(57)【要約】【課題】演算処理回路に耐久変動が起こった場合にも、物理量の検出精度が悪化することを抑制することができる力学量センサを提供する。【解決手段】信号処理回路９５に、基準信号をデジタル信号に演算したものである第１、第２デジタル信号が入力されると、当該第１、第２デジタル信号を記憶保持させ、検出信号をデジタル信号に演算したものである第３デジタル信号が入力されると、第１〜第３デジタル信号のうちから選択した二つのデジタル信号の差分である第１差分値を演算すると共に、二つのデジタル信号とは異なる組み合わせの二つのデジタル信号の差分である第２差分値を演算し、第１差分値と第２差分値との比を演算する。【選択図】図４
2011153972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理量の変化に応じた検出信号としてのアナログ信号を出力するブリッジ回路（３０）と、所定電圧の基準信号を出力するデジタルアナログコンバータ（８０）と、前記ブリッジ回路（３０）から出力された前記検出信号および前記デジタルアナログコンバータ（８０）から出力された前記基準信号を演算処理する演算処理回路（５０）と、前記演算処理回路（５０）に接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路（９０）と、前記ＡＤ変換回路（９０）から出力されるデジタル信号を演算処理する信号処理回路（９５）と、を備え、
前記デジタルアナログコンバータ（８０）は、電圧の異なる複数の基準信号を出力し、
前記演算処理回路（５０）は、前記ブリッジ回路（３０）の第１中間点（３１）または前記デジタルアナログコンバータ（８０）と第１スイッチ（６１）を介して接続される第１演算増幅器（５１）と、前記ブリッジ回路（３０）のうち前記第１中間点（３１）と異なる第２中間点（３２）または前記デジタルアナログコンバータ（８０）と第２スイッチ（６２）を介して接続される第２演算増幅器（５２）と、前記第１演算増幅器（５１）および前記第２演算増幅器（５２）の出力端子と接続される第３演算増幅器（５３）とを備えており、
前記ＡＤ変換回路（９０）は、
前記第１、第２スイッチ（６１、６２）を介して前記デジタルアナログコンバータ（８０）と前記演算処理回路（５０）とが接続され、前記第１スイッチ（６１）を通じて伝えられる前記複数の基準信号が前記第３演算増幅器（５３）を介して順番に入力されると、入力された複数の基準信号のうちから二つの基準信号をデジタル信号に演算すると共に、演算した第１、第２デジタル信号を信号処理回路（９５）に出力し、
前記第１、第２スイッチ（６１、６２）を介して前記ブリッジ回路（３０）と前記演算処理回路（５０）とが接続され、前記検出信号が前記第３演算増幅器（５３）を介して入力されると、入力された検出信号をデジタル信号に演算すると共に、演算した第３デジタル信号を前記信号処理回路（９５）に出力し、
前記信号処理回路（９５）は、前記第１、第２デジタル信号が入力されると、当該第１、第２デジタル信号を記憶保持し、前記第３デジタル信号が入力されると、前記第１〜第３デジタル信号のうちから選択した二つのデジタル信号の差分である第１差分値を演算すると共に、前記二つのデジタル信号とは異なる組み合わせの二つのデジタル信号の差分である第２差分値を演算し、前記第１差分値と前記第２差分値との比を演算することを特徴とする力学量センサ。
【請求項２】
前記デジタルアナログコンバータ（８０）は、電圧の異なる三種類の第１〜第３基準信号を出力し、
前記ＡＤ変換回路（９０）は、
前記第１〜第３基準信号が入力されると、前記第１〜第３基準信号の値から二次関数を演算すると共に当該二次関数を記憶保持し、前記二次関数を用いて前記第１、２デジタル信号を演算し、
前記検出信号が入力されると、前記二次関数を用いて第３デジタル信号を演算することを特徴とする請求項１に記載の力学量センサ。
【請求項３】
前記ブリッジ回路（３０）および前記デジタルアナログコンバータ（８０）は、それぞれ共通の電源（７０）に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の力学量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサチップから物理量の変化に応じて出力される検出信号を演算処理回路を介してＡＤ変換回路に入力すると共に、ＡＤ変換回路にて検出信号をデジタル信号に変換する力学量センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば、この種の力学量センサとして、第１、第２発熱抵抗体および測温検出抵抗体を有するセンサ素子、演算処理回路、ＡＤ変換回路および筐体を有するエアフローメータが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、このようなエアフローメータは、筐体から一方向に支持体が突出している。そして、支持体には、第１発熱抵抗体が突出方向の先端部に配置され、第１発熱抵抗体から筐体側に向かって、測温検出抵抗体、第２発熱抵抗体が順に備えられている。また、支持体には第１、第２発熱抵抗体および測温検出抵抗体に加えて固定抵抗が備えられており、これら第１、第２発熱抵抗体、測温検出抵抗体、固定抵抗によりブリッジ回路が構成されている。
【０００３】
