JP2017044637A - Flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流量センサに関する。 The present invention relates to a flow sensor.
流体の通過流量を検出する流量センサは、例えば、シリコンチップ上に抵抗による加熱部を設け、その加熱部の両側に等距離で抵抗体を配置しこれらの抵抗体をブリッジ接続した構成のセンサチップを備えたものがある。このような流量センサでは、加熱部により近傍の流体を加熱しておき、抵抗ブリッジにより温度を検出すると、流体が流れて加熱部分が移動することで抵抗ブリッジの出力に変動が生じる。これを検出することで流体の流量を検出するものである。 The flow sensor for detecting the flow rate of fluid is, for example, a sensor chip having a structure in which a resistance heating unit is provided on a silicon chip, resistors are arranged at equal distances on both sides of the heating unit, and these resistors are bridge-connected. There is something with. In such a flow sensor, when the fluid in the vicinity is heated by the heating unit and the temperature is detected by the resistance bridge, the fluid flows and the heated portion moves, so that the output of the resistance bridge varies. By detecting this, the flow rate of the fluid is detected.
しかし、流体の流量が高くなると、上流側に位置するブリッジ抵抗の位置では加熱された流体が速く移動してしまうため、流体の温度が顕著に低下する。すなわち、高流量領域で流量の変化による上流側の抵抗値の変化量が小さくなるため、ブリッジ抵抗による出力電圧の変化も小さくなる。この結果、流量が高い場合には、測温用の抵抗ブリッジで検出可能な流量の感度が低下するという問題がある。 However, when the flow rate of the fluid is increased, the heated fluid moves quickly at the bridge resistance position located on the upstream side, and thus the temperature of the fluid is significantly reduced. That is, since the amount of change in the upstream resistance value due to the change in flow rate is small in the high flow rate region, the change in output voltage due to the bridge resistance is also small. As a result, when the flow rate is high, there is a problem that the sensitivity of the flow rate that can be detected by the resistance bridge for temperature measurement is lowered.
また、近年では、センサの信号処理のインテリジェント化が進められている。センサで検出した信号をECU(Electronic Control Unit)の制御処理で扱いやすいように、センサ信号を直線に補正して出力させることができるものが要求されつつある。 In recent years, intelligent signal processing of sensors has been promoted. There is a growing demand for a sensor signal that can be corrected to a straight line and output so that the signal detected by the sensor can be easily handled by a control process of an ECU (Electronic Control Unit).
そのため、熱式流量センサの流量の曲がり特性を直線化した信号として出力するため、センサ信号を直線化した信号として補正する処理として折れ線補正を行う必要がある。しかし、このために折れ線補正用のメモリ容量が大きくなるという問題が生じている。 Therefore, in order to output the curve characteristic of the flow rate of the thermal flow sensor as a linearized signal, it is necessary to perform broken line correction as a process for correcting the sensor signal as a linearized signal. However, this causes a problem that the memory capacity for broken line correction increases.
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、流体を加熱して流量を検出する方式のセンサにおいて流体の流量の検出範囲を広く精度良くすることができ、しかも直線性の良好な検出特性を得ることができる流量センサを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a fluid flow rate detection range that is wide and accurate in a sensor that detects the flow rate by heating the fluid, and is linear. It is an object of the present invention to provide a flow sensor capable of obtaining good detection characteristics.
請求項1に記載の流量センサは、流体の流路に設けられる加熱部と、前記加熱部の前記流路に沿う方向の両側に設けられた対をなす抵抗体を有する測温用の抵抗ブリッジであって、前記加熱部と前記抵抗体との配置間隔が異なるように設けられた複数の抵抗ブリッジと、前記加熱部により前記流路の流体を加熱し、前記複数の抵抗ブリッジのうちのいずれかの出力信号に基づいて前記流体の流量を検出する検出部とを備えている。
The flow sensor according to
上記構成を採用することにより、加熱部により加熱された流路内の流体は、流れのない状態つまり流量がゼロの状態では、加熱部を中心として流路に沿ったいずれの方向に対しても流体が同じ条件で加熱されるので、上流側と下流側とで同じ温度分布となる。これにより、抵抗ブリッジの抵抗体は加熱部の両側において同じ温度の条件下に晒されるので、出力電圧に変化がなく、流量ゼロが検出される。 By adopting the above configuration, the fluid in the flow path heated by the heating unit is not flowing, that is, in a state where the flow rate is zero, in any direction along the flow path centering on the heating unit. Since the fluid is heated under the same conditions, the upstream side and the downstream side have the same temperature distribution. Thereby, since the resistor of the resistance bridge is exposed to the same temperature condition on both sides of the heating unit, the output voltage is not changed and the flow rate of zero is detected.
そして、流路内を流体が流れている状態では、加熱部により加熱された流路内の流体が上流側から下流側に移動するので、下流側の抵抗体は上流側の抵抗体よりも温度が高くなる。この温度変化の程度に応じて抵抗ブリッジの検出信号の出力レベルが変化する。この出力レベルの変化量により流体の流量を検出することができる。 In the state in which the fluid is flowing in the flow path, the fluid in the flow path heated by the heating unit moves from the upstream side to the downstream side, so that the downstream resistor has a temperature higher than that of the upstream resistor. Becomes higher. The output level of the detection signal of the resistance bridge changes according to the degree of this temperature change. The flow rate of the fluid can be detected from the amount of change in the output level.
しかし、加熱部により加熱される流路内の流体の温度は、加熱部に近いところでは高く、距離が離れるにしたがって急激に低下する。このため、低流量のときには加熱部から離れた位置の温度が大きく変化し、高流量になると加熱部から近い位置の温度も大きく変化する。このとき、加熱部から離れた位置の温度変化は、近い位置の変化よりも大きく得ることができ、抵抗ブリッジによる検出レベルの変化を大きく得ることができる。 However, the temperature of the fluid in the flow path heated by the heating unit is high near the heating unit and rapidly decreases as the distance increases. For this reason, when the flow rate is low, the temperature at a position away from the heating unit changes greatly, and when the flow rate is high, the temperature near the heating unit also changes greatly. At this time, the temperature change at the position away from the heating unit can be obtained larger than the change at the close position, and the detection level change by the resistance bridge can be obtained largely.
また、高流量では、加熱部から離れた位置の温度は上流側および下流側のいずれにおいても変化が少ない領域になるので、流量に応じた変化量も小さくなり、抵抗ブリッジによる検出レベルの変化が小さくなる。この場合でも、加熱部に近い位置の温度変化は離れた位置の変化よりも大きく得ることができる。 In addition, at a high flow rate, the temperature at a position away from the heating unit is a region where the change is small on both the upstream side and the downstream side, so the change amount according to the flow rate is small, and the detection level changes due to the resistance bridge. Get smaller. Even in this case, the temperature change at the position close to the heating unit can be obtained larger than the change at the remote position.
したがって、流路内の流体が低流量のときには、加熱部から離れた位置の抵抗ブリッジにより流量を検出し、高流量になると、加熱部に近い位置の抵抗ブリッジにより流量を検出することで、検出レベルの変化を大きい状態で精度良く検出動作を行うことができる。この結果、複数の抵抗ブリッジを切り替えて検出動作を行うことで、流量の検出可能な範囲を広げることができ、各抵抗ブリッジの検出レベルの変化が大きい範囲を利用して精度良く検出することができるようになる。 Therefore, when the flow rate of the fluid in the flow path is low, the flow rate is detected by a resistance bridge located away from the heating unit, and when the flow rate becomes high, the flow rate is detected by a resistance bridge located near the heating unit. The detection operation can be performed accurately with a large level change. As a result, by performing detection operation by switching a plurality of resistance bridges, the range in which the flow rate can be detected can be expanded, and detection can be performed with high accuracy using a range in which the change in the detection level of each resistance bridge is large. become able to.
