JPH10332454A

JPH10332454A - 感熱式流速検出装置

Info

Publication number: JPH10332454A
Application number: JP9139638A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Nakayama; 義宣中山
Original assignee: Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Elemex Corp; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱抵抗体が帰還ループ中に入らず、流体の
流速検出に関わる２つの発熱抵抗体の抵抗値の差そのも
のにできるだけ近い物理量を直接的に測定することで、
流速に関係する出力を大きく取り出せるようにする。【解決手段】流体の流れに対して上・下流に配設され
る発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdと、発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdを入
力抵抗とする演算増幅回路６による加算器と、発熱抵抗
体Ｒ_hu，Ｒ_hdの各々に接続されて大きさが同じで極性の
異なる電圧を供給する基準電圧電源９，１０とを備え
る。ブリッジ回路を用いることのないこのような最も基
本的かつシンプルで加算器を利用して発熱抵抗体Ｒ_hu，
Ｒ_hdを駆動する構成の下に、流体の流速検出に関わる２
つの発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの抵抗値の差そのものにでき
るだけ近い物理量がＶ_out＝−Ｒ_f・Ｖ_h ・（１／Ｒ_hu
−１／Ｒ_hd）に基づき直接的に測定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスメータ、フロ
ーメータ等の分野で用いられる一対の発熱抵抗体を利用
した感熱式流速検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の感熱式流速検出装置の一例を図７
を参照して説明する。図７に示す感熱式流速検出装置
は、特表平８−５０９０６６号公報中に示される熱質量
流量トランスデューサ（マスフローメータ型流速セン
サ）１００の例である。このトランスデューサ１００
は、４つの抵抗素子１０１〜１０４による平衡ブリッジ
回路１０５を含む構成とされている。ここに、抵抗素子
１０１，１０２はそれらの抵抗値及び熱係数が同一であ
る標準抵抗とされ、抵抗素子１０３，１０４はそれらの
抵抗値及び熱係数が同一である発熱抵抗体とされてい
る。発熱抵抗体となる抵抗素子１０３，１０４は測定対
象となるガスが流れるセンサ管１０６に対して上流側と
下流側とに位置させて配設されている。抵抗素子１０
１，１０２間の接続点ａは演算増幅器１０７の反転入力
に接続されている。この演算増幅器１０７は非反転入力
が接地されたもので、出力側はトランジスタ１０８のベ
ースに接続されている。このトランジスタ１０８のエミ
ッタは抵抗素子１０２，１０３間の接続点ｂに接続さ
れ、例えば−１５Ｖの負の電圧源１０９に接続されてい
る。一方、抵抗素子１０１，１０４間の接続点ｄは例え
ば１５Ｖの正の電圧源１１０によって電力が供給される
定電流源１１１に接続されている。発熱抵抗体である抵
抗素子１０３，１０４間の接続点ｃは演算増幅器１１２
の反転入力に接続されている。この演算増幅器１１２は
非反転入力が接地されたもので、その出力がトランスデ
ューサ１００としての出力とされている。１１３は演算
増幅器１１２における帰還抵抗である。

【０００３】ここに、定電流源１１１は抵抗素子１０
３，１０４を流れ、抵抗素子１０１，１０２を流れる電
流を与える。抵抗素子１０１，１０２と演算増幅器１０
７とトランジスタ１０８とは接続点ｄ，ｂにおける電圧
を大きさが等しく極性が逆になるように維持させる動作
を行い、接続点ａの電圧を仮想的な接地（グランド）に
維持する制御システム１１４を形成している。即ち、抵
抗素子１０３にかかる電圧と抵抗素子１０４にかかる電
圧とが等しくなるように制御がかけられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図７に示す
ような従来方式の場合、演算増幅器１０７によって平衡
ブリッジ回路１０５に対して帰還制御をかけるわけであ
るが、発熱抵抗体となる抵抗素子１０３，１０４がこの
演算増幅器１０７の帰還ループ（接続点ａ‐演算増幅器
１０７‐トランジスタ１０８‐接続点ｂ）の中に入って
いる構成とされている。この結果、抵抗素子１０３，１
０４の温度が安定する時間がガスの温度によって影響を
受けるため、制御状態にも影響を及ぼす。

