JP3384102B2 - 熱式流量測定装置 - Google Patents
熱式流量測定装置Info
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Description
流量計に関し、詳細には、流体温度の変化によって生ず
る流量信号の変化を補償する熱式流量測定装置に関する
ものである。
との間の伝熱現象を利用して質量流量を高精度に測定で
きる熱式流量測定装置は自動車用エンジン制御システム
等に広く利用されている。この種の熱式流量測定装置
は、流路内に設けられた発熱抵抗体および温度補償用抵
抗体と、温度補償用抵抗体の抵抗値から発熱抵抗体に通
電する通電量を制御する制御回路とから構成され、エン
ジンルーム内に取付けられる。そして、流路の空気流に
より冷却され温度が下がる発熱抵抗体に対し、所定の温
度に発熱抵抗体を保つように発熱抵抗体への通電量を制
御回路が制御し、発熱抵抗体が出力する空気流量に応じ
た信号により空気流量の測定を行う。
路の外側に取付けられた回路容器内に設けられることか
ら、制御回路の周囲温度は−30℃〜100℃程度まで
変化する。そのため、この制御回路に使用される各素子
の温度係数にばらつきがあると、一定流量の空気流に対
し、温度の高低により流量検知信号が変動するので、エ
ンジン制御精度が低下するという問題がある。
て生ずる吸気流量検知信号出力の変化を補償するため、
周囲温度に応じて電圧が変化する素子を回路容器内の制
御回路に設け、制御回路の周囲温度により吸気流量検知
信号を温度補償する熱式流量測定装置がある。
量測定装置によると、「制御回路の周囲温度」に応じた
温度補償を吸気流量検知信号に対して行うものであり、
「流路内に設けられる発熱抵抗体周囲の吸気温度」に応
じた温度補償を吸気流量検知信号に対して行うものでは
ない。従って、発熱抵抗体周囲の吸気温度が変化する場
合、それによる放熱量変化を補償できないため、流量検
知信号は発熱抵抗体周囲の吸気温度変化によって変動す
る。同様に、エンジンルーム内の温度すなわち「制御回
路の周囲温度」が流路内に設けられる発熱抵抗体周囲の
吸気温度より高温になり、例えばデッドソーク等により
80℃〜100℃に達する場合、「制御回路の周囲温
度」と「流路内に設けられる発熱抵抗体周囲の吸気温
度」とが異なるため、前記熱式流量測定装置では不要な
補正をしてしまい補償誤差を有する吸気流量検知信号を
出力することになる。このような吸気流量検知信号(流
量検知信号)では、適切なエンジン制御ができないおそ
れがある。
になされたもので、一定流量の流体の温度変化に対し
て、流量検知信号の出力変化の小さい熱式流量測定装置
を提供することを目的とする。
めの本発明による請求項1記載の熱式流量測定装置は、
前記流路内に設けられた温度補償用抵抗体と、前記発熱
抵抗体の抵抗値と前記温度補償用抵抗体の抵抗値とから
前記発熱抵抗体への通電量を調整する調整回路と、前記
発熱抵抗体の抵抗値と前記温度補償用抵抗体の抵抗値と
から前記流路内を流れる流体の流量を検知し、所定の流
量特性変化率を有する流量検知信号を出力する流量検知
回路と、増幅率を決定する基準電圧源を有し、前記流量
検知信号を増幅する増幅回路と、前記流路内を流れる流
体の流量に関係なく、前記流路内を流れる流体の温度に
応じて前記基準電圧源の電圧を増減し前記増幅回路の増
幅率を増減させることで流体の温度変化に対する前記流
量特性変化率をゼロ調整する温度補償回路とを備えたこ
とを特徴とする。
量測定装置は、請求項1記載の熱式流量測定装置におい
て、前記流量検知信号と前記通電量とから前記流路内を
流れる流体の温度を検知し、流体温度信号を出力する流
体温度検知回路を備え、前記温度補償回路は、前記流体
温度信号に応じて前記増幅回路の増幅率を増減可能であ
ることを特徴とする。
量測定装置は、請求項1記載の熱式流量測定装置におい
て、前記温度補償回路は、前記流路内に設けられ、前記
流路内を流れる流体の温度に応じて出力電圧が変化する
