(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測流体内に設けられた感温抵抗体を有し、該感温抵抗体の抵抗値によって被測流体の流量に応じた流量検出信号を演算する流量演算手段と、該流量演算手段による流量検出信号を増幅し感温抵抗体の熱時定数によって低下した利得を補償する利得補償手段とからなる流量検出装置において、
前記利得補償手段は、流量検出信号が立ち上がり状態にあるか否かを判定する立ち上がり判定手段と、該立ち上がり判定手段によって流量検出信号が立ち上がり状態にあると判定したときに流量検出信号を増幅した出力信号を出力し、流量検出信号が立ち上がり状態にないと判定したときに流量検出信号とほぼ同じ出力信号を出力する信号出力手段とによって構成したことを特徴とする流量検出装置。
【請求項２】
前記信号出力手段は、前記立ち上がり判定手段によって流量検出信号が立ち上がり状態にあると判定したときには、前記感温抵抗体の熱時定数によって決まる所定周波数よりも低い周波数をもった流量検出信号はほぼ一定の利得で増幅し、当該所定周波数よりも高い周波数をもった流量検出信号は周波数に対応した利得で増幅した出力信号を出力してなる請求項１に記載の流量検出装置。
【請求項３】
前記信号出力手段は、前記立ち上がり判定手段によって流量検出信号が立ち上がり状態にあると判定したときには、前記感温抵抗体の熱時定数によって決まる第１の所定周波数よりも低い周波数の流量検出信号はほぼ一定な第１の利得で増幅し、前記第１の所定周波数よりも高く予め定められた第２の所定周波数よりも低い周波数の範囲にある流量検出信号は周波数に対応した第２の利得で増幅し、前記第２の所定周波数よりも高い周波数をもった流量検出信号は前記第２の利得よりも大きくほぼ一定な第３の利得で増幅した出力信号を出力してなる請求項１に記載の流量検出装置。
【請求項４】
前記信号出力手段は、第１の所定周波数を流量検出信号が減衰し始める周波数に設定し、第２の所定周波数を利得の補償が必要となる流量検出信号の最高の周波数に設定してなる請求項３に記載の流量検出装置。
【請求項５】
前記利得補償手段は、被測流体が逆流しているか否かを判定する逆流判定手段を備え、前記立ち上がり判定手段は、該逆流検出手段によって被測流体が逆流状態にあると判定したときには被測流体が逆流方向に向かう流量が増加したときを立ち上がり状態として判定し、被測流体が正流状態にあると判定したときには被測流体が正流方向に向かう流量が増加したときを立ち上がり状態として判定してなる請求項１，２，３または４に記載の流量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等の吸入空気流量を検出するのに好適に用いられる熱式の流量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等は、エンジン本体の燃焼室内で燃料と吸入空気との混合気を燃焼し、その燃焼圧からエンジンの回転出力を取出すようにしており、燃料の噴射量を演算する上で吸入空気流量を検出することが重要なファクタとなっている。このため、エンジンの吸入空気量を検出する流量検出装置として、熱式の流量検出装置が知られている（特開昭５７−２２５６３号等）。
【０００３】
このような従来技術による流量検出装置は、感温抵抗体を含んだブリッジ回路等によって構成され該感温抵抗体の抵抗値によって被測流体の流量に応じた流量検出信号を演算する流量演算手段と、該流量演算手段による流量検出信号を増幅し感温抵抗体の熱時定数によって低下した利得を補償する利得補償手段とによって構成されている。
【０００４】
そして、従来技術による流量検出装置は、ブリッジ回路内の感温抵抗体の温度が吸入空気量に応じて上昇，下降すると共に、感温抵抗体の抵抗値がその温度に応じて上昇，下降する。このとき、感温抵抗体の抵抗値が例えば電圧信号として出力され、この電圧信号を用いて流量に応じた流量検出信号を演算する。
【０００５】
また、このような従来技術による流量検出装置は、感温抵抗体等が熱容量を有しているから、この熱容量が一次遅れ要素として作用する。これにより、吸入空気流量の変化に対して流量検出装置の応答が遅れると共に、吸入空気の流量に比べて流量検出信号が低下することがある。このため、従来技術の流量検出装置では、利得補償手段によってこの流量検出信号の低下を補償している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、利得補償手段によって感温抵抗体等の熱時定数による流量検出信号の低下を補償している。ここで、熱式の流量検出装置は、感温抵抗体等の熱容量が一次遅れ要素、即ち低域通過フィルタとして作用するから、高い周波数で脈動するときの流量ほど流量検出信号が低下し易い傾向がある。これに対し、従来技術による流量検出装置は、流量検出信号の立ち下がり部分のみを増加させることによって流量検出信号の低下を補償している。この結果、流量検出信号をさらに低い周波数の信号に変換してしまうから、高い周波数で脈動するときの流量を正確に検出することができないという問題がある。
【０００７】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は高い周波数の脈動が生じた場合であっても吸入空気流量を正確に検出でき、流量の検出精度を向上できるようにした流量検出装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、被測流体内に設けられた感温抵抗体を有し、該感温抵抗体の抵抗値によって被測流体の流量に応じた流量検出信号を演算する流量演算手段と、該流量演算手段による流量検出信号を増幅し感温抵抗体の熱時定数によって低下した利得を補償する利得補償手段とからなる流量検出装置に適用される。
