-
Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Strömungsmessgerät vom thermischen
Typ oder ein Flussmessgerät
vom thermischen Typ zum Erfassen einer Flussgeschwindigkeit oder
einer Flussrate von beispielsweise Gas oder Flüssigkeit. Insbesondere betrifft
die Erfindung einen Flussratendetektor vom thermischen Typ, der
zum Erfassen einer Menge an Luft verwendet wird, die in einen Motor
für ein
Automobil oder ähnliches
als Anwendungsbeispiel gesaugt wird, und der die Erfassungsgenauigkeit
erhöhen
kann.
-
Allgemein
wird bezüglich
eines Flussratendetektors zum Messen einer Menge an Luft, die in
einen Motor für
ein Automobil gesaugt wird, im Allgemeinen ein solcher vom thermischen
Typ verwendet, der eine Massenflussrate erfassen kann und der bezüglich einer
Kostencharakteristik exzellent ist. Ein Motor saugt auf der Basis
der Hin- und Herbewegung eines Kolbens Luft dort hinein und erhöht oder
erniedrigt eine Menge an angesaugter Luft durch Öffnen oder Schließen einer
Drosselklappe. Die Pulsierungsamplitude von Luft, die in einen Vier-Zylinder-Benzinmotor
gesaugt wird, wird größer, wenn eine Öffnung der
Drosselklappe weiter vergrößert wird,
und in einem Laufzustand, in welchem der Motor mit voller Leistung
läuft,
wird die dort hinein gesaugte Luft der Pulsierungsfluss, der den
Gegenstrom zur Folge hat. Demgemäß ist für die genaue Erfassung
einer Menge an Luft, die in einen Motor gesaugt wird, ein Flussmessgerät erforderlich,
das auch den Gegenstrom erfassen kann.
-
In
Bezug auf ein Flussmessgerät
vom thermischen Typ, das einen Gegenstrom erfassen kann, wie es
in
JP 10-500490 A gezeigt
ist, ist ein Temperaturdifferenz-Erfassungstyp in die Praxis umgesetzt worden,
bei welchem ein Wärmeerzeugungselement auf
der Oberflächenseite
eines Siliziumsubstrats angeordnet ist und Temperaturerfassungselemente
jeweils auf der stromaufwärtigen
Seite und auf der stromabwärtigen
Seite in Bezug auf das Wärmeerzeugungselement
angeordnet sind, um eine Flussrate aus der Differenz bezüglich der
Temperatur zwischen dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite
und dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite
zu erfassen, wenn das Wärmeerzeugungselement
auf eine feste Temperatur gesteuert wird. Das Temperaturerfassungselement
auf der stromaufwärtigen
Seite wird bezüglich
der Temperatur niedriger als das Temperaturerfassungselement auf
der stromabwärtigen Seite
in Bezug auf die Flussrichtung. Somit kann deshalb, weil das Vorzeichen
der Temperaturdifferenz zwischen dem richtigen Strom und dem Gegenstrom umgekehrt
wird, der Gegenstrom erfasst werden.
-
Während das
Wärmeerzeugungselement und
die Temperaturerfassungselemente derart hergestellt sind, dass sie
zum Reduzieren der Wärmekapazität unter
Verwendung der feinen Musterung von Silizium von einer Diaphragma-
bzw. Membranstruktur sind, kann deshalb, weil die mechanische Festigkeit
sichergestellt wird, die nötige
Reaktionsfähigkeit nicht
erhalten werden, und somit wird die Erfassungsgenauigkeit ein Problem,
das vom Motor und seinem Laufzustand abhängt. Zusätzlich ist deshalb, weil ein Ausgangssignal
von der Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der Temperatur
der angesaugten Luft abhängt,
die Temperaturdifferenzeinstellung der Schaltung zum Steuern bzw.
Regeln (zu) einer festen Temperatur bei jedem Detektor erforderlich.
Darüber
hinaus ist es deshalb, da eine Temperaturdifferenz-Erfassungsschaltung
zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen der Festtemperatur-Erfassungsschaltung
und den Temperaturerfassungselementen auf der stromaufwärtigen und
der stromabwärtigen
Seite erforderlich ist, schwierig, die Schaltung zu miniaturisieren.
-
Andererseits
führt der
oben angegebene Flussratendetektor vom thermischen Typ die Steuerung
so aus, dass die Temperatur der angesaugten Luft und die Temperatur
des Wärmeerzeugungselements
fest wird, wohingegen bei einem Flussratendetektor vom thermischen
Typ, der in
JP 11-326003 B gezeigt
ist, zwei Objekte vorgesehen sind, die jeweils ein Wärmeerzeugungselement
und ein Temperaturerfassungselement haben, und die gemessene Temperaturdifferenz
durch eine Regelschleife bzw. Steuerschleife auf dem Wert von Null
gehalten wird und ein Signal, das auf der elektrischen Leistung
basiert, die den Objekten zugeführt
wird, um mit dem zuvor angegebenen Kriterium übereinzustimmen, gemäß welchem
die Temperaturdifferenz Null sein muss, wird als Flussratensignal
verwendet.
-
Ein
herkömmlicher
Flussratendetektor vom thermischen Typ wird hierin nachfolgend unter
Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt
ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines herkömmlichen
Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt, und 9 ist
eine Ansicht, die eine Anordnung von Flussraten-Erfassungselementen
des herkömmlichen
Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt.
-
In 8 ist
eine Brückenschaltung
durch ein Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite,
ein Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite
und feste Widerstände
R5 und R6 aufgebaut. Ein Ausgangssignal der Brückenschaltung wird zu einem
Komparator eingegeben. Ein Ausgangsanschluss des Komparators ist über Schaltvorrichtungen
Q1 und Q2 an Wärmeerzeugungselemente
R1 und R4 angeschlossen.
