(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と流体温度検出体と抵抗とにより構成され、前記流体温度検出体によって検出された流体の温度に対して所定の温度高くなるよう前記発熱体に加熱電流が供給され、前記加熱電流に応じた流量検出信号を出力するブリッジ回路と、
流体の流れる方向を流体方向検出信号として出力する流体方向検出回路と、
前記ブリッジ回路から出力された前記流量検出信号、および前記流体方向検出回路から出力された前記流体方向検出信号に基づいて、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記第一の出力信号を選択し、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、前記第二の出力信号を選択することで、同じ流量であっても順流と逆流で異なる値となるように流体方向を考慮した流量検出信号を出力する演算回路と
を備えた熱式流量センサであって、
前記演算回路は、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとした際に、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、前記ＶＱの値よりも低い値となるように前記第一の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記ＶＱと同じ値となるように前記第一の出力信号を生成する第一の演算回路と、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとし、無風時における流量検出信号の値をＶＱ０とし、任意のゲインをＡとした際に、下式
ＶＱ０＋Ａ×（ＶＱ０−ＶＱ）
に従って前記第二の出力信号を生成する第二の演算回路と、
前記第一の演算回路で生成された前記第一の出力信号と、前記第二の演算回路で生成された前記第二の出力信号とのＯＲ演算を行うことで、前記流体方向を考慮した流量検出信号を出力する第三の演算回路と
を含むことを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項２】
発熱体と流体温度検出体と抵抗とにより構成され、前記流体温度検出体によって検出された流体の温度に対して所定の温度高くなるよう前記発熱体に加熱電流が供給され、前記加熱電流に応じた流量検出信号を出力するブリッジ回路と、
流体の流れる方向を流体方向検出信号として出力する流体方向検出回路と、
前記ブリッジ回路から出力された前記流量検出信号、および前記流体方向検出回路から出力された前記流体方向検出信号に基づいて、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記第一の出力信号を選択し、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、前記第二の出力信号を選択することで、同じ流量であっても順流と逆流で異なる値となるように流体方向を考慮した流量検出信号を出力する演算回路と
を備えた熱式流量センサであって、
前記演算回路は、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとした際に、ＶＱと同じ値となるように、前記第一の出力信号を生成する第一の演算回路と、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとし、無風時における流量検出信号の値をＶＱ０とし、任意のゲインをＡとした際に、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記ＶＱよりも高い値となるように前記第二の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、下式
ＶＱ０＋Ａ×（ＶＱ０−ＶＱ）
に従って前記第二の出力信号を生成する第二の演算回路と、
前記第一の演算回路で生成された前記第一の出力信号と、前記第二の演算回路で生成された前記第二の出力信号とのＡＮＤ演算を行うことで、前記流体方向を考慮した流量検出信号を出力する第三の演算回路と
を含むことを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱式流量センサにおいて、
前記第三の演算回路は、複数の理想ダイオードにより構成されている
ことを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の熱式流量センサにおいて、
前記第三の演算回路は、１つの理想ダイオードと抵抗により構成されている
ことを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項５】
