。

【００１５】また、請求項３記載の発明においては、所
定の参照データ及び演算プログラムを組込んだＲＯＭ及
びＲＡＭ回路を有するデジタルメモリ演算回路として、
随時、流速対発熱体出力の関係のゼロ点補正を行って流
速を算出するので、流速検出精度が向上するものとな
る。同様に、請求項４記載の発明においては、所定の参
照データ及び演算プログラムを組込んだＲＯＭ及びＲＡ
Ｍ回路を有するデジタルメモリ演算回路として、逐次、
流速対発熱体出力の関係のゼロ点補正を行って流速を算
出するので、流速検出精度が向上するものとなる。

【００１６】さらに、請求項５記載の発明においては、
フルイディック流量計のフルイディック振動子のノズル
中央、ノズル内壁下部又は天井部の何れかの個所に上記
のように放熱効率を向上させた感熱式流速計の基板を設
けたので、低流量の計測を低電力で正確に行うことが可
能となる。

【００１７】

【実施例】本発明の第一の実施例を図１及び図２に基づ
いて説明する。本実施例は、請求項１及び３記載の発明
に相当する。まず、本実施例の基本構成として、Ｓｉ
（シリコン）による矩形状の基板１の中央部には、流体
の進入を促す形状、即ち、流れを流体の流れの方向を対
角線方向にとった場合に平面的に見て扁平６角形状の堀
２が形成され、この堀２の中央部付近を跨ぐように梁３
が形成されている。ここに、これらの堀２及び梁３は基
板１の異方性エッチング技術により形成される。さら
に、この梁３上には電気抵抗体による発熱体Ｒh と、同
じく電気抵抗体による測温体Ｒs とが相互に入り組むパ
ターン形状にて形成され、梁３外の基板１上に引出され
ている。これらの発熱体Ｒh と測温体Ｒs とにより感熱
部４が形成されている。また、前記発熱体Ｒh から熱的
に最も隔離された基板１上の個所、即ち、堀２より上流
側の基板１上には電気抵抗体による流体温度測温体Ｒf
が略Ｖ字状の所定のパターン形状にて形成されている。
さらに、前記梁３上において、上流側には発熱体Ｒh や
測温体Ｒs に重なることなく電気抵抗体による上流側梁
温度測温体Ｒu が形成され、下流側には発熱体Ｒh や測
温体Ｒs に重なることなく電気抵抗体による下流側梁温
度測温体Ｒd が形成されている。これらの上流側梁温度
測温体Ｒu と下流側梁温度測温体Ｒd とは同一のパター
ン形状で梁３の長手方向中心線に対して対称的に形成さ
れている。

【００１８】さらに、発熱体Ｒh と流体温度測温体Ｒf
との温度差を一定にする駆動法を実現するように発熱体
Ｒh に発熱電力を付与するために、測温体Ｒs と流体温
度測温体Ｒf とは第１ブリッジ回路５において図示しな
いバランス調整用抵抗体とブリッジ接続され、その出力
側がＯＰアンプ６を介してＲh 駆動回路７に接続される
ことにより第１の電気ブリッジ回路８が形成されてい
る。Ｒh 駆動回路７の出力は発熱体Ｒh の両端に接続さ
れ、可変された発熱電力を付与し得るものとされてい
る。即ち、この第１の電気ブリッジ回路８で発熱体Ｒh
を流体に対して一定の温度差を保つようにこの発熱体Ｒ
h に対して付与する発熱電力を可変するものである。ま
た、上流側梁温度測温体Ｒu と下流側梁温度測温体Ｒd
とは、図示しない他のバランス調整用抵抗体とブリッジ
接続されて第２の電気ブリッジ回路９が形成されてい
る。即ち、この第２の電気ブリッジ回路９は上流側梁温
度測温体Ｒu と下流側梁温度測温体Ｒd との温度差を検
出し、この出力ｆ₂ がゼロである点を流速がゼロである
と判断するものである。

