DE112019001249T5

DE112019001249T5 - Thermischer durchflussmengenmesser

Info

Publication number: DE112019001249T5
Application number: DE112019001249.5T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Matsumoto; Hiroshi Nakano; Akira Uenodan; Akira Kotabe
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2018-04-11
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-11-26
Also published as: JP2019184441A; JP7168340B2; CN111954793A; US11422016B2; CN111954793B; WO2019198335A1; US20210131847A1

Abstract

Es wird ein thermischer Durchflussmengenmesser geschaffen, der verschiedene Pulsationsfehler, die in einem stromaufseitigen Temperatursensor und einem stromabseitigen Temperatursensor erzeugt werden, einzeln korrigieren kann. Ein thermischer Durchflussmengenmesser 1, der eine Durchflussmenge eines Gases auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz zwischen einem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und einem stromabseitigen Temperatursensor 13, die auf der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite eines Heizelements 11 angeordnet sind, misst. Der thermische Durchflussmengenmesser 1 enthält Folgendes: ein Detektionselement 10, das ein Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und ein Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 einzeln ausgibt; und einen Kompensator 20, der eine Antwortkompensation des Ausgangssignals des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des Ausgangssignals des stromabseitigen Temperatursensors 13 einzeln durchführt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen thermischen Durchflussmengenmesser.
Technischer Hintergrund
Herkömmlicherweise ist eine Erfindung in Bezug auf einen thermischen Durchflusssensor bekannt, der eine Luftdurchflussmenge auf der Grundlage der Wärmemenge, die an Luft abgegeben wird, misst (siehe PTL 1 unten). Der thermische Durchflusssensor, der in PTL 1 beschrieben ist, besitzt ein Luftdurchflussmengendetektionselement und einen Korrekturschaltungsabschnitt (siehe dieselbe Literatur, Anspruch 1 und dergleichen). Das Luftdurchflussmengendetektionselement besitzt eine Membran, die einen Dünnfilmabschnitt auf einem Halbleitersubstrat besitzt.
Der Korrekturschaltungsabschnitt besitzt mindestens einen Wärmeerzeugungswiderstand auf einer Membran des Luftdurchflussmengendetektionselements. Ferner enthält der Korrekturschaltungsabschnitt mindestens einen Temperaturmesswiderstand, der die Temperatur jeweils auf einer stromaufwärts liegenden Seite und einer stromabwärts liegenden Seite des Wärmeerzeugungswiderstands detektiert. Der Korrekturschaltungsabschnitt verarbeitet ein Ausgangssignal des Luftdurchflussmengendetektionselements auf der Grundlage der Temperaturdifferenzinformationen mindestens der zwei Temperaturmesswiderstände auf der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite.
Dieser herkömmliche thermische Durchflusssensor ist durch eine Wellenform des Ausgangssignals, das durch den Korrekturschaltungsabschnitt verarbeitet wurde, gekennzeichnet. Die Wellenform des Ausgangssignals ist eine Wellenform, die durch Schneiden eines Abschnitts eines Bergabschnitts oder eines Talabschnitts, der einen Spitzenwert bildet, erhalten wird, indem ein beliebiger vorgegebener Wert ausgegeben wird, wenn der Spitzenwert der Wellenform den beliebigen vorgegebenen Wert überschreitet. Als Ergebnis ist es möglich, den thermischen Durchflusssensor mit verbesserter Messgenauigkeit zu schaffen (siehe dieselbe Literatur, Absatz 0010 und dergleichen).
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur
PTL 1: JP 2015-049135 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Mit der oben beschriebenen Konfiguration kann der herkömmliche thermische Durchflusssensor einen Pulsationsfehler des Ausgangssignals verringern und die Messgenauigkeit während des Messens einer Durchflussmenge pulsierender Einlassluft verbessern. Allerdings besteht Raum zur Verbesserung, weil im Temperaturmesswiderstand auf der stromaufwärts liegenden Seite und im Temperaturmesswiderstand auf der stromabwärts liegenden Seite verschiedene Pulsationsfehler auftreten.
Die vorliegende Offenbarung schafft einen thermischen Durchflussmengenmesser, der verschiedene Pulsationsfehler, die in einem stromaufseitigen Temperatursensor und einem stromabseitigen Temperatursensor erzeugt werden, einzeln korrigieren kann.
Lösung des Problems
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein thermischer Durchflussmengenmesser, der eine Durchflussmenge eines Gases auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz zwischen einem stromaufseitigen Temperatursensor und einem stromabseitigen Temperatursensor, die auf einer stromaufwärts liegenden Seite bzw. einer stromabwärts liegenden Seite eines Heizelements angeordnet sind, misst, wobei der thermische Durchflussmengenmesser Folgendes enthält: ein Detektionselement, das Ausgangssignale des stromaufseitigen Temperatursensors und des stromabseitigen Temperatursensors einzeln entnimmt; und einen Kompensator, der eine Antwortkompensation des Ausgangssignals des stromaufseitigen Temperatursensors und des Ausgangssignals des stromabseitigen Temperatursensors einzeln durchführt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, den thermischen Durchflussmengenmesser zu schaffen, der verschiedene Pulsationsfehler, die im stromaufseitigen Temperatursensor und im stromabseitigen Temperatursensor erzeugt werden, einzeln korrigieren kann.
Figurenliste

[1] 1 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers gemäß einer ersten Ausführungsform.
[2] 2 ist eine schematische Draufsicht des thermischen Durchflussmengenmessers gemäß der ersten Ausführungsform.
[3] 3 ist eine Querschnittansicht des thermischen Durchflussmengenmessers, die entlang der Linie III-III in 2 genommen wurde.
[4] 4 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration eines Kompensators des thermischen Durchflussmengenmessers von 1 veranschaulicht.
[5] 5 ist ein Graph, der einen Frequenzgang des Kompensators in 4 veranschaulicht.
[6] 6 ist ein Graph, der eine Ausgangscharakteristik eines stromaufseitigen Temperatursensors des thermischen Durchflussmengenmessers von 1 veranschaulicht.
[7] 7 ist ein Graph, der eine Ausgangscharakteristik eines stromabseitigen Temperatursensors des thermischen Durchflussmengenmessers von 1 veranschaulicht.
[8] 8 ist ein Graph, der die Reaktionsfähigkeit des stromaufseitigen Temperatursensors des thermischen Durchflussmengenmessers von 1 veranschaulicht.
[9] 9 ist ein Graph, der die Reaktionsfähigkeit des stromabseitigen Temperatursensors des thermischen Durchflussmengenmessers von 1 veranschaulicht.
[10] 10 ist ein Graph, der eine Verstärkung des stromaufseitigen Temperatursensors des thermischen Durchflussmengenmessers von 1 veranschaulicht.
[11] 11 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers gemäß einer zweiten Ausführungsform.
[12] 12 ist ein Signaldiagramm eines stromaufseitigen Temperatursensors des thermischen Durchflussmengenmessers von 11.
[13] 13 ist ein Signaldiagramm, das durch Umschreiben des Signaldiagramms des stromaufseitigen Temperatursensors von 12 erhalten wurde.
[14] 14 ist ein Signaldiagramm einer Umkehrfunktion des Signaldiagramms des stromaufseitigen Temperatursensors von 12.
[15] 15 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers gemäß einer dritten Ausführungsform.
[16] 16 ist ein Graph, der eine Eingangs/Ausgangs-Charakteristik eines AD-Umsetzers des thermischen Durchflussmengenmessers, der in 15 veranschaulicht ist, veranschaulicht.
[17] 17 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers gemäß einer vierten Ausführungsform.
[18] 18 ist ein Schaltplan, der einen Abschnitt einer Konfiguration eines Detektionselements des thermischen Durchflussmengenmessers von 17 veranschaulicht.
[19] 19 ist ein Graph, der eine Ausgabe eines Abschnitts des Detektionselements von 18 veranschaulicht.
[20] 20 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers gemäß einer fünften Ausführungsform.
[21] 21 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers gemäß einer sechsten Ausführungsform.
[22] 22 ist ein Schaltplan, der einen Abschnitt einer Konfiguration eines Detektionselements eines herkömmlichen thermischen Durchflussmengenmessers veranschaulicht.
[23] 23 ist ein Graph, der eine Ausgabe eines Abschnitts eines Detektionselements, das in 22 veranschaulicht ist, veranschaulicht.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen eines thermischen Durchflussmengenmessers der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es ist festzuhalten, dass die jeweiligen Ausführungsformen kombiniert werden können, solange kein Widerspruch auftritt.
