JPH1038653A - 流速検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、流速センサが故障しているのか否か
ということを流速の測定中に検出できるようにする流速
検出装置の提供を目的とする。 【解決手段】測温抵抗エレメントを使って、ヒータエレ
メントの上を移動する流体により引き起こされる熱移動
を検出することで流速を検出する構成を採るときにあっ
て、ヒータエレメントの加熱を一時的に停止させる構成
を採って、そのときに、測温抵抗エレメントから発生さ
れる検出信号が規定の値を示しているのか否かを見るこ
とにより、流速センサが故障しているのか否かを検出し
たり、ヒータエレメントの加熱温度を一時的に正規のも
のから変える構成を採って、そのときに、測温抵抗エレ
メントから発生される検出信号が規定の関係を示してい
るのか否かを見ることにより、流速センサが故障してい
るのか否かを検出するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヒータエレメント
と、そのヒータエレメント上を移動する流体により引き
起こされる熱移動により抵抗値を変化させる測温抵抗エ
レメントとで構成される流速センサを使って流体の流速
を検出する流速検出装置に関し、特に、流速の測定中
に、流速センサやその駆動回路が故障しているのか否か
ということを検出できるようにする流速検出装置に関す
る。

【０００２】流体の流速を測定する流速センサに対して
は、燃焼制御系等に使用される場合、非常に高い信頼性
が要求されることになる。これから、流速の測定中に、
流速センサが故障しているのか否かを検出できるように
する構成の構築が叫ばれている。

【０００３】

【従来の技術】本出願人は、特願平３-106528 号公報
で、ヒータエレメントと、そのヒータエレメント上を移
動する流体により引き起こされる熱移動により抵抗値を
変化させる測温抵抗エレメントとで構成される流速セン
サとして、高精度かつ高速応答を実現する微細加工ダイ
アフラム構成の流速センサを開示した。

【０００４】図１５（ａ）に、この微細加工ダイアフラ
ム構成の流速センサの一例の斜視図、図１５（ｂ）に、
その断面図を図示する。この図において、１は例えば単
結晶シリコンからなる約１.7ミリ角、厚さ約０.7ミリの
半導体基板であり、この半導体基板１の中央部には、異
方性エッチングにより空隙部２が形成されており、この
空隙部２の上部は、半導体基板１から空間的に隔離さ
れ、結果的に半導体基板１から熱的に絶縁されたダイア
フラム部３が形成されている。そして、このダイアフラ
ム部３の表面には、薄膜のヒータエレメント４と、それ
を挟む一対の薄膜の測温抵抗エレメント５,6とが形成さ
れ、更に、空隙部２の形成されていない半導体基板１の
表面には、薄膜の周囲温度測温抵抗エレメント７が形成
されている。

【０００５】このダイアフラム部３は、窒化シリコンや
酸化シリコンやポリイミド等のような絶縁性材料を使
い、例えば厚さ１ミクロン程度に形成されており、端部
からの熱伝導による損失は極めて小さく熱絶縁が実現さ
れている。ヒータエレメント４、測温抵抗エレメント
５,6、周囲温度測温抵抗エレメント７は、白金、ニッケ
ル、鉄・ニッケル合金、サーミスタ材料などの薄膜で作
られており、測温抵抗エレメント５,6及び周囲温度測温
抵抗エレメント７は、温度変化に応じて抵抗値が変化す
る特性を持つ。

【０００６】図１６に、この微細加工ダイアフラム構成
の流速センサの温度分布を示す。ヒータエレメント４の
加熱処理を司る制御回路は、ヒータエレメント４を、周
囲温度測温抵抗エレメント７で検出される周囲温度より
もある一定の温度差ｔhを持つ温度になるようにと加熱
する。このとき、流体が流れなければ、測温抵抗エレメ
ント5,6 の温度ｔ1,t2は、この図に示すようにほぼ等し
くなる。

【０００７】そして、例えば、測温抵抗エレメント５か
ら測温抵抗エレメント６の配設方向に流体が移動する
と、上流側の測温抵抗エレメント５は、冷却されてΔt1
だけ温度が下がり、下流側の測温抵抗エレメント６は、
熱移動により加熱されてΔt2だけ温度が上昇する。この
結果、測温抵抗エレメント５と測温抵抗エレメント６と
の間に温度差が生じ、これを受けて、測温抵抗エレメン
ト５,6を組み込んだホイーストンブリッジ回路等は、そ
の温度差により生ずる抵抗変化を電圧に変換することで
流体の流速に応じた電圧を出力する。

【０００８】このように構成される微細加工ダイアフラ
ム構成の流速センサは、熱絶縁された非常に薄いダイア
フラム部３を使って流速を検出することから、高感度
で、応答速度が速く、かつ低消費電力で流速を測定でき
るという特徴がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、このよ
うな微細加工ダイアフラム構成の流速センサを用いる場
合、その故障を検出する機能を持っていなかった。

