KR100441305B1

KR100441305B1 - 유량검지유닛, 유체온도 검지유닛과, 이를 구비한 유량센서, 온도센서 및 유량검출장치

Info

Publication number: KR100441305B1
Application number: KR10-2000-7005547A
Authority: KR
Inventors: 야마기시기요시; 가와니시도시아끼; 도모나리겐지; 이노우에신이찌; 고이께아쯔시
Original assignee: 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-11-21
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2004-07-23
Also published as: US6588268B1; EP1035406A1; CN1657882A; WO1999027327A1; CN1657881A; CN1474165A; CA2310635C; CN1645061A; CN1124472C; EP1035406A4; KR20010024662A; CA2310635A1; CN1279761A

Abstract

외부 환경 온도 조건에 의한 측정정도에 대한 악영향을 저지하여 측정정도를 향상시켜 비교적 높은 점도의 점성유체 또는 미소유량일지라도 배관내를 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다. 조립이 용이한 유량센서는 발열기능과 감온기능을 갖는 유량검지부 (12) 와, 유량검지부 (12) 로부터의 열이 피검지유체에 전달되어 흡열되도록 형성된 피검지유체의 관로 (4) 를 구비하고, 유량검지부 (12) 에 있어서 발열에 의거하여 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 관로 (4) 내의 피검지유체의 유량을 검지한다. 관로 (4) 가 형성된 케이싱 (2) 에는 관로 (4) 에 인접하여 소자유닛 지지부 (50,60) 가 형성되어 있고, 소자유닛 지지부 (50) 에는 유량검지부 (12) 를 포함하는 유량검지유닛 (51) 이 지지되고, 소자유닛 지지부 (60) 에는 유체온도검지부 (22) 를 포함하는 유체온도 검지유닛 (61) 이 지지되어 있다.

Description

유량검지유닛, 유체온도 검지유닛과, 이를 구비한 유량센서, 온도센서 및 유량검출장치{flow rate sensor, temperature sensor and flow rate measuring instrument}

종래, 각종 유체 특히 액체의 유량 (또는 유속) 을 측정하는 유량센서 (또는 유속센서) 로는 여러 가지 형식의 것이 사용되고 있는데 저가격화가 용이하다는 이유로 이른바 열식 (특히 방열형) 유량센서가 이용되고 있다.

이 방열형 유량센서로는 기판 위에 박막기술을 이용하여 박막발열체와 박막감온체를 절연층을 통하여 적층하고, 기판을 배관에 부착하여 기판과 배관내의 유체를 열적으로 접속시키도록 배치한 것이 사용되고 있다. 발열체에 통전함으로써 감온체를 가열하고, 이 감온체의 전기적특성 예컨대 전기저항의 값을 변화시킨다. 이 전기저항값의 변화 (감온체의 온도상승에 의함) 는 배관내를 흐르는 유체의 유량 (유속) 에 따라 변화한다. 그 이유는 발열체의 발열량 중 일부가 기판을 거쳐 유체 중으로 전달되고, 이 유체 중으로 확산하는 열량은 유체의 유량 (유속) 에 따라 변화하고, 이에 따라 감온체로 공급되는 열량이 변화하여 이 감온체의 전기저항값이 변화하기 때문이다. 이 감온체의 전기저항값의 변화는 유체의 온도에 따라서도 다르며, 따라서 상기 감온체의 전기저항값의 변화를 측정하는 전기회로 중에 온도보상용 감온소자를 조합하여, 유체의 온도에 의한 유량측정값의 변화를 될 수 있는 한 적게 하는 것도 행해지고 있다.

이 같은 박막소자를 사용한 방열형 유량센서에 관하여는 예컨대 일본 공개특허공보 평8-146026 호에 기재된 것이 있다.

그런데, 종래의 유량센서는 배관부분에 부착되는 금속제의 관로를 가지고 있으며, 이 금속제 관로내를 유체가 통과하도록 되어 있다. 그리고, 이 금속제 관로가 외기에 노출되어 있다. 금속제 관로는 열전도성이 높기 때문에 외기온도가 변화하면 그 영향이 즉시 관로내의 유체 (특히 관로벽과 접하는 부분) 에 전달되어 열식 유량센서의 유량측정 정도의 저하를 초래할 가능성이 있다. 특히 유량이 미소한 경우에는 측정정도에 미치는 영향이 커진다. 이 같은 문제는 관로내를 흐르는 유체의 온도와 외기온도의 차이가 큰 경우에 현저해진다.

또한, 종래의 방열형 유량센서는 유량검지부의 기판 또는 이 기판에 대하여 열적으로 접속된 케이싱을 배관의 벽면으로부터 노출시키도록 하여 배관에 부착되어 있다.

예컨대 열응답성이 우수하고, 측정정도가 높고, 소형이면서 저렴한 방열형 유량센서로서 상기 일본 공개특허공보 평8-146026 호에 개시되어 있는 박막소자를 사용한 방열형 유량센서는 다음과 같은 구성을 갖는다.

즉, 도 31a 및 31b 에 나타내는 바와 같이 유량센서 (501) 는 박막기술을 이용하여 기판 (502) 위에 박막발열체 (503) 와 박막감온체 (504) 를 절연층 (505) 을 사이에 두고 적층한 것으로서, 도 32 에 나타내는 바와 같이 배관 (506) 의 적절한 위치에 설치되어 사용된다.

이 유량센서 (501) 는 발열체 (503) 에 통전함으로써 감온체 (504) 를 가열하고, 감온체 (504) 의 전기저항값의 변화를 검출한다. 이 때 유량센서 (501) 는 배관 (506) 에 설치되어 있으므로, 발열체 (503) 의 발열량의 일부는 기판 (502) 을 통하여 배관내를 흐르는 유체 중으로 방일(放逸)되고, 감온체 (504) 에 전달되는 열량은 이 방일열량을 제한 것이 된다. 그리고, 이 방일열량은 유체의 열량에 대응하여 변화하므로, 공급되는 열량에 의해 변화하는 감온체 (504) 의 전기저항값의 변화를 검출함으로써 배관 (506) 내를 흐르는 유체의 유량을 측정할 수 있다.

또한, 상기 방일열량은 유체의 온도에 의해서도 변화하므로, 도 32 에 나타내는 바와 같이 배관 (506) 의 적절한 위치에 온도센서 (507) 를 설치하고, 감온체 (504) 의 전기저항값의 변화를 검출하는 유량검출회로 중에 온도보상회로를 부가하여 기체의 온도에 의한 유량측정값의 오차를 가급적 적게하고 있다.

그러나, 종래의 유량센서 (501) 는 금속제 배관 (506) 에 직접 설치되어 있으며, 또한 그 금속제 배관 (506) 은 외기에 노출되어 있다. 따라서, 열전도성이 높은 금속제 배관 (506) 을 통하여 유체가 보유하는 열량이 외기로 방일되고, 또는 외기에서 유체로 열량이 공급되기 쉬워서 유량센서 (501) 의 측정정도를 저하시키는 요인이 되었다. 특히 유체의 유량이 미소한 경우에는 측정정도에 미치는 영향이 크고, 유체의 온도와 외기의 온도 차이가 큰 경우, 유체의 비열이 작은 경우에는 더욱 그 영향이 현저하다.

또한 유체가 점성유체 특히 점도가 비교적 높은 점성유체 특히 액체인 경우에는 배관 (506) 내의 유체의 흐름과 직교하는 단면에서의 유속은 관벽근방부와 중앙부에서 크게 다르며, 유속벡터는 중앙부에 극치를 갖는 대략 포물선형상을 나타내게 된다. 즉, 유속분포의 불균일이 현저해진다. 종래의 관벽에 단지 기판 (502) 또는 그것에 접속된 케이싱 (508) 을 설치하여 유체에 노출시키고, 관벽근방부만의 유속을 측정하는 것의 경우에는 상기 유속분포가 유량측정의 정도에 큰 영향을 미친다. 그 이유는 유속검지시에 배관의 단면중앙부분을 흐르는 유체의 유속을 고려하지 않고 배관의 관벽근방에 있어서의 유체의 유속만을 고려하기 때문이다. 이 같이 종래의 유량센서에서는 비교적 높은 점도를 갖는 점성유체의 경우에는 정확한 유량측정이 곤란하다는 문제점이 있다. 또한 상온에서 점도가 낮은 유체라도 온도가 저하함에 따라 점도가 상승하므로, 이상과 같은 유체의 점성에 관련된 문제가 발생한다. 특히 단위시간 당 유량이 많은 경우 보다 유량이 비교적 적은 경우에는 상기 점성에 의거한 문제점이 더욱 현저하다.

또한, 방열형 유량센서의 측정정도의 향상을 위하여는 발열체에서 발해진 열이 피검지유체에 의한 흡열의 영향만을 받아 감온체로 전달되는 것이 중요하다. 그러나, 종래의 방열형 유량센서에 있어서는 외부환경과 감온체 사이의 열전달이나 외부환경과 발열체 사이의 열전달을 무시할 수 없어서, 외부환경온도에 의해 검지유량이 변화하여 유량검지오차가 발생한다는 문제가 있다.

그리고, 유량센서가 사용되는 온도환경은 지리적 조건 및 옥내외 등 매우 광범위하고, 나아가 이것들에 계절적 조건 및 주야 등이 추가되며, 특히 옥외의 경우에는 온도환경의 변화도 매우 크다. 종래의 유량센서는 이 같은 외부온도환경의 영향을 받기 쉬운 구조이기 때문에 유량측정값의 오차가 크다. 따라서 이 같은 폭넓은 환경온도조건하에서 정확한 유량을 검지하는 유량센서가 요망되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 외부 환경 온도 조건이 측정정도에 미치는 악영향을 저지함으로써 측정정도가 향상된 열식 유량센서 또는 유량검출장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 열식 유량센서 또는 유량검출장치의 제조상에 있어서의 조립을 용이하게 하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 비교적 높은 점도의 점성유체일지라도 배관내를 흐르는 이 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 유량센서 또는 유량검출장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 비교적 적은 유량일지라도 배관내를 흐르는 이 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있는 유량센서 또는 유량검출장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 유량센서 각 부로부터 케이싱 및 외부로 방일되는 열량을 최대한 적게 하여 유체의 비열이 작은 경우나 유량이 적은 경우일지라도 유체의 유량을 고정도로 측정할 수 있는 유량센서 또는 유량검출장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 목적은 케이싱으로의 장착작업을 간이화함과 동시에 고정상태도 안정적으로 하여 충분한 내구성을 갖는 유량센서 또는 유량검출장치를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은 유량센서와 동일한 구조를 갖는 유체온도 검지용 온도센서로서, 외기와 센서 사이의 열의 유통을 적게 하여 유체의 온도를 고정도로 측정할 수 있는 온도센서를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

발명의 개시

본 발명에 의하면 이상과 같은 목적을 달성하는 것으로서,

발열기능과 감온기능을 갖는 유량검지부와, 이 유량검지부로부터의 열이 피검지유체에 전달되어 흡열되도록 형성된 이 피검지유체를 위한 관로를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 상기 관로내의 피검지유체의 유량을 검지하는 유량센서 (유량검출장치) 로서,

상기 관로가 형성된 케이싱에는 상기 관로에 인접하여 1 개 이상의 소자유닛 지지부가 형성되어 있고, 이 소자유닛 지지부 중 1 개에는 상기 유량검지부를 포함하는 유량검지유닛이 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서가 제공된다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 케이싱은 합성수지로 이루어진다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유량검지유닛은 상기 유량검지부와, 이 유량검지부에 부설된 제 1 열전달용 부재와, 상기 유량검지부에 전기적으로 접속된 제 1 전극단자와, 합성수지제의 제 1 기체부(基體部)를 포함하고 있고, 이 제 1 기체부가 상기 1 개의 소자유닛 지지부에 의해 지지되어 있고, 이 제 1 기체부로부터 상기 제 1 열전달용 부재가 상기 관로내로 연장되어 있고, 이 제 1 기체부로부터 상기 제 1 전극단자가 상기 관로와 반대의 외측으로 연장되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 열전달용 부재는 상기 관로의 단면의 적어도 중앙부의 근방에 도달하도록 연장되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 기체부는 탄력성을 갖는 내측부분과 이 내측부분의 외측에 배치된 외측부분으로 이루어진다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 기체부의 중심부에는 공동이 형성되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 열전달용 부재는 평판형상이고, 이 제 1 열전달용 부재의 상기 제 1 기체부내 부분의 편면에 상기 유량검지부가 접합되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 기체부와 상기 케이싱 사이에는 상기 관로에 대한 실부재가 개재되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 케이싱에는 상기 소자유닛 지지부의 외측에 소자수용부가 형성되어 있고, 이 소자수용부에는 배선기판이 배치되어 있고, 이배선기판과 상기 유량검지유닛의 제 1 전극단자가 전기적으로 접속되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 소자수용부는 덮개에 의해 덮여있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유량검지부는 제 1 기판 위에 박막발열체와 이 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 형성하여 이루어진다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 열전달용 부재는 상기 제 1 기판에 접합되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 박막발열체와 상기 유량검지용 박막감온체는 상기 제 1 기판의 제 1 면 위에 제 1 절연층을 통하여 적층되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 열전달용 부재는 상기 제 1 기판의 제 2 면에 접합되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 1 열전달용 부재의 상기 관로의 방향의 치수는 상기 관로의 단면내에 있어서의 상기 제 1 열전달용 부재의 연재방향과 직교하는 방향의 치수 보다 크다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 소자유닛 지지부 중 다른 1 개에는 상기 유량검지시의 유체온도보상을 실시하기 위한 유체온도 검지부를 포함하는 유체온도 검지유닛이 지지되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유체온도 검지유닛은 상기 유체온도 검지부와, 이 유체온도 검지부에 부설된 제 2 열전달용 부재와, 상기 유체온도 검지부에 전기적으로 접속된 제 2 전극단자와, 합성수지제의 제 2 기체부를 포함하고 있고, 이 제 2 기체부가 상기 다른 1 개의 소자유닛 지지부에 의해 지지되어 있고, 이 제 2 기체부로부터 상기 제 2 열전달용 부재가 상기 관로내로 연장되어 있고, 이 제 2 기체부로부터 상기 제 2 전극단자가 관로와 반대쪽으로 연장되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 열전달용 부재는 상기 관로의 단면의 적어도 중앙부의 근방에 도달하도록 연장되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 기체부는 탄력성을 갖는 내측부분과 이 내측부분의 외측에 배치된 경질의 외측부분으로 이루어진다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 기체부의 중심부에는 공동이 형성되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 열전달용 부재는 평판형상이며, 이 제 2 열전달용 부재의 상기 제 2 기체부내 부분의 편면에 상기 유체온도 검지부가 접합되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 기체부와 상기 케이싱 사이에는 상기 관로에 대한 실부재가 개재되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 배선기판과 상기 유체온도 검지유닛의 제 2 전극단자가 전기적으로 접속되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유체온도 검지부는 제 2 기판 위에 유체온도 검지용 박막감온체를 형성하여 이루어진다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 열전달용 부재는 상기 제 2 기판에접합되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유체온도 검지용 박막감온체는 상기 제 2 기판의 제 1 면 위에 제 2 절연층을 통하여 적층되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 열전달용 부재는 상기 제 2 기판의 제 2 면에 접합되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 제 2 열전달용 부재의 상기 관로의 방향의 치수는 상기 관로의 단면내에 있어서의 상기 제 2 열전달용 부재의 연재방향과 직교하는 방향의 치수 보다 크다.

