JPH09218065A - 感熱式流量センサ - Google Patents

感熱式流量センサ

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JPH09218065A
JPH09218065A JP8025546A JP2554696A JPH09218065A JP H09218065 A JPH09218065 A JP H09218065A JP 8025546 A JP8025546 A JP 8025546A JP 2554696 A JP2554696 A JP 2554696A JP H09218065 A JPH09218065 A JP H09218065A
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JP
Japan
Prior art keywords
transistor
heat
resistor
flow rate
sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP8025546A
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English (en)
Inventor
Shinichi Osada
慎一 長田
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電源電圧を周期的に印加することにより、消費
電力を大幅に低減した感熱式流量センサを提供する。 【解決手段】ブリッジ回路を構成する発熱用抵抗体RH
及び温度補償用抵抗体RTが流管20中に配設され、前
記ブリッジ回路に電流を供給する電流増幅用のトランジ
スタTr1のコレクタにトランジスタTr2のコレクタ
が接続され、トランジスタTr2のエミッタは電源Vc
cに接続され、周期的なパルス信号を出力するパルス発
生回路10の出力端aはトランジスタTr2のベースに
接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調機や給湯器な
どに用いられる感熱式流量センサに関し、詳しくは、消
費電力を改善するようにした感熱式流量センサに関す
る。
【0002】
【従来の技術】空気等の流体の流量(流速)を測定する
流量センサとして、発熱させた抵抗体を流体の流れにさ
らし、その放熱作用の大きさから流体の流量を検出する
ようにした感熱式流量センサがある。この感熱式流量セ
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、自動車のエアフローセンサ
や空調機等の空気量センサ等に広く用いられている。
【0003】図4は、従来の感熱式流量センサのいわゆ
る定温度差法と称される基本回路構成を示す図である。
この感熱式流量センサは、流体の流路となる管20内に
センサ素子となる発熱用抵抗体RHと温度補償用抵抗体
RTとが配設され、抵抗R1、R2とともに抵抗ブリッ
ジ回路が形成され、発熱用抵抗体RHと抵抗R1との接
続点と、温度補償用抵抗体RTと抵抗R2との接続点は
それぞれ差動増幅器(オペアンプ)OPA1の入力端に接続
され、差動増幅器OPA1の出力端はトランジスタTr1の
ベースに接続され、トランジスタTr1のエミッタは抵
抗R1,R2の接続点に接続され、トランジスタTr1
のコレクタは電源Vccに接続され、両抵抗体RH,RT
の一端はグランド(アース)に接続されて構成されてい
る。
【0004】発熱用抵抗体RHは、流体の温度より一定
温度(通常、20℃〜200℃)高くなるように加熱制
御されており、温度補償用抵抗体RTは、流体そのもの
の温度を検知し、流体温度の影響を補償するためのもの
である。
【0005】発熱用抵抗体及び温度補償用抵抗体は、ア
ルミナ等の絶縁基板上に白金等の金属膜からなる抵抗パ
ターンを形成した感温抵抗体が用いられ、この両抵抗体
は流体中のあまり離れていない位置に配置される。
【0006】トランジスタTr1は、発熱用抵抗体RH
を加熱するための大きな電流を供給するために設けられ
た電流増幅用のトランジスタである。
【0007】流量の変化による発熱用抵抗体RHの放熱
量に応じた抵抗値の変化に対して、ブリッジ回路の平衡
状態を保つようにブリッジ回路への供給電流が変化し、
差動増幅器OPA1の出力端には流量に応じた出力電圧Vou
tが出力される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、感熱式
流量センサは発熱用抵抗体を発熱させ、流体による放熱
作用を利用して流量を検知するという測定原理のため
に、消費電力は非常に大きなものとなっている。すなわ
ち、従来の感熱式流量センサにおいては、発熱用抵抗体
RHは常に流体の温度より一定温度高くなるように加熱
されているためである。感熱式流量センサにおいて、こ
の消費電力の改善(低減)が大きな課題となっている。
【0009】電流増幅用のトランジスタTr1は大容量
のものが必要であり、かつ大きな放熱用ヒートシンクを
