JP3394908B2 - 感熱式流量センサ - Google Patents

感熱式流量センサ

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JP3394908B2 JP15490198A JP15490198A JP3394908B2 JP 3394908 B2 JP3394908 B2 JP 3394908B2 JP 15490198 A JP15490198 A JP 15490198A JP 15490198 A JP15490198 A JP 15490198A JP 3394908 B2 JP3394908 B2 JP 3394908B2
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    • G01F1/68—Measuring 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
    • G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/6965—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters comprising means to store calibration data for flow signal calculation or correction
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    • G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、感熱抵抗体を用
いて流体の流量を検出する感熱式流量センサに関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】流体通路中に配置される感熱式流量セン
サは、加熱される流量検出用の感熱抵抗体と雰囲気温度
検出用の感熱抵抗体を含む複数の抵抗素子によるブリッ
ジ回路で構成される。加熱された感熱抵抗体の温度が、
雰囲気温度より所定の温度高くなるように感熱抵抗体に
加熱電流を流し、流体の流量に応じて奪われる感熱抵抗
体の熱量を加熱電流の増減で検知して流量検知を行う技
術は一般に知られている。
【０００３】図５は、例えば特公平７−１１７４３６号
公報に示される従来の感熱式流量計の回路図である。従
来の感熱式流量計は、その詳細は後述するが温度制御回
路１０、演算回路１５、第１の定電流回路１６、第２の
定電流回路１７、第１の定電流制御回路１８、第３の定
電流回路１９、第４の定電流回路２０、第２の定電流制
御回路２１より構成されている。
【０００４】先ず、温度制御回路１０について説明す
る。温度制御回路１０には抵抗Ｒ１、Ｒ２、流量検出用
感熱抵抗体Ｒｈ、雰囲気温度検出用感熱抵抗体Ｒｃより
構成されたブリッジ回路が設けられ、ブリッジ回路にお
ける抵抗Ｒ１と雰囲気温度検出用感熱抵抗体Ｒｃの接続
点ｆと、抵抗Ｒ２と流量検出用感熱抵抗体Ｒｈの接続点
ｂはそれぞれ差動増幅器１０１の両入力端子に接続され
る。差動増幅器１０１の出力端子はトランジスタ１０２
のベースに接続され、エミッタは流量検出用感熱抵抗体
Ｒｈと雰囲気温度検出用感熱抵抗体Ｒｃの接続点ａに接
続され、コレクタは直流電源１０３の正極に接続されて
いる。
【０００５】次に、温度制御回路１０の動作について説
明する。接続点ｂ、ｆの電圧が等しくなったとき、ブリ
ッジ回路は平衡状態に達し、この時、流量検出用感熱抵
抗体Ｒｈには流量に対応した電流Ｉｈが流れる。接続点
ｂの電圧ＶＨはＩｈ×Ｒ２で表わされ、この電圧ＶＨが
流量信号として用いられる。
【０００６】なお、各感熱抵抗体Ｒｈ及びＲｃ、抵抗温
度係数、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値のばらつきによる流量
検出のばらつきを補正するために、抵抗Ｒ１の抵抗値を
調整して検出流量特性を平行的に変化させ、所定の流量
(通常は比較的低い流量)における検出出力値を目標値に
設定することが通常行われている。
【０００７】次に、温度制御回路１０によって得られた
流量信号の処理を行う演算回路１５について説明する。
演算回路１５は反転入力端子と出力端子を帰還抵抗Ｒ１
３で接続された演算増幅器１０６と、一端がブリッジ回
