CN102620781B - 热式流量传感器 - Google Patents

热式流量传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN102620781B
CN102620781B CN201210019301.XA CN201210019301A CN102620781B CN 102620781 B CN102620781 B CN 102620781B CN 201210019301 A CN201210019301 A CN 201210019301A CN 102620781 B CN102620781 B CN 102620781B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mentioned
temperature
sensitive resister
resister body
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201210019301.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102620781A (zh
Inventor
浅野哲
松本昌大
中野洋
半泽惠二
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Automotive Systems Ltd filed Critical Hitachi Automotive Systems Ltd
Publication of CN102620781A publication Critical patent/CN102620781A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102620781B publication Critical patent/CN102620781B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845—Micromachined devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
    • G01F1/692—Thin-film arrangements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

提供一种实现稳定的启动特性和传感器元件的劣化抑制，具有还可应对发热体的进一步小型化的发热体温度控制单元的热式流量传感器。具有：半导体基板；在半导体基板设置的空洞部；在半导体基板上以覆盖空洞部的方式设置的绝缘膜；由绝缘膜覆盖空洞部而形成的薄膜区域；在绝缘膜上的薄膜区域设置的发热电阻体；设置在绝缘膜上的薄膜区域上且电阻值根据温度而变化的第1感温电阻体；基于第1感温电阻体温度来控制发热电阻体温度的发热控制单元；设置在发热电阻体的附近且电阻值根据温度而变化的第2感温电阻体；和基于第2感温电阻体温度来检测流体流量的流量检测单元，发热控制单元基于第1感温电阻体的目标温度和保护温度，控制发热电阻体的温度。

