JPH07270443A

JPH07270443A - 風速センサ

Info

Publication number: JPH07270443A
Application number: JP6088032A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Osada; 慎一長田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】量産性に優れ、製造コストを抑えることが可
能であるとともに、調整が容易で、しかも、可変抵抗器
の抵抗値の変動に起因する測定誤差の発生を抑制するこ
とが可能な、信頼性の高い風速センサを提供する。【構成】トリマブル抵抗４，５として、シャフトなど
の抵抗調整用の操作部を持たず、調整後の抵抗値が、前
記操作部に加わる機械的な力や時間の経過によって変動
することのない抵抗（器）を用いる。また、トリマブル
抵抗４，５として、レーザなどの光学的な方法でトリミ
ングすることが可能な抵抗膜を有する抵抗を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、風速センサに関し、
詳しくは、気体の流速に対応した発熱体の放熱を利用し
て風速を検知する風速センサに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】気体の
流速（風速）を検知するための風速センサとしては、風
車（プロペラ）または風杯の回転数を発電機や回転計で
検出する風車式の風速センサ、カルマン渦の発生数を計
数する風速センサ、発熱体の放熱現象を利用する熱式の
風速センサなどがある。

【０００３】上記風速センサのうち、風車式の風速セン
サは、最も直接的なものであり、従来より広く用いられ
ているが、回転という機械的ストレスが常に加わるため
特性劣化が早くメンテナンスが必要になるばかりでな
く、小型化が困難で、しかも高価であるという問題点が
ある。

【０００４】また、カルマン渦式の風速センサは、カル
マン渦をカウントする装置が比較的大がかりになるとと
もに、コスト、応答性の点でも必ずしも満足なものが得
られていないのが実情である。

【０００５】これらに対して、抵抗体を発熱させ、発熱
した抵抗体に対する気流の放熱作用の大きさから風速を
検出する熱式の風速センサがある。

【０００６】この熱式の風速センサは、高精度、高信頼
性を低コストで実現することが可能であることから、近
年、特に注目されており、自動車の電子制御ガソリン噴
射装置用のエアフローセンサや空調システムの空気量セ
ンサなどに広く用いられている。

【０００７】図６は、上記従来の熱式の風速センサの回
路構成の一例を示す図である。図６に示すように、ヒー
タ用抵抗体Ｒ_Hの一方側の接続端子はグランド側に接続
され、他方側の接続端子は抵抗体Ｒ₁と直列接続されて
第１の抵抗回路６２が形成されている。また、温度補償
用抵抗体Ｒ_Tの一方側の接続端子はグランド側に接続さ
れ、他方側の接続端子は可変抵抗ＶＲ₁と直列接続さ
れ、さらに、この可変抵抗ＶＲ₁と抵抗体Ｒ₂が直列接続
されて第２の抵抗回路６３が形成されている。

【０００８】そして、第１の抵抗回路６２の出力側が第
１のブリッジ出力平衡端Ａとなり、第２の抵抗回路６３
の出力側が第２のブリッジ出力平衡端Ｂとなるように構
成されており、第１のブリッジ出力平衡端Ａには抵抗体
Ｒ₃が接続され、第２のブリッジ出力平衡端Ｂには抵抗
体Ｒ₄、可変抵抗ＶＲ₂が接続されて抵抗ブリッジ回路が
形成されている。

【０００９】第１のブリッジ出力平衡端Ａは差動演算回
路として機能する差動増幅器（演算増幅器）６４のマイ
ナス側入力端子６６に接続され、第２のブリッジ出力平
衡端Ｂは差動増幅器６４のプラス側入力端子６７と接続
されている。そして、差動増幅器６４は電流増幅用のト
ランジスタ６５と接続されている。なお、抵抗体Ｒ₁、
Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄としては、上記のヒータ用抵抗体Ｒ_Hや温
度補償用抵抗体Ｒ_Tと比べて１桁以上小さい抵抗温度係
数（±１００ppm／℃）を有する抵抗体が用いられてお
り、これらの抵抗体Ｒ₁、Ｒ₂、Ｒ₃、Ｒ₄の抵抗値を適切
に選定することによりバランスのとれたブリッジ回路が
形成されている。したがって、周囲温度が変化したとき
に、ヒータ用抵抗体Ｒ_Hと温度補償用抵抗体Ｒ_Tによって
周囲温度の影響がキャンセルされるので、風速センサの
温度特性をフラットにすることが可能になる。また、第
２の抵抗回路６３内の可変抵抗ＶＲ₁は、温度特性の微
調整を行うために用いられ、第２の抵抗回路６３に接続
された可変抵抗ＶＲ₂は、風速センサの出力レベルを調
整するために用いられている。