路の接続点ｂに接続され他端が演算増幅器１０６に非反
転入力端子に接続された入力抵抗Ｒ１１より構成されて
いる。
【０００８】第１の定電流回路１６は、基準電源電圧Ｖ
ｒｅｆラインに抵抗Ｒ２５を通してトランジスタ１１０
のエミッタが接続され、コレクタは演算増幅器１０６の
非反転入力端子に接続されている。第２の定電流回路１
７は、基準電源電圧Ｖｒｅｆラインに抵抗Ｒ２６を通し
てトランジスタ１１１のエミッタが接続され、コレクタ
は演算増幅器１０６の反転入力端子に接続されている。
トランジスタ１１０と１１１のベースは共通接続されて
後述する第１の定電流制御回路１８を構成する演算増幅
器１０８の出力端子に接続されている。
【０００９】第１の定電流制御回路１８は設定基準電圧
Ｖｒｅｆに応じて第１、第２の定電流回路１６、１７の
出力電流値Ｉ１６、Ｉ１７を制御するものであり、抵抗
Ｒ２０、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ２３、Ｒ２４及び演算増幅
器１０８で構成されている。
【００１０】１９は第１の定電流回路１６と同様の構成
の第３の定電流回路、２０は第２の定電流回路１７と同
様の構成の第４の定電流回路、２１は第１の定電流制御
回路１８と同様の構成の第２の定電流制御回路である。
【００１１】次に演算増幅器１５の動作について説明す
る。演算増幅器１０６の非反転入力端子への入力電圧Ｖ
ｐは温度制御回路１０の出力電圧ＶＨから第１の定電流
回路１６より流れる電流Ｉ１６による抵抗Ｒ１１の電圧
降下分を減じた電圧値となり以下の(１)式で与えられ
る。
【００１２】 Ｖｐ＝ＶＨ−(Ｒ１１×Ｉ１６) ・・・・(１)
【００１３】一方、演算増幅器１０６の反転入力端子へ
の入力電圧Ｖｎは、出力電圧Ｖｏから第２の定電流回路
１７に流れる電流Ｉ１７による抵抗Ｒ１３の電圧降下分
を減じた値となり以下の(２)で与えられる。
【００１４】 Ｖｎ＝Ｖｏ−(Ｒ１３×Ｉ１７) ・・・・(２)
【００１５】演算増幅器１０６は(Ｖｐ＝Ｖｎ)となるよ
うに出力電圧Ｖｏを制御するため、その出力電圧Ｖｏ
は、以下の(３)式で与えられる。
【００１６】 Ｖ0＝ＶＨ−(Ｒ１１×Ｉ１６)＋(Ｒ１３×Ｉ１７) ・・・・(３)
【００１７】上記(３)式において、抵抗Ｒ１１、Ｒ１３
の抵抗値を適当な値、例えば、Ｒ１１＝Ｒ１３となるよ
うに設定すると、演算回路１５の出力電圧Ｖｏは、以下
の(４)式で与えられる。
【００１８】 Ｖ0＝ＶＨ２−(Ｉ１７＋Ｉ１６)×Ｒ１１ ・・・・(４)
【００１９】次に、第１、第２の定電流回路１６、１７
及び第１の定電流制御回路１８の動作について説明す
る。演算増幅器１０８の非反転入力端子への入力電圧Ｖ
２０は温度制御回路１０の出力電圧ＶＨを抵抗Ｒ２０、
Ｒ２１で分圧した値であるから、入力電圧Ｖ２０は以下
の(５)式で与えられる。
【００２０】 Ｖ２０＝｛Ｒ２１／(Ｒ２０＋Ｒ２１)}×ＶＨ ・・・・(５)
【００２１】一方、演算増幅器１０８の反転入力端子へ
の入力電圧Ｖ２２は、抵抗Ｒ２４の両端電圧Ｖ２４と所
定の設定基準電圧Ｖｒｅｆの電位差を抵抗Ｒ２２、Ｒ２
３で分圧した値であるから、入力電圧Ｖ２２は以下の
(６)式で与えられる。
【００２２】
【数１】
【００２３】演算増幅器１０８はトランジスタ１１０、
１１１へのベース電流を制御して、抵抗Ｒ２４に流れる
第１、第２の定電流Ｉ１６、Ｉ１７を制御し、Ｖ２０＝
Ｖ２２が成立するよう抵抗Ｒ２４の両端電圧Ｖ２４を制
御するため、下記(７)式が成立する。
【００２４】
【数２】
【００２５】上記(７)式よりＶ２４は以下の(８)式で与
えられる。
【００２６】
【数３】
【００２７】以上の関係式において各抵抗値を適当な
値、例えば、Ｒ２０＝Ｒ２１、Ｒ２２＝Ｒ２３に設定す
ると、(８)は以下の(９)式で与えられる。
【００２８】 Ｖ２４＝ＶＨ−Ｖｒｅｆ ・・・・(９)
【００２９】次に、第１、第２の定電流の和(Ｉ１６＋
Ｉ１７)は抵抗Ｒ２４に流れる電流Ｉ２４と、抵抗Ｒ２
３とＲ２２の直列回路に流れる電流Ｉ２３の和(Ｉ２４
＋Ｉ２３)と等しい値であるから、第１、第２の定電流
の和(Ｉ１６＋Ｉ１７)は以下の(１０)式で与えられる。
【００３０】
【数４】
【００３１】 ここで、Ｖ２４＝ＶＨ−Ｖｒｅｆ，Ｒ２２＝Ｒ２３ ・・・・(１１) であるから、第１、第２の定電流の和(Ｉ１６＋Ｉ１７)