Description

热式流量传感器
技术领域
本发明涉及使发热电阻体发热来对在上述发热电阻体的周围流动的流体的流量进行计量的热式流量传感器，尤其涉及具有用于对发热电阻体的发热量进行控制的发热控制单元的热式流量传感器。
背景技术
作为对汽车等的内燃机的空气吸入量进行检测的空气流量传感器，能够直接对质量流量进行测定的热式空气流量传感器正成为主流。
近年来，采用MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)技术在硅(Si)等半导体基板上制造热式流量传感器的传感器元件的热式流量传感器被提出，这样的半导体类型的传感器元件，形成有将半导体基板的一部分呈矩形状地去除后的空洞部，并在形成于该空洞部的数微米厚的电绝缘膜上形成有发热电阻体(以下称作“发热体(heater)”)。
这样的传感器元件中，在发热体附近形成感温电阻体(以下称作“检测电阻”)，并根据从在发热体上移动的流体向检测电阻的传热量来检测流量的方法成为主流。因此，发热体需要相对于周围温度始终处于固定的温度差。作为发热体温度的控制方法，公知有一种在发热体附近形成发热体温度监视用的感温电阻体(以下称作“旁热电阻”)，按照旁热电阻的电阻值成为所希望的值的方式对发热体驱动电力进行反馈控制的旁热控制方式。
上述发热体、检测电阻、以及旁热电阻的大小微小至数十～数百微米，由于形成为数微米的薄膜状，故而热容量小且能够高速响应。因此，有些情况下会由于反馈控制的响应延迟或发热体与旁热电阻之间的传热延迟，导致无法适当地控制启动时的发热体温度。作为解决本课题的现有技术，有专利文献1中记载的技术。
专利文献1中记载的热式流量传感器，将根据旁热电阻的温度而产生变化的电压信号经由比较器输入至上下计数器。该上下计数器的输出经由数字/模拟转换器(以下称为DA转换器)以及发热体驱动用的晶体管而被转换成电力，并提供给发热体。进而，其构成为，在接通电源时，将该上下计数器的初始值设定为基准值(优选为该DA转换器的输出最大指示值)，且通过根据更高速的时钟信号使该上下计数器执行动作，从而能够尽快地控制发热体的发热量。
(专利文献)
专利文献1：日本特开2009-097925号公报
然而，在现有技术中，发热体或旁热电阻的热容量的偏差会对启动特性产生很大影响。例如，在半导体类型的传感器元件中，发热体或旁热电阻的热容量会产生偏差。由于在启动时对发热体施加了规定的驱动电力的情况下的热响应根据热容量而不同，因此会在过渡上产生偏差，例如，有可能会因过渡的增大而导致启动时间的延长。另外，温度过渡的增大有可能会促使传感器元件劣化。而现有技术中关于这些方面都没有充分考虑。
针对这些课题，虽然能考虑对运算处理的速度即时钟周期进行调整的策略，但调整工序的增加会导致成本提高。另外，虽然能考虑通过增大发热体或旁热电阻来抑制热容量的偏差的策略，但会使消耗电力增加。
发明内容
本发明鉴于上述各种课题而作，其目的在于提供一种实现稳定的启动特性和传感器元件的劣化控制，且具有还能够支持传感器元件的进一步小型化的发热体温度控制单元的热式流量传感器。
(用于解决课题的手段)
为了实现上述目的，本发明的热式流量传感器的特征在于，具有：半导体基板；空洞部，其设置于上述半导体基板设置；绝缘膜，其在上述半导体基板上按照覆盖上述空洞部的方式设置；薄膜区域，其通过由上述绝缘膜覆盖上述空洞部而形成；发热电阻体，其设置在上述绝缘膜上的上述薄膜区域上；第1感温电阻体，其设置在上述绝缘膜上的上述薄膜区域上，且电阻值根据温度而产生变化；发热控制单元，其基于上述第1感温电阻体的温度对上述发热电阻体的温度进行控制；第2感温电阻体，其设置在上述发热电阻体的附近，且电阻值根据温度而产生变化；以及流量检测单元，其基于上述第2感温电阻体的温度对流体的流量进行检测，上述发热控制单元基于成为上述第1感温电阻体的目标温度的第1指标温度和成为上述第1感温电阻体的保护温度的第2指标温度，对上述发热电阻体的温度进行控制。
(发明的效果)
根据本发明，能够提供一种实现稳定的启动特性和传感器元件的劣化抑制，且具有还可应对传感器元件的进一步小型化的发热体温度控制单元的热式流量传感器。
附图说明
图1是第1实施例中的传感器元件的概略剖面结构。
图2是第1实施例中的热式流量传感器的电路结构。
图3是第2实施例中的热式流量传感器的电路结构。
图4是第3实施例中的热式流量传感器的电路结构。
图5是第4实施例中的热式流量传感器的电路结构。
图6是第5实施例中的热式流量传感器的电路结构。
图7是第6实施例中的热式流量传感器的电路结构。
图8是启动时的旁热电阻的温度变化。
图9是启动时的中点电位V1的变化。
图10是启动时对发热体施加的驱动电流的变化。
图11是旁热电阻的经时劣化量的环境温度依赖性。
图12是基于热容量偏差的启动时特性的偏差。
图13是DSP的运算处理内容例的框图标记。
(符号说明)
1 半导体基板
2 空洞部
3 半导体基板的一面
4 电绝缘膜
5 薄膜区域
6 发热体
7 旁热电阻
8 发热控制电路
9 检测电阻
10 流量检测电路
11 第1温度控制电路
12 第2温度控制电路
13 反馈控制电路
14、21 比较器
15 限制单元
16 开关元件
17 钳位元件
18 负载电阻体
19 电阻切换开关
20 高速化单元
22 DSP
23 分频器
24 时钟切换开关
25 常数选择开关
26、204 存储元件
27 程序选择开关
100 传感器元件
101～103 固定电阻
200 处理电路
201 DA转换器
202 晶体管元件
203 振荡器
301～305 电极
401 比例放大器
402 积分放大器
403 积分器
404 加法器
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式，参照图面进行说明。
(实施例1)
针对本发明的第1实施例，参照图1、图2进行说明。
