(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】流体が流れる配管１と、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とを備え、配管１は、センサチップ２が貼り付けられた配管部１２と、センサチップ３が貼り付けられた配管部１３と、配管部１２と配管部１３との間に接続され、当該配管部１２，１３を構成する部材に対して熱伝導率が低い部材から構成された配管部１４とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる配管と、
ヒータを有し、前記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のセンサチップとを備え、
前記配管は、
前記第１のセンサチップが貼り付けられた第１の配管部と、
前記第２のセンサチップが貼り付けられた第２の配管部と、
前記第１の配管部と前記第２の配管部との間に接続され、当該第１，２の配管部を構成する部材に対して熱伝導率が低い部材から構成された第３の配管部とを有する
ことを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項２】
前記第１，２の配管部と第３の配管部は、ネジにより接続された
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】
前記第１，２の配管部と第３の配管部は、接着剤により接続された
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】
前記第１，２の配管部と第３の配管部は、接続面にテーパを有する
ことを特徴とする請求項３記載の熱式流量センサ。
【請求項５】
前記第３の配管部は、樹脂から構成された
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項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、ヒータと温度センサとが同一配管に接着されており、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。
また、伝熱を抑えるために、配管全体を熱伝導率が低い材料から構成すると、ヒータから発生した熱が配管内の流体にも伝わらなくなってしまうため、十分な感度が得られなくなってしまう。また、温度センサによる測定も正しく行えなくなってしまう。
【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、流体が流れる配管と、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のセンサチップとを備え、配管は、第１のセンサチップが貼り付けられた第１の配管部と、第２のセンサチップが貼り付けられた第２の配管部と、第１の配管部と第２の配管部との間に接続され、当該第１，２の配管部を構成する部材に対して熱伝導率が低い部材から構成された第３の配管部とを有することを特徴とする。
【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り、斜視図と底面図である。
【図２】図２Ａ、図２Ｂは、この発明の実施の形態１における配管の接続例を示す図であり、接続前の状態を示す斜視図と、接続後の状態を示す斜視図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、この発明の実施の形態１における配管の別の接続例を示す図であり、接続前の状態を示す斜視図と、接続後の状態を示す斜視図及び断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る熱式流量センサの効果を説明する図である。
【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、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（第１，２のセンサチップ）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】
配管１は、配管部（第１〜３の配管部）１２〜１４を有する。配管部１２には、センサチップ２が貼り付けられる。また、配管部１３には、センサチップ３が貼り付けられる。また、配管部１４は、配管部１２と配管部１３との間に接続される。また、配管部１４は、配管部１２，１３を構成する部材に対し、熱伝導率が低い部材から構成される。例えば、配管部１２，１３を石英ガラスから構成し、配管部１４をＰＴＦＥ等の樹脂等のように石英ガラスより熱伝導率が低い部材から構成する。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
このように、配管１において、センサチップ２とセンサチップ３との間の部分（配管部１４）を、熱伝導率が低い部材から構成することで、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、配管部１２，１３と配管部１４との接続方法について説明する。
配管部１２，１３と配管部１４との接続方法としては、例えば図２に示すように、ネジにより接続する方法が挙げられる。図２の例では、配管部１４の両端に雄ネジ１４１，１４２が形成され、配管部１２の一端に雄ネジ１４１と螺合する雌ネジ１２１が形成され、配管部１３の一端に雄ネジ１４２と螺合する雌ネジ１３１が形成されている。なお図２に示す構成の場合、センサチップ２，３は、配管部１４の雄ネジ１４１，１４２よりも外側に貼り付けられる。このように、ネジにより配管部１２，１３と配管部１４とを接続することで、簡易な構成で、配管１の小型化を図ることができる。
なお、図２とは逆に、配管部１４の両端に雌ネジを形成し、配管部１２，１３の一端に雄ネジを形成してもよい。
【００１５】
また、配管部１２，１３と配管部１４との接続方法としては、例えば図３に示すように、接着剤５により接続する方法も挙げられる。なお図３Ｃでは接着剤５の図示を省略している。また、図３の例では、配管部１４の両端に凸状のテーパ１４３，１４４が形成され、配管部１２の一端にテーパ１４３に沿った凹状のテーパ１２２が形成され、配管部１３の一端にテーパ１４４に沿った凹状のテーパ１３２が形成されている。このように、配管部１２〜１４の接続面にテーパ１２２，１３２，１４３，１４４を設けることで、配管部１２〜１４の軸ずれを解消できる。
また、図３とは逆に、配管部１４の両端に凹状のテーパを形成し、配管部１２，１３の一端に凸状のテーパを形成してもよい。また、接着剤５としてフッ素系のものを用いることで、配管１内を流れる流体が薬液等の腐食性の流体であっても対応可能である。
【００１６】
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４を参照しながら説明する。図４では、従来構成（配管１全体を石英ガラスから構成した場合）における座繰り面１１での温度分布の解析結果を破線で示している。また、実施の形態１に係る構成（配管部１２，１３を石英ガラスから構成し、配管部１４をＰＴＦＥから構成した場合）における座繰り面１１での温度分布の解析結果を実線で示している。
【００１７】
なお図４に示す解析では、配管１内の流体温度を２５℃とし、ヒータ２２の駆動温度を３５℃（流体温度＋１０℃）としている。また、石英ガラスの熱伝導率は１．３８Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＰＴＦＥの熱伝導率は０．１２Ｗ／ｍ・Ｋである。また図４において、符号４０１は座繰り面１１上におけるヒータ２２の設置位置を示し、符号４０２は座繰り面１１上における温度センサ３１の設置位置を示している。また、符号４０３〜４０５は、実施の形態１に係る構成における配管部１２〜１４の設置位置を示している。
【００１８】
この図４に示すように、従来構成では、温度センサ３１による測定結果が、流体温度（２５℃）に対して０．９２℃高くなっている。一方、実施の形態１に係る構成では、温度センサ３１による測定結果が、流体温度（２５℃）に対して０．３７℃高くなっている。すなわち、実施の形態１に係る構成では、従来構成に対し、ヒータ２２により生じた熱が温度センサ３１側に伝わり難くなっている。
【００１９】
以上のように、この実施の形態１によれば、流体が流れる配管１と、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とを備え、配管１は、センサチップ２が貼り付けられた配管部１２と、センサチップ３が貼り付けられた配管部１３と、配管部１２と配管部１３との間に接続され、当該配管部１２，１３を構成する部材に対して熱伝導率が低い部材から構成された配管部１４とを有するように構成したので、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。
【００２０】
なお上記では、配管部１２，１３を石英ガラスから構成した場合を示したが、これに限らず、ヒータ２２による伝熱及び温度センサ３１による測定が妨げられない部材であればよい。
【００２１】
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】
【００２２】
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
１１  座繰り面
１２  配管部（第１の配管部）
１３  配管部（第２の配管部）
１４  配管部（第３の配管部）
２１  ダイヤフラム部
２２  ヒータ
３１  温度センサ
４１  接続部
１２１  雌ネジ
１２２  テーパ
１３１  雌ネジ
１３２  テーパ
１４１，１４２  雄ネジ
１４３，１４４  テーパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017219402.tif 000005
【図４】
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