CN104884919A - 进气温度传感装置和流量测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种进气温度传感装置，通过将与温度检测元件串联连接的固定电阻集成到集成电路中，而不需要基准电阻和用于将固定电阻与该基准电阻连接的切换开关，从而实现更小型且高精度的进气温度传感装置。该进气温度传感装置包括：电阻值随进气温度变化的温度检测元件(2)；与温度检测元件(2)电连接的集成电路(1)；集成到集成电路(1)中的与温度检测元件(2)串联连接的电阻元件(3)；存储与电阻元件(3)的电阻值对应的修正信息的可写入存储器(7)；和修正处理部(6)，其基于存储在可写入存储器(7)中的修正信息，对包含在温度检测元件(2)的输出信号中的基于电阻元件(3)的电阻值的误差进行修正。

Description

进气温度传感装置和流量测量装置
技术领域
本发明涉及检测进气温度的进气温度传感装置和具有进气温度传感装置的流量测量装置。
背景技术
已知以往有记载在日本特开2005-3596号公报(专利文献1)中的电阻值测量装置、电阻测量用集成电路和电阻测量方法。
在该电阻值测量装置中，在IC(集成电路)的外部设置有电阻值随温度变化的热敏电阻和具有高精度的电阻值的基准电阻。热敏电阻连接到设置于IC内部的A/D转换器的通道(channel)CH1，基准电阻电连接到A/D转换器的通道CHref。在将热敏电阻连接到通道CH1的电气配线的中途，经由开关SW1连接有上拉电阻R1。在将基准电阻连接到通道CHref的电气配线的中途，经由开关SW2连接了从开关SW1与上拉电阻R1的连接部引出的电气配线。上拉电阻R1、开关SW1和开关SW2设置在IC的内部。
在通常时，开关SW1接通，开关SW2断开，将开关SW1与热敏电阻的连接点的电压输入到A/D转换器的通道CH1。在上拉电阻R1的电阻值修正时，开关SW1断开，开关SW2接通，将开关SW2与基准电阻的连接点的电压输入到A/D转换器的通道CHref。在该电阻值测量装置中，通过计算输入到通道CH1的电压值和输入到通道CHref的电压值，即使存在因上拉电阻R1的电阻值的偏差和温度特性导致的电阻值变化，也能够高精度地求取热敏电阻的电阻值(参照摘要)。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2005-3596号公报
发明内容
发明要解决的问题
在记载在专利文献1的现有技术中，通过将开关SW1接通，能够使与热敏电阻串联连接的上拉电阻R1(固定电阻)集成到集成电路中。但是基准电阻并未集成到集成电路中，并且难以集成到集成电路中。此外，切换热敏电阻和基准电阻使其与上拉电阻R1串联连接的开关SW1、SW2的导通电阻与热敏电阻的电阻相比需要足够小，导致集成电路的大型化。尤其是使用热敏电阻的情况下，高温下电阻比常温下小2个数量级(2位)左右。因此，在考虑高温下的使用的情况下，需要使切换开关的大小足够大以减小导通电阻。此外，在切换开关由半导体开关构成的情况下，切换开关的导通电阻在高温下增大。该导通电阻的变化有使热敏电阻的电阻值测量产生误差的可能性。
例如，利用上述热敏电阻和上拉电阻(固定电阻)能够构成进气温度传感装置。这种情况下，热敏电阻用作温度检测元件，但温度检测元件并不限定于热敏电阻，只要为电阻值随温度变化的元件即可。
本发明的目的在于提供一种进气温度传感装置，通过将与温度检测元件串联连接的固定电阻集成到集成电路中，而不需要基准电阻和用于将固定电阻与该基准电阻连接的切换开关，从而实现更小型且高精度的进气温度传感装置。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本发明的进气温度传感装置，其包括：电阻值随进气温度变化的温度检测元件；对上述温度检测元件的信号进行处理的集成电路；集成到上述集成电路中的与上述温度检测元件串联连接的电阻元件；和存储与上述电阻元件的电阻值相关的信息的可写入存储器，其中，基于存储在上述可写入存储器中的信息，对由上述温度检测元件检测到的信号进行修正，由此实现进气温度传感装置。
