JP3470073B2 - 空気流量計 - Google Patents

空気流量計

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JP3470073B2
JP3470073B2 JP2000013370A JP2000013370A JP3470073B2 JP 3470073 B2 JP3470073 B2 JP 3470073B2 JP 2000013370 A JP2000013370 A JP 2000013370A JP 2000013370 A JP2000013370 A JP 2000013370A JP 3470073 B2 JP3470073 B2 JP 3470073B2
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培雄 赤松
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株式会社日立製作所
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    • 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 the meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through the meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/696Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
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    • G01F1/696Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/6965Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters comprising means to store calibration data for flow signal calculation or correction

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、空気流量計に係
り、特に、自動車のエンジン制御等に使用するに好適な
吸入空気流量を測定する空気流量計に関する。 【0002】 【従来の技術】従来の空気流量計としては、例えば、特
開平10−148556号公報に記載されているよう
に、出力特性調整回路とレシオメトリック変換回路とを
備えたレシオメトリック出力型空気流量計が知られてい
る。また、周波数出力型空気流量計においては、出力特
性調整回路と電圧制御発振回路とを備えたレシオメトリ
ック出力型空気流量計が知られている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、レシオ
メトリック出力型空気流量計及び周波数出力型空気流量
計のいずれも、それぞれの2つの回路は、独立した内部
基準電源回路を有しており、その精度を確保するため
に、モノリシックICの外部に抵抗を設ける必要があ
り、その結果、内部基準電源出力数に比例した数だけI
Cに接続端子を設ける必要があるという問題があった。 【0004】本発明の目的は、内部基準電源回路を複数
必要とする流量計において、ICの端子数を少なくして
内部基準電圧の精度を向上させることができる空気流量
計を提供することにある。 【0005】 【課題を解決するための手段】(1)上記目的を達成す
るために、本発明は、流量検出手段により検出した流量
信号の特性を第1の内部基準電圧を用いて調整して流量
特性信号を出力する特性調整回路と、この特性調整回路
が出力する流量特性信号を第2の内部基準電圧に基づい
てレシオメトリック出力若しくは周波数出力に変換する
変換回路と、上記第1及び第2の内部基準電圧を発生す
る基準電源回路とを有する空気流量計において、上記内
部基準電源回路は、温度に比例する電流を発生する温度
電流発生回路と、この温度電流発生回路の電流を複製す
るカレントミラー回路と、このカレントミラー回路によ
って複製された電流を通電し、上記第1の基準電圧を発
生する第1の基準電圧発生回路と、上記カレントミラー
回路によって複製された別の電流を通電し、上記第2の
基準電圧を発生する第2の基準電圧発生回路とを備える
ようにしたものである。かかる構成により、ICの端子
数を少なくして内部基準電圧の精度を向上し得るものと
なる。 【0006】(2)上記(1)において、好ましくは、
上記温度電流発生回路を構成する抵抗として厚膜抵抗を
用い、上記第1の基準電圧発生回路及び第2の基準電圧
発生回路を構成する抵抗として、それぞれ、モノリシッ
ク抵抗と厚膜抵抗を用いるようにしたものである。かか
る構成により、基準電圧の温度特性の直線性を補正し得
るものとなる。 【0007】 【発明の実施の形態】以下、図1を用いて、本発明の第
1の実施形態による空気流量計の構成について説明す
る。本実施形態では、レシオメトリック出力型空気流量
計を例にして説明する。図1は、本発明の第1の実施形
態による空気流量計の構成を示す回路図である。 【0008】流量検出回路3は、空気流路に配置された
発熱抵抗体1と、定温度制御回路2とから構成される。