【００１０】そして、この風速センサにおいては、風速
センサに当たる風の速度（風速）が増大するとヒータ用
抵抗体Ｒ_Hの温度が低下する。一方、温度補償用抵抗体
Ｒ_Tは発熱していないので、温度変化を生じない。した
がって、前記Ａ点電位は低下するが、Ｂ点電位は変化せ
ず、差動増幅器６４の出力端子電圧Ｖ_outが増大し、風
速増大を示す信号が出力される。一方、風速センサに当
たる風の速度（風速）が低下すると、上記の風速センサ
に当たる風の速度（風速）が増大した場合とは逆のメカ
ニズムでヒータ用抵抗体Ｒ_Hの温度が上昇してＡ点電位
が上昇することにより、差動増幅器６４の出力端子電圧
Ｖ_outが低下して風速減少を示す信号が出力される。

【００１１】ところで、従来の熱式の風速センサにおい
ては、上記可変抵抗ＶＲ₁，ＶＲ₂として、シャフトなど
の抵抗調整用の操作部を有し、該駆動操作部を操作する
ことにより抵抗値を所定の範囲内で調整できるようにし
たポテンショメータなどの可変抵抗（器）が一般に用い
られている。

【００１２】しかし、ポテンショメータのような操作部
を有する機構部品は高価であり、製造コストが増大する
という問題点があるばかりでなく、手作業に近い調整作
業が必要であることから、大量生産に適さないという問
題点がある。

【００１３】さらに、抵抗調整後に操作部に加わる機械
的な力による抵抗値の変動や、半固定抵抗の構造に起因
する摺動部の位置ずれや接触抵抗の変化などによる抵抗
値の経時的な変動などによって測定誤差が発生するた
め、信頼性が低いという問題点がある。

【００１４】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、量産性に優れ、製造コストを抑えることが可能で
あるとともに、調整が容易で、しかも、可変抵抗器の抵
抗値の変動に起因する測定誤差の発生を抑制することが
可能な、信頼性の高い風速センサを提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の風速センサは、気体の流速に対応した発
熱体の放熱を利用して風速を検知する風速センサにおい
て、少なくとも一つの感温抵抗体と、前記感温抵抗体か
らの信号を処理することにより風速を検出する信号処理
回路と、温度特性や出力オフセットなどを調整するため
のトリマブル抵抗とを具備し、かつ、前記トリマブル抵
抗として、シャフトなどの抵抗調整用の操作部を持た
ず、調整後の抵抗値が、前記操作部に加わる機械的な力
や時間の経過によって変動することのない抵抗を用いた
ことを特徴とする。

【００１６】また、前記トリマブル抵抗が、レーザート
リミングなどの光学的な方法によりトリミングすること
が可能な抵抗膜を有しており、該抵抗膜をトリミングす
ることによって抵抗値の調整が行われるものであること
を特徴とする。

【００１７】さらに、トリマブル抵抗と固定抵抗を並列
接続することにより、前記抵抗値調整幅を小さくして、
抵抗値の微調整を行えるようにしたことを特徴とする。

【００１８】また、第１のトリマブル抵抗と固定抵抗を
並列接続するとともに、該並列接続部と第２のトリマブ
ル抵抗とを直列接続し、第２のトリマブル抵抗により抵
抗値の粗調整を行い、第１のトリマブル抵抗により抵抗
値の微調整を行うようにしたことを特徴とする。

