JP3283765B2 - 熱式流量計 - Google Patents

熱式流量計

Info

Publication number
JP3283765B2
JP3283765B2 JP24973696A JP24973696A JP3283765B2 JP 3283765 B2 JP3283765 B2 JP 3283765B2 JP 24973696 A JP24973696 A JP 24973696A JP 24973696 A JP24973696 A JP 24973696A JP 3283765 B2 JP3283765 B2 JP 3283765B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
flow meter
change
thermal
resistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP24973696A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH1090032A (ja
Inventor
信勝 荒井
武彦 小渡
内山  薫
渡辺  泉
信弥 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Car Engineering Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP24973696A priority Critical patent/JP3283765B2/ja
Priority to EP97116362A priority patent/EP0831305B1/en
Priority to DE69738009T priority patent/DE69738009T2/de
Priority to KR1019970047926A priority patent/KR100507754B1/ko
Priority to US08/934,758 priority patent/US5952571A/en
Publication of JPH1090032A publication Critical patent/JPH1090032A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3283765B2 publication Critical patent/JP3283765B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/688Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
    • G01F1/69Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F15/00Details of, or accessories for, apparatus of groups G01F1/00 - G01F13/00 insofar as such details or appliances are not adapted to particular types of such apparatus
    • G01F15/02Compensating or correcting for variations in pressure, density or temperature

