(57)【要約】【課題】周波数出力型熱線式流量計における個体差により出力特性に曲りを補正することを目的とする。【解決手段】本発明によると、測定対象である流体中に配置された発熱抵抗体と該発熱抵抗体に流れる電流に比例した空気流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、を有する周波数出力型熱線式流量計において、上記電圧周波数変換回路は空気流量電圧信号を非線形的に変換して出力周波数を生成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である流体中に配置される発熱抵抗体と該発熱抵抗体より得られる流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路とを有する周波数出力型熱線式流量計において、
上記電圧周波数変換回路は上記流量電圧信号に対して非線形な出力周波数を生成することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項２】
測定対象である流体中に配置される発熱抵抗体と、該発熱抵抗体より得られる流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、を有し、該電圧周波数変換回路は、積分コンデンサと、該積分コンデンサの電位が上昇する方向及び下降する方向に上記流量電圧信号に比例した流量電流信号を提供する２つの電流源と、上記２つの電流源を交互に上記積分コンデンサに接続するためのスイッチと、該スイッチのための切替信号を生成するスイッチ切替回路と、を有し、上記積分コンデンサの電位より得られる三角波の周波数を出力周波数とするように構成されている周波数出力型熱線式流量計において、
上記電圧周波数変換回路は、上記積分コンデンサに接続された補正抵抗を設けることによって、上記流量電圧信号に対して非線形な出力周波数を生成することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項３】
請求項２記載の周波数出力型熱線式流量計において、上記電圧周波数変換回路は上記積分コンデンサに並列に接続された補正抵抗を有することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項４】
請求項２記載の周波数出力型熱線式流量計において、上記電圧周波数変換回路は上記積分コンデンサに直列に接続された補正抵抗と上記積分コンデンサと上記補正抵抗の接続点に定電流を供給する第３の電流源とを有することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項５】
請求項２記載の周波数出力型熱線式流量計において、上記電圧周波数変換回路は、上記積分コンデンサに並列に接続された第２の積分コンデンサと上記２つの積分コンデンサの間に接続された補正抵抗とを有することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項６】
測定対象である流体中に配置される発熱抵抗体と、該発熱抵抗体より得られる流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、を有し、該電圧周波数変換回路は、積分コンデンサと、該積分コンデンサの電位が上昇する方向及び下降する方向に上記流量電圧信号に比例した流量電流信号を提供する２つの電流源と、上記２つの電流源を交互に上記積分コンデンサに接続するためのスイッチと、上記積分コンデンサの電位が上限の閾値電圧又は下限の閾値電圧に達したら上記スイッチを切替えるための切替信号を生成するスイッチ切替回路と、を有し、上記積分コンデンサの電位より得られる三角波の周波数を出力周波数とするように構成されている周波数出力型熱線式流量計において、
上記スイッチ切替回路は補正基準電圧を有し、該補正基準電圧によって上記切替信号を生成するタイミングを変化させることによって上記流量電圧信号に対して非線形な出力周波数を生成することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項７】
測定対象である流体中に配置される発熱抵抗体と、該発熱抵抗体より得られる流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、を有し、該電圧周波数変換回路は、積分コンデンサと、該積分コンデンサの電位が上昇する方向及び下降する方向に上記流量電圧信号に比例した流量電流信号を提供する２つの電流源と、上記２つの電流源を交互に上記積分コンデンサに接続するためのスイッチと、上記積分コンデンサの電位が上限の閾値電圧又は下限の閾値電圧に達したら上記スイッチを切替えるための切替信号を生成するスイッチ切替回路と、を有し、上記積分コンデンサの電位より得られる三角波の周波数を出力周波数とするように構成されている周波数出力型熱線式流量計において、
上記スイッチ切替回路は遅延回路を有し、該遅延回路によって上記切替信号を生成するタイミングを変化させることによって上記流量電圧信号に対して非線形な出力周波数を生成することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項８】
請求項７記載の周波数出力型熱線式流量計において、上記遅延回路は補正抵抗及び補正コンデンサとを有し、該補正抵抗及び補正コンデンサによって上記切替信号の遅延時間を調整するように構成されていることを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項９】
測定対象である流体中に配置される発熱抵抗体と、該発熱抵抗体より得られる流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、を有し、該電圧周波数変換回路は、積分コンデンサと、該積分コンデンサの電位が上昇する方向及び下降する方向に電流信号を提供する２つの電流源と、上記２つの電流源を交互に上記積分コンデンサに接続するためのスイッチと、上記積分コンデンサの電位が上限の閾値電圧又は下限の閾値電圧に達したら上記スイッチを切替えるための切替信号を生成するスイッチ切替回路と、を有し、上記積分コンデンサの電位より得られる三角波の周波数を出力周波数とするように構成されている周波数出力型熱線式流量計において、
