JP3470942B2 - フローセンサ - Google Patents

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、ガス流量計、フ
ローメータなどに用いられるフローセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】実公平８−６２６９号公報には、半導体
基板上に、ヒータと、このヒータより流体の流れの上流
側に配置される上流側感温センサと、前記ヒータより流
体の流れの下流側に配置される下流側感温センサを形成
し、前記上流側及び下流側感温センサの抵抗値変化で流
体の流れの有無を測定する技術が開示されている。

【０００３】この技術では、上流側感温センサと下流側
感温センサとの抵抗値の差を検出するため、上流側及び
下流側感温センサを回路要素とするブリッジ回路を用
い、このブリッジ回路の出力端を差動増幅器の反転及び
非反転入力端子に接続し、この差動増幅器の出力をセン
サ出力として得ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブリッ
ジ回路は抵抗値に関する感度が良いため、前記ブリッジ
回路を構成する上流及び下流感温センサに生じる抵抗値
のバラツキにより、前記差動増幅器の出力に大きな違い
が生じてしまう。

【０００５】この点を解決するため、前記従来技術では
ヒータを発熱させた状態と発熱させない状態でのブリッ
ジ回路の出力の差をとって、前記抵抗値のバラツキを補
償しようとしている。

【０００６】しかし、前記差動増幅器の出力が飽和して
しまうような状態では使用することができないため、ブ
リッジ回路を構成する上流及び下流感温センサに生じる
抵抗値のバラツキは小さく抑える必要があり、これが製
造コストの上昇につながるという不具合がある。

【０００７】また、前記従来技術では、流体の温度変動
により測定結果に違いが生じてしまうという不具合もあ
る。

【０００８】この発明の目的は、測温抵抗体の抵抗値の
バラツキに影響されにくいフローセンサを提供すること
にある。

【０００９】この発明の別の目的は、回路構成が簡易な
フローセンサを提供することにある。

【００１０】この発明の別の目的は、測温抵抗体の端子
間電圧の検出に差動増幅器を使用しても、この差動増幅
器の動作を容易にできるフローセンサを提供することに
ある。

【００１１】この発明の別の目的は、測定の際の温度依
存性を低減して、測定の高精度化を図ることができるフ
ローセンサを提供することにある。

【００１２】この発明の別の目的は、他の装置との整合
をとるのが容易であるフローセンサを提供することにあ
る。

【００１３】この発明の別の目的は、ゼロ出力の調整が
容易であるフローセンサを提供することにある。

【００１４】この発明の別の目的は、流体の流量をゼロ
にしなくてもゼロ出力の調整が行なえるフローセンサを
提供することにある。

【００１５】この発明の別の目的は、流体の温度による
影響を更正してセンサ出力の精度を向上させたフローセ
ンサを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、流体の流路に配置され電力の供給を受けて発熱する
発熱体と、この発熱体より前記流路の上流側に配置され
る第１の測温抵抗体と、前記発熱体より前記流路の下流
側に配置され前記第１の測温抵抗体と直列に接続されて
いる第２の測温抵抗体と、直列に接続された前記第１お
よび第２の測温抵抗体に一定電流を供給する電流源と、
前記第１の測温抵抗体の端子間電圧と前記第２の測温抵
抗体の端子間電圧との差分を検出する差電圧検出装置
と、前記差電圧検出装置の出力を前記第１または第２の
測温抵抗体の端子間電圧で除算する除算手段と、前記除
算手段の出力から所定の定数を減算する減算手段と、前
記発熱体の端子間の電圧を検出する電圧センサと、前記
電圧センサの検出信号に基づいて前記減算手段の出力を
補正する補正手段と、を備えていることを特徴とするも
のである。

【００１７】従って、従来のブリッジ回路に代えて、直
列に接続され一定電流が通電される第１及び第２の測温
抵抗体を用いているので、第１及び第２の測温抵抗体の
バラツキが従来より大きくても使用することができる。

【００１８】また、第１及び第２の測温抵抗体を直列に
接続して同じ電流を流すので、両端子間電圧の差分の検
出に与える電流源の出力変動の影響を低減できる。

【００１９】さらに、比較的回路構成を簡易できるの
で、回路の安定性を向上させることができる。さらに、
発熱体の端子間電圧を検出することにより、別に流体の
温度を検出せずに、減算後の出力を補正することができ
る。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【００２９】

【００３０】

【００３１】請求項２に記載の発明は、減算手段は、流
体の流れがないときの除算手段の出力と等しい値を所定
の定数として減算を行なうものであることを特徴とする
ものである。

【００３２】従って、センサ出力をゼロにすることがで
きる。

【００３３】請求項３に記載の発明は、発熱体の発熱を
停止する発熱停止装置を備え、減算手段は、前記発熱体
の発熱がないときの除算手段の出力と等しい値を所定の
定数として減算を行なうものであることを特徴とするも
のである。

【００３４】従って、発熱体の発熱を停止し、センサ出
力をゼロにすることができる。

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【発明の実施の形態】

〔発明の第１の実施の形態〕図１は、この発明の第１の
実施の形態にかかるフローセンサ１の回路図である。

【００４２】フローセンサ１は、測定対象である流体の
流路に配置される発熱体２、前記流路中で発熱体２の上
流側に配置される第１の測温体３、前記流路中で発熱体
２の下流側に配置される第２の測温体４を備えている。

