JPH04191619A - 熱式流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はエンジンの吸入空気量を測定する熱式流量セ
ンサに間し、特にその流量検出用感温抵抗体の改良に関
するものである。

［従来の技術］ 一般に自動車のエンジンの電子制御式燃料噴射装置にお
いては、空燃比制御のためエンジンへの吸入空気量を精
度良く計測することが重要である。

この空気流量センサとして従来ベーン式のものが主流で
あったが、最近、小型で質量流量が得られ、応答性の良
い熱式流量センサが普及しつつある。

熱式流量センサは吸入空気中に配設した感温抵抗体に電
流を供給して発熱させ、この発熱体から吸入空気中への
伝熱現象を利用したもので、検出回路として応答性に優
れた定温度測定法が一般的に用いられている。定温度測
定法は発熱体の温度が常に吸気温度より一定温度高くな
るようにブリッジ回路と差動増幅器とを構成し、発熱体
から空気中への伝熱量を計測する方法である。

従来の熱式流量センサの発熱用感温素子の平面図を第３
図（ａ）に、第３１ｆｆｌ（ａ）の［［Ｂ−１１１Ｂ線
断面図を同図（ｂ）に示す。図示した発熱用感温素子は
特開昭６０−２３５０２０号公報に示されたもので、図
において、（１ａ）は２０〜５０μｍ程度の腐食しにく
い金属板、（ｔｈ）は該金属板（ｌａ）上に形成された
極めて薄い絶縁層、（４）は該絶縁層（ｌｂ）上に蛇行
形状に加工して形成された感温抵抗体である。

以上のように構成された発熱用感温素子は小型で、−枚
基板から多くの索子を製作できるので量産性に優れてい
る。

以上のような構造の感温抵抗体と固定抵抗により第４図
の回路図に示すブリッジ回路を構成する。

図において　（９）は発熱用感温抵抗、（ｌＯ）は発熱
用感温抵抗（９）と同様な構造で抵抗値が発熱用感温抵
抗（９）に比べて５０倍以上大きい吸気温検出用感温抵
抗、（１１）、（１２）、（１３）は固定抵抗である。

上記（９）〜（１３）よりブリッジ回路を構成し、ブリ
ッジ出力は差動増幅器（１４）に入力され、パワートラ
ンジスタ（１５）を介して上記ブリッジに接続されてい
る。またパワートランジスタ（１５）のコレクタはバッ
テリ電源に接続されている。

次に動作について説明する。

ブリッジ回路が平衡状態にある時各ブリッジ抵抗は次式
を満たす。

ＲＨ−Ｒ２＝（Ｒｋ＋Ｒ１）・Ｒ３ ただしＲＨは発熱用感温抵抗（９）の抵抗値、Ｒｋは吸
気温検出用感温抵抗（１０）の抵抗値、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ
３は固定抵抗（１１）、（１２）、（１３）各々の抵抗
値を示す。

つまり、ブリッジの不平衡電圧がほぼゼロになるように
パワートランジスタ（１５）から発熱用感温抵抗（９）
に加熱電流を供給することにより、発熱用感温抵抗（９
）の抵抗値、つまり温度が一定に保たれる。

この熱平衡状態において加熱ｔｆｆｌｘは流体の質量流
量Ｑいだけの間数となる。よって加熱電流Ｉをブリッジ
抵抗Ｒ３における電圧降下として測定することにより質
量流量が検出できる。

このような発熱用感温素子が一端を固定された片持ち梁
構造を有し、その長手方向が流れに対してほぼ垂直に配
設されている場合の、平均温度が一定温度に加熱された
状態での温度分布を第５図のグラフに示す。同図におい
て、横軸は発熱用感温素子の長手方向の位置、縦軸はそ
の位置での温度である。温度の絶対値は流体温度や設定
温度差等によって異なるので目盛りは付していない。図
示したように、発熱用感温素子の保持部材への熱伝導損
失の影響により固定端で温度が低くなるかわりに、自由
端側の温度が高くなり、発熱用感温素子全面積での平均
温度は一定に保たれることになる。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の熱式流量センサは以上の様に構成されているので
以下のような問題点があった。

発熱用感温抵抗の単位面積当たりの抵抗値が均一である
ため、温度の低い固定端側の部分も温度の高い自由端側
の部分と同等の影響力を発熱用感温素子の平均温度に対
して持つことになる。つまり、発熱用感温素子の平均温
度を流体温度より常に一定温度高く保つという定温度測
定法の原理における発熱用感温素子の平均温度というの
は、感温素子の自由端から固定端までの素子全面の平均
温度に相当することになる。

熱式流量センサの′原理は、発熱体と流体との間の対流
熱伝達による伝熱現象を利用しているので、その他の熱
伝達現象、つまり、熱放射と保持部材への熱伝導による
熱伝達が大きいと温度特性の誤差となって現れる。従っ
て、この二つの熱損失はできるだけ小さくしなければな
らない。前者の熱放射による伝熱量は発熱体の温度の４
乗に比例するので、熱放射の影響を小さくするには発熱
体の平均温度を低下させる必要がある。しかしながら、
従来の発熱用感温素子では、上記のような理由により、
定温度測定法の原理に基づき予め設定された常に一定に
保たれるべき流体と発熱体の温度差に流体の温度を加え
た値以下には素子温度を下げることはできず、熱放射の
影響を避けることはできない。

