JPH07260536A - 熱線風速計の原理による空気質量流量の測定用回路装置 - Google Patents

熱線風速計の原理による空気質量流量の測定用回路装置

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JPH07260536A
JPH07260536A JP7056402A JP5640295A JPH07260536A JP H07260536 A JPH07260536 A JP H07260536A JP 7056402 A JP7056402 A JP 7056402A JP 5640295 A JP5640295 A JP 5640295A JP H07260536 A JPH07260536 A JP H07260536A
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JP
Japan
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voltage
flow rate
air flow
resistor
resistance
Prior art date
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Pending
Application number
JP7056402A
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English (en)
Inventor
Thomas Bennoehr
トーマス・ベンエール
Michael Daetz
ミヒヤエル・デツツ
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Deutsche Automobil GmbH
Original Assignee
Deutsche Automobil GmbH
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Publication date
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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
    • G01F1/696Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
    • G01F1/698Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Details Of Flowmeters (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 測定ブリツジにより内燃機関の吸気管内の空
気流量を求めるため、ブリツジ平衡の際流量測定抵抗R
を通つて流れる電流が、空気流量の間接的な尺度とし
て求められる。これに反し空気流量の一次測定量は、周
りに空気流を流される空気流量測定抵抗Rにおいて変
換される出力であり、従つて間接測定は原理的に誤差を
伴う。本発明により、流量測定抵抗Rにかかる電圧U
m1と空気流量測定抵抗Rにかかる電圧U又はその
部分電圧Um2との和が、空気流量の尺度として求めら
れる。 【効果】 測定誤差が少なくなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ブリツジ回路の一方の
ブリツジ分枝において、周りに空気流を流される空気流
量測定抵抗が流量測定抵抗に直列接続され、他方のブリ
ツジ分枝において、空気温度を検出する温度補償抵抗が
固定抵抗に直列接続されており、ブリツジ回路の対角線
分枝においてブリツジ差電圧が検出されて、ブリツジの
平衡のために使用される、特に内燃機関を持つ自動車用
の熱線風速計の原理による空気質量流量の測定用回路装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ連邦共和国特許出願公開第380
2422号明細書から、図3に原理を示す回路装置が公
知である。この公知の回路装置は、2つのブリツジ分枝
を持つ電気測定ブリツジ回路から成り、一方のブリツジ
分枝は周りに空気流を流される空気流量測定抵抗R
これに直列接続される流量測定抵抗Rとを含み、他方
のブリツジ分枝は空気温度を検出する温度補償抵抗R
とこれに直列接続される固定抵抗Rとを含んでいる。
空気流量測定抵抗R及び温度補償抵抗Rは、例えば
正の温度係数を持つ高温膜センサで、その温度特性が一
致している。ブリツジ対角線分枝に現れる差は差動増幅
器Uにより検出されて、ブリツジを平衡させるのに役
立つ。
【0003】ブリツジの平衡後流量測定抵抗Rに流れ
る電流又はブリツジの平衡後流量測定抵抗Rの平衡電
圧Uは、瞬間の空気質量流量(空気流量)の尺度とし
て求められる。
【0004】差動増幅器Uにより、各空気流量及び温
度状態においてブリツジが平衡し、即ち差動増幅器U
によつて検出されるブリツジ差電圧が零になるまで、差
動増幅器Uが空気流量測定抵抗Rを通る電流を変化
するように、測定ブリツジが制御される。その際空気流
量測定抵抗Rが暖まつて、その温度特性により抵抗値
を変化する。
【0005】このブリツジ回路は一定抵抗制御装置であ
り、空気流量測定抵抗Rの抵抗値は次式に従つて変化
する。 R(T)=(R(T)+R)・R/R (1)
【0006】図3による測定ブリツジの過渡状態では、
空気流量測定抵抗Rへ供給される出力Pseは、この
抵抗Rからそれに沿つて流れる媒体へ出される出力と
ちようど同じ大きさである。測定ブリツジの抵抗値は、
流れる媒体に対してなるべく一定の約130Kの超過温
度が現れるように、選ばれている。この場合固定抵抗R
の値の変化は超過温度レベルを変化させ、補正抵抗R
の変化は温度補償抵抗Rによる温度検出に影響を及
