JPH07117436B2

JPH07117436B2 - 感熱式流量センサ

Info

Publication number: JPH07117436B2
Application number: JP2417784A
Authority: JP
Inventors: 雅憲稲田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-12-28
Filing date: 1990-12-28
Publication date: 1995-12-18
Anticipated expiration: 2010-12-18
Also published as: JPH04249717A; KR940002188B1; US5237868A; DE4143147A1; KR920012890A; DE4143147C2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、感熱抵抗体、加熱抵
抗体等を用いて空気などの流体を検出する感熱式流量セ
ンサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】空気などの流体中に設けられた加熱抵抗
体を含むブリッジ回路の熱平衡状態から流量を検出する
方式の流量センサが従来から用いられている。白金線を
加熱抵抗体とする従来の空気流量センサについてまず、
構成を図７及び図８を参照しながら説明する。図７(ａ)
及び(ｂ)は従来の感熱式流量センサを示す縦断側面図及
び正面図、図８は従来の感熱式流量センサの温度制御回
路を示す回路図である。

【０００３】図７(ａ)及び(ｂ)において、従来の感熱式
流量センサは、流体である空気の主通路となるハウジン
グ(１)内の所定の位置に支持部材(３)により計測用管路
(２)が設けられ、計測用管路(２)の内面に複数の熱線支
持体(４)が設けられ、この熱線支持体(４)を介して白金
線(５)が空気の流れに直交する平面内に張られている。
また、空気温センサ(６)が計測用管路(２)中に設けられ
ている。白金線(５)及び空気温センサ(６)の各々の電気
接続用リードは、計測用管路(２)、支持部材(３)、ハウ
ジング(１)の各々に設けられた図示しない貫通穴を介し
てハウジング(１)の外周に設けられた制御回路設置部
(７)の内側に通じ、この制御回路設置部(７)の内部に設
置された温度制御回路に接続されている。また、ハウジ
ング(１)の開口部には保護用ネット(８)及び(９)が設置
されている。

【０００４】図８において、温度制御回路(10)は、白金
線(５)、空気温センサ(６)、抵抗器(11)及び(12)から構
成されたブリッジ回路を有し、差動増幅器(13)の両入力
端子は上記ブリッジ回路の接続点ｂ及びｆに接続されて
いる。差動増幅器(13)の出力端子はトランジスタ(14)の
ベースに接続され、トランジスタ(14)のエミッタはブリ
ッジ回路の接続点ａに接続され、コレクタは直流電源(1
5)の正極に接続されている。この温度制御回路(10)は、
上記ブリッジ回路が熱平衡を保つように温度制御を行
う。なお、白金線(５)の抵抗値はＲh、空気温センサ
(６)の抵抗値はＲc、抵抗器(11)及び(12)の抵抗値はＲ₁
及びＲ₂である。

【０００５】つぎに、前述した従来例の動作を図９を参
照しながら説明する。図９は、従来の感熱式流量センサ
の動作を示す特性図である。図９において、横軸は空気
流量、縦軸は誤差（％）を示す。温度制御回路(10)の動
作は周知であるので詳細な説明は省略するが、接続点ｂ
及びｆの電圧が等しくなったときに、ブリッジ回路は平
衡状態に達し、このとき白金線(５)には流量に対応した
電流Ｉhが流れ、接続点ｂの電圧ＶhはＩh×Ｒ₂で表さ
れ、この電圧Ｖhが流量信号として用いられる。なお、
白金線(５)及び空気温センサ(６)の抵抗値と抵抗温度係
数、抵抗器(11)及び(12)の抵抗値のバラツキによる検出
バラツキを補正するため、抵抗器(11)の抵抗値Ｒ₁を調
整して検出流量特性を平行的に変化させ、所定の流量
（通常は比較的低い流量）における検出値を目標値に調
整することが通常行われている。

【０００６】図９は上記補正を説明する検出流量特性図
であり、抵抗器(11)による調整前の特性曲線βを所定の
流量Ｑ₁における目標値Ｘの範囲に入るように抵抗器(1
1)の抵抗値Ｒ₁を調整する。温度制御回路(10)を含む感
熱式流量センサにおいては、計測精度を向上させるため
抵抗器(11)の抵抗値Ｒ₁を調整しているが、ハウジング
(１)、計測用管路(２)の各々の寸法のバラツキ、及び両
者間の相対的な位置のバラツキ、計測用管路(２)の流れ
方向に対する中心軸のバラツキ、また、白金線(５)の張
られている位置などの構造、寸法的なバラツキ、ズレに
主として起因する流量特性の傾き（各流量における検出
特性中央値からのズレの流量依存性）は調整することが
できず、上述した調整流量点Ｑ₁以外の流量、特に調整
流量点Ｑ₁より大きく離れた流量における計測精度の改
善が行われない。したがって、上述した抵抗器(11)によ
る調整に加えて、特性の傾きを調整することが行われて
いる。

【０００７】つづいて、従来行われている特性の傾きの
調整について図１０、図１１及び図１２を参照しながら
説明する。図１０は従来の感熱式流量センサの傾き補正
回路を示す回路図、図１１及び図１２は従来の傾き補正
回路の動作を示す特性図である。

