JPH05203474A - 流量計における微小流量フローセンサー用電源回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＣＰＵ等からの制御信号に対する応答が速く、
消費電力が少なく、マイクロブリッジへの供給電圧も安
定しており、しかも他回路への電源妨害も少ない微小流
量フローセンサー用電源回路を提供する。 【構成】直流電源（１）の正端子（1a）に三端子安定化
回路（２）の入力端子（2a）が接続され、安定化回路
（２）の帰還端子（2b）と電源の負端子（1b）との間に
スイッチ回路（４）が介在される。ＣＰＵ（９）等から
の制御信号に基いてスイッチ回路（４）は断続し、安定
化回路（２）を間欠的に動作させる。安定化回路（２）
と電源の負端子（1b）との間には平滑コンデンサ（３）
が介在され、該コンデンサは常時充電状態となる。マイ
クロブリッジ（７）を備えた微小流量フローセンサー
（６）が安定化回路（２）の出力端子（2c）と帰還端子
（2b）との間に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロブリッジを
用いたガス流量計その他の流量計において、該マイクロ
ブリッジを動作させるための電源回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、ガス流量計等としてフルイディッ
ク発振素子とともにマイクロブリッジを用い、微小流量
域をこのマイクロブリッジで計測し、それ以外の流量域
をフルイディック発振素子で計測するものとなされた流
量計が開発されている（例えば特開昭３−９６８１７
号）。

【０００３】かかる流量計において用いられる上記マイ
クロブリッジは、一般には、流路に臨んで配置された発
熱抵抗を備えた熱式のものとして構成されており、この
発熱抵抗の熱量が流体の流量に応じて奪われる結果、抵
抗が変化することを基本的原理として流量を検知するも
のである。

【０００４】このように、マイクロブリッジを作動させ
るためには、発熱抵抗に電流を流して一定の発熱を生じ
させる必要があり、このため消費電力が大きくならざる
を得ないが、殊にマイクロブリッジの駆動源として電池
を用いた家庭用のガス流量計等にあっては、消費電力の
増大は電池消耗の面から深刻な問題となる。

【０００５】そこで、消費電力を可及的抑制すべく、電
源からマイクロブリッジへの電力供給を間欠的に行い、
マイクロブリッジを間欠的に動作させて流量測定を行う
ことが一般に行われている。

【０００６】このように、マイクロブリッジを間欠的に
動作させるための従来の電源回路を図３に示す。同図に
おいて、（１）は電池等の直流電源、（２）は該電源の
出力を安定化する安定化回路であって、該安定化回路
（２）は電源（１）の正端子（1a）と接続される入力端
子（2a）と、電源の負端子（1b）と接続される帰還端子
（2b）と、安定化出力を送出する出力端子（2c）とを備
えた三端子安定化回路として構成されている。なお、こ
の安定化回路（２）はいわゆる三端子レギュレータと称
される市販品を用いることも可能である。

【０００７】（３）は安定化回路（２）の出力を平滑化
する平滑コンデンサであり、安定化回路（２）の出力端
子（2c）と電源（１）の負端子（1b）との間に接続され
ている。

【０００８】（４）は電源（１）の正端子（1a）と安定
化回路（２）の入力端子（2a）との間に介挿されたスイ
ッチ回路である。このスイッチ回路（４）は、ＣＰＵ
（９）等からの制御信号に基いて電源（１）と安定化回
路（２）とを断続し、これにより安定化回路（２）を間
欠的に動作させてその出力を間欠的に生じさせる役割を
果たすものである。具体的には例えば図４（イ）に示す
ようなパルス状の制御信号に対して、制御信号がＨレベ
ルのときにスイッチ回路（４）がＯＮとなり、制御信号
がＬレベルのときにＯＦＦとなるように動作する。

【０００９】なお、（５）は電源（１）に並列に接続さ
れた平滑コンデンサである。また、具体的配線は省略し
たが、直流電源（１）はＣＰＵ（９）を含む流量測定回
路全体の電源を兼ねている。

