(57)【要約】【解決手段】  質量流量計は、流体率を検知するため分離したチップ式温度センサー（Ｕ１、Ｕ２、Ｄ１、Ｄ２）を用いる。該センサーは、ＡｌＮ基板（３０）上の、ＳｉＣ若しくはシリコン、又は、薄いフィルムタングステン（２８）等の半導体チップであってもよい。これらのセンサーは、流体が流れるところの導管（４）に対して対称的に分布させ、正確な流体率監視のための４センサーブリッジ回路をなすように接続することができる。質量流量計からの出力を、流体の流れを制御するため使用することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量流量計（ＭＦＭ）の構造であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
前記導管内を流れる流体の温度を検出するように配置された少なくとも４つの互いに間隔を隔てた温度センサー（Ｕ１，Ｕ２，Ｄ１，Ｄ２）と、
を備え、
前記温度センサーは、前記導管を通って流れる流体の質量流量を検知するため４センサーブリッジ回路をなすように接続されている、質量流量計の構造。
【請求項２】
前記センサーは、各々分離し、前記導管に対して対称的に分布している、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項３】
前記センサーは、半導体チップを備える、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項４】
前記センサーは、半導体チップを備え、更に、前記センサーと前記導管との間で境界面を形成する該半導体の酸化物（１６−１、１６−２）を備える、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項５】
前記センサーは、各々のＡｌＮ基板（３０）上に薄いフィルムタングステン層（２８）を備える、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項６】
前記センサーを作動させると共に、該センサーから、前記導管を通って流れる流体の質量流量を決定するための電子回路（５６）を更に備える、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項７】
前記回路の制御下で前記導管を通る流体流れを制御する制御バルブ（５４）を更に備える、請求項６に記載の質量流量計の構造。
【請求項８】
質量流量計（ＭＦＭ）であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
前記導管内の流れの温度を検出するため該導管に載せられた少なくとも１つの分離チップ式の温度センサー（Ｕ１）と、
前記少なくとも１つのセンサーを作動させると共に、該少なくとも１つのセンサーから、前記導管を通って流れる流体の質量流量を決定するための電子回路（５６）と、
を備える、質量流量計。
【請求項９】
前記センサーは、各々半導体チップを有する、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１０】
前記センサーは、各々のＡｌＮ基板（３０）上に薄いフィルムタングステン層（２８）を各々備える、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１１】
前記センサーの各々を取り囲む電気的絶縁フィルム（２４）と、
前記フィルムの他方の側に設けられ、前記センサーと各々情報伝達するため該フィルムを通って延在する、回路（２６）と、
を更に備える、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１２】
前記センサーは、半導体チップを各々備え、更に、前記センサーと前記導管との間で境界面を形成する該半導体の酸化物を備える、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１３】
前記センサーの各々は前記導管を通って流れる流体と熱接触する状態に前記導管の外側表面に取り付けられている、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１４】
