CN111954793B - 热式流量计 - Google Patents

Abstract

本发明提供能够单独地校正在上游侧温度传感器和下游侧温度传感器中产生的不同的脉动误差的热式流量计。一种热式流量计(1)，其基于分别配置于发热体(11)的上游侧和下游侧的上游侧温度传感器(12)与下游侧温度传感器(13)的温度差，测定气体的流量。热式流量计(1)具备：检测元件(10)，其单独地输出上游侧温度传感器(12)的输出信号和下游侧温度传感器(13)的输出信号；以及补偿部(20)，其对上游侧温度传感器(12)的输出信号和下游侧温度传感器(13)的输出信号单独地进行响应补偿。

Description

热式流量计

技术领域

本公开涉及热式流量计。

背景技术

以往，已知有与基于向空气的散热量来测定空气流量的热式流量传感器相关的发明(参考下述专利文献1)。专利文献1所记载的热式流量传感器具有空气流量检测元件和校正电路部(参考该文献等)。空气流量检测元件在半导体基板上具有具备薄膜部的隔膜。

校正电路部在空气流量检测元件的隔膜上具有至少一个发热电阻体。另外，校正电路部在发热电阻体的上游侧和下游侧各形成有至少一个检测温度的测温电阻体。校正电路部至少基于上游侧和下游侧的两个测温电阻体的温度差信息，作为空气流量检测元件的输出信号进行处理。

该以往的热式流量传感器的特征在于由校正电路部处理的输出信号的波形。该输出信号的波形为如下波形，其是通过在波形的峰值超过某个任意的规定值时输出规定值从而将形成峰值的波峰部或者波谷部的一部分截断成该规定值而成的。由此，能够提供提高了测量精度的热式流量传感器(参考该文献、第0010段等)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015-049135号公报

发明内容

发明要解决的课题

所述以往的热式流量传感器能够利用所述结构在脉动的吸入空气的流量的测定时降低输出信号的脉动误差，提高测量精度。然而，由于会在上游侧的测温电阻体和下游侧的测温电阻体中产生不同的脉动误差，所以存在改善的余地。

本公开提供能够单独地校正在上游侧温度传感器和下游侧温度传感器中产生的不同的脉动误差的热式流量计。

用于解决课题的技术手段

本公开的一个方案为一种热式流量计，其基于配置于发热体的上下游的上游侧温度传感器与下游侧温度传感器的温度差，测量气体的流量，所述热式流量计的特征在于，具有：检测元件，其从所述上游侧温度传感器和所述下游侧温度传感器单独地取出输出信号；以及补偿部，其对所述上游侧温度传感器的输出信号和所述下游侧温度传感器的输出信号单独地进行响应补偿。

发明的效果

根据本公开的一个方案，能够提供能够单独地校正在上游侧温度传感器和下游侧温度传感器中产生的不同的脉动误差的热式流量计。

附图说明

图1为实施方式1的热式流量计的概略性电路图。

图2为实施方式1的热式流量计的概略性俯视图。

图3为沿着图2的III-III线的热式流量计的剖面图。

图4为表示图1的热式流量计的补偿部的结构的电路图。

图5为表示图4的补偿部的频率特性的曲线图。

图6为表示图1的热式流量计的上游侧温度传感器的输出特性的曲线图。

图7为表示图1的热式流量计的下游侧温度传感器的输出特性的曲线图。

图8为表示图1的热式流量计的上游侧温度传感器的响应性的曲线图。

图9为表示图1的热式流量计的下游侧温度传感器的响应性的曲线图。

图10为表示图1的热式流量计的上游侧温度传感器的增益的曲线图。

图11为实施方式2的热式流量计的概略性电路图。

图12为图11的热式流量计的上游侧温度传感器的信号线图。

图13为改写图12的上游侧温度传感器的信号线图后的信号线图。

图14为图12的上游侧温度传感器的信号线图的反函数的信号线图。

图15为实施方式3的热式流量计的概略性电路图。

图16为表示图15的热式流量计的AD转换器的输入输出特性的曲线图。

图17为实施方式4的热式流量计的概略性电路图。

图18为表示图17的热式流量计的检测元件的结构的一部分的电路图。

图19为表示图18的检测元件的一部分的输出的曲线图。

图20为实施方式5的热式流量计的概略性电路图。

图21为实施方式6的热式流量计的概略性电路图。

图22为表示以往的热式流量计的检测元件的结构的一部分的电路图。

图23为表示图22所示的检测元件的一部分的输出的曲线图。

具体实施方式

以下，参考附图，对本公开的热式流量计的实施方式进行说明。此外，各实施方式只要不产生矛盾，就能够组合。

[实施方式1]

图1为实施方式1的热式流量计1的概略性电路图。图2为实施方式1的热式流量计1的概略性俯视图。图3为沿着图2的III-III线的热式流量计1的剖面图。

本实施方式的热式流量计1例如用作对被吸入至汽车的引擎等内燃机的空气的流量进行测定的空气流量计。被吸入至引擎的空气的流量例如与活塞的转速相应地脉动。本实施方式的热式流量计1利用以下的特征性的结构，即使在例如空气等测定对象的气体的流量产生了脉动的情况下，也能够与以往相比降低气体的流量的测定误差、即脉动误差。