【００４３】この発熱体２、ならびに第１および第２の
測温体３、４は、流体と熱的に結合する場所に設置す
る。流体と熱的に結合した場所とは、流体の温度と、発
熱体２、並びに第１および第２の測温体３、４の温度と
に対応関係が生じる場所である。例えば、流体中、ある
いは、流体の流路に熱伝導のよい銅、アルミニウム、鉄
ステンレスなどの金属を用いている流路表面である。

【００４４】また、第１および第２の測温体３、４は、
発熱体２と熱的に結合した場所に配置される。発熱体２
と熱的に結合した場所とは、第１および第２の測温体
３、４の温度と発熱体２の温度に対応関係が生じる場所
である。例えば、流体または流路材料の熱伝達により発
熱体２の熱が第１および第２の測温体３、４に伝わるよ
うな発熱体２の近傍である。

【００４５】発熱体２は発熱装置５の回路要素をなす。
この発熱装置５は、発熱体２に定電流Ｉ２を供給して発
熱させる電流源６を備えている。また、発熱体２の両端
子側のｄ点、ｅ点（グランド側）には測温回路（差動増
幅器）７の非反転入力端子、反転入力端子が接続され、
発熱体２の端子間電圧を検出して発熱体２の温度を検出
することができる。

【００４６】第１および第２の測温体３、４は抵抗温度
計数が比較的高い抵抗で、測温装置８の回路要素をな
す。この測温装置８は、第１の測温体３と第２の測温体
４とを直列に接続し、定電流源９により一定電流Ｉ１を
供給する。

【００４７】差電圧検出装置１０は、第１の測温体３の
両端子側のａ点とｂ点に、非反転入力端子と反転入力端
子が各々接続され第１の測温体３の端子間電圧を検出す
る比較器１１と、第２の測温体４の両端子側のｂ点とｃ
点に非反転入力端子と反転入力端子が各々接続され第２
の測温体４の端子間電圧を検出する比較器１２と、比較
器１１、１２の出力端子が反転入力端子と非反転入力端
子に各々接続され、比較器１１と１２の出力電圧を比較
する比較器１３とを備えている。

【００４８】つぎに、上記フローセンサ１の動作につい
て説明する。

【００４９】発熱体２が発する熱は、第１および第２の
測温抵抗体３、４に伝達される。第１および第２の測温
抵抗体３、４が正の抵抗温度係数を有していれば、第１
および第２の測温抵抗体３、４の抵抗値Ｒｓ１、Ｒｓ２
は上昇する。第１および第２の測温抵抗体３、４に流れ
る電流は一定なので、第１および第２の測温抵抗体３、
４の各端子間電圧が上昇する。

【００５０】流体に流れが生じている場合、第１および
第２の測温抵抗体３、４の熱は流体に奪われる。この奪
われる熱量は流体の流速と相関関係にある。そして、熱
が奪われることにより、第１および第２の測温抵抗体
３、４の抵抗値は減少する。すると、第１および第２の
測温抵抗体３、４の各端子間電圧は減少する。

【００５１】図２は流体の流路の位置（横軸の左側から
右側にかけて流体の流路の上流側から下流側である）と
第１および第２の測温抵抗体３、４の温度との関係を示
すグラフである。

【００５２】図２(ａ)に示すように、流体の流れがない
ときは、発熱体２の上流側、下流側に等しく熱が伝わ
る。従って、第１の測温抵抗体３の位置（Ａ）、第２の
測温抵抗体４の位置（Ｂ）での温度は略等しくなり、第
１の測温抵抗体３と第２の測温抵抗体４の端子間電圧も
等しくなり、比較器１３の出力端子１４からの出力電圧
は略ゼロになる。

【００５３】図２(ｂ)に示すように、流体の流れがある
ときは、発熱体２の熱は流体の流路の上流側にある第１
の測温抵抗体３より、下流側にある第２の測温抵抗体４
に多く伝わる。そのため、第１の測温抵抗体３の位置
（Ａ）より、第２の測温抵抗体４の位置（Ｂ）での温度
が高くなる。図２(ｂ)の実線は流体の流れがある場合を
示し、想像線は流体の流れがない場合を示している。こ
れにより、第１の測温抵抗体３の抵抗値Ｒｓ１より第２
の測温抵抗体４の抵抗値Ｒｓ２が高くなり、第１の測温
抵抗体３の端子間電圧より第２の測温抵抗体４の端子間
電圧が高くなるため、この両端子間電圧の差に応じた電
圧が出力端子１４から出力される。

【００５４】第１および第２の測温抵抗体３、４の温度
差は流体の流速に対応して変化するため、出力端子１４
の出力を流体の流速信号として用いることができる。そ
して、流路の段面積、断面形状がわかれば、流速信号か
ら流体の流量を知ることができる。

【００５５】フローセンサ１は、従来のブリッジ回路に
代えて、直列に接続され一定電流Ｉ１が通電される第１
及び第２の測温抵抗体３、４を用いているので、第１及
び第２の測温抵抗体３、４のバラツキが従来より大きく
ても使用することができる。

【００５６】電流源９の電流Ｉ１が変動すると、第１及
び第２の測温抵抗体３、４の各端子間電圧も変動するた
め、この両端子間電圧の差を差電圧検出装置１０で検出
するためには、電流Ｉ１の変動を抑える必要がある。し
かし、フローセンサ１は第１及び第２の測温抵抗体３、
４を直列に接続し、同じ電流Ｉ１を流しているので、第
１及び第２の測温抵抗体３、４の各端子間電圧は同相の
変動となる。よって、差電圧検出装置１０では同相の電
圧変動は相殺され、電流源９の電流Ｉ１の変動が差電圧
検出装置１０の出力に与える影響を低減することができ
る。

