JP3878198B2 - Thermal flow meter - Google Patents

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Description

本発明は、流量を検出する装置に係り、特に内燃機関の流量センサ、あるいは燃料電池システムに用いられる流量センサ等に関する。   The present invention relates to a device for detecting a flow rate, and more particularly to a flow rate sensor for an internal combustion engine, a flow rate sensor used in a fuel cell system, or the like.

従来、自動車などの内燃機関の吸入空気通路に設けられ、吸入空気量を測定する空気流量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。最近では特に半導体マイクロマシニング技術により製造された空気流量センサが高速応答性を有することや、その応答性の速さを利用して逆流検出も可能であることから注目されてきた。   2. Description of the Related Art Conventionally, a thermal type air flow sensor that is provided in an intake air passage of an internal combustion engine such as an automobile and measures an intake air amount has become mainstream because it can directly detect the mass air amount. Recently, attention has been paid to the fact that an air flow sensor manufactured by a semiconductor micromachining technology has a high-speed response and can detect a reverse flow by utilizing the speed of the response.

このような従来の半導体基板を用いた熱式空気流量センサの技術は、例えば特公平6−63801号に開示されている。従来実施例では上流側温度センサと下流側温度センサとの間に配置されたヒータ抵抗に電流を流して発熱させ、上流側温度センサと下流側温度センサとの出力信号の差により流量信号を得る構成のものである。   A technique of such a thermal air flow sensor using a conventional semiconductor substrate is disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 6-63801. In the conventional embodiment, a current is passed through a heater resistor disposed between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor to generate heat, and a flow rate signal is obtained by the difference in output signals between the upstream temperature sensor and the downstream temperature sensor. It is a thing of composition.

従来技術は、薄肉部に形成された発熱抵抗体の加熱により発熱抵抗体自身の抵抗値が変化してしまうという問題がある。   The prior art has a problem that the resistance value of the heating resistor itself changes due to the heating of the heating resistor formed in the thin portion.

そのため、前記した特公平6−63801号に記載があるように抵抗値が変化しても流量特性が変化しないように制御回路で補正手段を設けたものも提案されている。   For this reason, as described in Japanese Patent Publication No. 6-63801 described above, there has been proposed one in which a correction means is provided in the control circuit so that the flow rate characteristic does not change even if the resistance value changes.

しかし、回路構造が複雑化することや、センサ構造が複雑化するという問題があった。また、回路基板に実装された部品の経時変化に対しては無考慮である。   However, there are problems that the circuit structure is complicated and the sensor structure is complicated. Further, no consideration is given to changes with time of components mounted on the circuit board.

また、発熱抵抗体の温度は定温度差ブリッジの一辺の抵抗を回路基板上で調整する必要があり、製造コストを上げる原因の一つになっている。   Further, the temperature of the heating resistor needs to adjust the resistance of one side of the constant temperature difference bridge on the circuit board, which is one of the causes of increasing the manufacturing cost.

さらに回路基板上に形成された定温度差ブリッジに用いる固定抵抗も実際には僅かに抵抗温度係数を有しており、そのばらつきにより周囲温度が変化した時に発熱抵抗体の加熱温度がばらつくため、温度特性ばらつきの要因になっている。   Furthermore, the fixed resistor used for the constant temperature difference bridge formed on the circuit board actually has a slight resistance temperature coefficient, and when the ambient temperature changes due to the variation, the heating temperature of the heating resistor varies, This is a cause of variations in temperature characteristics.

また、前記の固定抵抗自身も経時変化するため、これが特性変化の要因になっている。   Further, since the fixed resistance itself changes with time, this is a factor of characteristic change.

また、最近では電波障害に対する要求も厳しくなってきており、耐電波障害性の改善が必要である。   Recently, the demand for radio interference has become stricter, and it is necessary to improve resistance to radio interference.

本発明の目的は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、安価で信頼性に優れた熱式流量計測装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a thermal flow rate measuring apparatus that is inexpensive and excellent in reliability.

上記目的は、特許請求の範囲の請求項に記載の発明により解決される。   The above object can be solved by the invention described in the appended claims.

例えば、定温度差制御回路を形成する抵抗体を感温抵抗体で形成すると、万一経時変化したときの抵抗変化の傾向を同じにできる。   For example, if the resistor forming the constant temperature difference control circuit is formed of a temperature sensitive resistor, the tendency of the resistance change when it changes over time can be made the same.

定温度差制御用抵抗体が同じ比率で経時変化する場合、その出力誤差は非常に小さくなるため信頼性を向上できる。定温度差制御回路としては、ブリッジ回路が構成的に簡単であり、優れている。   When the constant temperature difference control resistors change with time at the same ratio, the output error becomes very small, so that the reliability can be improved. As a constant temperature difference control circuit, a bridge circuit is simple in configuration and excellent.

また、定温度差制御回路を同じ感温抵抗体で形成できれば、同じプロセスで一括形成できるため価格的に有利であり、特に抵抗温度係数ばらつきを小さくできるため、温度特性ばらつきを低減する効果がある。   In addition, if the constant temperature difference control circuit can be formed with the same temperature sensitive resistor, it can be formed in the same process at the same time, which is advantageous in terms of cost. In particular, the resistance temperature coefficient variation can be reduced, so that the temperature characteristic variation can be reduced. .

定温度差制御回路内に発熱抵抗体を形成してしまうため、回路構成が単純になり、小型化に有利である。   Since a heating resistor is formed in the constant temperature difference control circuit, the circuit configuration is simplified, which is advantageous for downsizing.

回路基板に実装していた定温度差制御用抵抗が一つの基板内に形成されているため、抵抗の配線を最小化できる。そのため配線部がアンテナになり難くなり、電波障害に対し非常に強くなる。   Since the constant temperature difference control resistor mounted on the circuit board is formed in one substrate, the resistance wiring can be minimized. For this reason, the wiring portion becomes difficult to become an antenna and becomes extremely strong against radio wave interference.

また、熱式流量計測装置は自動車用ではエンジンルーム内に装着されるが、そうするとエンジンの輻射を受け難い吸気に曝されるセンサ部付近が温度環境条件として有利になる。そのため定温度差制御用抵抗を発熱抵抗体と共に一つの基板に形成し、流体中に曝すことのできる本発明が経時変化に対して有利になる。   In addition, the thermal flow rate measuring device is mounted in an engine room for automobiles, but in that case, the vicinity of the sensor unit exposed to intake air that is difficult to receive engine radiation is advantageous as a temperature environment condition. Therefore, the present invention, in which a constant temperature difference control resistor and a heating resistor are formed on one substrate and exposed to a fluid, is advantageous with respect to a change with time.

また、定温度差制御用抵抗を同じプロセスで形成すれば、抵抗の絶対値ばらつきは大きくても、抵抗比をいつも一定に制御できる。定温度差制御回路は抵抗比が同じであれば、無調整であっても発熱抵抗体の加熱温度をほぼばらつき無く製造することができるようになる。   If the constant temperature difference control resistor is formed by the same process, the resistance ratio can always be controlled to be constant even if the absolute value variation of the resistance is large. If the resistance ratio of the constant temperature difference control circuit is the same, the heating temperature of the heating resistor can be manufactured with almost no variation even without adjustment.

これにより従来必要であった発熱抵抗体の加熱温度調整用レーザートリミング等の調整作業が不要となり、工程の簡略化が可能となる。   This eliminates the need for adjustment work such as laser trimming for adjusting the heating temperature of the heating resistor, which has been conventionally required, and simplifies the process.

本実施例によれば、エンジンルームのような熱的に過酷な環境下であっても、高精度に流量を検出することが可能であり、信頼性の高い熱式流量計測装置を安価に提供できる。   According to the present embodiment, it is possible to detect a flow rate with high accuracy even in a thermally severe environment such as an engine room, and to provide a highly reliable thermal flow measurement device at a low cost. it can.

以下、本発明の実施例について、図面により説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明の第一の実施例である熱式流量計測装置1に用いる流量を検知するための熱式流量センサ素子26の構造とその配線パターン図である。図2は図1に示す熱式流量センサ素子26を含めた回路図を示し、図3は実際に熱式流量計測装置1が内燃機関の吸気管内に取り付けられる状態を示す断面図である。以下、図1,図2,図3に基づき本発明の第一の実施例を説明する。   FIG. 1 shows the structure of a thermal flow sensor element 26 for detecting the flow rate used in the thermal flow rate measuring apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention and its wiring pattern diagram. FIG. 2 is a circuit diagram including the thermal flow sensor element 26 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the thermal flow measuring device 1 is actually mounted in the intake pipe of the internal combustion engine. The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.

図1に示すように熱式流量センサ素子26は半導体等の基板2内に薄肉部7を形成し、そこに発熱抵抗体10、及び上流側温度センサ30,下流側温度センサ31を配置し基板2から熱的に絶縁した構造とする。そして発熱抵抗体10と同じ材料で感温抵抗体11,12,13、を形成した構造である。それぞれの抵抗体は外部と電気的に接続するためのアルミニウム等からなる電極51を有している。半導体等からなる基板2は例えばシリコン等で形成されており、薄肉部7は基板2の裏面から水酸化カリウムのようなエッチング液を用いて異方性エッチングにより空洞を形成する。このような構成の流量センサ素子
26は基板2の大きさが約2.5mm×6mm×0.3mmで薄肉部7は約0.5mm×1mm 、薄肉部7の厚さは約0.0015mm 程度のものである。また、感温抵抗体の材料には、一般的にはポリシリコンや単結晶シリコンに不純物をドーピングした抵抗体、または白金,金,銅,アルミニウム,クロム,ニッケル,タングステン,パーマロイ(FeNi),チタン等が用いられる。
As shown in FIG. 1, the thermal flow sensor element 26 has a thin portion 7 formed in a substrate 2 such as a semiconductor, and a heating resistor 10, an upstream temperature sensor 30, and a downstream temperature sensor 31 are disposed therein. The structure is thermally insulated from 2. The temperature sensitive resistors 11, 12, and 13 are formed of the same material as the heating resistor 10. Each resistor has an electrode 51 made of aluminum or the like for electrical connection with the outside. The substrate 2 made of a semiconductor or the like is formed of, for example, silicon, and the thin portion 7 forms a cavity by anisotropic etching using an etchant such as potassium hydroxide from the back surface of the substrate 2. In the flow sensor element 26 having such a configuration, the size of the substrate 2 is about 2.5 mm × 6 mm × 0.3 mm, the thin portion 7 is about 0.5 mm × 1 mm, and the thickness of the thin portion 7 is about 0.0015 mm. belongs to. The temperature sensitive resistor material is generally a resistor in which polysilicon or single crystal silicon is doped with impurities, or platinum, gold, copper, aluminum, chromium, nickel, tungsten, permalloy (FeNi), titanium. Etc. are used.

