(57)【要約】【課題】熱式流量センサにおいて流体の流量の検出範囲を広くすることができ、しかも直線性の良好な検出特性を得ることができる流量センサを提供する。【解決手段】センサチップ１は、加熱部ＲＨ、抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２を備えている。流体が流れるＸ方向に対して、直交するように加熱部ＲＨの２本の直線部が配置される。同様に、抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２の抵抗体もＸ方向と直交する方向に配置される。上流側と下流側にそれぞれ２個ずつ抵抗体が配置され、これらをブリッジ接続している。加熱された流体が流れると、流量に応じて上流側と下流側とで温度分布の差が発生し、遠いほどその差が大きくなる。このため、流量が高いときには加熱部ＲＨに近い抵抗ブリッジＢＧ２で検出すると精度が高くなる。【選択図】図１
2017044637.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路に設けられる加熱部（ＲＨ、ＲＨａ）と、
前記加熱部の前記流路に沿う方向の両側に設けられた対をなす抵抗体（Ｒｘｕ１、Ｒｘｕ２、Ｒｘｄ１、Ｒｘｄ２（ｘは１〜ｎの整数）を有する測温用の抵抗ブリッジであって、前記加熱部と前記抵抗体との配置間隔（Ｘ＝ａ、ｂ、ａ１〜ａｎ）が異なるように設けられた複数の抵抗ブリッジ（ＢＧ１、ＢＧ２、ＢＧ１〜ＢＧｎ）と、
前記加熱部により前記流路の流体を加熱し、前記複数の抵抗ブリッジのうちのいずれかの出力信号に基づいて前記流体の流量を検出する検出部（４、４ａ）とを備えたことを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の流量センサにおいて、
前記検出部（４、４ａ）は、前記複数の抵抗ブリッジのうち、前記加熱部に対する前記抵抗体の配置間隔が小さいものの検出信号を流量の高い場合の検出に用い、同配置間隔が大きいものの検出信号を流量の低い場合の検出に用いることを特徴とする流量センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流量センサにおいて、
前記加熱部（ＲＨ）は、発熱部が２本の直線部とこれらを連結する部分からなり前記２本の直線部が前記流路に沿う方向と直交するように配置され、
前記抵抗ブリッジ（ＢＧ１、ＢＧ２）は、前記抵抗体が直線状に形成されると共に前記流路に沿う方向と直交するように配置されることを特徴とする流量センサ。
【請求項４】
請求項１または２に記載の流量センサにおいて、
前記加熱部（ＲＨａ）は、円形もしくは円弧状に形成され、
前記複数の抵抗ブリッジ（ＢＧ１〜ＢＧｎ）は、前記抵抗体が前記加熱部の発熱部を包囲する円弧状に形成されていることを特徴とする流量センサ。
【請求項５】
請求項１または２に記載の流量センサにおいて、
前記加熱部（ＲＨａ）は、円形もしくは円弧状に形成され、
前記抵抗ブリッジ（ＢＧ１、ＢＧ２）は、前記抵抗体が直線状に形成されると共に前記流路に沿う方向と直交するように配置されることを特徴とする流量センサ。
【請求項６】
請求項１から５の何れか一項に記載の流量センサにおいて、
前記複数の抵抗ブリッジの検出信号を選択入力する選択スイッチ（５、５ａ）を設け、
前記検出部（４、４ａ）は、信号処理部（８）を備え、前記複数の抵抗ブリッジのうち前記選択スイッチにより予め選択されている抵抗ブリッジの検出信号から前記流体の流量を検出し、その抵抗ブリッジによる検出する流量から外れているときには、前記選択スイッチにより対応する流量の抵抗ブリッジに切り替えてから前記信号処理部により前記流体の流量を検出することを特徴とする流量センサ。
【請求項７】
請求項１から５の何れか一項に記載の流量センサにおいて、
給電経路に基準抵抗（９ａ、９ｂ）を介在させた状態で前記抵抗ブリッジの給電端子間の電圧もしくは温度測定用の電圧から温度に対応する信号を検出する予備検出部を設け、
前記検出部（４ａ）は、前記加熱部により前記流路の流体を加熱し、前記予備検出部により検出される信号に基づいて前記流体の流量レベルを検出し、前記複数の抵抗ブリッジのうちの前記流量レベルに対応する抵抗ブリッジの検出信号を選択して前記流体の流量を検出することを特徴とする流量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
流体の通過流量を検出する流量センサは、例えば、シリコンチップ上に抵抗による加熱部を設け、その加熱部の両側に等距離で抵抗体を配置しこれらの抵抗体をブリッジ接続した構成のセンサチップを備えたものがある。このような流量センサでは、加熱部により近傍の流体を加熱しておき、抵抗ブリッジにより温度を検出すると、流体が流れて加熱部分が移動することで抵抗ブリッジの出力に変動が生じる。これを検出することで流体の流量を検出するものである。
【０００３】
しかし、流体の流量が高くなると、上流側に位置するブリッジ抵抗の位置では加熱された流体が速く移動してしまうため、流体の温度が顕著に低下する。すなわち、高流量領域で流量の変化による上流側の抵抗値の変化量が小さくなるため、ブリッジ抵抗による出力電圧の変化も小さくなる。この結果、流量が高い場合には、測温用の抵抗ブリッジで検出可能な流量の感度が低下するという問題がある。
【０００４】
