JPH0334827B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0334827B2 JPH0334827B2 JP59103030A JP10303084A JPH0334827B2 JP H0334827 B2 JPH0334827 B2 JP H0334827B2 JP 59103030 A JP59103030 A JP 59103030A JP 10303084 A JP10303084 A JP 10303084A JP H0334827 B2 JPH0334827 B2 JP H0334827B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow velocity
- semiconductor
- temperature
- fluid
- detection element
- Prior art date
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- Expired - Lifetime
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 28
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 17
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 claims description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/10—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
- G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は流体の流速と方向を検出する半導体流
速検出器に関する。
速検出器に関する。
流れの計測は、産業活動や日常生活に於いて重
要なものであり広範囲な領域で使われている。流
速測定用としては、熱線式、超音波式等がある
が、これらは装置が大型、複雑であるとか、量産
性に乏しく高価である等という問題を抱えてい
る。又、流速と流れ方向を同時に測定できるもの
は、気象観測に用いられている機械式の他は殆ど
無いというのが現状である。この様な状況のも
と、小型で値段が安く、簡便に流体の流速と流れ
方向が測れる検出器の開発が望まれている。
要なものであり広範囲な領域で使われている。流
速測定用としては、熱線式、超音波式等がある
が、これらは装置が大型、複雑であるとか、量産
性に乏しく高価である等という問題を抱えてい
る。又、流速と流れ方向を同時に測定できるもの
は、気象観測に用いられている機械式の他は殆ど
無いというのが現状である。この様な状況のも
と、小型で値段が安く、簡便に流体の流速と流れ
方向が測れる検出器の開発が望まれている。
本発明は、小型で低価格、かつ簡便に流体の流
速と流れ方向が測定できる半導体流速検出器を提
供することを目的とする。
速と流れ方向が測定できる半導体流速検出器を提
供することを目的とする。
本発明は、半導体基板上の中央に発熱用素子が
形成され、この発熱用素子を中心とした円周上に
対称に４個の温度測定用素子が形成されている半
導体流速検出素子を用い、この素子の温度が流体
の温度よりも一定温度高く保持される様に前記発
熱用素子を発熱させ、流体の流速や流れ方向に対
応して変化する発熱用素子と温度測定用素子に流
れる電流あるいは両素子が関係する電位を出力と
して検知することにより、流体の流速と流れ方向
の測定を行なうものである。
形成され、この発熱用素子を中心とした円周上に
対称に４個の温度測定用素子が形成されている半
導体流速検出素子を用い、この素子の温度が流体
の温度よりも一定温度高く保持される様に前記発
熱用素子を発熱させ、流体の流速や流れ方向に対
応して変化する発熱用素子と温度測定用素子に流
れる電流あるいは両素子が関係する電位を出力と
して検知することにより、流体の流速と流れ方向
の測定を行なうものである。
本発明によれば、小型かつ安価な装置で、流体
の流速と流れ方向を同時に測定することができ
る。
の流速と流れ方向を同時に測定することができ
る。
本発明の実施例を図面を参照して説明する。第
１図は一実施例の半導体流速検出器の構成要素で
ある半導体流速方向検出素子４であり、半導体基
板１の中央に発熱用素子として発熱用トランジス
タ２が形成され、他に発熱用トランジスタ２を中
心とした円周上に温度測定用素子として温度測定
用トランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが各々
90°ずれた対称の位置に形成されている。この半
導体流速方向検出素子４は、第２図に示される様
なパツケージ５にマウントされて、第３図に示す
半導体流速方向検出器駆動回路に接続されて半導
体流速方向検出器を構成している。半導体流速方
向検出器駆動回路では、トランジスタのベース・
エミツタ電圧が温度に比例することを利用して４
個の温度測定用トランジスタ３ａ〜３ｄによる平
均温度を半導体流速方向検出素子４の温度として
検出し、流体の温度を流体の温度測定用トランジ
スタ６から検出している。オペアンプ７は検出し
た半導体流速方向検出素子４と流体の温度を比較
し、半導体流速方向検出素子４が流体よりも一定
温度高い状態に保たれる様に、発熱用トランジス
タ２に流れる電流を変化させ、発熱を制御するも
のである。出力としては、発熱用トランジスタ２
のコレクタ電位Vcと発熱用トランジスタ２を狭
んで向い合う温度測定用トランジスタ３ａと３ｃ
のコレクタの電位差V1と、同じく３ｂと３ｄの
コレクタの電位差V2の３出力を検出している。
１図は一実施例の半導体流速検出器の構成要素で
ある半導体流速方向検出素子４であり、半導体基
板１の中央に発熱用素子として発熱用トランジス
タ２が形成され、他に発熱用トランジスタ２を中
心とした円周上に温度測定用素子として温度測定
用トランジスタ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが各々
90°ずれた対称の位置に形成されている。この半