또한 본 발명에 의하면,

상기 케이싱은 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서가 제공된다.

또한 본 발명에 의하면,

발열기능과 감온기능을 갖는 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 피검지유체의 유량을 검지하는 유량센서 (유량검출장치) 에 사용되는 유량검지유닛으로서,

상기 유량검지부와, 이 유량검지부에 부설된 제 1 열전달용 부재와, 상기 유량검지부에 전기적으로 접속된 제 1 전극단자와, 합성수지제의 제 1 기체부를 포함하고 있고, 이 제 1 기체부로부터 상기 제 1 열전달용 부재와 상기 제 1 전극단자가 서로 반대쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량검지유닛 (유량센서) 이 제공되고,

발열기능과 감온기능을 갖는 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 피검지유체의 유량을 검지하는 유량센서에 의해 상기 유량검지시의 유체온도보상을 실시하기 위하여 사용되는 유체온도 검지유닛 (온도센서) 으로서,

유체온도 검지부와, 이 유체온도 검지부에 부설된 제 2 열전달용 부재와, 상기 유체온도 검지부에 전기적으로 접속된 제 2 전극단자와, 합성수지제의 제 2 기체부를 포함하고 있고, 이 제 2 기체부로부터 상기 제 2 열전달용 부재와 상기 제 2 전극단자가 서로 반대쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유체온도 검지유닛이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 이상과 같은 목적을 달성하는 것으로서,

발열기능 및 감온기능을 갖는 유량검지부와, 피검지유체의 유통을 위한 유체유통관로와, 상기 유량검지부에 있어서의 발열의 영향을 받으면서 상기 유체유통관로내로 연장되도록 배치된 유량검지용 열전달부재를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 상기 유량검지용 열전달부재를 통하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 상기 유체유통관로내의 피검지유체의 유량을 검지하는 유량센서로서,

상기 유량검지부 및 상기 유량검지용 열전달부재의 상기 유량검지부와 열적으로 접속된 부분은 유량검지용 기체부내에 밀봉되어 있고, 이 유량검지용 기체부는 열전도율이 0.7 [W/m·K] 이하인 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서가 제공된다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유량검지용 기체부는 열전도율이 0.4 [W/m·K] 이하의 합성수지로 이루어진다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유량검지용 열전달부재는 상기 유체유통관로의 직경방향으로 연장되어 이 유체유통관로의 중심선을 통과하고 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유량검지용 열전달부재는 평판형상을 이루고 있고, 상기 유체유통관로내에 있어서 이 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유량검지부는 상기 유체유통관로 밖에 상기 유량검지용 열전달부재의 위에 형성된 박막발열체 및 이 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 포함하고 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유량검지시의 온도보상을 실시하기 위한 유체온도 검지부를 포함하고 있고, 이 유체온도 검지부와 상기 유체유통관로내로 연장되도록 배치된 유체온도 검지용 열전달부재가 열적으로 접속되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유체온도 검지부 및 상기 유체온도 검지용 열전달부재의 상기 유체온도 검지부와 열적으로 접속된 부분은 유체온도 검지용 기체부내에 밀봉되어 있고, 이 유체온도 검지용 기체부는 열전도율이 0.7 [W/m·K] 이하인 합성수지로 이루어진다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유체온도 검지용 기체부는 열전도율이 0.4 [W/m·K] 이하의 합성수지로 이루어진다.

본 발명에 일태양에 있어서는 상기 유체온도 검지용 열전달부재는 상기 유체유통관로의 직경방향으로 연장되어 이 유체유통관로의 중심선을 통과하고 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 유체온도 검지용 열전달부재는 평판형상을 이루고 있고, 상기 유체유통관로내에 있어서 이 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있다.

본 발명의 일태양에 있어서는 상기 박막발열체에 전류를 공급하는 경로에 이 박막발열체의 발열을 제어하는 발열제어수단이 접속되어 있고, 이 발열제어수단은 상기 감온의 결과가 목표와 일치하도록 이 감온의 결과에 의거하여 상기 박막발열체에 대한 공급전류를 제어하고, 상기 발열제어수단에 의한 제어상태에 의거하여 상기 피검지유체의 유량을 검지하는 것이다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 위에 발열체와 감온체를 형성한 유량검지부와, 피검지유체와의 사이에서 열전달을 실시하는 핀플레이트와, 유량에 대응한 전압값을 출력하는 출력단자를 가지고, 상기 유량검지부, 상기 핀플레이트의 일부 및 상기 출력단자의 일부를 몰딩에 의해 피복하여 유량센서를 구성한 것이다.

이 때, 상기 유량검지부를 상기 핀플레이트의 일단부의 표면에 고착시키고, 상기 유량검지부와 상기 출력단자를 본딩와이어에 의해 접속하는 것이 바람직하다.

플레이트 소재로부터 상기 핀플레이트와 상기 출력단자에 상당하는 부분을 갖는 플레이트 기재(基材)를 형성하고, 핀플레이트와 출력단자를 동시에 형성하도록 하면 제조공정이 간략화된다.

상기 플레이트 기재는 상기 플레이트 소재를 에칭하여 형성할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 유량센서와, 이 유량센서를 수용하는 센서삽입공을 형성한 케이싱과, 상기 센서삽입공에 대응하는 위치에 개구부를 형성한 피검지유체를 유통시키는 유통관을 갖는 유량검출장치를 구성하여 이루어지는 것이다.

또, 피검지유체의 온도를 검지하는 온도센서를 설치하고, 상기 케이싱에 이 온도센서를 수용하는 센서삽입공을 형성하고, 상기 유통관에 이 센서삽입공에 대응하는 위치에 개구부를 형성하여 유체온도보상용 온도센서의 케이싱으로의 장착작업을 간이하게 하고 고정상태도 안정적으로 되도록 해도 된다.

또한, 상기 유량센서, 상기 온도센서와 상기 센서삽입공 사이에 밀봉재를 개재시키면 그들 간극으로부터 유체의 누설을 방지할 수 있으므로 바람직하다.

또한 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 기판 위에 발열체와 감온체를 형성한 유량검지부를 갖는 유량센서로서, 상기 기판에 오목부를 형성하고, 이 오목부를 밀봉하여 공기층 등의 기체층을 형성한 것이다.

이 때 상기 오목부는 에칭에 의해 형성할 수 있고, 유리로 이루어지는 프레파라트를 이용하여 밀봉할 수 있다.

피검지유체와의 사이에서 열전달을 실시하는 핀플레이트를 설치하고, 이 핀플레이트의 일단부의 면에, 상기 발열체, 상기 감온체를 적층한 면을 대향시켜 상기 유량검지부를 고착시키는 구성으로 하면 유량센서 각 부로부터 케이싱 및 외부로 방일되는 열량을 최대한으로 적게할 수 있으므로 보다 바람직하다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 유량센서는 절연체를 사이에 두고 발열체와 감온체를 적층하여 형성된 유량검지부와, 이 유량검지부에 일단이 접합된 핀플레이트와, 유량검지부와 전기적으로 접속된 출력단자를 가지고, 수지 하우징내에 유량검지부가 수납되며, 당해 하우징 외부에 핀플레이트와 출력단자의 단부가 돌출되어 이루어지는 것으로서, 상기 수지 하우징 내부에 공동부가 형성되고, 이 공동부에 유량검지부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 온도센서는 절연체와 감온체를 적층하여 형성된 온도검지부와, 이 온도검지부에 일단이 접합된 핀플레이트와, 온도검지부와 전기적으로 접속된 출력단자를 가지고, 수지 하우징내에 온도검지부가 수납되며, 당해 하우징 외부에 핀플레이트와 출력단자의 단부가 돌출되어 이루어지는 것으로서, 상기 수지 하우징 내부에 공동부가 형성되고, 이 공동부에 온도검지부가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성의 유량센서 및 온도센서에 있어서는 공동부내에 유량 또는 온도검지부와 접합하는 핀플레이트의 단부와 상기 검지부와 접속하는 출력단자의 단부를 배치하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 센서외부와의 단열성 향상을 위하여 수지 하우징의 외주면부에 노치부를 형성하는 것이 바람직하다. 수지 하우징은 중공오목부를 갖는 하우징본체와, 이것을 피폐하는 덮개의 분리구조의 것으로 할 수 있다.

본 발명은 유체유량검지기술에 속하는 것으로서, 특히 배관내를 흐르는 기체, 액체 등과 같은 유체의 유량을 검지하기 위한 유량센서 및 유량검출장치, 나아가서는 유량검출시의 유체온도 검지를 위하여 사용될 수 있는 온도센서에 관한 것이다. 본 발명의 유량센서는 특히 폭넓은 온도환경조건하에서 유체의 유량을 정확하게 측정하는 데 적합하며, 또한 제조상의 조립용이성을 기도한 것이다.

또한, 본 발명은 특히 유량센서 및 유량검출장치, 나아가서는 온도센서의 측정정도의 향상을 기도한 것이다.

도 1 은 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 일부 노치 측면도이다.

도 2 는 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 3 은 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 유량검지부의 분해사시도이다.

도 4 는 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 유량센서의 회로구성도이다.

도 5 는 본 발명에 의한 유량센서의 유량검지유닛의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 6 은 본 발명에 의한 유량센서의 소자유닛 지지부에 대한 유량검지유닛의 부착의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 7 은 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 유체유통관로를 따른 단면도이다.

도 8 은 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 유체유통관로와 직교하는 단면도이다.

도 9 는 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 유량검지유닛의 단면도이다.

도 10 은 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태의 회로구성도이다.

도 11 은 본 발명의 의한 유량센서의 일실시형태에 있어서의 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 12 는 본 발명과의 비교를 위하여 유량센서에 있어서의 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 13 은 본 발명의 유량센서에 있어서의 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.

도 14a 는 본 발명의 유량센서의 일실시형태를 나타내는 정면단면도이다.

도 14b 는 본 발명의 유량센서의 일실시형태를 나타내는 측면단면도이다.

도 15 는 본 발명의 유량센서의 일실시형태의 유량검지부의 분해사시도이다.

도 16 은 본 발명의 유량센서의 일실시형태의 유량검지부의 종단면도이다.

도 17 은 본 발명의 유량센서의 일실시형태의 제조공정을 나타내는 설명도이다.

도 18 은 도 17 에 나타내는 제조공정에 의해 제조되는 유량센서의 단면도이다.

도 19 는 본 발명의 유량센서를 장착한 유량검출장치의 일실시형태를 나타내는 정면단면도이다.

도 20 은 본 발명의 유량센서를 장착한 유량검출장치의 일실시형태를 나타내는 측면단면도이다.

도 21 은 본 발명자들이 개발한 유량검지부를 핀플레이트에 올려놓은 유량센서 및 그것을 설치한 유량검출장치의 개략설명도이다.

도 22 는 본 발명의 유량센서의 일실시형태를 나타내는 분해사시도이다.

도 23 은 도 22 의 유량센서의 덮개체를 분리한 상태의 단면도이다.

도 24 는 유량검지부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 25a 은 유량센서의 다른 실시형태를 나타내는 분해사시도이다.

도 25b 는 유량센서의 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 26a 은 유량센서의 또 다른 실시형태를 나타내는 분해사시도이다.

도 26b 는 유량센서의 또 다른 실시형태를 나타내는 단면도이다.

