JPH0953968A - 流量センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発熱用抵抗体への異物付着による測定精度の劣
化状況を診断する機能を備えた流量センサを提供する。 【解決手段】発熱用抵抗体ＲHと並列にスイッチング素
子Ｓ１と抵抗素子ＲSの直列回路を設け、前記スイッチ
ング素子Ｓ１を導通させて、発熱用抵抗体部の抵抗値を
強制的に変化させるとともに、この抵抗値の変化前後の
出力電圧値を比較するための信号処理回路が設けられて
いる。信号処理回路は、遅延回路Ａ，Ｂ、サンプルホー
ルド回路Ｃ，Ｄ、差分回路Ｅ、比較回路Ｆ及び論理積回
路Ｇを備えて構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流量センサに関
し、詳しくは、センサ素子である発熱用抵抗体への異物
付着による測定精度の劣化状況を診断する機能を備えた
流量センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】給湯器、空調機等の空気の流量（流速）
を測定する流量センサとして、発熱させた抵抗体を空気
等の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の流量センサがあ
る。

【０００３】図５は、このような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
路が形成されている。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）３０の入力端に
接続され、抵抗Ｒ１，Ｒ２の一端は差動増幅器３０の出
力端に、両抵抗体ＲH，ＲTの一端はグランド（アース）
に接続されている。

【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】流量の変化による発熱用抵抗体の放熱量に
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圧が変化し、差動
増幅器３０の出力端には流量に応じた出力電圧Ｖoutが
出力される。

【０００６】発熱用抵抗体ＲH及び温度補償用抵抗体ＲT
としては、図６に示すように、アルミナ等の絶縁基板１
１上に白金等の金属膜１２からなる抵抗パターン１４が
形成された感温抵抗体が用いられている。通常、抵抗パ
ターン形成領域には抵抗パターンを保護するためにガラ
ス等の保護コートが施されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような感熱式の流
量センサにおいては、センサ素子である感温抵抗体Ｒ
H，ＲTは常に、空気の流れの中にさらされており、使用
しているうちに、その表面にホコリ、ゴミ、油等の異物
が付着して、流量（流速）の測定精度が低下していく。
特に、発熱用抵抗体ＲHに異物が付着すると、発熱用抵
抗体ＲHと空気との熱伝導率、あるいは発熱用抵抗体ＲH
の熱容量が変化し、流量の測定（検出）精度が大幅に劣
化する。

【０００８】このような異物付着の対策として、従来
は、発熱用抵抗体ＲHの上流側にエアーフィルタを設
け、このエアーフィルタを定期的に交換する方法がとら
れていた。しかしながら、この方法では、フィルタの交
換時期の設定が難しく、また、測定（検出）精度の劣化
程度が分からないという問題があった。また、フィルタ
を用いても異物付着を完全に無くすことはできず、さら
に、エアーフィルタを使用できないあるいは交換できな
い用途、構造もあり、異物付着に対する充分な対策とは
ならなかった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、センサ素子であ
る発熱用抵抗体への異物付着による測定精度の劣化状況
を診断する機能を備えた流量センサを提供することにあ
る。

【００１０】

【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、前記流体の流量に対応し
た前記発熱用抵抗体の放熱を利用して流体の流量を検知
する流量センサであって、前記ブリッジ回路の発熱用抵
抗体部の抵抗値を強制的に変化させる手段が設けられ、
前記発熱用抵抗体部の抵抗値を変化させる直前と変化さ
せた直後の出力電圧値を比較して、前記発熱用抵抗体へ
の異物付着による流量測定精度の劣化状況を診断する機
能を備えていることを特徴とするものである。

【００１１】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
流量センサにおいて、前記発熱用抵抗体と並列にスイッ
チング素子と抵抗素子の直列回路を設け、前記スイッチ
ング素子を導通させることにより、前記発熱用抵抗体部
の抵抗値を強制的に変化させることを特徴とするもので
ある。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２に記載の流量センサにおいて、前記発熱用抵抗体
部の抵抗値を変化させる直前と変化させた直後の出力電
圧値を比較する手段として、遅延回路、サンプルホール
ド回路、差分回路及び比較回路からなる信号処理回路を
有していることを特徴とするものである。

