(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側から下流側へ流れる流体の温度を検出する第１及び第２の温度検出素子、並びに第１及び第２の固定抵抗から構成されたブリッジ回路と、
前記第１及び第２の温度検出素子の温度差が所定値になるように、第１及び第２の発熱素子に連続的に電力を供給する温度差制御回路と
を備え、
前記温度差制御回路は、
前記ブリッジ回路に接続された差動増幅器と、
第１の定電圧電源と、
前記第１の定電圧電源より低い第２の定電圧電源と、
前記第１及び第２の発熱素子とを有し、
前記第１の発熱素子は前記差動増幅器の出力側と前記第２の定電圧電源の間に接続され、前記第２の発熱素子は前記差動増幅器の出力側と前記第１の定電圧電源の間に接続されている
ことを特徴とする熱式流量検出装置。
【請求項２】
前記温度差制御回路は、前記第１又は第２の発熱素子に直列に接続された第３の固定抵抗をさらに有する
ことを特徴とする請求項１記載の熱式流量検出装置。
【請求項３】
前記ブリッジ回路は、前記第１又は第２の温度検出素子に並列又は直列に接続された第４の固定抵抗をさらに有する
ことを特徴とする請求項１記載の熱式流量検出装置。
【請求項４】
前記第１の温度検出素子は前記第２の温度検出素子よりも上流側に位置し、
前記第１の発熱素子は前記第２の発熱素子よりも上流側に位置し、
前記第１の温度検出素子は前記第１の発熱素子よりも上流側に位置する
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の熱式流量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば気体または液体の流速または流量を検出する熱式流速計、熱式流量計に関するもので、応用例として特に自動車用エンジン等の吸入空気量を検出するのに用いられ、検出精度を向上することができる熱式流量検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジンへの吸入空気量を計測する流量検出装置として質量流量が検出でき、コストパフォーマンスに優れた熱式が一般的に利用されている。エンジンはピストンの往復運動によって空気を吸入し、絞り弁の開閉により吸入空気を増減する。４気筒ガソリンエンジンへの吸入空気は、絞り弁の開度が増大するほど脈動振幅が大きくなり、全開となる運転状態においては逆流を伴う脈動流となる。したがって、エンジンへの吸入空気量を正確に検出するには逆流も検出できる流量計が必要となる。
【０００３】
逆流を検出できる熱式流量計としては、特表平１０−５００４９０号公報に示すように、シリコン基板の表面側に発熱素子と該発熱素子の上下流に温度検出素子を配置して、該発熱素子を一定温度に制御した時の上下流の温度検出素子の温度差から流量を検出する温度差検出方式が実用化されている。流れ方向に対して上流側の温度検出素子の方が下流側の温度検出素子よりも温度が下がるため、順流と逆流では温度差の符号が逆転することにより逆流が検出可能となる。
【０００４】
前記発熱素子及び温度検出素子はシリコンの微細加工を用いて熱容量を低減するダイアフラム構造としているが、機械的強度の確保のため、必要な応答性が得られず、エンジンやその運転状態によっては検出精度が問題となる。また、出力信号は発熱素子と吸入空気温度の温度差に依存するために、装置ごとに定温度制御回路の温度差調整が必要となる。さらに、定温度検出回路と上下流の温度検出素子の温度差を検出する温度差検出回路が必要となるために回路の小型化が困難である。
【０００５】
一方、上記熱式流量検出装置が吸入空気温度と発熱素子の温度を一定制御するのに対して、特開平１１−３２６００３号公報に示す熱式流量検出装置は、それぞれ発熱素子および温度検出素子から成る２個の物体で構成されており、測定された温度差が制御ループによりゼロの値に保たれており、温度差はゼロでなければならないということによる、前記基準に従うための物体へ供給電力に基づく信号を流量信号として用いている。
【０００６】
従来の熱式流量検出装置について図面を参照しながら説明する。図８は、従来の熱式流量検出装置の構成を示す図である。また、図９は、従来の熱式流量検出装置の流量検出素子の配置を示す図である。
【０００７】