另外，图1表示第1实施例的传感器元件的概略剖面结构。而且，图2表示第1实施例的热式流量传感器的电路结构。
以下针对第1实施例的热式流量传感器的结构进行说明。
第1实施例中的热式流量传感器由传感器元件(100)以及处理电路(200)构成。
传感器元件(100)通过如下方法来构成：通过在由硅(Si)和陶瓷等热传导率良好的材料构成的半导体基板(1)的一面(3)上堆积氧化物等来形成电绝缘膜(4)，并通过从半导体基板(1)的另一面的方向起进行蚀刻来设置空洞部(2)，进而，在空洞部(2)上的薄膜区域(5)上由例如多晶硅(Si)、铂(Pt)、钼(Mo)等电阻温度系数(以下称作“TCR”)高的电阻材料来形成发热体(6)和旁热电阻(7)以及检测电阻(9a)～(9d)，进而，在薄膜区域(5)以外的电绝缘膜(4)上形成固定电阻(101)～(103)。另外，为了简化，虽然将固定电阻(101)～(103)的电阻值作为全部相等来进行处理，但也可以应用分别不同的值。
处理电路(200)由进行发热体(6)的发热量控制的发热控制电路(8)以及对在发热体(6)上移动的流体的流量进行检测的流量检测电路(10)构成。
发热控制电路(8)由按照使旁热电阻(7)的温度接近于成为目标温度的第1指标温度的方式进行控制的第1温度控制电路(11)、和按照保持在比第1指标温度高且成为旁热电阻(7)的保护温度的第2指标温度以下的方式进行控制的第2温度控制电路(12)构成。
第1温度控制电路(11)由比较器(21)、数字运算处理电路(以下称作DSP)(22)、DA转换器(201)、以及晶体管元件(202)构成。
第2温度控制电路(12)由比较器(14)、开关元件(16)构成。
另外，在传感器元件(100)中设置有电极(301)～(305)，并与处理电路(200)电连接。传感器元件(100)中，发热体(6)与电极(301)以及基准电位点连接。并且，由旁热电阻(7)以及固定电阻(101)～(103)构成桥电路，并将旁热电阻(7)与固定电阻(101)的中点电位(V1)与电极(302)连接，将固定电阻(102)与固定电阻(103)的中点电位(V2)与电极(303)连接。另外，由检测电阻(9a)～(9d)构成桥回路，将检测电阻(9a)与检测电阻(9b)的中点电位与电极(304)连接，将检测电阻(9c)与检测电阻(9d)的中点电位与电极(305)连接。另外，流量检测电路(10)，基于从电极(304)以及(305)输出的信号来求出流量。
接着，针对第1实施例的热式流量传感器的动作进行说明。
另外，以下将在热式流量传感器结束启动处理、即发热体(6)的温度已收敛的状态下进行流量检测的状态称作“稳定状态”。并且，将在启动处理中、即控制系统处于过渡的状态称作“过渡状态”。
在稳定状态下，根据DA转换器(201)的输出，晶体管元件(202)处于导通状态，因此驱动电流(Ih)经由开关元件(16)以及电极(301)被输入至传感器元件(100)。发热体(6)通过驱动电流(Ih)产生焦耳热，并经由电绝缘膜(4)以及流体而传递至旁热电阻(7)。由于旁热电阻(7)的温度上升，因此电阻值增大，中点电位(V1)的电位下降。另外，由于固定电阻(101)～(103)不处于薄膜区域(2)，因此所传递的热被半导体基板(1)吸收，温度不会变化。因而，中点电位(V2)不变。
接着，中点电位(V1)以及(V2)经由电极(302)以及电极(303)被输入到比较器(21)。比较器(21)对中点电位(V1)以及(V2)进行比较，并将比较结果输入至DSP(22)。DSP(22)计算出使中点电位(V1)以及(V2)变为相等的驱动电力指示值，并输出至后级的DA转换器(201)。然后，根据对DA转换器(201)输入的驱动电力指示值，晶体管元件(202)的基极电压产生变化，驱动电流(Ih)产生变化。通过以上的反馈控制，发热体(6)的温度始终保持恒定。
接着，参照图8～图11对过渡状态的动作内容进行说明。图8表示启动时的旁热电阻(7)的温度变化。另外，图9表示启动时的中点电位(V1)的变化。另外，图10表示启动时对发热体(6)施加的驱动电流的变化。
另外，图8～图10还表示在没有第2温度控制电路的情况下的特性。
在启动的瞬间，由于发热体(6)、旁热电阻(7)以及检测电阻(9a)～(9d)是相同的温度，因此中点电位(V1)成为比(V2)高的电位。在启动了的瞬间，由于DSP(22)的输出为初始值或者不定值，因此从晶体管元件(202)供给的驱动电流(Ih)成为适当的大小。由于半导体类型的发热体(6)的热容量微小，因此不管为怎样的电流值发热体(6)都开始发热。接受到发热体(6)的热量的旁热电阻(7)的电阻值上升，中点电位(V1)下降。
接着，在一定程度的时间经过后的时间点旁热电阻(7)的温度超过第1指标温度，接近于第2指标温度。同时，中点电位(V1)成为比中点电位(V2)低的电位，到达相当于第2指标温度的电位(V1′)。以下对该状态下的第2温度控制电路(12)的动作进行说明。
在第2温度控制电路(12)中，比较器(14)根据(V1)与(V2)之间的电位差检测出到达(V1′)，将比较器(14)的输出翻转并输出警告信号。接收到警告信号的开关元件(16)将晶体管元件(202)与发热体(6)之间的连接截断。在该状态下，由于在发热体(6)中不流过电流，因此发热量减少。同时，由于旁热电阻(7)的温度也降低，因此中点电位(V1)向(V2)方向接近。于是，比较器(14)将警告信号解除，开关元件(16)再次成为连接状态，旁热电阻(7)的温度再次上升，中点电位(V1)再次接近于(V1′)。
在第2温度控制电路(12)反复执行上述动作的期间，DSP(22)脱离过渡状态并输出合适的控制量。于是，即使在连接了开关元件(16)的状态下，旁热电阻(7)的温度也不再接近第2指标温度，之后根据第1温度控制电路(11)的功能而稳定于第1指标温度。然后，流量检测电路(10)基于电极(304)以及(305)的电压信号对正确的流量进行检测。