前記センサーの各々は、前記導管の壁の各々の開口部内に取り付けられている、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１５】
前記センサーの各々は、前記導管の内側表面に取り付けられている、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１６】
前記センサーの各々は前記導管内部で保護シールド（４４）上に取り付けられ、前記導管内部の環境から前記シールドにより保護されている、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１７】
前記センサーの各々は、前記導管の内部に突出する、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの温度センサーは、前記導管に対して対称的に配列されている複数の温度センサーである、請求項８に記載の質量流量計。
【請求項１９】
前記回路の制御下で前記導管を通る流体の流れを制御する制御バルブ（５４）を更に備える、請求項８に記載の質量流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、質量流量計に係り、より詳しくは、質量流量計のためのチップ式温度センサー及び４センサーブリッジ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス及び液体の流量を測定するため多数の異なる方法が用いられる。それらは、一般に２つのカテゴリーに分割することができる。即ち、体積流量を測定するものと、質量流量を測定するものと、である。
【０００３】
体積流量計の一例は、テーパーが形成されたチューブであり、該チューブを通って、ガス又は液体が移動し、チューブ内でフロートを変位させる。流れが存在しないとき、フロートは、チューブの底部に載っており、そのより狭い端部を密封する。流体がチューブを通って流れるとき、フロートは、体積流量に比例して上昇する。
【０００４】
体積流量計に関する主要な問題は、ガス流量の測定に関連する。ガスの圧力又は温度における変化は、流量測定値に不正確さをもたらすおそれがある。
導管を通る流体の流量を制御するバルブを作働させるため、従来では質量流量計（ＭＥＭｓ）が使用されていた。組み合わせられたＭＦＭ及びバルブは、質量流量コントローラ（ＭＦＣ）と称される。これらの装置は、ガス又は液体の流量の正確な制御を要求する多数のシステムで使用される。これらのシステムでは、例えば半導体プロセッシング工業のように、ガスの原子により半導体材料を成長させ又はドーピングするため該ガスを分配しており、ガスの流量が、重要な収率パラメータとなっている。半導体工業のためのＭＦＣは、２０００年、５月１５〜１６日に、標準及び技術（ＮＩＳＴ）の国家期間（ＮＩＳＴ）の「半導体工業のための質量流量測定及び制御に関するワークショップからの結果」で概略論じられ、その結果が、２０００年７月２０日に公開された。体積流量の測定を超えるＭＦＣの利点は、質量流量が、ライン圧力及び温度のばらつきに起因した精度誤差に対して感度がより低いということである。既知の種類のＭＦＣは、浸水熱式ＭＦＣ、熱式ＭＦＣ、圧力差動式ＭＦＣを含んでいる。
【０００５】
熱式ＭＦＣは、半導体プロセッシング工業で最も一般的に使用されている種類のＭＦＣである。それらは、比較的安価な構成部品から作ることができ、価格と性能との間の良好な妥協点を提供する。浸水式ＭＦＣに関しては、１つ以上のセンサーが流れの中に直接配置されており、これに対して、毛細管式ＭＦＣに関しては、毛細管が主要流体導管に並列に配置され、１つ以上のセンサーが管の外部に設けられている。
【０００６】
浸水熱式ＭＦＣでは、浸水された温度センサーは、ヒーターとしても作働し、電流が該センサーを通過したとき加熱する。温度センサーは、流体が流れないとき、既知の一定温度のままとなっている。流れていく流体は、流体がそこから熱を奪い去っていくことに起因して、検出温度を低下させる。検出された温度低下の大きさは、流体の質量流量に比例する。センサーは、流れている流体をセンサー材料が汚染すること又は流体によりセンサー自体が汚染されることを懸念する用途のためにカプセルに包まれていてもよい。