【０００８】図１０において、傾き補正回路は減算回路
(16)、分圧回路(23)、増幅回路(26)及び演算回路(31)か
ら構成されている。減算回路(16)は抵抗器(17)、(18)、
(20)、(21)及び(22)と演算増幅器(19)とから構成され、
演算増幅器(19)の非反転入力端子は抵抗器(18)を介して
アースされ、かつ抵抗器(17)を介して温度制御回路(10)
のブリッジ回路の接続点ｂに接続されている。演算増幅
器(19)の反転入力端子には設定電圧Ｖrefが抵抗器(20)
を介して印加されるようになっており、この演算増幅器
(19)の反転入力端子と出力端子間には抵抗器(21)が接続
され、出力端子は抵抗器(22)を介してアースされてい
る。なお、抵抗器(17)、(18)、(20)、(21)及び(22)の抵
抗値はＲ₃、Ｒ₄、Ｒ₅、Ｒ₆及びＲ₇である。

【０００９】分圧回路(23)は減算回路(16)の出力電圧Ｖ
₁を抵抗器(24)及び(25)で分圧するようにしており、こ
の抵抗器(24)及び(25)の直列回路は減算回路(16)の出力
端子とアース間に接続されている。なお、抵抗器(24)及
び(25)の抵抗値はＲ₈及びＲ₉である。

【００１０】増幅回路(26)の演算増幅器(27)の非反転入
力端子には、抵抗器(24)及び(25)の接続点で得られる分
圧回路(23)の出力電圧Ｖ₂が印加されている。演算増幅
器(27)の反転入力端子は抵抗器(28)を介してアースされ
ている。増幅回路(26)の出力電圧Ｖ₃は演算回路(31)内
の抵抗器(33)を介して演算増幅器(34)の非反転入力端子
に入力されるようになっている。なお、抵抗器(28)、(2
9)及び(30)の抵抗値はＲ₁₀、Ｒ₁₁及びＲ₁₂である。

【００１１】演算回路(31)は抵抗器(32)、(33)、(35)及
び(36)と演算増幅器(34)とから構成され、減算回路(16)
の出力電圧Ｖ₁が抵抗器(35)を介して演算増幅器(34)の
反転入力端子に入力され、出力端子とこの反転入力端子
間には抵抗器(36)が接続されている。さらに、演算増幅
器(34)の非反転入力端子は抵抗器(32)を介して温度制御
回路(10)のブリッジ回路の接続点ｂに接続されている。
そして、演算増幅器(34)の出力端子から出力電圧Ｖ₀が
出力されるようになっている。なお、抵抗器(32)、(3
3)、(35)及び(36)の抵抗値はＲ₁₃、Ｒ₁₄、Ｒ₁₅及びＲ₁₆
である。

【００１２】前記各回路の動作について図１１を参照し
ながら説明する。減算回路(16)の出力電圧Ｖ₁は、抵抗
器(17)、(18)、(20)及び(21)の各々の抵抗値Ｒ₃、Ｒ₄、
Ｒ₅及びＲ₆に応じて、Ｖ₁＝｛Ｒ₄／(Ｒ₃＋Ｒ₄)｝×｛(Ｒ₅＋Ｒ₆)／Ｒ₅｝×Ｖh
−(Ｒ₆／Ｒ₅)×Ｖref の関係式を満足する値となり、抵抗値を適当な値、例え
ばＲ₃＝Ｒ₄、Ｒ₅＝Ｒ₆に設定すると、Ｖ₁＝Ｖh−Ｖref
となる。ここで、演算増幅器(19)は正極のみの電源電圧
で動作しているため、出力電圧Ｖ₁は負の値にはなら
ず、Ｖh＜ＶrefのときはＶ₁≒０となり、図１１(ａ)に
示す特性Ｖ₁となる。（Ｖ₁は演算増幅器(19)の出力電圧
飽和特性より約０．３Ｖ程度残るが、ここではＶ₁≒０
として説明する。）

【００１３】分圧回路(23)の出力電圧Ｖ₂は分圧回路(2
3)内の抵抗器(24)及び(25)の各々の抵抗値Ｒ₈及びＲ₉に
応じて、Ｖ₂＝｛Ｒ₉／(Ｒ₈＋Ｒ₉)｝×Ｖ₁（Ｖh＜Ｖrefのときは
Ｖ₁≒０）となり、増幅回路(26)へ入力され、増幅回路(26)の出力
電圧Ｖ₃は抵抗器(28)及び(29)の抵抗値Ｒ₁₀及びＲ₁₁に
応じて、Ｖ₃＝｛(Ｒ₁₀＋Ｒ₁₁)／Ｒ₁₀｝×Ｖ₂、すなわちＶ₃＝｛(Ｒ₁₀＋Ｒ₁₁)／Ｒ₁₀｝×｛Ｒ₉／(Ｒ₈＋Ｒ₉)｝×
Ｖ₁となる。

【００１４】演算回路(31)は温度制御回路(10)の出力電
圧Ｖh、増幅回路(26)の出力電圧Ｖ₃及び減算回路(16)の
出力電圧Ｖ₁を入力し、抵抗器(32)、(33)、(35)及び(3
6)の各々の抵抗値Ｒ₁₃、Ｒ₁₄、Ｒ₁₅及びＲ₁₆に応じてそ
の出力電圧Ｖ₀は、Ｖ₀＝｛(Ｒ₁₅＋Ｒ₁₆)／Ｒ₁₅｝×｛Ｒ₁₄／(Ｒ₁₃＋
Ｒ₁₄)｝×Ｖh＋｛(Ｒ₁₅＋Ｒ₁₆)／Ｒ₁₅｝×｛Ｒ₁₃／(Ｒ
₁₃＋Ｒ₁₄)｝×Ｖ₃ −(Ｒ₁₆／Ｒ₁₅)×Ｖ₁ の関係式を満足する値となり、各々の抵抗値を適当な
値、例えば、Ｒ₁₃＝Ｒ₁₄、Ｒ₁₅＝Ｒ₁₆とすると、Ｖ₀＝Ｖh＋Ｖ₃−Ｖ₁ となる。

