JPH1019626A - 流速検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、流速センサが故障しているのか否か
ということを流速の測定中に検出できるようにする流速
検出装置の提供を目的とする。 【解決手段】基板上のダイアフラム部材に形成されるヒ
ータエレメント４と、ダイアフラム部材に形成されて、
流体移動に伴う熱移動により抵抗値を変化させる２つの
測温抵抗エレメント５,6と、基板上に形成されて、周囲
温度により抵抗値を変化させる周囲温度測温抵抗エレメ
ント７とで構成される流速センサを使い、ヒータエレメ
ント４と周囲温度測温抵抗エレメント７とを持つブリッ
ジ回路を使ってヒータエレメント４を周囲温度より規定
の高い温度値に加熱し、測温抵抗エレメントを持つブリ
ッジ回路を使って流体の流速に応じた電圧を発生するこ
とで流速を測定する構成を採るときにあって、ブリッジ
中間点の電位を基準値と比較することで、流速センサの
エレメントの故障発生を検出するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータエレメント
と、そのヒータエレメント上を移動する流体により引き
起こされる熱移動により抵抗値を変化させる測温抵抗エ
レメントとで構成される流速センサを使って流体の流速
を検出する流速検出装置に関し、特に、流速の測定中
に、流速センサが故障しているのか否かを常時検出でき
るようにする流速検出装置に関する。

【０００２】流体の流速を測定する流速センサに対して
は、燃焼制御系等に使用される場合、非常に高い信頼性
が要求されることになる。これから、流速の測定中に、
流速センサが故障しているのか否かを常時検出できるよ
うにする構成の構築が叫ばれている。

【０００３】

【従来の技術】本出願人は、特願平３-106528 号公報
で、ヒータエレメントと、そのヒータエレメント上を移
動する流体により引き起こされる熱移動により抵抗値を
変化させる測温抵抗エレメントとで構成される流速セン
サとして、高精度かつ高速応答を実現する微細加工ダイ
アフラム構成の流速センサを開示した。

【０００４】図１０（ａ）に、この微細加工ダイアフラ
ム構成の流速センサの一例の斜視図、図１０（ｂ）に、
その断面図を図示する。この図において、１は例えば単
結晶シリコンからなる約１.7ミリ角、厚さ約０.7ミリの
半導体基板であり、この半導体基板１の中央部には、異
方性エッチングにより空隙部２が形成されており、この
空隙部２の上部は、半導体基板１から空間的に隔離さ
れ、結果的に半導体基板１から熱的に絶縁されたダイア
フラム部３が形成されている。そして、このダイアフラ
ム部３の表面には、薄膜のヒータエレメント４と、それ
を挟む一対の薄膜の測温抵抗エレメント５,6とが形成さ
れ、更に、空隙部２の形成されていない半導体基板１の
表面には、薄膜の周囲温度測温抵抗エレメント７が形成
されている。

【０００５】このダイアフラム部３は、窒化シリコンや
酸化シリコンやポリイミド等のような絶縁性材料を使
い、例えば厚さ１ミクロン程度に形成されており、端部
からの熱伝導による損失は極めて小さく熱絶縁が実現さ
れている。ヒータエレメント４、測温抵抗エレメント
５,6、周囲温度測温抵抗エレメント７は、白金、ニッケ
ル、鉄・ニッケル合金、サーミスタ材料などの薄膜で作
られており、測温抵抗エレメント５,6及び周囲温度測温
抵抗エレメント７は、温度変化に応じて抵抗値が変化す
る特性を持つ。

【０００６】図１１に、この微細加工ダイアフラム構成
の流速センサの温度分布を示す。ヒータエレメント４の
発熱処理を司る制御回路は、ヒータエレメント４を、周
囲温度測温抵抗エレメント７で検出される周囲温度より
もある一定の温度差ｔhを持つ温度になるようにと加熱
する。このとき、流体が流れなければ、測温抵抗エレメ
ント5,6 の温度ｔ1,t2は、この図に示すようにほぼ等し
くなる。

【０００７】そして、例えば、測温抵抗エレメント５か
ら測温抵抗エレメント６の配設方向に流体が移動する
と、上流側の測温抵抗エレメント５は、冷却されてΔt1
だけ温度が下がり、下流側の測温抵抗エレメント６は、
熱移動により加熱されてΔt2だけ温度が上昇する。この
結果、測温抵抗エレメント５と測温抵抗エレメント６と
の間に温度差が生じ、これを受けて、測温抵抗エレメン
ト５,6を組み込んだホイーストンブリッジ回路等は、そ
の温度差により生ずる抵抗変化を電圧に変換することで
流体の流速に応じた電圧を出力する。

【０００８】このように構成される微細加工ダイアフラ
ム構成の流速センサは、熱絶縁された非常に薄いダイア
フラム部３を使って流速を検出することから、高感度
で、応答速度が速く、かつ低消費電力で流速を測定でき
るという特徴がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、このよ
うな微細加工ダイアフラム構成の流速センサを用いる場
合、その故障を検出する機能を持っていなかった。