このようなエアフローメータでは、測定媒体の温度を検出する測温検出抵抗体と第１発熱抵抗体とが所定の温度差を維持するように第１発熱熱抵抗体を発熱させ、第１発熱抵抗体と固定抵抗との間の電圧差を検出することにより、測定媒体の流量が検出される。具体的には、センサ素子から第１発熱抵抗体と固定抵抗との間の電圧差を示すアナログ信号が出力されると、アナログ信号は演算処理回路にて増幅処理等の所定の演算処理が施された後、ＡＤ変換回路にてデジタル信号に変換され、当該デジタル信号に基づいて測定媒体の流量が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３２５０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このようなエアフローメータは、演算処理回路で耐久変動が起こった場合、つまり、演算処理回路内の抵抗やアンプ等が経年変化した場合には、センサ素子から出力されたアナログ信号が演算処理回路で演算処理される際、演算処理回路の耐久変動によって誤差が含まれることになり、検出精度が悪化するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、演算処理回路に耐久変動が起こったとしても、物理量の検出精度が悪化することを抑制することができる力学量センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、物理量の変化に応じた検出信号としてのアナログ信号を出力するブリッジ回路（３０）と、所定電圧の基準信号を出力するデジタルアナログコンバータ（８０）と、ブリッジ回路（３０）から出力された検出信号およびデジタルアナログコンバータ（８０）から出力された基準信号を演算処理する演算処理回路（５０）と、演算処理回路（５０）に接続され、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路（９０）と、ＡＤ変換回路（９０）から出力されるデジタル信号を演算処理する信号処理回路（９５）と、を備え、以下の点を特徴としている。
【０００８】
すなわち、デジタルアナログコンバータ（８０）は、電圧の異なる複数の基準信号を出力し、演算処理回路（５０）は、ブリッジ回路（３０）の第１中間点（３１）またはデジタルアナログコンバータ（８０）と第１スイッチ（６１）を介して接続される第１演算増幅器（５１）と、ブリッジ回路（３０）のうち第１中間点（３１）と異なる第２中間点（３２）またはデジタルアナログコンバータ（８０）と第２スイッチ（６２）を介して接続される第２演算増幅器（５２）と、第１演算増幅器（５１）および第２演算増幅器（５２）の出力端子と接続される第３演算増幅器（５３）とを備えている。
【０００９】
そして、ＡＤ変換回路（９０）は、第１、第２スイッチ（６１、６２）を介してデジタルアナログコンバータ（８０）と演算処理回路（５０）とが接続され、第１スイッチ（６１）を通じて伝えられる複数の基準信号が第３演算増幅器（５３）を介して順番に入力されると、入力された複数の基準信号のうちから二つの基準信号をデジタル信号に演算すると共に、演算した第１、第２デジタル信号を信号処理回路（９５）に出力し、第１、第２スイッチ（６１、６２）を介してブリッジ回路（３０）と演算処理回路（５０）とが接続され、検出信号が第３演算増幅器（５３）を介して入力されると、入力された検出信号をデジタル信号に演算すると共に、演算した第３デジタル信号を信号処理回路（９５）に出力し、信号処理回路（９５）は、第１、第２デジタル信号が入力されると、当該第１、第２デジタル信号を記憶保持し、第３デジタル信号が入力されると、第１〜第３デジタル信号のうちから選択した二つのデジタル信号の差分である第１差分値を演算すると共に、二つのデジタル信号とは異なる組み合わせの二つのデジタル信号の差分である第２差分値を演算し、第１差分値と第２差分値との比を演算する。
【００１０】
このような力学量センサでは、ブリッジ回路（３０）から出力される検出信号およびデジタルアナログコンバータ（８０）から出力される複数の基準信号は、同じ演算処理回路（５０）を介してＡＤ変換回路（９０）に入力される。このため、演算処理回路（５０）に耐久変動（経年変化）が発生すると、ＡＤ変換回路（９０）に入力される検出信号および第１〜第３基準信号は、演算処理回路（５０）の耐久変動に起因する耐久変動値を同等に含んだ信号となる。そして、ＡＤ変換回路（９０）にて第１〜第３デジタル信号を演算すると、第１〜第３デジタル信号それぞれには、演算処理回路（５０）の耐久変動に起因する耐久変動値がほぼ同等に含まれることになる。なお、この耐久変動値は、検出信号や第１〜第３基準信号に対して定数を加算・減算するものであったり、定数を乗算・除算したりするものである。
【００１１】
したがって、信号処理回路（９５）にて、第３デジタル信号と第１デジタル信号との差である第１差分値を演算すると共に、第２デジタル信号と第１デジタル信号との差である第２差分値を演算することにより、耐久変動値が定数を加算・減算するものであるときには、当該耐久変動値をほぼキャンセルすることができる。また、第１差分値と第２差分値との比を演算することにより、耐久変動値が定数を乗算・除算したりするものである場合には、当該耐久変動値をほぼキャンセルすることができる。すなわち、このような力学量センサでは、演算処理回路（５０）に耐久変動が発生したとしても、それに起因する耐久変動値をほぼキャンセルすることができるので、物理量の検出精度が悪化することを抑制することができる。
【００１２】
