JP2003065820A - 流量測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 感度および応答性が高く、かつ、ダイナミッ
クレンジが広い流体流量測定方式を提供する。 【解決手段】 流体中に配置され、熱を発する発熱体の
上流側の放熱量と、下流側の放熱量との差から、流体の
流量を測定する流量測定装置において、発熱体の上流側
に設けられて温度を検出する上流温度検出体と、発熱体
の下流側に設けられて温度を検出する下流温度検出体
と、上流温度検出体が検出した温度、および、下流温度
検出体が検出した温度の平均温度が、予め設定された温
度になるように、発熱体に供給する電力を制御する回路
とを備えた、流量測定装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量の測定
に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体の流量を測定する方式は、大きく２
種類に分けることができる。すなわち、加熱電流検出方
式と、温度差検出方式である。

【０００３】加熱電流検出方式は、流体中に設けられた
ヒーターを、流体温度に対して一定温度だけ高く保つの
に必要な加熱電流を検出して、流体の流量を測定する。
一方の温度差検出方式は、発熱抵抗体の温度を一定に保
ち、その上流側に形成された上流側温度検出抵抗体と、
下流側に形成された下流側温度検出抵抗体との温度差を
検出して、流体の流量を測定する。温度差検出方式を採
用する流体流量測定装置は例えば特公平５−７６５９に
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の２つの
方式には、それぞれ以下のような欠点が存在する。

【０００５】具体的には、加熱電流検出方式を採用する
流体流量測定装置では、小型化に適さず、かつ、小さな
流量域の流量を測定することが困難である。

【０００６】温度差検出方式を採用する流体流量測定装
置では、小型化、および、小さい流量域の流量の測定が
可能であるが、流体流量が大きくなると上流側温度検出
抵抗体の温度がそれ以上低下しなくなり、また、下流側
温度検出抵抗体の温度も低下を始める。よって大流量域
で感度が低下し、ダイナミックレンジを大きく取れな
い。また、流量変化により温度検出抵抗体の温度が変化
するため、応答性が悪い。

【０００７】本発明の目的は、小型化が可能で、感度お
よび応答性が高く、かつ、ダイナミックレンジが広い流
体流量測定方式を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による流量測定装
置は、流体中に配置され、熱を発する発熱体の上流側の
放熱量と、下流側の放熱量との差から、流体の流量を測
定する流量測定装置であって、該発熱体の上流側に設け
られて温度を検出する上流温度検出体と、該発熱体の下
流側に設けられて温度を検出する下流温度検出体と、前
記上流温度検出体が検出した温度、および、前記下流温
度検出体が検出した温度の平均温度が、予め設定された
温度になるように、前記発熱体に供給する電力を制御す
る回路とを備えている。これにより上記目的が達成され
る。

【０００９】前記上流温度検出体が検出した温度、およ
び、前記下流温度検出体が検出した温度の温度差に基づ
いて、流体の流量を測定してもよい。

【００１０】前記発熱体、および、前記上流温度検出体
の間に設けられ、前記回路から供給された電力に基づい
て熱を発する上流発熱体と、前記発熱体、および、前記
下流温度検出体の間に設けられ、前記回路から供給され
た電力に基づいて熱を発する下流発熱体とをさらに備
え、前記回路は、前記上流温度検出体が検出した温度、
および、前記下流温度検出体が検出した温度が等しくな
るように、前記上流発熱体および前記下流発熱体に供給
する電力を制御し、該電力の差に基づいて、流体の流量
を測定してもよい。

【００１１】前記回路は、流体の温度に基づいて、前記
予め設定された温度を変化させてもよい。

【００１２】前記回路は、流体の流量に基づいて、前記
予め設定された温度を変化させてもよい。

【００１３】本発明による流量測定装置は、流体中に配
置され、熱を発する発熱体の上流側の放熱量と、下流側
の放熱量との差から、流体の流量を測定し、流体の上流
側から下流側にかけて、各々が、熱を発する発熱体およ
び温度を検出する温度検出体の機能を有する第１、第
２、第３、第４、第５、第６の感温抵抗体と、感温抵抗
体を発熱させる電力の供給を制御する回路を備えた、流
体の流量を測定する流量測定装置であって、回路は、第
２、第５の感温抵抗体の発熱温度が等しくなるように、
第３、第４の感温抵抗体に供給する電力を制御し、さら
に、第１、第６の感温抵抗体の発熱温度が等しくなるよ
うに、第２、第５の感温抵抗体に供給する電力を制御
し、第３、第４の感温抵抗体に供給される電力の差と、
第２、第５の感温抵抗体に供給される電力の差とに基づ
いて、流体の流量を測定する。これにより上記目的が達
成される。

【００１４】前記第３と第４の発熱体の間に、発熱抵抗
体をさらに備え、回路は、前記第１の発熱体と第６の発
熱体の平均温度が予め設定された温度になるように、前
記発熱抵抗体に供給する電力を制御してもよい。

【００１５】前記回路は、流体の温度に基づいて、前記
予め設定された温度を変化させてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
発明の実施の形態を説明する。図面では、同一の機能を
有する構成要素には同一の参照符号を付している。

【００１７】（実施の形態１）図１は、実施の形態１の
流体流量測定装置の測定部の構成を示す図である。流体
流量測定装置は、シリコン基板１上に形成された薄肉部
３に、白金等の感温材料により形成された発熱抵抗体
４、温度センサとしての上流側温度検出抵抗体５、およ
び下流側温度検出抵抗体６を備えている。それぞれの抵
抗体４、５、６には配線部９が接続され、配線部９の一
端にはパッド部１０が接続されている。パッド部１０は
外部回路との接続のため、ワイヤボンディング等に使用
される。図２は、図１のＡ−Ａ’における薄肉部３の断
面図である。薄肉部３は、絶縁層７、８とその間に形成
された抵抗体４、５、６から形成されている。薄肉部３
の裏面側のシリコンはエッチングにより除去され、空洞
部２が形成されている。

【００１８】この流体流量測定装置が流体（例えば、空
気）の流速を検出する際の動作原理は以下のとおりであ
る。まず、発熱抵抗体４が、シリコン基板１の温度より
も高い温度（例えば、２００℃）になるように加熱され
る。このシリコン基板１の温度は、流れている空気の温
度とほぼ同じであると仮定できる。空気の流れがない場
合には、発熱抵抗体４からの熱は、上流側温度検出抵抗
体５、および、下流側温度検出抵抗体６の双方を均等に
加熱する。図に示すように、上流側温度検出抵抗体５、
および、下流側温度検出抵抗体６は、発熱抵抗体４に対
して対称に配置されるからである。このとき、上流側温
度検出抵抗体５、および、下流側温度検出抵抗体６の温
度差はなくなり、抵抗差は生じない。一方、空気の流れ
がある場合、仮に、図２の「ＦＬＯＷ」と示す矢印の方
向に空気の流れがある場合を考える。このとき、上流に
位置する上流側温度検出抵抗体５は、発熱抵抗体４方向
への空気の流れにより熱が奪われるので冷却され、下流
に位置する下流側温度検出抵抗体６は、発熱抵抗体４か
らの空気の流れにより熱せられる。この温度差により生
じる、上流側温度検出抵抗体５、および、下流側温度検
出抵抗体６の抵抗値の差が電圧値の差をもたらし、空気
の流量、流速が計測される。

