JPH09311062A - 流量センサ駆動回路 - Google Patents

流量センサ駆動回路

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JPH09311062A
JPH09311062A JP8126811A JP12681196A JPH09311062A JP H09311062 A JPH09311062 A JP H09311062A JP 8126811 A JP8126811 A JP 8126811A JP 12681196 A JP12681196 A JP 12681196A JP H09311062 A JPH09311062 A JP H09311062A
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JP
Japan
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voltage
heating
converter
resistor
resistors
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Application number
JP8126811A
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English (en)
Inventor
Yoshinobu Nakayama
義宣 中山
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Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2つの発熱抵抗体と2つ又は1つの測温抵抗
体とを備えた流量センサに関して、経時的に不安定にな
りやすいブリッジ回路を用いずに、長期にわたって安定
駆動させる。 【解決手段】 各発熱抵抗体RHa,RHbに抵抗値既知の
発熱体電流測定用抵抗器R1a,R1bを直列接続し、CP
U31、D/A変換器29a,29b及び電流源30
a,30bを介して制御された電流を各測温抵抗体
RSa,RSbに流し、測温抵抗体RSa,RSbの電圧を基準
入力として電圧源33a,33bにより各直列回路を駆
動し、アナログスイッチ36a,36b,41の切り換
えに伴いA/D変換器35を介して抵抗器R1a,R1bの
両端電圧を測定することで発熱抵抗体RHa,RHbに流れ
る電流値を取得する一方発熱抵抗体RHa,RHbの電圧を
測定することで、発熱抵抗体RHa,RHbの発熱駆動時で
あっても発熱抵抗体RHa,RHbの抵抗値を測定できるよ
うに構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、都市ガスやLPG
の流量測定や、自動車の内燃機関に吸入される空気量測
定などに適用可能で、ともに抵抗温度係数が大きくて流
路中に配設される2つの発熱抵抗体と2つ又は1つの測
温抵抗体とを備えた流量センサを用いる流量測定装置に
おける流量センサ駆動回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、流量測定装置としては、発熱抵抗
体と測温抵抗体とを実装した流量センサを流路中に配設
し、発熱抵抗体と測温抵抗体とが常に一定の温度差を持
つように発熱抵抗体を発熱させながらこの発熱抵抗体の
電圧を測定することにより流量を測定するようにしたも
のがある。この場合の流量センサ駆動回路としては、例
えば、特公平5−312616号公報等に示されるよう
に発熱抵抗体と測温抵抗体とを用いてホイートストーン
ブリッジ回路を組み、発熱抵抗体の電圧によって流量を
測定する方式や、例えば、特公平7−18727号公報
中に示されるように、発熱抵抗体と測温抵抗体(リファ
レンス抵抗)とを用いるが、ブリッジ回路を構成せずに
流量を測定するように回路構成した方式がある。
【0003】ところが、1つの発熱抵抗体だけを備えた
流量センサを用いた構成による場合、外乱の影響を受け
やすく、低流量時の感度が落ちて線形性が劣化する欠点
があるため、最近では、2つの発熱抵抗体を実装した流
量センサを用い、2つの発熱抵抗体の電圧差をとること
により測定するようにしたものが種々考えられている。
【0004】例えば、図10は流量センサ1の一例を示
し、シリコン等のセンサチップ2には流体の流れ方向と
なる対角線方向に堀3が形成され、中央部にはこの堀3
を跨ぐように(流れ方向に直交するように)2本の橋
4,5が熱的に絶縁されて形成され、これらの橋4,5
上には各々発熱抵抗体Rha,Rhbがパターン形成されて
いる。さらに、発熱抵抗体Rhaよりも上流側のセンサチ
ップ2上にはこの発熱抵抗体Rhaと対をなす測温抵抗体
Rsaがパターン形成され、発熱抵抗体Rhbよりも下流側
のセンサチップ2上にはこの発熱抵抗体Rhbと対をなす
測温抵抗体Rsbがパターン形成されている。これらの抵
抗体Rha,Rhb,Rsa,Rsbは何れも抵抗温度係数の高
い材料によりパターン形成され、流体の流れ中に十分に
晒されるように形成されている。
【0005】このような2つの発熱抵抗体Rha,Rhbを
用いた流量センサ1に対する駆動回路としても、前述し
た特公平5−312616号公報等の場合に準じて、2
つの発熱抵抗体と2つの測温抵抗体とに関して、対をな
す発熱抵抗体と測温抵抗体とで各々ホイートストンブリ
ッジ回路を組んで、各々の発熱抵抗体を駆動して発熱抵
抗体間の電圧差をとるようにしたものがある。これら
は、例えば、特公昭59−21485号公報や特公平6
−249692号公報等に示されている。
【0006】このようなブリッジ回路を用いた流量セン
サ1に対する流量センサ駆動回路の典型例を図11を参
照して説明する。この図11に示す回路は、特公昭59
