JP2009031014A - Thermal gas mass flow meter - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリ電圧が変動している状態でも常に正確なガス温度・ガス質量流量を測定することができるパルス変調制御方式の熱式ガス質量流量計を実現する。
【解決手段】発熱センサ素子5の両端電圧V1、V2を同時に測定するとともに、発熱センサ素子5に流れる電流値を検出して、抵抗値算出手段33により抵抗値を算出する。これにより、バッテリ電源1の電圧が変動した場合でも正確に発熱センサ素子5の抵抗値を知ることができる。発熱センサ素子5の正確な抵抗値から、発熱センサ素子5の温度を正確に算出することができるので、バッテリ電源1の電圧が変動している状態でも常に正確なガス温度・ガス質量流量を測定することができるパルス幅変調制御の熱式ガス質量流量計を実現できる。
【選択図】図1A pulse gas modulation control type thermal gas mass flow meter capable of always measuring an accurate gas temperature and gas mass flow rate even when a battery voltage is fluctuating is realized.
Both end voltages V1 and V2 of the heat generation sensor element 5 are simultaneously measured, a current value flowing through the heat generation sensor element 5 is detected, and a resistance value is calculated by a resistance value calculation means 33. Thereby, even when the voltage of the battery power supply 1 fluctuates, the resistance value of the heat generation sensor element 5 can be accurately known. Since the temperature of the heat generation sensor element 5 can be accurately calculated from the accurate resistance value of the heat generation sensor element 5, the accurate gas temperature and gas mass flow are always measured even when the voltage of the battery power supply 1 is fluctuating. A thermal gas mass flow meter with pulse width modulation control can be realized.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、気体の質量流量を測定する熱式ガス質量流量計に関する。 The present invention relates to a thermal gas mass flow meter for measuring a mass flow rate of a gas.
例えば、エンジンの吸気量を測定するためのガス流量計として、特許文献1に記載されているような熱式ガス質量流量計が広く用いられている。この熱式ガス質量流量計は、ホットワイヤ、流体感温素子がボディ内部に設置され、ホットワイヤ、流体感温素子及び抵抗でブリッジ回路が構成されている。
For example, a thermal gas mass flow meter as described in
また、オペアンプ等で構成されたフィードバック回路は、ホットワイヤの温度(Th)が流体感温素子の抵抗値変化によって決まるガス温度(Te)より一定温度差(固定デルタTh方式)だけ高く保たれるようにホットワイヤに流れる加熱電流はブリッジ回路により制御され、パワートランジスタを介してアナログでフィードバックしている。 In addition, in the feedback circuit composed of an operational amplifier or the like, the temperature (Th) of the hot wire is kept higher by a certain temperature difference (fixed delta Th method) than the gas temperature (Te) determined by the change in resistance value of the fluid temperature sensing element. Thus, the heating current flowing through the hot wire is controlled by a bridge circuit and fed back in an analog manner through a power transistor.
そして、ガス流速が速い場合にはホットワイヤから奪われる熱量が多いため加熱電流が多く流されることになり、これに対して流速が遅い場合にはホットワイヤから奪われる熱量が少ないため加熱電流も少なく流されることになるから、この加熱電流を計測することによりガスの質量流量を計測できる。 When the gas flow rate is fast, a large amount of heat is taken away from the hot wire, so that a large amount of heating current flows. On the other hand, when the flow rate is slow, the amount of heat taken away from the hot wire is small, so the heating current is also low. Since the flow rate is small, the mass flow rate of the gas can be measured by measuring the heating current.
また、バッテリ電圧に対し、ホットワイヤの加熱に利用されなかった電力は主にパワートランジスタにより熱として発熱される。 In addition, the electric power that is not used for heating the hot wire with respect to the battery voltage is mainly generated as heat by the power transistor.
つまり、ホットワイヤの加熱電流が多い場合はパワートランジスタの発熱は少なくなり、加熱電流が少ない場合はパワートランジスタの発熱は多くなる。 That is, when the heating current of the hot wire is large, the power transistor generates less heat, and when the heating current is small, the power transistor generates more heat.
また、MOS形電界効果形トランジスタ(MOS−FET)を使用し、パルス幅変調(Pulse Wide Modulation)で制御する熱式ガス質量流量計もある。 There is also a thermal gas mass flow meter that uses a MOS field effect transistor (MOS-FET) and is controlled by pulse width modulation.