【００１９】図３は、実施の形態１による、抵抗体４、
５、６を含む、流体流量測定装置の回路図である。上流
側温度検出抵抗体５（Rsu)と下流側温度検出抵抗体６
（Rsd)には定電流源１３が接続され、定電流Isが供給さ
れる。抵抗体Rsu５と抵抗体Rsd６の両端電圧（Vsu,Vsd)
は加算回路１５に入力される。加算回路１５のゲインを
Ｇとすると、加算回路の出力電圧Vaddは下記数１で表さ
れる。

【数１】

【００２０】固定抵抗R1とR2により定電圧１２（Vc）を
分圧した電圧１９（Vt）と、加算回路１５の出力電圧Va
ddとが比較され、パワートランジスタ２０により、両者
が等しくなるように発熱抵抗体４に電力が供給される。
ここで定電圧Vcを分圧した電圧Ｖtは下記数２で表され
る。

【数２】

【００２１】よって、Vt=Vaddとすると、数１および数
２から、下記数３が得られる。

【数３】

【００２２】上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗
体６の０℃の時の抵抗値をＲs0、抵抗温度係数をαs、
温度をそれぞれＴsu、Ｔsdとすると、Rsu５とRsd６の両
端電圧Vsu,Vsdは、それぞれ下記数４および数５のよう
に得られ、その結果、下記数６が得られる。

【数４】

【数５】

【数６】

【００２３】上述の数３および数６から、下記数７が得
られる。

【数７】

【００２４】数７の右辺の各項は全て定数であるから、
右辺は定数である。よって、図３に示す回路を構成する
ことにより、上流側温度検出抵抗体５の温度（Ｔsu）と
下流側温度検出抵抗体の温度（Ｔsd）の平均値を一定に
保つことができる。

【００２５】さらに図３を参照して、上流温度検出抵抗
体５および下流温度検出抵抗体６には差動増幅器１７が
接続されている。差動増幅器１７は、Rsu５とRsd６の両
端電圧Vsu,Vsdの電位差を、出力電圧Ｖｏｕｔとして端
子１６から出力する。具体的には、出力電圧Ｖoutは、
下記数８に示すように

【数８】 となる。数８から明らかなように、出力電圧Ｖoutは、
上流温度検出抵抗体５の温度(Ｔsu)と下流温度検出抵抗
体６の温度(Ｔsd)の差に比例することが理解される。

【００２６】出力電圧Ｖoutから、流量を得るために
は、一般に、流量−出力電圧のテーブルを予め作成して
おき、このテーブルを参照すればよい。テーブルは、流
体流量測定装置が有するメモリ（図示せず）に格納され
る。テーブルを参照する動作は流体流量測定装置の中央
演算装置（図示せず）が行う。なお、テーブルを用いる
ことなく、出力電圧Ｖoutを変数として、流量が出力値
として与えられる換算式を用いてもよい。

【００２７】図４は、流体の流量に応じた、上流温度検
出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の温度変化のグラフ
である。この図は、熱回路網法によりシミュレーション
を行った結果に基づいて作成されている。曲線２１、お
よび曲線２２は、それぞれ、本実施の形態による上流温
度検出抵抗体５の温度、および、下流温度検出抵抗体６
の温度を示す。一方、曲線２３、２４は、それぞれ、従
来例における上流温度検出抵抗体５の温度と下流温度検
出抵抗体６の温度を示す。従来例では上流温度検出抵抗
体５の温度、および、下流温度検出抵抗体６の温度は、
流量が大きくなると低下し、その平均温度も流量ととも
に低下する。数７に関連して説明したように、本実施の
形態では、上流側温度検出抵抗体５の温度と下流側温度
検出抵抗体６の平均温度を一定に保つよう制御してい
る。したがって、上流側温度検出抵抗体５の温度（曲線
２１）が流量とともに低下すると、下流側温度検出抵抗
体６の温度（曲線２２）は流量ともに上昇する。

【００２８】本実施の形態における上流側温度検出抵抗
体５の流量による温度低下（曲線２１）は、従来例にお
ける上流側温度検出抵抗体５の流量による温度低下（曲
線２３）よりも小さい。このため流量がある程度大きく
なった場合には、本発明における上流側温度検出抵抗体
５の温度は、従来例における上流側温度検出抵抗体５の
温度よりも高くなる。測定可能温度の観点から説明する
と、例えば、測定可能温度の下限が６５℃と仮定したと
き、従来は曲線２３で示すように約６０ｇ／ｓの流量ま
でしか測定できなかった。しかし実施の形態１によれ
ば、約２００ｇ／ｓまで測定可能である。よって実施の
形態１における上流側温度検出抵抗体５の温度は、従来
例に比べ、より大流量まで変化が許容される。

【００２９】図５は、上流温度検出抵抗体５の温度と下
流温度検出抵抗体６の温度の差の流量依存性を示すグラ
フである。図中、曲線２５は実施の形態１における上流
温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の温度差を示
す。一方、曲線２６は従来例における上流温度検出抵抗
体５と下流温度検出抵抗体６の温度差を示す。上述のよ
うに、実施の形態１における上流側温度検出抵抗体５の
温度は、より大流量まで変化が可能であり、また、本発
明の下流側温度検出抵抗体６の温度は流量とともに増大
する。したがって、その温度差は従来に比べて大きくな
り、より大流量まで大きな流量依存性を示す。

【００３０】実施の形態１で説明した上述の構成によれ
ば、上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の温
度差は従来例に比べより大流量まで大きく変化する。よ
って、特に大流量において感度が向上し、ダイナミック
レンジが拡大できる。また、上流側と下流側の温度検出
体５、６の温度をフィードバック制御することになるの
で、オープンループだった従来に比べ応答性が改善す
る。

【００３１】（実施の形態２）実施の形態１では、上流
温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の平均温度を
出すために図３に示す加算回路１５を用いた。実施の形
態２では、異なる回路を用いて、実施の形態１と同じ結
果を得ることができる構成を説明する。

【００３２】図６は、実施の形態２による、抵抗体４、
５、６を含む、流体流量測定装置の回路図である。図６
に示すように、上流温度検出抵抗体５の一方の端部は下
流温度検出抵抗体６と直列に接続されており、他方の端
部は、定電流Isを供給する定電流源１３に接続されてい
る。このとき上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗
体６が直列接続された高電位側の電圧２７(Vs)は、下記
数９のように、

【数９】 となり、実施の形態１のＶaddと同様に(Ｔsu＋Ｔsd)に
依存した電圧が得られる。

【００３３】差動増幅器１７は、上流側温度検出抵抗体
５の両端電圧と下流側温度検出抵抗体６の両端電圧との
差電圧を出力する。

【００３４】このような構成によっても、上流温度検出
抵抗体５と下流温度検出抵抗体６の温度差は従来例に比
べより大流量まで大きく変化するので、特に大流量にお
いて感度が向上し、ダイナミックレンジが拡大できる。

【００３５】実施の形態１、２の回路構成では、上流温
度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体６に定電流を供給
する定電流源１３を用いた。しかし、定電圧を印加する
定電圧源を用いても同様の結果が得られる。また、上流
側と下流側の温度検出体５、６の温度をフィードバック
制御することになるので、オープンループだった従来に
比べ応答性が改善する。