【０００９】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記利得補償手段を、流量検出信号が立ち上がり状態にあるか否かを判定する立ち上がり判定手段と、該立ち上がり判定手段によって流量検出信号が立ち上がり状態にあると判定したときに流量検出信号を増幅した出力信号を出力し、流量検出信号が立ち上がり状態にないと判定したときに流量検出信号とほぼ同じ出力信号を出力する信号出力手段とによって構成したことにある。
【００１０】
このように構成したことにより、信号出力手段は、流量検出信号が立ち上がり状態にあるときに流量検出信号を増幅した出力信号を出力する。このため、感温抵抗体の熱時定数によって流量検出信号の立ち上がりが遅れ、流量検出信号が低下した場合であっても、信号出力手段は、この低下した利得を補償し、流量の変化に対応した出力信号を出力することができる。一方、信号出力手段は、流量検出信号が立ち上がり状態にないと判定したときに流量検出信号とほぼ同じ出力信号を出力する。このとき、流量検出信号はほぼ流量の変化に対応して変化する。このため、流量検出信号が立ち上がり状態にないときであっても、信号出力手段は、流量の変化に対応した出力信号を出力することができる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、前記信号出力手段を、前記立ち上がり判定手段によって流量検出信号が立ち上がり状態にあると判定したときには、前記感温抵抗体の熱時定数によって決まる所定周波数よりも低い周波数をもった流量検出信号はほぼ一定の利得で増幅し、当該所定周波数よりも高い周波数をもった流量検出信号は周波数に対応した利得で増幅した出力信号を出力する構成としたことにある。
【００１２】
これにより、流量が所定周波数よりも低い周波数をもって脈動するときには、流量演算手段から出力される流量検出信号は、流量の脈動にほぼ対応した値となる。このとき、信号出力手段は、予め決められた一定の利得で流量検出信号を増幅する。一方、流量が所定周波数よりも高い周波数をもって脈動するときには、流量演算手段から出力される流量検出信号は、感温抵抗体の熱容量によって低下する。このとき、信号出力手段は、周波数に対応した利得で流量検出信号を増幅する。
【００１３】
また、請求項３の発明は、前記信号出力手段を、前記立ち上がり判定手段によって流量検出信号が立ち上がり状態にあると判定したときには、前記感温抵抗体の熱時定数によって決まる第１の所定周波数よりも低い周波数の流量検出信号はほぼ一定な第１の利得で増幅し、前記第１の所定周波数よりも高く予め定められた第２の所定周波数よりも低い周波数の範囲にある流量検出信号は周波数に対応した第２の利得で増幅し、前記第２の所定周波数よりも高い周波数をもった流量検出信号は前記第２の利得よりも大きくほぼ一定な第３の利得で増幅した出力信号を出力する構成としたことにある。
【００１４】
これにより、流量が第１の所定周波数よりも低い周波数をもって脈動するときには、流量検出信号は流量の脈動にほぼ対応した値となる。このとき、信号出力手段は、一定な第１の利得で流量検出信号を増幅する。また、流量が第１の所定周波数よりも高く予め定められた第２の所定周波数よりも低い周波数の範囲で脈動するときには、流量検出信号は感温抵抗体の熱容量によって低下する。このとき、信号出力手段は、周波数に対応した第２の利得で流量検出信号を増幅する。さらに、流量が第２の所定周波数よりも高い周波数をもって脈動するときには、信号出力手段は、前記第２の利得よりも大きくほぼ一定な第３の利得で流量検出信号を増幅する。
【００１５】
また、請求項４の発明は、前記信号出力手段を、第１の所定周波数を流量検出信号が減衰し始める周波数に設定し、第２の所定周波数を利得の補償が必要となる流量検出信号の最高の周波数に設定したことにある。
【００１６】
これにより、信号出力手段は、検出信号が減衰し始める周波数よりも高い周波数で流量が脈動するときには、流量検出信号を周波数に対応した利得で増幅することができる。また、第２の所定周波数を利得の補償が必要となる流量検出信号の最高の周波数に設定したから、利得の補償が必要となる流量検出信号を確実に増幅することができる。
【００１７】
また、請求項５の発明は、前記利得補償手段は、被測流体が逆流しているか否かを判定する逆流判定手段を備え、前記立ち上がり判定手段を、該逆流検出手段によって被測流体が逆流状態にあると判定したときには被測流体が逆流方向に向かう流量が増加したときを立ち上がり状態として判定し、被測流体が正流状態にあると判定したときには被測流体が正流方向に向かう流量が増加したときを立ち上がり状態として判定する構成としたことにある。
【００１８】
これにより、逆流判定手段は被測流体が正流、逆流のいずれの状態にあるかを判定し、立ち上がり判定手段は逆流判定手段の判定結果に基づき正流時の立ち上がり状態と逆流時の立ち上がり状態とを判定する。これにより、被測流体が逆流し、このときの流量検出信号が熱時定数によって減少したときであっても、立ち上がり状態判定手段は、逆流時に流量検出信号が減少する逆流時の立ち上がり状態を判定でき、逆流する被測流体の流量を正確に検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態による流量検出装置を、図１ないし図８を参照しつつ詳細に説明する。