【００１０】しかしながら、微細加工ダイアフラム構成
の流速センサの持つダイアフラム部３は、厚さが非常に
薄いため、誤った取り扱いや過大な風速への暴露によっ
て破損することが起こる。また、ヒータエレメント４や
測温抵抗エレメント5,6 や周囲温度測温抵抗エレメント
７は、微細パターンの薄膜でできており、過大電流や過
大電圧が印加された場合に焼損してしまう恐れがある。
また、電気的配線のために、電極部が露出した構造にな
っているので、導電性異物の付着・堆積によって電極間
が短絡することで、ヒータエレメント４や測温抵抗エレ
メント5,6 や周囲温度測温抵抗エレメント７が機能しな
くなる恐れがある。

【００１１】これから、微細加工ダイアフラム構成の流
速センサを実用化していくには、それが正常であるのか
否かということを常時検出できるようにする構成を構築
していく必要がある。

【００１２】特に、高い安全性が要求される工業用燃焼
制御用途に用いる場合には、誤った検出信号による誤っ
た燃焼制御を防止するために、この流速センサの診断機
能を具備していくことが不可欠となる。しかるに、従来
技術では、このような技術的手段を持っていないことか
ら、流速センサの正常／異常の診断ができず、これがた
めに燃焼制御全体の信頼性を低下させてしまうという欠
点があった。

【００１３】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、ヒータエレメントと、そのヒータエレメント
上を移動する流体により引き起こされる熱移動により抵
抗値を変化させる測温抵抗エレメントとで構成される流
速センサを使って流体の流速を検出する構成を採るとき
にあって、流速の測定中に、流速センサが故障している
のか否かを常時検出できるようにする新たな流速検出装
置の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の流速検出装置では、基板上に形成される薄
肉状のダイアフラム部材に形成されるヒータエレメント
と、ダイアフラム部材に形成され、ヒータエレメントの
両側に設けられて、ヒータエレメント上を移動する流体
により引き起こされる熱移動により抵抗値を変化させる
２つの測温抵抗エレメントと、基板上のダイアフラム部
材以外の部分に形成されて、周囲温度により抵抗値を変
化させる周囲温度測温抵抗エレメントと、ヒータエレメ
ント／周囲温度測温抵抗エレメント／固定抵抗で構成さ
れるブリッジ回路で構成されて、ヒータエレメントを周
囲温度より規定の高い温度値に加熱するヒータ加熱回路
と、測温抵抗エレメント／固定抵抗で構成されるブリッ
ジ回路で構成されて、ヒータエレメント上を移動する流
体の流速に応じた電圧を発生するセンサ検出回路とを備
える構成を採るときにあって、ヒータ加熱回路を構成す
るブリッジ回路のブリッジ中間点の電位を規定の基準値
と比較することで、ヒータエレメントと周囲温度測温抵
抗エレメントの故障発生を検出する異常検出回路を備え
る構成を採る。

【００１５】また、センサ検出回路を構成するブリッジ
回路のブリッジ中間点の電位を規定の基準値と比較する
ことで、測温抵抗エレメントの故障発生を検出する異常
検出回路を備える構成を採る。

【００１６】このように構成される本発明の流速検出装
置では、ヒータエレメントや周囲温度測温抵抗エレメン
トが断線したり短絡したりすると、ヒータ加熱回路を構
成するブリッジ回路のブリッジ中間点の電位が、正常状
態のときにとり得る値の範囲から外れることになるの
で、ヒータエレメントと周囲温度測温抵抗エレメントの
故障発生を検出する異常検出回路は、そのブリッジ中間
点の電位を規定の基準値と比較することで、ヒータエレ
メントや周囲温度測温抵抗エレメントに故障が発生した
のか否かを検出する。

【００１７】また、測温抵抗エレメントが断線したり短
絡したりすると、センサ検出回路を構成するブリッジ回
路のブリッジ中間点の電位が、正常状態のときにとり得
る値の範囲から外れることになるので、測温抵抗エレメ
ントの故障発生を検出する異常検出回路は、そのブリッ
ジ中間点の電位を規定の基準値と比較することで、測温
抵抗エレメントに故障が発生したのか否かを検出する。

【００１８】このように、本発明の流速検出装置によれ
ば、流速の測定中に、流速センサが故障しているのか否
かを常時検出できるようになるので、燃焼制御系のよう
な高い信頼性の要求される所にも適用できるようにな
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に従って本発明
を詳細に説明する。図１に、本発明を具備する流速検出
装置１０の装置構成を図示する。