【００５７】また、回路構成が比較的簡易であるため、
回路の安定性を向上させることができる。

【００５８】なお、発熱体２には定電流Ｉ２を供給して
発熱させるようにしているが、低電圧あるいは定電力の
供給により発熱させてもよい。また、流体の温度に対
し、一定温度高い状態に制御する低温度駆動で発熱させ
てもよい。

【００５９】〔発明の第２の実施の形態〕図３は、この
発明の第２の実施の形態にかかるフローセンサ１の回路
図である。以下、前記第１の実施の形態の場合と対応す
る回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【００６０】このフローセンサ１は、電圧安定装置２１
と、電圧源２２とを備えている。

【００６１】電圧安定装置２１は、直列に接続されてい
る抵抗２３、２４と、差動増幅器２５とを備えている。
差動増幅器２５の非反転入力端子は抵抗２３と２４との
接続点であるｆ点に接続され、反転入力端子はｂ点に接
続されている。また、差動増幅器２５の出力端子はｃ点
に接続されている。

【００６２】電圧源２２はリチウム電池などの電池を用
いていて、直列に接続されている抵抗２３、２４に一定
電圧Ｖを供給し、また、各増幅器や電流源の電源となる
ものである。

【００６３】差電圧検出装置１０は、抵抗２６を介装し
た負帰還ループ接続がされた加算器２７を備えている。
この加算器２７の反転入力端子にはボルテージホロワ２
８、抵抗２９を介してａ点の電圧が入力される。また、
抵抗３０を介してｃ点の電圧が入力される。また、加算
器２７の非反転入力端子にはｆ点の電圧が入力される。

【００６４】測温回路７は、反転入力端子を接地するの
に代えて負帰還接続している。

【００６５】つぎに、この実施の形態にかかるフローセ
ンサ１の動作について説明する。

【００６６】直列に接続されている抵抗２３、２４には
一定電圧Ｖが供給されて、この電圧Ｖは抵抗２３、２４
の大きさに比例した値に分圧されて、ｆ点は抵抗２３に
よる電圧降下分を電圧Ｖから引いた一定電圧に維持され
る。抵抗２３、２４の抵抗値が等しくＲ１であるとき
は、ｆ点の電圧はＶ／２になる。差動増幅器２５は第２
の測温体４を介して負帰還接続されているので、その反
転入力端子と非反転入力端子とは仮想接地される。つま
りｆ点とｂ点との電圧は等しくＶ／２になるように制御
される。

【００６７】オペアンプの入力インピーダンスは大きい
ため、ｂ点から差動増幅器２５の反転入力端子に電流は
流れない。また、ａ点からボルテージホロワ２８の非反
転入力端子へ電流は流れない。そのため、第１および第
２の測温体３、４には等しい電流が流れる。

【００６８】第１および第２の測温体３、４の抵抗値Ｒ
ｓ１、Ｒｓ２は流体の流れにより変化する。しかし、ｂ
点の電圧はＶ／２に維持されるので、ａ点の電圧はｂ点
の電圧Ｖ／２に第１の測温体３の端子間電圧を加算した
値”Ｖ／２＋Ｒｓ１×Ｉ１”となる。また、ｃ点の電圧
はｂ点の電圧Ｖ／２にＲｓ２の端子電圧を減じた値”Ｖ
／２−Ｒｓ２×Ｉ１”となる。

【００６９】差電圧検出装置１０の加算器２７は、ｆ点
の電圧Ｖ／２を基準としたａ点とｃ点の値を加算する。
これにより出力端子３１から出力される差電圧検出装置
１０の出力は、”Ｒｓ２×Ｉ１−Ｒｓ１×Ｉ１”とな
り、第１および第２の測温体３、４の各端子間電圧の差
を検出することができる。差電圧検出装置１０の出力
は、流体の流れがない場合Ｖ／２となる。また、流体の
流れがある場合、その向きと流速に応じてＶ／２からプ
ラス側またはマイナス側に振れる。

【００７０】ところで、一般にオペアンプは、その電源
電圧に近い電圧を処理することができない。例えば±１
２Ｖを電源とした場合に、約＋１１Ｖ以上の出力と約−
１２Ｖ以上の電圧を処理できない。これは、この実施の
形態のように電池を電源としている場合にも同様であ
る。電池の電圧が３．５Ｖであったとすると、約３Ｖ以
上および約０．５Ｖ以下の電圧を扱うことができない。
前記第１の実施の形態の場合、そのまま電池を電源とす
ると、図３のｃ点は０Ｖとなるため、オペアンプで構成
される比較器１２が動作できなくなる。電池を電源とし
た使用を考慮しているレイルｔｏレイルオペアンプを用
いる必要がある。しかし、このレイルｔｏレイルオペア
ンプは一般のオペアンプが使えない領域を能動的に扱え
るように補正しているものであるため、精度と安定性で
劣り、オペアンプのコストが高くなる。

