气体传感器制造技术

为了防止因在传感器元件上附着了液体的状态下进行启动造成的传感器元件的恶化、故障，并且为了短时间且低消耗功率地去除液体，气体传感器具备:第一发热体、在上述第一发热体的周围比形成上述第一发热体的面积大地形成的第二发热体，通过将上述第一发热体加热到预定的温度来测量气体的量，在该气体传感器中，在上述气体传感器启动时，加热上述第二发热体，在预定期间内限制上述第一发热体的发热量后，使上述第一发热体上升到上述预定的温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体传感器
本专利技术涉及一种具备设置在内燃机等中的发热体的气体传感器。
技术介绍
作为具备发热体的气体传感器，例如有利用气体的热传导的变化，根据暴露在气体中的发热体的放热量来测量气体的量的热式气体传感器。热式气体传感器在各种
中被使用，在汽车用内燃机等中，为了谋求燃料费的降低，要求除了高精度地测量吸入空气的流量、温度、压力以外，还高精度地测量湿度等环境状态。另外，还为了在以氢气为燃料的汽车用内燃机中检测氢气浓度而使内燃机最佳地运转，而使用上述传感器。作为上述那样的测量湿度、氢气等气体浓度的热式气体传感器，具有专利文献1所记载的气体传感器。公开了以下的气体传感器，该气体传感器具备：具有空洞部的基板、在基板上层叠的由多个绝缘层构成的薄膜支持体、被薄膜支持体的绝缘层包夹的第一发热体和第二发热体，第二发热体被配置在第一发热体的周围，第一发热体被控制为比第二发热体更高的温度，根据施加到第一发热体的电力来测定周围气体的浓度。另外，作为具备发热体的气体传感器，具有专利文献2所记载的附设了检测元件的加热用加热器的废气传感器。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-137679号公报专利文献2：日本特开2004-360526号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题在将这样的热式气体传感器装配在汽车等的引擎中而用于燃烧控制等的情况下，有时由于环境条件、运转条件等产生结露从而在热式气体传感器上附着水、油等液体。另外，在为附设了用于测量引擎废气的各种量的加热用加热器的废气传感器的情况下，因燃烧而产生的水蒸气结露，容易在检测元件上引起水的附着。另外，在测量引擎的进气量的热式气体传感器中，也处于由于环境温度的变化或者因降雨而造成的水的混入等从而容易附着水滴的环境中。另外，在具备怠速停止系统的引擎中，有时还在引擎停止后油扩散而在热式气体传感器上附着油等液体。这样，装配在引擎上的气体传感器被放置在容易附着水、油等液体的环境中。如果在引擎启动时对热式气体传感器接通电源，则传感器元件、传感器元件周围被加热而成为驱动状态或激活状态。这时，如果在传感器元件上附着了水滴、油等液体，则由于液体的急剧加热而造成的液膜破裂导致的冲击、因部分地形成蒸汽膜而造成的温度差导致的热应力等，在传感器元件上产生开裂，传感器元件有可能发生故障、恶化。特别在为专利文献1所记载的在薄膜部具备发热体的构造的情况下，因为薄膜部具有数微米的厚度，所以更容易引起因附着液体而造成的传感器元件的故障。但是，如果限制发热体的加热量，则产生传感器元件的检测灵敏度降低、无法去除附着在传感器元件上的水滴、或直到蒸发为止花费长时间这样的问题。因此，在引擎启动后，在长时间内气体传感器成为无法检测正常的气体量的状态，对引擎的燃烧控制产生不良影响。本专利技术的目的在于，防止因在传感器元件上附着了液体的状态下进行启动造成的传感器元件的恶化、故障，并且短时间并且低消耗功率地去除液体。解决问题的方案为了解决上述问题，本专利技术的热式气体传感器具备：第一发热体、在上述第一发热体的周围比形成上述第一发热体的面积大地形成的第二发热体，通过将上述第一发热体加热到预定的温度来测量气体的量，在该气体传感器中，在上述气体传感器启动时，加热上述第二发热体，在预定的期间内限制上述第一发热体的发热量后，使上述第一发热体上升到上述预定的温度。专利技术效果根据本专利技术，能够防止因在传感器元件上附着了液体的状态下进行启动造成的传感器元件的恶化、故障，并且能够短时间并且低消耗功率地去除液体。附图说明图1是第一实施例的气体传感器的平面图。图2是第一实施例的气体传感器的截面图。图3是第一实施例的气体传感器的加热控制单元。图4是表示第一实施例的气体传感器的动作的时序图。图5是第二实施例的气体传感器的加热控制单元。图6是表示第二实施例的气体传感器的动作的时序图。图7是表示第三实施例的气体传感器的动作的时序图。具体实施方式以下，根据附图详细说明本专利技术的实施例。