温度素子を備えたことを特徴とする。また、本発明によ
る請求項4記載の熱式流量測定装置は、請求項2記載の
熱式流量測定装置において、前記流体温度検知回路は、
演算回路により構成されることを特徴とする。
よると、流体温度信号により増幅回路の基準電圧源の電
圧を増減させることにより増幅回路の増幅率を増減さ
せ、増幅回路の出力電圧を温度補償することができる。
これにより、生産性を低下させず、かつコスト高になら
ない範囲内で流量検知信号を補償することにより、流体
の温度が変化しても流体の流量に関係なく流量特性変化
率を小さく抑制することができ、広い温度範囲において
高精度な空気量計測が行なえる効果がある。
する。 (第1実施例)自動車用のエンジンに吸入される吸入空
気量を計測する熱式流量測定装置に本発明を適用した第
1実施例を図1〜図4に示す。
ついて説明する。図2に示すように熱式流量測定装置1
0は図2の左側から吸入空気が導入され、図2の右側へ
流出する。熱式流量測定装置10の上流側開口11は図
示しないエアクリーナに挿入され取付けられる。一方、
下流側開口12は、熱式流量測定装置10より大径の図
示しない吸気ダクトに挿入され、図示しないベルトによ
り外部から締めつけられる。
と上流側円筒部14と下流側円筒部15とを備え、中央
円筒部13の外側には制御回路30を収容する回路容器
16が形成される。中央円筒部13と上流側円筒部14
と下流側円筒部15とをそれぞれ連結することにより流
路が形成される。この流路の上流側には砲弾形状の上流
ハウジング17が取付けられ、下流側には内部に熱セン
サ部20を有する中央円筒部13と一体成形された中央
ハウジング18、下流側円筒部15と一体成形された下
流ハウジング19が取付けられる。熱センサ部20の内
部には4本の支持ピン22、23、24、25が円筒形
の樹脂部21の上流側、下流側とに突出するようにイン
サート成形される。上流側に突出した支持ピンは長短2
種類からなり、長い方の支持ピン22、23の間にセン
サ570が取付けられ、短い方の支持ピン24、25の
間にセンサ580が取付けられる。センサ570とセン
サ580とはそれぞれ図示しない配線により制御回路3
0と電気的に接続される。センサ570、580は感温
抵抗体であり、共にほぼ同一の電気抵抗値である。セン
サ570は発熱抵抗体として用いられ、制御回路30に
より加熱電流が流される。一方、空気流の温度に応じて
温度が変化するセンサ580は温度補償用抵抗体として
用いられる。これらのセンサ570、580の温度差を
一定にする制御を制御回路30が行う。
0の構成を図1に基づいて説明する。図1に示す破線枠
60は、回路容器16の内部に設けられる容器16aの
電位を表し、端子GNDに接続される。破線枠60の内
側に記載される各素子および配線は容器16aの内側に
設けられる。また破線枠60の周囲に記載される貫通コ
ンデンサ50、51、52、53、54、55、56は
容器16aに設けられたそれぞれの穴を貫通するように
取付けられる。さらに破線枠60の外側に記載されるセ
ンサ570、580は空気流路内に設けられた支持ピン
22、23、24、25にそれぞれ取付けられる。
通コンデンサ54を経由して、パワートランジスタ61
のコレクタ端子に接続される。抵抗器80はセンサ57
0に流れる電流を電圧に変換し電圧V1 を検出する。抵
抗器81および82により構成される分圧回路はセンサ
570の両端電圧を分圧する。直列接続された抵抗器8
3と抵抗器84とはセンサ580に流れる電流を電圧に
変換して電圧を検出する。抵抗器85および86により
構成される分圧回路は基準電圧源89の出力電圧を分圧
する。
および92が設けられる。オペアンプ91の出力端子
は、パワートランジスタ61のベースに接続される。ま
たオペアンプ91の出力端子は、オペアンプ91の反転
入力端子に接続されることによりボルテージフォロワ回
路を構成する。ホイートストンブリッジ回路および通電
