DE10001347A1 - Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor - Google Patents
Wärmeempfindlicher DurchsatzsensorInfo
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Abstract
Ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor weist eine Durchsatzerfassungseinrichtung auf, die mehrere Durchsatzerfassungsmembranen aufweist, von denen jede mit Heizabschnitten und Temperaturerfassungsabschnitten versehen ist. Die mehreren der Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Eine jede der Durchsatzerfassungsmembranen ist derart angeordnet und ausgebildet, dass die Länge einer längeren Seite derselben zweimal die Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, und dass sich die längere Seite derselben entlang der zu messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt. Eine jede der Durchsatzerfassungsmembranen weist wenigstens einen der Heizabschnitte und wenigstens einen der Temperaturerfassungsabschnitte auf, der in der zu messenden Strömungsrichtung des Fluids angeordnet ist.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Durchsatzerfassungseinrichtung, die ein Heizelement aufweist
und zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit oder des
Durchsatzes eines Fluids gemäß einem
Wärmeübertragungsphänomen verwendet wird, bei dem Wärme auf
das Fluid von dem Heizelement oder von einem Teil, das durch
das Heizelement erwärmt wird, übertragen wird, und sie
betrifft ferner einen Durchsatzsensor, der eine derartige
Durchsatzerfassungseinrichtung verwendet. Die vorliegende
Erfindung wird beispielsweise auf einen Durchsatzsensor zur
Verwendung beim Messen einer Einlassluftmenge eines
Verbrennungsmotors verwendet.
Fig. 15 und 16 sind eine Draufsicht und eine
Querschnittsansicht einer herkömmlichen
Durchsatzerfassungseinrichtung, die beispielsweise in der
ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung mit der Nr.
4-230808 beschrieben ist. Im übrigen beschreibt die
japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung mit der Nr.
4-230808 die Durchsatzerfassungseinrichtung als einen
Membransensor.
In Fig. 15 und 16 bezeichnet die Referenznummer 101 ein
plattenartiges Substrat, das durch einen Siliciumhalbleiter
gebildet wird. In dem mittleren Teil des hinteren
Oberflächenabschnitts dieses plattenartigen Substrats 101 ist
ein Hohlraum 110 mit einem trapezförmigen Querschnitt,
beispielsweise durch anisotropes Ätzen, auf derartige Weise
ausgebildet, dass er nicht die Oberfläche desselben erreicht.
In dem vorderen Oberflächenabschnitt des plattenartigen
Substrats 101 ist eine dünne folienartige
Durchsatzerfassungsmembran 102 (nachfolgend einfach als
Membran bezeichnet) integral ausgebildet. Ferner ist ein
dünnes Folien-Heizelement 103 in dem mittleren Teil des
vorderen Oberflächenabschnitts dieser Membran 102
ausgebildet. Dünne Folientemperaturerfassungselemente 104 und
105 sind an beiden Seiten des Heizelements 103 derart
ausgebildet, dass sie um einen vorbestimmten Abstand
voneinander entfernt sind und symmetrisch bezüglich des
Heizelements 103 angeordnet sind. Ferner ist eine jede von
länglichen Öffnungen 106a und 106b, welche die Membran 102
durchdringen, in einem Abschnitt gebohrt, der zwischen dem
Heizelement 103 und einem entsprechenden der
Temperaturerfassungselemente 104 und 105 entlang der
Längsrichtung desselben liegt. Darüber hinaus sind zwei
Reihen von mehreren rechtwinkligen Öffnungen 107a und 107b,
welche die Membran durchdringen, entlang der Längsrichtung
des Heizelements 103 außerhalb der
Temperaturerfassungselemente 104 und 105 gebohrt. In
ähnlicher Weise sind Öffnungen 108c und 108d, welche die
Membran durchdringen, in Abschnitten gebohrt, die an beiden
Seiten in der Längsrichtung des Heizelements 103 vorgesehen
sind. Ferner sind Öffnungen 109c und 109d, welche die Membran
durchdringen, in Abschnitten gebohrt, die an beiden Seiten in
der Längsrichtung eines jeden der
Temperaturerfassungselemente 104 und 105 vorgesehen sind.
Diese Öffnungen sind unter Verwendung von Fotolithographie-
und Nassätz- (oder Trockenätz-)Techniken ausgebildet.
Wenn ein Erregungsstrom für das Heizelement 103 unter
Verwendung einer derartigen herkömmlichen
Durchsatzerfassungseinrichtung so gesteuert wird, dass die
Temperatur des Heizelements 103 höher ist als diejenige des
zu messenden Fluids, und zwar um einen vorbestimmten Wert,
sind die Temperaturen der Temperaturerfassungselemente 104
und 105 zueinander in dem Fall gleich, dass keine Bewegung
des zu messenden Fluids auftritt (d. h. die
Strömungsgeschwindigkeit = 0).
Wenn sich eine Luftströmung in der Richtung eines Pfeils A
bewegt, ist die Temperatur des Temperaturerfassungselements
104, das an einer stromaufwärtigen Stelle angeordnet ist,
geringer als diejenige in dem Fall, dass die
Strömungsgeschwindigkeit = 0 ist. Wenn sich die
Strömungsgeschwindigkeit erhöht, fällt die Temperatur
desselben. Im Gegensatz dazu erniedrigt sich die Temperatur
des Temperaturerfassungselements 105, das an der
stromabwärtigen Seite angeordnet ist, nicht auf die
Temperatur, die durch das Temperaturerfassungselement 104 an
der stromaufwärtigen Seite bei der gleichen
Strömungsgeschwindigkeit auftritt. Wenn somit ein Maß, das
einem Temperaturunterschied zwischen den
Temperaturerfassungselementen 104 und 105 entspricht, durch
Einarbeiten der Temperaturerfassungselemente 104 und 105 in
eine Wheatstone-Brückenschaltung (die nicht gezeigt ist)
erhalten wird, kann die Strömungsgeschwindigkeit des zu
messenden Fluids gemessen werden.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung mit der Nr.
4-230808 beschreibt die folgenden Vorteile der herkömmlichen
Durchsatzerfassungseinrichtung infolge des Vorsehens von
Öffnungen in der Membran 102. Es wird nämlich eine Variation
im Ausgang derselben infolge der Ablagerung von Staub als
Folge der Tatsachen verringert, dass die Wärmeströmung von
dem Heizelement 103 zu den Temperaturerfassungselementen 104
und 105 verringert wird, und dass somit die Temperaturen der
Temperaturerfassungselemente 104 und 105 erniedrigt werden.
Darüber hinaus wird die Empfindlichkeit der herkömmlichen
Durchsatzerfassungseinrichtung erhöht, weil Wärme, die in dem
Heizelement 103 erzeugt wird und zu dem plattenartigen
Substrat 101 übertragen wird, verringert wird.
Währenddessen tritt, wenn die zu messende
Strömungsgeschwindigkeit des Fluids größer wird, oder wenn
Druck auf die Durchsatzerfassungsmembran 102 aufgebracht
wird, oder wenn die Durchsatzerfassungsmembran 102
Schwingungen großer Amplituden unterliegt, in der Membran 102
Belastung auf. Im schlimmsten Fall reißt die Membran 102.
Ferner ist die herkömmliche Durchsatzerfassungseinrichtung
derart aufgebaut, dass die Öffnungen in der Umgebung der
stromaufwärtigen Seite des Heizelements 103 und der
Temperaturerfassungselemente 104 und 105 angeordnet sind,
somit wird in dem Fall, dass die
Durchsatzerfassungseinrichtung über eine lange Zeitdauer
verwendet wird, Staub, der in dem zu messenden Fluid
enthalten ist, an der Oberfläche in der Richtung der Dicke
des Substrates an Endabschnitten der Öffnungen abgelagert.
Dies führt zu einer Veränderung der Art und Weise, wie das zu
messende Fluid strömt. Folglich weist die herkömmliche
Durchsatzerfassungseinrichtung einen Nachteil dahingehend
auf, dass deren Erfassungseigenschaften variieren.
Auch wenn die Öffnungen, die in die Membran 102 gebohrt sind,
weggelassen werden, um Variationen bei den
Erfassungseigenschaften zu verhindern, weist die Membran 102
manchmal eine nicht hinreichende Festigkeit auf.
Wenn eine derartige Durchsatzerfassungseinrichtung
beispielsweise als ein Sensor zur Erfassung der Menge einer
Einlassluft zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr zu einem
Verbrennungsmotor eines Automobils verwendet werden soll,
treten die folgenden Probleme auf.
Der Verbrennungsmotor eines Automobils erzeugt Schwingungen,
die einer Kraft von 40 G bis 50 G entsprechen. Ferner
erreicht die Strömungsgeschwindigkeit der Einlassluft
manchmal 200 m/s oder mehr. Darüber hinaus kann, wenn ein
Rückschlag auftritt, ein Druck von nahezu 2 Atmosphären auf
die Durchsatzerfassungseinrichtung aufgebracht werden. Wenn
die herkömmliche Durchsatzerfassungseinrichtung einer
derartigen mechanischen Belastung unterliegt, besteht für die
Einrichtung die Gefahr, dass sie reißt.