図８において、上流側温度検出素子Ｒ２、下流側温度検出素子Ｒ３、固定抵抗Ｒ５及びＲ６によりブリッジ回路が構成されており、このブリッジ回路の出力は比較器に入力されている。該比較器の出力は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ２を介して発熱素子Ｒ１及びＲ４に接続されている。
【０００８】
上流側温度検出素子Ｒ２、下流側温度検出素子Ｒ３、発熱素子Ｒ１及びＲ４は、いずれも抵抗が温度によって変化する、例えば、白金、ニッケル等感温抵抗体からなり、図９に示すような、マイクロブリッジ構造からなる２個の物体Ｏ１及びＯ２に形成されている。
【０００９】
図８に示す回路構成においては、上流側発熱素子Ｒ１と下流側発熱素子Ｒ４が交互に加熱されることにより、上流側温度検出素子Ｒ２と下流側温度検出素子Ｒ３は殆ど同じ温度になるようにバランスされている。例えば、スイッチング素子Ｑ１がオン状態においては上流側発熱素子Ｒ１が加熱状態となり、下流側発熱素子Ｒ４は非加熱状態となる。上流側発熱素子Ｒ１の加熱により上流側温度検出素子Ｒ２の温度が高くなると固定抵抗Ｒ６と上流側温度検出素子Ｒ２の接続点における電圧が上昇し、固定抵抗Ｒ５と下流側温度検出素子Ｒ３の接続点における電圧よりも高くなると比較器の出力は反転し、スイッチング素子Ｑ２がＯＮ状態、スイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態となる。したがって、下流側発熱素子Ｒ４が加熱されて下流側温度検出素子Ｒ３の温度が上昇し、反対に上流側温度検出素子Ｒ２の温度が低下する。
【００１０】
上述したように発熱素子Ｒ１、Ｒ４へ交互に断続的に電力が供給されることで上流側温度検出素子Ｒ２と下流側温度検出素子Ｒ３は同じ温度になるようにバランスされる。上流側発熱素子Ｒ１の駆動信号となるスイッチング素子Ｑ１のゲート信号のデューティ比は流量がゼロの時に５０％となり、順方向の流量が大きいほどデューティ比は増大し、逆方向の流量が増大するほどデューティ比は減少するため、デューティ比をモニタすることで順方向と逆方向の流量が検出可能となる。
【００１１】
上述した熱式流量検出装置は従来の温度差検出方式と異なり、出力信号が発熱素子の温度に殆ど依存せず流量のみの関数となるために、発熱素子の温度調整が不要となるメリットを有している。また、検出回路においてフィードバック制御された発熱素子の駆動信号を流量信号としているため、温度差検出方式に比べて応答性が速い特長を有している。しかし、発熱素子を断続制御するスイッチング素子のＯＮ抵抗が温度等で変動すると出力も変化する。また、スイッチングに起因したノイズが流量信号に混入し、特に流量感度が低い時にはＳＮ比が悪くなる場合がある。
【００１２】
さらに、熱式流量検出装置の出力がパルス信号であるためにインターフェース回路が必要になる場合がある。つまり、アナログ−ディジタル変換器へ入力される場合は、パルス信号をアナログ電圧に変換する低域通過フィルタが必要となり、リップルの小さいアナログ電圧を得ようとすると低域通過フィルタの遮断周波数を低く設定する必要があり、これにより応答性が遅くなるといった課題を有している。
【００１３】
図１０に示す他の従来の熱式流量装置は上述したような発熱素子を断続制御する方式とは異なり、管路の外周に発熱素子Ｒ７、Ｒ８を設けて（直線）制御装置においてそれぞれの発熱素子部の温度差を熱電対で検出し、熱電対の出力がゼロになるように発熱素子Ｒ７、Ｒ８を加熱制御する。上記特開平１１−３２６００３号公報において（直線）制御装置の詳細な回路構成の記述は無いが、他の同様な実施例から考えると熱電対の電圧を変換するアナログ−ディジタル変換器と発熱素子Ｒ７、Ｒ８に加熱電流を供給するためのディジタル−アナログ変換器、及び信号処理部から構成される。図１０に示す熱式流量検出装置は、図８とは異なり発熱素子を連続的に制御することも可能であるが、アナログ−ディジタル変換器及びディジタル−アナログ変換器、信号処理部が必要となるために回路構成が複雑で装置の小型化が困難となる。
【００１４】
