JPH11118561A

JPH11118561A - 熱式流量計

Info

Publication number: JPH11118561A
Application number: JP9279136A
Authority: JP
Inventors: Hironao Yamaguchi; 宏尚山口; Takahisa Ban; 隆央伴
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-13
Filing date: 1997-10-13
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】個々のオペアンプにおける内部オフセット電圧
のばらつきをなくし、温度特性及びそのばらつきを低減
する。【解決手段】熱式流量計は、吸気管内に設置される第１
及び第２の感温抵抗体１１，１２と、感温抵抗体１１を
所定温度に保つように同抵抗体１１への通電量を帰還制
御する制御回路１００とを備える。制御回路１００を構
成する２個のオペアンプ２００，３００についてその温
度特性に関わる内部オフセット電圧を「０」とするよ
う、一方のオペアンプ２００の内部オフセット電圧ＶＯ
Ｓ２を基準として他方のオペアンプ３００の内部オフセ
ット電圧ＶＯＳ３を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば自動車用内
燃機関に適用され、同機関に吸入される空気の量を計測
するための熱式流量計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の従来技術として、流体通路内に
設置した感温抵抗体を所定温度に保つように同抵抗体へ
の通電量を帰還制御し、その通電量から流体の流量を計
測する熱式流量計が各種知られている（例えば特開平５
−１０７９８号公報、特開昭５７−１８４９２３号公
報、特開昭６２−２５０３１２号公報など）。具体的に
は、感温抵抗体をブリッジ回路内に接続すると共に、ブ
リッジ回路からの出力をオペアンプにて増幅して感温抵
抗体にフィードバックする。かかる場合、空気などの流
体の温度の影響を補償しつつ、空気流量が計測できるよ
うになっていた。

【０００３】また、熱式流量計の制御回路部は一般に、
複数のオペアンプなどを構成要素としてモノリシックＩ
Ｃ化されており、この制御回路部を構成するオペアンプ
の総合的なオフセット電圧（総合オフセット電圧）は、
感温抵抗体の加熱温度と応答性のばらつきを小さくする
ために所定値（数ｍＶ程度）に調整されるようになって
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、既存の熱式
流量計では、総合オフセット電圧は所定値に調整される
ものの、各々のオペアンプのオフセット電圧によって生
じる内部オフセット電圧はばらついたままである。オペ
アンプのオフセット電圧には、オフセット電圧値に応じ
た温度特性を持つ性質があり、上記内部オフセット電圧
のばらつきにより、総合オフセット電圧の温度特性にば
らつきが生じてしまう。その結果、流量計自体の温度特
性もばらついてしまう。しかしながら、オフセット電圧
はオペアンプ内部のペア素子の僅かな不整合などにより
発生するものであるため、ばらつきを低減することは困
難であった。

【０００５】近年、環境への配慮から、自動車の排ガス
中のエミッション低減が益々重要視されている。そのた
め、空燃比の制御精度に直接影響を及ぼす、流量計の精
度向上が要求されており、上記温度特性のばらつきが問
題となっていた。

【０００６】本発明は、上記問題に着目してなされたも
のであって、その目的とするところは、個々のオペアン
プにおける内部オフセット電圧のばらつきをなくし、温
度特性及びそのばらつきを低減することができる熱式流
量計を提供することである。

【０００７】

【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に記載の発明では、流体通路内に設置され
る感温抵抗体と、前記感温抵抗体を所定温度に保つよう
に同抵抗体への通電量を帰還制御する制御回路とを備え
る熱式流量計において、前記制御回路を構成する複数の
オペアンプについてその温度特性に関わる内部オフセッ
ト電圧を減少させるよう、前記複数のオペアンプのうち
少なくとも１つのオペアンプの内部オフセット電圧を基
準として他のオペアンプの内部オフセット電圧を調整す
る。