【００１３】上記の構成によれば、ブリッジ回路の発熱
用抵抗体部の抵抗値を強制的に変化させ、抵抗値の変化
前後の出力電圧値を比較することにより、発熱用抵抗体
への異物付着による測定精度の劣化状況を確認すること
ができる。これは、発熱用抵抗体に異物が付着していな
い場合と付着した場合では抵抗値変化前後において、そ
の出力電圧値の変化幅が異なるためである。

【００１４】

【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す。

【００１５】図１は本発明の第１実施例に係る流量セン
サの回路図、図２は図１に示す回路各部での信号波形を
示すタイムチャート図であり、各信号波形は図１の各部
の符号と対比して示してある。図２の（ｄ）、（ｅ）、
（ｆ）、（ｈ）の各波形において破線は発熱用抵抗体に
異物が付着した場合の出力を示す。

【００１６】本実施例の流量センサは、図１に示すよう
に、発熱用抵抗体ＲHと温度補償用抵抗体ＲTと抵抗Ｒ１
と抵抗Ｒ２からなる抵抗ブリッジ回路の発熱用抵抗体Ｒ
Hの回路上の両端にはスイッチング素子Ｓ１と抵抗素子
ＲSの直列回路が接続され、前記ブリッジ回路に差動増
幅器３０が接続され、スイッチング素子Ｓ１を導通させ
て発熱用抵抗体ＲHの劣化状況を診断するための信号処
理回路が付加されて構成されている。本実施例では、ス
イッチング素子Ｓ１としてリードリレーを用いている
が、ソリッドステートリレー、トライアック、ＪＦＥＴ
等のスイッチング素子を用いてもよい。前記信号処理回
路は、遅延回路Ａ，Ｂ、サンプルホールド回路Ｃ，Ｄ、
差分回路Ｅ、比較回路Ｆ及び論理積回路Ｇで構成されて
いる。

【００１７】つまり、本実施例の流量センサでは、発熱
用抵抗体ＲHと並列にスイッチング素子Ｓ１と抵抗素子
ＲSの直列回路が設けられ、チェック信号を印加してス
イッチング素子Ｓ１を導通させる（ＯＮ状態とする）こ
とにより、ブリッジ回路の発熱用抵抗体部の抵抗値を強
制的に変化させるように構成されている。

【００１８】遅延回路Ａはチェック信号入力端ａとスイ
ッチング素子Ｓ１間に接続され、遅延回路Ｂは遅延回路
Ａの出力側ｂと差動増幅器３０の出力端ｄの間にサンプ
ルホールド回路Ｃを介して接続されている。つまり、サ
ンプルホールド回路Ｃは差動増幅器３０の出力端ｄと遅
延回路Ｂの出力側ｃに接続されている。サンプルホール
ド回路Ｄはチェック信号入力端ａと差動増幅器３０の出
力端ｄの間に接続されている。サンプルホールド回路
Ｃ，Ｄの出力端ｅ，ｆは差分回路Ｅの入力端にそれぞれ
接続され、差分回路Ｅの出力端ｈは比較回路Ｆの一入力
端に接続されている。論理積回路Ｇはチェック信号入力
端ａと遅延回路Ｂの出力側ｃに接続され、論理積回路Ｇ
の出力端ｇは差分回路Ｅに接続されている。