また、図９に示したような温度検出素子と発熱素子の配列では上流側の発熱素子Ｒ１が上流側温度検出素子Ｒ２よりも上流側に位置するために、上流側の発熱素子Ｒ１の熱を、流体を介して上流側温度検出素子Ｒ２が受熱して流量感度が小さくなるといった課題を有している。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように上下流に位置する２つの温度検出素子の温度差をゼロになるように制御し、その時の発熱素子への供給電力相当を検出する従来の流量検出装置では、発熱素子を断続するスイッチング素子の特性の影響を受けたり、アナログ−ディジタル変換器及びディジタル−アナログ変換器、信号処理部等が必要となるために回路構成が複雑となり装置の小型化が困難であるという問題点があった。
【００１６】
さらに、２個の物体に形成された温度検出素子及び発熱素子の配列が順流上流側から上流側発熱素子−上流側温度検出素子−下流側温度検出素子−下流側発熱素子の配列であるために、上流側の発熱素子の熱を上流側温度検出素子が受熱して流量感度が小さくなるという問題点があった。
【００１７】
また、従来技術では、流体温度が変化した時の影響に関して考慮されていないために、自動車エンジンへの吸入空気のように空気温度が大きく変化した時は、上流側の発熱素子における熱伝達率の温度依存性と下流側の発熱素子における熱伝達率の温度依存性の差異に起因した流量検出誤差が生じるという問題点があった。
【００１８】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、従来よりも大幅に簡素化された回路構成により流れ方向も判別することができ、ＳＮ比に優れたアナログ電圧の流量信号を得ることができる熱式流量検出装置を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る熱式流量検出装置は、上流側から下流側へ流れる流体の温度を検出する第１及び第２の温度検出素子、並びに第１及び第２の固定抵抗から構成されたブリッジ回路と、前記第１及び第２の温度検出素子の温度差が所定値になるように、第１及び第２の発熱素子に連続的に電力を供給する温度差制御回路とを備え、前記温度差制御回路は、前記ブリッジ回路に接続された差動増幅器と、第１の定電圧電源と、前記第１の定電圧電源より低い第２の定電圧電源と、前記第１及び第２の発熱素子とを有し、前記第１の発熱素子は前記差動増幅器の出力側と前記第２の定電圧電源の間に接続され、前記第２の発熱素子は前記差動増幅器の出力側と前記第１の定電圧電源の間に接続されているものである。
【００２０】
この発明に係る熱式流量検出装置は、前記温度差制御回路が、前記第１又は第２の発熱素子に直列に接続された第３の固定抵抗をさらに有するものである。
【００２１】
この発明に係る熱式流量検出装置は、前記ブリッジ回路が、前記第１又は第２の温度検出素子に並列又は直列に接続された第４の固定抵抗をさらに有するものである。
【００２２】
この発明に係る熱式流量検出装置は、前記第１の温度検出素子が前記第２の温度検出素子よりも上流側に位置し、前記第１の発熱素子が前記第２の発熱素子よりも上流側に位置し、前記第１の温度検出素子が前記第１の発熱素子よりも上流側に位置するものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る熱式流量検出装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る熱式流量検出装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２４】
図１において、１は上流側温度検出素子、２は下流側温度検出素子、３は上流側発熱素子、４は下流側発熱素子、５は固定抵抗、６は固定抵抗、１０は差動増幅器、１１は固定抵抗、１２はコンデンサ、１３は固定抵抗、１４は第２の定電圧電源、１５は出力端子、１６は第１の定電圧電源である。
【００２５】
上流側温度検出素子１と下流側温度検出素子２、固定抵抗５、６、及び定電圧電源Ｖｄｄでブリッジ回路を構成し、該ブリッジ回路の出力側は差動増幅器１０の入力側へ接続される。
【００２６】
差動増幅器１０の反転入力端子とブリッジ回路の間に接続された固定抵抗１３、差動増幅器１０の反転入力端子と出力端子１５の間に接続された固定抵抗１１、及びコンデンサ１２は、２次遅れの系の位相補償の役割を果す位相補償回路を構成している。
【００２７】
差動増幅器１０の出力側と第１の定電圧電源１６の間に下流側発熱素子４が、また差動増幅器１０の出力側と第２の定電圧電源１４の間に上流側発熱素子３が直列に接続されている。