【００７１】このような問題を避けるには、オペアンプ
の動作が難しい電圧範囲を扱わずに済む構成とすればよ
い。そこで、この実施の形態では、前記のように第１の
測温体３と４の接続点ｂ点を電池電圧の中心Ｖ／２に設
定している。これにより、ｃ点が０Ｖとならないように
することができる。また、ｂ点の電圧は動かないので、
ｂ点を中心に考えると、第１および第２の測温体３、４
のそれぞれの端子間電圧は正負逆方向になる。そのた
め、前記のように、差電圧検出装置１０を加算器２７を
用いて構成することができ、前記第１の実施の形態のよ
うに、複数の比較器（差動増幅器）１１、１２、１３を
用いた場合より回路を簡易なものとすることができる。
これにより、回路の安定性が向上し、コストを抑えるこ
とができ、電池などの単電源を電源として使用すること
ができる。

【００７２】この実施の形態では、電圧安定装置２１の
電圧をＶ／２としたが、ａ点、ｃ点が差動増幅器２５、
ボルテージホロワ２８の動作可能電圧内にあればＶ／２
に限るものではなく、他の電圧値を設定してもよい。

【００７３】〔発明の第３の実施の形態〕図４は、この
発明の第３の実施の形態にかかるフローセンサ１の回路
図である。以下、前記第２の実施の形態の場合と対応す
る回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【００７４】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第２の実施の形態と回路構成上相違するのは、抵抗２
３、２４を省き、差動増幅器の非反転入力端子を接地
し、これをｆ点としたこと、加算器２７の非反転入力端
子には第１の測温体３４を介して接地したこと、およ
び、電圧源２２に代えて、リチウム電池等の電池である
電圧源３２、３３を用いた正負両電源を各増幅器や電流
源の電源としたことである。

【００７５】上記の回路構成で、差動増幅器２５の入力
端子は仮想接地されるため、ｂ点とｆ点の電圧は等しく
グランド電圧となるように制御される。

【００７６】ところで、前記第１の実施の形態では、ｃ
点がグランド電圧であるため、ａ点の電圧は第１の測温
体３の端子間電圧と第２の測温体４の端子間電圧を加算
した電圧となる。つまり、ａ点の電圧は、電流Ｉ１が正
の電流の場合はプラス電源電圧に、電流Ｉ１が負の電流
の場合はマイナス電源電圧に近くなる。すると前記第２
の実施の形態で説明したように、ボルテージホロワ（オ
ペアンプ）２８の動作電圧範囲を考慮しなければならな
い。

【００７７】しかし、この実施の形態では、第１の測温
体３と４の接続点ｂ点をグランド電圧に設定している。
これにより、ａ点の電圧を第１の測温体３の端子間電圧
分だけに抑えることができる。また、電圧源３２、３３
による正負両電源を利用しているので、マイナス側電源
電圧を有効に利用し、ａ点とｃ点の電圧の大きさを抑制
することができる。

【００７８】また、ｂ点の電圧は一定なので、ｂ点を中
心に考えると、第１および第２の測温体３、４それぞれ
の端子間電圧は正負逆方向になる。このため、差電圧検
出装置１０は、加算器２７を用いて構成することがで
き、前記第１の実施の形態のように比較器（差動増幅
器）を複数用いる場合より、回路構成を簡易にし、よっ
て、回路の安定性の向上やコストの低減が可能となる。

【００７９】〔発明の第４の実施の形態〕図５は、この
発明の第４の実施の形態にかかるフローセンサ１の回路
図である。以下、前記第３の実施の形態の場合と対応す
る回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【００８０】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第３の実施の形態と回路構成上相違するのは、ボルテー
ジホロワ２８の出力端子に増幅率Ａ１の増幅器４１に接
続し、加算器２７の出力端子に増幅率Ａ２の増幅器４２
を接続し、増幅器４１、４２の出力端子に、この発明の
除算手段を実現する除算装置４３を接続して、この除算
装置４３で、”増幅器４２の出力÷増幅器４１の出力”
の演算を行ない、結果を出力端子４４から出力するよう
にしていることである。

【００８１】上記の回路構成で、第１および第２の測温
体３、４の端子間電圧を各々Ｖｒｓ１、Ｖｒｓ２とする
と、ボルテージホロワ２８の出力電圧Ｖｇは、”Ｖｇ＝
（Ｖｒｓ２−Ｖｒｓ１）”、加算器２７の出力電圧Ｖｈ
は、”Ｖｈ＝Ｖｒｓ１”となる。

【００８２】つまり、除算装置４３の出力Ｖｉは、”Ｖ
ｉ＝（Ａ２×Ｖｇ）／（Ａ１×Ｖｈ）＝Ａ２×（Ｖｒｓ
２−Ｖｒｓ１）／（Ａ１×Ｖｒｓ１）”となる。

【００８３】ところで、流体の流速がゼロの場合、”Ｖ
ｒｓ２／Ｖｒｓ１”の値は１である。そして、抵抗値Ｒ
ｓ１、Ｒｓ２のバラツキを考慮すると、この値は１．０
１、０．９８などの様々な値をとりうる。

【００８４】ここで、流体の温度変化を考える。温度が
変化すると第１および第２の測温体３、４の抵抗温度係
数にしたがった割合で電圧Ｖｒｓ１、Ｖｒｓ２の値は変
化する。しかし電圧Ｖｒｓ２とＶｒｓ１の変化の割合は
同じになるので、”Ｖｒｓ２／Ｖｒｓ１”の除算を行な
うと温度変化分は約分されて、この除算の結果に影響を
与えない。第１および第２の測温体３、４の温度係数に
バラツキがあり、わずかに違った場合でも、電圧Ｖｒｓ
１、Ｖｒｓ２の温度による変化の大きさが電圧Ｖｒｓ
１、Ｖｒｓ２の大きさに比べ小さいので影響は少ない。
抵抗温度係数が比較的大きい白金の場合でも、その抵抗
温度係数は約３０００ｐｐｍ／℃である。このように、
流体の流速がゼロの状態で、”Ｖｒｓ２／Ｖｒｓ１”の
値は流体の温度変化の影響を受けがたい。