本实施方式的热式流量计1例如具备检测元件10和补偿部20。检测元件10例如具备发热体11、上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13。热式流量计1基于分别配置于发热体11的上游侧和下游侧的上游侧温度传感器12与下游侧温度传感器13的温度差来测定气体的流量。检测元件10单独地输出上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号。补偿部20对上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号单独地进行响应补偿。以下，对本实施方式的热式流量计1的结构更详细地进行说明。

如图1所示，热式流量计1除了具备前述检测元件10和补偿部20之外，例如还具备减法器30和脉动校正电路40。另外，如图2以及图3所示，热式流量计1例如具备基板2和设置于该基板2的隔膜3。另外，检测元件10除了具备前述发热体11、上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13之外，还具备第1固定电阻14、第2固定电阻15以及电极焊盘16。

基板2例如为硅基板，由基板2的正面的绝缘膜构成隔膜3。更具体而言，隔膜3例如为设置于基板2的正面的热绝缘膜利用通过蚀刻设置于基板2的背面的中央部的凹部而在基板2的背面侧露出的薄膜状的部分。

发热体11例如设置于基板2的正面的绝缘膜上，为通过通电来发热的加热器，被加热至比作为流量的测定对象的空气等气体高的温度。关于发热体11，例如其起始端部与设置于基板2的一侧的电极焊盘16连接，向基板2的中央部的隔膜3延伸。发热体11进而以横切隔膜3的中央部的方式延伸，在隔膜3的端部边缘的附近向相反方向折回成U字状，并向基板2的一侧延伸，末端部与设置于基板2的一侧的电极焊盘16连接。

上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13分别配置于发热体11的上游侧和下游侧。这些上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13中的“上游侧”以及“下游侧”例如为热式流量计1的测定对象的气体即空气向着引擎流动的顺流时的上游侧和下游侧。因而，例如，在因引擎的活塞的往返运动所引起的空气的脉动而导致空气向与顺流时相反的方向流动的空气的逆流时，上游侧温度传感器12位于空气的下游侧，下游侧温度传感器13位于空气的上游侧。

上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13例如为感热电阻或者热电偶，设置于隔膜3。更详细而言，上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13例如设置于基板2的正面的绝缘膜上，配置于基板2的形成有隔膜3的区域内。感热电阻例如由多晶硅薄膜、铂金薄膜构成，热电偶例如由多晶硅薄膜、金属薄膜构成。

上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13例如经由形成于基板2的正面的绝缘膜上的配线以及电极焊盘16而与电源电压Vcc连接。上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13在测定对象的气体的流动的方向上配置于发热体11的两侧，在发热体11的上游侧和下游侧测定气体的温度，输出与气体的温度相应的输出信号。

检测元件10构成为能够单独地取出上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号。更具体而言，用于取出与由上游侧温度传感器12测定出的气体的温度相应的输出信号的配线连接于上游侧温度传感器12与第1固定电阻14之间，上游侧温度传感器12的输出信号经由该配线以及电极焊盘16输入至第1补偿部20。另外，用于取出与由下游侧温度传感器13测定出的气体的温度相应的输出信号的配线连接于下游侧温度传感器13与第2固定电阻15之间，下游侧温度传感器13的输出信号经由该配线以及电极焊盘16输入至第2补偿部20。

第1固定电阻14与上游侧温度传感器12串联地连接，例如，经由电极焊盘16而与接地电位连接。第2固定电阻15与下游侧温度传感器13串联地连接，例如，经由电极焊盘16而与接地电位连接。上游侧温度传感器12的形状例如与第1固定电阻14的形状相同。另外，下游侧温度传感器13的形状例如与第2固定电阻15的形状相同。进而，第1固定电阻14的形状例如与第2固定电阻15的形状相同。即，上游侧温度传感器12的形状例如与下游侧温度传感器13的形状相同。

更具体而言，上游侧温度传感器12、下游侧温度传感器13、第1固定电阻14以及第2固定电阻15具有以下这样的矩形波状的形状，即，在测定对象的气体的流动的方向上具有波长，在与测定对象的气体的流动的方向正交的方向上具有振幅。此外，关于上游侧温度传感器12、下游侧温度传感器13、第1固定电阻14以及第2固定电阻15中的任意两个形状相同的情况，其包括两个的形状以及尺寸相同的情况及两个具有线对称的形状的情况。

第1固定电阻14以及第2固定电阻15例如在隔膜3的外侧设置于基板2。更详细而言，第1固定电阻14以及第2固定电阻15例如设置于基板2的正面的绝缘膜上，配置于基板2的形成有隔膜3的区域的外侧。另外，第1固定电阻14与第2固定电阻15例如接近地配置。更具体而言，第1固定电阻14与第2固定电阻15以隔着发热体11而相互相邻的方式接近地配置。换言之，第1固定电阻14与第2固定电阻15仅隔着发热体11而相邻，在第1固定电阻14与第2固定电阻15之间未配置除了发热体11以外的元件。

