(57)【要約】【課題】特に低流量での検出精度を向上できる流量測定装置を提供する。【解決手段】第１発熱体１０ａと第２発熱体１０ｂは、空気温度より所定温度（例えば２００℃）だけ高い温度に維持されている。この第１発熱体１０ａと第２発熱体１０ｂは、空気の流れ方向における両者の間隔が、検出感度の低い低温部では広く、高温部では狭くなる様に設けられている。すなわち、配線部１２に接続される両発熱体１０ａ、１０ｂの端部で両者の間隔が広く、両発熱体１０ａ、１０ｂの中央部で両者の間隔が狭くなる様に設けられている。これにより、センシングに寄与する度合いを高温部でより大きく、低温部でより小さくできる。その結果、低流量でも２つの発熱体１０ａ、１０ｂの差の変化が顕著に表れるので、特に低流量に的を絞ってセンサ感度を向上できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れ方向の上流側と下流側とに配置される少なくとも一対の発熱体を有し、この一対の発熱体の発熱量を基に流体流量を測定する流量測定装置であって、
前記一対の発熱体は、それぞれ配線部を介して外部の検出回路に接続されており、前記流体の流れ方向における両者間の間隔が、前記配線部に接続される前記発熱体の端部で広く、中央部で狭くなる様に設けられていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
流体の流れ方向の上流側と下流側とに配置される少なくとも一対の発熱体を有し、この一対の発熱体の発熱量を基に流体流量を測定する流量測定装置であって、
前記一対の発熱体は、それぞれ配線部を介して外部の検出回路に接続されており、前記流体の流れ方向における両者間の間隔が、前記発熱体の低温部で広く、高温部で狭くなる様に設けられていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した流量測定装置において、
前記発熱体は、前記配線部に接続される一方の端部と他方の端部が、前記流体の流れ方向と直交する方向に関して反対側に設けられていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載した流量測定装置において、
前記発熱体は、前記配線部に接続される一方の端部と他方の端部が、前記流体の流れ方向と直交する方向に関して同じ側に設けられていることを特徴とする流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体の発熱量を基に流体流量を測定する流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体流量を測定する流量測定装置として、例えば、自動車用エンジンの吸入空気量を測定する熱式流量センサが知られている（特許文献１参照）。
この流量センサは、図５に示す様に、流体の流れ方向（図示矢印方向）に所定の間隔を開けて配置された２つの発熱体１００、１１０を有し、この２つの発熱体１００、１１０の温度が流体温度よりそれぞれ所定温度（例えば２００℃）だけ高くなる様に維持されている。
ここで、図示矢印方向に流体の流れが生じると、両発熱体１００、１１０は、いずれも流体流量に応じて冷却されるが、上流側の発熱体１００を通過する際に暖められた流体が下流側の発熱体１１０に到達するため、下流側の発熱体１１０より上流側の発熱体１００の方が温度低下が大きくなる。従って、２つの発熱体１００、１１０の発熱量の差分から流体流量を測定できる。
【特許文献１】特開平１１−２８１４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の発熱体１００、１１０は、例えば、赤外線放射温度計により温度を測定すると、図６に示す様に、発熱体１００、１１０の中央部で最も温度が高く、両端部で温度が低くなっている。つまり、図７に示す様に、発熱体１００、１１０の両端部より中央部の方が高温となる温度分布を有している。これは、発熱体１００、１１０の熱が配線部やシリコン基板へ逃げるためである。
ところで、熱式流量センサは、上流側の発熱体１００が下流側の発熱体１１０へ及ぼす熱的影響の大きさから、下流側の発熱体１１０が上流側の発熱体１００へ及ぼす熱的影響の大きさを引き算した熱影響力がセンサ感度（検出感度）に寄与するため、その熱影響力が最適となる様に、２つの発熱体１００、１１０の間隔を設定することが望ましい。
【０００４】
しかし、熱影響力が最適となる２つの発熱体１００、１１０の間隔は、図８に示す様に、発熱体の低温部と高温部とで異なり、且つ流量変化による熱影響力の変化は、高温部の方が低温部より大きくなる。
