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JPH1062222A - Flow sensor - Google Patents

Flow sensor

Info

Publication number
JPH1062222A
JPH1062222A JP9154986A JP15498697A JPH1062222A JP H1062222 A JPH1062222 A JP H1062222A JP 9154986 A JP9154986 A JP 9154986A JP 15498697 A JP15498697 A JP 15498697A JP H1062222 A JPH1062222 A JP H1062222A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat generating
fluid
flow
support
thin film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9154986A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yukito Sato
幸人 佐藤
Takayuki Yamaguchi
隆行 山口
Hiroyoshi Shoji
浩義 庄子
Junichi Azumi
純一 安住
Morimasa Uenishi
盛聖 上西
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Seiki Co Ltd, Ricoh Elemex Corp, Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Seiki Co Ltd
Priority to JP9154986A priority Critical patent/JPH1062222A/en
Publication of JPH1062222A publication Critical patent/JPH1062222A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure a flow rate of a fluid in a wide range by setting a heat- generating body in the middle of a first and a second-heat-generating parts and bringing about a large temperature difference between the first and second heart-generating parts. SOLUTION: A driving power source is connected to an electrode 8 of a central thermistor thin film heater 6, so that the heater 6 is driven to generate heat at a constant temperature. A drive detection circuit is connected to electrodes 8 of thermistor thin film heaters 5 and 7 at both sides. The drive detection circuit constitutes a bridge circuit by the heaters 5, 7 and a fixed resistor. The heaters 5-7 are driven to generate heat by an impressed power from the driving power source and drive detection circuit. A ratio of resistance values is detected by the drive detection circuit. At this time, a first and a second heat-generating parts 9, 10 show no temperature difference unless a fluid moved and the ratio of resistance values is not changed. Therefore, a flow rate of the fluid is detected to be zero. When the fluid flows, the heaters 5-7 are sequentially cooled by the fluid coming from the upstream. However, the presence of the heater 6 in the middle of the heat-generating parts 9, 10 causes a large temperature difference between the heat-generating parts 9 and 10, so that the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を検出
するフローセンサに関する。
The present invention relates to a flow sensor for detecting a flow rate of a fluid.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、都市ガスや水道水等の流体の流量
を検出するセンサとしてフローセンサがある。一般的な
フローセンサは、流体の流動方向と直角な架橋構造の支
持体をシリコン基板の表面に異方性エッチングにより形
成し、この支持体の表面に第一の温度センサと発熱体と
第二の温度センサとを流体の流動方向に順番に配置した
構造からなる。このようなフローセンサでは、流体が流
動すると発熱体を中心とする熱的バランスが第一の温度
センサから第二の温度センサに移行することに基づき、
第一の温度センサと第二の温度センサとの温度差から流
体の流量を測定する。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a flow sensor as a sensor for detecting a flow rate of a fluid such as city gas or tap water. In a general flow sensor, a support having a cross-linked structure perpendicular to the flow direction of a fluid is formed on the surface of a silicon substrate by anisotropic etching, and a first temperature sensor, a heating element, and a second And temperature sensors are sequentially arranged in the flow direction of the fluid. In such a flow sensor, when the fluid flows, the thermal balance centering on the heating element shifts from the first temperature sensor to the second temperature sensor,
A flow rate of the fluid is measured from a temperature difference between the first temperature sensor and the second temperature sensor.

【0003】同様に、発熱機能と測温機能とを有する第
一の発熱部と第二の発熱部とを流体の流動方向に順番に
配置したフローセンサもある。このようなフローセンサ
では、流体が流動すると第一の発熱部の熱が第二の発熱
部に伝達されることに基づき、第一の発熱部と第二の発
熱部との温度差に基づいて流体の流量を測定する。
[0003] Similarly, there is a flow sensor in which a first heat generating portion and a second heat generating portion having a heat generating function and a temperature measuring function are sequentially arranged in the direction of fluid flow. In such a flow sensor, when the fluid flows, the heat of the first heat generating portion is transmitted to the second heat generating portion, and based on the temperature difference between the first heat generating portion and the second heat generating portion. Measure the fluid flow.

【0004】例えば、特開平2-259527号公報や特公平3-
52028 号公報に記載されたフローセンサでは、第一の薄
膜ヒータと第二の薄膜ヒータとを流体の上流から下流に
向かって順番に配置している。また、特公平6-43906 号
公報に記載されたフローセンサでは、第一の薄膜温度セ
ンサ、第一の薄膜ヒータ、第二の薄膜ヒータ、第二の薄
膜温度センサ、を流体の上流から下流に向かって順番に
配置している。
[0004] For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H2-259527 and
In the flow sensor described in Japanese Patent Publication No. 52028, the first thin film heater and the second thin film heater are arranged in order from upstream to downstream of the fluid. In the flow sensor described in Japanese Patent Publication No. 6-43906, a first thin-film temperature sensor, a first thin-film heater, a second thin-film heater, and a second thin-film temperature sensor are arranged from upstream to downstream of a fluid. It is arranged in order toward.

【0005】なお、この特公平6-43906 号公報に記載さ
れたフローセンサは、発熱/測温機能を有する第一・第
二の発熱部を流体の流動方向に順番に配置した構造であ
ると同時に、第一の温度センサと発熱体と第二の温度セ
ンサとを流体の流動方向に順番に配置した構造でもあ
る。換言すると、第一の温度センサと発熱体と第二の温
度センサとを順番に配置した構造は、中央の発熱体を両
側の温度センサで共用すると考えれば、発熱機能と測温
機能とを有する第一・第二の発熱部を順番に配置した構
造でもある。
The flow sensor described in Japanese Patent Publication No. 6-43906 has a structure in which first and second heat generating portions having a heat generating / temperature measuring function are sequentially arranged in the flow direction of a fluid. At the same time, the structure is such that the first temperature sensor, the heating element, and the second temperature sensor are sequentially arranged in the flow direction of the fluid. In other words, the structure in which the first temperature sensor, the heating element, and the second temperature sensor are arranged in order has a heating function and a temperature measurement function, considering that the central heating element is shared by the temperature sensors on both sides. It is also a structure in which the first and second heating parts are arranged in order.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上述した各種のフロー
センサは、流体の流動方向に順番に配置された第一・第
二の発熱部の温度差に基づいて流体の流量を測定する。
The above-mentioned various flow sensors measure the flow rate of the fluid based on the temperature difference between the first and second heat generating portions arranged in order in the flow direction of the fluid.

【0007】しかし、このようなフローセンサでも、下
流の発熱部は、流量が増加すると熱量が加わる割合より
奪われる割合が増大する。このため、このようなフロー
センサで実際に流体の流量を測定すると、図13に示す
ように、ある流量で測定結果の線形性が失われ、極端な
場合は測定結果が飽和する。このような状態では流体の
流量を正確に測定できないので、従来のフローセンサは
流量を測定できる範囲が狭いものとなっている。
However, even with such a flow sensor, the rate at which the downstream heat generating portion is deprived increases as the flow rate increases, rather than the rate at which heat is added. Therefore, when the flow rate of the fluid is actually measured by such a flow sensor, as shown in FIG. 13, the linearity of the measurement result is lost at a certain flow rate, and the measurement result is saturated in an extreme case. In such a state, the flow rate of the fluid cannot be measured accurately, so that the conventional flow sensor has a narrow range in which the flow rate can be measured.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
発熱機能と測温機能とを各々有する第一の発熱部と第二
の発熱部とを流体の流動方向に順番に配置し、流体の流
動により前記第一の発熱部と前記第二の発熱部とに発生
する温度差に基づいて流体の流量を検出するフローセン
サにおいて、前記第一の発熱部と前記第二の発熱部との
中間に発熱体を設けた。従って、発熱体が第一の発熱部
と第二の発熱部との中央で発熱し、これらの第一の発熱
部と第二の発熱部とは発熱するとともに温度を測定す
る。流体が流動しないと、第一の発熱部と第二の発熱部
とに温度差は発生せず、流体が流動すると、第一の発熱
部と第二の発熱部とに流量に対応した温度差が発生す
る。このとき、上流に位置する第一の発熱部は、発熱体
が無い場合と同様に冷却されるが、下流に位置する第二
の発熱部は、発熱体が有るために冷却されにくい。この
ため、発熱体が無い場合に比較して、第一の発熱部と第
二の発熱部とに温度差が著しく発生し、この温度差は流
体の流量の広い範囲で発生する。なお、ここで云う流量
とは、流体が単位時間に単位面積を通過する容量を意味
しており、流速と同義である。
According to the first aspect of the present invention,
A first heat generating portion and a second heat generating portion each having a heat generating function and a temperature measuring function are sequentially arranged in the flow direction of the fluid, and the first heat generating portion and the second heat generating portion are caused by the flow of the fluid. In the flow sensor for detecting the flow rate of the fluid based on the temperature difference generated between the first and second heating units, a heating element is provided between the first and second heating units. Accordingly, the heating element generates heat at the center between the first heating section and the second heating section, and the first heating section and the second heating section generate heat and measure the temperature. If the fluid does not flow, there is no temperature difference between the first heating section and the second heating section, and if the fluid flows, the temperature difference corresponding to the flow rate between the first heating section and the second heating section. Occurs. At this time, the first heat generating portion located upstream is cooled in the same manner as when there is no heating element, but the second heat generating portion located downstream is difficult to be cooled due to the presence of the heating element. For this reason, a temperature difference between the first heat generating portion and the second heat generating portion is remarkably generated as compared with a case where there is no heat generating element, and this temperature difference occurs in a wide range of the flow rate of the fluid. Here, the flow rate means a volume of a fluid passing through a unit area per unit time, and is synonymous with a flow rate.

