(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中に配置され、熱を発する発熱体の上流側の放熱量と下流側の放熱量との差から、流体の流量を測定する流量測定装置において、
流体の上流側から下流側にかけて配置され、各々が、熱を発する発熱体および温度を検出する温度検出体の機能を有する第１、第２、第３、第４、第５、第６の感温抵抗体と、
前記感温抵抗体を発熱させる電力の供給を制御する制御回路を備え、
前記第１、第２、第５、第６の感温抵抗体は、定電流源あるいは定電圧源に接続されており、前記第２、第３、第４、第５の感温抵抗体は電力供給源である電源に接続されており、
前記制御回路は、前記第１、第６の感温抵抗体の温度を比較する第１比較回路と、前記第２、第５の感温抵抗体の温度を比較する第２比較回路と、前記電源と前記第２、第３、第４、第５の感温抵抗体の間に配置される複数のスイッチであって、前記第１比較回路による温度比較結果と前記第２比較回路による温度比較結果とに基づいて、前記第１、第２、第３、第４の感温抵抗体の中の１つの感温抵抗体に前記電源から電力を供給するように開閉動作をして、前記第２、第５の感温抵抗体の温度が等しくなるようにし、さらに、前記第１、第６の感温抵抗体の温度が等しくなるようにする前記スイッチとを備え、前記第３、第４の感温抵抗体に供給された電力の差と、前記第２、第５の感温抵抗体に供給された電力の差とに基づいて、流体の流量を測定する流量測定装置。
【請求項２】
さらに、前記第３と第４の感温抵抗体の間に発熱抵抗体を備え、
前記制御回路は、前記第１の感温抵抗体と第６の感温抵抗体の平均温度が予め設定された温度になるように、前記発熱抵抗体に供給する電力を制御する、請求項１に記載の流量測定装置。
【請求項３】
前記制御回路は、流体の温度に基づいて、前記予め設定された温度を変化させる、請求項２に記載の流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量の測定に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の流量を測定する方式は、大きく２種類に分けることができる。すなわち、加熱電流検出方式と、温度差検出方式である。
【０００３】
加熱電流検出方式は、流体中に設けられたヒーターを、流体温度に対して一定温度だけ高く保つのに必要な加熱電流を検出して、流体の流量を測定する。一方の温度差検出方式は、発熱抵抗体の温度を一定に保ち、その上流側に形成された上流側温度検出抵抗体と、下流側に形成された下流側温度検出抵抗体との温度差を検出して、流体の流量を測定する。温度差検出方式を採用する流体流量測定装置は例えば特公平５−７６５９に示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の２つの方式には、それぞれ以下のような欠点が存在する。
【０００５】
具体的には、加熱電流検出方式を採用する流体流量測定装置では、小型化に適さず、かつ、小さな流量域の流量を測定することが困難である。
【０００６】
温度差検出方式を採用する流体流量測定装置では、小型化、および、小さい流量域の流量の測定が可能であるが、流体流量が大きくなると上流側温度検出抵抗体の温度がそれ以上低下しなくなり、また、下流側温度検出抵抗体の温度も低下を始める。よって大流量域で感度が低下し、ダイナミックレンジを大きく取れない。また、流量変化により温度検出抵抗体の温度が変化するため、応答性が悪い。
【０００７】
本発明の目的は、小型化が可能で、感度および応答性が高く、かつ、ダイナミックレンジが広い流体流量測定方式を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による流量測定装置は、流体中に配置され、熱を発する発熱体の上流側の放熱量と下流側の放熱量との差から、流体の流量を測定する流量測定装置において、流体の上流側から下流側にかけて配置され、各々が、熱を発する発熱体および温度を検出する温度検出体の機能を有する第１、第２、第３、第４、第５、第６の感温抵抗体と、前記感温抵抗体を発熱させる電力の供給を制御する制御回路を備える。前記第１、第２、第５、第６の感温抵抗体は、定電流源あるいは定電圧源に接続されており、前記第２、第３、第４、第５の感温抵抗体は電力供給源である電源に接続されており、