例えば、請求項２に記載の発明のように、デジタルアナログコンバータ（８０）は、電圧の異なる三種類の第１〜第３基準信号を出力し、ＡＤ変換回路（９０）は、第１〜第３基準信号が入力されると、第１〜第３基準信号の値から二次関数を演算すると共に当該二次関数を記憶保持し、二次関数を用いて第１、２デジタル信号を演算し、検出信号が入力されると、二次関数を用いて第３デジタル信号を演算するようにすることができる。
【００１３】
このような力学量センサでは、入力された第〜１第３基準信号から二次関数を演算し、この二次関数を用いて第１〜第３デジタル信号を演算することにより、ＡＤ変換回路（９０）でデジタル信号に変換される際の非直線性誤差を抑制することができる。このため、信号処理回路（９５）で第１、第２差分値を演算したり、第１差分値と第２差分値との比を演算したとき、耐久変動値をよりキャンセルすることができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明のように、ブリッジ回路（３０）およびデジタルアナログコンバータ（８０）をそれぞれ共通の電源（７０）に接続することができる。
【００１５】
このような力学量センサでは、ブリッジ回路（３０）およびデジタルアナログコンバータ（８０）が共通の電源（７０）に接続されていることにより、電源（７０）に耐久変動が発生すると、耐久変動後の電圧が一律にブリッジ回路（３０）およびデジタルアナログコンバータ（８０）に印加されることになる。このため、信号処理回路（９５）にて、第１、第２差分値を演算したり、第１差分値と第２差分値との比を演算したりすることにより、電源（７０）の耐久変動値をキャンセルすることができる。
【００１６】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエアフローメータの斜視図である。
【図２】図１に示すセンサチップの断面構成を示す図である。
【図３】（ａ）は発熱ヒータ抵抗体を発熱させたときのセンサチップ上の熱分布を示す図、（ｂ）はセンサチップからの出力と測定媒体の流量との関係を示す図である。
【図４】図１に示すエアフローメータの回路構成を示す図である。
【図５】ＡＤ変換回路に入力される入力電圧と、信号処理回路から出力される信号の誤差との関係を示す図である。
【図６】ＡＤ変換回路に入力される入力電圧と、信号処理回路から出力される信号の誤差との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の力学量センサを測定媒体の流量を検出する熱式のエアフローメータに適用した斜視図である。最初に、この図に基づいて本実施形態のエアフローメータの全体構成について説明する。
【００１９】
図１に示されるように、本実施形態のエアフローメータ１００は、センサチップ１、回路基板２、これらセンサチップ１および回路基板２を収容するケース３を有して構成されている。
【００２０】
ケース３には、一面に凹部４が形成されており、回路基板２を搭載したセラミックプリント基板５が凹部４の底面に配置されている。そして、測定媒体の流量に応じた検出信号を出力するセンサチップ１が、支持体６を介して凹部４に配置されていると共に、ボンディングワイヤ７を介してセラミックプリント基板５と電気的に接続されている。
【００２１】
また、ケース３には、測定媒体がケース３内を通過できるように、対向する壁面に一対の切欠部８が形成されており、当該センサチップ１は測定媒体が通過する領域に露出する状態で凹部４に配置されている。さらに、ケース３の凹部４には図示しない外部機器と電気的に接続されるリードフレーム９が備えられており、このリードフレーム９はボンディングワイヤ１０を介してセラミックプリント基板５と電気的に接続されている。
【００２２】
次に本実施形態のセンサチップ１の構成について説明する。図２は図１に示すセンサチップ１の断面構成を示す図である。
【００２３】
図２に示されるように、センサチップ１は、シリコン等の半導体基板２０を用いて構成され、半導体基板２０に凹部２１が形成されることにより構成されるダイヤフラム２２を有している。そして、半導体基板２０上には絶縁膜２３が備えられ、絶縁膜２３上に発熱ヒータ抵抗体２４および感温検出抵抗体２５〜２８（図２中では、感温検出抵抗体２５、２８のみ図示）が備えられている。具体的には、二個の感温検出抵抗体２５、２６が発熱ヒータ抵抗体２４に対して測定媒体の流れ方向上流側に備えられていると共に、二個の感温検出抵抗体２７、２８が発熱ヒータ抵抗体２４に対して測定媒体の流れ方向下流側に備えられており、四個の感温検出抵抗体２５〜２８はブリッジ回路を構成するように形成されている。また、半導体基板２０には、これら発熱ヒータ抵抗体２４、および感温検出抵抗体２５〜２８を覆うように絶縁膜２９が備えられている。
【００２４】
なお、発熱ヒータ抵抗体２４および感温検出抵抗体２５〜２８は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｐｔ等の配線材料をパターン形成することにより構成されている。また、センサチップ１のうち、ダイヤフラム２２を構成しない部分であって、発熱ヒータ抵抗体２４の熱の影響を受けない位置には、測定媒体の温度を検出する図示しない測温検出抵抗体が備えられている。この測温検出抵抗体は、測定媒体の温度に応じて抵抗値が変化するものである。
【００２５】