【００１０】しかしながら、微細加工ダイアフラム構成
の流速センサの持つダイアフラム部３は、厚さが非常に
薄いため、ダスト等の付着により熱的性質が変わること
で、出力特性が当初のものとは異なるものとなってしま
ったり、誤った取り扱いや過大な風速への暴露によって
破損することが起こる。また、ヒータエレメント４や測
温抵抗エレメント5,6 や周囲温度測温抵抗エレメント７
は、微細パターンの薄膜でできており、過大電流や過大
電圧が印加された場合に焼損してしまう恐れがある。ま
た、電気的配線のために、電極部が露出した構造になっ
ているので、導電性異物の付着・堆積によって電極間が
短絡することで、ヒータエレメント４や測温抵抗エレメ
ント5,6 や周囲温度測温抵抗エレメント７が機能しなく
なる恐れがある。

【００１１】これから、微細加工ダイアフラム構成の流
速センサを実用化していくには、それが正常であるのか
否かということを検出できるようにする構成を構築して
いく必要がある。

【００１２】特に、高い安全性が要求される工業用燃焼
制御用途に用いる場合には、誤った検出信号による誤っ
た燃焼制御を防止するために、この流速センサの診断機
能を具備していくことが不可欠となる。しかるに、従来
技術では、このような技術的手段を持っていないことか
ら、流速センサの正常／異常の診断ができず、これがた
めに燃焼制御全体の信頼性を低下させてしまうという欠
点があった。

【００１３】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、ヒータエレメントと、そのヒータエレメント
上を移動する流体により引き起こされる熱移動により抵
抗値を変化させる測温抵抗エレメントとで構成される流
速センサを使って流体の流速を検出する構成を採るとき
にあって、流速の測定中に、流速センサやその駆動回路
が故障しているのか否かということを検出できるように
する新たな流速検出装置の提供を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の流速検出装置では、ヒータエレメントを回
路要素として有して、ヒータエレメントを加熱するヒー
タ加熱回路と、温度に応じて抵抗値を変化させる測温抵
抗エレメントを回路要素として有して、ヒータエレメン
ト上を移動する流体により引き起こされる熱移動を検出
するセンサ検出回路とを備える構成を採るときにあっ
て、ヒータ加熱回路に供給される駆動信号の供給・遮断
を制御するスイッチ手段と、このスイッチ手段を制御す
ることで、ヒータ加熱回路に供給される駆動信号を遮断
する制御手段と、この制御手段の制御動作に応答して出
力されるセンサ検出回路の出力値から、装置の正常異常
を判定する判定手段とを備える構成を採る。

【００１５】このように構成される本発明の流速検出装
置では、制御手段は、通常動作時には、スイッチ手段を
制御してヒータ加熱回路に駆動信号を供給することでヒ
ータエレメントを加熱し、これを受けて、センサ検出回
路は、流体の流速に応じた出力信号を出力する。

【００１６】そして、制御手段は、検査動作時には、ス
イッチ手段を制御してヒータ加熱回路への駆動信号の供
給を遮断することでヒータエレメントの加熱を停止し、
これを受けて、センサ検出回路は、流体が流れていない
ときに出力する出力信号を出力する。

【００１７】この制御手段の制御動作を受けて、判定手
段は、検査動作時に出力されるセンサ検出回路の出力値
が、流体の流れていないときの値を示しているのか否か
をチェックすることで、装置が正常であるのか否かを判
定する。

【００１８】このようにして、本発明の流速検出装置に
よれば、流速の測定中に、流速測定に用いるヒータエレ
メントや測温抵抗エレメントに故障が発生しているのか
否かを検出できるようになるとともに、ヒータ加熱回路
やセンサ検出回路に故障が発生しているのか否かを検出
できるようになるので、燃焼制御系のような高い信頼性
の要求される所にも適用できるようになる。

【００１９】この構成を採るときにあって、制御手段
は、電源が供給されるときに、それをトリガとして、シ
ーケンス動作に従ってスイッチ手段を遮断モードに制御
してから、通常動作時の状態である供給モードに設定す
るように処理することがあり、このときには、流速検出
装置の出力信号を受け取る装置側に判定手段を備える構
成を採ることが好ましい。

【００２０】この構成を採ると、流速検出装置と、流速
検出装置の出力信号を受け取る装置との間に、スイッチ
手段を制御するための制御線を設ける必要がないという
利点があるとともに、既に取り付けられている流速検出
装置に代えて、本発明の流速検出装置をそのまま取り付
けられるという利点がある。

