JP2007139793A - Gas flowmeter - Google Patents

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Takashi Matsumura
隆史 松村
Noboru Sugiura
登 杉浦
Kenichi Katagishi
健一 片岸
Masahiro Matsumoto
昌大 松本
Keiji Hanzawa
恵二 半沢
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means suitable for high integration of an electronic circuit in a gas flowmeter and high precision of output characteristic regulation. <P>SOLUTION: This gas flowmeter is constituted of a noise reduction circuit for reducing an overvoltage impressed to an electric power source, a surge and a high-frequency noise, a gas flow rate detecting circuit, and a digital regulation circuit. Nonlinear regulation is also allowed therein by selecting a regulation operation expression by a linear expression prepared preliminarily, based on an input value, in the regulation computation. The number of terminals is reduced by using a sensor output route and a data input/output route in common in an integrated circuit, and by providing a means for changing over the both routes by a switch. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、自動車制御用の気体流量計に係わり、特に電子回路の高集積化をはかる際に好適な、ノイズ低減回路、調整方式、調整用端子や出力端子の削減、出力回路を有する気体流量計に関する。   The present invention relates to a gas flow meter for controlling an automobile, and particularly suitable for achieving high integration of an electronic circuit, a noise reduction circuit, an adjustment method, a reduction of adjustment terminals and output terminals, and a gas flow rate having an output circuit. Regarding the total.

内燃機関の空気流量を検出する気体流量計がある。気体流量計の例としては、非特許文献1に記載の定温度制御熱線式気体流量計がある。この構成を応用した気体の流量検出回路DECT1の概略構成を、図25に示している。この気体の流量検出回路は、主に演算増幅器OP1、パワートランジスタTr1、ホットワイヤ或いは熱線などとも呼ばれる発熱抵抗体Rh、コールドワイヤ或いは冷線などとも呼ばれる気体温度測定抵抗体Rc、抵抗R1、R2から構成され、発熱抵抗体Rhの温度を常に一定にする、つまり演算増幅器OP1でブリッジバランスを保って、抵抗値を一定にする。   There is a gas flow meter that detects the air flow rate of an internal combustion engine. As an example of the gas flow meter, there is a constant temperature control hot-wire gas flow meter described in Non-Patent Document 1. FIG. 25 shows a schematic configuration of a gas flow rate detection circuit DECT1 to which this configuration is applied. The gas flow rate detection circuit mainly includes an operational amplifier OP1, a power transistor Tr1, a heating resistor Rh also called a hot wire or a hot wire, a gas temperature measuring resistor Rc and resistors R1 and R2 also called a cold wire or a cold wire. In this configuration, the temperature of the heating resistor Rh is always constant, that is, the resistance value is constant by maintaining the bridge balance with the operational amplifier OP1.

この流量検出回路DECT1では、気体流量が多いほど、発熱抵抗体Rhからの放熱が増えるので、加熱電流が増える。この加熱電流は、抵抗R1の両端の電圧に比例するので、この電圧を測定すれば気体流量を検出できる。電流検出抵抗R1で変換された電圧出力は、要求される気体流量計の出力信号特性となるように、所定の入出力特性をもつ調整回路で処理される。   In this flow rate detection circuit DECT1, since the heat radiation from the heating resistor Rh increases as the gas flow rate increases, the heating current increases. Since this heating current is proportional to the voltage across the resistor R1, the gas flow rate can be detected by measuring this voltage. The voltage output converted by the current detection resistor R1 is processed by an adjustment circuit having predetermined input / output characteristics so as to obtain the required output signal characteristics of the gas flowmeter.

また、図26に示すように、上記の定温度型制御熱線式気体流量計の発熱抵抗体の上流、下流それぞれに、発熱抵抗体Rhからの熱影響を受けるように気体流温度を測定する感温抵抗体Ru、Rdを配置し、これらを直列に接続した構成の流量検出回路DECT2もある。気体流量に応じて上流側の感温抵抗体Ruは冷やされて抵抗値が下がり、下流側の感温抵抗体Rdは発熱抵抗体Rhによって暖められた気体流を受けて温度が上がり、抵抗値は上昇する。従って、感温抵抗体RuとRdの接続点の電位が変化するので、この電圧を測定することにより気体流量を検出できる。   In addition, as shown in FIG. 26, there is a feeling that the gas flow temperature is measured so as to be affected by the heat from the heating resistor Rh upstream and downstream of the heating resistor of the constant temperature control hot-wire gas flow meter. There is also a flow rate detection circuit DECT2 having a configuration in which the temperature resistors Ru and Rd are arranged and connected in series. Depending on the gas flow rate, the upstream temperature sensitive resistor Ru is cooled to lower the resistance value, and the downstream temperature sensitive resistor Rd receives the gas flow warmed by the heating resistor Rh, and the temperature rises to increase the resistance value. Will rise. Accordingly, since the potential at the connection point between the temperature sensitive resistors Ru and Rd changes, the gas flow rate can be detected by measuring this voltage.

更に、図27に示すように、上記の定温度型制御熱線式気体流量計の発熱抵抗体Rhの上流、下流それぞれに、発熱抵抗体Rhからの熱影響を受けるように気体流温度を測定する感温抵抗体を2本ずつ配置し、これらを上流、下流の順で1対の抵抗体Ru1、Rd1を、下流、上流の順で1対の抵抗体Rd2、Ru2を直列に接続し、ブリッジ構成として、接続点の電位差を測定する構成の流量検出回路DECT3もある。気体流量に応じて上流側の抵抗体Ru1、Ru2は冷やされて抵抗値が下がり、下流側の抵抗体Rd1、Rd2は発熱抵抗体Rhによって暖められた気体流を受けて温度が上がり、抵抗値は上昇する。従って、ブリッジの電位差が変化するので、この電圧差を測定することにより気体流量を検出できる。   Further, as shown in FIG. 27, the gas flow temperature is measured so as to be influenced by the heat from the heating resistor Rh upstream and downstream of the heating resistor Rh of the above-mentioned constant temperature control hot wire gas flowmeter. Two temperature sensitive resistors are arranged in pairs, and a pair of resistors Ru1 and Rd1 are connected in series in the upstream and downstream order, and a pair of resistors Rd2 and Ru2 are connected in series in the order of downstream and upstream. As a configuration, there is also a flow rate detection circuit DECT3 configured to measure a potential difference between connection points. In accordance with the gas flow rate, the upstream side resistors Ru1 and Ru2 are cooled to lower the resistance value, and the downstream side resistors Rd1 and Rd2 receive the gas flow warmed by the heating resistor Rh, and the temperature rises to increase the resistance value. Will rise. Therefore, since the potential difference of the bridge changes, the gas flow rate can be detected by measuring this voltage difference.

ところで、自動車に搭載される気体流量計の出力特性を調整する電子回路には、非特許文献2や3の規格に規定されているように様々なサージ、過電圧が印加される。これらの規格は、エンジンの点火等で発生するサージ電圧や寒冷時のエンジンスタートの際におけるバッテリの2段重ねによる過電圧、各種の電子機器から発生する高周波ノイズに対し電子回路が誤動作、故障しないようにする目的で制定されている。一方で、製造コストの低減のために、電子回路は集積化され、更に最近では、排ガス規制に対応するために、エンジン制御の高機能化に対応した気体流量計の高精度化が必要となってきている。自動車は、使用温度範囲が−40℃から130℃と広いため、温度変化に対する出力の変化が起きないようにする必要がある。   By the way, various surges and overvoltages are applied to an electronic circuit that adjusts the output characteristics of a gas flow meter mounted on an automobile as defined in the standards of Non-Patent Documents 2 and 3. These standards are designed to prevent electronic circuits from malfunctioning or failing due to surge voltage generated by engine ignition, overvoltage due to battery stacking when the engine is started in cold weather, and high-frequency noise generated from various electronic devices. It is established for the purpose of making. On the other hand, electronic circuits have been integrated in order to reduce manufacturing costs, and more recently, in order to comply with exhaust gas regulations, it has become necessary to improve the accuracy of gas flowmeters corresponding to higher functionality of engine control. It is coming. Since automobiles have a wide operating temperature range of −40 ° C. to 130 ° C., it is necessary to prevent changes in output with respect to temperature changes.

サージや過電圧に対しては、従来から種々の過電圧保護回路が使用されているが、その例として、図28に示すツェナーダイオードZDと電流制限抵抗Rを用いた回路がある。この図28の回路は、一般的な定電圧回路の一種で、バッテリへの接続端子VBBに印加された電圧により、電流制限抵抗Rを介してツェナーダイオードZDに電流が流れるようにしておき、過電圧が印加されたときも、ツェナーダイオードZDのツェナー電圧により回路各部への電源供給端子Vccの電圧がクランプされ、これにより過電圧保護が得られるようにしたものである。   Conventionally, various overvoltage protection circuits have been used for surges and overvoltages. As an example, there is a circuit using a Zener diode ZD and a current limiting resistor R shown in FIG. The circuit of FIG. 28 is a kind of a general constant voltage circuit, and a current applied to the Zener diode ZD via the current limiting resistor R is caused by the voltage applied to the connection terminal VBB to the battery. Even when is applied, the voltage at the power supply terminal Vcc to each part of the circuit is clamped by the Zener voltage of the Zener diode ZD, thereby providing overvoltage protection.

また、例えば特許文献1によれば、抵抗とツェナーダイオードで構成した過電圧検出回路と、バイポーラトランジスタで構成されたスイッチング回路を用いた過電圧保護回路が従来技術として提案されている。これに記載の過電圧保護回路は、マイクロ波用FET(電界効果トランジスタ)の保護用で、ツェナーダイオードのツェナー電圧とスイッチング用トランジスタのベースエミッタ間電圧を加算した電圧以上の過電圧が電源受給端子に印加されたときスイッチング回路を動作させ、負荷を電源ラインから切離し、過電圧が負荷にかからないように保護されるようになっている。   For example, according to Patent Document 1, an overvoltage detection circuit using a resistor and a Zener diode and an overvoltage protection circuit using a switching circuit formed of a bipolar transistor have been proposed as conventional techniques. The overvoltage protection circuit described here is for the protection of microwave FETs (field effect transistors), and an overvoltage higher than the sum of the zener voltage of the zener diode and the base-emitter voltage of the switching transistor is applied to the power supply receiving terminal. When this occurs, the switching circuit is operated to disconnect the load from the power supply line so that overvoltage is not applied to the load.

次に、図25〜27の流量検出回路DECT1〜3の電圧出力は、要求されるセンサ出力特性となるように、ゼロ点、スパン(出力範囲)の調整を行なう必要がある。この調整回路は、現在、アナログ回路が主流であるが、デジタル化することにより高精度な調整ができると考えられる。   Next, it is necessary to adjust the zero point and span (output range) so that the voltage output of the flow rate detection circuits DECT1 to DECT3 in FIGS. Currently, analog circuits are mainly used for this adjustment circuit, but it is considered that adjustment can be made with high accuracy by digitization.

表1に、アナログ回路とデジタル回路の比較を示す(非特許文献4参照)。   Table 1 shows a comparison between an analog circuit and a digital circuit (see Non-Patent Document 4).

Figure 2007139793
アナログ回路は、デジタル回路と比較して、回路が小型であり、低消費電力であるが、抵抗などの素子を用いているため、製造ばらつきが生じ、また、経年変化による変化が生じるため、デジタル回路に比べ精度、安定性の点で劣る。一方、デジタル回路は、アナログ回路と比較して、精度、安定性に優れるが、回路が大きく、消費電力も大きくなる。しかし、近年の集積回路製造技術の急速な進歩により、微細加工が可能となったため、回路が小型化され、消費電力も小さくなり、様々な産業分野に応用されている。気体流量計にデジタル調整回路を適用した例としては、特許文献2、特許文献3、特許文献4などがあげられる。
Figure 2007139793
Analog circuits are smaller and have lower power consumption than digital circuits, but they use resistors and other elements, resulting in manufacturing variations and changes due to aging. It is inferior in accuracy and stability compared to the circuit. On the other hand, the digital circuit is more accurate and stable than the analog circuit, but the circuit is large and the power consumption is large. However, recent advances in integrated circuit manufacturing technology have enabled microfabrication, resulting in smaller circuits and lower power consumption, and are being applied in various industrial fields. Examples of applying the digital adjustment circuit to the gas flow meter include Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4.