【００２８】
第２の定電圧電源１４は、第１の定電圧電源１６よりも電圧が低い電位で、本実施の形態ではＧＮＤに接続されている。差動増幅器１０は、出力側から上流側発熱素子３へ電流を供給し、第１の定電圧電源１６から下流側発熱素子４を介して出力側に電流を吸い込む能力を有している。
【００２９】
なお、差動増幅器１０、位相補償回路、上流側発熱素子３、下流側発熱素子４、第２の定電圧電源１４、及び第１の定電圧電源１６から温度差制御回路が構成されている。
【００３０】
図２は、この実施の形態１に係る熱式流量検出装置の流量検出素子の配置を示す平面図と断面図である。
【００３１】
図２において、２１は電極、２２はダイアフラム、２３はシリコン基板、２４は絶縁膜である。
【００３２】
図２の上段の平面図において、電極２１は温度検出素子１、２及び発熱素子３、４と外部回路を電気的に接続する。流れ方向に対して垂直に上流側から上流側温度検出素子１、上流側発熱素子３、下流側発熱素子４、下流側温度検出素子２が順に形成されており、いずれも例えば白金やニッケルのように抵抗値が温度によって変化する感温抵抗体から構成されている。従来は図９に示すように発熱素子Ｒ１、Ｒ４が温度検出素子Ｒ２、Ｒ３よりも上流側または下流側に位置しているのに対して、本実施の形態では発熱素子３、４と温度検出素子１、２の位置関係が逆転していることが特長である。
【００３３】
図２の下段の平面図におけるＡ−Ａ’線の断面図において、流量検出素子形成部は熱容量を下げるためにエッチングによりシリコン基板２３の裏面側一部を除去し、薄膜ダイアフラム２２を形成している。また、絶縁膜２４は厚さ数μｍからなる窒化珪素または酸化珪素からなり、感温抵抗膜（流量検出素子）を上下から保護している。
【００３４】
つぎに、この実施の形態１に係る熱式流量検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１に示す熱式流量検出装置は、定常時、差動増幅器１０の反転入力端子と非反転入力端子が、概ね同一電圧になるように発熱素子３、４に加熱電流が供給される。つまり、温度差制御回路は、２つの温度検出素子１、２の抵抗温度特性が同じで、且つ固定抵抗５、６が同じ場合には、上流側温度検出素子１と下流側温度検出素子２の温度が同じになるように、発熱素子３、４に第１の定電圧電源１６及び差動増幅器１０から加熱電流を供給し、その結果、温度検出素子１、２の温度は同一温度に保持される。
【００３６】
図２に示すように流量検出素子である温度検出素子１、２と発熱素子３、４の熱的特性が上流側と下流側で同等で且つ、発熱素子３と４の抵抗温度特性も同一ならば、流量ゼロの時、差動増幅器１０の出力は第１の定電圧電源１６と第２の定電圧電源１４の中間の電位となる。この状態から順方向の流量が増えると上流側発熱素子３及び上流側温度検出素子１が下流側発熱素子４及び下流側温度検出素子２よりも熱伝達率が大きくなるため上流側発熱抵抗は下流側発熱抵抗よりもより多くの発熱量が必要となる。したがって、上流側温度検出素子１と下流側温度検出素子２の温度差をゼロに保持するために、下流側発熱素子４よりもより多くの加熱電流が差動増幅器１０から上流側発熱素子３に供給される。
【００３７】
図３は、順方向をプラス、逆方向をマイナスと定義した流量と流量信号（Ｉｈ／Ｉ０、Ｖｍ／Ｖｃｃ）の関係を示す図である。
【００３８】
図３において、横軸は流量（Ｑｍ）、縦軸の左側は電流比（Ｉｈ／Ｉ０）、縦軸の右側は電圧比（Ｖｍ／Ｖｃｃ）をそれぞれ示す。また、Ｉｈｕは上流側発熱素子３における電流、Ｉｈｄは下流側発熱素子４における電流、Ｉ０は流量ゼロ時の電流を示す。さらに、Ｖｍは出力端子１５における電圧を示し、Ｖｃｃは第１の定電圧電源１６の電圧を示す。
【００３９】
流量（Ｑｍ）がゼロ（０）の時に、Ｉｈｕ＝Ｉｈｄ＝Ｉ０、Ｒｈｕ（上流側発熱素子３の抵抗値）＝Ｒｈｄ（下流側発熱素子４の抵抗値）が成立するため、Ｉｈｕ／Ｉ０＝Ｉｈｄ／Ｉ０＝１．０、Ｖｍ／Ｖｃｃ＝０．５が成立する。順方向の流量が増大すると、Ｉｈｕ／Ｉ０及びＶｍ／Ｖｃｃは増大し、反対にＩｈｄ／Ｉ０、（Ｖｃｃ−Ｖｍ）／Ｖｃｃは減少する。なお、上流側温度検出素子１及び上流側発熱素子３は、逆流時には下流側温度検出素子２及び下流側発熱素子４よりも下流側に位置するために、上述した加熱電流の流量依存性は逆転する。図３に示すように、差動増幅器１０の出力端子１５の電圧Ｖｍは、逆流領域から順方向領域に亘り流量に対して単調増加する特性を示す。したがって、図１に示した比較的簡単なアナログ回路を構成し、電圧Ｖｍまたは第１の定電圧電源１６と出力端子１５間の電圧を測定することで、順流、逆流領域を含めた流量が検出可能になる。
