JPH0338545B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0338545B2 JPH0338545B2 JP59103028A JP10302884A JPH0338545B2 JP H0338545 B2 JPH0338545 B2 JP H0338545B2 JP 59103028 A JP59103028 A JP 59103028A JP 10302884 A JP10302884 A JP 10302884A JP H0338545 B2 JPH0338545 B2 JP H0338545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- flow velocity
- output
- flow rate
- detection element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/10—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
- G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は、流体の流れの二次元方向と流速を検
出する半導体流速検出器にかかわり、特にその出
力の検知法に関する。
出する半導体流速検出器にかかわり、特にその出
力の検知法に関する。
従来技術を第１図乃至第３図を参照して説明す
る。第１図は半導体基板１の中央に発熱用トラン
ジスタ２とこの発熱用トランジスタを挾んで両側
の対称な位置に温度測定用トランジスタ３ａ，３
ｂが形成されている半導体流速検出素子４であ
り、この半導体流速検出素子４と流体の温度測定
用トランジスタ５が第２図に示す様に半導体流速
検出器駆動回路に接続され、半導体流速検出器が
構成されている。半導体流速検出器駆動回路は、
トランジスタのベース・エミツタ電圧が温度に比
例することを利用して半導体流速検出素子４の温
度測定用トランジスタ３ａ，３ｂと流体の温度測
定用トランジスタ５からそれぞれ半導体流速検出
素子４と流体の温度を検知し、半導体流速検出素
子４が流体の温度よりも一定温度高い状態に保た
れる様にオペアンプ６を介して発熱用トランジス
タ２に流れる電流を変化させ発熱を制御するもの
である。この半導体流速検出素子４では流速に対
応して変化する半導体流速検出素子４の２個の温
度測定用トランジスタ３ａ，３ｂのコレクタ電位
の素V0を出力として検出していた。第３図は、
流体が３個のトランジスタ２，３ａ，３ｂを横切
る方向に流れる場合の流速−出力特性であり、第
４図は、流速が一定である場合の出力の流れ方向
に対する依存性を示したものである。この様に従
来の半導体流速検出器の出力は、流速と流れ方向
に依存するため流速測定は流れ方向が決まつてい
る場合にしか行なえず、出力の方向依存性を利用
して流れ方向を検知しようとする場合には、流速
が一定でなければ検知ができず、検出器としての
使用条件が限られてしまう欠点があつた。又、流
速−出力特性に於いて、出力は流速が増すと飽和
する傾向が見られ直線性は悪く、その大きさも例
えば３ｍ／secの風で15ｍＶ程度の小さな出力し
か得られないという欠点もあつた。この様な特性
の欠点の改善が望まれている。
る。第１図は半導体基板１の中央に発熱用トラン
ジスタ２とこの発熱用トランジスタを挾んで両側
の対称な位置に温度測定用トランジスタ３ａ，３
ｂが形成されている半導体流速検出素子４であ
り、この半導体流速検出素子４と流体の温度測定
用トランジスタ５が第２図に示す様に半導体流速
検出器駆動回路に接続され、半導体流速検出器が
構成されている。半導体流速検出器駆動回路は、
トランジスタのベース・エミツタ電圧が温度に比
例することを利用して半導体流速検出素子４の温
度測定用トランジスタ３ａ，３ｂと流体の温度測
定用トランジスタ５からそれぞれ半導体流速検出
素子４と流体の温度を検知し、半導体流速検出素
子４が流体の温度よりも一定温度高い状態に保た
れる様にオペアンプ６を介して発熱用トランジス
タ２に流れる電流を変化させ発熱を制御するもの
である。この半導体流速検出素子４では流速に対
応して変化する半導体流速検出素子４の２個の温
度測定用トランジスタ３ａ，３ｂのコレクタ電位
の素V0を出力として検出していた。第３図は、
流体が３個のトランジスタ２，３ａ，３ｂを横切
る方向に流れる場合の流速−出力特性であり、第
４図は、流速が一定である場合の出力の流れ方向
に対する依存性を示したものである。この様に従
来の半導体流速検出器の出力は、流速と流れ方向
に依存するため流速測定は流れ方向が決まつてい
る場合にしか行なえず、出力の方向依存性を利用
して流れ方向を検知しようとする場合には、流速
が一定でなければ検知ができず、検出器としての
使用条件が限られてしまう欠点があつた。又、流
速−出力特性に於いて、出力は流速が増すと飽和
する傾向が見られ直線性は悪く、その大きさも例
えば３ｍ／secの風で15ｍＶ程度の小さな出力し