従来の熱式ガス質量流量計において、吸入空気を測定する場合にはエアクリーナ通過後の空気を測定するためホットワイヤや流体感温素子への付着物はほとんど無いが、排気ガスを測定する場合には、排気ガスに含まれる煤やオイル等の付着が問題となる。 In a conventional thermal gas mass flowmeter, when measuring intake air, there is almost no deposit on the hot wire or fluid temperature sensing element to measure the air after passing through the air cleaner, but when measuring exhaust gas The problem is the adhesion of soot and oil contained in the exhaust gas.
これらがホットワイヤや流体感温素子に付着すると、排気ガス等の流れがホットワイヤや流体感温素子に直接触れなくなる。そのため、排気ガス等の温度が流体感温素子に伝わりにくくなるし、ホットワイヤからの放熱が少なくなってガスの質量流量測定に誤差が生じてしまう。 When these adhere to the hot wire or fluid temperature sensing element, the flow of exhaust gas or the like does not directly touch the hot wire or fluid temperature sensing element. As a result, the temperature of the exhaust gas or the like is not easily transmitted to the fluid temperature sensing element, and heat dissipation from the hot wire is reduced, resulting in an error in measuring the mass flow rate of the gas.
そこで、この問題に対処するためにホットワイヤに関しては、特許文献2、特許文献3に示されるように、ホットワイヤの加熱温度を高くすることで、ホットワイヤに付着するオイル等を揮発させ、汚損物を付着させなくする方法が考えられている。
Therefore, in order to cope with this problem, as shown in Patent Document 2 and
ところで、特許文献3に記載された方法を採用する場合には、ガス温度が−40度時でもホットワイヤの温度を400度以上にする必要があり、パルス幅変調で制御する熱式ガス質量流量計を用い効率よくホットワイヤの温度を上げる必要がある。
By the way, when adopting the method described in
ここで、車載バッテリ自身の端子電圧は比較的安定しているが、車載された電子機器がバッテリに接続され、ON/OFFされると端末電圧は大きく変動する。また、車載バッテリの電源電圧が変動する要因としては、他に、エンジン始動時にスタータモータに大電流が流れ端子電圧が一時的に大きく下がるコールドクランク(Cold Crank)がある。 Here, although the terminal voltage of the vehicle-mounted battery itself is relatively stable, the terminal voltage greatly fluctuates when the vehicle-mounted electronic device is connected to the battery and turned on / off. Another factor that causes the power supply voltage of the in-vehicle battery to fluctuate is a cold crank (cold crank) in which a large current flows through the starter motor when the engine starts and the terminal voltage drops temporarily.
他にもオルタネータがバッテリから遮断された時に高電圧を発生させるロードダンプ(Load Dump)と言う現象もある。この様に車載バッテリは電圧変動する要因を多く含んでいる。 There is also a phenomenon called load dump that generates a high voltage when the alternator is disconnected from the battery. As described above, the vehicle-mounted battery includes many factors that cause voltage fluctuation.
車載バッテリの電源電圧が変動すると、前述のパルス幅変調で制御する熱式ガス質量流量計ではMOS−FETがONした時のホットワイヤ温度をホットワイヤの低電圧端子の電圧値から求めるため、電圧値が変動し、誤ったホットワイヤの温度を検出してしまう。 When the power voltage of the on-board battery fluctuates, the thermal gas mass flowmeter controlled by the pulse width modulation described above determines the hot wire temperature when the MOS-FET is turned on from the voltage value of the low voltage terminal of the hot wire. The value fluctuates and the wrong hot wire temperature is detected.
同様に、バッテリの電源電圧が変動すると、バッテリの電源電圧から生成されている定電流回路も既定の定電流を出力できなくなり、MOS−FETがOFFした時のホットワイヤ温度測定でホットワイヤの高電圧端子の電圧値が変動し、誤ったホットワイヤ温度を検出してしまう。 Similarly, if the battery power supply voltage fluctuates, the constant current circuit generated from the battery power supply voltage will not be able to output a predetermined constant current, and the hot wire temperature measurement when the MOS-FET is turned off will The voltage value at the voltage terminal fluctuates and an incorrect hot wire temperature is detected.
その他、MOS−FETがOFFした直後ではホットワイヤには定電流に加えMOS−FETから漏れ電流が流れ込み電流値が増加する。従って、漏れ電流がホットワイヤに流れ込んでいる間はホットワイヤ温度測定のためのA/Dコンバータへの電圧取込みを行えない。 In addition, immediately after the MOS-FET is turned OFF, a leak current flows from the MOS-FET in addition to a constant current to the hot wire, and the current value increases. Therefore, voltage cannot be taken into the A / D converter for measuring the hot wire temperature while the leakage current is flowing into the hot wire.