また、近年では、センサの信号処理のインテリジェント化が進められている。センサで検出した信号をＥＣＵ（Electronic Control Unit）の制御処理で扱いやすいように、センサ信号を直線に補正して出力させることができるものが要求されつつある。
【０００５】
そのため、熱式流量センサの流量の曲がり特性を直線化した信号として出力するため、センサ信号を直線化した信号として補正する処理として折れ線補正を行う必要がある。しかし、このために折れ線補正用のメモリ容量が大きくなるという問題が生じている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１３７３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、流体を加熱して流量を検出する方式のセンサにおいて流体の流量の検出範囲を広く精度良くすることができ、しかも直線性の良好な検出特性を得ることができる流量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載の流量センサは、流体の流路に設けられる加熱部と、前記加熱部の前記流路に沿う方向の両側に設けられた対をなす抵抗体を有する測温用の抵抗ブリッジであって、前記加熱部と前記抵抗体との配置間隔が異なるように設けられた複数の抵抗ブリッジと、前記加熱部により前記流路の流体を加熱し、前記複数の抵抗ブリッジのうちのいずれかの出力信号に基づいて前記流体の流量を検出する検出部とを備えている。
【０００９】
上記構成を採用することにより、加熱部により加熱された流路内の流体は、流れのない状態つまり流量がゼロの状態では、加熱部を中心として流路に沿ったいずれの方向に対しても流体が同じ条件で加熱されるので、上流側と下流側とで同じ温度分布となる。これにより、抵抗ブリッジの抵抗体は加熱部の両側において同じ温度の条件下に晒されるので、出力電圧に変化がなく、流量ゼロが検出される。
【００１０】
そして、流路内を流体が流れている状態では、加熱部により加熱された流路内の流体が上流側から下流側に移動するので、下流側の抵抗体は上流側の抵抗体よりも温度が高くなる。この温度変化の程度に応じて抵抗ブリッジの検出信号の出力レベルが変化する。この出力レベルの変化量により流体の流量を検出することができる。
【００１１】
しかし、加熱部により加熱される流路内の流体の温度は、加熱部に近いところでは高く、距離が離れるにしたがって急激に低下する。このため、低流量のときには加熱部から離れた位置の温度が大きく変化し、高流量になると加熱部から近い位置の温度も大きく変化する。このとき、加熱部から離れた位置の温度変化は、近い位置の変化よりも大きく得ることができ、抵抗ブリッジによる検出レベルの変化を大きく得ることができる。
【００１２】
また、高流量では、加熱部から離れた位置の温度は上流側および下流側のいずれにおいても変化が少ない領域になるので、流量に応じた変化量も小さくなり、抵抗ブリッジによる検出レベルの変化が小さくなる。この場合でも、加熱部に近い位置の温度変化は離れた位置の変化よりも大きく得ることができる。
【００１３】
したがって、流路内の流体が低流量のときには、加熱部から離れた位置の抵抗ブリッジにより流量を検出し、高流量になると、加熱部に近い位置の抵抗ブリッジにより流量を検出することで、検出レベルの変化を大きい状態で精度良く検出動作を行うことができる。この結果、複数の抵抗ブリッジを切り替えて検出動作を行うことで、流量の検出可能な範囲を広げることができ、各抵抗ブリッジの検出レベルの変化が大きい範囲を利用して精度良く検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態を示すセンサチップの模式的な平面図
【図２】センサチップの模式的な縦断側面図
【図３】流量センサの電気的構成図
【図４】作用説明図、（ａ）位置と温度の関係を示す図、（ｂ）対応する断面図
【図５】流量に対する抵抗ブリッジの検出信号レベルの関係を示す図
【図６】検出回路による流量に対する検出信号レベルの関係を示す図
【図７】第２実施形態を示す電気的構成図
【図８】第３実施形態を示すセンサチップの模式的平面図
【図９】検出回路による流量に対する検出信号レベルの関係を示す図
【図１０】第４実施形態を示すセンサチップの模式的平面図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。この実施形態では、例えば流量センサのセンサチップ１として、流体である空気などの気体の吸入量を計測するために流路である吸気経路に設けられるものである。一般的には、センサチップ１の検出部位が流路に露出するように配置され、流体としての空気が流れることにより冷却される現象を利用して流量を検出する。
【００１６】
図１および図２はセンサチップ１の構成を概略的に示している。まず、図２に示すように、センサチップ１は、シリコン基板などの半導体基板２に作りこまれている。半導体基板２の裏面側にはキャビティとなる凹部２ａが形成されている。シリコンのエッチング処理などにより凹部２ａの断面が台形状をなす形状に形成されている。半導体基板２の凹部２ａが形成された部分には、薄膜状のシリコンがダイヤフラム２ｂとして形成されている。
【００１７】
ダイヤフラム２ｂには、素子部３ａが設定され、シリコン基板に不純物を所定パターン領域に導入するなどにより形成した加熱部ＲＨ、抵抗ブリッジＢＧ１およびＢＧ２が形成されている。ダイヤフラム２ｂから外れた位置のシリコン基板２に、素子部３ａと隣接してリード部３ｂが設けられている。素子部３ａの抵抗パターンがリード部３ｂにおいて後述するように接続され、電気的に接続されている。