続いて、このようなエアフローメータ１００の測定原理について簡単に説明する。図３（ａ）は発熱ヒータ抵抗体２４を発熱させたときのセンサチップ１上の熱分布を示す図、図３（ｂ）はセンサチップ１からの出力（検出信号）と測定媒体の流量との関係を示した図である。
【００２６】
図３（ａ）に示されるように、発熱ヒータ抵抗体２４を発熱させると、測定媒体が流れていない（図３（ａ）中Ｕ＝０）場合には、センサチップ１上では発熱ヒータ抵抗体２４を中心とした熱分布になる。
【００２７】
測定媒体が流れている（図３（ａ）中Ｕ＞０）場合には、センサチップ１上の熱分布は測定媒体の流量に応じて変化し、これに伴って感温検出抵抗体２５〜２８の抵抗値が変化する。具体的には、測定媒体が流れている場合には、発熱ヒータ抵抗体２４の上流側では温度が下降するため感温検出抵抗体２５、２６の抵抗値が低くなり、発熱ヒータ抵抗体２４の下流側では温度が上昇するため感温検出抵抗体２７、２８の抵抗値が高くなる。このため、測定媒体が流れている場合には、図３（ｂ）に示されるように、センサチップ１から測定媒体の流量に応じた出力（検出信号）が出力され、センサチップ１から出力された検出信号に基づいて測定媒体の流量の検出が行われる。
【００２８】
次に、本実施形態のエアフローメータ１００の回路構成について説明する。図４は、本実施形態のエアフローメータ１００の回路構成を示す図である。
【００２９】
図４に示されるように、センサチップ１は、四個の感温検出抵抗体２５〜２８にて構成されるブリッジ回路３０、発熱ヒータ抵抗体２４の発熱を制御するヒータ制御ブリッジ回路４０、測温検出抵抗体４１を備えている。
【００３０】
ブリッジ回路３０は、上記のように、測定媒体の流量に応じて感温検出抵抗体２５〜２８の抵抗値が変化するため、測定媒体の流量に応じた検出信号としてのアナログ信号を出力する。具体的には、感温検出抵抗体２５、２６の中間点である第１中間点３１の電圧と、感温検出抵抗体２７、２８の中間点である第２中間点３２の電圧を後述する演算処理回路５０へ出力する。
【００３１】
ヒータ制御ブリッジ回路４０は、ヒータ制御用アンプ４２と共に、発熱ヒータ抵抗体２４が所定温度に発熱するように、発熱ヒータ抵抗体２４への通電量を調整する。
【００３２】
測温検出抵抗体４１は、上記のように、測定媒体の温度に応じて抵抗値が変化するため、測定媒体の温度検出に用いられる。
【００３３】
回路基板２は、電源７０、デジタルアナログコンバータ（以下、ＤＡＣという）８０、演算処理回路５０、ＡＤ変換回路９０、信号処理回路９５、補正演算回路（図示せず）を備えている。
【００３４】
電源７０は、図４中全てを表示していないが、ブリッジ回路３０、ヒータ制御ブリッジ回路４０、ＤＡＣ８０、演算処理回路５０に接続されている。すなわち、ブリッジ回路３０、ヒータ制御ブリッジ回路４０、ＤＡＣ８０、演算処理回路５０は、共通の電源７０から電源供給を受けるようになっている。
【００３５】
ＤＡＣ８０は、参照電圧ＶＲｅｆを出力する出力端子８１、および参照電圧ＶＲｅｆと異なる第１〜第３電圧Ｖ１〜Ｖ３を出力する出力端子８２〜８４を有する構成とされている。そして、本実施形態では、出力端子８１、８２が演算処理回路５０と接続されているときには第１基準信号を出力し、出力端子８１、８３が演算処理回路５０と接続されているときには第２基準信号を出力し、出力端子８１、８４が演算処理回路５０と接続されているときには第３基準信号を出力するようになっている。
【００３６】
演算処理回路５０は、本発明の第１〜第３演算増幅器に相当する第１〜第３オペアンプ５１、５２、５３、可変抵抗５４、固定抵抗５５〜６０を有するインスツルメンテーションアンプと、第１〜第３スイッチ６１〜６３とを有する構成とされている。
【００３７】
第１オペアンプ５１は、反転入力端子が第１スイッチ６１を介してブリッジ回路３０の第１中間点３１またはＤＡＣ８０の第１〜第３電圧Ｖ１〜Ｖ３を出力する出力端子８２〜８４と接続されるようになっており、非反転入力端子が固定抵抗５５を介して第１オペアンプ５１の出力端子に帰還接続されている。
【００３８】
同様に、第２オペアンプ５２は、反転入力端子が第２スイッチ６２を介してブリッジ回路３０の第２中間点３２またはＤＡＣ８０の参照電圧ＶＲｅｆを出力する出力端子８１と接続されるようになっており、非反転入力端子が固定抵抗５６を介して第２オペアンプ５２の出力端子に帰還接続されている。
【００３９】
また、第１オペアンプ５１の非反転入力端子と、第２オペアンプ５２の非反転入力端子とは可変抵抗５４を介して接続されている。
【００４０】
第３オペアンプ５３は、非反転入力端子が、第３スイッチ６３および固定抵抗５７を介して第１オペアンプ５１の出力端子と接続されると共に、第３スイッチ６３および固定抵抗５８を介して第４オペアンプ６４と接続される、または、第３スイッチ６３を介して測温検出抵抗体４１と接続されるようになっている。また、反転入力端子は、固定抵抗５９を介して第２オペアンプ５２の出力端子に接続されていると共に、固定抵抗６０を介して第３オペアンプ５３の出力端子に帰還接続されている。なお、第４オペアンプ６４は、ブリッジ回路３０から出力される検出信号およびＤＡＣ８０から出力される第１〜第３基準信号をＡＤ変換回路９０の入力範囲に調整するためのものである。
【００４１】
また、本実施形態では、抵抗５４〜６０の抵抗値をそれぞれＲ１〜Ｒ７とすると、固定抵抗５５〜６０は、Ｒ２＝Ｒ３であり、Ｒ５／Ｒ４＝Ｒ７／Ｒ６を満たすように設定されている。さらに、以上のように演算処理回路５０が構成されていることから、可変抵抗５４の抵抗値Ｒ１のみを変化させることにより、演算処理回路５０から出力される信号の増幅率を設定することができるようになっている。