この様に、誤ったホットワイヤ温度を検出すると、誤ったDutyやガス温度を算出してしまい正確なガス質量流量を測定出来なくなる。また、正しいホットワイヤ温度が検出出来たとしても、バッテリの電源電圧が変動した状態で算出したDutyとガス流量との関係は既定のバッテリ電源電圧のものとは変わっており、正しいガス流量を求めることが出来ない。 In this way, if an incorrect hot wire temperature is detected, an incorrect duty or gas temperature is calculated and an accurate gas mass flow rate cannot be measured. Even if the correct hot wire temperature can be detected, the relationship between the duty calculated in the state where the power supply voltage of the battery fluctuates and the gas flow rate is different from that of the predetermined battery power supply voltage, and the correct gas flow rate is obtained. I can't.
本発明の目的は、バッテリ電圧が変動している状態でも常に正確なガス温度・ガス質量流量を測定することができるパルス幅変調制御方式の熱式ガス質量流量計を実現することである。 An object of the present invention is to realize a thermal gas mass flow meter of a pulse width modulation control system that can always measure an accurate gas temperature and gas mass flow rate even when the battery voltage is fluctuating.
上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。 In order to achieve the above object, the present invention is configured as follows.
本発明の熱式ガス質量流量計は、発熱センサ素子の両端電圧を検出する電圧検出手段と、発熱センサ素子に流れる電流の値と、発熱センサ素子の両端電圧値とに基づいて発熱センサ素子の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、発熱センサ素子の抵抗値に基づいて発熱センサ素子の温度を算出する発熱センサ素子温度算出手段と、発熱センサ素子の温度に基づいて、発熱センサ素子の温度が一定温度となるように発熱センサ素子を加熱又は非加熱とするため、電源から発熱センサ素子への電流供給をオン・オフ制御する電流制御手段と、電流供給オン・オフ期間に基づいて、ガス流量を算出するガス流量算出手段とを備える。 The thermal gas mass flow meter of the present invention is based on voltage detection means for detecting the voltage across the heat sensor element, the value of the current flowing through the heat sensor element, and the voltage value across the heat sensor element. A resistance value calculating means for calculating a resistance value; a heat sensor element temperature calculating means for calculating a temperature of the heat sensor element based on a resistance value of the heat sensor element; and a temperature of the heat sensor element based on the temperature of the heat sensor element. The heating sensor element is heated or unheated so that the temperature is constant, so that the current control means for controlling on / off of the current supply from the power source to the heating sensor element and the gas supply based on the current supply on / off period Gas flow rate calculating means for calculating the flow rate.
本発明は、バッテリ電圧が変動している状態でも常に正確なガス温度・ガス質量流量を測定することができるパルス幅変調制御方式の熱式ガス質量流量計を実現することができる。 The present invention can realize a thermal gas mass flow meter of a pulse width modulation control system that can always measure accurate gas temperature and gas mass flow rate even when the battery voltage is fluctuating.
以下、本発明に係る熱式ガス質量流量計の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of a thermal gas mass flowmeter according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に係る熱式ガス質量流量計の一実施形態の概略構成図であり、自動車のエンジン吸入空気、排気ガスを測定する熱式ガス流量計に適用した場合の例である。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a thermal gas mass flow meter according to the present invention, which is an example when applied to a thermal gas flow meter that measures engine intake air and exhaust gas of an automobile.
