JPH0349374B2

JPH0349374B2 -

Info

Publication number: JPH0349374B2
Application number: JP59142492A
Authority: JP
Inventors: Etsuchi Hotsupaa Danieru
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1991-07-29
Also published as: US4487063A; JPS6038619A; CA1213448A; DE3424642A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、固体センサを用いる、風量感知回路
に関し、特に、関数温度補償校正に適した風量感
知回路に関する。

これまで、ワイヤ、箔又は固体集積回路等の熱
素子を用いる風力測定法により、風量を測定する
提案がなされてきたが、何れも、測定に及ぼす温
度作用を補償する特殊な回路部品が必要とされ
る。温度の変動は、主に、温度に伴う、空気の熱
伝導率変化に起因するが、回路自体に原因がある
温度作用も少なくない。従つて、空気温度に左右
されずに、正確かつ信頼できる結果が得られる、
風量感知回路を設けることが望ましい。このこと
は、温度差が激しい環境での使用が多く、しかも
風量を正確に読取り、これに基づいて燃料調整す
る必要がある自動車の内燃機関に吸入される風量
を測定する回路の場合は、特に重要な特徴であ
る。

従つて、本発明の第１の目的は、固体センサ及
び関数温度補償調整能力を備える、風量測定回路
を提供することにある。本発明の別の目的は、臨
界温度制御することなく、容易に関数校正でき
る、風量測定回路を提供することにある。本発明
の更に別の目的は、回路が及ぼす種々の温度作
用、及び空気の可変熱伝導率を補償する、風量測
定回路を提供することにある。

本発明は、周囲空気温度及び加熱された空気の
流量を感知する固体センサ、各センサと直列する
電流源、風量センサと直列する抵抗器、センサと
抵抗器に発生する電圧に応答して、出力信号を発
生すると共に、風量センサの温度を制御する比較
器、及び一方のセンサの抵抗接続されて、センサ
電流を関数調整することにより、温度変動作用を
補償する第３電流源を含む校正回路網を用いて風
量測定する回路を設けることにより実施される。

次に添付図面を参照して、本発明の詳細を説明
する。

熱素子式風力測定には、周囲空気温度に感応す
るセンサと、周囲温度以上の特定温度に加熱さ
れ、周囲温度以上の所定温度増分の保持に要する
入力量に応じて、風量を測定するセンサとが必要
とされる。従つて、これらの２個のセンサに類似
の特性を持たせることにより、落差が激しい温度
範囲で同様に機能できる様にすることが望まし
い。近年のシリコン集積回路技術の著しい進歩に
より、周囲温度センサ及び風量センサとして使用
できる感温素子が開発されている。特にシリコン
ダイオードは、一定電流における、温度に伴う電
圧変化の直線性に優れており、しかも整合特性を
持たせて、容易に製造することができる。本発明
用途では、４個の直列ダイオード、及びこれらダ
イオードと伝熱結合されるが、電気的には絶縁さ
れた、加熱抵抗器を備える、シリコン集積回路
（IC）チツプを用いることが好ましい。風量セン
サとして用いる場合は、加熱抵抗器を制御回路に
接続することにより、ダイオードを昇温する。周
囲温度センサとして、類似チツプを用いるが、チ
ツプ上の抵抗器は、ダイオードが周囲空気温度を
おびる様に、不活性状態、すなわち回路に接続し
ないでおく。

第１図に示す様に、風量センサ回路は、夫々電
圧源Ｂ＋と大地との間に接続された、周囲温度ブ
ランチ１０と風量ブランチ１２とから成つてい
る。ブランチ１０は、チツプ１５上のシリコンダ
イオード１４で構成されているが、該ダイオード
は、４個の直列ダイオードを単一ダイオードとし
て図示したものであり、本文中では「ダイオー
ド」又は「ダイオードセンサ」としておく。チツ
プ１５上の加熱抵抗器か不活性であるため、ダイ
オード１４は、周囲空気温度センサの役目をす
る。またダイオード１４は、接合点１６で、定電
流源１８と直列接続されている。風量ブランチ１
２は、風量センサの役目をするダイオード２０、
及び該ダイオードの温度を、周囲温度以上にする
様に、回路内に接続された、抵抗ヒータ３２を備
える、実質的にチツプ１５と等価のチツプ１９を
有している。ダイオード２０は、加減抵抗器２
２、及び接合点２６で、抵抗器２２に接続された
定電流源２４と直列接続されている。電流源２４
は、好適には、電流源１８と同一の電流定格を有
している。入力端が、接合点１６及び２６に接続
されている演算増幅器２８は、接合点電圧を比較
して、線３０に風量を表わす電圧信号を出力す
る。抵抗ヒータ３２の一端がＢ＋に接続され、他
端が直列抵抗器３３を介して、出力線３０に接続
されているため、増幅器２８は、ヒータ３２に供
給される電力を制御する。ヒータ３２の出力を、
温度変化に左右されない、線３０上の出力の関数
とすることが望ましい。直列抵抗器３３の値をヒ
ータの公称値と等しくすることにより、ヒータ３
２抵抗の温度係数に起因する電力変動を最少限に
保つ。ダイオードセンサ１４の電圧降下を、ダイ
オードセンサ２０と抵抗器２２との電圧降下と比
較し、これらの降下が平衡するまで、ヒータ３２
を流れる電流の流量を調整する。抵抗器２２が存
在しない場合、ダイオードは同一特性を有するた
め、電流の流量が等しいとすると、同一温度にお
ける電圧降下値は同一になる。従つて、抵抗器２
２がある場合は、ダイオード温度を微分して電圧
降下を平衡させる必要があり、抵抗器の電圧値
が、２つのセンサの公称温度差を決定する。