【０００５】この点は、例えば電池などを用いて低消費
電力で駆動させようとする場合に問題となる。つまり、
数秒に１回のパルス駆動を行うことで間欠的な測定を実
施するような応用例では、パルス駆動によって発熱抵抗
体（抵抗素子１０３，１０４）を加熱し発熱抵抗体の温
度が安定するまで待ってから、測定を行うため、ガスの
温度の影響を受けて発熱抵抗体の温度の安定時間の変化
がわかりにくくなるような帰還制御がないことが望まし
い。

【０００６】また、電池駆動の場合には、低電圧で駆動
し得ることが重要である。図７に例示した方式では、±
１５Ｖの電源を想定しているため、様々なバイアスが必
要になる帰還回路（演算増幅器１０７，１１４等）や定
電流源１１１があっても動作可能であるが、一層低い電
圧、例えば±５Ｖ、或いは、±２〜３Ｖ以内の電圧に抑
えたい場合には実現が困難となる。

【０００７】そこで、本発明は、発熱抵抗体が帰還ルー
プ中に入ることがなく、流体の流速検出に関わる２つの
発熱抵抗体の抵抗値の差そのものにできるだけ近い物理
量を直接的に測定することで、流速に関係する出力を大
きく取り出すことができ、ＳＮ比の改善、外乱ノイズの
回避、流体温度の影響の除去等を図れる感熱式流速検出
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の加
算器を利用して発熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装
置は、流体の流れに対して上流側と下流側とに配設され
る２つの発熱抵抗体と、これらの発熱抵抗体を入力抵抗
とする演算増幅回路による加算器と、前記発熱抵抗体の
各々に接続されて大きさが同じで極性の異なる電圧を供
給する２つの基準電圧電源とを備える。従って、一対の
発熱抵抗体を用いる方式において、ブリッジ平衡回路を
用いることなくこれらの発熱抵抗体を入力抵抗とする演
算増幅回路を加算器として用いる最も基本的かつシンプ
ルな構成の下に、これらの発熱抵抗体に対して２つの基
準電圧電源により大きさが同じで極性の異なる電圧を印
加することで直接駆動するので、一対の発熱抵抗体の抵
抗値の冷却の量に関連する、これらの一対の発熱抵抗体
の抵抗値の差を電圧信号として取り出す動作を加算器が
一度に実行するので、外乱の入りにくい流速の検出が可
能となる。即ち、一対の発熱抵抗体が演算増幅回路の帰
還ループ中に入ることがなく、流体の流速検出に関わる
２つの発熱抵抗体の抵抗値の差そのものにできるだけ近
い物理量を直接的に測定するものとなり、流速に関係す
る、２つの発熱抵抗体を流れる電流値差を直接大きく取
り出すことができ、差を取る前の信号を使う必要がない
ため、ＳＮ比を劣化させずに、低電圧駆動が可能とな
る。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の加
算器を利用して発熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装
置において、２つの基準電圧電源の一方は、他方の基準
電圧電源の出力端子に接続された直流反転回路よりな
る。従って、駆動電圧を決定するために正負で全く別個
の基準電圧電源を用いることなく、１つの基準電圧電源
を基準にしてその出力端子に接続された直流反転回路を
利用することで、一対の発熱抵抗体にかかる駆動電圧の
外乱が共通にかかるようになるため、同相の雑音を相殺
できることになる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記
載の加算器を利用して発熱抵抗体を駆動する感熱式流速
検出装置において、２つの発熱抵抗体は、流路中に配設
される基板上に形成されており、加算器を構成する演算
増幅回路は、前記基板上で前記発熱抵抗体の熱的影響を
受けない部位に形成された測温抵抗体を帰還抵抗として
含む帰還抵抗回路を有する。従って、演算増幅回路の帰
還抵抗として発熱抵抗体と同じ基板上に形成された測温
抵抗体を用いているので、流体の温度が変化しても一対
の発熱抵抗体と帰還抵抗としての測温抵抗体との抵抗値
の比が殆ど変わらないため、一対の発熱抵抗体の抵抗値
の変化の仕方の差のみを電圧信号として検出できる。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項３記載の加
算器を利用して発熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装
置において、帰還抵抗回路は、分圧帰還抵抗と演算増幅
回路とを用いた分圧回路を有する。従って、基板上の測
温抵抗体による帰還抵抗の抵抗値を大きく取れない条件
下であっても分圧回路による逓倍機能を利用することで
測温抵抗体の抵抗値を等価的に大きくし、しかも、自由
に選択でき、また、測温抵抗体を低抵抗で構成でき、か
つ、利得を大きくしても、測温抵抗体の自己発熱を防ぐ
ことができる。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項４記載の加
算器を利用して発熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装
置において、分圧帰還抵抗は、その一方の抵抗値が測温
抵抗体の抵抗値と同一値に設定されている。従って、加
算器としての演算増幅回路の出力端子から帰還抵抗回路
における演算増幅回路の分圧帰還抵抗を流れる電流の大
きさを、測温抵抗体による帰還抵抗を流れる電流と同程
度の電流とすることができる。この結果、必要以上に帰
還量を大きくしてしたり逆に小さくしてしまうことでＳ
Ｎ比を劣化させるとか、消費電流が著しく大きくなって
しまう、という不都合を回避できる。