−21485号公報や特公平6−249692号公報に
示される回路とは異なるが、基本原理は同様である。ま
ず、対をなす発熱抵抗体Rha、測温抵抗体Rsaは、抵抗
値が固定的な基準抵抗器R11a ,R12a とともにホイー
トストーンブリッジ回路6aを形成している。ここで
は、測温抵抗体Rsaと基準抵抗器R11a とが直列とさ
れ、発熱抵抗体Rhaと基準抵抗器R12a とが直列とされ
ている。また、基準抵抗器R11a と測温抵抗体Rsaとの
間には、発熱抵抗体Rhaの加熱温度を決定するための基
準抵抗器R13a が接続されている。この基準抵抗器R
13a には短絡・開放制御されるスイッチ7aが並列に接
続されている。また、基準抵抗器R11a,R12a 間には
これらの基準抵抗器R11a ,R12a とともに抵抗体
Rha,Rsaに流す電流のバランス微調整用の可変抵抗器
VRa が接続されている。
【0007】さらに、基準抵抗器R11a ,R13a の接続
点a1 の電圧と、基準抵抗器R12aと発熱抵抗体Rhaと
の接続点a2 の電圧とを比較する差動増幅器8aが設け
られている。この差動増幅器8aはゼロバランス出力を
出すもので、この差動増幅器8aの出力は電力制御素
子、例えば、電力制御トランジスタ9aのベース側に接
続されている。R14a ,R15a はバイアス抵抗である。
ここに、前記電力制御トランジスタ9aのコレクタ・エ
ミッタ間は、電圧Vccなる直流電源10と前記可変抵抗
器VRa の可変摺動子との間に接続されている。前記電
力制御トランジスタ9aのエミッタと前記可変抵抗器V
Ra の可変摺動子との間にはスイッチ11aが介在され
ている。このスイッチ11aの他端側と直流電源10と
の間(即ち、前記電力制御トランジスタ9aのコレクタ
・エミッタ間に並列に)には高抵抗の抵抗R16a が接続
されている。
【0008】また、発熱抵抗体Rhaの両端間の各々の電
圧を入力とする差動増幅器12aも設けられている。
【0009】対をなす発熱抵抗体Rhb、測温抵抗体Rsb
側に関しても、同様に形成されており、添字bを付して
示し、その説明を省略する。
【0010】さらに、差動増幅器12a,12bの出力
を入力とする差動増幅器13が設けられている。
【0011】このような構成において、回路調整モード
時にはスイッチ11a,11bを図示状態から切り換え
て各々抵抗R16a ,R16b を選択する状態とし、かつ、
スイッチ7a,7bを閉じて各々基準抵抗器R13a ,R
13b の両端間を短絡した状態とする。これにより、直流
電源10から抵抗値の高い抵抗R16a ,R16b を介して
発熱抵抗体Rha,Rhb及び測温抵抗体Rsa,Rsbに微小
電流を流し、差動増幅器8a,8bに得られる出力が各
々ゼロバランスするように可変抵抗器VRa ,VRb 等
を調整する。
【0012】ついで、実際の流量測定モード時には、ス
イッチ7a,7b,11a,11bを各々図示の状態に
切り換える。即ち、基準抵抗器R13a ,R13b の短絡を
解除し、かつ、電力制御トランジスタ9a,9bが機能
するように切り換える。このとき、接続点a1 ,b1 の
電圧は各々測温抵抗体Rsa,Rsbに基準抵抗器R13a,
R13b による電圧分が加算されて高くなり、ブリッジ
回路6a,6bのゼロバランスが崩れるため、発熱抵抗
体Rha,Rhbへの通電量が増してその発熱により抵抗値
が増加することで再びゼロバランスするように差動増幅
器8a,8bを介して電力制御トランジスタ9a,9b
が制御される。即ち、基準抵抗器R13a,R13b が接続
されている分、発熱抵抗体Rha,Rhbの温度が測温抵抗
体Rsa,Rsbの温度よりも一定温度だけ高くなるように
負帰還制御される(定温度加熱駆動)。
【0013】流量の測定は、このような流量測定モード
における発熱抵抗体Rha,Rhbの電圧降下を差動増幅器
12a,12bを通じて検出し、さらに、これらの差動
増幅器12a,12b間の出力差を差動増幅器13でと
ることにより行われる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図11に例
示したようなブリッジ回路6a,6bを組んで構成した
場合、回路中に正帰還を有するため、特に、測温抵抗体
Rsa,Rsb側の揺らぎが発熱抵抗体Rha,Rhbの加熱時
間程度の時間で不安定さを持つため、流量を求めるのに
用いる発熱抵抗体電圧が揺らいでしまう。即ち、差動増
幅器8a,8bの反転端子に関しては電力制御トランジ
スタ9a,9b等を介して負帰還がかかるため特に問題
ないが、差動増幅器8a,8bの非反転端子側に関して
は測温抵抗体Rsa,Rsbの温度上昇による僅かな変動が
正帰還となって帰還されるため、帰還系の時定数によっ
ては出力電圧が不安定になりやすい欠点がある。
【0015】また、一般的に考えて、基準抵抗器
R11a ,R11b ,R12a ,R12b ,R13a,R13b 等の
抵抗値が安定であっても、発熱抵抗体Rha,Rhbなどは
経時的にはその抵抗値が変化してしまい、結果として発
熱抵抗体Rha,Rhbの加熱温度が変化するため、感度が
変化し、流量の測定に誤差を生ずる原因となる。観点を
代えると、図11に示すように発熱抵抗体Rha,Rhbや
測温抵抗体Rsa,Rsbに対して基準抵抗器R11a ,R
11b ,R12a ,R12b ,R13a ,R13b を用いてブリッ
ジ構成した場合には、これらの発熱抵抗体Rha,Rhbや
測温抵抗体Rsa,Rsbの経時変化をデジタル信号解析に
よって調整しながら測定し続けるといった柔軟な対応を
採ることはできない。
【0016】ちなみに、2つの発熱抵抗体が実装された
流量センサに関しても、例えば、特公平7−18727
号公報等の記載に準じて、固定抵抗器とリファレンス抵
抗体(測温抵抗体に相当する)との直列回路で電源電圧
を分圧して差動増幅器に対する基準電圧を発生させ、発
