JPH10206204A - Thermal flow sensor - Google Patents

Thermal flow sensor

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JPH10206204A
JPH10206204A JP9007951A JP795197A JPH10206204A JP H10206204 A JPH10206204 A JP H10206204A JP 9007951 A JP9007951 A JP 9007951A JP 795197 A JP795197 A JP 795197A JP H10206204 A JPH10206204 A JP H10206204A
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sensor
sensor element
bridge circuit
fluid
heat
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Yasuharu Oishi
安治 大石
Kazumitsu Nukui
一光 温井
Katsuto Sakai
克人 酒井
Hideo Kato
秀男 加藤
Shuichi Okada
修一 岡田
Yukio Kimura
幸雄 木村
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Osaka Gas Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
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Toho Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
Tokyo Gas Co Ltd
Azbil Corp
Toho Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の寿命を延すために流量測定の間隔を大
きくすると、配管内に圧力変動が生じて流量の変動が大
きい場合には、流量測定結果と実際の流量との差が大き
くなり測定精度が落ちる課題があった。 【解決手段】 センサ素子自身の発熱により一定の熱量
が与えられたときの流体の流速に応じた温度分布の変化
を検出する前記流体の上流側と下流側とに配置されたセ
ンサ素子と、該センサ素子の出力をもとに前記流体の流
速を検出する検出回路とを備える。
(57) [Summary] [Problem] When the interval of flow measurement is increased to extend the life of the battery, pressure fluctuation occurs in the piping and the fluctuation of the flow is large. There is a problem that the difference in the measurement becomes large and the measurement accuracy decreases. SOLUTION: A sensor element disposed upstream and downstream of the fluid for detecting a change in temperature distribution according to the flow velocity of the fluid when a constant amount of heat is given by heat generated by the sensor element itself; A detection circuit for detecting a flow rate of the fluid based on an output of the sensor element.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、与えられた一定
の熱量による温度分布の変化が流体の流速に応じて異な
ることを利用して前記流体の流速や流量を測定する熱式
流速センサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal type flow rate sensor for measuring the flow rate and flow rate of a fluid by utilizing the fact that a change in temperature distribution due to a given amount of heat differs according to the flow rate of the fluid. It is.

【0002】[0002]

【従来の技術】図4は、特願平6−304366号公報
に開示された従来の熱式流速センサの構成を示す回路図
であり、図において、41と42は流量測定の対象とな
る流体の上流側と下流側にそれぞれ配置されたセンサ抵
抗素子、51と52は基準抵抗素子である。センサ抵抗
素子41とセンサ抵抗素子42とは直列に接続され、ま
た基準抵抗素子51と基準抵抗素子52も直列に接続さ
れており、センサ抵抗素子41、42と基準抵抗素子5
1、52とによりブリッジが構成されている。50はこ
のブリッジ回路を示している。65はこのブリッジ回路
50へ一定の電流を供給する定電流源である。43はヒ
ータ抵抗、61はヒータ抵抗43へ一定の電流を供給す
る定電流源、62はスイッチング制御回路64により開
閉されるスイッチであり、ヒータ抵抗43へ一定の電流
を間欠供給する。64はスイッチ62の開閉を制御する
スイッチング信号63を出力するスイッチング制御回路
である。図5はセンサ抵抗素子41、42やヒータ抵抗
43が埋め込まれたセンサチップの構成を示す斜視図で
あり、ヒータ抵抗43は上流側と下流側にそれぞれ配置
されたセンサ抵抗素子41とセンサ抵抗素子42との中
央に配置されている。
2. Description of the Related Art FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional thermal flow sensor disclosed in Japanese Patent Application No. 6-304366. In the drawing, reference numerals 41 and 42 designate fluids to be subjected to flow rate measurement. And 51 and 52 are reference resistance elements respectively arranged on the upstream side and the downstream side of the sensor. The sensor resistance element 41 and the sensor resistance element 42 are connected in series, the reference resistance element 51 and the reference resistance element 52 are also connected in series, and the sensor resistance elements 41 and 42 and the reference resistance element 5 are connected.
A bridge is constituted by 1, 52. Reference numeral 50 denotes this bridge circuit. A constant current source 65 supplies a constant current to the bridge circuit 50. Reference numeral 43 denotes a heater resistor, 61 denotes a constant current source that supplies a constant current to the heater resistor 43, and 62 denotes a switch that is opened and closed by a switching control circuit 64, and supplies a constant current to the heater resistor 43 intermittently. A switching control circuit 64 outputs a switching signal 63 for controlling the opening and closing of the switch 62. FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of a sensor chip in which the sensor resistance elements 41 and 42 and the heater resistance 43 are embedded. The heater resistance 43 includes a sensor resistance element 41 and a sensor resistance element arranged on the upstream side and the downstream side, respectively. 42 and at the center.