Im Gegensatz dazu erhöht sich, wenn die Dicke der Membran
vergrößert wird, um deren Festigkeit zu erhöhen, die
Wärmekapazität der Membran. Darüber hinaus wird das
Wärmeansprechverhalten der Membran verringert. Folglich kann
die herkömmliche Durchsatzerfassungseinrichtung nicht den
Veränderungen des Durchsatzes folgen.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der vorangehenden
Probleme gemacht. Demzufolge ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Durchsatzsensor mit einer hohen
Verlässlichkeit zu schaffen, der eine
Durchsatzerfassungseinrichtung aufweist, die mit Membranen
versehen ist, die jeweils eine verbesserte Festigkeit
aufweisen.
Um die genannte Aufgabe zu lösen, wird gemäß einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor
mit einer Durchsatzerfassungseinrichtung geschaffen, die
mehrere Durchsatzerfassungsmembranen aufweist, von denen jede
mit Heizabschnitten und Temperaturerfassungsabschnitten
versehen ist. Die mehreren Durchsatzerfassungsmembranen sind
in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden
Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Jede der
Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und
angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben
zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt,
und dass sich die längere Seite derselben entlang der zu
messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt. Jede der
Durchsatzerfassungsmembranen weist wenigstens einen der
Heizabschnitte und wenigstens einen der
Temperaturerfassungsabschnitte auf, die in der zu messenden
Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein
wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer
Durchsatzerfassungseinrichtung geschaffen, die
Wärmeerfassungsmembranen aufweist, die jeweils einen
Heizabschnitt und einen Temperaturerfassungsabschnitt
aufweisen. Die Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer zu
messenden Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Jede der
Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und
angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben
zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt,
dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu
einer zu messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt,
und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 µm beträgt.
Eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist
den entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden
Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer
stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Eine
stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist den
entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden
Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer
stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Jeder der
Heizabschnitte weist wärmeempfindliche Widerstände auf. Die
wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabschnitte
sind in Reihe oder parallel verbunden sind. Dieser Sensor
verwendet ein Signal, das ein Maß darstellt, das einem
Temperaturunterschied zwischen dem
Temperaturerfassungsabschnitt, der in der stromaufwärtigen
Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, und dem
Temperaturerfassungsabschnitt entspricht, der in der
stromabwärtigen Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist,
als ein Durchsatzsignal.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung
bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Referenznummern
gleiche oder entsprechende Teile in sämtlichen Ansichten
bezeichnen. Im einzelnen:
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet
wird;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der
Pfeile von Linie II-II von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine Vorderansicht des wärmeempfindlichen
Durchsatzsensors, der die erste Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 4 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der
Pfeile auf der Linie IV-IV von Fig. 3;
Fig. 5 ist ein Schaltungsdiagramm zur Darstellung eines
Stromkreises für eine konstante
Temperaturdifferenz, der in dem wärmeempfindlichen
Durchsatzsensor vorgesehen ist, der eine erste
Ausführungsform der Erfindung ist;
Fig. 6 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung
zwischen dem Durchsatz in dem wärmeempfindlichen
Durchsatzsensor gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung und der Temperatur des
Temperaturerfassungselements;
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung
zwischen dem Verhältnis der längeren Seite zu der
kürzeren Seite der Membran und der maximalen
Belastung, die in der Membran erzeugt wird;
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung
zwischen dem Verhältnis der längeren Seite zu der
kürzeren Seite der Membran und der maximalen
Auslenkung, die in der Membran erzeugt wird;
Fig. 9 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor verwendet wird,
bei dem es sich um eine zweite Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung handelt;
Fig. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der
Pfeile auf der Linie X-X von Fig. 9;
Fig. 11 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer
dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
Fig. 12 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der
Pfeile auf der Linie XII-XII von Fig. 11;
Fig. 13 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer
vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verwendet wird;
Fig. 14 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der
Pfeile auf der Linie XIV-XIV von Fig. 13;
Fig. 15 ist eine Draufsicht der herkömmlichen
Durchsatzerfassungseinrichtung;
Fig. 16 ist eine Schnittansicht der herkömmlichen
Durchsatzerfassungseinrichtung;
Fig. 17 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung gemäß einem
Vergleichsbeispiel; und
Fig. 18 ist eine Schnittansicht der Richtung der Pfeile auf
der Linie XVIII-XVIII von Fig. 17.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
im einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
Fig. 1 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile auf der
Linie II-II von Fig. 1.
Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, wird ein plattenartiges
Substrat 1 durch ein Siliciumsubstrat mit einer Dicke von
etwa 0,4 mm gebildet. Ferner ist ein 0,5 µm dicker
isolierender Tragfilm 2 aus Siliciumnitrid an einer
Oberfläche 1a des plattenartigen Substrats 1 durch Ausführung
eines Verfahrens, wie z. B. Sputtern, Dampfablagerung oder CVD
ausgebildet. Darüber hinaus sind Heizwiderstände 4a bis 4c,
die jeweils durch einen wärmeempfindlichen Widerstandsfilm,
wie z. B. einem Platinfilm gebildet werden, die als ein
Heizabschnitt wirken, Temperaturerfassungswiderstände 6a bis
6c und 7a bis 7c, die als ein Temperaturerfassungsabschnitt
wirken, und ein Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 an dem
Tragfilm 2 ausgebildet. Diese Heizwiderstände 4a bis 4c, die
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c und
der Fluidtemperaturerfassungswiderstand werden in dem
folgenden Verfahren derart gestaltet, dass eine Strombahn
ausgebildet wird. Zunächst wird ein wärmeempfindlicher
Widerstandsfilm, wie z. B. ein Platinfilm mit einer Dicke von
beispielsweise 0,1 µm an dem Tragfilm 2 unter Verwendung
eines Dampfablagerungs- oder Sputterverfahrens ausgebildet.
Dann wird auf diesem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm durch
Verwendung eines fotolithographischen Verfahrens und einer
Nass- (oder Trocken-)Ätzmethode ein Musterbilden
durchgeführt. Zwei Gruppen der
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c bzw. 7a bis 7c sind
an beiden Seiten der Heizwiderstände 4a bis 4c vorgesehen.
Der Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 ist von den
Heizwiderständen 4a bis 4c getrennt vorgesehen.
Darüber hinaus ist ein isolierender Schutzüberzug 3, der
durch einen 0,4 µm dicken Film aus Siliciumnitrid ausgebildet
ist, an den Heizwiderständen 4a bis 4c, den
Temperaturerfassungswiderständen 6a bis 6c, 7a bis 7c und dem
Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 durch Durchführung des
Sputter- oder CVD-Verfahrens ausgebildet.
Die Heizwiderstände 4a bis 4c sind in Reihe verbunden und
durch Leitungsmuster 8c und 8f mit Elektroden 9c und 9f für
eine elektrische Verbindung der
Durchsatzerfassungseinrichtung 10 mit einem äußeren
Stromkreis verbunden. Darüber hinaus ist der
Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 durch Leitungsmuster 8d
und 8e mit Elektroden 9d und 9e für eine elektrische
Verbindung der Durchsatzerfassungseinrichtung 10 mit einem
äußeren Stromkreis verbunden. Darüber hinaus sind in
ähnlicher Weise die Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c
in Reihe verbunden und ferner durch Leitungsmuster 8a und 8b
mit Elektroden 9a und 9b verbunden. Ferner sind die
Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c in Reihe verbunden
und ferner durch Leitungsmuster 8g und 8h mit Elektroden 9g
und 9h verbunden.
Diese Leitungsmuster 8a bis 8h werden gleichzeitig
ausgebildet, wenn die Musterbildung durchgeführt wird, um die
Heizwiderstände bis 4a bis 4c, die
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c und
der Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 auszubilden. Ferner
werden die Schutzfilme 3, die an den Elektroden 9a und 9d
ausgebildet sind, entfernt, so dass sie mit einem äußeren
Stromkreis durch Drahtverbindung verbunden werden können.
Ferner sind Hohlräume 14a bis 14c ausgebildet, indem das
plattenartige Substrat, das unter den Heizwiderständen 4a bis
4c und den Temperaturerfassungswiderständen 6a bis 6c und 7a
bis 7c vorhanden ist, entfernt wird, so dass die
Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c gebildet werden. Die
Membranen 13a bis 13c werden wie folgt ausgebildet. Zunächst
wird ein Rückflächenschutzfilm 11, der durch einen Oxidfilm
gebildet wird, an der entgegengesetzten Seite des
plattenartigen Substrats 1 ausgebildet, die entgegengesetzt
zu der Oberfläche desselben ist, an welcher der Tragfilm 2
ausgebildet ist. Nachfolgend werden Ätzöffnungen 12
ausgebildet, indem der Rückflächenschutzfilm 11
beispielsweise durch ein fotolithographisches Verfahren
entfernt wird. Nachfolgend werden Hohlräume 14a bis 14c
ausgebildet, indem freigelegte Abschnitte des plattenartigen
Substrats entfernt werden, die trapezförmige Querschnitte
aufweisen und sich von der entgegengesetzten Fläche zu dem
Tragfilm 2 erstrecken, beispielsweise durch alkalisches
Ätzen.