【００３６】（実施の形態３）図７は、実施の形態３の
流体流量測定装置の測定部の構成を示す図である。流体
流量測定装置は、シリコン基板１上に形成された薄肉部
３に、中央発熱抵抗体４、上流側温度検出抵抗体５、下
流側温度検出抵抗体６、および、上流側発熱抵抗体２
８、下流側発熱抵抗体２９を備えている。上流側発熱抵
抗体２８は、中央発熱抵抗体４と上流側温度検出抵抗体
５の間（近傍）に、下流側発熱体２９は、中央発熱抵抗
体４と下流側温度検出抵抗体６の間（近傍）に配置され
ている。その他の構成は図１および図２と同様である。

【００３７】実施の形態３では、中央発熱抵抗体４、上
流側温度検出抵抗体５、下流側温度検出抵抗体６を用い
て図３と同様の回路を構成し、上流側温度検出抵抗体５
と下流側温度検出抵抗体６の平均温度を一定に保つよう
に中央発熱抵抗体４に供給する電力を制御する。

【００３８】図８は、実施の形態３による、抵抗体５、
６、２８、２９を含む流体流量測定装置の回路図であ
る。上流側温度検出抵抗体５（Rsu)と下流側温度検出抵
抗体６（Rsd)には定電流を供給する定電流源１３が接続
されている。図８に示すように、上流側温度検出抵抗体
５の両端電圧（Vsu)と下流側温度検出抵抗体６の両端電
圧（Vsd)とは、それぞれコンパレータ３０の−入力端子
と＋入力端子とに入力される。コンパレータ３０の出力
は、上流側温度検出抵抗体５の温度が下流側温度検出抵
抗体６の温度より低い場合（すなわちVsu<Vsdの場合）
にはハイレベルとなり、逆の場合（すなわちVsu>Vsdの
場合)にはローレベルとなる。コンパレータ３０の出力
はスイッチ３１、３２に接続される。スイッチ３１は上
流側発熱抵抗体２８と電源１１との接続を制御し、スイ
ッチ３２は下流側発熱抵抗体２９と電源１１との接続を
制御する。

【００３９】次に図８の回路の動作を説明する。上流側
から流体の流れが生じた場合、上流側温度検出抵抗体５
の温度は下流側温度検出抵抗体６の温度より低くなり、
それぞれの両端電圧の関係はVsu<Vsdとなる。このとき
コンパレータ３０の出力はハイレベルになるので、スイ
ッチ３１がオンされ、スイッチ３２がオフされる。そし
て上流側発熱抵抗体２８が電源１１に接続される。上流
側発熱抵抗体２８に電流が流れるとジュール熱により発
熱し、近傍にある上流側温度検出抵抗体５の温度を上昇
させる。上流側温度検出抵抗体５の温度が上昇して、下
流側温度検出抵抗体６の温度より高くなると、それぞれ
の両端電圧の関係はVsu>Vsdとなる。このときコンパレ
ータ３０の出力はローレベルとなり、スイッチ３１はオ
フされ、スイッチ３２はオンされて、下流側発熱抵抗体
２９と電源１１とが接続される。下流側発熱抵抗体２９
に電流が流れるとジュール熱により発熱し、近傍にある
下流側温度検出抵抗体６の温度を上昇させる。下流側温
度検出抵抗体６の温度が上昇して、上流側温度検出抵抗
体５の温度より高くなると、それぞれの両端電圧の関係
はVsu＜Vsdとなり、初期の状態に戻る。このようにスイ
ッチ３１、３２の働きにより、電源１１を上流側発熱抵
抗体２８と下流側発熱抵抗体２９に交互に切り換える動
作が繰り返され、上流側温度検出抵抗体５の温度と下流
側温度検出抵抗体６の温度が等しくなるように制御され
る。

【００４０】図９は、抵抗体２８（図８）および抵抗体
２９（図８）の端子電圧と、出力端子１６（図８）の電
圧との関係を示す図である。図中、パルス３６は、上流
側発熱抵抗体２８（図８）の＋側端子３４の電圧を示
す。パルス３７は下流側発熱抵抗体２９（図８）の＋側
端子３５の電圧を示す。パルス３８は出力端子１６（図
８）の電圧を示す。上流側から流体が流れている場合、
上流側温度検出抵抗体５（図８）の温度と、下流側温度
検出抵抗体６（図８）の温度とを等しくするためには、
上流側発熱抵抗体２８（図８）により多くの電力を供給
しなければならない。したがって、スイッチ３１（図
８）が閉じている時間t1の方がスイッチ３２（図８）が
閉じている時間t2より長くなる。この差（または比）は
流体の流量が大きいほど大きくなる。逆流の場合は大小
関係が逆になる。図１０は、出力電圧３８からアナログ
電圧を得る際の処理を示す図である。図１０に示すよう
に、出力電圧３８をローパスフィルタ４１に通すことに
より、アナログ電圧出力４２）が得られる。電圧４２は
出力電圧３８のデューティ比[t1/(t1+T2)]に応じた値と
なる。よって電圧４２を測定することにより、流体の流
量を知ることができる。

【００４１】図１１は、実施の形態３の構成による流量
とデューティ比との関係を示すグラフ３９である。デュ
ーティ比は、流量０の時は５０％で、流量の増大ととも
に増大する。デューティ比が１００％になる流量は、上
下流発熱抵抗体と上下流温度検出抵抗体の位置関係や電
源電圧によって調整できる。図１０に示す出力回路を用
いた場合、図１１と同様の出力カーブが得られる。

【００４２】図３に示す回路により、上流側温度検出抵
抗体５（図３）と下流側温度検出抵抗体６（図３）の平
均温度を一定に保ち、しかも図８に示す回路により両者
の温度を等しく制御することにより、抵抗体５、６の温
度は全流量範囲において一定に保たれることになる。

【００４３】以上のように、実施の形態３では上流側温
度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の温度が流量
によらず一定に保たれるので、ダイナミックレンジが拡
大する。また、流量変化による温度変化が生じないので
応答性が向上する。さらに、抵抗体の温度を１００℃以
上に保つことができるので、水滴などが付着した場合に
即座に蒸発させることができ、水分付着による特性のド
リフトを低減することができる。

【００４４】（実施の形態４）図１２は、図１０で説明
した出力電圧Vout をデジタル出力するための処理を示
す図である。出力電圧３８と高周波パルス信号４３とを
乗算器４４によって乗算すると、出力電圧３８がハイレ
ベルにあるときだけ（図９のt1の間だけ）高周波パルス
４５が残る。この高周波パルス４５のパルス数を、一定
時間、パルスカウンタ４６で計数することにより、デジ
タル出力４７が得られる。

【００４５】このような構成により出力電圧をデジタル
化することにより、実施の形態３と同様の効果が得られ
る上に、コンピュータを利用する際の、中央処理装置
（以下、「ＣＰＵ」という）との結合性が良くなる。