ぼす。従つて補正抵抗Rは、媒体温度の上昇の際超過
温度も同様に上昇するか、低下するか、又は温度変化の
際におけるなるべく短い反応時間のため不変であるかを
決定する。
【0007】空気流量測定抵抗Rを通つて流れる電流
seに対して次式が成立する。 Ise=K・(Pse/R)1/2 (2) ここでKは定数である。空気流量の尺度である測定電
圧Uは、質量流量dm/dtの関数としてキングの法
則により次式に従つて得られる。 U=K+K・(dm/dt)1/4 (3) ここでK及びKは定数である。
【0008】熱線風速計又は高温膜風速計の一次測定量
は、空気流量測定抵抗Rにおいて変換される出力であ
る。温度補償抵抗Rは媒体温度と共に変化するので、
上記の式(1)により空気流量測定抵抗Rの抵抗値も
変化し、従つて一定抵抗制御は不連続な温度についての
み行われる。従つて空気流量測定抵抗Rにおいて変換
される出力を検出するためには、この抵抗において変換
される出力Pseそのものを検出することが必要であ
る。しかし通常は流量測定抵抗Rを通る電流Ise
みが求められ、それにより出力を求める際原理的に誤差
が存在する。しかし測定量として空気流量を検出すべき
なので、この誤差は殆ど補償される。なぜならば熱伝達
係数aの計算から、同じ空気流量において空気流量測定
抵抗Rの所で変換可能な出力は、温度と共に増大する
ことがわかるからである。温度の上昇と共に空気流量測
定抵抗Rの抵抗値も増大するので、現れる電流Ise
は実際上ほぼ一定である(キングの法則)。しかし温度
に関する残留勾配は残つており、車両への適用にとつて
関係のある温度範囲において、測定値に対して2ないし
5%の誤差を生ずる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従つて本発明の基礎に
なつている課題は、簡単に温度補償が行われる、最初に
あけた種類の回路装置を提示することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
本発明によれば、流量測定抵抗に現れる電圧と空気流量
測定抵抗に現れる電圧との和又は流量測定抵抗に現れる
電圧と空気流量測定抵抗に現れる電圧の部分電圧との和
が、空気流量の尺度として求められる。
【0011】空気流量測定抵抗に現れる電圧の部分電圧
を生ずるために、この抵抗に分圧器が接続されるので、
測定電圧は、流量測定抵抗に現れる電圧とこの分圧器に
現れる部分電圧との和として得られ、流量測定抵抗を通
つて流れる電流の温度勾配によつて部分電圧の温度勾配
が補償されるように、この分圧器が設定される。部分抵
抗の値は空気流量測定抵抗の値より数けた大きい。
【0012】このような測定ブリツジにより、主要な温
度範囲にわたつて高い測定精度が得られ、ブリツジの設
定は温度補償の設定には無関係である。
【0013】好ましい構成では、分圧器が2つの部分抵
抗から構成されているので、測定電圧に関係する部分電
圧は、流量測定抵抗に直接接続される部分抵抗に現れ
る。
【0014】これに反し、測定電圧が空気流量測定抵抗
に現れる電圧と流量測定抵抗に現れる電圧との和であ
り、更に温度補償抵抗に補正抵抗か直列接続されている
と、温度補償のため、測定電圧の温度勾配が補償される
ように、この温度補償抵抗及び補正抵抗が設定される。
【0015】図面に示されている実施例により本発明を
以下に説明する。
【0016】
【実施例】従来の技術を示しかつ既に上述された図3に
よる回路装置と、図1による回路装置とは、2つの抵抗
及びRから構成される分圧器が空気流量測定抵抗
に並列接続されている点においてのみ相違してい
る。この分圧器の全抵抗値は約30kΩであり、空気流
量測定抵抗Rの抵抗値は約10Ωである。これに反し
両方の抵抗RとRとの抵抗比は約1:100であ
る。
【0017】空気流量測定抵抗Rを通る電流Ise
温度勾配が分圧器の部分抵抗Rに現れる電圧Um2
逆の温度勾配を補償することによつて、この回路装置に
より完全な温度補償が行われる。測定電圧Uは、流量
測定抵抗Rにかかる電圧Um1と部分抵抗Rにかか
る電圧Um2との和であり、次式により表わされる。 U=K・(Pse/R)1/2+K・(Pse
・R)1/2 (4) ここでK及びKは定数である。前述した値からわか
るように、部分抵抗R3及びR の値は空気流量測定抵
抗Rの値より数けた大きいので、測定ブリツジの設定
は温度補償の設定とは無関係に行われる。上式(4)の
2つの項は原理的にはキングの法則に従うので、この組
合わせも式(3)に従つて示される。
【0018】図2による実施例は、図3による従来の技
術に一致する測定ブリツジを示しているが、測定電圧U
は流量測定抵抗Rから取られるのではなく、流量測
定抵抗Rと空気流量測定抵抗Rとの直列回路から取
られる。従つて測定電圧Uは、流量測定抵抗Rにか
かる電圧Um1と空気流量測定抵抗Rにかかる電圧U
との和として得られる。しかしこのような回路装置に
おいて温度補償を行うため、図1による回路装置におけ
るような一定超過温度の利点を断念せねはならない。測
定電圧Uの温度勾配が補償されるように補正抵抗R
及び固定抵抗Rを設定することにより、これらの抵抗
及びRで温度補償が行われる。この回路装置の利
点は、前述した第1の実施例におけるより測定電圧U
が著しく大きいことである。
【図面の簡単な説明】
【図1】空気流量測定抵抗に並列接続される分圧器を持
つ本発明の回路装置の第1実施例の接続図である。
【図2】空気流量測定抵抗と流量測定抵抗との直列回路
を介して測定電圧が取出される本発明の回路装置の別の
実施例の接続図である。
【図3】従来技術による回路装置の接続図である。
【符号の説明】 R 流量測定抵抗 R 固定抵抗 R,R 分圧器 R 空気流量測定抵抗 R 温度補償抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒヤエル・デツツ ドイツ連邦共和国テイデイツシエ・アン・ デル・シユトラウシエ8

