KR19980031867A - 공기유량계 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 유량계에 관한 것으로서, 발열 저항소자의 일단과 제1저항소자의 일단이 연결되고, 온도보상용 저항소자의 일단과 제2저항소자의 일단이 연결되되 상기 제1저항소자의 타단과 상기 제2저항소자의 타단이 연결되고, 상기 발열 저항소자의 타단과 상기 온도보상용 저항소자의 타단이 각각 전기적으로 접속된 브리지부; 상기 제1저항소자와 상기 제2저항저항소자 각각의 전압레벨을 비교하여 그 차에 비례하는 출력신호를 발생하는 비교부; 상기 비교부에서 출력된 신호의 레벨에 비례하여 상기 브리지부의 상기 발열저항소자와 상기 감열소자가 상호 접속된 공통부분을 통해 공급되는 전류를 조절하는 전력공급제어부;를 포함하여 구성되고, 상기 온도보상용 저항소자가 페이스트상의 백금에 산화 알루미늄(Al2O3) 박편을 혼합하여 소정온도에서 소결시켜 제작됨으로써, 상기 발열 저항소자에 대한 상대적인 저항값이 커 자체발열을 억제하여 측정정밀도가 향상되고, 구동회로가 간략화 된다.

Description

공기 유량계

본 발명은 공기 유량계에 관한 것으로서, 상세하게는 유입되는 공기의 온도변화를 보상하기 위해 마련된 온도보상용 저항소자가 발열 저항소자보다 상대적인 저항레벨이 큰 값을 갖도록 형성되어 발열 저항소자를 소정온도로 유지시키기 위한 구동회로의 구성이 간단해진 공기 유량계에 관한 것이다.

공기 유량계(air flow meter)는 공기 유입관을 통해 유입되는 공기량을 측정하는 장치이다. 열선(hot wire)식 공기 유량계는 공기가 유입되는 유입관에 설치된 열선이 유입되는 공기량에 비례하여 냉각되기 때문에 열선을 소정온도로 유지하기 위해 상기 열선에 공급되는 전력을 측정하여 공기의 유입량을 측정하도록 구성된다.

이와 같이 유체속에 노출된 열선으로부터 공기로의 열전달 효과를 이용하여 유량을 측정하는 열선식 공기 유량계는 내연기관의 공기 유량검출에 널리 이용되고 있다.

그런데 이와 같은 열선식 공기 유량계는 열선을 동일 온도로 유지하는데 필요한 전력이 유입되는 공기의 온도에 따라서 달라지기 때문에 유입량을 공기의 온도변화에 무관하게 검출하기 위해서 온도보상용 저항소자를 채용하고, 온도변화에 따라 출력이 보상되도록 회로망이 구성된다.

도 1은 종래의 열선식 공기 유량계의 구성을 개략적으로 나타내보인 회로도이다.

이를 참조하면, 종래의 열선식 공기 유량계는 공기가 유입되는 유입관에 노출되는 발열 저항소자(1)인 열선과 온도보상용 저항소자(2)가 동일 금속소재인 백금(Pt)으로 형성되었고, 백금으로 된 종래의 온도보상용 저항소자(2)의 저항값이 낮아 전류가 이 온도보상용 저항소자(2)를 통해 흐를 때 자체 발열저항으로 인해 목적하고자 하는 온도보상을 정확하게 할 수 없기 때문에 자체발열저항을 최대한 억제하도록 도시된 구동회로가 구성된다.

그러나, 이와 같이 온도보상용 저항소자(2)의 저항값이 낮기 때문에 구동회로의 구성이 복잡해지고, 적용되는 부품수가 많아져 제작비용의 증가 뿐만아니라 회로가 복잡해지는 단점이 있다.

한편, 온도보상소자(2)로서 백금소재로 된 발열저항소자(1)의 재질과 다르면서 상대적인 저항값이 큰 일반적인 저항소자를 채용하고자 할 경우 백금과 온도보상용 저항소자(2)의 온도에 따른 저항변화 특성이 일치하지 않아 구성회로를 간략하게 하고자 하는 목적에 대해 신뢰성을 보장하지 못하여 백금보다 상대적으로 고저항값을 갖으면서, 온도에 따라 동일한 저항변화 특성을 갖는 온도보상용 저항소자(2)의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점 및 요구에 대응하여 창안된 것으로서, 발열 저항소자와 온도에 따른 저항특성이 같은 온도보상용 저항소자를 채용하여 구성회로를 간략화시킨 공기 유량계를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 공기 유량계의 구성을 개략적으로 나타내보인 회로도.