[Erste Ausführungsform]
1 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. 2 ist eine schematische Draufsicht des thermischen Durchflussmengenmessers 1 gemäß der ersten Ausführungsform. 3 ist eine Querschnittansicht des thermischen Durchflussmengenmessers 1, die entlang der Linie III-III in 2 genommen wurde.
Der thermische Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform wird z. B. als ein Luftdurchflussmengenmesser verwendet, der eine Luftdurchflussmenge misst, die in eine Brennkraftmaschine wie z. B. eine Personenkraftwagenkraftmaschine aufgenommen wird. Die Luftdurchflussmenge, die in die Kraftmaschine aufgenommen wird, pulsiert z. B. in Übereinstimmung mit einer Drehzahl eines Kolbens. Der thermische Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform besitzt die folgende kennzeichnende Konfiguration und kann somit z. B. einen Messfehler einer Gasdurchflussmenge, d. h. einen Pulsationsfehler, im Vergleich zum herkömmlichen Fall verringern, selbst dann, wenn eine Pulsation in einer Durchflussmenge eines Gases, die gemessen werden soll, wie z. B. Luft auftritt.
Der thermische Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform enthält z. B. ein Detektionselement 10 und einen Kompensator 20. Das Detektionselement 10 enthält z. B. ein Heizelement 11, einen stromaufseitigen Temperatursensor 12 und einen stromabseitigen Temperatursensor 13. Der thermische Durchflussmengenmesser 1 misst die Gasdurchflussmenge auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13, die auf der stromaufwärts liegenden Seite bzw. der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 angeordnet sind. Das Detektionselement 10 gibt ein Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und ein Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 einzeln aus. Der Kompensator 20 führt eine Antwortkompensation am Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und am Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 einzeln durch. Im Folgenden wird die Konfiguration des thermischen Durchflussmengenmessers 1 der vorliegenden Ausführungsform genauer beschrieben.
Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält der thermische Durchflussmengenmesser 1 zusätzlich zu dem Detektionselement 10 und dem Kompensator 20, die oben beschrieben sind, z. B. einen Subtrahierer 30 und eine Pulsationskorrekturschaltung 40. Ferner enthält der thermische Durchflussmengenmesser 1 z. B. ein Substrat 2 und eine Membran 3, die am Substrat 2 vorgesehen ist, wie in 2 und 3 veranschaulicht ist. Ferner enthält das Detektionselement 10 zusätzlich zu dem Heizelement 11, dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13, die oben beschrieben sind, einen ersten festen Widerstand 14, einen zweiten festen Widerstand 15 und einen Elektrodenkontakt 16.
Das Substrat 2 ist z. B. ein Siliziumsubstrat und die Membran 3 ist unter Verwendung einer Isolationsschicht an der Oberfläche des Substrats 2 konfiguriert. Insbesondere ist die Membran 3 z. B. ein dünnschichtförmiger Abschnitt, in dem eine Wärmeisolationsschicht, die auf einer Vorderseite des Substrats 2 vorgesehen ist, auf einer Rückseite des Substrats 2 durch eine Aussparung, die in einem zentralen Abschnitt der Rückseite des Substrats 2 durch Ätzen gebildet ist, freigelegt ist.
Das Heizelement 11 ist z. B. eine Heizung, die an der Isolationsschicht auf der Oberfläche des Substrats 2 vorgesehen ist und Wärme erzeugt, wenn sie eingeschaltet wird, und wird zu einer höheren Temperatur als die eines Gases wie z. B. Luft, dessen Durchflussmenge gemessen werden soll, erhitzt. Das Heizelement 11 besitzt z. B. ein Startende, das mit einem Elektrodenkontakt 16, der auf einer Seite des Substrats 2 vorgesehen ist, verbunden ist, und verläuft zur Membran 3 im zentralen Abschnitt des Substrats 2. Das Heizelement 11 verläuft ferner derart, dass es den zentralen Abschnitt der Membran 3 kreuzt, U-förmig in entgegengesetzter Richtung in der Nähe einer Kante der Membran 3 derart zurückgefaltet, dass es zu der einen Seite des Substrats 2 verläuft, und besitzt ein Anschlussende, das mit dem Elektrodenkontakt 16, der auf der einen Seite des Substrats 2 vorgesehen ist, verbunden ist.
Der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 sind auf der stromaufwärts liegenden Seite bzw. der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 angeordnet. Die „stromaufwärts liegende Seite“ und die „stromabwärts liegende Seite“ in diesem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und diesem stromabseitigen Temperatursensor 13 beziehen sich z. B. auf die stromaufwärts liegende Seite und die stromabwärts liegende Seite im Vorlauf, in dem Luft, die das durch den thermischen Durchflussmengenmesser 1 zu messende Gas ist, zur Kraftmaschine strömt. Deshalb befindet sich der stromaufseitige Temperatursensor 12 auf der stromabwärts liegenden Seite der Luft und der stromabseitige Temperatursensor 13 befindet sich stromaufwärts der Luft im Rücklauf von Luft, in dem Luft z. B. aufgrund der Pulsation von Luft, die durch eine Wechselbewegung des Kolbens der Kraftmaschine verursacht wird, in zum Vorlauf entgegengesetzter Richtung strömt.
Der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 sind z. B. temperaturempfindliche Widerstände oder Thermoelemente und sind an der Membran 3 vorgesehen. Insbesondere sind der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 z. B. auf einer Isolationsschicht an der Oberfläche des Substrats 2 vorgesehen und sind in einem Bereich des Substrats 2 angeordnet, in dem die Membran 3 gebildet ist. Der temperaturempfindliche Widerstand ist z. B. unter Verwendung einer Polysiliziumdünnschicht oder einer Platindünnschicht konfiguriert und das Thermoelement ist z. B. unter Verwendung einer Polysiliziumdünnschicht oder einer Metalldünnschicht konfiguriert.
Der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 sind mit einer Leistungsversorgungsspannung Vcc z. B. über eine Verdrahtung und den Elektrodenkontakt 16, der in der Isolationsschicht an der Oberfläche des Substrats 2 gebildet ist, verbunden. Der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 sind auf beiden Seiten des Heizelements 11 in der Strömungsrichtung des zu messenden Gases angeordnet, messen die Temperatur des Gases auf der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 und geben die Ausgangssignale gemäß der Temperatur des Gases aus.
Das Detektionselement 10 ist konfiguriert, das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 einzeln entnehmen zu können. Insbesondere ist eine Verdrahtung zur Entnahme des Ausgangssignals gemäß der Temperatur des Gases, die durch den stromaufseitigen Temperatursensor 12 gemessen wird, zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem ersten festen Widerstand 14 verbunden und das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 wird über diese Verdrahtung und den Elektrodenkontakt 16 in den ersten Kompensator 20 eingegeben. Ferner ist eine Verdrahtung zur Entnahme des Ausgangssignals gemäß der Temperatur des Gases, die durch den stromabseitigen Temperatursensor 13 gemessen wird, zwischen dem stromabseitigen Temperatursensor 13 und dem zweiten festen Widerstand 15 verbunden und das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 wird über diese Verdrahtung und den Elektrodenkontakt 16 in den zweiten Kompensator 20 eingegeben.
Der erste feste Widerstand 14 ist mit dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 in Reihe geschaltet und ist z. B. über den Elektrodenkontakt 16 mit einem Massepotential verbunden. Der zweite feste Widerstand 15 ist mit dem stromabseitigen Temperatursensor 13 in Reihe geschaltet und ist mit dem Massepotential z. B. über den Elektrodenkontakt 16 verbunden. Eine Form des stromaufseitigen Temperatursensors 12 ist z. B. dieselbe wie eine Form des ersten festen Widerstands 14. Ferner ist eine Form des stromabseitigen Temperatursensors 13 z. B. dieselbe wie eine Form des zweiten festen Widerstands 15. Darüber hinaus ist die Form des ersten festen Widerstands 14 z. B. dieselbe wie die Form des zweiten festen Widerstands 15. Das heißt, die Form des stromaufseitigen Temperatursensors 12 ist z. B. dieselbe wie die Form des stromabseitigen Temperatursensors 13.
Insbesondere besitzen der stromaufseitige Temperatursensor 12, der stromabseitige Temperatursensor 13, der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 eine Rechteckschwingungsform, die eine Wellenlänge in der Strömungsrichtung des zu messenden Gases und eine Amplitude in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des zu messenden Gases besitzt. Es ist festzuhalten, dass der Ausdruck, dass die Formen von beliebigen zwei des stromaufseitigen Temperatursensors 12, des stromabseitigen Temperatursensors 13, des ersten festen Widerstands 14 und des zweiten festen Widerstands 15 dieselben sind, einen Fall, in dem zwei Formen und Abmessungen dieselben sind, und einen Fall, in dem zwei achsensymmetrische Formen besitzen, enthält.