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図6を参照して説明する。この実施形態では、例えば流量センサのセンサチップ1として、流体である空気などの気体の吸入量を計測するために流路である吸気経路に設けられるものである。一般的には、センサチップ1の検出部位が流路に露出するように配置され、流体としての空気が流れることにより冷却される現象を利用して流量を検出する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, for example, the
図1および図2はセンサチップ1の構成を概略的に示している。まず、図2に示すように、センサチップ1は、シリコン基板などの半導体基板2に作りこまれている。半導体基板2の裏面側にはキャビティとなる凹部2aが形成されている。シリコンのエッチング処理などにより凹部2aの断面が台形状をなす形状に形成されている。半導体基板2の凹部2aが形成された部分には、薄膜状のシリコンがダイヤフラム2bとして形成されている。
1 and 2 schematically show the configuration of the
ダイヤフラム2bには、素子部3aが設定され、シリコン基板に不純物を所定パターン領域に導入するなどにより形成した加熱部RH、抵抗ブリッジBG1およびBG2が形成されている。ダイヤフラム2bから外れた位置のシリコン基板2に、素子部3aと隣接してリード部3bが設けられている。素子部3aの抵抗パターンがリード部3bにおいて後述するように接続され、電気的に接続されている。
In the
図1はセンサチップ1の検出部位となる加熱部RH、抵抗ブリッジBG1およびBG2の平面パターンを示している。センサチップ1を測定部位となる流路に配置する場合を想定して、図中左側を流体が流れ込む上流側、右側を流体が流れ出す下流側とし、流路の方向をX方向として説明する。素子部3aの中央部(X=0)にはX軸方向と直交する2本の線状のパターンとこれらを中間位置で連結してなるH型形状をなす加熱部RHが配置される。
FIG. 1 shows a planar pattern of the heating unit RH and the resistance bridges BG1 and BG2 which are detection parts of the
抵抗ブリッジBG1は、4つの直線状をなす抵抗体R1u1、R1u2、R1d1、R1d2をX軸と直交する方向に配置したもので、これらをブリッジ接続して構成している。抵抗体R1u1、R1u2は加熱部RHの上流側に配置され、抵抗体R1d1、R1d2は加熱部RHの下流側に配置されている。 The resistance bridge BG1 includes four linear resistors R1u1, R1u2, R1d1, and R1d2 arranged in a direction orthogonal to the X axis, and is configured by bridge connection. The resistors R1u1 and R1u2 are arranged on the upstream side of the heating unit RH, and the resistors R1d1 and R1d2 are arranged on the downstream side of the heating unit RH.
上流側の抵抗体R1u1およびR1u2は、X軸に直交する方向の一方側(図1中上方向)から他方側(図1中下方向)に配置され、他方側において2本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。また、抵抗体R1d1およびR1d2は、X軸に直交する方向の一方側から他方側に配置され、他方側において2本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。 The upstream side resistors R1u1 and R1u2 are arranged from one side (upward direction in FIG. 1) to the other side (downward direction in FIG. 1) in the direction orthogonal to the X axis, and the two on the other side are collectively upstream. Is formed in a folded pattern so as to return to one side. The resistors R1d1 and R1d2 are formed in a folded pattern that is arranged from one side to the other side in the direction orthogonal to the X-axis, and that the two on the other side are collectively returned from the upstream side to the one side. .
加熱部RHの中央位置と抵抗体R1u1、R1u2の中央位置との間の距離が例えばaに設定されている。同じく、加熱部RHの中央位置と抵抗体R1d1、R1d2の中央位置との間の距離もaに設定されている。 The distance between the center position of the heating unit RH and the center position of the resistors R1u1 and R1u2 is set to a, for example. Similarly, the distance between the center position of the heating part RH and the center position of the resistors R1d1 and R1d2 is also set to a.
抵抗体R1u1とR1d1とは、リード部3bにおいて接続用の抵抗体R1j1により連結されている。抵抗体R1u2とR1d2とは、リード部3bにおいて接続用の抵抗体R1j2により連結されている。抵抗体R1d1の抵抗体R1j1と反対側の接続端部は、抵抗体R1u2の抵抗体R1j2と反対側の接続端部と共に、第1抵抗ブリッジBG1の正極端子A1に接続されている。抵抗体R1d2の抵抗体R1j2と反対側の接続端部は、抵抗体R1u1の抵抗体R1j1と反対側の接続端部と共に、第1抵抗ブリッジBG1の負極端子B1に接続されている。抵抗体R1j1の中央部は、第1抵抗ブリッジBG1の検出端子C1に接続されている。抵抗体R1j2の中央部は、第1抵抗ブリッジBG1の検出端子D1に接続されている。
The resistors R1u1 and R1d1 are connected by a connecting resistor R1j1 in the
抵抗ブリッジBG2は、4つの直線状をなす抵抗体R2u1、R2u2、R2d1、R2d2をX軸と直交する方向に配置したもので、これらをブリッジ接続して構成している。抵抗体R2u1、R2u2は加熱部RHの上流側に配置され、抵抗体R2d1、R2d2は加熱部RHの下流側に配置されている。 The resistance bridge BG2 includes four linear resistors R2u1, R2u2, R2d1, and R2d2 arranged in a direction perpendicular to the X axis, and is configured by bridge connection. The resistors R2u1 and R2u2 are disposed on the upstream side of the heating unit RH, and the resistors R2d1 and R2d2 are disposed on the downstream side of the heating unit RH.
上流側の抵抗体R2u1およびR2u2は、X軸に直交する方向の一方側から他方側に配置され、他方側において2本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。また、抵抗体R2d1およびR2d2は、X軸に直交する方向の一方側から他方側に配置され、他方側において2本をまとめて上流側から一方側に戻すようにした折り返しパターンに形成されている。 The upstream side resistors R2u1 and R2u2 are arranged in a folded pattern that is arranged from one side to the other side in the direction orthogonal to the X-axis, and that the two on the other side are collectively returned from the upstream side to the one side. Yes. Further, the resistors R2d1 and R2d2 are formed in a folded pattern that is arranged from one side to the other side in the direction orthogonal to the X axis, and that the two are collectively returned from the upstream side to the one side on the other side. .
加熱部RHの中央位置と抵抗体R2u1、R2u2の中央位置との間の距離が例えばbに設定されている。同じく、加熱部RHの中央位置と抵抗体R2d1、R2d2の中央位置との間の距離もbに設定されている。この場合、第2抵抗ブリッジBG2の配置間隔bは、第1抵抗ブリッジBG1の配置間隔aよりも短い距離に設定されている。 The distance between the center position of the heating unit RH and the center position of the resistors R2u1 and R2u2 is set to b, for example. Similarly, the distance between the center position of the heating part RH and the center position of the resistors R2d1, R2d2 is also set to b. In this case, the arrangement interval b of the second resistance bridge BG2 is set to be shorter than the arrangement interval a of the first resistance bridge BG1.
抵抗体R2u1とR2d1とは、リード部3bにおいて接続用の抵抗体R2j1により連結されている。抵抗体R2u2とR2d2とは、リード部3bにおいて接続用の抵抗体R2j2により連結されている。抵抗体R2d1の抵抗体R2j1と反対側の接続端部は、抵抗体R2u2の抵抗体R2j2と反対側の接続端部と共に、第2抵抗ブリッジBG2の正極端子A2に接続されている。抵抗体R2d2の抵抗体R2j2と反対側の接続端部は、抵抗体R2u1の抵抗体R2j1と反対側の接続端部と共に、第2抵抗ブリッジBG2の負極端子B2に接続されている。抵抗体R2j1の中央部は、第2抵抗ブリッジBG2の検出端子C2に接続されている。抵抗体R2j2の中央部は、第2抵抗ブリッジBG2の検出端子D2に接続されている。
The resistors R2u1 and R2d1 are connected by a connecting resistor R2j1 in the
加熱部RHの一方の端子は端子Hに接続され、他方の端子は図示していないがグランド端子GNDに接続するように設けられている。加熱部RHは、両端子間に通電されると、そのときの電流により抵抗体の温度が上昇することにより加熱部RHの近傍の気体や液体などの流体を加熱する。 One terminal of the heating unit RH is connected to the terminal H, and the other terminal is provided so as to be connected to the ground terminal GND although not shown. When the heating unit RH is energized between both terminals, the temperature of the resistor rises due to the current at that time, thereby heating a fluid such as gas or liquid in the vicinity of the heating unit RH.