도 2는 본 발명에 따른 공기 유량계의 구성을 나타내보인 회로도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 11: 발열 저항소자2, 12: 온도보상용 저항소자

10: 브리지부13: 제1저항소자

14: 제2저항소자20: 비교부

30: 전력공급 제어부

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 공기 유량계는 발열 저항소자의 일단과 제1저항소자의 일단이 연결되고, 온도보상용 저항소자의 일단과 제2저항소자의 일단이 연결되되 상기 제1저항소자의 타단과 상기 제2저항소자의 타단이 연결되고, 상기 발열 저항소자의 타단과 상기 온도보상용 저항소자의 타단이 각각 전기적으로 접속된 브리지부;와 상기 제1저항소자와 상기 제2저항저항소자 각각의 전압레벨을 비교하여 그 차에 비례하는 출력신호를 발생하는 비교부;와 상기 비교부에서 출력된 신호의 레벨에 비례하여 상기 브리지부의 상기 발열저항소자와 상기 온도보상용 저항소자가 상호 접속된 공통부분을 통해 공급되는 전류를 조절하는 전력공급제어부;를 구비하는 공기 유량계에 있어서,상기 온도보상용 저항소자는 백금과 산화알루미늄을 포함하여 조성된 것을 그 특징으로 한다.

상기 온도보상용 저항소자는 상기 백금에 대한 상기 산화 알류미늄의 중량비가 60% 이하인 것이 바람직 하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공기 유량계를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기 유량계의 구성을 나타내보인 회로도이다.

이를 참조하면, 공기 유량계는 블록단위로 크게 브리지부(10), 비교부(20), 전력공급 제어부(30)를 포함하도록 구성된다. 도시되지는 않았지만, 전력공급제어부(30)에서 브리지부(10)로 공급되는 전류를 검출하는 전류검출부가 마련되어, 이 전류값과 설정된 공급전압으로부터 단위시간당 유입되는 유량을 표시하거나, 별도의 시스템제어장치에 산출된 데이터를 제공하도록 구성된다.

먼저, 브리지부(10)에서 발열 저항소자(11)와 직렬로 접속된 제1저항소자(13) 양단과 온도보상용 저항소자(12)와 직렬접속된 제2저항소자(14)의 양단이 상호 병렬접속되기 때문에 동일전압이 인가된다. 발열 저항소자(11)와 온도보상용 저항소자(12)는 유입되는 공기량을 측정하기 위한 유입관내에 설치되고, 제1 및 제2저항소자(13)(14)는 다른 구성요소와 함께 별도의 회로기판상에 설치되어, 상기 발열 저항소자(11) 및 온도보상용 저항소자(12)와 전기적으로 접속된다. 제1 및 제2저항소자(13)(14)는 온도변화에 따른 저항특성 변화가 작은 고정저항소자가 채용되고, 별도의 열차단막을 사용하여 제1 및 제2저항소자(13)(14)의 저항값 변동을 억제시킬수록 측정정밀도가 증가된다.

발열 저항소자(11)는 열선 또는 히터라고 불리우는 저항체로서 백금으로 제조되고, 온도변화에 따른 저항특성은 상호 비례되는 정특성을 갖는다.

온도보상용 저항소자(12)는 발열저항소자(11)와 동일한 온도특성변화를 갖는 소재로서, 페이스트상의 백금에 저항증가를 위해 가미되는 산화알루미늄이 혼합되고, 발열저항소자(11)에 대한 상대적 저항값이 크도록 조성비가 결정된다. 상기 온도보상용 저항소자(12)는 상기 발열저항소자(11)와 동일한 형태의 온도특성을 갖는다.

비교부(20)는 제1저항소자(13)와 제2저항소자(14)의 전압레벨을 비교하고 그 차에 비례하는 전압신호를 츨력하는 차동증폭기(21)가 적용되어있다.

전력공급제어부(30)는 전원공급원(Vcc)으로부터 상기 브리지부(10)에 공급되는 전력을 제어하도록 구성요소가 접속되는데 본 실시예에서는 하나의 트랜지스터(31)를 적용시켰다. 전원공급원(Vcc)과 트랜지스터(31)의 컬렉터 단자가 연결되고, 베이스단자는 비교부(20)의 출력단자와 전류제한용 저항소자(32)를 통해 접속되며, 에미터 단자가 발열저항소자(11)와 온도보상용 저항소자(12)의 공통접속부와 연결된다. 따라서, 비교부(20)의 출력신호에 따라 전원공급원(Vcc)으로부터 공급되는 전류가 결정된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 공기 유량계는 다음과 같이 동작한다.