【００１９】

【作用】この発明の風速センサにおいては、温度特性や
出力オフセットなどを調整するためのトリマブル抵抗と
して、シャフトなどの抵抗調整用の操作部を持たず、調
整後の抵抗値が外部からの機械的な力や時間の経過によ
って変動することのない抵抗器が用いられているため、
可変抵抗器の抵抗値の変動に起因する測定誤差の発生を
抑制して、信頼性を向上させることができるようにな
る。

【００２０】また、前記トリマブル抵抗として、レーザ
ートリミングなどの光学的な方法で抵抗膜をトリミング
して抵抗値を調整することが可能な抵抗を用いることに
より、調整後の抵抗値が機械的な力や時間の経過などに
よって変動することを確実に防止して、この発明をより
実効あらしめることが可能になる。例えば、風速センサ
の出力オフセット調整は、通常、一定風速（例えば、１
０ｍ／ｓ）を風洞装置にて発生させ、その条件下で実施
する方法か、または、気流を完全に遮断し、０ｍ／ｓの
条件下で実施する方法により行われる。そして、ポテン
ショメータのシャフトを回転させて手作業で出力オフセ
ット調整を行う場合、上記風速条件への風速センサの設
置作業及び出力オフセット調整作業のために、作業者が
その作業に掛かりきりになり、大量生産を行う場合の生
産性が悪いという問題点がある。しかしながら、風速セ
ンサを一定の風速条件、例えば、上述のように０ｍ／ｓ
一定の風速条件となるように適切な気流遮断用のカバー
にて風速センサを覆い、レーザトリミングによって出力
オフセット調整を行うことにより、生産性が格段に向上
する。通常、レーザートリミングでの出力オフセット調
整は、風速センサ２０〜１００個を一組として、１回の
バッチ処理で実施することができるため、１個ずつ調整
を行うポテンショメータ式の調整方法に比べて能率が２
０〜１００倍に向上する。なお、この調整は、汎用のレ
ーザートリミング装置に上述の気流遮断用のカバーを設
けるだけで容易に実施することができる。

【００２１】さらに、前記トリマブル抵抗と固定抵抗を
並列接続することにより、抵抗値調整幅を小さくして抵
抗値の微調整を容易に行うことが可能になり、精度をさ
らに向上させることができる。

【００２２】また、第１のトリマブル抵抗と固定抵抗を
並列接続するとともに、前記並列接続部と第２のトリマ
ブル抵抗とを直列接続することにより、第２のトリマブ
ル抵抗により抵抗値の粗調整を行い、第１のトリマブル
抵抗により抵抗値の微調整を行うことが可能になり、容
易かつ確実に抵抗値の微調整を行うことが可能になり、
精度をさらに向上させることが可能になる。

【００２３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。

【００２４】［実施例１］図１は、この発明の一実施例
にかかる風速センサを示す図である。この実施例の風速
センサは、基板上に感温抵抗体及び信号処理回路（ハイ
ブリッドＩＣ）を配設することにより形成されている。
すなわち、この風速センサは、エポキシ樹脂からなる基
板（ハイブリッドＩＣ基板）１と、該基板１上に配設さ
れたオペアンプ２、電流増幅用トランジスタ３、温度特
性調整用及び出力オフセット調整用のトリマブル抵抗
（器）４，５、固定抵抗（チップ固定抵抗）６、ヒータ
用抵抗体Ｒ_H及び温度補償用抵抗体Ｒ_T（この実施例で
は、アルミナ基板にくし歯状の回路（電極）と信号処理
回路に接続される接続用パッド（電極）を配設してなる
白金温度センサが用いられている）、及び信号引出リー
ド線７を備えて構成されている。なお、この実施例の風
速センサの回路構成は、前述した従来の風速センサの回
路構成（図６）と同等であるため、従来の風速センサの
回路構成についての説明を援用してその説明を省略す
る。

【００２５】そして、この実施例では、温度特性調整用
のトリマブル抵抗（器）４及び出力オフセット調整用の
トリマブル抵抗（器）５として、例えば、図２に示すよ
うに、アルミナからなる基板２１上に抵抗膜２２を形成
するとともに、基板２１の両端側に、抵抗膜２２と導通
する電極（側面電極）２３ａ，２３ｂを配設し、抵抗膜
２２を透明なオーバーコートガラス２４で被覆すること
により形成された抵抗（トリマブルチップ抵抗（器））
が用いられている。