この発明は上記の様な問題点を解消するためになされた
もので、流体と発熱体との温度差を一定に保ちながらも
、発熱体の平均温度を低下させ、熱放射の温度特性への
影響を軽減でき、温度特性の向上した熱式流量センサを
得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係わる熱式流量センサは、発熱用感温抵抗体
の自由端側部分の単位面積当たりの抵抗値を固定端側部
分の単位面積当たりの抵抗値より大きくしたものである
。

［作用］ この発明における熱式流量センサは、発熱用感温抵抗体
の自由端側部分の単位面積当たりの抵抗値を固定端側部
分の単位面積当たりの抵抗値より大きくしたことにより
、発熱用感温素子の平均温度を低下させ、発熱体からの
熱放射量を低減して温度特性への影響を小さくできる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図において説明する。第１
図（ａ）はこの発明の一実施例を示す発熱用感温素子の
平面図、同１１ｆｆｌ　（ｂ）は同図（ａ）のＩＢ−Ｉ
Ｂ線断面図である。第１図において（１）はアルミナ、
ポリイミド等からなる絶縁性基板、（２）は基板（１）
上に蒸着または印刷により形成した白金薄膜、（３）は
この白金薄膜（２）に予め設定した自由端側が密、固定
端側が粗の蛇行形状にエツチング、またはレーザ・トリ
ミングにより加工して形成したパターン溝、（４）は上
記パターンｍ（３）により自由端側部分の単位面積当た
りの抵抗値が固定端側部分のそれよりも大きく形成され
る感温抵抗体である。また白金薄膜（２）の一方の端部
（固定端側）は、前記パターン溝（３）により２分割さ
れ、電極取出し部（５）を形成し、その電極取り出し部
（５）からはリード線（６）が溶接またはハンダにより
接続されている。さらにリード線（６）を電極取出し部
（５）に固定するために低融点ガラスからなるリード固
定材（７）を電極取出し部（５）の上に塗布し、焼結さ
せている。また図示していないが、感温抵抗体（４）の
表面にはガラスまたはシリコン樹脂等からなる保護膜が
形成されている。

以上の構造からなる発熱用感温素子は電極取り出し部（
５）側を固定端とし、他方を自由端として、発熱用感温
素子の長手方向が流れに対してほぼ垂直になるよう保持
部材（８）により固定される。また前記した定温度制御
回路により感温抵抗部の温度が空気温度より平均で約１
６０℃高い温度に保持される。

この発熱用感温素子の長手方向の温度分布を第２図のグ
ラフに示す。図において、横軸は発熱用感温素子の長手
方向の位置、縦軸はその位置での温度であり、特性曲線
（ａ）がこの発熱用感温素子の長手方向の温度分布を示
し、特性曲線（ｂ）が第５図に示した従来の抵抗パター
ンを持つ発熱用感温素子の温度分布を示している。同図
より発熱用感温抵抗体の自由端側部分の単位面積当たり
の抵抗値が固定端側部分のそれよりも大きい場合は、従
来のものと比べ全体的に温度が低くなることがわかる。

これは自由端側の単位面積当たりの抵抗値を固定端側の
それより大きくしたため、この部分が発熱用感温素子か
ら流体への対流熱伝達に対して支配的となり、発熱用感
温素子の平均温度を流体温度より常に一定温度高く保つ
という定温度測定法の原理において、発熱体の平均温度
というのが発熱用感温素子の自由端側部分の平均温度に
相当することになるからである。よって、自由端から固
定端までを含めた感温素子全体の平均温度は従来のもの
よりも低下することになる。

従って、感温素子の温度の４乗に比例する放射発熱量が
低減され、温度特性に与える影響が小さくなり、温度特
性が向上する。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、発熱用感温抵抗体の自
由端側部分の単位面積当たりの抵抗値を固定端側部分の
単位面積当たりの抵抗値より大きくしたので、感温素子
全体の平均温度が低下され、放射熱伝達の温度特性へ与
える影響が低減でき、温度特性が向上した熱式流量セン
サが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）はこの発明の一実施例の熱式流量センサの
発熱用感温素子の構造を示す平面図、同図（ｂ）は同図
（ａ）におけるＩＢ−ＩＢ線断面図、第２図はこの発明
による発熱用感温素子の温度分布を従来の発熱用感温素
子と比較して示すグラフ、第３図（ａ）は従来の熱式流
量センサの発熱用感温素子を示す平面図、同１ｆｆｌ（
ｂ）はそのＩＩＩＢ−１１１Ｂ線断面図、第４図は定温
度測定法に用いるブリッジ回路図、第５図は従来の発熱
用感温素子の片持ち梁構造の場合の長手方向の温度分布
を示すグラフである。 図において　（１）は絶縁性基板、（３）はパターン溝
、（４）は感温抵抗体である。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 温度依存性抵抗膜からなり蛇行形状を有する感温抵抗体
   を形成した絶縁性基板の一端を自由端とし、多端部を固
   定して流体流路中に配設し、上記感温抵抗体を発熱させ
   た際の放熱量により上記流体の流量を検出する熱式流量
   センサにおいて、上記感温抵抗体の自由端側の単位面積
   当たりの抵抗値を固定端側の単位面積当たりの抵抗値よ
   り大きくしたことを特徴とする熱式流量センサ。