熱抵抗体の電圧を差動増幅器に帰還させることで、ブリ
ッジ回路を用いない駆動回路構成とすることが可能であ
る。ところが、この構成において、定温度加熱駆動させ
たい場合には、発熱抵抗体の電圧だけでは発熱時に変化
した発熱抵抗体の抵抗値を知ることができないので、発
熱抵抗体の抵抗値を実測できるようにする必要がある
が、その対応策については言及されていない。さらに、
リファレンス抵抗体に直列に接続した固定抵抗器を用い
て基準電圧を発生させるようにしているが、回路の調節
のためには、必要に応じて、測温抵抗体(リファレンス
抵抗体)に流す電流を変化させたり、或いは、この電流
が一定でも差動増幅器へ入力する電圧を可変させたりし
たい場合もあるが、柔軟な対応が採れない。また、前者
の場合と同様に、発熱抵抗体や測温抵抗体の経時変化等
に対しても柔軟な対応が採れない。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ともに抵抗温度係数が大きくて流路中に配設される2つ
の発熱抵抗体と各々対をなす2つの測温抵抗体とを備え
た流量センサを用いる流量センサ駆動回路において、前
記各発熱抵抗体と各々直列に接続されて抵抗値が固定的
で既知の2つの発熱体電流測定用抵抗器と、前記各発熱
抵抗体に対応して基準電圧を生成する2つの基準電圧生
成器と、各基準電圧生成器からの出力電圧が入力される
2つのD/A変換器と、各D/A変換器の出力電圧に応
じた電流で対応する前記測温抵抗体を通電駆動する2つ
の電流源と、前記各測温抵抗体に得られる電圧を基準入
力として対応する前記発熱体電流測定用抵抗器と前記発
熱抵抗体との直列回路を各々通電駆動する2つの電圧源
と、前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧を測定し
てデジタル電圧値に変換するとともに、前記各発熱抵抗
体の電圧を測定してデジタル電圧値に変換するA/D変
換器と、前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧の測
定と前記各発熱抵抗体の電圧の測定とを切り換えるアナ
ログスイッチと、前記A/D変換器から出力されるデジ
タル電圧値を取り込むととともに、前記アナログスイッ
チの切り換え及び前記各D/A変換器の動作を制御する
中央処理装置と、を備えている。
【0018】従って、中央処理装置で制御されるD/A
変換器は、基準電圧生成器が生成した基準電圧を入力と
して電流源を駆動することにより、この電流源が各々対
応する測温抵抗体に通電駆動する。各測温抵抗体に発生
した電圧を基準として各電圧源が各発熱抵抗体を駆動す
る。このとき、各々の発熱抵抗体には抵抗値が既知の発
熱体電流測定用抵抗器が直列に接続されているので、こ
の発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧をA/D変換器を
通じて測定することにより対応する発熱抵抗体に流れる
電流値を取得できる。また、アナログスイッチを切り換
えて対応する発熱抵抗体の電圧をA/D変換器を通じて
測定することにより、取得済みの電流値を用いて、駆動
時の各発熱抵抗体の実際の抵抗値、即ち、発熱温度を知
得することができる。従って、各発熱抵抗体に経時的な
変化があったような場合でも、リアルタイムで対応する
測温抵抗体を駆動している電流源出力を中央処理装置に
よるデジタル制御の下に対応するD/A変換器によって
調整することが可能となり、長期の使用による発熱抵抗
体の変化に対応してデジタル制御を用いた総合的な補正
をかける、といった柔軟な制御を採れる。実際の流量
は、各発熱抵抗体の電圧測定に基づき得られるデジタル
電圧値を用いて、中央処理装置が、両電圧値間の差に基
づいて得ることができ、2つの発熱抵抗体を用いること
による低流量測定可能な特性を活かせる。
【0019】請求項2記載の発明は、ともに抵抗温度係
数が大きくて流路中に配設される2つの発熱抵抗体と各
々対をなす2つの測温抵抗体とを備えた流量センサを用
いる流量センサ駆動回路において、前記各発熱抵抗体と
各々直列に接続されて抵抗値が固定的で既知の2つの発
熱体電流測定用抵抗器と、基準電圧を生成する基準電圧
生成器と、この基準電圧生成器からの出力電圧が入力さ
れる1つのD/A変換器と、このD/A変換器の出力側
に各々接続された2つのサンプルホールド回路と、各サ
ンプルホールド回路で保持された前記D/A変換器の出
力電圧に応じた電流で対応する前記測温抵抗体を通電駆
動する2つの電流源と、前記各測温抵抗体に得られる電
圧を基準入力として対応する前記発熱体電流測定用抵抗
器と前記発熱抵抗体との直列回路を各々通電駆動する2
つの電圧源と、前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電
圧を測定してデジタル電圧値に変換するとともに、前記
各発熱抵抗体の電圧を測定してデジタル電圧値に変換す
るA/D変換器と、前記各発熱体電流測定用抵抗器の両
端電圧の測定と前記各発熱抵抗体の電圧の測定とを切り
換えるアナログスイッチと、前記A/D変換器から出力
されるデジタル電圧値を取り込むととともに、前記アナ
ログスイッチの切り換え、前記各サンプルホールド回路
の動作及び前記D/A変換器の動作を制御する中央処理
装置と、を備えている。
【0020】従って、基本的には請求項1記載の発明と
同様であるが、特に消費電流が大きくなりやすいD/A
変換器を1つだけにし、かつ、サンプルホールド回路を
利用しているので、このD/A変換器は電圧出力をサン
プルホールド回路に送出している間だけ稼働させればよ
く、請求項1記載の発明の場合と同様に動作しながら、
消費電力を減らすことができる。
【0021】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の発明におけるアナログスイッチが、A/D変換器に