도 27 은 본 발명의 온도센서의 구성요소인 온도검지부의 구성을 나타내는 도면이다.

도 28 은 유량검출장치의 정면단면도이다.

도 29 는 유량검출장치의 측면단면도이다.

도 30 은 본 발명의 유량센서의 실시예 및 비교예의 측정결과를 나타내는 그래프이다.

도 31a 는 종래의 유량센서의 유량검지부의 사시도이다.

도 31b 는 종래의 유량센서의 유량검지부의 단면도이다.

도 32 는 종래의 유량센서를 배관에 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1 은 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 일부 노치 측면도이고, 도 2 는 그의 단면도이다.

이들 도면에 있어서, 2 는 케이싱본체부이고, 이 케이싱본체부를 관통하여 피검지유체의 유통을 위한 유체유통관로 (4) 가 형성되어 있다. 이 관로 (4) 는 케이싱본체부 (2) 의 양단까지 연장되어 있다. 이 케이싱본체부 (2) 의 양단에 있어서, 외부배관과 접속하기 위한 접속부 (예컨대 수나사) (6a,6b) 가 형성되어 있다. 케이싱본체부 (2) 는 합성수지제 예컨대 염화비닐수지나 내약품성 및 내오일성이 큰 유리섬유강화의 폴리페닐렌술피드 (PPS) 나 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT) 등으로 이루어진다. 이 케이싱본체부 (2) 에는 관로 (4) 의 상방에 소자수용부 (5) 가 형성되어 있고, 이 소자수용부 (5) 에는 케이싱 덮개체부 (8) 가 나사 또는 끼워맞춤 등에 의해 고정되어 있다. 이 케이싱 덮개체부 (8) 와 상기 케이싱본체부 (2) 에 의해 케이싱이 구성되어 있다.

본 실시형태에서는 케이싱본체부 (2) 의 소자수용부 (5) 의 내측 (즉 관로 (4) 측) 에, 관로 (4) 에 인접하여 2 개의 소자유닛 지지부 (50,60) 가 형성되어 있다. 이들 소자유닛 지지부 (50,60) 는 모두 관로 (4) 의 직경방향을 중심으로 하는 원통형상 내면을 갖는다. 제 1 소자유닛 지지부 (50) 에 의해 유량검지유닛 (51) 이 지지되어 있고, 제 2 소자유닛 지지부 (60) 에 의해 유체온도 검지유닛 (61) 이 지지되어 있다.

유량검지유닛 (51) 은 유량검지부 (12) 와, 이 유량검지부 (12) 에 열전도성 양호한 접합재 (16) 에 의해 접합된 열전달용 부재로서의 핀플레이트 (14) 와, 전극단자 (52) 와, 유량검지부 (12) 의 전극을 대응하는 전극단자 (52) 와 전기적으로 접속하는 본딩와이어 (28) 와, 합성수지제의 기체부 (53) 를 갖는다. 이 기체부 (53) 는 다른 2 개의 부분 즉 내측부분 (53-1) 과 외측부분 (53-2) 으로 이루어진다. 내측부분 (53-1) 은 탄력성을 가지고 있으며, 예컨대 불소고무 등으로 이루어지고, 케이싱본체부 (2) 및 유량검지유닛 (51) 을 구성하는 각 부재의 열팽창율차에 의거하여 온도변화에 의해 발생하는 응력을 흡수하여 변형시킬 수 있다. 또한, 외측부분 (53-2) 은 경질이며 내약품성이나 내오일성이 크고, 예컨대 폴리페닐렌술피드 (PPS) 나 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT) 등으로 이루어진다. 기체부 (53) 는 소자유닛 지지부 (50) 의 내주면에 대응한 원통형상 외주면을 갖는다. 기체부 (53) 로부터 핀플레이트 (14) 의 일부가 관로 (4) 내로 연장되어 있고, 전극단자 (52) 의 일부가 관로 (4) 와 반대쪽 (외측) 으로 연장되어 있다. 즉, 유량검지부 (12) 와, 접합재 (16) 와 핀플레이트 (14) 의 일부와, 전극단자 (52) 의 일부가 기체부 (53) 에 의해 밀봉되어 있다.

유량검지부 (12) 는 도 3 에 도시되어 있는 바와 같이 기판 (12-1) 의 상면 (제 1 면) 위에 절연층 (12-2) 을 형성하고, 그 위에 박막발열체 (12-3) 를 형성하고, 그 위에 이 박막발열체를 위한 1 쌍의 전극층 (12-4,12-5) 을 형성하고, 그 위에 절연층 (12-6) 을 형성하고, 그 위에 유량검지용 박막감온체 (12-7) 를 형성하고, 그 위에 절연층 (12-8) 을 형성한 칩형상의 것으로 이루어진다. 기판 (12-1) 으로는 예컨대 두께 0.5 ㎜ 정도이며 크기 2 내지 3 ㎜ 모퉁이 정도의 실리콘이나 알루미나 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있고 (알루미나 등의 절연기판을 사용하는 경우에는 절연층 (12-2) 을 생략할 수 있다.), 박막발열체 (12-3) 로는막두께 1 ㎛ 정도로 원하는 형상으로 패터닝한 서밋으로 이루어지는 것을 사용할 수 있고, 전극층 (12-4,12-5) 으로는 막두께 0.5 ㎛ 정도의 니켈로 이루어지는 것 또는 이것에 막두께 0.1 ㎛ 정도의 금을 적층한 것을 사용할 수 있고, 절연층 (12-2,12-6,12-8) 으로는 막두께 1 ㎛ 정도의 SiO₂로 이루어지는 것을 사용할 수 있고, 박막감온체 (12-7) 로는 막두께 0.5 내지 1 ㎛ 정도로 원하는 형상 예컨대 사행형상으로 패터닝한 백금이나 니켈 등의 온도계수가 크고 안정된 금속저항막을 사용할 수 있다 (또는 산화망간계의 NTC 서미스터로 이루어지는 것을 사용할 수도 있다.). 이 같이 박막발열체 (12-3) 와 박막감온체 (12-7) 가 박막절연층 (12-6) 을 통해 매우 근접하여 배치되어 있음으로써 박막감온체 (12-7) 는 박막발열체 (12-3) 의 발열의 영향을 즉시 받게 된다.

도 2 에 도시된 바와 같이 유량검지부 (12) 의 일방의 면 즉 기판 (12-1) 의 제 2 면에 열전달용 부재로서의 평판형상 핀플레이트 (14) 가 열전도성 양호한 접합재 (16) 에 의해 접합되어 있다. 핀플레이트 (14) 로는 예컨대 구리, 듀랄루민, 구리-텅스텐 합금으로 이루어지는 평판형상의 것을 사용할 수 있고, 접합재 (16) 로는 예컨대 은 페이스트를 사용할 수 있다. 그리고, 케이싱본체부 (2) 에는 상기 유량검지부 (12) 가 배치되어 있는 위치에 핀플레이트 (14) 가 통과하는 개구가 형성되어 있다.

도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 기체부 (53) 의 외주면과 소자유닛 지지부 (50) 의 내주면 사이에는 관로 (4) 에 대한 실부재로서의 O-링 (54) 이 개재되어 있다.

핀플레이트 (14) 는 윗부분이 유량검지부 (12) 에 접합되어 있고, 아랫부분이 관로 (4) 내로 연장되어 있다. 이 핀플레이트 (14) 는 거의 원형의 단면을 갖는 관로 (4) 내에 있어서, 그 단면내의 중앙을 통과하여 상부에서 하부로 이 관로 (4) 를 횡단하여 연재되어 있다. 단, 관로 (4) 는 단면이 반드시 원형일 필요는 없으며, 적절한 단면형상이 가능하다. 관로 (4) 내에 있어서, 상기 핀플레이트 (14) 의 관로방향의 치수 (L₁) 는 이 핀플레이트 (14) 의 두께 (L₂) 보다 충분히 크다. 따라서, 핀플레이트 (14) 는 관로 (4) 내에 있어서의 유체의 유통에 큰 영향을 미치는 일 없이, 유량검지부 (12) 와 유체 사이의 열전달을 양호하게 실시할 수 있다.

상기 케이싱본체부 (2) 에는 소자유닛 지지부 (50) 에서 관로 (4) 를 따라 간격을 둔 위치에 소자유닛 지지부 (60) 가 배치되어 있다. 소자유닛 지지부 (60) 에 의해 유체온도 검지유닛 (61) 이 지지되어 있다.

유체온도 검지유닛 (61) 은 유체온도 검지부 (22) 와, 이 유체온도 검지부 (22) 에 열전도성이 양호한 접합재에 의해 접합된 열전달용 부재로서의 핀플레이트 (14') 와, 전극단자 (62) 와, 유체온도 검지부 (22) 의 전극을 대응하는 전극단자 (62) 와 전기적으로 접속하는 본딩와이어 (29) 와, 합성수지제의 기체부 (63) 를 갖는다. 이 기체부 (63) 는 다른 2 개의 부분 즉 내측부분 (63-1) 과 외측부분 (63-2) 으로 이루어진다. 내측부분 (63-1) 은 탄력성을 가지고 있으며, 예컨대 불소고무 등으로 이루어지고, 케이싱본체부 (2) 및 유체온도 검지유닛 (61) 을 구성하는 각 부재의 열팽창율차에 의거하여 온도변화에 의해 발생하는 응력을 흡수하여 변형할 수 있다. 또한, 외측부분 (63-2) 은 경질이며 내약품성이나 내오일성이 크고, 예컨대 폴리페닐렌술피드 (PPS) 나 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT) 등으로 이루어진다. 기체부 (63) 는 소자유닛 지지부 (60) 의 내주면에 대응한 원통형상 외주면을 갖는다. 기체부 (63) 로부터 핀플레이트 (14') 의 일부가 관로 (4) 내로 연장되어 있고, 전극단자 (62) 의 일부가 관로 (4) 와 반대쪽 (외측) 으로 연장되어 있다. 즉, 유체온도 검지부 (22) 와, 핀플레이트 (14') 의 일부와, 전극단자 (62) 의 일부가 기체부 (63) 에 의해 밀봉되어 있다.

온도검지부 (22) 는 상기 유량검지부 (12) 와 동일한 기판 위에 동일한 박막감온체 (유체온도보상용 박막감온체) 를 형성한 칩형상의 것으로 이루어진다. 즉, 온도검지부 (22) 는 도 3 에 있어서의 박막발열체 (12-3), 1 쌍의 전극층 (12-4,12-5) 및 절연층 (12-6) 을 제거한 것과 동일한 방법으로 구성할 수 있다. 또한, 온도검지부 (22) 에는 유량검지부 (12) 와 동일한 방법으로 접합재에 의해 핀플레이트 (14') 가 접합되어 있다.

유체온도 검지유닛 (61) 은 관로 (4) 내의 유체유통방향에 관하여 유량검지유닛 (51) 의 상류측에 배치하는 것이 바람직하다.

상기 케이싱본체부 (2) 의 소자수용부 (5) 내에는 배선기판 (26) 이 고정배치되어 있다. 이 배선기판 (26) 의 전극 중 몇 개는 상기 유량검지유닛 (51) 의 전극단자 (52) 와 와이어본딩 등에 의해 전기적으로 접속되어 있고 (도시생략), 동일하게 상기 유체온도 검지유닛 (61) 의 전극단자 (62) 와 와이어본딩 등에 의해 전기적으로 접속되어 있다 (도시생략). 배선기판 (26) 의 전극 중의 다른 몇개는 외부리드선 (30) 과 접속되어 있고, 이 외부리드선 (30) 은 케이싱 밖으로 연장되어 있다.

도 4 는 본 실시형태의 유량센서의 회로구성도이다. 도시되어 있는 바와 같이, 직류전원 (40) 의 전압이 박막발열체 (12-3) 와 브리지회로 (42) 로 인가된다. 브리지회로 (42) 중의 차동증폭기 (44) 의 출력으로서, 유량을 나타내는 출력이 얻어진다. 즉, 유량검지부 (12) 에 있어서, 박막발열체 (12-3) 의 발열에 의거하여 핀플레이트 (14) 를 통하여 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받아 박막감온체 (12-7) 에 의한 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여, 또한 온도검지부 (22) 에서 핀플레이트 (14') 를 통하여 검지되는 피검지유체온도의 보상을 실시하여 관로 (4) 내의 피검지유체의 유량이 검지된다.

도 5 는 본 실시형태에 있어서의 유량검지유닛 (51) 의 변형예를 나타내는 단면도이다. 이 변형예에서는 기체부 (53) 의 중심부 (내측부분 (53-1) 의 중심부) 에는 공동 (55) 이 형성되어 있고, 이 공동 (55) 내에 유량검지부 (12) 가 위치하고 있다. 이 공동 (55) 의 단열효과에 의해 유량검지부 (12) 에 대한 주위환경으로부터의 열적영향을 저감시킬 수 있다. 기체부 (53) 에는 공동 (55) 과 상기 소자수용부 (5) 를 연통시키는 통기공 (56) 을 형성해 둘 수 있다. 유체온도 검지유닛 (61) 도 동일하게 공동 및 통기공을 갖는 것으로 할 수 있다.

