JPH10197305A - 熱式空気流量計及び熱式空気流量計用の測定素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低コストで湿度補正が可能で計測精度の良い熱
式空気流量計を提供する。 【解決手段】熱式空気流量計は、発熱抵抗体３及び温度
補償抵抗体４と，発熱抵抗体３と端子電極８間の湿度セ
ンサ５と，を半導体基板２上に電気絶縁膜を介して形成
した測定素子１と、測定素子１に電流を供給し空気流量
信号を検出する駆動検出回路手段１５ａと、測定素子１
の空気流量信号から空気流量を演算する制御回路１５ｂ
と、空気流量−湿度特性の補正データを記憶しているメ
モリ１５ｃとを含み構成し、制御回路１５ｂが、湿度セ
ンサ５を用いて検出した湿度と補正データとから、空気
流量を補正するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱式空気流量計に
係り、特に内燃機関の吸入空気量を測定するのに好適な
熱式空気流量計及び熱式空気流量計用の測定素子に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より自動車などの内燃機関の電子制
御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流
量計として、熱式のものが質量空気量を直接検知できる
ことから主流となってきている。この中で、特に半導体
マイクロマシニング技術により製造された熱式空気流量
計及びその測定素子が、コストが低減でき且つ低電力で
駆動することが出来ることから注目されてきた。

【０００３】そして、このような従来の半導体基板を用
いた熱式空気流量計としては、例えば、特開昭６０−１
４２２６８号公報に開示されているものがある。上記公
報に記載の技術は、製造コストはある程度低減されてい
るが、吸入空気量の測定に際して、湿度特性に関して考
慮されていないものである。また、吸入空気流量の湿度
補正を考慮した熱式空気流量計としては、特開平７−２
２９７７６号公報に開示されているものがあり、湿度検
出のための湿度センサは熱式空気流量計用の測定素子と
は別個に設置されているものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には次の
ような課題がある。上記特開昭６０−１４２２６８号公
報に記載の従来技術を図２１を参照し説明する。図２１
は従来の熱式空気流量計用の測定素子の平面図であり、
該公報に記載の第２図である。図において、１が熱式空
気流量計用の測定素子で、シリコン等の半導体基板を異
方性エッチングにより形成した空洞２８ａ，２８ｂ，２
８ｃを架橋する電気絶縁膜からなる２本の橋２９ａと２
９ｂを有し、空気の流れの上流側が橋２９ａ、下流側が
橋２９ｂとなっている。２本の橋２９ａと２９ｂとの間
の開口した空洞２８ｃを挟んで発熱抵抗体２６を配置
し、これらの橋２９ａ，２９ｂには発熱抵抗体２６の側
部に各々測温抵抗体２７ａ，２７ｂが配置され、更に、
電気絶縁膜の空洞２８ａの上流側の一部に空気温度を測
定する温度補償抵抗体４ａを配設している。また、空洞
２８ａ，２８ｂおよび２８ｃは、電気絶縁膜の開口部を
利用して半導体基板を異方性エッチングすることから、
電気絶縁膜の橋２９ａ，２９ｂ下で連続した一体の空洞
となっている。

【０００５】この測定素子を用いた空気流量計では、温
度補償抵抗体４ａにより定められる空気温度よりも一定
温度高い温度となるように、発熱抵抗体２６が加熱駆動
される。空気流量は、空気の熱運搬効果を利用して、流
路の上流側測温体抵抗２７ａと下流側測温抵抗体２７ｂ
との間に生じる温度差から計測される。

【０００６】このように構成された従来例では、吸入空
気の「湿度の変化」に対しての空気流量の検出精度に関し
て考慮されておらず、未だ空気流量検出精度に課題が残
っている。更には、自動車等の過酷な条件で使用される
場合の、内燃機関の温度上昇により熱式空気流量計用の
測定素子の発熱抵抗体２６、温度補償抵抗体４ａおよび
測温抵抗体２７ａ，２７ｂなどに熱が伝導し、計測精度
に悪影響を与えることに考慮されていないことから、十
分な空気流量−支持部温度特性が得られない点にも残っ
ている。

【０００７】また、吸入空気流量の湿度補正を考慮した
従来の熱式空気流量計を図２２に示す。図２２は、特開
平７−２２９７７６号公報に記載された図１である。図
において、１８はブロック構成で示された空気流量計、
３１が湿度検出装置、３０が空気流量検出装置、 ３２
が空気流量検出装置３０から得られた空気流量信号、３
３が別に設置した湿度検出装置３１から検出した湿度信
号に基づき空気流量信号を湿度補正した後の出力信号で
ある。この様に構成された従来例では、湿度検出のため
の湿度検出装置(湿度センサ)３１は前記空気流量検出装
置３０とは別個に吸気通路に設置されており、部品点数
が多くなりまた組立工数が増大し製造コストの面で十分
でないところがある。