か得られないという欠点もあつた。この様な特性
の欠点の改善が望まれている。
本発明の目的は、上記の様な、半導体流速検出
器の欠点である流れ方向による出力の変化、出力
の非直線性を改良し、流速に対して直線性の良い
大きな出力が得られ、かつ流れ方向の検知が行な
える半導体流速検出器を提供することにある。
器の欠点である流れ方向による出力の変化、出力
の非直線性を改良し、流速に対して直線性の良い
大きな出力が得られ、かつ流れ方向の検知が行な
える半導体流速検出器を提供することにある。
本発明は半導体基板の中央に発熱用素子と、こ
の発熱用素子を挟んで両側に温度測定用素子が形
成されている半導体流速検出素子の温度が流体の
温度よりも一定温度高く保持される様に発熱用素
子を発熱させ、流体の流速に応じて変化する発熱
用素子に流れる電流、又は、その電流に対応して
変化する電位あるいは電圧を検知し、同時に、２
個の温度測定用素子間に生じる温度差を電流差あ
るいは電圧差として検知することにより、流体の
流速と流れ方向を検出するものである。
の発熱用素子を挟んで両側に温度測定用素子が形
成されている半導体流速検出素子の温度が流体の
温度よりも一定温度高く保持される様に発熱用素
子を発熱させ、流体の流速に応じて変化する発熱
用素子に流れる電流、又は、その電流に対応して
変化する電位あるいは電圧を検知し、同時に、２
個の温度測定用素子間に生じる温度差を電流差あ
るいは電圧差として検知することにより、流体の
流速と流れ方向を検出するものである。
本発明によれば、従来と同様な検出器構成を用
いて、精度のよい流速検出とともに、流体の二次
的な流れ方向の検出を行うことができる。
いて、精度のよい流速検出とともに、流体の二次
的な流れ方向の検出を行うことができる。
本発明の実施例を第５図乃至第８図を参照して
説明する。第５図は本実施例の半導体流速方向検
出器である。その半導体流速検出素子４は第１図
に示した従来の半導体流速検出器におけるものと
同じ構造をもつものである。半導体流速検出器の
駆動回路も、従来例と同じで、半導体流速検出素
子４が流体の温度よりも一定温度高い状態に保た
れる様に発熱用トランジスタ２を発熱させるもの
である。発熱用トランジスタ２に流れる電流ICは
流速により変化するものであり、本実施例では、
電流ICに対応して変化する発熱用トランジスタ２
のコレクタ電位VCを出力の１つとして検知して
いる。同時に流速に対応して変化する半導体流速
検出素子の２個の温度測定用トランジスタ３ａ，
３ｂのコレクタ電位の差V0も出力として検知し
ている。本発明の特徴は、上記の２つの出力を同
時に検知している点にある。
説明する。第５図は本実施例の半導体流速方向検
出器である。その半導体流速検出素子４は第１図
に示した従来の半導体流速検出器におけるものと
同じ構造をもつものである。半導体流速検出器の
駆動回路も、従来例と同じで、半導体流速検出素
子４が流体の温度よりも一定温度高い状態に保た
れる様に発熱用トランジスタ２を発熱させるもの
である。発熱用トランジスタ２に流れる電流ICは
流速により変化するものであり、本実施例では、
電流ICに対応して変化する発熱用トランジスタ２
のコレクタ電位VCを出力の１つとして検知して
いる。同時に流速に対応して変化する半導体流速
検出素子の２個の温度測定用トランジスタ３ａ，
３ｂのコレクタ電位の差V0も出力として検知し
ている。本発明の特徴は、上記の２つの出力を同
時に検知している点にある。
第６図は、流速vfと流速に応じて変化するコレ
クタ電位VCの流速−出力特性であり、従来の半
導体流速検出器の出力よりも、大きく直線性の良
い出力が得られる。又、この出力は、従来の半導
体流速検出器の様な流れ方向に対する依存性は殆
ど示さない特徴を持つので、出力から精度よく流
速vfを測ることができる。
クタ電位VCの流速−出力特性であり、従来の半
導体流速検出器の出力よりも、大きく直線性の良
い出力が得られる。又、この出力は、従来の半導
体流速検出器の様な流れ方向に対する依存性は殆
ど示さない特徴を持つので、出力から精度よく流
速vfを測ることができる。
第７図は、温度測定用トランジスタ３ａ，３ｂ
のコレクタ間に得られる出力V0の流体の方向依
存性を示したものであり、流速vf、流体の流れ方
向θと出力V0は、次に示す様な関係をもつ。
のコレクタ間に得られる出力V0の流体の方向依
存性を示したものであり、流速vf、流体の流れ方
向θと出力V0は、次に示す様な関係をもつ。
V0＝vf cosθ
前述のように発熱用トランジスタ２のコレクタ
電位VCの変化からvf＝Ａ・ΔVCとしてvfが求め
られるので、これと出力V0とから上式より流れ
方向θ（−０≦θ≦180）を求めることができる。
但し、上記式のＡは、素子条件と経験による決ま
る定数である。すなわち、第１の演算手段によ
り、vf＝Ａ・ΔVCなる関係から流体の流速vfを求
めることができる。また第２の演算手段により、
V0＝Ａ・ΔVC cosθなる関係から流体の方向θ
を求める事ができる。なお、流れ方向θについて
