KR100486141B1 - 열식유량 검출장치 - Google Patents

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Abstract

유동변동주파수가 높아져도 응답지연을 나타내지 않고, 또 전원변동이 생긴 경우에도 검출유량에 오차가 생기는 일이 없는 열식유량 검출장치를 실현한다.
피측정유체내에 설치되고, 이 피측정유체의 유량에 따른 소비전력에 의해 발열하는 발열저항체와, 상기 유량에 의해 변화하는 피측정유체의 온도를 검출하는 제1의 온도검출용 저항체와, 상기 발열저항체의 온도를 검출하는 제2의 온도검출용 저항체를 구비하고, 상기 제1의 온도검출용 저항체와, 상기 제2의 온도검출용 저항체를 구비하는 브리지회로를 소유하고, 상기 제1의 온도검출용 저항체와 상기 제2의 온도검출용 저항체와의 온도차가 일정하게 되도록 상기 발열저항체의 가열전류를 제어하고 이 가열전류를 사용해서 피측정유체내의 유량검출을 실시하는 열식유량 검출장치에서, 상기 발열저항체의 가열전류에 비례한 전압을 상기 브리지회로에 인가한다.

Description

열식유량 검출장치{THERMOSENSITIVE FLOW RATE DETECTING DEVICE}
본 발명은, 열식유량 검출장치에 관해 보다 구체적으로는 예를 들면, 자동차용 엔진등의 흡입공기량을 검출하는 것에 사용되고 특히 엔진 맥동류에 대한 검출정밀도의 향상을 도모한 열식유량 검출장치에 관한 것이다.
일반적으로 자동차용 엔진에의 흡입공기량을 계측하는 유량검출장치로는 열식이 이용되고 있고, 그 검출회로는, 도 4에 표시하는 바와 같이 회로구성으로 되어 있다.
도 4는 일본국 특개평11-351936호 공보에 개시된 종래의 열식유량 검출회로의 구성을 표시하는 회로도이다. 이하에 도 4의 구성에 대해 설명한다.
도면에서, 3은 흡기온도검출용의 제1의 온도검출용 저항체. 4는 발열저항체, 5는 발열저항체(4)의 근방에 형성한 발열온도검출용의 제2의 온도검출용 저항체, 8은 전원, 9는 고정저항, 12a,12b,는 트랜지스터, 13은 브리지회로에 인가되는 일정전원전압, 14는 유량검출단자, 15는 유량출력신호, 16a는 차동증폭기이다.
여기서, 흡기온도검출용의 제1의 온도검출용 저항체(3)의 발열저항체(4) 근방에 형성한 발열온도검출용의 제2의 온도검출용 저항체(5) 및 고정저항(9)에서 브리지회로를 구성하고, 브르지회로에는 일정전원전압(13)이 인가되고, 브리지회로의 출력단자는 차동증폭기(16a)의 입력단자에 접속되어 있다.
차동증폭기(16a)의 출력은 트랜지스터(17a),(17b)를 통해서 발열저항체(4)에 접속되어 있다.
또, 브리지회로는, 제2의 온도검출용 저항체(5)가 제1의 온도검출용 저항체 (3)보다도 일정온도 높은 조건하에서 밸런스하도록 각 회로정수가 설정되어 있다. 따라서, 상기 차동증폭기(16a)의 입력전압차가 거의 0이 되도록 발열저항체(4)에 가열전류가 공급되고, 제2의 온도검출용 저항체(4)는, 흡기온도 보다도 일정온도 높은 온도로 보존되는 정온도차회로로 되어 있다.
상술한 바와 같이 정온도차회로는, 피드백회로를 구성하고 있으므로, 유량변동에 대해 응답성좋게 추종하는 특징을 가지고 있다. 예를 들면 유량이 증대한 경우, 제2의 온도검출용 저항체(5) 및 발열저항체(4)가 냉각되고, 저항치가 약간 하강하면, 차동증폭기(16a)의 비반전 입력단자의 전압이 올라가므로 차동증폭기의 출력전압이 상승하고 트랜지스터(12a),(12b)의 이미터전류가 증대하고, 또 발열저항체(4)의 가열전류가 증대해서 발열저항체의 온도가 상승한다.