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱式流量計に係
り、特に吸気温度の変化に対する測定誤差の変動が小さ
く、自動車用エンジンの吸気量検出に好適な熱式空気流
量計およびその測定素子に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用エンジンは非常に広い空気温度
条件下での安定作動が要求される。一般的にはその温度
範囲は−30〜80℃である。したがって、エンジンに
用いられる熱式流量計も上記の温度範囲でより精密な測
定が求められる。
【0003】しかしながら、周知のとおり、空気の物性
値はその温度により変化する。そのため、発熱抵抗体の
温度を一定に保ち気流速を測定する定温度形熱線風速計
では、吸入空気温度変化により誤差を生ずる。このよう
な風速計においては、一般的に出力として流量を測定し
た流速に比例するように変換できるので、流速あるいは
風速は、流量あるいは風量と読み替えが可能である。
【0004】上記の温度範囲での温度変化に対する空気
物性の変化を図10及び図11に示した。図10は温度
の変化に対する空気の物性値の変化を示す数値グラフで
ある。図11は温度変化に対しての空気の物性値変化に
対する流速、無次元数、熱伝達率の変化を示す数値グラ
フである。例えば、上記温度範囲の中央値である25℃
の物性値(各記号の末尾に0)を基準にして示すと、空
気の密度ρa、動粘性係数νa、熱伝導率λa、プラン
トル数Prは、図10のごとく変化する。この結果、熱
式流量計の発熱抵抗体の放熱に関係する流速ua、レイ
ノルズ数Re、平均ヌセルト数Num、平均熱伝達係数
αmは図11のごとく変化する。最終的に影響する平均
熱伝達係数αmは、空気温が高いほど大きくなり、空気
温が低いほど小さくなる。基本的にはこの平均熱伝達係
数の変化が、発熱抵抗体およびその支持部材等からの放
熱量の変化、すなわち熱式流量計の全発熱量の変化を生
じさせ吸気温度変化による熱式流量計の誤差の原因とな
る。このため一般的には、流量計に接続されたブリッジ
回路あるいはこれと同等な機能を有する電子回路によ
り、吸気温度に応じて発熱抵抗体の温度Theすなわち
電気抵抗Rhが変わるよう、ほぼ一定の加熱度(吸気温
度に対する超過温度:ΔTe)を与えて補償する。
【0005】特開昭55−50121号公報では、上記
の問題に対応するために発熱抵抗体の温度を、検知した
吸気温度に依存して変化させる技術を開示している。す
なわち、温度補償用抵抗体で吸気温度を検知して、この
吸気温度をもとにして、基本的にはブリッジ回路によ
り、ほぼ一定の加熱、すなわち超過温度ΔTeを、流速
を検知する発熱抵抗体に与えることによりこの誤差を解
消することができるとしている。
【0006】さらに、特開平05−312612号公報
には、上記した特開昭55−50121号公報の問題点
として、放射熱損失と発熱体支持部への熱伝導損失の補
正について配慮されていなかった点を指摘している。そ
して、主に放射熱損失を補正する手段として、第1の測
温体のほかに第2の測温体を流体流路中に配置し、第2
の測温体が第1の測温体に対して、流体温度が高いとき
低流量域において、より昇温されるよう構成するとして
いる。
【0007】また、特開平4ー285818号公報で
は、温度補償抵抗体Rcの電気抵抗の温度係数値を、発
熱抵抗体Rhの電気抵抗の温度係数値より低い値とする
事により、幅広い温度範囲で流量を正確に検出できると
している。
【0008】一方、特開平5−52626号公報には、
ボビン形のセラミックを発熱抵抗体の基体として、白金
を主成分とする合金層で被覆された白金よりも熱伝導率
の低い材質、例えば40Ni−Fe合金やSUS430
を芯線とするリード線を接着剤で結合し、高い応答性と
リード線の接合強度を得るという技術が開示されてい
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記特開昭5
5−50121号公報記載の従来技術では、空気の物性
変化によって生じる発熱抵抗体の強制対流熱伝達量の変
化分しか温度補償がなされず、発熱抵抗体とリードを含
む流量計の熱伝達特性の変化についても補償するという
ことについて考慮されていない。このため、例えば中間
の任意の流速もしくは流量での誤差をゼロにする調整を
行ったとしても、(流量や流速の変化に対する発熱抵抗
体の熱伝達特性の変動から、)調整を行なった値から離
れた測定領域では誤差が大きくなってしまう。これを具
体的に示したのが図9である。図9は、従来技術による
熱式流量計における異なる吸気温度での流速の変化に対
する流量変換出力誤差の変化を示す数値グラフである。
図9に示された測定結果の実線に示されるように、吸気
温25℃から80℃へ変化した時には低流量側でプラス
のそして高流量側でマイナスの幅で誤差を生じるという
問題があった。
【0010】また、特開昭55−50121号公報記載
の従来技術を解決したとする上記特開平05−3126
12号公報記載の従来技術には以下に述べる問題点があ
る。すなわち、ハード的に複雑となる欠点がある。ま
た、筆者らの検討によれば、流量もしくは流速による誤
差量の変化の主因は放射熱損失の変化ではなく、上記の
特開平05−312612号公報のいう発熱体支持部へ
の熱伝導損失の変化によるものであることが明らかにな
っている。
【0011】したがって、以上の構成だけでは発熱抵抗
体支持部への熱伝導量変化の流速変化に対する出力誤差
の補償は十分になされない。以下この理由を説明する。
図8は従来技術による熱式流量計における温度補償回路
図である。例えば、この図8に示したようなブリッジ回
路により発熱抵抗体への温度補償を行なう従来の熱式空
気流量計における、基準吸気温度25℃および吸気温度
80℃における発熱抵抗体素子温度The、リード温度
Thl、ターミナル温度Thtの流速変化に対する夫々
の変化を図12に示す。また、基準吸気温度25℃時の
流量計の全発熱量Qt(25)に対する、吸気温度80
℃時の全発熱量Qt(80)、素子本体部の空気への放
熱量Qa(80)、及びリード線への熱伝導量Ql(8
0)の夫々の比の流速変化に対する変化を図13に示
す。図12に示すように、発熱抵抗体温度Theは、流
速に対し25℃時および80℃時でほぼ一定であるのに
対し、リード温度Thl、ターミナル温度Thtは低流
速時ほど高い温度になっているのがわかる。一方図13