図1において、1は電源であり、車載のバッテリが用いられている。電源1は発熱センサ素子であるホットワイヤ5に駆動電圧を印加して加熱するとともに、定電流回路2及び逆流防止用ダイオード4を介してホットワイヤ5、電流検出用抵抗6に電流を供給する。ホットワイヤ5に印加される駆動電圧は、電流制御手段であるMOS−FET3によってオン・オフされ、ホットワイヤ5に供給される電流のオンとオフとの時間比(以下、Duty)が制御されて、ホットワイヤ5の温度が流量を測定しようとするガス温度Tgより所定の温度差デルタThだけ高くなるように制御されている。
In FIG. 1,
9はMOS−FET3のオン・オフを制御するとともに、ガス流量を算出する制御装置(CPU(演算制御手段))であり、ホットワイヤ5の抵抗値算出手段33と、ホットワイヤ温度検出手段34と、ガス温度演算手段13と、駆動Duty演算手段14と、流量Duty演算手段35と、目標Th設定手段36と、ガス流量算出手段15と、物性補正テーブル16とを備えている。ここで、Thとは、ホットワイヤ5の温度である。
Reference numeral 9 denotes a control device (CPU (arithmetic control means)) that controls on / off of the MOS-
ホットワイヤ5のガス流上流側電圧V1が差動増幅器28を介してA/Dコンバータ30から抵抗値算出手段33に供給され、ホットワイヤ5の下流側の電圧V2が差動増幅器8を介してA/Dコンバータ19から抵抗値算出手段33に供給される。そして、加熱時のホットワイヤ5の抵抗値が抵抗値算出手段33で算出される。
The gas flow upstream voltage V1 of the
また、ホットワイヤ5の上流側の電圧V1が差動増幅器7を介してA/Dコンバータ18から抵抗値算出手段33に供給され、ホットワイヤ5の下流側の電圧V2が差動増幅器29を介してA/Dコンバータ31から抵抗値算出手段33に供給される。そして、非加熱時のホットワイヤ5の抵抗値が抵抗値算出手段33で算出される。
Further, the
ここで、電源1の駆動電圧が変動したり、それにより定電流回路2の電流値が変動したり、MOS−FET3をオフした直後に漏れ電流により定電流回路2の電流値が増加しても、全て次式(1)でホットワイヤ5の抵抗値を求めることが出来る。
Here, even if the driving voltage of the
RH/W=(V1−V2)/(V2/R1) ・・・(1)
上記(1)式において、RH/Wはホットワイヤ5の抵抗値、V1はホットワイヤ5の上流側の電圧、V2はホットワイヤ5の下流側の電圧、R1は電流検出用抵抗6の抵抗値である。
R H / W = (V1- V2) / (V2 / R1) ··· (1)
In the above equation (1), R H / W is the resistance value of the
現在のホットワイヤ5の温度を、ガス温度から目標Th設定手段36で決められた目標温度Thにするために必要なDutyがPI制御を用い駆動Duty演算手段14にて駆動Dutyとして演算される。
The duty required to change the current temperature of the
駆動Dutyは、流量Duty演算手段35にて実際のバッテリ電圧を既定バッテリ電圧12Vで割った値が、掛けられ、ガス流量算出手段15で利用される流量Dutyとなる。一方、駆動Dutyは、PWM信号10としてMOS−FET3に供給され、MOS−FET3をオン・オフする。
The drive duty is multiplied by a value obtained by dividing the actual battery voltage by the predetermined battery voltage 12V in the flow rate duty calculation means 35, and becomes the flow rate duty used in the gas flow rate calculation means 15. On the other hand, the drive duty is supplied as a
図2は、図1に示した熱式ガス質量流量計における制御装置(CPU)9での処理フローチャートである。この図2に示したフローチャート及び図1を用いて、熱式ガス質量流量計による流量測定動作について説明する。 FIG. 2 is a process flowchart in the control device (CPU) 9 in the thermal gas mass flowmeter shown in FIG. With reference to the flowchart shown in FIG. 2 and FIG. 1, the flow measurement operation by the thermal gas mass flow meter will be described.
電源1を入れると、ステップS1では、ホットワイヤ5の温度Thを、ガス温度Tgによって決まる温度差デルタTh(ホットワイヤ5とガス温度Tgとの温度差)だけガス温度Tgより高くするように設定する。
When the
ステップS2Aでは現在の非加熱時のホットワイヤ5の温度を上記で設定した温度Thにするために必要なDuty(駆動Duty)をPI制御にて演算する。駆動DutyはPWM信号10としてMOS−FET3に出力し、MOS−FET3が駆動Dutyによって決まる時間だけオンされ、駆動電圧がホットワイヤ5に印加される。
In step S2A, the duty (driving duty) necessary for setting the temperature of the
ステップS3Aでは定電流回路2から微小の定電流がホットワイヤ5に流されている非加熱状態でホットワイヤ5の上流側の電圧V1と下流側の電圧V2とを同時測定し、ホットワイヤ5の抵抗値を算出する。
In step S3A, a voltage V1 on the upstream side of the
ステップS3BではMOS−FET3がオンし、駆動電圧がホットワイヤ5に印加されている加熱状態でホットワイヤ5の上流側の電圧V1と下流側の電圧V2とを同時測定し、ホットワイヤ5の抵抗値を算出する。
In step S3B, the MOS-
ステップS4Aでは非加熱時、ステップ4Bでは加熱時のホットワイヤ5の温度をホットワイヤ温度検出手段34により検出する。ステップS5ではステップS4A、S4Bで検出した非加熱時・加熱時の2つのホットワイヤ5の温度Thと1周期前に算出したガス流量からガス温度Tgを算出する。
In step S4A, the temperature of the
一方、ステップS2Bで駆動Dutyは現在の電源電圧値を用いガス流量算出手段15で使用するDuty(流量Duty)に変換され、ステップS6においてデルタThに従ってDuty−流量変換テーブルを選択し、選択したDuty−流量変換テーブルを用いて流量Dutyに基づくガス流量を算出する。 On the other hand, in step S2B, the drive duty is converted into a duty (flow rate duty) used by the gas flow rate calculation means 15 using the current power supply voltage value, and in step S6, the duty-flow rate conversion table is selected according to the delta Th, and the selected duty is selected. -Calculate the gas flow rate based on the flow rate Duty using the flow rate conversion table.
