(57)【要約】【課題】  配管に流れる液体の液面が変化しても高精度に流量を測定可能なフローセンサを提供すること。【解決手段】  液体Ｌが流れる配管Ｐのうち水平に延在した部分の外周面に設置されるフローセンサ１であって、配管の外周面に巻き付けられる絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルムの表面に配管の軸線方向に互いに間隔を空けて形成された一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂと、絶縁性フィルムの表面に一対の温度センサ部の間で一対の温度センサ部と間隔を空けて形成された電気抵抗により発熱する発熱体４とを備え、発熱体が、配管の外周面の少なくとも下端部に配され、温度センサ部が、配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部３ａを備え、単位センサ部が、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部に形成された一対の対向電極とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流れる配管のうち水平に延在した部分の外周面に設置されるフローセンサであって、
前記配管の外周面に貼り付けられる又は巻き付けられる絶縁性フィルムと、
前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に前記配管の軸線方向に互いに間隔を空けて形成された一対の温度センサ部と、
前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に一対の前記温度センサ部の間で一対の前記温度センサ部と間隔を空けて形成された電気抵抗により発熱する発熱体とを備え、
前記発熱体が、前記配管の外周面の少なくとも下端部に配され、
前記温度センサ部が、前記配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のフローセンサにおいて、
前記単位センサ部が、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、
前記薄膜サーミスタ部に形成された一対の対向電極とを備えていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のフローセンサにおいて、
前記発熱体と前記薄膜サーミスタ部とが、同じ材料で形成されていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のフローセンサにおいて、
前記配管に接続され前記配管の一部となって液体が内部を流通する筒部材を備え、
前記絶縁性フィルムが、前記筒部材の外周面に貼り付け又は巻き付けされていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載のフローセンサにおいて、
前記絶縁性フィルムが、前記配管の全周にわたって巻回され、
前記発熱体が、前記配管の略全周にわたって延在していることを特徴とするフローセンサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載のフローセンサにおいて、
複数の前記単位センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に互いに離間して形成され、
前記絶縁性フィルムの裏面であって複数の前記単位センサ部に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜が、互いに離間してパターン形成されていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のフローセンサにおいて、
前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、
前記絶縁性フィルムの裏面であって前記発熱体に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜がパターン形成されていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項８】
請求項１から６のいずれか一項に記載のフローセンサにおいて、
一対の前記温度センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、
前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの裏面に形成されていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載のフローセンサにおいて、
前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を覆うケース部を備えていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか一項に記載のフローセンサにおいて、