では、Qa(80)/Qt(25)は流速増大に伴い増
大し、Ql(80)/Qt(25)はその逆になってい
るのがわかる。そしてその和であるQt(80)/Qt
(25)が低流速側でやや大きくなっており、この僅か
な傾きが最終的に低流量でプラスの誤差、高流量でマイ
ナスの誤差を生じる原因である。これはリード線への熱
伝導量の変化Ql(80)/Qt(25)の傾きが、素
子本体の放熱量の変化Qa(80)/Qt(25)の傾
きより若干大きいことによる。
【0012】この事実をより明確に示したのが図14で
ある。図14は、従来技術による熱式流量計における、
流速の変化に対しての異なる吸気温度の熱量比の差の変
化と発熱素子温度の変化を示す数値グラフである。この
図14において、流速50m/sの吸気温度25℃時の
全発熱量Qt(25)と吸気温度80℃時のリードへの
熱伝導量Ql(80)との比{Ql(80)/Qt(2
5)}と、低流速時のQl(80)/Qt(25)との
間の差δδの流速が変化した場合の変化が示されてい
る。実線が従来技術による熱式流量計における例を示す
が、流速0.5m/s時のδδの値が流速50m/s時
の値に対して50%以上となっている。
【0013】特開平4−285818号公報は基本的に
は特開昭55−50121号公報と動作は変わらず、あ
る流量で温度補償されても、異なる温度条件下での流量
の変化に対して生じる誤差の傾きの変化は解消されない
という問題がある。また、電気抵抗の温度係数を温度補
償抵抗体と発熱抵抗体とで変える手段として、金属薄膜
の厚さまたは熱処理条件を変えるとしているが、生産ば
らつきを考えると非実際的である。
【0014】また、特開平5−52626号公報に開示
された技術は、リード材の熱伝導率を小さくして発熱素
子からリード材への熱伝導量を低下させるものであり、
流量計の流速変化に伴う誤差変動の原因であるリードで
の熱伝導率の変化を小さくすることは配慮されていない
という問題があった。
【0015】さらに、近年自動車の排気ガス中に含まれ
る有害成分の環境への直接的、間接的な影響の抑制の要
求が高くなってきており、米国においても今後2000
年までに、自動車エンジンの排出する排気ガス中の有害
成分であるCO,HC,NOxの内、特にNOxの排出
量の最大基準値を、当初1/2以下に、更には1/3以
下にする政策がとられる。同様に、石油資源の将来を考
慮して、燃料消費率の最大基準値を2000年以降1/
2以下にする政策がとられる。上述した有害成分及び燃
費は、自動車エンジン内で燃焼する燃料と空気の混合気
の空気と燃料との比である空燃比が大きく影響を与える
ので、これまで以上に精密な空燃比の管理が求められ、
その適切な調節を直接左右する流量の測定精度を向上す
ることが必要となる。特に、上記の有害成分を低減する
触媒では、通常その転化率が所定の空燃比の値の前後で
約100%近くから急激に変動するため空燃比をその値
1のわずかな近傍で制御している。よって、上記の基準
をクリアするためには、流量測定誤差をこれまでの1/
2、1/3以下にすることが必要となる。
【0016】本発明の目的は、吸気温度および流速もし
くは流量の変動に対して出力誤差が小さく、低コストで
実現可能な熱式流量計を提供することにある。
【0017】本発明の他の目的は、低温時のエンジンの
始動性や高温時でのエンジンの燃費を向上したり、排気
ガス中の有害成分を低減したりする上で、エンジン制御
に有利な出力特性を与える熱式流量計を提供することあ
る。
【0018】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本願の熱式流量計は、セラミック又はガラス基体
上に形成された流量検出のための第1の電気抵抗体と、
測定流体温度に依存する第2の電気抵抗体とが、電気回
路との電気導体を内蔵するプラスティック部材から延在
する支持部材により流体中に保持され、前記回路は前記
第1の電気抵抗体および前記第2の電気抵抗体と導通さ
れてブリッジ回路を構成する数個の固定電気抵抗体より
構成されてなり、前記第2の電気抵抗体が検出する前記
測定流体温度に応じ前記第1の電気抵抗体を加熱して、
前記測定流体温度の変化に対応して温度補償を行う熱式
流量計において、以下の構成を備える。
【0019】
【0020】前記支持部材をリード及びターミナルを含
んで構成し、少なくともリードの熱伝導率の温度係数Δ
λを−0.06ないし0.06W/(m・ 2 )の間の値
とする。
【0021】またリードは、熱伝導率の温度係数Δλが
望ましくは−0.03ないし0.03W/(m・ 2
の間の値、さらに望ましくは−0.02ないし0.02
(W/(m・ 2 ))の間の値である材で形成された
リード線にするとよい。
【0022】また、上記の支持部材を形成する材質は、
白金もしくはパラジウムを成分とする合金、あるいはチ
タン、タンタル、ジルコニウムの金属あるいはこれらの
合金、もしくはステンレス鋼、Cr−Mo鋼が望まし
い。
【0023】さらに、前記支持部材の少なくとも一部の
表面にクラッド、若しくはメッキ、あるいはスパッタリ
ングされた酸化防止膜を設けた構成としてもよく、前記
酸化防止膜が白金(Pt)もしくは白金合金、あるいは
パラジウム(Pd)もしくはパラジウム合金により形成
された部材としてもよい。
【0024】また、本発明の他の目的を達成するため
に、前記δの値を前記測定流体温度の変化に対して負の
傾きを有するようにしたものである。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図1
ないし図8、及び図14ないし図18を用いて説明す
る。
【0026】図1及び図2に本発明による熱式流量計の
実施の形態の全体構成を示す。◆10は回路モジュール
8が取り付けられる流量計ボディであり、吸気通路の一
部ともなる。12はボディ10の内部に設けられた気流
が通過する主流路、11は主流路12内部に設けれ、発
熱抵抗体1および温度補償抵抗体5をその内部に保持す
る部材である。13はこの部材11の内部に設けられた
副流路であり、熱式流量計の発熱抵抗体1及び温度補償
抵抗体5がこの副流路13を通過する気流を測定する。
発熱抵抗体1及び温度補償抵抗体5は、副通路13の主
流20と並行な通路部分に設けられたプラスティックモ
ールド4上に、ターミナル3a、リード線2aを介して
保持される。21は副通路13への分岐空気流を、22
はその副通路出口流を示す。
【0027】図3は本発明による熱式流量計の実施の形
