(57)【要約】【課題】高感度の流量センサを実現するとともに、この流量センサを利用して、大掛かりな設備を必要とすることなく、流量センサの消費電力を抑え、流量センサから周囲への放熱によって生じる温度分布による影響を低減した磁気式酸素計を実現する【解決手段】流体通路中のガスの流れを測定する流量センサにおいて、一定の間隔を保った状態で前記流体通路内に配置された複数の熱線と、この複数の熱線をそれぞれ独立に一定温度に制御する複数の定抵抗制御回路と、この複数の定抵抗制御回路が発生するそれぞれの制御電圧の差を算出する差分検出部と、前記差分検出部の出力に基づいて前記流体通路中のガスの流れを算出する流量算出部と、を有することを特徴とする流量センサ。【選択図】図１
2008008690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体通路中のガスの流れを測定する流量センサにおいて、
一定の間隔を保った状態で前記流体通路内に配置された複数の熱線と、
この複数の熱線をそれぞれ独立に一定温度に制御する複数の定抵抗制御回路と、
この複数の定抵抗制御回路が発生するそれぞれの制御電圧の差を算出する差分検出部と、
前記差分検出部の出力に基づいて前記流体通路中のガスの流れを算出する流量算出部と、
を有することを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
前記複数の熱線はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの半導体微細加工技術を利用して形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。
【請求項３】
前記複数の熱線はシリコンを材料とすることを特徴とする請求項１または２に記載の流量センサ。
【請求項４】
分岐した測定ガスの一方の流路に磁界を印加するとともに、分岐したそれぞれの流路に補助ガスを流し、この補助ガスの流量変化を検出することによって、測定ガス中の酸素量を測定する磁気式酸素計において、
前記補助ガスを前記分岐した測定ガス流路に供給するそれぞれの補助ガス流路を連結するバイパス流路と、
前記バイパス流路内に互いに近接して配置された複数の熱線と、この複数の熱線をそれぞれ独立に一定温度に制御する複数の定抵抗制御回路と、この複数の定抵抗制御回路が発生するそれぞれの制御電圧の差を算出する差分検出部と、この差分検出部の出力に基づいて前記補助ガスの流れを算出する流量算出部とを備えた流量センサと、
この流量センサの出力から測定ガス中の酸素の量を算出する酸素量算出部と、
を有することを特徴とする磁気式酸素計。
【請求項５】
前記流量センサの複数の熱線は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの半導体微細加工技術を利用して形成されたことを特徴とする請求項４に記載の磁気式酸素計。
【請求項６】
前記流量センサの複数の熱線はシリコンを材料とすることを特徴とする請求項４または５に記載の磁気式酸素計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を検出する流量センサおよびその流量センサを利用した磁気式酸素計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８は従来の磁気式酸素計とその流量センサを示した図であり、測定ガス（サンプルガス）を流す流路を備えたリングセル１１１、このリングセル１１１に補助ガスを供給する補助ガス供給口１１７、補助ガス流路の流量を検出する流量センサ１１８と１１９、これらの流量センサで得られた流量の差分を計算する差分検出部１２０、差分検出部１２０の出力から測定ガス中の酸素の量を換算する酸素量算出部１２１から構成される。
【０００３】
