JP2582955B2 - 質量流量センサ - Google Patents
質量流量センサInfo
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造プロセス
で用いられるガスやその他の流体の質量流量計測に用い
られる質量流量センサに関するものである。
で用いられるガスやその他の流体の質量流量計測に用い
られる質量流量センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の質量流量センサとしては、例えば
ＵＳＰ3938384号に代表される定電流タイプのセンサ
と、ＵＳＰ4464932 号、特公昭58−16128 号、特開昭62
−132120号に示される定温度タイプのセンサとが知られ
ている。
ＵＳＰ3938384号に代表される定電流タイプのセンサ
と、ＵＳＰ4464932 号、特公昭58−16128 号、特開昭62
−132120号に示される定温度タイプのセンサとが知られ
ている。
【０００３】上記の定電流タイプのセンサは図10に示さ
れるようにパイプに矢印Ｘで示される如く流体が流れる
ときに、パイプにおける上流側と下流側とに発熱抵抗体
Ｒ1 ，Ｒ2 が巻回され、定電流源901 から定電流Ｉが与
えられる。ここで、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に電圧Ｖ1 ，
Ｖ2 が生じるから、この電圧差（Ｖ1 −Ｖ2 ）を図のブ
リッジ回路を介して差動増幅器902 にて取り出し、質量
流量を検出する。つまり、質量流量Ｑは、流体が流れる
ときに生ずる発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 における電力変位に
相当するため
れるようにパイプに矢印Ｘで示される如く流体が流れる
ときに、パイプにおける上流側と下流側とに発熱抵抗体
Ｒ1 ，Ｒ2 が巻回され、定電流源901 から定電流Ｉが与
えられる。ここで、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に電圧Ｖ1 ，
Ｖ2 が生じるから、この電圧差（Ｖ1 −Ｖ2 ）を図のブ
リッジ回路を介して差動増幅器902 にて取り出し、質量
流量を検出する。つまり、質量流量Ｑは、流体が流れる
ときに生ずる発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 における電力変位に
相当するため
【０００４】
【数１】 となり、質量流量を直接検出できることが判る。
【０００５】これに対し、定温度タイプのセンサは図11
に示されるように、パイプに矢印Ｘで示される如く流体
が流れるときに、パイプにおける上流側と下流側とに発
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bが巻回され、それぞれトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 を介して電流が流される。発熱抵抗体Ｒ1a，
Ｒ1bはそれぞれ、抵抗Ｒ2a，Ｒ3a，Ｒ4aとＲ2b，Ｒ3b，
Ｒ4bとブリッジ回路を構成する。各ブリッジ回路の２点
から取り出した電圧からコンパレータ911 ，912 で差を
得て、ブリッジ回路が平衡するようにトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 のベース電流を制御する。即ち、発熱抵抗体
Ｒ1a，Ｒ1bの抵抗値が一定となるように制御が行われ
る。この結果、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bの温度は流体の流
れに無関係に予め定められた温度に維持される。ここ
で、質量流量Ｑは、流体が流れたときに生ずる発熱抵抗
体Ｒ1a，Ｒ1bにおける電力変位に相当し、
に示されるように、パイプに矢印Ｘで示される如く流体
が流れるときに、パイプにおける上流側と下流側とに発
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bが巻回され、それぞれトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 を介して電流が流される。発熱抵抗体Ｒ1a，
Ｒ1bはそれぞれ、抵抗Ｒ2a，Ｒ3a，Ｒ4aとＲ2b，Ｒ3b，
Ｒ4bとブリッジ回路を構成する。各ブリッジ回路の２点
から取り出した電圧からコンパレータ911 ，912 で差を
得て、ブリッジ回路が平衡するようにトランジスタ
Ｔ1 ，Ｔ2 のベース電流を制御する。即ち、発熱抵抗体
Ｒ1a，Ｒ1bの抵抗値が一定となるように制御が行われ
る。この結果、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bの温度は流体の流
れに無関係に予め定められた温度に維持される。ここ
で、質量流量Ｑは、流体が流れたときに生ずる発熱抵抗
体Ｒ1a，Ｒ1bにおける電力変位に相当し、
【０００６】
【数２】 となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記２タイプの質量流