【００４６】（実施の形態５）実施の形態３では、デュ
ーティ比[t1/(t1+t2)]を出力として採用したが、デュー
ティ比差[(t1-t2)/(t1+t2)]を出力とすることもでき
る。図１３は、デューティ比差を出力するための処理を
示す図である。まず上流側発熱抵抗体２８（図８）の＋
側の端子３４の電圧４８（Vhu）と、下流側発熱抵抗体
２９（図８）の＋側の端子３５の電圧４９（Vhd）と
を、それぞれローパスフィルタ４１に通すことにより、
アナログ電圧を得る。得られたアナログ電圧を減算回路
５０で減算処理することにより、デューティ比差[(t1-t
2)/(t1+t2)]に応じたアナログ電圧５１が得られる。図
１４は、実施の形態５の構成による流量とデューティ比
差との関係を示すグラフ４０である。実施の形態５のデ
ューティ比差[(t1-t2)/(t1+t2)]は、図１４の曲線４０
で示す流量依存性を有するので、図１３の出力処理で得
られる出力電圧５１も曲線４０と同様の流量依存性を有
する。

【００４７】このような構成によっても実施の形態３と
同様の効果が得られるとともに、オフセット出力（流量
０での出力）が０にできるので感度がさらに向上する。

【００４８】（実施の形態６）図１５は、上流側発熱抵
抗体２８（図８）の＋側の端子３４の電圧４８（Vhu）
と、下流側発熱抵抗体２９（図８）の＋側の端子３５の
電圧４９（Vhd）とを、デジタル出力するための処理を
示す図である。乗算器４４において、電圧４８と４９の
それぞれに高周波パルス信号４３を乗算すると、電圧波
形４８、４９がハイレベルにあるときだけ高周波パルス
５３、５４が残る。このパルス５３、５４のパルス数
を、一定時間、パルスカウンタ４６で計数し、減算器５
０で減算処理することによりデジタル出力４７が得られ
る。

【００４９】このような構成にすることにより、実施の
形態５と同様の効果が得られる上に、ＣＰＵとの結合性
が良くなる。

【００５０】実施の形態３、４、５、６の回路構成で
は、上流温度検出抵抗体５および下流温度検出抵抗体６
には、定電流を供給する定電流源１３を用いた。しか
し、定電圧を印加する定電圧源を用いても同様の結果が
得られる。

【００５１】（実施の形態７）図１６は、実施の形態７
の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図である。実
施の形態７の流体流量測定装置では、シリコンチップ１
上に流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体５５が形
成されている。流体温度検出抵抗体５５は、発熱抵抗体
４から熱的な影響を受けないように薄肉部３から離れた
位置に形成される。流体温度検出抵抗体５５の裏面のシ
リコンをエッチングにより除去し、流体温度検出抵抗体
５５を第２の薄肉部上に形成してもよい。

【００５２】図１７は、実施の形態７による、流体温度
検出抵抗体５５を含む、流体流量測定装置の回路図であ
る。この回路において、電圧１９（Vt）は数１０で表さ
れる。

【数１０】

【００５３】数１のＶaddと、数１０のＶｔとが等しく
なるように制御すると、下記数１１が成り立つ。

【数１１】

【００５４】流体温度検出抵抗体５５の０℃の時の抵抗
値をＲa0、抵抗温度係数をαaとすると、流体温度（お
よび抵抗体５５）の温度がＴaのとき、

【数１２】 数１１、および数６から

【数１３】 が成り立つ。数１３の右辺に流体温度検出抵抗体５５の
温度Ｔaが含まれているため、右辺全体はＴaに依存した
値となる。よって、上流側温度検出抵抗体５の温度（Ｔ
su）と下流側温度検出抵抗体６の温度（Ｔsd）の平均値
も流体温度Ｔaに依存した値となり、流体温度Ｔaが高い
ときは上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体
６の平均温度も高く、流体温度Ｔaが低いときは上流側
温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の平均温度
も低くなる。流体温度Ｔaと、上流側温度検出抵抗体５
および下流側温度検出抵抗体６の平均温度との関係は、
数１３中の回路定数Ｒ１やＲ２により調整できる。

【００５５】このような構成および制御を採用すること
により、流体の温度が変化したときの特性の変化を補償
することができ、温度特性が向上する。

【００５６】（実施の形態８）実施の形態７では、電圧
１９（Ｖｔ）が流体温度によって変化するよう、流体温
度検出抵抗体５５（Ｒａ）を抵抗Ｒ１、Ｒ２と直列に接
続した。しかし、数１３から理解されるように、電圧Ｖ
eを流体温度によって変化させても同様の効果が得られ
る。例えば図１８のような構成を採用することもでき
る。

【００５７】図１８は、実施の形態８における、電圧Ｖ
eを出力する回路図である。この回路では、固定抵抗（R
3,R4)および流体温度検出抵抗体５５により定電圧源５
６を分圧した電圧を電圧Ｖeとして出力する。流体温度
の変化は、流体温度検出抵抗体５５を用いて検出される
ので、流体温度が変化したときにＶeを変化させること
ができる。よって、上流側温度検出抵抗体５（図１７）
の温度（Ｔsu）と下流側温度検出抵抗体６（図１７）の
温度（Ｔsd）の平均値も、流体温度Ｔaにより変化させ
ることができる。流体温度Ｔaと上流側温度検出抵抗体
５、下流側温度検出抵抗体６の平均温度との関係は、図
１８中の固定抵抗Ｒ3やＲ4により調整すればよい。

【００５８】上述の公正によれば、流体の温度が変化し
たときの特性の変化を補償することができ、温度特性が
向上する。

【００５９】（実施の形態９）実施の形態８で説明した
ように、流体温度検出抵抗体を用いれば、流体温度の変
化を反映した特性の変化を保証できる。

【００６０】図１９は、実施の形態９における、流体温
度検出抵抗体５５を挿入した流体流量測定装置の回路図
である。

【００６１】さらに言うまでもなく、実施の形態３、
４、５、６においても、図１７、１８、１９に示す回路
の構成を採用することにより、流体の温度が変化したと
きの特性の変化を補償することができ、温度特性が向上
する。

【００６２】（実施の形態１０）実施の形態１におい
て、図５に示す上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検
出抵抗体６の温度差（△Ｔs＝Ｔsu−Ｔsd）の流量依存
性が、曲線２５により示されているとする。また、中央
発熱抵抗体４の温度（Ｔh）と流体の温度（Ｔa）との温
度差を△Ｔhとする（△Ｔh＝Ｔh−Ｔa）。この温度差△
Ｔhと、流体の流量との関係は、図２０の曲線５７に示
すとおりである。すなわち、図２０は、流体の流量と温
度差△Ｔhとの関係を示すグラフである。両者の間には
以下のような関係があることが実験的に確かめられてい
る。

【数１４】

【００６３】ここでｋ(Q)は流量に依存する係数であ
る。数１４から理解されるように、△Ｔhを変化させる
ことにより、抵抗体５と６の温度差△Ｔsを変化させる
ことができる。

【００６４】実施の形態１０では、抵抗体４と流体の温
度差△Ｔhを流量に応じて変化させる。図２１は、流量
によって変化させた温度差△Ｔhを示すグラフ５７を示
す。温度差△Ｔhをこのように変化させることにより、
△Ｔsを線形にすることができる。図２２は、図２１に
示す抵抗体４と流体の温度差△Ｔhに基づいて得られ
た、抵抗体５と６の温度差△Ｔsを示す線形のグラフ５
８である。数８によれば、出力電圧Ｖoutは△Ｔsに比例
することから、△Ｔsが線形であれば、流量に対して線
形な出力電圧Ｖoutが得られる。

