CN101551261A - 热式流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种减少水滴向测量元件的附着，并能进行高精度的计测的热式流量计。该热式流量计，通过在基板表面一侧形成了发热电阻、测温电阻的测量元件(1)来测量流量，其中，设置与测量元件(1)的表面相对置的对面壁(3)，设置从对面壁(3)向测量元件(1)一侧突出的外伸板部(5)，在外伸板部(5)的顶端和测量元件(1)之间设置间隙(6)，外伸板部(5)从测量元件(1)的上游延伸到下游。

Description

热式流量计

技术领域

本发明涉及在被计测流体中设置发热电阻来测量流量的热式流量计，特别是涉及汽车的内燃机的吸入空气流量和排气流量的测量。

背景技术

作为检测汽车等的内燃机的吸入空气量的流量传感器，能直接测量质量流量的热式的空气流量传感器成为主流。

在近年，提出了在硅(Si)等半导体基板上，使用微机械(micro machine)技术，制造热式流量计的传感器元件。这样的半导体类型的热式流量计在半导体基板上形成的数微米的薄膜部形成发热电阻。因为是薄膜，所以热容量小、高速响应·低耗电是可能的。此外，通过微细加工，容易形成检测发热电阻的上下游的温度差，并判别顺流·逆流的构造。

作为所述类型的热式流量计的以往技术，有专利文献1中记载的技术。

[专利文献1]特开2000-146652号公报

例如，在检测汽车用内燃机的吸入空气流量时，混入吸入空气中的水滴附着到流量检测元件上，并发生测量误差。特别是半导体类型的热式流量计的时候，检测部是薄膜，所以热容量小，如果水滴附着到发热部，则薄膜部的温度就急剧下降，有可能无法进行流量的测量。此外，由于水滴的附着，薄膜部急剧冷却，测量元件有可能被破坏。

在以往技术中，与传感器元件一体形成整流板。如果水滴飞到这样的构造的热式流量计上，水滴就全由整流板捕获，由于风压，在整流构件的侧面滚动，然后，从整流板离开，有可能附着到测量元件的电阻的形成区域。在以往技术中，余留有对于水滴的附着的课题。

发明内容

本发明是鉴于所述问题点提出的，提供一种防止飞来的水滴或液状的污损物附着到测量元件上的热式流量计。

所述课题由以下的结构解决。

一种热式流量计，在流体通路内配置在表面一侧形成了发热电阻和测温电阻的测量元件，来测量流量，设置从与测量元件的表面相对置的流体通路的壁面向测量元件一侧突出的外伸(单支撑(cantilever))板部，并将外伸板部从测量元件的上游延伸到下游。这里，与测量元件的表面相对置的壁面是用于支撑外伸板部的，也可以是与壁面一体的构造。此外，外伸板部的顶端部(支撑部的相反一侧)从测量元件离开给定距离，形成间隙。

这时，由与所述壁面相对置的支撑构件来支撑所述测量元件，并配置支撑构件，以便在构成流体通路的第一壁面和所述支撑构件之间以及与第一壁面相对置的第二壁面和支撑构件之间分别构成流体流过的流道，并且测量元件与第一壁面相对置，使外伸板部从第二壁面向支撑构件突出，在外伸板部的顶端部与支撑构件之间设置空隙，并将外伸板从支撑构件的上游延伸到下游。

此外，在测量元件的面方向、并且与流道轴几乎成为垂直的方向上，排列形成多个外伸板部。

此外，在测量元件的上游一侧和下游一侧设置从所述壁面一侧超过外伸板部的顶端部延伸到测量元件一侧或支撑构件一侧的板状部。

此外，板状部构成由壁面和支撑构件支撑的双支撑板部。

此外，外伸板部和板状部几乎成为连续面。

此外，在板状部的侧面形成随着接近测量元件从测量元件一侧向壁面一侧的凸或凹形状的引导部。

或者，在板状部的侧面形成随着接近支撑构件从所述支撑板一侧向第二壁面的凸或凹形状的引导部。

此外，外伸板部的根部的板厚比顶端部的板厚形成得更薄。

此外，当假设从外伸板部的顶端部到测量元件的间隔为G，并假设多个外伸板部的顶端部的间隔为D时，具有间隔G与间隔D的关系为G＞D的部位。

此外，流体通路形成取入被检测流体所流过的主通路的流体的一部分的副通路，在副通路内具有：流道成为直线的直线部、流道在直线部的上游和下游弯曲的弯曲部，并在直线部设置了测量元件。