は以下の(１２)式で与えられる。
【００３２】
【数５】
【００３３】なお、図５に示す回路構成は、演算増幅器
１０８の出力端子には電流の流し込み(シンク電流)はな
く、トランジスタ１１０、１１１へのベース電流の流出
(ソース電流)のみであり、該ソース電流は、演算増幅器
１０８の非反転入力端子の入力電圧Ｖ２０と、反転入力
端子の入力電圧Ｖ２２が(Ｖ２２≧Ｖ２０)の条件におい
て、０となるため、第１、第２の定電流Ｉ１６、Ｉ１７
も(Ｖ２２≧Ｖ２０)の条件において０となる。
【００３４】従って、第１、第２の定電流の和(Ｉ１６
＋Ｉ１７)は、(５)，(６)式及び、Ｒ２０＝Ｒ２１、Ｒ
２２＝Ｒ２３に設定したとすると、Ｖ２４＋Ｖｒｅｆ≧
ＶＨ・・・(１３)において、(Ｉ１６＋Ｉ１７＝０)とな
る。この時、Ｖ２４は(１０)式及び、Ｒ２２＝Ｒ２３よ
り、以下の式(１４)で与えられる。
【００３５】 Ｖ２４＝〔(Ｒ２４)／(２Ｒ２２＋Ｒ２４)〕×Ｖｒｅｆ・・・・(１４)
【００３６】Ｖ２４は上記で表す電流以下にならない。
従って式(１５)の条件から式(１６)が成り立つ。
【００３７】
【数６】
【００３８】 Ｉ１６＋Ｉ１７＝０ ・・・・(１６)
【００３９】次に、第１の定電流Ｉ１６、第２の定電流
Ｉ１７の比率について説明する。トランジスタ１１０、
１１１のベースは、共に演算増幅器１０８の出力端子に
接続されているため同一電圧であり、トランジスタ１１
０、１１１のベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅは等しいと
すると、抵抗Ｒ２５とＲ２６の両端電圧Ｖ２５、Ｖ２６
は等しくなるから、以下の(１７)式の関係が成り立つ。
【００４０】 Ｖ２５＝Ｉ１６×Ｒ２５ Ｖ２６＝Ｉ１７×Ｒ２６ Ｖ２５＝Ｖ２６ ・・・・(１７)
【００４１】そして(１７)式より以下の(１８)式の関係
が成り立つ。
【００４２】 Ｉ１６＝(Ｒ２６／Ｒ２５)×Ｉ１７ ・・・・(１８)
【００４３】Ｒ２６／Ｒ２５＝Ｇ１とすると、第１の定
電流と第２の定電流の差は上記式及び(１２)式より以下
の(２０)にて与えられる。
【００４４】
【数７】
【００４５】上記(Ｉ１６−Ｉ１７)の関係式を演算回路
１５の出力電圧Ｖｏを表す(４)式に代入すると、以下の
(２１)式の関係が成立する。
【００４６】
【数８】
【００４７】上記(２１)式は、温度制御回路１０による
出力電圧ＶＨの大きさに応じ、以下の(２２)の条件の時
は演算回路１５の出力電圧はＶｏ＝ＶＨとなる。
【００４８】
【数９】
【００４９】また、以下(２３)式の関係のときは、ＶＨ
と所定の設定電圧Ｖｒｅｆの差及び、抵抗Ｒ１１、Ｒ２
２、Ｒ２４の値、及び抵抗Ｒ２５とＲ２６の比Ｇ１に応
じた値がＶＨに加算、又は減算され、特にＧ１の大きさ
によりその値が０を基準にして加算、又は減算方向に設
定できるものである。
【００５０】
【数１０】
【００５１】
【発明が解決しようとする課題】従来の感熱式流量計に
おける定電流回路１６、１７を構成しているトランジス
タ１１０、１１１はベースーエミッタ間電圧Ｖｂｅは等
しく、各トランジスタのエミッタに接続された抵抗の両
端電圧も等しいものと限定して定電流制御回路を構成す
る回路定数を定めた。
【００５２】しかしながら、定電流回路１６、１７を構
成しているトランジスタ１１０、１１１は実際、ディス
クリート部品では、特性がばらつくため同一特性とする
ことはできず、そのため演算回路より出力される電圧Ｖ
ｏは必ずしも温度制御回路より取り出される出力電圧Ｖ
Ｈと対応しない。このような不具合を解消するためには
第１と第２の定電流回路および第３と第４の定電流回路
をＩＣ化して各トランジスタの特性を同一にする必要が
ある。しかしながら各定電流回路をＩＣ化しようとする
と感熱式流量計のコストアップは避けられないという問
題点がある。
【００５３】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、流量検出手段から流量に応じて
得られた検出電流を高精度に補正が可能な補正部をディ
スクリート部品で構成することで，小型化、低コスト
化、高精度化を可能にする感熱式流量センサを得ること
を目的とする。
【００５４】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る感
熱式流量センサは、流体通路中に配置され流体流量に応