【０００８】従って、本発明の目的は、従来技術の課題
を解決した、低コストで流量計測における空気流量−湿
度特性や空気流量−支持部温度特性の優れた熱式空気流
量計及び熱式空気流量計用の測定素子を提供することに
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する熱式
空気流量計は、空気流量を計測するための発熱抵抗体等
が形成された同じ基板上に形成した湿度センサを有する
熱式空気流量計用の測定素子と、該測定素子に電流を供
給し空気流量信号を検出する駆動検出回路と、該空気流
量信号から空気流量を演算する制御回路と、空気流量−
湿度特性の補正データを記憶しているメモリとを備え、
前記制御回路は、前記湿度センサを用いて検出した湿度
と前記補正データとから、前記空気流量を補正するもの
である。

【００１０】また他の特徴は、空気流量を計測するため
の発熱抵抗体等が形成された同じ基板上に形成した湿度
センサと，前記基板が他の構成体に取付けられたときに
伝わる熱の前記発熱抵抗体等への影響を表わす代表温度
を検出する温度センサとを有する熱式空気流量計用の測
定素子と、該測定素子に電流を供給し空気流量信号を検
出する駆動検出回路と、該空気流量信号から空気流量を
演算する制御回路と、空気流量−湿度特性および空気流
量−支持部温度特性の補正データを記憶しているメモリ
とを含み、前記制御回路は、前記湿度センサから得られ
た湿度と前記温度センサから得られた支持部温度と前記
補正データとから、前記空気流量を補正することにあ
る。

【００１１】そして、上記目的を達成する熱式空気流量
計用の測定素子の特徴は、空気流量を計測するための発
熱抵抗体が形成された同じ基板上の、前記発熱抵抗体が
触れる空気の流線領域から外れた位置に、湿度センサを
形成するところにある。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照し説明する。図１は、本発明による第一
実施例の熱式空気流量計用の測定素子１を示す平面図、
図２は、図１の測定素子１のＡ−Ａ’断面図、図３は、
本発明による第１実施例の湿度センサを示す断面図であ
り、図１のＢ−Ｂ’断面図である。図１，２，３におい
て、測定素子１は、半導体基板２の下面より異方性エッ
チングにより電気絶縁膜７ａの境界面まで形成された空
洞６を有するシリコン等の半導体基板２と、電気絶縁膜
７ａ上に形成された発熱抵抗体３と、空気温度を計測す
ると共に前記発熱抵抗体３とブリッジ回路を構成する温
度補償抵抗体４と、測定素子１の空気流量信号を外部回
路と接続するための端子電極８(８ａ〜８ｆ)と、発熱抵
抗体３と端子電極８間に形成して湿度を計測する湿度セ
ンサ５と、各抵抗体を保護するための電気絶縁膜７ｂと
を含み構成される。

【００１３】湿度センサ５は、櫛歯状に形成されて対向
する電極１０ａ，１０ｂが吸湿により誘電率が変化する
ポリイミド系有機材の膜１１に覆われた構成からなり、
前記電極１０ａ，１０ｂ間の静電容量の変化から湿度を
検出するものである。ここで、湿度センサ５が具備すべ
き要件について説明すると、湿度(相対湿度)は温度に依
存するので発熱抵抗体で加熱された空気(空気流９)から
湿度を検出すれば、所望するものとは異なる湿度を測定
することになる。従って、空気流量を測定するための発
熱抵抗体が触れる空気(空気流９)の流線領域から外れた
位置の空気(空気流９)から湿度を検出する必要がある。
即ち、本発明による熱式空気流量計用の測定素子の特徴
は、空気流量を計測するための発熱抵抗体が形成された
同じ基板上の、発熱抵抗体が触れる空気の流線領域から
外れた位置に、湿度センサを形成する点にあると言え
る。

【００１４】一方、発熱抵抗体３には、空気流９の流路
先端に配置された温度補償抵抗体４の温度より一定温度
高くなるように、加熱電流が流されている。空気流量
は、空気流９による発熱抵抗体３の強制冷却による熱伝
達効果に基づき、前記発熱抵抗体３に流れる加熱電流値
から計測される。前記空洞６および発熱抵抗体３近傍の
電気絶縁膜７は、発熱抵抗体３から基板２にへの熱絶縁
を図り計測精度を確保するために形成される。また、発
熱抵抗体３とブリッジ回路を構成する温度補償抵抗体４
は、図１に示す様に、基板２の先端に位置し空気流９の
流路に突き出て配置されており、空気流９が順流または
逆流のいずれの場合においても発熱抵抗体３に加熱され
た空気流の影響を受けないように配置されており、精度
の高い空気流量の計測が可能となっている。また、温度
補償抵抗体４は、後述するように空気温度(即ち、吸気
温度)を計測するのに兼用することも可である。

