DE4143147A1

DE4143147A1 - Thermischer durchflusssensor

Info

Publication number: DE4143147A1
Application number: DE4143147A
Authority: DE
Inventors: Masanori Inada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1991-12-23
Publication date: 1992-07-02
Anticipated expiration: 2011-12-24
Also published as: DE4143147C2; US5237868A; KR920012890A; JPH04249717A; JPH07117436B2; KR940002188B1

Description

Die Erfindung betrifft einen thermischen Durchfluß sensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist ein Durchflußsensor bekannt, der eine Durch flußgeschwindigkeit aus einem thermischen Gleichge wichtszustand einer Brückenschaltung mit einem Heiz widerstand bestimmt und der in einem Fluid wie Luft angeordnet ist. Die Struktur eines bekannten Luft durchflußsensors, der einen Platindraht als Heizwi derstand verwendet, wird in bezug auf die Fig. 1 und 2 erläutert.

Fig. 1(a) und 1(b) zeigen vertikale Schnittdarstellungen einer Seiten- und Vorderansicht eines bekannten thermischen Durchflußsensors. Fig. 2 ist ein Schaltungsdiagramm, des die Temperatursteuer schaltung des bekannten thermischen Durchflußsensors wiedergibt.

In den Fig. 1(a) und 1(b) ist der bekannte thermische Durchflußsensor mit einem Meßrohr 2 versehen, das von einem Stützteil 3 an einer vorbestimmten Stelle in nerhalb eines den Hauptpfad für ein Fluid wie Luft biIdenden Gehäuses 1 getragen wird. Mehrere Heiz draht-Halteteile 4 sind an der Innenfläche des Meß rohrs 2 vorgesehen. Ein Platindraht 5 wird in einer Ebene senkrecht zur Luftströmung von den Halteteilen 4 gehalten. Ein Lufttemperatursensor 6 befindet sich im Meßrohr 2. Elektrische Zuleitungsdrähte für den Platindraht 5 und den Lufttemperatursensor 6 er strecken sich in das Innere einer Steuerschaltung 7, die auf der Außenseite des Gehäuses 1 angeordnet ist, mittels nicht gezeigter Durchgangslöcher im Meßrohr 2, Stützteil 3 und Gehäuse 1, und sind mit einer Tem peratursteuerschaltung innerhalb der Steuerschaltung 7 verbunden. Schutznetze 8 und 9 sind an beiden Enden dea Gehäuses 1 vorgesehen.

Gemäß Fig. 2 enthält die Temperatursteuerschaltung 10 eine Brückenschaltung, die vom Platindraht 5, dem Lufttemperatursensor 6 und Widerständen 11, 12 gebil det ist, und beide Eingangsanschlüsse eines Differen tialverstärkers 13 sind mit den mittleren Verbin dungspunkten b und f der Brückenschaltung verbunden. Ein Ausgangsanschluß des Differentialverstärkers 13 ist mit der Basis eines Transistors 14 verbunden, während der Emitter des Transistors 14 mit dem Ver bindungspunkt a der Brückenschaltung und der Kollek tor des Transistors 14 mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsquelle 15 verbunden sind. Die Temperatursteuerschaltung 10 führt eine Temperatur steuerung durch, so daß die Brückenschaltung in der lage ist, einen vorgegebenen thermischen Gleichge wichtszustand aufrechtzuerhalten. Es wird angenommen, daß der Widerstandswert des Platindrahtes 5 als Rh, der Widerstandswert des Lufttemperatursensors 6 als Rc und die Widerstandswerte der Widerstände 11 und 12 als R₁ und R₂ definiert sind.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des bekannten thermischen Durchflußsensors anhand der Fig. 3 erläu tert, die Arbeitskennlinien dieses Durchflußsensors zeigt. In Fig. 3 geben die horizontale Achse die Durchflußgeschwindigkeit und die vertikale Achse den Fehler (%) an.

Die Arbeitsweise der Temperatursteuerschaltung 10 ist bekannt und daher wird auf ihre Beschreibung verzich tet. Wenn die Spannungen an den Verbindungspunkten b und f gleich werden, gelangt die Brückenschaltung in einen Gleichgewichtszustand. Hierbei fließt ein der Durchflußgeschwindigkeit entsprechender Strom I_h durch den Platindraht 5 und die Spannung V_h des Ver bindungspunktes b wird gleich I_h×R₂. Diese Spannung V_h wird als Durchflußgeschwindigkeitssignal verwen det.

Um Fehler in der erfaßten Durchflußgeschwindigkeit aufgrund von Streuungen der Widerstandswerte und der Temperaturkoeffizienten des Platindrahtes 5 und des Lufttemperatursensors 6 sowie der Widerstandswerte der Widerstände 11 und 12 zu korrigieren, ist es üb lich, die erfaßte Durchflußgeschwindigkeits-Kennlinie parallel zu versetzen, indem der Widerstandswert R₁ des Widerstands 11 eingestellt wird, um einen erfaß ten Wert einer vorbestimmten Durchflußgeschwindigkeit (üblicherweise ein vergleichsweise niedriger Durch flußgeschwindigkeitswert) auf einen Zielwert zu set zen.

Fig. 3 zeigt eine ermittelte Durchflußgeschwindig keits-Kennlinie, die eine derartige Kompensation er läutert, wobei der Widerstandswert R₁ des Widerstands 11 so eingestellt ist, daß eine Kennlinie β vor der Einstellung mittels des Widerstands 11 bei einer vor gegebenen Durchflußgeschwindigkeit Q₁ in den Bereich des Zielwertes X gebracht wird.

In einem derartigen die Temperatursteuerschaltung 10 enthaltenden thermischen Durchflußsensor wird der Widerstandswert R₁ des Widerstands 11 eingestellt, um die Meßgenauigkeit zu verbessern. Jedoch wäre es un möglich, Unebenheiten in der Größe des Gehäuses 1 und des Meßrohrs 2, Streuungen in der relativen Position dieser Elemente, Abweichungen der Mittelachse des Meßrohrs 2 von der Strömungsrichtung des Fluids, und die Neigung einer Durchflußgeschwindigkeits-Kennli nie, die sich hauptsächlich aus der Streuung und Ab weichung in der Struktur und Größe des Platindrahtes 5 (Abhängigkeit der Abweichung von einem Mittelwert der erfaßten Kennlinie bei jeder Durchflußgeschwin digkeit von der Durchflußgeschwindigkeit) ergibt, auszugleichen. Weiterhin kann die Meßgenauigkeit ei ner Durchflußgeschwindigkeit nicht verbessert werden bei anderen Punkten als der vorerwähnten eingestell ten Durchflußgeschwindigkeit Q₁, insbesondere einer Durchflußgeschwindigkeit an einem Punkt, der weit entfernt von der eingestellten Durchflußgeschwindig keit Q₁ liegt. Demgemäß wird die Neigung einer Durch flußgeschwindigkeits-Kennlinie eingestellt, zusätz lich zu der beschriebenen Einstellung durch den Wi derstand 11.

