DE102013218271A1

DE102013218271A1 - Thermisches Luftflussmeter

Info

Publication number: DE102013218271A1
Application number: DE102013218271.6A
Authority: DE
Inventors: Yuji Ariyoshi; Masahiro Kawai; Koji Tanimoto; Kazuhiko Otsuka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-13
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2014-08-14
Anticipated expiration: 2033-09-13
Also published as: US20140224004A1; DE102013218271B4; JP5558599B1; US8899103B2; JP2014153290A

Abstract

Ein thermisches Luftflussmeter umfasst: eine Brückenschaltungseinheit, die eine Brückenschaltung inkorporiert, die einen Heizwiderstand enthält, und einen Strom an den Heizwiderstand so liefert, dass die Temperatur des Widerstandes immer um eine vorgegebene Temperatur höher als die Temperatur von Einlassluft eingestellt ist, die durch einen Einlasslufttemperaturdetektionswiderstand detektiert wird, und ein Ausgabesignal Vm basierend auf dem, dem Heizwiderstand zugeführten Stromwert in Übereinstimmung mit einer Flussrate der Einlassluft ausgibt; eine Differentialverstärkereinheit, welche eine Spannung abhängig von einer Differenz bei der Temperatur zwischen einem Stromaufheizwiderstand und Stromabheizwiderstand verstärkt; und einen Subtraktionsprozessor, der vom Ausgangssignal Vm eine Konstante mal einer Ausgangsspannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit subtrahiert, und ein Korrekturausgabesignal Vout ausgibt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf thermische Luftflussmeter, die beispielsweise zum Messen von Einlassluftflussraten von Innenverbrennungsmotoren geeignet sind.
Beschreibung verwandten Stands der Technik
Ein thermisches Luftflussmeter, der in der Lage ist, direkt eine Massenflussrate zu messen, ist in einem elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzsystem für einen Motor eines Motorfahrzeugs etc. verbreitet eingesetzt worden; jedoch findet unter der Bedingung einer großen Last wie auch niedriger Motordrehzahl ein von einem reversen Fluss begleiteter Pulsationsfluss statt, wodurch ein großer Fehler beim konventionellen thermischen Luftflussmeter verursacht wird, das nicht in der Lage ist, den Reversfluss zu detektieren. Um den Fehler bei der Messung dieses Pulsationsflusses, der mit dem reversen Fluss einhergeht, zu reduzieren, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, in welchem eine Luftflussrichtung detektiert wird und ein Einlassluftflussratensignal nur korrigiert wird, wenn der reverse Fluss detektiert wird.
Beispielsweise beschreibt Patentdokument 1 ein Verfahren, durch welches ein sich auf die Luftflussrichtung beziehendes Signal aus einer Differenz im Potential zwischen einem Stromaufheizwiderstand und einem Stromabheizwiderstand eines Heizwiderstandes erzeugt wird, und während dieses Richtungssignal einen reversen Fluss anzeigt, wird das Flussratensignal revertiert und als ein Negativwert gezählt. Diese Signalverarbeitung wird in 28 umrissen, in welchem das Flussratensignal in einen Bereich revertiert ist, bei dem das Richtungssignal "Niedrig" ist (Region des stattfindenden reversen Luftflusses), um so negativ zu werden.
Darüber hinaus beschreibt auch Patentdokument 2 ein Verfahren zum Detektieren der Luftflussrichtung. Wie in 29 gezeigt, ist eine Konstanttemperaturdifferenz-Antriebsbrückenschaltung unter Verwendung eines Heizwiderstands 104, eines Temperaturkompensationswiderstands 107 und einer Mehrzahl von fixen Widerständen konfiguriert, und das Potential an einem Mittelpunkt der Brückenschaltung wird als ein Flussratensignal abgenommen. Andererseits ist eine Brückenschaltung unter Verwendung eines Stromauf-Temperaturdetektionswiderstands 105, der stromaufwärts des Heizwiderstands 104 lokalisiert ist, und eines Stromab-Temperaturdetektionswiderstands 106, der stromabwärts des Heizwiderstands 104 lokalisiert ist, konfiguriert, und eine Potentialdifferenz zwischen den Mittelpunkten der Brückenschaltung wird als ein Richtungssignal abgenommen. Das Flussratensignal und das Richtungssignal werden an einem Computer 115 eingegeben; wenn festgestellt wird, dass ein reverser Fluss stattfindet, wird das Zweifache des Flussratensignals während des Zeitraums des Stattfindens des reversen Flusses vom Flussratensignal subtrahiert, um so das Signal zu korrigieren.
Darüber hinaus wird in Patentdokument 3, wenn basierend auf dem Richtungssignal festgestellt wird, dass ein reverser Fluss stattfindet, das Zweifache des Flussratensignals während dem der Zeitraum des reversen Flusses stattfindet, in ähnlicher Weise vom Flussratensignal subtrahiert, um so das Signal zu korrigieren (siehe 30).
Patentdokument 1: JP 3470620
Patentdokument 2: JP H08-14978 A
Patentdokument 3: JP H08-43163 A
Ein Verfahren zum Korrigieren des auf dem Richtungssignal basierenden Flussratensignals wird im vorstehenden konventionellen Beispiel verwendet, so dass das Verfahren des Prozessierens des Flussratensignals selektiv umgeschaltet werden muss, abhängig davon, was stattfindet, ein Vorwärtsfluss oder ein Rückwärtsfluss, was folglich einen Schalter, der anhand des Richtungssignals umgeschaltet wird, und einen Mikrocomputer und dergleichen, der die Richtung bestimmt, erfordert. Die Signalverarbeitung wird in Patentdokument 3 in einer Motorsteuerschaltung ausgeführt und es wird auch von Patentdokumenten 1 und 2 angenommen, dass sie einen Mikrocomputer für die Verarbeitung verwenden. Daher ist es ein Problem gewesen, dass, wenn dieselbe Verarbeitung wie diejenige im konventionellen Beispiel ausgeführt wird, die Konfiguration kompliziert wird und die Schaltungsgröße ansteigt. Zusätzlich hat es ein anderes Problem damit gegeben, dass die Kosten dadurch auch heraufgedrückt werden.
Andererseits ist für den Zweck des Verbesserns der Fluktuation von Charakteristika (Kontaminations-Charakteristika), wenn feiner Staub an einem Detektionselement anhaftet, das Schützen des Detektionselements gegenüber Beschädigung aufgrund von grobem Staub, der mit dem Detektionselement kollidiert, oder Rückstoß aus dem Motor, des Durchführen von Korrekturen für die Magerausgabe unter Hochfrequenzpulsation etc. weitverbreitet ein thermisches Luftflussmeter verwendet worden, das auf solche Weise konfiguriert ist, dass eine Nebenstrom genannter Unterpassage in einer Hauptpassage bereitgestellt wird, und das Detektionselement innerhalb des Nebenflusses angeordnet ist. Dieser Nebenstrom ist eine Passage, deren Einlass mit ihrem Auslass mit einer gekrümmten Passage verbunden ist, und in den meisten Fällen unterscheidet sich die Relation zwischen der Vorwärtsflussrate und Ausgabe (Vorwärtsfluss-Charakteristika) von derjeniegen zwischen einer Reversflussrate und Ausgabe (Reversfluss-Charakteristika).
Daher, wenn ein Nebenstrom verwendet wird, muss ein dediziertes Kennfeld für den Reversfluss vorbereitet werden, entweder um eine Flussrate, während der Reversfluss stattfindet, zu ermitteln, wodurch ein Problem dahingehend verursacht wird, dass das System kompliziert wird. Darüber hinaus ist ein anderes Problem gewesen, dass, wenn die Verarbeitung unter Verwendung nur eines Vorwärtsflusskennfeldes ausgeführt wird, ohne das Reversflusskennfeld vorzubereiten, eine genaue Korrektur nicht nur durch ein Subtrahieren des zweifachen Flussratensignals vom Flussratensignal, während der Reversfluss stattfindet, vorgenommen werden kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die vorstehenden Probleme mit der konventionellen Technik zu lösen, und zielt auf die Bereitstellung eines thermischen Luftflussmeters, das eine genaue Luftflussratenmessung unter Verwendung einer preisgünstigen Konfiguration erzielen kann, selbst wenn ein von einem Reversfluss begleiteter Pulsationsfluss stattfindet.
Ein thermisches Luftflussmeter gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet: einen Nebenstrom, der einen Teil von zu messendes Einlassluft aufnimmt und der Einlassluft gestattet, hindurchzufließen; ein Flussratendetektionselement, das im Nebenstrom angeordnet ist und einen Heizwiderstand beinhaltet, der aus einem stromaufwärts der Einlassluft lokalisierten Stromauf-Heizwiderstand und einem stromabwärts der Einlassluft lokalisierten Stromab-Heizwiderstand und einem Einlasslufttemperaturdetektionswiderstand, der die Einlassluftemperatur detektiert, aufgebaut ist; und eine Brückenschaltungseinheit, die eine Brückenschaltung inkorporiert, die den Heizwiderstand beinhaltet und einen Strom an den Heizwiderstand liefert, so dass die Heizwiderstandtemperatur immer um eine vorgegebene Temperatur höher eingestellt ist als die durch den Einlasslufttemperaturdetektionswiderstand detektierte Einlassluftemperatur; wobei die Brückenschaltungseinheit ein Ausgabesignal, basierend auf dem zum Heizwiderstand gelieferten Stromwert in Übereinstimmung mit einer Flussrate der Einlassluft ausgibt. Das thermische Luftflussmeter umfasst: eine Differentalverstärkereinheit, die eine Spannung abhängig von einer Differenz bei der Temperatur zwischen dem Stromauf-Heizwiderstand und dem Stromab-Heizwiderstand verstärkt; und einen Subtraktionsprozessor, der vom Ausgangssignal ein Konstante mal einem Ausgabesignal aus der Differentialverstärkereinheit subtrahiert und ein Korrektursignal ausgibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wirkung erzeugt, in der ein thermisches Luftflussmeter erhalten werden kann, das die Flussrate unter Verwendung einer preisgünstigen Konfiguration exakt messen kann, selbst wenn ein mit einem reversen Fluss einhergehender Pulsationsfluss stattfindet.
