JPH04343022A - 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】

【０００１】

【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関し、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。

【０００２】

【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は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。

【０００３】従来の熱式流量センサの発熱用感温素子の
平面図を図４（Ａ）　に、また図４（Ａ）のＢ−Ｂ線断
面図を同（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あり、
図において、１ａは２０〜５０μｍ程度の腐食しにくい
金属板、１ｂはこの金属板１ａ上に形成された極めて薄
い絶縁層、４は該絶縁層上に蛇行形状に加工して形成さ
れた温度依存抵抗パターンすなわち発熱用感温抵抗体で
ある。このように構成された発熱用感温素子は小型で、
一枚基板から多くの素子を製作できるので量産性に優れ
ている。

【０００４】以上のような構造の感温抵抗体と固定抵抗
により図５に示すブリッジ回路を構成する。図において
９は発熱用感温抵抗体、１０は発熱用感温抵抗体９と同
様な構造で抵抗値が発熱用感温抵抗体９に比べて５０倍
以上大きい吸気温検出用感温抵抗体、１１、１２、１３
は固定抵抗体である。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。

【０００５】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。

【０００６】ＲＨ　・Ｒ２　＝（Ｒｋ　＋Ｒ１　）・Ｒ
３

【０００７】ただしＲＨは発熱用感温抵抗体９の抵抗
値、Ｒｋは吸気温検出用感温抵抗体１０の抵抗値、Ｒ１
，Ｒ２，Ｒ３はそれぞれ固定抵抗体１１，１２，１３　
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体９に加熱
電流を供給することにより、発熱用感温抵抗体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
いて加熱電流Ｉは流体の質量流量Ｑｍだけの関数となる
。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。

【０００８】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する場合の、平均温度が一定温度
に加熱された状態での温度分布を図６に示す。同図にお
いて、横軸は発熱用感温素子の自由端から固定端への位
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。

【０００９】また、このような発熱用感温素子がその両
端を固定された両持ち構造を有する場合の、平均温度が
一定温度に加熱された状態での温度分布を図７に示す。 同図において、横軸は発熱用感温素子の一方の固定端か
らもう一方の固定端までの距離、縦軸はその位置での温
度である。片持ち構造の場合と同様、保持部材への熱伝
導損失の影響により両端で温度が低くなるかわりに中央
部で温度が高くなり、発熱用感温素子全面積での平均温
度は一定に保たれる。

【００１０】

【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。すなわち、発熱用感温抵抗体の単位面積当たり
の抵抗値が均一であるため、温度の低い部分も温度の高
い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、感温素子の全面積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
伝導による熱損失が大きいと温度特性の誤差となって現
れる。また、保持部材への熱伝導損失は応答性にも影響
を与える。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乗に比例し、後者の保持部材への熱伝導
損失は発熱体と保持部材との温度差に比例するので、両
者の影響を小さくするには発熱体の温度を低下させるこ
とが１つの方法として考えられる。しかしながら、従来
の熱式流量センサにおいては、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温度以下には素子温
度を下げることはできない。

【００１１】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、発熱体の温度を低下させ、熱放射の温度
特性への影響を軽減させるとともに、応答性も改善する
ことのできる熱式流量センサを得ることを目的とする。

【００１２】

【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、発熱用感温抵抗体が発熱しているときの、
同抵抗体における高温部の単位面積当たりの抵抗値を低
温部の単位面積当たりの抵抗値より大きくしたものであ
る。

【００１３】

【作用】この発明における熱式流量センサは、発熱用感
温抵抗体が発熱しているときの、同抵抗体における高温
部の単位面積当たりの抵抗値を低温部の単位面積当たり
の抵抗値より大きくしたことにより、発熱用感温素子の
温度が低下し、発熱体からの熱放射量が減少すると同時
に、発熱体と保持部材間の温度差も低下するので保持部
材への熱損失も低減される。

【００１４】

【実施例】

実施例１．図１（Ａ）　は本発明の一実施例による発熱
用感温素子を示す平面図、同図（Ｂ）　は同図（Ａ）　
のＢーＢ線断面図である。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は当該白金薄膜
２にあらかじめ設定した蛇行形状にエッチング、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は該パターン溝３により蛇行形状に形成される発熱
用感温抵抗体である。また白金薄膜２の一方の端部は、
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、燒結
させている。 また図示していないが、発熱用感温抵抗体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。

