JPH09243426A - 流速検出回路 - Google Patents
流速検出回路Info
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- JPH09243426A JPH09243426A JP5605196A JP5605196A JPH09243426A JP H09243426 A JPH09243426 A JP H09243426A JP 5605196 A JP5605196 A JP 5605196A JP 5605196 A JP5605196 A JP 5605196A JP H09243426 A JPH09243426 A JP H09243426A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 流速センサの出力信号処理回路の回路構成を
簡略化する。 【解決手段】 ヒータ制御手段５は、外部のヒータ２を
断続的に加熱すべく矩形パルス状の加熱制御信号ＳＰを
外部のヒータ２に出力するとともに、加熱制御信号ＳＰ
を流速演算手段４に出力する。これにより外部のヒータ
２は測定対象流体を断続的に加熱し、このヒータ２によ
る加熱と並行して、流速演算手段４は、ヒータ制御手段
５からの加熱制御信号ＳＰ及び温度センサ３からの温度
検出信号Ｔに基づいて熱伝播時間に対応するパルス幅を
有する熱伝播時間信号を生成し、熱伝播時間信号に基づ
いて流体の流速を算出するので、温度センサ３の検出信
号を電圧で処理している場合と比較して、Ａ／Ｄ変換器
が不要となり、回路構成を簡略化することができる。
簡略化する。 【解決手段】 ヒータ制御手段５は、外部のヒータ２を
断続的に加熱すべく矩形パルス状の加熱制御信号ＳＰを
外部のヒータ２に出力するとともに、加熱制御信号ＳＰ
を流速演算手段４に出力する。これにより外部のヒータ
２は測定対象流体を断続的に加熱し、このヒータ２によ
る加熱と並行して、流速演算手段４は、ヒータ制御手段
５からの加熱制御信号ＳＰ及び温度センサ３からの温度
検出信号Ｔに基づいて熱伝播時間に対応するパルス幅を
有する熱伝播時間信号を生成し、熱伝播時間信号に基づ
いて流体の流速を算出するので、温度センサ３の検出信
号を電圧で処理している場合と比較して、Ａ／Ｄ変換器
が不要となり、回路構成を簡略化することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流速センサに係
り、特にヒータにより発生させた熱の伝播時間を計測す
ることにより流体の流速を求める熱伝播時間計測型の流
速センサに関する。
り、特にヒータにより発生させた熱の伝播時間を計測す
ることにより流体の流速を求める熱伝播時間計測型の流
速センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図８（ａ）に従来の熱伝播時間計測型の
流速センサの斜視図を、図８（ｂ）に図８（ａ）の流速
センサのＩ−Ｉ’断面図を示す。流速センサ１０１は、
シリコン基板１１０と、測定対象流体の流れ方向（図中
矢印で示す。）上流側に設けられた測温抵抗である温度
センサ１１１と、シリコン基板１１０上であって測定対
象流体の流れ方向下流側に設けられた測温抵抗である温
度センサ１１２と、温度センサ１１１と温度センサ１１
２との間の中間位置に設けられたヒータ１１３と、温度
センサ１１１、温度センサ１１２及びヒータ１１３と、
を備えて構成されている。
流速センサの斜視図を、図８（ｂ）に図８（ａ）の流速
センサのＩ−Ｉ’断面図を示す。流速センサ１０１は、
シリコン基板１１０と、測定対象流体の流れ方向（図中
矢印で示す。）上流側に設けられた測温抵抗である温度
センサ１１１と、シリコン基板１１０上であって測定対
象流体の流れ方向下流側に設けられた測温抵抗である温
度センサ１１２と、温度センサ１１１と温度センサ１１
２との間の中間位置に設けられたヒータ１１３と、温度
センサ１１１、温度センサ１１２及びヒータ１１３と、
を備えて構成されている。
【０００３】また、流速センサ１０１は、エッチング用
開口１１４、１１５、１１６を介してエッチングするこ
とにより空隙部１７を設けることにより、橋絡部１１８
を備えて構成されている。この橋絡部１１８により温度
センサ１１１、温度センサ１１２及びヒータ１１３は熱
的に絶縁されている。
開口１１４、１１５、１１６を介してエッチングするこ
とにより空隙部１７を設けることにより、橋絡部１１８
を備えて構成されている。この橋絡部１１８により温度
センサ１１１、温度センサ１１２及びヒータ１１３は熱
的に絶縁されている。
【０００４】さらに流速センサ１０１は、シリコン基板
１１０上の流れ方向最上流側に設けられた測温抵抗であ
る周囲温度測定用の周囲温度センサ１１９を備えて構成
されている。図９にこの流速センサ１０１の出力信号に
基づいて流量を検出するための流量計の回路ブロック図
を示す。
１１０上の流れ方向最上流側に設けられた測温抵抗であ
る周囲温度測定用の周囲温度センサ１１９を備えて構成
されている。図９にこの流速センサ１０１の出力信号に
基づいて流量を検出するための流量計の回路ブロック図
を示す。
【０００５】流量計１２０は、流速センサ１０１の温度
センサ１１１及び温度センサ１１２並びに抵抗１２３及
び抵抗１２４により構成されたブリッジ回路１２２と、
温度センサ１１１と抵抗１２３との中間接続点が非反転
入力端子に接続され、温度センサ１１２と抵抗１２４と
の中間接続点が反転入力端子に接続され、温度センサ１
１１が検出した温度に相当する検出電圧Ｖd と温度セン
サ１１２が検出した温度に相当する検出電圧Ｖu との差
電圧を増幅して増幅差電圧Ｖdef を出力する増幅器１２