-
Das
Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite, das Temperaturerfassungselement
R3 auf der stromabwärtigen
Seite und die Wärmeerzeugungselemente
R1 und R4 sind Widerstände
vom temperaturempfindlichen Typ, die beispielsweise aus Platin,
Nickel oder ähnlichem
hergestellt sind, von welchen ein jeweiliger Widerstandswert in
Abhängigkeit
von der Temperatur geändert wird,
und sind in den zwei Objekten O1 und O2 ausgebildet, die eine Mikro-Brückenstruktur
haben, wie es in 9 gezeigt ist.
-
Bei
der in 8 gezeigten Schaltungskonfiguration werden das
Wärmeerzeugungselement
R1 auf der stromaufwärtigen
Seite und das Wärmeerzeugungselement
R4 auf der stromabwärtigen
Seite abwechselnd erwärmt,
so dass das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite
und das Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite
im Gleichgewicht sind, um nahezu dieselbe Temperatur zu bekommen.
Beispielsweise dann, wenn die Schaltvorrichtung Q1 im EIN-Zustand ist,
ist das Wärmeerzeugungselement
R1 auf der stromaufwärtigen
Seite im Heizzustand und ist das Wärmeerzeugungselement R4 auf
der stromabwärtigen
Seite im nichtheizenden Zustand. Wenn die Temperatur des Temperaturerfassungselements
R2 auf der stromaufwärtigen
Seite durch Heizen des Wärmeerzeugungselements
R1 auf der stromaufwärtigen
Seite angestiegen ist, wird die Spannung, die an einem Knoten zwischen
dem festen Widerstand R6 und dem Temperaturerfassungselement R2
auf der stromaufwärtigen
Seite erscheint, erhöht,
und dann, wenn sie höher
als diejenige wird, die an einem Knoten zwischen dem festen Widerstand
R5 und dem Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite
erscheint, wird der Pegel eines Ausgangssignals vom Komparator invertiert,
so dass die Schaltvorrichtung Q2 EIN-geschaltet wird und die Schaltvorrichtung
Q1 AUS-geschaltet wird. Somit wird das Wärmeerzeugungselement R4 auf
der stromabwärtigen
Seite so geheizt, dass die Temperatur des Temperaturerfassungselements
R3 auf der stromabwärtigen
Seite erhöht
wird, während
die Temperatur des Temperaturerfassungselements R2 auf der stromaufwärtigen Seite
erniedrigt wird.
-
Wie
es oben beschrieben ist, wird die elektrische Leistung intermittierend
und abwechselnd zu den Wärmeerzeugungselementen
R1 und R4 zugeführt,
wodurch das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite
und das Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite
ins Gleichgewicht gebracht werden, um nahezu dieselbe Temperatur
zu bekommen. Der Tastgrad eines Gate-Signals der Schaltvorrichtung
Q1, das ein Treibersignal für
das Wärmeerzeugungselement
R1 auf der stromaufwärtigen
Seite wird, wird dann 50%, wenn eine Flussrate Null ist. Dann wird
der Tastgrad weiter erhöht,
wenn die Flussrate in Vorwärtsrichtung größer wird,
während
er reduziert wird, wenn die Flussrate in Rückwärtsrichtung weiter erhöht wird. Somit
wird der Tastgrad überwacht,
um zuzulassen, dass die Flussraten in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung
erfasst werden.
-
Beim
oben angegebenen Flussratendetektor vom thermischen Typ hängt ungleich
dem herkömmlichen
Temperaturdifferenz-Erfassungssystem
ein Ausgangssignal kaum von der Temperatur des Wärmeerzeugungselements ab und
wird eine Funktion von nur einer Flussrate. Somit hat dieser Detektor den
Vorteil, dass die Temperatureinstellung für das Wärmeerzeugungselement unnötig wird.
Zusätzlich hat
dieser Detektor deshalb, weil das Treibersignal des Wärmeerzeugungselements,
das in der Erfassungsschaltung rückgekoppelt
wird, als das Flussratensignal verwendet wird, den Vorteil, dass
seine Reaktionsfähigkeit
schneller als diejenige bei dem Temperaturdifferenz-Erfassungssystem
ist. Jedoch dann, wenn der EIN-Widerstand der Schaltvorrichtung
zum intermittierenden Steuern des Wärmeerzeugungselements in Abhängigkeit
von der Temperatur oder ähnlichem
schwankt, wird auch sein Ausgangssignal entsprechend geändert. Zusätzlich wird
das Flussratensignal mit dem Rauschen aufgrund der Schaltoperation
gemischt, und insbesondere dann, wenn die Flussratenempfindlichkeit
niedrig ist, wird das SN-Verhältnis
in einigen Fällen
schlechter.
-
Darüber hinaus
ist deshalb, weil das Ausgangssignal des Flussratendetektors vom
thermischen Typ das Impulssignal ist, eine Schnittstellenschaltung
in einigen Fällen
erforderlich. Anders ausgedrückt
ist in dem Fall, in welchem es beabsichtigt ist, dass das Impulssignal
zu einem Analog/Digital-Wandler eingegeben wird, ein Tiefpassfilter
zum Umwandeln des Impulssignals in die analoge Spannung erforderlich.
Dann, wenn beabsichtigt ist, dass eine analoge Spannung mit kleiner
Welligkeit erhalten wird, muss die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters auf
eine niedrige Frequenz eingestellt werden, und als Ergebnis trifft
man auf ein Problem, das darin besteht, dass die Reaktionsfähigkeit
schlecht wird.