なお、図2では、センサチップ1の断面構成として、上記した加熱部RHおよび2つの抵抗ブリッジBG1、BG2の配置状態を簡略的に示している。加熱部RHは、2本の線状パターンをなす抵抗体を1本の抵抗体のパターンで示しており、2つの抵抗ブリッジBG1、BG2は、上流側および下流側のそれぞれで2つの抵抗体がそれぞれ2本ずつで折り返しパターンに形成されている状態を各1本の抵抗体のパターンで示している。
In addition, in FIG. 2, the arrangement | positioning state of above-described heating part RH and two resistance bridges BG1 and BG2 is shown simply as a cross-sectional structure of the
次に、図3を参照してセンサチップ1を接続して流量を検出するための検出回路4の構成について説明する。検出回路4は、センサチップ1とは別の例えば半導体集積回路により構成されている。検出回路4は、入力端子T1〜T8を備えている。検出回路4の内部には、選択スイッチ5、増幅器6、AD変換回路7およびデジタル処理回路8を備えており、直流電源VDから給電される。選択スイッチ5は、8個のスイッチS1〜S8を備えている。スイッチS1〜S8はMOSFETなどの半導体スイッチング素子により構成されている。デジタル処理回路8は、流量検出の信号処理を行う制御部8aが設けられている。選択スイッチ5の各スイッチS1〜S8は制御部8aによりオンオフ制御される。
Next, the configuration of the
入力端子T1〜T8は、センサチップ1の各端子に接続されている。入力端子T1には、抵抗ブリッジBG1およびBG2の正極端子A1、A2および加熱部RHの一端子が接続されている。入力端子T2、T3には、抵抗ブリッジBG1の検出端子D1、C1がそれぞれ接続されている。入力端子T4には、抵抗ブリッジBG1の負極端子B1が接続されている。入力端子T5、T6には、抵抗ブリッジBG2の検出端子D2、C2がそれぞれ接続されている。入力端子T7には、抵抗ブリッジBG2の負極端子B2が接続されている。入力端子T8には、加熱部RHの他方の端子が接続されている。
The input terminals T1 to T8 are connected to the respective terminals of the
検出回路4において、入力端子T1は、選択スイッチ5のスイッチS1を介して電源端子VDに接続される。入力端子T2、T5は、それぞれスイッチS2、S5を介して、増幅器6の一方の入力端子に接続される。入力端子T3、T6は、それぞれスイッチS3、S6を介して増幅器6の他方の入力端子に接続される。入力端子T4、T7、T8は、それぞれスイッチS4、S7、S8を介してグランドGNDに接続されている。
In the
増幅器6は、2つの入力端子に入力される信号の差分を増幅して出力する。AD変換回路7は、入力されるアナログ信号をデジタル信号に変換してデジタル処理回路8の制御部8aに入力する。制御部8aは、選択スイッチ5の切り替え制御を行って抵抗ブリッジBG1あるいはBG2からの検出信号を取得し、これをAD変換回路7を介してデジタル信号として入力し、流路中の流体の流量を検出する処理を行う。
The
次に、上記構成の作用について図4〜図6も参照して説明する。
まず、本実施形態により流体の流量を広い検出範囲で検出できることの原理について図4を参照して説明する。図4(b)は、図2の断面構成に対応した部分を示し、流路を流体が移動している状態で加熱部RHにより加熱される流体の状態を概略的に示している。加熱部RHに通電することにより、抵抗体にジュール熱が発生し、これが流路中の流体を加熱する。このとき、流体が図中左側から右側に向けて流れている(X方向)ので、加熱部RHを中心として同心円状(実際には同心円筒状)に放射される熱により流体が加熱されるが、流体の移動により右側にずれる。同じ熱を持つ流体の位置のずれ方は、加熱部RHから遠い位置ほど大きくなる。
Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIGS.
First, the principle that the fluid flow rate can be detected in a wide detection range according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4B shows a portion corresponding to the cross-sectional configuration of FIG. 2, and schematically shows the state of the fluid heated by the heating unit RH while the fluid is moving through the flow path. By energizing the heating unit RH, Joule heat is generated in the resistor, and this heats the fluid in the flow path. At this time, since the fluid flows from the left side to the right side in the drawing (X direction), the fluid is heated by heat radiated concentrically (actually concentric cylinder) around the heating unit RH. , Shift to the right side due to the movement of fluid. The displacement of the position of the fluid having the same heat becomes larger as the position is farther from the heating unit RH.
上記のように流体がX方向に流れている状態では、その流れる流量に応じて、流体の熱の分布状態が変化する。図4(a)では、短い破線f0で流量がゼロの状態(流量F=0[g/s])の熱の分布を示し、長い破線f1で流量が低い状態(流量F=F1[g/s])の熱の分布を示し、実線f2で流量が高い状態(流量F=F2(>F1)[g/s])の熱の分布を示している。 In the state where the fluid flows in the X direction as described above, the heat distribution state of the fluid changes according to the flow rate. In FIG. 4A, the heat distribution in a state where the flow rate is zero (flow rate F = 0 [g / s]) is shown by a short broken line f0, and the flow rate is low (flow rate F = F1 [g / s] by a long broken line f1. s]), and the solid line f2 shows the heat distribution in a high flow rate state (flow rate F = F2 (> F1) [g / s]).
前述のように流路中を流体が流れている状態では、その流量に応じて温度分布が変動する。加熱部RHの位置(0)では、流体の温度は常に一定に加熱されているが、上流側(X=−a)では加熱部Rhにより加熱した流体が上流側に押し戻されることで温度分布f0の形状を流量に応じてX方向に圧縮したような温度分布f1あるいはf2となる。また、下流側(X=a)では加熱部Rhにより加熱した流体が下流側に流されることで、温度分布f0の形状を流量に応じてX方向に引き伸ばしたような温度分布f1あるいはf2となる。 As described above, in the state where the fluid is flowing in the flow path, the temperature distribution varies according to the flow rate. At the position (0) of the heating unit RH, the temperature of the fluid is constantly heated, but at the upstream side (X = −a), the fluid heated by the heating unit Rh is pushed back to the upstream side, whereby the temperature distribution f0. The temperature distribution f1 or f2 is obtained by compressing the shape in the X direction according to the flow rate. Further, on the downstream side (X = a), the fluid heated by the heating unit Rh is caused to flow downstream, so that the temperature distribution f1 or f2 is obtained by extending the shape of the temperature distribution f0 in the X direction according to the flow rate. .
抵抗ブリッジBG1、BG2による流量の検出では、上記した温度分布f0からf1、f2に変化することを温度の変化を抵抗体の抵抗値の変化として検出するものである。例えば、加熱部RHを中心として外側(X=−a、X=a)に抵抗体が配置された抵抗ブリッジBG1では、上流側(X=−a)の抵抗体R1u1、R1u2の部分で温度が下がり、下流側(X=a)の抵抗体R1d1、R1d2の部分で温度が上がる。 In the flow rate detection by the resistance bridges BG1 and BG2, the change in temperature from the above-described temperature distribution f0 to f1 and f2 is detected as a change in resistance value of the resistor. For example, in the resistance bridge BG1 in which the resistors are arranged outside (X = −a, X = a) with the heating unit RH as the center, the temperature is increased in the upstream portions (X = −a) of the resistors R1u1 and R1u2. The temperature falls and the temperature rises at the portions of the resistors R1d1 and R1d2 on the downstream side (X = a).