態の主要部を示す縦断面図である。この図において矢印
は熱の流れを示している。◆発熱抵抗体1はリード線2
a,2b、およびこれらと接続しているターミナル3
a,3bにより流体中に支持されている。ターミナル3
a,3bは、図示していないが、回路モジュールとの電
気導体を内臓するプラスティックモールド4に接続され
ており、これらの部品が熱式流量計の主要部を構成して
いる。
【0028】図16を用いて発熱抵抗体1の構造を説明
する。図16は、図1に示す熱式流量計に用いられる発
熱抵抗体1の構造の詳細の一例を示す縦断面図である。
◆図示されるように、アルミナ等で形成されているボビ
ン形状の基体101の外面には、細径の白金線100が
巻かれており、その両端は、基体101に形成された中
穴に挿入された金属リード2a,2bに溶接されてい
る。このリード2a,2bは、例えばガラス接着剤とい
った接着剤30により、基体101の中穴に挿入された
状態で固定されている。またこのリードには、チタン、
タンタル、ステンレス合金や白金あるいはパラジウムを
成分とする合金という、従来用いられてきた白金イリジ
ウムと比べて温度に対する熱伝導率の変化量が小さい材
料が用いられている。また、全体は、ガラス31により
オーバーコートされている。
【0029】図7は、従来技術および本発明の熱式流量
計における温度補償に関する概念図である。この図にお
いて、5は吸気温度を測定する温度補償抵抗体である。
6aは温度補償抵抗体のリード線である。7aは温度補
償抵抗体のターミナルである。8は、発熱抵抗体1と温
度補償抵抗体5とに接続されて、この2つの抵抗ととも
に発熱抵抗体1の流速測定誤差を補償するための電流を
決める回路を形成する電気回路である。発熱抵抗体1の
温度Theは、温度補償抵抗体5により検知される温度
Tceに対して、所定の加熱温度ΔTeが電子回路8に
より加えられ、制御される。電子回路8は、実際はもっ
と複雑な場合もあるが、基本的には図8に示すような発
熱抵抗素子1および温度補償素子5を含んだブリッジ回
路を有している。
【0030】本発明の基本的な技術思想は、従来技術に
よる吸気温度補償時の補償されない流速に依存した誤差
の原因である、流速によって変化するリード線温度Th
lやターミナル温度Thtの変化に伴う素子本体からリ
ード線やターミナル等の支持部材への熱伝導量Qlの変
化を小さく保つことにある。その実施の形態として、本
発明は、上記図7の温度補償抵抗体5のリード線6a
に、熱伝導率λの温度係数Δλの小さい材料を用いるも
のである。また、ターミナル3a,7a等にも熱伝導率
λの温度係数Δλの小さい材料を用いることが好まし
い。
【0031】より詳細には、Δλを−0.06ないし
0.06(W/(m・K2))の間の値とする材料、望
ましくは−0.03ないし0.03(W/(m・
2))の間の値とする材料、さらに望ましくは−0.
02ないし0.02(W/(m・K2))の間の値とす
る材料とする。具体な例としては、例えばターミナルに
ステンレス材とし、リード線に温度係数Δλ=−0.0
083(W/(m・K2))のチタン(Ti)材あるい
は温度係数Δλ=+0.004(W/(m・K2))の
タンタル(Ta)材を用いることができる。また、白金
またはパラジウムなどの貴金属を成分とする2元合金を
用いてもよい。
【0032】上記の材料を用いた支持部材により、吸気
温度−30ないし80℃の範囲で
【0033】
【数1】
【0034】で表される出力誤差δの、この熱式流量計
が用いられる速度範囲での速度変化に対する値の変化量
を−0.003ないし0.003の間の値とする、望ま
しくは−0.0015ないし0.0015、さらに望ま
しくは−0.001ないし0.001の間の値とする。
【0035】このような構成により得られる効果を、図
4ないし図6を用いて数値として説明する。ここで図4
は、従来技術及び図1示す熱式流量計における流速−出
力特性を比較した数値グラフである。図5は、従来技術
および図1に示す熱式流量計における吸気温度−加熱度
特性を比較した数値の関係を示すグラフである。図6
は、従来技術および図1に示す熱式流量計における吸気
温度−出力特性の関係を示す数値グラフである。
【0036】図4に示すように、流速0.5m/sない
し50m/sの流量範囲においても、
【0037】
【数1】
【0038】の変化が吸気温上昇55〜60℃に対し±
0.002程度以下にすることができる。このとき、図
6に基本的な構成を示した電子回路8で与える加熱度
は、図5の破線で示すように基準温度Ta0(25℃)
における加熱度ΔTe0に対し、吸気温度−30ないし
80℃の範囲で±0.2%/℃以上の変化を与えてい
る。特に、図4の破線で示すように、特にδのわずかな
変化が大きな出力誤差になる低流量域の吸気温度−30
ないし80℃の範囲でδの値を±0.0015以下にで
きる。
【0039】本発明において、熱式流量計を上記の構成
とすることによる作用と効果を説明する。◆まず図8に
示したブリッジ回路の作用を説明する。発熱抵抗体1の
全発熱量Qtは、その電気抵抗値Rhとそこを流れる電
流値Ihに対しQt=Rh×Ih2で決まる。従って電
流Ihはブリッジ出力電圧V2で示すと、
【0040】
【数2】
【0041】となる。熱式流量計の出力はこのV2をア
ンプで増幅したものである。従って基準出力をV20、
その時の電流をIh0とすれば出力誤差は次式で表され
る。
【0042】
【数3】
【0043】また、これを発熱抵抗体の発熱量Qt、電
気抵抗値Rhの関係で示すと
【0044】
【数4】
【0045】となる。上式をV2をベースとした表現に
したδは、次式となる。
【0046】
【数1】
【0047】一方、Rhは、R1、R7、R8を固定抵
抗、Rcを温度補償抵抗体の電気抵抗値として Rh=(R1/R7)×(Rc+R8) である。また、Rcは、Rc0を0℃の温度補償抵抗体
の電気抵抗値とすと、 Rc=Rc0×(1+κTce) である。κは、発熱抵抗素材である白金線あるいは白金
膜等の電気抵抗の温度係数である。Tceは温度補償抵
抗体の温度であり、温度補償を行おうとする図8のよう
なブリッジ回路では、Tceは吸気温度Taとほぼ等し
いか、あるいは比例するようにしている。
【0048】このようなブリッジ回路により、Rhが吸
気温度に比例した電気抵抗の値に設定され、測定する気
流の温度が変化した場合、例えば基準温度から気温が上
昇した時はRh/Rh0の値は1より大きな値となる。
