JPH11132810A - 空気流量測定装置およびその調整方法 - Google Patents

空気流量測定装置およびその調整方法

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JPH11132810A
JPH11132810A JP9300310A JP30031097A JPH11132810A JP H11132810 A JPH11132810 A JP H11132810A JP 9300310 A JP9300310 A JP 9300310A JP 30031097 A JP30031097 A JP 30031097A JP H11132810 A JPH11132810 A JP H11132810A
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resistor
voltage
air
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Yasushi Kono
泰 河野
Rei Nagasaka
玲 永坂
Minoru Kondo
稔 近藤
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Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブリッジ回路の抵抗値調整を省略することに
より製造工数を低減することができ、ブリッジ回路の抵
抗体を小さくすることにより小型化することが可能な空
気流量測定装置を提供する。 【解決手段】 発熱抵抗体および温度補償抵抗体の抵抗
値を測定して選別し、支持部材に選別した発熱素子およ
び感温素子を取付け、空気流量を測定し、アンプ回路の
出力電圧を所定電圧に調整し、最終出力特性を検査する
ことにより、ホイートストンブリッジ回路の第2の固定
抵抗器113および第3の固定抵抗器114の抵抗値の
調整を省略することができる。したがって、製造工数を
低減することができる。さらに、第2の固定抵抗器11
3および第3の固定抵抗器114の抵抗値の調整が不要
となることにより、第2の固定抵抗器113および第3
の固定抵抗器114を比較的小さくすることができ、空
気流量測定装置を小型化することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、空気流路を流れる
空気流量を測定する空気流量測定装置に関し、特に流量
測定素子部に発熱抵抗体を有する熱式空気流量測定装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、内燃機関の吸入空気量を測定
する空気流量測定装置として、流量測定素子部に発熱抵
抗体を有する熱式空気流量測定装置が知られている。熱
式空気流量測定装置は、温度変化に伴い抵抗値が変化す
る発熱抵抗体と、この発熱抵抗体が所定温度に達するま
で通電されるように発熱抵抗体と共にブリッジ回路を構
成する温度補償抵抗体とを吸入空気の流れの中に設置し
たもので、発熱抵抗体と吸入空気との間の熱伝達現象に
よる発熱抵抗体の温度変化を発熱抵抗体に流れる電流値
を電圧の変化として検出し、この温度変化を補償するに
必要な加熱電流を測定することで吸入空気量を測定して
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来より、このような
熱式空気流量測定装置では、発熱抵抗体や制御回路の製
造ばらつきによる出力特性のばらつきをなくすため、組
付け後に制御回路内の抵抗体の抵抗値を調整していた。
このような制御回路内の抵抗の抵抗値の調整方法とし
て、特開平8−43176号公報に開示される空気流量
測定装置の調整方法が知られている。
【0004】しかしながら、従来の空気流量測定装置の
調整方法では、発熱抵抗体の発熱温度を所定温度に調整
するため、ホイートストンブリッジ回路の抵抗体の抵抗
値を個々にレーザトリミング等により調整するホイート
ストンブリッジ回路の調整と、最終的に空気流量測定装
置から出力される出力電圧を所定電圧に調整するための
アンプ回路の出力電圧の調整とが必要であった。
【0005】以下、従来の空気流量測定装置の調整工程
を図7に基づいて説明する。 図7のステップS11において、制御回路と電気的
に接続される支持部材に発熱抵抗体および温度補償抵抗