【００１９】これらの第１の電気ブリッジ回路８のＲh
駆動回路７の出力ｆ₁ と第２の電気ブリッジ回路９の出
力ｆ₂ とはＡ／Ｄ変換器１０を介してメモリ演算器（デ
ジタルメモリ演算回路）１１に入力されている。このメ
モリ演算器１１は例えば後述するような参照データ及び
演算ブログラムが組込まれたＲＯＭ及びＲＡＭ回路を含
むものとされ、所定の補正法及びソフトウエアにて、ゼ
ロ点補正処理と流速算出処理とを行うものである。

【００２０】ここで、より具体的な構成例について説明
する。まず、基板１上面に酸化処理法、スパッタリング
真空成膜法等を用いて、熱絶縁材であるＳｉＯ₂ 層を形
成する。この熱絶縁層はＳｉ₃Ｎ₄や、金属酸化物である
Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃等でもよく、さらには、ＳｉＯ₂ 層
とＳｉ₃Ｎ₄層とを組合せた多層膜構成としてもよい。膜
厚は０．５〜２μｍ程度がよい。ついで、このような基
板１にＫＯＨ異方性エッチング法により、図１に示すよ
うに流体進入を促す形状を持つ堀２及び梁３を形成す
る。この際、堀２の深さは測定する最少流速でできる熱
境界層以上にする必要があり、ここでは、一例としてフ
ルイディック流量計に対応すべく毎時３リットルの流量
を測定し得るように、深さを１５０μｍとした。

【００２１】ついで、発熱体Ｒh 及び測温体Ｒs を形成
する梁３の上面に、発熱体層と基板１（梁３）との間の
密着性を向上させるためにＴａ₂Ｏ₅層（Ｔｉ，Ｃｒ，Ｔ
ａ，ＮｉＣｒ，ＴｉＮ等による層でもよい）を下部密着
強度補強層として形成し、このＴａ₂Ｏ₅層の上部であっ
て梁３の中央部に比抵抗の高い金属であるＰｔ（Ｎｉ，
Ｗ，Ｔａ等でもよく、要は、比抵抗特性に温度依存性を
持つ材料であればよい）による発熱体Ｒh をパターン形
成する。

【００２２】さらに、このような発熱体Ｒh に隣接する
ようにして、この発熱体Ｒh と同様に抵抗温度係数の高
い材料、例えばＰｔによる測温体Ｒs をパターン形成す
る。また、梁３上であって上流側には上流側梁温度測温
体Ｒu を、下流側には下流側梁温度測温体Ｒd を、例え
ばＰｔ材料により同じ形状に形成する。一方、この感熱
部４から熱的に隔離された基板１面部分に、例えばＰｔ
による流体温度測温体Ｒf をパターン形成する。この流
体温度測温体Ｒf の形成個所としては、流れに対して最
も上流であって、かつ、感熱部４から離れた個所がよ
い。

【００２３】そして、これらの発熱体Ｒh 、測温体Ｒs
，Ｒf ，Ｒu ，Ｒd の上面に、保護層との接合性を向
上させるための上部密着強度補強層としてＴａ₂Ｏ₅層を
形成する。

【００２４】これらの密着強度補強層や抵抗層（発熱体
Ｒh 等）は、蒸着法、電子ビーム蒸着法、或いは、スパ
ッタリング法等の真空成膜法で形成すればよい。形状切
出しは、リフト・オフ法、Ａｒスパッタ・エッチング法
等によればよい。また、上、下の密着強度補強層なるＴ
ａ₂Ｏ₅層は、薄い程よいが、抵抗層なるＰｔとの整合性
を確保するためには１００〜７００Å程度とするのがよ
い。