도 6 은 본 실시형태에 있어서의 소자유닛 지지부 (50) 로의 유량검지유닛 (51) 의 부착의 변형예를 나타내는 단면도이다. 도 1 및 2 에 있어서는 소자유닛 지지부 (50) 의 내주면과 유량검지유닛 (51) 의 외주면과의 쌍방에 O-링 수용홈이 형성되어 있지만, 본 도 6 의 예에서는 소지유닛지지부 (50) 의 내주면에만 O-링 수용홈 (57) 을 형성하고 있다. 유량검지유닛 (51) 의 외주면에만 O-링 수용홈을 형성할 수도 있다. 소자유닛 지지부 (60) 에 대한 유체온도 검지유닛 (61) 의 부착에 대하여도 동일하게 할 수 있다.

이상의 본 실시형태에 의하면 케이싱본체부 (2) 를 열전도성이 낮은 합성수지로 구성하고 있으므로, 주위환경온도조건이 변화하여도 그 영향이 즉시 관로 (4) 내의 피검지유체에 미쳐 유량측정에 악영향을 미치는 일은 없다.

또한, 유량검지부 (12) 를 포함하고 있는 유량검지유닛 (51) 을 소자유닛 지지부 (50) 에 의해 지지하고, 유체온도 검지부 (22) 를 포함하고 있는 유체온도 검지유닛 (61) 을 소자유닛 지지부 (60) 에 의해 지지하므로, 제조상에 있어서의 조립이 용이하다.

또한, 핀플레이트 (14,14') 를 사용하고 있으므로, 피검지유체가 비교적 높은 점도의 점성유체일지라도, 또한 관로 (4) 의 단면내의 직경방향유량분포가 어떤 것일지라도, 이 유량분포를 충분하게 반영한 정확한 유량검지가 가능하다.

따라서, 비교적 적은 미소유량일지라도, 또는 폭넓은 환경온도조건하에 있어서, 배관내를 흐르는 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.

이상의 실시형태에 있어서는 핀플레이트 (14,14') 가 관로단면의 중앙부를 통과하여 상부에서 하부로 횡단하고 있는데, 이 핀플레이트 (14,14') 는 관로단면의 상부에서 중앙부의 근방으로까지 연장되고 있는 것으로 할 수 있다. 그럼으로써 관로 (4) 의 단면내의 직경방향유량분포가 어떤 것일지라도, 이 유량분포를양호하게 반영한 정확한 유량검지가 가능하다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시형태의 유량센서에 의하면 유량검지부를 포함하는 소자를 유닛화하고 있으므로, 제조상에 있어서의 조립이 용이하다. 또한, 본 발명의 실시형태의 유량센서에 의하면 외기온도의 변동에 의한 악영향을 받기 어려운 정확한 유량측정이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시형태의 유량센서에 의하면 비교적 높은 점도의 점성유체일지라도, 배관내를 흐르는 이 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태의 유량센서에 의하면 비교적 적은 유량일지라도, 배관내를 흐르는 이 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.

이어서, 도 7 및 도 8 은 본 발명에 의한 유량센서의 일실시형태를 나타내는 단면도로서, 도 7 은 피검지유체가 유통하는 기체유통관로를 따른 단면을 나타내고, 도 8 은 유체유통관로와 직교하는 단면을 나타낸다. 이들 도면에 있어서, 상기 도 1 및 2 에 있어서와 동일한 기능을 갖는 부재에는 동일한 부호를 붙인다. A 는 관로 (4) 의 중심선을 나타낸다.

본 실시형태에서는 케이싱본체부 (2) 의 양단에 있어서, 외부배관과 접속하기 위한 접속부 (예컨대 상세하게는 도시되어 있지 않은 퀵 커플링 구조) (6a,6b) 가 형성되어 있다. 소자유닛 지지부 (50,60) 는 모두 관로 (4) 의 직경방향을 중심으로 하는 2 단 원통형상 내면을 갖는다. 제 1 소자유닛 지지부 (50) 에 의해 2 단 원통형상 외면을 갖는 유량검지유닛 (51) 이 지지되어 있고, 제 2 소자유닛 지지부 (60) 에 의해 2 단 원통형상 외면을 갖는 유체온도 검지유닛 (61) 이지지되어 있다.

도 9 에 유량검지유닛 (51) 의 단면도를 나타낸다. 도 9 에 도시되어 있는 바와 같이 유량검지유닛 (51) 은 유량검지부 (12) 와, 이 유량검지부 (12) 에 열전도성 양호한 접합재 (16) 에 의해 접합된 열전달용 부재로서의 핀플레이트 (14) 와, 전극단자 (52) 와, 유량검지부 (12) 의 전극을 대응하는 전극단자 (52) 와 전기적으로 접속하는 본딩와이어 (28) 와, 합성수지제의 기체부 (53) 를 갖는다. 이 기체부 (53) 는 특히 열전달성이 낮고 (즉 열절연성을 가짐), 내약품성이나 내오일성이 큰 합성수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 기체부 (53) 는 소자유닛 지지부 (50) 의 내주면에 대응한 2 단 원통형상 외주면을 갖는다. 기체부 (53) 에서 핀플레이트 (14) 의 일부가 관로 (4) 쪽으로 연장되어 있고, 전극단자 (52) 의 일부가 관로 (4) 와 반대쪽 (외측) 으로 연장되어 있다. 즉, 유량검지부 (12) 와, 접합재 (16) 와 핀플레이트 (14) 의 일부와, 전극단자 (52) 의 일부와 본딩와이어 (28) 가 기체부 (53) 에 의해 밀봉되어 있다.

유체온도 검지유닛 (61) 은 기본적으로는 유량검지부 (12) 대신에 유체온도 검지부를 사용한 것이 유량검지유닛 (51) 과 다르다. 즉, 유체온도 검지유닛 (61) 은 유체온도 검지부에 열전도성 양호한 접합재에 의해 접합된 열전달용 부재로서의 핀플레이트 (14') 와, 전극단자 (62) 와, 유체온도 검지부의 전극을 대응하는 전극단자 (62) 와 전기적으로 접속하는 본딩와이어와, 합성수지제의 기체부를 갖는다. 기체부로부터 핀플레이트 (14') 의 일부가 관로 (4) 쪽으로 연장되어 있고, 전극단자 (62) 의 일부가 관로 (4) 와 반대쪽 (외측) 으로 연장되어 있다.

온도검지부는 상기 유량검지부 (12) 와 동일한 기판 위에 동일한 박막감온체 (유체온도보상용 박막감온체) 를 형성한 칩형상의 것으로 이루어진다. 즉, 온도검지부는 도 3 에 있어서의 박막발열체 (12-3), 1 쌍의 전극층 (12-4,12-5) 및 절연층 (12-6) 을 제거한 것과 동일한 방법으로 구성할 수 있다. 또한, 온도검지부에는 유량검지부 (12) 와 동일한 방법으로 복합재에 의해 핀플레이트 (14') 가 접합되어 있다.

도 7 에 도시되어 있는 바와 같이 유체온도 검지유닛 (61) 의 외주면과 소자유닛 지지부 (60) 의 내주면 사이에는 관로 (4) 에 대한 실부재로서의 O-링 (64) 이 개재되어 있다.

상기 케이싱본체부 (2) 의 소자수용부내에는 유량검지유닛 (51) 및 유체온도 검지유닛 (61) 을 위한 누름판 (32) 이 배치되어 있고, 그 위에 배선기판 (26) 이 고정배치되어 있다. 이 배선기판 (26) 의 전극 중 몇 개는 상기 유량검지유닛 (51) 의 전극단자와 와이어본딩 등에 의해 전기적으로 접속되어 있고 (도시생략), 마찬가지로 상기 유체온도 검지유닛 (61) 의 전극단자 (62) 와 와이어본딩 등에 의해 전기적으로 접속되어 있다 (도시생략). 배선기판 (26) 의 전극 중 다른 몇 개는 외부리드선 (30) 과 접속되어 있고, 이 외부리드선 (30) 은 케이싱 밖으로 연장되어 있다. 이 외부리드선 (30) 은 미리 케이싱본체부 (2) 의 소정의 개소에 일체적으로 배치되어 있고, 케이싱본체부 (2) 에 대한 배선기판 (26) 의 부착시에 이 배선기판 (26) 의 전극과의 전기적접속을 실시하도록 할 수 있다.

도 10 은 본 실시형태의 유량센서의 회로구성도이다. 공급전원은 예컨대＋15 V (±10 %) 이고, 정전압회로 (102) 에 공급된다. 이 정전압회로 (102) 는 예컨대 ＋6 V (±3 %) 에서 출력 0.1 W 이고, 그 출력은 브리지회로 (104) 에 공급된다. 브리지회로 (104) 는 유량검지용 박막감온체 (104-1) (상기 12-7) 와 온도보상용 박막감온체 (104-2) 와 가변저항 (104-3,104-4) 을 포함하여 이루어진다.

브리지회로 (104) 의 a, b 점의 전압이 차동증폭회로 (106) 에 입력된다. 이 차동증폭회로 (106) 는 가변저항 (106a) 에 의해 증폭율가변으로 되어 있다. 차동증폭회로 (106) 의 출력은 적분회로 (108) 에 입력된다. 이들 증폭율가변의 차동증폭회로 (106) 와 적분회로 (108) 가 후술하는 바와 같이 응답성 설정수단으로서 기능한다.

한편, 상기 공급전원은 NPN 트랜지스터 (110) 의 컬렉터에 접속되어 있고, 이 트랜지스터 (110) 의 에미터는 발열체 (112) 에 접속되어 있다. 또한, 트랜지스터 (110) 의 베이스에는 상기 적분회로 (108) 의 출력이 입력된다. 즉, 공급전원은 트랜지스터 (110) 를 거쳐 박막발열체 (112) (상기 12-3) 로 전원을 공급하고, 이 발열체 (112) 에 걸리는 전압은 트랜지스터 (110) 의 분압에 의해 제어된다. 그리고, 트랜지스터 (110) 의 분압은 저항을 통하여 베이스로 입력되는 적분회로 (108) 의 출력의 전류에 의해 제어되고, 트랜지스터 (110) 는 가변저항체로서 기능하여 발열체 (112) 의 발열을 제어하는 발열제어수단으로서 기능한다.

즉, 유량검지부 (12) 에 있어서, 박막발열체 (12-3) 의 발열에 의거하여 핀플레이트 (14) 를 통하여 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받아 박막감온체 (12-7) 에 의한 감온이 실행된다. 그리고, 이 감온의 결과로서 도 10 에 나타내는 브리지회로 (104) 의 a, b 점의 전압 (Va,Vb) 의 차가 얻어진다.

(Va － Vb) 의 값은 유체의 유량에 따라 유량검지용 박막감온체 (104-1) 의 온도가 변화함으로써 변화한다. 미리, 가변저항 (104-3,104-4) 의 저항값을 적절히 설정함으로써 기준이 되는 원하는 유체유량의 경우에 있어서 (Va － Vb) 의 값을 영으로 할 수 있다. 이 기준유량에서는 차동증폭회로 (106) 의 출력은 영이고, 적분회로 (108) 의 출력이 일정해지고, 트랜지스터 (110) 의 저항값도 일정해진다. 그 경우에는 발열체 (112) 에 인가되는 분압도 일정해지고, 이 때의 유량출력이 상기 기준유량을 나타내는 것이 된다.

유체유량이 기준유량에서 증감하면 차동증폭회로 (106) 의 출력은 (Va － Vb) 의 값에 따라 극성 (유량검지용 감온체 (104-1) 의 저항 - 온도특성의 정부에 따라 다름) 및 크기가 변화하고, 이에 따라 적분회로 (108) 의 출력이 변화한다. 적분회로 (108) 의 출력 변화의 속도는 차동증폭회로 (106) 의 가변저항 (106a) 에 의한 증폭율설정에 의해 조절할 수 있다. 이들 적분회로 (108) 와 차동증폭회로 (106) 에 의해 제어계의 응답특성이 설정된다.

유체유량이 증가한 경우에는 유량검지용 감온체 (104-1) 의 온도가 저하하므로, 발열체 (112) 의 발열량을 증가시키도록 하는 (즉 전류량을 증가시킨다), 적분회로 (108) 에서는 트랜지스터 (110) 의 베이스에 대하여 트랜지스터 (110) 의 저항을 저하시키도록 하는 제어입력이 이루어진다.

한편, 유체유량이 감소한 경우에는 유량검지용 감온체 (104-1) 의 온도가 상승하므로, 발열체 (112) 의 발열량을 감소시키도록 하는 (즉 전류량을 감소시킨다), 적분회로 (108) 에서는 트랜지스터 (110) 의 베이스에 대하여 트랜지스터 (110) 의 저항을 증가시키도록 하는 제어입력이 이루어진다.

이상과 같이 유체유량의 변화에 의하지 않고 항상 유량검지용 감온체 (104-1) 에 의해 검지되는 온도가 목표값으로 되도록 발열체 (112) 의 발열이 피드백제어된다 (유량검지용 감온체 (104-1) 의 저항 - 온도특성의 정부에 따라 필요한 경우에는 차동증폭회로 (106) 의 출력의 극성을 적절히 반전시킨다). 그리고, 그 때의 발열체 (112) 에 인가되는 전압은 유체유량에 대응하고 있으므로, 이것을 유량출력으로서 취출한다.

이에 따르면 피검지유체의 유량의 여하에 상관없이 발열체 (112) 주위의 유량검지용 감온체 (104-1) 의 온도가 거의 일정하게 유지되므로, 유량센서의 경시적 열화가 적고, 또한 가연성 피검지유체의 착화폭발의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 발열체 (112) 에는 정전압회로가 필요없으므로 브리지회로 (104) 를 위한 저출력의 정전압회로 (102) 를 사용하면 된다는 이점이 있다. 따라서, 정전압회로의 발열량을 적게 할 수 있으며, 유량센서를 소형화하여도 유량검지 정도를 양호하게 유지할 수 있다.

