CN1982855B - 具有数字输出的热式流量传感器 - Google Patents

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Abstract

一种热式流量传感器，具有电桥电路(100)，该电桥电路(100)包含通过被供给的电流而发热的发热电阻(1)、电阻值相应于发热电阻(1)温度产生而变化的温度检测体(2)、及电阻值相应于流体温度而产生变化的温度检测体(3)；热式流量传感器还具有比较部分(81)、数模转换器(63)、及输出运算部分(82)；该比较部分(81)按数字形式输出电桥电路(100)的中点电压差；该数模转换器(63)将比较部分(81)的输出转换成模拟信号，作为电流供给到发热电阻(1)；该输出运算部分(82)预定期间累计比较部分(81)的输出，将累计结果作为测定对象即流体的预定期间中的流量而输出。

Description

具有数字输出的热式流量传感器
技术领域
本发明涉及一种热式流量传感器，特别是涉及数字输出的热式流量传感器。 
背景技术
已知有通过按电的方式检测传递到流体的热量从而检测流体流量的热式流量传感器。 
例如，在日本特开2002-005717号公报(专利文献1)中公开了以下那样的热式流量传感器。即，具有在基片上关于流体的流动方向形成于上游侧的第1温度检测电阻，在基片上关于流体流动方向形成于下游侧的第2温度检测电阻，在基片上对第1和第2温度检测电阻进行加热地形成的发热电阻，及在基片上形成于不受发热电阻影响的位置的第1流体温度检测电阻和第2流体温度检测电阻；构成电桥电路地连接各电阻与1个或多个固定电阻，由与流体流量相应的第1温度检测电阻和第2温度检测电阻的温度变化导致不平衡状态，为了从该不平衡状态使电桥电路恢复成平衡状态，检测与流到发热电阻的流体流量具有相关关系的加热电流，从而测定流体流量。按照这样的构成，可有效地补偿具有流量依存性的散热系数的温度特性，可抑制传感器输出的温度依存性。 
然而，专利文献1记载的热式流量传感器为模拟输出，所以，为了获得用于连接到计算机和CPU(中央处理器)等的数字输出，需要具有模数(模拟到数字)转换器，模拟电路和数字电路的混合存在使电路构成变得复杂。 
在以下的说明中，数字输出意味着具有可取入到计算机和CPU等进行处理的“1”和“0”的形式的信号。 
为了解决这样的问题，例如在日本特开平3-042534号公报(专利文献2)、Y.Pan et al.，“A New Class of Integrated Thermal Oscillators with Duty-cycle Output for Application in Thermal Sensors，”Sensors and Actuators A21-A23(1990)pp.655-659(非专利 文献1)、及H.Verhoeven et al.，“Design of integrated thermal flow sensors using thermal sigma-delta modulation，”Sensors and Actuators A52(1996)pp.198-202(非专利文献2)中，作为可获得数字输出的热式流量传感器公开了采用∑Δ控制方法的热式流量传感器。 
可是，传感器的数字输出一般要求高分辨率和高速响应。然而，在专利文献2、非专利文献1和非专利文献2记载的热式流量传感器中，不具有作为传感器输出获得高分辨率和高速响应的数字输出的构成。例如，在非专利文献2记载的热式流量传感器中，如记载于非专利文献2的表1那样每隔20msec更新10位的传感器输出。即，非专利文献2记载的热式流量传感器输出仅具有10位的分辨率和50Hz的频率响应。 
发明内容
本发明的目的在于提供一种作为传感器输出可获得高分辨率和高速响应的数字输出的热式流量传感器。 
本发明提供一种热式流量传感器，用于测定流体的流量；其特征在于具有：通过被供给的电流而发热的发热电阻；由电阻值相应于上述发热电阻的温度而产生变化的第1温度检测体、电阻值相应于上述流体的温度而产生变化的第2温度检测体以及固定电阻构成的电桥电路；对上述第1温度检测体的两端部以外的上述第1温度检测体上的电压和上述第2温度检测体的两端部以外的上述第2温度检测体上的电压进行比较，将比较结果作为3位、或1位以外的其它位数以上的数字输出而输出的比较部分；将来自上述比较部分的比较结果的数字输出转换成模拟信号的数模转换器；根据由上述数模转换器转换了的上述模拟信号，且与上述发热电阻的电阻值的变化无关地确定上述电流的值，将确定了值的上述电流供给上述发热电阻的电压控制电流源；以及在预定期间累计上述比较部分的输出，将累计结果作为测定对象即上述流体在上述预定期间中的流量而输出的输出运算部分。 
本发明提供一种热式流量传感器，用于测定流体的流量；其特征在于具有：通过被供给的电流而发热的发热电阻；由电阻值相应于上述发热电阻的温度而产生变化的第1温度检测体、电阻值相应于上述流体的温度而产生变化的第2温度检测体以及固定电阻构成的电桥电路；对上述第1温度检测体的两端部以外的上述第1温度检测体上的电压和上述第2温度检测体的两端部以外的上述第2温度检测体上的 电压进行比较，对比较结果进行数字输出的比较部分；利用时钟脉冲数，对来自上述比较部分的比较结果的数字输出为恒定值的持续时间进行计数，输出3位计数值的计数器部分；将来自上述计数器部分的输出转换成模拟信号的数模转换器；根据由上述数模转换器转换了的上述模拟信号，且与上述发热电阻的电阻值的变化无关地确定上述电流的值，将确定了值的上述电流供给上述发热电阻的电压控制电流源；以及在预定期间累计上述计数器部分的输出，将累计结果作为测定对象即上述流体在上述预定期间中的流量而输出的输出运算部分。 
本发明提供一种热式流量传感器，用于测定流体的流量；其特征在于具有：通过被供给的电流而发热的发热电阻；由电阻值相应于上述发热电阻的温度而产生变化的第1温度检测体、电阻值相应于上述流体的温度而产生变化的第2温度检测体以及固定电阻构成的电桥电路；对上述第1温度检测体的两端部以外的上述第1温度检测体上的电压和上述第2温度检测体的两端部以外的上述第2温度检测体上的电压进行比较，将比较结果作为2位以上的数字输出而输出的比较部分；将来自上述比较部分的比较结果的数字输出转换成模拟信号的数模转换器；根据由上述数模转换器转换了的上述模拟信号，且与上述发热电阻的电阻值的变化无关地确定上述电流的值，将确定了值的上述电流供给上述发热电阻的电压控制电流源；以及根据预定期间中的上述比较结果的数字输出，在上述预定期间中测量供给到上述发热电阻的电流的电流量为大于等于预定值的时间的总和，将上述时间的总和的测量结果作为测定对象即上述流体在上述预定期间中的流量而输出的输出运算部分。 
按照本发明，作为传感器输出，可获得高分辨率和高速响应的数字输出。 
本发明的上述和其它目的、特征、方面和优点通过下面的与附图相关地理解的、关于本发明的详细说明而变得明确。 
附图说明
图1为示出本发明第1实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图2为时钟脉冲23、分频时钟脉冲24、更新信号25、及更新信号26的时序图。 
图3A为示出小流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。图3B为大流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。 
图4为示出本发明第2实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图5为示出本发明第3实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图6A为示出小流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。图6B为大流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。 
图7为示出本发明第4实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图8为示出本发明第5实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图9为示出电压控制电流源15的构成的电路图。 
图10为示出电压控制电流源15的另一构成例的电路图。 
图11为本发明第5实施形式的热式流量传感器的检测元件的平面图。 