Die vorstehende und andere Aufgabe, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung bei Zusammenschau mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlicher werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Frontansicht eines thermischen Luftflussmeters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Aufsicht eines Detektors des thermischen Luftflussmeters gemäß der Ausführungsform 1 der Erfindung;
3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A in 2;
4 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm des thermischen Luftflussmeters gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
5 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine spezifische Schaltung von 4 exemplifiziert;
6 ist eine Betriebwellenformansicht gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung;
7 ist eine erläuternde Ansicht, welche einen Pulsationsfehler gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
8 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Spannungsflussratentabelle gemäß Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt;
9 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines thermischen Luftflussmeters gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung;
10 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine spezifische Schaltung von 9 exemplifiziert;
11 ist eine Betriebswellenformansicht gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung;
12 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Pulsationsfehler gemäß Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt;
13 ist eine erläuternde Ansicht, die eine Spannungsflussratentabelle gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt;
14 ist eine erläutende Ansicht, die eine Betriebswellenform gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt;
15 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Pulsationsfehler gemäß Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt;
16 ist eine Betriebswellenformansicht gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung;
17 ist eine erläuternde Ansicht, die einen Pulsationsfehler gemäß Ausführungsform 4 der Erfindung zeigt;
18 ist ein spezifisches Schaltungskonfigurationsdiagramm gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung;
19 ist eine erläuternde Ansicht, die die Frequenzcharakteristika einer Differentialverstärkereinheit gemäß Ausführungsform 5 der Erfindung zeigt;
20 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine spezifische Schaltung gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung exemplifiziert;
21 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine andere spezifische Schaltung gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung exemplifiziert;
22 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das noch eine andere spezifische Schaltung gemäß Ausführungsform 7 der Erfindung exemplifiziert;
23 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine spezifische Schaltung gemäß Ausführungsform 8 der Erfindung exemplifiziert;
24 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine spezifische Schaltung gemäß Ausführungsform 9 der Erfindung exemplifiziert;
25 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm, das eine spezifische Schaltung gemäß Ausführungsform 10 der Erfindung exemplifiziert;
26 ist eine erläuternde Ansicht, die Betriebswellenformen zum Erläutern von Ausführungsform 11 der Erfindung zeigt;
27 ist eine erläuternde Ansicht, welche die Frequenzabhängigkeit der Grenzfrequenz eines LPF gemäß Ausführungsform 11 der Erfindung zeigt;
28 ist eine erläuternde Ansicht zum Erläutern eines konventionellen Beispiels;
29 ist eine erläuternde Ansicht zum Erläutern eines anderen konventionellen Beispiels; und
30 ist eine erläuternde Ansicht zum Erläutern noch eines anderen konventionellen Beispiels.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsform 1
1 ist eine Frontansicht eines thermischen Luftflussmeters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, das an einem Rohr 48 eines Innenverbrennungsmotors fixiert ist. Eine Haupteinheit 39 eines thermischen Luftflussmeters ist in das Rohr 48 über ein Einführloch 49 eingeführt und am Rohr 48 mit einem Flansch 43 fixiert. Ein Verbinder 46, ein Schaltungsgehäuse 40 und ein Nebenstrom 42 sind in der Haupteinheit 39 längs der Einführrichtung in das Rohr 48 ausgebildet. Innerhalb des Nebenstroms 42 ist ein Flussratendetektionselement 37 mit einem Detektor 38, der auf einer Oberfläche des Elements vorgesehen ist, angeordnet, und innerhalb des Schaltungsgehäuses 40 ist eine Schaltungsplatine 41 mit einer Steuerschaltung untergebracht, welche das Flussratendetektionselement 37 antreibt und ein Signal aus dem Element prozessiert. Eine Stromversorgung zum Treiben der Schaltung und eines Flussratensignals sind mit der Außenseite über den Verbinder 46 verbunden.
Der Nebenstrom 42 ist versehen mit: einen Einlass 44, der sich zur stromaufwärtigen Seite in einer Fließrichtung 50 eines Hauptstroms von Einlassluft öffnet, die ein zu messendes Fluid ist, und in einem Hauptdurchgang 47 fließt, in einer Ebene rechtwinklig zur Flussrichtung 50 des Hauptstroms in der Haupteinheit 39; und ein Auslass 45, der sich in eine Ebene parallel zur Flussrichtung 50 des Hauptstroms in der Haupteinheit 39 und rechtwinklig zur Einführrichtung öffnet. Ein Teil der zu messenden Einlassluft fließt aus dem Einlass 44 in den Nebenstrom 42, ihre Flussrate wird durch den Detektor 38 des innerhalb des Nebenstroms 42 angeordneten Flussratendetektionselement 37 gemessen und folgend diesem Teil der Einlassluft fließt sie aus dem Auslass 45, um sich mit dem Hauptstrom zu vereinen.
2 ist eine Aufsicht auf das Flussratendetektionselement 37 des thermischen Luftflussmeters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Der Detektor 38 ist auf der Oberfläche des Flussratendetektionselements 37 ausgebildet und ein Heizwiderstand 6 ist innerhalb des Detektors 38 ausgebildet. Der Heizwiderstand 6 beinhaltet einen Stromaufheizwiderstand 61, der stromaufwärts der Einlassluft lokalisiert ist, und einen Stromabheizwiderstand 62, der stromabwärts der Einlassluft lokalisiert ist. Darüber hinaus ist ein Einlasslufttemperaturdetektionswiderstand 9 an einem anderen Teil als dem Detektor 38 auf der Oberfläche des Flussratendetektionselements 37 ausgebildet.
3 ist eine Querschnittsansicht längs der Linie A-A in 2. Das Flussratendetektionselement 37 beinhaltet ein Siliziumsubstrat 371 und einen auf seiner Oberfläche ausgebildeten Isolationsfilm 372, und der Stromaufheizwiderstand 61 und der Stromabheizwiderstand 62 sind innerhalb des Isolationsfilms 372 ausgebildet. Das Siliziumsubstrat auf der Rückseite des Detektors 38 wird unter Verwendung von Technologien wie etwa Ätzen teilweise entfernt und als Ergebnis weist der Detektor 38 eine Dünnfilmstruktur auf.
4 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration des thermischen Luftflussmeters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Brückenschaltungseinheit 1 beinhaltet eine Brückenschaltung, die aus dem Stromaufheizwiderstand 61, dem Stromabheizwiderstand 62, dem Einlasslufttemperaturdetektionswiderstand 9 und festen Widerständen 10, 11 und 12 aufgebaut ist, und eine Brückenausgabe 35 ausgibt. Zwischenpotentiale der Brückenschaltung werden an einem Operationsverstärker 15 eingegeben und eine auf der Differenz zwischen den Zwischenpotentialen basierende Spannung wird aus dem Operationsverstärker 15 ausgegeben und zu einem Transistor 16 oben auf der Brückenschaltungseinheit 1 rückgeführt. Ein Heizstrom Ih fließt durch den Heizwiderstand 6, der Joule-Hitze im Heizwiderstand 6 erzeugt. Die Brückenschaltungseinheit 1 ist auf solche Weise konfiguriert, dass diese Joule-Hitze die Temperatur des Heizwiderstands 6 um eine konstante Temperatur höher als diejenige des Einlasslufttemperaturdetektionswiderstands 9 hält.
Je größer die Flussrate von über den Detektor 38 fließender Luft wird, desto mehr steigt die aus dem Heizwiderstand 6 an die Luft übertragene Wärme an; daher, um die Temperatur des Heizwiderstands 6 unabhängig von der Luftflussrate konstant zu halten, wird der von der Luftflussrate abhängige Heizstrom Ih benötigt. Daher kann die Luftflussrate durch Messen des Heizstroms Ih als eine Brückenausgabespannung Vm detektiert werden, die äquivalent zur Spannung am festen Widerstand 12 ist.
Darüber hinaus werden in 4 die Spannung am Heizwiderstand 6 und diejenige am Verbindungspunkt zwischen dem Stromaufheizwiderstand 61 und dem Stromabheizwiderstand 62 an einer Differentialverstärkereinheit 2 eingegeben und dann wird eine Spannung, die von der Differenz in der Temperatur zwischen dem Stromaufheizwiderstand 61 und dem Stromabheizwiderstand 62 abhängt, ausgegeben.
Es sei der Widerstand Rhu des Stromaufheizwiderstands 61 und der Widerstand Rhd des Stromabheizwiderstands 62 als eine Funktion der Temperatur ausgedrückt, wie durch die Gleichungen (1) bzw. (2) angegeben, und es sei der durch die beiden Widerstände fließende Strom Ih.
Gleichung 1