【0009】請求項2記載の発明では、請求項1記載の
発明において、第一の発熱部と第二の発熱部とは、測温
体薄膜ヒータを各々有する。従って、測温体薄膜ヒータ
は、その一つで発熱機能と測温機能とを発生するので、
第一の発熱部と第二の発熱部とが簡単な構造で形成され
る。なお、ここでいう測温体薄膜ヒータとは、上述のよ
うに発熱機能と測温機能とを発生するもので、例えば、
サーミスタや白金薄膜である。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, each of the first heating section and the second heating section has a temperature measuring element thin film heater. Therefore, the temperature measuring element thin film heater generates a heat generating function and a temperature measuring function in one of them,
The first heating section and the second heating section are formed with a simple structure. Note that the temperature measuring element thin film heater here generates a heat generation function and a temperature measurement function as described above.
It is a thermistor or a platinum thin film.

【0010】請求項3記載の発明では、請求項1記載の
発明において、第一の発熱部と第二の発熱部とは、薄膜
ヒータと薄膜温度センサとを各々有する。従って、発熱
機能を発生する薄膜ヒータと測温機能を発生する薄膜温
度センサとを別個に形成するので、各々に最適な材料を
使用することができる。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the first heating section and the second heating section each include a thin-film heater and a thin-film temperature sensor. Therefore, since the thin-film heater for generating the heat generation function and the thin-film temperature sensor for generating the temperature measurement function are separately formed, it is possible to use an optimum material for each.

【0011】請求項4記載の発明では、請求項1,2ま
たは3記載の発明において、第一の発熱部と発熱体との
中間にスリットを形成するとともに、第二の発熱部と前
記発熱体との中間にスリットを形成した。従って、発熱
体から第一の発熱部と第二の発熱部とに支持体を介して
熱が伝導することがスリットにより防止される。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first, second or third aspect of the present invention, a slit is formed between the first heating section and the heating element, and the second heating section and the heating element are formed. And a slit was formed in between. Therefore, the conduction of heat from the heating element to the first heating section and the second heating section via the support is prevented by the slit.

【0012】請求項5記載の発明では、請求項1,2,
3または4記載の発明において、基板の表面に流体の流
動方向と略直角な架橋構造の支持体を橋架させ、この支
持体の表面に第一の発熱部と発熱体と第二の発熱部とを
位置させた。従って、支持体の表側と裏側とを流体が良
好に流動するので、第一の発熱部と発熱体と第二の発熱
部との熱量が流体により良好に伝達され、支持体の熱容
量が小さいので、流体の流量が高感度に測定される。
[0012] According to the fifth aspect of the present invention, the first, second, and third aspects are provided.
In the invention described in 3 or 4, a support having a cross-linked structure substantially perpendicular to the flow direction of the fluid is bridged on the surface of the substrate, and the first heat generating portion, the heat generating member, and the second heat generating portion are formed on the surface of the support. Was located. Therefore, since the fluid flows well on the front side and the back side of the support, the amount of heat of the first heating section, the heating element, and the second heating section is transmitted well by the fluid, and the heat capacity of the support is small. , The flow rate of the fluid is measured with high sensitivity.

【0013】請求項6記載の発明では、請求項1,2,
3または4記載の発明において、基板の表面に流体の流
動方向と略平行な架橋構造の支持体を橋架させ、この支
持体の表面に第一の発熱部と発熱体と第二の発熱部とを
位置させた。従って、支持体が流体の流動を阻害しない
ので、乱流の発生による流量の測定誤差が防止され、支
持体の熱容量が小さいので、流体の流量が高感度に測定
され、流体に浮遊する塵埃が支持体の裏側に堆積するこ
とや、塵埃が支持体に衝突することも軽減される。
According to the sixth aspect of the present invention, the first, second and third aspects of the present invention are provided.
In the invention described in 3 or 4, a support having a cross-linking structure substantially parallel to the flow direction of the fluid is bridged on the surface of the substrate, and the first heat generating portion, the heat generating member, and the second heat generating portion are formed on the surface of the support. Was located. Therefore, since the support does not hinder the flow of the fluid, the measurement error of the flow rate due to the generation of the turbulent flow is prevented, and since the heat capacity of the support is small, the flow rate of the fluid is measured with high sensitivity, and the dust floating in the fluid is reduced. Accumulation on the back side of the support and dust colliding with the support are also reduced.

【0014】請求項7記載の発明では、請求項1,2,
3または4記載の発明において、基板の表面にダイアフ
ラム構造の支持体を形成し、この支持体の表面に第一の
発熱部と発熱体と第二の発熱部とを位置させた。従っ
て、支持体が流体の流動を阻害しないので、乱流の発生
による流量の測定誤差が防止され、流体に浮遊する塵埃
が支持体の裏側に堆積することや、塵埃が支持体に衝突
することもない。
According to the seventh aspect of the present invention, the first, second, and third aspects of the present invention are provided.
In the invention described in 3 or 4, a support having a diaphragm structure is formed on the surface of the substrate, and the first heating section, the heating element, and the second heating section are located on the surface of the support. Therefore, since the support does not hinder the flow of the fluid, the measurement error of the flow rate due to the generation of the turbulent flow is prevented, and the dust floating in the fluid accumulates on the back side of the support and the dust collides with the support. Nor.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の実施の第一の形態を図1
ないし図4に基づいて以下に説明する。まず、本実施の
形態のフローセンサ1の構造を図1及び図2に示す。フ
ローセンサ1は、正方形の基板2を有している。この基
板2には、その表面から内部を貫通して表面まで開通す
るトンネル状に空洞3が形成されているので、この空洞
3上に架橋構造の支持体4が薄膜により形成されてい
る。前記空洞3の連通方向は流体(図示せず)の流動方
向に平行であるため、前記支持体4は流体の流動方向と
直角に橋架されている。
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
This will be described below with reference to FIG. First, the structure of the flow sensor 1 of the present embodiment is shown in FIGS. The flow sensor 1 has a square substrate 2. Since a cavity 3 is formed in the substrate 2 in a tunnel shape penetrating from the surface to the inside and opening to the surface, a support 4 having a bridge structure is formed on the cavity 3 by a thin film. Since the communication direction of the cavity 3 is parallel to the flow direction of the fluid (not shown), the support 4 is bridged at right angles to the flow direction of the fluid.