补偿部20例如为响应补偿电路，对从检测元件10单独地输出的上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号单独地进行响应补偿。更具体而言，第1补偿部20例如经由配线以及电极焊盘16连接于上游侧温度传感器12与第1固定电阻14之间，从而单独地输入上游侧温度传感器12的输出。另外，第2补偿部20例如经由配线以及电极焊盘16连接于下游侧温度传感器13与第2固定电阻15之间，从而单独地输入下游侧温度传感器13的输出。

图4为表示图1的热式流量计1中的补偿部20的结构的一个例子的电路图。补偿部20例如具备乘法器21、微分电路22以及加法器23。乘法器21例如构成为系数k的值与来自上游侧温度传感器12或者下游侧温度传感器13的输出信号即电压的值相应地发生变化。微分电路22例如构成为对来自上游侧温度传感器12或者下游侧温度传感器13的输出信号即电压进行微分。加法器23例如构成为将微分电路22的输出与来自上游侧温度传感器12或者下游侧温度传感器13的输出信号即电压进行相加。

图5为表示图4的补偿部20的频率特性的曲线图。补偿部20的截止频率与乘法器21中的系数k的值相应地变化。补偿部20与来自上游侧温度传感器12或者下游侧温度传感器13的输出信号即电压的值相应地在乘法器21中使系数k的值变化，从而补偿后述的上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13中的响应性的变化。

减法器30求出连接于上游侧温度传感器12与第1固定电阻14之间的补偿部20的输出与连接于下游侧温度传感器13与第2固定电阻15之间的补偿部20的输出之差。脉动校正电路40基于由减法器30求出的差来校正测定对象的气体的脉动。热式流量计1将脉动校正电路40的校正结果作为与空气的流量相应的信号而输出。

以下，对本实施方式的热式流量计1的动作进行说明。

图6为表示上游侧温度传感器12的输出特性的一个例子的曲线图。图7为表示下游侧温度传感器13的输出特性的一个例子的曲线图。图8为表示上游侧温度传感器12的响应性的一个例子的曲线图。图9为表示下游侧温度传感器13的响应性的一个例子的曲线图。此外，在图6至图9中，横轴为作为测定对象的气体的空气的流量[m/s]，负的值表示向逆流方向流动的空气的流量，正的值表示向顺流方向流动的空气的流量。图10为表示上游侧温度传感器12的增益的一个例子的曲线图。

为了用热式流量计1测定空气等气体的流量，通电至发热体11，将发热体11加热至比测定对象的气体的温度高的温度。在该状态下，在气体沿着基板2的正面的绝缘膜而向顺流方向流动的顺流时，由发热体11加热后的发热体11的周围的气体向下游侧移动，从而在发热体11的上游侧，气体的温度下降，在发热体11的下游侧，气体的温度上升。

于是，配置于发热体11的上游侧的上游侧温度传感器12的温度下降，上游侧温度传感器12的电阻上升，如图6所示，上游侧温度传感器12的输出信号即电压与0[mV]相比下降。此外，基于空气等气流的散热量与流量的平方根成比例，所以上游侧温度传感器12的输出特性示出如图6那样的饱和特性。另外，在气体的顺流时，配置于发热体11的下游侧的下游侧温度传感器13的温度上升，上游侧温度传感器12的电阻下降，如图7所示，下游侧温度传感器13的输出信号即电压与0[mV]相比上升。

另外，在气体沿着基板2的正面的绝缘膜而向反方向流动的逆流时，由发热体11加热后的发热体11的周围的气体向上游侧移动，从而在发热体11的上游侧，气体的温度上升，在发热体11的下游侧，气体的温度下降。于是，配置于发热体11的上游侧的上游侧温度传感器12的温度上升，上游侧温度传感器12的电阻下降，如图6所示，上游侧温度传感器12的输出信号即电压与0[mV]相比上升。另外，在气体的逆流时，配置于发热体11的下游侧的下游侧温度传感器13的温度下降，下游侧温度传感器13的电阻上升，如图7所示，下游侧温度传感器13的输出信号即电压与0[mV]相比下降。

如图6所示，气体的逆流时的上游侧温度传感器12的电压的增加量比气体的顺流时的上游侧温度传感器12的电压的减少量小。另一方面，如图7所示，气体的顺流时的下游侧温度传感器13的电压的增加量比气体的逆流时的下游侧温度传感器13的电压的减少量小。这样，上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的电压的输出特性在顺流时和逆流时成为非对称。

另外，上游侧温度传感器12与下游侧温度传感器13的电压的输出特性不同。即，关于上游侧温度传感器12，如图6所示，气体的顺流时的灵敏度高，但气体的逆流时的灵敏度低。另一方面，关于下游侧温度传感器13，如图7所示，气体的逆流时的灵敏度高，但气体的顺流时的灵敏度低。

另外，如图8以及图9所示，上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的响应性与图6以及图7所示的输出电压相应地变化。这与若拉弹施加高的张力的弦的中央，则共振频率会变高的情况相同，在上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13中，若输出电压的变化量变大，则响应性变高。