【００２０】
まず、図１ないし図５に基づいて、本発明による第１の実施の形態を述べる。１は空気等の被測流体が流れる流路となる筒体で、該筒体１はエンジンの吸気管（図示せず）の途中に接続されている。そして、エンジンの運転時には、前記吸気管を通して外部からエンジン本体の燃焼室内に吸入される吸入空気が筒体１内を矢示Ａ方向に流通する。
【００２１】
２は流量検出装置の外形をなすケーシングで、該ケーシング２は、筒体１に取り付けられた鍔状のコネクタ部２Ａと、該コネクタ部２Ａから筒体１内に延びる収容部２Ｂとによって構成されている。そして、ケーシング２内には、後述する流量検出素子３と検出回路９とが収容されている。
【００２２】
３は流量検出素子で、該流量検出素子３は、図２に示すように裏面側に台形状の凹窪部４Ａが形成されたシリコン基板４と、該シリコン基板４の表面側に例えば酸化膜、窒化膜等によって形成された絶縁膜５と、該絶縁膜５を介して前記シリコン基板４上の凹窪部４Ａと対応する位置に成膜したヒータ６と、該ヒータ６近傍に位置して該ヒータ６と同様にして成膜した第１，第２の感温抵抗体７，８とによって構成されている。そして、ヒータ６、第１，第２の感温抵抗体７，８には、後述する基準抵抗１２，１４等に接続するための電極部６Ａ，７Ａ，８Ａが取り付けられている。
【００２３】
ここで、ヒータ６は、プリント印刷、スパッタリング等の手段を用いてシリコン基板４上に例えば０．２μｍ程度の膜厚で白金膜を着膜させることにより形成されている。また、ヒータ６は、電流制御用のトランジスタ（図示せず）によって電流値が制御され、温度を一定温度（例えば約２４０℃）に保つように発熱する構成となっている。
【００２４】
一方、該第１の感温抵抗体７はヒータ６の上流側に位置して抵抗値ＲＴ１を有するように着膜形成され、第２の感温抵抗体８はヒータ６の下流側に位置して抵抗値ＲＴ２を有するように着膜形成されている。
【００２５】
そして、流量検出素子３は、矢示Ａ方向に空気が流れるとき、この空気流によって冷却される感温抵抗体７，８の抵抗値変化を利用して流量を検出するものである。
【００２６】
９はケーシング２の収容部２Ｂ内に収容された検出回路で、該検出回路９は、例えばセラミック材料等からなる絶縁基板上に実装されたヒータ制御回路（図示せず）、後述の流量演算回路１０、利得補償回路１７等によって構成されている。そして、ヒータ制御回路は、ヒータ６を常に一定温度（例えば２４０℃）に保持している。
【００２７】
１０は流量演算手段としての流量演算回路で、該流量演算回路１０は、後述するブリッジ回路となった第１，第２の流量検出回路１１，１３と、該第１，第２の流量検出回路１１，１３から出力される第１，第２の流量電圧Ｖ１  ，Ｖ２  を差動増幅する差動増幅回路１５と、非反転増幅回路１６とによって構成されている。そして、流量演算回路１０は、流量に応じた流量検出信号Ｖ４  を出力するものである。
【００２８】
１１は第１の流量検出回路で、該第１の流量検出回路１１は、抵抗値ＲＴ１を有する第１の感温抵抗体７と基準抵抗１２とを直列に接続することにより構成されている。そして、第１の流量検出回路１１は、例えば５Ｖ程度の電圧に設定されたバッテリ電圧Ｅｂ  とアースとの間に接続され、バッテリ電圧Ｅｂ  側の接続点ａとアース側の接続点ｂとによって第２の流量検出回路１３に並列接続されている。このため、第１，第２の流量検出回路１１，１３は、それぞれ対向する辺の抵抗値が等しくなるブリッジ回路を構成している。
【００２９】
また、第１の感温抵抗体７と基準抵抗１２との接続点ｃは、後述する差動増幅回路１５の非反転入力端子に接続されている。そして、第１の流量検出回路１１は、第１の感温抵抗体７の抵抗値ＲＴ１の変化を第１の流量電圧Ｖ１  として出力する。
【００３０】
１３は第２の流量検出回路で、該第２の流量検出回路１３は、第１の流量検出回路１１とほぼ同様に抵抗値ＲＴ２を有する第２の感温抵抗体８と基準抵抗１４とを直列に接続することにより構成され、第１の流量検出回路１１と共にブリッジ回路を構成している。
【００３１】
また、該第２の流量検出回路１３は、前記バッテリ電圧Ｅｂ  とアースとの間に接続され、第２の感温抵抗体８と基準抵抗１４との接続点ｄは、差動増幅回路１５の反転入力端子に接続されている。そして、第２の流量検出回路１３は、第２の感温抵抗体８の抵抗値ＲＴ２の変化を第２の流量電圧Ｖ２  として出力する。
【００３２】
１５は差動増幅回路で、該差動増幅回路１５の入力側には、第１，第２の流量検出回路１１，１３の接続点ｃ，ｄが接続され、出力側には後述の利得補償回路１７が接続されている。そして、該差動増幅回路１５は、第１，第２の流量電圧Ｖ１  ，Ｖ２  の差を演算し、この差に応じた差動信号Ｖ３  を出力する。
【００３３】
１６は非反転増幅回路で、該非反転増幅回路１６は、演算増幅器１６Ａと、該演算増幅器１６Ａの反転入力端子と基準電圧Ｅｓ  との間に接続された抵抗１６Ｂと、前記演算増幅器１６Ａの出力端子と反転入力端子との間に接続された負帰還抵抗１６Ｃとによって構成されている。また、演算増幅器１６Ａの非反転入力端子には差動増幅回路１５の出力端子が接続されている。そして、非反転増幅回路１６は、差動増幅回路１５から出力される差動信号Ｖ３  を増幅した流量検出信号Ｖ４  を吸入空気の流量を示す信号として出力する。
