JP2002022514A - 熱式フローセンサ、流量計、流速検出方法、テーブル作成方法および関係式作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱式フローサンサの設計の自由度を高め、設
計を容易とする。 【解決手段】 上流側感温抵抗体Ｒｕと下流側感温抵抗
体Ｒｄとを直列に接続し、演算増幅器Ｕ１のフィードバ
ックループに接続して定電流を供給する。定電流は直列
接続の下流側感温抵抗体Ｒｄ側端Ｃから供給し、上流側
感温抵抗体Ｒｕ側の端Ａは、一端がＧＮＤに接続された
固定抵抗Ｒｉの他端に接続して、一定電圧に維持する。
上流側感温抵抗体Ｒｕと下流側感温抵抗体Ｒｄとの端子
電圧の差電圧として出力される流速信号Ｖｄｕは、オフ
セット電圧Ｖｏｆｆを加算回路１３で加算されて流速信
号Ｖｄｕ０としてマイコン５に出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ガス流量計、フ
ローメータなどの分野に利用され、流体の流速を測定す
る熱式フローセンサおよび流速検出方法、流体の流量を
測定する流量計、ならびに、これらに使用するテーブル
作成方法および関係式作成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の熱式フローサンサについては、例
えば、特開平１１−２８７６８５号公報に開示されてい
る。

【０００３】図１４は、特開平１１−２８７６８５号公
報にも開示されている従来の熱式フローセンサの回路図
である。図１４において、符号Ｆ１はセンサ駆動部であ
る。センサ駆動部Ｆ１の符号Ｒｓ１、Ｒｓ２は感温抵抗
体である。この感温抵抗体Ｒｓ１とＲｓ２は流体の上流
と下流に位置するように設置される。符号Ｉ１は電流源
である。電流源Ｉ１とＲｓ１はａ点で接続される。感温
抵抗体Ｒｓ１とＲｓ２はｂ点で接続される。符号Ｕ１は
反転増幅器、符号Ｕ２はボルテージホロワである。反転
増幅器Ｕ１のフィードバックループ中のｂ点、ｃ点に感
温抵抗体Ｒｓ２が接続される。ボルテージホロワＵ２は
ａ点の電圧をｄ点に出力する。反転増幅器Ｕ１の出力は
ｅ点に出力する。符号Ｆ２は差電圧検出部である。差電
圧検出部Ｆ２は、Ｒｓ１の端子電圧とＲｓ２の端子電圧
の差をｇ点に出力する。符号Ｆ３は増幅部である。増幅
部Ｆ３の符号Ａ１、Ａ２、Ａ３は増幅器である。これら
は、それぞれｄ点、ｅ点、ｇ点の電圧を増幅して出力す
る。

【０００４】上記の回路構成で、感温抵抗体Ｒｓ１とＲ
ｓ２の抵抗値は等しくする。感温抵抗体Ｒｓ１とＲｓ２
は大きな抵抗温度係数を持つものを用いる。感温抵抗体
Ｒｓ１とＲｓ２は流体温度に対し高い温度になるように
熱せられる。これは、例えば、電流源Ｉ１による定電流
でジュール熱を感温抵抗体Ｒｓ１、Ｒｓ２自体に生じさ
せることで熱するようにすることができる。また、例え
ば、熱源を他に設け、感温抵抗体Ｒｓ１とＲｓ２が熱せ
られるようにしてもよい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術のセンサ
駆動部Ｆ１はｂ点を基準に動作する。すなわち、ｂ点は
反転増幅器Ｕ１により仮想接地されている。単電源での
動作の場合は、ｉ点の電圧をＧＮＤではなく、電源電圧
の半分の電圧などにして回路を動作させることができ
る。

【０００６】しかしながら、実際は感温抵抗体Ｒｓ１側
には電流源Ｉ１が必要であるため、電流源Ｉ１を構成す
るために電圧の余裕が感温抵抗体Ｒｓ２側に比べ必要と
なる。ｂ点の電圧を中心に感温抵抗体Ｒｓ１とＲｓ２は
動作し、その電源電圧側に電流源Ｉ１があるため、電流
源Ｉ１は電源電圧に近い電圧範囲で動作させる必要があ
る。また、流体の温度や流速により、感温抵抗体Ｒｓ１
の抵抗値は変化するため、ａ点の電圧は逐次変化する。
そして、電流源Ｉ１を構成する場合、定電流ダイオード
などで直接に定電流を発生させるよりも、電圧−電流変
換を行う方が温度特性の良いものを構成しやすい。定電
圧源の方が製品の種類も多く温度特性の良いものを選択
しやすいためである。

【０００７】このような電圧−電流変換により定電圧を
発生する場合、前記従来技術のように電池を電源に用
い、電源電圧そのものが変化する構成とすると、ｂ点の
電圧より高い電圧範囲が狭いため、電流の基準となる電
圧を与えるのが困難になり、熱式フローサンサの設計の
自由度が低く、回路設計が困難であるという不具合があ
る。

【０００８】また、流体の温度が一定であれば、流体の
流れがないときにおける２つの感温抵抗体Ｒｓ１とＲｓ
２の電圧差も一定であるが、流体の温度が変動すると、
流体の流れがないときにおける２つの感温抵抗体Ｒｓ１
とＲｓの電圧差も変動するため、流体に流れが発生した
のか、流体に流れは発生せず流体の温度が変化したのか
区別がつかず、正確なゼロ流量を判断できないという不
具合も生じる。

【０００９】この発明の目的は、熱式フローサンサの設
計の自由度を高め、設計を容易とすることである。

【００１０】この発明の目的は、感温抵抗体の端子電圧
の差を示す電圧の大きさにばらつきが発生しても、修正
できるようにすることである。

【００１１】この発明の目的は、前記修正を簡易な回路
構成で実現することである。

【００１２】この発明の目的は、前記修正を長期間安定
した動作が可能な回路構成で実現することである。

【００１３】この発明の目的は、前記修正を長期間安定
的に動作させることができ、製造コストを低減させるこ
とができる回路構成で実現することである。

【００１４】この発明の目的は、簡単な回路構成によ
り、熱式フローサンサの設計の自由度を高め、設計を容
易とすることである。

【００１５】この発明の目的は、この場合に上流側感温
抵抗体を定電流の供給側、下流側感温抵抗体を電圧固定
側としても、両感温抵抗体の差電圧を検出できるように
することである。

【００１６】この発明の目的は、前記の場合に下流側感
温抵抗体を定電流の供給側、上流側感温抵抗体を電圧固
定側として、両感温抵抗体の差電圧を検出するための回
路構成を簡易なものとすることである。

【００１７】この発明の目的は、温度特性良く駆動用の
定電流を発生させることである。

【００１８】この発明の目的は、流体の温度が変化して
流速検出信号がドリフトしても、温度補償を行って、流
体に流れがない状態を正確に検出することである。

【００１９】この発明の目的は、前記温度補償をより簡
易に行うことである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、流体の上流側および下流側に各々配置されて加熱さ
れる感温抵抗体である上流側感温抵抗体および下流側感
温抵抗体を備え、前記両感温抵抗体の抵抗値の差に基づ
いて前記流体の流速を検出する熱式フローセンサにおい
て、前記両感温抵抗体は直列に接続されて同一の定電流
の供給を受けるものであり、この両感温抵抗体の直列接
続の一端は前記定電流の供給側に接続され、他端の電圧
は一定に固定されていることを特徴とする熱式フローセ
ンサである。

【００２１】したがって、両感温抵抗体の直列接続にお
ける低い方の端子電圧を固定することで、従来は両感温
抵抗体の接続点を中心に電圧を固定し、それより低い電
圧範囲に持たせていた電圧の余裕分を、両感温抵抗体の
接続点より高い電圧範囲にまわすことができるので、熱
式フローサンサの設計の自由度を高め、設計を容易とす
ることができる。

【００２２】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱式フローセンサにおいて、前記両感温抵抗体の端子
電圧の差を示す電圧を出力する検出回路と、この検出回
路の出力電圧にオフセット電圧を加算または減算して当
該出力電圧の大きさを調節する加算器または減算器と、
を備えていることを特徴とする。

【００２３】したがって、感温抵抗体の製造誤差などに
起因して、両感温抵抗体の端子電圧の差を示す電圧の大
きさにばらつきが発生しても、これを必要なだけ調節し
て修正することができる。

【００２４】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の熱式フローセンサにおいて、抵抗値の変更により前記
加算または減算されるオフセット電圧の大きさを可変可
能とする半固定抵抗を備えていることを特徴とする。

【００２５】したがって、簡易な回路構成で、オフセッ
ト電圧の加算または減算によって、両感温抵抗体の端子
電圧の差を示す電圧の大きさのばらつきを修正すること
ができる。