【００１５】図４は、本発明による一実施例の熱式空気
流量計を示す断面図である。即ち、図１の測定素子１を
熱式空気流量計に実装した実施例を示す図である。例え
ば、自動車等の内燃機関の吸気通路に実装されて、吸入
空気(吸気と呼称する)の流量を計測する熱式空気流量計
の実施例を示す断面図である。 図のように、本実施
例の熱式空気流量計は、測定素子１と支持体１４と外部
回路１５とを含み構成される。そして、吸気通路１２の
内部にある副通路１３に測定素子１が配置される。外部
回路１５は支持体１４を介して測定素子１の端子電極８
に電気的に接続されている。ここで、通常では吸入空気
は空気流９で示された方向に流れており、 所定の内燃
機関の条件によって空気流９とは逆の方向(逆流)に吸入
空気が流れる。

【００１６】図５は、図４の測定素子部(測定素子１や
支持体１４等)を示す拡大図である。また、図６は、図
５のＣ−Ｃ’断面図である。図５および図６に見るよう
に、測定素子１は、支持体１４上に温度補償抵抗体４が
空気流９に直接晒されるように支持される。更に、アル
ミナ等の電気絶縁基板上に端子電極１６および信号処理
回路等を形成して構成する外部回路１５が、同じく支持
体１４上に固定される。この測定素子１と外部回路１５
は、端子電極８および１６間を金線１７等でワイヤボン
ディングにより電気的に接続された後、前記の金線１
７、電極端子８，１６や外部回路１５を保護すると共
に、前記湿度センサ５が空気流９の影響を直接受けない
ように、保護体１４ａにより覆われる。そしてさらに、
保護体１４ａには吸気中の水蒸気が保護体１４ａ内の湿
度センサ５に到達する程度の寸法の小さい通気孔２４
が、湿度センサ５が空気流９に直接晒されることを防止
するために湿度センサ５の近傍に形成されている。

【００１７】即ち、自動車等の内燃機関の吸気通路に実
装されて吸入空気量を測定する測定素子１であれば、湿
度センサ５は、防塵等の点から通気孔を有する保護体に
より覆われていることが望ましいと言える。このように
実装された測定素子１は、図５，６に見るように、空洞
６は下面が支持体１４により、また、上面は電気絶縁膜
７により、空気流９に対してほぼ隔離されている。従っ
て、上記した従来例のように空洞が空気流に開口部を持
たないことから、自動車等の内燃機関の空気流量を計測
する際に問題となる塵埃等が空洞あるいは開口部に蓄積
することがなく信頼性の高い計測が可能となる構成とな
っている。

【００１８】次に、図７，図８，図９，図１０，および
図１１を参照し、本発明の実施例の動作について説明す
る。図７は、本発明による熱式空気流量計を示すブロッ
ク構成図である。例えば、図４の熱式空気流量計の構成
を示したブロック図である。熱式空気流量計１８は、図
１に示した測定素子１と、外部回路１５とを含み構成さ
れる。外部回路１５は、測定素子１に電流を供給し空気
流量信号を検出するための駆動検出回路１５ａと、測定
素子１からの空気流量信号をＡ／Ｄ変換器を通して入力
する入力回路部と空気流量を演算処理するＣＰＵ部と出
力のための出力回路部とからなる制御回路１５ｂと、湿
度センサ５から検出される検出信号を用いて前記ＣＰＵ
部が湿度を求めるための相関データおよび求めた湿度に
より計測された空気流量を湿度補正するための補正デー
タが予め記憶されているメモリ１５ｃとを含み構成され
る。

【００１９】図８は、図７の熱式空気流量計の部分電気
回路を示す図である。発熱抵抗体３や温度補償抵抗体４
などから成る駆動検出回路１５ａ内のブリッジ回路を示
したもので、１９が差動増幅噐、２０がトランジスタ、
２１が電源、２２ａ，２２ｂが抵抗である。図９は、図
１の湿度センサ５の等価電気回路を示す図である。図１
０は、吸入空気の相対湿度(Ｈ)と湿度センサ５の静電容
量(Ｃｈ)の関係を示す図である。そして、図１１は、本
発明による一実施例の熱式空気流量計１８の空気流量−
湿度特性を示す図である。

【００２０】まず、空気流量は以下の様に計測される。
図８に示すブリッジ回路において、測定素子１の中心部
に位置する発熱抵抗体３の温度(抵抗値)が空気温度に対
応する温度補償抵抗体４の温度(抵抗値)よりある一定値
(例えば１５０℃)高くなるよう各抵抗値２２ａ，２２ｂ
が設定される。発熱抵抗体３の温度が、設定値より低い
場合にはブリッジ回路の中点の電位ＡとＢ間に差が生
じ、差動増幅噐１９の出力Ｃによりトランジスタ２０が
オンし発熱抵抗体３に加熱電流が流れる。発熱抵抗体３
の温度が設定値に達すると、差動増幅噐１９の出力Ｃに
よりトランジスタ２０がオフし加熱電流が遮断される。
このように、発熱抵抗体３の温度が設定値に一定になる
ようにフィードバック制御されており、空気流量の増大
に伴い増加する加熱電流をブリッジ回路のＡ点の電位で
流量信号として制御回路１５ｂに出力する。