表2に気体流量計の調整回路として、アナログ調整とデジタル調整の比較を示す。   Table 2 shows a comparison between analog adjustment and digital adjustment as an adjustment circuit for the gas flowmeter.

Figure 2007139793
アナログ調整の概略回路構成は、演算増幅器OP2、トリミング抵抗Rs1、Rz1、抵抗Rs2、Rz2からなり、流量検出回路DECTからの電圧出力を、トリミング抵抗Rz1、Rs1をトリミングすることによりゼロ点、スパンを調整し、所望の気体流量に対する出力を得る回路である。トリミング抵抗Rs、Rzとして、ハイブリッドIC上に印刷された厚膜抵抗やIC上の薄膜抵抗がある。
Figure 2007139793
The schematic circuit configuration of the analog adjustment includes an operational amplifier OP2, trimming resistors Rs1, Rz1, resistors Rs2, Rz2, and the voltage output from the flow rate detection circuit DECT is trimmed by trimming resistors Rz1, Rs1 to obtain a zero point and a span. It is a circuit that adjusts to obtain an output for a desired gas flow rate. The trimming resistors Rs and Rz include a thick film resistor printed on the hybrid IC and a thin film resistor on the IC.

抵抗のトリミングには、レーザトリマ装置などが用いられるが、高精度にトリミングしようとすると作業に時間がかかり、しかも再トリミングができないなどの問題がある。また、2点のみの調整となるため、出力特性の非線形調整のような複雑な調整を行なうことが難しい。更に、アナログ回路では、気体流量に対する出力仕様が変わると、抵抗値の再設計が必要であり、場合によっては、ハイブリットIC基板のパターンを再設計する必要が生じるため、設計工数が増える。   For trimming the resistor, a laser trimmer device or the like is used. However, when trimming is performed with high accuracy, there is a problem that it takes a long time to perform the trimming operation and the trimming cannot be performed again. Further, since only two points are adjusted, it is difficult to perform complicated adjustment such as nonlinear adjustment of output characteristics. Furthermore, in the analog circuit, if the output specification for the gas flow rate changes, the resistance value needs to be redesigned. In some cases, it is necessary to redesign the pattern of the hybrid IC substrate, which increases the design man-hours.

一方、デジタル調整回路の場合は、回路パターンはそのままで調整係数を変えることにより、出力仕様の変更ができるため、設計工数の低減が可能である。このデジタル調整回路としては、例えば上記特許文献2に記載された方法が提案されている。デジタル調整の概略構成は、流量検出回路DECTからの電圧出力をアナログ・デジタル変換器ADにてデジタル値に変換後、デジタル演算器CALCによりゼロ点、スパン調整を計算にて行ない、デジタル・アナログ変換器DAにてアナログ信号に変換して、所望の気体流量に対するアナログ出力を得る回路である。この演算における調整係数は、PROMなどの記憶装置MEMに保存されている。また、デジタル演算器CALCは、非線形な演算が容易であるため、出力の調整において、ゼロ点、スパン調整のみならず、非線形調整を容易に行なうことが可能である。この非線形調整により、調整精度は±2%以下となる。   On the other hand, in the case of a digital adjustment circuit, the output specification can be changed by changing the adjustment coefficient without changing the circuit pattern, so that the design man-hours can be reduced. As this digital adjustment circuit, for example, the method described in Patent Document 2 has been proposed. The general configuration of the digital adjustment is that the voltage output from the flow rate detection circuit DECT is converted to a digital value by the analog / digital converter AD, and then the zero point and span adjustment are performed by calculation by the digital arithmetic unit CALC. It is a circuit that obtains an analog output with respect to a desired gas flow rate by converting it into an analog signal by the DA. The adjustment coefficient in this calculation is stored in a storage device MEM such as a PROM. Further, since the digital arithmetic unit CALC can easily perform non-linear calculations, not only zero point and span adjustment but also non-linear adjustment can be easily performed in the output adjustment. By this non-linear adjustment, the adjustment accuracy becomes ± 2% or less.

また、デジタル調整について、他の一例として、上記特許文献4に示された構成がある。この構成は、表2に示したデジタル調整回路と同じであるが、アナログ・デジタル変換器ADとして、デルタ・シグマ変調器を含むオーバーサンプリング型アナログ・デジタル変換器を用いることにより、回路規模を小さくしている。   As another example of the digital adjustment, there is a configuration shown in Patent Document 4 above. This configuration is the same as the digital adjustment circuit shown in Table 2, but the oversampling analog-to-digital converter including the delta-sigma modulator is used as the analog-to-digital converter AD to reduce the circuit scale. is doing.

更に、デジタル調整について、別の一例としては、特許文献5に示された構成がある。演算器で調整演算を実行するための調整係数はセンサ外部との通信を行なうデジタル入出力回路の端子を介して、PROMなどの記憶素子に書き込まれる。また、同公報では調整演算として3次の多項式を用いることが記載されている。   Furthermore, as another example of the digital adjustment, there is a configuration disclosed in Patent Document 5. The adjustment coefficient for executing the adjustment operation by the arithmetic unit is written in a storage element such as a PROM via a terminal of a digital input / output circuit that communicates with the outside of the sensor. In addition, the publication describes that a cubic polynomial is used as the adjustment calculation.

デジタル調整についての、更に他の一例としては、特許文献6に示された構成がある。この構成は、気体流量検出回路からの流量信号を矩形波信号に変換し、更に、この矩形波が“1”の期間のみ、カウンタがあるレートでカウントアップされる。このカウント値に調整係数を加算して出力する。   As yet another example of the digital adjustment, there is a configuration shown in Patent Document 6. In this configuration, the flow rate signal from the gas flow rate detection circuit is converted into a rectangular wave signal, and the counter is counted up at a certain rate only during the period when the rectangular wave is “1”. An adjustment coefficient is added to this count value and output.

また、発熱抵抗体Rhを流れる加熱電流は、供給電源(例えば、バッテリ)の電圧変動に左右されないため、気体の流量検出回路DECT1の電圧出力は非レシオメトリック特性であるが、気体流量計の出力仕様として、非レシオメトリックのアナログ出力のほかに、レシオメトリックのアナログ出力、及びデジタル出力の仕様がある。   Further, since the heating current flowing through the heating resistor Rh is not affected by the voltage fluctuation of the supply power source (for example, battery), the voltage output of the gas flow rate detection circuit DECT1 has a non-ratiometric characteristic, but the output of the gas flow meter There are specifications for ratiometric analog output and digital output in addition to non-ratiometric analog output.

レシオメトリックのアナログ出力回路を実現する回路構成として、特許文献7に記載された方法がある。この回路は外部からのレシオメトリック出力用基準電圧が2個の抵抗により分圧され、分圧された電圧を演算増幅器に入力し、レシオメトリック出力を実現している。2個の抵抗の和を10kオーム程度とすることにより、基準電圧から供給すべき電流は0.5mA程度と比較的小さい。   As a circuit configuration for realizing a ratiometric analog output circuit, there is a method described in Patent Document 7. In this circuit, an external ratiometric output reference voltage is divided by two resistors, and the divided voltage is input to an operational amplifier to realize a ratiometric output. By setting the sum of the two resistors to about 10 k ohms, the current to be supplied from the reference voltage is relatively small at about 0.5 mA.

デジタル出力回路については、特許文献8に記載された構成がある。この回路構成は、少なくとも、定温度制御回路、ゼロ点/スパン調整回路、電圧制御発振器を1チップ化した集積回路となっている。   The digital output circuit has a configuration described in Patent Document 8. This circuit configuration is an integrated circuit in which at least a constant temperature control circuit, a zero point / span adjustment circuit, and a voltage control oscillator are integrated into one chip.

更に、アナログ出力とデジタル出力を1つの回路基板で対応させる構成として、特許文献9に記載された方法がある。これは、1つの回路基板上にアナログ出力端子とデジタル出力端子の両方を設けてあり、出力コネクタにアナログ、デジタルの両方の出力を出力させ、片方の出力信号のみを選択して利用する、或いは、出力コネクタに選択的に、片方のみをワイヤで接続する構成となっている。   Furthermore, there is a method described in Patent Document 9 as a configuration in which an analog output and a digital output are associated with each other by a single circuit board. This is because both the analog output terminal and the digital output terminal are provided on one circuit board, both the analog and digital outputs are output to the output connector, and only one of the output signals is selected or used. In this configuration, only one of the output connectors is selectively connected with a wire.

特開平9−307361号公報JP-A-9-307361 特許第3073089号公報Japanese Patent No. 3073089 特開平8−62010号公報JP-A-8-62010 特開平11−118552号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-118552 特開2000−338193号公報JP 2000-338193 A 特開平11−94620号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-94620 特開平2−85724号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-85724 特開平8−247815号公報JP-A-8-247815 特開平5−203475号公報JP-A-5-203475 ジャーナル オブ フリッド メカニクス、47(1971年)第577頁から第599頁(J. Fuuid Mech., vol47(1971), PP577−599)Journal of Frid Mechanics, 47 (1971), pages 577 to 599 (J. Fluid Mech., Vol 47 (1971), PP577-599). インターナショナル・スタンダード・オーガニゼーション(ISO)7637規格International Standard Organization (ISO) 7637 standard 自動車規格(JASO)D001−94規格Automotive Standard (JASO) D001-94 Standard 岩田 穆監修、CMOSアナログ回路設計技術、トリケップス(1998)Supervised by Satoshi Iwata, CMOS analog circuit design technology, Trikes (1998)

上記の従来技術は、気体流量計の低コスト化、小型化、高精度調整化を進めるために回路を集積化、デジタル化をする場合において、最適化されておらず、従来技術では解決できないいくつかの問題点がある。   The above prior art is not optimized when integrating and digitizing circuits to promote cost reduction, downsizing, and high precision adjustment of gas flowmeters. There is such a problem.

特に、回路の高集積化、デジタル化のためにC−MOSが用いられるが、これはアナログ回路で用いられるバイポーラトランジスタに比べサージ、過電圧に弱く、十分に対策する必要がある。   In particular, a C-MOS is used for high integration and digitization of a circuit, but this is weak against surge and overvoltage as compared with a bipolar transistor used in an analog circuit, and it is necessary to take sufficient measures.

まず、過電圧保護回路において、図28の回路では、接続される回路の電流が大きい場合、電流制限用の抵抗による電圧降下を防ぐため、抵抗値を小さくする必要があるが、この場合、ツェナーダイオードZDの電気的耐量を大きくして、過電流にも充分に耐えるようにするため、部品のサイズアップとコストアップを誘引し、好ましくない。   First, in the overvoltage protection circuit, in the circuit of FIG. 28, when the current of the circuit to be connected is large, it is necessary to reduce the resistance value in order to prevent the voltage drop due to the current limiting resistor. In order to increase the electrical resistance of ZD so as to sufficiently withstand overcurrent, the size and cost of parts are increased, which is not preferable.

次に、特許文献5では、3次式により非線形調整を行なっているが、非線形調整が4次式以上必要な場合は、計算時間の増大を招き、また、個々の出力特性が理想特性に対し急峻な特性変化を持っている場合に、このような多項式では調整しきれない場合が存在するため、好ましくない。   Next, in Patent Document 5, nonlinear adjustment is performed by a cubic equation. However, if the nonlinear adjustment is required to be a quartic equation or more, calculation time is increased, and each output characteristic is compared with an ideal characteristic. When there is a steep characteristic change, there is a case where such a polynomial cannot be completely adjusted.

