JPH06100485B2 - ガス流量検出装置 - Google Patents

ガス流量検出装置

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JPH06100485B2
JPH06100485B2 JP59085114A JP8511484A JPH06100485B2 JP H06100485 B2 JPH06100485 B2 JP H06100485B2 JP 59085114 A JP59085114 A JP 59085114A JP 8511484 A JP8511484 A JP 8511484A JP H06100485 B2 JPH06100485 B2 JP H06100485B2
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gas flow
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gas
resistor
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武久 八重樫
通宏 大橋
和彦 白谷
兼雄 今村
和明 小柳
弘文 小野
政行 加茂
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Aisan Industry Co Ltd
Estech Corp
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Aisan Industry Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring 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

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  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はガス流量検出装置に関する。
従来技術 ガス流量、例えば内燃機関の吸入空気量を検出するため
に熱線風速計の原理を応用したガス流量検出装置が特開
昭55-103421号公報に記載されているように公知であ
る。このガス流量検出装置では自己加熱せしめられる測
定抵抗を担持した平板状支持体をガス流通路の軸線上に
配置し、この測定抵抗支持体のまっすぐ前方に補償抵抗
を担持した平板状支持体を配置し、測定抵抗と補償抵抗
の温度差が等しくなるように測定抵抗に供給される加熱
用電流を調整して測定抵抗を加熱するのに必要な電流値
からガス流速を検出するようにしている。
しかしながらこのガス流量検出装置ではまず第1に補償
抵抗支持体が測定抵抗支持体のまっすぐ前方に配置され
ているので補償抵抗支持体によって乱されたガス流が測
定抵抗支持体の測定抵抗表面を流れる。その結果、乱れ
の程度に応じて測定抵抗の冷却度合が変化するので測定
抵抗に供給される電流値がガス流速に正確に対応しなく
なり、斯くしてガス流速を正確に検出できないという問
題がある。
第2にこのガス流量検出装置では測定抵抗が加熱ヒータ
を兼ねているのでガス流速を正確に検出できないという
問題がある。即ち、測定抵抗として要求される特性は温
度変化に対する感度が敏感なこと、即ち抵抗の温度係数
が大きいことである。しかしながら抵抗の温度係数を大
きくすると温度変化に対する抵抗値の変化が大きくな
り、測定抵抗に供給される加熱用電流値、即ちガス流量
検出装置の出力信号は多くのリップルを含むことになる
ので感度とノイズのレベルの比、いわゆるS/N比が低下
する。従って測定抵抗としては抵抗温度係数の大きな抵
抗を用いることができず、斯くして流速変化に対して良
好な感度が得られないという問題がある。
発明の目的 本発明の目的は流速変化に対して敏感であり、しかも流
速を正確に検出することのできるガス流量検出装置を提
供することにある。
発明の構成 ガス流通路内に加熱抵抗体を具えた薄肉平板状の流速検
出用素子と薄肉平板状のガス温検出用素子とをガス流通
路の軸線に沿ってみたときに互いに重合しないようにガ
ス流通路の軸線と平行に配置すると共にガス流通路の軸
線に対して直角方向からみたときに流速検出用素子とガ
ス温検出用素子とが互いに重合しないようにガス温検出
用素子を流速検出用素子に対し上流側に間隔を隔てて配
置したことにある。
実施例 第1図および第2図を参照すると、1はガス流通管、2
はガス流通路、3は非導電性断熱性の合成樹脂材料から
なる検出素子ホルダを夫々示す。本発明を内燃機関に適
用した場合にはガス流通路2は吸気通路、或いは吸気通
路内に形成されたベンチュリとベンチュリ上流の吸気通
路とを連結するバイパス通路を示す。第1図および第2
図に示されるようにガス流通路2内には薄肉平板状の流
速検出用素子4と薄肉平板状のガス温検出用素子5とが
配置される。流速検出用素子4はガス流通路2の軸線X
上において軸線Xに沿って延びるように配置される。し
かしながらこの流速検出用素子4は必ずしも軸線X上に
配置する必要はなく、軸線Xから間隔を隔てて配置する
こともできるがこの場合でも流速検出用素子4は軸線X
と平行に配置する必要がある。一方、ガス温検出用素子