【００２１】また、本発明の流速検出装置では、ヒータ
エレメントを回路要素として有して、ヒータエレメント
を加熱するヒータ加熱回路と、温度に応じて抵抗値を変
化させる測温抵抗エレメントを回路要素として有して、
ヒータエレメント上を移動する流体により引き起こされ
る熱移動を検出するセンサ検出回路とを備える構成を採
るときにあって、ヒータ加熱回路に設けられ、導通・非
導通動作して、ヒータ加熱回路の回路形態を変更する１
つ又は複数のスイッチ手段と、このスイッチ手段を制御
することで、ヒータエレメントの発熱温度を変更する制
御手段と、この制御手段の制御動作に応答して出力され
るセンサ検出回路の出力値から、装置の正常異常を判定
する判定手段とを備える構成を採る。

【００２２】このように構成される本発明の流速検出装
置では、制御手段は、通常動作時には、スイッチ手段を
制御してヒータ加熱回路の回路形態を正規のものにする
ことでヒータエレメントを正規の温度に加熱し、これを
受けて、センサ検出回路は、流体の流速に応じた出力信
号を出力する。

【００２３】そして、制御手段は、検査動作時には、ス
イッチ手段を制御してヒータ加熱回路の回路形態を正規
のものから変更することでヒータエレメントを正規のも
のとは異なる温度に加熱し、これを受けて、センサ検出
回路は、正規温度で出力していた出力値と正規温度と変
更温度とから特定される出力値を持つ出力信号を出力す
る。

【００２４】この制御手段の制御動作を受けて、判定手
段は、検査動作前に出力されていたセンサ検出回路の出
力値と、検査動作時に出力されるセンサ検出回路の出力
値とから、装置が正常であるのか否かを判定する。

【００２５】このようにして、本発明の流速検出装置に
よれば、流速の測定中に、流速測定に用いるヒータエレ
メントや測温抵抗エレメントに故障が発生しているのか
否かを検出できるようになるとともに、ヒータ加熱回路
やセンサ検出回路に故障が発生しているのか否かを検出
できるようになるので、燃焼制御系のような高い信頼性
の要求される所にも適用できるようになる。

【００２６】この構成を採るときにあって、制御手段
は、電源が供給されるときに、それをトリガとして、シ
ーケンス動作に従ってスイッチ手段を通常動作時とは異
なるモードに制御してから、通常動作時のモードに設定
するように処理することがあり、このときには、流速検
出装置の出力信号を受け取る装置側に判定手段を備える
構成を採ることが好ましい。

【００２７】この構成を採ると、流速検出装置と、流速
検出装置の出力信号を受け取る装置との間に、スイッチ
手段を制御するための制御線を設ける必要がないという
利点があるとともに、既に取り付けられている流速検出
装置に代えて、本発明の流速検出装置をそのまま取り付
けられるという利点がある。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態に従って本発明
を詳細に説明する。図１に、本発明を具備する流速検出
装置１０の装置構成を図示する。

【００２９】この図に示すように、本発明の流速検出装
置１０は、図１５に示した微細加工ダイアフラム構成で
構成されるヒータエレメント４／測温抵抗エレメント
５,6／周囲温度測温抵抗エレメント７を持つ流速センサ
２０と、ヒータエレメント４及び周囲温度測温抵抗エレ
メント７を回路要素として有して、ヒータエレメント４
の加熱処理を制御する発熱制御回路３０と、図２に示す
回路で構成されて、測温抵抗エレメント５,6の抵抗値に
応じた電圧を発生する温度差増幅回路４０と、例えばマ
イクロプロセッサで構成されて、ヒータエレメント４／
測温抵抗エレメント５,6／周囲温度測温抵抗エレメント
７の故障等を検出するセンサチェック機構５０とを備え
る。

【００３０】ここで、図２中に示す記号４１は差動アン
プであり、この温度差増幅回路４０の差動アンプ４１
は、ヒータエレメント４が加熱されていないときには０
Ｖの電圧を出力するように調整されている。

【００３１】図３に、発熱制御回路３０の一実施例を図
示する。この実施例の発熱制御回路３０は、ヒータエレ
メント４と固定抵抗Ｒ１の直列接続と、周囲温度測温抵
抗エレメント７と固定抵抗Ｒ２の直列接続とを並列に接
続することで構成されるホイーストンブリッジ回路と、
ホイーストンブリッジ回路の持つ２つの直列接続の中間
点の電位差を増幅するオペアンプＵ１と、オペアンプＵ
１の出力に応じてホイーストンブリッジ回路に供給する
電流量を制御するトランジスタＱ１と、トランジスタＱ
１のバイアス用電圧を発生する固定抵抗Ｒ３,4と、固定
抵抗Ｒ３と並列に設けられて、トランジスタＱ１のエミ
ッタとベースとを短絡するスイッチ３００とを備える。