じた値の電圧を出力する流量検出手段と、出力された電
圧を電流変換する電圧／電流変換手段と、この電圧／電
流変換手段より出力される電流信号を補正し、流体流量
対応の出力電圧の増加に伴う電流信号のレベルを補正す
る補正手段と、この補正手段で補正された電流を流体流
量に応じた電流信号として出力する電流出力手段とを備
え、上記補正手段は、ダイオードのカソードが可変抵抗
体を介して上記電圧／電流変換手段に接続されると共
に、アノードがオペアンプを介して複数の固定抵抗体か
らなる分圧抵抗に接続される理想ダイオードで構成され
ている。
【００５５】請求項２の発明に係る感熱式流量センサ
は、流体通路中に配置され流体流量に応じた値の電圧を
出力する流量検出手段と、出力された電圧を電流変換す
る電圧／電流変換手段と、この電圧／電流変換手段より
出力される電流信号を補正し、流体流量対応の出力電圧
の増加に伴う電流信号のレベルを補正する補正手段と、
この補正手段で補正された電流を流体流量に応じた電流
信号として出力する電流出力手段とを備え、上記補正手
段は、ダイオードのカソードがオペアンプを介して複数
の固定抵抗体からなる分圧抵抗に接続されると共に、ア
ノードが可変抵抗体を介して上記電圧／電流変換手段に
接続される理想ダイオードで構成されている。
【００５６】請求項３の発明に係る感熱式流量センサ
は、流体通路中に配置され流体流量に応じた値の電圧を
出力する流量検出手段と、出力された電圧を電流変換す
る電圧／電流変換手段と、この電圧／電流変換手段より
出力される電流信号を補正し、流体流量対応の出力電圧
の増加に伴う電流信号のレベルを補正する補正手段と、
この補正手段で補正された電流を流体流量に応じた電流
信号として出力する電流出力手段とを備え、上記補正手
段は、ダイオードのカソードが可変抵抗体を介して上記
電圧／電流変換手段に接続されると共に、アノードがオ
ペアンプを介して複数の固定抵抗体からなる分圧抵抗に
接続される第一の理想ダイオードと、ダイオードのカソ
ードがオペアンプを介して複数の固定抵抗体からなる分
圧抵抗に接続されると共に、アノードが可変抵抗体を介
して上記電圧／電流変換手段に接続される第二の理想ダ
イオードとで構成されている。
【００５７】
【００５８】
【００５９】
【００６０】
【００６１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は本実施の
形態に係る感熱式流量計の回路図である。図において、
１００は温度制御回路、２００は演算処理回路である。
演算処理回路２００は補正部３００、出力部４００より
構成されている。また、出力部４００は電圧／電流変換
回路５００、電流出力回路６００より構成されている。
【００６２】本実施の形態の概略動作は、温度制御回路
１００から得られる流量に応じた検出電圧出力ＶＭを、
電圧／電流変換回路５００において電圧／電流変換し、
変換された電流信号Ｉ2を補正部３００により補正し、
電流出力回路６００から流量に応じた出力電流信号Ｉ01
として出力する。
【００６３】次に、温度制御回路１００について説明す
る。温度制御回路１００は、従来技術と同様に流量検出
用感熱抵抗体ＲＨ、雰囲気温度検出用感熱抵抗体ＲＫ、
流量検出用固定抵抗体ＲＭ、温度補償用固定抵抗体Ｒ１
より構成されたブリッジ回路、ブリッジ回路の接続点
ｂ、ｆに両入力端子が接続された差動増幅器１０１、ト
ランジスタ１０２、電源１０３から構成されている。
【００６４】差動増幅器１０１の出力はトランジスタ１
０２のベースに接続され、トランジスタの１０２のエミ
ッタはブリッジの一端ａに接続され、トランジスタ１０
２のコレクタは直流電源１０３の正極に接続されてい
る。電源１０３は車載バッテリにより得られる。尚、温
度制御回路１００の動作は従来技術で公知であるため、
詳細な説明は省略する。
【００６５】演算処理回路２００について説明する。演
算処理回路２００は温度制御回路１００から得られる、
流量に応じた検出電圧ＶＭを電圧／電流変換して電流信
号Ｉ2を出力する出力部４００と、電圧／電流変換され
た電流信号Ｉ2を補正するための補正部３００から成
る。
【００６６】先ず、出力部４００について説明する。出
力部４００は温度制御回路１００から得られる、流量に
応じた検出電圧ＶＭを電圧／電流変換する電圧／電流変
換回路５００と、電圧／電流変換回路５００により電圧