前記制御回路は、前記第１、第６の感温抵抗体の温度を比較する第１比較回路と、前記第２、第５の感温抵抗体の温度を比較する第２比較回路と、前記電源と前記第２、第３、第４、第５の感温抵抗体の間に配置される複数のスイッチであって、前記第１比較回路による温度比較結果と前記第２比較回路による温度比較結果とに基づいて、前記第１、第２、第３、第４の感温抵抗体の中の１つの感温抵抗体に前記電源から電力を供給するように開閉動作をして、前記第２、第５の感温抵抗体の温度が等しくなるようにし、さらに、前記第１、第６の感温抵抗体の温度が等しくなるようにする前記スイッチとを備え、前記第３、第４の感温抵抗体に供給された電力の差と、前記第２、第５の感温抵抗体に供給された電力の差とに基づいて、流体の流量を測定する。これにより上記目的が達成される。
【０００９】
好ましくは、前記第３と第４の感温抵抗体の間に、さらに発熱抵抗体を備え、回路は、前記第１の感温抵抗体と第６の感温抵抗体の平均温度が予め設定された温度になるように、前記発熱抵抗体に供給する電力を制御してもよい。
【００１０】
また、前記回路は、流体の温度に基づいて、前記予め設定された温度を変化させてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
流体の上流側から下流側に設けた６つの感温抵抗体のうち、第２、第５の感温抵抗体に供給される電力差は流体流量が小さいときに変化が大きく、第３、第４の感温抵抗体に供給される電力差は流体流量が大きいときに変化が大きくなる。よって、広い流量範囲にわたって感度の良い流量測定が可能となる。また、上流側と下流側の感温抵抗体の温度をフィードバック制御することになるので応答性が改善する。
【００１２】
流量が増大しても、第１〜第６の感温抵抗体の温度を高く保つことができるので、特に大流量での感度増大、ダイナミックレンジの拡大に効果がある。また、上流側と下流側の温度検出体の温度を一定に保つことになるので応答性が改善する。
【００１３】
流体の温度が変化しても流体と装置との温度差が一定に保たれるので、流体の温度変化が生じた場合でも流量を測定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面では、同一の機能を有する構成要素には同一の参照符号を付している。
【００１５】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１の流体流量測定装置の測定部の構成を示す。流体流量測定装置は、シリコン基板１上に形成された薄肉部３に、上流側から温度センサとしての上流側温度検出抵抗体５、白金等の感温材料により形成された第1の発熱抵抗体６８、第２の発熱抵抗体６９、第３の発熱抵抗体７０および第４の発熱抵抗体７１、温度センサとしての下流側温度検出抵抗体６の６つの抵抗体を備えている。なお、「温度検出抵抗体」および「発熱抵抗体」と区別しているが、これらは、「感温抵抗体」と呼ばれる同一の要素と考えることができる。すなわち、感温抵抗体は、温度を検出する機能と熱を発する機能との２つの機能を有する。それぞれの抵抗体５、６８、６９、７０、７１、６には配線部９が接続され、配線部９の一端にはパッド部１０が接続されている。パッド部１０は外部回路との接続のため、ワイヤボンディング等に使用される。薄肉部３は、絶縁層７、８とその間に形成された抵抗体５、６などから形成されている。薄肉部３の裏面側のシリコンはエッチングにより除去され、空洞部が形成されている。
【００１６】
図２は、実施の形態１による、６つの抵抗体を含む、流体流量測定装置の回路図である。上流側温度検出抵抗体５（Rsu)と下流側温度検出抵抗体６（Rsd)には定電流源１３が接続され、定電流Isが供給される。上流側温度検出抵抗体５の両端電圧（Vsu)と下流側温度検出抵抗体６の両端電圧（Vsd)とは、それぞれコンパレータ７２の−入力端子と＋入力端子とに入力される。コンパレータ７２の出力は、上流側温度検出抵抗体５の温度が下流側温度検出抵抗体６の温度より低い場合（すなわちVsu<Vsdの場合）にはハイレベルとなり、逆の場合（すなわちVsu>Vsdの場合)にはローレベルとなる。コンパレータ７２の出力はスイッチ７４、７５に接続される。
【００１７】
第１の発熱抵抗体６８と第４の発熱抵抗体７１には、定電流Ｉsを供給する定電流源８０が接続されている。第１の発熱抵抗体６８の両端電圧８２（Vh1)と、第４の発熱抵抗体７１の両端電圧８５（Vh4)は、それぞれコンパレータ７３の−入力端子と＋入力端子に入力される。コンパレータ７３の出力は、第１の発熱抵抗体６８の温度が第４の発熱抵抗体７１の温度より低い場合（すなわちVh1<Vh4の場合)はハイレベルとなり、逆の場合（すなわちVh1>Vh4の場合)はローレベルとなる。コンパレータ７３の出力はスイッチ７６，７７，７８，７９に接続されている。スイッチ７４の一端は電源１１に接続され、他端はスイッチ７８の一端、および、スイッチ７９の一端に接続されている。スイッチ７８の他端は、第２の発熱抵抗体６９に接続され、スイッチ７９の他端は第１の発熱抵抗体６８に接続されている。また、スイッチ７５の一端は電源１１に接続され、他端はスイッチ７６の一端およびスイッチ７７の一端に接続されている。スイッチ７６の他端は第４の発熱抵抗体７１に接続され、スイッチ７７の他端は第３の発熱抵抗体７０に接続されている。コンパレータ７２の出力端１６とコンパレータ７３の出力端８１の電圧が出力電圧となる。
