(57)【要約】【課題】ヒータにより生じた熱が温度センサに伝わることを抑制する。【解決手段】ヒータ２２を有し、配管１に貼り付けられたセンサチップ２と、温度センサ３１を有し、センサチップ２に対して間隙を設けて配管１に貼り付けられたセンサチップ３と、センサチップ２とセンサチップ３との間に配置され、配管１に貼り付けられた放熱機構６とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータを有し、配管に貼り付けられた第１のセンサチップと、
温度センサを有し、前記第１のセンサチップに対して間隙を設けて前記配管に貼り付けられた第２のセンサチップと、
前記第１のセンサチップと前記第２のセンサチップとの間に配置され、前記配管に貼り付けられた放熱機構と
を備えた熱式流量センサ。
【請求項２】
前記放熱機構は、
ベースが金属部材から成り、前記第１のセンサチップ及び前記第２のセンサチップに接続された基板を有する
ことを特徴とする請求項１記載の熱式流量センサ。
【請求項３】
前記放熱機構は、
前記第１のセンサチップ及び前記第２のセンサチップに接続された基板と、
金属フィラーを含み、前記基板を前記配管に貼り付ける接着剤とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の熱式流量センサ。
【請求項４】
前記放熱機構は、
前記第１のセンサチップ及び前記第２のセンサチップに接続された基板と、
前記間隙の幅に対して１／５の幅を有し、前記基板を前記配管に貼り付ける接着剤とを有する
ことを特徴とする請求項１記載の熱式流量センサ。
【請求項５】
前記接着剤は、金属フィラーを含む
ことを特徴とする請求項４記載の熱式流量センサ。
【請求項６】
前記基板は、ベースが金属部材から成る
ことを特徴とする請求項３から請求項５のうちのいずれか１項記載の熱式流量センサ。
【請求項７】
前記基板は、
ベース上に設けられたフレキシブル基板を有する
ことを特徴とする請求項２又は請求項６記載の熱式流量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配管にセンサチップが貼り付けられた熱式流量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ヒータを用いて、配管内を流れる流体の流量を測定する熱式流量センサが知られている（例えば特許文献１参照）。この熱式流量センサでは、ヒータが設けられたセンサチップと、温度センサが設けられたセンサチップとが、配管に貼り付けられている。そして、ヒータが、温度センサにより測定された温度よりも一定温度高くなるように加熱を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００１／０８４０８７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の熱式流量センサでは、ヒータにより発生された熱が配管を介して温度センサまで伝わってしまい、温度センサによる測定に影響し、ヒータでの加熱温度に誤差が生じるという課題がある。その結果、熱式流量センサにおいて、微小流量域での流量測定精度が低下し、特に最大計測流量が小さくなると精度保証流量範囲が狭くなる。一方、熱式流量センサは、流量を測定する様々な分野で利用されており、測定環境において安定した計測が求められている。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ヒータにより生じた熱が温度センサに伝わることを抑制できる熱式流量センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る熱式流量センサは、ヒータを有し、配管に貼り付けられた第１のセンサチップと、温度センサを有し、第１のセンサチップに対して間隙を設けて配管に貼り付けられた第２のセンサチップと、第１のセンサチップと第２のセンサチップとの間に配置され、配管に貼り付けられた放熱機構とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のように構成したので、ヒータにより生じた熱が温度センサに伝わることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１Ａ、図１Ｂは、この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの構成例を示す図であって、上方から見た斜視図と、下方から見た底面図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂは、この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの別の構成例を示す図であって、上方から見た斜視図と、下方から見た底面図である。
【図３】図３Ａ、図３Ｂは、この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの効果を説明する図であって、配管の座繰り面における温度分布の一例を示す図と、温度センサにより測定される温度の一例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの別の構成例を示す上方から見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの構成例を示す図である。なお図１ではセンサチップ２，３と基板４とを接続する信号線の図示を省略している。
熱式流量センサは、ヒータ２２を用いて、配管（キャピラリ）１内を流れる流体（液体又は気体）の流量を測定するセンサである。この熱式流量センサは、図１に示すように、ガラス管から成り、流体が流れる配管１と、配管１の座繰り面１１に貼り付けられたセンサチップ２，３と、センサチップ２，３に接続され、信号の入出力を行う基板４とを備えている。
【００１０】
センサチップ２には、配管１に貼り付けられる薄膜であるダイヤフラム部２１に、配管１内の流体に熱を加えるヒータ２２が設けられている。
センサチップ３には、配管１内の流体の温度を測定する温度センサ３１が設けられている。なお、センサチップ２とセンサチップ３との間には間隙が設けられている。
【００１１】