発熱体と流体温度検出体と抵抗とにより構成され、前記流体温度検出体によって検出された流体の温度に対して所定の温度高くなるよう前記発熱体に加熱電流が供給され、前記加熱電流に応じた流量検出信号を出力するブリッジ回路と、
流体の流れる方向を流体方向検出信号として出力する流体方向検出回路と、
前記ブリッジ回路から出力された前記流量検出信号、および前記流体方向検出回路から出力された前記流体方向検出信号に基づいて、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記第一の出力信号を選択し、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、前記第二の出力信号を選択することで、同じ流量であっても順流と逆流で異なる値となるように流体方向を考慮した流量検出信号を出力する演算回路と
を備えた熱式流量センサによる流量検出信号生成方法であって、
前記演算回路において、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとした際に、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、前記ＶＱの値よりも低い値となるように前記第一の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記ＶＱと同じ値となるように前記第一の出力信号を生成する第一の演算ステップと、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとし、無風時における流量検出信号の値をＶＱ０とし、任意のゲインをＡとした際に、下式
ＶＱ０＋Ａ×（ＶＱ０−ＶＱ）
に従って前記第二の出力信号を生成する第二の演算ステップと、
前記第一の演算ステップで生成された前記第一の出力信号と、前記第二の演算ステップで生成された前記第二の出力信号とのＯＲ演算を行うことで、前記流体方向を考慮した流量検出信号を出力する第三の演算ステップと
を含むことを特徴とする熱式流量センサによる流量検出信号生成方法。
【請求項６】
発熱体と流体温度検出体と抵抗とにより構成され、前記流体温度検出体によって検出された流体の温度に対して所定の温度高くなるよう前記発熱体に加熱電流が供給され、前記加熱電流に応じた流量検出信号を出力するブリッジ回路と、
流体の流れる方向を流体方向検出信号として出力する流体方向検出回路と、
前記ブリッジ回路から出力された前記流量検出信号、および前記流体方向検出回路から出力された前記流体方向検出信号に基づいて、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記第一の出力信号を選択し、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、前記第二の出力信号を選択することで、同じ流量であっても順流と逆流で異なる値となるように流体方向を考慮した流量検出信号を出力する演算回路と
を備えた熱式流量センサによる流量検出信号生成方法であって、
前記演算回路において、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとした際に、ＶＱと同じ値となるように、前記第一の出力信号を生成する第一の演算ステップと、
前記ブリッジ回路から出力される前記流量検出信号をＶＱとし、無風時における流量検出信号の値をＶＱ０とし、任意のゲインをＡとした際に、前記流体方向検出信号が順流を示す場合には、前記ＶＱよりも高い値となるように前記第二の出力信号を生成し、前記流体方向検出信号が逆流を示す場合には、下式
ＶＱ０＋Ａ×（ＶＱ０−ＶＱ）
に従って前記第二の出力信号を生成する第二の演算ステップと、
前記第一の演算ステップで生成された前記第一の出力信号と、前記第二の演算ステップで生成された前記第二の出力信号とのＡＮＤ演算を行うことで、前記流体方向を考慮した流量検出信号を出力する第三の演算ステップと
を含むことを特徴とする熱式流量センサによる流量検出信号生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体中に配置された発熱体から流体に伝達される熱量を電気的に検出することにより流体の流量を検出する、加熱電流検出型の熱式流量センサに関し、特に、流体の流れる方向により異なる検出値を、簡単な構成により得ることのできる熱式流量センサおよび熱式流量センサによる流量検出信号生成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、熱式流量センサにおいては、流体中に発熱体および流体温度検出体を配置するとともに、発熱体と流体温度検出体と複数の抵抗によりブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路が常に平衡状態を保つように、発熱体に供給する加熱電流を制御している。これにより、発熱体の温度は、流体温度検出体により検出される流体の温度よりも、常に所定の温度だけ高い温度に保たれる。