【００１８】
次に図２の回路の動作を説明する。上流側から流体の流れが生じた場合、上流側温度検出抵抗体５の温度は下流側温度検出抵抗体６の温度より低くなり、それぞれの両端電圧の関係はVsu<Vsdとなる。このときコンパレータ７２の出力はハイレベルになるので、スイッチ７４がオンされ、スイッチ７５がオフされる。またこのとき、第１の発熱抵抗体６８の温度は第４の発熱抵抗体７１の温度よりも低くなり、それぞれの両端電圧の関係はVh1<Vh4となる。よってコンパレータ７３の出力はハイレベルとなり、スイッチ７６とスイッチ７８がオンされ、スイッチ７７とスイッチ７９はオフされる。すると第２の発熱抵抗体６９が電源１１に接続される。
【００１９】
第２の発熱抵抗体６９に電流が流れるとジュール熱により発熱し、近傍にある第１の発熱抵抗体６８の温度を上昇させる。第１の発熱抵抗体６８の温度が上昇して、第４の発熱抵抗体７１の温度より高くなると、それぞれの両端電圧の関係はVh1>Vh4となる。このときコンパレータ７３の出力はローレベルとなり、スイッチ７６、７８はオフされ、スイッチ７７、７９はオンされて、第１の発熱抵抗体６８と電源１１とが接続される。
【００２０】
第１の発熱抵抗体６８に電流が流れるとジュール熱により発熱し、近傍にある上流側温度検出抵抗体５の温度を上昇させる。上流側温度検出抵抗体５の温度が上昇して、下流側温度検出抵抗体６の温度より高くなると、それぞれの両端電圧の関係はVsu>Vsdとなる。その結果、コンパレータ７２の出力がローレベルとなり、スイッチ７４はオフされ、スイッチ７５はオンされる。すると、第３の発熱抵抗体７０と電源１１とが接続され、第３の発熱抵抗体７０に電流が流れる。
【００２１】
第３の発熱抵抗体７０はジュール熱により発熱し、近傍にある第４の発熱抵抗体７１の温度を上昇させる。第４の発熱抵抗体７１の温度が上昇して、第１の発熱抵抗体６８の温度より高くなると、それぞれの両端電圧の関係はVh1＜Vh4となる。このときコンパレータ７３の出力はハイレベルとなり、スイッチ７７、７９はオフされ、スイッチ７６、７８はオンされる。すると第４の発熱抵抗体７１と電源１１が接続され、第４の発熱抵抗体７１に電流が流れる。
【００２２】
第４の発熱抵抗体７１はジュール熱により発熱し、近傍にある下流側温度検出抵抗体６の温度を上昇させる。下流側温度検出抵抗体６の温度が上昇し、上流側温度検出抵抗体５の温度より高くなると、それぞれの両端電圧の関係はVsu<Vsdとなる。このときコンパレータ７２の出力はハイレベルとなり、スイッチ７５はオフされ、スイッチ７４はオンされて、初期の状態に戻る。
【００２３】
このように、スイッチ７４、７５、７６、７７、７８、７９によって、電源１１を第１、第２、第３、第４の発熱抵抗体に順番に切り換える動作が繰り返され、上流側温度検出抵抗体５の温度と下流側温度検出抵抗体６の温度、および、第１の発熱抵抗体６８の温度と第４の発熱抵抗体７１の温度が等しくなるように制御される。
【００２４】
図３は、抵抗体６８〜７１（図２）の端子電圧と出力端子１６、８１（図２）の電圧との関係を示す。図中、パルス８６は、図２における第１の出力電圧１６（Vout1）を示す。パルス８７は、第２の出力電圧８１（Vout2）を示す。また、パルス８８は第２の発熱抵抗体６９の両端電圧（Vh2）を示し、パルス８９は第１の発熱抵抗体６８の両端電圧（Vh1）を示し、パルス９０は第３の発熱抵抗体７０の両端電圧（Vh3）を示し、パルス９１は第４の発熱抵抗体７１の両端電圧（Vh4）を示す。図３に示すタイミングから明らかなように、パルス８６（Vout1）およびパルス８７（Vout2）の両方がハイレベルのとき、パルス８８（Vh2）がハイレベルになる。そして、その後、Vh1、Vh3、Vh4の順にハイレベル状態が移動し、再度Vh2に戻る。
【００２５】
図４は、Vout1,Vout2とVh1〜Vh4との関係を示す。上流側から流体が流れている場合、上流側温度検出抵抗体５の温度が下流側温度検出抵抗体６の温度より低い時間の方が長いため、コンパレータ７２の出力がハイレベルにある時間(t1)の方がローレベルにある時間(t2)より長くなる。また、第１の発熱抵抗体６８の温度が第４の発熱抵抗体７１の温度より低い時間の方が長いためコンパレータ７３の出力がハイレベルにある時間（t3)の方がローレベルにある時間(t4)より長くなる。それぞれの差（あるいは比）は流体の流量が大きいほど大きくなる。逆流の場合は大小関係が逆になる。