In Fig. 1 bezeichnet ein Pfeil A eine positive
Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids. Drei
Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c sind derart
angeordnet, dass deren Abschnitte an der Seite des
Schutzfilmes 3 zu dem zu messenden Fluid freigelegt sind,
dass sich eine längere Seite einer jeden der Membranen 13a
bis 13c entlang der Strömungsrichtung des messenden Fluids A
erstreckt, und dass die Membranen 13a bis 13c in einer
Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A des zu
messenden Fluids angeordnet sind. Die Größe einer jeden der
drei Membranen 13a bis 13c beträgt 1500 µm × 200 µm. Die
Dicke eines Abschnitts, in dem keine Widerstände ausgebildet
sind, einer jeden der Membranen 13a bis 13c beträgt 0,9 µm.
Ferner sind an jeder der Membranen 13a bis 13c die
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c jeweils an der
stromaufwärtigen Seite der Heizwiderstände 4a bis 4c
angeordnet. Darüber hinaus sind die
Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c jeweils an der
stromabwärtigen Seite der Heizwiderstände 4a bis 4c
angeordnet.
Fig. 3 und 4 sind eine Vorderansicht und eine
Längsschnittansicht des wärmeempfindlichen Durchsatzes unter
Verwendung der Durchsatzerfassungseinrichtung 10.
Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt ist, weist dieser Durchsatzsensor
einen zylindrischen Hauptdurchgang 16, der als ein Durchgang
dient, durch den ein zu messendes Fluid strömt, und eine
zylindrische Erfassungsröhre 15 auf, die koaxial in diesem
Hauptdurchgang 16 angeordnet ist. Die
Durchsatzerfassungseinrichtung 10, die in Fig. 1 und 2
gezeigt ist, ist an die Oberfläche des plattenartigen
Trageelements 19 angebracht, das in der Erfassungsröhre 15
derart angeordnet ist, dass die Oberfläche der
Durchsatzerfassungseinrichtung 10 nahezu parallel zu der
Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids ist. Diese
Durchsatzerfassungseinrichtung 10 ist derart angeordnet, dass
der Abschnitt derselben, der an der Seite des Schutzfilmes 3
vorgesehen ist, zu dem zu messenden Fluid freigelegt ist, und
dass eine längere Seite einer jeden der Membranen 13a bis 13c
sich in der Strömungsrichtung A des Fluids erstreckt.
Ferner ist eine Erfassungsleiterplatte 21, die als eine
Erfassungsschaltung dient, in einem Gehäuse 17 untergebracht.
Die Durchsatzerfassungseinrichtung 10 ist elektrisch mit der
Erfassungsleiterplatte 21 durch einen Bleidraht 20 verbunden.
Darüber hinaus ist ein Verbinder 18 zur Zuführung von Energie
zu dem Durchsatzsensor und zum Aufnehmen eines
Ausgangssignals zu einer äußeren Schaltung in dem Gehäuse 17
vorgesehen. Ein Schirmelement 22 ist derart angeordnet, dass
es die Erfassungsleiterplatte 21 derart abdeckt, dass die
Erfassungsleiterplatte 21 vor Störungen von außen, wie z. B.
elektromagnetischen Wellen, geschützt wird.
Im übrigen ist der Aufbau des Durchsatzsensors, der in den
Fig. 3 und 4 dargestellt ist, der gleiche wie derjenige von
Durchsatzsensoren weiterer Ausführungsformen, die nachfolgend
beschrieben sind.
In dieser Durchsatzerfassungseinrichtung 10 und dem
zugehörigen Sensor werden die Heizwiderstände 4a bis 4c durch
den Antriebsschaltkreis für eine konstante
Temperaturdifferenz, der in Fig. 5 gezeigt ist, derart
gesteuert, dass sie einen Widerstandswert aufweisen, bei dem
die Durchschnittstemperatur der Heizwiderstände einen
vorbestimmten Wert aufweist. Die Erfassungsschaltung wird
durch eine Brückenschaltung gebildet, welche den
Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5 und den Heizwiderstand
4 aufweist (in diesem Fall sind die Heizwiderstände 4a bis 4c
in Reihe verbunden und somit aus Gründen der Einfachheit als
ein einziger Heizwiderstand 4 gezeigt). In dieser Figur
bezeichnen die Referenzzeichen R1, R2, R3, R4 und R5 feste
Widerstände. Die Referenzzeichen OP1 und OP2 bezeichnen
Operationsverstärker. Die Referenzzeichen TR1 und TR2
bezeichnen Transistoren, und BATT bezeichnet eine
Energiequelle. Darüber hinaus sind die Aufbauelemente dieser
Schaltung mit Ausnahme des
Fluidtemperaturerfassungswiderstands 5 und des
Heizwiderstands 4 an der Erfassungsleiterplatte 21
ausgebildet.
Die Erfassungsschaltung wirkt derart, dass das elektrische
Potential an den Punkten a und b, die in Fig. 5 gezeigt sind,
nahezu zueinander gleich ist. Darüber hinaus sind die
Aufbauwiderstände der Brückenschaltung derart eingestellt,
dass die Temperatur des Heizwiderstands 4 höher ist als die
Temperatur des Fluidtemperaturerfassungswiderstands 5, und
zwar um einen vorbestimmten Wert (beispielsweise 100°C), und
diese Erfassungsschaltung steuert einen Heizstrom IH für den
Heizwiderstand 4. Wenn sich die Strömungsgeschwindigkeit des
zu messenden Fluids erhöht, erhöht sich ein Ausmaß an Wärme,
das auf dieses Fluid von dem Heizwiderstand 4 übertragen
wird. Wenn somit die Durchschnittstemperatur des
Heizwiderstandes 4 bei einem vorbestimmten Wert gehalten
wird, erhöht sich der Heizstrom IH.
Andererseits erhält ein jeder der
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c einen
Ausgang, der einer Temperatur desselben entspricht, und zwar
durch eine (nicht gezeigte) Schaltung. Ferner wird ein
Signal, das den Unterschied zwischen den Ausgängen dieser
Widerstände repräsentiert, als ein Ausgang des
Durchsatzsensors verwendet. Wenn sich nämlich das Fluid in
der Richtung des Pfeils A (in der positiven Richtung) gemäß
Fig. 1 bewegt, ist die Temperatur der
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c geringer als
diejenige der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c. Wenn
sich im Gegensatz dazu das Fluid in einer Richtung
entgegengesetzt zu der Richtung des Pfeils A bewegt (d. h. in
einer negativen Richtung), ist die Temperatur der Widerstände
6a bis 6c höher als diejenige der
Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c.
Fig. 6 zeigt die Durchschnittstemperatur der
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c
entsprechend dem Durchsatz. Somit werden der Durchsatz des
Fluids und die Strömungsrichtung desselben unter Verwendung
des Unterschieds zwischen den Ausgangssignalen erfasst, die
der Temperatur der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c
und der Temperatur der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis
7c als einem Ausgang des Durchsatzsensors entsprechen.
Im übrigen werden die Temperaturen der
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c durch
Verfahren mit Aufbringen einer vorbestimmten konstanten
Spannung oder eines Stromes auf eine Gruppe der Widerstände
6a bis 6c und einer anderen Gruppe der Widerstände 7a bis 7c
erfasst.
In diesem Zusammenhang werden nachfolgend die maximale
Belastung und die Auslenkung, die in den Membranen zum
Zeitpunkt der Aufbringung einer gleichmäßigen Last, wie z. B.
eines Druckes, auf die Membranen verursacht werden,
untersucht.
Fig. 7 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses
zwischen dem Längenverhältnis einer jeden der Membranen und
der darin in dem Fall, dass die Länge der kürzeren Seite
einer jeden der Membranen konstant ist, erzeugten maximalen
Belastung. Die Abszisse dieses Diagramms zeigt das Verhältnis
der Länge der längeren Seite einer jeden Membran zu
derjenigen der kürzeren Seite derselben in dem Fall an, dass
die Länge der kürzeren Seite konstant ist, und die Länge der
längeren Seite verändert wird. Die Ordinaten dieses Diagramms
zeigen die maximale Belastung an, die erzeugt wird, wenn eine
gleichmäßige Last auf die Oberfläche einer jeden Membran
aufgebracht wird, indem die maximale Belastung auf 1
eingestellt wird, wenn das Verhältnis der Länge der längeren
Seite zu der Länge der kürzeren Seite = 2 ist.
Wie aus Fig. 7 deutlich wird, verringert sich die
Vergrößerungsrate der maximalen Belastung in dem Fall, dass
das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der
kürzeren Seite nicht weniger als 2 ist, verglichen mit dem
Fall, dass dieses Verhältnis geringer als 2 ist. Demzufolge
wird in dem Fall, dass eine Fläche der Membran vergrößert
wird, wenn die Festigkeit der Membran nicht umfangreich
verringert wird, bevorzugt, dass die Länge der längeren Seite
vergrößert wird, verglichen mit dem Fall, dass die Länge der
kürzeren Seite vergrößert wird. Ferner kann, wenn das
Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der
kürzeren Seite 2 ist, eine Verringerung in der Festigkeit
der Membran bezüglich einer Vergrößerung der Fläche derselben
verringert werden.