上記２つの電流源の一方は、上記積分コンデンサの電位が上昇する方向に上記流量電圧信号に比例した流量電流信号を提供し、上記２つの電流源の他方は、上記積分コンデンサの電位が下降する方向に所定の定電流信号を提供することによって、上記流量電圧信号に対して非線形な出力周波数を生成することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【請求項１０】
測定対象である流体中に配置される発熱抵抗体と、該発熱抵抗体より得られる流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、を有し、該電圧周波数変換回路は、積分コンデンサと、該積分コンデンサの電位が上昇する方向及び下降する方向に上記流量電圧信号に比例した流量電流信号を提供する２つの電流源と、上記２つの電流源を交互に上記積分コンデンサに接続するためのスイッチと、上記積分コンデンサの電位が上限の閾値電圧又は下限の閾値電圧に達したら上記スイッチを切替えるための切替信号を生成するスイッチ切替回路と、を有し、上記積分コンデンサの電位より得られる三角波の周波数を出力周波数とするように構成されている周波数出力型熱線式流量計において、
更に、上記積分コンデンサの電位が上昇する方向に所定の定電流信号を提供する第３の電流源と、上記積分コンデンサの電位が下降する方向に所定の定電流信号を提供する第４の電流源を設けることによって、上記流量電圧信号に対して非線形な出力周波数を生成することを特徴とする周波数出力型熱線式流量計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気流量の計測に好適な周波数出力型熱線式流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２を参照して従来の周波数出力型熱線式流量計の例を説明する。周波数出力型熱線式流量計は、測定対象である空気流の中に配置された発熱抵抗体１０１とそれに直列に接続された固定抵抗１０２とバッファ回路１０３と電圧周波数変換回路１０４とを有する。発熱抵抗体１０１に流れる発熱抵抗電流Ｉ１０１から測定対象である空気の質量流量が求められる。熱線式流量計による流量の測定原理は周知であり、ここでは詳細は省略する。
【０００３】
発熱抵抗電流Ｉ１０１より発熱抵抗電流Ｉ１０１に比例した空気流量電圧信号Ｖｉが取り出される。空気流量電圧信号Ｖｉは、バッファ回路１０３を介して電圧周波数変換回路１０４に供給される。電圧周波数変換回路１０４は、以下に説明するように、空気流量電圧信号Ｖｉを線形的に変換して出力周波数Ｆｏを生成する。
【０００４】
図１３を参照して電圧周波数変換回路１０４の例を説明する。電圧周波数変換回路１０４は２つの定電流源１１、１２とスイッチ１５とスイッチ切替信号を生成するスイッチ切替回路１９とスイッチ１５の出力側に接続された積分コンデンサ２１とバッファ回路２７とを有する。
【０００５】
２つの定電流源１１、１２の各々は、空気流量電圧信号Ｖｉを入力し、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを出力する。２つの定電流源１１、１２は例えばカレントミラー回路によって構成されてよい。スイッチ１５によって２つの定電流源１１、１２の一方が積分コンデンサ２１に接続される。第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されると、積分コンデンサ２１に電荷が蓄積される方向に、空気流量電流信号Ｉｉが流れる。それによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃは上昇する。第２の定電流源１２が積分コンデンサ２１に接続されると、積分コンデンサ２１の電荷が放出される方向に、空気流量電流信号Ｉｉが流れる。それによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃは下降する。
【０００６】
積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変化率は、空気流量電流信号Ｉｉに比例する。即ち、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変化率は、空気流量電圧信号Ｖｉに比例する。
【０００７】
図１４を参照して、電圧周波数変換回路１０４の動作を説明する。スイッチ切替回路１９は、上限の閾値電圧Ｖｔｈｈと下限の閾値電圧Ｖｔｈｌ（Ｖｔｈｈ＞Ｖｔｈｌ）を有し、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃと閾値電圧とを比較して、切替信号を生成する。スイッチ切替回路１９は、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈより小さいときは、第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されるように切替信号を生成する。それによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上昇する。
【０００８】
積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈに達すると、スイッチ切替回路１９は第２の定電流源１２が積分コンデンサ２１に接続されるように切替信号を生成する。それによって積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃは下降する。積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが下限閾値電圧Ｖｔｈｌに達すると、スイッチ切替回路１９は第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されるように切替信号を生成する。それによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃを上昇する。
