JPS60220819A - カルマン渦式流量センサ - Google Patents
カルマン渦式流量センサInfo
- Publication number
- JPS60220819A JPS60220819A JP59078231A JP7823184A JPS60220819A JP S60220819 A JPS60220819 A JP S60220819A JP 59078231 A JP59078231 A JP 59078231A JP 7823184 A JP7823184 A JP 7823184A JP S60220819 A JPS60220819 A JP S60220819A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pressure
- vortex
- sensor
- flow rate
- generation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
- G01F1/20—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
- G01F1/32—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
- G01F1/325—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl
- G01F1/3259—Means for detecting quantities used as proxy variables for swirl for detecting fluid pressure oscillations
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は、エンジンの吸入空気量センサ等として利用さ
れるカルマン渦式流量センサに関し、特に渦発生に伴う
圧力変化を直接圧力センサで検出しようとするものであ
る。
れるカルマン渦式流量センサに関し、特に渦発生に伴う
圧力変化を直接圧力センサで検出しようとするものであ
る。
従来技術と問題点
自動車のエンジン制御には空燃比制御や点火時期制御な
どがあるが、これらの制御にはエンジンの吸入空気量の
検出が不可欠である。従来の吸入空気量センサはフラッ
プ式のものが多いが、性能の不充分さ、構造の複雑性（
可動部を有する）、コストの面から最近では次第に他の
方式に変りつつある。その１つがカルマン渦式流量セン
サである。
どがあるが、これらの制御にはエンジンの吸入空気量の
検出が不可欠である。従来の吸入空気量センサはフラッ
プ式のものが多いが、性能の不充分さ、構造の複雑性（
可動部を有する）、コストの面から最近では次第に他の
方式に変りつつある。その１つがカルマン渦式流量セン
サである。
このセンサは計測範囲の広さ、応答速度の速さおよび構
造の簡単さにおいてフラップ式のセンサより優れている
。
造の簡単さにおいてフラップ式のセンサより優れている
。
しかしながら、従来のカルマン渦式流量センサは、第１
図に示すように空気Ａの吸入管ｌ内に渦発生体２を配設
し、これにより発生した空気の渦Ｗの周波数を、（１）
超音波で計測するか、（２）光学的に計測しているので
、（１１の方式では超音波送・受信器３，４を用いるた
めに高価となる上、寸法が大となり、また回路構成が複
雑で高価な発振回路、検波回路等の信号処理回路が必要
となる欠点がある。さらには超音波送・受信器３．４が
温度特性を持つ難点もある。これに比べ（２）の光学式
は使い易さがあるが、検出器の汚れによって検出感度が
変動する欠点がある。
図に示すように空気Ａの吸入管ｌ内に渦発生体２を配設
し、これにより発生した空気の渦Ｗの周波数を、（１）
超音波で計測するか、（２）光学的に計測しているので
、（１１の方式では超音波送・受信器３，４を用いるた
めに高価となる上、寸法が大となり、また回路構成が複
雑で高価な発振回路、検波回路等の信号処理回路が必要
となる欠点がある。さらには超音波送・受信器３．４が
温度特性を持つ難点もある。これに比べ（２）の光学式
は使い易さがあるが、検出器の汚れによって検出感度が
変動する欠点がある。
発明の目的
本発明は、渦発生周波数には渦発生周波数と同期した圧
力脈動（変化）が発生する点に着目し、これを半導体圧
力センサで直接検出することで流量検出しようとするも
のである。
力脈動（変化）が発生する点に着目し、これを半導体圧
力センサで直接検出することで流量検出しようとするも
のである。
発明の構成
本発明は、気体を通過させる管内に渦発生体を配置して
該気体の渦の発生周波数から該気体の流量を検知するカ
ルマン渦式流量センサにおいて、該渦発生体に２つの圧
力導管部を形成し、且つ該２つの圧力導管部が連通する
部分を半導体圧力センサで閉塞して該センサにより渦発
生に伴う圧力脈動を検出するようにしてなることを特徴
とするが、以下図示の実施例を説明しながらこれを詳細
に説明する。
該気体の渦の発生周波数から該気体の流量を検知するカ