【００３４】
１７は利得補償手段としての利得補償回路で、該利得補償回路１７は、後述する立ち上がり判定回路１８と信号出力回路２１とによって構成されている。
【００３５】
１８は非反転増幅回路１６から出力される流量検出信号Ｖ４  が立ち上がり状態か否かを判定する立ち上がり判定回路で、該立ち上がり判定回路１８は、演算増幅器１９とＰＮＰ形のトランジスタ２０とによって構成されている。
【００３６】
そして、演算増幅器１９の反転入力端子は、非反転増幅回路１６の出力端子に接続されている。また、演算増幅器１９の非反転入力端子は、信号出力回路２１の出力端子に接続され、演算増幅器１９の出力端子はトランジスタ２０のベース側に接続されている。
【００３７】
一方、トランジスタ２０は、そのベース側が演算増幅器１９の出力端子に接続され、エミッタ側がコンデンサ２５を介してバッテリ電圧Ｅｂ  に接続され、コレクタ側がアースに接続されている。また、トランジスタ２０のエミッタ側とコンデンサ２５との間には接続点ｅが設けられている。
【００３８】
そして、立ち上がり判定回路１８は、図１中の矢示Ａ方向に向かう空気の流量が増加して流量検出信号Ｖ４  が増加するときには、演算増幅器１９の出力電圧が上昇するから、トランジスタ２０はＯＮ状態となる。これにより、立ち上がり判定回路１８は、流量検出信号Ｖ４  が立ち上がり状態にあるものと判定する。
【００３９】
一方、立ち上がり判定回路１８は、図１中の矢示Ａ方向に向かう空気の流量が減少して流量検出信号Ｖ４  が減少するときには、演算増幅器１９の出力電圧が低下するから、トランジスタ２０はＯＦＦ状態となる。これにより、立ち上がり判定回路１８は、流量検出信号Ｖ４  が立ち上がり状態にないもの、即ち立ち下がり状態にあるものと判定する。
【００４０】
２１は信号出力手段としての信号出力回路で、該信号出力回路２１は演算増幅器２２、利得設定用抵抗２３、負帰還抵抗２４、コンデンサ２５によって構成されている。
【００４１】
ここで、演算増幅器２２の非反転入力端子は、非反転増幅回路１６の出力端子に接続され、演算増幅器２２の出力端子は、立ち上がり判定回路１８の演算増幅器２２の非反転入力端子に接続されている。また、演算増幅器２２の反転入力端子は、抵抗値Ｒ１  を有する利得設定用抵抗２３を介してコンデンサ２５とトランジスタ２０のエミッタ側との間の接続点ｅに接続されている。さらに、演算増幅器１９の出力端子と反転入力端子との間には抵抗値Ｒ２  を有する負帰還抵抗２４が接続されている。
【００４２】
そして、負帰還抵抗２４の抵抗値Ｒ２  は利得設定用抵抗２３よりも十分に大きな値（Ｒ２  ≫Ｒ１  ）に設定されている。また、利得設定用抵抗２３と負帰還抵抗２４とは、利得補償回路１７によって補償する利得を設定し、負帰還抵抗２４とコンデンサ２５とは、第１の所定周波数ｆ１  を設定し、利得設定用抵抗２３とコンデンサ２５とは、第２の所定周波数ｆ２  を設定するものである。
【００４３】
即ち、負帰還抵抗２４の抵抗値Ｒ２  とコンデンサ２５の容量Ｃとの積は、以下の数１に示すように感温抵抗体７，８の熱時定数τと略等しくなるように設定されている。
【００４４】
【数１】
τ＝ＣＲ２
【００４５】
そして、信号出力回路２１は、図４中の特性線２６Ａに示すように、以下の数２に示す第１の所定周波数ｆ１  よりも低い周波数ｆで脈動する流量に対してはほぼ１となる第１の利得Ｇ１  に設定されている。また、信号出力回路２１は、図４中の特性線２６Ｂに示すように、第１の所定周波数ｆ１  よりも高く以下の数３に示す第２の所定周波数ｆ２  よりも低い周波数ｆで脈動する流量に対してはほぼ周波数ｆに比例する第２の利得Ｇ２  となるように設定されている。さらに、信号出力回路２１は、図４中の特性線２６Ｃに示すように、第２の所定周波数ｆ２  よりも高い周波数ｆで脈動する流量に対してはほぼ数４に示す一定な第３の利得Ｇ３となるように設定されている。
【００４６】
【数２】
0003569146.tif 000002
【００４７】
【数３】
0003569146.tif 000003
【００４８】
【数４】
0003569146.tif 000004
【００４９】
ここで、第１の所定周波数ｆ１  は、感温抵抗体７，８等の熱時定数τによって決定され、流量検出信号Ｖ４  が減衰し始める周波数を示している。即ち、第１の所定周波数ｆ１  は、感温抵抗体７，８等の熱容量によって流量検出信号Ｖ４  に対して低域通過フィルタとして作用するときに、この低域通過フィルタのカットオフ周波数を示すものである。また、第２の所定周波数ｆ２  は、利得の補償が必要となる流量検出信号Ｖ４  の最高の周波数を示すものである。
【００５０】
そして、信号出力回路２１は、以下の数５に示すように、第１，第２の所定周波数ｆ１  ，ｆ２  間の周波数ｆで脈動する流量に対しては、ほぼ周波数ｆに比例して利得Ｇ１  ，Ｇ３  間の値となって利得Ｇ２  で、流量検出信号Ｖ４  を増幅するものである（図４中の特性線２６参照）。
【００５１】
【数５】
0003569146.tif 000005
【００５２】
このため、流量検出信号Ｖ４  が周波数の上昇に応じて減少するときには信号出力回路２１の利得が増加するから、信号出力回路２１は、流量検出信号Ｖ４  を周波数に関係なく流量に応じた出力信号Ｖ５  を出力するものである。
【００５３】
