JP3706283B2 - フローセンサ回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒータ駆動回路でフローセンサのヒータを駆動したときに、フローセンサから出力されるセンサ出力値の外部温度（以下、周囲温度と称する。）による変動を精度良く補正することができるフローセンサ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より流量計としては、例えばマイクロフローセンサが用いられており、このマイクロフローセンサは、シリコンの基板台上にヒータ抵抗とこのヒータ抵抗の両側に配置された周囲温度測定用の測温エレメントを有し、ヒータ抵抗から発生する熱の温度分布変化を測温エレメントによって検出することにより、ガス等の流量を測定している。
【０００３】
また、その他の流量計として熱線式フローセンサが用いられており、この熱線式フローセンサは、温度係数の大きなヒータ線を流路中に配し、そのヒータ線から奪われる熱量を検出することによりガス等の流量を測定している。
【０００４】
これらのフローセンサに有するヒータは、図５に示すようなヒータ駆動回路によって駆動される。このヒータ駆動回路は、オペアンプＯＰ１と、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と大地との間に接続される測温抵抗ＲRと、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とトランジスタＱ１のコレクタとの間に接続される固定抵抗Ｒ2と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と大地との間に接続されるヒータ抵抗ＲHと、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子とトランジスタＱ１のコレクタとの間に接続される固定抵抗Ｒ1と、オペアンプＯＰ１の出力端子とトランジスタＱ１のベースとの間に接続される固定抵抗Ｒ3とを備えて構成される。固定抵抗Ｒ1、固定抵抗Ｒ2、測温抵抗ＲR、及びヒータ抵抗ＲHによりブリッジ回路を構成している。
【０００５】
このヒータ駆動回路は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子−非反転入力端子間（Ａ−Ｂ間）の電位差に基づき電流負帰還をかけることにより、ヒータ抵抗ＲRの抵抗値を一定値に保つように動作する。
【０００６】
ここで、各抵抗値の関係式は、次式で表される。
【０００７】
ＲH・Ｒ2＝ＲR・Ｒ1
すなわち、ヒータ抵抗ＲRが正の温度係数を持つ場合に、ヒータ温度が低くヒータ抵抗ＲRが小さいときには、ヒータ抵抗ＲRの電位差は小さくなる。このため、オペアンプＯＰ１の出力は、マイナス方向に振れて、トランジスタＱ１のベース電流が大となり、これによってコレクタ電流が大きくなる。
【０００８】
その結果、ブリッジ回路に流れる電流が大きくなり、ヒータ抵抗ＲHが温まって温度が上昇するからヒータ抵抗ＲHが大きくなる。このため、ヒータ抵抗ＲHの抵抗値が一定値になる。なお、ヒータ温度が高すぎる場合には、ヒータ温度が低い場合の制御と逆の制御を行うことになる。
【０００９】
また、従来のヒータ駆動回路としては、例えば、特開平４−３４３１５号公報に記載された流量計のヒータ制御装置が知られている。この流量計のヒータ制御装置の回路構成を図６に示す。図６において、オペアンプ１０１の反転入力端子（−）と大地との間には測温抵抗１０３が接続され、オペアンプ１０１の反転入力端子とトランジスタ１１１のエミッタとの間には固定抵抗１０５が接続されている。オペアンプ１０１の非反転入力端子（＋）と大地との間には固定抵抗１０７が接続され、オペアンプ１０１の出力は、固定抵抗１０９を介してトランジスタ１１１のベースに接続されている。
【００１０】
トランジスタ１１１のコレクタと大地との間にはヒータ抵抗１１３が接続され、トランジスタ１１１のコレクタとオペアンプ１０１の非反転入力端子との間には固定抵抗１１５が接続されている。
【００１１】
なお、オペアンプ１０１，固定抵抗１０７，固定抵抗１０９及び固定抵抗１１５により増幅回路を構成しており、トランジスタ１１１は、ヒータ抵抗１１３に流れる電流を増幅する。
【００１２】
以上の構成において、固定抵抗１０５の抵抗値を測温抵抗１０３の抵抗値よりも十分に大きくとると、測温抵抗１０３に流れる電流は、測温抵抗１０３の抵抗値が変化しても一定となる。
【００１３】
また、測温抵抗１０３の温度係数とヒータ抵抗１１３の温度係数とは同一とし、周囲温度が変化すると、ヒータ抵抗１１３に印加する電圧を変化させるので、ヒータ抵抗１１３の発熱量（発熱温度−周囲温度）が一定値となる。このため、フローセンサからのセンサ出力値が一定に保たれるようになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す従来のヒータ駆動回路や、図６に示すヒータ制御装置は、マイクロヒータの駆動だけでセンサ出力値の温度補正を行っているため、フローセンサに設けられたセンサ出力側である測温エレメント（測温抵抗）の温度補正を行っていない。
【００１５】
このため、センサ出力側の温度特性や増幅回路の温度特性の影響がガス等の流体の低流量時に目立つ。すなわち、低流量時に、フローセンサからのセンサ出力の温度に対する変動が大きかった。
【００１６】
また、ヒータ抵抗、トランジスタＱ１等の電子部品のぱらつきがそのままセンサ出力値に影響するという問題があった。さらに、図６に示すヒータ制御装置にあっては、測温抵抗の温度係数とヒータ抵抗の温度係数とを同じにしなければならなかった。
【００１７】
本発明は、フローセンサから出力されるセンサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができるフローセンサ回路を提供することを課題とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために以下の構成とした。請求項１の発明のフローセンサ回路は、ヒータ抵抗を駆動して該ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御するヒータ駆動回路と、前記ヒータ抵抗とヒータ抵抗の近傍に配置された温度測定用の測温素子とを有し、前記ヒータ抵抗の加熱による流体の温度変化を前記測温素子により検出してセンサ出力値を出力するフローセンサと、このフローセンサからのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度での前記センサ出力値と基準温度での前記センサ出力値とを関連付け且つ前記各周囲温度の関数で表されるための関係式を算出する関係式算出部と、この関係式算出部で算出された関係式を用いて、前記各周囲温度での前記センサ出力値を温度補正する温度補正部とを備え、前記ヒータ駆動回路は、前記ヒータ抵抗と周囲温度測定用の測温抵抗と第１の抵抗と第２の抵抗とが閉ループ状に接続されて構成され、隣接する抵抗同士が接続された第１乃至第４の接続端子の内の第１の接続端子に電源が供給され第２の接続端子が接地されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の第３の接続端子の電圧と第４の接続端子の電圧との電位差を増幅する差動増幅器と、この差動増幅器で増幅された電位差を零とするように前記電源から前記ブリッジ回路への電流を制御して前記ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御する電流制御部とを有し、前記電流制御部は、第１電極が前記電源に接続され第１制御電極にパルス信号が入力される第１トランジスタと、この第１トランジスタの第２電極に第３電極が接続され第４電極が前記第１の接続端子に接続され第２制御電極が前記差動増幅器の出力に接続された第２トランジスタとを有することを特徴とする。