次に、気体流量計における電子回路のデジタル回路による集積化では、調整時、調整係数を書き込み可能な記憶装置に書き込む作業が必要であるため、端子の追加が必要である。また、センサの出力として、レシオメトリックのアナログ出力、非レシオメトリックのアナログ出力、及び、デジタル出力の仕様があり、回路を集積化する場合、製造コストの低減のため、これら全ての仕様に対応できるようにする必要がある。しかし、これらの対応のために、特許文献6に示された方法のように、単に端子を追加すると、チップ面積の増加を招き、好ましくない。   Next, in the integration of the electronic circuit in the gas flow meter by the digital circuit, at the time of adjustment, it is necessary to write the adjustment coefficient to a writable storage device, so that an additional terminal is required. In addition, there are specifications for ratiometric analog output, non-ratiometric analog output, and digital output as sensor outputs. When integrating circuits, all of these specifications can be supported to reduce manufacturing costs. It is necessary to do so. However, simply adding a terminal as in the method disclosed in Patent Document 6 for these measures causes an increase in chip area, which is not preferable.

次に、調整演算をデジタル化した場合、出力段にはデジタル・アナログ変換器が必要となる場合がある。このデジタル・アナログ変換器は外部への出力のための増幅回路を含むため、消費電流が数mA程度となる。レシオメトリック出力のための外部の基準電圧を用いてデジタル・アナログ変換器を駆動しようとすると、この電源から供給される最大電流が小さい場合、デジタル・アナログ変換器を駆動できないため、基準電圧を直接デジタル・アナログ変換器の電源端子に接続できない問題が生じる。   Next, when the adjustment calculation is digitized, a digital / analog converter may be required at the output stage. Since this digital-analog converter includes an amplifier circuit for output to the outside, current consumption is about several mA. When trying to drive a digital-to-analog converter using an external reference voltage for ratiometric output, the digital-to-analog converter cannot be driven if the maximum current supplied from this power supply is small, so the reference voltage must be directly There is a problem that it cannot be connected to the power supply terminal of the digital / analog converter.

そこで、本発明の目的は、上記の気体流量計における低コスト化、電子回路の高集積化、高精度調整化、デジタル回路化、小型化における問題を解決できる手段を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide means for solving the problems of cost reduction, high integration of electronic circuits, high precision adjustment, digital circuit formation, and miniaturization in the gas flow meter.

本発明の気体流量計は、気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体の流量検出回路と、前記流量検出回路からの電圧出力を調整する調整回路と、調整のためのデータを記憶する記憶装置を有する構成とするとき、前記記憶装置には、外部から調整データを書きこんだり、外部へデータを読み出したりするための外部データ通信端子が2端子であるデータ入出力回路を含み、前記データ入出力回路の外部データ通信端子は検出流量の出力端子を兼用したことを特徴としている。このような構成により、気体流量計を小型化することが可能となる。   The gas flow meter of the present invention stores a gas flow rate detection circuit that outputs a gas flow rate flowing in a gas passage as a voltage signal, an adjustment circuit that adjusts a voltage output from the flow rate detection circuit, and data for adjustment. The storage device includes a data input / output circuit having two external data communication terminals for writing adjustment data from the outside and for reading data to the outside. The external data communication terminal of the data input / output circuit is also used as an output terminal for the detected flow rate. With such a configuration, the gas flow meter can be reduced in size.

好ましくは、前記データ入出力回路の前記外部データ通信端子のいずれかに、2パルス以上の定められたパルス数が入力されてから、前記調整回路が前記記憶装置と外部とでデータを読み書きするデータ通信モードに移行する手段をもつことを特徴している。このような構成により、通常使用中にパルスノイズが印加されても誤って通信モードに移行することを防ぐことができる。   Preferably, data in which the adjustment circuit reads / writes data between the storage device and the outside after a predetermined number of pulses of 2 pulses or more is input to any of the external data communication terminals of the data input / output circuit It is characterized by having means for shifting to the communication mode. With such a configuration, it is possible to prevent erroneous transition to the communication mode even when pulse noise is applied during normal use.

また本発明の気体流量計は、気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体の流量検出回路と、前記流量検出回路からの電圧出力を調整する調整回路と、調整のためのデータを記憶する記憶装置を有する構成とするとき、前記記憶装置には、外部から調整データを書きこんだり、外部へデータを読み出したりするための外部データ通信端子が2端子であるデータ入出力回路を含み、前記データ入出力回路の外部データ通信端子は検出流量の出力端子を兼用し、前記調整回路には、出力信号を切り替える出力選択手段を設け、前記検出気体流量の出力信号としてレシオメトリックアナログ出力、ノンレシオメトリックアナログ出力、及びデジタル出力を取り出すことを特徴としている。このような構成により、ひとつの気体流量計で様々な出力仕様に対応できて標準化が可能となり、製造コストの低減をすることができる。   The gas flowmeter of the present invention includes a gas flow rate detection circuit that outputs a gas flow rate flowing through the gas passage as a voltage signal, an adjustment circuit that adjusts a voltage output from the flow rate detection circuit, and data for adjustment. When the storage device has a storage device, the storage device includes a data input / output circuit having two external data communication terminals for writing adjustment data from the outside and reading data from the outside. The external data communication terminal of the data input / output circuit also serves as an output terminal for the detected flow rate, and the adjustment circuit is provided with output selection means for switching an output signal, and a ratiometric analog output as the output signal for the detected gas flow rate, It is characterized by taking out non-ratiometric analog output and digital output. With such a configuration, a single gas flow meter can cope with various output specifications and can be standardized, and the manufacturing cost can be reduced.

好ましくは、前記調整回路に設ける出力選択手段は、前記レシオメトリックアナログ出力、前記ノンレシオメトリックアナログ出力、及び前記デジタル出力をする回路が同一集積回路上に形成されていることを特徴としている。このような構成により、回路を小型化することが可能となる。   Preferably, the output selection means provided in the adjustment circuit is characterized in that the ratiometric analog output, the non-ratiometric analog output, and the digital output circuit are formed on the same integrated circuit. With such a configuration, the circuit can be reduced in size.

本発明によれば、デジタル調整の気体流量計において、高集積化、デジタル化のためにサージ、過電圧に弱いC−MOSを用いても、故障、誤動作が起きない効果が得られる。
また、気体流量計における電子回路のノイズ低減回路に含まれる過電圧保護回路において、過電圧保護回路に必要な電流制限抵抗による電圧降下による電圧供給端子からの供給電圧の低下を抑制する効果、並びに電圧リミッタ回路を小型化できる効果を得られる。
According to the present invention, in a digitally adjusted gas flow meter, even if a C-MOS that is weak against surge and overvoltage is used for high integration and digitization, an effect of preventing failure and malfunction can be obtained.
Further, in the overvoltage protection circuit included in the noise reduction circuit of the electronic circuit in the gas flow meter, an effect of suppressing a decrease in the supply voltage from the voltage supply terminal due to a voltage drop due to a current limiting resistor necessary for the overvoltage protection circuit, and a voltage limiter The effect that the circuit can be reduced can be obtained.

また、気体流量計の出力の特性調整演算において、入力値により、予め用意した1次式による調整演算式を選択し計算を行なうため、計算時間が短く、かつ、非線形な調整もできる効果が生まれる。更に、基板温度調整も同時に行なうことができる。   In addition, in the calculation of the characteristic adjustment of the output of the gas flow meter, the calculation is performed by selecting the adjustment calculation formula based on the primary expression prepared in advance according to the input value, so that the calculation time is short and the nonlinear adjustment can be achieved. . Furthermore, the substrate temperature can be adjusted simultaneously.

また、流量信号出力兼データ入出力の経路を兼ねることにより、端子数の増加を招くことなく、少数の経路で気体流量計の調整、並びに流量信号出力として、レシオメトリックのアナログ出力、非レシオメトリックのアナログ出力、及び、デジタル出力の全ての仕様に対応できる効果が得られる。また、出力段のデジタル・アナログ変換器に対し、外部からの基準電圧から供給される最大電流が小さくても、デジタル・アナログ変換器を駆動できる効果が得られる。   In addition, by serving as a flow rate signal output / data input / output route, there is no need for an increase in the number of terminals. It is possible to obtain an effect that can correspond to all specifications of analog output and digital output. Further, the digital / analog converter can be driven even if the maximum current supplied from the external reference voltage is small with respect to the digital / analog converter in the output stage.

以上より、気体流量計の低コスト化、高精度出力化を進めるために回路を集積化、デジタル化をする場合において、最適化された集積回路、構成を提供できる。   As described above, an optimized integrated circuit and configuration can be provided in the case where the circuit is integrated and digitized in order to promote cost reduction and high-precision output of the gas flow meter.

以下、本発明による気体流量計、集積回路、及び調整回路の構成について、図示の実施の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of a gas flow meter, an integrated circuit, and an adjustment circuit according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

図1は本発明の第一の実施形態による気体流量計の構成を示したものである。この構成は、気体の流量検出回路、デジタル調整回路、レギュレータ及びノイズ低減回路からなる。気体の流量検出回路は、気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する。気体の流量検出回路は、例えば気体通路中に配置される抵抗体に流れる電流や現れる電圧を検出することにより、前記気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する図21に示した気体の流量検出回路DECT1を用いることができる。   FIG. 1 shows the configuration of a gas flow meter according to a first embodiment of the present invention. This configuration includes a gas flow rate detection circuit, a digital adjustment circuit, a regulator, and a noise reduction circuit. The gas flow rate detection circuit outputs the gas flow rate flowing through the gas passage as a voltage signal. The gas flow rate detection circuit outputs the gas flow rate flowing through the gas passage as a voltage signal by detecting the current flowing through the resistor arranged in the gas passage and the voltage appearing, for example, as a voltage signal. A flow rate detection circuit DECT1 can be used.

前記電圧出力はデジタル調整回路に入力される。デジタル調整回路の構成のひとつとして、表2(b)に示したように、流量検出回路からの電圧出力をアナログ・デジタル変換器AD1にてデジタル値に変換後、デジタル演算器CALCによりゼロ点、スパンなどの調整を計算にて行ない、デジタル・アナログ変換器DAにてアナログ信号に変換し、所望の気体流量に対するアナログ出力を得る回路構成である。更に、これらのアナログ・デジタル変換器AD、デジタル演算器CALC、デジタル・アナログ変換器DAを駆動し、また、アナログ・デジタル変換器AD、デジタル・アナログ変換器DAの基準電圧となるレギュレータからなる。   The voltage output is input to a digital adjustment circuit. As one of the configurations of the digital adjustment circuit, as shown in Table 2 (b), after the voltage output from the flow rate detection circuit is converted into a digital value by the analog / digital converter AD1, the zero point is obtained by the digital arithmetic unit CALC. This is a circuit configuration in which adjustment of the span and the like is performed by calculation and converted into an analog signal by a digital / analog converter DA to obtain an analog output for a desired gas flow rate. Furthermore, the analog / digital converter AD, the digital arithmetic unit CALC, and the digital / analog converter DA are driven, and the regulator is a reference voltage for the analog / digital converter AD and the digital / analog converter DA.

ノイズ低減回路は、サージ、過電圧、高周波ノイズを低減し、安定した電源電圧を供給する回路である。デジタル調整回路の一部にはサージ、過電圧で故障する恐れのあるC−MOSが用いられており、また、各種の電子機器から発生する高周波電磁波ノイズで誤動作する恐れがあるので、デジタル調整回路の電源端子はレギュレータを介してこのノイズ低減回路を接続する。なお、デジタル調整回路の一部若しくは全部を、バイポーラトランジスタを使用してもよく、また、このノイズ低減回路は、空気流量計に含まれる様々な回路の電源部に接続してもよい。   The noise reduction circuit is a circuit that reduces surge, overvoltage, and high frequency noise and supplies a stable power supply voltage. A part of the digital adjustment circuit uses a C-MOS that can break down due to surge or overvoltage, and it may malfunction due to high-frequency electromagnetic noise generated from various electronic devices. The noise reduction circuit is connected to the power supply terminal via a regulator. Note that a bipolar transistor may be used for part or all of the digital adjustment circuit, and this noise reduction circuit may be connected to the power supply units of various circuits included in the air flow meter.