【0016】この支持体4の表面には、三本の測温体薄
膜ヒータとしてサーミスタ薄膜ヒータ5〜7が流体の流
動方向に順番に形成されており、これらのサーミスタ薄
膜ヒータ5〜7の電極8が前記支持体4の両側の前記基
板2の表面に形成されている。このため、上流側の前記
サーミスタ薄膜ヒータ5と前記支持体4の上流側の部分
とにより第一の発熱部9が形成されており、下流側の前
記サーミスタ薄膜ヒータ7と前記支持体4の下流側の部
分とにより第二の発熱部10が形成されており、中央の
前記サーミスタ薄膜ヒータ6が発熱体として形成されて
いる。なお、電極8は、サーミスタ薄膜ヒータ5〜7を
図示しない駆動回路に接続するために設けられており、
その接続は、例えばワイヤボンディングによって行なわ
れる。
On the surface of the support 4, three thermistor thin-film heaters 5 to 7 are sequentially formed in the direction of fluid flow as three temperature-measuring thin-film heaters, and electrodes of these thermistor thin-film heaters 5 to 7 are formed. 8 are formed on the surface of the substrate 2 on both sides of the support 4. For this reason, the first heating section 9 is formed by the thermistor thin film heater 5 on the upstream side and the upstream portion of the support 4, and the first heat generating section 9 is formed on the downstream side of the thermistor thin film heater 7 and the support 4. A second heating portion 10 is formed by the side portions, and the thermistor thin film heater 6 at the center is formed as a heating element. The electrode 8 is provided to connect the thermistor thin film heaters 5 to 7 to a drive circuit (not shown).
The connection is performed by, for example, wire bonding.

【0017】ここで、本実施の形態のフローセンサ1の
製作方法の一具体例を以下に簡略に説明する。まず、前
記基板2として、膜厚1.0(μm)の熱酸化膜SiO2が表面
に形成された 3.0(mm)×3.0(mm)×525(μm)の単結晶シ
リコン基板を用意する。その表面に膜厚3000(Å)のSi
C薄膜を高周波スパッタリング法により成膜し、これを
フォトリソグラフイ法によりパターニングして前記サー
ミスタ薄膜ヒータ5〜7を形成する。この表面にパッシ
ベーション膜として膜厚1.0(μm)のSiO2薄膜を高周波
スパッタリング法により成膜し、前記支持体4の上層を
形成する。
Here, a specific example of a method of manufacturing the flow sensor 1 of the present embodiment will be briefly described below. First, as the substrate 2, a 3.0 (mm) × 3.0 (mm) × 525 (μm) single crystal silicon substrate having a thermal oxide film SiO 2 having a thickness of 1.0 (μm) formed on the surface is prepared. A 3000 (3000) thick Si
A C thin film is formed by a high frequency sputtering method, and is patterned by a photolithography method to form the thermistor thin film heaters 5 to 7. On this surface, a SiO 2 thin film having a thickness of 1.0 (μm) is formed as a passivation film by a high frequency sputtering method to form an upper layer of the support 4.

【0018】つぎに、空洞3の一対の開口11,12の
形状にパッシベーション膜と熱酸化膜とがエッチングさ
れ、これらの開口11,12から前記基板2をKOH溶
液により異方性エッチングすることにより深さ300(μm)
の前記空洞3を形成する。すると、この空洞3上には熱
酸化膜とパッシベーション膜からなる前記支持体4が架
橋構造に形成されることになり、この支持体4には三本
のサーミスタ薄膜ヒータ5〜7が位置することになる。
Next, the passivation film and the thermal oxide film are etched in the shape of the pair of openings 11 and 12 of the cavity 3, and the substrate 2 is anisotropically etched from these openings 11 and 12 with a KOH solution. Depth 300 (μm)
Is formed. Then, the support 4 composed of a thermal oxide film and a passivation film is formed in a crosslinked structure on the cavity 3, and the three thermistor thin film heaters 5 to 7 are located on the support 4. become.

【0019】なお、上述した製作方法の一具体例では、
支持体4の材料としてSiO2を例示したが、これは絶縁
性や機械強度や熱伝導率を満足すれば良く、例えば、T
a25 ,Si34 ,SiON 等も利用できる。同様に、
サーミスタ薄膜ヒータ5〜7の材料としてSiCを例示
したが、これも省電力で充分な発熱温度が得られ、温度
変化を良好に検知できる抵抗温度係数を有し、経時変化
が少なく特性が安定した各種材料が利用でき、例えば、
パーマロイ、Pt、多結晶Si、アモルファスSi(H)
等も利用できる。
In one specific example of the above-described manufacturing method,
Although SiO 2 is exemplified as the material of the support 4, it is sufficient that the material satisfies insulation, mechanical strength, and thermal conductivity.
a 2 O 5, Si 3 N 4, SiON and the like can also be used. Similarly,
The material of the thermistor thin film heaters 5 to 7 is exemplified by SiC, which also has a sufficient heat generation temperature with power saving, has a resistance temperature coefficient capable of detecting a temperature change satisfactorily, has little change over time, and has stable characteristics. Various materials are available, for example,
Permalloy, Pt, polycrystalline Si, amorphous Si (H)
Etc. can also be used.

【0020】さらに、各種薄膜の作成方法も上述したス
パッタリング法に限定されず、材料の特性等を考慮し
て、真空蒸着法やCVD(Chemical Vapor Deposition)
法等が利用できる。また、当然ながら各部の寸法や形状
も上述した数値に限定されず、これは流体の流量や特性
等の各種条件を考慮して最適に設定される。
Further, the method of forming various thin films is not limited to the above-described sputtering method, but may be a vacuum evaporation method or a CVD (Chemical Vapor Deposition) method in consideration of the characteristics of the material.
Law etc. can be used. In addition, the dimensions and shapes of the respective parts are not limited to the above-described numerical values, and are optimally set in consideration of various conditions such as the flow rate and characteristics of the fluid.

【0021】このような構成において、本実施の形態の
フローセンサ1では、例えば、中央のサーミスタ薄膜ヒ
ータ6の電極8に駆動電源(図示せず)が接続され、両
側のサーミスタ薄膜ヒータ5,7の電極8に駆動検出回
路(図示せず)が接続される。駆動電源は、定電流源を
有しており、サーミスタ薄膜ヒータ6を一定温度に発熱
駆動する。駆動検出回路は、サーミスタ薄膜ヒータ5,
7と二本の固定抵抗とによりブリッジ回路を形成してお
り、サーミスタ薄膜ヒータ5,7の抵抗値の比率の変化
を高感度に検出する。
In such a configuration, in the flow sensor 1 of the present embodiment, for example, a driving power source (not shown) is connected to the electrode 8 of the thermistor thin film heater 6 at the center, and the thermistor thin film heaters 5 and 7 on both sides are connected. A drive detection circuit (not shown) is connected to the electrode 8. The drive power supply has a constant current source, and drives the thermistor thin film heater 6 to generate heat at a constant temperature. The drive detection circuit includes a thermistor thin film heater 5,
A bridge circuit is formed by 7 and two fixed resistors, and a change in the ratio of the resistance values of the thermistor thin film heaters 5 and 7 is detected with high sensitivity.

【0022】このような状態で、駆動電源と駆動検出回
路との印加電力によりサーミスタ薄膜ヒータ5〜7が発
熱駆動され、サーミスタ薄膜ヒータ5,7の抵抗値の比
率が駆動検出回路により検出される。このとき、流体が
流動しないと、第一・第二の発熱部9,10に温度差が
発生しないので、そのサーミスタ薄膜ヒータ5,7の抵
抗値の比率も変化せず、駆動検出回路により流体の流量
が“0”として検出される。
In such a state, the thermistor thin film heaters 5 to 7 are driven to generate heat by the applied power between the drive power supply and the drive detection circuit, and the ratio of the resistance values of the thermistor thin film heaters 5 and 7 is detected by the drive detection circuit. . At this time, if the fluid does not flow, no temperature difference occurs between the first and second heat generating portions 9 and 10, so that the ratio of the resistance values of the thermistor thin film heaters 5 and 7 does not change, and the fluid is detected by the drive detection circuit. Is detected as "0".

【0023】一方、流体が流動すると、三本のサーミス
タ薄膜ヒータ5〜7は上流から流入する流体により順番
に冷却されるので、その熱量が流動する流体により上流
から下流まで順番に伝播されることになり、上流のサー
ミスタ薄膜ヒータ5は良好に冷却されるが下流のサーミ
スタ薄膜ヒータ7は冷却されにくい。
On the other hand, when the fluid flows, the three thermistor thin film heaters 5 to 7 are sequentially cooled by the fluid flowing in from the upstream, so that the heat quantity is propagated in order from the upstream to the downstream by the flowing fluid. Thus, the upstream thermistor thin film heater 5 is cooled well, but the downstream thermistor thin film heater 7 is hardly cooled.

