JPH08101052A - 熱式流量測定装置 - Google Patents

熱式流量測定装置

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JPH08101052A
JPH08101052A JP6237668A JP23766894A JPH08101052A JP H08101052 A JPH08101052 A JP H08101052A JP 6237668 A JP6237668 A JP 6237668A JP 23766894 A JP23766894 A JP 23766894A JP H08101052 A JPH08101052 A JP H08101052A
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JP
Japan
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bobbin
resistor
lead wire
flow rate
flow path
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JP6237668A
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English (en)
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Noriyuki Kobayashi
紀行 小林
Rei Nagasaka
玲 永坂
Yasushi Kono
泰 河野
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Denso Corp
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NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】発熱抵抗体の電極兼支持棒をなすリードワイヤ
形状の最適化を図ることにより、リードワイヤへのダス
トの堆積を低減する。 【構成及び効果】発熱抵抗体30は、両端にリードワイ
ヤ32、33が嵌入され、外周面に抵抗線35が巻装さ
れたボビン31を有し、その上に保護膜36が被覆され
て形成されている。リードワイヤ32、33は流路方向
上流側へ尖った突部100を有するので、この突部10
0近傍における流線の急角度の変化を防止でき、ダスト
が突部100の正面に付着するのを低減でき、このダス
ト堆積に伴うリードワイヤの放熱特性の変化による測定
精度のばらつきを抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、リードワイヤ形状を最
適化することにより、リードワイヤへのダスト堆積を抑
えることにより測定誤差低減が可能な熱式流量測定装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】一対のリードワイヤにより抵抗線巻装の
ボビンを支持するとともに抵抗線に通電する発熱抵抗体
を流路中に設け、その放熱に応じて質量流量を検出する
従来の熱式流量測定装置において、ダストがリードワイ
ヤに付着すると測定誤差が生じてしまう。
【0003】従来の発熱抵抗体300のリードワイヤ3
30近傍の状態を図6に示す。リードワイヤ330は円
形断面を有するので、その近傍における流線の曲がりが
大きく、空気より慣性力の大きいダストはそのまま空気
の流線に逆らってリードワイヤ330に衝突しダストが
堆積する。この問題を改善するために、リードワイヤの
流路上流側に近接して例えば傘状のダスト付着防止部材
を設けて、リードワイヤへのダスト付着を防ぐ提案(実
開平5−24189)がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たダスト付着防止部材をリードワイヤの上流側に近接配
置する場合、このダスト付着防止部材の取り付け位置及
び姿勢のばらつきにより気流分布の変動やリードワイヤ
の放熱特性の変動が生じてしまい、その結果、発熱抵抗
体毎の測定値のばらつきが増大してしまう。
【0005】なお、更に説明すれば、ダストがリードワ
イヤに単に衝突するだけではその付着は少ないが、同時
に混入するオイルや水分がバインダとなってダストがリ
ードワイヤの上流側外周面上に堆積する。なお、ボビン
上にも同様のダスト堆積が生じるが、ボビンは抵抗線の
発熱により220℃程度となるのでダスト中の水分が蒸
発し、乾燥した付着ダストはエンジン振動等により脱落
するので、ボビン上のダストは重要な問題ではない。こ
れに対し、リードワイヤの表面温度は低く、付着ダスト
の水分が十分蒸発せず、ダストの脱落が不十分となり、