【００２１】一方、湿度の計測は、図９に示す様に、測
定素子１の湿度センサ５の電極１０ａ，１０ｂ間の静電
容量(Ｃｈ)が電極間に形成されたポリイミド等の有機材
の膜１１が水蒸気を吸収して誘電率が増大し、図１０に
示す様に静電容量(Ｃｈ)が相対湿度(Ｈ)に対して変化す
ることを利用して行われる。駆動検出回路１５ａにおい
て湿度センサ５の端子電極８ｃ，８ｄから前記湿度セン
サ５の静電容量(Ｃｈ)に対応する信号を検出し、メモリ
１５ｃに図１０に示した相対湿度(Ｈ)と静電容量(Ｃｈ)
の相関データを予め記憶しておけば、相関データを用い
て制御回路１５ｂにより静電容量(Ｃｈ)の信号から湿度
が求められる。

【００２２】計測された空気流量および湿度から実行す
る湿度補正は以下の様に行われる。図１１が空気流量−
湿度特性を示したものである。図中、横軸は空気流量
(Ｑ)であり、縦軸は湿度(Ｈ)が５０％を基準とした場合
の湿度パラメータの空気流量の計測誤差(ΔＱ／Ｑ)を示
している。図に示すように、従来技術の湿度補正をしな
い場合では、湿度(Ｈ)が１０％の乾燥した空気の時には
全流量域において負の誤差が、また湿度(Ｈ)が９０％の
湿った空気の時には正の誤差が出ることが判る。これ
は、水蒸気を含む湿った空気の熱伝導率が、水蒸気の比
率に比例して増大するからである。

【００２３】本発明では、先に示したように湿度センサ
５から湿度(Ｈ)が計測可能であり、図１１に示した空気
流量−湿度特性から作成しメモリ１５ｃが予め記憶して
いる補正データと該湿度(Ｈ)とを用いて空気流量(Ｑ)を
補正することが、即ち、制御回路１５ｂのＣＰＵ部にて
演算処理することにより湿度補正が可能となる。本発明
の湿度補正を適用した場合、図１１の矢印で示したよう
に、ほぼ流量誤差を零とする(湿度が５０％の基準に合
わせる)ことができる。

【００２４】尚、このメモリ１５ｃに、個々の熱式空気
流量計毎の固有の空気流量−湿度特性を予め記憶して置
けば、個々の熱式空気流量計の性能バラツキを改善する
ことができる。また、空気流量(Ｑ)と湿度(Ｈ)と補正値
とをマップとして記憶する方法、または近似的な誤差関
数として記憶して置く方法などがある。さらに、空気流
量の湿度補正は、空気流量信号の湿度補正をも含むもの
と解する。

【００２５】ところで、湿度センサ５としては、図１お
よび図３に示した構成に限定するものではない。前述の
湿度センサ５では、対向する電極１０ａ，１０ｂ間の静
電容量(Ｃｈ)を検出する方式であったが、抵抗体として
の抵抗値あるいはインピーダンスの変化(有機材の膜１
１が吸湿すると抵抗値 あるいはインピーダンスが減少
する現象)から湿度を検出する方式でも可である。

【００２６】ここで、本発明によるその他の湿度センサ
の例について説明する。図１２は、本発明による第２実
施例の湿度センサを示す断面図であり、図１３は、本発
明による第３実施例の湿度センサを示す断面図である。
他の湿度センサとして、図１２に示す様に半導体基板
２、電気絶縁膜７ａ上に電極１０ｃ、 ポリイミド等の
膜１１および電極１０ｄを積層し、 電極１０ｃと１０
ｄ間の静電容量から湿度を検出することが可能である。
この時、 上部電極１０ｄには吸気の水蒸気がポリイミ
ド系の膜１１に有効に到達するように、小さい孔あるい
はスリット等を形成することは効果的である。

【００２７】更には、図１３に示す様に、ポリイミド等
の膜１１が吸湿により体積が膨張する特性を利用して湿
度を計測する方法も可能である。図１３では、半導体基
板２に空洞６ｂを形成し、電気絶縁膜７ａが前記膜１１
の湿度による膨張収縮により変形する変形応力を、空洞
６近傍に形成したピエゾ抵抗２３ａ，２３ｂ等の抵抗変
化から湿度信号として検出する構成となっている。

【００２８】また、図１４および図１５に示す湿度セン
サでも可能である。図１４は本発明による他の実施例の
測定素子部を示す拡大図である。湿度センサ５を別の方
式にした場合の測定素子１の実装平面図である。また、
図１５は本発明による第４実施例の湿度センサを示す断
面図であり、図１４のＤ−Ｄ’断面図である。ここで湿
度センサ５は、半導体基板２に形成された空洞６ｂ上の
電気絶縁膜７に形成された一対の発熱抵抗体１０ｅ，１
０ｆより構成される。