【００１８】
図１はセンサチップ１の検出部位となる加熱部ＲＨ、抵抗ブリッジＢＧ１およびＢＧ２の平面パターンを示している。センサチップ１を測定部位となる流路に配置する場合を想定して、図中左側を流体が流れ込む上流側、右側を流体が流れ出す下流側とし、流路の方向をＸ方向として説明する。素子部３ａの中央部（Ｘ＝０）にはＸ軸方向と直交する２本の線状のパターンとこれらを中間位置で連結してなるＨ型形状をなす加熱部ＲＨが配置される。
【００１９】
抵抗ブリッジＢＧ１は、４つの直線状をなす抵抗体Ｒ１ｕ１、Ｒ１ｕ２、Ｒ１ｄ１、Ｒ１ｄ２をＸ軸と直交する方向に配置したもので、これらをブリッジ接続して構成している。抵抗体Ｒ１ｕ１、Ｒ１ｕ２は加熱部ＲＨの上流側に配置され、抵抗体Ｒ１ｄ１、Ｒ１ｄ２は加熱部ＲＨの下流側に配置されている。
【００２０】
上流側の抵抗体Ｒ１ｕ１およびＲ１ｕ２は、Ｘ軸に直交する方向の一方側（図１中上方向）から他方側（図１中下方向）に配置され、他方側において２本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。また、抵抗体Ｒ１ｄ１およびＲ１ｄ２は、Ｘ軸に直交する方向の一方側から他方側に配置され、他方側において２本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。
【００２１】
加熱部ＲＨの中央位置と抵抗体Ｒ１ｕ１、Ｒ１ｕ２の中央位置との間の距離が例えばａに設定されている。同じく、加熱部ＲＨの中央位置と抵抗体Ｒ１ｄ１、Ｒ１ｄ２の中央位置との間の距離もａに設定されている。
【００２２】
抵抗体Ｒ１ｕ１とＲ１ｄ１とは、リード部３ｂにおいて接続用の抵抗体Ｒ１ｊ１により連結されている。抵抗体Ｒ１ｕ２とＲ１ｄ２とは、リード部３ｂにおいて接続用の抵抗体Ｒ１ｊ２により連結されている。抵抗体Ｒ１ｄ１の抵抗体Ｒ１ｊ１と反対側の接続端部は、抵抗体Ｒ１ｕ２の抵抗体Ｒ１ｊ２と反対側の接続端部と共に、第１抵抗ブリッジＢＧ１の正極端子Ａ１に接続されている。抵抗体Ｒ１ｄ２の抵抗体Ｒ１ｊ２と反対側の接続端部は、抵抗体Ｒ１ｕ１の抵抗体Ｒ１ｊ１と反対側の接続端部と共に、第１抵抗ブリッジＢＧ１の負極端子Ｂ１に接続されている。抵抗体Ｒ１ｊ１の中央部は、第１抵抗ブリッジＢＧ１の検出端子Ｃ１に接続されている。抵抗体Ｒ１ｊ２の中央部は、第１抵抗ブリッジＢＧ１の検出端子Ｄ１に接続されている。
【００２３】
抵抗ブリッジＢＧ２は、４つの直線状をなす抵抗体Ｒ２ｕ１、Ｒ２ｕ２、Ｒ２ｄ１、Ｒ２ｄ２をＸ軸と直交する方向に配置したもので、これらをブリッジ接続して構成している。抵抗体Ｒ２ｕ１、Ｒ２ｕ２は加熱部ＲＨの上流側に配置され、抵抗体Ｒ２ｄ１、Ｒ２ｄ２は加熱部ＲＨの下流側に配置されている。
【００２４】
上流側の抵抗体Ｒ２ｕ１およびＲ２ｕ２は、Ｘ軸に直交する方向の一方側から他方側に配置され、他方側において２本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。また、抵抗体Ｒ２ｄ１およびＲ２ｄ２は、Ｘ軸に直交する方向の一方側から他方側に配置され、他方側において２本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。
【００２５】
加熱部ＲＨの中央位置と抵抗体Ｒ２ｕ１、Ｒ２ｕ２の中央位置との間の距離が例えばｂに設定されている。同じく、加熱部ＲＨの中央位置と抵抗体Ｒ２ｄ１、Ｒ２ｄ２の中央位置との間の距離もｂに設定されている。この場合、第２抵抗ブリッジＢＧ２の配置間隔ｂは、第１抵抗ブリッジＢＧ１の配置間隔ａよりも短い距離に設定されている。
【００２６】
抵抗体Ｒ２ｕ１とＲ２ｄ１とは、リード部３ｂにおいて接続用の抵抗体Ｒ２ｊ１により連結されている。抵抗体Ｒ２ｕ２とＲ２ｄ２とは、リード部３ｂにおいて接続用の抵抗体Ｒ２ｊ２により連結されている。抵抗体Ｒ２ｄ１の抵抗体Ｒ２ｊ１と反対側の接続端部は、抵抗体Ｒ２ｕ２の抵抗体Ｒ２ｊ２と反対側の接続端部と共に、第２抵抗ブリッジＢＧ２の正極端子Ａ２に接続されている。抵抗体Ｒ２ｄ２の抵抗体Ｒ２ｊ２と反対側の接続端部は、抵抗体Ｒ２ｕ１の抵抗体Ｒ２ｊ１と反対側の接続端部と共に、第２抵抗ブリッジＢＧ２の負極端子Ｂ２に接続されている。抵抗体Ｒ２ｊ１の中央部は、第２抵抗ブリッジＢＧ２の検出端子Ｃ２に接続されている。抵抗体Ｒ２ｊ２の中央部は、第２抵抗ブリッジＢＧ２の検出端子Ｄ２に接続されている。
【００２７】
加熱部ＲＨの一方の端子は端子Ｈに接続され、他方の端子は図示していないがグランド端子ＧＮＤに接続するように設けられている。加熱部ＲＨは、両端子間に通電されると、そのときの電流により抵抗体の温度が上昇することにより加熱部ＲＨの近傍の気体や液体などの流体を加熱する。
【００２８】
なお、図２では、センサチップ１の断面構成として、上記した加熱部ＲＨおよび２つの抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２の配置状態を簡略的に示している。加熱部ＲＨは、２本の線状パターンをなす抵抗体を１本の抵抗体のパターンで示しており、２つの抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２は、上流側および下流側のそれぞれで２つの抵抗体がそれぞれ２本ずつで折り返しパターンに形成されている状態を各１本の抵抗体のパターンで示している。