-
Bei
einem weiteren herkömmlichen
Flussratendetektor vom thermischen Typ, der in
10 gezeigt
ist, sind ungleich dem System zum intermittierenden Steuern des
Wärmeerzeugungselements, wie
es oben beschrieben ist, Wärmeerzeugungselemente
R7 und R8 in der äußeren Peripherie
einer Rohrleitung vorgesehen, und die Temperaturdifferenz zwischen
den Wärmeerzeugungselementen wird
unter Verwendung eines Thermokopplers in einer (linearen) Steuerung
zum Steuern des Erwärmens
der Wärmeerzeugungselemente
R7 und R8 erfasst, so dass der Pegel eines Ausgangssignals des Thermokopplers
Null wird. In
JP 11-326003
B gibt es keine Beschreibung der detaillierten Schaltungskonfiguration
einer (linearen) Steuerung bzw. Regelung. Jedoch ist unter Berücksichtigung
anderer ähnlicher Ausführungsbeispiele
die (lineare) betreffende Steuerung durch einen Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln
der Spannung vom Thermokoppler, einen Digital/Analog-Wandler zum
Zuführen
des Heizstroms zu den Wärmeerzeugungselementen
R7 und R8 und einen Signalverarbeitungsteil aufgebaut. Während der
in
10 gezeigte Flussratendetektor vom thermischen
Typ, der ungleich dem in
8 gezeigten Flussratendetektor
vom thermischen Typ ist, die Wärmeerzeugungselemente
kontinuierlich steuern kann, ist die Schaltungskonfiguration kompliziert und
wird die Miniaturisierung des Detektors schwierig, da der Analog/Digital-Wandler,
der Digital/Analog-Wandler und der Signalverarbeitungsteil erforderlich
sind.
-
Zusätzlich ist
bei dem Aufbau der Temperaturerfassungselemente und der Wärmeerzeugungselemente,
wie sie in 9 gezeigt sind, das Wärmeerzeugungselement
R1 auf der stromaufwärtigen
Seite in Bezug auf das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite
stromaufwärts
angeordnet. Somit hat der in 9 gezeigte
Flussratendetektor vom thermischen Typ ein Problem, das darin besteht,
dass die wärme
im Wärmeerzeugungselement
R1 auf der stromaufwärtigen
Seite durch das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite über das
Fluid empfangen wird, um die Flussratenempfindlichkeit zu reduzieren.
-
Wie
es oben beschrieben ist, leidet der herkömmliche Flussratendetektor
zum derartigen Ausführen
der Steuerung, dass die Temperaturdifferenz zwischen den zwei Temperaturerfassungselementen,
die jeweils auf der stromaufwärtigen
Seite und auf der stromabwärtigen
Seite angeordnet sind, Null wird, um eine Menge an elektrischer
Leistung zu erfassen, die zu dieser Zeit zu den Wärmeerzeugungselementen
zugeführt
wird, an dem Einfluss der Charakteristiken der Schaltvorrichtung
zum intermittierenden Zuführen
der elektrischen Leistung dort hindurch zu den Wärmeerzeugungselementen, und
er erfordert auch den Analog/Digital-Wandler, den Digital/Analog-Wandler,
den Signalverarbeitungsteil und ähnliches.
Als Ergebnis wird auf ein Problem getroffen, das darin besteht,
dass die Schaltungskonfiguration kompliziert wird und es schwierig
ist, den Detektor zu miniaturisieren.
-
Darüber hinaus
sind die Temperaturerfassungselemente und die Wärmeerzeugungselemente, die
in den zwei Objekten ausgebildet sind, in der Reihenfolge von dem
Wärmeerzeugungselement
auf der stromaufwärtigen
Seite, dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite,
dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungselement
auf der stromabwärtigen
Seite von der stromaufwärtigen Seite
des richtigen Stroms aus angeordnet. Somit wird auf ein Problem
getroffen, das darin besteht, dass die Wärme des Wärmeerzeugungselements auf der
stromaufwärtigen
Seite durch das Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite empfangen
wird, um die Flussratenempfindlichkeit zu reduzieren.
-
Zusätzlich ist
beim Stand der Technik der Einfluss einer Änderung der Fluidtemperatur
nicht berücksichtigt.
Als Ergebnis wird auf ein Problem getroffen, das darin besteht,
dass dann, wenn die Lufttemperatur stark geändert wird, wie bei der in
den Automotor gesaugten Luft, der Fehler bei einer Flussratenerfassung
aufgrund der Differenz zwischen der Temperaturabhängigkeit
der Wärmeübertragungsrate
im Wärmeerzeugungselement
auf der stromaufwärtigen
Seite und der Temperaturabhängigkeit
der Wärmeübertragungsrate
im Wärmeerzeugungselement
auf der stromabwärtigen
Seite auftritt.
-
Aus
US 5.750.893 A ist
ein Flussratensensor bekannt, der ein Heizelement aufweist und thermisch die
Flussrate bestimmt. Eine Brückenschaltung
umfasst zwei Referenzwiderstände
sowie einen Temperatursensor für
das Fluid und einen Temperatursensor für das Heizelement. Zum Einstellen
der Temperatur ist dem Temperatursensor für das Fluid ein Widerstand
vorgeschaltet.
-
US 2001/0027684 A1 beschreibt
ein Durchflussmessgerät,
bei dem Widerstandsdrähte
auf eine Rohrleitung aufgewickelt werden, um als Heiz- und Sensorelemente
eingesetzt zu werden. Ein Grundaufbau umfasst ein Heizelement und
ein Sensorelement, die in einer elektrischen Brückenschaltung integriert sind.
Gemäß weiteren
Ausgestaltungen sind zusätzliche
Heizelemente und/oder Sensorelemente auf der Rohrleitung vorgesehen,
ohne dass die Anordnung der Sensor- und Heizelemente eindeutig festgelegt
wird.