【０００９】
バッファ回路２７からは積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃに対応した電圧信号が出力される。従って、図１４に示すように三角波が生成される。
【００１０】
上述のように、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変化率は空気流量電流信号Ｉｉに比例する。このため三角波の傾斜は空気流量電流信号Ｉｉに比例する。三角波の傾斜が大きいほど三角波の周波数Ｆｏは大きくなり、三角波の傾斜が小さいほど三角波の周波数Ｆｏは小さくなる。従って、三角波の周波数Ｆｏは、空気流量電流信号Ｉｉに比例する、即ち、空気流量電圧信号Ｖｉに比例する。電圧周波数変換回路１０４から出力される三角波の周波数Ｆｏは次の式によって表わされる。
【００１１】
【数１】
Ｆｏ＝Ｖｉ／（Ｒ・Ｃ・ｄＶｔｈ）＝Ｉｉ／（Ｃ・ｄＶｔｈ）
ここで、Ｒは空気流量電圧信号Ｖｉに接続された固定抵抗１０の抵抗値、Ｃは積分コンデンサ２１の静電容量、ｄＶｔｈは積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変動量、即ち最大値と最小値の差であり、Ｒ、Ｃ、ｄＶｔｈは全て一定値である。
【００１２】
数１の式によって表されるように、従来の周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路１０４では、空気流量電圧信号Ｖｉを線形的に変換して出力周波数Ｆｏを得ている。三角波の周期Ｔは次の式によって表される。
【００１３】
【数２】
Ｔ＝１／Ｆｏ＝（１／Ｖｉ）・（Ｒ・Ｃ・ｄＶｔｈ）
＝（１／Ｉｉ）・（Ｃ・ｄＶｔｈ）
【００１４】
図１５を参照して、従来の周波数出力型熱線式流量計の個体差による出力の曲りについて説明する。図１５ａは、実際の空気流量Ｖａｉｒと発熱抵抗体から得られる空気流量電圧信号Ｖｉの関係を示すグラフである。直線Ｍは周波数出力型熱線式流量計の標準的な特性の例を示す。曲線Ｘは固体差に起因して標準的な特性に対して偏奇した特性を示す。即ち、実際の空気流量Ｖａｉｒと空気流量電圧信号Ｖｉの関係が標準的な特性に対して曲りを有する。
【００１５】
図１５ｂは空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏの変換関係を示す。直線Ｌは、空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏの変換関係が線形である場合であり、従来の周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路１０４における周波数変換の関係を示す。
【００１６】
図１５ｃは空気流量電圧信号Ｖｉを図１５ｂに示す変換関係によって変換して得られた出力周波数Ｆｏと実際の空気流量Ｖａｉｒの関係を示す。図１５ｃの曲線Ｍ×Ｌは図１５ａの直線Ｍにて示す標準的な特性を有する周波数出力型熱線式流量計によって得られた空気流量電圧信号Ｖｉを図１５ｂの直線Ｌに示す線形変換によって得られた結果を示す。図１５ｃの曲線Ｘ×Ｌは図１５ａの曲線Ｘにて示す曲り特性を示す周波数出力型熱線式流量計によって得られた空気流量電圧信号Ｖｉを図１５ｂの直線Ｌに示す線形変換によって得られた結果を示す。
【００１７】
曲線Ｍ×Ｌと曲線Ｘ×Ｌを比較すると明らかなように、標準的な特性を有する周波数出力型熱線式流量計では、実際の空気流量Ｖａｉｒと出力周波数Ｆｏは線形な関係となるが、曲り特性を有する周波数出力型熱線式流量計では、実際の空気流量Ｖａｉｒと出力周波数Ｆｏは非線形な関係になる。例えば、直線Ｍ×Ｌの特性を示す製品は合格品であり、曲線Ｘ×Ｌの特性を示す製品は不合格品となる。
【００１８】
尚、図１５ａにて、標準的な特性を直線Ｍにて示したが、標準的な特性が曲線であってもよい。また、図１５ａに示した曲線Ｘは曲り特性の一例であり、曲線Ｙのように様々な曲り特性があり得る。
【００１９】
空気流量計には周波数出力型のほかに電圧出力型が知られている。電圧出力型の熱線式流量計において、測定対象の質量流量と出力電圧信号の間の非線形特性を補正する技術が知られている。特開平１１−１９０６４７号公報には、電圧出力型の熱線式流量計において、マイクロコンピュータを用いて補正演算を行なっている。
【００２０】
特開平１１−３３７３８２号公報や特開平８−９４４０６号公報、特開平８−６２０１２号公報には、電圧出力型の熱線式流量計において、リニアライズ回路を用いて非線形特性の補正を行うことが記載されている。
【００２１】
しかしながら、これらの技術は、非線形特性の補正を行うものであり、流量計の個体差による出力の曲りを補正するものではない。上述のリニアライズ回路の出力調整は演算増幅器を用いた負帰還増幅回路で行われている。この場合、流量信号と出力信号とは線形の関係にあるため出力特性曲りを補正することができない。
【００２２】
【特許文献１】
特開平１１−１９０６４７号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３７３８２号公報
【特許文献３】
特開平８−９４４０６号公報
【特許文献４】
特開平８−６２０１２号公報
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、周波数出力型熱線式流量計は流体通路や発熱抵抗体の個体差、製造ラインの変更、製造ロット、などにより出力特性に曲りが生じる。
【００２４】
本発明は、個体差に基づく出力特性の曲りを補正することができる周波数出力型熱線式流量計を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、測定対象である流体中に配置された発熱抵抗体と該発熱抵抗体に流れる電流に比例した空気流量電圧信号を周波数に変換する電圧周波数変換回路と、を有する周波数出力型熱線式流量計において、上記電圧周波数変換回路は上記流量電圧信号に対して非線形な出力周波数を生成する。