ルマン渦式流量センサにおいて、該渦発生体に２つの圧
力導管部を形成し、且つ該２つの圧力導管部が連通する
部分を半導体圧力センサで閉塞して該センサにより渦発
生に伴う圧力脈動を検出するようにしてなることを特徴
とするが、以下図示の実施例を説明しながらこれを詳細
に説明する。
発明の実施例
第２図＋ａｌ （ｂｌは本発明の一実施例を示す断面図
で、（ｂ）はｔａ）のＸ−Ｘでの縦断面である。本例の
カルマン渦式流量センサは、吸入管ｌ内に配設される渦
発生体２の２つの側面に圧力導管５．６を形成して、こ
れら導管５．６の連通する部分を遮閉するように半導体
ピエゾ抵抗素子（圧力センサ）１０を取付けたものであ
る。このピエゾ抵抗素子１０は、シリコン等の半導体に
機械的な歪を加えると電気抵抗が変化する所謂ピエゾ抵
抗効果を利用したもので、例えば第３図に示す構造を有
する。同図＋８） （ｂ）はその平面図および断面図を
示し、同図（Ｃ）はその等価回路を示す。これらの図で
１１は例えばｎ型のシリコン基板で、その底部から周辺
を残してエツチングされることによりダメヤフラム部１
１ａが形成され、さらに基板１１０表面にｐ型不純物が
選択的に拡散されて抵抗部Ｒ１〜Ｒ４が形成されている
。１２８〜１２ｄは同じ（ｐ型の拡散領域であるが不純
物濃度は高く、抵抗Ｒ１とＲ２、抵抗Ｒ２とＲ３・・・
・・・の間をそれぞれ接続するリード部となっている。
で、（ｂ）はｔａ）のＸ−Ｘでの縦断面である。本例の
カルマン渦式流量センサは、吸入管ｌ内に配設される渦
発生体２の２つの側面に圧力導管５．６を形成して、こ
れら導管５．６の連通する部分を遮閉するように半導体
ピエゾ抵抗素子（圧力センサ）１０を取付けたものであ
る。このピエゾ抵抗素子１０は、シリコン等の半導体に
機械的な歪を加えると電気抵抗が変化する所謂ピエゾ抵
抗効果を利用したもので、例えば第３図に示す構造を有
する。同図＋８） （ｂ）はその平面図および断面図を
示し、同図（Ｃ）はその等価回路を示す。これらの図で
１１は例えばｎ型のシリコン基板で、その底部から周辺
を残してエツチングされることによりダメヤフラム部１
１ａが形成され、さらに基板１１０表面にｐ型不純物が
選択的に拡散されて抵抗部Ｒ１〜Ｒ４が形成されている
。１２８〜１２ｄは同じ（ｐ型の拡散領域であるが不純
物濃度は高く、抵抗Ｒ１とＲ２、抵抗Ｒ２とＲ３・・・
・・・の間をそれぞれ接続するリード部となっている。
このリード部１２８〜１２ｄの外側角部には電極１３８
〜１３ｄが設けられ、これが外部リード線に対する端子
部となる。
〜１３ｄが設けられ、これが外部リード線に対する端子
部となる。
更に電極１３ａ〜１３ｄを除くウニ八表面はシリコン酸
化膜１４で覆われている。
化膜１４で覆われている。
上記構成で結晶面と結晶軸を適当に選ぶと、異なる２つ
の方向に対するキャリアの移動度を、その変化量が同じ
大きさで且つ符号（増減方向）だけが異なるように設定
できる。第３図の例ではＲＲ３対とＲ２，Ｒ４（特にそ
のコ字型の底辺部）対とは直交して設けられ、この結果
ＲＩ、Ｒ３対の抵抗値が歪の増加に対応して増加する場
合には、Ｒ２，Ｒ４対の抵抗値は減少する。このピエゾ
抵抗素子１０を２つの圧力導管５，６の連通部に配置す
ると、該素子１０の抵抗値は２つの導管５゜６の圧力差
に応じて変化する。この場合、圧力差は渦発生に伴なう
周波数で脈動しているので、その極性は＋、−が交互に
入れ換わる。なお、ここでは圧力差の値そのものは必要
でなく、差の有無だけが検出対象となる。
の方向に対するキャリアの移動度を、その変化量が同じ
大きさで且つ符号（増減方向）だけが異なるように設定
できる。第３図の例ではＲＲ３対とＲ２，Ｒ４（特にそ
のコ字型の底辺部）対とは直交して設けられ、この結果
ＲＩ、Ｒ３対の抵抗値が歪の増加に対応して増加する場
合には、Ｒ２，Ｒ４対の抵抗値は減少する。このピエゾ
抵抗素子１０を２つの圧力導管５，６の連通部に配置す
ると、該素子１０の抵抗値は２つの導管５゜６の圧力差
に応じて変化する。この場合、圧力差は渦発生に伴なう
周波数で脈動しているので、その極性は＋、−が交互に
入れ換わる。なお、ここでは圧力差の値そのものは必要
でなく、差の有無だけが検出対象となる。
第４図は上述したカルマン渦式流量センサの出力を処理
する回路例で、第５図はその信号波形である。ピエゾ抵
抗素子１０の出力（電流源！から電流を流して電圧値と
する）はオペアンプ７の入力ｏｐｔとなり、ここで渦発
生に伴う圧力脈動が抽出される。ＯＰｏがオペアンプ７
の出力で、これをコンパレータ８に入力して基準電圧ｖ
Ｒと比較することにより波形整形された出力ｖ圓↑が得
られる。この出力パルスｖ田Ｔの周波数は渦Ｗの発生周
波数に対応しているので、これにより空気Ａの吸入量を
算出できる。
する回路例で、第５図はその信号波形である。ピエゾ抵
抗素子１０の出力（電流源！から電流を流して電圧値と
する）はオペアンプ７の入力ｏｐｔとなり、ここで渦発
生に伴う圧力脈動が抽出される。ＯＰｏがオペアンプ７
の出力で、これをコンパレータ８に入力して基準電圧ｖ
Ｒと比較することにより波形整形された出力ｖ圓↑が得
られる。この出力パルスｖ田Ｔの周波数は渦Ｗの発生周