Rhu = Rhu0(1 + αThu) (1)

Gleichung 2

Rhd = Rhd0(1 + αThd) (2) wobei Rho0 und Rhd0 Widerstandswerte des Stromaufheizwiderstands 61 und des Stromabheizwiderstands 62 bei einer Temperatur von 0°C jeweils sind; Thu und Thd Temperaturen des Stromaufheizwiderstands 61 bzw. des Stromabheizwiderstands 62 sind, und α der Temperaturkoeffizient des Stromaufheizwiderstands 61 und des Stromabheizwiderstands 62 ist.

Da der Stromaufheizwiderstand 61 und der Stromabheizwiderstand 62 aus demselben Material gefertigt sind, können ihre Temperaturkoeffizienten als gleich angenommen werden.
Nachfolgend wird ein Fall diskutiert, bei dem der Widerstandstemperaturkoeffizient α positiv ist.
Die Differentialverstärkereinheit 2 ist konfiguriert, eine durch Gleichung (3) ausgedrückte Ausgabespannung Vd1 auszugeben.
Gleichung 3

Vd1 = G1(Rhu – Rhd)Ih (3) wobei G1 der Verstärkungsfaktor der Differentialverstärkereinheit 2 ist.

Wenn der Luftfluss ein Vorwärtsfluss ist, fließt Luft aus dem Stromaufheizwiderstand 61 zum Stromabheizwiderstand 62; daher wird die Temperatur des Stromaufheizwiderstands 61 niedriger als diejenige des Stromabheizwiderstands 62, so dass Vd1 negativ wird. Derweil, wenn der Luftfluss ein reverser Fluss ist, fließt die Luft vom Stromabheizwiderstand 62 zum Stromaufheizwiderstand 61; daher wird die Temperatur des Stromaufheizwiderstands 61 höher als diejenige des Stromabheizwiderstands 62, so dass Vd1 positiv wird. Falls die Stromversorgung für die Differentialverstärkereinheit 2 mit einer einzelnen Stromversorgung konfiguriert ist, gilt Vd1 = 0, wenn die Luft in Vorwärtsrichtung fließt, so dass ein positiver Vd1 nur ausgegeben wird, wenn die Luft in reverser Richtung fließt.
Ein Subtraktionsprozessor 3 ist konfiguriert, am Ausgabeanschluss 36 eine durch Gleichung (4) ausgedrückte Ausgabespannung von Vout als ein Korrekturausgabesignal auszugeben.
Gleichung 4

Vout = G2(Vm – G3·Vd1) (4) wobei G2 und G3 konstante Koeffizienten sind.