Der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 sind z. B. auf dem Substrat 2 außerhalb der Membran 3 vorgesehen. Insbesondere sind der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 z. B. auf der Isolationsschicht an der Oberfläche des Substrats 2 vorgesehen und sind außerhalb eines Bereichs des Substrats 2, in dem die Membran 3 gebildet ist, angeordnet. Ferner sind der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 z. B. nahe beieinander angeordnet. Insbesondere sind der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 mit dem Heizelement 11 dazwischen nahe beieinander angeordnet. Mit anderen Worten grenzen der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 mit lediglich dem Heizelement 11 dazwischen angeordnet aneinander an und kein Element außer dem Heizelement 11 ist zwischen dem ersten festen Widerstand 14 und dem zweiten festen Widerstand 15 angeordnet.
Der Kompensator 20 ist z. B. eine Antwortkompensationsschaltung und führt eine Antwortkompensation des Ausgangssignals des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des Ausgangssignals des stromabseitigen Temperatursensors 13, die vom Detektionselement 10 einzeln ausgegeben werden, einzeln durch. Insbesondere ist der erste Kompensator 20 zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem ersten festen Widerstand 14 z. B. über die Verdrahtung und den Elektrodenkontakt 16 verbunden und die Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 wird einzeln in ihn eingegeben. Ferner ist der zweite Kompensator 20 zwischen dem stromabseitigen Temperatursensor 13 und dem zweiten festen Widerstand 15 z. B. über die Verdrahtung und den Elektrodenkontakt 16 verbunden und die Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13 wird einzeln in ihn eingegeben.
4 ist ein Schaltplan, der ein Beispiel einer Konfiguration des Kompensators 20 im thermischen Durchflussmengenmesser 1 von 1 veranschaulicht. Der Kompensator 20 enthält z. B. einen Vervielfacher 21, eine Differenziererschaltung 22 und einen Addierer 23. Der Vervielfacher 21 ist derart konfiguriert, dass sich ein Wert eines Koeffizienten k z. B. abhängig von einem Wert einer Spannung, die das Ausgangssignal vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 oder vom stromabseitigen Temperatursensor 13 ist, ändert. Die Differenziererschaltung 22 ist z. B. konfiguriert, die Spannung, die das Ausgangssignal vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 oder vom stromabseitigen Temperatursensor 13 ist, zu differenzieren. Der Addierer 23 ist z. B. konfiguriert, eine Ausgabe der Differenziererschaltung 22 und die Spannung, die das Ausgangssignal vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 oder vom stromabseitigen Temperatursensor 13 ist, zu addieren.
5 ist ein Graph, der einen Frequenzgang des Kompensators 20 von 4 veranschaulicht. Eine Grenzfrequenz des Kompensators 20 ändert sich abhängig vom Wert des Koeffizienten k im Vervielfacher 21. Der Kompensator 20 ändert den Wert des Koeffizienten k im Vervielfacher 21 abhängig vom Wert der Spannung, die das Ausgangssignal vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 oder vom stromabseitigen Temperatursensor 13 ist, um eine Änderung der Reaktionsfähigkeit im stromaufseitigen Temperatursensor 12 und im stromabseitigen Temperatursensor 13 zu kompensieren, was später beschrieben wird.
Der Subtrahierer 30 erhält eine Differenz zwischen einer Ausgabe des Kompensators 20, der zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem ersten festen Widerstand 14 verbunden ist, und einer Ausgabe des Kompensators 20, der zwischen dem stromabseitigen Temperatursensor 13 und dem zweiten festen Widerstand 15 verbunden ist. Die Pulsationskorrekturschaltung 40 korrigiert die Pulsation des zu messenden Gases auf der Grundlage der Differenz, die durch den Subtrahierer 30 erhalten wird. Der thermische Durchflussmengenmesser 1 gibt ein Korrekturergebnis der Pulsationskorrekturschaltung 40 als ein Signal gemäß der Luftdurchflussmenge aus.
Im Folgenden wird ein Betrieb des thermischen Durchflussmengenmessers 1 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
6 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Ausgangscharakteristik des stromaufseitigen Temperatursensors 12 veranschaulicht. 7 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Ausgangscharakteristik des stromabseitigen Temperatursensors 13 veranschaulicht. 8 ist ein Graph, der ein Beispiel der Reaktionsfähigkeit des stromaufseitigen Temperatursensors 12 veranschaulicht. 9 ist ein Graph, der ein Beispiel der Reaktionsfähigkeit des stromabseitigen Temperatursensors 13 veranschaulicht. In 6 bis 9 repräsentiert die horizontale Achse eine Durchflussmenge [m/s] von Luft, die das zu messende Gas ist, wobei ein negativer Wert eine Luftdurchflussmenge angibt, die in Rückwärtsrichtung strömt, und ein positiver Wert eine Luftdurchflussmenge angibt, die in Vorwärtsrichtung strömt. 10 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Verstärkung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 veranschaulicht.
Um eine Durchflussmenge eines Gases wie z. B. Luft mit dem thermischen Durchflussmengenmesser 1 zu messen, wird das Heizelement 11 eingeschaltet, um das Heizelement 11 zu einer Temperatur, die höher als eine Temperatur des zu messenden Gases ist, zu erhitzen. In diesem Zustand bewegt sich während des Vorlaufs, in dem das Gas in Vorwärtsrichtung entlang der Isolationsschicht an der Oberfläche des Substrats 2 strömt, das Gas um das Heizelement 11, das durch das Heizelement 11 erhitzt wird, zur stromabwärts liegende Seite, derart, dass die Temperatur des Gases auf der stromaufwärts liegenden Seite des Heizelements 11 sinkt und die Temperatur des Gases auf der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 steigt.
Dann steigt der Widerstand des stromaufseitigen Temperatursensors 12, während die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12, der auf der stromaufwärts liegenden Seite des Heizelements 11 angeordnet ist, sinkt, und die Spannung, die das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 ist, sinkt unter 0 [mV], wie in 6 veranschaulicht ist. Da die Wärmemenge, die durch den Strom des Gases wie z. B. Luft abgegeben wird, zur Quadratwurzel der Durchflussmenge proportional ist, stellt die Ausgangscharakteristik des stromaufseitigen Temperatursensors 12 eine Sättigungscharakteristik dar, wie in 6 veranschaulicht ist. Ferner sinkt während des Gasvorlaufs der Widerstand des stromaufseitigen Temperatursensors 12, während die Temperatur des stromabseitigen Temperatursensors 13, der auf der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 angeordnet ist, steigt, und die Spannung, die das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 ist, steigt über 0 [mV], wie in 7 veranschaulicht ist.
Ferner bewegt sich während des Rücklaufs, in dem das Gas in entgegengesetzter Richtung entlang der Isolationsschicht an der Oberfläche des Substrats 2 strömt, das Gas um das Heizelement 11, das durch das Heizelement 11 erhitzt wird, zur stromaufwärts liegenden Seite, derart, dass die Temperatur des Gases auf der stromaufwärts liegenden Seite des Heizelements 11 steigt und die Temperatur des Gases auf der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 sinkt. Dann sinkt der Widerstand des stromaufseitigen Temperatursensors 12, während die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12, der auf der stromaufwärts liegenden Seite des Heizelements 11 angeordnet ist, steigt, und die Spannung, die das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 ist, steigt über 0 [mV], wie in 6 veranschaulicht ist. Ferner steigt während des Gasrücklaufs der Widerstand des stromabseitigen Temperatursensors 13, während die Temperatur des stromabseitigen Temperatursensors 13, der auf der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 angeordnet ist, sinkt, und die Spannung, die das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 ist, sinkt unter 0 [mV], wie in 7 veranschaulicht ist.
Wie in 6 veranschaulicht ist, ist der Anstiegsbetrag der Spannung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 während des Gasrücklaufs kleiner als der Absinkbetrag der Spannung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 während des Gasvorlaufs. Andererseits ist, wie in 7 veranschaulicht ist, der Anstiegsbetrag der Spannung des stromabseitigen Temperatursensors 13 während des Gasvorlaufs kleiner als der Absinkbetrag der Spannung des stromabseitigen Temperatursensors 13 während des Gasrücklaufs. In diesem Sinne sind die Spannungsausgangscharakteristiken des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 asymmetrisch zwischen dem Vorlauf und dem Rücklauf.
Ferner besitzen der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 verschiedene Spannungsausgangscharakteristiken. Das heißt, der stromaufseitige Temperatursensor 12 besitzt eine hohe Empfindlichkeit während des Gasvorlaufs, besitzt jedoch eine niedrige Empfindlichkeit während des Gasrücklaufs, wie in 6 veranschaulicht ist. Andererseits besitzt der stromabseitige Temperatursensor 13 eine hohe Empfindlichkeit während des Gasrücklaufs, besitzt jedoch eine niedrige Empfindlichkeit während des Gasvorlaufs, wie in 7 veranschaulicht ist.