-
Angesichts
des Vorangehenden ist die vorliegende Erfindung gemacht worden,
um die oben angegebenen Probleme zu lösen, die zum Stand der Technik
gehören,
und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Flussratendetektor vom thermischen Typ zu schaffen, der eine Flussrichtung
identifizieren kann, sowie mit einer Schaltungskonfiguration, die
stärker
vereinfacht als die herkömmliche
ist, und der ein Flussratensignal einer analogen Spannung erhalten
kann, das bezüglich
eines SN-Verhältnisses
exzellent ist.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch einen Flussratendetektor vom thermischen Typ mit den im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
-
Als
Ergebnis wird erreicht, dass auch eine Flussrichtung identifiziert
werden kann, und ein Flussratensignal einer analogen Spannung, das
exzellent bezüglich
eines SN-Verhältnisses
ist, kann erhalten werden.
-
Die
obige und andere Aufgaben, sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung,
werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
klar werden, wobei:
-
1 ein
Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors
vom thermischen Typ gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
2 eine
Ansicht ist, die eine Anordnung von Flussraten-Erfassungselementen
des Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
3 eine
graphische Darstellung ist, die Flussratencharakteristiken des Flussratendetektors vom
thermischen Typ gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
4 eine
graphische Darstellung ist, die einen Vergleich bezüglich Flussratencharakteristiken zwischen
dem Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Flussratendetektor
vom thermischen Typ zeigt;
-
5 ein
Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors
vom thermischen Typ gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
6 eine
graphische Darstellung ist, die Temperaturcharakteristiken des Flussratendetektors vom
thermischen Typ gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
7 ein
Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors
vom thermischen Typ gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt;
-
8 ein
Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines herkömmlichen
Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt;
-
9 eine
Ansicht ist, die eine Anordnung von Flussraten-Erfassungselementen
des herkömmlichen
Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt; und
-
10 eine
Ansicht ist, die eine Konfiguration eines weiteren herkömmlichen
Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt.
-
Hierin
nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
-
Erstes Ausführungsbeispiel
-
Ein
Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme
auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors
vom thermischen Typ gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist zu beachten, dass in den
Figuren dieselben Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Bestandteilselemente
bezeichnen.
-
In 1 bezeichnet
ein Bezugszeichen 1 ein Temperaturerfassungselement auf
der stromaufwärtigen
Seite; bezeichnet ein Bezugszeichen 2 ein Temperaturerfassungselement
auf der stromabwärtigen Seite;
bezeichnet ein Bezugszeichen 3 ein Wärmeerzeugungselement auf der
stromaufwärtigen
Seite; bezeichnet ein Bezugszeichen 4 ein Wärmeerzeugungselement
auf der stromabwärtigen
Seite; bezeichnet ein Bezugszeichen 5 einen festen Widerstand;
bezeichnet ein Bezugszeichen 6 einen festen Widerstand,
bezeichnet ein Bezugszeichen 10 einen Differentialverstärker; bezeichnet
ein Bezugszeichen 11 einen festen Widerstand; bezeichnet
ein Bezugszeichen 12 einen Kondensator; bezeichnet ein
Bezugszeichen 13 einen festen Widerstand; bezeichnet ein
Bezugszeichen 14 eine zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung;
bezeichnet ein Bezugszeichen 15 einen Ausgangsanschluss;
und bezeichnet ein Bezugszeichen 16 eine erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung.
-
Das
Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite,
das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite,
die festen Widerstände 5 und 6 und
die Konstantspannungs-Leistungsversorgung Vdd bilden eine Brückenschaltung,
von welcher eine Ausgangsseite wiederum an eine Eingangsseite des
Differentialverstärkers 10 angeschlossen
ist.
-
Der
feste Widerstand 13, der zwischen einem invertierenden
Eingangsanschluss des Differentialverstärkers 10 und der Brückenschaltung
angeschlossen ist, und der feste Widerstand 11 und der Kondensator 12,
die zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Differentialverstärkers 10 und
dem Ausgangsanschluss 15 angeschlossen sind, bilden eine
Phasenkompensationsschaltung, die einen Teil der Phasenkompensation
des sekundären
Verzögerungssystems
durchführt.
-
Das
Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite und das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite sind jeweils zwischen der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 und
der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und
zwischen der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 und der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 angeschlossen.
-
Die
zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 ist bezüglich eines
elektrischen Potentials niedriger als die erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und
ist bei diesem Ausführungsbeispiel
auf Erde gelegt bzw. an GND angeschlossen. Der Differentialverstärker 10 hat
die Funktion zum Zuführen
eines Stroms von seiner Ausgangsseite zum Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite, um den Strom von der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 über das
Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite zu seiner Ausgangsseite zu saugen.
-
Es
ist zu beachten, dass eine Temperaturdifferenz-Steuerschaltung durch den Differentialverstärker 10,
die Phasenkompensationsschaltung, das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite, das Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite, die zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 und
die erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 aufgebaut ist.
-
2 ist
eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die jeweils eine Anordnung
von Flussraten-Erfassungselementen des Flussratendetektors vom thermischen
Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
zeigen.
-
In 2 bezeichnet
ein Bezugszeichen 21 eine Elektrode, bezeichnet ein Bezugszeichen 22 ein Diaphragma
bzw. eine Membran, bezeichnet eine Bezugszeichen 23 ein
Siliziumsubstrat und bezeichnet ein Bezugszeichen 24 einen
Isolierfilm.
-
In
einer Draufsicht sind in der oberen Reihe der 2 die
Temperaturerfassungselemente 1 und 2 und die Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 über die
Elektroden 21 elektrisch an eine externe Schaltung angeschlossen.