体を有する流量測定素子部を溶接により取付ける。 図7のステップS12において、流量測定素子部の
発熱抵抗体および温度補償抵抗体の抵抗値を測定する。
【0006】 図7のステップS13において、ホイ
ートストンブリッジ回路の抵抗体の抵抗値をレーザトリ
ミング等により調整する。 図7のステップS14において、ホイートストンブ
リッジ回路の抵抗体の抵抗値調整後に空気流量を測定す
る。 図7のステップS15において、アンプ回路の出力
電圧を所定電圧に調整する。
【0007】 図7のステップS16において、最終
出力特性を検査する。 上記の〜に示したように、従来の空気流量測定装置
においては、ホイートストンブリッジ回路の抵抗値調整
とアンプ回路の出力電圧調整とをそれぞれ別工程にて調
整する必要があるため、製造工数が増大するという問題
があった。また、ホイートストンブリッジ回路の抵抗体
を調整可能としなければならないため、ホイートストン
ブリッジ回路の抵抗体を小さくすることができず、空気
流量測定装置が大型になるという問題があった。
【0008】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、ホイートストンブリッジ回路の
抵抗値調整を省略することができ、製造工数を低減する
ことができる空気流量測定装置を提供することを目的と
する。本発明の他の目的は、ホイートストンブリッジ回
路の抵抗体を小さくすることができ、小型化することが
可能な空気流量測定装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1記載の
空気流量測定装置によると、制御回路は、空気流路内に
配設され発熱抵抗体を有する流量測定素子部と電気的に
接続し、発熱抵抗体の発熱温度を所定温度に調整するブ
リッジ回路と、このブリッジ回路で検出される流量と相
関のある電圧を増幅し出力電圧を出力するアンプ回路と
を有する。このため、発熱抵抗体と空気流路内の空気と
の間の熱伝達現象による発熱抵抗体の温度変化を発熱抵
抗体に流れる電流値を電圧の変化として検出し、この温
度変化を補償するに必要な加熱電流を測定することによ
り空気流量を測定することができる。
【0010】さらに、抵抗値の調整が不要な抵抗体がブ
リッジ回路の一部を構成するよう制御回路内に設けられ
るので、ブリッジ回路の抵抗値の調整工程を省略するこ
とができる。したがって、製造工数を低減することがで
きる。さらにまた、ブリッジ回路の抵抗値の調整が不要
となることにより、ブリッジ回路の抵抗体を比較的小さ
くすることができ、空気流量測定装置を小型化すること
ができる。
【0011】本発明の請求項2記載の空気流量測定装置
によると、制御回路はモノリシックICを有し、このモ
ノリシックIC内に抵抗値の調整が不要な抵抗体を配置
するので、空気流量測定装置をさらに小型化することが
可能となる。本発明の請求項3記載の空気流量測定装置
によると、流量測定素子部がバイパス流路を有するバイ
パス部材内に収容されるので、吸気管に空気流量測定装
置を組付ける際に流量測定素子部が吸気管に接触するこ
とを防止する。したがって、組付けの際に流量測定素子
部が損傷することを防止できる。
【0012】本発明の請求項4記載の空気流量測定装置
によると、バイパス流路がU字状に形成されるので、バ
イパス流路の長さを長くすることができ、空気流路内の
空気流れに生じる脈動の影響をバイパス流路で低減する
ことが可能となる。したがって、空気流量を高精度に検
出できる。本発明の請求項5記載の空気流量測定装置の
調整方法によると、流量測定素子部の抵抗値を測定し選
別する工程と、制御回路と電気的に接続される支持部材
に流量測定素子部を取付ける工程と、空気流量を測定す
る工程と、アンプ回路の出力電圧を所定電圧に調整する
工程と、最終出力特性を検査する工程とを含む。このた
め、ブリッジ回路の抵抗体の抵抗値調整を省略すること
ができるので、製造工数を低減することができる。さら
に、ブリッジ回路の抵抗体の抵抗値の調整が不要となる
ことにより、ブリッジ回路の抵抗体を比較的小さくする
ことができ、空気流量測定装置を小型化することができ
る。さらにまた、制御回路にモノリシックICを設け、
このモノリシックIC内に抵抗値の調整が不要な抵抗体
を配置することが可能となるので、空気流量測定装置を