図2に示すように、発熱抵抗体10は感温抵抗体11,12,13とブリッジ回路を構成しており、発熱抵抗体10の加熱温度は感温抵抗体11,12,13の抵抗値に基づき決定され、差動増幅器41,トランジスタ45等によるフィードバック制御により周囲温度に対してほぼ一定の温度差ΔTで加熱制御され、かつ周囲温度が同じなら流量に対してほぼ一定温度で加熱制御されている。具体的には、例えばΔTが150℃で制御されている発熱抵抗体10の場合、周囲温度が20℃の時は加熱温度は約170℃となり、周囲温度が100℃の時は約250℃となる。   As shown in FIG. 2, the heating resistor 10 forms a bridge circuit with the temperature sensitive resistors 11, 12, 13, and the heating temperature of the heating resistor 10 is the resistance value of the temperature sensitive resistors 11, 12, 13. And is controlled to be heated at a substantially constant temperature difference ΔT with respect to the ambient temperature by feedback control using the differential amplifier 41, the transistor 45, etc. ing. Specifically, for example, in the case of the heating resistor 10 where ΔT is controlled at 150 ° C., the heating temperature is about 170 ° C. when the ambient temperature is 20 ° C., and about 250 ° C. when the ambient temperature is 100 ° C. Become.

この加熱温度は流量が変わってもほぼ同じになるように制御される。以下これに類する制御方式を簡易的に定温度差制御方式と呼び、その回路を定温度差ブリッジ、あるいは定温度差制御回路と呼ぶことにする。   The heating temperature is controlled to be substantially the same even if the flow rate is changed. Hereinafter, a control method similar to this is simply referred to as a constant temperature difference control method, and the circuit is referred to as a constant temperature difference bridge or a constant temperature difference control circuit.

熱式流量計測装置1の出力44は発熱抵抗体10の上下流に形成された温度センサ30,31及び、固定抵抗61,62で形成された温度センサブリッジで得ることができる。即ち、無風中では上流側温度センサ30と下流側温度センサ31の温度は等しいため、上下流温度センサ30,31の抵抗値が等しく、かつ固定抵抗61,62の抵抗値が等しい場合出力はゼロとなる。   The output 44 of the thermal flow measuring device 1 can be obtained by a temperature sensor bridge formed by the temperature sensors 30 and 31 formed at the upstream and downstream of the heating resistor 10 and the fixed resistors 61 and 62. That is, since the temperatures of the upstream temperature sensor 30 and the downstream temperature sensor 31 are equal in the absence of wind, the output is zero when the resistance values of the upstream and downstream temperature sensors 30, 31 are equal and the resistance values of the fixed resistors 61, 62 are equal. It becomes.

ここに流れが生じて、例えば図1に示すように上流から下流に向けて流体の流れ6が生じると上流側温度センサ30は冷却され、逆に下流側温度センサ31は発熱抵抗体10の熱を受けて温度上昇し、上下流温度センサ30,31の抵抗値に差を生じ、これが流量の出力44となる。同様にして下流側から上流側に流体の流れが生じると出力44が前述と逆向きに変化するため、逆流を含む流量の検出も可能となる。   When a flow is generated here and, for example, a fluid flow 6 is generated from upstream to downstream as shown in FIG. 1, the upstream temperature sensor 30 is cooled, and conversely, the downstream temperature sensor 31 is heated by the heating resistor 10. In response to this, the temperature rises and a difference occurs between the resistance values of the upstream and downstream temperature sensors 30, 31, which becomes the flow rate output 44. Similarly, when a fluid flow occurs from the downstream side to the upstream side, the output 44 changes in the opposite direction to that described above, so that it is possible to detect the flow rate including the reverse flow.

本発明の熱式流量計測装置1は、例えば内燃機関の吸入空気流量を検出し、その空気量に見合った燃料をエンジンに供給するために用いられる。そのため、熱式流量計測装置1はエンジンルーム内のエアクリーナー102とスロットルボディ109の間に設置され、図3に示すように回路基板4,ハウジング3等を含んで構成され、主通路5内に副通路
52を形成し、副通路52内に熱式流量センサ素子26を配置した構造である。
The thermal flow rate measuring device 1 of the present invention is used, for example, for detecting the intake air flow rate of an internal combustion engine and supplying fuel corresponding to the amount of air to the engine. Therefore, the thermal flow measuring device 1 is installed between the air cleaner 102 and the throttle body 109 in the engine room, and includes a circuit board 4, a housing 3 and the like as shown in FIG. The sub-passage 52 is formed, and the thermal flow sensor element 26 is disposed in the sub-passage 52.

エンジンルーム内はエンジン始動時は外気の温度と同じであり、吸入される吸気の温度も−30℃から40℃程度の範囲である。一方、暖機後はエンジンからの熱影響により、主通路5表面では最大125℃程度、吸気温度は最大100℃程度まで上昇する。そのため、熱式流量計測装置1は−30℃から100℃、あるいは125℃程度の広い温度範囲で出力誤差を生じないことを要求されている。従来の熱式流量計測装置1では、発熱抵抗体10を定温度差制御する定温度差ブリッジ抵抗の一部が回路基板4上に固定抵抗で形成されている。しかし、固定抵抗といっても完全に抵抗温度係数がゼロになるものではなく、一般には0±50ppm 程度の抵抗温度係数を有しており、この抵抗温度係数ばらつきによって周囲温度が変るとブリッジバランスが狂い、温度特性ばらつきの原因の一つになっている。   The inside of the engine room is the same as the temperature of the outside air when the engine is started, and the temperature of the intake air to be sucked is in the range of about -30 ° C to 40 ° C. On the other hand, after warm-up, due to the heat effect from the engine, the surface of the main passage 5 rises up to about 125 ° C. and the intake air temperature rises to about 100 ° C. For this reason, the thermal flow measuring device 1 is required not to generate an output error in a wide temperature range of about −30 ° C. to 100 ° C. or 125 ° C. In the conventional thermal flow measuring device 1, a part of the constant temperature difference bridge resistance for controlling the heating resistor 10 at a constant temperature difference is formed on the circuit board 4 with a fixed resistance. However, even if it is a fixed resistance, the resistance temperature coefficient is not completely zero, and generally has a resistance temperature coefficient of about 0 ± 50ppm. If the ambient temperature changes due to this resistance temperature coefficient variation, the bridge balance Is one of the causes of variations in temperature characteristics.

また、寒冷地などでは車庫でエンジン暖機され、暖機後に走行する場合が想定される。が、そうすると走行直後は、主通路5表面はエンジンの熱で加熱された状態であるのに対し、吸気は冷えた状態となる。このような過渡状態の場合、吸気に曝される熱式流量センサ素子26部では冷たく、回路基板4は高温という状態になる。従来例のような場合、回路基板4に実装された定温度差ブリッジ用固定抵抗の抵抗温度係数が完全にゼロであれば問題ないが、前述のように0±50ppm 程度のばらつきがあると、これがブリッジバランスを狂わせて、出力44の変動要因になっている。   Further, in cold districts, it is assumed that the engine is warmed up in the garage and travels after warming up. However, immediately after traveling, the surface of the main passage 5 is heated by the heat of the engine, whereas the intake air is cooled. In such a transient state, the thermal flow sensor element 26 exposed to the intake air is cold and the circuit board 4 is in a high temperature state. In the case of the conventional example, there is no problem if the temperature coefficient of resistance of the constant temperature difference bridge fixed resistor mounted on the circuit board 4 is completely zero, but if there is a variation of about 0 ± 50 ppm as described above, This upsets the bridge balance and causes the output 44 to fluctuate.

さらに、発熱抵抗体10や定温度差ブリッジ抵抗の抵抗値は製造ばらつきがあるため、無調整だと発熱抵抗体10の加熱温度ばらつきが非常に大きくなってしまう。そのため従来の熱式流量計測装置1では回路基板4上で定温度差ブリッジ用固定抵抗をレーザー等でトリミングして個別調整する必要があり、コストアップの要因となっている。   Furthermore, since the resistance values of the heating resistor 10 and the constant temperature difference bridge resistor have manufacturing variations, if the adjustment is not performed, the heating temperature variation of the heating resistor 10 becomes very large. Therefore, in the conventional thermal flow measuring device 1, it is necessary to individually adjust the fixed resistor for the constant temperature difference bridge by trimming with a laser or the like on the circuit board 4, which causes an increase in cost.

また、発熱抵抗体10の加熱温度は、例えば周囲温度に対して100℃から200℃程度で用いられるため吸気温度が100℃の場合、発熱抵抗体10の温度は最大200℃から300℃程度になる。   Further, the heating temperature of the heating resistor 10 is, for example, about 100 ° C. to 200 ° C. with respect to the ambient temperature. Therefore, when the intake air temperature is 100 ° C., the heating resistor 10 has a maximum temperature of about 200 ° C. to 300 ° C. Become.

そのため、長時間使用されると徐々に発熱抵抗体10の劣化が進行して抵抗値が変化してくる。また、回路基板4の温度も上記と同様の熱影響を受けると同時に、回路基板4表面に実装されたトランジスタ等の発熱部品の熱影響で主通路5の表面温度と同じ125℃程度に温度上昇する。従来例のように定温度差ブリッジ用固定抵抗を印刷等で形成したものでは、この固定抵抗も徐々に劣化が進行して抵抗値が変化してくる。この抵抗変化により流量特性が変化するという問題がある。   Therefore, when used for a long time, the heating resistor 10 gradually deteriorates and the resistance value changes. The temperature of the circuit board 4 is also affected by the same heat as described above, and at the same time, the temperature rises to about 125 ° C. which is the same as the surface temperature of the main passage 5 due to the heat effect of heat-generating components such as transistors mounted on the surface of the circuit board 4. To do. In the case where the fixed resistor for the constant temperature difference bridge is formed by printing or the like as in the conventional example, the fixed resistor gradually deteriorates and the resistance value changes. There is a problem that the flow rate characteristic changes due to this resistance change.

また、従来は主通路5にアルミニウム等の金属材料が用いられていたが、軽量化のため最近では樹脂材を用いることが主流になりつつある。一方、電波障害に対する要求も厳しくなる傾向にあり、耐電波障害性の向上が必要となっている。   Conventionally, a metal material such as aluminum has been used for the main passage 5, but recently a resin material is becoming mainstream for weight reduction. On the other hand, the demand for radio interference is becoming stricter, and it is necessary to improve resistance to radio interference.

本発明のように、定温度差ブリッジ抵抗を全て同一基板内に感温抵抗体で形成することによる優れた点を以下に説明する。   An excellent point obtained by forming all constant temperature difference bridge resistors as temperature sensitive resistors in the same substrate as in the present invention will be described below.

まず、本発明のように定温度差ブリッジが全て感温抵抗体であっても、正しく動作することを従来例と比較しながら明らかにする。   First, even if all the constant temperature difference bridges are temperature sensitive resistors as in the present invention, it will be clarified that they operate correctly compared with the conventional example.

図2の回路図の中で、定温度差ブリッジは発熱抵抗体10を含み3つの感温抵抗体11,12,13からなる部分である。図示はしないがこの定温度差ブリッジの中で、感温抵抗体12,13が固定抵抗で形成されたものが、従来の定温度差ブリッジ例である。   In the circuit diagram of FIG. 2, the constant temperature difference bridge is a portion including the heating resistor 10 and including three temperature sensitive resistors 11, 12, and 13. Although not shown, among the constant temperature difference bridges, one in which the temperature sensitive resistors 12 and 13 are formed by fixed resistors is a conventional constant temperature difference bridge example.