発熱抵抗体1は、定温度制御回路2により電流を通電さ
れ、自己発熱することにより加熱制御される。定温度制
御回路2は、発熱抵抗体1の抵抗値を所定の抵抗値に保
つように加熱電流を制御することにより、加熱電流の大
きさから空気流量を検出し、流量検出信号V2が得られ
る。 【0009】出力特性調整回路4は、以下の式(1)に
基づいて、ゼロ点と増幅率を調整することにより、流量
検出信号V2の特性を調整して流量計の出力信号を所定
の特性に調整した上で、流量特性信号V4を生成する。
出力特性調整回路4のゼロ点調整のためには、バンドギ
ャップ基準電源回路6で発生させた内部基準電圧ESを
用いる。 【0010】V4=K1×V2−K2×ES …(1) ここで、K1は増幅率を調整する定数であり、K2はゼ
ロ点調整のための定数である。 【0011】レシオメトリック変換回路である乗算回路
5は、バンドギャップ基準電源回路6で発生させた内部
基準電圧VINTを用いて、流量計の外部に接続されたエ
ンジンコントロールユニットから供給される外部基準電
圧VREFと比較して、出力特性調整回路4で作成した流
量特性信号V4を以下の式(2)に基づいてレシオメト
リック特性に変換し、流量計の出力信号Voutとして出
力する。 【0012】 VOUT=K3×V4×(VREF/VINT) …(2) ここで、K3は定数である。 【0013】図示しないエンジンコントロールユニット
は、流量計の信号を用いてエンジンの制御を行うため、
流量計の信号デジタル信号に変換するAD変換器を備え
ている。 【0014】ここで、式(2)は、式(1)を用いて、
以下の式(3)で表すことができる。 【0015】 VOUT=(K1×V2−K2×ES)×K3×(VREF/VINT) …(3) 式(3)から明らかなように、内部基準電源ESはゼロ
点を変化させ、内部基準電源VINTは増幅率を変化させ
るので、内部基準電圧ESと内部基準電圧VINTは、独
立した特性にすると流量計の温度特性を調整するのに都
合がよいものである。 【0016】そこで、本実施形態においては、内部基準
電圧ES,VINTを発生させる手段として、バンドギャ
ップ基準電源回路6を用いることにより、半導体集積回
路を効率よく構成するようにしている。 【0017】バンドギャップ基準電源回路6の出力電圧
のばらつきは、構成するトランジスタと抵抗のばらつき
に依存するので、抵抗としてICに集積されたモノリシ
ック抵抗を使用するより、ICを実装する回路基板上に
形成した厚膜抵抗等の外付抵抗を使用した方が、抵抗値
ばらつきが少なく電圧のばらつきが少ないと言う利点が
ある反面、IC内部のトランジスタと外付抵抗を接続す
るためにICの端子数が増えると言う問題がある。 【0018】そこで、本実施形態によるバンドギャップ
基準電源回路6では、温度電流発生回路21を用いて電
流の大きさが絶対温度に比例する温度電流ITを発生さ
せるとともに、電流複製回路22を用いて複製した温度
電流を2つの基準電圧発生回路23と基準電圧発生回路
24に供給し、2つの内部基準電圧ES及びVINTを発
生させるようにしている。 【0019】基準電圧発生回路23,24は、図示する
ように、ダイオード若しくはトランジスタと抵抗より構
成し、ダイオード接続の順方向電圧効果電圧VFの温特
が温度変化に対して負であるので、温度に比例する電流
を通電された抵抗の電圧降下と加算すると、温度変化を
相殺することができ、抵抗値を選定することにより温度
が変化しても出力電圧が変化しない基準電圧を発生させ
ることができる。 【0020】以上説明したように、本実施形態において
は、基準電源回路を2つ集積するよりも、ICの端子数
を、少なくして、独立に特性の設定が可能な、精度の良
いバンドギャップ基準電源回路を複数構成することがで
きる。 【0021】次に、図2を用いて、本発明の第2の実施
形態による空気流量計の構成について説明する。実施形
態では、レシオメトリック出力型空気流量計を例にして
説明する。図2は、本発明の第2の実施形態による空気
流量計の構成を示す回路図である。なお、図1と同一符
号は、同一構成を示している。 【0022】図2において、流量検出回路3,出力特性
調整回路4,乗算回路5は、図1と同様である。バンド
ギャップ基準電源回路6Aは、温度電流発生回路21A
と、電流複製回路22と、基準電圧発生回路23Aと、
基準電圧発生回路24Aとから構成されている。 【0023】温度電流発生回路21Aは、トランジスタ
25,26から構成され、トランジスタ25のエミッタ
端に端子50が設けられ、トランジスタ26のエミッタ
端に端子37が設けられており、電流の大きさが絶対温
度に比例する温度電流ITを発生させる。端子37に
は、厚膜抵抗のような外付抵抗が接続され、端子50は
外部の接地電位に接続される。電流複製回路22は、図
1と同様である。 【0024】基準電圧発生回路23Aは、直列接続され
たトランジスタ28,29と、抵抗30,32とから構
成されている。抵抗30と抵抗32の間に、外付抵抗を
接続するための端子39を設けており、抵抗30は、モ
ノリシック抵抗であるとともに、抵抗32は、外付抵抗
である厚膜抵抗である。基準電圧発生回路32Aボルテ
ージホロワ36を介して外部接続用の端子40に接続さ
れ、出力特性調整回路4に基準電圧ESを供給する。ま
た、基準電圧発生回路24Aは、直列接続されたトラン
ジスタ32,33と、抵抗34,36とから構成されて
いる。抵抗34と抵抗36の間に、外付抵抗を接続する
ための端子38を設けており、抵抗34は、モノリシッ