Eine spezifische Schaltungskonfiguration für die Differentialverstärkereinheit 2 und den Subtraktionsprozessor 3 gemäß dieser Ausführungsform wird in 5 exemplifiziert. In der Differentialverstärkereinheit 2 sind in Reihe geschaltete feste Widerstände 17 und 18 parallel mit dem Heizwiderstand 6 verbunden, wird die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Stromaufheizwiderstand 61 und dem Stromabheizwiderstand 62 an einem Puffer 19 eingegeben und wird die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den festen Widerständen 17 und 18 an einem Puffer 20 eingegeben. Der Ausgang aus dem Puffer 19 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 25 über einen Widerstand 23 verbunden und der Ausgang aus dem Puffer 20 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Verstärkers über einen Widerstand 24 verbunden. Weiterhin ist ein Widerstand 26 zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 25 und dessen Ausgangsanschluss verbunden, und ist ein Widerstand 27 zwischen dem nicht invertierenden Eingangsanschluss und Erde verbunden.
Falls Widerstandswerte der festen Widerstände 17 und 18 und der Widerstände 23, 24, 26 und 27 R17, R18, R23, R24, R26 bzw. R27 sind, wird die Ausgangsspannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit 2 durch Gleichung (5) ausgedrückt, wobei R17 = R18, Rf = R26 = R27 und Ri = R23 = R24.
Gleichung 5

Vd1 = Rf / 2Ri(Rhu – Rhd)Ih (5)

Daher wird die Verstärkung G1 der Schaltung in 5 durch Gleichung (6) ausgedrückt.
Gleichung 6

G1 = Rf / 2Ri (6)

Im Subtraktionsprozessor 3 wird die Ausgangsspannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit 2 mit dem invertierenden Eingangsanschluss eines Operationsverstärkers 32 über einen Widerstand 33 verbunden und ist die Brückenausgangsspannung Vm mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden. Zusätzlich ist ein Widerstandswert 34 zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 32 verbunden. Falls die Widerstandswerte der Widerstände 33 und 34 R33 bzw. R34 sind, wird die Ausgangsspannung Vout aus dem Subtraktionsprozessor 3 durch Gleichung (7) ausgedrückt.
Gleichung 7

Vout = (1 + R34 / R33)(Vm – R34 / R33 + R34·Vd1) (7)

Daher werden die Koeffizienten G2 und G3 der Schaltung in 5 durch Gleichung (8) ausgedrückt
Gleichung 8

G2 = 1 + R34 / R33 G3 = R34 / R33 + R34 (8)

6 zeigt Betriebswellenformen in dieser Ausführungsform. Wenn ein mit einem reversen Fluss einhergehender Pulsationsfluss stattfindet, wie in 6(a) gezeigt, wird die Brückenausgangssspannung Vm, wie in 6(b) gezeigt, wenn der reverse Fluss stattfindet, höher als dann, wenn es keinen reversen Fluss gibt. Daher, falls die Spannung Vm so wie sie ist in eine Flussrate umgewandelt wird, wird eine Wellenform wie 6(c) erhalten, in der die Wellenform, wenn der reverse Fluss stattfindet, in die Vorwärtsflussseite rückgefaltet ist. Obwohl die Genauigkeit einer Durchschnittsflussrate während eines Pulsationszeitraums bei der Motorsteuerung wichtig ist, wird eine Durchschnittsflussrate (Qa1), detektiert mit der in die Flussrate umgewandelten Spannung Vm, so wie sie ist, größer als die wahre Durchschnittsflussrate (Qa), wodurch ein Detektionsfehler verursacht wird (nachfolgend als ein Pulsationsfehler bezeichnet).
Die Kurve 51, wie in 7 gezeigt, wird mit einem Amplitudenverhältnis auf der Horizontalachse und dem Pulsationsfehler auf der Vertikalachse erhalten. Je größer das Amplitudenverhältnis und auch die reverse Flussrate, desto größer ist der Pulsationsfehler. Zusätzlich repräsentiert in 7 der Pulsationsfehler [Detektionsdurchschnittsflussrate]/[wahre Durchschnittsflussrate]-1, und repräsentiert das Amplitudenverhältnis [Pulsationsamplitudenwert Qamp]/[Pulsationsdurchschnittswert Qave].
6(d) repräsentiert die Wellenform von durch Gleichung (3) ausgedrückter Vd1. Wie oben erläutert, wird Vd1 zu einem positiven Wert nur, wenn ein reverser Fluss stattfindet, und wird Null, wenn ein Vorwärtsfluss stattfindet. Die Wellenform von Vout, wie in 6(e) gezeigt, kann durch Subtrahieren von G3 Mal diesem Vd1 von Vm erhalten werden, gemäß Gleichung (4). Durch Subtrahieren der G3 Mal Vd1 von Vm, wird Vout in der Reversflussregion teils niedriger als die Ausgabe, wenn es keinen Luftfluss gibt. Wie in 8 gezeigt, wenn Vout niedriger als die Ausgabe, wenn kein Luftfluss existiert, erzeugt wird, falls eine Spannungsflussratentabelle eingestellt ist, so dass die Flussrate Null wird, wird die Flussratenumwandlung von Vout in 6(e) wie in 6(f) gezeigt. Da die Flussrate in einem Teil der reversen Flussregion als Null berechnet wird, wird eine detektierende Durchschnittsflussrate (Qa2) kleiner als die Durchschnittsflussrate (Qa1) in 6(c).
Wie in 7 ausgedrückt, wird der Pulsationsfehler wie durch die Kurve 52 gegeben sein, so dass der Pulsationsfehler kleiner als derjenige wird, der durch die Kurve 51 in einer Region des Amplitudenverhältnisses gegeben wird, das hoch ist. Gemäß dieser Ausführungsform kann, wie oben beschrieben, der Pulsationsfehler, wenn ein mit einem Reversfluss einhergehender Pulsationsfehler stattfindet, unter Verwendung einer einfachen Schaltung reduziert werden.
Ausführungsform 2
Die Ausgabespannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit 2 ist in Ausführungsform 1 direkt von der Brückenausgangsspannung Vm subtrahiert worden; jedoch wird in dieser Ausführungsform 2 Vd1 an einem Impulswandler 4 eingegeben, um in eine Impulsspannung Vd2 umgewandelt zu werden, diese Vd2 wird an einem LPF (Tiefpassfilter) 6 eingegeben, um zu einer geglätteten Spannung Vd3 umgewandelt zu werden und dann wird diese Vd3 am Subtraktionsprozessor 3 eingegeben, um so diese Spannung von der Brückenausgangsspannung Vm zu subtrahieren, wie in 9 gezeigt. Daher gibt der Subtraktionsprozessor 3 die durch Gleichung (9) ausgedrückte Ausgabespannung Vout aus.
Gleichung 9

Vout = G2(Vm – G3·Vd3) (9)