发明效果
根据本发明，能够修正被集成到集成电路中的、与温度检测元件串联连接的电阻元件的电阻值的偏差，不需要设置用于修正电阻元件的电阻值的基准电阻。由此，能够提供将电阻元件集成到集成电路中的小型且高精度的进气温度传感器。
上述之外的问题、结构和效果可通过以下的实施例的说明得以明了。
附图说明
图1是表示本发明的实施例1的进气温度传感装置的结构的图。
图2是表示进气温度与Vsen/Vref的关系的图。
图3是表示弯曲修正处理6的输入输出特性的图。
图4是表示本发明的实施例2的传感装置的结构的图。
图5是表示弯曲(变形)修正处理6和线性化处理8的输入输出特性的图。
图6是表示本发明的实施例3的传感装置的结构的图。
图7是表示电阻元件3的模式(pattern)的图。
图8是表示作为传感装置的一个例子、使用实施例3的进气温度传感装置的空气流量测量装置的结构的图。
图9是详细地表示由空气流量检测元件17和空气流量信号调整电路18构成的流量检测部的结构的详图。
附图符号说明
1……集成电路
2……温度检测元件
3……电阻元件
4……AD转换器
5……基准电压源
6……弯曲修正处理部
7……可写入存储器
8……线性化处理部
9……集成电路温度传感器
10……可写入存储器
11……电阻值推定处理部
12……触点
13……扩散区域
14……触点
15……铝配线
16……铝配线
17……空气流量检测元件
18……空气流量信号调整处理部
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
首先，利用图1～3对作为本发明的第一实施例的进气温度传感装置进行说明。此外，图1是表示本实施例的进气温度传感装置的结构的图。图2是表示进气温度与Vsen/Vref的关系的图。图3是表示弯曲修正处理6的输入输出特性的图。
本实施例的进气温度传感装置包括：电阻值随进气温度变化的温度检测元件2、处理温度检测元件2的信号的集成电路1、与温度检测元件2串联连接并集成到集成电路1中的电阻元件3、对温度检测元件2检测出的信号(温度检测元件2的两端电压)进行模数转换的AD转换器4、向电阻元件3和AD转换器4提供基准电压Vref的基准电压源5、存储与电阻元件3的电阻值对应的信息的可写入存储器7、以及基于可写入存储器(PROM)7的信息对AD转换器4的输出进行弯曲修正来输出进气温度的弯曲修正处理部6。此外，电阻值随进气温度变化的温度检测元件2有热敏电阻、铂电阻等，而本实施例中以热敏电阻为例进行说明。
在本实施例中，电阻值随进气温度变化的温度检测元件2与电阻元件3串联地连接，从基准电压源5供给电压Vref。此时，温度检测元件2的两端电压Vsen与Vref之比随进气温度如图2所示那样变化，但受到电阻元件3的电阻值Rs的影响，特性(曲线)发生变化。在本实施例中，将电压Vref作为基准电压，利用进行模数转换的AD转换器4将电压Vsen数字化，基于可写入存储器7的信息用图3所示的曲线对该数字值进行弯曲修正。该弯曲修正由弯曲修正处理部6实施。通过该弯曲修正能够消除电阻元件3的电阻值Rs的影响。此外，设输入为Vin、输出为Vout、电阻元件3的基准电阻值为Rr、电阻元件3的实际电阻值为Rs时，弯曲修正处理部6的输入输出特性(图3的特性)表示为：
Vout＝Rs×Vin/{Rr+Vin×(Rs－Rr)}……(1)式
能够容易地通过数字运算来计算。
即，通过将电阻元件3的实际的电阻值Rs保存在可写入存储器7中，基于该信息计算(1)式，由此能够消除由电阻元件3的偏差导致的特性变动。
在利用(1)式进行弯曲修正的情况下，弯曲修正处理部6的输入输出特性如图3所示，在Rs比标准值大的情况下，在信号的输入输出范围内进行赋予向上侧突出的弯曲(变形)的修正。此外，在Rs比标准值小的情况下，在信号的输入输出范围内进行赋予向下侧突出的弯曲的修正。