【００４０】
図４は、本実施の形態の流量検出素子（温度検出素子と発熱素子）と、図９に示した従来例の流量検出素子（温度検出素子と発熱素子）を使用した時の流量特性を比較して示す図である。
【００４１】
図４において、横軸は流量（Ｑｍ）、縦軸は電圧比（Ｖｍ／Ｖｃｃ）をそれぞれ示す。
【００４２】
なお、いずれも図１の回路を用いている。従来例は発熱素子Ｒ１、Ｒ４が温度検出素子Ｒ２、Ｒ３よりも上流側または下流側に位置しているために上流側の温度検出素子Ｒ２が上流側の発熱素子Ｒ１の熱を受熱し、上流側と下流側の発熱素子及び温度検出素子の熱伝達率の差が小さくなる。一方、本実施の形態における流量検出素子の場合、上流側温度検出素子１が上流側発熱素子３よりも上流側に位置しているために従来例に見られたような受熱の影響が無く、結果として上流側と下流側の発熱素子及び温度検出素子の熱伝達率の差が大きくなる。したがって、上流側発熱素子３と下流側発熱素子４の加熱電流の差異が大きくなり、図４に示すように本実施の形態の方が従来例に比べて流量感度が増大し、検出精度に優れた特性が得られる。
【００４３】
なお、上述した実施の形態においては、図１において固定抵抗５、６を同じ抵抗値に設定し、２つの温度検出素子１、２の温度を同じになるように構成したが、例えば固定抵抗６の抵抗値を固定抵抗５より大きく設定することで、上流側温度検出素子１は下流側温度検出素子２よりも一定温度高くなるように発熱素子３、４に電流が供給される。
【００４４】
また、逆に固定抵抗５の抵抗値を固定抵抗６より大きく設定することで、下流側温度検出素子２は上流側温度検出素子１よりも一定温度高くなるように発熱素子３、４に電流が供給される。上述したいずれの例においても、図１の回路と同様な動作を示し、電圧Ｖｍまたは第１の定電圧電源１６と出力端子１５間の電圧を測定することで順流、逆流領域を含めた流量が検出可能になる。
【００４５】
この実施の形態１によれば、温度差制御回路は、アナログ−ディジタル変換器やディジタル−アナログ変換器等を使用せずに簡単なアナログ回路だけで構成できる。
【００４６】
また、上流側温度検出素子１が上流側発熱素子３よりも上流側に位置するように配列することで、上流側温度検出素子１が上流側発熱素子３から流体を介して受熱されないために流体による冷却効果が高まり流量感度が向上する。
【００４７】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る熱式流量検出装置について図面を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態２に係る熱式流量検出装置の構成を示す図である。
【００４８】
図５において、固定抵抗７を除いて、回路及び流量検出素子ともに図１に示した上記実施の形態１と同じである。この固定抵抗７は、下流側発熱素子４に直列に且つ下流側発熱素子４と第１の定電圧電源１６または出力端子１５の間に接続されている。
【００４９】
つぎに、この実施の形態２に係る熱式流量検出装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
流体温度の変化に対して温度ドリフトが問題にならない場合は図１に示した回路構成でよいが、特に自動車のように流体温度が−３０℃から＋１００℃付近まで変動するような場合、温度ドリフトが問題となることがある。発熱素子における発熱量と放熱量の関係式は下記の式（１）で表される。
【００５１】
ＲｈＩｈ２＝（ａ＋ｂＱｍ0.5）（Ｔｈ−Ｔａ）                  式（１）
【００５２】
ここで、Ｒｈは発熱素子の抵抗、Ｉｈは発熱素子における電流、Ｑｍは流量、Ｔｈは発熱素子の温度、Ｔａは流体温度、ａ及びｂは流量に依存しない定数を示す。さらに、出力端子１５の電圧Ｖｍは下記の式（２）で表される。
【００５３】
Ｖｍ＝｛（ａ＋ｂＱｍ0.5）（Ｔｈｕ−Ｔａ）Ｒｈｕ｝1/2          式（２）
【００５４】
ここで、添え字ｕは上流側の発熱素子３を示す。