在本实施方式中，作为汽车用内燃机的进气系统，说明应用于测定进气的绝对湿度的热式气体传感器的例子。实施例1图1是表示第一实施例的热式气体传感器的平面图。图2是图1的传感器元件1的截面图。本实施方式的热式气体传感器的传感器元件1具有由单晶硅形成的基板2。在基板2上形成有空洞部4，该空洞部4被绝缘膜3a覆盖，在绝缘膜3a上形成有第一发热体5和第二发热体6。配置第二发热体6使其将第一发热体5的周围包围。为了保护第一发热体5和第二发热体6，用绝缘膜3b覆盖表面。另外，在第一发热体5、第二发热体6上形成用于电压、电流的供给、取出等的电极10a～10d。并且，电极10a～10d通过金线等接合线11a～11d等与加热控制单元12电连接。作为第一发热体5、第二发热体6，选定电阻温度系数高的材料、例如铂(Pt)、钽(Ta)、钼(Mo)、单晶硅、多晶硅等。作为绝缘膜3a、3b，以单层或层叠的构造形成氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)。另外，作为绝缘膜3a、3b，也可以以单层或层叠的结构选定聚酰亚胺等树脂材料、陶瓷、玻璃等。另外，作为电极10a～10d，选定铝(Al)或金(Au)等。采用利用了照相平版印刷影印法的半导体细微加工技术、各向异性刻蚀技术来形成这样的传感器元件1。图3是本实施例的气体传感器的传感器元件1的加热控制单元12的结构图。以下，使用图3说明本实施例的热式气体传感器的加热控制单元12的结构。加热控制单元12具有通过桥电路7、8向第一发热体5、第二发热体6供给加热电流而控制为预定的温度的结构。将第一发热体5与电阻体13串联连接所得的串联电路以及电阻体14与电阻体15串联连接所得的串联电路并联连接，而构成桥电路7。作为电阻体13，选定电阻温度系数尽量小的电阻体。作为电阻体14、电阻体15，除了可以由电阻温度系数尽量小的固定电阻形成以外，也可以由具有相同的电阻温度系数的材料形成。将第一发热体5和电阻体13之间的电压输入到差动放大器16的正端子。将电阻体14和电阻体15之间的电压输入到差动放大器16的负端子。差动放大器16的输出端子与开关电路17的开关SW1的一端连接。开关电路17的开关SW2的一端与电压源18连接。开关SW1和开关SW2的另一端与包含第一发热体5的桥电路7连接。开关电路17对开关SW1和开关SW2进行电气开关，选择向桥电路7施加的电压。如果使开关SW1“闭合”，使开关SW2“打开”，则向桥电路7供给差动放大器16的输出电压，进行第一发热体5的加热控制。如果使开关SW1“打开”，使开关SW2“闭合”，则向桥电路7供给由电压源18生成的电压。作为电压源18的电压值，设定为将第一发热体5的发热量限制得比通常动作时发热量小的电压范围。作为开关电路17，能够由使用了MOS晶体管等的半导体开关形成。在该情况下，能够高速地进行电气切换，并且能够将加热控制单元12作为LSI集成在一个芯片中，能够小型化。差动放大器16的输出连接在桥电路的第一发热体5和电阻体14之间，向第一发热体5供给用于加热的电流。根据计时器19的输出值控制开关电路17的开闭的选择。如果在引擎启动时等向热式气体传感器供给电源，则计时器19在对时钟产生器20的信号进行了预定次数的计数后，向开关电路17发送输出信号。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器，其具备：第一发热体、在上述第一发热体的周围形成面积比上述第一发热体大的第二发热体，通过将上述第一发热体加热到预定的温度来测量气体的量，该气体传感器的特征在于，在上述气体传感器启动时，加热上述第二发热体，在预定期间内限制上述第一发热体的发热量后，使上述第一发热体上升到上述预定的温度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.15 JP 2013-0526031.一种气体传感器，其具备：第一发热体、在上述第一发热体的周围形成面积比上述第一发热体大的第二发热体，通过将上述第一发热体加热到预定的温度来测量气体的量，该气体传感器的特征在于，在上述气体传感器启动时，启动上述第二发热体，在向上述第二发热体施加的电压或流过上述第二发热体的电流超过预定的阈值时在预定期间内限制上述第一发热体的发热量，然后使上述第一发热体上升到上述预定的温度。2.根据权利要求1所述的气体传感器，其特征在于，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野洋，松本昌大，浅野哲，小野濑保夫，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP