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JP2002174541A - Thermal flow meter - Google Patents

Thermal flow meter

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Publication number
JP2002174541A
JP2002174541A JP2000371473A JP2000371473A JP2002174541A JP 2002174541 A JP2002174541 A JP 2002174541A JP 2000371473 A JP2000371473 A JP 2000371473A JP 2000371473 A JP2000371473 A JP 2000371473A JP 2002174541 A JP2002174541 A JP 2002174541A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
resistor
heating
resistors
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000371473A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Sugaya
菅家  厚
Masamichi Yamada
雅通 山田
Keiichi Nakada
圭一 中田
Hiroshi Yoneda
浩志 米田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Astemo Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Car Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Car Engineering Co Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2000371473A priority Critical patent/JP2002174541A/en
Publication of JP2002174541A publication Critical patent/JP2002174541A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】熱式空気流量測定装置の計において、特別な回
路を付加することなくセンサ感度を改善する。 【解決手段】 発熱抵抗体211a,211bの上流部
及び下流部に測温抵抗体211d,211eを形成し、
この測温抵抗体の温度差から流体の流量を測定する。発
熱抵抗体は、211a,211bのように複数に分割さ
れる。この複数に分割された発熱抵抗体211a,21
1bを上流,下流の位置関係で配置し且つ直列に接続す
る。この複数に分割された発熱抵抗体の中点電位の出力
特性により測温抵抗体211d,211eの温度差信号
に基づく流量信号出力の感度を改善させている。
(57) [Problem] To improve the sensor sensitivity without adding a special circuit in a thermal air flow meter. SOLUTION: Temperature measuring resistors 211d and 211e are formed at an upstream portion and a downstream portion of heat generating resistors 211a and 211b,
The flow rate of the fluid is measured from the temperature difference of the resistance temperature detector. The heat generating resistor is divided into a plurality of parts like 211a and 211b. The plurality of divided heating resistors 211a, 21
1b are arranged in an upstream and downstream positional relationship and connected in series. The sensitivity of the flow rate signal output based on the temperature difference signal of the temperature measuring resistors 211d and 211e is improved by the output characteristic of the midpoint potential of the heating resistor divided into a plurality of portions.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば内燃機関等
の吸気量検出その他種々のガス流量検出に好適な流量測
定装置に係り、更に詳細には発熱抵抗体等の感温抵抗体
を使用して流体の流量を測定する熱式流量測定装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow rate measuring apparatus suitable for detecting, for example, an intake air amount of an internal combustion engine and other various gas flow rates, and more particularly, to using a temperature-sensitive resistor such as a heating resistor. The present invention relates to a thermal type flow measuring device for measuring the flow rate of a fluid.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車などの内燃機関の電子制御燃料噴
射装置に用いられる吸入空気流量測定装置としては、熱
式のものが質量空気量を直接検知できることから多数使
われている。
2. Description of the Related Art As an intake air flow rate measuring device used in an electronically controlled fuel injection device of an internal combustion engine of an automobile or the like, a large number of thermal air flow measuring devices are used because they can directly detect a mass air amount.

【0003】この種の熱式流量測定装置に用いる発熱抵
抗体の態様としては種々のものがある。例えば、白金線
をボビンに巻きつけてガラスでコーティングするもの、
薄膜抵抗体をセラミック基板上やシリコン基板上に形成
するもの等がある。
There are various types of heating resistors used in this type of thermal type flow measuring device. For example, a platinum wire wound around a bobbin and coated with glass,
There is a method in which a thin film resistor is formed on a ceramic substrate or a silicon substrate.

【0004】流量の検出方法としては、発熱抵抗体を吸
気温度に対して一定の温度差を保つように加熱制御し、
吸気通路に配置される発熱抵抗体に流れる電流より空気
流量を直接検出する方式と、発熱抵抗体の両側に測温抵
抗体(温度検出抵抗体)を配置し、測温抵抗体で検出す
る温度差により空気流量を検出する方式等が挙げられ
る。
As a method of detecting the flow rate, the heating resistor is controlled so as to maintain a constant temperature difference with respect to the intake air temperature.
A method of directly detecting the air flow rate from the current flowing through the heating resistor arranged in the intake passage, and a method of arranging a temperature measuring resistor (temperature detecting resistor) on both sides of the heating resistor and detecting the temperature with the temperature measuring resistor A method of detecting the air flow rate based on the difference may be used.

【0005】前者の方式は、低流量側よりも高流量側で
感度が良い傾向があり、また一方向のみの空気流量測定
を行うものである。
The former method tends to have higher sensitivity on the high flow rate side than on the low flow rate side, and performs air flow measurement in only one direction.

【0006】後者の方式は、順流,逆流の双方向の空気
流量測定を可能にし、また、比較的感度が良いとされ
る。
[0006] The latter method enables the measurement of air flow in both forward and backward flows, and is considered to be relatively sensitive.

【0007】自動車において4気筒以下のエンジンの場
合には、低回転・高負荷時に吸入空気量の脈動振幅が大
きく一部逆流(脈動流)を伴うので、空気流量測定の精
度向上のためには、流れの方向に応じた出力が要求され
る。後者の方式、すなわち、発熱抵抗体の両側に配置し
た測温抵抗体の温度差により空気流量を測定する方式
は、順流,逆流の流れの方向に応じた出力が得られるた
め、上記要求に応えることができる。
In the case of an engine having four cylinders or less in an automobile, the pulsation amplitude of the intake air amount is large at low rotation and high load, and a partial backflow (pulsation flow) occurs. , Output is required according to the flow direction. The latter method, that is, a method of measuring the air flow rate based on the temperature difference between the temperature measuring resistors arranged on both sides of the heating resistor, meets the above-mentioned requirements because an output is obtained according to the direction of the forward flow or the backward flow. be able to.

【0008】しかし、いずれの方式も用途に応じて一長
一短があるため、アナログ回路で組み合わせて使う方式
が特開平9-318412号公報、特開平11-5195
4号公報等に記載されている。これは、後者の方式が比
較的感度の良い反面、測温抵抗体の温度差出力が高流量
側では感度が飽和して検出精度が低下するため、それを
補うために高流量側で感度の良い前者の方式を併用し
て、それらの出力を差動増幅器で加算して出力するよう
にしている。
However, since each of these methods has advantages and disadvantages depending on the application, a method used in combination with an analog circuit is disclosed in JP-A-9-318412 and JP-A-11-5195.
No. 4, for example. This is because the latter method has relatively high sensitivity, but the temperature difference output of the RTD saturates the sensitivity at the high flow rate side and lowers the detection accuracy. A good former method is used together, and their outputs are added by a differential amplifier and output.

【0009】このような比較的感度の良い測温抵抗体
(温度検出抵抗体)の温度差出力を補償する方法として
は、上述した感度を補償する方法以外に、ヒータの上昇
温度により割り算して出力を補償する方法(特公平6−
63801号公報)や、温度補償する方法(特公平6-
64080号公報)が提案されている。
As a method of compensating for the temperature difference output of such a relatively sensitive temperature measuring resistor (temperature detecting resistor), in addition to the above-described method of compensating for the sensitivity, it is possible to divide the temperature difference by the temperature rise of the heater. Output compensation method (Tokuhei 6-
No. 63801) and a method of temperature compensation (Japanese Patent Publication No.
No. 64080).

【0010】その他に、特開平6-160142号公報
には、自動車用において、測温抵抗体の温度差出力を媒
体温度を検出して補償する方法が記載されている。
In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-160142 discloses a method of compensating a temperature difference output of a resistance temperature detector by detecting a medium temperature in an automobile.

【0011】一方、AD変換を用いたデジタル的なやり
方として、測温抵抗体の出力によりゼロ点を補正するや
り方が、特開平6-230021号公報に記載されてい
る。また、デジタル的に温度を補正するやり方が、特開
平11-94620号公報に記載されている。
On the other hand, as a digital method using AD conversion, a method of correcting a zero point by the output of a resistance temperature detector is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-230021. A method of digitally correcting a temperature is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-94620.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記したように、熱式
空気流量測定装置において、特に後者(測温抵抗体によ
る温度差方式)では、測温抵抗体の温度差出力の精度を
補償するやり方として、種々の方式が提案されている。
As described above, in the thermal type air flow measuring device, especially in the latter case (temperature difference method using a resistance temperature detector), a method for compensating the accuracy of the temperature difference output of the resistance temperature detector. Various methods have been proposed.

【0013】しかしながら、温度差出力の感度を補償す
るために後からアナログ回路を加える方式では、回路規
模が大きくなって小型化に向かない。また、デジタル的
にゼロ点を補償する方式や、温度補償する方式では、セ
ンサ全体の感度の調整に関してはあまり考慮されていな
かった。
However, in a system in which an analog circuit is added later to compensate for the sensitivity of the temperature difference output, the circuit scale becomes large and it is not suitable for miniaturization. Also, in the method of digitally compensating for the zero point or the method of compensating for the temperature, adjustment of the sensitivity of the entire sensor has not been considered much.

【0014】本発明の目的は、測温抵抗体の温度差出力
方式による熱式流量測定装置において、特別な回路を付
加することなくセンサ感度、特に従来の課題とされてい
た高流量域の感度を改善し得る測定装置を提供すること
にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a thermal type flow rate measuring apparatus using a temperature difference output method of a resistance temperature detector, without adding a special circuit, to sensor sensitivity, particularly in a high flow rate range which has been considered as a conventional problem. It is an object of the present invention to provide a measuring device capable of improving the measurement.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、発熱抵抗体の上流部及び下流部に測温抵
抗体を形成し、前記測温抵抗体の温度差から流体の流量
を測定する熱式流量測定装置において、前記発熱抵抗体
を複数に分割し、この複数に分割した発熱抵抗体を上
流,下流の位置関係で配置し且つ直列に接続し、この複
数に分割した発熱抵抗体の中点電位の出力特性により前
記測温抵抗体の温度差信号に基づく流量信号出力の感度
を改善させるようにした。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a temperature measuring resistor is formed at an upstream portion and a downstream portion of a heating resistor, and a temperature difference of the temperature measuring resistor is used to detect a fluid. In a thermal type flow rate measuring device for measuring a flow rate, the heating resistor is divided into a plurality, and the divided heating resistors are arranged in an upstream, downstream positional relationship and connected in series, and divided into a plurality. The sensitivity of the flow rate signal output based on the temperature difference signal of the temperature measuring resistor is improved by the output characteristic of the midpoint potential of the heating resistor.

【0016】その一態様として、発熱抵抗体間の中点電
位を前記測温抵抗体の電源として用いる流量測定装置を
提案する。
As one embodiment, a flow rate measuring device using a midpoint potential between the heating resistors as a power source of the temperature measuring resistor is proposed.

【0017】他の態様として、前記発熱抵抗体同士の温
度差信号と、前記測温抵抗体同士の温度差信号とがデジ
タル回路に入力されて、これらの信号に基づき流量出力
信号が形成されるようにした流量測定装置を提案する。
In another aspect, a temperature difference signal between the heating resistors and a temperature difference signal between the temperature measuring resistors are input to a digital circuit, and a flow rate output signal is formed based on these signals. The proposed flow measuring device is proposed.

【0018】測定範囲の異なる用途(一方は発熱、もう
一方は測温)に用いる一方の信号を、他方の流れの方向
及び流量に応じて直接作用させることにより、容易に出
力感度を調整し、精度を向上するすることが可能とな
る。
The output sensitivity can be easily adjusted by directly applying one signal used for applications having different measurement ranges (one for heat generation and the other for temperature measurement) according to the flow direction and flow rate of the other. Accuracy can be improved.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づき説
明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0020】図1は本発明の第1実施例に係る熱式流量
測定装置(例えば内燃機関の空気流量測定装置)の回路
図、図2は上記実施例に用いる空気流量測定素子の上面
図、図3はそのA−B線断面図、図4は上記空気流量測
定素子を使用したときの温度分布の一例を示す説明図、
図5はセンサ感度と流量との関係を示す線図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a thermal type flow measuring device (for example, an air flow measuring device of an internal combustion engine) according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a top view of an air flow measuring device used in the above embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AB, FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a temperature distribution when the air flow measuring element is used,
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the sensor sensitivity and the flow rate.

【0021】図1において、空気流量測定装置は大別す
ると、ゲージ回路1と信号処理用のデジタル補正回路2
20よりなる。
In FIG. 1, the air flow measuring device is roughly divided into a gauge circuit 1 and a digital correction circuit 2 for signal processing.
Consists of twenty.

【0022】電源101により駆動するゲージ回路1
は、発熱抵抗体211a,211b,温度補償抵抗211
c、抵抗13、14、17からなるホイートストンブリ
ッジ回路2を備える。
Gauge circuit 1 driven by power supply 101
Are the heating resistors 211a and 211b and the temperature compensation resistor 211
c, a Wheatstone bridge circuit 2 including resistors 13, 14, and 17;

【0023】2つに分けられた発熱抵抗体211aと2
11bは直列に接続され、これらの発熱抵抗体と抵抗1
3との間をブリッジの一方の中点とし、温度補償抵抗2
11c,抵抗17と調整抵抗14との間をブリッジのも
う一方の中点とする。
The heating resistors 211a and 211 are divided into two parts.
11b are connected in series, and these heating resistors and resistors 1
3 is taken as one midpoint of the bridge, and the temperature compensating resistor 2
11c, a point between the resistor 17 and the adjusting resistor 14 is set as the other middle point of the bridge.

【0024】発熱抵抗体211a,211bや温度補償
抵抗211cは、温度依存特性を有する感温抵抗体によ
り構成される。直列に接続された発熱抵抗体211a、
211bは、例えば板型のガラスやセラミック基板上
に、発熱体として白金やタングステンの薄膜や厚膜を形
成したり、シリコンなどの半導体基板上に、発熱抵抗体
として白金やタングステンの薄膜や厚膜、ポリシリコン
抵抗体、単結晶シリコンのいずれかの抵抗体を形成して
なる。
The heating resistors 211a and 211b and the temperature compensating resistor 211c are composed of temperature-sensitive resistors having temperature-dependent characteristics. A heating resistor 211a connected in series,
For example, a thin film or thick film of platinum or tungsten as a heating element is formed on a plate-shaped glass or ceramic substrate, or a thin film or thick film of platinum or tungsten as a heating resistor is formed on a semiconductor substrate such as silicon. , A polysilicon resistor, or a single-crystal silicon resistor.

【0025】ホイートストンブリッジ回路2は、ブリッ
ジ中点の電位差がゼロになるように差動増幅器15及び
トランジスタ16によって発熱抵抗体211a,211
bに流れる電流を調整するように構成されている。
The Wheatstone bridge circuit 2 uses the differential amplifier 15 and the transistor 16 to generate heating resistors 211a and 211 so that the potential difference at the bridge midpoint becomes zero.
It is configured to adjust the current flowing through b.

【0026】ブリッジ回路2の発熱抵抗体211a,2
11b側の中点電位は差動増幅器15のプラス側入力端
子に入力され、温度補償抵抗211c側の中点電位は差
動増幅器15のマイナス側入力端子に入力され、差動増
幅器15の出力端子が加熱電流制御用のトランジスタ1
6のベースと接続されている。
Heating resistors 211a, 2b of bridge circuit 2
The midpoint potential of the differential amplifier 15b is input to the positive input terminal of the differential amplifier 15, the midpoint potential of the temperature compensation resistor 211c is input to the negative input terminal of the differential amplifier 15, and the output terminal of the differential amplifier 15 is output. Is the heating current control transistor 1
6 is connected to the base.

【0027】このブリッジ回路2は、発熱抵抗体211
a,211bの加熱温度と温度補償抵抗211cにより
感知する空気温度との差が所定の温度差になるように発
熱抵抗体211a,211bに流れる加熱電流を制御す
る。
The bridge circuit 2 includes a heating resistor 211
The heating current flowing through the heating resistors 211a and 211b is controlled so that the difference between the heating temperature of the heating resistors 211a and 211b and the air temperature sensed by the temperature compensation resistor 211c becomes a predetermined temperature difference.

【0028】すなわち、これらの発熱抵抗体211a,
211bを空気流路に配置した場合、空気流量に応じて
発熱抵抗体から奪われる熱量は変化する。空気流量(空
気流速)が増大して発熱抵抗体211a,211bの加
熱温度が低くなると、差動増幅器15の出力が大きくな
り、発熱抵抗体211a,211bを更に加熱するよう
に(加熱温度と空気温度との温度差が所定温度差になる
ように)電流制御される。
That is, these heating resistors 211a, 211a,
When 211b is arranged in the air flow path, the amount of heat taken from the heating resistor changes according to the air flow rate. As the air flow rate (air flow rate) increases and the heating temperature of the heating resistors 211a and 211b decreases, the output of the differential amplifier 15 increases and the heating resistors 211a and 211b are further heated (heating temperature and air The current is controlled so that the temperature difference from the temperature becomes a predetermined temperature difference.

【0029】従来の発熱抵抗体は一個よりなり、この発
熱抵抗体と電位検出用の抵抗との中点電位(図1でいえ
ばVr1)から空気流量を検出する方式が従来の発熱抵
抗体直接流量検出方式である。本実施例では、これに代
わり上記したように加熱電流制御用のホイートストンブ
リッジ回路2の発熱抵抗体を直列に接続された2個(複
数)の発熱抵抗体211a、211bにより構成する。
発熱抵抗体211aは順流を基準にして上流側に配置さ
れ、211bは下流側に配置される。
The conventional heating resistor is composed of one piece, and the method of detecting the air flow rate from the midpoint potential (Vr1 in FIG. 1) between the heating resistor and the potential detecting resistor is a conventional heating resistor directly. This is a flow detection method. In this embodiment, instead of this, as described above, the heating resistor of the Wheatstone bridge circuit 2 for controlling the heating current is constituted by two (plural) heating resistors 211a and 211b connected in series.
The heating resistor 211a is arranged on the upstream side with reference to the forward flow, and the heating resistor 211b is arranged on the downstream side.

【0030】さらに、このブリッジ回路2に以下に述べ
るブリッジ回路に近い回路(以下、セミブリッジ回路と
称する)3を接続する。
Further, a circuit (hereinafter, referred to as a semi-bridge circuit) 3 similar to a bridge circuit described below is connected to the bridge circuit 2.

【0031】セミブリッジ回路3は、発熱抵抗体211
a,211bの上流,下流の温度を検出する測温抵抗体2
11d,211e、空気温度に対する温度補償抵抗21
1f、調整抵抗18、抵抗19を有してなる。温度補償
抵抗211f、抵抗18、上流側の測温抵抗体(温度検
出抵抗体)211dは直列に接続され、また抵抗19と
下流側の測温抵抗体211eとが直列に接続されてい
る。
The semi-bridge circuit 3 includes a heating resistor 211
a, RTD 2 for detecting temperatures upstream and downstream of 211b
11d, 211e, temperature compensation resistor 21 for air temperature
1f, an adjusting resistor 18 and a resistor 19. The temperature compensating resistor 211f, the resistor 18, and the upstream temperature measuring resistor (temperature detecting resistor) 211d are connected in series, and the resistor 19 and the downstream temperature measuring resistor 211e are connected in series.

【0032】測温抵抗体211dおよび211eは、図2
および図3に示すように発熱抵抗体211a,211b
と同じ基板211に配設される。
The resistance temperature detectors 211d and 211e are shown in FIG.
And the heating resistors 211a and 211b as shown in FIG.
Are disposed on the same substrate 211.

【0033】測温抵抗体211dは、基板211に熱伝
達される発熱抵抗体211a,211bの上流側の基板
温度を検出し、測温抵抗体211eは、基板211に熱
伝達される発熱抵抗体211a,211bの下流側の基
板温度を検出する。なお、ここで、上流側,下流側と
は、測定対象となる空気流の順方向の流れを基準にして
そのように言っている。
The temperature measuring resistor 211d detects the temperature of the substrate upstream of the heat generating resistors 211a and 211b which are transferred to the substrate 211, and the temperature measuring resistor 211e detects the temperature of the heat generating resistor transferred to the substrate 211. The substrate temperature on the downstream side of 211a and 211b is detected. Here, the terms “upstream side” and “downstream side” refer to the forward direction of the airflow to be measured as a reference.

【0034】測温抵抗体211d,211eは接地側を
共通として接続されている。他方、測温抵抗体211d
の電源側(反接地側)は、抵抗18及び温度補償抵抗2
11fを介して前記トランジスタ(NPNトランジス
タ)16のエミッタ電圧V2側(発熱抵抗体211aの
高電圧側)に接続されている。また、もう一方の測温抵
抗体211eの反接地側は、抵抗19を介して発熱抵抗
体211a,211bの中点に接続されており、発熱抵
抗体211a,211bの中間電圧Vmが抵抗19を介
して印加されるように構成されている。
The resistance temperature detectors 211d and 211e are connected to a common ground side. On the other hand, a resistance temperature detector 211d
Is connected to the resistor 18 and the temperature compensation resistor 2
The transistor (NPN transistor) 16 is connected to the emitter voltage V2 side (the high voltage side of the heating resistor 211a) via 11f. Also, the other grounding side of the other temperature measuring resistor 211e is connected to the midpoint of the heating resistors 211a and 211b via the resistor 19, and the intermediate voltage Vm of the heating resistors 211a and 211b connects the resistor 19 with the resistor 19. It is configured to be applied via

【0035】図2には、発熱抵抗体211a、211
b、測温抵抗体211d,211e、温度補償抵抗21
1c,211fをシリコン半導体基板211上に薄膜で
形成した場合のパターンの一例を示している。
FIG. 2 shows the heating resistors 211a and 211a.
b, temperature measuring resistors 211d, 211e, temperature compensating resistor 21
An example of a pattern when 1c and 211f are formed as a thin film on a silicon semiconductor substrate 211 is shown.

【0036】発熱抵抗体211a,211bは、帯状の
薄膜抵抗により一連に形成され、その中間点で折り返さ
れるパターンにより形成され、上流,下流の位置関係で
互いに平行に配置されている。発熱抵抗体211aの一
端211a′と発熱抵抗体211bの一端211b′と
が接続端子となり、中間点から導体を介して引き出され
る端子211gが発熱抵抗体の中間電位Vmを引き出す
端子になっている。
The heating resistors 211a and 211b are formed in a series by a strip-shaped thin film resistor, are formed by a pattern folded at an intermediate point, and are arranged in parallel with each other in an upstream and downstream positional relationship. One end 211a 'of the heat generating resistor 211a and one end 211b' of the heat generating resistor 211b serve as connection terminals, and a terminal 211g drawn out from an intermediate point via a conductor serves as a terminal for drawing out the intermediate potential Vm of the heat generating resistor.

【0037】測温抵抗体211d及び211eは、発熱
抵抗体211a,211bを挟むようにして平行に配置
されており、それらの端子211d′,211d″,21
1e′,211e″が導体を介して配設されている。
The temperature measuring resistors 211d and 211e are arranged in parallel so as to sandwich the heating resistors 211a and 211b, and their terminals 211d ', 211d ", and 21d".
1e 'and 211e "are provided via conductors.

【0038】シリコン基板211における発熱抵抗体2
11a,211bと温度検出用の測温抵抗体211d,2
11eのある位置は、図3に示すように基板211が裏
面からエッチング(符号Sで示す箇所)されて熱容量が
小さなダイヤフラム4が形成されている。このダイアフ
ラム4上に発熱抵抗体211a,211b,測温抵抗体2
11d,211eを配置することにより、測温抵抗体2
11d,211eは発熱抵抗体211a,211bに対す
る熱感度を良好にしている。
Heating resistor 2 on silicon substrate 211
11a, 211b and temperature measuring resistors 211d, 2 for temperature detection
As shown in FIG. 3, the substrate 211 is etched from the back surface (at the position indicated by the symbol S) at a position where 11e is present, and the diaphragm 4 having a small heat capacity is formed. The heating resistors 211 a and 211 b and the temperature measuring resistor 2 are placed on the diaphragm 4.
11d and 211e, the resistance thermometer 2
11d and 211e improve the thermal sensitivity to the heating resistors 211a and 211b.

【0039】一方、温度補償抵抗211c,211fは、
発熱抵抗体211a,211bの位置から遠ざかる場所
(加熱による温度影響が受けにくい場所)に配置されて
いる。基板211のうち、この温度補償抵抗211c,
211fの抵抗パターンのある場所が最も厚みがある構
造となっている。
On the other hand, the temperature compensation resistors 211c and 211f are:
The heating resistors 211a and 211b are arranged at a location away from the location of the heating resistors 211a and 211b (a location that is not easily affected by temperature due to heating). Of the substrate 211, the temperature compensation resistor 211c,
The portion where the 211f resistance pattern is located has the thickest structure.

【0040】温度補償抵抗211c及び211fの抵抗
パターンも帯状に折り返し形成している。この折り返し
により、それらの端子211c′,211c″,211
f′,211f″や発熱抵抗体や測温抵抗体の端子21
1a′,211b′,211d′,211d″,211
e′,211e″,211gとを基板211の一辺に一列
に配設している。
The resistance patterns of the temperature compensating resistors 211c and 211f are also folded back in a belt shape. By this return, these terminals 211c ', 211c ", 211
f ', 211f ", a terminal 21 of a heating resistor or a temperature measuring resistor
1a ', 211b', 211d ', 211d ", 211
e ′, 211e ″ and 211g are arranged in a line on one side of the substrate 211.

【0041】本実施例では、基本的には、測温抵抗体2
11dで検出した温度と測温抵抗体211eで検出した
温度の差から空気流量を測定する方式を採用するもので
ある。
In this embodiment, basically, the resistance temperature detector 2
This adopts a method of measuring the air flow rate from the difference between the temperature detected at 11d and the temperature detected at the resistance temperature detector 211e.

【0042】この方式は、従来は一般に発熱用のホイー
トストンブリッジ回路と独立させて、もう一つの測温抵
抗用のブリッジ回路を構成し、これに定電圧電源Vdd
を印加するものであったが、このような温度差検出方式
は、差動で検出するため低流量側の感度が良く、逆流を
含む双方向の流れの検出に適しているが、通常は定電圧
で駆動されるため高流量側の感度が落ちる(飽和する)
特性を有していた。
In this system, another bridge circuit for the temperature measuring resistor is conventionally formed independently of a Wheatstone bridge circuit for heat generation, and a constant voltage power supply Vdd is provided.
However, such a temperature difference detection method has good sensitivity on the low flow rate side due to differential detection, and is suitable for detecting bidirectional flow including backflow. Sensitivity on the high flow side drops (saturates) because it is driven by voltage
Had properties.

【0043】本実施例ではこのような高流量側、特に順
流方向の感度を改善するために、上記したように2つの
発熱抵抗体211a,211bを直列に接続し、かつ空
気の流れ方向に対して発熱抵抗体211a,211bを
上流,下流の位置関係で配置する。さらに、上記した測
温用のセミブリッジ回路3を用いる。
In this embodiment, in order to improve the sensitivity on the high flow rate side, particularly on the forward flow direction, the two heating resistors 211a and 211b are connected in series as described above, and The heating resistors 211a and 211b are arranged in an upstream and downstream positional relationship. Further, the semi-bridge circuit 3 for temperature measurement described above is used.

【0044】高流量側の感度改善の説明に先立ち本実施
例の温度差方式流量測定のゲージ回路1の動作及びその
後段に接続されるデジタル補正回路220の信号処理動
作について説明する。
Prior to the description of the sensitivity improvement on the high flow rate side, the operation of the gauge circuit 1 for the temperature difference type flow rate measurement of this embodiment and the signal processing operation of the digital correction circuit 220 connected to the subsequent stage will be described.

【0045】まず、ゲージ回路動作の詳細を図4により
説明する。
First, details of the operation of the gauge circuit will be described with reference to FIG.

【0046】図4は、発熱抵抗体211a,211bと
測温抵抗体211d,211eに対する温度分布を示して
いる。流れは発熱抵抗体211a側を上流、発熱抵抗体
211b側を下流としている。
FIG. 4 shows the temperature distribution for the heating resistors 211a and 211b and the temperature measuring resistors 211d and 211e. The flow is upstream on the heating resistor 211a side and downstream on the heating resistor 211b side.

【0047】吸気流の流れのない場合は、各発熱抵抗体
211a,211bは同じ温度になり、測温抵抗体21
1d,211eも同じ温度になると考えられる。
When there is no flow of the intake air, each of the heating resistors 211a and 211b has the same temperature, and
It is considered that 1d and 211e also have the same temperature.

【0048】ここで、例えば上流から下流に流れが生じ
ると、上流側の測温抵抗体211dの温度が下がり下流
側の測温抵抗体211eの温度が上昇することになる。
これは、上流側の測温抵抗体211dは加熱されない空
気と熱交換するのに対して、下流側の測温抵抗体211
eは加熱された空気の熱的影響を受けるためである。
Here, for example, when a flow occurs from the upstream to the downstream, the temperature of the upstream temperature measuring resistor 211d decreases and the temperature of the downstream temperature measuring resistor 211e increases.
This is because the upstream temperature measuring resistor 211d exchanges heat with unheated air, whereas the downstream temperature measuring resistor 211d
e is because it is thermally affected by the heated air.

【0049】特に測温抵抗体211d,211eは、温
度変化の最も生じ易いところに配置されているため、流
れに応じた温度差dTmを感度よく検知することができ
る。
In particular, since the temperature measuring resistors 211d and 211e are arranged at the places where the temperature change is most likely to occur, the temperature difference dTm according to the flow can be detected with high sensitivity.

【0050】一方、発熱抵抗体211a,211bにお
いても、空気が流れた時には、上記同様の理由で、上流
側の発熱抵抗体211aと下流側の発熱抵抗体211b
とは温度差dThLRが生じる。ただし、元々発熱抵抗
体211a、211bをまとめて定温度差制御するよう
にブリッジ回路が動作し、かつ温度変化の生じにくい温
度分布の頂点に対照的に配置されるため温度差の変動は
少ない。
On the other hand, also in the heating resistors 211a and 211b, when air flows, for the same reason as described above, the upstream heating resistor 211a and the downstream heating resistor 211b.
And a temperature difference dThLR occurs. However, the bridge circuit operates so that the heating resistors 211a and 211b are collectively controlled at a constant temperature difference, and is arranged at the top of the temperature distribution where temperature change is unlikely to occur.

【0051】この発熱抵抗体211a,211bの中間
電圧Vmを測温抵抗体211eに印加し、一方、それよ
りも高電圧のエミッタ電位(高電圧側電位)V2を測温
抵抗体211dに印加することにより、後述のように流
れの方向および流量に応じて先の温度差dTmの感度を
自ずと改善することが可能となる。
The intermediate voltage Vm of the heating resistors 211a and 211b is applied to the temperature measuring resistor 211e, while an emitter potential (higher voltage side potential) V2 of a higher voltage is applied to the temperature measuring resistor 211d. Thus, the sensitivity of the temperature difference dTm can be naturally improved according to the flow direction and the flow rate as described later.

【0052】本実施例においては、測温抵抗体211d
と抵抗18、及び測温抵抗体211eと抵抗19のブリ
ッジ中点の電位Vb1,Vb2を、デジタル補正回路2
20に入力する。
In this embodiment, the resistance temperature detector 211d
The potentials Vb1 and Vb2 at the bridge midpoint between the resistance 18 and the resistance bulb 211e and the resistance 19 are calculated by the digital correction circuit 2.
Enter 20.

【0053】デジタル補正回路220は、2つのアナロ
グ・デジタル変換器221a,221bを有する。アナ
ログ・デジタル変換器221aは、流量に応じた電圧値
Vb1,Vb2をデジタル値に変換して読み取る。アナ
ログ・デジタル変換器221bはデジタル補正回路22
0の温度を温度検出回路241により検出する。
The digital correction circuit 220 has two analog / digital converters 221a and 221b. The analog / digital converter 221a converts the voltage values Vb1 and Vb2 corresponding to the flow rate into digital values and reads them. The analog / digital converter 221b is a digital correction circuit 22.
The temperature of 0 is detected by the temperature detection circuit 241.

【0054】これらの電圧値Vb1,Vb2及び温度検
出信号をデジタル量として演算により調整し、演算回路
222により電圧値Vb1とVb2との出力電圧差(こ
の出力電圧差は、図4のdTm=dTmR+dTmL)
を求めて、デジタル・アナログ変換器224の出力電圧
(流量信号)Voutとしてエンジンコントロールユニッ
ト等に信号を送るものである。
The voltage values Vb1 and Vb2 and the temperature detection signal are adjusted by calculation as digital quantities, and the output voltage difference between the voltage values Vb1 and Vb2 is calculated by the arithmetic circuit 222 (the output voltage difference is dTm = dTmR + dTmL in FIG. 4). )
And sends a signal as an output voltage (flow signal) Vout of the digital / analog converter 224 to an engine control unit or the like.

【0055】ここでデジタル補正回路220は、CPU
222a、RAM222b、ROM222cからなる演算
回路222と、発振器226、PROM223等により
構成される。
Here, the digital correction circuit 220 has a CPU
An arithmetic circuit 222 including 222a, RAM 222b, and ROM 222c, an oscillator 226, a PROM 223, and the like.

【0056】PROM223は、個別センサの出力感度
のばらつき等を調整値として一回以上記録することがで
きるものであればよく、電気的な書き換え可能なEEP
ROMやフラッシュROM等にのみ限定されるものでは
ない。
The PROM 223 only needs to be able to record the variation or the like of the output sensitivity of the individual sensor as an adjustment value one or more times.
The invention is not limited to a ROM or a flash ROM.

【0057】また、外部から供給される電圧Vccを電
源として内部の電源・保護回路228に入力し、外部電
圧Vccに依存した電源電圧Vref1としてスイッチ
225aを介し、デジタル・アナログ変換器224に接
続され基準として用いられている。
The voltage Vcc supplied from the outside is input to the internal power supply / protection circuit 228 as a power supply, and is connected to the digital / analog converter 224 via the switch 225a as the power supply voltage Vref1 depending on the external voltage Vcc. Used as a reference.

【0058】スイッチ225aは、デジタル補正回路2
20の内部の基準電圧回路229で発生した電圧Vre
f2と、先の外部電圧Vccに依存した電源電圧Vre
f1を切り替えるものである。
The switch 225a is connected to the digital correction circuit 2
The voltage Vre generated by the reference voltage circuit 229 inside
f2 and the power supply voltage Vre depending on the external voltage Vcc.
f1 is switched.

【0059】アナログ・デジタル変換器221aは、ブ
リッジ回路の出力Vb1、Vb2等を直接入力している
ため精度が必要となるが、精度を確保し、かつ回路規模
を小さくするには例えばΔΣ型のアナログ・デジタル変
換器を用いればよい。
The analog-to-digital converter 221a requires precision because the outputs Vb1, Vb2, etc. of the bridge circuit are directly input. However, in order to secure the precision and reduce the circuit scale, for example, a ΔΣ type An analog-to-digital converter may be used.

【0060】デジタル・アナログ変換器224は、スイ
ッチ225aにより基準電圧を変えることが出来るよう
になっている。これは、アナログ値でインターフェイス
する場合の基準を自由に選択するためであり、接続され
るコントロールユニット側のアナログ・デジタル変換器
の基準電圧と、外部から供給される電圧Vccが同様も
しくは、同期して変動する場合は電源電圧Vref1を
基準とし、コントロールユニット側とは関連性が無い場
合は独立した基準電圧Vref2を選択し、対応するコ
ントロールユニットによって対応が容易でアナログイン
ターフェイスのアンマッチングによる誤差の少ない構成
としたものである。
The digital / analog converter 224 can change the reference voltage by a switch 225a. This is for freely selecting a reference when interfacing with an analog value. The reference voltage of the connected analog / digital converter on the control unit side and the externally supplied voltage Vcc are the same or synchronized. If the power supply voltage Vref1 is varied, the power supply voltage Vref1 is used as a reference. If the reference voltage Vref2 is not relevant to the control unit, an independent reference voltage Vref2 is selected. It is configured.

【0061】本実施例では、先の直列に接続された発熱
抵抗体211a、211bの中点電圧を、測温抵抗体2
11d、211eに対して別々に印加する事で、流れの向
きに及び流量に応じた温度差の感度を予め最適化を図る
ことができる。
In the present embodiment, the midpoint voltage of the heating resistors 211a and 211b connected in series is
By separately applying the voltage to 11d and 211e, the sensitivity of the temperature difference according to the flow direction and the flow rate can be optimized in advance.

【0062】ここで、図5に基づき本実施例における空
気流量測定装置の流量センサ出力(センサ感度)が改善
される理由を説明する。
Here, the reason why the output (sensor sensitivity) of the flow sensor of the air flow measuring device in this embodiment is improved will be described with reference to FIG.

【0063】図5において、横軸は空気流量であり中心
座標(流量零)を基準にして、向かって右側が順流、左
側が逆流の領域を示す。縦軸はセンサ出力電圧(センサ
感度)である。
In FIG. 5, the abscissa represents the air flow rate, and the right side shows a forward flow area and the left side shows a reverse flow area with reference to the center coordinates (zero flow rate). The vertical axis is the sensor output voltage (sensor sensitivity).

【0064】図5において、Vq2は従来の発熱抵抗体
直接流量検知方式(ブリッジ回路の発熱抵抗体に流れる
電流から空気流量を測定する方式)のセンサ出力特性で
あり、発熱抵抗体は一つであり、また温度差方式のよう
に空気流量の方向性はみていない。したがって、この場
合には、順流,逆流のセンサ出力特性が左右対称であ
る。
In FIG. 5, Vq2 is a sensor output characteristic of a conventional heating resistor direct flow detection method (a method of measuring an air flow rate from a current flowing through a heating resistor of a bridge circuit), and there is only one heating resistor. Yes, and the directionality of the air flow is not observed unlike the temperature difference method. Therefore, in this case, the sensor output characteristics of the forward flow and the backward flow are symmetrical.

【0065】Vq2′は、上記発熱抵抗体直接流量検知
方式の発熱抵抗体を2つに分けて直列に接続し、また、
本実施例の図2に示すように、その2つに分けた発熱抵
抗体(図2でいえば符号211a,211bの発熱抵抗
体に相当する)を上流,下流の位置関係で配置した場合
の出力特性である。
Vq2 'is divided into two heating resistors of the above-described heating resistor direct flow detection type and connected in series.
As shown in FIG. 2 of the present embodiment, when the two heating resistors (corresponding to the heating resistors 211a and 211b in FIG. 2) are arranged in a positional relationship of upstream and downstream. Output characteristics.

【0066】出力特性Vq2′の場合には、出力特性V
q2よりも、矢印に示すように順流の出力電圧の感度が
上がり、逆流の出力電圧の感度が下がる。この感度の変
化分(出力成分)を取り出したのが感度特性Vq4であ
る。Vq4は、図4でいえば発熱抵抗体211a,21
1bを上流,下流に配置した場合の発熱抵抗体間の温度
差に基づくセンサ出力変動dThLRに相当する。Vq
4の場合には、発熱抵抗体を上流、下流に配置するので
空気の順流,逆流によりその出力の方向性が変化する。
In the case of the output characteristic Vq2 ', the output characteristic V
As shown by the arrow, the sensitivity of the output voltage of the forward current increases and the sensitivity of the output voltage of the reverse current decreases as compared with q2. The sensitivity characteristic Vq4 is obtained by extracting the change (output component) of the sensitivity. Vq4 is the heating resistors 211a, 21a in FIG.
This corresponds to a sensor output fluctuation dThLR based on the temperature difference between the heating resistors when 1b is disposed upstream and downstream. Vq
In the case of No. 4, since the heating resistors are arranged upstream and downstream, the directivity of the output changes due to the forward flow and reverse flow of air.

【0067】出力特性Vq2′は、下式のように表すこ
とができる。
The output characteristic Vq2 'can be expressed by the following equation.

【0068】[0068]

【数1】 (Equation 1)

【0069】また、出力特性Vq1は、従来の温度差方
式の熱式空気流量センサの出力特性である。この場合に
は、発熱抵抗体は一つであり、その発熱抵抗体の上流,
下流に測温抵抗体を配置し、測温抵抗体は発熱抵抗体の
ブリッジ回路とは独立したブリッジ回路に組み込まれて
定電圧電源が印加される方式のセンサ出力特性である。
Vq1は、2つの測温抵抗体の出力差(温度差)に相当
する(図4でいえばdTmに相当する)。この場合に
は、空気の順流,逆流によりその出力の方向性が変化す
る。
The output characteristic Vq1 is the output characteristic of the conventional temperature difference type thermal air flow sensor. In this case, there is one heating resistor, and the upstream of the heating resistor,
A temperature measuring resistor is arranged downstream, and the temperature measuring resistor is a sensor output characteristic of a system in which a constant voltage power supply is applied by being incorporated in a bridge circuit independent of a bridge circuit of a heating resistor.
Vq1 corresponds to an output difference (temperature difference) between the two resistance temperature detectors (corresponding to dTm in FIG. 4). In this case, the directionality of the output changes due to the forward flow and reverse flow of air.

【0070】出力特性Vq3′は、本実施例にかかるセ
ンサ出力特性である。この場合には、測温用のセミブリ
ッジ回路3の測温抵抗体211dにはエミッタ電圧V2
(発熱抵抗体211aの高圧側の電位)が印加され、測
温抵抗体211fには発熱抵抗体211aと211bと
の間の中点電位Vmが印加されるので、発熱抵抗体21
1a,211bの上流,下流の位置関係に基づく発熱抵
抗体の温度差出力感度Vq4=dThLRが影響するこ
とになり、測温用のセミブリッジ回路3の電源回路は図
5の出力特性Vq2′に相当する。
The output characteristic Vq3 'is the sensor output characteristic according to the present embodiment. In this case, the emitter voltage V2 is applied to the temperature measuring resistor 211d of the semi-bridge circuit 3 for temperature measurement.
(Potential on the high voltage side of the heating resistor 211a) is applied, and the midpoint potential Vm between the heating resistors 211a and 211b is applied to the temperature measuring resistor 211f.
The temperature difference output sensitivity Vq4 = dThLR of the heating resistor based on the upstream and downstream positional relations of 1a and 211b affects the power supply circuit of the semi-bridge circuit 3 for temperature measurement to the output characteristic Vq2 'of FIG. Equivalent to.

【0071】したがって、出力特性Vq3′は、Vq3
に出力特性Vq2′のセンサ感度を加味したものであ
り、下式のように表すことができる。
Therefore, the output characteristic Vq3 'is Vq3
And the sensor sensitivity of the output characteristic Vq2 'is taken into account, and can be expressed as in the following equation.

【0072】[0072]

【数2】 (Equation 2)

【0073】これにより本実施例における空気流量測定
装置のセンサ出力特性Vq3′は、従来の温度差方式の
出力特性Vq1に較べて順流側,特に高流領域で大幅に
改善することができる。なお、本実施例では、逆流側の
センサ出力特性については高流領域側でさほどの特性改
善(感度改善)は望めないが、それにより何ら問題はな
い。すなわち、通常の自動車等に使われる空気流量計お
いては、一般的に逆流側よりも順流側の方がセンサとし
ても動作検出領域が広い場合が多い。これは、あくまで
も逆流がエンジンの吹き返しという特定の条件において
生じるためで、通常は順流側のみの検出すればよく逆流
側の動作領域を広くとる必要はない。
As a result, the sensor output characteristic Vq3 'of the air flow measuring device according to the present embodiment can be greatly improved on the downstream side, especially in the high flow region, as compared with the output characteristic Vq1 of the conventional temperature difference method. In the present embodiment, the sensor output characteristics on the reverse flow side cannot be expected to improve significantly (sensitivity improvement) on the high flow region side, but there is no problem. That is, in an air flow meter used in a normal automobile or the like, the operation detection area is generally wider on the forward flow side than on the reverse flow side as a sensor in many cases. This is because the backflow is generated only under the specific condition that the engine blows back. Usually, only the downstream side needs to be detected, and it is not necessary to widen the operation area on the backflow side.

【0074】出力特性Vq3は、本実施例に対する別の
比較例の出力特性であり、この比較例では、測温抵抗体
211d,211eを組み込んだホイートストンブリッ
ジ回路を構成し、これに定電圧電源に代わってエミッタ
電位V2を印加した例(発熱抵抗体を2つに分けて中点
電圧を利用するものではない)である。
The output characteristic Vq3 is the output characteristic of another comparative example with respect to the present embodiment. In this comparative example, a Wheatstone bridge circuit incorporating the temperature measuring resistors 211d and 211e is formed, and this is used as a constant voltage power supply. This is an example in which the emitter potential V2 is applied instead (the heating resistor is not divided into two and the midpoint voltage is not used).

【0075】この比較例の場合の出力特性は、次式によ
り表される。
The output characteristic in the case of this comparative example is expressed by the following equation.

【0076】[0076]

【数3】 (Equation 3)

【0077】この比較例の場合にも、センサ出力特性に
ついては改善されるが、順流領域の高流量側の出力特性
(感度特性)は、本実施例の出力特性Vq3′の方が優
れている。
In the case of this comparative example, the output characteristics of the sensor are improved, but the output characteristics (sensitivity characteristics) on the high flow rate side in the forward flow region are better than the output characteristics Vq3 'of this embodiment. .

【0078】本実施例によれば、測温抵抗体を用いた温
度差方式の熱式空気流量計において、従来より改善が望
まれていた順流方向の高流量域の感度特性を簡単な回路
構成で、しかも測温回路(セミブリッジ)3の電源に発
熱側のブリッジ回路2の中点電位を利用することによ
り、低コストによりセンサ出力感度を向上させることが
できる。
According to this embodiment, in a thermal air flow meter of a temperature difference type using a resistance temperature detector, a sensitivity characteristic in a high flow rate region in a forward flow direction, which has been desired to be improved, has been simplified. In addition, by using the midpoint potential of the bridge circuit 2 on the heat generation side as the power supply of the temperature measurement circuit (semi-bridge) 3, the sensor output sensitivity can be improved at low cost.

【0079】従来のセンサの感度は順流,逆流共に感度
が等しいため、センサの信号を直接アナログ・デジタル
変換器に入力すると、順流側の有効な分解能を一部損な
うことになる。この点については、例えば測温抵抗体2
11d、211eの信号Vb1、Vb2を差動増幅器等
で、順流側の感度と逆流側の感度を変えて入力すること
でも達成できるが、差動増幅器と周辺回路が付加される
分だけ、小形化に適さずまたコストアップ要因もなる。
本発明では、このようなコストアップを回避することが
できる。
Since the sensitivity of the conventional sensor is the same for both the forward flow and the backward flow, if the sensor signal is directly input to the analog / digital converter, the effective resolution on the forward flow side is partially lost. Regarding this point, for example, the resistance thermometer 2
This can also be achieved by inputting the signals Vb1 and Vb2 of 11d and 211e with a differential amplifier or the like while changing the sensitivity on the forward flow side and the sensitivity on the reverse flow side, but the size is reduced by the addition of the differential amplifier and peripheral circuits. It is not suitable for the above and also causes a cost increase.
In the present invention, such an increase in cost can be avoided.

【0080】以上のように、本実施例によれば測温抵抗
体211d、211eの電源に工夫することで、流れの方
向に応じたセンサ感度の最適化を図ることが可能とな
る。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to optimize the sensor sensitivity according to the flow direction by devising the power supply of the resistance temperature detectors 211d and 211e.

【0081】すなわち、複数に分割された発熱抵抗体
を、上流,下流の位置関係で配置し且つ直列に接続し、
この複数に分割された発熱抵抗体の中点電位の出力特性
により前記測温抵抗体の温度差信号に基づく流量信号出
力の感度を改善することができる。
That is, a plurality of divided heating resistors are arranged in an upstream / downstream positional relationship and connected in series.
The sensitivity of the flow rate signal output based on the temperature difference signal of the temperature measuring resistor can be improved by the output characteristic of the midpoint potential of the plurality of divided heating resistors.

【0082】一例として感度の必要な順流側を大きく、
逆流側を小さくすることで、逆流に対応した自動車用の
空気流量計として良好な性能を得ることも可能となる。
本実施例によれば特に、特別な回路等を付加する事なく
感度の最適化がセンサのみで図れるという効果がある。
また、アナログ・デジタル変換器の感度の最適化を低コ
ストで実現できるといった効果がある。
As an example, the downstream side requiring sensitivity is increased,
By making the backflow side smaller, it becomes possible to obtain good performance as an air flow meter for a vehicle that supports backflow.
According to this embodiment, particularly, there is an effect that the sensitivity can be optimized only by the sensor without adding a special circuit or the like.
In addition, there is an effect that the sensitivity of the analog / digital converter can be optimized at low cost.

【0083】次に、本発明の第2の実施例を図6により
説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0084】本実施例も流量測定のゲージ回路1は、発
熱抵抗体を組み入れたホイートストン回路2と測温抵抗
体を組み入れたセミブリッジ回路3よりなる。
In this embodiment, the gauge circuit 1 for flow measurement also comprises a Wheatstone circuit 2 incorporating a heating resistor and a semi-bridge circuit 3 incorporating a temperature measuring resistor.

【0085】本実施例では、先の図1の実施例が2つの
発熱抵抗体を用いるのに対して、先に述べたホイートス
トンブリッジ2に組み込む発熱抵抗体213を、213
a,213b,213c,213dの4つに分割してブ
リッジ形2′に配置する。発熱抵抗体213は、図7に
示すように、基板212上に順流を基準にして上流側に
発熱抵抗体213a,213bが配置され、下流側に発
熱抵抗体213c,213dが配置される。
In the present embodiment, while the above-described embodiment of FIG. 1 uses two heating resistors, the heating resistor 213 incorporated in the aforementioned Wheatstone bridge 2 is replaced by 213.
a, 213b, 213c, and 213d, and are arranged in a bridge type 2 '. 7, the heating resistors 213a and 213b are arranged on the upstream side of the substrate 212 on the basis of the forward flow, and the heating resistors 213c and 213d are arranged on the downstream side, as shown in FIG.

【0086】発熱抵抗体213の上流,下流に配置する
測温抵抗体214(図1の測温抵抗体211d,211
eに相当する)については、214a,214b,21
4c,214dの4つに分割して、図7に示すように順
流を基準にして上流側に測温抵抗体214a,214b
が配置され、下流側に測温抵抗体214c,214dが
配置される。これを次のようにセミブリッジ形に配置す
る。
The temperature measuring resistors 214 (the temperature measuring resistors 211d and 211 shown in FIG. 1) disposed upstream and downstream of the heat generating resistor 213, respectively.
e) 214a, 214b, 21
4c and 214d, and the temperature measuring resistors 214a and 214b are arranged on the upstream side with respect to the forward flow as shown in FIG.
Are arranged, and the temperature measuring resistors 214c and 214d are arranged on the downstream side. This is arranged in a semi-bridge shape as follows.

【0087】測温抵抗体214aと214dは直列に接
続され、一方、測温抵抗体214cと214bが直列に
接続される。測温抵抗体214aの高電位側(反接地
側)には、直列に接続された発熱抵抗体213c,21
3d間の中点電圧が印加され、もう一方の測温抵抗体2
14cの高電位側(反接地側)には、直列接続された発
熱抵抗体213a,213b間の中点電位が印加され
る。
The temperature measuring resistors 214a and 214d are connected in series, while the temperature measuring resistors 214c and 214b are connected in series. The heating resistors 213c and 21 connected in series are connected to the high potential side (anti-ground side) of the temperature measuring resistor 214a.
The midpoint voltage between 3d is applied and the other resistance temperature detector 2
The midpoint potential between the heating resistors 213a and 213b connected in series is applied to the high potential side (anti-ground side) of 14c.

【0088】測温抵抗体214dと214bは共通に接
地されている。
The resistance temperature detectors 214d and 214b are commonly grounded.

【0089】また、本実施例では、差動増幅器15にパ
ワートランジスタ相当の出力増幅機能を持たせて、その
出力をホイートストンブリッジ2に印加している。
In this embodiment, the differential amplifier 15 is provided with an output amplifying function equivalent to a power transistor, and the output is applied to the Wheatstone bridge 2.

【0090】測温抵抗体214a、214b、214
c、214dで構成されたセミブリッジ2の出力dV
(測温抵抗体214a,214dの中点電位Vb1と測
温抵抗体214c,214b間の中点電位Vb1,Vb
2の差)は、デジタル補正回路240のアナログ・デジ
タル変換器221aに入力される。
The temperature measuring resistors 214a, 214b, 214
c, output dV of the semi-bridge 2 composed of 214d
(The midpoint potential Vb1 between the temperature measuring resistors 214a and 214d and the midpoint potential Vb1 and Vb between the temperature measuring resistors 214c and 214b.
2) is input to the analog / digital converter 221a of the digital correction circuit 240.

【0091】ホイートストンブリッジ2は、発熱抵抗体
213a、213b、213c、213dと、温度補償
抵抗211c、抵抗13、14、17からなる。デジタ
ル補正回路240は、図1のデジタル補正回路220に
相当する信号処理回路である。
The Wheatstone bridge 2 includes heating resistors 213a, 213b, 213c, and 213d, a temperature compensating resistor 211c, and resistors 13, 14, and 17. The digital correction circuit 240 is a signal processing circuit corresponding to the digital correction circuit 220 in FIG.

【0092】本実施例のデジタル補正回路240は、ホ
イートストンブリッジ2を駆動する差増増幅器15、抵
抗14の値を調整して発熱抵抗体の加熱温度を設定する
調整回路242を内蔵している。
The digital correction circuit 240 of the present embodiment incorporates a differential amplifier 15 for driving the Wheatstone bridge 2 and an adjustment circuit 242 for adjusting the value of the resistor 14 to set the heating temperature of the heating resistor.

【0093】また、バッテリ101から電源・保護回路
228に電源が供給される。各抵抗体、デジタル補正回
路240が全て同一の基板上に一体化されたものであ
る。
Power is supplied from the battery 101 to the power / protection circuit 228. The resistors and the digital correction circuit 240 are all integrated on the same substrate.

【0094】これは、別々に形成されたパターンを最後
に基板上に結合しても良いし、始めから同一の基板上に
分けて、あるいは同時にパターンを形成しても良い。ま
た、発熱抵抗体213a、213b、213c、213
dや測温抵抗体214a、214b、214c、214
dは、基板が数μmと薄くなっているダイヤフラム上に
構成されるが、これは裏面からエッチング等によって構
成したものでも、表面から犠牲層を用いて作製したもの
であっても構わない。
In this method, separately formed patterns may be finally bonded on the substrate, or the patterns may be formed on the same substrate from the beginning or simultaneously. Further, the heating resistors 213a, 213b, 213c, 213
d and resistance temperature detectors 214a, 214b, 214c, 214
Although d is formed on a diaphragm having a substrate as thin as several μm, it may be formed from the back surface by etching or the like, or may be formed from the front surface using a sacrificial layer.

【0095】デジタル補正回路240では、アナログ・
デジタル変換器221bで基板温度の検出を行い、セン
サの検出信号を温度補正する手段や、通常の電圧出力を
周波数に変換して出力するデジタル・周波数変換器24
2等も備えている。
In the digital correction circuit 240, an analog
Means for detecting the substrate temperature by the digital converter 221b and correcting the temperature of the detection signal of the sensor, and a digital / frequency converter 24 for converting a normal voltage output to a frequency and outputting the frequency.
2 etc. are also provided.

【0096】図7に同一基板上に一体化された場合の配
置図を示す。例えば基板としてはシリコン基板を用い、
発熱抵抗体213a、213b、213c、213dや
測温抵抗体214a、214b、214c、214d、
温度補償抵抗211c、デジタル補正回路240が、厚
さ方向のデバイス構造は異なるが同一平面状にパターン
化されているものである。
FIG. 7 shows a layout when integrated on the same substrate. For example, using a silicon substrate as the substrate,
The heating resistors 213a, 213b, 213c, 213d and the temperature measuring resistors 214a, 214b, 214c, 214d,
The temperature compensation resistor 211c and the digital correction circuit 240 have different device structures in the thickness direction but are patterned in the same plane.

【0097】発熱抵抗体213は、4つに分割されてブ
リッジ状に接続されたもので、各接続点から端子を引き
出す構造としている。その結果、発熱抵抗体213a、
213b、213c、213dは2度折り返したような
パターンとなっている。
The heating resistor 213 is divided into four and connected in a bridge shape, and has a structure in which a terminal is drawn out from each connection point. As a result, the heating resistor 213a,
213b, 213c, and 213d have a pattern that is folded twice.

【0098】例えば発熱抵抗体213a、213cの接
続点は、端子213′を介して差動増幅回路15の出力
端子と接続されている。発熱抵抗体213a、213b
の接続点(中間点)は、端子213−1を介して測温抵
抗体214cの端子214c′と外部で接続されてい
る。
For example, a connection point between the heating resistors 213a and 213c is connected to an output terminal of the differential amplifier circuit 15 via a terminal 213 '. Heating resistors 213a, 213b
(Intermediate point) is externally connected to the terminal 214c 'of the resistance bulb 214c via the terminal 213-1.

【0099】発熱抵抗体213c、213dの接続点
(中間点)は、端子213−2、214a′を介して測
温抵抗体214aの一端と外部で接続されている。
The connection point (intermediate point) between the heating resistors 213c and 213d is externally connected to one end of the temperature measuring resistor 214a via terminals 213-2 and 214a '.

【0100】また、測温抵抗体214aの他端は、端子
214a″、端子214d′を介して測温抵抗体214
dの一端と外部で接続されている。
The other end of the temperature measuring resistor 214a is connected to the temperature measuring resistor 214 via a terminal 214a ″ and a terminal 214d ′.
d is externally connected to one end.

【0101】測温抵抗体214cは、端子214c″を
介して測温抵抗体214bと接続されている。
The temperature measuring resistor 214c is connected to the temperature measuring resistor 214b via a terminal 214c ″.

【0102】本実施例では、測温抵抗体のセミブリッジ
3の中点から取り出した出力dV(流量信号)をデジタ
ル補正回路240に入力して信号処理する。
In this embodiment, the output dV (flow rate signal) extracted from the middle point of the semi-bridge 3 of the resistance temperature detector is input to the digital correction circuit 240 for signal processing.

【0103】本実施例のセンサ感度の改善について、図
8のセンサ出力動作特性図により説明する。
The improvement of the sensor sensitivity of this embodiment will be described with reference to the sensor output operation characteristic diagram of FIG.

【0104】発熱抵抗体213a、213b、213
c、213dによって構成されるブリッジ回路の中点電
圧Vm1、Vm2の電位差dVmは、発熱抵抗体213
a、213b、213c、213dに生じている温度分
布の差を示している。
Heating resistors 213a, 213b, 213
c, 213d, the potential difference dVm between the midpoint voltages Vm1, Vm2 of the bridge circuit
a, 213b, 213c, and 213d show differences in temperature distribution.

【0105】4つに分割された発熱抵抗体213a〜2
13dは、空気温度に対して所定温度を保つように制御
されるため、温度分布が生じにくい。しかし、本実施例
の様に複数の発熱抵抗体を用い、それらの上流,下流の
位置関係で配置することで微少な温度差が生じる。
Heating resistors 213a to 213 divided into four
13d is controlled so as to maintain a predetermined temperature with respect to the air temperature, so that a temperature distribution hardly occurs. However, by using a plurality of heating resistors and arranging them in a positional relationship upstream and downstream as in this embodiment, a slight temperature difference occurs.

【0106】その結果、電位差dVmは流れの方向に応
じて、基準電圧Vq0より大きくした出力となる。
As a result, the potential difference dVm becomes an output larger than the reference voltage Vq0 in accordance with the direction of the flow.

【0107】測温抵抗体214a、214b、214
c、214dのセミブリッジ回路3の出力は、電圧Vm
1、Vm2が一定であると仮定すると、通常の定電圧で
ブリッジを駆動した場合の温度差出力特性dV‘とな
る。これは、既述したように高流量側で温度差が生じに
くく飽和するような特性になる。
Temperature measuring resistors 214a, 214b, 214
c, the output of 214d of the semi-bridge circuit 3 is the voltage Vm
1. Assuming that Vm2 is constant, the temperature difference output characteristic dV 'when the bridge is driven at a normal constant voltage is obtained. This is a characteristic in which a temperature difference hardly occurs on the high flow rate side and is saturated as described above.

【0108】これに対し、本実施例では、発熱抵抗体2
13a、213b、213c、213dによって構成さ
れるブリッジ回路の中点電圧Vm1、Vm2を測温用の
セミブリッジ回路3に印加することで、dVmがセミブ
リッジ回路3の温度差出力特性に影響を与えることにな
り、第1実施例同様のメカニズムにより温度差出力特性
の感度が符号dVに示すように、流量の全領域にわたり
向上させることができる。同時に、流れの方向に対する
感度も向上することが可能となる。
On the other hand, in the present embodiment, the heating resistor 2
By applying midpoint voltages Vm1 and Vm2 of the bridge circuit composed of 13a, 213b, 213c and 213d to the semi-bridge circuit 3 for temperature measurement, dVm affects the temperature difference output characteristics of the semi-bridge circuit 3. That is, the sensitivity of the temperature difference output characteristic can be improved over the entire flow rate region by the same mechanism as in the first embodiment, as indicated by the reference symbol dV. At the same time, the sensitivity to the flow direction can be improved.

【0109】温度差出力特性dVは、次式にほぼ等価な
出力と考えることができる。
The temperature difference output characteristic dV can be considered as an output substantially equivalent to the following equation.

【0110】[0110]

【数4】 (Equation 4)

【0111】本実施例によれば、例えば発熱抵抗体のサ
イズが小さく測温抵抗体のみでは感度が得にくいような
場合であっても、流れの方向や流量に応じた感度を向上
できるといったメリットがある。
According to this embodiment, for example, even when the size of the heating resistor is small and it is difficult to obtain the sensitivity only with the temperature measuring resistor, the sensitivity according to the flow direction and the flow rate can be improved. There is.

【0112】また、発熱部の熱容量を小さくすることで
抵抗体の部分と回路部分を一体化できるなど、小形化が
図りやすいといった効果がある。
Further, by reducing the heat capacity of the heat-generating portion, the resistor portion and the circuit portion can be integrated, and the size can be easily reduced.

【0113】次に本発明の第3の実施例を図9により説
明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0114】本実施例において、ゲージ回路1における
発熱抵抗体駆動用のホイートストンブリッジ回路2は、
前述した図6の実施例同様に4つの発熱抵抗体213
a,213b,213c,213dよりなるブリッジ回
路2′と温度補償抵抗体213c、抵抗13、14、1
7により構成される。また、測温用の回路も図6の実施
例同様に測温抵抗体214a,214b,214c,2
14dのセミブリッジ回路3により構成される。
In this embodiment, the Wheatstone bridge circuit 2 for driving the heating resistor in the gauge circuit 1
Four heating resistors 213 as in the embodiment of FIG.
a, 213b, 213c, 213d, a bridge circuit 2 ', a temperature compensation resistor 213c, resistors 13, 14, 1
7. In addition, the temperature measuring circuit also has a temperature measuring resistor 214a, 214b, 214c, 2 as in the embodiment of FIG.
It is composed of a 14d semi-bridge circuit 3.

【0115】図6の実施例と相違する点は、セミブリッ
ジ回路3への電圧印加が電源保護回路228により定電
圧を印加していることである。ただし、次に述べるよう
に発熱用のブリッジ回路2の中点電位差dVm(=Vm
1−Vm2)は、測温用のセミブリッジ回路3の温度差
出力dVに、次に述べるようにデジタル補正回路240
を利用して反映するようにしてある。
The difference from the embodiment of FIG. 6 is that the power supply protection circuit 228 applies a constant voltage to the semi-bridge circuit 3 for voltage application. However, as described below, the midpoint potential difference dVm (= Vm
1-Vm2) is added to the digital correction circuit 240 as described below to the temperature difference output dV of the semi-bridge circuit 3 for temperature measurement.
Is reflected by using.

【0116】すなわち、発熱用のブリッジ回路の中点電
圧Vm1、Vm2は、測温抵抗体へ直接接続せず、デジ
タル補正回路240のアナログ・デジタル変換器221
cに入力する。同様に、測温抵抗体214a、214
b、214c、214dの出力Vb1,Vb2も、アナ
ログ・デジタル変換器221aに入力する。これを、先
の第2実施例で述べたと計算式同様の演算をデジタル補
正回路240内部で施し、同様の効果を得るものであ
る。
That is, the midpoint voltages Vm1 and Vm2 of the bridge circuit for heat generation are not directly connected to the resistance temperature detector, and the analog / digital converter 221 of the digital correction circuit 240
Enter c. Similarly, resistance temperature detectors 214a, 214
The outputs Vb1 and Vb2 of b, 214c and 214d are also input to the analog / digital converter 221a. The same operation as that described in the second embodiment is performed in the digital correction circuit 240 to obtain the same effect.

【0117】本実施例によれば、先の実施例に述べたデ
ジタル補正回路240に対して、アナログ・デジタル変
換器が余分に必要でかつ、演算も複雑となるが、パラメ
ータを用いての感度補正が容易になる等の特有の効果も
ある。ここで出力Voutに対しての補正は一例として
次のような式により実現できる。
According to the present embodiment, an extra analog-to-digital converter is required and the operation becomes complicated in comparison with the digital correction circuit 240 described in the previous embodiment, but sensitivity using parameters is used. There are also specific effects such as easy correction. Here, the correction for the output Vout can be realized by the following equation as an example.

【0118】[0118]

【数5】 (Equation 5)

【0119】[0119]

【数6】 (Equation 6)

【0120】アナログ・デジタル変換器221a、22
1cが差動入力可能なのもであれば、本演算は不要とな
る。出力補正は次のようになる。
Analog / digital converters 221a, 22
This operation is unnecessary if 1c can be differentially input. The output correction is as follows.

【0121】[0121]

【数7】 (Equation 7)

【0122】その結果、出力特性dVの基本的な感度の
傾向に対し、感度補正により高流量側でも良好な特性を
得ることができるようになる。または、数5式、数6式
を用いずに次のような式でも代用できる。
As a result, with respect to the basic sensitivity tendency of the output characteristic dV, good characteristics can be obtained even on the high flow rate side by sensitivity correction. Alternatively, the following equation can be used instead of Equations 5 and 6.

【0123】[0123]

【数8】 (Equation 8)

【0124】本式は、発熱抵抗体の温度差のみでなく、
流量感度も演算することで先の第2の実施例と同様な効
果を得ることができる。また、次のように流れの方向に
応じて先の数8式を条件分けにより変形し、より木目細
かい補正が可能となる。
This equation is not limited to the temperature difference between the heating resistors,
By calculating the flow rate sensitivity, the same effect as in the second embodiment can be obtained. In addition, the above equation (8) is modified according to the condition according to the direction of the flow as follows, so that finer grain correction can be performed.

【0125】[0125]

【数9】 (Equation 9)

【0126】これは、流量に応じた出力を順流側では感
度を高く、流量が逆流側では感度を低くしたものであ
る。センサからの出力時において、エンジンコントロー
ルユニット等とインターフェイスを電圧でとる場合に、
特別な信号圧縮等の変換手段を用いなくても容易に実現
できる。
In this case, the output corresponding to the flow rate has a high sensitivity on the forward flow side and a low sensitivity on the reverse flow side. At the time of output from the sensor, when the interface with the engine control unit etc. is taken with voltage,
This can be easily realized without using any special conversion means such as signal compression.

【0127】本実施例では、例えば発熱抵抗体の熱容量
を小さくしても感度補正が可能となるので、発熱抵抗体
213を駆動する差動増幅器15を含むデジタル補正回
路240は、例えばエンジンコントロールユニット等か
らの電圧信号Vccのみで動作することができ、バッテ
リからの配線が不用になる等の効果がある。先の実施例
と同様に、抵抗体とデジタル補正回路240を同一基板
上に一体化する際には、バッテリからの電源を直接使わ
ないため、半導体回路全体の耐圧を下げることもでき、
コストの低減が図れるといった効果もある。
In the present embodiment, since the sensitivity can be corrected even if the heat capacity of the heating resistor is reduced, for example, the digital correction circuit 240 including the differential amplifier 15 for driving the heating resistor 213 includes, for example, an engine control unit. And the like, and can operate only with the voltage signal Vcc from the same, and has the effect of eliminating the need for wiring from the battery. As in the previous embodiment, when the resistor and the digital correction circuit 240 are integrated on the same substrate, the power supply from the battery is not directly used, so that the withstand voltage of the entire semiconductor circuit can be reduced.
Another effect is that the cost can be reduced.

【0128】次に、本発明の第4の実施例を図10によ
り説明する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0129】本実施例の構成は、基本的には、図1の実
施例と同様である。
The configuration of this embodiment is basically the same as the embodiment of FIG.

【0130】相違する点は、発熱用のホイートストンブ
リッジ回路2と、それを駆動するトランジスタ16との
間にスイッチ回路250を設け、このスイッチ回路25
0をデジタル補正回路220のインターフェイス(I/
O)251により制御が可能な構成としたものである。
また、発熱抵抗体211a、211bに流れる電流を検
出するために抵抗13の上部の電圧Vr1をアナログ・
デジタル変換器221bに入力している。
The difference is that a switch circuit 250 is provided between the heat-generating Wheatstone bridge circuit 2 and the transistor 16 for driving the same.
0 is the interface (I /
O) The structure can be controlled by 251.
Further, in order to detect a current flowing through the heating resistors 211a and 211b, the voltage Vr1 above the resistor 13 is converted into an analog signal.
It is input to the digital converter 221b.

【0131】これは、例えばセンサの起動時においてブ
リッジに印加する電圧を、スイッチ250の切替により
デジタル補正回路220からの基準電圧Vref1とす
ることで、基準電圧Vref1が印加時における発熱抵
抗体211a、211bの加熱温度や、温度検出抵抗体
211d、211eと抵抗18、19、温度補償抵抗21
1fを模擬的なでブリッジで構成し中点の電位Vb1、
Vb2の差を求める。流量がゼロの場合には本来電位差
が生じない様に調整されているが、抵抗の経時的な変化
等によってオフセット電圧が生じる場合がある。これ
は、抵抗体の温度が高いほど劣化しやすいと考えられる
ので、発熱抵抗体211a、211bの抵抗変化により
アンバランスが生じると、測温抵抗体211d、211e
の電位Vb1、Vb2も変動する。
This is because, for example, the voltage applied to the bridge when the sensor is activated is set to the reference voltage Vref1 from the digital correction circuit 220 by switching the switch 250, so that the heating resistor 211a when the reference voltage Vref1 is applied, The heating temperature of 211b, the temperature detecting resistors 211d and 211e, the resistors 18 and 19, and the temperature compensating resistor 21
1f is a simulated bridge, and the middle point potential Vb1,
Find the difference between Vb2. When the flow rate is zero, the voltage is adjusted so that a potential difference is not originally generated. However, an offset voltage may be generated due to a temporal change in resistance or the like. This is considered that the higher the temperature of the resistor, the more likely it is to deteriorate. Therefore, if an unbalance occurs due to the resistance change of the heating resistors 211a, 211b, the temperature measuring resistors 211d, 211e.
The potentials Vb1 and Vb2 also fluctuate.

【0132】そこで、予め調整時において基準電圧Vr
ef1を用いて短時間のスイッチ回路250の切替えに
よる発熱抵抗体の211a、211bの温度変化や、温
度検出抵抗体211d、211eの電位差(温度差)を記
録しておき、センサの起動時には、毎回再度計算をして
予め記録していた値との比較をする。その結果、例えば
発熱抵抗体の211a、211bに劣化が認められた
ら、予め用意した劣化補正データにより抵抗体の劣化補
償を施すものである。以上のような診断動作により、長
期的にも特性劣化の少ないセンサシステムを提供するこ
とが可能となる。本実施例によれば、特に経時変化の優
れたセンサを簡単な回路で提供できるといった効果があ
る。
Therefore, the reference voltage Vr is previously set at the time of adjustment.
Using ef1, the temperature change of the heating resistors 211a and 211b due to the switching of the switch circuit 250 for a short time and the potential difference (temperature difference) of the temperature detecting resistors 211d and 211e are recorded. The calculation is performed again and compared with the previously recorded value. As a result, for example, if deterioration of the heating resistors 211a and 211b is recognized, the deterioration of the resistors is compensated by using the deterioration correction data prepared in advance. By the above-described diagnostic operation, it is possible to provide a sensor system with less characteristic deterioration even in the long term. According to this embodiment, there is an effect that a sensor excellent in change with time can be provided by a simple circuit.

【0133】以上のような発熱抵抗体や測温抵抗体とい
ったエレメントで感度を最適化したことにより、感度が
良好で精度の良い空気流量計を得、自動車のエンジン制
御における最適化が図られエンジンからの排ガスを低減
できるといった効果がある。
By optimizing the sensitivity with the above-mentioned elements such as the heating resistor and the temperature measuring resistor, an air flow meter having good sensitivity and high accuracy can be obtained, and optimization in the engine control of the automobile can be achieved. There is an effect that the exhaust gas from the fuel can be reduced.

【0134】なお、これまでの実施例を用いた流量測定
装置は、燃料電池等の水素ガスのガス流検知等にに用い
ることができる。特徴としては、これまでの実施例にお
いて感度の最適化が容易で流量範囲を広げることができ
るという点と、抵抗体に水素による腐食に強い抵抗体を
用いることができるといった点が挙げられる。特に抵抗
体に例えばポリシリコン抵抗体を用い、加熱温度を下げ
る等の工夫をすることで、抵抗体に白金等を用いた場合
の腐食を防止し、信頼性を含め良好な特性を得ることが
できるといった優れた効果がある。
The flow rate measuring apparatus using the above embodiments can be used for detecting a gas flow of hydrogen gas in a fuel cell or the like. The features are that the sensitivity can be easily optimized and the flow rate range can be widened in the embodiments described above, and that a resistor resistant to corrosion by hydrogen can be used as the resistor. In particular, using a resistor such as a polysilicon resistor for the resistor and lowering the heating temperature, it is possible to prevent corrosion when using platinum or the like for the resistor and obtain good characteristics including reliability. There is an excellent effect that it can be done.

【0135】[0135]

【発明の効果】本発明によれば、温度差方式の熱式流量
測定装置において、流れの量や方向に応じたセンサ感度
の最適化を図ることが可能となるといった効果がある。
特に流量計として特別な回路等を付加することなく感度
の最適化がセンサのみで図れるという効果がある。アナ
ログ・デジタル変換器の感度の最適化を低コストで実現
できる。
According to the present invention, in the thermal type flow rate measuring device of the temperature difference type, there is an effect that the sensor sensitivity can be optimized according to the flow amount and direction.
Particularly, there is an effect that the sensitivity can be optimized only by the sensor without adding a special circuit or the like as a flow meter. The sensitivity of the analog / digital converter can be optimized at low cost.

【0136】デジタル調整手段によっては、流量の流れ
の向きに応じて感度補正、温度補正が容易となり性能が
向上するといった効果がある。
Depending on the digital adjustment means, sensitivity correction and temperature correction can be easily performed in accordance with the flow direction of the flow rate, and the performance is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施例に係る回路図。FIG. 1 is a circuit diagram according to a first embodiment of the present invention.

【図2】上記実施例に用いる空気流量測定素子の上面
図。
FIG. 2 is a top view of an air flow measuring element used in the embodiment.

【図3】図2のA−B線断面図。FIG. 3 is a sectional view taken along line AB in FIG. 2;

【図4】上記空気流量測定素子を使用したときの温度分
布の一例を示す説明図。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a temperature distribution when the air flow measuring element is used.

【図5】上記実施例におけるセンサ感度と流量との関係
を示す線図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a sensor sensitivity and a flow rate in the embodiment.

【図6】本発明の第2の実施例に係る回路図。FIG. 6 is a circuit diagram according to a second embodiment of the present invention.

【図7】上記実施例に用いる空気流量測定素子の上面
図。
FIG. 7 is a top view of an air flow measuring element used in the embodiment.

【図8】上記実施例に用いるセンサ感度と流量の関係を
示す線図。
FIG. 8 is a diagram showing a relationship between sensor sensitivity and flow rate used in the embodiment.

【図9】本発明の第3の実施例に係る回路図。FIG. 9 is a circuit diagram according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施例に係る回路図。FIG. 10 is a circuit diagram according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…熱線駆動回路、101…電源、211…シリコン基
板、211a,211b,213a,213b,213
c,213d…発熱抵抗体、 211c, 211f…温
度補償抵抗、211d,211e,214a,214b,
214c,214d…測温抵抗体、13,14,17,
18,19…抵抗、15…差動増幅器、16…トランジ
スタ、229…基準電圧、220,240…デジタル補
正回路、221a,221b,221c…アナログ・デ
ジタル変換器、222…演算回路、222a…CPU、
222b…RAM、222c…ROM、223…PRO
M、224,224b…デジタル・アナログ変換器、2
25a,225b…スイッチ、226…発振器、227
…シリアルコミュニケーションインターフェイス、22
8…電源・保護回路、311a,311b…アナログデ
ジタル変換処理、242…調整回路、251…I/O、
250…スイッチ回路。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hot-wire drive circuit, 101 ... Power supply, 211 ... Silicon substrate, 211a, 211b, 213a, 213b, 213
c, 213d: heating resistor, 211c, 211f: temperature compensation resistor, 211d, 211e, 214a, 214b,
214c, 214d: resistance temperature detectors, 13, 14, 17,
18, 19: resistor, 15: differential amplifier, 16: transistor, 229: reference voltage, 220, 240: digital correction circuit, 221a, 221b, 221c: analog / digital converter, 222: arithmetic circuit, 222a: CPU,
222b: RAM, 222c: ROM, 223: PRO
M, 224, 224b ... digital / analog converter, 2
25a, 225b switch, 226 oscillator, 227
... Serial communication interface, 22
8 power supply / protection circuit, 311a, 311b analog-digital conversion processing, 242 adjustment circuit, 251 I / O,
250 ... Switch circuit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 雅通 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中田 圭一 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器グループ内 (72)発明者 米田 浩志 茨城県ひたちなか市高場2477番地 株式会 社日立カーエンジニアリング内 Fターム(参考) 2F035 AA02 EA05 EA08 EA09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masamichi Yamada 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd. Hitachi Research Laboratory, Ltd. (72) Inventor Keiichi Nakata 2520 Takada, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Address Hitachi, Ltd. Automotive Equipment Group (72) Inventor Hiroshi Yoneda 2477 Takaba, Hitachinaka-shi, Ibaraki F-term in Hitachi Car Engineering Co., Ltd. 2F035 AA02 EA05 EA05 EA08 EA09

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 発熱抵抗体の上流部及び下流部に測温抵
抗体を形成し、前記測温抵抗体の温度差から流体の流量
を測定する熱式流量測定装置において、 前記発熱抵抗体は複数に分割され、この複数に分割され
た発熱抵抗体を上流,下流の位置関係で配置し且つ直列
に接続し、この複数に分割された発熱抵抗体の中点電位
の出力特性により前記測温抵抗体の温度差信号に基づく
流量信号出力の感度を改善させていることを特徴とする
熱式流量測定装置。
1. A thermal type flow measuring device which forms a temperature measuring resistor at an upstream portion and a downstream portion of a heating resistor and measures a flow rate of a fluid from a temperature difference between the temperature measuring resistors, wherein the heating resistor is The plurality of divided heating resistors are arranged in an upstream and downstream positional relationship and connected in series, and the temperature measurement is performed based on the output characteristic of the midpoint potential of the divided heating resistors. A thermal type flow measuring device characterized by improving the sensitivity of a flow signal output based on a temperature difference signal of a resistor.
【請求項2】 発熱抵抗体の上流部及び下流部に測温抵
抗体を形成し、前記測温抵抗体の温度差から流体の流量
を測定する熱式流量測定装置において、 前記発熱抵抗体は複数に分割され、この複数に分割され
た発熱抵抗体を上流,下流の位置関係で配置し且つ直列
に接続し、これらの発熱抵抗体間の中点電位を前記測温
抵抗体の電源として用いていることを特徴とする熱式流
量測定装置。
2. A thermal type flow rate measuring device in which a temperature measuring resistor is formed at an upstream portion and a downstream portion of a heating resistor and a flow rate of a fluid is measured from a temperature difference between the temperature measuring resistors. The heating resistors divided into a plurality are arranged in an upstream and downstream positional relationship and connected in series, and a midpoint potential between these heating resistors is used as a power source of the temperature measuring resistor. A thermal type flow measuring device, characterized in that:
【請求項3】 前記複数に分割された発熱抵抗体は、温
度補償抵抗と共にブリッジ回路に組み入れられ、上流,
下流の位置関係をなす複数の前記測温抵抗体は、接地側
を共通に接続され、一方の測温抵抗体の反接地側は、前
記発熱抵抗体の高電圧側に接続され、他方の測温抵抗体
の反接地側は前記発熱抵抗体間の中点に接続されている
請求項1又は2記載の熱式流量測定装置。
3. The heating resistor divided into a plurality of parts is incorporated in a bridge circuit together with a temperature compensating resistor.
The plurality of resistance temperature detectors forming a downstream positional relationship are commonly connected on the ground side, one anti-ground side of the resistance temperature detector is connected to the high voltage side of the heating resistor, and the other resistance temperature detector is connected to the other side. The thermal type flow measurement device according to claim 1, wherein an anti-ground side of the thermal resistor is connected to a midpoint between the heating resistors.
【請求項4】 前記複数に分割された発熱抵抗体は、ブ
リッジ回路に組み入れられ、このブリッジの各辺に発熱
抵抗体が配置され、上流,下流の位置関係をなす複数の
前記測温抵抗体は、接地側を共通に接続され、かつ一方
の測温抵抗体の反接地側は、前記ブリッジの一方の中点
に接続され、他方の測温抵抗体の反接地側は、前記ブリ
ッジのもう一方の中点に接続されている請求項1又は2
記載の熱式流量測定装置。
4. The plurality of divided heating resistors are incorporated in a bridge circuit, and a heating resistor is arranged on each side of the bridge, and the plurality of temperature measuring resistors having an upstream and downstream positional relationship. Are connected in common to the grounding side, and the anti-grounding side of one resistance thermometer is connected to one midpoint of the bridge, and the anti-grounding side of the other resistance thermometer is connected to the other end of the bridge. 3. The device according to claim 1, which is connected to one of the middle points.
The thermal type flow measuring device as described in the above.
【請求項5】 前記発熱抵抗体を組み入れるブリッジ回
路と、前記測温抵抗体を組み入れるブリッジ回路とを有
し、これらのブリッジ回路の電源が互いに独立してお
り、上流,下流の位置関係をなす前記発熱抵抗体同士の
温度差信号と、上流,下流の位置関係をなす前記測温抵
抗体同士の温度差信号とがデジタル回路に入力されて、
これらの信号に基づき流量出力信号が形成されるように
構成されている請求項1記載の熱式流量測定装置。
5. A bridge circuit incorporating the heating resistor, and a bridge circuit incorporating the temperature measuring resistor, wherein the power supplies of these bridge circuits are independent of each other and have an upstream and downstream positional relationship. A temperature difference signal between the heating resistors, and a temperature difference signal between the temperature measuring resistors forming an upstream and downstream positional relationship are input to a digital circuit,
2. The thermal flow measuring device according to claim 1, wherein a flow output signal is formed based on these signals.
【請求項6】 前記発熱抵抗体の経時変化による抵抗の
劣化を前記発熱抵抗体の加熱温度を調整することで補償
するようにしてなる請求項1ないし5のいずれか1項記
載の熱式流量測定装置。
6. The thermal flow rate according to claim 1, wherein the deterioration of the resistance due to the aging of the heating resistor is compensated by adjusting the heating temperature of the heating resistor. measuring device.
【請求項7】 前記発熱抵抗体の経時変化による抵抗の
劣化は、前記発熱抵抗体から求めた流れの方向に応じた
上流,下流の温度差もしくは流量に応じた電流値と、前
記測温抵抗体から求めた流れの方向に応じた上流,下流
の温度差を用いて検出している請求項6記載の熱式流量
測定装置。
7. The deterioration of the resistance of the heating resistor due to a change with time can be determined by determining a temperature difference between an upstream and a downstream according to a flow direction obtained from the heating resistor or a current value according to a flow rate and the temperature measuring resistor. 7. The thermal flow measurement device according to claim 6, wherein the detection is performed using a temperature difference between upstream and downstream according to the direction of the flow obtained from the body.
【請求項8】 前記発熱抵抗体の経時変化による抵抗の
劣化は、前記発熱抵抗体の駆動回路に印加する電流制御
用の電源から基準電圧電源に切り替えて検出する請求項
6又は7記載の熱式流量測定装置。
8. The heat generation device according to claim 6, wherein the deterioration of the resistance due to the aging of the heating resistor is detected by switching from a power supply for current control applied to a drive circuit of the heating resistor to a reference voltage power supply. Type flow rate measuring device.
【請求項9】 請求項1から8のいずれか1項記載の熱
式流量測定装置により構成されている内燃機関の熱式空
気流量測定装置。
9. A thermal air flow measuring device for an internal combustion engine, comprising the thermal flow measuring device according to claim 1. Description:
【請求項10】 請求項1から8のいずれか1項記載の
熱式流量測定装置により構成されているガス流量計。
10. A gas flow meter comprising the thermal flow measuring device according to claim 1. Description:
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Cited By (5)

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