【０００８】要するに、制御回路内の総合的なオフセッ
ト電圧の温度特性は、オペアンプの内部オフセット電圧
に依存するため、この内部オフセット電圧はできるだけ
小さくする必要がある。しかしながら現実問題として、
オペアンプ内部のペア素子の不整合などにより内部オフ
セット電圧が必ず発生し、その値は個々にばらつく。こ
れに対し上記構成によれば、少なくとも１つのオペアン
プの内部オフセット電圧を基準として他のオペアンプの
内部オフセット電圧を調整することで、個々の内部オフ
セット電圧のばらつきが解消できる。その結果、温度特
性及びそのばらつきが大いに低減される。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、内部オ
フセット電圧を調整する方のオペアンプにだけトリミン
グ用抵抗を配している。従って、全てのオペアンプを個
々にトリミングする場合に比べ、トリミング用抵抗の数
やトリミング回数を最小限に抑えることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体化した一実
施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態におけ
る熱式流量計は、自動車用内燃機関に適用されるもので
あって、内燃機関の吸気管に吸入される空気の量を計測
する。その概要として、熱式流量計は、吸気管内に配置
される感温抵抗体と、感温抵抗体を所定温度に保つよう
に同抵抗体への通電量を制御する制御回路とを備える。
制御回路はモノリシックＩＣを含めてハイブリッドＩＣ
化され、感温抵抗体を接続するブリッジ回路と、ブリッ
ジ回路からの出力を増幅して感温抵抗体にフィードバッ
クするための２個のオペアンプとを有する。オペアンプ
はモノリシック内に構成されている。

【００１１】図１は、熱式流量計の電気的構成を示す回
路図であり、主として制御回路１００の構成を示す。図
１において、バッテリ電源＋Ｂにはトランジスタ１のコ
レクタが接続され、同トランジスタ１のエミッタには第
１の感温抵抗体１１が接続されている。第１の感温抵抗
体１１に流れる電流は、抵抗２により電圧に変換されて
出力される。また、第１の感温抵抗体１１には抵抗３，
４が並列接続され、抵抗３，４の中間点にはオペアンプ
２００の非反転入力端子が接続されている。オペアンプ
２００の出力端子は同オペアンプ２００の反転入力端子
に接続されており、これによりボルテージフォロア回路
が構成されている。

【００１２】オペアンプ２００の出力端子には第２の感
温抵抗体１２の一端が接続され、同感温抵抗体１２の他
端には抵抗５，６が直列接続されている。なお、前記第
１及び第２の感温抵抗体１１，１２は、セラミック製ボ
ビンの外周に白金線を巻き、ボビン両端のリード線と接
続したものであって、略同一の抵抗値を有する。

【００１３】オペアンプ３００は、その非反転入力端子
が前記第１の感温抵抗体１１と抵抗２との中間点に接続
され、同反転入力端子が抵抗５，６の中間点に接続され
ている。オペアンプ３００の出力端子は前記トランジス
タ１のベースに接続されている。以上の通り上記制御回
路１００においては、第１及び第２の感温抵抗体１１，
１２を含む形でブリッジ回路が構成されている。

【００１４】上記制御回路１００の動作を説明する。こ
こで、図中のＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４はその記号が付し
てある部分の電圧を示す。バッテリ電源＋Ｂの印加に伴
い電圧Ｖ１，Ｖ２が発生すると、これら電圧Ｖ１，Ｖ２
がオペアンプ３００の非反転及び反転入力端子にそれぞ
れ入力される。このとき、Ｖ１＞Ｖ２であれば、オペア
ンプ３００の出力電圧Ｖ４が上昇する。すると、トラン
ジスタ１のエミッタ電圧Ｖ３も上昇し、これにより第１
の感温抵抗体１１を流れる電流が上昇して同抵抗体１１
の温度が上昇する。この結果、第１の感温抵抗体１１の
抵抗値が上昇し、電圧Ｖ１が低下する。