リングセル１１１は、円環形状に形成されたサンプル流路１１２に連通して設けた測定ガス導入口１１３と、この測定ガス導入口１１３の反対側に設けた測定ガス導出口１１４と、円環形状のサンプル流路１１２の中心位置を通り、対向する側のそれぞれに連通させて形成した第１及び第２の補助ガス流路１１５ａ、１１５ｂと、サンプル流路１１２の一方の測定側サンプル流路１１２ａに磁界Ｍｆを形成するヨーク（図示せず）と、第１及び第２の補助ガス流路１１５ａ、１１５ｂの中心位置に連通され補助ガスを供給する補助ガス供給口１１７と、第１及び第２の補助ガス流路１１５ａ、１１５ｂ内部に補助ガス供給口１１７を中心として等距離の位置に配置された熱線１１８ａ、１１９ａとを備えた構成になっている。
【０００４】
図９は流量センサ１１８の構成を示す図である。なお、流量センサ１１９も図９と同様の構成であるとする。
流量センサ１１８は、一本の熱線１１８ａ（抵抗値：Ｒｈ）と、定抵抗制御回路１１８ｂにおける比較抵抗１３１、１３２、１３３で構成したブリッジ回路を有する。これは熱線の温度変化を検出するための一般的な回路であり、熱線１１８ａがガスの流れによって冷却される効果を抵抗値Ｒｈの低下として検出するものである。
【０００５】
熱線１１８ａが冷却されて抵抗値Ｒｈが低下すると、オペアンプＯＰ１１の「＋」端子と「−」端子の間に電位差が生じ、オペアンプＯＰ１１の出力段（点Ｐ１１）にその電位差に応じた電圧Ｓ１が発生する。点Ｐ１２にはバイアス電圧Ｖｂが印加されており、点Ｐ１１に電圧Ｓ１が発生するとトランジスタＴＲ１１がオンして電流が流れるようになる。そのため熱線１１８ａにも電流が流れるようになり、熱線１１８ａの温度が上昇して抵抗値Ｒｈが増加する。抵抗値Ｒｈが増加するとオペアンプＯＰ１１の「＋」端子と「−」端子間の電位差が小さくなり、トランジスタＴＲ１１がオフして電流が流れなくなる。そのため熱線１１８ａの昇温が止まり、抵抗値Ｒｈも増加しなくなる。このように、定抵抗制御回路１１８ｂは、熱線１１８ａを一定の温度、すなわち定抵抗とし、点Ｐ１４とＰ１５に電位差が生じなくなるように帰還をかける。差分検出部１２０にはこの帰還量を熱線１１８ａの温度変化として出力する。
なお、熱線１１８ａは抵抗温度係数が負のものを前提としており、そのためオペアンプＯＰ１の「＋」端子に接続している。
【０００６】
図８に戻り、このような構成のリングセル１１１において、測定ガス導入口１１３から導入された測定ガスは二方向に分流したのち、測定ガス導出口１１４へ合流するように流れる。また、補助ガス供給口１１７から供給された補助ガスは、第１および第２の補助ガス流路の二方向に分流したのち、熱線１１８ａ、１１９ａをそれぞれ経由し、その後、サンプル流路１１２ａ、１１２ｂとの接続部付近でそれぞれ測定ガスと合流し、測定ガスと共に測定ガス導出口１１４へ流れる。
【０００７】
ここで、酸素（常磁性の気体）は磁界の強い方に引きつけられ、その部分の圧力が上昇するという性質がある。
測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、測定側サンプル流路１１２ａに磁界Ｍｆが印加されても酸素分子は引き寄せられず、その部分の圧力は上昇しない。したがって、第１および第２の補助ガス流路１１５ａ、１１５ｂのそれぞれからサンプル流路１１２ａ、１１２ｂに補助ガスが流出する際の流体抵抗は同じになり、熱線１１８ａを経由する補助ガスの流量と熱線１１９ａを経由する補助ガスの流量も同じとなる。
【０００８】
このため、差分検出部１２０に入力される流量センサ１１８の出力と流量センサ１１９の出力も同一となり、差分検出部１２０の出力は零になる。
【０００９】
一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、測定側サンプル流路１１２ａに磁界Ｍｆが印加されると、その部分に酸素分子が引きつけられ、酸素の凝集圧により圧力が上昇する。そのため、第１の補助ガス流路１１５ａから測定側サンプル流路１１２ａに補助ガスが流出する際の流体抵抗が増大し、流出量が減少する。逆に比較側サンプル流路１１２ｂでは磁界Ｍｆが印加されていないため流体抵抗は増大せず、磁場印加側との比較により補助ガスの流出量が増加する。