根据本发明，向测量元件飞来的水滴或液状的污损物由在测量元件周边形成的板捕获，以回避测量元件的方式在板的侧面滚动，流到下游，从而能防止向测量元件的附着或污损，使得高精度的流量测量成为可能。

附图说明

图1是表示实施例1的传感器元件周边的图。

图2是表示实施例1的水滴的移动的图。

图3是表示实施例1的水滴的状态的图。

图4是表示实施例1的测量元件的图。

图5是表示实施例1的测量元件的截面和温度分布的图。

图6是表示实施例1的测量元件的驱动·检测电路的图。

图7是在吸气管路设置实施例1的测量元件时的结构图。

图8是表示图7的Y-Y线上的剖视图。

图9是表示实施例2的测量元件周边的剖视图。

图10是表示实施例3的测量元件周边的剖视图。

图11是表示实施例4的测量元件周边的剖视图。

图12是表示实施例5的测量元件周边的剖视图。

符号的说明。

1-测量元件；2-支撑构件；3-对面壁；4、25-空气流；5、36a、36b、41-外伸板部；6-间隙；7a、7b、37a、37b-双支撑板部；8-引导部；9-基板；10-绝缘膜；11-隔膜部；12-发热电阻；13a、13b、14a、14b-温度差传感器；15-热敏电阻；16-绝缘保护膜；17-电极焊盘；18、19-电阻；20、22-放大器；21-晶体管；23-吸气管路；24-基底构件；26-副通路；27-电路基板；28-金线接合引线；29-端子；30-连接器；31-铝接合引线；32-盖构件；33-密封剂；34-硅粘合剂；35-水滴；38-背面壁；39-表流道；40-背流道。

具体实施方式

以下，说明本发明的实施例。

[实施例1]

图1(a)是设置测量元件1的部位的剖视图。此外，图1(b)是图1(a)的X-X线上的剖视图，图1(c)是图1(a)的Y-Y线上的剖视图。在支撑构件2上形成的矩形的沟中设置测量元件1。此外，在支撑构件2的对面形成对面壁3。成为测量对象的空气流4流过这些支撑构件2和对面壁3之间。

在与测量元件1相对置的对面壁3上形成从对面壁3突出的外伸板部5。在外伸板部5的顶端部和测量元件1之间设置间隙6。如图1(c)所示，如果对面壁3和外伸板部5由PBT等树脂一体成形，则制造步骤将简化。外伸板部5从测量元件1的上游一侧端部延伸到下游一侧端部。如图1(c)所示，在垂直于空气流4的流动方向的方向上配置多个外伸板部5。这里，如果外伸板部5的顶端部和测量元件1的表面的间隙为G，并列设置外伸板部5的间隔为D，则优选为G＞D。这里，G的值是1mm左右，如果比它小，水滴就在外伸板部5的顶端部和测量元件1的表面之间架桥附着。

而且，在测量元件1的上游一侧形成从对面壁3突出的双支撑板部7a。该双支撑板部7a构成超过外伸板部5的顶端部延伸到测量元件1一侧的板状部。如果双支撑板部7a与对面壁3一体成形，则制造步骤将简化。这时，双支撑板部7a的根部成为对面壁3，顶端部与支撑构件2接触，或者用粘合剂接合。或者，将双支撑板部7a和支撑构件2一体成形。这时，也可以是双支撑板部7a的根部成为支撑构件2，顶端部接近对面壁3，或者用粘合剂接合的构造。而且，能以外伸板部5和双支撑板部7a成为连续的一张板的方式一体成形。同样，在测量元件1的下游一侧也形成双支撑板部7b。优选双支撑板部7b与双支撑板部7a是以测量元件1为中心的对称的构造。

而且，在双支撑板部7a、7b的侧面设置引导部8。通过在双支撑板部7a、7b的侧面形成沟，构成引导部8。随着接近测量元件1，以朝向对面壁一侧引导的方式形成引导部8。此外，形成多个引导部8。引导部8可以在双支撑板部的两侧面形成，但是也可以在单面形成。

这里，说明对水滴的附着的本实施例的效果。图2是表示在本实施例中，水滴从上游一侧飞来时的水滴的移动的图。在图中，如果水滴35从上游飞来，则碰撞上游一侧的双支撑板部7a并附着。所附着的水滴，由于空气的流动，在双支撑板部7a的侧面滚动，并向下游一侧移动。这时，通过在双支撑板部7a的侧面形成的引导部8，水滴向测量元件1的对面壁一侧流动。而且，水滴在外伸板部5的侧面滚动，向下游一侧的双支撑板部7b移动。如此，水滴由双支撑板部7a、7b、外伸板部5捕获，并向下游一侧移动，以便避免向测量元件1的附着。

