JPH0751618Y2 - ヒータ・コントロール回路 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は熱線式流量測定回路に関し、特に温度補償回路
を不要とするヒータ・コントロール回路に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

熱線式流量測定回路は第７図に示すように、基板10上に
ヒータ11を配設して、そこから所定距離離れた場所にセ
ンサ12を配置したものである。このように構成した回路
において、ヒータ11で発生した熱は第８図の実線のよう
に拡散される。一方、第７図の矢印で示す方向に気体が
流れると、その気体によってヒータ11で発生した熱がセ
ンサ12に伝えられるため、センサ12に到達する熱量は気
体が流れていないときに比べると多くなることから、第
８図の点線のような状態になる。

第８図の矢印で示す部分はセンサの位置において気体の
流れがあるときと、無いときの差である。センサはその
部分の温度に応じた出力信号を発生するので、矢印部分
の温度差によるセンサ出力信号の変化から気体の流量を
検出するのが熱線式流量測定回路である。

従来技術によるヒータ・コントロール回路を第６図に示
す。第６図において、RH,RRはヒータ用抵抗，リファレ
ンス抵抗で、電流がほとんど流れていない状態ではヒー
タ用抵抗RHが発熱していないので、その抵抗値は小さ
く、ブリッジの出力（差動増幅器１の入力）は等しくな
い。そのため、差動増幅器１の出力が変化し、ブリッジ
の出力が等しくなるように帰還をかけて、ヒータ用抵抗
RHに電流を多く流すようにしている。この平衡状態にお
いては、周囲温度が変化しても、周囲温度とヒータ用抵
抗RHの温度の差がほぼ一定となるように制御されてい
る。ここで、ヒータ用抵抗RHとリファレンス抵抗RRの温
度係数をα１とし、第１の抵抗R1,第２の抵抗R2の温度
係数をα２とすると、平衡状態で次式が成り立つ。ここ
で、 RH・R2＝RR・R1 ……（１） RH＝RH0｛１＋α１（Th−25）｝ ……（２） RR＝RR0｛１＋α１（Ta−25）｝ ……（３） R1＝R10｛１＋α２（Ta−25）｝ ……（４） R2＝R20｛１＋α２（Ta−25）｝ ……（５） ただし、Th:平衡状態のヒータ用抵抗RHの温度 Ta:周囲温度 R10,R20,RH0,RR0:25℃の時のR1,R2,RH,RRの値 である。

よって、式（１）〜（５）より、ヒータ温度と周囲温度
の差DTは、R10/R20＝A,RR0/RH0＝Ｂとすれば、 DT＝Th−Ta ＝（Ａ・Ｂ−１）（Ta−25） ＋（Ａ・Ｂ−１）／α１ ……（６） と表わされ、周囲温度の変化に対して、（Ａ・Ｂ−１）
倍の割合いで変化する。（６）式から、周囲温度が25℃
のときのヒータ温度と周囲温度の差をDT0とするとそれ
は次のようになる。

DT0＝Ａ（Ｂ−１）／α１ 一方、ヒータ温度と周囲温度の差であるDTの周囲温度に
対する傾斜は（６）式を周囲温度で偏微分することによ
って得られ、α１・DT0になる。そしてこの傾斜が決ま
ることによってセンサの周囲温度に対する傾斜も一義的
に決まってしまう。このときセンサの周囲温度に対する
傾斜が零であれば望ましいが、一般にはゼロでないた
め、その傾斜を打ち消すようにするため余分な温度補償
回路が必要となった。

〔考案が解決しようとする問題点〕

以上述べたように、従来のヒータ・コントロール回路に
おいては、DTの変化率が、周囲温度が25℃のときのDT値
（DT0）を決めると一意的に決まってしまうので、それ
に付随したセンサの温度特性が問題となる。

本考案はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、DTの変化率をDT0の値と独立に
設定できるヒータ・コントロール回路を得ることにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