【００２６】
図５に示すように、出力電圧８６（Vout1）、８７（Vout2）をローパスフィルタ９２、９３に通すことにより、アナログ出力電圧９４、９５が得られる。アナログ出力電圧９４、９５は、出力電圧８６、８７のデューティ比[t1/(t1+t2)]、および、[t3/(t3+t4)]に応じた値をとる。アナログ出力電圧９４、９５を加算回路９６によって加算することにより最終的な出力電圧９７が得られる。よって電圧９７を測定することにより、流体の流量を知ることができる。
【００２７】
図６は、２つの出力電圧９４、９５から得られた最終的な出力電圧９７のグラフを示す。上流側温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗体６の温度の大小関係に基づいて得られた出力電圧９４（Vout1）は、第１の発熱抵抗体６８と第４の発熱抵抗体７１の温度の大小関係に基づいて得られた出力電圧９５（Vout2）よりも、より小流量域で変化が大きくなる。逆に大流量域では、出力電圧９４（Vout1）が飽和状態になるのに対し、出力電圧９５（Vout2）は変化が大きくなる。これは上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６が薄肉部３上の高温部（中央部）から離れた位置にあり、小流量で温度変化がおきやすいためであり、さらに、第１、第４の発熱抵抗体６８、７１は高温部により近く、大流量で温度変化が起きやすくなるためである。２つの出力電圧を加算することにより、小流量でも大流量でも感度の高い出力電圧９７が得られる。比較のため、従来の出力電圧９８を点線で示す。
【００２８】
以上のように、本実施の形態では小流量域で感度の良い出力と大流量域で感度の良い出力を加算して出力とするので、広範囲において感度の良い出力が得られ、ダイナミックレンジが拡大する。また、上流側温度検出抵抗体５、下流側温度検出抵抗体６、第１の発熱抵抗体６８、第４の発熱抵抗体７１の温度をフィードバック制御することになるので、オープンループだった従来に比べ応答性が向上する。
【００２９】
（実施の形態２）
図７は、図５で説明した出力電圧８６(Vout1)および８７(Vout2)をデジタル出力するための処理を示す。出力電圧８６、８７と高周波パルス信号９９を乗算器１００、１０１によって乗算すると、出力電圧８６、８７がハイレベルにあるときだけ（図３のｔ１、ｔ３の間だけ）高周波パルス１０２、１０３が残る。これら高周波パルス１０２、１０３のパルス数を、一定時間、パルスカウンタ１０４、１０５で計数し、その結果を加算回路１０６で加算することにより、デジタル出力１０７が得られる。
【００３０】
このような構成にすることにより、実施の形態１と同様の効果が得られる上に、ＣＰＵとの結合性が良くなる。
【００３１】
（実施の形態３）
実施の形態１では、デューティ比[t1/(t1+t2)]、[t3/(t3+t4)]を出力として採用したが、デューティ比差[(t1-t2)/(t1+t2)]、[(t3-t4)/(t3+t4)]を出力とすることもできる。
【００３２】
図８は、デューティ比差を出力するための処理を示す。まず、出力電圧８６(Vout1)は、ローパスフィルタ９２に通され、アナログ電圧９４が得られる。また、出力電圧８６(Vout1)は、反転回路１０８で反転され、さらにローパスフィルタ１１０に通され、アナログ電圧１１２が得られる。これらのアナログ電圧９４、１１２を減算回路１１４で減算処理することにより、デューティ比差[(t1-t2)/(t1+t2)]に応じたアナログ電圧１１６が得られる。
【００３３】
一方、出力電圧８７(Vout2)は、ローパスフィルタ９３に通され、アナログ電圧９５が得られる。また、出力電圧８７(Vout2)は、反転回路１０９で反転され、さらにローパスフィルタ１１１に通され、アナログ電圧１１３が得られる。これらのアナログ電圧９５、１１３を減算回路１１５で減算処理することにより、デューティ比差[(t3-t4)/(t3+t4)]に応じたアナログ電圧１１７が得られる。
【００３４】
以上のようにして得られたアナログ電圧１１６、１１７を、加算回路９６で加算することにより最終出力電圧９７が得られる。
【００３５】
このような構成によっても実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、オフセット出力（流量０での出力）が０にできるので感度がさらに向上する。
【００３６】
（実施の形態４）
図９は、図５で説明した出力電圧８６(Vout1)および８７(Vout2)をデジタル出力するための別の処理を示す。