如图3所示，弯曲修正处理部6的输入输出特性为，在Rs偏离标准值的情况下形成曲线，相比Rs为标准值的情况下的线性发生偏移。即，在弯曲修正处理部6中，根据该输入输出特性，根据Rs与标准值的偏差的大小，来修正温度检测元件2的输出信号关于进气温度所具有的特性曲线的弯曲。即使Rs产生偏差，通过修正特性曲线的弯曲，也能够使其与标准值的特性曲线一致。
此外，(1)式的计算也能够利用映射(Map)来计算。此外，使用PROM作为可写入存储器7，但并不限定于PROM，只要是可写入的存储器即可。
实施例2
接着，利用图4、5对作为本发明的第二实施例的传感装置进行说明。此外，图4是表示本实施例的进气温度传感装置的结构的图。图5是表示弯曲修正处理6和线性化处理8的输入输出特性的图。
本实施例的进气温度传感装置与实施例1的进气温度传感装置基本上为相同结构，施加了如下改良。此外，对与实施例1相同的结构标注相同符号，并省略对它们的说明。
在本实施例中，在弯曲修正处理部6之后设置线性化处理部8，关于图2所示的进气温度，使非线性特性线性化。当电阻元件3的电阻值Rs变化时，线性化处理部8的输入输出特性如图5所示那样变化。在温度检测元件2使用热敏电阻的情况下，热敏电阻的特性为指数函数，因此在线性化处理部8中采用映射处理。该映射处理所用的映射(映射表)表示线性化处理部8的输入与输出的关系。在采用映射处理的情况下，需要与电阻值Rs的变化(由产品偏差或温度变化导致的电阻变化)对应地变更映射，需要非常复杂的处理。然而，通过如本实施例所示这样通过事先由弯曲修正处理部6进行因电阻元件3的偏差而产生的弯曲的修正，就能够利用简单的映射运算实现线性化处理部8。
此外，映射处理所用的映射预先保存在可写入存储器7中。
实施例3
接着，利用图6、7对作为本发明的第三实施例的进气温度传感装置进行说明。此外，图6是表示本实施例的进气温度传感装置的结构的图。图7是表示电阻元件3的模式的图。
本实施例的进气温度传感装置与实施例1的进气温度传感装置基本上为相同结构，施加了如下改良。此外，对与其他实施例相同的结构标注相同符号，并省略对它们的说明。
在本实施例中，设置有：检测集成电路1的温度的集成电路温度传感器(LSI温度传感器)9、存储与电阻元件3的电阻值和电阻温度系数对应的信息的可写入存储器10、以及基于存储在集成电路温度传感器9和可写入存储器10中的信息来推定电阻元件3的电阻值的电阻值推定部(Rs推定部)11。此外，集成电路温度传感器9与电阻元件3靠近设置，集成电路温度传感器9与电阻元件3的温度实质上相同。在这种情况下，“集成电路温度传感器9与电阻元件3的温度实质上相同”意味着能够利用集成电路温度传感器9检测电阻元件3的温度，使得使用由集成电路温度传感器9检测出的温度推定的电阻元件3的电阻值落在可用于弯曲修正处理部6的弯曲修正的程度的容许误差范围内。
一般而言，集成电路中的电阻元件具有1000～3000ppm/℃的电阻温度系数。因此，由于周围温度的变化或集成电路1自身的自发热，而使电阻元件3的温度变化100℃以上，因此电阻元件3的电阻值变化10～30％。由此，使进气温度传感装置的输出产生误差。因此，在本实施例中，在可写入存储器10中存储与电阻元件3的电阻值Rs和电阻温度系数TCR对应的信息，基于该信息由电阻值推定处理部11推定电阻元件3的电阻值Rs。然后，通过使用推定出的电阻值Rs由弯曲修正处理部6实施弯曲修正，来消除电阻元件3的电阻值Rs的影响。此外，设0℃时电阻元件3的电阻值为Rs0、电阻元件3的电阻温度系数为TCR、集成电路温度传感器9的输出为Tlsi时，电阻值推定处理部11的输出Rs表示为：
Rs＝Rs0×{1+TCR×Tlsi}……(2)式
能够容易地通过数字运算来计算。
