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気体流量計

計測原理

■ 構造

μFセンサチップは、シリコンマイクロマシニング技術、及び薄膜形成技術により製作された1辺が1.7mm、厚さ0.5mm の高感度、高速応答の熱形フローセンサです(図1)。
基台(シリコンチップ)の表面上に絶縁膜層を形成し、その内部にはヒータ(Rh)、上流側温度センサ(Ru)、下流側温度センサ(Rd)、周囲温度センサ(Rr)が白金薄膜で形成されています。白金薄膜は温度に応じて抵抗値が変化し、測温抵抗体として機能します。ヒータ(Rh)は基台の中央部にあり、その両側に上流側温度センサ(Ru)と下流側温度センサ(Rd)が、また周囲温度センサは基台の周辺部に配置されています。
ヒータ(Rh)と上流側、下流側温度センサ(Ru,Rd)がある基台の中央部は、その下部のシリコンが異方性エッチングにより除去され、基台と熱的に絶縁されたダイアフラム構造となっています。

図1 マイクロフローセンサチップ

■ 計測原理

周囲温度センサ(Rr)で検出される流体温度より一定温度だけ高くなるようにヒータ(Rh)を駆動すると、流れの無いときは図2(a)のようにヒータ両側の温度分布は対称になり上流側温度センサ(Ru)と下流側温度センサ(Rd)の温度は等しくなります。
ここに流れが生じると図2(b)のようにヒータ両側の温度分布の対称性が崩れ、上流側温度センサ(Ru)の受ける温度は低下し、下流側温度センサ(Rd)の受ける温度は上昇します。
この温度差(抵抗値の差)をブリッジ回路で検出することにより、流れに応じた電気出力が得られます。このようにマイクロフローセンサは熱を利用した計測原理を用いているため、出力は気体の熱伝導率に関係しており質量流量の計測ができます。
またマイクロフローセンサはサイズが小さいだけでなく、ヒータ、温度センサの検出エレメントが基台と熱的に絶縁されたダイアフラム内に形成されているため、高感度(1cm/s 程度の超低流速も計測可能)・高速応答(1ms 程度)・低消費電力の特長を実現し、さらにヒータを挟んだ温度センサの配置が左右対称になっているため逆流の計測も可能です。

(a)流れのない状態
(b)流れを受けた状態
(a) 流れのない状態
(b) 流れを受けた状態
 
図2 マイクロフローセンサの計測原理 (A - A' 断面)

もっと詳しくお知りになりたい方はこちら

「マイクロフローセンサ」を用いた流量計測 ( PDF / 145 KB )

* 2012年3月以前の情報は、旧社名が使われている場合があります。ご了承ください。


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