即，如图6以及图7所示，针对任意的气体的流量的上游侧温度传感器12和下游侧温度传感器13的输出电压不同，所以如图8以及图9所示，针对任意的气体的流量的上游侧温度传感器12和下游侧温度传感器13的响应性也不同。由于该上游侧温度传感器12和下游侧温度传感器13的响应性的差异，会产生气体的脉动时的流量的测定误差、即脉动误差。另外，在上游侧温度传感器12和下游侧温度传感器13中，脉动误差的大小也不同。

具有如前所述的输出特性以及响应性、并具有不同的脉动误差的上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号如图1所示分别从检测元件10单独地输出，并单独地输入至补偿部20。更详细而言，上游侧温度传感器12的输出信号被输入至第1补偿部20，下游侧温度传感器13的输出信号被输入至第2补偿部20。

上游侧温度传感器12例如具有如图10所示的频率特性。此外，截止频率如图8所示与气体的流量即空气流量相应地变化。如前所述，补偿部20例如具有如图5所示的频率特性。由此，从检测元件10单独地输出而输入至补偿部20的上游侧温度传感器12的输出信号的频率特性由补偿部20单独地补偿。同样地，从检测元件10单独地输出而输入至补偿部20的下游侧温度传感器13的输出信号的频率特性由补偿部20单独地补偿。

由补偿部20分别单独地补偿的上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号被输入至减法器30。减法器30将上游侧温度传感器12的补偿后的输出信号与下游侧温度传感器13的补偿后的输出信号相减，将结果输出至脉动校正电路40。脉动校正电路40基于从减法器30输入的减法结果，输出脉动误差被校正后的空气等气体的流量。

如上那样，本实施方式的热式流量计1基于分别配置于发热体11的上游侧和下游侧的上游侧温度传感器12与下游侧温度传感器13的温度差来测定气体的流量。而且，热式流量计1具备单独地输出上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号的检测元件10、以及对上游侧温度传感器12的输出信号和下游侧温度传感器13的输出信号单独地进行响应补偿的补偿部20。利用该结构，如前所述，能够将因上游侧温度传感器12与下游侧温度传感器13的响应性的差异而产生的上游侧温度传感器12和下游侧温度传感器13的不同的脉动误差分别单独地进行校正。因而，能够与以往相比降低热式流量计1的脉动误差，与以往相比提高测量精度。

另外，在本实施方式的热式流量计1中，上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13为感热电阻或者热电偶。利用该结构，能够基于上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的温度变化，测定由发热体11加热并向顺流方向或者逆流方向流动的空气等气体的流量。

另外，在本实施方式的热式流量计1中，检测元件10具备：第1固定电阻14，其与上游侧温度传感器12串联地连接，并与接地电位连接；以及第2固定电阻15，其与下游侧温度传感器13串联地连接，并与接地电位连接。利用该结构，能够使上游侧温度传感器12和下游侧温度传感器13的电位下降，抑制因静电而导致尘埃、垃圾被吸附至上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的情况。因而，能够在尘埃、垃圾多的环境下使用热式流量计1。

另外，本实施方式的热式流量计1的上游侧温度传感器12的形状与第1固定电阻14的形状相同。利用该结构，能够提高上游侧温度传感器12与第1固定电阻14之比的精度。即，能够使上游侧温度传感器12的电阻值与第1固定电阻14的电阻值之比的值准确地成为规定的值。更详细而言，从削减制造成本的观点来看，上游侧温度传感器12和第1固定电阻14例如由相同的材料形成。因此，由于热式流量计1的周围的温度的变化，与上游侧温度传感器12同样地，第1固定电阻14的电阻值也发生变化。因而，如前所述，通过使上游侧温度传感器12的形状与第1固定电阻14的形状成为相同，能够提高上游侧温度传感器12的电阻值与第1固定电阻14的电阻值之比的精度，抑制周围的温度的变化所致的输出电压的变动。因而，能够提供周围的温度的影响被抑制的热式流量计1。

另外，本实施方式的热式流量计1的下游侧温度传感器13的形状与第2固定电阻15的形状相同。利用该结构，能够提高下游侧温度传感器13与第2固定电阻15之比的精度。即，能够使下游侧温度传感器13的电阻值与第2固定电阻15的电阻值之比的值准确地成为规定的值。更详细而言，从削减制造成本的观点来看，下游侧温度传感器13和第2固定电阻15例如由相同的材料形成。因此，由于热式流量计1的周围的温度的变化，与下游侧温度传感器13同样地，第2固定电阻15的电阻值也发生变化。因而，如前所述，通过使下游侧温度传感器13的形状与第2固定电阻15的形状成为相同，能够提高下游侧温度传感器13的电阻值与第2固定电阻15的电阻值之比的精度，抑制周围的温度的变化所致的输出电压的变动。因而，能够提供周围的温度的影响被抑制的热式流量计1。

另外，本实施方式的热式流量计1的第1固定电阻14的形状与第2固定电阻15的形状相同。由此，能够提高第1固定电阻14的电阻值与第2固定电阻15的电阻值之比的精度。更详细而言，从削减制造成本的观点来看，上游侧温度传感器12、下游侧温度传感器13、第1固定电阻14以及第2固定电阻15例如由相同的材料形成。因此，由于热式流量计1的周围的温度的变化，与上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13同样地，第1固定电阻14以及第2固定电阻15的电阻值也发生变化。因而，如前所述，通过使第1固定电阻14的形状与第2固定电阻15的形状成为相同，能够提高这些电阻值与上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的电阻值之比的精度。由此，能够使上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的周围的温度的变化所致的输出电压的变动一致。因而，能够提供周围的温度的影响被抑制的热式流量计1。