【００２９】発熱抵抗体１０ｅは通気孔２４が形成され
た保護体１４ａの一方の開放室に配置され、発熱抵抗体
１０ｆは保護体１４ａの他方の密閉室に乾燥空気が充填
された状態で密封される。発熱抵抗体１０ｅ，１０ｆは
一定温度高くなるように加熱される。吸気の湿度は、通
気孔２４により吸気と同じ湿度となる部屋に設置された
発熱抵抗体１０ｅと乾燥空気の雰囲気に設置された発熱
抵抗体１０ｆの水蒸気による熱伝導率の違いにより生ず
る加熱電流の差から検出することが出来る。温度センサ
５としては、上記実施例の構造に限定されるものではな
く、湿度が検出でき測定素子１上に形成できるものであ
ればどのような構造の温度センサであっても本発明の効
果に変わりがない。

【００３０】次に、湿度補正に加えて支持部温度補正お
よび／または吸気温度補正を可能とする実施例について
説明する。図１６は、本発明による第二実施例の熱式空
気流量計用の測定素子１を示す平面図である。図１６に
示した第二実施例の第一実施例との相違点は、内燃機関
の吸気温度を測定するための温度センサ４ｂを測定素子
１の先端部に新たに形成し且つ、測定素子１(例えば、
半導体基板２)が他の構成体(例えば、支持体１４)に取
付けられたときに支持される支持部２ａ(前述の図６に
図示)の支持部温度を測定するための温度センサ２５
を、湿度センサ５の近傍に新たに設置したことにある。

【００３１】この様に温度センサ４ｂ，２５を新たに形
成したことにより、流量計測精度の高い熱式空気流量計
が実現できる。以下、本実施例の支持部温度補正および
吸気温度補正の動作について説明する。図４に示すよう
に、 自動車等の内燃機関では、 内燃機関の熱により吸
気通路１２および支持体１４の温度が上昇し、この熱が
測定素子１に伝熱して空気流量の計測に誤差を生じさせ
流量−温度特性を悪くすることがある。このように支持
体１４が温度上昇した時の、支持体１４(含む外部回路
１５)と測定素子１との温度分布状態を図１７に示し
た。

【００３２】図１７は、図１６の測定素子を用いた熱式
空気流量計の測定素子部と、該測定素子部のＥ−Ｅ’線
上の温度分布とを示す図である。図１７では、Ｅ−Ｅ’
線上の測定素子１、支持体１４、外部回路１５の温度分
布を示していて、内燃機関の熱が支持体１４から支持部
２ａを経由して、測定素子１の端子電極８、温度センサ
２５、発熱抵抗体３、温度補償抵抗体４ａ、温度センサ
４ｂなどへ、一方、外部回路１５へと伝搬することを示
している。

【００３３】このため、空気流量を計測するための発熱
抵抗体３及び温度補償抵抗体４ａに不要な熱が伝搬し、
空気流量の計測精度に悪影響を与える。また、外部回路
１５自身からの発熱も加わって同様に不要な熱伝搬が起
きて、計測精度に悪影響を与えることがある。この影響
を考慮したものが後述の空気流量−支持部温度特性で示
すものであり、本実施例では、図１６に示すように、発
熱抵抗体３と端子電極８間に、 または発熱抵抗体３(ま
たは測定素子の構造によっては温度補償抵抗体４ａ)の
近傍に、 温度センサ２５を形成し、該温度センサ２５
からの検出温度と空気流量−支持部温度特性とを利用し
て空気流量を補正するものである。

【００３４】換言すれば、不要な熱伝搬が空気流量の計
測に与える影響を知ることができる「代表値としての支
持部温度Ｔｗ(代表温度Ｔｗ)」を検出するに好適な部位
としての熱伝導経路部位( 例えば、測定素子の基板が他
の構成体に取付けられたときに支持される支持部２ａ，
該支持部と発熱抵抗体等との間など)に、 該代表温度を
検出する温度センサ２５を形成し、該温度センサ２５か
らの検出温度を用いて空気流量の補正を行うことにより
流量計測の精度改善を図るものである。なお、本第二実
施例の発熱抵抗体等は、発熱抵抗体３および／または温
度補償抵抗体４ａに該当する。また、第一実施例の発熱
抵抗体等は、発熱抵抗体３および／または温度補償抵抗
体４に該当する。

【００３５】図１８は、本発明による一実施例の支持部
温度補正及び吸気温度補正を示す図である。即ち、図１
８(ａ)は空気流量−支持部温度特性を示し、図１８(ｂ)
は空気流量−吸気温度特性を示したものである。図１８
(ａ)において、横軸が空気流量(Ｑ)で縦軸が支持部温度
(Ｔｗ)が ２５℃を基準とした空気流量の計測誤差(ΔＱ
／Ｑ)を示している。 従来技術の支持部温度補正をしな
い場合の、支持部温度(Ｔｗ)が８０℃のときには、特に
低流量領域において誤差が１０％程度発生している。こ
れに対し本発明による構成によって、前述の発熱抵抗体
３と端子電極８間に温度センサ２５を形成した測定素子
１から得られた支持部温度(Ｔｗ)と測定素子１(発熱抵
抗体等)で計測し前述の制御回路１５ｂにて演算した空
気流量(Ｑ)とを入力し、予めメモリ１５ｃに記憶した図
１８(ａ)に示した空気流量−支持部温度特性に基づいた
補正データを呼び出して、制御回路１５ｂのＣＰＵ部に
て演算処理することによって、支持部温度補正が可能と
なる。