量センサのうち、定電流タイプのセンサは、第１に、発
熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に流れる電流が一定であるため周囲
温度の変化に応じて発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 の発熱温度が
自動的に変化する。従って、特別に温度補正回路を用い
ることなく広い温度範囲で安定した動作が確保される。
第２に、上記とも関係して回路構成が簡単である特徴を
有する。しかしながら、この定電流タイプのセンサは、
流体の流れに応じた温度へと発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 が温
度変化するまで時間を要し、応答速度が遅いという問題
点がある。
量センサのうち、定電流タイプのセンサは、第１に、発
熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に流れる電流が一定であるため周囲
温度の変化に応じて発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 の発熱温度が
自動的に変化する。従って、特別に温度補正回路を用い
ることなく広い温度範囲で安定した動作が確保される。
第２に、上記とも関係して回路構成が簡単である特徴を
有する。しかしながら、この定電流タイプのセンサは、
流体の流れに応じた温度へと発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 が温
度変化するまで時間を要し、応答速度が遅いという問題
点がある。
【０００８】上記に対し、定温度タイプのセンサは、発
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bを常に強制的に一定温度に保つ制御
をしているため、応答時間が早く、一般的には、定電流
タイプのものに比べて10倍以上の高速で応答がなされ
る。しかしながら、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bについて設定
された発熱温度と周囲温度とが近づくと、発熱抵抗体Ｒ
1a，Ｒ1bに印加される電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が低下し測定が困
難となり、周囲温度が設定温度を越えると使用不可とな
る問題点があった。
熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bを常に強制的に一定温度に保つ制御
をしているため、応答時間が早く、一般的には、定電流
タイプのものに比べて10倍以上の高速で応答がなされ
る。しかしながら、発熱抵抗体Ｒ1a，Ｒ1bについて設定
された発熱温度と周囲温度とが近づくと、発熱抵抗体Ｒ
1a，Ｒ1bに印加される電圧Ｖ1 ，Ｖ2 が低下し測定が困
難となり、周囲温度が設定温度を越えると使用不可とな
る問題点があった。
【０００９】本発明は上記の従来の質量流量センサの問
題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、応
答速度が早く、しかも、周囲温度に係りなく的確な計測
を行い得る質量流量センサを提供することである。
題点を解決せんとしてなされたもので、その目的は、応
答速度が早く、しかも、周囲温度に係りなく的確な計測
を行い得る質量流量センサを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明では、第１の発熱
抵抗体と第２の発熱抵抗体とを流体に対し上流側と下流
側とに設けて質量流量を検出する質量流量センサに、前
記第２の発熱抵抗体に電流を与える定電流源と、この定
電流源による電流に応じて前記第２の発熱抵抗体に生じ
る電圧に基づき前記第２の発熱抵抗体と前記第１の発熱
抵抗体との抵抗値が等しくなる方向へ電流値を増減制御
して前記第１の発熱抵抗体を駆動する第１の発熱抵抗体
駆動制御手段と、前記定電流源による電流に応じて前記
第２の発熱抵抗体に生じる電圧と前記第１の発熱抵抗体
駆動制御手段による駆動の結果前記第１の発熱抵抗体に
生じる電圧との差に、定数を掛けて質量流量を得る質量
流量出力手段とを備えさせて質量流量センサを構成し
た。
抵抗体と第２の発熱抵抗体とを流体に対し上流側と下流
側とに設けて質量流量を検出する質量流量センサに、前
記第２の発熱抵抗体に電流を与える定電流源と、この定
電流源による電流に応じて前記第２の発熱抵抗体に生じ
る電圧に基づき前記第２の発熱抵抗体と前記第１の発熱
抵抗体との抵抗値が等しくなる方向へ電流値を増減制御
して前記第１の発熱抵抗体を駆動する第１の発熱抵抗体
駆動制御手段と、前記定電流源による電流に応じて前記
第２の発熱抵抗体に生じる電圧と前記第１の発熱抵抗体
駆動制御手段による駆動の結果前記第１の発熱抵抗体に
生じる電圧との差に、定数を掛けて質量流量を得る質量
流量出力手段とを備えさせて質量流量センサを構成し
た。
【００１１】更に、本発明では、第１の発熱抵抗体と第
２の発熱抵抗体とを流体に対し上流側と下流側とに設け