【００３２】この構成に従って、図３に示す発熱制御回
路３０は、スイッチ３００が開動作するときには、トラ
ンジスタＱ１を介して、ホイーストンブリッジ回路に電
流が供給され、半導体基板１から熱的に絶縁されている
ヒータエレメント４は、温度上昇することでその抵抗値
ＲＨを増加させる。これに対して、ヒータエレメント４
から熱的に絶縁されている半導体基板１は温度上昇せ
ず、これから、半導体基板１に接している周囲温度測温
抵抗エレメント７は、その抵抗値ＲＲを変化させない。
従って、この発熱制御回路３０は、「ＲＨ×Ｒ２＝ＲＲ
×Ｒ１」になるところで安定する。

【００３３】このようにして、発熱制御回路３０は、ヒ
ータエレメント４の抵抗値ＲＨと、周囲温度測温抵抗エ
レメント７の抵抗値ＲＲとの比“ＲＨ／ＲＲ”が一定、
すなわち周囲温度に対するヒータエレメント４の温度上
昇が一定となるようにと、ヒータエレメント４の加熱を
制御する。

【００３４】一方、メインスイッチ３００が閉動作する
ときには、トランジスタＱ１のエミッタとベースとが短
絡するので、トランジスタＱ１がＯＦＦし、これによ
り、ヒータエレメント４は加熱されないことになる。

【００３５】図４に、発熱制御回路３０が図３の構成を
採る場合に、センサチェック機構５０の実行する処理フ
ローの一実施例を図示する。次に、この処理フローに従
って、本発明の実行する流速センサ２０のチェック処理
について説明する。

【００３６】センサチェック機構５０は、流速センサ２
０の検査要求があると、図４の処理フローに示すよう
に、先ず最初に、ステップ１で、スイッチ３００をＯＮ
することでトランジスタＱ１をＯＦＦさせて、ヒータエ
レメント４の加熱を停止させる。

【００３７】続いて、ステップ２で、規定時間が経過す
るのを待つことで、それまで加熱されていたヒータエレ
メント４が冷却するのを待つ。ヒータエレメント４は、
厚さ１ミクロン程度のダイアフラム部３に形成されてい
ることから、この冷却時間は数ｍｓ程度と極めて短い。

【００３８】ステップ２での処理に従って、ヒータエレ
メント４が非加熱状態の周囲温度まで冷却すると、続い
て、ステップ３で、温度差増幅回路４０の出力値を読み
取り、続くステップ４で、スイッチ３００をＯＦＦする
ことで検査要求前の状態に戻す。

【００３９】ヒータエレメント４が加熱されていないと
きには、流体の流れの有無にかかわらず、２つの測温抵
抗エレメント5,6 に温度差が生じないことから、温度差
増幅回路４０の出力値は本来の０Ｖを示すことになる。

【００４０】これから、続くステップ５で、ステップ３
で読み取った温度差増幅回路４０の出力値がほぼ０Ｖを
示すのか否かを判断して、０Ｖを示さないことを判断す
るときには、ステップ６に進んで、外部に対してセンサ
異常を出力し、０Ｖを示すことを判断するときには、ス
テップ７に進んで、外部に対してセンサ正常を出力す
る。

【００４１】このようにして、センサチェック機構５０
は、ヒータエレメント４の加熱を一時的に停止させる構
成を採って、そのときの温度差増幅回路４０の出力値か
ら、ヒータエレメント４の断線や、発熱制御回路３０の
動作不良や、温度差増幅回路４０の動作不良を検出する
のである。

【００４２】上述したように、流速センサ２０のダイア
フラム部３は熱的に絶縁された構造になっており、非常
に高感度であるために、ほんのわずかの気体の揺らぎで
も出力が変動してしまう。これから、ゼロ点出力の確認
が難しいという欠点があるが、センサチェック機構５０
の処理に従って、この出力ドリフトについてもチェック
できるようになる。

【００４３】図５に、発熱制御回路３０の他の実施例を
図示する。この実施例の発熱制御回路３０は、図３の実
施例の持つ周囲温度測温抵抗エレメント７と固定抵抗Ｒ
２の直列接続に代えて、周囲温度測温抵抗エレメント７
と固定抵抗Ｒ２と固定抵抗Ｒ２’と固定抵抗Ｒ２''の直
列接続を備えるとともに、固定抵抗Ｒ２と固定抵抗Ｒ
２’の接続点の電位をオペアンプＵ１に入力するメイン
スイッチ３０１と、周囲温度測温抵抗エレメント７と固
定抵抗Ｒ２''の接続点の電位をオペアンプＵ１に入力す
るスイッチ３０２と、固定抵抗Ｒ２’と固定抵抗Ｒ２''
の接続点の電位をオペアンプＵ１に入力するスイッチ３
０３とを備えることを特徴とする。ここで、メインスイ
ッチ３０１は、通常動作時には閉動作するように構成さ
れている。