Eine spezifische Schaltungskonfiguration für den Impulswandler 4 und den LPF 5 gemäß dieser Ausführungsform wird in 10 exemplifizeirt. Die Ausgabespannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit 2 wird mit dem nicht invertierenden Anschluss eines Komparators 29 verbunden und eine Referenzspannungsversorgung 28 ist mit dem invertierenden Anschluss des Komparators im Impulswandler 4 verbunden. Die Referenzspannungsversorgung 28 ist auch mit dem Widerstand 27 der Differentialverstärkereinheit 2 auf der unteren Seite verbunden. Hier kann die Referenzspannungsversorgung 28 Erde sein, die gleiche wie in Ausführungsform 1, oder kann irgendeine andere feste Spannung sein. Wenn die Ausgabespannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit 2 höher als die Spannung (V28) der Referenzspannungsversorgung 28 ist, gibt der Impulswandler 4 "Hoch"-Spannung aus, während er "Niedrig"-Spannung ausgibt, wenn sie niedriger als die Spannung (V28) ist. Der Wert der "Hoch"-Spannung wird abhängig von der Stromversorgungsspannung an den Komparator 29 bestimmt. Wie oben beschrieben, gibt der Impulswandler 4 die Spannung Vd2 aus, die eine aus Vd1 umgewandelte Impulsspannung ist.
Der LPF 5 ist der einfachste Tiefpassfilter erster Ordnung, der aus einem Widerstand 30 und Kondensator 31 besteht. Selbstverständlich kann der LPF ein Tiefpassfilter zweiter oder höherer Ordnung oder ein Tiefpassfilter mit irgendeiner anderen Konfiguration sein. Seine Grenzfrequenz wird auf einen Wert niedriger als die Frequenz des Pulsationsflusses eingestellt.
Betriebswellenformen gemäß dieser Ausführungsform 2 sind in 11 gezeigt. Wenn ein mit einem Reversfluss einhergehender Pulsationsfluss stattfindet, wie in 11(a) gezeigt, wird die Spannung Vd1 nur positiv, wenn der reverse Fluss stattfindet und ist Null, wenn der Vorwärtsfluss stattfindet, wie in 11(c) gezeigt, gleich wie bei Ausführungsform 1. Die Wellenform der Spannung Vd2, die durch Eingeben dieser Vd1 am Impulswandler 4 und dann Umwandeln in eine Impulswellenform erhalten wird, wird wie in 11(d) gezeigt, so dass eine "Hoch"-Spannung nur ausgegeben wird, wenn der reverse Fluss stattfindet.
Wenn das Amplitudenverhältnis höher wird, so dass die reverse Flussrate ansteigt, wird das Tastverhältnis von Vd2 größer. Die Wellenform der durch Eingeben dieser Vd2 am LPF 5 zum Glätten erhaltenen Spannung Vd3 wird wie in 11(e) gezeigt und als ein Ergebnis wird eine Gleichstromspannung proportional zum Tastverhältnis von Vd2 ausgegeben. Die Wellenform von Vout, wie in 11(f) gezeigt, kann durch Subtrahieren von G3 Malen dieser Vd3 von Vm gemäß Gleichung (9) erhalten werden. Durch Subtrahieren der G3 Mal Vd3 von Vm, sinkt Vm insgesamt und Vout nahe der Reversflussregion wird niedriger als die Ausgabe, wenn es keinen Luftfluss gibt.
Wenn Vout niedriger als die Ausgabe, wenn es keinen Luftfluss gibt, erzeugt wird, wie in 8 gezeigt, falls die Spannungsflusratentabelle so eingestellt wird, dass die Flussrate = 0, wird die Flussratenumwandlung von Vout in 11(f) so wie in 11(g) gezeigt. Da die Flussrate nahe der Reversflussregion als Null berechnet wird, wird eine detektierende Durchschnittsflussrate (Qa3) kleiner als die Durchschnittsflussrate (Qa1) in 6(c). Falls unter Verwendung der Relation zwischen dem Amplitudenverhältnis und dem Pulsationsfehler ausgedrückt, wird dies wie durch die Kurve 53 in 12 angegeben, welche anzeigt, dass der Pulsationsfehler kleiner wird als derjenige durch die Kurve 51. Wie oben beschrieben, kann der Pulsationsfehler, wenn ein mit einem reversen Fluss einhergehender Pulsationsfehler stattfindet, unter Verwendung einer einfachen Schaltung auch in dieser Ausführungsform reduziert werden.
Ausführungsform 3
In Ausführungsform 1 ist die Spannungsflussratentabelle so eingestellt worden, dass die Flussrate = 0, wenn Vout niedriger als die Ausgabe, wenn es keinen Luftfluss gibt, erzeugt wird; jedoch, wie in 13 gezeigt, kann die Spannungsflussratentabelle so eingestellt werden, dass die Flussrate negativ wird, wenn Vout niedriger als die Ausgabe, wenn es keinen Luftfluss gibt, erzeugt wird. Betriebswellenformen in dieser Ausführungsform werden wie in 14 gezeigt; falls Vout in 14(e) Flussraten-gewandelt wird, wird eine negative Flussrate im Teil der reversen Flussregion berechnet, wie in 14(f) gezeigt, so dass eine detektierende Durchschnittsflussrate Qa4 weiter kleiner wird als die Durchschnittsflussrate Qa2 in 6(f).
Falls unter Verwendung der Relation zwischen dem Amplitudenverhältnis und dem Pulsationsfehler ausgedrückt, wird der Pulsationsfehler wie durch die Kurve 54 in 15 gegeben, der kleiner ist als der durch die Kurve 52 gegebene. Wie oben beschrieben, kann der Pulsationsfehler, wenn ein mit einem reversen Fluss einhergehender Pulsationsfluss stattfindet, auch in dieser Ausführungsform reduziert werden.
Ausführungsform 4
In Ausführungsform 2 ist die Spannungsflussratentabelle auch so eingestellt worden, dass die Flussrate = 0, wenn Vout niedriger als die Ausgabe ist, wenn kein Luftfluss erzeugt wird; wie in 13 gezeigt, kann jedoch die Spannungsflussratentabelle so eingestellt werden, dass die Flussrate negativ wird, wenn Vout niedriger als die Ausgabe, wenn es keinen Luftfluss gibt, erzeugt wird. Betriebswellenformen dieser Ausführungsformen werden wie in 16 gezeigt; falls Vout in 16(f) flussratenkonvertiert wird, wird eine negative Flussrate nahe der reversen Flussregion wie in 16(g) gezeigt berechnet, so dass eine detektierende Durchschnittsflussrate Qa5 weiterhin kleiner als die Durchschnittsflussrate Qa3 in 11(g) wird.
Falls unter Verwendung der Relation zwischen dem Amplitudenverhältnis und dem Pulsationsfehler ausgedrückt, wird der Pulsationsfehler wie durch die Kurve 55 in 17 angegeben, was kleiner ist als derjenige, der durch die Kurve 53 angegeben wird. Wie oben beschrieben, kann der Pulsationsfehler, wenn ein mit einem Reversfluss einhergehender Pulsationsfluss stattfindet, auch in dieser Ausführungsform reduziert werden.
Ausführungsform 5
Der Pulsationsfehler ist in Ausführungsform 1 durch die Spannung Vd1 korrigiert worden, die abhängig von der Differenz in der Temperatur zwischen dem Stromaufheizwiderstand 61 und dem Stromabheizwiderstand 62 ist; jedoch kann eine Antwortverzögerung in Bezug auf den Pulsationsfluss bei den Temperaturen im Stromaufheizwiderstand 61 und dem Stromabheizwiderstand 62 manchmal abhängig von der Struktur des Detektors 38 nicht ignoriert werden. In diesem Fall, da das Amplitudenverhältnis von Vd klein wird oder eine Positionsverschiebung in Bezug auf den Pulsationsfluss auftritt, wird die Pulsationskorrektur wahrscheinlich nicht korrekt durchgeführt. Um dieses Problem zu lösen, wird in dieser Ausführungsform die Ausgabe aus dem Puffer 19 mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 25 über den Widerstand 23 und einen Kondensator 21 verbunden und wird die Ausgabe aus dem Puffer 20 mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers über den Widerstand 24 und einen Kondensator 22 in der Differentialverstärkereinheit 2 verbunden, wie in 18 gezeigt. Die Konfiguration außer derjenigen ist dieselbe wie die von Ausführungsform 1. Falls die Kapazitätswerte der Kondensatoren 21 und 22 C21 bzw. C22 sind, wird die Ausgangsspannung Vd1 aus dem Operationsverstärker 25 durch Gleichung (10) ausgedrückt, wobei R17 = R18, Rf = R26 = R27, Ri = R23 = R24, Ci = C21 = C22 und ω = 2πf (f: Eingangssignalfrequenz).
Gleichung 10