【０００３】
ここで、加熱電流が流体の流量に依存することを利用し、加熱電流を流量検出信号とする、いわゆる加熱電流検出型の熱式流量センサが広く用いられている。しかしながら、その流量検出信号は、流体の流れる方向によらず、順流、逆流とも同じ値となる問題があった。
【０００４】
この問題を解決する方法として、流体の流れる方向に対して２つのブリッジを上下流に配置し、それぞれの加熱電流の差を流量検出信号として用いることで、流体の流れる方向によって異なる流量検出信号を得る方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、別の方法としては、加熱電流から検出した流量検出信号を電圧−電流変換し、流体の流れる方向を検出する流体方向検出回路からの出力により、電流の流れる方向を切り替えた後、電流−電圧変換することで、流体の流れる方向により異なる流量検出信号を得る方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２０１７９３号公報
【特許文献２】特開平８−１０５７７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１および２の方法では、流体の流れる方向により異なる流量検出信号を得ることはできるものの、いずれも複雑、かつ大規模な回路が必要であり、小型化、低コスト化の妨げとなっている。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、簡単な回路で安価に流体の流れる方向により異なる流量検出信号を得ることのできる熱式流量センサおよび熱式流量センサによる流量検出信号生成方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱式流量センサは、発熱体と流体温度検出体と抵抗とにより構成され、流体温度検出体によって検出された流体の温度に対して所定の温度高くなるよう発熱体に加熱電流が供給され、加熱電流に応じた流量検出信号を出力するブリッジ回路と、流体の流れる方向を流体方向検出信号として出力する流体方向検出回路と、ブリッジ回路から出力された流量検出信号、および流体方向検出回路から出力された流体方向検出信号に基づいて、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、流体方向検出信号が順流を示す場合には、第一の出力信号を選択し、流体方向検出信号が逆流を示す場合には、第二の出力信号を選択することで、同じ流量であっても順流と逆流で異なる値となるように流体方向を考慮した流量検出信号を出力する演算回路とを備えた熱式流量センサであって、演算回路は、ブリッジ回路から出力される流量検出信号をＶＱとした際に、流体方向検出信号が逆流を示す場合には、ＶＱの値よりも低い値となるように第一の出力信号を生成し、流体方向検出信号が順流を示す場合には、ＶＱと同じ値となるように第一の出力信号を生成する第一の演算回路と、ブリッジ回路から出力される流量検出信号をＶＱとし、無風時における流量検出信号の値をＶＱ０とし、任意のゲインをＡとした際に、下式
ＶＱ０＋Ａ×（ＶＱ０−ＶＱ）
に従って第二の出力信号を生成する第二の演算回路と第一の演算回路で生成された第一の出力信号と、第二の演算回路で生成された第二の出力信号とのＯＲ演算を行うことで、流体方向を考慮した流量検出信号を出力する第三の演算回路とを含むものである。
【００１０】
また、本発明に係る熱式流量センサによる流量検出信号生成方法は、発熱体と流体温度検出体と抵抗とにより構成され、流体温度検出体によって検出された流体の温度に対して所定の温度高くなるよう発熱体に加熱電流が供給され、加熱電流に応じた流量検出信号を出力するブリッジ回路と、流体の流れる方向を流体方向検出信号として出力する流体方向検出回路と、ブリッジ回路から出力された流量検出信号、および流体方向検出回路から出力された流体方向検出信号に基づいて、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、流体方向検出信号が順流を示す場合には、第一の出力信号を選択し、流体方向検出信号が逆流を示す場合には、第二の出力信号を選択することで、同じ流量であっても順流と逆流で異なる値となるように流体方向を考慮した流量検出信号を出力する演算回路とを備えた熱式流量センサによる流量検出信号生成方法であって、演算回路において、ブリッジ回路から出力される流量検出信号をＶＱとした際に、流体方向検出信号が逆流を示す場合には、ＶＱの値よりも低い値となるように第一の出力信号を生成し、流体方向検出信号が順流を示す場合には、ＶＱと同じ値となるように第一の出力信号を生成する第一の演算ステップと、ブリッジ回路から出力される流量検出信号をＶＱとし、無風時における流量検出信号の値をＶＱ０とし、任意のゲインをＡとした際に、下式
ＶＱ０＋Ａ×（ＶＱ０−ＶＱ）
