JP2000018990A - 流量計測装置のヒータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流量センサのヒータにおける抵抗値のバラツ
キや回路内の素子に関する特性のバラツキ等に関係なく
精度良く温度補正を行えるようにする。 【解決手段】 流量計測装置のヒータ駆動回路１０２
は、周囲温度モニタ素子としてのサーミスタＳＭ１を備
えており、周囲温度に対応して変化するサーミスタＳＭ
１の一端の電圧Ｖ１をＡ／Ｄ変換器２０１でデジタル値
に変換し、周囲温度データとしてＣＰＵ２０２に入力す
る。ＣＰＵ２０２には、周囲温度の変化に対し流量セン
サの出力値が一定になるようなヒータ印加電圧の温度特
性データがパラメータとして記憶されており、前記周囲
温度データに基づき対応するヒータ印加用の電圧データ
Ｖｄを出力する。そして、電圧データＶｄをＤ／Ａ変換
器２０３でアナログ値の電圧Ｖ２に変換し、トランジス
タＴｒ１及び抵抗器Ｒ２により電流増幅してヒータ１１
１に供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータ及び温度セ
ンサを用いてガス等の流体の流量を求める流量計測装置
のヒータ駆動回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】流量計測装置の一種として、ヒータの上
流側及び下流側に温度センサを配置してなるいわゆる流
量センサを用い、ヒータより熱を発生させてその上流側
及び下流側の温度を温度センサで計測することによっ
て、測定対象流体を介した熱の拡散度合を検出し、これ
を基に流量センサ近傍の流体の流量を求める熱拡散検知
型の流量計測装置が従来より提案されている。

【０００３】このような流量計測装置に用いられるヒー
タ駆動回路としては、例えば特開平４−３４３１５号公
報に開示されているような温度補正機能を有するものが
ある。温度補正をかけることによって、流量センサの周
囲温度に関わりなく精度良く流量計測を行うことが可能
となる。従来のヒータ駆動回路の構成例を図５に示す。
ヒータ駆動回路は、オペアンプＡＭＰ３、抵抗器Ｒ１
２，Ｒ１３，Ｒ１４、及びトランジスタＴｒ１１により
形成された増幅回路を有しており、この増幅回路の出力
端に接続されたヒータＲｈに電力を供給することによっ
てヒータＲｈを発熱させるような構成となっている。オ
ペアンプＡＭＰ３の負入力端には、抵抗器Ｒ１１により
直流電源＋Ｖにプルアップされた周囲温度モニタ用のリ
ファレンス抵抗Ｒｒが接続され、電源電圧＋Ｖを抵抗器
Ｒ１１とリファレンス抵抗Ｒｒとで分圧した電圧Ｖａが
供給されるようになっている。

【０００４】図５の構成において、抵抗器Ｒ１１の抵抗
値とリファレンス抵抗Ｒｒの抵抗値がＲ１１≫Ｒｒであ
ると仮定すると、リファレンス抵抗Ｒｒに流れる電流は
その抵抗値が変化しても一定となる。リファレンス抵抗
Ｒｒは所定の温度係数を持っており、周囲温度によって
抵抗値が変化する。この結果、オペアンプＡＭＰ３に供
給される電圧Ｖａが変化し、これに伴ってトランジスタ
Ｔｒ１１のコレクタ出力の電圧Ｖｂが変化する。このよ
うに、ヒータ駆動回路は、リファレンス抵抗Ｒｒの温度
係数を利用して、周囲温度が変化したとき、ヒータＲｈ
に供給する電圧Ｖｂを変化させて温度補正を行ってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来のヒータ駆動回路では、ヒータＲｈとリファレン
ス抵抗Ｒｒの温度係数を利用し、周囲温度の変化に応じ
てヒータに供給する電圧を変化させる方式のため、ヒー
タＲｈとリファレンス抵抗Ｒｒの温度係数が一致してい
ないと正確な温度補正が行えないという問題点があっ
た。また、増幅回路内のオペアンプＡＭＰ３等の各素子
の特性のバラツキ、リファレンス抵抗Ｒｒの抵抗値のバ
ラツキ、ヒータＲｈの抵抗値のバラツキなどのために、
流量計測装置の個体差により温度補正のかかり方が異な
り、温度補正をうまく行えない場合が生じるという問題
点もあった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、流量センサのヒータにおける抵抗値のバラツキ、周
囲温度モニタ素子の抵抗値や温度特性のバラツキ、及び
回路内の素子に関する特性のバラツキ等があっても個体
差に関係なく精度良く温度補正を行うことが可能な流量
計測装置のヒータ駆動回路を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に記載の流量計測装置のヒータ駆
動回路は、発熱用のヒータとこのヒータの近傍に配置さ
れた温度センサとを有してなる流量センサを備えた流量
計測装置のヒータ駆動回路であって、前記ヒータの周囲
温度に応じて変化する周囲温度データを検出する周囲温
度検出手段と、前記周囲温度に対して前記流量センサの
出力値が一定になるようなヒータ印加電圧の温度特性デ
ータを有し、前記周囲温度検出手段で得られた周囲温度
データに基づき対応するヒータ印加用の電圧データを出
力する温度補正処理手段と、前記電圧データに対応する
電力を前記ヒータに供給する電力供給手段と、を備えた
ことを特徴とする。