抵抗体R1u1、R1u2、R1d1、R1d2は、温度に応じて抵抗値が変化するので、上流側と下流側との温度差ΔTaに応じた抵抗値の差が抵抗ブリッジBG1の検出出力として得られる。抵抗ブリッジBG1は、流量F1のときに温度差ΔTa(F1)に対応する検出信号が得られ、流量F2のときに温度差ΔTa(F2)に対応する検出信号が得られる。 Since the resistance values of the resistors R1u1, R1u2, R1d1, and R1d2 change according to the temperature, a difference in resistance value according to the temperature difference ΔTa between the upstream side and the downstream side is obtained as a detection output of the resistance bridge BG1. The resistance bridge BG1 obtains a detection signal corresponding to the temperature difference ΔTa (F1) when the flow rate is F1, and obtains a detection signal corresponding to the temperature difference ΔTa (F2) when the flow rate is F2.
流量FがF1からF2のように増加していくと、前述のように、加熱部RHにより加熱される流体の温度分布がf1からf2のように変化するが、上流側すなわちX方向の位置−aでは、温度分布f1からf2に変化したときの温度の低下が小さくなる。また、下流側すなわちX方向の位置aでは、温度分布f1からf2に変化したときの温度の上昇が小さくなる。 As the flow rate F increases from F1 to F2, as described above, the temperature distribution of the fluid heated by the heating unit RH changes from f1 to f2, but the upstream side, that is, the position in the X direction − In a, the decrease in temperature when the temperature distribution f1 changes to f2 is reduced. Further, at the downstream side, that is, the position a in the X direction, the temperature rise when the temperature distribution f1 changes to f2 is small.
この結果、抵抗ブリッジBG1では、流量Fが低い領域では検出信号が大きく変化した信号として得ることができるが、流量Fが高くなると検出信号の変化が小さくなり、実質的な検出感度が低下する。このような流体の流量Fと検出信号のレベルの関係を図5に示している。図5では、X方向に流体が流れる状態を前方流(FF)とし、反X向に流体が流れる状態を後方流(BF)として特性を示している。図からわかるように、流量Fが大きくなると、検出信号のレベルは変化が少なくなっている。 As a result, in the resistance bridge BG1, the detection signal can be obtained as a signal having a large change in the region where the flow rate F is low. However, when the flow rate F is high, the change in the detection signal is small and the substantial detection sensitivity is lowered. FIG. 5 shows the relationship between the fluid flow rate F and the level of the detection signal. In FIG. 5, the state in which the fluid flows in the X direction is the forward flow (FF), and the state in which the fluid flows in the opposite X direction is the backward flow (BF). As can be seen from the figure, the change in the level of the detection signal decreases as the flow rate F increases.
これに対して、抵抗ブリッジBG2では、4つの抵抗体が抵抗ブリッジBG1の抵抗体の配置位置よりも内側(X=−b、X=b)に位置している。これにより、抵抗ブリッジBG2では、流量Fが低い領域では検出信号はあまり変化しないが、流量Fが高くなると検出信号の変化が大きくなる。つまり、流量Fが低いときよりも高いときに実質的な検出感度が大きくなる。 On the other hand, in the resistance bridge BG2, the four resistors are located inside (X = −b, X = b) from the arrangement position of the resistors in the resistor bridge BG1. As a result, in the resistance bridge BG2, the detection signal does not change much in the region where the flow rate F is low, but when the flow rate F increases, the change in the detection signal increases. In other words, the substantial detection sensitivity increases when the flow rate F is higher than when the flow rate F is low.
図4(a)に示しているように、流量F1あるいはF2で流体が流れている状態で、距離X=a、X=−aの抵抗ブリッジBG1、距離X=b、X=−bの抵抗ブリッジBG2により検出される温度差ΔTa(F1)、ΔTa(F2)、ΔTb(F1)、ΔTb(F2)は次のようになる。 As shown in FIG. 4A, in the state where the fluid flows at the flow rate F1 or F2, the resistance bridge BG1 with the distance X = a and X = −a, the resistance with the distance X = b and X = −b. The temperature differences ΔTa (F1), ΔTa (F2), ΔTb (F1), and ΔTb (F2) detected by the bridge BG2 are as follows.
温度差ΔTa(F1)は、温度分布f1が抵抗ブリッジBG1の下流側位置(X=−a)および上流側位置(X=a)のそれぞれで示す温度の差である。温度差ΔTa(F2)は、温度分布f2が抵抗ブリッジ1の下流側位置(X=−a)および上流側位置(X=a)のそれぞれで示す温度の差である。同様に、温度差ΔTb(F1)、ΔTb(F2)は、温度分布f1、f2が抵抗ブリッジBG2の下流側位置(X=−b)および上流側位置(X=b)のそれぞれで示す温度の差である。
The temperature difference ΔTa (F1) is a temperature difference that the temperature distribution f1 indicates at the downstream position (X = −a) and the upstream position (X = a) of the resistance bridge BG1. The temperature difference ΔTa (F2) is a temperature difference that the temperature distribution f2 indicates at each of the downstream position (X = −a) and the upstream position (X = a) of the
上記の温度差の値からわかるように、抵抗ブリッジBG1では、流量F0の状態から流量F1に変化したときの温度差ΔTa(F1)は大きいが、流量F1から流量F2に変化したときの温度差ΔTa(F2)は小さい。これに対して、抵抗ブリッジBG2では、流量F0の状態から流量F1に変化したときの温度差ΔTb(F1)は小さいが、流量F1から流量F2に変化したときの温度差ΔTa(F2)は大きい。 As can be seen from the value of the temperature difference, in the resistance bridge BG1, the temperature difference ΔTa (F1) when the flow rate F0 changes to the flow rate F1 is large, but the temperature difference when the flow rate F1 changes to the flow rate F2. ΔTa (F2) is small. On the other hand, in the resistance bridge BG2, the temperature difference ΔTb (F1) when the flow rate F0 changes to the flow rate F1 is small, but the temperature difference ΔTa (F2) when the flow rate F1 changes to the flow rate F2 is large. .
したがって、流量F2のような大きい場合には、加熱部RHに近い抵抗ブリッジBG2の検出信号のレベルが大きく取れるようになるので、検出精度を高めることができる。図6は、流量F0からF1のような低流量領域では流量検出を抵抗ブリッジBG1により検出し、流量F2のような高流量領域では流量検出を抵抗ブリッジBG2により行う場合の検出信号レベルSの特性を示している。この場合、低流量領域と高流量領域との境界の流量をFxとしている。 Therefore, when the flow rate F2 is large, the level of the detection signal of the resistance bridge BG2 close to the heating unit RH can be increased, so that the detection accuracy can be increased. FIG. 6 shows the characteristics of the detection signal level S when the flow rate detection is detected by the resistance bridge BG1 in the low flow rate region such as the flow rates F0 to F1, and the flow rate detection is performed by the resistance bridge BG2 in the high flow rate region such as the flow rate F2. Is shown. In this case, the flow rate at the boundary between the low flow rate region and the high flow rate region is Fx.