【００１０】
したがって、分岐点Ｐ１０で補助ガスが分岐する際の分流比が変化し、熱線１１８ａを経由する補助ガスの流量と熱線１１９ａを経由する補助ガスの流量に差が生じ、第１の流量センサ１１８の出力信号と第２の流量センサ１１９の出力信号が同一でなくなる。そのため、それらの信号の差を検出する差分検出部１２０の出力信号が測定ガス中の酸素分子量に対応した値を示すようになる。
【００１１】
【特許文献１】特開平０１−００６７５３号公報
【特許文献２】特開２００４−３２５３６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記のような方式では、測定ガス中の酸素量がゼロの場合でも、補助ガス流路１１５ａ、１１５ｂには常時補助ガスが流れているため、熱線１１８ａ、１１９ａは強制対流伝熱で熱が奪われてしまう。そのため、熱線１１８ａ、１１９ａを一定温度に維持しようとして大きな投入パワーが必要となる結果、リングセル１１１において熱線１１８ａ、１１９ａ周辺の温度が上昇しやすくなる。すると、リングセル１１１内の温度分布がアンバランスとなって、熱線１１８ａ、１１９ａ周辺の配管の粘性係数などが変化し、流量信号にノイズやドリフトとして影響してしまう。
【００１３】
そのため、従来より、リングセル１１１の各部温度を一定に保持するため、精密な恒温槽を設置して必要機器を中に配置するなどの工夫がなされているが、機構や部品の増大、コスト上昇などが問題となっていた。
【００１４】
本発明は、上記のような従来技術の問題をなくし、高感度の流量センサを実現するとともに、この流量センサを利用して、大掛かりな設備を必要とすることなく、流量センサの消費電力を抑え、流量センサから周囲への放熱によって生じる温度分布による影響を低減した磁気式酸素計を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、流体通路中のガスの流れを測定する流量センサにおいて、
一定の間隔を保った状態で前記流体通路内に配置された複数の熱線と、
この複数の熱線をそれぞれ独立に一定温度に制御する複数の定抵抗制御回路と、
この複数の定抵抗制御回路が発生するそれぞれの制御電圧の差を算出する差分検出部と、
前記差分検出部の出力に基づいて前記流体通路中のガスの流れを算出する流量算出部と、
を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項２では、請求項１に記載の流量センサにおいて、前記複数の熱線はＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの半導体微細加工技術を利用して形成されたことを特徴とする。
【００１７】
請求項３では、請求項１または２に記載の流量センサにおいて、前記複数の熱線はシリコンを材料とすることを特徴とする。
【００１８】
請求項４では、分岐した測定ガスの一方の流路に磁界を印加するとともに、分岐したそれぞれの流路に補助ガスを流し、この補助ガスの流量変化を検出することによって、測定ガス中の酸素量を測定する磁気式酸素計において、
前記補助ガスを前記分岐した測定ガス流路に供給するそれぞれの補助ガス流路を連結するバイパス流路と、
前記バイパス流路内に互いに近接して配置された複数の熱線と、この複数の熱線をそれぞれ独立に一定温度に制御する複数の定抵抗制御回路と、この複数の定抵抗制御回路が発生するそれぞれの制御電圧の差を算出する差分検出部と、この差分検出部の出力に基づいて前記補助ガスの流れを算出する流量算出部とを備えた流量センサと、
この流量センサの出力から測定ガス中の酸素の量を算出する酸素量算出部と、
を有することを特徴とする。
【００１９】
請求項５では、請求項４に記載の磁気式酸素計において、前記流量センサの複数の熱線は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）などの半導体微細加工技術を利用して形成されたことを特徴とする。