図2に示すように、ノイズ低減回路100は、電源端子VBBに印加されるサージ、過電圧から気体流量検出回路及び調整回路を保護する過電圧保護回路101、及び高周波ノイズを低減する高周波ノイズ低減回路102からなる。ノイズ低減回路100は気体の流量検出回路、及び調整回路などの回路Ld1、Ld2に、過電圧、サージ、高周波ノイズが低減された供給電圧を2端子以上から供給する。各回路Ld1、Ld2で必要な最低電圧が異なる場合、この電圧供給端子から供給される電圧を異なるようにすればよい。   As shown in FIG. 2, the noise reduction circuit 100 includes a surge applied to the power supply terminal VBB, an overvoltage protection circuit 101 that protects the gas flow rate detection circuit and the adjustment circuit from an overvoltage, and a high frequency noise reduction circuit 102 that reduces high frequency noise. Consists of. The noise reduction circuit 100 supplies a supply voltage with reduced overvoltage, surge, and high-frequency noise from two or more terminals to circuits Ld1 and Ld2 such as a gas flow rate detection circuit and an adjustment circuit. When the minimum voltages required for the circuits Ld1 and Ld2 are different, the voltages supplied from the voltage supply terminals may be made different.

次に、ノイズ低減回路の一部である過電圧保護回路について、図3を用いて説明する。この過電圧保護回路103は、電圧リミッタ回路110、2個の電流制限用の抵抗Ra、Rb、ダイオードD2、D3で構成され、電源端子VBBと接地端子GNDを介して、図示しない自動車のバッテリ(蓄電池)などから直流電力の供給を受け、2個の電圧供給端子Vcc1、Vcc2に接続された回路Ld1、Ld2に過電圧保護された直流電力を供給するようになっている。   Next, an overvoltage protection circuit which is a part of the noise reduction circuit will be described with reference to FIG. The overvoltage protection circuit 103 is composed of a voltage limiter circuit 110, two current limiting resistors Ra and Rb, and diodes D2 and D3, and an automobile battery (storage battery) (not shown) is connected via a power supply terminal VBB and a ground terminal GND. ) Or the like, and DC power that is overvoltage protected is supplied to the circuits Ld1 and Ld2 connected to the two voltage supply terminals Vcc1 and Vcc2.

電圧リミッタ回路110は、ある電圧以上となるとオンとなって電流が流れる回路で、電流制限抵抗を直列に接続することにより、電源端子VBBと接地端子GNDの間に印加されたサージ電圧などの過電圧をクリッピングして、過電圧エネルギーを吸収する働きをする。   The voltage limiter circuit 110 is a circuit in which a current flows when a voltage exceeds a certain voltage, and an overvoltage such as a surge voltage applied between the power supply terminal VBB and the ground terminal GND by connecting a current limiting resistor in series. Clips and absorbs overvoltage energy.

電圧リミッタ回路110は、例えば図4に示すように、いくつかのツェナーダイオードZD1〜nを直列に接続し、Nch D−MOS Mを加えた回路を用いる。これは、ツェナーダイオード群ZD1〜ZDnにある以上の電圧が印加されるとONとなり、Nch D−MOS MがONとなって、サージ電流が流れる構成である。これにより、殆ど電流が流れないツェナーダイオードを小さくすることができ、小型化が可能となる。なお、この電圧リミッタ回路のNch D−MOSの代わりにバイポーラトランジスタを用いたり、ツェナーダイオードのみで電圧リミッタ回路を形成してもよい。   For example, as shown in FIG. 4, the voltage limiter circuit 110 uses a circuit in which several zener diodes ZD1 to ZD1 to n are connected in series and Nch D-MOS M is added. This is a configuration in which when a voltage higher than that in the Zener diode groups ZD1 to ZDn is applied, the Nch D-MOS M is turned on and a surge current flows. This makes it possible to reduce the Zener diode through which almost no current flows, and to reduce the size. Note that a bipolar transistor may be used in place of the Nch D-MOS of the voltage limiter circuit, or the voltage limiter circuit may be formed of only a Zener diode.

図3に戻って、ダイオードD3は回路Ld1に抵抗Rbからの電流が、或いは回路Ld2に抵抗Raからの電流が流れ込まないようにし、また、各電圧供給端子Vcc1、Vcc2から異なる供給電圧を供給させる働きを持つ。このダイオードD3は、例えば図5に示すように、バイポーラトランジスタを用いて、ベースとエミッタを接続する構成とする。これにより、バイポーラトランジスタを作る工程でダイオードを作ることができるので、製造工程を低減することができる。   Returning to FIG. 3, the diode D3 prevents the current from the resistor Rb from flowing into the circuit Ld1 or the current from the resistor Ra into the circuit Ld2, and supplies different supply voltages from the voltage supply terminals Vcc1 and Vcc2. Have a job. For example, as shown in FIG. 5, the diode D3 has a configuration in which a base and an emitter are connected using a bipolar transistor. As a result, the diode can be manufactured in the process of manufacturing the bipolar transistor, so that the manufacturing process can be reduced.

ここで、抵抗Raの大きさは抵抗Rbよりも大きいと仮定する。回路Ld1、Ld2を保護するべきプラスのサージ電圧が電源端子VBBと接地端子GNDとの間に印加されたとすると、サージ電流は主に電流制限抵抗Rb、電圧リミッタ回路110を介して流れることにより、回路Ld2はサージから保護される。また、ダイオードD3により、電圧供給端子Vcc1の電圧はほぼ、電圧供給端子Vcc2の電圧と同じとなり、回路Ld1もサージから保護される。一方、マイナスのサージ電圧がかかった場合は、サージ電流はダイオードD2、電流制限抵抗Rbを流れ、回路Ld1、Ld2はサージから保護される。   Here, it is assumed that the resistance Ra is larger than the resistance Rb. If a positive surge voltage that should protect the circuits Ld1 and Ld2 is applied between the power supply terminal VBB and the ground terminal GND, the surge current mainly flows through the current limiting resistor Rb and the voltage limiter circuit 110. The circuit Ld2 is protected from surge. Further, the voltage at the voltage supply terminal Vcc1 becomes almost the same as the voltage at the voltage supply terminal Vcc2 by the diode D3, and the circuit Ld1 is also protected from the surge. On the other hand, when a negative surge voltage is applied, the surge current flows through the diode D2 and the current limiting resistor Rb, and the circuits Ld1 and Ld2 are protected from the surge.

また、別の構成として、図6の過電圧保護回路104がある。これは図3に対してダイオードD2をダイオードD1の位置に接続し直した構成である。
回路Ld1、Ld2を保護するべきプラスのサージ電圧が、電源端子VBBと接地端子GNDとの間に印加されたとすると、サージ電流は主に電流制限抵抗Rb、電圧リミッタ回路110を介して流れることにより、回路Ld2はサージから保護される。また、ダイオードD3により、電圧供給端子Vcc1の電圧はほぼ、電圧供給端子Vcc2の電圧と同じとなり、回路Ld1もサージから保護される。また、マイナスのサージに対しては、サージ電流はダイオードD1、D3、電流制限抵抗Rbを流れ、回路Ld1、Ld2はサージから保護される。
Another configuration is the overvoltage protection circuit 104 of FIG. This is a configuration in which the diode D2 is reconnected to the position of the diode D1 with respect to FIG.
If a positive surge voltage that should protect the circuits Ld1 and Ld2 is applied between the power supply terminal VBB and the ground terminal GND, the surge current mainly flows through the current limiting resistor Rb and the voltage limiter circuit 110. The circuit Ld2 is protected from surge. Further, the voltage at the voltage supply terminal Vcc1 becomes almost the same as the voltage at the voltage supply terminal Vcc2 by the diode D3, and the circuit Ld1 is also protected from the surge. Further, for a negative surge, the surge current flows through the diodes D1, D3 and the current limiting resistor Rb, and the circuits Ld1, Ld2 are protected from the surge.

また、別の構成として、図7過電圧保護回路105がある。これは図3に対して電圧リミット回路111、ダイオードD1を電流制限抵抗Raに直列に接続し、電圧供給端子Vcc1とVcc2の間にツェナーダイオードZDを接続した構成である。
回路Ld1、Ld2を保護するべきプラスのサージ電圧が電源端子VBBと接地端子GNDとの間に印加されたとすると、サージ電流は主に電流制限抵抗Rb、ツェナーダイオードZD、電圧リミッタ回路111を介して流れることにより、回路Ld1、Ld2はサージから保護される。また、マイナスのサージに対しては、サージ電流はダイオードD1、ツェナーダイオードZD、電流制限抵抗Rbを流れ、回路Ld1、Ld2はサージから保護される。
Another configuration is the overvoltage protection circuit 105 in FIG. This is a configuration in which a voltage limit circuit 111 and a diode D1 are connected in series to a current limiting resistor Ra, and a Zener diode ZD is connected between the voltage supply terminals Vcc1 and Vcc2 with respect to FIG.
If a positive surge voltage that should protect the circuits Ld1 and Ld2 is applied between the power supply terminal VBB and the ground terminal GND, the surge current mainly passes through the current limiting resistor Rb, the Zener diode ZD, and the voltage limiter circuit 111. By flowing, the circuits Ld1 and Ld2 are protected from surge. For negative surges, the surge current flows through the diode D1, the Zener diode ZD, and the current limiting resistor Rb, and the circuits Ld1 and Ld2 are protected from the surge.

更に、別の構成として図8の過電圧保護回路106がある。この過電圧保護回路106は、電圧リミッタ回路110、111、2個の電流制限用の抵抗Ra、Rb、ダイオードD1、D2で構成され、電源端子VBBと接地端子GNDを介して、図示しない自動車のバッテリ(蓄電池)などから直流電力の供給を受け、電圧供給端子Vcc1、Vcc2に接続された回路Ld1、回路Ld2に過電圧保護された直流電力を供給するようになっている。   Furthermore, there is an overvoltage protection circuit 106 of FIG. 8 as another configuration. The overvoltage protection circuit 106 includes voltage limiter circuits 110 and 111, two current limiting resistors Ra and Rb, and diodes D1 and D2, and is connected to a battery of an automobile (not shown) via a power supply terminal VBB and a ground terminal GND. DC power is supplied from (storage battery) or the like, and overvoltage-protected DC power is supplied to the circuits Ld1 and Ld2 connected to the voltage supply terminals Vcc1 and Vcc2.

ここで、回路Ld1、Ld2に必要な最低電圧、最低電流が異なると仮定する。電流制限抵抗Ra、Rbは通常時においては、回路Ld1、Ld2を流れる電流により電圧降下を起こすが、回路1及び回路2に最低必要な供給電圧の範囲内で電流制限抵抗Ra、Rbの抵抗値を大きくすれば、電圧リミッタ回路を小さくでき、回路の小型化を図ることができる。   Here, it is assumed that the minimum voltage and the minimum current required for the circuits Ld1 and Ld2 are different. The current limiting resistors Ra and Rb normally cause a voltage drop due to the current flowing through the circuits Ld1 and Ld2, but the resistance values of the current limiting resistors Ra and Rb are within the minimum supply voltage range required for the circuits 1 and 2. Is increased, the voltage limiter circuit can be reduced and the circuit can be miniaturized.