【００２５】また、測温体Ｒs ，Ｒf ，Ｒu ，Ｒd とし
ては、電流・電圧特性の直線性を保てる範囲で駆動する
ため、Ｐｔ抵抗層の膜厚は、臨界密度を充分に下回るよ
うにする条件と、抵抗値設定の条件とから、５００〜５
０００Å程度とするのがよい。さらに、発熱体Ｒh と測
温体Ｒs とを覆うようにＴａ₂Ｏ₅層による密着強度補強
層を介してＳｉＯ₂ やＳｉ₃Ｎ₄による保護層を形成す
る。この保護層は、測温体Ｒs の感度向上のためには熱
容量を減少させたほうがよいという目的と、量産性を向
上させる目的とからすれば、薄いほうがよいが、保護膜
本来の目的からすれば厚いほうが好ましいといえる。こ
のような観点から、保護膜の膜厚は８００〜５０００Å
程度とするのがよい。

【００２６】このような構成の下、第１，２の電気ブリ
ッジ回路８，９の出力ｆ₁ ，ｆ₂ はＡ／Ｄ変換器１０を
通してメモリ演算器１１に取込まれて、保持されるとと
もに、流速がゼロ又はゼロ近傍の範囲にある時に、流速
と発熱体Ｒh 出力との関係のゼロ点補正を行い、流速を
求める演算処理を行う。この請求項３記載の発明に相当
するゼロ点補正法について、図２を参照して説明する。
まず、上流側梁温度測温体Ｒu と下流側梁温度測温体Ｒ
d を含む第２の電気ブリッジ回路９からの温度差である
出力ｆ₂ は、流速ゼロ近傍ではゼロ点を小さく変動する
値である。従って、この変動幅を持った出力ｆ₂ をより
大きな離散変換幅を持ったＡ／Ｄ変換器１０を通して、
“０”か“１”の補正実行信号にする（図２（ｂ）参
照）。即ち、補正実行信号が“０”になったら、ゼロ点
補正区間とし、発熱体Ｒh 出力（ｆ₁ ）は流速ｕがゼロ
のものであるとし、この値から予めメモリ演算器１１の
メモリ中に保持してある流速ｕ＝０での校正値（参照デ
ータ）を差引き、差引いた値を校正すべき変動量ΔＶと
する。ここに、実際には、流速ｕ＝０点からある範囲の
流速域で補正実行信号は“０”になってしまうので（図
２（ｂ）参照）、このゼロ点と認識されてしまう流量域
（ゼロ点補正区間）における発熱体Ｒh 出力であるｆ₁
の幅Δｆ₁ を予めメモリ中に保持しておき、上記のよう
に算出された変動量ΔＶがこの幅Δｆ₁ よりも小さい場
合には、変動量ΔＶをゼロにする（即ち、変動がなかっ
たものとする）。そして、次回からの流速計測値から算
出した変動量ΔＶを差引き、校正値とする。

【００２７】このように、本実施例によれば、梁３上に
大きくとった放熱面に温度が一定になるように発熱体Ｒ
h 及び測温体Ｒs を形成し、かつ、同一の梁３上の上流
側と下流側とに発熱体Ｒh の出力変動を検出する目的で
予備測温体として上、下流側梁温度測温体Ｒu ，Ｒd を
形成して、他のバランス調整用抵抗体とで第２の電気ブ
リッジ回路９を構成し、上記のような演算処理を行わせ
るようにしたので、主出力である発熱体Ｒh の電圧降下
出力の室温変化、流体温度変化、自然対流等の要素によ
る変動幅ΔＶを逐次検出し得るものとなり、よって、高
い単位投入電力当りの放熱効果を維持しつつ、長期的な
変動に対処し得るゼロ点補正を行うことができ、精度の
高い流速検出が可能となる。この際、感熱部４から基板
１への熱損失で単位投入電力当りの放熱が低下し、この
結果、流速検出感度が低下する問題や、梁３の端部で
は、温度が室温に近い基板１の温度にほぼ等しいので、
梁３の端部への測温体用の抵抗体の配設は測温感度の低
下を招くという問題に対処するため、上記のように図１
に示した梁３形状と抵抗体（発熱体Ｒh 、測温体Ｒs，
Ｒf ，Ｒu ，Ｒd ）の配設パターンを最適化すること
で、放熱特性とゼロ点検出感度とを、ともに向上させる
ことが可能となる。