【００２６】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の熱式フローセンサにおいて、前記出力電圧を検出する
検出手段と、この検出した電圧の大きさに応じて前記オ
フセット電圧の大きさを求める演算手段と、前記加算器
または減算器に前記オフセット電圧を出力するＤ／Ａコ
ンバータと、前記演算手段で求めた大きさの前記オフセ
ット電圧を出力するように前記Ｄ／Ａコンバータに制御
信号を出力する制御手段と、を備えていることを特徴と
する。

【００２７】したがって、Ｄ／Ａコンバータを用いるこ
とで、半固定抵抗を用いる請求項３の発明と比べて長期
間安定した動作が可能となる。

【００２８】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
の熱式フローセンサにおいて、複数の抵抗が直列に接続
され入力電圧を当該抵抗で分圧することで複数の大きさ
の電圧を出力可能な電圧源と、前記出力電圧を検出する
検出手段と、この検出した電圧の大きさに応じて前記複
数の電圧のうち一つを前記オフセット電圧として選択す
る選択手段と、この選択した電圧を前記加算器または減
算器に出力させる制御手段と、を備えていることを特徴
とする。

【００２９】したがって、請求項３，４の発明と比べ
て、長期間安定的に動作させることができ、製造コスト
を低減させることができる。

【００３０】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、前記
両感温抵抗体の直列接続の他端は、一端がＧＮＤに接続
されている抵抗の他端と接続され、この抵抗の抵抗値が
一定であることにより前記両感温抵抗体の直列接続の他
端の電圧を一定に固定していることを特徴とする。

【００３１】したがって、抵抗を用いた簡単な回路構成
により、両感温抵抗体の直列接続における低い方の端子
電圧を固定して、熱式フローサンサの設計の自由度を高
め、設計を容易とすることができる。

【００３２】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、前記
上流側感温抵抗体は前記定電流の供給側に接続され、前
記下流側感温抵抗体は前記電圧固定側に接続されてい
て、前記検出回路は、前記両感温抵抗体の接続点におけ
る電圧を基準電圧として前記両感温抵抗体の直列接続に
対する入力電圧を反転増幅する反転増幅器と、前記固定
された電圧を基準電圧として前記反転増幅器の出力電圧
を非反転増幅する非反転増幅器と、前記固定電圧の前記
非反転増幅器への入力をバッファリングする演算増幅器
と、を備えていることを特徴とする。

【００３３】したがって、上流側感温抵抗体を定電流の
供給側、下流側感温抵抗体を電圧固定側としても、固定
電圧の非反転増幅器への入力をバッファリングして、両
感温抵抗体の差電圧を検出することができる。

【００３４】請求項８に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、前記
下流側感温抵抗体は前記定電流の供給側に接続され、前
記上流側感温抵抗体は前記電圧固定側に接続されてい
て、前記検出回路は、前記両感温抵抗体の接続点におけ
る電圧を基準電圧として前記両感温抵抗体の直列接続に
対する入力電圧を反転増幅する第１の反転増幅器と、前
記固定された電圧を基準電圧として前記第１の反転増幅
器の出力電圧を反転増幅する第２の反転増幅器と、を備
えていることを特徴とする。

【００３５】したがって、２つの反転増幅器を用いるだ
けで、流体の流速信号を取り出すことができるので、流
速を検出する回路構成を簡易なものとすることができ
る。

【００３６】請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、前記
両感温抵抗体の直列接続がフィードバックループに接続
され非反転入力端子に一定電圧が入力されて前記定電流
を出力する演算増幅器を備え、前記両感温抵抗体の直列
接続のうち一端側は前記演算増幅器の反転入力端子に他
端側は前記演算増幅器の出力端子にそれぞれ接続されて
いることを特徴とする。

【００３７】したがって、温度特性良く定電流を発生さ
せることができる。

【００３８】請求項１０に記載の発明は、流体の上流側
および下流側に各々配置されて加熱される感温抵抗体で
ある上流側感温抵抗体および下流側感温抵抗体を備え、
前記両感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流
速を検出する熱式フローセンサにおいて、前記両感温抵
抗体は同一の定電流の供給を受けるものであり、前記流
体の温度を測定する温度センサと、この測定した温度に
基づいて前記流速の検出信号について温度補償を行う温
度補償手段と、を備えていることを特徴とする熱式フロ
ーセンサである。

【００３９】したがって、流体の温度が変化して流速検
出信号がドリフトしても、温度補償をおこなって流体に
流れがない状態を正確に検出することができる。

【００４０】請求項１１に記載の発明は、請求項１０に
記載の熱式フローセンサにおいて、前記温度補償手段
は、前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記
流速の検出信号との関係を示すテーブルを記憶するテー
ブル記憶手段と、このテーブルを参照して前記流体の流
れがないときの前記流速の検出信号について補正値を求
めるテーブルルックアップ手段と、この補正値により前
記流速の検出信号を補正する補正手段と、を備えている
ことを特徴とする。

【００４１】したがって、流体の温度と流体の流れがな
いときの流速の検出信号との関係を示すテーブルを参照
し、流速の検出信号についての補正値を求めて補正を行
うことで温度補償を行うことができる。

【００４２】請求項１２に記載の発明は、請求項１０に
記載の熱式フローセンサにおいて、前記温度補償手段
は、前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記
流速の検出信号との関係を示す関係式に基づく演算を行
って、前記流体の流れがないときの前記流速の検出信号
について補正値を求める補正値演算手段と、この補正値
により前記流速の検出信号を補正する補正手段と、を備
えていることを特徴とする。

【００４３】したがって、流体の温度と流体の流れがな
いときの流速の検出信号との関係を示す関係式に基づく
演算を行って、流速の検出信号についての補正値を求め
て補正を行うことで温度補償を行うことができる。

【００４４】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の熱式フローセンサにおいて、前記補正値演算手段
は、前記関係式として特定の温度での流れがないときに
おける前記流体の流速の検出信号および前記温度センサ
による測定温度の変化率を使用した一次式を用い、これ
らの変化率を求める演算を行って前記補正値を求めるも
のである。

【００４５】したがって、流体の流速の検出信号および
温度センサによる測定温度の変化率を使用した一次式を
用いることにより、この１次式の定数項部分をなくすこ
とができるので、温度ドリフトの影響を１つの係数で表
わすことができ、より簡易に温度補償を行うことが可能
となる。

【００４６】請求項１４に記載の発明は、請求項１１〜
１３の何れかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、
前記補正手段は、前記流速の検出信号に前記補正値を減
算または加算して前記補正を行うことを特徴とする。

【００４７】したがって、流速の検出信号に補正値を減
算または加算するだけで簡易に温度補償を行うことがで
きる。

【００４８】請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１
４の何れかの一に記載の熱式フローセンサと、この熱式
フローセンサの出力信号を前記流体の流量を示す流量信
号に変換する第１の流量変換手段と、を備えていること
を特徴とする流量計である。

【００４９】したがって、請求項１〜１４の何れかの一
に記載の熱式フローセンサを備えた流量計を得ることが
できる。

【００５０】請求項１６に記載の発明は、請求項１６に
記載の流量計において、フルイディック流量計と、この
フルイディック流量計の出力信号を前記流体の流量を示
す流量信号に変換する第２の流量変換手段と、前記第１
の流量変換手段が出力する流量信号と前記第２の流量変
換手段が出力する流量信号とのうちのひとつを択一的に
選択することで、前記流量の測定は高流量域を前記フル
イディック流量計でおこない低流量域を前記熱式フロー
センサでおこなう選択手段と、を備えていることを特徴
とする。

【００５１】したがって、請求項１〜１４の何れかの一
に記載の熱式フローセンサを備えた流量計を得ることが
できる。

【００５２】請求項１７に記載の発明は、流体の上流側
および下流側に各々加熱される感温抵抗体である上流側
感温抵抗体および下流側感温抵抗体を配置して、前記両
感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流速を検
出する流速検出方法において、前記両感温抵抗体は直列
に接続されて同一の定電流を供給されるものであり、こ
の両感温抵抗体の直列接続の一端は前記定電流の供給側
とし、他端の電圧は一定に固定した状態で、前記定電流
の供給を開始する供給工程と、この供給があるときに前
記両感温抵抗体の抵抗値の差を検出して前記流体の流速
を検出する検出工程と、を含んでなることを特徴とする
流速検出方法である。

【００５３】したがって、両感温抵抗体の直列接続にお
ける低い方の端子電圧を固定することで、従来は両感温
抵抗体の接続点を中心に電圧を固定し、それより低い電
圧範囲に持たせていた電圧の余裕分を、両感温抵抗体の
接続点より高い電圧範囲にまわすことができるので、熱
式フローサンサの設計の自由度を高め、設計を容易とす
ることができる。

【００５４】請求項１８に記載の発明は、請求項１７に
記載の流速検出方法において、前記両感温抵抗体の端子
電圧の差を示す電圧にオフセット電圧を加算または減算
して、当該電圧の大きさを調節することを特徴とする。

【００５５】したがって、感温抵抗体の製造誤差などに
起因して、両感温抵抗体の端子電圧の差を示す電圧の大
きさにばらつきが発生しても、これを必要なだけ調節し
て修正することができる。