在此，参照图11对因热容量偏差而对启动特性产生的影响进行说明。
在不存在第2温度控制电路(12)的情况下，启动时的温度上升不会被抑制，而是经过曲线状的温度变化而收敛于目标温度。但是，由于热容量的偏差成为产生过渡的偏差的主要因素，因此至稳定为止所需要的时间也会产生规定的偏差Δt′。
另一方面，在存在第2温度控制电路(12)的情况下，由于将启动时的温度上升钳位(clamp)于规定温度，因此至收敛于目标温度为止所需的时间变短。进而，由于直接对温度进行钳位，因此热容量的偏差不会影响钳位温度。从而，因热容量偏差的影响而导致的启动时间的偏差成为相对于Δt′较小的Δt。
接着，针对由第1实施例中的热式流量传感器所得到的优点进行说明。
第1优点在于，通过导入第2温度控制电路(12)，从而能够降低因制作误差等而导致的热容量的偏差对启动时特性所产生的影响，因此能够得到稳定的启动特性。其结果是，不需要按每个个体设置调整工序，并且，即使不将发热体(6)增大也能够确保均匀的启动特性。
第2优点在于，通过导入第2温度控制电路(12)，从而能够抑制启动时的发热体(6)的温度的过冲(overshoot)量，因此能够缩短启动时间。其结果，由于发热体(6)的温度会更快稳定，因此能够缩短至开始流量检测为止的等待时间。或者，能够更加确保用于自我诊断等的时间。
第3优点在于，通过导入第2温度控制电路(12)，从而能够预防旁热电阻(7)的温度成为比第2指标温度更高的温度，因此能够抑制因旁热电阻(7)的热而导致的劣化。图12表示旁热电阻(7)的经时劣化的环境温度依赖性。示出了如果抑制温度，则能够抑制劣化。其结果是，能够长期地控制发热体(6)的温度，能够长期地维持检测精度。
第4优点在于，通过导入第2温度控制电路(12)，从而作为在第1温度控制电路(11)产生故障的情况下的故障安全防护(fail safe)电路，能够防止发热体(6)的热失控。由此，能够安全地转移至故障安全防护模式。
另外，在本实施例中，虽然将开关元件(16)配置在晶体管元件(202)以及发热体(6)之间的通电路径上，但即使配置在DA转换器(201)以及晶体管元件(202)之间也能得到同样的效果。并且，不一定需要设置比较器(14)，即使取代比较器(21)而设置模拟/数字转换器(以下称作AD转换器)，并基于AD转换器的输出使开关元件(16)执行动作也能得到同样的效果。
(实施例2)
针对本发明的第2实施例，参照图3进行说明。另外，图3表示第2实施例的热式流量传感器的电路结构。
第2实施例中的热式流量传感器，通过取代第1实施例中的开关元件(16)而设置钳位元件(17)而构成。
在第2实施例中，稳定状态下的动作与第1实施例中的动作内容没有不同。过渡状态下的动作内容中有一部分不同。具体而言，比较器(14)输出了警告信号时钳位元件(17)的动作为：切断发热体(6)与晶体管元件(202)之间的连接，且将发热体(6)钳位于规定电位。从而，对发热体(6)施加固定的电压。此时，优选对发热体(6)进行钳位的电位为接地电位或以接地电位为标准的电位。
接着，针对通过第2实施例中的热式流量传感器所得到的优点进行说明。
由第2实施例所得到的优点在于，除了第1实施例的优点之外，还能可靠地降低钳位元件(17)工作时的发热体端电压。从而，能够更加可靠地使发热体(6)的温度下降。
另外，在本实施例中，虽然将钳位元件(17)配置于晶体管元件(202)以及发热体(6)之间的通电路径上，但即使配置在DA转换器(201)以及晶体管元件(202)之间也能够得到同样的效果。这种情况下的钳位电压，优选为晶体管元件(202)的射极电位或接地电位，或者以它们为标准的电压。另外，即使是将钳位元件(17)配置于DSP(22)以及DA转换器(201)之间，并将DSP(22)所输出的数字值钳位于规定值的结构，也能得到同样的效果。并且，不一定需要设置比较器(14)，即使取代比较器(21)而设置模拟/数字转换器(以下称作AD转换器)，并基于AD转换器的输出使钳位元件(17)执行动作也能得到同样的效果。
(实施例3)
关于本发明的第3实施例，参照图4进行说明。另外，图4表示第3实施例中的热式流量传感器的电路结构。
第3实施例中的热式流量传感器，通过取代第1实施例中的开关元件(16)，而设置具有两种电阻值的负载电阻(18a)以及(18b)、和选择任一个电阻与发热体(6)进行连接的电阻切换开关(19)而构成。另外，在本实施例中，各负载电阻的电阻值为(18a)＜(18b)。
在第3实施例中，稳定状态下的动作与第1实施例中的动作内容没有不同。不过，在稳定状态下与发热体(6)连接的负载电阻为(18a)。在过渡状态下的动作内容中有一部分不同。具体而言，当比较器(14)输出了警告信号时，电阻切换开关(19)将与发热体(6)连接的负载电阻从(18a)切换为(18b)。从而发热体(6)中流动的电流被降低。
接着，针对通过第3实施例中的热式流量传感器所得到的优点进行说明。
由第3实施例所得到的优点在于，除了第1实施例的优点之外，还能降低电阻切换开关(19)工作时的驱动电流(Ih)的变化。根据图1所示的传感器元件的结构，由于发热体(6)及旁热电阻(7)、以及检测电阻(9a)～(9d)在薄膜区域(5)上接近地设置，因此有可能产生串扰。根据本实施例，由于能够降低传感器元件上的串扰所产生的噪声，因此能够以优良的精度进行发热体(6)的温度控制以及检测电阻(9)所进行的流量检测。
另外，在本实施例中，虽然将负载电阻(18a)，(18b)以及电阻切换开关(19)配置在晶体管元件(202)以及发热体(6)之间的通电路径上，但即使配置在DA转换器(201)以及晶体管元件(202)之间也能得到同样的效果。另外，不一定需要设置比较器(14)，即使取代比较器(21)而设置模拟/数字转换器(以下称作AD转换器)，并基于AD转换器的输出使电阻切替开关(19)执行动作也能得到同样的效果。并且，即使由可变电阻体构成负载电阻(18)，并通过电阻切换开关(19)使可变电阻体的电阻值改变也能得到同样的效果。另外，将负载电阻(18)相对于发热体(6)并联连接也能得到同样的效果。