この時、吸気気温の変化による空気の物性値の変化によ
り、全発熱量の比Qt/Qt0の値も変化して、かつQ
t/Qt0の値が流速によって影響を受けなければ、δ
0あるいはδを0にできる。
【0049】ところが、全発熱量Qtは、素子本体部の
空気への放熱量Qaとリード線への熱伝導量Qlからな
るが、一般に流速によりその温度レベルが変わるリード
線への熱伝導量Qlと、流速によらずほぼ一定温度に保
たれる素子本体部の空気への放熱量Qaとでは、吸気温
度の変化に対する変化について別の特性を有する。従っ
て、基準温度における流速の変化に対する全発熱量Qt
0(=Qt0+Qa0)と、基準温度と異なる吸気温度
での全発熱量Qtとの比の変化は、図13において示す
Qt(80)/Qt(25)の如く、一定値にならな
い。
【0050】そこで、リード線温度の変化による熱伝導
量Qlの変化を小さくし、両者の和の変化を流速に対し
小さくなるようにすることにより、Qt(80)/Qt
(25)もしくはQt/Qt0が流速によらず一定にな
るようにでき、その結果,図4に示すように、図8のよ
うなブリッジ回路によりδあるいはδ0を0に近付ける
ことができる。
【0051】リード線温度の変化による熱伝導量Qlの
変化を小さくする手段の例としては、熱伝導率の温度に
よる変化の小さい材質のリード線(例えばチタン線ある
いはタンタル線)を用いることができる。このような材
質を用いることにより、図14の破線に示すように、高
流速時の全発熱量Qt(25)とリードへの熱伝導量Q
l(80)の比{Ql(80)/Qt(25)}と、低
流速時のQl(80)/Qt(25)との差δδが発熱
素子温度Theを従来例より上げた場合でも小さくでき
る。この時の発熱抵抗素子1に付加される加熱度ΔTe
は、図5の破線のごとく、リード材料として白金イリジ
ウム(PtIr10)を用いた従来技術と比して、流速
の増加に対する増加率が大きくなるように設定され、こ
の結果、図6の破線で示すように、広い温度範囲、例え
ば−30℃ないし80℃で上記δの値の変化が従来技術
と比して微小になる。
【0052】以上に説明した本発明の作用と効果につい
て本発明の実施の形態であるチタン(Ti)を用いたリ
ードについての実験結果と計算結果を基に、図14およ
び図15を用いてさらに詳細に説明する。図14は、従
来技術および本発明による熱式流量計における異なる吸
気温度での熱量比の差と発熱素子温度との、流速の変化
に対する変化を示す数値グラフである。図15は、本発
明による熱式流量計における異なる吸気温度での流速の
変化に対する熱量の比の変化を示す数値グラフである。
【0053】図14において、基準となる吸気温度25
℃の時の全発熱量Qt(25)と吸気温度80℃の時の
リード線への熱伝導量Ql(80)との比の、流速50
m/s時と流速5m/s及び0.5m/s時との差δδ
について見てみると、実線で示すリード線として白金イ
リジウム(PtIr10)を用いた従来技術による熱式
流量計と、破線で示すリード線としてTiを用いた本発
明による熱式流量計ともに流速が小さい程この値が大き
くなっている。一方、従来技術による熱式流量計と比較
して本発明による熱式流量計の方が、吸気温度80℃に
おける発熱素子温度The(80)が高くなっているに
もかかわらず、δδは小さくなっているのがわかる。こ
れは、流速の低下に伴うリード線温度の上昇に対して、
従来技術によるPtIr10を用いたリードと比べ本発
明によるTiを用いたリードの方が、リード線への熱伝
導量Qlの増加割合は小さい事を示す。
【0054】さらに、図15に示すように、本発明によ
る熱式流量計においては、基準温度25℃時の全発熱量
Qt(25)に対する素子本体からの空気への強制対流
熱伝達量Qa(80)の比と、リード線への熱伝導量Q
l(80)の比が、傾きが逆のほとんど完全に対称な変
化をして、その和である全発熱量の比Qt(80)/Q
t(25)の吸気温度の変化に対する流速の依存性がな
くなる。すなわち、リードの温度変化によるリード線へ
の熱伝導量Qlの変化を小さくするにより、吸気温度が
変化しても広い流速の範囲で発熱抵抗体への温度補償量
を一定にできる。このことにより、熱式流量計の吸気温
度変化時の流速に依存する誤差を小さくすることができ
る。
【0055】図17は本発明による熱式流量計の測定素
子リード線の断面図である。本実施の形態におけるチタ
ンおよびタンタルリード品は、ガラス接着剤およびコー
ティングガラスの焼成を500℃以下の、従来技術から
すれば低温で行ったものである。これは、これらの金属
が、これ以上の温度では酸化してしまうためである。実
用上どうしてもさらに高温でのガラス焼成が必要の場
合、熱伝導率の温度係数がこれらと同等に近く、かつ酸
化しにくい合金、あるいは、図17に示すような酸化防
止皮膜40を、クラッド、メッキ、スパッタリング等の
従来技術として周知の方法により、その表面にあらかじ
め設けた材料を使用することができる。また、白金また
はパラジウムなどの貴金属を成分とする2元合金を酸化
防止膜40を形成する部材として用いてもよい。
【0056】また、貴金属の合金ではその組合わせによ
り新しい物性を顕示することがあり、酸化の進行速度の
小さい、あるいは酸化しない貴金属合金が開発されるこ
とも考えられる。例えば、Pt−PdあるいはPt−R
h(ランタン)等の合金で熱伝導率の温度係数が小さい
ものが得られる可能性があり、これをリード線として使
用してもよい。
【0057】本発明による熱式流量計に支持部材あるい
は前記酸化防止膜40として使用する材料について図1
8を用いて説明する。図18は、従来技術および本発明
による熱式流量計に用いられる測定素子リード線あるい
はターミナルおよび酸化防止皮膜材の熱伝導率とその温
度係数の例を示す表である。
【0058】リード線材の例として示したチタン(T
i)とタンタル(Ta)の熱伝導率λは、表1に示すよ
うに、温度300Kにおいて前者が21.9(W/(m
・K))、後者が57.5(W/(m・K))であり、
熱伝導率の温度係数Δλは前者が−0.008(W/
(m・K2))、後者が+0.004(W/(m・
2))と、熱伝導率の値は2倍以上違い、熱伝導率の
温度係数は符号が違い温度変化に対し逆の傾きという物
性である。しかし、δの値の変化を微小にする作用とし
ては同等の効果を有している。
【0059】上記のチタン(Ti)のような、熱伝導率
の温度係数Δλが負の値を持つ材質のリ−ド線を使うこ