【００２８】つづいて、本発明の第二の実施例を図３に
より説明する。前記実施例で示した部分と同一部分は同
一符号を用いて示す（以下の実施例でも同様とする）。
本実施例は、請求項４記載の発明に相当し、第１，２の
電気ブリッジ回路８，９の出力ｆ₁ ，ｆ₂ をＡ／Ｄ変換
器１０を通して取込み、保持させるとともに、逐次、流
速と発熱体Ｒh 出力との関係のゼロ点補正を行いなが
ら、流速を求める演算処理を行うようにした参照データ
と演算プログラムを組込んだＲＯＭ及びＲＡＭ回路を有
するメモリ演算器１１としたものである。

【００２９】図３は、このようなメモリ演算器１１によ
るゼロ点補正法を示すものである。まず、上流側梁温度
測温体Ｒu と下流側梁温度測温体Ｒd を含む第２の電気
ブリッジ回路９からの流速ｕに対する出力ｆ₂ は、Ａ／
Ｄ変換器１０を介してｆ₂ ステップ関数ｆ₂＜ｕ＞ に表
される出力関係となる。この出力は小さいので、判定可
能な流速値は粗い離散値になる。一方、第１の電気ブリ
ッジ回路８で駆動される発熱体Ｒh からの電圧降下値
は、傾きの大きい関数ｆ₁（ｕ） で近似的に表される出
力関係をとる。

【００３０】ここに、ｆ₂ ステップ関数ｆ₂＜ｕ＞ を表
す各ステップｉ（ｉ＝１〜Ｎ）間における代表流速値＜
ｕ＞_i を予めメモリ演算器１１のメモリ中に保持してお
く。実測時に計測された温度差である出力ｆ₂ を基に流
速区間（ステップ）ｉを見つけ、代表流速値＜ｕ＞_i を
検索するためのものである。発熱体Ｒh の出力電圧値に
相当するｆ₁ 関数ｆ₁（ｕ） はｉ番目の流速区間ｉで
は、 ｆ₁（ｕ） ＝ｆ_0i ＋〔∂ｆ／∂ｕ〕_iｕ ＋ ΔＶ ………（１） となる。ただし、ｆ_0i は区間ｉでの一次曲線の切片
で、〔∂ｆ／∂ｕ〕_iはその傾きを示す。ここで、ｆ_0i
と〔∂ｆ／∂ｕ〕_iとの値は、予め校正データ（参照デ
ータ）としてメモリ演算器１１のメモリ中に保持してお
き、必要に応じて読出す。ΔＶは長期に渡る変動量であ
り、ｆ₁ 関数ｆ₁（ｕ） に対して全流速域でほぼ均一に
かかる。この値が判明していないと、計測誤差を生ずる
ものとなる。本実施例のゼロ点補正法では、この変動量
ΔＶを、逐次、実際の流速計測時に判定するようにした
ものである。

【００３１】次いで、ｉ番目の流速区間ｉに対応するｆ
₁ 関数ｆ₁（ｕ） の平均傾きである＜∂ｆ₁／∂ｕ＞_iを
全ての流速区間ｉ＝１〜Ｎに関して予め計測し、メモリ
演算器１１のメモリ中に保持しておく。ここに、本発明
者らの研究によれば、変動量ΔＶは、流速ｕに対して依
存性が殆どなく、短期間では一定であることが判明し
た。つまり、実際に使用する感熱流速計測素子のサンプ
リングステップ間隔Δｔは、数ミリ秒から数分で行われ
るので、（２）式のようになり、