【００５６】請求項１９に記載の発明は、流体の上流側
および下流側に各々加熱される感温抵抗体である上流側
感温抵抗体および下流側感温抵抗体を配置して、前記両
感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流速を検
出する流速検出方法において、前記両感温抵抗体には同
一の定電流を供給するものであり、前記流体の温度を測
定する温度測定工程と、この測定した温度に基づいて前
記流速の検出信号について温度補償を行う温度補償工程
と、を含んでなることを特徴とする流量測定方法であ
る。

【００５７】したがって、流体の温度が変化して流速検
出信号がドリフトしても、温度補償をおこなって流体に
流れがない状態を正確に検出することができる。

【００５８】請求項２０に記載の発明は、請求項１９に
記載の流量測定方法において、前記温度補償工程は、予
め前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記流
速の検出信号との関係を示すテーブルを用意し、このテ
ーブルを参照して前記流体の流れがないときの前記流速
の検出信号について補正値を求めることで行うことを特
徴とする。

【００５９】したがって、テーブルを参照し、流速の検
出信号についての補正値を求めて補正を行うことで温度
補償を行うことができる。

【００６０】請求項２１に記載の発明は、請求項１９に
記載の流量測定方法において、前記温度補償工程は、予
め前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記流
速の検出信号との関係を示す関係式を用意し、この関係
式に基づく演算を行って、前記流体の流れがないときの
前記流速の検出信号について補正値を求めることで行う
ことを特徴とする。

【００６１】したがって、関係式に基づく演算を行っ
て、流速の検出信号についての補正値を求めて補正を行
うことで温度補償を行うことができる。

【００６２】請求項２２に記載の発明は、流体の上流側
および下流側に各々加熱される感温抵抗体である上流側
感温抵抗体および下流側感温抵抗体を配置して、前記両
感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流速を検
出するに際し、前記両感温抵抗体の端子電圧の差を示す
電圧にオフセット電圧を加算または減算して当該電圧の
大きさを調節する処理で、当該処理のため参照するテー
ブルを作成するテーブル作成方法において、異なる複数
の環境温度で前記流体の流れのない状態で前記差電圧の
値と前記流体の温度とを測定する測定工程と、この両測
定値を対応付けた前記テーブルを作成するテーブル作成
工程と、を含んでなることを特徴とするテーブル作成方
法である。

【００６３】したがって、流速の検出信号について温度
補償を行うために使用する補正値を求めるためのテーブ
ルを作成することができる。

【００６４】請求項２３に記載の発明は、流体の上流側
および下流側に各々加熱される感温抵抗体である上流側
感温抵抗体および下流側感温抵抗体を配置して、前記両
感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流速を検
出するに際し、前記両感温抵抗体の端子電圧の差を示す
電圧の大きさを調節する処理で、当該処理のための演算
に使用する関係式を作成する関係式作成方法において、
異なる複数の環境温度で前記流体の流れのない状態で前
記差電圧の値と前記流体の温度とを測定する測定工程
と、この両測定値から前記関係式を求める関係式作成工
程と、を含んでなることを特徴とする関係式作成方法で
ある。

【００６５】したがって、流速の検出信号について温度
補償を行うために使用する補正値を求めるための関係式
を作成することができる。

【００６６】請求項２４に記載の発明は、請求項２３に
記載の関係式作成方法において、前記関係式作成工程
は、特定の温度を基準として前記差電圧および前記温度
の各変化率を求め、この変化率の関係を示す１次式を前
記関係式として求めることを特徴とする。

【００６７】したがって、より簡易に温度補償を行うこ
とが可能な関係式を作成することができる。

【００６８】請求項２５に記載の発明は、請求項２３ま
たは２４に記載の関係式作成方法において、前記関係式
作成工程は、前記複数の環境温度における前記測定の値
に最小二乗法を適用して前記関係式を求めるものであ
る。

【００６９】したがって、正確な温度ドリフトを示す関
係式を得ることができる。

【００７０】

【発明の実施の形態】［発明の実施の形態１］この発明
の一実施の形態を、発明の実施の形態１として説明す
る。

【００７１】図１は、この発明の実施の形態１であるＬ
ＰＧメータ１の回路図である。このＬＰＧメータ１は、
この発明の流量計を実施するもので、流体（この例では
ＬＰＧ）の低流量域を測定するための熱式フローセンサ
２と、流体の高流量域を測定するためのフルイディック
流量計３と、ＬＰＧメータ１で測定した流体の流量を表
示するディスプレイ４と、ＬＰＧメータ１を集中的に制
御するマイコン５とを備え、流体の流量を測定して表示
する装置である。

【００７２】熱式フローセンサ２の回路構成について説
明する。上流側感温抵抗体Ｒｕ、下流側感温抵抗体Ｒｄ
は、それぞれ流体の上流側、下流側に配置され、自ら発
するジュール熱により加熱される、大きな抵抗温度係数
をもつ同一特性の感温抵抗体であり、Ｂ点で直列に接続
されている。

【００７３】演算増幅器Ｕ１は、そのフィードバックル
ープに上流側感温抵抗体Ｒｕと下流側感温抵抗体Ｒｄの
直列接続が接続され、非反転入力端子に一定電圧Ｖｇが
入力されて、上流側感温抵抗体Ｒｕと下流側感温抵抗体
Ｒｄに定電流Ｉ１を出力する。上流側感温抵抗体Ｒｕと
下流側感温抵抗体Ｒｄの直列接続のうち、上流側感温抵
抗体Ｒｕ側は演算増幅器Ｕ１の反転入力端子に下流側感
温抵抗体Ｒｄ側は演算増幅器Ｕ１の出力端子にそれぞれ
接続されている。

【００７４】第１の反転増幅器である反転増幅器１１
は、演算増幅器Ｕ２ならびに抵抗Ｒ１ａおよびＲ１ｂか
らなり、両感温抵抗体ＲｕとＲｄの接続点Ｂにおける電
圧を基準電圧として、両感温抵抗体ＲｕとＲｄの直列接
続に対する入力電圧を反転増幅する。抵抗Ｒ１ａ，Ｒ１
ｂは反転増幅器１１の増幅率を−１倍に調節するもので
ある。第２の反転増幅器である反転増幅器１２は、演算
増幅器Ｕ３ならびに抵抗Ｒ２ａおよびＲ２ｂからなり、
Ａ点の固定された電圧（後述）を基準電圧として、反転
増幅器１１の出力電圧を反転増幅する。抵抗Ｒ２ａ，Ｒ
２ｂは反転増幅器１２の増幅率を調節するものである。
反転増幅器１１および１２で検出回路を構成する。

【００７５】両感温抵抗体ＲｕとＲｄの直列接続の一
端、この例で下流側感温抵抗体Ｒｄ側端は演算増幅器Ｕ
１の出力端子と接続されているが、他端、この例では上
流側感温抵抗体Ｒｕ側端は、一端がＧＮＤに接続されて
いる固定抵抗Ｒｉの他端と接続され、この抵抗Ｒｉの抵
抗値が一定で演算増幅器Ｕ１から定電流が供給されるこ
とにより、両感温抵抗体ＲｕとＲｄの直列接続における
一端、この例では上流側感温抵抗体Ｒｕ側端の電圧を一
定に固定している。

【００７６】反転増幅器Ｕ１に与えられた電圧Ｖｇと抵
抗Ｒｉにより決められる電流がＵ１のフィードバックル
ープ中を流れる。この電流Ｉｈは、 Ｉｈ＝Ｖｇ／Ｒｉ により定まる。

【００７７】Ａ点の電圧は反転増幅器１１により反転増
幅される。反転増幅器１１の基準電圧はＢ点の電圧とな
るので、下流側感温抵抗体Ｒｄの電圧がＢ点を基準に反
転される。反転増幅器１１の出力はＡ点の電圧を基準電
圧として反転増幅器１２により反転増幅される。この増
幅率Ｇは，抵抗Ｒ２ａとＲ２ｂにより次のように決ま
る。 Ｇ＝−Ｒ２ｂ／Ｒ２ａ

【００７８】Ａ点の電圧は演算増幅器Ｕ１の仮想接地効
果によりＶｇと同電圧となる。反転増幅器１２の出力Ｖ
ｄｕは、上流側感温抵抗体Ｒｕの端子電圧をＶｕ、下流
側感温抵抗体Ｒｄの端子電圧をＶｄとして、 Ｖｄｕ＝Ｇ（Ｖｄ−Ｖｕ）＋Ｖｇ となる。

【００７９】流体に流れが無ければ、端子電圧ＶｄとＶ
ｕは等しいため、出力ＶｄｕはＶｇとなる。電圧Ｖｇは
演算増幅器Ｕ１，Ｕ２，Ｕ３が動作可能な電圧以上に設
定する。通常のオペアンプは電源電圧近傍の入力電圧で
は動作せず、トランジスタ１個分の０．７程度の余裕を
電源電圧側にとる必要がある。