ところが、特許文献１に示される様な従来の熱式流量センサは、２つの発熱体１００、１１０の間隔が低温部（発熱体の端部）と高温部（発熱体の中央部）とで略同一に設定されているため、感度の高い高温部だけでなく、感度の低い低温部もセンシングに寄与することになり、全体のセンサ感度が低下する問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、特に低流量での検出精度を向上できる流量測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（請求項１の発明）
本発明は、流体の流れ方向の上流側と下流側とに配置される少なくとも一対の発熱体を有し、この一対の発熱体の発熱量を基に流体流量を測定する流量測定装置であって、一対の発熱体は、それぞれ配線部を介して外部の検出回路に接続されており、流体の流れ方向における両者間の間隔が、配線部に接続される発熱体の端部で広く、中央部で狭くなる様に設けられていることを特徴とする。
一対の発熱体の間に働く熱影響力は、配線部に接続される発熱体の端部より中央部の方が高くなる。そこで、熱影響力の高い発熱体の中央部での間隔を狭く、熱影響力の低い発熱体の端部での間隔を広く設定することにより、センシングに寄与する度合いを中央部でより大きく、端部でより小さくできる。その結果、低流量でも２つの発熱体の差の変化が顕著に表れるので、特に低流量に的を絞ってセンサ感度を向上できる。
【０００６】
（請求項２の発明）
本発明は、流体の流れ方向の上流側と下流側とに配置される少なくとも一対の発熱体を有し、この一対の発熱体の発熱量を基に流体流量を測定する流量測定装置であって、一対の発熱体は、それぞれ配線部を介して外部の検出回路に接続されており、流体の流れ方向における両者間の間隔が、発熱体の低温部で広く、高温部で狭くなる様に設けられていることを特徴とする。
一対の発熱体の間に働く熱影響力は、発熱体の低温部より高温部の方が高くなる。そこで、熱影響力の高い発熱体の高温部での間隔を狭く、熱影響力の低い発熱体の低温部での間隔を広く設定することにより、センシングに寄与する度合いを高温部でより大きく、低温部でより小さくできる。その結果、低流量でも２つの発熱体の差の変化が顕著に表れるので、特に低流量に的を絞ってセンサ感度を向上できる。
【０００７】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した流量測定装置において、発熱体は、配線部に接続される一方の端部と他方の端部が、流体の流れ方向と直交する方向に関して反対側に設けられていることを特徴とする。
（請求項４の発明）
請求項１または２に記載した流量測定装置において、発熱体は、配線部に接続される一方の端部と他方の端部が、流体の流れ方向と直交する方向に関して同じ側に設けられていることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１は流量測定装置１のセンシング部４に使用される発熱体１０の平面図、図３は流量測定装置１をアウトレットパイプ２に取り付けた状態を示す断面図である。
実施例１に示す流量測定装置１は、内燃機関（例えば自動車用エンジン）の吸入空気量を計測するエアフロメータであり、図３に示す様に、例えば、エアクリーナのアウトレットパイプ２にプラグイン方式によって着脱可能に取り付けられている。
この流量測定装置１は、以下に説明するセンサボディ３、センシング部４、及び回路モジュール５等より構成される。
【００１０】
センサボディ３は、アウトレットパイプ２の壁面に開けられた取付け孔よりアウトレットパイプ２の内部に挿入され、センサボディ３の外周に取り付けられたＯリング６を介して取付け孔との間が気密にシールされている。
センサボディ３の内部には、アウトレットパイプ２の内部を流れる空気（内燃機関に吸引される吸気）の一部をバイパスさせるバイパス通路７が形成されている。このバイパス通路７は、入口７ａと出口７ｂとの間に空気の流れ方向が１８０度変化するＵターン部７ｃを有している。
【００１１】
センシング部４は、図３に示す様に、バイパス通路７のＵターン部７ｃより上流側に配設され、空気の流れに晒されている。
このセンシング部４は、図２に示す様に、シリコン基板８の表面に絶縁膜９を介して形成される発熱体１０と比較抵抗１１とを有し、それぞれ配線部１２（図１参照）を介して回路モジュール５に内蔵される制御回路（図示せず）に接続されている。この発熱体１０と比較抵抗１１は、例えば、絶縁膜９の表面に白金等の感熱抵抗膜を真空蒸着法等により堆積させた後、エッチング処理により不要な部分が除去されて、それぞれ所定の形状に形成されている。
【００１２】
絶縁膜９は、例えば、窒化シリコン層であり、シリコン基板８の表面にスパッタ法あるいはＣＶＤ法等により形成される。
また、発熱体１０及び比較抵抗１１の上部は、例えば、絶縁膜９と同じく窒化シリコン層から成る保護膜１３によって覆われている。
シリコン基板８には、例えば、異方性エッチングによりシリコン基板８の裏面から絶縁膜９との境界面までシリコン基板８の一部が除去されて空洞部１４が形成されている。この空洞部１４は、図２に示す様に、発熱体１０を含む所定の領域に形成されている。