さらに小型化することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を示す
実施例を図面に基づいて説明する。本発明の一実施例に
よる図2に示す空気流量測定装置10をエンジンの吸気
管に取付けた例を図3および図4に示す。空気流量測定
装置10は、回路モジュール20およびバイパス部材3
0からなり、吸気管1に設けた取付孔1aにバイパス部
材30を挿入し、吸気管1に回路モジュール20をボル
ト29で固定している。回路モジュール20とバイパス
部材30とは接着または溶着で結合されている。
【0014】回路モジュール20は回路部および流量測
定素子部を有する。この他に回路モジュール20は、空
気流路2の空気温度を測定する空気温度測定素子として
のサーミスタ27を備えている。回路部は、ハウジング
21、制御回路22、コネクタ24およびカバー28を
有し、流量測定素子部は、感温素子25および発熱素子
26を有する。感温素子25および発熱素子26への通
電を制御するとともに、流量検出信号を出力する制御回
路22が回路部の樹脂製のハウジング21内に収容され
ている。
【0015】ハウジング21は、吸気管1に回路モジュ
ール20を取付けるための取付穴部21aを有してい
る。回路モジュール20とバイパス部材30とは結合し
てモジュール化されているので、吸気管1に回路モジュ
ール20を取り付けることにより、空気流量測定装置1
0が吸気管1に取付けられる。図2に示すように、制御
回路22は感温素子25および発熱素子26とそれぞれ
2本の支持部材202および201を介して電気的に接
続している。感温素子25および発熱素子26をそれぞ
れ支持する支持部材202および201はハウジング2
1にモールド成形されている。回路モジュール20の側
部には、図示しないワイヤハーネスを接続するためのコ
ネクタ24が設けられている。感温素子25は温度補償
抵抗体102とリード線25aとを有しており、発熱素
子26は発熱抵抗体101とリード線26aとを有して
いる。温度補償抵抗体102および発熱抵抗体101
は、例えば中空セラミックスの外表面に形成された温度
依存性の加熱抵抗体と、この加熱抵抗体を被覆する被覆
材とから構成される。リード線25aおよびリード線2
6aは、支持部材202および201に抵抗溶接等によ
り溶接されており、線径に対して長さが充分にとられて
いるので、発熱抵抗体101からリード線26aを伝わ
って支持部材201へ逃げる熱を小さくすることができ
る。
【0016】図3に示すように、感温素子25および発
熱素子26は後述するバイパス流路34の曲部34aの
上流側流路に設置されている。感温素子25は、発熱素
子26に触れる空気の温度を測定するため、発熱素子2
6の放熱の影響を受けない範囲で発熱素子26の近くに
設置することが好ましい。バイパス部材30は外管31
と、外管31と一体に成形されたベンチュリ管32とを
有する。外管31およびベンチュリ管32は空気流れに
平行に配置されている。ベンチュリ管32は外管31の
回路モジュール20と反対側の底部に位置し、ベンチュ
リ管32から回路モジュール20に向かって隔壁33が
延びている。この隔壁33により、バイパス部材30内
にU字状のバイパス流路34が形成されている。
【0017】上記の構成により、吸気流路2から外管3
1の吸気入口31aに流入した空気は、バイパス流路3
4に向かう流れと、ベンチュリ管32内のベンチュリ流
路32aに向かう流れとに別れる。バイパス流路34に
流入した空気は、ベンチュリ管32の下流側でベンチュ
リ流路32aを通過した空気と合流し、吸気出口31b
から空気流路2に流出する。ベンチュリ管32の下流側
は空気の流速が増加するので負圧が発生する。この負圧
によりバイパス流路34の空気が吸引されバイパス流路
34内の空気の流速が速くなる。
【0018】図1に示すように、コネクタ24に埋設さ
れたターミナル23はワイヤボンディング等により制御
回路22と電気的に接続されている。制御回路22は、
第1、第2および第3の固定抵抗器110、113およ
び114と、分圧抵抗器115、116、117および
118と、パワートランジスタ130と、モノリシック
IC301とを有している。
【0019】次に、制御回路22について、図5に示す
回路図に基づいて説明する。図5に示すように、図示し
ないバッテリ等の電源の端子は、パワートランジスタ1
30のコレクタ端子に接続されている。発熱抵抗体10