センサ回路には、温度を補償する第３回路ブラ
ンチ３４が設けられているが、これは、Ｂ＋と大
地との間に直列接続された第３定電流源３６及び
加減オフセツト抵抗器３８を備えている。電流源
３６と抵抗器３８との接合点４０は、加減利得抵
抗器４２と通常閉じているジヤンパ４４とを介し
て、ブランチ１０の接合点１６に接続されてい
る。従つて、抵抗器４２に流れる電流を校正でき
る様に、抵抗器３８及び４２を調整することによ
り、センサ１４に流れる電流を変えることができ
る。

本発明は、好適には、ダイオードセンサを形成
する小型シリコンダイオード、0.4ｍＡに定格さ
れた定電流源18.24、0.8ｍＡに定格された電流源
３６、および夫々1.0、2.8、及び4kオームの公称
値に定格されると共に、回路校正できる様に、高
値にレザートリムされた厚膜抵抗器２２，３８，
４２で構成されている。

回路を分析するため、電流源２４及び１８を通
る電流を、それぞれi₁及びi₂とすると共に、利得
抵抗器４２を通つて接合点４０に流れる電流をi₃
とする。接合点２６の電圧が接合点１６と等しく
なる様に、ダイオードセンサ２０を加熱すると、
Vaをセンサ１４の電圧降下とし、Vsをセンサ２
０の電圧降下とすると共に、Ｒを抵抗器２２の抵
抗とした場合、Va＝Vs＋i₁Rとなる。

第２図は、ダイオード特性、即ちダイオード電
流とダイオード順方向電圧との相関性をグラフに
表わしたものであり、各曲線は、所定温度のダイ
オード特性を表わしているが、ダイオード特性は
同一であるため、何れのセンサにも該当する。ダ
イオードは、ダイオード電流が、何れの漏れ電流
よりはるかに多いが、ダイオードを加熱しても無
視できる程少ない範囲で作動される。特性電圧
は、一定ダイオード電流に対して、温度の上昇に
従つて実質的に直線的に低下する。従つて、４曲
線５０，５２，５４及び５６は、ラベル表示の様
に、温度20℃、80℃、100℃及び158℃におけるダ
イオード特性を表わしている。また第２図は、周
囲温度が20℃で、周囲温度センサと風量センサと
の公称温度差が60℃である場合、i₁＝i₂となり、
i₃＝０となる好適事例における装置の動作状態を
例示している。従つて、曲線５０及び５２は、
夫々、周囲温度が20℃である場合の周囲温度セン
サ１４及び80℃になる風量センサ２０に該当す
る。選定電流i₁及びi₂は、夫々曲線５０及び５２
の電圧降下Va及びVsを決定する。Va＝Vs＋i₁R
であるため、点VsとVaとの間の水平距離はi₁R
を表わす。これは、一定電流に対して、抵抗Ｒが
２センサ間の温度差を決定する点を示している。

空気の熱伝導率は高温になるほど高くなるた
め、高温時のセンサ温度差を小さくして、熱伝導
率変化を補償するのが通例である。従つて、曲線
５４及び５６で示す様に、周囲温度センサの温度
が100℃であるとすると、風量センサの温度は、
158℃、即ち丁度60℃の温度差より２度低い数値
になる。周囲温度が20℃以外である場合は、電流
i₃を流せば電圧降下Vaはダイオード１４の特性
に沿つて移動し、曲線５４に示す様に、i₃＝０の
場合より高いさらに右側に移る。この様にする
と、i₁は定値であるため、Va−Vs間の水平距離
i₁Rは一定になり、風量センサチツプは、点Vsが
点Vaから一定距離i₁Rだけ離れている曲線５６を
描く様に加熱される（温度が周囲温度より約58℃
高い場合。）この様に温度調整すると、空気の熱
伝導率の変化が及ぼす作用が補償されるばかりで
なく、回路内の多数の根源から起るその他の種々
の温度作用も補償される。周囲温度が上昇し、一
定電流時の電圧降下Vaが低減するに従つて、接
合点１６における電位が上昇するため、電流i₃
も、温度範囲に比例する量だけ増加する。従つ
て、第２図に示す様に、電位Vaは、負荷線５８
に沿つて移動する。