【００４４】この構成に従って、図５に示す発熱制御回
路３０は、スイッチ３００が開動作するときにあって、
メインスイッチ３０１のみが閉動作するときには、「Ｒ
Ｈ×Ｒ２＝（ＲＲ＋Ｒ２’＋Ｒ２'') ×Ｒ１」になると
ころで安定し、スイッチ３０２のみが閉動作するときに
は、「ＲＨ×（Ｒ２＋Ｒ２’＋Ｒ２''）＝ＲＲ×Ｒ１」
になるところで安定し、スイッチ３０３のみが閉動作す
るときには、「ＲＨ×（Ｒ２＋Ｒ２')＝（ＲＲ＋Ｒ
２''）×Ｒ１」になるところで安定する。

【００４５】すなわち、メインスイッチ３０１のみが閉
動作するときには、ＲＨは最も高い抵抗値を示すところ
で安定し、従って、ヒータエレメント４は最も高い温度
に加熱され、スイッチ３０２のみが閉動作するときに
は、ＲＨは最も低い抵抗値を示すところで安定し、従っ
て、ヒータエレメント４は最も低い温度に加熱され、ス
イッチ３０３のみが閉動作するときには、ＲＨは中間の
抵抗値を示すところで安定し、従って、ヒータエレメン
ト４は中間の温度に加熱される。

【００４６】流速センサ２０が正常に動作しているとき
には、ヒータエレメント４の加熱温度と、温度差増幅回
路４０の出力値との間には比例関係が成立し、これか
ら、同一の流速であるならば、温度差増幅回路４０は、
メインスイッチ３０１のみが閉動作するときに最も大き
な電圧を出力し、スイッチ３０２のみが閉動作するとき
に最も小さな電圧を出力し、スイッチ３０３のみが閉動
作するときに中間の電圧を出力することになる。

【００４７】図６に、発熱制御回路３０が図５の構成を
採る場合に、センサチェック機構５０の実行する処理フ
ローの一実施例を図示する。次に、この処理フローに従
って、本発明の実行する流速センサ２０のチェック処理
について説明する。

【００４８】センサチェック機構５０は、通常に動作し
ているときにあって、流速に変化が発生していないとき
に流速センサ２０の検査要求があると、図６の処理フロ
ーに示すように、先ず最初に、ステップ１で、温度差増
幅回路４０の出力値を読み取る。上述したように、通常
動作時には、メインスイッチ３０１のみがＯＮしてお
り、このときの出力値は流速に応じた正規の値を示して
いる。

【００４９】続いて、ステップ２で、変数ｉに“１”を
セットし、続くステップ３で、変数ｉの指すスイッチの
みをＯＮする。変数ｉの値“１”はスイッチ３００を指
すことが定義されており、これから、このステップ３で
は、先ず最初に、スイッチ３００のみをＯＮするように
制御する。すなわち、ヒータエレメント４の加熱を停止
させるように制御する。

【００５０】続いて、ステップ４で、規定時間が経過す
るのを待つことで、ヒータエレメント４の温度が安定す
るのを待って、続くステップ５で、温度差増幅回路４０
の出力値を読み取る。正常状態であれば、上述したよう
に、この出力値は０Ｖを示すことになる。

【００５１】続いて、ステップ６で、変数ｉの値を１つ
インクリメントし、続くステップ７で、変数ｉの値が
“４”に到達したのか否かを判断して、到達していない
ことを判断するときには、ステップ３に戻っていくこと
で、ステップ３ないしステップ６の処理を繰り返してい
く。

【００５２】この繰り返し処理に従って、スイッチ３０
０のみをＯＮしたことに続けて、変数ｉの値“２”の指
すスイッチ３０２のみをＯＮすることで、ヒータエレメ
ント４を最も低い温度に加熱して、そのときの温度差増
幅回路４０の出力値を読み取り、それに続けて、変数ｉ
の値“３”の指すスイッチ３０３のみをＯＮすること
で、ヒータエレメント４を中間の温度に加熱して、その
ときの温度差増幅回路４０の出力値を読み取っていく。

【００５３】そして、ステップ７で、変数ｉの値が
“４”に到達したことを判断すると、ステップ８に進ん
で、メインスイッチ３０１のみをＯＮすることで、通常
の動作時の状態に戻す。

【００５４】続いて、ステップ９で、ステップ１で読み
取った出力値が０Ｖを示しているのか否かということ
と、ステップ５で読み取った出力値がヒータエレメント
４の加熱温度に応じた比例関係を示しているのか否かと
いうことを評価することで、流速センサ２０や発熱制御
回路３０や温度差増幅回路４０が正常であるのか否かを
検出し、続くステップ１０で、外部にその検出結果を出
力する。