て質量流量を検出する質量流量センサに、定電流源と、
この定電流源から分岐して前記第１の発熱抵抗体へ電流
が到る経路及び前記第２の発熱抵抗体へ到る経路と、こ
の経路を介して流れる電流に応じて前記第１の発熱抵抗
体及び前記第２の発熱抵抗体に生じる電圧に基づき前記
第２の発熱抵抗体と前記第１の発熱抵抗体との抵抗値が
等しくなる方向へ電流値を増減制御して前記第１の発熱
抵抗体及び第２の発熱抵抗体を駆動する発熱抵抗体駆動
制御手段と、前記第１の発熱抵抗体に生じる電圧と前記
第２の発熱抵抗体に生じる電圧との差に、定数を掛けて
質量流量を得る質量流量出力手段とを備えさせて質量流
量センサを構成した。
２の発熱抵抗体とを流体に対し上流側と下流側とに設け
て質量流量を検出する質量流量センサに、定電流源と、
この定電流源から分岐して前記第１の発熱抵抗体へ電流
が到る経路及び前記第２の発熱抵抗体へ到る経路と、こ
の経路を介して流れる電流に応じて前記第１の発熱抵抗
体及び前記第２の発熱抵抗体に生じる電圧に基づき前記
第２の発熱抵抗体と前記第１の発熱抵抗体との抵抗値が
等しくなる方向へ電流値を増減制御して前記第１の発熱
抵抗体及び第２の発熱抵抗体を駆動する発熱抵抗体駆動
制御手段と、前記第１の発熱抵抗体に生じる電圧と前記
第２の発熱抵抗体に生じる電圧との差に、定数を掛けて
質量流量を得る質量流量出力手段とを備えさせて質量流
量センサを構成した。
【００１２】
【作用】上記構成によると、第２の発熱抵抗体に定電流
を流していることにより周囲温度の変化に応じてこの第
２の発熱抵抗体の発熱温度が自動的に変化する。そし
て、この第２の発熱抵抗体の発熱温度に基づき第１の発
熱抵抗体の駆動がなされ第１の発熱抵抗体の発熱温度の
強制的制御がなされ応答性を速くできる。
を流していることにより周囲温度の変化に応じてこの第
２の発熱抵抗体の発熱温度が自動的に変化する。そし
て、この第２の発熱抵抗体の発熱温度に基づき第１の発
熱抵抗体の駆動がなされ第１の発熱抵抗体の発熱温度の
強制的制御がなされ応答性を速くできる。
【００１３】また、上記構成によると、定電流源から第
１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とへ全体で一定とな
る電流が流れ、周囲温度の変化に応じて発熱抵抗体の発
熱温度が自動変化する。そして、この第１，第２の発熱
抵抗体に印加された電圧及び電流に基づき第１，第２の
発熱抵抗体の発熱温度の強制的制御がなされ応答性を速
くできる。
１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体とへ全体で一定とな
る電流が流れ、周囲温度の変化に応じて発熱抵抗体の発
熱温度が自動変化する。そして、この第１，第２の発熱
抵抗体に印加された電圧及び電流に基づき第１，第２の
発熱抵抗体の発熱温度の強制的制御がなされ応答性を速
くできる。
【００１４】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例を
説明する。図１に本発明の一実施例の構成図を示す。こ
の実施例においても、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 をパイプ１
に巻回し、矢印Ｘ方向へ流体を流す。定電流源２から発
熱抵抗体Ｒ1 に対し電流Ｉ1 を流す。これによって、発
熱抵抗体Ｒ1 には電圧Ｖ1 が印加されるが、この電圧Ｖ
1 を発熱抵抗体Ｒ1 と定電流源２との接続点から取り出
し、反転増幅器３によって増幅率（−１）で増幅し反転
する。反転した電圧（−Ｖ1 ）はコンパレータ４へ与え
られる。コンパレータ４の出力により発熱抵抗体Ｒ2 へ
電流Ｉ2 が与えられ電圧Ｖ2 が印加される。電流Ｉ2 の
検出は、電流Ｉ2 が流れて抵抗Ｒ4 に生じる電圧Ｖ4 を
差動増幅器５に与えて増幅率（−１）で増幅し、得た電
圧（−Ｖ4 ）を除算器６の除数入力端子へ与える。一
方、発熱抵抗体Ｒ2 に電流Ｉ2 が流れて電圧Ｖ2が印加
されるが、この電圧Ｖ2 をボルテージフォロワのバッフ
ァ７を介して取り出し、除算器６の被除数入力端子へ与
える。除算器６は、例えば、アナログ・デイバイセズ社
製ＡＤ533 により構成することができ、除算の係数とし
てαが設定される。以上により、除算器６による除算の
結果は、（−Ｖ2 ／Ｖ4 ）・αとなり、除算器６の出力
がコンパレータ４へ与えられ反転増幅器３の出力（−Ｖ
1 ）と比較されて、これらが一致するように出力電流Ｉ
2 が送出される。
説明する。図１に本発明の一実施例の構成図を示す。こ
の実施例においても、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 をパイプ１
に巻回し、矢印Ｘ方向へ流体を流す。定電流源２から発
熱抵抗体Ｒ1 に対し電流Ｉ1 を流す。これによって、発
熱抵抗体Ｒ1 には電圧Ｖ1 が印加されるが、この電圧Ｖ
1 を発熱抵抗体Ｒ1 と定電流源２との接続点から取り出
し、反転増幅器３によって増幅率（−１）で増幅し反転
する。反転した電圧（−Ｖ1 ）はコンパレータ４へ与え
られる。コンパレータ４の出力により発熱抵抗体Ｒ2 へ