【0024】つまり、流体の流量に対応した温度差が第
一・第二の発熱部9,10に発生するので、この温度差
に従って変化する第一・第二の抵抗値の比率により、流
体の流量が検出される。図3は、流体の流量と第一・第
二の発熱部9,10の出力との関係を示すグラフであ
る。図3中、は上流側に位置する第一の発熱部9の流
量−出力特性、は下流側に位置する第二の発熱部10
の流量−出力特性をそれぞれ示す。参考までに、従来の
フローセンサにおける下流側に配置された温度センサの
流量−出力特性をとして図3中に紹介する。図3に示
すように、流量が増加すれば第一の発熱部9の出力は
線形的に低下するのに対し、第二の発熱部10の出力
は所定の流量値に達するまでほとんど変動しない。この
ような第一の発熱部9の出力と第二の発熱部10の出
力との差に従い流体の流量が検出されることになる。
この場合、本実施の形態のフローセンサ1では、第一・
第二の発熱部9,10の中間にサーミスタ薄膜ヒータ6
が位置するので、第一の発熱部9と第二の発熱部10と
に温度差が著しく発生し、流体の流量が高感度に測定さ
れることになる。
That is, since a temperature difference corresponding to the flow rate of the fluid is generated in the first and second heat generating portions 9 and 10, the ratio of the first and second resistance values changing according to the temperature difference causes the fluid to flow. The flow rate is detected. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the flow rate of the fluid and the outputs of the first and second heat generating units 9 and 10. In FIG. 3, is a flow rate-output characteristic of the first heat generating portion 9 located on the upstream side, and is a second heat generating portion 10 located on the downstream side.
The flow rate-output characteristics of the above are shown. For reference, FIG. 3 shows a flow rate-output characteristic of a temperature sensor arranged on the downstream side in a conventional flow sensor. As shown in FIG. 3, when the flow rate increases, the output of the first heating section 9 decreases linearly, whereas the output of the second heating section 10 hardly fluctuates until it reaches a predetermined flow rate value. The flow rate of the fluid is detected according to the difference between the output of the first heat generating unit 9 and the output of the second heat generating unit 10.
In this case, the flow sensor 1 of the present embodiment
A thermistor thin film heater 6 is provided between the second heat generating portions 9 and 10.
Is located, a remarkable temperature difference occurs between the first heating section 9 and the second heating section 10, and the flow rate of the fluid is measured with high sensitivity.

【0025】ここで、図3に示すように、従来のフロー
センサでは、流体の流量増加に伴い下流側温度センサの
出力が変動を開始する流量値が低いのに対し、本実施
の形態のフローセンサ1では、第二の発熱部10の出力
が変動し始める流量値が高い。したがって、図3のグ
ラフより、本実施の形態のフローセンサ1では、測定結
果の線形性が失われるまでの限界が高いことが分かる。
つまり、流体の流量が増加しても第二の発熱部10が冷
却されにくいので、図4に示すように、流量の測定結果
が飽和しにくく、流量を広範囲に測定することができ
る。
Here, as shown in FIG. 3, in the conventional flow sensor, the flow rate value at which the output of the downstream temperature sensor starts to fluctuate with an increase in the flow rate of the fluid is low. In the sensor 1, the flow value at which the output of the second heat generating portion 10 starts to fluctuate is high. Therefore, it can be seen from the graph of FIG. 3 that the flow sensor 1 of the present embodiment has a high limit until the linearity of the measurement result is lost.
That is, even if the flow rate of the fluid increases, the second heat generating unit 10 is hardly cooled, and as shown in FIG. 4, the measurement result of the flow rate is hardly saturated, and the flow rate can be measured in a wide range.

【0026】しかも、本実施の形態のフローセンサ1で
は、第一・第二の発熱部9,10がサーミスタ薄膜ヒー
タ5,7により発熱機能と測温機能とを発生するので、
その構造が簡単で生産性が良好である。
Moreover, in the flow sensor 1 of the present embodiment, the first and second heat generating portions 9 and 10 generate a heat generating function and a temperature measuring function by the thermistor thin film heaters 5 and 7, respectively.
Its structure is simple and its productivity is good.

【0027】なお、本発明は上記形態に限定されるもの
ではなく、各種の変形を許容する。例えば、上記形態で
はサーミスタ薄膜ヒータ5〜7を流体の流動方向と中間
に細長く形成することを例示したが、これは流体の流動
方向に順番に位置できれば各種形状に形成することがで
きる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, but allows various modifications. For example, in the above embodiment, the thermistor thin-film heaters 5 to 7 are formed to be elongated in the middle of the flow direction of the fluid. However, if the thermistor thin film heaters 5 to 7 can be sequentially positioned in the flow direction of the fluid, they can be formed in various shapes.

【0028】また、上記形態のフローセンサ1は、一個
の支持体4を三本のサーミスタ薄膜ヒータ5〜7により
加熱するので省電力であるが、支持体4の熱伝導により
流量の測定感度が低下することもある。これが問題とな
る場合には、図5に示すフローセンサ21のように、サ
ーミスタ薄膜ヒータ5,6の中間とサーミスタ薄膜ヒー
タ6,7の中間とにスリット22を形成し、支持体4に
よる熱伝導を防止して流量の測定感度を改善することが
好ましい。
In the flow sensor 1 of the above-described embodiment, one support 4 is heated by three thermistor thin-film heaters 5 to 7, thereby saving power. However, the flow rate measurement sensitivity due to the heat conduction of the support 4 is low. It may decrease. If this poses a problem, a slit 22 is formed between the thermistor thin film heaters 5 and 6 and between the thermistor thin film heaters 6 and 7 as shown in a flow sensor 21 shown in FIG. It is preferable to improve the measurement sensitivity of the flow rate by preventing the above.

【0029】なお、このようなフローセンサ21は、流
量測定の感度を改善することができるが、支持体4の強
度は低下することになり、スリット22の微細なマスク
を形成することが煩雑である。つまり、これらのフロー
センサ1,21は、一長一短を有するので、必要な性能
や使用の環境を考慮して選択することが好ましい。
Although such a flow sensor 21 can improve the sensitivity of the flow measurement, the strength of the support 4 is reduced, and it is complicated to form a fine mask of the slit 22. is there. That is, since these flow sensors 1 and 21 have advantages and disadvantages, it is preferable to select them in consideration of necessary performance and use environment.

【0030】つぎに、本発明の実施の第二の形態を図6
に基づいて以下に説明する。なお、本実施の形態のフロ
ーセンサ31に関し、上述したフローセンサ1と同一の
部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明は
省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below based on Note that, with respect to the flow sensor 31 of the present embodiment, the same portions as those of the flow sensor 1 described above have the same names and reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0031】まず、本実施の形態のフローセンサ31で
は、支持体4の表面に三本の薄膜ヒータ32〜34が連
設されており、両側の前記薄膜ヒータ32,34の表面
に薄膜温度センサ35,36が形成されている。このた
め、上流側の前記薄膜ヒータ32と前記薄膜温度センサ
35と支持体4の上流側の部分とにより第一の発熱部3
7が形成されており、下流側の前記薄膜ヒータ34と前
記薄膜温度センサ36と支持体4の下流側の部分とによ
り第二の発熱部38が形成されており、中央の前記薄膜
ヒータ33が発熱体として形成されている。
First, in the flow sensor 31 of the present embodiment, three thin film heaters 32 to 34 are provided continuously on the surface of the support 4 and the thin film temperature sensors are provided on the surfaces of the thin film heaters 32 and 34 on both sides. 35 and 36 are formed. Therefore, the first heating section 3 is formed by the upstream thin film heater 32, the thin film temperature sensor 35, and the upstream portion of the support 4.
7, a second heat generating portion 38 is formed by the thin film heater 34 on the downstream side, the thin film temperature sensor 36, and the portion on the downstream side of the support 4, and the central thin film heater 33 is It is formed as a heating element.

