JPS62144074A - Flow rate meter - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To achieve a higher flow velocity measuring accuracy while simplify the production process with a simplified processing to obtain a flow velocity, by heating a fluid with a heating section to detect temperature difference with thin film thermocouples arranged on both sides the heating section facing each other sandwitching the heating section. CONSTITUTION:When a voltage is applied to a heating section 2 to generate heat, a fluid is heated by the heating. A thin film thermocouple contact 3 positioned on the upstream senses non-heating state while a thin film thermocouple contact 4 on the downstream does the temperature of the fluid being heated. Therefore, a signal is outputted from output signal fetching electrode 5b and 6b of the thin film theremocouples corresponding to the difference of the fluid temperature. The temperature difference is determined based on the heat conductivity of the fluid, distance between the heating section 2 and thin film thermocouple contact and the flow velocity of the fluid. So, the flow velocity can be calculated simply by measuring the temperature difference. This can simplify the construction along with a higher calculating accuracy of the flow velocity.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は流速計に関し、さらに詳細にいえば、ガス、
溶液等の流体に熱を与え、所定位置における流体の温度
を検出することにより流体の流速を測定する流速計に関
する。[Detailed Description of the Invention] <Industrial Field of Application> The present invention relates to a current meter, and more specifically, to a current meter for gas,
The present invention relates to a current meter that measures the flow velocity of a fluid by applying heat to a fluid such as a solution and detecting the temperature of the fluid at a predetermined position.

〈従来の技術〉 従来から流速計として、ドツプラ効果を用いたドツプラ
流速計、超音波の伝播時間差を用いた超音波流速８１が
一般的に採用されていた。<Prior Art> Conventionally, as a current meter, a Doppler current meter using the Doppler effect and an ultrasonic flow rate 81 using a difference in propagation time of ultrasonic waves have been generally employed.

このような流速計は、構成が複雑化するのみならず、流
速計全体として大型化するという問題を有し、さらには
ドツプラ流速計においては散乱粒子の大きさの影響を受
け、超音波流速計においては音速変化の影響を受け、測
定誤差を生じさせることになるという問題をも有してい
る。This type of current meter has the problem of not only having a complicated configuration, but also increasing the size of the current meter as a whole.Furthermore, Doppler current meters are affected by the size of scattering particles, and ultrasonic current meters are There is also the problem that the method is affected by changes in the speed of sound, resulting in measurement errors.

このような問題点を解消することができるものとして、
第３図Ａに示すように、取付板（１１）の所定位置にセ
ンサチップ（１２）を取付け、表面にコーティング（１
３）を施したものが提案されている。上記センサチップ
（１２）は、第３図Ｂに示寸ように、中央部に形成した
流体加熱用のトランジスタ（Ｑ２）を挟んで対象位置に
流体温反検出用のトランジスタ（Ｑｌ）、　　（Ｑ３］
を形成している。そして、上記各トランジスタ（Ｑｌ）
　（Ｑ２）　（Ｑ３）の配列は、流体がトランジスタ（
Ｑｌ）から（Ｑ２）、（Ｑ３）に向かって流れるように
設定されている（センサ技術Ｖｏ１．５．　ｔｍｌ　、
第２９頁９株式会社情報調査会発行）。As a solution to these problems,
As shown in Figure 3A, the sensor chip (12) is attached to a predetermined position on the mounting plate (11), and the surface is coated (1).
3) has been proposed. As shown in FIG. 3B, the sensor chip (12) has a fluid heating transistor (Q2) formed in the center and a fluid temperature detection transistor (Ql) at the target position, (Q3). ]
is formed. And each of the above transistors (Ql)
(Q2) (Q3) arrangement means that the fluid is the transistor (
It is set to flow from Ql) to (Q2) and (Q3) (Sensor Technology Vo1.5. tml,
Page 29, 9 (Published by Information Research Association Co., Ltd.).