本実施の形態による流量検出装置は上述の如き構成を有するもので、次に吸入空気の流量検出動作について説明する。
【００５４】
まず、吸入空気が矢示Ａ方向に向けて流れるときには、シリコン基板４上の上流側に位置した第１の感温抵抗体７がこの空気の流れによって冷やされ、下流側に位置した第２の感温抵抗体８はヒータ６からの熱を受ける。この結果、第１，第２の感温抵抗体７，８の抵抗値ＲＴ１，ＲＴ２が変化するから、第１，第２の流量検出回路１１，１３からの流量電圧Ｖ１  ，Ｖ２  に電位差が生じる。このため、差動増幅回路１５はこの電位差（Ｖ１  −Ｖ２  ）に応じた差動信号Ｖ３  を出力し、非反転増幅回路１６は差動信号Ｖ３  を増幅した流量検出信号Ｖ４  を出力する。
【００５５】
ここで、流量検出信号Ｖ4 が立ち上がり状態になく、矢示Ａ方向に流れる吸入空気の流量がほぼ一定値となっているときには、流量検出信号Ｖ4 はほとんど変化せず一定値に保持される。このとき、立ち上がり判定回路１８の演算増幅器１９は、利得補償回路１７においてバッファとして作用し、トランジスタ２０はＯＮ状態となるから、流量検出信号Ｖ4 は、以下の数６に示すように出力信号Ｖ5 、接続点ｅの電圧である接続点電圧信号Ｖe とほぼ同じ値となる。
【００５６】
【数６】
Ｖ４  ＝Ｖ５  ＝Ｖｅ
【００５７】
また、流量検出信号Ｖ4 が立ち上がり状態になく、矢示Ａ方向に流れる吸入空気の流量が減少するときには、流量検出信号Ｖ4 も、図５中に実線で示す特性線２７のように流量の減少に従って徐々に低下する。このとき、信号出力回路２１の演算増幅器２２の出力信号Ｖ5 も、図５中に点線で示す特性線２８のように流量検出信号Ｖ4 に従って低下する。このため、立ち上がり判定回路１８の演算増幅器１９の出力電圧も低下するから、トランジスタ２０はＯＮ状態に保持される。この結果、コンデンサ２５はトランジスタ２０を通じて充電が行なわれ、接続点ｅの接続点電圧信号Ｖe は、図５中に実線で示す特性線２７のように、流量検出信号Ｖ4 、出力信号Ｖ5 に追従して低下する。これにより、流量検出信号Ｖ4 、出力信号Ｖ5 、接続点電圧信号Ｖe は、数６の関係に保たれる。
【００５８】
一方、矢示Ａ方向に流れる吸入空気の流量が増加するとき、即ち流量検出信号Ｖ４  が立ち上がり状態にあるときには、流量検出信号Ｖ４  と出力信号Ｖ５  とは、徐々に増加することになる。このとき、流量検出信号Ｖ４  は、図５中に実線で示す特性線２７のように第１，第２の感温抵抗体７，８の熱容量と流量に対する非線形応答性によって、流量の増加に対応できず、低下する傾向がある。
【００５９】
しかし、立ち上がり判定回路１８の演算増幅器１９の出力電圧も増加するから、トランジスタ２０はＯＦＦ状態となり、コンデンサ２５への充電ができなくなる。このため、コンデンサ２５に充電された電荷は、利得設定用抵抗２３、負帰還抵抗２４を介して放電される。この結果、トランジスタ２０のエミッタ側電圧である接続点ｅの接続点電圧信号Ｖｅ  は、図５中に一点鎖線で示す特性線２９のように、流量検出信号Ｖ４  よりも低くなる。即ち、接続点電圧信号Ｖｅ  は、コンデンサ２５の容量Ｃと利得設定用抵抗２３の抵抗値Ｒ１  との積（時定数）によって流量検出信号Ｖ４  に対してその応答が遅れるから、流量検出信号Ｖ４  よりも低下する。これにより、出力信号Ｖ５  は、接続点電圧信号Ｖｅ  、流量検出信号Ｖ４と以下の数７に示す関係により、図５中の特性線２８に示すように時間変化する。
【００６０】
【数７】
0003569146.tif 000006
【００６１】
かくして、本実施の形態によれば、利得補償回路１７を、立ち上がり判定回路１８と信号出力回路２１とによって構成したから、利得補償回路１７は、流量検出信号Ｖ４  が流量の対応して変化しない立ち上がり状態のときのみ流量検出信号Ｖ４  を増幅し、常に出力信号Ｖ５  を流量に対応して変化させることができる。これにより、流量をほぼ正確に検出することができる。
【００６２】
また、立ち上がり状態における流量検出信号Ｖ４  の低下は、感温抵抗体７，８等の熱時定数τによってその量が決まるため、流量が脈動する周波数ｆ、即ち流量検出信号Ｖ４  の周波数ｆに応じて変化する。このため、流量検出信号Ｖ４  は、高い周波数ｆほど低下量が大きく、低い周波数ｆほど低下量が小さくなる。
【００６３】
しかし、信号出力回路２１は、図４に示すように熱時定数τによって決まる第１の所定周波数ｆ１  よりも低い周波数ｆでは流量検出信号Ｖ４  と出力信号Ｖ５  とがほぼ同じ値となるように利得Ｇ１  が１程度に設定し、第１，第２の所定周波数ｆ１  ，ｆ２  間の周波数ｆではほぼ周波数ｆに比例した増加する利得Ｇ２  に設定し、第２の所定周波数ｆ２  よりも高い周波数ｆではほぼ利得Ｇ３  となるように設定している。
【００６４】
これにより、流量が所定周波数ｆ１  よりも低い周波数ｆをもって脈動するときには、流量検出信号Ｖ４  は、立ち上がり状態であっても流量の脈動にほぼ比例した値となる。このとき、信号出力回路２１は、ほぼ１程度の利得Ｇ１  で流量検出信号Ｖ４  を増幅するから、信号出力回路２１は、流量の脈動にほぼ比例した出力信号Ｖ５  を出力する。
【００６５】
また、流量が第１の所定周波数ｆ１  よりも高く第２の所定周波数ｆ２  よりも低い周波数ｆの範囲で脈動するときには、信号出力回路２１は、周波数ｆにほぼ比例した利得Ｇ２  で流量検出信号Ｖ４  を増幅するから、周波数ｆが高くなるほど減衰する流量検出信号Ｖ４  の利得を補償することができる。このため、信号出力回路２１は周波数ｆに関係なく常に流量に対応した出力信号Ｖ５  を出力することができる。