基板４には、一辺から突設された接続部４１が設けられている。この接続部４１が、接着剤５により配管１の座繰り面１１に貼り付けられる。
そして、基板４は、温度センサ３１により測定された温度を示す信号を取得し、当該温度よりも一定温度高くなるようにヒータ２２を制御する。そして、基板４は、ヒータ２２におけるパワーを示す信号を取得することで、流体の流量を測定する。すなわち、熱式流量センサでは、配管１内の流体が静止している場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ２２により熱を加えた際の熱量と、配管１内の流体が上流側から下流側へ流れている場合に周囲に対して一定温度高くなるようにヒータ２２により熱を加えた際の熱量とに、差が生じる。この熱量の差は、配管１内の流体の流量と相関関係がある。よって、熱式流量センサでは、この熱量の差から配管１内を流れる流体の流量を測定できる。
【００１２】
また、熱式流量センサでは、センサチップ２とセンサチップ３との間に配置され、配管１に貼り付けられた放熱機構６が設けられている。
この放熱機構６は、基板４のベースを金属部材（アルミ等）から構成することで実現できる。また、放熱機構６は、接着剤５を金属フィラーを含む接着剤とすることでも実現できる。また、放熱機構６は、図２に示すように、接着剤５の幅を狭く構成することでも実現できる。なお図２では、接着剤５を、センサチップ２とセンサチップ３との間隙の幅に対して１／５の幅とした場合を示している。また、上記構成を組合わせて放熱機構６を実現してもよい。なお、基板４のベースを金属部材から構成する場合には、当該ベース上に、センサチップ２，３に接続され、信号の入出力を行うためのフレキシブル基板（不図示）を設ける。
【００１３】
このように、センサチップ２とセンサチップ３との間に放熱機構６を設けることで、センサチップ２に設けられたヒータ２２により生じた熱は、放熱機構６側に流れ、当該熱がセンサチップ３に設けられた温度センサ３１に伝わることを抑制できる。
【００１４】
次に、実施の形態１に係る熱式流量センサの効果について、図３を参照しながら説明する。図３は、各モデル（従来構成、図１，２に示す構成）による、配管１の座繰り面１１における温度分布と、温度センサ３１により測定される温度（測定温度）の解析結果を示している。なお図３Ｂでは、測定温度と、測定誤差（ΔＴ）と、従来構成における測定誤差を基準とした各モデルにおける測定誤差の比率とを示している。
なお図３に示す解析では、配管１を石英ガラスとし、外径を３ｍｍ及び内径を２ｍｍとしている。また、配管１内の流体を水とし、流量を０ｍｌ／ｍｉｎ及び温度を２５℃としている。また、熱式流量センサの外部環境として、熱伝達係数を２０Ｗ／ｍ２／Ｋ、温度を２５℃及びラフネスを０ミクロンとしている。また、ヒータ２２における設定温度を３５℃としている。また、温度センサ３１を、ヒータ２２の中央位置から１３．５ｍｍ離した位置としている。また、図３Ａにおいて、符号３０４はヒータ２２の配置箇所を示し、符号３０５は温度センサ３１の配置箇所を示している。また、符号３０６は基板４の接続部４１を貼り付ける接着剤５（６ｍｍの場合）の配置箇所を示し、符号３０７は基板４の接続部４１を貼り付ける接着剤５（２ｍｍの場合）の配置箇所を示している。
【００１５】
また、図３Ａにおいて、符号３０１は従来構成の場合を示し、基板４のベースをガラスエポキシ（熱伝導率λ０．４５）から構成し、接着剤５を一般的な樹脂系（熱伝導率λ０．３）のものとし、接着剤５の幅を６ｍｍとしている。また、符号３０２は図１に示す構成の場合を示し、基板４のベースをアルミ（熱伝導率λ２３０）から構成し、接着剤５を金属フィラー入り高熱伝導系（熱伝導率λ１００）のものとし、接着剤５の幅を６ｍｍとしている。また、符号３０２は図２に示す構成の場合を示し、基板４のベースをアルミから構成し、接着剤５を金属フィラー入り高熱伝導系のものとし、接着剤５の幅を２ｍｍとしている。
【００１６】
この図３に示すように、従来構成に対し、実施の形態１に係る熱式流量センサでは、温度センサ３１により検出される温度が低くなっていることが分かる。すなわち、従来構成に対し、実施の形態１に係る熱式流量センサでは、放熱機構６により、ヒータ２２から生じた熱が温度センサ３１側に伝熱され難くなっている。図２に示す構成（符号３０２）では、従来構成に対し、温度センサ３１への伝熱を２割程度抑えることができている。
また、図１に示す構成に対し、図２に示す構成の方が伝熱の抑制効果が高い。これは、接着剤５の幅が広いと、ヒータ２２側から受けた熱をそのまま温度センサ３１側へ伝え易くなってしまうからであると推測される。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、ヒータ２２を有し、配管１に貼り付けられたセンサチップ２と、温度センサ３１を有し、センサチップ２に対して間隙を設けて配管１に貼り付けられたセンサチップ３と、センサチップ２とセンサチップ３との間に配置され、配管１に貼り付けられた放熱機構６とを備えたので、ヒータ２２により生じた熱が温度センサ３１に伝わることを抑制できる。
【００１８】
なお上記では、放熱機構６として、基板４又は接着剤５の構成を変更する場合を示した。しかしながら、放熱機構６はこれに限るものではなく、例えば図４に示すように、基板４とは別体の部材（フィン）を配管１に貼り付けることで構成してもよい。なお、この場合の放熱機構６は、熱伝導のよい金属部材から成り、細長い形状に構成されている。また、この場合には、基板４は配管１には貼り付けず、別の箇所に設ける。なお図４では、基板４の図示を省略している。
【００１９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１  配管
２  センサチップ（第１のセンサチップ）
３  センサチップ（第２のセンサチップ）
４  基板
５  接着剤
６  放熱機構
１１  座繰り面
２１  ダイヤフラム部
２２  ヒータ
３１  温度センサ
４１  接続部
【図１】
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【図２】
2017219434.tif 000004
【図３】
2017219434.tif 000005
【図４】
2017219434.tif 000006