이 발열저항체(4)의 온도변화를 전열에 의해, 제2의 온도검출용 저항체(5)에 전달되고, 제2의 온도검출용 저항체(5)의 온도(저항치)도 원래의 온도(저항치)까지 상승해서 브리지회로가 밸런스 한다.
또, 발열저항체(4)의 가열전류가 증대한 후 제2의 온도검출용 저항체(5)의 온도가 복귀하는 기간에는 발열저항체(5)의 전열현상만으로, 발열저항체(4)와 제2의 온도검출용 저항체간(5)에는 전기적인 작용은 작용하지 않는다. 따라서 유량변동주파수가 높아지면, 흐름에 의해 냉각되어서 제2의 온도검출용 저항체(5)의 온도가 내려간 후 발열저항체(4)에의 가열에 의해 온도가 복귀할때까지의 응답지연이 문제가 된다. 또 정온도차회로의 교류특성은 트랜지스터(12a),(12b)의 전류증폭율에도 의존하므로, 전류증폭율이 온도에 의해 변동하면 응답성이 변화한다는 과제를 가지고 있다.
상술한 바와 같이 종래 기술에서는 유량변동주파수가 높아지면 응답지연이 문제가 된다. 일반적으로 엔진의 흡입공기의 경우, 엔진회전수가 높을수록 유량이 커지므로, 저유량, 저회전수영역에서 추종성이 좋은 응답성을 표시하여도 대유량, 고회전수영역에서는 엔진의 맥동류에 대해 응답지연이 발생하고 검출유량오차가 생긴다는 문제가 있었다. 또 주파수 응답특성에 온도의존성을 가지고 있고, 고온일수록 트랜지스터의 전류증폭율이 높아지므로 고온에서는 응답성이 빠르게 공진적이 되는데 대해 저온시에는 쇄감적이 되어, 조건에 따라서는 응답지연이 발생되고, 상기와 같이 검출오차가 생기고 있었다.
또 전원변동이 생긴 경우, 가열전류공급용의 트랜지스터(12a)를 통해서 전원변동이 출력신호에 중첩해서 나타나기 쉽고, 전원변동이 커지면 검출유량오차가 생긴다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 된것으로 유량변동주파수가 높아져도 응답지연이 발생하지 않고 또 전원변동이 생긴 경우에도 검출유량에 오차가 생기지 않는 열식유량 검출장치를 실현시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 열식유량 검출장치는 피측정유체내에 설치되고 이 피측정유체의 유량에 따른 소비전력에 의해 발열하는 발열저항체와, 상기 유량에 의해 변화하는 피측정유체의 온도를 검출하는 제1의 온도검출용 저항체와 상기 발열저항체의 온도를 검출하는 제2의 온도검출용 저항체를 구비하고, 상기 제1의 온도검출용 저항체와, 상기 제2의 온도검출용 저항체를 구비한 브리지회로를 소유하고, 상기 제1의 온도검출용 저항체와 상기 제2의 온도검출용 저항체와의 온도차가 일정하게 되도록 상기 발열저항체의 가열전류를 제어하고, 이 가열전류를 사용해서 피측정유체와의 유량검출을 하는 열식유량 검출장치에서, 상기 발열저항체의 가열전류에 비례한 전압을 상기 브리지회로에 인가하는 것이다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열식유량 검출장치에서의 유량검출용 소자의 평면도이다.
도 1에서, 1은 유량검출소자(2a),(2b)는 다이어프램, 3은 제2의 온도검출저항체, 4는 발열저항체, 5는 제2의 온도검출용 저항체, 6은 배선이다.
도면에 표시한 바와 같이, 발열저항체(4)와 흡기온도를 검출하기 위한 제1의 온도검출용 저항체(3) 및 발열온도를 검출하기 위한 제2의 온도검출용 저항체(5)가 실리콘기판의 표면측 절연막상에 형성되어 있다.