に従って第二の出力信号を生成する第二の演算ステップと、第一の演算ステップで生成された第一の出力信号と、第二の演算ステップで生成された第二の出力信号とのＯＲ演算を行うことで、流体方向を考慮した流量検出信号を出力する第三の演算ステップとを含むものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、流量検出信号および流体方向検出信号に基づいて、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、流体方向検出信号が順流を示す場合には第一の出力信号を選択し、逆流を示す場合には第二の出力信号を選択する回路を構成することにより、簡単な回路で安価に流体の流れる方向により異なる流量検出信号を得ることのできる熱式流量センサおよび熱式流量センサによる流量検出信号生成方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１における熱式流量センサの基本回路構成を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態１における流量と第一の演算回路の入力信号との関係を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１における流量と第一の演算回路の出力信号との関係を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１における流量と第二の演算回路の出力信号との関係を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態１における流量とＯＲ回路の出力信号との関係を示した図である。
【図６ａ】本発明の実施の形態１におけるＯＲ回路の、図１の構成とは異なる構成を示した図である。
【図６ｂ】本発明の実施の形態１におけるＯＲ回路の、図１の構成とは異なる構成を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態２における熱式流量センサの基本回路構成を示した図である。
【図８】本発明の実施の形態３における熱式流量センサを構成する第一の演算回路、第二の演算回路、およびＡＮＤ回路の内部構成を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態３における流量と第二の演算回路の出力信号との関係を示した図である。
【図１０ａ】本発明の実施の形態３におけるＡＮＤ回路の、図８の構成とは異なる構成を示した図である。
【図１０ｂ】本発明の実施の形態３におけるＡＮＤ回路の、図８の構成とは異なる構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の熱式流量センサおよび熱式流量センサによる流量検出信号生成方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における熱式流量センサの基本回路構成を示した図である。図１に示した熱式流量センサ９は、ブリッジ回路１、流体方向検出回路２、第一の演算回路３、第二の演算回路４、出力調整回路５、およびＯＲ回路６（第三の演算回路に相当）を備えて構成されている。
【００１５】
まず始めに、各回路の機能と入出力信号について説明する。ブリッジ回路１は、流量を検出するための回路であり、流量検出信号ＶＭを出力する。また、流体方向検出回路２は、流体の流れる方向を検出するための回路であり、流体方向検出信号ＶＤを出力する。
【００１６】
また、第一の演算回路３、第二の演算回路４、およびＯＲ回路６は、流体の流れる方向により異なる流量検出信号を得るための回路に相当する。そして、第一の演算回路３は、ブリッジ回路１によって検出された流量検出信号ＶＭを入力信号ＶＱとして入力するとともに、流体方向検出回路２から入力した流体方向検出信号ＶＤに基づいて、演算結果として第一の出力信号ＶＱＦを出力する。
【００１７】
一方、第二の演算回路４は、ブリッジ回路１によって検出された流量検出信号ＶＭを入力信号ＶＱとして入力し、演算結果として第二の出力信号ＶＱＲを出力する。また、ＯＲ回路６は、第一の演算回路３からの第一の出力信号ＶＱＦと、第二の演算回路４からの第二の出力信号ＶＱＲとを入力として、第三の出力信号ＶＱ’を出力する。
【００１８】
さらに、出力調整回路５は、熱式流量センサ９の出力が所定の公差内となるように調整するための回路であり、ＯＲ回路６からの第三の出力信号ＶＱ’を入力として、最終出力信号ＶＯＵＴを出力する。
【００１９】
次に、各構成要素の内部構成、および動作を詳細に説明する。
ブリッジ回路１は、流体温度検出体１０、発熱体１１、オペアンプ１２、トランジスタ１３、１４、および抵抗１５〜１９で構成されている。
【００２０】
ここで、流体温度検出体１０は、発熱体１１からの熱の影響を受けない位置に形成されている。また、流体温度検出体１０および発熱体１１は、例えば、白金やニッケルのような、温度によって抵抗値が変化する感温抵抗材料により形成されている。
