JPH0438425A - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は例えば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ヘーン式のものが主流で
あったが、最近、小型て質Ｎ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抵抗体の構造を第４
図（ａ）の平面図、同（ｂ　）の側面図に示す。

図示した発熱用感温抵抗体は特開昭５７−１５３２３１
号公報、特開昭６１−１９４３１６号公報に示されたも
ので、図において、（１）は５ｉ０２などの絶縁膜を表
面上に形成したシリコン単結晶、あるいはアルミナ等の
絶縁体からなる絶縁性基板、（２）は基板（１）上に蒸
着及びエツチングにより形成した白金からなる温度依存
性抵抗、（３）は温度依存性抵抗（２）上をコトする保
護膜でポリイミド及びガラスを塗布して形成される。

以上のような構造の感温抵抗体と固定抵抗により第５図
の回路図に示すブリッジ回路を構成する。

図において（１１）は発熱用感温抵抗体、（１２）は発
熱用感温抵抗体（１１）と同様な構造で抵抗値が発熱用
感温抵抗体（１１）に比べて５０倍以上大きい吸気温検
出用感温抵抗体、（１３）、（１４）、（１５）は固定
抵抗である。上記（１１）〜（１５）よりブリッジを構
成し、ブリッジ出力は差動増幅器（１６）に入力され、
パワートランジスタ（１７）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（１７）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−Ｒ４＝（Ｒｋ＋Ｒ３）・Ｒｓ　　、　　（１）た
だし、ＲＨは発熱用感温抵抗体（１１）の抵抗値、Ｒｋ
は吸気温検出用感温抵抗体（１２）の抵抗値、Ｒ３、Ｒ
４、Ｒ５は固定抵抗（１３）、（１４）、（１５）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（１７）から発熱用感温抵抗体（１
１）に加熱電流を供給することにより、発熱用感温抵抗
体（１１）の抵抗値、つまり温度が一定に保たれる。

なお吸気温検出用感温抵抗体（１２）の抵抗Ｒ，はＲＨ
に比べて十分大きく設定されているため上記加熱電流の
殆どが発熱用感温抵抗体（１１）側に流れ、Ｒｋの自己
発熱は小さい。

発熱用感温抵抗体（１１）及び吸気温検出用感温体（１
２）ともに同様な抵抗温度依存性を示し、吸気温度の変
化に応じて発熱用感温抵抗体（１１）の温度も変化する
。Ｒｋに直列に接続された固定抵抗（１３）はこの温度
差の吸気温度依存性を調整するために設けられている。

一方、発熱用感温抵抗体（１１）からの放熱量が発熱量
に等しい熱的平衡状態において放熱量は熱伝達率りと伝
熱面積Ｓと温度差（ＴＨＴＣ）の積で表される。

Ｉ２Ｒ＋＝　　（ｔｚ＋ｈ２）Ｓ　　（ＴＨ−ＴＣ）　
　　（２）ただし、 Ｉ：加熱電流 ｈｌ：　放射熱伝達率 ｈ２二対流熱伝達率 ＴＨ：　発熱用感温抵抗体の温度 Ｔｃ：空気温度 ここで１１１及びＲ２は ｈ　Ｉ＝　Ｃ＋λＥ　（Ｔ）ｌ　　ＴＣ）　３（３）ｈ
　２＝　Ｃ２λｕ　−’Ｑｍ’　　　　　　　　　（４
）ただし、 ＣＩ、Ｃ２：　定数 ｎ：０．５に近い定数 入：空気の熱伝導率 ε：空気との接触膜の放射率 μ：空気の粘性係数 Ｑ、：質量流量 ここで放射熱伝達ｈ１が対流熱伝達ｈ２に比べて十分小
さいとすると、加熱電流Ｉと質量流量Ｑ、の間係は 入　　　　　　（ＴＨＴＣ） μ”　　　　　　ＲＨ 空気の熱伝導率λと粘性係数μの０乗の比は約０．１か
ら０．２％／℃の正の温度係数を有しているため、温度
差（ＴＨＴｃ）とＲＨの比が負の同一温度係数になるよ
う前述した回路定数を選ぶことにより、加熱電流Ｉは質
量流ＩＱ、だけの関数となる。よって加熱電流■をブリ
ッジ抵抗Ｒ５における電圧降下として測定することによ
り質量流量が検出てきる。

しかし、（２）式より明らかなように、発熱用感温抵抗
体（ｌりから空気中への熱伝達には対流熱伝達以外に放
射熱伝達があり、（３）式より明らかなように空気の熱
伝導率と温度差の３乗の積に比例す′る。熱伝導率及び
温度差は空気温度が高くなるにつれ大きくなる特性を示
すので放射熱伝達は対流熱伝達に比べて非常に大きい正
の温度係数を持つ。

よって、前述したように温度差（ＴＨＴｃ）とＲＨの比
を例えば、比較的大きい流量ポイントにおける熱伝達率
の温度係数と同じ大きさに（符号は逆）なるように回路
定数を選択しても、放射熱伝達の比率が大きくなる小流
量域では、熱伝達率の温度係数が大きくなり、流量誤差
が生じる。

［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。

定温度制御回路は吸気温度に応じて温度補償を行フてい
るが、放射熱伝達と対流熱伝達を合わせた熱伝達率の温
度係数が流量によって変化するため、例えば大流量域で
温度誤差が生じないように回路定数を設定すると放射熱
伝達の比率が大きくなる小流量域では高温時にプラスの
流量誤差が生じる。