발열저항체(40의 열용량을 내리기 위해, 당해 발열저항체(4)와 제2의 온도검출용 저항체(5)를 형성한 위치의 이면측 실리콘기판의 일부를 에칭에 의해 제거해서 두께수 ㎛의 다이어프램(2b)을 형성하고 있다.
여기서, 발열저항체(4)는 제1의 온도검출용 저항체(3) 및 제2의 온도검출용 저항체(5)는 어느 것이나 저항치가 온도에 의해 변화한다. 예를 들면 백금박막으로 되고, 중착스패터링으로 절연막을 표면에 갖는 실리콘기판상에 예를 들면 0.2㎛정도의 막두께로 착막시키고, 그후 패터링해서 형성된다. 패터링 후 절연막으로 된 보호막을 스패터링에서 형성한 후, 전극부(7)의 보호막을 제거, 개구해서 상기 백금박막과의 전기적 접속이 가능해진다.
다음에, 도 2는 본 실시의 형태 1에 관한 열식유량 검출회로의 구성을 표시하는 회로도이다. 도 2에서, 발열저항체(4)에 가열전류를 공급하는 트랜지스터 (12a),(12b) 발열저항체(4)와 고정저항(9e)으로된 회로구성은 종래 기술에 의한 유량검출장치의 검출회로와 같다.
새로운 부호로서, (11a)는 브리지회로의 출력을 차동증폭하는 오퍼앰프이다. 또 (10a),(10b)는 분압저항, 11b는 차동증폭기 이고, 발열저항체(4)에서의 전압을 분압저항(10a),(10b)에 의해 분압하고, 차동증폭기(11b)를 통해서 상기 브리지회로에 전원전압을 공급하는 구성으로 하고 있다.
고정저항(9e)에서의 전위는 상기 발열저항체(4)의 가열전류에 비례한 전압으로 이 전압이 유량신호(15)가 된다.
상술한 구성에 의한 전온도차회로의 동작에 대해 설명한다.
예를 들면 유량이 증대한 경우, 제2의 온도검출용 저항체(5) 및 발열저항체 (4)가 냉각되고, 제2의 온도검출용 저항체(5)의 저항치가 약간 내려가면, 차동증폭기(11a)의 비반전 입력단자의 전압이 올라가므로 차동증폭기(11a)의 출력전압이 상승하고 트랜지스터(12a),(12b)의 이미터전류가 증대하고, 또 발열저항체(4)의 가열전류가 증대해서 발열저항체(4)의 온도가 상승한다.
이 발열저항체(4)의 온도변화는, 전열에 의해 제2의 온도검출저항체(5)에 전달되는 동시에 차동증폭기(11b)를 통해서 브리지전압도 상승한다. 제2의 온도검출용 저항체(5)의 온도(저항치)도 원래의 온도(저항치)까지 상승해서 브리지회로가 밸런스 한다.
이상의 회로동작에 의해 제2의 온도검출용 저항체(5)는 제1의 온도검출용 저항체(3)보다도 일정온도 높은 온도로 항상 유지되고, 발열저항체(4)도 상기 제2의 온도검출용 저항체(5)와 거의 같은 온도가 된다. 이때, 발열저항체(4)에서의 소비전력이 유량의 함수가 되기 위해 발열저항체(4)의 가열전류 또는 당해 가열전류에 비례한 전압(15)을 검출함으로써 유량검출이 실현된다.
본 실시의 형태 1의 정온도차회로에서는 브리지회로에 유량증대와 함께 증대하는 발열저항체에서의 전압을 분압한 전위를 인가해 귀환이득을 종래 기술에 의한 온도차회로보다도 증대시키고 있다. 따라서, 트랜지스터(12)의 전류증폭율의 의존성이 작고, 또 유량이 커질수록 응답성이 빨라지고 엔진맥동에 늦어지는 일없이 추종하는 것이 가능해진다. 또 전원(8)의 전압변동의 가열전류에의 영향도 작아진다.