請求項１の発明によれば、フローセンサのヒータ抵抗を駆動して該ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御し、フローセンサにおいて、ヒータ抵抗の加熱による流体の温度変化を測温素子により検出してセンサ出力値を出力し、フローセンサからのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付け且つ各周囲温度の関数で表されるための関係式を算出し、算出された関係式を用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を温度補正する。すなわち、関係式は、各周囲温度の関数で表され、流体の流量が変化しても変わらない。このため、算出された関係式を用いることで、フローセンサから出力されるセンサ出力値の周囲温度（外部温度）による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。また、電流制御部の第１トランジスタにパルス信号が入力されることにより、第１トランジスタ及び第２トランジスタがオン／オフしてヒータ抵抗がパルス駆動されて、ヒータが加熱されると、差動増幅回路がブリッジ回路の第３の接続端子の電圧と第４の接続端子の電圧との電位差を増幅し、電流制御部は、差動増幅器で増幅された電位差を零とするように電源からブリッジ回路への電流を制御してヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御する。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１記載のフローセンサ回路において、前記関係式算出部は、前記各周囲温度での前記センサ出力値と前記各周囲温度での前記流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、前記基準温度での前記センサ出力値と前記基準温度での前記流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、を関連付ける関係式を算出することを特徴とする。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載のフローセンサ回路において、前記各周囲温度を検出し、検出結果を前記各周囲温度値として出力する周囲温度検出部を備え、前記温度補正部は、前記関係式算出部で算出された前記関係式と各周囲温度値とを用いて、前記各周囲温度での前記センサ出力値を前記基準温度でのセンサ出力値に換算することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフローセンサの温度補正方法及びフローセンサ回路の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は実施の形態のフローセンサ回路の構成ブロック図である。図２は実施の形態のフローセンサ回路に設けられたヒータ駆動回路を示す回路構成図である。図３は実施の形態のフローセンサ回路に設けられたフローセンサの詳細図である。
【００３０】
図１に示すフローセンサ回路は、ヒータ駆動回路１１、フローセンサ１３、アンプ１５ａ，１５ｂ、差動アンプ１５ｃ、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａ、演算器１９、温度モニタ１８、第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂを有して構成される。
【００３１】
ヒータ駆動回路１１は、フローセンサ１３に配置されたヒータ抵抗Ｒｈを駆動して該ヒータ抵抗Ｒｈの発熱温度を一定値に制御するもので、その詳細は後述する。
【００３２】
フローセンサ１３は、ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ抵抗Ｒｈの近傍に配置された温度測定用の測温素子としての下流側サーモパイル５５及び上流側サーモパイル５８とを有し、ヒータ抵抗Ｒｈの加熱によるガス等の流体の温度変化を下流側サーモパイル５５及び上流側サーモパイル５８により検出し、第１及び第２温度検出信号を出力するもので、その詳細は後述する。
【００３３】
アンプ１５ａは、フローセンサ１３の上流側サーモパイル５８からの第１温度検出信号を所定のレベル値まで増幅し、アンプ１５ｂは、フローセンサ１３の下流側サーモパイル５５からの第２温度検出信号を所定のレベル値まで増幅する。差動アンプ１５ｃは、アンプ１５ａからの第１温度検出信号とアンプ１５ｂからの第２温度検出信号との差を増幅して得られた差値をセンサ出力値として第１のＡ／Ｄ変換器１７ａに出力する。第１のＡ／Ｄ変換器１７ａは、差動アンプ１５ｃからのセンサ出力値をデジタル値としてのセンサＡ／Ｄ出力値に変換する。
【００３４】
温度モニタ１８は、フローセンサ１３に白金等で構成された測温抵抗体等の温度センサを有し、測温抵抗体に定電流または定電圧で駆動して、測温対抗体により周囲温度を検出して検出結果として周囲温度値を第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂに出力する。第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂは、温度モニタ１８で検出された周囲温度値をデジタル値に変換し、変換されたデジタル値を温度モニタ出力値として演算器１９に出力する。
【００３５】
演算器１９は、例えば、マイクロコンピュータ等からなり、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａからのセンサＡ／Ｄ出力値と予め定められた流量算出式とに基づいて流体の流量を算出する。
【００３６】
また、演算器１９は、関係式算出部２０、温度補正部２１を有している。関係式算出部２０は、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａからのセンサＡ／Ｄ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値と基準温度（例えば２５℃）でのセンサＡ／Ｄ出力値とを関連付ける関係式（例えば一次式）を算出する。この関係式は周囲温度、すなわち、温度モニタ出力値の関数で表されるようになっている。温度補正部２１は、関係式算出部２０で算出された関係式と第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂからの温度モニタ出力値とを用いて、各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値を温度補正する。
【００３７】
また、図２に示すヒータ駆動回路１１において、トランジスタＴｒ１のエミッタは電源Ｖｃｃの正極に接続され、トランジスタＴｒ１のベースは固定抵抗Ｒ１に接続され、トランジスタＴｒ１のコレクタはトランジスタＴｒ２のエミッタに接続されている。トランジスタＴｒ２のベースは固定抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰ１の出力端子に接続され、トランジスタＴｒ２のコレクタは固定抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１のエミッタに接続されている。
【００３８】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は固定抵抗Ｒ４を介して接地され、また、非反転入力端子は可変抵抗ＶＲ１を介してトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。オペアンプＯＰ１の反転入力端子は、固定抵抗Ｒ５を介して接地され、また、反転入力端子はヒータ抵抗Ｒｈを介してトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。
【００３９】
固定抵抗Ｒ１は、例えば２ＫΩであり、固定抵抗Ｒ２は、例えば２５ＫΩであり、固定抵抗Ｒ３は、例えば１０ＫΩであり、固定抵抗Ｒ４は、例えば２００Ωであり、可変抵抗ＶＲ１は例えば２０ＫΩである。
【００４０】
固定抵抗Ｒ４、固定抵抗Ｒ５、可変抵抗ＶＲ１、及びヒータ抵抗Ｒｈによりブリッジ回路を構成している。ヒータ抵抗Ｒｈは、フローセンサ１３上に配置された白金抵抗体であり、温度の変化により抵抗値が変化する。