電流Ｉ2 が与えられ電圧Ｖ2 が印加される。電流Ｉ2 の
検出は、電流Ｉ2 が流れて抵抗Ｒ4 に生じる電圧Ｖ4 を
差動増幅器５に与えて増幅率（−１）で増幅し、得た電
圧（−Ｖ4 ）を除算器６の除数入力端子へ与える。一
方、発熱抵抗体Ｒ2 に電流Ｉ2 が流れて電圧Ｖ2が印加
されるが、この電圧Ｖ2 をボルテージフォロワのバッフ
ァ７を介して取り出し、除算器６の被除数入力端子へ与
える。除算器６は、例えば、アナログ・デイバイセズ社
製ＡＤ533 により構成することができ、除算の係数とし
てαが設定される。以上により、除算器６による除算の
結果は、（−Ｖ2 ／Ｖ4 ）・αとなり、除算器６の出力
がコンパレータ４へ与えられ反転増幅器３の出力（−Ｖ
1 ）と比較されて、これらが一致するように出力電流Ｉ
2 が送出される。
【００１５】即ち、本実施例では、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ
2 の抵抗値が等しくなるように以下のように制御がなさ
れている。まず、発熱抵抗体Ｒ1 の抵抗値Ｒ1 は、 Ｒ1 ＝Ｖ1 ／Ｉ1 であり、電流Ｉ1 が定電流であるから、反転増幅器３の
出力（−Ｖ1 ）に比例する。一方、発熱抵抗体Ｒ2 の抵
抗値Ｒ2は Ｒ2 ＝Ｖ2 ／Ｉ2 であり、電流検出用の抵抗Ｒ4 に電流Ｉ2 が流れて、 Ｒ4 ＝Ｖ4 ／Ｉ2 となることから、 Ｒ2 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・Ｒ4 ここで、Ｒ1 ＝Ｒ2 となるように制御するためには、 Ｖ1 ／Ｉ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・Ｒ4 ゆえに、 Ｖ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・Ｒ4 Ｉ1 電流Ｉ1 は一定、抵抗Ｒ4 の抵抗値も一定であるから、
Ｒ4 Ｉ1 ＝αとおいて Ｖ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・α となるように制御が行われる。
2 の抵抗値が等しくなるように以下のように制御がなさ
れている。まず、発熱抵抗体Ｒ1 の抵抗値Ｒ1 は、 Ｒ1 ＝Ｖ1 ／Ｉ1 であり、電流Ｉ1 が定電流であるから、反転増幅器３の
出力（−Ｖ1 ）に比例する。一方、発熱抵抗体Ｒ2 の抵
抗値Ｒ2は Ｒ2 ＝Ｖ2 ／Ｉ2 であり、電流検出用の抵抗Ｒ4 に電流Ｉ2 が流れて、 Ｒ4 ＝Ｖ4 ／Ｉ2 となることから、 Ｒ2 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・Ｒ4 ここで、Ｒ1 ＝Ｒ2 となるように制御するためには、 Ｖ1 ／Ｉ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・Ｒ4 ゆえに、 Ｖ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・Ｒ4 Ｉ1 電流Ｉ1 は一定、抵抗Ｒ4 の抵抗値も一定であるから、
Ｒ4 Ｉ1 ＝αとおいて Ｖ1 ＝（Ｖ2 ／Ｖ4 ）・α となるように制御が行われる。
【００１６】上記質量流量センサでは、発熱抵抗体
Ｒ1 、Ｒ2 に生じる電圧Ｖ1 、Ｖ2 を差動増幅器８を構
成するオペアンプの反転入力端子と非反転入力端子とに
導びき、増幅率（Ａ）で増幅して出力（Ｖ2 −Ｖ1 ）Ａ
を得る。
Ｒ1 、Ｒ2 に生じる電圧Ｖ1 、Ｖ2 を差動増幅器８を構
成するオペアンプの反転入力端子と非反転入力端子とに
導びき、増幅率（Ａ）で増幅して出力（Ｖ2 −Ｖ1 ）Ａ
を得る。
【００１７】
【数３】 として検出でき、差動増幅器８の出力から検出すること
ができる。
ができる。
【００１８】ここで（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）／Ｒ1 は、発熱抵抗
体Ｒ1 が定電流Ｉ1 により駆動している関係からほとん
ど変化しない。そして環境温度が上昇し抵抗値Ｒ1 が大
となると、これに応じて（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が同程度増加す
るから、上記の項は定数として扱うことができる。従っ
て、差動増幅器８の出力に対する温度補正は不要であ
り、流体流量Ｑは Ｑ＝Ｃ1 △Ｖ Ｃ1 ；定数 として求めることができる。
体Ｒ1 が定電流Ｉ1 により駆動している関係からほとん
ど変化しない。そして環境温度が上昇し抵抗値Ｒ1 が大
となると、これに応じて（Ｖ1 ＋Ｖ2 ）が同程度増加す
るから、上記の項は定数として扱うことができる。従っ
て、差動増幅器８の出力に対する温度補正は不要であ
り、流体流量Ｑは Ｑ＝Ｃ1 △Ｖ Ｃ1 ；定数 として求めることができる。
【００１９】この実施例における流体の流量変化に対応
する場合の動作（流体が流れ始めたときの動作）を図２
のフローチャートにより説明する。流体が流れる（201)
ことにより、上流側の発熱抵抗体Ｒ2 が温度低下し（20
2)、抵抗値が低下することからＶ2 が低下し、除算器６
の出力（−Ｖ2 α／Ｖ4 ）がプラス方向へ遷移する（20