【００４２】
ＡＤ変換回路９０は、第１、第２スイッチ６１、６２を介してＤＡＣ８０と演算処理回路５０とが接続され、第１スイッチ６１が切り替えられて、第１〜第３基準信号が第３オペアンプ５３を介して順番に入力されると、入力された第１〜第３基準信号の値を結ぶ二次関数を演算すると共に、当該二次関数を記憶する。そして、二次関数を用いて第１〜第３基準信号のうちから選択した二つの基準信号を第１、第２デジタル信号に変換すると共に、当該第１、第２デジタル信号を信号処理回路９５に入力する。本実施形態では、第１基準信号を第１デジタル信号に変換していると共に、第２基準信号を第２デジタル信号に変換している。
【００４３】
また、第１、第２スイッチ６１、６２を介してブリッジ回路３０と演算処理回路５０とが接続され、検出信号が第３オペアンプ５３を介して入力されると、二次関数を用いて入力された検出信号を第３デジタル信号に変換し、当該第３デジタル信号を信号処理回路９５に出力する。
【００４４】
ここで、二次関数を用いて第１〜第３デジタル信号を演算するとは、ＡＤ変換回路９０はアナログ信号をデジタル信号に変換する際に非直線性誤差があるため、二次関数を用いて当該誤差を補正したデジタル信号に演算することである。
【００４５】
信号処理回路９５は、記憶部を備えており、ＡＤ変換回路９０から第１、第２デジタル信号が入力されると、これら第１、第２デジタル信号を記憶保持する。また、ＡＤ変換回路９０から第３デジタル信号が入力されると、第１〜第３デジタル信号のうちから選択した二つのデジタル信号の差分である第１差分値を演算すると共に、当該二つのデジタル信号とは異なる組み合わせの二つのデジタル信号の差分である第２差分値を演算し、これら第１差分値と第２差分値との比を演算し、この比の値を補正演算回路に出力する。本実施形態では、第１差分値として第３デジタル信号と第２デジタル信号との差を演算し、第２差分値として第２デジタル信号と第１デジタル信号との差を演算している。
【００４６】
補正回路は、信号処理回路９５から（第１差分値）／（第２差分値）である信号が入力されると、入力された信号に対して温度特性の補正を行った後、補正後の信号を外部回路に出力する。
【００４７】
次に、本実施形態のエアフローメータ１００の作動について説明する。本実施形態のエアフローメータ１００は、所定期間毎に、外部回路からスイッチ制御信号が入力されることにより第１〜第３スイッチ６１〜６３が切り替えられ、基準信号検出、測定媒体の流量検出、測定媒体の温度検出を繰り返し行っている。
【００４８】
まず、基準信号検出について説明する。
【００４９】
基準信号検出時には、第１、第２スイッチ６１、６２を介してＤＡＣ８０と演算処理回路５０とが接続され、第１、第２スイッチ６１を通じて伝えられる第１〜第３基準信号が第３オペアンプ５３を介して順番にＡＤ変換回路９０に入力される。
【００５０】
具体的には、まず、第１スイッチ６１を介して、第１オペアンプ５１の反転入力端子と、ＤＡＣ８０の出力端子８２とが接続される。そして、第２スイッチ６２を介して、第２オペアンプ５２の反転入力端子と、ＤＡＣ８０の出力端子８１とが接続される。また、第３スイッチ６３を介して、第３オペアンプ５３の非反転入力端子と第１オペアンプ５１の出力端子および第４オペアンプ６４の出力端子とが接続される。
【００５１】
すると、ＡＤ変換回路９０には、ＤＡＣ８０から出力された第１基準信号が第３オペアンプ５３を介して入力される。このとき、ＡＤ変換回路９０に入力された第１基準信号Ｖｒ１は次のように示される。
【００５２】
【数１】
2011153972.tif 000003
ここで、上記（数式１）においてＶｏｆｆ１〜Ｖｏｆｆ３は、第１〜第３オペアンプ５１〜５３の耐久変動に起因する耐久変動値を示し、αは可変抵抗５４および固定抵抗５５〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値を示している。なお、後述する（数式２）〜（数式４）においても、Ｖｏｆｆ１〜Ｖｏｆｆ３は、第１〜第３オペアンプ５１〜５３の耐久変動に起因する耐久変動値を示し、αは可変抵抗５４および固定抵抗５５〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値を示している。
【００５３】
続いて、スイッチ制御信号が入力され、第１スイッチ６１が出力端子８２から出力端子８３に切り替えられると、第２基準信号が第３オペアンプ５３を介してＡＤ変換回路９０に入力される。同様に、スイッチ制御信号が入力され、第１スイッチ６１が出力端子８３から出力端子８４に切り替えられると、第３基準信号が第３オペアンプ５３を介してＡＤ変換回路９０に入力される。これらのとき、ＡＤ変換回路９０に入力される第２、第３基準信号Ｖｒ２、Ｖｒ３は、次のように示される。
【００５４】
【数２】
2011153972.tif 000004
【００５５】
【数３】
2011153972.tif 000005
このように、ＤＡＣ８０から出力される第１〜第３基準信号は、同じ演算処理回路５０を介してＡＤ変換回路９０に入力されるため、上記（数式１）〜（数式３）に示されるように、入力された第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３は、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値を同等に含んだ数式で示される。