另外，在本实施方式的热式流量计1中，第1固定电阻14与第2固定电阻15接近地配置。利用该结构，能够使第1固定电阻14与第2固定电阻15的温度大致一致。如前所述，上游侧温度传感器12、下游侧温度传感器13、第1固定电阻14以及第2固定电阻15例如由相同的材料形成。因此，第1固定电阻14以及第2固定电阻15的电阻值与热式流量计1的周围的温度的变化相应地变化。但是，如前所述，第1固定电阻14与第2固定电阻15接近地配置，从而能够降低第1固定电阻14与第2固定电阻15的温度差。由此，能够降低第1固定电阻14与第2固定电阻15的温度差所致的上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的输出的变动，能够提供更高精度的热式流量计1。

另外，本实施方式的热式流量计1具备基板2和设置于该基板2的隔膜3。而且，上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13设置于隔膜3，第1固定电阻14以及第2固定电阻15在隔膜3的外侧设置于基板2。利用该结构，与上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13相比，能够减小发热体11的发热对第1固定电阻14以及第2固定电阻15造成的热影响。由此，发热体11的温度变化所致的第1固定电阻14以及第2固定电阻15的温度变化被抑制，能够降低第1固定电阻14与第2固定电阻15的温度差。因而，能够抑制第1固定电阻14与第2固定电阻15的温度差所引起的热式流量计1的输出电压的变动，提供更高精度的热式流量计1。

如以上说明，根据本实施方式，能够单独地校正在上游侧温度传感器12和下游侧温度传感器13中产生的不同的脉动误差，能够提供精度比以往高的热式流量计1。

[实施方式2]

接下来，对本公开的热式流量计的实施方式2进行说明。图11为实施方式2的热式流量计1A的概略性电路图。

本实施方式的热式流量计1A与前述实施方式1的热式流量计1不同的点在于具备：第1模拟数字转换器51，其对上游侧温度传感器12的输出进行AD转换；以及第2模拟数字转换器52，其对下游侧温度传感器13的输出进行AD转换。本实施方式的热式流量计1A的其它点与前述实施方式1的热式流量计1相同，所以对同样的部分附加同样的符号，省略说明。

第1模拟数字转换器51例如被输入从检测元件10单独地取出的上游侧温度传感器12的输出，对该上游侧温度传感器12的输出进行AD转换，并输出至补偿部20。第2模拟数字转换器52例如被输入从检测元件10单独地取出的下游侧温度传感器13的输出，对该下游侧温度传感器13的输出进行AD转换，并输出至补偿部20。

本实施方式的热式流量计1A具备第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52，从而能够使来自上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的输出信号数字化。由此，与输入至补偿部20的信号为模拟信号的情况相比，能够进行更复杂的运算处理，能够提供脉动误差更小的热式流量计1。以下，对上游侧温度传感器12的信号线图以及补偿部20的运算处理内容进行说明。

图12为上游侧温度传感器12的信号线图。在此，将因来自上游侧温度传感器12的热传递而丧失的热量、即上游侧温度传感器12的热传递所致的散热量设为Qc。另外，将从发热体11通过导热而移动至上游侧温度传感器12的热输入量设为Qr。另外，将热传递系数设为kc，将上游侧温度传感器12的初始温度设为To，将上游侧温度传感器12的温度变化设为ΔT，将上游侧温度传感器12的热容量设为C，将导热率设为kr，将电桥灵敏度设为kb。

此时，上游侧温度传感器12的热传递所致的散热量Qc如以下的式(1)那样，利用热传递系数kc、上游侧温度传感器12的温度即上游侧温度传感器12的初始温度To与上游侧温度传感器12的温度变化ΔT之差、以及空气流量U的平方根的积表示。

[式1]

另外，从发热体11通过导热而移动至上游侧温度传感器12的热输入量Qr通过导热率kr与上游侧温度传感器12的温度变化ΔT之积来表示。另外，将上游侧温度传感器12的热容量C设为系数，对上述散热量Qc与上述热输入量Qr的差分进行积分，从而能够得到上游侧温度传感器12的温度变化ΔT。

由此，上游侧温度传感器12的温度变化ΔT经由由上游侧温度传感器12和第1固定电阻14构成的桥电路的灵敏度kb，作为传感器输出Vo而输出。也就是说，以使来自上游侧温度传感器12的散热量Qc与从发热体11向上游侧温度传感器12的热输入量Qr均衡的方式，作为系统进行动作，从而决定上游侧温度传感器12的温度变化ΔT，决定传感器输出Vo。

图13为改写图12的信号线图后的信号线图。在图13中，在积分器的反馈部配置导热率kr、以及热传递系数kc与空气流量U的平方根之积。这样的系统的响应速度根据积分器的系数和反馈部的系数来决定。即，上游侧温度传感器12的响应速度取决于空气流量U的平方根。