图3表示图2的Y-Y截面。

当大量的水滴飞来时，由于毛细管现象，水有可能被引入外伸板部5的顶端与测量元件1的表面的间隙G的部分。如上所述，外伸板部5的间隔D与间隙G的关系形成为D＜G。据此，与间隙G部相比，向外伸板部5的D的水的引入力更大，能进一步减少向测量元件1的附着。

在本实施例中，外伸板部5、双支撑板部7a、7b是连续的1张板，但是外伸板部5和双支撑板部7a、7b也可以分离，这些板的侧面形成为具有几乎连续的面。此外，双支撑板部7a、7b是固定在两壁面上的形状，但是也可以是固定在任意的一方的壁面上，而与另一方的壁面具有微小的间隙的结构。此外，引导部8是多个沟并行排列的形状，但是只要是在双支撑板部7a、7b的侧面形成，并将附着的水滴向对面壁一侧引导的形状，就可以是任意的形状。此外，引导部8在双支撑板部7a、7b上形成，但是也可以在外伸板部5的侧面形成。

下面，说明测量元件1的结构和测量原理。

根据图4，说明本实施例的热式流量计的测量元件1的结构。图4是表示测量元件1的俯视图。此外，图5表示沿着图4的X-X线的剖视图。

在图4、图5中，测量元件1的基板9由硅或陶瓷等热传导率良好的材料构成。然后，在基板9上形成绝缘膜10，并通过从背面蚀刻基板9，在绝缘膜10的下部形成隔膜部11。

在隔膜部11上的绝缘膜10的表面形成发热电阻12。将发热电阻12加热到比空气流4的温度高一定温度。在发热电阻12的两侧形成温度差传感器13a、13b、14a、14b。温度差传感器13a、13b配置在发热电阻12的上游一侧，温度差传感器14a、14b配置在发热电阻12的下游一侧。此外，在隔膜部11的外部的绝缘膜10上配置按照空气流4的温度电阻值变化的热敏电阻15。这些电阻由绝缘保护膜16保护。

优选所述的发热电阻12、温度差传感器13a、13b、14a、14b、热敏电阻15由根据温度而电阻值变化的电阻温度系数比较大的材料形成。因此，可以用掺杂杂质的多晶硅或单晶硅等半导体材料、或铂、钼、钨、镍合金等金属材料形成。

在测量元件1的端部设置取出所述电阻的电极，并用于与驱动·检测电路连接的由铝等构成的电极焊盘17。

下面，说明测量原理。图5同时表示测量元件1的截面结构和测量元件1的表面温度的分布。实线表示无风时的隔膜部11的温度分布。发热电阻12加热到比空气流4的温度还高ΔTh。图5的虚线是空气流4发生时的隔膜部11的温度分布。由于空气流发生，发热电阻12的上游一侧由空气流4冷却，温度下降，因为通过发热电阻12加热的空气流过，所以下游一侧温度上升。因此，通过用温度差传感器13a、13b、14a、14b测量发热电阻12的上下游的温度，取得与空气流量对应的温度差ΔTs。

下面，说明测量元件1的驱动·检测电路。

图6表示测量元件1的驱动·检测电路。构成将由发热电阻12和电阻18构成的串联电路、由热敏电阻15和电阻19构成的串联电路进行了并联的桥接电路。取出这些串联电路的中间电压的差电压，与放大器20连接。放大器20的输出与晶体管21的基极连接。晶体管21的集电极与电源VB连接，发射极与发热电阻12和热敏电阻15之间连接，构成反馈电路。

由所述电路控制为保持桥接电路的电阻平衡。如果由于空气流4的温度上升，热敏电阻15的电阻值增加，则电流就同时流到发热电阻12，并加热。据此，热敏电阻15和发热电阻12的电阻平衡保持恒定。即发热电阻对于空气流的温度的加热温度保持恒定。

然后，构成将由温度差传感器13a和温度差传感器14a构成的串联电路、由温度差传感器14b和温度差传感器13b构成的串联电路进行了并联的桥接电路，并与基准电压Vref连接。如果由于空气流，在温度差传感器13a·13b和温度差传感器14a·14b产生温度差，则桥接电路的差动电压发生变化，并通过用放大器22检测，取得与空气流量对应的输出。