【００８０】このＬＰＧメータ１を単電源で動作させる
ことを考えると、電圧ＶｇはＧＮＤから０．７Ｖ以上の
電圧にすることが望ましい。しかし、入力電圧範囲を電
源電圧範囲までに広げた演算増幅器もあるため、０．７
Ｖ以下にする選択も可能である。また、流体の流速によ
って反転増幅器Ｕ２の出力は電圧Ｖｇより小さい値とな
る。その小さくなる大きさは“Ｖｄ−Ｖｕ”で決まる。
よって、少なくとも“Ｖｇ−（Ｖｄ−Ｖｕ）”の最小電
圧（最大流速のとき）が演算増幅器の動作入力電圧範囲
に入るように、電圧Ｖｇを決定する。

【００８１】以上のような構成とすることで、両感温抵
抗体ＲｕとＲｄに電力を供給して駆動する回路中で現れ
る最大の電圧はＣ点の電圧であり、最小の電圧はＧＮＤ
となる。よって、Ｃ点の電圧以上の電圧を電源とすれ
ば、単電源動作が可能となる。

【００８２】流体の流速がゼロで流体の温度が予測しう
る最大値の場合に、両感温抵抗体Ｒｕ、Ｒｄの抵抗値は
最大値となる。このときＣ点の電圧は最大となる。よっ
て、回路で必要な動作電圧の最大値がはっきりと決定で
きる。そのため、より効率的な電源を用いることが可能
となる。

【００８３】また、両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄの直列接続
における低い方の端子電圧であるＡ点の電圧を固定する
ことで、従来は両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄの接続点Ｂ点を
中心に電圧を固定し、それより低い電圧範囲に持たせて
いた電圧の余裕分を、両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄの接続点
Ｂより高い電圧範囲にまわすことができるので、熱式フ
ローサンサ２の設計の自由度を高め、設計を容易とする
ことができる。

【００８４】さらに、２段の反転増幅器１１，１２を用
いるだけで、両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄの電圧差を反転増
幅器１２の出力として取り出して、流体の流速信号とす
ることができるので、流速を検出する回路構成を簡易な
ものとすることができる。

【００８５】ところで、両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄがまっ
たく同じ特性で抵抗値も等しい場合、流体の流れがない
状態での出力Ｖｄｕは、電圧Ｖｇと等しい。つまり、流
速信号にとって電圧Ｖｇは仮想的なＧＮＤと考えること
ができる。しかし、実際の感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄにはば
らつきがあり、まったく等しい特性のものを２つ用意す
ることは困難である。

【００８６】両感温抵抗体ＲｕとＲｄの特性に違いがあ
る場合、特に抵抗値に違いがある場合は、流体の流れが
ない状態において出力Ｖｄｕは電圧Ｖｇと等しくならな
い。下流側感温抵抗体Ｒｄの抵抗値が上流側感温抵抗体
Ｒｕに比べ小さいと、流体の流れが無い時の出力Ｖｄｕ
の電圧は電圧Ｖｇより小さくなる。また、逆に下流側感
温抵抗体Ｒｄの抵抗値がＲｕに比べ大きいと、出力Ｖｄ
ｕの電圧はＶｇより大きくなる。

【００８７】電池などを電源にした低電圧動作をさせた
い電子機器の場合、使用できる電圧範囲を有効に使用す
ることが望ましい。ばらつきによる出力電圧の違いがあ
る場合、ばらつきに対する余裕分を広く取る必要が生
じ、流速信号分の電圧範囲を狭くしなくてはならない。
これは流速信号の精度を悪化させる。このようなことを
避けるには、両感温抵抗体ＲｕとＲｄの特性を揃えるよ
う選別する必要がある。このような選別には費用がかか
り、両感温抵抗体ＲｕとＲｄの製造歩留まりなどを悪化
させる。

【００８８】そこで、このＬＰＧメータ１では、加算器
１３を設けている。ここの加算器１３は、演算増幅器Ｕ
４および抵抗Ｒ３ａ，Ｒ３ｂならびにＲ３ｃからなり、
出力Ｖｄｕと所定値のオフセット電圧Ｖｏｆｆを加算し
た電圧Ｖｄｕ０を出力して、両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄの
抵抗値のばらつきによる出力Ｖｄｕの電圧Ｖｇからのず
れを修正する。これにより、余裕分に必要となる電圧を
吸収し、次段の装置への出力Ｖｄｕ０での流速信号成分
を、より広い電圧範囲で出力することが可能となる。す
なわち、オフセット電圧Ｖｏｆｆは、出力Ｖｄｕ０の出
力が電圧Ｖｇと等しくなるような大きさに設定する。

【００８９】オフセット電圧Ｖｏｆｆの大きさは、半固
定抵抗１４により調整可能としている。すなわち、実際
の製作工程では、両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄのばらつきの
他に、抵抗Ｒ１ａ、Ｒ２ｂなどの抵抗のばらつきや、演
算増幅器Ｕ２，Ｕ３自体のばらつきも存在する。このよ
うなばらつきを含めると、オフセット電圧Ｖｏｆｆの決
定は、使用する両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄと使用するその
他の電子部品の組み合わせが決定された後であることが
望ましい。そこで、実際に使用する電子部品が組み付け
られた状態において、オフセット電圧Ｖｏｆｆの大きさ
を半固定抵抗１４で変更できるようにして、簡単な回路
構成で、オフセット電圧Ｖｏｆｆを個々のＬＰＧメータ
１ごとに決定できるようにしている。なお、出力Ｖｄｕ
の値をオフセット電圧Ｖｏｆｆ分下げて出力Ｖｄｕ０と
する場合などには、加算器１３に代えて減算器を用いて
もよい。

【００９０】熱式フローセンサ２は、両感温抵抗体Ｒｕ
とＲｄとは別に、流体の両感温抵抗体Ｒｕ，Ｒｄの発す
る熱の影響を受けにくい位置に配置される、抵抗温度係
数の高い抵抗である測温抵抗体Ｒｆを備えている。この
測温抵抗体Ｒｆは、一端がＧＮＤに接続され、他端から
は所定の電流源Ｉ２により発熱しないような微弱な定電
流を供給される。この測温抵抗体Ｒｆの端子電圧Ｖｆは
流体の温度を検出する信号となるので、測温抵抗体Ｒｆ
は流体の温度を検出する温度センサとなる。

【００９１】熱式フローセンサ２から出力された流速信
号Ｖｄｕ０と温度検出信号Ｖｆから最終的に流速信号Ｖ
ｄｕ０ｚ（後述）を得るまでの処理はマイコン５により
実行されるので、かかる処理の流れを、温度補償手段を
実現する図２のフローチャートを参照して説明する。

【００９２】まず、マイコン５（のＣＰＵ）は、両感温
抵抗体Ｒｄ，Ｒｕに定電流の供給を開始する（ステップ
Ｓ１）。これにより供給工程を実現している。そして、
流速信号Ｖｄｕ０と温度検出信号Ｖｆの値を取り込む
（ステップＳ２）。これにより検出工程を実現してい
る。次に、マイコン５は、テーブル記憶手段を実現する
そのＲＯＭ（またはＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモ
リ）に格納されているテーブル１５（図３参照）をルッ
クアップする。このテーブル１５には、温度検出信号Ｖ
ｆの値（流体温度）に、流体に流れがない状態での流速
信号Ｖｄｕ０の補正値Ｖｄｕ０ｔが対応付けられて格納
されている。補正値Ｖｄｕ０ｔは、流体の流速が０の状
態で、様々な大きさの温度検出信号Ｖｆが検出されたと
きの、流速信号Ｖｄｕ０の検出値である。そして、テー
ブル１５上で実際に観測された温度検出信号Ｖｆの値に
最も近い温度検出信号Ｖｆに対応した補正値Ｖｄｕ０ｔ
を読み取る（ステップＳ３）。これによりテーブルルッ
クアップ手段を実現している。テーブル１５で参照した
補正値Ｖｄｕ０ｔと実際に観測される流速信号Ｖｄｕ０
の値を比較することで、流体の流速がゼロであるか否か
を判断することができる。

【００９３】すなわち、テーブル１５から参照した補正
値Ｖｄｕ０ｔを実際に観測される流速信号Ｖｄｕ０の値
から減算すると（ステップＳ４）、流速信号Ｖｄｕ０ｚ
を得る。これにより補正手段を実現している。流速信号
Ｖｄｕ０ｚは流体の温度変化分を考慮した温度補償後の
流速信号を示すものであり、温度補償がされた正確な流
速信号となる。ステップＳ２により温度測定工程を実現
し、ステップＳ３，Ｓ４により温度補償工程を実現して
いる。