量調整回路1は、オペアンプ90、91と抵抗器80、
81、82、83、84と貫通コンデンサ50、51、
52、53とパワートランジスタ61とセンサ570、
580とから構成される回路である。また出力回路2
は、オペアンプ92と抵抗器85、86、87、88、
89とから構成される回路である。ホイートストンブリ
ッジ回路および通電量調整回路1から空気流量と相関を
もった電圧として検出される電圧V1 を出力回路2によ
り増幅し、貫通コンデンサ55を経由して出力電圧VG
を出力する。
器96と抵抗器93、94および電圧源97とから構成
される回路である。ホイートストンブリッジ回路および
通電量調整回路1から空気温度と相関をもった電圧とし
て検出される電圧比V3 /V1 を割算回路3は出力す
る。さらに、出力回路4は、オペアンプ103と抵抗器
98、99、100、101および電圧源102とから
構成される回路である。割算回路3から空気温度と相関
をもった電圧として検出される電圧V6 を増幅し、貫通
コンデンサ56を経由して空気温度信号VTを出力回路
4は出力する。
0の回路動作を説明する。ホイートストンブリッジ回路
および通電量調整回路1について説明する。図1中のV
1 、V2 、V3 、V4 、VG はその記号の付してある部
分の電圧を示す。センサ570、580を含むホイート
ストンブリッジ回路に電圧が印加されると、オペアンプ
90の非反転入力端子には電圧V1 、反転入力端子には
電圧V2が発生する。電圧V1 、V2 の大小関係がV1
>V2 となるとき、オペアンプ90の出力電圧V4 は上
昇する。これに伴いパワートランジスタ61のエミッタ
電圧V3 も上昇する。この電圧V3 の上昇によりセンサ
570を流れる電流は上昇し、センサ570の発熱温度
は上昇する。この結果、センサ570の抵抗値は上昇
し、電圧V1 は低下する。一方、電圧V1 が低下し、電
圧V1 、V2 の大小関係がV1 <V2 となると、オペア
ンプ90の出力電圧V4 は低下する。このためパワート
ランジスタ61のエミッタ電圧V3 も低下する。この電
圧V3 の低下によりセンサ570を流れる電流は低下
し、センサ570の発熱温度は低下する。この結果、セ
ンサ570の抵抗値は低下、電圧V1 は上昇し、電圧V
1 、V2 の大小関係はV1 >V2 となるため、再び前述
の制御を繰返す。
により電圧V1 、V2 の大小関係がV1 =V2 となるよ
うにパワートランジスタ61を制御し、センサ570へ
の通電量を調整する。ここで、ボルテージフォロワ回路
を構成するオペアンプ91によりセンサ580の自己発
熱を防止する。すなわち、センサ580の両端に加わる
電圧は、センサ570の両端に加わる電圧(V3 −V1
)の数分の一程度になるよう設定される。これにより
センサ580の温度が熱式流量測定装置10の流路を流
れる空気流の温度とほぼ等しくなり、センサ580は温
度測定用として使用される。
I、センサ570の抵抗値をRHとすると、センサ57
0は(I2 ・RH)の電力を消費し発熱する。この発熱
電力(I2 ・RH)は流路を流れる空気に放熱されるた
め、この流路を流れる空気流量によって空気に奪われる
熱量が変化する。このため、空気流量に応じてセンサ5
70の温度が変化し、抵抗値RHも変化しようとする。
しかし、前述のホイートストンブリッジ回路および通電
量調整回路1により、センサ570の抵抗値RHが変化
しないようにオペアンプ90がパワートランジスタ61
を制御しセンサ570の通電量を変化させる。すなわ
ち、空気流量に応じて加熱電流Iを変化させることによ
り、(I2 ・RH)を変化させRHが常に所定抵抗値に
なるように制御される。
相関をもった値になり、抵抗器80により電圧V1 に変
換され、流体検知信号として出力回路2を経由して出力
される。次に出力回路2について説明する。出力回路2
は、オペアンプ92、抵抗器85、86、87、88、
電圧源89から構成される。
入力端子に入力された電圧V1 を抵抗器87、88によ