Fig. 8 ist ein Diagramm zur Darstellung des Verhältnisses
zwischen dem Längenverhältnis einer jeden der Membranen und
der maximalen Auslenkung, die darin in dem Fall erzeugt wird,
dass die Länge der kürzeren Seite einer jeden der Membranen
konstant ist. Die Abszisse dieses Diagramms zeigt das
Verhältnis der Länge der längeren Seite einer jeden Membran
zu derjenigen der kürzeren Seite derselben unter den gleichen
Bedingungen, ähnlich wie in Fig. 7, an. Die Ordinaten dieses
Diagramms zeigen die maximale Auslenkung an, die erzeugt
wird, wenn eine gleichmäßige Last auf die Oberfläche einer
jeden Membran aufgebracht wird, und indem die maximale
Belastung auf 1 eingestellt wird, wenn das Verhältnis der
Länge der längeren Seite zu der Länge der kürzeren Seite = 2
ist.
Wie aus Fig. 8 ersichtlich ist, verringert sich die
Vergrößerungsrate der maximalen Auslenkung in dem Fall, dass
das Verhältnis der Länge der längeren Seite zu der Länge der
kürzeren Seite nicht weniger als 2 ist, verglichen mit dem
Fall, dass ein derartiges Verhältnis geringer als 2 ist.
Deshalb wird in dem Fall, dass die Fläche der Membran
vergrößert wird, wenn die Auslenkung der Membran nicht
umfangreich vergrößert wird, bevorzugt, die Länge der
längeren Seite derselben zu vergrößern, verglichen mit dem
Fall, dass die Länge der kürzeren Seite derselben vergrößert
wird. Ferner kann, wenn das Verhältnis der Länge der längeren
Seite zu der Länge der kürzeren Seite 2 ist, eine
Vergrößerung der Auslenkung der Membran bezüglich einer
Vergrößerung der Fläche derselben verringert werden.
Wie aus der vorangehenden Beschreibung dieser Ausführungsform
deutlich wird, wird, wenn eine vorbestimmte Fläche einer
jeden der Membranen sichergestellt wird, die Festigkeit
derselben gegen äußere Kräfte vergrößert, und die Auslenkung
derselben wird verringert, indem die Länge der längeren Seite
derselben derart eingestellt wird, dass sie zweimal die Länge
der kürzeren Seite derselben oder mehr beträgt.
Ferner ist es für die Sicherstellung einer hohen
Dauerhaftigkeit der Membran vorteilhaft, dass die darin
erzeugte Belastung und Auslenkung klein sind. Somit wird ein
höchstverlässlicher Durchsatzsensor erhalten, indem
rechtwinklige Membranen vorgesehen werden, von denen jede
eine längere Seite aufweist, deren Länge zweimal die Länge
einer kürzeren Seite oder länger beträgt.
Gemäß der ersten Ausführungsform sind die Membranen 13a bis
13c derart angeordnet, dass sich deren längere Seite entlang
der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids erstrecken.
Somit werden der Abstand L1 zwischen dem stromaufwärtigen und
dem stromabwärtigen Endabschnitt eines jeden der
Temperaturerfassungswiderstände 6a bis 6c und 7a bis 7c und
der Abstand L2 zwischen dem stromaufwärtigen und dem
stromabwärtigen Endabschnitt der Membranen 13a bis 13c auf
große Werte eingestellt. Deshalb wird eine breite
Temperaturverteilung in der Richtung parallel zu der Strömung
des zu messenden Fluids, das auf den Membranen 13a bis 13c
strömt, erhalten. Folglich wird die große Temperaturdifferenz
zwischen einer Gruppe der Temperaturerfassungswiderstände 6a
bis 6c und einer weiteren Gruppe der
Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c erhalten. Die
Durchsatzerfassungsempfindlichkeit des Sensors wird
verbessert. Im übrigen ist auch in dem Fall, dass eine
einzige Durchsatzerfassungsmembran in dem Sensor vorgesehen
ist, ein Durchsatzerfassungsbereich in der Richtung zu der
Strömung des zu messenden Fluids (d. h. in der Richtung der
kürzeren Seite der Membran) schmal. Somit sind im Fall der
ersten Ausführungsform drei Durchsatzerfassungsmembranen 13a
bis 13c in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung
des zu messenden Fluids angeordnet, so dass die
durchschnittliche radiale Strömungsgeschwindigkeit in dem
Durchgang gemessen wird. Folglich wird die
Durchsatzerfassungsgenauigkeit verbessert.
Ferner ist in jeder der Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis
13c ein entsprechender der Temperaturerfassungswiderstände 6a
bis 6c an der stromaufwärtigen Seite eines entsprechenden der
Heizwiderstände 4a bis 4c vorgesehen. Ferner ist ein
entsprechender der Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c
an der stromabwärtigen Seite desselben vorgesehen. Somit
werden ein Signal, das die Temperatur an der stromaufwärtigen
Seite der Heizwiderstände repräsentiert, und ein Signal, das
die Temperatur an der stromabwärtigen Seite derselben
repräsentiert, anhand der Durchsatzerfassungsmembran 13a bis
13c erhalten. Folglich wird die Empfindlichkeit des
Durchsatzsensors vergrößert.
Darüber hinaus werden, weil die Membran aus drei
Durchsatzerfassungsmembranen 13a bis 13c besteht, die
Abmessungen einer jeden der drei Membranen verringert.
Folglich wird die Festigkeit der Membranen vergrößert.
Zusätzlich ist eine jede der Durchsatzerfassungsmembranen 13a
bis 13c derart ausgebildet, dass sie eine Größe von
1500 µm × 200 µm aufweist. Somit wird die Festigkeit der
Membranen gegen eine äußere Kraft vergrößert.
Folglich wird die Festigkeit der Membran der
Durchsatzerfassungseinrichtung 10 vergrößert, so dass ein
höchstverlässlicher Durchsatzsensor erhalten wird.
Das Erreichen einer Verbesserung der Festigkeit der
Durchsatzerfassungsmembranen bedeutet, dass dünnere Membranen
in dem Fall erhalten werden, dass eine vorbestimmte
Festigkeit der Membranen erhalten wird.
Die Wärmeträgheit einer Membran wird gemäß der
Wärmekapazität, der Dichte und des Volumens des Materials der
Membran bestimmt. Wenn somit die Dicke der Membran verringert
wird, wird die Wärmeträgheit verringert. Folglich wird das
Ansprechverhalten des Durchsatzsensors verbessert. Wenn
beispielsweise dieser Durchsatzsensor als ein Sensor zur
Messung der Einlassluftmenge zur Verwendung in dem einem
Automobil verwendet wird, ist die Einlassluft eine
pulsierende Strömung mit einer Frequenz von zig bis hundert
Hertz und weist manchmal eine Rückwärtsströmung auf. In dem
Fall einer derartigen Verwendung sollte der Durchsatzsensor
ein schnelles Ansprechverhalten aufweisen, um eine
Einlassluftmenge genau zu erfassen. Ergebnisse von Versuchen,
die durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung
durchgeführt wurden, offenbaren, dass, wenn die Dicke der
Membran nicht mehr als 1 µm beträgt, ein Ausgangssignal des
Sensors erhalten wird, das einer Einlassluftpulsation folgt,
die dem Motor entspricht.
Bei der ersten Ausführungsform können dünnere Membranen
verglichen mit der Membran des herkömmlichen Durchsatzsensors
verwendet werden. Darüber hinaus wird die Wärmekapazität der
Membran verringert. Somit realisiert die vorliegende
Erfindung einen Durchsatzsensor, der auf einen
Einlassluftmengensensor zur Verwendung in einem Motor eines
Automobils angewendet werden kann.
Ferner sind die Heizwiderstände 4a bis 4c in Reihe verbunden.
Somit ist es ausreichend, dass der Sensor nur eine
Steuerungsschaltung zur Steuerung der Heizströme aufweist,
die den Heizwiderständen 4a bis 4c zugeführt werden. Der
Sensor weist nämlich nur eine Antriebsschaltung für eine
konstante Temperaturdifferenz auf, die in Fig. 5 gezeigt ist.
Somit wird die Anzahl der Elektroden nicht vergrößert.
Folglich wird, verglichen mit dem herkömmlichen
Durchsatzsensor, die Anzahl der Mannstunden, die zur
Durchführung der Leitungsverbindungen usw. erforderlich ist,
nicht vergrößert.
In ähnlicher Weise sind die Temperaturerfassungswiderstände
6a bis 6c in Reihe verbunden, und die
Temperaturerfassungswiderstände 7a bis 7c sind in Reihe
verbunden, so dass der Sensor nur ein Paar von
stromaufwärtigen und stromabwärtigen
Temperaturerfassungsschaltungen zur Erfassung der Temperatur
der Temperaturerfassungswiderstände aufweist. Somit wird
verglichen mit dem herkömmlichen Durchsatzsensor die Anzahl
der Temperaturunterschieds-Erfassungsschaltungen nicht
vergrößert.