【００１５】また、前記各出力電圧Ｖ₁、Ｖ₂、Ｖ₃、Ｖh
及び設定電圧Ｖrefの各々の関係式より、Ｖ₀＝Ｖh＋｛｛Ｒ₉／(Ｒ₈＋Ｒ₉)｝×｛(Ｒ₁₀＋Ｒ₁₁)／
Ｒ₁₀｝−１｝×(Ｖh−Ｖref)（ただし、Ｖh＜Ｖrefのと
きはＶ₀≒Ｖh）の式で表される電圧となる。前記の式において、抵抗値
Ｒ₈、Ｒ₉、Ｒ₁₀及びＲ₁₁を適当な値、例えば、Ｒ₈＝
Ｒ₉、Ｒ₁₀＝Ｒ₁₁×（１±α）に設定すると、Ｖ₀＝Ｖh＋｛(１／２)×(２±α)−１｝×(Ｖh−Ｖre
f)、すなわち、Ｖ₀＝Ｖh±(１／２)×α×(Ｖh−Ｖref) … （ただし、Ｖh＜ＶrefのときはＶ₀≒Ｖh）となる。

【００１６】したがって、演算回路(31)の出力電圧はＶ
h＜Ｖrefのときは抵抗値Ｒ₁₀及びＲ₁₁に関係なくＶ₀≒
Ｖh、Ｖh＞ＶrefのときはＶh−Ｖrefの値に抵抗値Ｒ₁₀
及びＲ₁₁の比に応じた係数を乗じた値がＶhに加算又は
減算され、特に、Ｒ₁₀＝Ｒ₁₁のときはＶhとＶrefの大小
に関係なくＶ₀≒Ｖhとなる。

【００１７】図１１(ａ)は上記の各々の電圧の特性を示
す図であり、前記抵抗値Ｒ₁₀及びＲ₁₁の比で決定される
αの値により増幅回路(26)の出力電圧Ｖ₃は、減算回路
(16)の出力電圧Ｖ₁の特性を基準として変化し、演算回
路(31)の出力電圧Ｖ₀はＶh＜ＶrefのときはＶ₀≒Ｖh、
Ｖh＞ＶrefのときはＶ₀＝Ｖhの特性を基準として変化す
る。

【００１８】図１１(ｂ)は空気流量と温度制御回路(10)
の出力電圧Ｖh及び演算回路(31)の出力電圧Ｖ₀との関係
を示す図、また、図１１(ｃ)は空気流量と前記各々の出
力電圧Ｖh、Ｖ₀による空気流量計の検出誤差の関係を示
す図であり、図１１(ｂ)に示すように演算回路(31)の出
力電圧Ｖ₀は、前記設定電圧Ｖrefに対応した空気流量Ｑ
ref以上の流量の場合のみ抵抗値Ｒ₁₁及びＲ₁₂に応じて
その特性が温度制御回路(10)の出力電圧Ｖhを中心とし
てプラス（＋）側又はマイナス（−）側に任意に設定で
きる。

【００１９】したがって、図１１(ｃ)に示すように温度
制御回路(10)の出力電圧Ｖhによる検出誤差が空気流量
Ｑrefより大流量においてマイナス側の場合は＋α側
に、プラス側の場合は−α側に調整できる。以上のよう
にして、所定の流量Ｑ₁における目標値Ｘの範囲に入る
ように平行的に特性を変化させた後、流量Ｑ₁に近く比
較的誤差の小さい流量Ｑrefを基点の流量として特性の
傾きの補正を行っている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述したような従来の
感熱式流量センサの傾き補正回路では、以下に述べるよ
うな問題点があった。すなわち、温度制御回路(10)の出
力電圧Ｖhが所定の設定電圧Ｖrefより低いとき（Ｖh＜
Ｖref）は演算回路(31)の出力電圧Ｖ₀は温度制御回路(1
0)の出力電圧Ｖhと等しくなるような回路構成としてい
るが、実際の動作において、演算増幅器(19)の飽和動作
時においては、所定の設定電圧Ｖrefより抵抗器(20)及
び(21)を介してＶref／(Ｒ₅＋Ｒ₆)だけの電流、また演
算回路(31)の出力端子より抵抗器(36)及び(35)を介して
Ｖ₀／(Ｒ₁₅＋Ｒ₁₆)だけの電流を同時に演算増幅器(19)
の出力端子よりシンクしなければならず、演算増幅器(1
9)の出力回路の回路構成やその出力回路を構成している
半導体素子の特性等より前記シンク電流を流した場合、
完全に０Ｖにはならず、通常０．３Ｖ程度の飽和電圧Ｖ
satが残り、このＶsatを小さくするために図１０に示す
抵抗器(22)の例のように演算増幅器(19)の出力端子とア
ース間に比較的抵抗値の小さい抵抗器をプルダウン抵抗
器として接続することが行われている。

【００２１】しかしながら、前記プルダウン抵抗器を接
続しても演算増幅器(19)の出力電圧は完全に０Ｖにはで
きず、数１０ｍＶの残電圧Ｖsが依然として残る。前述
した従来装置の動作の説明に際しては上記残電圧Ｖs≒
０Ｖとして図１１を用いて説明したが、上記残電圧Ｖs
の影響で実際の動作は図１２(ａ)〜(ｃ)のように残電圧
Ｖsによる誤差Ｅsが現れ、特に感熱式流量センサの検出
流量が低流量（例えば、内燃機関に用いた場合のアイド
ル時の流量等）においては一般に３ｍＶ〜５ｍＶ程度の
電圧で検出誤差１％となるため上記残電圧Ｖsによる誤
差が無視できなくなるという問題点があった。