り決定される増幅度によって増幅する。また抵抗器8
5、86により電圧源89の出力電圧を分圧し、この分
圧された電圧V5 と抵抗器87、88との比との積によ
って得られる電圧が、前記増幅度により増幅された電圧
から差引かれる。この差引かれた電圧値が出力電圧VG
として出力される。この電圧増幅作用を有する出力回路
2は、電圧V5 および抵抗器87、88の抵抗値を調整
可能にすることにより、制御回路30が大量に製造され
る際、製品個々に有する電圧V1 のばらつきにより生ず
る出力電圧VG のばらつきを防止する。また抵抗器8
7、88の抵抗値を調整可能にすることにより次段に接
続されるA/D変換器のA/D変換可能範囲に合わせて
出力回路2の出力電圧VG をゼロ・スパン調整できる。
これにより、A/D変換可能範囲を無駄なく使いA/D
変換時のビット誤差を最小限に抑制する。
路3は、オペアンプ95と掛算器96と抵抗器93、9
4および電圧源97から構成される。この割算回路3は
電圧V1 と電圧V3 を抵抗器93、94により決定され
る増幅度によってV3 /V1 を増幅する。ここで、割算
回路3の出力電圧V6 は抵抗器93、94の抵抗値をR
1、R2としたとき、次の数1で表される。
アンプ103と抵抗器98、99、100、101とか
ら構成される。この出力回路4はオペアンプ103の非
反転入力端子に入力された電圧V6 を抵抗100、10
1により決定される増幅度によって増幅する。また抵抗
器98、99により電圧源102の出力電圧を分圧し、
この分圧された電圧V7 と抵抗100、101との比と
の積によって得られる電圧が、前記増幅度により増幅さ
れた電圧から差引かれる。この差引かれた電圧値が流体
温度検知信号であり、出力電圧VT として出力される。
電圧V7 および抵抗器100、101の抵抗値を調整可
能にすることにより、制御回路30が大量に製造される
際、製品個々に有する電圧V6 のばらつきにより生ずる
出力電圧VT のばらつきを防止する。また抵抗器10
0、101の抵抗値を調整可能にすることにより次段に
接続されるA/D変換器のA/D変換可能範囲に合わせ
て出力回路4の出力電圧VT をゼロ・スパン調整でき
る。これにより、A/D変換可能範囲を無駄なく使いA
/D変換時のビット誤差を最小限に抑制する。
ついて説明する。図3はセンサ570の構成および熱収
支を示したものである。発熱部571にリード線572
を接合し構成されるセンサ570は支持ピン22、23
に溶接される。センサ570の発熱量は、発熱部571
の対流熱伝達によるQEと、発熱部571の輻射熱QR
と、リード線572の熱伝導QCと、リード線572の
対流熱伝達との総和により近似計算される。この熱収支
計算を消費電力に換算すると、次の数2で表される。
れる電力PE はKingの式より、次の数3で表され
る。
費される電力PL はKingの式より、次の数4で表さ
れる。
される電力PR は次の数5で表される。
費される電力PC は次の数6で表される。
(℃) λL :リード線572の熱伝導率(W/m℃) 数3〜数6に示されるように、数5の発熱部571の輻
射熱による消費電力P R および数6のリード線2の熱伝
導による消費電力PC は、空気流量に依存しない空気温
度の関数として与えられる。このことから空気温度の変
化により空気流量が少ない場合と多い場合とではPR と
PC が総消費電力PT に対して及ぼす影響度が異なる。
示す制御回路200において、空気温度が20℃から8
0℃に変化したときの流量特性の変化率を空気流量に対
して表したグラフを図7に示す。図6に示す制御回路2
00は、図1に示す制御回路30の出力回路2の電圧源
89のマイナス側を電圧VT に接続されることなく、G
ND端子に接続される回路で構成される。この制御回路
200によると、空気流量と相関をもった電圧として検
出される電圧V1 を電圧源89のマイナス側が電気的に
固定された出力回路2により増幅するため、空気温度の