【００２０】この図に示すように、本発明の流速検出装
置１０は、図１０に示した微細加工ダイアフラム構成で
構成されるヒータエレメント４／測温抵抗エレメント
５,6／周囲温度測温抵抗エレメント７を持つ流速センサ
２０と、流速センサ２０の持つヒータエレメント４及び
周囲温度測温抵抗エレメント７を回路要素として有し
て、ヒータエレメント４の加熱処理を制御する発熱制御
回路３０と、流速センサ２０の持つ測温抵抗エレメント
５,6を回路要素として有して、測温抵抗エレメント５,6
の抵抗値に応じた電圧を発生する温度差増幅回路４０
と、ヒータエレメント４／測温抵抗エレメント５,6／周
囲温度測温抵抗エレメント７の断線・短絡故障を検出す
る異常状態検出回路５０とを備える。

【００２１】このように、本発明の流速検出装置１０で
は、新たに異常状態検出回路５０を備えることを特徴と
する。図２に、本発明の一実施例を図示する。この実施
例は、発熱制御回路３０に対して異常状態検出回路５０
を付加した実施例である。

【００２２】この発熱制御回路３０は、ヒータエレメン
ト４と固定抵抗Ｒ１の直列接続と、周囲温度測温抵抗エ
レメント７と固定抵抗Ｒ２の直列接続とを並列に接続す
ることで構成されるホイーストンブリッジ回路と、ホイ
ーストンブリッジ回路の持つ２つの直列接続の中間点の
電圧差を増幅するオペアンプＵ１と、オペアンプＵ１の
出力に応じてホイーストンブッリジ回路に供給する電流
量を制御するトランジスタＱ１と、トランジスタＱ１の
バイアス用電圧を発生する固定抵抗Ｒ３,4とで構成され
る。ここで、ホイーストンブリッジ回路は、ヒータエレ
メント４及び周囲温度測温抵抗エレメント７の一端を接
地し、固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２の一端に直流電圧
を印加する構成を採っている。

【００２３】この構成に従って、トランジスタＱ１を介
して、ホイーストンブリッジ回路に電流が供給され、半
導体基板１から熱的に絶縁されているヒータエレメント
４は、温度上昇することで抵抗値ＲＨを増加させる。こ
れに対して、ヒータエレメント４から熱的に絶縁されて
いる半導体基板１は温度上昇せず、これから、半導体基
板１に接している周囲温度測温抵抗エレメント７は、そ
の抵抗値ＲＲを変化させない。従って、この発熱制御回
路３０は、「ＲＨ×Ｒ２＝ＲＲ×Ｒ１」になるところで
安定する。

【００２４】このようにして、発熱制御回路３０は、ヒ
ータエレメント４の抵抗値ＲＨと、周囲温度測温抵抗エ
レメント７の抵抗値ＲＲとの比“ＲＨ／ＲＲ”が一定、
すなわち周囲温度に対するヒータエレメント４の温度上
昇が一定になるようにと、ヒータエレメント４の発熱を
制御する。

【００２５】この動作のときに、ホイーストンブリッジ
回路の中間点の電圧は、規定の範囲の値を示すことにな
る。具体的に説明するならば、ホイーストンブッリジ回
路に供給される直流電圧が５Ｖであるときには、この電
圧は、１Ｖ〜２Ｖを示すことになる。すなわち、正常の
動作時には、オペアンプＵ１には、１Ｖ〜２Ｖの電圧が
入力されることになる。

【００２６】このように構成される場合に、ヒータエレ
メント４が断線すると、オペアンプＵ１の＋入力端子の
電圧は−入力端子の電圧よりも大きくなり、これを受け
て、オペアンプＵ１の出力は＋側に増加してトランジス
タＱ１はＯＦＦする。これから、オペアンプＵ１の＋入
力端子と−入力端子の電圧は０.1Ｖ以下に落ちる。ま
た、ヒータエレメント４が短絡すると、オペアンプＵ１
の＋入力端子の電圧は０Ｖになる。

【００２７】そして、周囲温度測温抵抗エレメント７が
断線すると、オペアンプＵ１の−入力端子の電圧は＋入
力端子の電圧よりも大きくなり、これを受けて、オペア
ンプＵ１の出力は−側に減少してトランジスタＱ１は飽
和状態となる。これから、オペアンプＵ１の−入力端子
の電圧は４.9Ｖ〜５Ｖになる。また、周囲温度測温抵抗
エレメント７が短絡すると、オペアンプＵ１の−入力端
子の電圧は０Ｖになる。

【００２８】すなわち、、オペアンプＵ１の＋入力端子
や−入力端子に入力される電圧は、正常動作時には
“１.5±０.5Ｖ”を示すのに対して、ヒータエレメント
４や周囲温度測温抵抗エレメント７が断線したり短絡す
ると、この範囲を外れた値を示すことになる。