前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を封止する絶縁性の被覆体を備えていることを特徴とするフローセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管を流れる液体の温度差で流量を測定可能なフローセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発熱体を挟む２つの温度センサの温度差によって流体の流量を測定するフローセンサが知られている。例えば、特許文献１では、流体を通す管に取り付けた発熱体と、管の発熱体の上流側及び下流側にそれぞれ設けた上流側及び下流側温度検出手段と、両温度検出手段の検出温度差に基づいて管を通過する流体の流量を求める演算手段とを有した熱式流量計が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２では、流体が流通するＵ字形流管と、Ｕ字形流管に巻き付けられた抵抗線の加熱手段と、加熱手段の前後でＵ字形流管に巻き付けられ温度を測定する一対の感熱抵抗線とを備えた熱式流量センサが記載されている。
さらに、特許文献３では、２つの感熱抵抗素子を支持している２つの基板にガスが流れる通路を形成する筒体が設けられ、その外表面上に抵抗線のヒータが巻きつけられているフローセンサが記載されている。
これらフローセンサは、温度を検出する一対のセンサだけでなく、一対のセンサの間に発熱体を設けることで、流量だけでなく流れの方向も検知することが可能であると共に、流れの方向にかかわらず、流量測定が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１０７０９３号公報
【特許文献２】特開平２−１４１６２１号公報
【特許文献３】特開２００５−２４４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上記従来のフローセンサでは、配管に流れる流体が液体である場合、配管内の液体の液面高さが変化してしまうと、正確に流量を測定することができないという不都合があった。特に、配管に流れる液体が少量で液面が低いほど、流量測定の精度が低下してしまう問題があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、配管に流れる液体の液面高さが変化しても高精度に流量を測定可能なフローセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係るフローセンサは、液体が流れる配管のうち水平に延在した部分の外周面に設置されるフローセンサであって、前記配管の外周面に貼り付けられる又は巻き付けられる絶縁性フィルムと、前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に前記配管の軸線方向に互いに間隔を空けて形成された一対の温度センサ部と、前記絶縁性フィルムの表面又は裏面に一対の前記温度センサ部の間で一対の前記温度センサ部と間隔を空けて形成された電気抵抗により発熱する発熱体とを備え、前記発熱体が、前記配管の外周面の少なくとも下端部に配され、前記温度センサ部が、前記配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えていることを特徴とする。
【０００８】
このフローセンサでは、温度センサ部が、配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えているので、配管の周方向において液体が接触している部分に対向した単位センサ部の検出温度と、液体が接触していない部分に対向した単位センサ部の検出温度とから液体の液面高さが検出でき、液面高さに応じた液体の流量を算出することが可能になる。
すなわち、配管の周方向において液体が接触していない部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部による検出温度差は、液体が接触している部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部による検出温度差より小さく検出される。このように各高さの上流側と下流側とで対になる単位センサ部の検出温度差から液面高さを求めることができ、液面高さに応じた液体の流量を算出することができる。なお、単位センサ部は、少なくとも配管の下部と上部との２カ所に設置することが好ましいが、液面高さの検出精度を上げるためには、より多くの単位センサ部を配管の周方向に沿って並べることが望ましい。
なお、配管の外側に取り付けられるため、腐食性の液体等でも影響を受けずに、流量測定が可能である。
【０００９】
第２の発明に係るフローセンサは、第１の発明において、前記単位センサ部が、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、前記薄膜サーミスタ部に形成された一対の対向電極とを備えていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、単位センサ部が、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部と、薄膜サーミスタ部に形成された一対の対向電極とを備えているので、配管の外周面に貼り付け又は巻き付ける際に薄い薄膜サーミスタ部が絶縁性フィルムと共に曲げ易いと共に、膜状の薄膜サーミスタ部が面接触していることで、線状の抵抗体を用いた温度センサに比べて、より高精度な温度測定が可能になる。
【００１０】