接着，图7表示用于在汽车等的内燃机的吸气管路内安装测量元件1的构造。在图7中，以从吸气管路23的壁面突出的方式设置基底构件24。在基底构件24上形成取入吸气管路23内的空气流25的一部分的副通路26。在副通路26内的基底构件24中形成的矩形的凹部设置测量元件1。设置测量元件1的部分的副通路26是流道成为直线，其上游一侧和下游一侧成弯曲的形状。此外，基底构件24内部设置搭载了所述驱动电路的电路基板27，用金线接合引线28与测量元件1电连接。而且，设置用于驱动电路的电源供给、输出信号的取出的端子29和连接器30，并用铝接合引线31与驱动电路连接。

图8表示图7的Y-Y线上的剖视图。在基底构件24上安装盖构件32。以由基底构件24和盖构件32夹持的方式形成副通路26。连接测量元件1和驱动电路的金线接合引线28由环氧树脂等密封剂33保护。盖构件32和基底构件24由硅粘合剂接合。此外，盖构件32和电路板27由硅粘合剂34接合，并以副通路26内的空气***漏到驱动电路一侧的方式分离。在盖构件32的构成副通路26的部位形成多个突出的板，从而成为所述外伸板部5。外伸板部5与盖构件32一体成形。

[实施例2]

下面，说明实施例2。在本实施例的说明中，就与所述实施例的不同点加以说明。

图9表示本实施例的测量元件1的周边的剖视图。在测量元件1的对面形成的外伸板部5，形成为顶端部的厚度T2比根部的厚度T1更薄。即外伸板部5的截面形状成为梯形或三角形、或者与此接近的形状。通过变为这样的形状，取得如下效果，即在外伸板部5之间附着的水滴由于毛细管现象而被引向对面壁一侧。因此，能进一步减少水滴向测量元件1的附着。在本实施例中，也优选多个外伸板部5的顶端部的间隔D与外伸板部5和测量元件1的间隔G的关系成为D＜G。而且，通过成为所述的形状，外伸板部5的机械强度得到提高。

[实施例3]

下面，说明实施例3。在本实施例的说明中，说明与所述实施例的不同点。图10(a)是设定测量元件1的部位的剖视图。此外，图10(b)是图1(a)的X-X线上的剖视图。在图10(a)中，在测量元件1的对面形成从对面壁3突出的外伸板部5，而且，在测量元件1的上游和下游设置从设置测量元件1的一侧的支撑构件2突出的外伸板部36a、36b。设置多个这些板，且外伸板部5和外伸板部36a、36b接近，从而它们的侧面成为几乎连续的同一面。而且，在外伸板部36a、36b的侧面形成引导部8。

在这样的结构的情况下，在外伸板部36a附着的水滴通过引导部8向对面壁一侧移动。由于外伸板部36a和外伸板部5的间隙微小，所以水滴向外伸板部5移动。进而，水滴向外伸板部36b移动。如此，即使外伸板部5与外伸板部36a、36b分离，通过接近，能取得同样的效果。

说明本实施例的优点。在实施例1中，在测量元件1的上游和下游形成的双支撑板部8a、8b为双支撑，所以至少在单方的壁面有必要用粘合剂接合。在本实施例中，外伸板部36a、36b为外伸构造，没有接合的必要，制造步骤简化。

[实施例4]

下面，说明实施例4。在本实施例的说明中，说明与所述实施例的不同点。图11(a)是设置测量元件1的部位的剖视图。此外，图11(b)是图11(a)的X-X线上的剖视图。在图11中，设置从测量元件1的对面壁3突出的外伸板部5。在测量元件1的上游和下游形成由设置测量元件1的一侧的支撑构件2和对面壁3而支撑的双支撑板部37a、37b。根据图11(b)，说明外伸板部5与双支撑板部37a、37b的关系。在测量元件1的面方向并且垂直于流道轴的方向上设置多个外伸板部5。也同样设置多个双支撑板部37a、37b。而且，当从图11(b)中的Z方向观察时，是以具有外伸板部5和双支撑板部37a重叠的部分的方式交替设置的。双支撑板部37b也同样。而且，在双支撑板部37a、37b的侧面设置引导部8。

说明在以上的结构中水滴从上游一侧飞来的情形。飞来的水滴附着到双支撑板部37a。附着的水滴通过在双支撑板部37a的侧面设置的引导部8一边向对面壁一侧移动，一边向下游一侧流动。如果到达双支撑板部37a和外伸板部5重叠的部分，水滴就附着到双支撑板部37a和外伸板部5的两侧面。然后，从双支撑板部37a离开，向外伸板部5移动。水滴在外伸板部5的侧面滚动，并向下游一侧移动。如此，虽然外伸板部5和双支撑板部37a、37b分离，但是能避免水滴的附着。