【００４１】
また、オペアンプＯＰ１は、差動増幅器を構成し、ブリッジ回路における固定抵抗Ｒ４の端子電圧と固定抵抗Ｒ５の端子電圧との電位差を増幅する。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、電流制御部を構成し、オペアンプＯＰ１で増幅された電位差を零とするように電源Ｖｃｃからブリッジ回路への電流を制御してヒータ抵抗Ｒｈの発熱温度を一定値に制御するようになっている。
【００４２】
また、固定抵抗Ｒ１は端子ａに接続され、この端子ａと端子ｂとの間にパルス信号が入力され、このパルス信号によりトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を動作させて、ヒータ抵抗Ｒｈをパルス駆動するようになっている。
【００４３】
フローセンサ１３は、図３に示すように、Ｓｉ基板５２、このＳｉ基板５２の表面に形成されたダイアフラム５３、このダイアフラム５３上に形成された白金等からなるヒータ抵抗Ｒｈ（マイクロヒータ）、ヒータ抵抗Ｒｈに対して下流側でダイアフラム５３上に形成された下流側サーモパイル５５、ヒータ抵抗Ｒｈに電源から駆動電流を供給する電極としての金属膜５６Ａ，５６Ｂ、ヒータ抵抗Ｒｈに対して上流側でダイアフラム５３上に形成された上流側サーモパイル５８、上流側サーモパイル５８から出力される第１温度検出信号を出力する電極としての金属膜５９Ａ，５９Ｂ、下流側サーモパイル５５から出力される第２温度検出信号を出力する電極からなる金属膜５７Ａ，５７Ｂを備えて構成される。
【００４４】
上流側サーモパイル５８、下流側サーモパイル５５は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ++−Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点と温接点とを有し、熱を検出し、冷接点と温接点との温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。
【００４５】
次にこのように構成された実施の形態のフローセンサ回路の動作、すなわち、フローセンサの温度補正方法を図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４６】
まず、図２に示すヒータ駆動回路１１において、端子ａ，ｂ間にパルス信号を入力することにより、ヒータ抵抗Ｒｈを駆動してヒータ抵抗Ｒｈの発熱温度を一定値に制御する（ステップＳ１１）。
【００４７】
このヒータ駆動回路１１の動作を図２を参照して詳細に説明する。まず、端子ａ，ｂ間にパルス信号として‘Ｌ’レベルが入力されると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオンするため、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介して電源Ｖｃｃからブリッジ回路に電流が流れる。これにより、ヒータ抵抗Ｒｈが加熱される。また、パルス信号として‘Ｈ’レベルが入力されると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオフするため、ブリッジ回路への電流供給が停止され、ヒータ抵抗Ｒｈへの加熱が停止される。すなわち、ヒータ抵抗Ｒｈがパルス信号によりパルス駆動されて加熱されることになる。
【００４８】
また、このとき、ヒータ駆動回路１１は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子−非反転入力端子間の電位差に基づき、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介してオペアンプＯＰ１により電流負帰還をかけることにより、ヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値を一定値に保つように動作する。
【００４９】
ここで、各抵抗値の関係式は、次式で表される。
【００５０】
Ｒｈ・Ｒ４＝Ｒ５・ＶＲ１
すなわち、周囲温度が変化してもヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値が一定値になるようにヒータ抵抗Ｒｈに電圧を印加する。白金の抵抗値は以下の式で表される。
【００５１】
Ｒ＝Ｒ0（１＋αＴ）
ここで、Ｒは白金の抵抗値であり、Ｒ0は白金の温度ゼロ℃での基準抵抗値であり、αは抵抗温度係数であり、Ｔは温度である。この式から、白金の抵抗値が一定であれば、周囲温度に関係なく発熱温度は一定である。
【００５２】
例えば、ヒータ抵抗Ｒｈが正の温度係数を持つ場合に、ヒータ温度が低くヒータ抵抗Ｒｈが小さいときには、ヒータ抵抗Ｒｈの電位差は小さくなる。このため、オペアンプＯＰ１の出力は、マイナス方向に振れて、トランジスタＴｒ２のベース電流が大となり、これによってコレクタ電流が大きくなる。
【００５３】
その結果、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介して電源Ｖｃｃからブリッジ回路に流れる電流が大きくなり、ヒータ抵抗Ｒｈが温まって温度が上昇するからヒータ抵抗Ｒｈが大きくなる。このため、ヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値が一定値になる。なお、ヒータ温度が高すぎる場合には、ヒータ温度が低い場合の制御と逆の制御を行うことで、ヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値が一定値になるので、ヒータの発熱温度を一定値に制御することができる。
【００５４】
次に、ヒータ抵抗Ｒｈの加熱によるガス等の流体の温度変化を２つのサーモパイルにより検出してセンサ出力値を出力する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３では、ヒータ抵抗Ｒｈが加熱を開始すると、ヒータ抵抗Ｒｈから発生した熱は、流体を媒体として、下流側サーモパイル５５と上流側サーモパイル５８のそれぞれの温接点に伝達される。
【００５５】
そして、それぞれのサーモパイルは、温接点と冷接点の温度差より熱起電力を発生し、上流側サーモパイル５８から第１温度検出信号をアンプ１５ａに出力し、下流側サーモパイル５５から第２温度検出信号をアンプ１５ｂに出力する。
【００５６】
差動アンプ１５ｃは、上流側サーモパイル５８からの第１温度検出信号と下流側サーモパイル５５からの第２温度検出信号との差を増幅し、増幅された差値をセンサ出力値として第１のＡ／Ｄ変換器１７ａに出力し、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａは、差動アンプ１５ｃからのセンサ出力値をセンサＡ／Ｄ出力値に変換して演算器１９に出力する。
【００５７】
次に、関係式算出部２０は、フローセンサ１３からのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付ける関係式を算出する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５では、関係式算出部２０が各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値と各周囲温度での流体の流量が零におけるセンサＡ／Ｄ出力値との差分値と、基準温度でのセンサＡ／Ｄ出力値と基準温度での流体の流量が零におけるセンサＡ／Ｄ出力値との差分値と、を関連付ける関係式（１）を算出する。
【００５８】
（ＱX−Ｑ0）／（Ｑ25X−Ｑ250）＝ＡＸ＋Ｂ・・・・（１）
ここで、ＱXは各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値、Ｑ0は各周囲温度での流量が零である時のセンサＡ／Ｄ出力値である。Ｑ25Xは温度２５℃でのセンサＡ／Ｄ出力値、Ｑ250は各周囲温度での流量が零である時のセンサＡ／Ｄ出力値である。Ａ，Ｂは一次式であるＡＸ＋Ｂの定数である。Ｘは温度モニタ出力値である。
【００５９】