【００３６】本実施例の支持部温度補正を適用した場合
は、図１８(ａ)の矢印で示したように、ほぼ流量誤差が
零とする(支持部温度が２５℃の基準に合わせる)ことが
できる。なお、このメモリ１５ｃには、個々の熱式空気
流量計毎の固有の空気流量−支持部温度特性を予め記憶
しておき、空気流量(Ｑ)と支持部温度(Ｔｗ)と補正値と
のマップから、また、近似的な誤差関数から支持部温度
補正が可能である。

【００３７】次に、吸気温度補正について説明する。従
来技術の吸気温度に関する補正は、温度補償抵抗体４ａ
と発熱抵抗体３とで構成したブリッジ回路に対しての吸
気温度補正を実行しているものである。従って、空気の
物性値である密度、動粘性係数、熱伝導率等の温度変化
に対しての補正は考慮されておらず、空気流量−吸気温
度特性は十分なものとは言えないものであった。

【００３８】図１８(ｂ)に示す空気流量−吸気温度特性
において、横軸が空気流量(Ｑ)で縦軸が吸気温度(Ｔａ)
が２５℃を基準とした空気流量の計測誤差(ΔＱ／Ｑ)を
示している。従来技術の吸気温度補正を行っていない場
合の空気流量−吸気温度特性を実線で示した。吸気温度
(Ｔａ)が低温(−３０℃)の場合で、空気流量が低流量域
ではマイナス誤差となり、高流量域ではプラス誤差とな
る。 一方、高温(８０℃)の場合では低温と逆傾向の誤
差になる。 これに対し、本発明による構成によって、
前述の温度センサ４ｂから得た吸気温度(Ｔａ)と、測定
素子１で計測し前述の制御回路１５ｂにて演算した空気
流量(Ｑ)とを入力し、メモリ１５ｃに予め記憶した図１
８(ｂ)に示した空気流量−吸気温度特性に基づいた補正
データを呼び出して、制御回路１５ｂのＣＰＵ部にて演
算処理することによって、吸気温度補正が可能となる。

【００３９】本実施例の吸気温度補正を適用した場合
は、図１８(ｂ)の矢印で示したようにほぼ流量誤差が零
とする(吸気温度が２５℃の基準に合わせる)ことができ
る。なお、メモリ１５ｃには、予め個々の熱式空気流量
計毎に、固有の吸気温度特性を記憶しておき、計測空気
流量(Ｑ)、吸気温度(Ｔａ)と補正値をマップとして記憶
しても、また、近似的な誤差関数として記憶しても本発
明の吸気温度補正が可能である。

【００４０】ところで、本実施例では、吸気温度(Ｔａ)
の計測に別個の独立した温度センサ４ｂを用いたが、
場合によっては温度センサ４ｂを設けずに、 温度補償
抵抗体４ａの抵抗値の変化から吸気温度(Ｔａ)を制御回
路１５ｂのＣＰＵ部にて演算処理することによって、吸
気温度(Ｔａ)を演算計測することが可能である。従って
この演算計測した吸気温度(Ｔａ)を利用した吸気温度補
正が可能である。また、本実施例では、製作上の利点か
ら、温度センサ４ｂ，２５を、発熱抵抗体３および温度
補償抵抗体４ａと同じ白金等の金属薄膜の抵抗体センサ
形態の構成としたが、温度検出の感度上の利点から、サ
ーミスタ、ダイオードまたはトランジスタ等の半導体セ
ンサ形態の構成としても可である。

【００４１】次に、本発明の第三実施例について説明す
る。図１９は、本発明による第三実施例の熱式空気流量
計用の測定素子１を示す平面図である。 本第三実施例
の図１６に示した第二実施例と異なる点は、第二実施例
が発熱抵抗体３に流れる加熱電流を流量信号とした直熱
型方式であったのに対して、第三実施例は、発熱抵抗体
２６の上下流に配置された測温抵抗体２７ａ，２７ｂの
温度差から流量および流れ方向を出力する図２１に示し
た従来例と同じ温度差検知型方式である点である。