【００１３】また、請求項１記載の発明の加算器を利用
して発熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装置は、請求
項６記載のように、２つの発熱抵抗体が流路中に配設さ
れる基板上に形成されたマイクロブリッジ型フローセン
サに適用し得るのはもちろん、請求項７記載のように、
２つの発熱抵抗体が流体の流れに対して上流側と下流側
とに配設されるマスフローメータ型流速センサについて
も同様に適用し得る。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
及び図２に基づいて説明する。本実施の形態の感熱式流
速検出装置は図２に示すような構造のマイクロブリッジ
型フローセンサ１に適用されている。このマイクロブリ
ッジ型フローセンサ１にあっては、基板２の上面からエ
ッチングで掘られた堀状の溝３を跨ぐ橋４を有し、この
橋４上にて一対の発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdが薄膜パターン
により形成されている。ここに、前記基板２はガスの流
れの方向に対して発熱抵抗体Ｒ_huが上流側となり、発熱
抵抗体Ｒ_hd側が下流となるように配設されるものであ
り、発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hd同士は平行に形成されてい
る。また、前記基板２上においてこれらの発熱抵抗体Ｒ
_hu，Ｒ_hdの熱的影響を受けない部位、例えば、最上流部
となる隅部には測温抵抗体Ｒ_fが発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hd
と同じプロセスにより形成されている。これらの抵抗体
Ｒ_hu，Ｒ_hd，Ｒ_fは適宜配線パターン及び電極パターン
５を経て基板外部の回路に接続される。

【００１５】次に、このような発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdを
含むマイクロブリッジ型フローセンサ１の電気的回路構
成を図１により説明する。まず、発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hd
を入力抵抗とするようにこれらの発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hd
の接続点Ａが反転入力に接続された演算増幅回路６が加
算器として設けられている。この演算増幅回路６の非反
転入力は接地されている。また、演算増幅回路６の出力
端子７と反転入力との間には帰還抵抗Ｒ_fによる帰還抵
抗回路８が接続されている。即ち、本実施の形態では帰
還抵抗Ｒ_fとして基板２上に形成された測温抵抗体が用
いられている。さらに、上流側の発熱抵抗体Ｒ_huに対し
ては出力電圧Ｖ_huを与える基準電圧電源９が接続され、
下流側の発熱抵抗体Ｒ_hdに対しては出力電圧Ｖ_hdを与え
る基準電圧電源１０が接続されている。ここに、出力電
圧Ｖ_hu，Ｖ_hdはＶ_hu＝−Ｖ_hdなる関係、即ち、同じ電圧
値であるが極性が異なるように設定されている。なお、
図１は原理的な構成例を示すもので、これらの基準電圧
電源９，１０や演算増幅回路６に対する電源自体の図示
を省略している。