图12为图11的XII-XII的截面图。 
图13为发热电阻1和发热体温度检测体2及其周边部分的放大图。 
图14为流体温度检测体3及其周边部分的放大图。 
图15为示出本发明第5实施形式的热式流量传感器的安装形式的图。 
图16A为示出小流量时的中间点97和中间点98的电压和比较器10的输出的图。图16B为示出大流量时的中间点97和中间点98的电压和比较器10的输出的图。 
图17为示出通过模拟计算出的时钟脉冲计数值N的流量依存性的曲线图。 
图18为示出通过模拟计算出的ΔTh的流量依存性的曲线图。 
图19为示出数字输出21的温度系数的依存性的图。 
图20为示出时钟脉冲计数值N的温度特性的模拟结果的图。 
图21为示出本发明第6实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图22为示出本发明第7实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图23为示出本发明第8实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图24为示出本发明第9实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
图25为示出本发明第10实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。 
具体实施方式
下面，根据附图说明本发明的实施形式。图中相同或相当的部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第1实施形式> 
[构成和基本动作] 
图1为示出本发明第1实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如图所示，热式流量传感器具有发热电阻1、发热体温度检测体(第1温度检测体)2、流体温度检测体(第2温度检测体)3、固定电阻4～6、固定电源9、时钟脉冲发生器12、数模(数字到模拟)转换器63、固定电源14、更新信号生成器17、逆变器19、比较部分81、及输出运算部分82。更新信号生成器17包含分频器17a、延迟电路17b、门17c、“与”门22。比较部分81包含差动放大器43、模数转换器44、及触发器(flip-flop)62。输出运算部分82包含计数器64a～64c、触发器(flip-flop)65、及加权加法器45。 
发热体温度检测体2相应于温度改变电阻值。发热电阻1配置于 发热体温度检测体2的近旁，由供给的电流(以下也称加热电流)I16发热，对发热体温度检测体2进行加热。流体温度检测体3配置在不由发热电阻1加热的位置，电阻值相应于流体的温度变化。 
由发热体温度检测体2、流体温度检测体3、固定电阻4～6构成电桥电路100。发热体温度检测体2和固定电阻6的连接点成为电桥电路100的中点7，流体温度检测体3和固定电阻5的连接点成为电桥电路100的中点8。在这里，电桥电路100的中点7和8为电桥电路100处于平衡状态时成为等电位的点。 
另外，电桥电路100的中点电压意味着发热体温度检测体2与固定电阻6的连接点的电压，另外，意味着流体温度检测体3与固定电阻5的连接点的电压。 
发热电阻1、发热体温度检测体2、流体温度检测体3例如由铂、镍等电阻值随温度变化的热敏电阻材料形成。 
例如在1g/s～200g/s间的预定流量下，当电桥电路100处于平衡状态时，使发热体温度检测体2的温度比流体温度检测体3的温度高一定温度地决定固定电阻4～6的电阻值。 
差动放大器43在非反相输入端子连接电桥电路100的中点7，在反相输入端子连接电桥电路100的中点8。差动放大器43输出与中点7和中点8的电压差对应的模拟电压。 
模数转换器44具有3位的分辨率，将从差动放大器43接收到的模拟电压转换成数字值，作为数据D1～D3输出。在这里，模数转换器44的输出数据D1与LSB对应，另外，输出数据D3与MSB对应。模数转换器44的分辨率不限于3位，也可为其它位数。 
触发器62按由时钟脉冲发生器12生成的时钟脉冲23的时序对从模数转换器44接收到的数据D1～D3进行取样和保持，输出保持的数据。 
数模转换器63根据从固定电源14供给的基准电压Vref将从触发器62接收到的数据D1～D3转换成模拟电压，供给到发热电阻1。即，数模转换器63根据比较部分81的输出将加热电流供给到发热电 阻1。另外，数模转换器63的分辨率为3位。 
当中点7和中点8的电压差小时，差动放大器43的输出电压变小，所以，从数模转换器63供给到发热电阻1的电压减小，当中点7和中点8的电压差大时，差动放大器43的输出电压增大，所以，从数模转换器63供给到发热电阻1的电压增大。另外，由于模数转换器44的分辨率为3位，所以，供给到发热电阻1的电压按8级变化。 
更新信号生成器17生成更新信号25。更为详细地说，分频器17a将时钟脉冲23分频，转换成频率低的分频时钟脉冲。延迟电路17b使从分频器17a接收到的分频时钟脉冲延迟后输出。门17c输出从分频器17a接收到的分频时钟脉冲与使从延迟电路17b接收到的时钟脉冲的逻辑电平反相后的时钟脉冲的逻辑与。“与”门22将从门17c接收到的数据与时钟脉冲23的逻辑与作为更新信号25输出。 
逆变器19输出将更新信号25的逻辑电平反相后的更新信号26。 
计数器64a～64c分别在从触发器62接收到的数据D1～D3为高电平期间，对时钟脉冲23的数量进行计数，输出9位的计数结果CNTD1～CNTD3。另外，计数器64a～64c按从逆变器19接收到的更新信号26的下降沿时刻复位，计数结果CNTD1～CNTD3的各位全部为低电平。在这里，计数器64a～64c的输出为数字输出，在该图中，用1根粗虚线表示计数器64a～64c的输出，但实际上存在计数器64a～64c的输出位数相等数量的输出线。该图的CNTD1～3<0..8>表示通过粗虚线的数据为9位。在以下的说明中，粗虚线意味着数字总线输出。 
触发器65按从“与”门22接收到的更新信号25的上升沿时刻对从计数器64a～64c接收到的计数结果CNTD1～CNTD3进行取样保持，将保持的数据作为计数结果CNTQ1～CNTQ3输出。 
加权加法器45在使从触发器65接收到的计数结果CNTQ1～CNTQ3分别成为1倍、2倍或4倍后进行加法运算。该加法运算结果成为更新信号25和更新信号26的1个周期的加热电流电平的总量。然后，加权加法器45将加法运算结果作为热式流量传感器的数字输出 21输出。 
触发器65按更新信号25的上升沿时刻刚输出数字输出21后，更新信号26下降，从计数器64a～64c输出的计数结果CNTD1～CNTD3的各位全部成为低电平。因此，按更新信号25和更新信号26的每一周期更新数字输出21。 
图2为时钟脉冲23、分频时钟脉冲24、更新信号25、及更新信号26的时序图。 
如该图所示，计数器64a～64c按更新信号26的下降沿时刻将时钟脉冲23的计数值置零。触发器65按更新信号25的上升沿时刻即计数器64a～64c即将对时钟脉冲23的计数值置零之前的时刻，对从计数器64a～64c接收到的计数结果进行取样和保持，将保持的数据作为计数结果CNTQ1～CNTQ3输出。 
[动作] 
下面，说明本发明第1实施形式的热式流量传感器的动作。下面，再次参照图1可以看出，当流体相对发热体温度检测体2流动时，发热体温度检测体2被冷却，电阻值减小。 
当发热体温度检测体2的电阻值变小时，中点7的电压上升，差动放大器43的输出电压增大，模数转换器44的输出数据成为较大的值。 
触发器62按由时钟脉冲发生器12生成的时钟脉冲23的时序对从模数转换器44接收到的数据D1～D3进行取样和保持，输出保持的数据。 
数模转换器63将从触发器62接收到的较大值的数据D1～D3转换成对应的高电压值的模拟电压，供给到发热电阻1。 
当向发热电阻1供给高电压即供给电流值大的加热电流时，发热电阻1的发热量增大，发热电阻1的温度上升。当发热电阻1的温度上升时，处于发热电阻1近旁的发热体温度检测体2的温度也上升，中点7的电压下降。在中点7的电压比中点8的电压高的期间，持续将电流值大的加热电流供给到发热电阻1。 
当中点7的电压比中点8的电压低时，差动放大器43的输出电压减小，模数转换器44的输出数据成为较小的值。数模转换器63将从触发器62接收到的较小值的数据D1～D1转换成对应的低电压值的模拟电压，供给到发热电阻1。 
由于从数模转换器63供给的电压即加热电流减小，所以，发热电阻1的温度下降。当发热电阻1的温度下降时，位于发热电阻1近旁的发热体温度检测体2的温度也降低，中点7的电压上升。 