【００８５】抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２、発熱体Ｒｈとの接地
の関係などは、フローセンサ１に固有なものとなる。つ
まり、１つのフローセンサ１の流量ゼロのときの”Ｖｒ
ｓ２／Ｖｒｓ１”の値は温度に依った変化は小さい。

【００８６】流体の流れがある場合、第１の測温体３の
抵抗値Ｒｓ１は第２の測温体４の抵抗値Ｒｓ２よりも小
さくなり、その割合は流速に対応する。つまり、”Ｖｒ
ｓ２／Ｖｒｓ１”の値は流量ゼロのときより大きくな
る。流体が逆流した場合は流量ゼロのときより小さくな
る。

【００８７】そこで、”Ｖｒｓ２／Ｖｒｓ１−１”とい
う値を求めると、流体に流れがない場合、装置個々の一
定値をとり、流体の流れがあるときは流速に従い大きな
値となる。この式を変形すると、”（Ｖｒｓ２−Ｖｒｓ
１）／Ｖｒｓ１”となる。従って、増幅器４１、４２の
増幅率Ａ１、Ａ２は定数であるので、除算装置４３の出
力は流体の流れがない場合、流体の温度に依らず略一定
値となる。また、流体に流れがあるときは流速に応じた
出力を出す。さらに、逆流の場合は逆符号の値となる。

【００８８】以上のように、除算装置４３の出力を流速
信号にすると、流体の温度に依らず流速ゼロの状態を精
度よく測定することができる。

【００８９】なお、上記の例では、差電圧検出装置１０
の出力を第１の測温体３の端子間電圧Ｖｒｓ１で除算し
たが、第２の測温体４の端子間電圧Ｖｒｓ２で除算して
もよい。

【００９０】また、除算装置４３は、例えば、所定のプ
ログラムにより動作するマイクロコンピュータで構成す
ることができる。

【００９１】〔発明の第５の実施の形態〕図６は、この
発明の第５の実施の形態にかかるフローセンサ１の回路
図である。以下、前記第４の実施の形態の場合と対応す
る回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【００９２】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第４の実施の形態と回路構成上相違するのは、除算装置
４３の出力から定数Ｅを減算して端子４６から出力す
る、この発明の減算手段を実現する減算装置４５を備え
ている点である。

【００９３】上記の回路構成で、端子４６の出力は流体
の流速がゼロのときは、略一定値となる。この値を予め
定数Ｅとして設定しておけば端子４６の出力をゼロとす
ることができる。つまり、流体の流速がゼロの状態で、
フローセンサ１の出力をゼロにすることができる。ま
た、定数Ｅの値の選択により、端子４６の出力を任意の
値にすることができる。

【００９４】なお、減算装置４３は、例えば、所定のプ
ログラムにより動作するマイクロコンピュータにより実
現することができる。

【００９５】〔発明の第６の実施の形態〕図７は、この
発明の第６の実施の形態にかかるフローセンサ１の回路
図である。以下、前記第５の実施の形態の場合と対応す
る回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【００９６】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第５の実施の形態と回路構成上相違するのは、除算装置
４３の出力端子が減算装置４５の定数部４７に接続さ
れ、所望のときに定数Ｅを除算装置４３の出力値に置き
換えることができる点である。

【００９７】上記の回路構成で、流体の流速がゼロであ
るときに、減算装置４５の定数Ｅを除算装置４５の出力
値に置き換えることで、フローセンサ１の出力をゼロに
することができる。すなわち、ゼロ出力の調整が可能と
なる。特に、フローセンサ１を製造した後、最初に流体
の流速がゼロの状態に装置をおき、定数Ｅの置き換えを
行なうことで容易にゼロ出力の調整が可能となる。ま
た、フローセンサ１の使用中においても、定期的にフロ
ーセンサ１をゼロ状態におき、定数Ｅを置き換えること
により、経時的なゼロ出力変動を修正し、正確な流速測
定を行なうことができる。

【００９８】〔発明の第７の実施の形態〕図８は、この
発明の第７の実施の形態にかかるフローセンサ１の回路
図である。以下、前記第６の実施の形態の場合と対応す
る回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【００９９】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第６の実施の形態と回路構成上相違するのは、この発明
の発熱停止装置を実現する遮断装置５１を発熱装置５に
設けた点にある。この遮断装置のスイッチングにより電
流源６が発生する電流Ｉ２を発熱体２の通電することも
抵抗５２に流すこともできる。

【０１００】上記の回路構成で、遮断装置５１により、
発熱体２への通電を停止して第１および第２の測温体
３、４の温度を流体の温度と同等にすることができる。
流体の流れがあっても第１および第２の測温体３、４と
もに流体と同じ温度であるため、第１および第２の測温
体３、４の温度に変動はない。よって、発熱体２の発熱
がない状態では、流体の流速があってもゼロでもフロー
センサ１の出力は変化しない。ここで、フローセンサ１
の出力は、流速ゼロの状態で流体の温度の影響を受けな
いのと同様に、流速ゼロの場合発熱体２の発熱温度の影
響をほとんど受けない。つまり、発熱体２が発熱しない
場合のフローセンサ１の出力と、発熱体２が発熱し流速
ゼロの場合のフローセンサ１の出力は略等しい。

