JPS62266418A - 媒体の流速を測定する装置およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、支持体上に絶縁して設けられており、かつ流
動媒体と熱接触している電気的に加熱可能の抵抗層を有
する、媒体、殊に内燃機関の吸気の流速を測定する装置
およびその製造法に関する。

従来の技術 殊に内燃機関の制御のために、吸込まれる空気量を測定
するセンサが必要とされる。公知のの周囲を流れる空気
の流速に応じて、抵抗層および支持体から多かれ少なか
れ熱が奪われる。

温度依存性抵抗を有する抵抗材料の使用により、電流を
、空気に対して一定の温度上昇が得られるように制御す
ることができる。この場合に、このために必要とされる
電流は、流速の１つの尺度である。

この種のセンサに、一連の部分的に相反する要求が課せ
られる。それで、たとえば十分に高い応答感度のために
は流動媒体と抵抗層との間の良好な熱伝達が必要である
。この熱伝達を保証するために、流動媒体を抵抗層ない
しは支持体の両側で通過させるが、しかしこのことは支
持体が良熱伝導性であるかないしは相応に薄い場合に、
相応に有効であるにすぎない。その際、支持体材料の高
い伝熱係数は支持体上で迅速な温度補償を惹起し、これ
が僅かな応答時間に役立つ。

さらに、この種のセンサの熱的および国賊的安定性に高
度の要求が課せられる。最後氾、低廉に製造しうろこと
も必要であり、これに簡単な取付可能性が寄与する。

発明を達成するための手段 本発明の課題は、上記の要求を十分に満たす、流速を測
定する装置を呈示することである。

本発明による装置は、支持体が、抵抗層を支持する板状
の中央部を有して長方形に構成されておりかつ少なくと
も３つの辺に補強帯板を一体に備えていることを特徴と
する。本発明による装置は、抵抗層のための支持体が極
めて薄く構成されていてもよく、それにもかかわらず良
好な機械的安定性が保証されているという利点を有する
。

本発明の１実施態様は、中央部がその周縁に、補強帯板
に隣接するスリットを備えていることである。この手段
は、支持体と補強帯板との間で熱抵抗が増大されるので
、抵抗層中で発生する熱のできるだけ大きい量が流動媒
体により放出されるという利点を有する。

もう１つの実施態様は、２つの相対する補強帯板が、該
帯板により囲まれる第３の補強帯板を越えて突出しかつ
もう１つの板状部材を有し、該部材上に他の抵抗層が設
けられていて、上記板状部材がその補強帯板に接する同
縁にスリットを備えていることである。この実施態様は
、公知の装置の場合にも存在する温度センサの有利な配
置を保証する。この場合に、他の抵抗層は、流れ方向に
見て、加熱可能の抵抗層の前に存在する。この実施態様
により、２つのセンサの良好な熱的減結合が与えられて
いる。

本発明の第３実施態様は、第３の板状部材が中央部の、
第３の補強帯板に離反している側に配置されておりかつ
他のスリットにより中央部から分離されていることを特
徴とする。第３の板状部材上に、流れ方向を把握するた
めに使用することのできる第３の温度依存性抵抗が配置
されている。すなわち、内燃機関においては、流れ方向
が短時間に逆になり、これにより加熱可能の抵抗体によ
り加熱された空気が温度センサに入り込み、不正測定を
生じることが起こりうる。温度センサおよび第３の抵抗
の抵抗値の比較により、流れ方向を確認し、不正流れ方
向の場合に、測定値の伝達を凪止することができる。

本発明による装置の製造のために特圧適当な材料はケイ
素である。このものは、十分な機械的安定性および高い
熱伝導性を有する。さらに、このものは半導体工業から
公知の方法を用いて申し分なく加工することができる。

本発明による装置の製造法において、補強帯板の厚さを
有する材料部材を相応する被覆マスクを載置した後にエ
ツチング工程にかけることが配慮されている。この場合
に、異方性エツチングも等方性エツチングも可能である
。しかしながら、異方性エツチングは、結晶軸の相応す
る調整の際に凹みがそれらの全深さにわたって、マスク
により与えられた輪郭を維持するという利点を有する。

本発明による装置の製造法は有利には、スリットをレー
デ切断を用いて製造することにより補足することができ
る。

抵抗層が相応にドーピングされた牛導体材料、殊にケイ
素からなる、本発明による装置の他の実施態様は、有利
に抵抗層の製造のために半導体技術から公知の方法を使
用することができる。

殊に、相応するドーピングにより、電気的特性、殊に温
度係数を広い範囲内で確定することができる。

公知の流速測定装置では、抵抗層と流動媒体との間の伝
熱係数が、装置の流れに反対方向の縁で最大でありかつ
流れ方向へ減少することが判明した。これにより、抵抗
層内に温度勾配が生じ、これが再び応答速度の減少をも
たらす。