【００２０】
請求項６では、請求項４または５に記載の磁気式酸素計において、前記流量センサの複数の熱線はシリコンを材料とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように、流量センサの各熱線をそれぞれ定抵抗制御回路で駆動し、その定抵抗制御回路に発生する制御電圧の大きさに基づいて流体の流れを算出することにより、大きな信号量を得ることができ、高感度の流量センサを実現することができる。
【００２２】
請求項２によれば、半導体微細加工技術を利用して熱線を形成するため、アレイ化しやすく小型化や特性の均一化を図ることができ、流量センサをより高感度にすることができる。
【００２３】
請求項３によれば、熱線の材料にシリコンを用いるため、一般的な熱線（たとえばニッケル材）よりも熱線の抵抗値を高めることができる。そのため、消費電力が低くなり温度上昇が抑えられ、熱線の温度特性変動の問題や周囲への放熱の影響を小さくすることができる。
また、一般的な半導体製造プロセスを利用してシリコン基板として熱線を形成することができ、品質の安定した流量センサを提供することができる。
【００２４】
請求項４では、補助ガス流路を連結するバイパス流路で補助ガスの流量検出を行なうことによって、従来複数の流量センサを使う（図８の従来例では第１および第２の補助ガス流路の両方に流量計が設置されていた）ことによって生じていた、個々の流量計の出力変動のばらつきによる誤差をなくすことができ、酸素測定の精度向上を図ることができる。
また、バイパス流路は補助ガス流路に比べて補助ガスの流れが小さくなるため、流量センサの熱線を一定温度に維持するために必要なパワーを小さくすることができる。そのため、流量センサの消費電力を低減することができ、大掛かりな設備を必要とすることなく、流量センサから周囲への放熱によって生じる温度分布による影響を低減することができる。
さらに、補助ガスの流量センサの各熱線をそれぞれ定抵抗制御回路で駆動し、各定抵抗制御回路に発生する制御電圧の差分に基づいて補助ガスの流れを算出することにより、補助ガスの流量が小さくても大きな信号量が得られ、補助ガスの流れを高感度に検出することができ、測定ガスの酸素量の測定を高感度化することができる。
【００２５】
請求項５によれば、半導体微細加工技術を利用して熱線を形成するため、アレイ化しやすく小型化や特性の均一化を図ることができる。そのため、高感度に補助ガスの流れを検出することができ、測定ガスの酸素量をより高感度に測定することができる。
【００２６】
請求項６によれば、熱線の材料にシリコンを用いるため、一般的な熱線（たとえばニッケル材）よりも熱線の抵抗値を高めることができる。そのため、消費電力が低くなり温度上昇が抑えられ、熱線の温度特性変動の問題や周囲の流路への放熱の影響を小さくすることができる。これにより、流量センサに起因する温度分布の発生をさらに低減することができる。
また、一般的な半導体製造プロセスを利用してシリコン基板として熱線を形成することができ、流量センサの品質が安定し、酸素量の測定を安定させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図面を用いて本発明の流量センサおよびその流量センサを利用した磁気式酸素計を説明する。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の流量センサおよびその流量センサを利用した磁気式酸素計の一実施例を示す図であり、測定ガスを流すリングセル１１と、リングセル１１内の補助ガス流量を検出する流量センサ１９と、流量センサ１９の信号から酸素量を算出する酸素量算出部２０からなる。
【００２９】