【００６５】出力電圧が流量に対して線形になると、脈
動流特性が改善されることを図２３、図２４において説
明する。図２３、および、図２４は、脈動流特性の説明
図である。脈動流特性とは、流体の流量がある周波数で
変動している場合にいかに正確に流量測定を行えるかと
いう特性である。自動車のエンジンに吸入される空気の
管路内では、高負荷域において、脈動流が実際に発生す
る場合がある。図２３を参照して、まず従来の場合（出
力電圧が非線形の場合）を説明する。曲線５９は、流量
と出力電圧の関係を示す。このとき、曲線６０で示すよ
うな、流量が時間的に変動する脈動流を電圧変換する
と、曲線６１で示す波形が得られる。自動車用のエンジ
ン制御の場合、ある時間間隔の平均値を出力として用い
る。そこで曲線６１の平均値を計算すると、一点鎖線６
２で示す電圧レベルとなる。ところが、これを曲線５９
を用いて流量変換すると一点鎖線６３で示す流量になる
が、これは脈動流６０の平均流量６４と一致しない。上
述のように、非線形の流量−出力関係を用いて脈動流を
電圧変換し、その平均電圧を再度流量変換するような信
号処理をすると、実際の平均流量とは異なる流量値が計
算される。この差が脈動流誤差として現れる。

【００６６】図２４の曲線６５で示すように、流量と出
力電圧の関係が線形である場合は、脈動流量６０を電圧
変化すると６６で示すような波形となり、その平均電圧
を流量換算した値６７と脈動流量６０の平均値６４とは
一致する。このため脈動流誤差は発生しない。

【００６７】本実施の形態では、流量と出力電圧の関係
が線形となるように発熱抵抗体４の温度を流量によって
変化させたので脈動特性が改善される。なお、本実施の
形態の内容は、実施の形態２に対しても適用できる。こ
れにより、上述した本実施の形態の効果と同じ効果が得
られる。

【００６８】（実施の形態１１）図２５は、実施の形態
１１の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図であ
る。流体流量測定装置は、シリコン基板１上に形成され
た薄肉部３に、上流側から上流側温度検出抵抗体５、第
1の発熱抵抗体６８、第２の発熱抵抗体６９、第３の発
熱抵抗体７０、第４の発熱抵抗体７１、下流側温度検出
抵抗体６の６つの抵抗体を備えている。なお、「温度検
出抵抗体」、および、「発熱抵抗体」と区別している
が、これらは、「感温抵抗体」と呼ばれる同一の要素と
考えることができる。すなわち、感温抵抗体は、温度を
検出する機能と、熱を発する機能の２つの機能を有す
る。

【００６９】図２６は、実施の形態１１による、６つの
抵抗体を含む、流体流量測定装置の回路図である。上流
側温度検出抵抗体５（Rsu)と下流側温度検出抵抗体６
（Rsd)には定電流源１３が接続され、定電流Isが供給さ
れる。上流側温度検出抵抗体５の両端電圧（Vsu)と下流
側温度検出抵抗体６の両端電圧（Vsd)とは、それぞれコ
ンパレータ７２の−入力端子と＋入力端子とに入力され
る。コンパレータ７２の出力は、上流側温度検出抵抗体
５の温度が下流側温度検出抵抗体６の温度より低い場合
（すなわちVsu<Vsdの場合）にはハイレベルとなり、逆
の場合（すなわちVsu>Vsdの場合)にはローレベルとな
る。コンパレータ７２の出力はスイッチ７４、７５に接
続される。

【００７０】第１の発熱抵抗体６８と第４の発熱抵抗体
７１には、定電流Ｉsを供給する定電流源８０が接続さ
れている。第１の発熱抵抗体６８の両端電圧８２（Vh1)
と、第４の発熱抵抗体７１の両端電圧８５（Vh4)は、そ
れぞれコンパレータ７３の−入力端子と＋入力端子に入
力される。コンパレータ７３の出力は、第1の発熱抵抗
体６８の温度が第4の発熱抵抗体７１の温度より低い場
合（すなわちVh1<Vh4の場合)はハイレベルとなり、逆の
場合（すなわちVh1>Vh4の場合)はローレベルとなる。コ
ンパレータ７３の出力はスイッチ７６，７７，７８，７
９に接続されている。スイッチ７４の一端は電源１１に
接続され、他端はスイッチ７８の一端、および、スイッ
チ７９の一端に接続されている。スイッチ７８の他端
は、第２の発熱抵抗体６９に接続され、スイッチ７９の
他端は第１の発熱抵抗体６８に接続されている。また、
スイッチ７５の一端は電源１１に接続され、他端はスイ
ッチ７６の一端、および、スイッチ７７の一端に接続さ
れている。スイッチ７６の他端は第４の発熱抵抗体７１
に接続され、スイッチ７７の他端は第３の発熱抵抗体７
０に接続されている。コンパレータ７２の出力端１６と
コンパレータ７３の出力端８１の電圧が出力電圧とな
る。

【００７１】次に図２６の回路の動作を説明する。上流
側から流体の流れが生じた場合、上流側温度検出抵抗体
５の温度は下流側温度検出抵抗体６の温度より低くな
り、それぞれの両端電圧の関係はVsu<Vsdとなる。この
ときコンパレータ７２の出力はハイレベルになるので、
スイッチ７４がオンされ、スイッチ７５がオフされる。
またこのとき、第1の発熱抵抗体６８の温度は第４の発
熱抵抗体７１の温度よりも低くなり、それぞれの両端電
圧の関係はVh1<Vh4となる。よってコンパレータ７３の
出力はハイレベルとなり、スイッチ７６とスイッチ７８
がオンされ、スイッチ７７とスイッチ７９はオフされ
る。すると第２の発熱抵抗体６９が電源１１に接続され
る。

【００７２】第２の発熱抵抗体６９に電流が流れるとジ
ュール熱により発熱し、近傍にある第１の発熱抵抗体６
８の温度を上昇させる。第１の発熱抵抗体６８の温度が
上昇して、第４の発熱抵抗体７１の温度より高くなる
と、それぞれの両端電圧の関係はVh1>Vh4となる。この
ときコンパレータ７３の出力はローレベルとなり、スイ
ッチ７６、７８はオフされ、スイッチ７７、７９はオン
されて、第１の発熱抵抗体６８と電源１１とが接続され
る。

【００７３】第１の発熱抵抗体６８に電流が流れるとジ
ュール熱により発熱し、近傍にある上流側温度検出抵抗
体５の温度を上昇させる。上流側温度検出抵抗体５の温
度が上昇して、下流側温度検出抵抗体６の温度より高く
なると、それぞれの両端電圧の関係はVsu＞Vsdとなる。
その結果、コンパレータ７２の出力がローレベルとな
り、スイッチ７４はオフされ、スイッチ７５はオンされ
る。すると、第３の発熱抵抗体７０と電源１１とが接続
され、第３の発熱抵抗体７０に電流が流れる。

【００７４】第３の発熱抵抗体７０はジュール熱により
発熱し、近傍にある第４の発熱抵抗体７１の温度を上昇
させる。第４の発熱抵抗体７１の温度が上昇して、第１
の発熱抵抗体６８の温度より高くなると、それぞれの両
端電圧の関係はVh1＜Vh4となる。このときコンパレータ
７３の出力はハイレベルとなり、スイッチ７７、７９は
オフされ、スイッチ７６、７８はオンされる。すると第
４の発熱抵抗体７１と電源１１が接続され、第４の発熱
抵抗体７１に電流が流れる。