変化に対して変動するPR とPC との影響を受けたV20
0 を出力する。そのため、図7の実線に示すように、空
気流量に対する流量特性変化率は傾きを有する特性を示
す。この空気流量に対する流量特性変化率は空気流量に
関係なく0%に近づくほど出力電圧VG の出力変動を抑
制する。
に、出力回路4から得られる空気温度に相関を持った電
圧VT を出力回路2の電圧源89のマイナス側に入力す
る温度補償回路89aで構成される。この構成により電
圧源89のマイナス側が電気的に固定されることなく、
抵抗器85、86により分圧されたゼロ調整用の電圧V
5 は空気温度によって変化する。そのため、増幅回路と
して動作する出力回路2から出力される電圧VG の変動
を抑制し、空気温度が変化したときの空気流量に対し流
量特性変化率が異なる特性を温度補償する。この温度補
償の効果を明確にするため、空気温度が20℃から80
℃に変化したときの流量特性の変化率を空気流量に対し
て表したグラフを図4に示す。図7に示す実線は空気流
量が増加に伴い流量特性変化率が減少する傾きを有した
特性を示す。一方、図4に示す実線は空気温度が変化し
ても空気流量に関係なくほぼ0%の特性を有する。
をもった電圧を増幅回路の基準電圧源の片側端子に入力
することにより増幅回路の出力電圧を温度補償すること
ができる。これにより、生産性を低下させず、かつコス
ト高にならない範囲内で空気流量信号を補償することに
より、空気温度が変化しても空気流量に関係なく流量特
性変化率をほぼ0%に抑制することができ、広い温度範
囲において高精度な空気量計測が行なえる効果がある。
内の温度を補償に使用するため、デットソーク時等に発
生する熱式流量測定装置の周囲温度と空気温度が異なる
場合においても補償誤差を生ずることなく、高精度な空
気量計測が行うことができる効果がある。なお、第1実
施例では、熱式流量測定装置内のセンサより得られた空
気温度を補償に使用したが、本発明では、熱式流量測定
装置を流れる空気温度が代表できる信号であれば良く、
例えば補償用の温度素子を設けて増幅回路の補償を行っ
ても良い。
れる吸入空気量を計測する熱式流量測定装置に本発明を
適用した第2実施例を図5に示す。図5において、図1
に示す第1実施例と実質的に同一の構成部分には同一符
号を付す。図5に示すように、温度補償用抵抗体である
センサ580の抵抗値に比例した電圧V8 とセンサ58
0に接続した抵抗器83、84の両端電圧V9 より演算
処理した空気温度を使用して補償する点が第1実施例と
異なる。
成を図5に基づいて説明する。割算回路3は、オペアン
プ95と掛算器96と抵抗器93、94および電圧源9
7とから構成される。この割算回路3は、ホイートスト
ンブリッジ回路および通電量調整回路1から空気温度と
相関をもった電圧として検出される電圧比V8/V9 を
出力する。また、この割算回路3は電圧V8 と電圧V9
を抵抗器93、94により決定される増幅度によってV
8 /V9 を増幅する。ここで、割算回路3の出力電圧V
6 は抵抗器93、94の抵抗値をR41、R42とした
とき、次の数7により表される。
関をもった電圧を増幅回路の基準電圧源の片側端子に入
力することにより増幅回路の出力電圧を温度補償するこ
とができる。
スト高にならない範囲内で空気流量信号を補償すること
により、空気温度が変化しても空気流量に関係なく流量
特性変化率をほぼ0%に抑制することができ、広い温度
範囲において高精度な空気量計測が行なえる効果があ
る。また、空気温度による補償は、空気の流路内の温度
を補償に使用するため、デットソーク時等に発生する熱
式流量測定装置の周囲温度と空気温度が異なる場合にお
いても補償誤差を生ずることなく、高精度な空気量計測
が行うことができる効果がある。
制御回路図である。
センサおよび制御回路の位置を示す図である。
センサと熱伝達経路を示す模式的説明図である。
空気温度の変化に対する流量特性変化率を空気流量ごと