５と、検出電圧Ｖd 、検出電圧Ｖu 及び増幅差電圧Ｖde
f が入力され、選択制御信号ＳSEL に基づいて検出電圧
Ｖd 、検出電圧Ｖu 及び増幅差電圧Ｖdef のうちいずれ
か一の電圧を選択電圧ＶSEL として出力するマルチプレ
クサ１２６と、選択電圧ＶSEL をアナログ／ディジタル
変換して選択電圧データＤＶSELとして出力するＡ／Ｄ
変換器１２７と、選択制御信号ＳSEL により順次検出電
圧Ｖd 、検出電圧Ｖu あるいは増幅差電圧Ｖdef に対応
する選択電圧データＤＶSEL が入力され、増幅差電圧Ｖ
def に基づいて原流量（温度補正前の流量）を算出し、
検出電圧Ｖd 及び検出電圧Ｖu に基づいて温度センサ１
１１、１１２のベース温度上昇を算出して温度補正係数
を求め、原流量及び温度補正係数に基づいて補正流量デ
ータＤcfl を算出する演算装置１２８と、を備えて構成
されている。
センサ１１１及び温度センサ１１２並びに抵抗１２３及
び抵抗１２４により構成されたブリッジ回路１２２と、
温度センサ１１１と抵抗１２３との中間接続点が非反転
入力端子に接続され、温度センサ１１２と抵抗１２４と
の中間接続点が反転入力端子に接続され、温度センサ１
１１が検出した温度に相当する検出電圧Ｖd と温度セン
サ１１２が検出した温度に相当する検出電圧Ｖu との差
電圧を増幅して増幅差電圧Ｖdef を出力する増幅器１２
５と、検出電圧Ｖd 、検出電圧Ｖu 及び増幅差電圧Ｖde
f が入力され、選択制御信号ＳSEL に基づいて検出電圧
Ｖd 、検出電圧Ｖu 及び増幅差電圧Ｖdef のうちいずれ
か一の電圧を選択電圧ＶSEL として出力するマルチプレ
クサ１２６と、選択電圧ＶSEL をアナログ／ディジタル
変換して選択電圧データＤＶSELとして出力するＡ／Ｄ
変換器１２７と、選択制御信号ＳSEL により順次検出電
圧Ｖd 、検出電圧Ｖu あるいは増幅差電圧Ｖdef に対応
する選択電圧データＤＶSEL が入力され、増幅差電圧Ｖ
def に基づいて原流量（温度補正前の流量）を算出し、
検出電圧Ｖd 及び検出電圧Ｖu に基づいて温度センサ１
１１、１１２のベース温度上昇を算出して温度補正係数
を求め、原流量及び温度補正係数に基づいて補正流量デ
ータＤcfl を算出する演算装置１２８と、を備えて構成
されている。
【０００６】次に動作を説明する。まず、ヒータ１１３
の制御を行なって、ヒータ１１３が所定温度を保つよう
になったならば、図８（ａ）に示す矢印方向から測定対
象の流体を流す。測定対象の流体が流れることにより、
上流側に配置された温度センサ１１１は冷却されて降温
し、下流側に配置された温度センサ１１２は、流体の流
れに伴ってヒータ１１３の熱伝導が促進され昇温する。
の制御を行なって、ヒータ１１３が所定温度を保つよう
になったならば、図８（ａ）に示す矢印方向から測定対
象の流体を流す。測定対象の流体が流れることにより、
上流側に配置された温度センサ１１１は冷却されて降温
し、下流側に配置された温度センサ１１２は、流体の流
れに伴ってヒータ１１３の熱伝導が促進され昇温する。
【０００７】これにより温度センサ１１１と温度センサ
１１２との間で温度差が生じ、温度センサ１１１及び温
度センサ１１２の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化
に基づきブリッジ回路１２２は、温度センサ１１１と温
度センサ１１２との間の温度差に相当する検出電圧Ｖd
及び検出電圧Ｖu を発生し、増幅器１２５及びマルチプ
レクサ１２６に出力する。
１１２との間で温度差が生じ、温度センサ１１１及び温
度センサ１１２の抵抗値が変化する。この抵抗値の変化
に基づきブリッジ回路１２２は、温度センサ１１１と温
度センサ１１２との間の温度差に相当する検出電圧Ｖd
及び検出電圧Ｖu を発生し、増幅器１２５及びマルチプ
レクサ１２６に出力する。
【０００８】増幅器１２５は、検出電圧Ｖd と検出電圧
Ｖu との差電圧を増幅して増幅差電圧Ｖdef をマルチプ
レクサ１２６に出力する。マルチプレクサ１２６は、選
択制御信号ＳSEL に基づいて検出電圧Ｖd 、検出電圧Ｖ
u 及び増幅差電圧Ｖdef を順次切換えて選択電圧ＶSEL
としてＡ／Ｄ変換器１２７に出力する。
Ｖu との差電圧を増幅して増幅差電圧Ｖdef をマルチプ
レクサ１２６に出力する。マルチプレクサ１２６は、選
択制御信号ＳSEL に基づいて検出電圧Ｖd 、検出電圧Ｖ
u 及び増幅差電圧Ｖdef を順次切換えて選択電圧ＶSEL
としてＡ／Ｄ変換器１２７に出力する。
【０００９】Ａ／Ｄ変換器１２７は、選択電圧ＶSEL を
アナログ／ディジタル変換して選択電圧データＤＶSEL
として演算装置１２８に出力する。演算装置１２８は、
増幅差電圧Ｖdef に基づいて原流量（温度補正前の流
量）を算出し、検出電圧Ｖd 及び検出電圧Ｖu に基づい
て温度センサ１１１、１１２のベース温度上昇を算出し
て温度補正係数を求め、原流量及び温度補正係数に基づ
いて補正流量データＤcfl を算出して出力する。
アナログ／ディジタル変換して選択電圧データＤＶSEL
として演算装置１２８に出力する。演算装置１２８は、
増幅差電圧Ｖdef に基づいて原流量（温度補正前の流
量）を算出し、検出電圧Ｖd 及び検出電圧Ｖu に基づい
て温度センサ１１１、１１２のベース温度上昇を算出し
て温度補正係数を求め、原流量及び温度補正係数に基づ
いて補正流量データＤcfl を算出して出力する。
【００１０】従って、精度よく流量を算出することがで
きる。
きる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の流
量計においては、温度センサの出力信号を電圧で処理し
ているため、演算装置の前段でＡ／Ｄ変換を行なう必要