【００９４】前記の処理で使用したテーブル１５の作成
は次のように行う。すなわち、温度補償手段を実現した
図４のフローチャートに示すように、熱式フローセンサ
２を異なる複数の温度下において、流体の流量がゼロの
状態で、各温度での温度信号Ｖｆと流速信号Ｖｄｕ０と
を測定する（ステップＳ１１）。これにより測定工程を
実現している。例えば、想定する流体の温度範囲が０℃
〜５０℃だとしたら、流速ゼロの状態で、流体の温度を
０℃、１０℃、２０℃、３０℃、４０℃、５０℃と変化
させ（この温度間隔は様々に選択することができる）、
温度信号Ｖｆと流速信号Ｖｄｕ０の値を取得する。そし
て、このようにして得られた各温度信号Ｖｆと各補正値
Ｖｄｕ０ｔとを対応付けて各温度信号Ｖｆと各補正値Ｖ
ｄｕ０ｔとを対応付けて格納したテーブルであるテーブ
ル１５を作成する（ステップＳ１２）。これによりテー
ブル作成工程を実現している。

【００９５】前記の処理では、テーブル１５を用いて温
度補償を行ったが、温度補償は、テーブル１５のルック
アップに代えて、次のように所定の関係式を用いた演算
で行ってもよい。

【００９６】すなわち、流体に流れがない状態での流速
信号Ｖｄｕ０と温度検出信号Ｖｆとの関係は、下式
（１）のような１次式で表すことができる。

【００９７】 Ｖｄｕ０ｆ＝Ａ×Ｖｆ＋Ｂ …… （１） この１次式において、Ａ、Ｂは１次式の係数であり、補
正値Ｖｄｕ０ｆは温度検出信号Ｖｆの示す温度に相当す
る流体の流量がゼロのときにおける流速信号Ｖｄｕ０の
値である。補正値Ｖｄｕ０ｆの値と実際に観測される流
速信号Ｖｄｕ０の値を比較することで、流体の流速がゼ
ロであるか否か検討することができる。

【００９８】次に、（１）式を用いて、熱式フローセン
サ２から出力される流速信号Ｖｄｕ０と温度検出信号Ｖ
ｆから最終的に流速信号Ｖｄｕ０ｚを得るまでのマイコ
ン５による処理を、図５のフローチャートを参照して説
明する。

【００９９】まず、両感温抵抗体Ｒｄ，Ｒｕに定電流の
供給を開始する（ステップＳ２１）。これにより供給工
程を実現している。マイコン５（のＣＰＵ）は、流速信
号Ｖｄｕ０と温度検出信号Ｖｆの値を取り込む（ステッ
プＳ２２）。これにより検出工程を実現している。次
に、マイコン５は、検出した温度検出信号Ｖｆを（１）
式に代入して、補正値Ｖｄｕ０ｆを求める（ステップＳ
２３）。これにより補正値演算手段を実現する。そし
て、補正値Ｖｄｕ０ｆを実際に観測された流速信号Ｖｄ
ｕ０の値から減算して、温度補償がなされた流速信号Ｖ
ｄｕ０ｚを得る（ステップＳ２４）。これにより補正手
段を実現する。流速信号Ｖｄｕ０ｚは流体の温度変化に
よる流速信号Ｖｄｕ０の変化分が差し引かれることにな
り、流速信号Ｖｄｕ０ｚを用いることでより正確なゼロ
流量を算出することができる。ステップＳ２３により温
度測定工程を実現し、ステップＳ２３，Ｓ２４により温
度補償工程を実現している。

【０１００】（１）式の１次式は、図６のフローチャー
トのような工程で求める。すなわち、熱式フローセンサ
２を異なる複数の温度下において、流体の流量がゼロの
状態で、各温度での温度検出信号Ｖｆと流速信号Ｖｄｕ
０とを測定する（ステップＳ３１）。これにより測定工
程を実現している。例えば、想定する流体の温度範囲が
０℃〜５０℃だとしたら、流速ゼロの状態で、流体の温
度を少なくとも２つ、例えば０℃、５０℃と変化させ
（この温度間隔は様々に選択することができる）、温度
検出信号Ｖｆと流速信号Ｖｄｕ０の値を取得する。そし
て、各温度検出信号Ｖｆと流速信号Ｖｄｕ０との値か
ら、グラフの作成などによって（１）式の１次式を作成
する（ステップＳ３２）。これにより関係式作成工程を
実現している。

【０１０１】また、前記（１）式に代えて、温度検出信
号Ｖｆの変化率Ｖｆｒと流速信号Ｖｄｕ０の変化率Ｖｄ
ｕ０ｒの関係を示す１次式である（２）式を用いて、温
度補償を行うようにしてもよい。

【０１０２】 Ｖｄｕ０ｒ＝Ａ×Ｖｆｒ …… （２） この（２）式は、図７に示すフローチャートのような工
程で求めることができる。すなわち、ある基準温度と他
の異なる温度との少なくとも２つの温度で、流体の流量
ゼロの状態での温度検出信号Ｖｆと、流速信号Ｖｄｕ０
とを検出する（ステップＳ４１）。これにより測定工程
を実現している。

【０１０３】そして、流体温度に相当する温度検出信号
Ｖｆの値を基準温度での温度検出信号Ｖｆ０を基準とし
た変化率Ｖｆｒで表す（ステップＳ４２）。例えば、変
化率Ｖｆｒは、 Ｖｆｒ＝Ｖｆ／Ｖｆ０−１ …… （３） と求める。

【０１０４】そして、温度検出信号Ｖｆ０と同じく、基
準温度で流体の流量ゼロである際の流速信号Ｖｄｕ００
を基準とした流速信号Ｖｄｕ０の値を変化率Ｖｄｕ０ｒ
で表す（ステップＳ４２）。これは、例えば、 Ｖｄｕ０ｒ＝Ｖｄｕ０／Ｖｄｕ００−１ …… （４） と求める。

【０１０５】そして、変化率Ｖｆｒと、変化率Ｖｄｕ０
ｒとの関係式となる１次式を求める（ステップＳ４
３）。これは、例えば、 Ｖｄｕ０ｒ＝Ａ×Ｖｆｒ＋Ｂ となるＡ，Ｂを決定することで求まる。Ａ，Ｂは図６の
工程のように、少なくとも２つの温度における流体の流
量ゼロでの温度検出信号Ｖｆ、流速信号Ｖｄｕ０の値を
求め、決定することができる。ここで、Ｖｄｕ０ｒとＶ
ｆｒの値は変化率で表してあるため、基準温度ではとも
にゼロとなる。よって１次式の前記定数Ｂはゼロであ
り、省くことができる。したがって、（２）式が得られ
る。ステップＳ４２，Ｓ４３により関係式作成工程を実
現している。

【０１０６】そして、（２）〜（４）式を用い、温度補
償をともなった流体の流速測定は、マイコンにより、温
度補償手段を実現する図８に示すフローチャートのよう
な処理で行う。すなわち、流速信号Ｖｄｕ０、温度検出
信号Ｖｆを取込み（ステップＳ５１）、この流速信号Ｖ
ｄｕ０、温度検出信号Ｖｆから、変化率Ｖｄｕ０ｒ、Ｖ
ｆｒを求める（Ｖｆ０，Ｖｄｕ００の値は予め用意され
ている）（ステップＳ５２）。

【０１０７】そして、求めた変化率Ｖｆｒを（２）式の
１次式に代入して、流体の流量がゼロのときの流速信号
Ｖｄｕ０の補正値Ｖｄｕ０ｆを算出する（ステップＳ５
３）。これにより補正値演算手段を実現している。すな
わち、 Ｖｄｕ０ｆ＝Ａ×Ｖｆｒ である。そして、変化率Ｖｄｕ０ｒから変化率Ｖｄｕ０
ｆを減算することにより、温度補償後の流速信号Ｖｄｕ
０ｚが求められる（ステップＳ５４）。これにより補正
手段を実現している。すなわち、 Ｖｄｕ０ｚ＝Ｖｄｕ０ｒ−Ｖｄｕ０ｆ である。これにより、流速信号Ｖｄｕ０ｚは温度による
変化率Ｖｄｕ０ｒの変化分を取り除くことができ、より
正確な流速ゼロの状態を検出することができる。ステッ
プＳ５１により温度測定工程を実現し、ステップＳ５２
〜Ｓ５４から温度補償工程を実現している。

【０１０８】なお、（１）（２）式の１次式の定数Ａ，
Ｂを求める際には、最小二乗法を用いる。すなわち、図
６、図７の工程では、２つの温度での温度検出信号Ｖｆ
と流速信号Ｖｄｕ０によりＡ，Ｂを決定している。これ
は１次式の２点を得て、１次式を決定することであり、
係数Ａ，Ｂは一意に決定できる。しかし、より正確な流
速ゼロの際の温度変動を決定するため、観測する温度の
数を増やし、３点以上の温度検出信号Ｖｆと流速信号Ｖ
ｄｕ０の値を得た場合などは、一意に1次式を求めるこ
とはできない。このようなときは、ステップＳ２２，Ｓ
４３で、観測した温度検出信号Ｖｆと流速信号Ｖｄｕ０
を用い、それぞれ測定点の誤差が最小となるよう最小二
乗法により１次式を決定する。