ところで、本発明は特にデジタル調整回路を持つ気体流量計の回路に適用する場合において好適であり、図9に具体例を示している。ここで、図3の過電圧保護回路103を用いた場合で説明する。図3における回路Ld1として、図25に示した流量検出回路DECT1の一部である演算増幅器OP1を接続する。また、回路Ld2として、気体流量計の回路の各部に必要な基準電圧を供給するレギュレータREGを接続する。   By the way, the present invention is particularly suitable when applied to a gas flow meter circuit having a digital adjustment circuit, and a specific example is shown in FIG. Here, the case where the overvoltage protection circuit 103 of FIG. 3 is used will be described. As the circuit Ld1 in FIG. 3, an operational amplifier OP1 which is a part of the flow rate detection circuit DECT1 shown in FIG. 25 is connected. Further, as the circuit Ld2, a regulator REG for supplying a necessary reference voltage to each part of the gas flow meter circuit is connected.

演算増幅器OP1はパワートランジスタTr1を制御するので、演算増幅器OP1に必要な供給電流は少なくて良いが(1.5mA程度と仮定)、パワートランジスタTr1を駆動するために比較的高い供給電圧が必要である。例えば、自動車のエンジンの始動時などバッテリ電圧が下がって、電源端子VBBの電圧が6Vとなっても、5.5V程度の出力を出せるようにする必要がある。一方、レギュレータREGは、表2(b)のデジタル調整回路のアナログ・デジタル変換器AD1、デジタル演算器CALC、デジタル・アナログ変換器DAなどに電圧を供給するもので、レギュレータREGに必要な供給電流は比較的大きいが(15mA程度と仮定)、電源供給端子VBBの電圧が仮に6Vに下がっても、常に5Vの出力を出せるようにすれば良い。   Since the operational amplifier OP1 controls the power transistor Tr1, the supply current required for the operational amplifier OP1 may be small (assuming about 1.5 mA), but a relatively high supply voltage is required to drive the power transistor Tr1. is there. For example, it is necessary to be able to produce an output of about 5.5V even when the battery voltage is lowered when the engine of an automobile is started and the voltage of the power supply terminal VBB becomes 6V. On the other hand, the regulator REG supplies voltage to the analog / digital converter AD1, the digital arithmetic unit CALC, the digital / analog converter DA, etc. of the digital adjustment circuit shown in Table 2 (b), and the supply current required for the regulator REG. Is relatively large (assuming about 15 mA), but even if the voltage of the power supply terminal VBB drops to 6V, it is only necessary to always output 5V.

仮に、過電圧保護回路を図28に示した構成とし、1つの電圧供給端子から演算増幅器OP1、レギュレータREGの両方に過電圧保護された電圧を供給しようとすると、電源端子VBBの電圧が6Vのときに、供給電圧は5.5V、供給電流は16.5mA必要という条件から、電流制限抵抗Rの抵抗値は例えば30オームとする必要がある。   If the overvoltage protection circuit is configured as shown in FIG. 28 and an attempt is made to supply overvoltage protected voltage from one voltage supply terminal to both the operational amplifier OP1 and the regulator REG, the voltage at the power supply terminal VBB is 6V. From the condition that the supply voltage is 5.5 V and the supply current is 16.5 mA, the resistance value of the current limiting resistor R needs to be 30 ohms, for example.

一方、図9の過電圧保護回路103では、図28の一般的な過電圧保護回路に比べ、抵抗値を大きくすることが可能である。すなわち、電流制限抵抗Raは電流が1.5mA流れたときに電圧降下が0.5V以下、電流制限抵抗Rbは電流が15mA流れたときに電圧降下が1V以下という条件から、例えば、抵抗Raを250オーム、抵抗Rbを50オームとすれば良い。したがって、電圧リミッタ回路110を流れる電流、すなわちエネルギーが小さくなるので、必要となる電気的耐量が小さくなり、電圧リミッタ回路110を小さくすることも可能となる。   On the other hand, in the overvoltage protection circuit 103 of FIG. 9, the resistance value can be increased as compared with the general overvoltage protection circuit of FIG. That is, the current limiting resistor Ra has a voltage drop of 0.5 V or less when the current flows 1.5 mA, and the current limiting resistor Rb has a voltage drop of 1 V or less when the current flows 15 mA. 250 ohms and resistance Rb may be 50 ohms. Therefore, since the current flowing through the voltage limiter circuit 110, that is, the energy is reduced, the required electric resistance is reduced, and the voltage limiter circuit 110 can be reduced.

また、これらの過電圧保護回路、流量検出回路DECT、デジタル調整回路に含まれる素子の一部、若しくは全部をBCD(バイポーラ、C−MOS、D−MOS)プロセスなどを利用して、同一集積回路上に集積化することにより、小型化や製造コストの低減を図ることが可能である。なお、本発明による過電圧保護回路の構成は、電圧供給端子Vccが3端子以上に増えても同様な考え方で応用できる。   In addition, some or all of the elements included in the overvoltage protection circuit, the flow rate detection circuit DECT, and the digital adjustment circuit are formed on the same integrated circuit using a BCD (bipolar, C-MOS, D-MOS) process or the like. It is possible to achieve downsizing and reduction in manufacturing cost by integrating in the system. The configuration of the overvoltage protection circuit according to the present invention can be applied in the same way even if the voltage supply terminal Vcc is increased to three or more terminals.

次に、センサ出力特性の調整の高精度化について、図10〜13を用いて、(1)本発明における調整演算の例を、(2)ゼロ点、スパンのみの調整した従来例と比較して、説明する。
図10は、流量検出回路DECTにおける流量に対する出力電圧特性であり、この出力電圧を、所望の流量に対する出力特性である図12の細線で示した(A)理想出力となるように調整回路で調整する。
Next, regarding the improvement in accuracy of the adjustment of the sensor output characteristics, with reference to FIGS. 10 to 13, (1) an example of the adjustment calculation in the present invention is compared with (2) the conventional example in which only the zero point and the span are adjusted. I will explain.
FIG. 10 shows an output voltage characteristic with respect to the flow rate in the flow rate detection circuit DECT, and this output voltage is adjusted by the adjustment circuit so as to be (A) ideal output indicated by a thin line in FIG. To do.

まず、(2)ゼロ点、スパンのみを調整した従来例の場合、図11の調整回路における調整演算式は、入力される電圧値によらず、1次式の関係となる。この調整回路での入出力特性で図10の流量検出回路における流量に対する出力電圧特性を調整すると図12の(2)の図のようになる。(A)理想出力との誤差を図13の(2)に示す。一方、(1)本発明による調整演算の例では、図11に示すように、調整回路の入出力特性は、入力される電圧信号の入力範囲を2分割して、各分割範囲A、Bで異なる調整演算式(本例では、最も簡単な1次式とした)を定めている。この調整回路での入出力特性で図10の流量検出回路における流量に対する出力電圧特性を調整すると図12の(1)の図のようになる。(A)理想出力との誤差を図13に(2)の従来例と重ねて示すと、(1)のようになり、調整誤差が小さくなることが分かる。   First, (2) in the case of the conventional example in which only the zero point and the span are adjusted, the adjustment calculation formula in the adjustment circuit in FIG. 11 is a linear relationship regardless of the input voltage value. When the output voltage characteristic with respect to the flow rate in the flow rate detection circuit of FIG. (A) The error from the ideal output is shown in (2) of FIG. On the other hand, (1) In the example of the adjustment calculation according to the present invention, as shown in FIG. 11, the input / output characteristics of the adjustment circuit are obtained by dividing the input range of the input voltage signal into two, Different adjustment calculation formulas (in this example, the simplest primary formula) are defined. When the output voltage characteristic with respect to the flow rate in the flow rate detection circuit of FIG. (A) When the error from the ideal output is shown in FIG. 13 in an overlapped manner with the conventional example of (2), it becomes as shown in (1), and it can be seen that the adjustment error becomes small.

なお、本例では、入力される電圧信号の入力範囲の分割を、最も簡単な2分割としているが、調整誤差を更に小さくするためには分割数を増やし、それぞれに調整演算式を与えれば良い。例えば、4分割とすると図13の(3)に示したようになる。また、調整演算式も2次以上の関係式を用いて、調整誤差を小さくしても良い。ただし、この場合には回路規模が増大したり、デジタル演算では計算時間が長くなるといった問題がある。   In this example, the input range of the input voltage signal is divided into the simplest two. However, in order to further reduce the adjustment error, the number of divisions may be increased and an adjustment arithmetic expression may be given to each. . For example, when it is divided into four, it is as shown in (3) of FIG. Further, the adjustment calculation formula may be a quadratic or higher-order relational formula to reduce the adjustment error. However, in this case, there is a problem that the circuit scale increases or the calculation time becomes long in digital calculation.

また、本例では、誤差が2次関数的な特性として検討しているが、誤差が3次(以上)関数的な特性であったり、急峻な特性であっても、分割数を増やすことにより調整誤差を小さくできる。
このような調整回路は調整回路をデジタル化すると容易に実現できる。このデジタル調整回路の例は表2(b)のデジタル調整に示した。
In this example, the error is considered as a quadratic function characteristic, but even if the error is a cubic (or higher) function characteristic or a steep characteristic, the number of divisions can be increased. Adjustment error can be reduced.
Such an adjustment circuit can be easily realized by digitizing the adjustment circuit. An example of this digital adjustment circuit is shown in the digital adjustment of Table 2 (b).

このデジタル調整回路は、図25、図26に示した流量検出回路DECT1、DECT2の電圧出力をアナログ・デジタル変換器AD1にてデジタル値に変換後、デジタル演算器CALCにより出力特性を調整演算し、デジタル・アナログ変換器DAにてアナログ出力を得る構成である。デジタル演算器CALCを制御し、また、調整演算のためのプログラム、調整演算式に必要な調整係数、演算上、一時的に保存するデータは、ROMなどの読み出し専用のメモリ、PROMなどの書き込み可能なメモリやEEPROMなどの書き換え可能なメモリ、RAMなどの読み書き可能なメモリなどの記憶装置MEMに記憶される。   This digital adjustment circuit converts the voltage output of the flow rate detection circuits DECT1 and DECT2 shown in FIGS. 25 and 26 into a digital value by the analog / digital converter AD1, adjusts and calculates the output characteristics by the digital calculator CALC, The digital / analog converter DA obtains an analog output. The digital arithmetic unit CALC is controlled, and the program for adjustment calculation, the adjustment coefficient necessary for the adjustment calculation formula, and the data temporarily stored for calculation can be written in the read-only memory such as ROM, PROM etc. Stored in a storage device MEM such as a rewritable memory such as a random access memory or an EEPROM, and a readable / writable memory such as a RAM.

ところで、微分可能な任意の関数y=f(x)に対して、aを定数として、|x−a|が極めて小さいとき、平均値の定理からf(x)=f(a)+f'(a)(x−a)で表される、つまり、xの微少変化範囲では任意関数は1次式で置き換えることが可能である。   By the way, for an arbitrary differentiable function y = f (x), when a is a constant, and | x−a | is extremely small, f (x) = f (a) + f ′ ( a) It is expressed by (x−a), that is, in the slight change range of x, the arbitrary function can be replaced with a linear expression.

そこで、DinとDoutについても、
Dout=F(Din) (式1)
と置くと、各Dinの微少変化範囲においてA,Bを係数として、1次式
Dout=A・Din+B (式2)
で置き換えることができる。ただし、全てのDinに対し、1次式を与えるのは現実的でないことや、あるDinの範囲内ではほぼ同じ1次の調整演算式を用いることができることから、Dinの軸を分割点Din(1),Din(2),...,Din(n)でn分割して、各分割区間に対し1次の調整演算式
So about Din and Dout,
Dout = F (Din) (Formula 1)
Then, the linear expression Dout = A · Din + B (Expression 2)
Can be replaced. However, since it is not practical to give a linear expression to all Din, and almost the same primary adjustment calculation expression can be used within a certain Din range, the axis of Din is divided into the division points Din ( 1), Din (2),. . . , Din (n) is divided into n, and a first-order adjustment calculation formula for each divided section

Figure 2007139793
を与えることにした。
Figure 2007139793
Decided to give.