があり、Ａ／Ｄ変換器が必須となり、流速測定のための
回路構成が複雑になってしまうという問題点があった。
量計においては、温度センサの出力信号を電圧で処理し
ているため、演算装置の前段でＡ／Ｄ変換を行なう必要
があり、Ａ／Ｄ変換器が必須となり、流速測定のための
回路構成が複雑になってしまうという問題点があった。
【００１２】そこで、本発明の目的は、簡易な構成で正
確な流速の測定を行なうことが可能な流速検出回路を提
供することにある。
確な流速の測定を行なうことが可能な流速検出回路を提
供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、測定対象流体を加熱する外
部のヒータを制御するとともに、前記ヒータに対して前
記測定対象流体の下流側に配置され、かつ、前記測定対
象流体を媒体として前記ヒータから伝達される熱を検出
する外部の温度センサの温度検出信号に基づいて熱伝播
時間を計測して前記測定対象流体の流速を算出する流速
検出回路において、前記ヒータを断続的に加熱すべく矩
形パルス状の加熱制御信号を出力するヒータ制御手段
と、前記加熱制御信号及び前記温度検出信号に基づいて
熱伝播時間に対応するパルス幅を有する熱伝播時間信号
を生成し、前記熱伝播時間信号に基づいて前記流体の流
速を算出する流速演算手段と、を備えて構成する。
め、請求項１記載の発明は、測定対象流体を加熱する外
部のヒータを制御するとともに、前記ヒータに対して前
記測定対象流体の下流側に配置され、かつ、前記測定対
象流体を媒体として前記ヒータから伝達される熱を検出
する外部の温度センサの温度検出信号に基づいて熱伝播
時間を計測して前記測定対象流体の流速を算出する流速
検出回路において、前記ヒータを断続的に加熱すべく矩
形パルス状の加熱制御信号を出力するヒータ制御手段
と、前記加熱制御信号及び前記温度検出信号に基づいて
熱伝播時間に対応するパルス幅を有する熱伝播時間信号
を生成し、前記熱伝播時間信号に基づいて前記流体の流
速を算出する流速演算手段と、を備えて構成する。
【００１４】請求項１記載の発明によれば、測定対象流
体を加熱する外部のヒータを制御するとともに、前記ヒ
ータに対して前記測定対象流体の下流側に配置され、か
つ、前記測定対象流体を媒体として前記ヒータから伝達
される熱を検出する外部の温度センサの温度検出信号に
基づいて熱伝播時間を計測して前記測定対象流体の流速
を算出する流速検出回路において、ヒータ制御手段は、
外部のヒータを断続的に加熱すべく矩形パルス状の加熱
制御信号を外部のヒータに出力するとともに、加熱制御
信号を流速演算手段に出力する。これにより外部のヒー
タは測定対象流体を断続的に加熱する。
体を加熱する外部のヒータを制御するとともに、前記ヒ
ータに対して前記測定対象流体の下流側に配置され、か
つ、前記測定対象流体を媒体として前記ヒータから伝達
される熱を検出する外部の温度センサの温度検出信号に
基づいて熱伝播時間を計測して前記測定対象流体の流速
を算出する流速検出回路において、ヒータ制御手段は、
外部のヒータを断続的に加熱すべく矩形パルス状の加熱
制御信号を外部のヒータに出力するとともに、加熱制御
信号を流速演算手段に出力する。これにより外部のヒー
タは測定対象流体を断続的に加熱する。
【００１５】このヒータにより加熱と並行して、流速演
算手段は、ヒータ制御手段からの加熱制御信号及び温度
センサからの温度検出信号に基づいて熱伝播時間に対応
するパルス幅を有する熱伝播時間信号を生成し、熱伝播
時間信号に基づいて前記流体の流速を算出する。
算手段は、ヒータ制御手段からの加熱制御信号及び温度
センサからの温度検出信号に基づいて熱伝播時間に対応
するパルス幅を有する熱伝播時間信号を生成し、熱伝播
時間信号に基づいて前記流体の流速を算出する。
【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記ヒータ制御手段は、所定周波数を有
し、かつ、矩形パルス状の基準周波数信号を生成し出力
する発振手段と、前記基準周波数信号に基づいて前記加
熱制御信号を生成し出力する駆動信号出力手段と、を備
えて構成する。
明において、前記ヒータ制御手段は、所定周波数を有
し、かつ、矩形パルス状の基準周波数信号を生成し出力
する発振手段と、前記基準周波数信号に基づいて前記加
熱制御信号を生成し出力する駆動信号出力手段と、を備
えて構成する。
【００１７】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の作用に加えて、前記ヒータ制御手段の発振手
段は、所定周波数を有し、かつ、矩形パルス状の基準周
波数信号を生成し駆動信号出力手段に出力する。駆動信
号出力手段は、基準周波数信号に基づいて矩形パルス状
の加熱制御信号を生成し外部のヒータ及び流速演算手段
に出力する。
載の発明の作用に加えて、前記ヒータ制御手段の発振手
段は、所定周波数を有し、かつ、矩形パルス状の基準周
波数信号を生成し駆動信号出力手段に出力する。駆動信
号出力手段は、基準周波数信号に基づいて矩形パルス状
の加熱制御信号を生成し外部のヒータ及び流速演算手段
に出力する。
【００１８】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載の発明において、前記流速演算手段は、前記温
度検出信号に基づいて前記温度センサの検出温度が所定
温度以上となっている時間間隔に相当するパルス幅を有
する矩形パルス状の温度検出パルス信号を生成し出力す
る温度検出パルス生成手段と、セット入力端子に前記加
熱制御信号が入力され、リセット入力端子に前記温度検
出パルス信号が入力され、セット出力端子から前記熱伝
播時間信号を生成するＲＳフリップフロップ回路と、前