Das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite,
das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen Seite,
das Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite und das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite
sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite senkrecht zur
Flussrichtung ausgebildet, und jedes von ihnen ist durch einen temperaturempfindlichen Widerstand
aufgebaut, der aus einem Material wie beispielsweise Platin oder
Nickel hergestellt ist, wovon der Widerstandswert in Abhängigkeit
von der Temperatur geändert
wird. Bis jetzt sind, wie es in 9 gezeigt
ist, die Wärmeerzeugungselemente R1
und R4 auf der stromaufwärtigen
oder der stromabwärtigen
Seite in Bezug auf die Temperaturerfassungselemente R2 und R3 angeordnet,
wohingegen es bei diesem Ausführungsbeispiel
das besondere Merkmal ist, dass die positionsmäßige Beziehung zwischen den Wärmeerzeugungselementen 3, 4 und den
Temperaturerfassungselementen 1, 2 umgekehrt ist.
-
In
einer Querschnittsansicht ist entlang der Linie A–A' einer Draufsicht
in der unteren Reihe der 2 zum Zwecke eines Reduzierens
der Wärmekapazität ein Teil
der Rückflächenseite
des Siliziumsubstrats 23 durch Anwenden eines Ätzens entfernt,
um die Dünnfilm-Membran 22 in
einem Teil auszubilden, der Flussraten-Erfassungselemente bildet.
Zusätzlich
ist der Isolierfilm 24 aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid
mit einer Dicke von einigen μm
hergestellt, und er dient zum Schützen des temperaturempfindlichen
Widerstandsfilms (der Flussraten-Erfassungselemente) von der oberen
und der unteren Seite aus.
-
Als
nächstes
wird hierin nachfolgend der Betrieb bzw. die Operation des Flussratendetektors
vom thermischen Typ gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
-
Bei
dem in 1 gezeigten Flussratendetektor vom thermischen
Typ wird beim normalen Betrieb der Heizstrom zu den Wärmeerzeugungselementen 3 und 4 zugeführt, so
dass die Spannung, die am invertierenden Eingangsanschluss des Differentialverstärkers 10 erscheint,
und die Spannung, die am nicht invertierenden Eingangsanschluss
des Differentialverstärkers 10 erscheint,
nahezu gleich zueinander werden. Anders ausgedrückt führt die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung
in dem Fall, in welchem die zwei Temperaturerfassungselemente 1 und 2 bezüglich der
Widerstands-Temperatur-Charakteristiken identisch zueinander sind
und auch die festen Widerstände 5 und 6 identisch
zueinander sind, den Heizstrom von der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und
dem Differentialverstärker 10 zu
den Wärmeerzeugungselementen 3 und 4 zu, so
dass das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite
und das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite
bezüglich
der Temperatur identisch zueinander werden. Als Ergebnis werden
die Temperaturerfassungselemente 1 und 2 auf derselben
Temperatur gehalten.
-
Wenn
thermische Charakteristiken des Temperaturerfassungselements 1 und
des Temperaturerfassungselements 2 und des Wärmeerzeugungselements 3 und
des Wärmeerzeugungselements 4 als die
Flussraten-Erfassungselemente, wie sie in 2 gezeigt
sind, bei der stromaufwärtigen
Seite und der stromabwärtigen
Seite gleich zueinander sind, und auch die Widerstands-Temperatur-Charakteristiken der
Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 gleich
zueinander sind, ist dann, wenn die Flussrate Null ist, das Ausgangssignal
des Differentialverstärkers 10 bei
dem mittleren elektrischen Potential zwischen der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und
der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14.
Wenn die Flussrate in Vorwärtsrichtung aus
diesem Zustand erhöht
wird, erfordert der Wärmeerzeugungswiderstand
auf der stromaufwärtigen Seite
deshalb, weil das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite und das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich einer
Wärmeübertragungsrate
größer als das
Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite und das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite
werden, ein größeres Ausmaß an Wärmeerzeugung
als es der Wärmeerzeugungswiderstand
auf der stromabwärtigen
Seite erfordert. Somit wird, damit die Temperaturdifferenz zwischen
dem Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite
und dem Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite
auf Null gehalten werden kann, dem Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite mehr Heizstrom als derjenige zugeführt, der dem Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite zugeführt
wird, und zwar vom Differentialverstärker 10.
-
3 ist
eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Flussrate,
für welche
die Vorwärtsrichtung
als positiv definiert ist und die Rückwärtsrichtung als negativ definiert
ist, und einem Flussratensignal (Ih/I0, Vm/Vcc) zeigt.
-
In 3 stellt
die Abszissenachse eine Flussrate (Qm) dar, stellt die linke Seite
der Ordinatenachse ein Stromverhältnis
(Ih/I0) dar und stellt die rechte Seite der Ordinatenachse ein Spannungsverhältnis (Vm/Vcc)
dar. Zusätzlich
stellt Ihu einen Strom im Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite dar, stellt Ihd einen Strom im Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen Seite
dar und stellt I0 einen Strom dar, wenn die Flussrate Null ist.
Darüber
hinaus stellt Vm eine Spannung dar, die am Ausgangsanschluss erscheint, und
stellt Vcc eine Spannung der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 dar.
-
Da
dann, wenn die Flussrate (Qm) Null ist, die Beziehung Ihu = Ihd
= I0 und Rhn (Widerstandswert des Wärmeerzeugungselements auf der
stromaufwärtigen
Seite) = Rhd (Widerstandswert des Wärmeerzeugungselements 4 auf
der stromabwärtigen Seite)
gebildet werden, werden die Beziehungen Ihu = I0 = Ihd/I0 = 1,0
und Vm/Vcc = 0,5 gebildet. Wenn die Flussrate in Vorwärtsrichtung
erhöht
wird, dann werden Ihu/I0 und Vm/Vcc erhöht, während Ihd/I0 und (Vcc – Vm)/Vcc
erniedrigt werden. Es ist zu beachten, dass deshalb, weil beim Gegenstrom
das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite
und das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite auf der stromabwärtigen
Seite in Bezug auf das Temperaturerfassungselement 2 auf
der stromabwärtigen
Seite und das Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen Seite
angeordnet sind, die oben angegebene Abhängigkeit des Heizstroms von
der Flussrate umgekehrt ist. Wie es in 3 gezeigt
ist, zeigt die Spannung Vm, die am Ausgangsanschluss 15 des
Differentialverstärkers 10 erscheint,
die Charakteristiken, bei welchen sie über dem Bereich vom Gegenstrombereich
bis zum Vorwärtsrichtungsbereich
mit der Flussrate monoton größer wird.