まず図2に示す定温度差ブリッジにおいて、発熱抵抗体10の0℃の抵抗値をRh0,感温抵抗体11の0℃の抵抗値をRa0,感温抵抗体12の0℃の抵抗値をRb0,感温抵抗体13の0℃の抵抗値をRc0とし、抵抗温度係数〔℃-1〕が全て同じ値でαであるとすると、任意の温度T℃における各抵抗値の関係は次式(1),(2),(3),(4)で表すことができる。 First, in the constant temperature difference bridge shown in FIG. 2, the resistance value of the heating resistor 10 at 0 ° C. is Rh 0, the resistance value of the temperature sensitive resistor 11 is Ra 0, and the resistance value of the temperature sensitive resistor 12 is 0 ° C. Assuming that the resistance value of Rb0 and the temperature sensitive resistor 13 at 0 ° C. is Rc 0 and the temperature coefficient of resistance [° C. −1 ] is all the same value α, the relationship between the resistance values at an arbitrary temperature T ° C. is (1), (2), (3), and (4).

Rh=Rh0×(1+α×T) …(1)
Ra=Ra0×(1+α×T) …(2)
Rb=Rb0×(1+α×T) …(3)
Rc=Rc0×(1+α×T) …(4)
ここで、Rh,Ra,Rb,Rcは任意の温度T℃における抵抗値である。
Rh = Rh0 × (1 + α × T) (1)
Ra = Ra0 × (1 + α × T) (2)
Rb = Rb0 × (1 + α × T) (3)
Rc = Rc0 × (1 + α × T) (4)
Here, Rh, Ra, Rb, and Rc are resistance values at an arbitrary temperature T ° C.

また、RhはRa,Rb,Rcよりも一定温度ΔT℃だけ高くなるように制御されるため、式(1)は次式(5)で表すことができる。   Further, since Rh is controlled to be higher than Ra, Rb, and Rc by a constant temperature ΔT ° C., equation (1) can be expressed by the following equation (5).

Rht=Rh0×(1+α×(T+ΔT)) …(5)
ここで、Rhtは実際の定温度差ブリッジ動作時の抵抗値である。
Rht = Rh0 × (1 + α × (T + ΔT)) (5)
Here, Rht is a resistance value at the time of actual constant temperature difference bridge operation.

一方、定温度差ブリッジの平衡条件は次式(6)で表すことができる。   On the other hand, the equilibrium condition of the constant temperature difference bridge can be expressed by the following equation (6).

Rht×Rc=Ra×Rb …(6)
式(6)に式(2),(3),(4),(5)を代入し、次式(7)を得る。
Rht × Rc = Ra × Rb (6)
Substituting the equations (2), (3), (4), (5) into the equation (6), the following equation (7) is obtained.

Rh0×(1+α×(T+ΔT))×Rc0×(1+α×T)
=Ra0×(1+α×T)×Rb0×(1+α×T) …(7)
ここで、RbとRcが同じ温度という条件を加えると、式(7)は次式(8)で示すことができる。
Rh0 × (1 + α × (T + ΔT)) × Rc0 × (1 + α × T)
= Ra0 × (1 + α × T) × Rb0 × (1 + α × T) (7)
Here, when the condition that Rb and Rc are the same temperature is added, the equation (7) can be expressed by the following equation (8).

Rh0×(1+α×(T+ΔT))
=Ra0×(1+α×T)×Rb0/Rc0 …(8)
本式(8)はRbとRcが固定抵抗で形成された場合の平衡条件と全く同じであり、定温度差制御できることを表わしている。
Rh0 × (1 + α × (T + ΔT))
= Ra0 × (1 + α × T) × Rb0 / Rc0 (8)
This equation (8) is exactly the same as the equilibrium condition when Rb and Rc are formed of fixed resistors, and represents that the constant temperature difference can be controlled.

即ち、RbとRcが同じ温度になるように構造を工夫することで、全ての定温度差ブリッジ抵抗を感温抵抗体で形成できることに著者らは着目した。   That is, the authors noted that all constant temperature difference bridge resistances can be formed of temperature sensitive resistors by devising the structure so that Rb and Rc have the same temperature.

そこでRbとRcが同じ温度になるよう、基板2に熱伝導率の良いシリコン等を用いてその上にRb,Rcを形成したり、あるいは図1に示すように、感温抵抗体12,13
(Rb,Rc)を近接配置する構造とした。
Therefore, Rb and Rc are formed on the substrate 2 using silicon or the like having good thermal conductivity so that Rb and Rc have the same temperature, or the temperature sensitive resistors 12 and 13 are formed as shown in FIG.
(Rb, Rc) are arranged close to each other.

なお、式(6)から判るようにRaで周囲温度を検知する代わりにRbで周囲温度を検知し、RaとRcが同じ温度になるようにしても同様に成立する。   As can be seen from equation (6), the same holds true even if the ambient temperature is detected by Rb instead of detecting the ambient temperature by Ra, and Ra and Rc have the same temperature.

本発明のように定温度差ブリッジを同じ材料、同じプロセスで形成すると次のような利点がある。   When the constant temperature difference bridge is formed by the same material and the same process as in the present invention, there are the following advantages.

抵抗値の絶対値ばらつきはプロセス条件にもよるが、およそ±30%程度になるがRhとRbの抵抗比Rh/Rb、及びRaとRcの抵抗比Ra/Rcは同じプロセスでパターニングされた場合、ほとんどばらつくことはない。また、同じ基板内に全ての抵抗を形成するため抵抗温度係数もほとんどばらつかない。   Although the absolute value variation of the resistance value depends on the process conditions, it is about ± 30%, but the resistance ratio Rh / Rb of Rh and Rb and the resistance ratio Ra / Rc of Ra and Rc are patterned in the same process. , Hardly fluctuate. Further, since all resistors are formed in the same substrate, the temperature coefficient of resistance hardly varies.

実際に半導体プロセスを用いて抵抗体をパターニングし、これらの抵抗比を実測すると、Rh/Rb、及びRa/Rcは±0.07% 以下となる。また抵抗温度係数の絶対値ばらつきはロット間では±1%程度であるが、同一ロット内のしかも同一基板2内ではほぼゼロにできることが判った。   When a resistor is actually patterned using a semiconductor process and the resistance ratio is actually measured, Rh / Rb and Ra / Rc are ± 0.07% or less. The absolute value variation of the resistance temperature coefficient is about ± 1% between lots, but it has been found that the resistance temperature coefficient can be almost zero within the same lot and within the same substrate 2.

そうすると、表1に示すように本発明を適用することで無調整であっても発熱抵抗体
10の加熱温度ばらつきを±1℃程度にできる。これは従来例の加熱温度ばらつきが
±14℃であるのに対し大幅な改善であり、無調整化が可能なレベルである。
Then, as shown in Table 1, by applying the present invention, the heating temperature variation of the heating resistor 10 can be set to about ± 1 ° C. even without adjustment. This is a significant improvement over the conventional heating temperature variation of ± 14 ° C., and is a level where adjustment can be eliminated.

従って本発明の適用により発熱抵抗体10の加熱温度の調整工程を省略でき、これにより原価低減が可能となる。また、回路基板4上に定温度差ブリッジ用の固定抵抗を形成しないため、回路基板4の小型化も可能である。   Therefore, by applying the present invention, the adjustment process of the heating temperature of the heating resistor 10 can be omitted, thereby reducing the cost. Further, since the fixed resistor for the constant temperature difference bridge is not formed on the circuit board 4, the circuit board 4 can be downsized.

また、基板2上に全ての感温抵抗体を形成し、吸気に曝す構造の本発明を適用すると、先述したように主通路5表面や回路基板4が最大125℃程度に上昇するのに対して、吸気は100℃程度にしか上昇しないために熱的に有利である。そのため、Rb,Rcの経時変化を軽減できる。   Further, when the present invention having a structure in which all the temperature sensitive resistors are formed on the substrate 2 and exposed to the intake air is applied, the surface of the main passage 5 and the circuit board 4 rise to about 125 ° C. as described above. Since the intake air rises only to about 100 ° C., it is thermally advantageous. Therefore, the change with time of Rb and Rc can be reduced.

しかも、仮にRb,Rcの抵抗が経時変化しても同じ環境条件の熱履歴を受けるため
Rb,Rcは共に同じような変化を示す。そうすると、定温度差ブリッジのブリッジバランスは変化しないため、発熱抵抗体10の加熱温度差ΔTが変化することを防止できる。これにより出力44の変化を防止でき信頼性向上が可能である。
Moreover, even if the resistances of Rb and Rc change with time, both Rb and Rc show the same change because they receive the thermal history under the same environmental conditions. Then, since the bridge balance of the constant temperature difference bridge does not change, the heating temperature difference ΔT of the heating resistor 10 can be prevented from changing. Thereby, the change of the output 44 can be prevented and the reliability can be improved.

さらに本発明を適用すれば、温度特性ばらつきも改善されることを図23,図24の表1,表2に示す。感温抵抗体の抵抗温度係数ばらつきは図24に示すように、例えば2000±20ppm/℃ である。また、同一基板2内の抵抗温度係数ばらつきはほとんどゼロであり、約±2ppm/℃ である。本発明を適用すると、周囲温度が20℃の時、発熱抵抗体
10の加熱温度は約170℃±2℃である。また、周囲温度が変化し、80℃になった時の加熱温度は約247℃±2℃となり、周囲温度が変化しても加熱温度ばらつきが非常に小さいことが判る。
Further, Table 1 and Table 2 in FIG. 23 and FIG. 24 show that if the present invention is applied, the temperature characteristic variation is also improved. The variation of the temperature coefficient of resistance of the temperature sensitive resistor is, for example, 2000 ± 20 ppm / ° C. as shown in FIG. Also, the resistance temperature coefficient variation within the same substrate 2 is almost zero, and is about ± 2 ppm / ° C. When the present invention is applied, when the ambient temperature is 20 ° C., the heating temperature of the heating resistor 10 is about 170 ° C. ± 2 ° C. Further, the heating temperature when the ambient temperature changes to 80 ° C. is about 247 ° C. ± 2 ° C., and it can be seen that the variation in the heating temperature is very small even if the ambient temperature changes.

一方、従来例の場合、回路基板4上に印刷等で形成される固定抵抗Rb,Rcの抵抗温度係数は基本的には0ppm/℃であるが、ばらつきが大きく±50ppm/℃程度である。従来例では周囲温度が20℃の時、発熱抵抗体10の加熱温度は約170℃±3℃と比較的ばらつきが小さくできるものの、周囲温度が80℃になると加熱温度は約247℃±8℃となり、ばらつきが大きくなる。このばらつきにより温度特性ばらつきが大きくなる。   On the other hand, in the case of the conventional example, the resistance temperature coefficient of the fixed resistors Rb and Rc formed on the circuit board 4 by printing or the like is basically 0 ppm / ° C., but the variation is large and about ± 50 ppm / ° C. In the conventional example, when the ambient temperature is 20 ° C., the heating temperature of the heating resistor 10 can be relatively small as about 170 ° C. ± 3 ° C. However, when the ambient temperature reaches 80 ° C., the heating temperature is about 247 ° C. ± 8 ° C. Thus, the variation becomes large. Due to this variation, the temperature characteristic variation becomes large.

従来発明と本発明の周囲温度を20℃から80℃に変えた時の温度特性ばらつきを比較して図4に示す。図4の(a)が本発明による温度特性ばらつきであり、(b)が従来発明のばらつきを示している。このように本発明を適用すれば大幅なばらつきの低減が可能となる。   FIG. 4 shows a comparison of variations in temperature characteristics when the ambient temperature of the conventional invention is changed from 20 ° C. to 80 ° C. FIG. 4A shows the temperature characteristic variation according to the present invention, and FIG. 4B shows the variation of the conventional invention. In this way, if the present invention is applied, it is possible to greatly reduce variation.