ステップS7ではステップS6で算出したガス流量を物性補正テーブル16を用い、ガス温度に基づいて最終的なガス流量Qを出力17として算出する。つまり、ステップS2A、S2B、S6、S7により駆動電圧の変動値を知り、駆動Dutyとガス流量との関係について補正を行い、常に正確なガス流量を測定することができる。
In step S7, the gas flow rate calculated in step S6 is calculated using the physical property correction table 16 and the final gas flow rate Q is
以上のように、本発明の一実施形態によれば、発熱センサ素子5の両端の電圧V1、V2を同時に測定するとともに、発熱センサ素子5に流れる電流値を検出して、抵抗値算出手段33により抵抗値を算出することにより、駆動電圧が変動した場合でも正確に発熱センサ素子の抵抗値を知ることができる。そして、この発熱センサ素子5の正確な抵抗値から、発熱センサ素子5の温度を正確に算出することができるので、バッテリ電圧が変動している状態でも常に正確なガス温度・ガス質量流量を測定することができるパルス幅変調制御方式の熱式ガス質量流量計を実現することができる。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the voltages V1 and V2 at both ends of the heat
さらに、駆動Duty演算手段14、流量Duty演算手段35、ガス流量算出手段15により、駆動電圧の変動値を知り、Dutyと流量との関係について補正を行い、常に正確なガス流量を測定することができる。 Furthermore, the drive duty calculation means 14, the flow rate duty calculation means 35, and the gas flow rate calculation means 15 know the fluctuation value of the drive voltage, correct the relationship between the duty and the flow rate, and always measure the accurate gas flow rate. it can.
図3は、本発明に係る熱式ガス質量流量計の他の実施形態の概略構成図である。この図3の例と図1の例との相違点は、図1の例における差動増幅器29及びA/Dコンバータ31が省略されていると共に、差動増幅器8の出力がA/Dコンバータ19を介して、抵抗値算出手段33の加熱時入力端子及び非加熱時入力端子に供給されている点である。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of another embodiment of a thermal gas mass flowmeter according to the present invention. The difference between the example of FIG. 3 and the example of FIG. 1 is that the
なお、D/Aコンバータ32の出力信号は、差動増幅器8の反転入力端子に供給される。
The output signal of the D /
つまり、この図3の例は、CPU9は、ホットワイヤ5の下流側の電圧V2を取込む時に、加熱時にはD/Aコンバータ32の出力(オフセット電圧)が既定電圧となるようにデジタル信号を供給し、非加熱時にはD/Aコンバータ32の出力が0Vとなるようにする。これにより、差動増幅器とA/Dコンバータとを共通化する事ができ、図1の例における差動増幅器29とA/Dコンバータ31を削除することができる。
That is, in the example of FIG. 3, when the CPU 9 takes in the voltage V2 on the downstream side of the
他の構成及び動作は、図1の例と同様であるので詳細な説明は省略する。 Other configurations and operations are the same as those in the example of FIG.
この図3に示した例においても、図1に示した例と同様な効果を得ることができる。 Also in the example shown in FIG. 3, the same effect as the example shown in FIG. 1 can be obtained.
なお、図1、図3に示した熱式ガス質量流量計を、図4に示すように、ホットワイヤ5以外の回路を全て1チップLSI20で構成し、1つの1チップLSI20で複数のホットワイヤ5を制御できるようにすると、複数の発熱センサ素子を使用する熱式ガス質量流量計を小型で安価に製造することができる。
As shown in FIG. 4, the thermal gas mass flowmeter shown in FIGS. 1 and 3 includes all circuits except for the
図5に本発明は適用されず、本発明における抵抗値算出手段33、駆動Duty演算手段14、流量Duty演算手段35、目標Th設定手段36等が設けられていない例であり、本発明との比較例を示す図である。 FIG. 5 is an example in which the present invention is not applied and the resistance value calculating means 33, the drive duty calculating means 14, the flow rate duty calculating means 35, the target Th setting means 36, etc. in the present invention are not provided. It is a figure which shows a comparative example.