【００５５】このようにして、センサチェック機構５０
は、図７に示すように、ヒータエレメント４の加熱を一
時的に停止させるとともに、ヒータエレメント４の加熱
を一時的に正規のものから変更する構成を採って、その
ときの温度差増幅回路４０の出力値から、ヒータエレメ
ント４の断線等や、発熱制御回路３０の動作不良や、温
度差増幅回路４０の動作不良を検出するのである。

【００５６】このセンサチェック機構５０のチェック処
理は、原則として、流体の流速が一定のときに行う必要
がある。この流速一定状態は、例えば、温度差増幅回路
４０の出力値の動きを監視したり、外部に設けられる流
体の流量調整弁の動きを監視することで検出できるもの
である。

【００５７】なお、ヒータエレメント４と測温抵抗エレ
メント５,6が、厚さ１ミクロン程度のダイアフラム部３
に形成されていることで極めて速い応答性を示すことか
ら、このチェック処理は極めて短い時間で実行すること
が可能である。これから、流速が一定でないときに実行
しても、かなり高い精度でもって、流速センサ２０や発
熱制御回路３０や温度差増幅回路４０のチェックを実行
できることになる。

【００５８】図８に、発熱制御回路３０の他の実施例を
図示する。この実施例の発熱制御回路３０は、図５の実
施例では、固定抵抗Ｒ２と固定抵抗Ｒ２’と固定抵抗Ｒ
２''を直列に接続する構成を採ることで、ヒータエレメ
ント４の加熱温度を変更する構成を採るのに対して、そ
れらを並列に接続するとともに、固定抵抗Ｒ２と固定抵
抗Ｒ２’の並列接続を実現するスイッチ３０４と、固定
抵抗Ｒ２と固定抵抗Ｒ２’と固定抵抗Ｒ２''の並列接続
を実現するスイッチ３０５とを備える構成を採っている
点にその違いがある。

【００５９】この構成に従い、スイッチ３０４をＯＮす
ることで、固定抵抗Ｒ２に代えて、その抵抗値よりも小
さな値を示す固定抵抗Ｒ２と固定抵抗Ｒ２’の合成抵抗
Ｒ２ｃを有効なものとする。これにより、「ＲＨ×Ｒ２
ｃ＝ＲＲ×Ｒ１」の関係式に従って、ＲＨを通常動作時
よりも高い抵抗値を示すところで安定させることで、ヒ
ータエレメント４を通常動作時よりも高い温度に加熱す
る。

【００６０】そして、スイッチ３０４及びスイッチ３０
５をＯＮすることで、固定抵抗Ｒ２に代えて、上述の合
成抵抗Ｒ２ｃよりも小さな値を示す固定抵抗Ｒ２と固定
抵抗Ｒ２’と固定抵抗Ｒ２''の合成抵抗Ｒ２ｄを有効な
ものとする。これにより、「ＲＨ×Ｒ２ｄ＝ＲＲ×Ｒ
１」の関係式に従って、ＲＨを更に高い抵抗値を示すと
ころで安定させることで、ヒータエレメント４を更に高
い温度に加熱するのである。

【００６１】この図８の実施例に従う場合、図５の実施
例で必要としていたメインスイッチ３０１に相当するも
のを必要としないという利点があるが、スイッチ３０４
／スイッチ３０５がホイーストンブリッジ回路に入り込
むことになるので、そのＯＮ抵抗の影響を受けるという
欠点がある。

【００６２】図５や図８に示した発熱制御回路３０で
は、周囲温度測温抵抗エレメント７を使って、ヒータエ
レメント４の加熱温度を周囲温度よりも規定温度高い温
度値に制御するという構成を採っているが、本発明はこ
のような構成を前提とするものではなくて、周囲温度測
温抵抗エレメント７を使わない場合にもそのまま適用で
きるものである。

【００６３】すなわち、例えば、図９に示すように、−
入力端子と出力端子とを短絡するオペアンプＵ１の出力
電圧を使って、ヒータエレメント４を定電圧で加熱する
構成を採るときには、そのオペアンプＵ１の＋入力端子
への入力電圧をスイッチを使って変更することにより、
ヒータエレメント４への印加電圧を変更することで本発
明を実現できることになる。なお、図中に示すスイッチ
３０６が、ヒータエレメント４の加熱を停止させるスイ
ッチとして機能する。

【００６４】また、例えば、図１０に示すように、−入
力端子と出力端子とを短絡するオペアンプＵ１と、その
オペアンプＵ１の出力電圧により制御されるトランジス
タＱ１とを使って、ヒータエレメント４を定電流で加熱
する構成を採るときには、そのオペアンプＵ１の＋入力
端子への入力電圧をスイッチを使って変更することによ
り、ヒータエレメント４への印加電流を変更することで
本発明を実現できることになる。なお、図中に示すスイ
ッチ３０７が、ヒータエレメント４の加熱を停止させる
スイッチとして機能する。