(实施例4)
关于本发明的第4实施例，参照图5进行说明。另外，图5表示第4实施例中的热式流量传感器的电路结构。
第4实施例中的热式流量传感器，通过如下方式构成：取代第1实施例中的开关元件(16)，而设置以不同的分频比对基准振荡器(203)的输出进行分频的分频器(23a)以及(23b)、和选择由分频器(23a)生成的第1时钟信号和由分频器(23b)生成的比第1时钟信号更低速的第2时钟信号中的任一个作为DSP(22)的动作时钟的时钟切换开关(24)。
另外，在第4实施例中，稳定状态下的动作与第1实施例中的动作内容没有不同。不过，在稳定状态下时钟切换开关(24)选择第2时钟信号。过渡状态下的动作内容中有一部分不同。具体而言，当比较器(14)输出了警告信号时，时钟切换开关(24)将DSP(22)的动作时钟从第2时钟信号切换为第1时钟信号。这样，DSP(22)的动作速度被高速化，尽快脱离过渡状态而转移至稳定状态。
接着，针对通过第4实施例中的热式流量传感器所得到的优点进行说明。
通过第4实施例所得到的优点在于，除了第1实施例的优点之外，由于不对发热体(6)的驱动电力进行截断或者钳位，因此不会产生图10所示那样的不连续的电流变化，而是成为平滑的动作，能够可靠地抑制串扰。这样便能够以优良的精度进行发热体(6)的温度控制以及检测电阻(9)所进行的流量检测。
另外，作为本实施例的应用例，即使新设置生成与基准振荡器不同周期的时钟的第2基准振荡器，也能得到同样的效果。另外，不一定需要设置比较器(14)，即使取代比较器(21)而设置模拟/数字转换器(以下称作AD转换器)，并基于AD转换器的输出来切换时钟切换开关(24)也能得到同样的效果。并且，即使是将分频器(23)的分频比率设为可变，并根据比较器(14)的输出来对分频比率进行变更的构成，也能得到同样的效果。
(实施例5)
关于本发明的第5实施例，参照图6进行说明。另外，图6表示第5实施例中的热式流量传感器的电路结构。
第5实施例中的热式流量传感器，通过如下方式构成：取代第4实施例中的分频器(23)，而设置存储元件(204)、和选择在存储元件(204)中存储的两个不同的存储值(204a)或(204b)作为DSP(22)的运算常数的常数选择开关(25)。另外，在本实施例中，使存储值(204a)以及(204b)处于“(204a)的绝对值＜(204b)的绝对值”的关系。
另外，关于DSP(22)的内部结构，参照图13进行说明。另外，图13是DSP(22)的运算处理内容例的框图标记。
DSP(22)的内部，例如由如下部件构成：比例放大器(401)、积分放大器(402)、积分器(403)、以及将比例放大器(401)的输出与积分器(403)的输出进行加法运算的加法器(404)。
在第5实施例中，稳定状态下的动作与第1实施例中的动作内容没有不同。不过，在稳定状态下如图6所示，常数选择开关(25)选择存储值(204a)。另外，过渡状态下的动作内容有一部分不同。具体而言，当比较器(14)输出了警告信号时，由于常数选择开关(25)对DSP(22)的输入输出增益进行变更，因此将选择目标从存储值(204a)切换至存储值(204b)。这样，设定于DSP(22)的比例放大器(401)以及积分放大器(402)的值产生变更，DSP(22)的输入输出增益增加。即，由于因反馈增益增加从而发热体控制系统的响应性提高，因此会尽快脱离过渡状态而转移至稳定状态。
接着，针对通过第5实施例中的热式流量传感器所得到的优点进行说明。
通过第5实施例所得到的优点在于，除了第1实施例的优点之外，由于不对发热体(6)的驱动电力进行截断或者钳位，因此不会产生如图10所示的不连续的电流变化，而成为平滑的动作，能够可靠地抑制串扰。这样，便能够以优良的精度进行发热体(6)的温度控制以及检测电阻(9)所进行的流量检测。进而，作为硬件仅追加存储元件(204)便可应对，因此以简单的结构便能够得到上述优点。
另外，作为本实施例的应用例，也可以与比例放大器(401)以及积分放大器(402)分别地设置调整用放大器。具体而言，存在使来自比较器(21)的输入放大后输入至各放大器的方法、或在加法器(404)的后级设置放大器的方法。另外，通过对DA转换器(201)的增益、即动态范围进行变更也能得到同样的效果。
(实施例6)
关于本发明的第6实施例，参照图7进行说明。另外，图7表示第6实施例中的热式流量传感器的电路结构。
第6实施例中的热式流量传感器，通过如下方式构成：取代第5实施例中的分频器(23)，而设置存储元件(26)、和选择在存储元件(26)中存储的两个运算处理程序(26a)或者(26b)作为DSP(22)的运算处理程序的程序选择开关(27)。另外，在本实施例中，使运算处理程序(26a)以及(26b)的程序容量处于“(26a)＞(26b)”的关系。
在第6实施例中，稳定状态下的动作与第1实施例中的动作内容没有不同。不过，在稳定状态下程序选择开关(27)选择运算处理程序(26a)。过渡状态下的动作内容中有一部分不同。具体而言，在比较器(14)输出了警告信号时，程序选择开关(27)将DSP(22)的运算处理程序变更为更短的运算处理程序(26b)。这样，由于DSP(22)的运算周期实质上被高速化，因此发热体控制系统的响应性提高，会尽快脱离过渡状态而转移至稳定状态。
接着，针对通过第6实施例中的热式流量传感器所得到的优点进行说明。
通过第6实施例所得到的优点在于，除了第1实施例的优点之外，由于不对发热体(6)的驱动电力进行截断或者钳位，因此不会产生如图10所示那样的不连续的电流变化，而成为平滑的动作，能够可靠地抑制串扰。从而能够以优良的精度进行发热体(6)的温度控制以及检测电阻(9)所进行的流量检测。进而，作为硬件仅追加存储元件(26)便可应对，因此以简单的结构便能够得到上述优点。