【００３７】
まず乗算器１００において、出力電圧８６(Vout1)に高周波パルス信号９９を乗算すると、出力電圧８６がハイレベルにあるときだけ高周波パルス１０２が残る。このパルス１０２のパルス数を、一定時間、パルスカウンタ１０４で計数する。また、出力電圧８６(Vout1)を反転回路１１８で反転し、乗算器１２０において、高周波パルス信号９９を乗算すると、反転電圧がハイレベルにあるときだけ高周波パルス１２２が残る。このパルス１２２のパルス数を、一定時間、パルスカウンタ１２４で計数する。以上のようにして得られたパルスの計数結果を、減算回路１２６で減算処理する。
【００３８】
一方、乗算器１０１において、出力電圧８７(Vout2)に高周波パルス信号９９を乗算すると、出力電圧８７がハイレベルにあるときだけ高周波パルス１０３が残る。このパルス１０３のパルス数を、一定時間、パルスカウンタ１０５で計数する。また、出力電圧８７(Vout2)を反転回路１１９で反転し、乗算器１２１において、高周波パルス信号９９を乗算すると、反転電圧がハイレベルにあるときだけ高周波パルス１２３が残る。このパルス１２３のパルス数を、一定時間、パルスカウンタ１２５で計数する。以上のようにして得られたパルスの計数結果を、減算回路１２７で減算処理する。
【００３９】
以上のようにして求めたそれぞれの減算結果を、加算回路１０６において加算することにより、最終的なデジタル出力１０７が得られる。
【００４０】
このような構成にすることによっても、実施の形態３と同様の効果が得られる上に、ＣＰＵとの結合性が良くなる。
【００４１】
実施の形態１、２、３、４の回路構成では、上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６、第１の発熱抵抗体６８および第４の発熱抵抗体７１には、定電流を供給する定電流源１３、８０を用いた。しかし、定電圧を印加する定電圧源を用いても同様の結果が得られる。
【００４２】
（実施の形態５）
図１０は、実施の形態５の流体流量測定装置の測定部の構成を示す。実施の形態５の流体流量測定装置では、第２の発熱抵抗体６９と第３の発熱抵抗体７０との間に中央発熱抵抗体４を形成した。図では、配線部９とパッド部１０は図１と同様であるので、それらの記載は省略している。中央発熱抵抗体４(Rh）、上流側温度検出抵抗体５(Rsu)および下流側温度検出抵抗体６(Rsd)により定温度回路を構成し、上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の平均温度が一定となるように中央発熱抵抗体４に供給する電力を制御する。定温度回路図は図１１に示される。
【００４３】
図１１は、抵抗体４、５、６を含む、流体流量測定装置の回路図である。上流側温度検出抵抗体５（Rsu）と下流側温度検出抵抗体６（Rsd）には定電流源１３が接続され、定電流Isが供給される。抵抗体Rsu５と抵抗体Rsd６の両端電圧（Vsu,Vsd）は加算回路１５に入力される。加算回路１５のゲインをＧとすると、加算回路の出力電圧Vaddは下記数１で表される。
【数１】
0004551416.tif 000002
【００４４】
固定抵抗R1とR2により定電圧１２（Vc）を分圧した電圧１９（Vt）と、加算回路１５の出力電圧Vaddとが比較され、パワートランジスタ２０により、両者が等しくなるように発熱抵抗体４に電力が供給される。ここで定電圧Vcを分圧した電圧Ｖtは下記数２で表される。
【数２】
0004551416.tif 000003
【００４５】
よって、Vt=Vaddとすると、数１および数２から、下記数３が得られる。
【数３】
0004551416.tif 000004
【００４６】
上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の０℃の時の抵抗値をＲs0、抵抗温度係数をαs、温度をそれぞれＴsu、Ｔsdとすると、上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の両端電圧Vsu,Vsdは、それぞれ下記数４および数５のように得られ、その結果、下記数６が得られる。
【数４】
0004551416.tif 000005
【数５】
0004551416.tif 000006
【数６】
0004551416.tif 000007
【００４７】
上述の数３および数６から、下記数７が得られる。
【数７】
0004551416.tif 000008
【００４８】
数７の右辺の各項は全て定数であるから、右辺は定数である。よって、図１１に示す回路を構成することにより、上流側温度検出抵抗体５の温度（Ｔsu）と下流側温度検出抵抗体の温度（Ｔsd）の平均値を一定に保つことができる。