【００２２】この発明は、前述した問題点を解決するた
めになされたもので、Ｖh＜Ｖrefのときには演算回路の
出力電圧を正確に温度制御回路の出力電圧と等しくで
き、簡単な回路構成で特性の傾きを容易に補正でき、精
度を高くすることができる感熱式流量センサを得ること
を目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】この発明に係る感熱式流
量センサは、次に掲げる手段を備えたものである。〔１〕流体通路中に配設された感熱抵抗体と複数の抵
抗から構成されたブリッジ回路を含み、前記感熱抵抗体
への通電電流を制御し前記ブリッジ回路が所定の熱平衡
を保つように制御する温度制御手段。〔２〕この温度制御手段のブリッジ回路より得られる
流量に応じた出力電圧を第１の抵抗を介して演算増幅器
の非反転入力端子に入力し、前記演算増幅器の出力端子
と反転入力端子間に帰還抵抗が接続され、前記演算増幅
器の非反転入力端子及び反転入力端子に第１の定電流回
路及び第２の定電流回路が各々接続され、前記第１及び
第２の定電流回路の出力電流を外部からの信号に応じて
可変制御する傾き補正手段。

【００２４】

【作用】この発明においては、流体通路中に配設された
感熱抵抗体と複数の抵抗から構成されたブリッジ回路を
含む温度制御手段によって、前記感熱抵抗体への通電電
流が制御され前記ブリッジ回路が所定の熱平衡を保つよ
うに制御される。また、演算増幅器の出力端子と反転入
力端子間に帰還抵抗が接続され非反転入力端子及び前記
反転入力端子に第１の定電流回路及び第２の定電流回路
が各々接続された傾き補正手段によって、前記温度制御
手段のブリッジ回路より得られる流量に応じた出力電圧
が第１の抵抗を介して前記演算増幅器の非反転入力端子
に入力され、前記第１及び第２の定電流回路の出力電流
が外部からの信号に応じて可変制御される。

【００２５】

【実施例】この発明の第１実施例の構成を図１を参照し
ながら説明する。図１は、この発明の第１実施例の傾き
補正回路を温度制御回路と共に示す回路図である。傾き
補正回路以外は上述した従来機器のものと全く同一であ
る。

【００２６】図１において、この発明の第１実施例の傾
き補正回路は、演算回路(31Ａ)、第１の定電流回路(4
4)、第２の定電流回路(47)及び定電流制御回路(37)から
構成されている。

【００２７】演算回路(31Ａ)は抵抗器(32)及び(36)と演
算増幅器(34)から構成され、第１の定電流回路(44)はト
ランジスタ(45)と抵抗器(46)から構成され出力端子とな
るトランジスタ(45)のコレクタが抵抗器(32)と演算増幅
器(34)の非反転入力端子の接続点ｐに接続されている。
第２の定電流回路(47)はトランジスタ(48)と抵抗器(49)
から構成され出力端子となるトランジスタ(48)のコレク
タが演算増幅器(34)の反転入力端子と抵抗器(36)の接続
点ｎに接続されている。定電流制御回路(37)は抵抗器(3
8)、(39)、(41)、(42)及び(43)と演算増幅器(40)から構
成されて定電流値を設定し、温度制御回路(10)の出力電
圧Ｖh及び設定電圧Ｖrefに応じて第１及び第２の定電流
回路(44)及び(47)の出力電流値Ｉ₄₄及びＩ₄₇を制御す
る。なお、抵抗器(32)、(36)、(38)、(39)、(41)、(4
2)、(43)、(46)及び(49)の抵抗値はＲ₁₃、Ｒ₁₆、Ｒ₂₀、
Ｒ₂₁、Ｒ₂₂、Ｒ₂₃、Ｒ₂₄、Ｒ₂₅及びＲ₂₆である。

【００２８】ところで、この発明の温度制御手段は、前
述したこの発明の第１実施例では温度制御回路(10)から
構成され、この発明の傾き補正手段は、第１実施例では
演算回路(31Ａ)、第１の定電流回路(44)、第２の定電流
回路(47)及び定電流制御回路(37)からなる傾き補正回路
から構成されている。

【００２９】つぎに、前述した第１実施例の動作を図２
を参照しながら説明する。図２は、この発明の第１実施
例の動作を示す特性図である。演算回路(31Ａ)の演算増
幅器(34)の非反転入力端子への入力電圧Ｖpは、温度制
御回路(10)の出力電圧Ｖhから第１の定電流回路(44)の
電流Ｉ₄₄（以下、第１の定電流という。）による抵抗器
(32)の電圧降下を減じた電圧値となる。すなわち、次の
ように表される。Ｖp＝Ｖh−Ｒ₁₃×Ｉ₄₄