図6の特性からわかるように、流量Fxよりも大きい高流量領域では、例えば流量FsからFrに変化したときに、抵抗ブリッジBG1の検出信号Sの差ΔS1に対して、抵抗ブリッジBG2の検出信号Sの差ΔS2が大きく取れることがわかる。なお、図6に示す流体流量Fに対する検出信号Sの対応関係を示すデータが制御部8aの記憶部に予め記憶されている。
As can be seen from the characteristics of FIG. 6, in the high flow rate region larger than the flow rate Fx, for example, when the flow rate Fs changes to Fr, the detection signal of the resistance bridge BG2 with respect to the difference ΔS1 of the detection signal S of the resistance bridge BG1. It can be seen that a large difference ΔS2 between S can be obtained. Note that data indicating the correspondence relationship of the detection signal S with respect to the fluid flow rate F illustrated in FIG. 6 is stored in advance in the storage unit of the
次に、本実施形態の構成における検出動作について説明する。この実施形態においては、検出動作を行う際に、まず制御部8aにより、選択スイッチ5のスイッチS1〜S4がオン状態に設定され、抵抗ブリッジBG1の検出信号を入力するように設定している。制御部8aは、選択スイッチ5のスイッチS8をオンオフすることにより、加熱部RHに通電を行い、所定温度になるように制御している。
Next, the detection operation in the configuration of the present embodiment will be described. In this embodiment, when performing the detection operation, first, the
流路に流体がX方向に流れている状態では、位置X=−aとX=aとの間で温度差が生じるので、上流側の抵抗体R1u1およびR1u2の抵抗値が下がり、下流側の抵抗体R1d1およびR1d2の抵抗値が上がる。抵抗ブリッジBG1の正極端子A1と負極端子B1との間に電圧VDが印加されているので、検出端子C1−D1間に電位差が生じる。この電位差が検出信号Sとして増幅器6に入力される。
In the state where the fluid is flowing in the X direction in the flow path, a temperature difference is generated between the positions X = −a and X = a. Therefore, the resistance values of the upstream resistors R1u1 and R1u2 are lowered, and the downstream side The resistance values of the resistors R1d1 and R1d2 are increased. Since the voltage VD is applied between the positive terminal A1 and the negative terminal B1 of the resistance bridge BG1, a potential difference is generated between the detection terminals C1 and D1. This potential difference is input to the
検出信号Sは、増幅器6により増幅され、AD変換回路7によりデジタル信号に変換されて制御部8aに入力される。制御部8aにおいては、前述した図6に示す検出信号レベルSと流体流量Fとの関係から、流量Fを算出する。このとき、検出される流量Fが低流量領域である場合には、そのときの検出された流量Fを出力する。
The detection signal S is amplified by the
また、検出される流量Fが高流量領域である場合には、抵抗ブリッジBG1による検出信号を用いず、制御部8aは、選択スイッチ5のスイッチS2〜S4をオフし、代わりにスイッチS5〜S7をオンする。これにより、抵抗ブリッジBG1は給電が停止され、抵抗ブリッジBG2の正極端子A2と負極端子B2との間に電圧VDが印加される状態となる。
When the detected flow rate F is in the high flow rate region, the detection signal from the resistance bridge BG1 is not used, and the
この状態で、制御部8aは、選択スイッチ5のスイッチS8をオンオフすることにより、加熱部RHに通電を行い、所定温度になるように制御する。流路に流体がX方向に流れている状態では、前述同様に位置X=−bとX=bとの間で温度差が生じており、上流側の抵抗体R2u1およびR2u2の抵抗値が下がり、下流側の抵抗体R2d1およびR2d2の抵抗値が上がる。これにより、抵抗ブリッジBG2の検出端子C2−D2間に電位差が生じる。この電位差が検出信号Sとして増幅器6に入力される。
In this state, the
検出信号Sは、増幅器6により増幅され、AD変換回路7によりデジタル信号に変換されて制御部8aに入力される。制御部8aにおいては、前述した図6に示す検出信号レベルSと流体流量Fとの関係から、抵抗ブリッジBG2により検出する高流量領域の流量Fを算出し出力する。
The detection signal S is amplified by the
このような本実施形態によれば、抵抗ブリッジBG1の抵抗体を配置しているX方向の位置X=−a、X=aに対して、それよりも内側の位置X=−b、X=bに抵抗体を配置した抵抗ブリッジBG2を設ける構成とした。制御部8aにより、流量が低い低流量領域では抵抗ブリッジBG1を用いて検出し、流量が高い高流量領域では抵抗ブリッジBG2を用いて検出するようにした。
According to the present embodiment, with respect to the position X = −a, X = a in the X direction where the resistor of the resistance bridge BG1 is disposed, the position X = −b, X = A resistance bridge BG2 in which a resistor is arranged in b is provided. The
これにより、2つの抵抗ブリッジBG1、BG2を、選択スイッチ5により切り替えて検出動作を行うことで、流量の検出可能な範囲を広げることができ、各抵抗ブリッジBG1、BG2の検出レベルの変化が大きい範囲を利用して精度良く検出することができるようになる。
Accordingly, by performing detection operation by switching the two resistance bridges BG1 and BG2 with the
また、上記したように、流量の検出範囲に応じて、抵抗ブリッジBG1あるいはBG2を選択することで、流量と検出信号の特性における線形性から外れる部分が少なくなり、これによって、これらの関係を直線補正することが簡易になる。さらに、直線補正が簡易になるため、記憶部としての補正用メモリ容量を小さくすることができ、制御部8aを含めたICのチップ面積を小さくすることに貢献できる。
Further, as described above, by selecting the resistance bridge BG1 or BG2 according to the flow rate detection range, the portion deviating from the linearity in the characteristics of the flow rate and the detection signal is reduced. It becomes easy to correct. Further, since the straight line correction is simplified, the memory capacity for correction as the storage unit can be reduced, which can contribute to reducing the chip area of the IC including the
なお、上記実施形態では、最初に抵抗ブリッジBG1を用いて流量を検出し、低流量領域から外れている場合に、抵抗ブリッジBG2に切り替えるようにしたが、最初に抵抗ブリッジBG2を用いて流量を検出し、高流量領域から外れている場合に、抵抗ブリッジBG1に切り替えるように設定して検出動作を行うこともできる。 In the above embodiment, the flow rate is first detected using the resistance bridge BG1, and when the flow rate is out of the low flow rate region, the resistance bridge BG2 is switched. However, the flow rate is first set using the resistance bridge BG2. If it is detected and deviated from the high flow rate region, the detection operation can be performed by setting to switch to the resistance bridge BG1.
上記実施形態では、2つの抵抗ブリッジBG1、BG2を用いる構成を示したが、3個以上の抵抗ブリッジを用いる構成として、低流量領域、中間流量領域(1以上の領域を設定)、高流量領域に分けて検出することもできる。 In the above embodiment, the configuration using two resistance bridges BG1 and BG2 is shown. However, as a configuration using three or more resistance bridges, a low flow rate region, an intermediate flow rate region (set one or more regions), and a high flow rate region. It can also be detected separately.