記熱伝播時間信号のパルス幅に基づいて前記流体の流速
を算出する演算手段と、を備えて構成する。
項２記載の発明において、前記流速演算手段は、前記温
度検出信号に基づいて前記温度センサの検出温度が所定
温度以上となっている時間間隔に相当するパルス幅を有
する矩形パルス状の温度検出パルス信号を生成し出力す
る温度検出パルス生成手段と、セット入力端子に前記加
熱制御信号が入力され、リセット入力端子に前記温度検
出パルス信号が入力され、セット出力端子から前記熱伝
播時間信号を生成するＲＳフリップフロップ回路と、前
記熱伝播時間信号のパルス幅に基づいて前記流体の流速
を算出する演算手段と、を備えて構成する。
【００１９】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は請求項２記載の発明の作用に加えて、流速演算手段の
温度検出パルス生成手段は、温度検出信号に基づいて温
度センサの検出温度が所定温度以上となっている時間間
隔に相当するパルス幅を有する矩形パルス状の温度検出
パルス信号を生成しＲＳフリップフロップ回路に出力す
る。
は請求項２記載の発明の作用に加えて、流速演算手段の
温度検出パルス生成手段は、温度検出信号に基づいて温
度センサの検出温度が所定温度以上となっている時間間
隔に相当するパルス幅を有する矩形パルス状の温度検出
パルス信号を生成しＲＳフリップフロップ回路に出力す
る。
【００２０】ＲＳフリップフロップ回路は、セット入力
端子に加熱制御信号が入力され、リセット入力端子に温
度検出パルス信号が入力され、セット出力端子から熱伝
播時間信号を生成し、演算手段に出力する。演算手段
は、熱伝播時間信号のパルス幅に基づいて流体の流速を
算出する。
端子に加熱制御信号が入力され、リセット入力端子に温
度検出パルス信号が入力され、セット出力端子から熱伝
播時間信号を生成し、演算手段に出力する。演算手段
は、熱伝播時間信号のパルス幅に基づいて流体の流速を
算出する。
【００２１】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、前記温度検出パルス生成手段は、前記温度
検出信号を増幅して出力する増幅手段と、増幅された前
記温度検出信号を予め設定した基準比較信号と比較する
ことにより、前記温度検出パルス信号を生成し出力する
比較手段と、を備えて構成する。
明において、前記温度検出パルス生成手段は、前記温度
検出信号を増幅して出力する増幅手段と、増幅された前
記温度検出信号を予め設定した基準比較信号と比較する
ことにより、前記温度検出パルス信号を生成し出力する
比較手段と、を備えて構成する。
【００２２】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の作用に加えて、温度検出パルス生成手段の増幅手段
は、温度検出信号を増幅して比較手段に出力する。比較
手段は、増幅された温度検出信号を予め設定した基準比
較信号と比較することにより、温度検出パルス信号を生
成しＲＳフリップフロップ回路に出力する。
載の作用に加えて、温度検出パルス生成手段の増幅手段
は、温度検出信号を増幅して比較手段に出力する。比較
手段は、増幅された温度検出信号を予め設定した基準比
較信号と比較することにより、温度検出パルス信号を生
成しＲＳフリップフロップ回路に出力する。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の好適
な実施形態を説明する。図１に流量計の概要構成ブロッ
ク図を示す。流量計１は、矩形パルス信号ＳＰに基づい
て加熱、加熱停止を繰り返し、測定対象流体を断続的に
加熱するためのヒータ（熱源）としてのマイクロヒータ
２と、測定対象流体により伝達される熱による温度上昇
を検出して温度検出信号Ｔを出力する温度センサとして
のサーモパイル３と、矩形パルス信号ＳＰを出力すると
ともに、入力された温度検出信号Ｔに基づいて流速デー
タＤFLを生成し出力する流速演算制御回路１０と、を備
えて構成されている。
な実施形態を説明する。図１に流量計の概要構成ブロッ
ク図を示す。流量計１は、矩形パルス信号ＳＰに基づい
て加熱、加熱停止を繰り返し、測定対象流体を断続的に
加熱するためのヒータ（熱源）としてのマイクロヒータ
２と、測定対象流体により伝達される熱による温度上昇
を検出して温度検出信号Ｔを出力する温度センサとして
のサーモパイル３と、矩形パルス信号ＳＰを出力すると
ともに、入力された温度検出信号Ｔに基づいて流速デー
タＤFLを生成し出力する流速演算制御回路１０と、を備
えて構成されている。
【００２４】この場合において、マイクロヒータ２及び
サーモパイル３は流速センサ２０を構成している。流速
演算制御回路１０は、矩形パルス信号ＳＰを生成してマ
イクロヒータ２及び後述の流速演算部４に出力する矩形
パルス生成部５と、矩形パルス信号ＳＰ及び温度検出信
号Ｔに基づいて流速データＤFLを生成し出力する流速演
算部４と、を備えて構成されている。
サーモパイル３は流速センサ２０を構成している。流速
演算制御回路１０は、矩形パルス信号ＳＰを生成してマ
イクロヒータ２及び後述の流速演算部４に出力する矩形
パルス生成部５と、矩形パルス信号ＳＰ及び温度検出信
号Ｔに基づいて流速データＤFLを生成し出力する流速演
算部４と、を備えて構成されている。
【００２５】図２に流速演算制御回路１０の概要構成ブ
ロック図を示す。流速演算制御回路１０の矩形パルス生
成部５は、所定周波数の基準発振信号ＳREF を出力する
オシレータ１１と、基準発振信号ＳREF に基づいて、マ
イクロヒータ２に駆動電流を供給すべく、所定周期を有
する矩形パルス信号ＳＰを生成し出力するクロックジェ
ネレータ１２と、を備えて構成されている。