Eine Einstellung der Neigung einer Durchflußgeschwin digkeits-Kennlinie, die in bekannter Weise vorgenom men wurde, wird in Bezug auf die Fig. 4 und 5 er klärt. Fig. 4 zeigt ein Schaltbild einer Neigungs- Korrekturschaltung eines bekannten thermischen Durch flußsensors, während die Fig. 5 und 6 Kennlinien wie dergeben, die die Arbeitsweise der bekannten Nei gungs-Korrekturschaltung illustrieren.

Gemäß Fig. 4 weist die Neigungs-Korrekturschaltung eine Subtraktionsschaltung 16, eine Spannungsteiler schaltung 23, eine Verstärkerschaltung 26 und eine Rechenschaltung 31 auf.

Die Subtraktionsschaltung 16 enthält Widerstände 17, 18, 20, 21 und 22 sowie einen Operationsverstärker 19. Ein nichtinvertierender Eingangsanschluß des Ope rationsverstärkers 19 ist über den Widerstand 18 ge erdet und auch über den Widerstand 17 mit dem Verbin dungspunkt b der Brückenschaltung der Temperatursteu erschaltung 10 verbunden. Eine voreingestellte Span nung V_ref wird über den Widerstand 20 an den invertie renden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 19 angelegt. Der Widerstand 21 ist zwischen den inver tierenden Eingangsanschluß und einen Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 19 geschaltet, und dieser Ausgangsanschluß ist über den Widerstand 22 geerdet. Die Widerstandswerte der Widerstände 17, 18, 20, 21 und 22 sind als R₃, R₄, R₅, R₆ und R₇ definiert.

Die Spannungsteilerschaltung 23 teilt die Ausgangs spannung V₁ der Subtraktionsschaltung 16 mittels Wi derständen 24 und 25. Eine Reihenschaltung dieser Widerstände 24 und 25 liegt zwischen dem Ausgangsan schluß der Subtraktionsschaltung 16 und Erdpotential. Die Widerstandswerte der Widerstände 24 und 25 sind als R₈ und R₉ definiert.

Die Ausgangsspannung V₂ der Spannungsteilerschaltung 23, die am Verbindungspunkt zwischen der Widerständen 24 und 25 erhalten wird, wird dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 27 in der Verstärkerschaltung 26 zugeführt. Der invertie rende Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 27 ist über einen Widerstand 28 geerdet. Die Ausgangs spannung V₃ der Verstärkerschaltung 26 wird über ei nen Widerstand 33 zu dem nichtinvertierenden Ein gangsanschluß eines Operationsverstärkers 34 in der Rechenschaltung 31 gegeben. Die Widerstandswerte der Widerstände 28, 29 und 30 werden als R₁₀, R₁₁ und R₁₂ definiert.

Die Rechenschaltung 31 weist Widerstände 32, 33, 35 und 36 sowie einen Operationsverstärker 34 auf. Die Aus gangsspannung V₁ der Subtraktionsschaltung 16 wird über den Widerstand 35 zum invertierenden Eingangs anschluß des Operationsverstärkers 34 geführt und der Widerstand 36 ist zwischen den Ausgangsanschluß und den invertierenden Eingangsanschluß des Operations verstärkers 34 gelegt. Darüber hinaus ist der nich tinvertierende Eingangsanschluß des Operationsver stärkers 34 über den Widerstand 32 mit dem Verbin dungspunkt b der Brückenschaltung der Temperatursteu erschaltung 10 verbunden. Eine Spannung V_o wird vom Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 34 ausge geben. Die Widerstandswerte der Widerstände 32, 33, 35 und 36 sind als R₁₃, R₁₄, R₁₅ und R₁₆ definiert.

Die Wirkungsweise jeder der vorbeschriebenen Schal tungen wird anhand der Fig. (a) bis 5(c) erläutert.

Die Ausgangsspannung V₁ der Subtraktionsschaltung 16 genügt der folgenden Gleichung entsprechend den Wi derstandswerten R₃, R₄, R₅ und R₆ der Widerstände 17, 18, 20 und 21:

V₁ = {R₄/(R₃ + R₄)} × {(R₅ + R₆)/R₅} × V_h - (R₆/R₅) × V_ref

Wenn die Widerstandswerte angemessen eingestellt wer den, z. B. R₃=R₄ und R₅=R₆, kann das folgende Er gebnis erhalten werden:

V₁ = V_h - V_ref.

Da der Operationsverstärker 19 nur mit einer Versor gungsspannung mit positiver Polarität betrieben wird, wird die Ausgangsspannung V₁ des Operationsverstär kers 19 nicht negativ, und, wenn V_h<V_ref, V=0 sind, zeigt die Kennlinie V₁ in Fig. 5(a) (V₁ wird etwa 0,3 V aufgrund einer Ausgangsspannungs-Sätti gungscharakteristik des Operationsverstärkers 19, jedoch in diesem Fall wird V₁ als nahezu gleich null definiert).

Die Ausgangsspannung V₂ der Spannungsteilerschaltung 23 wird durch die folgende Gleichung gemäß den Wider standswerten R₈ und R₉ der Widerstände 24 und 25 in der Spannungsteilerschaltung 23 ausgedrückt:

V₂ = {R₉/(R₈ + R₉)} × V₁ = 0, wenn V_h < V_ref).

Die Spannung V₂ wird der Verstärkerschaltung 26 ein gegeben, und die Ausgangsspannung V₃ der Verstärker schaltung 26 wird wie folgt erhalten gemäß den Wider standswerten R₁₀ und R₁₁ der Widerstände 28 und 29:

V₃ = {(R₁₀ + R₁₁)/R₁₀} × V₂
= {(R₁₀ + R₁₁)/R₁₀} × (R₉/(R₈ + R₉)} × V₁

Die Rechenschaltung 31 empfängt die Ausgangsspannung V_h der Temperatursteuerschaltung 10, die Ausgangs spannung V₃ der Verstärkerschaltung 26 und die Aus gangsspannung V₁ der Subtraktionsschaltung 16 und ihre Ausgangsspannung V_o genügt der folgenden Glei chung mit den Widerstandswerten R₁₃, R₁₄, R₁₅ und R₁₆ der Widerstände 32, 33, 35 und 36:

V_o = {(R₁₅ + R₁₆)/R₁₅} × {R₁₄/(R₁₃ + R₁₄)} × V_h
+ {(R₁₅ + R₁₆)/R₁₅} × {R₁₃/(R₁₃ + R₁₄)} × V₃
- (R₁₆/R₁₅) V₁.