【００４９】
さらに図１１を参照して、上流温度検出抵抗体５および下流温度検出抵抗体６には差動増幅器１７が接続されている。差動増幅器１７は、上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の両端電圧Vsu,Vsdの電位差を、出力電圧Ｖoutとして端子１６から出力する。具体的には、出力電圧Ｖoutは、下記数８に示すように
【数８】
0004551416.tif 000009
となる。数８から明らかなように、出力電圧Ｖoutは、上流温度検出抵抗体５の温度(Ｔsu)と下流温度検出抵抗体６の温度(Ｔsd)の差に比例することが理解される。
【００５０】
出力電圧Ｖoutから、流量を得るためには、一般に、流量−出力電圧のテーブルを予め作成しておき、このテーブルを参照すればよい。テーブルは、流体流量測定装置が有するメモリ（図示せず）に格納される。テーブルを参照する動作は流体流量測定装置の中央演算装置（図示せず）が行う。なお、テーブルを用いることなく、出力電圧Ｖoutを変数として、流量が出力値として与えられる換算式を用いてもよい。
【００５１】
図１２は、流体の流量に応じた、上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の温度変化のグラフである。この図は、熱回路網法によりシミュレーションを行った結果に基づいて作成されている。曲線２１および曲線２２は、それぞれ、本実施の形態による上流温度検出抵抗体５の温度と下流温度検出抵抗体６の温度を示す。一方、曲線２３、２４は、それぞれ、従来例における上流温度検出抵抗体５の温度と下流温度検出抵抗体６の温度を示す。従来例では上流温度検出抵抗体５の温度と下流温度検出抵抗体６の温度は、流量が大きくなると低下し、その平均温度も流量とともに低下する。数７に関連して説明したように、本実施の形態では、上流側温度検出抵抗体５の温度と下流側温度検出抵抗体６の平均温度を一定に保つよう制御している。したがって、上流側温度検出抵抗体５の温度（曲線２１）が流量とともに低下すると、下流側温度検出抵抗体６の温度（曲線２２）は流量ともに上昇する。
【００５２】
本実施の形態における上流側温度検出抵抗体５の流量による温度低下（曲線２１）は、従来例における上流側温度検出抵抗体５の流量による温度低下（曲線２３）よりも小さい。このため流量がある程度大きくなった場合には、本発明における上流側温度検出抵抗体５の温度は、従来例における上流側温度検出抵抗体５の温度よりも高くなる。測定可能温度の観点から説明すると、例えば、測定可能温度の下限が６５℃と仮定したとき、従来は曲線２３で示すように約６０ｇ／ｓの流量までしか測定できなかった。しかし実施の形態１によれば、約２００ｇ／ｓまで測定可能である。よって実施の形態１における上流側温度検出抵抗体５の温度は、従来例に比べ、より大流量まで変化が許容される。
【００５３】
図１３は、上流温度検出抵抗体５の温度と下流温度検出抵抗体６の温度の差の流量依存性を示すグラフである。図中、曲線２５は実施の形態１における上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６との温度差を示す。一方、曲線２６は従来例における上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６との温度差を示す。上述のように、実施の形態１における上流側温度検出抵抗体５の温度は、より大流量まで変化が可能であり、また、本発明の下流側温度検出抵抗体６の温度は流量とともに増大する。したがって、その温度差は従来に比べて大きくなり、より大流量まで大きな流量依存性を示す。
【００５４】
図１１の回路によれば、上流側温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗体６の平均温度を一定に保つことができる。さらに図２の回路により、上流側温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗体６の温度を等しく制御することにより、抵抗体５、６の温度は全流量範囲において一定に保たれることになる。
【００５５】
以上のように、本実施の形態の構成によれば、上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の温度が流量によらず一定に保たれるので、ダイナミックレンジの拡大が図れる。また、流量変化による温度変化が生じないので応答性が向上する。さらに、抵抗体の温度を１００℃以上に保つことができるので、水滴などが付着した場合に即座に蒸発させることができ、水分付着による特性のドリフトを低減することができる。