【００１６】このような構成において、回路の動作につ
いて説明する。図１に示す回路構成によれば、加算器と
して機能する演算増幅回路６の基本的な動作に基づき、
その出力端子７に得られる出力電圧Ｖ_outは、Ｖ_out＝−Ｒ_f・（Ｖ_hu／Ｒ_hu＋Ｖ_hd／Ｒ_hd） ……………(１) で示される。ここに、Ｖ_hu＝−Ｖ_hdなる関係にあるの
で、Ｖ_hu＝−Ｖ_hd＝Ｖ_hとすれば、(１)式はＶ_out＝−Ｒ_f・Ｖ_h ・（１／Ｒ_hu−１／Ｒ_hd） …………(２) なる関係式に変形される。

【００１７】この(２)式によれば、発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ
_hdが加熱されている状況下で、ガス等の流速によって変
化する各々の抵抗値Ｒ_hu，Ｒ_hdの逆数の差に比例する変
化が出力電圧Ｖ_outとして検出されることがわかる。ま
た、この出力電圧Ｖ_outは帰還抵抗Ｒ_f（本実施の形態
の場合は、測温抵抗体）の抵抗値を適当な値に設定する
ことでこの出力電圧Ｖ_outの大きさを自由に選定し得る
こともわかる。

【００１８】より実際的な構成を想定してみると、発熱
抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの流速の変化による抵抗値の変化は白
金抵抗体などによる場合、その作製プロセスにもよる
が、通常は３０００ppm／℃ 程度であり、ガスが奪う熱
による発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの抵抗値の変化は、流量０
時のガスの温度に対する駆動による温度、例えば４０℃
（つまり、ガスの温度が２５℃であれば、発熱抵抗体Ｒ
_hu，Ｒ_hdの温度は６５℃である）のときより、最大流量
時（プロパンガス２００リットル／時）で降下する温度
が高々２０℃程度であることがわかっている。従って、
流速変化による発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの抵抗値の変化量
は、０．００４×２０＝０．０８で、最大でも１０％程
度である。従って、発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの抵抗値の逆
数の変化の差ではあるが、殆ど直線的な特性を示す出力
電圧Ｖ_outが得られる。また、帰還抵抗Ｒ_fとして発熱
抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdと同じプロセスで基板２上に形成され
ることにより温度係数が極めて近似している測温抵抗体
を用いているので、ガスの温度が変化しても流速測定対
する感度が変化することがない。

【００１９】従って、本実施の形態によれば、一対の発
熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdを用いる感熱方式において、ブリッ
ジ平衡回路を用いることなくこれらの発熱抵抗体Ｒ_hu，
Ｒ_hdを入力抵抗とする演算増幅回路６を加算器として用
いる最も基本的かつシンプルな構成の下に、これらの発
熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdに対して２つの基準電圧電源９，１
０によりＶ_hu＝−Ｖ_hdなる関係にある出力電圧Ｖ_hu，Ｖ
_hdを印加することで直接駆動するので、一対の発熱抵抗
体Ｒ_hu，Ｒ_hdの抵抗値の冷却の量に関連する、これらの
一対の発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの抵抗値の差を出力電圧Ｖ
_outとして取り出す動作を演算増幅回路６が一度に実行
するので、外乱の入りにくい流速の検出が可能となる。
即ち、一対の発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdが演算増幅回路６の
帰還ループ中に入ることがなく、流体の流速検出に関わ
る２つの発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの抵抗値の差そのものに
できるだけ近い物理量を直接的に測定するものとなり、
流速に関係する出力を大きく取り出すことができ、電池
等による低電圧駆動も可能となる。