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブリツジ回路の一方のブリツジ分枝にお
    いて、周りに空気流を流される空気流量測定抵抗
    (R)が流量測定抵抗(R)に直列接続され、他方
    のブリツジ分枝において、空気温度を検出する温度補償
    抵抗(R)が固定抵抗(R)に直列接続されてお
    り、ブリツジ回路の対角線分枝においてブリツジ差電圧
    が検出されて、ブリツジの平衡のために使用されるもの
    において、ブリツジの平衡後流量測定抵抗(R)に現
    れる電圧(Um1)と空気流量測定抵抗(R)に現れ
    る電圧の部分電圧(Um2)との和として得られる測定
    電圧(U)が、空気流量の尺度として求められること
    を特徴とする、熱線風速計の原理による空気質量流量の
    測定用回路装置。
  2. 【請求項2】 ブリツジ回路の一方のブリツジ分枝にお
    いて、周りに空気流を流される空気流量測定抵抗
    (R)が流量測定抵抗(R)に直列接続され、他方
    のブリツジ分枝において、空気温度を検出する温度補償
    抵抗(R)が固定抵抗(R)に直列接続されてお
    り、ブリツジ回路の対角線分枝においてブリツジ差電圧
    か検出されて、ブリツジの平衡のために使用されるもの
    において、ブリツジの平衡後流量測定抵抗(R)に現
    れる電圧(Um1)と空気流量測定抵抗(R)に現れ
    る電圧(U)との和として得られる測定電圧(U
    が空気流量の尺度として求められることを特徴とする、
    熱線風速計の原理による空気質量流量の測定用回路装
    置。
  3. 【請求項3】a)空気流量測定抵抗(R)に現れる電
    圧の部分電圧(Um2)を得るために、空気流量測定抵
    抗(R)に分圧器(R/R)が並列接続され、 b)流量測定抵抗(R)に現れる電圧(Um1)と分
    圧器(R/R)に現れる部分電圧(Um2)との和
    から測定電圧(U)が得られ、 c)部分電圧(Um2)の温度勾配が流量測定抵抗(R
    )を流れる電流(Ise)の温度勾配によって補償さ
    れるように、分圧器(R/R)が設定され、 d)分圧器(R/R)の部分抵抗(R,R)の
    抵抗値が、空気流量測定抵抗(R)の抵抗値より数け
    た大きいことを特徴とする、請求項1に記載の回路装
    置。
  4. 【請求項4】 分圧器(R/R)が2つの部分抵抗
    (R,R)を持ち、測定電圧(U)に関係する部
    分電圧(Um2)が流量測定抵抗(R)に直接接続さ
    れる部分抵抗(R)に現れることを特徴とする、請求
    項3に記載の回路装置。
  5. 【請求項5】 温度補償抵抗(R)に補正抵抗
    (R)が直列接続されていることを特徴とする、請求
    項1ないし4の1つに記載の回路装置。
JP7056402A 1994-02-12 1995-02-09 熱線風速計の原理による空気質量流量の測定用回路装置 Pending JPH07260536A (ja)

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DE4404506A DE4404506A1 (de) 1994-02-12 1994-02-12 Temperaturkompensation bei Massenstromsensoren nach dem Prinzip des Hitzdraht-Anemometers
DE4404506.9 1994-02-12

Publications (1)

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ID=6510110

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US (1) US5656938A (ja)
EP (1) EP0667509B1 (ja)
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