ロック図を示す。流速演算制御回路１０の矩形パルス生
成部５は、所定周波数の基準発振信号ＳREF を出力する
オシレータ１１と、基準発振信号ＳREF に基づいて、マ
イクロヒータ２に駆動電流を供給すべく、所定周期を有
する矩形パルス信号ＳＰを生成し出力するクロックジェ
ネレータ１２と、を備えて構成されている。
【００２６】流速演算制御回路１０の流速演算部４は、
後述の出力端子２４Ａ、２４Ｂ（図３参照）を介して流
速センサより入力される温度検出信号Ｔを増幅して増幅
温度検出信号ＡＴとして出力するアンプ１３と、増幅温
度検出信号ＡＴの電圧と予め定めた基準電圧ＶREF とを
比較することにより、増幅温度検出信号ＡＴの電圧が基
準電圧ＶREF よりも高い場合に“Ｈ”レベルの出力信号
を比較結果信号ＳCMPとして出力するコンパレータ１４
と、矩形パルス信号ＳＰがセット入力端子Ｓに入力さ
れ、比較結果信号ＳCMP がリセット入力端子Ｒに入力さ
れ、セット入力端子Ｓ及びリセット入力端子Ｒの状態に
応じた出力信号ＳOUT をセット出力端子Ｑから出力する
ＲＳフリップフロップ回路１５と、出力信号ＳOUT に基
づいて測定対象流体の流速を求め、流速データＤFLを出
力する演算装置１６と、を備えて構成されている。
後述の出力端子２４Ａ、２４Ｂ（図３参照）を介して流
速センサより入力される温度検出信号Ｔを増幅して増幅
温度検出信号ＡＴとして出力するアンプ１３と、増幅温
度検出信号ＡＴの電圧と予め定めた基準電圧ＶREF とを
比較することにより、増幅温度検出信号ＡＴの電圧が基
準電圧ＶREF よりも高い場合に“Ｈ”レベルの出力信号
を比較結果信号ＳCMPとして出力するコンパレータ１４
と、矩形パルス信号ＳＰがセット入力端子Ｓに入力さ
れ、比較結果信号ＳCMP がリセット入力端子Ｒに入力さ
れ、セット入力端子Ｓ及びリセット入力端子Ｒの状態に
応じた出力信号ＳOUT をセット出力端子Ｑから出力する
ＲＳフリップフロップ回路１５と、出力信号ＳOUT に基
づいて測定対象流体の流速を求め、流速データＤFLを出
力する演算装置１６と、を備えて構成されている。
【００２７】図３に流速センサの天面図を示す。流速セ
ンサ２０は、支持基板としてのＳｉ基板２１と、ＳｉＯ
2 層及びＳｉ3Ｎ4 層から構成されるダイアフラム２２
と、ダイアフラム２２上に形成されたマイクロヒータ２
と、マイクロヒータ２の下流側であって冷接点形成部分
を除きダイアフラム２２上に形成されたサーモパイル３
と、電源端子２３Ａ、２３Ｂを有しマイクロヒータ２に
駆動電流を供給するための電源配線２３と、出力端子２
４Ａ、２４Ｂを有し、サーモパイル３からの温度検出信
号Ｔを出力するための出力配線２４と、を備えて構成さ
れている。
ンサ２０は、支持基板としてのＳｉ基板２１と、ＳｉＯ
2 層及びＳｉ3Ｎ4 層から構成されるダイアフラム２２
と、ダイアフラム２２上に形成されたマイクロヒータ２
と、マイクロヒータ２の下流側であって冷接点形成部分
を除きダイアフラム２２上に形成されたサーモパイル３
と、電源端子２３Ａ、２３Ｂを有しマイクロヒータ２に
駆動電流を供給するための電源配線２３と、出力端子２
４Ａ、２４Ｂを有し、サーモパイル３からの温度検出信
号Ｔを出力するための出力配線２４と、を備えて構成さ
れている。
【００２８】図４にサーモパイルの拡大天面図（図４
（ａ））及び断面図（図４（ｂ））を示す。サーモパイ
ル３を構成する熱電対は、ｐ++−Ｓｉ及びＡｌにより構
成され、図４（ｂ）に示すように、サーモパイル３の冷
接点３Ａは、Ｓｉ基板２１（厚さ約４００［μｍ］）の
ダイアフラム２２を形成していない部分に設けられ、サ
ーモパイル３の温接点３ＢはＳｉＯ2 層及びＳｉ3 Ｎ4
層から構成されるダイアフラム３上に設けられている。
（ａ））及び断面図（図４（ｂ））を示す。サーモパイ
ル３を構成する熱電対は、ｐ++−Ｓｉ及びＡｌにより構
成され、図４（ｂ）に示すように、サーモパイル３の冷
接点３Ａは、Ｓｉ基板２１（厚さ約４００［μｍ］）の
ダイアフラム２２を形成していない部分に設けられ、サ
ーモパイル３の温接点３ＢはＳｉＯ2 層及びＳｉ3 Ｎ4
層から構成されるダイアフラム３上に設けられている。
【００２９】本サーモパイル３によれば、流速範囲０．
０１［ｍ／ｓｅｃ］〜３［ｍ／ｓｅｃ］で数１０［ｍ
Ｖ］の出力電圧が得られるため大きな増幅を必要とせ
ず、信号処理が可能となる。次に図５のタイミングチャ
ート及び図６の信号波形図を参照して流速演算制御回路
１０の動作を説明する。
０１［ｍ／ｓｅｃ］〜３［ｍ／ｓｅｃ］で数１０［ｍ
Ｖ］の出力電圧が得られるため大きな増幅を必要とせ
ず、信号処理が可能となる。次に図５のタイミングチャ
ート及び図６の信号波形図を参照して流速演算制御回路
１０の動作を説明する。
【００３０】オシレータ１１は、所定周波数の基準発振
信号ＳREF （図５（ａ）参照）を生成し、クロックジェ
ネレータ１２に出力する。クロックジェネレータ１２
は、入力された基準発振信号ＳREF に基づいて、所定周
期を有する矩形パルス信号ＳＰ（図５（ｂ）参照）を生
成し、マイクロヒータ２に電源端子２３Ａ、２３Ｂを介
して駆動電流として供給するとともに、矩形パルス信号
ＳＰをＲＳフリップフロップ回路１５のセット入力端子
Ｓに出力する。
信号ＳREF （図５（ａ）参照）を生成し、クロックジェ
ネレータ１２に出力する。クロックジェネレータ１２
は、入力された基準発振信号ＳREF に基づいて、所定周
期を有する矩形パルス信号ＳＰ（図５（ｂ）参照）を生
成し、マイクロヒータ２に電源端子２３Ａ、２３Ｂを介
して駆動電流として供給するとともに、矩形パルス信号
ＳＰをＲＳフリップフロップ回路１５のセット入力端子
Ｓに出力する。
【００３１】この結果、ＲＳフリップフロップ回路１５