また、本発明のように定温度差ブリッジを全て同一基板2上に形成したものでは、Rb,Rcの抵抗温度係数ばらつきを非常に小さくできること、及びRb,Rcを近接配置する等で両抵抗に温度差を生じ難くできることから、吸気と回路基板に温度差を生じるような環境条件であっても出力44の変動を防止できる。   Further, in the case where the constant temperature difference bridges are all formed on the same substrate 2 as in the present invention, the resistance temperature coefficient variation of Rb and Rc can be made very small, and both resistances can be achieved by arranging Rb and Rc close to each other. Since the temperature difference can be made difficult to occur, fluctuations in the output 44 can be prevented even under environmental conditions that cause a temperature difference between the intake air and the circuit board.

さらに、定温度差ブリッジを全て同じ基板2上に形成するため、各感温抵抗体間の配線を非常に小さくできることから、電波障害に対して有利になる。これは、従来例のように定温度差ブリッジ抵抗が基板2と回路基板4の両方に形成する構造では、その配線部が長くなり、配線部が電波を受けるアンテナになってしまうのに対し、本発明ではそれが無いためである。   Furthermore, since all the constant temperature difference bridges are formed on the same substrate 2, the wiring between the temperature sensitive resistors can be made very small, which is advantageous for radio wave interference. This is because, in the structure in which the constant temperature difference bridge resistance is formed on both the substrate 2 and the circuit board 4 as in the conventional example, the wiring portion becomes long and the wiring portion becomes an antenna for receiving radio waves. This is because it is not present in the present invention.

なお、上述と同様の効果を得る手段として、例えばRh,Raを一つの基板2に、Rb,Rcを別の基板2に形成し、これを組み合わせることも考えられる。その場合、工程は増加するが、加熱温度の調整工程を省略したり、温度特性ばらつきを改善したりする効果はほぼ同じであり、Rb,Rcを発熱抵抗体10から離せるために熱的に有利である。   As a means for obtaining the same effect as described above, for example, it may be possible to form Rh and Ra on one substrate 2 and Rb and Rc on another substrate 2 and combine them. In that case, the number of steps increases, but the effect of omitting the step of adjusting the heating temperature or improving the variation in temperature characteristics is almost the same, and in order to separate Rb and Rc from the heating resistor 10, It is advantageous.

また、信頼性向上を主目的とするなら、定温度差ブリッジに用いる全ての抵抗を同じ材料の感温抵抗体で形成するだけでも効果がある。同じ材料であれば、比較的経時変化の傾向が一致するため、定温度差ブリッジのバランスが変化しないためである。   If the main purpose is to improve reliability, it is effective to simply form all the resistors used for the constant temperature difference bridge with temperature sensitive resistors made of the same material. This is because, with the same material, the tendency of change with time is relatively consistent, and the balance of the constant temperature difference bridge does not change.

また、上流側温度センサ30,下流側温度センサ31材料は種々のものが考えられるが、発熱抵抗体10,感温抵抗体11,12,13と同じ材料で製作することも可能である。同じ材料を用いれば、一回だけの抵抗形成プロセスで全ての抵抗体が形成できるので製造プロセスの簡略化ができる。   Various materials can be considered for the upstream temperature sensor 30 and the downstream temperature sensor 31, but they can be made of the same material as the heating resistor 10 and the temperature sensitive resistors 11, 12, and 13. If the same material is used, since all the resistors can be formed by a single resistance forming process, the manufacturing process can be simplified.

次に本発明のその他の実施例を図6,図7に基づき説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図6は熱式流量センサ素子26の構造とその配線パターン図である。図7は図6に示す熱式流量センサ素子26を含めた回路図を示している。熱式流量センサ素子26の製造方法については、図1で説明したものと類似であり省略する。   FIG. 6 shows the structure of the thermal flow sensor element 26 and its wiring pattern diagram. FIG. 7 shows a circuit diagram including the thermal flow sensor element 26 shown in FIG. The manufacturing method of the thermal flow sensor element 26 is similar to that described with reference to FIG.

図6に示すように、基板2のほぼ中央部付近には薄肉部7が形成され、そこに感温抵抗体24と発熱抵抗体10が近接して配置されている。そして発熱抵抗体10の上下流には上流側温度センサ30,33と下流側温度センサ31,32が形成された構造である。ここで、発熱抵抗体10、及び4つの感温抵抗体22,23,24,25は同じプロセス,同じ材料で形成したものである。もちろん上下流温度センサ30,33,31,32も同じプロセスで製作したほうが、プロセスが煩雑化しないためより好適である。   As shown in FIG. 6, a thin-walled portion 7 is formed near the center of the substrate 2, and the temperature-sensitive resistor 24 and the heating resistor 10 are disposed close to each other. Further, upstream temperature sensors 30 and 33 and downstream temperature sensors 31 and 32 are formed upstream and downstream of the heating resistor 10. Here, the heating resistor 10 and the four temperature sensitive resistors 22, 23, 24, and 25 are formed of the same process and the same material. Of course, it is more preferable that the upstream / downstream temperature sensors 30, 33, 31, and 32 are manufactured by the same process because the process is not complicated.

図7に示すように感温抵抗体24は同一基板2内に形成されたその他の感温抵抗体22,23,25と結線されてブリッジを形成している。発熱抵抗体10が流体の流れによって冷却されると近接配置された感温抵抗体24も冷却され、ブリッジバランスが変化する。その変化を差動増幅器41,トランジスタ45でフィードバック制御することで発熱抵抗体10を定温度差制御している。   As shown in FIG. 7, the temperature sensitive resistor 24 is connected to other temperature sensitive resistors 22, 23, 25 formed in the same substrate 2 to form a bridge. When the heating resistor 10 is cooled by the flow of the fluid, the temperature-sensitive resistor 24 arranged in proximity is also cooled, and the bridge balance changes. The heating resistor 10 is controlled at a constant temperature difference by feedback control of the change by the differential amplifier 41 and the transistor 45.

このような発熱抵抗体10と4つの感温抵抗体22,23,24,25からなる定温度差制御方式にも本発明を適用でき、これに類する定温度差制御方式も、本発明の定温度差制御回路の概念に含まれ、詳細は省略するが従来から知られているその他の定温度差制御回路にも本発明の概念を適用できる。いずれの場合も定温度差制御には少なくとも4つ以上の感温抵抗体が必要である。   The present invention can also be applied to a constant temperature difference control system composed of such a heating resistor 10 and four temperature sensitive resistors 22, 23, 24, 25. A similar constant temperature difference control system is also applicable to the constant temperature difference control system of the present invention. The concept of the present invention can be applied to other constant temperature difference control circuits that are included in the concept of the temperature difference control circuit and are not described in detail but are conventionally known. In any case, at least four or more temperature sensitive resistors are required for the constant temperature difference control.

なお、本発明の効果は先述と同様であるため省略する。   The effects of the present invention are the same as described above, and will not be described.

次に本発明のその他の実施例を図8,図9に基づき説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図8は熱式流量センサ素子26の構造とその配線パターン図である。図9は図8に示す熱式流量センサ素子26を含めた回路図を示している。熱式流量センサ素子26の製造方法については、図1で説明したものと類似であり省略する。   FIG. 8 shows the structure of the thermal flow sensor element 26 and its wiring pattern diagram. FIG. 9 shows a circuit diagram including the thermal flow sensor element 26 shown in FIG. The manufacturing method of the thermal flow sensor element 26 is similar to that described with reference to FIG.

図8に示すように、基板2には薄肉部7が形成され、そこに二つの発熱抵抗体14,
18が流体の流れに対して上下流に近接して配置されている。そして、上流側の発熱抵抗体14には三つの感温抵抗体15,16,17が結線され、下流側の発熱抵抗体18には3つの感温抵抗体19,20,21が結線され、全ての抵抗体が同じプロセス、同じ材料の感温抵抗体で形成されている。そして発熱抵抗体14,18は図9に示すようにそれぞれ独立した定温度差ブリッジで動作される。流体の流れ6が生じると上流側発熱抵抗体
14の熱を下流側発熱抵抗体18で受け取るため、下流側発熱抵抗体18の放熱量が減少し、逆向きの流れが生じると上流側発熱抵抗体14の放熱量が減少する。これを利用し、流体の流れ方向出力47と流量の出力44を得ることができる。
As shown in FIG. 8, a thin portion 7 is formed on the substrate 2, and there are two heating resistors 14,
18 is arranged close to the upstream and downstream of the fluid flow. Then, three temperature sensitive resistors 15, 16, and 17 are connected to the upstream heating resistor 14, and three temperature sensitive resistors 19, 20, and 21 are connected to the downstream heating resistor 18. All resistors are made of the same process and temperature sensitive resistors of the same material. The heating resistors 14 and 18 are operated by independent constant temperature difference bridges as shown in FIG. When the fluid flow 6 occurs, the heat of the upstream side heating resistor 14 is received by the downstream side heating resistor 18, so the amount of heat released from the downstream side heating resistor 18 decreases, and when the flow in the opposite direction occurs, the upstream side heating resistor The amount of heat released from the body 14 is reduced. By utilizing this, a fluid flow direction output 47 and a flow rate output 44 can be obtained.

このような方式の熱式流量計測装置1の場合は特に本発明の適用が有効である。   The application of the present invention is particularly effective in the case of the thermal flow measuring device 1 of such a system.

即ち、二つの発熱抵抗体14,18の加熱温度差ΔTは周囲温度が変化した時や流量が変化した時に、ほぼ同じように動作しないと誤差要因となる。本発明のように二つの定温度差ブリッジの全抵抗を同じ感温抵抗体で形成すれば、二つの定温度差ブリッジの抵抗比と抵抗温度係数をほぼ同じにできるので常に同じように動作させることができる。また、図8に示すように両定温度差ブリッジの感温抵抗体15,19を近接配置して出来るだけ同じ温度になるようにし、同様に感温抵抗体16,17,20,21を近接配置し、出来るだけ同じ温度になるようにする等を実施すると、両発熱抵抗体14,18の加熱温度差ΔTがより一層同じように動作するため、より高精度化を図ることが可能である。その他の効果は先述と同様であり省略する。   That is, the difference in heating temperature ΔT between the two heating resistors 14 and 18 becomes an error factor if they do not operate substantially the same when the ambient temperature changes or the flow rate changes. If the total resistance of the two constant temperature difference bridges is formed of the same temperature sensitive resistor as in the present invention, the resistance ratio and resistance temperature coefficient of the two constant temperature difference bridges can be made substantially the same, so that they always operate in the same manner. be able to. Further, as shown in FIG. 8, the temperature sensitive resistors 15 and 19 of the two constant temperature difference bridges are arranged close to each other so that the same temperature is obtained as much as possible, and similarly the temperature sensitive resistors 16, 17, 20, and 21 are arranged close to each other. If it is arranged and made to have the same temperature as much as possible, the heating temperature difference ΔT of both the heating resistors 14 and 18 operates in the same manner, so that higher accuracy can be achieved. . Other effects are the same as described above, and will be omitted.