対して2つの直列回路を選択切り換えする第1のアナロ
グスイッチと、前記A/D変換器に対して直列回路中の
発熱体電流測定用抵抗器と発熱抵抗体とを選択切り換え
する第2のアナログスイッチとを有し、この第2のアナ
ログスイッチと前記A/D変換器との間にサンプルホー
ルド回路を備えている。従って、最小限のサンプルホー
ルド回路を用いて、請求項1又は2記載の発明の場合と
同様に動作させることができる。
【0022】請求項4記載の発明は、ともに抵抗温度係
数が大きくて流路中に配設される2つの発熱抵抗体と1
つの測温抵抗体とを備えた流量センサを用いる流量セン
サ駆動回路において、前記各発熱抵抗体と各々直列に接
続されて抵抗値が固定的で既知の2つの発熱体電流測定
用抵抗器と、基準電圧を生成する1つの基準電圧生成器
と、基準電圧生成器からの出力電圧が入力される1つの
D/A変換器と、このD/A変換器の出力電圧に応じた
電流で前記測温抵抗体を通電駆動する1つの電流源と、
前記測温抵抗体に得られる電圧を入力として発熱抵抗体
毎に設けられた2つのサンプルホールド回路と、各サン
プルホールド回路で保持された電圧を基準入力として対
応する前記発熱体電流測定用抵抗器と前記発熱抵抗体と
の直列回路を各々通電駆動する2つの電圧源と、前記各
発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧を測定してデジタル
電圧値に変換するとともに、前記各発熱抵抗体の電圧を
測定してデジタル電圧値に変換するA/D変換器と、前
記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧の測定と前記各
発熱抵抗体の電圧の測定とを切り換えるアナログスイッ
チと、前記A/D変換器から出力されるデジタル電圧値
を取り込むととともに、前記アナログスイッチの切り換
え、前記各D/A変換器の動作及び前記サンプルホール
ド回路の動作を制御する中央処理装置と、を備えてい
る。
【0023】従って、基本的には請求項1記載の発明と
同様であるが、2つの発熱抵抗体と1つの測温抵抗体と
を用いた流量センサにも同様に適用でき、特に消費電流
が大きくなりやすいD/A変換器を1つだけにし、か
つ、サンプルホールド回路を利用しているので、このD
/A変換器は電圧出力をサンプルホールド回路に送出し
ている間だけ稼働させればよく、請求項1記載の発明の
場合と同様に動作しながら、消費電力を減らすことがで
きる。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図1
ないし図5に基づいて説明する。まず、本実施の形態に
用いられる流量センサ21は図2に示すようにセンサ基
板22上の端部に一体で実装されて、流量の測定対象と
なる流路23中に配設される。ここに、基本的に、流路
23の断面積をS、流体の速度をVとしたとき、かつ、
流路23内の流速分布が少ないとき、流量センサ21が
測定すべき流量Qは、Q=V×Sとなる。
【0025】また、流量センサ21の平面的な構造例を
図3に示す。流量センサ21においては流体の流れの方
向に沿わせて堀24が形成され、この堀24を跨ぐよう
に(流れの方向に直交するように)第1の橋25が形成
されている。この第1の橋25上に抵抗温度係数の高い
材料により発熱抵抗体RHaがパターン形成されている。
即ち、発熱抵抗体RHaは堀24内及び第1の橋25上を
通って流れる流体の流れ中に十分に晒されるように形成
されている。また、第1の橋25よりも下流側には補助
橋26が形成され、前記堀24上にてこれらの橋25,
26間に掛け渡した第2の橋27が形成されている。即
ち、この第2の橋27は第1の橋25に直交する方向
(流れの方向)に形成されたもので、この第2の橋27
上には抵抗温度係数の高い材料により発熱抵抗体RHbが
パターン形成されている。この発熱抵抗体RHbも堀24
内及び第2の橋27上を通って流れる流体の流れ中に十
分に晒されるように形成されている。さらに、流量セン
サ21において、流体の流れの方向の最上流及び最下流
側に位置させて抵抗温度係数の高い材料により各々測温
抵抗体RSa,RSbがパターン形成されている。ここに、
測温抵抗体RSaは発熱抵抗体RHaと対をなし、測温抵抗
体RSbは発熱抵抗体RHbと対をなす。
【0026】つづいて、このような2つの発熱抵抗体R
Ha,RHbや2つの測温抵抗体RSa,RSbを含む流量セン
サ21に対する駆動回路の構成例を図1を参照して説明
する。まず、発熱抵抗体RHa側について説明する。所定
の基準電圧を生成する基準電圧生成器として基準電圧素
子28aが設けられている。この基準電圧素子28aに
はD/A変換器29aと電流源30aとが順に接続され
ている。前記D/A変換器29aは中央処理装置である
CPU31にデータライン32を介して接続されること
によりD/A変換量が制御されるものである。前記電流
源30aは前記D/A変換器29aから出力される出力
電圧の値に応じた電流で前記測温抵抗体RSaを通電駆動
するものであり、この電流源30aの出力側には前記測
温抵抗体RSaの一端が接続されている。さらに、この測
温抵抗体RSaの一端に得られる電圧が基準入力なる基準
電圧として入力される電圧源33aが設けられている。
この電圧源33aは差動増幅器34a等を主体とするも
ので、その出力側には前記発熱抵抗体RHaが接続されて
いるが、この発熱抵抗体RHaと電圧源33aとの間には
発熱体電流測定用抵抗器R1aが接続されている。即ち、
この発熱体電流測定用抵抗器R1aは発熱抵抗体RHaに直
列に接続されたものであり、その抵抗値は固定的であっ
て、既知の値を有するものが用いられている。ここに、
詳細は後述するが、発熱体電流測定用抵抗器R1aと発熱
抵抗体RHaとの接続点の電位は前記差動増幅器34aの