图14为图12的信号线图的反函数的信号线图。即，求出图12所示的信号线图的反函数，从而能够得到图14所示的信号线图。也就是说，在作为响应补偿电路的补偿部20中实施图14的信号线图所示的运算处理，从而能够进行上游侧温度传感器12的响应补偿，使上游侧温度传感器12的输出的饱和特性线性化。

热式流量计1A的脉动误差也因上游侧温度传感器12的响应延迟而产生，但上游侧温度传感器12的饱和特性也对热式流量计1的脉动误差造成影响。也就是说，由补偿部20实施图14的信号线图所示的运算处理，从而能够将上游侧温度传感器12的响应延迟以及上游侧温度传感器12的输出的饱和特性所致的脉动误差也进行校正。因此，能够提供脉动误差更加减少的热式流量计1。此外，关于下游侧温度传感器13，也在补偿部20中进行与上游侧温度传感器12同样的处理，从而能够更加降低热式流量计1A的脉动误差。

在本实施方式的热式流量计1A中，补偿部20具备响应补偿部24和线性化部25。线性化部25使上游侧温度传感器12的输出和下游侧温度传感器13的输出单独地线性化。响应补偿部24的频率特性中的截止频率根据导热率kr和热容量C确定。也就是说，响应补偿部24能够由具有固定的频率特性的响应补偿电路实现。另外，线性化部25也为将上游侧温度传感器12的散热量Qc和温度变化ΔT作为输入的静态函数，所以能够由二维映射图构成。

因此，在本实施方式的热式流量计1A中，补偿部20能够由具有固定的频率特性的响应补偿部24、以及由静态函数构成的线性化部25实现。通过实施这样的比较简单的运算处理，从而本实施方式的热式流量计1A能够对上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的响应延迟以及饱和特性所致的脉动误差也进行校正。

[实施方式3]

接下来，对本公开的热式流量计的实施方式3进行说明。图15为实施方式3的热式流量计1B的概略性电路图。本实施方式的热式流量计1B与前述实施方式2的热式流量计1A不同的点在于：具备决定基准电压的基准电压电路60，第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52与相同的基准电压电路60连接。

另外，本实施方式的热式流量计1B具备输出时钟信号的时钟产生器70，第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52与前述实施方式2的热式流量计1A不同的点在于：与相同的时钟产生器70连接，利用相同的时钟信号来进行动作。本实施方式的热式流量计1B的其它点与前述实施方式2的热式流量计1A相同，所以对同样的部分附加同样的符号，省略说明。

图16为表示第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52的输入输出特性的一个例子的曲线图。在图16中，用虚线L1表示第1模拟数字转换器51的输入输出特性，用实线L2表示第2模拟数字转换器52的输入输出特性。如图16所示，第1模拟数字转换器51的输入输出特性与第2模拟数字转换器52的输入输出特性不是相同的，稍微不同。从提高热式流量计1B的精度的观点来看，第1模拟数字转换器51的输入输出特性与第2模拟数字转换器52的输入输出特性的差异需要尽可能减少。

本实施方式的热式流量计1B如前所述具备决定基准电压的基准电压电路60，第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52与相同的基准电压电路60连接。利用该结构，能够降低第1模拟数字转换器51与第2模拟数字转换器52的输入输出特性的差异，能够提高热式流量计1B的测定精度。

另外，本实施方式的热式流量计1B如前所述具备输出时钟信号的时钟产生器70，第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52与相同的时钟产生器70连接，利用相同的时钟信号进行动作。利用该结构，能够降低第1模拟数字转换器51与第2模拟数字转换器52的输入输出特性的差异，能够提高热式流量计1B的测定精度。

进而，在本实施方式的热式流量计1B中，例如在第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52具备相同的电路结构的情况下，能够降低第1模拟数字转换器51与第2模拟数字转换器52的输入输出特性的差异。因而，能够提高热式流量计1B的测定精度。此外，相同的电路结构例如意味着具有包括相同的电路元件、相同的配线图案的相同的电路配置。

[实施方式4]

接下来，对本公开的热式流量计的实施方式4进行说明。图17为实施方式4的热式流量计1C的概略性电路图。本实施方式的热式流量计1C与前述实施方式2的热式流量计1A不同的点在于：具有故障判定部80，其基于上游侧温度传感器12的输出和下游侧温度传感器13的输出来判定故障。本实施方式的热式流量计1C的其它点与前述实施方式2的热式流量计1A相同，所以对同样的部分附加同样的符号，省略说明。

以下，基于与以往的热式流量计的对比，对本实施方式的热式流量计1C进行说明。图22为表示以往的热式流量计的检测元件的结构的一部分的电路图。图23为表示图22的检测元件的一部分的输出的曲线图。此外，在以往的热式流量计中，对与本实施方式的热式流量计1C同样的结构附加相同的符号，省略说明。

如图22所示，在以往的热式流量计的检测元件中，上游侧温度传感器12与下游侧温度传感器13串联地连接，下游侧温度传感器13与电源电压Vcc连接，上游侧温度传感器12与接地电位连接。另外，该以往的热式流量计的检测元件构成为由AD转换器50检测上游侧温度传感器12与下游侧温度传感器13之间的连接点的电压。