Wenn die Widerstandswerte angemessen eingestellt wer den, z. B. R₁₃=R₁₄ und R₁₅=R₁₆, dann kann das fol gende Ergebnis erhalten werden:

V_o = V_h + V₃ - V₁.

Aus den Gleichungen dieser Ausgangsspannungen V₁, V₂, V₃ und V_h und der voreingestellten Spannung V_ref kann die folgende Gleichung abgeleitet werden:

V_o = V_h + {{R₉/(R₈ + R₉)} × {(R₁₀ + R₁₁)/R₁₀} - 1}
× (V_h - V_ref) (V_o = V_h, wenn V_h < V_ref)

Wenn in der obigen Gleichung die Widerstandswerte R₈, R₉, R₁₀ und R₁₁ angemessen eingestellt werden, z. B. R₈=R₉ und R₁₀=R₁₁×(1±α), dann wird

V_o = V_h + {(1/2) × (2 ± α) - 1} × (V_h - V_ref)
= V_h ± (1/2) × α × (V_h - V_ref) (1)
(V_o = V_h, wenn V_h < V_ref)

Daher ist, wenn V_h<V_ref, die Ausgangsspannung der Rechenschaltung 31 V_o=V_h unabhängig von den Wider standswerten R₁₀ und R₁₁ und wenn V_h<V_ref, wird ein Wert der durch Multiplikation des Wertes (V_h-V_ref) mit einem durch das Verhältnis der Widerstandswerte R₁₀ und R₁₁ bestimmten Faktor erhalten wird, addiert zu oder subtrahiert von V_h, insbesondere, wenn R₁₀= R₁₁, V_o=V_h unabhängig davon, ob V_h oder V_ref größer ist.

Fig. 5(a) zeigt ein Diagramm, das die vorbeschriebe nen Kennlinien der Spannungen V_o, V₁, V₂ und V_h wie dergibt. Die Ausgangsspannung V₃ der Verstärkerschal tung 26 ändert sich in Abhängigkeit von der Ausgangs spannung V₁ der Subtraktionsschaltung 16 in Überein stimmung mit einem durch das Verhältnis der Wider standswerte R₁₀ und R₁₁ bestimmten Wert. Die Ausgangs spannung V_o der Rechenschaltung 31 ist nahezu gleich V_h, wenn V_h<V_ref ist, und ändert sich auf der Grund lage der Kennlinie V_o=V_h, wenn V_h<V_ref ist.

Fig. 5(b) enthält ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Luftdurchflußgeschwindigkeit und der Ausgangsspannung V_h der Temperatursteuerschaltung 10 sowie der Ausgangsspannung V_o der Rechenschaltung 31 zeigt. Fig. 5(c) enthält ein Diagramm, das eine Be ziehung zwischen einer Luftdurchflußgeschwindigkeit und einem erfaßten Fehler in der Luftdurchflußge schwindigkeit anzeigt, welcher von den Ausgangsspan nungen V_h und V_o abhängt. Wie in Fig. 5(b) darge stellt ist, kann die Ausgangsspannung V_o der Rechen schaltung 31 willkürlich zur Plus- oder Minusseite in Bezug auf die Ausgangsspannung V_h der Temperatursteu erschaltung 10 in Übereinstimmung mit den Wider standswerten R₁₁ und R₁₂ nur geändert werden, wenn die Durchflußgeschwindigkeit größer ist als die Durch flußgeschwindigkeit Q_ref entsprechend der voreinge stellten Spannung V_ref.

Demgemäß kann, wie in Fig. 5(c) gezeigt ist, ein durch die Ausgangsspannung V_h der Temperatursteuer schaltung 10 erfaßter Fehler eingestellt werden zur +α-Seite, wenn dieser Fehler negativ ist, und zur -α- Seite, wenn dieser Fehler positiv ist, wenn die Durchflußgeschwindigkeit größer als Q_ref.

Nachdem eine fehlerhafte Durchflußgeschwindigkeits- Kennlinie parallel versetzt wurde, um in den Bereich eines Zielwertes X bei einer vorbestimmten Durchfluß geschwindigkeit Q₁ einzutreten, wird in der beschrie benen Weise die Neigung einer derartigen Kennlinie in Bezug auf die Durchflußgeschwindigkeit Q_ref korri giert, die einen relativ kleinen Fehler aufweist und nahe der Durchflußgeschwindigkeit Q₁ als eine Durch flußgeschwindigkeit an einem Bezugspunkt gelegen ist.

Eine bekannte Neigungs-Korrekturschaltung eines ther mischen Durchflußsensors, so wie sie vorstehend er läutert wurde, ist mit den nachfolgend beschriebenen Problemen behaftet.

Die Korrekturschaltung ist so ausgebildet, daß, wenn die Ausgangsspannung V_h der Temperatursteuerschaltung 10 niedriger als die voreingestellte Spannung V_ref ist (V_h<V_ref), die Ausgangsspannung V_o der Rechenschal tung 31 gleich der Ausgangsspannung V_h der Tempera tursteuerschaltung 10 wird. Im tatsächlichen Betrieb, wenn der Operationsverstärker 19 gesättigt ist, ist es erforderlich, gleichzeitig als ein Senkenstrom vom Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 19 einen Strom V_ref/(R₅ + R₆) über die Widerstände 20 und 21 von der voreingestellten Spannung V_ref und einen Strom V_o/(R₁₅ + R₁₆) über die Widerstände 36 und 35 vom Aus gangsanschluß der Rechenschaltung 31 zu liefern. We gen der Struktur einer Ausgangsschaltung der Rechen schaltung 31 und der Eigenschaften der die Ausgangs schaltung bildenden Halbleiterelemente wird die Aus gangsspannung V_o nicht 0, wenn der Senkenstrom fließt, und eine Sättigungsspannung V_sat von etwa 0,3 V berbleibt üblicherweise am Ausgang der Rechenschal tung. Um V_sat herabzusetzen, wird ein Widerstand mit einem relativ geringen Widerstandswert, wie der Wi derstand 22 in Fig. 4, als Ableitwiderstand zwischen den Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 19 und Erdpotential geschaltet.