次に本発明のその他の実施例を図10に基づき説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図10は熱式流量センサ素子26の構造とその配線パターン図である。基板2には厚さ約0.1mm のアルミナ製セラミック基板を用い、基板2の片面に白金等の薄膜をスパッタ後にパターニングで発熱抵抗体10、及び感温抵抗体11,12,13を形成したものである。   FIG. 10 shows the structure of the thermal flow sensor element 26 and its wiring pattern. An alumina ceramic substrate having a thickness of about 0.1 mm was used as the substrate 2, and a heating resistor 10 and temperature sensitive resistors 11, 12, 13 were formed by patterning after sputtering a thin film such as platinum on one surface of the substrate 2. Is.

そして、発熱抵抗体10、及び感温抵抗体11,12,13を結線して定温度差ブリッジとしたものである。図10に示すように発熱抵抗体10と感温抵抗体11,12,13の間にスリット54を形成し、発熱抵抗体10からの熱伝導を防止すれば、本発明の適用が可能である。なお、効果は先述と同様であり省略する。   The heating resistor 10 and the temperature sensitive resistors 11, 12, 13 are connected to form a constant temperature difference bridge. If the slit 54 is formed between the heating resistor 10 and the temperature sensitive resistors 11, 12, and 13 to prevent heat conduction from the heating resistor 10 as shown in FIG. 10, the present invention can be applied. . The effect is the same as described above, and will be omitted.

次に本発明のその他の実施例を図11に基づき説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図11に示すように基板2には薄肉部7が形成され、薄肉部7は基板2から熱絶縁されている。その薄肉部7には発熱抵抗体10が形成され、さらに発熱抵抗体10には電気的に結線された感温抵抗体11,12,13,13a,13bが設けられている。感温抵抗体13a,13bの抵抗値は感温抵抗体13の10%以下である。ここで、発熱抵抗体
10の動作時の抵抗をRht、感温抵抗体11の動作時の抵抗値をRa、感温抵抗体12の動作時の抵抗値をRb、感温抵抗体13の動作時の抵抗値をRcとし、感温抵抗体13aの動作時の抵抗値をRcaとし、感温抵抗体13bの動作時の抵抗値をRcbとし、抵抗温度係数が全て同じ値でαであるとし、例えば次式(9)で表されるブリッジを形成していると仮定する。
As shown in FIG. 11, a thin portion 7 is formed on the substrate 2, and the thin portion 7 is thermally insulated from the substrate 2. A heat generating resistor 10 is formed in the thin portion 7, and the heat generating resistor 10 is provided with temperature sensitive resistors 11, 12, 13, 13 a, 13 b that are electrically connected. The resistance values of the temperature sensitive resistors 13 a and 13 b are 10% or less of the temperature sensitive resistor 13. Here, the resistance during the operation of the heating resistor 10 is Rht, the resistance value during the operation of the temperature sensing resistor 11 is Ra, the resistance value during the operation of the temperature sensing resistor 12 is Rb, and the operation of the temperature sensing resistor 13 is performed. The resistance value at the time is Rc, the resistance value when the temperature sensitive resistor 13a is operated is Rca, the resistance value when the temperature sensitive resistor 13b is operated is Rcb, and the resistance temperature coefficients are all the same value and α. For example, it is assumed that a bridge represented by the following formula (9) is formed.

Rht×Rc=Ra×Rb …(9)
加熱温度は図23,図24に示したように±1℃ないしは±2℃程度のばらつきがあり、完全にばらつきを無くすことはできない。そこで更なる高精度化を図るためには、Rcに接続されたRca,Rcbを用いて次式(10),(11),(12)に示すようにブリッジバランスを変えてやるとより好適である。
Rht × Rc = Ra × Rb (9)
As shown in FIGS. 23 and 24, the heating temperature has a variation of about ± 1 ° C. or ± 2 ° C., and the variation cannot be completely eliminated. Therefore, in order to further increase the accuracy, it is more preferable to change the bridge balance as shown in the following equations (10), (11), and (12) using Rca and Rcb connected to Rc. is there.

Rht×(Rc+Rca)=Ra×Rb …(10)
Rht×(Rc+Rcb)=Ra×Rb …(11)
Rht×(Rc+Rca+Rcb)=Ra×Rb …(12)
式(9),(10),(11),(12)に示す抵抗の組み合わせは電極51の結線を変えれば良く、工程的にはレーザー等によるトリミング等の調整が不要であるため安価である。特に、抵抗温度係数のばらつきに起因する加熱温度のばらつきを吸収するのに有効である。
Rht × (Rc + Rca) = Ra × Rb (10)
Rht × (Rc + Rcb) = Ra × Rb (11)
Rht × (Rc + Rca + Rcb) = Ra × Rb (12)
The combination of resistances shown in the equations (9), (10), (11), and (12) may be cheap because the wiring of the electrode 51 may be changed and adjustment such as trimming by a laser or the like is unnecessary in the process. . In particular, it is effective in absorbing the variation in heating temperature caused by the variation in resistance temperature coefficient.

抵抗温度係数は同じロット内では大きなばらつきを生じないため、ロットによって電極51の結線を変えればよいだけである。そのため基本的に無調整である。図示したRca,Rcbのような加熱温度を微調整する感温抵抗体は、直列抵抗で形成しても並列抵抗で形成してもよく、また、基板2に余裕があるなら数を増やせばそれだけ高精度化を達成できる。   Since the resistance temperature coefficient does not vary greatly within the same lot, it is only necessary to change the connection of the electrodes 51 depending on the lot. Therefore, there is basically no adjustment. The temperature sensitive resistors for fine adjustment of the heating temperature such as Rca and Rcb shown in the figure may be formed of series resistance or parallel resistance, and if the substrate 2 has a margin, the number is increased. High accuracy can be achieved.

なお、ここで説明した微調整用の感温抵抗体は、式(9)から判るように定温度差ブリッジを構成するいずれのブリッジ抵抗と組み合わせても同様に成立する。   It should be noted that the fine-adjustment temperature-sensitive resistor described here is similarly established when combined with any bridge resistor constituting a constant temperature difference bridge as can be seen from Equation (9).

次に本発明のその他の実施例を以下説明する。   Next, other embodiments of the present invention will be described below.

図4に示したように温度特性は低流量ではマイナス誤差に、高流量ではプラス誤差になるといった流量依存性を有している。定温度差ブリッジを全て感温抵抗体で形成すると、温度特性のばらつきは軽減可能であるが、このような流量依存性の改善は困難である。   As shown in FIG. 4, the temperature characteristic has a flow rate dependency such that a minus error is caused at a low flow rate and a plus error is caused at a high flow rate. If all the constant temperature difference bridges are formed of temperature sensitive resistors, variations in temperature characteristics can be reduced, but such flow rate dependency improvement is difficult.

この流量依存性に基づく誤差を軽減するため、図11に示すように基板2に温度センサ8を形成し、この温度センサ8で検出した温度と熱式流量センサ素子26の流量出力が得られる構成とする。そして図12に示すように熱式流量センサ素子26の流量出力と温度センサ出力を補正回路46に入力し、そこで流量依存性を補正して出力することでより一層の温度特性誤差の軽減が可能である。   In order to reduce the error based on the flow rate dependency, the temperature sensor 8 is formed on the substrate 2 as shown in FIG. 11, and the temperature detected by the temperature sensor 8 and the flow rate output of the thermal flow sensor element 26 can be obtained. And Then, as shown in FIG. 12, the flow rate output of the thermal flow sensor element 26 and the temperature sensor output are input to the correction circuit 46, where the dependency on the flow rate is corrected and output, thereby further reducing the temperature characteristic error. It is.

温度センサ8は特に定温度差ブリッジに用いる材料で形成するのが良い。同じ材料を用いて同時プロセスで形成すれば、同じ抵抗温度係数にできるため流量依存性の補正が比較的容易である。   The temperature sensor 8 is particularly preferably formed of a material used for the constant temperature difference bridge. If the same material is used for the simultaneous process, the same temperature coefficient of resistance can be obtained, so that correction of flow rate dependency is relatively easy.

なお、発熱抵抗体10は薄肉部7に形成されて熱的に基板2から絶縁されてはいるものの、僅かではあるが基板2に熱を伝えること、及び感温抵抗体11,12,13等も僅かに発熱することから基板2が小さい場合や基板2の放熱性が悪いと温度上昇する。その場合、温度センサ8も温度上昇してしまうので、流量依存性の補正に誤差を生じる可能性がある。そこで図11に示したように第二の薄肉部7aに温度センサ8を配置して基板2から熱絶縁すると、より効果的である。   Although the heating resistor 10 is formed in the thin portion 7 and is thermally insulated from the substrate 2, the heating resistor 10 transmits heat to the substrate 2 to a small extent, and the temperature sensitive resistors 11, 12, 13, etc. However, the temperature rises if the substrate 2 is small or if the heat dissipation of the substrate 2 is poor. In this case, the temperature of the temperature sensor 8 also rises, so that an error may occur in correction of the flow rate dependency. Therefore, as shown in FIG. 11, it is more effective to dispose the temperature sensor 8 in the second thin portion 7 a and thermally insulate from the substrate 2.

また、誤差はやや増えるが温度センサは補正回路46内に内蔵させても良く、その場合は温度センサ8と補正回路46を接続する配線等は不要である。   Further, although the error slightly increases, the temperature sensor may be built in the correction circuit 46. In this case, wiring for connecting the temperature sensor 8 and the correction circuit 46 is not necessary.

なお、ここで述べた温度センサ8はそのままエンジン制御に用いる吸気温度の検出にも用いることも可能である。特に第二の薄肉部7aに温度センサ8を配置した構造のものは応答性も早く、より好適である。   Note that the temperature sensor 8 described here can also be used as it is for detecting the intake air temperature used for engine control. In particular, a structure in which the temperature sensor 8 is disposed in the second thin portion 7a is more suitable because of its quick response.

次に本発明の応用例を図13に基づき説明する。   Next, an application example of the present invention will be described with reference to FIG.

図13に示すように定温度差ブリッジを全て感温抵抗体で形成すれば、熱式流量センサ素子26と差動増幅器41,トランジスタ45,補正回路46等を同じ半導体からなる一つの基板2内に形成することも可能となる。   If all the constant temperature difference bridges are formed of temperature sensitive resistors as shown in FIG. 13, the thermal flow sensor element 26, the differential amplifier 41, the transistor 45, the correction circuit 46, etc. are formed in one substrate 2 made of the same semiconductor. It can also be formed.

従来例では一体化しても、定温度差ブリッジ用の固定抵抗があることや加熱温度の調整があることから、基板とは別の回路基板4等が必要であった。本発明のように定温度差ブリッジ抵抗を全て同じ感温抵抗体で形成すると、回路基板4が不要となり更なる小型化と原価低減が可能である。   In the conventional example, even if they are integrated, there is a fixed resistance for the constant temperature difference bridge and there is adjustment of the heating temperature, so that a circuit board 4 other than the board is required. If the constant temperature difference bridge resistors are all formed of the same temperature sensitive resistor as in the present invention, the circuit board 4 becomes unnecessary, and further miniaturization and cost reduction are possible.

そして一体化することで最も有利な点は熱式流量センサ素子26部が吸気によって冷却されると、同じ基板2内に形成された差動増幅器41,トランジスタ45,補正回路46等も同時に冷却されるため、熱式流量センサ素子26と常に同じ温度になっていることである。   The most advantageous point of integration is that when the thermal flow sensor element 26 is cooled by intake air, the differential amplifier 41, the transistor 45, the correction circuit 46, etc. formed in the same substrate 2 are also cooled at the same time. Therefore, the temperature is always the same as that of the thermal flow sensor element 26.