リングセル１１は、円環形状に形成されたサンプル流路１２に連通して設けた測定ガス導入口１３と、この測定ガス導入口１３の反対側に設けた測定ガス導出口１４と、測定ガス導入口１３と測定ガス導出口１４との間のサンプル流路である測定側サンプル流路１２ａに導通するように連通した第１の補助ガス流路１５ａと、第１の補助ガス流路１５ａと反対側のサンプル流路である比較側サンプル流路１２ｂに導通するように連通した第２の補助ガス流路１５ｂと、測定側サンプル流路１２ａに磁界Ｍｆを形成するヨーク（図示せず）と、第１の補助ガス流路１５ａと第２の補助ガス流路１５ｂを接続するバイパス流路１８とからなる。
【００３０】
流量センサ１９は２本の熱線１９１と１９２、各熱線に接続された定抵抗制御回路１９３と１９４、定抵抗制御回路１９３、１９４の制御電圧の差を検出する差分検出部１９５、差分検出部１９５の出力に基づいて熱線部分を流れる流体の流量を算出する流量算出部１９６から構成される。
【００３１】
熱線１９１、１９２はバイパス流路１８の中央に近接して配置されている。熱線１９１、１９２はシリコン半導体を材料とし、ＭＥＭＳなどの半導体微細加工技術や一般的な半導体製造プロセスを利用して、シリコン基板として同一基板上に形成する。
【００３２】
なお、図２は本発明の流量センサの原理図である。微小領域に２本の熱線を近接して配置して流量センサを構成する。流体が流れると２本の熱線の間で熱量移動が発生し、上流側の熱線の温度は下がり、下流側の熱線の温度は高くなる。この温度変化の差を検出することによってガス流の大きさを検出する。温度変化を各熱線の差分で検出することによって大きな信号量が得られ、ガス流の流れが小さくても高感度な検出が可能となる。また、このように構成することで、周囲温度の変化などの外乱は２つの熱線の間でコモンモードの乱れとみなすことができ、一義的には影響を免れることができるという利点がある。
【００３３】
このような構成のリングセル１１において、測定ガス導入口１３から導入された測定ガスは、測定側サンプル流路１２ａと比較側サンプル流路１２ｂの二方向に分流したのち、測定ガス導出口１４へ合流するように流れる。
補助ガス供給口１７から供給された補助ガスは、補助ガス流路１５ａと１５ｂの二方向に分流する。また、補助ガス流路１５ａの分岐点Ｐ１からは補助ガスの一部がバイパス流路１８に流入し、同様に補助ガス流路１５ｂの分岐点Ｐ２からも補助ガスの一部がバイパス流路１８に流入する。
補助ガスはその後サンプル流路１２ａ、１２ｂとの接続部付近で測定ガスと合流し、測定ガスと共に測定ガス導出口１４へ流れる。
【００３４】
測定ガス中に酸素分子が含まれていない場合、測定側サンプル流路１２ａに磁界Ｍｆが印加されても酸素分子は引き寄せられず、その部分の圧力は上昇しない。したがって、第１および第２の補助ガス流路１５ａ、１５ｂのそれぞれからサンプル流路１２ａ、１２ｂに補助ガスが流出する際の流体抵抗は同じになり、第１および第２の補助ガス流路の流量は同じとなる。そのため、バイパス流路１８には補助ガス流路１５ａ、１５ｂから同量の補助ガスが流入し、流量センサ１９を流れる補助ガスは平衡し、流量はゼロとなる。
【００３５】
一方、測定ガス中に酸素分子が含まれている場合、測定側サンプル流路１２ａに磁界Ｍｆが印加されると、その部分に酸素分子が引きつけられ、酸素の凝集圧により圧力が上昇する。そのため、第１の補助ガス流路１５ａから測定側サンプル流路１２ａに補助ガスが流出する際の流体抵抗が増大し、流出量が減少する。逆に比較側サンプル流路１２ｂでは磁界Ｍｆが印加されていないため流体抵抗は増大せず、磁場印加側との比較により補助ガスの流出量が増加する。
【００３６】
したがって、分岐点Ｐ０で補助ガスが分岐する際の分流比が変化し、第１および第２の補助ガス流路の流量に差が生じ、分岐点Ｐ１からバイパス流路１８に流入する補助ガスの量と分岐点Ｐ２からバイパス流路１８に流入する補助ガスの量にも差が生じるようになる。そのため、バイパス流路１８には、熱線１９１を上流側、熱線１９２を下流側とする補助ガスの流れが生じ、その流量は測定ガス中の酸素分子量に対応した値を示すようになる。
【００３７】