【0003】53は差動増幅器であり、センサ抵抗素子
41とセンサ抵抗素子42との接続点aの電位と、基準
抵抗素子51と基準抵抗素子52との接続点bの電位と
の差を増幅して信号58を出力する。56は差動増幅器
53の出力をもとに流体の振動周波数を検出する周期検
出回路である。
A differential amplifier 53 amplifies a difference between a potential at a connection point a between the sensor resistance elements 41 and 42 and a potential at a connection point b between the reference resistance elements 51 and 52. Then, a signal 58 is output. Reference numeral 56 denotes a cycle detection circuit that detects the vibration frequency of the fluid based on the output of the differential amplifier 53.

【0004】次に動作について説明する。定電流源61
は、スイッチング信号63により開閉するスイッチ62
を介しヒータ抵抗43へ定電流を間欠供給する。このと
き、差動増幅器53の出力が流速検出に必要な最低限レ
ベル以上になるようにヒータ抵抗43の必要最小発熱量
を確保する。スイッチング信号63のデューティ比は、
この必要最小発熱量の確保に充分な値に設定する。ま
た、定電流の間欠供給の周期は、ヒータ抵抗43の熱時
定数の2倍以下とする。この結果、流量が零の場合、セ
ンサ抵抗素子41、42の抵抗値は等しくブリッジ回路
50は平衡し差動増幅器53の出力は零となる。流量増
大により、ヒータ抵抗43の発熱により与えられた熱量
による温度分布が変化してセンサ抵抗素子42の温度が
上昇しセンサ抵抗素子41の温度が下降すると、両抵抗
値に差が生じ、ブリッジ回路50のバランスがくずれて
a点とb点との間に電位差が生じる結果、差動増幅器5
3の出力は増大する。そして、この差動増幅器53の出
力をもとに周期検出回路56で流体の振動周波数を検出
する。
Next, the operation will be described. Constant current source 61
Is a switch 62 that is opened and closed by a switching signal 63
, A constant current is intermittently supplied to the heater resistor 43. At this time, the necessary minimum heat generation of the heater resistor 43 is ensured so that the output of the differential amplifier 53 is equal to or higher than the minimum level necessary for detecting the flow velocity. The duty ratio of the switching signal 63 is
The value is set to a value sufficient to secure the necessary minimum heat generation. Further, the period of the intermittent supply of the constant current is set to be equal to or less than twice the thermal time constant of the heater resistor 43. As a result, when the flow rate is zero, the resistance values of the sensor resistance elements 41 and 42 are equal, the bridge circuit 50 is balanced, and the output of the differential amplifier 53 becomes zero. When the flow rate increases, the temperature distribution due to the amount of heat given by the heat generated by the heater resistor 43 changes, and the temperature of the sensor resistor 42 increases and the temperature of the sensor resistor 41 decreases. As a result, the potential difference between the point a and the point b occurs, and the differential amplifier 5
The output of 3 increases. Then, the oscillation frequency of the fluid is detected by the cycle detection circuit 56 based on the output of the differential amplifier 53.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の熱式流速センサ
は以上のように構成されているので、ヒータ抵抗43で
消費する電流が大きく、定電流源61を電池で構成した
場合には容量の大きな電池を必要とすることになるが、
電池容量は使用する電池に応じて決っている。このた
め、電池の寿命を延す目的でヒータ抵抗43へ定電流を
間欠供給する際の繰り返し周期を長くする必要がある。
この結果、差動増幅器53や周期検出回路56で行うサ
ンプリング周期も長くする。このようにサンプリングの
間隔を大きくした場合には、1回のサンプリングで計測
する流体の体積が大きくなる。そして、配管内に圧力変
動が生じており流量の変度が大きい場合に、前記長いサ
ンプリング周期で行った流量測定結果を積算して配管内
の流量を決定すると実際の流量との差が大きくなり測定
精度が落ちる課題があった。
Since the conventional thermal flow sensor is constructed as described above, the current consumed by the heater resistor 43 is large, and when the constant current source 61 is constituted by a battery, the capacity is reduced. You will need a big battery,
Battery capacity is determined according to the battery used. For this reason, it is necessary to lengthen the repetition cycle when intermittently supplying a constant current to the heater resistor 43 in order to extend the life of the battery.
As a result, the sampling cycle performed by the differential amplifier 53 and the cycle detection circuit 56 is also lengthened. When the sampling interval is increased as described above, the volume of the fluid measured by one sampling increases. Then, when pressure fluctuations occur in the pipe and the variation of the flow rate is large, if the flow rate in the pipe is determined by integrating the flow rate measurement results performed in the long sampling cycle, the difference from the actual flow rate increases. There was a problem that measurement accuracy was reduced.

【0006】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、消費する電流を少なくすることで
測定のためのサンプリング周期を短くして、測定精度を
向上させた熱式流速センサを得ることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and a thermal type flow sensor having improved measurement accuracy by reducing a consumed current and thereby shortening a sampling cycle for measurement. The purpose is to obtain.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る熱式流速センサは、センサ素子自身の発熱により一定
の熱量が与えられたときの流体の流速に応じた温度分布
の変化を検出する前記流体の上流側と下流側とに配置さ
れたセンサ素子と、該センサ素子の出力をもとに前記流
体の流速を検出する検出回路とを備えるようにしたもの
である。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a thermal type flow velocity sensor for detecting a change in a temperature distribution according to a flow velocity of a fluid when a constant amount of heat is given by the heat generated by the sensor element itself. And a detection circuit for detecting the flow velocity of the fluid based on the output of the sensor element.

【0008】請求項2記載の発明に係る熱式流速センサ
は、センサ素子と接続されてブリッジ回路を構成する基
準抵抗素子と、前記センサ素子の抵抗値の変化により生
じる前記ブリッジ回路の不平衡出力を増幅して取り出す
ための差動増幅器と、該差動増幅器の出力をA−D変換
するためのA−D変換器とを有した検出回路を備えるよ
うにしたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a thermal flow velocity sensor, wherein a reference resistance element connected to a sensor element to form a bridge circuit, and an unbalanced output of the bridge circuit caused by a change in the resistance value of the sensor element. , And a detection circuit having an AD converter for A / D converting the output of the differential amplifier.

【0009】請求項3記載の発明に係る熱式流速センサ
は、センサ素子に電流を流した直後の流体の流速に応じ
た温度分布の変化についての第1の検出結果と、前記セ
ンサ素子に所定時間、電流を流したときの流体の流速に
応じた温度分布の変化についての第2の検出結果とを得
るための制御手段を備えるようにしたものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a thermal type flow velocity sensor, wherein a first detection result regarding a change in a temperature distribution according to a flow velocity of a fluid immediately after an electric current flows through the sensor element, and a predetermined detection result applied to the sensor element. A control means is provided for obtaining a second detection result on a change in temperature distribution according to the flow velocity of the fluid when an electric current flows for a time.