Somit wird die relativ einfache analoge Schaltung, die in 1 gezeigt
ist, konfiguriert, und die Spannung Vm oder die Spannung, die über der
ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und dem
Ausgangsanschluss 15 entwickelt wird, wird gemessen, um
zuzulassen, dass die Flussrate in Bezug auf den Bereich, der den Bereich
mit dem richtigen Strom und den Bereich mit dem Gegenstrom enthält, erfasst
wird.
-
4 ist
eine graphische Darstellung, die einen Vergleich bezüglich Flussraten-Charakteristiken zwischen
den Flussraten-Erfassungselementen (den Temperaturerfassungselementen
und den Wärmeerzeugungselementen)
dieses Ausführungsbeispiels und
den in 9 gezeigten herkömmlichen Flussraten-Erfassungselementen
(den Temperaturerfassungselementen und den Wärmeerzeugungselementen) zeigt.
-
In 4 stellt
die Abszissenachse die Flussrate (Qm) dar und stellt die Ordinatenachse
das Spannungsverhältnis
(Vm/Vcc) dar.
-
Es
ist zu beachten, dass in beiden Fällen die in 1 gezeigte
Schaltung verwendet wird. Im Stand der Technik sind die Wärmeerzeugungselemente
R1 und R4 auf der stromaufwärtigen
oder der stromabwärtigen
Seite in Bezug auf die Temperaturerfassungselemente R2 und R3 angeordnet.
Somit wird die Wärme
des Wärmeerzeugungselements
R1 auf der stromaufwärtigen
Seite durch das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite
empfangen, um die Differenz der Wärmeübertragungsrate zwischen dem
Wärmeerzeugungselement
und dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite
und dem Wärmeerzeugungselement
und dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite
zu reduzieren. Andererseits sind in dem Fall der Flussraten-Erfassungselemente
bei diesem Ausführungsbeispiel
deshalb, weil das Temperaturerfassungselement 1 auf der
stromaufwärtigen
Seite auf der stromaufwärtigen
Seite in Bezug auf das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite angeordnet ist, die Flussraten-Erfassungselemente frei vom Einfluss
eines Empfangs von Wärme,
wie es im Stand der Technik gefunden wird. Als Ergebnis wird die
Differenz der Wärmeübertragungsrate
zwischen dem Wärmeerzeugungselement
und dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite
und dem Wärmeerzeugungselement
und dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite
groß. Demgemäß wird die
Differenz bezüglich
eines Heizstroms zwischen dem Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite und dem Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite groß,
so dass, wie es in 4 gezeigt ist, die Flussratenempfindlichkeit
dieses Ausführungsbeispiels weiter
als diejenige des Standes der Technik erhöht wird, und somit können die
Charakteristiken erhalten werden, die exzellent bezüglich einer
Erfassungsgenauigkeit sind.
-
Es
ist zu beachten, dass bei dem oben angegebenen ersten Ausführungsbeispiel
eine solche Konfiguration angenommen ist, dass in 1 die
Widerstandswerte der festen Widerstände 5 und 6 auf denselben
Wert eingestellt sind, so dass die zwei Temperaturerfassungselemente 1 und 2 bezüglich der
Temperatur gleich zueinander werden. Jedoch wird beispielsweise
der Widerstandswert des festen Widerstands 6 auf größer als
derjenige des festen Widerstands 5 eingestellt, wodurch
veranlasst wird, dass die Ströme
so durch die Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 fließen, dass
die Temperatur des Temperaturerfassungselements 1 auf der
stromaufwärtigen
Seite um feste Ausmaße
bzw. Grade höher
als diejenige des Temperaturerfassungselements 2 auf der
stromabwärtigen
Seite wird.
-
Gegensätzlich dazu
wird der Widerstandswert des festen Widerstands 5 auf größer als
derjenige des festen Widerstands 4 eingestellt, wodurch veranlasst
wird, dass die Ströme
so durch die Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 fließen, dass
die Temperatur des Temperaturerfassungselements 2 auf der
stromabwärtigen
Seite um feste Ausmaße bzw.
Grade höher
als diejenige des Temperaturerfassungselements 1 auf der
stromaufwärtigen
Seite wird. In beiden oben angegebenen Beispielen zeigen die Schaltungen
auch denselben Betrieb wie denjenigen der Schaltung der 1,
und die Spannung Vm oder die Spannung, die über der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und
dem Ausgangsanschluss 15 entwickelt wird, wird gemessen, um
zuzulassen, dass die Flussrate in Bezug auf den Bereich, der den
Bereich mit dem richtigen Strom und den Bereich mit dem Gegenstrom
enthält,
erfasst wird.
-
Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel kann
die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung durch nur eine einfache
analoge Schaltung konfiguriert sein, ohne einen Analog/Digital-Wandler,
einen Digital/Analog-Wandler oder ähnliches zu verwenden.
-
Zusätzlich wird
deshalb, weil das Temperaturerfassungselement 1 auf der
stromaufwärtigen Seite
derart angeordnet ist, dass es auf der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf das
Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite angeordnet ist, um zu verhindern, dass die Wärme des
Wärmeerzeugungselements 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite durch das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite über das
Fluid empfangen wird, der Kühleffekt,
der durch das Fluid zur Verfügung
gestellt wird, erhöht,
um die Flussratenempfindlichkeit zu verbessern.