このような目的を達成するために本考案は、ジュール熱
により発熱するヒータ用抵抗と、このヒータ用抵抗の一
端に一端が接続された可変抵抗と、この可変抵抗の他端
に一端が接続された周囲温度測定用のリファレンス抵抗
と、このリファレンス抵抗の他端とヒータ用抵抗の他端
との間に接続された第１および第２の抵抗と、入力側マ
イナス端子がヒータ用抵抗の他端と第１の抵抗との接続
点に接続され，入力側プラス端子がリファレンス抵抗の
他端と第２の抵抗との接続点に接続された差動増幅器と
を備え、第１の抵抗と第２の抵抗との接続点を差動増幅
器の出力側に接続し、可変抵抗の調整端子をグランドに
接続するようにしたものである。

また別考案として、ジュール熱により発熱するヒータ用
抵抗と、このヒータ用抵抗の一端に一端が接続された可
変抵抗と、この可変抵抗の他端に一端が接続された周囲
温度測定用のリファレンス抵抗と、このリファレンス抵
抗の他端と前記ヒータ用抵抗の他端との間に接続された
第１および第２の抵抗と、入力側プラス端子がヒータ抵
抗の他端と第１の抵抗との接続点に接続され，入力側マ
イナス端子がリファレンス抵抗の他端と第２の抵抗との
接続点に接続された差動増幅器と、ベースが差動増幅器
の出力側に接続され、エミッタが電源ラインに接続さ
れ、コレクタが第１の抵抗と第２の抵抗との接続点に接
続されたPNPトランジスタとを備え、可変抵抗の調整端
子をグンドに接続するようにしたものである。

〔作用〕

本考案によるヒータ・コントロール回路においては、DT
の変化率を周囲温度が25℃の時のDTの値に無関係に設定
することができる。

〔実施例〕

第１図は、本考案に係わる装置の一実施例を示す回路図
である。ここで、可変抵抗VRの温度係数をα３とし、可
変抵抗VRの調整端子が接続されたグランドとヒータ用抵
抗RHとの間の抵抗値をR3,グランドとリファレンス抵抗R
Rとの間の抵抗値をR4とすれば、式（１）は次式（７）
のようになる。

〔RH＋R30｛１＋α３（Ta−25）｝〕・R20｛１＋α２
（Ta−25）｝ ＝〔RR＋R40｛１＋α３（Ta−25）｝〕・R10｛１＋α２
（Ta−25）｝ ……（７） ∴DT＝｛（Ａ・Ｂ−１）＋α３・C/α１｝・（Ta−25） ＋｛（Ａ・Ｂ−１）＋Ｃ｝／α１ ……（８） ただし、Ａ＝R10/R20 Ｂ＝RR0/RH0 Ｃ＝（R10・R40−R20・R30）／（R20・RH0） R30,R40:25℃のときのR3,R4の値である。

式（８）の第１項の（Ta−25）の係数がDTの変化率であ
り、第２項が周囲温度が25℃のときのDTの値（DT0）で
ある。これより、抵抗R1〜R4の値を変えることにより、
DTの変化率とDT0の値を別々に設定できるため、異なっ
たDTの温度特性が要求される場合でも、それに対応する
ことが可能である。

すなわち、（８）式から25℃ のときのDTをDT0とすると次のようになる。

DT0＝（AB−１＋Ｃ）／α１ 一方、DTの周囲温度Taに対する偏微分は次のようにな
る。

DT/Ta＝AB−１＋（Ｃα3/α１） ＝α１・DT0−Ｃ＋（Ｃα3/α１） ＝α１・DT0＋Ｃ｛（α3/α１）−１｝ ここで、Ｃは前述したように抵抗R3、R4の値によって支
配されるので、抵抗R3,R4の比率を変えればDTの周囲温
度に対する傾斜を変えることができることになる。

すなわち、抵抗R3,R4の値を変えることによってDTの傾
斜を変えることができ、その傾斜によってセンサの温度
特性が決まるので、センサが温度特性を持たないように
抵抗R3,R4の抵抗値を設定すればよい、このため、従来
は温度補償回路を設ける必要があったが、抵抗R3,R4の
抵抗値を最適値に調整することによって温度補償回路無
しで、温度特性の補償ができる。