【００１０】（６）はマイクロブリッジ（７）を備えた
微小流量フローセンサーであって、安定化回路（２）の
出力端子（2c）と電源（１）の負端子（1b）との間に接
続され、従って平滑コンデンサ（３）に並列に接続され
ている。この微小流量フローセンサー（６）は、マイク
ロブリッジ（７）の外に該マイクロブリッジからのアナ
ログ出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路（８）
を備えており、ＣＰＵからの図示しないクロック信号に
同期してマイクロブリッジ（７）の出力がＡ／Ｄ変換回
路（８）で読み込まれ、デジタル変換されてＣＰＵ
（９）へと送出され流量値が判定されるものとなされて
いる。

【００１１】図３に示した電源回路においては、ＣＰＵ
（９）から所定タイミングで図４（イ）に示す制御信号
が入力される。この制御信号がＨレベルのときにスイッ
チ回路（４）はＯＮ状態となり、電源（１）と安定化回
路（２）とが導通して安定化回路（２）が作動し、微小
流量フローセンサー（６）に電流が流れて、マイクロブ
リッジ（７）が駆動状態となる。そして、そのときの流
体流量に応じたアナログ信号がマイクロブリッジ（７）
から出力され、この信号はＡ／Ｄ変換回路（８）でデジ
タル信号に変換されてＣＰＵ（９）に送出され、対応流
量値が判定される。

【００１２】一方、ＣＰＵ（９）からの制御信号がＬレ
ベルになるとスイッチ回路（４）がＯＦＦ状態となり電
源（１）と安定化回路（２）とが非導通状態となるか
ら、安定化回路（２）は動作せず、このためマイクロブ
リッジ（７）への電力供給は停止されて非計測状態とな
る。

【００１３】こうして、ＣＰＵ（９）からの制御信号に
基いてマイクロブリッジ（７）が間欠的に作動し、間欠
的な流量計測が行われる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な従来の電源回路では次のような欠点があった。即ち、
スイッチ回路（４）がＯＮとなり安定化回路（２）が作
動してその出力が送出されても、安定化回路（２）の出
力側に接続された平滑コンデンサ（３）は直ちには充電
されず、一定の時定数で充電されることになる。このた
め、図４（ロ）に示すように、平滑コンデンサ（３）に
並列接続された微小流量フローセンサー（６）のマイク
ロブリッジ（７）への供給電圧も徐々に増加して立上が
り時間Ｔが長くなり、ＣＰＵ（９）からの制御信号に対
するマイクロブリッジ（７）の応答が遅く、電力ロスが
大きいという欠点があった。しかも、制御信号がＬレベ
ルになると、平滑コンデンサ（３）の充電電荷が微小流
量フローセンサー（６）を通って放電され、次の制御信
号までに平滑コンデンサ（３）の電荷はほとんど放電さ
れた状態となり、制御信号が入力される度にこれが繰り
返されるため、益々消費電力が大きくなるものであっ
た。

【００１５】もとより、平滑コンデンサ（３）の容量値
を小に設定することで、立上がり時間Ｔを短縮すること
はできる。しかし、その場合は平滑作用に劣り、安定化
回路（２）の出力の安定性に欠けるものとなるととも
に、他回路への電源妨害を招き兼ねないという新たな欠
点を派生するものであった。

【００１６】この発明は、かかる技術的背景に鑑みてな
されたものであって、ＣＰＵ等からの制御信号に対する
応答が速く、消費電力が少なく、マイクロブリッジへの
供給電圧も安定しており、しかも他回路への電源妨害も
少ない微小流量フローセンサー用電源回路の提供を目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、図１の符号を参照して示すと、直流電
源（１）と、該電源（１）の正端子（1a）と接続される
入力端子（2a）と、電源（１）の負端子（1b）と接続さ
れる帰還端子（2b）と、安定化出力を送出する出力端子
（2c）とを備えた三端子安定化回路（２）と、該安定化
回路（２）の出力端子（2c）と電源（１）の負端子（1
b）との間に接続された平滑コンデンサ（３）と、ＣＰ
Ｕ（９）等からの制御信号に基いて、前記安定化回路
（２）の作動ループを断続することにより、安定化回路
（２）を間欠的に動作させるスイッチ回路（４）とを具
備し、該スイッチ回路（４）の断続動作により、前記安
定化回路（２）の出力をマイクロブリッジ（７）を備え
た微小流量フローセンサー（６）に間欠的に供給するも
のとなされた流量計における微小流量フローセンサー用
電源回路において、前記スイッチ回路（４）が前記安定
化回路（２）の帰還端子（2b）と電源（１）の負端子
（1b）との間に介在されるとともに、前記微小流量フロ
ーセンサー（６）が安定化回路（２）の出力端子（2c）
と帰還端子（2b）との間に接続されるものとなされてい
ることを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】ＣＰＵ（９）からのパルス状制御信号がスイッ
チ回路（４）に入力されるとスイッチ回路（４）はＯＮ
状態となり、電源（１）から安定化回路（２）、スイッ
チ回路（４）を経て電源（１）へと戻る閉回路が形成さ
れ、安定化回路（２）は電源（１）から電力供給を受け
て作動し、その出力端子（2c）に出力を生じる。この出
力により平滑コンデンサ（３）は充電されるとともに、
電源（１）から安定化回路（２）、微小流量フローセン
サー（６）、スイッチ回路（４）を経て電源（１）へと
電流が流れて微小流量フローセンサー（６）のマイクロ
ブリッジ（７）は発熱し動作状態となる。