／電流変換された、流量に応じた検出電流Ｉ2を補正部
３００により補正し、その補正の結果、感熱式流量セン
サＴＯＴＡＬの出力として補正後の検出電流(以下、感
熱式流量センサの検出電流)Ｉ01を出力する電流出力回
路６００から成る。
【００６７】電圧／電流変換回路５００について説明す
る。演算処理入力部５００を構成するオペアンプ５０１
は、非反転入力端子に固体抵抗体５０３を通して検出電
圧ＶＭを入力する。反転入力端子とアース間には電圧／
電流変換用抵抗体５０４が接続されている。また、出力
端子は固定抵抗体５０２を通してトランジスタ５０５の
ベースに接続されている。トランジスタ５０５のエミッ
タはオペアンプ５０１の反転入力端子に接続され、コレ
クタと基準電源端子Ｖｃｃ間には電流出力回路６００の
一部を構成する固体抵抗体６０５、６０６が直列接続さ
れている。
【００６８】次に、演算処理入力部５００の動作につい
て説明する。オペアンプ５０１、固定抵抗体５０２、ト
ランジスタ５０５により、負帰還回路が構成されている
ためイマジナリーショートが成立する。従って、オペア
ンプ５０１の反転入力端子の電位をＶＭ’とすると、以
下の式（２４）の関係が成り立つ。
【００６９】 ＶＭ’＝ＶＭ ・・・・・（２４）
【００７０】このＶＭ’は電圧／電流変換用抵抗体５０
４(Ｒ２)により以下の式（２５）のように電圧／電流変
換される。
【００７１】 Ｉ１＝ＶＭ’／Ｒ２＝ＶＭ／Ｒ２ ・・・・・（２５）
【００７２】この様にして、流量に応じた検出電圧ＶＭ
は、流量に応じた検出電流Ｉ１へと電圧／電流変換され
る。さらに、Ｒ２を固定抵抗体とせずに、調整可能な可
変抵抗体とすることにより、Ｒ２で電圧／電流変換、ゲ
イン調整を同時に行うことが可能となる。ここで、トラ
ンジスタ５０５のコレクタ電流、エミッタ電流をそれぞ
れＩｃ１、Ｉｅ１とすると、以下の式（２６）が成立す
る。
【００７３】 Ｉｃ１≒Ｉｅ１＝Ｉ１ ・・・・・（２６）
【００７４】電流出力回路６００について説明する。電
流出力回路６００を構成するオペアンプ６０１の非反転
入力端子は固定抵抗体６０５と６０６の接続点に接続さ
れ、反転入力端子は固定抵抗体６０４を通して基準電源
端子Ｖｃｃに接続されている。また出力端子は固定抵抗
体６０２を通してトランジスタ６０３のベースに接続さ
れている。トランジスタ６０３のエミッタはオペアンプ
６０１の反転入力端子に接続され、コレクタより感熱式
流量センサの検出電流Ｉ01が出力される。
【００７５】次に、演算処理出力部６００の動作につい
て説明する。ここで、動作説明を簡略化するために、補
正部３００の動作は考慮に入れない。この場合、電圧／
電流変換回路５００における電圧／電流変換動作に伴
い、流量に応じた検出電流Ｉ１がトランジスタ５０５を
とおして固定抵抗体６０５(Ｒ３)、６０６(Ｒ４)に流れ
る。このとき、各固体抵抗体６０５及び６０６における
両端Ｖ１、Ｖ２の電位はそれぞれ(２５)式より、以下の
（２７）式、（２８）式で表される。
【００７６】 Ｖ１＝Ｖｃｃ−〔（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ２〕×ＶＭ ・・・・（２７） Ｖ２＝Ｖｃｃ−（Ｒ３／Ｒ２）×ＶＭ ・・・・（２８）
【００７７】オペアンプ６０１、固定抵抗体６０２、ト
ランジスタ６０３により、負帰還回路が構成されている
ためイマジナリーショートが成立し、オペアンプ６０１
の反転入力端子の電位をＶ２’とすると、以下の（２
９）式が成り立つ。
【００７８】 Ｖ２’＝Ｖ２ ・・・・（２９）
【００７９】そして固定抵抗体６０４(Ｒ５)には以下の
（３０）式で与えられる電流Ｉｏが流れる。
【００８０】 Ｉ0＝(Ｖｃｃ−Ｖ２)／Ｒ５＝〔Ｒ３／(Ｒ２×Ｒ５)〕×ＶＭ ・・・・（３０ ）
【００８１】ここで、トランジスタ６０３のコレクタ電
流、エミッタ電流をそれぞれＩｃ２,Ｉｅ２とすると、
以下の（３１）式が成立する。
【００８２】 Ｉｃ２≒Ｉｅ２＝Ｉ0 ・・・・（３１）
【００８３】実際は、補正部３００が存在するので、固
定抵抗体Ｒ３、Ｒ４に流れる電流は、流量に応じた検出
電流Ｉ１と補正電流Ｉ２の和となる。
【００８４】補正部３００について説明する。補正部３
００は、オペアンプ３０１、３０６、ダイオード３０
２、３０７、固定抵抗体３０３、３０４、３０８、３０
９、可変抵抗体３０５、３１０から構成されている。次