3)。つまり除算器６の出力の絶対値は減少する。これに
よりコンパレータ４は電流Ｉ2 を増加させ発熱抵抗体Ｒ
2 の発熱を促す制御を行う（204 ，205)。発熱抵抗体Ｒ
2 の温度が上昇すると（205)、その抵抗値が上昇するこ
とから、実質的に、Ｒ1 とＲ2 との大小比較がコンパレ
ータ４において行われる（206)。ここで、Ｒ1 がＲ2 よ
り大であればステップ203 へ戻って制御が続けられる。
一方、Ｒ1 がＲ2 より小さくなると、除算器６の出力が
マイナス方向へ遷移する（207)。これにより、コンパレ
ータ４は電流Ｉ2 を減少させ発熱抵抗体Ｒ2 の温度を下
げる制御を行う（208 ，209)。このようにして、Ｒ1 と
Ｒ2 とが一致すると、制御が行われない。
する場合の動作（流体が流れ始めたときの動作）を図２
のフローチャートにより説明する。流体が流れる（201)
ことにより、上流側の発熱抵抗体Ｒ2 が温度低下し（20
2)、抵抗値が低下することからＶ2 が低下し、除算器６
の出力（−Ｖ2 α／Ｖ4 ）がプラス方向へ遷移する（20
3)。つまり除算器６の出力の絶対値は減少する。これに
よりコンパレータ４は電流Ｉ2 を増加させ発熱抵抗体Ｒ
2 の発熱を促す制御を行う（204 ，205)。発熱抵抗体Ｒ
2 の温度が上昇すると（205)、その抵抗値が上昇するこ
とから、実質的に、Ｒ1 とＲ2 との大小比較がコンパレ
ータ４において行われる（206)。ここで、Ｒ1 がＲ2 よ
り大であればステップ203 へ戻って制御が続けられる。
一方、Ｒ1 がＲ2 より小さくなると、除算器６の出力が
マイナス方向へ遷移する（207)。これにより、コンパレ
ータ４は電流Ｉ2 を減少させ発熱抵抗体Ｒ2 の温度を下
げる制御を行う（208 ，209)。このようにして、Ｒ1 と
Ｒ2 とが一致すると、制御が行われない。
【００２０】かかる実施例の質量流量センサによる応答
時間の変化を得るため、パイプ１としてＳＵＳ−360 を
用いて内径0.66mm、外径１mmとし、50ＳＣＣＭの定常的
な流量を作った後、流体の流れを瞬時にＴ１において停
止したときの応答特性曲線を図３に示す。この図から判
るように検出に係る流量が約30％に降下するまで約１se
c である。これに対し、図10に示した従来例のセンサを
図３と同条件で用いた場合の応答特性曲線が図４に示さ
れる。従来例においては、Ｔ1 で流体の流れを停止した
場合、検出に係る流量が約30％に降下するまで約７sec
を要する。従って、本実施例に係る質量流量センサの応
答速度が従来例に比し約７倍となっていることが判る。
時間の変化を得るため、パイプ１としてＳＵＳ−360 を
用いて内径0.66mm、外径１mmとし、50ＳＣＣＭの定常的
な流量を作った後、流体の流れを瞬時にＴ１において停
止したときの応答特性曲線を図３に示す。この図から判
るように検出に係る流量が約30％に降下するまで約１se
c である。これに対し、図10に示した従来例のセンサを
図３と同条件で用いた場合の応答特性曲線が図４に示さ
れる。従来例においては、Ｔ1 で流体の流れを停止した
場合、検出に係る流量が約30％に降下するまで約７sec
を要する。従って、本実施例に係る質量流量センサの応
答速度が従来例に比し約７倍となっていることが判る。
【００２１】次に、本発明の他の実施例を図５に示す。
この実施例においても、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 をパイプ
１に巻回し、矢印Ｘ方向へ流体を流す。定電流源２から
は電流Ｉが流され分岐して、Ｉ1 が発熱抵抗体Ｒ1 へ流
れ、Ｉ2 が発熱抵抗体Ｒ2 へ流れる。ここで Ｉ＝Ｉ1 ＋Ｉ2 （一定） である。
この実施例においても、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 をパイプ
１に巻回し、矢印Ｘ方向へ流体を流す。定電流源２から
は電流Ｉが流され分岐して、Ｉ1 が発熱抵抗体Ｒ1 へ流
れ、Ｉ2 が発熱抵抗体Ｒ2 へ流れる。ここで Ｉ＝Ｉ1 ＋Ｉ2 （一定） である。
【００２２】電流Ｉ1 が発熱抵抗体Ｒ1 へ到る経路には
電流検出用の抵抗Ｒ3 が設けられ、電流Ｉ2 が発熱抵抗
体Ｒ2 へ到る経路には電流検出用の抵抗Ｒ4 が設けら
れ、これらの抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 により生じた電圧Ｖ3 ，Ｖ
4 は電圧検出部21に与えられる。また、発熱抵抗体Ｒ1
で生じた電圧Ｖ1 及び発熱抵抗体Ｒ2 で生じた電圧Ｖ2
は電圧検出部22に与えられる。
電流検出用の抵抗Ｒ3 が設けられ、電流Ｉ2 が発熱抵抗
体Ｒ2 へ到る経路には電流検出用の抵抗Ｒ4 が設けら
れ、これらの抵抗Ｒ3 ，Ｒ4 により生じた電圧Ｖ3 ，Ｖ
4 は電圧検出部21に与えられる。また、発熱抵抗体Ｒ1
で生じた電圧Ｖ1 及び発熱抵抗体Ｒ2 で生じた電圧Ｖ2
は電圧検出部22に与えられる。
【００２３】図６、図７にそれぞれ電圧検出部21，22の
具体的構成を示す。図６の差動増幅器31は抵抗Ｒ3 に生
じた電圧Ｖ3を取り込み増幅率（−１）で増幅して差動
増幅器33の非反転入力端子及び図４の除算器23の除数側