これにより、従来例では吸気温度と回路基板4に温度差ができたり、回路基板4内に温度ムラができると、回路基板4上に実装された電子部品の温度特性が複雑に変動するため、出力44の誤差を生じていたが、本発明を適用すれば、誤差を大幅に軽減できる。副通路52は曲がりを有するものであっても良い。曲がりのある副通路を用いれば、多くの抵抗や回路が形成された熱式流量センサ素子26を流れに含まれるちりや液滴,バックファイヤーからより保護することができる。   As a result, in the conventional example, if there is a temperature difference between the intake air temperature and the circuit board 4 or temperature irregularities are generated in the circuit board 4, the temperature characteristics of the electronic components mounted on the circuit board 4 vary in a complicated manner. Although an error of the output 44 has occurred, if the present invention is applied, the error can be greatly reduced. The sub passage 52 may have a bend. If a curved sub-passage is used, the thermal flow sensor element 26 in which many resistors and circuits are formed can be further protected from dust, droplets, and backfire contained in the flow.

次に本発明のその他の実施例を図14,図15,図16、及び図5に基づき説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 14, FIG. 15, FIG. 16, and FIG.

図14は熱式流量センサ素子26の部分拡大図であり、図15,図16は図14の断面A−Aの温度分布の例である。図5は発熱抵抗体10を約250℃で通電加熱した時の抵抗変化例を示している。   FIG. 14 is a partially enlarged view of the thermal type flow sensor element 26, and FIGS. 15 and 16 are examples of temperature distribution in the section AA of FIG. FIG. 5 shows an example of resistance change when the heating resistor 10 is energized and heated at about 250.degree.

図14に示すように、熱式流量センサ素子26は発熱抵抗体10、及び感温抵抗体11,12,13が設けられている。ここで、発熱抵抗体10の動作時の抵抗をRht,感温抵抗体11の動作時の抵抗値をRa,感温抵抗体12の動作時の抵抗値をRb,感温抵抗体13の動作時の抵抗値をRcとし、抵抗温度係数が全て同じ値でαであるなら、例えば次式(13)で表される定温度差ブリッジを形成できる。   As shown in FIG. 14, the thermal flow sensor element 26 is provided with a heating resistor 10 and temperature sensitive resistors 11, 12, and 13. Here, the resistance when the heating resistor 10 is operated is Rht, the resistance value when the temperature-sensitive resistor 11 is operated is Ra, the resistance value when the temperature-sensitive resistor 12 is operated is Rb, and the temperature-sensitive resistor 13 is operated. If the resistance value at the time is Rc and the temperature coefficient of resistance is all the same value and α, for example, a constant temperature difference bridge represented by the following equation (13) can be formed.

Rht×Rc=Ra×Rb …(13)
常時加熱して使用される発熱抵抗体は、図5に示すように徐々に抵抗変化する。図5の(X)はポリシリコン薄膜抵抗体、(Y)は白金薄膜抵抗体の経時変化の様子を示したものであり、このように発熱抵抗体10に使用する材料によって変化の傾向が違っている。
Rht × Rc = Ra × Rb (13)
The heating resistor that is always heated and used gradually changes its resistance as shown in FIG. (X) in FIG. 5 shows a time-dependent change of the polysilicon thin film resistor and (Y) shows a change in the platinum thin film resistor over time. Thus, the tendency of the change varies depending on the material used for the heating resistor 10. ing.

まず、ポリシリコン薄膜抵抗体のように徐々に抵抗値が増加する場合の温度分布の変化について図15に基づき説明する。発熱抵抗体10の抵抗値、即ちRhtが経時劣化で増加しても、式(13)のブリッジバランスは変化しないので、Rhtの抵抗増加分だけ加熱温度が低下することになる。   First, a change in temperature distribution when the resistance value gradually increases like a polysilicon thin film resistor will be described with reference to FIG. Even if the resistance value of the heating resistor 10, that is, Rht increases due to deterioration with time, the bridge balance of the equation (13) does not change, so the heating temperature decreases by the amount of increase in Rht resistance.

その実測例が図15であり、図15(a)は抵抗変化前、(b)は抵抗変化後の温度分布である。(a),(b)を比較すると温度分布は一様に変化するのではなく、温度が高いところほど変化量が少ないことが判る。   FIG. 15 shows an example of the actual measurement. FIG. 15A shows the temperature distribution before the resistance change, and FIG. 15B shows the temperature distribution after the resistance change. Comparing (a) and (b), it can be seen that the temperature distribution does not change uniformly, but the amount of change is smaller at higher temperatures.

その理由は、高温部ほど経時変化が顕著で抵抗増加が大きいためであり、他の部分に比べて抵抗増加分だけジュール熱が増加するためである。   The reason for this is that the higher the temperature portion, the more the change with time is more remarkable and the resistance increase is larger, and the Joule heat is increased by the resistance increase than the other portions.

この温度分布変化を積極的に利用すると、発熱抵抗体10の抵抗経時変化による加熱温度の低下を防止できる。即ち、図14に示すように発熱抵抗体10の温度が最も高い領域の近傍にRbを形成し、低い領域の近傍にRcを形成する。   If this temperature distribution change is positively used, it is possible to prevent the heating temperature from decreasing due to the resistance aging of the heating resistor 10. That is, as shown in FIG. 14, Rb is formed in the vicinity of the region where the temperature of the heating resistor 10 is the highest, and Rc is formed in the vicinity of the low region.

発熱抵抗体10は薄肉部7に形成されており、熱的に断熱されてはいるが僅かに熱が基板2に伝導しているので、このパターン配置の違いによりRbとRcに僅かな温度差が生じることになる。   The heating resistor 10 is formed in the thin wall portion 7 and is thermally insulated, but a little heat is conducted to the substrate 2, so that a slight temperature difference between Rb and Rc is caused by the difference in the pattern arrangement. Will occur.

経時変化により、図15(a)に示す温度分布から図15(b)に示す温度分布に変化するとRb部ではほとんど温度変化がないが、Rc部は僅かに温度低下することになる。そのためRcの抵抗値が低下してブリッジバランスが変化し、結果として加熱温度の低下を防止できることになる。なお、Rc,Rbのパターンの一部を薄肉部7に配置し、より積極的にこの温度分布変化を利用することも考えられる。   When the temperature distribution shown in FIG. 15A changes from the temperature distribution shown in FIG. 15A to the temperature distribution shown in FIG. 15B due to changes over time, there is almost no temperature change in the Rb portion, but the temperature in the Rc portion slightly decreases. For this reason, the resistance value of Rc is lowered to change the bridge balance, and as a result, it is possible to prevent the heating temperature from being lowered. It is also conceivable that a part of the Rc and Rb patterns is arranged in the thin portion 7 and this temperature distribution change is used more actively.

このようにして発熱抵抗体10の加熱温度変化を防止できれば、出力44の特性変化を防止できる。   If the heating temperature change of the heating resistor 10 can be prevented in this way, the characteristic change of the output 44 can be prevented.

なお、本発明の概念は図1,図6,図8等の熱式流量センサにももちろん適用可能であり、効果は同じである。   It should be noted that the concept of the present invention can be applied to the thermal type flow sensor of FIGS. 1, 6, 6 and 8 and the effect is the same.

次に、白金薄膜抵抗体のように徐々に抵抗値が減少する場合の温度分布変化について図16に基づき説明する。発熱抵抗体10が経時変化して抵抗減少すると、前述のポリシリコン薄膜抵抗体の場合とは逆に加熱温度が上昇する。その実測例が図16であり、(a)は抵抗変化前、(c)は抵抗変化後の温度分布である。(a),(c)を比較すると判るように温度分布は一様に変化するのではなく、温度が高いところほど変化量が少ない。その理由は、高温部ほど経時変化が顕著で抵抗減少が大きいためであり、他の部分に比べて抵抗減少分だけジュール熱が低下するためである。   Next, the temperature distribution change when the resistance value gradually decreases like a platinum thin film resistor will be described with reference to FIG. When the heating resistor 10 changes with time and the resistance decreases, the heating temperature rises contrary to the case of the polysilicon thin film resistor described above. FIG. 16 shows an actual measurement example, where (a) shows the temperature distribution before the resistance change, and (c) shows the temperature distribution after the resistance change. As can be seen by comparing (a) and (c), the temperature distribution does not change uniformly, but the amount of change is smaller as the temperature is higher. The reason for this is that the higher the temperature portion, the more the change with time and the greater the decrease in resistance, and the lower the Joule heat by the amount of resistance decrease compared to the other portions.

パターン配置も先述と全く同じであり、図14に示すように発熱抵抗体の温度が最も高い領域の近傍にRbを形成し、低い領域の近傍にRcを形成する。そうすると経時変化により、温度分布が変化するとRbではほとんど温度変化がないが、Rcは僅かに温度上昇するため、Rcの抵抗値が増加し、結果として加熱温度の上昇を防止できることになる。   The pattern arrangement is exactly the same as described above. As shown in FIG. 14, Rb is formed in the vicinity of the region where the temperature of the heating resistor is highest, and Rc is formed in the vicinity of the low region. Then, when the temperature distribution changes due to a change over time, there is almost no temperature change in Rb, but Rc slightly rises in temperature, so that the resistance value of Rc increases, and as a result, the heating temperature can be prevented from rising.

次に本発明のその他の実施例を図17,図18に基づき説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図17は熱式流量センサ素子26の構造とその配線パターン図である。図18は図17に示す熱式流量センサ素子26を含めた回路図を示している。   FIG. 17 shows the structure of the thermal flow sensor element 26 and its wiring pattern diagram. FIG. 18 is a circuit diagram including the thermal flow sensor element 26 shown in FIG.

図17に示すように、発熱抵抗体10の配線の途中から感温抵抗体22と接続すると、発熱抵抗体10と電極51間の無駄な抵抗を減らすことが出来る。配線抵抗が小さくなればその分だけ発熱抵抗体加熱に必要な電源42の電圧を小さくできる。特に自動車用では12Vのバッテリーが用いられ、特にエンジン始動時は電圧が6V程度にまで落ちることもあるため、この駆動電圧が低いほど熱式流量計測装置1として有利である。   As shown in FIG. 17, if the temperature-sensitive resistor 22 is connected from the middle of the wiring of the heating resistor 10, useless resistance between the heating resistor 10 and the electrode 51 can be reduced. If the wiring resistance is reduced, the voltage of the power source 42 required for heating the heating resistor can be reduced accordingly. In particular, a 12V battery is used for automobiles, and particularly when the engine is started, the voltage may drop to about 6V. Therefore, the lower the drive voltage, the more advantageous as the thermal flow rate measuring device 1.

一方、本構成にすると差動増幅器41に入力するための配線部に引出し感温抵抗体22が形成されることになる。この抵抗が温度によって変化すると差動増幅器41の入力電圧が変化し、発熱抵抗体10の加熱温度変化となって現れる。   On the other hand, with this configuration, the lead-out temperature sensitive resistor 22 is formed in the wiring portion for inputting to the differential amplifier 41. When this resistance changes with temperature, the input voltage of the differential amplifier 41 changes and appears as a heating temperature change of the heating resistor 10.