波数に対応しているので、これにより空気Ａの吸入量を
算出できる。
尚、第２図中）では素子１０の周囲に差圧室９を構成す
ることで素子１０の変化を大きくし、流量センサとして
の感度を向上させている。しかし、この素子１０は圧力
差の有無を測定するだけでよいので、圧力差の大小まで
を検出する通常の計測精度は必要なく、その分製造コス
トを低下させ得る。
ることで素子１０の変化を大きくし、流量センサとして
の感度を向上させている。しかし、この素子１０は圧力
差の有無を測定するだけでよいので、圧力差の大小まで
を検出する通常の計測精度は必要なく、その分製造コス
トを低下させ得る。
発明の効果
以上述べた本発明のカルマン渦式流量センサには次の利
点がある。■特性の合わせごみの必要のない簡素な圧力
センサと安価な回路構成および渦発生体で吸入空気量セ
ンサが構成できる。０７５７１式のような可動部分がな
いので信頼性が高い。
点がある。■特性の合わせごみの必要のない簡素な圧力
センサと安価な回路構成および渦発生体で吸入空気量セ
ンサが構成できる。０７５７１式のような可動部分がな
いので信頼性が高い。
■圧力歪を充分検出できる感圧素子であれば直線性、出
力特性の温度特性、電圧特性は渦周波数の計測に関係し
ない。■またオペアンプの＋、−人力のバイアス点がズ
していても周波数計測の点からは不都合を生じない。■
半導体圧力センサは自動車用に使用されており、５ＩＯ
２膜等によるパシベーション技術により耐ガス性等の品
質面での安定性には実績がある。
力特性の温度特性、電圧特性は渦周波数の計測に関係し
ない。■またオペアンプの＋、−人力のバイアス点がズ
していても周波数計測の点からは不都合を生じない。■
半導体圧力センサは自動車用に使用されており、５ＩＯ
２膜等によるパシベーション技術により耐ガス性等の品
質面での安定性には実績がある。
第１図は従来のカルマン渦式流量センサの一例を示す概
略構成図、第２図は本発明の一実施例を示す断面図、第
３図はピエゾ抵抗素子（半導体圧力センサ）の説明図、
第４図は本発明のカルマン渦式流量センサの信号処理回
路の構成図、第５図はその信号波形図である。 図中、１は空気吸入管、２は渦発生体、５．６は圧力導
管、９は差圧室、１０は半導体圧力センサである。 出 願 人 富士通テン株式会社（ほか１名）代理人弁
理士 青 柳 稔 第１図 第２図
略構成図、第２図は本発明の一実施例を示す断面図、第
３図はピエゾ抵抗素子（半導体圧力センサ）の説明図、
第４図は本発明のカルマン渦式流量センサの信号処理回
路の構成図、第５図はその信号波形図である。 図中、１は空気吸入管、２は渦発生体、５．６は圧力導
管、９は差圧室、１０は半導体圧力センサである。 出 願 人 富士通テン株式会社（ほか１名）代理人弁
理士 青 柳 稔 第１図 第２図
Claims (1)
- 気体を通過させる管内に渦発生体を配置して該気体の渦
の発生周波数から該気体の流量を検知するカルマン渦式
流量センサにおいて、該渦発生体に２つの圧力導管部を
形成し、且つ該２つの圧力導管部が連通ずる部分を半導
体圧力センサで閉塞して該センサにより渦発生に伴う圧
力脈動を検出するようにしてなることを特徴とするカル
マン渦式流量センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59078231A JPS60220819A (ja) | 1984-04-18 | 1984-04-18 | カルマン渦式流量センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59078231A JPS60220819A (ja) | 1984-04-18 | 1984-04-18 | カルマン渦式流量センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60220819A true JPS60220819A (ja) | 1985-11-05 |
Family
ID=13656268
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59078231A Pending JPS60220819A (ja) | 1984-04-18 | 1984-04-18 | カルマン渦式流量センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60220819A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02624U (ja) * | 1988-06-14 | 1990-01-05 |
-
1984
- 1984-04-18 JP JP59078231A patent/JPS60220819A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02624U (ja) * | 1988-06-14 | 1990-01-05 |
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