【００３０】一方、演算増幅器(34)の反転入力端子への
入力電圧Ｖnは、出力電圧Ｖ₀から第２の定電流回路(47)
の電流Ｉ₄₇（以下、第２の定電流という。）による抵抗
器(36)の電圧降下を減じた電圧値となる。すなわち、次
のように表される。Ｖn＝Ｖ₀−Ｒ₁₆×Ｉ₄₇ 演算増幅器(34)はＶp＝Ｖnとなるように出力電圧Ｖ₀
を制御するため、その出力電圧Ｖ₀は次のようになる。Ｖ₀＝Ｖh−Ｒ₁₃×Ｉ₄₄＋Ｒ₁₆×Ｉ₄₇ この式において、抵抗器(32)及び(36)の抵抗値を適当な
値、例えば、Ｒ₁₃＝Ｒ₁₆となるように設定すると、演算
回路(31Ａ)の出力電圧Ｖ₀は次のようになる。Ｖ₀＝Ｖh＋(Ｉ₄₇−Ｉ₄₄)×Ｒ₁₃ …

【００３１】つづいて、第１及び第２の定電流回路(44)
及び(47)並びに定電流制御回路(37)の動作について説明
する。定電流制御回路(37)の演算増幅器(40)の非反転入
力端子への入力電圧Ｖ₂₀は、温度制御回路(10)の出力電
圧Ｖhを抵抗器(38)及び(39)で分圧した電圧であるか
ら、次のように表される。Ｖ₂₀＝｛Ｒ₂₁／(Ｒ₂₀＋Ｒ₂₁)｝×Ｖh …

【００３２】一方、演算増幅器(40)の反転入力端子への
入力電圧Ｖ₂₂は、抵抗器(43)の両端電圧Ｖ₂₄と所定の設
定電圧Ｖrefの間を抵抗器(41)及び(42)で分圧した電圧
であるから、次のように表される。Ｖ₂₂＝｛Ｒ₂₂／(Ｒ₂₂＋Ｒ₂₃)｝×(Ｖ₂₄−Ｖref)＋Ｖre
f、すなわち、Ｖ₂₂＝｛Ｒ₂₂／(Ｒ₂₂＋Ｒ₂₃)｝×Ｖ₂₄＋｛Ｒ₂₃／(Ｒ₂₂
＋Ｒ₂₃)｝×Ｖref… 演算増幅器(40)はトランジスタ(45)及び(48)へのベース
電流を制御して抵抗器(43)に流れる第１及び第２の定電
流Ｉ₄₄及びＩ₄₇を制御し、Ｖ₂₀＝Ｖ₂₂が成立するように
抵抗器(43)の両端電圧Ｖ₂₄を制御するため下記の式が成
立する。

【００３３】｛Ｒ₂₁／(Ｒ₂₀＋Ｒ₂₁)｝×Ｖh＝｛Ｒ₂₂／(Ｒ₂₂＋
Ｒ₂₃)｝×Ｖ₂₄＋｛Ｒ₂₃／(Ｒ₂₂＋Ｒ₂₃)｝×Ｖref 上記式よりＶ₂₄を求めると次のようになる。Ｖ₂₄＝｛Ｒ₂₁／(Ｒ₂₀＋Ｒ₂₁)｝×｛(Ｒ₂₂＋Ｒ₂₃)／
Ｒ₂₂｝×Ｖh−(Ｒ₂₃／Ｒ₂₂)×Ｖref 以上の関係式において各抵抗値を適当な値、例えば、Ｒ
₂₀＝Ｒ₂₁、Ｒ₂₂＝Ｒ₂₃に設定すると、次のようになる。Ｖ₂₄＝Ｖh−Ｖref …

【００３４】次に、第１及び第２の定電流の和(Ｉ₄₄＋
Ｉ₄₇)は、抵抗器(43)に流れる電流Ｉ₂₄と、抵抗器(23)
及び(22)の直列回路に流れる電流Ｉ₂₃との和(Ｉ₂₄＋Ｉ
₂₃)と等しい値であるから、Ｉ₄₄＋Ｉ₄₇＝Ｖ₂₄／Ｒ₂₄＋(Ｖ₂₄−Ｖref)／(Ｒ₂₂＋
Ｒ₂₃) … となり、また、Ｖ₂₄＝Ｖh−Ｖref、Ｒ₂₂＝Ｒ₂₃であるか
ら、次のようになる。Ｉ₄₄＋Ｉ₄₇＝(１／Ｒ₂₄＋１／２Ｒ₂₂)×Ｖh−(１／Ｒ₂₄
＋１／Ｒ₂₃)×Ｖref…

【００３５】なお、図１に示す回路構成は、演算増幅器
(40)の出力端子には従来回路のような電流のシンク（流
し込み）電流はなく、トランジスタ(45)及び(48)のベー
ス電流の流し出し（ソース電流）のみであり、該ソース
電流は演算増幅器(40)の非反転入力端子の入力電圧Ｖ₂₀
と、反転入力端子の入力電圧Ｖ₂₂がＶ₂₂≧Ｖ₂₀の条件に
おいて０(零)となるため、第１及び第２の定電流Ｉ₄₄及
びＩ₄₇もＶ₂₂≧Ｖ₂₀の条件において０となる。したがっ
て、第１及び第２の定電流の和Ｉ₄₄＋Ｉ₄₇は、及び
式並びにＲ₂₀＝Ｒ₂₁、Ｒ₂₂＝Ｒ₂₃に設定したとすると、
Ｖ₂₄＋Ｖref≧Ｖhにおいて、Ｉ₄₄＋Ｉ₄₇＝０となり、こ
のときＶ₂₄は式及びＲ₂₂＝Ｒ₂₃よりＶ₂₄＝｛Ｒ₂₄／(２Ｒ₂₂＋Ｒ₂₄)｝×Ｖref となり、Ｖ₂₄は上記で表す電圧値以下にはならない。