【０１０１】遮断装置５１により発熱体２が発熱しない
状態にし、減算装置４５の定数Ｅの値を置き換えること
で、フローセンサ１の出力をゼロにすることができる。
このとき、流体に流れがあるかないかは関係なく、流速
ゼロのときの出力をゼロにすることができる。

【０１０２】フローセンサ１は使用中にゼロ流速状態を
作ることが困難である場合がある。例えば、家庭用ガス
メータなどの用途では、一度取り付けたらほとんど取外
し校正しなおすことはない。このような使用状態でも、
発熱体２への電流を遮断することで、流速ゼロの状態の
出力を調整することができる。

【０１０３】上記の例では、発熱体２への電流源６の経
路をスイッチングにより遮断するようにしているが、電
流源６の発生する電流値Ｉ２をゼロに調節することによ
り行なうようにしてもよい。

【０１０４】〔発明の第８の実施の形態〕図９は、この
発明の第８の実施の形態にかかるフローセンサ１の回路
図である。以下、前記第７の実施の形態の場合と対応す
る回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な説
明は省略する。

【０１０５】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第６の実施の形態と回路構成上相違するのは、温度セン
サ６１、補正装置６５を備えている点である。この温度
センサ６１は、抵抗温度係数が大きな測温抵抗体６３
と、この測温抵抗体６３に一定電流Ｉ３を流す電流源６
２と、測温回路６４とを備えている。測温抵抗体６３の
プラス端子側は測温回路６４の非反転入力端子と接続さ
れ、また、測温回路６４の反転入力端子と出力端子とは
負帰還接続されている。この発明の補正手段を実現する
補正装置６５には、減算装置４５の出力と測温回路６４
の出力が入力される。

【０１０６】ところで、前記第６、第７の実施の形態の
フローセンサ１では、流速ゼロ状態の流速出力の温度依
存は抑えられているが、流量がある場合は温度依存が生
じてしまう。つまり、流体の温度がＴ１、Ｔ２、Ｔ３の
３つの違う温度であると、図１０に示すように、回路の
出力は流体の温度により変化する。これだと、流体の温
度により違った流速値を出力してしまう。これを補正す
るためには流体の温度を測定する必要がある。

【０１０７】そこで、前記測温抵抗体６３を流体と熱的
に結合しない場所に設置する。流体と熱的に結合した場
所とは、流体の温度と測温抵抗体６３の温度に対応関係
が生じる場所である。例えば、流体中、あるいは、流体
の流路に熱伝導のよい銅、アルミニウム、鉄、ステンレ
スなどの金属を用いた流路表面である。

【０１０８】また、測温抵抗体６３は発熱体２と熱的に
結合しない場所に設置する。発熱体２と熱的に結合しな
い場所とは、発熱体２の発熱温度と測温抵抗体６３の温
度に対応関係が生じない場所である。例えば、流体もし
くは流路材料の熱伝達により発熱体２の熱が測温抵抗体
６３に伝わらないような発熱体２の遠方である。

【０１０９】上記の回路構成で、電流源６２は測温抵抗
体６３が発熱しないような電力を供給する。測温抵抗体
６３は流体と熱的に結合しているので、測温抵抗体６３
の温度は流体の温度と対応した温度になる。測温回路６
４は測温抵抗体６３の抵抗値Ｒｓ３に応じた出力を発す
る。測温抵抗体６３は大きな抵抗温度係数をもつため、
測温抵抗体６３の温度により変化する。つまり、測温回
路６４の出力は流体の温度と対応した出力となる。この
測温回路６４の出力により流体の温度を知ることができ
るので、補正装置６５は、この流体の温度信号により減
算装置４５の出力を補正し、正確な流速へ変換する。

【０１１０】具体的には、減算装置４５の出力をＶｊ、
測温回路７の出力をＶｕ１とすると、温度補正された流
速信号Ｆは、次式(１)で求めることができる。

【０１１１】

【数１】

【０１１２】なお、補正装置６５は所定のプログラムで
動作するマイクロコンピュータなどで構成することがで
きる。

【０１１３】ｎの値は、第１および第２の測温体３、
４、発熱体２の材料や設置方法、流路の形状などにより
最適な値が存在する。その値を決定するには次のように
する。まず、第１および第２の測温体３、４、発熱体２
を流路に設置し、流体の温度と流速を変化させて図１０
のようなグラフを作成できる出力Ｖｊのデータと、出力
Ｖｕ１を取得する。ｎの値を仮に１に設定し、この各測
定データに対してＦの値を計算する。計算したＦを縦軸
にとり、図１０のようなグラフを作成する。つぎに、ｎ
の値を１以外の値、例えば、２などとしてＦを計算しな
おす。そして、グラフを作成しなおす。ｎが１のときに
比べ２のときの方が温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（図１０参
照）での違いが大きくなったときは、ｎの値を２未満の
値に設定しなおし、両者の違いが小さくなったときはｎ
の値を２より大きくし、グラフを作成する。このような
作業を温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の違いが流速測定に要求さ
れる温度誤差範囲に収まるまで繰り返す。そして、この
繰返し後の最後の値を最適な値として決定し、補正装置
６５（のＲＯＭ）に予め設定しておく。