すなわち、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付ける関係式は、一次式で表され、この一次式が温度モニタ出力値Ｘの一次関数となっている。これは、ヒータ駆動回路１１により、周囲温度が変化しても、ヒータの発熱温度が一定値になるため、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とは、流量が違っても同じ関係式（一次式）で表すことができるためである。
【００６０】
なお、従来の図６に示すヒータ駆動回路は、ヒータの発熱量（発熱温度−周囲温度）が一定になるように制御する回路であり、このヒータ駆動回路では、周囲温度が変化すると、ヒータの発熱温度も変化するため、実施の形態のフローセンサ回路のセンサ出力と、２５℃でのセンサ出力は流量が違っても同じ関係式で表すことができない。
【００６１】
さらに、温度補正部２１は、関係式算出部２０で算出された関係式を用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を基準温度でのセンサ出力値に換算する（ステップＳ１７）。このステップＳ１７では、温度補正部２１が、関係式算出部２０で算出された式（１）を変形して、式（２）を算出する。
【００６２】
Ｑ25＝（ＱX−Ｑ0）／（ＡＸ＋Ｂ）＋Ｑ250・・・・（２）
ここで、Ｑ25は温度２５℃に換算したときの各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値である。
【００６３】
式（２）のＸに、温度モニタ出力値を代入すると、各周囲温度でのセンサ出力値が、温度２５℃でのセンサＡ／Ｄ出力値に換算される。すなわち、関係式は、流体の流量の関数でないため、流体の流量が変化しても変わらない。関係式は、温度モニタ出力値の関数であるため、関係式と温度モニタ出力値とを用いることで、各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値が、温度２５℃でのセンサＡ／Ｄ出力値に換算される。従って、フローセンサ１３から出力されるセンサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。
【００６４】
また、演算器１９は、換算された各周囲温度でのセンサ出力値と予め定められた流量算出式とに基づいて各周囲温度でのガス等の流体の流量を算出するので、流体の流量を精度良く算出することができる。
【００６５】
また、実施の形態のフローセンサの温度補正方法によれば、固定抵抗Ｒ４，Ｒ５、ヒータ抵抗Ｒｈ、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、オペアンプＯＰ１等の電子部品にばらつきがあっても、温度モニタ出力値の関数である関係式を用いてセンサ出力値を算出するため、電子部品のばらつきがセンサ出力値に影響しなくなる。さらに、温度モニタ出力値などの定数が、外部から入力できるため、温度補正の調整に時間がかからなくなる。
【００６６】
なお、本発明は、前述した実施の形態のフローセンサの温度補正方法及びフローセンサ回路に限定されるものではない。実施の形態では、基準温度を２５℃としたが、基準温度は例えば、２０℃としても良く、あるいは２０℃周辺の温度であれば、その他の温度であってもよい。
【００６７】
また、実施の形態では、各周囲温度でのセンサ出力値と２５℃でのセンサ出力値とが一次式で表されたが、他の関数、例えば、これらのセンサ出力値の相関関係は、二次式、あるいは三次式等の関係式で表されてもよい。要は、その関係式が流体の流量の変化に対して不変であり、周囲温度の関数であれば良い。このほか、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、フローセンサのヒータ抵抗を駆動して該ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御し、フローセンサにおいて、ヒータ抵抗の加熱による流体の温度変化を測温素子により検出してセンサ出力値を出力し、フローセンサからのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付け且つ各周囲温度の関数で表されるための関係式を算出し、算出された関係式を用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を温度補正する。すなわち、関係式は、各周囲温度の関数で表され、流体の流量が変化しても変わらない。このため、算出された関係式を用いることで、フローセンサから出力されるセンサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。また、電流制御部の第１トランジスタにパルス信号が入力されることにより、第１トランジスタ及び第２トランジスタがオン／オフしてヒータ抵抗がパルス駆動されて、ヒータが加熱されると、差動増幅回路がブリッジ回路の第３の接続端子の電圧と第４の接続端子の電圧との電位差を増幅し、電流制御部は、差動増幅器で増幅された電位差を零とするように電源からブリッジ回路への電流を制御してヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御する。
【００６９】
請求項２の発明によれば、各周囲温度でのセンサ出力値と各周囲温度での流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、基準温度でのセンサ出力値と基準温度での流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、を関連付ける関係式を算出し、該関係式を用いることで、センサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。
【００７０】
請求項３の発明によれば、各周囲温度を検出し、検出結果を各周囲温度値として出力し、算出された関係式と各周囲温度値とを用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を基準温度でのセンサ出力値に換算することにより、センサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のフローセンサ回路の構成ブロック図である。
【図２】実施の形態のフローセンサ回路に設けられたヒータ駆動回路を示す回路構成図である。
【図３】実施の形態のフローセンサ回路に設けられたフローセンサの詳細図である。
【図４】実施の形態のフローセンサ回路により実現されるフローセンサの温度補正方法を示すフローチャートである。
【図５】従来のヒータ駆動回路の一例を示す回路図である。
【図６】従来の流量計のヒータ制御装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１１ ヒータ駆動回路
１３ フローセンサ
１５ａ，１５ｂ アンプ
１５ｃ 差動アンプ
１７ａ 第１のＡ／Ｄ変換器
１７ｂ 第２のＡ／Ｄ変換器
１８ 温度モニタ
１９ 演算器
２０ 関係式算出部
２１ 温度補正部
Ｒｈ ヒータ抵抗
ＯＰ１ オペアンプ
Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ
ＶＲ１ 可変抵抗
Ｒ１〜Ｒ５ 固定抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヒータ駆動回路でフローセンサのヒータを駆動したときに、フローセンサから出力されるセンサ出力値の外部温度（以下、周囲温度と称する。）による変動を精度良く補正することができるフローセンサ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より流量計としては、例えばマイクロフローセンサが用いられており、このマイクロフローセンサは、シリコンの基板台上にヒータ抵抗とこのヒータ抵抗の両側に配置された周囲温度測定用の測温エレメントを有し、ヒータ抵抗から発生する熱の温度分布変化を測温エレメントによって検出することにより、ガス等の流量を測定している。
【０００３】