【０１０９】以上のようにして、マイコン５は、熱式フ
ローセンサ２から流速信号Ｖｄｕ０ｚを得ることができ
る。また、周知の構成のフルイディック流量計３からも
流体の流速信号を得ることができる。熱式フローセンサ
２、フルイディック流量計３のそれぞれから得られた流
速信号は、マイコン５で流体の流量を示す信号に変換さ
れる。これにより第１、第２の流量変換手段を実現して
いる。この２つの流量信号は、選択的にディスプレイ４
に出力されて、流体の流量がディスプレイ４に表示され
る。この流量信号の使い分けは、流体の流速が高流速域
にあるときはフルイディック流量計３を用いて計測した
流量信号を用い、流体の流速が低流速域にあるときは熱
式フローセンサ２を用いて計測した流量信号を用いるよ
うに行う。これにより選択手段を実現している。その場
合の、流体の流速が高流速域にあるか、低流速域にある
かの判断は、例えば、フルイディック流量計３を用いて
計測した流量信号により判断すればよい。

【０１１０】なお、図１では、高流速域を熱式フローセ
ンサ２で、低流速域をフルイディック流量計３で測定し
て、流体の流量を測定する構成であるＬＰＧメータ１を
示したが、フルイディック流量計３を設けず、高流速域
から低流速域までをすべて熱式フローセンサ２で検出す
る構成としてもよい。

【０１１１】［発明の実施の形態２］この発明における
別の実施の形態を、発明の実施の形態２として説明す
る。

【０１１２】図９は、この発明の実施の形態２であるＬ
ＰＧメータ１の回路図である。図９において、図１と同
様の回路要素などは発明の実施の形態１と共通であるた
め、図９に図１と同一の符号を付して、詳細な説明を省
略する。

【０１１３】図９のＬＰＧメータ１が図１のものと相違
する点は以下のとおりである。まず、図１の構成では、
上流側感温抵抗体Ｒｕは下流側感温抵抗体ＲｄよりＧＮ
Ｄ側に配置されているが、これは、この図９の構成のよ
うに入れ替えて構成することもできる。この場合、扱う
電圧の方向を逆向きにすればよい。具体的には図１の反
転増幅器１２の増幅率を正になるよう回路を変更し、非
反転増幅器を構成すればよい。具体的には、図９に示す
ように、反転増幅器１２に代えて、演算増幅器Ｕ３ｂな
らびに抵抗Ｒ２ａおよびＲ２ｂからなる非反転増幅器１
６を介装する構成が考えられる。

【０１１４】しかしながら、この回路構成だと、演算増
幅器Ｕ３ｂの反転入力端子側のインピーダンスが低くな
り、直接Ａ点と接続できなくなる。そのため、演算増幅
器Ｕ３ａをＡ点と演算増幅器Ｕ３ｂの反転入力端子との
間にバッファとして介装する必要がある。そのため、電
子部品の点数を削減して製造コストを削減するために
は、発明の実施の形態１のように上流側感温抵抗体Ｒｕ
は下流側感温抵抗体ＲｄよりＧＮＤ側に配置するのがよ
い。

【０１１５】［発明の実施の形態３］この発明における
別の実施の形態を、発明の実施の形態３として説明す
る。

【０１１６】図１０は、この発明の実施の形態３である
ＬＰＧメータ１の回路図である。図１０において、図１
と同様の回路要素などは発明の実施の形態１と共通であ
るため、図１０に図１と同一の符号を付して、詳細な説
明を省略する。

【０１１７】図１０のＬＰＧメータ１が図１のものと相
違する点は以下のとおりである。まず、半固定抵抗１４
に代えてＤ／Ａコンバータ１７が用意されていて、この
Ｄ／Ａコンバータ１７が加算器１３にオフセット電圧Ｖ
ｏｆｆを出力する。すなわち、マイコン５が流速信号Ｖ
ｄｕ０の大きさが最適なものとなるように、適切な大き
さのオフセット電圧Ｖｏｆｆのデジタル信号をＤ／Ａコ
ンバータ１７に出力する。Ｄ／Ａコンバータ１７は、こ
のデジタル信号をＤ／Ａ変換して、アナログのオフセッ
ト電圧Ｖｏｆｆを出力する。

【０１１８】マイコン５の具体的な処理は図１１のフロ
ーチャートに示すようになる。まず、マイコン５は、オ
フセット電圧Ｖｏｆｆが加算されていない流速信号Ｖｄ
ｕ０を取り込み（ステップＳ６１）、流速信号Ｖｄｕ０
が最適な値となるようなオフセット電圧Ｖｏｆｆの値を
求めて（ステップＳ６２）、そのオフセット電圧Ｖｏｆ
ｆのデジタル信号をＤ／Ａコンバータ１７に出力する
（ステップＳ６３）。ステップＳ６１により検出手段
を、ステップＳ６２により演算手段を、Ｓ６３により制
御手段を実現している。

【０１１９】Ｄ／Ａコンバータ１７を用いることで、半
固定抵抗を用いる発明の実施の形態１の場合に比べて長
期間安定した動作が可能となる。

【０１２０】［発明の実施の形態４］この発明における
別の実施の形態を、発明の実施の形態４として説明す
る。

【０１２１】図１１は、この発明の実施の形態３である
ＬＰＧメータ１の回路図である。図１１において、図１
と同様の回路要素などは発明の実施の形態１と共通であ
るため、図１１に図１と同一の符号を付して、詳細な説
明を省略する。

【０１２２】図１１のＬＰＧメータ１が図１のものと相
違する点は以下のとおりである。まず、半固定抵抗１４
に代えて直列に接続された複数の抵抗、例えば抵抗Ｒ４
ａ，Ｒ４ｂ，Ｒ４ｃが介装されている。この抵抗Ｒ４
ａ，Ｒ４ｂ，Ｒ４ｃによりオフセット電圧Ｖｏｆｆを分
圧し、これらの抵抗の１つ分、２つ分または３つ分の端
子電圧を、スイッチ１８の切り換えにより選択的に加算
器１３に出力することができる。これにより、電圧源を
構成し、加算器１３に段階的に異なる大きさのオフセッ
ト電圧Ｖｏｆｆを供給することが可能となる。マイコン
５は、流速信号Ｖｄｕ０の大きさが最適なものとなるよ
うに、スイッチ１８の切り換えによりオフセット電圧Ｖ
ｏｆｆを選択する。スイッチ１８に代えてジャンパー線
を用いてもよい。

【０１２３】マイコン５の具体的な処理は次のようにな
る。まず、マイコン５は、オフセット電圧Ｖｏｆｆが加
算されていない流速信号Ｖｄｕ０を取り込み（ステップ
Ｓ７１）、流速信号Ｖｄｕ０が最も適切な値となるよう
なオフセット電圧Ｖｏｆｆを出力できるスイッチ１８の
切り換えを判断して（ステップＳ７２）、その切り換え
になるように、スイッチ１８に制御信号を出力する（ス
テップＳ７３）。ステップＳ７１により検出手段を、ス
テップＳ７２により選択手段を、ステップＳ７３により
制御手段を実現している。

【０１２４】この例では、最適なオフセット電圧Ｖｏｆ
ｆの精緻な選択をすることができず、ばらつきに対する
余裕を広く取る必要が生じるかもしれないが、発明の実
施の形態１のように半固定抵抗を用いる場合や、発明の
実施の形態３のようにＤ／Ａコンバータを使う場合に比
べて、長期間安定的に動作させることができ、製造コス
トを低減させることができる。

【０１２５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、両感温抵抗体
の直列接続における低い方の端子電圧を固定すること
で、従来は両感温抵抗体の接続点を中心に電圧を固定
し、それより低い電圧範囲に持たせていた電圧の余裕分
を、両感温抵抗体の接続点より高い電圧範囲にまわすこ
とができるので、熱式フローサンサの設計の自由度を高
め、設計を容易とすることができる。

【０１２６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の熱式フローセンサにおいて、感温抵抗体の製造誤差な
どに起因して、両感温抵抗体の端子電圧の差を示す電圧
の大きさにばらつきが発生しても、これを必要なだけ調
節して修正することができる。

【０１２７】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の熱式フローセンサにおいて、簡易な回路構成で、オフ
セット電圧の加算または減算によって、両感温抵抗体の
端子電圧の差を示す電圧の大きさのばらつきを修正する
ことができる。

【０１２８】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の熱式フローセンサにおいて、Ｄ／Ａコンバータを用い
ることで、半固定抵抗を用いる請求項３の発明と比べて
長期間安定した動作が可能となる。

【０１２９】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
の熱式フローセンサにおいて、請求項３，４の発明と比
べて、長期間安定的に動作させることができ、製造コス
トを低減させることができる。