導体流速方向検出素子４は、第２図に示される様
なパツケージ５にマウントされて、第３図に示す
半導体流速方向検出器駆動回路に接続されて半導
体流速方向検出器を構成している。半導体流速方
向検出器駆動回路では、トランジスタのベース・
エミツタ電圧が温度に比例することを利用して４
個の温度測定用トランジスタ３ａ〜３ｄによる平
均温度を半導体流速方向検出素子４の温度として
検出し、流体の温度を流体の温度測定用トランジ
スタ６から検出している。オペアンプ７は検出し
た半導体流速方向検出素子４と流体の温度を比較
し、半導体流速方向検出素子４が流体よりも一定
温度高い状態に保たれる様に、発熱用トランジス
タ２に流れる電流を変化させ、発熱を制御するも
のである。出力としては、発熱用トランジスタ２
のコレクタ電位Vcと発熱用トランジスタ２を狭
んで向い合う温度測定用トランジスタ３ａと３ｃ
のコレクタの電位差V1と、同じく３ｂと３ｄの
コレクタの電位差V2の３出力を検出している。
第４図は流速−出力特性であり、出力は流速
Vfに対してリニアな変化を示している。流速に
比例して検出素子４から奪われる熱量は増え、一
方検出素子４を流体に対して常に一定温度高く保
つためには奪われる熱量に比例して発熱量を増や
すべく、発熱用トランジスタ２の通電量が制御さ
れる。この結果、コレクタ電位Vcの変化△Vcが
流速Vfに比例するという出力特性が得られるこ
とになる。この特性は流れ方向が変わつても変化
はなく、この特性から流速を求めることができ
る。すなわち、第１の演算手段により、vf＝ａ・
△Vcなる関係から流体の流速vfを求めることが
できる。但し、上記式のａは、素子条件と経験に
よる決まる定数である。
Vfに対してリニアな変化を示している。流速に
比例して検出素子４から奪われる熱量は増え、一
方検出素子４を流体に対して常に一定温度高く保
つためには奪われる熱量に比例して発熱量を増や
すべく、発熱用トランジスタ２の通電量が制御さ
れる。この結果、コレクタ電位Vcの変化△Vcが
流速Vfに比例するという出力特性が得られるこ
とになる。この特性は流れ方向が変わつても変化
はなく、この特性から流速を求めることができ
る。すなわち、第１の演算手段により、vf＝ａ・
△Vcなる関係から流体の流速vfを求めることが
できる。但し、上記式のａは、素子条件と経験に
よる決まる定数である。
第５図は、出力V1とV2の流れ方向に対する依
存性を示したものである。角度θは、温度測定用
トランジスタ３ａと３ｃを結ぶ直線に対する流体
の流れ方向の傾きを表わしている。各各、V1＝
Acosθ、V2＝Asinθ（Ａは定数）と表わされるの
で、演算手段により、角度θはθ＝tan-1V2／V1か ら求めることができる。即ち、第６図に示す様に
３出力を上述の第１、第２の演算手段を含む演算
回路を通すと、流速Vfと角度θが求められる。
存性を示したものである。角度θは、温度測定用
トランジスタ３ａと３ｃを結ぶ直線に対する流体
の流れ方向の傾きを表わしている。各各、V1＝
Acosθ、V2＝Asinθ（Ａは定数）と表わされるの
で、演算手段により、角度θはθ＝tan-1V2／V1か ら求めることができる。即ち、第６図に示す様に
３出力を上述の第１、第２の演算手段を含む演算
回路を通すと、流速Vfと角度θが求められる。
第１図は本発明の一実施例である半導体流速検
出器の構成要素である半導体流速検出素子を示す
図、第２図はこの素子をパツケージにマウントし
た状態を示す図、第３図は同実施例である半導体
流速方向検出器の回路構成図、第４図は出力
ΔVcの流速−出力特性図、第５図は出力V1とV2
の流れ方向依存特性図、第６図は信号処理法を示
す図である。 １……半導体基板、２……発熱用トランジス
タ、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ……温度測定用トラ
ンジスタ、４……半導体流速検出素子、５……パ
ツケージ、６……流体の温度測定用トランジス
タ、７……オペアンプ。
出器の構成要素である半導体流速検出素子を示す
図、第２図はこの素子をパツケージにマウントし
た状態を示す図、第３図は同実施例である半導体
流速方向検出器の回路構成図、第４図は出力
ΔVcの流速−出力特性図、第５図は出力V1とV2
の流れ方向依存特性図、第６図は信号処理法を示
す図である。 １……半導体基板、２……発熱用トランジス
タ、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ……温度測定用トラ
ンジスタ、４……半導体流速検出素子、５……パ
ツケージ、６……流体の温度測定用トランジス
タ、７……オペアンプ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の中央に発熱用素子が形成され、
この発熱用素子を中心とした基板の円周上に４個
の温度測定用素子が各々90°ずつずれて形成され
ている半導体流速検出素子と、 この半導体流速検出素子を流体の温度より一定
温度高い状態に保持する様に前記発熱用素子を発
熱させる動作を行う駆動回路と、 前記発熱用素子に流れて発熱に寄与する電流又
は該電流に対応して変化する電位あるいは電圧を
検知して得られる出力Vcの変化分から、 vf＝ａ・△Vc（ａは比例定数） なる関係を用いて前記流体の流速vfを求める第１
の演算手段と、 前記発熱用素子を挟で対向する第１の対の温度
測定用素子の間、および第２の対の温度測定用素
子の間に生じる温度差をそれぞれ電流差あるいは
電位差として検知して得られる出力V1およびV2
から、 θ＝tan-1（V2／V1） なる関係を用いて、前記半導体流速検出素子の前
記第１の対の温度測定用素子を結ぶ直線に対する
前記流体の流れ方向のなす角度θを求める第２の
演算手段と、 を有することを特徴とする半導体流速検出器。 ２ 半導体流速検出素子に形成されている発熱用
素子がトランジスタであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体流速検出器。 ３ 半導体流速検出素子に形成されている温度測
定用素子がトランジスタであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体流速検出器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103030A JPS60247171A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 半導体流速検出器 |
| US06/733,796 US4637253A (en) | 1984-05-22 | 1985-05-14 | Semiconductor flow detector for detecting the flow rate and flowing direction of fluid |
| DE19853518409 DE3518409A1 (de) | 1984-05-22 | 1985-05-22 | Halbleiter-stroemungsmesser zur bestimmung von stroemungsmenge und -richtung eines stroemungsmittels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103030A JPS60247171A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 半導体流速検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60247171A JPS60247171A (ja) | 1985-12-06 |
| JPH0334827B2 true JPH0334827B2 (ja) | 1991-05-24 |
Family
ID=14343250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59103030A Granted JPS60247171A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 半導体流速検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60247171A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016011948A (ja) * | 2014-06-03 | 2016-01-21 | 株式会社デンソー | 風向計、風向風量計および移動方向測定計 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006319153A (ja) * | 2005-05-13 | 2006-11-24 | Sony Corp | 半導体集積回路及びその制御方法 |
| RU178345U1 (ru) * | 2017-07-31 | 2018-03-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" | Устройство определения бокового потока и направления движения флюида в скважине |
| RU177768U1 (ru) * | 2017-07-31 | 2018-03-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Башкирский государственный университет" | Датчик бокового потока и направления движения флюида в скважине |
| JP2020016465A (ja) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | ミネベアミツミ株式会社 | 流体センサ |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5343574A (en) * | 1976-10-01 | 1978-04-19 | Rion Co | Thermal flow meter |
| JPS55103466A (en) * | 1979-02-01 | 1980-08-07 | Nippon Denso Co Ltd | Semiconductor device for flow speed electric conversion |
| JPS56143915A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-10 | Nippon Soken Inc | Measuring device for gas flow rate |
-
1984
- 1984-05-22 JP JP59103030A patent/JPS60247171A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5343574A (en) * | 1976-10-01 | 1978-04-19 | Rion Co | Thermal flow meter |
| JPS55103466A (en) * | 1979-02-01 | 1980-08-07 | Nippon Denso Co Ltd | Semiconductor device for flow speed electric conversion |
| JPS56143915A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-10 | Nippon Soken Inc | Measuring device for gas flow rate |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016011948A (ja) * | 2014-06-03 | 2016-01-21 | 株式会社デンソー | 風向計、風向風量計および移動方向測定計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60247171A (ja) | 1985-12-06 |
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