먼저, 전원공급원(Vcc)을 통해 설정된 브리지부(10)의 양단에 걸리는 전압에 의해 발열저항소자(11)를 통해 전류가 흐르게 되고, 발열 저항소자(11)는 고온으로 발열된다. 이때, 유입관을 통해 유입되는 공기가 발열 저항소자(11)와의 열교환에 의해 발열 저항소자(11)는 냉각되고, 냉각에 의한 발열 저항소자(11)의 전압강하가낮아지면서 발열 저항소자(11)와 직렬연결되어 브리지부(10) 양단의 전압을 분압하는 제1저항소자(13)의 전압강하가 증가한다. 제1저항소자(13) 양단전압의 증가로부터 제2저항소자(14) 양단과의 전압차가 증가하여 차동증폭기(21)의 출력전압은 상승하게되고, 트랜지스터(31)의 베이스에 유입되는 전압 또는 전류증가에 따라 에미터 단자를 통해 유입되는 전류증가와 함께 발열 저항소자(11)의 발열저항이 가속화 되면서 저항값이 상승하고, 초기 설정된 발열 저항소자(11)의 온도에 도달할 때까지 전력공급의 상승이 지속된다.

한편, 유입되는 공기의 온도가 변화되면 온도에 따라 저항값이 변동되는 온도보상용 저항소자(12)에 의해 제2저항소자(14)의 전압레벨이 변동되어 비교부(20)의 출력이 보상된다. 즉, 유입되는 공기의 온도가 하강하면 온도보상용 저항소자(12)의 전압강하가 낮아지고, 비교부(20)의 기준전압이 상승되어 비교부(20)의 출력전압이 상대적으로 낮아짐으로서 전력공급에 대한 보상이 이루어진다. 유입되는 공기의 온도가 상승할 경우도 온도보상용 저항소자(12)의 저항값이 상승하여 제2저항소자(14)의 전압강하가 상대적으로 감소되어 비교기준 전압레벨이 낮아져 비교부(20)의 출력전압이 증대됨으로써, 전력보상이 이루어진다.

온도보상용 저항소자(12)의 저항값이 발열 저항소자(11)에 대해 상대적으로 수 십배정도 크기 때문에 자체 발열저항이 억제되어 유체온도의 변화에 따른 열전달 효과의 변화를 효과적으로 보상할 수 있다.

다음은 발열 저항소자(11)와 온도특성이 같고, 저항값이 상대적으로 큰 온도보상용 저항소자(12)의 제작방법을 살펴본다.

평균입도가 1μm인 산화알루미늄(Al2O3)분말을 프린팅용 백금 페이스트(paste)에 혼합한 후 분쇄한다. 이때, 백금에 혼합되는 산화 알루미늄의 상대적인 중량비에 비례하여 저항값이 증가되고, 바람직하게는 백금에 대한 산화알루미늄의 중량비가 60%이하가 되도록 조성한다.

이와 같이 제작되는 온도보상용 저항소자(12)는 고온에서 소결되어 수명이 길다는 장점도 있다.

이상에서와 같이 본 발명의 실시예에서는 공기 유량계를 통해 설명되었으나, 본 발명의 취지에 따라 공기 이외의 유체의 유량을 계측하는 타분야에 적용가능하다는 것을 알수 있다.

지금까지 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 공기 유량계가 제공됨으로써, 유량의 계측에 필요한 회로구성이 간략화 되어, 제작이 용이하고, 제품 가격이 저렴화 되는 장점이 있다.

Claims (3)

1. 발열 저항소자의 일단과 제1저항소자의 일단이 연결되고, 온도보상용 저항소자의 일단과 제2저항소자의 일단이 연결되되 상기 제1저항소자의 타단과 상기 제2저항소자의 타단이 연결되고, 상기 발열 저항소자의 타단과 상기 온도보상용 저항소자의 타단이 각각 전기적으로 접속된 브리지부;와 상기 제1저항소자와 상기 제2저항저항소자 각각의 전압레벨을 비교하여 그 차에 비례하는 출력신호를 발생하는 비교부;와 상기 비교부에서 출력된 신호의 레벨에 비례하여 상기 브리지부의 상기 발열저항소자와 상기 온도보상용 저항소자가 상호 접속된 공통부분을 통해 공급되는 전류를 조절하는 전력공급제어부;를 구비하는 공기 유량계에 있어서,

   상기 온도보상용 저항소자는 백금과 산화알루미늄을 포함하여 조성된 것을 특징으로 하는 공기 유량계.
2. 제1항에 있어서, 상기 백금에 대한 상기 산화알루미늄의 중량비가 60% 이하인 것을 특징으로 하는 공기 유량계.
3. 제2항에 있어서, 상기 백금에 첨가되는 산화알루미늄 분말의 평균입도가 2μm이하인 것을 특징으로 하는 공기 유량계.