に、動作について説明する。補正電流Ｉ２の向きを図２
のように補正部３００に向けて流れると仮定しておく。
流量に応じた検出電流Ｉ１と補正電流Ｉ２を用いると、
Ｖ１,Ｖ２は以下の（３２）,（３３）式で与えられる。
【００８５】 Ｖ１＝Ｖｃｃ−（Ｒ３＋Ｒ４）×（Ｉ１＋Ｉ２） ・・・・（３２） Ｖ２＝Ｖｃｃ−Ｒ３×（Ｉ１＋Ｉ２） ・・・・（３３）
【００８６】電流Ｉｏは、(３０)式に(３３)式を代入す
ることにより式（３４）のように得られる。
【００８７】 Ｉｏ＝（Ｒ３／Ｒ５）×（Ｉ１＋Ｉ２） ・・・・（３４）
【００８８】ここで、オペアンプ３０１,３０６の非反
転入力端子をそれぞれＶｒ１,Ｖｒ２とすると、それぞ
れ以下の（３５）,（３６）式のように表現できる。
【００８９】 Ｖｒ１＝〔Ｒ７／（Ｒ６＋Ｒ７）〕×Ｖｃｃ ・・・・（３５） Ｖｒ２＝〔Ｒ７／（Ｒ６＋Ｒ７）〕×Ｖｃｃ ・・・・（３６）
【００９０】オペアンプ３０１とダイオード３０２、オ
ペアンプ３０６とダイオード３０７はそれぞれ理想ダイ
オードの構成となっているため、以下の（３７）、（３
８）式の関係となるように補正電流Ｉ２が流れる。
【００９１】 Ｖｒ１＝Ｖｒ１’ ・・・・（３７） Ｖｒ２＝Ｖｒ２’ ・・・・（３８）
【００９２】実際に、補正部３００により行われる補正
を、図２を用いて説明する。図２の（ａ）は、図１にお
ける抵抗Ｒ１１をオープンとした際のＶＭ−Ｖ１、ＶＭ
−Ｉｏの関係図である。ＶＭをパラメータとして考えた
場合のＶ１とＩｏは、(２７)、(３０)式より、以下の式
として表せる。
【００９３】 Ｖ１＝Ｖｃｃ−〔（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ２〕×ＶＭ Ｉ0＝〔Ｒ３／(Ｒ２×Ｒ５)〕×ＶＭ
【００９４】ここで、(３５)式で設定されたＶｒ１よ
り、補正は以下の範囲で行われる。即ち、Ｖ１＞Ｖｒ１
の時には補正電流Ｉ２の向きはダイオード３０２におい
て逆方向となっているため補正電流は流れない。しか
し、図２の（ａ）に示すようにＶ１≦Ｖｒ１の時には補
正電流Ｉ２の向きはダイオード３０２において順方向と
なっているため補正電流は流れる。
【００９５】 Ｖ１≦Ｖｒ１ ・・・・（３９）
【００９６】すなわち、Ｖｒ１を以下の（４０）式で与
える。
【００９７】 Ｖｒ１＝Ｖｃｃ−〔（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ２〕×ＶＭ ・・・・（４０）
【００９８】上式を満たすＶＭをＶＭ１とすると補正は
次の条件で行われる。
【００９９】 ＶＭ≧ＶＭ１ ・・・・（４１）
【０１００】そしてその補正電流Ｉ２は、以下の（４
２）式により決定される。
【０１０１】 Ｉ２＝（Ｖ１−Ｖｒ１）／Ｒ１０ ・・・・（４２）
【０１０２】その際の電流Ｉｏは、(２５),(４２)式を
(３４)式に代入することにより得られ、以下の（４３）
式のように表される。
【０１０３】 Ｉ0＝〔Ｒ３／（Ｒ２×Ｒ５）〕×ＶＭ ＋〔Ｒ３／（Ｒ５×Ｒ１０）〕×（Ｖ１−Ｖｒ１）・・・・（４３）
【０１０４】(３５)、(４３)式より、Ｒ６、Ｒ７の分圧
比を変えることにより補正ポイントを、Ｒ１０を変える
ことにより補正電流Ｉ２を容易に設定することが可能で
ある。
【０１０５】図２の（ｂ）は、図２における抵抗Ｒ１０
をオープンとした際のＶＭ−Ｖ１、ＶＭ−Ｉｏ関係図で
ある。ＶＭをパラメータとして考えた場合のＶ１とＩｏ
は、(２７)、(３０)式より、以下の式として表せる。 Ｖ１＝Ｖｃｃ−〔（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ２〕×ＶＭ Ｉ0＝〔Ｒ３／(Ｒ２×Ｒ５)〕×ＶＭ
【０１０６】ここで、(３６)式で設定されたＶｒ２よ
り、補正は以下の範囲で行われる。即ち、Ｖ１＜Ｖｒ２
の時には補正電流Ｉ２の向きはダイオード３０７におい
て逆方向となっているため補正電流は流れない。しか
し、図２の（ｂ）に示すようにＶ１≧Ｖｒ２の時には補
正電流Ｉ２の向きはダイオード３０７において順方向と
なっているため補正電流は流れる。
【０１０７】 Ｖ１≧Ｖｒ２ ・・・・（４４）
【０１０８】すなわち、Ｖｒ２を以下の（４５）式で与
える。
【０１０９】 Ｖｒ２＝Ｖｃｃ−〔（Ｒ３＋Ｒ４）／Ｒ２〕×ＶＭ ・・・・（４５）
【０１１０】上式を満たすＶＭをＶＭ２とすると補正は
次の条件で行われる。
【０１１１】 ＶＭ≦ＶＭ２ ・・・・（４６）