Doch selbst wenn ein derartiger Ableitwiderstand 22 verwendet wird, kann die Ausgangsspannung des Opera tionsverstärkers 19 nicht auf null reduziert werden und eine Restspannung V_s von mehreren hundertstel Volt verbleibt noch.

Die Erläuterung der Wirkungsweise der bekannten Vor richtung anhand der Fig. 5 erfolgte unter der Annah me, daß die Restspannung V_s=0 ist. Aufgrund des Einflusses der Restspannung V_s tritt ein hierdurch bedingter Fehler E_s, wie in den Fig. 6(a) bis 6(c) gezeigt, auf. Insbesondere, wenn die vom Durchfluß sensor erfaßte Durchflußgeschwindigkeit sehr niedrig ist (z. B. die während des Leerlaufzustandes einer Verbrennungsmaschine erfaßte Durchflußgeschwindig keit), wird der erfaßte Fehler 1%, wenn eine Spannung auf einem Pegel von etwa 3 mV bis 5 mV liegt. Demge mäß muß ein auf der Restspannung V_s beruhender Fehler berücksichtigt werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen thermischen Durchflußsensor zu schaffen, bei dem die Ausgangsspannung V_o einer Rechenschaltung genau gleich der Ausgangsspannung V_h einer Tempera tursteuerschaltung ist, wenn V_h<V_ref ist, und bei dem die Neigung einer Kennlinie der Ausgangsspannung V_o mittels einer einfachen Schaltungsstruktur leicht und mit hoher Genauigkeit korrigiert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfin dungsgemäßen Durchflußsensors ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der thermische Durchflußsensor gemäß der Erfindung weist eine Temperatursteuervorrichtung, die eine Brückenschaltung in einem Fluid mit einem thermischen Widerstand und mehrere andere Widerstände enthält zur Steuerung eines durch den thermischen Widerstand fließenden Stroms, um die Brückenschaltung in einem vorbestimmten thermischen Gleichgewichtszustand zu halten, einen Operationsverstärker, der an seinem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eine von der Durchflußgeschwindigkeit abhängige Ausgangsspannung der Brückenschaltung der Temperatursteuervorrichtung empfängt, und eine erste sowie eine zweite Konstant stromschaltung auf, die mit dem nichtinvertierenden und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers verbunden sind, wobei die Summe der von der ersten und der zweiten Konstantstrom schaltung abgegebenen Ströme gesteuert wird gemäß einem externen Signal, das sich im Operationsverstär ker mit einer vorgegebenen Ausgangsspannungs-Kennli nie ergibt.

Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Summe der von der ersten und der zweiten Konstant stromschaltung abgegebenen Ströme gleich null, wenn eine von der Brückenschaltung gelieferte Spannung gleich einem oder geringer als ein vorgegebener Wert ist und graduell von null aus ansteigt, wenn die Aus gangsspannung der Brückenschaltung zunimmt und größer ist als der vorgegebene Wert. Dieser kann durch das externe Signal eingestellt werden.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Summe der Ausgangsströme der ersten und zwei ten Konstantstromschaltung gleich null, wenn eine Ausgangsspannung der Brückenschaltung gleich einem oder höher ist als ein vorgegebener Wert und graduell von null aus ansteigt, wenn die Ausgangsspannung der Brückenschaltung abnimmt und geringer ist als der vorgegebene Wert. Dieser kann durch das externe Si gnal eingestellt werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind weiterhin eine dritte und vierte Konstantstrom schaltung mit dem nichtinvertierenden und dem inver tierenden Eingang des Operationsverstärkers verbun den, und die Summe der Ausgangsströme der ersten und der zweiten Konstantstromschaltung sowie die Summe der Ausgangsströme der dritten und vierten Konstant stromschaltung können in Übereinstimmung mit einer von der Brückenschaltung ausgegebenen Spannung ge steuert werden, wobei ein Verhältnis der Stromwerte der ersten und zweiten Konstantstromschaltung einge stellt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1(a) und 1(B) Schnittdarstellungen einer Seiten- und Vorderansicht eines bekannten thermischen Durchflußsensors,

Fig. 2 ein Schaltbild der Temperatursteuerschaltung im Durchflußsensor nach Fig. 1,

Fig. 3 Kennlinien des Durchfluß sensors nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Schaltbild eines bekann ten thermischen Durchfluß sensors mit einer Neigungs- Korrekturschaltung,

Fig. 5 Kennlinien des Durchflußsen sors nach Fig. 4,

Fig. 6 Kennlinien des Durchflußsen sors nach Fig. 4,

Fig. 7 ein Schaltbild eines thermi schen Durchflußsensors nach einem ersten Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 8 Kennlinien des Durchflußsen sors nach Fig. 7,

Fig. 9 ein Schaltbild eines thermi schen Durchflußsensors nach einem zweiten Ausführungsbei spiel der Erfindung,

Fig. 10 Kennlinien des Durchflußsen sors nach Fig. 9,

Fig. 11 ein Schaltbild eines thermi schen Durchflußsensors nach einem dritten Ausführungsbei spiel der Erfindung, und

Fig. 12 Kennlinien des Durchflußsen sors nach Fig. 11.

Fig. 7 enthält das Schaltbild einer Neigungs-Korrek turschaltung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zusammen mit einer Temperatursteuerschal tung. Die Schaltungen mit Ausnahme der Neigungs-Kor rekturschaltung sind identisch mit denen des bekann ten Durchflußsensors.

Gemäß Fig. 7 umfaßt die Neigungs-Korrekturschaltung eine Rechenschaltung 31, eine erste Konstantstrom schaltung 44, eine zweite Konstantstromschaltung 47 und eine Konstantstromsteuerschaltung 37.

Die Rechenschaltung 31 weist Widerstände 32 und 36 und einen Operationsverstärker 34 auf, während die erste Konstantstromschaltung 44 einen Transistor 45 und einen Widerstand 46 enthält. Der Kollektor des Transistors 45, der als Ausgangsanschluß dient, ist mit einem Verbindungspunkt p zwischen dem Widerstand 32 und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 verbunden. Die zweite Kon stantstromschaltung 47 enthält einen Transistor 48 und einen Widerstand 49. Der Kollektor des Transistors 48, der als Ausgangsanschluß dient, ist mit einem Verbindungspunkt n zwischen dem invertie renden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 und dem Widerstand 36 verbunden. Die Konstantstrom steuerschaltung 37 weist Widerstände 38,39,41,42 und 43 sowie einen Operationsverstärker 40 auf, um einen Konstantstromwert einzustellen und die Ausgangsstrom werte I₄₄ und I₄₇ der ersten und zweiten Konstant stromschaltung 44 und 47 in Abhängigkeit von der Aus gangsspannung V_h der Temperatursteuerschaltung 10 und der voreingestellten Spannung V_ref zu steuern. Die Widerstandswerte der Widerstände 32, 36, 38, 39, 41, 42, 43, 46 und 49 werden als R₁₃, R₁₆, R₂₀, R₂₁, R₂₂, R₂₃, R₂₄, R₂₅ und R₂₆ definiert.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise nach dem ersten Ausführungsbeispiel anhand von Fig. 8 beschrieben, die Kennlinien des Durchflußsensors nach Fig. 7 wie dergibt.