【００２６】このトリマブルチップ抵抗（器）４，５
は、上述のように、オーバーコートガラス２４が透明で
あるため、レーザー光線を用いる方法などの光学的な方
法により、オーバーコートガラス２４により被覆された
抵抗膜２２をトリミングして、自由に抵抗値を調整する
ことが可能であり、また、従来のチップ抵抗と同様に、
両端側に電極（側面電極）２３ａ，２３ｂを有している
ため、リフロー式の半田付けを行うことが可能である。

【００２７】また、トリマブルチップ抵抗（器）４，５
は、ポテンショメータのように、シャフトなどの抵抗調
整用の操作部を持たず、抵抗調整後に操作部に加わる機
械的な力による抵抗値の変動や、半固定抵抗の構造に起
因する摺動部の位置ずれや接触抵抗の変化などによる抵
抗値の経時的な変動などが発生することを確実に防止す
ることができる。

【００２８】上述のように、この実施例の風速センサに
おいては、温度特性や出力オフセットなどを調整するた
めのトリマブル抵抗として、トリマブルチップ抵抗
（器）４，５が用いられており、従来の風速センサで
は、例えばポテンショメータ（半固定抵抗器）で行って
いた調整をトリマブルチップ抵抗（器）４，５によって
行うように構成されているため、可変抵抗器の抵抗値の
変動に起因する測定誤差の発生を抑制することが可能に
なる。すなわち、この発明の風速センサにおいては、実
装後に、レーザートリミングを行うことによりトリマブ
ルチップ抵抗（器）４，５の抵抗値を調整することが可
能で、例えば、ポテンショメータのシャフトを回転させ
て抵抗の調整を行うようにした従来の風速センサに比べ
て、トリミング作業の大幅な効率化、抵抗の長期安定性
の向上などを実現することが可能になる。

【００２９】なお、トリマブルチップ抵抗（器）は、通
常、下限値が１００Ω程度であるが、回路中のトリマブ
ルチップ抵抗（器）（温度特性調整用や出力オフセット
調整用のトリマブルチップ抵抗（器）４，５）の調整
は、０．１〜２０Ω程度の微調整が必要である。そのた
め、この実施例では、トリマブルチップ抵抗４，５と固
定抵抗（チップ固定抵抗）６を並列に挿入して可変範囲
を狭くする方法が用いられている。なお、図３は、トリ
マブルチップ抵抗Ｒ_V（４または５）と固定抵抗Ｒ
_U（６）を並列に挿入した状態を示す回路図である。

【００３０】図３に示すように、抵抗値の変化幅が１０
０〜２００Ωのトリマブルチップ抵抗Ｒ_Vと、抵抗値が
１０Ωの固定抵抗Ｒ_Uを並列に配置することにより、ト
リマブルチップ抵抗Ｒ_Vの抵抗値の変化幅１００〜２０
０Ωが合成抵抗Ｒとして９．０９〜９．５２Ωの変化幅
に縮小されるため、抵抗の微調整を容易かつ確実に行う
ことができる。

【００３１】また、図４に示すように、第１のトリマブ
ルチップ抵抗Ｒ_V1と固定抵抗Ｒ_Uを並列接続するととも
に、該並列接続部と第２のトリマブルチップ抵抗Ｒ_V2と
を直列接続し、第２のトリマブルチップ抵抗Ｒ_V2により
抵抗値の粗調整を行い、第１のトリマブルチップ抵抗Ｒ
_V1により抵抗値の微調整を行うことによって、抵抗のト
リミングをさらに容易かつ高精度に行うことが可能にな
る。

【００３２】なお、上記実施例の風速センサにおいて
は、ヒータ用抵抗体Ｒ_H及び温度補償用抵抗体Ｒ_Tとし
て、白金温度センサを用いた場合について説明したが、
感温抵抗体としては、これに限らず、抵抗体本体にリー
ド線を取り付けてなる感温抵抗体などを用いることが可
能である。