Ferner ändern sich, wie in 8 und 9 veranschaulicht ist, die Reaktionsfähigkeit des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 gemäß der Ausgangsspannung, die in 6 und 7 veranschaulicht ist. Dies ist ähnlich einer Resonanzfrequenz, die während des Anreißens des Zentrums einer Saite mit hoher Spannung steigt, und die Reaktionsfähigkeit steigt, während ein Änderungsbetrag einer Ausgangsspannung im stromaufseitigen Temperatursensor 12 und im stromabseitigen Temperatursensor 13 steigt.
Das heißt, die Ausgangsspannungen des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 sind in jeder Durchflussmenge des Gases verschieden, wie in 6 und 7 veranschaulicht ist, und somit ist außerdem jede Reaktionsfähigkeit des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 in Bezug auf jede Gasdurchflussmenge verschieden, wie in 8 und 9 veranschaulicht ist. Eine derartige Differenz der Reaktionsfähigkeit zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13 verursacht einen Messfehler der Durchflussmenge, wenn das Gas pulsiert, d. h. einen Pulsationsfehler. Ferner unterscheiden sich auch die Beträge des Pulsationsfehlers zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13.
Das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13, die die oben beschriebenen Ausgabeeigenschaften und Reaktionsfähigkeiten besitzen, und verschiedene Pulsationsfehler werden vom Detektionselement 10 einzeln ausgegeben und in den Kompensator 20 einzeln eingegeben, wie in 1 veranschaulicht ist. Insbesondere wird das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 in den ersten Kompensator 20 eingegeben und wird das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 in den zweiten Kompensator 20 eingegeben.
Der stromaufseitige Temperatursensor 12 besitzt z. B. einen Frequenzgang, der in 10 veranschaulicht ist. Es ist festzuhalten, dass sich eine Grenzfrequenz abhängig von einer Gasdurchflussmenge, d. h. einer Luftdurchflussmenge, ändert, wie in 8 veranschaulicht ist. Wie oben beschrieben ist, besitzt der Kompensator 20 z. B. den Frequenzgang, der in 5 veranschaulicht ist. Als Ergebnis wird der Frequenzgang des Ausgangssignals des stromaufseitigen Temperatursensors 12, das einzeln vom Detektionselement 10 ausgegeben und in den Kompensator 20 eingegeben wird, durch den Kompensator 20 einzeln kompensiert. Entsprechend wird der Frequenzgang des Ausgangssignals des stromabseitigen Temperatursensors 13, das einzeln vom Detektionselement 10 ausgegeben und in den Kompensator 20 eingegeben wird, durch den Kompensator 20 einzeln kompensiert.
Das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13, die durch den Kompensator einzeln ausgeglichen wurden, werden in den Subtrahierer 30 eingegeben. Der Subtrahierer 30 subtrahiert das kompensierte Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 vom kompensierten Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und gibt ein Ergebnis zur Pulsationskorrekturschaltung 40 aus. Die Pulsationskorrekturschaltung 40 gibt die Durchflussmenge des Gases wie z. B. Luft, deren Pulsationsfehler korrigiert worden ist, auf der Grundlage des Subtraktionsergebnisses, das vom Subtrahierer 30 eingegeben wurde, aus.
Wie oben beschrieben ist, misst der thermische Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform die Gasdurchflussmenge auf der Grundlage der Temperaturdifferenz zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13, die auf der stromaufwärts liegenden Seite bzw. der stromabwärts liegenden Seite des Heizelements 11 angeordnet sind. Ferner enthält der thermische Durchflussmengenmesser 1 Folgendes: das Detektionselement 10, das das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13 einzeln ausgibt; und den Kompensator 20, der eine Antwortkompensation des Ausgangssignals des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des Ausgangssignals des stromabseitigen Temperatursensors 13 einzeln durchführt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die verschiedenen Pulsationsfehler des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13, die aufgrund der Differenz der Reaktionsfähigkeit zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13 erzeugt wurden, wie oben beschrieben ist, einzeln zu korrigieren. Deshalb kann der Pulsationsfehler des thermischen Durchflussmengenmessers 1 stärker verringert werden als im verwandten Gebiet und kann die Messgenauigkeit stärker verbessert werden als im verwandten Gebiet.
Ferner sind im thermischen Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 temperaturempfindliche Widerstände oder Thermoelemente. Mit dieser Konfiguration kann die Durchflussmenge des Gases wie z. B. Luft, das durch das Heizelement 11 erhitzt wird und in Vorwärtsrichtung oder Rückwärtsrichtung strömt, auf der Grundlage der Temperaturänderungen des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 gemessen werden.
Ferner enthält das Detektionselement 10 im thermischen Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: den ersten festen Widerstand 14, der mit dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 in Reihe geschaltet ist und mit dem Massepotential verbunden ist; und den zweiten festen Widerstand 15, der mit dem stromabseitigen Temperatursensor 13 in Reihe geschaltet ist und mit dem Massepotential verbunden ist. Mit dieser Konfiguration können Potentiale des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 abgesenkt werden und es ist möglich, zu verhindern, dass Staub und Schmutz aufgrund statischer Elektrizität zum stromaufseitigen Temperatursensor 12 und zum stromabseitigen Temperatursensor 13 adsorbiert werden. Deshalb kann der thermische Durchflussmengenmesser 1 in einer Umgebung verwendet werden, in der viel Staub und Schmutz vorhanden ist.
Ferner sind die Form des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Form des ersten festen Widerstands 14 im thermischen Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform gleich. Mit dieser Konfiguration kann die Genauigkeit eines Verhältnisses zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem ersten festen Widerstand 14 verbessert werden. Das heißt, ein Verhältniswert zwischen einem Widerstandswert des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und einem Widerstandswert des ersten festen Widerstands 14 kann genau zu einem vorgegebenen Wert gesetzt werden. Insbesondere sind der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der erste feste Widerstand 14 z. B. vom Standpunkt des Verringerns der Herstellungskosten aus demselben Material hergestellt. Deshalb ändert sich der Widerstandswert des ersten festen Widerstands 14 ähnlich dem stromaufseitigen Temperatursensor 12, wenn sich die Temperatur um den thermischen Durchflussmengenmesser 1 ändert. Deshalb ist es dann, wenn die Form des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Form des ersten festen Widerstands 14 gleich gestaltet sind, wie oben beschrieben ist, möglich, die Genauigkeit des Verhältnisses zwischen dem Widerstandswert des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und dem Widerstandswert des ersten festen Widerstands 14 zu verbessern und zu verhindern, dass die Ausgangsspannung aufgrund der Änderung der Umgebungstemperatur variiert. Deshalb ist es möglich, den thermischen Durchflussmengenmesser 1 mit niedergehaltenem Einfluss der Umgebungstemperatur zu schaffen.
Ferner sind die Form des stromabseitigen Temperatursensors 13 und die Form des zweiten festen Widerstands 15 im thermischen Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform dieselbe Form. Mit dieser Konfiguration kann die Genauigkeit eines Verhältnisses zwischen dem stromabseitigen Temperatursensor 13 und dem zweiten festen Widerstand 15 verbessert werden. Das heißt, ein Verhältniswert zwischen einem Widerstandswert des stromabseitigen Temperatursensors 13 und einem Widerstandswert des zweiten festen Widerstands 15 kann genau zu einem vorgegebenen Wert gesetzt werden. Genauer sind der stromabseitige Temperatursensor 13 und der [Widerstandswert des] zweite[n] feste[n] Widerstand[s] 15 z. B. vom Standpunkt der Verringerung von Herstellungskosten aus demselben Material hergestellt. Deshalb ändert sich der Widerstandswert des zweiten festen Widerstands 15 ähnlich dem stromabseitigen Temperatursensor 13, wenn sich die Temperatur um den thermischen Durchflussmengenmesser 1 ändert. Deshalb ist es dann, wenn die Form des stromabseitigen Temperatursensors 13 und die Form des zweiten festen Widerstands 15 gleich gestaltet sind, wie oben beschrieben ist, möglich, die Genauigkeit des Verhältnisses zwischen dem Widerstandswert des stromabseitigen Temperatursensors 13 und dem Widerstandswert des zweiten festen Widerstands 15 zu verbessern und eine Schwankung der Ausgangsspannung, die durch die Änderung der Umgebungstemperatur verursacht wird, niederzuhalten. Deshalb ist es möglich, den thermischen Durchflussmengenmesser 1 mit niedergehaltenem Einfluss der Umgebungstemperatur zu schaffen.