第３の発明に係るフローセンサは、第２の発明において、前記発熱体と前記薄膜サーミスタ部とが、同じ材料で形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、発熱体と薄膜サーミスタ部とが、同じ材料で形成されているので、同一プロセスで両者を同時に形成することができると共に、互いに異なる材料を用意する必要が無く、製造工程の削減及び材料コストの低減を図ることができる。
【００１１】
第４の発明に係るフローセンサは、第１から第３のいずれかの発明において、前記配管に接続され前記配管の一部となって液体が内部を流通する筒部材を備え、前記絶縁性フィルムが、前記筒部材の外周面に貼り付け又は巻き付けされていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルムが、筒部材の外周面に貼り付け又は巻き付けされているので、筒部材を配管に接続するだけで、容易にフローセンサを設置することができる。
【００１２】
第５の発明に係るフローセンサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルムが、前記配管の全周にわたって巻回され、前記発熱体が、前記配管の略全周にわたって延在していることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、発熱体が、配管の略全周にわたって延在しているので、発熱体が配管の全周を加熱することができ、液面が高い場合も発熱体から液体に熱を効率的に加えることができる。
【００１３】
第６の発明に係るフローセンサは、第１から第５の発明のいずれかにおいて、複数の前記単位センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に互いに離間して形成され、前記絶縁性フィルムの裏面であって複数の前記単位センサ部に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜が、互いに離間してパターン形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルムの裏面であって複数の単位センサ部に対向した部分に絶縁性フィルムより熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜が、互いに離間してパターン形成されているので、センサ用熱伝導体膜によって各単位センサ部に高い熱伝導性で熱を伝えることができる。また、各センサ用熱伝導体膜は、互いに離間して接触していないため、熱伝導体膜間での直接の熱伝導がなく、隣接する他の単位センサ部への影響を抑制することができる。
【００１４】
第７の発明に係るフローセンサは、第１から第６の発明のいずれかにおいて、前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、前記絶縁性フィルムの裏面であって前記発熱体に対向した部分に前記絶縁性フィルムより熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜がパターン形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルムの裏面であって発熱体に対向した部分に絶縁性フィルムより熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜がパターン形成されているので、発熱体用熱伝導体膜によって発熱体の熱を高い熱伝導性で直下の液体に伝えることができる。
【００１５】
第８の発明に係るフローセンサは、第１から第６の発明のいずれかにおいて、一対の前記温度センサ部が、前記絶縁性フィルムの表面に形成され、前記発熱体が、前記絶縁性フィルムの裏面に形成されていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、一対の温度センサ部が、絶縁性フィルムの表面に形成され、発熱体が、絶縁性フィルムの裏面に形成されているので、発熱体の熱がより液体に伝わりやすくなると共に、温度センサ部は発熱体の反対面に設けられているため、同一面に設けられている場合よりも、発熱体からの熱の影響がさらに抑制される。
【００１６】
第９の発明に係るフローセンサは、第１から第８の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を覆うケース部を備えていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルム、一対の温度センサ部及び発熱体を覆うケース部を備えているので、ケース部により外界の影響を遮断することができる。
【００１７】
第１０の発明に係るフローセンサは、第１から第８の発明のいずれかにおいて、前記絶縁性フィルム、一対の前記温度センサ部及び前記発熱体を封止する絶縁性の被覆体を備えていることを特徴とする。