【数１】 ΔＶは一定であると考えても支障ないものとなる。

【００３２】実際の流速計測時には、計測データである
出力ｆ₁ ，ｆ₂ を基に、メモリに保持された上記の校正
データを用い、変動量ΔＶを見積り、流速値を絞り込む
演算処理法を採る。つまり、第ｎ回目のサンプリングで
出力ｆ₂ に対応する流速区間がｉ番であるとすると、メ
モリ検索により、その区間ｉの代表流速値＜ｕ＞_i と出
力ｆ₁ の傾き〔∂ｆ／∂ｕ〕_i と切片ｆ_0iとが参照デー
タとして読出される。

【外１】

【数２】 のように見積られる。

【００３３】

【外２】 対応する流速区間がｊ番であるとすると、メモリ中か
ら、出力ｆ₁ の傾き〔∂ｆ／∂ｕ〕_j と切片ｆ_0jとが参
照データとして検索され、これらを（１)(３）式

【外３】 をメモリ演算器１１で演算プログラムに従い行う。

【数３】

【００３４】

【外３】 値＜ｕ＞_i の差が、ΔＶより大きくなってしまい、上述
した補正処理を行うと、却って誤差が大きくなってしま
う。そこで、流速区間ｉでの発熱体Ｒh の最大出力ｆ
_1maxと代表流速値＜ｕ＞_i との最大差をδｆ_maxiと置
き、予め区間番号で参照できる形でメモリに保持してお
く。（３）式の演算処理で求められた変動量ΔＶが、最
大差δｆ_maxiより小さければそのまま（４）式の処理を
実行するが、逆に、最大差δｆ_maxiより大きければ変動
量ΔＶをゼロと見做して同処理を行う。

【００３５】このようなメモリへの参照データの書込
み、保持、読出し及び演算処理を逐次行うことにより、
傾きが大きく流速ｕに対して感度の高い発熱体Ｒh 出力
を保ちながら、長期的な大きな変動要素を逐次除去し得
るものとなり、流速検出の正確さが増すものとなる。

【００３６】さらに、本発明の第三の実施例を図４によ
り説明する。本実施例は、梁３付近の構成を工夫したも
ので、基板１と梁３との接続点に貫通穴１２が形成され
ている。これらの貫通穴１２の形状は、熱損失低減と強
度と放熱面積の確保との兼ね合いで決まる。また、これ
らの貫通穴１２は図示のように基板１の縁に渡るように
形成すると、放熱面積を減少させることなく、熱損特性
も向上させ得る。ここでは、一例として、貫通穴１２を
梁３の両端に２つずつ形成し、梁３の上流側と下流側と
で対称となるようにした。ここに、貫通穴１２は、長さ
Ｌhole＝１００μｍ、幅Ｗhole＝８０μｍの矩形穴とし
たが、このような形状に限られるものではない。

【００３７】この他の各部の寸法について説明すると、
まず、梁３に関しては、全長Ｌb ＝１２００μｍ、全幅
Ｗb ＝２５０μｍとされている。発熱体Ｒh （測温体Ｒ
s も同じ）に関しては、長さＬh ＝８００μｍ、その幅
Ｗh ＝１９０μｍとされている。上、下流側梁温度測温
体Ｒu ，Ｒd に関しては、長さＬu ＝Ｌd ＝８００μｍ
（＝Ｌh ）、幅Ｗu ＝Ｗd ＝２３μｍとされている。

【００３８】もっとも、これらの各寸法に関して、梁３
の全長Ｌb は７５０μｍ以上１５００μｍ以下、その全
幅Ｗb は１５０μｍ以上３００以下であり、このように
全長Ｌb に対して発熱体Ｒh の長さＬh が８０％以下、
全幅Ｗb に対して発熱体Ｒhの幅Ｗh が８０％以下、全
長Ｌb に対して上、下流側梁温度測温体Ｒu ，Ｒd の長
さＬu ，Ｌd が８０％以下であれば、極端に放熱特性及
び梁３の強度特性が損なわれることはないので、これら
の範囲内の寸法にて形成すればよい。また、発熱体Ｒh
と測温体Ｒs との配設に関しては、図示のものと、上流
側と下流側とで入替えてもよい。