【０００７】
代替の水中作働式ＭＦＣでは、ヒーターが、上流に浸されており、温度センサーが下流に浸されている。センサー位置における流体温度が上流のヒーターの作動に起因して上昇する量は、流体の質量流量に相関し得る。
【０００８】
毛細管熱式ＭＦＣでは、流入する流れのうち既知の比率部分が、加熱された毛細管に向けられ、当該流れの残り部分が毛細管を迂回する。管は、上流位置でその外側表面の回りに巻き付いた金属ワイヤにより加熱され、温度検出巻き線が下流位置に設けられている。典型的には、プラチナワイヤが、使用される。プラチナワイヤは、その抵抗が、周知された温度の関数として変化し、ヒーター及び温度センサーの両方として作働することを可能にするからである。ＭＦＣの製造者は、毛細管の外側表面上に沈積された薄いフィルム絶縁体（典型的にはアルミナ）上の薄い層のプラチナからなる、薄フィルムプラチナ抵抗温度デバイスを使用する。プラチナの薄いフィルム層は、温度の関数として抵抗を変化させる。
【０００９】
毛細管を通して逸らされたガスは、上流巻き線から熱の一部を吸収する。ガスが流れていない場合には、当該管は、均一に加熱され、上流及び下流のセンサーは、等しい温度を検知する。一旦、ガスが管を通って流れ始めると、下流部分が加熱される間に、その熱吸収容量により、管の上流部分が冷却される。その温度差は、ガスの流れが増大するにつれて増大する。実装された又は遠隔に配置された電子機器類は、センサーのための励起電圧若しくは電流を提供し、センサー応答を監視している。例えば、電流が印加された場合、巻き線抵抗を知るため巻き線に亘る電圧が監視される。センサーの抵抗が温度の既知の関数として変化するので、センサーにおける温度を、その電流及び電圧から決定することができる。
【００１０】
熱式ＭＦＣは、一定電流デバイス又は一定温度デバイスのいずれであってもよい。一定電流デバイスでは、温度センサーは、ブリッジ回路内の抵抗要素のうち２つの要素として電気的に接続されている。他の要素は、受動的な抵抗器である。一定励起電流は、センサー抵抗により熱に変換され、毛細管に沿って均一温度勾配を提供する。
【００１１】
一定温度デバイスでは、センサーは、再び、２センサーブリッジ回路内に接続されているが、ＭＦＣ電子機器は、ブリッジ回路に、一定電流ではなく一定電圧を提供する。管を通って流れる流体は、上流センサーの温度に減少を引き起こし、その抵抗を減少させ（正の温度係数のセンサーの場合）、より多くの電流を流させる。励起電流の増大は、センサーにより多くの熱を放出させ、これは、流体への熱損失に変換される。追加の電流は、流体の質量流量に比例する。典型的には、プラチナが、検出要素として使用される。
【００１２】
現在市販されているＭＦＣは、幅広く使用されるが、次の特徴のうち１つ以上を被る。即ち、比較的高い温度センサードリフト、低い感度、長い応答時間、製造中に超細いプラチナワイヤを取り扱うことの困難さに伴う浪費、低い感度の温度センサーの電子的応答を定量化するため要求される追加の電子機器類、及び、高い感度のセンサーと連係して使用されるときの低い感度の温度センサーのための回路に由来する誤差である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一態様では、少なくとも４つの互いに間隔を隔てた温度センサーが導管を通って流れる流体の温度を検出するように配置され、流体の質量流量の示度を提供するため４センサーブリッジ回路をなすように接続されている。これらのセンサーは、各々分離しており、導管に対して対称的に分布している。好ましくは、流れ経路に沿った２つの位置の各々において導管の各々反対側に一対のセンサーが設けられる。
【００１４】
