流量传感器。流量传感器（１）具有耐蚀性金属膜片、在金属膜片的一个面上形成的绝缘膜、以及在该绝缘膜上形成的流量测量用的传感器，且金属膜片的另一个面与被测流体接触，在形成传感器（２５）的绝缘膜（１２２）和金属膜片之间隔着具有该绝缘膜（１２２）的线膨胀系数和耐蚀性金属的线膨胀系数中间的线膨胀系数的缓冲层（１２１），由此提高流量传感器的灵敏度和响应性，并且提高耐热性，从而实现特别适合于测量腐蚀性流体的流量的流量传感器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于测量在流路中流动的流体的流速或流量的流量传感器，特别涉及热式流量传感器。
技术介绍
作为测量流体的流量或流速的热式流量传感器，有两种类型。即，公知的有通过流体的流动来使作为发热体的加热器的发热所致的流体的空间温度分布产生偏倚，并利用温度传感器检测该偏倚的类型(旁热型)；和检测由流体夺走发热体的热量而导致的功率变化或电阻变化，从而检测流速或流量的类型(自热型)。另外，在前者的现有类型的流量传感器中有在硅的表面上对传感器进行构图、被测流体直接流过该传感器图形的类型。然而，利用硅的传感器芯片虽然灵敏度和响应性良好，但具有容易受到腐蚀性气体腐蚀的缺点。因此，当被测流体是气体时，只流动不会对硅造成化学侵蚀的气体。但是，除了这样只针对非腐蚀性气体而使用的流量传感器外，最近开始使用具有还能用于液体或腐蚀性气体的结构的旁热型流量传感器(例如，参照专利文献1日本特开2002-122454号公报)。如图4所示，这种流量传感器3的结构具有表面侧朝向被测流体的流路201的基板310；隔着基板310相对配置的流路形成部件220和板230。另外，基板310是由不锈钢形成的，并且形成为板厚约为50～150μm的板状，在与流路侧相反侧的面上形成电绝缘膜，在其上形成有测量流体的流速(流量)用的温度检测单元、周围温度传感器、电极极板和配线用金属薄膜。这样，对于基板310采用板厚较薄的不锈钢板、并且把传感器形成面的相反侧作成流路，从而可以应对被测流体为腐蚀性气体的情况。作为这种不锈钢板的电极绝缘膜，例如可由厚度约为几千埃至几μm的薄的氧化硅(SiO2)膜、氮化硅膜、氧化铝、聚酰亚胺膜等形成。另外，氧化硅膜例如可以通过溅射、CVD(Chemical vapor deposition，化学气相沉积法)或SOG(Spin on Glass，旋涂玻璃)等来形成。另一方面，氮化硅膜可以通过溅射、CVD等来形成。并且，在该电绝缘膜的表面上利用周知的薄膜成型技术来形成有包括多个电极极板和配线用金属薄膜的流速检测单元和周围温度检测单元。具体地说，例如通过在电绝缘膜的表面上蒸镀铂等材料、并蚀刻成预定的图形而形成流速检测单元和周围温度检测单元。另外，流速检测单元和周围温度检测单元通过配线用金属薄膜分别与电极极板电连接。而且，各个电极极板通过未图示的结合线与在传感器芯片的上方隔着垫片设置的印刷配线板的电极端子连接。专利文献1 日本特开2002-122454号公报当由不锈钢或哈司特镍合金(Hastelloy)、因康镍合金(Inconel)等的耐蚀性金属构成传感器芯片时，需要通过研磨来修平形成有绝缘膜(氧化膜)的表面。但是，这样的金属不是像半导体那样的单晶体。即，硅的表面按照单晶体严密地形成为一个平面，但由于不锈钢是金属，所以在研磨时无论如何都会在表面留下微小的伤痕，无论多么细致地进行基于研磨的表面加工，都会在表面产生一定程度的粗糙度。并且，由于不锈钢表面的构成一定程度的粗糙度的极其细微的凹凸，为了确保膜片和传感器之间的绝缘，需要形成10μm或10μm以上的绝缘膜。这样，当把以不锈钢的膜片为基础且在其表面上形成具有上述厚度的绝缘膜、在绝缘膜上形成应变仪的膜片用作为压力传感器用膜片时，这样的传感器膜片在传热特性上不出现特别的问题。因此，能够把这种金属膜片用于压力传感器的检测部中。但是，当把具有与此相同结构的氧化膜和传感器装置的膜片应用于流量传感器时，热传导率等热特性变差，所以在实际使用中不是很理想的。具体地说，把这种压力传感器的膜片结构应用于热式流量传感器时，热传导率较低的绝缘膜对传感器的灵敏度和响应特性带来不良影响。作为一般的绝缘膜的SiO2的热传导率为1.4，奥氏体不锈钢为16。由此，绝缘膜的厚度1μm相当于奥氏体不锈钢的厚度约为11μm，所以在绝缘膜变厚时，会极度妨碍隔着膜片的厚度部和绝缘膜的厚度部进行的传感器装置和被测流体之间的热传导所产生的热量交换。