【００１５】電圧Ｖ１が低下し、Ｖ１＜Ｖ２になると、
オペアンプ３００の出力電圧Ｖ４が低下する。そのた
め、トランジスタ１のエミッタ電圧Ｖ３も低下し、これ
により第１の感温抵抗体１１を流れる電流が低下して同
抵抗体１１の温度が低下する。この結果、第１の感温抵
抗体１１の抵抗値が低下し、電圧Ｖ１が上昇する。そし
て、再びＶ１＞Ｖ２になると、上記動作を繰り返し実行
する。このように、Ｖ１＝Ｖ２となるようにオペアンプ
３００がトランジスタ１の動作を制御する。

【００１６】一方、第２の感温抵抗体１２は自己発熱し
ないようにそれに加わる電圧がオペアンプ２００により
調整される。つまり、第２の感温抵抗体１２の両端に印
加される電圧は、第１の感温抵抗体１１の両端電圧（Ｖ
３−Ｖ１）の数十分の一程度となるように設定されてい
る。これにより、第２の感温抵抗体１２の温度が吸気管
内を流れる空気の温度と略等しくなり、第２の感温抵抗
体１２は温度補償用抵抗として使用される。

【００１７】ここで、第１の感温抵抗体１１に流れる電
流を「Ｉ」、同感温抵抗体１１の抵抗値を「ＲＨ」とす
れば、第１の感温抵抗体１１は「Ｉ^2・ＲＨ」の電力を
消費し発熱する。この発熱電力Ｉ^2・ＲＨは、吸気管内
を流れる空気（吸気）にて放熱されるので、吸気量が多
いか少ないかによって吸気に奪われる熱量が変化する。
このため、吸気量に応じて抵抗値ＲＨが変化しようとす
るが、同抵抗値ＲＨが変わらないようにオペアンプ３０
０がトランジスタ１からの通電量を制御する。すなわ
ち、吸気量に応じて電流Ｉを変化させることにより、Ｉ
^2・ＲＨを変化させ、ＲＨが常に所定の抵抗値になるよ
うに制御される。従って、この電流Ｉは吸気量に相関を
持った値となり、抵抗２によって電圧Ｖ１に変換され出
力される。

【００１８】図２は、オペアンプ３００の基本的な構成
を示す。図２において、オペアンプ３００は、トランジ
スタ３０１〜３０９と、抵抗３１０，３１１，３１２
と、定電流源３１３と、出力回路３１４とを有する。ト
ランジスタ３０１，３０２のベースがそれぞれ（−），
（＋）側の入力端子となっている。ここで、トランジス
タ３０１と３０２、トランジスタ３０３と３０４、トラ
ンジスタ３０５と３０６、トランジスタ３０７と３０８
は、それぞれペア素子となっている。

【００１９】また、前記図１において、オペアンプ３０
０には、定電圧源の電圧Ｖｒｅｆを抵抗７，８で分圧し
たオフセット電圧ΔＶが作用する。このとき、オペアン
プ２００の内部オフセット電圧をＶＯＳ２、オペアンプ
３００の内部オフセット電圧をＶＯＳ３、第２の感温抵
抗体１２の抵抗値をＲＫ、抵抗５，６の抵抗値をＲ１，
Ｒ２とすれば、モノリシックＩＣ内の総合オフセット電
圧ＶＯＳは、ＶＯＳ＝ΔＶ＋ＶＯＳ３−ＶＯＳ２・｛Ｒ２／（ＲＫ＋Ｒ１＋Ｒ２）｝ …（１）として表される。

【００２０】またここで、ＲＫ＝２０Ω、Ｒ１＝１３
Ω、Ｒ２＝１０６Ωとすれば、Ｒ２／（ＲＫ＋Ｒ１＋Ｒ２）≒０．７５となり、上記式（１）は、ＶＯＳ＝ΔＶ＋ＶＯＳ３−０．７５・ＶＯＳ２ …（２）となる。