すなわち、このフローセンサでは、絶縁性フィルム、一対の温度センサ部及び発熱体を封止する絶縁性の被覆体を備えているので、被覆体により外界の影響を遮断することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るフローセンサによれば、温度センサ部が、配管の周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部を備えているので、配管の周方向において液体が接触している部分に対向した単位センサ部の検出温度と、液体が接触していない部分に対向した単位センサ部の検出温度とから液体の液面高さが検出でき、液面高さに応じた液体の流量を算出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るフローセンサの第１実施形態を示す構成図である。
【図２】第１実施形態において、筒部材取り付け前のフローセンサを示す平面図である。
【図３】第１実施形態において、フローセンサを示す軸線に沿った方向の断面図である。
【図４】第１実施形態において、液面が低い場合（ａ）と液面が高い場合（ｂ）とのフローセンサを示す軸線に直交する方向の断面図である。
【図５】本発明に係るフローセンサの第２実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明に係るフローセンサの第３実施形態において、筒部材取り付け前のフローセンサを示す平面図である。
【図７】本発明に係るフローセンサの第４実施形態を示す断面図である。
【図８】本発明に係るフローセンサの第５実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るフローセンサにおける第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる図面の一部では、各部を認識可能又は認識容易な大きさとするために必要に応じて縮尺を適宜変更している。
【００２１】
本実施形態のフローセンサ１は、図１から図３に示すように、液体Ｌが流れる配管Ｐのうち水平に延在した部分の外周面に設置されるフローセンサであって、配管Ｐの外周面に貼り付けられる又は巻き付けられる絶縁性フィルム２と、絶縁性フィルム２の表面又は裏面に配管Ｐの軸線方向に互いに間隔を空けて形成された一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂと、絶縁性フィルム２の表面又は裏面に一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂの間で一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂと間隔を空けて形成された電気抵抗により発熱する発熱体４とを備えている。なお、本実施形態では、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂと発熱体４とが絶縁性フィルム２の表面に設けられている。
【００２２】
また、本実施形態のフローセンサ１は、配管Ｐに接続され配管Ｐの一部となって液体Ｌが内部を流通する筒部材７を備えている。本実施形態では、配管Ｐと同じ内径とされた円筒状の筒部材７を配管Ｐの途中に接続している。
上記発熱体４は、配管Ｐの外周面の少なくとも下端部に配されている。本実施形態では、配管Ｐの外周面の下端部に発熱体４を配している。
【００２３】
上記温度センサ部３Ａ，３Ｂは、配管Ｐの周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部３ａを備えている。
上記単位センサ部３ａは、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部５と、薄膜サーミスタ部５の上又は下に互いに対向して形成された一対の対向電極６とを備えている。なお、本実施形態では、一対の対向電極６は、薄膜サーミスタ部５の上に形成されている。
【００２４】
また、絶縁性フィルム２は、配管Ｐの全周にわたって巻回されている。なお、本実施形態では、配管Ｐに接続されて配管Ｐの一部を構成している筒部材７に絶縁性フィルム２を巻回してフローセンサ１を取り付けているが、筒部材７を使用せず、配管Ｐに絶縁性フィルム２を直接巻回してフローセンサ１を取り付けても構わない。
【００２５】
さらに、複数の単位センサ部３ａは、配管Ｐの周方向に互いに等間隔に離間して全周にわたって並んでいる。本実施形態では、図２及び図４に示すように、６つの単位センサ部３ａが周方向に設置されており、そのうちの２つは下端部と上端部とに配されている。
なお、単位センサ部３ａは、少なくとも配管Ｐの下部と上部との２カ所に設置することが好ましいが、液面高さの検出精度を上げるためには、より多くの単位センサ部３ａを配管Ｐの周方向に沿って並べることが望ましい。
【００２６】
上記絶縁性フィルム２は、図２に示すように、長方形状又は帯状に形成されており、複数の単位センサ部３ａは、絶縁性フィルム２の長手方向に並んで設けられている。
したがって、本実施形態では、絶縁性フィルム２が、長手方向を筒部材７の周方向に沿わせて筒部材７の外周面に裏面側を向けて巻き付けた状態で取り付けられている。なお、絶縁性フィルム２を筒部材７に固定するため、接着剤で筒部材７の外周面に接着しても構わない。
上記絶縁性フィルム２は、例えば厚さ７．５〜１２５μｍのポリイミド樹脂シートで形成されている。なお、絶縁性フィルム２は、他にＰＥＴ：ポリエチレンテレフタレート，ＰＥＮ：ポリエチレンナフタレート，ＬＣＰ：液晶ポリマー等でも作製できる。
【００２７】