【００３９】また、本発明の第四の実施例を図５により
説明する。本実施例は、請求項２記載の発明に相当し、
梁３の構成を工夫したものである。まず、同図（ａ）に
示す構成を説明する。概略的には、マスク処理、エッチ
ング処理により、梁３を流れの方向に３分割したもので
ある。即ち、発熱体Ｒh と測温体Ｒs とを形成するため
の中央梁部１３を確保し、この中央梁部１３の上流側に
は上流側梁温度測温体Ｒu を形成するための小面積の上
流梁部１４を補助的な複数の細い橋１５で接続して設
け、中央梁部１３の下流側には下流側梁温度測温体Ｒd
を形成するための小面積の下流梁部１６を補助的な複数
の細い橋１７で接続して設けたものである。これらの形
状は、中央梁部１３を中心に流れ方向に対称的とされて
いる。

【００４０】このような梁３の３分割構成によれば、放
熱特性とゼロ点検出感度との、一層の向上が可能とな
る。即ち、上、下流側梁温度測温体Ｒu ，Ｒd を配設す
るための上流梁部１４、下流梁部１６を独立させて形成
し、これらを放熱面である中央梁部１３と補助的な細い
橋１５，１７で連結し、上流梁部１４、下流梁部１６の
面積を小さく設定しているので、熱容量を低減させるこ
とができる。さらに、無風時には橋１５，１７を介した
中央梁部１３からの伝熱により上流梁部１４、下流梁部
１６は速やかに熱せられて対称な高い温度を示し、上、
下流側梁温度測温体Ｒu ，Ｒd を含む第２の電気ブロッ
ク回路９の出力はゼロとなる。一方、風が起り始める
と、中央梁部１３から空気を隔てて配置されているの
で、上、下流側梁温度測温体Ｒu ，Ｒd の上流梁部１
４、下流梁部１６における放熱速度は、幅の狭い橋１
５，１７を介する中央梁部１３からの伝熱速度よりも速
くなる。このため、無風時は高温に熱せられた上、下流
側梁温度測温体Ｒu ，Ｒd の温度は、独立した上流梁部
１４、下流梁部１６を持たない場合よりも急激に降下す
るものとなる。そして、上流梁部１４、下流梁部１６の
熱容量と放熱面積は小さいので、風の強度が更に増して
も感度特性は速く鈍くなってしまうか、飽和状態に達し
てしまう。よって、本実施例のように、上、下流側梁温
度測温体Ｒu ，Ｒd に対して独立した梁部を設けること
で、特に、流速がゼロの時と、小さい流速の時との出力
差を大きくすることができ、中央梁部１３における放熱
特性を維持しつつ、ゼロ点検出の精度を高めることがで
きる。

【００４１】同図（ｂ）も基本的には同じであるが、例
えば図４に示したような梁３をベースとし、これを中央
梁部１８とし、このような中央梁部１８の上流側、下流
側を各々細い橋１９を介して突出させて上流梁部２０、
下流梁部２１を形成して３分割したものである。

【００４２】何れにしても、上流梁部１４，２０、下流
梁部１６，２１の放熱面積は、少なくとも中央梁部１
３，１８の半分以下、好ましくは、１／４以下１／１５
以上に設定される。