Ferner sind die Form des ersten festen Widerstands 14 und die Form des zweiten festen Widerstands 15 im thermischen Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform dieselben. Als Ergebnis kann die Genauigkeit eines Verhältnisses zwischen dem Widerstandswert des ersten festen Widerstands 14 und dem Widerstandswert des zweiten festen Widerstands 15 verbessert werden. Insbesondere sind der stromaufseitige Temperatursensor 12, der stromabseitige Temperatursensor 13, der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 z. B. vom Standpunkt des Verringerns von Herstellungskosten aus demselben Material hergestellt. Deshalb ändern sich der Widerstandswerts des ersten festen Widerstands 14 und des zweiten festen Widerstands 15 ähnlich dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13, wenn sich die Temperatur um den thermischen Durchflussmengenmesser 1 ändert. Deshalb ist es dann, wenn die Form des ersten festen Widerstands 14 und die Form des zweiten festen Widerstands 15 gleich gestaltet sind, wie oben beschrieben ist, möglich, die Genauigkeit des Verhältnisses zwischen jedem dieser Widerstandswerte und jedem der Widerstandswerte des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 zu verbessern. Als Ergebnis ist es möglich, Variationen in den Ausgangsspannungen, die durch die Änderung der Umgebungstemperatur verursacht werden, zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13 übereinstimmend zu gestalten. Deshalb ist es möglich, den thermischen Durchflussmengenmesser 1 mit niedergehaltenem Einfluss der Umgebungstemperatur zu schaffen.
Ferner sind der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 im thermischen Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform nahe beieinander angeordnet. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Temperaturen des ersten festen Widerstands 14 und des zweiten festen Widerstands 15 etwa übereinstimmend zu gestalten. Wie oben beschrieben ist, sind z. B. der stromaufseitige Temperatursensor 12, der stromabseitige Temperatursensor 13, der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 aus demselben Material hergestellt. Deshalb ändern sich die Widerstandswerte des ersten festen Widerstands 14 und des zweiten festen Widerstands 15 in Übereinstimmung mit der Änderung der Temperatur um den thermischen Durchflussmengenmesser 1. Allerdings kann die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten festen Widerstand 14 und dem zweiten festen Widerstand 15 verringert werden, indem der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 nahe beieinander angeordnet werden, wie oben beschrieben ist. Als Ergebnis ist es möglich, Schwankungen in den Ausgaben des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13, die durch die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten festen Widerstand 14 und dem zweiten festen Widerstand 15 verursacht werden, zu verringern und der thermische Durchflussmengenmesser 1 mit höherer Genauigkeit kann geschaffen werden.
Ferner enthält der thermische Durchflussmengenmesser 1 der vorliegenden Ausführungsform das Substrat 2 und die Membran 3, die auf dem Substrat 2 vorgesehen ist. Ferner sind der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der stromabseitige Temperatursensor 13 an der Membran 3 vorgesehen und der erste feste Widerstand 14 und der zweite feste Widerstand 15 sind auf dem Substrat 2 außerhalb der Membran 3 vorgesehen. Mit dieser Konfiguration kann der thermische Einfluss, der durch die Wärme, die im Heizelement 11 erzeugt wird, verursacht wird, auf den ersten festen Widerstand 14 und den zweiten festen Widerstand 15 im Vergleich zum stromaufseitigen Temperatursensor 12 und zum stromabseitigen Temperatursensor 13 verringert werden. Als Ergebnis werden die Temperaturänderungen des ersten festen Widerstands 14 und des zweiten festen Widerstands 15, die durch die Temperaturänderung des Heizelements 11 verursacht werden, unterdrückt und es ist möglich, die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten festen Widerstand 14 und dem zweiten festen Widerstand 15 zu verringern. Deshalb wird die Schwankung der Ausgangsspannung des thermischen Durchflussmengenmessers 1, die durch die Temperaturdifferenz zwischen dem ersten festen Widerstand 14 und dem zweiten festen Widerstand 15 verursacht wird, unterdrückt und der thermische Durchflussmengenmesser 1 mit höherer Genauigkeit kann geschaffen werden.
Wie oben beschrieben ist, ist es möglich, die verschiedenen Pulsationsfehler, die im stromaufseitigen Temperatursensor 12 und im stromabseitigen Temperatursensor 13 erzeugt werden, einzeln zu korrigieren, und der thermische Durchflussmengenmesser 1 mit höherer Genauigkeit als im verwandten Gebiet kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform geschaffen werden.
[Zweite Ausführungsform]
Dann wird eine zweite Ausführungsform des thermischen Durchflussmengenmessers gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 11 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers 1A gemäß der zweiten Ausführungsform.
Der thermische Durchflussmengenmesser 1A der vorliegenden Ausführungsform ist vom thermischen Durchflussmengenmesser 1 der ersten Ausführungsform, der oben beschrieben wird, bezüglich des Enthaltens eines ersten Analog/Digital-Umsetzers 51, der eine AD-Umsetzung einer Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 durchführt, und eines zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52, der eine AD-Umsetzung einer Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13 durchführt, verschieden. Die weiteren Punkte des thermischen Durchflussmengenmessers 1A der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie die des thermischen Durchflussmengenmessers 1 der ersten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, und deshalb werden die ähnlichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird unterlassen.
Der erste Analog/Digital-Umsetzer 51 empfängt z. B. eine Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12, die aus dem Detektionselement 10 einzeln entnommen wurde, als eine Eingabe, führt eine AD-Umsetzung der Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 durch und gibt die umgesetzte Ausgabe zum Kompensator 20 aus. Der zweite Analog/DigitalUmsetzer 52 empfängt z. B. eine Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13, die aus dem Detektionselement 10 einzeln entnommen wurde, als eine Eingabe, führt eine AD-Umsetzung der Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13 durch und gibt die umgesetzte Ausgabe zum Kompensator 20 aus.
Der thermische Durchflussmengenmesser 1A der vorliegenden Ausführungsform enthält den ersten Analog/Digital-Umsetzer 51 und den zweiten Analog/Digital-Umsetzer 52 und kann somit Ausgangssignale vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 und vom stromabseitigen Temperatursensor 13 digitalisieren. Als Ergebnis kann eine schwierigere arithmetische Verarbeitung im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Signaleingabe zum Kompensator 20 ein analoges Signal ist, durchgeführt werden und es ist möglich, den thermischen Durchflussmengenmesser 1 mit einem kleineren Pulsationsfehler zu schaffen. Im Folgenden werden ein Signaldiagramm des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und der Inhalt der arithmetischen Verarbeitung des Kompensators 20 beschrieben.
12 ist das Signaldiagramm des stromaufseitigen Temperatursensors 12. Hier ist Qc die Wärmemenge, die durch Wärmeübertragung vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 verloren geht, d. h. eine Wärmeabstrahlungsmenge, die durch eine Wärmeübertragung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 verursacht wird. Ferner ist Qr eine Wärmeeingabemenge, die durch Wärmeleitung vom Heizelement 11 zum stromaufseitigen Temperatursensor 12 übertragen wird. Ferner ist kc ein Wärmeübertragungskoeffizient, ist To eine Ausgangstemperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12, ist ΔT eine Temperaturänderung des stromaufseitigen Temperatursensors 12, ist C eine Wärmekapazität des stromaufseitigen Temperatursensors 12, ist kr eine Wärmeleitfähigkeit und ist kb eine Brückenempfindlichkeit.
Zum jetzigen Zeitpunkt wird die Wärmeabstrahlungsmenge Qc, die durch die Wärmeübertragung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 verursacht wird, durch das Produkt des Wärmeübertragungskoeffizienten kc, der Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12, d. h. einer Differenz zwischen der Ausgangstemperatur To des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und der Temperaturänderung ΔT des stromaufseitigen Temperatursensors 12, und der Quadratwurzel einer Luftdurchflussmenge U wie in der folgenden Formel (1) repräsentiert.
[Formula 1] $Qc = kc (To - Δ T) \sqrt{U}$
Ferner ist die Wärmeeingabemenge Qr, die vom Heizelement 11 zum stromaufseitigen Temperatursensor 12 durch Wärmeleitung übertragen wird, durch das Produkt der Wärmeleitfähigkeit kr und der Temperaturänderung ΔT des stromaufseitigen Temperatursensors 12 repräsentiert. Ferner kann die Temperaturänderung ΔT des stromaufseitigen Temperatursensors 12 durch Integrieren einer Differenz zwischen der Wärmeabstrahlungsmenge Qc und der Wärmeeingabemenge Qr mit der Wärmekapazität C des stromaufseitigen Temperatursensors 12 als ein Koeffizient erhalten werden.