(第2実施形態)
図7は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、センサチップ1aとして、各抵抗ブリッジBG1、BG2の近傍に位置して温度検出用抵抗Rt1、Rt2を設けている。温度検出用抵抗Rt1、Rt2は、加熱部RHに通電して一定温度に加熱した状態で、流路に流体が流れている状態で温度が変動していることで概略的な流量を検出する予備検出部の構成要素として機能するものである。温度検出用抵抗Rt1、Rt2は、一端子が共に検出回路4aの入力端子T1に接続され、他端子がそれぞれ入力端子Ta、Tbに接続されている。
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows the second embodiment. Hereinafter, parts different from the first embodiment will be described. In this embodiment, as the sensor chip 1a, temperature detection resistors Rt1 and Rt2 are provided in the vicinity of the resistance bridges BG1 and BG2. Resistors for temperature detection Rt1 and Rt2 are spares for detecting a rough flow rate when the temperature fluctuates in a state where the fluid flows in the flow path while the heating unit RH is energized and heated to a constant temperature. It functions as a component of the detection unit. The temperature detection resistors Rt1 and Rt2 have one terminal connected to the input terminal T1 of the
検出回路4aにおいて、選択スイッチ5aは、スイッチS1〜S8に加えて、スイッチSa、Sbを備えている。入力端子TaはスイッチSaおよび抵抗9aを介してグランドGNDに接続されている。入力端子TbはスイッチSbおよび抵抗9bを介してグランドGNDに接続されている。スイッチSaと抵抗9aの共通接続点およびスイッチSbと抵抗9bの共通接続点は、増幅器10の一方の入力端子に接続されている。
In the
増幅器10の他方の入力端子には、比較基準電圧Vrefが入力される。この比較基準電圧Vrefは、抵抗ブリッジBG1あるいはBG2のいずれを流量測定に用いるかを判定するための電圧を与えるものである。増幅器10の出力信号はAD変換回路11を介して制御部8bに入力される。なお、上記構成において、温度検出用抵抗Rt1、Rt2、抵抗9a、9b、増幅器10、AD変換回路11により予備検出部を構成している。
The comparison reference voltage Vref is input to the other input terminal of the
次に、上記構成の作用について説明する。ここでは、流路を流れる流体の概略的な流量を、温度検出用抵抗Rt1、Rt2を用いて検出し、検出された概略的な流量から、いずれの抵抗ブリッジBG1、BG2を用いるかを設定する動作について説明する。 Next, the operation of the above configuration will be described. Here, the approximate flow rate of the fluid flowing through the flow path is detected using the temperature detection resistors Rt1 and Rt2, and from which the detected approximate flow rate is set, which resistance bridge BG1 or BG2 is used is set. The operation will be described.
流路に流体が流れている状態で、加熱部RHによる加熱をする前の状態と加熱をしている状態とで、温度差がどの程度あるかによって概略的な流量が検出できる。このとき、抵抗ブリッジBG1の温度検出用抵抗Rt1と、抵抗ブリッジBG2の温度検出用抵抗Rt2とで検出することで、概略的な流量を検出して低流量領域か高流量領域かを判定することができる。 With the fluid flowing in the flow path, a rough flow rate can be detected depending on the degree of temperature difference between the state before heating by the heating unit RH and the state of heating. At this time, by detecting the temperature detection resistor Rt1 of the resistance bridge BG1 and the temperature detection resistor Rt2 of the resistance bridge BG2, a rough flow rate is detected to determine whether the flow rate is low or high. Can do.
この結果、得られた流量Fの領域に対応する抵抗ブリッジBG1もしくはBG2により正確な流量の検出を行う。この場合、流量Fが低流量領域の場合には、抵抗ブリッジBG1を使用すべく、選択スイッチ5aのスイッチS1〜S4、S8、Saをオンさせる。また、流量Fが高流量領域の場合には、抵抗ブリッジBG2を使用すべく、スイッチS1、S5〜S8、Sbをオンさせる。加熱部RHによる加熱では、制御部8bにより、スイッチS8のオンオフ制御をすることで所定温度となるように制御している。
As a result, the flow rate is accurately detected by the resistance bridge BG1 or BG2 corresponding to the obtained flow rate F region. In this case, when the flow rate F is in the low flow rate region, the switches S1 to S4, S8, and Sa of the
このような第2実施形態によれば、センサチップ1aに、温度検出用抵抗Rt1、Rt2を設けて、概略的な流量を検出してからいずれの抵抗ブリッジBG1、BG2を用いるかを決めるようにしたので、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上記実施形態では、2つの抵抗ブリッジBG1、BG2を用いる構成を示したが、この実施形態においても3個以上の抵抗ブリッジを用いる構成とすることができる。
According to the second embodiment as described above, the temperature detection resistors Rt1 and Rt2 are provided in the sensor chip 1a, and the resistor bridges BG1 and BG2 to be used after the approximate flow rate is detected is determined. Therefore, the same effect as the first embodiment can be obtained.
In the above-described embodiment, the configuration using two resistance bridges BG1 and BG2 is shown. However, in this embodiment, a configuration using three or more resistance bridges may be used.
(第3実施形態)
図8および図9は第3実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、センサチップ1に代えて、センサチップ20を用いる構成としている。センサチップ20は、3個以上でn個(nは3以上の整数)の抵抗ブリッジBG1〜BGnを設ける構成としている。また、このセンサチップ20では、加熱部RHを小円形をなすパターンとし、各抵抗ブリッジBG1〜BGnを加熱部RHを中心として同心円弧状をなす形状に配置している。
(Third embodiment)
FIG. 8 and FIG. 9 show the third embodiment, and the following description will be focused on differences from the first embodiment. In this embodiment, the
以下、図8を参照してセンサチップ20の詳細な構成について説明する。素子部3aの中央部(X=0)には加熱部RHaが配置されている。加熱部RHaは、中心位置Oに対して所定半径の小円形の一部を切断した円弧状部と、円弧状部の両端からリード部3bに導く2本の接続部を備えている。加熱部RHaによる加熱では、円弧状部を中心として放射状に広がる同心球面に熱が伝わる。
Hereinafter, the detailed configuration of the
抵抗ブリッジBG1〜BGnは、加熱部RHaに近い内側から順にBG1、BG2、…、BGnのように配置形成されている。各抵抗ブリッジBG1〜BGnは、4つの抵抗体Rxu1、Rxu2、Rxd1、Rxd2(xは1〜n)を備えており、前述同様にして、それぞれがブリッジ接続されている。抵抗体Rxu1、Rxu2は加熱部RHの上流側に配置され、抵抗体Rxd1、Rxd2は加熱部RHaの下流側に配置されている。 The resistance bridges BG1 to BGn are arranged and formed like BG1, BG2,..., BGn in order from the inner side near the heating unit RHa. Each resistance bridge BG1 to BGn includes four resistors Rxu1, Rxu2, Rxd1 and Rxd2 (x is 1 to n), and each is bridge-connected in the same manner as described above. The resistors Rxu1 and Rxu2 are disposed on the upstream side of the heating unit RH, and the resistors Rxd1 and Rxd2 are disposed on the downstream side of the heating unit RHa.
上流側の抵抗体Rxu1およびRxu2は、加熱部RHaの円弧状部を上流側で包囲するように中心Oに対して同心の円弧状に形成されており、リード部3b側で直線状の接続部と接続され、リード部3bと反対側で折り返すようにして二重にした円弧状に形成されている。この場合、抵抗体Rxu1が外側に位置し、抵抗体Rxu2が内側に位置するように配置されている。
The upstream-side resistors Rxu1 and Rxu2 are formed in an arc shape concentric with the center O so as to surround the arc-shaped portion of the heating portion RHa on the upstream side, and are linearly connected on the
同様に、下流側の抵抗体Rxd1およびRxd2は、加熱部RHaの円弧状部を下流側で包囲するように中心Oに対して同心の円弧状に形成されており、リード部3b側で直線状の接続部と接続され、リード部3bと反対側で折り返すようにして二重にした円弧状に形成されている。この場合、抵抗体Rxd1が外側に位置し、抵抗体Rxd2が内側に位置するように配置されている。
Similarly, the downstream-side resistors Rxd1 and Rxd2 are formed in a concentric arc shape with respect to the center O so as to surround the arc-shaped portion of the heating portion RHa on the downstream side, and are linear on the
各抵抗ブリッジBG1〜BGnは、加熱部RHaの中央位置Oと抵抗体Rxu1、Rxu2の円弧状部との間が例えば所定間隔で離間するように距離a1〜anに設定されている。同じく、加熱部RHaの中央位置Oと抵抗体Rxd1、Rxd2の円弧状部との間の距離も抵抗体Rxu1、Rxu2の配置と等しい距離a1〜anに設定されている。 Each of the resistance bridges BG1 to BGn is set to a distance a1 to an so that the central position O of the heating unit RHa and the arcuate portions of the resistors Rxu1 and Rxu2 are separated at a predetermined interval, for example. Similarly, the distance between the central position O of the heating part RHa and the arcuate parts of the resistors Rxd1 and Rxd2 is also set to the distances a1 to an equal to the arrangement of the resistors Rxu1 and Rxu2.