【００５６】
（実施の形態６）
図１４は、実施の形態６の流体流量測定装置の測定部の構成を示す。図では、配線部９とパッド部１０は図１と同様であるので、それらの記載は省略している。
【００５７】
実施の形態６では、シリコンチップ１上に流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体５５(Ra)を形成する。流体温度検出抵抗体５５は発熱抵抗体４、６８、６９、７０、７１から熱的な影響を受けないように薄肉部３から離れた位置に形成される。流体温度検出抵抗体５５の裏面のシリコンをエッチングにより除去し、流体温度検出抵抗体５５を第２の薄肉部上に形成してもよい。
【００５８】
流体温度検出抵抗体５５を用いて実施の形態７における図１６に示す回路を構成する。これにより、上流側温度検出抵抗体５の温度（Ｔsu）と下流側温度検出抵抗体６の温度（Ｔsd）との平均値が流体温度Ｔaに依存した値となり、流体温度Ｔaが高いときは上流側温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗体６の平均温度も高い。一方、流体温度Ｔaが低いときは上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の平均温度も低くなるように制御される。流体温度Ｔaと上流側温度検出抵抗体５、下流側温度検出抵抗体６の平均温度との関係は、下記数１２中の回路定数Ｒ1やＲ2により調整できる。
【００５９】
このような構成および制御を採用することにより、流体の温度が変化したときの特性の変化を補償することができ、温度特性が向上する。
【００６０】
（実施の形態７）
図１５は、実施の形態７の流体流量測定装置の測定部の構成を示す。実施の形態７の流体流量測定装置では、シリコンチップ１上に流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体５５が形成されている。流体温度検出抵抗体５５は、発熱抵抗体４から熱的な影響を受けないように薄肉部３から離れた位置に形成される。流体温度検出抵抗体５５の裏面のシリコンをエッチングにより除去し、流体温度検出抵抗体５５を第２の薄肉部上に形成してもよい。
【００６１】
図１６は、実施の形態７による、流体温度検出抵抗体５５を含む、流体流量測定装置の回路図である。この回路において、電圧１９（Vt）は数９で表される。
【数９】
0004551416.tif 000010
【００６２】
数１のＶaddと、数９のＶｔとが等しくなるように制御すると、下記数１０が成り立つ。
【数１０】
0004551416.tif 000011
【００６３】
流体温度検出抵抗体５５の０℃の時の抵抗値をＲa0、抵抗温度係数をαaとすると、流体（および抵抗体５５）の温度がＴaのとき、
【数１１】
0004551416.tif 000012
数１０および数６から、下記数１２が成り立つ。
【数１２】
0004551416.tif 000013
数１２の右辺に流体温度検出抵抗体５５の温度Ｔaが含まれているため、右辺全体はＴaに依存した値となる。よって、上流側温度検出抵抗体５の温度（Ｔsu）と下流側温度検出抵抗体６の温度（Ｔsd）との平均値も流体温度Ｔaに依存した値となり、流体温度Ｔaが高いときは上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の平均温度も高く、流体温度Ｔaが低いときは上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の平均温度も低くなる。流体温度Ｔaと、上流側温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗体６の平均温度との関係は、数１２中の回路定数Ｒ１やＲ２により調整できる。
【００６４】
このような構成および制御を採用することにより、流体の温度が変化したときの特性の変化を補償することができ、温度特性が向上する。
【００６５】
（実施の形態８）
実施の形態７では、電圧１９（Ｖｔ）が流体温度によって変化するよう、流体温度検出抵抗体５５（Ｒａ）を抵抗Ｒ１、Ｒ２と直列に接続した。しかし、数１２から理解されるように、電圧Ｖeを流体温度によって変化させても同様の効果が得られる。例えば図１７のような構成を採用することもできる。
【００６６】