-
Zweites Ausführungsbeispiel
-
Ein
Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme
auf die 5 und 6 beschrieben. 5 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors
vom thermischen Typ gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
In 5 sind
sowohl die Schaltung als auch die Flussraten-Erfassungselemente, außer einem festen
Widerstand 7, dieselben wie diejenigen des oben angegebenen
ersten Ausführungsbeispiels, das
in 1 gezeigt ist. Der feste Widerstand 7 ist
in Reihe zu dem Wärmerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite und zwischen dem Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 oder
dem Ausgangsanschluss 15 geschaltet.
-
Als
nächstes
wird hierin nachfolgend der Betrieb bzw. die Operation des Flussratendetektors
vom thermischem Typ gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
-
In
dem Fall, in welchem eine Temperaturdrift kein Problem gegenüber der Änderung
bezüglich
einer Fluidtemperatur wird, kann die Schaltungskonfiguration, die
in 1 gezeigt ist, verfügbar sein. Jedoch in dem Fall,
in welchem insbesondere, wie bei einem Automobil, die Fluidtemperatur
von –30
Grad bis in die Nähe
von +100 Grad geändert
wird, kann die Temperaturdrift in einigen Fällen ein Problem werden. Die Beziehung
zwischen einer Menge an Wärmeerzeugung
und einer Menge an Wärmestrahlung im
Wärmeerzeugungselement
wird durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt. RhIh2 = (a + bQm0,5)(Th – Ta) (Ausdruck 1)wobei
Rh einen Widerstandswert des Wärmeerzeugungselements
darstellt, Ih einen Strom darstellt, der durch das Wärmeerzeugungselement
zu fließen
veranlasst wird, Qm eine Flussrate darstellt, Th eine Temperatur
des Wärmeerzeugungselements
darstellt, Ta eine Fluidtemperatur darstellt und a und b Konstanten
darstellen, die von der Flussrate unabhängig sind. Darüber hinaus
wird die Spannung Vm, die am Ausgangsanschluss 15 erscheint,
durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt: Vm = {(a + bQm0,5)(Thu – Ta)Rhu}1/2 (Ausdruck
2)
-
Hier
zeigt ein Suffix u das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite.
-
In
den 1 und 5 wird dann, wenn die Flussrate
Qm fest ist und die Fluidtemperatur ansteigt, der Widerstandswert
Rh des Wärmeerzeugungselements,
das den positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich eines Widerstandswerts
hat und an welches eine feste Spannung angelegt wird, erhöht und wird
die Temperaturdifferenz (Thu – Ta) erniedrigt.
Bei der Schaltungskonfiguration der 1 werden
die Widerstandswerte und die Temperaturen, die durch die Wärmeerzeugung
des Wärmeerzeugungselements 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite und des Wärmeerzeugungselements 4 auf
der stromabwärtigen
Seite geliefert werden, in Abhängigkeit
von der Temperatur auf gleiche Weise geändert. Somit wird dann, wenn
die Konstanten a und b dieselbe Temperaturabhängigkeit auf der stromaufwärtigen Seite
und auf der stromabwärtigen
Seite haben, die Spannung Vm nicht geändert, und somit tritt keine
Temperaturdrift auf. Jedoch werden im allgemeinen die Temperaturkoeffizienten
der Konstanten a und b auf der stromaufwärtigen Seite, die im Ausdruck
(2) gezeigt ist, kleiner als diejenigen auf der stromabwärtigen Seite
(ein Ausdruck ist hier weggelassen). Demgemäß wird bei der Schaltungskonfiguration
der 1 der Pegel des Ausgangssignals bei den hohen
Temperaturen reduziert, und somit tritt die negative Temperaturdrift
auf.
-
In 5 reduziert
das Anschließen
des festen Widerstands 7 eine Abhängigkeit der Spannung, die über dem
Ausgangsanschluss 15 und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 entwickelt
wird, von der Fluidtemperatur. Somit wird beispielsweise dann, wenn
die Fluidtemperatur ansteigt, die Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und
der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 entwickelt
wird, erhöht,
während
die Spannung, die über
dem Ausgangsanschluss 15 und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 entwickelt
wird, erniedrigt wird. Demgemäß wird der
Widerstandswert des festen Widerstands 7 geeignet eingestellt,
um zuzulassen, dass die Temperaturdrift reduziert wird.
-
6 ist
eine graphische Darstellung, die einen Vergleich bezüglich Temperaturdrift-Charakteristiken
zwischen dem Fall, in welchem es keine Kompensation gibt (bei der
in 1 gezeigten Schaltungskonfiguration), und dem
Fall, bei welchem es die Kompensation gibt (bei der Schaltungskonfiguration
in 5), zeigt.
-
In 6 stellt
die Abszissenachse die Flussrate (Qm) dar, und dann stellt die Ordinatenachse
die Änderungsrate
(Temperaturdrift) der Flussraten-Charakteristiken dar, wenn die
Fluidtemperatur hoch ist (+80 Grad) und wenn die Fluidtemperatur
niedrig ist (–30
Grad), mit den Flussraten-Charakteristiken, wenn
die Fluidtemperatur 23 Grad ist, als die Referenz. Aus
der Figur wird verstanden, dass die Temperaturdrift bei der Schaltungskonfiguration
mit der ihr zugeteilten Temperaturkompensation sowohl bei einer
hohen Temperatur als auch bei einer niedrigen Temperatur kleiner
als diejenige bei der Schaltungskonfiguration mit keiner Temperaturkompensation
ist.