【００４３】さらに、本発明の第五の実施例を図６によ
り説明する。本実施例は、前述した実施例構成による感
熱式流速計２２をフルイディック流量計２３に利用した
ものである。まず、フルイディック流量計２３の基本構
造を説明すると、流入管２４から排出管２５を結ぶ経路
上に、セットリングスペース２６、流路縮小部２７、ノ
ズル２８、流路拡大部２９を順に設け、かつ、流路拡大
部２９中に誘振子３０とエンドブロック３１とを備えて
構成されている。エンドブロック３１の背後は排出空間
３２とされている。これにより、流路上流側からの管状
の流れはセットリングスペース２６で２次元的な流れに
整流され、流路縮小部２７によりさらに整流されて円滑
にノズル２８に向かう。このノズル２８で整流されたジ
ェット流は、誘振子３０に当たることにより左右に分れ
るが、エンドブロック３１に至るまでの流路拡大部２９
の空間において、ある流量を越えると誘振子３０の背後
にできる渦の不安定性によって、左又は右に偏った流れ
を形成する。そのため、エンドブロック３１にぶつかっ
た流れは、エンドブロック３１前面に沿い、ノズル２８
の出口に達し、ジェット流に直角的にぶつかる。このた
め、その脇から帰還した流れによってジェット流の方向
を最初の偏流とは反対方向に偏らせる。これにより、反
対側では再び同様のことが起こり、結果としてノズル２
８を出る流れは規則的に交互に流れの方向を変化させ
る。この規則的に方向を変化させる振動の周波数は、流
量の増加に対して直線的に増加する。

【００４４】しかして、本実施例ではこのようなフルイ
ディック流量計２３において、感熱式流速計２２の基板
１等の素子部分を適宜支持手段を介してノズル２８中央
部に配設させている。このような感熱式流速計２２は前
述した実施例の何れによるものでもよい。また、設置箇
所としても、ノズル２８の中央部に限らず、例えばノズ
ル２８の内壁下部とか、ノズル２８の天井部等であって
もよい。

【００４５】本実施例によれば、感熱式流速計２２が高
い放熱効果を示すとともに引出線等の突起がないことか
ら、毎時３〜３００リットルといった長期間にわたる低
流量域の場合でもその流速測定ができたものである。こ
れにより、ガスメータとして、毎時３〜３０００リット
ルの全流量域の測定が可能となったものである。

【００４６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、同一梁上
の上流側と下流側とに予備測温体として上流側梁温度測
温体、下流側梁温度測温体を形成し、主要な測温体と流
体温度測温体側に関してはバランス調整用抵抗体ととも
に第１の電気ブリッジ回路を形成して発熱体と流体温度
測温体との温度差を一定にするために発熱体に対して付
与する発熱電力を可変させるようにし、上流側梁温度測
温体と下流側梁温度測温体とに関しては他のバランス調
整用抵抗体とともに第２の電気ブリッジ回路を形成して
微少な流れと流れのない状態を検出し得るものとして、
デジタルメモリ演算回路でこれらの第１，２のブリッジ
電気回路の出力を保持するとともに流速を求める演算処
理を行うように構成したので、主出力である発熱体の電
圧降下出力の室温変化、流体温度変化、自然対流等の要
素による変動幅を逐次検出できるものとなり、よって、
高い単位投入電力当りの放熱効果を保ちつつ、いわゆる
ゼロ点補正を行うことができ、流速測定精度のよいもの
となる。

【００４７】特に、請求項２記載の発明によれば、上流
側梁温度測温体や下流側梁温度測温体を形成する梁部を
小面積の上流側梁部、下流側梁部として梁の主要部をな
す中央梁部から分割させて形成し、中央梁部に対しては
補助的な細い橋で接続するようにしたので、中央梁部に
おける放熱特性を保ちつつ、一層、ゼロ点検出の精度を
向上させることができる。

【００４８】また、請求項３又は４記載の発明によれ
ば、所定の参照データ及び演算プログラムを組込んだＲ
ＯＭ及びＲＡＭ回路を有するデジタルメモリ演算回路と
して、随時、又は逐次、流速対発熱体出力の関係のゼロ
点補正を行って流速を算出するようにしたので、流速検
出精度を向上させることができる。

【００４９】さらに、請求項５記載の発明によれば、フ
ルイディック流量計のフルイディック振動子のノズル中
央、ノズル内壁下部又は天井部の何れかの個所に上記の
ように放熱効率を向上させた感熱式流速計を設けたの
で、低流量の計測を低電力で正確に行うことが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。