【００１５】以上の構造からなる発熱用感温素子は例え
ば、電極取り出し部５側を固定端とし、他方を自由端と
して、発熱用感温素子が流体の流れ方向に対してほぼ垂
直になるよう流体流路中に保持部材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１６０℃高い温度に保持される
。この時、この例では自由端に近い高温部側のトリミン
グ幅を保持部材８に近い低温部側より密にして、発熱用
感温抵抗体４が発熱しているときの高温部の単位面積当
たりの抵抗値が低温部の単位面積当たりの抵抗値より大
きくなるように形成されている。

【００１６】この発熱用感温素子の自由端から固定端へ
の方向の温度分布を図２に曲線ａで示す。曲線ｂは図６
に示した従来の発熱用感温抵抗体を持つ発熱用感温素子
の温度分布、直線ｃ、ｄはそれぞれ曲線ａ、ｂで示され
る発熱用感温素子の平均温度を示す。同図より発熱体の
高温部の単位面積当たりの抵抗値が低温部のそれよりも
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。これは発熱体の高温部の単位面積当た
りの抵抗値を大きくしたため、この部分が対流熱伝達に
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
の原理における、「発熱体の平均温度」というのが発熱
用感温素子の高温部周辺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
る。また、発熱体の固定端側の温度も低下するので、保
持部材との温度差が減少し、保持部材への熱伝導損失が
低減される。その結果、応答性の改善にもつながる。

【００１７】実施例２．上記実施例においては、発熱用
感温素子が片持ち構造に固定された場合について説明し
たが、両持ち構造により支持された場合にも同様に実施
することができる。すなわち、両持ち構造の場合、温度
の高い中央部の単位面積当たりの抵抗値を、温度の低い
両端部のそれよりも大きくすることにより、同様の理由
により発熱用感温素子全体の温度を下げることができる
。その温度分布を従来のものと比較して図３に示す。 図において、曲線および直線ａ〜ｄはそれぞれ図２と同
じものを示す。その結果熱放射量が減少し、保持部材８
への熱伝導損失も低減される。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、発熱
用感温抵抗体が発熱しているときの高温部の単位面積当
たりの抵抗値を低温部の単位面積当たりの抵抗値より大
きくしたので、発熱用感温素子全体の温度が低下し、放
射熱伝達の温度特性へ与える影響が低減し、温度特性が
向上され、しかも、保持部材への熱伝導損失の減少によ
り応答性も改善され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】

【図１】Ａはこの発明の実施例１を示す平面図、ＢはＡ
のＢーＢ線断面図である。

【図２】実施例１の発熱用感温素子と従来の発熱用感温
素子の片持ち構造の場合の温度分布を比較して示す特性
図である。

【図３】実施例１の発熱用感温素子と従来の発熱用感温
素子の両持ち構造の場合の温度分布を比較して示す特性
図である。

【図４】Ａは従来の熱式流量センサの発熱用感温素子の
平面図、ＢはＡのＢーＢ線断面図である。

【図５】定温度測定法に用いるブリッジ回路を示す回路
図である。

【図６】従来の発熱用感温素子の片持ち梁構造の場合の
自由端から固定端への温度分布を示す特性図である。

【図７】従来の発熱用感温素子の両持ち梁構造の場合の
温度分布を示す特性図である。

【符号の説明】

１　　絶縁性基板 ４　　発熱用感温抵抗体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　絶縁性基板上に抵抗値が所望の値にな
   るように蛇行形状に形成された発熱用感温抵抗体を有す
   る発熱用感温素子を流体通路中に配置し、上記発熱用感
   温抵抗体を発熱させた時の上記流体への放熱量により上
   記流体の流量を検出する熱式流量センサにおいて、上記
   発熱用感温抵抗体が発熱しているときの、同抵抗体にお
   ける高温部の単位面積当たりの抵抗値が低温部の単位面
   積当たりの抵抗値より大きくなるように構成したことを
   特徴とする熱式流量センサ。