は、予めこれが正であることが分かつている場合
に、0°≦θ≦180°の範囲で検出ができるのであつ
て、上述の演算結果のみからはθの正、負は一義
的には求まらない。しかし、θの正、負が分から
ないとしても、その絶対値すなわち検出器に対す
る流体の流れ方向の傾きの大きさは求まる。すな
わち第８図に示す様にVCとV0を上述の第１、第
２の演算手段を含む演算回路に入力し、演算をさ
せれば、従来の半導体流速検出器ではできなかつ
た流速vfと流れ方向θ（180°の範囲内）の同時検
出ができる。
電位VCの変化からvf＝Ａ・ΔVCとしてvfが求め
られるので、これと出力V0とから上式より流れ
方向θ（−０≦θ≦180）を求めることができる。
但し、上記式のＡは、素子条件と経験による決ま
る定数である。すなわち、第１の演算手段によ
り、vf＝Ａ・ΔVCなる関係から流体の流速vfを求
めることができる。また第２の演算手段により、
V0＝Ａ・ΔVC cosθなる関係から流体の方向θ
を求める事ができる。なお、流れ方向θについて
は、予めこれが正であることが分かつている場合
に、0°≦θ≦180°の範囲で検出ができるのであつ
て、上述の演算結果のみからはθの正、負は一義
的には求まらない。しかし、θの正、負が分から
ないとしても、その絶対値すなわち検出器に対す
る流体の流れ方向の傾きの大きさは求まる。すな
わち第８図に示す様にVCとV0を上述の第１、第
２の演算手段を含む演算回路に入力し、演算をさ
せれば、従来の半導体流速検出器ではできなかつ
た流速vfと流れ方向θ（180°の範囲内）の同時検
出ができる。
本発明は上記実施例に限られるものではなく、
以下に別記するように種々変形して実施すること
ができる。
以下に別記するように種々変形して実施すること
ができる。
(1) トランジスタの特性より、コレクタ電流IC
エミツタ電流IEであるので第５図に示す様に、
出力としてコレクタ電位VCではなくベース電
位VBあるいはエミツタ電位VEを検知すること
もできる。
エミツタ電流IEであるので第５図に示す様に、
出力としてコレクタ電位VCではなくベース電
位VBあるいはエミツタ電位VEを検知すること
もできる。
(2) 半導体流速検出器駆動回路の構成のうち定電
流源を第９図に示す様に抵抗に置き換えること
もできる。
流源を第９図に示す様に抵抗に置き換えること
もできる。
(3) 本発明の半導体流速検出器を液体の温度変動
が少ない条件下で使用する場合や方向検知のみ
に使用する場合等には、温度測定用トランジス
タを抵抗に置きかえることもできる。
が少ない条件下で使用する場合や方向検知のみ
に使用する場合等には、温度測定用トランジス
タを抵抗に置きかえることもできる。
(4) 第１０図は本発明の半導体流速方向検出器を
２組用い、０〜360°の流速と流れ方向を検出す
る応用例の半導体流速検出素子の配置を示した
ものである。半導体流速検出素子は、互いに
90°ずれて配置されている。２組の半導体流速
検出器からの出力を演算すると流速と流れ方向
（０〜360°）を求めることができる。
２組用い、０〜360°の流速と流れ方向を検出す
る応用例の半導体流速検出素子の配置を示した
ものである。半導体流速検出素子は、互いに
90°ずれて配置されている。２組の半導体流速
検出器からの出力を演算すると流速と流れ方向
（０〜360°）を求めることができる。
第１図は、流速検出要素である半導体流速検出
素子の構造図、第２図は従来の半導体流速検出器
の回路構成図、第３図はその流速−出力特性図、
第４図は同じく出力の方向依存特性図、第５図は
本発明の一実施例の半導体流速検出器の回路構成
図、第６図はその流速−出力特性図、第７図は同
じく出力の方向依存特性図、第８図は出力の信号
処理法を示す図、第９図および第１０図は、本発
明の他の実施例の半導体流速検出器の構成図であ
る。 １……半導体基板、２……発熱用トランジス
タ、３ａ，３ｂ……温度測定用トランジスタ、４
……半導体流速検出素子、５……流体の温度測定
用トランジスタ、６……オペアンプ、７ａ，７ｂ
……定電流源。
素子の構造図、第２図は従来の半導体流速検出器
の回路構成図、第３図はその流速−出力特性図、
第４図は同じく出力の方向依存特性図、第５図は
本発明の一実施例の半導体流速検出器の回路構成
図、第６図はその流速−出力特性図、第７図は同
じく出力の方向依存特性図、第８図は出力の信号
処理法を示す図、第９図および第１０図は、本発
明の他の実施例の半導体流速検出器の構成図であ
る。 １……半導体基板、２……発熱用トランジス
タ、３ａ，３ｂ……温度測定用トランジスタ、４
……半導体流速検出素子、５……流体の温度測定
用トランジスタ、６……オペアンプ、７ａ，７ｂ
……定電流源。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板の中央に発熱用素子が形成され、
この発熱用素子を挟んで両側の対称な位置に温度
測定用素子が形成されている半導体流速検出素子
と、 この半導体流速検出素子を流体の温度より一定