この欠点は、本発明の他の実施態様において、抵抗層上
および支持体の抵抗層に離反する側に、低い熱伝導性を
有する層を設けて、流動媒体と抵抗層との間の局部伝熱
係数が流れ方向へ少なくとも近似的に一定であるように
することにより避けられる。この場合に、層の厚さは流
れ方向へ連凝的または段階的に減少しうる。

本発明の有利な１実施態様は、補強帯板が約０．２５〜
１朋の厚さであり、かつ中央部が約０．１朋の厚さであ
ることを配慮する。この実施態様の場合に、中央部の僅
かな層厚により低い慣性と同時に十分な機械的剛性が保
証されている。

本発明は、多くの実施態様を許容する。これらのうちの
いくつかを複数の図面を用いて略示し、次に記載する。

図面中、同じ部分は、同じ参照記号を備えている。

実施例 第１図による装置の場合に、厚さ約０．１ａｙｍの板状
の中央部１が、３つの側にそれぞれ補強帯板２，３．４
を備えている、全体が、１つの部材から製造されている
。第１図による装置を製造するためには、種々の方法、
殊にマイクロメカニック法が適当である。前述したよう
に５材料としては、殊に、ケイ素が適当であり、ケイ素
は有利に異方性エツチングにより図示の形にもたらすこ
とができる。このために補強帯板の厚さおよび必要な面
積を有するケイ素平版に円縁部を覆うマスクを備え、中
央部が十分に薄くなるまでエツチング液に暴露する。そ
の際、エツチング工程は両側から行なうことができるの
で、断面図に示された装置が生じる。しかしながら材料
を片側だけ除去することも可能なので、中央部１はたと
えば補強帯板の下縁で終る。

中央部１と補強帯板２，３．４との間の熱伝導を減少さ
せるために、スリット５，６．７が設けられていて、こ
れはたとえばレーザ切断を用いて製造される。

中央部１上には本来のセンサである抵抗層８が設けられ
、このことは第３図および第４図と関連してなお詳細に
説明する。

第２図による実施例の場合に、補強帯板１１゜１２は、
これらにより囲まれる補強帯板１３を越えて延びている
。第２図による実施例の場合若干大きい中央部１４は、
抵抗層１５を有する。

さらに、同様にスリット１６．１７および１８が設けら
れている。左側に突出する補強帯板１１．１２の間に、
他の板状部材１９が配置されており、この板状部材上に
は、他の抵抗層２０が設けられて（・る。熱伝導を減少
させるために、ζ 再びスリン）２１．２２．２３が設けられている。抵抗
層２０は、温度センサとして使用され、したがって抵抗
層１５の前に（流れ方向に見て）存在する７、つの抵抗
層は、自体公知の方法によりブリッジ回路の一部であり
、このものに差動増幅器が接続されている。この種の回
路は士。

分に公知であり、本発明の範囲内で詳説する必要はない
。

さらに、第２図に示された実施例の場合に、第３の板状
部材２５が設けられており、この板状部材上に他の抵抗
層２６が配置されている。

神強帯板１１，１２および中央部１４に比して、熱の流
れはスリット２７．２８および２９により減少される。

前述したように、第３の抵抗２６は、流れ方向を確認す
るために使用することができる。

第３図および第４図には、殊に層厚が拡大して示されて
いる。

支持体１それ自体には、電気構成素子に必要とされる高
い純度を持たないケイ素を使用する□　　　ことができ
る。しかしながら、まったく本発明の範囲内で、支持体
１上に抵抗層８の他に、他の抵抗および場合によりモノ
リシック技術により、所属する電気回路を構成すること
も可能である。しかしながら後者に対しては相応に純粋
のケイ素が必要である。

抵抗層８に対して支持体を絶縁するために、不動態層３
１が使用され、このものはたとえば窒化、酸化、または
ガラスまたはプラスチックによる被覆により製造するこ
とができる。

抵抗層８を製造するために、不動態層３１上に高純度の
多結晶ケイ素からなる層が設けられ、このものは半導体
技術から公知の方法を用いて必要な電気的特性を付与し
、そのうちたんに若干の工程を次に記載する。レーデ光
線まだはアルゴン高圧光線を用いて再結晶した後に、イ
オン打込みが行なわれ、これにより抵抗層の温度係数を
広い範囲内で確定することができる。この場合、金属抵
抗層の場合よりも高い温度係数が可能であり、これによ
ってより高い感度および場合によりより簡単な電気回路
が可能である。