【０１３０】請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、抵抗
を用いた簡単な回路構成により、両感温抵抗体の直列接
続における低い方の端子電圧を固定して、熱式フローサ
ンサの設計の自由度を高め、設計を容易とすることがで
きる。

【０１３１】請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、上流
側感温抵抗体を定電流の供給側、下流側感温抵抗体を電
圧固定側としても、固定電圧の非反転増幅器への入力を
バッファリングして、両感温抵抗体の差電圧を検出する
ことができる。

【０１３２】請求項８に記載の発明は、請求項１〜６の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、２つ
の反転増幅器を用いるだけで、流体の流速信号を取り出
すことができるので、流速を検出する回路構成を簡易な
ものとすることができる。

【０１３３】請求項９に記載の発明は、請求項１〜８の
いずれかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、温度
特性良く定電流を発生させることができる。

【０１３４】請求項１０に記載の発明は、流体の温度が
変化して流速検出信号がドリフトしても、温度補償をお
こなって流体に流れがない状態を正確に検出することが
できる。

【０１３５】請求項１１に記載の発明は、請求項１０に
記載の熱式フローセンサにおいて、流体の温度と流体の
流れがないときの流速の検出信号との関係を示すテーブ
ルを参照し、流速の検出信号についての補正値を求めて
補正を行うことで温度補償を行うことができる。

【０１３６】請求項１２に記載の発明は、請求項１０に
記載の熱式フローセンサにおいて、流体の温度と流体の
流れがないときの流速の検出信号との関係を示す関係式
に基づく演算を行って、流速の検出信号についての補正
値を求めて補正を行うことで温度補償を行うことができ
る。

【０１３７】請求項１３に記載の発明は、請求項１２に
記載の熱式フローセンサにおいて、流体の流速の検出信
号および温度センサによる測定温度の変化率を使用した
一次式を用いることにより、この１次式の定数項部分を
なくすことができるので、温度ドリフトの影響を１つの
係数で表わすことができ、より簡易に温度補償を行うこ
とが可能となる。

【０１３８】請求項１４に記載の発明は、請求項１１〜
１３の何れかの一に記載の熱式フローセンサにおいて、
流速の検出信号に補正値を減算または加算するだけで簡
易に温度補償を行うことができる。

【０１３９】請求項１５に記載の発明は、請求項１〜１
４の何れかの一に記載の熱式フローセンサを備えた流量
計を得ることができる。

【０１４０】請求項１６に記載の発明は、請求項１〜１
４の何れかの一に記載の熱式フローセンサを備えた流量
計を得ることができる。

【０１４１】請求項１７に記載の発明は、両感温抵抗体
の直列接続における低い方の端子電圧を固定すること
で、従来は両感温抵抗体の接続点を中心に電圧を固定
し、それより低い電圧範囲に持たせていた電圧の余裕分
を、両感温抵抗体の接続点より高い電圧範囲にまわすこ
とができるので、熱式フローサンサの設計の自由度を高
め、設計を容易とすることができる。

【０１４２】請求項１８に記載の発明は、請求項１７に
記載の流速検出方法において、感温抵抗体の製造誤差な
どに起因して、両感温抵抗体の端子電圧の差を示す電圧
の大きさにばらつきが発生しても、これを必要なだけ調
節して修正することができる。

【０１４３】請求項１９に記載の発明は、流体の温度が
変化して流速検出信号がドリフトしても、温度補償をお
こなって流体に流れがない状態を正確に検出することが
できる。

【０１４４】請求項２０に記載の発明は、請求項１９に
記載の流量測定方法において、テーブルを参照し、流速
の検出信号についての補正値を求めて補正を行うことで
温度補償を行うことができる。

【０１４５】請求項２１に記載の発明は、請求項１９に
記載の流量測定方法において、関係式に基づく演算を行
って、流速の検出信号についての補正値を求めて補正を
行うことで温度補償を行うことができる。

【０１４６】請求項２２に記載の発明は、流速の検出信
号について温度補償を行うために使用する補正値を求め
るためのテーブルを作成することができる。

【０１４７】請求項２３に記載の発明は、流速の検出信
号について温度補償を行うために使用する補正値を求め
るための関係式を作成することができる。

【０１４８】請求項２４に記載の発明は、請求項２３に
記載の関係式作成方法において、より簡易に温度補償を
行うことが可能な関係式を作成することができる。

【０１４９】請求項２５に記載の発明は、請求項２３ま
たは２４に記載の関係式作成方法において、正確な温度
ドリフトを示す関係式を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１であるＬＰＧメータの
回路図である。

【図２】前記ＬＰＧメータの熱式フローセンサから出力
された流速信号と温度検出信号から最終的に温度補償後
の流速信号を得るまでの処理を示すフローチャートであ
る。

【図３】前記温度補償に用いるテーブルを説明する図で
ある。

【図４】前記テーブルの作成手順を説明するフローチャ
ートである。

【図５】前記ＬＰＧメータの熱式フローセンサから出力
された流速信号と温度検出信号から最終的に温度補償後
の流速信号を得るまでの処理の他の例を示すフローチャ
ートである。

【図６】前記温度補償に用いる関係式の作成手順を説明
するフローチャートである。

【図７】前記関係式の他の例について作成手順を説明す
るフローチャートである。

【図８】前記関係式を用いる温度補償をともなった流体
の流速測定の手順を説明するフローチャートである。

【図９】この発明の実施の形態２であるＬＰＧメータの
回路図である。

【図１０】この発明の実施の形態３であるＬＰＧメータ
の回路図である。

【図１１】前記ＬＰＧメータで流速信号にオフセット電
圧を加算する処理を説明するフローチャートである。

【図１２】この発明の実施の形態４であるＬＰＧメータ
の回路図である。

【図１３】前記ＬＰＧメータで流速信号にオフセット電
圧を加算する処理を説明するフローチャートである。

【図１４】従来の熱式フローセンサの回路図である。

【符号の説明】

Ｒｕ 上流側感温抵抗体 Ｒｄ 下流側感温抵抗体 Ｕ１ 演算増幅器 Ｕ２ 演算増幅器 Ｂ 接続点 Ｒ１ａ 抵抗 Ｒ１ｂ 抵抗 Ｕ３ 演算増幅器 Ｒ２ａ 抵抗 Ｒ２ｂ 抵抗 Ｕ４ 演算増幅器 Ｒ３ａ 抵抗 Ｒ３ｂ 抵抗 Ｒｆ 温度センサ Ｉ２ 電流源 Ｕ３ｂ 演算増幅器 Ｕ３ａ 演算増幅器 Ｒ４ａ 抵抗 Ｒ４ｂ 抵抗 １ 流量計 ２ 熱式フローセンサ ３ フルイディック流量計 ４ ディスプレイ ５ マイコン １１ 反転増幅器 １２ 反転増幅器 １３ 加算器 １４ 半固定抵抗 １５ テーブル １６ 非反転増幅器 １７ Ｄ／Ａコンバータ １８ スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｆ 15/04 Ｇ０１Ｆ 1/68 ２０１Ａ ２０１Ｂ Ｆターム(参考） 2F030 CA10 CC13 CD13 CD15 CE02 CE21 2F031 AC01 AD03 AF10 2F035 EA04 EA05 EA09