【００２９】異常状態検出回路５０は、このオペアンプ
Ｕ１に入力される電圧を監視することで、ヒータエレメ
ント４や周囲温度測温抵抗エレメント７の断線・短絡故
障を検出するものであり、ヒータエレメント４の断線・
短絡故障を検出するために用意されて、オペアンプＵ１
の＋入力端子の電圧を入力とする第１のウィンドウコン
パレータ５１と、周囲温度測温抵抗エレメント７の断線
・短絡故障を検出するために用意されて、オペアンプＵ
１の−入力端子の電圧を入力とする第２のウィンドウコ
ンパレータ５２と、第１のウィンドウコンパレータ５１
が異常を出力するときと、第２のウィンドウコンパレー
タ５２が異常を出力するときには、外部に対して異常を
出力するＯＲ回路５３とを備える。

【００３０】この第１のウィンドウコンパレータ５１や
第２のウィンドウコンパレータ５２は、図３に示すよう
に、直列に接続される固定抵抗Ｒ５〜Ｒ７の抵抗分割に
より生成される基準値“ＶＮ＋Ｖth”と、発熱制御回路
３０から入力されるホイーストンブリッジ回路の中間点
の電圧Ｖinとを入力として、「Ｖin＞ＶＮ＋Ｖth」のと
きにハイレベルを出力するコンパレータＵ３と、直列に
接続される固定抵抗Ｒ５〜Ｒ７の抵抗分割により生成さ
れる基準値“ＶＮ−Ｖth”と、発熱制御回路３０から入
力されるホイーストンブリッジ回路の中間点の電圧Ｖin
とを入力として、「Ｖin＜ＶＮ−Ｖth」のときにハイレ
ベルを出力するコンパレータＵ４と、２つのコンパレー
タＵ3,Ｕ４の出力値の論理和値を算出して出力するＯＲ
回路Ｕ５とで構成される。

【００３１】この構成に従って、第１のウィンドウコン
パレータ５１や第２のウィンドウコンパレータ５２は、
図４に示すように、発熱制御回路３０から入力されるホ
イーストンブリッジ回路の中間点の電圧Ｖinが、「ＶＮ
−Ｖth≦Ｖin≦ＶＮ＋Ｖth」の範囲にあるときにはロー
レベルを出力し、それ以外のときにはハイレベルを出力
するよう動作する。

【００３２】これから、図２に示した実施例では、正常
動作時には、発熱制御回路３０のオペアンプＵ１の＋入
力端子には“１.5±０.5Ｖ”が入力され、ヒータエレメ
ント４の断線・短絡故障時には、それ以外の電圧が入力
されるという特性を考慮して、第１のウィンドウコンパ
レータ５１は、“ＶＮ”を１.5Ｖに設定するとともに、
“Ｖth”を０.5Ｖに設定しておくことで、ヒータエレメ
ント４が断線・短絡故障するときにはハイレベルを出力
し、正常動作しているときにローレベルを出力する。そ
して、これを受けて、異常状態検出回路５０は、外部に
対して、ヒータエレメント４に故障が発生しているのか
否かを通知していくよう処理する。

【００３３】また、正常動作時には、発熱制御回路３０
のオペアンプＵ１の−入力端子には“１.5±０.5Ｖ”が
入力され、周囲温度測温抵抗エレメント７の断線・短絡
故障時には、それ以外の電圧が入力されるという特性を
考慮して、第２のウィンドウコンパレータ５２は、“Ｖ
Ｎ”を１.5Ｖに設定するとともに、“Ｖth”を０.5Ｖに
設定しておくことで、周囲温度測温抵抗エレメント７が
断線・短絡故障するときにはハイレベルを出力し、正常
動作しているときにローレベルを出力する。そして、こ
れを受けて、異常状態検出回路５０は、外部に対して、
周囲温度測温抵抗エレメント７に故障が発生しているの
か否かを通知していくよう処理する。

【００３４】このようにして、本発明の流速検出装置１
０は、ヒータエレメント４が断線・短絡故障したり、周
囲温度測温抵抗エレメント７が断線・短絡故障すると、
その旨を外部に出力できるようになる。

【００３５】なお、上述したように、ヒータエレメント
４が断線すると、オペアンプＵ１の＋入力端子の電圧は
０.1Ｖ以下に落ち、ヒータエレメント４が短絡すると、
オペアンプＵ１の＋入力端子の電圧は０Ｖになる。従っ
て、第１のウィンドウコンパレータ５２については、ウ
ィンドウ機能を持つ必要はなく、単なるコンパレータ機
能があれば足りる。

【００３６】図２の実施例では、発熱制御回路３０のホ
イーストンブリッジ回路が、ヒータエレメント４及び周
囲温度測温抵抗エレメント７の一端を接地し、固定抵抗
Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２の一端に直流電圧を印加する構成
を採ったが、固定抵抗Ｒ１及び固定抵抗Ｒ２の一端を接
地し、ヒータエレメント４及び周囲温度測温抵抗エレメ
ント７の一端に直流電圧を印加する構成を採ることも可
能である。