リードワイヤから空気への放熱(対流熱伝達)が変化す
るので測定精度が悪化してしまうものである。
【0006】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、測定ばらつきを抑止しつつリードワイヤへのダス
トの付着を低減可能な熱式流量測定装置を提供すること
を、その目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成は、
流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体と、前記発熱抵
抗体の放熱量に関連する状態量に基づいて流量を検出す
る回路部とを備え、前記発熱抵抗体は、電気絶縁性のボ
ビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞれ嵌入される一
対のリードワイヤと、前記ボビンの外周面に形成される
感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前記ボビンに形成
された前記感温抵抗体を被覆する電気絶縁性の保護膜と
を備える熱式流量測定装置において、前記リードワイヤ
が、流路上流側に突出する突部を有することを特徴とす
る熱式流量測定装置である。
【0008】本発明の第2の構成は、上記第1の構成に
おいて更に、前記リードワイヤが、楕円形状又は菱形形
状又は紡錘形状の流路方向断面形状を有することを特徴
としている。本発明の第3の構成は、流路内に設けられ
て発熱する発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の放熱量に関
連する状態量に基づいて流量を検出する回路部とを備
え、前記発熱抵抗体は、電気絶縁性のボビンと、前記ボ
ビンの両端開口にそれぞれ嵌入される一対のリードワイ
ヤと、前記ボビンの外周面に形成される感温抵抗体と、
前記リードワイヤ及び前記ボビンに形成された前記感温
抵抗体を被覆する電気絶縁性の保護膜とを備える熱式流
量測定装置において、前記リードワイヤが、断面円形の
主部と、前記主部と別体に構成されるとともに流路上流
側に突出する突部を有して前記主部の流路方向上流側の
外周面に密着される副部とを有することを特徴としてい
る。
【0009】本発明の第4の構成は、上記第1又は第3
の構成において更に、前記感温抵抗体が、前記ボビンの
外周面に細線を巻き付けてなることを特徴としている。
本発明の第5の構成は、上記第1又は第3の構成におい
て前記感温抵抗体が、前記ボビンの外周面に薄膜式の感
温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形成してなることを
特徴としている。
【0010】
【作用及び発明の効果】本発明の第1又は第2の構成に
よれば、リードワイヤが流路上流側に突出する突部を有
するので、すなわち、リードワイヤの突部が流路上流側
へ突出するので、この突部近傍における気流の乱れや方
向変化が減少し、特に、リードワイヤの上流側に面する
外周面に衝突して急角度で変化する空気流の流れが減少
し、これにより空気流に随伴するダストがリードワイヤ
の上流側に面する外周面に付着することが低減される。
【0011】本発明の第3の構成によれば、リードワイ
ヤが、断面円形の主部と、主部と別体に構成されるとと
もに流路上流側に突出する突部を有して主部の流路方向
上流側の外周面に密着される副部とを有するので、上記
第1の構成と同様の効果を奏することができる。本発明
の第4の構成によれば、上記第1又は第3の構成におい
て前記感温抵抗体は前記ボビンの外周面に細線を巻き付
けたことを特徴としており、上記第1と同様の効果を奏
することができる。
【0012】本発明の第5の構成によれば、上記第1又
は第3の構成において前記感温抵抗体は前記ボビンの外
周面に薄膜式の感温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形
成したことを特徴としており、上記第1の構成と同様の
効果を奏することができる。
【0013】
【実施例】自動車用のエンジンに吸入される吸入空気量
を計測する熱式流量測定装置に本発明を適用した実施例
を図1〜図5に示す。熱式流量測定装置の全体構成につ
いて説明する。図2に示すように熱式流量測定装置10
は図2の左側から吸入空気が導入され、図2の右側へ流
出する。熱式流量測定装置10の上流側開口11は図示
しないエアクリーナに挿入され取付けられている。一
方、下流側開口12は、熱式流量測定装置10より大径
の図示しない吸気ダクトに挿入されていて、図示しない
ベルトにより外部から締め付けられている。
【0014】熱式流量測定装置10は、中央円筒部13
と上流側円筒部14と下流側円筒部15とを備え、中央
円筒部13の外側には制御回路16bを収容する回路容