反転入力端子に負帰還接続されている。
【0027】さらに、これらの発熱抵抗体RHaや発熱体
電流測定用抵抗器R1aに対しては電圧を測定してデジタ
ル電圧値に変換するA/D変換器35がアナログスイッ
チ36aを介して設けられている。このアナログスイッ
チ36aは前記発熱体電流測定用抵抗器R1aの両端から
引き出された第1の端子T1a,T2aと、前記発熱抵抗体
RHaの両端から引き出された第2の端子T3a,T4aとを
有して、前記CPU31による制御線37を通した制御
により前記A/D変換器35に対する接続を第1の端子
T1a,T2aと第2の端子T3a,T4aとで切り換えるもの
である。ここに、端子T3aは端子T2aと同電位の端子で
あり、端子T4aは接地されている。より詳細には、図4
に示すように、端子T1a,T3aに対する引出線上には前
記制御線37を介して前記CPU31によりサンプル・
ホールド動作が制御されるサンプルホールド回路(S/
H)38a,39aが介在されている。これらのサンプ
ルホールド回路38a,39aには適切な低域フィルタ
(LPF)が具備されている。
【0028】前記D/A変換器29aやこのA/D変換
器35に接続された前記CPU31には、このCPU3
1の動作を規制するためのプログラムデータが予め格納
されたり、得られたデータを適宜格納するROMやRA
Mにより構成されたメモリ40が接続されている。
【0029】他方の発熱抵抗体RHb側についても、発熱
抵抗体RHa側と同様に構成されており、添字bを付して
示し、その説明を省略する。ここに、発熱抵抗体RHa側
のアナログスイッチ36aと発熱抵抗体RHb側のアナロ
グスイッチ36bと、1つのA/D変換器35との間に
は、発熱抵抗体RHa側と発熱抵抗体RHbとを選択切り換
えするアナログスイッチ41が介在されている。即ち、
このアナログスイッチ41は発熱抵抗体RHa側を選択す
る端子Taと発熱抵抗体RHb側を選択する端子Tbとを
有する。
【0030】このような構成において、作用について説
明する。ここでは、発熱抵抗体RHa側を中心に説明す
る。まず、CPU31により出力レベルが制御されるD
/A変換器29aは、基準電圧素子28aの出力を基準
電圧入力として入力し、電流源30aを動作させる。こ
れにより、電流源30aは測温抵抗体RSaを通電駆動
し、この測温抵抗体RSaの一端に発生する電圧を基準電
圧として電圧源33aが発熱抵抗体RHaを通電駆動す
る。ここに、発熱抵抗体RHaには発熱体電流測定用抵抗
器R1aが直列に接続されているので、発熱体電流測定用
抵抗器R1aには発熱抵抗体RHaと同量の電流が流れる。
よって、アナログスイッチ36を第1の端子T1 ,T2
側に切り換えて(アナログスイッチ41は端子Ta
側)、A/D変換器35により発熱体電流測定用抵抗器
R1aの両端電圧を測定し、対応するデジタル電圧値を得
れば、発熱体電流測定用抵抗器R1aの抵抗値は既知であ
るので、この発熱体電流測定用抵抗器R1aに流れる電流
値、従って、測温抵抗体RSaに流れる電流値をCPU3
1が知得することができる。また、アナログスイッチ3
6を第2の端子T3 ,T4 側に切り換えて(アナログス
イッチ41は端子Ta側のまま)、A/D変換器35に
より発熱抵抗体RHaの電圧を測定し、対応するデジタル
電圧値を得れば、先に得られた電流値との演算によりC
PU31は発熱抵抗体RHaの現実の駆動時における抵抗
値を知得することができる。
【0031】このような測定動作において、A/D変換
器35に対する測定系の前段には、低域フィルタを含む
サンプルホールド回路38a,39aが介在されている
ので、発熱体電流測定用抵抗器R1aの両端電圧と、発熱
抵抗体RHaの電圧とを測定する際の同時性(発熱抵抗体
RHaの抵抗値を知得する上では、電圧と電流とを同時に
測定したほうがよい)を確保できるとともに、A/D変
換器35のサンプル動作を安定させることができる。ま
た、発熱体電流測定用抵抗器R1aと発熱抵抗体RHaとの
接続点の電位(従って、発熱抵抗体RHaの電圧)が差動
増幅器34aの入力側に負帰還接続されているので、発
熱体電流測定用抵抗器R1aによる電圧降下の影響を受け
ることなく、電圧源33aに対する基準入力に従った電
圧を発熱抵抗体RHaに発生させることができる。即ち、
発熱体電流測定用抵抗器R1aが存在しても、発熱抵抗体
RHaの駆動電圧に影響を及ぼすことなく、発熱抵抗体R
Haに流れる電流値を測定しながら、差動増幅器34aの
基準入力に応じて発熱抵抗体RHaの駆動電圧を安定に制
御することができる。
【0032】このような動作は、アナログスイッチ41
を端子Tb側に切り換えることにより、発熱抵抗体RHb
側でも同様に行われる。
【0033】よって、CPU31はA/D変換器35か
ら得られるデジタル情報を取得して、発熱抵抗体RHa,
RHbの温度を算出し、その結果をメモリ40に格納した
り、発熱抵抗体RHa,RHbの測定電圧値に基づくデジタ
ル電圧値を用いて、両者の電圧差をとることにより、予
め分かっている電圧差‐流体流量との関係に基づき、流
体流量を算出したりする。
【0034】このようにして、本実施の形態によれば、
発熱抵抗体RHa,RHbの発熱駆動時に、これらの発熱抵
抗体RHa,RHbの抵抗値を測定することができるため、
発熱抵抗体RHaの抵抗値に経時的な変化があったような
場合には、リアルタイムで測温抵抗体RSa,RSbを駆動
している電流源30a,30bの出力をD/A変換器2
9a,29bを通じて容易に調整することで対処でき
る。つまり、長期の使用による発熱抵抗体RHa,RHbの
変化に対応して、その使用中であっても、CPU31の
制御によるデジタル情報を用いた総合的な補正をかける
ことができ、流量測定を長期に渡って安定して行うこと
ができる。
【0035】ところで、本実施の形態における電圧源3