【００２０】なお、２つの発熱抵抗体Ｒ_hu，Ｒ_hdの接続
位置を入れ替えても出力電圧Ｖ_outの極性が逆になるだ
けであり、測定動作自体には支障ない。

【００２１】本発明の第二の実施の形態を図３に基づい
て説明する。図１及び図２で示した部分と同一部分は同
一符号を用いて示し、説明も省略する（以降の実施の形
態でも順次同様とする）。本実施の形態では、基準電圧
電源９，１０の構成を明らかにするものであり、概略的
には、演算増幅回路を用いて構成されている。まず、電
源ライン１１には抵抗Ｒ₁ とツェナダイオードＺＤによ
る基準電圧発生器１２とが直列に接続され、それらの接
続点Ｂに基準電圧が得られるように構成されている。基
準電圧電源１０はこの接続点Ｂから基準電圧が与えられ
るもので、接続点Ｂが非反転入力に接続された演算増幅
回路によるバッファアンプ１３が設けられている。この
バッファアンプ１３及び基準電圧発生器１２が基準電圧
電源１０を構成している。一方、このバッファアンプ１
３の出力端子１４に反転入力が接続された演算増幅回路
による直流反転回路１５が設けられている。この直流反
転回路１５が基準電圧電源９を構成している。ここに、
直流反転回路１５を構成する演算増幅回路は入力抵抗Ｒ
₂ と帰還抵抗Ｒ₃ とを有するが、これらの抵抗Ｒ₂，Ｒ₃
は原則的には同じ抵抗値のものが用いられている。こ
れにより、直流反転回路１５の出力端子１６には、原則
的に、出力端子１４における出力電圧と同一であって極
性の異なる出力電圧が得られる。

【００２２】従って、本実施の形態によれば、駆動電圧
を決定するために正負で全く別個の基準電圧電源を用い
ることなく、１つの基準電圧電源１０を基準にしてその
出力端子１４に接続された直流反転回路１５を基準電圧
電源９として利用することで、一対の発熱抵抗体Ｒ_hu，
Ｒ_hdにかかる駆動電圧の外乱が共通にかかるようになる
ため、同相の雑音を相殺できることになる。

【００２３】なお、本実施の形態では、ツェナダイオー
ドＺＤを用いた基準電圧発生器１２を利用しているため
バッファアンプ１３を用いるようにしたが、直接駆動し
得る電源構造の場合には図１に示したような基準電圧電
源１０を用いることで、図４に示すように構成してもよ
い。

【００２４】本発明の第三の実施の形態を図５に基づい
て説明する。本実施の形態は、演算増幅回路６における
帰還抵抗回路８に関するものであり、基準電圧電源９，
１０は図示を省略してある。より具体的には、測温抵抗
体により帰還抵抗Ｒ_fを構成する場合に、あまり高抵抗
な抵抗値が得られない場合を想定して、この帰還抵抗Ｒ
_fの抵抗値を逓倍する分圧回路１７を含んで構成されて
いる。この分圧回路１７は演算増幅回路１８と２つの分
圧帰還抵抗Ｒ_f1，Ｒ_f2とにより構成されている。ここ
に、分圧帰還抵抗Ｒ_f1，Ｒ_f2は演算増幅回路６の出力端
子７と反転入力との間において帰還抵抗Ｒ_fと直列に接
続され、かつ、分圧帰還抵抗Ｒ_f1，Ｒ_f2間の接続点Ｃは
演算増幅回路１８の反転入力に接続され、かつ、分圧帰
還抵抗Ｒ_ｆ１がこの演算増幅回路１８の帰還抵抗とされ
ている。

【００２５】このような構成において、帰還抵抗回路８
における温度係数がそのまま演算増幅回路６での増幅に
用いられ、（２)式中のＲ_fとＲ_huとＲ_hdとのガス温度
の変化による影響を増幅された温度係数で相殺すること
ができる。即ち、ガス温度が低いときには(２)式中のＲ
_hu，Ｒ_hdの値が小さくなるため、出力電圧Ｖ_outは大き
くなる。従って、演算増幅回路１８の出力電圧をＶ₁₈と
するとその入力電圧（即ち、演算増幅回路６の出力電圧
Ｖout ）に対して、Ｖ₁₈＝−（Ｒ_f1／Ｒ_f2）・Ｖ_out ………………(３) となる。