発熱温度を下げることにより放射熱伝達を低減できるが
、流量感度が落ち、また発熱用感温抵抗体の表面上に空
気中に含まれる塵埃が付着しやすく経時変化が大きくな
る。

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、発熱温度を下げることなく、小流量域でも空気
温度変化による流量誤差の小さい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、感温抵抗体の温度
依存性抵抗を覆う保護膜上に金属膜を形成したものであ
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
表面に放射率の小さい金属膜を形成し、放射熱伝達を低
減させている。従って発熱用感温抵抗体からの放射熱伝
達が小さくなるため、熱伝達率の温度係数の流量依存・
性が小さく、吸気温度が変化しても流量誤差が小さくで
きる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図（ａ）はこの発明の一実施例に係わる発熱用感温抵抗
体の構造を示す平面図、同（ｂ）は側面図である０図に
おいて、（１）は表面にＳｉＯ２膜等の絶縁膜を形成し
たシリコン基板またはアルミナセラミック等電気的絶縁
体からなる絶縁性基板、（２）はスパッタリング、ＣＶ
Ｄ等により形成した白金、またはニッケルからなる温度
依存性抵抗で、図に示すように所定の抵抗値を持つよう
にレーザトリミングにより、櫛形状のパラーンが形成さ
れている。（３）は温度依存性抵抗（２）上に低融点ガ
ラスまたはポリイミドを塗布、または５Ｉ０２スパツタ
リングによって作成した保護膜、（４）は保護膜（３）
の上に形成したアルミ、白金等スパッタによりメタライ
ズした金属膜を示す。

金属膜（４）は少なくとも櫛形状パターンを形成した発
熱部分を覆う様にコーティングされている。

第２図は第１図に示すこの発明の一実施例の上記感温抵
抗体を用いた熱式流量センサの構造を示すもので、一部
切欠いて内部を示す斜視図である。

図において（１１）は電気的に加熱された発熱用感温抵
抗体、（１２）は吸気温検出用感温抵抗体、（１８）は
感温抵抗体（１１）、（１２）をサポートする支持部材
、（１９）は導管、（２０）は電子回路ユニットを示す
。

回路構成は第５図に示す様に従来と同様の定温度差駆動
で、発熱用感温抵抗体（１１）は空気温度より約１２０
℃から２００℃ぐらい高い温度にコントロールされる。

また、温度差（Ｔ）ｌ　　ＴＣ）も吸気温度の上昇に伴
い増大する。

次に発熱用感温抵抗体からの熱伝達特性について述べる
。

一般に導電体に比へ、不導電体は放射率が大きく、例え
ば鏡面金属の放射率が０．１から０．２の間の値を取る
のに対し、ガラスなどの絶縁体は０．８から１と大きい
。

よって、表面をメタライズした発熱用感温抵抗体からの
熱伝達は殆どが対流熱伝達であり、放射熱伝達率は従来
の保護膜（ガラス・コートされた）だけの感温抵抗体に
比べて非常に小さい。これにより、前記（５）式の近似
式が流量に関係なく成立するため高精度の温度補償が可
能となる。

第３図の特性図にこの発明の一実施例の熱式流量センサ
における、吸気温度２３℃を基準に設定した場合の吸気
温度８０℃の時の流量ドリフト（誤差）を従来例ととも
に示す０図において、縦軸は流量狭差（％）、横軸は流
量（ｇ／ｓ）を表わし、特性曲線（ａ）がこの発明によ
るドリフト特性、（ｂ）が従来の同じ条件でのドリフト
特性を示す。流量８　ｇ／ｓ以下でこの発明による熱式
流量センサのドリフト量の差が現れている。吸気温度が
変化した場合に小流量域でも流量誤差が小さくなってい
る。

なお上記実施例では温度依存性抵抗を有する絶縁性基板
面の保護膜上に金属膜を形成したが、反対側の基板上を
メタライズすることによりさらに放射熱伝達を低減し、
センサの温度特性が改善できる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、感温抵抗体の温度依存
性抵抗を覆う保護膜上に金属膜を形成したので、発熱用
感温抵抗体から空気中への放射熱伝達率が減少し、熱伝
達率の温度係数の流量依存性が小さくなったため、広い
流量範囲にわたり正確な温度補償が実現可能で、空気温
度が変化しても流量ドリフト（誤差）が小さい精度のよ
い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
発熱用感温抵抗体の構造を示す平面図、同（ｂ）は側面
図、第２図はこの発明の一実施例の熱式流量センサの構
造を示す一部切り欠き斜視図、第３図はこの発明と従来
の熱式流量センサの吸気温度が変化した場合の流量誤差
を示す特性図、第４図（ａ）は従来の熱式流量センサの
発熱用感温抵抗体の構造を示す平面図、同（ｂ）は側面
図、第５図は熱式流量センサの回路図である。 図において、（１）は絶縁性基板、（２）は温度依存性
抵抗、（３）は保護膜、（４）は金属膜、（１１）は発
熱用感温抵抗体、（１２）は吸気温検出用感温抵抗体で
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. 　絶縁性基板に温度依存性抵抗を形成し、これを保護膜
   で覆った感温抵抗体を有し、その温度依存性抵抗に給電
   し発熱させた上記感温抵抗体から空気中への伝熱量に対
   応した電気信号を検出することにより流量を測定する熱
   式流量センサにおいて、上記感温抵抗体の保護膜上に金
   属膜を形成したことを特徴とする熱式流量センサ。