【００１３】
発熱体１０は、図２に矢印で示す空気の流れ方向に対し、上流側に配置される第１発熱体１０ａと、下流側に配置される第２発熱体１０ｂとを有している。
比較抵抗１１は、第１発熱体１０ａの上流側に配置される第１比較抵抗１１ａと、第２発熱体１０ｂの下流側に配置される第２比較抵抗１１ｂとを有している。但し、第１比較抵抗１１ａと第２比較抵抗１１ｂは、第１発熱体１０ａ及び第２発熱体１０ｂの熱が温度測定に影響を及ぼさない様に、それぞれ第１発熱体１０ａ及び第２発熱体１０ｂとの間に所定の間隔を開けて配置されている。
【００１４】
回路モジュール５は、第１発熱体１０ａと第２発熱体１０ｂに流れる電流を制御する制御回路と、例えば、第１発熱体１０ａに印加される電圧と第２発熱体１０ｂに印加される電圧との差を増幅してＥＣＵ（図示せず）へ出力する出力回路（図示せず）とを備えている。
制御回路は、第１発熱体１０ａ及び第２発熱体１０ｂの温度が、それぞれ第１比較抵抗１１ａ及び第２比較抵抗１１ｂで測定される空気温度より所定温度（例えば２００℃）だけ高くなる様に、第１発熱体１０ａ及び第２発熱体１０ｂに流れる電流を制御している。  
【００１５】
ＥＣＵは、出力回路より出力される電気信号（電圧信号）を基に空気流量を測定する。  例えば、図２の矢印方向に空気の流れが生じると、空気流量に応じて両発熱体１０ａ、１０ｂの平均温度が低下する。この時、空気の流れ方向に対し上流側に配置されている第１発熱体１０ａと下流側に配置されている第２発熱体１０ｂとで温度の低下度合いが異なる。つまり、第１発熱体１０ａを通過する際に暖められた空気が第２発熱体１０ｂに到達するため、第２発熱体１０ｂより第１発熱体１０ａの方が温度低下が大きくなる。その結果、第２発熱体１０ｂに印加される電圧より第１発熱体１０ａに印加される電圧の方が大きくなるため、その電圧差を検出することで、空気流量を測定する。
【００１６】
次に、第１発熱体１０ａと第２発熱体１０ｂとの間隔について説明する。
第１発熱体１０ａと第２発熱体１０ｂは、空気の流れ方向における両者の間隔が、検出感度の低い低温部では広く、高温部では狭くなる様に設けられている。すなわち、図１に示す様に、配線部１２に接続される両発熱体１０ａ、１０ｂの端部で両者の間隔が広く、両発熱体１０ａ、１０ｂの中央部で両者の間隔が狭くなる様に設けられている。なお、図１（ａ）は、両発熱体１０ａ、１０ｂが湾曲して設けられた一例、図１（ｂ）は、両発熱体１０ａ、１０ｂの中央部が矩形状に設けられた一例、図１（ｃ）は、両発熱体１０ａ、１０ｂが端部から中央部にかけて直線的に近接する一例である。
【００１７】
（実施例１の効果）
センシング部４に使用される発熱体１０は、比較抵抗１１によって測定される空気温度より所定温度だけ高い温度に制御されるが、発熱体１０の熱が配線部１２やシリコン基板８へ逃げるため、発熱体１０には、配線部１２に接続される端部で温度が低く、中央部で温度が高くなる温度分布を生じる（図６参照）。この場合、一対の発熱体１０ａ、１０ｂの間に働く熱影響力は、両発熱体１０ａ、１０ｂの低温部と高温部とで異なり、低温部より高温部の方が高くなる。
そこで、熱影響力の高い両発熱体１０ａ、１０ｂの高温部（中央部）での間隔を狭く、熱影響力の低い両発熱体１０ａ、１０ｂの低温部（端部）での間隔を広く設定することにより、センシングに寄与する度合いを高温部でより大きく、低温部でより小さくできる。その結果、低流量でも２つの発熱体１０ａ、１０ｂの差の変化が顕著に表れるので、特に低流量に的を絞ってセンサ感度を向上できる。
【００１８】
なお、図１では、発熱体１０の配線部１２に接続される一方の端部と他方の端部が、空気の流れ方向と直交する方向（図示上下方向）に関して反対側に設けられている例を示しているが、例えば、図４に示す様に、発熱体１０の一方の端部と他方の端部が、空気の流れ方向と直交する方向に関して同じ側に設けられている場合でも、実施例１と同様に、両発熱体１０ａ、１０ｂの端部で両者の間隔を広く、中央部で両者の間隔を狭く設定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】発熱体の配置を示す平面図である。
【図２】センシング部の断面図である。
【図３】流量測定装置の取り付け状態を示す断面図である。
【図４】発熱体の配置を示す平面図である（変形例）。
【図５】発熱体の配置を示す平面図である（従来技術）。
【図６】発熱体の等温線図である。
【図７】発熱体の温度分布図である。
【図８】２つの発熱体の間隔と熱影響力との相関図である。
【符号の説明】
【００２０】
１    流量測定装置
１０    発熱体
１０ａ  第１発熱体
１０ｂ  第２発熱体
１２    配線部
【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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