【００３７】この構成を採ると、ヒータエレメント４が
断線するときには、オペアンプＵ１の＋入力端子の電圧
は０Ｖになり、ヒータエレメント４が短絡するときに
は、トランジスタＱ１がＯＦＦすることで、オペアンプ
Ｕ１の＋入力端子の電圧は０.1Ｖ以下になる。そして、
周囲温度測温抵抗エレメント７が断線するときには、オ
ペアンプＵ１の−入力端子の電圧は０Ｖになり、周囲温
度測温抵抗エレメント７が短絡するときには、トランジ
スタＱ１が飽和状態になることで、オペアンプＵ１の−
入力端子の電圧は４.9Ｖ〜５Ｖになる。従って、図２に
示した異常状態検出回路５０を使って、ヒータエレメン
ト４及び周囲温度測温抵抗エレメント７の故障を出力で
きる。

【００３８】また、図２の実施例では、発熱制御回路３
０のホイーストンブリッジ回路が、ヒータエレメント４
と固定抵抗Ｒ１の直列接続と、周囲温度測温抵抗エレメ
ント７と固定抵抗Ｒ２の直列接続とを並列的に接続する
構成を採ったが、図５に示すように、ヒータエレメント
４と周囲温度測温抵抗エレメント７の直列接続と、固定
抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２の直列接続とを並列的に接続す
る構成を採ることも可能である。この構成を採ると、異
常状態検出回路５０は、ヒータエレメント４と周囲温度
測温抵抗エレメント７との接続点の電圧ＶRHを入力とす
る１つのコンパレータ５４を備えるだけで足りる。

【００３９】図５の実施例について簡単に説明するなら
ば、オペアンプＵ１の＋入力端子の電圧ＶRHは、正常動
作時には“１.5±０.5Ｖ”であるのに対して、ヒータエ
レメント４が断線するときには、トランジスタＱ１がＯ
ＦＦすることで０.1Ｖ以下となり、ヒータエレメント４
が短絡するときには０Ｖとなる。そして、周囲温度測温
抵抗エレメント７が断線するときには０Ｖとなり、周囲
温度測温抵抗エレメント７が短絡するときには、トラン
ジスタＱ１がＯＦＦすることで０.1Ｖ以下となるので、
コンパレータ５４は、この電圧ＶRHの値を判断すること
で、外部に対して、ヒータエレメント４及び周囲温度測
温抵抗エレメント７に故障が発生しているのか否かを通
知していくよう処理することになる。

【００４０】図６に、本発明の一実施例を図示する。こ
の実施例は、温度差増幅回路４０に対して異常状態検出
回路５０を付加した実施例である。この温度差増幅回路
４０は、測温抵抗エレメント５と固定抵抗Ｒ11の直列接
続と、測温抵抗エレメント６と固定抵抗Ｒ12の直列接続
とを並列に接続することで構成されるホイーストンブリ
ッジ回路と、このホイーストンブリッジ回路の持つ２つ
の直列接続の中間点の電圧差を増幅する計測アンプ４１
とで構成される。ここで、ホイーストンブリッジ回路
は、測温抵抗エレメント５,6の一端を接地し、固定抵抗
Ｒ11，Ｒ12の一端に直流電圧を印加する構成を採ってい
る。

【００４１】この構成に従って、温度差増幅回路４０
は、流体の流速により変化する測温抵抗エレメント５,6
の抵抗値に応じた電圧を発生する。この動作のときに、
ホイーストンブリッジ回路の中間点の電圧は、規定の範
囲の値を示すことになる。具体的に説明するならば、ホ
イーストンブッリジ回路に供給される直流電圧が２Ｖで
あるときには、この電圧は、０.5Ｖ〜１.5Ｖを示すこと
になる。

【００４２】このように構成される場合に、測温抵抗エ
レメント５が断線すると、測温抵抗エレメント５と固定
抵抗Ｒ11との接続点の電圧Ｖｕは２Ｖになる。また、測
温抵抗エレメント５が短絡すると、この電圧Ｖｕは０Ｖ
になる。

【００４３】そして、測温抵抗エレメント６が断線する
と、測温抵抗エレメント６と固定抵抗Ｒ12との接続点の
電圧Ｖｄは２Ｖになる。また、測温抵抗エレメント６が
短絡すると、この電圧Ｖｄは０Ｖになる。

【００４４】すなわち、測温抵抗エレメント５と固定抵
抗Ｒ11との接続点の電圧Ｖｕは、、正常動作時には
“１.0±０.5Ｖ”となるのに対して、測温抵抗エレメン
ト５が断線したり短絡すると、この範囲を外れた値とな
る。また、測温抵抗エレメント６と固定抵抗Ｒ12との接
続点の電圧Ｖｄは、正常動作時には“１.0±０.5Ｖ”と
なるのに対して、測温抵抗エレメント６が断線したり短
絡すると、この範囲を外れた値となる。