【０１１２】そしてその補正電流Ｉ２は、以下の（４
７）式によりにより決定される。
【０１１３】 Ｉ２＝（Ｖ１−Ｖｒ２）／Ｒ１１ ・・・・（４７）
【０１１４】その際の電流Ｉｏは、(２５),(４７)式を
(３４)式に代入することにより得られ、以下の（４８）
式のように表される。
【０１１５】 Ｉ0＝〔Ｒ３／（Ｒ２×Ｒ５）〕×ＶＭ ＋〔Ｒ３／（Ｒ５×Ｒ１１）〕×（Ｖ１−Ｖｒ２）・・・・（４８）
【０１１６】(３６),(４８)式より、Ｒ８,Ｒ９の分圧比
を変えることにより補正ポイントを、Ｒ１１を変えるこ
とにより補正電流Ｉ２を容易に設定することが可能であ
る。
【０１１７】図２の（ｃ）は、上記２箇所の補正部を共
に機能させた際のＶＭ−Ｖ１、ＶＭ−Ｉｏ関係図であ
る。補正ポイント、補正電流を、容易に設定できるのは
上記説明と同様である。
【０１１８】実施の形態２ 電圧／電流変換回路５００と電流出力回路６００を構成
するトランジスタ５０５、６０３を、図３に示すように
ダーリントン構成のトランジスタ６０３Ａ，５０５Ａを
使用することで大きな電流増幅率を持つトランジスタが
構成できる。その結果、部品間のばらつき、温度特性等
によるトランジスタのベース電流の誤差を軽減すること
が可能となりより正確な出力信号を得ることができる。
【０１１９】実施の形態３ 理想ダイオードを構成する電子部品を、図４に示すよう
にトランジスタ３０２Ａ,３０７Ａのベース・エミッタ
（ＰＮ）接合部を用いることで、同一特性の一方向通流
素子を使用する必要はなく、ディスクリート部品で実現
可能となりコストダウンにつながる。
【０１２０】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、流体通路中に
配置され流体流量に応じた値の電圧を出力する流量検出
手段と、出力された電圧を電流変換する電圧／電流変換
手段と、この電圧／電流変換手段より出力される電流信
号を補正し、流体流量対応の出力電圧の増加に伴う電流
信号のレベルを補正する補正手段と、この補正手段で補
正された電流を流体流量に応じた電流信号として出力す
る電流出力手段とを備え、上記補正手段は、ダイオード
のカソードが可変抵抗体を介して上記電圧／電流変換手
段に接続されると共に、アノードがオペアンプを介して
複数の固定抵抗体からなる分圧抵抗に接続される理想ダ
イオードで構成されているので、流量検出手段から流量
に応じて得られた検出電流を高精度に補正が可能な補正
手段をディスクリート部品で構成することで、小型化、
低コスト化、高精度化を可能にする。
【０１２１】請求項２の発明によれば、流体通路中に配
置され流体流量に応じた値の電圧を出力する流量検出手
段と、出力された電圧を電流変換する電圧／電流変換手
段と、この電圧／電流変換手段より出力される電流信号
を補正し、流体流量対応の出力電圧の増加に伴う電流信
号のレベルを補正する補正手段と、この補正手段で補正
された電流を流体流量に応じた電流信号として出力する
電流出力手段とを備え、上記補正手段は、ダイオードの
カソードがオペアンプを介して複数の固定抵抗体からな
る分圧抵抗に接続されると共に、アノードが可変抵抗体
を介して上記電圧／電流変換手段に接続される理想ダイ
オードで構成されているので、流量検出手段から流量に
応じて得られた検出電流を高精度に補正が可能な補正手
段をディスクリート部品で構成することで、小型化、低
コスト化、高精度化を可能にする。
【０１２２】請求項３の発明によれば、流体通路中に配
置され流体流量に応じた値の電圧を出力する流量検出手
段と、出力された電圧を電流変換する電圧／電流変換手
段と、この電圧／電流変換手段より出力される電流信号
を補正し、流体流量対応の出力電圧の増加に伴う電流信
号のレベルを補正する補正手段と、この補正手段で補正
された電流を流体流量に応じた電流信号として出力する
電流出力手段とを備え、上記補正手段は、ダイオードの
カソードが可変抵抗体を介して上記電圧／電流変換手段
に接続されると共に、アノードがオペアンプを介して複
数の固定抵抗体からなる分圧抵抗に接続される第一の理
想ダイオードと、ダイオードのカソードがオペアンプを
介して複数の固定抵抗体からなる分圧抵抗に接続される
と共に、アノードが可変抵抗体を介して上記電圧／電流
変換手段に接続される第二の理想ダイオードとで構成さ
れているので、流量検出手段から流量に応じて得られた