器16が形成されている。中央円筒部13と上流側円筒
部14と下流側円筒部15とをそれぞれ連結することに
より流路が形成されている。この流路の上流側には、砲
弾形状の上流ハウジング17が取付けられている。流路
の下流側には、内部に熱センサ部20を有するとともに
中央円筒部13と一体成形された中央ハウジング18、
並びに、下流側円筒部15と一体成形された下流ハウジ
ング19が取付けられている。熱センサ部20は円筒形
の樹脂部21を有しており、樹脂部21には4本の支持
ピン22、23、24、25がインサート成形されてい
る。支持ピン22、23、24、25の両端は樹脂部2
1から上流側及び下流側にそれぞれ突出しており、上流
側に突出した支持ピン22、23、24、25の突出部
分には長短2種類があり、短い方の支持ピン24、25
の間に温度補償用抵抗体26が取付けられ、長い方の支
持ピン22、23の間に発熱抵抗体30が取付けられて
いる。
【0015】温度補償用抵抗体26と発熱抵抗体30と
はそれぞれ図示しない配線により制御回路16bと電気
的に接続されている。温度補償用抵抗体26と発熱抵抗
体30は感温抵抗体である。発熱抵抗体30は、制御回
路16bにより加熱電流が流されることにより発熱す
る。一方、温度補償用抵抗体26は温度補償用抵抗体2
6の周囲を流れる空気流の温度に応じて抵抗値が変化す
る。温度補償用抵抗体26及び発熱抵抗体30に通電さ
れる加熱電流量は、両抵抗体26、30の温度差がそれ
らの周囲温度にかかわらず常に所定の温度差を保つよう
に、制御回路16bにより制御される。
【0016】次に、熱式流量測定装置10の制御回路1
6bの構成を図3に基づいて説明する。図示しない車載
バッテリに接続されている端子+Bの電圧は、図示しな
い貫通コンデンサを経由して、エミッタホロワトランジ
スタ45のコレクタに印加され、トランジスタ45は、
発熱抵抗体30及び抵抗41に直列に給電し、また、温
度補償用抵抗体26及び抵抗器42、43に直列に給電
する。抵抗器41、42、43、温度補償用抵抗体26
及び発熱抵抗体30はホイートストンブリッジ回路を構
成しており、発熱抵抗体30の抵抗値と抵抗器43の抵
抗値との積と、温度補償用抵抗体26及び抵抗器42の
合成抵抗値と抵抗器41の抵抗値との積とが等しい関係
になるとき、このホイートストンブリッジ回路は平衡状
態となる。発熱抵抗体30と抵抗器41との接続点の電
圧V1は、オペアンプ44の非反転入力端子に印加さ
れ、抵抗器42と抵抗器43との接続点の電圧V2はオ
ペアンプ44の反転入力端子に印加されている。オペア
ンプ44の出力電圧はトランジスタ45のベース端子に
印加され、電圧V1が質量流量に関連する信号電圧Vs
として出力される。
【0017】次に、本実施例の特徴をなす発熱抵抗体3
0の構成を図1に基づいて説明する。発熱抵抗体30
は、ボビン31とリードワイヤ32、33と細線(本発
明でいう抵抗線)35と保護膜36とから構成されてい
る。ボビン31は電気絶縁性材料例えばアルミナからな
り、例えば外径φ0.5mm、内径φ0.2mm、長さ
2mmの大きさに形成されている。ボビン31の両端部
には楕円柱形状のリードワイヤ32、33が互いに接触
しないように挿入されており、接着剤34により固定さ
れている。この明細書では楕円柱形状リードワイヤ3
2、33の長軸方向の外周部を突部100と賞する。リ
ードワイヤ32、33は例えば白金からなり、接着剤3
4は例えば軟化点100℃前後の低融点ガラスからな
る。
【0018】ボビン31の外周面には例えば外径φ0.
02mmの白金からなる細線35が巻付けられ、細線3
5の両端部はボビン31の端部近傍のリードワイヤ3
2、33にそれぞれ個別に点溶接されている。ボビン3
1およびリードワイヤ32、33に巻付けられている細
線35を保護するため、例えば酸化鉛を含有したガラス
により保護膜36が形成されている。保護膜36は、酸
化鉛を含有したガラスを塗布した後、800℃前後の温
度で焼結して形成される。酸化鉛を含有したガラスの塗
布方法は例えば酸化鉛を含有した粉末ガラスと有機バイ
ンダーとを有機溶媒で溶かしたガラスペースト中に沈降
させて引き上げることにより塗布すればよい。
【0019】なお、抵抗体となる細線35は、温度抵抗
係数が大きいものであれば白金線以外の他の金属線を使
用してもよく、また、支持体となるボビン31も電気絶
縁性があれば他の物質を使用してもよく、リードワイヤ
32、33も導電性があれは他の金属および物質を使用
してもよい。また、前記抵抗体は、ボビン31に細線を
巻き付けたものを用いたが、これに限られることはな
く、薄膜式の感温抵抗体、厚膜式の感温抵抗体等の他の
構成からなる抵抗体を使用してもよい。
【0020】上述した発熱抵抗体30は、リードワイヤ
32、33を空気流れ方向から見て、その投影面積が最