図5において、MOS−FET3がONの時には電源1からの駆動電圧がMOS−FET3にて殆ど損失されることなくホットワイヤ5に印加され、ホットワイヤ5は加熱される。一方、MOS−FET3がOFFの時には定電流回路2からの微小な定電流がホットワイヤ5に流されるが、ホットワイヤ5は加熱されない。
In FIG. 5, when the MOS-
MOS−FET3がONの時には加熱温度変換テーブル12を使い、電流検出用抵抗6に流れる電流値によって決まるV2電圧からホットワイヤ5の温度を知ることができる。
When the MOS-
また、MOS−FET3がオフの時には非加熱温度変換テーブル11を使い、ホットワイヤ5の抵抗値によって決まるV2電圧からホットワイヤ5の温度を知ることができる。
Further, when the MOS-
印加時間制御手段14では現在のホットワイヤ5の温度をガス温度より所定の温度差デルタTh高くするのに必要なMOS−FET3のオンとオフの時間比(Duty)がPI制御により演算され、PWM信号10としてデジタルフィードバックされる。そして、ガス流速が速い場合にはホットワイヤ5から奪われる熱量が多いためDutyが大きくなる。
The application time control means 14 calculates the ON / OFF time ratio (Duty) of the MOS-
これに対して、流速が遅い場合にはホットワイヤ5から奪われる熱量が少ないためDutyが小さくなることから、このDutyを計測することによりガスの質量流量を計測できる。
On the other hand, when the flow rate is low, the amount of heat taken away from the
しかし、この図5に示した例では、上述したように、バッテリの電源電圧が変動すると、パルス幅変調で制御する熱式ガス質量流量計ではMOS−FETがONした時のホットワイヤ温度をホットワイヤの低電圧端子の電圧値から求めるため、電圧値が変動し、誤ったホットワイヤの温度を検出してしまう。 However, in the example shown in FIG. 5, as described above, when the power supply voltage of the battery fluctuates, in the thermal gas mass flowmeter controlled by pulse width modulation, the hot wire temperature when the MOS-FET is turned on is hot. Since the voltage value is obtained from the voltage value of the low voltage terminal of the wire, the voltage value fluctuates and an incorrect hot wire temperature is detected.
これに対して、本発明によれば、ホットワイヤ5の両端電圧及び電流値を測定して抵抗値を算出し、正確な抵抗値に基づいてホットワイヤの正確な温度を算出しているので、電源電圧の変動に関係なく、正確なガス流量を測定することができる。
On the other hand, according to the present invention, the resistance value is calculated by measuring the both-end voltage and current value of the
なお、上述した例は本発明を自動車のエンジン吸入空気量、排気量を測定する熱式ガス質量流量計に適用した場合の例であるが、これに限らず、例えば、プラントのガス流量測定装置等にも本発明は適用可能である。 In addition, although the example mentioned above is an example at the time of applying this invention to the thermal-type gas mass flowmeter which measures the engine intake air amount of a motor vehicle, and exhaust_gas | exhaustion amount, it is not restricted to this, For example, the gas flow measuring device of a plant The present invention is also applicable to the above.
1・・・電源、2・・・定電流回路、3・・・MOS−FET、4・・・逆流防止用ダイオード、5・・・ホットワイヤ、6・・・電流検出用抵抗、7、8、28、29・・・差動増幅器、9・・・制御装置(CPU)、10・・・PWM信号、13・・・ガス温度演算手段、14・・・駆動Duty演算手段、15・・・ガス流量算出手段、16・・・物性補正テーブル、17・・・最終流量出力、18、19、30、31・・・A/Dコンバータ、20・・・1チップLSI、32・・・D/Aコンバータ32、33・・・抵抗値算出手段、34・・・ホットワイヤ温度検出手段、35・・・流量Duty演算手段、36・・・目標Th設定手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
発熱センサ素子の両端電圧を検出し、上記発熱センサ素子に流れる電流を算出し、算出した電流値と、上記発熱センサ素子の両端電圧値とに基づいて、上記発熱センサ素子の抵抗値を算出し、算出した抵抗値に基づいて、発熱センサ素子の温度を算出し、算出した発熱センサ素子温度に基づいてガス流量を算出する演算制御手段を備えることを特徴とする熱式ガス質量流量計。 In a thermal gas mass flowmeter that measures the gas flow rate based on the heat dissipation amount of the heat generation sensor element to which current is supplied from the power source,
The voltage across the heat sensor element is detected, the current flowing through the heat sensor element is calculated, and the resistance value of the heat sensor element is calculated based on the calculated current value and the voltage value across the heat sensor element. A thermal gas mass flowmeter comprising: an operation control means for calculating a temperature of the heat generation sensor element based on the calculated resistance value and calculating a gas flow rate based on the calculated heat generation sensor element temperature.