本発明の別の態様では、温度センサーは、別々のチップ式要素である。センサーのためのオプションは、例えば、ＳｉＣ又はシリコン等の半導体材料を含み、導管を導電させるためチップと導管との間の境界を形成する酸化物と、ＡｌＮ基板上の薄いフィルムタングステン層と、を備える。これらのセンサーは、電気的絶縁フィルムにより取り囲まれ、該センサーと情報伝達するためフィルムを通って延在する該フィルムの反対側に設けられた回路を備えることができる。これらのセンサーは、センサー及び導管の両方に形成されたＴｉＷ又はＮｉ層を用いて導管に取り付けることができる。これらの層の各々はＡｕ層を支持している。導管の外側表面、内側導管表面、導管壁の開口内部、又は、導管の内部に突出する位置を始めとして、様々なセンサー位置を使用することができる。
【００１５】
チップ式センサーは、流体流れ経路に沿った単一の位置又は複数の位置のいずれかで、複数のセンサーを導管の回りに対称的に配置させることを可能にする。この対称的な配置は、より正確な温度検出を可能にし、４センサーブリッジ回路と、１つ以上のセンサー対を用いる他のＭＦＭ４センサーブリッジ構成との両方にとって有用である。
【００１６】
説明されたＭＦＭは、導管のための流れ制御バルブにその出力を適用することにより、導管を通る流体流れを制御するため使用することができる。
本発明の上記及び他の特徴、並びに、利点は、添付図面を参照しつつ、次の詳細な説明を参照することにより当業者には明らかとなろう。
【実施例】
【００１７】
本発明の一実施例に係る毛細管ＭＦＭが図１に示されている。主要導管２を通る流体流れの小部分は、ガス又は液体のいずれにしても、毛細管４へと逸れる。主要導管及び毛細管の構造は、従来通りであってもよい。主要導管及び毛細管の断面は、それらの流体流量が等しいことを確実にするため従来態様で正確に機械加工されている。しかし、以前に毛細管の回りに提供されていたプラチナワイヤ巻き線の代わりに、一対のチップ式の温度センサーＵ１及びＵ２が、管に沿った上流位置に設けられ、別の対のチップ式温度センサーＤ１及びＤ２は管に沿った下流位置に設けられている。各対のセンサーは、管の両側に、１８０°の間隔で対称的に配置されるのが好ましい。これは、流体温度が、管の一方の側から他方の側にかけて僅かに変化する場合に、管内部の流体温度のより正確な検出を可能にする。例えば、これらのセンサーが、図示の垂直部ではなく、毛細管の水平部に沿って配置された場合には、熱の上昇によって、より上側のセンサーが僅かに高い温度を検出することとなり、より下側のセンサーが僅かに低い温度を検出することとなる。対称的なセンサー配置は、そのような不一致を相殺する傾向があり、導管内への熱のより均一な導入を可能にする。毛細管壁は、管内の流体温度がセンサーに正確に伝達されるように、高い熱伝導率を有する。この目的のため、ステンレス鋼が一般に使用されている。
【００１８】
図２は、図１の毛細管を通る流体の質量流量を検出するため使用される４センサーブリッジ回路を示している。当該ブリッジ回路は、左側ブランチ及び右側ブランチへと構成され、各ブランチが上側及び下側区分を備えている。左側ブランチは、一対の上流及び下流センサーを備え、その上側区分に上流センサーＵ２、その下側区分に下流センサーＤ２を配置している。右側ブランチも、一対の上流及び下流センサーを備えているが、ブランチ内のそれらの位置は逆転されている。即ち、下流センサーＤ１が上側区分にあり、上流センサーＵ１が下側区分にある。
【００１９】
電流源Ｉ１からの作働電流は、ブリッジの頂部へと供給され、電流は、ブリッジから流れ出し、抵抗Ｒを通って参照グランドへと至る。ブリッジの出力は、右側ブランチのＤ１及びＵ１の間の接続部で電圧Ｖｏ１であり、左側ブランチのＵ２及びＤ２の間の接続部で電圧Ｖｏ２である。
【００２０】
各々のセンサーは、同じ構造を有し、従って、同じ抵抗温度係数を有する。毛細管を通って流れる流体は、上流センサーＵ１及びＵ２から下流センサーＤ１及びＤ２へと熱を輸送しようとする。従って、正の抵抗温度係数を有するセンサーに関しては、これは、Ｕ１／Ｕ２に対してよりもＤ１／Ｄ２に対してより高い抵抗を生じさせる。ブリッジの左側ブランチの総抵抗は、その右側ブランチの総抵抗に等しいままであり、等しい電流が各ブランチを通って流れる。しかし、個々の抵抗レベルの差異の故に、右側ブランチの上側区分は、その下側区分のＵ１に亘る電圧降下よりもＤ１に亘ってより大きい電圧降下を経験し、これとは反対に、左側ブランチの上側区分は、その下側区分のＤ２に亘る電圧降下よりもＵ２に亘ってより小さい電圧降下を経験する。かくして、Ｖｏ１は、Ｖｏ２よりもより高い電圧レベルとなり、その電圧差は質量流量を表している。