图3A为示出小流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。图3B为示出大流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。 
如图3A所示那样，中点7的电压33a关于中点8的电压34a朝上下振动。在流体流量较小的场合，冷却效果小，即，从发热电阻1往流体的散热量减小。这样，发热体温度检测体2的电阻值的下降幅度减小，所以，中点7的电压上升幅度减小，中点7和中点8的电压差减小。因此，模数转换器44的输出数据成为较小的值，加热电流取用0～2表示的电平的电流值。由于冷却效果小，所以，即使加热电流的电平低，发热电阻1的温度也在较短的加热时间上升，所以，中点7和中点8的电压差在差动放大器43经过短时间即变负，从模数转换器44输出的数据D1～D3全部成为低电平，加热电流的电平成为0。另外，由于冷却效果小，所以，一旦发热电阻1的温度上升，要很长时间才下降，加热电流的电平为0的状态长时间继续。 
如图3B所示那样，中点7的电压33b关于中点8的电压34b朝上下振动。在流体流量较大的场合，冷却效果大，即，从发热电阻1往流体的散热量增大。这样，发热体温度检测体2的电阻值的下降幅度增大，所以，中点7的电压上升幅度增大，中点7和中点8的电压差增大。因此，模数转换器44的输出数据成为较大的值，加热电流取用0～6表示的电平的电流值。由于冷却效果大，所以，即使加热电流的电流量大，发热电阻1的温度不容易上升，中点7和中点8的电压差在差动放大器43变负需要较长时间。另外，由于冷却效果大，所以， 即使发热电阻1的温度一时上升，也立即下降，加热电流的电平为0的状态在短时间结束。 
如图3A所示那样，在流体流量小的场合，在时钟脉冲23的3个周期的时间将合计3电平(レベル)的加热电流供给到发热电阻1。另外，如图3B所示那样，在流体流量大的场合，在时钟脉冲23的3个周期的时间将合计12电平(レベル)的加热电流供给到发热电阻1。 
因此，通过计算出预定期间的模数转换器44的输出数据的总量，从而可检测预定期间中的流体流量。 
其中，在本发明第1实施形式的热式流量传感器中，由于模数转换器44的分辨率为3位，所以，可按1次的时钟脉冲动作即时钟脉冲23的1个时钟脉冲获得最大7的传感器输出。 
另外，在本发明第1实施形式的热式流量传感器中，计数器64a～64c的时钟脉冲即时钟脉冲23的频率为714kHz。另外，更新信号25和更新信号26成为2kHz地构成更新信号生成器17。在该场合，计数器64a～64c的输出位数可为9位。另外，加权加法器45分别使计数器64a～64c的计数结果CNTQ1～CNTQ3为1倍、2倍、或4倍后进行加法运算，所以，数字输出21成为11位。 
可是，专利文献1记载的热式流量传感器为模拟输出，所以，为了获得数字输出，需要具有模数转换器，模拟电路和数字电路混合存在导致电路构成复杂。另外，在专利文献2、非专利文献1、及非专利文献2记载的热式流量传感器中，不具有作为传感器输出获得高分辨率和高速响应的数字输出的构成。 
然而，在本发明第1实施形式的热式流量传感器中，比较部分81比较电桥电路100的中点7和中点8的电压，按数字形式输出比较结果。计数器64a～64c在从比较部分81接受到的数据D1～D3为高电平期间，对时钟脉冲23进行计数。然后，加权加法器45在分别使计数器64a～64c的计数结果CNTQ1～CNTQ3为1倍、2倍、或4倍后进行加法运算。该加法运算结果成为更新信号25和更新信号26的1个周期间的加热电流电平的总量，作为热式流量传感器的11位的数字 输出21输出。另外，按更新信号25和更新信号26的每一周期，更新数字输出21。按照这样的构成，不需要为了将传感器的模拟输出转换成数字输出而设置模数转换器，可实现电路构成的简化。另外，可获得11位的分辨率和2kHz频率响应的数字输出21，所以，可获得高分辨率和高速响应的传感器输出。 
另外，在本发明第1实施形式的热式流量传感器中，作为时钟脉冲23，可按714kHz的低速频率获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别电路元件，可简化电路构成和降低制造成本。 
另外，在本发明第1实施形式的热式流量传感器中，为了获得具有11位的分辨率的数字输出21，只要将模数转换器44的分辨率设为3位即可，可防止具有高分辨率的模数转换器导致电路构成复杂化和制造成本增大。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。对图中相同或相当部分采用相同符号反复进行其说明。 
<第2实施形式> 
本实施形式涉及相对第1实施形式的热式流量传感器改变模数转换器44的输出数据的计数方法的热式流量传感器。以下说明内容以外的构成和动作与第1实施形式的热式流量传感器相同。 
图4为示出本发明第2实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示那样，热式流量传感器与第1实施形式的热式流量传感器相比，在输出运算部分82包含加法器46、触发器47、及触发器66。 
加法器46将从触发器62接收到的数据D1～D3与从加法器47接收到的加法运算结果SUMB相加，输出加法运算结果SUMD。 
触发器47按时钟脉冲23的时序对从加法器46接收到的加法运算结果SUMD进行取样和保持，将保持的数据作为加法运算结果SUMB输出到加法器46和触发器66。另外，触发器47按从逆变器19接收到的更新信号26的下降沿时刻复位，加法运算结果SUMB的 各位全部成为低电平。 
触发器66按从“与”门22接收到的更新信号25上升沿时刻对从触发器47接收到的加法运算结果SUMB进行取样和保持。该保持的数据成为更新信号25和更新信号26的1个周期间的加热电流电平的总量。触发器66将保持的数据作为热式流量传感器的数字输出21输出。 
触发器66刚按更新信号25上升沿时刻输出数字输出21后，更新信号26下降，从触发器47输出的加法运算结果SUMB的各位全部成为低电平。因此，按更新信号25和更新信号26的每个周期更新数字输出21。另外，作为数字输出21的触发器66的输出数据为11位。 
因此，在本发明第2实施形式的热式流量传感器中，与第1实施形式的热式流量传感器同样，不需要为了将传感器的模拟输出转换成数字输出而设置模数转换器，可简化电路构成。另外，可获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可获得高分辨率和高速响应的传感器输出。另外，作为时钟脉冲23，可按714kHz的低速频率获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别电路元件，可简化电路构成和降低制造成本。另外，为了获得具有11位的分辨率的数字输出21，只要使模数转换器44的分辨率为3位即可，可防止设置高分辨率的模数转换器而使电路构成复杂化和制造成本增大。另外，在本发明第2实施形式的热式流量传感器中，由于加法器46直接进行比较部分81的输出数据的加法运算，所以，不需要计数器64a～64c。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第3实施形式> 
本实施形式涉及相对第1实施形式的热式流量传感器改变比较部分81的构成和比较部分81输出的计数方法的热式流量传感器。以下说明内容以外的构成和动作与第1实施形式的热式流量传感器相同。 
图5为示出本发明第3实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示那样，热式流量传感器相对于第1实施形式的热式流量传感器，在比较部分81包含比较器10。输出运算部分82包含计数器64a～64c、触发器65、加权加法器45。计数器部分84包含计数器48、“与”门49、“与非”门50、及逆变器67。 
比较器10在非反相输入端子连接电桥电路100的中点7，在反相输入端子连接电桥电路100的中点8。比较器10比较中点7和中点8的电压，根据比较结果输出逻辑电平高(以下称高电平)或低(以下称低电平)的数据。换言之，比较器10输出与中点7和中点8的电压的大小关系对应的2值电压。 
逆变器67使比较器10的输出数据的逻辑电平反相后输出。计数器48对时钟脉冲23的时钟脉冲数进行计数。然后，当比较器10的输出数据为低电平时，计数器48对计数值进行复位。即，计数器48将比较器10的输出数据为高电平的继续时间作为时钟脉冲23的时钟脉冲数而进行计数，输出计数结果D1～D3。 