そこで、本発明では差動増幅器41へ入力されるもう一方の配線部に前述の引出し感温抵抗体22と抵抗値がほぼ等しい引出し感温抵抗体23を同時プロセスで形成したものである。   Therefore, in the present invention, the drawer temperature sensitive resistor 23 having substantially the same resistance value as that of the above-described drawer temperature sensitive resistor 22 is formed in the other wiring portion input to the differential amplifier 41 by a simultaneous process.

その回路図を図18に示す。本構成のように定温度差ブリッジから差動増幅器41に入力される配線部には引出し感温抵抗体22,23が形成されているが、これらの抵抗値が同じ値で、同じ抵抗温度係数を有しているなら、加熱温度が変化することはない。従って、本発明を適用すれば、温度特性ばらつきを生じることなく電源電圧を下げる効果がある。   The circuit diagram is shown in FIG. The lead-out temperature sensitive resistors 22 and 23 are formed in the wiring portion that is input from the constant temperature difference bridge to the differential amplifier 41 as in this configuration, but these resistance values have the same value and the same resistance temperature coefficient. The heating temperature will not change. Therefore, when the present invention is applied, there is an effect of reducing the power supply voltage without causing temperature characteristic variation.

次に本発明のその他の実施例を以下に説明する。   Next, other embodiments of the present invention will be described below.

まず、図23,図24で前述した発熱抵抗体10の加熱温度について補足する。表2の発熱抵抗体10の加熱温度は周囲温度が20℃の時170℃であり、周囲温度に対する温度差ΔTで表すと150℃である。同様に周囲温度が80℃の時はΔT167℃(247℃−80℃)である。   First, the heating temperature of the heating resistor 10 described above with reference to FIGS. 23 and 24 will be supplemented. The heating temperature of the heating resistor 10 in Table 2 is 170 ° C. when the ambient temperature is 20 ° C., and 150 ° C. when expressed as a temperature difference ΔT with respect to the ambient temperature. Similarly, when the ambient temperature is 80 ° C., ΔT 167 ° C. (247 ° C.-80 ° C.).

即ち上述の定温度差ブリッジは周囲温度が上がるほど、ΔTがやや増加する傾向にある。高温時に発熱抵抗体10の温度が高いということはそれだけ経時変化に対して余裕がなくなる。   That is, in the above-described constant temperature difference bridge, ΔT tends to slightly increase as the ambient temperature increases. The fact that the temperature of the heating resistor 10 is high at a high temperature has no room for a change with time.

従来例では、周囲温度変化時の発熱抵抗体10のΔTが任意に変えられるように、工夫をしたものもある。その一例として図22の回路図に示すように、定温度差ブリッジの感温抵抗体11に直列に固定抵抗67を接続した構成のものが知られている。   Some conventional examples have been devised so that ΔT of the heating resistor 10 can be arbitrarily changed when the ambient temperature changes. As an example, as shown in the circuit diagram of FIG. 22, a configuration in which a fixed resistor 67 is connected in series to the temperature-sensitive resistor 11 of a constant temperature difference bridge is known.

そこで本発明では感温抵抗体を用いて同様の効果を得る手段を考案した。   Therefore, the present invention has devised means for obtaining the same effect using a temperature sensitive resistor.

以下、図19,図20に基づき本発明の実施例について説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図19は熱式流量センサ素子26の構造であり、発熱抵抗体10、及び感温抵抗体11,12,13を同じ材料,プロセスで形成する。材料にポリシリコン薄膜抵抗体を用いた場合の抵抗温度係数はおよそ2000ppm/℃ である。そして、別の抵抗温度係数を有する、例えば白金薄膜抵抗体で第二の感温抵抗体24,25を形成し、前記の感温抵抗体
13と電気的に接続する。白金薄膜抵抗体の抵抗温度係数は約3000ppm/℃ である。
FIG. 19 shows the structure of the thermal flow sensor element 26, in which the heating resistor 10 and the temperature sensitive resistors 11, 12, 13 are formed by the same material and process. When a polysilicon thin film resistor is used as the material, the temperature coefficient of resistance is approximately 2000 ppm / ° C. Then, the second temperature sensitive resistors 24 and 25 having another resistance temperature coefficient, for example, platinum thin film resistors are formed and electrically connected to the temperature sensitive resistor 13. The temperature coefficient of resistance of the platinum thin film resistor is about 3000 ppm / ° C.

その回路図を図20に示す。このような組み合わせを行うと、感温抵抗体13と第二の感温抵抗体24,25を組み合わせた部分が、他の感温抵抗体12に比べて周囲温度変化に対する抵抗変化が大きくなる。   The circuit diagram is shown in FIG. When such a combination is performed, the resistance change with respect to the ambient temperature change is larger in the portion where the temperature sensitive resistor 13 and the second temperature sensitive resistors 24 and 25 are combined than in the other temperature sensitive resistors 12.

そのため第二の感温抵抗体24,25の抵抗値を適切に設定することで周囲温度が上がった時の発熱抵抗体10のΔTを任意に下げることが可能となる。   Therefore, by appropriately setting the resistance values of the second temperature sensitive resistors 24 and 25, ΔT of the heating resistor 10 when the ambient temperature rises can be arbitrarily reduced.

なお、電極材51と第二の感温抵抗体24,25を同じ材料で形成することも可能でありその場合には第二の感温抵抗体24,25を形成するために新たに工程を追加しなくても実施可能である。これらの材料としては比較的抵抗温度係数の高い白金薄膜やアルミニウム薄膜等が適している。   It is also possible to form the electrode material 51 and the second temperature sensitive resistors 24, 25 from the same material. In this case, a new process is performed to form the second temperature sensitive resistors 24, 25. It is possible to implement without adding. As these materials, a platinum thin film or an aluminum thin film having a relatively high temperature coefficient of resistance is suitable.

なお、発熱抵抗体10、及び感温抵抗体11,12,13のほうが第二の感温抵抗体
24,25よりも抵抗温度係数が高い場合も考えられる。その場合には、感温抵抗体11か感温抵抗体12に第二の感温抵抗体24,25を組み合わせれば同じ効果が得られる。
Note that the heating temperature resistor 10 and the temperature sensitive resistors 11, 12, 13 may have higher resistance temperature coefficients than the second temperature sensitive resistors 24, 25. In that case, the same effect can be obtained by combining the temperature sensitive resistor 11 or the temperature sensitive resistor 12 with the second temperature sensitive resistors 24 and 25.

また、図5を用いて説明したようにポリシリコン薄膜のような半導体材料と白金薄膜のような金属材料では抵抗経時変化の傾向が逆向きである。従って本発明を適用すると、例えば発熱抵抗体では経時変化で抵抗が増加しても、第二の感温抵抗体では抵抗が減少するため、発熱抵抗体の加熱温度が変化するのを軽減できる。従って信頼性の高い熱式流量計測装置1を提供できるという効果もある。   In addition, as described with reference to FIG. 5, the tendency of resistance change with time is opposite in a semiconductor material such as a polysilicon thin film and a metal material such as a platinum thin film. Therefore, when the present invention is applied, for example, even if the resistance of the heating resistor increases with time, the resistance of the second temperature-sensitive resistor decreases, so that the heating temperature of the heating resistor can be reduced. Therefore, there is also an effect that it is possible to provide a highly reliable thermal flow rate measuring device 1.

図24は内燃機関、特にガソリンエンジンに用いられる実施例。エンジンへの吸入空気101はエアクリーナー102,ボディ105,ダクト106,スロットル角度センサ
107,アイドルエアーコントロールバルブ108,スロットルボディ109が吸気マニホールド110と一体になる吸気通路を流れる途中の通路あるいはバイパス通路中で、本発明を施した熱式流量計測装置1に流量を検知され、該信号が電圧,周波数等の信号形態で、コントロールユニット111に取り込まれ、インジェクタ112,回転速度計113,エンジンシリンダ114,排気マニホールド115,ガス116,酸素濃度計117から構成される燃焼部構造及びサブシステムの制御に用いられる一実施例。
FIG. 24 shows an embodiment used for an internal combustion engine, particularly a gasoline engine. The intake air 101 to the engine is in the air cleaner 102, the body 105, the duct 106, the throttle angle sensor 107, the idle air control valve 108, the passage in the middle of the intake passage where the throttle body 109 is integrated with the intake manifold 110, or the bypass passage Thus, the flow rate is detected by the thermal flow measuring device 1 according to the present invention, and the signal is taken into the control unit 111 in the form of a signal such as voltage and frequency, and the injector 112, the tachometer 113, the engine cylinder 114, An embodiment used for controlling a combustion section structure and subsystem comprising an exhaust manifold 115, a gas 116, and an oximeter 117.

なお、ディーゼルエンジンの場合も基本構成はほぼ同じであり本発明を適用できる。すなわちディーゼルエンジンのエアクリーナー102と吸気マニホールド115の途中に配置した本発明の熱式流量計測装置1により流量が検知され、該信号がコントロールユニット111に取り込まれる構成である。   In the case of a diesel engine, the basic configuration is substantially the same, and the present invention can be applied. That is, the flow rate is detected by the thermal flow rate measuring device 1 of the present invention disposed in the middle of the air cleaner 102 and the intake manifold 115 of the diesel engine, and the signal is taken into the control unit 111.

また、最近では自動車の排気ガス規制強化や大気汚染防止といった社会的な要請から、プロパンガス車や天然ガス車、あるいは水素と酸素を燃料とした燃料電池を用いて発電し、モーター駆動で自動車を動かす等の研究が盛んになっている。   Recently, due to social demands such as stricter exhaust gas regulations for automobiles and prevention of air pollution, electric power is generated using propane gas vehicles, natural gas vehicles, or fuel cells using hydrogen and oxygen as fuel. There is a lot of research into moving it.

これらの流量を検知して燃料供給量を適正に制御するシステムへ、本発明の熱式流量計測装置を適用することも可能である。   It is also possible to apply the thermal flow rate measuring device of the present invention to a system that detects these flow rates and appropriately controls the fuel supply amount.