【００５５】
図１及び図５において流量Ｑｍが一定で流体温度が上昇した場合、抵抗値が正の温度係数を有し一定電圧が印加された発熱素子の抵抗Ｒｈは上昇し、温度差（Ｔｈｕ−Ｔａ）は減少する。図１の回路構成においては上流側発熱素子３と下流側発熱素子４の抵抗値や発熱温度が同様に温度によって変化するため、定数ａ、ｂが上流側と下流側で同一の温度依存性であれば、電圧Ｖｍは変化せず温度ドリフトは発生しない。しかし、一般的に式（２）で示す上流側の定数ａ、ｂの温度係数が、下流側（式は省略）よりも小さくなる。したがって、図１の回路構成では高温時に出力が低下し、マイナスの温度ドリフトが発生する。
【００５６】
図５において固定抵抗７を接続することにより、出力端子１５と第１の定電圧電源１６間の電圧の流体温度依存性が小さくなり、例えば流体温度が上昇した場合、出力端子１５と第２の定電圧電源１４間の電圧は上昇し、出力端子１５と第１の定電圧電源１６間の電圧は低下する。したがって、固定抵抗７を適当に調整することにより温度ドリフトを低減することが可能になる。
【００５７】
図６は、補償無し（図１の回路構成）と補償有り（図５の回路構成）の場合の温度ドリフト特性を示す図である。
【００５８】
図６において、横軸は流量（Ｑｍ）、縦軸は流体温度２３℃の時の流量特性を基準にした時の流体温度が高温（＋８０℃）と低温（−３０℃）の時の流量特性の変化率（温度ドリフト）を示している。温度補償無しに比べて温度補償を施した回路構成では高温、低温ともに温度ドリフトが小さくなっていることが分かる。
【００５９】
なお、図５においては、下流側発熱素子４に直列に固定抵抗７を接続し、出力端子１５と第２の定電圧電源１４間の電圧を流量信号としたが、上流側発熱素子３に直列に固定抵抗を接続し、出力端子１５と第１の定電圧電源１６間の電圧を流量信号としても同様な温度補償が実現できる。
【００６０】
この実施の形態２によれば、発熱素子３、４と直列に固定抵抗７を接続することにより、第１の定電圧電源１６と差動増幅器１０の出力側の間、または第２の定電圧電源１４と差動増幅器１０の出力側の間の電圧の温度依存性を変化させることが可能になる。したがって、流体温度変化によって生じる流量検出誤差を補償することができる。
【００６１】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る熱式流量検出装置について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態３に係る熱式流量検出装置の構成を示す図である。
【００６２】
図７において、固定抵抗８を除いて、上記実施の形態１の図１の回路構成と同じであり、上記実施の形態２とは異なる温度補償方法を施している。
【００６３】
本実施の形態では固定抵抗８を温度検出素子１に並列に接続することで見かけ上、上流側温度検出素子１の温度係数が低下するのを補うために、上流側温度検出素子１が下流側温度検出素子２よりも流体温度に対して大きく変化するように動作する。
【００６４】
例えば、流体が高温時には、下流側温度検出素子２よりも上流側温度検出素子１の温度が高くなり、それに伴い下流側発熱素子４よりも上流側発熱素子３の温度が高くなる。したがって、上流側発熱素子３の方が下流側発熱素子４よりもより大きい発熱量が必要となり、出力端子１５の電圧は増大する。
【００６５】
流体が低温時には、上述した動作と反対に、出力端子１５の電圧は低下する。したがって、固定抵抗８の値を最適調整することにより、上記実施の形態２と同様に温度ドリフトを低減することができる。温度特性は、図６の補償有りと同等な特性を示す。
【００６６】
なお、図７では上流側温度検出素子１と並列に固定抵抗８を接続したが、上流側温度検出素子１と直列に接続しても流体温度の変化に対して上記と同様な動作を示し、同様な効果を奏でることができる。さらに、下流側温度検出素子２と並列あるいは直列に固定抵抗を接続しても、同様な効果を奏でることができる。
【００６７】
この実施の形態３によれば、温度検出素子１、２に並列または直列に固定抵抗８を接続することにより上流側発熱素子３と下流側発熱素子４の発熱温度の流体温度依存性を変えることが可能になり、流体温度変化によって生じる流量検出誤差を補償することができる。
【００６８】