図３は熱線１９１、１９２と定抵抗制御回路１９３、１９４の構成を示す図である。熱線１９１は定抵抗制御回路１９３で駆動され、熱線１９２は定抵抗制御回路１９４で駆動される。
【００３８】
各定抵抗制御回路の動作は、従来例の図９の定抵抗制御回路１１８ｂと同様である。
図３において、熱線１９１と、定抵抗制御回路１９３における比較抵抗３１、３２、３３とでブリッジ回路が構成されている。
熱線１９１が冷却されて抵抗値が低下すると、オペアンプＯＰ１の「＋」端子と「−」端子の間に電位差が生じ、オペアンプＯＰ１の出力段（点Ｐ３）にその電位差に応じた電圧Ｓ１が発生する。点Ｐ４にはバイアス電圧Ｖｂが印加されており、点Ｐ３に電圧Ｓ１が発生するとトランジスタＴＲ１がオンして電流が流れるようになる。そのため熱線１９１にも電流が流れるようになり、熱線１９１の温度が上昇して抵抗値が増加する。抵抗値が増加するとオペアンプＯＰ１の「＋」端子と「−」端子間の電位差が小さくなり、トランジスタＴＲ１がオフして電流が流れなくなる。そのため熱線１９１の昇温が止まり、抵抗値も増加しなくなる。このように定抵抗制御回路１９３は、熱線１９１を一定の温度、すなわち定抵抗とし、オペアンプＯＰ１の入力段に電位差が生じなくなるように帰還をかける。同様に、熱線１９２も定抵抗制御回路１９４により定抵抗になるように制御される。
なお、図３における熱線は抵抗温度係数が負のものを前提としており、そのためオペアンプＯＰ１の「＋」端子に接続している。熱線素子の抵抗温度係数が正である場合には、図４のように、オペアンプの「−」端子に接続する。
【００３９】
定抵抗制御回路１９４の電位Ｖ２と定抵抗制御回路１９３の電位Ｖ１は、差分検出部１９５に出力される。差分検出部１９５は、電位Ｖ１と電位Ｖ２から各熱線に生じた温度変化を把握し、補助ガスの流れにより熱線１９１から１９２に移動した熱量の大きさを検出する。流量算出部１９６では、差分検出部１９５で検出した熱量の大きさに基づいて、バイパス流路１８に流れる補助ガスの流量を算出する。酸素量算出部２０は、流量算出部１９６の出力から測定ガスに含まれる酸素量を算出する。
【００４０】
すなわち、本発明による流量センサは、２本の熱線をそれぞれ独立に定抵抗制御するとともに、定抵抗制御回路における制御電圧の差から流量信号を求めるものである。このように、各熱線の温度変化を制御電圧の差分で求めることにより、大きな信号量が得られ、補助ガスの流れが小さくても高感度な検出が可能となる。
【００４１】
以下に、本発明による流量センサで大きな流量信号が得られる点について、図５および図６を用いて説明する。なお、図７に、図５および図６中の熱線に使用するシリコン抵抗線の加熱特性を示す。
【００４２】
まず、比較用に、一般的な２線式流量センサで得られる信号量を示す。
図５は、一般的な２線式流量センサの回路の一例を示す図である。２本の熱線と比較抵抗でブリッジ回路が構成されている。上流側の熱線と下流側の熱線は流体中に近接して配置されている。流体が流れると２本の熱線の間で熱量移動が発生し、上流側の熱線の温度は下がり、下流側の熱線の温度は高くなる。各熱線の温度の差分を検出することによってガス流の大きさを検出する。
なお、熱線に生じる温度変化が上流側と下流側とで異なるため、各熱線を同時に定抵抗制御することができない。そのため、バイアス電圧Ｖｂを一定とする定電圧駆動となり、熱線の温度変化を示す信号としてはブリッジ回路の差動電圧が利用される。
【００４３】
上流側および下流側の熱線温度が基準温度（室温）に対してΔＴ＝９９℃に設定されており、上流側の熱線の温度上昇がガス流による冷却で０．１℃低下したと仮定する。なお、計算の単純のため電圧Ｖｂは３７．３８Ｖ（一定）とし、下流側の熱線の温度変化は無視することとする。また、比較抵抗３７〜３９はすべて４．６７３ｋΩとする。
【００４４】
シリコン抵抗線の抵抗温度係数αは０．１８％／℃である。熱線（上流側）の温度低下による抵抗値変化ΔＲは、
ΔＲ＝Ｒ×α×ΔＴ
＝（４．６７３×１０３）×０．００１８×０．１
＝０．８８（Ω）