【0010】請求項4記載の発明に係る熱式流速センサ
は、ブリッジ回路へ電流を流すタイミングと、前記ブリ
ッジ回路へ電流を流した直後の第1の検出結果を得るた
めのA−D変換器による第1のサンプリングのタイミン
グと、前記ブリッジ回路へ所定時間流した電流を切る直
前の第2の検出結果を得るための前記A−D変換器によ
る第2のサンプリングのタイミングとを制御する制御手
段を備えるようにしたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a thermal flow velocity sensor, wherein an A / D converter is provided for obtaining a timing at which a current is supplied to the bridge circuit and a first detection result immediately after the current is supplied to the bridge circuit. Control means for controlling the timing of the first sampling by the A / D converter and the timing of the second sampling by the A / D converter for obtaining the second detection result immediately before cutting off the current flowing through the bridge circuit for a predetermined time. It is provided with.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態1.図1は、この発明の実施の形態1による
熱式流速センサの構成を示す回路ブロック図である。図
において、1と2はセンサ抵抗素子(センサ素子)であ
り、センサ抵抗素子1とセンサ抵抗素子2とは直列に接
続されている。3と4は基準抵抗素子(検出回路)であ
り、基準抵抗素子3と基準抵抗素子4も直列に接続され
ている。そして、センサ抵抗素子1、2と基準抵抗素子
3、4とによりブリッジ回路(検出回路)5が形成され
ている。6はブリッジ回路5を電源VBへ接続するため
のスイッチ(制御手段)であり、スイッチング信号S1
によりオン・オフが制御される。スイッチ6がオンの状
態にあるときには、ブリッジ回路5を電源VBへ接続す
る。7はブリッジ回路5のa点とb点との電位差を増幅
して出力する差動増幅器(検出回路)、8は差動増幅器
7の出力をサンプル・ホールドしてディジタルデータへ
変換して出力するA−D変換器(検出回路)である。9
は差動増幅器7およびA−D変換器8の電源である定電
圧回路、10は定電圧回路9による定電圧の発生を制御
するスイッチ(制御手段)である。このスイッチ10は
スイッチング信号S2によりオン・オフが制御される。
スイッチ10がオンの状態にあるときには、定電圧回路
9は安定した一定の電圧を発生し差動増幅器7およびA
−D変換器8へ電源として供給し、差動増幅器7および
A−D変換器8を動作させる。A−D変換器8では、こ
れにより差動増幅器7の出力をサンプリングするための
タイミングが決定される。11はスイッチング信号S1
とスイッチング信号S2とを出力するスイッチング制御
回路(制御手段)である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a thermal flow sensor according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, reference numerals 1 and 2 denote sensor resistance elements (sensor elements), and the sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 are connected in series. Reference numerals 3 and 4 are reference resistance elements (detection circuits), and the reference resistance elements 3 and 4 are also connected in series. The sensor resistance elements 1 and 2 and the reference resistance elements 3 and 4 form a bridge circuit (detection circuit) 5. Reference numeral 6 denotes a switch (control means) for connecting the bridge circuit 5 to the power supply VB, and a switching signal S1.
Controls on / off. When the switch 6 is on, the bridge circuit 5 is connected to the power supply VB. Reference numeral 7 denotes a differential amplifier (detection circuit) for amplifying and outputting the potential difference between the points a and b of the bridge circuit 5, and reference numeral 8 samples and holds the output of the differential amplifier 7, converts it to digital data, and outputs the digital data. An AD converter (detection circuit). 9
Reference numeral denotes a constant voltage circuit serving as a power supply for the differential amplifier 7 and the A / D converter 8, and reference numeral 10 denotes a switch (control means) for controlling generation of a constant voltage by the constant voltage circuit 9. The on / off of the switch 10 is controlled by a switching signal S2.
When the switch 10 is on, the constant voltage circuit 9 generates a stable and constant voltage, and the differential amplifier 7 and A
The power is supplied to the -D converter 8 to operate the differential amplifier 7 and the A / D converter 8. In the A / D converter 8, the timing for sampling the output of the differential amplifier 7 is thereby determined. 11 is a switching signal S1
And a switching control circuit (control means) for outputting a switching signal S2.

【0012】図3は、図5に示したセンサチップと同一
構成のセンサ抵抗素子1やセンサ抵抗素子2が埋め込ま
れているセンサチップである。
FIG. 3 shows a sensor chip in which a sensor resistor 1 and a sensor resistor 2 having the same structure as the sensor chip shown in FIG. 5 are embedded.

【0013】図2はスイッチング信号S1により制御さ
れるスイッチ6の動作、スイッチング信号S2により制
御されるスイッチ10の動作、A−D変換器8の動作を
示すタイミングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the switch 6 controlled by the switching signal S1, the operation of the switch 10 controlled by the switching signal S2, and the operation of the A / D converter 8.

【0014】次に動作について説明する。スイッチ10
は、スイッチング制御回路11により図2の(イ)に示
すサンプリング周期でオン・オフされる。スイッチ6
は、図2の(ロ)に示すように、スイッチ10がオンの
状態になってから所定の時間t1が経過した時点でオン
状態になり、その後時間t2が経過した時点でオフす
る。スイッチ10がオンの状態になることにより動作す
るA−D変換器8は、図2の(ハ)に示すサンプリング
動作を行い、図2の(ニ)のタイミングでA−D変換結
果を出力する。
Next, the operation will be described. Switch 10
Are turned on / off by the switching control circuit 11 at the sampling period shown in FIG. Switch 6
Is turned on when a predetermined time t1 has elapsed since the switch 10 was turned on, and turned off when a time t2 has elapsed thereafter, as shown in FIG. The A / D converter 8 that operates when the switch 10 is turned on performs the sampling operation illustrated in FIG. 2C and outputs the A / D conversion result at the timing illustrated in FIG. .