Claims (7)

1.一种热式流量传感器，其特征在于，具有：
半导体基板；
空洞部，其设置于上述半导体基板；
绝缘膜，其在上述半导体基板上按照覆盖上述空洞部的方式设置；
薄膜区域，其通过由上述绝缘膜覆盖上述空洞部而形成；
发热电阻体，其设置在上述绝缘膜上的上述薄膜区域上；
第1感温电阻体，其设置在上述绝缘膜上的上述薄膜区域上，且电阻值根据温度而产生变化；
发热控制单元，其基于上述第1感温电阻体的温度，对上述发热电阻体的温度进行控制；
第2感温电阻体，其设置在上述发热电阻体的附近，且电阻值根据温度而产生变化；以及
流量检测单元，其基于上述第2感温电阻体的温度，对流体的流量进行检测，
上述发热控制单元具有：
反馈控制单元，其算出提供给上述发热电阻体的电力指示值；和
基于成为上述第1感温电阻体的目标温度的第1指标温度和成为上述第1感温电阻体的保护温度的第2指标温度，将上述反馈控制单元的计算值固定于规定值的单元。
2.根据权利要求1所述的热式流量传感器，其特征在于，
上述第2指标温度被设定为比上述第1指标温度更高的温度，
上述发热控制单元具有：第1温度控制单元，其按照使上述第1感温电阻体的温度接近于第1指标温度的方式进行控制；和第2温度控制单元，其将上述第1感温电阻体的温度保持在第2指标温度以下。
3.根据权利要求2所述的热式流量传感器，其特征在于，
上述第2温度控制单元具有判定单元，该判定单元将基于上述第1感温电阻体的温度的信号作为输入，判定上述第1感温电阻体的温度是否为上述第2指标温度以上。
4.一种热式流量传感器，其特征在于，具有：
半导体基板；
空洞部，其设置于上述半导体基板；
绝缘膜，其在上述半导体基板上按照覆盖上述空洞部的方式设置；
薄膜区域，其通过由上述绝缘膜覆盖上述空洞部而形成；
发热电阻体，其设置在上述绝缘膜上的上述薄膜区域上；
第1感温电阻体，其设置在上述绝缘膜上的上述薄膜区域上，且电阻值根据温度而产生变化；
发热控制单元，其基于上述第1感温电阻体的温度，对上述发热电阻体的温度进行控制；
第2感温电阻体，其设置在上述发热电阻体的附近，且电阻值根据温度而产生变化；以及
流量检测单元，其基于上述第2感温电阻体的温度，对流体的流量进行检测，
上述发热控制单元具有：第1温度控制单元，其按照使上述第1感温电阻体的温度接近于第1指标温度的方式进行控制；和第2温度控制单元，其将上述第1感温电阻体的温度保持在第2指标温度以下，
上述第2指标温度被设定为比上述第1指标温度更高的温度，
上述第1温度控制单元具有反馈控制单元，该反馈控制单元将基于上述第1感温电阻体的温度的信号作为输入，并将提供给上述发热电阻体的电力指示值作为输出，
上述第2温度控制单元具有高速化单元，该高速化单元基于上述第1感温电阻体的温度与第2指标温度之间的温度差，将上述反馈控制单元的输入输出响应高速化。
5.根据权利要求4所述的热式流量传感器，其特征在于，
上述反馈控制单元具有：数字转换部，其将基于上述第1感温电阻体的温度的信号转换成数字信号；和数字运算处理部，其基于第1时钟信号进行运算处理，
上述高速化单元具有：第2时钟生成部，其生成周期与上述第1时钟信号不同的第2时钟信号；和时钟切换单元，其对使上述数字运算处理部工作的时钟信号进行切换，
上述时钟切换单元基于上述第1感温电阻体的温度以及第2指标温度之间的温度差，对上述数字运算处理部的动作时钟进行切换。
6.根据权利要求4所述的热式流量传感器，其特征在于，
上述反馈控制单元具有：数字转换部，其将基于上述第1感温电阻体的温度的信号转换成数字信号；和数字运算处理部，其基于上述数字信号进行运算处理，
上述高速化单元具有对上述数字运算处理部的输入输出增益进行变更的增益变更单元，且上述增益变更单元基于上述第1感温电阻体的温度与第2指标温度之间的温度差，将上述数字运算处理部的输入输出增益最大化。
7.根据权利要求4所述的热式流量传感器，其特征在于，
上述反馈控制单元具有：数字转换部，其将基于上述第1感温电阻体的温度的信号转换成数字信号；数字运算处理部，其基于上述数字信号进行运算处理；和存储单元，其存储两个以上的不同处理程序，
上述高速化单元具有对上述数字运算处理部的处理内容进行选择的程序选择单元，
上述程序选择单元基于上述第1感温电阻体的温度与第2指标温度之间的温度差，对上述数字运算处理部的处理内容进行变更。
CN201210019301.XA 2011-01-31 2012-01-20 热式流量传感器 Active CN102620781B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011-017384 2011-01-31
JP2011017384A JP5372976B2 (ja) 2011-01-31 2011-01-31 熱式流量センサ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102620781A CN102620781A (zh) 2012-08-01
CN102620781B true CN102620781B (zh) 2015-07-08