【００２１】
図２の回路は、従来の２センサーブリッジ回路よりも高い度合いの感度を達成する。Ｖｏ２は、流体の流れに応答して上昇するＶｏ１に加えて下降し、かくして複合降下を生じさせるからである。質量流量の有効な監視は、センサー出力を増幅させること無くこの回路を用いて達成することができるということが発見された。
【００２２】
図３は、４センサーブリッジ回路のための上流センサー及び下流センサーの間の温度差の関数として、モデル化された出力電圧差を示している。当該曲線は、略線形であり、全線形の範囲に亘って流量を知る上で該曲線に沿った２つの点のみが決定されるだけで済み、マイクロプロセッサのマイクロチップに埋め込む必要があり得る、より複雑な方程式の必要性を回避するようにしている。
【００２３】
図４は、本発明に係る流体導管４上のチップ式温度センサーの構成を示している。ＳｉＣ及びシリコンチップが好ましい。それれは、それらの抵抗温度係数の正の領域で同様の感度を持っている。ＳｉＣは、シリコンよりも、拡散無しでより高い作働温度を可能にする。他の半導体材料も用いることができるが、一般に、それらは使用するのが難しくなる傾向があり、本来の酸化物を形成せず、ＳｉＣ又はシリコンほど感度が高くない。電気的接触パッド６が、各チップの両端部に金属被覆層として形成され、励起電圧又は電流を印加することができるように電気リードのチップへの接続を可能にすると共に、監視されるチップの応答を可能にする。
【００２４】
図４に示されたリードワイヤ構成は、図２の４要素ブリッジ回路に対応し、上流のチップＵ１の一方の端部は、リード線８により下流チップＤ２の下流端部に接続され、他方の上流チップＵ２の上流端部は、リード線１０により他方の下流チップＤ１の下流端部に接続され、Ｕ１及びＤ１の直面する端部が、リード線１２により一緒に接続され、Ｕ２及びＤ２の直面する端部が、リード線１４により一緒に接続され、電流Ｉ１がリード線１０に印加され、抵抗器Ｒがリード線８に接続され、電圧Ｖｏ１がリード線１２から引き出され、電圧Ｖｏ２がリード線１４から引き出されている。リード線１２及び１４は短いものとして図示されているが、実際には、それらの長さは、例えば、ピン出し電子機器類にそれらを接続すること等によって、かなり延長される。これによって、質量流量を監視するという目的を達成するためリード線を事実上非熱的な伝導とみなすことができ、かくして、測定と干渉するチップの間の追加の熱経路を防止するところまで、接続チップの間の熱経路長さを増大させることができる。他のリード線は、類似の態様で配列される。
【００２５】
図５は、対称的に配列されたチップＵ１及びＵ２を導管４に如何に結合させることができるかを示す、非縮尺通りではない断面図である。電気的に絶縁されているが、熱伝導層１６−１及び１６−２は、導電チップが電気的な短絡回路を形成すること無しに、ステンレス鋼導管４及び結合材料と直接接触することを可能にするため、Ｕ１及びＵ２の面上に各々形成されている。電気的な絶縁層１６−１及び１６−２を、チップセンサー上に、モノリシックに集積させ、沈着させ、又は、結合させることができる。ＳｉＣ又はシリコンがセンサーのため使用される場合、電気的な絶縁層は、導管に直面させるためチップの表面を酸化させることにより形成されるのが好ましい。
【００２６】
熱伝導結合材料１８は、チップ式センサーを導管に接着させる。結合材料、典型的には半田が、チップ酸化物及び導管材料には直接接着しない場合、適切な中間結合材料が、これらの表面上に最初に沈着される。図５では、結合材料１８は、電気絶縁酸化層１６−１及び１６−２及びステンレス鋼管４に直接接着しない、共融の金／スズ半田である。金結合を生成するため、ＴｉＷ又はＮｉの層２０−１及び２０−２は、好ましくは約４００〜１５００オングストローム厚であり、上側及び下側のチップ酸化物層１６−１及び１６−２上に各々沈着される。類似のＴｉＷ又はＮｉ層２０−３は、管４の外側表面の回りに沈着される。金（Ａｕ）層２２−１、２２−２及び２２−３は、好ましくは約４０００〜２５０００オングストローム厚であり、中間ＴｉＷ又はＮｉ層２０−１、２０−２及び２０−３に各々沈着される。Ａｕ表面に接着する共融の金／スズ半田１８を、管４の両側に２つのチップＵ１及びＵ２を結合させるため塗布することができる。金は、好ましい結合材料である。金は、非常に高い熱伝導率を有し、且つ、容易には酸化しないからである。多くの半田が、金と金との結合のため利用可能である。