数模转换器63根据从固定电源14供给的基准电压Vref将从计数器48接收到的数据D1～D3转换成模拟电压，供给到发热电阻1。即，数模转换器63根据计数器部分83的输出将加热电流供给到发热电阻1。 
在由“与”门49和“与非”门50构成的组合电路中，当计数结果D1～D3全部为高电平时，“与非”门50的输出成为低电平，“与”门49的输出成为低电平，所以，计数器48的ENP端子成为低电平。计数器48在ENP端子成为低电平时停止计数，维持计数结果D1～D3全部为高电平的状态。即，计数器48在比较器10的输出数据为高电平的状态继续大于等于时钟脉冲23的7个周期的场合停止计数。按照这样的构成，在计数器48中，可防止从计数结果D1～D3全部为高电平的状态进一步对时钟脉冲23进行计数、计数结果D1～D3全部成为低电平的状态。另外，由于计数器48的输出为3位，所以，加热电流按8级变化。 
输出运算部分82计算出更新信号25的1个周期间的加热电流电平的总量将其作为数字输出21输出的构成与第1实施形式的热式传感器相同。 
图6A为示出小流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。图6B为大流量时的中点7和中点8的电压、时钟脉冲23及加热电流的图。 
如图6A所示那样，中点7的电压33a关于中点8的电压34a朝上下振动。如使用图3A说明的那样，在流体流量较小的场合，中点7和中点8的电压差减小。因此，模数转换器44的输出数据成为较小的值，加热电流取用0～2表示的电平的电流值。另外，一旦发热电阻1的温度上升，要很长时间才下降，加热电流的电平为0的状态长时间继续。 
如图6B所示那样，中点7的电压33b关于中点8的电压34b朝上下振动。如使用图3B说明的那样，在流体流量较大的场合，中点7和中点8的电压差增大。因此，模数转换器44的输出数据成为较大的值，加热电流取用0～4表示的电平的电流值。另外，中点7和中点8的电压差在差动放大器43要很长时间才变负，另一方面，即使发热电阻1的温度一时上升，也立即下降，加热电流的电平为0的状态在短时间结束。 
如图6A所示那样，在流体流量小的场合，在时钟脉冲23的4个周期的时间将合计3电平(レベル)的加热电流供给到发热电阻1。另外，如图6B所示那样，在流体流量大的场合，在时钟脉冲23的4个周期的时间将合计10电平(レベル)的加热电流供给到发热电阻1。 
其中，在本发明第3实施形式的热式流量传感器中，计数器48输出3位的计数结果，所以，与第1实施形式的热式流量传感器同样，可在1次的时钟脉冲动作即时钟脉冲23的1个时钟脉冲获得最大7的传感器输出。 
因此，在本发明第3实施形式的热式流量传感器中，与第1实施形式的热式流量传感器同样，不需要为了将传感器的模拟输出转换成 数字输出而设置模数转换器，可简化电路构成。另外，在本发明第3实施形式的热式流量传感器中，输出运算部分82的构成与在第1实施形式的热式流量传感器相同，所以，可获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，可获得高分辨率和高速响应的传感器输出。另外，作为时钟脉冲23，可按714kHz的低速频率获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别的电路元件，可简化电路构成和降低制造成本。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第4实施形式> 
本实施形式涉及组合第2实施形式和第3实施形式的热式流量传感器的一部分的热式流量传感器。以下说明内容以外的构成和动作与第1实施形式的热式流量传感器相同。 
图7为示出本发明第4实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示那样，比较部分81将比较器10的输出数据为高电平的继续时间计数成时钟脉冲23的时钟脉冲数进行计数的构成与第3实施形式的热式流量传感器相同。 
另外，输出运算部分82计算出更新信号25的1个周期间的加热电流电平的总量作为数字输出21输出的构成，与第2实施形式的热式流量传感器相同。 
因此，在本发明第4实施形式的热式流量传感器中，与第2实施形式和第3实施形式的热式流量传感器同样，不需要为了将传感器的模拟输出转换成数字输出而设置模数转换器，可简化电路构成。另外，由于可获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可获得高分辨率和高速响应的传感器输出。另外，作为时钟脉冲23，可按714kHz的低速频率获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别的电路元件，可简化电路构成和降低制造成本。另 外，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，由于加法器46直接进行比较部分81的输出数据的加法运算，所以，不需要计数器64a～64c。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第5实施形式> 
本实施形式涉及抑制传感器输出的温度依存性的热式流量传感器。以下说明内容以外的构成和动作与第1实施形式的热式流量传感器相同。 
[构成和基本动作] 
图8为示出本发明第5实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示那样，热式流量传感器具有发热电阻1、发热体温度检测体(第1温度检测体)2、流体温度检测体(第2温度检测体)3、固定电阻4～6、固定电源9、时钟脉冲发生器12、数模(数字到模拟)转换器13、固定电源14、电压控制电流源15、更新信号生成器17、逆变器19、比较部分81、及输出运算部分82。更新信号生成器17包含分频器17a、延迟电路17b、门17c、“与”门22。比较部分81包含比较器10和触发器11。输出运算部分82包含计数器18和触发器20。 
由发热体温度检测体2、流体温度检测体3、固定电阻4～6构成电桥电路100。在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，发热体温度检测体2的中间点97与电桥电路100的中点7相当，流体温度检测体3的中间点98与中点8相当。 
比较器10在非反相输入端子连接发热体温度检测体2的中间点97，在反相输入端子连接流体温度检测体3的中间点98。比较器10比较中间点97和中间点98的电压，根据比较结果，输出高电平或低电平的数据。 
触发器11按由时钟脉冲发生器12生成的时钟脉冲23的时序对从比较器10接收到的数据进行取样和保持，输出保持的数据。 
数模转换器13根据从固定电源14供给的基准电压Vref将从触发器11接收到的数据转换成模拟电压后输出。另外，数模转换器13的分辨率为1位。 
电压控制电流源15将从数模转换器13接收到的模拟电压转换成电流，作为加热电流I16供给到发热电阻1。另外，电压控制电流源15仅根据从数模转换器13接收到的模拟电压决定加热电流I16的值，该加热电流I16的值不受发热电阻1的电阻值变化的影响。因此，在数模转换器13的输出电压恒定的期间，加热电流I16的值除了干扰和电路元件的噪声成分等导致的变动外，保持恒定。 
图9为示出电压控制电流源15的构成的电路图。如该图所示那样，电压控制电流源15包含差动放大器71和电阻值R的电阻73。从数模转换器13将模拟电压Vin输入到差动放大器71的非反相输入端子，在反相输入端子连接发热电阻1的一端和电阻73的一端，在输出端子连接发热电阻1的另一端。电阻73的另一端连接到接地电位。 
图10为示出电压控制电流源15的另一构成的电路图。如该图所示那样，电压控制电流源15包含差动放大器71、差动放大器72、电阻值R的电阻73、及电阻值R1的电阻74～77。在差动放大器71的非反相输入端子连接电阻74的一端和电阻75的一端，在反相输入端子连接电阻76的一端和电阻77的一端，在输出端子连接电阻74的另一端和电阻73的一端。在差动放大器72的非反相输入端子连接电阻73的另一端和发热电阻1的一端，在反相输入端子连接输出端子和电阻76的另一端。发热电阻1的另一端和电阻77的另一端连接到接地电位。从数模转换器13将模拟电压Vin输入到电阻71的另一端。 
在图9和图10的构成中，都由差动放大器71构成负反馈电路，所以，供给到发热电阻1的加热电流I16与发热电阻1的电阻值无关地成为Vin/R，即，即使发热电阻1的电阻值随温度等产生变化，加热电流I16也保持为基于模拟电压Vin的电流值。 