本発明による熱式流量センサ素子の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the thermal type flow sensor element by this invention. 図1に示す熱式流量センサ素子を含む回路図である。It is a circuit diagram containing the thermal type flow sensor element shown in FIG. 図1に示す熱式流量センサ素子を有する熱式流量計測装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermal type flow measuring apparatus which has the thermal type flow sensor element shown in FIG. 本発明による熱式流量計測装置の温度特性ばらつきを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature characteristic dispersion | variation of the thermal type flow measuring apparatus by this invention. 発熱抵抗体の抵抗経時変化の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of the resistance time-dependent change of a heating resistor. 本発明による熱式流量センサ素子の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the thermal type flow sensor element by this invention. 図6に示す熱式流量センサ素子を含む回路図である。It is a circuit diagram containing the thermal type flow sensor element shown in FIG. 本発明による熱式流量センサ素子の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the thermal type flow sensor element by this invention. 図8に示す熱式流量センサ素子を含む回路図である。It is a circuit diagram containing the thermal type flow sensor element shown in FIG. 本発明による熱式流量センサ素子の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the thermal type flow sensor element by this invention. 本発明による熱式流量センサ素子の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the thermal type flow sensor element by this invention. 本発明による熱式流量センサ素子を含む回路図である。1 is a circuit diagram including a thermal flow sensor element according to the present invention. 本発明による熱式流量センサ素子を有する熱式流量計測装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the thermal type flow measuring apparatus which has the thermal type flow sensor element by this invention. 本発明による熱式流量センサ素子の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the thermal type flow sensor element by this invention. 図14に示す本発明の効果を説明するための発熱抵抗体の温度分布図である。FIG. 15 is a temperature distribution diagram of a heating resistor for explaining the effect of the present invention shown in FIG. 14. 図14に示す本発明の効果を説明するための発熱抵抗体の温度分布図である。FIG. 15 is a temperature distribution diagram of a heating resistor for explaining the effect of the present invention shown in FIG. 14. 本発明による熱式流量センサ素子の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the thermal type flow sensor element by this invention. 図17に示す熱式流量センサ素子を含む回路図である。It is a circuit diagram containing the thermal type flow sensor element shown in FIG. 本発明による熱式流量センサ素子の配線パターン図である。It is a wiring pattern figure of the thermal type flow sensor element by this invention. 熱式流量センサ素子を含む回路図である。It is a circuit diagram containing a thermal type flow sensor element. 本発明による内燃機関のシステム図。1 is a system diagram of an internal combustion engine according to the present invention. 従来発明による熱式流量センサ素子を含む回路図である。It is a circuit diagram containing the thermal type flow sensor element by conventional invention. 本発明による熱式流量計測装置の効果を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating the effect of the thermal type flow measuring device by this invention. 本発明による熱式流量計測装置の効果を説明するための表である。It is a table | surface for demonstrating the effect of the thermal type flow measuring device by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…熱式流量計測装置、2…基板、3…ハウジング、4…回路基板、5…主通路、6…流体の流れ、7,7a…薄肉部、8…温度センサ、9…樹脂封止、10,14,18…発熱抵抗体、11,12,13,13a,13b,15,16,17,19,20,21,22,23,24,25…感温抵抗体、26…熱式流量センサ素子、46…補正回路、
47…流れ方向出力、51…電極。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Thermal flow measuring device, 2 ... Board | substrate, 3 ... Housing, 4 ... Circuit board, 5 ... Main passage, 6 ... Fluid flow, 7, 7a ... Thin part, 8 ... Temperature sensor, 9 ... Resin sealing, 10, 14, 18 ... exothermic resistor, 11, 12, 13, 13a, 13b, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 ... temperature sensitive resistor, 26 ... thermal flow rate Sensor element, 46... Correction circuit,
47 ... flow direction output, 51 ... electrode.

Claims (18)

流体が流れる通路中に設けられた発熱抵抗体と、
第1の抵抗体と、
第2の抵抗体と、
第3の抵抗体と、
前記発熱抵抗体と前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体により構成されるブリッジ回路とを備え、
前記発熱抵抗体から前記流体に放熱して、前記流体の流量を測定する熱式流量計測装置であって、
前記発熱抵抗体と前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体とがほぼ同じ抵抗温度係数を有し、
前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体のうち少なくとも2つの抵抗体が近接して設置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
A heating resistor provided in the passage through which the fluid flows;
A first resistor;
A second resistor;
A third resistor;
A bridge circuit composed of the heating resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor;
A thermal flow measuring device that radiates heat to the fluid from the heating resistor and measures the flow rate of the fluid,
The heating resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor have substantially the same resistance temperature coefficient;
A thermal flow rate measuring apparatus, wherein at least two of the first resistor, the second resistor, and the third resistor are disposed close to each other.
請求項1において、
前記発熱抵抗体の抵抗値と前記第3の抵抗体の抵抗値との積が、前記第1の抵抗体の抵抗値と前記第2の抵抗体の抵抗値との積と平衡するように前記ブリッジ回路の電流および/または電圧が制御されることを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 1,
The product of the resistance value of the heating resistor and the resistance value of the third resistor is balanced with the product of the resistance value of the first resistor and the resistance value of the second resistor. A thermal flow measuring device in which the current and / or voltage of a bridge circuit is controlled.
請求項1において、
前記2つの抵抗体が共通する金属および/またはシリコンの基板上に絶縁層を介して設置されることにより、前記2つの抵抗体がほぼ同じ温度に曝されることを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 1,
Thermal flow measurement, wherein the two resistors are placed on a common metal and / or silicon substrate via an insulating layer so that the two resistors are exposed to substantially the same temperature. apparatus.
請求項1において、
前記発熱抵抗体の両側に温度検出手段を備え、
前記温度検出手段の出力に基づいて、前記通路の流量を測定する熱式流量計測装置。
In claim 1,
Temperature detection means is provided on both sides of the heating resistor,
A thermal flow rate measuring device that measures the flow rate of the passage based on the output of the temperature detecting means.
請求項4において、
薄肉部が形成されたシリコン基板を備え、
前記温度検出手段と前記発熱抵抗体とが、前記薄肉部上に絶縁層を介して支持され、前記通路中に設置されたことを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 4,
It has a silicon substrate on which a thin part is formed,
The thermal flow rate measuring apparatus, wherein the temperature detecting means and the heating resistor are supported on the thin portion through an insulating layer and installed in the passage.
請求項1において、
前記通路は曲がり部を有することを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 1,
The said flow path has a bending part, The thermal type flow measuring device characterized by the above-mentioned.
流体が流れる通路中に設けられた発熱抵抗体と、
第1の抵抗体と、
第2の抵抗体と、
第3の抵抗体と、
前記発熱抵抗体と前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体により構成されるブリッジ回路とを備え、
前記発熱抵抗体から前記流体に放熱して、前記流体の流量を測定する熱式流量計測装置であって、
前記発熱抵抗体と前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体とがほぼ同じ抵抗温度係数を有し、
前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体のうち少なくとも2つの抵抗体がほぼ同じ温度に曝されることを特徴とする熱式流量計測装置。
A heating resistor provided in the passage through which the fluid flows;
A first resistor;
A second resistor;
A third resistor;
A bridge circuit composed of the heating resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor;
A thermal flow measuring device that radiates heat to the fluid from the heating resistor and measures the flow rate of the fluid,
The heating resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor have substantially the same resistance temperature coefficient;
A thermal flow rate measuring apparatus, wherein at least two of the first resistor, the second resistor, and the third resistor are exposed to substantially the same temperature.
請求項7において、
前記発熱抵抗体の抵抗値と前記第3の抵抗体の抵抗値との積が、前記第1の抵抗体の抵抗値と前記第2の抵抗体の抵抗値との積と平衡するように前記ブリッジ回路の電流および/または電圧が制御されることを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 7,
The product of the resistance value of the heating resistor and the resistance value of the third resistor is balanced with the product of the resistance value of the first resistor and the resistance value of the second resistor. A thermal flow measuring device in which the current and / or voltage of a bridge circuit is controlled.
請求項7において、
前記2つの抵抗体が近接して設置されることにより、前記2つの抵抗体がほぼ同じ温度に曝されることを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 7,
The thermal flow rate measuring apparatus according to claim 1, wherein the two resistors are exposed to substantially the same temperature by being installed close to each other.
請求項7において、
前記2つの抵抗体が共通する金属および/またはシリコンの基板上に絶縁層を介して設置されることにより、前記2つの抵抗体がほぼ同じ温度に曝されることを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 7,
Thermal flow measurement, wherein the two resistors are placed on a common metal and / or silicon substrate via an insulating layer so that the two resistors are exposed to substantially the same temperature. apparatus.
請求項7において、
前記発熱抵抗体の両側に温度検出手段を備え、
前記温度検出手段の出力に基づいて、前記通路の流量を測定する熱式流量計測装置。
In claim 7,
Temperature detection means is provided on both sides of the heating resistor,
A thermal flow rate measuring device that measures the flow rate of the passage based on the output of the temperature detecting means.
請求項11において、
薄肉部が形成されたシリコン基板を備え、
前記温度検出手段と前記発熱抵抗体とが、前記薄肉部上に絶縁層を介して支持され、前記通路中に設置されたことを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 11,
It has a silicon substrate on which a thin part is formed,
The thermal flow rate measuring apparatus, wherein the temperature detecting means and the heating resistor are supported on the thin portion through an insulating layer and installed in the passage.
請求項7において、
前記通路は曲がり部を有することを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 7,
The said flow path has a bending part, The thermal type flow measuring device characterized by the above-mentioned.
流体が流れる通路中に設けられた発熱抵抗体と、
第1の抵抗体と、
第2の抵抗体と、
第3の抵抗体と、
前記発熱抵抗体と前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体により構成されるブリッジ回路とを備え、
前記発熱抵抗体から前記流体に放熱して、前記流体の流量を測定する熱式流量計測装置であって、
前記発熱抵抗体と前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体とがほぼ同じ材料で構成され、
前記第1の抵抗体と前記第2の抵抗体と前記第3の抵抗体のうち少なくとも2つの抵抗体とが共通する金属および/またはシリコンの基板上に絶縁層を介して設置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
A heating resistor provided in the passage through which the fluid flows;
A first resistor;
A second resistor;
A third resistor;
A bridge circuit composed of the heating resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor;
A thermal flow measuring device that radiates heat to the fluid from the heating resistor and measures the flow rate of the fluid,
The heating resistor, the first resistor, the second resistor, and the third resistor are made of substantially the same material,
The first resistor, the second resistor, and at least two of the third resistors are disposed on a common metal and / or silicon substrate via an insulating layer. Characteristic thermal flow measurement device.
請求項14において、
前記発熱抵抗体の抵抗値と前記第3の抵抗体の抵抗値との積が、前記第1の抵抗体の抵抗値と前記第2の抵抗体の抵抗値との積と平衡するように前記ブリッジ回路の電流および/または電圧が制御されることを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 14,
The product of the resistance value of the heating resistor and the resistance value of the third resistor is balanced with the product of the resistance value of the first resistor and the resistance value of the second resistor. A thermal flow measuring device in which the current and / or voltage of a bridge circuit is controlled.
請求項14において、
前記2つの抵抗体が近接して設置されることを特徴とする熱式流量計測装置。
In claim 14,
The thermal flow rate measuring device, wherein the two resistors are installed close to each other.
請求項14において、
前記基板に形成された薄肉部と、
前記発熱抵抗体の両側に設けられた温度検出手段とを備え、
前記温度検出手段と前記発熱抵抗体とが前記薄肉部上に絶縁層を介して支持され、前記通路中に設置され、
前記温度検出手段の出力に基づいて、前記通路の流量を測定する熱式流量計測装置。
In claim 14,
A thin portion formed on the substrate;
Temperature detecting means provided on both sides of the heating resistor,
The temperature detecting means and the heating resistor are supported on the thin wall portion via an insulating layer, installed in the passage,
A thermal flow rate measuring device that measures the flow rate of the passage based on the output of the temperature detecting means.
エンジンと、
前記エンジンの吸気管に取り付けられた請求項1から17のいずれか記載の熱式空気流量計と、
前記エンジンへ燃料を供給する燃料供給手段と、
前記熱式空気流量計の出力に基づいて前記燃料供給手段を制御する制御手段と、
を備えたエンジンシステム。
Engine,
The thermal air flow meter according to any one of claims 1 to 17, attached to an intake pipe of the engine,
Fuel supply means for supplying fuel to the engine;
Control means for controlling the fuel supply means based on the output of the thermal air flow meter;
Engine system equipped with.
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