【０００８】上記構成においては、周囲温度に対して前
記流量センサの出力値が一定になるようなヒータ印加電
圧の温度特性データを用いて、周囲温度検出手段で得ら
れた周囲温度データに対応するヒータ印加用の電圧デー
タを出力し、ヒータに供給することにより、周囲温度モ
ニタ素子の抵抗値や温度特性のバラツキ、回路内の素子
に関する特性のバラツキ等に対応でき、流量センサの個
体差に関係なく、正確な温度補正が行われる。

【０００９】また、請求項２に記載の流量計測装置のヒ
ータ駆動回路では、前記温度補正処理手段は、前記ヒー
タの抵抗値毎に、前記周囲温度に対するヒータ印加電圧
の温度特性データを有し、前記ヒータの抵抗値に応じて
変更可能としたこと特徴とする。

【００１０】上記構成においては、周囲温度に対するヒ
ータ印加電圧の温度特性データを、ヒータの抵抗値に応
じて変更することにより、流量センサのヒータにおける
抵抗値のバラツキにも対応でき、流量センサの個体差に
関係なく、正確な温度補正が行われる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態
に係るヒータ駆動回路の構成を示すブロック図、図２は
本実施形態に係る流量計測装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。

【００１２】図２に示すように、本実施形態の流量計測
装置は、マイクロヒータ等からなるヒータ１１１の両側
部に上流側温度センサ１１２と下流側温度センサ１１３
とを配設して形成された流量センサ１０１を有して構成
されている。この流量センサ１０１は、例えばシリコン
基板上にマイクロヒータと２つのサーモパイルを形成し
た小型のセンサ素子を用いることができる。上流側温度
センサ１１２及び下流側温度センサ１１３を構成するサ
ーモパイルは、冷接点と温接点との熱起電力の差および
熱容量の差からそれぞれの周囲の流体温度を電圧として
感知するものである。流量センサ１０１には、ヒータ１
１１を発熱駆動するヒータ駆動回路１０２と、上流側温
度センサ１１２及び下流側温度センサ１１３の出力を基
に流量を求める処理回路１０３とが接続されている。

【００１３】流量計測を行う場合は、ヒータ駆動回路１
０２によりヒータ１１１に電力を供給してヒータ１１１
を発熱させ、上流側温度センサ１１２及び下流側温度セ
ンサ１１３により上流側及び下流側の温度を計測する。
そして、上流側温度センサ１１２及び下流側温度センサ
１１３の出力を処理回路１０３に供給し、処理回路１０
３において所定の演算処理を行って流量値Ｑを求める。
処理回路１０３では、例えば、ヒータ発熱後の上流側と
下流側それぞれの温度のピーク値の差を算出して、この
差分値を基に所定の演算式により流量値Ｑを得るような
演算処理が行われる。前記演算式としては、差分値と流
量値との関係を表す回帰関数（多項式で表される）が予
め求められて保持されており、この演算式に差分値を代
入することによって流量値Ｑが算出される。このよう
に、ヒータ１１１から測定対象流体を介した熱の拡散度
合を検出することにより、流量センサ１０１近傍の流体
の流量を求めることが可能となっている。

【００１４】次に、図１を参照して本実施形態に係るヒ
ータ駆動回路１０２の構成を詳しく説明する。ヒータ駆
動回路１０２には、周囲温度モニタ用のサーミスタＳＭ
１が設けられており、このサーミスタＳＭ１の一端は接
地され、他端は抵抗器Ｒ１により直流電源＋Ｖにプルア
ップされている。サーミスタＳＭ１と抵抗器Ｒ１との接
続点には、Ａ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換器２０１が接続
され、電源電圧＋Ｖを抵抗器Ｒ１とサーミスタＳＭ１と
で分圧した電圧Ｖ１が供給される。このサーミスタＳＭ
１、抵抗器Ｒ１、及びＡ／Ｄ変換器２０１により周囲温
度検出手段が構成される。サーミスタＳＭ１は所定の温
度係数を有しており、周囲温度に応じて抵抗値が変化す
るため、Ａ／Ｄ変換器２０１には電圧Ｖ１として周囲温
度に対応した電圧が供給されるようになっている。