Ferner werden bei einem Herstellungsverfahren der
Durchsatzerfassungseinrichtung 10 gemäß der ersten
Ausführungsform mehrere Membranen gleichzeitig mit dem
gleichen Ätzschritt ausgebildet, und zwar auch in dem Fall,
dass die mehreren Membranen an der
Durchsatzerfassungseinrichtung 10 vorgesehen sind. Somit wird
die Anzahl der Schritte nicht vergrößert, verglichen mit dem
Fall, dass ein herkömmlicher Sensor mit einer einzigen
Membran verwendet wird. Folglich weist die erste
Ausführungsform einen Vorteil dahingehend auf, dass die
Herstellungskosten verglichen mit einem herkömmlichen
Durchsatzsensor nicht vergrößert werden.
Im übrigen werden, obwohl die erste Ausführungsform derart
aufgebaut ist, dass die längeren Seiten der Membranen 13a bis
13c sich parallel mit der Strömungsrichtung des zu messenden
Fluids erstrecken, ähnliche Wirkungen erhalten, auch wenn die
Membranen derart angeordnet sind, dass sie ein wenig
bezüglich der Strömungsrichtung geneigt sind.
Darüber hinaus können, obwohl die erste Ausführungsform
derart aufgebaut ist, dass die Heizwiderstände 4a bis 4c in
Reihe verbunden sind, die Heizwiderstände 4a bis 4c parallel
verbunden sein. Darüber hinaus kann in ähnlicher Weise eine
jede der Gruppen der Temperaturerfassungswiderstände 6a bis
6c und 7a bis 7c parallel verbunden sein.
Zusätzlich ist, obwohl beschrieben wurde, dass die drei
Durchsatzerfassungsmembranen bei der ersten Ausführungsform
in einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des zu
messenden Fluids angeordnet sind, die Anzahl derartiger
Membranen nicht auf drei beschränkt. Ähnliche Wirkungen
werden erhalten, wenn mehrere derartiger Membranen in der
Erfassungseinrichtung angeordnet sind.
Fig. 9 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer zweiten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 10 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der
Pfeile auf der Linie X-X von Fig. 9. Im übrigen bezeichnen
die Referenznummern 2, 3, 5, 8a bis 8h, 9a bis 9h und 11 die
entsprechenden Aufbauelemente wie bei der ersten
Ausführungsform.
In dem Fall der zweiten Ausführungsform ist ein
plattenartiges Substrat 1A ein Siliciumsubstrat, dessen ebene
Oberfläche eine Kristallorientierung gemäß (110) aufweist,
und die Oberfläche in der Dickenrichtung eine
Kristallorientierung gemäß (111) aufweist.
Ferner werden zunächst ein Tragfilm 2, Heizwiderstände 4d bis
4j, die als Heizabschnitte dienen, stromaufwärtige
Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j, die als
Temperaturerfassungsabschnitte dienen, stromabwärtige
Temperaturerfassungswiderstände 7d bis 7j, die als die
Temperaturerfassungsabschnitte dienen, ein
Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5, Leitungsmuster 8a bis
8h und ein Schutzfilm 3 an dem plattenartigen Substrat 1A
durch Verfahren ähnlich zu dem Verfahren ausgebildet, das in
der Beschreibung der ersten Ausführungsform beschrieben
wurde. Nachfolgend wird ein Rückflächenschutzfilm 11, der
durch einen Oxidfilm gebildet wird, an einer Oberfläche
ausgebildet, die entgegengesetzt zu einer Oberfläche ist, an
welcher der Tragfilm 2 des plattenartigen Substrats 1A
ausgebildet ist. Dann werden Ätzöffnungen 12d bis 12j
ausgebildet, indem der Rückflächenschutzfilm 11 durch ein
fotolithographisches Verfahren teilweise entfernt wird.
Nachfolgend wird ein Ätzen auf diesem Substrat durch
Verwendung eines Ätzmittels durchgeführt, wie z. B. durch
Verwendung von TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid). Dann
werden Hohlräume 14d bis 14j durch Entfernen von Teilen des
plattenartigen Substrats 1A ausgebildet, die von den
Ätzöffnungen 12d bis 12j freigelegt werden, und zwar derart,
dass sie den Tragfilm 2 erreichen. Folglich sind sechs
Durchsatzerfassungsmembranen 14d bis 14j gebildet.
Die Heizwiderstände 4d bis 4j sind in Reihe verbunden. Beide
Enden eines jeden dieser Widerstände sind durch
Leitungsmuster 8c und 8f mit den Elektroden 9c und 9f und
somit mit der Antriebsschaltung für eine konstante
Temperaturdifferenz verbunden. Andererseits sind die
stromaufwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j in
Reihe verbunden. Beide Enden dieser
Temperaturerfassungswiderstände sind durch Leitungsmuster 8a
und 8b mit den Elektroden 9a und 9b und somit mit der
Temperaturerfassungsschaltung verbunden. In ähnlicher Weise
sind die stromabwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 7d
bis 7j in Reihe verbunden. Beide Enden dieser
Temperaturerfassungswiderstände sind mit den Leitungsmustern
8g und 8h mit den Elektroden 9g und 9h und somit mit der
Temperaturerfassungsschaltung verbunden.
Im übrigen ist, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt ist, eine
jede dieser sechs Durchsatzerfassungsmembranen 13d bis 13j
wie ein Parallelogramm derart ausgebildet, dass sie eine
längere Seite aufweist, die sich parallel mit der
Strömungsrichtung A erstreckt. Ferner ist eine jede dieser
sechs Durchsatzerfassungsmembranen in einer Richtung
senkrecht zu der Strömungsrichtung A derart angeordnet, dass
sich benachbarte dieser sechs Durchsatzerfassungsmembranen
nahe zueinander befinden. Ferner weist eine jede der
Membranen den Heizwiderstand und die
Temperaturerfassungswiderstände auf, die an der
stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des
Heizwiderstands ausgebildet sind.
Ferner sind als ein Ergebnis der Tatsache, dass ein
Siliciumsubstrat, dessen Oberfläche in der Dickenrichtung
derselben eine Kristallorientierung gemäß (111) aufweist, als
das plattenartige Substrat 1 verwendet wird, und dass die
Hohlräume 14d bis 14j durch Verwendung des Ätzmittels, wie
z. B. TMAH und durch Durchführung des Ätzens ausgebildet
werden, die längeren Seitenabschnitte der Hohlräume 14d bis
14j derart ausgebildet, dass sie nahezu senkrecht zu der
Oberfläche des plattenartigen Substrats 1 sind.
Ferner wird der Tragfilm 2 durch einen 0,5 µm dicken
Siliciumnitridfilm gebildet, während der Schutzfilm 3 durch
einen 0,4 µm dicken Siliciumnitridfilm gebildet wird. Ein
Abschnitt, in dem keine Widerstände ausgebildet sind, einer
jeden der Durchsatzerfassungsmembranen 13d bis 13j beträgt
0,9 µm in der Dicke.
Der Durchsatzsensor unter Verwendung der
Durchsatzerfassungseinrichtung 10A, die wie oben beschrieben
aufgebaut ist, weist zusätzlich zu den Wirkungen der ersten
Ausführungsform folgende Wirkungen auf. Im einzelnen ist der
längere Seitenabschnitt einer jeden der Membranen 13d bis 13j
senkrecht zu dem plattenartigen Substrat 1 geätzt. Somit sind
viele Membranen in einer Richtung angeordnet, die sich mit
der Richtung A der Strömung des zu messenden Fluids schneidet
(oder zu dieser senkrecht ist), so dass benachbarte derartige
Membranen näher zueinander angeordnet sind. Folglich wird der
Durchsatzerfassungsbereich in der Richtung, welche die
Strömungsrichtung A schneidet, verbreitert. Somit wird ein
höchstgenauer Durchsatzsensor erhalten.
Ferner sind die Heizwiderstände 4d bis 4j in Reihe verbunden,
so dass nur zwei Elektroden erforderlich sind, ähnlich wie
dies beim herkömmlichen Durchsatzsensor der Fall ist. Somit
wird die Anzahl der Schritte bei einem Verbindungsvorgang
nicht vergrößert. Zusätzlich benötigt der Durchsatzsensor
dieser Ausführungsform nur eine einzige Antriebsschaltung für
eine konstante Temperaturdifferenz.
Darüber hinaus sind die stromaufwärtigen
Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j in Reihe verbunden,
so dass nur zwei Elektroden erforderlich sind, ähnlich wie
dies bei dem herkömmlichen Durchsatzsensor der Fall ist.
Somit wird die Anzahl der Schritte eines Verbindungsvorgangs
nicht vergrößert. Zusätzlich benötigt der Durchsatzsensor
dieser Ausführungsform nur eine
Temperaturerfassungsschaltung.
In ähnlicher Weise sind die stromabwärtigen
Temperaturerfassungswiderstände 7d bis 7j in Reihe verbunden,
so dass nur zwei Elektroden erforderlich sind, ähnlich wie
dies bei dem herkömmlichen Durchsatzsensor der Fall ist.
Somit wird die Anzahl der Schritte bei einem
Verbindungsvorgang nicht vergrößert. Zusätzlich benötigt der
Durchsatzsensor dieser Ausführungsform nur eine
Temperaturerfassungsschaltung.