【００２７】
アッセンブリ全体に亘る更なる保護のため、並びに、センサーを適所に保持するための追加の支持を提供するため、例えば、Ｅ．Ｉ．デュポン・ダ・ヌムール社によりカプトン（Ｒ）という商標名の下で提供される可撓性ポリイミドフィルム等、絶縁スリーブ２４内に当該アッセンブリを遮蔽することができる。接点パッド金属被覆部２６は、センサー接点と整列したスリーブの外側表面に沈着又はプリントされる。当該アッセンブリが加熱されたとき、接触金属２６は、センサー接点と係合するようにスリーブを通して移動し、かくして、センサーへの外部電気的アクセスのための車両を提供する。
【００２８】
図６に示された別の有利なセンサーチップ構成は、絶縁ＡｌＮ基板３０上にセンサー要素として沈着されたタングステン薄フィルム２９から構成されている。タングステンコンダクターは、加熱電流が印加されたとき均一な熱分布のため基板３０上に蛇行パターンをたどり、一対の間隔を隔てた接点パッドの各端部で終わるのが好ましい。タングステンは、高い度合いの温度感度を提供し、ＡｌＮ基板と連係して使用されたとき、それらの熱膨張係数が接近しているが故に、幅広い温度範囲を許容することができる。薄いフィルムタングステン層は、一般に、約１０乃至１０００ミクロン厚である。そのような温度センサーは、本願発明の発明者の一人であるジェームズ・Ｄ・パーソンの名前で本出願と同日に出願された現在係属中のシリアル番号の特許出願の主題である。
【００２９】
図７は、導管４の内部壁に沿った本発明に係るセンサー３４の配置を示している。当該センサーは、該センサーのため使用される材料の種類により決定されるようにセンサー及び導管壁の間に電気的絶縁層が追加された状態又はそのような追加が無い状態で、外部センサーと類似の態様で壁に結合されている。センサーリードワイヤ３６は、導管の遠隔位置を通って、又は、導管壁内のブッシングを通って直接、配線することができる。図示のような導管内部のセンサーの配置は、導管を通って流れる流体の温度の非常に迅速で正確な追跡を可能にするが、センサー及び結合材料のいずれもが流体と反応しないことを要求する。
【００３０】
ここで、図８を参照すると、センサー３６を取り付けるための別の代替例が示されている。該センサーは、導管内部に面するその表面が流体により直接加熱されるように導管４の壁の開口部内に結合されている。センサー接点３８は、その外側表面上にあり、容易にアクセス可能である。センサー及び該センサーがその内部に嵌合する導管開口は、センサーが導管内にあまり遠くへは突き出さない程度に十分に小さくあるべきであり、当該センサーを適所に保持し、導管からの流体損失を防止するため、その周辺部の回りで良好な結合を得ることができる。
【００３１】
本センサーは、上述されたような４要素ブリッジの一部、即ち２センサーＭＦＭ４センサーの上流又は下流要素のいずれかとすることができ、又は、単一センサーＭＦＭで自ら作働することができる。電流をセンサーを通して差し向ける電流源Ｉ２が示されており、このとき、電圧計４０は、印加された電流に応答するセンサー電圧を監視する。印加された電流と測定された電圧との比較により、センサーの抵抗が与えられる。該抵抗は、導管内部の流体の質量流量を決定するため、流れゼロにおけるその抵抗、又は、上流若しくは下流センサーの抵抗のいずれかと比較することができる。
【００３２】
流体がセンサー又はその結合材料と反応することを防止して、センサーを保護し、及び／又は、流体の汚染を防止するため、図９ａ及び図９ｂに表されたチップ式センサー４２を、導管４内部に、該導管を通って流れる流体から密封された閉区画室を形成する保護シールド４４の内部に取り付けることができる。ステンレス鋼製導管のために、シールド４４もステンレス鋼であることが好ましい。リードワイヤ４６は、導管壁内のブッシング（図示せず）を通って、センサーから延在することができる。