【0032】ここで、本実施の形態のフローセンサ31
の製作方法の一具体例を以下に簡略に説明する。単結晶
シリコン製の基板2の表面の膜厚1.0(μm)の熱酸化膜上
に、膜厚3000(Å)のTa2N薄膜を直流スパッタリング法
により成膜し、これをパターニングして前記薄膜ヒータ
32〜34を形成する。この表面に絶縁膜として膜厚50
00(Å)のSiO2薄膜を高周波スパッタリング法により成
膜してから、膜厚2000(Å)のSiC薄膜を高周波スパッ
タリング法により成膜し、このSiC薄膜をパターニン
グして前記薄膜温度センサ35,36を形成する。以下
は前述したフローセンサ1の場合と同様に、パッシベー
ション膜として膜厚1.0(μm)のSiO2薄膜を高周波スパ
ッタリング法により成膜し、KOH溶液による異方性エ
ッチングにより基板2に深さ300(μm)の空洞3を形成し
て支持体4を形成する。
Here, the flow sensor 31 of the present embodiment
A specific example of the manufacturing method will be briefly described below. On the thermal oxide film having a thickness of 1.0 of the single-crystal silicon substrate second surface ([mu] m), the Ta 2 N thin film having a thickness of 3000 (Å) was deposited by a DC sputtering method, the thin film was patterned to The heaters 32 to 34 are formed. A film thickness of 50 on this surface as an insulating film
After forming an SiO 2 thin film of 00 (Å) by a high frequency sputtering method, an SiC thin film of 2000 (Å) thickness is formed by a high frequency sputtering method, and the SiC thin film is patterned and the thin film temperature sensor 35, 36 is formed. In the following, as in the case of the flow sensor 1 described above, a SiO 2 thin film having a thickness of 1.0 (μm) is formed as a passivation film by a high frequency sputtering method, and a depth of 300 (300 μm) is formed on the substrate 2 by anisotropic etching with a KOH solution. μm) to form a support 4.

【0033】なお、上述した製作方法の一具体例では、
薄膜ヒータ32〜34の材料としてTa2Nを例示した
が、これは発熱温度や消費電力や耐久性等を満足する各
種材料が利用できるので、例えば、TaSiO2,NiC
r等も利用できる。薄膜温度センサ35,36の材料と
しては半導体サーミスタの一材料であるSiCを例示し
たが、これも抵抗温度係数や耐久性を満足する各種材料
が利用できるので、例えば、Pt,Ge,MnO,Fe
23等の金属酸化物等が利用できる。
In one specific example of the above-described manufacturing method,
Although Ta 2 N has been exemplified as a material for the thin film heaters 32 to 34, various materials satisfying the heat generation temperature, power consumption, durability, and the like can be used. For example, TaSiO 2 , NiC
r can also be used. As a material of the thin film temperature sensors 35 and 36, SiC which is one material of the semiconductor thermistor is exemplified. However, since various materials satisfying the temperature coefficient of resistance and the durability can be used, for example, Pt, Ge, MnO, Fe
Metal oxides such as 2 O 3 can be used.

【0034】このような構成において、本実施の形態の
フローセンサ31では、例えば、薄膜ヒータ32〜34
に駆動電源が接続され、薄膜温度センサ35,36に検
出回路が接続される。駆動電源は、定電流源を有してお
り、薄膜ヒータ32〜34を一定温度に発熱駆動する。
検出回路は、薄膜温度センサ35,36と二本の固定抵
抗とによりブリッジ回路を形成しており、薄膜温度セン
サ35,36の抵抗値の比率の変化を高感度に検出す
る。
In such a configuration, in the flow sensor 31 of the present embodiment, for example, the thin film heaters 32 to 34
Is connected to a drive power supply, and the thin film temperature sensors 35 and 36 are connected to a detection circuit. The drive power supply has a constant current source and drives the thin-film heaters 32-34 to generate heat at a constant temperature.
The detection circuit forms a bridge circuit with the thin film temperature sensors 35 and 36 and two fixed resistors, and detects a change in the ratio of the resistance values of the thin film temperature sensors 35 and 36 with high sensitivity.

【0035】このような状態で、駆動電源の印加電力に
より薄膜ヒータ32〜34が発熱駆動され、薄膜温度セ
ンサ35,36の抵抗値の比率が検出回路により検出さ
れる。このとき、流体が流動しないと、第一・第二の発
熱部37,38に温度差が発生しないので、その薄膜温
度センサ35,36の抵抗値の比率も変化せず、検出回
路により流体の流量が“0”として検出される。
In such a state, the thin film heaters 32 to 34 are driven to generate heat by the applied power of the driving power supply, and the ratio of the resistance values of the thin film temperature sensors 35 and 36 is detected by the detection circuit. At this time, if the fluid does not flow, no temperature difference occurs between the first and second heat generating portions 37 and 38, so that the ratio of the resistance values of the thin film temperature sensors 35 and 36 does not change and the detection circuit detects the fluid. The flow rate is detected as "0".

【0036】一方、流体が流動すると、三本の薄膜ヒー
タ32〜34は上流から流入する流体により順番に冷却
されるので、流体の流量に対応した温度差が第一・第二
の発熱部37,38に発生することになり、この温度差
に従って変化する第一・第二の抵抗値の比率により流体
の流量が検出される。
On the other hand, when the fluid flows, the three thin film heaters 32 to 34 are sequentially cooled by the fluid flowing from the upstream, so that the temperature difference corresponding to the flow rate of the fluid causes the first and second heat generating portions 37 to be cooled. , 38, and the flow rate of the fluid is detected from the ratio of the first and second resistance values that change according to the temperature difference.

【0037】特に、本実施の形態のフローセンサ31で
は、第一・第二の発熱部37,38の中間に薄膜ヒータ
33が位置するので、第一の発熱部37と第二の発熱部
38とに温度差が著しく発生し、流体の流量が高感度に
測定される。さらに、流体の流量が増加しても第二の発
熱部38が冷却されにくいので、流量の測定結果が飽和
しにくく、流量を広範囲に測定することができる。
In particular, in the flow sensor 31 of the present embodiment, since the thin film heater 33 is located between the first and second heat generating portions 37 and 38, the first heat generating portion 37 and the second heat generating portion 38 are provided. Then, a significant temperature difference occurs, and the flow rate of the fluid is measured with high sensitivity. Further, even if the flow rate of the fluid increases, the second heat generating portion 38 is hardly cooled, so that the measurement result of the flow rate is hardly saturated, and the flow rate can be measured in a wide range.

【0038】しかも、本実施の形態のフローセンサ31
では、第一・第二の発熱部37,38が薄膜ヒータ3
2,34と薄膜温度センサ35,36とを有するので、
発熱機能と測温機能とを各々専用の素子で最良に実現す
ることができる。この反面、前述したフローセンサ1に
比較すると、第一・第二の発熱部37,38の構造が複
雑で生産性は低下するので、これらのフローセンサ1,
31は、必要な性能や生産性を考慮して選択されること
が好ましい。
In addition, the flow sensor 31 of the present embodiment
Then, the first and second heat generating parts 37 and 38 are used as the thin film heater 3.
2 and 34 and the thin film temperature sensors 35 and 36,
The heat-generating function and the temperature-measuring function can be best realized by dedicated elements. On the other hand, as compared with the flow sensor 1 described above, the structure of the first and second heat generating portions 37 and 38 is complicated and the productivity is reduced.
31 is preferably selected in consideration of necessary performance and productivity.

【0039】なお、上述したフローセンサ31におい
て、前述したフローセンサ21と同様に、支持体4にフ
ローセンサ21のスリット22に相当するスリットを形
成して流量測定の感度を改善することも可能である。
In the flow sensor 31 described above, similarly to the flow sensor 21 described above, a slit corresponding to the slit 22 of the flow sensor 21 can be formed in the support 4 to improve the sensitivity of flow measurement. is there.

【0040】つぎに、本発明の実施の第四の形態を図7
に基づいて以下に説明する。なお、本実施の形態のフロ
ーセンサ41に関し、前述したフローセンサ1と同一の
部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明は
省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described below based on In the flow sensor 41 of the present embodiment, the same portions as those of the flow sensor 1 described above are denoted by the same names and reference numerals, and detailed description is omitted.

【0041】まず、本実施の形態のフローセンサ41
は、基板2に空洞42が流体の流動方向と直角に形成さ
れているので、この空洞42を橋架する支持体43が、
薄膜により流体の流動方向と平行な架橋構造として形成
されている。
First, the flow sensor 41 of the present embodiment
Since the cavities 42 are formed in the substrate 2 at right angles to the flow direction of the fluid, the support 43 that bridges the cavities 42
The thin film is formed as a crosslinked structure parallel to the flow direction of the fluid.