【００５６】
ＡＤ変換回路９０は、入力された第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３に基づいて、第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３の値を結ぶ二次関数を演算すると共に、当該二次関数を記憶保持する。そして、二次関数を用いて、第１、第２基準信号Ｖｒ１、Ｖｒ２をデジタル信号に変換して第１、第２デジタル信号を演算し、当該第１、第２デジタル信号を信号処理回路９５に出力する。なお、上記（数式１）、（数式２）に示されるように、第１、第２基準信号Ｖｒ１、Ｖｒ２は、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値を同等に含んだものである。したがって、第１、第２デジタル信号は、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値をほぼ同等に含んだ信号となる。ここで、耐久変動値をほぼ同等に含んだ信号とは、ＡＤ変換回路９０は、二次関数を用いて非直線性誤差を抑制したデジタル信号を演算しているが、完全に抑制することは困難であるため、演算後のデジタル信号では、耐久変動値がほぼ同等に含まれていることを意味する。
【００５７】
信号処理回路９５は、第１、第２デジタル信号が入力されると、これら第１、第２デジタル信号を記憶保持する。
【００５８】
次に、測定媒体の流量検出について説明する。
【００５９】
測定媒体の流量検出時には、第１、第２スイッチ６１、６２を介してブリッジ回路３０と演算処理回路５０とが接続され、検出信号が第３オペアンプ５３を介してＡＤ変換回路９０に入力される。
【００６０】
具体的には、第１スイッチ６１を介して、第１オペアンプ５１の反転入力端子とブリッジ回路３０の第１中間点３１とが接続され、第２スイッチ６２を介して、第２オペアンプ５２の反転入力端子とブリッジ回路３０の第２中間点３２とが接続される。また、第３スイッチ６３を介して、第３オペアンプ５３の非反転入力端子と第１オペアンプ５１の出力端子および第４オペアンプ６４の出力端子とが接続される。
【００６１】
センサチップ１（ブリッジ回路３０）は、上記のように、ヒータ制御ブリッジ回路４０にて発熱ヒータ抵抗体２４が所定温度に発熱された際、測定媒体によりセンサチップ１上の熱分布が変化すると、感温検出抵抗体２５〜２８の抵抗値が変化するため、流量に応じた検出信号を演算処理回路５０に出力する。このとき、第３オペアンプ５３を介してＡＤ変換回路９０に入力される検出信号Ｖｓは次のように示される。
【００６２】
【数４】
2011153972.tif 000006
なお、上記（数式４）中において、Ｖｓ１は、ブリッジ回路３０のうち第１中間点３１の電圧を示し、Ｖｓ２はブリッジ回路３０のうち第２中間点３２の電圧を示している。また、上記（数式４）は、固定抵抗５５〜６０は、Ｒ２＝Ｒ３であり、Ｒ５／Ｒ４＝Ｒ７／Ｒ６を満たすものとして演算している。
【００６３】
このように、ブリッジ回路３０から出力される検出信号は、第１〜第３基準信号と同様に、演算処理回路５０を介してＡＤ変換回路９０に入力されるため、上記（数式１）〜（数式４）に示されるように、検出信号Ｖｓおよび第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３は、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値を同等に含んだ数式で示される。
【００６４】
また、ＡＤ変換回路９０は、演算処理回路５０を介して検出信号Ｖｓが入力されると、まず、当該検出信号Ｖｓをデジタル信号に変換して第３デジタル信号を演算し、当該第３デジタル信号を信号処理回路９５に出力する。なお、検出信号Ｖｓを第３デジタル信号に演算する際には、上記第１、第２デジタル信号と同様に、記憶保持している二次関数を用いて演算する。また、上記（数式４）に示されるように、検出信号Ｖｓは、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値を含んだものであるため、第３デジタル信号にも、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値が含まれる。
【００６５】
信号処理回路９５は、第３デジタル信号が入力されると、第３デジタル信号と第１デジタル信号との差である第１差分値を演算すると共に、第２デジタル信号と第１デジタル信号との差である第２差分値を演算し、（第１差分値）／（第２差分値）の比を演算して、当該比の値を補正演算回路に出力する。
【００６６】
上記のように、第１〜第３デジタル信号は、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値がほぼ同等に含まれているため、第１差分値および第２差分値を取ることにより、第１〜第３デジタル信号に含まれる第１〜第３オペアンプ５１〜５３の耐久変動に起因する耐久変動値をほぼキャンセルすることができる。また、第１〜第３デジタル信号は、抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値をほぼ同等に含んでいるため、第１差分値と第２差分値との比を演算することにより、第１〜第３デジタル信号に含まれる抵抗５４〜６０の耐久変動値をほぼキャンセルすることができる。