또 제2의 온도검출용 저항체(5)와 고정저항(9a)의 저항비 및 분압저항(10b)과 분압저항(10a)의 저항비는 어느 것도 크게할수록 귀환이득이 올라가고 응답성은 빨라지는 동시에 제2의 온도검출용 저항체(5)에서의 자기발열온도도 상승한다. 자기발열온도는 발열저항체(4)의 온도상승에 비해 0.1%정도가 되도록, 또 최대유량, 최대맥동주파수로 응답성을 손상하지 않도록 이들의 저항비율을 설정한다.
이상과 같이 본 실시의 형태 1에 관한 열식유량 검출장치는 정온도차회로의 귀환이득이 증대하고 가열전류 공급용의 트랜지스터의 전류증폭율의 변화에 의존하지 않는 주파수응답이 된다. 또 유량이 커질수록 고속응답성이 얻어지므로 맥동류에 대해서도 검출정밀도가 높은 유량검출이 가능해진다.
실시의 형태 2.
도 3은, 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 열식유량 검출회로의 구성을 표시하는 회로도이다. 도 3에서는 분압저항(10b)의 접속방법을 제외하고 상술한 본 실시의 형태 1과 같다. 본 실시의 형태 2에서는, 분압저항(10b)의 한쪽의 단자를 접지시킴으로써, 저항(10a),(10b)을 흐르는 전류가 고체저항(9e)에 흐르지 않는 회로구성으로 되어 있다.
본 실시의 형태 2에서도 실시의 형태 1과 같이 가열전류에 비례한 전원전압이 브리지회로에 인가되므로 같은 효과를 나타낸다.
이상과 같이 본 발명에 의하면 브리지회로의 귀환이득을 증대시킨 것으로 인해, 유량변동주파수가 높아진 경우에도, 제2의 온도검출용 저항체는 추종성 좋게 동작하고 대유량 예를 들면 고회전수영역에서의 엔진의 맥동류에 대해서도 응답지연을 발생하지 않고 검출유량오차를 억제할 수 있다. 또 이 구성에 의하면, 주파수 응답특성에 온도의존성을 갖지 않으므로 고온시,저온시를 불문하고 응답지연을 발생하지 않고, 또, 전원전압 변동시에도 고정밀도의 유량검출이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열식유량 검출장치에서의 유량검출용 소자의 평면도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 관한 열식유량 검출장치의 구성을 표시하는 회로도.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 2에 관한 열식유량 검출장치의 구성을 표시하는 회로도.
도 4는 종래의 유량검출장치의 구성을 표시하는 회로도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 유량검출소자, 2 : 다이어프램,
3 : 제1의 온도검출저항체, 4 : 발열저항체,
5 : 제2의 온도검출용 저항체, 6 : 배선,
7 : 전극, 8 : 전원,
9 : 고체저항, 10 : 분압저항,
11 : 차동증폭기, 12 : 트랜지스터,
13 : 브리지회로의 전원, 14 : 유량검출단자,
15 : 유량출력신호, 16 : 자동증폭기,
17 : 트랜지스터.

Claims (1)

  1. 피측정유체내에 설치되고, 이 피측정유체내의 유량에 따른 소비전력에 의해 발열하는 발열저항체와,
    피측정유체내에 설치되고, 상기 유량에 의해 변화하는 피측정유체의 온도를 검출하는 제1의 온도검출용 저항체와,
    피측정유체내에 설치되고, 상기 발열저항체의 온도를 검출하는 제2의 온도검출용 저항체를 구비하고,
    전기적으로 접속된 상기 제1의 온도검출용 저항체와 상기 제2의 온도검출용 저항체를 구비하는 브리지회로를 가지고,
    상기 브리지회로는, 상기 제1의 온도검출용 저항체와 상기 제2의 온도검출용 저항체와의 온도차가 일정하게 되도록 상기 발열저항체의 가열전류를 제어하고, 이 가열전류를 이용해서 피측정유체내의 유량검출을 실시하는 열식유량 검출장치에서,
    상기 브리지회로에 공급하는 전원전압으로서, 상기 발열저항체의 가열전류에 비례한 전압을 상기 브리지회로에 인가하는 것을 특징으로 하는 열식유량 검출장치.
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