再次参照图4可以看出，在从触发器11接收到的数据为高电平期间，计数器18对时钟脉冲23的数量进行计数。另外，计数器18 从逆变器19接收更新信号26，按更新信号26的下降沿时刻将时钟脉冲23的计数值置零。 
触发器20按从更新信号生成器17接收到的更新信号25的上升沿时刻对从计数器18接收到的计数结果进行取样和保持，将保持的数据作为热式流量传感器的数字输出21输出。 
再次参照图2可以看出，计数器18按更新信号26的下降沿时刻将时钟脉冲23的计数值置零。触发器20按更新信号25的上升沿时刻，即计数器18即将对时钟脉冲23的计数值进行置零前的时刻，对从计数器18接收到的计数结果进行取样和保持，将保持的数据作为热式流量传感器的数字输出21输出。 
下面，说明本发明第5实施形式的热式流量传感器的检测元件的构造。 
图11为本发明第5实施形式的热式流量传感器的检测元件的平面图。图12为图11的XII-XII的截面图。但是，图12将图11的XII-XII的尺寸多少放大一些示出。图13为发热电阻1和发热体温度检测体2及其周边部分的放大图。图14为流体温度检测体3及其周边部分的放大图。 
如图12所示那样，在硅基片28上形成绝缘膜30，通过腐蚀除去绝缘膜30的背侧的硅基片的一部分，形成膜片27。在膜片27上形成有由例如铂等具有正温度系数的热敏电阻材料构成的发热电阻1和发热体温度检测体2。发热电阻1和发热体温度检测体2由绝缘膜31保护表面。 
如图11所示那样，流体温度检测体3在不易受到发热电阻1的热影响的位置按与发热电阻1和发热体温度检测体2同样的材料和方法形成。 
如图13所示那样，从发热电阻1和发热体温度检测体2的两端和中间点97延伸布线，通过形成于布线终端的图11所示焊垫(pad)29与图8中的各电路连接。 
如图14所示那样，从流体温度检测体3两端和中间点98延伸布 线，通过形成于布线终端的图11所示焊垫29与图8的各电路连接。 
另外，图15为示出本发明第5实施形式的热式流量传感器的安装形式的图。如该图所示，相对于附设于流体流通的管路等的传感器支承部分(保持架等安装构件)70，使硅基片28的基片面沿流体的流动方向即基片面平行于流线地安装热式流量传感器。此时，决定热式流量传感器的方向，使得形成于膜片(薄壁部分)27的发热体温度检测体2的上游部分2a关于流动方向处于上游侧，同时，发热体温度检测体2的下游部分2b关于流动方向处于下游侧。 
[动作] 
下面，说明本发明第5实施形式的热式流量传感器的动作。如图12所示那样，流体从该图所示箭头方向流动时，发热体温度检测体2的上游部分2a比下游部分2b容易冷却，所以，上游部分2a的电阻值比下游部分2b的电阻值小。 
再次参照图8可以看出，当上游部分2a的电阻值比下游部分2b的电阻值小时，发热体温度检测体2的中间点97的电压上升，比较器10的输出数据成为高电平。 
触发器11按时钟脉冲23的上升沿时刻对从比较器10接收到的高电平的数据进行取样和保持，输出保持的高电平的数据。 
数模转换器13根据从固定电源14供给的基准电压Vref将从触发器11接收到的高电平的数据转换成对应的模拟电压(以下也称高电压)。 
电压控制电流源15将从数模转换器13接收到的电压转换成对应的电流(以下也称高电平的电流或高电流)，供给到发热电阻1。 
当向发热电阻1供给高电流时，发热电阻1的发热量增加，发热电阻1的温度上升。当发热电阻1的温度上升时，处于发热电阻1近旁的发热体温度检测体2的温度也上升，中间点97的电压下降。在中间点97的电压比流体温度检测体3的中间点98的电压高的期间，高电流持续供给到发热电阻1。 
当中间点97的电压比中间点98的电压低时，比较器10的输出 数据成为低电平，触发器11向数模转换器13输出低电平的数据。数模转换器13将从触发器11接收到的低电平的数据转换成对应的模拟电压(以下也称低电压)。 
电压控制电流源15将从数模转换器13接收到的低电压转换成对应的电流(以下也称为低电平的电流或低电流)，供给到发热电阻1。在该场合，数模转换器13为1位，低电流为0A。 
由于从电压控制电流源15供给的电流为0A，所以，发热电阻1不发热，温度下降。当发热电阻1的温度下降时，处于发热电阻1近旁的发热体温度检测体2的温度也下降，中间点97的电压上升。在中间点97的电压比中间点98的电压低的期间，加热电流仍为0A。 
图16A为示出小流量时的中间点97和中间点98的电压和比较器10的输出的图。图16B为示出大流量时的中间点97和中间点98的电压和比较器10的输出的图。 
如该图16A所示那样，中间点97的电压33a关于中间点98的电压34a朝上下振动。在流体流量较小的场合，从发热电阻1往流体的散热量减小，所以，发热电阻1的温度在短加热时间内上升，一旦发热电阻1的温度上升，要很长时间才下降。因此，低电流从电压控制电流源15供给到发热电阻1的时间变长。即，比较器10的输出35a为高电平的时间变短，低电平的时间变长。 
如该图16B所示那样，中间点97的电压33b关于中间点98的电压34b朝上下振动。在流体流量大的场合，从发热电阻1往流体的散热量增大，所以，发热电阻1的温度上升需要较长的加热时间，即使温度一时上升，也在短时间内下降。因此，高电流从电压控制电流源15供给到发热电阻1的时间变长。即，比较器10的输出35b为高电平的时间变长，低电平的时间变短。 
因此，通过测量预定期间的比较器10输出数据为高电平的时间或为低电平的时间，即测量在预定期间中加热电流的电流量大于等于预定值(加热电流为高电流)的时间，从而可检测预定期间中的流体流量。 
如上述那样，计数器18在从触发器11接收到的数据即比较器10的输出数据为高电平的期间，对时钟脉冲23的数量进行计数。计数器18按更新信号26的下降沿时刻将时钟脉冲23的计数值置零。计数器18即将置零前的计数值成为表示流体流量的数字输出21。 
下面，在假定时钟脉冲23具有5MHz的频率、更新信号25具有2kHz的频率的条件下进行说明。 
计数器18由于按2kHz的更新信号25的1个周期间即0.5msec的1个周期间对5MHz的时钟脉冲23进行计数，所以，可对最大2500个时钟脉冲数进行计数。因此，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，可获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21。 
设按某一流量在时间t期间计数的时钟脉冲数为N。在这里，更新信号25的周期即计数器18的时钟脉冲计数时间为t(在本实施形式中为0.5msec)。根据该时钟脉冲计数值N，决定本发明第5实施形式的热式流量传感器的数字输出21。 
当设时钟脉冲23的周期即由计数器18计数的时钟脉冲的周期为tc(在本实施形式中为0.2μsec)时，电压控制电流源15供给到发热电阻1的加热电流成为高电平(IH)的时间tH按下式表示。 
[式1] 
tH＝N·tc    ...(1) 
加热电流为低电平(IL)的时间tL由下式表示。 
[式2] 
t L = ( t t c - N ) &CenterDot; t c . . . ( 2 )
其中，当设发热电阻1的电阻值为Rh时，在稳定状态下在时间t的期间由发热电阻1产生的发热能量Eh按下式表示。 
[式3] 
Eh＝Rh·IH 2·tH+Rh·IL 2·tL    ...(3) 
[式4] 
= R h &CenterDot; I H 2 N &CenterDot; t c + R h &CenterDot; I L 2 ( t t c - N ) &CenterDot; t c . . . ( 4 )
如设散热系数为H，发热电阻1与流体的温差为ΔTh，则从发热电阻1散失到周围的能量Ec由下式表示。 
[式5] 
Ec＝H·ΔTh·t    ...(5) 
由于在稳定状态下Eh＝Ec，所以，下式成立。 
[式6] 
R h &CenterDot; I H 2 N &CenterDot; t c + R h &CenterDot; I L 2 ( t t c - N ) &CenterDot; t c = H &CenterDot; &Delta; T h &CenterDot; t . . . ( 6 )
[式7] 
R h &CenterDot; I H 2 N + R h &CenterDot; I L 2 ( t t c - N ) = H &CenterDot; &Delta; T h &CenterDot; t t c . . . ( 7 )