Im übrigen ist, obwohl ein Siliciumsubstrat, dessen
Oberfläche in der Dickenrichtung eine Kristallorientierung
gemäß (111) aufweist, als das plattenartige Substrat
verwendet wird, und dann ein Nassätzen an dem
Siliciumsubstrat verwendet wird, um dadurch die Hohlräume 14d
bis 14j auszubilden, die senkrecht zu der Oberfläche des
Substrats gemäß der zweiten Ausführungsform geätzt werden,
das Verfahren zur Ausbildung derartiger Hohlräume 14d bis
14j, die senkrecht zu der Oberfläche des Substrats geätzt
werden, nicht darauf beschränkt. Ein Verfahren der teilweisen
Entfernung des Siliciumsubstrats durch Durchführung eines
Trockenätzens kann ebenso verwendet werden.
Ferner können, obwohl die Heizwiderstände 4d bis 4j bei der
zweiten Ausführungsform in Reihe verbunden sind, die
Heizwiderstände 4d bis 4j parallel verbunden sein. Darüber
hinaus kann eine jede der Gruppen der
Temperaturerfassungswiderstände 6d bis 6j und 7d bis 7j
parallel verbunden sein.
Fig. 11 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer dritten
Ausführungsform der Erfindung verwendet wird. Fig. 12 ist
eine Schnittansicht entlang der Richtung der Pfeile auf der
Linie XII-XII von Fig. 11. Im übrigen bezeichnen die
Referenznummern 1 bis 3, 5, 8a bis 8h, 9a bis 9h und 11 die
entsprechenden Aufbauelemente wie bei der ersten
Ausführungsform.
Im Fall der dritten Ausführungsform werden zunächst ein
Tragfilm 2, Heizwiderstände 4k bis 4n, die als Heizabschnitte
dienen, Temperaturerfassungswiderstände 6k, 6m, 7l und 7n,
die als die Temperaturerfassungsabschnitte dienen, ein
Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5, Leitungsmuster 8a bis
8h und ein Schutzfilm 3 an dem plattenartigen Substrat 1
durch ein Verfahren ähnlich zu dem Verfahren, das bei der
Beschreibung der ersten Ausführungsform beschrieben wurde,
ausgebildet. Folglich wird ein Rückflächenschutzfilm 11, der
durch einen Oxidfilm gebildet wird, an einer Oberfläche
ausgebildet, die zu einer Oberfläche, an welcher der Tragfilm
2 des plattenartigen Substrats 1 ausgebildet ist,
entgegengesetzt ist. Dann werden Ätzöffnungen 12 ausgebildet,
indem der Rückseitenschutzfilm 11 durch ein
fotolithographisches Verfahren teilweise entfernt wird.
Nachfolgend wird auf diesem Substrat ein alkalisches Ätzen
durchgeführt. Dann werden Hohlräume 14k bis 14n ausgebildet,
indem Teile des plattenartigen Substrats 1 entfernt werden,
die von den Ätzöffnungen 12 freigelegt sind, und zwar derart,
dass der Tragfilm 2 erreicht wird. Folglich sind vier
Durchsatzerfassungsmembranen 13k bis 13n derart aufgebaut,
dass sie in der Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A
des zu messenden Fluids angeordnet sind.
Ferner werden die Heizwiderstände 4k und 4m, die als die
Heizabschnitte dienen, und die
Temperaturerfassungswiderstände 6k und 6m, die als die
Temperaturerfassungsabschnitte dienen, die an der
stromaufwärtigen Seite der Heizwiderstände 4k und 4m
ausgebildet sind, in den Membranen 13k und 13m jeweils
vorgesehen. Währenddessen werden die Heizwiderstände 41 und
4n, die als die Heizabschnitte dienen, und die
Temperaturerfassungswiderstände 7l und 7n, die als die
Temperaturerfassungsabschnitte dienen, die an der
stromabwärtigen Seite der Heizwiderstände 41 und 4n
ausgebildet sind, in den Membranen 13l bis 13n vorgesehen.
Die Heizwiderstände 4k bis 4n sind in Reihe verbunden. Ferner
sind die stromaufwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 6k
bis 6m in Reihe verbunden. Darüber hinaus sind die
stromabwärtigen Temperaturerfassungswiderstände 7l bis 7n in
Reihe verbunden.
Im übrigen ist der Tragfilm 2 durch einen 0,5 µm dicken
Siliciumnitridfilm gebildet, während der Schutzfilm 3 durch
einen 0,4 µm dicken Siliciumnitridfilm gebildet wird. Ein
Abschnitt, in dem keine Widerstände ausgebildet sind, einer
jeden der Durchsatzerfassungsmembranen 13k bis 13n beträgt
0,9 µm in der Dicke.
Der Durchsatzsensor unter Verwendung der
Durchsatzerfassungseinrichtung 10B, die wie oben beschrieben
aufgebaut ist, weist die folgenden Wirkungen auf. Im
einzelnen sind die Heizwiderstände 4k und 4m und die
Temperaturerfassungswiderstände 6k und 6m, die an der
stromaufwärtigen Seite der Heizwiderstände 4k und 4m
ausgebildet sind, jeweils in den Membranen 13k und 13m
vorgesehen. Andererseits sind die Heizwiderstände 41 und 4n
und die Temperaturerfassungswiderstände 7l und 7n, die an der
stromabwärtigen Seite der Heizwiderstände 41 und 4n
ausgebildet sind, jeweils in den Membranen 13l und 13n
vorgesehen. Somit ist die Länge der längeren Seite einer
jeden der Membranen 13k bis 13n verringert. Folglich wird die
Festigkeit einer jeden der Membranen noch weiter vergrößert.
Somit wird ein höchstverlässlicher Durchsatzsensor erhalten.
Zusätzlich wird auch in dem Fall, dass jede der Membranen die
Festigkeit aufweist, die gleich zu derjenigen der Membran des
herkömmlichen Durchsatzsensors ist, die Dicke einer jeden der
Membranen verringert. Folglich sorgt die vorliegende
Erfindung für einen Durchsatzsensor, der ein hervorragendes
Ansprechverhalten aufweist.
Fig. 13 ist eine Draufsicht einer
Durchsatzerfassungseinrichtung, die in einem
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor gemäß einer vierten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Fig. 14 ist eine Schnittansicht entlang der Richtung der
Pfeile auf der Linie XIV-XIV von Fig. 13. Im übrigen
bezeichnen die Referenznummer 1 bis 3, 5, 8a bis 8h und 9a
bis 9h die entsprechenden Aufbauelemente gemäß der ersten
Ausführungsform.
In dem Fall der vierten Ausführungsform werden zunächst ein
Tragfilm 2, Heizwiderstände 4o und 4p, die als Heizabschnitte
dienen, Temperaturerfassungswiderstände 6o und 6p, die als
die Temperaturerfassungsabschnitte dienen, ein
Fluidtemperaturerfassungswiderstand 5, Leitungsmuster 8a bis
8h und ein Schutzfilm 3 an dem plattenartigen Substrat 1
durch ein Verfahren ausgebildet, das dem Verfahren, das im
Rahmen der Beschreibung der ersten Ausführungsform
beschrieben wurde, ähnlich ist. Nachfolgend wird ein
Rückseitenschutzfilm 11, der durch einen Oxidfilm gebildet
wird, an einer Fläche ausgebildet, die zu der Fläche
entgegengesetzt ist, an welcher der Tragfilm 2 des
plattenartigen Substrats 1 ausgebildet ist. Dann werden
Ätzöffnungen 12o und 12p ausgebildet, indem der
Rückseitenschutzfilm 11 teilweise durch ein
fotolithographisches Verfahren entfernt wird. Nachfolgend
wird auf diesem Substrat ein alkalisches Ätzen durchgeführt.
Dann werden Hohlräume 14a bis 14p ausgebildet, indem Teile
des plattenartigen Substrats 1 entfernt werden, die von den
Ätzöffnungen 12 freigelegt sind, und zwar derart, dass der
Tragfilm 2 erreicht wird. Folglich erstreckt sich eine
längere Seite einer jeden der Durchsatzerfassungsmembranen
13o und 13p entlang der Richtung senkrecht zu der
Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids, und die
Membranen 13o und 13p sind in der Strömungsrichtung A des zu
messenden Fluids angeordnet. Im übrigen ist die Membran 13o
an der stromaufwärtigen Seite der Membran 13p angeordnet.
Ferner weist die Membran 13o den Heizwiderstand 4o, der als
der Heizabschnitt dient, und den
Temperaturerfassungswiderstand 6o auf, der als der
Temperaturerfassungsabschnitt dient, der an der
stromaufwärtigen Seite des Heizwiderstandes 4o ausgebildet
ist. Die Membran 13p weist den Heizwiderstand 4p, der als der
Heizabschnitt dient, und den Temperaturerfassungswiderstand
6p auf, der als der Temperaturerfassungsabschnitt dient, der
an der stromabwärtigen Seite des Heizwiderstandes 4p
ausgebildet ist. Ferner sind die Heizwiderstände 4o und 4p in
Reihe verbunden.