【００２９】
次に、図３を参照してセンサチップ１を接続して流量を検出するための検出回路４の構成について説明する。検出回路４は、センサチップ１とは別の例えば半導体集積回路により構成されている。検出回路４は、入力端子Ｔ１〜Ｔ８を備えている。検出回路４の内部には、選択スイッチ５、増幅器６、ＡＤ変換回路７およびデジタル処理回路８を備えており、直流電源ＶＤから給電される。選択スイッチ５は、８個のスイッチＳ１〜Ｓ８を備えている。スイッチＳ１〜Ｓ８はＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子により構成されている。デジタル処理回路８は、流量検出の信号処理を行う制御部８ａが設けられている。選択スイッチ５の各スイッチＳ１〜Ｓ８は制御部８ａによりオンオフ制御される。
【００３０】
入力端子Ｔ１〜Ｔ８は、センサチップ１の各端子に接続されている。入力端子Ｔ１には、抵抗ブリッジＢＧ１およびＢＧ２の正極端子Ａ１、Ａ２および加熱部ＲＨの一端子が接続されている。入力端子Ｔ２、Ｔ３には、抵抗ブリッジＢＧ１の検出端子Ｄ１、Ｃ１がそれぞれ接続されている。入力端子Ｔ４には、抵抗ブリッジＢＧ１の負極端子Ｂ１が接続されている。入力端子Ｔ５、Ｔ６には、抵抗ブリッジＢＧ２の検出端子Ｄ２、Ｃ２がそれぞれ接続されている。入力端子Ｔ７には、抵抗ブリッジＢＧ２の負極端子Ｂ２が接続されている。入力端子Ｔ８には、加熱部ＲＨの他方の端子が接続されている。
【００３１】
検出回路４において、入力端子Ｔ１は、選択スイッチ５のスイッチＳ１を介して電源端子ＶＤに接続される。入力端子Ｔ２、Ｔ５は、それぞれスイッチＳ２、Ｓ５を介して、増幅器６の一方の入力端子に接続される。入力端子Ｔ３、Ｔ６は、それぞれスイッチＳ３、Ｓ６を介して増幅器６の他方の入力端子に接続される。入力端子Ｔ４、Ｔ７、Ｔ８は、それぞれスイッチＳ４、Ｓ７、Ｓ８を介してグランドＧＮＤに接続されている。
【００３２】
増幅器６は、２つの入力端子に入力される信号の差分を増幅して出力する。ＡＤ変換回路７は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタル処理回路８の制御部８ａに入力する。制御部８ａは、選択スイッチ５の切り替え制御を行って抵抗ブリッジＢＧ１あるいはＢＧ２からの検出信号を取得し、これをＡＤ変換回路７を介してデジタル信号として入力し、流路中の流体の流量を検出する処理を行う。
【００３３】
次に、上記構成の作用について図４〜図６も参照して説明する。
まず、本実施形態により流体の流量を広い検出範囲で検出できることの原理について図４を参照して説明する。図４（ｂ）は、図２の断面構成に対応した部分を示し、流路を流体が移動している状態で加熱部ＲＨにより加熱される流体の状態を概略的に示している。加熱部ＲＨに通電することにより、抵抗体にジュール熱が発生し、これが流路中の流体を加熱する。このとき、流体が図中左側から右側に向けて流れている（Ｘ方向）ので、加熱部ＲＨを中心として同心円状（実際には同心円筒状）に放射される熱により流体が加熱されるが、流体の移動により右側にずれる。同じ熱を持つ流体の位置のずれ方は、加熱部ＲＨから遠い位置ほど大きくなる。
【００３４】
上記のように流体がＸ方向に流れている状態では、その流れる流量に応じて、流体の熱の分布状態が変化する。図４（ａ）では、短い破線ｆ０で流量がゼロの状態（流量Ｆ＝０［ｇ／ｓ］）の熱の分布を示し、長い破線ｆ１で流量が低い状態（流量Ｆ＝Ｆ１［ｇ／ｓ］）の熱の分布を示し、実線ｆ２で流量が高い状態（流量Ｆ＝Ｆ２（＞Ｆ１）［ｇ／ｓ］）の熱の分布を示している。
【００３５】
前述のように流路中を流体が流れている状態では、その流量に応じて温度分布が変動する。加熱部ＲＨの位置（０）では、流体の温度は常に一定に加熱されているが、上流側（Ｘ＝−ａ）では加熱部Ｒｈにより加熱した流体が上流側に押し戻されることで温度分布ｆ０の形状を流量に応じてＸ方向に圧縮したような温度分布ｆ１あるいはｆ２となる。また、下流側（Ｘ＝ａ）では加熱部Ｒｈにより加熱した流体が下流側に流されることで、温度分布ｆ０の形状を流量に応じてＸ方向に引き伸ばしたような温度分布ｆ１あるいはｆ２となる。
【００３６】
抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２による流量の検出では、上記した温度分布ｆ０からｆ１、ｆ２に変化することを温度の変化を抵抗体の抵抗値の変化として検出するものである。例えば、加熱部ＲＨを中心として外側（Ｘ＝−ａ、Ｘ＝ａ）に抵抗体が配置された抵抗ブリッジＢＧ１では、上流側（Ｘ＝−ａ）の抵抗体Ｒ１ｕ１、Ｒ１ｕ２の部分で温度が下がり、下流側（Ｘ＝ａ）の抵抗体Ｒ１ｄ１、Ｒ１ｄ２の部分で温度が上がる。
【００３７】
抵抗体Ｒ１ｕ１、Ｒ１ｕ２、Ｒ１ｄ１、Ｒ１ｄ２は、温度に応じて抵抗値が変化するので、上流側と下流側との温度差ΔＴａに応じた抵抗値の差が抵抗ブリッジＢＧ１の検出出力として得られる。抵抗ブリッジＢＧ１は、流量Ｆ１のときに温度差ΔＴａ（Ｆ１）に対応する検出信号が得られ、流量Ｆ２のときに温度差ΔＴａ（Ｆ２）に対応する検出信号が得られる。
【００３８】
流量ＦがＦ１からＦ２のように増加していくと、前述のように、加熱部ＲＨにより加熱される流体の温度分布がｆ１からｆ２のように変化するが、上流側すなわちＸ方向の位置−ａでは、温度分布ｆ１からｆ２に変化したときの温度の低下が小さくなる。また、下流側すなわちＸ方向の位置ａでは、温度分布ｆ１からｆ２に変化したときの温度の上昇が小さくなる。