２センサ間の公称電圧差及び負荷線５８の偏倚
と傾斜を設定するには、回路を校正する必要があ
る。本発明による風量センサ回路は、センサ特性
の正確な知識を必要とせず、関数校正テストによ
つて、温度特性を定めている。校正テストには、
２つの異なる温度における既知風量が必要であ
る。温度を正確に制御する必要はないが、風量を
正確にすることが肝要である。校正手順として
は、先ずジヤンパ４４を開いた状態で、センサ20
℃（又は室温）でフロー試験する。抵抗器２２を
トリミングして、線３０の出力電圧をその風量に
相当する所定値に設定すると共に、オフセツト抵
抗器３８をトリミングして、接合点１６及び４０
間の電圧をゼロボルトにすることにより、曲線５
０上の点Vaにおける、周囲温度負荷線５８のオ
フセツト又は枢支点を設定する。次に、高温（即
ち100℃）及び第１試験と同一の風量にし、ジヤ
ンパ４４を閉じた状態で、センサーをフロー試験
する。利得抵抗器４２をトリミングして、線３０
の出力電圧信号を第１試験と同一にすることによ
り、負荷線５８の傾斜を設定すると共に、試験点
におけるセンサ及び回路の全温度作用を考慮す
る。回路の温度作用が直線状になるほど、回路
は、上記全作用に対して補償される。

上記の通り本発明の詳細を説明したが、本発明
回路の形状は非常に簡単であり、また簡単なフロ
ー試験及び抵抗器トリミング手順に従つて校正す
れば、広範の温度変動を補償できることが理解さ
れよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による風量測定回路の概略
図、及び第２図は、本発明による関数校正効果を
説明するダイオード特性図である。＜主要部分の符号の説明＞、１４……ダイオー
ド、１６……接合点、１８……定電流源、２０…
…ダイオード、２２……抵抗器、２４……定電流
源、２８……演算増幅器、３２……抵抗ヒータ、
３４……第３回路ブランチ、３６……定電流源、
３８……抵抗器、４０……接合点、４２……抵抗
器、ヒータ手段……３２、第１の固体素子……２
０、第１の抵抗器……２２、第１の定電流源……
２４、第２の電流源……１８、決定する手段……
２２、調整する手段……３４。

Claims

【特許請求の範囲】１被測定空気流の作用を受けると共に夫々その
温度及び通過電流に応じて電圧降下を生ずる固体
風量感知素子及び固体温度補償素子から成る風量
感知回路において、前記回路が制御温度に加熱す
るヒータ手段に熱的に結合された第１固体素子；
前記第１の素子と直列接続された第１抵抗器と第
１定電流源、第２定電流源と直列接続されると共
に空気流の周囲温度に保たれた第２固体素子、前
記第１素子と第１抵抗器との直列接続部の電圧降
下と、第２素子の電圧降下とを比較して、出力信
号を出すと共に、前記ヒータ手段を付勢すること
により前記電圧降下を均等にして前記第１素子の
電圧降下を制御することによつて、一定風量に対
する出力信号と、第１及び第２素子間の公称温度
差とを、第１抵抗器の値により決定する手段、前
記温度差を調整して、空気の温度作用を補償する
と共に、前記素子の一方又は抵抗器に接続され
て、周囲空気温度の変化に応じて、前記温度差を
調整する手段とを含むことを特徴とする。２特許請求の範囲第１項に記載の回路において
前記第１及び第２固体素子がダイオード手段であ
り、また前記調整する手段が可変抵抗器を介し
て、前記第２ダイオード手段に接続され、周囲空
気温度の変化に応じて、前記温度差を変更する第
３定電流源で構成されることを特徴とする回路。３特許請求の範囲第２項に記載の回路におい
て、前記第１抵抗器及び第１定電流源と直列接続
された前記第１ダイオード手段が電圧源に接続さ
れ、前記第２ダイオード手段が接合点で、前記第
２定電流源に直列接続され、かつ前記源と共に前
記電圧源に接続され、前記可変抵抗器手段が、前
記電圧源の前後において、接合点で前記第３定電
流源と直列接続されると共に、前記第２接合点で
等電位が得られる様な低試験温度に調整されたオ
フセツト抵抗器と、前記接合点間に接続されると
共に、一定風量に対して、前記低試験温度時と同
一の出力信号が得られる様な高試験温度に調整さ
れた利得抵抗器とで構成されることを特徴とする
回路。