【００４２】上記第三実施例の構成は、流量検出方式が
第二実施例と異なっているが、測定素子１上に、湿度セ
ンサ５、温度補償抵抗体４ａ、温度センサ２５，４ｂが
第二実施例と同じように形成されており、湿度(Ｈ)、支
持部温度(Ｔｗ)および吸気温度(Ｔａ)が制御回路１５ｂ
に入力されることから、第三実施例の測定素子１に関す
る空気流量−湿度特性、空気流量−支持部温度特性およ
び空気流量−吸気温度特性に関連した補正データをメモ
リ１５ｃに予め記憶しておくことにより、第二実施例と
同じく湿度補正、支持部温度補正および吸気温度補正が
可能となる。なお、第三実施例の発熱抵抗体等は、発熱
抵抗体２６、測温抵抗体２７ａ，２７ｂおよび／または
温度補償抵抗体４ａに該当する。

【００４３】次に、本発明の第四実施例について説明す
る。図２０は、本発明による第四実施例の熱式空気流量
計用の測定素子１を示す平面図である。
本第四実施例の図１６に示した第二実施例と異なる
点は、第二実施例が発熱抵抗体３自身で加熱、温度検知
する直熱型方式であったのに対して、第四実施例は発熱
抵抗体２６の近傍に配置された測温抵抗体２７により発
熱抵抗体２６の温度を検知する傍熱型方式である点であ
る。 この方式の流量計測では、 発熱抵抗体２６により
傍熱された測温抵抗体２７が温度補償抵抗体４ａの温度
より一定温度高くなるように設定され、この時に発熱抵
抗体２６の流れる加熱電流が空気流量となり制御回路１
５ｂへ出力される。

【００４４】上記第四実施例の構成は、流量検出方式が
第二実施例と異なっているが、測定素子１上に、湿度セ
ンサ５、温度補償抵抗体４ａ、温度センサ２５，４ｂが
第二実施例と同じように形成されており、湿度(Ｈ)、支
持部温度(Ｔｗ)および吸気温度(Ｔａ)が制御回路１５ｂ
に入力されることから、第四実施例の測定素子１の空気
流量−湿度特性、空気流量−支持部温度特性および空気
流量−吸気温度特性の補正データをメモリ１５ｃに予め
記憶しておくことにより、第二実施例と同じく湿度補
正、支持部温度補正および吸気温度補正が可能となる。
なお、第四実施例の発熱抵抗体等は、発熱抵抗体２６、
測温抵抗体２７および／または温度補償抵抗体４ａに該
当する。

【００４５】以上、第一、第二、第三および第四実施例
について説明したが、空気流量の検知方式が上記以外の
方法であっても、少なくとも発熱抵抗体３(または２６)
を有する検知方式であれば、湿度センサ５および／また
は温度センサ２５を、発熱抵抗体３と端子電極８間に形
成することにより、湿度(Ｈ)、支持部温度(Ｔｗ)および
吸気温度(Ｔａ)が制御回路１５ｂに入力されることか
ら、使用する測定素子１の空気流量−湿度特性、空気流
量−支持部温度特性および空気流量−吸気温度特性に関
連した補正データをメモリ１５ｃに予め記憶しておくこ
とにより、本実施例と同じように湿度補正、支持部温度
補正および吸気温度補正が可能となる。また、本実施例
では制御回路１５ｂとメモリ１５ｃが分離された構成と
なっているが、制御回路１５ｂにメモリ１５ｃが内臓さ
れた構成でも本発明の効果に変わりがないことは言うま
でもない。

【００４６】次に、本発明の熱式空気流量計用の測定素
子の具体例について、図１，２を参照して説明する。ま
ず、シリコン半導体基板２上に電気絶縁膜７ａとして二
酸化ケイ素、窒化ケイ素等を約０．５ミクロンの厚さで
熱酸化あるいはＣＶＤ等の方法で形成する。更に、発熱
抵抗体等としての発熱抵抗体３および温度補償抵抗体４
と，湿度センサ５を構成する電極１０ａ，１０ｂとを、
同じ基板上に約０．２ミクロンの厚さの白金でスパッタ
等の方法で形成した後、公知のホトリソグラフィ技術に
よりレジストを所定の形状に形成し、さらにイオンミリ
ング等の方法により白金をパターニングする。次に、端
子電極８を金メッキ等で形成した後、端子電極８以外の
部分を保護膜として電気絶縁体７ｂを先と同様に約０．
５ミクロンの厚さに形成する。最後に、シリコン基板２
の裏面より二酸化ケイ素等をマスク材として、異方性エ
ッチングすることにより空洞６を形成し、チップに切断
することにより測定素子１が得られる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、半導体基板２上に電気
絶縁膜７を介して少なくとも発熱抵抗体３及び温度補償
抵抗体４ａと，発熱抵抗体３と端子電極８間に湿度セン
サ５および温度センサ２５と，を形成した測定素子１
と、電流を供給するための駆動検出回路手段１５ａと、
測定素子１の空気流量信号を演算処理し出力する制御回
路１５ｂと、湿度センサ５および温度センサ２５から検
出される湿度および支持部温度に対応した補正データが
予め記憶されているメモリ１５ｃとから構成したことに
より、低コストで空気流量−湿度特性および空気流量−
支持部温度特性の優れた熱式空気流量計及び熱式空気流
量計用の測定素子が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第一実施例の熱式空気流量計用の
測定素子を示す平面図である。