【００２６】ここに、分圧回路１７において分圧比Ｒ_f1
／Ｒ_f2（＜１）は、抵抗の温度係数が十分小さくなるよ
うに調整されており、この分圧比の逆数をη（＞１）と
すると、Ｒ_f′＝η・Ｒ_f …………………………………(４) となる。つまり、抵抗値の大きさは違っていても、Ｒ_f
の温度係数とＲ_f′の温度係数とは同じである。従っ
て、マイクロブリッジ型フローセンサ１の構成上、帰還
抵抗Ｒ_f（測温抵抗体）の抵抗値を大きくできないとき
でも、分圧回路１７を利用して、この分圧回路１７を使
わない場合より大きい利得を自由に選択できる。

【００２７】ところで、本実施の形態において、分圧回
路１７中の分圧帰還抵抗Ｒ_f1は、帰還抵抗Ｒ_f（測温抵
抗体）と同じ抵抗値に設定されている。これにより、接
続点Ａから帰還抵抗Ｒ_fを通して流れ込む電流値と出力
端子７から分圧帰還抵抗Ｒ_f2，Ｒ_f1を通して流れ込む電
流値とが等しくなるため、信号のＳＮ比が著しく劣化す
ることはない。つまり、出力端子７から接続点Ｄへ流れ
込む電流が大きすぎると接続点Ｄに出力端子７から流れ
込む大きな電流の影響を受けてしまい、本来取り出すべ
き信号成分（接続点ＥやＦから入ってくる）を乱してし
まう。かといって、出力端子７から接続点Ｄへ流れ込む
電流が小さすぎると、分圧回路１７の分圧帰還抵抗
Ｒ_f1，Ｒ_f2による帰還のＳＮ比が悪くなってしまう。つ
まり、最適な電流値は、帰還抵抗Ｒ_f（測温抵抗体）を
流れる電流と同じ位の電流値となるように構成すること
が、ＳＮ比をよくする上では最適である。このために
は、上記のように分圧帰還抵抗Ｒ_f1の抵抗値を、帰還抵
抗Ｒ_f（測温抵抗体）の抵抗値と同じとなるように設定
することになる。

【００２８】本発明の第四の実施の形態を図６に基づい
て説明する。本実施の形態も、前記実施の形態と同様
に、演算増幅回路６における帰還抵抗回路８に関するも
のであり、基準電圧電源９，１０は図示を省略してあ
る。前記実施の形態では、接続点Ｄと出力端子７との電
圧の極性が逆となる反転型として構成されているが、本
実施の形態では接続点Ｄと出力端子７との電圧の極性が
同一となる非反転型として構成されている。具体的に
は、出力端子７と接地との間に分圧帰還抵抗Ｒ_f1，Ｒ_f2
が接続され、それらの接続点Ｃが演算増幅回路１８の非
反転入力に接続されている。演算増幅回路１８の出力端
子・反転入力間は短絡されている。

【００２９】本実施の形態のような構成の場合、演算増
幅回路１８の出力電圧Ｖ₁₈はその入力電圧（即ち、演算
増幅回路６の出力電圧Ｖout ）に対して、Ｖ₁₈＝｛Ｒ_f1／（Ｒ_f1＋Ｒ_f2）｝・Ｖ_out ………………(５) となる。

【００３０】この場合も前記実施の形態の同様にして、
η＝１＋Ｒ_f2／Ｒ_f1となるので、ηの温度係数が十分小
さくなるようにすれば、Ｒ_f′ とＲ_f の温度係数は同じ
である。従って、マイクロブリッジ型フローセンサ１の
構成上、帰還抵抗Ｒ_f（測温抵抗体）の抵抗値を大きく
できないときでも、分圧回路１７を利用して実質的に高
い抵抗値を持たせることができ、大きな利得をしかも自
由に選択できる。