必要とし、また、トランジスタTr1の熱による両抵抗
体RH,RTへの影響、及び発熱用抵抗体RHの熱による
温度補償用抵抗体RTへの影響のために、小形化が困難
であるとともに、流量検出精度が悪化するという問題が
あった。
【0010】ところで、エアフローセンサに用いる場合
は、常に瞬時の流量変化を測定しなければならず、常時
センサを動作状態としている必要があるが、空調機等の
空気量を測定する場合などは、数秒〜数分間隔で空気量
を測定すればよく、常時センサを動作させておく必要は
ない。
【0011】そこで、本発明の目的は、電源電圧を周期
的に印加することにより、消費電力を大幅に低減した感
熱式流量センサを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に係る発明は、ブリッジ回路を構成する発
熱用抵抗体を流体中に配設し、前記発熱用抵抗体の放熱
を利用して流体の流量を検知する感熱式流量センサにお
いて、前記ブリッジ回路に電源電圧を周期的に印加する
手段が備えられ、前記電源電圧の印加周期と同期して、
流量を検知するようにしたことを特徴とするものであ
る。
【0013】請求項2に係る発明は、請求項1に係る発
明において、電源電圧を周期的に印加する手段がトラン
ジスタとパルス発生回路とで構成され、前記パルス発生
回路からの周期的なパルス信号を前記トランジスタのベ
ースに入力して前記トランジスタをON/OFFさせる
とにより、電源電圧が周期的に印加されていることを特
徴とするものである。
【0014】なお、本発明は常時流量を検出する必要の
ない機器に適用されるものである。
【0015】上記の構成によれば、電源電圧は周期的に
印加されるので、従来のように常時電源電圧が印加され
た場合に比べ、感熱式流量センサの消費電力を低減する
ことができる。
【0016】また、電流増幅用のトランジスタ及び発熱
用抵抗体の発熱量を大幅に低減することが可能となり、
センサ全体の小形化を図ることができるとともに、流量
検出精度の向上を図ることができる。
【0017】また、熱による各部品及び部材の劣化が抑
止され、安全性が向上するとともに、寿命を伸ばすこと
ができる。
【0018】電源電圧を印加する周期すなわち流量を測
定する周期は、感熱式流量センサが用いられる機器や装
置の用途に応じて適宜設定される。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施例を示す
図面に基づいて説明する。以下の図において、従来例と
同一または同一機能のものについては同一符号を付し、
その説明を省略する。
【0020】図1は本発明の一実施例に係る感熱式流量
センサの回路図である。
【0021】本実施例の感熱式流量センサは、図1に示
すように、従来例の図4で説明した基本回路に、トラン
ジスタTr2及びパルス発生回路10を付加して構成さ
れている。具体的には、従来の基本回路を構成する電流
増幅用のトランジスタTr1のコレクタにトランジスタ
Tr2のコレクタが接続され、トランジスタTr2のエ
ミッタは電源Vccに接続され、パルス発生回路10の
出力端aはトランジスタTr2のベースに接続されてい
る。
【0022】パルス発生回路10は、差動増幅器OPA2、
抵抗R3〜R7、ダイオードD1,D2、及びコンデン
サCからなる自励振回路からなり、出力端aからは矩形
波のパルス信号Psが出力される。このパルス信号Ps
に同期して、トランジスタTr2はON/OFFを周期
的に繰り返し、トランジスタTr1のコレクタには周期
的に電源電圧Vccが印加される。
【0023】パルス信号Psは抵抗Ra,Rb及びコン
デンサCの値により、その周期及びデュ−ティ比が決定
される。例えば、約1分に1回の周期で、約10秒間、
電源電圧を印加する場合には、抵抗R3=200KΩ、
抵抗R4=1.2MΩ、コンデンサC=100μFに設
定される。
【0024】本実施例の構成においては、トランジスタ
Tr2がON状態の時間だけ、ブリッジ回路に電流が供
給され、センサが動作状態となるので、センサの消費電
力を大幅に低減することができる。
【0025】さらに、電流増幅用のトランジスタTr1
及び発熱用抵抗体RHの発熱量は大幅に低減され、トラ
ンジスタTr1の熱の両抵抗体RH,RTへの影響、ある
いは発熱用抵抗体RHの熱の温度補償用抵抗体RTへの影
響が大幅に緩和される。また、トランジスタTr1の放
熱用ヒートシンクを小さくすることも可能となる。
【0026】したがって、トランジスタTr1と両抵抗
体RH,RTや他の回路部品との距離、及び両抵抗体R
H,RT間の距離をより近接して配置することが可能とな
り、センサ全体の小形化を図ることができるとともに、
流量検出精度の向上を図ることができる。特に、同一の
回路基板に両抵抗体RH,RT、トランジスタTr1及び
他の回路部品を配置して一体化した感熱式流量センサに
おいて、より効果的に小形化することができる。
【0027】パルス信号Psの周期すなわち電源電圧の
印加周期は、感熱式流量センサが用いられる機器や装置
の用途に応じて適宜設定される。例えば、空調システム