即，通过预先将电阻元件3在0℃时的电阻值Rs0和电阻温度系数TCR保存到可写入存储器10中，基于该信息计算(2)式，由此能够消除因电阻元件3的偏差和温度变化所引起的电阻变化而产生的进气温度传感装置的特性变动。由此，能够将串联到进气温度检测元件的固定电阻等集成到集成电路中。
此外，在本实施例中，使电阻元件3的模式如图7所示。电阻元件3设置有多个由扩散区域13和触点(contact)12、14构成的单位电阻模式，通过利用铝配线15、16连接这些单位电阻模式而构成。扩散区域的电阻温度系数为100～3000ppm/℃，而触点的电阻的电阻温度系数具有﹣3000ppm/℃的负值。因此，通过如本实施例这样设置多个单位电阻模式来构成电阻元件3，增大接触电阻的影响，能够减小电阻元件3的电阻温度系数。由此，能够减小电阻元件3的电阻值的温度变化，因此能够实现电阻值推定处理部11的推定精度的提高，能够以更高精度检测进气温度。
实施例4
接着，作为传感装置的一个实施例，对使用实施例3的进气温度传感装置的空气流量测量装置的实施例(实施例4)通过图8、9进行说明。此外，图8是表示本实施例的空气流量测量装置的结构的图。图9是详细地表示由空气流量检测元件17和空气流量信号调整电路18构成的流量检测部的结构的详图。
本实施例的传感装置具有基本与实施例3的进气温度传感装置相同结构的进气温度传感装置。进一步，在本实施例中，为了构成空气流量测量装置，设置有检测进气的空气流量的空气流量检测元件17、和内置(集成化)在集成电路1中的对空气流量检测元件17的输出进行调整(处理)并输出流量输出的空气流量信号调整处理部18。
此外，在本实施例中使用实施例3的装置作为进气温度传感装置，但也可以使用实施例1或2的进气温度传感装置。
本实施例的空气流量测量装置为通过对发热体(发热电阻体)进行加热控制使其发热来测量空气流量的热式测量装置。在热式空气流量测量装置中，需要检测流过的空气的温度，利用上述实施例中记载的进气温度传感装置来检测空气温度。在本实施例中以空气(尤其是吸入内燃机的进气)为测量对象，但也可以为以其他流体为测量对象的热式流体测量装置。此外，即使是热式以外的流体流量测量装置，在检测流体温度的情况下，通过组合使用上述各实施例的进气温度传感装置，能够高精度地检测流体温度，并且使装置小型化。在以下的说明中，分别将空气流量测量装置、空气流量信号调整处理部18和空气流量检测元件17作为流量测量装置、流量信号调整处理部18和流量检测元件17进行说明。
流量检测元件17中配置有发热体21、由电阻值随发热体21的温度变化的加热器温度检测电阻23和固定电阻24、25、26构成的加热器温度检测桥式电路22、以及由配置在发热体21上游的温度检测电阻28、31和配置在下游的温度检测电阻29、30构成的用于检测发热体21的上游与下游的温度差的温度差检测桥式电路9。此外，在集成到集成电路1中的流量信号调整处理部18中配置有接收加热器温度检测桥式电路22的输出并向发热体21供给驱动电压Vh的差动放大器32、以及接收温度差检测桥式电路9的输出并生成流量输出的差动放大器34。
差动放大器32对加热器温度检测电阻23与固定电阻24的连接部35的电压V1和固定电阻25与固定电阻26的连接部36的电压V2之间的电压差进行放大，生成对发热体2的驱动电压Vh。差动放大器34对温度检测电阻28与温度检测电阻29的连接部37的电压V3和温度检测电阻30与温度检测电阻31的连接部38的电压V4之间的电压差进行放大，生成流量输出。
为了对差动放大器34的输出进行修正或调整，在流量信号调整处理部18设置有包含运算器的流量信号处理部39。由流量信号处理部39进行的修正和调整中包含了信号的线性化处理和对各种误差原因的修正处理。存在被检测的流量信号受到进气温度的影响的情况。尤其是使用发热电阻体检测的流量信号易于受到进气温度的影响。因此，将进气温度传感装置的进气温度输出输入到流量信号处理部39，利用流量信号处理部39对差动放大器34的输出进行了针对进气温度的影响的修正和调整之后，作为流量输出而输出。