[式8] 
R h &CenterDot; ( I H 2 - I L 2 ) N = ( H &CenterDot; &Delta; T h - R h &CenterDot; I L 2 ) t t c . . . ( 8 )
如解关于N的方程式(8)，则N由下式表示。 
[式9] 
N = H &CenterDot; &Delta; T h - R h &CenterDot; I L 2 R h &CenterDot; ( I L 2 - I L 2 ) t t c . . . ( 9 )
[式10] 
= 1 I H 2 - I L 2 ( H &CenterDot; &Delta; T h R h - I L 2 ) t t c . . . ( 10 )
其中，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，由于从电压控制电流源15向发热电阻1供给电流脉冲，所以，在该热式流量传感器中，进行数字控制，但如在时间上平均地考虑，则图8所示电桥电路100可认为处于平衡状态。 
因此，如设发热体温度检测体2的上游部分2a的电阻值为Rsu，下游部分2b的电阻值为Rsd，流体温度检测体3的上游部分3a的电阻为Rau，下游部分3b的电阻为Rad，固定电阻4、5、6的电阻值分别为R1、R2、R3，则根据电桥电路的平衡式，下式成立。 
[式11] 
R su = ( R 1 + R au ) ( R 3 + R sd ) R 2 + R ad . . . ( 11 )
在流体温度恒定的场合，Rsu由下式表示。 
[式12] 
Rsu＝C·(R3+Rsd) C = R 1 + R au R 2 + R ad = const . . . ( 12 )
如设发热体温度检测体2的上游部分2a和下游部分2b的电阻比为r，则r由下式表示。 
[式13] 
r = R sd R su . . ( 13 )
将式(13)代入到式(11)，关于Rsu进行求解，则Rsu由下式表示。 
[式14] 
R su = C &CenterDot; R 3 1 - C &CenterDot; r . . . ( 14 )
图17为示出通过模拟计算出的时钟脉冲计数值N的流量依存性的曲线图。图18为示出通过模拟计算出的ΔTh的流量依存性的曲线图。 
由于上游部分2a比下游部分2b更容易由流体冷却，所以，r随流量增大而增大。因此，从式(14)可以看出，当流体的流量增加时，Rsu增大，发热电阻1的温度上升。 
更详细地说，在稳定状态即电桥电路100为平衡状态的场合，当流体的流量增加时，Rsu一时下降。当Rsu相对Rsd减小时，电桥电路100不为平衡状态。即，发热体温度检测体2的中间点97的电压上升，中间点97的电压比中间点98的电压高。这样，比较器10的输出数据为高电平，数模转换器13输出高电压，电压控制电流源15向发热电阻1供给高电流。当向发热电阻1供给高电流时，发热电阻1的发热量增加，发热电阻1的温度上升。发热体温度检测体2由发热电阻1加热，温度上升，发热体温度检测体2具有正的温度系数，所以，Rsu和Rsd增大。 
其中，Rsd随Rsu一起增大，Rsu增大导致的中间点97的电压降通过Rsd增大而抵消一部分，电桥电路100的非平衡状态继续。即，中间点97的电压比中间点98的电压高的状态继续，电压控制电流源15进一步将高电流供给到发热电阻1。然后，发热电阻1的温度进一步上升，发热体温度检测体2由发热电阻1加热，温度进一步上升，与流体的流量增大前相比，Rsu增大，电桥电路100返回到平衡状态。从以上可知，当流体的流量增加时，如图17所示那样，时钟脉冲计数值N增大，另外，如图18所示那样，ΔTh增大。 
下面，说明时钟脉冲计数值N的温度特性。 
在式(10)中，t和tc为预先决定的值，与温度无关地恒定。另外，如上述那样，电压控制电流源15与发热电阻1的温度变化即发热电阻1的电阻值变化无关地将加热电流保持恒定，所以，IH和IL与温度无关地保持恒定。另一方面，H·ΔTh/Rh具有温度特性。因此，时钟脉冲计数值N的温度特性依存于H·ΔTh/Rh。 
在这里，散热系数H的温度系数αH根据向流体的散热系数和向传感器支承部分70的散热系数的和决定。即，设向流体的散热系数为Hv，Hv的温度系数为αv，向传感器支承部分70的散热系数为Hd，Hd的温度系数为αd，则散热系数H的温度系数αH由下式表示。 
[式15] 
&alpha;H = H v H &alpha; v + H d H &alpha; d . . . ( 15 )
其中，如流体为空气，则αv为正的值，αd根据传感器支承部分70的材质可取正负双方的值。在具有图11和图12所示那样的构造的热式流量传感器中，一般αd＞αv＞0成立，所以，散热系数H的温度系数αH具有正的值，随流量增大而减小。 
设流体温度为Ta，则ΔTh/Rh由下式表示。 
[式16] 
&Delta; T h R h = &Delta; T h R h 0 ( 1 + &alpha;&Delta; T h + &alpha; T a ) . . . ( 16 )
其中，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，对于流量恒 定的场合，即使流体温度Ta变化，也使得ΔTh基本不变化地调整电桥电路100。 
更详细地说，设发热体温度检测体2的上游部分2a与流体的温差为ΔTsu，发热体温度检测体2的下游部分2b与流体的温差为ΔTsd，流体温度Ta为0℃时的Rsu、Rsd、Rau、及Rad的值为Rsu0、Rsd0、Rau0、及Rad0，发热体温度检测体2和流体温度检测体3的材质相同，所以，如设Rsu、Rsd、Rau、及Rad的电阻温度系数为相同的值α，则根据式(11)，下式成立。 
[式17] 
R su 0 ( 1 + &alpha;&Delta; T su + &alpha; T a ) = ( R t + R au 0 ( 1 + &alpha; T a ) ) ( R 3 + R sd 0 ( 1 + &alpha;&Delta; T sd + &alpha; T a ) ) R 2 + R ad 0 ( 1 + &alpha; T a ) . . . ( 17 )
为了即使流体温度Ta变化也不使ΔTh即ΔTsu和ΔTsd变化地使式(17)成立，调整R1和Rau0的比例即可。 
因此，在式(16)中，当流体温度Ta增大时，ΔTh/Rh减小，所以，ΔTh/Rh具有负的温度系数。另外，如使用图18说明的那样，当流量增大时，ΔTh增大，所以，当流量增大时，Ta对ΔTh/Rh的影响相对减小。因此，当流量增大时，ΔTh/Rh的温度系数的绝对值减小。 
图19为示出数字输出21的温度系数的流量依存性的图。 
从该图可以看出，如上述那样，散热系数H的温度系数αH具有正的值，同时，随流量增大而减小，另外，ΔTh/Rh的温度系数具有负的值，同时，绝对值随流量增大而减小，所以，从式(10)可以看出，散热系数H的温度系数38与ΔTh/Rh的温度系数39相互抵消，时钟脉冲计数值N的温度系数40的绝对值变得非常小。因此，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，可使数字输出21的温度依存性非常小。 
在这里，对本发明第1～第4实施形式的热式流量传感器，即没有电压控制电流源15、从数模转换器13对发热电阻1施加模拟电压的构成，考察其温度依存性。 
在这样的构成中，由于加热电流相应于发热电阻1的电阻值变化 而改变，所以，IH和IL具有温度依存性。在该场合，在式(10)中，将具有温度依存性的IH和IL转换成没有温度依存性即与发热电阻1的电阻值变化无关地不变化的数模转换器13的输出电压VH和输出电压VL，获得下式。 
[式18] 
N = 1 ( V H RH ) 2 - ( V L RH ) 2 ( H &CenterDot; &Delta; T h R h - ( V L Rh ) 2 ) t t c
= 1 V H 2 - V L 2 ( H &CenterDot; &Delta; T h &CenterDot; Rh - V L 2 ) t t c . . . ( 18 )
从式(18)可以看出，ΔTh/Rh的项成为ΔTh×Rh。即，散热系数H的温度系数38与ΔTh×Rh的温度系数相互不抵消，所以，时钟脉冲计数值N的温度系数40的绝对值不变小，不能减小数字输出21的温度依存性。 
图20为示出时钟脉冲计数值N的温度特性的模拟结果的图。 