【００６７】
補正演算回路は、（第１差分値）／（第２差分値）である信号が入力されると、入力された信号に対して、後述する測定媒体の温度検出時に検出される測定媒体の温度に基づいて温度特性の補正を行った後、補正後の信号を外部回路に出力する。以上のようにして、測定媒体の流量が検出される。
【００６８】
続いて、測定媒体の温度検出について説明する。
【００６９】
測定媒体の温度検出時には、第１スイッチ６１が開状態にされる。また、第２スイッチ６２を介してＤＡＣ８０の出力端子８１と第２オペアンプ５２の反転入力端子とが接続されると共に、第３スイッチ６３を介して測温検出抵抗体４１と第３オペアンプ５３の非反転入力端子とが接続される。
【００７０】
そして、測温検出抵抗体４１は測定媒体の温度に応じて抵抗値が変化するため、測定媒体の温度に応じた信号が第３オペアンプ５３に入力される。第３オペアンプ５３は、測定媒体の温度を示す信号を所定倍に増幅し、ＡＤ変換回路９０に増幅した信号を入力する。そして、ＡＤ変換回路９０では、測定媒体の温度を示す信号をデジタル信号に変換すると共に、当該デジタル信号を補正演算回路に入力する。測定媒体の温度を示す信号は、上記のように、（第１差分値）／（第２差分値）である信号に対して温度特性補正をする際に用いられるものである。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態のエアフローメータ１００では、ブリッジ回路３０から出力される検出信号およびＤＡＣ８０から出力される第１〜第３基準信号は、同じ演算処理回路５０にて演算処理された後、ＡＤ変換回路９０に入力される。このため、第１〜第３オペアンプ５１〜５３や抵抗５４〜６０に耐久変動が発生した際、ＡＤ変換回路９０に入力される検出信号Ｖｓおよび第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３は、それぞれ第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値を同等に含んでＡＤ変換回路９０に入力されることになる。
【００７２】
そして、ＡＤ変換回路９０は、二次関数を用いて、第１、第２基準信号Ｖｒ１、Ｖｒ２を第１、第２デジタル信号に変換すると共に、検出信号Ｖｓを第３デジタル信号に変換するため、第１〜第３デジタル信号には、第１〜第３オペアンプ５１〜５３および抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値がほぼ同等に含まれている。
【００７３】
このため、信号処理回路９５にて、第３デジタル信号と第１デジタル信号との差である第１差分値を演算すると共に、第２デジタル信号と第１デジタル信号との差である第２差分値を演算することにより、第１〜第３デジタル信号に含まれる第１〜第３オペアンプ５１〜５３の耐久変動に起因する耐久変動値をほぼキャンセルすることができる。また、（第１差分値）／（第２差分値）の比を演算することにより、第１〜第３デジタル信号に含まれる抵抗５４〜６０の耐久変動に起因する耐久変動値をほぼキャンセルすることができる。
【００７４】
すなわち、このようなエアフローメータ１００では、演算処理回路５０に耐久変動が発生したとしても、信号処理回路９５により耐久変動値をほぼキャンセルすることができ、流量の検出精度が低下することを抑制することができる。
【００７５】
例えば、本実施形態のエアフローメータ１００において、第１、第３オペアンプ５１、５３が＋１ｍｖ耐久変動し、第２オペアンプ５２が−１ｍｖ耐久変動したとすると、ＡＤ変換回路９０に入力される入力電圧（検出信号）と、信号処理回路９５から出力される信号の誤差との関係は図５に示されるようになる。図５は、ＡＤ変換回路９０に入力される入力電圧（検出信号）と、信号処理回路９５から出力される信号の誤差との関係を示す図である。なお、図５は、本実施形態のエアフローメータ１００が通常使用される−４０℃〜１５０℃の温度範囲内において、誤差が最大となる−４０℃でエアフローメータ１００を使用した際の関係を示す図である。また、図５において、誤差は、{（耐久変動した後の信号処理回路９５から出力される信号−正常値）×１００}／（正常値）として演算している。
【００７６】
図５に示されるように、本実施形態のエアフローメータ１００では、第１〜第３オペアンプ５１〜５３が±１ｍＶ耐久変動したとしても、誤差を−０．００４％〜０．００８％の範囲内に収めることができる。
【００７７】
さらに、本実施形態のエアフローメータ１００は、ブリッジ回路３０、ＤＡＣ８０、演算処理回路５０がそれぞれ共通の電源７０に接続されている。これにより、電源７０に耐久変動が発生した際には、電源７０から耐久変動後の電圧がブリッジ回路３０、ＤＡＣ８０、演算処理回路５０に一律に印加されることになる。したがって、ＡＤ変換回路９０に入力される検出信号Ｖｓおよび第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３は、それぞれ電源７０の耐久変動を同等に含んだ信号となり、ＡＤ変換回路９０で第１〜第３デジタル信号を演算した際にも、それぞれ電源７０の耐久変動をほぼ同等に含んだものとなる。このため、信号処理回路９５にて、第１差分値と第２差分値とを演算すると共に、第１差分値と第２差分値との比を演算することにより、電源７０の耐久変動値もほぼキャンセルすることができる。
【００７８】