【0042】この支持体43の表面には、三本のサーミ
スタ薄膜ヒータ5〜7が流体の流動方向に順番に形成さ
れているので、上流側の前記サーミスタ薄膜ヒータ5と
前記支持体43の上流側の部分とにより第一の発熱部4
4が形成されており、下流側の前記サーミスタ薄膜ヒー
タ7と前記支持体43の下流側の部分とにより第二の発
熱部45が形成されている。
Since three thermistor thin film heaters 5 to 7 are sequentially formed on the surface of the support 43 in the flowing direction of the fluid, the thermistor thin film heater 5 on the upstream side and the upstream of the support 43 are formed. The first heating part 4 by the side part
4, and a second heat generating portion 45 is formed by the thermistor thin film heater 7 on the downstream side and a portion on the downstream side of the support 43.

【0043】このような構成において、本実施の形態の
フローセンサ41は、前述したフローセンサ1と同様に
流体の流量を広範囲に測定することができる。そして、
本実施の形態のフローセンサ41では、架橋構造の支持
体43が流体の流動方向と平行に形成されているので、
支持体4が流体の流動方向と直交するフローセンサ1に
比較して、流体に浮遊する塵埃が空洞42の内部に堆積
しにくく、この堆積による特性変化が発生しにくい。同
様に、塵埃が支持体43に衝突しにくいので、支持体4
3の耐久性も良好であり、長期間の安定した使用が可能
である。また、支持体43が流体の流動を阻害しないの
で、流体の乱流による測定誤差も発生しにくい。
With such a configuration, the flow sensor 41 of the present embodiment can measure the flow rate of the fluid over a wide range similarly to the flow sensor 1 described above. And
In the flow sensor 41 of the present embodiment, since the support body 43 having the cross-linking structure is formed in parallel with the flow direction of the fluid,
As compared with the flow sensor 1 in which the support 4 is perpendicular to the flow direction of the fluid, dust floating in the fluid is less likely to be deposited inside the cavity 42, and the characteristic change due to this deposition is less likely to occur. Similarly, since dust hardly collides with the support 43, the support 4
3 also has good durability and can be used stably for a long period of time. In addition, since the support 43 does not hinder the flow of the fluid, a measurement error due to the turbulent flow of the fluid hardly occurs.

【0044】その反面、本実施の形態のフローセンサ4
1は、前述したフローセンサ1に比較すると、空洞42
の内部を流体が流動しにくいので、第一・第二の発熱部
44,45の感度や応答性が低下することがある。つま
り、これらのフローセンサ1,41も一長一短を有する
ので、各種条件を考慮して選択することが好ましい。
On the other hand, the flow sensor 4 of this embodiment
1 has a cavity 42 compared with the flow sensor 1 described above.
Since the fluid does not easily flow through the inside, the sensitivity and responsiveness of the first and second heat generating portions 44 and 45 may be reduced. That is, since these flow sensors 1 and 41 also have advantages and disadvantages, it is preferable to select them in consideration of various conditions.

【0045】なお、前述したフローセンサ1に対するフ
ローセンサ21の場合と同様に、フローセンサ41の第
一の変形例のフローセンサ51として、図8に示すよう
に、支持体43にスリット22を形成して流量の測定感
度を改善することも可能である。また、第二の変形例の
フローセンサ61として、図9に示すように、前述した
フローセンサ31と同様な構造で支持体43に第一・第
二の発熱部62,63を形成し、その発熱機能と測温機
能とを最適化することも可能である。
As in the case of the flow sensor 21 for the flow sensor 1 described above, a slit 22 is formed in a support 43 as shown in FIG. It is also possible to improve the measurement sensitivity of the flow rate. As a flow sensor 61 of the second modification, as shown in FIG. 9, first and second heat generating portions 62 and 63 are formed on a support 43 with the same structure as the flow sensor 31 described above. It is also possible to optimize the heat generation function and the temperature measurement function.

【0046】つぎに、本発明の実施の第四の形態を図1
0に基づいて以下に説明する。なお、本実施の形態のフ
ローセンサ71に関し、前述したフローセンサ1と同一
の部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明
は省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
0 will be described below. Regarding the flow sensor 71 of the present embodiment, the same portions as those of the flow sensor 1 described above are denoted by the same names and reference numerals, and detailed description is omitted.

【0047】まず、本実施の形態のフローセンサ71
は、基板2の裏側に凹形状の空洞72が形成されている
ので、この空洞72の底部となる基板2の表側に、支持
体73がダイアフラム構造で形成されている。
First, the flow sensor 71 of the present embodiment
Since a concave cavity 72 is formed on the back side of the substrate 2, a support 73 having a diaphragm structure is formed on the front side of the substrate 2 which is the bottom of the cavity 72.

【0048】この支持体73の表面には、三本のサーミ
スタ薄膜ヒータ5〜7が流体の流動方向に順番に形成さ
れているので、上流側の前記サーミスタ薄膜ヒータ5と
前記支持体73の上流側の部分とにより第一の発熱部7
4が形成されており、下流側の前記サーミスタ薄膜ヒー
タ7と前記支持体73の下流側の部分とにより第二の発
熱部75が形成されている。
Since three thermistor thin film heaters 5 to 7 are sequentially formed on the surface of the support 73 in the flow direction of the fluid, the upstream of the thermistor thin film heater 5 and the upstream of the support 73 are formed. The first heating part 7 by the side part
4, and a second heat generating portion 75 is formed by the thermistor thin film heater 7 on the downstream side and a portion on the downstream side of the support body 73.

【0049】ここで、本実施の形態のフローセンサ71
の製作方法の一具体例を以下に簡略に説明する。まず、
膜厚1.0(μm)の熱酸化膜SiO2が表面と裏面とに形成さ
れた単結晶シリコン製の 3.0(mm)×3.0(mm)×525(μm)
の基板2を用意し、その表面に膜厚3000(Å)のSiC薄
膜を高周波スパッタリング法により成膜してからフォト
リソグラフイ法によりパターニングし、サーミスタ薄膜
ヒータ5〜7を形成する。この表面にパッシベーション
膜として膜厚1.0(μm)のSiO2薄膜を高周波スパッタリ
ング法により成膜し、前記支持体73の上層を形成す
る。
Here, the flow sensor 71 of the present embodiment
A specific example of the manufacturing method will be briefly described below. First,
3.0 (mm) × 3.0 (mm) × 525 (μm) made of single crystal silicon with a thermal oxide film SiO 2 having a thickness of 1.0 (μm) formed on the front and back surfaces
The substrate 2 is prepared, and a 3000 (Å) -thick SiC thin film is formed on the surface by high-frequency sputtering, and then patterned by photolithography to form thermistor thin-film heaters 5-7. On this surface, a SiO 2 thin film having a thickness of 1.0 (μm) is formed as a passivation film by a high frequency sputtering method to form an upper layer of the support 73.

【0050】つぎに、基板2の裏面の熱酸化膜を2.0〜
2.0(mm)の領域だけエッチングし、その開口から基板2
をKOH溶液により異方性エッチングすることにより、
表面の熱酸化膜まで空洞72を形成する。すると、この
空洞72上には熱酸化膜とパッシベーション膜からなる
前記支持体73が架橋構造に形成されることになり、こ
の支持体73には三本のサーミスタ薄膜ヒータ5〜7が
位置することになる。
Next, the thermal oxide film on the back surface of the
Etching only the area of 2.0 (mm), the substrate 2
By anisotropically etching with a KOH solution,
The cavity 72 is formed up to the thermal oxide film on the surface. Then, the support 73 composed of a thermal oxide film and a passivation film is formed in a crosslinked structure on the cavity 72, and three thermistor thin film heaters 5 to 7 are located on the support 73. become.