另一方面，马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢和用作绝缘膜的氧化硅的线膨胀系数如下。(1)马氏体不锈钢的线膨胀系数(SUS400标号)…10×10-6/℃左右(2)奥氏体不锈钢的线膨胀系数(SUS300标号)…16×10-6/℃左右(3)氧化硅的线膨胀系数…0.8×10-6/℃左右根据这样的马氏体不锈钢和奥氏体不锈钢的线膨胀系数差异可知，当在不锈钢的表面形成单一的绝缘膜时，为了缓和因温度的上升和下降形成的热应力，可应用于膜片的不锈钢限定为马氏体不锈钢，限定了材料选择上的自由度。即，本来优选在耐蚀性更高的奥氏体不锈钢表面上形成氧化硅等的绝缘膜，但根据这样的结构，由于上述的两者的线膨胀系数差异，出现因热应力而在绝缘膜上形成裂纹等的弊端。因此，目前奥氏体不锈钢无法用于流量传感器的金属膜片。如上所述，关于在由不锈钢等耐蚀性金属作成的膜片的一个面上隔着绝缘膜形成传感器图形、使另一个面与被测流体接触的结构的流量传感器，当绝缘膜只有一层时，需要承受100V或100V以上的耐电压的绝缘膜厚度，相对于此，在流量传感器的特性方面为了提高热传导而需要满足必须使绝缘膜的厚度尽可能薄的相互矛盾的要求。并且，在只形成一层满足双方要求的厚度的绝缘膜的结构中，存在的问题是无法缓和与不锈钢基板之间的热膨胀系数差异，绝缘膜在高温环境下产生裂纹而使绝缘膜上的传感器图形断线。即，当由不锈钢等耐蚀性金属材料作成膜片时，此时必不可少的约10μm的绝缘膜成为制作灵敏度和响应性良好的热式流量传感器的障碍。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供提高灵敏度和响应性、而且特别适合于测量腐蚀性流体的流量的流量传感器。为了解决上述课题，本专利技术的流量传感器具有耐蚀性金属膜片、在金属膜片的一个面(一侧面)上形成的绝缘膜、和在该绝缘膜上形成的流量测量用传感器，金属膜片的另一个面(另一侧面)与被测流体接触，其中，在形成传感器的绝缘膜和金属膜片之间夹着缓冲部件，该缓冲部件具有该绝缘膜的线膨胀系数和耐蚀性金属的线膨胀系数中间的线膨胀系数。可通过在绝缘膜和金属膜片之间夹着具有这种线膨胀系数的缓冲部件，缓和形成有传感器图形的绝缘膜和不锈钢基板之间的热膨胀系数差异。由此，即使在高温环境下，绝缘膜也不会产生裂纹，仍能长期获得稳定的传感器检测输出特性。优选为，在上述流量传感器中，绝缘膜由液体源构成。根据该优选方式，绝缘膜由液体源构成，尽管金属膜片的表面上必然存在一定程度的粗糙度，但仍能修平绝缘膜表面，能以最佳状态在绝缘膜上形成传感器图形。其结果是，稳定了传感器图形的输出特性。并且，优选为，所述金属膜片由奥氏体不锈钢作成。通过把耐蚀性较高的奥氏体不锈钢用作为金属膜片的材质，可以提高现有结构中比较困难的、与流量传感器的金属膜片相关的材料选择的自由度。并且，优选为，所述金属膜片由哈司特镍合金、因康镍合金、镍中的任意一种作成。哈司特镍合金的线膨胀系数为14～16，热传导率为10.4，因康镍合金的线膨胀系数为13～16，热传导率为10.6，镍的线膨胀系数为13.3，热传导率为70.4。金属膜片由具有这样的线膨胀系数的材质作成，由此发挥与上述相同的效果，所以能够提高与流量传感器的金属膜片相关的材料选择的自由度。并且，优选为，所述缓冲部件由氮化硅或氧化铝作成。氮化硅的线膨胀系数为3～4本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种流量传感器，具有：耐蚀性金属膜片、在所述金属膜片的一个面上形成的绝缘膜、以及在该绝缘膜上形成的流量测量用的传感器，所述金属膜片的另一个面与被测流体接触，其特征在于， 在形成所述传感器的绝缘膜和所述金属膜片之间隔着具有该绝缘膜的线 膨胀系数和耐蚀性金属的线膨胀系数中间的线膨胀系数的缓冲部件。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：池信一，图师信彦，
申请(专利权)人：株式会社山武，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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