上記の構成の流速５１は、中央に位置するトランジスタ
（Ｑ２）のコレクタ損失により流体を加熱し、加熱され
た流体が、測定しようとする所定速磨で移動することに
よりトランジスタ（Ｑ３）の形成位置に達するので、ト
ランジスタ（Ｑ２）を挟んで対象位置に形成されたトラ
ンジスタ（Ｑｌ）（Ｑ３）により、それぞれ全く加熱さ
れていない流体の温度に対応する信号と、加熱された流
体の温度に対応する信号とを得、このようにして得られ
た両信号の差、および温度差が流速の平方根に比例する
ことに基いて流体の流速を算出することができる。The flow velocity 51 in the above configuration heats the fluid due to the collector loss of the transistor (Q2) located in the center, and the heated fluid moves at a predetermined velocity to be measured, thereby forming the transistor (Q3). The transistors (Ql) and (Q3) formed at the target positions across the transistor (Q2) produce a signal corresponding to the temperature of the fluid that is not heated at all, and a signal that corresponds to the temperature of the heated fluid, respectively. The flow rate of the fluid can be calculated based on the difference between the two signals thus obtained and the fact that the temperature difference is proportional to the square root of the flow rate.

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記第３図Ａ、Ｂに示す構成の流速計においては、トラ
ンジスタ（Ｑｌ）（Ｑ３）の特性がばらついていれば測
定誤差を生ずることになるので、センサチップ（１２）
の製造に当って、特性のばらつきの発生を抑制するため
に、複雑なｔＣ製造プロｔ？スが必要になるという問題
がある。<Problems to be Solved by the Invention> In the current meter configured as shown in FIGS. 3A and B above, measurement errors will occur if the characteristics of the transistors (Ql) (Q3) vary, so the sensor Chips (12)
In order to suppress the occurrence of variations in characteristics, a complicated tC manufacturing process is used in the manufacture of t? There is a problem with the need for

また、上記トランジスタ（Ｑｌ）（Ｑ３）から出力され
た信号に基いて直ちに温度差を得ることは不可能であり
、上記両信号に基いて温度差を得るためには、先ず、演
算増幅器、差動増幅器等を使用して差信号を得ることが
必要となり、このようにして得られた、温度差に相当す
る差信号に塁いて初めて流速を得ることができるのであ
るから、流速を得るまでの処理が複雑化し、しかも処理
のための構成も複雑化するという問題がある。Furthermore, it is impossible to immediately obtain a temperature difference based on the signals output from the transistors (Ql) and (Q3), and in order to obtain a temperature difference based on the above two signals, first, an operational amplifier, It is necessary to obtain a difference signal using a dynamic amplifier, etc., and the flow velocity can only be obtained based on the difference signal corresponding to the temperature difference obtained in this way. There is a problem that the processing becomes complicated and the configuration for the processing also becomes complicated.

〈発明の目的〉 この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、
簡単なプロセスで製造することができ、測定精度を高め
ることができるとともに、流速を得るまでの処理を簡素
化することができる流速ル１を提供することを目的とし
ている。<Object of the invention> This invention was made in view of the above problems,
It is an object of the present invention to provide a flow rate system 1 that can be manufactured by a simple process, can improve measurement accuracy, and can simplify processing up to obtaining the flow rate.

〈問題点を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための、この発明の流速計は、基
板の所定位置に形成した発熱部を挟んで一対接点が対向
するように配置した薄膜熱電対を設けである。そして、
薄膜熱電対を構成する金属の組合わせとしては、鉄−コ
ンスタンタン、銅−コンスタンタン、白金−ニッケル、
金−ニッケル、金−コンスタンタン等が例示できる。<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, the current meter of the present invention includes a thin film thermocouple arranged so that a pair of contacts face each other across a heat generating part formed at a predetermined position on a substrate. This is provided. and,
Metal combinations that make up thin film thermocouples include iron-constantan, copper-constantan, platinum-nickel,
Examples include gold-nickel and gold-constantan.

く作用〉 以上の構成の流速計であれば、発熱部に通電することに
より、流体を昇温させることができ、この発熱部を挟ん
で一対の接点が対向するように配置した薄膜熱電対によ
り、それぞれ全く加熱されていない状態の流体温度と、
加熱された状態の流体温度との差に対応する起電力が出
力される。With the current meter with the above configuration, it is possible to raise the temperature of the fluid by energizing the heat generating part, and by using a thin film thermocouple arranged so that a pair of contacts face each other across the heat generating part. , respectively, the fluid temperature when it is not heated at all, and
An electromotive force corresponding to the difference in temperature from the heated fluid temperature is output.