また、その他の流量計として熱線式フローセンサが用いられており、この熱線式フローセンサは、温度係数の大きなヒータ線を流路中に配し、そのヒータ線から奪われる熱量を検出することによりガス等の流量を測定している。
【０００４】
これらのフローセンサに有するヒータは、図５に示すようなヒータ駆動回路によって駆動される。このヒータ駆動回路は、オペアンプＯＰ１と、ＰＮＰ型のトランジスタＱ１と、オペアンプＯＰ１の反転入力端子と大地との間に接続される測温抵抗ＲRと、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とトランジスタＱ１のコレクタとの間に接続される固定抵抗Ｒ2と、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子と大地との間に接続されるヒータ抵抗ＲHと、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子とトランジスタＱ１のコレクタとの間に接続される固定抵抗Ｒ1と、オペアンプＯＰ１の出力端子とトランジスタＱ１のベースとの間に接続される固定抵抗Ｒ3とを備えて構成される。固定抵抗Ｒ1、固定抵抗Ｒ2、測温抵抗ＲR、及びヒータ抵抗ＲHによりブリッジ回路を構成している。
【０００５】
このヒータ駆動回路は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子−非反転入力端子間（Ａ−Ｂ間）の電位差に基づき電流負帰還をかけることにより、ヒータ抵抗ＲRの抵抗値を一定値に保つように動作する。
【０００６】
ここで、各抵抗値の関係式は、次式で表される。
【０００７】
ＲH・Ｒ2＝ＲR・Ｒ1
すなわち、ヒータ抵抗ＲRが正の温度係数を持つ場合に、ヒータ温度が低くヒータ抵抗ＲRが小さいときには、ヒータ抵抗ＲRの電位差は小さくなる。このため、オペアンプＯＰ１の出力は、マイナス方向に振れて、トランジスタＱ１のベース電流が大となり、これによってコレクタ電流が大きくなる。
【０００８】
その結果、ブリッジ回路に流れる電流が大きくなり、ヒータ抵抗ＲHが温まって温度が上昇するからヒータ抵抗ＲHが大きくなる。このため、ヒータ抵抗ＲHの抵抗値が一定値になる。なお、ヒータ温度が高すぎる場合には、ヒータ温度が低い場合の制御と逆の制御を行うことになる。
【０００９】
また、従来のヒータ駆動回路としては、例えば、特開平４−３４３１５号公報に記載された流量計のヒータ制御装置が知られている。この流量計のヒータ制御装置の回路構成を図６に示す。図６において、オペアンプ１０１の反転入力端子（−）と大地との間には測温抵抗１０３が接続され、オペアンプ１０１の反転入力端子とトランジスタ１１１のエミッタとの間には固定抵抗１０５が接続されている。オペアンプ１０１の非反転入力端子（＋）と大地との間には固定抵抗１０７が接続され、オペアンプ１０１の出力は、固定抵抗１０９を介してトランジスタ１１１のベースに接続されている。
【００１０】
トランジスタ１１１のコレクタと大地との間にはヒータ抵抗１１３が接続され、トランジスタ１１１のコレクタとオペアンプ１０１の非反転入力端子との間には固定抵抗１１５が接続されている。
【００１１】
なお、オペアンプ１０１，固定抵抗１０７，固定抵抗１０９及び固定抵抗１１５により増幅回路を構成しており、トランジスタ１１１は、ヒータ抵抗１１３に流れる電流を増幅する。
【００１２】
以上の構成において、固定抵抗１０５の抵抗値を測温抵抗１０３の抵抗値よりも十分に大きくとると、測温抵抗１０３に流れる電流は、測温抵抗１０３の抵抗値が変化しても一定となる。
【００１３】
また、測温抵抗１０３の温度係数とヒータ抵抗１１３の温度係数とは同一とし、周囲温度が変化すると、ヒータ抵抗１１３に印加する電圧を変化させるので、ヒータ抵抗１１３の発熱量（発熱温度−周囲温度）が一定値となる。このため、フローセンサからのセンサ出力値が一定に保たれるようになる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す従来のヒータ駆動回路や、図６に示すヒータ制御装置は、マイクロヒータの駆動だけでセンサ出力値の温度補正を行っているため、フローセンサに設けられたセンサ出力側である測温エレメント（測温抵抗）の温度補正を行っていない。
【００１５】
このため、センサ出力側の温度特性や増幅回路の温度特性の影響がガス等の流体の低流量時に目立つ。すなわち、低流量時に、フローセンサからのセンサ出力の温度に対する変動が大きかった。
【００１６】
また、ヒータ抵抗、トランジスタＱ１等の電子部品のぱらつきがそのままセンサ出力値に影響するという問題があった。さらに、図６に示すヒータ制御装置にあっては、測温抵抗の温度係数とヒータ抵抗の温度係数とを同じにしなければならなかった。
【００１７】
本発明は、フローセンサから出力されるセンサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができるフローセンサ回路を提供することを課題とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記課題を解決するために以下の構成とした。請求項１の発明のフローセンサ回路は、ヒータ抵抗を駆動して該ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御するヒータ駆動回路と、前記ヒータ抵抗とヒータ抵抗の近傍に配置された温度測定用の測温素子とを有し、前記ヒータ抵抗の加熱による流体の温度変化を前記測温素子により検出してセンサ出力値を出力するフローセンサと、このフローセンサからのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度での前記センサ出力値と基準温度での前記センサ出力値とを関連付け且つ前記各周囲温度の関数で表されるための関係式を算出する関係式算出部と、この関係式算出部で算出された関係式を用いて、前記各周囲温度での前記センサ出力値を温度補正する温度補正部とを備え、前記ヒータ駆動回路は、前記ヒータ抵抗と周囲温度測定用の測温抵抗と第１の抵抗と第２の抵抗とが閉ループ状に接続されて構成され、隣接する抵抗同士が接続された第１乃至第４の接続端子の内の第１の接続端子に電源が供給され第２の接続端子が接地されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の第３の接続端子の電圧と第４の接続端子の電圧との電位差を増幅する差動増幅器と、この差動増幅器で増幅された電位差を零とするように前記電源から前記ブリッジ回路への電流を制御して前記ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御する電流制御部とを有し、前記電流制御部は、第１電極が前記電源に接続され第１制御電極にパルス信号が入力される第１トランジスタと、この第１トランジスタの第２電極に第３電極が接続され第４電極が前記第１の接続端子に接続され第２制御電極が前記差動増幅器の出力に接続された第２トランジスタとを有することを特徴とする。請求項１の発明によれば、フローセンサのヒータ抵抗を駆動して該ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御し、フローセンサにおいて、ヒータ抵抗の加熱による流体の温度変化を測温素子により検出してセンサ出力値を出力し、フローセンサからのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付け且つ各周囲温度の関数で表されるための関係式を算出し、算出された関係式を用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を温度補正する。すなわち、関係式は、各周囲温度の関数で表され、流体の流量が変化しても変わらない。このため、算出された関係式を用いることで、フローセンサから出力されるセンサ出力値の周囲温度（外部温度）による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。また、電流制御部の第１トランジスタにパルス信号が入力されることにより、第１トランジスタ及び第２トランジスタがオン／オフしてヒータ抵抗がパルス駆動されて、ヒータが加熱されると、差動増幅回路がブリッジ回路の第３の接続端子の電圧と第４の接続端子の電圧との電位差を増幅し、電流制御部は、差動増幅器で増幅された電位差を零とするように電源からブリッジ回路への電流を制御してヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御する。