본 실시형태에서는 유량검지용 기체부 (53) 및 유체온도 검지용 기체부는 열전도율 (λ) 이 0.7 [W/m·K] 이하의 합성수지로 구성되어 있다. 이 같은 합성수지로는 예컨대 비정질 실리카를 40 중량% 함유하는 에폭시수지 (λ＝ 0.60) 를 사용할 수 있다. 이 같이 열전도율 0.7 [W/m·K] 이하의 유량검지용 기체부(53) 나 유체온도 검지용 기체부를 사용함으로써 외부환경온도의 영향이 적은 유량검지나 유체온도 검지를 실시할 수 있다.

유량검지용 기체부 (53) 및 유체온도 검지용 기체부는 특히 열전도율이 0.4 [W/m·K] 이하의 합성수지로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 같은 합성수지로는 예컨대 비정질 실리카를 20 중량% 함유하는 에폭시수지 (λ＝ 0.33) 를 사용할 수 있다. 이 같이 열전도율 0.4 [W/m·K] 이하의 유량검지용 기체부 (53) 나 유체온도 검지용 기체부를 사용함으로써 외부환경온도의 영향이 더욱 적은 유량검지 및 유체온도 검지를 실시할 수 있으며, 또한 유량변화시의 응답성이 높은 유량검지를 실시할 수 있다.

도 11 은 이상과 같은 본 실시형태의 유량센서를 사용하여 유체온도 25 ℃ 에서 유량변화에 대한 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 이 때, 피검지유체로서 등유를 사용하고, 관로직경을 4 ㎜ø으로 하고, 유량검지용 기체부 (53) 및 유체온도 검지용 기체부로서 비정질 실리카를 40 중량% 함유하는 에폭시수지 (λ ＝ 0.60) 로 이루어지는 것을 사용한다. 외부환경온도 15 ℃ 의 경우와 외부환경온도 35 ℃ 의 경우의 쌍방에 대하여 측정한다. 한편, 도 12 는 유량검지용 기체부 (53) 로서 비정질 실리카를 60 중량% 함유하는 에폭시수지 (λ ＝ 0.88) 로 이루어지는 것을 사용하는 것 이외에는 상기 도 11 을 얻은 것과 동일한 유량센서를 사용하여 동일한 유량측정을 실시한 결과를 나타내는 그래프이다. 도 12 의 경우에 비하여 도 11 의 경우가 외부환경온도변화에 의한 유량출력전압의 변화가 적어서 측정오차를 작게할 수 있음을 알 수 있다.

도 13 은 이상과 같은 본 실시형태의 유량센서를 사용하여 20 cc/min 에서 80 cc/min 으로 유량을 변화시킨 직후로부터 변화후의 유량을 유지한 경우의, 출력전압의 변화를 측정한 결과를 나타내는 그래프이다. 이 때 피검지유체로서 등유를 사용하고, 관로직경을 4 ㎜ø으로 하였다. 유량검지용 기체부 (53) 및 유체온도 검지용 기체부로서 비정질 실리카를 20 중량% 함유하는 에폭시수지 (λ ＝ 0.33) 로 이루어지는 것을 사용한 경우 (X) 와, 비정질 실리카를 40 중량% 함유하는 에폭시수지 (λ ＝ 0.60) 로 이루어지는 것을 사용한 경우 (Y) 의 쌍방에 대하여 측정한다. X 의 경우가 Y 의 경우 보다 응답성이 우수하여 측정오차를 작게할 수 있음을 알 수 있다.

이 같이 본 실시형태에 의하면 외부환경온도에 의하지 않고, 관로 (4) 내의 피검지유체의 유량을 정확하면서 안정적으로 검지할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 실시형태의 유량센서에 의하면 유량검지부를 밀봉하는 유량검지용 기체부를 저열전도율의 합성수지로 구성하고 있으므로, 외부환경과의 열전달에 의한 유량검지에 대한 악영향이 저감되고, 그럼으로써 폭넓은 환경온도조건하에서 관로내의 피검지유체의 유량을 정확하면서 안정적으로 검지할 수 있다.

이어서, 도 14a, 14b, 15 내지 20 을 참조하면서 본 발명에 의한 유량센서 및 유량검출장치의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다.

유량센서 (201) 는 도 14a, 14b 에 나타내는 바와 같이 유량검지부 (202), 핀플레이트 (203), 출력단자 (204) 및 피복부재 (205) 로 이루어진다.

유량검지부 (202) 는 도 15 에 나타내는 바와 같이 기판 (206) 위에 순차적으로 절연층 (207), 박막발열체 (208), 전극층 (209, 210), 절연층 (211), 박막감온체 (212), 절연층 (213) 을 적층, 형성한 칩형상의 것이다.

기판 (206) 은 실리콘, 알루미나 등으로 이루어지는 두께 600 ㎛, 크기 2 ×3 ㎜ 정도의 직사각형판으로서, 도 16 에 나타내는 바와 같이 발열체 (208), 감온체 (212) 를 적층한 반대면에 에칭 등에 의해 깊이 550 ㎛ 의 오목부 (214) 를 형성한다. 이 때 오목부 (214) 의 깊이는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 기판 (206) 의 강도를 충분히 확보할 수 있으면 기판 (206) 의 두께와 최대한 가까운 편이 바람직하다. 또한, 오목부 (214) 의 내경치수도 특별히 한정되는 것은 아니지만 발열체 (208) 또는 감온체 (212) 의 외형치수 보다 크게 하는 편이 바람직하다.

그리고, 도 16 에 나타내는 바와 같이 기판 (206) 의 발열체 (208), 감온체 (212) 를 적층한 반대면에는 유리로 이루어지는 막두께 50 내지 200 ㎛ 의 프레파라트 (215) 를 고착시켜 상기 오목부 (214) 를 완전히 밀봉하고 있다.

발열체 (208) 는 막두께 1 ㎛ 정도로 원하는 형상으로 패터닝한 서밋으로 이루어지고, 전극층 (209,210) 은 막두께 0.5 ㎛ 정도의 니켈 또는 이것에 막두께 0.5 ㎛ 정도의 금을 적층하여 이루어진다.

감온체 (212) 는 막두께 0.5 내지 1 ㎛ 정도로 원하는 형상, 예컨대 사행(蛇行)형상으로 패터닝한 백금, 니켈 등의 온도계수가 크고 안정적인 금속저항막 또는 산화망간계의 NTC 서미스터로 이루어진다.

절연층 (207,211,213) 은 막두께 1 ㎛ 정도의 SiO₂로 이루어진다.

핀플레이트 (203) 는 구리, 듀랄루민, 구리-텅스텐 합금 등의 열전도성이 양호한 재료로 이루어지고, 두께 200 ㎛, 폭 2 ㎜ 정도의 직사각형박판이다.

유량검지부 (202) 는 도 14b 에 나타내는 바와 같이 핀플레이트 (203) 의 상단부의 면에 발열체 (208), 감온체 (212) 를 적층한 면을 대향시켜 은 페이스트 등의 접합재 (216) 를 통하여 고착시킨다. 그리고, 본딩와이어 (217) 에 의해 출력단자 (204) 와 접속하고, 유량검지부 (202), 핀플레이트 (203) 의 상반부 및 출력단자 (204) 의 하반부를 몰딩에 의한 피복부재 (205) 에 의해 피복되어 있다.

본 발명의 유량센서 (201) 는 유량검지부 (202) 의 기판 (206) 에 오목부 (214) 를 형성하여 여기에 단열효과가 높은 공기층을 형성함과 동시에 핀플레이트 (3) 의 상단부의 면에 발열체 (208), 감온체 (212) 를 적층한 면을 대향시켜 유량검지부 (202) 를 고착하여 피복부재 (205) 와 발열체 (208), 감온체 (212) 가 접촉하는 면적을 최대한 적게 하였기 때문에, 감온체 (212) 가 보유하는 열량, 또한 핀플레이트 (203) 를 전달하는 열량이 피복부재 (205) 로 유출 또는 유입되는 일이 매우 적어진다. 따라서, 유체의 비열이 적은 경우, 유량이 적은 경우 등에도 유량센서 (201) 의 감도를 저하시키는 일이 없다.

유량센서 (201) 의 제조방법으로는 여러 가지 방법을 채용할 수 있지만 상기 핀플레이트 (203) 와 출력단자 (204) 를 일체물로부터 동시에 얻도록 해도 된다.

예컨대 도 17 에 도시하는 바와 같이 순차적으로 플레이트 소재 (219) 를 에칭하여 소정 형상의 플레이트기재 (218) 를 형성하고 (S1), 유량검지부 (202) 를접합하는 부분을 은도금처리하고 (S2), 은 페이스트를 도포하여 유량검지부 (202) 를 고착시켜 유량검지부 (202) 와 출력단자 (204) 를 본딩와이어 (217) 에 의해 접속하고, 핀플레이트 (203) 에 상당하는 부분을 니켈도금한다 (S3). 그리고, 유량검지부 (202), 핀플레이트 (203) 의 상반부 및 출력단자 (204) 의 하반부를 에폭시수지에 의해 몰딩하여 피복부재 (205) 를 형성하고 (S4), 도 18 에 도시하는 유량센서 (201) 를 제조하도록 해도 된다.

유량검출장치 (221) 는 도 19 및 도 20 에 나타내는 바와 같이 케이싱 (222), 유통관 (223), 상기 유량센서 (201), 온도센서 (224) 및 유량검출회로기판 (225) 등으로 이루어진다.

케이싱 (222) 은 염화비닐수지 등의 합성수지제로서 본체부 (226) 및 이것에 자유롭게 착탈하는 덮개체부 (227) 로 이루어지며, 본체부 (226) 의 양단부는 외부배관과 접속하기 위한 접속부 (228,228) 로 하고, 본체부 (226) 내에는 유체유통관 (223) 을 관통시킨다.

본체부 (226) 의 상부에는 센서삽입공간 (229) 을 구획하고 있고, 이 센서삽입공간 (229) 에서 상기 유통관 (223) 을 향햐여 센서삽입공 (230,231) 을 형성한다.

유통관 (223) 은 구리, 철, 스테인리스강 등의 금속으로 이루어지는 원형 관으로서, 상기 센서삽입공 (230,231) 에 대응하는 위치에 개구부 (232,233) 를 형성한다.

온도센서 (224) 는 온도검지부 (상기 온도검지부 (22) 와 동일), 핀플레이트(235), 출력단자 (236) 및 피복부재 (237) 등으로 이루어지고, 유량검지부 (202) 의 발열체 (208), 전극층 (209,210), 절연층 (211) 을 가지고 있지 않은 것을 제외하고 유량검지부 (202) 와 동일한 구성이다. 온도센서 (224) 의 제조방법으로서도 유량센서 (201) 와 동일한 방법을 채용할 수 있다.

유량센서 (201), 온도센서 (224) 는 케이싱 (222) 의 센서삽입공간 (229) 에서 센서삽입공 (230,231) 으로 삽입되고, 핀플레이트 (203,235) 의 하반부는 유통관 (223) 의 개구부 (232,233) 를 삽입관통하여 유통관 (223) 내에 위치하고, 삽입시에 핀플레이트 (203,235) 의 하단은 유통관 (223) 의 축선에서 하방까지 도달하도록 하고 있다. 그리고, 유량센서 (201), 온도센서 (224) 와 센서삽입공 (230,231) 사이에는 O 링 (238,239) 을 개재시켜 이들 간극에서 유체가 누설되는 것을 방지하고 있다.

유량센서 (201), 온도센서 (224) 를 삽입한 후, 센서삽입공간 (229) 에 센서가압판 (24) 을 삽입하여 유량센서 (201), 온도센서 (224) 의 피복부재 (205,237) 의 상면을 가압하고, 나아가 유량검출회로기판 (225) 을 장착한다.

유량검출회로기판 (225) 은 유량센서 (201) 와 온도센서 (224) 의 출력단자 (204,236) 와 전기적으로 접속되어 있고 (도시하지 않음), 전체적으로 도 4 에 관하여 설명한 바와 같은 유량검출회로가 구성되어 있다. 즉, 유량센서 (201) 에 있어서는 핀플레이트 (203) 를 통하여 유체로 방일된 열량을 발열체 (208) 의 발열량에서 제한 열량을 감온체 (212) 가 검지하고, 한편 온도센서 (224) 에 있어서는 핀플레이트 (235) 를 통하여 유체가 보유하는 열량을 감온체가 검지하고, 유체온도보상이 실행되어 유체의 유량이 정도 좋게 검지되는 것이다.

본 발명의 유량센서 (201) 는 유량검지부 (202), 핀플레이트 (203) 의 상반부 및 출력단자 (204) 의 하반부를 몰딩에 의한 피복부재 (205) 로 피복하였으므로, 케이싱 (222) 의 센서삽입공 (230,231) 에 확실하게 삽입할 수 있으며, 밀봉상태가 불완전해져서 핀플레이트 (203) 를 전달하는 열이 금속제 유통관 (223) 을 통하여 케이싱 (222) 으로 유출되거나 또는 케이싱 (222) 에서 핀플레이트 (203) 로 열이 유입되는 일도 매우 적어진다.