【００２１】因みに、機関の冷間始動時における起動性
や、機関運転状態の変化時における応答性の点から総合
オフセット電圧ＶＯＳは数ｍＶ程度の正の値に設定する
必要がある。つまり、ＶＯＳが負の場合はオペアンプ３
００の入出力の関係から正帰還がかかることになって発
振現象が生じる。従って、この発振現象を回避するには
ＶＯＳを正の値としなければならない。また、ブリッジ
回路の応答性はＶＯＳの大小によって左右される。その
ため、機関の運転状態に関わらず適度な応答性を確保す
るにはＶＯＳが数ｍＶ程度に設定される。

【００２２】また、総合オフセット電圧ＶＯＳの温度特
性を考えた場合、上記式（２）のΔＶは外部の定電圧源
から抵抗分圧により作っているため温度特性は殆どな
く、総合オフセット電圧ＶＯＳは「ＶＯＳ３−０．７５
・ＶＯＳ２」で生じるオペアンプ２００，３００の内部
オフセット電圧に依存する。こうした理由から、総合オ
フセット電圧ＶＯＳ内のオペアンプ２００，３００の内
部オフセット電圧分はできるだけ小さくする必要があ
る。

【００２３】上記式（２）では、ＶＯＳ２とＶＯＳ３と
は相殺されるように作用し、内部オフセット電圧の影響
を少なくしているが、現実的にはモノリシックＩＣ内部
のペア素子の不整合などにより、内部オフセット電圧が
発生し、その値が個々でばらつく。

【００２４】そこで、オフセット電圧の調整方法とし
て、先ずＶＯＳ２の値を測定し、ＶＯＳ３＝ＶＯＳ２・０．７５となるようにＶＯＳ３だけを調整する。これにより、総
合オフセット電圧ＶＯＳを理想のＶＯＳ＝ΔＶ（数ｍ
Ｖ）に調整することができる。

【００２５】具体的には、前記図２の薄膜抵抗３１１，
３１２についてトリミングを行って内部オフセット電圧
ＶＯＳ３を調整する。すなわち、ペアのトランジスタ３
０７，３０８の電流経路に挿入された薄膜抵抗３１１，
３１２をトリミングする。例えばＶＯＳ３を上げる場合
には抵抗３１１の抵抗値を上げ、ＶＯＳ３を下げる場合
には抵抗３１２の抵抗値を上げればよい。

【００２６】以上詳述した本実施の形態によれば、以下
に示す効果が得られる。（ａ）本実施の形態では、制御回路１００を構成する２
個のオペアンプ２００，３００についてその温度特性に
関わる内部オフセット電圧が「０」となるよう、一方の
オペアンプ２００の内部オフセット電圧ＶＯＳ２を基準
として他方のオペアンプ３００の内部オフセット電圧Ｖ
ＯＳ３を調整するようにした。

【００２７】かかる場合、オペアンプ内部のペア素子の
不整合などにより内部オフセット電圧が発生しても、個
々の内部オフセット電圧のばらつきが解消できる。その
結果、モノリシックＩＣにおける温度特性及びそのばら
つきが大いに低減され、同ＩＣの歩留まりも向上する。

【００２８】（ｂ）また、内部オフセット電圧を調整す
る方のオペアンプ（オペアンプ３００）にだけトリミン
グ用抵抗３１１，３１２を配した。従って、全てのオペ
アンプ２００，３００を個々にトリミングする場合に比
べ、トリミング用抵抗の数やトリミング回数を最小限に
することができる。