Vd1 = Rf / 2Ri(1 + JωCiRi)(Rhu – Rhd)Ih (10)

Daher wird der Verstärkungsfaktor G1 in Gleichung (3) durch Gleichung (11) ausgedrückt.
Gleichung 11

G1 = Rf / 2Ri(1 + jωCiRi) (11)

Wie aus Gleichung (11) zu sehen, wird der Verstärkungsfaktor G1 eine Funktion der Frequenz. Falls in einem Bode-Diagramm ausgedrückt, wird die Frequenzabhängigkeit des Verstärkungsfaktors G1 wie in 19 gezeigt. Wie aus 19 ersichtlich, ermöglicht das Justieren von Ci und Ri, dass Verstärkungsfaktors und Phase von Vd1 anhand der Antwortverzögerung des Detektors 38 justiert wird. Wie oben beschrieben, selbst falls der Detektor 38 eine nicht ignorierbare thermische Antwortverzögerung aufweist, kann der Pulsationsfehler, wenn ein mit einem Reversfluss einhergehender Pulsationsfluss stattfindet, unter Verwendung einer einfachen Schaltung in dieser Ausführungsform reduziert werden.
Zusätzlich wird die Antwortverzögerung von Vd1 durch eine Vorrückschaltung erster Ordnung in dieser Ausführungsform kompensiert; jedoch ist die Schaltungskonfiguration nicht darauf beschränkt, sondern kann auch mit anderen Vorrückschaltung konfiguriert sein, wie etwa einer Vorrückschaltung zweiter Ordnung und einem Digitalfilter, oder mit getrennten Verstärkungs- und Phasenkompensationsschaltungen.
Ausführungsform 6
In Ausführungsform 5 ist der Verstärkungsfaktor der Differentialverstärkereinheit 2 höher gemacht worden und ist die Phase mehr vorgerückt worden, wenn die Pulsationsfrequenz höher wird; jedoch kann der Verstärkungsfaktor der Differentialverstärkereinheit 2 höher gemacht werden und die Phase kann mehr vorgerückt werden, wenn die Flussrate größer wird. Falls der Belastungsstatus des Motors fluktuiert, fluktuiert der im Motor erzeugte Pulsationsfluss ebenfalls mit der Pulsationsfrequenz und Durchschnittsflussrate nahezu proportional zueinander; daher kann derselbe Effekt erzeugt werden, selbst falls die Flussrate detektiert wird und abhängig davon, welche Verstärkung und Phase der Differentialverstärkereinheit 2 variiert wird.
Ausführungsform 7
20 zeigt eine Schaltungskonfiguration gemäß Ausführungsform 7. Ein nahe dem Stromaufheizwiderstand 61 gebildeter Strom auf Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 und ein nahe dem Stromabheizwiderstand 62 gebildeter Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8 sind in Reihe verbunden und sind weiter parallel mit den festen Widerständen 17 und 18 verbunden, die in Reihe geschaltet sind, fast denselben Widerstandswert aufweisend. Der Verbindungspunkt zwischen dem Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 und dem festen Widerstand 17 ist mit einer Konstantspannungsstromversorgung 58 verbunden und der Verbindungspunkt zwischen dem Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8 und dem Festwiderstand 18 ist mit Erde verbunden. Darüber hinaus wird die Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 und dem Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8 am Puffer 19 eingegeben; die Spannung am Verbindungspunkt zwischen den festen Widerständen 17 und 18 wird am Puffer 20 eingegeben. Andere Konfiguration als die ist die gleiche wie die von Ausführungsform 1. Falls der Widerstandswert des Stromauf-Temperaturdetektionswiderstandes 7 Rsu ist und derjenige des Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8 Rsd ist, wird die Ausgabespannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit 2 durch Gleichung (12) ausgedrückt.
Gleichung 12

Vd1 = G1(Rsu – Rsd)Is (12)