在该情况下，如图23所示，发热体11成为非加热状态的期间T1的AD转换器50的输出为电源电压Vcc/2。另外，在发热体11成为加热状态的期间T2，在空气的流量为0的状态的期间T21，上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的温度都上升。因此，AD转换器50的输出为电源电压Vcc/2。另外，在空气等气体向顺流方向流动并且流量增加的期间T22，上游侧温度传感器12的温度下降，下游侧温度传感器13的温度上升，所以AD转换器50的输出下降。

另外，在空气等气体向逆流方向流动并且流量增加的期间T23，上游侧温度传感器12的温度上升，下游侧温度传感器13的温度下降。因此，AD转换器50的输出增加。另外，在图22中，在电路在点A处断线的情况下，AD转换器50的输出成为电源电压Vcc/2。在该情况下，无法区分空气的流量为0的期间T21、和电路的断线，仅凭AD转换器50的输出无法检测点A的断线。

图18为表示图17的热式流量计1C的检测元件10的结构的一部分的电路图。图19为表示图18的检测元件10的一部分的输出的曲线图。相对于图22所示的以往的热式流量计，在图18所示的本实施方式的热式流量计1C中，将上游侧温度传感器12与第1固定电阻14串联地连接，将上游侧温度传感器12与电源电压Vcc连接，将第1固定电阻14与接地电位连接。另外，用第1模拟数字转换器51检测上游侧温度传感器12与第1固定电阻14的连接点的电压。

在该情况下，如图19所示，在发热体11为非加热的期间T1，第1模拟数字转换器51的输出为电源电压Vcc/2。另外，在发热体11为加热状态的期间T2，在空气的流量为0的期间T21，上游侧温度传感器12的温度上升。由此，第1模拟数字转换器51的输出因上游侧温度传感器12的温度上升而增加。

另外，在空气向顺流方向流动并且流量增加的期间T22，上游侧温度传感器12的温度下降。因此，第1模拟数字转换器51的输出比空气的流量为0的期间T21的输出电压下降。另外，在空气向逆流方向流动并且流量增加的期间T23，上游侧温度传感器12的温度上升。因此，上游侧温度传感器12的输出与空气的流量为0的期间T21的输出电压相比增加。

另外，在图18所示的电路在点A处断线的情况下，第1模拟数字转换器51的输出成为电源电压Vcc/2。在该情况下，点A发生断线时的第1模拟数字转换器51的输出电压、和空气的流量为0的期间T21的第1模拟数字转换器51的输出电压明确地被区分。即，由故障判定部80观测第1模拟数字转换器51的输出，检测是否处于规定的输出范围，从而能够检测电路的点A处的断线。

以上的上游侧温度传感器12的说明关于下游侧温度传感器13也同样地成立。因此，由故障判定部80判定第1模拟数字转换器51以及第2模拟数字转换器52的输出电压是否处于规定的范围内，从而能够检测热式流量计1C的电路的断线，能够诊断热式流量计1C的电路的断线。因而，根据本实施方式，能够提供可靠性高的热式流量计1C。

[实施方式5]

接下来，对本公开的热式流量计的实施方式5进行说明。图20为实施方式5的热式流量计1D的概略性电路图。本实施方式的热式流量计1D与前述实施方式2的热式流量计1A不同的点在于：具备加法器90，其将由补偿部20单独地进行响应补偿的上游侧温度传感器12的输出信号与下游侧温度传感器13的输出信号相加。另外，本实施方式的热式流量计1D与前述实施方式2的热式流量计1A不同的点在于：具备温度控制电路100，其基于加法器90的输出信号来控制发热体11的温度。本实施方式的热式流量计1D的其它点与前述实施方式2的热式流量计1A相同，所以对同样的部分附加同样的符号，省略说明。

上游侧温度传感器12的输出和下游侧温度传感器13的输出的平均与发热体11的温度成比例。因而，在本实施方式中，通过加法器90将由补偿部20进行了响应补偿的上游侧温度传感器12的输出与下游侧温度传感器13的输出相加，从而求出上游侧温度传感器12的输出与下游侧温度传感器13的输出的平均。然后，由温度控制电路100基于该加法器90的输出来控制发热体11的温度。由此，不需要用于检测发热体11的温度的特别的电路，能够降低热式流量计1D的成本。

另外，发热体11和上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13处于远离的位置。因此，在根据上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的输出的平均值求出发热体11的温度的情况下，会产生响应延迟，难以进行发热体11的高速的温度控制。但是，在本实施方式中，通过配置补偿部20，能够根据上游侧温度传感器12以及下游侧温度传感器13的输出的平均值高速地检测发热体11的温度。由此，能够由温度控制电路100高速地控制发热体11的温度，所以能够提供高速的响应的热式流量计1D。

[实施方式6]

最后，对本公开的热式流量计的实施方式6进行说明。图21为实施方式6的热式流量计1F的概略性电路图。本实施方式的热式流量计1F与前述实施方式2的热式流量计1A不同的点在于：具备加法器90、以及基于该加法器90的输出信号来进行灵敏度校正的乘法器110。本实施方式的热式流量计1F的其它点与前述实施方式2的热式流量计1A相同，所以对同样的部分附加同样的符号，省略说明。