【００２５】
請求項２の発明は、請求項１記載のフローセンサ回路において、前記関係式算出部は、前記各周囲温度での前記センサ出力値と前記各周囲温度での前記流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、前記基準温度での前記センサ出力値と前記基準温度での前記流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、を関連付ける関係式を算出することを特徴とする。
【００２６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２記載のフローセンサ回路において、前記各周囲温度を検出し、検出結果を前記各周囲温度値として出力する周囲温度検出部を備え、前記温度補正部は、前記関係式算出部で算出された前記関係式と各周囲温度値とを用いて、前記各周囲温度での前記センサ出力値を前記基準温度でのセンサ出力値に換算することを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフローセンサの温度補正方法及びフローセンサ回路の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は実施の形態のフローセンサ回路の構成ブロック図である。図２は実施の形態のフローセンサ回路に設けられたヒータ駆動回路を示す回路構成図である。図３は実施の形態のフローセンサ回路に設けられたフローセンサの詳細図である。
【００３０】
図１に示すフローセンサ回路は、ヒータ駆動回路１１、フローセンサ１３、アンプ１５ａ，１５ｂ、差動アンプ１５ｃ、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａ、演算器１９、温度モニタ１８、第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂを有して構成される。
【００３１】
ヒータ駆動回路１１は、フローセンサ１３に配置されたヒータ抵抗Ｒｈを駆動して該ヒータ抵抗Ｒｈの発熱温度を一定値に制御するもので、その詳細は後述する。
【００３２】
フローセンサ１３は、ヒータ抵抗Ｒｈとヒータ抵抗Ｒｈの近傍に配置された温度測定用の測温素子としての下流側サーモパイル５５及び上流側サーモパイル５８とを有し、ヒータ抵抗Ｒｈの加熱によるガス等の流体の温度変化を下流側サーモパイル５５及び上流側サーモパイル５８により検出し、第１及び第２温度検出信号を出力するもので、その詳細は後述する。
【００３３】
アンプ１５ａは、フローセンサ１３の上流側サーモパイル５８からの第１温度検出信号を所定のレベル値まで増幅し、アンプ１５ｂは、フローセンサ１３の下流側サーモパイル５５からの第２温度検出信号を所定のレベル値まで増幅する。差動アンプ１５ｃは、アンプ１５ａからの第１温度検出信号とアンプ１５ｂからの第２温度検出信号との差を増幅して得られた差値をセンサ出力値として第１のＡ／Ｄ変換器１７ａに出力する。第１のＡ／Ｄ変換器１７ａは、差動アンプ１５ｃからのセンサ出力値をデジタル値としてのセンサＡ／Ｄ出力値に変換する。
【００３４】
温度モニタ１８は、フローセンサ１３に白金等で構成された測温抵抗体等の温度センサを有し、測温抵抗体に定電流または定電圧で駆動して、測温対抗体により周囲温度を検出して検出結果として周囲温度値を第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂに出力する。第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂは、温度モニタ１８で検出された周囲温度値をデジタル値に変換し、変換されたデジタル値を温度モニタ出力値として演算器１９に出力する。
【００３５】
演算器１９は、例えば、マイクロコンピュータ等からなり、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａからのセンサＡ／Ｄ出力値と予め定められた流量算出式とに基づいて流体の流量を算出する。
【００３６】
また、演算器１９は、関係式算出部２０、温度補正部２１を有している。関係式算出部２０は、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａからのセンサＡ／Ｄ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値と基準温度（例えば２５℃）でのセンサＡ／Ｄ出力値とを関連付ける関係式（例えば一次式）を算出する。この関係式は周囲温度、すなわち、温度モニタ出力値の関数で表されるようになっている。温度補正部２１は、関係式算出部２０で算出された関係式と第２のＡ／Ｄ変換器１７ｂからの温度モニタ出力値とを用いて、各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値を温度補正する。
【００３７】
また、図２に示すヒータ駆動回路１１において、トランジスタＴｒ１のエミッタは電源Ｖｃｃの正極に接続され、トランジスタＴｒ１のベースは固定抵抗Ｒ１に接続され、トランジスタＴｒ１のコレクタはトランジスタＴｒ２のエミッタに接続されている。トランジスタＴｒ２のベースは固定抵抗Ｒ２を介してオペアンプＯＰ１の出力端子に接続され、トランジスタＴｒ２のコレクタは固定抵抗Ｒ３を介してトランジスタＴｒ１のエミッタに接続されている。
【００３８】
オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は固定抵抗Ｒ４を介して接地され、また、非反転入力端子は可変抵抗ＶＲ１を介してトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。オペアンプＯＰ１の反転入力端子は、固定抵抗Ｒ５を介して接地され、また、反転入力端子はヒータ抵抗Ｒｈを介してトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されている。
【００３９】
固定抵抗Ｒ１は、例えば２ＫΩであり、固定抵抗Ｒ２は、例えば２５ＫΩであり、固定抵抗Ｒ３は、例えば１０ＫΩであり、固定抵抗Ｒ４は、例えば２００Ωであり、可変抵抗ＶＲ１は例えば２０ＫΩである。
【００４０】
固定抵抗Ｒ４、固定抵抗Ｒ５、可変抵抗ＶＲ１、及びヒータ抵抗Ｒｈによりブリッジ回路を構成している。ヒータ抵抗Ｒｈは、フローセンサ１３上に配置された白金抵抗体であり、温度の変化により抵抗値が変化する。
【００４１】
また、オペアンプＯＰ１は、差動増幅器を構成し、ブリッジ回路における固定抵抗Ｒ４の端子電圧と固定抵抗Ｒ５の端子電圧との電位差を増幅する。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は、電流制御部を構成し、オペアンプＯＰ１で増幅された電位差を零とするように電源Ｖｃｃからブリッジ回路への電流を制御してヒータ抵抗Ｒｈの発熱温度を一定値に制御するようになっている。
【００４２】
また、固定抵抗Ｒ１は端子ａに接続され、この端子ａと端子ｂとの間にパルス信号が入力され、このパルス信号によりトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を動作させて、ヒータ抵抗Ｒｈをパルス駆動するようになっている。
【００４３】
フローセンサ１３は、図３に示すように、Ｓｉ基板５２、このＳｉ基板５２の表面に形成されたダイアフラム５３、このダイアフラム５３上に形成された白金等からなるヒータ抵抗Ｒｈ（マイクロヒータ）、ヒータ抵抗Ｒｈに対して下流側でダイアフラム５３上に形成された下流側サーモパイル５５、ヒータ抵抗Ｒｈに電源から駆動電流を供給する電極としての金属膜５６Ａ，５６Ｂ、ヒータ抵抗Ｒｈに対して上流側でダイアフラム５３上に形成された上流側サーモパイル５８、上流側サーモパイル５８から出力される第１温度検出信号を出力する電極としての金属膜５９Ａ，５９Ｂ、下流側サーモパイル５５から出力される第２温度検出信号を出力する電極からなる金属膜５７Ａ，５７Ｂを備えて構成される。