【００４５】異常状態検出回路５０は、この電圧Ｖｕ，
Ｖｄを監視することで、測温抵抗エレメント５,6の断線
・短絡故障を検出するものであり、測温抵抗エレメント
５の断線・短絡故障を検出するために用意され、測温抵
抗エレメント５と固定抵抗Ｒ11との接続点の電圧Ｖｕを
入力とする図３に示した回路構成を採る第１のウィンド
ウコンパレータ５５と、測温抵抗エレメント６の断線・
短絡故障を検出するために用意され、測温抵抗エレメン
ト６と固定抵抗Ｒ12との接続点の電圧Ｖｄを入力とする
図３に示した回路構成を採る第２のウィンドウコンパレ
ータ５６と、第１のウィンドウコンパレータ５５が異常
を出力するときと、第２のウィンドウコンパレータ５６
が異常を出力するときには、外部に対して異常を出力す
るＯＲ回路５７とを備える。

【００４６】図３で説明したように、第１のウィンドウ
コンパレータ５５や第２のウィンドウコンパレータ５６
は、図４に示すように、温度差増幅回路４０から入力さ
れるホイーストンブリッジ回路の中間点の電圧Ｖinが、
「ＶＮ−Ｖth≦Ｖin≦ＶＮ＋Ｖth」の範囲にあるときに
ローレベルを出力し、それ以外のときにハイレベルを出
力するよう動作する。

【００４７】これから、図６に示した実施例では、測温
抵抗エレメント５と固定抵抗Ｒ11との接続点の電圧Ｖｕ
は、正常動作時には“１.0±０.5Ｖ”を示し、測温抵抗
エレメント５の断線・短絡故障時には、それ以外の電圧
を示すという特性を考慮して、第１のウィンドウコンパ
レータ５５は、“ＶＮ”を１.0Ｖに設定するとともに、
“Ｖth”を０.5Ｖに設定しておくことで、測温抵抗エレ
メント５が断線・短絡故障するときにはハイレベルを出
力し、正常動作しているときにローレベルを出力する。
そして、これを受けて、異常状態検出回路５０は、外部
に対して測温抵抗エレメント５に故障が発生しているの
か否かを通知していくよう処理する。

【００４８】また、測温抵抗エレメント６と固定抵抗Ｒ
12との接続点の電圧Ｖｄは、正常動作時には“１.0±
０.5Ｖ”を示し、測温抵抗エレメント６の断線・短絡故
障時には、それ以外の電圧を示すという特性を考慮し
て、第２のウィンドウコンパレータ５５は、“ＶＮ”を
１.0Ｖに設定するとともに、“Ｖth”を０.5Ｖに設定し
ておくことで、測温抵抗エレメント６が断線・短絡故障
するときにはハイレベルを出力し、正常動作していると
きにローレベルを出力する。そして、これを受けて、異
常状態検出回路５０は、外部に対して、測温抵抗エレメ
ント６に故障が発生しているのか否かを通知していくよ
う処理する。

【００４９】このようにして、本発明の流速検出装置１
０は、測温抵抗エレメント５,6が断線・短絡故障する
と、その旨を外部に出力できるようになる。図６の実施
例では、温度差増幅回路４０のホイーストンブリッジ回
路が、測温抵抗エレメント５,6の一端を接地し、固定抵
抗Ｒ11，Ｒ12の一端に直流電圧を印加する構成を採った
が、固定抵抗Ｒ11，Ｒ12の一端を接地し、測温抵抗エレ
メント５,6の一端に直流電圧を印加する構成を採ること
も可能である。

【００５０】この構成を採ると、測温抵抗エレメント５
が断線するときには、測温抵抗エレメント５と固定抵抗
Ｒ11との接続点の電圧Ｖｕは０Ｖとなり、測温抵抗エレ
メント５が短絡するときには、この電圧Ｖｕは２Ｖとな
る。そして、測温抵抗エレメント６が断線するときに
は、測温抵抗エレメント６と固定抵抗Ｒ12との接続点の
電圧Ｖｄは０Ｖとなり、測温抵抗エレメント６が短絡す
るときには、この電圧Ｖｄは２Ｖとなる。従って、図６
に示した異常状態検出回路５０を使って、測温抵抗エレ
メント５,6の故障を出力できる。

【００５１】また、図６の実施例では、温度差増幅回路
４０のホイーストンブリッジ回路が、測温抵抗エレメン
ト５と固定抵抗Ｒ11の直列接続と、測温抵抗エレメント
６と固定抵抗Ｒ12の直列接続とを並列的に接続する構成
を採ったが、図７に示すように、測温抵抗エレメント５
と測温抵抗エレメント６の直列接続と、固定抵抗Ｒ11と
固定抵抗Ｒ12の直列接続とを並列的に接続する構成を採
ることも可能である。この構成を採ると、異常状態検出
回路５０は、測温抵抗エレメント５と測温抵抗エレメン
ト６との接続点の電圧Ｖudを入力とする１つのウィンド
ウコンパレータ５８を備えるだけで足りる。