3a(電圧源33b側でも同様である)付近の詳細構成
例を図5に示す。差動増幅器34aの出力側にはベース
用、コレクタ・ベース用のバイアス抵抗R2a,R3aを介
してバイポーラ形のトランジスタ42aが接続されてい
る。このトランジスタ42aのコレクタ側は電源Vccに
接続されており、エミッタ側に発熱体電流測定用抵抗器
R1aと発熱抵抗体RHaとが接続されている。このような
構成により、発熱抵抗体RHaには差動増幅器34aによ
ってトランジスタ42aのベースに与えられる出力電圧
に応じた電流が流され、発熱抵抗体RHaの電圧(発熱体
電流測定用抵抗器R1aと発熱抵抗体RHaとの接続点の電
位)が差動増幅器34aに入力される基準入力(測温抵
抗体RSaの電圧)に一致するように負帰還制御される。
【0036】なお、図5(a)に示すようなバイポーラ
形のトランジスタ42aに代えて、図5(b)に示すよ
うにFETによるトランジスタ43aを用いて発熱抵抗
体R Haを駆動するようにしてもよい。図5(b)に示す
ように、FETによるトランジスタ43aを用いるほう
が、電源Vccの電圧が低くても或いは一定であっても、
2つの抵抗体(発熱体電流測定用抵抗器R1aと発熱抵抗
体RHa)を駆動すダイナミックレンジを広くすることが
できる。
【0037】つづいて、本発明の第二の実施の形態を図
6に基づいて説明する。図1ないし図5で示した部分と
同一部分は同一符号を用いて示し、その説明も省略する
(以降の実施の形態でも同様とする)。本実施の形態で
は、2つの基準電圧素子28a,28b及び2つのD/
A変換器29a,29bに代えて、1つの基準電圧素子
28及び1つのD/A変換器29が設けられている。さ
らに、前記D/A変換器29と発熱抵抗体RHa側の電流
源30aとの間にサンプルホールド回路44aが介在さ
れ、前記D/A変換器29と発熱抵抗体RHb側の電流源
30bとの間にサンプルホールド回路44bが介在され
ている。これらのサンプルホールド回路44a,44b
にはそのサンプル・ホールド動作をCPU31によって
制御するための制御線37が接続されている。
【0038】本実施の形態においては、例えば、アナロ
グスイッチ41を端子Ta側とすることにより発熱抵抗
体RHa側を選択しているとき、前述したようにD/A変
換器29を動作させるとともにサンプルホールド回路4
4a側をホールドモードにする。一方、アナログスイッ
チ41を端子Tb側とすることにより発熱抵抗体RHb側
を選択しているとき、前述したようにD/A変換器29
を動作させるとともにサンプルホールド回路44b側を
ホールドモードにする。これにより、基準電圧素子28
やD/A変換器29は1つずつであるが、サンプルホー
ルド回路44a,44bでホールドしたホールド電圧を
同時に電流源30a,30b側に出力させることによ
り、電圧源33a,33bを制御し、2つの測温抵抗体
RSa,RSbを駆動させることができ、前記実施の形態の
場合と同様の駆動制御を採り得ることになる。よって、
消費電流が大きくなりやすいD/A変換器を1つだけに
しても必要な機能が得られるので、支障なく消費電力を
減らすことができる。加えて、サンプルホールド回路4
4a,44bを利用しているため、これらのサンプルホ
ールド回路44a,44bを動作させる時だけD/A変
換器29を動作させればよいので、一層の省電力化を図
れる。
【0039】本発明の第三の実施の形態を図7に基づい
て説明する。本実施の形態は、第一,二の形態の何れの
形式にも適用し得るもので、発熱体電流測定用抵抗器R
1a,R1b及び発熱抵抗体RHa,RHbの電圧測定の同時性
を得るためには、厳密には、4つのサンプルホールド回
路38a,39a,38b,39bを必要とするが、本
実施の形態では、最小限なる2つのサンプルホールド回
路45,46を用いるだけで必要とする同時性が確保で
きるように構成されている。即ち、これらのサンプルホ
ールド回路45,46は発熱体電流測定用抵抗器R1a及
び発熱抵抗体RHa側と、発熱体電流測定用抵抗器R1b及
び発熱抵抗体RHb側とで共通に使用するため、A/D変
換器35の直前位置に配設されている。また、発熱体電
流測定用抵抗器R1a及び発熱抵抗体RHa側の直列回路
と、発熱体電流測定用抵抗器R1b及び発熱抵抗体RHb側
の直列回路との間には、何れかの直列回路を選択切り換
えする第1のアナログスイッチ47が設けられ、この第
1のアナログスイッチ47とサンプルホールド回路4
5,46との間には発熱体電流測定用抵抗器側と発熱抵
抗体側とを選択切り換えする第2のアナログスイッチ4
8が設けられている。これらのアナログスイッチ47,
48にはその切り換え動作をCPU31によって制御す
るための制御線37が接続されている。
【0040】本実施の形態によれば、発熱体電流測定用
抵抗器R1a,R1b及び発熱抵抗体RHa,RHbの4つの電
圧測定の同時性を厳密に得ることはできないが、2つだ
けのサンプルホールド回路45,46を用いた簡易な構
成で、発熱体電流測定用抵抗器R1aと発熱抵抗体RHaと
の電圧測定の同時性、及び、発熱体電流測定用抵抗器R
1bと発熱抵抗体RHbとの電圧測定の同時性を得ることは
できる。併せて、図4等の対比からも分かるように、ア
ナログスイッチの数も6個から4個に減らすことができ
る。
【0041】なお、これらの第一ないし第三の実施の形
態は、図3に示したような構成の流量センサ21に限ら
ず、2つの発熱抵抗体及び2つの測温抵抗体を備えた構
造のものに同様に適用し得るもので、例えば、図10に
示したような流量センサ1であってもよい。
【0042】本発明の第四の実施の形態を図8及び図9
に基づいて説明する。本実施の形態では、図8に示すよ
うに、発熱抵抗体RHa,RHbは2つのままとするが、測
温抵抗体RSbが省略されて、1つの測温抵抗体RS (測
温抵抗体RSaに相当する)のみを備える流量センサ49