【００６６】
さらに、信号出力回路２１は、高周波数側の所定周波数ｆ２  よりも高い周波数ｆをもった流量検出信号Ｖ４  はほぼ一定の利得Ｇ３  で増幅する構成としたから、流量の検出にほとんど影響を与えない高周波数側の流量検出信号Ｖ４  を必要以上に増幅することがなくなる。このため、高周波数側の流量検出信号Ｖ４  による誤差等をなくし、流量の検出精度を高めることができる。
【００６７】
次に、図６に本発明による第２の実施の形態を示すに、本実施の形態の特徴は、立ち上がり判定手段をダイオードによって構成したことにある。なお、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素の同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６８】
３１は本実施の形態による利得補償回路で、該利得補償回路３１は、後述するダイオード３２と信号出力回路３３とによって構成している。
【００６９】
３２は立ち上がり判定手段としてのダイオードで、該ダイオード３２は、後述する信号出力回路３３の演算増幅器３４の出力端子と反転入力端子との間に接続され、反転入力端子から出力端子に向けて電流が流れるのを許し、出力端子から反転入力端子に向けて電流が流れるのを阻止するものである。
【００７０】
３３は信号出力手段としての信号出力回路で、該信号出力回路３３は演算増幅器３４、利得設定用抵抗３５、負帰還抵抗３６、コンデンサ３７によって構成されている。
【００７１】
ここで、演算増幅器３４の非反転入力端子は、非反転増幅回路１６の出力端子に接続され、流量検出信号Ｖ４  が入力される。また、演算増幅器３４の反転入力端子は、抵抗値Ｒ１  を有する利得設定用抵抗３５、容量Ｃを有するコンデンサ３７を介してアースに接続されている。さらに、演算増幅器３４の出力端子と反転入力端子との間には抵抗値Ｒ２  を有する負帰還抵抗３６が接続されると共に、該、負帰還抵抗３６にはダイオード３２が並列接続されている。
【００７２】
本実施の形態による流量検出装置は上述の如き構成を有するもので、次に利得補償回路３１の作動について説明する。
【００７３】
そして、流量検出信号Ｖ４  が立ち上がり状態のときには、流量検出信号Ｖ４  よりも演算増幅器３４の出力端子の電圧である出力信号Ｖ５  は大きくなる。このとき、演算増幅器３４の反転入力端子の電圧は、流量検出信号Ｖ４  とほぼ同じ値となっているから、ダイオード３２には電流が流れることはなく、ダイオード３２は絶縁体として作用する。このため、利得補償回路３１は、ダイオード３２を省いた増幅回路として作用する。
【００７４】
一方、流量検出信号Ｖ4 が立ち上がり状態にないときには、出力信号Ｖ5 は流量検出信号Ｖ4 よりも大きくなることはなく、ほぼ同じ程度の値となる。また、出力信号Ｖ5 が流量検出信号Ｖ4 よりも小さくなったときには、ダイオード３２に電流が流れるから、ダイオード３２は導体として作用する。このため、利得補償回路３１は、流量検出信号Ｖ4 とほぼ同じ出力信号Ｖ5 を出力する。
【００７５】
かくして、このように構成される本実施の形態の流量検出装置においても、前記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができるが、立ち上がり判定手段をダイオードによって構成したから、演算増幅器３４を１個だけ用いればよく、第１の実施の形態と同様の作用効果をもった利得補償回路３１を簡易に構成することができる。
【００７６】
次に、図７および図８に本発明による第３の実施の形態を示すに、本実施の形態の特徴は、利得補償回路は吸入空気の逆流を検出する逆流判定回路を手段を備え、信号出力回路は該逆流判定回路の判定結果に基づき正流時、逆流時の流量検出信号を増幅する構成したことにある。
【００７７】
なお、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素の同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。また、本実施の形態では図１、図２中の矢示Ｂ方向に向けて吸入空気が逆流したときには、流量検出信号Ｖ４  が逆流判定電圧Ｅ０  である１Ｖよりも低下するものとする。
【００７８】
図７において、４１は本実施の形態による利得補償回路で、該利得補償回路４１は、後述する逆流判定回路４２、立ち上がり判定回路４７、信号出力回路５１によって構成している。
【００７９】
４２は逆流判定手段としての逆流判定回路で、該逆流判定回路４２はコンパレータ４３、インバータ４４、リレー４５，４６によって構成されている。
【００８０】
そして、コンパレータ４３は、その反転入力端子が非反転増幅回路１６の出力端子に接続され、流量検出信号Ｖ４  が入力されている。一方、コンパレータ４３の非反転入力端子は、例えば１Ｖ程度の逆流判定電圧Ｅ０  に接続されている。また、コンパレータ４３の出力端子は、リレー４５に接続されると共に、インバータ４４を介してリレー４６に接続されている。
【００８１】
このため、流量検出信号Ｖ４  が逆流判定電圧Ｅ０  よりも大きいときには、コンパレータ４３は、ほぼ０Ｖ程度の電圧を出力する。これにより、リレー４５は開成すると共に、リレー４６にはインバータ４４によって例えば５Ｖ程度の電圧が印加されるから、リレー４６は閉成する。