これに基づいた計算のフローチャートを図14に示す。まず、デジタル演算器CALCに入力されたDinから、Din(k)≦Din<Din(k+1)となるkを検索する。次に、係数A(k)、B(k)を記憶装置MEMより呼び出して、デジタル演算器CALCで調整演算式(式3)に則り計算を行なうことにより、出力が調整される。   A flowchart of the calculation based on this is shown in FIG. First, k that satisfies Din (k) ≦ Din <Din (k + 1) is searched from Din input to the digital computing unit CALC. Next, the output is adjusted by calling the coefficients A (k) and B (k) from the storage device MEM and performing the calculation according to the adjustment arithmetic expression (Expression 3) by the digital arithmetic unit CALC.

ここで、分割点の数nを2のi乗とする。デジタル値Dinを2進数であらわし、m(=n+1以上)ビットで表現されるとする。分割点については、上位iビットは任意値であり、残りの下位m−iビットは全て0であるとする。つまり、Din(k)は
iビット m−i ビット
Din(1)= 0 0 0 0 0 .... 0 0
Din(2)= 0 0 1 0 0 .... 0 0


Din(n)= 1 1 1 0 0 .... 0 0 (式4)
とする。つまり、分割の区間は均等となる。センサ出力を調整するには、Dinの上位iビットがk(2進数表現)であれば、Dinは必ず
Din(k)≦Din<Din(k+1)
となる。従って、調整演算式の係数はA(k)、B(k)となる。つまり、Dinの上位iビットをラベルに持つA(k)、B(k)を記憶装置から読み出し、デジタル演算器CALCにて調整演算を行なえば良い。
Here, the number n of division points is 2 to the i power. The digital value Din is represented by a binary number and is expressed by m (= n + 1 or more) bits. As for the dividing points, the upper i bits are arbitrary values, and the remaining lower mi bits are all 0. That is, Din (k) is
i bit m−i bit Din (1) = 0 0 0 0 0 0 .... 0 0
Din (2) = 0 0 1 0 0 .... 0 0
:
:
Din (n) = 1 1 1 0 0 .... 0 0 (Formula 4)
And That is, the divided sections are equal. To adjust the sensor output, if the upper i bits of Din are k (binary representation), Din is always Din (k) ≦ Din <Din (k + 1)
It becomes. Accordingly, the coefficients of the adjustment calculation formula are A (k) and B (k). That is, A (k) and B (k) having the higher-order i bits of Din as labels may be read from the storage device and adjusted by the digital arithmetic unit CALC.

このような検索方法は、分割数が大きくなっても、検索にかかる時間は変わらないので、特に分割数が大きくなる場合において有効な方法である。
なお、調整値の書き込む前の気体流量計の調整時の測定ポイントはn個を均等に測定する必要はなく、任意ポイントで測定し、n個の調整係数A(k)、B(k)は補間により求め、書き込めばよい。
Such a search method is effective when the number of divisions increases, because the time required for the search does not change even if the number of divisions increases.
In addition, it is not necessary to uniformly measure n measurement points at the time of adjustment of the gas flowmeter before the adjustment value is written, and measurement is performed at an arbitrary point, and the n adjustment coefficients A (k) and B (k) are Find and write by interpolation.

また、この均等分割での直線近似の直線は図15に示すグラフの関係がある。すなわち、Dinのある区間の検索に用いた上位iビットの残り下位m−iビットを用いて、
Dout=A・(Dinの下位m−iビット)+B (式5)
の調整演算式を用いれば、計算においてオーバーフローを起こす可能性が小さくなる。
Further, the straight line approximated by the equal division has a graph relationship shown in FIG. That is, using the remaining lower-order m-i bits of the upper-order i bits used for searching for a section with Din,
Dout = A · (the lower order mi bits of Din) + B (Formula 5)
If this adjustment calculation formula is used, the possibility of overflow in the calculation is reduced.

ところで、気体流量検出回路DECTの電流検出抵抗Rhで変換された電圧出力Vと流量Qの間は、図10に示したような4次式で表現されるような関係をもっている。ここで、仮にQに対し、V∝Qのようなリニアな出力特性を出す必要が生じた場合、分割数を増やして、直線近似で4次式を表現する方法を用いることができる。この気体流量計の場合、4次式と直線近似による誤差は、16分割では約3%、32分割では約0.8%、64分割では約0.2%、128分割では約0.05%となる。分割数を増やせば、4次式を直線近似したことによる誤差が当然小さくなり、流量Qに対しリニアな出力特性に近づくが、気体流量計の出力特性に許容される誤差を考えると、32分割以上にすると良い。   By the way, the voltage output V converted by the current detection resistor Rh of the gas flow rate detection circuit DECT and the flow rate Q have a relationship expressed by a quaternary equation as shown in FIG. Here, if it is necessary to output linear output characteristics such as V∝Q with respect to Q, a method of expressing a quaternary expression by linear approximation by increasing the number of divisions can be used. In the case of this gas flow meter, the error due to the quadratic equation and linear approximation is about 3% in 16 divisions, about 0.8% in 32 divisions, about 0.2% in 64 divisions, and about 0.05% in 128 divisions It becomes. If the number of divisions is increased, the error due to the linear approximation of the quaternary equation is naturally reduced and approaches a linear output characteristic with respect to the flow rate Q, but considering the error allowed for the output characteristic of the gas flow meter, the division is 32. It is good to do it above.

次に、温度特性の調整について説明する。
気体流量計の温度特性、すなわち、温度による出力特性の変化は、大きく分けて、回路基板温度が一定で、気体温度が変化した場合の吸気温度特性、及び、気体温度が一定で回路基板温度が変化した場合の基板温度特性(モジュール温度特性ともよぶ)の2つであるが、ここでは、基板温度特性の調整について説明する。なお、吸気温度特性については、流量検出回路DECT1の発熱抵抗体Rh、気体温度測定抵抗体Rcの抵抗値、抵抗温度係数(TCR)、抵抗R1、R2の抵抗値を適切に設定することにより、小さくすることができる。また、吸気温度特性は流量依存性があり、完全にゼロとすることが難しいので、基板温度特性に、故意に吸気温度特性に対して逆特性を持たせることにより、気体流量計全体の温度特性をゼロとすることもできる。
Next, adjustment of temperature characteristics will be described.
The temperature characteristics of the gas flowmeter, that is, the change in the output characteristics due to temperature, can be broadly divided into the intake circuit temperature characteristics when the circuit board temperature is constant and the gas temperature changes, and the circuit board temperature when the gas temperature is constant. There are two substrate temperature characteristics (also referred to as module temperature characteristics) when changed. Here, adjustment of the substrate temperature characteristics will be described. As for the intake air temperature characteristic, by appropriately setting the resistance value of the heating resistor Rh, the gas temperature measuring resistor Rc, the resistance temperature coefficient (TCR), and the resistance values of the resistors R1, R2 of the flow rate detection circuit DECT1, Can be small. In addition, since the intake air temperature characteristic is flow-dependent and difficult to completely eliminate, it is difficult to make it completely zero. Can be set to zero.

一方、基板温度特性は、主に、アナログ・デジタル変換器ADやデジタル・アナログ変換器DAに基準電圧を供給するレギュレータの出力電圧の温度特性に起因する。この温度特性の調整をする回路の概略構成を図16に示す。表2(b)のデジタル調整回路に対し、温度特性の調整を行なうため、温度センサTSとその出力をデジタル値に変換するアナログ・デジタル変換器AD2を追加し、デジタル演算器CALCに入力している。   On the other hand, the substrate temperature characteristic is mainly caused by the temperature characteristic of the output voltage of the regulator that supplies the reference voltage to the analog / digital converter AD and the digital / analog converter DA. A schematic configuration of a circuit for adjusting the temperature characteristic is shown in FIG. To adjust the temperature characteristics of the digital adjustment circuit shown in Table 2 (b), a temperature sensor TS and an analog / digital converter AD2 that converts the output into a digital value are added and input to the digital arithmetic unit CALC. Yes.

まず、温度特性の調整に必要な温度センサTSは、温度特性を持つレギュレータの近傍に配置される。この温度センサの構成として、例えば、図17にあるように、定電流源ISと1〜数個のダイオードDを用いた構成がある。例えばダイオードを3個直列に接続した構成とすると、温度変化に対する出力がおよそ−6〜−5mV/℃の割合で変化し、直線性も良い。   First, the temperature sensor TS necessary for adjusting the temperature characteristics is arranged in the vicinity of the regulator having the temperature characteristics. As a configuration of this temperature sensor, for example, as shown in FIG. 17, there is a configuration using a constant current source IS and one to several diodes D. For example, when three diodes are connected in series, the output with respect to the temperature change changes at a rate of about −6 to −5 mV / ° C., and the linearity is good.

更に、レギュレータの供給電圧は、温度に対しリニアに変化するようにすれば、温度調整は1次式で良いことになる。このようなレギュレータはバンドギャップ基準電源回路(バンドギャップ電圧源回路)を用いることにより、実現される。この回路の概略構成を図18に示しており、2個のダイオード接続されたトランジスタQ1、Q2、演算増幅器OP3、抵抗R7、R8、R9により構成される。   Further, if the supply voltage of the regulator changes linearly with respect to the temperature, the temperature adjustment can be performed by a linear expression. Such a regulator is realized by using a band gap reference power supply circuit (band gap voltage source circuit). The schematic configuration of this circuit is shown in FIG. 18, and is composed of two diode-connected transistors Q1 and Q2, an operational amplifier OP3, and resistors R7, R8, and R9.

トランジスタQ1、Q2に流れる電流は、演算増幅器OP3を用いることにより、抵抗R8、R9の抵抗値により定められる一定比率となる。このとき、トランジスタQ2のベース・エミッタ間電圧と抵抗R7の電圧降下の和と、トランジスタQ1のベース・エミッタ間電が等しくなるように演算増幅器OP3の出力電圧が安定する。抵抗R7の電圧降下は、トランジスタQ2とQ1のベース・エミッタ間電圧の差に等しく、これはサーマルボルテージVT=kT/qに比例した値となるので、抵抗R8、R9とトランジスタQ2、Q1に流れる電流は1次の正の温度特性を有する。 The current flowing through the transistors Q1 and Q2 becomes a constant ratio determined by the resistance values of the resistors R8 and R9 by using the operational amplifier OP3. At this time, the output voltage of the operational amplifier OP3 is stabilized so that the sum of the base-emitter voltage of the transistor Q2 and the voltage drop of the resistor R7 is equal to the base-emitter voltage of the transistor Q1. The voltage drop across the resistor R7 is equal to the difference between the base-emitter voltages of the transistors Q2 and Q1, which is proportional to the thermal voltage V T = kT / q, so that the resistors R8, R9 and the transistors Q2, Q1 The flowing current has a first-order positive temperature characteristic.

一般に、ベース・エミッタ間電圧は負の温度特性を有することから、トランジスタQ2、Q1のベース・エミッタ間電圧と、サーマルボルテージVTに比例する抵抗R7の電圧降下との和であるバンドギャップ基準電源回路の出力である基準電圧は、抵抗R7、R8、R9の抵抗値を変えることにより、1次の温度係数を設定できる。実際には、バンドギャップ基準電源回路に含まれる各要素がわずかに非線形な温度係数を持つので、この基準電源回路の出力電圧は、温度変化に対して高温側でわずかに非線形な特性となる。 In general, since the base-emitter voltage has a negative temperature characteristic, the band gap reference power source is the sum of the base-emitter voltage of the transistors Q2, Q1 and the voltage drop of the resistor R7 proportional to the thermal voltage V T. The reference voltage, which is the output of the circuit, can set a first-order temperature coefficient by changing the resistance values of the resistors R7, R8, and R9. Actually, since each element included in the bandgap reference power supply circuit has a slightly non-linear temperature coefficient, the output voltage of the reference power supply circuit has a slightly non-linear characteristic on the high temperature side with respect to a temperature change.