が用いられている。
【0043】このような流量センサ49に対する駆動回
路としては、図9に示すように、2つの基準電圧素子2
8a,28b、2つのD/A変換器29a,29b及び
2つの電流源30a,30bに代えて、1つの基準電圧
素子28、1つのD/A変換器29及び1つの電流源3
0が設けられている。さらに、前記電流源30(測温抵
抗体RS )と発熱抵抗体RHa側の電圧源33aとの間に
サンプルホールド回路50aが介在され、前記電流源3
0(測温抵抗体RS )と発熱抵抗体RHb側の電圧源33
bとの間にサンプルホールド回路50bが介在されてい
る。これらのサンプルホールド回路50a,50bには
そのサンプル・ホールド動作をCPU31によって制御
するための制御線37が接続されている。
【0044】このような構成において、CPU31によ
る制御の下に、D/A変換器29は電流源30を制御
し、1つの測温抵抗体RS を駆動する。この測温抵抗体
RS に発生する基準電圧は、CPU31の制御によっ
て、発熱抵抗体RHa側か発熱抵抗体RHb側かの何れかの
特性に併せてD/A変換器29を制御した結果によるも
のであり、それに合わせてサンプルホールド回路50a
又は50bをホールドさせることにより、1つの測温抵
抗体RS であっても2つの電圧源33a,33bを制御
し得る電圧を発生させることができる。
【0045】よって、本実施の形態によれば、消費電流
が大きくなりやすいD/A変換器を1つだけにしても必
要な機能が得られるので、支障なく消費電力を減らすこ
とができる。加えて、サンプルホールド回路50a,5
0bを利用しているため、電圧源33a,33bに対す
る基準電圧を得るためにこれらのサンプルホールド回路
50a,50bを動作させる時だけD/A変換器29を
動作させればよいので、一層の省電力化を図れる。
【0046】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、各発熱抵
抗体の電圧を測定するとともに、各発熱抵抗体に直列に
接続された抵抗値既知の各発熱体電流測定用抵抗器の両
端電圧を測定することで各発熱抵抗体に流れる電流値を
知得できるので、各発熱抵抗体の駆動時であっても各発
熱抵抗体の抵抗値を測定することが可能となり、各発熱
抵抗体の抵抗値に変化があったときにはリアルタイムで
各測温抵抗体を駆動している各電流源の出力を各D/A
変換器によって調整することができ、よって、長期の使
用による各発熱抵抗体の変化に対応してデジタル信号を
用いた総合的な補正をかけることで柔軟に対応でき、低
流量域に渡って直線性の高い流量測定が可能となる2つ
の発熱抵抗体及び2つの測温抵抗体を備えた流量センサ
を用いるメリットを、長期にわたって安定性を維持させ
ることができる。
【0047】請求項2記載の発明による場合も、基本的
には請求項1記載の発明と同様であるが、特に消費電流
が大きくなりやすいD/A変換器を1つだけにし、か
つ、サンプルホールド回路を利用するように構成したの
で、このD/A変換器は電圧出力をサンプルホールド回
路に送出している間だけ稼働させればよく、請求項1記
載の発明の場合と同様の機能を確保しながら、極力、消
費電力を減らすことができる。
【0048】請求項3記載の発明によれば、最小限の数
のサンプルホールド回路を用いるだけで、請求項1又は
2記載の発明の場合と同様の機能を支障なく確保するこ
とができる。
【0049】請求項4記載の発明による場合も、基本的
には請求項1記載の発明と同様であるが、2つの発熱抵
抗体と1つの測温抵抗体とを用いた流量センサにも同様
に適用でき、特に消費電流が大きくなりやすいD/A変
換器を1つだけにし、かつ、サンプルホールド回路を利
用しているので、このD/A変換器は電圧出力をサンプ
ルホールド回路に送出している間だけ稼働させればよ
く、請求項1記載の発明の場合と同様の機能を確保しな
がら、消費電力を極力減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図2】流量測定装置の全体構成を概念的に示す斜視図
である。
【図3】流量センサ部分の構成を概念的に示す平面図で
ある。
【図4】A/D変換器の入力部分を抽出して示す回路図
である。
【図5】電圧源付近を抽出して示す回路図である。
【図6】本発明の第二の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図7】本発明の第三の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図8】本発明の実施の第四の形態の流量センサ部分の
構成を概念的に示す平面図である。
【図9】その回路図である。
【図10】従来の流量センサ部分の構成を概念的に示す
平面図である。
【図11】従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
21 流量センサ 23 流路 28,28a,28b 基準電圧生成器 29,29a,29b D/A変換器 30,30a,30b 電流源 31 中央処理装置 33a,33b 電圧源 35 A/D変換器 36a,36b,41 アナログスイッチ 44a,44b サンプルホールド回路 45,46 サンプルホールド回路 47 第1のアナログスイッチ 48 第2のアナログスイッチ 49 流量センサ 50a,50b サンプルホールド回路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ともに抵抗温度係数が大きくて流路中に
    配設される2つの発熱抵抗体と各々対をなす2つの測温
    抵抗体とを備えた流量センサを用いる流量センサ駆動回
    路において、 前記各発熱抵抗体と各々直列に接続されて抵抗値が固定