【００１５】なお、サーミスタＳＭ１は、測温抵抗体な
ど、流量センサの内部または外部に設けた他の周囲温度
モニタ素子で代用することもできる。

【００１６】Ａ／Ｄ変換器２０１の出力端には、各周囲
温度に対応したヒータ印加用の電圧データＶｄを出力す
る温度補正処理手段としてのマイクロプロセッサ（以
下、ＣＰＵと称する）２０２が設けられている。ＣＰＵ
２０２の出力端には、Ｄ／Ａ変換を行うＤ／Ａ変換器２
０３、Ｄ／Ａ変換器２０３の出力Ｖ２を電流増幅するト
ランジスタＴｒ１及び抵抗器Ｒ２が順に接続されてい
る。このＤ／Ａ変換器２０３、トランジスタＴｒ１及び
抵抗器Ｒ２により電力供給手段が構成される。そして、
トランジスタＴｒ１のコレクタ端子には、抵抗器Ｒ２と
並列にヒータ１１１が接続され、これらの他端が接地さ
れており、ヒータ１１１に駆動電力Ｐが供給されるよう
になっている。

【００１７】前記ＣＰＵ２０２には、予めヒータ１１１
に通電して周囲温度の変化に対し流量センサの出力値が
一定になるようなヒータ印加電圧値を測定により求めて
おき、この周囲温度−ヒータ印加電圧の温度特性データ
をパラメータとして例えばルックアップテーブルを作成
して内部のメモリ等に記憶させておく。

【００１８】図３は周囲温度に対して一定の流量センサ
出力が得られるヒータ印加電圧の温度特性の一例を示し
た特性図である。本実施形態のヒータにおいては、流量
センサ出力一定となるヒータ印加電圧は約１．２Ｖ〜
１．８Ｖの範囲で周囲温度の上昇に応じて線形的に増加
するような特性を有しており、これに対応する温度特性
データをパラメータとして用いる。

【００１９】次に、本実施形態に係るヒータ駆動回路１
０２の動作を説明する。流量センサ１０１の周囲温度に
従ってサーミスタＳＭ１の抵抗値が変化し、このサーミ
スタＳＭ１と抵抗器Ｒ１とで電源電圧＋Ｖを分圧した電
圧が周囲温度に対応した電圧Ｖ１としてＡ／Ｄ変換器２
０１に供給される。この電圧Ｖ１はＡ／Ｄ変換器２０１
でデジタル値に変換されて周囲温度データとしてＣＰＵ
２０２に入力される。ＣＰＵ２０２では、前記周囲温度
データに基づき、ルックアップテーブル等により対応す
る温度特性データのパラメータが参照され、その出力が
ヒータ印加用の電圧データＶｄとしてＤ／Ａ変換器２０
３に供給される。前記電圧データＶｄはＤ／Ａ変換器２
０３でアナログ値の電圧Ｖ２に変換された後、トランジ
スタＴｒ１及び抵抗器Ｒ２により電流増幅されてヒータ
１１１に印加される。これにより、ヒータ１１１に駆動
電力Ｐが通電されてヒータ１１１より熱が発生する。

【００２０】このように、図３に示すような周囲温度に
対応した電圧を印加することにより、温度補正を行うこ
とができ、流量センサ１０１の周囲温度に関わりなく所
定の発熱量で測定対象流体が加熱されるため、流量セン
サ１０１より周囲温度に関し一定の出力値が得られ、精
度良く流量計測を行うことが可能となる。

【００２１】本実施形態では、各周囲温度に対応したヒ
ータ印加電圧の温度特性データをＣＰＵ２０２に記憶さ
せておくことにより、容易かつ正確に温度補正をかける
ことができる。本実施形態は温度補正の際にヒータ印加
電圧を直接調整する方式であるため、ヒータ駆動回路１
０２内の各素子の特性のバラツキとか、サーミスタＳＭ
１等の周囲温度モニタ素子の抵抗値のバラツキなどがあ
っても、ＣＰＵ２０２に記憶する温度特性データを調整
することで対応できる。

【００２２】また、複数のヒータについてその抵抗値別
に周囲温度−ヒータ印加電圧の特性を予め測定してお
き、抵抗値の近いものをグループ化して、各抵抗値毎に
周囲温度−ヒータ印加電圧のパラメータをＣＰＵ２０２
に記憶しておくことにより、流量センサ１０１に設けた
ヒータのバラツキにも対応することができる。すなわ
ち、ヒータの抵抗値に応じて読み出すパラメータを変え
ることによりバラツキを吸収し、常に最適なヒータ印加
電圧が出力されるようにする。これにより、パラメータ
の入力のために流量センサの温度特性を一つずつ測定す
ることなく、各ヒータの抵抗値に応じた温度補正を行う
ことができるため、生産性を向上できる。