1と温度補償抵抗体102とはほぼ同一の抵抗値であ
る。発熱抵抗体101には加熱電流が流され、温度補償
抵抗体102は空気流の温度に応じて温度が変化する。
したがって、発熱抵抗体101は温度補償抵抗体102
との温度差が一定となるように制御される。
【0020】第1の固定抵抗器110は発熱抵抗体10
1に流れる電流を電圧に変換して検出する。分圧抵抗器
111および112は発熱抵抗体101の両端電圧を分
圧するための分圧回路を構成する。第2の固定抵抗器1
13および第3の固定抵抗器114は直列接続され、温
度補償抵抗体102に流れる電流を電圧に変換して検出
する。分圧抵抗器115および116は基準電圧源14
0の出力電圧を分圧するための分圧回路を構成する。ま
た制御回路22には、分圧抵抗器117および118
と、オペアンプ120、121、122および123が
設けられる。オペアンプ120の出力端子は、パワート
ランジスタ130のベースに接続されている。また、オ
ペアンプ121および122の出力端子は、オペアンプ
121および122の反転入力端子に接続されており、
ボルテージフォロワ回路となっている。ここで、オペア
ンプ120および121と、第1、第2および第3の固
定抵抗器110、113および114と、分圧抵抗器1
11および112と、発熱抵抗体101と、温度補償抵
抗体102とは、ホイートストンブリッジ回路およびそ
の制御回路100を構成する。また、オペアンプ122
および123と、分圧抵抗器115、116、117お
よび118と、基準電圧源140とはホイートストンブ
リッジ回路およびその制御回路100から流量と相関を
もった電圧として検出される電圧V1 を増幅し、出力電
圧VG を出力するためのアンプ回路200を構成する。
【0021】まず、ホイートストンブリッジ回路および
その制御回路100について説明する。ここで、V1
2 、V3 、V4 およびVG はその記号の付してある部
分の電圧を示している。発熱抵抗体101および温度補
償抵抗体102を含むブリッジ回路に電圧が印加される
と、オペアンプ120の非反転入力端子にはV1 が発生
し、反転入力端子には電圧V2 が発生する。ここで、電
圧V1 >V2 となっているとき、オペアンプ120の出
力電圧V4 は上昇する。すると、パワートランジスタ1
30のエミッタ電圧V3 も上昇する。この電圧V3 の上
昇によって、発熱抵抗体101を流れる電流は上昇し、
発熱抵抗体101の温度は上昇する。この結果、発熱抵
抗体101の抵抗値は上昇し、電圧V1 は低下する。
【0022】電圧V1 が低下し、V1 <V2 となると、
オペアンプ120の出力電圧V4 は低下する。このた
め、パワートランジスタ130のエミッタ電圧V3 も低
下する。この電圧V3 の低下によって、発熱抵抗体10
1を流れる電流は低下し、発熱抵抗体101の温度は低
下する。この結果、発熱抵抗体101の抵抗値は低下
し、電圧V1 は上昇する。そして、再びV1 >V2 とな
ると、上記の制御を繰返し実行する。
【0023】このように、オペアンプ120の出力V4
がV1 =V2 となるようにパワートランジスタ130を
制御する。ここで、温度補償抵抗体102は自己発熱し
ないようにそこに加わる電圧が調整されている。つま
り、温度補償抵抗体102の両端に加わる電圧は、発熱
抵抗体101の両端に加わる電圧(V3 −V1 )の数分
の一程度となるように設定されている。これによって、
温度補償抵抗体102の温度が流量計内を流れる空気の
温度とほぼ等しくなり、温度補償抵抗体102は温度測
定用として用いられる。
【0024】一方、発熱抵抗体101に流れる加熱電流
をIとし、発熱抵抗体101の抵抗値をRH とすると、
発熱抵抗体101はI2 H の電力を消費し、発熱す
る。この電力I2 H による発熱抵抗体101の発熱は
図3に示すバイパス流路34を流れる空気に放熱される
ので、バイパス流路34を流れる吸気流量が多いか、少
ないかによって空気に奪われる熱量が変化する。このた
め、空気量に応じて温度が変化し、抵抗値RH も変化し
ようとするが、発熱抵抗体101の抵抗値RH が変わら
ないようにオペアンプ120がパワートランジスタ13
0の通電量を制御する。つまり、空気流量に応じて加熱
電流Iを変化させることにより、I2 Hを変化させ、
H が常に所定抵抗値になるように制御される。