図１７は、実施の形態８における、電圧Ｖeを出力する回路図である。この回路では、固定抵抗（R3,R4)および流体温度検出抵抗体５５により定電圧源５６を分圧した電圧を電圧Ｖeとして出力する。流体温度の変化は、流体温度検出抵抗体５５を用いて検出されるので、流体温度が変化したときにＶeを変化させることができる。よって、上流側温度検出抵抗体５（図１６）の温度（Ｔsu）と下流側温度検出抵抗体６（図１６）の温度（Ｔsd）の平均値も、流体温度Ｔaにより変化させることができる。流体温度Ｔaと上流側温度検出抵抗体５、下流側温度検出抵抗体６の平均温度との関係は、図１７中の固定抵抗Ｒ3やＲ4により調整すればよい。
【００６７】
上述の構成によれば、流体の温度が変化したときの特性の変化を補償することができ、温度特性が向上する。
【００６８】
（実施の形態９）
実施の形態８で説明したように、流体温度検出抵抗体を用いれば、流体温度の変化を反映した特性の変化を保証できる。
【００６９】
図１８は、実施の形態９における、流体温度検出抵抗体５５を挿入した流体流量測定装置の回路図である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】実施の形態１の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１による、６つの抵抗体を含む、流体流量測定装置の回路図である。
【図３】抵抗体６８〜７１（図２）の端子電圧と、出力端子１６、８１（図２）の電圧との関係を示す図である。
【図４】Vout1,Vout2とVh1〜Vh4との関係を示す図である。
【図５】最終出力を出力するための処理を示す図である。
【図６】２つの出力電圧９４、９５から得られた最終的な出力電圧９７のグラフである。
【図７】図５で説明した出力電圧８６(Vout1)および８７(Vout2)をデジタル出力するための処理を示す図である。
【図８】デューティ比差を出力するための処理を示す図である。
【図９】図５で説明した出力電圧８６(Vout1)および８７(Vout2)をデジタル出力するための別の処理を示す図である。
【図１０】実施の形態５の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態５における、抵抗体４、５、６を含む、流体流量測定装置の回路図である。
【図１２】流体の流量に応じた、上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の温度変化のグラフである。
【図１３】上流温度検出抵抗体５の温度と下流温度検出抵抗体６の温度の差の流量依存性を示すグラフである。
【図１４】実施の形態６の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図である。
【図１５】実施の形態７の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図である。
【図１６】実施の形態７による、流体温度検出抵抗体５５を含む、流体流量測定装置の回路図である。
【図１７】実施の形態８における、電圧Ｖeを出力する回路図である。
【図１８】実施の形態９における、流体温度検出抵抗体５５を挿入した流体流量測定装置の回路図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  シリコン基板、    ３  薄肉部、    ４  発熱抵抗体、    ５  上流側温度検出抵抗体、    ６  下流側温度検出抵抗体、    ７  絶縁層、    ８  絶縁層、    ９  配線部、    １０  パッド部、    １３  定電流源、    ６８  第１の発熱抵抗体、    ６９  第２の発熱抵抗体、    ７０  第３の発熱抵抗体、    ７１  第４の発熱抵抗体、    ７２  差動増幅器。
【図１】
0004551416.tif 000014
【図２】
0004551416.tif 000015
【図３】
0004551416.tif 000016
【図４】
0004551416.tif 000017
【図５】
0004551416.tif 000018
【図６】
0004551416.tif 000019
【図７】
0004551416.tif 000020
【図８】
0004551416.tif 000021
【図９】
0004551416.tif 000022
【図１０】
0004551416.tif 000023
【図１１】
0004551416.tif 000024
【図１２】
0004551416.tif 000025
【図１３】
0004551416.tif 000026
【図１４】
0004551416.tif 000027
【図１５】
0004551416.tif 000028
【図１６】
0004551416.tif 000029
【図１７】
0004551416.tif 000030
【図１８】
0004551416.tif 000031