【００２６】
即ち、本発明によると、図１５ｂの曲線ＮＬに示すように空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏの変換関係は非線形である。従って、図１５ａの曲線Ｘにて示す曲り特性を有する周波数出力型熱線式流量計によって得られた空気流量電圧信号Ｖｉを図１５ｂの曲線ＮＬにて示す非線形変換によって周波数に変換すると、図１５ｃの曲線Ｘ×ＮＬに示すように、標準的な特性Ｍ×Ｌに近似した略直線状の特性Ｘ×ＮＬを得ることができる。
【００２７】
周波数出力型熱線式流量計の出力特性曲りを製造工程中に検出し、調整工程にてそれを補正することによって周波数出力型流量計の製造精度を改善することが可能となる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の例を説明する。但し、流体が空気の場合について説明する。
【００２９】
図１を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の概念を説明する。本例の周波数出力型熱線式流量計は、測定対象である空気流の中に配置された発熱抵抗体１０１とそれに直列に接続された固定抵抗１０２とバッファ回路１０３と電圧周波数変換回路１０４とを有する。電圧周波数変換回路１０４には補正抵抗２５が設けられている。
【００３０】
本例の周波数出力型熱線式流量計は、図１２に示した従来の周波数出力型熱線式流量計と比較して、電圧周波数変換回路１０４に補正抵抗２５が設けられている点が異なる。補正抵抗２５を設けることによって、図１３ｂの曲線ＮＬにて示したように、空気流量電圧信号Ｖｉを出力周波数Ｆｏに非線形的に変換する。
【００３１】
発熱抵抗体１０１を流れる発熱抵抗電流Ｉ１０１より空気流量電圧信号Ｖｉが取り出される。空気流量電圧信号Ｖｉは、バッファ回路１０３を介して電圧周波数変換回路１０４に供給される。電圧周波数変換回路１０４は、空気流量電圧信号Ｖｉを非線形的に変換して出力周波数Ｆｏを生成する。空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏの関係は次の式によって表される。
【００３２】
【数３】
Ｆｏ＝Ｖｉ／［（Ｒ＋Ａ）・Ｃ・（ｄＶｔｈ＋Ｂ）＋Ｄ・Ｖｉ］
ここに、Ａ、Ｂ、Ｄは可変値である。電圧周波数変換回路１０４にて生成される三角波の周期Ｔは次の式によって表される。
【００３３】
【数４】
Ｔ＝１／Ｆｏ＝（１／Ｖｉ）・（Ｒ＋Ａ）・Ｃ・（ｄＶｔｈ＋Ｂ）＋Ｄ
数２の式と数４の式を比較すると、固定抵抗Ｒの代わりにＲ＋Ａを代入し、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変動量ｄＶｔｈの代わりに、ｄＶｔｈ＋Ｂを代入し、更に、空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない遅延定数Ｄが付加されている。
【００３４】
従って、本例では、数４の式に示されるように、三角波の周期Ｔは空気流量電圧信号Ｖｉに対して非線形的に変化する。Ａ、Ｂ、Ｄの値を適当に選択することによって所望の非線形性を得ることができる。Ａ、Ｂ、Ｄの値を適当に選択することによって出力特性の曲りを所望の態様に補正することができる。以下に、その例を説明する。
【００３５】
図２を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第１の例を説明する。本例の電圧周波数変換回路は、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを提供する２つの定電流源１１、１２と２つの定電流源１１、１２を切り替えるためのスイッチ１５とスイッチ１５の切替信号を生成するためのスイッチ切替回路１９と積分コンデンサ２１と補正抵抗２５とバッファ回路２７とを有する。
【００３６】
本例の電圧周波数変換回路は、図１３に示した従来の例と比較して、補正抵抗２５が設けられている点が異なる。補正抵抗２５を積分コンデンサ２１に並列に接続することによって、空気流量電圧信号Ｖｉから出力周波数Ｆｏへの非線形変換が実現される。補正抵抗２５の抵抗値を変化させることによって、非線形性を調節することができる。空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏの関係は次の式によって表される。
【００３７】
【数５】
Ｆｏ＝Ｖｉ／（２・ＲＣ・（Ｖｔｈｈ−Ｖｔｈｌ））
＝Ｉｉ／（２Ｃ・（Ｖｔｈｈ−Ｖｔｈｌ））
本例では、補正抵抗２５を設けるため、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変化率は空気流量電流信号Ｉｉに比例しない。このため三角波の傾斜は空気流量電流信号Ｉｉに比例しない。
【００３８】
第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されると、空気流量電流信号Ｉｉは、積分コンデンサ２１ばかりでなく補正抵抗２５にも流れる。空気流量電流信号Ｉｉが補正抵抗２５に流れることによって、積分コンデンサ２１に流れる電流は少なくなり、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの上昇率が影響を受ける。補正抵抗２５に流れる電流は一定であるから、空気流量電流信号Ｉｉが大きいと、空気流量電流信号Ｉｉが補正抵抗２５に流れることによる影響が小さく、空気流量電流信号Ｉｉが小さいと、空気流量電流信号Ｉｉが補正抵抗２５に流れることによる影響が大きい。
【００３９】
空気流量電流信号Ｉｉが大きいと、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの上昇率は空気流量電流信号Ｉｉに略比例する。即ち、三角波の傾斜は空気流量電流信号Ｉｉに比例する。従って、空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏは線形な関係となる。
【００４０】