したがって、この起電力に基いて必要な演算を行なうこ
とにより、流体の流速を算出することができる。Therefore, by performing necessary calculations based on this electromotive force, the flow velocity of the fluid can be calculated.

〈実施例〉 以下、実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。<Example> Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings showing examples.

第１図はこの発明の流速計の一実施例を示す斜視図であ
り、基板（１）の表面に薄膜の発熱部（２）が形成され
ているとともに、この発熱部（２）を挟んで一対の薄膜
熱電対接点［３）　（４１が形成されている。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the current meter of the present invention, in which a thin film heat generating part (2) is formed on the surface of a substrate (1), and the heat generating part (2) is sandwiched between the substrate (1). A pair of thin film thermocouple contacts [3] (41) are formed.

上記基板（１）は、ガラス、セラミック等の絶縁性基板
であってｂよく、３ｉ等の半導体基板、或は全屈基板の
表面にＳ　ｉ　０２．Ｓ　ｉ３Ｎ４等の絶縁層を形成し
たものであってもよい。The substrate (1) may be an insulating substrate such as glass or ceramic, and may be a semiconductor substrate such as 3i, or a fully curved substrate with Si 02. An insulating layer of Si3N4 or the like may be formed.

上記発熱′８ｒ＋　（２＋は、ＮｉＣｒ、７−ｉ等から
なるものであり、両端部が、発熱用の電圧印加端子（２
１）（２２）である。The above heat generation '8r+ (2+) is made of NiCr, 7-i, etc., and both ends are voltage application terminals (2+) for heat generation.
1) (22).

上記薄膜熱電対接点（３］　（４１は、一端が上記発熱
部（Ｚに近接する銅製の薄膜線路（５１（６］と、両端
が上記薄膜線路ｆ５）　（６）の一端（５ａ）（６ａ）
と重なり合うコンスタンクン製の薄膜線路（刀とから構
成されており、上記薄膜線路＋５１　（６）の他端が出
力信号取出１電１４　（５ｂ）（６ｂ）である。さらに
詳細に説明すれば、上記薄膜線路（５１（６１と薄膜線
路（７）とが重なり合う部分、即ち熱電対接点部分と発
熱部（２）とが−直線状となるように配設されており、
しかも上記熱電対接点部分は１０μ−平方程度の大ぎさ
に形成されている。また、上記薄膜線路（５）　（６）
　（７）は、金属スパッタリング法によりＭＩＩＱを形
成し、次いでエツチング、リフトオフ等の方法でパター
ン化づることにより形成される。The above thin film thermocouple contact (3) (41 is a copper thin film line (51 (6) with one end close to the above heat generating part (Z), and both ends are the above thin film line f5) (6) one end (5a) (6a )
The other end of the thin film line +51 (6) is the output signal extraction line 14 (5b) (6b).To explain in more detail, The thin film line (51 (61) and the thin film line (7) are arranged so that the overlapping part, that is, the thermocouple contact part and the heat generating part (2) are in a straight line,
Moreover, the thermocouple contact portion is formed to have a size of approximately 10 μm square. In addition, the above thin film lines (5) (6)
(7) is formed by forming MIIQ by a metal sputtering method, and then patterning it by etching, lift-off, or the like.

上記の構成の流速計の作用は次のとおりである。The operation of the current meter with the above configuration is as follows.