5は矢印Fで示すガスの流れ方向に対して流速検出用素
子4の斜め上流において軸線Xと平行に配置される。即
ち、ガス温検出用素子5は軸線X方向において流速検出
用素子4から間隔を隔てて配置されており、また第8図
に示すように軸線Xに沿う流速検出用素子4の投影像4a
とガス温検出用素子5の投影像5aとが互に重合しないよ
うに配置されている。流速検出用素子4およびガス温検
出用素子5はそれらの投影像4a,5aが互に重合しないよ
うに配置すればよいので流速検出用素子4とガス温検出
用素子5とを必ずしも平行に配置する必要がなく、例え
ば投影像4a,5aが互に直角をなすように流速検出用素子
4とガス温検出用素子5を配置することもできる。
第3図は流速検出用素子4およびガス温検出用素子5の
拡大平面図を示す。第3図を参照すると、流速検出用素
子4はシリコンウェハのチップからなる薄肉平板状の基
体6からなり、基体6の表面上には薄膜の加熱抵抗体RH
と感熱抵抗体R2が形成される。加熱抵抗体RHは感熱抵抗
体R2を加熱するためだけに使用され、従って加熱抵抗体
RHは抵抗温度係数が極めて小さい材料から形成されてい
る。一方、感熱抵抗体R2は抵抗変化を検出するためにの
み使用され、従ってこの感熱抵抗体R2は抵抗温度係数が
極めて大きな材料から形成されている。加熱抵抗体RH
発する熱は一方では基体6を通って熱伝導により感熱抵
抗体R2に伝えられ、他方ではガス流による熱伝達によっ
て感熱抵抗体R2に伝えられる。従って、熱伝達による熱
の伝達を確保するために加熱抵抗体RHは感熱抵抗体R2
上流に配置されている。加熱抵抗体RHの薄肉帯状リード
端子7および感熱抵抗体R2の薄肉帯状リード端子8は第
1図および第2図に示されるように検出素子ホルダ3に
固定され、従って流速検出用素子はこれらのリード端子
7,8によって支持される。一方、第3図に示されるよう
にガス温検出用素子5もシリコンウェハのチップからな
る薄肉平板状の基体9からなり、基体9の表面上には薄
膜の感熱抵抗体R1が形成される。この感熱抵抗体R1は抵
抗温度係数の大きな材料から形成される。感熱抵抗体R1
の薄肉帯状リード端子10は第1図および第2図に示され
るように検出素子ホルダ3に固定され、従ってガス温検
出用素子5はこれらリード端子10によって支持される。
第4図は流速検出用素子4の断面図を示す。第4図を参
照するとシリコンからなる基体6上にSiO2からなる絶縁
層11が形成され、この絶縁層11上に薄膜の加熱抵抗体RH
と薄膜の感熱抵抗体R2とが形成される。これら加熱抵抗
体RHおよび感熱抵抗体R2は更にSiO2からなる保護層12に
よって覆われる。ガス温検出用素子5も流速検出用素子
4と同様な断面構造をなしており、従ってガス温検出用
素子5の断面構造については説明を省略する。
第5図は第3図に示す流速検出用素子4とガス温検出用
素子5の検出回路を示す。第5図を参照すると加熱抵抗
体RHの一端は固定抵抗RSを介して接地され、加熱抵抗体
RHの他端はトランジスタTrのエミッタに接続される。ま
た一対の固定抵抗r1,r2が設けられ、これら固定抵抗r1,
r2と感熱抵抗体R1,R2によりブリッジ回路が形成され
る。固定抵抗r1,r2の接続点PはコンパレータCの一方
の入力端子に接続され、感熱抵抗体R1,R2の接続点Qは
コンパレータCの他方の入力端子に接続される。また、
コンパレータCの出力端子はトランジスタTrのベースに
接続される。感熱抵抗体R1,R2は前述したように抵抗温
度係数の大きな材料から形成されており、感熱抵抗体R2
の温度が感熱抵抗体R1の温度よりも一定温度Δtだけ高
いときに接続点P,Qの電圧が等しくなるように感熱抵抗
体R1,R2,r1,r2の抵抗値が定められている。従って感熱
抵抗体R1,R2の温度差がΔtよりも小さくなると接続点
Qの電圧は接続点Pの電圧よりも高くなり、その結果コ
ンパレータCの出力電圧は高レベルとなる。コンパレー
タCの出力電圧が高レベルになるとトランジスタTrはオ
ンとなり、加熱抵抗体RHに電力が供給されるために感熱
抵抗体R2の温度が上昇する。次いで感熱抵抗体R1,R2
温度差がΔtに等しくなるとコンパレータCの出力電圧
は低レベルになり、その結果トランジスタTrがオフとな
るために加熱抵抗体RHへの電力の供給が停止される。こ
のように加熱抵抗体RHへの電力の供給を制御することに
よって感熱抵抗体R1,R2の温度差Δtが一定に保持され
る。
一方、直径dの白金線を流速νの流体内に配置し、白金
線を加熱したときに流体によって持ち去られる熱量Hは
次のL.V.Kingの式によって表わされる。
ここでK:流体の熱伝導率 Cv:流体の定容比熱 ρ:流体の密度 T:白金線の温度と流体の温度との温度差 この式を本発明に適用すると温度差Tは感熱抵抗体R1,R
2の温度差Δtに等しくなる。また、感熱抵抗体R1,R2
温度差Δtを一定に保持するためには流体によって持ち
去られる熱量Hと等しい熱量を感熱抵抗体R2に加えなけ
ればならず、従って熱量Hは加熱抵抗体RHの発熱量i2R/
Jに等しくなる。ここでiは加熱抵抗体RHを流れる電流
値、Rは加熱抵抗体RHの抵抗値、Jは熱の仕事当量であ
る。従って加熱抵抗体RHとして抵抗温度係数が極めて小
さい抵抗を用いれば上式は次のように簡単に表わせる。
ここでB,Cは流体の種類や加熱抵抗体RHの抵抗値から定
まる定数である。
従ってこの式から加熱抵抗体RHに流れる電流を検出すれ