しかしながら、空気流量電流信号Ｉｉが小さいと、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの上昇率は空気流量電流信号Ｉｉに比例しなくなる。即ち、三角波の傾斜は空気流量電流信号Ｉｉに比例しない。従って、図１３ｂの曲線ＮＬにて示したように、空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏは非線形な関係となる。
【００４１】
第２の定電流源１２が積分コンデンサ２１に接続されると、空気流量電流信号Ｉｉは、積分コンデンサ２１ばかりでなく補正抵抗２５からも流出する。それによって積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃは下降する。補正抵抗２５からも空気流量電流信号Ｉｉが流出することによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの下降率が影響を受ける。空気流量電流信号Ｉｉが大きいと、空気流量電流信号Ｉｉが補正抵抗２５より流出することによる影響が小さく、空気流量電流信号Ｉｉが小さいと、空気流量電流信号Ｉｉが補正抵抗２５より流出することによる影響が大きい。
【００４２】
積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変化率は、上昇する場合も下降する場合も補正抵抗２５に流れる電流の影響によって、空気流量電流信号Ｉｉに対して非線形となる。従って、三角波の傾斜が空気流量電流信号Ｉｉに対して非線形となり、図１３ｂの曲線ＮＬにて示したように、出力周波数Ｆｏは空気流量電圧信号Ｖｉに対して非線形となる。
【００４３】
図３を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第２の例を説明する。本例の電圧周波数変換回路は、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを提供する２つの定電流源１１、１２と第３の定電流源１３と２つの定電流源１１、１２を切り替えるためのスイッチ１５と第３の定電流源１３を接続又は切断するための第２のスイッチ１６とスイッチ１５、１６の切替信号を生成するためのスイッチ切替回路１９と積分コンデンサ２１と補正抵抗２５とバッファ回路２７とを有する。
【００４４】
本例の電圧周波数変換回路は、図１３に示した従来の例と比較して、第３の定電流源１３と補正抵抗２５が設けられている点が異なる。第３の定電流源１３と補正抵抗２５を設けることによって、空気流量電圧信号Ｖｉから出力周波数Ｆｏへの非線形変換が実現される。
【００４５】
積分コンデンサ２１と補正抵抗２５は互いに直列に接続され、両者の接続点には第２のスイッチ１６を介して第３の定電流源１３が接続されている。第３の定電流源１３は、第１の定電流源１１及び第２の定電流源１２に流れる空気流量電流信号Ｉｉに比例した補助電流Ｉｉ２を出力する。
【００４６】
第３の定電流源１３からの補助電流Ｉｉ２と補正抵抗２５の抵抗値を変化させることによって、非線形性を調節することができる。
【００４７】
第２のスイッチ１６は第１のスイッチ１５と連動し、同一の切替信号によって動作する。従って、第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されると、第３の定電流源１３は積分コンデンサ２１と補正抵抗２５の接続点に接続される。積分コンデンサ２１と補正抵抗２５の接続点の電位をＶ２５とすると、接続点の電位Ｖ２５は、第３の定電流源１３からの補助電流Ｉｉ２によって高くなる。接続点電位Ｖ２５が大きいほど積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの上昇率は高くなる。
【００４８】
従って、第１のスイッチ１５によって第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されるとき、積分コンデンサ２１と補正抵抗２５の接続点に第３の定電流源１３から補助電流Ｉｉ２が供給されるから、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈに達する時間が短くなり、三角波の傾斜が大きくなる。即ち、周期Ｔが短くなり、出力周波数Ｆｏが高くなる。
【００４９】
空気流量電流信号Ｉｉが小さいときは、第３の定電流源１３からの補助電流Ｉｉ２も小さく、接続点の電位Ｖ２５は低く、それによって積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃに与える影響は小さい。即ち、空気流量電流信号Ｉｉが小さいときは、空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏは線形な関係にある。しかしながら、空気流量電流信号Ｉｉが大きいときは、第３の定電流源１３からの補助電流Ｉｉ２も大きく、接続点の電位Ｖ２５が高くなり、それによって積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃに与える影響は大きい。即ち、空気流量電流信号Ｉｉが大きいときは、空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏは非線形な関係になる。
【００５０】
第２の定電流源１２が積分コンデンサ２１に接続されると、第３の定電流源１３は積分コンデンサ２１と補正抵抗２５の接続点より切断される。空気流量電流信号Ｉｉは、積分コンデンサ２１から第２の定電流源１２へ流出する。それによって積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃは下降する。このとき積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの下降率は第３の定電流源１３による影響を受けない。
【００５１】