も小さくなる方向に支持ピン22、23に溶接固定さ
れ、図2に示す様にバイパス分岐通路内に配置される。 (作動)熱式流量測定装置10の制御回路16bの回路
動作を図3に基づいて説明する。ここで、V3はトラン
ジスタ45のエミッタ電圧であり、V4はオペアンプ4
4の出力電圧である。
【0021】抵抗器41は発熱抵抗体30に流れる電流
を電圧V1に変換し、抵抗器43とは温度補償用抵抗体
26に流れる電流を電圧V2に変換する。電圧V1、V
2をそれぞれオペアンプ44の非反転入力端子、反転入
力端子に入力することにより、電圧V1と電圧V2とに
より生ずる電位差を差動増幅して電圧V4としてトラン
ジスタ45のベース端子の電圧を制御している。このベ
ース電位の制御により温度補償用抵抗体26と発熱抵抗
体30との温度差が例えば約200℃になるように保た
れている。
【0022】上記ホイートストンブリッジ回路に電圧V
3が印加されると、オペアンプ44の非反転入力端子に
は電圧V1、反転入力端子には電圧V2が発生する。電
圧V1、V2の大小関係がV1>V2となるとき、オペ
アンプ44の出力電圧V4は上昇し、これに伴ってトラ
ンジスタ45のエミッタ電圧V3も上昇し、発熱抵抗体
30を流れる電流が増加し、発熱抵抗体30の発熱温度
が上昇する。この結果、発熱抵抗体30の抵抗値が上昇
し、電圧V1は低下する。一方、電圧V1が低下し、電
圧V1、V2の大小関係がV1<V2となると、オペア
ンプ44の出力電圧V4は低下する。このためトランジ
スタ45のエミッタ電圧V3が低下し、発熱抵抗体30
を流れる電流も減少し、発熱抵抗体30の発熱温度が低
下する。
【0023】この結果、電圧V1が上昇し、電圧V1、
V2の大小関係はV1>V2となるため、再び前述の制
御を繰返す。このようにオペアンプ44は出力電圧V4
により電圧V1、V2の大小関係がV1=V2となるよ
うにパワートランジスタ45を制御し、発熱抵抗体30
への通電量を調整している。一方、発熱抵抗体30に流
れる加熱電流をI、発熱抵抗体30の抵抗値をRHとす
ると、発熱抵抗体30は(I2 ・RH)の電力を消費し
発熱する。この発熱電力(I2 ・RH)は流路を流れる
空気に放熱されるため、この流路を流れる空気流量の増
減によって空気に奪われる熱量が変化する。このため、
空気流量に応じて発熱抵抗体30の温度が変化し、抵抗
値RHも変化しようとする。しかし、前述のホイートス
トンブリッジ回路により、発熱抵抗体30の抵抗値RH
が変化しないようにオペアンプ44がトランジスタ45
を制御して発熱抵抗体30の通電量を変化させている。
つまり、空気流量に応じて加熱電流Iを変化させること
により、(I2 ・RH)を変化させ、抵抗値RHが常に
所定抵抗値になるように制御されている。したがって、
この加熱電流Iは空気流量に相関をもった値になり、抵
抗器41により電圧V1に変換され、図示しない増幅回
路を経由して出力されている。
【0024】次に、発熱抵抗体30への空気流中のダス
トの付着状況を説明する。流路内に設けられた発熱抵抗
体30には、吸入空気内に浮遊するダストが空気流れに
よって衝突し、ダストが付着する。又、エアクリーナに
含まれているオイルやエンジンからの吹き返しによるオ
イル等が媒体となってダストとダストの結合を助長しダ
ストが堆積する。
【0025】ボビン31上の保護膜36の表面温度は細
線35への加熱電流Iによる発熱によって例えば約22
0℃まで高められている。この表面温度により、付着し
たダスト中の水分が蒸発し、乾燥したダストはエンジン
振動等により脱落する為、ダスト堆積が抑えられる。し
かし、リードワイヤ32、33の表面温度はボビン31
上の保護膜36の表面温度に比べ低く、付着したダスト
の水分が十分蒸発せず、ダストとダストの結合によりダ
ストが堆積する。このダスト堆積により、従来において
は、リードワイヤ32、33から吸入空気への放熱(対
流熱伝達)が変化する為、測定精度が悪化してしまう。
【0026】これに対し、本実施例のリードワイヤ3
2、33は断面の長軸が流路方向に設定された楕円断面
を有するので、リードワイヤ32、33の流路方向上流
側の表面(突部100)近傍の空気流の方向変化、速度
変化が少なく、空気流に随伴するダストが空気流から離
れてリードワイヤ32、33に衝突して速度を失い、付
着することが従来より格段に低減される。すなわち、リ
ードワイヤ32、33近傍の流線の曲がりが小さくな
り、ダストがリードワイヤ32、33へ略正面衝突する
ことが少なくなる。
【0027】なお、リードワイヤ32、33の断面は楕
円形状としたが、図4に示す如く菱形形状としても良
く、紡錘形状としてもよい。すなわち、少なくとも、リ
ードワイヤ32、33の流路上流側に面する表面(突部
100)は他の表面より上流側へ向けて突出するように
他の表面(特に流路上流側に面する部位に対して90度