の風量を制御するダンパー制御用では数十秒〜数分、フ
ィルタの目詰り検知用では数時間、給湯機の空気量制御
用では数秒に一度の周期で風量(風速)を検知すれば、
十分その機能を果たすことができる。
【0028】以下、図2に示すタイムチャートを用い
て、本実施例の感熱式流量センサの動作を説明する。図
2(a)は風速(風量)を示す図であり、図2(b)は
パルス信号Psの波形を示す図であり、図2(c)は出
力電圧Voutの波形を示す図である。
【0029】図2に示すように、出力電圧Voutはパル
ス信号Psと同期して出力され、立上がり時にはオーバ
ーシュートとなるが、その後風速に対応した出力電圧V
outが出力される。出力信号Voutの取り込みは、オーバ
ーシュートの時間を経過した後で行われる。
【0030】このオーバーシュートの時間は、発熱用抵
抗体RHの温度上昇に要する時間であり、パルス信号P
sのパルス幅Twはオーバーシュートの時間よりも長く
設定されている。パルス信号Psの周期Tsは、前回の
発熱用抵抗体RHの加熱による熱履歴の影響を無視でき
る時間に設定される。
【0031】発熱用抵抗体RHとして、0.15mm厚
のアルミナ基板に薄膜白金パターンを形成した約10Ω
の感温抵抗体を用いて実験した結果、パルス幅Twは2
秒程度、周期Tsは4秒程度あれば、安定な風速検知が
可能であることが確認できた。すなわち、流量検出の周
期が4秒以上の用途であれば、本実施例の感熱式流量セ
ンサを用いることができる。
【0032】なお、パルス発生回路は上記実施例に限る
ものではなく、パルス発生回路としてパルス発生専用I
Cを用いて構成してもよく、使用される装置の他の部分
で用いられるパルス発生回路を利用するようにしてもよ
い。また、発信回路と半波整流回路を組合わせ、例えば
図3に示すような半波整流波形を出力する構成であって
もよい。つまり、パルス信号Psの波形は矩形状に限定
されるものではなく、トランジスタTr2のベースにト
ランジスタをON状態とする電圧(Vce)0.6〜
0.7V以上の電圧が所定の周期で、所定の時間印加さ
れるような波形であればよい。
【0033】上記実施例では、スイッチングの手段とし
てPNP型バイポーラトランジスタを用いたが、NPN
型トランジスタ、FET等のユニポーラトランジスタで
もよく、あるいはSCR、リレー等のスイッチング素子
を用いるようにしてもよい。
【0034】また、ブリッジ回路及び差動増幅器で構成
される信号処理回路も上記実施例に限定されるものでは
なく、実際の回路においては、温度調整用や出力オフセ
ット調整用の抵抗等が付加される。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る感熱
式流量センサによれば、電源電圧は周期的に印加される
ので、従来のように常時電源電圧が印加されている場合
に比べ、消費電力を大幅に低減することができる。
【0036】また、電流増幅用のトランジスタ及び発熱
用抵抗体の発熱量を大幅に低減することが可能となり、
センサ全体の小形化を図ることができるとともに、流量
検出精度の向上を図ることができる。
【0037】また、熱による各部品及び部材の劣化が抑
止され、安全性及び信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る感熱式流量センサの回
路図である。
【図2】図1に示す回路の動作を説明するためのタイム
チャート図である。
【図3】本発明の他の実施例に係るパルス信号の波形を
示す図である。
【図4】従来の感熱式流量センサの回路図である。
【符号の説明】
RH 発熱用抵抗体 RT 温度補償用抵抗体 R1〜R7 抵抗 C コンデンサ OPA1,OPA2 差動増幅器 Tr1 電流増幅用トランジスタ Tr2 スイッチング用トランジスタ Vcc 電源(電圧) 10 パルス発生回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ブリッジ回路を構成する発熱用抵抗体を
    流体中に配設し、前記発熱用抵抗体の放熱を利用して流
    体の流量を検知する感熱式流量センサにおいて、 前記ブリッジ回路に電源電圧を周期的に印加する手段が
    備えられ、前記電源電圧の印加周期と同期して、流量を
    検知するようにしたことを特徴とする感熱式流量セン
    サ。
  2. 【請求項2】 前記電源電圧を周期的に印加する手段が
    トランジスタとパルス発生回路とで構成され、前記パル
    ス発生回路からの周期的なパルス信号を前記トランジス
    タのベースに入力して前記トランジスタをON/OFF
    させるとにより、電源電圧が周期的に印加されているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の感熱式流量センサ。
JP8025546A 1996-02-13 1996-02-13 感熱式流量センサ Pending JPH09218065A (ja)

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