Darüber hinaus sind die Durchsatzerfassungsmembranen 13o und
13p derart ausgebildet, dass die Länge der längeren Seite
einer jeden dieser Membranen zweimal die Länge der kürzeren
Seiten derselben oder länger ist, und dass die Dicke einer
jeden dieser Membranen nicht mehr als 1 µm beträgt.
Fig. 17 und 18 sind eine Draufsicht und eine seitliche
Schnittansicht einer Durchsatzerfassungseinrichtung, die ein
Vergleichsbeispiel gemäß einer vierten Ausführungsform sind.
In Fig. 17 und 18 bezeichnen Referenznummern 1 bis 3, 5, 8a
bis 8h und 9a bis 9h die entsprechenden Aufbauelemente gemäß
der ersten Ausführungsform.
In dem Fall dieses Vergleichsbeispiels erstreckt sich die
längere Seite der Membran 13 in einer Richtung senkrecht zu
der Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids. Somit weist
dieses Vergleichsbeispiel einen Vorteil dahingehend auf, dass
der Durchsatz eines Fluids in einem breiten Bereich in der
Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung A des Fluids
gemessen wird. Jedoch sind drei Widerstandsmuster des
Heizwiderstands 4, des stromaufwärtigen
Temperaturerfassungswiderstands 6 und des stromabwärtigen
Temperaturerfassungswiderstands 7 an einer einzigen Membran
13 in der Strömungsrichtung des zu messenden Fluids
angeordnet. Somit ist die Breite der Membran in Richtung der
Strömung des zu messenden Fluids breit. Somit ist es zur
Sicherstellung der Festigkeit der Membran 13 erforderlich,
deren Dicke zu erhöhen. Folglich wird ein hinreichendes
Ansprechverhalten nicht erhalten.
Im Fall der vierten Ausführungsform ist es zur Sicherstellung
der Festigkeit einer Membran hinreichend, dass zwei
wärmeempfindliche Widerstände, nämlich der Heizabschnitt und
der Temperaturerfassungsabschnitt an einer einzigen Membran
angeordnet sind. Somit wird die Festigkeit der Membran durch
Verkleinern der Breite derselben vergrößert.
Im übrigen sind das Verhältnis zwischen der Festigkeit der
Membran und dem Verhältnis der Länge der längeren Seite zu
der Länge der kürzeren Seite der Membran und das Verhältnis
zwischen der Ablenkung, die in der Membran erzeugt wird, und
einem derartigen Verhältnis gleich zu den Beziehungen, die im
Rahmen der Beschreibung der ersten Ausführungsform
beschrieben wurden.
Die Dicke der Membran wird verringert, weil deren Festigkeit
erhöht werden kann. Wenn die Dicke der Membran nicht mehr als
1 µm beträgt, erreicht der Durchsatzsensor eine Wärmeantwort,
durch welche der Sensor der Pulsation einer Luftströmung
eines Verbrennungsmotors eines Automobils folgen kann.
Ferner sind die Heizwiderstände 4o in 4p in Reihe verbunden.
Somit erfordert, auch wenn mehrere Heizwiderstände in der
Einrichtung vorgesehen sind, der Sensor nur eine Schaltung
zur Steuerung des Heizstromes. Ferner sind die
Heizwiderstände 4o und 4p in Reihe verbunden. Somit neigt,
wenn eine positive Strömungsrichtung eines zu messenden
Fluids erzeugt wird, die Temperatur des Heizwiderstandes 4o
dazu, niedriger zu werden als die Temperatur des
Heizwiderstandes 4p. Deshalb ist verglichen mit dem Fall,
dass die Heizwiderstände 4o und 4p parallel verbunden sind,
der Temperaturunterschied zwischen den Heizwiderständen 6o
und 6p groß. Folglich weist die vierte Ausführungsform einen
Vorteil dahingehend auf, dass die Empfindlichkeit des
Durchsatzsensors hoch ist.
Der Durchsatzsensor der vorliegenden Erfindung ist wie oben
beschrieben gestaltet und weist die folgenden vorteilhaften
Wirkungen auf.
Im einzelnen wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer
Durchsatzerfassungseinrichtung geschaffen, die mehrere
Durchsatzerfassungsmembranen aufweist, von denen jede mit
Heizabschnitten und Temperaturerfassungsabschnitten versehen
ist. Die mehreren Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer
Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung
eines Fluids angeordnet. Jede der
Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und
angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben
zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt,
und dass sich die längere Seite derselben entlang der zu
messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt. Jede der
Durchsatzerfassungsmembranen weist wenigstens einen der
Heizabschnitte und wenigstens einen der
Temperaturerfassungsabschnitte auf, die in der zu messenden
Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sind.
Somit wird die Größe einer jeden der Membranen verringert, so
dass deren Festigkeit erhöht wird. Ferner ist, auch wenn die
längere Seite der Membran ausgedehnt wird, eine Verringerung
in der Festigkeit derselben gering. Folglich wird die
Festigkeit der Membran noch weiter erhöht. Darüber hinaus
wird ein höchstverlässlicher wärmeempfindlicher
Durchsatzsensor erhalten.
Ferner kann die Membran eine vergleichsweise breite Breite in
der Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids aufweisen.
Somit erlaubt der Sensor eine vergleichsweise große
Temperaturdifferenz zwischen den stromaufwärtigen und den
stromabwärtigen Temperaturerfassungsabschnitten. Folglich
wird ein höchstwärmeempfindlicher Durchsatzsensor erhalten.
Ferner sind mehrere Membranen derart vorgesehen, dass sie in
einer Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung des zu
messenden Fluids angeordnet sind. Somit kann die
durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit in der Richtung
senkrecht zu der Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids
gemessen werden. Somit wird ein wärmeempfindlicher
Durchsatzsensor mit einer hohen Strömungsraten-
Erfassungsgenauigkeit erhalten.
Darüber hinaus sind der Heizabschnitt und die
Temperaturerfassungsabschnitte, die jeweils an der
stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite des
Heizabschnitts angeordnet sind, in jeder der
Durchsatzerfassungsmembranen vorgesehen. Somit werden
Signale, die jeweils die Temperaturen in Teilen an der
stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des
Heizabschnitts anzeigen, erhalten. Folglich wird die
Erfassungsempfindlichkeit des Sensors vergrößert.
Ferner beträgt die Dicke der Durchsatzerfassungsmembran nicht
mehr als 1 µm. Somit erreicht der Sensor der vorliegenden
Erfindung ein Ansprechverhalten, durch das der Sensor einer
Pulsation einer Luftströmung zu einem Verbrennungsmotor eines
Automobils folgen kann.
Darüber hinaus wird der Heizabschnitt, der an der
Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, durch einen
wärmeempfindlichen Widerstand gebildet. Ferner sind die
wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabstände
in Reihe oder parallel verbunden. Somit besteht keine
Notwendigkeit, mehrere Steuerungsschaltungen für den
Heizstrom in dem Sensor vorzusehen. Folglich werden die
Herstellungskosten des Sensors verringert.
Zusätzlich wird jeder der Temperaturerfassungsabschnitte, der
an den Durchsatzerfassungsmembranen vorgesehen ist, durch
wärmeempfindliche Widerstände gebildet. Die
wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der
Temperaturerfassungsabschnitte sind in Reihe oder parallel
verbunden. Somit benötigt der Sensor nur zwei stromaufwärtige
und stromabwärtige Temperatursignalerfassungsschaltungen des
Temperaturerfassungsabschnitts. Folglich werden die
Herstellungskosten des Sensors verringert.
Darüber hinaus weisen die Durchsatzerfassungsmembranen
Membranen auf, die jeweils einen Heizabschnitt und einen
Temperaturerfassungsabschnitt, der an der stromaufwärtigen
Seite des Heizabschnitts angeordnet ist, aufweisen, und sie
weisen Membranen auf, von denen jede einen Heizabschnitt und
einen Temperaturerfassungsabschnitt aufweist, der an der
stromabwärtigen Seite dieses Heizabschnitts angeordnet ist.
Somit wird die Länge der längeren Seite einer jeden der
Membranen verringert. Folglich wird die Festigkeit einer
jeden der Membranen erhöht.
Ferner wird in jeder der Durchsatzerfassungsmembranen der
längere Seitenabschnitt dadurch gebildet, dass das
plattenartige Substrat in der Richtung senkrecht zu der
Oberfläche des Substrats entfernt wird. Somit werden viele
Membranen derart angeordnet, dass diese Membranen in einer
Richtung senkrecht zu der Strömungsrichtung eines zu
messenden Fluids angeordnet sind, und dass benachbarte
Membranen nahe zueinander angeordnet sind. Folglich wird ein
Erfassungsbereich vergrößert, und die Erfassungsgenauigkeit
und -empfindlichkeit des Sensors werden vergrößert.
Ferner wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ein
wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit einer
Durchsatzerfassungseinrichtung geschaffen, die
Wärmeerfassungsmembranen aufweist, die jeweils einen
Heizabschnitt und einen Temperaturerfassungsabschnitt
aufweisen. Die Durchsatzerfassungsmembranen sind in einer zu
messenden Strömungsrichtung eines Fluids angeordnet. Jede der
Durchsatzerfassungsmembranen ist derart ausgebildet und
angeordnet, dass eine Länge einer längeren Seite derselben
zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt,
dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu
einer zu messenden Strömungsrichtung des Fluids erstreckt,
und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 µm beträgt.
Eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist
den entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden
Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer
stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Eine
stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen weist den
entsprechenden Heizabschnitt und den entsprechenden
Temperaturerfassungsabschnitt auf, der an einer
stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist. Jeder der
Heizabschnitte weist wärmeempfindliche Widerstände auf. Die
wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabschnitte
sind in Reihe oder parallel verbunden sind. Dieser Sensor
verwendet ein Signal, das ein Maß darstellt, das einem
Temperaturunterschied zwischen dem
Temperaturerfassungsabschnitt, der in der stromaufwärtigen
Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist, und dem
Temperaturerfassungsabschnitt entspricht, der in der
stromabwärtigen Durchsatzerfassungsmembran vorgesehen ist,
als ein Durchsatzsignal.
Somit benötigt jede der Membranen nur zwei wärmeempfindliche
Widerstände, nämlich den Heizabschnitt und den
Temperaturerfassungsabschnitt. Folglich wird die Breite einer
jeden der Membranen verringert. Darüber hinaus wird die
Festigkeit einer jeden der Membranen vergrößert. Somit wird
ein höchstverlässlicher wärmeempfindlicher Durchsatzsensor
erhalten.
Ferner beträgt die Dicke einer jeden der Membranen nicht mehr
als 1 µm. Somit schafft die vorliegende Erfindung einen
wärmeempfindlichen Durchsatzsensor mit einem
Ansprechverhalten, durch das der Sensor einer Pulsation einer
Luftströmung zu einem Verbrennungsmotor eines Automobils
folgen kann.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung vorangehend beschrieben wurden, ist zu verstehen,
dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist,
und dass den Fachleuten weitere Modifikationen, ohne den
Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, geläufig
sind.
Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist deshalb lediglich
durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.
Claims (8)
1. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit:
einer Durchsatzerfassungseinrichtung (10, 10A, 10B) mit mehreren Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n), die jeweils mit Heizabschnitten (4a-4n) und Temperaturerfassungsabschnitten (6a-6k, 6m, 7a-7j, 7l, 7n) versehen sind,
wobei die mehreren Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung (A) eines Fluids angeordnet sind,
wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, und dass sich die längere Seite derselben entlang der zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids erstreckt, und wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) wenigstens einen der Heizabschnitte (4a-4n) und wenigstens einen der Temperaturerfassungsabschnitte (6a-6k, 6m, 7a-7j, 7l, 7n) aufweist, die in der zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids angeordnet sind.
einer Durchsatzerfassungseinrichtung (10, 10A, 10B) mit mehreren Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n), die jeweils mit Heizabschnitten (4a-4n) und Temperaturerfassungsabschnitten (6a-6k, 6m, 7a-7j, 7l, 7n) versehen sind,
wobei die mehreren Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung (A) eines Fluids angeordnet sind,
wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, und dass sich die längere Seite derselben entlang der zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids erstreckt, und wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) wenigstens einen der Heizabschnitte (4a-4n) und wenigstens einen der Temperaturerfassungsabschnitte (6a-6k, 6m, 7a-7j, 7l, 7n) aufweist, die in der zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids angeordnet sind.
2. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor nach Anspruch 1,
wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13j)
einen entsprechenden der Heizabschnitte (4a-4j) und ein
entsprechendes Paar von Temperaturerfassungsabschnitten
(6a-6j, 7a-7j) aufweist, die jeweils an einer
stromaufwärtigen und einer stromabwärtigen Stelle
angeordnet sind.
3. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor nach Anspruch 1,
wobei eine Dicke einer jeden der
Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) nicht mehr als
1 µm beträgt.
4. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor nach Anspruch 1,
wobei der Heizabschnitt (4a-4n), der in jeder der
Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) vorgesehen ist,
wärmeempfindliche Widerstände aufweist, und wobei die
wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der
Heizabschnitte in Reihe oder parallel verbunden sind.
5. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor nach Anspruch 1,
wobei der Temperaturerfassungsabschnitt (6a-6k, 6m
7a-7j, 7l, 7n), der in jeder der
Durchsatzerfassungsmembranen (13a-13n) vorgesehen ist,
wärmeempfindliche Widerstände aufweist, und wobei die
wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der
Temperaturerfassungsabschnitte in Reihe oder parallel
verbunden sind.
6. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor nach Anspruch 1,
wobei die Durchsatzerfassungsmembranen (14k-13n)
folgendes aufweisen:
Membranen (13k, 13m), von denen jede einen entsprechenden der Heizabschnitte (4k, 4m) und einen entsprechenden der Temperaturerfassungsabschnitte (6k, 6m) aufweist, der an einer stromaufwärtigen Seite des entsprechenden der Heizabschnitte angeordnet ist; und
Membranen (13l, 13n), von denen jede einen entsprechenden der Heizabschnitte (41, 4n) und einen entsprechenden der Temperaturerfassungsabschnitte (7l, 7n) aufweist, der an einer stromabwärtigen Seite des entsprechenden der Heizabschnitte angeordnet ist.
Membranen (13k, 13m), von denen jede einen entsprechenden der Heizabschnitte (4k, 4m) und einen entsprechenden der Temperaturerfassungsabschnitte (6k, 6m) aufweist, der an einer stromaufwärtigen Seite des entsprechenden der Heizabschnitte angeordnet ist; und
Membranen (13l, 13n), von denen jede einen entsprechenden der Heizabschnitte (41, 4n) und einen entsprechenden der Temperaturerfassungsabschnitte (7l, 7n) aufweist, der an einer stromabwärtigen Seite des entsprechenden der Heizabschnitte angeordnet ist.
7. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor nach Anspruch 1,
wobei die längeren Seitenabschnitte einer jeden der
Durchsatzerfassungsmembranen (13d-13j) durch Entfernen
eines entsprechenden Abschnitts eines plattenartigen
Substrats (1A) in einer Richtung senkrecht zu einer
Oberfläche des plattenartigen Substrats ausgebildet
sind.
8. Wärmeempfindlicher Durchsatzsensor mit:
einer Durchsatzerfassungseinrichtung (10C) mit Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p), von denen jede einen Heizabschnitt (4o, 4p) und einen Temperaturerfassungsabschnitt (6o, 7p) aufweist,
wobei die Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) in einer zu messenden Strömungsrichtung (A) eines Fluids angeordnet sind,
wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids erstreckt, und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 µm beträgt,
wobei eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13o) den entsprechenden Heizabschnitt (4o) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (6o) aufweist, der an einer stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist,
wobei eine stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13p) den entsprechenden Heizabschnitt (4p) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (7p) aufweist, der an einer stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist,
wobei jeder der Heizabschnitte (4o, 4p) wärmeempfindliche Widerstände aufweist,
wobei die wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabschnitte (4o, 4p) in Reihe oder parallel verbunden sind, und
wobei ein Signal, das ein Maß repräsentiert, das einem Temperaturunterschied zwischen dem Temperaturerfassungsabschnitt (6o), der in der stromaufwärtigen Durchsatzerfassungsmembran (13o) vorgesehen ist, und dem Temperaturerfassungsabschnitt (7p) entspricht, der in der stromabwärtigen Durchsatzerfassungsmembran (13p) vorgesehen ist, als ein Durchsatzsignal verwendet wird.
einer Durchsatzerfassungseinrichtung (10C) mit Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p), von denen jede einen Heizabschnitt (4o, 4p) und einen Temperaturerfassungsabschnitt (6o, 7p) aufweist,
wobei die Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) in einer zu messenden Strömungsrichtung (A) eines Fluids angeordnet sind,
wobei jede der Durchsatzerfassungsmembranen (13o, 13p) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass eine Länge einer längeren Seite derselben zweimal eine Länge einer kürzeren Seite oder mehr beträgt, dass sich die längere Seite in einer Richtung senkrecht zu einer zu messenden Strömungsrichtung (A) des Fluids erstreckt, und dass eine Dicke derselben nicht mehr als 1 µm beträgt,
wobei eine stromaufwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13o) den entsprechenden Heizabschnitt (4o) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (6o) aufweist, der an einer stromaufwärtigen Seite derselben angeordnet ist,
wobei eine stromabwärtige der Durchsatzerfassungsmembranen (13p) den entsprechenden Heizabschnitt (4p) und den entsprechenden Temperaturerfassungsabschnitt (7p) aufweist, der an einer stromabwärtigen Seite derselben angeordnet ist,
wobei jeder der Heizabschnitte (4o, 4p) wärmeempfindliche Widerstände aufweist,
wobei die wärmeempfindlichen Widerstände eines jeden der Heizabschnitte (4o, 4p) in Reihe oder parallel verbunden sind, und
wobei ein Signal, das ein Maß repräsentiert, das einem Temperaturunterschied zwischen dem Temperaturerfassungsabschnitt (6o), der in der stromaufwärtigen Durchsatzerfassungsmembran (13o) vorgesehen ist, und dem Temperaturerfassungsabschnitt (7p) entspricht, der in der stromabwärtigen Durchsatzerfassungsmembran (13p) vorgesehen ist, als ein Durchsatzsignal verwendet wird.
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