【００４４】
上流側サーモパイル５８、下流側サーモパイル５５は、熱電対から構成されている。この熱電対は、ｐ++−Ｓｉ及びＡｌにより構成され、冷接点と温接点とを有し、熱を検出し、冷接点と温接点との温度差から熱起電力が発生することにより、温度検出信号を出力するようになっている。
【００４５】
次にこのように構成された実施の形態のフローセンサ回路の動作、すなわち、フローセンサの温度補正方法を図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４６】
まず、図２に示すヒータ駆動回路１１において、端子ａ，ｂ間にパルス信号を入力することにより、ヒータ抵抗Ｒｈを駆動してヒータ抵抗Ｒｈの発熱温度を一定値に制御する（ステップＳ１１）。
【００４７】
このヒータ駆動回路１１の動作を図２を参照して詳細に説明する。まず、端子ａ，ｂ間にパルス信号として‘Ｌ’レベルが入力されると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオンするため、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介して電源Ｖｃｃからブリッジ回路に電流が流れる。これにより、ヒータ抵抗Ｒｈが加熱される。また、パルス信号として‘Ｈ’レベルが入力されると、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２がオフするため、ブリッジ回路への電流供給が停止され、ヒータ抵抗Ｒｈへの加熱が停止される。すなわち、ヒータ抵抗Ｒｈがパルス信号によりパルス駆動されて加熱されることになる。
【００４８】
また、このとき、ヒータ駆動回路１１は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子−非反転入力端子間の電位差に基づき、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介してオペアンプＯＰ１により電流負帰還をかけることにより、ヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値を一定値に保つように動作する。
【００４９】
ここで、各抵抗値の関係式は、次式で表される。
【００５０】
Ｒｈ・Ｒ４＝Ｒ５・ＶＲ１
すなわち、周囲温度が変化してもヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値が一定値になるようにヒータ抵抗Ｒｈに電圧を印加する。白金の抵抗値は以下の式で表される。
【００５１】
Ｒ＝Ｒ0（１＋αＴ）
ここで、Ｒは白金の抵抗値であり、Ｒ0は白金の温度ゼロ℃での基準抵抗値であり、αは抵抗温度係数であり、Ｔは温度である。この式から、白金の抵抗値が一定であれば、周囲温度に関係なく発熱温度は一定である。
【００５２】
例えば、ヒータ抵抗Ｒｈが正の温度係数を持つ場合に、ヒータ温度が低くヒータ抵抗Ｒｈが小さいときには、ヒータ抵抗Ｒｈの電位差は小さくなる。このため、オペアンプＯＰ１の出力は、マイナス方向に振れて、トランジスタＴｒ２のベース電流が大となり、これによってコレクタ電流が大きくなる。
【００５３】
その結果、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介して電源Ｖｃｃからブリッジ回路に流れる電流が大きくなり、ヒータ抵抗Ｒｈが温まって温度が上昇するからヒータ抵抗Ｒｈが大きくなる。このため、ヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値が一定値になる。なお、ヒータ温度が高すぎる場合には、ヒータ温度が低い場合の制御と逆の制御を行うことで、ヒータ抵抗Ｒｈの抵抗値が一定値になるので、ヒータの発熱温度を一定値に制御することができる。
【００５４】
次に、ヒータ抵抗Ｒｈの加熱によるガス等の流体の温度変化を２つのサーモパイルにより検出してセンサ出力値を出力する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３では、ヒータ抵抗Ｒｈが加熱を開始すると、ヒータ抵抗Ｒｈから発生した熱は、流体を媒体として、下流側サーモパイル５５と上流側サーモパイル５８のそれぞれの温接点に伝達される。
【００５５】
そして、それぞれのサーモパイルは、温接点と冷接点の温度差より熱起電力を発生し、上流側サーモパイル５８から第１温度検出信号をアンプ１５ａに出力し、下流側サーモパイル５５から第２温度検出信号をアンプ１５ｂに出力する。
【００５６】
差動アンプ１５ｃは、上流側サーモパイル５８からの第１温度検出信号と下流側サーモパイル５５からの第２温度検出信号との差を増幅し、増幅された差値をセンサ出力値として第１のＡ／Ｄ変換器１７ａに出力し、第１のＡ／Ｄ変換器１７ａは、差動アンプ１５ｃからのセンサ出力値をセンサＡ／Ｄ出力値に変換して演算器１９に出力する。
【００５７】
次に、関係式算出部２０は、フローセンサ１３からのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付ける関係式を算出する（ステップＳ１５）。このステップＳ１５では、関係式算出部２０が各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値と各周囲温度での流体の流量が零におけるセンサＡ／Ｄ出力値との差分値と、基準温度でのセンサＡ／Ｄ出力値と基準温度での流体の流量が零におけるセンサＡ／Ｄ出力値との差分値と、を関連付ける関係式（１）を算出する。
【００５８】
（ＱX−Ｑ0）／（Ｑ25X−Ｑ250）＝ＡＸ＋Ｂ・・・・（１）
ここで、ＱXは各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値、Ｑ0は各周囲温度での流量が零である時のセンサＡ／Ｄ出力値である。Ｑ25Xは温度２５℃でのセンサＡ／Ｄ出力値、Ｑ250は各周囲温度での流量が零である時のセンサＡ／Ｄ出力値である。Ａ，Ｂは一次式であるＡＸ＋Ｂの定数である。Ｘは温度モニタ出力値である。
【００５９】
すなわち、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付ける関係式は、一次式で表され、この一次式が温度モニタ出力値Ｘの一次関数となっている。これは、ヒータ駆動回路１１により、周囲温度が変化しても、ヒータの発熱温度が一定値になるため、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とは、流量が違っても同じ関係式（一次式）で表すことができるためである。
【００６０】
なお、従来の図６に示すヒータ駆動回路は、ヒータの発熱量（発熱温度−周囲温度）が一定になるように制御する回路であり、このヒータ駆動回路では、周囲温度が変化すると、ヒータの発熱温度も変化するため、実施の形態のフローセンサ回路のセンサ出力と、２５℃でのセンサ出力は流量が違っても同じ関係式で表すことができない。
【００６１】
さらに、温度補正部２１は、関係式算出部２０で算出された関係式を用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を基準温度でのセンサ出力値に換算する（ステップＳ１７）。このステップＳ１７では、温度補正部２１が、関係式算出部２０で算出された式（１）を変形して、式（２）を算出する。
【００６２】
Ｑ25＝（ＱX−Ｑ0）／（ＡＸ＋Ｂ）＋Ｑ250・・・・（２）
ここで、Ｑ25は温度２５℃に換算したときの各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値である。
【００６３】