温度センサTSの出力、基準電圧を供給するレギュレータの供給電圧が温度変化に対して1次の温度特性をもつので、温度特性の調整は、Dinに対する調整演算式(式2)でA、Bの調整項に温度に対する1次の調整項をくわえればよいことになる、すなわち、a、b、c、dを係数として、
Dout=(a・Dtemp+b)・Din+(c・Dtemp+d) (式6)
の式で与える。
Since the output of the temperature sensor TS and the supply voltage of the regulator that supplies the reference voltage have a first-order temperature characteristic with respect to the temperature change, the adjustment of the temperature characteristic is performed by the adjustment arithmetic expression (Formula 2) for Din of A and B It is only necessary to add a first-order adjustment term for temperature in the adjustment term, that is, a, b, c, d as coefficients.
Dout = (a · Dtemp + b) · Din + (c · Dtemp + d) (Formula 6)
Is given by

従って、調整演算式は(式3)、(式4)をまとめて、a(k)、b(k)、c(k)、d(k)を係数として、   Therefore, the adjustment calculation expression is a combination of (Expression 3) and (Expression 4), and a (k), b (k), c (k), and d (k) are coefficients.

Figure 2007139793
で与えられる。
Figure 2007139793
Given in.

センサの出力を調整するには、図14のフローチャートと同様に、Din(k)≦Din<Din(k+1)となるkを検索し、調整演算式の係数a(k)、b(k)、c(k)、d(k)を記憶装置より呼び出して、デジタル演算器CALCで調整演算式(式7)に則り計算を行なうことにより、出力が調整される。   In order to adjust the output of the sensor, similarly to the flowchart of FIG. 14, k that satisfies Din (k) ≦ Din <Din (k + 1) is searched, and coefficients a (k), b (k), The output is adjusted by calling c (k) and d (k) from the storage device and performing calculation according to the adjustment calculation formula (Formula 7) by the digital calculator CALC.

なお、温度に対する調整を更に簡略化するには、演算調整式(式6)の代わりに、C、Dを係数として
Dout=(C・Dtemp+D)・(A・Din+B) (式8)
としても良い。この式は、まず、流量に関する調整演算を行なってから、温度に関する調整演算を行なう演算式となる。
In order to further simplify the adjustment for temperature, Dout = (C · Dtemp + D) · (A · Din + B) (Equation 8) using C and D as coefficients instead of the calculation adjustment equation (Equation 6).
It is also good. This formula is an arithmetic formula that first performs an adjustment calculation related to the flow rate and then performs an adjustment calculation related to the temperature.

更に、レギュレータがわずかに非線形の温度特性を持っていることから、温度特性に対する調整精度の向上のために、流量調整と同様に温度センサの出力値によって演算式を変えて調整しても良い。この例を図19に、(a)温度センサの出力値によって演算式を変えて調整する例(ここでは、2分割とした)を、(b)一律調整の例と比較して示す。なお、ここでは、調整回路への入力値が一定、つまり、吸気温度特性がゼロで、流量が一定である仮定する。図18に示したレギュレータの温度特性に対する調整演算式の例を図19(1)とすると、温度特性に対する調整後の出力特性は図19(2)のようになり、誤差が小さくなる。   Further, since the regulator has a slightly non-linear temperature characteristic, adjustment may be made by changing the arithmetic expression according to the output value of the temperature sensor in the same manner as the flow rate adjustment in order to improve the adjustment accuracy with respect to the temperature characteristic. FIG. 19 shows an example in which (a) an adjustment is made by changing the arithmetic expression depending on the output value of the temperature sensor (here, divided into two), compared with an example of (b) uniform adjustment. Here, it is assumed that the input value to the adjustment circuit is constant, that is, the intake air temperature characteristic is zero and the flow rate is constant. If the example of the adjustment calculation formula for the temperature characteristic of the regulator shown in FIG. 18 is shown in FIG. 19 (1), the output characteristic after adjustment for the temperature characteristic is as shown in FIG.

また、温度特性調整の演算式は2次式以上であってもよい。更に、吸気温度特性の調整のために、気体温度センサとアナログ・デジタル変換器を追加し、上記と同様な調整演算を行なうことも可能である。   Further, the arithmetic expression for adjusting the temperature characteristic may be a quadratic expression or more. Furthermore, in order to adjust the intake air temperature characteristic, it is possible to add a gas temperature sensor and an analog / digital converter and perform the same adjustment calculation as described above.

ところで、調整係数の記憶装置として、再書き込み可能なEEPROMなどの記憶装置を用いれば、不要になった自動車から、まだ使用可能な気体流量計を取り出し、出力の仕様を変えることで、他の自動車に使用することが可能となる。
また、製造工程においては、現状では、調整において、まず、調整前に気体を流し出力特性の調整量を決定して調整を行ない、その上で、更に特性を確認試験する工程を取っているが、EEPROMを用いた場合、予め調整係数を書き込んでおき、特性確認試験でNGとなった気体流量計を再調整すれば良い。つまり、EEPROMを用いることにより、リサイクル性が高まり、製造コストを引き下げるメリットが生まれる。
By the way, if a storage device such as a rewritable EEPROM is used as a storage device for the adjustment coefficient, another vehicle can be obtained by taking out a gas flow meter that can still be used from a vehicle that has become unnecessary and changing the output specifications. Can be used.
In addition, in the manufacturing process, at present, in the adjustment, first, a gas is flowed before the adjustment, the adjustment amount of the output characteristic is determined, and the adjustment is performed. When an EEPROM is used, an adjustment coefficient is written in advance, and the gas flow meter that has become NG in the characteristic confirmation test may be readjusted. That is, by using the EEPROM, there is an advantage that the recyclability is improved and the manufacturing cost is reduced.

また、デジタル調整回路として、図20のような構成もある。これは、図16とほぼ同構成であるが、図27に示した差動出力型の流量検出回路DECT3をアナログ・デジタル変換器AD1に接続した構成である。更に、図25、図26に示した流量検出回路DECT1、DECT2も接続できるように、スイッチ群SWSを追加し、単相入力、差動入力を切り替えられるようにした。更に、出力回路として周波数出力回路FCを追加した。なお、調整演算は同じように行なうことができる。   Further, there is a configuration as shown in FIG. 20 as a digital adjustment circuit. This is substantially the same configuration as that of FIG. 16, but is a configuration in which the differential output type flow rate detection circuit DECT3 shown in FIG. 27 is connected to the analog / digital converter AD1. Further, a switch group SWS is added so that the flow rate detection circuits DECT1 and DECT2 shown in FIGS. 25 and 26 can be connected, so that the single-phase input and the differential input can be switched. Further, a frequency output circuit FC is added as an output circuit. The adjustment calculation can be performed in the same way.

次に図21は、気体流量計の流量信号出力端子と調整データが書きこまれる記憶装置とのデータ通信に必要な通信用の入出力端子の削減、並びに気体流量計の流量信号出力として、レシオメトリックのアナログ出力、非レシオメトリックのアナログ出力、及びデジタル出力のいずれかを出力可能とし、更に、データ通信用入出力経路と流量信号出力経路を兼ねることにより、端子を削減することが可能となる本発明の実施例を説明する一例である。センサ出力回路部201は、主にデジタル・アナログ変換器DA、周波数出力回路FC、スイッチSW1、SW2から構成される。   Next, FIG. 21 shows the ratio of input / output terminals for communication necessary for data communication between the flow rate signal output terminal of the gas flow meter and the storage device in which the adjustment data is written, and the flow rate signal output of the gas flow meter. It is possible to output either metric analog output, non-ratio metric analog output, or digital output, and the number of terminals can be reduced by combining the data communication input / output path and flow rate signal output path. It is an example explaining the Example of this invention. The sensor output circuit unit 201 mainly includes a digital / analog converter DA, a frequency output circuit FC, and switches SW1 and SW2.

デジタル演算器CALCにより調整演算して得られるデジタル値は、デジタル・アナログ変換器DA、周波数出力回路FCに入力される。デジタル・アナログ変換器DAは入力されたデジタル値をアナログ電圧出力に変換する。このアナログ電圧出力の基準はデジタル・アナログ変換器DAに供給される電圧であるが、この電圧を気体流量計の内部の電子回路で生成された電圧とレシオメトリック基準電圧端子232に外部から供給される電圧(例えば、自動車用エンジンコントロールユニットのアナログ・デジタル変換器の基準電圧)とをスイッチSW2で切り替えることにより、ノンレシオメトリック電圧出力とレシオメトリック出力を切り替えることが可能である。また、周波数出力回路FCは入力されたデジタル値を所望のデジタル出力として出力する。アナログ電圧出力とデジタル出力はスイッチSW2により、切り替える。これらスイッチSW1、SW2の切り替えは、センサ調整時に書き込み可能な記憶装置MEMのデータで行なう。   A digital value obtained by adjusting and calculating by the digital arithmetic unit CALC is input to the digital / analog converter DA and the frequency output circuit FC. The digital / analog converter DA converts an input digital value into an analog voltage output. The reference of the analog voltage output is a voltage supplied to the digital / analog converter DA, and this voltage is supplied to the voltage generated by the electronic circuit inside the gas flow meter and the ratiometric reference voltage terminal 232 from the outside. It is possible to switch between a non-ratiometric voltage output and a ratiometric output by switching a voltage (for example, a reference voltage of an analog / digital converter of an automobile engine control unit) with a switch SW2. The frequency output circuit FC outputs the input digital value as a desired digital output. The analog voltage output and digital output are switched by the switch SW2. These switches SW1 and SW2 are switched by data stored in the storage device MEM during sensor adjustment.

また、センサ調整時に調整係数、スイッチ切り替え設定を書き込む記憶装置MEMと気体流量計外部とのデータを転送するデータ入出力回路部202は、主に、集積回路内部のデータのビット数(8ビットや16ビット)と外部とのデータ転送時の1ビットデータを変換するデータ変換回路I/O、及び、データ変換回路I/Oがデータの入力するか、出力するかを示すDIRECTION信号を出力する方向信号出力回路DIR、CLOCK端子に入力されたクロック信号を検出するクロック検出回路CDECT、方向信号出力回路DIRからの信号によりデータ変換回路I/Oにデータ信号を入力するか、出力するかを切り替えるスイッチSW4から構成される。   In addition, the data input / output circuit unit 202 that transfers data between the storage device MEM that writes the adjustment coefficient and switch switching setting at the time of sensor adjustment and the outside of the gas flow meter mainly includes the number of data bits (8 bits, 16 bits) and a data conversion circuit I / O for converting 1-bit data at the time of data transfer to the outside, and a direction to output a DIRECTION signal indicating whether the data conversion circuit I / O inputs or outputs data Signal output circuit DIR, clock detection circuit CECT for detecting the clock signal input to the CLOCK terminal, switch for switching whether the data signal is input to or output from the data conversion circuit I / O according to the signal from the direction signal output circuit DIR It is composed of SW4.

クロック検出回路CDECTからの検出信号はデータ変換回路I/Oに入力され、データ変換回路が動作する。また、スイッチSW3を追加し、この検出信号によりスイッチSW3が切り替わるようにすれば、集積回路内で流量信号出力経路とデータ入出力経路を1つの経路にまとめることが可能となる。また、CLOCK端子にパルスノイズが入って、誤ってスイッチSW3を切り替えることがないように、クロック検出回路CDECTに予め定められたパルス数が入力されてから、検出信号を出力するようにした。   A detection signal from the clock detection circuit CECT is input to the data conversion circuit I / O, and the data conversion circuit operates. If the switch SW3 is added and the switch SW3 is switched by this detection signal, the flow signal output path and the data input / output path can be combined into one path in the integrated circuit. In addition, a detection signal is output after a predetermined number of pulses are input to the clock detection circuit CDECT so that the switch SW3 is not erroneously switched due to pulse noise entering the CLOCK terminal.