【0051】このような構成において、本実施の形態の
フローセンサ71は、前述したフローセンサ1と同様に
流体の流量を広範囲に測定することができる。そして、
本実施の形態のフローセンサ71では、支持体73がダ
イアフラム構造に形成されているので、流体に浮遊する
塵埃が空洞72の内部に堆積しにくく、この堆積による
特性変化が発生しにくい。同様に、支持体73の機械強
度が良好で塵埃も衝突しにくいので、支持体73の耐久
性も良好で長期間の安定した使用が可能である。また、
支持体73が流体の流動を阻害しないので、流体の乱流
による測定誤差も発生しにくい。また、支持体73がダ
イアフラム構造なので、サーミスタ薄膜ヒータ5〜7や
電極8等を自由なレイアウトに形成することができる。
With such a configuration, the flow sensor 71 of the present embodiment can measure the flow rate of the fluid over a wide range, similarly to the flow sensor 1 described above. And
In the flow sensor 71 of the present embodiment, since the support 73 is formed in a diaphragm structure, dust floating in the fluid hardly accumulates inside the cavity 72, and a change in characteristics due to the accumulation hardly occurs. Similarly, since the mechanical strength of the support 73 is good and dust hardly collides, the durability of the support 73 is good and stable use for a long time is possible. Also,
Since the support body 73 does not hinder the flow of the fluid, a measurement error due to the turbulent flow of the fluid hardly occurs. Further, since the support 73 has a diaphragm structure, the thermistor thin film heaters 5 to 7 and the electrodes 8 can be formed in a free layout.

【0052】その反面、本実施の形態のフローセンサ7
1は、前述したフローセンサ1に比較すると、支持体7
3の熱容量が大きくなりがちなので、第一・第二の発熱
部74,75の感度や応答性が低下することがある。つ
まり、これらのフローセンサ1,71も一長一短を有す
るので、各種条件を考慮して選択することが好ましい。
On the other hand, the flow sensor 7 of the present embodiment
Reference numeral 1 denotes a support 7 as compared with the flow sensor 1 described above.
3 tends to have a large heat capacity, so that the sensitivity and responsiveness of the first and second heat generating portions 74 and 75 may be reduced. That is, since these flow sensors 1 and 71 also have advantages and disadvantages, it is preferable to select them in consideration of various conditions.

【0053】なお、前述したフローセンサ1に対するフ
ローセンサ21等の場合と同様に、フローセンサ71の
第一の変形例のフローセンサ81として、図11に示す
ように、支持体73にスリット22を形成して流量の測
定感度を改善することも可能である。また、第二の変形
例のフローセンサ91として、図12に示すように、前
述したフローセンサ31と同様な構造で支持体73に第
一・第二の発熱部92,93を形成し、その発熱機能と
測温機能とを最適化することも可能である。
As in the case of the flow sensor 21 for the flow sensor 1 and the like described above, a slit 22 is formed in a support 73 as shown in FIG. It can be formed to improve the sensitivity of flow measurement. As a flow sensor 91 of the second modification, as shown in FIG. 12, first and second heat generating portions 92 and 93 are formed on a support 73 with the same structure as the flow sensor 31 described above. It is also possible to optimize the heat generation function and the temperature measurement function.

【0054】[0054]

【実施例】各実施の形態(フローセンサ1,21,3
1,41,51,61,71,81,91)として既に
説明した本発明のフローセンサは、気体、液体の流速測
定用として用いられ、流路が一定であれば流量センサと
して用いることができる。より具体的には、ガスメータ
用センサ、自動車の空気吸入量調整用センサ、ダクトの
流量測定用センサ等の用途がある。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments (flow sensors 1, 21, 3)
1, 41, 51, 61, 71, 81, 91), the flow sensor of the present invention is used for measuring the flow velocity of gas and liquid, and can be used as a flow sensor if the flow path is constant. . More specifically, there are applications such as a sensor for a gas meter, a sensor for adjusting an air intake amount of an automobile, and a sensor for measuring a flow rate of a duct.

【0055】そして、本発明を裏付ける各実施の形態に
おいて、架橋構造の支持体の配置方向が流体の流れに対
して直角であるフローセンサ1,21,31、平行であ
るフローセンサ41,51,61、ダイヤフラム構造の
支持体を備えたフローセンサ71,81,91をそれぞ
れ紹介したが、このような架橋構造の支持体の配置方向
や構造に応じて好ましい特性がそれぞれ異なる。表1
に、支持体の配置方向及び構造と各種特性との関係を示
す。
In each of the embodiments supporting the present invention, the flow sensors 1, 21, 31 in which the direction of the support of the bridge structure is perpendicular to the flow of the fluid, and the flow sensors 41, 51, 61, the flow sensors 71, 81, and 91 each having a support having a diaphragm structure have been introduced. However, preferable characteristics are different depending on the arrangement direction and the structure of the support having such a cross-linked structure. Table 1
2 shows the relationship between the arrangement direction and structure of the support and various characteristics.

【0056】[0056]

【表1】 [Table 1]

【0057】表1では、特性として、「同一出力を得る
ためのエネルギー量」、「機械的強度」及び「ゴミに対
する強度」がそれぞれ挙げられている。
In Table 1, "energy amount for obtaining the same output", "mechanical strength", and "strength against dust" are listed as characteristics.

【0058】[0058]

【発明の効果】請求項1記載の発明は、第一の発熱部と
第二の発熱部との中間に発熱体を設けたことにより、第
一の発熱部と第二の発熱部とに温度差が著しく発生する
ので、流体の流量を広範囲に測定することができる。
According to the first aspect of the present invention, by providing a heating element between the first heating section and the second heating section, the temperature of the first heating section and the second heating section can be increased. Since a significant difference occurs, the flow rate of the fluid can be measured over a wide range.

【0059】請求項2記載の発明では、第一の発熱部と
第二の発熱部とは、測温体薄膜ヒータを各々有すること
により、第一の発熱部と第二の発熱部とを簡単な構造で
実現することができ、フローセンサの生産性向上や小型
軽量化を実現することができる。
According to the second aspect of the present invention, the first heating section and the second heating section each have a thermometer thin-film heater, thereby simplifying the first heating section and the second heating section. Thus, the flow sensor can be improved in productivity and can be reduced in size and weight.

【0060】請求項3記載の発明では、第一の発熱部と
第二の発熱部とは、薄膜ヒータと薄膜温度センサとを各
々有することにより、第一の発熱部と第二の発熱部との
発熱機能と測温機能とを各々に最適な材料で実現するこ
とができ、フローセンサを高性能に形成することができ
る。
According to the third aspect of the present invention, the first heating section and the second heating section each include a thin-film heater and a thin-film temperature sensor, so that the first heating section and the second heating section are separated from each other. The heat generation function and the temperature measurement function can be realized by the respective optimum materials, and the flow sensor can be formed with high performance.

【0061】請求項4記載の発明では、第一の発熱部と
発熱体との中間にスリットを形成するとともに、第二の
発熱部と前記発熱体との中間にスリットを形成したこと
により、発熱体から第一の発熱部と第二の発熱部とに支
持体を介して熱が伝導することをスリットにより防止で
きるので、流体の流量を高感度に測定することができ
る。
According to the fourth aspect of the present invention, a slit is formed in the middle between the first heating part and the heating element, and a slit is formed in the middle between the second heating part and the heating element. Since the heat can be prevented from being conducted from the body to the first heating section and the second heating section via the support by the slit, the flow rate of the fluid can be measured with high sensitivity.

【0062】請求項5記載の発明では、基板の表面に流
体の流動方向と略直角な架橋構造の支持体を橋架させ、
この支持体の表面に第一の発熱部と発熱体と第二の発熱
部とを位置させたことにより、第一の発熱部と発熱体と
第二の発熱部との熱量を流体により良好に伝達させるこ
とができ、支持体の熱容量が小さいので、流体の流量を
高感度に測定することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, a support having a crosslinked structure substantially perpendicular to the flow direction of the fluid is bridged on the surface of the substrate,
By locating the first heating section, the heating element, and the second heating section on the surface of the support, the calorific value of the first heating section, the heating element, and the second heating section can be improved by the fluid. Since the heat can be transmitted and the heat capacity of the support is small, the flow rate of the fluid can be measured with high sensitivity.

【0063】請求項6記載の発明では、基板の表面に流
体の流動方向と略平行な架橋構造の支持体を橋架させ、
この支持体の表面に第一の発熱部と発熱体と第二の発熱
部とを位置させたことにより、支持体が流体の流動を阻
害しないので、乱流の発生による流量の測定誤差を防止
することができ、支持体の熱容量が小さいので、流体の
流量を高感度に測定することができ、流体に浮遊する塵
埃が支持体の裏側に堆積して測定性能が劣化すること
や、塵埃が支持体に衝突して破壊が発生することも防止
できる。
According to the sixth aspect of the present invention, a support having a cross-linked structure substantially parallel to the flow direction of the fluid is bridged on the surface of the substrate,
By positioning the first heating element, the heating element, and the second heating element on the surface of the support, the support does not hinder the flow of the fluid, thereby preventing flow rate measurement errors due to turbulence. Since the heat capacity of the support is small, the flow rate of the fluid can be measured with high sensitivity, and the dust floating in the fluid accumulates on the back side of the support to deteriorate the measurement performance. Destruction by collision with the support can also be prevented.