【００３６】したがって、｛１＋Ｒ₂₄／(２Ｒ₂₂＋
Ｒ₂₄)｝×Ｖref≧Ｖhの条件において、Ｉ₄₄＋Ｉ₄₇＝０が成立する。

【００３７】図２は温度制御回路(10)の出力電圧Ｖh、
所定の設定電圧Ｖref、抵抗器(43)の両端電圧Ｖ₂₄、第
１の定電流Ｉ₄₄、及び第２の定電流Ｉ₄₇の各々の関係を
表す。図２において、(ａ)は式、(ｂ)は式の各々の
関係式を表す。

【００３８】ここで、第１の定電流Ｉ₄₄と第２の定電流
Ｉ₄₇の比率について説明する。トランジスタ(45)及び(4
8)のベースは、共に演算増幅器(40)の出力端子に接続さ
れているため同一電圧であるので、トランジスタ(45)及
び(48)のベース〜エミッタ間電圧Ｖbeが等しいとすると
抵抗器(46)及び(49)の両端電圧Ｖ₂₅とＶ₂₆は等しくなる
から、Ｖ₂₅＝Ｉ₄₄×Ｒ₂₅、Ｖ₂₆＝Ｉ₄₇×Ｒ₂₆、Ｖ₂₅＝Ｖ
₂₆よりＩ₄₄＝(Ｒ₂₆／Ｒ₂₅)×Ｉ₄₇ の関係が成立し、抵抗器(46)と(49)の抵抗値の比をＲ₂₆
／Ｒ₂₅＝Ｇ₁とすると、第１の定電流と第２の定電流の
差は上記式及び前記式よりＩ₄₇−Ｉ₄₄＝｛(１−Ｇ₁)／(１＋Ｇ₁)｝×(Ｉ₄₄＋Ｉ₄₇)
＝｛(１−Ｇ₁)／(１＋Ｇ₁)｝×｛(１／Ｒ₂₄＋１／２Ｒ
₂₂)×Ｖh−(１／Ｒ₂₄＋１／Ｒ₂₂)×Ｖref｝の関係式で与えられる。上記(Ｉ₄₇−Ｉ₄₄)の関係式を演
算回路(31Ａ)の出力電圧Ｖ₀を表す式に代入するとＶ₀＝Ｖh＋Ｒ₁₃×｛(１−Ｇ₁)／(１＋Ｇ₁)｝×(Ｉ₄₄＋
Ｉ₄₇)＝Ｖh＋Ｒ₁₃×｛(１−Ｇ₁)／(１＋Ｇ₁)｝×｛(１
／Ｒ₂₄＋１／２Ｒ₂₂)×Ｖh−(１／Ｒ₂₄＋１／Ｒ₂₂)×Ｖ
ref｝ … の関係が成立する。

【００３９】上記式は、前記従来回路の出力を表す
式と同様に、温度制御回路(10)よりの出力電圧Ｖhの大
きさに応じ、Ｖh≦｛１＋Ｒ₂₄／(２Ｒ₂₂＋Ｒ₂₄)｝×Ｖref のときは、演算回路(31Ａ)の出力電圧は正確にＶ₀＝Ｖh
となり、Ｖh＞｛１＋Ｒ₂₄／(２Ｒ₂₂＋Ｒ₂₄)｝×Ｖref のときは、Ｖhと所定の設定電圧Ｖrefの差、抵抗器(3
2)、(41)、(43)の抵抗値、及び抵抗器(46)及び(49)の抵
抗値Ｒ₂₅とＲ₂₆の比Ｇ₁に応じた値がＶhに加算又は減算
され、特にＧ₁の大きさによりその値が０を基準にして
加算又は減算方向に設定できるものであり、従来の傾き
補正回路と同等の動作を行わせることができるものであ
る。図２(ｃ)は上述した動作を示す。

【００４０】この発明の第１実施例は、前述したよう
に、流体通路中に配設された白金線(５)、空気温センサ
(６)、複数の抵抗器(11)及び(12)から構成されたブリッ
ジ回路を含み、前記白金線(５)への通電電流を制御し前
記ブリッジ回路が所定の熱平衡を保つように制御する温
度制御回路(10)と、この温度制御回路(10)のブリッジ回
路より得られる流量に応じた出力電圧を抵抗器(32)を介
して演算増幅器(34)の非反転入力端子に入力し、該演算
増幅器(34)の出力端子と反転入力端子間に帰還用の抵抗
器(36)を接続し、該演算増幅器(34)の非反転入力端子及
び反転入力端子に第１の定電流回路(44)及び第２の定電
流回路(47)を各々接続し、該第１及び第２の定電流回路
の出力電流は前記流量に応じた該出力電圧が所定値以下
のときその電流値が零であり、該出力電圧が所定値以上
のときは該出力電圧の上昇に応じてその電流値が零より
漸増する傾き補正回路とを備えているので、簡単な回路
構成で従来例と同等以上の動作を行わせることができ、
また、従来の問題点であった演算増幅器の出力飽和電圧
の影響もなくすることができ、より計測精度を高くする
ことができるという効果を奏する。

【００４１】この発明の第２実施例の構成を図３を参照
しながら説明する。図３は、この発明の第２実施例の傾
き補正回路を温度制御回路と共に示す回路図であり、温
度制御回路(10)及び演算回路(31Ａ)は上述した第１実施
例のものと全く同一である。