Family

ID=45655273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210019301.XA Active CN102620781B (zh) 2011-01-31 2012-01-20 热式流量传感器

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8627717B2 (zh)
EP (1) EP2482042B1 (zh)
JP (1) JP5372976B2 (zh)
CN (1) CN102620781B (zh)
IN (1) IN2012DE00242A (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5965780B2 (ja) * 2012-08-24 2016-08-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 物理量計測装置
ES2467065B2 (es) * 2012-12-11 2014-10-09 Universidad De Sevilla Caudalímetro térmico para líquidos
JP6012515B2 (ja) * 2013-03-15 2016-10-25 日立オートモティブシステムズ株式会社 ガスセンサ
ITTO20130502A1 (it) 2013-06-18 2014-12-19 St Microelectronics Asia Dispositivo elettronico con sensore di temperatura integrato e relativo metodo di fabbricazione
JP5961592B2 (ja) * 2013-08-06 2016-08-02 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式質量流量計
GB2533936B (en) 2015-01-07 2017-10-25 Homeserve Plc Flow detection device
GB201501935D0 (en) 2015-02-05 2015-03-25 Tooms Moore Consulting Ltd And Trow Consulting Ltd Water flow analysis
US9400511B1 (en) * 2016-01-07 2016-07-26 International Business Machines Corporation Methods and control systems of resistance adjustment of resistors
JP6867909B2 (ja) * 2017-08-02 2021-05-12 アズビル株式会社 熱式流量計
CN108302017B (zh) * 2018-03-19 2023-10-10 苏州原位芯片科技有限责任公司 一种隔膜泵系统及其检测方法
US11402253B2 (en) * 2018-06-26 2022-08-02 Minebea Mitsumi Inc. Fluid sensing apparatus and method for detecting failure of fluid sensor
CN117684643B (zh) * 2024-02-04 2024-04-05 江西佳宸建设工程有限公司 一种市政排水管道建设的辅助拼接装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101113917A (zh) * 2006-07-28 2008-01-30 株式会社日立制作所 热式气体流量计