【0064】請求項7記載の発明では、基板の表面にダ
イアフラム構造の支持体を形成し、この支持体の表面に
第一の発熱部と発熱体と第二の発熱部とを位置させたこ
とにより、支持体が流体の流動を阻害しないので、乱流
の発生による流量の測定誤差を防止することができ、流
体に浮遊する塵埃が支持体の裏側に堆積して測定性能が
劣化することや、塵埃が支持体に衝突して破壊が発生す
ることも防止できる。
According to the present invention, a support having a diaphragm structure is formed on the surface of the substrate, and the first heat generating portion, the heat generating member, and the second heat generating portion are located on the surface of the support. By doing so, since the support does not hinder the flow of the fluid, it is possible to prevent a measurement error of the flow rate due to the occurrence of turbulence, and that the dust floating in the fluid accumulates on the back side of the support and the measurement performance is deteriorated. In addition, it is possible to prevent the dust from colliding with the support and causing destruction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の第一の形態のフローセンサを示
す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a flow sensor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】その縦断正面図である。FIG. 2 is a longitudinal sectional front view thereof.

【図3】流体の流量と第一・第二の発熱部9,10の出
力との関係を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a flow rate of a fluid and outputs of first and second heat generating units 9 and 10;

【図4】測定結果を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing measurement results.

【図5】その一変形例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a modified example thereof.

【図6】本発明の実施の第二の形態のフローセンサを示
す平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a flow sensor according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の実施の第三の形態のフローセンサを示
す平面図である。
FIG. 7 is a plan view showing a flow sensor according to a third embodiment of the present invention.

【図8】その第一の変形例を示す平面図である。FIG. 8 is a plan view showing a first modified example thereof.

【図9】その第二の変形例を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view showing a second modified example thereof.

【図10】本発明の実施の第四の形態のフローセンサを
示す平面図である。
FIG. 10 is a plan view showing a flow sensor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】その第一の変形例を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a first modified example.

【図12】その第二の変形例を示す平面図である。FIG. 12 is a plan view showing a second modified example thereof.

【図13】一従来例のフローセンサによる測定結果を示
す特性図である。
FIG. 13 is a characteristic diagram showing measurement results obtained by a conventional flow sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 フローセンサ 2 基板 3 空洞 4 支持体 5〜7 測温体薄膜ヒータ 6 発熱体 9 第一の発熱部 10 第二の発熱部 21 フローセンサ 22 スリット 31 フローセンサ 32〜34 薄膜ヒータ 33 発熱体 35,36 薄膜温度センサ 37 第一の発熱部 38 第二の発熱部 41 フローセンサ 43 支持体 44 第一の発熱部 45 第二の発熱部 51 フローセンサ 61 フローセンサ 62 第一の発熱部 63 第二の発熱部 71 フローセンサ 72 空洞 73 支持体 74 第一の発熱部 75 第二の発熱部 81 フローセンサ 91 フローセンサ 92 第一の発熱部 93 第二の発熱部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flow sensor 2 Substrate 3 Cavity 4 Support body 5-7 Temperature measuring element thin film heater 6 Heating element 9 First heating section 10 Second heating section 21 Flow sensor 22 Slit 31 Flow sensor 32 to 34 Thin film heater 33 Heating element 35 , 36 Thin film temperature sensor 37 First heat generating part 38 Second heat generating part 41 Flow sensor 43 Support body 44 First heat generating part 45 Second heat generating part 51 Flow sensor 61 Flow sensor 62 First heat generating part 63 Second Heat generating part 71 Flow sensor 72 Cavity 73 Support body 74 First heat generating part 75 Second heat generating part 81 Flow sensor 91 Flow sensor 92 First heat generating part 93 Second heat generating part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 隆行 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 庄子 浩義 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 安住 純一 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 (72)発明者 上西 盛聖 東京都大田区中馬込1丁目3番6号 株式 会社リコー内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Takayuki Yamaguchi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Inside Ricoh Company (72) Inventor Hiroyoshi Shoko 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Share Inside Ricoh Company (72) Inventor Junichi Azumi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock Company Ricoh Company (72) Inventor Seishin Kaminishi 1-3-6 Nakamagome, Ota-ku, Tokyo Stock Company Ricoh Company Inside

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発熱機能と測温機能とを各々有する第一
の発熱部と第二の発熱部とを流体の流動方向に順番に配
置し、流体の流動により前記第一の発熱部と前記第二の
発熱部とに発生する温度差に基づいて流体の流量を検出
するフローセンサにおいて、前記第一の発熱部と前記第
二の発熱部との中間に発熱体を設けたことを特徴とする
フローセンサ。
1. A first heat generating section and a second heat generating section each having a heat generating function and a temperature measuring function are sequentially arranged in the direction of fluid flow, and the first heat generating section and the second heat generating section are arranged by fluid flow. In a flow sensor for detecting a flow rate of a fluid based on a temperature difference generated between a second heat generating portion and a second heat generating portion, a heat generating element is provided between the first heat generating portion and the second heat generating portion. Flow sensor.
【請求項2】 第一の発熱部と第二の発熱部とは、測温
体薄膜ヒータを各々有することを特徴とする請求項1記
載のフローセンサ。
2. The flow sensor according to claim 1, wherein the first heating section and the second heating section each include a temperature measuring element thin film heater.
【請求項3】 第一の発熱部と第二の発熱部とは、薄膜
ヒータと薄膜温度センサとを各々有することを特徴とす
る請求項1記載のフローセンサ。
3. The flow sensor according to claim 1, wherein the first heating section and the second heating section each include a thin film heater and a thin film temperature sensor.
【請求項4】 第一の発熱部と発熱体との中間にスリッ
トを形成するとともに、第二の発熱部と前記発熱体との
中間にスリットを形成したことを特徴とする請求項1,
2または3記載のフローセンサ。
4. The method according to claim 1, wherein a slit is formed between the first heat generating portion and the heat generating element, and a slit is formed between the second heat generating portion and the heat generating element.
4. The flow sensor according to 2 or 3.
【請求項5】 基板の表面に流体の流動方向と略直角な
架橋構造の支持体を橋架させ、この支持体の表面に第一
の発熱部と発熱体と第二の発熱部とを位置させたことを
特徴とする請求項1,2,3または4記載のフローセン
サ。
5. A support having a cross-linked structure substantially perpendicular to the flow direction of the fluid is bridged on the surface of the substrate, and the first heat generating portion, the heat generating member, and the second heat generating portion are positioned on the surface of the support. The flow sensor according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein
【請求項6】 基板の表面に流体の流動方向と略平行な
架橋構造の支持体を橋架させ、この支持体の表面に第一
の発熱部と発熱体と第二の発熱部とを位置させたことを
特徴とする請求項1,2,3または4記載のフローセン
サ。
6. A support having a cross-linking structure substantially parallel to the flow direction of the fluid is bridged on the surface of the substrate, and the first heat generating portion, the heat generating member, and the second heat generating portion are positioned on the surface of the support. The flow sensor according to claim 1, 2, 3, or 4, wherein
【請求項7】 基板の表面にダイアフラム構造の支持体
を形成し、この支持体の表面に第一の発熱部と発熱体と
第二の発熱部とを位置させたことを特徴とする請求項
1,2,3または4記載のフローセンサ。
7. A support having a diaphragm structure is formed on a surface of a substrate, and a first heat generating portion, a heat generating member, and a second heat generating portion are located on the surface of the support. The flow sensor according to 1, 2, 3, or 4.
JP9154986A 1996-06-12 1997-06-12 Flow sensor Pending JPH1062222A (en)

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JP15064396 1996-06-12
JP8-150643 1996-06-12
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11295127A (en) * 1998-04-06 1999-10-29 Mitsubishi Electric Corp Flow detecting element and flow sensor, and manufacture of flow detecting element
JP2000065617A (en) * 1998-08-20 2000-03-03 Ricoh Co Ltd Manufacture for microbridge sensor
JP2007101561A (en) * 1999-06-14 2007-04-19 Yamatake Corp Flow rate detector

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