【００４２】図３において、この発明の第２実施例の傾
き補正回路は、演算回路(31Ａ)、第１の定電流回路(44
Ａ)、第２の定電流回路(47Ａ)及び定電流制御回路(37
Ａ)から構成されている。第１の定電流回路(44Ａ)はト
ランジスタ(56)と抵抗器(57)から構成され抵抗器(57)の
抵抗値はＲ₃₂であり、第２の定電流回路(47Ａ)はトラン
ジスタ(58)と抵抗器(59)から構成され抵抗器(59)の抵抗
値はＲ₃₃であり、定電流制御回路(37Ａ)は抵抗器(51)、
(52)、(53)、(54)及び(55)と演算増幅器(50)から構成さ
れ、温度制御回路(10)の出力電圧Ｖhが演算増幅器(50)
の反転入力端子に、所定の設定電圧Ｖrefが非反転入力
端子に各々抵抗器を介して接続されている。なお、抵抗
器(51)、(52)、(53)、(54)及び(55)の抵抗値はＲ₂₇、Ｒ
₂₈、Ｒ₂₉、Ｒ₃₀及びＲ₃₁である。

【００４３】ところで、この発明の傾き補正手段は、前
述したこの発明の第２実施例では演算回路(31Ａ)、第１
の定電流回路(44Ａ)、第２の定電流回路(47Ａ)及び定電
流制御回路(37Ａ)から構成されている。

【００４４】つぎに、前述した第２実施例の動作を図４
を参照しながら説明する。図４(ａ)〜(ｃ)は、この発明
の第２実施例の動作を示す特性図である。第２実施例の
動作は、演算増幅器(50)の入力が反転している以外は第
１実施例と同一であるため、詳細な説明は省略するが、
第１実施例と同様に各抵抗器の抵抗値をＲ₁₃＝Ｒ₁₆、Ｒ
₂₇＝Ｒ₂₈、Ｒ₂₉＝Ｒ₃₀、Ｒ₃₃／Ｒ₃₂＝Ｇ₂と各々設定す
ると、第１の定電流回路(44Ａ)の定電流Ｉ₄₄、第２の定
電流回路(47Ａ)の定電流Ｉ₄₇及び抵抗器(55)の両端電圧
Ｖ₃₁は第１実施例の説明順序と同様の各関係式より下記
の関係式が成立する。Ｖ₃₁＝Ｖref−Ｖh ただし、Ｖ₃₁＞｛Ｒ₃₁／(２Ｒ₂₉＋Ｒ₃₁)｝×Ｖh、Ｉ₄₄
＋Ｉ₄₇＝(１／Ｒ₃₁＋１／２Ｒ₂₉)×Ｖref−(１／Ｒ₃₁＋
１／Ｒ₂₉)×Ｖh、ただし、Ｖh＞｛１−(１／２)×Ｒ₃₁／(Ｒ₂₉＋Ｒ₃₁)｝
×ＶrefのときＩ₄₄＋Ｉ₄₇＝０、Ｖ₀＝Ｖh＋Ｒ₁₃×｛(１−Ｇ₂)／(１＋Ｇ₂)｝×(Ｉ₄₄＋
Ｉ₄₇)＝Ｖh＋Ｒ₁₃×｛(１−Ｇ₂)／(１＋Ｇ₂)｝×｛(１
／Ｒ₃₁＋１／２Ｒ₂₉)×Ｖref−(１／Ｒ₃₁＋１／Ｒ₂₉)×
Ｖh｝ …

【００４５】図４(ａ)〜(ｃ)は上記Ｖ₃₁、Ｉ₄₄＋Ｉ₄₇、
Ｖ₀の各々を表す特性図であり、Ｒ₃ ₃とＲ₃₂の比Ｇ₂を変
化させることによりＶhが、Ｖh＜｛１−(１／２)×Ｒ₃₁／(Ｒ₂₉＋Ｒ₃₁)｝×Ｖref の条件においてはＶhとＶrefの差に応じた電圧値がＶh
に加算又は減算され、Ｖh＞｛１−(１／２)×Ｒ₃₁／(Ｒ₂₉＋Ｒ₃₁)｝×Ｖref の条件においてはＶ₀は正確にＶhと等しくなるものであ
る。

【００４６】この発明の第２実施例は、前述したよう
に、流体通路中に配設された白金線(５)、空気温センサ
(６)、複数の抵抗器(11)及び(12)から構成されたブリッ
ジ回路を含み、前記白金線(５)への通電電流を制御し前
記ブリッジ回路が所定の熱平衡を保つように制御する温
度制御回路(10)と、この温度制御回路(10)のブリッジ回
路より得られる流量に応じた出力電圧を抵抗器(32)を介
して演算増幅器(34)の非反転入力端子に入力し、該演算
増幅器(34)の出力端子と反転入力端子間に帰還用の抵抗
器(36)を接続し、該演算増幅器(34)の非反転入力端子及
び反転入力端子に第１の定電流回路(44Ａ)及び第２の定
電流回路(47Ａ)を各々接続し、該第１及び第２の定電流
回路の出力電流は前記流量に応じた該出力電圧が所定値
以上のときその電流値が零であり、該出力電圧が所定値
以下のときは該出力電圧の下降に応じてその電流値が零
より漸増する傾き補正回路とを備えているので、簡単な
回路構成で従来例と同等以上の動作を行わせることがで
き、また、従来の問題点であった演算増幅器の出力飽和
電圧の影響もなくすることができ、より計測精度を高く
することができるという効果を奏する。

【００４７】この発明の第３実施例の構成を図５を参照
しながら説明する。図５は、この発明の第３実施例の傾
き補正回路を温度制御回路と共に示す回路図であり、第
１実施例及び第２実施例の傾き補正回路を演算回路(31
Ａ)を共通にして並列に接続したものである。

