JPS63134920A - 流量測定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、特許請求の範囲第１項の上位概念に記載の流
れる媒体の流量測定装置から出発している。

従来の技術 米国特許第４３９９６９７号明細書から既に、支持板上
に膜として形成されている２つの抵抗を有し、そのうし
第１膜が加熱抵抗として用いられかつ支持板上に直接固
定されており、−力筒２の膜が温度に依存する測定抵抗
として形成されておりかつ電気的に絶縁性の層を中間介
挿して第１膜上に破着されている、装置が公知である。

加熱抵抗及び測定抵抗を分離する絶縁層は、加熱抵抗か
ら測定抵抗への申し分のない熱伝導が可能である程度に
薄い。流量が変化すると測定抵抗及び支持板の表面への
熱伝導が変化しかつ、測定抵抗は温度に依存するので、
測定抵抗の電気抵抗の変化を来す。これにより測定回路
は不平衡になり、それは加熱抵抗におけろ加熱電流の変
化により補償される。流れる媒体の流量に対する尺度と
して加熱抵抗に供給されろ電力が用いられる。別の支持
板に設けられている付加的な温度に依存する抵抗が、媒
体の温度の補償のために用いられる。

発明か解決しようとする問題点 この公知の装置において不都合なのは、測定すべき媒体
に対流的に放出される熱の流れが検出されるのみならず
、熱伝導により支持板から支持板の保持体に移動する熱
の流れも検出されることである。支持板は抵抗に比べて
大きな熱容量を有することが可能なので、この種の所望
しない熱伝導により測定装置の必要な作動温度に達する
までの投入接続過程が遅延されると同時に、流れる媒体
の流量の変化に対する応答が緩慢になる。定常的な温度
分布に相応する温度分布の整合乃至再形成は所定の時間
が経過してやっと行われる。この原因となるのは、支持
板の加熱される領域と加熱されない領域との間の移行箇
所での温度勾配が大きいことである。大きな温度勾配を
有するこのような箇所では側方からの熱放出が特に顕著
である。その理由は、熱は周知のように温度勾配が低く
なっていく方向において流れるからである。温度補償の
時間の間、加熱抵抗に供給される電気エネルギは、流れ
る媒体の流量に対する尺度としては誤ってしか評価され
ない。従ってこの公知の装置を内燃機関における吸気量
を検出するために使用した場合、燃料空気混合気の整合
の際に時々不精確を来すことになる。

この公知の装置はその他に、非常に汚れ易いという欠点
を有する。というのは装置を内燃機関の吸気管に使用し
た場合、吸気管大気から成る汚れ粒子が測定抵抗の曲縁
に沈着しかつ作動が長期にわたると測定結果に不都合な
作用を及ぼすからである。

更に、加熱電力が加熱可能な測定抵抗の全面積にわたっ
て一定でなく、媒体の流れの方向に誠少しでいく、流れ
る媒体の流量測定装置が既に公知である　（西独国特許
第３１２７０８１号明細書）。このことは、流れの方向
を横切って延在する抵抗路の幅を流れの方向において大
きくしていくことによって実現される。これにより、測
定抵抗の温度を流れが通過する長さにわたって一定に保
持する二とが可能になる。

本発明の課題は、流れる媒体の流量測定装置を、投入接
続時間が短く、流量の変化に対する応答時間が短く、し
かも使用が比較的長期になってら高い測定精度を有する
ように改良することである。

問題点を解決する手段および発明の効果特許請求の範囲
第１項の特徴部分に記載の構成を有する本発明の装置は
、投入接続時間が短く、しかも流れる媒体の流量を変化
に対する応答時間か短いという利点を有する。それは、
加熱抵抗の加熱電力の分配および加熱抵抗の、測定抵抗
に対する相対位置が、支持板への熱放出および支持板か
ら支持板の固定部への熱放出か測定結果に何の影響も及
ぼさないように、選定されでいるからである。この利点
は、加熱抵抗を測定抵抗より支持板の固定部への方向に
おいて大幅に延在するようにしかつ加熱抵抗の局所的な
抵抗値を固定部の方向において減少するようにしたこと
で、実現される。測定、抵抗の定常的な温度分布は、加
熱抵抗によって支持板、従って測定抵抗にて発生される
温度分布がさしてＳ）シることらなく、比較的大きな不
連続箇所も有しないという理由から、迅速に再形成でき
る。