【0025】したがって、加熱電流Iは空気流量に相関
をもった値となり、第1の固定抵抗器110によって電
圧V1 に変換され、出力される。ホイートストンブリッ
ジ回路およびその制御回路100は、発熱抵抗体101
を所定抵抗値、すなわち所定温度に制御している。ここ
で、ホイートストンブリッジ回路およびその制御回路1
00により制御される発熱抵抗体101の温度について
説明する。
【0026】内燃機関の吸入空気量を測定する空気流量
測定装置は通常、空気温度−40℃から150℃の間で
精度と耐久性が要求される。発熱抵抗体101で耐熱上
問題となるのは被覆材であり、例えば被覆材として鉛ガ
ラスを用いると、この鉛ガラスの融点の関係から発熱抵
抗体101の温度を400℃以上にすることはできな
い。すなわち、空気温度と発熱抵抗体101との温度差
を250℃以下にする必要がある。また、吸入空気中に
含まれる水滴が発熱抵抗体101に付着すると、空気流
量測定装置10の出力信号は誤差を生ずる。さらに水滴
は、吸入空気中の塵埃と一緒になって発熱抵抗体101
の表面に付着すると、塵埃を発熱抵抗体101の表面に
保持する作用をし、空気流量測定装置10の出力信号は
誤差を生ずる。したがって、吸入空気中の水滴で発熱抵
抗体101に付着したものは、瞬時に蒸発させる。すな
わち、発熱抵抗体101の温度を水の沸点以上にする必
要がある。したがって、発熱抵抗体101の温度と空気
温度との差を140℃から250℃の間に設定する必要
がある。
【0027】次に、アンプ回路200について説明す
る。アンプ回路200は、ホイートストンブリッジ回路
およびその制御回路100から流量に相関をもった電圧
1 をオペアンプ123の非反転入力端子に入力し、分
圧抵抗器117および118によって決定される増幅度
により電圧V1 を増幅する。さらに、分圧抵抗器115
および116によって基準電圧源140の出力電圧を分
圧し、この分圧された電圧V5 と分圧抵抗器117およ
び118の比との積によって得られる電圧が上記の増幅
された電圧から差し引かれる。そして、この差し引かれ
た電圧値が出力電圧VG として出力される。
【0028】上述のように、アンプ回路200は電圧増
幅作用を有する。また、このアンプ回路200は、個々
の製品に固有のV1 のばらつきをなくすることができる
よう、分圧抵抗器115および116の抵抗値と、分圧
抵抗器117および118の抵抗値とを調整可能になっ
ている。これによって、出力電圧VG をA/D変換する
A/D変換器のA/D変換可能範囲に合わせたゼロスパ
ン調整された出力電圧を出力することができ、A/D変
換器のA/D変換可能範囲を無駄なく使ってA/D変換
時のビット誤差を小さくしている。
【0029】次に、空気流量測定装置10の調整工程を
図6に基づいて説明する。 図6のステップS1において、発熱抵抗体101お
よび温度補償抵抗体102の抵抗値を測定し、抵抗値別
に発熱素子26および感温素子25を選別する。 図6のステップS2において、支持部材201およ
び202に選別した発熱素子26および感温素子25の
リード線26aおよび25aを溶接することにより、支
持部材201および202に発熱素子26および感温素
子25を取付ける。
【0030】 図6のステップS3において、支持部
材201および202に発熱素子26および感温素子2
5を取付け後、空気流量を測定する。 図6のステップS4において、分圧抵抗器115お
よび116の抵抗値と分圧抵抗器117および118の
抵抗値とを調整することにより、アンプ回路200の出
力電圧を所定電圧に調整する。
【0031】 図6のステップS5において、最終出
力特性を検査する。 上記の〜の工程により、ホイートストンブリッジ回
路およびその制御回路100の第2の固定抵抗器113
および第3の固定抵抗器114の抵抗値を調整すること
なく発熱抵抗体101の制御温度を所定範囲内とするこ
とができる。したがって、第2の固定抵抗器113およ
び第3の固定抵抗器114の抵抗値の調整を省略するこ
とにより、製造工数を低減することができる。
【0032】さらに、第2の固定抵抗器113および第
3の固定抵抗器114の抵抗値の調整が不要となること
により、第2の固定抵抗器113および第3の固定抵抗
器114を比較的小さくすることができ、空気流量測定
装置10を小型化することができる。さらにまた、第2
の固定抵抗器113および第3の固定抵抗器114を小