【００１９】以下、図２に示す信号波形のタイムチャー
トを用いて、本実施例の流量センサの動作を具体的に説
明する。

【００２０】（ａ）は発熱用抵抗体の劣化状況を診断す
るときにチェック信号入力端ａに印加されるチェック信
号の波形であり、０．５〜１．０sec幅のパルス信号が
用いられる。（ｂ）は遅延回路Ａを経由したチェック信
号の波形であり、（ｃ）は遅延回路Ａ及びＢを経由した
チェック信号の波形であり、（ｄ）は差動増幅器３０の
出力端ｄの信号、すなわち流量に対応して出力される流
量センサの出力電圧Ｖoutである。なお、遅延回路Ａ，
Ｂの遅延時間は、使用される条件から予測される流体速
度の変化速度よりも短く、かつスイッチング素子Ｓ１の
スイッチング時間（応答時間）よりも長い時間（通常、
０．１〜０．２sec）が設定される。

【００２１】（ｂ）に示す信号によりスイッチング素子
Ｓ１が導通（ＯＮ）状態になると抵抗素子ＲSが発熱用
抵抗体ＲHと並列に接続されるため、ブロック回路の発
熱用抵抗体部の抵抗値が減少し、スイッチング素子Ｓ１
がＯＮ状態の間、出力電圧Ｖoutは、（ｄ）に示すよう
に増大する。

【００２２】サンプルホールド回路Ｃ，Ｄはそれぞれ信
号（ａ），（ｃ）のパルス立上がりタイミングで出力信
号（ｄ）の波形をホールドし、信号（ａ），（ｃ）のパ
ルス立下がりタイミングで元の０Ｖoltレベルへと変化
するように設定されている。したがって、サンプルホー
ルド回路Ｃ，Ｄの出力信号はそれぞれ（ｅ），（ｆ）の
ようになり、信号（ｅ）と信号（ｆ）のレベル差はスイ
ッチング素子Ｓ１がＯＮされたことによる発熱用抵抗体
部の抵抗値の変化に起因したものである。なお、サンプ
ルホールド回路Ｃ、Ｄのデータ取り込みタイミングの時
間差は、流体の速度変化を無視できるレベルの極めて短
い時間に設定される。

【００２３】上記の信号（ｅ）と信号（ｆ）のレベル差
は、図２の実線と破線で示すように、発熱用抵抗体ＲH
への異物付着の程度により異なり、このレベル差を測定
することにより、発熱用抵抗体ＲHへの異物付着の程度
すなわち異物付着に起因する測定精度の劣化状況を判断
することができる。

【００２４】図３は図１に示す回路において、発熱用抵
抗体ＲHに異物が付着している場合と付着していない場
合のスイッチング素子Ｓ１のＯＮ状態及びＯＦＦ状態で
の風速と出力電圧値の関係を示す一例である。図３か
ら、スイッチング素子Ｓ１がＯＮ状態とＯＦＦ状態での
出力電圧の差は、いずれの風速においても異物が付着し
ている場合の方が異物が付着していない場合よりも大き
な値となっていることが分かる。

【００２５】（ｈ）は差分回路Ｅの出力信号であり、論
理積回路Ｇの出力（ｇ）の時間内において、信号（ｅ）
と信号（ｆ）のレベル差の絶対値が出力される。論理積
回路Ｇは、差分回路Ｅの出力時間をコントロールするた
めの回路であり、省くこともできる。

【００２６】そして、信号（ｈ）の電圧レベルと予め一
定の値に設定された判定信号Ｖｒｅｆの電圧レベルとを
比較して、異物付着により発熱用抵抗体ＲＨが劣化した
時には、比較回路Ｆから警告信号Ｖｗが出力されるよう
に構成されている。

【００２７】以上のように、本実施例の流量センサは、
ブリッジ回路の発熱用抵抗体部の抵抗値を強制的に変化
させ、抵抗値の変化前後の出力電圧値を比較判定する構
成となっているので、流体の流れを遮断する機構を設け
ることなく、発熱用抵抗体への異物付着の程度を容易に
診断することができる。

【００２８】したがって、この流量センサを用いたシス
テムのトラブルを未然に防止することができる。また、
発熱抵抗体への異物付着の程度を容易に判別できるの
で、ゴミ等の多い環境でも使用することが容易となる。
上記の異物付着の診断により、発熱用抵抗体が異常と判
断された場合は、通常、クリーニングや発熱用抵抗体の
取り替え等の処置が講じられる。