【０１１４】以上のように、流体の温度信号により減算
装置４５の出力を補正することで、正確な流速に変換す
ることができる。

【０１１５】〔発明の第９の実施の形態〕図１１は、こ
の発明の第９の実施の形態にかかるフローセンサ１の回
路図である。以下、前記第８の実施の形態の場合と対応
する回路要素などについては、同一符号を付し、詳細な
説明は省略する。

【０１１６】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第８の実施の形態と回路構成上相違するのは、温度セン
サ６１を設けず、測温回路６４の出力信号に代えて、補
正装置６５には測温回路７の出力信号を入力している点
である。

【０１１７】前記第８の実施に形態で、減算装置４５の
出力Ｖｊは流体の流速に対応した出力になる。この出力
は流体の温度により変化してしまうので温度センサ６１
を設けたが、これだと回路要素が増加して、コストを上
昇させてしまう。

【０１１８】出力Ｖｊを温度補正するためには流体の温
度の情報が必要である。発熱体２は流体と熱的に結合し
ているため、測温回路７の出力Ｖｕ２は流体の温度情報
を含んでいる。そこで、この実施の形態では、補正装置
６５において出力Ｖｊを出力Ｖｕ２で補正し、正確な流
速に変換する。

【０１１９】具体的には、次式(２)による演算で温度補
正された流速信号Ｆを得る。この式で、ｋは所定の定数
である。

【０１２０】

【数２】

【０１２１】ｋの値は、第１および第２の測温体３、
４、発熱体２の材料や設置方法、流路の形状などにより
最適な値が存在する。その値を決定するには次のように
する。まず、第１および第２の測温体３、４、発熱体２
を流路に設置し、流体の温度と流速を変化させて図１０
のようなグラフを作成できる出力Ｖｊのデータと、出力
Ｖｕ２を取得する。ｋの値を仮に１に設定し、この各測
定データに対してＦの値を計算する。計算したＦを縦軸
にとり、図１０のようなグラフを作成する。つぎに、ｋ
の値を１以外の値、例えば、２などとしてＦを計算しな
おす。そして、グラフを作成しなおす。ｋが１のときに
比べ２のときの方が温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（図１０参
照）での違いが大きくなったときは、ｋの値を２未満の
値に設定しなおし、両者の違いが小さくなったときはｋ
の値を２より大きくし、グラフを作成する。このような
作業を温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の違いが流速測定に要求さ
れる温度誤差範囲に収まるまで繰り返す。そして、この
繰返し後の最後の値を最適な値として決定し、補正装置
６５（のＲＯＭ）に予め設定しておく。

【０１２２】この実施の形態では、流体の温度を求める
ための特別の手段を設けることなく流体の流速の温度補
正を行なうことができる。

【０１２３】〔発明の第１０の実施の形態〕図１２は、
この発明の第１０の実施の形態にかかるフローセンサ１
の回路図である。以下、前記第９の実施の形態の場合と
対応する回路要素などについては、同一符号を付し、詳
細な説明は省略する。

【０１２４】この実施の形態のフローセンサ１が、前記
第９の実施の形態と回路構成上相違するのは、測温回路
７の出力信号に代えて、補正装置６５に増幅器４１の出
力信号Ｖｕ３を入力している点である。

【０１２５】そして、この実施の形態では、減算装置４
５の出力Ｖｊを増幅器４１の出力Ｖｕ３で温度補正す
る。具体的には次式(３)の演算により温度補正する。こ
の式でｍは所定の定数である。

【０１２６】

【数３】

【０１２７】ｍの値は、第１および第２の測温体３、
４、発熱体２の材料や設置方法、流路の形状などにより
最適な値が存在する。その値を決定するには次のように
する。まず、第１および第２の測温体３、４、発熱体２
を流路に設置し、流体の温度と流速を変化させて図１０
のようなグラフを作成できる出力Ｖｊのデータと、出力
Ｖｕ３を取得する。ｍの値を仮に１に設定し、この各測
定データ対してＦの値を計算する。計算したＦを縦軸に
とり、図１０のようなグラフを作成する。つぎに、ｍの
値を１以外の値、例えば、２などとしてＦを計算しなお
す。そして、グラフを作成しなおす。ｍが１のときに比
べ２のときの方が温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３（図１０参照）
での違いが大きくなったときは、ｍの値を２未満の値に
設定しなおし、両者の違いが小さくなったときはｍの値
を２より大きくし、グラフを作成する。このような作業
を温度Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の違いが流速測定に要求される
温度誤差範囲に収まるまで繰り返す。そして、この繰返
し後の最後の値を最適な値として決定し、補正装置６５
（のＲＯＭ）に予め設定しておく。

【０１２８】出力Ｖｊは第１および第２の測温体３、４
の温度を反映して出力される。前記第９の実施の形態で
は、出力Ｖｊの他に発熱体２の温度を反映させて減算装
置４５の出力の温度補正を行なうものである。これに対
し、この実施の形態では、第１および第２の測温体３、
４の温度の情報のみから温度補正を行なうため、測定の
誤差の影響を低減した流速測定を行なうことができる。

【０１２９】なお、上記の説明では、第１の測温体３の
端子間電圧を用いてＦを求め、温度補正を行なったが、
第２の測温体４の端子間電圧を用いてＦを求めるように
しても同様の結果を得ることができる。