温度高い状態に保持する様に前記発熱用素子を発
熱させる動作を行う駆動回路と、 前記発熱用素子に流れて発熱に寄与する電流又
は該電流に対応して変化する電位あるいは電圧を
検知して得られる出力VCの変化分ΔVCから、 vf＝Ａ・ΔVC（Ａは比例定数） なる関係を用いて前記流体の流速vfを求める第１
の演算手段と、 前記２個の温度測定用素子間に生じる温度差を
電流差あるいは電位差として検知して得られる出
力V0と前記出力VCから、 V0＝Ａ・ΔVCcosθ なる関係を用いて、前記半導体流速検出素子の二
つの温度測定用素子間を結ぶ方向に対する前記流
体の流れ方向のなす角度θを求める第２の演算手
段と、 を有することを特徴とする半導体流速検出器。 ２ 半導体流速検出素子に形成されている発熱用
素子がトランジスタであることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の半導体流速検出器。 ３ 半導体流速検出素子に形成されている温度測
定用素子がトランジスタであることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の半導体流速検出器。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103028A JPS60247169A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 半導体流速検出器 |
| US06/733,796 US4637253A (en) | 1984-05-22 | 1985-05-14 | Semiconductor flow detector for detecting the flow rate and flowing direction of fluid |
| DE19853518409 DE3518409A1 (de) | 1984-05-22 | 1985-05-22 | Halbleiter-stroemungsmesser zur bestimmung von stroemungsmenge und -richtung eines stroemungsmittels |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59103028A JPS60247169A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 半導体流速検出器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60247169A JPS60247169A (ja) | 1985-12-06 |
| JPH0338545B2 true JPH0338545B2 (ja) | 1991-06-11 |
Family
ID=14343190
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59103028A Granted JPS60247169A (ja) | 1984-05-22 | 1984-05-22 | 半導体流速検出器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60247169A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3133608B2 (ja) * | 1994-02-28 | 2001-02-13 | 株式会社ユニシアジェックス | 熱式空気流量検出装置 |
| CN108697353A (zh) * | 2016-02-04 | 2018-10-23 | 迈迪瑞股份公司 | 传感器装置和包括传感器装置的导管 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5343574A (en) * | 1976-10-01 | 1978-04-19 | Rion Co | Thermal flow meter |
| JPS55103466A (en) * | 1979-02-01 | 1980-08-07 | Nippon Denso Co Ltd | Semiconductor device for flow speed electric conversion |
| JPS56143915A (en) * | 1980-04-11 | 1981-11-10 | Nippon Soken Inc | Measuring device for gas flow rate |
-
1984
- 1984-05-22 JP JP59103028A patent/JPS60247169A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60247169A (ja) | 1985-12-06 |
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