Da der Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 nahe dem Stromaufheizwiderstand 61 gebildet ist, ist die Temperatur des Stromauf-Temperaturdetektionswiderstands 7 fast dieselbe wie die des Stromaufheizwiderstands 61; da der Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8 nahe dem Stromabheizwiderstand 62 gebildet ist, ist die Temperatur des Stromab-Temperaturdetektionswiderstands 8 fast dieselbe wie diejenige des Stromabheizwiderstands 62. Daher wird die Spannung Vd1 bei dieser Ausführungsform nur positiv, wenn ein reverser Fluss stattfindet und Null, wenn ein Vorwärtsfluss stattfindet, gleich wie in Ausführungsform 1. Daher kann, genau wie in Ausführungsform 1, der Pulsationsfehler, wenn der mit einem reversen Fluss einhergehende Pulsationsfluss stattfindet, auch in dieser Ausführungsform reduziert werden.
Nur die Widerstände 23 und 24 sind mit den entsprechenden Eingabeanschlüssen des Operationsverstärkers 25 in 20 verbunden; Jedoch können Kondensatoren wie in 18 in Ausführungsform 5 verbunden sein, so dass der Verstärkungsfaktor und die Phase der Differentialverstärkereinheit 2 abhängig von der Frequenz variieren. Darüber hinaus ist die Konfiguration der Brückenschaltungseinheit 1 nicht auf jene beschränkt, die in 18 und 20 gezeigt ist, aber sie kann auch jene in 21 und 22 sein, solange wie die Differenz bei der Temperatur zwischen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Teilen in Bezug auf den Luftfluss detektiert werden kann.
Ausführungsform 8
Es ist ideal, dass Temperaturen des Stromauf-Temperaturdetektionswiderstands 7 und des Stromab-Temperaturdetektionswiderstands 8 gleich sind, wenn es keinen Luftfluss gibt, und die Widerstandswerte der beiden Widerstände gleich sind, wenn ihre Temperaturen gleich sind.
Jedoch sind die Temperaturen des Stromauf-Temperaturdetektionswiderstands 7 und des Stromab-Temperaturdetektionswiderstands 8 nicht immer gleich, selbst wenn es keinen Luftstrom gibt, aufgrund von Variationen in ihrer tatsächlichen Struktur; in den meisten Fällen sind die beiden Widerstandswerte nicht gleich, selbst wenn ihre Temperaturen gleich sind. Falls es irgendein Ungleichgewicht zwischen dem Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 und dem Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8, die oben beschrieben sind, gibt, wird manchmal die Ausgabespannung Vd1 aus der Differentialverstärkereinheit 2 positiv, selbst wenn ein Vorwärtsfluss stattfindet, oder Null, wenn ein reverser Fluss stattfindet, was es schwierig macht, richtig zwischen Vorwärts- und Rückwärtsflüssen zu unterscheiden.
So wird in dieser Ausführungsform ein variabler Widerstand zumindest für einen der festen Widerstände 17 und 18 verwendet. 23 zeigt ein Beispiel, in welchem der feste Widerstand 18 in 18 durch einen variablen Widerstand ersetzt ist. Selbst falls es irgendein Ungleichgewicht zwischen dem Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 und dem Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8 gibt, kann die Spannung Vd1 justiert werden, indem der variable Widerstand justiert wird, um nur dann positiv zu werden, wenn ein reverser Fluss stattfindet. Daher ermöglicht diese Ausführungsform die Entscheidung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsflüssen, korrekt durchgeführt zu werden.
Ausführungsform 9
In dieser Ausführungsform, falls es irgendein Ungleichgewicht zwischen dem Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 und dem Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8 gibt, die in Ausführungsform 8 beschrieben sind, wird die Justierung davor wie in 24 gezeigt, durchgeführt, indem eine Referenzspannungsversorgung 59 für den Komparator 29 justiert wird. Wenn beispielsweise Vd1 positiv wird, wenn ein Vorwärtsfluss stattfindet, aufgrund von Ungleichgewicht zwischen dem Stromauf-Temperaturdetektionswiderstand 7 und dem Stromab-Temperaturdetektionswiderstand 8, wird die Ausgabe Vd2 aus dem Impulswandler 4 zur "Hoch"-Spannung; jedoch kann Vd2 dazu gebracht werden, "Niedrig"-Spannung zu sein, indem die Spannung der Referenzspannungsversorgung 59 für den Komparator 29 justiert wird, um anzusteigen. Wenn andererseits Vd1 Null wird, wenn ein reverser Fluss stattfindet, wird die Ausgabe Vd2 aus dem Impulswandler 4 zur "Niedrig"-Spannung; jedoch kann Vd2 durch Justieren der Spannung der Referenzspannungsversorgung 59 für den Komparator 29 zur "Hoch"-Spannung gemacht werden, um zu sinken.
Wie oben beschrieben, kann die Justierung zwischen dem Vorwärtsfluss und dem reversen Fluss in der Ausführungsform unter Verwendung des Impulswandlers 4 geeignet gemacht werden, indem die Spannung der Referenzspannungsversorgung 59 für den Komparator 29 justiert wird.
Ausführungsform 10
Im Normalbetrieb wird die Ausgabe Vd2 aus dem Impulswandler 4 in der oben beschriebenen Ausführungsform 2 zur "Niedrig"-Spannung, wenn ein Vorwärtsfluss stattfindet, während "Hoch"-Spannung, wenn ein Reversfluss stattfindet; jedoch tritt aufgrund von Störungsrauschen und turbulenten Flüssen in einer Flussratenregion vor oder nach dem Zeitpunkt ohne Luftfluss, eine Rattern auf, und manchmal wird ein Impulssignal mit extrem hoher Frequenz erzeugt. In diesem Fall wird es schwierig, die Bewertung zwischen Vorwärtsfluss und Rückwärtsfluss korrekt durchzuführen.
Somit wird in dieser Ausführungsform die Ausgabe aus dem Komparator 29 durch feste Widerstände 13 und 14 unterteilt und wird die unterteilte Spannung an einen Eingabeanschluss des Komparators 29 rückgekoppelt, wie in 25 gezeigt, um ihm so eine Hysterese zu vermitteln. Das Rattern kann am Entstehen gehindert werden, indem diese Hysteresebreite zu einem angemessenen Wert gemacht wird, ohne auf Störungsrauschen und Turbulenzflüsse zu reagieren.
Ausführungsform 11
In Ausführungsform 2 wird die Ausgabe Vd2 aus dem in 11(d) gezeigten Impulswandler 4 durch den LPF 5 geglättet, um zur in 11(e) gezeigten Wellenform zu werden. Die Pulsationsfrequenz eines Motors ist allgemein höher als 20 Hz; daher muss die Grenzfrequenz des LPF 5 zumindest niedriger als 2 Hz sein, um eine Wellenform bei dieser Frequenz zu glätten. Wenn sich jedoch Pulsationsbedingungen plötzlich ändern, entsteht eine Verzögerung bei der Bearbeitung durch den LPF 5 und wahrscheinlich tritt ein Fehler in der Ausgabe aus dem Subtraktionsprozessor 3 auf. Wenn beispielsweise der Motor plötzlich von einem Schwerlastzustand zu einem Leichtlastzustand verschoben wird, wird ein Zustand von, von einem reversen Fluss begleitetem Pulsationsfluss, der stattfindet, plötzlich zu einem Zustand ohne Pulsation geändert. Betriebswellenformen für diesem Fall sind in 26 gezeigt. Wie in 26(a) gezeigt, wenn der Schwerlastzustand (Pulsationszustand mit einem reversen Fluss) sich plötzlich zu einem Leichtlastzustand (Zustand einer konstanten Flussrate ohne Pulsationsfluss) ändert, zeigt die Brückenausgangsspannung Vm eine rasche Reaktion, wie in 26(b) gezeigt; jedoch erfordert die Ausgabe Vd3 aus dem LPF 5 eine Zeit Td, bevor sie sich zum Leichtlastzustand stabilisiert, wie in 26(e) gezeigt, verursacht durch eine Verzögerung durch den Tiefpassfilter. Da am Subtraktionsprozessor 3 eingegebene Vd3 während dieser Zeit Td variiert, variiert auch die Ausgabespannung Vout aus dem Subtraktionsprozessor 3, wie in 26(f) gezeigt. Das Ergebnis der Flussratenumwandlung dieser Vout wird wie in 26(g) gezeigt, was einen während der Zeit Td auftretenden Detektionsfehler anzeigt.
Je höher die Pulsationsfrequenz ist, desto kürzer wird der Zeitraum zum Berechnen der Durchschnittsflussrate; daher, je höher die Pulsationsfrequenz ist, desto größer wird der Einfluss durch den LPF 5 auf die Verzögerung. Falls die Grenzfrequenz des LPF 5 angehoben wird, um dieses Phänomen zu vermeiden, kann die Impulswellenform nicht vollständig geglättet werden, wenn die Pulsationsfrequenz niedrig ist.
Somit wird die Grenzfrequenz des LPF 5 in dieser Ausführungsform abhängig von der Pulsationsfrequenz variiert. Die Grenzfrequenz des LPF 5 wird abgesenkt, wenn die Pulsationsfrequenz niedrig ist, während sie angehoben wird, wenn sie hoch ist, wie in 27 gezeigt. Dadurch kann die Impulswellenform korrekt geglättet werden, unabhängig von der Pulsationsfrequenz und zusätzlich wird die Verzögerung durch den LPF 5 klein, wenn die Pulsationsfrequenz hoch ist; daher kann auch der Detektionsfehler aufgrund dieser Verzögerung reduziert werden. Wie oben beschrieben, selbst wenn ein Pulsationszustand sich plötzlich ändert, kann eine Pulsationskorrektur in dieser Ausführungsform akkurat gemacht werden.
Zusätzlich können Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung frei kombiniert werden oder können geeignetermaßen modifiziert oder weggelassen werden, innerhalb des Umfangs der Erfindung.
Verschiedene Modifikationen und Änderungen dieser Erfindung werden Fachleuten auf dem Gebiet ersichtlich, ohne vom Umfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen, und es sollte sich verstehen, dass diese nicht auf die hier dargestellten illustrativen Ausführungsformen beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 3470620 [0005]
JP 08-14978 A [0005]
JP 08-43163 A [0005]