【０１３０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明は、流体の流路に
配置されて発熱する発熱体と、この発熱体より前記流路
の上流側に配置される第１の測温抵抗体と、前記発熱体
より前記流路の下流側に配置され前記第１の測温抵抗体
と直列に接続されている第２の測温抵抗体と、直列に接
続された前記第１および第２の測温抵抗体に一定電流を
供給する電流源と、前記第１の測温抵抗体の端子間電圧
と前記第２の測温抵抗体の端子間電圧との差分を検出す
る差電圧検出装置とを備えていることを特徴とするもの
であるため、従来のブリッジ回路に代えて、直列に接続
され一定電流が通電される第１及び第２の測温抵抗体を
用いて、第１及び第２の測温抵抗体のバラツキが従来よ
り大きくても使用することができる。また、第１及び第
２の測温抵抗体を直列に接続して同じ電流を流すので、
両端子間電圧の差分の検出に与える電流源の出力変動の
影響を低減できる。さらに、比較的回路構成を簡易でき
るので、回路の安定性を向上させることができる。ま
た、除算手段の出力から所定の定数を減算する減算手段
を備えていることを特徴とするものであるため、流体の
流量ゼロのときのセンサ出力を任意に設定することがで
きるので、他の装置との整合をとることが容易になる。
さらに、発熱体は、電力の供給を受けて発熱するもので
あり、前記発熱体の端子間の電圧を検出する電圧センサ
と、前記電圧センサの検出信号に基づいて減算手段の出
力を補正する補正手段とを備えていることを特徴とする
ものであるため、発熱体の端子間電圧を検出することに
より、別に流体の温度を検出せずに、減算後の出力を補
正することができるので、流体の温度による影響を更正
してセンサ出力の精度を向上させることができ、しか
も、回路構成を簡易なものとすることができる。

【０１３１】

【０１３２】

【０１３３】

【０１３４】

【０１３５】

【０１３６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、減算手段は、流体の流れがないときの
除算手段の出力と等しい値を所定の定数として減算を行
なうものであることを特徴とするものであるため、セン
サ出力をゼロにすることができるので、ゼロ出力を調整
するのが容易になる。

【０１３７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、発熱体の発熱を停止する発熱停止装置
を備え、減算手段は、前記発熱体の発熱がないときの除
算手段の出力と等しい値を所定の定数として減算を行な
うものであることを特徴とするものであるため、発熱体
の発熱を停止し、センサ出力をゼロにすることができる
ので、流体の流速をゼロにしなくてもゼロ出力の調整が
行なえる。

【０１３８】

【０１３９】

【０１４０】請求項１１に記載の発明は、請求項６、
７、８のいずれかに記載の発明において、第１および第
２の測温抵抗体のうち少なくとも一方の端子間電圧に基
づいて減算手段の出力を補正する補正手段とを備えてい
ることを特徴とするものであるため、第１および第２の
測温抵抗体の端子間電圧には流体の温度変動の情報を含
んでいるので、この信号に基づいて減算後の出力を補正
することができるので、流体の温度による影響を更正し
てセンサ出力の精度を向上させることができ、しかも、
回路構成を簡易なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図２】前記フローセンサの動作を説明するグラフであ
る。

【図３】この発明の第２の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図４】この発明の第３の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図５】この発明の第４の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図６】この発明の第５の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図７】この発明の第６の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図８】この発明の第７の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図９】この発明の第８の実施の形態にかかるフローセ
ンサの回路図である。

【図１０】前記フローセンサの動作を説明するグラフで
ある。

【図１１】この発明の第９の実施の形態にかかるフロー
センサの回路図である。

【図１２】この発明の第１０の実施の形態にかかるフロ
ーセンサの回路図である。

【符号の説明】

１ フローセンサ ２ 発熱体 ３ 第１の測温体 ４ 第２の測温体 ９ 定電流源 １０ 差電圧検出装置 ２１ 電圧安定装置 ２７ 加算器 ４３ 除算手段 ４５ 減算手段 ５１ 発熱停止手段 ６１ 温度センサ ６５ 補正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−81516（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−150817（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−280617（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−227016（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−140613（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−64080（ＪＰ，Ｂ２) 特表 平８−509066（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01F 1/00 - 9/02,15/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流路に配置され電力の供給を受け
   て発熱する発熱体と、 この発熱体より前記流路の上流側に配置される第１の測
   温抵抗体と、 前記発熱体より前記流路の下流側に配置され前記第１の
   測温抵抗体と直列に接続されている第２の測温抵抗体
   と、 直列に接続された前記第１および第２の測温抵抗体に一
   定電流を供給する電流源と、 前記第１の測温抵抗体の端子間電圧と前記第２の測温抵
   抗体の端子間電圧との差分を検出する差電圧検出装置
   と、前記差電圧検出装置の出力を前記第１または第２の測温
   抵抗体の端子間電圧で除算する除算手段と、 前記除算手段の出力から所定の定数を減算する減算手段
   と、 前記発熱体の端子間の電圧を検出する電圧センサと、 前記電圧センサの検出信号に基づいて前記減算手段の出
   力を補正する補正手段と、 を備えていることを特徴とするフローセンサ。
2. 【請求項２】 減算手段は、流体の流れがないときの除
   算手段の出力と等しい値を所定の定数として減算を行な
   うものであること、を特徴とする請求項１に記載のフロ
   ーセンサ。
3. 【請求項３】 発熱体の発熱を停止する発熱停止装置を
   備え、 減算手段は、前記発熱体の発熱がないときの除算手段の
   出力と等しい値を所定の定数として減算を行なうもので
   あること、 を特徴とする請求項１に記載のフローセン
   サ。