【図２】図１の測定素子のＡ−Ａ’断面図である。

【図３】本発明による第１実施例の湿度センサを示す断
面図である。

【図４】本発明による一実施例の熱式空気流量計を示す
断面図である。

【図５】図４の測定素子部を示す拡大図である。

【図６】図５の測定素子部のＣ−Ｃ’断面図である。

【図７】本発明による熱式空気流量計を示すブロック構
成図である。

【図８】図７の熱式空気流量計の部分電気回路を示す図
である。

【図９】図１の湿度センサの等価電気回路を示す図であ
る。

【図１０】吸入空気の相対湿度と湿度センサの静電容量
の関係を示す図である。

【図１１】本発明の一実施例の熱式空気流量計の空気流
量−湿度特性を示す図である。

【図１２】本発明による第２実施例の湿度センサを示す
断面図である。

【図１３】本発明による第３実施例の湿度センサを示す
断面図である。

【図１４】本発明による他の実施例の測定素子部を示す
拡大図である。

【図１５】本発明による第４実施例の湿度センサを示す
断面図である。

【図１６】本発明による第二実施例の熱式空気流量計用
の測定素子を示す平面図である。

【図１７】図１６の測定素子を用いた熱式空気流量計の
測定素子部と、該測定素子部のＥ−Ｅ’線上の温度分布
とを示す図である。

【図１８】本発明による一実施例の支持部温度補正及び
吸気温度補正を示す図である。

【図１９】本発明による第三実施例の熱式空気流量計用
の測定素子を示す平面図である。

【図２０】本発明による第四実施例の熱式空気流量計用
の測定素子を示す平面図である。

【図２１】従来の熱式空気流量計用の測定素子の平面図
である。

【図２２】従来の熱式空気流量計のブロック構成図であ
る。

【符号の説明】

１…測定素子、２…半導体基板、２ａ…支持部、３，２
６，１０ｅ，１０ｆ…発熱抵抗体、４，４ａ…温度補償
抵抗体、４ｂ，２５…温度センサ、５…湿度センサ、
６，６ａ，６ｂ…空洞、７，７ａ，７ｂ…電気絶縁膜、
８，８ａ〜８ｎ，１６…端子電極、９…空気流、１０ａ
〜１０ｄ…電極、１１…膜、１２…吸気通路、１３…副
通路、１４…支持体、１４ａ…保護体、１５…外部回
路、１５ａ…駆動検出回路、１５ｂ…制御回路、１５ｃ
…メモリ、１７…金線、１８…熱式空気流量計、１９…
差動増幅器、２０…トランジスタ、２１…電源、２２
ａ，２２ｂ…抵抗、２３ａ，２３ｂ…ピエゾ抵抗、２４
…通気孔、２７，２７ａ，２７ｂ…測温抵抗体、２８
ａ，２８ｂ，２８ｃ…空洞、２９ａ，２９ｂ…橋。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】空気流量を計測するための発熱抵抗体等が
   形成された同じ基板上に形成した湿度センサを有する熱
   式空気流量計用の測定素子と、該測定素子に電流を供給
   し空気流量信号を検出する駆動検出回路と、該空気流量
   信号から空気流量を演算する制御回路と、空気流量−湿
   度特性の補正データを記憶しているメモリとを備え、 前記制御回路は、前記湿度センサを用いて検出した湿度
   と前記補正データとから、前記空気流量を補正すること
   を特徴とする熱式空気流量計。
2. 【請求項２】空気流量を計測するための発熱抵抗体等が
   形成された同じ基板上に形成した湿度センサと，前記基
   板が他の構成体に取付けられたときに伝わる熱の前記発
   熱抵抗体等への影響を表わす代表温度を検出する温度セ
   ンサとを有する熱式空気流量計用の測定素子と、 該測定素子に電流を供給し空気流量信号を検出する駆動
   検出回路と、該空気流量信号から空気流量を演算する制
   御回路と、空気流量−湿度特性および空気流量−支持部
   温度特性の補正データを記憶しているメモリとを含み、 前記制御回路は、前記湿度センサから得られた湿度と前
   記温度センサから得られた支持部温度と前記補正データ
   とから、前記空気流量を補正することを特徴とする熱式
   空気流量計。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２において、前記湿
   度センサは、空気流に直接晒されることを防止するため
   の通気孔を有する保護体により覆われていることを特徴
   とする熱式空気流量計。
4. 【請求項４】空気流量を計測するための発熱抵抗体が形
   成された同じ基板上の、前記発熱抵抗体が触れる空気の
   流線領域から外れた位置に、湿度センサを形成したこと
   を特徴とする熱式空気流量計用の測定素子。
5. 【請求項５】請求項４において、前記湿度センサは、通
   気孔を有する保護体により覆われていることを特徴とす
   る熱式空気流量計用の測定素子。