検出電流を高精度に補正が可能な補正手段をディスクリ
ート部品で構成することで、小型化、低コスト化、高精
度化を可能にする。
【０１２３】
【０１２４】
【０１２５】
【０１２６】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係る感熱流量計の電
気的配線図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係る感熱流量計のお
ける補正部３００の説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態２に係る感熱流量計の電
気的配線図である。
【図４】 本発明の実施の形態３に係る感熱流量計の電
気的配線図である。
【図５】 従来の技術に係る感熱流量計の電気的結線図
である。
【符号の説明】
１００ 温度制御回路(流量検出手段)、２００ 演算処
理回路(演算処理手段)、３００ 補正部、４００ 出力
部、５００ 電圧／電流変換回路、６００ 電流出力回
路、ＲＨ 流量検出用感熱抵抗体、ＲＫ 雰囲気温度
検出用感熱抵抗体、ＲＭ 流量検出用固定抵抗体、Ｒ１
温度補償用固定抵抗体、ＶＭ 流量に応じた検出電
圧、Ｖｃｃ 基準電源、Ｉ１ 流量に応じた検出電流、
Ｉ２ 補正電流、Ｉｏ 感熱式流量センサの検出電流。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/00 - 9/02 G01F 25/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 流体通路中に配置され流体流量に応じた
    値の電圧を出力する流量検出手段と、出力された電圧を
    電流変換する電圧／電流変換手段と、この電圧／電流変
    換手段より出力される電流信号を補正し、流体流量対応
    の出力電圧の増加に伴う電流信号のレベルを補正する補
    正手段と、この補正手段で補正された電流を流体流量に
    応じた電流信号として出力する電流出力手段とを備え、
    上記補正手段は、ダイオードのカソードが可変抵抗体を
    介して上記電圧／電流変換手段に接続されると共に、ア
    ノードがオペアンプを介して複数の固定抵抗体からなる
    分圧抵抗に接続される理想ダイオードで構成されている
    ことを特徴とする感熱式流量センサ。
  2. 【請求項２】 流体通路中に配置され流体流量に応じた
    値の電圧を出力する流量検出手段と、出力された電圧を
    電流変換する電圧／電流変換手段と、この電圧／電流変
    換手段より出力される電流信号を補正し、流体流量対応
    の出力電圧の増加に伴う電流信号のレベルを補正する補
    正手段と、この補正手段で補正された電流を流体流量に
    応じた電流信号として出力する電流出力手段とを備え、
    上記補正手段は、ダイオードのカソードがオペアンプを
    介して複数の固定抵抗体からなる分圧抵抗に接続される
    と共に、アノードが可変抵抗体を介して上記電圧／電流
    変換手段に接続される理想ダイオードで構成されている
    ことを特徴とする感熱式流量センサ。
  3. 【請求項３】 流体通路中に配置され流体流量に応じた
    値の電圧を出力する流量検出手段と、出力された電圧を
    電流変換する電圧／電流変換手段と、この電圧／電流変
    換手段より出力される電流信号を補正し、流体流量対応
    の出力電圧の増加に伴う電流信号のレベルを補正する補
    正手段と、この補正手段で補正された電流を流体流量に
    応じた電流信号として出力する電流出力手段とを備え、
    上記補正手段は、ダイオードのカソードが可変抵抗体を
    介して上記電圧／電流変換手段に接続されると共に、ア
    ノードがオペアンプを介して複数の固定抵抗体からなる
    分圧抵抗に接続される第一の理想ダイオードと、ダイオ
    ードのカソードがオペアンプを介して複数の固定抵抗体
    からなる分圧抵抗に接続されると共に、アノードが可変
    抵抗体を介して上記電圧／電流変換手段に接続される第
    二の理想ダイオー ドとで構成されていることを特徴とす
    る感熱式流量センサ。
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