【００３３】また、上記実施例では、基板１として、エ
ポキシ樹脂からなる基板が用いられているが、基板１を
構成する材料は、ヒータ用抵抗体Ｒ_H、温度補償用抵抗
体Ｒ_T及び信号処理回路の三者間の熱的な分離を確実に
行う見地からすれば、熱伝導率の小さい材料（熱伝導率
が１．０Ｗ／ｍ℃以下の材料）を用いることが好ましい
が、アルミナなどからなる基板を用いることも可能であ
る。

【００３４】［実施例２］図５は、この発明の他の実施
例を示す図である。この実施例の風速センサは、アルミ
ナからなる基板（ハイブリッドＩＣ基板）１に、オペア
ンプ２、電流増幅用トランジスタ３、温度特性調整用及
び出力オフセット調整用のトリマブルチップ抵抗（器）
（実施例１のトリマブルチップ抵抗（器）と同じもの）
４，５、固定抵抗（チップ固定抵抗）６、ヒータ用抵抗
体Ｒ_H及び温度補償用抵抗体Ｒ_T、及び信号引出リード線
７を備えて構成されている。なお、図５において符号が
付された各部分は、図１の風速センサにおいて同一符号
が付された部分と同一または相当する部分を示す。

【００３５】そして、この実施例では、ヒータ用抵抗体
Ｒ_H及び温度補償用抵抗体Ｒ_Tとして、円筒形状の抵抗体
本体の両端にリード線８，９が取り付けられたアキシャ
ルリード型の感温抵抗体が用いられている。

【００３６】また、アルミナからなる基板１の上端部に
は２つの突出部１ａ，１ｂが配設されており、ヒータ用
抵抗体Ｒ_H及び温度補償用抵抗体Ｒ_Tを接続するためのパ
ッド（電極）１１がこの突出部１ａ，１ｂの先端側に配
設されている。そして、ヒータ用抵抗体Ｒ_Hと温度補償
用抵抗体Ｒ_Tは、それぞれのリード線８及び９を、空間
１０を介して基板１上に配設されたパッド（電極）１１
に半田付けなどの方法によって接続することにより、基
板１に機械的に保持されるとともに信号処理回路に電気
的に接続されている。

【００３７】この実施例の風速センサにおいては、ヒー
タ用抵抗体Ｒ_Hと温度補償用抵抗体Ｒ_Tのリード線８及び
９を、空間１０を介してパッド（電極）１１に半田付け
などの方法で接続するようにしているため、基板１とし
てアルミナからなる基板を用いているにもかかわらず、
ヒータ用抵抗体Ｒ_H、温度補償用抵抗体Ｒ_T及び信号処理
回路の三者間の熱的な分離を行うことが可能になるとと
もに、温度特性調整用及び出力オフセット調整用のトリ
マブル抵抗（器）４，５として、前記実施例１で用いた
ものと同じトリマブルチップ抵抗（器）が用いられてい
るため、可変抵抗器の抵抗値の変動に起因する測定誤差
の発生を抑制することができるようになり、例えば、ポ
テンショメータのシャフトを回転させて抵抗の調整を行
うようにした従来の風速センサに比べて、トリミング作
業の効率化、抵抗の長期安定性の向上などを実現するこ
とができる。

【００３８】なお、基板として、熱伝導率の小さいエポ
キシ基板を用い、さらにその形状を、ヒータ用抵抗体及
び温度補償用抵抗体のリード線が接続される、一対をな
すパッド（電極）が空間を介して対向する位置に配設さ
れるような形状（実施例２の基板１（図５）のような形
状）とすることにより、ヒータ用抵抗体、温度補償用抵
抗体及び信号処理回路の三者間の熱的な分離をさらに確
実に行うことが可能になる。

【００３９】なお、この発明は、上記実施例に限定され
るものではなく、基板の具体的な形状や材質、トリマブ
ル抵抗の構造、信号処理回路の構成などに関し、発明の
要旨の範囲において、種々の応用、変形を加えることが
できる。