型化することにより、モノリシックIC301内に第2
の固定抵抗器113および第3の固定抵抗器114を配
置することが可能となり、空気流量測定装置をさらに小
型化することができる。
【0033】本実施例では、バイパス流路34をU字状
に形成したが、本発明では、バイパス流路を例えば直線
状に形成してもよい。また本実施例では、バイパス流路
34を有するバイパス部材30を空気流路2内に配設
し、バイパス流路34内に流量測定素子部を配設した
が、本発明では、空気流路に直接流量測定素子部を配設
してもよい。
【0034】また本実施例では、空気流路2内の空気温
度を検出するサーミスタ27を備えているが、本発明で
は、サーミスタを設置しない構成としてもよい。本発明
は、内燃機関の空気流量を測定する装置に限定されず、
種々の空気流路を流れる空気流量を測定する装置として
利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による空気流量測定装置のカ
バーを外した状態を示す平面図である。
【図2】本発明の一実施例による空気流量測定装置を示
す斜視図である。
【図3】本発明の一実施例による空気流量測定装置を吸
気管に取付けた状態を示す縦断面図である。
【図4】図3のIV方向矢視図である。
【図5】本発明の一実施例の制御回路を示す回路図であ
る。
【図6】本発明の空気流量測定装置の調整工程を示すフ
ロー図である。
【図7】従来の空気流量測定装置の調整工程を示すフロ
ー図である。
【符号の説明】
1 吸気管 1a 取付穴 2 空気流路 10 空気流量測定装置 20 回路モジュール 21 ハウジング 22 制御回路 25 感温素子(流量測定素子部) 25a リード線 26 発熱素子(流量測定素子部) 26a リード線 27 サーミスタ 30 バイパス部材 34 バイパス流路 100 ホイートストンブリッジ回路および制御回
路 101 発熱抵抗体 102 温度補償抵抗体 110 第1の固定抵抗器 111、112 分圧抵抗器 113 第2の固定抵抗器 114 第3の固定抵抗器 115、116、117、118 分圧抵抗器 130 パワートランジスタ 200 アンプ回路 201、202 支持部材 301 モノリシックIC

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気流路を流れる空気流量を測定する空
    気流量測定装置であって、 前記空気流路内に配設され、発熱抵抗体を有する流量測
    定素子部と、 前記流量測定素子部と電気的に接続し、前記発熱抵抗体
    の発熱温度を所定温度に調整するブリッジ回路、および
    このブリッジ回路で検出される流量と相関のある電圧を
    増幅し出力電圧を出力するアンプ回路を有する制御回路
    と、 前記ブリッジ回路の一部を構成するよう前記制御回路内
    に設けられ、抵抗値の調整が不要な抵抗体と、 を備えることを特徴とする空気流量測定装置。
  2. 【請求項2】 前記制御回路はモノリシックICを有
    し、前記抵抗値の調整が不要な抵抗体は前記モノリシッ
    クIC内に配置されることを特徴とする請求項1記載の
    空気流量測定装置。
  3. 【請求項3】 前記空気流路内に配設されるバイパス部
    材であって、前記空気流路内を流れる空気の一部が流入
    するバイパス流路を有するバイパス部材を備え、前記バ
    イパス流路内に前記流量測定素子部を配設することを特
    徴とする請求項1または2記載の空気流量測定装置。
  4. 【請求項4】 前記バイパス流路はU字状に形成される
    ことを特徴とする請求項1、2または3記載の空気流量
    測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4記載の空気流量測定装置を
    調整する方法であって、 前記流量測定素子部の抵抗値を測定し、選別する工程
    と、前記制御回路と電気的に接続される支持部材に前記
    流量測定素子部を取付ける工程と、 空気流量を測定する工程と、 前記アンプ回路の出力電圧を所定電圧に調整する工程
    と、 最終出力特性を検査する工程と、 を含むことを特徴とする空気流量測定装置の調整方法。
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