【００４８】ところで、この発明の傾き補正手段は、前
述したこの発明の第３実施例では演算回路(31Ａ)、第１
の定電流回路(44)及び(44Ａ)、第２の定電流回路(47)及
び(47Ａ)並びに定電流制御回路(37)及び(37Ａ)から構成
されている。

【００４９】つぎに、前述した第３実施例の動作を図６
を参照しながら説明する。図６は、この発明の第３実施
例の動作を示す特性図である。図６は図５の演算回路(3
1Ａ)の出力電圧Ｖ₀の特性を示し、抵抗器(46)及び(49)
の抵抗値Ｒ₂₅及びＲ₂₆の比Ｇ₁を変化させることにより
Ｖhが所定の電圧Ｖh＞｛１＋Ｒ₂₄／(２Ｒ₂₂＋Ｒ₂₄)｝×Ｖref において特性の補正ができ、抵抗器(57)及び(59)の抵抗
値Ｒ₃₂及びＲ₃₃の比Ｇ₂を変化させることによりＶhが所
定の電圧Ｖh＜｛１−(１／２)×Ｒ₃₁／(Ｒ₂₉＋Ｒ₃₁)｝×Ｖref において特性の補正ができるものである。

【００５０】この発明の第３実施例は、前述したよう
に、流体通路中に配設された白金線(５)、空気温センサ
(６)、複数の抵抗器(11)及び(12)から構成されたブリッ
ジ回路を含み、前記白金線(５)への通電電流を制御し前
記ブリッジ回路が所定の熱平衡を保つように制御する温
度制御回路(10)と、この温度制御回路(10)のブリッジ回
路より得られる流量に応じた出力電圧を抵抗器(32)を介
して演算増幅器(34)の非反転入力端子に入力し、該演算
増幅器(34)の出力端子と反転入力端子間に帰還用の抵抗
器(36)を接続し、該演算増幅器(34)の非反転入力端子及
び反転入力端子に第１の定電流回路(44)、(44Ａ)及び第
２の定電流回路(47)、(47Ａ)を各々接続し、該第１及び
第２の定電流回路(44)及び(47)と第１及び第２の定電流
回路(44Ａ)及び(47Ａ)の出力電流を前記流量に応じた該
出力電圧に対応して制御し、各第１及び第２の定電流回
路の電流値の比率が設定可能である傾き補正回路とを備
えているので、簡単な回路構成で従来例と同等以上の動
作を行わせることができ、また、従来の問題点であった
演算増幅器の出力飽和電圧の影響もなくすることがで
き、より計測精度を高くすることができるという効果を
奏する。

【００５１】

【発明の効果】この発明は、以上説明したとおり、流体
通路中に配設された感熱抵抗体と複数の抵抗から構成さ
れたブリッジ回路を含み、前記感熱抵抗体への通電電流
を制御し前記ブリッジ回路が所定の熱平衡を保つように
制御する温度制御手段と、この温度制御手段のブリッジ
回路より得られる流量に応じた出力電圧を第１の抵抗を
介して演算増幅器の非反転入力端子に入力し、前記演算
増幅器の出力端子と反転入力端子間に帰還抵抗が接続さ
れ、前記演算増幅器の非反転入力端子及び反転入力端子
に第１の定電流回路及び第２の定電流回路が各々接続さ
れ、前記第１及び第２の定電流回路の出力電流を外部か
らの信号に応じて可変制御する傾き補正手段とを備えた
ので、簡単な回路構成で特性の傾きを容易に補正でき、
計測精度を高くすることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例を示す回路図である。

【図２】この発明の第１実施例の動作を示す特性図であ
る。

【図３】この発明の第２実施例を示す回路図である。

【図４】この発明の第２実施例の動作を示す特性図であ
る。

【図５】この発明の第３実施例を示す回路図である。

【図６】この発明の第３実施例の動作を示す特性図であ
る。

【図７】従来の感熱式流量センサの機械的構成の縦断面
及び正面を示す図である。

【図８】従来の感熱式流量センサの温度制御回路を示す
回路図である。

【図９】従来の感熱式流量センサの動作を示す特性図で
ある。

【図１０】従来の感熱式流量センサの傾き補正回路を示
す回路図である。

【図１１】従来の感熱式流量センサの動作を示す特性図
である。

【図１２】従来の感熱式流量センサの動作を示す特性図
である。

【符号の説明】

(５) 白金線 (６) 空気温センサ (10) 温度制御回路 (31Ａ) 演算回路 (37)、(37Ａ) 定電流制御回路 (40)、(50) 演算増幅器 (44)、(44Ａ) 第１の定電流回路 (47)、(47Ａ) 第２の定電流回路なお、各図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体通路中に配設された感熱抵抗体と複
数の抵抗から構成されたブリッジ回路を含み、前記感熱
抵抗体への通電電流を制御し前記ブリッジ回路が所定の
熱平衡を保つように制御する温度制御手段、並びにこの
温度制御手段のブリッジ回路より得られる流量に応じた
出力電圧を第１の抵抗を介して演算増幅器の非反転入力
端子に入力し、前記演算増幅器の出力端子と反転入力端
子間に帰還抵抗が接続され、前記演算増幅器の非反転入
力端子及び反転入力端子に第１の定電流回路及び第２の
定電流回路が各々接続され、前記第１及び第２の定電流
回路の出力電流を外部からの信号に応じて可変制御する
傾き補正手段を備えたことを特徴とする感熱式流量セン
サ。