Als Ergebnis wird die Temperaturänderung ΔT des stromaufseitigen Temperatursensors 12 als eine Sensorausgabe Vo über die Empfindlichkeit kb der Brückenschaltung, die unter Verwendung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des ersten festen Widerstands 14 konfiguriert ist, ausgegeben. Das heißt, mit dem Betrieb als ein System derart, dass die Wärmeabstrahlungsmenge Qc vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 und die Wärmeeingabemenge Qr vom Heizelement 11 zum stromaufseitiger Temperatursensor 12 im Gleichgewicht sind, ist die Temperaturänderung ΔT des stromaufseitigen Temperatursensors 12 bestimmt und die Sensorausgabe Vo ist bestimmt.
13 ist ein Signaldiagramm, das durch Umschreiben des Signaldiagramms von 12 erhalten wird. In 13 sind die Wärmeleitfähigkeit kr, das Produkt des Wärmeübertragungskoeffizienten kc und die Quadratwurzel der Luftdurchflussmenge U in einem Rückkopplungsabschnitt eines Integrators angeordnet. Eine Antwortgeschwindigkeit eines derartigen Systems ist durch einen Koeffizienten des Integrators und einen Koeffizienten des Rückkopplungsabschnitts bestimmt. Das heißt, die Antwortgeschwindigkeit des stromaufseitigen Temperatursensors 12 hängt von der Quadratwurzel der Luftdurchflussmenge U ab.
14 ist ein Signaldiagramm einer Umkehrfunktion des Signaldiagramms von 12. Das heißt, das Signaldiagramm, das in 14 veranschaulicht ist, kann durch Erhalten der Umkehrfunktion des Signaldiagramms, das in 12 veranschaulicht ist, erhalten werden. Das heißt, die arithmetische Verarbeitung, die im Signaldiagramm von 14 veranschaulicht ist, wird im Kompensator 20, der die Antwortkompensationsschaltung ist, durchgeführt, um eine Antwortkompensation des stromaufseitigen Temperatursensors 12 durchzuführen, und eine Sättigungscharakteristik der Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 kann entzerrt werden.
Ein Pulsationsfehler des thermischen Durchflussmengenmessers 1A wird außerdem durch eine Antwortverzögerung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 verursacht, jedoch wird der Pulsationsfehler des thermischen Durchflussmengenmessers 1 außerdem durch die Sättigungscharakteristik des stromaufseitigen Temperatursensors 12 beeinflusst. Das heißt, es ist außerdem möglich, den Pulsationsfehler, der durch die Antwortverzögerung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Sättigungscharakteristik der Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 verursacht wird, durch Durchführen der arithmetischen Verarbeitung, die im Signaldiagramm von 14 veranschaulicht ist, durch den Kompensator 20 zu korrigieren. Deshalb ist es möglich, den thermischen Durchflussmengenmesser 1 mit dem verringerten Pulsationsfehler zu schaffen. Es ist festzuhalten, dass der stromabseitige Temperatursensor 13 außerdem derselben Verarbeitung wie der stromaufseitige Temperatursensor 12 im Kompensator 20 unterworfen werden kann, um den Pulsationsfehler des thermischen Durchflussmengenmessers 1A weiter zu verringern.
Im thermischen Durchflussmengenmesser 1A der vorliegenden Ausführungsform enthält der Kompensator 20 einen Antwortkompensator 24 und einen Entzerrer 25. Der Entzerrer 25 entzerrt einzeln die Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13. Eine Grenzfrequenz in einem Frequenzgang des Antwortkompensators 24 ist durch den Wärmeleitfähigkeit kr und die Wärmekapazität C bestimmt. Das heißt, der Antwortkompensator 24 kann durch eine Antwortkompensationsschaltung, die einen festen Frequenzgang besitzt, realisiert werden. Ferner ist der Entzerrer 25 außerdem eine statische Funktion, die jede Eingabe der Wärmeabstrahlungsmenge Qc des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und der Temperaturänderung ΔT aufnimmt, und kann somit unter Verwendung eines zweidimensionalen Kennfelds konfiguriert werden.
Deshalb kann der Kompensator 20 im thermischen Durchflussmengenmesser 1A der vorliegenden Ausführungsform durch den Antwortkompensator 24, der den festen Frequenzgang besitzt, und den Entzerrer 25, der unter Verwendung der statischen Funktion konfiguriert ist, realisiert werden. Mit einer derartigen relativ einfachen arithmetischen Verarbeitung kann der thermische Durchflussmengenmesser 1A der vorliegenden Ausführungsform außerdem den Pulsationsfehler, der durch die Antwortverzögerungen und die Sättigungscharakteristiken des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 verursacht wird, korrigieren.
[Dritte Ausführungsform]
Dann wird eine dritte Ausführungsform des thermischen Durchflussmengenmessers gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 15 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers 1B gemäß der dritten Ausführungsform. Der thermische Durchflussmengenmesser 1B der vorliegenden Ausführungsform ist vom thermischen Durchflussmengenmesser 1A der zweiten Ausführungsform dahingehend verschieden, dass eine Bezugsspannungsschaltung 60, die eine Bezugsspannung bestimmt, vorgesehen ist und der erste Analog/DigitalUmsetzer 51 und der zweite Analog/Digital-Umsetzer 52 mit derselben Bezugsspannungsschaltung 60 verbunden sind.
Ferner ist der thermische Durchflussmengenmesser 1B der vorliegenden Ausführungsform vom thermischen Durchflussmengenmesser 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, dahingehend verschieden, dass ein Taktgenerator 70, der ein Taktsignal ausgibt, vorgesehen ist und der erste Analog/Digital-Umsetzer 51 und der zweite Analog/DigitalUmsetzer 52 mit demselben Taktgenerator 70 verbunden sind und mit demselben Taktsignal arbeiten. Die weiteren Punkte des thermischen Durchflussmengenmessers 1B der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie die des thermischen Durchflussmengenmessers 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, und deshalb werden die ähnlichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird unterlassen.
16 ist ein Graph, der ein Beispiel einer Eingangs/AusgangsCharakteristik des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 und des zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52 veranschaulicht. In 16 ist die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 durch eine gestrichelte Linie L1 veranschaulicht und die Eingangs/AusgangsCharakteristik des zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52 ist durch eine durchgezogene Linie L2 veranschaulicht. Wie in 16 veranschaulicht ist, sind die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 und die Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52 nicht gleich, sondern leicht verschieden. Vom Standpunkt des Verbesserns der Genauigkeit des thermischen Durchflussmengenmessers 1B ist es nicht nötig, die Differenz zwischen der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 und der Eingangs/Ausgangs-Charakteristik des zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52 so weit wie möglich zu verringern.
Wie oben beschrieben ist, enthält der thermische Durchflussmengenmesser 1B der vorliegenden Ausführungsform Folgendes: die Bezugsspannungsschaltung 60, die die Bezugsspannung bestimmt, und der erste Analog/Digital-Umsetzer 51 und der zweite Analog/Digital-Umsetzer 52 sind mit derselben Bezugsspannungsschaltung 60 verbunden. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Differenz zwischen den Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 und des zweiten Analog/Digital-Umsetzer 52 zu verringern und die Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmengenmessers 1B zu verbessern.
Ferner enthält, wie oben beschrieben ist, der thermische Durchflussmengenmesser 1B der vorliegenden Ausführungsform den Taktgenerator 70, der das Taktsignal ausgibt, und der erste Analog/DigitalUmsetzer 51 und der zweite Analog/Digital-Umsetzer 52 sind mit demselben Taktgenerator 70 verbunden und arbeiten mit demselben Taktsignal. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Differenz zwischen den Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 und des zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52 zu verringern und die Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmengenmessers 1B zu verbessern.
Darüber hinaus ist es im thermischen Durchflussmengenmesser 1B der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Differenz zwischen den Eingangs/Ausgangs-Charakteristiken des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 und des zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52 zu verringern, z. B. wenn der erste Analog/Digital-Umsetzer 51 und der zweite Analog/Digital-Umsetzer 52 dieselbe Schaltungskonfiguration besitzen. Deshalb kann die Messgenauigkeit des thermischen Durchflussmengenmessers 1B verbessert werden. Es ist festzuhalten, dass dieselbe Schaltungskonfiguration z. B. ein Aufweisen derselben Schaltungsanordnung, die dasselbe Schaltungselement und dasselbe Verdrahtungsmuster enthält, bedeutet.