【００５２】図７の実施例について簡単に説明するなら
ば、測温抵抗エレメント５と測温抵抗エレメント６との
接続点の電圧Ｖudは、正常動作時には“１.0±０.5Ｖ”
となるのに対して、測温抵抗エレメント５が断線すると
きには２Ｖとなり、測温抵抗エレメント５が短絡すると
きには０Ｖとなる。そして、測温抵抗エレメント６が断
線するときには０Ｖとなり、測温抵抗エレメント６が短
絡するときには２Ｖとなるので、ウィンドウコンパレー
タ５８は、この電圧Ｖudの電圧値を判断することで、外
部に対して、測温抵抗エレメント５,6に故障が発生して
いるのか否かを通知していくよう処理することになる。

【００５３】異常状態検出回路５０で用いるウィンドウ
コンパレータは、図３に示す回路構成のものに限られる
ものではなく、別のアナログ回路でも実現できるし、デ
ィジタル的に実現することも可能である。

【００５４】図８（ａ）に、アナログ回路で実現するウ
ィンドウコンパレータの他の実施例を図示する。この図
８（ａ）に示すウィンドウコンパレータは、ボルテージ
フォロワＵ２でもって入力電圧Ｖinのインピーダンスを
下げた後、図８（ｂ）に示す回路構成で実現される２つ
の定電圧回路Ｖthで、“Ｖin＋Ｖth”と“Ｖin−Ｖth”
とを生成し、コンパレータＵ３で、抵抗分割により生成
される電圧ＶＮと、この“Ｖin＋Ｖth”とを比較して、
「ＶＮ＞Ｖin＋Ｖth」のときにハイレベルを出力させる
とともに、コンパレータＵ４で、抵抗分割により生成さ
れる電圧ＶＮと、この“Ｖin−Ｖth”とを比較して、
「Ｖin−Ｖth＞ＶＮ」のときにハイレベルを出力させ
て、これらのハイレベル出力をＯＲ回路Ｕ５を介して出
力することで、図４に示したウィンドウコンパレータ特
性を得るものである。

【００５５】また、図９に、ディジタル的に実現する異
常状態検出回路５０の他の実施例を図示する。この実施
例の異常状態検出回路５０は、マイクロコンピュータＭ
ＰＵと、マルチプレクサＭＰＸと、Ａ／Ｄコンバータと
で構成されるものであり、マイクロコンピュータＭＰＵ
が、ｎ個の基準電圧ＶＮi とｎ個の閾値電圧Ｖth-iとを
記憶する構成を採って、マルチプレクサＭＰＸを制御す
ることで、検出対象となるｎ個の入力電圧Ｖin-iを選択
し、それをＡ／Ｄコンバータを使ってディジタル値に変
換して読み込み、“Ｖin-i−ＶＮi ”の絶対値が閾値Ｖ
th-iよりも大きいのか否かを判断して、１つでも大きい
ものがあることを判断するときに、エラーメッセージを
出力する構成を採っている。ここで、既知の電圧Ｖｐを
読み込む構成を採っているのは、これを使って、読み込
んだ入力電圧Ｖin-iの正しい電圧値を得る構成を採って
いるからである。

【００５６】図９の異常状態検出回路５０を上述の実施
例に適用する場合には、図２に示したヒータエレメント
４と固定抵抗Ｒ１との接続点の電圧ＶＨをＶin-1として
入力し、図２に示した周囲温度測温抵抗エレメント７と
固定抵抗Ｒ２との接続点の電圧ＶＲをＶin-2として入力
し、図６に示した測温抵抗エレメント５と固定抵抗Ｒ11
との接続点の電圧ＶｕをＶin-3として入力し、図６に示
した測温抵抗エレメント６と固定抵抗Ｒ12との接続点の
電圧ＶｄをＶin-4として入力する。

【００５７】そして、電圧ＶＨに対する基準電圧ＶＮ１
として１.5Ｖを設定し、電圧ＶＲに対する基準電圧ＶＮ
２として１.5Ｖを設定し、電圧Ｖｕに対する基準電圧Ｖ
Ｎ３として１.0Ｖを設定し、電圧Ｖｄに対する基準電圧
ＶＮ４として１.0Ｖを設定するとともに、電圧ＶＨに対
する閾値電圧Ｖth-1として０.5Ｖを設定し、電圧ＶＲに
対する閾値電圧Ｖth-2として０.5Ｖを設定し、電圧Ｖｕ
に対する閾値電圧Ｖth-3として０.5Ｖを設定し、電圧Ｖ
ｄに対する閾値電圧Ｖth-4として０.5Ｖを設定する。