支持板における温度勾配のむしろ“緩やかな”経過によ
って、支持板の平面内におひる熱放出は僅かに留どまる
。本発明の装置は更に、公知の装置に比べて僅かな加熱
電流で十分であるという利点も有する。

実施態様項に記載の構成により、特許請求の範囲第１項
に記載の、本発明の流れる媒体の流量測定装置の有利な
実施例および改良例が可能である。殊に、抵抗からまた
は抵抗への障害となる熱の流れを妨げるために、支持阪
内に少なくとも１つの熱絶縁性のスリットを設けると有
利である。

更に、加熱抵抗および測定抵抗を支持板の流れの上流側
の縁から多少部れた所に配設して、加熱抵抗および測定
抵抗の領域における汚れ易さを僅かに抑えれば有利であ
る。

装置の別の抵抗は有利には、同じ支持板上に収容されて
いる。これらの抵抗における汚れの作用は測定抵抗の場
合のようには重要でないので、これら抵抗は測定抵抗よ
り流れの上流側に配置ずろことができる。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図において参照番号ｌにより媒体が貫流する管が示
されており、その際媒体の流れの方向は矢印２によって
表されている。管１は例えば内燃機関の吸気管であって
よい。流れる媒体中に、管内の流量を検出するために用
いられる抵抗ＲＨが置かれている。この抵抗Ｒｔｉは厚
膜抵抗または薄膜抵抗として第１図には図示されていな
いサブストレート上に形成されておりかつ例えばブリッ
ジ回路として構成されている抵抗検出装置３の構成部分
である。この抵抗検出装置３は抵抗１’Ｚ　　　Ｒ２お
よびＲ３が補充されＫ　。

て完成しておりかつ抵抗測定ブリッジとして接続されて
いる。回路点５から出発してそれぞれのブリッジアーム
において抵抗Ｒ２およびＲＫないしＲ３およびＲ■］が
直列接続されている。

抵抗ＲＫおよびＲＨの接続線は回路点６にまとめられて
いる。調整増幅器７に、抵抗ＲＫおよびＲ２の接続点と
しての回路点９と抵抗Ｉｔ　ＨおよびＲ３の接続点とし
ての回路点との信号が供給される。

調整増幅器７は、例えば差動増幅器として構成されてい
るが、本発明はこの形式の差動増幅器には限定されず、
一般にいずれのアナログまたはデジタル調整機能のもの
ら使用可能である調整増幅器７の出力ｍは、他方の接続
線が回路点６に接続されている抵抗Ｒｓに供給されるの
で、全体として閉じたループが生じる。

抵抗検出装置３はブリッジ回路のみならず、他の抵抗測
定回蕗によっても実現可能である点を強調しておきたい
。従って本発明の実現のために必ずしもブリッジ回路が
必要でなく、ブリッジに類似した測定回路も考えられろ
。

この装置の原理的な動作は次の通りである：調整増幅器
７の出力電流によって以下加熱抵抗と称される抵抗Ｒｓ
の加熱が行われ、その際この抵抗における加熱電力は実
質的にブリッジ対角点電圧によって調整増幅器７におい
て決まってくる。加熱抵抗Ｒｓは、それが測定抵抗Ｒｔ
（と出来るだけ直接熱接触するように実現されている。