【００１９】この状態で、流体の流量に応じた量のアナ
ログ信号がマイクロブリッジ（７）から出力され、これ
はＡ／Ｄ変換回路（８）でデジタル変換されて、ＣＰＵ
（９）へと送出される。そして、ＣＰＵ（９）へ入力さ
れたデジタル信号に基いて流量が判定される。

【００２０】ＣＰＵ（９）からの制御信号がＬレベルに
なるとスイッチ回路（４）がＯＦＦ状態となり、電源
（１）と安定化回路（２）を巡る回路が開いて安定化回
路（２）が動作を停止する。

【００２１】スイッチ回路（４）がＯＦＦになると平滑
コンデンサ（３）から微小流量フローセンサー（６）、
スイッチ回路（４）を経て平滑コンデンサ（３）へと戻
る回路は開いているため、ＣＰＵ（９）からの制御信号
がＬレベルの間も平滑コンデンサ（３）に充電された電
荷は放電されることなくそのまま残留する。

【００２２】次に、再びスイッチ回路（４）に制御信号
が入力されて安定化回路（２）が作動しても、平滑コン
デンサ（３）の正側端子つまり安定化回路（２）の出力
端子（2c）は電源（１）とほぼ等しい電圧に保持されて
いるため、電源（１）から安定化回路（２）、微小流量
フローセンサー（６）、スイッチ回路（４）を経て電源
（１）へと至る順路で直ちに電流が流れ、図２（ロ）に
示すように、制御信号の立上がりにほぼ同期してマイク
ロブリッジ（７）に電流が供給される。そして、制御信
号がＬレベルになってスイッチ回路（４）がＯＦＦ状態
になるとほぼ同時にマイクロブリッジ（７）への電流供
給も停止され、以下制御信号のＨレベルとＬレベルが繰
り返される度に上記の動作が繰り返される。

【００２３】

【実施例】この発明の一実施例を示す図１において、
（１）は直流電源、（２）は三端子安定化回路、（３）
は安定化回路の出力側に接続された平滑コンデンサ、
（４）はスイッチ回路、（５）は電源（１）と並列に接
続された平滑コンデンサ、（６）はマイクロブリッジ
（７）とＡ／Ｄ変換回路（８）を備えた微小流量フロー
センサーであり、これらは図３に示した従来のものと同
一構成であり、同一名称を付してその詳細な説明は省略
する。

【００２４】この発明では、直流電源（１）の正端子
（1a）と三端子安定化回路（２）の入力端子（2a) とが
スイッチ回路（４）を介することなく直接的に接続され
ている。また、安定化回路（２）の帰還端子（2b）と電
源（１）の負端子（1b）との間にスイッチ回路（４）が
接続されている。そして、このスイッチ回路（４）をＣ
ＰＵ（９）からの制御信号に基いてＯＮ、ＯＦＦするこ
とにより、電源（１）の正端子（1a）から安定化回路
（２）の帰還端子（2b）を経て電源の負端子（1b）へと
至る回路ループを断続し、もって安定化回路（２）を間
欠的に作動させるものとなされている。

【００２５】この発明において、負荷としての微小流量
フローセンサー（６）は安定化回路（２）の出力端子
（2c）と帰還端子（2b）との間に接続されるものとなさ
れている。