【0015】図3に示すセンサチップを、センサ抵抗素
子1が上流側に位置し、センサ抵抗素子2が下流側に位
置するように配管内へ固定した状態で、配管内の流体の
流速や流量の測定が行われる。スイッチング制御回路1
1は、図2の(イ)、(ロ)に示したシーケンスでスイ
ッチ6、スイッチ10のオン・オフを制御する。する
と、スイッチ10がオンの状態になってから時間t1が
経過した時点でスイッチ6がオンの状態になり、ブリッ
ジ回路5が電源VBへ接続され、センサ抵抗素子1やセ
ンサ抵抗素子2、基準抵抗素子3や基準抵抗素子4へ通
電が行われる。センサ抵抗素子1とセンサ抵抗素子2は
前記通電により発熱するが、A−D変換器8はセンサ抵
抗素子1やセンサ抵抗素子2へ通電が開始されると同時
に最初のサンプリング動作を行う。この最初のサンプリ
ング動作によりブリッジ回路5の点aと点bとの間の電
位差が増幅されて取り出される。しかし、この最初のサ
ンプリング動作では、センサ抵抗素子1とセンサ抵抗素
子2とで発生する発熱量はわずかであり、ブリッジ回路
5の点aと点bとの間の電位差は、流量に応じてほとん
ど変化しない仮想ゼロ流量出力としてA−D変換器8か
らディジタルデータP1として取り出される。
With the sensor chip shown in FIG. 3 fixed in the pipe so that the sensor resistance element 1 is located on the upstream side and the sensor resistance element 2 is located on the downstream side, the flow velocity and flow rate of the fluid in the pipe are Is measured. Switching control circuit 1
Reference numeral 1 controls on / off of the switches 6 and 10 in the sequence shown in FIGS. Then, when the time t1 has elapsed since the switch 10 was turned on, the switch 6 is turned on, the bridge circuit 5 is connected to the power supply VB, and the sensor resistance element 1, the sensor resistance element 2, the reference resistance Electric current is supplied to the element 3 and the reference resistance element 4. The sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 generate heat due to the energization, but the A / D converter 8 performs the first sampling operation at the same time as the energization of the sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 is started. By this first sampling operation, the potential difference between the point a and the point b of the bridge circuit 5 is amplified and taken out. However, in the first sampling operation, the amount of heat generated by the sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 is small, and the potential difference between the point a and the point b of the bridge circuit 5 is almost equal to the flow rate. The digital data P1 is extracted from the AD converter 8 as a virtual zero flow rate output that does not change.

【0016】A−D変換器8は、次のサンプリング動作
をスイッチ6がオフの状態になる直前に行う。このサン
プリング動作が行われるときには、センサ抵抗素子1お
よびセンサ抵抗素子2はほぼ時間t2の間行われてきた
通電により発熱している。この発熱によるセンサ抵抗素
子を含むセンサチップの温度分布は、流体の流量に応じ
て変化する。つまり、上流側にあるセンサ抵抗素子1は
もっぱら熱を奪われ、また下流側にあるセンサ抵抗素子
2は上流側にあるセンサ抵抗素子1で発生した発熱量に
より温められることで、センサ抵抗素子1とセンサ抵抗
素子2の抵抗値に差が生じる。この差はブリッジ回路5
の平衡を崩す方向に作用して点aと点bとの間の電位差
が生じ、差動増幅器7により増幅されて出力される。こ
の差動増幅器7の出力は、スイッチ6がオフの状態にな
る直前にA−D変換器8が行うこのサンプリング動作に
より、ディジタルデータP2に変換されて出力される。
The A / D converter 8 performs the next sampling operation immediately before the switch 6 is turned off. When this sampling operation is performed, the sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 generate heat due to energization that has been performed for approximately time t2. The temperature distribution of the sensor chip including the sensor resistance element due to the heat changes according to the flow rate of the fluid. That is, the sensor resistance element 1 on the upstream side is exclusively deprived of heat, and the sensor resistance element 2 on the downstream side is heated by the heat generated by the sensor resistance element 1 on the upstream side. And the resistance value of the sensor resistance element 2 is different. This difference is the bridge circuit 5
Acts in a direction to break the balance of the potential difference between the points a and b, and is amplified by the differential amplifier 7 and output. The output of the differential amplifier 7 is converted into digital data P2 and output by the sampling operation performed by the AD converter 8 immediately before the switch 6 is turned off.

【0017】A−D変換器8から出力されたディジタル
データは、ディジタルデータP2からディジタルデータ
P1を差し引くことでディジタルデータP2のオフセッ
トが補正され、スイッチ6がオフの状態になる直前に行
ったサンプリング動作時の配管内の流速に応じたディジ
タルデータとして検出される。
In the digital data output from the A / D converter 8, the offset of the digital data P2 is corrected by subtracting the digital data P1 from the digital data P2, and the sampling performed immediately before the switch 6 is turned off. It is detected as digital data corresponding to the flow velocity in the pipe during operation.