【００２１】
発熱体１１と抵抗１７の直列体は、抵抗１７側端が接地され、発熱体１１側端が電源側端に接続されている。流体温度検出体１０と、抵抗１５、１６の直列体は、抵抗１６側端が接地され、流体温度検出体１０側端が電源側端に接続されている。
【００２２】
オペアンプ１２の非反転入力端子には、発熱体１１と抵抗１７の接続点が接続されている。一方、オペアンプ１２の反転入力端子には、抵抗１５と抵抗１６の接続点が接続されている。また、オペアンプ１２の出力端子は、トランジスタ１４のベース端子に接続されている。
【００２３】
トランジスタ１４のエミッタ端子は、抵抗１９を介し、接地されており、トランジスタ１４のコレクタ端子は、抵抗１８を介し、トランジスタ１３のベース端子に接続されている。トランジスタ１３のエミッタ端子は、バッテリ電源ＶＢに接続され、トランジスタ１３のコレクタ端子は、流体温度検出体１０および発熱体１１に接続されている。
【００２４】
オペアンプ１２は、入力端子（反転入力端子と非反転入力端子）間の誤差（電位差）を増幅し、トランジスタ１３，１４、抵抗１８，１９を介して帰還をかけることで、発熱体１１を加熱し、発熱体１１の温度が流体温度検出体１０の温度より所定の温度だけ高くなるように制御している。
【００２５】
ここで、流体の流量が増加すると、発熱体１１から流体に伝達される熱量が増加するため、発熱体１１の抵抗は、下がろうとする。しかしながら、発熱体１１と抵抗１７の接続点の電位と、抵抗１５と抵抗１６の接続点の電位が等しくなるように、オペアンプ１２の出力は、＋側に振れる。この結果、トランジスタ１３およびトランジスタ１４の電流が増えることにより、発熱体１１に流れる電流が増加する。
【００２６】
逆に、流体の流量が減少すると、上述したような、流体の流量が増加した場合の動作と逆の動作となる。つまり、発熱体１１に流れる電流は、流体の流量の増加／減少に依存し、抵抗１７の両端に発生する電圧として、流量検出信号ＶＭが得られることとなる。
【００２７】
次に、流体方向検出回路２は、コンパレータ２０、抵抗２１、２２、および発熱体温度検出体２３、２４で構成されている。ここで、コンパレータ２０は、オープンコレクタ出力を有している。また、発熱体温度検出体２３、２４は、発熱体１１からの熱の影響を受ける位置に配置されている。
【００２８】
コンパレータ２０は、以下に示す動作を行う。
Ｖｃ＋＞Ｖｃ−の場合  ＶｃＯＵＴ：オープン
Ｖｃ＋＜Ｖｃ−の場合  ＶｃＯＵＴ：Ｌ≒０Ｖ
ただし、Ｖｃ＋、Ｖｃ−、ＶｃＯＵＴは、以下のものを示している。
Ｖｃ＋：コンパレータ２０の非反転入力端子の電圧
Ｖｃ−：コンパレータ２０の反転入力端子の電圧
ＶｃＯＵＴ：コンパレータ２０の出力電圧
【００２９】
発熱体温度検出体２３は、流体の流れる方向に対し、発熱体１１の下流側に配置されている。一方、発熱体温度検出体２４は、流体の流れる方向に対し、発熱体１１の上流側に配置されている。また、発熱体温度検出体２３，２４は、流体温度検出体１０、発熱体１１と同様に、例えば、白金やニッケルなどのように、温度によって抵抗値が変化する感温抵抗材料により形成されている。
【００３０】
発熱体温度検出体２３と抵抗２１の直列体は、発熱体温度検出体２３側端が基準電圧ＶＲＥＦに接続され、抵抗２１側端が接地されている。また、発熱体温度検出体２３と抵抗２１の接続点は、コンパレータ２０の反転入力端子に接続されている。
【００３１】
一方、発熱体温度検出体２４と抵抗２２の直列体は、発熱体温度検出体２４側端が基準電圧ＶＲＥＦに接続され、抵抗２２側端が接地されている。また、発熱体温度検出体２４と抵抗２２の接続点は、コンパレータ２０の非反転入力端子に接続されている。
【００３２】
ここで、発熱体温度検出体２３、２４は、同一、かつ正の温度係数を持った材料で形成され、同一温度における抵抗値が等しく、抵抗２１の抵抗値と抵抗２２の抵抗値が等しいものとする。
【００３３】
このとき、流体の流れる方向が順流の場合には、発熱体１１の上流に配置された発熱体温度検出体２４は、発熱体１１の下流に配置された発熱体温度検出体２３に比べ、発熱体１１からの熱の影響を受けにくくなる。このことから、発熱体温度検出体２３の温度および抵抗値は、発熱体温度検出体２４の温度および抵抗値よりも高くなる。
【００３４】
この結果、コンパレータ２０の反転入力端子の電圧は、非反転入力端子の電圧よりも低くなり、コンパレータ２０の出力、つまり流体方向検出回路２の出力である流体方向検出信号ＶＤは、ＯＰＥＮとなる。
【００３５】
流体の流れる方向が逆流の場合には、前記と逆の動作を行い、コンパレータ２０の反転入力端子の電圧は、非反転入力端子の電圧よりも高くなり、コンパレータ２０の出力、つまり流体方向検出回路２の出力である流体方向検出信号ＶＤは、ＬＯＷとなる。
【００３６】
なお、上述したブリッジ回路１、および流体方向検出回路２の構成は、一例であり、他の構成であってもよい。このことは、以降の各実施の形態においても同様である。