上游侧温度传感器12的输出和下游侧温度传感器13的输出的平均与发热体11的温度成比例。因而，在本实施方式中，由加法器90将由补偿部20进行了响应补偿的上游侧温度传感器12的输出与下游侧温度传感器13的输出相加，从而求出上游侧温度传感器12的输出与下游侧温度传感器13的输出的平均。另外，上游侧温度传感器12的输出和下游侧温度传感器13的输出与发热体11的温度成比例。因而，通过用加法器90检测发热体11的温度，用乘法器110进行灵敏度校正，从而能够校正发热体11的温度的变动，能够提供更高精度的热式流量计1F。

以上，使用附图对本发明的实施方式进行了详细叙述，但具体的结构并不限定于该实施方式，即使存在不脱离本发明的要旨的范围内的设计变更等，它们也包含于本发明。

符号说明

1 热式流量计

1A 热式流量计

1B 热式流量计

1C 热式流量计

1D 热式流量计

1F 热式流量计

2 基板

3 隔膜

10 检测元件

11 发热体

12 上游侧温度传感器

13 下游侧温度传感器

14 第1固定电阻

15 第2固定电阻

16 电极焊盘

20 补偿部

21 乘法器

22 微分电路

23 加法器

24 响应补偿部

25 线性化部

30 减法器

40 脉动校正电路

50 AD转换器

51 第1模拟数字转换器

52 第2模拟数字转换器

60 基准电压电路

70 时钟产生器

80 故障判定部

90 加法器

100 温度控制电路

110 乘法器

Vcc 电源电压。

Claims (16)

1.一种热式流量计，其基于分别配置于发热体的上游侧和下游侧的上游侧温度传感器与下游侧温度传感器的温度差来测定气体的流量，该热式流量计的特征在于，具备：

检测元件，其单独地输出所述上游侧温度传感器的输出信号和所述下游侧温度传感器的输出信号；

补偿部，其对所述上游侧温度传感器的输出信号和所述下游侧温度传感器的输出信号单独地进行响应补偿；

第1模拟数字转换器，其对所述上游侧温度传感器的输出信号进行AD转换，并输出至所述补偿部；以及

第2模拟数字转换器，其对所述下游侧温度传感器的输出信号进行AD转换，并输出至所述补偿部，

所述补偿部具备响应补偿部和线性化部，

所述响应补偿部由具有固定的频率特性的响应补偿电路实现，对所述上游侧温度传感器的输出信号和所述下游侧温度传感器的输出信号单独地进行响应补偿，

所述线性化部由二维映射图构成，使响应补偿后的所述上游侧温度传感器的输出信号和所述下游侧温度传感器的输出信号单独地线性化。

2.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述上游侧温度传感器以及所述下游侧温度传感器为感热电阻或者热电偶。

3.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述检测元件具备：第1固定电阻，其与所述上游侧温度传感器串联地连接，并与接地电位连接；以及第2固定电阻，其与所述下游侧温度传感器串联地连接，并与接地电位连接。

4.根据权利要求3所述的热式流量计，其特征在于，

所述上游侧温度传感器的形状与所述第1固定电阻的形状相同。

5.根据权利要求3所述的热式流量计，其特征在于，

所述下游侧温度传感器的形状与所述第2固定电阻的形状相同。

6.根据权利要求3所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具备基板和设置于该基板的隔膜，

所述上游侧温度传感器以及所述下游侧温度传感器设置于所述隔膜，

所述第1固定电阻以及所述第2固定电阻在所述隔膜的外侧设置于所述基板。

7.根据权利要求3所述的热式流量计，其特征在于，

所述第1固定电阻与所述第2固定电阻接近地配置。

8.根据权利要求3所述的热式流量计，其特征在于，

所述第1固定电阻的形状与所述第2固定电阻的形状相同。

9.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具备线性化部，其使所述上游侧温度传感器的输出和所述下游侧温度传感器的输出单独地线性化。

10.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具有故障判定部，其基于所述上游侧温度传感器的输出和所述下游侧温度传感器的输出来判定故障。

11.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具备决定基准电压的基准电压电路，

所述第1模拟数字转换器以及所述第2模拟数字转换器与相同的所述基准电压电路连接。

12.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述第1模拟数字转换器以及所述第2模拟数字转换器具备相同的电路结构。

13.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具备输出时钟信号的时钟产生器，

所述第1模拟数字转换器以及所述第2模拟数字转换器与相同的所述时钟产生器连接，利用相同的所述时钟信号进行动作。

14.根据权利要求1所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具备加法器，其将由所述补偿部单独地进行了响应补偿的所述上游侧温度传感器的输出信号与所述下游侧温度传感器的输出信号相加。

15.根据权利要求14所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具备温度控制电路，其基于所述加法器的输出信号来控制所述发热体的温度。

16.根据权利要求14所述的热式流量计，其特征在于，

所述热式流量计具备乘法器，其基于所述加法器的输出信号来进行灵敏度校正。

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