発熱部（ａに所定の電圧を印加することにより発熱させ
れば、流体がこの発熱により加熱させられるので、上流
側に位置する薄膜熱電対接点（３）は非加熱状態におけ
る流体温度に感応し、下流側の薄膜熱電対接点（４）が
、発熱部（２）により加熱されて昇温した流体温度に感
応する。したがって、上記薄膜熱電対の出力信号取出電
極（５ｂ）（６ｂ）から、両薄膜熱電対接点ｆ３１　（
４）に対応する位置の流体温度の差に対応する信号が出
力される。If heat is generated by applying a predetermined voltage to the heat generating part (a), the fluid will be heated by this heat generation, so the thin film thermocouple contact (3) located on the upstream side will be sensitive to the fluid temperature in the non-heated state. , the thin film thermocouple contact (4) on the downstream side is sensitive to the temperature of the fluid heated by the heat generating part (2).Therefore, from the output signal extraction electrodes (5b) (6b) of the thin film thermocouple, Both thin film thermocouple contacts f31 (
A signal corresponding to the difference in fluid temperature at the position corresponding to 4) is output.

この温度差は、流体の熱伝導率、発熱部（２１と薄膜熱
電対接点（７１）との距離、および流体の流速に基いて
定まるものであり、上記熱伝導率、および距離は既知の
定数であるから、温度差が測定されれば、流体の流速は
ａｌｌに算出できることになる。This temperature difference is determined based on the thermal conductivity of the fluid, the distance between the heat generating part (21) and the thin film thermocouple contact (71), and the flow velocity of the fluid, and the thermal conductivity and distance are determined by known constants. Therefore, if the temperature difference is measured, the flow velocity of all fluids can be calculated.

また、流速を算出する場合にも、直接温度差に対応する
信号が出力されるので、従来例のように温度差に対応す
る信号を算出するための演算」け幅器、差動増幅器等が
不要となり、構成が簡素化される。In addition, when calculating the flow velocity, a signal directly corresponding to the temperature difference is output, so unlike the conventional example, the computation to calculate the signal corresponding to the temperature difference requires a stepper, a differential amplifier, etc. This becomes unnecessary and the configuration is simplified.

さらに、流速の算出精度についても、流体に与えた熱に
基いて直接温度検出を行なっているのでしかも熱応答が
良好な薄膜熱電対を使用しているのであるから、ドツプ
ラ流速計、超音波流速計と比較して大幅に向上させるこ
とができる。Furthermore, regarding the accuracy of calculating the flow velocity, since temperature is directly detected based on the heat given to the fluid, and thin film thermocouples with good thermal response are used, Doppler flow meters, ultrasonic flow velocity This can be significantly improved compared to the total.

上記実施例では、薄膜熱電対と、発熱部（２）とが整列
している方向の速度成分しか測定することができない。In the above embodiment, only the velocity component in the direction in which the thin film thermocouple and the heat generating part (2) are aligned can be measured.

したがって、流体の流動方向と平行でない状態にセット
した場合には、流速そのものを測定することができない
ことになる。Therefore, if it is set not parallel to the fluid flow direction, the flow velocity itself cannot be measured.

このような場合にも真の流速を測定することができるよ
うにするためには、第２図に示すように、発熱部（２）
を挟んで対象位置に２対の薄膜熱電対接点（３］　（３
’）　（４１（４’）を形成し、一方の対の薄膜熱電対
接点（３）　［４）と、他方の対の薄膜熱電対接点（３
’＞　（４’）とが、発熱部（２を中心として互に９０
度ずれた位置となるようにすればよく、８対のＦａ　ｌ
１ｕｆｆｉ　Ｗ対接点（３）　（３’）　（４）　（４
’）により検出された温度差に基いて各方向の流速成分
を箇出することができ、さらにこの流速成分に基いて、
ベクトルｍとしての真の流速を算出することができる。In order to be able to measure the true flow velocity even in such a case, as shown in Figure 2, the heat generating part (2)
Two pairs of thin film thermocouple contacts (3) are placed at the target position with the
') (41 (4'), forming one pair of thin film thermocouple contacts (3) [4) and the other pair of thin film thermocouple contacts (3) [4]
'>(4') and 90 degrees each other centering on the heat generating part (2)
It suffices if the positions are shifted by degrees, and the eight pairs of Fa l
1uffi W pair contact (3) (3') (4) (4
Based on the temperature difference detected by '), the flow velocity components in each direction can be extracted, and based on these flow velocity components,
The true flow velocity as vector m can be calculated.