複数の単位センサ部３ａは、絶縁性フィルム２の表面に互いに離間して形成され、図３に示すように、絶縁性フィルム２の裏面であって複数の単位センサ部３ａに対向した部分に絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜８が、互いに離間してパターン形成されている。
また、絶縁性フィルム２の裏面であって発熱体４に対向した部分には、絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜９がパターン形成されている。
上記センサ用熱伝導体膜８及び発熱体用熱伝導体膜９は、例えば銅箔等の金属膜で単位センサ部３ａ又は発熱体４の形状に応じて矩形状等に形成されている。
【００２８】
上記薄膜サーミスタ部５は、フレキシブル性を有したサーミスタ膜であって、例えばスパッタリングで成膜されたＭ−Ａｌ−Ｎ膜（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示す）である。
すなわち、薄膜サーミスタ部５は、一般式：ＭｘＡｌｙＮｚ（但し、ＭはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びＣｕの少なくとも１種を示す。０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９８、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。なお、これらの膜については、フレキシブル性と良好なサーミスタ特性とが確認されている。また、薄膜サーミスタ部５には、サーミスタ特性を大きく変えない範囲内において、酸素が含まれていてもよい。
【００２９】
なお、本実施形態では、特にＴｉ−Ａｌ−Ｎのサーミスタ材料で矩形状に形成された薄膜サーミスタ部５を採用している。すなわち、この薄膜サーミスタ部５は、一般式：ＴｉｘＡｌｙＮｚ（０．７０≦ｙ／（ｘ＋ｙ）≦０．９５、０．４≦ｚ≦０．５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相である。
【００３０】
上記発熱体４は、短くジグザグに屈曲した線状にパターン形成され、例えば通電により加熱する抵抗加熱が可能なニッケル膜やサーミスタ膜等でパターン形成されている。特に、発熱体４と薄膜サーミスタ部５とを同じ材料で形成することが好ましい。本実施形態では、上記Ｔｉ−Ａｌ−Ｎで発熱体４も形成している。この場合、薄膜サーミスタ部５をスパッタリング等で形成する際に、同時に発熱体４も成膜し、パターニングも両者を同時に行う。
【００３１】
上記一対の対向電極６は、互いに対向して櫛型状にパターン形成された櫛型電極であり、交互に配された複数の櫛部６ａを有している。
これら一対の対向電極６は、例えば膜厚５〜１００ｎｍのＣｒ又はＮｉＣｒの接合層と、該接合層上にＡｕ等の貴金属で膜厚５０〜１０００ｎｍ形成された電極層とを有している。
【００３２】
一対の対向電極６の基端部には、一対のセンサ用パッド部６ｂが設けられており、外部の回路と接続可能とされている。
また、発熱体４の両端部には、センサ用パッド部６ｂと並んで配された一対の発熱体用パッド部４ａが設けられている。
【００３３】
なお、ポリイミド樹脂等で形成された薄い絶縁性保護膜を、センサ用パッド部６ｂ及び発熱体用パッド部４ａを除き、一対の対向電極６を含む薄膜サーミスタ部５上や発熱体４上に、スクリーン印刷等で部分的にパターン形成しても構わない。
図１及び図３中、液体Ｌの流れる方向は、二点鎖線の矢印で示している。また、図２中、一対の対向電極６、薄膜サーミスタ部５及び発熱体４には、ハッチングを施している。
【００３４】
各単位センサ部３ａのセンサ用パッド部６ｂには、それぞれ単位センサ部３ａの出力に基づいて液体Ｌの温度を算出する一対の温度演算部１１が接続されている。一対の温度演算部１１は、それぞれ対応する上流側の温度センサ部３Ａと下流側の温度センサ部３Ｂとの各単位センサ部３ａに接続されている。
また、発熱体４の発熱体用パッド部４ａには、発熱体４の温度を所定の温度に制御する発熱体制御部１２が接続されている。
さらに、一対の温度演算部１１と発熱体制御部１２とには、算出した一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂの各単位センサ部３ａにおける各検出温度及び検出温度差と、発熱体４による液体Ｌへの加熱量と、液体Ｌの物性値とに基づいて液体Ｌの液面レベルと液体Ｌの流量とを算出する流量演算装置１３が接続されている。
【００３５】
本実施形態のフローセンサ１において、液体Ｌの液面高さを検出するには、例えば、図４の（ａ）に示すように、液体Ｌの液面が低い場合、上端部に位置する単位センサ部３ａと、上端から一段下に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触していないため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が小さくなる。また、下端部に位置する単位センサ部３ａと、下端から１段上に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触しているため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が大きくなる。これらから液面が下端から１段上の単位センサ部３ａと２段上の単位センサ部３ａとの間にあることが検出される。したがって、この液面の高さに基づいて液体Ｌの流量を算出することができる。