式（２）のＸに、温度モニタ出力値を代入すると、各周囲温度でのセンサ出力値が、温度２５℃でのセンサＡ／Ｄ出力値に換算される。すなわち、関係式は、流体の流量の関数でないため、流体の流量が変化しても変わらない。関係式は、温度モニタ出力値の関数であるため、関係式と温度モニタ出力値とを用いることで、各周囲温度でのセンサＡ／Ｄ出力値が、温度２５℃でのセンサＡ／Ｄ出力値に換算される。従って、フローセンサ１３から出力されるセンサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。
【００６４】
また、演算器１９は、換算された各周囲温度でのセンサ出力値と予め定められた流量算出式とに基づいて各周囲温度でのガス等の流体の流量を算出するので、流体の流量を精度良く算出することができる。
【００６５】
また、実施の形態のフローセンサの温度補正方法によれば、固定抵抗Ｒ４，Ｒ５、ヒータ抵抗Ｒｈ、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２、オペアンプＯＰ１等の電子部品にばらつきがあっても、温度モニタ出力値の関数である関係式を用いてセンサ出力値を算出するため、電子部品のばらつきがセンサ出力値に影響しなくなる。さらに、温度モニタ出力値などの定数が、外部から入力できるため、温度補正の調整に時間がかからなくなる。
【００６６】
なお、本発明は、前述した実施の形態のフローセンサの温度補正方法及びフローセンサ回路に限定されるものではない。実施の形態では、基準温度を２５℃としたが、基準温度は例えば、２０℃としても良く、あるいは２０℃周辺の温度であれば、その他の温度であってもよい。
【００６７】
また、実施の形態では、各周囲温度でのセンサ出力値と２５℃でのセンサ出力値とが一次式で表されたが、他の関数、例えば、これらのセンサ出力値の相関関係は、二次式、あるいは三次式等の関係式で表されてもよい。要は、その関係式が流体の流量の変化に対して不変であり、周囲温度の関数であれば良い。このほか、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で種々変形して実施可能であるのは勿論である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、フローセンサのヒータ抵抗を駆動して該ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御し、フローセンサにおいて、ヒータ抵抗の加熱による流体の温度変化を測温素子により検出してセンサ出力値を出力し、フローセンサからのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度でのセンサ出力値と基準温度でのセンサ出力値とを関連付け且つ各周囲温度の関数で表されるための関係式を算出し、算出された関係式を用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を温度補正する。すなわち、関係式は、各周囲温度の関数で表され、流体の流量が変化しても変わらない。このため、算出された関係式を用いることで、フローセンサから出力されるセンサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。また、電流制御部の第１トランジスタにパルス信号が入力されることにより、第１トランジスタ及び第２トランジスタがオン／オフしてヒータ抵抗がパルス駆動されて、ヒータが加熱されると、差動増幅回路がブリッジ回路の第３の接続端子の電圧と第４の接続端子の電圧との電位差を増幅し、電流制御部は、差動増幅器で増幅された電位差を零とするように電源からブリッジ回路への電流を制御してヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御する。
【００６９】
請求項２の発明によれば、各周囲温度でのセンサ出力値と各周囲温度での流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、基準温度でのセンサ出力値と基準温度での流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、を関連付ける関係式を算出し、該関係式を用いることで、センサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。
【００７０】
請求項３の発明によれば、各周囲温度を検出し、検出結果を各周囲温度値として出力し、算出された関係式と各周囲温度値とを用いて、各周囲温度でのセンサ出力値を基準温度でのセンサ出力値に換算することにより、センサ出力値の周囲温度による変動を低流量時でも精度良く補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のフローセンサ回路の構成ブロック図である。
【図２】実施の形態のフローセンサ回路に設けられたヒータ駆動回路を示す回路構成図である。
【図３】実施の形態のフローセンサ回路に設けられたフローセンサの詳細図である。
【図４】実施の形態のフローセンサ回路により実現されるフローセンサの温度補正方法を示すフローチャートである。
【図５】従来のヒータ駆動回路の一例を示す回路図である。
【図６】従来の流量計のヒータ制御装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１１ ヒータ駆動回路
１３ フローセンサ
１５ａ，１５ｂ アンプ
１５ｃ 差動アンプ
１７ａ 第１のＡ／Ｄ変換器
１７ｂ 第２のＡ／Ｄ変換器
１８ 温度モニタ
１９ 演算器
２０ 関係式算出部
２１ 温度補正部
Ｒｈ ヒータ抵抗
ＯＰ１ オペアンプ
Ｔｒ１，Ｔｒ２ トランジスタ
ＶＲ１ 可変抵抗
Ｒ１〜Ｒ５ 固定抵抗
Claims (3)
- ヒータ抵抗を駆動して該ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御するヒータ駆動回路と、
前記ヒータ抵抗とヒータ抵抗の近傍に配置された温度測定用の測温素子とを有し、前記ヒータ抵抗の加熱による流体の温度変化を前記測温素子により検出してセンサ出力値を出力するフローセンサと、
このフローセンサからのセンサ出力値に基づいて、各周囲温度での前記センサ出力値と基準温度での前記センサ出力値とを関連付け且つ前記各周囲温度の関数で表されるための関係式を算出する関係式算出部と、
この関係式算出部で算出された関係式を用いて、前記各周囲温度での前記センサ出力値を温度補正する温度補正部と、
を備え、
前記ヒータ駆動回路は、前記ヒータ抵抗と周囲温度測定用の測温抵抗と第１の抵抗と第２の抵抗とが閉ループ状に接続されて構成され、隣接する抵抗同士が接続された第１乃至第４の接続端子の内の第１の接続端子に電源が供給され第２の接続端子が接地されるブリッジ回路と、このブリッジ回路の第３の接続端子の電圧と第４の接続端子の電圧との電位差を増幅する差動増幅器と、この差動増幅器で増幅された電位差を零とするように前記電源から前記ブリッジ回路への電流を制御して前記ヒータ抵抗の発熱温度を一定値に制御する電流制御部とを有し、
前記電流制御部は、第１電極が前記電源に接続され第１制御電極にパルス信号が入力される第１トランジスタと、この第１トランジスタの第２電極に第３電極が接続され第４電極が前記第１の接続端子に接続され第２制御電極が前記差動増幅器の出力に接続された第２トランジスタとを有することを特徴とするフローセンサ回路。 - 前記関係式算出部は、前記各周囲温度での前記センサ出力値と前記各周囲温度での前記流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、前記基準温度での前記センサ出力値と前記基準温度での前記流体の流量が零におけるセンサ出力値との差分値と、を関連付ける関係式を算出することを特徴とする請求項１記載のフローセンサ回路。
- 前記フローセンサは、前記各周囲温度を検出し、検出結果を前記各周囲温度値として出力する周囲温度検出部を備え、
前記温度補正部は、前記関係式算出部で算出された前記関係式と各周囲温度値とを用いて、前記各周囲温度での前記センサ出力値を前記基準温度でのセンサ出力値に換算することを特徴とする請求項１または請求項２記載のフローセンサ回路。
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