    的で既知の2つの発熱体電流測定用抵抗器と、 前記各発熱抵抗体に対応して基準電圧を生成する2つの
    基準電圧生成器と、 各基準電圧生成器からの出力電圧が入力される2つのD
    /A変換器と、 各D/A変換器の出力電圧に応じた電流で対応する前記
    測温抵抗体を通電駆動する2つの電流源と、 前記各測温抵抗体に得られる電圧を基準入力として対応
    する前記発熱体電流測定用抵抗器と前記発熱抵抗体との
    直列回路を各々通電駆動する2つの電圧源と、 前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧を測定してデ
    ジタル電圧値に変換するとともに、前記各発熱抵抗体の
    電圧を測定してデジタル電圧値に変換するA/D変換器
    と、 前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧の測定と前記
    各発熱抵抗体の電圧の測定とを切り換えるアナログスイ
    ッチと、 前記A/D変換器から出力されるデジタル電圧値を取り
    込むととともに、前記アナログスイッチの切り換え及び
    前記各D/A変換器の動作を制御する中央処理装置と、
    を備えることを特徴とする流量センサ駆動回路。
  2. 【請求項2】 ともに抵抗温度係数が大きくて流路中に
    配設される2つの発熱抵抗体と各々対をなす2つの測温
    抵抗体とを備えた流量センサを用いる流量センサ駆動回
    路において、 前記各発熱抵抗体と各々直列に接続されて抵抗値が固定
    的で既知の2つの発熱体電流測定用抵抗器と、 基準電圧を生成する基準電圧生成器と、 この基準電圧生成器からの出力電圧が入力される1つの
    D/A変換器と、 このD/A変換器の出力側に各々接続された2つのサン
    プルホールド回路と、 各サンプルホールド回路で保持された前記D/A変換器
    の出力電圧に応じた電流で対応する前記測温抵抗体を通
    電駆動する2つの電流源と、 前記各測温抵抗体に得られる電圧を基準入力として対応
    する前記発熱体電流測定用抵抗器と前記発熱抵抗体との
    直列回路を各々通電駆動する2つの電圧源と、 前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧を測定してデ
    ジタル電圧値に変換するとともに、前記各発熱抵抗体の
    電圧を測定してデジタル電圧値に変換するA/D変換器
    と、 前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧の測定と前記
    各発熱抵抗体の電圧の測定とを切り換えるアナログスイ
    ッチと、 前記A/D変換器から出力されるデジタル電圧値を取り
    込むととともに、前記アナログスイッチの切り換え、前
    記各サンプルホールド回路の動作及び前記D/A変換器
    の動作を制御する中央処理装置と、を備えることを特徴
    とする流量センサ駆動回路。
  3. 【請求項3】 アナログスイッチは、A/D変換器に対
    して2つの直列回路を選択切り換えする第1のアナログ
    スイッチと、前記A/D変換器に対して直列回路中の発
    熱体電流測定用抵抗器と発熱抵抗体とを選択切り換えす
    る第2のアナログスイッチとを有し、この第2のアナロ
    グスイッチと前記A/D変換器との間にサンプルホール
    ド回路を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の
    流量センサ駆動回路。
  4. 【請求項4】 ともに抵抗温度係数が大きくて流路中に
    配設される2つの発熱抵抗体と1つの測温抵抗体とを備
    えた流量センサを用いる流量センサ駆動回路において、 前記各発熱抵抗体と各々直列に接続されて抵抗値が固定
    的で既知の2つの発熱体電流測定用抵抗器と、 基準電圧を生成する1つの基準電圧生成器と、 基準電圧生成器からの出力電圧が入力される1つのD/
    A変換器と、 このD/A変換器の出力電圧に応じた電流で前記測温抵
    抗体を通電駆動する1つの電流源と、 前記測温抵抗体に得られる電圧を入力として発熱抵抗体
    毎に設けられた2つのサンプルホールド回路と、 各サンプルホールド回路で保持された電圧を基準入力と
    して対応する前記発熱体電流測定用抵抗器と前記発熱抵
    抗体との直列回路を各々通電駆動する2つの電圧源と、 前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧を測定してデ
    ジタル電圧値に変換するとともに、前記各発熱抵抗体の
    電圧を測定してデジタル電圧値に変換するA/D変換器
    と、 前記各発熱体電流測定用抵抗器の両端電圧の測定と前記
    各発熱抵抗体の電圧の測定とを切り換えるアナログスイ
    ッチと、 前記A/D変換器から出力されるデジタル電圧値を取り
    込むととともに、前記アナログスイッチの切り換え、前
    記各D/A変換器の動作及び前記サンプルホールド回路
    の動作を制御する中央処理装置と、を備えることを特徴
    とする流量センサ駆動回路。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003511313A (ja) * 1999-10-08 2003-03-25 アライドシグナル インコーポレイテッド バッテリ・ケーブルをシャントとして用いる車両内電流の測定
CN106526364A (zh) * 2016-11-01 2017-03-22 株洲中车时代电气股份有限公司 一种三相集成式功率组件在线监测系统

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