【００３１】ところで、本実施の形態の回路構成では、
分圧帰還抵抗Ｒ_f1，Ｒ_f2を流れる電流値を大きくする方
が、演算増幅回路１８の動作を安定させるためには好ま
しい。しかし、低消費電力化が必要な場合には、大きな
電流を流さない方がよい。また、加算器として機能する
演算増幅回路６全体のＳＮ比も、分圧帰還抵抗Ｒ_f1，Ｒ
_f2を流れる電流を帰還抵抗Ｒ_f（測温抵抗体）を流れる
電流よりも著しく大きくした場合には、帰還抵抗Ｒ_fの
部分のＳＮ比が全体のＳＮ比を律することになるため、
分圧帰還抵抗Ｒ_f1，Ｒ_f2を流れる電流を大きくすること
によるメリットは少ない。従って、結局は前記実施の形
態の場合と同様に、帰還抵抗Ｒ_f（測温抵抗体）を流れ
る電流と同じ位にするのがよいため、帰還抵抗Ｒ_f（測
温抵抗体）の抵抗値と分圧帰還抵抗Ｒ_f1の抵抗値とを同
じ位に設定することが好ましく、具体的には、(６)式の
関係を満たすように設定される。

【００３２】なお、前述した各実施の形態の感熱式流速
検出装置はマイクロブリッジ型フローセンサ１への適用
例として説明したが、このようなものに限らず、例えば
一対の発熱抵抗体が流路中には配設されずガスが流れる
ガス管回りに巻回されて上下流に配設される形式のマス
フローメータ型流速センサ（即ち、図７に例示したよう
なタイプ）についても同様に適用し得る。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、流体の流
れに対して上流側と下流側とに配設される２つの発熱抵
抗体と、これらの発熱抵抗体を入力抵抗とする演算増幅
回路による加算器と、前記発熱抵抗体の各々に接続され
て大きさが同じで極性の異なる電圧を供給する２つの基
準電圧電源とを備えており、一対の発熱抵抗体を用いる
方式において、ブリッジ平衡回路を用いることなくこれ
らの発熱抵抗体を入力抵抗とする演算増幅回路を加算器
として用いる最も基本的かつシンプルな構成の下に、こ
れらの発熱抵抗体に対して２つの基準電圧電源により大
きさが同じで極性の異なる電圧を印加することで直接駆
動するようにしたので、一対の発熱抵抗体の抵抗値の冷
却の量に関連する、これらの一対の発熱抵抗体の抵抗値
の差を電圧信号として取り出す動作を加算器が一度に実
行することとなり、外乱の入りにくい流速の検出が可能
となる。即ち、一対の発熱抵抗体が演算増幅回路の帰還
ループ中に入ることがなく、流体の流速検出に関わる２
つの発熱抵抗体の抵抗値の差そのものにできるだけ近い
物理量を直接的に測定するものとなり、流速に関係す
る、２つの発熱抵抗体を流れる電流値差を直接大きく取
り出すことができ、差を取る前の信号を使う必要がない
ため、ＳＮ比を劣化させずに、低電圧駆動が可能とな
る。

【００３４】請求項２記載の発明によれば、２つの基準
電圧電源の一方は、他方の基準電圧電源の出力端子に接
続された直流反転回路よりなるので、駆動電圧を決定す
るために正負で全く別個の基準電圧電源を用いることな
く、１つの基準電圧電源を基準にしてその出力端子に接
続された直流反転回路を利用することで、一対の発熱抵
抗体にかかる駆動電圧の外乱が共通にかかるようになる
ため、同相の雑音を相殺することもでき、検出の精度を
向上させることができる。

【００３５】請求項３記載の発明によれば、２つの発熱
抵抗体は、流路中に配設される基板上に形成されてお
り、加算器を構成する演算増幅回路は、前記基板上で前
記発熱抵抗体の熱的影響を受けない部位に形成された測
温抵抗体を帰還抵抗として含む帰還抵抗回路を有するこ
とで、演算増幅回路の帰還抵抗として発熱抵抗体と同じ
基板上に形成された測温抵抗体を用いているので、流体
の温度が変化しても一対の発熱抵抗体と帰還抵抗として
の測温抵抗体との抵抗値の比が殆ど変わらないため、一
対の発熱抵抗体の抵抗値の変化の仕方の差のみを電圧信
号として検出できる。