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0623665B2 (ja) * 1985-02-20 1994-03-30 株式会社日本自動車部品総合研究所 流量センサ
JPH0355510Y2 (zh) * 1987-07-20 1991-12-10
US4888988A (en) * 1987-12-23 1989-12-26 Siemens-Bendix Automotive Electronics L.P. Silicon based mass airflow sensor and its fabrication method
JP2651769B2 (ja) * 1992-06-19 1997-09-10 株式会社荏原製作所 熱回収燃焼設備
US5763775A (en) * 1996-03-13 1998-06-09 Ricoh Company, Ltd. Flow sensor having first and second temperature detecting portions for accurate measuring of a flow rate and a manufacturing method thereof
JP2002107298A (ja) * 2000-09-29 2002-04-10 Shimadzu Corp 赤外線ガス分析計
JP4504037B2 (ja) * 2004-02-02 2010-07-14 大日本印刷株式会社 光学素子
JP2006258676A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Hitachi Ltd 熱式流量計
JP4845440B2 (ja) * 2005-07-08 2011-12-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流量計測装置
JP4850105B2 (ja) * 2007-03-23 2012-01-11 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流量計
JP2009097925A (ja) * 2007-10-15 2009-05-07 Denso Corp 放熱型流量センサ
US7856879B2 (en) * 2007-12-11 2010-12-28 Memsic, Inc. Heater controller having improved start-up for thermal sensor
JP5276964B2 (ja) * 2008-12-08 2013-08-28 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流体流量センサおよびその製造方法
JP5178598B2 (ja) * 2009-03-24 2013-04-10 日立オートモティブシステムズ株式会社 熱式流量計
US8286478B2 (en) * 2010-12-15 2012-10-16 Honeywell International Inc. Sensor bridge with thermally isolating apertures

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101113917A (zh) * 2006-07-28 2008-01-30 株式会社日立制作所 热式气体流量计

Also Published As

Publication number Publication date
EP2482042B1 (en) 2021-07-21
JP2012159316A (ja) 2012-08-23
CN102620781A (zh) 2012-08-01
EP2482042A2 (en) 2012-08-01
EP2482042A3 (en) 2017-11-08
US20120192644A1 (en) 2012-08-02
JP5372976B2 (ja) 2013-12-18
IN2012DE00242A (zh) 2015-06-26
US8627717B2 (en) 2014-01-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102620781B (zh) 热式流量传感器
US8225652B2 (en) Thermal flow meter measuring flow rate based on temperature difference measurement and driving energy of the heater
US9188491B2 (en) Semiconductor device including a temperature sensor circuit
KR101489104B1 (ko) 전기 소자
EP2280251B1 (en) Thermal flow meter
CN103207638B (zh) 性能、热能及功率管理系统及其方法
CN101865733A (zh) 温度检测电路、方法及电子系统
CN103828031A (zh) 用于监测复用加热器阵列的温度并控制该阵列的系统和方法
EP2356744A2 (en) Mems resonator
CN106482752B (zh) 传感器装置和用于校准传感器装置的方法
JP6543769B2 (ja) 一体型ヒーター及びセンサーシステム
JP2016011877A (ja) 圧力測定装置および圧力測定方法
JP6477303B2 (ja) 粒子状物質検出システム
CN104181966B (zh) 稳压器
JP5111180B2 (ja) 熱式流量計
JP2010216906A (ja) 自動車用流量計
TWI824794B (zh) 用於校正頻率飄移的校正裝置、方法與使用其的電子裝置
JPS6196479A (ja) Ｉｃ測定装置
CN116865675A (zh) 温度漂移补偿方法、装置及相关设备
JP2003121231A (ja) 熱式流量計
JP2003222546A (ja) 流量計測方法、流量計測装置及びヒータ制御装置
Adamec et al. Practical hot-wire anemometer excitation modes
JP2004257789A (ja) ガス物性値の測定方法
JP2006310107A (ja) ヒータの温度調節回路およびそれを備えた薬剤分包装置
JPS62191720A (ja) フロ−センサ

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: Hitachinaka County, Japan

Patentee after: Hitachi astemo Co.,Ltd.

Address before: Hitachinaka County, Japan

Patentee before: HITACHI AUTOMOTIVE SYSTEMS, Ltd.

CP01 Change in the name or title of a patent holder