各抵抗ブリッジBGx(xは1〜n)において、抵抗体Rxu1とRxd1とは、リード部3bにおいて接続用の抵抗体Rxj1により連結されている。抵抗体Rxu2とRxd2とは、リード部3bにおいて接続用の抵抗体Rxj2により連結されている。抵抗体Rxd1の抵抗体Rxj1と反対側の接続端部は、抵抗体Rxu2の抵抗体Rxj2と反対側の接続端部と共に、抵抗ブリッジBGxの正極端子Axにそれぞれ接続されている。
In each resistance bridge BGx (x is 1 to n), the resistors Rxu1 and Rxd1 are connected by a connecting resistor Rxj1 in the
抵抗体Rxd2の抵抗体Rxj2と反対側の接続端部は、抵抗体Rxu1の抵抗体Rxj1と反対側の接続端部と共に、抵抗ブリッジBGxの負極端子Bxにそれぞれ接続されている。抵抗体Rxj1の中央部は、抵抗ブリッジBGxの検出端子Cxに接続されている。抵抗体R1j2の中央部は、抵抗ブリッジBGxの検出端子Dxに接続されている。 The connection end of the resistor Rxd2 opposite to the resistor Rxj2 is connected to the negative terminal Bx of the resistor bridge BGx together with the connection end of the resistor Rxu1 opposite to the resistor Rxj1. The central portion of the resistor Rxj1 is connected to the detection terminal Cx of the resistor bridge BGx. The central portion of the resistor R1j2 is connected to the detection terminal Dx of the resistor bridge BGx.
加熱部RHの一方の端子は端子Hに接続され、他方の端子は図示していないがグランド端子GNDに接続するように設けられている。加熱部RHaは、両端子間に通電されると、そのときの電流により抵抗体の温度が上昇することにより加熱部RHaの近傍の流体を加熱する。 One terminal of the heating unit RH is connected to the terminal H, and the other terminal is provided so as to be connected to the ground terminal GND although not shown. When the heating unit RHa is energized between both terminals, the temperature of the resistor rises due to the current at that time, thereby heating the fluid in the vicinity of the heating unit RHa.
次に、上記構成の作用について図9も参照して説明する。この実施形態においては、3個以上の抵抗ブリッジBG1〜BGnを設ける構成としているので、第1実施形態と同様にして流量の検出範囲を分けて設定することができる。この場合、図9に示すように、最も内側に位置する抵抗ブリッジBG1が最も流量の高い検出範囲[1]とされ、その外側に位置する抵抗ブリッジBG2が次に流量の高い検出範囲[2]とされ、以下、同様にして順次低い検出範囲[3]〜[n]が設定される。各検出範囲[1]〜[n]は、それぞれ流量Fx1〜Fxn−1で区切られている。 Next, the operation of the above configuration will be described with reference to FIG. In this embodiment, since three or more resistance bridges BG1 to BGn are provided, the flow rate detection range can be set separately as in the first embodiment. In this case, as shown in FIG. 9, the resistance bridge BG1 located on the innermost side is the detection range [1] with the highest flow rate, and the resistance bridge BG2 located on the outer side is the detection range [2] with the next highest flow rate. Thereafter, similarly, the lower detection ranges [3] to [n] are sequentially set in the same manner. The detection ranges [1] to [n] are divided by flow rates Fx1 to Fxn−1, respectively.
このようにしてn個の抵抗ブリッジBG1〜BGnにより流体の流量の検出範囲をn個に分割することで、図9に示しているように、流体流量Fの値に対して、検出信号Sをほぼ比例した信号として得ることができるようになる。 In this way, by dividing the detection range of the fluid flow rate into n by the n resistance bridges BG1 to BGn, the detection signal S is obtained with respect to the value of the fluid flow rate F as shown in FIG. It can be obtained as a substantially proportional signal.
また、加熱部RHaにより加熱する場合に、流体を点熱源に近い状態で加熱し、半球状に広がる熱に対して円弧状をなす抵抗体により検出するので、流体の流れが流路に沿って直線的に流れない場合でも、精度良く流量を検出することができるようになる。また、流体を点熱源に近い状態で加熱するので、温度制御を容易にすることができる。 In addition, when heating by the heating unit RHa, the fluid is heated in a state close to a point heat source, and is detected by a resistor that forms an arc with respect to the heat spreading in a hemispherical shape. Even when it does not flow linearly, the flow rate can be detected with high accuracy. Further, since the fluid is heated in a state close to a point heat source, temperature control can be facilitated.
このような第3実施形態によれば、センサチップ20として、加熱部RHaを小円形の円弧状に配置し、3個以上の抵抗ブリッジBG1〜BGnを設ける構成とすると共に、各抵抗ブリッジBG1〜BGnの抵抗体を加熱部RHaを包囲するようにした円弧状をなす形状に設定した。
According to the third embodiment, the
これにより、加熱部RHaを点熱源として扱うことができ、抵抗ブリッジBG1〜BGnを円弧状に設けることで、流体の流れの変化にも影響を受けることなく正確な流量を検出することができる。また、3個以上の抵抗ブリッジBG1〜BGnを設けることで、流体の流量の検出範囲をさらに分割して設定することができ、これによって流量と検出信号の特性における線形性をさらに高めることができる。 Thereby, the heating part RHa can be handled as a point heat source, and by providing the resistance bridges BG1 to BGn in an arc shape, an accurate flow rate can be detected without being affected by a change in the flow of the fluid. Further, by providing three or more resistance bridges BG1 to BGn, the detection range of the flow rate of the fluid can be further divided and set, thereby further improving the linearity in the characteristics of the flow rate and the detection signal. .
(第4実施形態)
図10は第4実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、センサチップ30として、第1実施形態のセンサチップ1の抵抗ブリッジBG1、BG2を備え、加熱部RHaとして第3実施形態で示した円弧状をなす加熱部RHを設けた構成としている。
(Fourth embodiment)
FIG. 10 shows the fourth embodiment. Hereinafter, parts different from the first embodiment will be described. In this embodiment, the
このような第4実施形態によっても第1実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、円弧状をなす加熱部RHaを設けているので、加熱時に点熱源として加熱むらのない加熱を行うことができる。 Also according to the fourth embodiment, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment. Moreover, since the heating part RHa having an arc shape is provided, heating without uneven heating can be performed as a point heat source during heating.
(他の実施形態)
なお、本発明は、上述した一実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
(Other embodiments)
In addition, this invention is not limited only to one embodiment mentioned above, It can apply to various embodiment in the range which does not deviate from the summary, For example, it can deform | transform or expand as follows. .
上記第1実施形態では、加熱部RHとしてH型のパターンのものを採用しているが、これに限らず、連結部分が2本の抵抗体の端部に配置されるパターンとすることもできるし、1本の抵抗体を用いるパターンにすることもできる。 In the said 1st Embodiment, although the thing of an H type pattern is employ | adopted as the heating part RH, it can also be set as the pattern by which a connection part is arrange | positioned at the edge part of two resistors. A pattern using a single resistor can also be used.
第2実施形態では、概略的な流量を検出するための温度検出用抵抗Rt1、Rt2を専用で設ける構成としたが、これに代えて、抵抗ブリッジBG1(あるいは抵抗ブリッジBG2)の検出端子C1、D1をオープン状態として正極端子A1と負極端子B1間を1つの抵抗体として用いることで予備検出部を構成することもできる。 In the second embodiment, the temperature detection resistors Rt1 and Rt2 for detecting a rough flow rate are provided exclusively, but instead of this, the detection terminals C1 and C1 of the resistor bridge BG1 (or resistor bridge BG2) are provided. The preliminary detection unit can also be configured by using D1 as an open state and using between the positive electrode terminal A1 and the negative electrode terminal B1 as one resistor.