【００３９】
この結果、抵抗ブリッジＢＧ１では、流量Ｆが低い領域では検出信号が大きく変化した信号として得ることができるが、流量Ｆが高くなると検出信号の変化が小さくなり、実質的な検出感度が低下する。このような流体の流量Ｆと検出信号のレベルの関係を図５に示している。図５では、Ｘ方向に流体が流れる状態を前方流（ＦＦ）とし、反Ｘ向に流体が流れる状態を後方流（ＢＦ）として特性を示している。図からわかるように、流量Ｆが大きくなると、検出信号のレベルは変化が少なくなっている。
【００４０】
これに対して、抵抗ブリッジＢＧ２では、４つの抵抗体が抵抗ブリッジＢＧ１の抵抗体の配置位置よりも内側（Ｘ＝−ｂ、Ｘ＝ｂ）に位置している。これにより、抵抗ブリッジＢＧ２では、流量Ｆが低い領域では検出信号はあまり変化しないが、流量Ｆが高くなると検出信号の変化が大きくなる。つまり、流量Ｆが低いときよりも高いときに実質的な検出感度が大きくなる。
【００４１】
図４（ａ）に示しているように、流量Ｆ１あるいはＦ２で流体が流れている状態で、距離Ｘ＝ａ、Ｘ＝−ａの抵抗ブリッジＢＧ１、距離Ｘ＝ｂ、Ｘ＝−ｂの抵抗ブリッジＢＧ２により検出される温度差ΔＴａ（Ｆ１）、ΔＴａ（Ｆ２）、ΔＴｂ（Ｆ１）、ΔＴｂ（Ｆ２）は次のようになる。
【００４２】
温度差ΔＴａ（Ｆ１）は、温度分布ｆ１が抵抗ブリッジＢＧ１の下流側位置（Ｘ＝−ａ）および上流側位置（Ｘ＝ａ）のそれぞれで示す温度の差である。温度差ΔＴａ（Ｆ２）は、温度分布ｆ２が抵抗ブリッジ１の下流側位置（Ｘ＝−ａ）および上流側位置（Ｘ＝ａ）のそれぞれで示す温度の差である。同様に、温度差ΔＴｂ（Ｆ１）、ΔＴｂ（Ｆ２）は、温度分布ｆ１、ｆ２が抵抗ブリッジＢＧ２の下流側位置（Ｘ＝−ｂ）および上流側位置（Ｘ＝ｂ）のそれぞれで示す温度の差である。
【００４３】
上記の温度差の値からわかるように、抵抗ブリッジＢＧ１では、流量Ｆ０の状態から流量Ｆ１に変化したときの温度差ΔＴａ（Ｆ１）は大きいが、流量Ｆ１から流量Ｆ２に変化したときの温度差ΔＴａ（Ｆ２）は小さい。これに対して、抵抗ブリッジＢＧ２では、流量Ｆ０の状態から流量Ｆ１に変化したときの温度差ΔＴｂ（Ｆ１）は小さいが、流量Ｆ１から流量Ｆ２に変化したときの温度差ΔＴａ（Ｆ２）は大きい。
【００４４】
したがって、流量Ｆ２のような大きい場合には、加熱部ＲＨに近い抵抗ブリッジＢＧ２の検出信号のレベルが大きく取れるようになるので、検出精度を高めることができる。図６は、流量Ｆ０からＦ１のような低流量領域では流量検出を抵抗ブリッジＢＧ１により検出し、流量Ｆ２のような高流量領域では流量検出を抵抗ブリッジＢＧ２により行う場合の検出信号レベルＳの特性を示している。この場合、低流量領域と高流量領域との境界の流量をＦｘとしている。
【００４５】
図６の特性からわかるように、流量Ｆｘよりも大きい高流量領域では、例えば流量ＦｓからＦｒに変化したときに、抵抗ブリッジＢＧ１の検出信号Ｓの差ΔＳ１に対して、抵抗ブリッジＢＧ２の検出信号Ｓの差ΔＳ２が大きく取れることがわかる。なお、図６に示す流体流量Ｆに対する検出信号Ｓの対応関係を示すデータが制御部８ａの記憶部に予め記憶されている。
【００４６】
次に、本実施形態の構成における検出動作について説明する。この実施形態においては、検出動作を行う際に、まず制御部８ａにより、選択スイッチ５のスイッチＳ１〜Ｓ４がオン状態に設定され、抵抗ブリッジＢＧ１の検出信号を入力するように設定している。制御部８ａは、選択スイッチ５のスイッチＳ８をオンオフすることにより、加熱部ＲＨに通電を行い、所定温度になるように制御している。
【００４７】
流路に流体がＸ方向に流れている状態では、位置Ｘ＝−ａとＸ＝ａとの間で温度差が生じるので、上流側の抵抗体Ｒ１ｕ１およびＲ１ｕ２の抵抗値が下がり、下流側の抵抗体Ｒ１ｄ１およびＲ１ｄ２の抵抗値が上がる。抵抗ブリッジＢＧ１の正極端子Ａ１と負極端子Ｂ１との間に電圧ＶＤが印加されているので、検出端子Ｃ１−Ｄ１間に電位差が生じる。この電位差が検出信号Ｓとして増幅器６に入力される。
【００４８】
検出信号Ｓは、増幅器６により増幅され、ＡＤ変換回路７によりデジタル信号に変換されて制御部８ａに入力される。制御部８ａにおいては、前述した図６に示す検出信号レベルＳと流体流量Ｆとの関係から、流量Ｆを算出する。このとき、検出される流量Ｆが低流量領域である場合には、そのときの検出された流量Ｆを出力する。
【００４９】
また、検出される流量Ｆが高流量領域である場合には、抵抗ブリッジＢＧ１による検出信号を用いず、制御部８ａは、選択スイッチ５のスイッチＳ２〜Ｓ４をオフし、代わりにスイッチＳ５〜Ｓ７をオンする。これにより、抵抗ブリッジＢＧ１は給電が停止され、抵抗ブリッジＢＧ２の正極端子Ａ２と負極端子Ｂ２との間に電圧ＶＤが印加される状態となる。
【００５０】
この状態で、制御部８ａは、選択スイッチ５のスイッチＳ８をオンオフすることにより、加熱部ＲＨに通電を行い、所定温度になるように制御する。流路に流体がＸ方向に流れている状態では、前述同様に位置Ｘ＝−ｂとＸ＝ｂとの間で温度差が生じており、上流側の抵抗体Ｒ２ｕ１およびＲ２ｕ２の抵抗値が下がり、下流側の抵抗体Ｒ２ｄ１およびＲ２ｄ２の抵抗値が上がる。これにより、抵抗ブリッジＢＧ２の検出端子Ｃ２−Ｄ２間に電位差が生じる。この電位差が検出信号Ｓとして増幅器６に入力される。
【００５１】