しかしながら、それぞれの適用事例に適合させるために
、温度係数を工業的に可能なよりも低く選択することも
できる。

その後に、結晶を矯正するための熱処理ならびに必要な
構造を製造するだめの複数の工程および最後に接合が行
われる。構造は、たとえば抵抗層８がメアンダ状に延び
る導体路を形成することであってよい。

抵抗層８を製造した後に、抵抗層８上および支持体１０
反対方向の表面上に、装置を殊に測定すべき媒体の化学
的影響に対して保護する保設層を設ける。

本発明の１実施態様によれば、保護層３２゜３３は、流
動媒体と抵抗層８との間の局部的伝熱係数が（流れ方向
に見て）少なくともほぼ一定であるように設けられてい
る。即ち、この手段なしでは局部的伝熱係数が、空気流
に対立する縁３６の付近で最大であり、この縁から遠ざ
かるにつれて減少する。これにより、抵抗層内に温度勾
配が生じ、これは流速に依存しかつ公知のセンサの比較
的大きい応答時間の原因となる。層３２および３３の流
れ方向へ減少する層厚により、この効果は相殺されるの
で、応答時間は減少する。第３図による装置の場合に、
層厚は連続的に減少し、第４図による装置の場合層３４
および３５の厚さは段階的に減少する。

保護層を製造するためには、材料に応じて蒸着法または
印刷法が適当である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、本発明による装置の若干の実施例を略示す
るもので、第１図は１つの抵抗層を有する実施例の平面
図および断面図であり、第２図は２つの付加的な抵抗層
を有する実施例の平面図であり、第３図および第４図は
、それぞれ本発明の種々の実施態様のための支持体およ
び設けられた層の断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、支持体上に絶縁して設けられておりかつ流動媒体と
   熱接触している電気的に加熱可能の抵抗層を有する、媒
   体の流速を測定する装置において、支持体が抵抗層（８
   ）を有する板状の中央部（１）を有して長方形に構成さ
   れており、かつ少なくとも３つの辺に補強帯板（２、３
   、４）を一体に備えていることを特徴とする媒体の流速
   を測定する装置。 ２、中央部（１）が、その周縁に、補強帯板（２、３、
   ４）に隣接するスリット（５、６、７）を備えている特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ３、２つの相対する補強帯板（１１、１２）が、それに
   より囲まれた第５の補強帯板（１３）を越えて突出しか
   つ他の板状部材を有し、該部材上に他の抵抗層（２０）
   が設けられていて、この板状部材（１９）がその補強帯
   板 （１１、１２、１３）に接触する周縁にスリット（２１
   、２２、２３）を備えている特許請求の範囲第２項記載
   の装置。 ４、第３の板状部材（２５）が、中央部（１４）の、第
   ３の補強帯板（１３）に離反している側に配置されてお
   り、かつ他のスリット （２８）により中央部（１４）から分離されている特許
   請求の範囲第３項記載の装置。 ５、ケイ素から製造される特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ６、他の抵抗層（１９）が温度センサとして使用され、
   第３の抵抗層（２５）が流れ方向の測定のために使用さ
   れる特許請求の範囲第４項記載の装置。 ７、抵抗層（８）が、相応にドーピングされた半導体材
   料からなる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ８、抵抗層（８）が、金属、たとえば白金またはニッケ
   ルからなる特許請求の範囲第１項記載の装置。 ９、抵抗層（８）上および支持体（１）の、抵抗層に離
   反している側に、低い熱伝導性を有する層（３２、３３
   、３４、３５）が、流動媒体と抵抗層（８）との間の局
   部的伝熱係数が流れ方向へ少なくとも近似的に一定であ
   るように設けられている特許請求の範囲第１項記載の装
   置。 １０、層（３２、３３）の厚さが、流れ方向へ連続的に
   減少する特許請求の範囲第９項記載の装置。 １１、層（３４、３５）の厚さが、流れ方向へ段階的に
   減少する特許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２、補強帯板（２、３、４、１１、１２、１３）が、
   約０．２５〜１ｍｍの厚さであり、中央部（１、１４）
   が約０．１ｍｍの厚さである特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 １３、支持体上に絶縁して設けられておりかつ流動媒体
   と熱接触している電気的に加熱可能の抵抗層を有する媒
   体の流速を測定する装置を製造する方法において、補強
   帯板の厚さを有する材料部材を、相応する被覆マスクの
   載置後にエッチング工程にかけることを特徴とする媒体
   の流速を測定する装置の製造法。 １４、エッチング工程が、異方性エッチングである特許
   請求の範囲第１３項記載の方法。 １５、エッチング工程が、等方性エッチングである特許
   請求の範囲第１３項記載の方法。 １６、スリットを、レーザ切断を用いて製造する特許請
   求の範囲第１３項から第１５項までのいずれか１項記載
   の方法。