【００３３】
図１０は、半導体又はサーミスタチップ式センサー４８がセラミックダイ基板５０の端部で導管４内部の流体流れ内に保持されるところの浸水熱式ＭＦＭ４を示している。基板は、沈着金属の薄い層から形成された電気リード線５２を持ち、励起電圧又は電流がセンサー４８に印加されることを可能にすると共に、センサーの抵抗を監視するため、搭載若しくはエンクロージャ悪に配置されたＭＦＭ４センサーブリッジに配列電子機器類も可能にしている。
【００３４】
図１１は、図１０の浸水式ＭＦＭを利用するＭＦＣを示している。それは、本発明により想到される他のＭＦＭ実施例の任意のものに関して使用することともできる。流れ制御バルブ５４は、浸水したセンサー４８から上流に配置され、センサーの電圧−電流特性が、電子機器パッケージ５６により基板５０上のリードトレース（図示せず）を介して監視される。ＭＦＣシステムのためのハウジング６０の外部の電気的インターフェース５８は、システムに電気的な入出力を提供する。電子機器類５６は、検出された質量流量に応答してバルブ作働を制御するためリードワイヤ６を介してバルブ制御アクチュエータ６２に信号を提供し、例えば、上流又は下流のライン圧力又は温度変化等の外乱に拘わらず、流量を所望のレベルに維持することができる。
【００３５】
本発明の特定の実施例が示され、説明されたが、多数の変更及び代替実施例が当業者には想到されるであろう。従って、本発明は、添付された請求の範囲に観点でのみ制限されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、本発明に係る毛細管ＭＦＭの簡単な断面図である。
【図２】図２は、図１のセンサーに応答してＭＦＭ出力を提供する４センサーブリッジ回路の概略図である。
【図３】図３は、ブリッジの出力に関する上流及び下流のセンサー間の温度の線形関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の係るＭＦＭ４センサーブリッジに配列されたチップ式の温度センサーの斜視図及び概略図の簡単な組み合わせ図である。
【図５】図５は、センサーの回りに絶縁スリーブが追加された状態の、図４に示された構造の断面図である。
【図６】図６は、ＡｌＮ基体上に薄フィルムタングステンセンサーを備えた、代替のチップ式センサー構成の斜視図である。
【図７】図７は、流体導管の内面壁に取り付けられたセンサーチップの簡単な断面図である。
【図８】図８は、流体導管の開口部内に取り付けられたセンサーの簡単な断面図及び概略図である。
【図９】図９ａは、導管内部の環境シールド内に取り付けられたＭＦＭセンサーの断面図である。  図９ｂは、図９ａの断面ライン９ｂ―９ｂに沿って取られた断面図である。
【図１０】図１０は、流体流れ管内部に浸された本発明の実施例に係るセンサーの断面図である。
【図１１】図１１は、本発明のＭＦＭを組み込んだＭＦＣシステムの簡単な断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年2月28日(2005.2.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量流量計（ＭＦＭ）の構造であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
印加された電気信号に応答して前記導管内を流れる流体の温度を検出するように配置された少なくとも４つの互いに間隔を隔てた温度センサー（Ｕ１，Ｕ２，Ｄ１，Ｄ２）と、
を備え、
前記温度センサーは、前記印加された電気信号に応答して前記導管を通って流れる流体を加熱すると共に、該流体の質量流量を検知するため４センサーブリッジ回路をなすように接続されている、質量流量計の構造。
【請求項２】
前記センサーは、各々分離し、前記導管に対して対称的に分布している、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項３】