入力端子へ送出する。また、差動増幅器32は抵抗Ｒ4 に
生じた電圧Ｖ4 を取り込み増幅器（−１）で増幅して差
動増幅器33の反転入力端子へ送出する。差動増幅器33は
入力された電圧（−Ｖ3 ）（−Ｖ4 ）の差を増幅率
（Ａ）で増幅し、 （Ｖ4 −Ｖ3 ）Ａ＝△ＶR ・Ａ （ただし、△ＶR ＝Ｖ4 −Ｖ3 ） を得て除算器23の被除数入力端子へ出力する。除算器23
では入力された（△ＶR ・Ａ）を入力された（−Ｖ3 ）
で除して（−△ＶR ・Ａ／Ｖ3 ）を得て、これをコンパ
レータ25を構成するオペアンプの反転入力端子へ与え
る。
具体的構成を示す。図６の差動増幅器31は抵抗Ｒ3 に生
じた電圧Ｖ3を取り込み増幅率（−１）で増幅して差動
増幅器33の非反転入力端子及び図４の除算器23の除数側
入力端子へ送出する。また、差動増幅器32は抵抗Ｒ4 に
生じた電圧Ｖ4 を取り込み増幅器（−１）で増幅して差
動増幅器33の反転入力端子へ送出する。差動増幅器33は
入力された電圧（−Ｖ3 ）（−Ｖ4 ）の差を増幅率
（Ａ）で増幅し、 （Ｖ4 −Ｖ3 ）Ａ＝△ＶR ・Ａ （ただし、△ＶR ＝Ｖ4 −Ｖ3 ） を得て除算器23の被除数入力端子へ出力する。除算器23
では入力された（△ＶR ・Ａ）を入力された（−Ｖ3 ）
で除して（−△ＶR ・Ａ／Ｖ3 ）を得て、これをコンパ
レータ25を構成するオペアンプの反転入力端子へ与え
る。
【００２４】図７の反転増幅器41は発熱抵抗体Ｒ1 に印
加された電圧Ｖ1 を取り込み増幅率（−１）で増幅して
これを除算器24の除数入力端子及び差動増幅器43の非反
転入力端子へ与える。また、反転増幅器42は発熱抵抗体
Ｒ2 に生じる電圧Ｖ2 を取り込み増幅率（−１）で増幅
してこれを差動増幅器43の反転入力端子へ与える。差動
増幅器43は与えられた電圧Ｖ2 ，Ｖ1 の差を増幅率
（Ａ）で増幅して Ａ（Ｖ2 −Ｖ1 ） を得て除算器24の被除数入力端子へ与える。
加された電圧Ｖ1 を取り込み増幅率（−１）で増幅して
これを除算器24の除数入力端子及び差動増幅器43の非反
転入力端子へ与える。また、反転増幅器42は発熱抵抗体
Ｒ2 に生じる電圧Ｖ2 を取り込み増幅率（−１）で増幅
してこれを差動増幅器43の反転入力端子へ与える。差動
増幅器43は与えられた電圧Ｖ2 ，Ｖ1 の差を増幅率
（Ａ）で増幅して Ａ（Ｖ2 −Ｖ1 ） を得て除算器24の被除数入力端子へ与える。
【００２５】即ち、本実施例では発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2
の抵抗値が等しくなるように以下の如くのＦＥＴ26のオ
ン抵抗制御がなされている。まず、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ
2 の抵抗値はそれぞれ、 Ｒ1 ＝Ｖ1 ／Ｉ1 ＝Ｖ1 ・Ｒ3／Ｖ3 Ｒ2 ＝Ｖ2 ／Ｉ1 ＝Ｖ2 ・Ｒ4 ／Ｖ4 であるから、Ｒ1 ＝Ｒ2 であるためには Ｖ1 ・Ｒ3 ／Ｖ3 ＝Ｖ2 ・Ｒ4 ／Ｖ4 …（２） であればよい。ここで、図４の回路においてＲ3 ＝Ｒ4
として構成すると、 Ｖ1 ・Ｖ4 ＝Ｖ2 ・Ｖ3 ここで、Ｖ4 ＝Ｖ＋△ＶR ， Ｖ2 ＝Ｖ1 ＋△ＶS とす
ると、 Ｖ1 ・（Ｖ3 ＋△ＶR ）＝Ｖ3 ・（Ｖ1 ＋△ＶS ） ∴ △ＶR ／Ｖ3 ＝△ＶS ／Ｖ1 となるように制御が行われる。
の抵抗値が等しくなるように以下の如くのＦＥＴ26のオ
ン抵抗制御がなされている。まず、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ
2 の抵抗値はそれぞれ、 Ｒ1 ＝Ｖ1 ／Ｉ1 ＝Ｖ1 ・Ｒ3／Ｖ3 Ｒ2 ＝Ｖ2 ／Ｉ1 ＝Ｖ2 ・Ｒ4 ／Ｖ4 であるから、Ｒ1 ＝Ｒ2 であるためには Ｖ1 ・Ｒ3 ／Ｖ3 ＝Ｖ2 ・Ｒ4 ／Ｖ4 …（２） であればよい。ここで、図４の回路においてＲ3 ＝Ｒ4
として構成すると、 Ｖ1 ・Ｖ4 ＝Ｖ2 ・Ｖ3 ここで、Ｖ4 ＝Ｖ＋△ＶR ， Ｖ2 ＝Ｖ1 ＋△ＶS とす
ると、 Ｖ1 ・（Ｖ3 ＋△ＶR ）＝Ｖ3 ・（Ｖ1 ＋△ＶS ） ∴ △ＶR ／Ｖ3 ＝△ＶS ／Ｖ1 となるように制御が行われる。
【００２６】上記質量流量センサでは、発熱抵抗体
Ｒ1 ，Ｒ2 に生じる電圧Ｖ1 ，Ｖ2 を図５に示される電
圧検出部22で検出して出力（Ｖ2 −Ｖ1 ）Ａを得る。
Ｒ1 ，Ｒ2 に生じる電圧Ｖ1 ，Ｖ2 を図５に示される電
圧検出部22で検出して出力（Ｖ2 −Ｖ1 ）Ａを得る。
【００２７】この実施例における、流体の流量変化に対
応する場合の動作（流体が流れ始めたときの動作）を図
８のフローチャートにより説明する。流体の流れにより
上流側の発熱抵抗体Ｒ2 が温度低下し、コンパレータ25
がＦＥＴ26のオン抵抗を下げるように出力を上昇させ電
流Ｉ2 にを増す（801)。なお、電流Ｉ1 は減少する。こ
の結果、Ｖ2 とＶ1 ，Ｖ4 とＶ3 との差が大きくなり△
ＶR ，△ＶS が増加する（802)。そして、電流Ｉ2 が増
加したことにより発熱抵抗体Ｒ2 が発熱し抵抗値を増加
させ、 △ＶS ／Ｖ1 ＞△ＶR ／Ｖ3 となる（803)。そこで、上記不等式が等式となるように
コンパレータ25は出力を低下させ（804)、ＦＥＴ26のオ