说明本实施例的优点。在本实施例中，交替设置外伸板部5和双支撑板部37a、37b，所以能减少形成的板的个数。据此，能简化外伸板部5和双支撑板部37a、37b的形成工序。

本实施例的双支撑板部37a、37b是由支撑构件2和对面壁3支撑的构造，但是也可以是从支撑构件2突出的外伸板。

[实施例5]

下面，说明实施例5。在本实施例的说明中，说明与所述实施例的不同点。图12(a)是设置测量元件1的部位的剖视图。此外，图12(b)是图12(a)的Y-Y线上的剖视图。图12(a)、图12(b)中，在支撑构件2形成矩形的凹部中配置测量元件1。而且，支撑构件2配置为从流体流过的通路的内壁浮出。而且，以与支撑构件2的设置测量元件1的面(表面)相对置的方式设置对面壁3。而且，在支撑构件2的背面一侧设置背面壁38。据此，流道分支为流过支撑构件2的表面的表流道39和流过支撑构件2的背面的背流道40。构成为在支撑构件2上游一侧分支的流道在支撑构件2的下游一侧合流。

在如所述那样构成的流道中，设置多个从背面壁突出的外伸板部41，并且还从比所述流道的分支点更上游开始延伸到比所述流道的合流点更下游一侧。此外，流道的分支点的上游一侧的外伸板部41形成为与对面壁3接近或接合。此外，在外伸板部41的侧面形成随着接近测量元件1而朝向背面壁38引导的引导部8。此外，在外伸板部41与支撑构件2之间设置间隙。

对在以上的结构中水滴从上游一侧飞来的情形进行说明。飞来的水滴附着到外伸板部41的上游一侧。附着的水滴通过在外伸板部41的侧面设置的引导部8，一边向背面壁38一侧移动，一边向下游一侧流动。然后，水滴在外伸板部41的侧面滚动，并向下游一侧移动。通过这样形成外伸板部41，能防止水滴向设置测量元件1的表流道39的进入。

Claims (11)

1.一种热式流量计，在流体通路内配置在基板表面一侧形成了发热电阻和测温电阻的测量元件，来测量流量，其特征在于：

设置从与所述测量元件的表面相对置的流体通路的壁面向所述测量元件一侧突出的外伸板部，在所述外伸板部的突出方向的顶端部与所述测量元件之间设置间隙，并将所述外伸板部从所述测量元件的上游延伸到下游。

2.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：

由与所述壁面相对置的支撑构件来支撑所述测量元件，

配置所述支撑构件，以便在构成所述流体通路的第一壁面和所述支撑构件之间以及与所述第一壁面相对置的第二壁面和所述支撑构件之间分别构成流体流过的流道，并且所述测量元件与所述第一壁面相对置，

使所述外伸板部从所述第二壁面向所述支撑构件突出，在所述外伸板部的顶端部与所述支撑构件之间设置所述空隙，并将所述外伸板从所述支撑构件的上游延伸到下游。

3.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：

在所述测量元件的面方向、并且与流道轴几乎成为垂直的方向上，排列形成多个所述外伸板部。

4.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：

在所述测量元件的上游一侧和下游一侧设置从所述壁面一侧超过所述外伸板部的顶端部延伸到所述测量元件一侧或所述支撑构件一侧的板状部。

5.根据权利要求4所述的热式流量计，其特征在于：

所述板状部构成由所述壁面和所述支撑构件支撑的双支撑板部。

6.根据权利要求4所述的热式流量计，其特征在于：

所述外伸板部和所述板状部几乎成为连续面。

7.根据权利要求5所述的热式流量计，其特征在于：

在所述板状部的侧面形成随着接近所述测量元件从所述测量元件一侧向所述壁面一侧的凸或凹形状的引导部。

8.根据权利要求2所述的热式流量计，其特征在于：

在所述板状部的侧面形成随着接近所述支撑构件从所述支撑板一侧向所述第二壁面的凸或凹形状的引导部。

9.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：

所述外伸板部的根部的板厚比顶端部的板厚形成得更薄。

10.根据权利要求3所述的热式流量计，其特征在于：

当假设从所述外伸板部的顶端部到所述测量元件的间隔为G，并假设所述多个外伸板部的顶端部的间隔为D时，具有所述间隔G与所述间隔D的关系为G＞D的部位。

11.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：

所述流体通路形成取入被检测流体所流过的主通路的流体的一部分的副通路，

在所述副通路内，具有：流道成为直线的直线部、流道在所述直线部的上游和下游弯曲的弯曲部，

在所述直线部设置了所述测量元件。

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