如该图所示那样，由符号41示出的线为-20℃的场合的流量换算漂移(drift)，由符号42示出的线为80℃的场合的流量换算漂移。 
从该图可以看出，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，在-20～80℃的温度范围和0～250g/s的流量范围中，流量换算漂移大体在±2％或其以内，可获得温度依存性非常低的优良的温度特性。 
可是，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，比较部分81比较发热体温度检测体2的中间点97和流体温度检测体3的中间点98的电压，按数字形式输出比较结果。然后，在从触发器11接收到的数据为高电平期间，计数器18对时钟脉冲23进行计数。计数器18即将置零前的计数值成为11位的热式流量传感器的数字输出21，按更新信号25和更新信号26的每个周期更新数字输出21。按照这样的构成，与本发明第1实施形式同样，不需要为了将传感器的模拟输出转换成数字输出而设置模数转换器，可实现电路构成的简化。另外，可获得具有11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可获得高分辨率和高速响应的传感器输出。 
另外，在专利文献2和非专利文献1记载的热式流量传感器中，未采取用于抑制传感器输出的温度依存性的对策。另外，在非专利文献2记载的热式流量传感器中，虽然采取了用于抑制传感器输出的温度依存性的对策，但需要将2个热电偶分别控制为不同的温度，存在电路构成变得复杂的问题。然而，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，电压控制电流源15根据表示比较部分81的比较结果的数字输出，将加热电流供给到发热电阻1，与发热电阻1的电阻的变化无关地将加热电流保持恒定。按照这样的构成，式(16)成立，散热系数H的温度系数38与ΔTh/Rh的温度系数39相互抵消，时钟脉冲计数值N的温度系数40的绝对值非常小。因此，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，作为传感器输出，可获得高分辨率和高速响应的数字输出，同时，可抑制传感器输出的温度依存性。 
在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，比较器10形成比较中间点97和中间点98的电压的构成，但不限于此。为了获得良好的温度特性，需要发热电阻1与流体的温差ΔTh随流量增大而增大，该现象由这样的构成也可实现，即，比较器10比较发热体温度检测体2的不处于中间点也不处于两端部的部位的电压与流体温度检测体3的不处于中间点也不处于两端部的部位的电压。即，式(14)的参数r随流量增大地调整Rsu、Rsd的值，从而可抑制传感器输出的温度依存性。 
另外，在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，电压控制电流源15将从数模转换器13接收到的模拟电压转换成电流，作为加热电流I16供给到发热电阻1，但不限于此。热式流量传感器也可为没有数模转换器13的构成，或电压控制电流源15将比较部分81的输出数据的高电平和低电平转换成适当电流量的加热电流后供给到发热电阻1的构成。但是，热式流量传感器具有数模转换器13的构成可容易地调整与比较部分81的输出数据对应的加热电流量，所以，为理想的构成。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分 采用相同符号，不反复进行说明。 
<第6实施形式> 
本实施形式涉及增大数模转换器的分辨率的热式流量传感器。以下说明内容以外的构成和动作与第5实施形式的热式流量传感器相同。 
图21为示出本发明第6实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示，热式流量传感器相对于第5实施形式的热式流量传感器，设置数模转换器61代替数模转换器13。 
数模转换器61的分辨率为n(n为大于等于2的自然数)位。数模转换器61的端子D1与MSB(最高有效位)对应，端子Dn与LSB(最低有效位)对应。触发器11的输出连接于端子D1和端子D2，端子Dn-1和端子Dn连接于高电平。 
这样，通过选择将触发器11的输出连接到端子D1～Dn中的哪一个，另外，选择将不连接触发器11的输出的端子连接到高电平或连接到低电平，从而可细微地调整与比较器10的比较结果对应的数模转换器61的输出电压，可细微地调整从电压控制电流源15供给的高电流的电流值IH和低电流的电流值IL。然后，根据式(10)，时钟脉冲计数值N的偏移与IL2的项对应，另外，增益与1/(IH2-IL2)的项对应，所以，通过调整IH和IL，从而可调整时钟脉冲计数值N的偏移和增益。 
因此，在本发明第6实施形式的热式流量传感器中，相对于第5实施形式的热式流量传感器，通过使数模转换器61的分辨率为多位，从而不追加新的电路即可更细微地调整时钟脉冲计数值N，即热式流量传感器的数字输出21的偏移和增益。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第7实施形式> 
本实施形式涉及这样的热式流量传感器，该热式流量传感器相对于第5实施形式的热式流量传感器，使比较部分81和输出运算部分 82的构成与第1实施形式相同。以下说明内容以外的构成和动作与第1实施形式和第5实施形式的热式流量传感器相同。 
图22为示出本发明第7实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示那样，热式流量传感器相比第5实施形式的热式流量传感器，设置数模转换器63代替数模转换器13。比较部分81包含差动放大器43、模数转换器44、触发器62。输出运算部分82包含计数器64a～64c、触发器65、加权加法器45。 
数模转换器63根据从固定电源14供给的基准电压Vref将从触发器62接收到的数据D1～D3转换成模拟电压后输出。另外，数模转换器63的分辨率为3位。 
中间点97和中间点98的电压差小时，差动放大器43的输出电压变小，所以，从电压控制电流源15供给到发热电阻1的电流减小，当中间点97和中间点98的电压差大时，差动放大器43的输出电压增大，所以，从电压控制电流源15供给到发热电阻1的电流增大。另外，由于模数转换器44的分辨率为3位，所以，供给到发热电阻1的电流按8级变化。 
在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，可在时钟脉冲23的1个时钟脉冲获得最大1的传感器输出，但在本发明第7实施形式的热式流量传感器中，由于模数转换器44的分辨率为3位，所以，可在1次的时钟脉冲动作即时钟脉冲23的1个时钟脉冲获得最大7的传感器输出。因此，在本发明第7实施形式的热式流量传感器中，可相对本发明第5实施形式的热式流量传感器实现7倍的分辨率。 
另外，在本发明第7实施形式的热式流量传感器中，实现与第5实施形式的热式流量传感器同等的频率响应和分辨率地构成。即，计数器64a～64c的时钟脉冲即时钟脉冲23的频率下降为本发明第5实施形式的热式流量传感器的1/7。具体地说，时钟脉冲23的频率从5MHz下降到714kHz。另外，更新信号25和更新信号26与本发明第5实施形式的热式流量传感器同样地成为2kHz地构成更新信号生成器17。在该场合，在计数器64a～64c中，按更新信号26的1个周期 计数的时钟脉冲23的时钟脉冲数减少为1/7，所以，可将计数器64a～64c的输出位数从11位减少成9位。另外，加权加法器45分别使计数器64a～64c的计数结果CNTQ1～CNTQ3为1倍、2倍、或4倍后进行加法运算，所以，数字输出21成为11位。 
因此，在本发明第7实施形式的热式流量传感器中，即使时钟脉冲23比本发明第5实施形式的热式流量传感器低速，也可获得具有与本发明第5实施形式的热式流量传感器同等的11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别的电路元件，可进一步实现电路构成的简化和制造成本的降低。 
另外，专利文献1记载的热式流量传感器为模拟输出，为了获得数字输出，仅是将模数转换器连接于模拟输出，在这样的构成中，为了提高传感器的精度，需要具有高分辨率的模数转换器，存在电路构成变得复杂的问题。然而，在本发明第7实施形式的热式流量传感器中，为了获得具有11位的分辨率的数字输出21，只要设模数转换器44的分辨率为3位即可，可防止设置高分辨率的模数转换器导致电路构成复杂化和制造成本增大。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第8实施形式> 
