動特性を補償したマイクロフルードセンサの開発

具有补偿动态特性的微流体传感器的开发

• 批准号: 15760295
• 负责人: 舩木 達也
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760295/
• 关键词: 流量計測; 熱式流量センサ; MEMS; 非定常流量計測; 動特性; 定温度駆動方式

近年,省エネルギ化や環境対策,最新の燃料電池技術などにおいて気体の非定常流量計測は非常に重要となっている.特に応答性能のよい小型流量計はその要求が非常に高い.本研究では,この性能を実現可能な微細熱式流量計の中でも定温度駆動方式を採用し,平成15年度において,非常にシンプルな構造で小型のマイクロフルードセンサを製作した.また,実流量測定から数Hzの振動流に対して応答可能であることを確認したが,10Hz以上の動特性を有するセンサではなく,平成16年度の継続課題となった.本年度は,はじめにセンサの応答評価からゲイン不足や位相遅れが確認されたことを踏まえ,センサ配置と整流機構の関係が非常に重要であることがわかった.そこで,センサ取付け位置を上流側へ移動し,流速分布の発達による影響を受けない位置に改めた.その結果,10Hzまでの振動流をほぼ問題なく測定可能であることを確認した.次に,さらなる高速応答性能の実現にはセンサパターンの改良が重要と考えられる.そこで,センサの省電力化実現と合わせ,流体温度補償部の抵抗線を長く,加熱ヒータ部は抵抗線を短くするようパターンを改めた.その結果,出力信号においてノイズの小さい,より安定したセンサを実現できた.これらの成果を踏まえ,非常に微小な流量計測,具体的には漏れ流量計測への応用を検討した.実験では流速変化の下限値を検証し,約1cm/sの流速変化を測定可能であることを確認した.その結果,流路径にもよるが数cc/minの微小な漏れ流量計測への転用の可能性を確認した.最後に,さらなる小型化やセンサの省電力化の実現が,燃料電池などのこれからの基盤技術において重要であることを踏まえ,上述の応答性能を有しながらセンサの消費電力を約半分にしたセンサチップの開発を行った.その結果,省電力を実現しながら,動特性を補償したマイクロフルードセンサの開発を実現できた.

In recent years, the latest fuel cell technology has become very important in the field of environmental protection. Special performance requirements for small flowmeters are very high. This study shows that it is possible to adopt the constant temperature operation mode in the micro thermal flowmeter. In the 15 th year of Heisei, it is very important to manufacture the small thermal flowmeter. For example, the flow rate measurement of several Hz vibration current can be confirmed, and the dynamic characteristics of more than 10Hz can be confirmed. This year, the relationship between the configuration and the rectifier mechanism is very important. The velocity distribution is affected by the upstream lateral movement of the velocity distribution. The result,10Hz vibration flow, is a problem. Second, the high speed response performance of the system is very important. The resistance line of the fluid temperature compensation part is long, and the resistance line of the heating part is short. As a result, the output signal is in the middle of the output signal, and the output signal is stable. The results of this research are very small flow measurement, and the specific application of flow measurement is discussed. The lower limit of velocity variation is verified, and the velocity variation of about 1 cm/s is determined. As a result, the possibility of measuring the flow path with a small leakage rate of cc/min was confirmed. Finally, miniaturization and power saving of fuel cells are realized. Fuel cell substrate technology is very important. The above performance of fuel cells is about half of the power consumption of fuel cells. As a result, power saving is realized, and dynamic characteristic compensation is realized.

项目成果

Instantaneous Flow Measurement Using Thermal Type Micro Machined Flow Sensor

使用热式微机械流量传感器测量瞬时流量

• 发表时间: 2005
• 期刊: IFPE 2005 Technical Conference
• 作者: Koichi Igarashi;Tatsuya Funaki;Kenji Kawashima;Toshiharu Kagawa
• 通讯作者: Toshiharu Kagawa

定温度型微細熱式流量計のセンサ構造の特性への影響

传感器结构对恒温微热流量计特性的影响

• 发表时间: 2004
• 期刊: 第21回センシングフォーラム
• 作者: 五十嵐康一;舩木達也;川嶋健嗣;香川利春
• 通讯作者: 香川利春