発熱センサ素子の両端電圧を検出する電圧検出手段と、
上記発熱センサ素子に流れる電流を算出し、算出した電流値と、上記電圧検出手段により検出された上記発熱センサ素子の両端電圧値とに基づいて、上記発熱センサ素子の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、
上記抵抗値算出手段により算出された発熱センサ素子の抵抗値に基づいて、発熱センサ素子の温度を算出する発熱センサ素子温度算出手段と、
上記発熱センサ素子温度算出手段により算出された発熱センサ素子の温度に基づいて、上記発熱センサ素子の温度が一定温度となるように上記発熱センサ素子を加熱又は非加熱とするため、上記電源から発熱センサ素子への電流供給をオン・オフ制御する電流制御手段と、
上記電流制御手段の電流供給オン・オフ期間に基づいて、ガス流量を算出するガス流量算出手段と、
を備えることを特徴とする熱式ガス質量流量計。 In a thermal gas mass flowmeter that measures the gas flow rate based on the heat dissipation amount of the heat generation sensor element to which current is supplied from the power source,
Voltage detecting means for detecting the voltage across the heat sensor element;
A resistance value for calculating a current value flowing through the heat generation sensor element and calculating a resistance value of the heat generation sensor element based on the calculated current value and a voltage value at both ends of the heat generation sensor element detected by the voltage detection means. A calculation means;
Heat generation sensor element temperature calculation means for calculating the temperature of the heat generation sensor element based on the resistance value of the heat generation sensor element calculated by the resistance value calculation means,
Based on the temperature of the heat generation sensor element calculated by the heat generation sensor element temperature calculation means, the heat generation sensor element is heated or not heated so that the temperature of the heat generation sensor element becomes a constant temperature. Current control means for controlling on / off of current supply to the sensor element;
A gas flow rate calculation means for calculating a gas flow rate based on a current supply on / off period of the current control means;
A thermal gas mass flowmeter comprising:
上記抵抗値算出手段は、上記発熱センサ素子が加熱状態の時と、非加熱状態の時との各々の状態における、上記発熱センサ素子の両端電圧値と、算出した電流値とにより抵抗値を算出し、算出した抵抗値に基づいて、ガスの温度を演算するガス温度演算手段を備え、上記ガス流量算出手段は、演算されたガス温度に従ってガス流量を補正することを特徴とする熱式ガス質量流量計。 The thermal gas mass flow meter according to claim 2,
The resistance value calculation means calculates a resistance value based on a voltage value at both ends of the heat generation sensor element and a calculated current value in each state when the heat generation sensor element is in a heated state and when it is not heated. And a gas temperature calculation means for calculating the temperature of the gas based on the calculated resistance value, wherein the gas flow rate calculation means corrects the gas flow rate according to the calculated gas temperature. Flowmeter.
上記電圧検出手段は、
上記発熱センサ素子の上記加熱時における一方の端子電圧を検出する差動増幅器及びこの差動増幅器の出力信号をA/D変換するA/Dコンバータと、上記発熱センサ素子の上記非加熱時における一方の端子電圧を検出する差動増幅器及びこの差動増幅器の出力信号をA/D変換するA/Dコンバータと、
上記発熱センサ素子の上記加熱時における他方の端子電圧を検出する差動増幅器及びこの差動増幅器の出力信号をA/D変換するA/Dコンバータと、上記発熱センサ素子の上記非加熱時における他方の端子電圧を検出する差動増幅器及びこの差動増幅器の出力信号をA/D変換するA/Dコンバータと、
を備え、上記4つのA/Dコンバータからの出力信号が、上記抵抗値算出手段に供給されることを特徴とする熱式ガス質量流量計。 The thermal gas mass flowmeter according to claim 2 or 3,
The voltage detection means includes
A differential amplifier for detecting one terminal voltage at the time of heating of the heat generation sensor element, an A / D converter for A / D converting an output signal of the differential amplifier, and one of the heat generation sensor element at the time of non-heating. A differential amplifier for detecting a terminal voltage of the A / D converter, an A / D converter for A / D converting an output signal of the differential amplifier, and
A differential amplifier for detecting the other terminal voltage at the time of heating of the heat generation sensor element, an A / D converter for A / D converting an output signal of the differential amplifier, and the other at the time of non-heating of the heat generation sensor element A differential amplifier for detecting a terminal voltage of the A / D converter, an A / D converter for A / D converting an output signal of the differential amplifier, and
The thermal gas mass flowmeter is characterized in that output signals from the four A / D converters are supplied to the resistance value calculation means.