のセット出力端子Ｑから出力される出力信号ＳOUT は、
“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルへと信号遷移することと
なる（図５（ｅ）、時刻ｔ1 参照）。マイクロヒータ２
に入力された矩形パルス信号ＳＰは、より具体的には図
６に示すものとなる。
のセット出力端子Ｑから出力される出力信号ＳOUT は、
“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルへと信号遷移することと
なる（図５（ｅ）、時刻ｔ1 参照）。マイクロヒータ２
に入力された矩形パルス信号ＳＰは、より具体的には図
６に示すものとなる。
【００３２】この矩形パルス信号ＳＰの立上がりタイミ
ングからマイクロヒータ２は加熱を開始することとな
り、測定対象流体としてのガスが流れると、マイクロヒ
ータ２が発生した熱は、ガスを媒体としてサーモパイル
３に伝達されることとなる。これによりサーモパイル３
は、伝達された熱を検出し、冷接点３Ａと温接点３Ｂと
の熱起電力の差及び熱容量の差から電圧が発生し、出力
端子２４Ａ、２４Ｂを介して温度検出信号Ｔがアンプ１
３に出力される。
ングからマイクロヒータ２は加熱を開始することとな
り、測定対象流体としてのガスが流れると、マイクロヒ
ータ２が発生した熱は、ガスを媒体としてサーモパイル
３に伝達されることとなる。これによりサーモパイル３
は、伝達された熱を検出し、冷接点３Ａと温接点３Ｂと
の熱起電力の差及び熱容量の差から電圧が発生し、出力
端子２４Ａ、２４Ｂを介して温度検出信号Ｔがアンプ１
３に出力される。
【００３３】アンプ１３は、温度検出信号Ｔを増幅して
増幅温度検出信号ＡＴ（図５（ｃ）及び図６参照）とし
てコンパレータ１４に出力する。コンパレータ１４は、
図５（ｃ）に示す基準電圧ＶREF と増幅温度検出信号Ａ
Ｔの電圧とを比較して、増幅温度検出信号ＡＴの電圧が
基準電圧ＶREF を超えた場合に“Ｈ”レベルの比較結果
信号ＳCMP （図５（ｄ）参照）をＲＳフリップフロップ
回路１５のリセット入力端子Ｒに出力することとなる。
増幅温度検出信号ＡＴ（図５（ｃ）及び図６参照）とし
てコンパレータ１４に出力する。コンパレータ１４は、
図５（ｃ）に示す基準電圧ＶREF と増幅温度検出信号Ａ
Ｔの電圧とを比較して、増幅温度検出信号ＡＴの電圧が
基準電圧ＶREF を超えた場合に“Ｈ”レベルの比較結果
信号ＳCMP （図５（ｄ）参照）をＲＳフリップフロップ
回路１５のリセット入力端子Ｒに出力することとなる。
【００３４】この場合において、基準電圧ＶREF は、測
定対象流体の測定可能流速範囲内において、増幅温度検
出信号ＡＴに基づいて一の矩形パルス信号ＳＰに対応し
てマイクロヒータ２により発生した熱に起因する温度上
昇を確実に検出できる電圧に設定される。また、この基
準電圧ＶREF は、周囲温度に応じて変化させるのが好ま
しい。もし、仮に基準電圧ＶREF を固定とするならば、
周囲温度が高くなれば、正確にマイクロヒータ２により
発生した熱に起因する温度上昇か否かを判別できなくな
るからであり、周囲温度が低くなれば、温度上昇自体を
検出することができなくなるからである。
定対象流体の測定可能流速範囲内において、増幅温度検
出信号ＡＴに基づいて一の矩形パルス信号ＳＰに対応し
てマイクロヒータ２により発生した熱に起因する温度上
昇を確実に検出できる電圧に設定される。また、この基
準電圧ＶREF は、周囲温度に応じて変化させるのが好ま
しい。もし、仮に基準電圧ＶREF を固定とするならば、
周囲温度が高くなれば、正確にマイクロヒータ２により
発生した熱に起因する温度上昇か否かを判別できなくな
るからであり、周囲温度が低くなれば、温度上昇自体を
検出することができなくなるからである。
【００３５】コンパレータ１４から出力される比較結果
信号ＳCMP が“Ｈ”レベルとなると、ＲＳフリップフロ
ップ回路１５のセット出力端子Ｑから出力される出力信
号ＳOUT は、“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルへと信号遷
移することとなる（図５（ｅ）、時刻ｔ2 参照）。
信号ＳCMP が“Ｈ”レベルとなると、ＲＳフリップフロ
ップ回路１５のセット出力端子Ｑから出力される出力信
号ＳOUT は、“Ｈ”レベルから“Ｌ”レベルへと信号遷
移することとなる（図５（ｅ）、時刻ｔ2 参照）。
【００３６】これらの結果、時刻ｔ1 から時刻ｔ2 まで
の時間は、熱伝播時間ＷＰに相当することとなり、この
熱伝播時間ＷＰが短ければ、流速は速く、熱伝播時間Ｗ
Ｐが長ければ、流速は遅いこととなる。図７に熱伝播時
間ＷＰの逆数と測定対象流体の流速の関係を示す。
の時間は、熱伝播時間ＷＰに相当することとなり、この
熱伝播時間ＷＰが短ければ、流速は速く、熱伝播時間Ｗ
Ｐが長ければ、流速は遅いこととなる。図７に熱伝播時
間ＷＰの逆数と測定対象流体の流速の関係を示す。
【００３７】図７において、縦軸は熱伝播時間ＷＰの逆
数（単位ｍｓｅｃ-1）であり、横軸は流速（単位ｍ／ｓ
ｅｃ）である。図７より熱伝播時間が短いほど流速が高
いことがわかる。そこで、演算装置１６は、出力信号Ｓ
OUT から熱伝播時間を求め、さらにこの逆数を求めて、
図７の関係より測定対象流体の流速を求める。
数（単位ｍｓｅｃ-1）であり、横軸は流速（単位ｍ／ｓ
ｅｃ）である。図７より熱伝播時間が短いほど流速が高
いことがわかる。そこで、演算装置１６は、出力信号Ｓ
OUT から熱伝播時間を求め、さらにこの逆数を求めて、
図７の関係より測定対象流体の流速を求める。
【００３８】より具体的には、熱伝播時間が４［ｍｓｅ
ｃ］であったとすると、熱伝播時間の逆数は、０．２５