図４を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第３の例を説明する。本例の電圧周波数変換回路は、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを提供する２つの定電流源１１、１２と２つの定電流源１１、１２を切り替えるためのスイッチ１５とスイッチ１５の切替信号を生成するためのスイッチ切替回路１９と補正抵抗２５と２つの積分コンデンサ２１、２３とバッファ回路２７とを有する。
【００５２】
本例の電圧周波数変換回路は、図１３に示した従来の例と比較して、補正抵抗２５及び第２の積分コンデンサ２３が設けられている点が異なる。
【００５３】
本例では、２つの積分コンデンサ２１、２３を並列に接続し、補正抵抗２５を２つの積分コンデンサ２１、２３の間に接続することによって、空気流量電流信号Ｖｉから出力周波数Ｆｏへの非線形変換が実現される。補正抵抗２５の抵抗値と第２の積分コンデンサ２３の静電容量を変化させることによって、非線形性を調節することができる。
【００５４】
第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されると、空気流量電流信号Ｉｉは、積分コンデンサ２１ばかりでなく補正抵抗２５にも流れる。空気流量電流信号Ｉｉが補正抵抗２５に流れることによって、積分コンデンサ２１に流れる電流は少なくなり、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの上昇率が影響を受ける。
【００５５】
補正抵抗２５の端子間の電位差をＶ２５とすると、第１及び第２の定電流源１１、１２を流れる空気流量電流信号Ｉｉが大きいと補正抵抗２５の電位差Ｖ２５は大きくなる。補正抵抗２５の電位差Ｖ２５が大きくなると第２の積分コンデンサ２３に蓄えられる電荷が少なくなるため、第１の積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電位Ｖｔｈｈに達する時間が短くなり、三角波の傾斜が大きくなる。即ち、周期Ｔが短くなり、出力周波数Ｆｏが高くなる。
【００５６】
一方、空気流量電流信号Ｉｉが小さいと補正抵抗２５の電位差Ｖ２５は小さくなる。補正抵抗２５の電位差Ｖ２５が小さいと、第１の積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃに与える影響が小さくなる。即ち、空気流量電流信号Ｉｉが小さいときは空気流量電圧信号Ｖｉと出力周波数Ｆｏは線形な関係になるが、空気流量電流信号Ｉｉが大きくなると両者は非線形な関係になる。
【００５７】
図５を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第４の例を説明する。本例の電圧周波数変換回路は、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを提供する２つの定電流源１１、１２と２つの定電流源１１、１２を切り替えるためのスイッチ１５とスイッチ１５の切替信号を生成するためのスイッチ切替回路１９と積分コンデンサ２１とバッファ回路２７とを有する。スイッチ切替回路１９には補正基準電圧Ｖｒｃが用いられている。
【００５８】
本例の電圧周波数変換回路は、図１３に示した従来の例と比較して、スイッチ切替回路１９に補正基準電圧Ｖｒｃが用いられている点が異なる。補正基準電圧Ｖｒｃを用いることによって、空気流量電圧信号Ｖｉから出力周波数Ｆｏへの非線形変換が実現される。補正基準電圧Ｖｒｃを変化させることによって、非線形性を調節することができる。
【００５９】
スイッチ切替回路１９の閾値電圧Ｖｔｈｈ及びＶｔｈｌは、補正基準電圧Ｖｒｃに比例するように制御される。上限の閾値電圧Ｖｔｈｈ及び下限の閾値電圧Ｖｔｈｌはそれぞれ次の式によって表わされる。
【００６０】
【数６】
Ｖｔｈｈ＝α・Ｖｒｃ
Ｖｔｈｌ＝β・Ｖｒｃ
数６の式を数５の式に代入すると、出力周波数Ｆｏが得られる。
【００６１】
【数７】
Ｆｏ＝Ｖｉ／（２・Ｒ・Ｃ・Ｖｒｃ（α−β））
＝Ｉｉ／（２Ｃ・Ｖｒｃ（α−β））
この式の右辺より、補正基準電圧Ｖｒｃを空気流量電流信号Ｉｉに依存するように変化させると、出力周波数Ｆｏは空気流量電圧信号Ｖｉに対して非線形に変化することが判る。例えば、補正基準電圧Ｖｒｃが空気流量電流信号Ｉｉに比例するように制御すると、空気流量電流信号Ｉｉが大きくなると補正基準電圧Ｖｒｃも大きくなるため、出力周波数Ｆｏは空気流量電流信号Ｉｉとの比例関係から求められる値より小さくなる。逆に、補正基準電圧Ｖｒｃが空気流量電流信号Ｉｉに反比例するように制御すると、空気流量電流信号Ｉｉが大きくなると補正基準電圧Ｖｒｃは小さくなるため、出力周波数Ｆｏは空気流量電流信号Ｉｉとの比例関係から求められる値より大きくなる。
【００６２】
図６、図７及び図８を参照しては本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第５の例を説明する。本例の電圧周波数変換回路は、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを提供する２つの定電流源１１、１２と２つの定電流源１１、１２を切り替えるためのスイッチ１５とスイッチ１５の切替信号を生成するためのスイッチ切替回路１９とスイッチ切替回路１９の出力側に設けられた遅延回路３１と積分コンデンサ２１とバッファ回路２７とを有する。遅延回路３１は例えば単安定マルチバイブレータを用いて構成されてよい。
【００６３】
本例の電圧周波数変換回路は、図１３に示した従来の例と比較して、スイッチ切替回路１９に遅延回路３１が接続されている点が異なる。スイッチ切替回路１９に遅延回路３１を接続することによって、空気流量電圧信号Ｖｉから出力周波数Ｆｏへの非線形変換が実現される。
【００６４】
図７に示すように、遅延回路３１には、時定数、即ち、遅延時間を変化させるための補正抵抗２５と補正コンデンサ３２が設けられている。遅延回路３１の遅延時間を変化させることによって、非線形性を調節することができる。
【００６５】