とにより、空気温度が低温(−30℃)で低流量の時正
(プラス)の誤差を発生させることができる。この誤差
により、燃料は過剰になる。これは、もちろんエンジン
にもよるが、低温でのエンジンの始動性を良くする等の
エンジン制御上の利点を与える。また逆に、高温時には
元々エンジンの始動性は良いから、燃料をリ−ンにし
て、燃費を良くしたり排気ガス中の有害成分を低減した
りする等も可能となる。
【0060】リード材としてのTi,Ta以外の実施例
としては、図18に示すように、ジルコニウム(Z
r)、マルテンサイト系ステンレス鋼、9%Cr−Mo
鋼が熱伝導率の温度係数の点から望ましい。Δλ=0.
01(W/(m・K2))のオーステナイト系ステンレ
スあるいは、Δλ=0.015(W/(m・K2))程
度の他の材料でも良い特性が得られるので、リード材と
して使用することができる。
【0061】さらに、これらの材料の表面に酸化防止皮
膜を設けた部材を支持部材として用いることができる。
この酸化防止皮膜材としては、白金系貴金属、および白
金を主成分とする合金を用いることができる。さらに、
パラジウム(Pd)およびパラジウムを主成分とした合
金が、熱伝導率の温度変化係数Δλの値が小さく好まし
い。また、このような材料を使用することで製造コスト
も低くできる。
【0062】このような合金の具体的な一例としては、
図18に示すPd(70)−Ir(15)−Pt(1
5)の3元合金がある。これの熱伝導率の温度係数Δλ
は0.0288(W/(m・K2))で、白金を主成分
とする合金、たとえばPtIr(10)に較べれば半分
以下であり、これを用いることにより、高温下でのリー
ドと発熱抵抗体との接着材による接着が可能となり、且
つ酸化防止膜をリード表面に被覆することによる、リー
ド芯線の熱伝導率の温度係数Δλについての特性の低下
を小さくできる。◆尚、上記してきた材料は、ターミナ
ル材としても有効である。
【0063】さらに、温度補償抵抗体5を支持するリー
ド線にも熱伝導率の温度係数Δλが小さい材質のリ−ド
線を用いることもできる。この構成により、ボディの温
度が変化した場合において温度補償抵抗体への移動熱量
の変化を低減することができ、その結果、いわゆる壁温
誤差を小さくできる。したがって、発熱抵抗体への温度
補償の精度を更に向上させ、熱式流量計の出力誤差を小
さくすることができる。
【0064】また、以上に説明した本発明の構成によ
り、吸気温度の変化のみならず、流量計ボディの温度変
化に対しても誤差を小さくできる。
【0065】
【発明の効果】本発明によれば、例えば熱伝導率の温度
係数Δλの小さな材質の支持部材を発熱抵抗体、支持部
材の温度変化による熱伝導量の変化を小さくでき、吸気
温度及び流速もしくは流量の広い変動に対し、出力誤差
の小さな熱式流量計が、複雑な回路やマイコン等による
補正を必要とせず低コストで実現可能な熱式流量計を提
供できる。
【0066】さらには、低温時のエンジンの始動性や高
温時でのエンジンの燃費を向上したり、排気ガス中の有
害成分を低減したりする上で、エンジン制御に有利な出
力特性を与える熱式流量計を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による熱式流量計の実施の形態の全体構
造を示す断面図である。
【図2】本発明による熱式流量計の実施の形態の全体構
造の正面図である。
【図3】本発明による熱式流量計の測定素子近傍の実施
の形態を示す配置図である。
【図4】従来技術および図1に示す熱式流量計における
流速−出力特性を比較した数値グラフである。
【図5】従来技術および図1に示す熱式流量計における
吸気温度−加熱度特性を比較した数値の関係を示すグラ
フである。
【図6】従来技術および図1に示す熱式流量計における
吸気温度−出力特性の関係を示す数値グラフである。
【図7】従来技術における発熱抵抗体への温度誤差修正
についての概念図である。
【図8】従来技術および図1に示す熱式流量計における
温度補償回路図である。
【図9】従来技術による熱式流量計における異なる吸気
温度での流速の変化に対する流量変換出力誤差の変化を
示す数値グラフである。
【図10】温度の変化による空気の物性値変化を示す数
値グラフである。
【図11】温度の変化による空気の物性値変化による流
速、無次元数、熱伝達率の変化を示す数値グラフであ
る。
【図12】従来技術による熱式流量計の基準温度時およ
び吸気温度変化時の流量あるいは流速による発熱素子、
リード、ターミナルの温度変化を示す数値グラフであ
る。
【図13】従来技術による熱式流量計の吸気温度変化時
の流量あるいは流速による熱量もしくは熱量比の変化を
示す数値グラフである。
【図14】従来技術および本発明による熱式流量計にお
ける異なる吸気温度での熱量比の差と発熱素子温度との
流速の変化に対する変化を示す数値グラフである。
【図15】本発明による熱式流量計における異なる吸気
温度の流速の変化に対する熱量の比の変化を示す数値グ
ラフである。
【図16】本発明による熱式流量計の実施の形態におけ
る測定素子の断面図である。
【図17】本発明による熱式流量計の実施の形態におけ
る測定素子リード線の断面図である。
【図18】従来技術および本発明による熱式流量計に用
いられる測定素子リード線あるいはターミナルおよび酸
化防止皮膜材の熱伝導率とその温度係数の例を示す図で
ある。
【符号の説明】
1発熱抵抗体素子(基体)、2a,2b,6a…リード
線、3a,3b,7a…ターミナル、5…温度補償抵抗
体、8…回路モジュール、40…酸化防止皮膜である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 薫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株式会社 日立製作所 自動車機器事業 部内 (72)発明者 渡辺 泉 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式 会社 日立カーエンジニアリング内 (72)発明者 五十嵐 信弥 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式 会社 日立カーエンジニアリング内 (56)参考文献 特開 平4−285818(JP,A) 特開 平7−229777(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/68 - 1/699