【0018】以上のように、この実施の形態1によれ
ば、配管内の流速に応じて変化する温度分布を得るため
の熱源をヒータ抵抗の発熱により実現するのではなく、
センサ抵抗素子1やセンサ抵抗素子2への通電によるセ
ンサ抵抗素子1、センサ抵抗素子2の自己加熱による熱
源を利用し、この熱源による温度分布の変化を検出する
ので、前記ヒータ抵抗加熱のための消費電流がなくな
り、限られた容量の電池を電源として使用した場合で
も、前記ヒータ抵抗加熱のための消費電流がなくなった
分、測定のためのサンプリング周期を短くして、測定精
度を向上できる効果がある。
As described above, according to the first embodiment, the heat source for obtaining the temperature distribution that changes according to the flow velocity in the pipe is not realized by the heat generated by the heater resistor.
Since a heat source by self-heating of the sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 by energizing the sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 is used and a change in a temperature distribution by the heat source is detected, the heat resistance for the heater resistance heating is detected. Even if there is no current consumption and a limited-capacity battery is used as a power supply, there is no current consumption for heating the heater resistance, so that the sampling cycle for measurement can be shortened and the measurement accuracy can be improved. There is.

【0019】また、A−D変換器8から出力されたディ
ジタルデータP2からディジタルデータP1を差し引く
ことでディジタルデータP2のオフセットを補正するの
で、流体温度、外気温度、さらにセンサ抵抗素子1、セ
ンサ抵抗素子2などへ通電を行った際に発熱量として現
われるセンサチップを含む熱特性にバラツキがあった
り、前記センサ抵抗素子1、センサ抵抗素子2を含むブ
リッジ回路5やA−D変換器8にオフセットが生じてい
ても、配管内の流量に応じた正確な測定結果を得ること
ができる。
Further, since the offset of the digital data P2 is corrected by subtracting the digital data P1 from the digital data P2 output from the AD converter 8, the fluid temperature, the outside air temperature, the sensor resistance element 1, the sensor resistance The thermal characteristics including the sensor chip appearing as the amount of heat generated when current is supplied to the element 2 and the like vary, and the bridge circuit 5 including the sensor resistance element 1 and the sensor resistance element 2 and the A / D converter 8 are offset. , An accurate measurement result corresponding to the flow rate in the pipe can be obtained.

【0020】[0020]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、センサ素子自身の発熱により一定の熱量が与えら
れたときの流体の流速に応じた温度分布の変化を、前記
流体の上流側と下流側とに配置されたセンサ素子により
検出し、その出力をもとに検出回路により前記流体の流
速を検出するように構成したので、一定の熱量をヒータ
抵抗の加熱により与える必要がなくなり、限られた容量
の電源を使用したときには前記ヒータ抵抗を加熱するた
めの消費電流がなくなった分、前記検出回路による検出
の繰り返し周期を短くすることが可能となり、配管内の
流体の流速が変動しても精度のよい流速や流量の測定を
行うことができる効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the change in the temperature distribution according to the flow velocity of the fluid when a certain amount of heat is given by the heat generated by the sensor element itself is determined. Since the detection circuit detects the flow rate of the fluid based on the output from the sensor elements disposed on the upstream side and the downstream side, it is necessary to apply a constant amount of heat by heating the heater resistor. When the power supply of a limited capacity is used, the current consumption for heating the heater resistance is reduced, and the repetition cycle of the detection by the detection circuit can be shortened. Even if it fluctuates, there is an effect that the flow velocity and the flow rate can be measured accurately.

【0021】請求項2記載の発明によれば、検出回路
は、センサ素子と接続されてブリッジ回路を構成する基
準抵抗素子と差動増幅器とA−D変換器とを備え、前記
センサ素子の抵抗値の変化により生じる前記ブリッジ回
路の不平衡出力を増幅して取り出し、その出力をA−D
変換する構成を備えたので、前記センサ素子自身の発熱
により一定の熱量が与えられたときの流体の流速に応じ
た温度分布の変化を、前記ブリッジ回路の出力として前
記差動増幅器と前記A−D変換器とにより感度良くディ
ジタルデータとして取り出し、精度のよい流速や流量の
測定を行うことができる効果がある。
According to the second aspect of the present invention, the detection circuit includes a reference resistance element connected to the sensor element to form a bridge circuit, a differential amplifier, and an AD converter. The unbalanced output of the bridge circuit caused by the change of the value is amplified and taken out, and the output is A-D
Since a conversion configuration is provided, a change in temperature distribution according to the flow rate of fluid when a certain amount of heat is given by the heat generated by the sensor element itself is used as the output of the bridge circuit, and the differential amplifier and the A- There is an effect that digital data can be extracted with high sensitivity by the D converter and the flow velocity and flow rate can be measured with high accuracy.