【００４０】

【発明の効果】上述のように、この発明の風速センサに
おいては、シャフトなどの抵抗調整用の操作部を持た
ず、調整後の抵抗値が、前記操作部に加わる機械的な力
や時間の経過によって変動することのない抵抗（器）が
用いられているため、可変抵抗器の抵抗値の変動に起因
する測定誤差の発生を確実に抑制することができるよう
になるとともに、ポテンショメータなどの高価な機構部
品を用いることが不要になり、製造コストを低減するこ
とが可能になる。また、機構部品による手作業に近い調
整が不要になるため、温度特性や出力オフセットなどの
調整が容易になり、製造工程を簡略化することが可能に
なる。

【００４１】また、前記トリマブル抵抗として、レーザ
ートリミングなどの光学的な方法で抵抗膜をトリミング
して抵抗値を調整することが可能な抵抗を用いることに
より、調整後の抵抗値が機械的な力や時間の経過などに
よって変動することを確実に防止して、この発明をより
実効あらしめることができる。

【００４２】さらに、前記トリマブル抵抗と固定抵抗を
並列接続することにより、抵抗値調整幅を小さくして抵
抗値の微調整を容易に行うことが可能になり、精度をさ
らに向上させることができる。

【００４３】また、第１のトリマブル抵抗と固定抵抗を
並列接続するとともに、前記並列接続部と第２のトリマ
ブル抵抗とを直列接続することにより、第２のトリマブ
ル抵抗により抵抗値の粗調整を行い、第１のトリマブル
抵抗により抵抗値の微調整を行うことが可能になり、容
易かつ確実に抵抗値の微調整を行うことが可能になり、
精度をさらに向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる風速センサを示す
図である。

【図２】この発明の一実施例にかかる風速センサにおい
て、トリマブル抵抗（器）として用いられているトリマ
ブルチップ抵抗（器）を示す図であり、(ａ)は平面図、
(ｂ)は正面断面図である。

【図３】トリマブルチップ抵抗と固定抵抗を組み合わせ
て抵抗の微調整を行う方法を示す図である。

【図４】トリマブルチップ抵抗と固定抵抗を組み合わせ
て抵抗の微調整を行う方法を示す図である。

【図５】この発明の他の実施例にかかる風速センサを示
す図である。

【図６】風速センサの回路構成を示す図である。

【符号の説明】

１基板（ハイブリッドＩＣ基板）１ａ，１ｂ突出部２オペアンプ３電流増幅用トランジスタ４温度特性調整用のトリマブルチップ
抵抗（器）５出力オフセット調整用のトリマブル
チップ抵抗（器）６固定抵抗（チップ固定抵抗）７信号引出リード線８，９抵抗体のリード線１０空間１１パッド（電極）Ｒ_H ヒータ用抵抗体Ｒ_T 温度補償用抵抗体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体の流速に対応した発熱体の放熱を利
用して風速を検知する風速センサにおいて、少なくとも一つの感温抵抗体と、前記感温抵抗体からの信号を処理することにより風速を
検出する信号処理回路と、温度特性や出力オフセットなどを調整するためのトリマ
ブル抵抗と、を具備し、かつ、前記トリマブル抵抗として、シャフトなどの抵抗調整用
の操作部を持たず、調整後の抵抗値が、前記操作部に加
わる機械的な力や時間の経過によって変動することのな
い抵抗を用いたことを特徴とする風速センサ。
【請求項２】前記トリマブル抵抗が、レーザートリミ
ングなどの光学的な方法によりトリミングすることが可
能な抵抗膜を有しており、該抵抗膜をトリミングするこ
とによって抵抗値の調整が行われるものであることを特
徴とする請求項１記載の風速センサ。
【請求項３】トリマブル抵抗と固定抵抗を並列接続す
ることにより、前記抵抗値調整幅を小さくして、抵抗値
の微調整を行えるようにしたことを特徴とする請求項１
または２記載の風速センサ。
【請求項４】第１のトリマブル抵抗と固定抵抗を並列
接続するとともに、該並列接続部と第２のトリマブル抵
抗とを直列接続し、第２のトリマブル抵抗により抵抗値
の粗調整を行い、第１のトリマブル抵抗により抵抗値の
微調整を行うようにしたことを特徴とする請求項１また
は２記載の風速センサ。