[Vierte Ausführungsform]
Dann wird eine vierte Ausführungsform des thermischen Durchflussmengenmessers gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 17 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers 1C gemäß der vierten Ausführungsform. Der thermische Durchflussmengenmesser 1C der vorliegenden Ausführungsform ist vom thermischen Durchflussmengenmesser 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, dahingehend verschieden, dass er eine Fehlerbestimmungseinheit 80, die einen Fehler auf der Grundlage einer Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und einer Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13 bestimmt. Die weiteren Punkte des thermischen Durchflussmengenmessers 1C der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie die des thermischen Durchflussmengenmessers 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, und deshalb werden die ähnlichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird unterlassen.
Im Folgenden wird der thermische Durchflussmengenmesser 1C der vorliegenden Ausführungsform auf der Grundlage eines Vergleichs mit einem herkömmlichen thermischen Durchflussmengenmesser beschrieben. 22 ist ein Schaltplan, der einen Teil einer Konfiguration eines Detektionselements des herkömmlichen thermischen Durchflussmengenmessers veranschaulicht. 23 ist ein Graph, der eine Ausgabe des Teils des Detektionselements von 22 veranschaulicht. Es ist festzuhalten, dass im herkömmlichen thermischen Durchflussmengenmesser dieselben Konfigurationen wie die des thermischen Durchflussmengenmessers 1C der vorliegenden Ausführungsform durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden und ihre Beschreibung unterlassen wird.
Wie in 22 veranschaulicht ist, sind im Detektionselement des herkömmlichen thermischen Durchflussmengenmessers ein stromaufseitiger Temperatursensor 12 und ein stromabseitiger Temperatursensor 13 in Reihe geschaltet, der stromabseitige Temperatursensor 13 ist mit einer Leistungsversorgungsspannung Vcc verbunden und der stromaufseitige Temperatursensor 12 ist mit einem Massepotential verbunden. Ferner ist das Detektionselement dieses herkömmlichen thermischen Durchflussmengenmessers derart konfiguriert, dass eine Spannung bei einem Verbindungspunkt zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem stromabseitigen Temperatursensor 13 durch einen AD-Umsetzer 50 detektiert wird.
In diesem Fall wird eine Ausgabe des AD-Umsetzers 50 während eines Zeitraums T1, in dem ein Heizelement 11 sich in einem Nicht-Heizzustand befindet, die Leistungsversorgungsspannung Vcc/2, wie in 23 veranschaulicht ist. Ferner steigen die Temperaturen sowohl des stromaufseitigen Temperatursensors 12 als auch des stromabseitigen Temperatursensors 13 während eines Zeitraums T21 in einem Zustand, in dem eine Luftdurchflussmenge in einem Zeitraum T2, in dem das Heizelement 11 sich in einem Heizzustand befindet, null ist. Deshalb erreicht die Ausgabe des AD-Umsetzers 50 die Leistungsversorgungsspannung Vcc/2. Ferner sinkt die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12 während eines Zeitraums T22, in dem ein Gas wie z. B. Luft in Vorwärtsrichtung strömt und die Durchflussmenge steigt, und die Temperatur des stromabseitigen Temperatursensors 13 steigt derart, dass die Ausgabe des AD-Umsetzers 50 sinkt.
Ferner steigt während eines Zeitraums T23, in dem das Gas wie z. B. Luft in Rückwärtsrichtung strömt und die Durchflussmenge steigt, die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Temperatur des stromabseitigen Temperatursensors 13 sinkt. Deshalb steigt die Ausgabe des AD-Umsetzers 50. Ferner erreicht dann, wenn die Schaltung bei einem Punkt A in 22 getrennt wird, die Ausgabe des AD-Umsetzers 50 die Leistungsversorgungsspannung Vcc/2. In diesem Fall ist es schwierig, zwischen dem Zeitraum T21, in dem die Luftdurchflussmenge null ist, und der Schaltungstrennung zu unterscheiden und es ist schwierig, die Trennung beim Punkt A lediglich durch die Ausgabe des AD-Umsetzers 50 zu detektieren.
18 ist ein Schaltplan, der einen Teil einer Konfiguration des Detektionselements 10 des thermischen Durchflussmengenmessers 1C von 17 veranschaulicht. 19 ist ein Graph, der eine Ausgabe des Teils des Detektionselements 10 von 18 veranschaulicht. Im Gegensatz zu dem herkömmlichen thermischen Durchflussmengenmesser, der in 22 veranschaulicht ist, sind im thermischen Durchflussmengenmesser 1C der vorliegenden Ausführungsform, der in 18 veranschaulicht ist, der stromaufseitige Temperatursensor 12 und der erste feste Widerstand 14 in Reihe geschaltet, der stromaufseitige Temperatursensor 12 ist mit der Leistungsversorgungsspannung Vcc verbunden und der erste feste Widerstand 14 ist mit dem Massepotential verbunden. Ferner wird eine Spannung bei einem Verbindungspunkt zwischen dem stromaufseitigen Temperatursensor 12 und dem ersten festen Widerstand 14 durch den erste Analog/Digital-Umsetzer 51 detektiert.
In diesem Fall erreicht eine Ausgabe des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 während eines Zeitraums T1, in dem das Heizelement 11 nicht geheizt wird, die Leistungsversorgungsspannung Vcc/2, wie in 19 veranschaulicht ist. Ferner steigt die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12 während eines Zeitraums T21, in dem die Luftdurchflussmenge null ist, in einem Zeitraum T2, in dem das Heizelement 11 sich im Heizzustand befindet. Als Ergebnis steigt die Ausgabe des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51, wenn die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12 steigt.
Ferner sinkt die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12 während eines Zeitraums T22, in dem die Luft in Vorwärtsrichtung strömt und die Durchflussmenge steigt. Deshalb wird die Ausgabe des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 niedriger als die Ausgangsspannung während des Zeitraums T21, in dem die Luftdurchflussmenge null ist. Ferner steigt die Temperatur des stromaufseitigen Temperatursensors 12 während des Zeitraums T23, in dem die Luft in Rückwärtsrichtung strömt und die Durchflussmenge steigt. Deshalb ist die Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 höher als die Ausgangsspannung während des Zeitraums T21, in dem die Luftdurchflussmenge null ist.
Ferner erreicht dann, wenn die Schaltung, die in 18 veranschaulicht ist, bei einem Punkt A getrennt wird, die Ausgabe des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 die Leistungsversorgungsspannung Vcc/2. In diesem Fall sind die Ausgangsspannung des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51, wenn der Punkt A getrennt wird, und die Ausgangsspannung des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 während des Zeitraums T21, in dem die Luftdurchflussmenge null ist, deutlich unterschieden. Das heißt, die Ausgabe des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 wird durch die Fehlerbestimmungseinheit 80 beobachtet, um zu detektieren, ob die Ausgabe in einen vorgegebenen Ausgabebereich fällt oder nicht, derart, dass es möglich ist, die Trennung beim Punkt A der Schaltung zu detektieren.
Die oben gegebene Beschreibung des stromaufseitigen Temperatursensors 12 gilt entsprechend ebenfalls für den stromabseitigen Temperatursensor 13. Deshalb ist es möglich, die Trennung der Schaltung des thermischen Durchflussmengenmessers 1C zu detektieren und die Trennung der Schaltung des thermischen Durchflussmengenmessers 1C durch Bestimmen, ob jede Ausgangsspannung des ersten Analog/Digital-Umsetzers 51 und des zweiten Analog/Digital-Umsetzers 52 in den vorgegebenen Bereich fällt, unter Verwendung der Fehlerbestimmungseinheit 80 zu diagnostizieren. Deshalb ist es möglich, den äußerst zuverlässigen thermischen Durchflussmengenmesser 1C gemäß der vorliegenden Ausführungsform zu schaffen.
[Fünfte Ausführungsform]
Dann wird eine fünfte Ausführungsform des thermischen Durchflussmengenmessers gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 20 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers 1D gemäß der fünften Ausführungsform. Der thermische Durchflussmengenmesser 1D der vorliegenden Ausführungsform ist vom thermischen Durchflussmengenmesser 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, dahingehend verschieden, dass er einen Addierer 90 enthält, der ein Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und ein Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors 13, die durch den Kompensator 20 einzeln antwortkompensiert wurden, addiert. Ferner ist der thermische Durchflussmengenmesser 1D der vorliegenden Ausführungsform vom thermischen Durchflussmengenmesser 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, dahingehend verschieden, dass er eine Temperatursteuerschaltung 100 enthält, die eine Temperatur des Heizelements 11 auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Addierers 90 steuert. Die weiteren Punkte des thermischen Durchflussmengenmessers 1D der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie die des thermischen Durchflussmengenmessers 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, und deshalb werden die ähnlichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird unterlassen.