이 점에서도, 유체의 비열이 작은 경우, 유량이 적은 경우 등에도 유량센서 (201) 의 감도를 저하시키는 일이 없다.

또한, 본 발명의 유량센서 (201) 는 유량검지부 (202), 핀플레이트 (203) 의 상반부 및 출력단자 (204) 의 하반부를 몰딩에 의해 피복부재 (205) 로 피복하여 일체화하였고, 온도센서 (224) 도 동일하며 케이싱 (222) 에 형성된 센서삽입공 (230,231) 에 삽입하는 것 뿐이므로, 케이싱 (222) 에 대한 장착은 매우 간단하며 또한 고정상태도 안정적이어서 내구성이 높다.

도 21 은 참고를 위하여 도시하는 유량검출장치의 단면도이며, 이 유량검출장치는 본 발명자들의 개발에 관련되는 것이다.

이 유량검출장치 (312) 에서는 기판 (302) 위에 박막발열체와 박막감온체를 절연층을 통하여 적층한 유량검지부 (306) 를, L 자형으로 접은 핀플레이트 (307) 의 수평판부 (307a) 위에 올려놓아 구성되는 유량센서 (301) 가 사용되고 있다. 그리고, 케이싱 (308) 내에 있어서 핀플레이트 (307) 의 수직판부 (307b) 와 유통관 (309) 의 개구부 사이에 유리 (310) 를 충전하여 밀봉하고, 유량검지부 (306) 와 핀플레이트 (307) 의 수평판부 (307a) 전체를 합성수지 (311) 에 의해 피복하고, 밀봉함과 동시에 고정함으로써 유량검출장치 (312) 를 형성하고 있다.

이 유량센서 (301) 및 유량검출장치 (312) 에 의해 외기로의 열량 방일 또는 외기로부터의 열량공급, 관로횡단면에 있어서의 유속변화, 외부온도환경의 영향 등에 기인하는 유량의 측정정도의 저하라는 문제는 대폭적으로 개선된다.

그러나, 유량센서 (301) 에서는 유량검지부 (306) 를 접합재 (313) 에 의해 핀플레이트 (307) 의 수평판부 (307a) 에 접합하고, 핀플레이트 (307) 의 수직판부 (307b) 와 유통관 (309) 의 개구부 사이에 유리 (310) 를 충전하여 밀봉하고, 유량검지부 (306) 와 핀플레이트 (307) 의 수평판부 (307a) 전체를 합성수지 (311) 로 피복하고, 밀봉하는 작업을 필요로 하기 때문에 케이싱 (308) 에 대한 장착이 번거로움과 동시에 고정상태도 불안정해져서 내구성에 문제가 생길 우려가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소할 수 있는 것으로서, 케이싱에 대한 장착작업을 간이하게 함과 동시에 고정상태도 안정적으로 하여 충분히 내구성을 갖는 유량센서 및 유량검출장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태의 유량센서에 의하면 유량센서 각 부에서 케이싱 및 외부로 방일되는 열량을 최대한 적게 할 수 있으므로, 유체의 비열이 작은 경우, 유량이 적은 경우 등에도 유량을 고정도로 측정할 수 있다.

이어서, 도 22 내지 24, 25a, 25b, 26a, 26b, 27 내지 30 을 참조하여 본 발명의 유량센서 및 온도센서의 바람직한 실시형태에 대하여 설명한다.

도 22 및 도 23 에 도시된 유량센서 (401) 는 유량검지부 (402), 핀플레이트 (403), 출력단자 (404) 및 하우징 (405) 으로 이루어진다.

유량검지부 (402) 는 도 24 에 도시하는 바와 같이, 실리콘, 알루미나 등으로 이루어지는 두께 400 ㎛, 2 ㎜ 각 정도의 직사각형판으로 이루어지는 기판 (406) 위에 순차적으로 박막감온저항체 (407), 층간절연층 (408), 박막발열체 (409) 및 발열체전극 (410,411), 보호막 (412) 을 적층, 형성한 것이다. 도면부호 (413) 는 본딩와이어와 접속하는 감온저항체 (407) 의 단연부 및 발열체전극 (410,411) 을 박막의 금 (Au) 또는 백금 (Pt) 으로 피복하는 본딩패드이다.

감온저항체 (407) 는 막두께 0.5 내지 1 ㎛ 정도로 원하는 형상, 예컨대 사행형상으로 패터닝한 백금 등의 온도계수가 크고 안정된 금속저항막, 또는 산화망간계의 NTC 서미스터로 이루어진다.

층간절연층 (408) 및 보호막 (412) 은 막두께 1 ㎛ 정도의 SiO₂로 이루어진다.

발열체 (409) 는 막두께 1 ㎛ 정도로 원하는 형상으로 패터닝한 저항체, 예컨대 니켈 (Ni), Ni-Cr, Pt, 보다 바람직하게는 Ta-SiO₂, Nb-SiO₂등의 서밋재료로 이루어지고, 발열체전극 (410,411) 은 막두께 1 ㎛ 정도의 Ni 또는 이것에 막두께 0.5 ㎛ 정도의 Au 를 적층하여 이루어진다.

본딩패드 (413) 는 세로가로 0.2 ×0.15 ㎜, 두께 0.1 ㎛ 정도의 Au 로 이루어진다.

핀플레이트 (403) 는 구리, 듀랄루민, 구리-텅스텐 합금 등의 열전도성이 양호한 재료로 이루어지는 두께 200 ㎛, 폭 2 ㎜ 정도의 직사각형 박판을 사용하여 그 상단부를 적절한 길이로 거의 직각으로 접은 역 L 자형으로 형성되어 있다. 그리고, 이 접은 편부의 상면에 은 페이스트 등의 접합재 (414) 를 통하여 유량검지부 (402) 를 고착시킨다.

출력단자 (404) 는 구리 등의 전도성이 양호한 재료로 이루어지는 두께 200 ㎛ 정도의 선형상박판이다.

하우징 (405) 은 하우징본체 (415) 와 덮개체 (416) 로 이루어지고, 모두 내약품성이나 내오일성이 높은 경질수지, 보다 바람직하게는 열전도성이 낮은 수지, 예컨대 에폭시수지나 폴리부틸렌테레프탈레이트 (PBT), 폴리페닐렌술피드 (PPS) 등을 사용하여 형성되어 있다.

하우징본체 (415) 는 상부를 오목하게 하여 내부를 중공오목부 (417) 로 한 얕은 원통형을 이루고, 그 주벽연부에는 주벽 내지 정부를 오목형으로 노치한 덮개체 (416) 가 걸어맞춤되는 피걸어맞춤부 (415a) 가 형성되어 있고, 또한 그 저면에는 원주형으로 돌출시킨 볼록단부 (415b) 가 형성되어 있다. 상기 중공오목부 (417) 는 주벽상단부에서 원형으로 오목하게 만든 대경오목부 (417a) 와, 대경오목부의 저부 중앙을 더욱 원형으로 오목하게 만든 소경오목부 (417b) 로 구성되어 있다.

덮개체 (416) 는 오목부를 하방으로 향하게 한 접시형을 이루고, 상기 하우징본체의 피걸어맞춤부에 걸어맞춤하는 하방으로 돌출하는 걸림부 (416a) 가 주연에 형성되어 하우징본체 (415) 의 상면에 피착(被着)할 수 있도록 형성되어 있다.

도 23 에 도시된 바와 같이 하우징본체 (415) 내에서 상부에 유량검지부 (402) 를 고착시킨 핀플레이트 (403) 가 소경오목부 (417b) 내에 삽입관통되고, 그 하단부를 볼록단부 (415b) 를 뚫고 하우징 바깥쪽으로 돌출시키고, 또한 상부의 접힌 편부를 대경오목부 (417a) 의 저부와 맞닿게 하여 지지되고, 또한 4 개의 출력단자 (404) 가 그 편반부를 하우징본체의 측벽을 뚫고 하우징 바깥쪽으로 수평하게 돌출시키고, 또한 다른 편반부를 대경오목부 (417a) 의 저부에 접합시켜 지지되고, 또한, 각 출력단자 (404) 와 유량검출부 (402) 가 본딩와이어 (418) 에 의해 접속되어 있다.

그리고, 이 같이 각 요소가 배치된 하우징본체 (415) 에 덮개체 (416) 를 씌우고, 이것을 접착제에 의해 또는 첨착(添着)에 의해 고착시키고, 하우징 (405) 내를 밀봉함으로써 본 형태의 유량센서 (401) 가 형성된다.

본 형태의 유량센서 (401) 에 의하면 덮개체 (416) 에 의해 하우징본체 (415) 의 중공오목부 (417) 를 밀폐하여 하우징 (405) 내에 공동부를 형성하고, 이 공동부내에 유량검지부 (402) 가 수납된다. 그럼으로써, 유량검지부 (402) 의 주위와 하우징 (405) 의 내주면 사이에 단열효과가 높은 기체층 (공기층) 이 형성되고, 또한 유량검지부 (402) 와의 접합부 또는 접속부를 포함하여 핀플레이트 (403) 와 출력단자 (404) 의 표면부가 중공오목부 (417) 내로 노출되어, 이들 요소와 하우징 (405) 의 접촉면적을 적게 하였으므로, 센서외부에서 하우징 (405) 을 통해 유량검지부 (402) 로 전달되는 열량을 매우 적게할 수 있다. 그리고, 기체층에는 결로방지를 위한 건조공기, 보다 바람직하게는 질소가스 또는 아르곤가스를 충전하는 것이 바람직하다.

따라서, 외기와 유량센서 (401) 간의 열량의 유입출의 영향을 억제하고, 유체 이외의 것으로부터의 열량의 유입 등으로 인한 측정오차가 작아져서 유량의 측정정도가 높아지고, 유체의 비열이 작은 경우나 유량이 적은 경우 등에도 유량의 정확한 측정이 가능해진다.

도 25a, 25b 및 도 26a, 26b 에 도시된 형태의 유량센서 (401) 는 상기 형태와는 하우징 (405) 의 형태를 다르게 한 것이다.

도 25a, 25b 에 도시된 형태의 하우징 (405) 은 상기 형태와 동일하게 하우징본체 (419) 와 덮개체 (420) 로 이루어지고, 하우징본체 (419) 는 원주체의 정면길이방향중앙부에, 그 양측부간에 걸쳐 오목상으로 노치되어 이루어지는 중공오목부 (421) 를 형성하고, 또한 배면측 외주면부에 후술하는 케이싱 (452) 과의 열적인 접촉면적을 적게 하기 위하여 적절한 폭 및 깊이로 오목하게 만든 노치부 (419d) 를 형성한다. 또한, 덮개체 (420) 는 하우징본체의 주면에 접합가능한 만곡판으로 이루어지고, 하우징본체 (419) 의 주면에 덮개체 (420) 를 피착하여 중공오목부 (421) 를 폐지할 수 있도록 되어 있다.

그리고, 하우징본체 (419) 의 주면내측에는 덮개체 (420) 를 거는 걸림단부 (419a) 가 형성되고, 또한 저면에는 원주형으로 돌출시킨 볼록단부 (419b) 가 형성되어 있다.

또한, 도 26a, 26b 에 도시된 형태의 하우징 (405) 은 상기 하우징본체(419) 를 사용하여, 이것에 거의 ㄷ 자형의 절곡판으로 이루어지는 덮개체 (422) 를 피착하여 중공오목부 (421) 를 폐지할 수 있도록 되어 있다. 이 경우, 하우징본체 (419) 의 주면내측에는 덮개체 (422) 를 거는 걸림단부 (419c) 가 덮개체의 주면을 따라 형성되어 있다. 하우징본체 (419) 의 배면측 외주면부에 적절한 폭 및 깊이로 오목하게 만든 노치부 (419d) 를 형성한 것은 도 25a, 25b 의 것과 동일하다.

이들 형태에서는 L 자형으로 접혀 있지 않은 띠상의 핀플레이트 (403) 를 사용하여, 하우징본체 (419) 내에서 핀플레이트 (403) 를 중공오목부 (421) 의 하부에 삽입관통시킴과 동시에 그 상단부에 유량검지부 (402) 를 고착시키고, 핀플레이트 (403) 의 하단부를 볼록단부 (419b) 를 뚫고 하우징 바깥쪽으로 돌출시킨다. 또한, 4 개의 출력단자 (404) 를, 그 상단부를 중공오목부 (421) 의 상부를 뚫고 하우징 바깥쪽으로 돌출시키고, 그 하단부를 중공오목부 (421) 내에 시키고, 나아가 각 출력단자 (404) 와 유량검지부 (402) 를 본딩와이어 (418) 에 의해 접속한다.

그리고, 이 같이 각 요소가 배치된 하우징본체 (419) 의 측면에 덮개체 (420) 또는 덮개체 (422) 를 씌우고, 이것을 접착제에 의해 또는 함침에 의해 고착시켜 하우징 (405) 내를 밀봉함으로써 유량센서 (401) 가 형성된다.