ク抵抗であるとともに、抵抗36は、外付抵抗である厚
膜抵抗である。 【0025】バンドギャップ基準回路6Aは、大部分が
IC内部に構成されるとともに、厚膜抵抗等の外付抵抗
と接続するための4個の端子37,38,39,50を
備えている。したがって、基準電圧発生回路23A,2
4Aに用いる抵抗として、外付の厚膜抵抗とIC内部の
モノリシック抵抗を組合わせて使用することができ、基
準電圧の温度特性の直線性を補正することができる。図
3に示す構成では、基準電圧ESとVINTの直線性の補
正量を、モノリシック抵抗30と外付抵抗31の比,及
びモノリシック抵抗34と外付抵抗35の比を独立に設
定することができるので、流量計のゼロ点とスパンの温
特に加えて、ゼロ点の温特直線性と、スパンの温特直線
性を各々最適な値に調節することが可能である。 【0026】また、図3に示した例では、ICの内部と
外付抵抗を接続する為の端子37,38,39,50の
4個の端子と少ない端子数で構成することができるた
め、ICの接続端子数を少なくし、かつ、バンドギャッ
プ基準電源回路の精度を確保することができる。 【0027】次に、図3を用いて、本発明の第3の実施
形態による空気流量計の構成について説明する。実施形
態では、周波数出力型空気流量計を例にして説明する。
図3は、本発明の第3の実施形態による空気流量計の構
成を示す回路図である。なお、図1と同一符号は、同一
構成を示している。 【0028】図3において、流量検出回路3,出力特性
調整回路4は、図1と同様である。また、図1に示した
乗算回路5に代えて、VCO(電圧制御発振)回路7を
備えている。VCO回路7は、出力特性調整回路4の出
力電圧信号V4を、周波数信号に変換して、周波数出力
型の流量計の出力信号Voutを出力する。 【0029】バンドギャップ基準電源回路6は、出力特
性調整回路4の内部基準電圧ES及びVCO回路7の内
部基準電圧VINTを発生する。バンドギャップ基準電源
回路6は、図1と同様に、温度電流発生回路21と、電
流複製回路22と、基準電圧発生回路23,24とから
構成されている。温度電流発生回路21は、電流の大き
さが絶対温度に比例する温度電流ITを発生させるとと
もに、電流複製回路22を用いて複製した温度電流を2
つの基準電圧発生回路23と基準電圧発生回路24に供
給し、2つの内部基準電圧ES及びVINTを発生する。 【0030】基準電圧発生回路23,24は、図示する
ように、ダイオード若しくはトランジスタと抵抗より構
成し、ダイオード接続の順方向電圧効果電圧VFの温特
が温度変化に対して負であるので、温度に比例する電流
を通電された抵抗の電圧降下と加算すると、温度変化を
相殺することができ、抵抗値を選定することにより温度
が変化しても出力電圧が変化しない基準電圧を発生させ
ることができる。 【0031】以上説明したように、本実施形態において
は、基準電源回路を2つ集積するよりも、ICの端子数
を、少なくして、独立に特性の設定が可能な、精度の良
いバンドギャップ基準電源回路を複数構成することがで
きる。 【0032】 【発明の効果】本発明によれば、内部基準電源回路を複
数必要とする流量計において、ICの端子数を少なくし
て内部基準電圧の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の第1の実施形態による空気流量計の構
成を示す回路図である。 【図2】本発明の第2の実施形態による空気流量計の構
成を示す回路図である。 【図3】本発明の第3の実施形態による空気流量計の構
成を示す回路図である。 【符号の説明】 1…発熱抵抗体 2…定温度制御回路 3…流量検出回路 4…出力特性調整回路 5…乗算回路 6…バンドギャップ基準電源回路 7…VCO回路 21…温度電流発生回路 22…電流複製回路 23,24…基準電圧発生回路 25,26,28,29,32,33…トランジスタ 27,31,35…外付抵抗 36…ボルテージホロワ 37,38,39,40,50…IC接続端子

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】流量検出手段により検出した流量信号の特
    性を第1の内部基準電圧を用いて調整して流量特性信号
    を出力する特性調整回路と、この特性調整回路が出力す
    る流量特性信号を第2の内部基準電圧に基づいてレシオ
    メトリック出力若しくは周波数出力に変換する変換回路
    と、上記第1及び第2の内部基準電圧を発生する基準電
    源回路とを有する空気流量計において、 上記内部基準電源回路は、 温度に比例する電流を発生する温度電流発生回路と、 この温度電流発生回路の電流を複製するカレントミラー
    回路と、 このカレントミラー回路によって複製された電流を通電
    し、上記第1の基準電圧を発生する第1の基準電圧発生
    回路と、 上記カレントミラー回路によって複製された別の電流を
    通電し、上記第2の基準電圧を発生する第2の基準電圧
    発生回路とを備えたことを特徴とする空気流量計。 【請求項2】請求項1記載の空気流量計において、 上記温度電流発生回路を構成する抵抗として厚膜抵抗を
    用い、上記第1の基準電圧発生回路及び第2の基準電圧
    発生回路を構成する抵抗として、それぞれ、モノリシッ
    ク抵抗と厚膜抵抗を用いたことを特徴とする空気流量
    計。
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