【００７５】第４の発熱抵抗体７１はジュール熱により
発熱し、近傍にある下流側温度検出抵抗体６の温度を上
昇させる。下流側温度検出抵抗体６の温度が上昇し、上
流側温度検出抵抗体５の温度より高くなると、それぞれ
の両端電圧の関係はVsu<Vsdとなる。このときコンパレ
ータ７２の出力はハイレベルとなり、スイッチ７５はオ
フされ、スイッチ７４はオンされて、初期の状態に戻
る。

【００７６】このように、スイッチ７４、７５、７６、
７７、７８、７９によって、電源１１を第１、第２、第
３、第４の発熱抵抗体に順番に切り換える動作が繰り返
され、上流側温度検出抵抗体５の温度と下流側温度検出
抵抗体６の温度、および、第１の発熱抵抗体６８の温度
と第４の発熱抵抗体７１の温度が等しくなるように制御
される。

【００７７】図２７は、抵抗体６８〜７１（図２６）の
端子電圧と、出力端子１６、８１（図２６）の電圧との
関係を示す図である。図中、パルス８６は、図２６にお
ける第１の出力電圧１６（Vout1)を示す。パルス８７
は、第２の出力電圧８１（Vout2)を示す。また、パルス
８８は第２の発熱抵抗体６９の両端電圧（Vh2)、パルス
８９は第１の発熱抵抗体６８の両端電圧（Vh1)、パルス
９０は第３の発熱抵抗体７０の両端電圧（Vh3)、パルス
９１は第４の発熱抵抗体７１の両端電圧（Vh4)を示す。
図２７に示すタイミングから明らかなように、パルス８
６（Vout1）およびパルス８７（Vout2)の両方がハイレ
ベルのとき、パルス８８（Vh2）がハイレベルになる。
そして、その後、Vh1、Vh3、Vh4の順にハイレベル状態
が移動し、再度Vh2に戻る。図２８は、Vout1,Vout2とVh
1〜Vh4との関係を示す図である。上流側から流体が流れ
ている場合、上流側温度検出抵抗体５の温度が下流側温
度検出抵抗体６の温度より低い時間の方が長いため、コ
ンパレータ７２の出力がハイレベルにある時間(t1)の方
がローレベルにある時間(t2)より長くなる。また、第１
の発熱抵抗体６８の温度が第４の発熱抵抗体７１の温度
より低い時間の方が長いためコンパレータ７３の出力が
ハイレベルにある時間（t3)の方がローレベルにある時
間(t4)より長くなる。それぞれの差（あるいは比）は流
体の流量が大きいほど大きくなる。逆流の場合は大小関
係が逆になる。

【００７８】図２９に示すように、出力電圧８６（Vout
1）、８７（Vout2）をローパスフィルタ９２、９３に通
すことにより、アナログ出力電圧９４、９５が得られ
る。アナログ出力電圧９４、９５は、出力電圧８６、８
７のデューティ比[t1/(t1+T2)]、および、[t3/(t3+t4)]
に応じた値をとる。アナログ出力電圧９４、９５を加算
回路９６によって加算することにより最終的な出力電圧
９７が得られる。よって電圧９７を測定することによ
り、流体の流量を知ることができる。

【００７９】図３０は、２つの出力電圧９４、９５から
得られた最終的な出力電圧９７のグラフを示す図であ
る。上流側温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗
体６の温度の大小関係に基づいて得られた出力電圧９４
（Vout1）は、第１の発熱抵抗体６８と第４の発熱抵抗
体７１の温度の大小関係に基づいて得られた出力電圧９
５（Vout2）よりも、より小流量域で変化が大きくな
る。逆に大流量域では、出力電圧９４（Vout1）が飽和
状態になるのに対し、出力電圧９５（Vout2）は変化が
大きくなる。これは上流側温度検出抵抗体５と下流側温
度検出抵抗体６が薄肉部３上の高温部（中央部）から離
れた位置にあり、小流量で温度変化がおきやすいためで
あり、さらに、第１、第４の発熱抵抗体６８、７１は高
温部により近く、大流量で温度変化が起きやすくなるた
めである。２つの出力電圧を加算することにより、小流
量でも大流量でも感度の高い出力電圧９７が得られる。
比較のため、従来の出力電圧９８を点線で示す。

【００８０】以上のように、本実施の形態では小流量域
で感度の良い出力と大流量域で感度の良い出力を加算し
て出力とするので、広範囲において感度の良い出力が得
られ、ダイナミックレンジが拡大する。また、上流側温
度検出抵抗体５、下流側温度検出抵抗体６、第１の発熱
抵抗体６８、第４の発熱抵抗体７１の温度をフィードバ
ック制御することになるので、オープンループだった従
来に比べ応答性が向上する。

【００８１】（実施の形態１２）図３１は、図２９で説
明した出力電圧８６(Vout1)および８７(Vout2) をデジ
タル出力するための処理を示す図である。出力電圧８
６、８７と高周波パルス信号９９を乗算器１００、１０
１によって乗算すると、出力電圧８６、８７がハイレベ
ルにあるときだけ（図２７のｔ１、ｔ３の間だけ）高周
波パルス１０２、１０３が残る。これら高周波パルス１
０２、１０３のパルス数を、一定時間、パルスカウンタ
１０４、１０５で計数し、その結果を加算回路１０６で
加算することにより、デジタル出力１０７が得られる。

【００８２】このような構成にすることにより、実施の
形態１１と同様の効果が得られる上に、ＣＰＵとの結合
性が良くなる。

【００８３】（実施の形態１３）実施の形態１１では、
デューティ比[t1/(t1+t2)]、[t3/(t3+t4)]を出力として
採用したが、デューティ比差[(t1-t2)/(t1+t2)]、[(t3-
t4)/(t3+t4)]を出力とすることもできる。

【００８４】図３２は、デューティ比差を出力するため
の処理を示す図である。まず、出力電圧８６(Vout1)
は、ローパスフィルタ９２に通され、アナログ電圧９４
が得られる。また、出力電圧８６(Vout1)は、反転回路
１０８で反転され、さらにローパスフィルタ１１０に通
され、アナログ電圧１１２が得られる。これらのアナロ
グ電圧９４、１１２を減算回路１１４で減算処理するこ
とにより、デューティ比差[(t1-t2)/(t1+t2)]に応じた
アナログ電圧１１６が得られる。

【００８５】一方、出力電圧８７(Vout2)は、ローパス
フィルタ９３に通され、アナログ電圧９５が得られる。
また、出力電圧８７(Vout2)は、反転回路１０９で反転
され、さらにローパスフィルタ１１１に通され、アナロ
グ電圧１１３が得られる。これらのアナログ電圧９５、
１１３を減算回路１１５で減算処理することにより、デ
ューティ比差[(t3-t4)/(t3+t4)]に応じたアナログ電圧
１１７が得られる。