また、上記の流速測定に当っては、流体の流路を区画し
て他の部分による影響（乱流の発生等〉を排除し、或は
発熱部（２）を流速測定方向と直角な方向に長くして加
熱を均一化することにより、より一層測定精度を向上さ
せることが可能となる。In addition, when measuring the above-mentioned flow velocity, it is necessary to divide the fluid flow path to eliminate the influence of other parts (turbulence, etc.), or move the heat generating part (2) in a direction perpendicular to the flow velocity measurement direction. By increasing the length to make heating uniform, it is possible to further improve measurement accuracy.

また、上記発熱部（２）の形成方法としては、半導体製
造プロセスで汎用される拡散法を使用してもよいが、こ
の方法であれば１０００℃程度に加熱することが必要に
なるので、はぼ常温で処理を行なうことができる金属ス
パッタリング法を使用することが好ましい。Further, as a method for forming the heat generating part (2), a diffusion method commonly used in semiconductor manufacturing processes may be used, but this method requires heating to about 1000°C, so It is preferable to use a metal sputtering method that allows processing to be carried out at about room temperature.

さらには、流速を測定する流体の種類によっては、上記
薄膜熱電対の表面に酸化物被膜を形成することが、腐蝕
防止等の面から好ましい。Furthermore, depending on the type of fluid whose flow velocity is to be measured, it is preferable to form an oxide film on the surface of the thin film thermocouple from the viewpoint of corrosion prevention and the like.

〈発明の効果〉 以上のようにこの発明は、発熱部により流体を加熱し、
発熱部の両側において薄膜熱電対により温度差を検出す
るようにしているので、簡単なプロヒスで製造すること
ができ、測定精度を高めることができるとともに、流速
を得るまでの処理を簡素化することができるという特有
の効果を奏する。<Effects of the Invention> As described above, the present invention heats a fluid using a heat generating part,
Since the temperature difference is detected by thin film thermocouples on both sides of the heat generating part, it can be manufactured with a simple process, improving measurement accuracy and simplifying the process to obtain the flow velocity. It has the unique effect of being able to

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

第１図はこの発明の流速計の一実論例を示す斜視図、 第２図は他の実施例を示す斜視図、 第３図は従来例を示す図。 （１）・・・基板、（２）・・・発熱部、（３１（３’
）　＋４１　（４’）・・・薄膜熱電対接点、（５１（
６１ｆ力・・・Ｍ膜線路 特許出願人　　ダイキン工業株式会社 手　　続　　補　　正　　書く自発） 昭和６１年３月１１日 特許庁長官　　宇　賀　道　部　殿　　　　　　　＋　
：ｊ、Ｌ′：’１、事件の表示 昭和６０年　特　許　願　第２８５０３０号２、発明の
名称 流　　　　速　　　　計 ３、補正をする者 事件との関係　　　　　特許出願人 代表者　　山　　１）　　　捻 ５、補正命令の日付く自発） ６．７市正の対象 図　　　　面 ７、補正の内容 （１）添付図面中、「第１図−１および「第２図」を別
紙の通り訂正する、。FIG. 1 is a perspective view showing a practical example of the current meter of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing another embodiment, and FIG. 3 is a view showing a conventional example. (1)...Substrate, (2)...Heating part, (31(3'
) +41 (4')...Thin film thermocouple contact, (51(
61f force... M membrane line patent applicant Daikin Industries, Ltd. Procedures Amendment (Written spontaneously) March 11, 1985 Director General of the Patent Office Mr. Michibe Uga ＋
:j, L':'1, Indication of the case 1985 Patent Application No. 2850302, Name of the invention Flow rate Total 3, Person making the amendment Relationship with the case Representative of the patent applicant Yama 1) Neji5, 6.7 Drawings to be submitted by the City Council, content of amendments (1) In the attached drawings, ``Figure 1-1 and ``Figure 2'' are corrected as shown in the attached sheet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、基板の所定位置に形成した発熱部を挟 んで一対の接点が対向するように配置し た薄膜熱電対を設けてなることを特徴と する流速計。[Claims] 1.Pinch the heat generating part formed at a predetermined position on the board. Then place the pair of contacts so that they are facing each other. It is characterized by being equipped with a thin film thermocouple. current meter.