直角位置にある表面)よりも小曲率半径を有する。
【0028】その他、図5に示す如く断面円形のリード
ワイヤ32、33の主部33aの流路上流側に面する表
面に略三角柱形状で突角部32cが流路上流側へ突出す
る副部33bを接合してもよい。また、ボビン31にリ
ードワイヤ32、33を接着固定後、プレス成形等によ
りリードワイヤ32、33のの断面を所定形状に加工す
ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗
体の一実施例を示す一部断面正面図であり、(b)はリ
ードワイヤの流路方向断面図である。
【図2】図1の発熱抵抗体を用いた熱式流量測定装置の
一実施例を示す軸方向断面図である。
【図3】図1の熱式流量測定装置の回路部を示す回路図
である。
【図4】(a)は本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗
体の他実施例を示す一部断面正面図であり、(b)はリ
ードワイヤの流路方向断面図である。
【図5】(a)は本発明の熱式流量測定装置の発熱抵抗
体の他実施例を示す一部断面正面図であり、(b)はリ
ードワイヤの流路方向断面図である。
【図6】(a)は従来の熱式流量測定装置の発熱抵抗体
の一部断面正面図であり、(b)はリードワイヤの流路
方向断面図である。
【符号の説明】
30は発熱抵抗体、16bは回路部、31はボビン、3
2、33はリードワイヤ、35は細線(抵抗線)、36
は保護膜、100は突部、33aはリードワイヤ33の
主部、33bはリードワイヤ33の副部、33cはリー
ドワイヤ33の突部。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体
    と、前記発熱抵抗体の放熱量に関連する状態量に基づい
    て流量を検出する回路部とを備え、前記発熱抵抗体は、
    電気絶縁性のボビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞ
    れ嵌入される一対のリードワイヤと、前記ボビンの外周
    面に形成される感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前
    記ボビンに形成された前記感温抵抗体を被覆する電気絶
    縁性の保護膜とを備える熱式流量測定装置において、 前記リードワイヤは、流路上流側に突出する突部を有す
    ることを特徴とする熱式流量測定装置。
  2. 【請求項2】前記リードワイヤは、楕円形状又は菱形形
    状又は紡錘形状の流路方向断面形状を有する請求項1の
    熱式流量測定装置。
  3. 【請求項3】流路内に設けられて発熱する発熱抵抗体
    と、前記発熱抵抗体の放熱量に関連する状態量に基づい
    て流量を検出する回路部とを備え、前記発熱抵抗体は、
    電気絶縁性のボビンと、前記ボビンの両端開口にそれぞ
    れ嵌入される一対のリードワイヤと、前記ボビンの外周
    面に形成される感温抵抗体と、前記リードワイヤ及び前
    記ボビンに形成された前記感温抵抗体を被覆する電気絶
    縁性の保護膜とを備える熱式流量測定装置において、 前記リードワイヤは、断面円形の主部と、前記主部と別
    体に構成されるとともに流路上流側に突出する突部を有
    して前記主部の流路方向上流側の外周面に密着される副
    部とを有することを特徴とする熱式流量測定装置。
  4. 【請求項4】前記感温抵抗体は、前記ボビンの外周面に
    細線を巻き付けてなることを特徴とする請求項1又は3
    記載の熱式流量測定装置。
  5. 【請求項5】前記感温抵抗体は、前記ボビンの外周面に
    薄膜式の感温抵抗体又は厚膜式の感温抵抗体を形成して
    なることを特徴とする請求項1又は3記載の熱式流量測
    定装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003079420A1 (en) * 2002-03-19 2003-09-25 Innovex. Inc. Evaporation source for deposition process and insulation fixing plate, and heating wire winding plate and method for fixing heating wire
DE102020134519A1 (de) 2020-12-21 2022-06-23 Endress+Hauser Flowtec Ag Thermisches Durchflussmessgerät und thermisches Durchflussmesssystem

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