【００２６】なお、（10）は安定化回路（２）に対して
逆向き並列接続されたリーク抵抗用のダイオードであ
る。このダイオードは本発明の必須構成要素ではなく、
存在しなくても良い。

【００２７】図１に示す電源回路においては、ＣＰＵ
（９）からスイッチ回路（４）に入力されたパルス状制
御信号がＨレベルのときにスイッチ回路（４）はＯＮ状
態となり、電源（１）から安定化回路（２）、スイッチ
回路（４）を経て電源（１）へと戻る閉回路が形成さ
れ、安定化回路（２）は電源（１）から電力供給を受け
て作動し、その出力端子（2c）に出力を生じる。この出
力により平滑コンデンサ（３）は充電されるとともに、
電源（１）から安定化回路（２）、微小流量フローセン
サー（６）、スイッチ回路（４）を経て電源（１）へと
至る閉回路を電流が流れて微小流量フローセンサー
（６）のマイクロブリッジ（７）は発熱し動作状態とな
る。

【００２８】この状態で、流体の流量に応じた量のアナ
ログ信号がマイクロブリッジ（７）から出力され、これ
はＡ／Ｄ変換回路（８）でデジタル変換されて、ＣＰＵ
（９）へと送出される。そして、ＣＰＵ（９）へ入力さ
れたデジタル信号に基いて流量が判定される。

【００２９】ＣＰＵ（９）からの制御信号がＬレベルに
なるとスイッチ回路（４）がＯＦＦ状態となり、電源
（１）と安定化回路（２）を巡る回路が開いて安定化回
路（２）が動作を停止する。

【００３０】而して、スイッチ回路（４）がＯＦＦにな
ると平滑コンデンサ（３）から微小流量フローセンサー
（６）、スイッチ回路（４）を経て平滑コンデンサ
（３）へと戻る回路は開いており、またリーク抵抗用の
ダイオード（10）は電源（１）によって逆バイアスされ
ているため、ＣＰＵ（９）からの制御信号がＬレベルの
間も平滑コンデンサ（３）に充電された電荷は放電され
ることなくそのまま残留する。

【００３１】次に、再びスイッチ回路（４）に制御信号
が入力されて安定化回路（２）が作動しても、平滑コン
デンサ（３）の正側端子つまり安定化回路（２）の出力
端子（2c）は電源（１）とほぼ等しい電圧に保持されて
いるため、電源（１）から安定化回路（２）、微小流量
フローセンサー（６）、スイッチ回路（４）を経て電源
（１）へと至る順路で直ちに電流が流れ、図２（ロ）に
示すように、制御信号の立上がりにほぼ同期してマイク
ロブリッジ（７）に電流が供給される。そして、制御信
号がＬレベルになってスイッチ回路（４）がＯＦＦ状態
になるとほぼ同時にマイクロブリッジ（７）への電流供
給も停止され、以下制御信号のＨレベルとＬレベルが繰
り返される度に上記の動作が繰り返される。

【００３２】以上の説明から明らかなごとく、本発明の
電源回路では、平滑コンデンサ（３）がまだ充電されて
いない第１回目の制御信号の立上がりに対してはマイク
ロブリッジ（７）への供給電圧の立上がりは遅くなる
が、第１回目の制御信号の立下がり及び第２回目以降の
制御信号の立上がり、立下がりに対しては急俊に立上が
り、立下がることになるから、定常動作時における制御
信号に対する応答性は極めて良く電力損失も少ないもの
となる。かつ上記のような応答性の良さは平滑コンデン
サ（３）の充放電とは関係なく、従って該コンデンサの
容量値に左右されないから、平滑コンデンサ（３）とし
て容量の大きなものを用いることができる。

【００３３】ちなみに、電源（１）として１．５Ｖの乾
電池２本を直列接続した合計３Ｖのものを用いるととも
に、電源側平滑コンデンサ（５）の容量を３．３μＦ、
安定化回路（２）の出力側平滑コンデンサ（３）の容量
を１００μＦに設定して、図１に示す本発明実施に係る
電源回路と、図３に示す従来の電源回路とで、制御信号
に対するマイクロブリッジ（７）への供給電圧の立上が
り時間を調べたところ、本発明実施品では約１ｍｓｅｃ
であったのに対し、従来品では約５ｍｓｅｃであった。
従って、本発明によれば制御信号に対する応答を格段に
速くし得ることを確認し得た。