【００３７】
次に、第一の演算回路３は、抵抗３１Ａにより構成されている。抵抗３１Ａの一方端には、ブリッジ回路１にて検出された流量検出信号ＶＭが接続され、第一の演算回路３の入力信号ＶＱとして印加されている。図２は、本発明の実施の形態１における流量と第一の演算回路３の入力信号ＶＱとの関係を示した図である。図２に示したＶＱの値は、流体の流れる方向によらず、順流、逆流とも同じ値となっている。
【００３８】
抵抗３１Ａの他方端は、流体方向検出回路２の出力である流体方向検出信号ＶＤに接続されている。ここで、流体の流れる方向が順流の場合には、流体方向検出信号ＶＤは、オープンであるため、第一の演算回路３の出力である第一の出力信号ＶＱＦは、入力信号ＶＱと等しくなる。
【００３９】
一方、流体の流れる方向が逆流の場合には、流体方向検出信号ＶＤは、Ｌとなることから、第一の演算回路３の出力である第一の出力信号ＶＱＦは、約０Ｖとなる。図３は、本発明の実施の形態１における流量と第一の演算回路３の出力信号ＶＱＦとの関係を示した図である。
【００４０】
次に、第二の演算回路４は、オペアンプ４０Ａ、および抵抗４１Ａ〜４４Ａにより、差動増幅回路として構成されている。ブリッジ回路１にて検出された流量検出信号ＶＭは、第一の演算回路３同様、第二の演算回路４にも入力信号ＶＱとして印加されている。
【００４１】
抵抗４１Ａと抵抗４２Ａの直列体は、抵抗４２Ａ側端が入力信号ＶＱに接続され、抵抗４１Ａ端側がオペアンプ４０Ａの出力端子に接続されている。また、抵抗４１Ａと抵抗４２Ａの接続点は、オペアンプ４０Ａの反転入力端子に接続されている。一方、オペアンプ４０Ａの非反転入力端子は、抵抗４４Ａを介して接地されるとともに、抵抗４３Ａを介して基準電圧ＶＲＥＦに接続されている。
【００４２】
ここで、オペアンプ４０Ａの非反転入力端子の電圧を、無風時における第一の演算回路３および第二の演算回路４の入力信号ＶＱ０と等しくなるよう設定する。さらに、抵抗４１Ａの抵抗値Ｒ４１と、抵抗４２Ａの抵抗値Ｒ４２の比によって決定される増幅率をＡとおく。この場合、オペアンプ４０Ａの出力、つまり、第二の演算回路４の出力信号ＶＱＲは、下式（１）で表される。
ＶＱＲ＝ＶＱ０＋Ａ（ＶＱ０−ＶＱ）                                    （１）
ただし、Ａ＝Ｒ４１／Ｒ４２
【００４３】
図４は、本発明の実施の形態１における流量と第二の演算回路４の出力信号ＶＱＲとの関係を示した図である。
【００４４】
なお、先の図１では、ブリッジ回路１にて検出した流量検出信号ＶＭを、直接、第一の演算回路３および第二の演算回路４の入力信号ＶＱとして入力する構成としている。しかしながら、本実施の形態１における熱式流量センサは、このような構成に限定されるものではなく、流量検出信号ＶＭを、バッファを介して、第一の演算回路３および第二の演算回路４の入力信号ＶＱとして入力しても構わない。このことは、以降の各実施の形態においても同様である。
【００４５】
次に、第三の演算回路であるＯＲ回路６は、オペアンプ６０、６１、およびダイオード６２、６３により構成されている。オペアンプ６０の非反転入力端子は、第一の演算回路３の出力信号ＶＱＦが入力されている。さらに、オペアンプ６０の出力端子は、ダイオード６２を順方向に介して、オペアンプ６０の反転入力端子に接続されており、理想ダイオードの構成をとっている。
【００４６】
同様に、オペアンプ６１の非反転入力端子は、第二の演算回路４の出力信号ＶＱＲが入力されている。さらに、オペアンプ６１の出力端子は、ダイオード６３を順方向に介して、オペアンプ６１の反転入力端子に接続されており、理想ダイオードの構成をとっている。
【００４７】
ダイオード６２のカソード端子とダイオード６３のカソード端子とは、互いに接続されている。この結果、第一の演算回路３の出力信号ＶＱＦと、第二の演算回路４の出力信号ＶＱＲのいずれか電圧の高い方が、第三の出力信号ＶＱ’として出力される。図５は、本発明の実施の形態１における流量とＯＲ回路６の出力信号ＶＱ’との関係を示した図である。図２および図５から明らかなように、本実施の形態１における熱式流量センサ９は、流体の流れる方向により異なる流量検出信号として、第三の出力信号ＶＱ’を得ることができる。
【００４８】
なお、先の図１では、ＯＲ回路６を２つの理想ダイオードで構成している。しかしながら、本実施の形態１におけるＯＲ回路６は、このような構成に限定されるものではない。図６ａおよび図６ｂは、本発明の実施の形態１におけるＯＲ回路６の、図１の構成とは異なる構成を示した図である。これら図６ａ、図６ｂに示すように、理想ダイオードのいずれか一方を、抵抗６４で構成してもよい。このことは、以降の各実施の形態においても同様である。
【００４９】
次に、出力調整回路５は、オペアンプ５０、５１、および抵抗５２〜５５により構成されている。抵抗５２と抵抗５３の直列体は、抵抗５３側端が接地され、抵抗５２端側が基準電圧ＶＲＥＦに接続されている。また、抵抗５２と抵抗５３の接続点は、オペアンプ５１の非反転入力端子に接続され、オペアンプ５１の出力端子は、オペアンプ５１の反転入力端子に接続されている。