【００８２】
また、流量検出信号Ｖ４  が逆流判定電圧Ｅ０  よりも小さいときには、コンパレータ４３は、例えば５Ｖ程度の電圧を出力する。これにより、リレー４５は閉成すると共に、リレー４６にはインバータ４４によって例えば０Ｖ程度の電圧が印加されるから、リレー４６は開成する。
【００８３】
４７は非反転増幅回路１６から出力される流量検出信号Ｖ４  が立ち上がり状態か否かを判定する立ち上がり判定回路で、該立ち上がり判定回路４７は、演算増幅器４８、ＮＰＮ形のトランジスタ４９、ＰＮＰ形のトランジスタ５０によって構成されている。
【００８４】
そして、演算増幅器４８の反転入力端子は、非反転増幅回路１６の出力端子に接続されている。また、演算増幅器４８の非反転入力端子は、信号出力回路５１の出力端子に接続され、演算増幅器４８の出力端子は、リレー４５を介してトランジスタ４９のベース側に接続されると共に、リレー４６を介してトランジスタ５０のベース側に接続されている。
【００８５】
また、トランジスタ４９は、そのコレクタ側がバッテリ電圧Ｅｂ  に接続され、エミッタ側がトランジスタ５０のコレクタ側に接続されている。一方、トランジスタ５０は、そのエミッタ側がトランジスタ４９のエミッタ側に接続され、コレクタ側がアースに接続されている。
【００８６】
このため、トランジスタ４９，５０は、バッテリ電圧Ｅｂ  とアースとの間に直列接続され、トランジスタ４９のエミッタ側とトランジスタ５０のエミッタ側との間には接続点ｅ′が設けられている。
【００８７】
５１は信号出力手段としての信号出力回路で、該信号出力回路５１は演算増幅器５２、利得設定用抵抗５３、負帰還抵抗５４、コンデンサ５５によって構成されている。
【００８８】
ここで、演算増幅器５２の非反転入力端子は、非反転増幅回路１６の出力端子に接続され、流量検出信号Ｖ４  が入力される。また、演算増幅器５２の反転入力端子は、抵抗値Ｒ１  を有する利得設定用抵抗５３、容量Ｃを有するコンデンサ５５を介してアースに接続されている。さらに、演算増幅器５２の出力端子と反転入力端子との間には抵抗値Ｒ２  を有する負帰還抵抗５４が接続されている。
【００８９】
本実施の形態による流量検出装置は上述の如き構成を有するもので、次に利得補償回路４１の作動について説明する。
【００９０】
まず、吸入空気が図１中の矢示Ａ方向に向かい正流しているときには、流量検出信号Ｖ4 は図８中に実線で示す特性線５５Ａのように逆流判定電圧Ｅ0 よりも大きいから、コンパレータ４３はほぼ０Ｖの電圧を出力し、リレー４５は開成し、リレー４６は閉成する。このとき、トランジスタ４９は作動せず、トランジスタ５０のみ作動する。そして、トランジスタ５０は、第１の実施の形態によるトランジスタ２０とほぼ同様に矢示Ａ方向に向かう流量が増加した立ち上がり状態でＯＦＦ状態となり、矢示Ａ方向に向かう流量が減少した立ち上がり状態にないときにＯＮ状態となる。
【００９１】
このため、吸入空気が正流状態で流量検出信号Ｖ4 が立ち上がり状態となっているときには、演算増幅器５２から出力される出力信号Ｖ5 は、図８中に点線で示す特性線５６Ａのように流量検出信号Ｖ4 よりも振幅が大きくなり、接続点ｅ′の接続点電圧Ｖe ′は、図８中に一点鎖線で示す特性線５７Ａのように流量検出信号Ｖ4 よりも振幅が小さくなる。一方、吸入空気が正流状態で流量検出信号Ｖ4 が立ち上がり状態にないときには、出力信号Ｖ5 、接続点電圧Ｖe ′は、流量検出信号Ｖ4 とほぼ同じ値となる。
【００９２】
次に、吸入空気が図１中の矢示Ｂ方向に向かい逆流しているときには、流量検出信号Ｖ4 は図８中に実線で示す特性線５５Ｂのように逆流判定電圧Ｅ0 よりも小さいから、コンパレータ４３はほぼ５Ｖの電圧を出力し、リレー４５は閉成し、リレー４６は開成する。このとき、トランジスタ５０は作動せず、トランジスタ４９のみ作動する。そして、トランジスタ４９は、矢示Ｂ方向に向かう流量が増加した立ち上がり状態でＯＦＦ状態となり、矢示Ｂ方向に向かう流量が減少した立ち上がり状態にないときにＯＮ状態となる。
【００９３】
このため、吸入空気が逆流状態で流量検出信号Ｖ4 が立ち上がり状態となっているときには、出力信号Ｖ5 は、図８中に点線で示す特性線５６Ｂのように流量検出信号Ｖ4 よりも振幅が大きくなり、接続点ｅ′の接続点電圧Ｖe ′は、図８中に一点鎖線で示す特性線５７Ｂのように流量検出信号Ｖ4 よりも振幅が小さくなる。一方、吸入空気が逆流状態で流量検出信号Ｖ4 が立ち上がり状態にないときには、出力信号Ｖ5 、接続点電圧Ｖe ′は、流量検出信号Ｖ4 とほぼ同じ値となる。
【００９４】
かくして、このように構成される本実施の形態の流量検出装置においても、前記第１の実施の形態と同様の作用効果を得ることができるが、特に本実施の形態は逆流判定回路４２を設けたから、吸入空気が逆流状態になると共に、逆流方向の流量が増加するときに感温抵抗体７，８等の熱時定数τによって流量検出信号の振幅が低下しても、逆流判定回路４２、立ち上がり判定回路４７、信号出力回路５１からなる利得補償回路４１によって、この低下した利得を補償することができる。このため、吸入空気が逆流状態となるときであっても流量を正確に検出することができる。
【００９５】