【００３４】

【発明の効果】この発明は、上述の次第で、直流電源
と、該電源の正端子と接続される入力端子と、電源の負
端子と接続される帰還端子と、安定化出力を送出する出
力端子とを備えた三端子安定化回路と、該安定化回路の
出力端子と電源の負端子との間に接続された平滑コンデ
ンサと、ＣＰＵ等からの制御信号に基いて、前記安定化
回路の作動ループを断続することにより、安定化回路を
間欠的に動作させるスイッチ回路とを具備し、該スイッ
チ回路の断続動作により、前記安定化回路の出力をマイ
クロブリッジを備えた微小流量フローセンサーに間欠的
に供給するものとなされた流量計における微小流量フロ
ーセンサー用電源回路において、前記スイッチ回路が前
記安定化回路の帰還端子と電源の負端子との間に介在さ
れるとともに、前記微小流量フローセンサーが安定化回
路の出力端子と帰還端子との間に接続されるものとなさ
れていることを特徴とするものであるから、スイッチ回
路の断続を司どる制御信号に対するマイクロブリッジへ
の供給電流の応答を各段に速くすることができる。この
ため、マイクロブリッジでの消費電力を必要最小限に抑
制することができ、回路全体の消費電力を少ないものと
なし得る。しかも、スイッチ回路がＯＦＦになっても平
滑コンデンサからマイクロブリッジを介しての放電は行
われず、平滑コンデンサはそのまま充電状態を保持する
から、益々消費電力を少なくできる。その結果、直流電
源として電池を用いてもその寿命を長期に保持すること
ができ、例えば電池式の家庭用ガス流量計等に幅広く適
用し得るものとなる。

【００３５】また、平滑コンデンサの容量値は、マイク
ロブリッジへの供給電圧の立上がり時間、立下がり時間
と無関係となしうるから、平滑コンデンサの容量を大き
く設定することが可能となり、その結果安定化回路の出
力の安定化を図り得るとともに、他回路への電源妨害を
も抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電源回路の回路図であ
る。

【図２】図１に示す回路においてスイッチ回路に入力さ
れる制御信号とマイクロブリッジの電圧との時間的な関
係を示す波形図である。

【図３】従来の電源回路の回路図である。

【図４】図３に示す回路においてスイッチ回路に入力さ
れる制御信号とマイクロブリッジの電圧との時間的な関
係を示す波形図である。

【符号の説明】

１…直流電源 ２…安定化回路 2a…入力端子 2b…帰還端子 2c…出力端子 ３…平滑コンデンサ ４…スイッチ回路 ５…平滑コンデンサ ６…微小流量フローセンサー ７…マイクロブリッジ ８…Ａ／Ｄ変換回路 ９…ＣＰＵ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電源（１）と、 該電源（１）の正端子（1a）と接続される入力端子（2
   a）と、電源（１）の負端子（1b）と接続される帰還端
   子（2b）と、安定化出力を送出する出力端子（2c）とを
   備えた三端子安定化回路（２）と、 該安定化回路（２）の出力端子（2c）と電源（１）の負
   端子（1b）との間に接続された平滑コンデンサ（３）
   と、 ＣＰＵ（９）等からの制御信号に基いて、前記安定化回
   路（２）の作動ループを断続することにより、安定化回
   路（２）を間欠的に動作させるスイッチ回路（４）とを
   具備し、 該スイッチ回路（４）の断続動作により、前記安定化回
   路（２）の出力をマイクロブリッジ（７）を備えた微小
   流量フローセンサー（６）に間欠的に供給するものとな
   された流量計における微小流量フローセンサー用電源回
   路において、 前記スイッチ回路（４）が前記安定化回路（２）の帰還
   端子（2b）と電源（１）の負端子（1b）との間に介在さ
   れるとともに、前記微小流量フローセンサー（６）が安
   定化回路（２）の出力端子（2c）と帰還端子（2b）との
   間に接続されるものとなされていることを特徴とする、
   流量計における微小流量フローセンサー用電源回路。