ン抵抗が増加する（805)。この結果、電流Ｉ2 が減少さ
れ（806)、（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）による定電流動作が行われ
る。
応する場合の動作（流体が流れ始めたときの動作）を図
８のフローチャートにより説明する。流体の流れにより
上流側の発熱抵抗体Ｒ2 が温度低下し、コンパレータ25
がＦＥＴ26のオン抵抗を下げるように出力を上昇させ電
流Ｉ2 にを増す（801)。なお、電流Ｉ1 は減少する。こ
の結果、Ｖ2 とＶ1 ，Ｖ4 とＶ3 との差が大きくなり△
ＶR ，△ＶS が増加する（802)。そして、電流Ｉ2 が増
加したことにより発熱抵抗体Ｒ2 が発熱し抵抗値を増加
させ、 △ＶS ／Ｖ1 ＞△ＶR ／Ｖ3 となる（803)。そこで、上記不等式が等式となるように
コンパレータ25は出力を低下させ（804)、ＦＥＴ26のオ
ン抵抗が増加する（805)。この結果、電流Ｉ2 が減少さ
れ（806)、（Ｉ1 ＋Ｉ2 ）による定電流動作が行われ
る。
【００２８】なお、本実施例では、発熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ
2 における電圧の差分△ＶS と、電流検出用抵抗Ｒ3 ，
Ｒ4 とで捕らえた電圧の差分△ＶR とを得て、所定側
（この場合は、下流側）の電圧で正規化するようにして
いるので、除算（正規化）の前に増幅可能であり、除算
器によるノイズの影響を少なく抑えることができる。ま
た、信号の検出の手法が電圧検出部22，22において、と
もに発熱抵抗体に対し差動的に働くため、外部ノイズに
対しても強いという特徴がある。なお、応答性はその動
作原理から図１のセンサと同様である。
2 における電圧の差分△ＶS と、電流検出用抵抗Ｒ3 ，
Ｒ4 とで捕らえた電圧の差分△ＶR とを得て、所定側
（この場合は、下流側）の電圧で正規化するようにして
いるので、除算（正規化）の前に増幅可能であり、除算
器によるノイズの影響を少なく抑えることができる。ま
た、信号の検出の手法が電圧検出部22，22において、と
もに発熱抵抗体に対し差動的に働くため、外部ノイズに
対しても強いという特徴がある。なお、応答性はその動
作原理から図１のセンサと同様である。
【００２９】なお、上記実施例のオペアンプの入力抵抗
は発熱抵抗体の抵抗値より十分大きい。また、以上の実
施例では、発熱抵抗体を２個用いたが、２の発熱抵抗体
の抵抗が等しくなるように、図１または図５の方式で発
熱抵抗体の制御を行い、これらの発熱抵抗体以外に少な
くとも１つの発熱抵抗体を用いて出力を取り出すように
してもよい。例えば、図９のように発熱抵抗体ＲN を発
熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に加えて構成し、Ｒ1 ＝Ｒ2 となる
ように制御を行い、出力は（ＶN −Ｖ1 ）として取り出
すようにしてもよい。更に、発熱抵抗体はパイプ内に設
けてもよい。
は発熱抵抗体の抵抗値より十分大きい。また、以上の実
施例では、発熱抵抗体を２個用いたが、２の発熱抵抗体
の抵抗が等しくなるように、図１または図５の方式で発
熱抵抗体の制御を行い、これらの発熱抵抗体以外に少な
くとも１つの発熱抵抗体を用いて出力を取り出すように
してもよい。例えば、図９のように発熱抵抗体ＲN を発
熱抵抗体Ｒ1 ，Ｒ2 に加えて構成し、Ｒ1 ＝Ｒ2 となる
ように制御を行い、出力は（ＶN −Ｖ1 ）として取り出
すようにしてもよい。更に、発熱抵抗体はパイプ内に設
けてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、定
電流タイプの動作が行われるため、温度補正を要せず周
囲温度に係りなく的確な質量流量検出が行われる。ま
た、第１の発熱抵抗と第２の発熱抵抗との抵抗値を等し
くするように制御が行われるため、応答性が早くなる利
点がある。
電流タイプの動作が行われるため、温度補正を要せず周
囲温度に係りなく的確な質量流量検出が行われる。ま
た、第１の発熱抵抗と第２の発熱抵抗との抵抗値を等し
くするように制御が行われるため、応答性が早くなる利
点がある。
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】本発明の一実施例の動作を説明するフローチャ
ート。
ート。
【図３】本発明の一実施例の応答特性を示す図。
【図４】従来例の応答特性を示す図。
【図５】発明の他の実施例の構成図。
【図６】図５に示す実施例の要部を示す図。
【図７】図５に示す実施例の要部を示す図。
【図８】図５に示す実施例の動作を説明するフローチャ
ート。
ート。
【図９】本発明の他の実施例を示す図。
【図10】従来例の構成図。
【図11】従来例の構成図。
１ パイプ ２ 定電流源 ３ 反転増幅器 ４ コンパレ
ータ ５ 差動増幅器 ６ 除算器 ７ バッファ ８ 差動増幅
器 21 電圧検出部 22 電圧検出
部 23 除算器 24 除算器 25 コンパレータ Ｒ1 ，Ｒ2
発熱抵抗体
ータ ５ 差動増幅器 ６ 除算器 ７ バッファ ８ 差動増幅
器 21 電圧検出部 22 電圧検出