【００５０】
オペアンプ５１の出力端子は、抵抗５５を介してオペアンプ５０の反転入力端子にも接続されている。また、オペアンプ５０の反転入力端子は、抵抗５４を介し、オペアンプ５０の出力端子にも接続されている。
【００５１】
また、オペアンプ５０の非反転入力端子には、ＯＲ回路６の出力信号ＶＱ’が印加される。そして、オペアンプ５０は、下式（２）の演算を行うことで、所定の公差内となるように調整された後の、熱式流量センサ９の出力信号として、ＶＯＵＴを出力する。
ＶＯＵＴ＝（１＋Ｒ５４／Ｒ５５）ＶＱ’−ＶＯＦＦ×Ｒ５４／Ｒ５５      （２）
ただし、ＶＯＦＦ＝ＶＲＥＦ×Ｒ５３／（Ｒ５２＋Ｒ５３）
【００５２】
なお、先の図１では、出力調整回路５の構成例を一次式である差動増幅回路としている。しかしながら、本実施の形態１における出力調整回路５は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、マイコン等による高次式の演算等、他の方法を行う構成であってもよい。このことは、以降の各実施の形態においても同様である。
【００５３】
また、流体方向検出回路２、第二の演算回路４、出力調整回路５においては、共通の基準電圧ＶＲＥＦを使用しているが、必ずしも同一である必要はない。このことは、以降の各実施の形態においても同様である。
【００５４】
以上のように、実施の形態１によれば、第一の演算回路、第二の演算回路、およびＯＲ回路を用いることで、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、順流の場合には第一の出力信号を選択し、逆流の場合には第二の出力信号を選択している。この結果、流体の流れる方向により異なる流量検出信号を得るための回路を、従来技術と比較してより簡単な構成で、安価で、かつ小型化して実現することができる。
【００５５】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、第三の出力信号ＶＱ’を出力調整回路５に入力し、最終段に設けられた出力調整回路５により、熱式流量センサ９の出力信号ＶＯＵＴが、所定の公差内となるよう調整された後、外部へ出力される構成とした。これに対して、本実施の形態２では、出力調整回路５を、熱式流量センサ９内の最終段以外の位置に配置する場合について説明する。
【００５６】
図７は、本発明の実施の形態２における熱式流量センサの基本回路構成を示した図である。この図７に示すように、ブリッジ回路１の出力である流量検出信号ＶＭを出力調整回路５により、所定の公差内となるよう調整した後、第一の演算回路３、第二の演算回路４にて演算を行い、第三の演算回路であるＯＲ回路６に入力し、ＯＲ回路６の出力信号ＶＱ’を、熱式流量センサ９の出力信号ＶＯＵＴとしてもよい。
【００５７】
以上のように、実施の形態２によれば、出力調整回路をブリッジ回路の後段に配置することによっても、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、第一の演算回路３からの出力信号ＶＱＦと、第二の演算回路４からの出力信号ＶＱＲをＯＲ回路６に入力し、ＯＲ回路６からの出力信号ＶＱ’を第三の出力信号とする場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、第一の演算回路３、第二の演算回路４、およびＯＲ回路６の代わりに、第一の演算回路３ｂ、第二の演算回路４ｂ、およびＡＮＤ回路７（第三の演算回路に相当）を用いて、同様の効果を得る場合について説明する。
【００５９】
図８は、本発明の実施の形態３における熱式流量センサを構成する第一の演算回路３ｂ、第二の演算回路４ｂ、およびＡＮＤ回路７の内部構成を示した図である。この図８に示すように、第一の演算回路３ｂからの出力信号ＶＱＦと、第二の演算回路４ｂからの出力信号ＶＱＲを、第三の演算回路であるＡＮＤ回路７に入力し、ＡＮＤ回路７からの出力信号ＶＱ’を第三の出力信号とする構成としてもよい。
【００６０】
第一の演算回路３ｂは、入力信号ＶＱをそのまま通過させ、出力信号ＶＱＦとして出力する構成となっている。
【００６１】
一方、第二の演算回路４ｂは、オペアンプ４０Ｂ、抵抗４１Ｂ〜４５Ｂ、およびトランジスタ４６Ｂにより、差動増幅回路として構成されている。
【００６２】
抵抗４１Ｂと抵抗４２Ｂの直列体は、抵抗４２Ｂ側端が入力信号ＶＱに接続され、抵抗４１Ｂ端側がオペアンプ４０Ｂの出力端子に接続されている。さらに、抵抗４１Ｂと抵抗４２Ｂの接続点は、オペアンプ４０Ｂの反転入力端子に接続されている。一方、オペアンプ４０Ｂの非反転入力端子は、抵抗４４Ｂを介して接地されるとともに、抵抗４３Ｂを介して基準電圧ＶＲＥＦに接続されている。
【００６３】