［ｍｓｅｃ-1］となり、マイクロヒータ２の入力電圧Ｖ
ａ（＝矩形パルス信号ＳＰの電圧）＝４［Ｖ］の場合に
は、測定対象流体の流速は約１．３［ｍ／ｓｅｃ］とな
る。
ｃ］であったとすると、熱伝播時間の逆数は、０．２５
［ｍｓｅｃ-1］となり、マイクロヒータ２の入力電圧Ｖ
ａ（＝矩形パルス信号ＳＰの電圧）＝４［Ｖ］の場合に
は、測定対象流体の流速は約１．３［ｍ／ｓｅｃ］とな
る。
【００３９】以上の説明のように、本実施形態によれ
ば、流速センサの出力信号を電圧ではなく、パルス幅と
して処理しているため、測定精度の低下を招くことがな
いとともに、Ａ／Ｄ変換器を設ける必要がなく流速演算
制御回路の構成を簡素化することができる。
ば、流速センサの出力信号を電圧ではなく、パルス幅と
して処理しているため、測定精度の低下を招くことがな
いとともに、Ａ／Ｄ変換器を設ける必要がなく流速演算
制御回路の構成を簡素化することができる。
【００４０】また、流速センサの温度センサとして、サ
ーモパイルを用いているため、ブリッジ回路を構成する
必要もなく、必要なアンプ（実施形態におけるアンプ１
３）を設けるだけでよいので、流量計全体の回路構成も
簡略化することができる。
ーモパイルを用いているため、ブリッジ回路を構成する
必要もなく、必要なアンプ（実施形態におけるアンプ１
３）を設けるだけでよいので、流量計全体の回路構成も
簡略化することができる。
【００４１】
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ヒータ制
御手段は、外部のヒータを断続的に加熱すべく矩形パル
ス状の加熱制御信号を外部のヒータに出力するととも
に、加熱制御信号を流速演算手段に出力する。これによ
り外部のヒータは測定対象流体を断続的に加熱し、この
ヒータにより加熱と並行して、流速演算手段は、ヒータ
制御手段からの加熱制御信号及び温度センサからの温度
検出信号に基づいて熱伝播時間に対応するパルス幅を有
する熱伝播時間信号を生成し、熱伝播時間信号に基づい
て前記流体の流速を算出するので、温度センサの検出信
号を電圧で処理している場合と比較して、Ａ／Ｄ変換器
が不要となり、回路構成を簡略化することができる。
御手段は、外部のヒータを断続的に加熱すべく矩形パル
ス状の加熱制御信号を外部のヒータに出力するととも
に、加熱制御信号を流速演算手段に出力する。これによ
り外部のヒータは測定対象流体を断続的に加熱し、この
ヒータにより加熱と並行して、流速演算手段は、ヒータ
制御手段からの加熱制御信号及び温度センサからの温度
検出信号に基づいて熱伝播時間に対応するパルス幅を有
する熱伝播時間信号を生成し、熱伝播時間信号に基づい
て前記流体の流速を算出するので、温度センサの検出信
号を電圧で処理している場合と比較して、Ａ／Ｄ変換器
が不要となり、回路構成を簡略化することができる。
【００４２】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明の作用に加えて、前記ヒータ制御手段の発振手
段は、所定周波数を有し、かつ、矩形パルス状の基準周
波数信号を生成し駆動信号出力手段に出力し、駆動信号
出力手段は、基準周波数信号に基づいて矩形パルス状の
加熱制御信号を生成し外部のヒータ及び流速演算手段に
出力するので、外部のヒータの加熱タイミングを明確に
把握して、ヒータから温度センサに熱が伝導される際の
熱伝播時間を正確に算出して測定対象流体の流速を算出
できる。
載の発明の作用に加えて、前記ヒータ制御手段の発振手
段は、所定周波数を有し、かつ、矩形パルス状の基準周
波数信号を生成し駆動信号出力手段に出力し、駆動信号
出力手段は、基準周波数信号に基づいて矩形パルス状の
加熱制御信号を生成し外部のヒータ及び流速演算手段に
出力するので、外部のヒータの加熱タイミングを明確に
把握して、ヒータから温度センサに熱が伝導される際の
熱伝播時間を正確に算出して測定対象流体の流速を算出
できる。
【００４３】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は請求項２記載の発明の作用に加えて、流速演算手段の
温度検出パルス生成手段は、温度検出信号に基づいて温
度センサの検出温度が所定温度以上となっている時間間
隔に相当するパルス幅を有する矩形パルス状の温度検出
パルス信号を生成しＲＳフリップフロップ回路に出力
し、ＲＳフリップフロップ回路は、セット入力端子に加
熱制御信号が入力され、リセット入力端子に温度検出パ
ルス信号が入力され、セット出力端子から熱伝播時間信
号を生成し、演算手段に出力し、演算手段は、熱伝播時
間信号のパルス幅に基づいて流体の流速を算出するの
で、簡易な構成で熱伝播時間に相当するパルス幅を有す
る熱伝播時間信号を容易に得ることができ、正確な流速
を算出することができる。
は請求項２記載の発明の作用に加えて、流速演算手段の
温度検出パルス生成手段は、温度検出信号に基づいて温
度センサの検出温度が所定温度以上となっている時間間
隔に相当するパルス幅を有する矩形パルス状の温度検出
パルス信号を生成しＲＳフリップフロップ回路に出力
し、ＲＳフリップフロップ回路は、セット入力端子に加
熱制御信号が入力され、リセット入力端子に温度検出パ
ルス信号が入力され、セット出力端子から熱伝播時間信
号を生成し、演算手段に出力し、演算手段は、熱伝播時
間信号のパルス幅に基づいて流体の流速を算出するの
で、簡易な構成で熱伝播時間に相当するパルス幅を有す
る熱伝播時間信号を容易に得ることができ、正確な流速
を算出することができる。
【００４４】請求項４記載の発明によれば、請求項３記
載の作用に加えて、温度検出パルス生成手段の増幅手段
は、温度検出信号を増幅して比較手段に出力し、比較手