Ｒ８およびＲ１□との間の熱接触により測定抵抗Ｒ１−
１は媒体温度より上方の過温度にされる。そこで管１を
貫流する流量が変化すると、対流的な熱伝導の変化に基
いて測定抵抗Ｒ１−１の温度が変化しかつ、測定抵抗Ｒ
４１は零とは異なった温度係数を有するので、抵抗検出
装置３は不平衡になり、これに基いて調整増幅器が加熱
抵抗Ｒ８に導かれる出力電流を変化する。従って閉じた
ループを介して、流れ出るまたは流れ込む熱量による測
定抵抗Ｒ１，１の変化は常時、加熱抵抗Ｒ８の加熱電力
の変化によって補償され、その結果測定抵抗Ｒ１４は所
定の抵抗値に保持される。加熱電流、加熱電力ないし調
整増幅器７の出力電圧ＵＡは流れる媒体の流量に対する
尺度となる。

しかし加熱電流、加熱電力ないし調整増幅器７の出力電
圧ＵＡは付加的、に流れる媒体の温度にも依存するので
、流れる媒体の温度変動がｈｌｉ償されなければならな
い。このために以下ｈｌｉ償抵抗抵抗する抵抗ＲＫか用
いられる。この抵抗は加熱抵抗ＲＳおよび測定抵抗Ｒ１
□と同様に膜状に形成されておりかつ同様に流れる媒体
にさらされている。補償抵抗ＲＫの調節−例えばミアン
ダ形にカットすることにより−は、補償抵抗ＲＫおよび
測定抵抗ＲＨの温度係数が信号ｍを検出する評価方法に
応じて面取て決められた関係にあるように、行われる。

抵抗検出装置３は、回路点５と回路点９との間にある第
１基準抵抗Ｒ２と、回路点５と回路点１０との間にある
第２の基準抵抗Ｒ３とによって完成される。基弗抵抗Ｒ
２およびＲ３を流れる媒体にさらす必要はないが、Ｒ２
および［工３、は相互に出来るだけ緊密な熱接触されて
いるようにすべきであり、そうすれば抵抗Ｒ２およびＲ
３の温度係数の許容偏差を厳しくしないでらすむ。

第２図は、加熱抵抗Ｒ測定抵抗Ｒ１−１および補償抵抗
ＲＫを有する本発明の実施例を示す。これら抵抗すべて
は、薄膜として支持板として用いられる、プレート状の
サブストレート２０上に設けられている。サブストレー
トは例えば矩形でありかつその狭幅側の固定部２１の領
域において測定すべき媒体の貫流する管１に固定されて
いる。矢印２３によって示されている流れの方向を横断
する方向に、サブストレート２０の固定部２１とは反対
側に始まって、固定部２１の近傍まで達しているスリッ
ト２５が形成されている。このスリット２５によって第
１舌片部３２と第２舌片部３３とが分割される。

その際第１舌片部３２は一方においてサブストレート２
０の流れに抗する上流側の縁３５によって制限され、他
方においてスリット２５によって制限されている。サブ
ストレート２０の第２舌片部３３は一方においてスリッ
ト２５によって制限されておりかつ他方においてサブス
トレート２０の流れの下流側の縁３６によって制限され
ている。

抵抗Ｒ、ＲおよびＲＫはそれぞれ舌片部Ｓ　　　　　ｔ
ｌ ３２．３３の固定部２１とは反対側の部分を覆っており
かつ有利には、補償抵抗ＲＫが第１占片部３２に設けら
れておりかつ測定抵抗Ｒ１１，が第２舌片部３３に設け
られているように、配設されている。加熱抵抗Ｒｓはこ
の実施例で（ま第２図に図示するようにサブストレート
２０の測定抵抗１１　Ｈとは反対側にあって、測定抵抗
ＩＩ　Ｉ−ｒ同様に第２舌片部３３の固定部２１とは反
対側の縁まで達している。従って測定抵抗Ｒ，□はザブ
ストレート２０の舌片部３３の一方の面に設けられてお
り、加熱抵抗ＲＳは同じ舌片部３３の他方の面に設けら
れており、ＲＩＩおよび■（ｓは熱伝導の良好なサブス
トレート２０を中間介挿して互いに熱接触している。