Eine am nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Ope rationsverstärkers 34 der Rechenschaltung 31 eingege bene Spannung V_p ist gleich dem Spannungswert, der erhalten wird durch Subtraktion eines Spannungsab falls am Widerstand 32 infolge des ersten Konstant strome I₄₄ der ersten Konstantstromschaltung 44 von der Ausgangsspannung V_h der Temperatursteuerschaltung 10. Diese Eingangsspannung V_p wird somit wie folgt ausgedrückt:

V_p = V_h - R₁₃ × I₄₄.

Eine am invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 eingegebene Spannung V_n ist gleich dem Spannungswert, der erhalten wird durch Subtraktion eines Spannungsabfalls am Widerstand 36 infolge des zweiten Konstantstroms I₄₇ der zweiten Konstantstromschaltung 47 von der Ausgangsspannung V_o. Diese Eingangsspannung V_n wird somit wie folgt ausgedrückt:

V_n = V_o - R₁₆ × I₄₇.

Da der Operationsverstärker 34 die Ausgangsspannung V_o so steuert, daß V_p gleich V_n ist, kann die Aus gangsspannung V_o wie folgt ausgedrückt werden:

V_o = V_h - R₁₃ × I₄₄ + R₁₆ × I₄₇.

Wenn die Widerstandswerte der Widerstände 32 und 36 angemessen eingestellt werden, z. B. R₁₃=R₁₆, wird die Ausgangsspannung V_o der Rechenschaltung 31 wie folgt ausgedrückt:

V_o = V_h + (I₄₇ - I₄₄) × R₁₃ (2).

Die Arbeitsweise der ersten und zweiten Konstant stromschaltung 44 und 47 und der Konstantstromsteuer schaltung 37 wird nachfolgend beschrieben. Eine am nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Ope rationsverstärkers 40 der Konstantstromsteuerschal tung 37 eingegebene Spannung V₂₀ wird wie folgt be stimmt, da diese Spannung durch Teilung der Ausgangs spannung V_h der Temperatursteuerschaltung 10 mittels der Widerstände 38 und 39 erhalten wird:

V₂₀ = {R₂₁/(R₂₀ + R₂₁)} × V_h (3)

Eine am invertierenden Eingangsanschluß des Opera tionsverstärkers 40 eingegebene Spannung V₂₂ ergibt sich aus der nachfolgenden Gleichung, da diese durch Teilung einer Spannung entsprechend der Differenz zwischen einer Spannung V₂₄ über den Widerstand 43 und der voreingestellten Spannung V_ref mittels der Widerstände 41 und 42 erhalten wird:

V₂₂ = {₂₂/(R₂₂ + R₂₃)} × (V₂₄ - V_ref) + V_ref

= {R₂₂/(R₂₂ + R₂₃)} V₂₄ + {R₂₃/(R₂₂ + R₂₃)} × V_ref (4)

Der Operationsverstärker 40 steuert den ersten und zweiten Konstantstrom I₄₄ und I₄₇, die durch den Wi derstand 43 fließen, durch Steuerung der Basisströme der Transistoren 45 und 48, und steuert auch die Spannung V₂₄ über den Widerstand 43, um V₂₀ gleich V₂₂ zu machen.

Daher kann die folgende Gleichung erhalten werden:

{R₂₁/(R₂₀ + R₂₁)} × V_h = {R₂₂/(R₂₂ + R₂₃)} × V₂₄ + {R₂₃/(R₂₂ + R₂₃)} × V_ref

Aus dieser Gleichung kann V₂₄ wie folgt erhalten wer den:

V₂₄ = {R₂₁/(R₂₀ + R₂₁)} × {(R₂₂ + R₂₃)/R₂₂} × V_h - (R₂₃/R₂₂) × V_ref

Wenn hierin die Widerstandswerte angemessen einge stellt werden, z. B. R₂₀=R₂₁ und R₂₂=R₂₃, erhält man die Gleichung:

V₂₄ = V_h - V_ref (5)

Da die Summe aus dem ersten und zweiten Konstantstrom (I₄₄ + I₄₇) gleich ist der Summe aus einem Strom I₂₄ durch den Widerstand 43 und einem Strom I₂₃ durch die Reihenschaltung der Widerstände 42 und 41, folgt

I₄₄ + I₄₇ = V₂₄/R₂₄ + (V₂₄ - V_ref)/(R₂₂ + R₂₃) (6)

Da V₂₄=V_h-V_ref und R₂₂=R₂₃ sind, folgt

I₄₄ + I₄₇ = (1/R₂₄ + 1/R₂₂) × V_h - (1/R₂₄ + 1/R₂₃) × V_ref (7)

Bei der Schallung nach Fig. 7 tritt anders als bei der bekannten Schaltung kein Senkenstrom am Ausgangs anschluß des Operationsverstärkers 40 auf und nur ein Quellenstrom existiert an den Basiselektroden der Transistoren 45 und 48. Dieser Quellenstrom wird null unter der Bedingung V₂₂<V₂₀, wobei V₂₀ die am vertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstär kers 40 und V₂₂ die an dessen invertierendem Eingang angelegten Spannungen sind. Daher werden der erste und der zweite Konstantstrom I₄₄ und I₄₇ ebenfalls null unter der Bedingung V₂₂<V₂₀. Demgemäß wird die Summe aus dem ersten und zweiten Konstantstrom I₄₄ + I₄₇ null unter der Bedingung V₂₄+V_ref<V_h gemäß den Gleichungen (3) und (4), wenn R₂₀=R₂₁ und R₂₂=R₂₃ sind.

In diesem Fall ergibt sich aus Gleichung (6) mit = R₂₂=R₂₃:

V₂₄ = {R₂₄/(2R₂₂ + R₂₄)} × V_ref

und V₂₄ wird nicht niedriger als die durch die obige Gleichung angegebene Spannung.