Ein Durchschnitt der Ausgaben des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 ist zur Temperatur des Heizelements 11 proportional. Deshalb addiert der Addierer 90 in der vorliegenden Ausführungsform die Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13, die durch den Kompensator 20 antwortkompensiert wurden, um den Durchschnitt der Ausgaben des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 zu erhalten. Dann steuert die Temperatursteuerschaltung 100 die Temperatur des Heizelements 11 auf der Grundlage einer Ausgabe des Addierers 90. Als Ergebnis wird eine spezielle Schaltung, um die Temperatur des Heizelements 11 zu detektieren, unnötig und es ist möglich, die Kosten des thermischen Durchflussmengenmessers 1D zu verringern.
Ferner ist das Heizelement 11 derart verortet, dass es vom stromaufseitigen Temperatursensor 12 und vom stromabseitigen Temperatursensor 13 getrennt ist. Deshalb tritt dann, wenn die Temperatur des Heizelements 11 aus dem Durchschnittswert der Ausgaben des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 erhalten wird, eine Antwortverzögerung auf, die es schwierig macht, die Temperatur des Heizelements 11 mit hoher Geschwindigkeit zu steuern. Allerdings ist der Kompensator 20 in der vorliegenden Ausführungsform angeordnet und somit kann die Temperatur des Heizelements 11 aus dem Durchschnittswert der Ausgaben des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 mit hoher Geschwindigkeit detektiert werden. Als Ergebnis kann die Temperatur des Heizelements 11 durch die Temperatursteuerschaltung 100 mit hoher Geschwindigkeit gesteuert werden und es ist somit möglich, den thermischen Durchflussmengenmesser 1D mit einer Hochgeschwindigkeitsantwort zu schaffen.
[Sechste Ausführungsform]
Schließlich wird eine sechste Ausführungsform des thermischen Durchflussmengenmessers gemäß der vorliegenden Offenbarung beschrieben. 21 ist ein schematischer Schaltplan eines thermischen Durchflussmengenmessers 1F gemäß der sechsten Ausführungsform. Der thermische Durchflussmengenmesser 1F der vorliegenden Ausführungsform ist vom thermischen Durchflussmengenmesser 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, dahingehend verschieden, dass er den Addierer 90 und einen Vervielfacher 110 enthält, der eine Empfindlichkeitskorrektur auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Addierers 90 durchführt. Die weiteren Punkte des thermischen Durchflussmengenmessers 1F der vorliegenden Ausführungsform sind dieselben wie die des thermischen Durchflussmengenmessers 1A der zweiten Ausführungsform, die oben beschrieben ist, und deshalb werden die ähnlichen Teile durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und ihre Beschreibung wird unterlassen.
Ein Durchschnitt der Ausgaben des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 ist zur Temperatur des Heizelements 11 proportional. Deshalb addiert der Addierer 90 in der vorliegenden Ausführungsform die Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13, die durch den Kompensator 20 antwortkompensiert wurden, um den Durchschnitt der Ausgaben des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und des stromabseitigen Temperatursensors 13 zu erhalten. Ferner sind Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors 12 und die Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors 13 zur Temperatur des Heizelements 11 proportional. Deshalb kann eine Schwankung der Temperatur des Heizelements 11 durch Detektieren der Temperatur des Heizelements 11 unter Verwendung des Addierers 90 und Durchführen der Empfindlichkeitskorrektur unter Verwendung des Vervielfachers 110 derart korrigiert werden, dass der thermische Durchflussmengenmesser 1F mit höherer Genauigkeit geschaffen werden kann.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben wurden, ist eine bestimmte Konfiguration nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und Entwurfsänderung oder dergleichen, die in einem Umfang vorgenommen werden, der vom Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung nicht abweicht, sind in der vorliegenden Erfindung enthalten.
Bezugszeichenliste

1: thermischer Durchflussmengenmesser
1A: thermischer Durchflussmengenmesser
1B: thermischer Durchflussmengenmesser
1C: thermischer Durchflussmengenmesser
1D: thermischer Durchflussmengenmesser
1F: thermischer Durchflussmengenmesser
2: Substrat
3: Membran
10: Detektionselement
11: Heizelement
12: stromaufseitiger Temperatursensor
13: stromabseitiger Temperatursensor
14: erster fester Widerstand
15: zweiter fester Widerstand
16: Elektrodenkontakt
20: Kompensator
21: Vervielfacher
22: Differenziererschaltung
23: Addierer
24: Antwortkompensator
25: Entzerrer
30: Subtrahierer
40: Pulsationskorrekturschaltung
50: AD-Umsetzer
51: erste Analog/Digital-Umsetzer
52: zweite Analog/Digital-Umsetzer
60: Bezugsspannungsschaltung
70: Taktgenerator
80: Fehlerbestimmungseinheit
90: Addierer
100: Temperatursteuerschaltung
110: Vervielfacher
Vcc: Leistungsversorgungsspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015049135 A [0005]

Claims

Thermischer Durchflussmengenmesser, der eine Durchflussmenge eines Gases auf der Grundlage einer Temperaturdifferenz zwischen einem stromaufseitigen Temperatursensor und einem stromabseitigen Temperatursensor, die auf einer stromaufwärts liegenden Seite bzw. einer stromabwärts liegenden Seite eines Heizelements angeordnet sind, misst, wobei der thermische Durchflussmengenmesser Folgendes umfasst: ein Detektionselement, das ein Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors und ein Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors einzeln ausgibt; und einen Kompensator, der eine Antwortkompensation des Ausgangssignals des stromaufseitigen Temperatursensors und des Ausgangssignals des stromabseitigen Temperatursensors einzeln durchführt.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 1, wobei der stromaufseitige Temperatursensor und der stromabseitige Temperatursensor temperaturempfindliche Widerstände oder Thermoelemente sind.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 1, wobei das Detektionselement Folgendes enthält: einen ersten festen Widerstand, der mit dem stromaufseitigen Temperatursensor in Reihe geschaltet ist und mit einem Massepotential verbunden ist; und einen zweiten festen Widerstand, der mit dem stromabseitigen Temperatursensor in Reihe geschaltet ist und mit dem Massepotential verbunden ist.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 3, wobei eine Form des stromaufseitigen Temperatursensors und eine Form des ersten festen Widerstands ähnlich sind.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 3, wobei eine Form des stromabseitigen Temperatursensors und eine Form des zweiten festen Widerstands ähnlich sind.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 3, der ferner Folgendes umfasst: ein Substrat; und eine Membran, die am Substrat vorgesehen ist, wobei der stromaufseitige Temperatursensor und der stromabseitige Temperatursensor an der Membran vorgesehen sind, und der erste feste Widerstand und der zweite feste Widerstand am Substrat außerhalb der Membran vorgesehen sind.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 3, wobei der erste feste Widerstand und der zweite feste Widerstand nahe beieinander angeordnet sind.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 3, wobei eine Form des ersten festen Widerstands und eine Form des zweiten festen Widerstands ähnlich sind.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: einen Entzerrer, der eine Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors und eine Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors einzeln entzerrt.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: eine Fehlerbestimmungseinheit, die einen Fehler auf der Grundlage einer Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors und einer Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors bestimmt.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: einen ersten Analog/Digital-Umsetzer, der eine A/D-Umsetzung einer Ausgabe des stromaufseitigen Temperatursensors durchführt; und einen zweiten Analog/Digital-Umsetzer, der eine A/D-Umsetzung einer Ausgabe des stromabseitigen Temperatursensors durchführt.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 11, der ferner Folgendes umfasst: eine Bezugsspannungsschaltung, die eine Bezugsspannung bestimmt, wobei der erste Analog/Digital-Umsetzer und der zweite Analog/Digital-Umsetzer mit derselben Bezugsspannungsschaltung verbunden sind.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 11, wobei der erste Analog/Digital-Umsetzer und der zweite Analog/Digital-Umsetzer eine ähnliche Schaltungskonfiguration besitzen.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 11, der ferner Folgendes umfasst: einen Taktgenerator, der ein Taktsignal ausgibt, wobei der erste Analog/Digital-Umsetzer und der zweite Analog/Digital-Umsetzer mit demselben Taktgenerator verbunden sind, um mit demselben Taktsignal zu arbeiten.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 1, der ferner Folgendes umfasst: einen Addierer, der das Ausgangssignal des stromaufseitigen Temperatursensors und das Ausgangssignal des stromabseitigen Temperatursensors, die durch den Kompensator einzeln antwortkompensiert wurden, addiert.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 15, der ferner Folgendes umfasst: eine Temperatursteuerschaltung, die eine Temperatur des Heizelements auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Addierers steuert.
Thermischer Durchflussmengenmesser nach Anspruch 15, der ferner Folgendes umfasst: ein Vervielfacher, der eine Empfindlichkeitskorrektur auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Addierers durchführt.