本实施形式涉及这样的热式流量传感器，该热式流量传感器相对于第7实施形式的热式流量传感器，改变模数转换器44的输出数据的计数方法，即，使比较部分81和输出运算部分82的构成与第2实施形式同样。以下说明内容以外的构成和动作与第2和第7实施形式的热式流量传感器相同。 
图23为示出本发明第8实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示，该热式流量传感器相比第7实施形式的热式流量传感器，输出运算部分82包含加法器46、触发器47、及触发器66。 
在本发明第8实施形式的热式流量传感器中，与第7实施形式的 热式流量传感器同样，即使时钟脉冲23比本发明第5实施形式的热式流量传感器低速，也可获得具有与本发明第5实施形式的热式流量传感器同等的11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别的电路元件，可进一步实现电路构成的简化和制造成本的降低。 
另外，在本发明第8实施形式的热式流量传感器中，与第7实施形式的热式流量传感器同样，为了获得具有11位的分辨率的数字输出21，只要使模数转换器44的分辨率为3位即可，可防止设置高分辨率的数模转换器而使电路构成复杂化和制造成本增大。另外，在本发明第8实施形式的热式流量传感器中，由于加法器46直接进行比较部分81的输出数据的加法运算，所以，不需要计数器64a～64c。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第9实施形式> 
本实施形式涉及相对于第5实施形式的热式流量传感器改变比较器10输出计数方法的热式流量传感器，即该热式流量传感器的比较部分81和输出运算部分82的构成与第3实施形式相同。以下说明内容以外的构成和动作与第3实施形式和第5实施形式的热式流量传感器相同。 
图24为示出本发明第9实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示那样，热式流量传感器相比第5实施形式的热式流量传感器，设置数模转换器63代替数模转换器13。比较部分81包含比较器10。输出运算部分82包含计数器64a～64c、触发器65、加权加法器45。计数器部分83包含计数器48、“与”门49、“与非”门50、及逆变器67。 
在本发明第5实施形式的热式流量传感器中，可在时钟脉冲23的1个时钟脉冲获得最大1的传感器输出，但在本发明第9实施形式的热式流量传感器中，由于计数器48输出3位的计数结果，所以，可在1次的时钟脉冲动作即时钟脉冲23的1个时钟脉冲获得最大7的传 感器输出。因此，在本发明第9实施形式的热式流量传感器中，可相对本发明第5实施形式的热式流量传感器实现7倍的分辨率。 
另外，在本发明第9实施形式的热式流量传感器中，输出运算部分82的构成与第7实施形式的热式流量传感器相同，所以，即使时钟脉冲23比本发明第5实施形式的热式流量传感器低速，也可获得具有与本发明第5实施形式的热式流量传感器同等的11位的分辨率和2kHz的频率响应的数字输出21，所以，可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别的电路元件，可进一步实现电路构成的简化和制造成本的降低。 
下面，根据附图说明本发明另一实施形式。图中相同或相当部分采用相同符号，不反复进行说明。 
<第10实施形式> 
本实施形式涉及组合第8实施形式和第9实施形式的热式流量传感器的一部分的热式流量传感器。以下说明内容以外的构成和动作与第5实施形式的热式流量传感器相同。 
图25为示出本发明第10实施形式的热式流量传感器的构成的功能框图。如该图所示那样，比较部分81通过对时钟脉冲23的时钟脉冲数进行计数，从而对比较器10输出数据处于高电平的继续时间进行计数，这样的构成与第9实施形式的热式流量传感器相同。 
另外，输出运算部分82计算出更新信号25的1个周期的加热电流电平的总量将其作为数字输出21输出，这样的构成与第8实施形式的热式传感器相同。 
因此，在本发明第10实施形式的热式流量传感器中，与第8实施形式的热式流量传感器和第9实施形式的热式流量传感器相同，相比本发明第5实施形式的热式流量传感器，可实现7倍的分辨率，或者可使用低速动作用的电路元件代替用于实现高速动作的特别的电路元件，可进一步实现电路构成的简化和制造成本的降低。 
虽然详细说明和描述了本发明，但很清楚，这仅用于例示，不进行限定，发明精神和范围仅由附加的权利要求限定。 

Claims (5)

1.一种热式流量传感器，用于测定流体的流量；其特征在于具有：
通过被供给的电流而发热的发热电阻(1)；
由电阻值相应于上述发热电阻(1)的温度而产生变化的第1温度检测体(2)、电阻值相应于上述流体的温度而产生变化的第2温度检测体(3)以及固定电阻(4-6)构成的电桥电路(100)；
对上述第1温度检测体(2)的两端部以外的上述第1温度检测体(2)上的电压和上述第2温度检测体(3)的两端部以外的上述第2温度检测体(3)上的电压进行比较，将比较结果作为1位以外的其它位数的数字输出而输出的比较部分(81)；
将来自上述比较部分(81)的比较结果的数字输出转换成模拟信号的数模转换器(13)；
根据由上述数模转换器(13)转换了的上述模拟信号，且与上述发热电阻(1)的电阻值的变化无关地确定上述电流的值，将确定了值的上述电流供给上述发热电阻(1)的电压控制电流源(15)；以及
在预定期间累计上述比较部分(81)的输出，将累计结果作为测定对象即上述流体在上述预定期间中的流量而输出的输出运算部分(82)。
2.一种热式流量传感器，用于测定流体的流量；其特征在于具有：
通过被供给的电流而发热的发热电阻(1)；
由电阻值相应于上述发热电阻(1)的温度而产生变化的第1温度检测体(2)、电阻值相应于上述流体的温度而产生变化的第2温度检测体(3)以及固定电阻(4-6)构成的电桥电路(100)；
对上述第1温度检测体(2)的两端部以外的上述第1温度检测体(2)上的电压和上述第2温度检测体(3)的两端部以外的上述第2温度检测体(3)上的电压进行比较，对比较结果进行数字输出的比较部分(81)；
利用时钟脉冲数，对来自上述比较部分(81)的比较结果的数字输出为恒定值的持续时间进行计数，输出3位的计数值的计数器部分(83)；
将来自上述计数器部分(83)的输出转换成模拟信号的数模转换器(13)；
根据由上述数模转换器(13)转换了的上述模拟信号，且与上述发热电阻(1)的电阻值的变化无关地确定上述电流的值，将确定了值的上述电流供给上述发热电阻(1)的电压控制电流源(15)；以及
在预定期间累计上述计数器部分(83)的输出，将累计结果作为测定对象即上述流体在上述预定期间中的流量而输出的输出运算部分(82)。
3.根据权利要求1或2所述的热式流量传感器，其特征在于：上述比较部分(81)比较上述第1温度检测体(2)的中间点的电压和上述第2温度检测体(3)的中间点的电压，对上述比较结果进行数字输出。
4.一种热式流量传感器，用于测定流体的流量；其特征在于具有：
通过被供给的电流而发热的发热电阻(1)；
由电阻值相应于上述发热电阻(1)的温度而产生变化的第1温度检测体(2)、电阻值相应于上述流体的温度而产生变化的第2温度检测体(3)以及固定电阻(4-6)构成的电桥电路(100)；
对上述第1温度检测体(2)的两端部以外的上述第1温度检测体(2)上的电压和上述第2温度检测体(3)的两端部以外的上述第2温度检测体(3)上的电压进行比较，将比较结果作为2位以上的数字输出而输出的比较部分(81)；
将来自上述比较部分(81)的比较结果的数字输出转换成模拟信号的数模转换器(13)；
根据由上述数模转换器(13)转换了的上述模拟信号，且与上述发热电阻(1)的电阻值的变化无关地确定上述电流的值，将确定了值的上述电流供给上述发热电阻(1)的电压控制电流源(15)；以及
根据预定期间中的上述比较结果的数字输出，在上述预定期间中测量供给到上述发热电阻(1)的电流的电流量为大于等于预定值的时间的总和，将上述时间的总和的测量结果作为测定对象即上述流体在上述预定期间中的流量而输出的输出运算部分(82)。
5.根据权利要求4所述的热式流量传感器，其特征在于：上述数模转换器(13)具有大于等于2位的分辨率。
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