【００２９】次に、本発明の第２実施例に係る流量セン
サの構成を図４に示す。図４に示すように、本実施例の
流量センサには、判定信号Ｖrefが流体の流速（流量）
により可変される判定信号発生回路Ｈが付加されてい
る。判定信号発生回路Ｈはサンプルホールド回路Ｄの出
力端ｅと比較回路Ｆの一入力端に接続されている。他の
構成については、第１実施例と同様の構成であり、その
説明を省略する。

【００３０】発熱用抵抗体ＲHへの異物付着が同一量で
あっても、図３に示すように、流速（流量）の大小によ
り、抵抗値の変化前後の出力差が異なり、差分回路Ｅの
出力信号（ｈ）は異なる。このために、本実施例の流量
センサは、診断の直前の流速すなわちサンプルホールド
回路Ｄの出力信号（ｅ）により判定信号Ｖrefを変化さ
せるように構成されている。つまり、判定信号発生回路
Ｈは、演算回路やＲＯＭ等により予め設定された判定信
号Ｖrefをサンプルホールド回路Ｄの出力信号（ｅ）の
レベルに応じて発生するように構成されている。

【００３１】この構成により、第１実施例よりもより精
度の高い正確な診断を行うことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る流量
センサによれば、ブリッジ回路の発熱用抵抗体部の抵抗
値を強制的に変化させ、抵抗値の変化前後の出力電圧値
を比較することにより、発熱用抵抗体への異物付着によ
る測定精度の劣化状況を容易に確認することができる。

【００３３】したがって、本発明の流量センサを用いた
システムのトラブルを未然に防止することができる。ま
た、発熱抵抗体への異物付着の程度を容易に判別できる
ので、ゴミ等の多い環境でも使用することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る流量センサの構成を
示す回路図である。

【図２】図１に示す回路各部での信号波形を示すタイム
チャート図である。

【図３】図１に示す回路において、スイッチング素子の
ＯＮ状態及びＯＦＦ状態での風速と出力電圧の関係を示
す図である。

【図４】本発明の第２実施例に係る流量センサの構成を
示す回路図である。

【図５】感熱式の流量センサの基本回路構成を示す回路
図である。

【図６】本発明及び従来の発熱用抵抗体または温度補償
用抵抗体の外観斜視図である。

【符号の説明】

ＲH 発熱用抵抗体 ＲT 温度補償用抵抗体 ＲS 抵抗素子 Ｓ１ スイッチング素子 ３０ 差動増幅器 Ａ，Ｂ 遅延回路 Ｃ，Ｄ サンプルホールド回路 Ｅ 差分回路 Ｆ 比較回路 Ｇ 論理積回路 Ｈ 判定信号発生回路

Claims (3)

【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、前記流体の流量に対応した前記発熱用
   抵抗体の放熱を利用して流体の流量を検知する流量セン
   サであって、 前記ブリッジ回路の発熱用抵抗体部の抵抗値を強制的に
   変化させる手段が設けられ、前記発熱用抵抗体部の抵抗
   値を変化させる直前と変化させた直後の出力電圧値を比
   較して、前記発熱用抵抗体への異物付着による流量測定
   精度の劣化状況を診断する機能を備えていることを特徴
   とする流量センサ。
2. 【請求項２】 前記発熱用抵抗体と並列にスイッチング
   素子と抵抗素子の直列回路を設け、前記スイッチング素
   子を導通させることにより、前記発熱用抵抗体部の抵抗
   値を強制的に変化させることを特徴とする請求項１に記
   載の流量センサ。
3. 【請求項３】 前記発熱用抵抗体部の抵抗値を変化させ
   る直前と変化させた直後の出力電圧値を比較する手段と
   して、遅延回路、サンプルホールド回路、差分回路及び
   比較回路からなる信号処理回路を有していることを特徴
   とする請求項１または請求項２に記載の流量センサ。