段は、増幅された温度検出信号を予め設定した基準比較
信号と比較することにより、温度検出パルス信号を生成
しＲＳフリップフロップ回路に出力するので、Ａ／Ｄ変
換器を用いることなく、温度検出信号を容易に温度検出
パルス信号に変換でき、回路構成を簡略化できる。
載の作用に加えて、温度検出パルス生成手段の増幅手段
は、温度検出信号を増幅して比較手段に出力し、比較手
段は、増幅された温度検出信号を予め設定した基準比較
信号と比較することにより、温度検出パルス信号を生成
しＲＳフリップフロップ回路に出力するので、Ａ／Ｄ変
換器を用いることなく、温度検出信号を容易に温度検出
パルス信号に変換でき、回路構成を簡略化できる。
【図１】実施形態の流量計の概要構成ブロック図であ
る。
る。
【図２】流速演算制御回路の概要構成ブロック図であ
る。
る。
【図３】流速センサの天面図である。
【図４】サーモパイルの天面図及び断面図である。
【図５】流速演算制御回路のタイミングチャートであ
る。
る。
【図６】流速演算制御回路の詳細波形説明図である。
【図７】流速と熱伝播時間の逆数の関係説明図である。
【図８】従来例の流速センサの斜視図及び断面図であ
る。
る。
【図９】従来例の流速センサを用いて流量計を構成する
場合の概要構成ブロック図である。
場合の概要構成ブロック図である。
１ 流量計 ２ マイクロヒータ ３ サーモパイル ４ 流速演算部 ５ 矩形パルス生成部 １０ 流速演算制御回路 １１ オシレータ １２ クロックジェネレータ １３ アンプ １４ コンパレータ １５ ＲＳフリップフロップ回路 １６ 演算装置 ２０ 流速センサ ２１ Ｓｉ基板 ２２ ダイアフラム ２３ 電源配線 ２３Ａ、２３Ｂ 電源端子 ２４ 出力配線 ２４Ａ、２４Ｂ 出力端子 ３Ａ 冷接点 ３Ｂ 温接点 ＳREF 基準発振信号 ＳＰ 矩形パルス信号 Ｔ 温度検出信号 ＡＴ 増幅温度検出信号 ＶREF 基準電圧 ＳCMP 比較結果信号 ＳOUT 出力信号
Claims (4)
- 【請求項１】 測定対象流体を加熱する外部のヒータを
制御するとともに、前記ヒータに対して前記測定対象流
体の下流側に配置され、かつ、前記測定対象流体を媒体
として前記ヒータから伝達される熱を検出する外部の温
度センサの温度検出信号に基づいて熱伝播時間を計測し
て前記測定対象流体の流速を算出する流速検出回路にお
いて、 前記ヒータを断続的に加熱すべく矩形パルス状の加熱制
御信号を出力するヒータ制御手段と、 前記加熱制御信号及び前記温度検出信号に基づいて熱伝
播時間に対応するパルス幅を有する熱伝播時間信号を生
成し、前記熱伝播時間信号に基づいて前記流体の流速を
算出する流速演算手段と、 を備えたことを特徴とする流速検出回路。 - 【請求項２】 請求項１記載の流速検出回路において、 前記ヒータ制御手段は、所定周波数を有し、かつ、矩形
パルス状の基準周波数信号を生成し出力する発振手段
と、 前記基準周波数信号に基づいて前記加熱制御信号を生成
し出力する駆動信号出力手段と、 を備えたことを特徴とする流速検出回路。 - 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載の流速検出回
路において、 前記流速演算手段は、前記温度検出信号に基づいて前記
温度センサの検出温度が所定温度以上となっている時間
間隔に相当するパルス幅を有する矩形パルス状の温度検
出パルス信号を生成し出力する温度検出パルス生成手段
と、 セット入力端子に前記加熱制御信号が入力され、リセッ
ト入力端子に前記温度検出パルス信号が入力され、セッ
ト出力端子から前記熱伝播時間信号を生成するＲＳフリ
ップフロップ回路と、 前記熱伝播時間信号のパルス幅に基づいて前記流体の流
速を算出する演算手段と、 を備えたことを特徴とする流速検出回路。 - 【請求項４】 請求項３記載の流速検出回路において、 前記温度検出パルス生成手段は、前記温度検出信号を増
幅して出力する増幅手段と、 増幅された前記温度検出信号を予め設定した基準比較信
号と比較することにより、前記温度検出パルス信号を生
成し出力する比較手段と、を備えたことを特徴とする流
速検出回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5605196A JPH09243426A (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 流速検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5605196A JPH09243426A (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 流速検出回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09243426A true JPH09243426A (ja) | 1997-09-19 |
Family
ID=13016294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5605196A Pending JPH09243426A (ja) | 1996-03-13 | 1996-03-13 | 流速検出回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09243426A (ja) |
-
1996
- 1996-03-13 JP JP5605196A patent/JPH09243426A/ja active Pending
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