図22にデータ入出力時におけるデータのタイミングチャートの一例を示している。CLOCK端子にCLOCK信号251が入ると、クロック検出回路CDECTが動作しSTART信号252を生成する。スイッチSW3はこのSTART信号252で切り替える。また、DIRECTION信号253は、予め定められたクロックパルスの数で信号が切り替わる。DEIRECTION信号253により、スイッチSW4を切り替え、データの流れる方向、つまり、DATA IN信号254とDATA OUT信号255を切り替える。   FIG. 22 shows an example of a data timing chart during data input / output. When the CLOCK signal 251 is input to the CLOCK terminal, the clock detection circuit CDECT operates to generate the START signal 252. The switch SW3 is switched by this START signal 252. Further, the DIRECTION signal 253 is switched by a predetermined number of clock pulses. The switch SW4 is switched by the DIRETION signal 253 to switch the data flow direction, that is, the DATA IN signal 254 and the DATA OUT signal 255.

本発明の他の実施例を示す図23は、気体流量計の流量信号出力端子と調整情報を書き込む記憶素子との通信に必要な通信用の入出力端子の削減、並びにセンサの出力として、レシオメトリックのアナログ出力、非レシオメトリックのアナログ出力、及びパルス出力のいずれかを出力可能とし、更に、通信用入出力端子とセンサ出力端子を兼ねて、端子を削減することが可能としている。   FIG. 23 showing another embodiment of the present invention shows the ratio of the input / output terminals for communication necessary for communication between the flow rate signal output terminal of the gas flow meter and the storage element for writing the adjustment information, and the ratio of the output as the sensor output. Any one of the metric analog output, the non-ratio metric analog output, and the pulse output can be output, and the communication input / output terminal and the sensor output terminal can be combined to reduce the number of terminals.

図21と異なる点はデジタル・アナログ変換器DAの後段にアナログ電圧をデジタル出力に変換するVF変換回路VFを入れ、スイッチSW1により、アナログ電圧出力かデジタル出力かを切り替える構成とした。この構成の動作は図21と同じとなるので、説明は省略する。本構成により、気体流量計の外部との接続端子は電源端子、接地端子、流量信号出力兼データ入出力端子、データ入出力端子の最低4端子で実現できる。   A difference from FIG. 21 is that a VF conversion circuit VF that converts an analog voltage into a digital output is inserted after the digital / analog converter DA, and the analog voltage output or the digital output is switched by a switch SW1. Since the operation of this configuration is the same as that of FIG. With this configuration, the connection terminal with the outside of the gas flow meter can be realized with at least four terminals of a power supply terminal, a ground terminal, a flow rate signal output / data input / output terminal, and a data input / output terminal.

ところで、エンジンコントロールユニットからの外部基準電圧から供給される最大電流が小さくて、この外部基準電圧をデジタル・アナログ変換器DAに直接接続した場合、出力段の増幅回路を含むために消費電流が大きいデジタル・アナログ変換器DAを駆動できない可能性がある。そこで、図24のように演算増幅器OP4の供給電源を図示しないバッテリ電圧に接続したバッファ回路を挿入し、バッファ回路の入力を抵抗として、出力をデジタル・アナログ変換器DAの電源端子に接続すれば、演算増幅器OP4より電流が供給されるため、デジタル・アナログ変換器DAを駆動することが可能となる。なお、バッファ回路の負荷抵抗Riは10kオーム程度とする。   By the way, when the maximum current supplied from the external reference voltage from the engine control unit is small and this external reference voltage is directly connected to the digital / analog converter DA, the current consumption is large because the amplifier circuit of the output stage is included. The digital / analog converter DA may not be driven. Therefore, as shown in FIG. 24, a buffer circuit in which the power supply of the operational amplifier OP4 is connected to a battery voltage (not shown) is inserted, the input of the buffer circuit is used as a resistor, and the output is connected to the power supply terminal of the digital / analog converter DA. Since the current is supplied from the operational amplifier OP4, the digital / analog converter DA can be driven. Note that the load resistance Ri of the buffer circuit is about 10 k ohms.

本発明における気体流量計の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に適用されるノイズ低減回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the noise reduction circuit applied to the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる過電圧保護回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the overvoltage protection circuit used for the gas flowmeter in this invention. 本発明における過電圧保護回路に用いられる電圧リミット回路の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the voltage limit circuit used for the overvoltage protection circuit in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる過電圧保護回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the overvoltage protection circuit used for the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる過電圧保護回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the overvoltage protection circuit used for the gas flowmeter in this invention. 本発明における過電圧保護回路に用いられるダイオードの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the diode used for the overvoltage protection circuit in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる過電圧保護回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the overvoltage protection circuit used for the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる過電圧保護回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the overvoltage protection circuit used for the gas flowmeter in this invention. 気体流量計の流量検出回路の出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the output characteristic of the flow volume detection circuit of a gas flowmeter. 本発明における気体流量計の調整回路における入出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the input-output characteristic in the adjustment circuit of the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計の調整後の出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the output characteristic after adjustment of the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計の調整後の出力特性の誤差を示した図である。It is the figure which showed the error of the output characteristic after adjustment of the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる調整演算のフローチャートを示した図である。It is the figure which showed the flowchart of the adjustment calculation used for the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる調整演算の原理を示した図である。It is the figure which showed the principle of the adjustment calculation used for the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる調整回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the adjustment circuit used for the gas flowmeter in this invention. 温度センサ回路の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the temperature sensor circuit. レギュレータ回路の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the regulator circuit. 本発明における気体流量計の温度特性調整後の出力特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the output characteristic after the temperature characteristic adjustment of the gas flowmeter in this invention. 本発明における気体流量計に用いられる調整回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the adjustment circuit used for the gas flowmeter in this invention. 本発明による気体流量計に用いられるデータ通信用入出力回路とセンサ出力回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the data communication input / output circuit and sensor output circuit used in the gas flowmeter according to the present invention. 図17におけるデータ通信用入出力回路の各端子のタイミングチャートの概略を示した図である。It is the figure which showed the outline of the timing chart of each terminal of the input / output circuit for data communication in FIG. 本発明による気体流量計に用いられるデータ通信用入出力回路とセンサ出力回路の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the data communication input / output circuit and sensor output circuit used in the gas flowmeter according to the present invention. 本発明における気体流量計に用いられるデジタル・アナログ変換器回路の電源回路部の概略回路構成図である。It is a schematic circuit block diagram of the power supply circuit part of the digital-analog converter circuit used for the gas flowmeter in this invention. 流量検出回路の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of the flow volume detection circuit. 流量検出回路の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of the flow volume detection circuit. 流量検出回路の一例を示した概略図である。It is the schematic which showed an example of the flow volume detection circuit. 従来から用いられている過電圧保護回路の概略回路構成の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the schematic circuit structure of the overvoltage protection circuit used conventionally.

符号の説明Explanation of symbols

DECT…流量検出回路、OP…演算増幅器、Tr…パワートランジスタ、Rh…ホットワイヤ(熱線)、Rc…コールドワイヤ(冷線)、R…抵抗、Ru…上流側感温抵抗体、Rd…下流側感温抵抗体、100…ノイズ低減回路、101…過電圧保護回路、102…高周波ノイズ低減回路、110、111…電圧リミッタ回路、ZD…ツェナーダイオード、D…ダイオード、VBB…電源供給端子、GND…接地端子、REG…レギュレータ、201…センサ出力回路部、202…データ入出力回路部、SW…スイッチ、AD…アナログ・デジタル変換器、CALC…デジタル演算器、DA…デジタル・アナログ変換器、FC…周波数出力回路、VF…VF変換回路、TS…温度センサ、MEM…記憶装置、I/O…データ変換回路。   DECT ... flow rate detection circuit, OP ... operational amplifier, Tr ... power transistor, Rh ... hot wire (heat wire), Rc ... cold wire (cold wire), R ... resistance, Ru ... upstream temperature sensitive resistor, Rd ... downstream side Temperature sensitive resistor, 100 ... Noise reduction circuit, 101 ... Overvoltage protection circuit, 102 ... High frequency noise reduction circuit, 110, 111 ... Voltage limiter circuit, ZD ... Zener diode, D ... Diode, VBB ... Power supply terminal, GND ... Ground Terminal, REG ... Regulator, 201 ... Sensor output circuit section, 202 ... Data input / output circuit section, SW ... Switch, AD ... Analog to digital converter, CALC ... Digital arithmetic unit, DA ... Digital / analog converter, FC ... Frequency Output circuit, VF ... VF conversion circuit, TS ... temperature sensor, MEM ... memory device, I / O ... data conversion circuit.

Claims (4)

気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体の流量検出回路と、前記流量検出回路からの電圧出力を調整する調整回路と、調整のためのデータを記憶する記憶装置を有する気体流量計において、前記記憶装置には、外部から調整データを書きこんだり、外部へデータを読み出したりするための外部データ通信端子が2端子であるデータ入出力回路を含み、前記データ入出力回路の外部データ通信端子は検出流量の出力端子を兼用したことを特徴とする気体流量計。   A gas flow meter having a gas flow rate detection circuit that outputs a gas flow rate flowing in the gas passage as a voltage signal, an adjustment circuit that adjusts a voltage output from the flow rate detection circuit, and a storage device that stores data for adjustment The storage device includes a data input / output circuit having two external data communication terminals for writing adjustment data from the outside and reading data to the outside, and external data of the data input / output circuit. A gas flowmeter characterized in that the communication terminal also serves as an output terminal for the detected flow rate. 請求項1において、前記データ入出力回路の前記外部データ通信端子のいずれかに、2パルス以上の定められたパルス数が入力されてから、前記調整回路が前記記憶装置と外部とでデータを読み書きするデータ通信モードに移行する手段をもつことを特徴とする気体流量計。   2. The data read / write operation according to claim 1, wherein the adjustment circuit reads / writes data between the storage device and the outside after a predetermined number of pulses of two or more pulses is input to any of the external data communication terminals of the data input / output circuit. A gas flowmeter characterized by having means for shifting to a data communication mode. 気体通路中を流れる気体流量を電圧信号として出力する気体の流量検出回路と、前記流量検出回路からの電圧出力を調整する調整回路と、調整のためのデータを記憶する記憶装置を有する気体流量計において、前記記憶装置には、外部から調整データを書きこんだり、外部へデータを読み出したりするための外部データ通信端子が2端子であるデータ入出力回路を含み、前記データ入出力回路の外部データ通信端子は検出流量の出力端子を兼用し、前記調整回路には、出力信号を切り替える出力選択手段を設け、前記検出気体流量の出力信号としてレシオメトリックアナログ出力、ノンレシオメトリックアナログ出力、及びデジタル出力を取り出すことを特徴とする気体流量計。   A gas flow meter having a gas flow rate detection circuit that outputs a gas flow rate flowing in the gas passage as a voltage signal, an adjustment circuit that adjusts a voltage output from the flow rate detection circuit, and a storage device that stores data for adjustment The storage device includes a data input / output circuit having two external data communication terminals for writing adjustment data from the outside and reading data to the outside, and external data of the data input / output circuit. The communication terminal also serves as an output terminal for the detected flow rate, and the adjustment circuit is provided with output selection means for switching the output signal, and ratiometric analog output, non-ratiometric analog output, and digital output as the detected gas flow rate output signal A gas flow meter characterized by taking out 請求項3において、前記調整回路に設ける出力選択手段は、前記レシオメトリックアナログ出力、前記ノンレシオメトリックアナログ出力、及び前記デジタル出力をする回路が同一集積回路上に形成されていることを特徴とする気体流量計。   4. The output selection means provided in the adjustment circuit according to claim 3, wherein the ratiometric analog output, the non-ratiometric analog output, and the digital output circuit are formed on the same integrated circuit. Gas flow meter.
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