이들 형태의 유량센서 (401) 에 의해서도 상기와 동일하게 하우징본체 (419) 에 대한 덮개체 (420) 또는 덮개체 (422) 의 피착에 의해 하우징 (405) 내에 공동부가 형성되고, 이 안에 유량검지부 (402) 가 수납되므로, 유량검지부 (402) 의 주위에 형성된 공기층의 단열효과에 의해 외기와 유량센서 (401) 와의 열량의 유입출의 영향을 감소시켜 유량의 측정정도를 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 하우징본체 (419) 의 외주면부에 노치부 (419d) 가 형성되어 있으므로, 센서의 주위로부터 열량이 전달되기 어려워서 단열성이 양호한 것으로 되어 있다. 즉, 센서를 유량검출장치에 장착한 상태에서는 도 29 에 도시된 바와 같이, 이 노치부 (419d) 는 센서삽입공 (459) 의 주면과는 접촉하지 않고, 노치부 (419d) 의 부분이 공극부로 되므로, 이 공극부의 공기층에 의해 케이싱 (452) 에서 하우징본체 (419) 로의 열의 유출입이 적어져서 상기 하우징 (405) 내에 형성된 공동부의 단열효과와 함께 측정오차를 작게 할 수 있다.

그리고, 노치부 (419d) 는 하우징본체 (419) 의 크기나 형상 등에 따라 적절한 위치에 적절한 크기 및 형상으로 형성할 수 있으며, 도 22, 23 에 도시한 형태의 하우징본체 (415) 의 외주면에도 형성할 수 있다.

또한, 도 28 에 도시된 본 발명의 온도센서 (431) 는 상기 각 형태의 유량센서 (401) 의 구성요소 중, 유량검지부 (402) 만을 도 27 에 도시된 온도검지부 (432) 로 교환하여 구성할 수 있다.

즉, 온도검지부 (432) 는 기판 (433) 의 상면에 직접, 절연층 (434), 박막감온체 (435), 절연층 (436) 을 순차적으로 적층, 형성한 것으로서, 기판 (433), 절연층 (434, 436) 및 감온체 (435) 의 형상, 재질은 유량검지부 (402) 의 것과 동일하다.

그리고, 도시되어 있지 않지만 이 온도검지부 (432) 를 핀플레이트 (403) 의단부에 고착시키고, 이 핀플레이트 (403) 와 출력단자 (404) 를 중공오목부 (417,421) 를 갖는 하우징본체 (415,419) 내에 배치하고, 온도검지부 (432) 와 출력단자 (404) 를 본딩와이어 (418) 에 의해 접속하고, 또한 덮개체 (416,420,422) 를 하우징본체에 피착하고, 중공오목부 (417,421) 를 밀폐하여 하우징 (405) 내에 공동부를 형성함으로써 온도검지부 (432) 의 주위를 공기층으로 한 온도센서 (431) 를 얻을 수 있다.

이 같이 형성된 온도센서 (431) 는 유량센서 (401) 와 동일하게 하우징 (405) 의 공동부내에 온도검지부 (432) 가 수납되고, 온도검지부 (432) 의 주위와 하우징 (405) 의 내주면 사이에 단열효과가 높은 공기층이 형성되고, 또한 온도검지부 (432) 와의 접합부 또는 접속부를 포함하여 핀플레이트 (403) 와 출력단자 (404) 의 표면부가 중공오목부내로 노출되므로, 외기와 온도센서 (431) 사이에서 하우징 (405) 을 통한 열량의 유입출의 영향이 감소하고, 이 열량에 미치는 측정오차를 억제하여 유체의 온도의 측정정도를 향상시킬 수 있다.

하우징본체 (415,419) 의 외주면부에 노치부 (419d) 가 형성되어 있으면 노치부 (419d) 의 부분이 공극부가 되어 하우징본체 (415,419) 로의 열의 유출입이 적어져서 불필요한 열량이 미치는 측정오차를 억제할 수 있으므로 바람직하다.

본 발명의 유량센서 (401) 와 온도센서 (431) 는 공통된 구성요소를 가지고, 모두 여러 가지의 방법으로 제조할 수 있다. 구체적으로는 별체로 형성된 하우징본체 (415,419) 에 핀플레이트 (403) 등의 구성요소를 설치하고, 그 후 덮개체 (416,420,422) 를 피착하여 형성하거나, 또는 하우징본체 성형시에 내부에 설치되는 구성요소를 일체로 장착하여 성형하고, 그 후 덮개체를 피착하여 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 유량센서 (401) 및 온도센서 (431) 는 하우징 (405) 내에 공동부가 형성되고, 이 공동부내에 유량검지부 (402) 또는 온도검지부 (432) 가 수납되고, 양 부의 표면이 공동부내의 공기층으로 노출됨으로써 하우징 (405) 으로부터의 열량의 전달을 저지하여 외기와의 열량의 유입출을 억제하는 것이다.

따라서, 센서내에 형성된 공동부내에 유량검지부 (402) 또는 온도검지부 (432) 가 수납되는 구조라면 하우징 (405) 의 형태는 상관없다. 전술한 형태에서는 제조 여건상 하우징본체와 덮개체로 분리한 구조로 하였지만 다른 분리구조의 형태나 이것들을 각 구성요소와 함께 일체로 성형하는 구조의 형태로 해도 된다.

상기 구성의 유량센서 (401) 및 온도센서 (431) 는 도 28 및 도 29 에 나타내는 케이싱 (452) 에 삽입되어 유량검출장치 (451) 를 구성하여 유량의 측정에 사용된다.

케이싱 (452) 은 염화비닐수지, PBT, PPS 등의 합성수지제로서, 본체부 (455) 및 이것에 자유롭게 착탈하는 덮개체부 (456) 로 이루어지고, 본체부 (455) 의 양단부는 외부배관과 접속하기 위한 접속부 (457,457) 로 하고, 본체부 (455) 내에는 유통관 (453) 을 관통시킨다.

본체부 (455) 의 상부에는 센서삽입공간 (458) 을 형성하고, 이 센서삽입공간에서 유통관 (453) 을 향해 센서삽입공 (459,460) 을 형성하고 있다.

유통관 (453) 은 구리, 철, 스테인리스강 등의 금속원통관이고, 센서삽입공(459,460) 에 대응하는 위치에 개구부 (461,462) 를 형성한다.

유량센서 (401), 온도센서 (431) 는 케이싱 (452) 의 센서삽입공간 (458) 으로부터 센서삽입공 (459,460) 으로 삽입되고, 핀플레이트 (403) 의 하반부는 유통관 (453) 의 개구부 (461,462) 를 삽입관통하여 당해 관내에 위치하고, 삽입시에 핀플레이트 (403) 의 하단은 유통관 (453) 의 축선에서 하방까지 도달하도록 하고 있다.

그리고, 유량센서 (401), 온도센서 (431) 와 센서삽입공 (459,460) 사이에는 O 링 (463,464) 을 개재시켜 이들 간극으로부터 유체가 누설되는 것을 방지하고 있다.

유량센서 (401), 온도센서 (431) 를 삽입한 후, 센서삽입공간 (458) 에 센서가압판 (465) 을 삽입하여 양 센서의 하우징 (405) 상면을 가압하고, 나아가 유량 등 검출회로기판 (454) 을 장착한다.

유량 등 검출회로기판 (454) 은 유량센서 (401) 와 온도센서 (431) 의 각 출력단자 (404) 와 전기적으로 접속되어 있고, 전체적으로 상기 도 10 에 관하여 설명한 바와 같은 유량검출회로를 구성하고 있다.

상세하게는 유량검지부 (402) 의 감온저항체 (407) 와 온도검지부 (432) 의 감온체 (435) 와 가변저항체를 포함하는 브리지회로가 구성되고, 이것에 정전압회로로 정전압을 공급하고, 브리지회로의 출력이 증폭율조정저항을 구비한 차동증폭회로 및 적분회로를 통하여 에미터단자가 유량검지부 (402) 의 발열체 (409) 에 접속된 컬렉터접지의 트랜지스터의 베이스단자에 입력되어 브리지회로의 a, b 점의전위차에 따라 변화하는 발열체 (409) 의 전위를 유량의 검지신호로서 취출한다.

즉, 감온저항체 (407) 에 의한 유체의 검출온도가 낮아진 경우에는 적분회로로부터는 발열체 (409) 의 발열량을 증가시키도록, 바꿔말하면 발열체로의 공급전력이 증가하도록 트랜지스터의 베이스 전류값이 제어되고, 한편 감온저항체 (407) 에 의한 유체의 검출온도가 상승한 경우에는 적분회로로부터는 발열체 (409) 의 발열량을 감소시키도록, 바꿔말하면 발열체로의 공급전력이 감소하도록 트랜지스터의 베이스 전류값이 제어되고, 피검지유체의 유량 여하에 상관없이 유체의 온도보상을 실행하여 유체의 유량을 고정도로 검지할 수 있도록 되어 있다.

도 22 및 도 23 에 도시된 형태의 유량센서 (401) 를 사용하여 전술한 유량검출장치 (451) 와 동일한 구조의 유량검출장치를 구성하여 유량을 측정한다.

피측정유체로서 등유를 사용하고, 이것을 유통관 (453) 에 소정량 흐르게 하고, 이것을 어떤 시점에서 소정량으로 증량 또는 감량하여 유량을 연속적으로 측정한다. 그리고, 유량을 전환한 시점으로부터의 시간경과에 따른 출력변동율의 변화를 측정한다.

20 cc/min 의 흐름을 80 cc/min 의 흐름으로 전환하고, 그 시점으로부터 시간의 경과에 따른 출력변동율의 변화를 도 30 중의 도면부호 (A) 로 나타낸다.

또한, 80 cc/min 의 흐름을 20 cc/min 의 흐름으로 전환하고, 그 시점으로부터 시간의 경과에 따른 출력변동율의 변화를 동 도면 중의 도면부호 (B) 로 나타낸다.

그리고, 출력변동율이란 유통관 (453) 을 흐르는 유체의 실제유량값에 대한 측정유량값의 비율 (측정유량값/실제유량값) 을 말하고, 출력변동율이 1.0 에 가까울수록 측정오차가 적은 것을 의미한다.

[비교예]

유량검지부의 주위가 하우징으로 극간 없이 덮인 종래 구조의 유량센서를 실시예의 장치에 도입하여 동일한 수순에 의해 유량을 측정하여 출력변동율을 구한다.

20 cc/min 의 흐름을 80 cc/min 의 흐름으로 전환하였을 때의 출력변동율의 변화를 도 30 중의 도면부호 (C) 로 나타내고, 80 cc/min 의 흐름을 20 cc/min 의 흐름으로 전환하였을 때의 출력변동율의 변화를 동 도면 중의 도면부호 (D) 로 나타낸다.

도 30 에 의하면 종래의 유량센서에서는 측정유량값이 실제유량값에 근접하여 출력이 안정되기 까지 장시간 (도면 중에서는 30 초 이상, 실계측에서는 2 분 정도) 을 요하지만 본 발명의 유량센서에서는 출력이 5 초 이내에 안정되어 유량의 변화에 대하여 단시간에 추수(追隨)하고 있다. 따라서, 본 발명의 센서에 의하면 감도가 양호하고 응답성이 우수하며, 측정정도가 안정되며 또한 향상됨이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시형태의 유량센서 및 온도센서에 의하면 외기와 유량센서간에 또는 외기와 온도센서간에 열량의 유입출의 영향을 적게하여 유체의 비열이 작은 경우, 유량이 적은 경우 등에도 유량 및 그 온도를 고정도로 측정할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 유량센서에 의하면 유량검지부를 포함하는 소자를 유닛화하고 있으므로, 제조상의 조립이 용이하다. 또한, 본 발명의 유량센서에 의하면 외기온도의 변동으로 인한 악영향을 받기 어려운 정확한 유량측정이 가능하다. 또한, 본 발명의 유량센서에 의하면 비교적 높은 점도의 점성유체일지라도 배관내를 흐르는 이 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 비교적 적은 유량일지라도 배관내를 흐르는 이 유체의 유량을 정확하게 측정할 수 있다.

또한, 이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 유량센서에 의하면 유량검지부를 밀봉하는 유량검지용 기체부를 저열전도율의 합성수지로 구성하고 있으므로, 외부환경과의 열전달에 의한 유량검지에 대한 악영향이 저감되고, 그럼으로써 폭넓은 환경온도조건하에서 관로내의 피검지유체의 유량을 정확하면서 안정적으로 검지할 수 있다.

본 발명은 케이싱에 대한 장착작업을 간이하게 함과 동시에 고정상태도 안정적으로 하여 충분히 내구성을 갖는 유량센서 및 유량검출장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 유량센서에 의하면 유량센서 각 부로부터 케이싱 및 외부로 방일되는 열량을 최대한 적게할 수 있어서, 유체의 비열이 작은 경우, 유량이 적은 경우에도 유량을 고정도로 측정할 수 있다.

또한, 이상 설명한 바와 같이 본 발명의 유량센서 및 온도센서에 의하면 외기와 유량센서간에 또는 외기와 온도센서간에 열량의 유입출의 영향을 적게하여 유체의 비열이 작은 경우, 유량이 적은 경우 등에도 유량 및 그 온도를 고정도로 측정할 수 있게 된다.