検出信号Ｓは、増幅器６により増幅され、ＡＤ変換回路７によりデジタル信号に変換されて制御部８ａに入力される。制御部８ａにおいては、前述した図６に示す検出信号レベルＳと流体流量Ｆとの関係から、抵抗ブリッジＢＧ２により検出する高流量領域の流量Ｆを算出し出力する。
【００５２】
このような本実施形態によれば、抵抗ブリッジＢＧ１の抵抗体を配置しているＸ方向の位置Ｘ＝−ａ、Ｘ＝ａに対して、それよりも内側の位置Ｘ＝−ｂ、Ｘ＝ｂに抵抗体を配置した抵抗ブリッジＢＧ２を設ける構成とした。制御部８ａにより、流量が低い低流量領域では抵抗ブリッジＢＧ１を用いて検出し、流量が高い高流量領域では抵抗ブリッジＢＧ２を用いて検出するようにした。
【００５３】
これにより、２つの抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２を、選択スイッチ５により切り替えて検出動作を行うことで、流量の検出可能な範囲を広げることができ、各抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２の検出レベルの変化が大きい範囲を利用して精度良く検出することができるようになる。
【００５４】
また、上記したように、流量の検出範囲に応じて、抵抗ブリッジＢＧ１あるいはＢＧ２を選択することで、流量と検出信号の特性における線形性から外れる部分が少なくなり、これによって、これらの関係を直線補正することが簡易になる。さらに、直線補正が簡易になるため、記憶部としての補正用メモリ容量を小さくすることができ、制御部８ａを含めたＩＣのチップ面積を小さくすることに貢献できる。
【００５５】
なお、上記実施形態では、最初に抵抗ブリッジＢＧ１を用いて流量を検出し、低流量領域から外れている場合に、抵抗ブリッジＢＧ２に切り替えるようにしたが、最初に抵抗ブリッジＢＧ２を用いて流量を検出し、高流量領域から外れている場合に、抵抗ブリッジＢＧ１に切り替えるように設定して検出動作を行うこともできる。
【００５６】
上記実施形態では、２つの抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２を用いる構成を示したが、３個以上の抵抗ブリッジを用いる構成として、低流量領域、中間流量領域（１以上の領域を設定）、高流量領域に分けて検出することもできる。
【００５７】
（第２実施形態）
図７は第２実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、センサチップ１ａとして、各抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２の近傍に位置して温度検出用抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２を設けている。温度検出用抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２は、加熱部ＲＨに通電して一定温度に加熱した状態で、流路に流体が流れている状態で温度が変動していることで概略的な流量を検出する予備検出部の構成要素として機能するものである。温度検出用抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２は、一端子が共に検出回路４ａの入力端子Ｔ１に接続され、他端子がそれぞれ入力端子Ｔａ、Ｔｂに接続されている。
【００５８】
検出回路４ａにおいて、選択スイッチ５ａは、スイッチＳ１〜Ｓ８に加えて、スイッチＳａ、Ｓｂを備えている。入力端子ＴａはスイッチＳａおよび抵抗９ａを介してグランドＧＮＤに接続されている。入力端子ＴｂはスイッチＳｂおよび抵抗９ｂを介してグランドＧＮＤに接続されている。スイッチＳａと抵抗９ａの共通接続点およびスイッチＳｂと抵抗９ｂの共通接続点は、増幅器１０の一方の入力端子に接続されている。
【００５９】
増幅器１０の他方の入力端子には、比較基準電圧Ｖｒｅｆが入力される。この比較基準電圧Ｖｒｅｆは、抵抗ブリッジＢＧ１あるいはＢＧ２のいずれを流量測定に用いるかを判定するための電圧を与えるものである。増幅器１０の出力信号はＡＤ変換回路１１を介して制御部８ｂに入力される。なお、上記構成において、温度検出用抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２、抵抗９ａ、９ｂ、増幅器１０、ＡＤ変換回路１１により予備検出部を構成している。
【００６０】
次に、上記構成の作用について説明する。ここでは、流路を流れる流体の概略的な流量を、温度検出用抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２を用いて検出し、検出された概略的な流量から、いずれの抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２を用いるかを設定する動作について説明する。
【００６１】
流路に流体が流れている状態で、加熱部ＲＨによる加熱をする前の状態と加熱をしている状態とで、温度差がどの程度あるかによって概略的な流量が検出できる。このとき、抵抗ブリッジＢＧ１の温度検出用抵抗Ｒｔ１と、抵抗ブリッジＢＧ２の温度検出用抵抗Ｒｔ２とで検出することで、概略的な流量を検出して低流量領域か高流量領域かを判定することができる。
【００６２】