【0022】請求項3記載の発明によれば、センサ素子
に電流を流した直後の前記センサ素子自身の発熱による
熱量が与えられたときの流体の流速に応じた温度分布の
変化の第1の検出結果と、前記センサ素子に所定時間、
電流を流すことによる前記センサ素子自身の発熱により
一定の熱量が与えられたときの第2の検出結果とを得る
ための制御手段を備えるように構成したので、前記第1
の検出結果は前記センサ素子自身の発熱がほとんどない
状態での仮想ゼロ流量出力として扱うことが可能とな
り、前記第2の検出結果と前記第1の検出結果との差を
求めることで、流体の温度や外気温度、前記検出回路の
オフセットが流速の測定結果に与える影響を排除するこ
とができ、精度のよい流速の測定を行うことができる効
果がある。
According to the third aspect of the present invention, the first change in the temperature distribution according to the flow velocity of the fluid when the amount of heat due to the heat generated by the sensor element itself is given immediately after the current flows to the sensor element. A detection result and a predetermined time for the sensor element,
Since a control means for obtaining a second detection result when a certain amount of heat is given by the heat generation of the sensor element itself by flowing an electric current is provided, the first
Can be treated as a virtual zero flow output in a state where the sensor element itself generates little heat, and by calculating the difference between the second detection result and the first detection result, The effects of the temperature, the outside air temperature, and the offset of the detection circuit on the measurement result of the flow velocity can be eliminated, and there is an effect that the flow velocity can be measured with high accuracy.

【0023】請求項4記載の発明によれば、ブリッジ回
路へ電流を流すタイミングと、前記ブリッジ回路へ電流
を流した直後の第1の検出結果を得るためのA−D変換
器による第1のサンプリングのタイミングと、前記ブリ
ッジ回路へ所定時間流した電流を切る直前の第2の検出
結果を得るための前記A−D変換器による第2のサンプ
リングのタイミングとを制御する制御手段を備えるよう
に構成したので、前記第2のサンプリングが行われる直
前までに与えられた一定の熱量による温度分布の変化を
もとにした精度のよい流速の測定を、前記制御手段によ
る前記ブリッジ回路と前記A−D変換器の前記各タイミ
ングの制御により実現できる効果がある。
According to the fourth aspect of the present invention, the timing at which the current flows through the bridge circuit and the first timing by the AD converter for obtaining the first detection result immediately after the current flows through the bridge circuit are provided. Control means for controlling a sampling timing and a second sampling timing by the A / D converter for obtaining a second detection result immediately before cutting off a current flowing through the bridge circuit for a predetermined time is provided. With this configuration, accurate flow velocity measurement based on a change in temperature distribution due to a given amount of heat given immediately before the second sampling is performed is performed by the control unit using the bridge circuit and the A- There is an effect that can be realized by controlling the respective timings of the D converter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施の形態1による熱式流速センサ
の構成を示す回路ブロック図である。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of a thermal flow sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】この発明の実施の形態1による熱式流速センサ
の各部の動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 2 is a timing chart showing the operation of each part of the thermal flow sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

【図3】この発明の実施の形態1による熱式流速センサ
に用いられるセンサチップの構成を示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a sensor chip used in the thermal flow sensor according to Embodiment 1 of the present invention;

【図4】従来の熱式流速センサの構成を示す回路ブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a circuit block diagram illustrating a configuration of a conventional thermal flow sensor.