第3実施形態では、円弧状をなす加熱部RHaおよび抵抗ブリッジBG1〜BGnを用いる構成としたが、第1実施形態で用いた直線状をなす抵抗体を備えた抵抗ブリッジBG1を同様にしてn個並べる構成とすることもできる。 In the third embodiment, the heating part RHa having an arc shape and the resistance bridges BG1 to BGn are used. However, the resistance bridge BG1 including the linear resistor used in the first embodiment is similarly configured to n. It can also be set as the structure which arranges.
上記各実施形態では、流路を流れる流体がX方向に流れる場合を想定しているが、これに限らず、X方向および反X方向の双方に流れる場合においても同様に検出動作を行うことができる。
流体としては、空気や各種ガスなどの気体や、水、燃料、あるいは薬品などの液体を対象とすることができる。
In each of the above embodiments, it is assumed that the fluid flowing through the flow path flows in the X direction. it can.
Examples of the fluid include gases such as air and various gases, and liquids such as water, fuel, and chemicals.
図面中、1、20、30はセンサチップ、4、4aは検出回路、5、5aは選択スイッチ、S1〜S8、Sa、Sbはスイッチ、6、10は増幅器、7、11はAD変換回路、8はデジタル処理回路、8a、8bは制御部、BG1〜BGnは抵抗ブリッジ、RH、RHaは加熱部、Rxu1、Rxu2(xは1〜nの整数)は上流側の抵抗体、Rxd1、Rxd2(xは1〜nの整数)は下流側の抵抗体である。 In the drawings, 1, 20 and 30 are sensor chips, 4 and 4a are detection circuits, 5 and 5a are selection switches, S1 to S8, Sa and Sb are switches, 6, 10 are amplifiers, 7 and 11 are AD conversion circuits, 8 is a digital processing circuit, 8a and 8b are control units, BG1 to BGn are resistance bridges, RH and RHa are heating units, Rxu1 and Rxu2 (x is an integer from 1 to n) are upstream resistors, Rxd1 and Rxd2 ( x is an integer of 1 to n) is a downstream resistor.
Claims (7)
前記加熱部の前記流路に沿う方向の両側に設けられた対をなす抵抗体(Rxu1、Rxu2、Rxd1、Rxd2(xは1〜nの整数)を有する測温用の抵抗ブリッジであって、前記加熱部と前記抵抗体との配置間隔(X=a、b、a1〜an)が異なるように設けられた複数の抵抗ブリッジ(BG1、BG2、BG1〜BGn)と、
前記加熱部により前記流路の流体を加熱し、前記複数の抵抗ブリッジのうちのいずれかの出力信号に基づいて前記流体の流量を検出する検出部(4、4a)とを備えたことを特徴とする流量センサ。 A heating unit (RH, RHa) provided in a fluid flow path;
A resistance bridge for temperature measurement having a pair of resistors (Rxu1, Rxu2, Rxd1, Rxd2 (x is an integer of 1 to n)) provided on both sides in the direction along the flow path of the heating unit, A plurality of resistance bridges (BG1, BG2, BG1 to BGn) provided so that arrangement intervals (X = a, b, a1 to an) of the heating unit and the resistors are different;
And a detection unit (4, 4a) that heats the fluid in the flow path by the heating unit and detects a flow rate of the fluid based on an output signal of any of the plurality of resistance bridges. Flow rate sensor.
前記検出部(4、4a)は、前記複数の抵抗ブリッジのうち、前記加熱部に対する前記抵抗体の配置間隔が小さいものの検出信号を流量の高い場合の検出に用い、同配置間隔が大きいものの検出信号を流量の低い場合の検出に用いることを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to claim 1,
The detection unit (4, 4a) uses a detection signal of the plurality of resistance bridges having a small arrangement interval of the resistor relative to the heating unit for detection when the flow rate is high, and detects a large arrangement interval. A flow sensor characterized in that a signal is used for detection when the flow rate is low.
前記加熱部(RH)は、発熱部が2本の直線部とこれらを連結する部分からなり前記2本の直線部が前記流路に沿う方向と直交するように配置され、
前記抵抗ブリッジ(BG1、BG2)は、前記抵抗体が直線状に形成されると共に前記流路に沿う方向と直交するように配置されることを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to claim 1 or 2,
The heating unit (RH) is configured such that the heat generating unit is composed of two straight portions and a portion connecting them, and the two straight portions are orthogonal to the direction along the flow path.
The resistance bridge (BG1, BG2) is a flow sensor characterized in that the resistor is formed in a straight line and is arranged so as to be orthogonal to a direction along the flow path.
前記加熱部(RHa)は、円形もしくは円弧状に形成され、
前記複数の抵抗ブリッジ(BG1〜BGn)は、前記抵抗体が前記加熱部の発熱部を包囲する円弧状に形成されていることを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to claim 1 or 2,
The heating part (RHa) is formed in a circular shape or an arc shape,
The flow rate sensor, wherein the plurality of resistance bridges (BG1 to BGn) are formed in an arc shape in which the resistor surrounds a heat generating portion of the heating portion.
前記加熱部(RHa)は、円形もしくは円弧状に形成され、
前記抵抗ブリッジ(BG1、BG2)は、前記抵抗体が直線状に形成されると共に前記流路に沿う方向と直交するように配置されることを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to claim 1 or 2,
The heating part (RHa) is formed in a circular shape or an arc shape,
The resistance bridge (BG1, BG2) is a flow sensor characterized in that the resistor is formed in a straight line and is arranged so as to be orthogonal to a direction along the flow path.
前記複数の抵抗ブリッジの検出信号を選択入力する選択スイッチ(5、5a)を設け、
前記検出部(4、4a)は、信号処理部(8)を備え、前記複数の抵抗ブリッジのうち前記選択スイッチにより予め選択されている抵抗ブリッジの検出信号から前記流体の流量を検出し、その抵抗ブリッジによる検出する流量から外れているときには、前記選択スイッチにより対応する流量の抵抗ブリッジに切り替えてから前記信号処理部により前記流体の流量を検出することを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to any one of claims 1 to 5,
A selection switch (5, 5a) for selectively inputting detection signals of the plurality of resistance bridges;
The detection unit (4, 4a) includes a signal processing unit (8), detects a flow rate of the fluid from a detection signal of a resistance bridge preselected by the selection switch among the plurality of resistance bridges, and When the flow rate detected by the resistance bridge deviates, the flow rate of the fluid is detected by the signal processing unit after switching to the corresponding resistance flow rate bridge by the selection switch.
給電経路に基準抵抗(9a、9b)を介在させた状態で前記抵抗ブリッジの給電端子間の電圧もしくは温度測定用の電圧から温度に対応する信号を検出する予備検出部を設け、
前記検出部(4a)は、前記加熱部により前記流路の流体を加熱し、前記予備検出部により検出される信号に基づいて前記流体の流量レベルを検出し、前記複数の抵抗ブリッジのうちの前記流量レベルに対応する抵抗ブリッジの検出信号を選択して前記流体の流量を検出することを特徴とする流量センサ。 The flow sensor according to any one of claims 1 to 5,
Provided with a preliminary detection unit for detecting a signal corresponding to the temperature from the voltage between the power supply terminals of the resistance bridge or the voltage for temperature measurement with the reference resistance (9a, 9b) interposed in the power supply path,
The detection unit (4a) heats the fluid in the flow path by the heating unit, detects a flow level of the fluid based on a signal detected by the preliminary detection unit, and includes a plurality of resistance bridges. A flow rate sensor for detecting a flow rate of the fluid by selecting a detection signal of a resistance bridge corresponding to the flow rate level.
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2015
- 2015-08-28 JP JP2015169076A patent/JP2017044637A/en active Pending
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