【００３６】
また、図４の（ｂ）に示すように、液体Ｌの液面が高い場合、上端部に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触していないため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が小さくなる。また、下端部に位置する単位センサ部３ａと、下端から１段上及び２段上に位置する単位センサ部３ａは、対向する筒部材７の内周面に液体Ｌが接触しているため、同じ高さの上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａによる検出温度差が大きくなる。これらから液面が上端の単位センサ部３ａと上端から１段下の単位センサ部３ａとの間にあることが検出される。したがって、この液面の高さに基づいて液体Ｌの流量を算出することができる。
【００３７】
このように本実施形態のフローセンサ１では、温度センサ部３Ａ，３Ｂが、配管Ｐの周方向において下端部から上端部まで並んだ複数の単位センサ部３ａを備えているので、図４に示すように、配管Ｐの周方向において筒部材７の内周面で液体Ｌが接触している部分に対向した下部の単位センサ部３ａの検出温度と、液体Ｌが接触していない部分に対向した上部の単位センサ部３ａの検出温度とから液体Ｌの液面高さが検出でき、液面高さに応じた液体Ｌの流量を算出することが可能になる。
【００３８】
すなわち、配管Ｐの周方向において液体Ｌが接触していない部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａ（上部の単位センサ部３ａ）による検出温度差は、液体Ｌが接触している部分に対向していると共に同じ高さに並んだ上流側と下流側との一対の単位センサ部３ａ（下部の単位センサ部３ａ）による検出温度差より小さく検出される。このように各高さの上流側と下流側とで対になる単位センサ部３ａの検出温度差から液面高さを求めることができ、液面高さに応じた液体Ｌの流量を算出することができる。なお、配管Ｐの外側に取り付けられるため、腐食性の液体等でも影響を受けずに、流量測定が可能である。
【００３９】
また、単位センサ部３ａが、サーミスタ材料で形成された薄膜サーミスタ部５と、薄膜サーミスタ部５に形成された一対の対向電極６とを備えているので、配管Ｐの外周面に貼り付け又は巻き付ける際に薄い薄膜サーミスタ部５が絶縁性フィルム２と共に曲げ易いと共に、膜状の薄膜サーミスタ部５が面接触していることで、線状の抵抗体を用いた温度センサに比べて、より高精度な温度測定が可能になる。
【００４０】
また、絶縁性フィルム２が、筒部材７の外周面に貼り付け又は巻き付けされているので、筒部材７を配管Ｐに接続するだけで、容易にフローセンサ１を設置することができる。
また、絶縁性フィルム２の裏面であって複数の単位センサ部３ａに対向した部分に絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い複数のセンサ用熱伝導体膜８が、互いに離間してパターン形成されているので、センサ用熱伝導体膜８によって各単位センサ部３ａに高い熱伝導性で熱を伝えることができる。また、各センサ用熱伝導体膜８は、互いに離間して接触していないため、熱伝導体膜間での直接の熱伝導がなく、隣接する他の単位センサ部３ａへの影響を抑制することができる。
【００４１】
さらに、絶縁性フィルム２の裏面であって発熱体４に対向した部分に絶縁性フィルム２より熱伝導性が高い発熱体用熱伝導体膜９がパターン形成されているので、発熱体用熱伝導体膜９によって発熱体４の熱を高い熱伝導性で直下の液体Ｌに伝えることができる。
さらに、薄膜サーミスタ部５が、上記ＭｘＡｌｙＮｚで示される金属窒化物からなり、その結晶構造が、六方晶系のウルツ鉱型の単相であるので、非焼成で成膜可能で柔軟性を有して高Ｂ定数の薄膜サーミスタ部５により、絶縁性フィルム２の曲げに追従して柔軟に薄膜サーミスタ部５が湾曲可能であると共に、高精度な温度測定が可能になる。
また、発熱体４と薄膜サーミスタ部５とを同じ材料で形成することで、同一プロセスで両者を同時に形成することができると共に、互いに異なる材料を用意する必要が無く、製造工程の削減及び材料コストの低減を図ることができる。
【００４２】
次に、本発明に係るフローセンサの第２から第５実施形態について、図４から図８を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００４３】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４が、いずれも絶縁性フィルム２の表面に形成されているのに対し、第２実施形態のフローセンサ２１では、図５に示すように、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂが、絶縁性フィルム２の表面に形成され、発熱体４が、絶縁性フィルム２の裏面に形成されている点である。
【００４４】
また、第２実施形態では、発熱体用絶縁膜２９が発熱体４を覆ってパターン形成されている。特に、金属製の筒部材７を採用した場合、発熱体４と筒部材７との電気的絶縁を図るために、発熱体４を発熱体用絶縁膜２９で覆うことが好ましい。