【００８６】以上のようにして得られたアナログ電圧１
１６、１１７を、加算回路９６で加算することにより最
終出力電圧９７が得られる。

【００８７】このような構成によっても実施の形態１１
と同様の効果が得られるとともに、オフセット出力（流
量０での出力）が０にできるので感度がさらに向上す
る。

【００８８】（実施の形態１４）図３３は、図２９で説
明した出力電圧８６(Vout1)および８７(Vout2) をデジ
タル出力するための別の処理を示す図である。

【００８９】まず乗算器１００において、出力電圧８６
(Vout1)に高周波パルス信号９９を乗算すると、出力電
圧８６がハイレベルにあるときだけ高周波パルス１０２
が残る。このパルス１０２のパルス数を、一定時間、パ
ルスカウンタ１０４で計数する。また、出力電圧８６(V
out1)を反転回路１１８で反転し、乗算器１２０におい
て、高周波パルス信号９９を乗算すると、反転電圧がハ
イレベルにあるときだけ高周波パルス１２２が残る。こ
のパルス１２２のパルス数を、一定時間、パルスカウン
タ１２４で計数する。以上のようにして得られたパルス
の計数結果を、減算回路１２６で減算処理する。

【００９０】一方、乗算器１０１において、出力電圧８
７(Vout2)に高周波パルス信号９９を乗算すると、出力
電圧８７がハイレベルにあるときだけ高周波パルス１０
３が残る。このパルス１０３のパルス数を、一定時間、
パルスカウンタ１０５で計数する。また、出力電圧８７
(Vout2)を反転回路１１９で反転し、乗算器１２１にお
いて、高周波パルス信号９９を乗算すると、反転電圧が
ハイレベルにあるときだけ高周波パルス１２３が残る。
このパルス１２３のパルス数を、一定時間、パルスカウ
ンタ１２５で計数する。以上のようにして得られたパル
スの計数結果を、減算回路１２７で減算処理する。

【００９１】以上のようにして求めたそれぞれの減算結
果を、加算回路１０６において加算することにより、最
終的なデジタル出力１０７が得られる。

【００９２】このような構成にすることによっても、実
施の形態１３と同様の効果が得られる上に、ＣＰＵとの
結合性が良くなる。

【００９３】実施の形態１１、１２、１３、１４の回路
構成では、上流温度検出抵抗体５と下流温度検出抵抗体
６、第１の発熱抵抗体６８、および、第４の発熱抵抗体
７１には、定電流を供給する定電流源１３、８０を用い
た。しかし、定電圧を印加する定電圧源を用いても同様
の結果が得られる。

【００９４】（実施の形態１５）図３４は、実施の形態
１５の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図であ
る。実施の形態１５の流体流量測定装置では、第２の発
熱抵抗体６９と第３の発熱抵抗体７０との間に中央発熱
抵抗体４を形成した。図では、配線部９とパッド部１０
は図２５と同様であるので、それらの記載は省略してい
る。中央発熱抵抗体４(Rh）、上流側温度検出抵抗体５
(Rsu)、および、下流側温度検出抵抗体６(Rsd)により定
温度回路を構成し、上流側温度検出抵抗体５と下流側温
度検出抵抗体６の平均温度が一定となるように中央発熱
抵抗体４に供給する電力を制御する。定温度回路図は図
３と同一である。

【００９５】図３の回路によれば、上流側温度検出抵抗
体５および下流側温度検出抵抗体６の平均温度を一定に
保つことができる。さらに図２６の回路により、上流側
温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗体６の温度
を等しく制御することにより、抵抗体５、６の温度は全
流量範囲において一定に保たれることになる。

【００９６】以上のように、本実施の形態の構成によれ
ば、上流側温度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６
の温度が流量によらず一定に保たれるので、ダイナミッ
クレンジの拡大が図れる。また、流量変化による温度変
化が生じないので応答性が向上する。さらに、抵抗体の
温度を１００℃以上に保つことができるので、水滴など
が付着した場合に即座に蒸発させることができ、水分付
着による特性のドリフトを低減することができる。

【００９７】（実施の形態１６）図３５は、実施の形態
１６の流体流量測定装置の測定部の構成を示す図であ
る。図では、配線部９とパッド部１０は図２５と同様で
あるので、それらの記載は省略している。

【００９８】実施の形態１６では、シリコンチップ１上
に流体の温度を検出する流体温度検出抵抗体５５(Ra)を
形成する。流体温度検出抵抗体５５は発熱抵抗体４、６
８、６９、７０、７１から熱的な影響を受けないように
薄肉部３から離れた位置に形成される。流体温度検出抵
抗体５５の裏面のシリコンをエッチングにより除去し、
流体温度検出抵抗体５５を第２の薄肉部上に形成しても
よい。

【００９９】流体温度検出抵抗体５５を用いて図１７に
示す回路を構成する。これにより、実施の形態７と同様
に、上流側温度検出抵抗体５の温度（Ｔsu）と下流側温
度検出抵抗体６の温度（Ｔsd）との平均値が流体温度Ｔ
aに依存した値となり、流体温度Ｔaが高いときは上流側
温度検出抵抗体５および下流側温度検出抵抗体６の平均
温度も高い。一方、流体温度Ｔaが低いときは上流側温
度検出抵抗体５と下流側温度検出抵抗体６の平均温度も
低くなるように制御される。流体温度Ｔaと上流側温度
検出抵抗体５、下流側温度検出抵抗体６の平均温度との
関係は、数１３中の回路定数Ｒ1やＲ2により調整でき
る。

【０１００】このような構成および制御を採用すること
により、流体の温度が変化したときの特性の変化を補償
することができ、温度特性が向上する。

【０１０１】

【発明の効果】２つの検出体（センサ）が検出した温度
の平均値が所定の値になるよう、制御回路が発熱体に供
給する電力を制御するので、流量が増大しても、上流
側、及び、下流側温度検出体の温度を高く保つことがで
きる。よって、特に大流量での感度増大、ダイナミック
レンジの拡大に効果がある。また、上流側と下流側の温
度検出体の温度をフィードバック制御することになるの
で、オープンループだった従来に比べ応答性が改善す
る。

【０１０２】流体の流量が増大しても、上流側と下流側
の温度検出体（センサ）の温度を、等しく一定に保つの
で、応答性が改善する。さらに、上流発熱体および下流
発熱体を設けることにより、上流側と下流側のセンサの
温度を高く保つことができるので、特に大流量での感度
が増大し、ダイナミックレンジも拡大する。

【０１０３】流体の温度が変化しても流体と装置との温
度差を一定に保つので、流体の温度変化が生じた場合で
も流量を測定することができる。また、出力信号を流量
に対して線形にすることができ、脈動時の誤差を低減す
ることができる。

【０１０４】流体の上流側から下流側に設けた６つの感
温抵抗体のうち、第２、第５の感温抵抗体に供給される
電力差は流体流量が小さいときに変化が大きく、第３、
第４の感温抵抗体に供給される電力差は流体流量が大き
いときに変化が大きくなる。よって、広い流量範囲にわ
たって感度の良い流量測定が可能となる。また、上流側
と下流側の感温抵抗体の温度をフィードバック制御する
ことになるので応答性が改善する。

【０１０５】流量が増大しても、第１〜第６の感温抵抗
体の温度を高く保つことができるので、特に大流量での
感度増大、ダイナミックレンジの拡大に効果がある。ま
た、上流側と下流側の温度検出体の温度を一定に保つこ
とになるので応答性が改善する。