ば流体の速度νを検出できることがわかる。第5図に示
す実施例では抵抗RSの一端の電圧を検出器Dにより検出
することによって加熱抵抗体RHを流れる電流を検出する
ようにしている。従ってこの検出器Dによりガス流通路
2内を流れるガスの流速を検出することができ、従って
ガス流通路2内を流れるガス量を検出することができ
る。
第1図および第2図に示されるようにガス温検出用素子
5およびそのリード端子10は流速検出用素子4よりも下
方に配置されているのでガス温検出用素子5およびその
リード端子10によって乱されたガス流が流速検出用素子
4の加熱抵抗体RHおよび感熱抵抗体R2に達することがな
く、斯してガス流速に正確に比例した電流が加熱抵抗体
RHに供給される。更に、ガス温検出用素子5は流速検出
用素子4の上流に配置されているので加熱抵抗体RHの発
する熱がガス温検出用素子5に伝達されることはなく、
しかもガス温検出用素子5は流速検出用素子4から軸線
X方向において間隔を隔てて配置されているので流速検
出用素子4の下面から発する輻射熱がガス温検出用素子
5に達することもないのでガス温検出用素子5の感熱抵
抗体R1はガス温に正確に比例して抵抗変化する。従って
流速検出用素子4とガス温検出用素子5によってガス流
速を正確に検出することができる。また、感熱抵抗体R2
と加熱抵抗体RHとを別個に設けた、いわゆる間接加熱方
式を採用しているので感熱抵抗体R2の抵抗温度係数を大
きくすることができ、斯くしてガス流速を感度よく検出
することができる。
第6図および第7図に別の実施例を示す。この実施例に
おいても第1図および第2図に示す実施例と同様にガス
温検出用素子5が流速検出用素子4の斜め上流に配置さ
れている。しかしながらこの実施例では流速検出用素子
4とガス温検出用素子5は対応するリード端子7,8,10に
よって片持ち支持され、更に加熱抵抗体RHおよび感熱抵
抗体R2が形成された基体6の表面と感熱抵抗体R1が形成
された基体9の表面とが互に反対方向外方に向いている
という点で第1図および第2図に示す実施例とは異な
る。
発明の効果 加熱抵抗体を具えた薄肉平板状の流速検出用素子と薄肉
平板状のガス温検出用素子とをガス流通路の軸線に沿っ
てみたときに互いに重合しないようにガス流通路の軸線
と平行に配置すると共にガス流通路の軸線に対して直角
方向からみたときに流速検出用素子とガス温検出用素子
とが互いに重合しないようにガス温検出用素子を流速検
出用素子に対し上流側に間隔を隔てて配置することによ
ってガス温検出用素子により乱されたガス流が流速検出
用素子に達することがなく、しかも流速検出用素子の加
熱抵抗体の発する熱がガス温検出用素子に達することが
ないのでガスの流速を正確に検出することができる。ま
た、間接加熱方式を採用することによってガス流速を感
度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるガス流量検出装置の側面断面図、
第2図は第1図のII-II線に沿ってみた断面図、第3図
は流速検出用素子およびガス温検出用素子の拡大断面
図、第4図は第3図のIV-IV線に沿ってみた流速検出用
素子の側面断面図、第5図は検出回路図、第6図は別の
実施例の側面断面図、第7図は第6図のVII-VII線に沿
ってみた断面図、第8図は流速検出用素子とガス温検出
用素子の位置関係を説明するための図である。 2……ガス流通路、4……流速検出用素子、 5……ガス温検出用素子、6,9……基体、 7,8,10……リード端子、RH……加熱抵抗体、 R1,R2……感熱抵抗体。
フロントページの続き (72)発明者 大橋 通宏 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 白谷 和彦 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 今村 兼雄 愛知県大府市共和町1丁目1番地の1 愛 三工業株式会社内 (72)発明者 小柳 和明 愛知県大府市共和町1丁目1番地の1 愛 三工業株式会社内 (72)発明者 小野 弘文 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社エステツク技術部内 (72)発明者 加茂 政行 京都府京都市南区吉祥院宮の東町2番地 株式会社エステツク技術部内 (56)参考文献 特開 昭59−147221(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガス流通路内に加熱抵抗体を具えた薄肉平
    板状の流速検出用素子と薄肉平板状のガス温検出用素子
    とを該ガス流通路の軸線に沿ってみたときに互いに重合
    しないように該ガス流通路の軸線と平行に配置すると共
    に該ガス流通路の軸線に対して直角方向からみたときに
    流速検出用素子とガス温検出用素子とが互いに重合しな
    いようにガス温検出用素子を流速検出用素子に対し上流
    側に間隔を隔てて配置したガス流量検出装置。
JP59085114A 1984-04-28 1984-04-28 ガス流量検出装置 Expired - Lifetime JPH06100485B2 (ja)

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