前記センサーを作動させると共に、該センサーから、前記導管を通って流れる流体の質量流量を決定するための電子回路（５６）を更に備える、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項４】
前記センサーは、一対の上流センサー（Ｕ１、Ｕ２）と、一対の下流センサー（Ｄ１、Ｄ２）とを備え、これらのセンサーは、前記上流センサー及び前記下流センサーの間の温度差の関数として前記流体の質量流量を検知するように接続されている、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項５】
前記ブリッジ回路は、２つのブランチ、即ち電流入力側と、電流出力側とを有し、各々のブランチには、前記上流センサー及び前記下流センサーが各々備えられ、前記ブランチの一方のための該上流センサー（Ｕ２）は、前記ブリッジ回路の前記電流入力側に配置され、前記ブランチの他方のための該上流センサー（Ｕ１）は、前記電流出力側に配置されている、請求項４に記載の質量流量計の構造。
【請求項６】
前記センサーは、前記ブリッジ回路への印加電流に応答して前記流体を加熱する、請求項１に記載の質量流量計の構造。
【請求項７】
前記センサーは、同じ温度において等しい抵抗を有する、請求項６に記載の質量流量計の構造。
【請求項８】
質量流量計（ＭＦＭ）であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
前記導管内の流れを加熱すると共に該流体の温度を検出するため該導管に載せられた少なくとも１つの分離チップ式の温度センサー（Ｕ１）と、
前記少なくとも１つのセンサーを作動させ、前記導管を通って流れる流体を加熱すると共に、該少なくとも１つのセンサーから、該流体の質量流量を決定するための電子回路（５６）と、
を備える、質量流量計。
【請求項９】
質量流量計（ＭＦＭ）の構造であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
前記導管内を流れる流体の温度を検出するように配置された少なくとも４つの互いに間隔を隔てた温度センサー（Ｕ１，Ｕ２，Ｄ１，Ｄ２）と、
を備え、
前記温度センサーは、各々のＡｌＮ基板（３０）上に薄いフィルムタングステン層（２８）を備える、質量流量計の構造。
【請求項１０】
質量流量計（ＭＦＭ）の構造であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
前記導管内を流れる流体の温度を検出するように配置された少なくとも４つの互いに間隔を隔てた温度センサー（Ｕ１，Ｕ２，Ｄ１，Ｄ２）と、
前記センサーを作動させると共に、該センサーから、前記導管を通って流れる流体の質量流量を決定するための電子回路（５６）と、
前記回路の制御下で前記導管を通る流体流れを制御する制御バルブ（５４）と、
を備える、質量流量計の構造。
【請求項１１】
質量流量計（ＭＦＭ）であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
前記導管内の流れを加熱すると共に該流体の温度を検出するため該導管に載せられた少なくとも１つの分離チップ式の温度センサー（Ｕ１）と、
前記導管を通って流れる流体を加熱すると共に、前記少なくとも１つのセンサーから該流体の質量流量を決定するため該少なくとも１つのセンサーを作動させる電子回路（５６）と、
を備え、
前記センサーは、各々のＡｌＮ基板（３０）上に薄いフィルムタングステン層（２８）を各々備える、質量流量計。
【請求項１２】
質量流量計（ＭＦＭ）であって、
流体の流れを伝達するための導管（４）と、
前記導管内の流れを加熱すると共に該流体の温度を検出するため該導管に載せられた少なくとも１つの分離チップ式の温度センサー（Ｕ１）と、
前記導管を通って流れる流体を加熱すると共に、前記少なくとも１つのセンサーから該流体の質量流量を決定するため該少なくとも１つのセンサーを作動させる電子回路（５６）と、
前記回路の制御下で前記導管を通る流体流れを制御する制御バルブ（５４）と、
を備える、質量流量計。
【国際調査報告】
2005531771.tif 000014