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミック又はガラス基体上に形成された
    流量検出のための第1の電気抵抗体と、測定流体温度に
    依存する第2の電気抵抗体とが、電気回路との電気導体
    を内蔵するプラスティック部材から延在する支持部材に
    より流体中に保持され、前記回路は前記第1の電気抵抗
    体および前記第2の電気抵抗体と導通されてブリッジ回
    路を構成する数個の固定電気抵抗体より構成されてな
    り、前記第2の電気抵抗体が検出する前記測定流体温度
    に応じ前記第1の電気抵抗体を加熱して、前記測定流体
    温度の変化に対応して温度補償を行う熱式流量計におい
    て、 前記支持部材がリード及びターミナルを含んで構成され
    てなり、少なくとも前記リード熱伝導率の温度係数Δ
    λが−0.06ないし0.06W/(m・ 2 )の間の
    値であることを特徴とする熱式流量計。
  2. 【請求項2】前記支持部材は、白金(Pt)もしくはパ
    ラジウム(Pd)を成分とする合金により形成された部
    材であることを特徴とする請求項1に記載の熱式流量
    計。
  3. 【請求項3】前記支持部材は、チタン、タンタル、ジル
    コニウムの純金属あるいはこれらの合金、もしくはステ
    ンレス鋼、Cr−Mo鋼により形成された部材である
    とを特徴とする請求項1に記載の熱式流量計。
  4. 【請求項4】前記支持部材が、少なくともその表面の一
    部に酸化防止膜を備えたことを特徴とする請求項1ない
    し3のいずれかに記載の熱式流量計。
  5. 【請求項5】前記支持部材が、少なくともその表面の一
    部に白金(Pt)もしくは白金合金、あるいはパラジウ
    ム(Pd)もしくはパラジウム合金により形成された部
    材を備えたことを特徴とする請求項4記載の熱式流量
    計。
  6. 【請求項6】前記δの値を、前記測定流体温度の変化に
    対して負の傾きを有するようにしたことを特徴とする
    求項1記載の熱式流量計。
JP24973696A 1996-09-20 1996-09-20 熱式流量計 Expired - Lifetime JP3283765B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24973696A JP3283765B2 (ja) 1996-09-20 1996-09-20 熱式流量計
EP97116362A EP0831305B1 (en) 1996-09-20 1997-09-19 Thermal type flow meter
DE69738009T DE69738009T2 (de) 1996-09-20 1997-09-19 Thermischer Strömungsmengenmesser
KR1019970047926A KR100507754B1 (ko) 1996-09-20 1997-09-20 열식유량계
US08/934,758 US5952571A (en) 1996-09-20 1997-09-22 Thermal type flow meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP24973696A JP3283765B2 (ja) 1996-09-20 1996-09-20 熱式流量計