【００３６】請求項４記載の発明によれば、帰還抵抗回
路は、分圧帰還抵抗と演算増幅回路とを用いた分圧回路
を有するので、基板上の測温抵抗体による帰還抵抗の抵
抗値を大きく取れない条件下であっても分圧回路による
逓倍機能を利用することで測温抵抗体の抵抗値を等価的
に大きくし、しかも、自由に選択でき、また、測温抵抗
体を低抵抗で構成でき、かつ、利得を大きくしても、測
温抵抗体の自己発熱を防ぐことができる。

【００３７】請求項５記載の発明によれば、分圧帰還抵
抗は、その一方の抵抗値が測温抵抗体の抵抗値と同一値
に設定されているので、加算器としての演算増幅回路の
出力端子から帰還抵抗回路における演算増幅回路の分圧
帰還抵抗を流れる電流の大きさを、測温抵抗体による帰
還抵抗を流れる電流と同程度の電流とすることができ、
この結果、必要以上に帰還量を大きくしてしたり逆に小
さくしてしまうことでＳＮ比を劣化させるとか、消費電
流が著しく大きくなってしまう、という不都合を回避す
ることができる。

【００３８】請求項６記載の発明によれば、マイクロブ
リッジ型フローセンサにおいて請求項１記載の発明の効
果が得られる。

【００３９】請求項７記載の発明によれば、マスフロー
メータ型流速センサにおいて請求項１記載の発明の効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図２】マイクロブリッジ型フローセンサの概略構造を
示し、（ａ）は平面図、（ｂ）はその断面図である。

【図３】本発明の第二の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図４】その変形例を示す回路図である。

【図５】本発明の第三の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図６】本発明の第四の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図７】従来例を示す構成図である。

【符号の説明】

１マイクロブリッジ型フローセンサ２基板６演算増幅回路による加算器８帰還抵抗回路９，１０基準電圧電源１５直流反転回路１７分圧回路１８演算増幅回路Ｒ_hu，Ｒ_hd 発熱抵抗体Ｒ_f 帰還抵抗（測温抵抗体）Ｒ_f1，Ｒ_f2 分圧帰還抵抗

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体の流れに対して上流側と下流側とに
配設される２つの発熱抵抗体と、これらの発熱抵抗体を入力抵抗とする演算増幅回路によ
る加算器と、前記発熱抵抗体の各々に接続されて大きさが同じで極性
の異なる電圧を供給する２つの基準電圧電源と、を備え
ることを特徴とする加算器を利用して発熱抵抗体を駆動
する感熱式流速検出装置。
【請求項２】２つの基準電圧電源の一方は、他方の基
準電圧電源の出力端子に接続された直流反転回路よりな
ることを特徴とする請求項１記載の加算器を利用して発
熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装置。
【請求項３】２つの発熱抵抗体は、流路中に配設され
る基板上に形成されており、加算器を構成する演算増幅
回路は、前記基板上で前記発熱抵抗体の熱的影響を受け
ない部位に形成された測温抵抗体を帰還抵抗として含む
帰還抵抗回路を有することを特徴とする請求項１又は２
記載の加算器を利用して発熱抵抗体を駆動する感熱式流
速検出装置。
【請求項４】帰還抵抗回路は、分圧帰還抵抗と演算増
幅回路とを用いた分圧回路を有することを特徴とする請
求項３記載の加算器を利用して発熱抵抗体を駆動する感
熱式流速検出装置。
【請求項５】分圧帰還抵抗は、その一方の抵抗値が測
温抵抗体の抵抗値と同一値に設定されていることを特徴
とする請求項４記載の加算器を利用して発熱抵抗体を駆
動する感熱式流速検出装置。
【請求項６】２つの発熱抵抗体が流路中に配設される
基板上に形成されたマイクロブリッジ型フローセンサで
あることを特徴とする請求項１記載の加算器を利用して
発熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装置。
【請求項７】２つの発熱抵抗体が流体の流れに対して
上流側と下流側とに配設されるマスフローメータ型流速
センサであることを特徴とする請求項１記載の加算器を
利用して発熱抵抗体を駆動する感熱式流速検出装置。