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の上流側および下流側に各々配置さ
   れて加熱される感温抵抗体である上流側感温抵抗体およ
   び下流側感温抵抗体を備え、 前記両感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流
   速を検出する熱式フローセンサにおいて、 前記両感温抵抗体は直列に接続されて同一の定電流の供
   給を受けるものであり、 この両感温抵抗体の直列接続の一端は前記定電流の供給
   側に接続され、他端の電圧は一定に固定されていること
   を特徴とする熱式フローセンサ。
2. 【請求項２】 前記両感温抵抗体の端子電圧の差を示す
   電圧を出力する検出回路と、 この検出回路の出力電圧にオフセット電圧を加算または
   減算して当該出力電圧の大きさを調節する加算器または
   減算器と、を備えていることを特徴とする請求項１に記
   載の熱式フローセンサ。
3. 【請求項３】 抵抗値の変更により前記加算または減算
   されるオフセット電圧の大きさを可変可能とする半固定
   抵抗を備えていることを特徴とする請求項２に記載の熱
   式フローセンサ。
4. 【請求項４】 前記出力電圧を検出する検出手段と、 この検出した電圧の大きさに応じて前記オフセット電圧
   の大きさを求める演算手段と、 前記加算器または減算器に前記オフセット電圧を出力す
   るＤ／Ａコンバータと、 前記演算手段で求めた大きさの前記オフセット電圧を出
   力するように前記Ｄ／Ａコンバータに制御信号を出力す
   る制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項２
   に記載の熱式フローセンサ。
5. 【請求項５】 複数の抵抗が直列に接続され入力電圧を
   当該抵抗で分圧することで複数の大きさの電圧を出力可
   能な電圧源と、 前記出力電圧を検出する検出手段と、 この検出した電圧の大きさに応じて前記複数の電圧のう
   ち一つを前記オフセット電圧として選択する選択手段
   と、 この選択した電圧を前記加算器または減算器に出力させ
   る制御手段と、を備えていることを特徴とする請求項２
   に記載の熱式フローセンサ。
6. 【請求項６】 前記両感温抵抗体の直列接続の他端は、
   一端がＧＮＤに接続されている抵抗の他端と接続され、
   この抵抗の抵抗値が一定であることにより前記両感温抵
   抗体の直列接続の他端の電圧を一定に固定していること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれかの一に記載の熱式
   フローセンサ。
7. 【請求項７】 前記上流側感温抵抗体は前記定電流の供
   給側に接続され、 前記下流側感温抵抗体は前記電圧固定側に接続されてい
   て、 前記検出回路は、 前記両感温抵抗体の接続点における電圧を基準電圧とし
   て前記両感温抵抗体の直列接続に対する入力電圧を反転
   増幅する反転増幅器と、 前記固定された電圧を基準電圧として前記反転増幅器の
   出力電圧を非反転増幅する非反転増幅器と、 前記固定電圧の前記非反転増幅器への入力をバッファリ
   ングする演算増幅器と、を備えていることを特徴とする
   請求項１〜６のいずれかの一に記載の熱式フローセン
   サ。
8. 【請求項８】 前記下流側感温抵抗体は前記定電流の供
   給側に接続され、 前記上流側感温抵抗体は前記電圧固定側に接続されてい
   て、 前記検出回路は、 前記両感温抵抗体の接続点における電圧を基準電圧とし
   て前記両感温抵抗体の直列接続に対する入力電圧を反転
   増幅する第１の反転増幅器と、 前記固定された電圧を基準電圧として前記第１の反転増
   幅器の出力電圧を反転増幅する第２の反転増幅器と、を
   備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの
   一に記載の熱式フローセンサ。
9. 【請求項９】 前記両感温抵抗体の直列接続がフィード
   バックループに接続され非反転入力端子に一定電圧が入
   力されて前記定電流を出力する演算増幅器を備え、 前記両感温抵抗体の直列接続のうち一端側は前記演算増
   幅器の反転入力端子に他端側は前記演算増幅器の出力端
   子にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１
   〜８のいずれかの一に記載の熱式フローセンサ。
10. 【請求項１０】 流体の上流側および下流側に各々配置
    されて加熱される感温抵抗体である上流側感温抵抗体お
    よび下流側感温抵抗体を備え、 前記両感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流
    速を検出する熱式フローセンサにおいて、 前記両感温抵抗体は同一の定電流の供給を受けるもので
    あり、 前記流体の温度を測定する温度センサと、 この測定した温度に基づいて前記流速の検出信号につい
    て温度補償を行う温度補償手段と、を備えていることを
    特徴とする熱式フローセンサ。
11. 【請求項１１】 前記温度補償手段は、 前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記流速
    の検出信号との関係を示すテーブルを記憶するテーブル
    記憶手段と、 このテーブルを参照して前記流体の流れがないときの前
    記流速の検出信号について補正値を求めるテーブルルッ
    クアップ手段と、 この補正値により前記流速の検出信号を補正する補正手
    段と、を備えていることを特徴とする請求項１０に記載
    の熱式フローセンサ。
12. 【請求項１２】 前記温度補償手段は、 前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記流速
    の検出信号との関係を示す関係式に基づく演算を行っ
    て、前記流体の流れがないときの前記流速の検出信号に
    ついて補正値を求める補正値演算手段と、 この補正値により前記流速の検出信号を補正する補正手
    段と、を備えていることを特徴とする請求項１０に記載
    の熱式フローセンサ。
13. 【請求項１３】 前記補正値演算手段は、前記関係式と
    して特定の温度での流れがないときにおける前記流体の
    流速の検出信号および前記温度センサによる測定温度の
    変化率を使用した一次式を用い、これらの変化率を求め
    る演算を行って前記補正値を求めるものである請求項１
    ２に記載の熱式フローセンサ。
14. 【請求項１４】 前記補正手段は、前記流速の検出信号
    に前記補正値を減算または加算して前記補正を行うこと
    を特徴とする請求項１１〜１３の何れかの一に記載の熱
    式フローセンサ。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４の何れかの一に記載の
    熱式フローセンサと、 この熱式フローセンサの出力信号を前記流体の流量を示
    す流量信号に変換する第１の流量変換手段と、を備えて
    いることを特徴とする流量計。
16. 【請求項１６】 フルイディック流量計と、 このフルイディック流量計の出力信号を前記流体の流量
    を示す流量信号に変換する第２の流量変換手段と、 前記第１の流量変換手段が出力する流量信号と前記第２
    の流量変換手段が出力する流量信号とのうちのひとつを
    択一的に選択することで、前記流量の測定は高流量域を
    前記フルイディック流量計でおこない低流量域を前記熱
    式フローセンサでおこなう選択手段と、を備えているこ
    とを特徴とする請求項１６に記載の流量計。
17. 【請求項１７】 流体の上流側および下流側に各々加熱
    される感温抵抗体である上流側感温抵抗体および下流側
    感温抵抗体を配置して、 前記両感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流
    速を検出する流速検出方法において、 前記両感温抵抗体は直列に接続されて同一の定電流を供
    給されるものであり、 この両感温抵抗体の直列接続の一端は前記定電流の供給
    側とし、他端の電圧は一定に固定した状態で、前記定電
    流の供給を開始する供給工程と、 この供給があるときに前記両感温抵抗体の抵抗値の差を
    検出して前記流体の流速を検出する検出工程と、を含ん
    でなることを特徴とする流速検出方法。
18. 【請求項１８】 前記両感温抵抗体の端子電圧の差を示
    す電圧にオフセット電圧を加算または減算して、当該電
    圧の大きさを調節することを特徴とする請求項１７に記
    載の流速検出方法。
19. 【請求項１９】 流体の上流側および下流側に各々加熱
    される感温抵抗体である上流側感温抵抗体および下流側
    感温抵抗体を配置して、 前記両感温抵抗体の抵抗値の差に基づいて前記流体の流
    速を検出する流速検出方法において、 前記両感温抵抗体には同一の定電流を供給するものであ
    り、 前記流体の温度を測定する温度測定工程と、 この測定した温度に基づいて前記流速の検出信号につい
    て温度補償を行う温度補償工程と、を含んでなることを
    特徴とする流量測定方法。
20. 【請求項２０】 前記温度補償工程は、 予め前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記
    流速の検出信号との関係を示すテーブルを用意し、 このテーブルを参照して前記流体の流れがないときの前
    記流速の検出信号について補正値を求めることで行うこ
    とを特徴とする請求項１９に記載の流量測定方法。
21. 【請求項２１】 前記温度補償工程は、 予め前記流体の温度と当該流体の流れがないときの前記
    流速の検出信号との関係を示す関係式を用意し、 この関係式に基づく演算を行って、前記流体の流れがな
    いときの前記流速の検出信号について補正値を求めるこ
    とで行うことを特徴とする請求項１９に記載の流量測定
    方法。
22. 【請求項２２】 流体の上流側および下流側に各々加熱
    される感温抵抗体である上流側感温抵抗体および下流側
    感温抵抗体を配置して、前記両感温抵抗体の抵抗値の差
    に基づいて前記流体の流速を検出するに際し、前記両感
    温抵抗体の端子電圧の差を示す電圧にオフセット電圧を
    加算または減算して当該電圧の大きさを調節する処理
    で、当該処理のため参照するテーブルを作成するテーブ
    ル作成方法において、 異なる複数の環境温度で前記流体の流れのない状態で前
    記差電圧の値と前記流体の温度とを測定する測定工程
    と、 この両測定値を対応付けた前記テーブルを作成するテー
    ブル作成工程と、を含んでなることを特徴とするテーブ
    ル作成方法。
23. 【請求項２３】 流体の上流側および下流側に各々加熱
    される感温抵抗体である上流側感温抵抗体および下流側
    感温抵抗体を配置して、前記両感温抵抗体の抵抗値の差
    に基づいて前記流体の流速を検出するに際し、前記両感
    温抵抗体の端子電圧の差を示す電圧の大きさを調節する
    処理で、当該処理のための演算に使用する関係式を作成
    する関係式作成方法において、 異なる複数の環境温度で前記流体の流れのない状態で前
    記差電圧の値と前記流体の温度とを測定する測定工程
    と、 この両測定値から前記関係式を求める関係式作成工程
    と、を含んでなることを特徴とする関係式作成方法。
24. 【請求項２４】 前記関係式作成工程は、特定の温度を
    基準として前記差電圧および前記温度の各変化率を求
    め、この変化率の関係を示す１次式を前記関係式として
    求めることを特徴とする請求項２３に記載の関係式作成
    方法。
25. 【請求項２５】 前記関係式作成工程は、前記複数の環
    境温度における前記測定の値に最小二乗法を適用して前
    記関係式を求めるものである請求項２３または２４に記
    載の関係式作成方法。