Demgemäß wird I₄₄+I₄₇=0 erzielt unter der Bedin gung

{1 + R₂₄/(2R₂₂ + R₂₄)} × V_ref < V_h

Die Fig. 8(a) bis 8(c) zeigen die Beziehungen zwi schen der von der Temperatursteuerschaltung 10 ausge gebenen Spannung V_h, der voreingestellten Spannung V_ref, der Spannung V₂₄ über den Widerstand 43, dem ersten Konstantstrom I₄₄ und dem zweiten Konstant strom I₄₇. Fig. 8(a) illustriert Gleichung (5) und Fig. 8(b) gibt Gleichung (7) wieder.

Hier wird das Verhältnis des ersten Konstantstroms I₄₄ und des zweiten Konstantstroms I₄₇ erläutert.

Die Basiselektroden der Transistoren 45 und 46 liegen auf der gleichen Spannung, da sie mit dem Ausgangs anschluß des Operationsverstärkers 40 verbunden sind, und daher werden, wenn die Basis-Emitter-Spannungen V_be der Transistoren 45 und 48 einander gleich sind, auch die Spannungen V₂₅ und V₂₆ über die Widerstände 46 und 49 einander gleich. Somit ergibt sich die Be ziehung I₄₄=(R₂₈/R₂₅×I₄₇ aus V₂₅=I₄₄×R₂₅, V₂₆=I₄₇ ×R₂₆ und V₂₅=V₂₆. Wenn das Verhältnis der Wider standswerte der Widerstände 46 und 49, R₂₆/R₂₅, als G₁ bezeichnet wird, wird eine Differenz zwischen dem ersten Kontaktstrom und dem zweiten Kontaktstrom aus der obigen Gleichung und der Gleichung (7) wie folgt gegeben:

I₄₇ - I₄₄ = {(1 - G₁)/(1 + G₁)} × (I₄₄ + I₄₇)
= {(1 - G₁)/(1 + G₁)} × {(1/R₂₄ + ½R₂₂) × V_h
- (1/R₂₄ + 1/R₂₂) × V_ref}

Wenn die Beziehung (I₄₇-I₄₄) in die die Ausgangs spannung V_o der Rechenschaltung 31 wiedergebende Gleichung (2) eingesetzt wird, erhält man

V_o = V_h + R₁₃ × {( - G₁)/(1 + G₁)} × (I₄₄ + I₄₇)
= V_h + R₁₃ × {(1 - G₁)/(1 + G₁)}
× {(1/R₂₄ + 1/2R₂₂) × V_h - (1/R₂₄ + 1/R₂₂) × V_ref} (8)

In Gleichung (8) ist wie in Gleichung (1), die die Ausgangsspannung der bekannten Schaltung wiedergibt, in Übereinstimmung mit der von der Temperatursteuer schaltung 10 ausgegebenen Spannung V_h (1) die von der Rechenschaltung 31 ausgegebene Spannung V_o genau gleich V_h, wenn V_h<{1+R₂₄/(2R₂₂+R₂₄)}×V_ref ist, und (2) V_o gleich V_h zu welcher oder von welcher ein Wert addiert oder subtrahiert wird, der gemäß einer Differenz zwischen V_h und der voreingestellten Spannung V_ref, den Widerstandswerten der Widerstände 32, 41, 43 und dem Verhältnis nG₁ der Widerstandswerte R₂₅ und R₂₆ der Widerstände 46 und 49 bestimmt wird, wenn V_h<{1+R₂₄/(2R₂₂+R₂₄)}×V_ref ist.

Insbesondere kann ein Wert V_o in positiver oder nega tiver Richtung in Bezug auf V_h abhängig vom Wert von G₁ eingestellt werden, wobei die gleiche Operation durchgeführt wird wie mit der bekannten Neigungs-Kor rekturschaltung. Fig. 8(c) zeigt eine derartige Ope ration.

Wie erwähnt wurde, weist ein thermischer Durchfluß sensor nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfin dung eine in einem Fluid angeordnete und einem Pla tindraht 5, einen Lufttemperatursensor 6 und mehrere Widerstände 11 und 12 enthaltende Brückenschaltung sowie eine Temperatursteuerschaltung 10 auf, die ei nen durch den Platindraht 5 fließenden Strom derart steuert, daß die Brückenschaltung einen vorbestimmten thermischen Gleichgewichtszustand aufrechterhält. In einer Neigungs-Korrekturschaltung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Ausgangs spannung V_h, die von der Durchflußgeschwindigkeit abhängt und von der Brückenschaltung der Temperatur steuerschaltung 10 erhalten wird, über einen Wider stand 32 dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß eines Operationsverstärkers 34 zugeführt. Ein Rück kopplungswiderstand 36 liegt zwischen dem Ausgangs anschluß und dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 und eine erste Konstant stromschaltung 44 sowie eine zweite Konstantstrom schaltung 47 sind mit dem nichtinvertierenden bzw. dem invertierenden Eingangsanschluß des Operations verstärkers 34 verbunden. Die Summe der von der er sten und der zweiten Konstantstromschaltung ausgege benen Ströme, I₄₄ + I₄₇, ist null, wenn die Ausgangs spannung V_h gleich dem oder niedriger ist als ein vorbestimmter Wert, und nimmt von null aus graduell mit dem Anstieg der Ausgangsspannung V_h zu, wenn die se größer als der vorbestimmte Wert ist. Die von der Neigungs-Korrekturschaltung ausgegebene Spannung V_o ist gleich V_h, wenn V_h gleich dem oder niedriger als der vorbestimmte Wert ist, und wird kleiner oder grö ßer als V_h eingestellt, wenn V_h größer als der vor bestimmte Wert ist. Dieser vorbestimmte Wert kann durch ein externes Signal eingestellt werden. Somit kann mit einer einfachen Schaltungsstruktur eine Ope ration realisiert werden, die der der bekannten Schaltung überlegen ist. Weiterhin kann jeder Ein fluß, der durch die Sättigung einer Spannung des Ope rationsverstärkers ausgeübt wird, eliminiert werden, wodurch die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Es wird nun die Struktur einer Neigungs-Korrektur schaltung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezug auf Fig. 9 erläutert. In dieser Figur sind die Temperatursteuerschaltung 10 und die Rechenschaltung 31 identisch mit denen beim ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 7.

Gemäß Fig. 9 weist die Neigungs-Korrekturschaltung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Rechenschaltung 31, eine erste Konstantstrom schaltung 44A, eine zweite Konstantstromschaltung 47A und eine Konstantstromsteuerschaltung 37A auf.