なお、前記各実施の形態では、２個の感温抵抗体を用いて流量検出手段を構成するものとしたが、例えば特開平８−８６６７７号公報に記載されているように１個の発熱性をもつ感温抵抗体によってブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路に一定電流を流すことによって、感温抵抗体の抵抗値に応じた流量検出信号を出力する構成としてもよい。
【００９６】
【発明の効果】
以上詳述した如く請求項１に記載の発明によれば、利得補償手段を、立ち上がり判定手段と信号出力手段とによって構成したから、信号出力手段は、流量検出信号が立ち上がり状態にあるときに流量検出信号を増幅した出力信号を出力し、立ち上がり状態にないときには流量検出信号とほぼ同じ出力信号を出力する。これにより、感温抵抗体の熱時定数によって流量検出信号の立ち上がりが遅れ、流量検出信号が低下した場合であっても、信号出力手段は、この低下した利得を補償し、流量の変化に対応した出力信号を出力することができ、正確な流量を検出することができる。
【００９７】
また、請求項２の発明によれば、信号出力手段を、流量検出信号が立ち上がり状態のときには、感温抵抗体の熱時定数によって決まる所定周波数よりも低い周波数をもった流量検出信号はほぼ一定の利得で増幅し、当該所定周波数よりも高い周波数をもった流量検出信号は周波数に対応した利得で増幅する構成としたから、流量が所定周波数よりも低い周波数をもって脈動するときには、流量検出信号は、流量の脈動にほぼ比例した値となり、信号出力手段は一定の利得で流量検出信号を増幅する。一方、流量が所定周波数よりも高い周波数をもって脈動するときには、流量検出信号は、感温抵抗体等の熱容量によってその値が低下し、信号出力手段は、周波数に対応した利得で流量検出信号を増幅する。このため、信号出力手段は、周波数が高くなるほど減衰する流量検出信号の利得を補償することができ、周波数に関係なく常に流量に応じた出力信号を出力すると共に、正確な流量を検出することができる。
【００９８】
また、請求項３の発明によれば、信号出力手段を、流量検出信号が立ち上がり状態のときには、感温抵抗体の熱時定数によって決まる第１の所定周波数に比較して高い第２の所定周波数よりも高い所定周波数をもった流量検出信号はほぼ一定の利得で増幅する構成としたから、流量の検出にほとんど影響を与えない高周波数側の流量検出信号を必要以上に増幅することがなくなる。このため、高周波数側の流量検出信号による誤差等をなくし、流量の検出精度を高めることができる。
【００９９】
また、請求項４の発明によれば、信号出力手段による第１の所定周波数を流量検出信号が減衰し始める周波数に設定し、第２の所定周波数を利得の補償が必要となる流量検出信号の最高の周波数に設定したから、信号出力手段は流量検出信号が減衰し始める周波数よりも高い周波数で流量が脈動するときには、流量検出信号を周波数に対応した利得で増幅することができる。また、第２の所定周波数を利得の補償が必要となる流量検出信号の最高の周波数に設定したから、利得の補償が必要となる流量検出信号を確実に増幅することができる。
【０１００】
また、請求項５の発明によれば、立ち上がり判定手段を、逆流検出手段によって被測流体が逆流状態にあると判定したときには被測流体が逆流方向に向かう流量が増加したときを立ち上がり状態として判定し、被測流体が正流状態にあると判定したときには被測流体が正流方向に向かう流量が増加したときを立ち上がり状態として判定する構成としたから、被測流体が逆流し、このときの流量検出信号が感温抵抗体等の熱時定数によって減少したときであっても、立ち上がり状態判定手段は、逆流時の立ち上がり状態を判定することができる。このため、信号出力手段は、逆流時の立ち上がり状態にある流量検出信号を増幅するから、逆流する被測流体の流量を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による流量検出装置を吸気管に取付けた状態を示す縦断面図である。
【図２】シリコン基板上に形成されたヒータ、第１の感温抵抗体、第２の感温抵抗体を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態による流量検出装置の流量演算回路、利得補償回路等を示す回路図である。
【図４】利得補償回路の利得と周波数との関係を示す特性線図である。
【図５】第１の実施の形態による流量検出信号、出力信号、接続点電圧信号と時間との関係を示す特性線図である。
【図６】第２の実施の形態による流量検出装置の利得補償回路等を示す回路図である。
【図７】第３の実施の形態による流量検出装置の利得補償回路等を示す回路図である。
【図８】第３の実施の形態による流量検出信号、出力信号、接続点電圧信号と時間との関係を示す特性線図である。
【符号の説明】
７，８  感温抵抗体
１０  流量演算回路（流量演算手段）
１７，３１，４１  利得補償回路（利得補償手段）
１８，４７  立ち上がり判定回路（立ち上がり判定手段）
２１，３３，５１  信号出力回路（信号出力手段）
３２  ダイオード（立ち上がり判定手段）
４２  逆流判定回路（逆流判定手段）
【図１】
0003569146.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003569146.tif 000011
【図６】
0003569146.tif 000012
【図７】
0003569146.tif 000013
【図８】
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