である。
【００４５】
この熱線（上流側）の抵抗変化により、熱線（上流側）に流れる電流値が変化し、両端の電圧が変化する。これを求めると、
ΔＶ＝１．７（ｍＶ）
となる。この値が熱線の温度変化を示す信号量となる。
【００４６】
図６は、本発明による流量センサの回路の一例を示す図であり、図３中の熱線１９２と定抵抗制御回路１９４の部分を示す図である。２線式流量センサの計算と同様に、熱線の温度が基準温度（室温）に対してΔＴ＝９９℃であり、この熱線の温度上昇がガス流による冷却で０．１℃低下した場合に得られる信号量を計算する。
【００４７】
図７は、熱線温度を９９℃および９３℃に制御したときの、熱線の両端にかかる電圧を計測した実測値である。
図７から、ガス流による冷却で熱線の温度が９９℃から６℃低下した後に、定抵抗制御回路１９４により９９℃に戻す際に熱線１９２にかかる電圧の変化δＶは、
δＶ＝１８．６９２−１８．０５２
＝０．６４（Ｖ）（温度変化６℃あたり）
となる。すなわち、温度変化６℃あたりの電圧変化は０．６４Ｖとなる。
【００４８】
０．１℃程度の微小な温度低下では、この電圧変化の比率に比例して印加電圧が変化すると考えられる。
温度が０．１℃低下した際の熱線１９１の端子間電圧（点Ｐ９）の変化は、
ΔＶ＝０．６４×（０．１℃／６℃）
＝１０．７（ｍＶ）
となる。
【００４９】
定抵抗制御回路１９４の補償電圧である点Ｐ７の電位の変化としては、上記ΔＶの約２倍の信号量が得られるため、
ΔＶ２＝ΔＶ×２
＝２１．４（ｍＶ）
となる。
【００５０】
以上より、本発明による流量センサでは、従来の一般的な２線式流量センサと比較して２１．４ｍＶ／１．７ｍＶ＝１２．６倍という大きな信号量を得ることができる。これにより、熱線の微小な温度変化であっても高感度な検出が可能となる。
【００５１】
このように構成することにより、高感度の流量センサを実現するとともに、この流量センサを利用して、大掛かりな設備を必要とすることなく、流量センサの消費電力を抑え、流量センサから周囲への放熱によって生じる温度分布による影響を低減した磁気式酸素計を実現することができる。
【００５２】
また、本発明の流量センサは、磁気式酸素計に限らず、微小ガス流量の計測を要する分野に適用可能である。また、半導体製造プロセスを利用した２線式流量センサの検出回路に展開可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は本発明の流量センサおよびその流量センサを利用した磁気式酸素計の一実施例を示す図。
【図２】図２は図２は本発明の流量センサの原理図。
【図３】図３は熱線１９１、１９２と定抵抗制御回路１９３、１９４の構成を示す図。
【図４】図４は熱線の抵抗温度係数が正の場合の熱線とオペアンプの接続を示す図。
【図５】図５は一般的な２線式流量センサの回路の一例を示す図。
【図６】図６は本発明による流量センサの回路の一例を示す図。
【図７】図７はシリコン抵抗線の加熱特性を示す表。
【図８】図８は従来の磁気式酸素計とその流量センサを示した図。
【図９】図９は流量センサ１１８の構成を示す図。
【符号の説明】
【００５４】
１１      リングセル
１２      サンプル流路
１２ａ    測定側サンプル流路
１２ｂ    比較側サンプル流路
１３      測定ガス導入口
１４      測定ガス導出口
１５ａ    第１の補助ガス流路
１５ｂ    第２の補助ガス流路
１７      補助ガス供給口
１８      バイパス流路
１９      流量センサ
１９１    熱線（上流側）
１９２    熱線（下流側）
１９３、１９４  定抵抗制御回路
１９５    差分検出部
１９６    流量算出部
２０      酸素量算出部
【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９】
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