Die erste Konstantstromschaltung 44A enthält einen Transistor 56 und einen Widerstand 57, wobei der Wi derstandswert des Widerstandes 57 als R₃₂ definiert ist. Die zweite Konstantstromsteuerschaltung 47A ent hält einen Transistor 58 und einen Widerstand 59 mit einem Widerstandswert R₃₃. Die Konstantstromsteuer schaltung 37A umfaßt Widerstände 51, 52, 53, 54 und 55 sowie einen Operationsverstärker 50. Eine von der Temperatursteuerschaltung 10 ausgegebene Spannung V_h wird dem invertierenden Eingangsanschluß und die vor eingestellte Spannung V_ref dem nichtinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 50 jeweils über Widerstände zugeführt. Die Widerstandswerte der Widerstände 51, 52, 53, 54 und 55 sind als R₂₇, R₂₈, R₂₉, R₃₀ und R₃₁ definiert.

Die Arbeitsweise der Neigungs-Korrekturschaltung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 10(a) bis 10(c) erläu tert, die Kennlinien dieser Schaltung zeigen.

Da die Arbeitsweise beim zweiten Ausführungsbeispiel identisch mit der beim ersten Ausführungsbeispiel ist, mit Ausnahme des invertierenden Eingangs für den Operationsverstärker 50, wird auf deren detaillierte Beschreibung verzichtet. Wenn die Widerstandswerte wie im ersten Ausführungsbeispiel definiert sind, als R₁₃=R₁₆, R₂₇=R₂₈, R₂₉=R₃₀ und R₃₃/R₃₂=G₂, wird die folgende Beziehung erhalten, wie im ersten Ausfüh rungsbeispiel, zwischen dem Konstantstrom I₄₄ der ersten Konstantstromschaltung 44A, dem Konstantstrom I₄₇ der zweiten Konstantstromschaltung 47A und der Spannung V₃₁ über den Widerstand 55:

V₃₁ = V_ref - V_h
worin V₃₁ < {R₃₁/(2R₂₉ + R₃₁} × V_h;
I₄₄ + I₄₇ = (1/R₃₁ + 1/2R₂₉) × V_ref - (1/R₃₁ + 1/R₂₉) × V_h
I₄₄ + I₄₇ = 0
wenn V_h < {1 - (1/2) × R₃₁/(R₂₉ + R₃₁)} × V_ref
V_o = V_h + R₁₃ × {(1 - G₂)/(1 + G₂)} × (I₄₄ + I₄₇)
= V_h + R₁₃ × {( - G₂)/(1 + G₂)} × {1/R₃₁ +
1/2R₂₉) × V_ref
- (1/R₃₁ + 1/R₂₉) × V_h} (9)

Die Fig. 10(a) bis 10(c) zeigen Kennlinien der Werte von V₃₁, I₄₄+I₄₇ und V_o Wie hieraus ersichtlich ist, durch Änderung des Verhältnisses G₂ von R₃₃ und R₃₂, ist V_o gleich V_h, zu der oder von der ein Wert ent sprechend der Differenz zwischen V_h und V_ref addiert oder subtrahiert wird, unter der Bedingung

V_h < {1-(1/2) × R₃₁/(R₂₉ + R₃₁)} × V_ref

und V_o ist gleich V_h unter der Bedingung

V_h < {1 - (1/2) × R₃₁/(R₂₉ + R₃₁)} × V_ref

Wie dargestellt wurde, umfaßt beim zweiten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung ein thermischer Durch flußsensor eine in einem Fluid angeordnete Brücken schaltung mit einem Platindraht 5, einem Lufttempera tursensor 6 und mehreren Widerständen 11 und 12, so wie eine Temperatursteuerschaltung (10) zur Steuerung eines durch den Platindraht 5 fließenden Stroms, um die Brückenschaltung in einem vorgegebenen thermi schen Gleichgewichtszustand zu halten. In einer Nei gungs-Korrekturschaltung nach dem zweiten Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung wird eine von der Durch flußgeschwindigkeit abhängige und von der Brücken schaltung der Temperatursteuerschaltung 10 erhaltene Ausgangsspannung V_h über den Widerstand 32 dem nich tinvertierenden Eingangsanschluß des Operationsver stärkers 34 zugeführt. Ein Rückkopplungswiderstand 36 liegt zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertie renden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 und die erste Konstantstromschaltung 44A sowie die zweite Konstantstromschaltung 47A sind mit nichtin vertierenden bzw. dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 34 verbunden. Die Summe der von der ersten und der zweiten Konstantstromschaltung ausgegebenen Ströme, I₄₄+I₄₇, ist gleich null, wenn die Ausgangsspannung V_h größer als ein vorgegebener Wert ist, und nimmt graduell mit einem Absinken der Ausgangsspannung V_h zu, wenn diese kleiner als der vorgegebene Wert ist. Die von der Neigungs-Korrektur schaltung ausgegebene Spannung V_o ist gleich V_hm wenn V_h größer als der vorgegebene Wert ist, und V_o wird größer oder kleiner als V_h eingestellt, wenn V_h klei ner als der vorgegebene Wert ist. Der vorgegebene Wert kann durch ein externes Signal eingestellt wer den. Somit kann auch hier mit einer einfachen Schal tungsstruktur eine Operation realisiert werden, die der der bekannten Schaltung überlegen ist. Weiterhin kann jeder Einfluß, der durch die Sättigung einer Spannung des Operationsverstärkers ausgeübt wird, eliminiert werden, wodurch die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Nachstehend wird eine Neigungs-Korrekturschaltung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Fig. 11 erläutert. Diese Neigungs-Korrek turschaltung wird als eine Kombination des ersten und des zweiten Ausführungsbeispiels angesehen, die par allel mit der Rechenschaltung 31 verbunden sind.

Die Neigungs-Korrekturschaltung nach dem dritten Aus führungsbeispiel umfaßt eine Rechenschaltung 31, eine erste Konstantstromschaltung 44 eine zweite Kon stantstromschaltung 47, eine dritte Konstantstrom schaltung 44A, eine vierte Konstantstromschaltung 47A sowie eine erste und eine zweite Konstantstromsteuer schaltung 37 und 37A.

Im folgenden wird die Arbeitsweise nach dem dritten Ausführungsbeispiel unter Bezug auf Fig. 12 erläutert.

Fig. 12 zeigt Kennlinien der von der Rechenschaltung 31 in Fig. 11 ausgegebenen Spannung V_o in Bezug auf die von der Temperatursteuerschaltung 10 ausgegebenen Spannung V_h.

Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, kann eine Kennlinie von V_o korrigiert werden (1) durch Änderung des Ver hältnisses G₁ der Widerstandswerte R₂₅ und R₂₆ der Widerstände 46 und 49 unter der Bedingung

V_h {1 + R₂₄/(2R₂₂ + R₂₄)} × V_ref

und (2) durch Änderung des Verhältnisses G₂ der Wi derstandswerte R₃₂ und R₃₃ der Widerstände 57 und 59 unter der Bedingung

V_h < {1 - (1/2) × R₃₁/(R₂₉ + R₃₁)} × V_ref

Wenn V_h einen Wert zwischen diesen Grenzwerten an nimmt, ist V_o=V_h.

Beim dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung um faßt, wie dargestellt wurde, ein thermischer Durch flußsensor eine in einem Fluid angeordnete Brücken schaltung mit einem Platindraht 5, einem Temperatur sensor 6 und mehreren Widerständen 11 und 12, sowie eine Temperatursteuerschaltung 10 zur Steuerung des durch den Platindraht 5 fließenden Stroms, um die Brückenschaltung in einem vorbestimmten thermischen Gleichgewichtszustand zu halten. In der Neigungs-Kor rekturschaltung nach diesem Ausführungsbeispiel wird eine Ausgangsspannung V_h, die von der Durchflußge schwindigkeit abhängt und von der Brückenschaltung der Temperatursteuerschaltung 10 erhalten wird, über einen Widerstand 32 dem nichtinvertierenden Eingangs anschluß eines Operationsverstärkers 34 zugeführt. Ein Rückkopplungswiderstand 36 liegt zwischen dem Ausgangsanschluß und dem invertierenden Eingangsan schluß des Operationsverstärkers 34 und die erste und zweite Konstantstromschaltung 44, 47 sowie die dritte und vierte Konstantstromschaltung 44A, 47A sind mit dem nichtinvertierenden bzw. invertierenden Eingangs anschluß des Operationsverstärkers 34 verbunden. Die Summe der von der ersten und der zweiten Konstant stromschaltung 44 und 47 ausgegebenen Ströme und die Summe der von der dritten und der vierten Konstant stromschaltung 44A und 47A ausgegebenen Ströme werden in Übereinstimmung mit der Ausgangsspannung V_h ge steuert, so daß die Ausgangsspannung V_o der Neigungs- Korrekturschaltung gleich V_h eingestellt wird, wenn V_h zwischen zwei vorbestimmten größeren und kleineren Werten liegt, und größer oder kleiner als V_h einge stellt wird, wenn V_h außerhalb des durch die vorbe stimmten Werte definierten Bereichs liegt. Die vor bestimmten Werte können durch eine externe Schaltung eingestellt werden. Somit kann auch bei diesem Aus führungsbeispiel mit einer einfachen Schaltungsstruk tur eine Operation durchgeführt werden, die der der bekannten Schaltung überlegen ist. Weiterhin kann jeder Einfluß, der durch die Sättigung einer Spannung des Operationsverstärkers ausgeübt wird, eliminiert werden, wodurch die Meßgenauigkeit erhöht wird.

Wie beschrieben wurde, liefert die vorliegende Erfin dung einen thermischen Durchflußsensor, der eine in einem Fluid angeordnete Brückenschaltung mit einem thermischen Widerstand und mehreren anderen Wider ständen und eine Temperatursteuervorrichtung auf weist, die den durch den thermischen Widerstand flie ßenden Strom steuert, um die Brückenschaltung in ei nem vorbestimmten thermischen Gleichgewichtszustand zu halten. Die Neigung der Kennlinie der Ausgangs spannung kann leicht kompensiert werden, und die Meß genauigkeit kann mit einer einfachen Schaltungsstruk tur erhöht werden. Der Durchflußsensor umfaßt deine Neigungs-Korrekturschaltung, die eine Spannung er zeugt, welche gleich der Ausgangsspannung ist, wenn eine von der Durchflußgeschwindigkeit abhängige und von der Brückenschaltung der Temperatursteuervorrich tung erhaltene Spannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt, und größer oder kleiner als die Aus gangsspannung ist, wenn die Spannung außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt.

Claims

1. Thermischer Durchflußsensor mit einer Tempera tursteuervorrichtung, die eine in einem Fluid angeordnete und einen thermischen Widerstand sowie mehrere Widerstände aufweisende Brücken schaltung enthält zur Steuerung eines durch den thermischen Widerstand fließenden Stroms, um die Brückenschaltung in einem vorbestimmten thermi schen Gleichgewichtszustand zu halten, und mit einem Operationsverstärker, der an seinem nicht invertierenden Eingangsanschluß eine der Durch flußgeschwindigkeit entsprechende, von der Brückenschaltung der Temperatursteuervorrichtung erhaltene Spannung empfängt, dadurch gekenn zeichnet, daß eine erste (44) und zweite (47) Konstantstromschaltung vorgesehen sind, die mit dem nichtinvertierenden bzw. invertierenden Ein gangsanschluß des Operationsverstärkers (34) verbunden sind, wodurch die vom Operationsver stärker (34) ausgegebene Spannung auf eine vor gegebene Spannung eingestellt wird durch Steue rung der Summe der von der ersten und zweiten Konstantstromschaltung (44, 47) ausgegebenen Ströme.

2. Thermischer Durchflußsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der von der ersten und zweiten Konstantstromschaltung (44, 47) ausgegebenen Ströme gleich null ist, wenn die von der Brückenschaltung ausgegebene Spannung gleich einem oder geringer als ein vor gegebener Wert ist, und graduell mit einer Zu nahme der ausgegebenen Spannung ansteigt, wenn diese größer ist als der vorgegebene Wert.

3. Thermischer Durchflußsensor nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Summe der von der ersten und zweiten Konstantstromschaltung (44A,47A) ausgegebenen Ströme gleich null ist, wenn die von der Brückenschaltung ausgegebene Spannung gleich einem oder größer als ein vor gegebener Wert ist, und graduell mit einer Ab nahme der ausgegebenen Spannung ansteigt, wenn diese niedriger ist als der vorgegebene Wert.

4. Thermischer Durchflußsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine drit te (44A) und vierte (47A) Konstantstromschaltung vorgesehen sind, die mit dem nichtinvertierenden bzw. dem invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers (34) verbunden sind zur Steuerung der Summe der von der ersten und zwei ten Konstantstromschaltung (44, 47) ausgegebenen Ströme sowie der Summe der von der dritten und vierten Konstantstromschaltung (44A, 47A) ausge gebenen Ströme gemäß der von der Brückenschal tung ausgegebenen Spannung, wobei das Verhältnis der Stromwerte der ersten und der zweiten Kon stantstromschaltung (44, 47) und das Verhältnis der Stromwerte der dritten und vierten Konstant stromschaltung (44A, 47A) variabel einstellbar sind.