Claims

Thermisches Luftflussmeter, beinhaltend: einen Nebenstrom (42), der einen Teil von zu messendes Einlassluft aufnimmt und der Einlassluft gestattet, hindurchzufließen; ein Flussratendetektionselement (3), das im Nebenstrom (42) angeordnet ist und einen Heizwiderstand (6) beinhaltet, der aus einem stromaufwärts der Einlassluft lokalisierten Stromauf-Heizwiderstand (61) und einem stromabwärts der Einlassluft lokalisierten Stromab-Heizwiderstand (62) und einem Einlasslufttemperaturdetektionswiderstand (9), der die Einlassluftemperatur detektiert, aufgebaut ist; und eine Brückenschaltungseinheit (1), die eine Brückenschaltung inkorporiert, die den Heizwiderstand (6) beinhaltet und einen Strom an den Heizwiderstand (6) liefert, so dass die Heizwiderstandtemperatur immer um eine vorgegebene Temperatur höher eingestellt ist als die durch den Einlasslufttemperaturdetektionswiderstand (9) detektierte Einlassluftemperatur; wobei die Brückenschaltungseinheit (1) ein Ausgabesignal (Vm), basierend auf dem zum Heizwiderstand gelieferten Stromwert in Übereinstimmung mit einer Flussrate der Einlassluft ausgibt, wobei das thermische Luftflussmeter umfasst: eine Differentalverstärkereinheit (2), die eine Spannung abhängig von einer Differenz bei der Temperatur zwischen dem Stromauf-Heizwiderstand (61) und dem Stromab-Heizwiderstand (62) verstärkt; und einen Subtraktionsprozessor (3), der vom Ausgangssignal (Vm) ein Konstante mal einem Ausgabesignal (Vd1) aus der Differentialverstärkereinheit (2) subtrahiert und ein Korrektursignal (Vout) ausgibt.
Thermisches Luftflussmeter gemäß Anspruch 1, wobei der Subtraktionsprozessor (3) einen Impulswandler (4) enthält, der die Ausgabe (Vd1) aus der Differentialverstärkereinheit in eine Impulswellenform umwandelt, und einen LPF (5), der die Ausgabe (Vd2) aus dem Impulswandler (4) glättet, und vom Ausgabesignal (Vm) eine Konstante mal der Ausgabe (Vd3) aus dem LPF (5) subtrahiert.
Thermisches Luftflussmeter gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Differentialverstärkereinheit (2) einen Differentialverstärker inkorporiert, der einen Operationsverstärkerm (25), Widerstände (23, 24) und Kondensatoren (21, 22) enthält, und auf eine solche Weise konfiguriert ist, dass der Verstärkungsfaktor des Differentialverstärkers mit höher werdender Frequenz eines am Differentialverstärker eingegebenen Signals ansteigt.
Thermisches Luftflussmeter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Differentialverstärkereinheit (2) einen Differentialverstärker inkorporiert, der einen Operationsverstärker (25), Widerstände (23, 24) und Kondensatoren (21, 22) enthält, und auf solche Weise konfiguriert ist, dass die Ausgabephase aus dem Differentialverstärker mit höher werdender Frequenz des am Differentialverstärker eingegebenen Signals mehr vorgerückt wird.
Thermisches Luftflussmeter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Differentialverstärkereinheit (2) einen Differentialverstärker inkorporiert, der einen Operationsverstärker (25), Widerstände (23, 24) und Kondensatoren (21, 22) enthält, und auf solche Weise konfiguriert ist, dass die Verstärkung des Differentialverstärkers und die Phase der Ausgabe aus dem Differentialverstärker basierend auf der Einlassluftflussrate variiert werden.
Thermisches Luftflussmeter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei zwei in Reihe verbundene Widerstände (17, 18) mit nahezu demselben Widerstandswert parallel zum Heizwiderstand (6) verbunden sind, eine Spannung an einem Verbindungspunkt zwischen den zwei Widerständen (17, 18) über einen Puffer (20) an einem der Anschlüsse des Differentialverstärkers angelegt wird und eine Spannung an einem Verbindungspunkt zwischen dem Stromaufheizwiderstand (61) und dem Stromabheizwiderstand (62) über einen anderen Puffer (19) an einen anderen Anschluss des Differentialverstärkers angelegt ist.
Thermisches Luftflussmeter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Stromauftemperaturdetektionswiderstand (7), der nahe am Stromaufheizwiderstand (61) ausgebildet ist, und ein Stromabtemperaturdetektionswiderstand (8), der nahe am Stromabheizwiderstand (62) ausgebildet ist, in Reihe verbunden sind, zwei in Reihe verbundene fast denselben Widerstandswert aufweisende Widerstände (17, 18) mit dem Stromauftemperaturdetektionswiderstand (7) und dem Stromabtemperaturdetektionswiderstand (8), die in Reihe verbunden sind, parallel verbunden sind, eine Spannung an einem Verbindungspunkt zwischen den zwei Widerständen (17, 18) über einen Puffer (20) an einem der Anschlüsse des Differentialverstärkers angelegt ist, und eine Spannung an einem Verbindungspunkt zwischen dem Stromauftemperaturdetektionswiderstand (7) und dem Stromabtemperaturdetektionswiderstand (9) über einen anderen Puffer (19) am anderen Anschluss des Differentialverstärkers angelegt ist.
Thermisches Luftflussmeter gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei zumindest einer der in Reihe verbundenen zwei Widerstände (17, 18) ein variabler Widerstand ist.
Thermisches Luftflussmeter gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei eine erste Referenzspannung zur Ausgabe aus dem Differentialverstärker addiert wird und die resultierende Spannung zur Ausgabe (Vd1) aus der Differentialverstärkereinheit (2) gemacht wird, der Pulswandler (4) einen Komparator (29) beinhaltet, eine zweite Referenzspannung und die Ausgabe (Vd1) aus der Differentialverstärkereinheit (2) am Komparator (29) eingegeben werden und der Pulswandler (4) eine Hochpegelgespannung ausgibt, wenn die Ausgabe (Vd1) aus der Differentialverstärkereinheit (2) höher als die zweite Referenzspannung ist, während der Impulswandler (4) eine Niederpegelspannung ausgibt, wenn die Ausgabe (Vd1) aus der Differentialverstärkereinheit (2) niedriger als die zweite Referenzspannung ist.
Thermisches Luftflussmeter gemäß Anspruch 9, wobei die zweite Referenzspannung variabel ist.
Thermisches Luftflussmeter gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Komparator (29) mit Hysterese versehen sit.
Thermisches Luftflussmeter gemäß einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Grenzfrequenz des LPF (5) abhängig von der Frequenz eines Eingangssignals daran variiert wird.
Verfahren zur Verwendung eines thermischen Luftflussmeters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei eine Ausgabeflussratentabelle zum Umwandeln des Korrekturausgabesignals (Vout) in eine Flussrate eine Negativflussratenregion enthält.