-
Es
ist zu beachten, dass in 5 der feste Widerstand 7 in
Reihe zu dem Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite geschaltet ist und die Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und
der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 entwickelt
wird, als das Flussratensignal verwendet wird. Jedoch auch in dem
Fall, in welchem der feste Widerstand in Reihe zu dem Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite geschaltet ist und die Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und
der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 entwickelt
wird, als das Flussratensignal verwendet wird, kann dieselbe Temperaturkompensation
realisiert werden.
-
Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
ist der feste Widerstand 7 in Reihe zu den Wärmeerzeugungselementen 3 und 4 geschaltet,
wodurch es möglich
ist, die Temperaturabhängigkeit
der Spannung, die über
der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und
der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 entwickelt
wird, oder der Spannung, die über
der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 und
der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 entwickelt
wird, zu ändern.
Demgemäß ist es
möglich,
einen Fehler bei der Flussratenerfassung aufgrund der Änderung bei
einer Fluidtemperatur zu kompensieren.
-
Drittes Ausführungsbeispiel
-
Ein
Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist
ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors
vom thermischen Typ gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung zeigt.
-
In 7 ist
die Schaltungskonfiguration dieselbe wie diejenige des oben angegebenen
in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels, außer einem festen
Widerstand 8 und dass ein Temperaturkompensationsverfahren
zugeteilt ist, das unterschiedlich von demjenigen des oben angegebenen
zweiten Ausführungsbeispiels
ist.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist der feste Widerstand 8 parallel zu dem Temperaturerfassungselement 1 geschaltet,
wodurch zum Kompensieren der sichtbaren Reduzierung des Temperaturkoeffizienten
des Temperaturerfassungselements 1 auf der stromaufwärtigen Seite
das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite
derart betrieben wird, dass es bezüglich der Fluidtemperatur stärker als
das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite
geändert
wird.
-
Beispielsweise
wird dann, wenn das Fluid auf einer hohen Temperatur ist, das Temperaturerfassungselement 1 auf
der stromaufwärtigen
Seite bezüglich
der Temperatur höher
als das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite, und
wird demgemäß das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite bezüglich
der Temperatur höher
als das Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen
Seite. Daher erfordert das Wärmeerzeugungselement 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite ein größeres Ausmaß an Wärmerzeugung als
das Wärmeerzeugungselement 4 auf
der stromabwärtigen Seite,
um dadurch die Spannung zu erhöhen,
die am Ausgangsanschluss 15 erscheint.
-
Andererseits
wird dann, wenn gegensätzlich zu
der oben angegebenen Operation das Fluid auf einer niedrigen Temperatur
ist, die Spannung, die am Ausgangsanschluss 15 erscheint,
reduziert. Demgemäß wird der
Widerstandswert des festen Widerstands 8 geeignet eingestellt,
wodurch, gleich zum oben angegebenen zweiten Ausführungsbeispiel,
die Temperaturdrift reduziert werden kann. Dann zeigt der Detektor
dieselben Temperaturcharakteristiken wie diejenigen des Detektors
mit der Kompensation, die in 6 gezeigt
sind.
-
Es
ist zu beachten, dass in 7 der feste Widerstand 8 parallel
zu dem Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite
geschaltet ist. Jedoch sogar in dem Fall, in welchem der feste Widerstand 8 in
Reihe zu dem Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite
geschaltet ist, zeigt der Detektor denselben Betrieb wie denjenigen
des vorangehenden bezüglich
der Änderung
bezüglich
einer Fluidtemperatur, um zuzulassen, dass dieselben Effekte zur
Verfügung
gestellt werden. Darüber
hinaus können
selbst in dem Fall, in welchem der feste Widerstand entweder parallel
oder in Reihe zu dem Temperaturerfassungselement 2 auf der
stromabwärtigen
Seite geschaltet ist, dieselben Effekte zur Verfügung gestellt werden.
-
Gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
ist der feste Widerstand 8 entweder parallel oder in Reihe
zu dem Temperaturerfassungselement 1 oder 2 geschaltet,
wodurch es möglich
ist, die Fluidtemperaturabhängigkeit
der Temperaturen, die durch die Wärmeerzeugung des Wärmeerzeugungselements 3 auf
der stromaufwärtigen
Seite und des Wärmeerzeugungselements 4 auf
der stromabwärtigen
Seite zur Verfügung
gestellt werden, zu ändern.
Somit ist es möglich,
einen Fehler bezüglich
einer Flussratenerfassung aufgrund der Änderung bezüglich einer Fluidtemperatur
zu kompensieren.
-
Wie
es hierin oben aufgezeigt ist, kann gemäß jedem der oben angegebenen
Ausführungsbeispiele
mit einer Schaltungskonfiguration, die verglichen mit einer herkömmlichen
Stärke
vereinfacht ist, auch eine Flussrichtung identifiziert werden, und
ein Flussratensignal einer analogen Spannung wird erhalten, welches
bezüglich
eines SN-Verhältnisses exzellent
ist.
-
Zusätzlich ist
gemäß jedem
der oben angegebenen Ausführungsbeispiele
der Aufbau der Temperaturerfassungselemente und der Wärmeerzeugungselemente,
die die Flussraten-Erfassungselemente bilden, erdacht, wodurch die
Flussratenempfindlichkeit verbessert wird, und somit kann die Flussrate über einen
weiten Flussratenbereich mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
-
Darüber hinaus
wird gemäß den oben
angegebenen zweiten und dritten Ausführungsbeispielen selbst dann,
wenn die Fluidtemperatur geändert
wird, die Temperaturdrift unterdrückt, und somit kann die Flussrate
mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
-
Während die
vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele
und die spezifischen Modifikationen davon gezeigt und beschrieben
worden ist, wird es verstanden werden, dass die verschiedenen Änderungen
und andere Modifikationen Fachleuten auf dem Gebiet in den Sinn
kommen werden, ohne vom Sinngehalt der Erfindung abzuweichen.