また、トランジスタ４６Ｂのベース端子は、抵抗４５Ｂを介して、基準電圧ＶＲＥＦに接続されるとともに、流体方向検出信号ＶＤにも接続されている。また、トランジスタ４６Ｂのコレクタ端子は、抵抗４１Ｂと抵抗４２Ｂの接続点に接続されており、トランジスタ４６Ｂのエミッタ端子は、接地されている。
【００６４】
トランジスタ４６Ｂは、流体方向、つまり、ベース信号である流体方向検出信号ＶＤにより、以下に示す動作を行う。
順流時（ＶＤ：ＯＰＥＮの場合）  トランジスタ４６Ｂ：ＯＮ
逆流時（ＶＤ：Ｌ  の場合）      トランジスタ４６Ｂ：ＯＦＦ
【００６５】
ここで、オペアンプ４０Ｂの非反転入力端子の電圧を、先の実施の形態１と同様に、無風時における第一の演算回路３ｂおよび第二の演算回路４ｂの入力信号ＶＱ０と等しくなるよう設定する。さらに、抵抗４１Ｂの抵抗値Ｒ４１と抵抗４２Ｂの抵抗値Ｒ４２の比によって決定される増幅率をＡとおく。この場合、オペアンプ４０Ｂの出力、つまり、第二の演算回路４の出力信号ＶＱＲは、下式（３）で表される。
順流時  Ｈｉｇｈ（ＶＱよりも高い値に相当）
逆流時  ＶＱＲ＝ＶＱ０＋Ａ（ＶＱ０−ＶＱ）                            （３）
ただし、Ａ＝Ｒ４１／Ｒ４２
【００６６】
図９は、本発明の実施の形態３における流量と第二の演算回路４ｂの出力信号ＶＱＲとの関係を示した図である。
【００６７】
第三の演算回路であるＡＮＤ回路７は、オペアンプ７０、７１、ダイオード７２、７３、および抵抗７４により構成されている。オペアンプ７０の非反転入力端子は、第一の演算回路３の出力信号ＶＱＦが入力されている。さらに、オペアンプ７０の出力端子は、ダイオード７２を逆方向に介して、オペアンプ７０の反転入力端子に接続されており、理想ダイオードの構成をとっている。
【００６８】
同様に、オペアンプ７１の非反転入力端子は、第二の演算回路４の出力信号ＶＱＲが入力されている。さらに、オペアンプ７１の出力端子は、ダイオード７３を逆方向に介して、オペアンプ７１の反転入力端子に接続されており、理想ダイオードの構成をとっている。
【００６９】
ダイオード７２のアノード端子とダイオード７３のアノード端子とは、互いに接続され、さらに、抵抗７４を介して、基準電圧ＶＲＥＦに接続されている。この結果、第一の演算回路３の出力信号ＶＱＦと、第二の演算回路４の出力信号ＶＱＲのいずれか電圧の低い方が、第三の出力信号ＶＱ’として出力される。本実施の形態３における流量と第三の出力信号ＶＱ’との関係は、先の図５のようになる。従って、本実施の形態１における熱式流量センサ９は、先の実施の形態１と同様に、流体の流れる方向により異なる流量検出信号として、第三の出力信号ＶＱ’を得ることができる。
【００７０】
以上のように、発明の実施の形態３によれば、第一の演算回路、第二の演算回路、およびＡＮＤ回路を用いることで、第一の出力信号および第二の出力信号を生成し、順流の場合には第一の出力信号を選択し、逆流の場合には第二の出力信号を選択している。この結果、先の実施の形態１と同様に、流体の流れる方向により異なる流量検出信号を得るための回路を、従来技術と比較してより簡単な構成で、安価で、且つ小型化して実現することができる。
【００７１】
なお、先の図８では、ＡＮＤ回路７を２つの理想ダイオードで構成している。しかしながら、本実施の形態３におけるＡＮＤ回路７は、このような構成に限定されるものではない。図１０ａおよび図１０ｂは、本発明の実施の形態３におけるＡＮＤ回路７の、図８の構成とは異なる構成を示した図である。これら図１０ａ、図１０ｂに示すように、理想ダイオードのいずれか一方を、抵抗７５で構成してもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  ブリッジ回路、２  流体方向検出回路、３、３ｂ  第一の演算回路、４、４ｂ  第二の演算回路、５  出力調整回路、６  ＯＲ回路、７  ＡＮＤ回路、９  熱式流量センサ、１０  流体温度検出体、１１  発熱体、１２  オペアンプ、１３、１４  トランジスタ、１５〜１９  抵抗、２０  コンパレータ、２１、２２  抵抗、２３、２４  発熱体温度検出体、３１Ａ  抵抗、４０Ａ、４０Ｂ  オペアンプ、４１Ａ〜４４Ａ  抵抗、４１Ｂ〜４５Ｂ  抵抗、４６Ｂ  トランジスタ、５０、５１  オペアンプ、５２〜５５  抵抗、６０、６１  オペアンプ、６２、６３  ダイオード、６４  抵抗、７０、７１  オペアンプ、７２、７３  ダイオード、７４、７５  抵抗、ＶＢ  バッテリ電源、ＶＤ  流体方向検出信号、ＶＭ  流量検出信号、ＶＯＵＴ  出力信号、ＶＱ  入力信号（流量検出信号）、ＶＱ’  出力信号、ＶＱ０  無風時における入力信号、ＶＱＦ  出力信号、ＶＱＲ  出力信号、ＶＲＥＦ  基準電圧。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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