【図5】従来の熱式流速センサに用いられるセンサチッ
プの構成を示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a sensor chip used in a conventional thermal flow sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2 センサ抵抗素子(センサ素子) 3,4 基準抵抗素子(検出回路) 5 ブリッジ回路(検出回路) 6,10 スイッチ(制御手段) 7 差動増幅器(検出回路) 8 A−D変換器(検出回路) 11 スイッチング制御回路(制御手段) 1, 2 Sensor resistance element (sensor element) 3, 4 Reference resistance element (detection circuit) 5 Bridge circuit (detection circuit) 6, 10 Switch (control means) 7 Differential amplifier (detection circuit) 8 A-D converter ( Detection circuit) 11 Switching control circuit (Control means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 安治 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 山武ハ ネウエル株式会社内 (72)発明者 温井 一光 神奈川県藤沢市みその台9−10 (72)発明者 酒井 克人 千葉県印旛郡白井町七次台4−4−11 (72)発明者 加藤 秀男 埼玉県北葛飾郡栗橋町大字河原代959−2 108街区6−2 (72)発明者 岡田 修一 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 木村 幸雄 愛知県東海市新宝町507−2 東邦瓦斯株 式会社総合技術研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yasuharu Oishi 2-12-19 Shibuya, Shibuya-ku, Tokyo Yamatake-Ha-Newel Co., Ltd. (72) Inventor Ikko Itsui 9-10 Misonodai, Fujisawa-shi, Kanagawa ( 72) Inventor Katsuto Sakai 4-4-11 Shichidaidai, Shirai-cho, Inba-gun, Chiba Prefecture (72) Inventor Hideo Kato 959-2 Kawaharadai, Kurihashi-cho, Kita-katsushika-gun, Saitama Prefecture Shuichi Okada Osaka Gas Co., Ltd. 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi (72) Inventor Yukio Kimura 507-2 Shinhocho-cho, Tokai-shi, Aichi Prefecture Toho Gas Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 センサ素子自身の発熱により一定の熱量
が与えられたときの流体の流速に応じた温度分布の変化
を検出する前記流体の上流側と下流側とに配置されたセ
ンサ素子と、該センサ素子の出力をもとに前記流体の流
速を検出する検出回路とを備えた熱式流速センサ。
1. A sensor element disposed upstream and downstream of a fluid for detecting a change in temperature distribution according to a flow velocity of the fluid when a constant amount of heat is given by heat generated by the sensor element itself; A thermal flow sensor comprising: a detection circuit that detects a flow velocity of the fluid based on an output of the sensor element.
【請求項2】 検出回路は、センサ素子と接続されてブ
リッジ回路を構成する基準抵抗素子と、前記センサ素子
の抵抗値の変化により生じる前記ブリッジ回路の不平衡
出力を増幅して取り出すための差動増幅器と、該差動増
幅器の出力をA−D変換するためのA−D変換器とを備
えていることを特徴とする請求項1記載の熱式流速セン
サ。
2. A detection circuit, comprising: a reference resistance element connected to a sensor element to form a bridge circuit; and a difference for amplifying and extracting an unbalanced output of the bridge circuit caused by a change in the resistance value of the sensor element. The thermal flow sensor according to claim 1, further comprising a dynamic amplifier and an AD converter for AD-converting an output of the differential amplifier.
【請求項3】 センサ素子に電流を流した直後の前記セ
ンサ素子自身の発熱による熱量が与えられたときの流体
の流速に応じた温度分布の変化の第1の検出結果と、前
記センサ素子に所定時間、電流を流すことによる前記セ
ンサ素子自身の発熱により一定の熱量が与えられたとき
の第2の検出結果とを得るための制御手段を備えている
ことを特徴とする請求項2記載の熱式流速センサ。
3. A first detection result of a change in a temperature distribution according to a flow rate of a fluid when a calorific value due to heat generation of the sensor element itself is given immediately after a current flows to the sensor element, and 3. The control device according to claim 2, further comprising a control unit for obtaining a second detection result when a predetermined amount of heat is given by heat generation of the sensor element itself by flowing a current for a predetermined time. Thermal flow sensor.
【請求項4】 制御手段は、ブリッジ回路へ電流を流す
タイミングと、前記ブリッジ回路へ電流を流した直後の
第1の検出結果を得るためのA−D変換器による第1の
サンプリングのタイミングと、前記ブリッジ回路へ所定
時間流した電流を切る直前の第2の検出結果を得るため
の前記A−D変換器による第2のサンプリングのタイミ
ングとを制御することを特徴とする請求項3記載の熱式
流速センサ。
4. The controller according to claim 1, further comprising: a timing for flowing a current to the bridge circuit; and a timing for a first sampling by an AD converter for obtaining a first detection result immediately after flowing the current to the bridge circuit. 4. The method according to claim 3, further comprising controlling a timing of a second sampling by the A / D converter for obtaining a second detection result immediately before cutting off a current flowing through the bridge circuit for a predetermined time. Thermal flow sensor.
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