作为使用发热体的流量检测元件17，除了上述结构以外，还存在改变了发热体或桥式电路的结构的元件，也可以使用其他结构的流量检测元件。
在本实施例中，由于具有被高精度地调整的进气温度输出信号，所以能够使用该进气温度输出信号高精度地调整空气流量信号。
根据上述各实施例，作为与温度检测元件串联连接的电阻元件，不需要特地使用高精度的电阻元件，能够将电阻元件集成到集成电路中。此外，也不需要设置用于修正电阻元件的电阻值的基准电阻。由此，能够提供将电阻元件集成到集成电路中的、小型且高精度的进气温度传感器。
此外，本发明并不限定于上述各实施例，而是包含了各种变形例。例如，上述实施例是为了对本发明简单易懂地说明而进行了详细说明的实施方式，并不限定为必须具备全部结构。此外，能够将某实施例的结构的一部分替换成其他实施例的结构，或者也能够在某实施例的结构中添加其他实施例的结构。此外，针对各实施例的结构的一部分，能够进行其他结构的追加、删除、替换。例如，可以将在实施例2中说明的线性化处理部8追加到实施例3和4中。
此外，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等，其部分或全部可以通过例如用集成电路进行设计等而以硬件实现。此外，上述的各结构、功能等，也可以通过处理器解释、执行用于实现各功能的程序而以软件实现。用于实现各功能的程序、表格、文件等信息，能够存储在存储器、硬盘、SSD(Solid State Drive，固态硬盘)等记录装置或IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。
此外，对于控制线和信息线示出了说明上所需要的部分，并不一定示出了产品中所有的控制线和信息线。实际上可以认为几乎全部的结构互相连接。

Claims (8)

1.一种进气温度传感装置，其特征在于，包括：
电阻值随进气温度变化的温度检测元件；
与所述温度检测元件电连接的集成电路；
集成到所述集成电路中的与所述温度检测元件串联连接的电阻元件；
存储与所述电阻元件的电阻值对应的修正信息的可写入存储器；和
修正处理部，其基于存储在所述可写入存储器中的修正信息，对包含在所述温度检测元件的输出信号中的基于所述电阻元件的电阻值的误差进行修正。
2.如权利要求1所述的进气温度传感装置，其特征在于：
所述修正处理部对所述温度检测元件的输出信号关于进气温度的特性曲线的弯曲进行修正。
3.如权利要求2所述的进气温度传感装置，其特征在于，具有：
线性化处理部，其将用于使所述特性曲线线性化的线性化信息存储在所述可写入存储器中，并且基于存储在所述可写入存储器中的线性化信息使所述特性曲线线性化。
4.如权利要求2所述的进气温度传感装置，其特征在于，具有：
检测所述集成电路的温度的集成电路温度传感器；和
基于所述集成电路温度传感器的输出来推定所述电阻元件的电阻值的电阻值推定处理部，其中，
所述修正处理部基于所述电阻值推定处理部的输出来修正所述特性曲线的弯曲。
5.如权利要求4所述的进气温度传感装置，其特征在于：
在所述可写入存储器中存储有与所述电阻元件的电阻温度系数对应的信息。
6.如权利要求4所述的进气温度传感装置，其特征在于：
将所述集成电路温度传感器与所述电阻元件靠近配置，以使得所述集成电路温度传感器被配置在由所述集成电路温度传感器检测的温度与所述电阻元件的温度实质上一致的位置上。
7.如权利要求2所述的进气温度传感装置，其特征在于：
所述电阻元件由多个单位电阻串联连接而构成，该单位电阻包括扩散区域和触点。
8.一种流量测量装置，其对发热电阻体进行加热控制并基于流过所述发热电阻体的周围的流体流量进行流量检测，所述流量测量装置的特征在于，包括：
权利要求1至7中任一项所述的进气温度传感装置；和
利用所述进气温度传感装置的输出来进行流量输出调整的流量信号调整处理部。
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