【図２】そのゼロ点補正法を説明するための特性図であ
る。

【図３】本発明の第二の実施例のゼロ点補正法を説明す
るための特性図である。

【図４】本発明の第三の実施例を示す平面的構成図であ
る。

【図５】本発明の第四の実施例を示す平面的構成図であ
る。

【図６】本発明の第五の実施例を示す水平断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 堀 ３ 梁 ４ 感熱部 ８ 第１の電気ブリッジ回路 ９ 第２の電気ブリッジ回路 １１ デジタルメモリ演算回路 １３ 中央梁部 １４ 上流梁部 １５ 橋 １６ 下流梁部 １７ 橋 １８ 中央梁部 １９ 橋 ２０ 上流梁部 ２１ 下流梁部 ２８ ノズル Ｒh 発熱体 Ｒs 測温体 Ｒf 流体温度測温体 Ｒu 上流側梁温度測温体 Ｒd 下流側梁温度測温体

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、この基板の一部に異方性エッチ
   ングにより形成された堀と、この堀を跨いで形成された
   梁と、電気抵抗体による発熱体とこの発熱体と一体又は
   別体とされて前記発熱体の温度を計測する測温体とを前
   記梁上に形成した感熱部と、前記発熱体及び測温体に重
   ならずに前記梁上上流側に形成された電気抵抗体による
   上流側梁温度測温体と、前記発熱体及び測温体に重なら
   ずに前記上流側梁温度測温体と平行で同一長さ及び同一
   幅で前記梁上下流側に形成された電気抵抗体による下流
   側梁温度測温体と、前記基板上又は基板外部に配設され
   て流体温度を計測する流体温度測温体と、前記測温体と
   この流体温度測温体とバランス調整用抵抗体とにより形
   成されて前記発熱体と前記流体温度測温体との温度差を
   一定にするために前記発熱体に対して付与する発熱電力
   を可変させる第１の電気ブリッジ回路と、前記上流側梁
   温度測温体と前記下流側梁温度測温体と他のバランス調
   整用抵抗体とにより形成された第２の電気ブリッジ回路
   と、これらの第１，２の電気ブリッジ回路の出力を保持
   するとともに流速を求める演算処理を行うデジタルメモ
   リ演算回路とよりなることを特徴とする感熱式流速計。
2. 【請求項２】 梁を、発熱体と測温体とが形成される中
   央梁部と、この中央梁部に対して補助的な複数の細い橋
   で接続されて上流側梁温度測温体が形成される小面積な
   上流梁部と、前記中央梁部に対して補助的な複数の細い
   橋で接続されて下流側梁温度測温体が形成される小面積
   な下流梁部とに３分割して形成したことを特徴とする請
   求項１記載の感熱式流速計。
3. 【請求項３】 第１，２の電気ブリッジ回路の出力を保
   持するとともに流速がゼロ又はゼロ近傍の範囲内の時に
   流速対発熱体出力の関係のゼロ点補正をし流速を求める
   演算処理を行うための参照データ及び演算プログラムを
   組込んだＲＯＭ及びＲＡＭ回路を有するデジタルメモリ
   演算回路としたことを特徴とする請求項１又は２記載の
   感熱式流速計。
4. 【請求項４】 第１，２の電気ブリッジ回路の出力を保
   持するとともに逐次流速対発熱体出力の関係のゼロ点補
   正をし流速を求める演算処理を行うための参照データ及
   び演算プログラムを組込んだＲＯＭ及びＲＡＭ回路を有
   するデジタルメモリ演算回路としたことを特徴とする請
   求項１又は２記載の感熱式流速計。
5. 【請求項５】 フルイディック振動子のノズル中央、ノ
   ズル内壁下部又は天井部の何れかの個所に請求項１，
   ２，３又は４記載の感熱式流速計の基板を設けたことを
   特徴とするフルイディック流量計。