【００２９】なお、本発明の実施の形態は、上記以外に
次の形態にて実現できる。オペアンプ３００構成を図３
〜図６のように変更する。前記図２の構成との相違点と
して、図３ではトリミング用の抵抗３２１，３２２がト
ランジスタ３０３，３０４のコレクタに接続され、図４
では同抵抗３２１，３２２がトランジスタ３０５，３０
６のエミッタに接続されている。また、図５では同抵抗
３２１，３２２がトランジスタ３０７，３０８のコレク
タに接続され、図６では同抵抗３２１，３２２がトラン
ジスタ３０３，３０４のエミッタに接続されている。上
記図３〜図６のいずれの場合においても、ペアのトラン
ジスタの電流経路に薄膜抵抗を挿入してトリミングを行
うことで、オペアンプの内部オフセット電圧が適正に調
整できる。

【００３０】また、上記実施の形態では、オペアンプ２
００の内部オフセット電圧ＶＯＳ２に基づき、「ＶＯＳ
３＝ＶＯＳ２・０．７５」となるようにオペアンプ３０
０の内部オフセット電圧ＶＯＳ３を調整したが、これを
逆にしてもよい。つまり、ＶＯＳ３の値を測定し、「Ｖ
ＯＳ２＝ＶＯＳ３・１．３３」となるようにＶＯＳ２だ
けを調整する。

【００３１】上記実施の形態では、２個のオペアンプを
用いて熱式流量計の制御回路を構成したが、３個以上の
オペアンプを用いて制御回路を構成する。例えば図７に
示すように、３個目のオペアンプ４００を追加する。こ
の場合、新たにオペアンプ４００の内部オフセット電圧
をＶＯＳ４、抵抗３，４の抵抗値をＲ３，Ｒ４とすれ
ば、総合オフセット電圧ＶＯＳは、

【００３２】

【数１】として表される。ここで、Ｒ３＝２２ｋΩ、Ｒ４＝２．
２ｋΩとすれば、上記式（３）は、ＶＯＳ＝ΔＶ＋ＶＯＳ３−０．７５・ＶＯＳ２−０．０７・ＶＯＳ４・・・（４）となる。かかる場合、ＶＯＳ２とＶＯＳ４とを計測し、
それに基づいて「ＶＯＳ３＝０．７５・ＶＯＳ２＋０．
０７・ＶＯＳ４」となるようにＶＯＳ３だけを調整すれ
ばよい。

【００３３】また、上記図７の構成において、１個のオ
ペアンプの内部オフセット電圧を計測し、その計測値に
応じて他２つのオペアンプの内部オフセット電圧を調整
することとしてもよい。

【００３４】空気流量を計測するための流量センサに限
らず、その他に空気以外のガス流量や流体流量を計測す
るための流量センサとして本発明の熱式流量計を具体化
してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態における熱式流量計の電気的
構成を示す回路図。

【図２】オペアンプの基本構成を示す回路図。

【図３】他の実施の形態において、オペアンプの構成を
示す回路図。

【図４】他の実施の形態において、オペアンプの構成を
示す回路図。

【図５】他の実施の形態において、オペアンプの構成を
示す回路図。

【図６】他の実施の形態において、オペアンプの構成を
示す回路図。

【図７】他の実施の形態において、熱式流量計の電気的
構成を示す回路図。

【符号の説明】

１１…第１の感温抵抗体、１２…第２の感温抵抗体、１
００…制御回路、２００…オペアンプ、３００…オペア
ンプ、３１１，３１２，３２１，３２２…抵抗。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流体通路内に設置される感温抵抗体と、前
記感温抵抗体を所定温度に保つように同抵抗体への通電
量を帰還制御するための制御回路とを備える熱式流量計
において、前記制御回路を構成する複数のオペアンプについてその
温度特性に関わる内部オフセット電圧を減少させるよ
う、前記複数のオペアンプのうち少なくとも１つのオペ
アンプの内部オフセット電圧を基準として他のオペアン
プの内部オフセット電圧を調整することを特徴とする熱
式流量計。
【請求項２】内部オフセット電圧を調整する方のオペア
ンプにだけトリミング用抵抗を配した請求項１に記載の
熱式流量計。