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH1090032A JPH1090032A (ja) 1998-04-10
JP3283765B2 true JP3283765B2 (ja) 2002-05-20

Family

ID=17197449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP24973696A Expired - Lifetime JP3283765B2 (ja) 1996-09-20 1996-09-20 熱式流量計

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5952571A (ja)
EP (1) EP0831305B1 (ja)
JP (1) JP3283765B2 (ja)
KR (1) KR100507754B1 (ja)
DE (1) DE69738009T2 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6447520B1 (en) * 2001-03-19 2002-09-10 Advanced Medical Optics, Inc. IOL insertion apparatus with IOL engagement structure and method for using same
EP1128168A3 (en) * 2000-02-23 2002-07-03 Hitachi, Ltd. Measurement apparatus for measuring physical quantity such as fluid flow
US6568261B1 (en) * 2000-10-16 2003-05-27 Hitachi America, Ltd. Hot wire gas flow sensor
US6796172B2 (en) 2002-07-31 2004-09-28 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Flow sensor
US6871535B2 (en) 2002-08-14 2005-03-29 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Flow direction detector
US7467630B2 (en) * 2004-02-11 2008-12-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Medicament dispenser
US7481213B2 (en) * 2004-02-11 2009-01-27 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Medicament dispenser
US7000465B1 (en) * 2004-09-17 2006-02-21 Mks Instruments, Inc. Attitude error self-correction for thermal sensors of mass flow meters and controllers
US20060159091A1 (en) * 2005-01-19 2006-07-20 Arjen Boers Active multicast information protocol
DE102008023718B4 (de) * 2008-05-15 2014-12-04 Hydac Electronic Gmbh Vorrichtung zum Messen eines Volumenstroms eines Fluids
CN104833818A (zh) * 2015-04-30 2015-08-12 无锡市崇安区科技创业服务中心 一种具有供电优化的风速监控系统

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56108907A (en) * 1980-01-31 1981-08-28 Hitachi Ltd Detector for sucked air flow rate of internal combustion engine
JPH0416323U (ja) * 1990-05-31 1992-02-10
JP2641333B2 (ja) * 1991-03-13 1997-08-13 日本碍子株式会社 熱式流量センサ
JPH071185B2 (ja) * 1991-08-21 1995-01-11 日本碍子株式会社 抵抗体素子
JP2682348B2 (ja) * 1992-09-17 1997-11-26 株式会社日立製作所 空気流量計及び空気流量検出方法
JP3145225B2 (ja) * 1993-03-15 2001-03-12 日本碍子株式会社 熱式流量計用抵抗体素子
JP3271727B2 (ja) * 1994-02-22 2002-04-08 株式会社日立製作所 抵抗体素子
US5623097A (en) * 1994-11-24 1997-04-22 Ricoh Company, Ltd. Thermal-type flow sensor

Also Published As

Publication number Publication date
KR100507754B1 (ko) 2005-11-03
DE69738009D1 (de) 2007-09-27
EP0831305B1 (en) 2007-08-15
JPH1090032A (ja) 1998-04-10
US5952571A (en) 1999-09-14
KR19980024814A (ko) 1998-07-06
EP0831305A1 (en) 1998-03-25
DE69738009T2 (de) 2008-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5823680A (en) Temperature sensor
US4870860A (en) Direct-heated flow measuring apparatus having improved response characteristics
US6588268B1 (en) Flow rate sensor, temperature sensor and flow rate detecting apparatus
JP3283765B2 (ja) 熱式流量計
JPH08201327A (ja) 熱伝導率計
US7000464B2 (en) Measuring and control of low fluid flow rates with heated conduit walls
KR20020087044A (ko) 유량계
JPH0342409B2 (ja)
JP2682348B2 (ja) 空気流量計及び空気流量検出方法
JP2001272260A (ja) 質量流量センサ及びそれを用いた質量流量計
JP2842729B2 (ja) 感熱式流量センサ
JP3331814B2 (ja) 感熱式流量検出装置
JPH1038652A (ja) 熱式質量流量計
US4393702A (en) Gas flow measuring device
JPH11118566A (ja) 流量センサー
JP2003302271A (ja) 流量測定部パッケージ及びそれを用いた流量測定ユニット
JP2957769B2 (ja) 熱式空気流量計及びエンジン制御装置
JPH11311559A (ja) センサー回路系
US5224378A (en) Thermal flowmeter with detecting element supported by supports having engaging portions
JP2938700B2 (ja) 熱式流量計
JP3307774B2 (ja) 熱式流量測定装置
JP3184402B2 (ja) 熱式空気流量検出装置
JPH04343022A (ja) 熱式流量センサ
JP2925420B2 (ja) 抵抗体素子
JPH0277622A (ja) 感熱式燃料残量検出器

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090301

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100301

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110301

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110301

Year of fee payment: 9

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110301

Year of fee payment: 9

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130301

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130301

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140301

Year of fee payment: 12

EXPY Cancellation because of completion of term