【００５８】これを受けて、マイクロコンピュータＭＰ
Ｕは、電圧ＶＨが１.5±０.5Ｖを外れるか、電圧ＶＲが
１.5±０.5Ｖを外れるか、電圧Ｖｕが１.0±０.5Ｖを外
れるか、電圧Ｖｄが１.0±０.5Ｖを外れるときに、エラ
ーメッセージを出力することで、ヒータエレメント４／
測温抵抗エレメント５,6／周囲温度測温抵抗エレメント
７に故障が発生したことを外部に出力することになる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒータエレメントと、そのヒータエレメント上を移動す
る流体により引き起こされる熱移動により抵抗値を変化
させる測温抵抗エレメントとで構成される流速センサを
使って流体の流速を検出する構成を採るときにあって、
流速の測定中に、その流速センサが故障しているのか否
かということを常時検出できるようになる。

【００６０】これから、燃焼制御系等のような劣悪な環
境で使用されるのにもかかわらず、高い信頼性が要求さ
れるようなシステムに対しても、この流速センサを使っ
て流体の流速を高精度かつ高速応答で測定できるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置構成図である。

【図２】本発明の一実施例である。

【図３】ウィンドウコンパレータの一実施例である。

【図４】ウィンドウコンパレータの特性説明図である。

【図５】本発明の他の実施例である。

【図６】本発明の一実施例である。

【図７】本発明の他の実施例である。

【図８】ウィンドウコンパレータの他の実施例である。

【図９】異常状態検出回路の他の実施例である。

【図１０】微細加工ダイアフラム構成の流速センサの説
明図である。

【図１１】微細加工ダイアフラム構成の流速センサの説
明図である。

【符号の説明】

４ ヒータエレメント ５ 測温抵抗エレメント ６ 測温抵抗エレメント ７ 周囲温度測温抵抗エレメント １０ 流速検出装置 ２０ 流速センサ ３０ 発熱制御回路 ４０ 温度差増幅回路 ５０ 異常状態検出回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成される薄肉状のダイアフラ
   ム部材に形成されるヒータエレメントと、 上記ダイアフラム部材に形成され、上記ヒータエレメン
   トの両側に設けられて、上記ヒータエレメント上を移動
   する流体により引き起こされる熱移動により抵抗値を変
   化させる２つの測温抵抗エレメントと、 基板上の上記ダイアフラム部材以外の部分に形成され
   て、周囲温度により抵抗値を変化させる周囲温度測温抵
   抗エレメントと、 上記ヒータエレメントと、上記周囲温度測温抵抗エレメ
   ントと、固定抵抗とで構成されるブリッジ回路で構成さ
   れて、上記ヒータエレメントを周囲温度より規定の高い
   温度値に加熱するヒータ加熱回路と、 上記測温抵抗エレメントと、固定抵抗とで構成されるブ
   リッジ回路で構成されて、上記ヒータエレメント上を移
   動する流体の流速に応じた電圧を発生するセンサ検出回
   路と、 上記ヒータ加熱回路を構成するブリッジ回路のブリッジ
   中間点の電位を規定の基準値と比較することで、上記ヒ
   ータエレメントと上記周囲温度測温抵抗エレメントの故
   障発生を検出する異常検出回路とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。
2. 【請求項２】 基板上に形成される薄肉状のダイアフラ
   ム部材に形成されるヒータエレメントと、 上記ダイアフラム部材に形成され、上記ヒータエレメン
   トの両側に設けられて、上記ヒータエレメント上を移動
   する流体により引き起こされる熱移動により抵抗値を変
   化させる２つの測温抵抗エレメントと、 基板上の上記ダイアフラム部材以外の部分に形成され
   て、周囲温度により抵抗値を変化させる周囲温度測温抵
   抗エレメントと、 上記ヒータエレメントと、上記周囲温度測温抵抗エレメ
   ントと、固定抵抗とで構成されるブリッジ回路で構成さ
   れて、上記ヒータエレメントを周囲温度より規定の高い
   温度値に加熱するヒータ加熱回路と、 上記測温抵抗エレメントと、固定抵抗とで構成されるブ
   リッジ回路で構成されて、上記ヒータエレメント上を移
   動する流体の流速に応じた電圧を発生するセンサ検出回
   路と、 上記センサ検出回路を構成するブリッジ回路のブリッジ
   中間点の電位を規定の基準値と比較することで、上記測
   温抵抗エレメントの故障発生を検出する異常検出回路と
   を備えることを、 特徴とする流速検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の流速検出装置にお
   いて、 異常検出回路は、基準値として、第１の基準値と第２の
   基準値とを生成する構成を採って、ブリッジ中間点の電
   位が、該第１の基準値と該第２の基準値との間の範囲に
   入るのか否かを判断することで、故障発生を検出するよ
   う処理することを、 特徴とする流速検出装置。