この結果、得られた流量Ｆの領域に対応する抵抗ブリッジＢＧ１もしくはＢＧ２により正確な流量の検出を行う。この場合、流量Ｆが低流量領域の場合には、抵抗ブリッジＢＧ１を使用すべく、選択スイッチ５ａのスイッチＳ１〜Ｓ４、Ｓ８、Ｓａをオンさせる。また、流量Ｆが高流量領域の場合には、抵抗ブリッジＢＧ２を使用すべく、スイッチＳ１、Ｓ５〜Ｓ８、Ｓｂをオンさせる。加熱部ＲＨによる加熱では、制御部８ｂにより、スイッチＳ８のオンオフ制御をすることで所定温度となるように制御している。
【００６３】
このような第２実施形態によれば、センサチップ１ａに、温度検出用抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２を設けて、概略的な流量を検出してからいずれの抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２を用いるかを決めるようにしたので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態では、２つの抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２を用いる構成を示したが、この実施形態においても３個以上の抵抗ブリッジを用いる構成とすることができる。
【００６４】
（第３実施形態）
図８および図９は第３実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、センサチップ１に代えて、センサチップ２０を用いる構成としている。センサチップ２０は、３個以上でｎ個（ｎは３以上の整数）の抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎを設ける構成としている。また、このセンサチップ２０では、加熱部ＲＨを小円形をなすパターンとし、各抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎを加熱部ＲＨを中心として同心円弧状をなす形状に配置している。
【００６５】
以下、図８を参照してセンサチップ２０の詳細な構成について説明する。素子部３ａの中央部（Ｘ＝０）には加熱部ＲＨａが配置されている。加熱部ＲＨａは、中心位置Ｏに対して所定半径の小円形の一部を切断した円弧状部と、円弧状部の両端からリード部３ｂに導く２本の接続部を備えている。加熱部ＲＨａによる加熱では、円弧状部を中心として放射状に広がる同心球面に熱が伝わる。
【００６６】
抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎは、加熱部ＲＨａに近い内側から順にＢＧ１、ＢＧ２、…、ＢＧｎのように配置形成されている。各抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎは、４つの抵抗体Ｒｘｕ１、Ｒｘｕ２、Ｒｘｄ１、Ｒｘｄ２（ｘは１〜ｎ）を備えており、前述同様にして、それぞれがブリッジ接続されている。抵抗体Ｒｘｕ１、Ｒｘｕ２は加熱部ＲＨの上流側に配置され、抵抗体Ｒｘｄ１、Ｒｘｄ２は加熱部ＲＨａの下流側に配置されている。
【００６７】
上流側の抵抗体Ｒｘｕ１およびＲｘｕ２は、加熱部ＲＨａの円弧状部を上流側で包囲するように中心Ｏに対して同心の円弧状に形成されており、リード部３ｂ側で直線状の接続部と接続され、リード部３ｂと反対側で折り返すようにして二重にした円弧状に形成されている。この場合、抵抗体Ｒｘｕ１が外側に位置し、抵抗体Ｒｘｕ２が内側に位置するように配置されている。
【００６８】
同様に、下流側の抵抗体Ｒｘｄ１およびＲｘｄ２は、加熱部ＲＨａの円弧状部を下流側で包囲するように中心Ｏに対して同心の円弧状に形成されており、リード部３ｂ側で直線状の接続部と接続され、リード部３ｂと反対側で折り返すようにして二重にした円弧状に形成されている。この場合、抵抗体Ｒｘｄ１が外側に位置し、抵抗体Ｒｘｄ２が内側に位置するように配置されている。
【００６９】
各抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎは、加熱部ＲＨａの中央位置Ｏと抵抗体Ｒｘｕ１、Ｒｘｕ２の円弧状部との間が例えば所定間隔で離間するように距離ａ１〜ａｎに設定されている。同じく、加熱部ＲＨａの中央位置Ｏと抵抗体Ｒｘｄ１、Ｒｘｄ２の円弧状部との間の距離も抵抗体Ｒｘｕ１、Ｒｘｕ２の配置と等しい距離ａ１〜ａｎに設定されている。
【００７０】
各抵抗ブリッジＢＧｘ（ｘは１〜ｎ）において、抵抗体Ｒｘｕ１とＲｘｄ１とは、リード部３ｂにおいて接続用の抵抗体Ｒｘｊ１により連結されている。抵抗体Ｒｘｕ２とＲｘｄ２とは、リード部３ｂにおいて接続用の抵抗体Ｒｘｊ２により連結されている。抵抗体Ｒｘｄ１の抵抗体Ｒｘｊ１と反対側の接続端部は、抵抗体Ｒｘｕ２の抵抗体Ｒｘｊ２と反対側の接続端部と共に、抵抗ブリッジＢＧｘの正極端子Ａｘにそれぞれ接続されている。
【００７１】
抵抗体Ｒｘｄ２の抵抗体Ｒｘｊ２と反対側の接続端部は、抵抗体Ｒｘｕ１の抵抗体Ｒｘｊ１と反対側の接続端部と共に、抵抗ブリッジＢＧｘの負極端子Ｂｘにそれぞれ接続されている。抵抗体Ｒｘｊ１の中央部は、抵抗ブリッジＢＧｘの検出端子Ｃｘに接続されている。抵抗体Ｒ１ｊ２の中央部は、抵抗ブリッジＢＧｘの検出端子Ｄｘに接続されている。
【００７２】
加熱部ＲＨの一方の端子は端子Ｈに接続され、他方の端子は図示していないがグランド端子ＧＮＤに接続するように設けられている。加熱部ＲＨａは、両端子間に通電されると、そのときの電流により抵抗体の温度が上昇することにより加熱部ＲＨａの近傍の流体を加熱する。