上記電圧検出手段は、
上記発熱センサ素子の上記加熱時における一方の端子電圧を検出する差動増幅器及びこの差動増幅器の出力信号をA/D変換する第1のA/Dコンバータと、上記発熱センサ素子の上記非加熱時における一方の端子電圧を検出する差動増幅器及びこの差動増幅器の出力信号をA/D変換する第2のA/Dコンバータと、
上記発熱センサ素子の他方の端子電圧を検出する差動増幅器及びこの差動増幅器の出力信号をA/D変換する第3のA/Dコンバータと、上記発熱センサ素子の上記加熱時には上記第3のA/Dコンバータのオフセット電圧を一定値とし、上記非加熱時には上記第3のA/Dコンバータのオフセット電圧を0とする手段と、
を備え、上記3つのA/Dコンバータからの出力信号が、上記抵抗値算出手段に供給されることを特徴とする熱式ガス質量流量計。 The thermal gas mass flowmeter according to claim 2 or 3,
The voltage detection means includes
A differential amplifier for detecting one terminal voltage during heating of the heat sensor element, a first A / D converter for A / D converting an output signal of the differential amplifier, and the non-heating of the heat sensor element A differential amplifier for detecting one terminal voltage at the time, and a second A / D converter for A / D converting an output signal of the differential amplifier;
A differential amplifier for detecting the other terminal voltage of the heat sensor element, a third A / D converter for A / D converting an output signal of the differential amplifier, and the third sensor during the heating of the heat sensor element Means for setting the offset voltage of the A / D converter to a constant value and setting the offset voltage of the third A / D converter to 0 at the time of non-heating;
The thermal gas mass flowmeter is characterized in that output signals from the three A / D converters are supplied to the resistance value calculating means.
上記発熱センサ素子温度算出手段は、上記発熱センサ素子の抵抗値と上記発熱センサ素子の温度との関係が示された温度変換テーブルを備え、上記発熱センサ素子が加熱状態の時と、非加熱状態の時とで、共通の上記温度変換テーブルを使用して、上記発熱センサ素子の温度を算出することを特徴とする熱式ガス質量流量計。 The thermal gas mass flowmeter according to claim 3,
The heat sensor element temperature calculation means includes a temperature conversion table showing a relationship between the resistance value of the heat sensor element and the temperature of the heat sensor element, and when the heat sensor element is in a heated state and in a non-heated state. The temperature of the heat generating sensor element is calculated by using the common temperature conversion table at the time of the above.
上記発熱センサ素子の温度を上昇させる為に必要な、上記電流制御手段のオンとオフとの時間比である駆動Dutyを、ガス流量を求めるために必要な流量Dutyに変換する流量Duty算出手段を備えることを特徴とする熱式ガス質量流量計。 The thermal gas mass flow meter according to claim 2,
A flow rate duty calculating means for converting a drive duty, which is a time ratio between on and off of the current control means, required to raise the temperature of the heat generation sensor element into a flow rate duty required for obtaining a gas flow rate; A thermal gas mass flowmeter comprising:
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| CN112798049A (en) * | 2021-01-28 | 2021-05-14 | 国网江苏省电力有限公司经济技术研究院 | Lithium ion battery thermal runaway gas production rate and gas production quantity measuring device and method |
| US11143534B2 (en) * | 2016-06-14 | 2021-10-12 | Seoul National University R&Db Foundation | Microneedle probe device for measuring sap flow rate of plant, and method for measuring sap flow rate of plant by using same |
| JP2023074870A (en) * | 2021-11-18 | 2023-05-30 | 新コスモス電機株式会社 | Flow sensor and gas detector |
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2007
- 2007-07-24 JP JP2007192502A patent/JP2009031014A/en active Pending
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