図８を参照して本例の電圧周波数変換回路によって生成される三角波信号を説明する。遅延回路３１の遅延時間をＤとする。積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの変化率、即ち、三角波の傾斜は空気流量電流信号Ｉｉに比例し、遅延回路３１の有無に無関係である。積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈに達してもスイッチ切替回路１９は直ちには切替信号を生成しないで、遅延時間Ｄだけ遅れた後に、第１の電源１１から第２の定電流源１２への切替信号を生成する。次に、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが下限の閾値電圧Ｖｔｈｌに達してもスイッチ切替回路１９はやはり直ちには切替信号を生成しないで、遅延時間Ｄだけ遅れて第２の電源１２から第１の定電流源１１への切替信号を生成する。従って、遅延回路がない場合の三角波の周期をＴとすると、遅延回路３１がある場合の三角波の周期はＴ＋４Ｄとなる。遅延回路３１がある場合、出力周波数Ｆｏは次の式によって表わされる。
【００６６】
【数８】
Ｆｏ＝１／（Ｔ＋４Ｄ）
ここで、Ｔは積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈから下限の閾値電圧Ｖｔｈｌに達する時間と下限の閾値電圧Ｖｔｈｌから上限の閾値電圧Ｖｔｈｈに達する時間の和であり、三角波の傾斜、即ち、空気流量電圧信号Ｖｉによって変化する値である。Ｔは数２の式によって求められる。一方４Ｄは常に一定である。このため、図１３ｂの曲線ＮＬにて示したように、出力周波数Ｆｏは空気流量電圧信号Ｖｉに対して非線形に変化する。
【００６７】
図９及び図１０を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第６の例を説明する。本例の電圧周波数変換回路は、直列に配列された２つの定電流源１１、１４と２つの定電流源１１、１４を切り替えるためのスイッチ１５とスイッチ１５の切替信号を生成するためのスイッチ切替回路１９と積分コンデンサ２１とバッファ回路２７とを有する。
【００６８】
第１の定電流源１１は空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを提供するが、第２の定電流源１４は空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない所定の定電流Ｉ１４を提供する。
【００６９】
本例の電圧周波数変換回路は、図１３に示した従来の例と比較して、第２の定電流源１４が空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない所定の定電流Ｉ１４を提供する点が異なる。本例では、空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない所定の定電流を提供する第２の定電流源１４を設けることによって、空気流量電圧信号Ｖｉから出力周波数Ｆｏへの非線形変換が実現される。第２の定電流源１４の所定の定電流Ｉ１４の値を変化させることによって、非線形性を調節することができる。
【００７０】
図１０を参照して図９の電圧周波数変換回路の動作を説明する。第１の定電流源１１が積分コンデンサ２１に接続されると、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上昇する。このとき積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの上昇率は、第１の定電流源１１からの空気流量電流信号Ｉｉに比例する。積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈに達すると、スイッチ切替回路１９は、第１の電源１１から第２の定電流源１４への切替信号を生成する。それによって、第２の定電流源１４が積分コンデンサ２１に接続され、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが下降する。このとき積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの下降率は、第２の定電流源１４からの定電流Ｉ１４に比例する。第２の定電流源１４からの定電流Ｉ１４は空気流量信号Ｖｉに依存せず一定である。
【００７１】
従って、第２の定電流源１４からの定電流Ｉ１４を所定の値に選択することによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの下降率を制御することができる。即ち、第２の定電流源１４からの定電流を所定の値に選択することによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈから下限の閾値電圧Ｖｔｈｌに達するまでの時間Ｄを制御することができる。
【００７２】
積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが下限の閾値電圧Ｖｔｈｌから上限の閾値電圧Ｖｔｈｈに達するまでの時間Ｔは空気流量電圧信号Ｖｉに比例する。しかしながら、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈから下限の閾値電圧Ｖｔｈｌに達するまでの時間Ｄは定電流源１４からの定電流Ｉ１４によって決まる。従って、三角波の周期Ｔは、空気流量電圧信号Ｖｉに対して非線形となる。出力周波数Ｆｏは次の式によって表される。
【００７３】
【数９】
Ｆｏ＝１／（Ｔ＋Ｄ）
ここで、Ｔは数２の式によって求められる。時間Ｄは第２の定電流源１４からの定電流Ｉ１４によって決まる定数である。
【００７４】
図１１を参照して本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第７の例を説明する。本例の電圧周波数変換回路は、２組の定電流源１１、１３及び１２、１４と２組の定電流源１１、１３及び１２、１４を切り替えるためのスイッチ１５とスイッチ１５の切替信号を生成するためのスイッチ切替回路１９と積分コンデンサ２１とバッファ回路２７とを有する。
【００７５】