【００６５】図１１に、本発明を具備する流速検出装置
１０の他の装置構成を図示する。この装置構成では、セ
ンサチェック機構５０を流速検出装置１０の内部に展開
するのではなくて、流速検出装置１０を接続する燃焼制
御装置等のような本体装置１００に展開するとともに、
この構成を実現するために、流速検出装置１０の内部
に、ハードウェア回路やマイクロプロセッサ等により構
成されるタイマ機構６０を備える構成を採っている。

【００６６】この装置構成に従う場合、流速検出装置１
０と本体装置１００との間の信号線は、本発明を具備し
ない流速検出装置と同様に、電源ラインと、グランドラ
インと、温度差増幅回路４０の出力信号ラインとなるこ
とに特徴がある。これから、既に取り付けられている流
速検出装置の代わりに、本発明の流速検出装置１０をそ
のまま取り付けることができるようになる。

【００６７】図１２に、タイマ機構６０の実行する処理
フローの一実施例、図１３に、この構成に従う場合にセ
ンサチェック機構５０の実行する処理フローの一実施例
を図示する。ここで、この処理フローでは、発熱制御回
路３０が図５の構成を採っていることを想定している。

【００６８】次に、これらの処理フローに従って、本発
明の実行する流速センサ２０のチェック処理について説
明する。タイマ機構６０は、本体装置１００から電源供
給が開始されると、図１２の処理フローに示すように、
先ず最初に、ステップ１で、スイッチ３００のみを規定
時間ＯＮし、続いて、ステップ２で、スイッチ３０２の
みを規定時間ＯＮし、続いて、ステップ３で、スイッチ
３０３のみを規定時間ＯＮし、続いて、メインスイッチ
３０１のみをＯＮにして処理を終了する。

【００６９】このタイマ機構６０の処理に従って、図１
４に示すように、電源投入開始から規定時間の間は、ヒ
ータエレメント４が加熱されないことで、温度差増幅回
路４０から０Ｖの電圧が出力され、それに続けて、規定
時間の間は、ヒータエレメント４が最も低い温度で加熱
されることで、温度差増幅回路４０から小さな電圧が出
力され、それに続けて、規定時間の間は、ヒータエレメ
ント４が中間の温度で加熱されることで、温度差増幅回
路４０から中間の電圧が出力され、それに続けて、ヒー
タエレメント４が最も高い正規の温度で加熱されるよう
に設定されることで、温度差増幅回路４０から正規の大
きな電圧が出力されることになる。

【００７０】このタイマ機構６０の処理を受けて、セン
サチェック機構５０は、本体装置１００が流速検出装置
１０に対する電源供給を開始すると、図１３の処理フロ
ーに示すように、先ず最初に、ステップ１で、電源投入
から規定時間が経過するのを待って、その経過を確認す
ると、ステップ２に進んで、温度差増幅回路４０の出力
値を読み取ることで、図１４に示すＡ領域（スイッチ３
００のみがＯＮしている領域）の出力値を読み取る。

【００７１】続いて、ステップ３で、規定時間が経過す
るのを待って、その経過を確認すると、ステップ４に進
んで、温度差増幅回路４０の出力値を読み取ることで、
図１４に示すＢ領域（スイッチ３０２のみがＯＮしてい
る領域）の出力値を読み取る。

【００７２】続いて、ステップ５で、規定時間が経過す
るのを待って、その経過を確認すると、ステップ６に進
んで、温度差増幅回路４０の出力値を読み取ることで、
図１４に示すＣ領域（スイッチ３０３のみがＯＮしてい
る領域）の出力値を読み取る。

【００７３】続いて、ステップ７で、規定時間が経過す
るのを待って、その経過を確認すると、ステップ８に進
んで、温度差増幅回路４０の出力値を読み取ることで、
図１４に示すＤ領域（メインスイッチ３０１のみがＯＮ
している領域）の出力値を読み取る。

【００７４】続いて、ステップ９で、ステップ２で読み
取った出力値が０Ｖを示しているのか否かということ
と、ステップ４／ステップ６／ステップ８で読み取った
出力値がヒータエレメント４の加熱温度に応じた比例関
係を示しているのか否かということを評価することで、
流速センサ２０や発熱制御回路３０や温度差増幅回路４
０が正常であるのか否かを検出し、続くステップ１０
で、その検出結果を出力する。

【００７５】このようにして、図１１に示した装置構成
に従う場合には、流速検出装置１０は、本体装置１００
からの制御信号を受け取ることなく、電源投入時に、ヒ
ータエレメント４の加熱温度を時間とともに変化させて
いくことで、流速センサ２０や発熱制御回路３０や温度
差増幅回路４０のチェックに必要となる温度差増幅回路
４０の出力値を時系列的に出力する構成を採って、本体
装置１００に展開されるセンサチェック機構５０が、そ
の時系列データを使ってチェック処理を実行すること
で、流速検出装置１０と本体装置１００との間に新たな
信号線を要求することなくチェック処理を実現する構成
を採っている。