【０１０６】流体の温度が変化しても流体と装置との温
度差が一定に保たれるので、流体の温度変化が生じた場
合でも流量を測定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１の流体流量測定装置の測定部の
構成を示す図である。

【図２】 薄肉部３の断面図である。

【図３】 実施の形態１による、抵抗体４、５、６を含
む、流体流量測定装置の回路図である。

【図４】 流体の流量に応じた、上流温度検出抵抗体５
と下流温度検出抵抗体６の温度変化のグラフである。

【図５】 上流温度検出抵抗体５の温度と下流温度検出
抵抗体６の温度の差の流量依存性を示すグラフである。

【図６】 実施の形態２による、抵抗体４、５、６を含
む、流体流量測定装置の回路図である。

【図７】 実施の形態３の流体流量測定装置の測定部の
構成を示す図である。

【図８】 実施の形態３による、抵抗体５、６、２８、
２９を含む流体流量測定装置の回路図である。

【図９】 抵抗体２８（図８）および抵抗体２９（図
８）の端子電圧と、出力端子１６（図８）の電圧との関
係を示す図である。

【図１０】 出力電圧３８からアナログ電圧を得る際の
処理を示す図である。

【図１１】 実施の形態３の構成による流量とデューテ
ィ比との関係を示すグラフ３９である。

【図１２】 図１０で説明した出力電圧Vout をデジタ
ル出力するための処理を示す図である。

【図１３】 デューティ比差を出力するための処理を示
す図である。

【図１４】 実施の形態５の構成による流量とデューテ
ィ比差との関係を示すグラフ４０である。

【図１５】 上流側発熱抵抗体２８（図８）の＋側の端
子３４の電圧４８（Vhu）と、下流側発熱抵抗体２９
（図８）の＋側の端子３５の電圧４９（Vhd）とを、デ
ジタル出力するための処理を示す図である。

【図１６】 実施の形態７の流体流量測定装置の測定部
の構成を示す図である。

【図１７】 実施の形態７による、流体温度検出抵抗体
５５を含む、流体流量測定装置の回路図である。

【図１８】 実施の形態８における、電圧Ｖeを出力す
る回路図である。

【図１９】 実施の形態９における、流体温度検出抵抗
体５５を挿入した流体流量測定装置の回路図である。

【図２０】 流体の流量と温度差△Ｔhとの関係を示す
グラフである。

【図２１】 流量によって変化させた温度差△Ｔhを示
すグラフ５７を示す。

【図２２】 図２１に示す抵抗体４と流体の温度差△Ｔ
hに基づいて得られた、抵抗体５と６の温度差△Ｔsを示
す線形のグラフ５８である。

【図２３】 脈動流特性の説明図である。

【図２４】 脈動流特性の説明図である。

【図２５】 実施の形態１１の流体流量測定装置の測定
部の構成を示す図である。

【図２６】 実施の形態１１による、６つの抵抗体を含
む、流体流量測定装置の回路図である。

【図２７】 抵抗体６８〜７１（図２６）の端子電圧
と、出力端子１６、８１（図２６）の電圧との関係を示
す図である。

【図２８】 Vout1,Vout2とVh1〜Vh4との関係を示す図
である。

【図２９】 最終出力を出力するための処理を示す図で
ある。

【図３０】 ２つの出力電圧９４、９５から得られた最
終的な出力電圧９７のグラフを示す図である。

【図３１】 図２９で説明した出力電圧８６(Vout1)お
よび８７(Vout2) をデジタル出力するための処理を示す
図である。

【図３２】 デューティ比差を出力するための処理を示
す図である。

【図３３】 図２９で説明した出力電圧８６(Vout1)お
よび８７(Vout2) をデジタル出力するための別の処理を
示す図である。

【図３４】 実施の形態１５の流体流量測定装置の測定
部の構成を示す図である。

【図３５】 実施の形態１６の流体流量測定装置の測定
部の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ シリコン基板、 ２ 空洞部、 ３ 薄肉部、 ４
発熱抵抗体、 ５上流側温度検出抵抗体、 ６ 下流
側温度検出抵抗体、 ７ 絶縁層、 ８ 絶縁層、 ９
配線部、 １０ パッド部、 １３ 定電流源、 １
５ 加算回路、 １７ 差動増幅器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体中に配置され、熱を発する発熱体の
   上流側の放熱量と、下流側の放熱量との差から、流体の
   流量を測定する流量測定装置において、 該発熱体の上流側に設けられて温度を検出する上流温度
   検出体と、 該発熱体の下流側に設けられて温度を検出する下流温度
   検出体と、 前記上流温度検出体が検出した温度、および、前記下流
   温度検出体が検出した温度の平均温度が、予め設定され
   た温度になるように、前記発熱体に供給する電力を制御
   する回路とを備えた、流量測定装置。
2. 【請求項２】 前記上流温度検出体が検出した温度、お
   よび、前記下流温度検出体が検出した温度の温度差に基
   づいて、流体の流量を測定する、請求項１に記載の流量
   測定装置。
3. 【請求項３】 前記発熱体、および、前記上流温度検出
   体の間に設けられ、前記回路から供給された電力に基づ
   いて熱を発する上流発熱体と、 前記発熱体、および、前記下流温度検出体の間に設けら
   れ、前記回路から供給された電力に基づいて熱を発する
   下流発熱体とをさらに備え、 前記回路は、前記上流温度検出体が検出した温度、およ
   び、前記下流温度検出体が検出した温度が等しくなるよ
   うに、前記上流発熱体および前記下流発熱体に供給する
   電力を制御し、該電力の差に基づいて、流体の流量を測
   定する、請求項１に記載の流量測定装置。
4. 【請求項４】 前記回路は、流体の温度に基づいて、前
   記予め設定された温度を変化させる、請求項１〜３に記
   載の流量測定装置。
5. 【請求項５】 前記回路は、流体の流量に基づいて、前
   記予め設定された温度を変化させる、請求項１〜３に記
   載の流量測定装置。
6. 【請求項６】 流体中に配置され、熱を発する発熱体の
   上流側の放熱量と、下流側の放熱量との差から、流体の
   流量を測定する流量測定装置において、 流体の上流側から下流側にかけて、各々が、熱を発する
   発熱体および温度を検出する温度検出体の機能を有する
   第１、第２、第３、第４、第５、第６の感温抵抗体と、
   感温抵抗体を発熱させる電力の供給を制御する回路を備
   えた、流体の流量を測定する流量測定装置であって、 回路は、第２、第５の感温抵抗体の発熱温度が等しくな
   るように、第３、第４の感温抵抗体に供給する電力を制
   御し、さらに、第１、第６の感温抵抗体の発熱温度が等
   しくなるように、第２、第５の感温抵抗体に供給する電
   力を制御し、第３、第４の感温抵抗体に供給される電力
   の差と、第２、第５の感温抵抗体に供給される電力の差
   とに基づいて、流体の流量を測定する流量測定装置。
7. 【請求項７】 前記第３と第４の発熱体の間に、発熱抵
   抗体をさらに備え、 回路は、前記第１の発熱体と第６の発熱体の平均温度が
   予め設定された温度になるように、前記発熱抵抗体に供
   給する電力を制御する、請求項７に記載の流量測定装
   置。
8. 【請求項８】 前記回路は、流体の温度に基づいて、前
   記予め設定された温度を変化させる、請求項６または７
   に記載の流量測定装置。