【００２３】図４にヒータ抵抗値のグループ毎に求めた
周囲温度に対するヒータ印加電圧の温度特性の一例を示
す。この図４のように、所定範囲の抵抗値ごとにグルー
プ化したヒータ抵抗値のグループ１〜３について、それ
ぞれ適切なヒータ印加電圧を供給可能なように、ヒータ
抵抗値に応じて温度特性の傾きが変化するようグループ
毎にパラメータの設定を変更して記憶し、これを読み出
して温度補正を行うようにする。

【００２４】以上のように、本実施形態では、ヒータ駆
動回路にＣＰＵを用い、周囲温度に対して流量センサの
出力値が一定になるように温度誤差の生じない最適なヒ
ータ印加電圧を示す温度特性データを予め測定してパラ
メータとして記憶しておき、サーミスタ等の周囲温度モ
ニタ素子で得られた周囲温度データに対応したパラメー
タを読み出してヒータに適切な電力を供給する構成とし
ている。これにより、流量センサのヒータにおける抵抗
値のバラツキや回路内の素子に関する特性のバラツキ等
があっても、個体差に関係なく精度良く温度補正を行う
ことが可能となる。

【００２５】またこの際、周囲温度モニタ素子とヒータ
の抵抗値の温度係数を一致させる必要もなくなる。すな
わち、周囲温度モニタ素子にどのようなものを用いた場
合であっても、その素子の温度特性を利用して周囲温度
を検出し、温度補正を行うことができる。従って、本実
施形態のヒータ駆動回路によれば常に最適な温度補正を
かけられるため、周囲温度に関わりなく正確な流量計測
を行うことが可能となる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヒ
ータの周囲温度に応じて変化する周囲温度データを検出
する周囲温度検出手段と、前記周囲温度に対して流量セ
ンサの出力値が一定になるようなヒータ印加電圧の温度
特性データを有し、前記周囲温度検出手段で得られた周
囲温度データに基づき対応するヒータ印加用の電圧デー
タを出力する温度補正処理手段と、前記電圧データに対
応する電力を前記ヒータに供給する電力供給手段とを設
けたので、周囲温度モニタ素子の抵抗値や温度特性のバ
ラツキ、回路内の素子に関する特性のバラツキ等があっ
ても個体差に関係なく精度良く温度補正を行うことが可
能となる効果がある。また、温度補正処理手段は、前記
ヒータの抵抗値毎に、前記周囲温度に対するヒータ印加
電圧の温度特性データを有し、前記ヒータの抵抗値に応
じて変更可能としたことにより、流量センサのヒータに
おける抵抗値のバラツキにも対応でき、個体差に関係な
く正確な温度補正が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るヒータ駆動回路の構
成を示すブロック図である。

【図２】本実施形態に係る流量計測装置の概略構成を示
すブロック図である。

【図３】周囲温度に対するヒータ印加電圧の温度特性の
一例を示した特性図である。

【図４】ヒータ抵抗値のグループ毎に求めた周囲温度に
対するヒータ印加電圧の温度特性の一例を示した特性図
である。

【図５】従来のヒータ駆動回路の構成例を示す回路図で
ある。

【符号の説明】

１０１ 流量センサ １０２ ヒータ駆動回路 １０３ 処理回路 １１１ ヒータ １１２ 上流側温度センサ １１３ 下流側温度センサ ２０１ Ａ／Ｄ変換器 ２０２ ＣＰＵ ２０３ Ｄ／Ａ変換器 Ｒ１，Ｒ２ 抵抗器 ＳＭ１ サーミスタ Ｔｒ１ トランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発熱用のヒータとこのヒータの近傍に配
   置された温度センサとを有してなる流量センサを備えた
   流量計測装置のヒータ駆動回路であって、 前記ヒータの周囲温度に応じて変化する周囲温度データ
   を検出する周囲温度検出手段と、 前記周囲温度に対して前記流量センサの出力値が一定に
   なるようなヒータ印加電圧の温度特性データを有し、前
   記周囲温度検出手段で得られた周囲温度データに基づき
   対応するヒータ印加用の電圧データを出力する温度補正
   処理手段と、 前記電圧データに対応する電力を前記ヒータに供給する
   電力供給手段と、を具備することを特徴とする流量計測
   装置のヒータ駆動回路。
2. 【請求項２】 前記温度補正処理手段は、前記ヒータの
   抵抗値毎に、前記周囲温度に対するヒータ印加電圧の温
   度特性データを有し、前記ヒータの抵抗値に応じて変更
   可能としたこと特徴とする請求項１に記載の流量計測装
   置のヒータ駆動回路。