２組の定電流源のうち、第１の定電流源１１、１２は空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉを提供するが、第２の定電流源１３、１４は空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない所定の定電流Ｉ１３、Ｉ１４を提供する。
【００７６】
本例の電圧周波数変換回路は、図１３に示した従来の例と比較して、空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない所定の定電流Ｉ１３、Ｉ１４を提供する第２の定電流源１３、１４が設けられている点が異なる。第２の定電流源１３、１４を設けることによって、空気流量電圧信号Ｖｉから出力周波数Ｆｏへの非線形変換が実現される。第２の定電流源１３、１４からの定電流Ｉ１３、Ｉ１４の値を変化させることによって、非線形性を調節することができる。
【００７７】
積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈより小さいときは、第１組の定電流源１１、１３が積分コンデンサ２１に接続される。積分コンデンサ２１には、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉと空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない定電流Ｉ１３の和Ｉｉ＋Ｉ１３が流入する。
【００７８】
それによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上昇する。このとき積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの上昇率は、２つの電流の和Ｉｉ＋Ｉ１３に依存し、空気流量電圧信号Ｖｉに比例しない。
【００７９】
積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが上限の閾値電圧Ｖｔｈｈに達すると、第２組の定電流源１２、１４が積分コンデンサ２１に接続される。積分コンデンサ２１からは、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉと空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない定電流Ｉ１３の和Ｉｉ＋Ｉ１４が流出する。
【００８０】
それによって、積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃが下降する。このとき積分コンデンサ２１の電位Ｖｉｃの下降率は、２つの電流の和Ｉｉ＋Ｉ１４に依存し、空気流量電圧信号Ｖｉに比例しない。
【００８１】
従って、三角波の傾斜は、空気流量電圧信号Ｖｉに比例した空気流量電流信号Ｉｉと空気流量電圧信号Ｖｉに依存しない定電流の和に依存し、空気流量電圧信号Ｖｉに比例しない。即ち、図１３ｂの曲線ＮＬにて示したように、出力周波数Ｆｏは、空気流量電圧信号Ｖｉに対して非線形的に変化する。
【００８２】
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変形が可能であることは当業者に理解されよう。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によると、周波数出力型熱線式流量計の出力特性曲りを製造工程中に検出し、調整工程にてそれを補正することによって周波数出力型流量計の製造精度を改善することができる効果がある。
【００８４】
本発明によれば、補正ＬＳＩやマイクロコンピュータを用いずに、周波数出力型熱線式流量計の出力の曲り特性を調整することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による周波数出力型熱線式流量計の例を示す図である。
【図２】本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第１の例を示す図である。
【図３】本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第２の例を示す図である。
【図４】本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第３の例を示す図である。
【図５】本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第４の例を示す図である。
【図６】本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第５の例を示す図である。
【図７】図６の電圧周波数変換回路の第５の例の一部を示す図である。
【図８】図６の電圧周波数変換回路の第５の例の動作を説明するための図である。
【図９】本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第６の例を示す図である。
【図１０】図９の電圧周波数変換回路の第６の例の動作を説明するための図である。
【図１１】本発明による周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の第７の例を示す図である。
【図１２】従来の周波数出力型熱線式流量計の例を示す図である。
【図１３】従来の周波数出力型熱線式流量計の電圧周波数変換回路の例を示す図である。
【図１４】図１３の電圧周波数変換回路の動作を説明するための図である。
【図１５】周波数出力型熱線式流量計の曲り特性を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１１，１２，１３，１４…定電流源、１５，１６…スイッチ、１９…スイッチ切替回路、２１，２３…積分コンデンサ、２５…補正抵抗、２７…バッファ回路、３１…遅延回路、３２…補正コンデンサ、１０１…発熱抵抗体、１０２…固定抵抗、１０３…バッファ回路、１０４…電圧周波数変換回路
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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