Claims

발열기능과 감온기능을 갖는 유량검지부와, 이 유량검지부로부터의 열이 피검지유체에 전달되어 흡열되도록 형성된 이 피검지유체를 위한 관로를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 상기 관로내의 피검지유체의 유량을 검지하는 유량센서로서,

상기 관로가 형성된 케이싱에는 상기 관로에 인접하여 적어도 1 개 이상의 소자유닛 지지부가 형성되어 있고, 이 소자유닛 지지부 중 1 개에는 상기 유량검지부를 포함하는 유량검지유닛이 지지되어 있고,

상기 유량검지유닛은 상기 유량검지부와, 이 유량검지부에 부설된 제 1 열전달용 부재와, 상기 유량검지부에 전기적으로 접속된 제 1 전극단자와, 상기 유량검지부가 내부에 봉지(封止)된 합성수지제의 제 1 기체부(基體部)를 포함하고 있고, 이 제 1 기체부가 상기 1 개의 소자유닛 지지부에 의해 지지되어 있고, 이 제 1 기체부로부터 상기 제 1 열전달용 부재가 상기 관로내로 연장되어 있고, 이 제 1 기체부로부터 상기 제 1 전극단자가 상기 관로와 반대의 외측으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항에 있어서, 상기 케이싱은 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
삭제
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 열전달용 부재는 상기 관로의 단면의 적어도 중앙부의 근방에 도달하도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기체부는 탄력성을 갖는 내측부분과 이 내측부분의 외측에 배치된 외측부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 기체부의 중심부에는 공동이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 열전달용 부재는 평판형상이고, 이 제 1 열전달용 부재의 상기 제 1 기체부내 부분의 편면에 상기 유량검지부가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 기체부와 상기 케이싱 사이에는 상기 관로에 대한 실부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이싱에는 상기 소자유닛 지지부의 외측에 소자수용부가 형성되어 있고, 이 소자수용부에는 배선기판이 배치되어 있고, 이배선기판과 상기 유량검지유닛의 제 1 전극단자가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 9 항에 있어서, 상기 소자수용부는 덮개에 의해 덮여있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 유량검지부는 제 1 기판 위에 박막발열체와 이 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 11 항에 있어서, 상기 제 1 열전달용 부재는 상기 제 1 기판에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 11 항에 있어서, 상기 박막발열체와 상기 유량검지용 박막감온체는 상기 제 1 기판의 제 1 면 위에 제 1 절연층을 통하여 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 열전달용 부재는 상기 제 1 기판의 제 2 면에접합되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 열전달용 부재의 상기 관로의 방향의 치수는 상기 관로의 단면내에 있어서의 상기 제 1 열전달용 부재의 연재방향과 직교하는 방향의 치수 보다 큰 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 1 항에 있어서, 상기 소자유닛 지지부 중 다른 1 개에는 상기 유량검지시의 유체온도보상을 실시하기 위한 유체온도 검지부를 포함하는 유체온도 검지유닛이 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 16 항에 있어서, 상기 유체온도 검지유닛은 상기 유체온도 검지부와, 이 유체온도 검지부에 부설된 제 2 열전달용 부재와, 상기 유체온도 검지부에 전기적으로 접속된 제 2 전극단자와, 합성수지제의 제 2 기체부를 포함하고 있고, 이 제 2 기체부가 상기 다른 1 개의 소자유닛 지지부에 의해 지지되어 있고, 이 제 2 기체부로부터 상기 제 2 열전달용 부재가 상기 관로내로 연장되어 있고, 이 제 2 기체부로부터 상기 제 2 전극단자가 관로와 반대쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항에 있어서, 상기 제 2 열전달용 부재는 상기 관로의 단면의 적어도 중앙부의 근방에 도달하도록 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 기체부는 탄력성을 갖는 내측부분과 이 내측부분의 외측에 배치된 경질의 외측부분으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 기체부의 중심부에는 공동이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 열전달용 부재는 평판형상이며, 이 제 2 열전달용 부재의 상기 제 2 기체부내 부분의 편면에 상기 유체온도 검지부가 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 기체부와 상기 케이싱 사이에는 상기 관로에 대한 실부재가 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 배선기판과 상기 유체온도 검지유닛의 제 2 전극단자가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 유체온도 검지부는 제 2 기판 위에 유체온도 검지용 박막감온체를 형성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 24 항에 있어서, 상기 제 2 열전달용 부재는 상기 제 2 기판에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 24 항에 있어서, 상기 유체온도 검지용 박막감온체는 상기 제 2 기판의 제 1 면 위에 제 2 절연층을 통하여 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 26 항에 있어서, 상기 제 2 열전달용 부재는 상기 제 2 기판의 제 2 면에 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서, 상기 제 2 열전달용 부재의 상기 관로의 방향의 치수는 상기 관로의 단면내에 있어서의 상기 제 2 열전달용 부재의 연재방향과 직교하는 방향의 치수 보다 큰 것을 특징으로 하는 유량센서.
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발열기능과 감온기능을 갖는 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 피검지유체의 유량을 검지하는 유량센서에 사용되는 유량검지유닛으로서,

상기 유량검지부와, 이 유량검지부에 부설된 제 1 열전달용 부재와, 상기 유량검지부에 전기적으로 접속된 제 1 전극단자와, 상기 유량검지부가 내부에 봉지된 합성수지제의 제 1 기체부를 포함하고 있고, 이 제 1 기체부로부터 상기 제 1 열전달용 부재와 상기 제 1 전극단자가 서로 반대쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유량검지유닛.
발열기능과 감온기능을 갖는 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 피검지유체의 유량을 검지하는 유량센서에 의해 상기 유량검지시의 유체온도보상을 실시하기 위하여 사용되는 유체온도 검지유닛으로서,

유체온도 검지부와, 이 유체온도 검지부에 부설된 제 2 열전달용 부재와, 상기 유체온도 검지부에 전기적으로 접속된 제 2 전극단자와, 상기 유체온도 검지부가 내부에 봉지된 합성수지제의 제 2 기체부를 포함하고 있고, 이 제 2 기체부로부터 상기 제 2 열전달용 부재와 상기 제 2 전극단자가 서로 반대쪽으로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 유체온도 검지유닛.
발열기능 및 감온기능을 갖는 유량검지부와, 피검지유체의 유통을 위한 유체유통관로와, 상기 유량검지부에 있어서의 발열의 영향을 받으면서 상기 유체유통관로내로 연장되도록 배치된 유량검지용 열전달부재를 구비하고 있고, 상기 유량검지부에 있어서 발열에 의거하여 상기 유량검지용 열전달부재를 통하여 상기 피검지유체에 의한 흡열의 영향을 받은 감온이 실행되고, 이 감온의 결과에 의거하여 상기 유체유통관로내의 피검지유체의 유량의 검지가 이루어지는 유량센서로서,

상기 유량검지부 및 상기 유량검지용 열전달부재의 상기 유량검지부와 열적으로 접속된 부분은 유량검지용 기체부내에 밀봉되어 있고, 이 유량검지용 기체부는 열전도율이 0.7 [W/m·K] 이하인 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 32 항에 있어서, 상기 유량검지용 기체부는 열전도율이 0.4 [W/m·K] 이하의 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 32 항 또는 제 33 항에 있어서, 상기 유량검지용 열전달부재는 상기 유체유통관로의 직경방향으로 연장되어 이 유체유통관로의 중심선을 통과하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 32 항 또는 제 33 항에 있어서, 상기 유량검지용 열전달부재는 평판형상을 이루고 있고, 상기 유체유통관로내에 있어서 이 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 32 항 또는 제 33 항에 있어서, 상기 유량검지부는 상기 유체유통관로 밖에 있어서, 상기 유량검지용 열전달부재의 위에 형성된 박막발열체 및 이 박막발열체의 발열의 영향을 받도록 배치된 유량검지용 박막감온체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 32 항 또는 제 33 항에 있어서, 상기 유량검지시의 온도보상을 실시하기 위한 유체온도 검지부를 포함하고 있고, 이 유체온도 검지부와 상기 유체유통관로내로 연장되도록 배치된 유체온도 검지용 열전달부재가 열적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 37 항에 있어서, 상기 유체온도 검지부 및 상기 유체온도 검지용 열전달부재의 상기 유체온도 검지부와 열적으로 접속된 부분은 유체온도 검지용 기체부내에 밀봉되어 있고, 이 유체온도 검지용 기체부는 열전도율이 0.7 [W/m·K] 이하인 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 38 항에 있어서, 상기 유체온도 검지용 기체부는 열전도율이 0.4[W/m·K] 이하의 합성수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 37 항에 있어서, 상기 유체온도 검지용 열전달부재는 상기 유체유통관로의 직경방향으로 연출되어 있고 이 유체유통관로의 중심선을 통과하고 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 37 항에 있어서, 상기 유체온도 검지용 열전달부재는 평판형상을 이루고 있고, 상기 유체유통관로내에 있어서 이 관로의 방향에 따르도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 36 항에 있어서, 상기 박막발열체에 전류를 공급하는 경로에 이 박막발열체의 발열을 제어하는 발열제어수단이 접속되어 있고, 이 발열제어수단은 상기 감온의 결과가 목표와 일치하도록 이 감온의 결과에 의거하여 상기 박막발열체에 대한 공급전류를 제어하고, 상기 발열제어수단에 의한 제어상태에 의거하여 상기 피검지유체의 유량을 검지하는 것인 것을 특징으로 하는 유량센서.
기판 위에 발열체와 감온체를 형성한 유량검지부와, 피검지유체와의 사이에서 열전달을 실시하며 상기 유량검지부가 접합된 핀플레이트와, 유량에 대응한 전압값을 출력하는 출력단자를 가지고, 상기 유량검지부, 상기 핀플레이트의 일부 및 상기 출력단자의 일부를 몰딩에 의해 피복한 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 43 항에 있어서, 상기 유량검지부를 상기 핀플레이트의 일단부의 표면에 고착시키고, 상기 유량검지부와 상기 출력단자를 본딩와이어에 의해 접속한 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 43 항 또는 제 44 항에 있어서, 플레이트 소재로부터 상기 핀플레이트와 상기 출력단자에 상당하는 부분을 갖는 플레이트 기재를 형성하고, 핀플레이트와 출력단자를 일체물(一體物)로부터 동시에 형성한 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 45 항에 있어서, 상기 플레이트 기재는 상기 플레이트 소재를 에칭하여 형성한 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 43 항에 기재된 유량센서와, 이 유량센서를 수용하는 센서삽입공을 형성한 케이싱과, 상기 센서삽입공에 대응하는 위치에 개구부를 뚫어형성한 피검지유체를 유통시키는 유통관을 갖는 유량검출장치.
제 47 항에 있어서, 상기 유량센서와 상기 센서삽입공 사이에 실부재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 유량검출장치.
제 47 항 또는 제 48 항에 있어서, 피검지유체의 온도를 검지하는 온도센서를 더 설치하고, 상기 케이싱에 이 온도센서를 수용하는 센서삽입공을 뚫어형성하고, 상기 유통관에 이 센서삽입공에 대응하는 위치에 개구부를 형성한 것을 특징으로 하는 유량검출장치.
제 49 항에 있어서, 상기 온도센서와 상기 센서삽입공 사이에 실부재를 개재시킨 것을 특징으로 하는 유량검출장치.
제 43 항에 있어서, 기판 위에 발열체와 감온체를 형성한 유량검지부를 갖는 유량센서로서, 상기 기판에 오목부를 형성하고, 이 오목부를 밀봉하여 기체층을 형성한 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 51 항에 있어서, 상기 오목부는 에칭에 의해 형성된 것인 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 51 항 또는 제 52 항에 있어서, 상기 오목부는 유리로 이루어지는 프레파라트를 이용하여 밀봉된 것인 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 51 항 또는 제 52 항에 있어서, 피검지유체와의 사이에서 열전달을 실시하는 핀플레이트를 설치하고, 이 핀플레이트의 일단부의 면에, 상기 발열체, 상기 감온체를 적층한 면을 대향시켜 상기 유량검지부를 고착시킨 것을 특징으로 하는 유량센서.
절연체를 사이에 두고 발열체와 감온체를 적층하여 형성된 유량검지부와, 이 유량검지부에 일단이 접합된 핀플레이트와, 유량검지부와 전기적으로 접속된 출력단자를 가지고, 수지 하우징내에 유량검지부가 수납되며, 당해 하우징 외부에 핀플레이트와 출력단자의 단부가 돌출되어 이루어지는 유량센서에 있어서, 수지 하우징 내부에 공동부가 형성되고, 이 공동부에 유량검지부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량센서.
제 55 항에 있어서, 공동부내에 유량검지부와 접합하는 핀플레이트의 단부와 유량검지부와 접속하는 출력단자의 단부를 배치한 유량센서.
제 55 항에 있어서, 수지 하우징 외주면부에 노치부가 형성되어 이루어지는 유량센서.
제 55 항 또는 제 56 항에 있어서, 중공오목부를 갖는 하우징본체와, 이것을 피폐하는 덮개체로 수지 하우징을 구성한 유량센서.
절연체와 감온체를 적층하여 형성된 온도검지부와, 이 온도검지부에 일단이접합된 핀플레이트와, 온도검지부와 전기적으로 접속된 출력단자를 가지고, 수지 하우징내에 온도검지부를 수납하고, 당해 하우징 외부에 핀플레이트와 출력단자의 단부가 돌출되어 이루어지는 온도센서에 있어서, 상기 수지 하우징 내부에 공동부가 형성되고, 이 공동부에 온도검지부가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 온도센서.
제 59 항에 있어서, 공동부내에 온도검지부와 접합하는 핀플레이트의 단부와 온도검지부와 접속하는 출력단자의 단부를 배치한 온도센서.
제 59 항 또는 제 60 항에 있어서, 수지 하우징의 외주면부에 노치부가 형성되어 이루어지는 온도센서.
제 59 항 또는 제 60 항에 있어서, 중공오목부를 갖는 하우징본체와, 이것을 피폐하는 덮개로 수지 하우징을 구성한 온도센서.