スリット２５の長さは、それが抵抗ｌｚｓ、ＲＩＩおよ
びＲＫのいずれよりら固定部２１の方向により達してい
るように選定されており、これにより舌片部３２，３３
、従って個々の抵抗の非常に良好な熱絶縁が実現される
。

この装置の製造は、補償抵抗ＲＫおよび測定抵抗Ｒ１、
を形成する抵抗膜を同じ材料から形成しかつ同じ製造ス
テップにおいて製造すれば、著しく簡単化することがで
きろ。抵抗膜は、必要な個別抵抗の製造のためにミアン
ダ形構造部を備えることができる。それは例えば、図面
からはわからないが、レーザ切断加工によって行うこと
ができる。

測定抵抗Ｒ４１の領域から固定部２１の方向への熱の流
れを妨げるために、加熱抵抗Ｒｓは測定抵抗ｌｌＨより
も固定部２１の方向により近くまで延在している。測定
抵抗ＲＨのこの幾何学的形状によって、加熱抵抗Ｒｓの
広がりによって決まってくる、サブストレート２０の加
熱される領域が測定抵抗ＲＨより固定部２１の方向に一
層突出することが実現され、これにより測定抵抗ＲＩ−
１の領域から固定部２１の方向への障害となる熱放出が
妨げられ、従って測定抵抗Ｔｌ　、、、の、流量変化に
対する応答速度が高められる。その理由は、流量変化の
際その都度測定抵抗ＲＩＩに新たな温度分布が生じない
からである本発明によれば加熱抵抗Ｒ８の局所的な電気
抵抗は、単位面積当たりの抵抗値（即ち比抵抗）がサブ
ストレート２０の、固定部２１とは反対側の端部におい
て最高でありかつ固定部２１の方向に減少していくよう
に、設定されている。局所的な抵抗のこの形式の調整は
例えば、加熱抵抗ＲＳの抵抗膜のミアンダ形、即ち例え
ばレーザによる抵抗材料の除去によって行うことができ
るが、種々異なった別の手段を効果的に使用することら
できる。即ち例えば、固定部２１の方向に種々の長さま
で達するか、またはサブストレート２０において種々異
なった位置をとる複数の抵抗膜の適当な層形成によって
所望の断面形状の抵抗゛を実現するかまたは種々異なっ
た比抵抗を有する抵抗膜を順次サブストレート２０上に
配置させることが可能である。

第３図は、第２図の断面図として加熱抵抗Ｒ８の目的に
適ったミアンダ化を示している。

その際加熱抵抗Ｒ８は抵抗路４５によって形成される複
数の加熱領域４１，４２．４３．４４に分割されており
、その際それぞれの加熱領域４１．４２，４３．４４の
抵抗路の幅、従ってそれらの断面積は固定部２１の方向
において増加し、それ故に単位面積当たりの抵抗値が減
少する。従ってサブストレート２０および測定抵抗Ｒ内
の加熱抵抗ＲＳによって発生される温度！−Ｉ プロフィルは固定部２１の方向において徐々に減少して
いく。加熱抵抗Ｒｓを、抵抗路４５が流れの方向に延在
するか、または第３図に図示のように、流れの方向を横
断するようにまたは任意の別の形で延在するように、レ
イアウトすることかできる。

計算および実験から、加熱抵抗Ｒ８の提案された断面形
状によって投入接続時間を短縮できると同時に装置の、
流れる媒体の流量の変化に対する応答速度を加速するこ
とができることが、認められ、その際付加的な利点とし
て更に加熱抵抗Ｒ８の電流消費が減少することが挙げら
れる。