以上説明したように、上記各実施の形態によれば、従来よりも大幅に簡素化された回路構成により流れ方向も判別可能で、ＳＮ比に優れたアナログ電圧の流量信号が得られる。
【００６９】
また、上記各実施の形態によれば、流量検出素子である温度検出素子と発熱素子の配置を工夫したことにより、流量感度が改善され、広い流量範囲に亘り高精度な流量検出が可能になる。
【００７０】
さらに、上記実施の形態２及び３によれば、流体温度が変化しても温度ドリフトの小さい高精度な流量検出が可能になる。
【００７１】
【発明の効果】
この発明に係る熱式流量検出装置は、以上説明したとおり、上流側から下流側へ流れる流体の温度を検出する第１及び第２の温度検出素子、並びに第１及び第２の固定抵抗から構成されたブリッジ回路と、前記第１及び第２の温度検出素子の温度差が所定値になるように、第１及び第２の発熱素子に連続的に電力を供給する温度差制御回路とを備え、前記温度差制御回路は、前記ブリッジ回路に接続された差動増幅器と、第１の定電圧電源と、前記第１の定電圧電源より低い第２の定電圧電源と、前記第１及び第２の発熱素子とを有し、前記第１の発熱素子は前記差動増幅器の出力側と前記第２の定電圧電源の間に接続され、前記第２の発熱素子は前記差動増幅器の出力側と前記第１の定電圧電源の間に接続されているので、流れ方向も判別することができ、ＳＮ比に優れたアナログ電圧の流量信号を得ることができるという効果を奏する。
【００７２】
この発明に係る熱式流量検出装置は、以上説明したとおり、前記温度差制御回路が、前記第１又は第２の発熱素子に直列に接続された第３の固定抵抗をさらに有するので、流体温度が変化しても温度ドリフトの小さい高精度な流量検出が可能になるという効果を奏する。
【００７３】
この発明に係る熱式流量検出装置は、以上説明したとおり、前記ブリッジ回路が、前記第１又は第２の温度検出素子に並列又は直列に接続された第４の固定抵抗をさらに有するので、流体温度が変化しても温度ドリフトの小さい高精度な流量検出が可能になるという効果を奏する。
【００７４】
この発明に係る熱式流量検出装置は、以上説明したとおり、前記第１の温度検出素子が前記第２の温度検出素子よりも上流側に位置し、前記第１の発熱素子が前記第２の発熱素子よりも上流側に位置し、前記第１の温度検出素子が前記第１の発熱素子よりも上流側に位置するので、流量感度を改善することができ、広い流量範囲に亘り高精度な流量検出が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る熱式流量検出装置の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る熱式流量検出装置の流量検出素子の配置を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る熱式流量検出装置の流量特性を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態１と従来例の熱式流量検出装置の流量特性を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態２に係る熱式流量検出装置の構成を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態２に係る熱式流量検出装置の温度特性を示す図である。
【図７】  この発明の実施の形態３に係る熱式流量検出装置の構成を示す図である。
【図８】  従来の熱式流量検出装置の構成を示す図である。
【図９】  従来の熱式流量検出装置の流量検出素子の配置を示す図である。
【図１０】  他の従来の熱式流量検出装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  上流側温度検出素子、２  下流側温度検出素子、３  上流側発熱素子、４下流側発熱素子、５  固定抵抗、６  固定抵抗、７  固定抵抗、８  固定抵抗、１０  差動増幅器、１１  固定抵抗、１２  コンデンサ、１３  固定抵抗、１４  第２の定電圧電源、１５  出力端子、１６  第１の定電圧電源。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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