【００７３】
次に、上記構成の作用について図９も参照して説明する。この実施形態においては、３個以上の抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎを設ける構成としているので、第１実施形態と同様にして流量の検出範囲を分けて設定することができる。この場合、図９に示すように、最も内側に位置する抵抗ブリッジＢＧ１が最も流量の高い検出範囲［１］とされ、その外側に位置する抵抗ブリッジＢＧ２が次に流量の高い検出範囲［２］とされ、以下、同様にして順次低い検出範囲［３］〜［ｎ］が設定される。各検出範囲［１］〜［ｎ］は、それぞれ流量Ｆｘ１〜Ｆｘｎ−１で区切られている。
【００７４】
このようにしてｎ個の抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎにより流体の流量の検出範囲をｎ個に分割することで、図９に示しているように、流体流量Ｆの値に対して、検出信号Ｓをほぼ比例した信号として得ることができるようになる。
【００７５】
また、加熱部ＲＨａにより加熱する場合に、流体を点熱源に近い状態で加熱し、半球状に広がる熱に対して円弧状をなす抵抗体により検出するので、流体の流れが流路に沿って直線的に流れない場合でも、精度良く流量を検出することができるようになる。また、流体を点熱源に近い状態で加熱するので、温度制御を容易にすることができる。
【００７６】
このような第３実施形態によれば、センサチップ２０として、加熱部ＲＨａを小円形の円弧状に配置し、３個以上の抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎを設ける構成とすると共に、各抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎの抵抗体を加熱部ＲＨａを包囲するようにした円弧状をなす形状に設定した。
【００７７】
これにより、加熱部ＲＨａを点熱源として扱うことができ、抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎを円弧状に設けることで、流体の流れの変化にも影響を受けることなく正確な流量を検出することができる。また、３個以上の抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎを設けることで、流体の流量の検出範囲をさらに分割して設定することができ、これによって流量と検出信号の特性における線形性をさらに高めることができる。
【００７８】
（第４実施形態）
図１０は第４実施形態を示すもので、以下、第１実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、センサチップ３０として、第１実施形態のセンサチップ１の抵抗ブリッジＢＧ１、ＢＧ２を備え、加熱部ＲＨａとして第３実施形態で示した円弧状をなす加熱部ＲＨを設けた構成としている。
【００７９】
このような第４実施形態によっても第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、円弧状をなす加熱部ＲＨａを設けているので、加熱時に点熱源として加熱むらのない加熱を行うことができる。
【００８０】
（他の実施形態）
なお、本発明は、上述した一実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
【００８１】
上記第１実施形態では、加熱部ＲＨとしてＨ型のパターンのものを採用しているが、これに限らず、連結部分が２本の抵抗体の端部に配置されるパターンとすることもできるし、１本の抵抗体を用いるパターンにすることもできる。
【００８２】
第２実施形態では、概略的な流量を検出するための温度検出用抵抗Ｒｔ１、Ｒｔ２を専用で設ける構成としたが、これに代えて、抵抗ブリッジＢＧ１（あるいは抵抗ブリッジＢＧ２）の検出端子Ｃ１、Ｄ１をオープン状態として正極端子Ａ１と負極端子Ｂ１間を１つの抵抗体として用いることで予備検出部を構成することもできる。
【００８３】
第３実施形態では、円弧状をなす加熱部ＲＨａおよび抵抗ブリッジＢＧ１〜ＢＧｎを用いる構成としたが、第１実施形態で用いた直線状をなす抵抗体を備えた抵抗ブリッジＢＧ１を同様にしてｎ個並べる構成とすることもできる。
【００８４】
上記各実施形態では、流路を流れる流体がＸ方向に流れる場合を想定しているが、これに限らず、Ｘ方向および反Ｘ方向の双方に流れる場合においても同様に検出動作を行うことができる。
流体としては、空気や各種ガスなどの気体や、水、燃料、あるいは薬品などの液体を対象とすることができる。
【符号の説明】
【００８５】
図面中、１、２０、３０はセンサチップ、４、４ａは検出回路、５、５ａは選択スイッチ、Ｓ１〜Ｓ８、Ｓａ、Ｓｂはスイッチ、６、１０は増幅器、７、１１はＡＤ変換回路、８はデジタル処理回路、８ａ、８ｂは制御部、ＢＧ１〜ＢＧｎは抵抗ブリッジ、ＲＨ、ＲＨａは加熱部、Ｒｘｕ１、Ｒｘｕ２（ｘは１〜ｎの整数）は上流側の抵抗体、Ｒｘｄ１、Ｒｘｄ２（ｘは１〜ｎの整数）は下流側の抵抗体である。
【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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