【００７６】なお、このチェック処理も、原則として、
流体の流速が一定のときに行う必要があるが、ヒータエ
レメント４と測温抵抗エレメント５,6が、厚さ１ミクロ
ン程度のダイアフラム部３に形成されていることで極め
て速い応答性を示すことから、極めて短い時間で実行す
ることが可能である。これから、流速が一定でないとき
に実行しても、かなり高い精度でもって、流速センサ２
０や発熱制御回路３０や温度差増幅回路４０のチェック
を実行できることになる。

【００７７】図示実施例に従って本発明を説明したが、
本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施
例では、ヒータエレメント４と測温抵抗エレメント５,6
が、半導体基板１上に形成される薄肉状のダイアフラム
部３に形成される流速センサ２０を想定したが、本発明
はこの構成の流速センサ２０にその適用が限られるもの
ではない。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒータエレメントと、そのヒータエレメント上を移動す
る流体により引き起こされる熱移動により抵抗値を変化
させる測温抵抗エレメントとで構成される流速センサを
使って流体の流速を検出する構成を採るときにあって、
流速の測定中に、その流速センサが故障しているのか否
かということを検出できるようになるとともに、その流
速センサの駆動回路が故障しているのか否かということ
を検出できるようになる。

【００７９】これから、燃焼制御系等のような劣悪な環
境で使用されるのにもかかわらず、高い信頼性が要求さ
れるようなシステムに対しても、この流速センサを使っ
て流体の流速を高精度かつ高速応答で測定できるように
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置構成図である。

【図２】温度差増幅回路の説明図である。

【図３】発熱制御回路の一実施例である。

【図４】センサチェック機構の実行する処理フローの一
実施例である。

【図５】発熱制御回路の他の実施例である。

【図６】センサチェック機構の実行する処理フローの一
実施例である。

【図７】実施例の動作説明図である。

【図８】発熱制御回路の他の実施例である。

【図９】発熱制御回路の他の実施例である。

【図１０】発熱制御回路の他の実施例である。

【図１１】本発明の他の装置構成図である。

【図１２】タイマ機構の実行する処理フローの一実施例
である。

【図１３】センサチェック機構の実行する処理フローの
一実施例である。

【図１４】実施例の動作説明図である。

【図１５】微細加工ダイアフラム構成の流速センサの説
明図である。

【図１６】微細加工ダイアフラム構成の流速センサの説
明図である。

【符号の説明】

４ ヒータエレメント ５ 測温抵抗エレメント ６ 測温抵抗エレメント ７ 周囲温度測温抵抗エレメント １０ 流速検出装置 ２０ 流速センサ ３０ 発熱制御回路 ４０ 温度差増幅回路 ５０ センサチェック機構

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヒータエレメントを回路要素として有し
   て、該ヒータエレメントを加熱するヒータ加熱回路と、
   温度に応じて抵抗値を変化させる測温抵抗エレメントを
   回路要素として有して、該ヒータエレメント上を移動す
   る流体により引き起こされる熱移動を検出するセンサ検
   出回路とを備える流速検出装置において、 上記ヒータ加熱回路に供給される駆動信号の供給・遮断
   を制御するスイッチ手段と、 上記スイッチ手段を制御することで、上記ヒータ加熱回
   路に供給される駆動信号を遮断する制御手段と、 上記制御手段の制御動作に応答して出力される上記セン
   サ検出回路の出力値から、装置の正常異常を判定する判
   定手段とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。
2. 【請求項２】 ヒータエレメントを回路要素として有し
   て、該ヒータエレメントを加熱するヒータ加熱回路と、
   温度に応じて抵抗値を変化させる測温抵抗エレメントを
   回路要素として有して、該ヒータエレメント上を移動す
   る流体により引き起こされる熱移動を検出するセンサ検
   出回路とを備える流速検出装置において、 上記ヒータ加熱回路に設けられ、導通・非導通動作し
   て、該ヒータ加熱回路の回路形態を変更する１つ又は複
   数のスイッチ手段と、 上記スイッチ手段を制御することで、ヒータエレメント
   の発熱温度を変更する制御手段と、 上記制御手段の制御動作に応答して出力される上記セン
   サ検出回路の出力値から、装置の正常異常を判定する判
   定手段とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の流速検出装置にお
   いて、 制御手段は、電源が供給されるときに、それをトリガと
   して、シーケンス動作に従ってスイッチ手段を制御して
   から、該スイッチ手段を通常動作時の状態に設定するよ
   う処理することを、 特徴とする流速検出装置。