加熱抵抗ＲＳへの電流供給はサブストレート２０上に固
定された電流路４６において行うことができる。このこ
とは、抵抗ＲおよびＲＫＩ への電流供給に対しても同じことが当てはまる本発明の
基礎としている思想は勿論既述の実施例に限定されない
。加熱抵抗Ｒ８内に所望の断面形状の抵抗を実現するた
めに、既述の種々異なった方法の他に、測定抵抗ＲＩ−
１を、加熱抵抗ＲＳに対して相対的に別の形で取り付け
ることもできろ。例えば、測定抵抗ＲＩ［を電気的な絶
縁層を中間介挿して加熱抵抗Ｒｓによって支えるように
することができる。この変形例の特別な利点は、電気的
な絶縁層を、その材料厚さが装置の安定性に大きく響き
、従っである程度の制約を蒙ることになるサブストレー
ト２０より僅かな厚さで製造できる点にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の流量測定装置が使用される装置全体の
概略を示す回路略図であり、第２図は本発明の流れる媒
体の流量測定装置の１実施例を示す図であり、第３図は
第２図の断面図として別の実施例を示す図である。 ３・・・抵抗検出装置、２０・・・サブストレート、２
１・・・固定部、２５・・スリット、４５・・・抵抗路
、Ｒ・・・加熱抵抗、Ｒ・・・測定抵抗、ＲＫ・・・補
Ｓ　　　　　　　　　　　　　　Ｈ 負抵抗 ゛舒−フ Ｎ慣抵尻

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．測定すべき流れの中に固定部を用いて保持されてい
   るサブストレートを備え、該サブストレート上に層状の
   、温度に依存した測定抵抗および抵抗値検出装置を介し
   て流れる媒体の流量に依存して調整可能である加熱抵抗
   が存在し、該加熱抵抗も層状でありかつ電気的な絶縁層
   を中間介挿して上記測定抵抗とは分離されている、流れ
   る媒体の流量測定装置において 上記加熱抵抗（Ｒ＿Ｓ）は上記測定抵抗（Ｒ＿Ｈ）より
   上記固定部（２１）の方向により長く延在しておりかつ
   上記加熱抵抗（Ｒ＿Ｓ）の単位面積当たりの抵抗値が上
   記固定部（２１）の方向において徐々に減少していくよ
   うにしたことを特徴とする流量測定装置。
2. ２．加熱抵抗（Ｒ＿Ｓ）は、固定部（２１）の方向にお
   いて徐々に増大していく断面積を有する個別抵抗路（４
   ５）に分割されている特許請求の範囲第１項に記載の流
   量測定装置。
3. ３．抵抗路（４５）は媒体の流れの方向において延在す
   る特許請求の範囲第２項に記載の流量測定装置。
4. ４．抵抗路（４５）は媒体の流れの方向を横断する方向
   において延在する特許請求の範囲第２項に記載の流量測
   定装置。
5. ５．加熱抵抗（Ｒ＿Ｓ）は少なくとも２つの抵抗膜から
   組み合わされて成る特許請求の範囲第１項に記載の流量
   測定装置。
6. ６．１つの平面内に少なくとも２つの抵抗膜が順次並ん
   で配設されている特許請求の範囲第５項に記載の流量測
   定装置。
7. ７．上下方向にある平面において少なくとも２つの抵抗
   膜が層を成して配設されている特許請求の範囲第５項に
   記載の流量測定装置。
8. ８．加熱抵抗（Ｒ＿Ｓ）および測定抵抗（Ｒ＿Ｈ）は、
   流れの方向を横断して固定部（２１）の方向に向かって
   サブストレート（２０）中に設けられたスリット（２５
   ）よりも流れの下流側に存在する特許請求の範囲第１項
   から第７項までのいずれか１項に記載の流量測定装置。
9. ９．スリット（２５）は加熱抵抗（Ｒ＿Ｓ）よりも固定
   部（２１）の方向により長く延在している特許請求の範
   囲第８項に記載の流量測定装置。
10. １０．スリット（２５）より流れの上流側に、サブスト
    レート（１０）上に別の抵抗（Ｒ＿Ｋ）を設けた特許請
    求の範囲第９項に記載の流量測定装置。