に表したグラフである。
制御回路図である。
る。
対する流量特性変化率を空気流量ごとに表したグラフで
ある。
回路(流量検知回路、調整回路) 2 出力回路 (増幅回路) 3 割算回路 (流体温度検知回路) 61 パワートランジスタ(調整回路) 89 電圧源 (基準電圧源) 89a 温度補償回路 97、102 電圧源 90 オペアンプ (流量検知回路、調整回
路) 91、92、103 オペアンプ 95 オペアンプ (演算回路) 96 掛算器 (演算回路) 570 センサ (発熱抵抗体) 580 センサ (温度補償用抵抗体)
Claims (4)
- 【請求項1】 流路内に設けられた発熱抵抗体と、 前記流路内に設けられた温度補償用抵抗体と、 前記発熱抵抗体の抵抗値と前記温度補償用抵抗体の抵抗
値とから前記発熱抵抗体への通電量を調整する調整回路
と、 前記発熱抵抗体の抵抗値と前記温度補償用抵抗体の抵抗
値とから前記流路内を流れる流体の流量を検知し、所定
の流量特性変化率を有する流量検知信号を出力する流量
検知回路と、 増幅率を決定する基準電圧源を有し、前記流量検知信号
を増幅する増幅回路と、前記流路内を流れる流体の流量に関係なく、 前記流路内
を流れる流体の温度に応じて前記基準電圧源の電圧を増
減し前記増幅回路の増幅率を増減させることで流体の温
度変化に対する前記流量特性変化率をゼロ調整する温度
補償回路とを備えたことを特徴とする熱式流量測定装
置。 - 【請求項2】 前記流量検知信号と前記通電量とから前
記流路内を流れる流体の温度を検知し、流体温度信号を
出力する流体温度検出回路を備え、前記温度補償回路
は、前記流体温度信号に応じて前記増幅回路の増幅率を
増減可能であることを特徴とする請求項1記載の熱式流
量測定装置。 - 【請求項3】 前記温度補償回路は、前記流路内に設け
られ、前記流路内を流れる流体の温度に応じて出力電圧
が変化する温度素子を備えたことを特徴とする請求項1
記載の熱式流量測定装置。 - 【請求項4】 前記流体温度検知回路は、演算回路によ
り構成されることを特徴とする請求項2記載の熱式流量
測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08325994A JP3384102B2 (ja) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | 熱式流量測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP08325994A JP3384102B2 (ja) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | 熱式流量測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07294302A JPH07294302A (ja) | 1995-11-10 |
JP3384102B2 true JP3384102B2 (ja) | 2003-03-10 |
Family
ID=13797353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08325994A Expired - Lifetime JP3384102B2 (ja) | 1994-04-21 | 1994-04-21 | 熱式流量測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3384102B2 (ja) |
-
1994
- 1994-04-21 JP JP08325994A patent/JP3384102B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPH07294302A (ja) | 1995-11-10 |
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