部 23 除算器 24 除算器 25 コンパレータ Ｒ1 ，Ｒ2
発熱抵抗体
Claims (6)
- 【請求項１】 第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体と
を流体に対し上流側と下流側とに設けて質量流量を検出
する質量流量センサにおいて、 前記第２の発熱抵抗体に電流を与える定電流源と、この定電流源による電流に応じて前記第２の発熱抵抗体
に生じる電圧に基づき 前記第２の発熱抵抗体と前記第１
の発熱抵抗体との抵抗値が等しくなる方向へ電流値を増
減制御して前記第１の発熱抵抗体を駆動する第１の発熱
抵抗体駆動制御手段と、前記定電流源による電流に応じて前記第２の発熱抵抗体
に生じる電圧と前記第１の発熱抵抗体駆動制御手段によ
る駆動の結果前記第１の発熱抵抗体に生じる電圧との差
に、定数を掛けて質量流量を得る質量流量出力手段と を
備えたことを特徴とする質量流量センサ。 - 【請求項２】 第１の発熱抵抗体に生じる電圧と第２の
発熱抵抗体に生じる電圧とを取り込みこれらの電圧差を
出力する電位差検出手段が、質量流量出力段に設けられ
ていることを特徴とする請求項１記載の質量流量セン
サ。 - 【請求項３】 第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体と
を流体に対し上流側と下流側とに設けて質量流量を検出
する質量流量センサにおいて、 定電流源と、 この定電流源から分岐して前記第１の発熱抵抗体へ電流
が到る経路及び前記第２の発熱抵抗体へ到る経路と、この経路を介して流れる電流に応じて前記第１の発熱抵
抗体及び前記第２の発熱抵抗体に生じる電圧に基づき 前
記第２の発熱抵抗体と前記第１の発熱抵抗体との抵抗値
が等しくなる方向へ電流値を増減制御して前記第１の発
熱抵抗体及び第２の発熱抵抗体を駆動する発熱抵抗体駆
動制御手段と、前記第１の発熱抵抗体に生じる電圧と前記第２の発熱抵
抗体に生じる電圧との差に、定数を掛けて質量流量を得
る質量流量出力手段と を備えたことを特徴とする質量流
量センサ。 - 【請求項４】 発熱抵抗体駆動制御手段は、第１の発熱
抵抗体に流入した電流と第２の発熱抵抗体に流入した電
流との差に対応する電位差を得る電位差作成手段が備え
られていることを特徴とする請求項３記載の質量流量セ
ンサ。 - 【請求項５】 第１の発熱抵抗体に生じる電圧と第２の
発熱抵抗体に生じる電圧とを取り込み、これらの電圧差
を出力する電位差検出手段が質量流量出力段に設けられ
ていることを特徴とする請求項３または請求項４記載の
質量流量センサ。 - 【請求項６】 電流源から第１の発熱抵抗体へ到る経路
にゲート手段が備えられ、発熱抵抗体駆動制御手段が該
ゲート手段の開度制御を行うことを特徴とする請求項３
乃至請求項５のいずれか１項に記載の質量流量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3128191A JP2582955B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 質量流量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3128191A JP2582955B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 質量流量センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04331323A JPH04331323A (ja) | 1992-11-19 |
| JP2582955B2 true JP2582955B2 (ja) | 1997-02-19 |
Family
ID=14978705
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3128191A Expired - Fee Related JP2582955B2 (ja) | 1991-05-02 | 1991-05-02 | 質量流量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2582955B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4839395B2 (ja) * | 2009-07-30 | 2011-12-21 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式流量計 |
| CN114440998B (zh) * | 2021-12-20 | 2024-07-23 | 重庆川仪自动化股份有限公司 | 流体质量流量测量电路及流体质量流量测量计 |
-
1991
- 1991-05-02 JP JP3128191A patent/JP2582955B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04331323A (ja) | 1992-11-19 |
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