例えば、電源７０から４Ｖの電圧を各回路３０、５０、８０に供給するエアフローメータ１００において、電源７０に±１０％の耐久変動が発生して電源７０から各回路３０、５０、８０に供給される電圧が４．４Ｖまたは３．６Ｖになったとする。この場合、ＡＤ変換回路９０に入力される入力電圧（検出信号）と、信号処理回路９５から出力される信号の誤差との関係は図６に示されるようになる。図６は、ＡＤ変換回路９０に入力される入力電圧（検出信号）と、信号処理回路９５から出力される信号の誤差との関係を示した図である。なお、図６中、実線は電源７０に＋１０％の耐久変動が発生して４．４Ｖの電圧が各回路３０、５０、８０、に供給されるようになったときのものであり、破線は電源７０に−１０％の耐久変動が発生して３．６Ｖの電圧が各回路３０、５０、８０、に供給されるようになったときのものである。また、図６は、本実施形態のエアフローメータ１００が通常使用される−４０℃〜１５０℃の温度範囲内において、誤差が最大となる−４０℃でエアフローメータ１００を使用した際の入力電圧（検出信号）と誤差との関係を示す図である。
【００７９】
図６に示されるように、本実施形態のエアフローメータ１００では、電源７０に±１０％の耐久変動が発生したとしても、誤差を約−０．０８％〜０．０４％の範囲に収めることができる。
【００８０】
さらに、本実施形態では、演算処理回路５０をインスツルメンテーションアンプを有する構成としていることにより、ブリッジ回路３０の第１中間点３１またはＤＡＣ８０の出力端子８２〜８４からの出力が入力される回路と、ブリッジ回路３０の第２中間点３２またはＤＡＣ８０の出力端子８１からの出力が入力される回路とを対称に構成することができ、同相信号除去比（ＣＭＲＲ）を高くすることができる。このため、ブリッジ回路３０から出力される検出信号やＤＡＣ８０から出力される第１〜第３基準信号に外部からノイズが侵入したとしても、当該ノイズが同位相となるため、ノイズが各信号に影響することを抑制することができる。
【００８１】
また、ＤＡＣ８０からは３種類の異なる電圧を示す第１〜第３基準信号を出力するようにし、ＡＤ変換回路９０では第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３の値から二次関数を演算し、当該二次関数を用いて第１〜第３デジタル信号を演算している。これにより、ＡＤ変換回路９０でデジタル信号に変換した際の非直線性誤差を抑制することができ、信号処理回路９５で第１、第２差分値を演算すると共に、（第１差分値）／（第２差分値）との比を演算した際に、効果的に耐久変動値をキャンセルすることができる。
【００８２】
（他の実施形態）
上記第１実施形態では、エアフローメータ１００を例に挙げて説明したが、例えば、圧力センサ等に本発明を適用することもできる。
【００８３】
また、上記第１実施形態では、電圧の異なる三種類の第１〜第３基準信号を出力するＤＡＣ８０を用い、入力された第１〜第３基準信号Ｖｒ１〜Ｖｒ３から二次関数を演算し、この二次関数を用いて第１〜第３デジタル信号を演算する例について説明したが、例えば、次のようにすることもできる。すなわち、第１、第２基準信号のみを出力するＤＡＣ８０を用い、第１、第２基準信号から一次関数を演算し、この一次関数を用いて第１〜第３デジタル信号を演算することもできるし、第１〜第４基準信号を出力するＤＡＣ８０を用い、第１〜第４基準信号から三次関数を演算し、この三次関数を用いて第１〜第３デジタル信号を演算することもできる。なお、基準信号を増やして関数の次数を大きくするほどＡＤ変換回路９０の非直線性誤差を減少させることができるが、二次関数より大きい次数を有する、例えば、三次関数等を用いても非直線性誤差の減少効果は微小増加であるため、回路構成等を考慮すると、第１実施形態のように、電圧の異なる三種類の第１〜第３基準信号を出力するＤＡＣ８０を用いることが好ましい。
【００８４】
さらに、上記第１実施形態では、ＡＤ変換回路９０と信号処理回路９５とが別の回路構成とされている例について説明したが、例えば、信号処理回路９５がＡＤ変換回路９０内に組み込まれている回路構成とすることもできる。
【００８５】
また、上記第１実施形態では、（第１差分値）／（第２差分値）を信号処理回路９５から出力する例について説明したが、もちろん（第２差分値）／（第１差分値）を信号処理回路９５から出力するようにしてもよい。
【００８６】
そして、上記第１実施形態では、センサチップ１に一つの発熱ヒータ抵抗体２４を備える力学量センサについて説明したが、例えば、発熱ヒータ抵抗体２４を二つ備えた力学量センサとすることにより、センサチップ１に煤等の異物が付着することを抑制するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８７】
１          センサチップ
２          回路基板
３０        ブリッジ回路
５０        演算処理回路
６１〜６３  第１〜第３スイッチ
７０        電源
８０        ＤＡＣ
９０        演算処理回路
９５        信号処理回路
【図１】
2011153972.tif 000007
【図２】
2011153972.tif 000008
【図３】
2011153972.tif 000009
【図４】
2011153972.tif 000010
【図５】
2011153972.tif 000011
【図６】
2011153972.tif 000012