このように第２実施形態のフローセンサ２１では、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂが、絶縁性フィルム２の表面に形成され、発熱体４が、絶縁性フィルム２の裏面に形成されているので、発熱体４の熱がより液体に伝わりやすくなると共に、温度センサ部３Ａ，３Ｂは発熱体４の反対面に設けられているため、同一面に設けられている場合よりも、発熱体４からの熱の影響がさらに抑制される。
【００４５】
次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、発熱体４が配管Ｐ（筒部材７）の下部にだけ対向して部分的に設けられているのに対し、第３実施形態のフローセンサでは、図６に示すように、発熱体３４が、配管Ｐ（筒部材７）の略全周にわたって延在している点である。
【００４６】
すなわち、第３実施形態では、発熱体３４が絶縁性フィルム２の長手方向に沿って一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂの間で延在している。この発熱体３４は、ミアンダ状に折り返しジグザグに屈曲した線状にパターン形成されている。すなわち、発熱体３４は、絶縁性フィルム２の一端近傍に配された一方の発熱体用パッド部４ａから絶縁性フィルム２の長手方向に直線状に延在し、絶縁性フィルム２の他端近傍で折り返した後、絶縁性フィルム２の一端近傍までミアンダ形状を有して他方の発熱体用パッド部４ａまで延在している。
【００４７】
このように第３実施形態のフローセンサでは、発熱体３４が、配管Ｐの略全周にわたって延在しているので、発熱体３４が配管の全周を加熱することができ、液面が高い場合も発熱体３４から液体Ｌに熱を効率的に加えることができる。
【００４８】
次に、第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４が外部に露出しているのに対し、第４実施形態のフローセンサ４１では、図７に示すように、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を覆うケース部４２を備えている点である。
すなわち、第４実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を囲んだ状態で内部を密封したケース部４２が筒部材７の外周面に取り付けられている。
【００４９】
上記ケース部４２は、例えば内部に絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を密封状態で収納した内部空間を有する樹脂製等の円筒状部材である。
このように第４実施形態のフローセンサ４１では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を覆うケース部４２を備えているので、ケース部４２により外界の影響を遮断することができる。
【００５０】
次に、第５実施形態と第４実施形態との異なる点は、第４実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４をケース部４２で覆っているのに対し、第５実施形態のフローセンサ５１では、図８に示すように、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を封止する絶縁性の被覆体５２を備えている点である。
すなわち、第５実施形態では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を封止した樹脂等の被覆体５２が筒部材７の外周面に形成されている。この被覆体５２は、筒部材７の外周面に密着した状態で円筒状に樹脂等で成形されている。
【００５１】
上記被覆体５２は、熱硬化性樹脂等の絶縁材料で形成され、特に、絶縁性フィルム２よりも熱伝導率が小さい材料を採用することが好ましい。
このように第５実施形態のフローセンサ５１では、絶縁性フィルム２、一対の温度センサ部３Ａ，３Ｂ及び発熱体４を封止する絶縁性の被覆体５２を備えているので、被覆体５２により外界の影響を遮断することができる。
【００５２】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５３】
例えば、上記各実施形態では、薄膜サーミスタ部の上に一対の対向電極が形成されているが、薄膜サーミスタ部の下、すなわち薄膜サーミスタ部と絶縁性フィルムとの間に一対の対向電極を形成しても構わない。
また、上記各実施形態のように、配管の全周にわたって絶縁性フィルムを巻回し、単位センサ部も全周にわたって等間隔に配列させることが好ましいが、配管の周方向の一部、例えば半周にわたって絶縁性フィルムを貼り付け、単位センサ部も前記半周にわたって配列させても構わない。
また、上記各実施形態では、一対の温度センサ部が絶縁性フィルムの表面に設けられているが、絶縁性フィルムの裏面に設けても構わない。
【符号の説明】
【００５４】
１，２１，４１，５１…フローセンサ、２…絶縁性フィルム、３Ａ，３Ｂ…温度センサ部、３ａ…単位センサ部、４…発熱体、５…薄膜サーミスタ部、６…対向電極、７…筒部材、８…センサ用熱伝導体膜、９…発熱体用熱伝導体膜、４２…ケース部、５２…被覆体、Ｌ…液体、Ｐ…配管
【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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