第２図は本考案の第２の実施例であり、動作は第１図の
回路と同じである。ここでは、回路のループ利得をトラ
ンジスタQ1により増加させており、また、差動増幅器１
は電源電圧Vccより或る程度低い電圧までしか出力でき
ないため、第１の抵抗R1と第２の抵抗R2との接続点Ｎ上
の電圧をあまり高くすることができないが、トランジス
タQ1を入れることで、接続点Ｎ上の電圧をほぼ電源電圧
Vcc近くまで上げることができるようになる。

ヒータ・コントロール回路をこのような構成、動作とす
ることにより、DTの変化率を周囲温度が25℃の時のDTの
値に無関係に設定することができるので、それに付随し
たセンサの温度特性をDTの変化で補償することができ、
それにより温度補償回路が不要となるためコストの低減
にもつながる。

例えばマイクロブリッジで流量を測定する場合、ヒータ
用抵抗RHの両側にそれぞれ抵抗値の等しい抵抗があり、
空気の流れによりヒータの風上側の抵抗と風下側の抵抗
の温度に差ができ、それにより２つの抵抗の値に差がで
きる。この抵抗値の差を出力として取り出す場合、DTを
周囲温度の変化に対して一定となるようにしても、種々
の原因により流量と出力の関係（感度）が周囲温度の変
化に対して変わり、例えば第３図に示すように周囲温度
が高温になるほど感度が低下する場合がある。この場
合、DTが高いほどそれに比例して感度が高くなることが
分かっているので、第４図に示すように、周囲温度が高
くなるほどDTが高くなるようにして感度の低下をDTの変
化率を変えることで補正すれば、第５図に示すように、
周囲温度が変化しても出力を一定にすることが可能であ
る。これにより、従来例では温度補償回路を必要として
いたものが、DTの変化率を変えることで温度補償が可能
となり、余分な温度補償回路をなくすことができ、コス
トの低減にもつながる。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案は、調整端子がグランドに接
続された可変抵抗をヒータ用抵抗とリファレンス抵抗と
の間に設けたことにより、ヒータ用抵抗の温度と周囲温
度との差DTの周囲温度に対する変化率を基準温度におけ
るDTの値に無関係に設定することができ、それに付随し
たセンサの温度特性をDTの変化で補償することができる
ので、温度補償回路が不要でコスト低減されたヒータ・
コントロール回路を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係わるヒータ・コントロール回路の一
実施例を示す回路図、第２図は本考案の第２の実施例を
示す回路図、第３図〜第５図は本考案の効果の一例を示
すグラフ、第６図は従来のヒータ・コントロール回路を
示す回路図、第７図は熱線式温度測定回路の基本原理を
示す図、第８図は第７図の装置の特性を示すグラフであ
る。 １……差動増幅器、R1……第１の抵抗、R2……第２の抵
抗、RH……ヒータ用抵抗、RR……リファレンス抵抗、VR
……可変抵抗。

フロントページの続き (72)考案者 久永 哲生 神奈川県藤沢市川名１丁目12番２号 山武 ハネウエル株式会社藤沢工場内 (56)参考文献 特開 昭59−1277（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−117893（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−68914（ＪＰ，Ａ) 実開 昭49−85496（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭43−14315（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ジュール熱により発熱するヒータ用抵抗
   と、このヒータ用抵抗の一端に一端が接続された可変抵
   抗と、この可変抵抗の他端に一端が接続された周囲温度
   測定用のリファレンス抵抗と、このリファレンス抵抗の
   他端と前記ヒータ用抵抗の他端との間に接続された第１
   および第２の抵抗と、入力側マイナス端子又は入力側プ
   ラス端子が前記ヒータ用抵抗の他端と第１の抵抗との接
   続点に接続され，入力側プラス端子又は入力側マイナス
   端子が前記リファレンス抵抗の他端と第２の抵抗との接
   続点に接続された差動増幅器とを備え、第１の抵抗と第
   ２の抵抗との接続点を前記差動増幅器の出力側に接続
   し、前記可変抵抗の調整端子をグランドに接続したこと
   を特徴とするヒータ・コントロール回路。
2. 【請求項２】差動増幅器はPNPトランジスタを有し、こ
   のPNPトランジスタは、ベースが前記差動増幅器の出力
   側に接続され、エミッタが電源ラインに接続され、コレ
   クタが第１の抵抗と第２の抵抗との接続点に接続された
   ことを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の
   ヒータ・コントロール回路。